KR20080029346A - 플라즈마를 이용하여 기화효율을 높인 박막증착용기화유니트와 기화 방법 및 기화기 클리닝 방법 - Google Patents

플라즈마를 이용하여 기화효율을 높인 박막증착용기화유니트와 기화 방법 및 기화기 클리닝 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 박막증착용 기화유니트와 기화 방법 및 기화기 클리닝 방법에 관한 것이다. 본 발명에 따른 박막증착용 기화유니트는 액체소스가 저장되는 소스부에서 유입된 액체소스가 기체소스가 되도록 그 액체소스를 기화시키며, 웨이퍼에 박막이 형성되도록 그 웨이퍼를 향해 상기 기체소스를 분사하는 기화기를 구비한 박막증착용 기화유니트에 있어서, 상기 기화기에 플라즈마를 발생시키는 것을 특징으로 한다.
기화기, LDS(Liquid Delivery System), 마이크로 웨이브

Description

플라즈마를 이용하여 기화효율을 높인 박막증착용 기화유니트와 기화 방법 및 기화기 클리닝 방법 {Vaporizer and method of vaporizing and cleaning method of vaporizer having high evaporating efficiency using plasma}
도 1은 본 발명에 따른 기화유니트를 포함한 박막증착장치의 개념도이다.
도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 기화유니트의 개념도이다.
도 3은 본 발명의 제2 실시예에 따른 기화유니트의 개념도이다.
도 4는 본 발명의 제3 실시예에 따른 기화유니트를 포함한 박막증착장치의 개념도이다.
도 5는 본 발명의 제4 실시예에 따른 기화유니트를 포함한 박막증착장치의 개념도이다.
도 6은 박막증착장치 자체에 RPG(Remote Plasma Generator)가 장착되어 있는 경우 기화기에 연결하여 사용하는 개념도이다.
*도면의 주요부분에 대한 부호설명*
120: 기화기 124,260,350: 기화유니트
121: 원통형 세라믹 튜브 230: 마이크로 웨이브 발생부
122: 유도코일 240: 도파관
123: 평행 평판형 전극 320: 외부 방전셀
본 발명은 박막증착용 기화유니트, 기화 방법 및 기화기 클리닝 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 액체소스가 완전히 기화된 상태로 챔버에 배치되어 있는 웨이퍼로 분사될 수 있도록 기화효율을 향상시킨 박막증착용 기화유니트와 이를 이용한 기화 방법 및 기화기 클리닝 방법에 관한 것이다.
최근 다양한 신물질이 반도체 공정에 도입되고, 보다 높은 반응속도나 우수한 단차 도포성(Step Coverage) 등의 효율이 요구됨에 따라서, 액체를 직접 기화시켜서 용기로 유입시키는 LDS(Liquid Delivery System: 이하 LDS라 한다) 혹은 DLI(Direct Liquid Injection)의 개발이 중요해지고 있다. 기존의 LDS는 액체소스가 저장되는 소스부; 상기 액체소스의 유량을 조절하는 밸브; 및 상기 밸브에서 유입된 액체소스가 기체소스가 되도록 그 액체소스를 기화시키며, 웨이퍼에 박막이 형성되도록 그 웨이퍼를 향해 상기 기체소스를 분사하는 기화기 및 기체소스와 웨이퍼가 반응하여 박막을 형성하는 반응용기로 구성되어 있다. 특히, 기화기 부분으로 밸브를 거쳐서 급속히 유입되는 액체에 효율적으로 열을 전달하여 기화기 내부에 잔류물질을 남기지 않도록 하는 구조와 액체소스를 얼마나 완벽하게 기화상태로 만드는가가 관건이 되고 있다.
