KR100199008B1 - 화학기상증착형 원자층 에피택시 장치 및 화학기상증착 장치의 액체소스 증기 공급장치 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 화학기상증착형 원자층 에피택시 장치 및 화학기상증착 장치의 외부 액체소스 증기 공급장치에 관한 것으로, 특히, 증착에 사용되는 액체소스를 외부 가열장치에서 가열하여 소스 증기를 생성하는 동시에, 고온 운반 가스 공급장치를 이용하여 고온의 운반가스를 액체소스에 공급함으로써, 고온의 소스 증기를 중도에 응축됨이 없이 증착장치의 반응실로 공급할 수 있도록 구성된 외부 액체소스 증기 공급장치에 관한 것이다. 본 발명에 따른 외부 액체소스 공급장치는, 온도조절장치(6)에 의해 온도를 조절하면서 운반가스를 가열하여 외부 액체소스 모듈(8)에 공급하기 위한 고온 운반가스 공급장치(7)와, 온도조절장치(9)에 의해 온도가 조절되는 한편, 상기한 고온 운반가스 공급장치(7)에 의해 공급된 운반가스에 의해 소스증기를 증착장치의 반응실(10)로 공급하기 위한 외부 액체소스 모듈(8)과, 고온의 운반가스 및 고온의 운반가스와 소스증기의 혼합가스를 단열시켜 공급하도록 하는 가스 공급 튜브(4)를 포함한다. 또한, 본 발명의 외부 액체소스 공급장치는, 운반 가스 공급용 튜브(3)를 통해 공급된 실온의 운반가스를 가열하는 동시에, 액체소스 용기를 가열하여 가스공급용 튜브(4)를 통해 고온의 운반가스와 소스증기의 혼합가스를 공급하기 위한 대류가열형 액체소스 캐비넷(11)과, 운반가스가 캐비넷(11)내에 충분히 오래 머물면서 가열되도록 둥글게 감긴 형상을 지닌 수미터 이상의 긴 스테인레스스틸 또는 구리 튜브(1)와, 캐비넷(11)내에 설치된 열전대 등과 같은 온도센서(9a)에 의해 온도를 연속적으로 측정하면서 캐비넷(11)내의 온도를 유지시키기 위한 온도조절 장치(9)와, 액체소스가 저장되는 액체소스 용기(14)를 포함한다.
Description
본 발명은 화학기상증착형 원자층 에피택시 장치 및 화학기상증착 장치의 외부 액체소스 증기 공급장치에 관한 것으로, 특히, 증착에 사용되는 액체소스를 외부 가열장치에서 가열하여 소스 증기를 생성하는 동시에, 고온 운반 가스 공급장치를 이용하여 고온의 운반가스를 액체소스에 공급함으로써, 고온의 소스 증기를 중도에 응축됨이 없이 증착장치의 반응실로 공급할 수 있도록 구성된 외부 액체소스 증기 공급장치에 관한 것이다.
일반적으로, 화학기상증착형 원자층 에피택시 장치 및 화학기상증착 장치에 있어서는 원리적으로 고체, 액체, 기체 등의 증기를 발생할 수 있는 모든 소스재료를 활용할 수 있다.
이중에서, 기체 소스재료의 경우는 증착장치의 반응실 내로 증기를 공급하기가 매우 용이하며, 고체소스의 경우에는 가열하여 온도의 저하가 없는 증기공급 시스템을 통하여 증기를 질소, 아르곤 등의 운반가스에 실어 공급하는 방법이 사용되고 있다.
한편, 액체소스에 대하여는, 고체소스와 유사한 가열장치를 사용하여 동일한 방법으로 공급하거나, 외부에 별도의 액체소스 저장고를 배치하여 실온보다 1~2℃ 정도 온도가 낮은 상태로 유지하면서, 질소, 아르곤 등의 운반가스에 실어서 공급하는 방법이 사용되고 있다.
상기한 소스재료 중에서 고체소스의 경우, 소스 증기를 얻기 위해서는 매우 높은 온도가 요구되며 실온에서는 소스증기가 즉시 응축되어 버리기 때문에, 고체소스 모듈 및 공급 튜브 등이 모두 고온으로 유지된 반응실 본체내에 위치하도록 구성하여야 한다.
