WO2022025588A1 - 증착 시스템 및 공정 시스템 - Google Patents

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WO2022025588A1
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reaction chamber
gas supply
supply unit
tank
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김수환
김현준
박영림
백동관
정형석
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삼성전자주식회사
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    • C23C16/52—Controlling or regulating the coating process

Definitions

  • the present invention relates to a deposition system and a process system.
  • Representative methods of forming a thin film on a substrate include chemical vapor deposition (CVD) and atomic layer deposition (ALD).
  • CVD chemical vapor deposition
  • ALD atomic layer deposition
  • a thin film may be formed on the substrate surface using various reactants.
  • the liquid reactants are generally phase-changed to a gaseous state and supplied to the reaction chamber.
  • the process exhaust is discharged to the exhaust stage.
  • the vaporizer is used to increase the supply amount of the liquid reactant
  • the replacement cycle of the canister for supplying the liquid reactant is shortened, and the pump replacement period is shortened due to the increase of process exhaust.
  • the deposition equipment since there is a problem in that the deposition equipment must be stopped when the canister and the pump are replaced, it is necessary to improve the deposition system to facilitate maintenance and management of the deposition equipment from the viewpoint of mass production.
  • One of the problems to be achieved by the technical idea of the present invention is to provide a deposition system that facilitates maintenance and management of deposition equipment from the viewpoint of mass production.
  • a deposition system includes a reaction chamber, a first gas supply unit supplying a gaseous first precursor to the reaction chamber, and a reactant supply unit supplying a reactant reacting with the first precursor to the reaction chamber , and an exhaust for discharging the exhaust from the reaction chamber, wherein the first gas supply includes a first sub-tank, a first liquid flow controller, and a first vaporizer that are sequentially connected, and the first precursor is filled in a liquid state in the first sub-tank of the first gas supply unit by a first automatic filling system, and sequentially passes through the first sub-tank, the first liquid flow controller, and the first vaporizer. It is supplied to the reaction chamber, and the exhaust includes a treatment process chamber to which a plasma pretreatment system is applied, a pump, and a scrubber.
  • a deposition system includes a reaction chamber, at least one gas supply unit supplying at least one precursor in a gaseous state to the reaction chamber using an automatic filling system, and reacting with the precursor in the reaction chamber
  • a reactant supply unit for supplying a reactant
  • an exhaust unit for discharging the exhaust from the reaction chamber
  • the at least one gas supply unit includes a sub-tank in which the precursor is stored, a vaporizer for supplying the precursor to the reaction chamber in a gaseous state, and a liquid flow controller for controlling the amount of the precursor supplied to the vaporizer
  • the exhaust unit includes a treatment process chamber, a pump, and a scrubber, and the treatment process chamber changes the chemical structure of the exhaust by using a plasma pretreatment system and then discharges the exhaust through the pump.
  • a process system includes at least one automatic filling system for automatically filling a sub-tank with a process material in a liquid state, and a gas for supplying the process material stored in the sub-tank to a reaction chamber in a gaseous state a supply system, and a plasma pretreatment system operative to induce a plasma discharge to change the chemical structure of the exhaust discharged from the reaction chamber, wherein the gas supply system is a liquid sequentially coupled between the sub-tank and the reaction chamber. Operate a flow controller and a vaporizer, wherein the liquid flow controller regulates the amount of the process material supplied to the vaporizer.
  • the deposition system uses an Auto Refill System (ARS) applied to the sub tank instead of the method of periodically replacing the canister, thereby maintaining the liquid reactant in a state that can always be supplied.
  • ARS Auto Refill System
  • PPS plasma pretreatment system
  • FIG. 1 is a schematic block diagram of a deposition system according to an embodiment of the present invention.
  • FIGS. 2A to 2C are diagrams for explaining types of reaction chambers in a deposition system according to an embodiment of the present invention.
  • FIG 3 is a view for explaining an operation of a bubbler in a deposition system according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 4 is a view for explaining an operation of a vaporizer in a deposition system according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 5 is a schematic flowchart illustrating an operation of an automatic filling system in a deposition system according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 6 is a schematic diagram for explaining a process of discharging exhaust in a deposition system according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 7 is a schematic flowchart illustrating an operation of a plasma pretreatment system in a deposition system according to an embodiment of the present invention.
  • FIGS. 8 to 10 are schematic block diagrams of a deposition system according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 1 is a schematic block diagram of a deposition system according to an embodiment of the present invention.
  • the deposition system 1 may include a reaction chamber 10 , a gas supply unit 20 , an exhaust unit 30 , a main tank 40 , and a reactant supply unit 50 .
  • the deposition system 1 may be a system in which chemical vapor deposition (CVD) and/or atomic layer deposition (ALD) processes are performed.
  • the CVD process and the ALD process may proceed as a process of depositing a thin film on a substrate by supplying a precursor and a reactant into the reaction chamber 10 and reacting in common.
  • the precursor may exist in a liquid or solid state at room temperature, and may be vaporized by one component included in the gas supply unit 20 and supplied to the reaction chamber 10 in a gaseous state.
  • the precursor may exist in a gaseous state at room temperature.
  • the precursor may be a liquid reactant.
  • the precursor may be a metal organic precursor, and may be composed of a group 3, 4, or 5 element.
  • this is not limited to just one embodiment, and may be composed of other elements according to embodiments.
  • a bubbler and/or a vaporizer may be used as a vaporization device for phase-changing a precursor into a gaseous state.
  • the precursor may be phase-changed to a gaseous state using a baking method, and the gaseous precursor may be supplied to the reaction chamber 10 using a carrier gas.
  • the liquid precursor may be vaporized by causing a bubbling phenomenon with the carrier gas, and the gaseous precursor may be supplied to the reaction chamber 10 .
  • Which of the above-described vaporizing apparatuses is used may vary depending on the vapor pressure of the liquid precursor. For example, in the case of a low vapor pressure precursor, it may be difficult to vaporize the liquid precursor using a bubbler, and it may be necessary to use a vaporizer. On the other hand, in the case of a precursor having a high vapor pressure, the precursor may be vaporized only by a baking method.
  • a larger amount of the precursor may be supplied to the reaction chamber 10 than when a bubbler is used.
  • the amount of the precursor supplied to the reaction chamber 10 may be controlled by a liquid mass flow controller.
  • the precursor supplied to the reaction chamber 10 may be stored in a canister.
  • the canister may need to be replaced in order to proceed with the process again.
  • exhaust gases may be discharged to the exhaust end of the reaction chamber 10 .
  • the exhaust gases may include non-reacted gaseous reactants or by-products after the reaction during the deposition process. Exhausts can easily phase-change into a solid form and accumulate in the pump 32 connected to the exhaust end of the reaction chamber 10 , which can give a strain. Accordingly, in order to replace the exhausted pump, it may be necessary to stop the process equipment.
  • the reaction chamber 10 may include a deposition chamber in which a deposition process is performed.
  • the deposition process may be a chemical vapor deposition (CVD) and/or atomic layer deposition (ALD) process.
  • CVD chemical vapor deposition
  • ALD atomic layer deposition
  • the reaction chamber 10 of the deposition system 1 according to an embodiment of the present invention may include a chamber in which another process using gas injection is performed.
  • the reaction chamber 10 is a polishing process chamber that performs cleaning by spraying a cleaning gas after the CMP process, and a wafer and/or device layers formed on the wafer using plasma including radicals and ions of a source gas. It may include an etching process chamber for removing at least a portion of the region. Meanwhile, when other processes other than the deposition process are performed, the gas supplied to the reaction chamber 10 may not be limited to a precursor.
  • the liquid precursor supplied to the reaction chamber 10 may be stored in the main tank 40 .
  • the liquid precursor stored in the main tank 40 may be filled into the gas supply unit 20 by an automatic refill system (ARS).
  • ARS automatic filling system
  • an automatic filling system (ARS) may operate between processes. For example, when the automatic filling system (ARS) operates, a negative pressure may be formed in the pipe between the main tank 40 and the gas supply unit 20 by a vacuum pump connected to the pipe. An appropriate amount of the liquid precursor may be filled in the gas supply unit 20 by the formed negative pressure.
  • ARS automatic filling system
  • the gas supply unit 20 may include a sub tank 22 , a liquid flow controller 23 , and a vaporizer 24 .
  • the gas supply unit 20 may further include a filter 25 for filtering out a liquid precursor that is not completely vaporized in the vaporizer 24 .
  • a plurality of valves for controlling the supply of the precursor may be disposed between and/or within each component of the gas supply unit 20 . However, this is only an embodiment and is not limited thereto, and the number and positions of the valves may be variously determined as needed.
  • the sub tank 22 may be filled from the main tank 40 to store a liquid precursor to be used in the corresponding process.
  • the sub tank 22 may be a canister.
  • the liquid flow controller 23 may supply the liquid precursor stored in the sub tank 22 to the vaporizer 24 in a constant amount per unit time.
  • the predetermined amount per unit time may correspond to about 1 g to 10 g per minute.
  • this is merely an example, and is not limited thereto, and may vary depending on the type of the liquid precursor, the amount of supply required to proceed with the process, and the number of substrates on which deposition occurs in one process.
  • the vaporizer 24 may change the phase to a gaseous state in order to supply the liquid precursor to the reaction chamber 10 .
  • the operation method of the vaporizer 24 is not limited to one, and may operate in various ways according to embodiments to vaporize the liquid precursor.
  • the gaseous precursor may be supplied to the reaction chamber 10 through the filter 25 .
  • the configuration of the gas supply unit 20 illustrated in FIG. 1 may correspond to a case where the liquid precursor is vaporized using the vaporizer 24 and the liquid flow controller 23 .
  • the gas supply unit 20 may include a bubbler instead of the vaporizer 24 and the liquid flow controller 23 .
  • the bubbler may be included as a separate component, but is not limited thereto and may be included in the sub tank 22 . An operation of the gas supply unit 20 according to an embodiment of the present invention will be described later.
  • the reactant supply unit 50 included in the deposition system 1 may supply a reactant for forming a thin film by reacting with a precursor to the reaction chamber 10 .
  • the supplied reactant may include at least a portion of H 2 O, H 2 O 2 , O 3 , NH 3 and the like.
  • this is only an example, and is not limited thereto, and the reactants supplied according to the embodiments may be different.
  • exhausts may be discharged to an exhaust end of the reaction chamber 10 while the deposition process is in progress and/or after the deposition process is completed.
  • the exhausted exhaust may be discharged from the deposition system 1 through the exhaust unit 30 .
  • the exhaust unit 30 may include a processing chamber 31 , a pump 32 , and a scrubber 33 .
