KR100363063B1 - 반도체 제조용 버블러 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 반응챔버 내의 웨이퍼 표면에 박막을 기상 상태에서 성장시키기 위하여 출발물질인 화합물을 기화시키는 반도체 제조용 버블러에 대한 것이다.
본 발명에 따르면, 캐리어 기체가 공급되고 화합물을 기화시키며 기화된 화합물을 반응챔버로 공급시키는 버블러(100)와, 상호 결합되어 상기 버블러(100)의 입구측을 밀봉시키며 상기 캐리어 가스 및 화합물이 공급 및 배출되는 공급관(151) 및 배출관(152)이 결합지지되는 상하부결합부재(120,130)와, 상기 상하부결합부재(120,130)를 밀봉시키는 밀봉수단을 포함하며, 상기 버블러(100)는 투명한 소재로 형성된 것을 특징으로 하는 반도체 제조용 버블러가 제공된다.

Description

반도체 제조용 버블러{bubbler for semiconductor production}
본 발명은 반도체 제조장치에 관한 것으로서, 반응챔버 내의 웨이퍼 표면에 박막을 기상 상태에서 성장시키기 위하여 출발물질인 화합물을 기화시키는 반도체 제조용 버블러에 관한 것이다.
특정 박막 성장을 이용하여 반도체를 제조하는 공정 중에는, 수소 또는 질소 같은 캐리어 가스(carriergas)를 액체 또는 기체상태의 화합물을 함유하는 요기(버블러)내로 도입하여 기포를 일으키고(bubbling) 용기를 가열함으로써 화합물을 기화 또는 승화시킨 다음, 기화된 화합물을 캐리어 기체와 더불어 반응기내로 운송하여 웨이퍼상에 증착시키는 공정이 포함된다.
이와 같이 화합물이 기화되는 버블러는 통상 금속으로 제조되고 진공으로 유지되며, 도 1에 도시된 바와같이, 진공을 유지시키기 위하여 버블러(10)의 입구측은 상호 결합되는 결합부재(20,30)로 밀봉되어 진다. 이때 상/하부결합부재(20,30) 사이에는 고무링(O-ring)(40,41)이 개재되어 진공도를 유지시킨다. 그리고 상/하부결합부재(20,30)에는 캐리어가스가 공급되는 공급관(51)과, 캐리어가스 및 기화된 화합물이 배출되는 배출관(52)이 결합되어 있다.
이러한 반도체 제조장치에 있어서, 화학기상증착에 의해 제조되는 박막은 불순물이 극히 적은 것을 요구하기 때문에 진공반응기 챔버(vacuum reactor chamber : 미도시)에 화합물이 공급되기 전까지는 액상이었을 때와 같은 물질이어야 한다. 예컨대, 금속으로 된 버블러(10) 내주면과의 접촉이나 버블러 내의 기밀이 좋은 상태로 유지되지 않을 경우 대기중의 산소나 수분과의 접촉에 따른 부반응이 일어나게 되면 버블러 내의 유기화합물의 화학적결합 상태가 변화하게 되어 박막의 질과 수율이 크게 떨어지게 된다. 또한 버블러(10) 내부에서 부반응이 일어날 경우에는 외부에서 확인이 불가능하게 되므로 반도체 공정 수행이 되더라도 불량 발생률이 높게 되어 반도체 소자 제조시 신뢰성은 물론 생산성에 커다란 악영향을 미치게 된다.
또한, 상/하부 결합부재(20,30) 사이에 개재되는 고무링(40,41)은 버블러(10)내에 유입되는 액상원료에 따라서 부식되거나, 고온에서 변형될 수 있으며, 이는 버블러(10)내의 진공을 어렵게 만드는 요인으로 작용한다.
본 발명은 상기의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 본 발명의 목적은 캐리어가스와 화합물이 수용되는 버블러의 내부를 외부에서 관측이 가능하도록 하며, 고온의 버블러를 고진공으로 유지할 수 있도록 된 새로운 구조의 반도체 제조용 버블러를 제공하는 것이다.
