KR19980024352A - 사이클론 증발기 - Google Patents

사이클론 증발기 Download PDF

Info

Publication number
KR19980024352A
KR19980024352A KR1019970045898A KR19970045898A KR19980024352A KR 19980024352 A KR19980024352 A KR 19980024352A KR 1019970045898 A KR1019970045898 A KR 1019970045898A KR 19970045898 A KR19970045898 A KR 19970045898A KR 19980024352 A KR19980024352 A KR 19980024352A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
liquid precursor
carrier gas
evaporator
precursor
liquid
Prior art date
Application number
KR1019970045898A
Other languages
English (en)
Inventor
우마오 케니 예
로버트 엘. 잭슨
제프리 시. 벤징
에드워드 제이. 맥키너니
마이클 엔. 수소우프
Original Assignee
스미스 로버트 에이취
노벨러스 시스템스 인코포레이티드
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 스미스 로버트 에이취, 노벨러스 시스템스 인코포레이티드 filed Critical 스미스 로버트 에이취
Publication of KR19980024352A publication Critical patent/KR19980024352A/ko

Links

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
    • C23C16/44—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B05—SPRAYING OR ATOMISING IN GENERAL; APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
    • B05D—PROCESSES FOR APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
    • B05D7/00—Processes, other than flocking, specially adapted for applying liquids or other fluent materials to particular surfaces or for applying particular liquids or other fluent materials
    • B05D7/50—Multilayers
    • B05D7/52—Two layers
    • B05D7/54—No clear coat specified
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B05—SPRAYING OR ATOMISING IN GENERAL; APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
    • B05D—PROCESSES FOR APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
    • B05D5/00—Processes for applying liquids or other fluent materials to surfaces to obtain special surface effects, finishes or structures
    • B05D5/08—Processes for applying liquids or other fluent materials to surfaces to obtain special surface effects, finishes or structures to obtain an anti-friction or anti-adhesive surface
    • B05D5/083—Processes for applying liquids or other fluent materials to surfaces to obtain special surface effects, finishes or structures to obtain an anti-friction or anti-adhesive surface involving the use of fluoropolymers
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
    • C23C16/44—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating
    • C23C16/448—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating characterised by the method used for generating reactive gas streams, e.g. by evaporation or sublimation of precursor materials
    • C23C16/4481—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating characterised by the method used for generating reactive gas streams, e.g. by evaporation or sublimation of precursor materials by evaporation using carrier gas in contact with the source material

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Wood Science & Technology (AREA)
  • Chemical Vapour Deposition (AREA)
  • Feeding, Discharge, Calcimining, Fusing, And Gas-Generation Devices (AREA)

Abstract

본 발명은 사이클론 증발기내에서 액체상 물질을 기상 물질로 전환하는 것에 관한 것으로서,
사이클론 증발기는 폴리테트라플루오로에틸렌(TEFLON)을 함유하는 물질로 코팅된 가열된 벽을 갖는 증발 챔버를 포함하고,
TEFLON 코팅은 테트라디에틸아미노티타늄과 같이 화학 기상 증착 챔버내에 TiN을 형성하는데 사용되는 특정한 액체 선구물질의 분해를 저해하고,
분해된 테트라디에틸아미노티타늄은 가스 흐름내에서 운반되고 CVD 챔버에서 처리되는 다른 물질 또는 실리콘 웨이퍼를 오염시킬수 있는 플레이크를 형성하는 것을 특징으로 한다.

