KR20100037235A - 증착물질의 유출 방지수단을 구비하는 소스가스 공급장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 증착물질의 유출 방지수단을 구비하는 소스가스 공급장치에 관한 것으로서, 본 발명에 따르면 용기(110)에 저장된 증착물질을 가열하여, 증착챔버 내의 기판 상에 박막을 형성시키는 소스가스를 공급하는 소스가스 공급부(100); 소스가스를 증착챔버로 운반하기 위한 운반가스를 공급하는 운반가스 공급부(200); 운반가스 공급부(200)에서 소스가스 공급부(100)로 운반가스를 이동시키는 운반가스 공급관(400); 및 소스가스 공급부(100)에서 증착챔버로 소스가스를 이동시키는 소스가스 공급관(300)을 포함하며, 용기(110) 내부에는 소스가스 공급관(300)과 연결되어 증착물질의 유출을 방지하는 제1 수단(131)이 설치되는 것을 특징으로 하는 소스가스 공급장치가 제공된다.

소스가스, 증착물질, 유출, 운반가스, 화학 증착법, 박막증착

Description

증착물질의 유출 방지수단을 구비하는 소스가스 공급장치{APPARATUS FOR SUPPLYING SOURCE GAS INCLUDING MEANS FOR OUTFLOW PREVENTION OF DEPOSITION SOURCE MEATERIAL}

본 발명은 증착물질의 유출 방지수단을 구비하는 소스가스 공급장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 분말 형태의 증착물질이 박막을 형성하는 증착챔버 내부에 유입되는 것을 방지할 수 있는 소스가스 공급장치에 관한 것이다.

오늘날 반도체 소자의 집적회로 또는 평판 디스플레이의 구동회로의 제작을 위해서 다양한 종류의 박막(Thin film)이 형성되는데, 이러한 박막은 증착(Deposition) 공정과 포토리소그래피(photolithography) 공정을 통해 구현될 수 있다.

이때, 박막 증착 방법은 크게 물리적 증착법(PVD: physical vapor deposition)과 화학 반응을 이용한 화학적 증착법(CVD: chemical vapor deposition)으로 나눌 수 있다. 이중에서 화학적 증착법은 증착하고자 하는 증착물질을　가스 형태로 기판 표면으로 이동시켜 가스의 반응을 이용하여 기판 표면에 박막을 증착시키는 방법으로써, 재료의 선택에 따라 다양한 박막 형성이 가능하며, 비교적 간단한 공정으로도 대량의 생산이 가능하다는 장점을 가지고 있어 폭넓게 사용되고 있다.

특히, 최근에는 기체 상태의 원료(source gas)를 순차적(sequentially)으로 주입/배기시킴으로써, 기판 상에 원자 크기 수준(order of an atomic size)의 박막을 형성시키는 원자층 증착(atomic layer deposition, ALD) 기술이 발전하고 있다. 이러한 ALD 방식은 박막의 균일성 및 스텝 커버리지를 향상시킬 수 있는 방법으로 알려져 있는 차세대 증착기술이다.

이러한 종래의 화학적 증착법의 상세한 구성을 살펴보면, 도 1은 종래 기술에 의한 소스가스 공급장치의 간략한 구성을 나타내는 도면이다.

도 1을 참조하면, 종래의 소스가스 공급장치는 소스가스 공급부(10)와 운반가스 공급부(20) 및 다수개의 밸브(v1, v2, v3)로 구성된다.

먼저, 소스가스 공급부(10)는 증착물질(13)을 저장하는 용기(11)와 히터와 같이 열을 가할 수 있는 가열수단(12)을 구비하는데, 일반적으로 증착물질(13)은 상온에서 고체의 분말 상태로 존재하기 때문에 가열수단(12)에 의해 증착물질(13)을 상온 이상으로 가열해야 증착물질(13)이 소스가스화 된다.

다음으로, 운반가스 공급부(20)는 소스가스의 비중이 큰 관계로 이동도가 작기 때문에 운반가스(carrier gas)를 공급하여 소스가스가 증착챔버 내로 원활하게 이동하도록 하는 기능을 한다. 이러한, 소스가스와 운반가스는 다수개의 밸브(v1, v2, v3)에 의해 가스의 이동방향과 가스의 유량이 제어될 수 있다.