도 1은 종래 버블러를 보인 개략도
도 2는 본 발명에 따른 버블러를 보인 개략도
도 3은 본 발명에 따른 버블러의 다른 실시예를 나타낸 단면도
도 4는 본 발명에 따른 버블러의 또 다른 실시예를 나타낸 단면도
도 5는 본 발명에 따른 버블러의 또 다른 실시예를 나타낸 단면도이다.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
100. 버블러 101. 플랜지
120,130. 상/하부결합부재 151. 공급관
152. 배출관 155. 맨틀
165,167. 코바
본 발명의 제1특징에 따르면, 캐리어 기체가 공급되고 화합물을 기화시키며 기화된 화합물을 반응챔버로 공급시키는 버블러(100)와, 상호 결합되어 상기 버블러(100)의 입구측을 밀봉시키며 상기 캐리어 가스 및 화합물이 공급 및 배출되는 공급관(151) 및 배출관(152)이 결합지지되는 상하부결합부재(120,130)와, 상기 상하부결합부재(120,130)를 밀봉시키는 밀봉수단을 포함하며, 상기 버블러(100)는 투명한 소재로 형성되고, 상기 밀봉수단은 상기 버블러(100)의 입구측에 플랜지부(101)가 형성되고, 금속의 결정구조와 세라믹의 열팽창계수를 가지며 상기 플랜지부(101)의 상하면에 각각 지지되고 상/하부결합부재(120,130) 사이에 개재되는 이중 O-ring(161,162,163)과, 상기 상/하부결합부재(120,130)를 상호 체결시키는 체결부재(170,171)를 구비하여 된 것을 특징으로 하는 반도체 제조용 버블러가 제공된다.
본 발명의 제2특징에 따르면, 상기 밀봉수단은 상기 버블러(100)의 입구측에 플랜지부(101)가 형성되고, 상/하부결합부재(120,130)에 사용되는 O-ring(161,162,163)을 사용할 뿐만 아니라 기체채널(175)을 형성하고 이를 추가적으로 배기하여 진공도를 향상시키는 상/하부결합부재(120,130)를 상호 체결시키는 체결부재(170,171)를 구비하여 된 것을 특징으로 하는 반도체 제조용 버블러가 제공된다.
본 발명의 제3특징에 따르면, 캐리어 기체가 공급되고 화합물을 기화시키며 기화된 화합물을 반응챔버로 공급시키는 버블러(100)와, 상호 결합되어 상기 버블러(100)의 입구측을 밀봉시키며 상기 캐리어 가스 및 화합물이 공급 및 배출되는 공급관(151) 및 배출관(152)이 결합지지되는 상하부결합부재(120,130)와, 상기 상하부결합부재(120,130)를 밀봉시키는 밀봉수단을 포함하며, 상기 버블러(100)는 투명한 소재로 형성되고, 상기 밀봉수단은 상기 버블러(100)의 입구측에 플랜지부(101)가 형성되고, 금속의 결정구조와 세라믹의 열팽창계수를 가지며 상기 플랜지부(101)의 하면과 하부결합부재(130) 사이에 개재되는 코바(165)와, 상기 상/하부결합부재(120,130) 사이에 개재되어 밀봉시키는 가스켓(190)과, 상기 상/하부결합부재(120,130)를 상호 체결시키는 체결부재(170,171)를 구비하여 된 것을 특징으로 하는 반도체 제조용 버블러가 제공된다.
본 발명의 제4특징에 따르면, 캐리어 기체가 공급되고 화합물을 기화시키며 기화된 화합물을 반응챔버로 공급시키는 버블러(100)와, 상호 결합되어 상기 버블러(100)의 입구측을 밀봉시키며 상기 캐리어 가스 및 화합물이 공급 및 배출되는 공급관(151) 및 배출관(152)이 결합지지되는 상하부결합부재(120,130)와, 상기 상하부결합부재(120,130)를 밀봉시키는 밀봉수단을 포함하며, 상기 버블러(100)는 투명한 소재로 형성되고, 상기 밀봉수단은 상기 하부결합부재(120,130)에 그 일단이 결합되고 그 타단부에 상기 버블러가 밀봉 결합되는 슬리이브(200)와, 상기 상/하부 결합부재(120,130) 사이에 개재되어 밀봉시키는 가스켓(190)과, 상기 슬리이브(200)와 버블러(100) 사이에 게재되며 금속의 결정구조와 세라믹의 열팽창계수를 가지는 코바(167)와, 상기 상/하부 결합부재(120,130)를 상호체결시키는 체결부재(170,171)를 구비하여 된 것을 특징으로 하는 반도체 제조용 버블러가 제공된다.
