KR100498467B1 - 배기 경로에서의 파우더 생성을 방지할 수 있는 원자층증착 장비 - Google Patents

Abstract

배기 경로에서의 파우더(powder) 생성을 방지할 수 있는 원자층 증착 장비(atomic layer deposition)를 제공한다. 본 발명의 일 관점에 의한 원자층 증착 장비는 적어도 두 종류 이상의 반응체들을 사용하는 원자층 증착 과정이 웨이퍼 상에 수행되는 반응부와, 반응체들을 교대로 반응부로 각각 제공하는 반응체 공급부들과, 원자층 증착 과정에 참여하고 남은 미반응된 반응체들 각각이 배기 중에 서로 만나지 않고 상호간에 독립적으로 반응부로부터 배기되도록 하기 위해서 반응체들 종류의 수와 같은 수로 도입되는 배기 경로들, 및 미반응된 반응체들 각각이 어떤 정해진 배기 경로로만 배기되도록 배기 경로들 각각을 배기될 상기 미반응된 반응체의 종류에 따라 선택적으로 단속(on/off)하는 배기 제어 밸브들을 포함하여 구성된다.

Description

배기 경로에서의 파우더 생성을 방지할 수 있는 원자층 증착 장비{Apparatus for atomic layer deposition with preventing powder generation in exhaust paths}

본 발명은 반도체 소자 제조 장비에 관한 것으로, 특히, 배기 과정 중에서 미반응 반응체를 포함하는 부산물(by product)로 인해서 배기 경로 중에 파우더(powder)가 생성되는 것을 방지할 수 있는 원자층 증착(ALD:Atomic Layer Deposition) 장비에 관한 것이다.

반도체 소자의 스케일(scale)이 점차 축소됨에 따라 극박막에 대한 요구가 갈수록 증대되고 있다. 2001년 말에 발표된 국제 반도체 기술 로드맵(International Technology Roadmap for Semiconductors, ITRS)에 의하면, 박막을 구현하는 데 보다 낮은 열적 버짓(low thermal budget)이 필요로 하면서 극박막에 대한 요구가 갈수록 증대되고 있다. 또한, 콘택홀 크기(contact hole size)가 감소되면서 단차 도포성(step coverage) 및 로딩 효과(loading effect)에 대한 문제가 점점 더 심각해지고 있다. 이러한 반도체 소자의 집적화에 따른 여러 가지 문제들을 극복할 수 있는 새로운 증착 방법으로서 원자층 증착(ALD) 방법이 대두되고 있다. 이러한 원자층 증착 방법은 현재 활발한 연구가 수행되고 있으며, 몇 몇 단위 공정에서는 양산 공정에 이러한 원자층 증착 방법을 적용하고자하는 시도들이 수행되고 있다.

원자층 증착 방법은 대략 두 종류의 반응체들(reactants)을 이용하여 목적하는 물질막을 형성하고, 이러한 물질막을 형성하는 과정을 반복하여 물질막을 원하는 두께로 성장시키는 방식으로 수행된다. 보다 상세하게 설명하면, AB 물질막을 구현하기 위해서 AX(g)와 BY(g)를 반복하여 공급하여 AB 물질막을 원자층 수준으로 형성하고, AX(g)와 BY(g)를 공급하는 과정을 주기적으로 반복하여 AB 물질막을 성장시킨다. 이때, 부산물로 XY 기체가 발생된다. 이러한 증착 반응은 AX(g) + BY(g) → AB(s) + XY(g)의 반응식으로 표현될 수 있다.

보다 상세하게 원자층 증착 과정을 살펴보면, 먼저, AX(g)의 제1반응체를 반응부(reactor)로 공급하게 된다. 이러한 반응부 내에는 웨이퍼(wafer)와 같은 반도체 기판이 도입된 상태이다. AX(g)는 전구체(precursor)로도 불려지는 데, 형성하고자하는 AB 물질막을 구성하는 원소 A에 화학물 X가 결합된 화합물이다. 반응부 내로 공급된 AX(g) 가스는 기판 표면에 반응 또는 화학적으로 흡착(chemically adsorption)되거나 물질적으로 흡착(physically adsorption)되게 된다. 이때, 실질적으로 발생하는 반응은 흡착 반응 정도로 간주할 수 있기 때문에, 흡착된 AX의 제1반응체막은 대략 원자층 정도의 두께 수준을 가지게 된다.

이후에, 반응부 내에 존재하는 미반응된 AX(g)의 제1반응체를 반응부로부터 제거한다. 이러한 제거 과정은 진공 배기(vacuum exhausting or vacuum pumping)로 수행되거나 이러한 진공 배기 과정 중에 반응부 내로 불활성 기체, 예컨대, 질소 가스를 퍼징(purging)하는 과정을 함께 포함시켜 수행될 수 있다. 이와 같은 배기 과정 중에 미반응된 AX(g)의 제1반응체뿐만 아니라 물리적으로 흡착된 AX 또한 기판 표면으로부터 이탈되어 배기되게 된다. 따라서, 기판 상에는 화학적으로 흡착된 AX층이 원자층 수준의 두께로 잔류하게 된다.

이후에, 반응부 내로 BY(g)의 제2반응체를 공급한다. BX(g) 또한 AB 물질막을 구성하는 원소 B에 화학물 X가 결합된 화합물로서 전구체라 불려진다. BY(g)는 기판 상에 화학적으로 흡착된 AX와 폭발적으로 반응하여 AB층을 원자층 수준의 두께로 형성하게 된다. 즉, 상기한 반응식에서 제시된 바와 같이 반응하여 부산물 XY(g)를 발생하며 기판 상에 AB(s)층을 형성하게 된다. 이후에, 미반응된 BY(g)와 부산물 XY(g)는 반응부로 바깥으로 배기되게 된다. 이러한 배기 과정은 진공 배기나 또는 퍼징을 수반하는 배기 과정으로 역시 수행될 수 있다.

이러한 AB(s)층은 상기한 바와 같이 대략 원자층 수준의 두께로 형성된다. 따라서, 원하는 두께 수준의 AB 물질막을 증착하기 위해서 상기한 바와 같은 반응체들을 공급과 그 사이의 배기 또는 퍼징 과정을 하나의 주기로 하여 이러한 주기를 다수 반복하게 된다.

그런데, 상술한 바와 같이 원자층 증착 과정에서는 미반응된 반응체 또는 전구체들이 배기되는 과정이 필수적으로 수반되고 있다. 이러한 미반응된 반응체 개개는 그 자체로는 그 문제를 발생시키기 않을 수 있으나, 두 종류의 미반응된 반응체들이 서로 만날 경우에는 상호간에 반응이 폭발적으로 일어나 원하지 않는 부산물을 발생하게 된다. 즉, 상기한 반응식에 따른 반응이 기판 상이 아닌 원하지 않는 장소에서 발생하여 파우더(powder) 등을 발생시키게 된다. 이와 같이 발생된 파우더는 원자층 증착 과정을 수행하기 위해서 마련된 설비, 즉, 원자층 증착 장비를 극심하게 오염시키는 요인으로 작용할 수 있다.

특히, 이러한 미반응된 반응체들은 반응부 외부의 배기 경로 중에 상호간에 만날 수 있게 되어, 배기 경로 내에 상기한 바와 같은 파우더를 발생시킬 수 있게 된다.

도 1은 종래의 원자층 증착 장비의 배기 경로를 설명하기 위해서 개략적으로 도시한 도면이다.

도 1을 참조하면, 원자층 증착 장비는 기본적으로 증착 과정이 수행되는 장소인 반응부(10)와, 이러한 반응부(10) 내부로부터 미반응 반응체 가스 또는 반응 부산물들을 포함하는 부산물을 배기하기 위한 펌프부(pump:20)를 포함하여 구성된다. 펌프부(20)의 후단에는 스크러버(scrubber:30)가 구성된다.

반응부(10)와 펌프부(20) 사이에는 제1배기 라인(41)이 도입되어 반응부(10)와 펌프부(20) 사이의 배기 경로를 구성한다. 그리고, 펌프부(20)와 스크러버(30) 사이에는 제2배기 라인(45)이 도입되어 배기 경로를 구성하고, 스크러버(30) 이후에는 제3배기 라인(49)이 도입되어 배기 덕트(exhausting duct;도시되지 않음)로 연결되는 배기 경로를 구성하게 된다.

