KR20050096979A - 기화기 및 원료용액의 기화방법과 기화기의 세정방법 - Google Patents

기화기 및 원료용액의 기화방법과 기화기의 세정방법 Download PDF

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KR20050096979A
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료이치 사카이
마사후미 쇼지
가즈야 아쿠토
켄 나가오카
히로시 와타누키
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가부시키가이샤 와콤 덴소
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Abstract

기화기의 분출구 근방 주위에 박막원료가 부착하는 현상을 배제한 MOCVD용 기화기를 얻는다. 캐리어가스+소량산화가스 공급부(11)가 내부에 형성된 가스통로를 통하여 공급되는 원료용액을 포함하는 캐리어가스를 기화부로 공급하고, 기포방지+원료용액 공급부(12)가 원료용액을 포함하는 캐리어가스의 기포 발생을 방지하는 원료 및 그 원료용액을 캐리어가스로 공급하며, 용매의 기화억제 냉각시스템(13)이 용매의 기화를 억제하고, 와류방지용 가스공급부(14)가 기화부의 가스출구 근방에 있어서 와류가 발생하는 것을 방지하기 위한 가스를 공급한다. 미세 분무화부(15)는 기화기(20)로부터 분출되는 원료용액을 포함하는 캐리어가스를 미세한 분무상태로 형성하고, 완전기화용 고성능 기화관(16)은 기화기(20)로부터 분출되는 원료용액을 포함하는 캐리어가스를 완전히 기화한다. 이에 따르면, 폐색 등을 일으키지 않고 장기간 사용할 수 있으며, 반응부로의 안정적인 원료공급이 가능해진다.

Description

기화기 및 원료용액의 기화방법과 기화기의 세정방법{CARBURETOR, METHOD OF VAPORIZING MATERIAL SOLUTION, AND METHOD OF WASHING CARBURETOR}
본 발명은 DRAM의 개발 등에 있어서, 웨이퍼 제조를 위한 기화기 및 원료용액의 기화방법으로서 적용되는 것으로, 보다 상세하게는 MOCVD(유기금속 기상성장)용 기화기 및 원료용액의 기화방법에 관한 것이다.
본 발명이 해당하는 기화기 및 MOCVD용 원료용액의 기화방법은, 일반적으로 SrBi2TaO9 강유전체 박막형성이 실용적이면서 장래성 있는 MOCVD(유기금속 기상성장)법으로 이루어지고 있다.
하나의 메모리인 DRAM 개발에 있어서, 미세화에 따른 기억 커패시턴스(capacitance)가 문제시되고 있다. 소프트 에러 등의 면에서 전세대와 동일한 정도의 커패시턴스가 요구되기 때문에, 무언가 대책이 필요하다. 그 대책으로서 1M까지의 셀 구조에서는 플레너(planar) 구조였던 것을, 4M부터는 스택(stack) 구조·트렌치(trench) 구조라는 입체구조를 도입하여, 커패시터 면적의 증가를 꾀하고 있다. 또한, 유전막도 기판 Si의 열산화막으로부터, 폴리 Si상에 열산화막과 CVD질화막을 적층하는 막(이 적층된 막을 일반적으로 ON막이라고 한다)이 채용되었다. 16M DRAM에서는 용량에 기여하는 면적을 더욱 늘리기 위하여, 스택형에서는 측면을 이용하는 후막형이나 플레이트의 뒷면도 이용하는 핀형 등이 도입되었다.
하지만, 이와 같은 입체구조에서는 프로세스 복잡화에 따른 공정수의 증가 및 단차 증대에 따른 수율의 저하가 문제되어, 256M비트 이후에서는 실현하기 어렵다고 여겨지고 있다. 그 때문에 현재의 DRAM 구조를 바꾸지 않으면서 집적도를 더욱 증가시키기 위한 하나의 방법으로서, 커패시턴스의 유전체를 유전율이 높은 강유전체로 전환해가는 방법이 고안되었다. 그리고, 유전율이 높은 유전체 박막으로서 Ta2O5, Y2O3, HfO2 등의 고유전율 단금속 상유전체(單金屬常誘電體) 산화물의 박막이 먼저 주목을 받았다. 각각의 비유전율은 Ta2O5가 28, Y2O3가 16, HfO2가 24정도이며, SiO2의 4~7배이다.
하지만, 256M DRAM 이후에도 적용하기 위해서는 입체 커패시터 구조가 필요하다. 이 산화물들보다 더욱 높은 비유전율을 가지며, DRAM에 대한 적용이 기대되는 재료로서, (BaxSr1-x)TiO3, Pb(ZryTi1-y)O3, (PbaL1-a)(ZrbTi1-b)O3 의 세 종류가 유력시되고 있다. 또한, 초전도 재료와 매우 유사한 결정구조를 가지는 Bi계 층형상 강유전체 재료도 유망하며, 특히 Yl재라고 불리는 SrBi2TaO9가 저전압 구동과 피로 특성에 뛰어나다는 점에서 근래 크게 주목을 받고 있다.