  • Exhausts from the deposition process may be discharged through the pump 32 and the scrubber 33 after passing through a plasma pre-treatment system (PPS) in the treatment process chamber 31 .
  • PPS plasma pre-treatment system
  • the disposition of the processing chamber 31 is not limited to the shape illustrated in FIG. 1 , and the processing chamber 31 may be disposed between the pump 32 and the scrubber 33 . Meanwhile, a plurality of processing chambers 31 may be installed so that the plasma pretreatment system (PPS) may be repeatedly applied several times.
  • a plasma pretreatment system (PPS) applied to the exhaust in the treatment process chamber 31 supplies a reactive gas to the exhaust.
  • the reactive gas may be O 2 .
  • a metallic by-product contained in the exhaust and a reactive gas may react to generate reactants such as zirconia (ZrO 2 ).
  • the zirconia may be in the form of a powder.
  • reactants such as zirconia may be stacked on the inner wall of the pipe and cause a problem of obstructing the discharge of exhaust.
  • the plasma pretreatment system may induce a plasma discharge in the processing chamber 31 .
  • the exhaust from the deposition process by plasma discharge may have improved decomposition performance and/or may be replaced with a safe material having good flowability. Accordingly, the plasma pretreatment system (PPS) may extend the life of the pump 32 and improve the efficiency of the scrubber 33 .
  • the lifespan of the pump may be increased by two to three times compared to the case where it is not.
  • the pump replacement cycle may be 1 month
  • the pump replacement cycle may be 2 to 3 months.
  • the life of the pump increased by the application of the plasma pretreatment system (PPS) may be less than twice or more than three times the life of the pump when the plasma pretreatment system (PPS) is not applied.
  • the exhaust discharged to the exhaust end of the reaction chamber 10 may include materials in various states.
  • the pump 32 may serve to discharge the exhaust by using negative pressure.
  • the scrubber 33 may serve to dissolve and absorb the gaseous exhaust gas in the exhaust.
  • this is only one embodiment and is not limited thereto, and various methods for safely treating and discharging exhaust may be applied to the exhaust unit 30 in a complex manner, and may further include additional components necessary for this.
  • FIGS. 2A to 2C are diagrams for explaining types of reaction chambers in a deposition system according to an embodiment of the present invention.
  • the reaction chamber may be a deposition chamber in which a deposition process of depositing a thin film on an upper surface of a substrate is performed.
  • the deposition chamber may be classified into a batch type, a semi-batch type, and a single type according to the number of substrates that are simultaneously processed.
  • the substrate on which the deposition process is performed may be wafers Wa, Wb, and Wc.
  • the processing target may not be limited to the wafers Wa, Wb, and Wc.
  • various substrates other than the wafers (Wa, Wb, Wc) for example, a mother substrate for a display may be processed.
  • the deposition system according to an embodiment of the present invention may be applied regardless of the type of the reaction chamber. For example, in the past, batch-type reaction chambers were mainly used to improve process speed, but for precision processing accuracy, the use of single-type reaction chambers is increasing recently. may be more important.
  • the deposition system according to an embodiment of the present invention may further facilitate maintenance and management of equipment and improve process efficiency.
  • the reaction chamber 10a in which the process is performed may be of a batch type.
  • the batch-type reaction chamber 10a may simultaneously process a plurality of wafers Wa.
  • the gaseous precursor supplied to the reaction chamber 10a may deposit a thin film on the upper surfaces of the wafers Wa arranged in a specific arrangement.
  • the internal shape of the batch-type reaction chamber 10a may vary depending on the embodiment.
  • the reaction chamber 10b in which the process is performed may be of a semi-batch type.
  • the semi-batch type reaction chamber 10b may simultaneously process a plurality of wafers Wb.
  • the gaseous precursor supplied to the reaction chamber 10b may deposit a thin film on the upper surfaces of the wafers Wb arranged in a specific arrangement.
  • the internal shape of the semi-batch type reaction chamber 10b may vary depending on the embodiment.
  • the number of wafers Wb simultaneously processed in the semi-batch-type reaction chamber 10b is the number of wafers Wb simultaneously processed in the batch-type reaction chamber 10a shown in FIG. 2A .
  • the precision of the precision process may be improved in the semi-batch-type reaction chamber 10b.
  • the reaction chamber 10c in which the process is performed may be of a single type.
  • the single-type reaction chamber 10c may process one wafer Wc at a time.
  • a thin film can be uniformly deposited on the upper surface of the wafer Wc using high precision.
  • the present invention is not limited to the embodiment shown in FIG. 2C , and the internal shape of the single-type reaction chamber 10b may vary depending on the embodiment.
  • FIG 3 is a view for explaining an operation of a bubbler in a deposition system according to an embodiment of the present invention.
  • the sub tank 122 included in the gas supply unit 120 vaporizes the liquid precursor LP to the reaction chamber in the gas precursor GP state. It may include a bubbler (B) for supplying. Meanwhile, the bubbler B may be included in the gas supply unit 120 as a device separate from the sub tank 122 .
  • the sub tank 122 may be filled with the liquid precursor LP to a predetermined height H.
  • the bubbler (B) may inject the carrier gas (G) to the first height (h1).
  • the first height h1 may be lower than a predetermined height H at which the liquid precursor LP is filled.
  • the carrier gas G may be directly injected into the liquid precursor LP.
  • the carrier gas G may be a gas having low reactivity, such as N 2 .
  • N 2 a gas having low reactivity
  • a bubbling phenomenon may appear in the liquid precursor LP by the injection of the carrier gas G, and the liquid precursor LP may be vaporized into a gas precursor GP.
  • the gaseous precursor GP may be supplied to the reaction chamber through a pipe.
  • the inlet of the pipe through which the gas precursor GP exits may be disposed on the surface of the liquid precursor LP.
  • the inlet of the pipe may be disposed close to the surface of the liquid precursor LP, or may be disposed in various ways through which the gas precursor GP may exit. .
  • the liquid precursor LP in which the bubbling phenomenon may occur may be a material having a predetermined vapor pressure.
  • the liquid precursor LP may be vaporized using a bubbler B.
  • this is only one embodiment and is not limited, and even a deposition system using a liquid precursor (LP) having a high vapor pressure may use a vaporizer to be described later instead of the bubbler (B) for the purpose of improving the supply amount.
  • FIG. 4 is a view for explaining an operation of a vaporizer in a deposition system according to an embodiment of the present invention.
  • the gas supply unit 220 may include a liquid flow controller 223 and a vaporizer 224 together with a sub tank 222 .
  • the liquid flow controller 223 may control the amount of the liquid precursor LP supplied to the vaporizer 224 .
  • the vaporizer may vaporize the liquid precursor LP supplied from the liquid flow controller 223 and supply the vaporized precursor GP to the reaction chamber.
  • the sub tank 222 may be filled with the liquid precursor LP to a predetermined height H.
  • the carrier gas G may be injected to the second height h2 of the sub tank 222 .
  • the second height h2 may be higher than a predetermined height H at which the liquid precursor LP is filled.
  • the carrier gas G may be sprayed onto the surface of the liquid precursor LP.
  • a portion of the liquid precursor LP may be supplied to the liquid flow controller 223 along the first pipe L1 by the injection of the carrier gas G.
  • the inlet of the first pipe L1 may be disposed at a third height h3 lower than a predetermined height H at which the liquid precursor LP is filled.
  • this is only an example and may not be limited.
  • the liquid precursor LP may be supplied to the vaporizer 224 along the second pipe L2 by an amount adjusted by the liquid flow controller 223 .
  • the gas precursor GP which has been phase-changed to a gaseous state using the vaporizer 224 , may be supplied to the reaction chamber along the third pipe L3 .
  • the precursor passing through the first pipe L1 and the second pipe L2 may be a liquid precursor LP
  • the precursor passing through the third pipe L3 may be a gas precursor GP.
  • the liquid precursor LP using the vaporizer 224 may be a material having a low vapor pressure.
  • the vaporizer 224 may be used for the purpose of increasing the supply amount of the gas precursor GP regardless of the size of the vapor pressure.
  • a bubbler or a vaporizer for vaporizing a precursor may operate as a whole system in association with other components.
  • this is only an embodiment and is not limited thereto, and may be operated by a separate system regardless of the operation of other components.
  • the bubbler or vaporizer may be operated by a separate gas supply system.
  • FIG. 5 is a schematic flowchart illustrating an operation of an automatic filling system in a deposition system according to an embodiment of the present invention.
  • a liquid precursor may be filled from a main tank to a sub tank by applying an automatic filling system.
  • the automatic filling system may check whether the liquid precursor filled in the sub-tank is greater than or equal to a predetermined amount (S100).
  • the predetermined amount may be an amount of the liquid precursor required to proceed with the next process.
  • the sub tank may be further filled with a liquid precursor greater than a surplus during the process.
  • the automatic filling system may operate to fill the sub tank with the liquid precursor stored in the main tank ( S110 ).
  • a vacuum pump may be disposed between the main tank and the sub tank, and the liquid precursor may be automatically filled using a negative pressure formed by the vacuum pump.
  • the deposition process described above may proceed ( S120 ).
  • step S100 After the deposition process is completed (S130), it is checked whether or not to continue the deposition process (S140), and if the deposition process is to be continued, the step S100 may be repeated again.
  • the automatic filling system applied to the deposition system may perform the deposition process while filling the sub-tank with a liquid precursor instead of continuously replacing the canister. In this way, the process efficiency can be improved by utilizing the shutdown period for replacing the canister as the process period.
  • FIG. 6 is a schematic diagram for explaining a process of discharging exhaust in a deposition system according to an embodiment of the present invention.
  • exhaust gases WP generated in the deposition process may be discharged to the exhaust unit 30 through the exhaust end of the reaction chamber.
  • the exhaust unit 30 may include a treatment process chamber 31 , a pump 32 , and a scrubber 33 to which a plasma pretreatment system (PPS) that changes the chemical structure of the exhaust material WP is applied.
  • PPS plasma pretreatment system
  • the plasma pretreatment system may facilitate the discharge by decomposing and/or replacing the exhaust WP discharged from the reaction chamber.
  • a plasma pretreatment system may be applied to the exhaust WP in the treatment process chamber 31 .
  • the plasma pretreatment system is not limited to being applied to the deposition system according to an embodiment of the present invention, and may be applied not only to the deposition process but also to other processes for discharging exhaust WP.
  • the plasma pretreatment system may be applied to processes such as ashing, etching, cleaning, and annealing.
  • the exhaust WP before the plasma pretreatment system is applied may be an unreacted precursor and/or a by-product remaining after reacting.