이에 반해, 액체소스는 고체소스의 경우와 같이 반응실 본체 내에 함께 구성할 때에는, 부수적인 가열 및 단열장치들에 의해 반응실의 부피가 지나치게 커지게 되며, 또한, 인 시튜(in-situ) 반응 전구체(precursor) 합성 등과 같이 다양한 소스배열이 요구되는 시스템의 경우에는 매우 불리하다는 문제가 있다. 이런 이유로 인하여, 종래에는, 외부 액체소스 공급장치를 주로 사용하는데, 이 경우에는, 액체소스 저장고의 온도를 실온보다 약간 낮게 유지해야 하는데, 그 이유는 공급튜브의 온도가 실온으로 유지되므로 소스 증기가 공급되는 도중에 응축되는 것을 방지하기 위함이다.
따라서, 상기한 종래기술에 따른 외부 액체소스 공급장치를 사용하는 경우에는, 소스증기의 공급 도중에 소스증기의 응축 발생을 방지하기 위하여, 실온 이하의 낮은 온도에서 박막 성장에 적합한 증기압을 나타내는 제한된 종류의 액체 소스재료 만이 사용가능하다는 한계가 있었다.
즉, 화학기상증착형 원자층 에피택시 장치 및 화학기상증착 장치에서는, 액체소스 저장고를 증착장치의 반응실 외부에 배치하고, 운반가스를 사용하여 소스증기를 증착장치의 반응실로 공급하도록 구성한 경우에는, 실온의 운반가스를 사용하게 되는데, 이때 소스재료로는 실온 이하의 온도에서 증착에 적합한 정도의 증기압을 지닌 재료만이 사용가능하게 된다. 이는 액체소스용기의 온도를 높여서 다량의 증기를 발생시키더라도, 실온의 운반가스를 사용하고 공급튜브가 실온에 노출되기 때문에, 과량이 증기는 튜브 내에서 응축되는 현상이 발생하기 때문이다.
결국, 본 발명의 상기한 종래기술이 지닌 한계를 극복하기 위한 것으로, 본 발명의 제1목적은, 비교적 증기압이 낮은 액체소스도 화학기상증착형 원자층 에피택시 장치 및 화학기상증착 장치에 활용이 가능하도록 하여, 다양한 소스재료를 활용할 수 있음은 물론, 기존에 사용하던 액체 소스재료의 증기량을 증가시킴으로써, 증착속도를 증대시키고 공정시간을 단축시킬 수 있는, 고온 운반가스 공급장치를 제공함에 있다.
본 발명의 제2목적은 비교적 증기압이 낮은 액체소스도 화학기상증착형 원자층 에피택시 장치 및 화학기상증착 장치에 활용이 가능하도록 하여, 다양한 소스증기를 증착장치에 공급할 수 있음은 물론, 기존에 사용하던 액체소스재료의 증기량을 증가시킴으로써 증착속도를 증대시키고 공정시간을 단축시킬 수 있는, 외부 액체소스 공급장치를 제공함에 있다.
본 발명의 제3목적은 상기한 본 발명의 외부 액체소스 공급장치를 고체소스 모듈에 연결하여 고온의 운반가스와 함께 공급된 소스증기를 고체소스 모듈 내에서 고체소스 증기와 반응시킴으로써, 새로운 전구체를 합성할 수 있는 증착장치를 제공함에 있다.
제1도는 대류형 오븐과 긴 스테인레스스틸 또는 구리 튜브로 구성된, 본 발명의 일 실시예에 따른 고온 운반가스 공급장치의 개략적 구성도.
제2도는 고온 운반가스 공급장치와 외부 액체소스 모듈 및 증착장치의 반응실로 구성된, 본 발명의 일 실시예에 따른 액체소스용 증착장치의 블럭 구성도.
제3도는 긴 스테인레스스틸 또는 구리 튜브를 온도조절장치가 구비된 대류 가열형 액체소스 캐비넷에 함께 장착 구성한, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 외부 액체소스 공급장치의 개략적 구성도.
제4도는 외부 액체소스 공급장치와 증착장치의 반응실로 구성된, 본 고안의 또 다른 실시예에 따른 액체소스용 증착장치의 블럭 구성도.
