KR100523935B1 - 화학 기상 증착공정을 위한 전구체의 기화장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 화학 기상 증착공정을 위한 전구체의 기화장치에 관한 것으로, 밀폐용기에 담긴 전구체 수용액이 최저수위까지 기화됨이 가능하도록 밀폐용기의 내벽면 일측에 근접되게 편중/배치되고 높이방향을 따라 최저수위까지 배관되는 연결관과, 연결관의 하단에 관이음되고, 밀폐용기의 바닥면을 따라 배관되는 기포발생관을 포함하는 것을 특징으로 한다. 이 때 기포발생관은, 바닥면의 내주연을 따라 배관되는 폐곡선 형상, 바닥면을 가로질러 배관되는 직선 형상, 폐곡선 형상 및 폐곡선의 내주연을 가로질러 배관되는 직선 형상 등으로 이루어지는 것이 바람직하며, 그 외주연 상부에 일정간격을 따라 통기구가 형성되어 전구체 수용액의 최저수위에서 그 전반에 걸친 기포발생 및 버블링이 이루어질 수 있다.

Description

화학 기상 증착공정을 위한 전구체의 기화장치{A Vaporizing Device Of Precursor For Chemical Vapor Deposition Process}

본 발명은 고압의 운반기체를 버블링하여 전구체를 기화시키는 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 전구체 수용액의 최저수면까지 배관되고, 전구체 수용액의 용기 바닥면을 따라 배관되어 통기구를 통해 운반기체의 기포가 발생되는 배관구조를 포함하여, 최저수위까지 전구체 수용액을 기화시킬 수 있는 화학 기상 증착공정을 위한 전구체의 기화장치에 관한 것이다.

일반적으로 반도체 제조과정에는 증착공정이 포함되는데, 반도체의 선폭이 계속적으로 감소함에 따라 기존에 사용하였던 물리적 증착공정은 그 한계에 직면하고 있다.

이에 따라 개발이 가속화되고 일부 상용화되고 있는 것이 화학 전구체를 이용하는 화학 기상 증착공정이다. 화학 기상 증착은 화학 전구체를 증기상태로 만든 다음 원하는 물체의 표면에서 분해/흡착되도록 하여 물체의 표면에 박막의 상태로 어떤 성분을 코팅하는 것이다.

화학 전구체는 특히 층덮힘(step coverage) 특성이 우수하다고 알려져 있다. 이에 따라 반도체 제조공정에서 웨이퍼에 대한 증착공정에 이용되고 있는데, 보통 웨이퍼가 수용된 반응기로 전구체를 운반하기 위해 전구체 수용액을 기화시키는 장치구조가 사용되어 왔다.

이러한 전구체의 기화 장치구조로서 대표적인 것이 도 1에 도시된 버블링 구조의 기화장치이다. 이러한 종래 기화장치는, 수용액 상태로 전구체가 담긴 밀폐용기(30)와, 봄베(10)의 운반기체(10a)를 밀폐용기(30) 내로 공급하여 기포를 발생시키는 공급관(20)과, 발생된 기포를 포집하고 포집된 기포가 반응기(60)로 이동할 수 있는 통로 역할의 배출관(50) 등으로 이루어진다.

여기서 공급관(20)은 일측이 봄베(10)에 배관되고, 타측은 수직으로 관이음되어 밀폐용기(30) 내로 그 타단이 수장되는데, 이에 따라 공급관(20)의 타단을 통해 운반기체(10a)의 기포가 발생되고, 기포가 전구체 수용액(30a) 내에서 부상하면서 전구체를 기화시키게 되는 구조를 마련한다. 그리고 기화된 전구체는 포집관(40) 및 배출관(50)을 통해 반응기(60)에 공급되고, 웨이퍼(70)에 증착되는데 이용된다.

그런데 종래의 화학 증착공정에서는, 밀폐용기(30) 내의 전구체 수용액(30a)을 전량 이용하지 못하고 있는 실정이다. 이는 종래 기화장치에서, 공급관(20)의 타단이 전구체 수용액(30a)의 최저수위까지 수장되어 있지 않은 문제점으로부터 기인한다.

따라서 공급관(20)의 타단에 해당되는 수위까지 전구체 수용액(30a)이 기화될 경우 더 이상 운반기체(10a)를 전구체 수용액(30a) 내로 공급하지 못하게 되므로, 결국 상기 타단 이하의 수위로 잔류하는 전구체 수용액(30a)은 종래의 장치구조를 이용하여 기화시킬 수 없고 폐기되는데, 전구체의 높은 가격을 고려할 경우 막대한 경제적 손실을 초래하게 된다.

