KR102447291B1 - 개선된 앰플 증발기 및 용기 - Google Patents

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Abstract

본 발명은, 증발 가능 재료 활용 및 균일성을 함께 증가시키는, 개선된 증발기 용기 본체 및 지지 트레이 조립체 구성이 내부에 위치된, 증발기 또는 앰플 조립체에 관한 것이다.

Description

개선된 앰플 증발기 및 용기
본 개시 내용은 일반적으로, 증착 챔버 또는 이온 주입기와 같은 전구체 증기-이용 프로세스 시스템에 그리고 보다 구체적으로 증발기 용기 내에 위치되는 지지 트레이 조립체에 전구체 증기를 제공하기 위한 휘발성 고체 전구체에서 유용한 증발기에 관한 것이다.
증기-이용 적용예를 위해서 전구체 증기를 공급하기 위한 고체-상 전구체의 이용에 있어서, 매우 다양한 증발기가 사용되어 왔다. 그러한 증발기는 봉입된 내측부 부피를 형성하는 용기 및 커버를 포함할 수 있고, 내측부 부피 내에는 고체 상 전구체가 저장될 수 있고 그 후에 고체 상 전구체의 승화 또는 증발을 달성하기 위한 휘발 조건에 노출되어 전구체 증기를 생성할 수 있다. 그러한 목적을 위해서, 증발기 용기 또는 용기 본체는 열-전도성 재료로 제조될 수 있고 가열되어 지지 트레이 상의 전구체의 휘발을 유발할 수 있고, 및/또는 가열된 캐리어 가스가 용기를 통해서 유동되어 질량 구배 전달을 생성할 수 있고, 그러한 질량 전달 구배는 고체 공급원 전구체 재료로부터의 전구체 증기의 동반이행(entrainment)을 초래한다.
약 50%의 활용률의 현재의 레벨보다 더 큰 활용 레벨로 전구체 재료를 더 균일하게 전달할 것이 시장에서 요구됨에 따라, 제조자들은, 이러한 요구를 해결하기 위해서, 적용예에 따라, 크기가 다양한 용기 본체 및 트레이 조립체 조합으로 응답하여야 한다. 그러나, 앰플 또는 증발기의 크기를 단순히 증가시키는 것은 사용자에게 설치 및 재충진과 관련된 난제를 초래할 수 있고, 그러한 난제는 더 많은 전구체 재료를 이용할 수 있다는 이점에 의해서 상쇄되지 않을 수 있다. 따라서, 더 긴 기간 동안 전구체 전달 균일성을 개선하는 것이 반도체 산업에서 요구되고 있다.
산업계에서의 새로운 적용예는 고가의 전구체의 더 큰 전달률 및 보다 완전한 활용을 요구한다. 증발기 성능에 관한 증가된 수요에 의해서, 통상적인 용기 본체 및 지지 트레이 조립체를 이용하는 현재의 증발기 설계에서의 단점이 확인되었다. 최종 사용자에 대한 재료, 에너지, 및 인건비를 실질적으로 증가시키지 않으면서, 지지 트레이를 갖는 증발기 용기 본체를 이용하는 현재의 전구체 증발 시스템을 개선하는 것이 유리할 것이다.
증발기 또는 앰플 시스템의 하나의 예시적인 실시예에서, 공통 길이방향 축을 구비하며 다수-용기 본체 조립체의 내측부 부피를 형성하는 제1 및 제2 길이방향 부착 용기 본체를 적어도 포함하는 다수-용기 본체 조립체를 포함하는, 증기화된 공급원 재료를 증발 및 전달시키기 위한 증발기 조립체가 제공되고, 용기 본체의 각각은 측벽 및 용기 본체 테두리 개구부에 의해서 형성된 내측부 부피를 가지며, 용기 본체의 각각은 용기 본체의 내경을 갖고 내측부 측벽 표면을 갖는다. 증발기 시스템은 또한 제1 용기 본체의 하단 개구부의 아래에 배치되어 폐쇄하는 기부 부재, 및 제2 용기 본체의 테두리 개구부 상에 배치되는 덮개 부재를 포함하고, 제2 용기 본체는 제1 용기 본체의 테두리 개구부 상에 배치된다. 시스템은 다수-용기 본체 조립체의 내측부 부피와 유체 연통되게 배열되는 가스 유입구 및 가스 배출구를 더 포함하고, 가스 유입구는 제1 가스를 다수-용기 본체 조립체의 내측부 부피에 공급하도록 구성된다. 시스템은 또한, 내측부 부피 내에 배치되고 다수-용기 본체 조립체의 내경과 접촉되는 트레이 원주방향 측벽을 갖는 복수의 분출 지지 트레이를 포함하고, 복수의 분출 지지 트레이는 제1 용기 본체 내에 그리고 제2 용기 본체 내에 배치되는 트레이의 제2 세트 아래에 배치되는 트레이의 제1 세트를 포함하고, 트레이의 제1 세트의 각각은 트레이의 제2 세트의 제2 트레이 측벽 높이보다 높은 제1 트레이 측벽 높이를 갖고, 복수의 지지 트레이는 가스 유입구와 가스 배출구 사이에서 연장되는 유동 경로 내에서 증발 가능 공급원 재료를 지지하도록 구성된다.
관련된 실시예에서, 제1 용기 본체는 제2 용기 본체의 길이방향 높이보다 높은 길이방향 높이를 갖는다. 다른 실시예에서, 제1 용기 본체의 제1 길이방향 높이는 제2 용기 본체의 길이방향 높이와 같다. 또 다른 관련된 실시예에서, 제2 용기 본체는, 제1 용기 본체의 상부 테두리 개구부와 짝을 이루도록 구성된 하부 기부 테두리를 포함한다. 다른 실시예에서, 제1 트레이 측벽 높이는 제2 트레이 측벽 높이보다 낮다.