일반적으로 SrBi2TaO9 강유전체 박막은 실용적이면서 장래성이 있는 MOCVD(유기금속 기상성장)법으로 형성되고 있다.
이와 같은 기화기 및 MOCVD용 원료용액의 기화방법에 있어서, 강유전체 박막의 원료는 예를 들어, 유기금속착체 Sr(DPM)2, Bi(C6H5)3 및 Ta(OC2H5)5이며, 각각 THF(테트라히드로프란) 용제에 녹여 용액으로서 사용되고 있다. 한편, DPM은 디피발로일메탄(dipivaloylmethane)의 약자이다.
MOCVD법에 사용하는 장치는, SrBi2TaO9 박막원료를 기상반응 및 표면반응시켜 막형성시키는 반응부, SrBi2TaO9 박막원료 및 산화제를 반응부로 공급하는 공급부, 반응부에서의 생성물을 채취하는 회수부로 구성된다. 그리고, 공급부에는 박막원료를 기화시키기 위한 기화기가 설치되어 있다.
도 7은 종래의 MOCVD용 기화기 시스템의 구성예를 나타내는 개념도이다. 종래의 기화기에 관한 기술예로서 도 7에 나타내는 것이 알려져 있으며, 일반적인 MOCVD 장치의 구성예의 개요를 나타내고 있다. 도 7에 있어서, 도면 아랫쪽의 히터 위에 표면처리를 하는 목적체인 웨이퍼가 서셉터(Susceptor)를 통하여 탑재되어 있다. 이 웨이퍼에 대한 처리가스 공급부가 윗쪽에 구성되어 있다.
윗쪽의 처리가스 공급부로부터는 O2, Ar 등의 가스(메인 캐리어가스/서브 캐리어가스)가 공급되며, 또한 진공시스템에 접속된 기화시스템에서, 강유전체 박막의 원료가 되는 유기금속착체 Sr(DPM)2, Bi(C6H5)3 및 Ta(OC2H5)5가 기화시스템(Flash vaporization system)으로 기화된다. 이 기화된 가스에 의해 히터부를 거쳐 노즐을 통하여 서셉터 위에 탑재되어 있는 웨이퍼의 표면처리가 실행된다.
하지만, 상기의 종래기술에서는 공급부인 기화기의 분출구 근방 주위에 박막원료가 부착하는 현상이 발생한다. 고형화된 박막원료인 부착물은 시간이 지남에 따라 성장한다. 이 고형화된 박막원료는 가스의 도입구(기화기의 분출구)를 막는 등의 여러가지 장해를 일으켜, MOCVD용 기화기의 장기 사용에 장해가 되고 있다.
이 장해물을 제거하기 위하여, 종래에는 개방하여 부품을 빼내고 부품을 세정하거나 교체하였다. 이 작업에는 많은 시간이 필요하며, 기화기의 가동효율을 떨어뜨려 MOCVD의 퇴적 프로세스를 악화시킨다.
또한, MOCVD에서 균일성이 뛰어난 막을 얻기 위해서는, 원료용액이 균일하게 분산된 기화가스를 얻어야 한다. 하지만, 상기 종래기술에서는 반듯이 이러한 요청에 따를 수는 없었다.
본 발명은 기화기의 분출구 근방 주위에 박막원료가 부착하는 현상을 배제하여 장기간 사용을 가능하게 하고, 반응부에 대한 안정적인 원료공급이 가능한 기화기를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명은 원료용액이 균일하게 분산된 기화가스를 얻을 수 있는 원료용액의 기화방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
도 1은 실시예 1에 따른 MOCVD용 기화기의 구성의 요점부를 나타내는 단면도이다.
도 2는 박막원료가 부착하는 현상의 발생을 억제하는 동작원리를 설명하기 위한 개념도이다.
도 3은 실시예 2에 따른 기화기의 분출구 근방 주위에 부착한 박막원료를 효율적으로 제거하는 부착물 제거장치의 실시예를 나타내고 있다.
도 4는 도 3의 3개의 세정제 공급로의 구성예를 설명하기 위한 개념도이다.
도 5는 실시예 3에 따른 MOCVD용 기화기용 세정장치의 실시예의 요부를 나타내는 단면도이다.
도 6은 실시예 2 및 실시예 3에 적용되는 기화관의 실시예를 나타내는 도면이다.
도 7은 종래의 MOCVD용 기화기의 시스템 구성예를 나타내는 개념도이다.