일반적으로 액체가 기화를 하는 데 있어서 열을 가해서 열역학적인 상태를 기체상태가 안정화가 되도록 가열하는 방식과, 노즐을 이용해서 급격한 압력변화와 분무(atomizing)를 하는 등의 부가효과를 활용하고 있다. 하지만, 액체소스가 밸브유닛을 거쳐 가열되는 기화기를 통하여 기화되어 반도체의 박막을 형성하는 반응용기로 유입하는 전통적인 방법인 열전달 방법에 의한 기화방식에는 완벽한 기화상태를 만들지 못하는 문제점이 있었다.
이러한 한계를 극복하기 위하여 종래에는 일반적으로 짧은 시간 안에 많은 양의 액체를 기화시키기 위해서 고른 열전달을 위해서 기화기의 형태를 복잡하게 하여 열전달을 위한 경로를 설정하거나 기화기의 용량을 늘이는 등의 방법이 고안되었지만, 이 경우에는 반도체 장비에 부착하기에는 공간상의 제약이 많으며, 단순한 온도에 의한 효과만으로는 완전한 효과를 거두기 어렵다. 또한, 액체의 기화상태가 완벽하지 못할 경우 기화기 내부가 막히는 고장이 발생하거나 혹은 ALD(Atomic Layer Deposition), Cyclic CVD(Chemical Vapor Deposition) 등의 공정에 대응되는 빠른 소스공급과 차단의 스위칭에 대응하기 어려운 등의 한계점이 있다.
본 발명은 상기의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 종래에는 기화기의 열에 의한 소스의 기화만으로는 한계가 있거나 어려움이 있는 소스의 개발을 위해서, 기화의 효율을 비약적으로 향상시키는 박막증착용 기화유니트와 이를 이용한 기화방법 및 기화기 클리닝 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 액체소스가 저장되는 소스부 에서 유입된 액체소스가 기체소스가 되도록 그 액체소스를 기화시키며, 웨이퍼에 박막이 형성되도록 그 웨이퍼를 향해 상기 기체소스를 분사하는 기화기를 구비한 박막증착용 기화유니트에 있어서, 상기 기화기에 플라즈마를 발생시키는 것을 특징으로 하는 박막증착용 기화유니트를 제공한다.
또한, 본 발명은 액체소스가 저장되는 소스부에서 유입된 액체소스가 기체소스가 되도록 그 액체소스를 기화시키며, 웨이퍼에 박막이 형성되도록 그 웨이퍼를 향해 상기 기체소스를 분사하는 기화기를 이용한 기화방법에 있어서, 상기 기화기에 플라즈마를 발생시키는 것을 특징으로 하는 기화 방법을 제공한다.
또한, 본 발명은 클리닝 가스를 기화기에 유입하는 단계 및 상기 기화기에 플라즈마를 발생시켜 상기 기화기를 클리닝하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 플라즈마를 이용한 기화기 클리닝 방법을 제공한다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명함으로써 본 발명을 상세하게 설명한다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며 통상의 지식을 가진자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다. 각 도면에 제시된 동일한 참조부호는 동일한 부재를 나타내며 상세한 설명은 생략하기로 한다.
도 1은 본 발명에 따른 박막증착용 기화유니트를 포함한 박막증착장치의 대략적 개념도이다. 도 1을 참조하면 박막증착장치는 액체소스가 저장되는 소스부(100), 상기 소스부(100)의 액체소스의 유량을 조절하는 밸브(110) 및 상기 밸 브(110)에서 유입된 액체소스가 기체소스가 되도록 그 액체소스를 기화시키며, 웨이퍼에 박막이 형성되도록 그 웨이퍼를 향해 상기 기체소스를 분사하는 기화기(120)를 포함하는 기화유니트(124)를 구비한다. 기화기(120)를 방전시키는 직접적인 방법으로 기화기(120)를 방전셀로 구성하여 플라즈마를 형성할 수 있다.