제5도는 외부 액체소스 공급장치 증착장치의 반응실 내에 구성된 고체소스 모듈과 연결하여 새로운 전구체 합성을 할 수 있도록 구성된, 본 발명의 실시예에 따른 증착장치의 블럭 구성도.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
1 : 스테인레스스틸 또는 구리 튜브 2 : 운반가스 가열용 대류형 오븐
2a : 대류 팬 3 : 운반가스 공급용 튜브
4 : 가스 공급용 튜브 5 : 운반가스 튜브 연결용 커넥터
6 : 오븐 온도조절장치 6a ; 온도센서
7 : 고온 운반가스 공급장치 8 : 외부 액체소스 모듈
9 : 외부 액체소스 모듈 온도 조절장치
9a : 온도센서 10 : 증착장치의 반응실
11 : 대류가열형 액체소스 캐비넷 12 : 운반가스 공급용 밸브
13 : 운반가스 및 액체소스 증기 공급용 밸브
14 : 액체소스 용기 15 : 외부 액체소스 공급장치
16 : 고체소스 모듈
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 외부 액체소스 공급장치는, 운반가스를 가열하여 액체소스 모듈에 공급하기 위한 고온 운반가스 공급장치와, 외부 액체소스 재료를 가열하기 위한 액체소스 모듈과, 고온의 운반가스 및 고온의 운반가스와 소스증기의 혼합가스를 단열시켜 공급하도록 단열 피복 또는 온도조절 가열피복이 입혀진 가스공급 튜브를 포함한다.
이하, 본 발명의 고온 운반가스 공급장치, 외부 액체소스 공급장치 및 증착 장치에 대한 바람직한 실시예를 첨부도면을 참조하여 보다 상세히 설명한다.
제1도는 대류형 오븐과 긴 스테인레스스틸 또는 구리 튜브로 구성된, 본 발명의 일 실시예에 따른 고온 운반가스 공급장치의 개략적 구성도이다. 제1도에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 고온 운반가스 공급장치는, 운반가스 공급용 튜브(3)를 통해 공급된 실온의 운반가스를 가열하여 가스공급용 튜브(4)를 통해 고온의 운반가스를 공급하기 위한 운반가스 가열용 대류형 오븐(2)과, 운반가스가 오븐(2)내에 충분히 오래 머물면서 가열되도록 둥글게 감긴 형상을 지닌 수 미터 이상의 긴 스테인레스스틸 또는 구리 튜브(1)와, 오븐(2) 내에 설치된 열전대(thermocouple) 등과 같은 온도센서(6a)에 의해 온도를 연속적으로 측정하면서 오븐(2) 내의 온도를 일정하게 유지시키기 위한 온도조절장치(6)를 포함한다.
이때, 오븐(2) 내의 균일한 온도 유지를 위하여, 오븐(2)의 일측에 대류 팬(2a)을 설치하면 효과적이다. 제1도에서, 미설명 부호 5는 운반가스 튜브 연결용 커넥터를 나타낸다.
이때, 상기한 튜브(1)의 길이, 오븐(2)의 온도, 유속 등은 운반가스의 적정온도에 따라 결정된다. 예를 들어, 실온과 원하는 운반가스의 온도차이가 클수록, 또한, 유속이 빠를수록, 보다 긴 튜브가 필요하다.
제2도는 고온 운반가스 공급장치와 외부 액체소스 모듈 및 증착장치의 반응실로 구성된, 본 발명의 일 실시예에 따른 액체소스용 증착장치의 블럭 구성도이다. 제2도에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 외부 액체소스 공급장치는, 온도조절장치(6)에 의해 온도를 조절하면서 운반가스를 가열하여 외부 액체소스 모듈(8)에 공급하기 위한 고온 운반가스 공급장치(7)와, 온도조절장치(9)에 의해 온도가 조절되는 한편, 상기한 고온 운반가스 공급장치(7)에 의해 공급된 운반가스에 의해 소스증기를 증착장치의 반응실(10)로 공급하기 위한 외부 액체소스 모듈(8)과, 고온의 운반가스 및 고온의 운반가스와 소스증기의 혼합가스를 단열시켜 공급하도록 하는 가스공급 튜브(4)를 포함한다.
