KR20100026503A - 금속 물질 회수 장치 및 그 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 금속 물질 회수 장치 및 그 방법에 관한 것으로, 보다 상세히는 반도체 장치 제조 공정에서 금속 물질을 회수하는 장치 및 그 방법에 관한 것이다. 본 발명의 금속 물질 회수 장치는 소정 공정에서 미반응된 금속 전구체를 포함하는 소스 가스를 포집하는 포집부; 및 반응 가스를 이용하여 상기 포집된 소스 가스의 금속 전구체로부터 금속 물질을 추출하는 추출부를 포함한다. 본 발명에 따르면, 미반응된 금속 물질의 회수율을 증가시킬 수 있고, 회수된 금속 물질의 순도를 증가시킬 수 있다. 따라서, 반도체 장치 제조 단가를 낮출 수 있다.
Ru, 금속 물질 회수
Description
본 발명은 금속 물질 회수 장치 및 그 방법에 관한 것으로, 보다 상세히는 반도체 장치 제조 공정에서 금속 물질을 회수하는 장치 및 그 방법에 관한 것이다.
최근 반도체 장치의 특성을 향상시키기 위하여, 캐패시터 전극, 게이트 전극 등을 형성함에 있어 루테늄(Ru), 이리듐(Ir), 백금(Pt)과 같은 귀금속 물질로 이루어진 금속막을 이용한다.
여기서, 금속막은 화학기상증착(Chemical Vapor Deposition;CVD) 방법, 금속유기화학기상증착(Metal Organic Chemical Vapor Deposition;MOCVD) 방법 또는 원자층 증착(Atomic Layer Deposition;ALD) 방법 등에 의해 형성될 수 있는데, 그 중 화학기상증착 방법에 의한 금속막 형성 공정을 살펴보면 다음과 같다.
먼저, 챔버 내에 기판을 넣고, 금속 전구체를 포함하는 소스 가스를 주입한다. 여기서, 소스 가스는 금속막을 형성하기 위한 소스(source)를 말하며, 금속 전 구체는 금속 물질과 리간드가 결합한 화합물을 말한다. 예를 들어, 루테늄(Ru)으로 이루어지는 금속막을 형성하고자 하는 경우, 디에틸사이클로펜타디엔루테늄(Ru(EtCp)2) 또는 트리옥타네디오네이트루테늄(Ru(od)3)을 금속 전구체로 사용할 수 있다. 이어서, 챔버 내에 금속 전구체를 분해시키기 위한 반응 가스를 주입하면, 반응 가스와 소스 가스가 반응하여 기판 상에 금속막이 형성된다. 이를 통해, 기판 상에 루테늄 박막을 형성할 수 있다.
이때, 금속막 형성 공정에서, 챔버 내로 주입된 소스 가스는 일부만이 반응되어 금속막을 형성하고, 대부분의 미반응된 가스들은 챔버로부터 제거되어 버려지게 된다. 그러나, 소스 가스에는 루테늄(Ru), 이리듐(Ir), 백금(Pt)과 같은 고가의 귀금속이 포함되기 때문에, 이러한 미반응된 소스 가스를 버리는 것은, 반도체 장치의 제조 단가를 고려할 때 바람직하지 못하다.
종래 기술은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해, 냉각 방식의 트랩(trap)을 이용하여 미반응된 소스 가스에 포함된 금속 물질을 회수하는 방법을 제안한다. 그러나, 냉각 방식에 의해 금속 물질을 회수하는 경우, 금속 물질의 회수율이 낮고, 회수된 금속 물질의 순도가 낮다는 문제점이 있다.
본 발명은 상기 문제점을 해결하기 위해 제안된 것으로, 금속 전구체를 포함하는 소스 가스로부터 금속 물질을 회수하는 금속 물질 회수 장치 및 그 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명이 속한 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 명세서의 도면, 발명의 상세한 설명 및 특허청구범위로부터 본 발명의 다른 목적 및 장점을 쉽게 인식할 수 있다.
이러한 목적을 달성하기 위해 제안된 본 발명은, 금속 물질 회수 장치에 있어서, 소정 공정에서 미반응된 금속 전구체를 포함하는 소스 가스를 포집하는 포집부; 및 반응 가스를 이용하여 상기 포집된 소스 가스의 금속 전구체로부터 금속 물질을 추출하는 추출부를 포함하는 것을 일 특징으로 한다.
