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KR100800377B1 - 화학기상증착설비 - Google Patents

화학기상증착설비 Download PDF

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KR100800377B1
KR100800377B1 KR1020060085956A KR20060085956A KR100800377B1 KR 100800377 B1 KR100800377 B1 KR 100800377B1 KR 1020060085956 A KR1020060085956 A KR 1020060085956A KR 20060085956 A KR20060085956 A KR 20060085956A KR 100800377 B1 KR100800377 B1 KR 100800377B1
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KR
South Korea
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gas
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reaction
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김진성
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삼성전자주식회사
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    • C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
    • C23C16/44—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating
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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
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Abstract

본 발명은 생산성을 증대 또는 극대화할 수 있는 화학기상증착설비를 개시한다. 그의 설비는, 소정의 밀폐된 공간을 제공하는 반응 챔버; 상기 반응 챔버 내에 제 1 반응 가스를 공급하는 반응 가스 공급부; 상기 반응 가스 공급부와 상기 반응 챔버가 연통되어 상기 제 1 반응 가스가 유동되는 반응 가스 공급라인; 상기 반응 가스 공급라인으로 공급되는 상기 제 1 반응 가스와 혼합되는 제 2 반응 가스를 생성하는 원료로 사용되는 적어도 하나 이상의 액상 원료물질을 공급하는 원료공급부; 상기 원료공급부에서 공급되는 상기 액상 원료물질을 상기 반응 가스 공급라인으로 유동시키는 액상 원료 공급라인; 상기 액상 원료 공급라인과 상기 반응 가스 공급 라인이 서로 연결되는 부분에서 상기 액상 원료물질을 분사하여 기화시키는 기화기; 및 상기 기화기에서 상기 액상 원료물질이 내벽에 착상되거나, 상기 기화기에서 기화되는 상기 액상 원료물질과 상기 제 1 반응 가스의 화학결합에 의해 석출되는 석출물을 제거하여 상기 기화기를 세정토록 형성된 세정 모듈을 포함하여 이루어진다.
화학기상증착(CVD), PECVD(Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition), TEOS(Tetraethoxysilane, Si(OC 2 H 5 ) 4), 인젝터(injector)

Description

화학기상증착설비{Equipment for chemical vapor deposition }
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 화학기상증착설비를 개략적으로 나타낸 다이아 그램.
도 2는 도 1의 TEOS 공급부 및 세정 모듈을 나타내는 다이아 그램.
도 3은 본 발명의 인젝터 세정방법을 나타내는 흐름도.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *
100 : 웨이퍼 200 : 반응 챔버
302 : 배기 라인 400 : 활성 가스 공급부
500 : 퍼지 가스 공급부 600 : TEOS 공급부
700 : 인젝터 800 : 세정 모듈
본 발명은 반도체 제조설비에 관한 것으로, 상세하게는 웨이퍼 상에 화학기상증착(Chemical Vapor Deposition : CVD)방법으로 소정의 박막을 형성하는 화학기상증착설에 관한 것이다.
최근, 반도체 제조 업계에서는 반도체 칩의 동작 속도를 증대시키고 단위 면적당 정보 저장 능력을 증가시키기 위하여 반도체 집적 회로 공정에 적용되는 최소 선폭이 꾸준히 줄어드는 추세에 있다. 또한, 반도체 웨이퍼 상에 집적화 되는 트랜지스터와 같은 반도체 소자의 크기가 서브 하프 마이크론 이하로 축소되고 있다.
이와 같은 반도체 소자는 증착 공정, 포토공정, 식각공정, 확산공정을 통하여 제조될 수 있으며, 이러한 공정들이 수차례에서 수십차례 반복되어야 적어도 하나의 반도체 장치가 탄생될 수 있다. 특히, 상기 증착 공정은 반도체 소자 제조의 재현성 및 신뢰성에 있어서 개선이 요구되는 필수적인 공정으로 졸겔(sol-gel)방법, 스퍼터링(sputtering)방법, 전기도금(electro-plating)방법, 증기(evaporation)방법, 화학기상증착(chemical vapor deposition)방법, 분자 빔 에피탁시(molecule beam eptaxy)방법, 원자층 증착방법 등에 의하여 웨이퍼 상에 상기 가공막을 형성하는 공정이다.
그중 화학기상증착방법은 다른 증착방법보다 웨이퍼 상에 형성되는 박막의 스텝커버리지(step coverage), 균일성(uniformity) 및 양산성 등 같은 증착 특성이 우수하기 때문에 가장 보편적으로 사용되고 있다. 이와 같은 화학기상증착방법에는 LPCVD(Low Pressure Chemical Vapor Deposition), APCVD(Atmospheric Pressure Chemical Vapor Deposition), LTCVD(Low Temperature Chemical Vapor Deposition), PECVD(Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition) 등으로 나눌 수 있다.
예컨대, 상기 PECVD는 전기적 방전을 통해 기체 내에 화학반응을 일으켜 형성된 물을 웨이퍼 상에 증착함으로서 유전막을 형성하는 공정이다. 그리고, 종래의 상기 PECVD공정은 다수의 웨이퍼를 플라즈마 화학기상증착설비 내부에 투입한 후, 일괄적으로 PECVD공정을 수행함으로서 다수의 웨이퍼 상에 특정막을 형성하였으나, 최근에 반도체장치가 고집적화되고 웨이퍼가 대구경화됨에 따라 플라즈마 화학기상증착설비 내부에 한 장의 웨이퍼를 투입한 후 PECVD공정을 진행하고, 상기 한 장의 웨이퍼에 대한 PECVD공정이 수행된 이후에는 상기 플라즈마 화학기상증착설비 내부에 존재하는 잔류가스 및 반응생성물을 제거하는 세정 및 퍼지공정을 수행하고 있다.