따라서 본 발명은 상기와 같은 종래 문제점을 감안하여 안출된 것으로, 본 발명의 제 1목적은, 전구체 수용액의 최저수위까지 기포발생관이 배관되어 전구체 수용액의 최저수위까지 운반기체가 제공될 수 있는 화학 기상 증착공정을 위한 전구체의 기화장치를 제공하는 것이다.

그리고 본 발명의 제 2목적은, 기포발생관이 밀폐용기의 바닥면을 따라 배관되고 다수의 통기구가 형성/배치되어 전구체 수용액 전반에 걸쳐 기포 발생율을 극대화할 수 있는 화학 기상 증착공정을 위한 전구체의 기화장치를 제공하는 것이다.

이와 같은 본 발명의 목적들은, 전구체 수용액이 수용되고, 기화되는 전구체의 기체가 수용될 수 있도록 수면 위로 일정한 공간이 형성되는 밀폐용기;

전구체 수용액을 운반하기 위한 고압의 운반기체가 수용되는 봄베;

운반기체가 밀폐용기로 이송될 수 있도록 일측은 봄베에 배관되고, 타측은 밀폐용기까지 이어지는 공급관;

운반기체가 전구체 수용액의 최저수위까지 제공되도록 일단은 공급관에 관이음되고, 타측은 밀폐용기의 높이방향을 따라 바닥면까지 배관되어 전구체 수용액에 수장되는 연결관;

운반기체가 최저수위부터 수면까지 전구체 수용액의 수위방향을 따라 부상할 수 있도록 연결관의 타단에 관이음되고, 밀폐용기의 바닥면에 배관되며, 표면으로 운반기체의 기포가 발생될 수 있도록 다수의 통기구가 관통/형성되는 기포발생관;

기포의 발생에 기화된 전구체를 포집할 수 있도록 밀폐용기의 높이방향을 따라 배치되어 일측이 밀폐용기 내에 배관되고, 일단은 전구체 수용액의 수면 상부에 배치되는 포집관; 및

전구체가 배출되어 화학 기상증착공정을 위한 반응기에 제공될 수 있도록 일측은 포집관에 관이음되고, 타측은 반응기에 배관되는 배출관;을 포함하는 것을 특징으로 하는 화학 기상 증착공정을 위한 전구체의 기화장치에 의하여 달성된다.

이 때 연결관은, 밀폐용기의 내벽면 일측에 편중되어 근접/배치되고, 기포발생관은 연결관의 타단을 기점으로 밀폐용기의 바닥면을 따라 대향되는 지점까지 배관되는 것이 바람직하다.

여기서 기포발생관은, 밀폐용기의 바닥면 내주연을 따라 배관되는 폐곡선 형상인 것이 바람직하고, 각 통기구는, 기포발생관의 폐곡선 형상을 따라 외주연 상부에 일정간격을 두고 배치되는 것이 바람직하다.

또는 기포발생관은, 밀폐용기의 바닥면을 가로질러 배관되는 직선 형상인 것이 바람직하고, 각 통기구는, 기포발생관의 직선 형상을 따라 외주연 상부에 일정간격을 두고 배치되는 것이 바람직하다.

그리고 기포발생관은, 밀폐용기의 바닥면 내주연을 따라 배관되는 폐곡선 형상을 갖고, 폐곡선을 가로질러 동일높이로 배관되는 직선 형상인 것이 바람직하고, 각 통기구는, 기포발생관의 폐곡선 및 직선 형상을 따라 외주연 상부에 일정간격을 두고 배치되는 것이 바람직하다.

본 발명의 그 밖의 목적, 특정한 장점들 및 신규한 특징들은 첨부된 도면들과 연관되어지는 이하의 상세한 설명과 바람직한 실시예들로부터 더욱 분명해질 것이다.

이하 본 발명에 따른 화학 기상 증착공정을 위한 전구체의 기화장치를 첨부된 도면과 더불어 상세히 설명하기로 한다.

도 2는 본 발명의 제 1실시예에 따른 화학 기상 증착공정을 위한 전구체의 기화장치(1000)의 구성도이고, 도 3은 도 2에 도시된 기화장치(1000)의 사시도이다. 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 기화장치(1000)는 전구체 수용액(700a)이 담긴 밀폐용기(700)의 바닥면까지 운반기체(100a)를 공급하고, 전구체 수용액(700a) 전반에 걸쳐 기포를 발생시켜 전구체 수용액(700a)을 그 최저수위까지 기화시킬 수 있는 장치구조를 갖는 것이다.