(부호의 설명)
11: 캐리어가스+소량산화가스 공급부 12: 기포방지+원료용액 공급부
13: 용매의 기화억제 냉각시스템 14: 와류방지용 가스공급부
15: 미세분무화부 16: 완전기화용 고성능 기화관
20,30: 기화기 31: 세정제 공급로
32: 공냉 파이프
41: 가스분출 미세구멍(샘플 캐리어 노즐)
42: 워셔 노즐 43: 공기(air)
44: 진공배기 45: 배기 트랩
46: 용매탱크
본 발명의 기화기는 가스통로를 통하여 공급되는 막형성 원료를 도입구로부터 기화부로 도입하고, 상기 기화부에서 상기 원료용액을 기화시키는 기화기로서,
상기 도입구를 향하여 세정액을 분출시키기 위한 세정수단을 설치한 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 기화기는 MOCVD(유기금속 기상성장)용 기화기이고, 세정액은 원료용액 중에 포함되는 유기금속의 용매를 포함하며, 세정제 공급로는 기화부의 가스분출 선단부 외주를 둘러싸고 복수개 설치되고, 이 복수의 세정제 공급로는 기화부의 가스분출 선단부의 중심에 대하여 소정의 각도를 가지고 설정되어, 상기 복수의 세정제 공급로로부터 분출되는 세정액을 기화부의 가스분출 선단부에 대하여 소용돌이 상태로 분출할 수 있게 하면 좋다.
또한, 상기 소정의 각도를 가스분출 선단부의 중심선에 대하여 1°에서 15°의 범위내로 하고, 복수의 세정제 공급로 근방의 주위에 공냉 파이프를 더 설치하여 세정제를 냉각함으로써, 세정에 앞서 용제가 세정전에 기체로 되는 것을 방지하면 좋다.
한편, 상기 세정제 공급로를 가스분출 선단부의 바로 아래 위치에 배치하여 구성하고, 세정제 공급로의 선단부를 워셔 노즐로서 구성하며, 워셔 노즐의 선단부로부터 용매를 포함한 세정액을 분출하여, 상기 분출된 세정제에 의해 기화부의 가스분출 선단부의 바깥둘레에 부착한 박막원료의 부착경화물을 보다 효과적으로 제거하도록 하여도 좋다.
청구항 11에 기재된 발명의 기화기는, 내부에 형성된 가스 통로를 통하여 공급되는 원료용액을 포함하는 캐리어가스를 기화하는 기화부를 가지는 기화기로서, 기화부로 캐리어가스를 공급하는 제 1 공급부와, 원료용액을 캐리어가스에 공급하는 제 2 공급부와, 기화부의 가스출구 근방에서 상기 가스출구로부터 방출되는 캐리어가스에 작용시키는 가스를 공급하는 제 3 공급부를 가지고 구성한 것을 특징으로 하고 있다.
상기 작용이란, 캐리어가스의 기화부의 가스출구 근방에서의 와류(渦流) 발생을 방지하는 보조작용이며, 와류의 발생방지책은 가스출구 근방에서의 아랫쪽으로의 가스분사이고, 와류 발생방지책을 위한 가스분사는 초고속 가스류로 하면 좋다.
또한, 기화기를 MOCVD(유기금속 기상성장)용 기화기로 하고, 원료용액의 기화를 억제하기 위한 냉각시스템부를 더욱 가지며, 기화기로부터 분출되는 원료용액을 포함하는 캐리어가스를 완전히 기화하기 위하여, 고성능의 작용영역을 형성하는 완전기화용 고성능 기화관을 더 가지면 좋다.
본 발명의 원료용액의 기화방법은, 내부에 형성된 가스통로를 통하여 공급되는 원료용액을 포함하는 캐리어가스를 기화부에서 기화하는 원료용액의 기화방법으로서, 기화부로 가스를 공급하는 기화부가스 공급공정과, 원료용액을 포함하는 캐리어가스의 기포 발생을 방지하는 원료 및 원료용액을 캐리어가스에 공급하는 캐리어가스 공급공정과, 냉각에 의해 용매의 기화를 억제하는 냉각공정과, 기화부의 가스출구 근방에 있어서, 와류 발생을 방지하기 위한 가스를 공급하는 와류방지가스 공급공정을 가지고 구성한 것을 특징으로 하고 있다.
한편, 상기의 와류방지가스 공급공정에서의 가스공급은, 기화부의 가스출구 근방에서의 아랫쪽으로의 초고속 가스류로, 기화부로부터 분출되는 원료용액을 포함하는 캐리어가스를 미세한 분무상태로 형성하는 것을 목적으로 하며, 미세한 분무상태 형성의 실행성을 높이기 위하여, 아래쪽에서 공급하는 O가스량을 줄이고, 또한 N2가스에 O가스를 더한 진공처리를 하면 좋다.
본 발명에 따른 기화기의 세정방법은, 가스통로를 통하여 공급되는 막형성 용액을 도입구로부터 기화부에 도입하고, 상기 기화부에서 상기 원료용액을 기화시키는 기화기의 세정방법으로서, 상기 도입구를 향하여 세정액을 분출시키는 것을 특징으로 한다.
