KR100309395B1 - 원료물질공급장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명에 따르면, 화학 기상 증착 장치에 소스 가스를 공급하기 위한 것으로서, 원료가 공급 라인에서 응축되는 것을 방지하는 원료 물질 공급 장치가 제공된다.
반응기에 원료물질을 공급하기 위한 원료 공급 시스템은 원료공급탱크와 원료공급라인을 구비한다. 원료공급라인은 상기 원료공급탱크로부터 상기 반응기쪽으로 연장되는 도관을 구비한다. 상기 도관 상에는 상기 원료공급탱크로부터 차례로 액체 유량제어기와 기화기가 설치되어 있으며, 상기 액체 유량제어기와 기화기의 상류 및 하류에는 밸브가 설치된다. 원료공급시스템은 공급라인에 잔류하는 원료물질을 배출하기 위한 배출라인과 배출라인에 공급되는 퍼지가스를 가열하기 위한 가열장치를 구비한다.

Description

원료 물질 공급 장치 {Liquid Delivery System}
본 발명은 화학 기상 증착 장치에 사용하는 액체 운반 시스템(Liquid Delivery System; LDS)에 관한 것으로, 특히 운송되는 원료의 공급라인의 구조가 단순하고 공급라인 가열수단을 사용함으로써 형성되는 막질의 균일성과 재현성을 향상시켰으며 설치 면적이 작고 운영이 편리한 액체 운반 시스템에 관한 것이다.
종래의 액체 운반 시스템에 따르면, 소스가스 공급 라인은 원료탱크에서 반응기까지의 공급라인의 길이가 길고 복잡하였다. 따라서, 공급라인 내에 잔류소스가 완전히 배기되지 못하고 응축되는 문제가 있다. 이렇게 응축되어 있던 것은 다음 공정 진행을 위해 공급된 소스와 함께 반응기내로 들어가게 되어 공정이 진행됨에 따라서 재현성을 떨어뜨린다. 종래의 액체 운반 시스템 중 일부에서는 잔류가스가 남아있지 못하게 소스를 공급할 때에도 가스 배출라인과 펌프를 계속 열어둔다. 이 경우 소스를 과다 소모하는 문제가 있다.
본 발명은 위와 같은 문제점을 개선하기 위한 것으로서, 본 발명의 목적은 화학 기상 증착 장치에 소스 가스를 공급하기 위한 것으로서, 원료가 공급 라인에서 응축되는 것을 방지하는 액체 공급 시스템을 제공하는 데에 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 구조가 단순하여 유지비용을 감소시킬 수 있는 액체 공급 시스템을 제공하는 데에 있다.
도1은 본 발명에 따른 원료 물질 공급 장치의 구조도
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명
12: 원료공급탱크 13: 공급 라인
16: 배출라인 18: 보충라인
22: 가열 장치
본 발명은 이러한 목적을 달성하기 위하여, 반응기에 원료물질을 공급하기 위한 원료 물질 공급 장치에 있어서, 원료공급탱크와 원료공급라인을 구비하며, 상기 원료공급라인은 상기 원료공급탱크로부터 상기 반응기쪽으로 연장되는 도관과, 상기 도관 상에는 상기 원료공급탱크로부터 차례로 액체 유량제어기와 기화기가 설치되어 있으며, 상기 액체 유량제어기와 기화기의 상류 및 하류에는 밸브가 설치되고, 상기 기화기 하류의 공급라인을 가열하기 위한 가열 장치를 구비하는 것을 특징으로 하는 원료 물질 공급 장치을 제공한다.
