KR101469502B1 - 단결정 성장용 고온화학기상증착 장치 - Google Patents

단결정 성장용 고온화학기상증착 장치 Download PDF

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KR101469502B1
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서원선
이명현
김경훈
정성민
윤영준
안종필
남덕희
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한국세라믹기술원
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Abstract

본 발명은, 원료 가스가 공급되어 목표하는 물질을 합성하는 공간을 제공하는 반응챔버와, 상기 반응챔버를 지지하기 위한 반응챔버 지지부와, 상기 반응챔버 내에 구비되고 자체 가열원으로 작용하는 도가니와, 상기 도가니를 지지하기 위한 도가니 지지부와, 상기 반응챔버의 둘레를 감싸게 구비되고 상기 도가니를 고주파 유도가열 방식으로 가열하기 위한 가열수단과, 상기 도가니 상부에 위치되고 목표하는 물질이 증착되는 타겟과, 상기 타겟을 지지하기 위한 타겟 지지부와, 상기 반응챔버에 원료 가스를 공급하는 원료공급부와, 상기 원료 가스를 상기 반응챔버에 공급하기 위한 통로를 제공하는 가스유입구 및 상기 반응챔버 내의 가스를 배출하기 위한 가스배출구를 포함하는 단결정 성장용 고온화학기상증착 장치에 관한 것이다.

Description

단결정 성장용 고온화학기상증착 장치{High temperature chemical vapor deposition apparatus for growing single crystal}
본 발명은 화학기상증착 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 도가니 자체가 물질의 합성을 위한 가열원으로 작용하고, 고주파(radio frequency; RF) 유도가열 방식을 이용하여 가열수단을 통해 도가니를 목표하는 온도로 가열할 수 있으며, 고주파 유도가열 방식을 이용하므로 도가니의 온도를 고온으로 설정이 가능하고, 액상의 물질을 원료로 사용할 수 있어 화학기상증착에 사용될 수 있는 물질의 제약이 적어 많은 다양한 물질을 원료로 사용할 수 있는 단결정 성장용 고온화학기상증착 장치에 관한 것이다.
일반적으로 화학기상증착(Chemical Vapor Phase Deposition)은 가스의 화학적 반응에 의해 기판 표면 위에 단결정의 반도체막이나 절연막 등을 형성하는 방법으로서, 기판 상에 다양한 결정막을 성장시키는 방법으로 사용되고 있으며, 특히 단결정 기판상에 고품질의 정합성장 박막이나 단결정을 성장시키는 데 있어서 주요한 방법으로 사용되고 있다.
이러한 화학기상증착에는 가스 자체가 직접 주입되어 사용되므로 액상의 물질을 사용할 수 없는 제약이 따른다. 이와 같이 종래에는 가스를 사용하여야 하므로 화학적 기상 증착에 사용될 수 있는 물질의 제약이 많아 다양한 물질을 사용하여 목표하는 물질을 제조하는데 한계가 있었다.
또한, 종래의 화학기상증착 장치는 반응챔버의 상하 이동이 불가능하여 증착 공정에 어려움이 많았으며, 또한 타겟의 위치 조절이 어려워 미세한 온도차에 의한 증착 조건 제어가 어려웠으며, 반응챔버와 타겟의 온도를 정확하게 측정하는 데에도 어려움이 있었다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 도가니 자체가 물질의 합성을 위한 가열원으로 작용하고, 고주파(radio frequency; RF) 유도가열 방식을 이용하여 가열수단을 통해 도가니를 목표하는 온도로 가열할 수 있으며, 반응챔버의 상하 이동과 타겟과 도가니의 미세한 위치 조절이 가능하고, 타겟과 도가니의 이동에 의한 위치 변화에 맞추어 가열수단의 위치를 조절할 수 있으며, 반응챔버와 타겟의 온도를 정확하게 측정할 수 있고, 고주파 유도가열 방식을 이용하므로 도가니의 온도를 고온으로 설정이 가능하며, 액상의 물질을 원료로 사용할 수 있어 화학기상증착에 사용될 수 있는 물질의 제약이 적어 많은 다양한 물질을 원료로 사용할 수 있는 단결정 성장용 고온화학기상증착 장치를 제공함에 있다.