하지만, 도 1과 같은 종래의 소스가스 공급장치는 운반가스의 압력에 의해 증착물질이 유출될 수 있다는 문제점이 있다. 즉, 소스가스 공급부(10)로 유입되는 운반가스의 압력에 의해 증착물질(13)이 원래의 분말 형태로 소스가스와 함께 소스가스 공급부(10)의 외부로 유출되어, 소스가스 공급부(10)와 증착챔버 사이에 설치되어 있는 밸브(v2)로 들어가 밸브 막힘 또는 가스 유량의 균일도를 저하시키는 현상을 야기시킬 수 있다.

또한, 유출된 분말 형태의 증착물질(13)은 증착챔버까지 유입되어 결국 기판 상에서 증착되는 박막을 오염시키는 현상을 야기시킬 수도 있다.

이러한 문제점을 해결하기 위해서 증착챔버에 필터를 설치하여 증착챔버의 오염을 방지하는 방법이 제안되었으나, 이는 밸브(v2)나 가스 공급관에 증착물질(11)이 누적되는 현상을 방지할 수는 없으며, 증착챔버에 설치된 필터는 수작업으로 정기적으로 교체해 주어야만 하는 문제점이 있었다.

따라서, 이러한 증착챔버에 필터를 설치하는 방법은 공정 단가 및 공정 시간의 증가를 가져와 전체적으로 제조하려는 디바이스의 제조 단가를 높이는 요인이 될 수 있다.

또한, 유출된 분말 형태의 증착물질(13)이 밸브(v2)나 가스 공급관까지 유입되어 결국 기판 상에서 증착되는 소스가스 유량의 균일성을 저하시키는 현상을 초래하며, 이러한 소스가스 유량의 편차는 박막을 균일도와 특성을 변화시켜서 전체 디바이스의 신뢰성을 심각하게 저하시키는 요인이 될 수 있다.

따라서, 본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 제반 문제점을 해결하기 위한 것으로, 소스가스를 균일한 유량으로 공급하는데 목적이 있다.

또한, 본 발명은 증착챔버의 오염을 방지하여 신뢰성 있는 박막을 형성하는데 그 목적이 있다.

또한, 본 발명은 필터에 축적되는 분말 형태의 증착물질을 용이하게 제거할 수 있는 퍼지수단을 제공하는데도 그 목적이 있다.

본 발명의 상기 목적은 용기에 저장된 증착물질을 가열하여, 증착챔버 내의 기판 상에 박막을 형성시키는 소스가스를 공급하는 소스가스 공급부; 상기 소스가스를 상기 증착챔버로 운반하기 위한 운반가스를 공급하는 운반가스 공급부; 상기 운반가스 공급부에서 상기 소스가스 공급부로 상기 운반가스를 이동시키는 운반가스 공급관; 및 상기 소스가스 공급부에서 상기 증착챔버로 상기 소스가스를 이동시키는 소스가스 공급관을 포함하며, 상기 용기 내부에는 상기 소스가스 공급관과 연결되어 상기 증착물질의 유출을 방지하는 제1 수단이 설치되는 것을 특징으로 하는 소스가스 공급장치에 의해 달성된다.

상기 용기의 내부에는 상기 운반가스 공급관과 연결되어 상기 증착물질의 유출을 방지하는 제2 수단이 더 설치될 수 있다.

상기 운반가스 공급부에서 상기 소스가스 공급관을 통해 상기 제1 수단으로 퍼지가스를 공급하는 퍼지가스 공급관이 더 설치될 수 있다.

상기 제1 수단과 상기 제2 수단은 메시 형태일 수 있다.

상기 퍼지가스는 상기 운반가스와 동일할 수 있다.

본 발명에 따르면, 외부로 분말 형태의 증착물질이 유출되는 현상을 방지하는 수단을 구비함으로써, 소스가스 공급장치 및 증착챔버의 수명 및 성능을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.

또한, 본 발명에 따르면, 오염을 방지하고 균일성 있는 박막을 형성하여 박막이 형성된 디바이스의 신뢰성을 향상시키는 효과가 있다.

또한, 본 발명에 따르면, 필터에 축적된 분말 형태의 증착물질을 퍼지가스로 용이하게 제거함으로써 공정시간 및 단가를 줄일 수 있는 효과가 있다.

본 발명의 상기 목적과 기술적 구성 및 그에 따른 작용효과에 관한 자세한 사항은 본 발명의 바람직한 실시 예를 도시하고 있는 도면을 참조한 이하 상세한 설명에 의해보다 명확하게 이해될 것이다.