상기 막형성 원료는, 상기 세정액은, 용매에 용해되어 있는 것을 특징으로 한다. 또한, MOCVD용 막형성 원료는 예를 들어, Ar 등의 캐리어가스 중에 분무화 상태로 포함되어 기액혼합 상태(기액혼합가스 상태)로 기화부에 도입된다. 그 밖에, 막형성 조건에 따라 기액혼합 가스에 예를 들어, 산소가스를 포함시켜도 좋다.
상기 세정액은 상기 막형성 원료를 용해할 수 있는 용매인 것을 특징으로 한다. 용매로서는 예를 들어, 톨루엔, ECH 등이 사용된다. 또한, 여러 종류의 용매를 증기압, 용해도 등을 감안하여 혼합하여 사용하여도 좋다.
상기 세정은 상기 기화부를 감압상태로 하여 행하는 것을 특징으로 한다. 세정시에는 기화부를 대기 개방하여도 좋지만, 다시 감압상태로 되돌리기 위해서는 시간이 필요하기 때문에, 감압상태 그대로 세정하는 것이 바람직하다.
상기 세정액을 30cc/min 이상의 속도로 분출하는 것을 특징으로 한다. 30cc/min 이상으로 공급하면, 세정액은 계속하여 액상을 유지할 수 있다. 즉, 통상 기화부는 온도가 높고 또한 감압상태로 유지되고 있다. 따라서, 세정액을 공급하면 세정액이 기화해버려 세정효과를 잃게 될 우려가 있다. 게다가, 본 발명자는 30cc/min 이상으로 세정액을 공급하면 매우 단시간(10초 이내)에 도입구 내지 그 주변에 퇴적하거나 부착한 퇴적물 내지 부착물이 깨끗하게 제거되는 것을 발견하였다. 반대로, 30cc/min 미만에서는 퇴적물 내지 부착물의 제거에 시간이 걸리고, 또한 잔사가 남게 되는 것을 발견하였다. 그 이유는 명확하지는 않지만, 30cc/min 이상으로 공급하면 끊임없이 액상상태로 세정액이 퇴적물 내지 부착물과 접촉하기 때문이라고 생각된다. 50cc/min 이상이 보다 바람직하다. 단, 100cc/min를 넘으면 효과가 포화되기 때문에, 상한으로서는 100cc/min가 바람직하다.
상기 도입구와 세정액 분출구 사이의 거리를 25mm이하로 하는 것을 특징으로 한다. 40mm 이하인 경우, 세정효과가 현저해진다. 15mm이하가 더욱 바라직하다.
상기 기화부에 세정액의 드레인 게이트를 설치해 두고, 상기 드레인 게이트에 기체 배출기(ejector)를 설치하며, 상기 기체 배출기의 하류에 제해기(除害機)를 접속해 두는 것을 특징으로 한다.
세정하고 나서, 세정후의 세정액을 기화기로부터 배출하지 않으면 기화부 하부에 쌓여 버린다. 또한, 통상 기화기 하류는 막형성 장치를 통해있기 때문에, 세정후의 세정액이 막형성 장치에 흘러들어가 버린다. 그래서, 기화부의 하부에 드레인 게이트를 설치해 두고, 세정후의 세정액을 드레인 게이트로부터 기화부 외부로 배출한다.
이 때, 드레인 게이트에 기체를 통과시키는 배출관을 설치해 둔다. 배출관의 한 쪽으로부터 예를 들어 공기 등의 기체를 도입할 수 있도록 해둔다. 배출관의 다른 쪽은 저해기에 접속해 둔다. 한 쪽의 입구로부터 기체를 흘리면, 드레인 게이트와 배출관의 접속부는 감압상태가 되어, 세정후의 세정액은 드레인 게이트로부터 배출관으로 배출된다. 배출관으로 반출된 세정후의 세정액은 기체의 흐름에 따라 제외기로 보내진다. 이와 같이, 기화부의 감압상태를 깨지 않고 세정후의 세정액을 배출할 수 있다. 그 결과, 감압상태를 파괴하지 않고 세정할 수 있게 된다. 따라서, 물론 기화부를 대기로 되돌려 세정하여도 좋은 것은 말할 것도 없다.
이어서, 첨부도면을 참조하여 본 발명에 따른 기화기 및 원료용액의 기화방법의 실시예를 상세히 설명한다. 도 1 내지 도 6을 참조하면, 본 발명의 기화기 및 원료용액의 기화방법의 일 실시예가 도시되어 있다. 한편, 아래에 나타내는 실시예 1 내지 3은, 종래예에서 문제시되고 있는 기화기의 분출구 근방 주위에 박막원료가 부착하는 현상을 제거하기 위한 기화 통로부의 부분적인 구성장치의 개량에 해당한다.