  • the exhaust WP may be a material having a relatively complex structure, such as zirconia. Accordingly, when the plasma is discharged without application of the pretreatment system, the life of the pump 32 may be reduced due to problems such as stressing the pump 32 or accumulating the exhaust WP in the pipe.
  • a plasma pretreatment system may be applied to the processing chamber 31 .
  • the plasma pretreatment system may include a process of supplying a reactive gas (RG) and inducing a plasma discharge.
  • the reactive gas RG may be O 2 .
  • Exhausts whose decomposition performance is increased by plasma discharge may be decomposed into ions having an electric charge.
  • exhausts to which the plasma pretreatment system is applied may include N 3 - , O 2 - , H + , M x+ , C, e - (electrons), and the like.
  • this is only one embodiment and is not limited thereto, and the operation and decomposition of exhaust gases by the plasma pretreatment system may be different according to the embodiments.
  • the exhausts in the ionic state that have moved to the pump 32 may be recombined to form a new material.
  • the pump 32 may include MO X , NO 2 , H 2 O, CO 2 , and the like. However, this is only an embodiment, and is not limited thereto, and may include various other materials.
  • the pump 32 may contain unrecombined H + (cations).
  • the scrubber 33 may dissolve and discharge at least a portion of the remaining exhaust.
  • the efficiency of the scrubber 33 may be increased.
  • the exhaust exhaust discharged to the outside through the scrubber 33 may be in the form of MO X , NO 2 , H 2 O, CO 2 , H 2 , and the like.
  • MO X MO X
  • NO 2 NO 2
  • H 2 O NO 2
  • CO 2 CO 2
  • H 2 and the like.
  • FIG. 7 is a schematic flowchart illustrating an operation of a plasma pretreatment system in a deposition system according to an embodiment of the present invention.
  • the operation of the plasma pretreatment system may not always be performed in all processes. Accordingly, the deposition system according to an embodiment of the present invention may go through the step S200 of determining whether the plasma pretreatment system operates.
  • the plasma pretreatment system may operate during and/or between processes. When the plasma pretreatment system does not operate, the exhaust gas discharged from the reaction chamber may be discharged to the outside through a pump and a scrubber.
  • a reactive gas may be introduced into the treatment process chamber ( S210 ).
  • the reactive gas may be O 2 .
  • the reactive gas may be decomposed by reacting with the exhaust exhausted from the reaction chamber.
  • the exhaust in the form of powder that has not been completely decomposed may accumulate in the pump and shorten the life of the pump, thereby generating plasma discharge to improve the decomposition performance (S220).
  • the plasma discharge may be generated in the form of an RF plasma discharge.
  • this is only an example and is not limited thereto, and may be generated in the form of DC glow discharge or the like according to embodiments.
  • the plasma pretreatment system may be repeatedly operated a plurality of times depending on the embodiment. Accordingly, the step ( S230 ) of determining whether to repeatedly operate the plasma pretreatment system may be performed. Accordingly, steps S210 and S220 may be repeated a plurality of times.
  • the exhaust with improved decomposition performance by the above steps may be discharged through a pump and a scrubber (S240).
  • a pump and a scrubber S240
  • the plasma pretreatment system applied to the deposition system may operate to discharge the exhaust with improved decomposition performance. Accordingly, it is possible to extend the life of the pump by reducing the exhaust gas accumulated in the pump. In addition, the exhaust efficiency can be improved by increasing the efficiency of the scrubber.
  • FIGS. 8 to 10 are schematic block diagrams of a deposition system according to an embodiment of the present invention.
  • the deposition system 300 may be a deposition system when a thin film to be deposited is made of a binary material or a ternary material.
  • the deposition system 300 may include components corresponding to the respective components illustrated in the deposition system 1 of FIG. 1 . Meanwhile, along with the first gas supply unit 320a corresponding to the gas supply unit 20 , a second gas supply unit 320b may be further included.
  • the first precursor which is a component of the thin film to be deposited, may be filled in the first gas supply unit 320a from the first main tank 340a by the first automatic filling system ARS_a.
  • the first gas supply unit 320a may supply a gaseous first precursor to the reaction chamber 310
  • the second gas supply unit 320b supplies a second precursor different from the first precursor to the reaction chamber 310 in a gaseous state. can be supplied with
  • the second gas supply unit 320b may include components corresponding to the first gas supply unit 320a.
  • the second gas supply unit 320b may include a second sub tank 322b , a second liquid flow controller 323b , a second vaporizer 324b , and a second filter 325b .
  • the second sub tank 322b may store the second precursor filled by the second automatic filling system ARS_b from the second main tank 340b.
  • the first precursor and the second precursor may react with a reactant supplied from the reactant supply unit 350 in the reaction chamber 310 to form a thin film on the substrate.
  • Exhausts discharged by the deposition process may be discharged to the outside after the plasma pretreatment system shown in FIG. 6 is applied.
  • Features and operations of other components may be the same as those of the deposition system 1 shown in FIG. 1 .
  • this is only one embodiment and is not limited, and the configuration of the first gas supply unit 320a and the second gas supply unit 320b may have different characteristics depending on the difference in physical properties between the first precursor and the second precursor. .
  • a deposition system 400 may be a deposition system when a thin film to be deposited is made of a binary material or a ternary material.
  • a second gas supply unit 420b may be further included along with the first gas supply unit 420a corresponding to the gas supply unit 20 illustrated in the deposition system 1 of FIG. 1 .
  • the first precursor which is a component of the thin film to be deposited, may be filled in the first gas supply unit 420a from the first main tank 440a by the first automatic filling system ARS_a.
  • the first gas supply unit 420a may supply a gaseous first precursor to the reaction chamber 410 .
  • a second precursor different from the first precursor may be filled in the second sub tank 422b from the second main tank 440b by the second automatic filling system ARS_b.
  • the second gas supply unit 420b may supply the second precursor to the reaction chamber 410 in a gaseous state.
  • the second gas supply unit 420b included in the deposition system 400 has a bubble unlike the second gas supply unit 320b included in the deposition system 300 shown in FIG. 8 .
  • the second precursor may be vaporized using a
  • the carrier gas supply unit 421b may supply a carrier gas to the second sub tank 422b.
  • the carrier gas may be a gas with low reactivity, such as N 2 .
  • the liquid second precursor stored in the second sub tank 422b may be vaporized by a baking and/or bubbling method and supplied to the reaction chamber 410 .
  • the first precursor and the second precursor may react with the reactant supplied from the reactant supply unit 450 in the reaction chamber 410 to form a thin film on the substrate.
  • Exhausts discharged by the deposition process may be discharged to the outside after the plasma pretreatment system shown in FIG. 6 is applied.
  • Features and operations of other components may be the same as those of the deposition system 1 shown in FIG. 1 .
  • this is only an embodiment and is not limited, and the configuration of the first gas supply unit 420a and the second gas supply unit 420b may have different characteristics depending on the difference in physical properties between the first precursor and the second precursor. .
  • a deposition system 500 includes a plurality of first gas supply units 520a corresponding to the gas supply units 20 shown in the deposition system 1 of FIG. 1 .
  • gas supply units 520b, 520c, ..., 520n may be further included.
  • at least a portion of the deposition system 500 illustrated in FIG. 10 may be the same as the deposition system 300 illustrated in FIG. 8 and/or the deposition system 400 illustrated in FIG. 9 .
  • the first gas supply unit 520a may supply a gaseous first precursor to the reaction chamber 510 .
  • the n-th gas supply unit may supply an n-th precursor in a gaseous state to the reaction chamber 510 .
  • the number of the gas supply units 520a, 520b, ..., 520n and the reactant supply unit 550 may be determined by a component of a thin film deposited on the substrate.
  • a deposition process may be performed by a deposition system including one gas supply unit 520a and a reactant supply unit 550 .
  • a deposition process may be performed by a deposition system including two gas supply units 520a and 520b and a reactant supply unit 550 .
  • the plurality of gas supply units 520a, 520b, ..., 520n may each include independent components.
  • the plurality of gas supply units 520a, 520b, ..., 520n may all be gas supply units including a vaporizer similar to the deposition system illustrated in FIG. 1 .
  • the present invention is not limited thereto, and at least some of the plurality of gas supply units 520a, 520b, ..., 520n may be a gas supply unit including a bubbler.
  • the first to nth precursors respectively supplied from the n gas supply units 520a, 520b, ..., 520n include the reactant supplied from the reactant supply unit 550 and It can react to form a thin film on the substrate.
  • Exhausts discharged by the deposition process may be discharged to the outside after the plasma pretreatment system shown in FIG. 6 is applied.
  • Features and operations of other components may be the same as those of the deposition system 1 shown in FIG. 1 .
  • this is only an embodiment and is not limited, and the configuration of the first gas supply unit 520a to the nth gas supply unit 520n may have different characteristics depending on the difference in physical properties of the first precursor to the nth precursor. .

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Abstract

본 발명의 실시예에 따른 증착 시스템은, 반응 챔버, 반응 챔버에 기체 상태의 전구체를 공급하는 가스 공급부, 반응 챔버에 전구체와 반응하는 반응물을 공급하는 반응물 공급부, 및 반응 챔버에서 나온 배기물을 배출하는 배기부를 포함하고, 가스 공급부는 순차적으로 연결되는 서브 탱크, 액체 유량 컨트롤러, 및 기화기를 포함하고, 전구체는 자동 충진 시스템에 의해 가스 공급부의 서브 탱크에 액체 상태로 충진되고, 서브 탱크, 액체 유량 컨트롤러, 및 기화기를 순차적으로 경유하여 반응 챔버로 공급되며, 배기부는 플라즈마 전처리 시스템이 적용되는 처리 공정 챔버, 펌프, 및 스크러버를 포함함으로써, 캐니스터의 교체 없이 안정적으로 전구체를 공급할 수 있고, 펌프의 수명을 향상시키며, 스크러버의 효율을 증가시킬 수 있다. 따라서, 본 발명의 일 실시예에 따른 증착 시스템을 이용하여 대량 생산 관점에서 설비의 유지 관리의 용이성을 개선할 수 있다.

Description

증착 시스템 및 공정 시스템
본 발명은 증착 시스템 및 공정 시스템에 관한 것이다.
기판 상에 박막을 형성하는 대표적인 방법으로 화학 기상 증착(Chemical Vapor Deposition, CVD) 및 원자층 증착(Atomic Layer Deposition, ALD)이 있다. CVD 및 ALD 공정에서는 다양한 반응물들을 사용하여 기판 표면에 박막을 형성할 수 있다. 공정 과정에서 액체 반응물들은 일반적으로 기체 상태로 상변화되어 반응 챔버로 공급된다. 증착 공정이 완료된 후에는, 공정 배기물들이 배기단으로 배출된다. 다만, 액체 반응물을 공급량을 늘리기 위해 기화기를 사용하게 되면서 액체 반응물들을 공급하는 캐니스터(canister)의 교체 주기가 짧아지고, 공정 배기물들의 증가로 인해 펌프(pump) 교체 시기가 짧아지고 있다. 또한, 캐니스터와 펌프를 교체할 때에는 증착 설비를 정지해야 한다는 문제가 있는 바, 대량 생산 관점에서 증착 설비의 유지 및 관리가 용이하도록 증착 시스템을 개선할 필요가 있다.
