KR102220239B1 - 삼불화붕소 수득 장치 - Google Patents

Abstract

개시되는 삼불화붕소 수득 장치는 원료 물질 공급 탱크 부재와, 삼불화붕소 분리 부재와, 삼불화붕소 저장 탱크 부재를 포함하고, 상기 원료 물질 공급 탱크 부재가 삼불화붕소-에테르와 삼불화붕소-메틸에테르 중 적어도 하나인 원료 물질을 공급하고, 상기 원료 물질 중 삼불화붕소가 상기 삼불화붕소 분리 부재에서 기체로 승화되어 분리되어 상기 삼불화붕소 저장 탱크 부재에 저장됨으로써, 안정적이면서도 간명하게 상기 삼불화붕소가 수득될 수 있게 되는 장점이 있다.

Description

삼불화붕소 수득 장치{Boron trifluoride yielding apparatus}

본 발명은 삼불화붕소 수득 장치에 관한 것이다.

반도체를 제조하는 공정 중에는 반도체용 특수 가스가 다수 적용되는데, 이러한 반도체용 특수 가스는 반도체 제조 공정 중의 특정한 공정에서만 필요한 것이 아니라 반도체 제조의 대부분의 공정, 즉 웨이퍼의 제조 공정에서부터 회로 제작 공정, 웨이퍼 처리 공정 등에 이르기까지 많은 공정에 걸쳐서 필수적으로 적용되어져야 한다.

위와 같은 반도체 제조에 적용되는 반도체용 특수 가스 중의 하나가 삼불화붕소(BF₃)인데, 이러한 반도체용 특수 가스로 삼불화붕소가 적용된 예로 제시될 수 있는 것이 아래 제시된 특허문헌의 그 것이다.

이 밖에, 반도체 제조 공정에서 웨이퍼의 플라즈마 식각 공정과 화학 기상 증착(chemical vapor deposition, CVD) 챔버 세정 공정에서 삼불화붕소 가스가 적용되는 등 반도체 제조 공정에서 삼불화붕소는 폭넓게 적용되고 있다.

그러나, 종래에는, 산화붕소(B₂O₃)와 불산(HF)을 직접 반응시키는 방식으로 삼불화붕소를 수득하고 있는데, 이러한 수득 방법의 경우, 그 수득 단계가 복잡하고 유독한 물질인 불산을 사용하여야 하는 등 수득 공정상의 위험성이 매우 클 뿐만 아니라, 그 정제가 매우 어렵고 복잡해지기 때문에, 삼불화붕소의 가격이 상승될 수 밖에 없는 문제가 있었다.

공개특허 제 10-2018-0134932호, 공개일자: 2018.12.19., 발명의 명칭: 수소화된 동위원소-풍부한 삼불화 붕소 도펀트 소스 가스 조성물

본 발명은 안정적이면서도 간명하게 삼불화붕소를 수득할 수 있는 삼불화붕소 수득 장치를 제공하는 것을 일 목적으로 한다.

본 발명의 일 측면에 따른 삼불화붕소 수득 장치는 삼불화붕소-에테르 (BF₃-etherate)와 삼불화붕소-메틸에테르(BF₃-methyl ether) 중 적어도 하나인 원료 물질을 공급하는 원료 물질 공급 탱크 부재; 상기 원료 물질 공급 탱크 부재로부터 공급되는 상기 원료 물질이 수용되고, 일정 온도로 가열됨으로써, 상기 원료 물질로부터 삼불화붕소가 기체로 승화되어 분리되도록 하는 삼불화붕소 분리 부재; 상기 삼불화붕소 분리 부재에서 분리된 상기 삼불화붕소를 저장하는 삼불화붕소 저장 탱크 부재; 상기 삼불화붕소 분리 부재와 상기 삼불화붕소 저장 탱크 부재를 연결하는 삼불화붕소 분리 저장 연결 배관; 상기 삼불화붕소 분리 저장 연결 배관을 통해 상기 삼불화붕소 분리 부재로부터 상기 삼불화붕소 저장 탱크 부재로 유동되는 상기 삼불화붕소가 미리 설정된 온도 이상으로 가열된 경우, 상기 삼불화붕소 분리 저장 연결 배관을 차단하는 차단 부재; 및 상기 차단 부재에 의해 상기 삼불화붕소 분리 저장 연결 배관이 차단된 경우, 상기 삼불화붕소 분리 저장 연결 배관을 통해 유동되던 상기 삼불화붕소가 바이패스 유입되어 부풀어오르는 확장 부재;를 포함한다.

