KR100709034B1 - 박막증착장치용 직접액체분사장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 박막증착장치용 직접액체분사장치에 관한 것으로서, 솔벤트로 희석된 액상반응원과 캐리어가스를 혼합하여 기액혼합유체를 형성하는 기액혼합부(10); 상기 기액혼합부(10)의 측부에 설치되는 것으로서 상기 기액혼합유체에 포함된 솔벤트가 기화되지 않도록 그 기액혼합유체가 흐르는 제3유로(23)를 쿨링시키기 위한 쿨링부(20); 및 상기 제3유로(23)와 연결되는 이송라인(L)을 경유하는 기액혼합유체를 기화시키기 위한 기화부(30);를 포함하며, 상기 기액혼합부(10) 내부에는 솔벤트로 희석된 액상반응원이 유입되는 제1유로(11)와, 캐리어가스가 유입되는 제2유로(12)와, 제1유로(11) 및 제2유로(12)가 연통되고 상기 제3유로(23)와 연결되는 혼합실(13)이 형성되어 있으며, 상기 혼합실(13)과 연통되는 제1유로(11)로 유입되는 액상반응원의 양을 제어하기 위하여 상기 제1유로(11)를 개폐하는 제어밸브(14)가 설치된 것을 특징으로 한다.

Description

박막증착장치용 직접액체분사장치{Delivery Liquid Injection apparatus}
도 1은 본 발명에 따른 박막증착장치용 직접액체분사장치의 단면도.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
10 ... 기액혼합부 11a ... 제1유입구
11 ... 제1유로 12 ... 제2유로
12a ... 제2유입구 13 ... 혼합실
14 ... 제어밸브 20 ... 쿨링부
21 ... 쿨링용유입구 22 ... 쿨링용배출구
23 ... 제3유로 23a ... 냉각핀
30 ... 기화부 31 ... 노즐
32 ... 기화실 33 ... 히터
본 발명은 박막증착장치용 직접액체분사장치에 관한 것이다.
현재 CVD(Chemical Vapor Deposition) 방식이나 ALD(Atomic layer Deposition) 방식으로 박막증착을 진행되는 박막증착장치의 경우, 버블링 방식을 이용하여 소스를 챔버로 이송하는 방식을 많이 사용하고 있다. 버블링 방식이란, 액상반응원이 담겨진 캐니스터로 캐리어가스를 공급한 후 캐리어가스에 의하여 소스를 챔버로 이송하는 방식이다.
한편, 최근 새로운 박막에 대한 요구가 증가함에 따라, 기존에 알려진 반응원보다는 새로운 특성의 반응원이 요구되고 있는데, 새로운 반응원의 경우 점성이 매우 강해 솔벤트로 희석되어 사용되는 경우가 많다. 이러한 솔벤트 희석 반응원을 챔버로 공급하기 위하여 직접액체분사(DLI ; Delivery Liquid Injection) 장치가 사용되고 있다. 직접액체분사장치란, 솔벤트로 희석된 액상반응원과 캐리어가스를 혼합하여 기액혼합유체로 만드는 혼합부와, 혼합부에서 이송라인을 통하여 이송되어지는 기액혼합유체를 기화시키는 기화부로 구성되며, 기화된 반응가스는 챔버로 이송되어 박막증착에 사용된다. 이때, 솔벤트의 기화온도는 수십도에 불과하지만 반응원의 기화온도는 250도 이상인 경우가 많다.
그런데, 기액혼합유체를 기화시키기 위하여, 기화부에서는 기액혼합유체를 300 도 이상으로 가열하여야 하는데, 이 과정에서 기화부 역시 매우 고온 상태가 되고, 기화부의 열은 이송라인을 통하여 혼합부로 전달되어 혼합부를 가열시킨다. 그러면 액상반응원을 희석한 솔벤트는 혼합부에서 기화되는 현상이 발생하고, 솔벤트가 기화됨으로써 기화부로 이송되는 기액혼합유체의 양은 달라지게 되어 결과적으로 챔버로 공급되는 반응가스의 양이 가변되었다. 즉, 챔버로 유입되는 반응가스의 정량조절이 잘 이루어지지 않았고, 재현성이 떨어졌으며, 이에 따라 증착되는 박막의 특성이 변화되는 원인이 되었다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 창출된 것으로서, 액상반응원을 희석시키는 솔벤트가 적절하지 않는 시점에 기화되는 것을 방지함으로써, 궁극적으로 챔버로 이송되는 반응원의 정량조절 및 재현성이 가능하도록 할 수 있는 박막증착장치용 직접액체분사장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 박막증착장치용 직접액체분사장치는, 솔벤트로 희석된 액상반응원과 캐리어가스를 혼합하여 기액혼합유체를 형성하는 기액혼합부(10); 상기 기액혼합부(10)의 측부에 설치되는 것으로서 상기 기액혼합유체에 포함된 솔벤트가 기화되지 않도록 그 기액혼합유체가 흐르는 제3유로(23)를 쿨링시키기 위한 쿨링부(20); 및 상기 제3유로(23)와 연결되는 이송라인(L)을 경유하는 기액혼합유체를 기화시키기 위한 기화부(30);를 포함하며, 상기 기액혼합부(10) 내부에는 솔벤트로 희석된 액상반응원이 유입되는 제1유로(11)와, 캐리어가스가 유입되는 제2유로(12)와, 제1유로(11) 및 제2유로(12)가 연통되고 상기 제3유로(23)와 연결되는 혼합실(13)이 형성되어 있으며, 상기 혼합실(13)과 연통되는 제1유로(11)로 유입되는 액상반응원의 양을 제어하기 위하여 상기 제1유로(11)를 개폐하는 제어밸브(14)가 설치된 것을 특징으로 한다.