본 발명의 기술적 사상이 이루고자 하는 과제 중 하나는, 대량 생산 관점에서 증착 설비의 유지 및 관리가 용이한 증착 시스템을 제공하고자 하는 데에 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 증착 시스템은, 반응 챔버, 상기 반응 챔버에 기체 상태의 제1 전구체를 공급하는 제1 가스 공급부, 상기 반응 챔버에 상기 제1 전구체와 반응하는 반응물을 공급하는 반응물 공급부, 및 상기 반응 챔버에서 나온 배기물을 배출하는 배기부를 포함하고, 상기 제1 가스 공급부는 순차적으로 연결되는 제1 서브 탱크, 제1 액체 유량 컨트롤러, 및 제1 기화기를 포함하고, 상기 제1 전구체는 제1 자동 충진 시스템에 의해 상기 제1 가스 공급부의 상기 제1 서브 탱크에 액체 상태로 충진되고, 상기 제1 서브 탱크, 상기 제1 액체 유량 컨트롤러, 및 상기 제1 기화기를 순차적으로 경유하여 상기 반응 챔버로 공급되며, 상기 배기부는 플라즈마 전처리 시스템이 적용되는 처리 공정 챔버, 펌프, 및 스크러버를 포함한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 증착 시스템은, 반응 챔버, 자동 충진 시스템을 이용하여 상기 반응 챔버에 적어도 하나의 전구체를 기체 상태로 공급하는 적어도 하나의 가스 공급부, 상기 반응 챔버에 상기 전구체와 반응하는 반응물을 공급하는 반응물 공급부, 및 상기 반응 챔버에서 나온 배기물을 배출하는 배기부; 를 포함하고, 상기 적어도 하나의 가스 공급부는 상기 전구체가 저장되는 서브 탱크, 상기 전구체를 기체 상태로 상기 반응 챔버에 공급하기 위한 기화기, 및 상기 기화기로 공급되는 상기 전구체의 양을 조절하는 액체 유량 컨트롤러를 포함하며, 상기 배기부는 처리 공정 챔버, 펌프, 및 스크러버를 포함하고, 상기 처리 공정 챔버는 플라즈마 전처리 시스템을 이용하여 상기 배기물의 화학적 구조를 변화시킨 뒤 상기 펌프를 통해 상기 배기물을 배출한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 공정 시스템은, 액체 상태의 공정 물질을 서브 탱크에 자동으로 충진하는 적어도 하나의 자동 충진 시스템, 상기 서브 탱크에 저장된 상기 공정 물질을 기체 상태로 반응 챔버에 공급하는 가스 공급 시스템, 및 플라즈마 방전을 유도하여 상기 반응 챔버에서 배출된 배기물의 화학적 구조를 변화시키도록 동작하는 플라즈마 전처리 시스템을 포함하고, 상기 가스 공급 시스템은 상기 서브 탱크와 상기 반응 챔버 사이에 순차적으로 연결된 액체 유량 컨트롤러 및 기화기를 동작시키며, 상기 액체 유량 컨트롤러는 상기 기화기에 공급하는 상기 공정 물질의 양을 조절한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 증착 시스템은, 캐니스터를 주기적으로 교체하는 방법 대신 서브 탱크에 적용되는 자동 충진 시스템(Auto Refill System, ARS)을 이용함으로써, 액체 반응액을 항시 공급 가능한 상태로 유지시킬 수 있다. 또한, 배기부에는 플라즈마 전처리 시스템(Pre Plasma treatment System, PPS)을 적용함으로써 펌프의 수명을 증가시키고 스크러버의 효율을 개선할 수 있다.
본 발명의 다양하면서도 유익한 장점과 효과는 상술한 내용에 한정되지 않으며, 본 발명의 구체적인 실시 형태를 설명하는 과정에서 보다 쉽게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 증착 시스템의 개략적인 블록도이다.
도 2a 내지 도 2c는 본 발명의 일 실시예에 따른 증착 시스템에서, 반응 챔버의 종류를 설명하기 위한 도면들이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 증착 시스템에서, 버블러의 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 증착 시스템에서, 기화기의 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 증착 시스템에서, 자동 충진 시스템의 동작을 설명하기 위한 개략적인 흐름도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 증착 시스템에서, 배기물의 배출 과정을 설명하기 위한 개략적인 도면이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 증착 시스템에서, 플라즈마 전처리 시스템의 동작을 설명하기 위한 개략적인 흐름도이다.
도 8 내지 도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 증착 시스템의 개략적인 블록도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 형태들을 다음과 같이 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 증착 시스템의 개략적인 블록도이다.
도 1을 참조하면, 증착 시스템(1)은 반응 챔버(10), 가스 공급부(20), 배기부(30), 메인 탱크(40), 및 반응물 공급부(50)를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 증착 시스템(1)은 화학 기상 증착(CVD) 및/또는 원자층 증착(ALD) 공정이 진행되는 시스템일 수 있다. CVD 공정 및 ALD 공정은 공통적으로 전구체와 반응물을 반응 챔버(10)의 내부로 공급하여 반응시킴으로써 기판 상에 박막을 증착하는 과정으로 진행될 수 있다.
전구체는 상온에서 액체 또는 고체 상태로 존재할 수 있고, 가스 공급부(20)에 포함된 일 구성에 의해 기화되어 기체 상태로 반응 챔버(10)에 공급될 수 있다. 다만 이는 일 실시예에 불과할 뿐 한정되지 않고, 전구체는 상온에서 기체 상태로 존재할 수도 있다. 본 발명의 일 실시예에 따른 증착 시스템(1)에서, 전구체는 액체 반응물일 수 있다. 일례로 전구체는 금속 유기 전구체(metal organic precursor)일 수 있고, 3, 4, 5족 원소로 구성될 수 있다. 다만 이는 일 실시예에 불과할 뿐 한정되지 않고, 실시예들에 따라 다른 원소들로 구성될 수도 있다.
일반적인 증착 공정에서, 전구체를 기체 상태로 상변화시키기 위한 기화 장치로써 버블러(bubbler) 및/또는 기화기(vaporizer)가 이용될 수 있다. 일례로, 베이킹(baking) 방식을 이용하여 전구체를 기체 상태로 상변화시키고, 운반 가스를 이용하여 기체 전구체를 반응 챔버(10)로 공급할 수 있다. 한편, 운반 가스로 버블링(bubbling) 현상을 일으켜 액체 전구체를 기화시키고, 기체 전구체를 반응 챔버(10)로 공급할 수도 있다. 다만, 기화기를 사용하여 액체 전구체를 기체 상태로 상변화시켜야 할 수도 있다.
전술한 기화 장치들 중 어떤 장치을 이용할 것인지는 액체 전구체의 증기압에 따라 달라질 수 있다. 일례로 증기압이 낮은 전구체의 경우, 버블러를 사용하여 액체 전구체를 기화시키는데 어려움이 있을 수 있고, 기화기를 사용하여야할 수 있다. 반면 증기압이 높은 전구체의 경우 베이킹 방식만으로 전구체를 기화시킬 수도 있다.
한편, 기화기를 사용하여 액체 전구체를 기체 상태로 상변화시키는 경우, 버블러를 사용할 때보다 많은 양의 전구체를 반응 챔버(10)에 공급할 수 있다. 반응 챔버(10)에 공급되는 전구체의 양은 액체 유량 컨트롤러(Liquid Mass Flow Controller)에 의해 조절될 수 있다.
일반적으로, 반응 챔버(10)에 공급되는 전구체는 캐니스터에 저장될 수 있다. 이 때, 공정이 진행됨에 따라 캐니스터 내부에 전구체가 소정의 양보다 적어지는 경우, 다시 공정을 진행하기 위해서는 캐니스터를 교체해야 할 수 있다. 한편, 캐니스터를 교체하기 위해서는 공정 설비를 정지해야 할 수 있다. 일례로, 공정 설비 정지 기간동안에는 캐니스터의 교체와 함께 배관 내부의 불순물을 제거하는 클리닝 과정이 진행될 수 있다.
한편, 증착 공정이 진행되는 동안 및/또는 증착 공정이 완료된 후, 반응 챔버(10)의 배기단으로 배기물들이 배출될 수 있다. 일례로, 배기물들은 증착 공정 과정에서 반응하지 못한 기체 반응물이나 반응한 이후의 부산물들을 포함할 수 있다. 배기물들은 쉽게 고체 형태로 상변화하여 반응 챔버(10)의 배기단에 연결되는 펌프(32)에 축적될 수 있고, 무리를 줄 수 있다. 이에 따라 소모된 펌프를 교체하기 위해서는 공정 설비를 정지해야 할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 증착 시스템(1)에서, 반응 챔버(10)는 증착 공정이 진행되는 증착 챔버를 포함할 수 있다. 일례로, 증착 공정은 화학 기상 증착(CVD) 및/또는 원자층 증착(ALD) 공정일 수 있다. 다만, 이는 일 실시예에 불과할 뿐 한정되지 않고, 본 발명의 일 실시예에 따른 증착 시스템(1)의 반응 챔버(10)는 가스 분사가 이용되는 다른 공정이 진행되는 챔버를 포함할 수도 있다. 일례로, 반응 챔버(10)는 CMP 공정 후 세정 가스를 분사하여 세정을 진행하는 연마 공정 챔버, 소스 가스의 라디칼과 이온을 포함하는 플라즈마 등을 이용하여 웨이퍼 및/또는 웨이퍼 상에 형성된 소자층들 중 적어도 일부 영역을 제거하는 식각 공정 챔버 등을 포함할 수 있다. 한편, 증착 공정 이외의 기타 공정이 진행되는 경우, 반응 챔버(10)로 공급되는 기체는 전구체로 한정되지 않을 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 증착 시스템(1)에서, 반응 챔버(10)로 공급되는 액체 전구체는 메인 탱크(40)에 저장되어 있을 수 있다. 메인 탱크(40)에 저장되어 있던 액체 전구체는 자동 충진 시스템(Auto Refill System, ARS)에 의해 가스 공급부(20)로 충진될 수 있다. 일례로, 자동 충진 시스템(ARS)은 공정과 공정 사이에 동작할 수 있다. 일례로, 자동 충진 시스템(ARS)이 동작하면 메인 탱크(40)와 가스 공급부(20) 사이의 배관에는 상기 배관에 연결된 진공 펌프에 의해 음압이 형성될 수 있다. 형성된 음압에 의해 가스 공급부(20)에는 적정량의 액체 전구체가 충진될 수 있다. 다만, 이는 일 실시예에 불과할 뿐 한정되지 않고, 자동 충진 시스템(ARS)의 동작 시기와 방법은 실시예들에 따라 다를 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 증착 시스템(1)에서, 가스 공급부(20)는 서브 탱크(22), 액체 유량 컨트롤러(23), 및 기화기(24)를 포함할 수 있다. 일례로, 가스 공급부(20)는 기화기(24)에서 완전히 기화되지 못한 액체 전구체 등을 걸러내기 위한 필터(25)를 더 포함할 수 있다. 그 외에 가스 공급부(20)의 각 구성들 사이 및/또는 구성 내부에는 전구체의 공급을 조절하기 위한 복수의 밸브들이 배치될 수 있다. 다만, 이는 실시예에 불과할 뿐 한정되지 않고, 필요에 따라 밸브들의 개수 및 위치는 다양하게 결정될 수 있다.