증발기 시스템의 관련된 예시적인 실시예에서, 지지 트레이의 제1 세트의 수가 지지 트레이의 제2 세트의 수와 동일하다. 다른 예시적인 실시예에서, 지지 트레이의 제1 세트의 수는 지지 트레이의 제2 세트의 수보다 많다. 또 다른 예시적인 실시예에서, 지지 트레이의 제1 세트의 각각의 높이는 지지 트레이의 제2 세트의 각각의 높이의 약 3배 내지 약 4배이다. 다른 예시적인 실시예에서, 증발기 조립체는, 금속 산화물, 금속 질화물, 금속 탄화물, 및 함께 층상화된 이러한 필름들의 조합으로 이루어진 그룹으로부터 선택된 부식 방지 코팅을 갖는 지지 트레이를 포함한다. 화학물질 전달 시스템은, 전구체를 승화시켜 전구체를 증기 형태로 변환하기 위해서 벌크 컨테이너를 가열하도록 구성된다. 화학물질 전달 시스템은 또한 전구체를 증기 형태로 유지하기 위해서 제1 도관을 가열하도록 구성된다.
관련 실시예에서, 측벽, 용기 본체 테두리 개구부 및 내측부 측벽 표면에 의해서 형성된 내측부 부피를 갖는 용기 본체를 포함하는, 공급원 재료를 증발시키고 증발된 공급원 재료를 전달하기 위한 증발기 조립체가 제공된다. 증발기 조립체는 또한 제1 용기 본체의 하단 개구부 아래에 배치되어 폐쇄하는 기부 부재, 및 용기 본체의 테두리 개구부 상에 배치되는 덮개 부재, 그리고 용기 본체의 내측부 부피와 유체 연통되게 배열되는 가스 유입구 및 가스 배출구를 포함하고, 가스 유입구는 제1 가스를 용기 본체의 내측부 부피에 공급하도록 구성된다. 증발기 조립체는 내측부 부피 내에 배치되고 용기 본체의 내경과 접촉되는 트레이 원주방향 측벽을 갖는 복수의 분출 지지 트레이를 포함하고, 복수의 분출 지지 트레이는 제1 용기 본체 내에 그리고 용기 본체 내에 배치되는 트레이의 제2 세트 아래에 배치되는 트레이의 제1 세트를 포함하고, 트레이의 제1 세트의 각각은 트레이의 제2 세트의 제2 트레이 측벽 높이보다 높은 제1 트레이 측벽 높이를 갖고, 복수의 지지 트레이는 가스 유입구와 가스 배출구 사이에서 연장되는 유동 경로 내에서 증발 가능 공급원 재료를 지지하도록 구성된다.
첨부 도면과 함께 본 명세서를 읽을 때, 구성 및 동작 방법 모두와 관련되는 본 발명 자체의 여러 가지 실시예의 신규한 특징은, 그 부가적인 장점과 함께, 구체적인 실시예에 관한 이하의 설명으로부터 가장 잘 이해될 것이다.
도 1a는 하나 이상의 지지 트레이를 봉입하는 외부 쉘 본체(outer shell body)를 포함하는 종래 기술의 증발기 용기를 도시한다.
도 1b 및 도 1c는 하나 이상의 지지 트레이를 봉입하는 증발기 용기의 실시예의 상면도 및 측면 절취도를 도시한다.
도 2a 내지 도 2d는, 본 발명의 예시적인 실시예에 따른, 용기 본체 또는 기부의 내측에서 지지 트레이의 세트를 포함하는 증발기 용기 조립체의 사시도, 분해도, 측면도 및 상면도를 도시한다.
도 3a 내지 도 3c는, 본 발명의 예시적인 실시예에 따른, 본원에서 설명된 임의의 증발기 용기를 위한 지지 트레이의 상면도, 측면도 및 사시도를 도시한다.
도 4a 내지 도 4d는, 본 발명의 예시적인 실시예에 따른, 용기 본체 또는 기부의 내측에서 지지 트레이의 세트를 포함하는 증발기 용기 조립체의 사시도, 분해도, 측면도 및 상면도를 도시한다.
도 5a 내지 도 5c는, 본 발명의 예시적인 실시예에 따른, 본원에서 설명된 임의의 증발기 용기를 위한 지지 트레이의 상면도, 측면도 및 사시도를 도시한다.
이하는, 본 개시 내용에 따른 방법 및 장치와 관련된 다양한 관련 개념 그리고 그 실시예에 관한 더 구체적인 설명이다. 청구 대상이 임의의 특별한 실시 방식으로 제한되지 않기 때문에, 앞서서 기재한 그리고 이하에서 더 구체적으로 설명되는 청구 대상의 다양한 양태가 많은 방식 중 임의의 방식으로 실시될 수 있다는 것을 이해하여야 한다. 구체적인 구현예 및 적용예의 예가 주로 설명 목적으로 제공된다.
도면을 참조하면, 도 1a는 일반적인 유형의 종래 기술의 증발기(10)의 사시도이다. 증발기(10)는 적절한 열-전도 재료로 제조된 용기 본체(12)를 포함한다. 용기 본체(12)는, 용기의 내측부 부피를 함께 형성하는, 바닥부(14) 및 둘러싸는 측벽(16)을 포함한다. 용기 본체(12)는, 그 내측부 부피를 통한 캐리어 가스의 균일한 유동을 촉진하는 임의의 형상을 가질 수 있다. 일 실시예에서, 용기는 공차에 매우 근접하게 (예를 들어, 인치의 1/1000 내지 3/1000의 범위(25.4 ㎛ 내지 76.2 ㎛)로) 가공된 원통형 형상을 갖는다. 용기는 덮개(18)를 포함하고, 그러한 덮개 상에는, 밸브가 개방될 때, 용기의 내측부 부피 내로 캐리어 가스를 선택적으로 도입하도록 배열된 캐리어 가스 유입구 밸브(20), 및 증발된 재료를 증발기 용기로부터 분배하기 위한 가스 배출구 밸브(40)가 장착된다. 증발기 용기 본체(12)는 스테인레스 스틸, 그라파이트, 은, 은 합금, 구리, 구리 합금, 알루미늄, 알루미늄 합금, 납, 니켈 클래드, 규소 탄화물 코팅된 그라파이트, 열분해 탄소 코팅된 그라파이트, 붕소 질화물, 세라믹 재료, 등, 그리고 그러한 유형의 재료 중 둘 이상의 조합, 혼합물 및 합금을 포함하는 재료로 구성될 수 있다.