삭제
본 발명에 있어서, 상기 쿨링부(20)는, 상기 제3유로(23)의 외주 주위로 쿨링 유체가 유입되는 쿨링용유입구(21)와, 상기 제3유로(23)의 외주 주위를 경유한 쿨링유체가 배출되는 쿨링용배출구(22)를 포함하거나, 상기 제3유로(23)의 외주 주위에 설치되는 것으로서 전기를 가하였을 때 냉각작용을 하는 펠티어소자를 포함한다.
본 발명에 있어서, 상기 기화부(30)는, 상기 이송라인(L)에 의하여 이송되는 상기 기액혼합유체가 분무되는 노즐(31)과, 상기 노즐(31)로부터 분무되는 기액혼합유체의 미세방울을 기화시키기 위하여 열을 가하는 히터(33)가 장착된 기화실(32)을 포함한다.
이하 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명에 따른 박막증착장치용 직접액체분사장치의 바람직한 실시예들을 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명에 따른 박막증착장치용 직접액체분사장치의 단면도이다.
도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 박막증착장치용 직접액체분사장치는, 솔벤트로 희석된 액상반응원과 캐리어가스를 혼합하여 기액혼합유체를 형성하는 기액혼합부(10)와; 기액혼합부(10)의 측부에 설치되는 것으로서 기액혼합유체에 포함된 솔벤트가 기화되지 않도록 그 기액혼합유체가 흐르는 제3유로(23)를 쿨링시키기 위한 쿨링부(20)와; 제3유로(23)와 연결되는 이송라인(L)을 경유하는 기액혼합유체를 기화시키기 위한 기화부(30);를 포함한다.
기액혼합부(10)에는 솔벤트로 희석된 액상반응원, 예를 들면 SrTiO3, BaTiO3 등의 금속유기화합물이 유입되는 제1유입구(11a)와, 캐리어가스가 유입되는 제2유입구(12a)가 형성되어 있다. 이러한 기액혼합부(10) 내부에는 제1유입구(11a)와 연통되는 제1유로(11)와, 제2유입구(12a)와 연통되는 제2유로(12)와, 제1유로(11)와 제2유로(12)가 연통되고 제3유로(23)와 연결되는 혼합실(13)이 형성되어 있다. 또, 기액혼합부(10)에는 혼합실(13)과 연통되는 제1유로(11)로 유입되는 액상반응원의 양을 제어하기 위하여, 제1유로(11)를 개폐하는 제어밸브(14)가 설치되며, 이러한 제어밸브(14)로는 공지의 피에조(Piezo) 밸브나 에어밸브등이 있다.
쿨링부(20)는 기액혼합부(10) 내부에서, 액상반응원에 비하여 기화온도가 상대적으로 매우 낮은 솔벤트가 기화되는 것을 방지하는 것이다. 솔벤트는 액상반응원을 희석하는 것이기 때문에, 만약 솔벤트가 기화되면 희석이 제대로 이루어지지 않는다. 따라서, 솔벤트가 기액혼합부(10) 내부에서 기화되지 않아야 하며, 이를 위하여 기액혼합부(10)의 측부에 쿨링부(20)를 설치한 것이다. 이러한 쿨링부는 다양한 형태로 구현할 수 있는데, 본 실시예에서는 제3유로(23)의 외주 주위로 쿨링 유체, 예를 들면 에어나 냉각수가 유입되는 쿨링용유입구(21)와, 제3유로(23)의 외주 주위를 경유한 쿨링유체가 배출되는 쿨링용배출구(22)가 형성되고, 제3유로(23)의 외주로 다수개의 냉각핀(23a)이 형성된 구조로 구현된다. 그러나 쿨링부(20)는 제3유로(23)의 외주 주위에 설치되는 것으로서 전기를 가하였을 때 냉각작 용을 하는 펠티어소자를 장착함으로써 구현될 수도 있음은 물론이다.