서브 탱크(22)는 메인 탱크(40)로부터 충진되어 해당 공정에서 사용될 액체 전구체를 저장할 수 있다. 일례로, 서브 탱크(22)는 캐니스터일 수 있다. 액체 유량 컨트롤러(23)는 서브 탱크(22)에 저장된 액체 전구체를 단위 시간당 일정한 양으로 기화기(24)에 공급할 수 있다. 일례로, 상기 단위 시간당 일정한 양은 분당 약 1g~10g 범위에 해당할 수 있다. 다만, 이는 일 실시예에 불과할 뿐 한정되지 않고, 액체 전구체의 종류, 공정을 진행하기 위해 필요한 공급량, 및 한 번의 공정에서 증착이 일어나는 기판의 개수 등에 따라 다를 수 있다.
한편, 기화기(24)는 액체 전구체를 반응 챔버(10)에 공급하기 위해 기체 상태로 상변화시킬 수 있다. 기화기(24)의 동작 방법은 한 가지로 한정되지 않고, 실시예들에 따라 다양한 방법으로 동작하여 액체 전구체를 기화시킬 수 있다. 기체 상태의 전구체는 필터(25)를 거쳐 반응 챔버(10)로 공급될 수 있다.
일례로, 도 1에 도시된 가스 공급부(20)의 구성은 기화기(24)와 액체 유량 컨트롤러(23)를 사용하여 액체 전구체를 기화하는 경우에 해당할 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 따른 증착 시스템(1)에서, 가스 공급부(20)는 기화기(24)와 액체 유량 컨트롤러(23) 대신 버블러가 포함될 수도 있다. 버블러는 별도의 구성으로 포함될 수 있으나, 이에 한정되지 않고 서브 탱크(22)에 포함될 수도 있다. 본 발명의 일 실시예들에 따른 가스 공급부(20)의 동작에 대하여는 후술하기로 한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 증착 시스템(1)에 포함된 반응물 공급부(50)는 반응 챔버(10)에 전구체와 반응하여 박막을 형성하기 위한 반응물(reactant)을 공급할 수 있다. 일례로, 공급되는 반응물은 H2O, H2O2, O3, NH3 등 중 적어도 일부를 포함할 수 있다. 다만, 이는 일 실시예에 불과할 뿐 한정되지 않고, 실시예들에 따라 공급되는 반응물은 다를 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 증착 시스템(1)에서, 증착 공정이 진행되는 동안 및/또는 증착 공정이 완료된 후, 반응 챔버(10)의 배기단으로 배기물들이 배출될 수 있다. 배출된 배기물들은 배기부(30)를 통해 증착 시스템(1)으로부터 배출될 수 있다. 한편, 배기부(30)는 처리 공정 챔버(31), 펌프(32), 및 스크러버(33)를 포함할 수 있다.
증착 공정의 배기물들은 처리 공정 챔버(31)에서 플라즈마 전처리 시스템(Pre-Plasma treatment System, PPS)을 거친 뒤 펌프(32) 및 스크러버(33)를 통해 배출될 수 있다. 다만, 처리 공정 챔버(31)의 배치는 도 1에 도시된 형태로 한정되지 않고, 처리 공정 챔버(31)는 펌프(32)와 스크러버(33)의 사이에 배치될 수도 있다. 한편, 처리 공정 챔버(31)는 복수 개 설치되어 플라즈마 전처리 시스템(PPS)이 여러 번 반복적으로 적용될 수도 있다.
처리 공정 챔버(31)에서 배기물에 적용되는 플라즈마 전처리 시스템(PPS)은, 배기물에 반응성 가스를 공급한다. 일례로, 반응성 가스는 O2일 수 있다. 다만, 이는 실시예에 불과할 뿐 한정되지 않고, 실시예에 따라 다른 반응성 가스가 공급될 수도 있다. 배기물에 포함된 금속성 부산물과 반응성 가스가 반응하여 지르코니아(ZrO2) 등의 반응물들을 생성할 수 있다. 일례로, 지르코니아는 파우더 형태일 수 있다. 다만, 지르코니아 등의 반응물들은 배관 내벽에 적층되어 배기물의 배출을 방해하는 문제를 야기할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 증착 시스템(1)에서, 플라즈마 전처리 시스템(PPS)은 처리 공정 챔버(31) 내부에 플라즈마 방전을 유도할 수 있다. 한편, 플라즈마 방전에 의해 증착 공정의 배기물은 분해 성능이 향상되거나, 및/또는 흐름성이 좋고 안전한 물질로 치환될 수 있다. 이에 따라, 플라즈마 전처리 시스템(PPS)은 펌프(32)의 수명을 연장시키고, 스크러버(33)의 효율을 개선할 수 있다.
일례로, 플라즈마 전처리 시스템(PPS)을 적용하는 경우, 그렇지 않은 경우보다 펌프의 수명은 2배 내지 3배 가량 증가할 수 있다. 일례로, 플라즈마 전처리 시스템(PPS)을 적용하지 않은 경우 펌프의 교체 주기는 1달일 수 있고, 플라즈마 전처리 시스템(PPS)을 적용하는 경우 펌프의 교체 주기는 2달 내지 3달일 수 있다. 다만, 이는 일 실시예에 불과할 뿐 한정되지 않고, 펌프의 교체 주기는 공정 환경, 플라즈마 전처리 시스템(PPS)의 성능, 펌프의 성능 등에 따라 다를 수 있다. 또한, 플라즈마 전처리 시스템(PPS)의 적용에 의해 증가하는 펌프의 수명은 플라즈마 전처리 시스템(PPS)을 적용하지 않은 경우의 펌프의 수명보다 2배 이하이거나 3배 이상일 수도 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 증착 시스템(1)에서, 반응 챔버(10)의 배기단으로 배출되는 배기물은 여러가지 상태의 물질들을 포함할 수 있다. 펌프(32)는 음압을 이용하여 배기물을 배출시키는 역할을 할 수 있다. 스크러버(33)는 배기물 중 기체 상태의 배기 가스를 용해시켜 흡수시키는 역할을 할 수 있다. 다만, 이는 일 실시예에 불과할 뿐 한정되지 않고, 배기부(30)는 배기물을 안전하게 처리하여 배출하기 위한 다양한 방법들이 복합적으로 적용될 수 있고, 이에 필요한 추가적인 구성을 더 포함할 수도 있다.
도 2a 내지 도 2c는 본 발명의 일 실시예에 따른 증착 시스템에서, 반응 챔버의 종류를 설명하기 위한 도면들이다.
도 2a 내지 도 2c를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 증착 시스템에서, 반응 챔버는 기판 상면에 박막을 증착시키는 증착 공정이 진행되는 증착 챔버일 수 있다. 한편, 증착 챔버는 동시에 공정이 진행되는 기판의 개수에 따라 배치(batch) 타입, 세미배치(semi-batch) 타입, 싱글(single) 타입으로 분류될 수 있다. 일례로, 증착 공정이 진행되는 기판은 웨이퍼(Wa, Wb, Wc)일 수 있다. 다만, 실시예들에 따라 공정 대상은 웨이퍼(Wa, Wb, Wc)로 한정되지 않을 수 있다. 일례로, 웨이퍼(Wa, Wb, Wc)가 아닌 다른 다양한 기판들, 예컨대 디스플레이용 모기판(mother substrate)이 공정 대상일 수도 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 증착 시스템은, 반응 챔버의 종류에 관계없이 적용될 수 있다. 예컨대, 기존에는 공정 속도 향상을 위해 배치 타입의 반응 챔버를 주로 사용하였으나, 정밀 공정의 정확성을 위해 최근에는 싱글 타입의 반응 챔버 사용이 증가하고 있는 추세인 바, 대량 생산 관점에서 설비의 유지 및 관리는 더욱 중요할 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 따른 증착 시스템은 설비의 유지 및 관리를 더욱 용이하게 하고, 공정의 효율을 개선할 수 있다.
도 2a를 참조하면, 공정이 진행되는 반응 챔버(10a)는 배치 타입일 수 있다. 일례로, 배치 타입의 반응 챔버(10a)는 복수 개의 웨이퍼들(Wa)에 대해 동시에 공정을 진행할 수 있다. 일례로, 반응 챔버(10a)로 공급된 기체 상태의 전구체는 특정 배열로 배치된 웨이퍼들(Wa)의 상면에 박막을 증착시킬 수 있다. 다만, 도 2a에 도시된 실시예에 한정되는 것은 아니고, 배치 타입의 반응 챔버(10a) 내부 형태는 실시예에 따라 다를 수 있다.
도 2b를 참조하면, 공정이 진행되는 반응 챔버(10b)는 세미배치 타입일 수 있다. 일례로, 세미배치 타입의 반응 챔버(10b)는 복수 개의 웨이퍼들(Wb)에 대해 동시에 공정을 진행할 수 있다. 일례로, 반응 챔버(10b)로 공급된 기체 상태의 전구체는 특정 배열로 배치된 웨이퍼들(Wb)의 상면에 박막을 증착시킬 수 있다. 다만, 도 2b에 도시된 실시예에 한정되는 것은 아니고, 세미배치 타입의 반응 챔버(10b) 내부 형태는 실시예에 따라 다를 수 있다.