본 발명의 일 측면에 따른 삼불화붕소 수득 장치에 의하면, 상기 삼불화붕소 수득 장치는 원료 물질 공급 탱크 부재와, 삼불화붕소 분리 부재와, 삼불화붕소 저장 탱크 부재를 포함하고, 상기 원료 물질 공급 탱크 부재가 삼불화붕소-에테르와 삼불화붕소-메틸에테르 중 적어도 하나인 원료 물질을 공급하고, 상기 원료 물질 중 삼불화붕소가 상기 삼불화붕소 분리 부재에서 기체로 승화되어 분리되어 상기 삼불화붕소 저장 탱크 부재에 저장됨으로써, 안정적이면서도 간명하게 상기 삼불화붕소가 수득될 수 있게 되는 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 삼불화붕소 수득 장치의 구성을 개략적으로 보이는 도면.
도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 삼불화붕소 수득 장치를 구성하는 차단 부재 및 확장 부재가 적용된 모습을 보이는 단면도.
도 3은 도 2에 도시된 차단 부재 및 확장 부재가 작동되는 모습을 보이는 단면도.

이하에서는 도면을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 삼불화붕소 수득 장치에 대하여 설명한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 삼불화붕소 수득 장치의 구성을 개략적으로 보이는 도면이다.

도 1을 참조하면, 본 실시예에 따른 삼불화붕소 수득 장치(100)는 원료 물질 공급 탱크 부재(110)와, 삼불화붕소 분리 부재(120)와, 삼불화붕소 저장 탱크 부재(140)를 포함한다.

상기 원료 물질 공급 탱크 부재(110)는 삼불화붕소-에테르(BF₃-etherate)와 삼불화붕소-메틸에테르(BF₃-methyl ether) 중 적어도 하나인 원료 물질을 공급하는 것으로, 상기 원료 물질이 수용되고 외부에 대하여 밀폐된 밀폐 탱크 형태로 형성된다.

상기 삼불화붕소 분리 부재(120)는 상기 원료 물질 공급 탱크 부재(110)로부터 공급되는 상기 원료 물질이 수용되고, 일정 온도로 가열됨으로써, 상기 원료 물질로부터 삼불화붕소가 기체로 승화되어 분리되도록 하는 것으로, 가열 탱크(130)와, 열 공급체(135)를 포함한다.

상기 삼불화붕소 분리 부재(120)에서는 상기 원료 물질이 가열됨으로써, 상기 원료 물질로부터 상기 삼불화붕소는 물론, 상기 삼불화붕소와 분리되고 남은 잔여 화합물인 C₂H₅-O-C₂H₅ 화합물도 형성된다.

상기 가열 탱크(130)는 상기 원료 물질이 가열을 위해 수용되는 것으로, 상기 원료 물질 공급 탱크 부재(110)와 상기 가열 탱크(130)를 연결하는 원료 공급 가열 연결 배관(101)에 의해 연결되어, 상기 원료 물질 공급 탱크 부재(110)에 수용된 상기 원료 물질이 상기 원료 공급 가열 연결 배관(101)을 통해 유동되어 상기 가열 탱크(130)로 유입된다.

상기 열 공급체(135)는 상기 가열 탱크(130)에 열을 공급하는 것으로, 외부에서 공급되는 전기 에너지를 이용하여 발열되는 니크롬선 등의 발열 수단이 그 예로 제시될 수 있다.

상기 열 공급체(135)는 상기 가열 탱크(130)의 저면과 접하여, 전도로서 상기 가열 탱크(130)를 가열할 수 있게 된다.