또한, 본 발명은 금속 물질 회수 방법에 있어서, 소정 공정에서 미반응된 금속 전구체를 포함하는 소스 가스를 포집하는 단계; 및 반응 가스를 이용하여 상기 포집된 소스 가스의 금속 전구체로부터 금속 물질을 추출하는 단계를 포함하는 것을 다른 특징으로 한다.
본 발명에 따르면, 소정 공정에서 미반응된 금속 전구체를 포함하는 소스 가스를 포집한 후, 반응 가스를 이용하여 금속 물질을 추출할 수 있다. 특히, 추출된 금속 물질을 실드(shield)에 증착한 후 회수하기 때문에, 회수율을 증가시킬 수 있고, 회수된 금속 물질의 순도를 증가시킬 수 있다. 따라서, 반도체 장치 제조 단가를 낮출 수 있다.
이하에서는, 본 발명의 가장 바람직한 실시예가 설명된다. 도면에 있어서, 두께와 간격은 설명의 편의를 위하여 과장될 수 있다. 본 발명을 설명함에 있어서, 본 발명의 요지와 무관한 공지의 구성은 생략될 수 있다. 각 도면의 구성요소들에 참조 번호를 부가함에 있어서, 동일한 구성 요소들에 한해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 번호를 가지도록 하고 있음에 유의하여야 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 금속 물질 회수 장치의 구성을 나타내는 도면이다. 도시된 바와 같이, 금속 물질 회수 장치(100)는 소스 가스 포집부(10) 및 금속 물질 추출부(20)를 포함하며, 바람직하게는 가열부(40)를 더 포함한다.
소스 가스 포집부(10)는 소정 공정에서 미반응된 금속 전구체를 포함하는 소스 가스를 포집한다. 여기서, 소정 공정은 일 실시예로서 금속막 증착 공정일 수 있으며, 예를 들어, 캐패시터의 전극 또는 게이트 전극 형성 공정일 수 있다.
따라서, 소스 가스 포집부(10)는 화학기상증착(Chemical Vapor Deposition;CVD), 금속유기화학기상증착(Metal Organic Chemical Vapor Deposition;MOCVD) 또는 원자층 증착(Atomic Layer Deposition;ALD)을 수행하는 챔버로부터 미반응된 소스 가스를 포집하여 금속 물질 추출부(20)로 공급한다.
여기서, 소스 가스는 금속막을 형성하기 위한 소스(source)를 말하며, 금속 전구체는 금속 물질과 리간드가 결합한 화합물을 말한다. 이때, 금속 물질은 루테늄(Ru), 이리듐(Ir), 백금(Pt)과 같은 귀금속일 수 있다.
예를 들어, 루테늄(Ru)으로 이루어지는 금속막을 형성하기 위한 소스 가스의 경우, 루테늄(Ru)과 리간드가 결합된 Ru(tmhd)3, Ru(mhd)3, Ru(EtCp)2, Ru(Cp)2, Ru(MeCp)2, DER 또는 Ru(OD)3와 같은 금속 전구체를 포함한다.
또한, 이리듐(Ir)으로 이루어지는 금속막을 형성하기 위한 소스 가스의 경우, Ir(tmhd)3, Ir(mhd)3, Ir(EtCp)2, Ir(Cp)2, Ir(MeCp)2 또는 Ir(OD)3과 같은 금속 전구체를 포함한다.
금속 물질 추출부(20)는 소스 가스 포집부(10)를 통해 포집된 소스 가스와 반응 가스를 반응시켜, 금속 전구체로부터 금속 물질을 추출한다. 여기서, 반응 가스는 반응성이 큰 가스를 말하며, 금속 물질 추출부(20)는 반응 가스와 금속 전구체를 반응시켜 금속 물질과 리간드를 분리시킴으로써, 금속 물질을 추출할 수 있다.
여기서, 반응 가스는 O2 가스, O3 가스, 또는 O2 플라즈마 가스로 이루어지는 것이 바람직하다. 특히, O3 가스로 이루어진 반응 가스를 이용하는 경우, O3 가스의 농도를 50 내지 400g/m3로 조절하는 것이 더욱 바람직하다. 또한, 금속 물질 추출부(20) 내의 압력은 1 내지 10 Torr로 조절되는 것이 바람직하다.
여기서, 반응 가스는 금속막 증착 챔버의 반응 가스 공급원을 통해 추출부(20)로 공급되거나, 별도의 용기(50)에 보관되어 필요에 따라 추출부(20)로 공급될 수 있다.