일례로, 세미배치 타입의 반응 챔버(10b)에서 동시에 공정이 진행되는 웨이퍼들(Wb)의 개수는 도 2a에 도시된 배치 타입의 반응 챔버(10a)에서 동시에 공정이 진행되는 웨이퍼들(Wa)의 개수보다 적을 수 있다. 다만, 배치 타입의 반응 챔버(10a)와 비교하였을 때, 세미배치 타입의 반응 챔버(10b)에서는 정밀 공정의 정확성이 향상될 수 있다.
도 2c를 참조하면, 공정이 진행되는 반응 챔버(10c)는 싱글 타입일 수 있다. 일례로, 싱글 타입의 반응 챔버(10c)는 한 번에 웨이퍼(Wc) 한 개씩 공정을 진행할 수 있다. 공정 속도 측면에서는 배치 타입의 반응 챔버(10a)에 비해 불리하나, 높은 정밀도를 이용하여 웨이퍼(Wc) 상면에 박막을 균일하게 증착시킬 수 있다. 다만, 도 2c에 도시된 실시예에 한정되는 것은 아니고, 싱글 타입의 반응 챔버(10b) 내부 형태는 실시예에 따라 다를 수 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 증착 시스템에서, 버블러의 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 증착 시스템에서, 가스 공급부(120)에 포함된 서브 탱크(122)는 액체 전구체(LP)를 기화시켜 기체 전구체(GP) 상태로 반응 챔버에 공급하기 위한 버블러(B)를 포함할 수 있다. 한편, 버블러(B)는 서브 탱크(122)와 별도의 장치로 가스 공급부(120)에 포함될 수도 있다.
일례로, 서브 탱크(122)에는 액체 전구체(LP)가 소정의 높이(H)까지 채워질 수 있다. 버블러(B)는 제1 높이(h1)에 운반 가스(G)를 분사할 수 있다. 일례로, 제1 높이(h1)는 액체 전구체(LP)가 채워진 소정의 높이(H)보다 낮을 수 있다. 다시 말해, 운반 가스(G)는 액체 전구체(LP) 내부에 직접 분사될 수 있다. 일례로, 운반 가스(G)는 반응성이 낮은 N2 등의 기체일 수 있다. 다만, 이는 실시예에 불과할 뿐 한정되지 않고, 실시예들에 따라 다양한 운반 가스(G)가 사용될 수 있다.
한편, 운반 가스(G)의 분사에 의해 액체 전구체(LP)에는 버블링(bubbling) 현상이 나타날 수 있고, 액체 전구체(LP)는 기체 전구체(GP)로 기화할 수 있다. 기체 전구체(GP)는 배관을 통해 반응 챔버로 공급될 수 있다. 일례로, 기체 전구체(GP)가 빠져나가는 배관의 입구는 액체 전구체(LP) 표면의 상부에 배치될 수 있다. 다만, 이는 실시예에 불과할 뿐 한정되지 않고, 실시예에 따라 배관의 입구는 액체 전구체(LP) 표면에 근접하여 배치되거나, 또는 기체 전구체(GP)가 빠져나갈 수 있는 다양한 방법으로 배치될 수 있다.
버블링 현상이 일어날 수 있는 액체 전구체(LP)는 소정의 증기압을 가지는 물질일 수 있다. 일례로, 100℃에서 약 1Torr 이상의 증기압을 가지는 액체 전구체(LP)를 사용하는 증착 공정의 경우, 버블러(B)를 이용하여 액체 전구체(LP)를 기화시킬 수 있다. 다만, 이는 일 실시예에 불과할 뿐 한정되지 않고, 높은 증기압을 갖는 액체 전구체(LP)를 이용하는 증착 시스템이더라도 공급량을 향상시키기 위한 목적으로 버블러(B)가 아닌 후술할 기화기를 이용할 수도 있다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 증착 시스템에서, 기화기의 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 4를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 증착 시스템에서, 가스 공급부(220)는 서브 탱크(222)와 함께, 액체 유량 컨트롤러(223) 및 기화기(224)를 포함할 수 있다. 액체 유량 컨트롤러(223)는 기화기(224)로 공급되는 액체 전구체(LP)의 양을 조절할 수 있다. 기화기는 액체 유량 컨트롤러(223)로부터 공급된 액체 전구체(LP)를 기화시켜 기체 전구체(GP) 상태로 반응 챔버에 공급할 수 있다.
일례로, 서브 탱크(222)에는 액체 전구체(LP)가 소정의 높이(H)까지 채워질 수 있다. 액체 전구체(LP)를 액체 유량 컨트롤러(223)로 공급하기 위해, 서브 탱크(222)의 제2 높이(h2)에는 운반 가스(G)가 분사될 수 있다. 일례로, 제2 높이(h2)는 액체 전구체(LP)가 채워진 소정의 높이(H)보다 높을 수 있다. 다시 말해, 운반 가스(G)는 액체 전구체(LP)의 표면에 분사될 수 있다.
한편, 운반 가스(G)의 분사에 의해 액체 전구체(LP)의 일부는 제1 배관(L1)을 따라 액체 유량 컨트롤러(223)로 공급될 수 있다. 일례로, 제1 배관(L1)의 입구는 액체 전구체(LP)가 채워진 소정의 높이(H)보다 낮은 제3 높이(h3)에 배치될 수 있다. 다만, 이는 일 실시예에 불과할 뿐 한정되지 않을 수 있다.
액체 전구체(LP)는 액체 유량 컨트롤러(223)에 의해 조절된 양만큼 제2 배관(L2)을 따라 기화기(224)로 공급될 수 있다. 한편, 기화기(224)를 이용하여 기체 상태로 상변화한 기체 전구체(GP)는 제3 배관(L3)을 따라 반응 챔버로 공급될 수 있다. 다시 말해, 제1 배관(L1) 및 제2 배관(L2)을 지나는 전구체는 액체 전구체(LP)일 수 있고, 제3 배관(L3)을 지나는 전구체는 기체 전구체(GP)일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 증착 시스템에서, 기화기(224)를 이용하는 액체 전구체(LP)는 낮은 증기압을 갖는 물질일 수 있다. 다만, 이는 일 실시예에 불과할 뿐 한정되지 않고, 증기압의 크기와 무관하게 기체 전구체(GP)의 공급량을 증가시키기 위한 목적으로 기화기(224)를 이용할 수도 있다.
도 3, 4를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 증착 시스템에서, 전구체를 기화시키기 위한 버블러 또는 기화기는 다른 구성들과 연관되어 전체적인 하나의 시스템으로 동작할 수 있다. 다만, 이는 일 실시예에 불과할 뿐 한정되지 않고, 다른 구성들의 동작과 무관하게 별개의 시스템에 의해 동작할 수도 있다. 일례로, 버블러 또는 기화기는 별도의 가스 공급 시스템에 의해 동작할 수 있다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 증착 시스템에서, 자동 충진 시스템의 동작을 설명하기 위한 개략적인 흐름도이다.
도 5를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 증착 시스템은 자동 충진 시스템이 적용됨으로써 메인 탱크에서 서브 탱크로 액체 전구체가 충진될 수 있다. 일례로, 자동 충진 시스템은 서브 탱크에 채워진 액체 전구체가 소정의 양 이상인지 여부를 확인할 수 있다(S100). 상기 소정의 양은 다음 번 공정을 진행하기 위해 필요한 액체 전구체의 양일 수 있다. 다만, 이는 일 실시예에 불과할 뿐 한정되지 않고, 필요에 따라 서브 탱크에는 공정 상 여유분 이상의 액체 전구체가 더 채워질 수도 있다.
서브 탱크에 채워진 액체 전구체가 소정의 양보다 적은 경우, 자동 충진 시스템이 동작하여 메인 탱크에 저장된 액체 전구체를 서브 탱크에 충진할 수 있다(S110). 일례로, 메인 탱크와 서브 탱크 사이에는 진공 펌프가 배치될 수 있고, 액체 전구체는 상기 진공 펌프로 형성된 음압을 이용하여 자동으로 충진이 이루어질 수 있다. 한편, 서브 탱크에 채워진 액체 전구체가 소정의 양 이상인 경우, 앞서 서술한 증착 공정이 진행될 수 있다(S120).
증착 공정이 완료된 후(S130), 증착 공정을 계속 진행할 것인지 여부를 확인하고(S140), 증착 공정을 계속 진행하고자 하는 경우에는 S100의 단계부터 다시 반복될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 증착 시스템에 적용되는 자동 충진 시스템은, 캐니스터를 지속적으로 교체하는 대신 서브 탱크에 액체 전구체를 충진하며 증착 공정을 진행할 수 있다. 이를 통해 캐니스터를 교체하기 위한 설비 정지 기간을 공정 기간으로 활용함으로써 공정 효율을 개선할 수 있다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 증착 시스템에서, 배기물의 배출 과정을 설명하기 위한 개략적인 도면이다.
도 6을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 증착 시스템에서, 증착 공정에서 생성되는 배기물(WP)들은 반응 챔버의 배기단을 통해 배기부(30)로 배출될 수 있다. 일례로, 배기부(30)는 배기물(WP)의 화학적 구조를 변화시키는 플라즈마 전처리 시스템(PPS)이 적용되는 처리 공정 챔버(31), 펌프(32), 및 스크러버(33)를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 증착 시스템에서, 플라즈마 전처리 시스템은 반응 챔버에서 배출된 배기물(WP)을 분해 및/또는 치환하여 배출을 용이하게 할 수 있다. 일례로, 배기물(WP)은 처리 공정 챔버(31)에서 플라즈마 전처리 시스템이 적용될 수 있다. 다만, 플라즈마 전처리 시스템은 본 발명의 일 실시예에 따른 증착 시스템에 적용되는 것으로 한정되지 않고, 증착 공정뿐만 아니라 배기물(WP)을 배출하는 다른 공정에도 적용될 수 있다. 일례로, 플라즈마 전처리 시스템은 애싱(ashing), 에칭(etching), 세정(cleaning), 어닐링(annealing) 등의 공정에도 적용될 수 있다.
한편, 플라즈마 전처리 시스템이 적용되기 전의 배기물(WP)은 미처 반응하지 못한 전구체 및/또는 반응하고 남은 부산물일 수 있다. 일례로, 배기물(WP)은 지르코니아 등과 같이 상대적으로 복잡한 구조를 갖는 물질일 수 있다. 이에 따라, 플라즈마 전처리 시스템의 적용없이 그대로 배출되는 경우, 펌프(32)에 무리를 주거나, 배기물(WP)이 배관에 축적되는 등의 문제로 인해 펌프(32)의 수명이 줄어들 수 있다.
