KR20240074489A - 세정 장치를 구비한 기화 시스템 및 이를 세정하는 세정 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 고체 전구체를 기화하여 처리설비로 공급하는 기화 시스템에 관한 것으로, 일 실시예에서, 고체 전구체를 수용하는 캐니스터; 기화 시스템으로 캐리어 가스 또는 퍼지 가스를 공급하는 제1 유로; 기화된 전구체를 포함하는 혼합 가스를 처리설비로 공급하는 제2 유로; 세정제를 수용하는 세정제 탱크; 및 세정제 탱크의 세정제를 상기 기화 시스템으로 공급하는 제3 유로;를 포함하는 기화 시스템을 개시한다.
Description
본 발명은 기화 시스템에 관한 것으로, 보다 상세하게는 기화 시스템을 세정하는 세정 장치를 구비한 기화 시스템에 관한 것이다.
반도체, 디스플레이, 발광다이오드 등 전자재료의 제조 공정에 있어서 필수적인 박막을 입히는 화학기상장치(CVD)나 원자층 증착장치(ALD) 등과 같은 처리설비에 사용되는 각종 원료(전구체)는 가스, 액체, 또는 고체의 형태로 공급된다.
가스의 형태를 가진 전구체의 경우는 압력을 조절하여 일정량을 공급할 수 있는 방법으로 사용되지만 액체나 고체 전구체의 경우에는 자체적인 압력이 매우 낮기 때문에 대부분 캐니스터라는 용기에 담아서 캐리어 가스(불활성 가스)를 이용한 버블링이나 가열을 통한 증기 발생을 통해서 기화 또는 승화시킨 후에 처리 설비로 공급하는 방법을 사용하고 있다.
도1은 종래의 일반적인 기화 시스템을 개략적으로 도시하였다. 도1에서 기화 시스템은 기화기(100) 및 그에 연결된 다수의 유로(L1, L2) 및 밸브(도시 생략) 및 유로 제어/측정 장비(MFC, MFM 등)을 구비하고 있다. 기화기(100)는 전구체를 수용하는 캐니스터 및 이를 가열하는 히터를 포함할 수 있고, 캐리어 가스가 제1 유로(L1)를 통해 캐니스터로 공급되면 캐니스터 내에서 캐리어 가스 및 기화된 전구체가 혼합되고 혼합된 가스(“혼합가스”)가 제2 유로(L2)를 통해 처리설비(200)로 공급될 수 있다. 또 다른 종래 기술에서 캐리어 가스의 공급이 필요하지 않을 수도 있다. 이 경우 제1 유로(L1)는 생략되고, 제2 유로(L2)를 통해 기화기(100) 내부에 음압을 걸어 기화기(100) 내부의 기화된 전구체가 제2 유로(L2)를 통해 처리설비(200)로 공급될 수 있다. 그런데 일부 전구체의 경우 기화 또는 승화된 가스 상태로 처리설비(200)로 이송될 때 이송 배관 및 배관에 설치된 밸브 등 장치 내부를 오염시키는 경우가 있다. 예를 들어 몰리브덴 디 클로라이드 이산화물(MoO2Cl2)을 전구체로 사용하는 경우 이 전구체가 삼산화몰리브덴(MoO3)이 되어 배관 내부 표면에 붙어 배관을 오염시킨다. 따라서 일정 주기마다 기화 시스템의 배관 및 밸브 세정이 필요한 번거로움이 있다. 그런데 종래에는 배관과 밸브를 현장에서 세정하지 않고 분해하여 세정 업체로 보내어 세정 업체에서 세정하고 있다. 그러나 이와 같이 배관 및 부품들을 전부 분해하고 세정하고 세정된 배관과 부품을 현장 설비에 다시 재설치 해야 하므로 세정에 많은 비용과 시간이 필요한 문제가 있다.
본 발명은 이러한 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 기화 시스템의 배관 및 밸브 세정 장치 및 세정 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명은 고체 전구체 사용하는 경우 기화 시스템의 배관 및 밸브 세정을 위한 세정제, 세정 장치 및 세정 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 고체 전구체를 기화하여 처리설비로 공급하는 기화 시스템으로서, 고체 전구체를 수용하는 캐니스터; 기화 시스템으로 캐리어 가스 또는 퍼지 가스를 공급하는 제1 유로; 기화된 전구체를 포함하는 혼합 가스를 처리설비로 공급하는 제2 유로; 세정제를 수용하는 세정제 탱크; 및 세정제 탱크의 세정제를 상기 기화 시스템으로 공급하는 제3 유로;를 포함하는 기화 시스템을 개시한다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 고체 전구체를 기화하여 처리설비로 공급하는 기화 시스템을 세정하는 세정 방법으로서, 상기 기화 시스템의 유로 내부로 세정제를 공급하는 세정제 주입 단계; 상기 기화 시스템의 유로에 세정제를 주입한 후 소정 시간 경과한 후 세정제를 배출하는 단계; 상기 기화 시스템의 유로에 물, 알코올, 또는 유기용제를 주입하여 세정하는 단계; 및 상기 기화 시스템의 유로를 건조시키는 단계;를 포함하는 기화 시스템 세정 방법을 개시한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 세정 장치 및 세정 방법에 의하면, 기화 시스템의 배관 및 배관에 설치된 밸브 등 부품을 분해하지 않고 현장에서 설치된 그대로 세정할 수 있다.
