KR100985656B1 - 기화기 및 기화 공급 장치 - Google Patents

기화기 및 기화 공급 장치 Download PDF

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니뽄파이오닉스가부시끼가이샤
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Abstract

본 발명은, CVD 원료의 기화실과, CVD 원료를 기화실로 공급하기 위한 CVD 원료 공급부와, 기화 가스 배출구, 및 기화실을 가열하기 위한 가열 수단을 포함하며, CVD 원료 공급부는 CVD 원료의 통로 및 캐리어 가스의 통로를 각각 포함하며, CVD 원료의 통로는 CVD 원료의 압력 손실-유발 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는, 기화기를 제공한다. 동시에 본 발명은, 액체 유동 컨트롤러를 통해서 CVD 원료를 기화기에 공급하고, CVD 원료를 기화시킨 후에 기화 가스를 반도체 제조 장치에 공급하며, 액체 유동 컨트롤러와 기화기의 사이에 CVD 원료의 압력 손실-유발 수단을 구비하는 것을 특징으로 하는, 기화 공급 장치를 제공한다. 본 발명에 따르면, 고체 CVD 원료를 사용하여 CVD 원료에 수반되어 공급되는 캐리어 가스의 공급량을 감소시킨 상태로 기화 및 공급이 행해지는 경우에도, 기화기내의 압력 변동과 액체 유동 컨트롤러의 유량 변동을 감소 및 안정시키는 것과 기화실내에 고체 원료의 석출 또는 부착을 초래하지 않으면서 원하는 농도 및 유량으로 효율적으로 CVD 원료를 기화시키는 것이 달성될 수 있다.

Description

기화기 및 기화 공급 장치{VAPORIZER AND APPARATUS FOR VAPORIZING AND SUPPLYING}
도 1은 본 발명에 따른 기화기의 일 실시예를 도시하는 수직 횡단면도.
도 2는 본 발명에 따른 기화기의 다른 실시예를 도시하는 수직 횡단면도.
도 3 (1) 내지 (6)은 각각 본 발명에 따른 CVD 원료 공급부의 실시예를 도시하는 수직 횡단면도.
도 4 (a) 내지 (d)는 각각 도 3의 (1) 내지 (4) 각각의 a-a'면,b-b'면,c-c'면,d-d'면의 수평 횡단면도.
도 5 (1) 내지 (3)은 각각 도 3의 A-A'면(CVD 원료와 캐리어 가스를 기화실로 분출하는 면)의 수평 횡단면도.
도 6은 본 발명에 따른 기화 공급 장치의 구성의 일 실시예를 예시하는 개략적인 플로 다이어그램.
도 7 (1)과 (2)는 각각 본 발명의 스로틀부와 오리피스의 실시예를 예시하는 수직 횡단면도.
도 8 은 본 발명의 필터의 실시예를 예시하는 수직 횡단면도.
<도면의 주요부분에 대한 부호 설명>
1 : 기화실 2 : CVD 원료 공급부
3 : 기화 가스 배출구 4 : 가열 수단(히터)
5 : 냉각 수단 6 : CVD 원료 공급관
7 : 캐리어 가스 공급관 8 : 돌기
9 : CVD 원료의 통로 10, 12 : 캐리어 가스의 통로
11 : CVD 원료 및 캐리어 가스의 혼합 통로
13 : 스로틀부 14 : 오리피스
15 : 합성 수지 16 : 공동
17 : CVD 원료 및 캐리어 가스의 기화실로의 분출구
18 : 캐리어 가스의 기화실 분출구
19 : 불활성 가스 공급 라인
20 : CVD 원료 21 : CVD 원료 용기
22 : 탈가스 유닛 23 : 액체 유동 컨트롤러
24 : 액체 유동 컨트롤러와 기화기 사이의 배관
25 : 단열재 26 : 기화기
27 : 기체 질량 유동 컨트롤러 28 : 캐리어 가스 공급 라인
29 : 반도체 제조 장치
본 발명은 반도체 등의 제조에 사용되는 화학 증착(CVD: chemical vapor deposition) 장치에 가스 상태의 CVD 원료를 공급하는데 이용되는 기화기 및 기화 공급 장치에 관한 것이다. 보다 구체적으로는, 액체 CVD 원료 또는 고체 CVD 원료를 용매에 용해시킨 액체 CVD 원료 용액을 원하는 농도 및 유량으로 효율적으로 반도체 제조 장치에 공급하는데 이용되는 기화기 및 기화 공급 장치에 관한 것이다.
근래에, 반도체 분야에서는, 높은 유전율(high dielectric constant)을 가지며 스텝 커버리지(step coverage)가 높은 티탄산 지르콘산 납(PZT) 막, 티탄산 바륨 스트론튬(BST) 막, 탄타륨산 스트론튬 비스무트(SBT) 막, 티탄산 지르콘산 랜턴 납(PLZT) 막 등이 반도체 메모리용의 산화물계 유전체막으로 사용되고 있다. 이러한 (반도체) 박막의 CVD 원료로는, 예를 들면 Pb 원천(source)으로서 Pb(DPM)2 (고체 원료), Zr 원천으로서 Zr{OC (CH3)3}4 (액체 원료) 및 Zr(DPM)4 (고체 원료), Ti 원천으로서 Ti{OCH(CH3)2}4 (액체 원료) 및 Ti{OCH(CH3)2}2 (DPM)2 (고체 원료),Ba 원천으로서 Ba(DPM)2 (고체 원료),Sr 원천으로서 Sr(DPM)2 (고체 원료)가 사용되고 있다.
CVD 원료로서 액체 원료가 사용될 때, 통상적으로 액체 원료는 액체유량 컨트롤러(flow rate controller)를 통해서 캐리어 가스(carrier gas)와 함께 기화기에 공급되며, 이러한 혼합 가스는 기화기에서 가스 상태에 된 후에 CVD 장치로 공급된다. 그러나, 액체 원료는 일반적으로 증기압이 낮고 점성이 높으며 기화 온도가 분해 온도(decomposing temperature)에 근접하기 때문에, 액체 원료는 그 품질을 저하시키는 일없이 원하는 농도 및 유량으로 효율적으로 기화시키는 것이 어렵다.
고체 원료는 승화(sublime)시킬 수 있는 고온으로 유지함으로써 고순도의 원료를 얻는 것이 가능하지만, 공업적으로는 충분한 공급량을 확보하는 것이 극히 어렵다. 그래서, 통상은 테트라하이드로푸란(tetrahydrofuran)과 같은 용매에 용해시켜 액체 원료로 만들어 기화시키게 된다. 그러나, 고체 원료는 그 기화 온도가 용매와 크게 상이하고 가열에 의해 용매만이 기화하기 쉽기 때문에, 액체 원료의 기화는 더 어렵게 된다.
이처럼, 액체 또는 고체 상태의 원료를 이용하여 절연 박막을 제조하는 데에는 고도의 기술이 필요하다. 반면에, 고품질 및 고순도의 절연 박막은 액체 원료 또는 고체 원료의 사용에 의해서 기대될 수 있다. 그래서, 이러한 원료의 품질을 저하시키는 일없이 효율적으로 기화시키기 위한 목적으로, 여러 가지 기화기 및 기화 공급 장치가 개발되어 왔다.