처리 공정 챔버(31)에는 플라즈마 전처리 시스템이 적용될 수 있다. 플라즈마 전처리 시스템은 반응성 가스(RG)를 공급하고, 플라즈마 방전을 유도하는 과정을 포함할 수 있다. 일례로, 반응성 가스(RG)는 O2일 수 있다. 플라즈마 방전에 의해 분해 성능이 높아진 배기물들은 전하를 갖는 이온으로 분해될 수 있다. 일례로, 플라즈마 전처리 시스템이 적용된 배기물들은 N3-, O2-, H+, Mx+, C, e-(전자) 등을 포함할 수 있다. 다만, 이는 일 실시예에 불과할 뿐 한정되지 않고, 플라즈마 전처리 시스템에 의한 동작 및 분해된 배기물들은 실시예들에 따라 상이할 수도 있다.
한편, 펌프(32)로 이동한 이온 상태의 배기물들은 재결합하여 새로운 물질을 형성할 수 있다. 일례로, 펌프(32)에는 MOX, NO2, H2O, CO2, 등이 포함될 수 있다. 다만, 이는 일 실시예에 불과할 뿐 한정되지 않고, 그 외에 다양한 물질들을 포함할 수도 있다. 일례로, 펌프(32)에는 재결합되지 않은 H+(양이온)가 포함되어 있을 수도 있다.
스크러버(33)는 남아 있는 배기물들 중 적어도 일부를 용해시켜 배출할 수 있다. 한편, 플라즈마 전처리 시스템이 적용된 배기물들은 초기 배기물(WP)과 비교하여 상대적으로 간단한 구조를 가지는 물질로 분해 및/또는 치환되므로, 스크러버(33)의 효율은 증가할 수 있다. 일례로, 스크러버(33)를 통해 외부로 배출되는 배기물은 MOX, NO2, H2O, CO2, H2 등의 형태일 수 있다. 다만, 이는 일 실시예에 불과할 뿐 한정되지 않고, 그 외에 다양한 물질들을 포함할 수도 있다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 증착 시스템에서, 플라즈마 전처리 시스템의 동작을 설명하기 위한 개략적인 흐름도이다.
도 7을 참조하면, 플라즈마 전처리 시스템 동작은 모든 공정 과정에서 항상 진행되는 것은 아닐 수 있다. 따라서, 본 발명의 일 실시예에 따른 증착 시스템은 플라즈마 전처리 시스템의 동작 여부를 결정하는 단계(S200)를 거칠 수 있다. 플라즈마 전처리 시스템은 공정 도중 및/또는 공정과 공정 사이에 동작할 수 있다. 플라즈마 전처리 시스템이 동작하지 않는 경우, 반응 챔버에서 배출된 배기물은 펌프와 스크러버를 거쳐 외부로 배출될 수 있다.
플라즈마 전처리 시스템이 동작하는 경우, 처리 공정 챔버에는 반응성 가스가 투입될 수 있다(S210). 일례로, 앞서 서술한 바와 같이 반응성 가스는 O2일 수 있다. 반응성 가스는 반응 챔버에서 배출된 배기물과 반응하여 분해될 수 있다.
다만, 완전히 분해되지 않은 파우더 형태의 배기물은 펌프에 축적되어 펌프의 수명을 단축시킬 수 있는 바, 플라즈마 방전을 일으켜 분해 성능을 향상시킬 수 있다(S220). 일례로, 플라즈마 방전은 RF 플라즈마 방전 형태로 발생될 수 있다. 다만 이는 일 실시예에 불과할 뿐 한정되지 않고, 실시예들에 따라 DC 글로우 방전 등의 형태로 발생될 수도 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 증착 시스템에서, 플라즈마 전처리 시스템은 실시예에 따라 복수 회 반복되어 동작할 수도 있다. 따라서, 플라즈마 전처리 시스템을 반복하여 동작시킬 것인지 여부를 결정하는 단계(S230)를 거칠 수 있다. 이에 따라, S210 및 S220의 단계는 복수 회 반복될 수도 있다. 상기 단계들에 의해 분해 성능이 향상된 배기물은 펌프 및 스크러버를 통해 배출될 수 있다(S240). 다만, 전술한 바와 같이 이는 일 실시예에 불과할 뿐 한정되지 않고, 배기부의 구성 및 각 구성들의 배치는 실시예에 따라 달라질 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 증착 시스템에 적용되는 플라즈마 전처리 시스템은, 분해 성능이 향상된 배기물을 배출할 수 있도록 동작할 수 있다. 이에 따라, 펌프에 축적되는 배기물을 감소시켜 펌프의 수명을 연장시킬 수 있다. 또한, 스크러버의 효율을 증가시킴으로써 배기 효율을 개선할 수 있다.
도 8 내지 도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 증착 시스템의 개략적인 블록도이다.
도 8을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 증착 시스템(300)은 증착하려는 박막이 2원계 물질 또는 3원계 물질로 이루어진 경우의 증착 시스템일 수 있다. 일례로, 증착 시스템(300)은 도 1의 증착 시스템(1)에 도시된 각 구성들에 대응되는 구성들을 포함할 수 있다. 한편, 가스 공급부(20)에 대응되는 제1 가스 공급부(320a)와 함께, 제2 가스 공급부(320b)를 더 포함할 수 있다.
증착하려는 박막의 일 성분인 제1 전구체는 제1 메인 탱크(340a)로부터 제1 자동 충진 시스템(ARS_a)에 의해 제1 가스 공급부(320a)에 충진될 수 있다. 제1 가스 공급부(320a)는 반응 챔버(310)에 기체 상태의 제1 전구체를 공급할 수 있고, 제2 가스 공급부(320b)는 반응 챔버(310)에 제1 전구체와 다른 제2 전구체를 기체 상태로 공급할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 증착 시스템(300)에서, 제2 가스 공급부(320b)는 제1 가스 공급부(320a)에 대응되는 구성들을 포함할 수 있다. 일례로, 제2 가스 공급부(320b)는 제2 서브 탱크(322b), 제2 액체 유량 컨트롤러(323b), 제2 기화기(324b), 및 제2 필터(325b)를 포함할 수 있다. 제2 서브 탱크(322b)는 제2 메인 탱크(340b)로부터 제2 자동 충진 시스템(ARS_b)에 의해 충진된 제2 전구체를 저장할 수 있다.
한편, 제1 전구체 및 제2 전구체는 반응 챔버(310)에서 반응물 공급부(350)로부터 공급된 반응물(reactant)과 반응하여 기판 상에 박막을 형성할 수 있다. 증착 공정에 의해 배출되는 배기물들은 도 6에 도시된 플라즈마 전처리 시스템이 적용된 후 외부로 배출될 수 있다. 그 외의 구성들의 특징 및 동작은 도 1에 도시된 증착 시스템(1)과 동일할 수 있다. 다만, 이는 일 실시예에 불과할 뿐 한정되지 않고, 제1 전구체와 제2 전구체의 물성 차이에 따라 제1 가스 공급부(320a)와 제2 가스 공급부(320b)의 구성은 서로 다른 특징을 가질 수도 있다.
도 9를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 증착 시스템(400)은 증착하려는 박막이 2원계 물질 또는 3원계 물질로 이루어진 경우의 증착 시스템일 수 있다. 일례로, 도 1의 증착 시스템(1)에 도시된 가스 공급부(20)에 대응되는 제1 가스 공급부(420a)와 함께, 제2 가스 공급부(420b)를 더 포함할 수 있다.
증착하려는 박막의 일 성분인 제1 전구체는 제1 메인 탱크(440a)로부터 제1 자동 충진 시스템(ARS_a)에 의해 제1 가스 공급부(420a)에 충진될 수 있다. 제1 가스 공급부(420a)는 반응 챔버(410)에 기체 상태의 제1 전구체를 공급할 수 있다. 제1 전구체와 다른 제2 전구체는 제2 메인 탱크(440b)로부터 제2 자동 충진 시스템(ARS_b)에 의해 제2 서브 탱크(422b)에 충진될 수 있다. 제2 가스 공급부(420b)는 반응 챔버(410)에 제2 전구체를 기체 상태로 공급할 수 있다.
한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 증착 시스템(400)에 포함된 제2 가스 공급부(420b)는, 도 8에 도시된 증착 시스템(300)에 포함된 제2 가스 공급부(320b)와는 달리 버블러를 이용하여 제2 전구체를 기화시킬 수 있다. 일례로, 운반 가스 공급부(421b) 제2 서브 탱크(422b)에 운반 가스(carrier gas)를 공급할 수 있다. 일례로, 운반 가스는 반응성이 낮은 N2 등의 기체일 수 있다. 제2 서브 탱크(422b)에 저장되어 있던 액체 상태의 제2 전구체는 베이킹(baking) 및/또는 버블링(bubbling) 방식에 의해 기화되어 반응 챔버(410)으로 공급될 수 있다.
한편, 제1 전구체 및 제2 전구체는 반응 챔버(410)에서 반응물 공급부(450)로부터 공급된 반응물과 반응하여 기판 상에 박막을 형성할 수 있다. 증착 공정에 의해 배출되는 배기물들은 도 6에 도시된 플라즈마 전처리 시스템이 적용된 후 외부로 배출될 수 있다. 그 외의 구성들의 특징 및 동작은 도 1에 도시된 증착 시스템(1)과 동일할 수 있다. 다만, 이는 일 실시예에 불과할 뿐 한정되지 않고, 제1 전구체와 제2 전구체의 물성 차이에 따라 제1 가스 공급부(420a)와 제2 가스 공급부(420b)의 구성은 서로 다른 특징을 가질 수도 있다.
도 10을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 증착 시스템(500)은 도 1의 증착 시스템(1)에 도시된 가스 공급부(20)에 대응되는 제1 가스 공급부(520a)와 함께, 복수의 가스 공급부들(520b, 520c, ..., 520n)을 더 포함할 수 있다. 일례로, 도 10에 도시된 증착 시스템(500)의 적어도 일부는 도 8에 도시된 증착 시스템(300) 및/또는 도 9에 도시된 증착 시스템(400)과 동일할 수 있다.
제1 가스 공급부(520a)는 반응 챔버(510)에 기체 상태의 제1 전구체를 공급할 수 있다. 일례로, 제n 가스 공급부는 반응 챔버(510)에 기체 상태의 제n 전구체를 공급할 수 있다.
가스 공급부들(520a, 520b, ..., 520n) 및 반응물 공급부(550)의 개수는 기판 상에 증착되는 박막의 성분에 의해 결정될 수 있다. 일례로, 2원계 물질로 구성되는 박막의 경우 1개의 가스 공급부(520a) 및 반응물 공급부(550)를 포함하는 증착 시스템에 의해 증착 공정이 진행될 수 있다. 또한, 3원계 물질로 구성되는 박막의 경우 2개의 가스 공급부(520a, 520b) 및 반응물 공급부(550)를 포함하는 증착 시스템에 의해 증착 공정이 진행될 수 있다. 다만 이는 일 실시예에 불과할 뿐 한정되지 않고, 증착 공정 방법에 따라 박막의 구성 원소의 개수와 가스 공급부(520a, 520b, ..., 520n) 및 반응물 공급부(550)의 개수는 다를 수도 있다.