(실시예 1)
도 1의 단면도는 실시예 1에 따른 MOCVD용 기화기 구성의 요점부를 나타낸다. 도 1에 있어서, 본 실시예 1의 MOCVD용 기화기는 캐리어가스+소량산화가스 공급부(11), 기포방지+원료용액 공급부(12), 용매의 기화억제 냉각시스템(13), 와류방지용 가스공급부(14), 미세분무화부(15), 완전기화용 고성능 기화관(16)의 각각을 가지고 구성된다.
한편, 완전기화용 고성능 기화관(16)은 캐리어가스에 대한 고성능 작용영역을 형성하고, 기화부로부터 분출되는 원료용액을 포함하는 캐리어가스를 완전히 기화하기 위하여 설치되어 있다. 본 완전기화용 고성능 기화관(16)에는 아래의 실시예 4에 나타내는 기화관이 적용되며, 노즐을 통하여 서셉터 상의 웨이퍼로 가스가 공급된다.
캐리어가스+소량산화가스 공급부(11)는 내부에 형성된 가스통로를 통하여 공급되는 원료용액을 포함하는 캐리어가스를 기화부로 공급하는 가스 공급부이다. 기포방지+원료용액 공급부(12)는 원료용액을 포함하는 캐리어가스의 기포 발생을 방지하는 원료 및 그 원료용액을 캐리어가스로 공급하는 공급부이다.
용매의 기화억제 냉각시스템(13)은 용매의 기화를 억제하기 위한 냉각시스템부이다.
와류방지용 가스공급부(14)는 기화부의 가스출구 근방에서 와류의 발생을 방지하기 위한 가스를 공급하는 가스공급부이다.
미세분무화부(15)는 기화기(20)로부터 분출되는 원료용액을 포함하는 캐리어가스를 미세한 분무상태로 형성하는 상태영역이다.
완전기화용 고성능 기화관(16)은 기화기(20)로부터 분출되는 원료용액을 포함하는 캐리어가스를 완전히 기화하는 고성능 작용영역 파이프이다.
상기 구성의 실시예 1에 따른 MOCVD용 기화기에서는, 와류가 발생하여 분출구 근방의 주위에 박막원료가 부착하는 현상을 억제하는 와류방지용 가스공급부(14)를 구성한다. 본 와류방지용 가스공급부(14)에 의해, 새롭게 분출구 근방의 주위에 초고속 가스류에 의한 미세분무화부(15)가 형성된다. 한편, 새롭게 형성된 초고속 가스류에 의한 미세분무화부(15)는 개념적인 기화류부(氣化流部)로, 종래 문제시되었던 공급부인 기화부(20)의 분출구 근방 주위에 박막원료가 부착하는 현상을 억제하는 작용을 한다.
보다 실행성을 높이기 위한 구체적인 대책으로서, 와류방지용 가스공급부(14)의 와류의 가스유량을 늘린다. 이를 위하여 예를 들어, 진공상태로 하기 위하여 아랫쪽에서부터 공급하는 산소가스(O2가스)량을 줄인다. 그대신, Ar가스 혹은 N2가스 등의 캐리어가스에 O2가스를 더한다.
도 2는 상기 박막원료가 부착하는 현상의 발생억제 작동원리를 설명하기 위한 개념도이다. 도 2에 있어서, 와류방지용 가스공급부(14)로부터 공급되는 가스가, 기화기(20)의 가스분출 미세구멍 주위에서 방사형 흐름을 형성하여 와류의 발생을 방지한다. 또한, 도 2에서 기화기(20)의 선단부에 기재한 화살표(21)에 의해 가스의 방사형 흐름의 형성형태를 개념적으로 나타내었다. 가스의 방사형 흐름은 기화기(20) 중앙부의 가스분출 미세구멍이 산모양으로 돌출하여 있고, 이 기화기(20) 주위로부터 가스가 방출되어 형성된다. 이와 같이 형성된 방사형 흐름에 의해, 박막원료인 부착물이 가스분출 미세구멍의 주위에 체류하는 것을 방지하여, 가스분출 미세구멍의 주위에 부착물이 발생하는 것을 효율적으로 방지한다.
상기 실시예 1에 있어서, 용매의 기화억제 냉각시스템(13)의 실시에 수반되는 가스분출 미세구멍 위치에 대하여 윗쪽으로부터의 공냉실시시의 웨이퍼 처리실험에 있어서, 약 100장의 웨이퍼 처리후에 분출구의 폐색(clogging)이 발생하였다. 이 데이터는 3-4일의 처리공정에 해당하며, 종래기술에서의 처리에 대하여 분출구 폐색의 발생시간이 수배 장기화되었다.
(실시예 2)
도 3 및 도 4는 기화기 분출구 근방의 주위에 부착한 박막원료를 효율적으로 제거하는 부착물 제거장치의 실시예를 나타내고 있다. 한편, 도 4는 도 3의 3개의 세정제 공급로의 구성예를 설명하기 위한 개념도이다.