본 발명의 제5특징에 따르면, 전술한 투명 소재는 석영, 사파이어, 파이렉스, 강화유리 또는 테프론등 원료 화합물과 반응하지 않는 고품위 투명소재 중 어느 한가지를 채택하여 사용하는 것을 특징으로 하는 반도체 제조용 버블러가 제공된다.
이하 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명에 따른 바람직한 실시 예를 상세히 설명한다. 본 발명은 도 2에도시된 바와 같이, 유기 금속기상 성장을 이용하여 반도체를 제조하는 공정중 수소 또는 질소 같은 캐리어가스(carrier gas)와 기체나 액체상태의 유기 금속화합물을 유입하여 유기 금속 화합물을 기화시키는 반도체 제조용버블러(100)에 관한 것이다.
이러한 버블러(100)의 입구측에는 상/하부결합부재(120,130)가 소정의 밀봉수단에 의해서 상호 결합되어있으며, 이 상/하부결합부재(120,130)에는 상기 캐리어가스 및 유기 금속화합물이 공급/배출되는 공급관(151)과 배출관(152)이 결합 지지되어 있다.
한편, 본 발명의 특징적인 구성으로서 상기 버블러(100)는 투명한 소재로 형성된다. 이때 투명한 소재로는 석영, 사파이어, 파이렉스, 강화유리 또는 테프론일 수 있으며 이외에도 내부의 원료 화합물과 반응하지 않는 고품위 투명소재는 모두 가능하다.
그리고, 상기 밀봉수단은 상기 버블러(100)의 입구측에 플랜지부(101)가 형성되고, 금속의 결정구조와 세라믹의 열팽창계수를 가지며 상기 플랜지부(101)의 상/하면에 각각 밀착되어 상/하부 결합부재(120)(130)의 기체의 흐름을 방지할 이중의 O-ring(161,162,163)과, 상기 상/하부 결합부재(120)(130)를 체결시키는 체결부재(170,171)를 구비하여 이루어진 구조를 가진다. 도면번호 163은 상/하부 결합부재(120)(130)사이에 직접 밀착되는 O-Ring구조를 예시하고 있다.
미설명 부호 155는 버블러(100)를 용도에 따라 원료화합물을 소정 온도로 가열시키거나 냉각시키는 장치(heating mantle 혹은 cooling chiller)이고, 180은온도를 측정하는 온도 계측 센서인 써모커플(thermocouple)이다.
상기 밀봉수단의 또 다른 실시예를 나타낸 도 3을 참조하면, 이는 상/하부결합부재(120,130)사이에 기체의 흐름을 방지하도록 O-ring(161,162,163)과 상하부결합부재(170,171)뿐만 아니라 channel(175)을 만들어 기체의 흐름을 차단할 수 있다. 상기 미세 배기채널(175)은 O-ring(163)과 O-ring(161,162) 사이에서 미세한 도랑을 원주형으로 만들고 이 원주의 한 지점에 배기라인을 미세 가공하여 연결시킨 후, 기체 연결용 피팅(fitting)과 배기밸브를 통하여 펌프와 연결한다. 미 설명부호 250은 미세 배기채널(175)과 펌프라인을 연결하는 개스피팅(gasfitting)을 예시하고 있다. 이 미세 배기채널은(175)은 진공펌프에 연결되어 O-ring(161,162,163)에서 누설되어 미세채널(175)층으로 유입된 기체를 배기하는 역할을 한다. 따라서 가스켓을 사용하지 않고도 초고진공의 진공도를 유지할 수 있도록 밀봉할 수 있다.