예를 들면, 미국특허 제 6,473,563 B호에는, CVD 원료와 접촉하는 CVD 원료 공급부의 적어도 일부분이 내부식성 합성 수지로 구성되는 기화기와; 냉각기와 기화기를 포함하며, 기화기의 CVD 원료 공급부의 내부와 CVD 원료 공급부의 기화실측상의 표면이 내부식성 합성 수지로 구성되며, 기화기의 외부와 접촉하는 공급부가 금속으로 구성되며, 금속으로 구성되어 기화실의 가열시에 가열 수단으로부터 열전달을 받는 CVD 원료 공급부가 냉각기에 의해 냉각될 수 있는, 기화 공급 장치가 제안되어 있다. 상기 기화기는, CVD 원료와 접촉하는 CVD 원료 공급부의 적어도 일부분이 내열성뿐만 아니라 단열성 및 CVD 원료가 덜 부착하는 특성을 갖는 내부식성 합성 수지로 구성된 기화기이다.
이러한 기화기를 사용하게 되면, 유기 용매에 용해된 고체 CVD 원료를 CVD 원료로 이용하는 경우에도, CVD 원료의 석출 및 그에 수반되는 부착을 야기하는 일 없이 급격한 가열을 방지할 수 있었기 때문에 99.9% 이상의 높은 효율로 용매만이 기화할 수 있게 되었다. 또, 상기 기화 공급 장치에는 기화실의 가열시에 CVD 원료 공급부를 냉각시키기 위한 메커니즘이 구비되며, 상기 기화 공급 장치는 석출물의 부착이 덜 발생하게 되었다.
하지만, 이러한 기화기 및 기화 공급 장치는 CVD 원료 공급부 내에 고체 CVD 원료의 적출의 발생 및 그에 수반된 고체 CVD 원료의 부착을 방지할 수 있는 효과를 갖기는 하지만, CVD 원료에 수반하여 공급되는 캐리어 가스의 공급량이 감소되어 통상적인 기화기와 마찬가지로 용매만이 기화하게 되는 결점을 초래하며, 그래서 기화기 내에 고체 CVD 원료가 더 수월하게 석출될 수 있는 우려가 있게 된다. 반대로, 화학 증착법에서는, 고농도의 CVD 원료를 공급함으로써 이용 효율을 향상시키는 것이 바람직하다.
이러한 상황에서, 본 발명의 목적은, 고체 CVD 원료를 사용하여 CVD 원료에 수반되어 공급되는 캐리어 가스(carrier gas)의 공급량을 감소시킨 상태로 기화 및 공급이 행해지는 경우에도, CVD 원료 공급부 내에 고체 CVD 원료의 석출 또는 부착을 야기하지 않으면서 원하는 농도 및 유량으로 효율적으로 CVD 원료를 기화시킬 수 있는, 기화기 및 상기 기화기를 포함하는 기화 공급 장치를 제공하는 것이다. 본 발명의 다른 목적은 이하에 기재된 본 명세서의 내용으로부터 자명해질 것이다.
이러한 상황하에서, 본 발명의 발명자는 종래 기술과 관련된 전술한 문제점을 해결하기 위해서 심도있고 광범위한 연구 개발을 했다. 그 결과, 다음과 같은 것을 찾아내게 되었다. 구체적으로는, CVD 원료 공급부 또는 액체 유동 컨트롤러와 기화기 사이에 압력 손실-유발부(pressure loss-inducing portion)를 제공함으로써, 기화기 내의 압력 변동(pressure fluctuation)과 액체 유동 컨트롤러의 유량 변동을 감소시키고 안정시키며 또한 고체 CVD 원료의 석출(deposit)을 방지하며 석출이 발생한다 하더라도 부착이 덜 발생되게 할 수 있다. 그래서, 본 발명은 전술한 결과와 정보에 의해서 달성된다.
즉, 본 발명은 CVD 원료의 기화실과, 기화실에 CVD 원료를 공급하기 위한 CVD 원료 공급부와, 기화 가스 배출구, 및 기화실을 가열하기 위한 가열 수단을 포함하는 기화기를 제공하며, 이 기화기는 그 CVD 원료 공급부가 각각 CVD 원료의 통로와 캐리어 가스의 통로를 구비하며, CVD 원료의 통로는 CVD 원료의 압력 손실 유발 수단(pressure loss-inducing means)을 구비한 것을 특징으로 한다.
동시에, 본 발명은, CVD 원료를 액체 유동 컨트롤러를 통해서 기화기에 공급하며 CVD 원료를 기화시킨 후에, 기화된 가스를 반도체 제조 장치에 공급하는 기화 공급 장치를 제공하며, 이 기화 공급 장치는 액체 유동 컨트롤러와 기화기의 사이에 CVD 원료의 압력 손실 유발 수단을 구비한 것을 특징으로 한다.
본 발명은, 액체 CVD 원료 또는 고체 CVD 원료를 용매에 용해시킨 용액으로 이루어진 액체 CVD 원료를 기화시켜, 기화된 가스를 CVD 장치 등에 공급하는 기화기에 적용된다. 고체 CVD 원료를 사용할 때 CVD 원료에 수반되어 공급되는 캐리어 가스의 공급량을 감소시킨 경우에, 기화기 내의 압력 변동 및 액체 유동 컨트롤러 의 유량 변동을 감소시키고 안정시킬 수 있는 능력과 기화기 내에서 고체 CVD 원료의 석출 및 부착을 방지할 수 있는 능력의 관점에서 특히 효과를 나타낸다.
본 발명에 따른 기화기는, CVD 원료 공급부가 CVD 원료의 통로 및 캐리어 가스의 통로를 각각 구비하며, CVD 원료의 통로가 CVD 원료의 압력 손실 유발 수단을 구비한 기화기이다. 또, 본 발명에 따른 기화 공급 장치는 액체 유동 컨트롤러와 기화기 사이에 CVD 원료의 압력 손실 유발 수단을 구비한 기화 공급 장치이다.
본 발명의 기화기 및 기화 공급 장치에 적용될 수 있는 CVD 원료는, 이러한 CVD 원료가 상온에서 액체 상태이던 또는 고체가 용매에 용해된 용액이던 액체 상태로 유지될 수 있는 것이라면 특별히 제한되지는 않는다. 상기 CVD 원료는 사용 목적에 따라서 적절하게 선택되어 사용된다.