이러한 PECVD 공정과 같은 화학기상증착 공정은 원료물질을 기체상태로 반응챔버에 유입시켜 웨이퍼 상에서 화학반응을 통하여 소정의 막질이 증착되도록 하는 공정이다.
이때, 원료물질이 기체 상태일 경우에는 직접 반응기와 연결하여 공급하면 되지만, 원료물질이 상온에서 응축된 액체상태인 경우에는, 버블(Bubbling)방법, 증기류조절(Vapor Flow Controller)방법, 액체공급(Liquid Delivery)방법 또는 인젝션(injection)방법을 이용하여 원료물질을 기체화한 후 상기 반응챔버의 샤워헤드에 공급을 한다.
예컨대, 상기 인젝션방법은 상온 또는 상온에 근접하는 온도와, 상압보다 낮은 소정의 압력을 갖는 산소(O2) 가스와 같은 활성가스의 분위기에서 상기 활성가 스에 비해 상당히 높은 압력으로 액상 원료물질을 분사하여 상기 액상 원료물질을 기화시켜 상기 반응챔버의 샤워헤드로 공급하는 방법이다. 이때, 상기 액상 원료물질은 상기 산소 가스와 같은 활성 가스와 반응되면서 분사압에 의해 기화된다.
이와 같은 인젝션방법이 사용되는 화학기상증착설비 및 그의 방법은 미국특허 제5928428호, 제 6235112호에 개시되어 있다.
하지만, 종래 기술에 따른 화학기상증착설비는 다음과 같은 문제점이 있었다.
종래의 화학기상증착설비는 소정의 사용시간이 경과됨에 따라 상기 액상 원료물질을 분사하여 기화시키는 인젝터의 내부에 상기 액상 원료물질이 착상되거나, 상기 인젝터에서 분사되는 액상 원료물질이 상기 활성 가스인 산소와 같은 반응 가스와 화학 결합되면서 석출되는 석출물에 의한 인젝터 막힘이 빈번하게 유발되어 상기 인젝터 교체 주기가 빨라지기 때문에 생산성이 줄어드는 단점이 있었다.
상술한 종래 기술에 따른 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은, 사용시간이 경과됨에 따라 인젝터 내에서 액상 원료물질이 착상되거나, 상기 인젝터 내에서 분사되는 액상 원료물질이 상기 반응 가스와 화학 결합되어 유발되는 석출물에 의한 인젝터 막힘 현상을 방지토록 하고, 상기 인젝터 교체 주기를 증가시켜 생산성을 증대 또는 극대화할 수 있는 화학기상증착설를 제공하는 데 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 양태(aspect)에 따른 화학기상증착설비는, 소정의 밀폐된 공간을 제공하는 반응 챔버; 상기 반응 챔버 내에 제 1 반응 가스를 공급하는 반응 가스 공급부; 상기 반응 가스 공급부와 상기 반응 챔버가 연통되어 상기 제 1 반응 가스가 유동되는 반응 가스 공급라인; 상기 반응 가스 공급라인으로 공급되는 상기 제 1 반응 가스와 혼합되는 제 2 반응 가스를 생성하는 원료로 사용되는 적어도 하나 이상의 액상 원료물질을 공급하는 원료공급부; 상기 원료공급부에서 공급되는 상기 액상 원료물질을 상기 반응 가스 공급라인으로 유동시키는 액상 원료 공급라인; 상기 액상 원료 공급라인과 상기 반응 가스 공급라인이 서로 연결되는 부분에서 상기 액상 원료물질을 분사하여 기화시키는 인젝터; 및 상기 인젝터에서 상기 액상 원료물질이 내벽에 착상되거나, 상기 인젝터에서 기화되는 상기 액상 원료물질과 상기 제 1 반응 가스의 화학결합에 의해 석출되는 석출물을 제거하여 상기 인젝터를 세정토록 하기 위해 소정 압력의 불활성 가스를 생성하는 불활성 가스 공급부와, 상기 불활성 가스 공급부에서 생성되는 상기 불활성 가스를 상기 액상 원료 공급부 및 상기 인젝터에 각각 유동시키는 복수개의 불활성 가스 공급라인과, 상기 인젝터로 연결되는 불활성 가스 공급라인의 말단에 형성되고 상기 액상 원료 공급부에서 공급되는 상기 액상 원료 물질 또는 상기 불활성 가스가 상기 인젝터에 선택적으로 공급되도록 제어되는 LSU밸브를 구비하는 세정 모듈을 포함함을 특징으로 한다.
여기서, 상기 LSU 밸브는 상기 인젝터를 통해 상기 액상 원료물질과 상기 불활성 기체가 선택적으로 공급되어 상기 반응 가스 공급라인에 토출되도록 형성된 3 웨이 밸브를 포함함이 바람직하다.
