KR101415664B1 - 기화기 및 기화기를 가지는 증착장치 - Google Patents

기화기 및 기화기를 가지는 증착장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 2 개의 기화공간을 가지는 기화기를 사용하여 기화효율을 개선한 기화기 및 기화기를 가지는 증착장치에 관한 것으로, 소오스 물질이 공급받아, 상기 소오스 물질을 1 차 기화시키는 제 1 기화공간과, 상기 제 1 기화공간으로부터 1 차 기화된 소오스 물질을 공급받아 2 차 기화시키는 제 2 기화공간을 포함하는 기화기; 상기 기화기로부터 상기 소오스 물질을 공급받아, 기판 상에 박막을 증착시키는 공정챔버;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
기화기, 소오스 물질, 기화공간, 카트리지 히터

Description

기화기 및 기화기를 가지는 증착장치{Vaporizer and Depositing Apparatus including Vaporizer}
본 발명은 기화기 및 기화기를 가지는 증착장치에 관한 것으로, 보다 구체적으로 2 개의 기화공간을 가지는 기화기를 사용하여 기화효율을 개선한 기화기 및 기화기를 가지는 증착장치에 관한 것이다.
일반적으로 물질을 박막 형태로 형성하는 방법은 물리적 충돌을 이용하는 스퍼터링 방법과, 기상의 원료가스를 공급하는 증착방법으로 구분된다. 반도체 소자의 고집적화에 따라 조성 및 두께의 균일도와 단차 피복성이 우수한, 기상증착방법을 선호한다. 상기와 같은 기상증착방법은 박막을 형성하는 데 필요한 소오스 가스을 기판이 안착된 반응챔버에 공급함으로써 기판 상에 원하는 박막을 증착하는 방식이다. 그러나 박막형성에 사용되는 소오스 물질이 기체상태가 아닌 액체상태로 존재하는 경우에, 액체상태의 소오스 물질을 기화시킨 후에 반응챔버의 내부의 기판의 표면까지 이송하게 된다. 따라서 반응챔버의 소오스 물질 주입구 근처까지는 소오스 물질을 액체상태로 공급하고, 기화기를 통하여 액체상태의 소오스 물질을 기화시켜 소오스 가스로 공급하는 방법을 사용한다.
그런데, 종래의 기화기는 액상의 소스물질이 완전하게 기화되지 않고, 액체상태와 기체상태의 소오스 물질이 반응챔버에 유입되어 박막 증착 공정을 진행하게 된다. 반응챔버에 유입된 액체상태의 소오스 물질로 인해, 증착박막의 균일성이 저하되거나, 또는 증착박막에 이물질(particle)이 발생하게 된다.
이하에서, 도 1 및 도 2를 참조하여 종래기술의 기화기를 사용하는 증착장치를 설명하면 다음과 같다. 도 1은 종래기술에 따른 기화기를 사용하는 증착장치의 개략도이고, 도 2는 종래기술에 따른 기화기의 개략도이다.
종래기술에서, 기화기가 설치되는 증착장치는, 기판(도시하지 않음) 상에 박막이 증착시키는 공정을 진행하는 공정챔버(10)와, 액체상태의 소오스 물질(12)을 공정챔버(10)에 공급하기 위한 소오스 공급부(14)와, 소오스 물질(12)을 기체 상태로 변환시켜 공정챔버(10)의 내부로 공급하는 기화기(16)와, 공정챔버(10)에 반응가스를 공급하기 위한 반응가스 공급부(52)와, 액체상태의 소오스 물질(12)을 기화기(16)로 이송시키기 위한 캐리어 가스 공급부(42)로 구성된다.
공정챔버(10)는 박막증착 공정이 진행되도록 진공상태를 유지할 수 있는 밀폐공간이고, 도면에는 도시하지 않았지만 내부공간에는 기판이 안착되는 기판 안치대와 소오스 가스 및 반응가스를 분배시키는 분배장치가 마련되어 있다. 소오스 공 급부(14)는 액체 상태의 소오스 물질(12)이 저장되는 저장탱크(18)와, 소오스 물질(12)을 저장탱크(18)에 공급하는 소오스 물질 공급원(도시되지 않음)과, 저장탱크(18)의 내부에서 소오스 물질(12)을 기화기(16)에 공급될 수 있도록 Ar과 같은 제 1 캐리어 가스를 공급하는 제 1 캐리어 가스 공급원(도시되지 않음)과, 액체 상태의 소오스 물질(12)의 유량을 제어하는 제 1 유량제어기(MFC)(50)로 구성된다.