Description

사이클론 증발기
본 발명은 액체상 물질을 기상 물질로 전환하는 것에 관한 것이며, 특히 다양한 용도로 사용되기 위해 사이클론 증발기내에서 액체상 물질을 기상 물질로 전환하는 것에 관한 것이다.
기(가스)상 물질은 다양한 용도로 사용된다. 상기 용도는 화학기상증착 (CVD) 반응 챔버내의 웨이퍼 상에서 삽입된 회로 요소의 조립을 포함한다. CVD 반응 챔버내의 웨이퍼 상에 물질을 증착하기 위해서 반응물 가스와 운반가스의 배합물이 CVD 반응 챔버내로 주입된다. 반응물 가스는 삽입된 회로요소의 형성을 용이하게 하기 위해 화학적으로 반응한다. 증가된 수의 CVD 공정에서 CVD 반응 챔버로 주입된 반응물 가스원은 증발된 액체 선구물질이다.
액체 선구물질은 유기 또는 무기 화합물이며, 액체 선구물질 화학 조성에 의존하는 특징 증기압을 갖는다. CVD 반응 챔버내에 금속을 증착할 때 금속-유기 액체는 보통 액체 선구물질로 사용된다. 금속-유기 액체 선구물질은 전형적으로 실온 및 적합한 분해점에서 매우 낮은 증기압을 가진다. 낮은 증기압으로 특징화된 액체 선구물질은 액체 선구물질 증발율을 조절하고 분해를 방해할 동안 조절되고 경제적인 양의 기상 선구물질(가스 선구물질)을 생산하기 위해 액체 선구물질의 증기압을 증가시키기 위한 상당히 도전이 있었다.
액체 선구물질을 증발시키는 종래 방법은 Carlsbad, CA의 Schumacher Inc.에 의해 제조된 것과 같은 버블러를 사용하는 것이다. 버블러에서 액체 선구물질은 운반가스가 그것을 통해 발생되는 동안 높은 온도에서 유지된다. 운반가스가 액체 선구물질을 통해 발생함에 따라 액체 선구물질의 일부는 액체상으로부터 가스 선구물질을 형성하는 기상으로 변화된다. 운반가스는 가스 선구물질을 운반하여 CVD 반응 챔버로 수송한다.
버블러는 여러가지 약점을 가진다. 예를 들면, 액체 선구물질은 액체 선구물질의 일부와 근접하게 접촉된 면적 요소의 온도를 높여서 시간을 연장시키는 높은 온도에서 유지되어야 한다. 높은 온도의 면적 요소와 근접하게 접촉된 액체 선구물질의 일부는 종종 불리하게 분해되어 액체 선구물질의 보전을 떨어뜨린다. 게다가 가스 선구물질의 흐름 속도는 액체 선구물질 온도와 남은 액체 선구물질 부피 모두의 민감한 기능이다. 그러므로 액체 선구물질 부피는 검사되어야 하며, 면적 요소 온도는 가스 선구물질의 일정한 흐름을 유지하기 위해 조정된다.
액체 선구물질을 증발시키는 두번째 시도는 Richard Ulrich 등의 MOCVD of Superconducting YBCO Films Using an Aerosol Feed System, Extended Abstracts, American Institute of Chemical Engineers 1994 Annual Meeting, Nov. 13-18, 1994, p. 16의 요약서에 기술된 대로 액체 선구물질을 분무하고, 뜨거운 가스 스트림에서 소적을 증발시키는 것을 포함한다. 그러나 상기 시도는 낮은 증기압의 액체 선구물질과 함께 사용될 때 부적합하다. 낮은 증기압의 액체와 함께 사용될 때 초기 증발은 영향이 없는 증기압(증기압은 온도에 비선형으로 의존함)을 가지는 점으로 소적을 냉각시킨다. 그래서 형성된 가스 선구물질은 CVD 공정을 효과적으로 및 정확하게 유지시키는 불안정한 흐름과 불충분한 정량의 가스 선구물질을 제공한다.
액체 선구물질을 증발시키는 세번째 시도는 미국 특허 제 5,204,314호에 Kirlin 등에 의해 기술된 대로 높은 온도에서 기화 물질 구조상의 액체 선구물질을 증발시키는 플래시를 포함한다.
본 발명은 관련 분야의 약점을 극복하고 수량과 상업적으로 실용적인 CVD 방법을 지속시키는 대략 균일한 분자 구성을 갖는 충분한 양의 가스 선구물질을 효과적으로 생산한다.
본 발명은 액체 선구물질 소적이 주입된 운반가스에 의해 운반되어 증발 챔버로의 주입을 용이하게 하는 사이클론 증발기에 관한 것이다. 사이클론 증발기는 액체 선구물질의 박층이 액체 선구물질이 증발되는 가열된 증발 챔버 벽상에 매우 제어적으로 주입되도록 하는 운반된 액체 선구물질 흐름과 운반가스에 관한 것이다. 상기 증발된 선구물질은 운반가스를 따라 사이클론 증발기를 빠져나온다.
도 1은 사이클론 증발기의 측면도,
도 2는 도 1의 사이클론 증발기의 상면도,
도 3은 도 2에 나타낸 F.3 부분을 취한 도 1 및 도 2의 사이클론 증발기의 단면도,
도 4는 도 1에 나타낸 F.4 부분을 취한 도 1 및 도 2의 사이클론 증발기의 단면도,
도 5A는 동축 액체 선구물질 및 운반가스 투여 조립체의 단면도,
도 5B는 동축 액체 선구물질 및 운반가스 투여 조립체의 노즐의 상세한 단면도,
도 5C는 동축 액체 선구물질 및 운반가스 투여 조립체의 노즐의 확대도,
도 6은 동축 액체 선구물질 및 운반가스 투여 조립체가 증발기에 부착되는 방법을 나타내는 상부 단면도,
도 7은 화학기상증착 시스템의 블록 선도를 나타낸다.
*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
100 : 사이클론 증발기 102 : 증발기 몸체
104 : 운반가스 채널 106 : 덮개
108 : 증기구 118 : 운반가스 도관
120 : 탭 124 : 가열소자
302 : 증발 챔버 304, 306 : 측벽
308 : 배출구 튜브 404 : 선구물질 채널
407 : 액체 선구물질 튜브 도관
500 : 액체 선구물질 및 운반가스 투여 조립체
502 : 액체 선구물질/운반가스 도관
506 : 운반가스 튜브 514 : 동축 노즐
602 : 액체 선구물질 투여개구 604 : 운반가스 투여 개구
700 ; 화학기상증착 시스템 702 : 액체 선구물질원
704 : 운반가스원 706 : CVD 반응기 조립체
본 발명의 실시예는 운반가스와 선구물질을 이용하는 CVD 시스템내의 증발기이다. 증발기는 몸체, 몸체내에 증착된 챔버, 운반가스 흡입구와 가스 선구물질 흡입구, 챔버로 통하는 통로를 갖는 분무기 조립체, 몸체를 통해 챔버로부터 연장된 증기 배출구를 포함한다.
다른 실시예에서, 본 발명은 몸체와 몸체에 의해 지지받는 증발면을 포함하는 증발기를 포함한다. 증발면은 만곡되어 있으며, 선정된 단면적의 제1 수용 공간을 한정하는 제1 섹션, 제1 수용 공간의 단면적 이하의 선정된 단면적의 제2 수용 공간을 한정하는 제2 섹션을 포함한다. 그리고 증발기는 일반적으로 제1 섹션 증발면에 접선으로 향한 제1 포트 및 제2 수용 공간에 증착된 제2 포트를 포함한다.
또 다른 실시예에서 본 발명은 폴리테트라플루오로에틸렌(TEFLON)으로 증발기의 내부면을 코팅하는 것을 포함한다. 상기는 어떤 반응물이 증발기의 내부면과 접촉하는 동안 고체화되고, 분해되는 것을 저해한다. 분해된 반응물은 증발기의 표면으로부터, 처리된 다른 물질 또는 웨이퍼를 오염시킬 수 있는 반응 챔버로 흐르는 가스와 함께 운반되는 플레이크로 분리될 수 있다.
다른 실시예에서 본 발명은 액체를 증발시키는 과정을 포함한다. 과정은 액체선구물질을 증발기로 주입하고, 운반 가스를 증발기로 주입하고, 운반 가스내의 액체 선구물질의 적어도 일부를 운반하고, 운반된 액체 선구물질을 증발기 표면의 적어도 일부상에 증착하고, 증착된 액체 선구물질이 증발되도록 증발기 표면을 가열하는 단계를 포함한다.
본 발명의 명세서는 제한하지 않고 단지 예를 들어 설명될 것이다.
도 1을 참조하면, 도시된 사이클론 증발기(100)가 나타나 있다. 유리하게 사이클론 증발기(100)는 액체 선구물질을 분해하지 않고 액체 선구물질을 매우 제어적이고 신속하게 증발시킨다. 사이클론 증발기(100)는 CVD 공정을 효과적으로 유지하기에 충분한 양에서 낮은 증기압의 액체 선구물질을 증발시키는데 특히 유리하다. 그리고 사이클론 증발기(100)는 가스 선구물질이 사이클론 증발기를 나오는 동시에 액체 선구물질이 사이클론 증발기(100)를 나오는 것을 저해하면서 CVD 반응기 조립체(706;도 7)로 유리하게 허용한다. 사이클론 증발기(100)는 CVD 공정 및 CVD 반응기 조립체(706:도 7)와 관련되어 설명되지만, 다른 장치는 CVD 반응기 조립체(706;도 7)에 더하여 사이클론 증발기(100)에, 또는 CVD 반응기 조립체(706:도 7)에 부착되며, 다른 공정은 사이클론 증발기(100)를 이용할 수 있다. 그러나 설명을 위해서 CVD 반응기 조립체(706;도 7)와 CVD 공정은 사이클론 증발기(100)에 관해 하기에 인용될 것이다.
도 1은 사이클론 증발기의 구체도를 나타낸다. 도 1은 증발기 몸체(102)와 운반가스 채널(104)을 나타내는 사이클론 증발기(100)의 측면도이다. 증발기 몸체(102)는 덮개(106)와 결합하여 지지하는 플랜지(110)를 갖는 상부면(128)을 포함한다. 상부면(128)은 플랜지(110)를 갖는다고 도 1과 도 3에 도시되어 있지만 사이클론 증발기(100)의 다른 구체도는 플랜지(110)없이 제조된다. 증발기 몸체(102)는 대략 균일한 열 전도 특성으로 우수한 열 전도성을 갖는 물질로부터 바람직하게 제조된다. 그리고 증발기 몸체(102)는 사이클론 증발기(100)와 관련되어 사용된 물질에 바람직하게 비반응성이다. 알루미늄이 증발기 몸체(102)를 제조하기 위한 적합한 물질이다. 스테인레스 스틸도 또한 사용될 수 있다.