삭제
이하, 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 화학기상증착설비 및 그의 를 설명하면 다음과 같다. 본 발명의 실시예는 여러가지 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래에서 상술하는 실시예로 인해 한정되어 지는 것으로 해석되어져서는 안된다. 본 실시예는 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해서 제공되어지는 것이다. 따라서 도면에서의 요소의 형상은 보다 명확한 설명을 강조하기 위해서 과장되어진 것이다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 화학기상증착설비를 개략적으로 나타낸 다이아 그램이고, 도 2는 도 1의 TEOS 공급부 및 세정 모듈을 나타내는 다이아 그램 이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 화학기상증착설비는, 웨이퍼(100) 상에 TEOS와 같은 박막을 형성토록 하기 위해 대기 중으로부터 소정의 밀폐된 공간을 제공하는 반응 챔버(200)와, 상기 반응 챔버(200) 내에 산소 또는 오존과 같은 활성 가스(예를 들어 제 1 반응 가스)를 공급하는 활성 가스 공급부(400)와, 상기 활성 가스 공급부(400)와 상기 반응 챔버(200)가 연통되어 상기 활성 가스가 유동되는 반응 가스 공급라인(410)과, 상기 반응 가스 공급라인(410)으로 공급되는 상기 활성 가스와 혼합되는 전구체(precursor)인 TEOS 가스(예를 들어, 제 2 반응 가스)를 생성하는 원료로 사용되는 액상의 TEOS 액체(예를 들어, 액상 원료물질)를 공급하는 TEOS 공급부(예를 들어, 액상 원료 공급부, 600)와, 상기 TEOS 공급부(600)에서 공급되는 상기 TEOS 액체를 상기 반응 가스 공급라인(410)으로 유동시키도록 형성된 액상 원료 공급라인(610)과, 상기 액상 원료 공급라인(610)과 상기 반응 가스 공급라인(410)이 서로 연결되는 부분에서 상기 TEOS 액체를 분사하여 상기 TEOS 가스로 기화시키는 인젝터(700)와, 상기 인젝터(700)에서 상기 TEOS 액체가 내벽에 착상되거나, 상기 인젝터(700)에서 기화되는 상기 TEOS 액체와 상기 활성 가스의 화학결합에 의해 석출되는 석출물을 제거하여 상기 인젝터(700)를 세정토록 형성된 세정 모듈(800)을 포함하여 구성된다.
도시되지는 않았지만, 상기 반응 챔버(200) 내에 증착된 증착물을 제거하여 상기 반응 챔버(200) 내부를 세정하는 세정 가스를 상기 반응 가스 공급라인(410)으로 공급시키는 세정 가스 공급부를 더 포함하여 이루어진다.
여기서, 상기 반응 챔버(200)는 상기 반응 가스 공급라인(410)을 통해 공급되는 상기 활성 가스 및 상기 TEOS 가스를 이용하여 화학기상증착방법으로 웨이퍼(100) 상에 균일한 TEOS 박막을 형성토록 할 수 있다. 예컨대, 상기 반응 챔버(200)는 상기 반응 가스 공급라인(410)의 말단 상기 반응 챔버(200)의 상단에서 상기 활성 가스와 상기 TEOS 가스를 분사시키는 샤워 헤드(206)와, 상기 샤워 헤드(206)와 대향되는 상기 반응 챔버(200)의 하단에서 웨이퍼(100)를 수평 상태로 지지하는 척(204)과, 상기 척(204)의 하부 또는 상기 샤워 헤드(206)의 상부에 형성되고 외부에서 인가되는 고주파 파워(radio frequency power)를 인가받아 상기 척(204) 상의 웨이퍼(100)와 상기 샤워 헤드(206)사이의 상기 TEOS 가스 및 상기 활성 가스를 플라즈마 상태로 만들도록 형성된 적어도 하나이상의 플라즈마 전극(206)을 포함하여 이루어진다. 따라서, 반응 챔버(200)는 상기 샤워 헤드(206)를 통해 분사되는 상기 활성 가스 및 TEOS 가스를 웨이퍼(100) 상으로 유동시키면서 상기 척(204) 상의 웨이퍼(100)에 소정 두께를 갖는 TEOS 박막을 형성시킬 수 있다.
이때, 상기 웨이퍼(100) 상으로 유동되면서 TEOS 박막을 형성시키기 위해 사용되는 상기 활성 가스 및 상기 TEOS 가스는 항시 균일한 유량으로 웨이퍼(100) 상에 유동되어야만 하고, 상기 반응 챔버(200)는 항시 일정한 압력을 가져야만 상기 TEOS 박막을 재현성 있게 형성토록 할 수 있다. 또한, 상기 웨이퍼(100) 상에서 TEOS 박막을 형성시키고 잔존하는 상기 활성 가스 및 상기 TEOS 가스는 상기 반응 챔버(200)의 외부로 연속적으로 배기되어야만 한다.
따라서, 상기 반응 챔버(200)는 배기 라인(302)에 연통되는 진공 펌프(304)에 의해 상기 활성 가스 및 상기 TEOS 가스가 펌핑되도록 형성되어 있다. 도시되지 않았지만, 상기 진공 펌프(304)에 의해 펌핑되는 반응 챔버(200) 내부의 진공도를 계측하는 진공 게이지가 상기 반응 챔버(200) 또는 상기 배기 라인(302)에 형성되어 있다. 예컨대, 상기 진공 펌프(304)는 터보 펌프 또는 확산 펌프와 같은 고진공 펌프(304a)와, 상기 고전공 펌프의 후단의 포라인에 직렬로 연결되는 드라이 펌프 또는 로터리 펌프와 같은 저진공 펌프(304b)를 포함하여 이루어진다. 상기 포라인에는 상기 고진공 펌프(304a)의 펌핑을 단속하는 포라인 밸브(308)가 형성되어 있다. 또한, 상기 고진공 펌프(304a) 전단의 상기 배기 라인(302)에서 분기되어 상기 고진공 펌프(304a)를 우회하여 상기 저진공 펌프(304b) 전단의 배기 라인(302)으로 병렬로 연결된 러핑 라인(302a)과, 상기 러핑 라인(302a)을 통해 저진공 펌프(304b)의 펌핑을 단속하도록 형성된 러핑 밸브(308a)가 형성되어 있다. 도시되지 않았지만, 상기 저진공 펌프(304b)를 통해 상기 배기 라인(302)으로 배기되는 상기 활성 가스 및 상기 TEOS 가스와 같은 배기 가스를 정화하여 대기중으로 배출시키는 스크러버가 상기 저진공 펌프(304b)의 후단에 형성되어 있다. 여기서, 상기 러핑 밸브(308a)와 상기 포라인 밸브(308)는 서로 반대되는 개폐동작을 하도록 작동된다. 따라서, 상기 반응 챔버(200) 내부의 공기를 소정의 진공도에 도달토록 펌핑할 경우, 상기 포라인 밸브(308)가 차단되고(closed) 상기 러핑 밸브(308a)가 개방된 상태에서 상기 저진공 펌프(304b)가 먼저 펌핑 동작된다. 이후, 상기 반응 챔버(200)의 내부가 저진공 상태일 경우, 상기 러핑 밸브(308a)가 차단되고, 상기 포 라인 밸브(308)가 개방되면서 상기 고진공 펌프(304a)가 펌핑 동작됨으로서 상기 반응 챔버(200) 내부가 고진공으로 펌핑된다. 예컨대, 상기 반응 챔버(200) 내부의 상기 척(204) 상에 웨이퍼(100)가 로딩되면, 상기 반응 챔버(200)의 내부는 약 1×10-6torr 정도의 고진공 상태로 펌핑된 이후, 다시 상기 약 4×10-3torr 정도의 저진공 상태를 유지토록 설정된다. 또한, 상기 반응 챔버(200)는 저진공 상태를 유지하면서 상기 활성 가스 및 TEOS 가스가 공급되어 상기 웨이퍼(100) 상에 균일한 상기 TEOS 박막이 형성되도록 할 수 있다. 따라서, 본 발명에 따른 화학기상증착설비는 상기 진공 펌프(304)의 전단 상기 배기 라인(302)에 형성되어 상기 공정 챔버(200) 내부의 진공압을 유지하기 위해 상기 진공 펌프(304)로 펌핑되는 상기 활성 가스 및 상기 TEOS와 같은 배기 가스의 양을 조절하는 압력 조절 밸브(306)를 포함하여 이루어진다.