예를 들면, 테트라이소프로폭시티타늄(Ti(OCH(CH3)2)4),테트라-n-프로폭시티타늄(Ti(OCH3H7)4), 테트라-터셜-부톡시지르코늄(Zr(OC(CH3)3)4), 테트라-n-부톡시지르코늄(Zr(OC4H9)4), 테트라메톡시바나듐(V(OCH3)4), 트리메톡시바나딜록시드(VO(OCH3)3),펜타에톡시니오븀(Nb(OC2H5)5), 펜타에톡시탄탈룸(Ta(OC2H5)5),트리메톡시 붕소(B(OCH3)3), 트리이소프로폭시 알루미늄(Al(OCH(CH3)2)3), 테트라에톡시 실리콘(Si(OC2H5)4), 테트라에톡시 게르마늄(Ge(OC2H5)4), 테트라에톡시 주석(Sn(OCH3)4), 트리메톡시 인(P(OCH3)3), 트리메톡시 포스핀옥시드(PO(OCH3)3), 트리에톡시 비소(As(OC2H5)3), 및 트리에톡시 안티몬(Sb(OC2H5)5)과 같이 상온에서 액체 상태인 알콕시드가 포함된다.
전술한 예들 이외에, 상온에서 액체 상태인 CVD 원료의 예로는 트리메틸 알루미늄(Al(CH3)3), 디메틸 알루미늄 하이드라이드(Al(CH3)2)H), 트리이소부틸 알루미늄(Al(iso-C4H9)3), 헥사플루오르아세틸아세톤 동 비닐트리메틸실란((CF3CO)2CHCu·CH2CHSi(CH3)3), 헥사플루오르아세틸아세톤 동 알릴트리메틸실란((CF3CO)2CHCu·CH2CHCH2Si(CH3)3), 비스(이소프로필시클로펜타디에닐)텅스텐 디하라이드((iso-C3H7C5H5)2WH2), 테트라디메틸아미노 지르코늄(Zr(N(CH3)2)4), 펜타디메틸아미노 탄탈룸(Ta(N(CH3)2)5), 펜타디에틸아미노 탄탈룸(Ta(N(C2H5)2)5), 테트라디메틸아미노 티타늄(Ti(N(CH3)2)4), 및 테트라디에틸아미노 티타늄(Ti(N(C2H5)2)4)이 포함된다.
또한, 상온에서 고체 상태인 CVD 원료의 예로는 헥사카르보닐 몰리브덴(Mo (CO)6), 디메틸펜톡시 금(Au(CH3)2(OC5H7)), 비스무트(III) 터셔리부톡시드(Bi(OtBu)3), 비스무트 (III) 터셔리펜톡시드(Bi(OtAm)3), 트리페닐 비스무트(BiPh3), 비스(에틸시클로펜타디에닐)루테늄(Ru(EtCp)2), (에틸시클로펜타디에닐) (트리메틸) 백금(Pt(EtCp)Me3), 1,5-시클로옥타디엔(에틸시클로펜타디에닐)이리듐(Ir(EtCp)(cod)), 비스(헥사에톡시 탄탈룸)스트론튬(St[Ta(OEt)6]2), 비스(헥사이소프로폭시 탄탈룸)스트론튬(St[Ta(OiPr)6]2), 트리스(2,2,6,6,-테트라메틸-3,5 헵탄디오나이트) 란타늄(La(DPM)3), 트리스(2,2,6,6,-테트라메틸-3,5 헵탄디오나이 트) 이트륨(Y(DPM)3), 트리스(2,2,6,6,-테트라메틸-3,5 헵탄디오나이트) 루테늄(Ru(DPM)3), 비스(2,2,6,6,-테트라메틸-3,5 헵탄디오나이트) 바륨(Ba(DPM)2), 비스(2,2,6,6,-테트라메틸-3,5 헵탄디오나이트) 스트론튬(Sr(DPM)2),테트라(2,2,6,6, -테트라메틸-3,5 헵탄디오나이트) 티타늄(Ti(DPM)4), 테트라(2,2,6,6,-테트라메틸-3,5 헵탄디오나이트) 지르코늄(Zr(DPM)4), 테트라(2,6,-디메틸-3,5 헵탄디오나이트) 지르코늄(Zr(DMHD)4), 비스(2,2,6,6,-테트라메틸-3,5 헵탄디오나이트) 납(Pb(DPM)2), (디터셔리부톡시) 비스(2,2,6,6,-테트라메틸-3.5. 헵탄디오나이트) 티타늄(Ti(OtBu)2(DPM)2), (디-이소프로폭시) 비스(2,2,6,6,-테트라메틸-3,5,-헵탄디오나이트) 티타늄(Ti(OiPr)2(DPM)2), (이소프로폭시) 트리스(2,2,6,6,-테트라메틸-3,5,-헵탄디오나이트) 지르코늄(Zr(OiPr)(DPM)3), (디-이소프로폭시) 트리스(2,2,6,6,-테트라메틸-3,5,-헵탄디오나이트) 탄탈룸(Ta(OiPr)2(DPM)3)이 포함된다. 위에 예시된 원료들은 통상적으로 0.1∼l.0 mo1/L 정도의 농도로 유기 용매에 용해되어야 한다.
고체 CVD 원료의 용매로서 사용되는 위에서 언급된 유기 용매는 통상적으로 40℃ 내지 140℃ 범위의 비등점을 갖는 유기 용매이다. 이러한 용매의 예로는, 프로필 에테르, 메틸부틸 에테르, 에틸프로필 에테르, 에틸부틸 에테르, 산화 트리메틸렌, 테트라하이드로푸란, 테트라하이드로피란과 같은 에테르와; 메틸 알코올, 에틸 알코올, 프로필 알코올, 부틸 알코올과 같은 알코올과; 아세톤, 에틸메틸케톤, 이소-프로필메틸케톤, 이소-부틸메틸케톤과 같은 케톤과; 프로필아민, 부틸아민, 디에틸아민, 디프로필아민, 트리에틸아민과 같은 아민과; 에틸 아세테이트, 프로필 아세테이트, 부틸 아세테이트와 같은 에스테르; 및 헥산(hexane), 헵탄(heptane), 옥탄(octane)과 같은 탄화수소가 포함된다.
이하에서는, 도 1 내지 도 8을 참고하여 본 발명에 따른 기화기 및 기화 공급 장치에 대한 상세한 설명이 이루어지지만, 본 발명은 이에 의해 국한되지 않는다.
도 1과 도 2는 본 발명에 따른 기화기의 실시예를 도시하는 수직 횡단면도이고; 도 3 (1) 내지 (6)은 각각 본 발명에 따른 CVD 원료 공급부의 실시예를 도시하는 수직 횡단면도이며; 도 4 (a) 내지 (d)는 각각 도 3의 (1) 내지 (4) 각각의 a-a'면,b-b'면,c-c'면,d-d'면의 수평 횡단면도이고; 도 5 (1) 내지 (3)은 각각 도 3의 A-A'면(CVD 원료와 캐리어 가스를 기화실로 분출하는 면)의 수평 횡단면도이고; 도 6은 본 발명에 따른 기화 공급 장치의 구성의 일 실시예를 예시하는 개략적인 플로 다이어그램(flow diagram)이고; 도 7 (1)과 (2)는 각각 본 발명의 스로틀부(throttle portion)와 오리피스의 실시예를 예시하는 수직 횡단면도이며; 도 8은 본 발명의 필터의 실시예를 예시하는 수직 횡단면도이다.