화학 기상 증착에 의해 형성된 막의 막질은 액체 운반 시스템의 구조와 성능에 크게 의존한다. 액체 운반 시스템의 소스공급 구조를 복잡하게 하면, 사용 시간이 흐름에 따라서 원료가 공급 라인이나 장치에 응축되어 막의 균일성과 재현성이 저하될 수 있다. 본 발명은 원료 공급 구조를 단순화하여 길이를 줄이고, 가스 공급라인 가열수단을 이용하여 잔류가스가 응축되었다 다시 원하지 않는 기화원으로 작용하는 것을 방지한다. 또한, 잔류가스뿐 아니라, 기화기를 통과하기 전에 공급라인이나 액체유량 제어기 내에 남아 있는 잔류 액체를 퍼지 가스를 이용하여 완전히 배출하는 것이 가능하다. 따라서, 공정을 여러 번 진행하여도 공급라인을 통과하여 반응기내로 주입되는 원료의 양이 일정하여, 형성되는 막의 균일성과 재현성이 우수하다. 그 구조가 단순하므로 유지비용도 감소시킬 수 있다.
도1을 참조하면, 본 발명의 원료 물질 공급 장치는 그 구성상 크게는 원료공급탱크(12)와, 원료공급탱크(source tank; 12)로부터 반응기까지 소스가스를 공급하는 공급라인(13), 그리고 배출라인(Evacuation line; 16), 액체 원료를 보충하기 위한 보충라인(18), 공급라인과 배출라인의 일부를 가열하기 위한 가열 장치(22)로 구성된다.
원료공급탱크(12)는 반응기(도시되지 않음)로 보낼 액체 원료를 저장한다. 바람직하기로는 본 출원인이 출원한 한국 특허출원 제98-1345호에 기재된 바와 같이, 원료 탱크 자체의 체적을 축소시켜 원료 탱크의 내압 증가에 의해서 원료를 배출구로 밀어내는 방식의 액체 원료 탱크를 사용하는 것이 바람직하다. 상기 출원의 액체 원료 탱크에 해당하는 부분의 기재는 본 명세서의 일부로 한다. 그러나, 본 발명은 그러한 액체저장탱크에 제한되는 것은 아니며, 반응기에 보낼 액체를 저장하는 탱크라면, 어떠한 탱크도 사용할 수 있다.
공급라인(13)은 원료공급탱크(12)로부터 반응기(도시하지 않음)까지도관(23)이 연장됨으로써 이루어진다. 상기 공급라인(13)에는 원료공급탱크로부터 차례로 배치된 온-오프(on-off) 밸브인 제1밸브(25), 압력게이지(PG: Pressure gauge; 29), 제2밸브(32), 제1유량 제어기(LMFC; 34), 제3밸브(35), 기화기(Vaporizer; 39), 제4밸브(42)가 구비되어 있다. 액체 압력게이지(29)는 원료액체의 압력을 나타낸다. 제1유량 제어기(34)는 유동하는 액체의 양을 일정하게 제어한다. 기화기(39)는 원료 액체를 기화시켜 소스가스로 만든다.
배출라인(16)은 공급라인(13)에 있는 잔류 원료 액체나 소스 가스를 외부로 배출하기 위한 것이다. 배출라인(16)은 기화기(39)와 제4밸브(42) 사이에서 분기하여 잔류가스 배출 펌프(도시하지 않음)로 연결된 제1배출라인(43)를 갖는다. 제1배출라인(43)에는 제5밸브(45)가 설치된다. 제2배출라인(47)은 퍼지가스 공급장치(도시하지 않음)로부터 기화기(39)까지 연장된다. 제2배출라인(47)에는 제6밸브(49)가 설치된다.
제3배출라인(50)은 공급라인(13)의 제1유량제어기(34)와 제3밸브(35) 사이에서 분기하여 잔류액체 배출 펌프(도시하지 않음)로 연장된다. 제3배출라인(50)에는 제7밸브(52)가 설치된다. 제4배출라인(53)은 퍼지가스 공급장치(도시하지 않음)로부터 공급라인(13)의 제2밸브(32)와 제1유량제어기(34) 사이의 도관까지 연장된다. 제4배출라인(53)에는 제8밸브(55)가 설치된다. 배출라인에는 퍼지가스 공급장치로부터 나오는 퍼지가스의 유량을 제어하기 위한 제2유량제어기(59)가 설치된다.