원자층 증착 과정은 두 종류 이상의 기상 반응체들이 교대로 반응부(10) 내로 공급되게 된다. 이에 따라, 이러한 배기 경로로 이러한 반응체들의 미반응 반응체들 또는 부산물이 교대로 배기되게 된다. 만일, 이러한 미반응 반응체들이 배기 도중에 서로 만나게 되면, 미반응 반응체들 간에 반응이 일어나 고상의 반응 부산물이 생성되게 되고, 이에 따라 고상의 파우더 등이 발생하게 된다. 따라서, 이러한 미반응 반응체들이 서로 만나는 경우를 극소화시켜주어야 파우더 생성을 최소화할 수 있다.

그런데, 도 1에서와 같이 구성되는 원자층 증착 장비의 경우 배기 경로가 단일 경로이고 또한 배기를 위한 구동력을 제공하는 펌프(20)가 하나여서, 배기 경로 중에 이러한 미반응 반응체들, 예컨대, 미반응 AX(g)와 BY(g)들이 서로 만날 수 있다. 특히, 펌프(20)와 펌프 이후의 제2배기 라인(45) 및 스크러버(30), 제3배기 라인(49) 내에서 이러한 미반응 반응체들이 서로 만날 수 있다.

원자층 증착 과정 중에 이러한 반응체들을 공급하는 단계들 사이에 퍼징이나 진공 배기 단계들이 도입되고 있지만, 펌프(20) 이후의 배기 경로에서는 실질적으로 배기 유속이 감소되므로 이러한 미반응 반응체들의 배기 속도가 상대적으로 느려져 미반응 반응체들이 서로 만날 수 있는 확률이 높아진다. 또한, 펌프(20) 이전의 제1배기 라인(41) 내에서의 유속이나 압력은 펌프(20)의 작동에 의해서 상대적으로 매우 빠르거나 상압 보다 낮게 유지될 수 있으나, 펌프(20) 이후의 배기 경로 중에서는 실질적으로 낮은 유속을 나타내고 실질적으로 상압을 나타내게 된다. 따라서, 펌프(20)로부터 스크러버(30)로 이러한 미반응 반응체가 이동할 때는 상압 및 상온 조건이 미반응 반응체들에 영향을 미치게 된다.

만일, 상압 및 상온 조건에서 미반응 반응체들, 즉, AX(g)와 BY(g)가 만나면, 상호간에 반응이 폭발적으로 일어나고 이에 따라 고상의 XY(s)가 발생되게 된다. 이러한 XY(s)는 낮은 배기 유속에 의해서 배기 경로 내에 침적되어 파우더를 발생시키게 된다. 따라서, 파우더들은 실질적으로 펌프(20), 제2배기 라인(45) 및 스크러버(30) 등에서 주로 발생되게 된다.

이러한 파우더는 펌프(20) 오작동 등에 의해서 반응부(10) 내로 역류할 수 있고, 또는, 펌프(20)의 가동 중단(pump down)의 요인으로 작용할 수 있다. 또한, 이러한 파우더들이 극심하게 배기 경로 내에 쌓일 경우, 배기 경로가 쌓인 파우더에 의해서 막히는 문제가 발생할 수 있다. 이러한 경우, 펌프(20)를 분해하여 이러한 파우더를 제거하거나 또는 펌프(20)를 교체하여야 한다. 또한, 배기 경로들을 교체하거나 배기 경로 내의 파우더들을 제거해주어야 한다. 이러한 보수 내지 유지 관리에는 많은 노력과 시간이 소요되므로, 반도체 소자의 양산에 저해 요소로 작용하게 된다.

현재, 이러한 파우더에 의한 문제를 해결하기 위해서 콜드 트랩(cold trap)을 도입하거나 라인 퍼지(line purge) 또는 라인 가열(line heating) 등의 방법이 제시되고 있으나, 이러한 방법들로도 파우더의 생성을 효과적으로 제거하거나 방지하기는 어렵다.

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, 원자층 증착 과정에서 사용되고 잔류한 미반응 반응체들을 반응부로부터 배기시킬 때, 배기 경로 내에서 서로 다른 미반응 반응체들이 서로 만나는 것을 방지하여, 미반응 반응체들이 배기 경로 내에서 서로 만나 반응함으로써 원하지 않는 부산물 또는 파우더들이 발생하여 배기 경로 또는 펌프, 스크러버 등에 침적되는 것을 방지할 수 있는 원자층 증착 장비를 제공하는 데 있다.

상기의 기술적 과제들을 달성하기 위한 본 발명의 일 관점은 원자층 증착 장비를 제공한다.

상기 원자층 증착 장비는 적어도 두 종류 이상의 반응체들을 사용하는 원자층 증착(atomic layer deposition) 과정이 웨이퍼 상에 수행되는 반응부와, 상기 반응체들을 교대로 상기 반응부로 각각 제공하는 반응체 공급부들과, 상기 원자층 증착 과정에 참여하고 남은 미반응된 상기 반응체들 각각이 배기 중에 서로 만나지 않고 상호간에 독립적으로 상기 반응부로부터 배기되도록 하기 위해서 상기 반응체들 종류의 수와 같은 수로 도입되는 배기 경로들, 및 상기 미반응된 반응체들 각각이 어떤 정해진 배기 경로로만 배기되도록 상기 배기 경로들 각각을 배기될 상기 미반응된 반응체의 종류에 따라 선택적으로 단속(on/off)하는 배기 제어 밸브들을 포함하여 구성된다.

여기서, 상기 배기 경로들 각각은 상기 미반응된 반응체의 배기를 위한 구동력을 제공하는 펌프부와, 상기 펌프부 후단에 설치되는 스크러버(scrubber), 및 상기 펌프부 및 상기 스크러버 상호 간을 연결하고 상기 펌프부를 상기 반응부에 연결하는 배기 라인들을 포함하고, 상기 펌프부 및 상기 스크러버는 상기 배기 경로들마다 각각 설치된다.

이때, 상기 펌프부와 상기 반응부 사이의 상기 배기 라인에 상기 배기 제어 밸브가 설치된다.

상기 배기 경로들은 상기 배기 제어 밸브가 설치된 위치와 상기 반응부 사이에서 하나로 취합되어 상기 반응부에 연결된다.

제1항에 있어서, 상기 배기 제어 밸브는 어떤 정해진 상기 반응체가 상기 반응부에 공급될 때 열리고 상기 정해진 반응체가 상기 반응부에 공급되지 않을 때는 닫히는 밸브일 수 있다.

상기 원자층 증착 장비는 적어도 제1반응체와 제2반응체를 교대로 사용하는 원자층 증착(atomic layer deposition) 과정이 웨이퍼 상에 수행되는 반응부와, 상기 제1반응체를 상기 반응부로 제공하는 제1반응체 공급부와, 상기 제2반응체를 상기 반응부로 제공하는 제2반응체 공급부와, 상기 제1반응체 공급부 및 상기 제2반응체 공급부를 상기 반응부와 연결시키는 공급 라인과, 상기 공급 라인에 설치되어 상기 제1반응체를 선택적으로 상기 반응부로 제공하도록 허용하는 제1공급 제어 밸브와, 상기 공급 라인에 설치되어 상기 제2반응체를 선택적으로 상기 반응부로 제공하도록 허용하는 제2공급 제어 밸브와, 상기 원자층 증착 과정에 참여하고 남은 미반응된 상기 제1반응체를 상기 반응부로부터 배기하기 위한 구동력을 제공하는 제1펌프부와, 상기 제1펌프부 후단에 설치되는 제1스크러버와, 상기 제1펌프부 및 상기 제1스크러버를 연결하고 상기 제1펌프부를 상기 반응부에 연결하는 제1배기 라인과, 상기 원자층 증착 과정에 참여하고 남은 미반응된 상기 제2반응체를 상기 반응부로부터 배기하기 위한 구동력을 제공하는 제2펌프부와, 상기 제2펌프부 후단에 설치되는 제2스크러버와, 상기 제2펌프부 및 상기 제2스크러버를 연결하고 상기 제2펌프부를 상기 반응부에 연결하는 제2배기 라인과, 상기 제1펌프부와 상기 반응부의 사이의 상기 제1배기 라인 부분에 설치되어 상기 미반응된 제1반응체가 상기 제1펌프부에 의해서 배기되도록 배기 경로를 선택적으로 열어주는 제1배기 제어 밸브, 및 상기 제2펌프부와 상기 반응부의 사이의 상기 제2배기 라인 부분에 설치되어 상기 미반응된 제2반응체가 상기 제2펌프부에 의해서 배기되도록 배기 경로를 선택적으로 열어주는 제2배기 제어 밸브를 포함하여 구성될 수 있다.