제2도에서 나타낸 바와 같이, 고온 운반가스 공급장치(7)에 의해 가열된 운반 가스는 외부 액체소스 모듈(8) 내의 액체소스 저장고(미도시)를 통과하면서 역시 적정한 온도로 가열된 소스증기를 증착장치의 반응실(10)로 운반하게 되는데, 운반되는 도중 열손실을 최소화하기 위하여, 각 장치 부분과 반응실(10) 사이의 연결 튜브(4)는 길이를 가능한 한 짧게 하는 동시에, 단열피복 또는 온도조절 가열피복이 입혀져 있는 튜브를 이용한다.
제3도는 긴 스테인레스스틸 또는 구리 튜브를 온도조절장치가 구비된 대류가 열형 액체소스 캐비넷에 함께 장착 구성한, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 외부 액체소스 공급장치의 개략적 구성도이다.
제3도에서 도시된 바와 같이, 상기한 고온 운반가스 공급장치와 외부 액체소스 모듈을 하나의 캐비넷 내에 설치함으로써 동일한 온도로 유지하도록 구성할 수 있는데, 제3도에 도시된 외부 액체소스 공급장치는, 운반가스 공급용 튜브(3)를 통해 공급된 실온의 운반가스를 가열하는 동시에, 액체소스 용기(14)를 가열하여 가스공급용 튜브(4)를 통해 고온의 운반가스와 소스증기의 혼합가스를 공급하기 위한 대류가열형 액체소스 캐비넷(11)과, 운반가스가 캐비넷(11)내에 충분히 오래 머물면서 가열되도록 둥글게 잠긴 형상을 지닌 수미터 이상의 긴 스테인레스스틸 또는 구리 튜브(1)와, 캐비넷(11) 내에 설치된 열전대 등과 같은 온도센서(9a)에 의해 온도를 연속적으로 측정하면서 캐비넷(11) 내의 온도를 일정하게 유지시키기 위한 온도조절장치(9)와, 액체소스가 저장되는 액체소스 용기(14)를 포함한다.
이때, 캐비넷(11) 내의 균일한 온도 유지를 위하여, 캐비넷(11)의 일측에 대류 팬(11a)을 설치하는 것이 바람직하다. 제3도에서, 미설명 부호 12는 운반 가스 공급용 밸브이며, 13은 운반가스와 액체소스 증기를 증착장치의 반응실에 공급하는 밸브를 나타낸다.
제4도는 제3도에 도시된 온도조절장치(9)와 연결된 액체소스 공급장치(15)를 증착장치의 반응실(10)에 연결 구성한 액체소스용 증착장치를 보여주고 있다.
특히, 상기한 제3도에 도시된 외부 액체소스 공급장치를 증착장치의 반응실에 구비된 고체소스 모듈에 연결하여 운반가스와 함께 소스증기를 공급하게 되면, 고체소스 모듈 내에서 고체소스 증가와 반응하여 새로운 반응 전구체를 생성함으로써, 증착장치의 반응실로 공급할 수 있다.
제5도는 이러한 구성에 따른 본 발명의 증착장치의 블럭 구성도로서, 온도조절장치(9)에 의해 온도조절이 이루어지며 실온의 운반가스를 가열하는 동시에, 액체소스를 가열하여 가스공급용 튜브(4)를 통해 고온의 운반가스 및 소스증기의 혼합가스를 증착장치의 반응실(10)에 구비된 고체소스 모듈(16)에 공급하기 위한 외부 액체소스 공급장치(15)와, 증착장치의 반응실(10) 내에 구비되며 상기한 외부 액체소스 공급장치(15)에 의해 공급된 고온의 운반가스 및 소스증기의 혼합가스와 그 내부의 고체소스 증기와 반응하여 새로운 반응전구체를 생성하여 상기한 반응실로 공급하기 위한 고체소스 모듈(16)을 포함한다.