본 발명은, 원료 가스가 공급되어 목표하는 물질을 합성하는 공간을 제공하는 반응챔버와, 상기 반응챔버를 지지하기 위한 반응챔버 지지부와, 상기 반응챔버 내에 구비되고 자체 가열원으로 작용하는 도가니와, 상기 도가니를 지지하기 위한 도가니 지지부와, 상기 반응챔버의 둘레를 감싸게 구비되고 상기 도가니를 고주파 유도가열 방식으로 가열하기 위한 가열수단과, 상기 도가니 상부에 위치되고 목표하는 물질이 증착되는 타겟과, 상기 타겟을 지지하기 위한 타겟 지지부와, 상기 반응챔버에 원료 가스를 공급하는 원료공급부와, 상기 원료 가스를 상기 반응챔버에 공급하기 위한 통로를 제공하는 가스유입구 및 상기 반응챔버 내의 가스를 배출하기 위한 가스배출구를 포함하는 단결정 성장용 고온화학기상증착 장치를 제공한다.
상기 도가니는 하부에서 상부까지 내부가 관통되어 있는 구조를 갖고, 흑연 재질로 이루어질 수 있다.
상기 도가니는, 상기 도가니를 지지하기 위한 도가니 지지부에 안착되는 제1 도가니와, 상기 제1 도가니의 상부에 장착되는 제2 도가니와, 상기 제2 도가니 상부에 장착되는 제3 도가니를 포함하는 3단으로 구성될 수 있다.
상기 제1 도가니는, 하부에 구비되고 상기 도가니 지지부의 상단이 일부 삽입되게 상부로 오목하게 구비된 제1 단턱부와, 내측을 중심으로 외측 방향으로 돌출되게 구비되어 상기 도가니의 둘레를 감싸는 단열재를 지지하기 위한 단열재 지지부와, 상부에 구비되고 상기 제2 도가니의 하단이 일부 삽입되게 하부로 오목하게 구비된 제2 단턱부를 포함할 수 있고, 상기 제2 도가니는, 하부에 구비되고 상기 제1 도가니의 상단이 일부 삽입되게 상부로 오목하게 구비된 제3 단턱부와, 상부에 구비되고 상기 제3 도가니의 하단이 일부 삽입되게 하부로 오목하게 구비된 제4 단턱부를 포함할 수 있으며, 상기 제3 도가니는, 상기 제2 도가니의 상단이 일부 삽입되게 상부로 오목하게 구비된 제5 단턱부를 포함할 수 있다.
상기 반응챔버의 하부에 상기 반응챔버 지지부가 구비될 수 있고, 상기 반응챔버 지지부는, 상기 반응챔버의 하단과 맞닿아서 밀폐하기 위한 받침부와, 상기 받침부와 연결되는 몸체부와, 상기 몸체부와 연결되어 지지하기 위한 제1 지지 플레이트를 포함할 수 잇으며, 상기 받침부, 상기 몸체부 및 상기 제1 지지 플레이트의 내부에는 빈 공간인 관통공이 구비되어 있을 수 있고, 상기 관통공은 상기 반응챔버의 내부와 연결되는 통로로서 상기 도가니와 상기 도가니 지지부가 삽입되는 공간을 제공할 수 있다.
상기 받침부에는 상기 반응챔버의 하단 일부가 삽입되게 하부로 오목한 단턱부가 형성되어 있을 수 있고, 상기 몸체부의 둘레에는 냉각 실린더가 구비될 수 있으며, 상기 냉각 실린더 내부를 흐르는 냉각수에 의해 상기 반응챔버 지지부를 수냉시켜 상기 반응챔버의 하단이 과열되는 것을 억제하고 상기 반응챔버의 하단을 빠르게 냉각시킬 수 있으며, 상기 제1 지지 플레이트는 상기 몸체부의 외경보다 큰 넓은 판형으로 구비될 수 있고 가이드레일에 연결되며, 상기 가이드레일을 따라 상기 반응챔버와 상기 반응챔버 지지부는 상하로 이동될 수 있다.
상기 도가니의 하부에 상기 도가니 지지부가 구비될 수 있고, 상기 도가니 지지부는, 상기 도가니가 안착되고 증착 시에 상기 반응챔버 지지부 내에 구비된 관통공을 통해 상기 반응챔버 내로 일부 삽입되는 도가니 안착부와, 상기 도가니 안착부에 연결되고 상기 반응챔버 지지부 내에 구비된 관통공을 밀폐하기 위한 실링부와, 상기 실링부와 연결되어 지지하기 위한 제2 지지 플레이트를 포함할 수 있다.