상기 삼불화붕소 저장 탱크 부재(140)는 상기 삼불화붕소 분리 부재(120)에서 분리된 상기 삼불화붕소를 저장하는 것으로, 상기 삼불화붕소 분리 부재(120)의 상기 가열 탱크(130)와 상기 삼불화붕소 저장 탱크 부재(140)를 연결하는 삼불화붕소 분리 저장 연결 배관(102)에 의해 연결되어, 상기 삼불화붕소 분리 부재(120)의 상기 가열 탱크(130)에서 상기 원료 물질로부터 분리되어 형성된 상기 삼불화붕소가 상기 삼불화붕소 분리 저장 연결 배관(102)을 통해 유동되어 상기 삼불화붕소 저장 탱크 부재(140)로 유입된다.

상기 삼불화붕소 분리 부재(120)에서 상기 원료 물질로부터 분리되어 형성된 상기 잔여 화합물은 잔여 화합물 분리 저장 연결 배관(103)을 통해 유동되어 잔여 화합물 저장 탱크 부재(150)로 유입되어 저장된다.

상기 삼불화붕소 저장 탱크 부재(140)와 상기 잔여 화합물 저장 탱크 부재(150)는 서로 독립된 탱크 형태로 형성되되, 각각 외부에 대하여 밀폐된 밀폐 탱크 형태로 형성된다.

상기와 같이, 상기 삼불화붕소 수득 장치(100)는 상기 원료 물질 공급 탱크 부재(110)와, 상기 삼불화붕소 분리 부재(120)와, 상기 삼불화붕소 저장 탱크 부재(140)를 포함하고, 상기 원료 물질 공급 탱크 부재(110)가 상기 삼불화붕소-에테르와 상기 삼불화붕소-메틸에테르 중 적어도 하나인 상기 원료 물질을 공급하고, 상기 원료 물질 중 상기 삼불화붕소가 상기 삼불화붕소 분리 부재(120)에서 기체로 승화되어 분리되어 상기 삼불화붕소 저장 탱크 부재(140)에 저장됨으로써, 안정적이면서도 간명하게 상기 삼불화붕소가 수득될 수 있게 된다.

이하에서는 도면을 참조하여 본 발명의 다른 실시예에 따른 삼불화붕소 수득 장치에 대하여 설명한다. 이러한 설명을 수행함에 있어서, 상기된 본 발명의 일 실시예에서 이미 기재된 내용과 중복되는 설명은 그에 갈음하고, 여기서는 생략하기로 한다.

도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 삼불화붕소 수득 장치를 구성하는 차단 부재 및 확장 부재가 적용된 모습을 보이는 단면도이고, 도 3은 도 2에 도시된 차단 부재 및 확장 부재가 작동되는 모습을 보이는 단면도이다.

도 2 및 도 3을 함께 참조하면, 본 실시예에 따른 삼불화붕소 수득 장치는 차단 부재(260)와, 확장 부재(270)를 더 포함한다.

상기 차단 부재(260)는 삼불화붕소 분리 저장 연결 배관(202)을 통해 삼불화붕소 분리 부재로부터 삼불화붕소 저장 탱크 부재로 유동되는 삼불화붕소가 미리 설정된 온도 이상으로 가열된 경우, 상기 삼불화붕소 분리 저장 연결 배관(202)을 차단하는 것이다.

상기 차단 부재(260)는 상기 삼불화붕소 분리 저장 연결 배관(202)에 연결부(261)에 의해 그 중앙부가 연결되고, 상기 연결부(261)와 연결된 부분을 제외한 나머지 부분은 상기 삼불화붕소 분리 저장 연결 배관(202)과 독립적으로 회동될 수 있고, 상기 삼불화붕소 분리 저장 연결 배관(202)을 통해 상기 삼불화붕소 분리 부재로부터 상기 삼불화붕소 저장 탱크 부재로 유동되는 상기 삼불화붕소가 상기 미리 설정된 온도에 도달되면 열변형되는 실리콘 등의 재질로 이루어진다.