상기한 본 발명에 따르면, 고온의 운반가스를 액체소스 용기에 공급하여 실온 이상의 온도에서 발생한 증기를 응축됨이 없이 증착장치의 반응실로 공급할 수 있으므로, 현재까지 증기압이 낮아 사용할 수 없었던 다양한 액체소스 재료들을 화학기상증착형 원자층 에피택시 장치 및 화학기상증착 장치에 활용할 수 있다. 또한, 기존에 사용하던 액체소스 재료들의 증기량을 증가시킬 수 있는 범위가 증대되어 증착속도를 높일 수 있음은 물론, 공정 시간을 대폭적으로 단축시킬 수 있다. 아울러, 상기한 본 발명의 외부 액체소스 공급장치를 고체소스 모듈에 연결하여 고온의 운반가스와 함께 공급된 소스증기를 고체소스 모듈 내에서 고체소스 증기와 반응시킴으로써, 새로운 전구체를 합성할 수 있다.
Claims (4)
- 화학기상증착형 원자층 에피택시 장치 및 화학기상증착 장치의 고온 운반가스 공급장치에 있어서, 운반가스 공브용 튜브를 통해 공급된 실온의 운반가스를 가열하여 가스공급용 튜브를 통해 고온의 운반가스를 공급하기 위한 운반가스 가열용 대류형 오븐과, 운반가스가 오븐 내에 충분히 오래 머물면서 가열되도록 둥글게 감긴 형상을 지닌 스테인레스스틸 또는 구리 튜브와, 오븐의 일측에 부설된 대류 팬과, 오븐 내에 설치된 온도센서에 의해 온도를 연속적으로 측정하면서 오븐 내의 온도를 일정하게 유지시키기 위한 온조조절장치를 포함하는 것을 특징으로 하는, 고온 운반가스 공급장치.
- 화학기상증착형 원자층 에피택시 장치 및 화학기상증착 장치의 외부액체소스 공급장치에 있어서, 온도조절장치에 의해 온도를 조절하면서 운반가스를 가열하여 외부 액체소스 모듈에 공급하기 위한 고온 운반가스 공급장치와, 온도조절장치에 의해 온도가 조절되는 한편, 상기한 고온 운반가스 공급장치에 의해 공급된 운반가스에 의해 소스증기를 증착장치의 반응실로 공급하기 위한 외부 액체소스 모듈과, 고온의 운반가스 및 고온의 운반가스와 소스증기의 혼합가스를 단열시켜 공급하도록 하는 가스공급 튜브를 포함하는 것을 특징으로 하는, 외부 액체소스 공급장치.
- 화학기상증착형 원자층 에피택시 장치 및 화학기상증착 장치의 외부 액체소스 공급장치에 있어서, 운반가스 공급용 튜브를 통해 공급된 실온의 운반가스를 가열하는 동시에, 액체소스 용기를 가열하여 가스공급용 튜브를 통해 고온의 운반가스와 소스증기의 혼합가스를 공급하기 위한 대류가열형 액체소스 캐비넷과, 운반가스가 캐비넷 내에 충분히 오래 머물면서 가열되도록 둥글게 감긴 형상을 지닌 스테인레스스틸 또는 구리 튜브와, 캐비넷 내에 설치된 온도센서에 의해 온도를 연속적으로 측정하면서 캐비넷 내의 온도를 일정하게 유지시키기 위한 온도조절장치와, 캐비넷의 일측에 부설된 대류 팬과, 액체소스가 저장되는 액체소스 용기를 포함하는 것을 특징으로 하는, 외부 액체소스 공급장치.
- 화학기상증착형 원자층 에피택시 장치 및 화학기상증착 장치에 있어서, 온도조절장치에 의해 온도조절이 이루어지며 실온의 운반가스를 가열하는 동시에, 액체소스를 가열하여 가스공급용 튜브를 통해 고온의 운반가스 및 소스증기의 혼합가스를 증착장치의 반응실에 구비된 고체소스 모들에 공급하기 위한 외부 액체소스 공급장치와, 증착장치의 반응실 내에 구비되며 상기한 외부 액체소스 공급장치에 의해 공급된 고온의 운반가스 및 소스증기의 혼합가스와 그 내부의 고체소스 증기와 반응하여 새로운 반응전구체를 생성하여 상기한 반응실로 공급하기 위한 고체소스 모들을 포함하는 것을 특징으로 하는, 증착장치.
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