도 2는 제1 실시예에 해당하는 개념도로서, 기화기(120)는 원통형의 세라믹 기화튜브(121)와 유도코일(122)을 포함한다. 소스부(100)에 저장되어 있는 액체소스가 밸브(110)에 의하여 적당량이 조정되어 세라믹 기화튜브(121)로 유입되면, 전원(AC, DC)이 유입된 유도코일(122)이 세라믹 기화튜브(121)를 방전시킴으로써 기화기(120) 내부에 플라즈마를 발생시켜 효과적으로 가스를 이온화시킨다. 이와 같이 본 발명은 전기적인 활성화를 부가함으로써 단순 가열만으로는 짧은 시간에 기화가 잘 되지 않는 소스를 효율적으로 기화시키며, 소스의 분해율을 높일 수 있다.
도 3은 제2 실시예에 해당하는 개념도로서 기화유니트(124)는 기화기(120) 내부에 평행 평판형 전극(123)을 포함한다. 소스부(100)에 저장되어 있는 액체소스가 밸브(110)에 의하여 적당량이 조정되어 기화기(120)로 유입되면, 기화기(120) 내부에 있는 평행 평판형 전극(123) 구조에서 상부 전극에 고주파 전력이 공급되어 기화기(120)를 방전시킴으로써 기화기(120)로 유입된 액체소스의 기화효율을 높일 수 있다.
도 4는 제3 실시예에 따른 기화유니트를 포함한 박막증착장치의 개념도로서 마이크로 웨이브(M/W) 발생부(230)와 기화기(220)와 도파관(240)을 구비하는 기화유니트(260), 소스부(200), 밸브(210) 및 반응용기(250)를 포함한다. 기화기(220) 로 액체소스가 유입되는 과정은 상기 상술한 바와 동일하다. 일정량의 액체소스가 기화기(220)내로 유입되면 도파관(240)을 경유하여 전송되는 마이크로 웨이브가 마이크로 웨이브 발생부(230)에 의하여 유도되며 이를 이용하여 기화기(220)를 방전시킨다. 마이크로 웨이브는 가스 여기원으로 사용되기 때문에 고주파 전계에 의해서 전자가 가속될 수 있으므로 효과적으로 가스를 이온화시키며 여기한다.
이외에도 본 발명은 플라즈마를 발생시키기 위하여 간접적 방법을 사용할 수도 있다. 소스 자체가 과도하게 분해되어 기화기 안에서 증착이 되거나, 혹은 정교하게 합성된 MO(Metal Organic) 소스의 경우에는 본래의 화학적 특성을 잃을 수도 있으므로, 이러한 경우에는 플라즈마 에너지를 감소시키거나, 외부에서 불활성 기체를 활성화시켜서 미량 유입시키는 등의 간접적인 방법을 사용하여야 한다.
도 5는 제4 실시예에 따른 개념도이며, 소스부(300), 밸브(310), 기화기(330)와 외부 방전셀(320)을 구비하는 기화유니트(350) 및 반응용기(340)를 포함한다. 상술한 바와 같이 일정량의 액체소스가 기화기(330)로 유입되면 외부방전셀(320)은 Ar, He, Xe 등의 불활성 기체를 사용하여 방전시켜 활성화한 다음, 이를 기화기(330) 내부로 유입함으로써 액체소스의 기화효율을 높일 수 있다.
또한, Ar, He, Xe 등의 불활성 기체를 대신하여 N2와 같이 기화기(330)로 유입된 액체소스와 직접 반응은 하지 않고, 플라즈마 에너지만 액체입자에 전달할 수 있는 기체, 혹은 H2, NH3와 같이 소스의 분해를 돕고 기화기(330) 내부에서의 불필요한 반응을 억제할 수 있는 기체들을 사용하여 동일한 효과를 얻을 수 있다.
나아가, 본 발명을 이용하여 기화기 내부에 쌓여있는 불순물을 제거하는 기화기 클리닝 방법으로 사용할 수 있다.
본 발명을 이용한 기화기 클리닝 방법은 클리닝 가스를 기화기에 유입하는 단계 및 기화기에 플라즈마를 발생시켜 기화기를 클리닝하는 단계를 포함한다.