상기 원자층 증착 장비는 상기 원자층 증착 과정에서 추가의 제3반응체를 사용할 경우에 상기 원자층 증착 과정에 참여하고 남은 미반응된 상기 제3반응체를 상기 반응부로부터 배기하기 위한 구동력을 제공하는 제3펌프부와, 상기 제3펌프부 후단에 설치되는 제3스크러버와, 상기 제3펌프부 및 상기 제3스크러버를 연결하고 상기 제3펌프부를 상기 반응부에 연결하는 제3배기 라인, 및 상기 제3펌프부와 상기 반응부의 사이의 상기 제3배기 라인 부분에 설치되어 상기 미반응된 제3반응체가 상기 제3펌프부에 의해서 배기되도록 배기 경로를 선택적으로 열어주는 제3배기 제어 밸브를 더 포함하여 구성될 수 있다.

상기 원자층 증착 장비는 적어도 제1반응체와 제2반응체를 교대로 사용하는 원자층 증착(atomic layer deposition) 과정이 웨이퍼 상에 수행되는 적어도 둘 이상의 반응부들과, 상기 제1반응체를 상기 반응부들로 제공하는 제1반응체 공급부와, 상기 제2반응체를 상기 반응부들로 제공하는 제2반응체 공급부와, 상기 제1반응체 공급부 및 상기 제2반응체 공급부를 상기 반응부들과 연결시키는 공급 라인과, 상기 공급 라인에 설치되어 상기 제1반응체를 선택적으로 상기 반응부들로 각각 제공하도록 허용하는 제1공급 제어 밸브들과, 상기 공급 라인에 설치되어 상기 제2반응체를 선택적으로 상기 반응부들로 각각 제공하도록 허용하는 제2공급 제어 밸브들과, 상기 원자층 증착 과정에 참여하고 남은 미반응된 상기 제1반응체를 상기 반응부들로부터 배기하기 위한 구동력을 제공하는 제1펌프부와, 상기 제1펌프부 후단에 설치되는 제1스크러버와, 상기 제1펌프부 및 상기 제1스크러버를 상호 연결하고 상기 제1펌프부를 상기 반응부들에 각각 연결하는 제1배기 라인과, 상기 원자층 증착 과정에 참여하고 남은 미반응된 상기 제2반응체를 상기 반응부들로부터 배기하기 위한 구동력을 제공하는 제2펌프부와, 상기 제2펌프부 후단에 설치되는 제2스크러버와, 상기 제2펌프부 및 상기 제2스크러버를 상호 연결하고 상기 제2펌프부를 상기 반응부들에 각각 연결하는 제2배기 라인과, 상기 제1펌프부와 상기 반응부들의 사이의 상기 제1배기 라인 부분에 설치되어 상기 미반응된 제1반응체가 상기 제1펌프부에 의해서 배기되도록 배기 경로를 선택적으로 열어주는 제1배기 제어 밸브들, 및 상기 제2펌프부와 상기 반응부들의 사이의 상기 제2배기 라인 부분에 설치되어 상기 미반응된 제2반응체가 상기 제2펌프부에 의해서 배기되도록 배기 경로를 선택적으로 열어주는 제2배기 제어 밸브들을 포함하여 구성될 수 있다.

여기서, 상기 제1배기 라인은 상기 제1펌프부의 앞단에서 가지쳐져서 상기 반응부들 각각에 연결되고, 상기 제1배기 제어 밸브들은 상기 제1배기 라인의 가지쳐진 부분들 각각에 설치되고, 상기 제2배기 라인은 상기 제2펌프부의 앞단에서 가지쳐져서 상기 반응부들 각각에 연결되고, 상기 제2배기 제어 밸브들은 상기 제2배기 라인의 가지쳐진 부분들 각각에 설치될 수 있다.

이때, 어느 하나의 상기 반응부로 상기 제1반응체가 선택적으로 공급될 때 상기 반응부에 연결된 상기 제1배기 라인의 가지쳐진 부분에 설치된 상기 제1배기 제어 밸브는 열리고 상기 제2배기 제어 밸브들은 닫히고, 상기 반응부로 상기 제2반응체가 선택적으로 공급될 때 상기 반응부에 연결된 상기 제2배기 라인의 가지쳐진 부분에 설치된 상기 제1배기 제어 밸브는 열리고 상기 제1배기 제어 밸브들은 닫히도록 구성될 수 있다.

또는, 어느 하나의 상기 반응부로 상기 제1반응체를 공급하기 위해서 상기 반응부에 연결된 공급 라인 부분에 설치된 상기 제1공급 제어 밸브가 열릴 때 상기 반응부에 연결된 상기 제1배기 라인의 가지쳐진 부분에 설치된 상기 제1배기 제어 밸브는 열리고 상기 제2배기 제어 밸브들은 닫히고, 상기 반응부로 상기 제2반응체를 공급하기 위해서 상기 반응부에 연결된 공급 라인 부분에 설치된 상기 제2공급 제어 밸브가 열릴 때 상기 반응부에 연결된 상기 제2배기 라인의 가지쳐진 부분에 설치된 상기 제2배기 제어 밸브는 열리고 상기 제1배기 제어 밸브들은 닫히도록 구성될 수 있다.

또는, 상기 반응부들로 상기 제1반응체가 선택적으로 공급될 때 상기 제1배기 제어 밸브들이 열리고 상기 제2배기 제어 밸브들은 닫히고, 상기 반응부들로 상기 제2반응체가 선택적으로 공급될 때 상기 제2배기 제어 밸브들이 열리고 상기 제1배기 제어 밸브들은 닫히도록 구성될 수 있다.

또는, 상기 반응부들로 상기 제1반응체를 공급하기 위해서 상기 제1공급 제어 밸브들이 열릴 때 상기 제2공급 제어 밸브들은 닫히고 상기 제1배기 제어 밸브들은 열리고 상기 제2배기 제어 밸브들은 닫히고, 상기 반응부들로 상기 제2반응체를 공급하기 위해서 상기 제2공급 제어 밸브들이 열릴 때 상기 제1공급 제어 밸브들은 닫히고 상기 제2배기 제어 밸브들은 열리고 상기 제1배기 제어 밸브들은 닫히도록 구성될 수 있다.

본 발명에 따르면, 원자층 증착 과정에 사용되는 여러 종류의 반응체들이 단속적으로 반응부로부터 배기될 때, 배기 경로 내에서 서로 다른 종류의 반응체들이 서로 만나는 것을 효과적으로 방지할 수 있다. 이에 따라, 배기 경로 내에서 서로 다른 종류의 반응체들이 만나 원하지 않게 반응하여 파우더 또는 고상의 침적물이 생성되는 것을 방지할 수 있다.

이하, 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다. 그러나, 본 발명의 실시예들은 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래에서 상술하는 실시예들로 인해 한정되어지는 것으로 해석되어져서는 안된다. 본 발명의 실시예들은 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해서 제공되어지는 것이다. 따라서, 도면에서의 요소의 형상 등은 보다 명확한 설명을 강조하기 위해서 과장되어진 것으로 이해되는 것이 바람직하며, 도면 상에서 동일한 부호로 표시된 요소는 동일한 요소를 의미하는 해석되어지는 것이 바람직하다.

본 발명의 실시예에서는 원자층 증착 과정 중에서 미반응하고 반응부 내에 잔류하는 미반응 반응체들을 배기할 때, 서로 다른 종류의 미반응 반응체들이 배기 경로 중에 서로 만나는 것을 효과적으로 방지하기 위해서, 미반응 반응체별로 서로 다른 배기 경로를 구성하는 바를 제시한다. 원자층 증착 과정에 참여하는 서로 다른 반응체들 각각에 대해서 서로 독립적인 배기 경로들을 구성함으로써, 서로 다른 종류의 미반응 반응체들이 배기 경로 중에서 서로 만나는 것을 실질적으로 완벽하게 방지할 수 있다. 이에 따라, 배기 경로 중에 서로 다른 종류의 미반응 반응체들이 서로 만나 고체의 부산물이 원하지 않게 생성되어 배기 경로 내에 파우더 등이 발생되는 것을 효과적으로 방지할 수 있다.

제1실시예

도 2는 본 발명의 제1실시예에 의한 원자층 증착 장비의 구성을 설명하기 위해서 개략적으로 도시한 도면이다.