이를 위해 기화장치(1000)는, 고압의 운반기체(100a)가 담긴 봄베(100)와, 전구체 수용액(700a)이 담긴 밀폐용기(700)와, 봄베(100)와 밀폐용기(700)를 연결하기 위한 공급관(200)과, 공급관(200)에 연결되고 밀폐용기(700) 내의 전구체 수용액(700a)에 수장/배관되는 연결관(300) 및 연결관(300)의 하단에 연결되고 밀폐용기(700)의 바닥면에 배관되는 기포발생관(400)을 포함하여 구성된다.

여기서 연결관(300) 및 기포발생관(400)의 배관구조는, 전구체 수용액(700a)을 버블링하기 위해 구비되는데, 이를 위해 연결관(300)은 운반기체(100a)를 공급하는 공급관(200)의 타단에 관이음되고 밀폐용기(700)의 내벽면 일측에 근접/편중되어 높이방향을 따라 배치되며, 기포발생관(400)은 연결관(300)의 하단에 관이음되고 밀폐용기(700)의 바닥면 위에 근접하여 배관된다.

이러한 연결관(300)과 기포발생관(400)의 배관구조는, 운반기체(100a)의 기포가 전구체 수용액(700a)의 최저수위부터 부상하고, 이에 따라 전구체 수용액(700a) 전반에 걸쳐 기포가 확산되는 기화환경을 조성한다.

특히 연결관(300)은 밀폐용기(700)의 내벽면의 일측에 근접하여 편중/배치되는 구조를 갖고, 이에 따라 연결관(300)과 밀폐용기(700)의 내벽면 사이에는 간격을 두지 않는다. 그리고 그 하단이 전구체 수용액(700a)의 최저수위까지 이어져 있다. 따라서 운반기체(100a)가 최저수위까지 제공되는 구조가 마련된다.

또한 기포발생관(400)은 연결관(300)의 하단을 기점으로 연결관(300)의 배치위치에 대향되도록 밀폐용기(700)의 바닥면을 따라 배관되어 있다. 이 때 기포발생관(400)에는 기포의 발생을 위해 내경이 일정한 통기구(400a)가 관통/형성된다.

이러한 기포발생관(400)은 둥근 폐곡선을 형성하며 밀폐용기(700)의 바닥면 내주연을 따라 배관되는 구조를 갖는다. 통기구(400a)는 이러한 폐곡선을 따라 기포발생관(400)의 외주연 상부에 일정간격을 두고 배치된다.

따라서, 전구체 수용액(700a)의 최저수위까지 연결관(300)을 통해 제공된 운반기체(100a)가 밀폐용기(700)의 하부 전반에 걸쳐 부상하게 되므로, 전구체 수용액(700a)의 수위에 관계없이 버블링이 그 전반에 걸쳐 발생할 수 있고, 이에 따라 전구체 수용액(700a)이 최저수위까지 기화될 수 있는 구조가 마련된다.

그리고, 연결관(300)에 운반기체(100a)가 제공되도록 연결관(300)의 상부에 수직으로 관이음되는 것이 공급관(200)이다. 공급관(200)은 운반기체(100a)가 고압으로 수용된 봄베(100)에 일측이 배관되어 있다. 따라서 운반기체(100a)가 연결관(300)에 제공되는 구조가 마련된다.

또한, 밀폐용기(700)의 상부에서, 연결관(300)에 대향되게 밀폐용기(700)의 높이방향을 따라 배관된 것이 포집관(500)이다. 포집관(500)은 그 하단이 전구체 수용액(700a)의 수면 위에 위치하고 있는데, 기화된 전구체가 수면과 밀폐용기(700)의 상단 사이에 운집하면, 이를 포집하는 구조로서 기능한다.

또한, 포집관(500)의 상단에 일단이 수직으로 관이음되고, 타단은 반응기(2000)에 배관된 것이 배출관(600)이다. 이러한 배출관(600)의 구비로 인해 포집관(500) 내에 포집된 전구체가 배출관(600)을 통해 배출되고, 최종적으로 반응기(2000) 내에 이송될 수 있는 구조가 마련된다. 이러한 반응기(2000) 내에는 화학 기상 증착의 대상인 웨이퍼(2100)가 안치되어 있고, 이에 따라 기화된 전구체가 웨이퍼(2100)의 상면에 증착된다.

도 4는 본 발명의 제 2실시예에 따른 기화장치(1000)의 사시도이다. 도 4에 도시된 바와 같이, 기화장치(1000)의 기포발생관(400)이 연결관(300)의 하단을 기점으로 연결관(300)에 대향되는 지점까지 밀폐용기(700)의 바닥면을 가로질러 직선 형상으로 이어진 배관 구조를 마련한다.