또한, 금속 물질 추출부(20) 내에는 금속 물질 증착을 위한 실드(shield;30)가 구비되는 것이 바람직하다. 이러한 경우, 반응 가스에 의해 리간드와 분리된 금속 물질을 실드(30)에 증착시킨 후, 실드(30)에 증착된 금속 물질을 회수함으로써 순도 높은 금속 물질을 회수할 수 있다.
특히, 실드(30)는 금속 물질보다 녹는점이 낮은 물질 예를 들어, 석영(quartz) 또는 스테인레스로 이루어지는 것이 더욱 바람직하다. 이러한 경우, 금속 물질이 증착된 실드(30)를 용융시킴으로써 순도 높은 금속 물질을 회수할 수 있다. 여기서, 실드(30) 외의 위치 예를 들어, 금속 물질 추출부(20)의 내벽에 금속 물질이 증착되는 경우에는, O3 가스를 플로우하여 해당 금속 물질을 제거할 수 있다.
가열부(40)는 추출부(20)를 가열하여 추출부(20) 내의 온도를 증가시킴으로써, 반응 가스와 소스 가스의 반응을 촉진시킨다. 예를 들어, 탄화규소(SiC), 흑연(Graphite) 또는 칸탈 (Khantal)로 이루어진 열선에 전류를 통과시킴으로써, 추출부(20)를 가열하는 것이 바람직하다.
이를 통해, 금속 물질 회수에 필요한 에너지를 공급함으로써, 금속 물질의 추출 속도를 증가시킬 수 있다. 특히, O2 가스와 같이 상대적으로 반응성이 낮은 반응 가스를 이용하는 경우, 가열부(40)를 통해 추출부(20) 내의 온도를 증가시키는 것이 바람직하다. 여기서, 가열부(40)는 추출부(20) 내의 온도를 250 내지 500℃로 조절하는 것이 바람직하다.
한편, 본 발명의 일실시예에 따른 금속 물질 회수 장치(100)는 금속막 형성 챔버로부터 소스 가스를 포집하여 금속 물질을 회수하기 위한 장치이므로, 금속막 형성 챔버와 진공 펌프 사이에 위치하는 것이 바람직하다. 이러한 경우, 진공 펌프를 이용하여 금속막 형성 챔버의 미반응된 소스 가스를 뽑아내는 과정에서, 금속 물질을 용이하게 회수할 수 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 금속 물질 회수 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
먼저, 소스 가스 포집부(10)는 화학기상증착(Chemical Vapor Deposition;CVD), 금속유기화학기상증착(Metal Organic Chemical Vapor Deposition;MOCVD) 또는 원자층 증착(Atomic Layer Deposition;ALD)을 수행하는 챔버로부터 미반응된 소스 가스를 포집하여 금속 물질 추출부(20)로 공급한다(S210).
이어서, 금속 물질 추출부(20)는 반응 가스와 소스 가스를 반응시킴으로써, 금속 전구체로부터 금속 물질을 추출한다. 여기서, 추출된 금속 물질은 실드(30)에 증착된다(S210). 이때, 가열부(40)를 통해 금속 물질 추출부(20) 내의 온도를 증가 시킴으로써, 금속 물질 추출 속도를 증가시킬 수 있다.
이어서, 금속 물질이 증착된 실드(30)를 용융시켜 금속 물질을 회수한다(S230). 이로써, 금속 물질의 회수율을 높일 수 있으며, 순도 높은 금속 물질을 회수할 수 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 금속 물질 회수 장치에 의해 회수된 루테늄(Ru)에 대한 XPS(x-ray photoelectron spectroscopy) 분석 결과를 나타내는 그래프이다. 각 그래프에서 X 축은 바인딩 에너지를 나타내며, Y축은 XPS 분석시 사용된 빔의 세기(x-ray beam intensity)를 나타낸다.
(A) 도면은 0 내지 1200eV의 바인딩 에너지(binding energy) 범위에 대한 XPS 분석 결과를 나타내는 그래프이다. 도시된 바와 같이, 회수된 금속 물질의 표면을 스퍼터링(sputtering)하지 않은 상태에서 XPS 분석을 수행하는 경우, 대기 중의 탄소 또는 수소가 회수된 금속 물질의 표면에 흡착되어 감지될 수 있다. 그러나, 회수된 금속 물질의 표면을 스퍼터링(sputtering)한 상태에서 XPS 분석을 수행하는 경우, 순도 높은 루테늄(Ru)이 회수되었음을 알 수 있다.