도 2를 참조하면, 본 발명의 제1실시예에 의한 원자층 증착 장비는 반응부(100)와, 반응체 공급부들(151, 155), 펌프부들(210, 250) 및 스크러버들(310, 350)을 포함하여 기본적으로 구성된다.

반응부(100)는 매엽식(single wafer type)의 경우에 챔버(chamber)를 포함하여 구성될 수 있으며, 챔버 내에는 웨이퍼를 지지할 척(chuck) 등과 같은 지지부와 웨이퍼 상에 균일한 반응체 가스를 공급하기 위한 샤워 헤드(shower head) 등과 같은 가스 분배부 등을 포함하여 구성될 수 있다. 배치식(batch type)의 경우 반응부(100)는 다수의 웨이퍼들을 처리할 수 있도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 수직한 튜브(tube) 등이 챔버를 대신하여 구성될 수 있고, 이러한 튜브 내에 장착되는 웨이퍼들을 지지하기 위한 보트(boat) 형태의 웨이퍼 지지부가 도입될 수 있다. 튜브는 균일한 반응체 가스의 공급을 위해서 이중 튜브들로 구성될 수 있다. 이러한 배치식은 여러 웨이퍼들을 동시에 처리하여 원자층 증착 방법에서 약점으로 인식되고 있는 생산량을 증가시키는 데 유리할 것으로 기대되고 있다.

이와 같이 반응부(100)는 반응부(100) 내에 도입되는 웨이퍼 상에 원자층 증착 과정이 수행되는 장소를 제공한다. 원자층 증착 과정은 앞서 설명한 바와 같이 적어도 두 종류 이상의 다른 반응체들을 반응부(100)로 순차적으로 단속적(discretely)으로 공급하여 웨이퍼 표면에서의 이러한 반응체들의 반응에 의해서 원하는 물질층이 원자층 정도이 두께 수준으로 성장되는 과정을 반복하게 된다. 따라서, 반응부(100)로 적어도 두 종류 이상의 반응체들이 공급되도록 반응체 공급부들(151, 155) 및 공급 라인들(140, 141, 143)을 구성한다.

두 종류의 반응체들을 공급하도록 반응체 공급부(151, 155)들이 구성되는 간단한 경우를 고려하면, 제1반응체, 예컨대, AX(g)를 공급하기 위한 제1반응체 공급부(151)와 제2반응체, 예컨대, BY(g)를 공급하기 위한 제2반응체 공급부(155)가 반응부(100)에 연결될 수 있다. 이러한 연결은 도 2에 간략히 제시한 바와 같이 공급 라인들(140, 141, 143)과 이러한 공급 라인들을 단속 제어(on/off controlling)하는 공급 제어 밸브들(511, 513)들을 포함하여 구성될 수 있다.

반응체들은 반응부(100), 예컨대, 챔버 또는 튜브 내로 기상으로 공급되는 것이 원자층 증착 과정을 제어하는 데 유리하다. 그럼에도 불구하고, 반응체들(또는 전구체들)은 일반적인 상태에서는 액상이나 고상 상태일 수 있다. 이에 따라, 반응체 공급부들(151, 155) 개개는 반응체들을 기상으로 변환시켜 주기 위한 기구들, 예컨대, 기화기(vaporizer) 또는 버블러(bubbler) 등과 같은 기구들을 포함하여 구성될 수 있다.

한편, 도 2에 제시된 바와 같이 반응체 공급부들(151, 155) 개개는 반응부(100)에 각각 독립적으로 반응체를 공급하도록 반응부(100)에 연결될 수 있다. 이는, 각각의 반응체들이 상호 간에 단속적으로 반응부(100)에 공급되기 위해서이다. 예를 들어, 제1반응체 공급부(151)와 반응부(100)를 연결하는 제1공급 라인(141)과 제2반응체 공급부(155)와 반응부(100)를 연결하는 제2공급 라인(143)을 서로 독립적으로 구성될 수 있다.

이때, 각각의 공급 라인(141, 143)에는 공급 제어 밸브들(511, 513)이 설치된다. 예를 들어, 제1공급 라인(141)에는 제1공급 제어 밸브(511)가 설치되고, 제2공급 라인(143)에는 제2공급 제어 밸브(513)가 설치된다. 이러한 제1 및 제2공급 제어 밸브들(511, 513)은 원자층 증착 과정에서 요구되는 반응체들의 단속적인 공급 주기에 맞춰, 각각의 반응체들의 공급 또는 흐름을 단속(on/off)하여, 반응체들이 반응부(100)로 단속적으로 그리고 순차적으로 공급되도록 허용하게 된다.

이러한 공급 라인들(141, 143)에 부가하여 각각의 반응체들의 공급 주기들 사이에 도입되는 퍼징 단계에서 요구되는 퍼징 가스, 예컨대, 질소 가스를 반응부(100)로 공급하기 위한 질소 가스 공급 라인(도시되지 않음)이 별도로 구성될 수 있다. 또한, 이러한 질소 가스 공급 라인은 반응체들을 공급하기 위한 공급 라인들(513)을 이용하여 바이패스(bypass) 경로로 구성될 수도 있다.

제1 및 제2공급 라인들(141, 143)들은 반응부(100) 내로 각각 독립적으로 연결될 수 있고, 또는, 도 2에 제시된 바와 같이 인입 라인(inlet line:140)에서 취합되어 반응부(100)에 연결될 수 있다. 이러한 인입 라인(140)은 매엽식 장비의 경우 반응부(100)를 구성하는 챔버 내에 도입되는 샤워 헤드와 같은 가스 분배부에 연결되거나, 이중 튜브들로 반응부(100)를 구성할 때는 외측 튜브 내에 삽입되는 내측 튜브로 연결된다.

이러한 인입 라인(140)을 도입할 경우에 도 2에 간략히 제시한 바와 같이 제1공급 라인(141)에 제1공급 제어 밸브(511)가 설치되고, 제2공급 라인(143)에 제2공급 제어 밸브(513) 설치되어, 반응체들 각각을 단속적으로 인입 라인(140)을 통해서 반응부(100)로 공급하게 된다. 적어도 제1공급 제어 밸브(511)가 열려 제1반응체가 공급되는 동안은 제2공급 제어 밸브(513)는 닫힌 상태를 유지하고, 제2공급 제어 밸브(513)가 열려 제2반응체가 공급되는 동안은 제1공급 제어 밸브(511)가 닫힌 상태로 유지된다.

제1반응체, 예컨대, AX(g)가 반응부(100)로 공급되고 공급된 제1반응체가 반응부(100) 내에 도입되어 있는 웨이퍼 표면에 화학적으로 흡착된 후(또는 반응한 후), 미반응 제1반응체는 반응부(100)로부터 배기되게 된다. 본 발명의 제1실시예에서는 이러한 반응체들 별로 서로 다른 배기 경로로 미반응 반응체가 배기되도록 배기 경로를 구성한다.

도 2에 제시된 바와 같이, 반응부(100)로부터 미반응된 반응체들 및 기상의 반응 부산물 등을 배기하기 위해서 펌프부들(210, 250) 및 스크러버들(310, 350)이 배기 라인들(410., 431, 433, 451, 453, 491, 493)에 의해서 반응부(100)에 연결 설치된다. 이때, 양산 제조 과정을 수행하는 설비들에 도입되는 배기 덕트로 연결되는 배기 경로를 반응체들 종류 별로 달리하여 다수 개를 반응부(100)에 연결시킨다.

배기 경로들은 실질적으로 반응부(100)에 공급되는 반응체들의 종류와 같은 수로 구성되는 것이 바람직하다. 예를 들어, 두 종류의 반응체들을 사용할 경우, 두 개의 서로 독립적인 배기 경로들을 반응부(100)에 연결되도록 설치하는 것이 바람직하다. 이때, 각각의 배기 경로를 구성하는 펌프부(210 또는 250) 각각에는 스크러버(310 또는 350)가 각각 설치되는 것이 바람직하다.

예를 들어, 미반응된 제1반응체의 배기를 위한 제1배기 경로를 제1배기 라인(431) - 제1펌프부(210) - 제2배기 라인(451) - 제1스크러버(310) - 제3배기 라인(491)으로 구성하고, 미반응된 제2반응체의 배기를 위한 제2배기 경로를 제4배기 라인(433)- 제2펌프부(250) - 제5배기 라인(453) - 제2스크러버(350) - 제6배기 라인(493)으로 구성할 수 있다.