상기 삼불화붕소 분리 저장 연결 배관(202)을 통해 상기 삼불화붕소 분리 부재로부터 상기 삼불화붕소 저장 탱크 부재로 유동되는 상기 삼불화붕소가 상기 미리 설정된 온도 미만일 때는, 상기 차단 부재(260)가 상기 삼불화붕소 분리 부재 쪽을 향해 일정 곡률로 만곡된 형태로 형성된 상태를 유지하고, 상기 삼불화붕소 분리 저장 연결 배관(202)을 통해 상기 삼불화붕소 분리 부재로부터 상기 삼불화붕소 저장 탱크 부재로 유동되는 상기 삼불화붕소가 상기 미리 설정된 온도 이상으로 이상 가열되면, 상기 차단 부재(260)가 열변형되면서, 상기 삼불화붕소 분리 저장 연결 배관(202)의 내면으로부터 일정 길이 돌출된 배관 내측 돌기(265)와 접하게 된다.

상기 확장 부재(270)는 상기 차단 부재(260)에 의해 상기 삼불화붕소 분리 저장 연결 배관(202)이 차단된 경우, 상기 삼불화붕소 분리 저장 연결 배관(202)을 통해 유동되던 상기 삼불화붕소가 바이패스 유입되어 부풀어오르는 것으로, 고무 재질 등으로 이루어진다.

상기 삼불화붕소 분리 저장 연결 배관(202) 중 상기 배관 내측 돌기(265)에서 상기 삼불화붕소 분리 부재 쪽으로 일정 간격 이격된 부분에, 상기 삼불화붕소 분리 저장 연결 배관(202)이 외부와 연통된 연통 홀(266)이 형성되고, 상기 연통 홀(266)이 홀 막음체(275)에 의해 막힌 상태가 된다.

상기 삼불화붕소 분리 저장 연결 배관(202)의 내부가 미리 설정된 일정 압력에 도달될 때까지는, 상기 홀 막음체(275)가 상기 연통 홀(266)을 막은 상태를 유지하고, 상기 삼불화붕소 분리 저장 연결 배관(202)의 내부가 상기 미리 설정된 일정 압력에 도달되면, 상기 삼불화붕소 분리 저장 연결 배관(202)의 내부 압력에 의해 상기 홀 막음체(275)가 밀리면서, 상기 홀 막음체(275)가 상기 연통 홀(266)로부터 이탈되고, 그에 따라 상기 삼불화붕소 분리 저장 연결 배관(202)의 내부를 따라 유동되던 상기 삼불화붕소가 상기 연통 홀(266)을 통해 상기 확장 부재(270)의 내부로 유입되도록 한다.

상기 삼불화붕소 분리 저장 연결 배관(202)을 통해 상기 삼불화붕소 분리 부재로부터 상기 삼불화붕소 저장 탱크 부재로 유동되는 상기 삼불화붕소가 상기 미리 설정된 온도 미만인 상태에서는, 도 2에 도시된 바와 같이, 상기 차단 부재(260)가 상기 삼불화붕소 분리 부재 쪽을 향해 일정 곡률로 만곡된 형태로 형성된 상태를 유지한다. 그러면, 상기 배관 내측 돌기(265)와 상기 차단 부재(260)가 서로 이격되고, 그에 따라 상기 배관 내측 돌기(265)와 상기 차단 부재(260) 사이의 공간을 통해 상기 삼불화붕소가 유동될 수 있다.

이 때, 상기 삼불화붕소 분리 저장 연결 배관(202)의 내부 압력은 상기 미리 설정된 일정 압력 미만으로 유지되고, 그에 따라 상기 홀 막음체(275)는 상기 연통 홀(266)을 막은 상태를 유지하여, 상기 확장 부재(270)는 수축된 상태를 유지한다.