(B) 도면은 0 내지 275eV의 바인딩 에너지 범위에 대한 XPS 분석 결과를 나타내는 그래프이다. 도시된 바와 같이, 피크의 패턴을 통해 순도 높은 루테늄(Ru)이 회수되었음을 알 수 있다. 특히, 루테늄과 회수된 금속 물질의 표면을 스퍼터링 하지 않은 경우에 감지된 산소 또는 수소는, 대기 중에 존재하는 산소 또는 수소가 회수된 금속 물질에 흡착된 것일 뿐 루테늄(Ru)과 결합된 것이 아님을 알 수 있다.
본 발명의 기술 사상은 상기 바람직한 실시예들에 따라 구체적으로 기록되었으나, 상기한 실시예는 그 설명을 위한 것이며 그 제한을 위한 것이 아님을 주의하여야 한다. 또한, 본 발명의 기술 분야의 통상의 전문가라면 본 발명의 기술 사상의 범위 내에서 다양한 실시예가 가능함을 이해할 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 금속 물질 회수 장치의 구성도.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 금속 물질 회수 방법의 순서도.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 금속 물질 회수 장치에 의해 회수된 루테늄(Ru)의 XPS 분석 결과 그래프.
[도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명]
100: 금속 물질 회수 장치, 10: 소스 가스 포집부, 20: 금속 물질 추출부, 30: 실드(shield), 40: 가열부, 50: 반응 가스 용기
Claims (14)
- 소정 공정에서 미반응된 금속 전구체를 포함하는 소스 가스를 포집하는 포집부; 및반응 가스를 이용하여 상기 포집된 소스 가스의 금속 전구체로부터 금속 물질을 추출하는 추출부를 포함하는 금속 물질 회수 장치.
- 제 1 항에 있어서,상기 추출부는,상기 추출된 금속물질을 실드(shield)에 증착시키고, 상기 금속물질이 증착된 실드를 용융시켜 상기 금속물질을 회수하는금속 물질 회수 장치.
- 제 2 항에 있어서,상기 실드는,상기 금속 물질보다 녹는점이 낮은 물질로 이루어지는금속 물질 회수 장치.
- 제 3 항에 있어서,상기 실드는,석영 또는 스테인레스로 이루어지는금속 물질 회수 장치.
- 제 1 항에 있어서,상기 반응 가스는,O2 가스, O3 가스, 또는 O2 플라즈마 가스인금속 물질 회수 장치.
- 제 5 항에 있어서,O3 가스로 이루어진 반응 가스를 이용하는 경우,O3 가스의 농도는 50 내지 400g/m3인금속 물질 회수 장치.
- 제 1 항에 있어서,상기 추출부를 가열하여 상기 반응 가스와 상기 소스 가스의 반응을 촉진시키는 가열부를 더 포함하는 금속 물질 회수 장치.
- 제 7 항에 있어서,상기 추출부 내의 온도는,250 내지 500℃인금속 물질 회수 장치.
- 제 1 항에 있어서,상기 추출부 내의 압력은1 내지 10 Torr인금속 물질 회수 장치.
- 제 1 항에 있어서,상기 금속 물질은,루테늄(Ru), 이리듐(Ir) 또는 백금(Pt)인금속 물질 회수 장치.
- 소정 공정에서 미반응된 금속 전구체를 포함하는 소스 가스를 포집하는 단계; 및반응 가스를 이용하여 상기 포집된 소스 가스의 금속 전구체로부터 금속 물질을 추출하는 단계를 포함하는 금속 물질 회수 방법.
- 제 11 항에 있어서,상기 추출 단계는,상기 추출된 금속물질을 실드(shield)에 증착시킨 후, 상기 금속물질이 증착된 실드를 용융시켜 상기 금속물질을 회수하는금속 물질 회수 방법.
- 제 11 항에 있어서,상기 추출 단계는,O2 가스, O3 가스, 또는 O2 플라즈마 가스를 반응 가스로 이용하여 수행되는금속 물질 회수 방법.
- 제 11 항에 있어서,상기 금속 물질은,루테늄(Ru), 이리듐(Ir) 또는 백금(Pt)인금속 물질 회수 방법.
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2008
- 2008-08-29 KR KR1020080085530A patent/KR20100026503A/ko not_active Application Discontinuation
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