본 실시예 2는 기화기의 분출구 근방의 주위에 박막원료 부착현상이 발생한 경우, 효율적으로 제거하기 위한 것이다. 또한, 본 실시예 2는 실시예 1과 병용함으로써, 상기 실시예 1에서 개선된 분출구 폐색의 발생을, 더욱 개선할 수 있다.
본 실시예 2를 나타내는 도 3 및 도 4에 있어서, 본 실시예 2에 해당하는 MOCVD용 기화기에는, 기화기(30)의 가스분출 미세구멍의 선단부로 세정제를 공급하기 위하여 3개의 세정제 공급로(31a,31b,31c)가 설치되어 있다. 또한, 3개의 세정제 공급로(31a,31b,31c) 근방 주위에는, 또한 냉각 파이프(32)가 설치되어 있다.
상기 구성의 실시예 2에 따른 MOCVD용 기화기에서는, 새롭게 세정제 공급로(31) 및 냉각 파이프(32)를 설치함으로써, 냉각제를 냉각하여 세정에 앞서 용제가 세정전에 기체가 되지 못하도록 하고 있다. 이러한 대책에 의해, 기화기(30)의 가스분출 미세구멍 선단부의 주위에 발생하기 쉬운 박막원료 부착현상과, 박막원료의 고형화 현상의 방지를 도모하고 있다.
상기 실시예에 있어서, 세정은 여러곳에서 비스듬하게 세정하는 것이 보다 효과적이다. 예를 들어, 보다 구체적으로는 노즐을 3개로 하여 각 노즐로부터 분출되는 세정제의 작용을 효율화한다.
또한, 세정제의 공급에는, 예를 들어, 공기를 불어넣는 에어 배출기를 사용한다. 이에 의해, 피처리대상의 실내를 대기로 되돌리지 않고 세정할 수 있게 된다. 단, 대기로 돌아가 세정할 수도 있다.
세정제로서 적용하는 유제(流劑)로서는 예를 들어, 톨루엔/10초, 헥틸시클로헥산/1.5초를 공급한다. 또한, 감압하에서 세정하기 위해서는, 충분한 용제를 넣어주면 좋다. 예를 들어, 공급량을 30cc/분으로 한다.
(실시예 3)
도 5는 세정장치의 실시예를 나타내는 도면으로, 기화기의 분출구 근방의 주위에 부착한 박막원료를 효율적으로 제거하는 부착물 제거장치의 실시예를 나타내고 있다. 본 실시예 3은 상기 실시예 2와 마찬가지의 목적을 가지며, 기화기의 분출구 근방의 주위에 박막원료의 부착현상이 발생한 경우에 효율적으로 제거하기 위한 것이다. 한편, 본 실시예 3은 상기 실시예 1에서 개선된 분출구 폐색의 발생을 더욱 효율적으로 개선하기 위한 것이다.
본 실시예 3을 나타내는 도 5에 있어서, 본 실시예 3에 해당하는 MOCVD용 기화기에는, 기화기의 가스분출 미세구멍(샘플 캐리어 노즐)(41)의 선단부로 세정제를 공급하기 위하여, 가스분출 미세구멍 선단부의 바로 아랫쪽에 워셔 노즐(42)을 배치하고 있다. 본 실시예 3을 나타내는 도 5에서는, 가스분출 미세구멍(41)의 선단부와 워셔 노즐(42)의 선단부와의 간격 거리를 "h"로 나타내고 있다.
상기 구성의 실시예 3에 따른 MOCVD용 기화기에서는 새롭게 워셔 노즐(42)을 설치함으로써, 기화기의 노즐분출 미세구멍 선단부의 주위에 발생하기 쉬운 박막원료에 의한 부착물을 쉽게 제거할 수 있도록 하고 있다.
상기 실시예에서, 용매 탱크(46)로부터 용매를 포함한 세정액을 워셔 노즐(42)의 선단으로부터 분출하고, 샘플 캐리어 노즐(41)의 선단부로 세정제를 분출시킨다. 이 분출된 세정제에 의해, 샘플 캐리어 노즐(41)의 선단부에 부착한 박막원료의 부착경화물을 보다 효과적으로 제거한다.
상기 세정시에, 샘플 캐리어 노즐(41)을 수용하는 챔버내를 감압하여, 워셔 노즐(42)로부터 분출한 세정제를 효율적으로 분출시킬 필요가 있다. 본 목적을 위하여, 에어 배출기를 사용하여 공기(43)를 불어넣고, 흡인효과를 사용하여 진공배기(44)를 행한다. 흡인된 배기는 배기 트랩(45)을 통하여 배기된다.
상기 세정에서의 정수예로서 예를 들어, 간격거리 h=15로 하고, 용매탱크(46)의 압력을 0.1MPa, 유량을 50cc/min, 샘플 캐리어 노즐(41)의 노즐 직경을 0.3φ로 하고, 톨루엔을 용매로 한 경우의 실험결과로서, 5초 이하에 오염제거가 이루어졌다. 한편, 샘플 캐리어 노즐(41)로부터 분출되는 용매의 증기압은 5~100Torr가 바람직하고, 10~50Torr가 가장 적절하다.