기화기(16)와 연결되는 캐리어 가스 공급부(42)는 기화기(16)에서 기체 상태로 변환된 소오스 물질을 공급배관을 따라 공정챔버(10)로 공급하기 위한 Ar과 같은 제 2 캐리어 가스 공급원(도시되지 않음)과, 제 2 캐리어 가스의 유량을 제어하는 제 2 유량제어기(MFC)(20)와, 제 2 캐리어 가스를 가열하는 제 1 가열기(22)를 포함한다. 그리고, 공정챔버(10)에는 공급유량이 안정되지 않은 제 2 캐리어 가스를 공정챔버(10)로 공급하지 않고 펌핑 라인(pumping line)(26)을 통하여 트랩장치(24)로 공급한다. 트랩장치(24)에는 진공펌프(도시하지 않음)가 연결된다.
공정챔버(10)에 반응가스를 공급하기 위한 반응가스 공급부(52)는 반응가스 공급원(도시하지 않음)과, 반응가스의 유량을 제어하기 위한 제 3 유량제어기(MFC)(54)와, 반응가스를 가열하기 위한 제 2 가열기(56)를 포함한다. 기화기(16)와 펌핑 라인(26) 사이 및 기화기(16)와 가열기(22) 사이 등에는 필요에 따른 밸브를 장착하여 사용한다.
도 2와 같이, 기화기(16)는 하우징(32)과, 하우징(32)의 상부에 위치하며, 액체 상태의 소오스 물질(12) 및 제 2 캐리어 가스가 공급되는 주입구(28)와, 액체 상태의 소오스 물질(12)이 기화되는 기화공간(30)과, 기화공간(30)의 주변에 설치되며, 소오스 가스를 가열하는 히터(34)와, 기체 상태로 변한 소오스 물질을 공정챔버(10)으로 공급하기 위한 배관과 연결되는 챔버 연결부(36)과 소오스 가스 또는 제 2 캐리어 가스를 배기시키기 위하여 펌핑 라인(26)과 연결되는 펌핑 라인 연결부(38)로 구성된다. 주입구(28)과 기화공간(30)의 사이에는 오리피스(orifice)(40)가 설치된다. 액체상태의 소오스 물질(12)이 기화기(16)의 주입구(28)에 공급되면, 오리피스(40)에서 압력이 증가하고 유속이 감소한다. 오리피스(40)를 통과한 액체 상태의 소오스 물질(12)이 기화공간(30)에 유입되면 압력은 감소하고 유속이 증가하면서, 유체가 팽창하면서 기체상태로 변화된다.
도 1 및 도 2와 같은 증착장치에서 기화기는 하나의 기화공간이 설치되어 있어, 완전한 기화효율을 기대하기 어렵다. 따라서, 액체상태의 소오스 물질이 공정챔버(10)의 내부로 유입되어 이물질(particle)의 발생원인이 되고, 기판 상에 증착되는 박막의 균일성이 저하됨은 물론 이물질에 의한 결함이 발생한다.
상기와 같은 종래기술의 문제를 해결하기 위하여, 본 발명은 기화기를 제 1 기화공간과 제 2 기화공간으로 분리하여 소오스 물질을 완전하게 기화시켜, 공정챔버에 공급하는 것에 의해 기판 상에 양질의 박막을 증착하는 기화기 및 기화기를 가지는 증착장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 기화기를 가지는 증착장치는, 소오스 물질을 공급받아, 상기 소오스 물질을 1 차 기화시키는 제 1 기화공간과, 상기 제 1 기화공간으로부터 1 차 기화된 소오스 물질을 공급받아 2 차 기화시키는 제 2 기화공간을 포함하는 기화기; 상기 기화기로부터 상기 소오스 물질을 공급받아, 기판 상에 박막을 증착시키는 공정챔버;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기와 같은 기화기를 가지는 증착장치에 있어서, 상기 제 1 기화공간에 상기 소오스 물질과 제 1 캐리어 가스를 공급하고, 상기 제 2 기화공간에 1 차 기화된 상기 소오스 물질과 제 2 캐리어 가스를 공급하는 것을 특징으로 한다.