상기 도가니 안착부, 상기 실링부 및 상기 제2 지지 플레이트의 내부에는 온도 측정용 홀이 구비되어 있을 수 있고, 상기 도가니의 내부와 연결되는 통로인 상기 온도 측정용 홀을 통해 광학적 온도 측정 방식을 이용하여 상기 도가니의 온도를 측정할 수 있다.
상기 도가니 안착부는 기둥 형상의 구조로 이루어질 수 있고, 상기 도가니 안착부의 상부는 상기 도가니의 하단과 맞닿는 부분으로서 상기 도가니의 하단에 구비된 오목한 제1 단턱부로 일부 삽입됨으로써 상기 도가니와 결합될 수 있으며, 상기 도가니 안착부에는 상기 반응챔버 내로 가스를 유입시키기 위한 가스유입구가 구비되어 있을 수 있고, 상기 제2 지지 플레이트는 상기 실링부의 외경보다 큰 넓은 판형으로 구비될 수 있고 가이드레일에 연결되며, 상기 가이드레일을 따라 상기 도가니와 상기 도가니 지지부는 상하로 이동될 수 있다.
상기 단결정 성장용 고온화학기상증착 장치는 상기 반응챔버 지지부를 승강 또는 하강시키기 위한 제1 구동부를 더 포함할 수 있으며, 상기 제1 구동부에 의해 상기 반응챔버와 상기 반응챔버 지지부가 상하로 이동될 수 있다.
상기 단결정 성장용 고온화학기상증착 장치는 상기 도가니 지지부를 승강 또는 하강시키기 위한 제2 구동부를 더 포함할 수 있으며, 상기 제2 구동부에 의해 상기 도가니와 상기 도가니 지지부가 상하로 이동될 수 있어 상기 도가니와 상기 타겟 사이의 거리를 조절할 수 있다.
상기 타겟 지지부는 승강 또는 하강할 수 있게 구비될 수 있고, 상기 타겟 지지부의 승강 또는 하강에 연동되어 상기 타겟이 상하로 이동될 수 있어 상기 타겟과 상기 도가니 사이의 거리를 조절할 수 있다.
상기 가열수단은 승강 또는 하강될 수 있게 구비될 수 있고, 상기 가열수단이 상하로 이동될 수 있어 상기 도가니의 위치에 따라 상기 가열수단의 위치를 조절할 수 있다.
상기 타겟 지지부에 온도 측정용 홀이 상기 타겟이 설치된 위치까지 관통되게 형성되어 있을 수 있고, 상기 단결정 성장용 고온화학기상증착 장치는 상기 온도 측정용 홀을 통해 광학적 프리즘을 이용하여 상기 타겟의 온도를 광학적으로 측정하는 광학적 온도 측정장치를 더 포함할 수 있다.
상기 도가니 지지부에 온도 측정용 홀이 상기 도가니가 설치된 위치까지 관통되게 형성되어 있을 수 있고, 상기 단결정 성장용 고온화학기상증착 장치는 상기 온도 측정용 홀을 통해 광학적 프리즘을 이용하여 상기 도가니의 온도를 광학적으로 측정하는 광학적 온도 측정장치를 더 포함할 수 있다.
상기 가열수단의 둘레에는 냉각 실린더가 더 구비될 수 있고, 상기 냉각 실린더 내부를 냉각수가 순화되게 하여 상기 반응챔버 내부의 온도가 과열되는 것을 억제하고 상기 반응챔버를 냉각할 수 있다.
상기 타겟 주변의 열 방출을 억제하기 위한 단열재가 더 구비될 수 있고, 상기 단열재는 증착되는 위치를 제외한 부분의 타겟 둘레를 감싸는 형태로 구비될 수 있다.
상기 원료공급부는, 액상의 원료를 저장하여 상기 가스유입구로 원료 가스를 공급하기 위한 원료저장부와, 상기 원료를 가열하여 기화시키기 위한 가열수단을 포함할 수 있다.
상기 원료공급부는, 상기 원료를 버블링 시키기 위한 적어도 하나의 버블 가스를 공급하는 버블 가스 공급부와, 상기 버블 가스가 상기 원료저장부로 유입되는 통로를 제공하는 버블 가스 유입구와, 상기 원료가 기화되어 형성된 원료 가스가 상기 원료저장부에서 배출되어 상기 가스유입구로 공급하기 위한 통로를 제공하는 원료 가스 공급구를 더 포함할 수 있다.