또한 본 발명의 일 실시예에 따라 수산화칼륨(KOH) 수용액을 세정제로서 사용하는 경우 고체 전구체에 의한 배관 및 밸브 등의 오염을 제거할 수 있는 기술적 효과를 가진다.
도1은 종래의 반도체 처리설비 및 기화기를 설명하는 도면,
도2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 기화 시스템을 설명하는 도면,
도3은 일 실시예에 따른 밸브 모듈을 설명하는 도면,
도4(a)는 일 실시예에 따른 기화 시스템의 기화 모드 동작을 설명하는 도면,
도4(b)는 일 실시예에 따른 기화 시스템의 세정 모드 동작을 설명하는 도면,
도5는 제2 실시예에 따른 기화 시스템을 설명하는 도면,
도6은 제3 실시예에 따른 기화 시스템을 설명하는 도면,
도7은 일 실시예에 따른 기화 시스템 세정 방법을 설명하는 도면,
도8은 일 실시예에 따른 기화 시스템 세정에 의해 세정 효과를 설명하는 도면이다.
도2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 기화 시스템을 설명하는 도면,
도3은 일 실시예에 따른 밸브 모듈을 설명하는 도면,
도4(a)는 일 실시예에 따른 기화 시스템의 기화 모드 동작을 설명하는 도면,
도4(b)는 일 실시예에 따른 기화 시스템의 세정 모드 동작을 설명하는 도면,
도5는 제2 실시예에 따른 기화 시스템을 설명하는 도면,
도6은 제3 실시예에 따른 기화 시스템을 설명하는 도면,
도7은 일 실시예에 따른 기화 시스템 세정 방법을 설명하는 도면,
도8은 일 실시예에 따른 기화 시스템 세정에 의해 세정 효과를 설명하는 도면이다.
이상의 본 발명의 목적들, 다른 목적들, 특징들 및 이점들은 첨부된 도면과 관련된 이하의 바람직한 실시예들을 통해서 쉽게 이해될 것이다. 그러나 본 발명은 여기서 설명되는 실시예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수 있다. 이하에 설명되는 실시예들은 당업자에게 본 발명의 사상을 충분히 전달할 수 있도록 하기 위해 제공되는 예시적 실시예들이다.
본 명세서에서, 어떤 구성요소가 다른 구성요소의 "위"(또는 "아래", "오른쪽", 또는 "왼쪽")에 있다고 언급되는 경우에 그것은 다른 구성요소의 위(또는 아래, 오른쪽, 또는 왼쪽)에 직접 위치될 수 있거나 또는 그들 사이에 제3의 구성요소가 개재될 수도 있다는 것을 의미한다. 또한 도면들에서 구성요소들의 길이나 두께는 기술적 내용의 효과적인 설명을 위해 과장된 것이다.
또한 본 명세서에서 구성요소간의 위치 관계를 설명하기 위해 사용되는 '상부', '하부', '좌측', '우측', '전면', '후면' 등의 표현은 절대적 기준으로서의 방향이나 위치를 의미할 수도 있지만 경우에 따라서는 각 도면을 참조하여 본 발명을 설명할 때 해당 도면을 기준으로 설명의 편의를 위해 사용되는 상대적 표현일 수 있다.
본 명세서에서 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 연결(또는 결합, 체결, 부착 등)된다고 언급하는 경우 그것은 다른 구성요소에 직접적으로 연결(또는 결합, 체결, 부착 등)되거나 또는 그들 사이에 제 3의 구성요소를 개재하여 간접적으로 연결(또는 결합, 체결, 부착 등)될 수 있다는 것을 의미한다. 또한 본 명세서의 도면들에 있어서 구성요소들의 길이, 두께, 또는 넓이는 기술적 내용의 효과적인 설명을 위해 과장된 것이며 어느 한 구성요소와 다른 구성요소의 상대적 크기도 구체적 실시예에 따라 달라질 수 있다.
본 명세서에서 구성요소의 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 '~를 포함한다', '~로 구성된다', 및 '~으로 이루어진다'라는 표현은 언급된 구성요소 외에 하나 이상의 다른 구성요소의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.
본 명세서에서 제1, 제2 등의 용어가 구성요소들을 기술하기 위해서 사용된 경우, 이들 구성요소들이 이 같은 용어들에 의해서 한정되어서는 안 된다. 이들 용어들은 단지 어느 구성요소를 다른 구성요소와 구별시키기 위해서 사용되었을 뿐이다. 여기에 설명되고 예시되는 실시예들은 그것의 상보적인 실시예들도 포함한다.
이하 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명하도록 한다. 아래의 특정 실시예들을 기술하는데 있어서 여러 가지의 특정적인 내용들은 발명을 더 구체적으로 설명하고 이해를 돕기 위해 작성되었다. 하지만 본 발명을 이해할 수 있을 정도로 이 분야의 지식을 갖고 있는 독자는 이러한 여러 가지의 특정적인 내용들이 없어도 사용될 수 있다는 것을 인지할 수 있다. 어떤 경우에는, 발명을 기술하는 데 있어서 흔히 알려졌으면서 발명과 크게 관련 없는 부분들은 본 발명을 설명하는 데 있어 혼돈을 막기 위해 기술하지 않음을 미리 언급해 둔다.
도2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 기화 시스템을 개략적으로 도시하였다. 도2를 참조하면, 일 실시예에 따른 기화 시스템은 기화기(100), 세정제 탱크(300), 복귀 탱크(400), 및 이들을 연결하는 다수의 유로 및 밸브를 포함할 수 있다.