복수의 수직으로 적층된 지지 트레이(22)가 용기 본체(12)의 내측부 부피 내에 배치된다. 적층된 지지 트레이들은 서로 분리될 수 있고, 세정 및 재충진을 위해서 용기 본체로부터 제거될 수 있다. 유입구 밸브(20)와 관련하여 덮개 내의 가스 유입구에 연결되고(용접되고) 캐리어 가스를 수직 적층된 트레이의 어레이 내의 가장 낮은 트레이 아래의 내측부 부피의 하단부까지 이송하는 내부 중앙 캐리어 가스 하향 관(23)이 용기 본체 내에 배치된다. 도 1a에서, 중앙 캐리어 가스 하향 관(23)은, 트레이의 바닥부를 통해서 연장되는 각각의 트레이의 원통형 칼라를 통과한다. 이러한 예에서, 트레이 바닥부와 하향 관의 접합부에서 누출-방지 밀봉을 보장하기 위해서 연속적인 트레이들 사이에 배치되는 밀봉 O-링(38)이, 하향 관(23) 옆의 원통형 칼라에서 포함된다. 부가적인 외부 O-링을 또한 이용하여, 각각의 트레이 측벽의 상단 표면 상에서 트레이들 사이를 밀봉할 수 있다. 개별적인 트레이(22)의 각각은 바닥부 및 측벽을 가지며, 그에 따라 공급원 재료의 배치 및 지지를 위한 트레이 공동을 형성한다. 트레이는 바람직하게, 예를 들어 스테인레스 스틸, 은, 은 합금, 구리, 구리 합금, 알루미늄, 알루미늄 합금, 납, 니켈 클래드, 그라파이트, 열분해 탄소 코팅된 그라파이트, 규소 탄화물 코팅된 그라파이트, 붕소 질화물, 세라믹 재료, 그리고 전술한 것 중 둘 이상의 조합, 혼합물 및 복합체와 같은, 비-반응성 열-전도 재료로 제조된다.
도 1a를 다시 참조하면, 수직 적층된 트레이는, 캐리어 가스가 통과하여 유동하는, 복수의 돌부 또는 관통-관(30)을 구비한다. 트레이는 가열 시에 휘발되는 고체 전구체 재료를 유지한다. 그러한 가열은, 전구제 재료를 휘발시킬 수 있을 정도로 트레이 내에 배치된 전구체 재료가 충분히 가열되도록 용기 본체 내에 장착된 트레이를 전도적으로 가열하기 위해서 용기 본체에 입력되는 열 에너지로 실행될 수 있다. 이어서, 휘발된 전구체는 증발기 용기의 내측부 부피를 통해서 유동되는 캐리어 가스 내에서 동반이행되고, 분배 동작에서 그러한 캐리어 가스 내에서 배출구(40)를 통해 용기 본체의 외부로 이송된다. 열 에너지 입력으로 증발기 용기(10)를 가열하는 것에 대해서 부가적으로 또는 대안적으로, 캐리어 가스가 전구체 재료와 접촉될 때 트레이 내의 전구체 재료의 휘발을 실시 또는 보조하기에 적합한 온도까지 캐리어 가스 자체가 가열될 수 있다.
도 1b 및 도 1c는 하나 이상의 지지 트레이(122)를 봉입하는 증발기 용기(110)의 다른 실시예의 측면 절취도 및 상면도를 도시한다. 증발기(110)는 적절한 열-전도 재료로 제조된 용기 본체(112)를 포함한다. 용기 본체(112)는, 용기의 내측부 부피를 함께 형성하는, 바닥부(114) 및 둘러싸는 측벽(116)을 포함한다. 용기 본체(112)는, 그 내측부 부피를 통한 캐리어 가스의 균일한 유동을 촉진하는 임의의 형상을 가질 수 있다. 일 실시예에서, 용기는 공차에 매우 근접하게 (예를 들어, 인치의 1/1000 내지 3/1000의 범위(25.4 ㎛ 내지 76.2 ㎛)로) 가공된 원통형 형상을 갖는다. 용기는 용기 본체(112) 위에 피팅되는 덮개(118)를 포함하고, 덮개(118)와 본체(112) 사이의 밀봉을 개선하기 위한 개재되는 O-링(138)을 포함한다. 덮개(118)에는, 밸브가 개방될 때, 캐리어 가스를 용기의 내측부 부피 내로 선택적으로 도입하도록 배열된 캐리어 가스 유입구 밸브(120), 및 증발된 재료를 증발기 용기로부터 분배하기 위한 가스 배출구 밸브(140), 및 설치 후에 연결부들을 건조 퍼지하기 위해서 그리고 사용 후에 컨테이너를 제거하기 위해 잔류 화학물질을 제거하기 위해서 사용되는 우회 밸브(150)가 장착되어 포함된다. 우회 밸브는 또한, 침착 중의 컨테이너와, 웨이퍼들 또는 펄스들 사이의 우회 사이에서 캐리어 가스 유동을 순환시키기 위해서 사용될 수 있다. 증발기 용기 본체(112)는 전술한 용기 본체(12)와 유사한 재료로 구성될 수 있다.