플라즈마를 이용한 기화기 클리닝 방법의 제1 실시예로서 도 1을 참조하면, 클리닝 가스를 소스부(100)에 주입하고, 밸브(110)에 의하여 적당량이 조정되어 세라믹 기화튜브(121)로 유입되면, 전원(AC, DC)이 유입된 유도코일(122)이 세라믹 기화튜브(121)를 방전시킴으로써 기화기(120) 내부에 플라즈마를 발생시켜 효과적으로 클리닝 가스를 이온화시켜 기화기(120) 내부에 남아있는 불순물을 제거할 수 있다.
상기와 같이 기화기에 직접적으로 플라즈마를 발생시키는 방법의 다른 예로서 제2 및 제3 실시예에서 각기 설명한 바와 같이, 기화기 내부에 평행 평판형 전극을 달거나 기화기에 마이크로 웨이브 발생부와 마이크로 웨이브가 기화기로 유입되는 경로가 되는 도파관을 달아, 클리닝가스가 유입된 기화기에 플라즈마를 발생시켜 기화기에 남아있는 불순물을 효과적으로 제거할 수 있다.
또한, 기화기 클리닝의 간접적인 방법으로서 제4 실시예에서 설명한 바와 같이, 불활성 기체를 방전시켜서 클리리닝 가스가 유입된 상기 기화기 내부로 유입시켜 불순물을 제거하는 방법을 사용할 수도 있다.
또한, 본 발명은 액체소스가 저장되는 소스부에서 유입된 액체소스가 기체소스가 되도록 그 액체소스를 기화시키며, 웨이퍼에 박막이 형성되도록 그 웨이퍼를 향해 상기 기체소스를 분사하는 기화기를 이용한 기화방법에 있어서, 상기 기화기에 플라즈마를 발생시키는 기화 방법으로도 사용가능하다.
이때 기화방법은 기화기 내부에 직접 플라즈마를 발생시키는 방법과 외부에서 발생시킨 플라즈마를 상기 기화기 내부로 유입하는 방법이 있으며 이는 상술한 바와 같다.
도 6은 박막증착장치 자체에 RPG(Remote Plasma Generator)(360)가 장착되어 있는 경우의 실시예로서, 박막증착장치에 상기 RPG(360)가 장착되어 있다면, 상기 RPG(360)를 기화기(330)에 연결하여 간접적인 방법으로 기화기(330)를 방전시킴으로써 플라즈마를 발생시켜 본 발명이 이루고자 하는 효과와 동일한 효과를 거둘 수 있다.
이상, 본 발명을 바람직한 실시예를 들어 상세하게 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예에 한정되지 않으며, 본 발명의 기술적 사상 내에서 당 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 여러 가지 많은 변형이 가능함은 명백하다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 박막증착용 기화유니트에 따르면 기화기에 플라즈마를 발생시킴으로써 기화기의 효율성을 극대화하며, 특히, 기화 온도가 200도 이상으로 높아서 고온 기화기를 구성하기 어려운 시스템이나 분해효율이 좋지 않은 액체소스들 그리고 소스가 용기로 장입되어 진행되는 공정이 플라즈마 증착공정인 경우에 큰 장점을 발휘할 수 있다. 또한, 본 발명을 이용하여 효과적인 기화기 클리닝 방법으로 사용할 수도 있다.

Claims (16)

  1. 액체소스가 저장되는 소스부에서 유입된 액체소스가 기체소스가 되도록 그 액체소스를 기화시키며, 웨이퍼에 박막이 형성되도록 그 웨이퍼를 향해 상기 기체소스를 분사하는 기화기를 구비한 박막증착용 기화유니트에 있어서,
    상기 기화기에 플라즈마를 발생시키는 것을 특징으로 하는 박막증착용 기화유니트.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 기화기를 방전셀로 구성하여 플라즈마를 발생시키는 것을 특징으로 하는 박막증착용 기화유니트.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 기화기는
    튜브형태의 기화기를 사용하여 코일을 감아 플라즈마를 발생시키는 것을 특징으로 하는 박막증착용 기화유니트.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 기화기는
    기화기 내부에 방전을 위한 전극을 배치하여 플라즈마를 발생시키는 것을 특 징으로 하는 박막증착용 기화유니트.