(실시예 4)
도 6은 상기 실시예 2 및 3에 적용되는 기화관의 실시예를 나타내는 도면이다. 상기 실시예 2 및 3에서는 기화기의 분출구 근방의 주위에 부착한 박막원료를 효율적으로 제거하는 부착물 제거장치의 구성예를 나타내고 있다. 이 실시예 2 및 3의 실시에서는 제거된 부착물을 피처리대상인 웨이퍼에 장해를 주지 않고 배제할 필요가 있다. 본 목적을 위해 기화관을 바로 아랫쪽의 통로(A) 외에, 곁방향으로의 통로(B)를 설치하고 있다. 이 곁방향으로의 통로(B)를 통하여 웨이퍼에 대한 처리가스를 공급한다. 이에 의해 웨이퍼 처리 챔버내로부터의 장해물의 배제를 용이하게 할 수 있다.
한편, 상술한 실시예는 본 발명의 바람직한 실시예의 일례이다. 단, 이에 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 요지를 이탈하지 않는 범위내에서 여러가지로 변형 실시가 가능하다.
이상의 설명으로부터 분명하듯이, 본 발명의 기화기 및 원료용액의 기화방법은, 기화부로 캐리어가스를 공급하고, 원료용액을 캐리어가스에 공급하며, 기화부의 가스분출 선단부의 바깥둘레로 세정액을 분출시키는 세정제 공급로를 가지고 있다. 본 구성에 의해 기화부의 가스분출 선단부에 부착한 박막원료의 부착경화물을 보다 효과적으로 제거할 수 있게 된다.
또한, 상기 기화기를 MOCVD(유기금속 기상성장)에 적용하는 것이 유효하게 되어, 유기금속의 용매를 세정액에 포함시킴으로써 세정효과를 높일 수 있다. 또한, 세정제 공급로를 기화부의 가스분출 선단부 바깥둘레를 둘러싸게 복수개 설치하고, 또한 가스분출 선단부의 중심에 대하여 소정의 각도를 가지게 설정하며, 복수의 세정제 공급로로부터 분출되는 세정액을 소용돌이 상태로 분출하면, 세정효과를 보다 높일 수 있게 된다. 또한, 상기 중심선에 대한 각도를 조정하거나 또는 세정제를 냉각함으로써 세정효과를 더욱 높일 수 있다.
또한, 기화부의 가스출구 근방에서 상기 가스출구로부터 방출되는 캐리어가스에 작용시키는 가스를 공급함으로써, 기화부의 가스분출 선단부에 박막원료가 부착하는 것을 억제할 수 있게 된다. 본 작용은 예를 들어, 기화부의 가스출구 근방에서의 와류 발생을 방지하는 보조작용이며, 가스출구 근방에서의 아랫쪽으로의 가스분사에 의해 이루어지며, 초고속 가스류로 하면 효과를 높일 수 있다.

Claims (27)

  1. 가스통로를 통하여 공급되는 막형성 원료를 도입구로부터 기화부로 도입하고, 상기 기화부에서 상기 원료용액을 기화시키는 기화기로서,
    상기 도입구를 향하여 세정액을 분출시키기 위한 세정수단을 설치한 것을 특징으로 하는 기화기.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 기화기는 MOCVD(유기금속 기상성장)용 기화기인 것을 특징으로 하는 기화기.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 세정액은 상기 막형성 원료를 용해하기 위한 용매인 것을 특징으로 하는 기화기.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 세정수단은 상기 도입구의 선단부 바깥둘레를 둘러싸고 복수개 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 기화기.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 복수의 세정수단은 상기 도입구의 중심에 대하여 소정의 각도를 가지고 설정되며, 상기 복수의 세정수단으로부터 분출되는 세정액을 상기 기화부의 가스분출 선단부에 대하여 소용돌이 상태로 분출가능하게 한 것을 특징으로 하는 기화기.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 소정의 각도는 상기 가스분출 선단부의 중심선에 대하여 1°~15°의 범위내인 것을 특징으로 하는 기화기.
  7. 제 4 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 복수의 세정제 공급로 근방의 주위에 공냉 파이프를 더 설치하여 상기 세정제를 냉각함으로써, 세정에 앞서 용제가 세정전에 기체가 되는 것을 방지한 것을 특징으로 하는 기화기.
  8. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 세정제 공급로를 상기 가스분출 선단부의 바로 아래에 배치하여 구성한 것을 특징으로 하는 기화기.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 세정제 공급로의 선단부를 워셔 노즐로서 구성한 것을 특징으로 하는 기화기.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 워셔 노즐의 선단으로부터 용매를 포함한 세정액을 분출시키고, 상기 분출된 세정제에 의해 상기 기화부의 가스분출 선단부의 바깥둘레에 부착한 박막원료의 부착경화물을 보다 효과적으로 제거하기 위한 것을 특징으로 하는 기화기.