복수의 수직으로 적층된 지지 트레이(122)가 용기 본체(112)의 내측부 부피 내에 배치된다. 적층된 지지 트레이들은 서로 분리될 수 있고, 세정 및 재충진을 위해서 용기 본체로부터 제거될 수 있다. 유입구 밸브(120)와 관련하여 덮개 내의 가스 유입구에 연결되고(용접되고) 캐리어 가스를 수직 적층된 트레이의 어레이 내의 가장 낮은 트레이 아래의 내측부 부피의 하단부까지 이송하는 내부 중앙 캐리어 가스 하향 관(123)이 용기 본체 내에 배치되며, 전구체 재료를 갖는 가스는 분출 관을 통해서 유입되고 관(142)을 빠져 나가고 배출구(140)를 통해서 빠져 나간다. 도 1c에서, 중앙 캐리어 가스 하향 관(123)은, 트레이의 바닥부를 통해서 연장되는 각각의 트레이의 원통형 칼라를 통과한다. 이러한 예에서, 트레이 바닥부와 하향 관의 접합부에서 누출-방지 밀봉을 보장하기 위해서 연속적인 트레이들 사이에 배치되는 원통형 칼라 또는 밀봉 O-링(124)이, 하향 관(123) 옆의 원통형 칼라에서 포함된다. 대안적으로, O-링은 캐리어 가스 하향 관 및 제1 트레이 사이만을 밀봉하고, 그 아래의 연속적인 트레이들은 O-링이 없이 적절히 밀봉된다. 부가적인 외부 O-링(138)을 이용하여, 본체 또는 기부 플랜지와 덮개(118) 사이를 밀봉한다. 개별적인 트레이(122)의 각각은 바닥부 및 측벽을 가지며, 그에 따라 공급원 재료의 배치 및 지지를 위한 트레이 공동을 형성한다. 트레이는 바람직하게, 예를 들어 스테인레스 스틸, 은, 은 합금, 구리, 구리 합금, 알루미늄, 알루미늄 합금, 납, 니켈 클래드, 그라파이트, 열분해 탄소 코팅된 그라파이트, 규소 탄화물 코팅된 그라파이트, 붕소 질화물, 세라믹 재료, 그리고 전술한 것 중 둘 이상의 조합, 혼합물 및 복합체와 같은, 비-반응성 열-전도 재료로 제조된다.
이제 도 1b 및 도 1c를 다시 참조하면, 수직 적층된 트레이는, 캐리어 가스가 통과하여 유동하는, 복수의 돌부 또는 관통-관(130)을 구비한다. 트레이는 가열 시에 휘발되는 고체 전구체 재료를 유지한다. 그러한 가열은, 전구제 재료를 휘발시킬 수 있을 정도로 트레이 내에 배치된 전구체 재료가 충분히 가열되도록 용기 본체 내에 장착된 트레이를 전도적으로 가열하기 위해서 용기 본체에 입력되는 열 에너지로 실행될 수 있다. 이어서, 휘발된 전구체는 증발기 용기의 내측부 부피를 통해서 유동되는 캐리어 가스 내에서 동반이행되고, 분배 동작에서 그러한 캐리어 가스 내에서 배출구(40)를 통해 용기 본체의 외부로 이송된다. 본원에서 설명된 이러한 그리고 다른 실시예에서 열 에너지 입력으로 증발기 용기(110)를 가열하는 것에 대해서 부가적으로 또는 대안적으로, 캐리어 가스가 전구체 재료와 접촉될 때 트레이 내의 전구체 재료의 휘발을 실시 또는 보조하기에 적합한 온도까지 캐리어 가스 자체가 가열될 수 있다.
반도체 프로세싱을 위한 균일하고 연속적인 전구체 재료의 승화를 촉진하기 위한 종래 기술에서 제공된 다양한 구성에서도, 반도체 구성요소 제조자들은, 반도체 구성요소 프로세싱 처리량(throughput)을 증가시키는 것, 그리고 더 큰 제조 효율을 요구하는 반도체 구성요소 설계의 신속한 변화를 감당하면서 반도체 구성요소 수율을 개선하는 것과 관련된 난제에 직면한다. 이러한 난제는, 앰플 또는 증발기 조립체의 수명 동안, 증가된 전달률 및 개선된 전달의 일관성 모두를 필요로 한다. 반도체 프로세싱의 전체적인 설치 기반을 개선할 수 있는 하나의 분야는, 이러한 제조, 에너지 소비, 및 전구체 승화 효율과 관련된 난제의 일부를 해결하기 위해서, 현재의 설비에서 구현될 수 있는 증발기 용기 설계로, 개선된 전구체 재료 승화 효율을 제공하는 것이다. 현장에서 용이하게 사용될 수 있는 개장 가능한 또는 구성 가능한 증발기 조립체는 반도체 제조자에게 그리고 종래 기술의 개선에서 실질적으로 유리할 수 있다.
이제, 반도체 제조자를 위한 최종 제품 수율뿐만 아니라 전구체 재료에 대한 개선된 활용률 및 효율을 해결하는 본 발명의 여러 실시예 중 하나 이상을 참조하면, 현재의 설비에서 발견되는 현재의 표준 증발기 용기 내로 개장될 수 있는 증발기 조립체가 제공된다. 이제 도 2a 내지 도 2d를 참조하면, 공급원 재료를 증발시키고 증발된 공급원 재료를 전달하기 위해서, 본 발명의 예시적인 실시예에 따른, 용기 본체 또는 기부 조립체(212)의 내측에서 지지 트레이(222)의 세트를 포함하는, 증발기 용기 조립체(200)의 사시도, 분해도, 측면도 및 상면도가 도시되어 있다. 용기 조립체(200)는, 측벽(216), 용기 본체 테두리 개구부(217) 및 내측부 측벽 표면에 의해서 형성되는 내측부 부피를 갖는 용기 본체(212)를 포함한다. 증발기 조립체는 또한 제1 용기 본체(212)의 하단 개구부 아래에 배치되어 폐쇄하는 기부 부재(214), 및 용기 본체의 테두리 개구부(217) 상에 배치되는 덮개 부재(218), 그리고 용기 본체(212)의 내측부 부피와 유체 연통되게 배열되는 가스 유입구(220) 및 가스 배출구(240)를 포함하고, 가스 유입구(220)는 제1 가스를 용기 본체(212)의 내측부 부피에 공급하도록 구성된다.