  5. 제1항에 있어서,
    마이크로 웨이브를 발생시켜 상기 기화기를 방전시키는 마이크로 웨이브 발생부; 및 상기 마이크로 웨이브를 기화기로 유입하는 도파관을 더 포함한 것을 특징으로 하는 박막증착용 기화유니트.
  6. 제1항에 있어서,
    불활성 기체를 방전시켜서 상기 기화기 내부로 유입시키는 외부 방전셀을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 박막증착용 기화유니트.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 외부 방전셀은
    상기 액체소스와 직접 반응은 하지 않고 플라즈마 에너지만 상기 액체소스에 전달할 수 있는 기체를 방전시켜 상기 기화기 내부로 유입시키는 것을 특징으로 하는 박막증착용 기화유니트.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 외부 방전셀은
    상기 액체소스의 분해를 돕고 상기 기화기 내부에서의 불필요한 반응을 억제 할 수 있는 기체를 방전시켜 상기 기화기 내부로 유입시키는 것을 특징으로 하는 박막증착용 기화유니트.
  9. 액체소스가 저장되는 소스부에서 유입된 액체소스가 기체소스가 되도록 그 액체소스를 기화시키며, 웨이퍼에 박막이 형성되도록 그 웨이퍼를 향해 상기 기체소스를 분사하는 기화기를 이용한 기화방법에 있어서,
    상기 기화기에 플라즈마를 발생시키는 것을 특징으로 하는 기화 방법.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 기화기 내부에 직접 플라즈마를 발생시키는 것을 특징으로 하는 기화 방법.
  11. 제9항에 있어서,
    상기 기화기 외부에서 발생시킨 플라즈마를 상기 기화기 내부로 유입하는 것을 특징으로 하는 기화 방법.
  12. 클리닝 가스를 기화기에 유입하는 단계; 및
    상기 기화기에 플라즈마를 발생시켜 상기 기화기를 클리닝하는 단계;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 플라즈마를 이용한 기화기 클리닝 방법.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 기화기에 플라즈마를 발생시키는 방법은
    상기 기화기를 튜브형태의 기화기를 사용하여 코일을 감아 플라즈마를 발생시키는 것을 특징으로 하는 플라즈마를 이용한 기화기 클리닝 방법.
  14. 제12항에 있어서,
    상기 기화기에 플라즈마를 발생시키는 방법은
    상기 기화기 내부에 방전을 위한 전극을 배치하여 플라즈마를 발생시키는 것을 특징으로 하는 플라즈마를 이용한 기화기 클리닝 방법.
  15. 제12항에 있어서,
    상기 기화기에 플라즈마를 발생시키는 방법은
    마이크로 웨이브를 발생시켜 상기 기화기를 방전시키는 것을 특징으로 하는 플라즈마를 이용한 기화기 클리닝 방법.
  16. 제12항에 있어서,
    상기 기화기에 플라즈마를 발생시키는 방법은
    불활성 기체를 방전시켜서 상기 기화기 내부로 유입시키는 외부 방전셀을 이용하는 것을 특징으로 하는 플라즈마를 이용한 기화기 클리닝 방법.
KR1020060095292A 2006-09-29 2006-09-29 플라즈마를 이용하여 기화효율을 높인 박막증착용기화유니트와 기화 방법 및 기화기 클리닝 방법 KR20080029346A (ko)

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WO2022220576A1 (ko) * 2021-04-16 2022-10-20 고려대학교 세종산학협력단 유도 결합 플라즈마 식각 장치 및 이를 이용한 유도 결합 플라즈마 식각 방법

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