일 실시예에서 기화기(100)는 하나 이상의 캐니스터(110) 및 각 캐니스터(120)를 가열하기 위한 히터(120)를 포함할 수 있다. 캐니스터(110)는 액체나 고체 전구체(precursor)를 수용할 수 있고, 캐니스터(10)에 전구체가 수용된 상태에서 히터(120)로 전구체를 가열하여 전구체를 기화 또는 승화시키고 이렇게 기화 또는 승화된 전구체가 처리설비(200)로 공급될 수 있다. 여기서 본 명세서에서 '기화' 시스템 또는 '기화기'는 특별히 구분할 필요가 없는 한 액체 전구체를 기화시키는 장치를 의미하기도 하지만 넓은 의미로 액체나 고체 전구체를 기화 또는 승화시키는 장치를 의미하기도 하며, '전구체의 기화'는 넓은 의미로 전구체의 기화 및 승화를 포함하는 의미로 사용됨을 이해할 것이다.
처리설비(200)는 반도체 제조장치를 의미할 수 있다. 예를 들어 처리설비(200)는 화학기상증착(CVD) 장치 또는 이온 주입장치(ion implanter)와 같은 반도체 생산 장비의 공정 챔버(process chamber)와 같은 장치들이 될 수 있으나 이에 제한되지 않으며, 전구체를 필요로 하는 임의의 장치나 설비를 의미할 수 있다.
일 실시예에서 캐니스터(110)가 수용하는 전구체는 고체 전구체 또는 액체 전구체이다. 고체 전구체의 경우 '고체'는 예컨대 분말 등과 같이 미세입자 형태인 것도 포함한다. 전구체의 종류로서는, 예를 들어 몰리브덴(Mo: molybdenum), 붕소(B: boron), 인(P:phosphorous), 구리(Cu: copper), 갈륨(Ga:gallium), 비소(As:arsenic), 루테늄(Ru: ruthenium), 인듐(In: indium), 안티몬(Sb: antimony), 란탄(La: lanthanum), 탄탈륨(Ta: tantalum), 이리듐(Ir: iridium), 데카보란(B10H14: decaborane), 사염화 하프늄(HfCl4: hafnium tetrachloride), 사염화 지르코늄(ZrCl4: zirconium tetrachloride), 삼염화 인듐(InCl3: indium trichloride), 금속 유기 베타-디케토네이트 착물(metal organic βketonate complex), 사이클로펜타디에닐 사이클로헵타트리에틸 티타늄(CpTiChT:cyclopentadienyl cycloheptatrienyl titanium), 삼염화 알루미늄(AlCl3: aluminum trichloride), 요오드화 티타늄(TixIy:titanium iodide), 사이클로옥타테트라엔 사이틀로펜타디에닐 티타늄((Cot)(Cp)Ti: cyclooctatetraene cyclopentadienyltitanium), 비스(사이클로펜타디에닐)티타늄 디아지드 [bis(cyclopentadienyl)titanium diazide], 텅스텐 카르보닐(Wx(CO)y: tungsten carbonyl)(여기서, x와 y는 자연수), 비스(사이클로펜타디에닐)루테늄(II)[Ru(Cp)2: bis(cyclopentadienyl)ruthenium (II)], 삼염화 루테늄(RuCl3: ruthenium trichloride), 텅스텐 클로라이드(WxCly)(여기서, x와 y는 자연수), 및 몰리브덴 디 클로라이드 이산화물(MoO2Cl2: Molybdenum dichloride dioxide) 중 적어도 하나를 포함하는 물질일 수 있다.
일 실시예에서 전구체가 염소(Cl)를 포함하는 고체 전구체로서 MxCly 또는 MxOzCly로 표현되는 화합물일 수 있고, 이 때 x, y, z는 각각 자연수이고, M은 임의의 금속이다. 예를 들어 금속(M)으로는 알루미늄(Al), 지르코늄(Zr), 하프늄(Hf), 몰리브덴(Mo), 텅스텐(W), 및 티타늄(Ti) 중 적어도 하나일 수 있으나 이에 한정되지 않는다. 또한 상기 화학식 MxCly 또는 MxOzCly로 표현되는 화합물의 구체적 예로서 염화 알루미늄(AlCl3), 염화 지르코늄(ZrCl4), 염화 하프늄(HfCl4), 염화 텅스텐(WCl5, WCl6), 몰리브덴 디 클로라이드 이산화물(MoO2Cl2) 등이 있으나 이러한 전구체 종류는 예시적인 것이며 본 발명은 이러한 전구체들에만 한정되는 것이 아님을 당업자는 이해할 것이다.
일 실시예에서 기화 시스템은 제1 유로(L1), 제2 유로(L2), 및 밸브 모듈(150)을 포함한다. 제1 유로(L1)는 기화 시스템으로 캐리어 가스를 공급하는 유로이다. 예를 들어 제1 유로(L1)는 캐리어 가스를 캐니스터(110)로 공급하도록 캐니스터(110)에 연결될 수 있다. 제2 유로(L2)는 혼합가스를 처리설비(200)로 공급하는 유로이다. 여기서 '혼합가스'는 캐리어 가스와 기화 또는 승화된 전구체가 혼합된 가스를 의미한다. 예를 들어 제2 유로(L2)는 캐니스터(120)와 처리설비(200) 사이를 연결할 수 있고, 캐니스터(110)에서 배출되는 혼합가스를 처리설비(200)로 공급한다.