도 1과 도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 기화기는 CVD 원료의 기화실(1)과,CVD 원료를 기화실에 공급하기 위한 CVD 원료 공급부(2)와, 기화 가스 배출구(3),및 기화실을 가열하기 위한 가열 수단(히터 등)(4)을 포함한다. 또, 본 발명의 기화기는 CVD 원료 공급부를 위한 냉각 수단(5)이 구비되는 것이 바람직하다. 이러한 냉각 수단의 예로는 CVD 원료 공급부의 측면부를 따라 냉각수를 공급하는 배관 등이 포함된다.
도 1과 도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 기화기는 CVD 원료 공급관(6)과 캐리어 가스 공급관(7)이 기화기의 외부로부터 기화기의 CVD 원료 공급부에 연결되도록 설계된다. 상기 CVD 원료 공급부는 도 3에 도시된 바와 같이 이들 공급관에 연결된 CVD 원료의 통로(9)와 캐리어 가스의 통로(10)를 포함한다. 이러한 두 개의 통로는 도 3에 도시된 방식으로 합류됨으로써 혼합 통로(l1)를 형성하는 구조를 가지며, 그래서 CVD 원료와 캐리어 가스를 기화실로 분출한다. 본 발명의 기화기에서는, CVD 원료의 압력 손실-유발 수단이 CVD 원료의 통로(9)에 부착된다.
또한, 본 발명의 기화기는 도 3 (2)와 (4)에 예시된 바와 같이 혼합 통로(11) 출구의 외주부(outer peripheral)로부터 기화실로 캐리어 가스를 분출하는 또 다른 캐리어 가스의 통로(12)를 구비하는 것이 바람직하다. 또한, 캐리어 가스의 통로(12)의 분출구는 그 분출 방향이 기화실로의 혼합 통로(11)의 분출구 쪽으로 경사지도록 설정되는 것이 바람직하다. CVD 원료 공급부를 이러한 구조로 구성하는 것에 의해서, 기화 공급시에 기화실 내의 압력 변동과 액체 질량 유동 컨트롤러에서의 유량 변동이 더 작아지기 때문에 기화기의 기화 효율이 매우 높아짐과 동시에, 기화실 내에서의 고체 CVD 원료의 석출 또는 부착이 더욱 감소된다.
본 발명의 기화기의 CVD 원료의 통로(9)에 제공된 압력 손실-유발 수단의 구체적인 예로는, 도 3의 (1)과 (2)에 도시된 바와 같이 CVD 원료 및 캐리어 가스의 혼합 통로(11)의 내경보다 작은 내경을 갖는 세관(capillary)(細管), 또는 도 3의 (3) 내지 (6)에 도시된 바와 같은 스로틀부(13) 또는 오리피스(14)가 포함된다. 본 발명의 기화기의 이러한 압력 손실-유발 수단은 어떤 수단의 경우에도 CVD 원료 공급부 전체 압력의 90% 이상 CVD 원료의 압력 손실을 발생시키는 것이 바람직하다.
CVD 원료의 압력 손실-유발 수단으로서 세관을 이용하는 경우, 세관의 내경은 혼합 통로의 내경보다 작다는 전제하에 구체적으로 한정되지는 않지만, 통상적으로는 혼합 통로의 내경의 50% 이하이고,0.2mm 미만이 된다. 세관의 길이와 관련하여, 세관의 내경이 클수록 비례하여 세관의 길이도 길게 해야 하지만, 통상적으로는 2cm 이상이고, 필요에 따라 CVD 원료의 통로의 전길이(total length)와 같게 한다. 세관은 도 1에 예시된 CVD 원료 공급관(6)으로도 이용될 수 있다.
또,CVD 원료의 압력 손실-유발 수단으로서 스로틀부 또는 오리피스를 이용하는 경우, 스로틀부 또는 오리피스의 개구는 구체적으로 한정되지는 않지만, 통상적으로는 혼합 통로의 내경의 30%이하이고,0.1mm 미만이 된다. 또한, 이러한 세관, 스로틀부, 오리피스가 CVD 원료의 통로에 부착되는 위치에 대해서도 구체적으로 한정되지는 않는다. 하지만, 이러한 위치는 바람직하게는 기화실의 분출구를 제외하고 어떠한 차단도 발생하지 않는 곳으로 선택된다. 세관, 스로틀부, 오리피스 중 두 개 이상을 이용할 수 있으며, 이들을 조합하여 이용할 수도 있다.
또한, 본 발명의 기화기의 CVD 원료 공급부의 내측 표면은 바람직하게는 불소계 수지 또는 폴리이미드계 수지와 같은 합성 수지가 적용되거나, 또는 공동(cavity)으로 할 수 있다. 기화기의 외부와 접촉하는 구조의 재료와 관련해서는, 탄소강, 망간강, 크롬강, 몰리브덴강, 스텐레스 스틸 및 니켈강과 같은 금속이 바람직하다. CVD 원료 공급부의 내부가 합성 수지로 구성되는 경우, 도 3의 (1), (2), (3), (5) 및 (6)에 예시된 바와 같이 합성 수지(15)가 배치된다. 또,CVD 원료 공급부의 내부가 공동으로 이루어지는 경우, 도 3의 (4)에 도시된 바와 같이 공동(16)이 형성된다. CVD 공급부를 이러한 구조로 구성하는 것에 의해서, 고체 CVD 원료를 유기 용매에 용해시켜 CVD 원료로 사용하는 경우에도, 히터와 같은 가열 장치에 의하여 야기되는 온도의 급격한 상승에 의해 용매만이 통로 내에서 기화하는 것을 방지할 수 있다.
본 발명의 기화 공급 장치는 CVD 원료를 액체 유동 컨트롤러를 통해서 기화기에 공급하여, CVD 원료를 기화시킨 후에, 상기 기화된 가스를 반도체 제조 장치에 공급하며, 도 6에 예시된 바와 같이 탈가스 유닛(degassing unit)(22)과, 매스 플로 컨트롤러(mass flow controller)와 같은 액체 유동 컨트롤러(23)와, 기화기(26)와, 캐리어 가스 공급 라인(28) 등으로 구성된다. 도 6에서는, 예시된 바와 같이 액체 CVD 원료(20)를 포함하는 액체 CVD 원료 용기(21)와, 액체 유동 컨트롤러(23)와, 기화기(26)와, 반도체 제조 장치(29) 및 바람직하게는 탈가스 유닛(22)이 사용된다. 또한, 본 발명에 따른 기화 공급 장치는 액체 유동 컨트롤러와 기화기의 사이에 CVD 원료의 압력 손실-유발 수단을 구비한 장치이다.