  11. 내부에 형성된 가스통로를 통하여 공급되는 원료용액을 포함하는 캐리어가스를 기화하는 기화부를 가지는 기화기로서,
    상기 기화부로 상기 캐리어가스를 공급하는 제 1 공급부와,
    상기 원료용액을 상기 캐리어가스로 공급하는 제 2 공급부와,
    상기 기화부의 가스출구 근방에 있어서, 상기 가스출구로부터 방출되는 상기 캐리어가스에 작용시키는 가스를 공급하는 제 3 공급부를 가지고 구성한 것을 특징으로 하는 기화기.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 작용이란 상기 캐리어가스의 상기 기화부의 가스출구 근방에서의 와류의 발생을 방지하는 보조작용인 것을 특징으로 하는 기화기.
  13. 제 11 항 또는 제 12 항에 있어서,
    상기 와류의 발생방지책은 상기 가스출구의 근방에서의 아랫쪽으로의 가스분사인 것을 특징으로 하는 기화기.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 와류의 발생방지책을 위한 상기 가스분사는 초고속 가스류인 것을 특징으로 하는 기화기.
  15. 제 11 항 내지 제 14 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 기화기를 MOCVD(유기금속 기상성장)용 기화기로 한 것을 특징으로 하는 기화기.
  16. 제 11 내지 제 15 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 원료용액의 기화를 억제하기 위한 냉각시스템부를 더욱 가지는 것을 특징으로 하는 기화기.
  17. 제 1 항 또는 제 11 항에 있어서,
    상기 기화부로부터 분출되는 상기 원료용액을 포함하는 캐리어가스를 완전히 기화하기 위하여, 고성능의 작용영역을 형성하는 완전기화용 고성능 기화관을 더 가진 것을 특징으로 하는 기화기.
  18. 내부에 형성된 가스통로를 통하여 공급되는 원료용액을 포함하는 캐리어가스를 기화부에서 기화하는 원료용액의 기화방법으로서,
    상기 기화부로 가스를 공급하는 기화부가스 공급공정과,
    상기 원료용액을 포함하는 캐리어가스의 기포 발생을 방지하는 원료 및 원료용액을 상기 캐리어가스로 공급하는 캐리어가스 공급공정과,
    냉각에 의해 용매의 기화를 억제하는 냉각공정과,
    상기 기화부의 가스출구 근방에서 와류의 발생을 방지하기 위한 가스를 공급하는 와류방지가스 공급공정을 구비하고 구성한 것을 특징으로 하는 원료용액의 기화방법.
  19. 제 18 항에 있어서,
    상기 와류방지가스 공급공정에서의 상기 가스공급은 상기 기화부의 가스출구 근방에서의 아랫쪽으로의 초고속 가스류로서, 상기 기화부로부터 분출되는 상기 원료용액을 포함하는 캐리어가스를 미세한 분무상태로 형성하는 것을 목적으로 한 것을 특징으로 하는 원료용액의 기화방법.
  20. 제 19 항에 있어서,
    상기 미세한 분무상태의 실행성을 높이기 위하여, 아랫쪽으로부터 공급하는 O가스량을 줄이고, 또한 N2가스에 O가스를 더한 진공처리를 하는 것을 특징으로 하는 원료용액의 기화방법.
  21. 가스통로를 통하여 공급되는 막형성 용액을 도입구로부터 기화부로 도입하고, 상기 기화부에 있어서 상기 원료용액을 기화시키는 기화부의 세정방법으로서,
    상기 도입구를 향하여 세정액을 분출시키는 것을 특징으로 하는 기화기의 세정방법.
  22. 제 21 항에 있어서,
    상기 막형성 원료는, 상기 세정액은, 용매에 용해되어 있는 것을 특징으로 하는 기화기의 세정방법.
  23. 제 22 항에 있어서,
    상기 세정액은 상기 막형성 원료를 용해할 수 있는 용매인 것을 특징으로 하는 기화기의 세정방법.
  24. 제 21 항 내지 제 23 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 기화부를 감압상태로 하여 상기 세정을 하는 것을 특징으로 하는 기화기의 세정방법.
  25. 제 21 항 내지 제 24 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 세정액을 30cc/min 이상의 속도로 분출시키는 것을 특징으로 하는 기화기의 세정방법.
  26. 제 21 항 내지 제 25 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 도입구와 세정액 분출구의 거리를 25mm 이하로 한 것을 특징으로 하는 기화기의 세정방법.
  27. 제 1 항 내지 제 17 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 기화부에 세정액의 드레인 게이트를 설치해두고, 상기 드레인 게이트에 기체 분출기를 설치하며, 상기 기체 분출구의 하류에 저해기를 접속해 두는 것을 특징으로 하는 기화기.
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