[실시예 1]

도 2는 본 발명의 실시예 1에 의한 소스가스 공급장치의 간략한 구성을 나타내는 도면이다.

도 2를 참조하면, 본 발명의 실시예 1에 의한 소스가스 공급장치는 소스가스 공급부(100), 운반가스 공급부(200) 및 다수개의 밸브(v1, v2, v3)를 포함하며 구성된다.

먼저, 소스가스 공급부(100)는 용기(110)에 저장된 증착물질(130)을 가열하 여 증착챔버 내의 기판 상에 박막을 형성시키는 소스가스를 공급하는 기능을 한다.

증착물질(130)을 저장하는 용기(110)의 외부에는 히터와 같이 열을 가할 수 있는 가열수단(120)을 구비하는데, 일반적으로 증착물질(130)은 상온에서 고체의 분말 상태로 존재하기 때문에 가열수단(120)에 의해 증착물질(130)을 상온 이상으로 가열해야 증착물질(130)이 소스가스화 된다. 이러한 증착물질(130)은 형성하고자 하는 박막의 종류에 따라 다양하게 선택될 수 있다.

이때, 용기(110) 내부에는 소스가스 공급관(300)과 연결되어 증착물질(130)이 유출되는 것을 방지하기 위한 제1 수단(131)이 설치되는데, 이러한 제1 수단(131)은 분말형태의 증착물질(130)을 걸러내기 위한 필터 기능을 할 수 있다. 일례로는 일정 크기의 개구부를 구비하는 메시(mesh)구조일 수 있으며, 재질은 내부식성을 가지면서도 강성재질인 SUS(Stainless Steel)를 사용하는 것이 바람직하다. 상기 개구부의 크기에 따라 필터링하고자 하는 증착물질(130)의 분말입자의 크기가 결정될 수 있다.

다음으로, 운반가스 공급부(200)는 소스가스가 비중이 큰 관계로 이동도가 작기 때문에 이를 보완하는 운반가스(carrier gas)를 공급하여 소스가스가 증착챔버 내로 원활하게 이동하도록 하는 기능을 한다. 이러한 운반가스로는 불활성이며 소스가스의 증착챔버로의 이동을 용이하게 할 수 있는 고순도의 아르곤, 헬륨, 질소 등이 사용될 수 있다.

다음으로, 운반가스 공급부(200)에서 소스가스 공급부(100)로 운반가스를 이동시키는 운반가스 공급관(400) 및 소스가스 공급부(100)에서 증착챔버로 운반가스 와 소스가스를 이동시키는 소스가스 공급관(300)에는 다수개의 밸브(v1, v2, v3)가 위치하여 가스(소스가스 및/또는 운반가스)의 이동방향과 가스의 유량을 제어할 수 있다. 이러한 밸브(v1, v2, v3)의 구동의 이해를 돕기 위해 이하의 상세한 설명을 제시한다.

먼저, 소스가스 공급부(100)에서는 증착물질(130)을 저장하는 용기(110)를 가열수단(120)에 의해 가열하여 소스가스를 생성하게 된다. 이때, 소정의 온도로 가열 시 휘발이 되지 않는 온도 범위까지는 모든 밸브(v1, v2, v3)를 닫힘 상태로 할 수 있으며, 실제 증착 공정에서는 밸브(v1, v2)를 개방하여 증착공정을 진행할 수 있다.

이러한 소스가스는 증착물질(130)에 따라 이동도가 충분한 경우에는 운반가스가 필요하지 않기 때문에 운반가스 공급부(200)와 연결된 밸브(v1)를 닫힘 상태로 할 수도 있으나, 일반적인 소스가스의 이동도를 고려할 때 운반가스가 소스가스 공급부(100)를 통과할 수 있도록 밸브(v1)를 열림 상태로 하는 것이 바람직하다.

따라서, 증착공정시 운반가스 공급관(400)을 통해 이동된 운반가스는 소스가스 공급부(100)에서 소스가스의 이동성을 향상시켜 소스가스 공급관(300)을 통해 증착챔버로 이동하게 된다. 이때, 소스가스 공급부(100) 내부에는 소스가스 공급관(300)과 연결된 필터기능의 제1 수단(131)이 설치되어 증착물질(130)이 분말형태로 유출 되는 것을 방지할 수 있게 된다.