하나의 예시적인 실시예에서, 용기 본체는 공차에 매우 근접하게 (예를 들어, 인치의 1/1000 내지 3/1000의 범위(25.4 ㎛ 내지 76.2 ㎛)로) 가공된 원통형 형상을 갖는다. 용기는 용기 본체(212) 위에 피팅되는 덮개(218)를 포함하고, 덮개(218)와 본체(212) 사이의 밀봉을 개선하기 위한 개재되는 O-링(238)을 포함한다. 덮개(218)는 볼트(218A), 및 용기를 이동시키기 위한 연관된 나사(218C)를 갖는 핸들(218B)과 같은 장착 하드웨어를 포함한다. 덮개(218)에는 추가적으로, 밸브가 개방될 때, 캐리어 가스를 용기의 내측부 부피 내로 선택적으로 도입하도록 배열된 캐리어 가스 유입구 밸브(220)(그리고 캐리어 밸브 조립체(220A)), 및 증발된 재료를 증발기 용기로부터 분배하기 위한 가스 배출구 밸브(240), 및 설치 후에 연결부들을 건조 퍼지하기 위해서 그리고 사용 후에 컨테이너를 제거하기 위해 잔류 화학물질을 제거하기 위해서 사용되는 우회 밸브(250)가 장착되어 포함된다. 우회 밸브는 또한, 침착 중의 컨테이너와, 웨이퍼들 사이의 우회 사이에서 캐리어 가스 유동을 순환시키기 위해서 사용될 수 있다. 증발기 용기 본체(212)는 전술한 용기 본체(12 및 112)와 유사한 재료로 구성될 수 있다.
이러한 예시적인 실시예에서, 증발기 조립체(200)는 내측부 부피 내에 배치되고 용기 본체(212)의 내경과 접촉되는 트레이 원주방향 측벽(216)을 갖는 복수의 분출 지지 트레이(222)를 더 포함하고, 복수의 분출 지지 트레이(222)는 제1 용기 본체(212) 내에 그리고 용기 본체(212) 내에 배치되는 트레이(222B)의 제2 세트 아래에 배치되는 트레이(222A)의 제1 세트를 포함한다. 이러한 예시적인 실시예에서, 트레이(222A 및 222B)는 대략적으로 동일한 측벽 높이를 갖고, 복수의 지지 트레이는 가스 유입구와 가스 배출구 사이에서 연장되는 유동 경로 내에서 증발 가능 공급원 재료를 지지하도록 구성된다. 다른 실시예에서, 트레이(222A)의 제1 세트는 트레이(222B)의 제2 세트의 제2 트레이 측벽 높이보다 높은 제1 트레이 측벽 높이를 갖는다. (전구체 재료를 위한 더 큰 컨테이너 부피를 갖는) 증가된 측벽 높이로 인한 트레이(222A)의 제1 세트 내에 배치된 증가된 전구체 재료는, 캐리어 가스가 중앙 캐리어 관을 전체를 통해서 그리고 트레이(222)를 통해서 통과할 때, 더 균일한 활용률을 촉진한다. 도 2c 및 도 2d는, 특히 지지 트레이(222)를 수반하는 용기 본체를 위한 연관된 치수를 갖는 용기 조립체(200)의 측면도 및 상면도를 도시한다.
이제, 도 3a 내지 도 3c를 참조하면, 본 발명의 예시적인 실시예에 따른, 본원에서 설명된 임의의 증발기 용기를 위한 지지 트레이(222A)의 상면도, 측면도 및 사시도가 도시되어 있다. 이러한 예시적인 실시예에서, 지지 트레이(222A)는, 전구체 재료를 지지하고 캐리어 가스가 용기 또는 앰플 내의 여러 트레이 모듈을 통해서 유동하는 것을 촉진하기 위한 복수의 관통-관(223A)(또는, 증발기 시스템에 따라, 홀 또는 세장형 슬롯)을 포함하는, 바닥 패널(226A)(및 측벽(227A))을 포함한다. 이러한 예시적인 실시예에서, 측벽(227A)은 약 1.170 인치의 높이를 갖고, 관통 관(223A)은, 트레이(222A)의 수평 평면의 표면 바로 아래인, 약 0.965 인치의 바닥 패널(226A) 위의 높이를 갖는다. 여러 실시예에서, 관통-관(223A)은 지지 트레이의 바닥부(226A)로부터 위쪽으로 연장되고, 트레이 바닥부(226A) 내의 상응 개구부 또는 홀과 연통되는 중앙 통로(225A)를 형성한다. 다른 실시예에서, 관통-관(223A)은 동일한 방식으로 트레이의 바닥부(226A)로부터 위쪽으로 연장되나, 또한 도 3b에 도시된 바와 같이 트레이(222A) 아래로 하향 연장되고, 그에 따라 중앙 통로(225A)는 또한, 트레이의 바닥부 위 및 아래 모두에서, 관통-관에 의해서, 예를 들어 그 중앙 보어로서, 봉입될 수 있다. 관통-관은 가스의 관통 유동을 제공하는 임의의 형상 또는 구성을 가질 수 있고, 예를 들어 원통형 또는 원뿔형 형상일 수 있다. 관련된 실시예에서, 용기 본체 및 트레이는, 예를 들어 지지 트레이 및 용기 본체의 둘레를 따라서 그리고 통해서 아래쪽으로, 중앙 개구부 대신, 중앙 또는 주 가스 유동 구조물을 이용한다.