상기 버블 가스 유입구로 유입된 버블 가스가 상기 버블 가스 유입구에서 상기 원료저장부의 저부로 이동되는 경로를 제공하는 버블 가스 운반관이 구비되어 있을 수 있다.
상기 원료저장부에 저장된 원료의 함량을 확인할 수 있게 원료확인부가 구비되어 있을 수 있으며, 상기 원료확인부는 투명한 창을 갖는 별도의 도관으로 형성되고 상기 원료저장부의 바닥면과 상기 원료확인부의 바닥면이 동일하게 함으로써 상기 원료저장부에 원료가 채워지는 경우에 상기 원료확인부에도 동일한 높이로 원료가 채워지게 구성될 수 있으며, 상기 원료확인부의 투명한 창을 통해 액상인 원료의 잔량을 확인함으로써 상기 원료를 보충하는 시기를 판단할 수 있다.
상기 원료저장부의 둘레에는 냉각 실린더가 더 구비될 수 있고, 상기 냉각 실린더 내부를 냉각수가 순화되게 하여 액상의 상기 원료가 기화되는 것을 억제할 수 있다.
상기 원료저장부와 상기 가스유입구를 연통하는 도관의 둘레에는 가열수단이 구비되어 있을 수 있다.
본 발명에 의하면, 도가니 자체가 물질의 합성을 위한 가열원으로 작용하고, 고주파(radio frequency; RF) 유도가열 방식을 이용하여 RF 코일을 통해 도가니를 목표하는 온도로 가열할 수 있으며, 고주파 유도가열 방식을 이용하므로 도가니의 온도를 고온으로 설정이 가능한 장점이 있다.
또한, 본 발명에 의하면, 반응챔버 지지부를 상하로 이동시키는 제1 구동부가 구비되고, 상기 제1 구동부는 필요에 따라 반응챔버 지지부에 결합된 반응챔버를 승강시키거나 하강시킬 수 있다.
또한, 본 발명에 의하면, 도가니 지지부를 상하로 이동시키는 제2 구동부가 구비되며, 상기 제2 구동부는 필요에 따라 도가니 지지부에 결합된 도가니를 승강시키거나 하강시킬 수 있다.
또한, 본 발명에 의하면, 상기 제1 구동부와 상기 제2 구동부는 서로 독립적으로 제어가 가능하게 구비되며, 이에 따라 반응챔버와 도가니를 서로 독립적으로 승강시키거나 하강시킬 수 있다.
또한, 본 발명에 의하면, 타겟 지지부는 승강 또는 하강할 수 있게 구비될 수 있고, 상기 타겟 지지부의 승강 또는 하강에 연동되어 타겟이 상하로 이동될 수 있어 타겟과 도가니 사이의 거리를 조절할 수 있다.
또한, 본 발명에 의하면, 도가니 지지부를 구동하기 위한 상기 제2 구동부와 타겟의 상하 이동을 통해 도가니와 타겟 사이의 거리를 제어할 수 있고, 도가니와 타겟 사이의 거리를 크게 하거나 작게 제어함으로써 물질의 특성에 맞는 증착이 가능하게 되며, 도가니와 타겟 사이의 거리에 따른 미세한 온도차도 제어할 수 있는 장점이 있다.
또한, 본 발명에 의하면, 타겟 지지부에는 온도 측정용 홀이 타겟이 설치된 위치까지 관통되게 형성되어 있으며, 상기 온도 측정용 홀을 이용하여 광학적 온도 측정 방식으로 타겟의 온도를 측정할 수 있고, 또한 도가니 지지부에는 온도 측정용 홀이 도가니가 설치된 위치까지 관통되게 형성되어 있으며, 상기 온도 측정용 홀을 이용하여 광학적 온도 측정 방식으로 도가니의 온도를 측정할 수 있으며, 이와 같이 타겟과 도가니 주변의 온도를 측정할 수 있으므로 도가니와 타겟의 미세한 온도차를 계산할 수 있으며, 더불어 반응챔버 내부의 온도를 측정할 수 있어 가열 수단의 제어를 통해 온도를 용이하게 조절할 수 있다.
또한, 본 발명에 의하면, 가열수단이 상하로 이동될 수 있게 구비되고, 상기 가열수단이 상하로 이동 가능하므로 반응챔버 내의 원하는 위치에서 목표하는 온도가 설정되도록 할 수 있으며, 타겟과 도가니의 이동에 의한 위치 변화에 맞추어 가열수단의 위치를 조절할 수 있는 장점이 있다.