이때, 제1배기 라인(431)과 제4배기 라인(433)은 반응부(100)에 연결된 아웃렛 라인(outlet line:410)으로 취합될 수 있다. 펌프부들(210, 250)의 전단에 설치되는 배기 라인에서는, 즉, 제1배기 라인(431)과 제4배기 라인(433)에서는, 펌프부(210, 250)를 구성하는 확산 펌프 및 기계식 펌프 등과 같은 진공 펌프들에 의해서 제공되는 구동력에 의해서 실질적으로 배기 흐름 속도가 매우 빠르게 된다. 따라서, 이러한 부분에서는 파우더 등이 발생될 확률이 매우 낮으므로, 반응부(100)에 연결된 아웃렛 라인(410)으로 취합되어도 파우더 발생 방지 효과가 반감되지는 않는다.

본 발명의 제1실시예에서 미반응된 제1반응체는 제1배기 경로로 배기되고 미반응된 제2반응체는 제2배기 경로로 배기되는 것이 바람직하다. 이를 위해서, 반응부(100)로부터 배기되는 배기물이 미반응된 제1반응체가 포함되는 동안에는 제1배기 경로만이 열리고 제2배기 경로는 닫히도록 유지하여야 한다(미반응된 제2반응체의 배기에는 반대가 된다). 이와 같이 제1배기 경로와 제2배기 경로가 원자층 증착 과정의 수행에 따라 선택적으로 반복하여 그리고 교대로 작동되도록 하기 위해서, 제1배기 경로와 제2배기 경로를 교대로 단속(on/off)하는 배기 제어 밸브들(521, 523)을 설치한다.

예를 들어, 제1배기 경로의 제1펌프부(210)의 앞단에 설치되는 제1배기 라인(431)에 제1배기 제어 밸브(521)를 설치하고, 제2배기 경로의 제2펌프부(250)의 앞단에 설치되는 제4배기 라인(431)에 제2배기 제어 밸브(523)가 설치된다. 제1 및 제2배기 제어 밸브(521, 523)는 원자층 증착 과정에 따라 배기되는 배기물 중에 포함되는 미반응 반응체의 종류에 따라 교대로 열리고 닫히도록 제어된다.

예를 들어, 제1반응체 공급부(151)로부터 제1반응체, 예컨대, AX(g)가 반응부로 공급되는 주기 동안에는 제1배기 경로만이 열리고 제2배기 경로는 닫힌 상태를 유지하도록 한다. 즉, 제1배기 제어 밸브(521)는 열린 상태로 작동되고, 제2배기 제어 밸브(523)는 닫힌 상태가 된다. 반대로, 제2반응체 공급부(155)로부터 제2반응체, 예컨대, BY(g)가 반응부로 공급되는 주기 동안에는 제2배기 경로만이 열리고 제1배기 경로는 닫힌 상태를 유지하도록 한다. 즉, 제2배기 제어 밸브(521)는 열린 상태로 작동되고, 제1배기 제어 밸브(523)는 닫힌 상태가 된다.

이와 같이 제1 및 제2배기 제어 밸브(521, 523)가 주기적으로 교대로 닫히거나 열리도록 하기 위해서, 제1 및 제2배기 제어 밸브들(521, 523)을 제1 및 제2공급 제어 밸브들(511, 513) 각각의 작동에 따라 작동되도록 할 수 있다.

예를 들어, 제1 및 제2배기 제어 밸브들(521, 523) 각각이 제1 및 제2공급 제어 밸브들(511, 513) 각각의 작동에 연동되어 작동하도록 할 수 있다. 즉, 제1배기 제어 밸브(521)는 제1공급 제어 밸브(511)의 작동에 연동시키고, 제2배기 제어 밸브(523)는 제2공급 제어 밸브(513)의 작동에 연동시킬 수 있다.

물론, 이러한 연동 시에 제1 및 제2배기 제어 밸브들(521, 523)은 제1 및 제2공급 제어 밸브들(511, 513)의 작동 시각에 대해서 그 시각 전 후로 어느 정도의 버퍼(buffer) 시간을 두고 작동할 수도 있다. 그리고, 이러한 밸브들 간의 연동은 기계적으로 밸브들이 연동되도록 연결하여 구현할 수도 있으나 별도의 밸브 구동 제어부(500)를 도입하여, 이러한 밸브 구동 제어부(500)에서 이러한 밸브들이 연동되도록 관리 제어할 수도 있다.

이와 같이 반응체들 별로 서로 독립적으로 배기가 이루어지도록 배기 경로들을 구성하면, 미반응된 반응체들이 서로 단속적으로 또는 주기적으로 반응부(100)로부터 배기될 때, 배기 경로 중에서 서로 다른 미반응된 반응체들이 만나는 것을 보다 확실하게 방지할 수 있다. 즉, 어느 하나의 배기 경로로는 단지 하나의 미반응된 반응체만이 배기되고, 다른 종류의 미반응된 반응체는 이러한 배기 경로를 사용할 수 없게 된다.

이와 같이 반응 경로 내에서 서로 다른 종류의 미반응된 반응체들이 만나는 것이 매우 높은 신뢰 수준으로 방지되므로, 미반응된 반응체들 간의 반응이 반응 경로 내에서 발생되는 것을 효과적으로 방지할 수 있다. 이에 따라, 배기 경로 내에 이러한 원하지 않는 미반응 반응체들 간의 반응에 의해서 주로 발생되는 파우더 등과 같은 고상의 부산물이 발생하는 것을 효과적으로 방지할 수 있다. 특히, 펌프부(210, 250) 이후의 배기 경로 내에 파우더 등과 같은 침적물이 퇴적되는 것을 효과적으로 방지할 수 있다. 이에 따라, 전체 원자층 증착 장비의 유지 보수 관리 효율을 크게 높일 수 있다.

제2실시예

제2실시예에서는 원자층 증착 과정을 수행할 반응부를 다수 개 설치할 경우를 설명한다. 이러한 경우, 같은 미반응된 반응체의 배기 경로는 공통으로 취합되어 설치될 수 있다. 이에 따라, 동일한 미반응된 반응체의 배기를 위해서는 펌프부 및 스크러버를 공통으로 이용할 수 있다.

도 3은 본 발명의 제2실시예에 의한 원자층 증착 장비의 구성을 설명하기 위해서 개략적으로 도시한 도면이다.

도 3을 참조하면, 대량으로 원자층 증착 과정을 수행하기 위해서 다수의 반응부(100, 100')들을 구성할 경우, 미반응된 반응체들을 배기하기 위한 배기 경로들은 미반응된 반응체별로 공통되게 구성할 수 있다. 즉, 배기 경로 및 공급 경로를 공통으로 구성하여 반응체 공급부들(151, 155), 펌프부들(210, 250) 및 스크러버들(310, 350)을 반응체별로 공통되게 사용할 수 있게 원자층 증착 장비를 구성할 수 있다.

개개의 반응부(100, 100')는 매엽식으로 구성되거나 또는 대량 생산을 위한 배치식으로 구성될 수 있다. 개개의 반응부(100, 100')는 반응부(100, 100') 내에 도입되는 웨이퍼 상에 원자층 증착 과정이 수행되는 장소를 제공한다. 이러한 반응부(100, 100')들에 앞서 설명한 바와 같이 적어도 두 종류 이상의 다른 반응체들을 순차적으로 단속적(discretely)으로 공급하여 원자층 증착 과정을 수행하기 위해서, 반응부들(100, 100')에 반응체 공급부들(151, 155)이 공급 라인들(140, 141, 141', 143, 143')로 연결된다.

두 종류의 반응체들을 공급하도록 반응체 공급부(151, 155)들이 구성되는 간단한 경우를 고려하면, 제1반응체, 예컨대, AX(g)를 공급하기 위한 제1반응체 공급부(151)와 제2반응체, 예컨대, BY(g)를 공급하기 위한 제2반응체 공급부(155)가 반응부(100, 100')에 연결될 수 있다. 이러한 연결은 도 3에 간략히 제시한 바와 같이 공급 라인들(140, 141, 141', 143, 143')과 이러한 공급 라인들을 단속 제어(on/off controlling)하는 공급 제어 밸브들(511, 511', 513, 513')들을 포함하여 구성될 수 있다.