이제, 도 4a 내지 도 4d를 참조하면, 본 발명의 예시적인 실시예에 따른, 용기 본체 또는 기부의 내측에서 지지 트레이(222A 및 222B)의 세트를 포함하는 증발기 용기 조립체(400)의 사시도, 분해도, 측면도 및 상면도가 도시되어 있다. 조립체(400)는, 각각, 공통 길이방향 축을 구비하며 다수-용기 본체 조립체의 내측부 부피를 형성하는, 적어도 제1 및 제2의 길이방향으로 부착된 용기 본체(412 및 422)를 포함하는 다수-용기 본체 조립체(410)를 포함한다. 용기 본체의 각각은, 측벽 및 용기 본체 테두리 개구부(417 및 427)에 의해서 각각 형성된, 내측부 부피(416 및 426)를 각각 갖고, 용기 본체의 각각은 용기 본체의 내경을 갖고 내측부 측벽 표면을 갖는다. 이러한 예시적인 실시예에서, 용기 본체(412 및 422)는 공차에 매우 근접하게 (예를 들어, 인치의 1/1000 내지 3/1000의 범위(25.4 ㎛ 내지 76.2 ㎛)로) 가공된 원통형 형상을 각각 갖는다.
증발기 시스템(400)은 또한 제1 용기 본체(412)의 하단 개구부의 아래에 배치되어 폐쇄하는 기부 부재(414), 및 제2 용기 본체(422)의 테두리 개구부(427) 상에 배치되는 덮개 부재(418)를 포함하고, 제2 용기 본체(422)는 제1 용기 본체(412)의 테두리 개구부(417) 상에 배치된 하단 테두리(422A)를 갖는다. 용기 본체(212) 위에 피팅되는 덮개(418)는 또한 덮개(418)와 본체(412) 사이의 밀봉을 개선하기 위한 개재되는 O-링(238)을 포함한다. 덮개(418)는 또한 볼트(418A)와 같은 장착 하드웨어를 포함한다(그리고 용기(400)를 이동시키기 위한 연관된 나사를 갖는 핸들일 수 있다). 시스템(400)은 가스 유입구(420)(및 캐리어 밸브 조립체(420A)), 및 다수-용기 본체 조립체의 내측부 부피와 유체 연통되도록 배열된 증발기 용기로부터 증발된 재료를 분배하기 위한 가스 배출구(440)를 더 포함하고, 가스 유입구(420)는 제1 가스를 다수-용기 본체 조립체(410)의 내측부 부피에 공급하도록 구성된다. 덮개(418)는 설치 후에 연결부들을 건조 퍼지하기 위해서 그리고 사용 후에 컨테이너를 제거하기 위해 잔류 화학물질을 제거하기 위해서 사용되는 우회 밸브(250)를 더 포함한다. 우회 밸브는 또한, 침착 중의 컨테이너와, 웨이퍼들 사이의 우회 사이에서 캐리어 가스 유동을 순환시키기 위해서 사용될 수 있다. 증발기 용기 본체(412 및 422)는 전술한 용기 본체(12, 112 및 212)와 유사한 재료로 구성될 수 있다.
시스템(400)은 또한, 내측부 부피 내에 배치되고 다수-용기 본체 조립체(410)의 내경과 접촉되는 트레이 원주방향 측벽을 갖는 복수의 분출 지지 트레이(222A 및 222B)를 포함하고, 복수의 분출 지지 트레이는 제1 용기 본체(412) 내에 그리고 제2 용기 본체(422) 내에 배치되는 트레이(222A)의 제2 세트 아래에 배치되는 트레이(222B)의 제1 세트를 포함하고, 트레이(222B)의 제1 세트 각각은 트레이(222A)의 제2 세트의 제2 트레이 측벽 높이 보다 큰 제1 트레이 측벽 높이를 갖고, 복수의 지지 트레이는 가스 유입구(420)와 가스 배출구(440) 사이에서 연장되는 유동 경로 내에서 증발 가능 공급원 재료를 지지하도록 설계된다. 이러한 예시적인 실시예에서, 지지 트레이(222B)는, 트레이(222A)보다 더 많은 증발 가능 재료를 지지하여 더 균일한 증발된 재료를 촉진하도록 그리고 그에 의해서 제조되는 기재 상에서 더 균일한 재료의 침착을 갖도록, 의도적으로 더 깊게 또는 더 높은 트레이 측벽을 갖도록 설계된다. 또한, 트레이(222B) 내의 부가적인 재료는 또한, 추가적인 증발 가능 재료를 용기 조립체(410) 내의 지지 트레이에 부가하기 위해서 라인을 턴 오프시킬 때까지, 제조 작업 당 제조 시간을 증가시킨다. 이러한 다수 용기 본체 조립체(410) 및 상이한 크기의 지지 트레이에서, 활용 레벨은 약 50%의 통상적인 활용 레벨로부터 90%까지 증가되었다. 이러한 예시적인 실시예에서, 더 작은 지지 트레이(222A)와 함께, 5개의 더 큰 지지 트레이(222B)가 사용되었다. 다른 실시예에서, 비율은, 더 많은 더 큰 트레이(222B) 대 더 작은 트레이(222A)이고, 예를 들어 4개 내지 6개의 더 큰 트레이(222B) 대 2개 내지 4개의 더 작은 트레이(222A)이다.
관련된 실시예에서, 제1 용기 본체(412)는 제2 용기 본체(422)의 길이방향 높이보다 높은 길이방향 높이를 갖는다. 다른 실시예에서, 제1 용기 본체(412)의 제1 길이방향 높이는 제2 용기 본체(422)의 길이방향 높이와 같다. 또 다른 관련된 실시예에서, 제2 용기 본체(422)는, 제1 용기 본체의 상부 테두리 개구부와 짝을 이루도록 구성된 하부 기부 테두리를 포함한다. 다른 실시예에서, 트레이(222B)의 제1 트레이 측벽 높이는 트레이(222A)의 제2 트레이 측벽 높이보다 낮다. 증발기 시스템의 관련된 예시적인 실시예에서, 지지 트레이(222A)의 제1 세트의 수가 지지 트레이(222B)의 제2 세트의 수와 동일하다. 다른 예시적인 실시예에서, 지지 트레이(222A)의 제1 세트의 수는 지지 트레이(222B)의 제2 세트의 수보다 많다. 또 다른 예시적인 실시예에서, 지지 트레이(222B)의 제1 세트의 각각의 높이는 지지 트레이(222A)의 제2 세트의 각각의 높이의 약 3배 내지 약 4배이다. 다른 예시적인 실시예에서, 증발기 조립체는, 금속 산화물, 금속 질화물, 금속 탄화물, 및 함께 층상화된 이러한 필름들의 조합으로 이루어진 그룹으로부터 선택된 부식 방지 코팅을 갖는 지지 트레이를 포함한다.