원료액체 보충라인(18)은 원료액체의 공급조(도시하지 않음)에서 연장되는제1보충라인(61)을 갖는다. 제1보충라인(61)은 제9밸브(64)를 거쳐 공급라인(13)의 원료공급탱크(12)와 제1밸브(25) 사이에 연결된다. 제1보충라인(61)에서 분기된 제2보충라인(63)은 제10밸브(65)를 거쳐 공급라인(13)의 제1밸브(25)와 압력 게이지(29) 사이에 연결된다. 제9밸브(64)는 필요한 경우 액체소스를 자동리필(refill)할 때 사용한다. 제10밸브(65)는 자동리필 후에 잔류소스를 배출할 때 사용한다.
가열 장치(22)는 가열테이프 또는 가열재킷으로 이루어진다. 가열장치(22)는 공급라인(13) 중 기화기에서 반응기까지의 기화한 소스가 유동하는 라인에 설치된다. 또한, 가열장치(22)는 배출라인(16) 중 제1배출라인(43)과 제2배출라인(47)에 설치된다. 기화된 소스가스가 가열장치로 가열된 라인을 통하여 공급되므로, 공급라인(13) 내에서 소스가스가 응축될 우려가 없다. 또한, 퍼지가스가 제2배출라인(47)을 통하여 공급되는 동안, 가열장치(22)에 의해 가열되므로, 차가운 퍼지가스를 그대로 공급했을 때 발생할 수 있는 기화기 내의 원료의 응축 등을 방지할 수 있다.
상기와 같은 구성에 따른 본 발명의 작용을 설명하면 다음과 같다.
먼저, 원료공급탱크(12)에서 저장된 원료를 반응기로 보내려면, 먼저 제5밸브 내지 제10밸브를 차단하고, 액체소스를 공급하기 위한 온-오프(on-off) 밸브인 제1밸브(25)를 열어 준 후, 제2밸브(32), 제3밸브(35), 제4밸브(42)를 순차적으로 연다. 원료공급탱크(12)에서 나온 액체원료는 제2밸브(32)를 통해 제1유량제어기(34)로 보내지고, 일정한 양으로 제어된 원료액체는 제3밸브(35)를통해 기화기(39)로 보내진다. 기화된 원료는 제4밸브(42)를 거쳐 반응기로 공급된다. 이때 공급되는 원료의 압력은 압력게이지(29)를 통해서 알 수 있다.
이후 반응기로 보내는 원료를 차단하기 위해서 제2밸브(32), 제3밸브(35), 제4밸브(42)를 닫고 가스라인 내에 잔류하고 있는 원료를 제거한다. 먼저, 제5밸브(45)를 열고, 가스배출펌프(도시하지 않음)를 가동시켜 공급라인(13)에 남아 있는 잔류 원료 가스를 배출한다. 이때, 퍼지가스-바람직하기로는 Ar 가스-를 제6밸브(49)를 열고 공급한다. 퍼지가스는 제2배출라인(47)을 통과하는 동안 가열장치(22)에 의해 가열되므로 기화기(39)에 남아있는 기체원료와 기화기(39)를 통과하고 반응기에 들어가지 못한 잔류기체원료의 응축 및 액화가 방지된다. 또한, 제7밸브(52)를 열고 액체배출 펌프(도시하지 않음) 가동시켜 공급라인(13)에 남아있는 잔류 액체 원료를 배출한다. 이때, 제8밸브(55)를 열고, 퍼지가스를 공급한다. 퍼지가스는 잔류 액체 원료를 밀어 제3배출라인(50)으로 잔류 액체 원료가 쉽게 빠져나갈 수 있게 한다. 이때, 공급되는 퍼지가스는 제1유량제어기(34)를 지나면서 제1유량 제어기(34) 내에 잔류하는 액체 원료를 밀어낸다. 퍼지가스는 제2유량제어기(59)를 통해 일정한 양만을 공급한다. 한편 제3밸브(35)와 제5밸브(45)를 열고 퍼지가스를 공급하면, 제3밸브(35)와 기화기(39) 사이에 있는 잔류액체도 배출시킬 수 있다.