상기와 같은 기화기를 가지는 증착장치에 있어서, 상기 제 2 캐리어 가스는 상기 제 1 캐리어 가스보다 온도가 더 높은 것을 특징으로 한다.
상기와 같은 기화기를 가지는 증착장치에 있어서, 상기 제 1 기화공간과 상기 제 2 기화공간의 사이에, 상기 제 2 캐리어 가스가 공급되는 완충공간이 설치되는 것을 특징으로 한다.
상기와 같은 기화기를 가지는 증착장치에 있어서, 상기 제 1 및 상기 제 2 기화공간의 주위에 각각 제 1 및 제 2 외부히터가 설치되고, 상기 제 2 기화공간의 하부에 제 3 외부히터가 설치되는 것을 특징으로 한다.
상기와 같은 기화기를 가지는 증착장치에 있어서, 상기 제 3 외부히터는 상기 제 2 외부히터와 별도로 제어되고, 상기 제 2 기화공간의 하부에 다수의 홀을 가지는 카트리지 히터를 설치하는 것을 특징으로 한다.
상기와 같은 기화기를 가지는 증착장치에 있어서, 상기 카트리지 히터를 통과한 상기 소오스 물질이 상기 공정챔버로 공급되는 것을 특징으로 한다.
상기와 같은 기화기를 가지는 증착장치에 있어서, 상기 공정챔버에 반응가스를 공급하기 위한 반응가스 공급부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 기화기는 소오스 물질이 공급받아, 상기 소오스 물질을 1 차 기화시키는 제 1 기화공간; 상기 제 1 기화공간으로부터 1 차 기화된 소오스 물질을 공급받아 2 차 기화시키는 제 2 기화공간을 포함하는 기화기;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기와 같은 기화기에 있어서, 상기 제 1 기화공간에 상기 소오스 물질과 동시에 제 1 캐리어 가스가 공급되고, 상기 제 2 기화공간에 1 차 기화된 상기 소오스 물질과 동시에 제 2 캐리어 가스가 공급되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 실시예에 따른 기화기 및 기화기를 증착장치는 다음과 같은 효과가 있다.
기화기를 제 1 기화공간과 제 2 기화공간으로 분리하여 소오스 물질을 완전하게 기화시켜, 공정챔버에 공급하는 것에 의해 기판 상에 양질의 박막을 증착시킬 수 있다.
이하에서는 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.
도 3은 본 발명에 따른 기화기를 사용하는 증착장치의 개략도이다. 도 4는 본 발명에 따른 기화기의 개략도이고, 도 5는 본 발명에 따른 카트리지 히터의 개략도이다.
본 발명에서, 기화기가 설치되는 증착장치는, 소오스 물질이 공급되어 기판(도시하지 않음) 상에 박막이 증착되는 공정챔버(110)와, 액체상태의 소오스 물질(112)을 공정챔버(110)에 공급하기 위한 소오스 공급부(114)와, 소오스 물질(112)을 기체 상태로 변환시키는 기화기(116)와, 공정챔버(10)에 반응가스를 공급하기 위한 반응가스 공급부(152)와, 액체상태의 소오스 물질(12)을 기화기(116)의 제 1 기화공간(116a)으로 이송시키기 위한 제 1 캐리어 가스 공급부(142)와, 제 1 기화공간(116a)을 통과한 소오스 물질(112)을 제 2 기화공간(116b)으로 이송시키기 위한 제 2 캐리어 가스 공급부(160)로 구성된다.
공정챔버(110)는 박막증착 공정이 진행되도록 진공상태를 유지할 수 있는 밀폐공간이고, 도면에는 도시하지 않았지만 내부공간에는 기판이 안착되는 기판 안치대와 소오스 가스 및 반응가스를 분배시키는 분배장치가 마련되어 있다. 기화기(116)의 제 1 기화공간(116a)과 연결되는 제 1 캐리어 가스 공급부(142)는 제 1 기화공간(116a)에서 1 차 기화된 소오스 물질(112)을 제 2 기화공간(116b)에 공급하기 위한 Ar과 같은 제 1 캐리어 가스 공급원(도시되지 않음)과, 제 1 캐리어 가스의 유량을 제어하는 제 1 유량제어기(MFC)(120)와, 제 1 캐리어 가스를 가열하는 제 1 가열기(122)를 포함한다.