플랜지(110) 아래의 증발기 몸체(102)의 외형은 대략 직원기둥이다. 덮개(106)의 상부면으로부터 증발기 몸체(102)의 바닥까지의 증발기 몸체(102)의 높이는 6.125 인치이며, 플랜지(110)아래의 증발기 몸체(102)의 직경은 3.25 인치이다. 플랜지(110)의 높이는 0.37 인치이며, 덮개(106)의 높이는 0.220 인치이다. 0.20 인치의 정상 반지름을 갖는 필릿(116)은 플랜지(110) 및 증발기 몸체(102)의 외부면(112)의 전이로 제조된다.
도 1을 참조하면, 덮개(106)는 완전한 증기구(108)를 포함한다. 덮개(106)의 상부면상의 증기구(108)의 높이는 1.25 인치이다. 증기구(108)는 0.5 인치의 외부 직경과 0.4 인치의 내부 직경을 갖는다. 증기구(108)의 내부 직경은 바람직하게 사이클론 증발기(100) 밖으로의 가스 선구물질 흐름의 소망하는 속도를 허용하기에 충분히 크다. 0.25 인치의 정상 반지름을 갖는 필릿(114)은 증기구(108)와 덮개(106)의 전이로 제조된다. 0.5 인치의 VCR(상품명) 금속 가스킷 표면 시일 부품과 연결된 0.5 인치의 외직경 배관(스테인레스 스틸)은 사이클론 증발기(100)를 CVD 반응기(706;도 7)에 결합시키는데 사용된다.
도 1은 운반가스 채널(104)의 직시도를 나타낸다. 운반가스 채널(104)은 하기에 기술된대로 운반가스원(704;도 7)을 사이클론 증발기(100)에 연결하는 것을 조절하는 흡입구부와 운반가스가 증발 챔버(302;도 3)로 주입되는 것을 허용하는 배출구부를 가지며 제조된다. 도 1에 나타난 구체도에서 운반가스 채널(104)은 운반가스 도관(118), 탭(120) 및 카운터보어(122)를 포함한다.
운반가스 도관(118)은 0.270 인치의 직경을 가진다. 도 1의 직투시도로부터 운반도관(118)의 중심부는 사이클론 증발기(100)의 중심부에서 0.62 인치, 덮개(106)의 바닥면에서 아래로 0.53 인치 떨어져 있다. 운반가스 도관(118)은 증발기 몸체(102) 외부면(112)으로부터 연장되어, 증발 챔버(320;도 3)로 열린다. 운반가스 도관(118)은 운반가스가 증발 챔버(302;도 3)로 직접 주입되도록 한다. 운반가스 도관(118)은 운반가스가 증발 챔버(302;도 3)로 주입되는 것을 통해 운반가스 배기 시스템(710;도 7)의 삽입을 조정한다.
카운터보어(122)는 1.00 인치 직경의 카운터보어를 0.41 인치의 깊이로 카운터보링하여 제조된다. 탭(120)은 카운터보어(122)의 바닥으로부터 측정된 0.41 인치의 깊이로 7/16 인치의 구멍을 탭 드릴하여 제조된다. 탭(120)은 운반가스 배기 시스템(710;도 7)에 연결된 부품(도시되지 않음)들을 안전하게 하는 인치 당 20개의 섬유 다발을 갖는 섬유로 연결되어 있다. 운반가스 도관(118), 탭(120) 및 카운터보어(122)는 도 1에 나타난 것과 같이 동일한 중앙 세로축을 가진다.
운반가스원(704;도 7)은 적당한 부품과 라인으로 운반가스 채널(104)에 연결되어 있다. 예를 들면, 표면 시일 부품은 스테인레스 스틸 튜브를 운반가스 채널(104)에 부착하는데 사용된다. 적당한 부품은 Solon OH의 Swagelock Co.에 의해 제조된 모델 번호 SS-400-1-OR, 스와겔록(Swagelock;상품명) O-시일 스트레이트 섬유 메일 커넥터이다. 운반가스를 운반가스원(704;도 7)로부터 사이클론 증발기(100)로 수송하는 배기 시스템(710;도 7)과 부품(도시되지 않음)은 바람직하게 운반가스와 반응하지 않는다.
특이 규모와 위치가 명시되어 왔지만, 하기에 설명된 대로 운반가스 채널(104)이 운반가스를 증발 챔버(302;도 3)에 주입하는 것을 용이하게 하는 다양한 규모의 다양한 방법으로 제조된다는 설명을 읽은 후에는 당 분야의 보통의 기술을 가진 사람들에게 쉽게 명백해 질 것이다.
도 1은 부가적으로 가열소자(124)를 도시한다. 가열소자(124)의 한 구체예는 St. Louis, Missouri의 Watlow Electric Manufacturing Company에 의해 제조된 모델 번호 STB3B3E1J1, 와트로우(Watlow) 208V 클램프-온 저항 가열기와 같은 밴드 가열기이다. 가열소자(124)는 0.125 인치의 두께와 1.50 인치의 높이를 가진다.
도 2를 참조하면, 사이클론 증발기(100)는 상면도로 나타나 있다. 구멍(202a-202f)은 덮개(106)를 통해 플랜지(110)를 통과하며(도 3), 나사로 조절하기 위해 나삿니를 낸다. 나사(도시되지 않음)는 덮개(106)를 플랜지(110)로 이동할 수 있게 안전한 구멍(202a-202f)으로 삽입된다.
도 3을 참조하면, 사이클론 증발기(100)의 측단면도가 나타나 있다. 증발기 몸체(102)의 내부는 증발 챔버(302)를 경계짓는 벽을 형성하기 위해 구멍이 뚫려 있다. 증발 챔버(302)는 운반가스, 액체 선구물질 및 가스 선구물질 흐름이 증발 챔버(302)안의 저기압성 흐름으로 향하는 것을 용이하게 하는 물리적 형태를 가진다. 증발 챔버(302)의 상부(314)는 1.50 인치의 직경을 갖는 원통형이며, 측벽(304)을 포함한다. 증발 챔버(302)의 저부(316)는 아래쪽으로 얇아진 측벽(306)을 포함한다. 측벽(304)은 사이클론 증발기(100)의 세로축에 평행이며, 덮개(106)의 바닥으로부터 측벽 슬로프 트랜지션(318)까지 측정한 길이는 2.0 인치이다. 측벽 슬로프 트랜지션(318)에서 측벽(306)은 증발기 챔버(302)의 바닥면(320)에 대해 15도 각도로 가늘다. 슬로프 트랜지션의 목적은 하기에 설명된다. 측벽(304, 306)은 증발 챔버(302)안의 거친 물질 흐름을 최소화시키기 위해 바람직하게 매끄럽다. 바닥면(320)으로부터 덮개(106)의 바닥인 증발 챔버(302)의 상부면까지의 세로 길이는 5.0 인치이다. 측벽(304, 306)을 포함하는 증발 챔버(302)면의 모양은 상대적으로 작은 공간을 차지하는 반면 또한 넓은 표면적을 제공한다.
이상적으로 증발 챔버(302)의 직경은 증발 챔버(302)의 측벽을 따라 균일한 액체 선구물질 박막 배기를 제공하는 기능에 의해 감소된다. 제조 효율과 비용 효과를 위한 이상적인 상황은 선형으로 얇아진 측벽(306)을 만드는 저부(316)내의 단지 측벽 슬로프 트랜지션(318)에서 시작하는 증발 챔버(302)의 직경의 선형 감소에 의해 만족하게 접근된다. 증발 챔버(302) 직경은 측벽 슬로프 트랜지션(318)에서 1.50 인치로부터 바닥(320)에서 1.00 인치까지 감소한다. 증발 챔버(302)의 형태는 불안전한 바닥을 가지는 원뿔형의 저부(316)와 수직 원통형 상부(314)에 의해 특징화된다.
증발 챔버(302)의 특이한 형태가 명시되지만, 하기에 논해지는 대로 증발 챔버(302)가 운반가스로부터 액체 선구물질의 관성 분리를 용이하게 하는 형태를 가진다는 설명을 읽은 후에는 당 분야의 보통의 기술을 가진 사람들에게 쉽게 명백해 질 것이다.
도 3은 배출구 튜브(308)의 단면을 도시하고 있다. 배출구 튜브(308)는 바람직하게 덮개(106)의 일체 부분으로 제조된다. 배출구 튜브(308)는 0.75 인치의 내부 직경, 1.00 인치의 외부 직경 및 3.00 인치의 길이를 갖는 원통모양이다. 증발 챔버(302)는 배출구 튜브(308)를 통해 증기구(108)와 통해 있다.
도 3은 환상 그루브(310)의 단면을 도시하고 있다. 환상 그루브(310)는 O-고리(도시되지 않음)가 주위를 둘러싼 증발기 몸체(102)로부터 증발 챔버(302)를 효과적으로 분리하는 것을 조절한다. O-고리(도시되지 않음)는 증발 챔버(302)와 주위를 둘러싼 증발기 몸체(102) 사이를 효과적으로 분리할 비톤(Viton;상품명) 코폴리머와 같은 적당한 비반응성 시일링 물질로 바람직하게 제조된다.
도 4는 사이클론 증발기(100)의 상부 단면도를 나타낸다. 구멍(402a, 402b)은 동일하며, 0.125 인치의 직경과 0.7 인치의 깊이를 가진다. 구멍(402a, 402b)은 증발기 몸체(102)의 온도를 탐지하고 가열기(124)에 연결된 온도 조절 장치(도시되지 않음)에 피드백을 제공하는 열전쌍(도시되지 않음)을 조절한다.
도 4를 참조하면, 액체 선구물질 채널(404)은 상부 단면도로부터 나타나 있다. 액체 선구물질 채널(404)은 액체 선구물질원(702;도 7)을 사이클론 증발기(100)에 연결하는 것을 조절하는 흡입구부와 액체 선구물질을 하기에 설명된대로 증발 챔버(302)에 주입하게 하는 배출구부를 가지며 제조된다. 액체 선구물질 채널(404)은 액체 선구물질 채널(404), 액체 선구물질 튜브 도관(407), 탭(408) 및 카운터보어(410)에 삽입될때 액체 선구물질 튜브(406)를 포함한다.
액체 선구물질 튜브 도관(407)의 제조는 구멍을 통해 0.068 인치 직경을 뚫는 것을 포함한다. 직투시도로(도시되지 않음)부터, 액체 선구물질 튜브 도관(407)의 중심부는 사이클론 증발기(100)의 중심부로부터 0.25 인치, 덮개(106)의 바닥면에서 아래로 0.53 인치 떨어져 있다. 액체 선구물질 튜브 도관(407)은 탭(302)으로부터 연장되어 증발 챔버(302)로 열린다. 액체 선구물질 튜브 도관(407)은 액체 선구물질이 증발 챔버(302)로 주입되는 것을 통해 액체 선구물질 튜브(406)의 삽입을 허용한다.
카운터보어(410)는 1.00 인치의 카운터보어를 0.19 인치의 깊이로 카운터보링하여 제조된다. 탭(408)은 카운터보어(410)의 바닥으로부터 0.34 인치의 깊이로 5/16 인치의 구멍을 탭 드릴하여 제조된다. 탭(408)은 액체 선구물질 튜브(406)에 결합된 부품(도시되지 않음)을 안전하게 하는 인치당 24개의 섬유다발을 갖는 섬유로 연결되어 있다. 액체 선구물질 튜브(406), 액체 선구물질 튜브 도관(407), 탭(408) 및 카운터보어(410)는 같은 중앙 세로축을 가진다.