본 발명에 따른 기화 공급 장치에서 액체 유동 컨트롤러와 기화기의 사이에 제공된 CVD 원료의 압력 손실-유발 수단의 구체적인 예로는, 액체 유동 컨트롤러와 기화기 사이의 배관(24)의 적어도 일부에 기화기의 CVD 원료의 통로의 내경보다 작은 내경을 갖는 세관(capillary), 도 7에 도시된 바와 같이 배관(24)에 있는 스로틀부(30) 또는 오리피스(31), 또는 도 8에 도시된 것과 같이 배관(24)에 있는 필터(32) 등이 포함된다. 본 발명의 기화 공급 장치에서 이러한 압력 손실-유발 수단 중 어떤 수단이 이용되어도 CVD 원료 용기와 기화기 사이의 전체 압력의 90% 이상 CVD 원료의 압력 손실을 발생시키는 것이 바람직하다. 또한, 전술의 기화기의 CVD 원료의 통로 및 액체 유동 컨트롤러와 기화기의 사이 모두에 CVD 원료의 압력 손실-유발 수단이 구비될 수 있다. 이와 같은 경우에도, 전술한 압력 손실-유발 수단 모두는 CVD 원료 용기와 기화기의 CVD 원료 공급부 사이 압력의 90% 이상 CVD 원료의 압력 손실을 발생시키는 것이 바람직하다.
CVD 원료의 압력 손실-유발 수단으로서 세관을 이용하는 경우에, 세관의 내경은 기화기의 CVD 원료 공급부의 CVD 원료의 통로의 내경보다 작다는 전제하에 구체적으로 한정되지는 않지만, 통상적으로는 CVD 원료의 통로의 내경의 50%이하이고, 0.2mm 미만이 된다. 세관의 길이와 관련하여, 세관의 내경이 클수록 비례하여 세관의 길이도 길게 해야 하지만, 통상적으로는 2cm 이상이다. 필요에 따라, 액체 유동 컨트롤러와 기화기 사이의 배관 전체에 세관이 이용될 수 있다.
또,CVD 원료의 압력 손실-유발 수단으로서 스로틀부 또는 오리피스를 이용하는 경우에, 스로틀부 또는 오리피스의 개구는 구체적으로 한정되지는 않지만, 통상적으로는 액체 유동 컨트롤러와 기화기 사이의 배관의 내경의 30%이하이고, 0.1mm 미만이 된다.
CVD 원료의 압력 손실-유발 수단으로서 필터를 이용하는 경우에, 필터의 재료로는 내부식성을 갖는 한 특별히 한정되지는 않지만, 통상적으로는 소결 금속, 세라믹, 불소 수지 필터 등으로 제작된 다공성 필터가 사용된다. 또한, 필터는 직경 0.01㎛에 상당하는 입자를 99.99% 이상의 제거율로 제거할 수 있는 것이 바람직하고, 또한 직경 0.001㎛에 상당하는 입자를 99.99% 이상의 제거율로 제거할 수 있는 것이 보다 바람직하다.
이러한 필터로 사용될 수 있는 시판 중인 필터의 대표적인 예로는, 스테인리스 스틸로 제작된 다공성 필터{일본 파이오닉스(주)로부터 구매할 수 있는 SLF-E, SLF-L, SLF-M 및 SLF-X}와, 테프론 멤브레인으로 제작된 다공성 필터{일본 파이오닉스(주)로부터 구매할 수 있는 XLF-D, XLF-E, XLF-L 및 XLF-M}가 포함된다. 또한, 이러한 세관, 스로틀부, 오리피스 또는 필터 중 두 개 이상을 이용할 수도 있고, 이들을 조합하여 이용할 수도 있다.
이제, 실시예를 참조하여 본 발명이 구체적으로 설명되지만, 이들 실시예가 본 발명의 범위를 제한하는 것은 아니다.
실시예 1
도 3 (1)에 도시된 바와 같은 통로를 가지며, 내부가 불소계 수지(PFA)로 구성되고 기화기 외부와 접촉하는 부분이 스테인리스 스틸(SUS316)로 구성된 CVD 원료 공급부를 제작하였다. 불소계 수지(PFA)로 제작된 부분은 외경이 16mm이고 높이가 34.2mm인 원주(圓柱)형이다. 원주 외측의 스테인리스 스틸의 두께는 2.0mm이다. CVD 원료의 통로와 캐리어 가스의 통로는 스테인리스 스틸 배관으로 제작되고, 기화실로 연결된 CVD 원료 및 캐리어 가스의 혼합 통로는 불소계 수지(PFA)로 이루어지도록 CVD 원료 공급부는 구성된다. 상기 CVD 원료의 통로는 0.1mm의 내경을 갖는 세관이며, 캐리어 가스의 통로의 내경과 CVD 원료 및 캐리어 가스의 혼합 통로의 내경은 각각 1.8mm와 0.25mm 이다. 또, CVD 원료와 캐리어 가스의 합류점은 CVD 원료 공급부의 최하부로부터 위쪽으로 5mm에 설정하였다. 또한, CVD 원료 공급부의 냉각 수단으로서, CVD 원료 공급부의 측면을 따라 냉각수를 공급하는 냉각관이 설치되었다. 전술한 CVD 원료 공급부 외에, 기화 가스 배출구, 기화실 가열 수단, 및 히터가 수용된 돌기를 포함하며 SUS316(스테인리스 스틸)으로 제작된 기화기가 도 1에 도시된 바와 같이 제작되었다. 기화실은 내경이 65mm, 높이가 92.5mm이며, 바닥부에서 돌기의 높이가 27.5mm인 원주 형태이다. 기화기의 바닥부로부터 15mm의 높이에는 기화 가스 배출구를 설치하였다. 다음에, 탈가스 유닛(degassing unit), 액체 질량 유동 컨트롤러, 캐리어 가스 공급 라인 등을 연결하여 도 6에 도시된 것과 같은 기화 공급 장치를 제작하였다. 또한, 내경 1.8mm, 길이 10cm의 스테인리스 스틸 배관을 액체 유동 컨트롤러와 기화기 사이의 배관으로 이용하였다.
전술한 기화 공급 장치를 이용하여 아래와 같은 방법으로 기화 공급 시험을 행하였다. 기화실을 1.3kPa (10 torr), 250℃의 온도로 설정하였으며, CVD 원료 공급부에는 고체 CVD 원료인 Zr(DPM)4를 용매인 테트라하이드로푸란(THF)에 용해시킨 0.3mo1/liter 농도의 액체 CVD 원료를 0.2g/min의 유량으로 공급함과 동시에 아르곤 가스를 200m1/min의 유량으로 공급하고, 그리고 나서 기화실에서 액체 CVD 원료 를 기화시켰다. 이러한 공정 동안,CVD 원료 공급부의 스테인리스 스틸의 온도를 30±2℃로 유지시키기 위해서 냉각수를 공급하였다.
10시간 동안 기화 공급 시험을 지속적으로 행한 후, CVD 원료 공급부의 통로와 기화실에서의 고체 CVD 원료의 부착 상태를 조사하였다. 결과는, 고체 CVD 원료의 석출 또는 부착은 육안으로는 확인할 수 없었다. 그래서, CVD 원료의 통로로부터 테트라하이드로푸란(THF)을 공급하고, CVD 원료 공급부의 통로와 기화실에 부착된 고체 CVD 원료를 씻어내고 이것을 회수한 후에, 테트라하이드로푸란(THF)을 증발시켜서 얻어진 고체 CVD 원료의 부착량의 무게를 측정하였다. 그 결과를 표 1에 나타내었다. 또, 기화 공급 시험중의 기화실내의 압력 변동과 액체 질량 유동 컨트롤러의 유량 변동의 측정 결과를 표 1에 나타내었다. 또한, 5분마다 측정된 최대 변동율의 평균값을 압력 변동과 유량 변동 값으로 채택하였다.