한편, 종래에는 고품질의 단결정을 합성하기 위하여 가스를 사용하여야 하므로 화학기상증착에 사용될 수 있는 물질의 제약이 많았으나, 본 발명에 의하면 화학기상증착에 액상의 원료를 사용할 수 있으므로 다양한 물질을 적용하여 목표하는 물질을 제조할 수 있다.
본 발명에 의하면, 버블링을 이용하므로 액상의 원료를 기화시키기가 용이하고, 비교적 저온에서 액상의 원료를 기화시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 단결정 성장용 고온화학기상증착 장치의 반응챔버를 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 단결정 성장용 고온화학기상증착 장치의 반응챔버 지지부의 일 예를 도시한 도면이다.
도 3은 반응챔버와 반응챔버 지지부가 결합된 모습을 도시한 도면이다.
도 4는 도가니의 일 예를 도시한 도면이다.
도 5a 내지 도 5c는 3단으로 구성된 도가니에서 최하단에 구비되는 제1 도가니의 일 예를 도시한 도면으로서, 도 5a는 제1 도가니의 평면도이고, 도 5b는 제1 도가니의 측면도이며, 도 5c는 제1 도가니의 저면도이다.
도 6a 내지 도 6c는 3단으로 구성된 도가니에서 중간에 구비되는 제2 도가니의 일 예를 도시한 도면으로서, 도 6a는 제2 도가니의 평면도이고, 도 6b는 제2 도가니의 측면도이며, 도 6c는 제2 도가니의 저면도이다.
도 7a 내지 도 7c는 3단으로 구성된 도가니에서 최상단에 구비되는 제3 도가니의 일 예를 도시한 도면으로서, 도 7a는 제3 도가니의 평면도이고, 도 7b는 제3 도가니의 측면도이며, 도 7c는 제3 도가니의 저면도이다.
도 8은 도가니 지지부의 일 예를 도시한 도면이다.
도 9는 타겟의 일 예를 도시한 도면이다.
도 10은 반응챔버, 반응챔버 지지부, 도가니, 도가니 지지부 및 제2 광학적 온도 측정장치를 도시한 도면이다.
도 11은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 단결정 성장용 고온화학기상증착 장치를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 12는 도 11의 단결정 성장용 고온화학기상증착 장치의 우측면을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 13은 반응챔버와 반응챔버 지지부가 상부로 이동하는 모습을 보여주는 도면이다.
도 14 및 도 15는 반응챔버와 반응챔버 지지부가 상부로 이동한 후 도가니와 도가니 지지부가 상부로 이동하는 모습을 개략적으로 보여주는 도면이다.
도 16은 원료공급부를 통해 반응챔버로 원료가 공급되는 과정을 설명하기 위하여 개략적으로 도시한 도면이다.
도 17 및 도 18은 원료공급부를 설명하기 위하여 도시한 도면이다.
도 19는 원료공급부를 설명하기 위하여 도시한 평면도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세하게 설명한다. 그러나, 이하의 실시예는 이 기술분야에서 통상적인 지식을 가진 자에게 본 발명이 충분히 이해되도록 제공되는 것으로서 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 다음에 기술되는 실시예에 한정되는 것은 아니다. 도면상에서 동일 부호는 동일한 요소를 지칭한다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 단결정 성장용 고온화학기상증착 장치의 반응챔버를 도시한 도면이다. 도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 단결정 성장용 고온화학기상증착 장치의 반응챔버 지지부의 일 예를 도시한 도면이다. 도 3은 반응챔버와 반응챔버 지지부가 결합된 모습을 도시한 도면이다. 도 4는 도가니의 일 예를 도시한 도면이다. 도 5a 내지 도 5c는 3단으로 구성된 도가니에서 최하단에 구비되는 제1 도가니의 일 예를 도시한 도면으로서, 도 5a는 제1 도가니의 평면도이고, 도 5b는 제1 도가니의 측면도이며, 도 5c는 제1 도가니의 저면도이다. 