그러다가, 상기 삼불화붕소 분리 저장 연결 배관(202)을 통해 상기 삼불화붕소 분리 부재로부터 상기 삼불화붕소 저장 탱크 부재로 유동되는 상기 삼불화붕소가 상기 미리 설정된 온도 이상으로 이상 가열되면, 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 차단 부재(260)가 열변형되면서 상기 배관 내측 돌기(265)와 접하게 되고, 그에 따라 상기 차단 부재(260)에 의해 상기 삼불화붕소 분리 저장 연결 배관(202)이 막히게 되어, 상기 삼불화붕소 분리 저장 연결 배관(202)을 통한 상기 삼불화붕소의 유동이 정지된다. 그러면, 상기 삼불화붕소 분리 저장 연결 배관(202)의 내부 압력은 상기 미리 설정된 일정 압력 이상으로 되고, 그에 따라 상기 홀 막음체(275)는 상기 연통 홀(266)로부터 이탈되어 상기 확장 부재(270)의 내부로 밀려 나가게 되어, 상기 연통 홀(266)이 개방된다. 그러면, 상기 삼불화붕소 분리 저장 연결 배관(202)을 따라 유동되던 상기 삼불화붕소가 상기 확장 부재(270)로 유입되어, 상기 확장 부재(270)가 부풀어올라 확장되고, 그에 따라 상기 삼불화붕소 분리 저장 연결 배관(202)의 내부 압력이 일정 부분 해소될 수 있어서, 상기 삼불화붕소 분리 저장 연결 배관(202)의 내부 압력 증가에 따른 폭발 위험이 감소될 수 있게 된다.

상기에서 본 발명은 특정한 실시예에 관하여 도시되고 설명되었지만, 당업계에서 통상의 지식을 가진 자라면 이하의 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역을 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 알 수 있을 것이다. 그렇지만 이러한 수정 및 변형 구조들은 모두 본 발명의 권리범위 내에 포함되는 것임을 분명하게 밝혀두고자 한다.

본 발명의 일 측면에 따른 삼불화붕소 수득 장치에 의하면, 안정적이면서도 간명하게 삼불화붕소를 수득할 수 있으므로, 그 산업상 이용가능성이 높다고 하겠다.

100 : 삼불화붕소 수득 장치
110 : 원료 물질 공급 탱크 부재
120 : 삼불화붕소 분리 부재
130 : 가열 탱크
135 : 열 공급체
140 : 삼불화붕소 저장 탱크 부재

Claims (3)

1. 삼불화붕소-에테르(BF₃-etherate)와 삼불화붕소-메틸에테르(BF₃-methyl ether) 중 적어도 하나인 원료 물질을 공급하는 원료 물질 공급 탱크 부재;
   상기 원료 물질 공급 탱크 부재로부터 공급되는 상기 원료 물질이 수용되고, 일정 온도로 가열됨으로써, 상기 원료 물질로부터 삼불화붕소가 기체로 승화되어 분리되도록 하는 삼불화붕소 분리 부재;
   상기 삼불화붕소 분리 부재에서 분리된 상기 삼불화붕소를 저장하는 삼불화붕소 저장 탱크 부재;
   상기 삼불화붕소 분리 부재와 상기 삼불화붕소 저장 탱크 부재를 연결하는 삼불화붕소 분리 저장 연결 배관;
   상기 삼불화붕소 분리 저장 연결 배관을 통해 상기 삼불화붕소 분리 부재로부터 상기 삼불화붕소 저장 탱크 부재로 유동되는 상기 삼불화붕소가 미리 설정된 온도 이상으로 가열된 경우, 상기 삼불화붕소 분리 저장 연결 배관을 차단하는 차단 부재; 및
   상기 차단 부재에 의해 상기 삼불화붕소 분리 저장 연결 배관이 차단된 경우, 상기 삼불화붕소 분리 저장 연결 배관을 통해 유동되던 상기 삼불화붕소가 바이패스 유입되어 부풀어오르는 확장 부재;를 포함하는 삼불화붕소 수득 장치.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 삼불화붕소 분리 부재는
   상기 원료 물질이 가열을 위해 수용되는 가열 탱크와,
   상기 가열 탱크에 열을 공급하는 열 공급체를 포함하는 것을 특징으로 하는 삼불화붕소 수득 장치.
3. 삭제

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