실시예 2
실시예 2는 실시예 1에 사용된 것과 동일한 기화 공급 장치를 이용하여 행해졌으며, 고체 CVD 원료인 Pb(DPM)2를 용매인 테트라하이드로푸란(THF)에 용해시킨 0.3mo1/L 농도의 액체 CVD 원료를 다음과 같은 방식으로 기화 공급하였다. 기화실을 1.3kPa(10 torr), 210℃의 온도로 설정하고, CVD 원료를 0.36g/min의 유량으로 공급함과 동시에 아르곤 가스를 300㎖/min의 유량으로 공급하여, 기화실에서 CVD 원료를 기화시켰다. 이러한 공정 동안에, CVD 원료 공급부의 스테인리스 스틸의 온도를 30±2℃로 유지시키기 위해서 냉각수를 공급하였다.
10 시간 동안 계속해서 기화 공급 시험을 행한 후, 실시예 1과 동일한 방식으로 고체 CVD 원료의 부착량, 기화 공급 시험중의 기화실내의 압력 변동과 액체 질량 유동 컨트롤러의 유량 변동 값이 얻어졌다. 그 결과를 표 1에 나타내었다.
실시예 3
실시예 3은 실시예 1에 사용된 것과 동일한 기화 공급 장치를 이용하여 행해졌으며, 고체 CVD 원료인 Ti(OiPr)2(DPM)2를 용매인 테트라하이드로푸란(THF)에 용해시킨 0.3mo1/liter 농도의 액체 CVD 원료를 다음과 같은 방식으로 기화 공급하였다. 기화실을 1.3kPa(10 torr),230℃의 온도로 설정하고, CVD 원료를 0.2g/min의 유량으로 공급함과 동시에 아르곤 가스를 100㎖/min의 유량으로 공급하여, 기화실에서 액체 CVD 원료를 기화시켰다. 이러한 공정 동안에, CVD 원료 공급부의 스테인리스 스틸의 온도를 30±2℃로 유지시키기 위하여 냉각수를 공급하였다.
10 시간 동안 계속해서 기화 공급 시험을 행한 후, 실시예 1과 동일한 방식으로 고체 CVD 원료의 부착량, 기화 공급 시험중의 기화실내의 압력 변동과 액체 질량 유동 컨트롤러의 유량 변동 값이 얻어졌다. 그 결과를 표 1에 나타내었다.
실시예 4
0.05mm의 개구가 있는 스로틀부를 갖는 내경 0.25mm의 배관이 세관 대신에 CVD 원료의 통로로 이용된 것을 제외하고는 실시예 1과 유사하게, 도 3 (3)에 도시된 것과 같은 통로를 갖는 기화기의 CVD 원료 공급부를 제작하였다. 이러한 CVD 원료 공급부를 이용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 기화기를 제작하였으며, 또한 실시예 1에 사용된 것과 같은 탈가스 유닛, 액체 질량 유동 컨트롤러, 캐리어 가스 공급 라인 등을 연결하여 기화 공급 장치를 제작하였다. 실시예 4는 이러한 기화 공급 장치를 이용하여 행해졌으며, 고체 CVD 원료인 Zr(DPM)4를 용매인 테트라하이드로푸란(THF)에 용해시킨 O.3mo1/liter 농도의 액체 CVD 원료를 실시예 1과 동일한 방식으로 기화 공급하였다.
10 시간 동안 계속해서 기화 공급 시험을 행한 후, 실시예 1과 동일한 방식으로 고체 CVD 원료의 부착량, 기화 공급 시험중의 기화실내의 압력 변동과 액체 질량 유동 컨트롤러의 유량 변동 값이 얻어졌다. 그 결과를 표 1에 나타내었다.
실시예 5
도 3 (2)에 도시된 것과 같은 통로를 가지며, 내부가 불소계 수지(PFA)로 구성되고 기화기의 외부와 접촉하는 부분이 스테인리스 스틸(SUS316)로 구성된 CVD 원료 공급부를 제작하였다. 불소계 수지(PFA)로 제작된 부분은 외경이 16mm이고 높이가 34.2mm인 원주형이다. 원주 외측의 스테인리스 스틸의 두께는 2.0mm이다. 또, CVD 원료의 통로와 그 인접한 캐리어 가스의 통로는 스테인리스 스틸로 된 이중관으로 제작되고, 기화실로 연결된 CVD 원료의 혼합 통로와 다른 하나의 캐리어 가스의 통로는 불소계 수지로 이루어지도록 CVD 원료 공급부는 구성된다. 이중관의 내관은 내경이 O.1mm이고 외경이 1.59mm인 세관이며, 외관의 내경 및 외경은 각각 1.8mm와 3.18mm이다. 혼합 통로 및 외측 캐리어 가스의 통로의 내경은 각각 0.25mm와 1.8mm이다. 수평 횡단면(A-A'){도 3 (2)에서 CVD 원료와 캐리어 가스를 기화실로 분출하는 면)을 도 5 (2)에 예시된 바와 같이 설정하였다. 또한,CVD 원료와 캐리어 가스의 합류점은 CVD 원료 공급부의 최하부로부터 위쪽으로 5mm 지점에 설정하였다. 또한, CVD 원료 공급부의 냉각 수단으로서, CVD 원료 공급부의 측면을 따라 냉각수를 공급하는 냉각관을 설치하였다. 이러한 CVD 원료 공급부를 이용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 기화기를 제작하였으며, 또한 실시예 1에 사용된 것과 같은 탈가스 유닛, 액체 질량 유동 컨트롤러, 캐리어 가스 공급 라인 등을 연결하여 기화 공급 장치를 제작하였다. 실시예 5는 이러한 기화 공급 장치를 이용하여 행해졌으며, 고체 CVD 원료인 Zr(DPM)4를 용매인 테트라하이드로푸란(THF)에 용해시킨 O.3mol/liter 농도의 액체 CVD 원료를 실시예 1과 동일한 방식으로 기화 공급하였다.
10 시간 동안 계속해서 기화 공급 시험을 행한 후에, 실시예 1과 동일한 방식으로 고체 CVD 원료의 부착량, 기화 공급 시험중의 기화실내의 압력 변동과 액체 질량 유동 컨트롤러의 유량 변동 값이 얻어졌다. 그 결과를 표 1에 나타내었다.