도 6a 내지 도 6c는 3단으로 구성된 도가니에서 중간에 구비되는 제2 도가니의 일 예를 도시한 도면으로서, 도 6a는 제2 도가니의 평면도이고, 도 6b는 제2 도가니의 측면도이며, 도 6c는 제2 도가니의 저면도이다. 도 7a 내지 도 7c는 3단으로 구성된 도가니에서 최상단에 구비되는 제3 도가니의 일 예를 도시한 도면으로서, 도 7a는 제3 도가니의 평면도이고, 도 7b는 제3 도가니의 측면도이며, 도 7c는 제3 도가니의 저면도이다. 도 8은 도가니 지지부의 일 예를 도시한 도면이다. 도 9는 타겟의 일 예를 도시한 도면이다. 도 10은 반응챔버, 반응챔버 지지부, 도가니, 도가니 지지부 및 제2 광학적 온도 측정장치를 도시한 도면이다. 도 11은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 단결정 성장용 고온화학기상증착 장치를 개략적으로 도시한 도면이다. 도 12는 도 11의 단결정 성장용 고온화학기상증착 장치의 우측면을 개략적으로 도시한 도면이다. 도 13은 반응챔버와 반응챔버 지지부가 상부로 이동하는 모습을 보여주는 도면이다. 도 14 및 도 15는 반응챔버와 반응챔버 지지부가 상부로 이동한 후 도가니와 도가니 지지부가 상부로 이동하는 모습을 개략적으로 보여주는 도면이다. 도 16은 원료공급부를 통해 반응챔버로 원료가 공급되는 과정을 설명하기 위하여 개략적으로 도시한 도면이고, 도 17 및 도 18은 원료공급부를 설명하기 위하여 도시한 도면이며, 도 19는 원료공급부를 설명하기 위하여 도시한 평면도이다.
도 1 내지 도 19를 참조하면, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 단결정 성장용 고온화학기상증착 장치는, 원료 가스가 공급되어 목표하는 물질을 합성하는 공간을 제공하는 반응챔버(102)와, 반응챔버(102)를 지지하기 위한 반응챔버 지지부(110)와, 반응챔버(102) 내에 구비되고 자체 가열원으로 작용하는 도가니(120)와, 도가니를 지지하기 위한 도가니 지지부(130)와, 반응챔버(102)의 둘레를 감싸게 구비되고 도가니(120)를 고주파 유도가열 방식으로 가열하기 위한 가열수단150)과, 도가니(120) 상부에 위치되고 목표하는 물질이 증착되는 타겟(160)과, 타겟(160)을 지지하기 위한 타겟 지지부(170)와, 반응챔버(102)에 원료 가스를 공급하는 원료공급부(200)와, 상기 원료 가스를 반응챔버(102)에 공급하기 위한 통로를 제공하는 가스유입구(104) 및 반응챔버(102) 내의 가스를 배출하기 위한 가스배출구(106)를 포함한다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따른 단결정 성장용 고온화학기상증착 장치는 원료 가스가 공급되어 목표하는 물질을 합성하는 공간을 제공하는 반응챔버(102)를 포함하며, 반응챔버(102)는 화학적으로 안정하고 반응 온도 보다 높은 융점을 갖는 내열성의 투명한 석영(quartz) 재질로 이루어지는 것이 바람직하다.
반응챔버(102)는 적어도 하나 이상의 가스유입구(104)가 하부 또는 측면에 위치되고, 상부 또는 측면에 적어도 하나 이상의 가스배출구(106)가 구비된 구조를 갖는다. 도 1에서는 가스유입구(104)가 반응챔버(102)의 하부에 위치하고 가스배출구(106)가 반응챔버(102)의 상부에 위치하는 경우를 도시하고 있다.
반응챔버(102)의 하부에는 원료 가스, 퍼지 가스와 같은 가스를 유입시키기 위한 가스유입구(104)가 구비되며, 가스유입구(104)는 원료공급부(200)에 연결되어 원료 가스를 공급받아 반응챔버(102) 내부로 원료 가스를 공급하는 역할을 한다. 반응챔버(102)의 외부에는 원료 가스를 제공하는 원료공급부(200)가 배치되고, 가스유입구(104)를 통하여 원료 가스가 반응챔버(102)로 유입되게 된다. 반응챔버(102) 내로 유입되는 원료 가스는 반응챔버(102) 내에서 열분해되고, 이 열분해된 원료 가스에 의해 목표하는 물질의 합성이 이루어지게 된다.