도 3에 제시된 바와 같이 반응체 공급부들(151, 155) 개개는 반응부들(100, 100')에 각각 독립적으로 반응체를 공급하도록 반응부(100, 100')에 연결될 수 있다. 이는, 각각의 반응체들이 상호 간에 단속적으로 반응부(100, 100')에 공급되기 위해서이다. 예를 들어, 제1반응체 공급부(151)와 제1반응부(100)를 연결하는 제1공급 라인(141)과 제1반응체 공급부(151)와 제2반응부(100)를 연결하는 제3공급 라인(141')과, 제2반응체 공급부(155)와 제1반응부(100)를 연결하는 제2공급 라인(143) 및 제2반응체 공급부(155)와 제2반응부(100')을 연결하는 제4공급 라인(143')들은 서로 독립적으로 구성될 수 있다.

이때, 각각의 공급 라인(141, 141', 143, 143')에는 공급 제어 밸브들(511, 511', 513, 513')이 설치된다. 예를 들어, 제1공급 라인(141)에는 제1공급 제어 밸브(511)가 설치되고, 제3공급 라인(141')에는 제3공급 제어 밸브(511')가, 제2공급 라인(143)에는 제2공급 제어 밸브(513)가, 제4공급 라인(143')에는 제4공급 제어 밸브(513')가 각각 설치된다. 이러한 공급 제어 밸브들(511, 511', 513, 513')은 원자층 증착 과정에서 요구되는 반응체들의 단속적인 공급 주기에 맞춰, 각각의 반응체들의 공급 또는 흐름을 단속(on/off)하여, 반응체들이 반응부(100)로 단속적으로 그리고 순차적으로 공급되도록 허용하게 된다. 이때, 서로 같은 반응체를 공급하기 위한 공급 제어 밸브들(511, 511' 또는 513, 513')은 연동되어 작동될 수 있다.

공급 라인들(141, 143 또는 141', 143')들은 반응부(100 또는 100') 내로 각각 독립적으로 연결될 수 있고, 또는, 도 3에 제시된 바와 같이 인입 라인들(140 또는 140')에서 취합되어 반응부(100 또는 100')에 연결될 수 있다. 이러한 인입 라인들(140, 140')을 도입할 경우에 도 3에 간략히 제시한 바와 같이 공급 제어 밸브들(511, 511', 513, 513')이 반응체들 각각을 단속적으로 인입 라인들(140, 140')을 통해서 반응부들(100, 100')로 공급하는 것을 제어하게 된다. 적어도 제1공급 제어 밸브(511)가 열려 제1반응체가 공급되는 동안은 제2공급 제어 밸브(513) 또는 제는 닫힌 상태를 유지하고, 제2공급 제어 밸브(513)가 열려 제2반응체가 공급되는 동안은 제1공급 제어 밸브(511)가 닫힌 상태로 유지된다. 마찬가지로, 적어도 제3공급 제어 밸브(511')가 열려 제1반응체가 공급되는 동안은 제4공급 제어 밸브(513') 또는 제는 닫힌 상태를 유지하고, 제4공급 제어 밸브(513')가 열려 제2반응체가 공급되는 동안은 제3공급 제어 밸브(511')가 닫힌 상태로 유지된다.

본 발명의 제1실시예에서 설명한 바와 같이 반응부들(100, 100')로부터 배기되는 배기물에 포함된 미반응된 반응체의 종류에 따라 각기 다른 배기 경로가 미반응된 반응체의 배기에 사용되도록, 사용되는 반응체들의 종류의 수만큼 배기 경로들을 구성한다. 예를 들어, 두 종류의 반응체들을 사용할 경우, 두 개의 서로 독립적인 배기 경로들을 반응부(100, 100')에 연결되도록 설치하는 것이 바람직하다. 이때, 각각의 배기 경로를 구성하는 펌프부(210 또는 250) 각각에는 같은 개수의 스크러버(310 또는 350)가 각각 설치되는 것이 바람직하다.

예를 들어, 제1반응부(100)에서 미반응된 제1반응체의 배기를 위한 제1배기 경로를 제1배기 라인(431) - 제1펌프부(210) - 제2배기 라인(451) - 제1스크러버(310) - 제3배기 라인(491)으로 구성하고, 제1반응부(100)에서 미반응된 제2반응체의 배기를 위한 제2배기 경로를 제4배기 라인(433)- 제2펌프부(250) - 제5배기 라인(453) - 제2스크러버(350) - 제6배기 라인(493)으로 구성할 수 있다. 또한, 제2반응부(100')에서 미반응된 제1반응체의 배기를 위한 제3배기 경로를 제7배기 라인(431') - 제1펌프부(210) - 제2배기 라인(451) - 제1스크러버(310) - 제3배기 라인(491)으로 구성하고, 제2반응부(100')에서 미반응된 제2반응체의 배기를 위한 제4배기 경로를 제8배기 라인(433')- 제2펌프부(250) - 제5배기 라인(453) - 제2스크러버(350) - 제6배기 라인(493)으로 구성할 수 있다.

이때, 제1배기 라인(431)과 제4배기 라인(433)은 제1반응부(100)에 연결된 제1아웃렛 라인(outlet line:410)으로 취합될 수 있고, 제7배기 라인(431')과 제8배기 라인(433')은 제2반응부(100')에 연결된 제2아웃렛 라인(410')으로 취합될 수 있다.

본 발명의 제1실시예에서 미반응된 제1반응체는 제1배기 경로(또는 제3배기 경로)로 배기되고 미반응된 제2반응체는 제2배기 경로(또는 제4배기 경로)로 배기되는 것이 바람직하다. 이를 위해서, 제1반응부(100)로부터 배기되는 배기물이 미반응된 제1반응체가 포함되는 동안에는 제1배기 경로만이 열리고 제2배기 경로는 닫히도록 유지하여야 한다(미반응된 제2반응체의 배기에는 반대가 된다). 또한, 제2반응부(100')로부터 배기되는 배기물이 미반응된 제1반응체가 포함되는 동안에는 제3배기 경로만이 열리고 제4배기 경로는 닫히도록 유지하여야 한다(미반응된 제2반응체의 배기에는 반대가 된다).

이와 같이 제1배기 경로와 제2배기 경로가 원자층 증착 과정의 수행에 따라 선택적으로 반복하여 그리고 교대로 작동되도록 하기 위해서, 제1배기 경로와 제2배기 경로를 교대로 단속(on/off)하는 배기 제어 밸브들(521, 523)을 설치한다. 또한, 제3배기 경로와 제4배기 경로가 원자층 증착 과정의 수행에 따라 선택적으로 반복하여 그리고 교대로 작동되도록 하기 위해서, 제3배기 경로와 제4배기 경로를 교대로 단속(on/off)하는 배기 제어 밸브들(521', 523')을 설치한다.

예를 들어, 제1배기 경로의 제1펌프부(210)의 앞단에 설치되는 제1배기 라인(431)에 제1배기 제어 밸브(521)를 설치하고, 제2배기 경로의 제2펌프부(250)의 앞단에 설치되는 제4배기 라인(431)에 제2배기 제어 밸브(523)가 설치된다. 마찬가지로 제3배기 경로의 제1펌프부(210)의 앞단에 설치되는 제7배기 라인(431')에 제3배기 제어 밸브(521')를 설치하고, 제4배기 경로의 제2펌프부(250)의 앞단에 설치되는 제8배기 라인(431')에 제4배기 제어 밸브(523')가 설치된다. 제1 및 제2배기 제어 밸브(521, 523)(또는 제3 및 제4배기 제어 밸브(521', 523'))는 원자층 증착 과정에 따라 배기되는 배기물 중에 포함되는 미반응 반응체의 종류에 따라 교대로 열리고 닫히도록 제어된다.

예를 들어, 제1반응체 공급부(151)로부터 제1반응체, 예컨대, AX(g)가 반응부로 공급되는 주기 동안에는 제1배기 경로만이 열리고 제2배기 경로는 닫힌 상태를 유지하도록 한다. 즉, 제1배기 제어 밸브(521)는 열린 상태로 작동되고, 제2배기 제어 밸브(523)는 닫힌 상태가 된다. 반대로, 제2반응체 공급부(155)로부터 제2반응체, 예컨대, BY(g)가 반응부로 공급되는 주기 동안에는 제2배기 경로만이 열리고 제1배기 경로는 닫힌 상태를 유지하도록 한다. 즉, 제2배기 제어 밸브(521)는 열린 상태로 작동되고, 제1배기 제어 밸브(523)는 닫힌 상태가 된다. 제3배기 제어 밸브(521') 및 제4배기 제어 밸브(523) 또한 마찬가지로 작동하게 된다.