대안적 실시예에서 기화 시스템이 캐리어 가스를 사용하지 않을 수도 있다. 예를 들어 기화 시스템에 캐리어 가스를 공급하는 제1 유로(L1)가 없으며, 캐니스터(110)를 가열하여 기화 또는 승화된 전구체 가스가 캐리어 가스 없이 제2 유로(L2)를 따라 처리설비(200)로 이송될 수도 있다. 이 경우 제2 유로(L2)를 흐르는 '혼합가스'는 캐리어 가스를 포함하지 않고 기화 또는 승화된 전구체를 포함하는 가스를 의미한다.
또 다른 대안적 실시예에서 캐리어 가스를 공급하는 제1 유로(L1)가 캐니스터(110)에 연결되지 않고 처리설비(200)에 연결될 수 있다. 이 경우 캐니스터(110)에서 전구체를 배출하는 유로가 제1 유로(L1)에 합류하도록 구성되어, 캐니스터(110)의 가열에 의해 기화 또는 승화된 전구체가 제1 유로(L1)로 합류한 후 캐리어 가스와 혼합되어 처리설비(200)로 공급될 수도 있다.
일 실시예에서 기화 시스템은 세정제를 기화 시스템에 공급하기 위한 세정제 탱크(300) 및 세정제 탱크(300)와 기화기 시스템 사이를 연결하는 제3 유로(L3)를 더 포함할 수 있다. 이 때 본 명세서에서 '기화 시스템의 세정'은 기화 시스템을 구성하는 부품이나 장치들 중 적어도 일부를 세정하는 것을 의미한다. 예를 들어 기화 시스템의 세정은 기화 또는 승화된 전구체가 이송되는 유로(예컨대 제2 유로(L2))의 배관 내부를 세정하는 것을 의미한다. 또는 본 명세서에서 기화 시스템의 세정은 기화 또는 승화된 전구체가 이송되는 유로(예컨대 제2 유로(L2)) 및 이에 설치된 밸브의 내부를 세정하는 것을 의미한다. 또는 본 명세서에서 기화 시스템의 세정은 캐니스터(110) 내부를 세정하는 것도 포함할 수 있다. 또는 본 명세서에서 기화 시스템의 세정은 (이하에서 후술할) 밸브 모듈(150)의 적어도 일부 밸브 및 이들을 연결하는 배관의 내부를 세정하는 것도 포함할 수 있다.
대안적 실시예에서 기화 시스템은 기화 시스템을 세정한 후 배출되는 세정제를 수용하는 복귀 탱크(400) 및 복귀 탱크(400)와 기화기 시스템 사이를 연결하는 제4 유로(L4)를 더 포함한다. 복귀 탱크(400)는 제4 유로(L4)와 연결될 수 있고, 따라서 세정제가 제3 유로(L3)를 통해 세정제 탱크(300)로부터 기화 시스템으로 공급된 후 제4 유로(L4)를 통해 복귀 탱크(400)로 복귀할 수 있다. 이 때 세정제를 기화기(100)로 공급하고 기화기(100)에서 복귀 탱크(400)로 복귀시키기 위해 추가의 밸브를 더 포함할 수 있다. 이러한 구성은 예시적인 것이며 세정제의 공급 및 복귀를 위한 다른 다양한 유로 구성 및 밸브 구성이 가능함을 이해할 것이다.
예를 들어 대안적 실시예에서 세정제 탱크(300)와 복귀 탱크(400)가 하나의 유로(예컨대 제3 유로(L3))에 설치되어, 제3 유로(L3)를 통해 세정제를 기화기(100)로 공급하고 제3 유로(L3)를 통해 복귀 탱크(400)로 복귀시킬 수 있다.. 또 다른 일 실시예에서 세정제 탱크(300)와 복귀 탱크(400)가 동일한 하나의 탱크일 수도 있다.
일 실시예에서 세정제는 수산화칼륨(KOH)을 포함하는 세정제이다. 예를 들어 세정제는 KOH 수용액일 수 있다. 일 실시예에서 세정제로서 KOH 수용액은 KOH가 10% 내지 30% 농도로 용해된 수용액이다. 바람직하게는 KOH 수용액 세정제는 KOH가 20% 농도로 용해된 수용액이다.
일 실시예에서 물 대신 알코올 등 다른 용매를 사용할 수 있다. 예를 들어 세정제로서 에탄올 또는 IPA(이소프로필알코올)을 사용할 수 있다. 예를 들어 KOH가 10% 내지 30% 농도로 에탄올 또는 IPA에 용해된 용액일 수 있고, 바람직하게는 KOH가 20% 농도로 에탄올 또는 IPA에 용해된 용액일 수 있다.
일 실시예에서 전구체로서 고체 전구체를 사용할 경우 KOH 수용액을 세정제로 사용할 수 있다. 예를 들어 전구체로서 몰리브덴(Mo)을 함유한 고체 전구체(예컨대 MoO2Cl2)를 사용할 수 있고 이 경우 특히 KOH 수용액을 사용하는 것이 특히 바람직할 수 있다.
한편 도2에 도시한 것처럼 제1 내지 제4 유로(L1~L4)와 캐니스터(110)의 유입구 및 배출구 사이에 개재되는 밸브 모듈(150)을 더 포함할 수 있다. 밸브 모듈(150)은 복수개의 밸브를 포함하며 유로 사이를 개폐함으로써 캐리어 가스, 혼합가스, 및/또는 세정제의 이송 흐름을 제어할 수 있다.