반응챔버(102)에는 가스배출구(106)가 구비되고, 가스배출구(106)에는 펌프(pump)와 같은 배기 장치(미도시)가 설치되어 있을 수 있다. 상기 배기 장치에 의하여 반응챔버(102) 내의 압력이 조절될 수 있다. 고온화학기상증착 전에 배기 시에는 원료 가스를 유입시키기 전에 퍼지 가스(purge gas)를 사용하여 반응챔버(102) 내에 존재하는 불순물 가스를 퍼지(purge)하여 가스배출구(106)를 통해 배기시킬 수 있다. 증착 후의 배기 시에는 가스유입구(104)를 통해 퍼지 가스를 유입시켜 반응챔버(102) 내에 잔류하는 원료 가스와 반응 부산물을 퍼지하여 가스배출구(106)를 통해 배기시킬 수 있다. 상기 배기 장치는 반응챔버(102) 내부를 진공 상태로 만들거나 가스를 배기하기 위한 진공 펌프(vacuum Pump)와, 상기 진공 펌프에 의한 가스의 배기를 차단하거나 조절하기 위한 밸브들과, 반응챔버(102) 내의 진공도를 측정하기 위한 진공 게이지 등을 포함할 수 있다.
반응챔버(102)는 하부에 위치된 반응챔버 지지부(110)에 의해 지지된다. 반응챔버 지지부(110)는 반응챔버(102)의 하단과 맞닿아서 밀폐하기 위한 받침부(112)와, 받침부(112)와 연결되는 몸체부(114)와, 몸체부(114)와 연결되어 지지하기 위한 제1 지지 플레이트(116)를 포함한다. 받침부(112), 몸체부(114) 및 제1 지지 플레이트(116)의 내부에는 빈 공간인 관통공(119)이 구비되어 있고, 상기 관통공(119)은 반응챔버(102)의 내부와 연결되는 통로로서 도가니(120)와 도가니 지지부(130)가 삽입되는 공간을 제공한다. 받침부(112)에는 반응챔버(102)의 하단 일부가 삽입되게 하부로 오목한 단턱부(112a)가 형성되어 있다. 몸체부(114)의 둘레에는 냉각 실린더(118)가 구비될 수 있고, 냉각 실린더(118) 내부를 흐르는 냉각수(cooling water; CW)에 의해 반응챔버 지지부(110)를 수냉시켜 반응챔버(102)의 하단이 과열되는 것을 억제하고 반응챔버(102)의 하단을 빠르게 냉각시킬 수 있게 한다. 냉각 실린더에는 냉각수 유입관(cooling water inlet; CWI)을 연결하여 냉각수를 공급하고, 공급된 냉각수는 냉각수 배출관(cooling water outlet; CWO)을 통해 배출되도록 하며, 냉각수가 냉각 실린더(118)를 순환되게 하여 몸체부(114)가 전체적으로 골고루 냉각될 수 있도록 한다. 제1 지지 플레이트(116)는 몸체부(114)의 외경보다 큰 넓은 판형으로 구비될 수 있고, 가이드레일(140)에 연결되며, 가이드레일(140)을 따라 반응챔버(102)와 반응챔버 지지부(110)는 상하로 이동될 수 있게 구비된다.
반응챔버 지지부(110)를 상하로 이동시키는 제1 구동부가 구비될 수 있다. 상기 제1 구동부는 필요에 따라 반응챔버 지지부(110)를 승강시키거나 하강시킬 수 있으며, 상기 제1 구동부에 의해 반응챔버 지지부(110)는 상하로 이동될 수 있게 되고, 반응챔버 지지부(110)에 결합된 반응챔버(102)는 반응챔버 지지부(110)의 이동에 연동되어 상하로 이동될 수 있게 된다. 상기 제1 구동부의 예로는 유압펌프(109)를 예로 들 수 있으며, 유압펌프(109)는 유압원(미도시)으로부터 작동유체를 공급받아 작동한다. 상기 제1 구동부의 구동에 의해 반응챔버(102)와 반응챔버 지지부(110)는 가이드레일(140)을 따라 상하로 이동될 수 있게 된다.
반응챔버(102)의 중앙부에는 도가니(crucible)(120)가 위치되며, 도가니(120)는 그 자체가 물질의 합성을 위한 가열원으로 작용한다. 도가니(120)는 그 자체가 가열원으로 작용하기 때문에 높은 융점을 갖는 흑연으로 이루어질 수 있다. 상기 도가니(120)는 일반적으로 원통형 구조를 가지며, 이에 한정되는 것은 아니며 원하는 다양한 형태로 제작될 수도 있다. 도가니(120)는 도 4에 도시된 바와 같이 하부에서 상부까지 뚫려있는 구조를 가질 수 있다. 도가니(120)의 주변은 열의 방출을 억제하기 위한 단열재(128)가 구비될 수 있으며, 단열재(128)는 도가니(120) 둘레를 감싸는 형태로 구비될 수 있다.