액체 선구물질 튜브(406)는 바람직하게 스테인레스 스틸 또는 다른 비활성 물질로 제조되며, 액체 선구물질원(702;도 7)로부터 액체 선구물질을 수용하기 위한 단부, 증발 챔버(302)로 액체 선구물질을 투여하기 위해 증발 챔버(302)로 바람직하게 연장한 다른 단부 및 액체 선구물질 튜브 도관(407)내에 증착된 몸체를 가진다. 액체 선구물질 튜브(406)는 0.040 인치의 내부 직경과 0.063 인치의 외부 직경을 가진다.
액체 선구물질원(702;도 7)은 적당한 부품(도시되지 않음)과 배기 시스템(708;도 7)로 액체 선구물질 채널(404)에 연결되어 있다. 예를 들면, 표면 시일 부품은 스테인레스 스틸 튜브를 액체 선구물질 채널(404)에 부착하는데 사용된다. 적당한 부품은 Swagelock Co.에 의해 제조된 모델 번호 SS-400-1-OR, 스와겔록(상품명) O-시일 스트레이트 섬유 메일 커넥터이다. 액체 선구물질을 액체 선구물질원(702;도 7)로부터 사이클론 증발기(100)로 수송하는 배기 시스템(708;도 7)과 부품(도시되지 않음)은 바람직하게 액체 선구물질과 반응하지 않는다.
액체 선구물질 튜브(406)는 액체 선구물질 채널(404)을 통해 삽입되며, 사이클론 증발기(100)의 수평면에 평행하게 증발 챔버(302)로 연장된다. 액체 선구물질 튜브(406)는 바람직하게 배기 시스템(708;도 7)로 액체 선구물질원(702;도 7)에 직접 연결된다. 분무기 노즐(412)은 구성요소 특징으로서 액체 선구물질 튜브(406)의 투여 단부에서 형성된다. 선택적으로 분무기 노즐(412)은 액체 선구물질 튜브(406)로부터 분리적으로 형성되며, 적당한 방법을 사용하여, 예를 들면 분무기 노즐(412)과 액체 선구물질 튜브(406)내에서 보완적으로 연결된 모양을 형성하고 분무기 노즐(412)과 액체 선구물질 튜브(406)를 함께 고정시켜 액체 선구물질 튜브(406)를 안전하게 한다. 분무기 노즐(412)의 투여 개구는 바람직하게 45°각도로 경사져 있다. 분무기 노즐(412)의 투여 개구는 운반가스 채널(104)로부터 떨어져 마주보고 있다. 작동하는 동안 분무기 노즐(412)은 바람직하게 운반가스 채널(104)로부터 직접 나온 운반가스 흐름내의 중심에 있다. 또한 작동하는 동안 액체 선구물질 튜브(406)와 분무기 노즐(412)의 이동을 방해하는 스와겔록(상품명) 커넥터를 사용하여 센터링이 실시된다.
도 4에서, 운반가스 채널(104)과 액체 선구물질 채널(404)의 중심축은 하기에 설명될 이유를 위해 각각에 관해 수직으로 방향이 정해져 있다. 액체 선구물질 채널(404)은 운반가스 채널(104)의 증발 챔버(302)로의 개구에 인접한 증발 챔버(302)로 열려있다. 액체 선구물질 채널(404)과 액체 선구물질 튜브(406)가 명확하게 설명되지만, 하기에 기술된대로 액체 선구물질을 증발 챔버(302)에 주입하는 것을 용이하게 하고 액체 선구물질 소적을 우수하게 분무하는 액체 선구물질 튜브 변화물과 액체 선구물질 채널은 각각 본 설명을 읽은 후에 당 분야의 보통의 기술을 가진 사람들에게 명백해질 것이다.
작동시, 액체 선구물질은 액체 선구물질 채널(404)을 통해 증발 챔버(302)에 주입된다. 운반가스는 또한 주입된 액체 선구물질을 가로지르는 방향으로 운반가스 채널(104)을 통해 증발 챔버(302)에 주입된다. 운반가스는 액체 선구물질을 운반하며, 증발 챔버내에 액체 선구물질을 분배한다. 운반된 액체 선구물질, 운반가스 및 기상 선구물질(가스 선구물질)은 바닥(320)쪽 즉, 선풍적으로 및 원형으로 사이클론 증발기내에 흐른다. 증발 챔버(302)의 형태는 운반된 액체 선구물질의 방향을 신속히 바꾸며, 액체 선구물질의 타성은 이를 측벽(304, 306)으로 운반한다. 그리고 액체 선구물질은 측벽(304, 306)상의 박막에 증착되고 분사된다. 측벽(304, 306)의 범위 박막 웨트는 습지역으로 언급된다. 가열기(124)는 기상 액체 선구물질(가스 선구물질)을 형성하여 측벽(304, 306)상에서 액체 선구물질의 박막을 증발시키기 위해 측벽(304, 306)을 가열한다.
도 1, 3, 4를 참조하면, 운반가스는 바람직하게 사이클론 증발기(100)의 수평면에 평행으로, 측벽(304)에 접하게 주입된다. 운반가스의 접선적 주입은 측벽(304)의 외형에 즉시 따르는 운반가스 흐름을 디렉팅하여 증발 챔버(302)내의 사이클론 가스 흐름의 동요를 최소화하는 것을 도운다. 운반가스는 바람직하게 비활성 가스, 즉 증발 챔버(302)내에 존재하는 다른 물질과 반응하지 않는 운반가스이다. 예를 들면, 적당한 운반가스는 질소(N2) 및/또는 아르곤(Ar)이다.
액체 선구물질은 감압하에서 액체 선구물질 튜브(406)를 통해 증발 챔버(302)에 주입된다. 바람직하게 작고 분무된 액체 선구물질 소적은 증발 챔버(302)로 주입된다. 운반가스 속력과 액체 선구물질 흐름 속도는 운반가스내에 수송하는 것을 피하기에 충분한 질량을 갖는 상대적으로 큰 액체 선구물질 소적의 형성을 방해하는 것에 비례하여 조정된다. 증발 챔버(302)의 바닥영역은 바닥면(320), 측벽(306)의 접하는 저부를 포함하며, 바람직하게 연속면에서 마주치며, 작동하는 동안 액체가 증기구(108)를 통해 사이클론 증발기(100)를 빠져나가는 것을 막기 위한 액체 입자 트랩으로서 제공된다. 상대적으로 큰 액체 선구물질의 소적을 증발 챔버(302)로 주입되는 것을 피하기 위해 액체 선구물질 튜브(406)는 액체 선구물질 소적을 우수하게 분사한다. 액체 선구물질 튜브(406)의 작은 직경과 벤투리(Venturi) 효과는 액체 선구물질 소적이 우수하게 분사되는 것을 도운다. 부가적으로 운반가스 채널(104)과 액체 선구물질 채널(404)을 다른 것에 직각으로 위치를 정하는 것은 액체 선구물질 분무 소적의 크기를 감소시킨다. 운반가스는 액체 선구물질 튜브(406)를 빠져나가기 때문에 운반가스로 액체 선구물질 소적을 시어링하는 것을 촉진시켜 액체 선구물질 분무 소적을 분무시킨다.
벤투리 효과를 발생시키기 위해 액체 선구물질 튜브(406)는 운반가스 채널(104)을 빠져나가는 운반가스의 경로로 직접 위치된다. 분무기 노즐(412)의 투여 단부는 운반가스의 하류상에서 열린다. 분무기 노즐(412)의 경사진 개구는 액체 선구물질 소적이 액체 선구물질 튜브(406)의 투여 단부로 포합되지 않게 도와준다. 운반가스 흐름이 액체 선구물질 튜브(406)를 지나갈때 저압구역이 분무기 노즐(412)의 경사진 개구근처에서 생긴다. 저압구역은 액체 선구물질이 분무기 노즐(412)로부터 저압구역으로 나가는 것을 도와준다. 액체 선구물질이 저압구역으로 나가기 때문에 액체 선구물질 튜브(406)를 지나는 운반가스 흐름에서 운반되는 우수한 분사가 형성된다. 운반가스의 접선 주입은 운반가스, 가스 선구물질 및 운반된 액체 선구물질이 원형 흐름에서 측벽(304, 306)의 외형을 따르도록 한다. CVD 반응기 조립체(706;도 7)는 배기 시스템(712)으로 증기구(108)에 연결되어 있다. CVD 반응기 조립체(706;도 7)는 증발 챔버(302)내의 압력보다 다소 낮은 압력에서 증발 챔버(302)의 상부(314)와 저부(316)사이의 압력차를 발생시킨다. CVD 반응기 조립체(706)의 CVD 챔버와 증발 챔버(302) 사이의 압력차는 배기 시스템(712)에 의존한다. 배관 직경이 다양하면, 사용된 부품과 굽힘 수는 압력차의 큰 변화를 야기할 것이다. 또한, CVD 챔버압의 절대압과 내부의 가스 흐름 속도는 압력강하에 영향을 미칠 것이다. N2흐름의 분 당 6개의 표준 리터(slm)와 CVD 챔버압의 10 토오르와의 특이한 배관 배치를 위해, 압력차는 테트라디에틸아미노티타늄(TDEAT)의 기화동안 20 토오르로 측정되었다. CVD 반응기 조립체(706;도 7)가 증발 챔버(302)내 압력보다 저압일때 흡입구(312) 근처의 저부(316)내와 배출구 튜브(308)내 압력은 상부(314)내 압력보다 낮다. 증발 챔버(302)의 상부(314)와 저부(316)사이의 압력경도는 각각 운반가스와 운반된 액체 선구물질의 세로방향에 영향을 미치며, 운반가스, 가스 선구물질 및 운반된 액체 선구물질을 저부(316)와 흡입구(312)방향의 하류로 이끈다. 원형 흐름과 하류는 운반가스, 가스 선구물질 및 운반된 액체 선구물질의 저기압성 흐름을 야기시키기 위해 결합되는 두개의 흐름 성분이다. 운반가스와 가스 선구물질은 흡입구(312)를 통해 배출구 튜브(308)로 들어가며, 증기구(108) 밖으로 나간다. 사이클론 증발기(100)는 직립위치가 바람직함에도 불구하고, 특정한 소망되는 방위에서 적당하게 기능한다.
증발 챔버(302)내의 액체 선구물질 분무 소적은 사이클론 증발기(100)가 작동하는 동안 다양한 힘을 받는다. 액체 선구물질 분무 소적상에 작용하는 힘은 측벽(304, 306)상에 액체 선구물질 분무 소적을 증착시키는 것을 도우며, 측벽(304, 306)상에 액체 선구물질의 박막을 형성하는 것을 도운다. 차례로 박막을 형성하는 것은 가스 선구물질을 형성하기 위해 액체 선구물질을 증발시키는 것을 도운다.