도3은 일 실시예에 따른 밸브 모듈(150)을 예시적 구성을 개략적으로 나타낸 것으로, 도3(a)는 캐리어 가스를 사용하는 경우(즉, 제1 유로(L1)가 설치된 경우)이고 도3(b)는 캐리어 가스를 사용하지 않는 경우(즉, 제1 유로(L1)가 생략된 경우)의 밸브 모듈(150,150')의 예시적 구성을 나타낸다.
도3(a)을 참조하면, 일 실시예에 따른 밸브 모듈(150)은 제1 유로(L1)에 설치된 제1 밸브(V1) 및 제2 유로(L2)에 설치된 제2 밸브(V2)를 포함한다. 제1 밸브(V1)는 캐니스터(110)에 캐리어 가스를 공급하는 공급라인(Lin)과 연결되고 제2 밸브(V2)는 캐니스터(110)로부터 혼합가스를 배출하는 배출라인(Lout)과 연결될 수 있다.
본원 명세서에서 '밸브'는 유체의 흐름을 조절할 수 있는 구성요소이며, 유체의 흐름을 막거나 유체의 흐름을 허용하거나 흐르는 유체의 양을 조절할 수 있는 임의의 종류의 밸브 장치를 의미할 수 있다.
일 실시예에서 밸브 모듈(150)은 제1 유로(L1)와 제2 유로(L2)를 연결하는 바이패스 유로(LB) 및 이 유로에 설치된 제3 밸브(V3)를 포함할 수 있다. 따라서, 예컨대 제1 밸브(V1)와 제2 밸브(V2)를 폐쇄하고 제3 밸브(V3)를 개방하면, 제1 유로(L1)로 공급되던 캐리어 가스가 캐니스터(110)로 주입되지 않고 바이패스 유로(LB)를 통해 제2 유로(L2)로 이송될 수 있다.
한편 일 실시예에서 밸브 모듈(150)은 세정제를 공급하는 제3 유로(L3) 및 이에 설치된 제4 밸브(V4)를 포함한다. 제3 유로(L3)의 일단은 세정제 탱크(300)에 연결되고 타단은 제2 유로(L2)에 연결된다. 또한 밸브 모듈(150)은 제2 유로(L2)에 채워져 있던 세정제를 복귀 탱크(400)로 배출하는 제4 유로(L4) 및 이에 설치된 제5 밸브(V4)를 더 포함할 수 있다. 제4 유로(L4)의 일단은 제2 유로(L2)에 연결되고 타단은 복귀 탱크(400)에 연결된다. 또 다른 실시예에서, 제2 유로(L2) 내의 유체를 진공으로 흡입하거나 외부로 배출하기 위한 제5 유로(L5)가 추가로 더 설치될 수 있다.
캐리어 가스가 필요하지 않은 기화기 시스템의 경우 도3(b)에 도시한 밸브 모듈(150')이 사용될 수 있다. 도3(b)를 참조하면 일 실시예에 따른 밸브 모듈(150')은 제2 유로(L2)에 설치된 제2 밸브(V2) 및 제2 유로(L2)에 연결된 다수의 유로(L1, L3, L4, L5) 및 이들 유로의 각각에 설치된 밸브들을 포함할 수 있다.
도3(b)에서 제1 유로(L1)는 퍼지 가스를 공급하기 위한 유로이며 제3 밸브(V3)를 구비할 수 있다. 제3 유로(L3)는 세정제 탱크(300)에 연결되어 세정제를 제2 유로(L2)로 공급할 수 있고, 제4 밸브(V4)에 의해 개폐된다. 제4 유로(L4)는 복귀 탱크(400)에 연결되어 세정제를 제2 유로(L2)에서 복귀 탱크(400)로 복귀시킬 수 있고 제5 밸브(V5)에 의해 개폐된다.
도3(b)의 실시예의 경우 캐니스터(110) 내부의 전구체를 제2 유로(L2)로 흡입하여 처리설비(200)로 공급해야 하므로 제2 유로(L2)에 흐르는 전구체 가스의 유량을 측정하고 제어하기 위해 질량유량제어기(MFC)(160)를 더 포함할 수 있다.
이상과 같은 도3(a) 및 도3(b)의 밸브 모듈(150, 150')은 예시적인 것이며 본 발명에 따른 기화 시스템은 복수의 밸브와 배관(유로)들이 다양한 대안적 방식으로 연결되고 설치될 수 있다. 예컨대 도3(a) 또는 도3(b)에서는 제1 내지 제7 밸브가 밸브 모듈(150)에 모여 있는 것으로 도시하였지만 대안적 실시예에서 이러한 밸브들이 모듈 형태로 모여 있지 않고 각 유로(L1 내지 L5)에 흩어져서 산재하여 설치될 수도 있다. 또한 대안적 실시예에 따라 상술한 밸브(V1 내지 V7) 중 일부가 생략될 수도 있고 다른 추가 밸브가 더 설치될 수도 있음은 물론이다.
또한 일반적으로 기화 시스템은 도2 및 도3에 도시한 것처럼 캐니스터(110)에 연결된 다수의 배관과 각 배관에 설치된 밸브 외에도 배관을 가열하기 위한 히터, 배관을 흐르는 유체의 흐름을 제어하기 위해 배관들에 설치되는 질량유량제어기(MFC), 질량 유량계(MFM) 등 다양한 구성요소들을 더 포함할 수 있으며 본 명세서의 도면에서는 본 발명의 요지를 흐리지 않기 위해 이러한 구성요소들을 생략하였음을 당업자는 이해할 것이다.