한편, 운반가스가 소스가스 공급부(100)를 통과하는 경우라도 소스가스의 이동도를 높이기 위하여 밸브(v3)를 개방시킬 수도 있다.

[실시예 2]

도 3은 본 발명의 실시예 2에 의한 소스가스 공급장치의 간략한 구성을 나타내는 도면이다.

이러한, 본 발명의 실시 예2는 실시 예1에 의한 소스가스 공급장치의 구성 중 제2 수단(132)과, 밸브(v4, v5) 및 퍼지가스 공급관(500)이 추가된 것으로, 다른 구성은 실시 예1과 동일함으로 중복을 피하기 위해 상세한 설명을 생략한다.

도 3을 참조하면, 본 발명의 실시예 2에 의한 소스가스 공급장치는 소스가스 공급부(100), 운반가스 공급부(200) 및 다수개의 밸브(v1, v2, v3, v4, v5)를 포함하며 구성된다.

먼저, 소스가스 공급부(100)의 용기(110) 내부에는 소스가스 공급관(300)과 연결되어 증착물질(130)이 유출되는 것을 방지하기 위한 제1 수단(131)이 설치되고, 추가로 운반가스 공급관(400)과 연결되어 증착물질(130)이 유출되는 것을 방지하기 위해 제2 수단(132)을 설치할 수 있다.

이러한 제1 수단(131)과 제2 수단(132)은 분말형태의 증착물질(130)을 걸러내기 위한 필터기능을 할 수 있는데, 일례로는 일정 크기의 개구부를 구비하는 메시(mesh)구조일 수 있으며, 재질은 내부식성을 가지면서도 강성재질인 SUS(Stainless Steel)를 사용하는 것이 바람직하다. 상기 개구부의 크기에 따라 필터링하고자 하는 증착물질(130)의 분말입자의 크기가 결정될 수 있다.

다음으로, 운반가스 공급부(200)에서 소스가스 공급부(100)로 운반가스를 이동시키는 운반가스 공급관(400) 및 소스가스 공급부(100)에서 증착챔버로 운반가스 와 소스가스를 이동시키는 소스가스 공급관(300)이 설치되는데, 추가로 운반가스 공급부(200)에서 상기 소스가스 공급관(300)을 통해 제1 수단(131)으로 퍼지가스를 공급하는 퍼지가스 공급관(500)이 설치될 수 있다.

이러한 가스 공급관들(300, 400, 500)에는 다수개의 밸브(v1, v2, v3, v4, v5)가 위치하여 가스의 이동방향과 가스의 유량이 제어될 수 있는데, 이러한 밸브(v1, v2, v3, v4, v5)의 구동의 이해를 돕기 위해 이하의 상세한 설명을 제시한다.

먼저, 소스가스 공급부(100)에서는 증착물질(130)을 저장하는 용기(110)를 가열수단(120)에 의해 가열하여 소스가스를 생성하게 된다. 이때, 소정의 온도로 가열 시 휘발이 되지 않는 온도 범위까지는 모든 밸브(v1, v2, v3, v4, v5)를 닫힘 상태로 할 수 있으며, 실제 증착 공정에서는 밸브(v1, v2, v4)를 개방하여 증착공정을 진행할 수 있다.

이러한 소스가스는 증착물질(130)에 따라 이동도가 충분한 경우에는 운반가스가 필요하지 않기 때문에 운반가스 공급부(200)와 연결된 밸브(v1) 또는/및 밸브(v4)를 닫힘 상태로 할 수도 있으나, 일반적인 소스가스의 이동도를 고려할 때 운반가스가 소스가스 공급부(100)를 통과할 수 있도록 밸브(v1)와 밸브(v4)를 열림 상태로 하는 것이 바람직하다.

따라서, 증착공정 시 운반가스 공급관(400)을 통해 이동된 운반가스는 소스가스 공급부(100)에서 소스가스의 이동성을 향상시켜 소스가스 공급관(300)을 통해 증착챔버로 이동하게 된다. 한편, 운반가스가 소스가스 공급부(100)를 통과하는 경우라도 소스가스의 이동도를 높이기 위하여 밸브(v3)를 개방시킬 수 있다.