이제, 도 5a 내지 도 5c를 참조하면, 본 발명의 예시적인 실시예에 따른, 본원에서 설명된 임의의 증발기 용기를 위한 지지 트레이의 상면도, 측면도 및 사시도가 도시되어 있다. 이러한 예시적인 실시예에서, 지지 트레이(222B)는, 전구체 재료를 지지하고 캐리어 가스가 용기 또는 앰플 내의 여러 트레이 모듈을 통해서 유동하는 것을 촉진하기 위한 복수의 관통-관(223B)(또는, 증발기 시스템에 따라, 홀 또는 세장형 슬롯)을 포함하는, 바닥 패널(226B)(및 측벽(227B))을 포함한다. 이러한 예시적인 실시예에서, 측벽(227B)은 약 2.355 인치의 높이를 갖고, 관통 관(223B)은, 트레이(222B)의 수평 평면의 표면 바로 아래인, 약 2.150 인치의 바닥 패널(226B) 위의 높이를 갖는다. 여러 실시예에서, 관통-관(223B)은 지지 트레이의 바닥부(226B)로부터 위쪽으로 연장되고, 트레이 바닥부(226B) 내의 상응 개구부 또는 홀과 연통되는 중앙 통로(225B)를 형성한다. 다른 실시예에서, 관통-관(223B)은 동일한 방식으로 트레이의 바닥부(226B)로부터 위쪽으로 연장되나, 또한 도 3b에 도시된 바와 같이 트레이(222A) 아래로 하향 연장되고, 그에 따라 중앙 통로(225B)는 또한, 트레이의 바닥부 위 및 아래 모두에서, 관통-관에 의해서, 예를 들어 그 중앙 보어로서, 봉입될 수 있다. 관통-관은 가스의 관통 유동을 제공하는 임의의 형상 또는 구성을 가질 수 있고, 예를 들어 원통형 또는 원뿔형 형상일 수 있다. 관련된 실시예에서, 용기 본체 및 트레이는, 예를 들어 지지 트레이 및 용기 본체의 둘레를 따라서 그리고 통해서 아래쪽으로, 중앙 개구부 대신, 중앙 또는 주 가스 유동 구조물을 이용한다.
관통-관(232A 및 232B)은 임의의 적합한 것으로, 예를 들어 용접, 브레이징, 기계적 체결 부착, 압입, 스웨이징(swaging) 등에 의해서 트레이의 바닥부에 고정된다. 대안예에서, 관통-관은 트레이 바닥부의 일부로서 일체로 형성될 수 있다. 구체적인 실시예에서, 각각의 관통-관의 높이는 트레이 측벽의 높이와 대략적으로 동일한 높이이나, 각각의 관통-관의 높이가 그러한 측벽보다 높거나 낮은 다른 실시예가 고려된다. 증발기의 용기의 내측부 부피 내에서 수직 연장 적층 어레이를 형성하기 위해서 트레이들이 적층될 수 있도록, 각각의 트레이의 측벽이 충분한 높이일 수 있다.
본원에서 설명된 다양한 지지 트레이 조립체는, 하류 유체-활용 장치, 예를 들어 CVD 장치 또는 이온 주입 시스템의 동작 조건에 따라, 주어진 적용예에서 이용되는 표준 증발기 조립체에 인가되는 표준 증발기 온도, 및 제공되는 공급원 재료의 증기압 및 양에 노출될 수 있다. 승화 가능 고체 공급원 반응물이 이용되는 다양한 구체적인 실시예에서, 약 20 ℃ 내지 약 300 ℃ 범위의 증발기 온도가 이용될 수 있다(현재의 적용예는 300 ℃를 초과하는 고순도 밸브의 이용 가능성에 의해서 제한될 수 있다). 금속 할로겐화물 고체 공급원 반응물과 관련된 본 발명의 구현예는 구체적인 실시예에서 예를 들어 약 100 ℃ 내지 약 200 ℃ 범위의 온도를 이용할 수 있다. 공급원 반응물 재료는, 고체 형태, 액체 형태, 반-고체 형태, 또는 적절한 용매 매체 내에 용해된 또는 분산된 공급원 반응물 재료를 포함하는 용액을 포함하는, 임의의 적합한 형태일 수 있다. 승화, 트레이 모듈 구성, 가스 유동 및 앰플 조립체 구성을 위한 부가적인 화학물질에 대해서, 전체가 참조로 포함되는, Cleary 등의 미국 특허 제8,821,640호, 및 2015년 10월 29일에 공개되고 명칭이 "고체 증발기"인 Baum 등의 WO 2015/164029를 참조한다.
본 발명의 여러 실시예가 상세 내용의 설명을 위해서 그리고 당업자가 본 발명을 제조 및 이용할 수 있게 하기 위해서 앞서서 설명되었다. 개시된 실시예(들)의 상세 내용 및 특징은 제한적인 것이 아니고, 많은 변경 및 수정이 당업자에게 매우 자명할 것이다. 따라서, 본 개시 내용의 범위는 넓게 해석될 것이고, 첨부된 청구항 및 그 법률적 균등물의 범위 및 사상에 포함되는 모든 변경 및 수정을 포함할 것이다.