이와 같이 제1 및 제2배기 제어 밸브(521, 523)들이 주기적으로 교대로 닫히거나 열리도록 하기 위해서, 제1 및 제2배기 제어 밸브들(521, 523)을 제1 및 제2공급 제어 밸브들(511, 513) 각각의 작동에 따라 작동되도록 할 수 있다. 마찬가지로, 제3 및 제4배기 제어 밸브(521', 523')들이 주기적으로 교대로 닫히거나 열리도록 하기 위해서, 제3 및 제4배기 제어 밸브들(521', 523')을 제3 및 제4공급 제어 밸브들(511', 513') 각각의 작동에 따라 작동되도록 할 수 있다.

예를 들어, 제1 및 제2배기 제어 밸브들(521, 523) 각각이 제1 및 제2공급 제어 밸브들(511, 513) 각각의 작동에 연동되어 작동하도록 할 수 있다. 즉, 제1배기 제어 밸브(521)는 제1공급 제어 밸브(511)의 작동에 연동시키고, 제2배기 제어 밸브(523)는 제2공급 제어 밸브(513)의 작동에 연동시킬 수 있다. 물론, 이러한 연동 시에 제1 및 제2배기 제어 밸브들(521, 523)은 제1 및 제2공급 제어 밸브들(511, 513)의 작동 시각에 대해서 그 시각 전 후로 어느 정도의 버퍼(buffer) 시간을 두고 작동할 수도 있다. 그리고, 이러한 밸브들 간의 연동은 기계적으로 밸브들이 연동되도록 연결하여 구현할 수도 있으나 별도의 밸브 구동 제어부(500)를 도입하여, 이러한 밸브 구동 제어부(500)에서 이러한 밸브들이 연동되도록 관리 제어할 수도 있다. 이와 마찬가지로, 제3 및 제4배기 제어 밸브들(521', 523')은 제3 및 제4공급 제어 밸브들(511', 513') 각각의 작동에 따라 작동되게 밸브 구동 제어부(500)에서 관리 제어될 수 있다.

이때, 비록 적어도 두 개 이상의 반응부들(100, 100')들을 지원하도록 배기 경로들이 구성되지만, 펌프부들(210, 250) 및 스크러버들(310, 350)은 같은 종류의 반응체에 대해서 공통으로 사용하도록 배기 경로들을 취합하여 구성할 수 있다. 따라서, 반응부들(100, 100')이 여러 개 설치되더라도, 펌프부들(210, 250) 및 스크러버들(310, 350)은 원자층 증착 과정에 사용되는 반응체들을 종류 수에 맞게 도입되는 것이 바람직하다.

이상, 본 발명을 구체적인 실시예를 통하여 상세히 설명하였으나, 본 발명은 이에 한정되지 않고, 본 발명의 기술적 사상 내에서 당 분야의 통상의 지식을 가진 자에 의해 그 변형이나 개량이 가능함이 명백하다.

상술한 본 발명에 따르면, 원자층 증착 과정에 사용되는 여러 종류의 반응체들이 단속적으로 반응부로부터 배기될 때, 배기 경로 내에서 서로 다른 종류의 반응체들이 서로 만나는 것을 효과적으로 방지할 수 있다. 이에 따라, 배기 경로 내에서 서로 다른 종류의 반응체들이 만나 원하지 않게 반응하여 파우더 또는 고상의 침적물이 생성되는 것을 방지할 수 있다. 배기 경로 내에서 파우더가 발생하는 것을 효과적으로 방지할 수 있으므로, 배기 경로를 관리하는 데 소모되는 노력 및 비용을 크게 절감할 수 있다.

도 1은 종래의 원자층 증착 장비의 배기 경로를 설명하기 위해서 개략적으로 도시한 도면이다.

도 2는 본 발명의 제1실시예에 의한 원자층 증착 장비의 배기 경로를 설명하기 위해서 개략적으로 도시한 도면이다.

도 3은 본 발명의 제2실시예에 의한 원자층 증착 장비의 배기 경로를 설명하기 위해서 개략적으로 도시한 도면이다.

Claims (18)

1. 적어도 두 종류 이상의 반응체들이 펌핑(pumping) 과정을 중간에 수반하여 교대로 반복 공급되어 어느 하나의 상기 반응체의 흡착 및 흡착된 상기 반응체와 펌핑 과정 후 공급되는 다른 반응체와의 반응 과정으로 원자층 수준의 층들이 반복하여 형성되는 원자층 증착(atomic layer deposition) 과정이 웨이퍼 상에 수행되는 반응부;

   상기 반응체들을 교대로 상기 반응부로 각각 제공하는 반응체 공급부들;

   상기 원자층 증착 과정에 참여하고 남은 미반응된 상기 반응체들 각각이 배기 중에 서로 만나지 않고 상호간에 독립적으로 상기 반응부로부터 배기되도록 하기 위해서 상기 반응체들 종류의 수와 같은 수로 도입되되 상기 미반응된 반응체의 배기를 위한 구동력을 제공하는 펌프부, 상기 펌프부 후단에 설치되는 스크러버(scrubber), 및 상기 펌프부 및 상기 스크러버 상호 간을 연결하고 상기 펌프부를 상기 반응부에 연결하는 배기 라인들을 각각 포함하는 배기 경로들; 및

   상기 미반응된 반응체들 각각이 어떤 정해진 배기 경로로만 배기되도록 어떤 정해진 상기 반응체가 상기 반응부에 공급될 때 열리고 상기 정해진 반응체가 상기 반응부에 공급되지 않을 때는 닫히게 선택적으로 단속(on/off)하는 배기 제어 밸브들을 포함하는 것을 특징으로 하는 원자층 증착 장비.
2. 삭제
3. 삭제
4. 제1항에 있어서,

   상기 배기 경로들은 상기 배기 제어 밸브가 설치된 위치와 상기 반응부 사이에서 하나로 취합되어 상기 반응부에 연결되는 것을 특징으로 하는 원자층 증착 장비.
5. 삭제
6. 적어도 제1반응체와 제2반응체들이 펌핑(pumping) 과정을 중간에 수반하여 교대로 반복 공급되어 상기 제1반응체의 흡착 및 흡착된 상기 제1반응체와 펌핑 과정 후 공급되는 상기 제2반응체와의 반응 과정으로 원자층 수준의 층들이 반복하여 형성되는 원자층 증착(atomic layer deposition) 과정이 웨이퍼 상에 수행되는 반응부;

   상기 제1반응체를 상기 반응부로 제공하는 제1반응체 공급부;

   상기 제2반응체를 상기 반응부로 제공하는 제2반응체 공급부;

   상기 제1반응체 공급부 및 상기 제2반응체 공급부를 상기 반응부와 연결시키는 공급 라인;

   상기 공급 라인에 설치되어 상기 제1반응체를 선택적으로 상기 반응부로 제공하도록 허용하는 제1공급 제어 밸브;

   상기 공급 라인에 설치되어 상기 제2반응체를 선택적으로 상기 반응부로 제공하도록 허용하는 제2공급 제어 밸브;

   상기 원자층 증착 과정에 참여하고 남은 미반응된 상기 제1반응체를 상기 반응부로부터 배기하기 위한 구동력을 제공하는 제1펌프부;

   상기 제1펌프부 후단에 설치되는 제1스크러버;

   상기 제1펌프부 및 상기 제1스크러버를 연결하고 상기 제1펌프부를 상기 반응부에 연결하는 제1배기 라인;

   상기 원자층 증착 과정에 참여하고 남은 미반응된 상기 제2반응체를 상기 반응부로부터 배기하기 위한 구동력을 제공하는 제2펌프부;

   상기 제2펌프부 후단에 설치되는 제2스크러버;

   상기 제2펌프부 및 상기 제2스크러버를 연결하고 상기 제2펌프부를 상기 반응부에 연결하는 제2배기 라인;

   상기 제1펌프부와 상기 반응부의 사이의 상기 제1배기 라인 부분에 설치되어 상기 미반응된 제1반응체가 상기 제1펌프부에 의해서 배기되도록 배기 경로를 선택적으로 열어주는 제1배기 제어 밸브; 및

   상기 제2펌프부와 상기 반응부의 사이의 상기 제2배기 라인 부분에 설치되어 상기 미반응된 제2반응체가 상기 제2펌프부에 의해서 배기되도록 배기 경로를 선택적으로 열어주는 제2배기 제어 밸브를 포함하되