도4는 일 실시예에 따른 기화 시스템의 동작 모드를 설명하는 도면으로, 도4(a)는 기화 모드 동작을, 도4(b)는 세정 모드 동작을 각각 개략적으로 나타낸다.
도3(a)와 도4(a)를 참조하면, 기화 모드에서 제1 밸브(V10)와 제2 밸브(V20)가 유로를 개방하고 바이패스 유로의 제3 밸브(V3)는 유로를 폐쇄한다. 그리고 밸브 모듈(150)에서도 제1 및 제2 밸브(V1, V2)가 유로를 개방하고 제4 및 제5 밸브(V4, V5)가 유로를 폐쇄한다. 캐리어 가스가 제1 유로(L1)를 따라 캐니스터(110)로 공급되고, 캐니스터(110)는 히터(120)에 의해 가열되어 전구체를 기화 또는 승화시킨다. 기화 또는 승화된 전구체는 캐리어 가스와 혼합되어 혼합가스가 되고 제2 유로(L2)를 따라 처리설비(200)로 공급될 수 있다.
도4(b)의 세정 모드에서 캐리어 가스가 기화 시스템으로 공급되지 않으며 캐니스터(110)에서 혼합가스도 배출되지 않는다. 세정 모드에서 세정제가 전구체와 접촉하는 유로 및 밸브를 세정할 수 있다. 예를 들어 제1 밸브(V10)와 제2 밸브(V20)를 폐쇄하고 밸브 모듈(150) 내에서도 제1 내지 제3 밸브(V1, V2, V3)에 의해 유로를 폐쇄하며, 세정제에 의한 유로 세정을 위해 제4 및 제5 밸브(V4, V5)를 순차적으로 또는 동시에 개방 및/또는 폐쇄할 수 있다. 예를 들어, 제4 밸브(V4)를 열고 제5 밸브(V5)를 닫은 상태에서 도4(b)에 굵은 유로로 표시한 것처럼 세정제 탱크(300)로부터 공급되는 세정제가 밸브 모듈(150)의 제2 밸브(V2)와 제2 유로(L2)의 제2 밸브(V20) 사이에 채워질 수 있다(이 때 제5 밸브(V5)는 닫혀 있다).
그 외에도 비록 도면에 구체적으로 도시하지 않았지만 세정 모드에서 기화 시스템은 필요에 따라 밸브(예를 들어, 밸브 모듈(150)의 V1 내지 V7를 포함하여 도면에 도시하지 않은 각종 밸브들)를 제어하여 각각의 유로를 개방 또는 폐쇄함으로써, 기화 또는 승화된 전구체와 접촉함으로 인해 오염되거나 세정이 필요한 유로 및 그에 설치된 밸브들을 세정할 수 있음은 물론이다.
한편, 이러한 각종 유로와 밸브의 세정에 사용되었던 세정제는 제4 유로(L4)를 따라 복귀 탱크(400)로 복귀할 수 있다. 세정제의 복귀를 위해, 예를 들어 푸쉬 가스(예를 들어 임의의 불활성 가스)를 제1 유로(L1)로 공급할 수 있다. 즉 제3 밸브(V3)를 열고 제4 밸브(V4)를 닫은 상태에서 푸쉬 가스를 제1 유로(L1)로 공급하여 제2 유로(L2)에 채워져 있는 세정제를 복귀 탱크(400)로 밀어내어 배출시킬 수 있다. 도5는 제2 실시예에 따른 기화 시스템을 개략적으로 도시하였다. 도5를 참조하면, 제2 실시예에 따른 기화 시스템은 기화기(100), 세정제 탱크(300), 복귀 탱크(400), 및 이들을 연결하는 다수의 유로 및 밸브를 포함할 수 있다. 도2의 실시예와 비교할 때 도5의 제2 실시예에서는 세정제 탱크(300)와 복귀 탱크(400)가 하층(F1)에 설치되고 기화기(100)와 처리설비(200)가 상층(F2)에 설치되어 있다. 여기서 하층(F1)과 상층(F2)은 예컨대 반도체 제조 공장의 각 층(floor)을 의미할 수 있다.
일반적으로 처리설비(200)는 반도체 웨이퍼나 집적회로 제품을 생산하는 설비일 수 있는데 오염을 방지하기 위해 처리설비(200) 주위를 클린 룸으로 유지하는 것이 바람직하다. 예컨대 처리설비(200)가 설치된 층(F2) 전체를 클린 룸으로 유지하고 이 층(F2)에는 가급적 사람이 출입하지 않도록 관리할 수 있으며, 따라서 도5에 도시한 것처럼 기화기(100)와 처리설비(200)만 상층(F2)에 설치하고 세정제 교체나 충전 등으로 사람의 출입이 필요한 세정제 관련 장비는 하층(F1)에 설치하는 것이다. 이 경우 세정제 탱크(300) 및 복귀 탱크(400)를 기화기(100)와 각각 연결하는 제3 유로(L3)와 제4 유로(L4)의 길이가 길어지고 상층으로 세정제를 공급해야 하므로 필요에 따라 펌프(도시 생략)를 설치할 수 있다.