원료공급탱크(12)에 있는 액체 원료를 모두 사용한 후에는 제9밸브(64)를 열어 원료공급탱크(12)에 액체원료를 다시 채워 넣는다. 제9밸브(64)를 닫고, 제10밸브(65)을 연 후 보충라인으로 퍼지가스를 공급하면 보충라인 및 제2밸브(34)이후의 공급라인에 있는 잔류액체를 배출할 수 있다.
위와 같은 본 발명의 구성에 따르면, 원료공급 라인 내에 잔류하는 가스가 응축되는 문제를 방지할 수 있다. 원료 공급라인과 액체유량제어기에 잔류하는 액체원료를 완전히 제거할 수 있어, 소스라인에 응축되어 압력이 변화하거나 관이 좁아지거나 응축된 소스가 또 다른 소스 시스템으로 작용하는 문제없이 항상 동일한 액체운반 시스템 상태에서 공정을 수행하는 것이 가능하다. 원료가 반응기 내로 공급되는 동안에는 배출라인과 펌프를 닫으므로, 필요 없는 원료의 낭비가 없다. 원료탱크에서 반응기까지의 공급라인의 길이가 짧고 구조가 단순하여 장치의 면적을 줄일 수 있고 유지비용이 감소되어 매우 경제적이다. 이 액체운반시스템을 화학 기상 증착 장치에 적용함으로써 상기 장치에서 형성되는 막의 균일성과 재현성 특성을 향상시킬 수 있다.

Claims (5)

  1. 반응기에 원료 물질을 공급하기 위하여 원료공급탱크와 원료공급라인을 구비하는 원료 물질 공급 장치에 있어서, 상기 원료공급라인은 원료공급탱크(12)로부터 반응기 쪽으로 연장되는 도관(23)을 가지며, 상기 도관(23) 상에는 상기 원료공급 탱크(12)로부터 차례로 제1유량제어기(34)와 기화기(39)가 설치되고, 상기 제1유량제어기(34)와 기화기(39)의 상류 및 하류에는 밸브들(25,32,35,42)이 설치되고, 상기 기화기(39) 하류의 공급라인에는 가열장치(22)가 설치되며, 상기 공급라인에 잔류하는 원료 물질을 배출하기 위하여, 상기 기화기(39)의 상류 및 하류에는 다수의 배출라인(16)이 설치되는 것을 특징으로 하는 원료 물질 공급 장치.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 다수의 배출라인(16) 중 일부 배출라인(47,53)은 잔류물질의 배출을 돕기 위한 퍼지가스 공급 장치와 연결되는 것을 특징으로 하는 원료 물질 공급 장치.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 다수의 배출라인은 상기 기화기(39) 및 기화기 하류의 원료가스를 배출하기 위하여 상기 기화기의 하류에서 분기되어 연장되는 제1배출라인(43)과, 퍼지가스 공급장치로부터 상기 기화기까지 연장되는 제2배출라인(47)을 포함하며, 상기 제1배출라인에는 펌프가 연결되며,
    상기 제1배출라인과 제2배출라인에는 가열장치(22)가 설치되는 것을 특징으로 하는 원료 물질 공급 장치.
  4. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 배출라인은 상기 제1유량제어기(34)의 하류에서 연장되는 제3배출라인(50)과, 상기 퍼지가스 공급장치로부터 상기 제1유량제어기(34)의 상류로 연장되는 제4배출라인(53)을 포함하며, 상기 제4배출라인에는 제2유량제어기(59)가 설치되는 것을 특징으로 하는 원료 물질 공급 장치.
  5. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 액체 원료를 원료공급탱크(12)에 리필하기 위한 원료물질 보충 라인을 구비한 것을 특징으로 하는 원료 물질 공급 장치.
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