저기압성 흐름 구역에서, 운반가스와 운반된 액체 선구물질 분무 소적을 흘리면 운반가스 흐름의 방향을 신속히 바꾸는 각가속도력을 연속적으로 받는다. 액체 선구물질 분무 소적의 관성은 각가속도력에 반대된다. 각가속도력에 대한 액체 선구물질 소적의 대항이 운반력보다 클때, 액체 선구물질 분무 소적은 운반가스 흐름 또는 즉, 비활성 분리되는 액체 선구물질 분무 소적으로부터 분리된다. 관성은 질량에 직접적으로 비례하고, 각가속도력은 운반가스 속력에 직접적으로 비례하기 때문에 더 큰 운반된 액체 분무 소적은 일반적으로 더 낮은 운반가스 속력에서 비활성 분리될 것이다.
상기 설명된대로 운반가스와 운반된 액체 선구물질 분무 소적의 흐름은 바닥(320) 쪽으로 진행된다. 운반가스와 운반된 액체 선구물질의 속력은 상부(314)에서보다 저부(316)에서 더 크다. 저부(316)에서 증발 챔버(302)의 직경은 적다. 증발 챔버(302)의 직경이 측벽 슬로프 트랜지션(318)에서 적어지기 시작할때 운반가스와 남은 운반된 액체 선구물질 소적의 흐름 속도는 증가한다. 운반가스 속력이 증가함에 따라 각가속도력 또한 상부(314)에서 비활성 분리되기에 불충분한 질량의 액체 선구물질 소적은 저부(316)에서 비활성 분리되도록 증가한다. 그러므로 매우 작은 액체 선구물질 소적은 운반가스 흐름으로 운반된채 남기 보다 측벽(306)상에 충돌하여 액체로 사이클론 증발기(100)를 나간다.
액체 선구물질 분무 소적은 운반가스 흐름으로부터 비활성 분리될때 비활성 분리위치에 가까운 증발 챔버(302) 측벽 상에 충돌한다. 충돌은 증발 챔버(302)의 측벽을 따라 액체 선구물질이 분무되는 것을 도와준다. 측벽(304, 306)상에 존재하는 액체 선구물질은 또한 측벽(304, 306)상에 존재하는 액체 선구물질상의 운반가스에 의해 생긴 전단력의 영향을 받는다. 상기 전단력은 액체 선구물질을 접촉방향에 정상으로 가속화시키며, 큰 습지를 만드는 측벽(304, 306)을 따라 액체 선구물질을 박막으로 분무한다.
증발기 몸체(102)의 열 전도성은 측벽(304, 306)을 포함하는 증발 챔버(302)의 표면에 가열기(124)에 의해 발생한 열을 전달한다. 측벽(304, 306)은 측벽(304, 306)상에 존재하는 액체 선구물질의 박막으로 열 에너지를 전달한다. 그리고 박막은 증발하여 가스 선구물질을 형성한다. 박막의 두께가 대략 균일하기 때문에 파라미터가 작동하는 사이클론 증발기(100)는 증발을 조절하기 위해 조정될 수 있으며, 액체 선구물질의 분해를 방해하고, 균일한 조성의 가스 선구물질을 생산한다. 가스 선구물질은 운반가스의 직립 흐름으로 들어가서 바닥면(320)쪽으로 나아간다. 증기일때, 가스 선구물질의 열 에너지는 측벽(304, 306)상의 재흡수 가능성을 감소시킨다. 그 결과로서, 가스 선구물질은 운반가스 흐름에 남는다. 배출구 튜브(308)내의 저압은 가스 선구물질을 흡입구(312)를 통해 배출구 튜브(308)로 이끈다. 부착된 CVD 반응기 조립체(706;도 7)내의 저압은 가스 선구물질을 배출구 튜브(308)를 통해 증기구(108)로 이끈다. 그리고 나서 가스 선구물질은 증기구(108)를 통해 사이클론 증발기(100)를 나와서 CVD 반응기 조립체(706;도 7)로 나아간다.
CVD 공정의 소망되는 반응 과정에 가스 선구물질 흐름 속도를 맞추어 제조하는 것이 바람직하다. 여러 가변성을 조정하여, 소망되는 가스 선구물질 흐름 속도는 CVD 공정을 효과적으로 및 정확하게 유지하기 위해 이뤄진다. 여러 가변성들은 CVD 반응기 조립체(706;도 7)로의 가스 선구물질의 흐름 속도에 영향을 미친다. 예를 들면, 증발 챔버(302)로 주입되는 액체 선구물질 및 운반가스의 온도, 측벽(304, 306)을 포함하는 증발 챔버(302) 표면의 온도, 증발 챔버(302) 표면의 표면적, 증발 챔버(302) 기하학, 운반가스 속력, 액체 선구물질 흐름 속도, 운반가스 구성물, 액체 선구물질 구성물 및 증발 챔버(302)압은 모두 가스 선구물질의 흐름 속도와 생산에 영향을 미치는 변이조건들이다. 예를 들면, 사이클론 증발기(100)내의 질소 운반가스를 사용하여 낮은 분해점과 낮은 증기압의 액체 선구물질 TDEAT를 증발시킬때, 액체 선구물질은 27℃의 온도에서 주입되며, 운반가스는 120℃의 온도에서 주입되며, 증발 챔버(302) 표면은 120℃의 온도로 가열되며, 운반가스의 흐름 속도는 6 slm이며, 액체 선구물질 흐름 속도는 0.2 ml/min으로서, 증기구(108)외부에서의 TDEAT 가스 선구물질 흐름 속도를 분 당 15 표준 입방 센티미터(sccm)로 한다. TDEAT 액체 선구물질의 적당한 흐름 속도가 사용되며, 흐름 속도는 바람직하게 0 과 0.5 ml/min 사이이다. 증발은 높은 온도, 높은 운반가스 흐름, 큰 습지, 낮은 증발 챔버(302)압 및 낮은 액체 선구물질 흐름 속도에 의해 도움받는다. 사이클론 증발기(100)는 다른 액체 선구물질, 특히 구리Ⅰ(헥사플루오로아세틸아세토네이트) 트리메틸비닐실란(Cu(hfac)(TMVS)), 트리이소부틸알루미늄(TIBA) 및 테트라에틸오르토실리케이트(TEOS)와 같은 낮은 증기압 액체에 사용될 수 있다.
가열기(124) 파손 또는 운반가스 및/또는 액체 선구물질 배기 시스템이 파손된 경우, 액체 선구물질은 바닥면(320)에 축적된다. 액체 선구물질의 제어되지 않는 증발이 일어나기 전에 파손을 발견하기 위해 액체 검출 센서(도시되지 않음), 예를 들면 광학 센서가 증발기 몸체(102)내에 합체될 수 있다. 액체 검출 센서(도시되지 않음)는 액체 축적의 존재를 검출하며, 파손 시그널을 작동기 또는 조절 장치에 전달한다. 그리고 나서 파손이 진단될 수 있으며, 적당한 조정 측정은 액체 선구물질의 제어되지 않는 증발에 앞서 실시된다.
사이클론 증발기(100)의 선택적인 실시예에서 액체 선구물질 채널(404)의 제조가 생략되거나 선택적으로 액체 선구물질 채널(404)이 밀봉된다. 상기 선택적인 실시예에서 액체 선구물질과 운반가스는 모두 운반가스 채널(104)을 통해 증발 챔버(302)의 벽에 대략 접선으로, 사이클론 증발기(100)의 수평면에 대략 평행으로 투여된다. 부가적으로 상기 선택적인 실시예에서 액체 선구물질과 운반가스는 도 5A-5C에 나타낸 액체 선구물질 및 운반가스 투여 조립체(500)를 통해 투여된다.
도 5A를 참조하면, 액체 선구물질 및 운반가스 투여 조립체(500)는 액체 선구물질/운반가스 도관(502)을 포함한다. 액체 선구물질/운반가스 도관(502)은 바람직하게 0.25 인치의 외부 직경을 갖는 원통형이며, 동축 노즐(514)에서 가는 단부를 갖는 일체성형 환상 운반가스 튜브(506)를 포함한다. 멀티포트 용접 티이(508)는 다수의 부착 위치를 포함한다. 멀티포트 용접 티이(508)의 제1 포트는 동축 노즐(514)에 반대로 액체 선구물질/운반가스 도관(502)에 부착된다. 0.25 인치의 외부 직경을 갖는 운반가스 흡입구 튜브(510)는 용접 티이(508)의 제2 포트에 부착된다. 0.062 인치의 외부 직경과 0.020 인치의 내부 직경을 갖는 액체 선구물질 흡입구 튜브(512)는 용접 티이(508)를 통해 운반가스 튜브(506)로 삽입된다. 액체 선구물질 흡입구 튜브(512)는 바람직하게 운반가스 튜브(506)내에 집중적으로 정렬되어 있다. 액체 선구물질 및 운반가스 투여 조립체(500)는 바람직하게 다른 삽입 물질이 또한 사용되지만 스테인레스 스틸로 제조된다.
도 5B를 참조하면, 동축 노즐(514)의 확대도가 도시되어 있다. 액체 선구물질 흡입구 튜브(512)는 액체 선구물질 투여 개구(602)에서 끝나며, 운반가스 튜브(506)는 환상 운반가스 투여 개구(604)에서 끝난다. 액체 선구물질 흡입구 튜브(512)와 운반가스 튜브(506)의 개구(602, 604)는 각각 바람직하게 TDEAT가 액체 선구물질로서 만족스럽게 0.010 인치에서 발견될 경우, 각각 다른 것으로부터 x 거리로 위치해 있다. 다른 구체도에서, 상기 배치는 다르며, 몇몇 구체도에서 액체 선구물질 흡입구 튜브의 개구(602)는 운반가스 튜브(506)의 개구(604)에 관해 홈이 있다. 액체 선구물질 흡입구 튜브(512)는 개구(602, 604)사이의 배치를 고정시키기 위해 상류 점에서 밀봉될 수 있다.
도 5A와 5B로부터 명백하기 때문에 운반가스 튜브(506)의 한 끝은 개구(604)로 이끄는 가는 면(507)을 가진다. 도 5B내의 왼쪽으로부터 노즐(514)의 확대도인 도 5C에 나타난 것과 같이 액체 선구물질 흡입구 튜브(512)는 한 구체도에서 개구(604)로 0.003 인치 돌출된 4개의 가이드(605)에 의해 개구(604) 중심에 자리잡고 있다. 개구(604)의 직경은 0.070 인치이다. 액체 선구물질 흡입구 튜브(512)의 외부 직경은 0.062 인치이며, 따라서 액체 선구물질 흡입구 튜브(512)의 외부면과 가이드(605)사이에는 0.001 인치의 여유가 있다. 도 5B에 나타난 것과 같이 가이드(605)는 개구(604)로 모든 방법으로 축으로 연장되지 않으며, 한 구체도에서 가이드(605)는 개구(604)로부터 0.025 인치의 거리 뒤에서 열린다. 그래서 운반가스의 흐름은 상기가 개구(605)를 빠져나가기 때문에 방해받지 않는다. 운반가스 튜브(506)의 내부 직경은 소망되는 흐름 속도와 운반가스 속력에 의존하여 다양하다. 운반가스 튜브(506)의 가는 단부는 운반가스 흐름에 저항하는 것으로 제공된다.
도 6은 도 4와 유사하게 카운터보어(122)에 설치된 운반가스 투여 조립체(500) 및 액체 선구물질과 함께 사이클론 증발기(100)의 상부 단면도를 나타낸다. 상기 나타난 바와 같이 노즐(514)은 액체 선구물질과 운반가스의 흐름이 일반적으로 증발기 몸체(102)의 벽에 접하는 것과 같이 방향이 정해져 있다. O-고리(610)는 조립체(500)와 증발기 몸체(102)사이에 시일을 만든다. 조립체(500)의 방사 배치는 노즐(514)이 측벽(304)으로부터 0.43 인치의 거리로 증발 챔버(302)로 연장되도록 지정된다.