또한, 본 발명에 따른 화학기상증착설비는 상기 활성 가스 또는 TEOS 가스가 공급되기 전과 후에 상기 반응 챔버(200) 내부의 척(204) 상에 위치되는 상기 웨이퍼(100) 상으로 질소 가스와 같은 퍼지가스가 공급되도록 상기 반응 챔버(200)와 연결되는 상기 반응 가스 공급라인(410)의 말단에 형성된 퍼지 가스 공급부(500)를 더 포함하여 이루어진다. 이때, 상기 퍼지 가스 공급부(500)에서 공급되는 상기 퍼지 가스는 상기 반응 가스 공급라인(410)의 내부로 유동되면서 상기 반응 가스 공급라인(410) 내부에서 석출되는 석출물을 세정시킬 수 있다. 또한, 상기 반응 가스 공급라인(410)의 외주면에 히터 블록(420)이 형성되어 있어 상기 반응 가스 공급라 인(410)을 통해 유동되는 상기 활성 가스와 상기 TEOS 가스가 석출되는 것을 방지토록 할 수 있다. 예컨대, 상기 활성 가스와 상기 TEOS 가스는 상기 히터 블록(420)의 발열에 의해 약 120℃의 고온으로 가열되어 상기 반응 챔버(200) 내부로 공급된다. 따라서, 상기 활성 가스 공급부(400)에서 공급되는 활성 가스와, 상기 TEOS 공급부(600)로부터 공급되어 상기 인젝터(700)에서 기화되는 상기 TEOS 가스는 상기 반응 가스 공급라인(410)을 통해 혼합되어 유동되면서 상기 히터 블록(420)의 발열에 의해 가열되어 상기 반응 가스 공급라인(410)의 내벽에서 석출물을 형성시키지 않고 상기 반응 챔버(200)의 샤워 헤드(206)로 공급될 수 있다.
도시되지는 않았지만, 본 발명에 따른 화학기상증착설비는, 상기 인젝터(700)와 상기 샤워 헤드(206) 사이에 연결되는 상기 반응 가스 공급라인(410)에 형성되어 상기 활성 가스와 상기 TEOS 가스를 균일한 혼합비로 혼합시키는 가스 믹싱 챔버를 더 포함하여 이루어질 수도 있다.
또한, 상기 인젝터(700)와 상기 샤워 헤드(206) 사이에 연결되는 상기 반응 가스 공급라인(410)에서 분기되고 상기 반응 챔버(200)를 우회(bypass)하여 상기 포라인에 연결되는 덤프 라인(210)이 형성되어 있다. 상기 덤프 라인(210)은 상기 반응 챔버(200) 내부의 웨이퍼(100) 상에 TEOS 박막의 증착 전에 상기 반응 가스 공급라인(410)을 통해 공급되는 상기 활성 가스 및 상기 TEOS 가스를 상기 반응 챔버(200) 내부로 공급시키지 않고 상기 배기 라인(302)으로 우회시켜 배기시키도록 형성되어 있다. 이때, 상기 덤프 라인(210)을 통해 상기 배기 라인(302)으로 배기되는 상기 활성 가스 및 상기 TEOS 가스의 유동을 단속하는 덤프 밸브(212)가 상기 덤프 라인(210)에 형성되어 있다. 예컨대, 상기 반응 가스 공급라인(410) 및 상기 덤프 라인(210)은 약 1/4인치(inch)정도의 내경을 갖도록 형성되어 있다.
한편, 상기 활성 가스 공급부(400)와 상기 퍼지 가스 공급부(500)는 액체 상태의 산소 또는 질소를 기화시켜 소정의 압력을 갖는 활성 가스 또는 질소 가스를 상기 반응 가스 공급라인(410)으로 공급할 수 있다. 상기 산소 및 상기 질소는 상온에서 기체상태로 존재하지만, 수백 기압 이상의 압력을 갖는 탱크에서는 액체 상태로 존재한다. 따라서, 상기 활성 가스 공급부(400)와 상기 퍼지 가스 공급부(500)는 각각의 감압밸브를 포함하여 이루어진다. 또한, 상기 활성 가스 공급부(400)와 상기 퍼지 가스 공그부 후단의 상기 반응 가스 공급라인(410)에 각각 제 1 유량 제어기(402)와, 제 2 유량 제어기(502)가 형성되어 있다. 도시되지는 않았지만, 상기 제 1 유량 제어기(402), 및 상기 제 2 유량 제어기(502) 전후의 상기 반응 가스 공급라인(410)에는 상기 활성 가스 및 퍼지 가스의 공급을 단속하는 활성 가스 공급 밸브와, 퍼지 가스 공급 밸브가 형성될 수도 있다.