실시예 6
실시예 5에 설명된 기화기의 CVD 원료 공급부의 제작에 있어서, CVD 원료 공급부 내에 공동을 가지며 또한 세관을 포함하는 이중관 대신에 0.05mm의 개구가 있는 오리피스를 갖는 내경 0.25mm의 배관을 포함하는 이중관을 CVD 원료의 통로로 이용한 것을 제외하고는 실시예 5와 유사하게, 도 3 (4)에 도시된 바와 같은 CVD 원료 공급부를 제작하였다. 이중관의 외관의 내경은 1.8mm이었다. 이러한 CVD 원료 공급부를 이용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 기화기를 제작하였으며, 또한 실시예 1에 사용된 것과 같은 탈가스 유닛, 액체 질량 유동 컨트롤러, 캐리어 가스 공급 라인 등을 연결하여 기화 공급 장치를 제작하였다. 실시예 6은 이러한 기화 공급 장치를 이용하여 행해졌으며, 고체 CVD 원료인 Zr(DPM)4를 용매인 테트라하이드로푸란(THF)에 용해시킨 0.3mo1/liter 농도의 액체 CVD 원료를 실시예 l과 동일한 방식으로 기화 공급하였다.
10 시간 동안 계속해서 기화 공급 시험을 행한 후, 실시예 1과 동일한 방식으로 고체 CVD 원료의 부착량, 기화 공급 시험중의 기화실내의 압력 변동과 액체 질량 유동 컨트롤러의 유량 변동 값이 얻어졌다. 그 결과를 표 1에 나타내었다.
한편, 실시예 1 내지 실시예 6에서, 이들과 동일한 조건하에서 행한 다른 기화 공급 시험에 의하면, CVD 원료의 압력 손실-유발 수단이 CVD 원료 공급부의 전체 압력의 90% 이상 CVD 원료의 압력 손실을 발생시키는 것으로 확인되었다.
실시예 7
세관 대신에 내경 0.25mm의 배관을 CVD 원료의 통로로 이용한 것을 제외하고는 실시예 1과 유사하게, 통로를 갖는 기화기의 CVD 원료 공급부를 제작하였다. 이러한 CVD 원료 공급부를 이용한 것을 제외하고는 실시예 1과 유사하게 기화기를 제작하였다. 내경이 O.1mm이고 길이가 10cm인 스테인리스 스틸로 제작된 세관을 액체 유동 컨트롤러와 기화기 사이의 배관으로 이용한 것을 제외하고는, 실시예 1에 사용된 것과 같은 탈가스 유닛, 액체 질량 유동 컨트롤러, 캐리어 가스 공급 라인 등 을 연결하여 도 6에 도시된 것과 같은 기화 공급 장치를 제작하였다. 실시예 7은 이러한 기화 공급 장치를 이용하여 행해졌으며, 고체 CVD 원료인 Zr(DPM)4를 용매인 테트라하이드로푸란(THF)에 용해시킨 O.3mo1/liter 농도의 액체 CVD 원료를 실시예 1과 동일한 방식으로 기화 공급하였다.
10 시간 동안 계속해서 기화 공급 시험을 행한 후, 실시예 1과 동일한 방식으로 고체 CVD 원료의 부착량, 기화 공급 시험중의 기화실내의 압력 변동과 액체 질량 유동 컨트롤러의 유량 변동 값이 얻어졌다. 그 결과를 표 1에 나타내었다.
실시예 8
실시예 8은 실시예 7에 사용된 것과 동일한 기화 공급 장치를 이용하여 행해졌으며, 고체 CVD 원료인 Pb(DPM)2를 용매인 테트라하이드로푸란(THF)에 용해시킨 O.3mo1/liter 농도의 액체 CVD 원료를 실시예 2와 동일한 방식으로 기화 공급하였다.
10 시간 동안 계속해서 기화 공급 시험을 행한 후, 실시예 1과 동일한 방식으로 고체 CVD 원료의 부착량, 기화 공급 시험중의 기화실내의 압력 변동과 액체 질량 유동 컨트롤러의 유량 변동 값이 얻어졌다. 그 결과를 표 1에 나타내었다.
실시예 9
실시예 9는 실시예 7에 사용된 것과 동일한 기화 공급 장치를 이용하여 행해졌으며, 고체 CVD 원료인 Ti(OiPr)2(DPM)2를 용매인 테트라하이드로푸란(THF)에 용해시킨 O.3mo1/liter 농도의 액체 CVD 원료를 실시예 3과 동일한 방식으로 기화 공 급하였다.
10 시간 동안 계속해서 기화 공급 시험을 행한 후, 실시예 1과 동일한 방식으로 고체 CVD 원료의 부착량, 기화 공급 시험중의 기화실내의 압력 변동과 액체 질량 유동 컨트롤러의 유량 변동 값이 얻어졌다. 그 결과를 표 1에 나타내었다.
실시예 10
액체 유동 컨트롤러와 기화기 사이의 배관으로 이용한 세관 대신에, 0.05mm의 개구가 있는 스로틀부를 갖는 내경 1.8mm, 길이 10cm의 배관을 CVD 원료의 통로로 이용한 것을 제외하고는 실시예 7과 유사하게 기화 공급 장치를 제작하였다. 실시예 10은 이러한 기화 공급 장치를 이용하여 행해졌으며, 고체 CVD 원료인 Zr(DPM)4를 용매인 테트라하이드로푸란(THF)에 용해시킨 O.3mo1/liter 농도의 액체 CVD 원료를 실시예 1과 동일한 방식으로 기화 공급하였다.
10 시간 동안 계속해서 기화 공급 시험을 행한 후에, 실시예 1과 동일한 방식으로 고체 CVD 원료의 부착량, 기화 공급 시험중의 기화실내의 압력 변동과 액체 질량 유동 컨트롤러의 유량 변동 값이 얻어졌다. 그 결과를 표 1에 나타내었다.
실시예 11
액체 유동 컨트롤러와 기화기 사이의 배관으로 이용한 세관 대신에, 0.05mm의 개구가 있는 오리피스를 갖는 내경 1.8mm, 길이 10cm의 배관을 CVD 원료의 통로로 이용한 것을 제외하고는 실시예 7과 유사하게 기화 공급 장치를 제작하였다. 실시예 11은 이러한 기화 공급 장치를 이용하여 행해졌으며, 고체 CVD 원료인 Zr(DPM)4를 용매인 테트라하이드로푸란(THF)에 용해시킨 O.3mo1/liter 농도의 액체 CVD 원료를 실시예 1과 동일한 방식으로 기화 공급하였다.
10 시간 동안 계속해서 기화 공급 시험을 행한 후, 실시예 1과 동일한 방식으로 고체 CVD 원료의 부착량, 기화 공급 시험중의 기화실내의 압력 변동과 액체 질량 유동 컨트롤러의 유량 변동 값이 얻어졌다. 그 결과를 표 1에 나타내었다.
실시예 12
액체 유동 컨트롤러와 기화기 사이의 배관으로 이용한 세관 대신에, 스테인리스 스틸로 제작된 다공성 필터(일본 파이오닉스(주)로부터 구매할 수 있는SLF-M,직경 0.01㎛ 균일 입자 제거율: 99.9999999%)가 추가로 설치된 내경 1.8mm,길이 10cm의 배관을 CVD 원료의 통로로 이용한 것을 제외하고는, 실시예 7과 유사하게 기화 공급 장치를 제작하였다. 실시예 12는 이러한 기화 공급 장치를 이용하여 행해졌으며, 고체 CVD 원료인 Zr(DPM)4를 용매인 테트라하이드로푸란(THF)에 용해시킨 O.3mo1/liter 농도의 액체 CVD 원료를 실시예 1과 동일한 방식으로 기화 공급하였다.