기화기(116)의 제 2 기화공간(116b)과 연결되는 제 2 캐리어 가스 공급부(160)는 제 2 기화공간(116b)에서 2 차 기화된 소오스 물질(112)을 공정챔버(110)로 공급하기 위한 Ar과 같은 제 2 캐리어 가스 공급원(도시하지 않음)과, 제 2 캐리어 가스의 유량을 제어하는 제 2 유량제어기(MFC)(162)와, 제 2 캐리어 가스를 가열하는 제 2 가열기(164)를 포함한다. 제 1 기화공간(116a)에서 1 차 기화되는 소오스 물질(112)보다 제 2 기화공간(116b)에서 2 차 기화되는 소오스 물질(112)의 온도가 더 높기 때문에, 제 1 기화공간(116a)에 공급되는 제 1 캐리어 가스보다 제 2 기화공간(116b)에 공급되는 제 2 캐리어 가스의 온도가 더 높게 유지된다. 따라서, 제 1 가열기(122)와 제 2 가열기(162)의 설정온도는 서로 다르다.
본 발명에서, 제 2 캐리어 가스 공급부(142)를 설치하지 않고, 제 1 캐리어 공급부(142)의 제 1 유량제어기(120)에서 별도의 배관을 분기시키고, 제 2 가열기(162)를 개재하여 제 2 기화공간(116b)에 연결하여 사용할 수 있다. 그리고, 공정초기에서, 기화기(116)에 공급유량이 안정되지 않은 제 1 및 제 2 캐리어 가스를 공정챔버(110)로 바로 공급하지 않고 펌핑라인(pumping line)(126)을 통하여 트랩장치(124)로 공급한다. 트랩장치(124)에는 진공펌프(도시하지 않음)가 연결된다. 그리고 기화기(116)는 내부에 잔류하는 캐리어 가스 또는 소오스 물질을 펌핑 라인(126)으로 용이하게 제거하기 위하여 상부에 인입부를 설치하고, 하부에 배출부를 설치한다. 기화기(116)와 펌핑라인(126) 사이 및 기화기(116)와 제 1 및 제 2 가열기(122, 164) 사이 등에는 필요에 따른 밸브를 장착하여 사용한다.
공정챔버(110)에 반응가스를 공급하기 위한 반응가스 공급부(152)는 반응가스 공급원(도시하지 않음)과, 반응가스의 유량을 제어하기 위한 제 3 유량제어기(MFC)(154)와, 반응가스를 가열하기 위한 제 3 가열기(156)를 포함한다. 소오스 공급부(114)는 액체상태의 소오스 물질(112)이 저장되는 저장탱크(118)와, 소오스 물질(112)을 저장탱크(118)에 공급하는 소오스 물질 공급원(도시되지 않음)과, 저장탱크(118)의 내부에서 소오스 물질(112)을 기화기(116)에 공급될 수 있도록 Ar과 같은 제 3 캐리어 가스를 공급하는 제 2 캐리어 가스 공급원(도시하지 않음)과, 액체 상태의 소오스 물질(112)의 유량을 제어하는 제 4 유량제어기(MFC)(150)로 구성된다.
본 발명에 따른 기화기(116)는 도 4와 같이, 하우징(132)과, 하우징(132)의 상부에 위치하며, 액체 상태의 소오스 물질(112) 및 제 1 캐리어 가스가 공급되어, 소오스 물질(112)을 1 차 기화시키는 제 1 기화공간(116a)와, 제 1 기화공간(116a)로부터 1 차 기화된 소오스 물질(112)과 제 2 캐리어 가스가 공급되어 소오스 물질(112)을 2 차 기화시키는 제 2 기화공간(116b)와 제 2 기화공간(116b)의 내부에서 소오스 물질(112)을 완전 기화시키기 위한 카트리지 히터(170)로 구성된다.