상기 밀봉수단의 또 다른 실시예를 나타낸 도 4를 참조하면, 이는 온도나 부식가스에 영향이 있는 O-Ring(161,162,163)을 제거하고, 이러한 O-Ring의 단점을 보완하기 위하여, 상/하부결합부재(120,130)사이에 금속의 가스켓(190)을 게재시키고 코바(Kovar)(161)를 이용하여 버블러(100)와 결합부재(170,171)를 경접함으로써(brazing) 기체를 밀봉하는 구조를 가진다.
상기 코바(165)는 금속과 세라믹의 중간성질을 가지고 금속의 열팽창계수와 세라믹의 결정구조를 가지며, 금속과 세라믹의 접착을 가능하게 하고, O-ring을 사용할 때 보다 더 우수한 초고진공 진공도(Ultra High Vacuum)유지를 가능하게 한다.
상기 밀봉수단의 또 다른 실시예를 나타낸 도 5를 참조하면, 이는 상/하부결합부재(120,130)사이에 금속의 가스켓(190)을 개재시키고, 하부결합부재(130)에 금속으로 된 슬리이브(200)를 결합시킨 후 그 슬리이브(200)와 버블러(100) 사이에는 코바(167)가 게재된 것이다.
상기와 같이 구성된 본 발명에 따른 반도체 제조장치에 있어서, 공급관(151)을 통해 유기 금속화합물과 수소/질소와 같은 캐리어가스가 유입되고, 고진공 상태에서 맨들(155)의 가열로 기화되는 유기 금속화합물은 배출관(152)을 통해 반응기 챔버(미도시)로 공급하게 된다. 미설명 도면부호 300은 유기화합물이다.
한편, 가열온도의 조절은 자동온도 조절시스템에 의해 조절되며, 본 장치에서는 PID(Proportional band,Integral time, Derivative time)을 정해주어 설정온도로 오버슈팅(overshooting)을 최소화함으로써 일정 온도를 유지시킨다. 여기서 가열에 의해 기화된 유기 금속화합물이 배출관(152)을 통해 반응기 챔버측으로 이동되는 도중에, 기화된 유기 금속화합물이 응축될 우려가 있기 때문에 반응기 챔버로 들어가는 배출관(152)을 독립적으로 가열시켜주는 것이 바람직하다. 상기와 같이 공정이 수행될 때, 가열도중의 변화와 부반응 등을 석영 등의 투명소재로 된 버블러(100)를 통해 육안으로 관측할 수 있고, 코바 (165,167)에 의한 고진공도로 인해 반응기 챔버의 진공도를 떨어뜨리지 않고 공정을 수행할 수 있게 한다.
이상에서와 같이 본 발명에 의하면, 반도체 제조용 버블러가 투명한 석영으로 형성됨으로써 제조 공정중 부반응이 일어나더라도 외부에서 관측이 가능하게 되므로 불량 발생을 미리 방지할 수 있으며, 전도에 의한 열 손실을 대폭 경감시킬 수 있다. 또한 고진공 유지를 위해 이중 O-ring 구조나 코바를 이용하여 금속 플랜지 즉, 결합부재와 버블러를 접합함으로써 반응기 챔버의 진공유지를 가능하게 하여 양질의 웨이퍼 제조를 가능하게 한다.

Claims (7)

  1. 캐리어 기체가 공급되고 화합물을 기화시키며 기화된 화합물을 반응챔버로 공급시키는 버블러(100)와, 상호 결합되어 상기 버블러(100)의 입구측을 밀봉시키며 상기 캐리어 가스 및 화합물이 공급 및 배출되는 공급관(151) 및 배출관(152)이 결합지지되는 상하부결합부재(120,130)와, 상기 상하부결합부재(120,130)를 밀봉시키는 밀봉수단을 포함하며, 상기 버블러(100)는 투명한 소재로 형성되고, 상기 밀봉수단은 상기 버블러(100)의 입구측에 플랜지부(101)가 형성되고, 금속의 결정구조와 세라믹의 열팽창계수를 가지며 상기 플랜지부(101)의 상하면에 각각 지지되고 상/하부결합부재(120,130) 사이에 개재되는 이중 O-ring(161,162,163)과, 상기 상/하부결합부재(120,130)를 상호 체결시키는 체결부재(170,171)를 구비하여 된 것을 특징으로 하는 반도체 제조용 버블러.