도 5A-5C를 참조하면, 작동하는 동안 운반가스는 운반가스 흡입구 튜브(510)로 들어가고, 액체 선구물질은 액체 선구물질 흡입구 튜브(512)로 들어간다. 운반가스와 액체 선구물질은 멀티포트 용접 티이(508)과 액체 선구물질/운반가스 도관(502)과 동축 노즐(514)내에서 다른 것으로부터 분리된다. 액체 선구물질 흡입구 튜브(512)의 외벽과 운반가스 튜브(506)사이 고리내의 운반가스는 액체 선구물질 흡입구 튜브(512)내에 흐르는 액체 선구물질에 평행으로 흐른다. 액체 선구물질과 운반가스는 각각 액체 선구물질 투여 개구(602)와 운반가스 투여 개구(604)를 통해 액체 선구물질/운반가스 도관(502)을 빠져나간다. 운반가스 투여 개구(604)를 빠져 나가는 운반가스는 매우 높은 속력으로 나간다. 높은 속력의 운반가스는 액체 선구물질이 액체 선구물질 투여 개구(602)로부터 나오기 때문에 액체 선구물질상에서 큰 전단력을 부가한다. 상기 전단력은 액체 선구물질을 운반가스 흐름내에서 운반되기에 충분히 작은 질량, 상기 언급된대로 증발기 챔버(302;도 3, 4) 측벽상에 박막을 형성하는 운반가스로부터 비활성 분리되기에 충분히 큰 질량을 갖는 액체 분무 소적으로 분무한다. 동축 노즐은 액체 선구물질 분무기 노즐(412)의 바람직한 센터링을 제거하는 동안 액체 선구물질 튜브(406)와 운반가스 채널(104)의 가로정렬에 관해 상기 언급된대로 같은 일을 실시한다.
증발기의 작동시, 액체 선구물질의 흐름은 증착 주기 사이 간격으로 차단되며, 액체 선구물질 흡입구 튜브(512)는 보통 예를 들면 200-1000 SCCM의 흐름 속도로 질소가스로 분출된다. 상기 질소의 흐름은 튜브(512)내의 잔류물을 제거하는 것을 도운다. 증착 주기동안 액체 선구물질 흡입구 튜브(512)를 통한 질소의 흐름을 지속시키는 것과 튜브(512)내의 액체 선구물질과 가스상태의 질소의 혼합물을 생산하는 것은 액체 선구물질의 증발을 도운다는다는 것이 밝혀졌다.
사이클론 증발기(100)는 특정한 액체 선구물질을 투여하기 위한 운반가스 투여 조립체(500)와 액체 선구물질과의 결합에 사용된다. 예를 들면, 운반가스 투여 조립체(500)와 액체 선구물질과의 결합으로 사이클론 증발기(100)는 상기 기술된대로 TDEAT를 증발시키는데 사용된다.
다른 선택적인 구체도에서 증발 챔버(302)내의 습지를 증가시키기 위해 증발 챔버(302)의 표면적은 증가될 수 있으며, 증발 챔버(302)내의 운반가스 흐름은 증발 챔버(302)내에 합체된 구조적 특징을 이용하여 지시될 수 있다. 예를 들면, 측벽(304, 306)은 매끄럽다기보다 무늬로 제조된다. 무늬는 우수하게 고정된 나사 섬유와 비슷하며, 덮개(106)의 바닥에 인접하기 시작한다. 무늬는 바닥면(320)의 아래방향으로 나사모양이며, 바닥면(320)에서 끝난다. 무늬는 운반가스 흐름, 운반된 액체 선구물질 및 가스 선구물질 흐름, 측벽(304, 306)상에 증착된 액체 선구물질에 기계적 방향성을 제공한다. 무늬는 더 큰 습지를 형성시키는 측벽(304, 306)의 표면적을 증가시킨다.
어떤 반응물은 증발기의 내부면상에서 분해되는 성향이 있다는 것이 밝혀졌다. 상기는 특히 낮은 증기압을 갖는 액체인 경우이며, 증발기의 온도가 적당한 증발을 수득하기 위해 올라가는 것을 필요로 한다. 예를 들면, 테트라디에틸아미노티타늄(TDEAT)은 TiN의 필름을 형성하기 위해 NH3와 반응한다. TDEAT는 CVD 챔버로 주입되기 전에 증발되어야 하는 낮은 증기압의 액체이다. 완전한 증발을 수득하기 위해 증발기는 전형적으로 약 120℃의 온도로 올려야 한다. 알루미늄으로 제조된 증발기로 TDEAT는 증발기의 표면으로부터 박편이 되는 잔류물을 형성하는 상기 온도에서 분해되며, 잔류 입자는 처리되는 실리콘 웨이퍼와 혼합되는 CVD 반응챔버로 가스 흐름에 의해 운반되는 것이 밝혀졌다. TDEAT 분해의 기작이 알려지지 않은 반면, 알루미늄면 또는 면에 접착된 어떤 종류가 TDEAT 분자의 열 분해를 촉진시키기 위해 작동하는 것으로 간주되고 있다.
상기 문제는 폴리테트라플루오로에틸렌(TEFLON)으로 증발기의 내부면을 코팅하여 많이 극복되어왔다. 한 실시예에서, 증발기의 내부면은 0.001 인치의 두꺼운 접착층의 폴리이미드로 코팅되며, 다음으로 프로필 비닐 에테르와 테트라플루오로에틸렌(퍼플루오로알콕시 또는 PFA)의 코폴리머로 구성된 0.005 인치의 두꺼운 층으로 코팅된다. 두 층 모두 도 3에 나타낸 증기구(108)의 내부면뿐만 아니라 측벽(304, 306), 덮개(106)의 바닥면, 바닥(320) 및 배출구 튜브(308)의 내외면을 포함하는 증발 챔버(302)의 모든 내부면상에 종래의 기술을 사용하여 증착된다.
TEFLON 코팅을 첨가한 결과로서, 극적으로 감소된 증발기의 내벽상의 TDEAT 분해 속도와 실리콘 웨이퍼상의 미립자 혼합 수준은 100 이상의 요소에 의해 감소된다. 비활성 화학성질때문에 TEFLON은 알루미늄과 스테인레스 스틸과 반대로 TDEAT의 열분해를 촉진하지 않는다고 간주되고 있다. 그리고 분해 생성물이 증발기의 내부면상에서 형성되기까지 고체는 가스흐름으로 운반되는 입자라기보다 접착 필름의 형태를 취한다. 그래서, 고체 분해 생성물은 CVD 반응 챔버로 운반되지 않는다. TDEAT 분해 속도의 선명한 감소의 결과로 증발기의 내부면 온도는 120-145℃의 온도범위로 올라갈 수 있다. 상기 온도 범위에서 결과적으로 선구물질 액체의 증발 속도와 선구물질 가스의 생성 속도는 만족스럽다. TEFLON 코팅없이 알루미늄 또는 스테인레스 스틸 증발기는 약 90℃를 초과하는 온도에서 입자 분해 생성물을 생산하는 반면, 선구물질 액체의 증발 속도는 실제적으로 90℃ 이하의 온도에서 존재하지 않는다.
입자 혼합물내의 감소는 또한 TEFLON 코팅을 위해 질화티탄의 코팅을 대체하여 수득될 수 있다고 간주되고 있다.
도 7을 참조하면, 화학기상증착 시스템(700)의 블록 선도가 도시되어 있다. 액체 선구물질원(702)과 운반가스원(704)은 사이클론 증발기(100)과 결합되어 나타나 있다. 사이클론 증발기(100)는 CVD 반응기 조립체(706)와 결합되어 있다. 액체 선구물질 배기 시스템(708)은 액체 선구물질을 액체 선구물질원(702)으로부터 사이클론 증발기(100)로 수송하며, 바람직하게 스테인레스 스틸 배관으로 제조된다. 가스 선구물질 배기 시스템(712)은 가스 선구물질을 사이클론 증발기(100)로부터 CVD 반응기 조립체(706)로 수송하며, 바람직하게 스테인레스 스틸 배관으로 제조된다. 액체 선구물질 배기 시스템(708), 운반가스 배기 시스템(710) 및 가스 선구물질 배기 시스템(712)의 끝의 화살표는 유동액 흐름의 방향을 지시한다. CVD 반응기 조립체(706)는 예를 들면, 열 CVD 반응기 조립체 또는 유장 강화 CVD 반응기 조립체와 같이 적당한 CVD 반응기 조립체이다. 액체 선구물질원(702)은 압력이 유지된 병 또는 액체 선구물질을 함유하는 다른 적당한 액체 선구물질원이다. 운반가스원(704)은 압력이 유지된 병 또는 운반가스를 함유하는 다른 적당한 운반가스원이다. CVD 반응기 조립체(706)는 이용된 가스 선구물질 또는 특정한 가스 선구물질을 공급하는 것을 조절하는 작동 파라미터를 가진 특정한 CVD 반응기 조립체라는 설명을 읽은 후에 당 분야에 보통의 기술을 가진 사람들에게 인지될 것이다.
상기 실시예를 변형시키는 것은 가능하다는 것이 이해되고 있다. 예를 들면, 덮개(106)와 증발기 몸체(102)는 삽입될 수 있으며, 가열기(124)는 싱글 삽입 사이클론 증발기를 형성하기 위해 증발기 몸체(102)로부터 분리될 수 있다. 그리고 액체 선구물질 채널(404)과 운반가스 채널(104)의 다른 각 및 위치 방향은 액체 선구물질을 측벽(304)에 수직으로 주입하는 액체 선구물질 채널(404)을 방향잡는 것과 같이 할 수 있다. 부가적으로 액체 선구물질 튜브(406)는 90℃와 같이 45℃보다 다른 각에서 튜여 단부가 절단되어 변형될 수 있다. 그리고 액체 선구물질 튜브(406)는 운반가스 흐름 또는 역으로 또는 증발기 몸체(102)로 연장되는 다른 위치에 위치할 수 있다. 또한 채널은 축적된 액체 선구물질을 배출하기 위해 증발기 몸체(102)를 통해 바닥면(320)으로 공급될 수 있다. 부가적으로 만곡된 측벽(304, 306)과 같은 다른 구조는 증발 챔버(302)내의 운반가스 흐름 방향을 신속히 바꾸는 것을 도우는데 사용될 수 있다. 예를 들면, 측벽(304)은 다수의 많은 면을 가진 면 또는 많은 면을 가지고 각이 진 면으로 구조될 수 있다. 부가적으로 특이한 규모와 위치가 정해지지 않았지만 다양한 규모와 위치는 사이클론 증발기(100)와 같은 사이클론 증발기를 생산하는데 이용된다는 설명을 읽은 후에 당 분야에 보통의 기술을 가진 사람들에게 쉽게 명백해질 것이다. 따라서 여기에 기술하지 않은 다양한 다른 실시예 및 변형 및 개선은 하기의 특허청구범위에 의해 정의된대로 본 발명의 범위와 취지내에 있다.
본 발명은 수량과 상업적으로 실용적인 CVD 공정을 지속시키는 균일한 분자구성을 갖는 충분한 양의 가스 선구물질을 효과적으로 생산하며,
본 발명의 사이클론 증발기는 주입된 운반가스로 액체 선구물질 소적을 증발 챔버로 주입되는 것을 용이하게 한다.