제 1 기화공간(116a)의 상부에 설치되어 있는 주입구(128)를 통하여 액체 상태의 소오스 물질(112)와 제 1 캐리어 가스가 공급되고, 제 1 기화공간(116a)의 주변에는 제 1 외부히터(172)가 설치된다. 그리고, 주입구(128)와 제 1 기화공간(116a)의 사이에는 제 1 오리피스(140a)가 설치되어, 주입구(128)를 통하여 공급되는 소오스 물질(112)을 제 1 기화공간(116a)에서 1 차 기화시킨다. 제 1 기화공간(116a)와 제 2 기화공간(116b)의 사이에는 제 2 캐리어 가스가 공급되는 완충공간(174)이 위치하고, 제 2 완충공간(174)와 제 2 기화공간(116b)의 사이에는 제 2 오리피스(140b)가 설치된다. 제 1 기화공간(116a)으로부터 공급되는 소오스 물질(112)을 제 2 기화공간(116b)에서 2 차 기화시킨다. 제 2 기화공간(116b)의 주변에는 제 2 외부히터(176)가 설치된다.
제 2 기화공간(116b)의 하부에는 다수의 홀(180)을 가지는 카트리지 히터(182)가 배치되어, 제 2 기화공간(116b)에서 기화되지 않은 소오스 물질(112)이 카트리지 히터(182)의 다수의 홀(180)을 통과하면서 완전히 기화되어, 기화기(116)의 하부에 연결되어 있는 챔버 연결부(136)를 통하여, 기화상태의 소오스 물질(112)을 공정챔버(110)로 공급한다. 그리고, 공정초기에는 공급유량이 안정되지 않은 제 1 및 제 2 캐리어 가스를 공정챔버(110)로 공급하지 않고 기화기(116)의 하부에 연결되어 있는 펌핑 라인(126)을 통하여 트랩장치(124)로 공급한다. 그리고, 카트리지 히터(182)는 제 2 외부히터(176)와 별도로 제어된다.
도 1은 종래기술에 따른 기화기를 사용하는 증착장치의 개략도
도 2는 종래기술에 따른 기화기의 개략도
도 3은 본 발명에 따른 기화기를 사용하는 증착장치의 개략도
도 4는 본 발명에 따른 기화기의 개략도
도 5는 본 발명에 따른 카트리지 히터의 개략도

Claims (10)

  1. 소오스 물질이 공급받아, 상기 소오스 물질을 1 차 기화시키는 제 1 기화공간;
    상기 제 1 기화공간으로부터 1 차 기화된 소오스 물질을 공급받아 2 차 기화시키는 제 2 기화공간를 포함하고,
    상기 제 1 기화공간에 상기 소오스 물질과 제 1 캐리어 가스를 공급하고, 상기 제 2 기화공간에 1 차 기화된 상기 소오스 물질과 제 2 캐리어 가스를 공급하며,
    상기 제 2 캐리어 가스는 상기 제 1 캐리어 가스보다 온도가 더 높은 것을 특징으로 하는 기화기.
  2. 소오스 물질이 공급받아, 상기 소오스 물질을 1 차 기화시키는 제 1 기화공간;
    상기 제 1 기화공간으로부터 1 차 기화된 소오스 물질을 공급받아 2 차 기화시키는 제 2 기화공간를 포함하고,
    상기 제 1 기화공간에 상기 소오스 물질과 제 1 캐리어 가스를 공급하고, 상기 제 2 기화공간에 1 차 기화된 상기 소오스 물질과 제 2 캐리어 가스를 공급하며,
    상기 제 1 기화공간과 상기 제 2 기화공간의 사이에, 상기 제 2 캐리어 가스가 공급되는 완충공간이 설치되는 것을 특징으로 하는 기화기.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 제 1 및 상기 제 2 기화공간의 주위에 각각 제 1 및 제 2 외부히터가 설치되고, 상기 제 2 기화공간의 하부에 제 3 외부히터가 설치되는 것을 특징으로 하는 기화기.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 제 3 외부히터는 상기 제 2 외부히터와 별도로 제어되고, 상기 제 2 기화공간의 하부에 다수의 홀을 가지는 카트리지 히터를 설치하는 것을 특징으로 하는 기화기.
  5. 제 1 항 또는 제 2 항의 기화기;
    상기 기화기로부터 상기 소오스 물질을 공급받아, 기판 상에 박막을 증착시키는 공정챔버;
    를 포함하는 증착장치.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 제 1 기화공간에 상기 소오스 물질과 동시에 제 1 캐리어 가스가 공급되고, 상기 제 2 기화공간에 1 차 기화된 상기 소오스 물질과 동시에 제 2 캐리어 가스가 공급되는 것을 특징으로 하는 증착장치.
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