Claims (20)

  1. 공급원 재료를 증발시키고 증발된 공급원 재료를 전달하기 위한 증발기 조립체이며:
    공통 길이방향 축을 구비하며 다수-용기 본체 조립체의 내측부 부피를 형성하는 적어도 제1 및 제2 길이방향 부착 용기 본체를 포함하는 다수-용기 본체 조립체로서, 용기 본체의 각각은 측벽 및 용기 본체 테두리 개구부에 의해서 형성된 내측부 부피를 갖고, 용기 본체의 각각은 용기 본체의 내경을 갖고 내측부 측벽 표면을 갖는, 다수-용기 본체 조립체;
    제1 용기 본체의 하단 개구부의 아래에 배치되어 하단 개구부를 폐쇄하는 기부 부재;
    제2 용기 본체의 테두리 개구부 상에 배치되는 덮개 부재로서, 제2 용기 본체는 제1 용기 본체의 테두리 개구부 상에 배치되는, 덮개 부재;
    다수-용기 본체 조립체의 내측부 부피와 유체 연통되게 배열되는 가스 유입구 및 가스 배출구로서, 가스 유입구는 제1 가스를 다수-용기 본체 조립체의 내측부 부피에 공급하도록 구성되는, 가스 유입구 및 가스 배출구; 및
    내측부 부피 내에 배치되고 다수-용기 본체 조립체의 내경과 접촉되는 트레이 원주방향 측벽을 갖는 복수의 분출 지지 트레이로서, 복수의 분출 지지 트레이는 제1 용기 본체 내에 그리고 제2 용기 본체 내에 배치되는 트레이의 제2 세트 아래에 배치되는 트레이의 제1 세트를 포함하고, 트레이의 제1 세트의 각각은 트레이의 제2 세트의 제2 트레이 측벽 높이보다 높은 제1 트레이 측벽 높이를 갖고, 복수의 지지 트레이는 가스 유입구와 가스 배출구 사이에서 연장되는 유동 경로 내에서 증발 가능 공급원 재료를 지지하도록 구성되는, 분출 지지 트레이를 포함하는, 증발기 조립체.
  2. 제1항에 있어서,
    제2 용기 본체는 제1 용기 본체의 상부 테두리 개구부와 짝을 이루도록 구성된 하부 기부 테두리를 포함하는, 증발기 조립체.
  3. 제1항에 있어서,
    제1 용기 본체는 제2 용기 본체의 길이방향 높이보다 높은 길이방향 높이를 갖는, 증발기 조립체.
  4. 제1항에 있어서,
    제1 용기 본체의 제1 길이방향 높이는 제2 용기 본체의 길이방향 높이와 동일한, 증발기 조립체.
  5. 제1항에 있어서,
    제1 트레이 측벽 높이는 제2 트레이 측벽 높이보다 낮은, 증발기 조립체.
  6. 공급원 재료를 증발시키고 증발된 공급원 재료를 전달하기 위한 증발기 조립체이며:
    공통 길이방향 축을 구비하며 다수-용기 본체 조립체의 내측부 부피를 형성하는 적어도 제1 및 제2 길이방향 부착 용기 본체를 포함하는 다수-용기 본체 조립체로서, 용기 본체의 각각은 측벽 및 용기 본체 테두리 개구부에 의해서 형성된 내측부 부피를 갖고, 용기 본체의 각각은 용기 본체의 내경을 갖고 내측부 측벽 표면을 갖는, 다수-용기 본체 조립체;
    제1 용기 본체의 하단 개구부의 아래에 배치되어 하단 개구부를 폐쇄하는 기부 부재;
    제2 용기 본체의 테두리 개구부 상에 배치되는 덮개 부재로서, 제2 용기 본체는 제1 용기 본체의 테두리 개구부 상에 배치되는, 덮개 부재;
    다수-용기 본체 조립체의 내측부 부피와 유체 연통되게 배열되는 가스 유입구 및 가스 배출구로서, 가스 유입구는 제1 가스를 다수-용기 본체 조립체의 내측부 부피에 공급하도록 구성되는, 가스 유입구 및 가스 배출구; 및
    내측부 부피 내에 배치되고 다수-용기 본체 조립체의 내경과 접촉되는 트레이 원주방향 측벽을 갖는 복수의 분출 지지 트레이로서, 복수의 분출 지지 트레이는 제1 용기 본체 내에 배치되는 트레이의 제1 세트를 포함하고, 복수의 지지 트레이는 가스 유입구와 가스 배출구 사이에서 연장되는 유동 경로 내에서 증발 가능 공급원 재료를 지지하도록 구성되며, 기부 부재 부근에 배치되는 적어도 하나의 지지 트레이는 적어도 하나의 지지 트레이의 외부 표면을 중심으로 배치된 O-링을 포함하는, 복수의 분출 지지 트레이를 포함하는, 증발기 조립체.
  7. 제6항에 있어서,
    복수의 지지 트레이는, 트레이의 제1 세트 위에서 용기 본체 내에 배치되는 트레이의 제2 세트를 포함하고, 트레이의 제1 세트의 각각은 트레이의 제2 세트의 제2 트레이 측벽 높이보다 높은 제1 트레이 측벽 높이를 갖는, 증발기 조립체.
  8. 제6항에 있어서,
    지지 트레이의 각각이, 금속 산화물, 금속 질화물, 금속 탄화물, 및 함께 층상화된 이러한 필름들의 조합으로 이루어진 그룹으로부터 선택된 부식 방지 코팅을 포함하는, 증발기 조립체.
  9. 삭제
  10. 제1항에 있어서,
    지지 트레이의 각각이, 금속 산화물, 금속 질화물, 금속 탄화물, 및 층상화된 구조물 내의 이러한 코팅들의 조합으로 이루어진 그룹으로부터 선택된 부식 방지 코팅을 포함하는, 증발기 조립체.
  11. 삭제
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