Claims (14)

  1. 증발기 몸체;
    증발기 몸체의 내부 표면상에 형성된 표면 코트는 폴리테트라플루오로에틸렌의 코폴리머, 폴리테트라플루오로에틸렌 및 질화티탄으로 구성된 그룹으로부터 선택된 물질로 구성되고, 증발기 몸체내에 배치된 증발 챔버;
    운반가스 흡입구와 액체 선구물질 흡입구를 가지며, 증발 챔버로 향하는 개구를 갖는 분무기; 및
    증발기 몸체를 통해 증발 챔버로부터 연장되는 증기 배출구로 구성된 것을 특징으로 하는 증발기.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 표면 코트가 프로필 비닐 에테르와 테트라플루오로에틸렌의 코폴리머로 구성된 것을 특징으로 하는 증발기.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 표면 코트가 폴리이미드로 구성된 접착 층으로 구성된 것을 특징으로 하는 증발기.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 챔버가 적어도 벽과 그 벽에 열 결합된 가열소자로 구성된 증발기로 부분적으로 한정되는 것을 특징으로 하는 증발기.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 벽이 챔버의 상부 영역내의 원통형 벽 및 챔버의 저부 영역내의 절단된 원뿔형 벽으로 구성된 것을 특징으로 하는 증발기.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 증발기 몸체가 알루미늄으로 구성된 것을 특징으로 하는 증발기.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 챔버는 적어도 증발면에 의해 부분적으로 한정되고, 증발면은 만곡되어 있으며, 선정된 단면적의 제1 수용 공간을 한정하는 제1 섹션 및 제1 수용 공간의 단면적 이하의 선정된 단면적의 제2 수용 공간을 한정하는 제2 섹션을 갖는 것을 특징으로 하는 증발기.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 증발기가 또한 증발면의 제1 섹션에 일반적으로 접선으로 향한 제1 포트로 구성된 것을 특징으로 하는 증발기.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 증발기가 또한 제2 수용 공간내에 증착된 제2 포트로 구성된 것을 특징으로 하는 증발기.
  10. 제 9 항에 있어서,
    제1 섹션은 제1 직경이며 축 주위에서 만곡되어 있고, 제2 섹션은 제1 직경 이하의 제2 직경이며 축 주위에서 만곡되어 있는 것을 특징으로 하는 증발기.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 제1 섹션이 원통형이며, 제2 섹션은 원뿔형인 것을 특징으로 하는 증발기.
  12. 제 1 항의 증발기, 액체 선구물질원, 운반가스원, 가스 선구물질흡입구를 갖는 화학기상증착 반응기 조립체, 증발기 몸체, 액체 선구물질원과 액체 선구물질 흡입구사이에 결합된 액체 선구물질 배기 시스템, 운반가스원과 운반가스 흡입구사이에 결합된 운반가스 배기 시스템 및 증기 배출구와 가스 선구물질 흡입구사이에 결합된 가스 선구물질 증착 시스템으로 구성된 것을 특징으로 하는 화학기상증착 시스템.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 액체 선구물질원이 테트라디에틸아미노티타늄으로 구성된 것을 특징으로 하는 화학기상증착 시스템.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 운반 가스원이 아르곤 및 질소로 구성된 기로부터 선택된 가스로 구성된 것을 특징으로 하는 화학기상증착 시스템.
KR1019970045898A 1996-09-13 1997-08-29 사이클론 증발기 KR19980024352A (ko)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US71392196A 1996-09-13 1996-09-13
US8/713921 1996-09-13