상기 TEOS 공급부(600)는 상기 세정 모듈(800)의 불활성 가스 공급부(도 2의 810)에서 공급되는 He 가스와 같은 불활성 가스의 유압을 이용하여 상기 액상 원료 공급라인(610)을 통해 상기 TEOS 액체를 공급시킬 수 있다.
도 2에 도시된 바와 같이, 상기 TEOS 공급부(600)는 TEOS 액체를 저장하고, 상기 불활성 가스 공급부(810)에서 공급되는 불활성 가스와 함께 상기 TEOS 액체를 송출시키도록 형성된 TEOS 탱크(620)와, 상기 TEOS 탱크(620)에서 송출되는 상기 TEOS 액체와 상기 불활성 가스의 혼합물 중 상기 불활성 가스를 분리 추출하여 외 부로 배출시키는 가스 분리기(DEGAS, 630)와, 상기 가스 분리기(630)에서 분리되어 상기 액상 원료 공급라인(610)으로 유동되는 상기 TEOS 액체의 유량을 제어하는 제 3 유량 제어기(640)를 포함하여 이루어진다. 도시되지는 않았지만, 상기 가스 분리기(630)와 상기 제 3 유량 제어기(640)사이의 상기 액상 원료 공급라인(610)을 통해 유동되는 상기 TEOS 액체의 공급을 단속하는 제 3 단속 밸브를 더 포함하여 이루어진다.
여기서, 상기 TEOS 탱크(620)는 액체 상태의 TEOS 액체 소스가 탑재되는 병bottle) 또는 케이스(case)와 같은 TEOS 컨테이너(도시되지 않음)가 장입되도록 형성되어 있으며, 상기 불활성 가스 공급부(810)에서 공급되는 소정 압력의 불활성 기체의 압력을 이용하여 상기 TEOS 액체 소스를 상기 가스 분리기(630)로 송출시키도록 형성되어 있다.
또한, 상기 가스 분리기(630)는 상기 TEOS 탱크(620)에서 송출되는 상기 TEOS 액체와 상기 불활성 가스의 밀도차를 이용하여 상기 TEOS 액체를 분리 추출하도록 형성되어 있다. 예컨대, 상기 가스 분리기(630)는 상기 불활성 가스에 비해 밀도가 높은 TEOS 액체가 비중이 높기 때문에 소정의 밀페된 용기 내에서 중력에 의해 하방으로 수집되어 상기 용기의 하부에 연결되는 상기 액상 원료 공급라인(610)의 입구를 통해 상기 TEOS 액체를 선택적으로 분리 추출토록 형성되어 있다. 또한, 상기 용기의 상부에 연결되는 불활성 배출관(650)을 통해 상기 불활성 기체를 배출시키도록 형성되어 있다.
상기 제 3 유량 제어기(640)는 상기 활성 가스 공급부(400)에서 공급되는 활 성 가스와, 상기 인젝터(700)에서 분사되어 기화되는 상기 TEOS 가스가 일정한 혼합비를 갖도록 상기 액상 원료 공급라인(610)으로 유동되는 상기 TEOS 액체의 유량을 제어하도록 형성되어 있다. 도시되지는 않았지만, 상기 제 3 유량 제어기(640)와, 상기 제 1 유량 제어기는 서로 연동되어 제어되도록 화학기상증착설비의 제어부(도시되지 않음)에서 출력되는 제어신호에 의해 제어될 수 있다.
그리고, 상기 액상 원료 공급라인(610)은 상기 TEOS 액체를 유동시키기 때문에 상기 TEOS 가스 및 상기 활성 가스가 혼합되어 유동되는 상기 반응 가스 공급라인(410)에 보다 작은 내경을 갖도록 형성되어 있다. 예컨대, 상기 액상 원료 공급라인(610)은 상기 TEOS 액체가 유동되는 내부에 내식성이 우수한 플라스틱 재질이 코팅된 금속 재질로 형성되고, 약 1/8인치(inch)정도의 내경을 갖도록 형성되어 있다.
또한, 상기 액상 원료 공급라인(610)의 말단에서 상기 TEOS 액체를 기화시키는 인젝터(700)는 상기 액상 원료 공급라인(610)과 동일 또는 내경을 갖도록 형성된 인젝션 라인 또는 기화기이다. 상기 인젝터(700)는 상기 반응 가스 공급부와 상기 덤프 라인(210)사이의 상기 반응 가스 공급라인(410)에 연결되도록 형성되어 있다. 예컨대, 상기 인젝터(700)는 상기 액상 원료 공급라인(610)으로 공급되는 상기 TEOS 액체를 상기 반응 가스 공급라인(410)의 내부에 분사시키도록 형성된 라인 형태의 노즐을 갖도록 형성되어 있다. 상기 인젝터(700)는 상기 액상 원료 공급라인(610)의 말단에서 연장되어 상기 반응 가스 공급라인(410)으로 연결되며 상기 액상 원료 공급라인(610)을 통해 고압으로 공급되는 TEOS 액체를 상기 반응 가스 공 급라인(410)에 토출시킴으로서 상기 TEOS 액체를 기화시킬 수 있다. 이때, 상기 인젝터(700)에서 토출되면서 기화되는 상기 TEOS 액체는 기화열을 흡수하여 상기 인젝터(700)를 냉각시킬 수 있다. 따라서, 상기 인젝터(700) 내부로 유동되는 상기 TEOS 액체가 기화열을 빼앗겨 냉각되어 응결되고 상기 인젝터(700) 내부에 석출됨으로서 상기 인젝터(700)의 성능을 떨어뜨릴 수 있다. 또한, 상기 인젝터(700)에서 상기 TEOS 액체가 토출되면서 상기 활성 가스와 반응되고 상기 인젝터(700)의 팁에 응집되어 석출물을 형성시키고 후속에서 토출되는 상기 TEOS 액체의 토출을 방해하면서 상기 석출물이 상기 인젝터(700) 팁을 막아 화학기상증착불량을 유발 할 수 있다. 따라서, 본 발명의 실시예에 따른 화학기상증착설비는 인젝터(700)를 세정하는 세정 모듈(800)을 구비하여 상기 인젝터(700) 내에서 석출되는 석출물을 세정토록 할 수 있기 때문에 상기 인젝터(700)의 수명을 연장시킬 수 있다.