이러한 기포발생관(400)의 배관 구조와 더불어 기포발생관(400)의 직선 형상을 따라 외주연 상부에는 통기구(400a)가 일정간격을 두고 관통/형성되어 있다.

그리고, 연결관(300)이 밀폐용기(700)의 내벽면 일측에 근접하여 편중/배치되고 그 하단이 전구체 수용액(700a)의 최저수위까지 이어져 기포발생관(400)에 관이음되어 있다.

따라서, 연결관(300)을 통해 전구체 수용액(700a)의 최저수위까지 공급된 운반기체(100a)가 기포발생관(400)을 따라 밀폐용기(700)의 바닥면을 가로질러 이송되면서 각 통기구(400a)를 통해 기포로 발생되므로, 전구체 수용액(700a)의 전반에 걸쳐 기포가 부상하게 되는 버블링 구조가 마련된다.

도 5는 본 발명의 제 3실시예에 따른 기화장치(1000)의 사시도이다. 도 5에 도시된 바와 같이, 기포발생관(400)은, 밀폐용기(700)의 바닥면 내주연을 따라 폐곡선 형상으로 배관되고, 상기 폐곡선의 내주연을 가로질러 직선 형상으로 배관되는 구조를 갖고 있다.

그리고, 상기 폐곡선 및 직선 형상을 따라 기포발생관(400)의 외주연 상부에는 일정간격을 두고 각 통기구(400a)가 관통 형성되어 있다.

또한, 연결관(300)이 밀폐용기(700)의 내벽면 일측에 근접하여 편중/배치되고 그 하단이 전구체 수용액(700a)의 최저수위까지 이어져 기포발생관(400)에 관이음되어 있다.

따라서, 운반기체(100a)가 전구체 수용액(700a)의 최저수위까지 이송되고, 여기서 상기 폐곡선 및 직선 형상의 기포발생관(400)을 따라 이송되면서 각 통기구(400a)를 통해 기포로 발생되므로, 전구체 수용액(700a)의 전반에 걸쳐 기포가 부상하고 버블링 발생되는 구조가 마련된다.

이상과 같은 본 발명에 따른 화학 기상 증착공정을 위한 전구체의 기화장치(1000)에서, 기포발생관(400)이 폐곡선 형상, 직선 형상, 폐곡선 및 직선 형상으로 제시되고 있지만 이외에, 연결관(300)의 하단을 기점으로 다수의 직선이 확산되는 형상으로 배관되는 구조, 폐곡선 및 상기 폐곡선의 내주연을 교차하는 형상으로 배관되는 구조, 일방향 및 타방향 절곡이 교번하는 배관 구조 등으로 대체하여 사용할 수 있으며, 이러한 각 배관구조는 봄베(100)의 운반기체(100a) 수용용량, 밀폐용기(700)의 용적 및 바닥면적 등 제반설비의 규모 또는 반응기(2000)의 규모에 따라 달리하여 사용할 수 있다.

그리고 통기구(400a)는 내경이 일정하다고 제시되고 있지만 이외에, 고속으로 기포가 발생되도록 내경이 줄어드는 노즐구조로서 형성된 것을 사용할 수 있으며, 이럴 경우 해당 기포발생부위의 부식방지를 위해 부식방지재가 코팅된 구조 또는 기포발생관(400)이 스테인레스 등과 같은 내식성 금속관으로 이루어진 것을 사용할 수 있다.

상술한 바와 같은 화학 기상 증착공정을 위한 전구체의 기화장치에 의하면, 최저수위까지 배관된 연결관 및 밀폐용기의 바닥면을 따라 배관된 기포발생관의 구조를 포함하여 구성되므로, 전구체 수용액의 최저수위까지 기화가 이루어질 수 있는 특징이 있다. 이에 따라 전구체 수용액이 낭비됨이 없이 밀폐용기에 담긴 거의 전량을 증착공정에 이용할 수 있는 장점이 있다.

비록 본 발명이 상기 언급된 바람직한 실시예와 관련하여 설명되어졌지만, 발명의 요지와 범위로부터 벗어남이 없이 다양한 수정이나 변형을 하는 것이 가능하다. 따라서 첨부된 특허청구의 범위는 본 발명의 요지에서 속하는 이러한 수정이나 변형을 포함할 것이다.

도 1은 종래 전구체의 기화장치의 구성도,

도 2는 본 발명의 제 1실시예에 따른 화학 기상 증착공정을 위한 전구체의 기화장치의 구성도,

도 3은 도 2에 도시된 기화장치의 사시도,

도 4는 본 발명의 제 2실시예에 따른 기화장치의 구성도,

도 5는 본 발명의 제 3실시예에 따른 기화장치의 구성도이다.