기화부(30)는, 이송라인(L)에 의하여 이송되는 기액혼합유체가 분무되는 노즐(31)과, 노즐(31)로부터 분무되는 기액혼합유체의 미세방울을 기화시키기 위하여 열을 가하는 히터(33)가 장착된 기화실(32)을 포함한다. 즉, 노즐(31)은 그 직경이 작아지는 벤튜리관 구조를 가짐으로써 이송라인(L)에 의하여 이송되는 기액혼합유체(액상반응원+솔벤트)가 빠른 속도로 빠져나가게 하여 미세방울로 분무되도록 한다. 기화실(32)은 노즐(31)의 전방에 형성되어 박막증착이 진행되는 챔버(미도시)와 반응원공급라인(미도시)에 의하여 연결된다. 히터(33)는 기화실(32)에 열을 가함으로써 분무된 미세방울을 기화시킨다. 히터(33)는 미세방울이 기화될 수 있도록 액상반응원의 기화온도보다 높은 온도를 인가하여야 하며, 이를 위하여 적어도 200도 이상, 본 실시예에서는 300도 이상의 열을 인가한다.
다음, 상기와 같은 구조의 직접액체분사장치의 동작을 설명한다.
솔벤트로 희석된 액상반응원과 캐리어가스가 각각 제1유로(11) 및 와 제2유로(12)를 통하여 혼합실(13)로 유입된 후 혼합되어 기액혼합유체가 되고, 이후 기액혼합유체는 제3유로(23) 및 이송라인(L)을 통하여 기화부(30)로 유입된다. 이때 쿨링부(20)는 제3유로(23)를 경유하는 기액혼합유체의 온도를 낮추어 솔벤트가 기화되는 것을 방지한다. 이후 기화부(30)로 이송되는 기액혼합유체는 노즐(31)에서 분무된 후 기화실(32)에서 가스로 기화된 후 반응원공급라인을 통하여 챔버로 유입된다.
본 발명은 도면에 도시된 일 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다.
상술한 바와 같이 본 발명에 따른 박막증착장치용 직접액체분사장치는, 쿨링부가 기액혼합부 측부에 설치되어 그 쿨링부를 경유하는 기액혼합유체의 솔벤트가 기화되는 것을 방지하고, 기화부에서 분무된 기액혼합유체의 미세방울을 기화시킴으로써, 챔버로 이송되는 반응원의 양을 일정하게 할 수 있으며 재현성이 유지할 수 있도록 할 수 있다. 더 나아가, 쿨링부에 의하여 기화부에서 발생되는 열이 기액혼합부로 전달되는 것을 최소화할 수 있으며, 이에 따라 기액혼합부 내부에서 솔벤트가 기화되는 것을 보다 철저히 막을 수 있다.

Claims (5)

  1. 솔벤트로 희석된 액상반응원과 캐리어가스를 혼합하여 기액혼합유체를 형성하는 기액혼합부(10);
    상기 기액혼합부(10)의 측부에 설치되는 것으로서 상기 기액혼합유체에 포함된 솔벤트가 기화되지 않도록 그 기액혼합유체가 흐르는 제3유로(23)를 쿨링시키기 위한 쿨링부(20); 및
    상기 제3유로(23)와 연결되는 이송라인(L)을 경유하는 기액혼합유체를 기화시키기 위한 기화부(30);를 포함하며,
    상기 기액혼합부(10) 내부에는 솔벤트로 희석된 액상반응원이 유입되는 제1유로(11)와, 캐리어가스가 유입되는 제2유로(12)와, 제1유로(11) 및 제2유로(12)가 연통되고 상기 제3유로(23)와 연결되는 혼합실(13)이 형성되어 있으며, 상기 혼합실(13)과 연통되는 제1유로(11)로 유입되는 액상반응원의 양을 제어하기 위하여 상기 제1유로(11)를 개폐하는 제어밸브(14)가 설치된 것을 특징으로 하는 박막증착장치용 직접액체분사장치.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서, 상기 쿨링부(20)는,
    상기 제3유로(23)의 외주 주위로 쿨링 유체가 유입되는 쿨링용유입구(21)와, 상기 제3유로(23)의 외주 주위를 경유한 쿨링유체가 배출되는 쿨링용배출구(22)를 포함하는 것을 특징으로 하는 박막증착장치용 직접액체분사장치.
  4. 제1항에 있어서, 상기 쿨링부(20)는,
    상기 제3유로(23)의 외주 주위에 설치되는 것으로서 전기를 가하였을 때 냉각작용을 하는 펠티어소자를 포함하는 것을 특징으로 하는 박막증착장치용 직접액체분사장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 기화부(30)는, 상기 이송라인(L)에 의하여 이송되는 상기 기액혼합유체가 분무되는 노즐(31)과, 상기 노즐(31)로부터 분무되는 기액혼합유체의 미세방울을 기화시키기 위하여 열을 가하는 히터(33)가 장착된 기화실(32)을 포함하는 것을 특징으로 하는 박막증착장치용 직접액체분사장치.
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