   상기 반응부로 상기 제1반응체를 공급하기 위해서 상기 제1공급 제어 밸브가 열릴 때 상기 제2공급 제어 밸브는 닫히고 상기 제1배기 제어 밸브는 열리고 상기 제2배기 제어 밸브는 닫히고, 상기 반응부로 상기 제2반응체를 공급하기 위해서 상기 제2공급 제어 밸브가 열릴 때 상기 제1공급 제어 밸브는 닫히고 상기 제2배기 제어 밸브는 열리고 상기 제1배기 제어 밸브는 닫히는 것을 특징으로 하는 원자층 증착 장비.
7. 제6항에 있어서,

   상기 제1배기 라인과 상기 제2배기 라인은 상기 반응부의 인근에서 취합되어 상기 반응부에 연결되는 것을 특징으로 하는 원자층 증착 장비.
8. 삭제
9. 삭제
10. 제6항에 있어서,

    상기 원자층 증착 과정에서 추가의 제3반응체를 사용하기 위해서

    상기 원자층 증착 과정에 참여하고 남은 미반응된 상기 제3반응체를 상기 반응부로부터 배기하기 위한 구동력을 제공하는 제3펌프부;

    상기 제3펌프부 후단에 설치되는 제3스크러버;

    상기 제3펌프부 및 상기 제3스크러버를 연결하고 상기 제3펌프부를 상기 반응부에 연결하는 제3배기 라인; 및

    상기 제3펌프부와 상기 반응부의 사이의 상기 제3배기 라인 부분에 설치되어 상기 미반응된 제3반응체가 상기 제3펌프부에 의해서 배기되도록 배기 경로를 선택적으로 열어주는 제3배기 제어 밸브를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 원자층 증착 장비.
11. 적어도 제1반응체와 제2반응체들이 펌핑(pumping) 과정을 중간에 수반하여 교대로 반복 공급되어 상기 제1반응체의 흡착 및 흡착된 상기 제1반응체와 펌핑 과정 후 공급되는 상기 제2반응체와의 반응 과정으로 원자층 수준의 층들이 반복하여 형성되는 원자층 증착(atomic layer deposition) 과정이 웨이퍼 상에 수행되는 적어도 둘 이상의 반응부들;

    상기 제1반응체를 상기 반응부들로 제공하는 제1반응체 공급부;

    상기 제2반응체를 상기 반응부들로 제공하는 제2반응체 공급부;

    상기 제1반응체 공급부 및 상기 제2반응체 공급부를 상기 반응부들과 연결시키는 공급 라인;

    상기 공급 라인에 설치되어 상기 제1반응체를 선택적으로 상기 반응부들로 각각 제공하도록 허용하는 제1공급 제어 밸브들;

    상기 공급 라인에 설치되어 상기 제2반응체를 선택적으로 상기 반응부들로 각각 제공하도록 허용하는 제2공급 제어 밸브들;

    상기 원자층 증착 과정에 참여하고 남은 미반응된 상기 제1반응체를 상기 반응부들로부터 배기하기 위한 구동력을 제공하는 제1펌프부;

    상기 제1펌프부 후단에 설치되는 제1스크러버;

    상기 제1펌프부 및 상기 제1스크러버를 상호 연결하고 상기 제1펌프부를 상기 반응부들에 각각 연결하는 제1배기 라인;

    상기 원자층 증착 과정에 참여하고 남은 미반응된 상기 제2반응체를 상기 반응부들로부터 배기하기 위한 구동력을 제공하는 제2펌프부;

    상기 제2펌프부 후단에 설치되는 제2스크러버;

    상기 제2펌프부 및 상기 제2스크러버를 상호 연결하고 상기 제2펌프부를 상기 반응부들에 각각 연결하는 제2배기 라인;

    상기 제1펌프부와 상기 반응부들의 사이의 상기 제1배기 라인 부분에 설치되어 상기 미반응된 제1반응체가 상기 제1펌프부에 의해서 배기되도록 배기 경로를 선택적으로 열어주는 제1배기 제어 밸브들; 및

    상기 제2펌프부와 상기 반응부들의 사이의 상기 제2배기 라인 부분에 설치되어 상기 미반응된 제2반응체가 상기 제2펌프부에 의해서 배기되도록 배기 경로를 선택적으로 열어주는 제2배기 제어 밸브들을 포함하는 것을 특징으로 하는 원자층 증착 장비.
12. 제11항에 있어서,

    상기 제1배기 라인과 상기 제2배기 라인은 상기 반응부들 각각의 인근에서 취합되어 상기 반응부들 각각에 연결되는 것을 특징으로 하는 원자층 증착 장비.
13. 제11항에 있어서,

    상기 제1배기 라인은 상기 제1펌프부의 앞단에서 가지쳐져서 상기 반응부들 각각에 연결되고, 상기 제1배기 제어 밸브들은 상기 제1배기 라인의 가지쳐진 부분들 각각에 설치되고,

    상기 제2배기 라인은 상기 제2펌프부의 앞단에서 가지쳐져서 상기 반응부들 각각에 연결되고, 상기 제2배기 제어 밸브들은 상기 제2배기 라인의 가지쳐진 부분들 각각에 설치되는 것을 특징으로 하는 원자층 증착 장비.
14. 제13항에 있어서,

    어느 하나의 상기 반응부로 상기 제1반응체가 선택적으로 공급될 때

    상기 반응부에 연결된 상기 제1배기 라인의 가지쳐진 부분에 설치된 상기 제1배기 제어 밸브는 열리고 상기 제2배기 제어 밸브들은 닫히고

    상기 반응부로 상기 제2반응체가 선택적으로 공급될 때

    상기 반응부에 연결된 상기 제2배기 라인의 가지쳐진 부분에 설치된 상기 제1배기 제어 밸브는 열리고 상기 제1배기 제어 밸브들은 닫히는 것을 특징으로 하는 원자층 증착 장비.
15. 제13항에 있어서,

    어느 하나의 상기 반응부로 상기 제1반응체를 공급하기 위해서 상기 반응부에 연결된 공급 라인 부분에 설치된 상기 제1공급 제어 밸브가 열릴 때

    상기 반응부에 연결된 상기 제1배기 라인의 가지쳐진 부분에 설치된 상기 제1배기 제어 밸브는 열리고 상기 제2배기 제어 밸브들은 닫히고,

    상기 반응부로 상기 제2반응체를 공급하기 위해서 상기 반응부에 연결된 공급 라인 부분에 설치된 상기 제2공급 제어 밸브가 열릴 때

    상기 반응부에 연결된 상기 제2배기 라인의 가지쳐진 부분에 설치된 상기 제2배기 제어 밸브는 열리고 상기 제1배기 제어 밸브들은 닫히는 것을 특징으로 하는 원자층 증착 장비.
16. 제11항에 있어서,

    상기 반응부들로 상기 제1반응체가 선택적으로 공급될 때

    상기 제1배기 제어 밸브들이 열리고 상기 제2배기 제어 밸브들은 닫히고

    상기 반응부들로 상기 제2반응체가 선택적으로 공급될 때

    상기 제2배기 제어 밸브들이 열리고 상기 제1배기 제어 밸브들은 닫히는 것을 특징으로 하는 원자층 증착 장비.
17. 제11항에 있어서,

    상기 반응부들로 상기 제1반응체를 공급하기 위해서 상기 제1공급 제어 밸브들이 열릴 때

    상기 제2공급 제어 밸브들은 닫히고 상기 제1배기 제어 밸브들은 열리고 상기 제2배기 제어 밸브들은 닫히고

    상기 반응부들로 상기 제2반응체를 공급하기 위해서 상기 제2공급 제어 밸브들이 열릴 때

    상기 제1공급 제어 밸브들은 닫히고 상기 제2배기 제어 밸브들은 열리고 상기 제1배기 제어 밸브들은 닫히는 것을 특징으로 하는 원자층 증착 장비.
18. 제11항에 있어서,

    상기 원자층 증착 과정에서 추가의 제3반응체를 사용하기 위해서

    상기 원자층 증착 과정에 참여하고 남은 미반응된 상기 제3반응체를 상기 반응부로부터 배기하기 위한 구동력을 제공하는 제3펌프부;

    상기 제3펌프부 후단에 설치되는 제3스크러버;

    상기 제3펌프부 및 상기 제3스크러버를 연결하고 상기 제3펌프부를 상기 반응부들에 연결하는 제3배기 라인; 및

    상기 제3펌프부와 상기 반응부들의 사이의 상기 제3배기 라인 부분에 설치되어 상기 미반응된 제3반응체가 상기 제3펌프부에 의해서 배기되도록 배기 경로를 선택적으로 열어주는 제3배기 제어 밸브들을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 원자층 증착 장비.