이어서, 증착공정이 끝나거나 소스가스의 유량이 불균일할 경우에는 퍼지공정을 수행할 수 있는데, 이 경우 밸브(v2, v4)는 닫힘 상태로 하고 나머지 밸브(v1, v3, v5)는 열림 상태로 한 후, 운반가스 공급부(200)에서 퍼지가스를 공급한다.

따라서, 퍼지가스는 닫힘 상태인 밸브(v4)에 의해 퍼지가스 공급관(500)으로 유도되어 소스가스 공급관(300)을 따라 소스가스 공급부(100)로 유입되게 된다. 이때, 소스가스 공급부(100) 내부에는 소스가스 공급관(300)과 연결되는 제1 수단(131)이 설치되어 있어서 상기 퍼지가스는 제1 수단(131)에 쌓여 있던 증착물질(130)을 가스압력에 의해 제거하는 기능을 할 수 있다. 결국, 제거된 증착물질은 용기(110)에 저장된 증착물질로 다시 모이게 되어 가열 시 소스가스로 활용될 수 있다.

한편, 상기 퍼지가스는 다시 운반가스 공급관(400)으로 배출되어 밸브(v3)을 거쳐 소스가스 공급관(300)과 연결된 벤트(미도시)에 의해 외부로 배출될 수 있으나, 필요에 따라서는 증착챔버로 들어갈 수도 있다.

이때, 퍼지가스가 소스가스 공급부(100)에서 배출되는 과정에서 다시 증착물질(130)이 유출할 수도 있기 때문에, 이를 방지하기 위하여 소스가스 공급부(100) 내부에는 운반가스 공급관(400)과 연결된 제2 수단(132)이 설치되는 것이 바람직하며, 상기 퍼지가스는 별도의 가스를 이용할 수 있으나, 상기 운반가스와 동일한 가스를 이용할 수도 있다.

본 발명은 상술한 바와 같이 바람직한 실시예를 들어 도시하고 설명하였으나, 상기 실시 예에 한정되지 아니하며 본 발명의 정신을 벗어나지 않는 범위 내에서 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변형과 변경이 가능하다. 그러한 변형예 및 변경예는 본 발명과 첨부된 특허청구범위의 범위 내에 속하는 것으로 보아야 한다.

도 1은 종래 기술에 의한 소스가스 공급장치의 간략한 구성도을 나타내는 도면.

도 2는 본 발명의 실시예 1에 의한 소스가스 공급장치의 간략한 구성을 나타내는 도면.

도 3은 본 발명의 실시예 2에 의한 소스가스 공급장치의 간략한 구성을 나타내는 도면.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

100: 소스가스 공급부

110: 용기

120: 가열수단

131: 제1 수단

132: 제2 수단

200: 운반가스 공급부

300: 소스가스 공급관

400: 운반가스 공급관

500: 퍼지가스 공급관

Claims (5)

1. 용기에 저장된 증착물질을 가열하여 증착챔버 내의 기판 상에 박막을 형성시키는 소스가스를 공급하는 소스가스 공급부;

   상기 소스가스를 상기 증착챔버로 운반하기 위한 운반가스를 공급하는 운반가스 공급부;

   상기 운반가스 공급부에서 상기 소스가스 공급부로 상기 운반가스를 이동시키는 운반가스 공급관; 및

   상기 소스가스 공급부에서 상기 증착챔버로 상기 소스가스를 이동시키는 소스가스 공급관

   을 포함하며,

   상기 용기 내부에는 상기 소스가스 공급관과 연결되어 상기 증착물질의 유출을 방지하는 제1 수단이 설치되는 것을 특징으로 하는 소스가스 공급장치.
2. 제1항에 있어서,

   상기 용기의 내부에는 상기 운반가스 공급관과 연결되어 상기 증착물질의 유출을 방지하는 제2 수단이 설치되는 것을 특징으로 하는 소스가스 공급장치.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서,

   상기 운반가스 공급부에서 상기 소스가스 공급관을 통해 상기 제1 수단으로 퍼지가스를 공급하는 퍼지가스 공급관이 더욱 설치되는 것을 특징으로 하는 소스가스 공급장치.
4. 제2항에 있어서,

   상기 제1 수단과 상기 제2 수단은 메시 형태인 것을 특징으로 하는 소스가스 공급장치.
5. 제3항에 있어서,

   상기 퍼지가스는 상기 운반가스와 동일한 것을 특징으로 하는 소스가스 공급장치.

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