상기 세정 모듈(800)은 He와 같은 불활성 가스를 소정의 압력으로 공급하는 불활성 가스 공급부(810)와, 상기 불활성 가스 공급부(810)에서 공급되는 상기 불활성 가스를 유동시키는 불활성 가스 공급라인(820)과, 상기 불활성 가스 공급부(810)에 대응되는 상기 불활성 가스 공급라인(820)의 말단에 형성되고 상기 TEOS 공급부(600)에서 공급되는 상기 TEOS 액체 또는 상기 불활성 가스가 상기 인젝터(700)에 선택적으로 공급되도록 제어되는 LSU밸브(830)를 포함하여 이루어진다.
여기서, 상기 불활성 가스 공급부(810)는 상기 인젝터(700) 뿐만 아니라, 상기 TEOS 탱크(620)에 상기 불활성 가스를 공급토록 형성되어 있다. 도시되지는 않았지만, 상기 불활성 가스 공급부(810)는 상온 또는 저온에서 고압을 갖는 He 액체 가 저장되는 He 저장 탱크와 상기 He 저장 탱크에서 기화되는 He 가스의 압력을 버퍼링시켜 상기 He 가스를 상기 불활성 가스 공급라인(820)에 공급토록 하는 감압장치를 포함하여 이루어진다. 또한, 상기 감압장치에 연결되는 상기 불활성 가스 공급라인(820)은 상기 불활성 가스 공급부(810)에서 병렬로 분기되어 상기 LSU밸브(830) 또는 상기 TEOS 탱크(620)에 연결될 수 있다.
상기 LSU밸브(830)는 상기 반응 챔버(200) 내에서 TEOS 박막이 증착될 경우, 상기 TEOS 액체가 상기 인젝터(700)로 유동되도록 하고, 상기 반응 챔버(200) 내에서 TEOS 박막의 형성 공정이 완료될 경우, 상기 불활성 가스가 상기 인젝터(700)로 유동될 수 있도록 할 수 있다. 예컨대, 상기 LSU밸브(830)는 상기 인젝터(700)를 통해 상기 TEOS 액체와 상기 불활성 기체를 선택적으로 유동시킬 수 있도록 형성된 3 웨이 밸브(three way valve)를 포함하여 이루어진다.
이때, 상기 제어부는 상기 퍼지 가스 공급부(500)에서 상기 반응 가스 공급라인(410)에 퍼지 가스가 공급되면, 상기 세정 모듈(800)의 불활성 가스 공급라인(820)에서 상기 인젝터(700)에 상기 불활성 가스 공급되도록 제어할 수 있다. 예컨대, 소정 개수의 웨이퍼(100)에 TEOS 박막이 형성된 이후 상기 반응 챔버(200)를 세정하기 위해 상기 반응 챔버(200) 내부를 순수 퍼지 가스로 충만시키는 풀 플러시(full flush) 작업 시마다 상기 제어부는 상기 퍼지 가스 공급부(500)에서 공급되는 퍼지 가스와 함께 상기 세정 모듈(800)의 상기 불활성 가스가 상기 인젝터(700)에 공급되어 상기 인젝터(700)를 세정토록 제어하는 제어신호를 출력할 수 있다.
따라서, 본 발명의 실시예에 따른 화학기상증착설비는 TEOS 액체가 유동되는 인젝터(700)를 세정하는 세정 모듈(800)을 구비하여 상기 인젝터(700)의 사용시간이 경과됨에 따라 상기 인젝터(700) 내에서 액상 원료물질이 착상되거나, 상기 인젝터(700) 내에서 분사되는 액상 원료물질이 상기 반응 가스와 화학 결합되어 유발되는 석출물에 의한 인젝터(700) 막힘 현상을 방지토록 하고, 상기 인젝터(700) 교체 주기를 증가시킬 수 있기 때문에 생산성을 증대 또는 극대화할 수 있다.
이와 같이 구성된 본 발명의 화학기상증착설비에서 구비되는 인젝터(700) 세정방법을 설명하면 다음과 같다.
도 3은 본 발명의 인젝터(700) 세정방법을 나타내는 흐름도이다.
도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 인젝터(700) 세정방법은 반응 챔버(200) 내에서 소정 개수의 웨이퍼(100)에 TEOS 박막을 형성하는 화학기상증착공정이 완료되면, 상기 반응 챔버(200)의 내부를 세정토록 하기 위해 상기 반응 챔버(200) 내부에 퍼지가스를 공급함과 동시에 TEOS 액체가 분사되는 인젝터(700)에 불활성 가스를 공급하여 상기 반응 챔버(200)와 인젝터(700)를 주기적으로 세정시키는 방법이다.