< 도면의 주요부분에 관한 부호의 설명 >

100: 봄베, 100a: 운반기체,

200: 공급관, 300: 연결관,

400: 기포발생관, 400a: 통기구,

500: 포집관, 600: 배출관,

700: 밀폐용기, 700a: 전구체 수용액,

1000: 기화장치, 2000: 반응기,

2100: 웨이퍼.

Claims (8)

1. 전구체 수용액(700a)이 수용되고, 기화되는 상기 전구체의 기체가 수용될 수 있도록 수면 위로 일정한 공간이 형성되는 밀폐용기(700);

   상기 전구체 수용액(700a)을 운반하기 위한 고압의 운반기체(100a)가 수용되는 봄베(100);

   상기 운반기체(100a)가 상기 밀폐용기(700)로 이송될 수 있도록 일측은 상기 봄베(100)에 배관되고, 타측은 상기 밀폐용기(700)까지 이어지는 공급관(200);

   상기 운반기체(100a)가 상기 전구체 수용액(700a)의 최저수위까지 제공되도록 일단은 상기 공급관(200)에 관이음되고, 타측은 상기 밀폐용기(700)의 높이방향을 따라 바닥면까지 배관되어 상기 전구체 수용액(700a)에 수장되는 연결관(300);

   상기 운반기체(100a)가 상기 최저수위부터 수면까지 상기 전구체 수용액(700a)의 수위방향을 따라 부상할 수 있도록 상기 연결관(300)의 타단에 관이음되고, 상기 밀폐용기(700)의 바닥면에 배관되며, 표면으로 상기 운반기체(100a)의 기포가 발생될 수 있도록 다수의 통기구(400a)가 관통/형성되는 기포발생관(400);

   상기 기포의 발생에 기화된 전구체를 포집할 수 있도록 상기 밀폐용기(700)의 높이방향을 따라 배치되어 일측이 상기 밀폐용기(700) 내에 배관되고, 일단은 상기 전구체 수용액(700a)의 수면 상부에 배치되는 포집관(500); 및

   상기 전구체가 배출되어 화학 기상증착공정을 위한 반응기(2000)에 제공될 수 있도록 일측은 상기 포집관(500)에 관이음되고 타측은 상기 반응기(2000)에 배관되는 배출관(600);을 포함하는 것을 특징으로 하는 화학 기상 증착공정을 위한 전구체의 기화장치.
2. 제 1항에 있어서, 상기 연결관(300)은, 상기 밀폐용기(700)의 내벽면 일측에 편중되어 근접/배치되고, 상기 기포발생관(400)은 상기 연결관(300)의 타단을 기점으로 상기 밀폐용기(700)의 바닥면을 따라 대향되는 지점까지 배관되는 것을 특징으로 하는 화학 기상 증착공정을 위한 전구체의 기화장치.
3. 제 2항에 있어서, 상기 기포발생관(400)은, 상기 밀폐용기(700)의 바닥면 내주연을 따라 배관되는 폐곡선 형상인 것을 특징으로 하는 화학 기상 증착공정을 위한 전구체의 기화장치.
4. 제 3항에 있어서, 상기 각 통기구(400a)는, 상기 기포발생관(400)의 폐곡선 형상을 따라 외주연 상부에 일정간격을 두고 배치되는 것을 특징으로 하는 화학 기상 증착공정을 위한 전구체의 기화장치.
5. 제 2항에 있어서, 상기 기포발생관(400)은, 상기 밀폐용기(700)의 바닥면을 가로질러 배관되는 직선 형상인 것을 특징으로 하는 화학 기상 증착공정을 위한 전구체의 기화장치.
6. 제 5항에 있어서, 상기 각 통기구(400a)는, 상기 기포발생관(400)의 직선 형상을 따라 외주연 상부에 일정간격을 두고 배치되는 것을 특징으로 하는 화학 기상 증착공정을 위한 전구체의 기화장치.
7. 제 2항에 있어서, 상기 기포발생관(400)은, 상기 밀폐용기(700)의 바닥면 내주연을 따라 배관되는 폐곡선 형상을 갖고, 상기 폐곡선을 가로질러 동일높이로 배관되는 직선 형상인 것을 특징으로 하는 화학 기상 증착공정을 위한 전구체의 기화장치.
8. 제 7항에 있어서, 상기 각 통기구(400a)는, 상기 기포발생관(400)의 폐곡선 및 직선 형상을 따라 외주연 상부에 일정간격을 두고 배치되는 것을 특징으로 하는 화학 기상 증착공정을 위한 전구체의 기화장치.