도6은 제3 실시예에 따른 기화 시스템을 개략적으로 도시하였다. 도6을 참조하면, 제3 실시예에 따른 기화 시스템은 기화기(100), 세정제 탱크(300), 복귀 탱크(400), 및 이들을 연결하는 다수의 유로 및 밸브를 포함할 수 있다. 도5의 제2 실시예와 비교할 때 도6의 제3 실시예에서는 기화기(100), 세정제 탱크(300), 및 복귀 탱크(400)가 하층(F1)에 설치되고 처리설비(200)가 상층(F2)에 설치되어 있다.
제3 실시예에서는 캐니스터(110)로부터 혼합가스를 처리설비(200)로 공급하는 제2 유로(L2)의 길이가 길어지는데, 기화 또는 승화된 전구체가 다시 액체나 고체가 되지 않도록 제2 유로(L2)의 적어도 일부 또는 전체 구간에 걸쳐 제2 유로(L2)를 가열하는 히터(도시 생략)가 추가로 필요할 수도 있다.
그러나 제3 실시예의 경우 기화기(100)도 하층(F1)으로 옮기고 상층(F2)에는 처리설비(200)만 설치함으로써 사람이 상층(F2)에 출입하는 것을 최대한 방지하여 상층(F2)을 클린 룸으로 유지할 수 있다. 또한 일반적으로 반도체 공장 설계시 장비 사이즈를 줄이는 것이 중요한데, 도6과 같이 상층(F2)에 처리설비(200)만 설치하기 때문에 도5의 실시예에 비해 면적당 처리설비(200)의 설치 대수를 늘릴 수 있으므로 면적당 반도체 생산량을 증가시키는 이점이 있다.
한편 도4 내지 도6은 캐리어 가스를 사용하는 기화기 시스템에 대해 설명하였지만, 캐리어 가스를 사용하지 않는 기화기 시스템에 대해서도 적용될 수 있음은 물론이다. 즉 도4 내지 도6에서 도3(a)의 밸브 모듈(150) 대신 도3(b)의 밸브 모듈(150')이 대체되어 설치되었다고 가정할 수 있고, 이 경우에도 위에서 설명한 것과 유사하게 기화 모드 및 세정 모드가 동작함을 이해할 것이다.
이제 도7을 참조하여 일 실시예에 따른 기화 시스템 세정 방법을 설명하기로 한다. 도7을 참조하면 일 실시예에 따르면 기화 시스템의 세정 방법은 배관(유로) 냉각 단계(S10), 세정제 주입 단계(S20), 소정시간 대기 단계(S30), 세정제 배출 단계(S40), 물에 의한 세정 단계(S50), 및 건조 단계(S60)를 포함할 수 있다.
구체적으로, 기화 시스템 세정을 위해 우선 도4(b)에 도시한 것처럼 세정 대상인 배관(유로) 및 이에 설치된 밸브 등의 장치로 세정제가 주입될 수 있도록 각 밸브들을 제어하여 개방/폐쇄한 뒤, 세정제가 주입될 배관을 냉각시킨다(단계 S10). 일반적으로 기화 모드에서 기화 시스템을 운용할 때 전구체의 기화 및/또는 승화를 위해 캐니스터 및 배관의 온도를 섭씨 100도 이상, 예컨대 섭씨 150 내지 200도까지 올려서 동작시키기 때문에, 세정 모드에서는 세정을 위해 배관을 소정 온도 이하로 낮출 필요가 있다. 예를 들어 세정제로서 KOH 용액을 사용할 경우 KOH 용액의 끓는점(예컨대, KOH 수용액의 농도가 20%일 때 섭씨 104.95도) 이하로 낮추어야 한다.
배관 냉각을 위한 방법으로 예컨대 저온의 액체(예컨대 물)나 저온의 기체(예컨대 저온의 질소 가스나 아르곤 가스)를 배관으로 주입하여 배관 온도를 낮출 수 있고, 또는 자연적으로 배관 온도가 떨어질 때까지 기다릴 수도 있다. 기화 모드와 세정 모드 사이의 신속한 전환 및 소비 에너지의 절약을 위해 배관을 냉각시킬 목표 온도를 높이는 것이 바람직할 수 있으며, 예를 들어 20% 농도의 KOH 세정제를 사용하는 경우 상온까지 냉각하지 않고 섭씨 80도 내지 100도 사이로 냉각시킨 후 세정하는 바람직할 수 있다.
다음으로, 단계(S20)에서 세정제를 세정 대상인 배관으로 주입한다. 예를 들어 세정제 탱크(300)로부터 세정제를 기화 시스템에 공급하여 세정이 필요한 배관(예를 들어, 도4(b)에 도시한 것처럼 밸브 모듈(150)의 제2 밸브(V2)와 제2 유로(L2)의 밸브(V20) 사이의 제2 유로(L2) 구간)에 주입한다. 세정 대상인 배관을 세정제로 채운 후 단계(S30)에서 일정 시간(예컨대 30분 또는 1시간) 동안 기다리며 세정제와 배관 내부의 오염 물질이 반응하도록 한다. 그리고 소정 시간 경과 후 세정제를 배관에서 배출한다(단계 S40). 예를 들어 배관에 채워져 있던 세정제를 복귀 탱크(400)로 복귀시킬 수 있다. 한편 상술한 세정제 주입(S20), 소정 시간 대기(S30), 및 세정제 배출(S40) 단계를 한 세트로 하여 복수회 반복할 수 있다. 예를 들어 상기 단계(S20 내지 S40)를 2회 내지 4회 가량 반복하며 배관 내 오염 물질을 제거할 수 있다. 다음으로, 배관에 소정 용액을 주입하여 세정(헹굼)을 수행하고(단계 S50) 그 후 배관을 건조하여(단계 S60) 세정 동작을 완료할 수 있다. 세정(헹굼) 단계(S50)에서 사용하는 용액으로서 예를 들어 물, 알코올, 또는 유기용제를 사용할 수 있다. 이 경우 알코올은 예컨대 에탄올 또는 IPA일 수 있고, 유기용제는 유기화합물을 녹일 수 있는 액체로서 예컨대 솔벤트 등 탄화수소계 용제를 포함할 수 있다.