먼저, 반응 챔버(200) 내부의 척(204) 상에 웨이퍼(100)를 로딩시킨다. 예컨대, 상기 웨이퍼(100)는 상기 반응 챔버(200)와 연동되는 트랜스퍼 챔버 또는 로드락 챔버에 형성된 로봇암에 의해 운반되어 상기 척(204) 상에 로딩될 수 있다(S10). 이때, 상기 반응 챔버(200)와 상기 트랜스퍼 챔버사이에는 상기 로봇암의 유출입 시 선택적으로 개방되는 슬릿 밸브 또는 게이트 밸브가 형성되어 있다. 따 라서, 상기 반응 챔버(200) 내에 상기 웨이퍼(100)가 로딩된 후 상기 로봇암이 상기 반응 챔버(200)에서 배출되고 나면 상기 슬릿 밸브 또는 게이트 밸브가 차단되어 상기 반응 챔버(200)를 밀폐시킨다.
다음, 상기 반응 챔버(200)와 연통되는 배기 라인(302)에 형성된 진공 펌프(304)가 상기반응 챔버(200) 내부의 공기를 펌핑한다(S20). 여기서, 상기 반응 챔버(200) 내부의 공기는 펌핑 초기 약 1×10-6torr 정도의 고진공으로 펌핑된 후 상기 웨이퍼(100) 상에 TEOS 박막이 형성되기 전에 약 1×10-3torr 정도의 저진공으로 펌핑된다. 이때, 상기 퍼지 가스 공급부(500)에서 퍼지 가스가 공급되면서 상기 반응 챔버(200)의 저진공 상태를 갖도록 설정될 수 있다. 또한, 반응 챔버(200) 내부에서 TEOS 박막의 형성 전에 상기 퍼지 가스를 플라즈마 상태로 만들어질 수도 있다.
그 다음, 상기 반응 챔버(200) 내부의 진공도가 일정 수준에 도달되면 상기 TEOS 가스 공급부 및 상기 활성 가스 공급부(400)에서 상기 TEOS 가스 및 활성가스가 반응 챔버(200) 내로 공급되어 상기 웨이퍼(100) 상에 TEOS 박막이 형성된다(S30). 예컨대, 상기 TEOS 가스 및 활성 가스는 각각 50sccm 내지 200sccm 정도의 유량으로 상기 반응 챔버(200) 내부로 공급되면서 상기 플라즈마 전극(206)에서 약 10W 내지 약 200W 정도의 고주파 파워가 인가되어 상기 TEOS 가스 및 상기 활성 가스가 플라즈마 상태로 혼합되면서 상기 웨이퍼(100) 상에 균일한 TEOS 박막이 형성되도록 할 수 있다.
이후, 상기 웨이퍼(100) 상에 소정 두께의 TEOS 박막이 형성되면 상기 반응 챔버(200) 내에 공급되는 상기 TEOS 가스 및 상기 활성 가스의 공급을 중단하고 상기 퍼지 가스를 상기 반응 챔버(200) 내에 공급한다(S40). 이때, 상기 퍼지 가스는 상기 반응 가스 내에 잔존하는 상기 TEOS 가스 및 상기 활성 가스가 상기 배기 라인(302)을 통해 상기 진공 펌프(304)로 펌핑되도록 할 수 있다.
그리고, 상기 반응 챔버(200)와 상기 트랜스퍼 챔버사이에 형성된 상기 슬릿 밸브 또는 게이트 밸브가 개방되고 상기 반응 챔버(200) 내부에서 TEOS 박막이 형성된 웨이퍼(100)가 상기 반응 챔버(200)의 외부로 언로딩될 수 있다(S50). 이때, 반응 챔버(200) 내에서 다수개의 웨이퍼(100) 상에 순차적으로 TEOS 박막이 연속하여 형성될 경우, 상기 웨이퍼(100) 상에 TEOS 박막이 형성될 뿐만 아니라 상기 반응 챔버(200)의 내벽에 상기 TEOS 박막과 같은 오염물질이 형성될 수 있기 때문에 상기 오염물질을 제거하기 위한 세정 공정이 이루어져야 한다.
따라서, 상기 제어부는 상기 TEOS 박막이 형성된 웨이퍼(100)의 개수를 파악하고, 상기 TEOS 박막이 형성된 상기 웨이퍼(100)가 일정개수에 도달되는지를 판단한다(S60). 또한, 상기 웨이퍼(100)가 일정개수에 도달될 경우, 상기 반응 챔버(200)의 상기 세정 공정이 이루어지도록 해야 한다.
상기 세정 공정 시에는 상기 반응 챔버(200) 내에 웨이퍼(100)가 로딩되지 않고 상기 반응 챔버(200) 내에 퍼지 가스 및 세정 가스를 충만시키고, 상기 퍼지 가스 및 세정 가스를 플라즈마 상태로 만들어 상기 반응 챔버(200) 내벽에서 오염물질을 제거할 수 있다. 예컨대, 상기 세정 가스 공급부에서 공급되는 세정 가스는 NF3 가스로 이루어진다.
이때, 상기 반응 챔버(200) 내부에 퍼지 가스를 공급하여 상기 반응 챔버(200) 내부에 잔존하는 상기 TEOS 가스 또는 활성 가스를 완전히 제거토록 하는 작업을 풀 플러쉬(full flush)라 하고, 상기 풀 플러시 작업 시에 상기 세정 모듈(800)은 상기 TEOS 액체가 분사되는 인젝터(700)에 불활성 가스를 공급하여 상기 인젝터(700)를 세정토록 할 수 있다(S70). 또한, 상기 인젝터(700) 내부에 공급된 불활성 가스는 상기 반응 가스 공급라인(410) 및 상기 덤프 라인(210)을 통해 반응 챔버(200)의 내부로 유동되지 않고 배기 라인(302)으로 배출될 수도 있다.