  2. 제1항에 있어서, 상기 밀봉수단은 상기 버블러(100)의 입구측에 플랜지부(101)가 형성되고, 상/하부결합부재(120,130)에 사용되는 O-ring(161,162,163)을 사용할 뿐만 아니라 기체채널(175)을 형성하고 이를 추가적으로 배기하여 진공도를 향상시키는 상/하부결합부재(120,130)를 상호 체결시키는 체결부재(170,171)를 구비하여 된 것을 특징으로 하는 반도체 제조용 버블러.
  3. 제1항에 있어서, 상기 투명한 소재는 석영, 사파이어, 파이렉스, 강화유리 또는 테프론등 원료 화합물과 반응하지 않는 고품위 투명소재 중 어느 한가지를 채택하여 사용하는 것을 특징으로 하는 반도체 제조용 버블러
  4. 캐리어 기체가 공급되고 화합물을 기화시키며 기화된 화합물을 반응챔버로 공급시키는 버블러(100)와, 상호 결합되어 상기 버블러(100)의 입구측을 밀봉시키며 상기 캐리어 가스 및 화합물이 공급 및 배출되는 공급관(151) 및 배출관(152)이 결합지지되는 상하부결합부재(120,130)와, 상기 상하부결합부재(120,130)를 밀봉시키는 밀봉수단을 포함하며, 상기 버블러(100)는 투명한 소재로 형성되고, 상기 밀봉수단은 상기 버블러(100)의 입구측에 플랜지부(101)가 형성되고, 금속의 결정구조와 세라믹의 열팽창계수를 가지며 상기 플랜지부(101)의 하면과 하부결합부재(130) 사이에 개재되는 코바(165)와, 상기 상/하부결합부재(120,130) 사이에 개재되어 밀봉시키는 가스켓(190)과, 상기 상/하부결합부재(120,130)를 상호 체결시키는 체결부재(170,171)를 구비하여 된 것을 특징으로 하는 반도체 제조용 버블러.
  5. 제4항에 있어서, 상기 투명한 소재는 석영, 사파이어, 파이렉스, 강화유리 또는 테프론등 원료 화합물과 반응하지 않는 고품위 투명소재 중 어느 한가지를 채택하여 사용하는 것을 특징으로 하는 반도체 제조용 버블러
  6. 캐리어 기체가 공급되고 화합물을 기화시키며 기화된 화합물을 반응챔버로 공급시키는 버블러(100)와, 상호 결합되어 상기 버블러(100)의 입구측을 밀봉시키며 상기 캐리어 가스 및 화합물이 공급 및 배출되는 공급관(151) 및 배출관(152)이 결합지지되는 상하부결합부재(120,130)와, 상기 상하부결합부재(120,130)를 밀봉시키는 밀봉수단을 포함하며, 상기 버블러(100)는 투명한 소재로 형성되고, 상기 밀봉수단은 상기 하부결합부재(120,130)에 그 일단이 결합되고 그 타단부에 상기 버블러가 밀봉 결합되는 슬리이브(200)와, 상기 상/하부 결합부재(120,130) 사이에 게재되어 밀봉시키는 가스켓(190)과, 상기 슬리이브(200)와 버블러(100) 사이에 게재되며 금속의 결정구조와 세라믹의 열팽창계수를 가지는 코바(167)와, 상기 상/하부 결합부재(120,130)를 상호체결시키는 체결부재(170,171)를 구비하여 된 것을 특징으로 하는 반도체 제조용 버블러.
  7. 제6항에 있어서, 상기 투명한 소재는 석영, 사파이어, 파이렉스, 강화유리 또는 테프론등 원료 화합물과 반응하지 않는 고품위 투명소재 중 어느 한가지를 채택하여 사용하는 것을 특징으로 하는 반도체 제조용 버블러
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