건조의 경우, 캐니스터(110)의 가열하는 히터(120) 및/또는 제2 유로(L2)를 따라 설치된 히터(도시 생략)를 이용하거나 별도의 히터를 이용할 수도 있고 제1 유로(L1)를 통해 퍼지 가스를 공급하여 건조할 수도 있다.
도8은 일 실시예에 따른 기화 시스템 세정에 의해 세정 효과를 설명하는 도면이다. 도8은 배관 세정시 이 배관에 설치된 브랜치 밸브를 세정한 모습을 나타낸 것으로, (a)는 브랜치 밸브의 3개의 배관 연결부 내부의 세정 전 사진이고 (b)는 세정 후 사진이다. 세정제로는 20% 농도의 KOH 수용액을 사용하였다. 도8의 사진 비교에서 알 수 있듯이 KOH 수용액으로 세정한 경우 배관 연결부 내부의 오염 물질이나 얼룩이 제거되어 내부 표면이 깨끗하게 세정된 것을 알 수 있다.
이상과 같이 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상술한 명세서의 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 그러므로 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니되며 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.
100: 기화기
110: 캐니스터
120: 히터 150, 150': 밸브 모듈
200: 처리설비 300: 세정제 탱크
400: 복귀 탱크
120: 히터 150, 150': 밸브 모듈
200: 처리설비 300: 세정제 탱크
400: 복귀 탱크
Claims (8)
- 고체 전구체를 기화하여 처리설비로 공급하는 기화 시스템으로서,
고체 전구체를 수용하는 캐니스터(110);
기화 시스템으로 캐리어 가스 또는 퍼지 가스를 공급하는 제1 유로(L1);
기화된 전구체를 포함하는 혼합 가스를 처리설비로 공급하는 제2 유로(L2);
세정제를 수용하는 세정제 탱크(300); 및
세정제 탱크의 세정제를 상기 기화 시스템으로 공급하는 제3 유로(L3);를 포함하는 것을 특징으로 하는 기화 시스템. - 제 1 항에 있어서,
상기 제2 유로(L2)와 제3 유로(L3) 사이에 개재되고 적어도 하나의 밸브를 구비하는 밸브 모듈(150)을 포함하는 것을 특징으로 하는 기화 시스템. - 제 2 항에 있어서,
상기 밸브 모듈(150)이 제2 유로(L2)와 제3 유로(L3)를 연결하는 바이패스 유로(LB)를 포함하는 것을 특징으로 하는 기화 시스템. - 제 1 항에 있어서,
상기 전구체가 염소(Cl)를 포함하는 고체 전구체로서 MxCly 또는 MxOzCly로 표현되는 화합물이고, 이 때 x, y, z는 각각 자연수이고, M은 임의의 금속인 것을 특징으로 하는 기화 시스템. - 고체 전구체를 기화하여 처리설비로 공급하는 기화 시스템을 세정하는 세정 방법으로서,
상기 기화 시스템의 유로 내부로 세정제를 공급하는 세정제 주입 단계(S20);
상기 기화 시스템의 유로에 세정제를 주입한 후 소정 시간 경과한 후 세정제를 배출하는 단계(S40);
상기 기화 시스템의 유로에 물, 알코올, 또는 유기용제를 주입하여 세정하는 단계(S50); 및
상기 기화 시스템의 유로를 건조시키는 단계(S60);를 포함하는 것을 특징으로 하는 기화 시스템 세정 방법. - 제 5 항에 있어서,
상기 물 주입에 의한 세정 단계(S50) 전에, 상기 세정제 주입 단계(S20)와 세정제 배출 단계(S40)를 복수회 반복하는 것을 특징으로 하는 기화 시스템 세정 방법. - 제 5 항에 있어서, 세정제 주입 단계(S20) 전에, 상기 기화 시스템의 유로를 소정 온도 이하로 냉각시키는 단계(S10)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 기화 시스템 세정 방법.
- 제 5 항에 있어서,
상기 전구체가 염소(Cl)를 포함하는 고체 전구체로서 MxCly 또는 MxOzCly로 표현되는 화합물이고, 이 때 x, y, z는 각각 자연수이고, M은 임의의 금속인 것을 특징으로 하는 기화 시스템 세정 방법.
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| KR20240074489A true KR20240074489A (ko) | 2024-05-28 |
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ID=91277483
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| KR20080048312A (ko) | 2006-11-28 | 2008-06-02 | 삼성전자주식회사 | 유전막 증착시 인시튜 세정에 의한 기화기 세정방법 |
| KR20100137016A (ko) | 2002-07-23 | 2010-12-29 | 어드밴스드 테크놀러지 머티리얼즈, 인코포레이티드 | 기화기, 기화기 사용 방법, 기화 장치 사용 방법, 용기, 기화기 유닛 및 반도체 프로세스 챔버용 증기 발생 방법 |
-
2022
- 2022-11-21 KR KR1020220156613A patent/KR20240074489A/ko unknown
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