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR19980024352A true KR19980024352A (ko) 1998-07-06

Family

ID=24868088

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1019970045898A KR19980024352A (ko) 1996-09-13 1997-08-29 사이클론 증발기

Country Status (3)

Country Link
EP (1) EP0832992A1 (ko)
JP (1) JPH10183352A (ko)
KR (1) KR19980024352A (ko)

Families Citing this family (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6136725A (en) * 1998-04-14 2000-10-24 Cvd Systems, Inc. Method for chemical vapor deposition of a material on a substrate
US6296711B1 (en) 1998-04-14 2001-10-02 Cvd Systems, Inc. Film processing system
US6300255B1 (en) * 1999-02-24 2001-10-09 Applied Materials, Inc. Method and apparatus for processing semiconductive wafers
JP2000345345A (ja) * 1999-06-04 2000-12-12 Mitsubishi Electric Corp Ｃｖｄ装置およびｃｖｄ装置用気化装置
FR2800754B1 (fr) * 1999-11-08 2003-05-09 Joint Industrial Processors For Electronics Dispositif evaporateur d'une installation de depot chimique en phase vapeur
EP1211333A3 (en) * 2000-12-01 2003-07-30 Japan Pionics Co., Ltd. Vaporizer for CVD apparatus
DE102011102224A1 (de) * 2011-05-23 2012-11-29 Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. Vorrichtung zur Verdampfung flüssiger Kohlenwasserstoffverbindungen oder von Flüssigkeiten in denen Kohlenwasserstoffverbindungen enthalten sind sowie deren Verwendung
JP2014085320A (ja) * 2012-10-26 2014-05-12 Azbil Corp 粒子濃縮装置及び粒子検出装置

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB2092908A (en) * 1981-02-18 1982-08-25 Nat Res Dev Method and apparatus for delivering a controlled flow rate of reactant to a vapour deposition process
US4734109A (en) * 1982-01-04 1988-03-29 Cox James P Effluent treatment apparatus and method of operating same
EP0504420B1 (en) * 1990-10-05 1997-07-23 Fujitsu Limited Steam supplier
IT1253325B (it) * 1991-07-04 1995-07-24 Procedimento industriale per l'applicazione di una pellicola di p.t.f. e. su superfici di alluminio
JPH06291040A (ja) * 1992-03-03 1994-10-18 Rintetsuku:Kk 液体気化供給方法と液体気化供給器
US5246881A (en) * 1993-04-14 1993-09-21 Micron Semiconductor, Inc. Low-pressure chemical vapor deposition process for depositing high-density, highly-conformal, titanium nitride films of low bulk resistivity

Also Published As

Publication number Publication date
JPH10183352A (ja) 1998-07-14
EP0832992A1 (en) 1998-04-01

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US5901271A (en) Process of evaporating a liquid in a cyclone evaporator
US6402126B2 (en) Method and apparatus for vaporizing liquid precursors and system for using same
US6821341B2 (en) Precursor for use in preparing layers on substrates
US10844486B2 (en) Semiconductor processing reactor and components thereof
US5835677A (en) Liquid vaporizer system and method
US5835678A (en) Liquid vaporizer system and method
US6132515A (en) Liquid precursor delivery system
US20030116091A1 (en) Chemical vapor deposition vaporizer
JP3529731B2 (ja) 蒸気搬送システム
CN101426953B (zh) 用于化学气相沉积的装置和方法
EP0548926B1 (en) Apparatus for forming a thin film and process for forming a thin film by means of the apparatus
CN102348832B (zh) 用于稳定前驱物供应的气泡供应系统
US6179277B1 (en) Liquid vaporizer systems and methods for their use
WO2003079422A1 (fr) Vaporisateur, differents dispositifs dans lesquels il intervient, et procede de vaporisation
JPH06291040A (ja) 液体気化供給方法と液体気化供給器
JP2001335940A (ja) 基板処理システムにおける材料蒸着方法及び装置
WO2005078781A1 (ja) 成膜装置
WO2002058141A1 (fr) Carburateur, dispositifs de divers types utilisant ce carburateur et procede de vaporisation
KR19980024352A (ko) 사이클론 증발기
Vahlas et al. Liquid and solid precursor delivery systems in gas phase processes
WO2003100840A1 (fr) Evaporateur, differents appareils l'incorporant et procede de vaporisation
TW202146701A (zh) 氣相沉積系統、在基材上形成氮化釩層之方法、直接液體注入系統
US6758591B1 (en) Mixing of materials in an integrated circuit manufacturing equipment
JP2005026599A (ja) 液体気化供給器及びこれを用いた液体気化供給装置
JPH038330A (ja) 液状半導体形成材料気化供給装置

Legal Events

Date Code Title Description
WITN Application deemed withdrawn, e.g. because no request for examination was filed or no examination fee was paid