따라서, 본 발명의 인젝터(700) 세정방법은 반응 챔버(200) 내부를 세정하기 위한 풀플러쉬 작업 시 상기 반응 챔버(200)에 공급되는 퍼지 가스와 함께 불활성 가스를 인젝터(700)에 공급하여 상기 인젝터(700)의 사용시간이 경과됨에 따라 상기 인젝터(700) 내에서 액상 원료물질이 착상되거나, 상기 인젝터(700) 내에서 분사되는 액상 원료물질이 상기 반응 가스와 화학 결합되어 유발되는 석출물에 의한 인젝터(700) 막힘 현상을 방지토록 하고, 상기 인젝터(700) 교체 주기를 증가시킬 수 있기 때문에 생산성을 증대 또는 극대화할 수 있다.
또한, 본 발명에서 개시된 발명 개념과 실시예가 본 발명의 동일 목적을 수행하기 위하여 다른 구조로 수정하거나 설계하기 위한 기초로서 당해 기술 분야의 숙련된 사람들에 의해 사용되어질 수 있을 것이다. 그리고, 당해 기술 분야의 숙련된 사람에 의한 그와 같은 수정 또는 변경된 등가 구조는 특허 청구 범위에서 기술한 발명의 사상이나 범위를 벗어나지 않는 한도 내에서 다양한 변화, 치환 및 변 경이 가능하다.
이상 상술한 바와 같이, 본 발명에 의하면, TEOS 액체가 유동되는 인젝터를 세정하는 세정 모듈을 구비하여 상기 인젝터의 사용시간이 경과됨에 따라 상기 인젝터 내에서 액상 원료물질이 착상되거나, 상기 인젝터 내에서 분사되는 액상 원료물질이 상기 반응 가스와 화학 결합되어 유발되는 석출물에 의한 인젝터 막힘 현상을 방지토록 하고, 상기 인젝터 교체 주기를 증가시킬 수 있기 때문에 생산성을 증대 또는 극대화할 수 있는 효과가 있다.

Claims (14)

  1. 소정의 밀폐된 공간을 제공하는 반응 챔버;
    상기 반응 챔버 내에 제 1 반응 가스를 공급하는 반응 가스 공급부;
    상기 반응 가스 공급부와 상기 반응 챔버가 연통되어 상기 제 1 반응 가스가 유동되는 반응 가스 공급라인;
    상기 반응 가스 공급라인으로 공급되는 상기 제 1 반응 가스와 혼합되는 제 2 반응 가스를 생성하는 원료로 사용되는 적어도 하나 이상의 액상 원료물질을 공급하는 원료공급부;
    상기 원료공급부에서 공급되는 상기 액상 원료물질을 상기 반응 가스 공급라인으로 유동시키는 액상 원료 공급라인;
    상기 액상 원료 공급라인과 상기 반응 가스 공급라인이 서로 연결되는 부분에서 상기 액상 원료물질을 분사하여 기화시키는 인젝터; 및
    상기 인젝터에서 상기 액상 원료물질이 내벽에 착상되거나, 상기 인젝터에서 기화되는 상기 액상 원료물질과 상기 제 1 반응 가스의 화학결합에 의해 석출되는 석출물을 제거하여 상기 인젝터를 세정토록 하기 위해 소정 압력의 불활성 가스를 생성하는 불활성 가스 공급부와, 상기 불활성 가스 공급부에서 생성되는 상기 불활성 가스를 상기 액상 원료 공급부 및 상기 인젝터에 각각 유동시키는 복수개의 불활성 가스 공급라인과, 상기 인젝터로 연결되는 불활성 가스 공급라인의 말단에 형성되고 상기 액상 원료 공급부에서 공급되는 상기 액상 원료 물질 또는 상기 불활성 가스가 상기 인젝터에 선택적으로 공급되도록 제어되는 LSU밸브를 구비하는 세정 모듈을 포함함을 특징으로 하는 화학기상증착설비.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 반응 챔버와 연결되는 상기 반응 가스 공급라인을 통해 상기 반응 챔버 내부에 퍼지 가스를 공급하는 퍼지 가스 공급부를 더 포함함을 특징으로 하는 화학기상증착설비.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 인젝터와 상기 반응 챔버사이에 연결되는 상기 반응 가스 공급라인에 형성되어 상기 제 1 반응 가스와 상기 제 2 반응 가스를 혼합시키는 가스 믹싱 챔버를 포함함을 특징으로 하는 화학기상증착설비.
  8. 삭제
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 액상 원료 공급부는 상기 액상 원료물질을 저장하고 상기 불활성 기체 공급부에서 생성된 불활성 가스의 압력으로 상기 액상 원료물질을 상기 액상 원료 공급라인으로 송출시키도록 형성된 액상 원료 탱크와, 상기 액상 원료 탱크에서 송출되는 상기 액상 원료물질과 상기 불활성 가스의 혼합물 중 상기 불활성 가스를 분리 추출하여 외부로 배출시키는 가스 분리기와, 상기 가스 분리기에서 분리되어 상기 액상 원료 공급라인으로 유동되는 상기 액상 원료물질의 유량을 제어하는 유량 제어기를 포함함을 특징으로 하는 화학기상증착설비.
  10. 삭제
  11. 삭제
  12. 제 1 항에 있어서,
    상기 LSU 밸브는 상기 반응 챔버 내에서 상기 제 1 반응 가스 및 상기 제 2 반응 가스가 공급되어야 할 경우 , 상기 액상 원료물질이 상기 인젝터로 유동되도록 하고, 상기 반응 챔버에 제 1 반응 가스 및 상기 제 2 반응 가스가 공급되지 않을 경우, 상기 불활성 가스가 상기 인젝터로 유동되도록 개폐 동작함을 특징으로 으로 하는 화학기상증착설비.
  13. 제 1 항에 있어서,
    상기 LSU 밸브는 상기 인젝터를 통해 상기 액상 원료물질과 상기 불활성 기체가 선택적으로 공급되어 상기 반응 가스 공급라인에 토출되도록 형성된 3 웨이 밸브를 포함함을 특징으로 하는 화학기상증착설비.
  14. 삭제
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