10 시간 동안 계속해서 기화 공급 시험을 행한 후, 실시예 1과 동일한 방식으로 고체 CVD 원료의 부착량, 기화 공급 시험중의 기화실내의 압력 변동과 액체 질량 유동 컨트롤러의 유량 변동 값이 얻어졌다. 그 결과를 표 1에 나타내었다.
한편, 실시예 7 내지 실시예 12에서, 이들과 동일한 조건하에서 행한 다른 기화 공급 시험에 의하면, CVD 원료의 압력 손실-유발 수단이 CVD 원료 공급부의 전체 압력의 90% 이상 CVD 원료의 압력 손실을 발생시키는 것으로 확인되었다.
비교예 1
세관 대신에 내경 0.25mm의 배관을 CVD 원료의 통로로 이용한 것을 제외하고는 실시예 1과 유사하게 CVD 원료 공급부를 제작하였다. 이러한 CVD 원료 공급부를 이용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 기화기를 제작하였으며, 또한 실시예 1에 사용된 것과 같은 탈가스 유닛, 액체 질량 유동 컨트롤러, 캐리어 가스 공급 라인 등을 연결하여 기화 공급 장치를 제작하였다. 비교예 1은 이러한 기화 공급 장치를 이용하여 행해졌으며, 고체 CVD 원료인 Zr(DPM)4를 용매인 테트라하이드로푸란(THF)에 용해시킨 O.3mo1/liter 농도의 액체 CVD 원료를 실시예 1과 동일한 방식으로 기화 공급하였다.
10 시간 동안 계속해서 기화 공급 시험을 행한 후, 실시예 1과 동일한 방식으로 고체 CVD 원료의 부착량, 기화 공급 시험중의 기화실내의 압력 변동과 액체 질량 유동 컨트롤러의 유량 변동 값이 얻어졌다. 그 결과를 표 1에 나타내었다.
비교예 2
비교예 2는 비교예 1에 사용된 것과 동일한 기화 공급 장치를 이용하여 행해졌으며, 고체 CVD 원료인 Pb(DPM)2를 용매인 테트라하이드로푸란(THF)에 용해시킨 O.3mo1/liter 농도의 액체 CVD 원료를 실시예 2와 동일한 방식으로 기화 공급하였다.
10 시간 동안 계속해서 기화 공급 시험을 행한 후, 실시예 1과 동일한 방식 으로 고체 CVD 원료의 부착량, 기화 공급 시험중의 기화실내의 압력 변동과 액체 질량 유동 컨트롤러의 유량 변동 값이 얻어졌다. 그 결과를 표 1에 나타내었다.
비교예 3
비교예 3은 비교예 1에 사용된 것과 동일한 기화 공급 장치를 이용하여 행해졌으며, 고체 CVD 원료인 Ti(OiPr)2(DPM)2를 용매인 테트라하이드로푸란(THF)에 용해시킨 O.3mo1/liter 농도의 액체 CVD 원료를 실시예 3과 동일한 방식으로 기화 공급하였다.
10 시간 동안 계속해서 기화 공급 시험을 행한 후, 실시예 1과 동일한 방식으로 고체 CVD 원료의 부착량, 기화 공급 시험중의 기화실내의 압력 변동과 액체 질량 유동 컨트롤러의 유량 변동 값이 얻어졌다. 그 결과를 표 1에 나타내었다.
CVD
원료
압력 손실-유발 수단 CVD 원료 부착량(mg) 압력
변동(%)
유량
변동(%)
적용 수단
실시예 1 Zr(DPM)4 기화기 세관 20 1.1 1.2
실시예 2 Pb(DPM)2 기화기 세관 45 0.9 1.1
실시예 3 Ti(OiPr)2(DPM)2 기화기 세관 7 0.7 1.1
실시예 4 Zr(DPM)4 기화기 스로틀부 22 0.9 O.9
실시예 5 Zr(DPM)4 기화기 세관 18 0.7 0.8
실시예 6 Zr(DPM)4 기화기 오리피스 15 0.8 0.9
실시예 7 Zr(DPM)4 기화공급장치 세관 25 1.5 1.8
실시예 8 Pb(DPM)2 기화공급장치 세관 56 1.7 2.1
실시예 9 Ti(OiPr)2(DPM)2 기화공급장치 세관 8 1.6 2.2
실시예 10 Zr(DPM)4 기화공급장치 스로틀부 22 1.0 1.7
실시예 11 Zr(DPM)4 기화공급장치 오리피스 27 1.4 2.0
실시예 12 Zr(DPM)4 기화공급장치 필터 29 2.5 2.8
비교예 1 Zr(DPM)4 - - 192 6.2 10.1
비교예 2 Pb(DPM)2 - - 283 6.5 11.2
비교예 3 Ti(OiPr)2(DPM)2 - - 86 6.0 9.8
본 발명에 따르면, 고체 CVD 원료를 사용하여 CVD 원료에 수반되어 공급되는 캐리어 가스의 공급량을 감소시킨 상태로 기화 및 공급이 행해지는 경우에도, 기화기내의 압력 변동과 액체 유동 컨트롤러의 유량 변동을 감소시키고 안정시키며 기화실내에 고체 원료의 석출 또는 부착을 초래하지 않으면서 원하는 농도 및 유량으로 효율적으로 CVD 원료를 기화시킬 수 있는, 기화기 및 기화 공급 장치가 제공된다. 그 결과, 화학 증착 등에서 고농도의 CVD 원료를 공급함으로써 이용 효율을 향상시키는 것이 가능해졌다.
현재 본 발명의 바람직한 실시예라 판단되는 실시예들이 설명되었지만, 다양한 변경이 이루어질 수 있음을 이해할 수 있을 것이며, 이러한 모든 변경들은 첨부된 청구항에 포함되도록 본 발명의 진정한 사항과 범위 내에 있게 된다.

Claims (20)

  1. CVD 원료를, 액체 유동 컨트롤러를 통해서 기화기에 공급하고 기화시켜서 반도체 제조 장치로 공급하는 기화 공급 장치에 있어서,
    상기 액체 유동 컨트롤러와 상기 기화기 사이에, CVD 원료의 압력 손실을 발생시키는 수단으로서 필터를 구비하는 것을 특징으로 하는 기화 공급 장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 필터는, CVD 원료 용기와 기화기 사이의 90% 이상의 CVD 원료의 압력 손실을 발생시키는, 기화 공급 장치.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 필터는, 직경이 0.01㎛의 균일 입자를 99.99% 이상의 제거율로 제거할 수 있는 필터인, 기화 공급 장치.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 CVD 원료는, 고체 CVD 원료를 유기 용매에 용해시킨 CVD 원료인, 기화 공급 장치.
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