한편, 복수의 가스 공급부들(520a, 520b, ..., 520n)은 각각 독립적인 구성들을 포함할 수 있다. 일례로, 복수의 가스 공급부들(520a, 520b, ..., 520n)은 모두 도 1에 도시된 증착 시스템과 유사하게 기화기를 포함하는 가스 공급부일 수 있다. 다만, 이에 한정되지 않고, 복수의 가스 공급부들(520a, 520b, ..., 520n)중 적어도 일부는 버블러를 포함하는 가스 공급부일 수도 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 증착 시스템에서, n개의 가스 공급부들(520a, 520b, ..., 520n)로부터 각각 공급되는 제1 전구체 내지 제n 전구체는 반응물 공급부(550)로부터 공급된 반응물과 반응하여 기판 상에 박막을 형성할 수 있다.
증착 공정에 의해 배출되는 배기물들은 도 6에 도시된 플라즈마 전처리 시스템이 적용된 후 외부로 배출될 수 있다. 그 외의 구성들의 특징 및 동작은 도 1에 도시된 증착 시스템(1)과 동일할 수 있다. 다만, 이는 일 실시예에 불과할 뿐 한정되지 않고, 제1 전구체 내지 제n 전구체들의 물성 차이에 따라 제1 가스 공급부(520a) 내지 제n 가스 공급부(520n)의 구성은 서로 다른 특징을 가질 수도 있다.
본 발명은 상술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니며 첨부된 청구범위에 의해 한정하고자 한다. 따라서, 청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 당 기술분야의 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 형태의 치환, 변형 및 변경이 가능할 것이며, 이 또한 본 발명의 범위에 속한다고 할 것이다.

Claims (20)

  1. 반응 챔버;
    제1 메인 탱크에 저장된 액체 상태의 제1 전구체를 상기 반응 챔버에 기체 상태로 공급하는 제1 가스 공급부;
    상기 반응 챔버에 상기 제1 전구체와 반응하는 반응물을 공급하는 반응물 공급부; 및
    상기 반응 챔버에서 생성되는 배기물을 배출하는 배기부; 를 포함하고,
    상기 제1 가스 공급부는 순차적으로 연결되는 제1 서브 탱크, 제1 액체 유량 컨트롤러, 및 제1 기화기를 포함하고,
    제1 자동 충진 시스템에 의해 상기 제1 서브 탱크에 충진된 상기 제1 전구체는, 상기 제1 서브 탱크, 상기 제1 액체 유량 컨트롤러, 및 상기 제1 기화기를 순차적으로 경유하여 상기 반응 챔버로 공급되며,
    상기 제1 자동 충진 시스템은 상기 제1 메인 탱크와 상기 제1 가스 공급부 사이의 배관에 음압을 형성하고, 상기 제1 메인 탱크에 저장된 액체 상태의 상기 제1 전구체를 상기 제1 서브 탱크에 주기적으로 충진하여 상기 제1 전구체가 상기 반응 챔버에 공급될 수 있는 상태를 유지하도록 동작하고,
    상기 배기부는 상기 배기물의 분해 성능을 증가시키는 플라즈마 전처리 시스템이 적용되는 처리 공정 챔버, 펌프, 및 스크러버를 포함하는 증착 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 액체 유량 컨트롤러는 상기 제1 전구체를 단위 시간당 일정한 양으로 상기 제1 기화기에 공급하는 증착 시스템.
  3. 제1항에 있어서,
    제2 메인 탱크에 저장된 액체 상태의 제2 전구체를 상기 반응 챔버에 기체 상태로 공급하는 제2 가스 공급부; 를 더 포함하고,
    상기 제2 가스 공급부는 상기 제2 전구체를 저장하는 제2 서브 탱크를 포함하며,
    상기 제2 전구체는 상기 제1 전구체와 다른 원소로 구성되는 증착 시스템.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 제2 가스 공급부는 상기 제1 가스 공급부와 다른 별도의 경로를 통해 상기 제2 전구체를 상기 반응 챔버로 공급하는 증착 시스템.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 제2 가스 공급부에는 상기 제1 자동 충진 시스템과 별개로 동작하는 제2 자동 충진 시스템이 적용되고,
    상기 제2 자동 충진 시스템은 상기 제2 메인 탱크에 저장된 액체 상태의 상기 제2 전구체를 상기 제2 서브 탱크에 주기적으로 충진하도록 동작하는 증착 시스템.
  6. 제3항에 있어서,
    상기 제2 가스 공급부는 버블러 또는 기화기 중 어느 하나의 기화 장치를 더 포함하고,
    상기 기화 장치는 상기 제2 전구체의 증기압 및 상기 제2 전구체의 필요 공급량에 따라 결정되며,
    상기 결정된 기화 장치에 의해 기화된 상기 제2 전구체는 상기 반응 챔버에 공급되는 증착 시스템.
  7. 제3항에 있어서,
    상기 제2 가스 공급부는 상기 제2 서브 탱크와 상기 반응 챔버 사이에 순차적으로 연결되는 제2 액체 유량 컨트롤러, 및 제2 기화기를 더 포함하고,
    상기 제2 액체 유량 컨트롤러는 상기 제2 전구체의 유량을 조절하여 상기 제2 기화기로 공급하고,
    상기 제2 기화기는 상기 제2 전구체를 기화시켜 상기 반응 챔버에 공급하는 증착 시스템.
  8. 제3항에 있어서,
    상기 제2 가스 공급부는 운반 가스 공급부 및 버블러를 더 포함하고,
    상기 운반 가스 공급부는 운반 가스를 상기 제2 서브 탱크에 주입하고,
    상기 버블러는 상기 운반 가스를 이용하여 버블링(bubbling) 현상을 발생시키며,
    상기 버블링 현상에 의해 기화된 상기 제2 전구체는 상기 반응 챔버에 공급되는 증착 시스템.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 제2 전구체의 증기압은 100℃에서 1Torr 이상인 증착 시스템.
  10. 제3항에 있어서,
    상기 제2 가스 공급부는 운반 가스 공급부를 더 포함하고,
    상기 운반 가스 공급부는 운반 가스를 상기 제2 서브 탱크에 주입하며,
    베이킹(baking) 방식으로 기화된 상기 제2 전구체는 상기 반응 챔버에 공급되는 증착 시스템.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 제1 가스 공급부는 상기 제1 기화기와 상기 반응 챔버 사이에 배치되는 필터; 를 더 포함하는 증착 시스템.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 반응 챔버는 배치(batch), 세미 배치(semi-batch), 또는 싱글(single) 타입인 것을 특징으로 하는 증착 시스템.
  13. 제1항에 있어서,
    상기 플라즈마 전처리 시스템은 상기 배기물에 반응성 가스를 공급한 뒤, 플라즈마 방전을 유도함으로써 동작하는 증착 시스템.
  14. 반응 챔버;
    상기 반응 챔버에 적어도 하나의 전구체를 기체 상태로 각각 공급하는 적어도 하나의 가스 공급부;
    상기 반응 챔버에 상기 전구체와 반응하는 반응물을 공급하는 반응물 공급부; 및
    상기 반응 챔버에서 생성되는 배기물을 배출하는 배기부; 를 포함하고,
    상기 적어도 하나의 가스 공급부는 각각,
    메인 탱크에 연결된 배관에 음압을 형성하여 상기 전구체를 주기적으로 충진함으로써 상기 전구체가 상기 반응 챔버에 공급될 수 있는 상태를 유지시키는 자동 충진 시스템이 적용되는 서브 탱크;
    상기 전구체를 기체 상태로 상기 반응 챔버에 공급하기 위한 기화기, 및
    상기 기화기로 공급되는 상기 전구체의 양을 조절하는 액체 유량 컨트롤러; 를 포함하며,
    상기 배기부는 처리 공정 챔버, 펌프, 및 스크러버를 포함하고,
    상기 처리 공정 챔버는 상기 배기물의 화학적 구조를 변화시키는 플라즈마 전처리 시스템을 적용한 뒤, 상기 펌프를 통해 상기 배기물을 배출하는 증착 시스템.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 자동 충진 시스템은 상기 전구체를 사용한 제1 공정과 상기 제1 공정 이후에 진행되는 제2 공정 사이에 상기 전구체를 상기 서브 탱크에 자동으로 충진하는 것을 특징으로 하는 증착 시스템.
  16. 제14항에 있어서,
    상기 플라즈마 전처리 시스템은 상기 반응 챔버에서의 공정과 별개로, 필요에 따라 선택적으로 동작하도록 제어되는 증착 시스템.
  17. 액체 상태의 공정 물질이 저장된 메인 탱크와 연결된 배관에 음압을 형성하여 상기 액체 상태의 공정 물질을 상기 배관과 연결된 서브 탱크에 자동으로 충진하고, 상기 서브 탱크에 저장된 상기 공정 물질을 일정량 이상 유지시키는 적어도 하나의 자동 충진 시스템;
    상기 서브 탱크에 저장된 상기 공정 물질을 기체 상태로 반응 챔버에 공급하는 가스 공급 시스템; 및
    플라즈마 방전을 유도하여 상기 반응 챔버에서 배출된 배기물의 화학적 구조를 변화시키도록 동작하는 플라즈마 전처리 시스템; 을 포함하고,
    상기 가스 공급 시스템은 상기 서브 탱크와 상기 반응 챔버 사이에 순차적으로 연결된 액체 유량 컨트롤러 및 기화기를 동작시키며,
    상기 액체 유량 컨트롤러는 상기 기화기에 공급하는 상기 공정 물질의 양을 조절하는 공정 시스템.
  18. 제17항에 있어서,
    상기 공정 물질은 증착(Deposition) 공정, 에칭(Etching) 공정, 세정(Cleaning) 공정, 애싱(Ashing) 공정, 및 어닐링(Annealing) 공정 중 하나에서 사용되고,
    상기 가스 공급 시스템은 기체 상태의 상기 공정 물질을 상기 반응 챔버에 주기적으로 공급하는 공정 시스템.
  19. 제17항에 있어서,
    상기 가스 공급 시스템은 복수의 가스 공급부를 포함하고,
    상기 복수의 가스 공급부는 복수의 공정 물질들을 각각 상기 반응 챔버에 공급하는 공정 시스템.
  20. 제19항에 있어서,
    상기 복수의 가스 공급부 중 적어도 일부는 서로 상이한 메커니즘으로 동작하는 공정 시스템.
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