도가니(120)는 도 5a 내지 도 7c에 도시된 바와 같이 후술하는 도가니 지지부(130)에 안착되는 제1 도가니(122), 제1 도가니(122)의 상부에 장착되는 제2 도가니(124) 및 제2 도가니(124) 상부에 장착되는 제3 도가니(126)를 포함하는 3단으로 구성될 수 있다. 상기와 같이 3단으로 구성됨으로써 사용 상태에 따라 제1 도가니(122), 제2 도가니(124) 및 제3 도가니(126)에 대한 각각의 교체가 용이할 수 있고, 세척도 용이할 수 있으며, 반응챔버(102)의 내부 크기에 따라 제1 도가니(122), 제2 도가니(124) 및 제3 도가니(126) 각각의 크기를 조절하여 도가니(120) 전체의 크기를 조절할 수 있는 장점이 있다.
제1 도가니(122)의 하부는 도가니 지지부(130)의 상단과 맞닿는 부분으로서 도가니 지지부(130)의 상단이 일부 삽입되게 상부로 오목한 제1 단턱부(122a)를 포함한다. 또한, 제1 도가니(122)는 도가니(120)의 둘레를 감싸는 단열재(128)를 지지하기 위한 단열재 지지부(122b)를 포함하며, 단열재 지지부(122b)는 제1 도가니(122)의 내측을 중심으로 외측 방향(가로 방향)으로 돌출되게 구비될 수 있다. 제1 도가니(122)의 상부는 제2 도가니(124)의 하단과 맞닿는 부분으로서 제2 도가니(124)의 하단이 일부 삽입되게 하부로 오목한 제2 단턱부(122c)를 포함한다.
제2 도가니(124)의 하부는 제1 도가니(122)의 상단과 맞닿는 부분으로서 제1 도가니(122)의 상단이 일부 삽입되게 상부로 오목한 제3 단턱부(124a)를 포함한다. 제2 도가니(124)의 상부는 제3 도가니(126)의 하단과 맞닿는 부분으로서 제3 도가니(126)의 하단이 일부 삽입되게 하부로 오목한 제4 단턱부(124b)를 포함한다.
제3 도가니(126)의 하부는 제2 도가니(124)의 상단과 맞닿는 부분으로서 제2 도가니(124)의 상단이 일부 삽입되게 상부로 오목한 제5 단턱부(126a)를 포함한다.
도가니(120)는 하부에 위치된 도가니 지지부(130)에 의해 지지된다. 도가니 지지부(130)는 도가니(120)의 하단과 맞닿는 부분으로서 도가니(120)가 안착되고 증착 시에 반응챔버 지지부(110)의 관통공(119)을 통해 반응챔버(102) 내로 일부 삽입되는 도가니 안착부(132)와, 도가니 안착부(132)에 연결되고 반응챔버 지지부(110)의 관통공(119)을 밀폐하기 위한 실링부(134)와, 실링부(134)와 연결되어 지지하기 위한 제2 지지 플레이트(136)를 포함한다. 도가니 안착부(132), 실링부(134) 및 제2 지지 플레이트(136)의 내부에는 온도 측정용 홀(138)이 구비되어 있고, 온도 측정용 홀(138)은 도가니(120)의 내부와 연결되는 통로로서 후술하는 광학적 온도 측정 방식을 이용하여 도가니(120)의 온도를 측정할 수 있게 한다.
도가니 안착부(132)는 기둥 형상, 바람직하게는 원기둥 형상의 구조로 이루어질 수 있다. 도가니 안착부(132)의 상부는 도가니(120)(더욱 구체적으로는 제1 도가니(122))의 하단에 구비된 오목한 제1 단턱부(122a)로 일부 삽입됨으로써 도가니(120)와 결합된다. 도가니 안착부(132)에는 반응챔버(102) 내로 가스를 유입시키기 위한 가스유입구(104)가 구비되어 있으며, 가스유입구(104)는 복수 개 구비될 수 있다. 가스유입구(104)를 통해 원료 가스, 퍼지 가스 등이 반응챔버(102) 내로 유입될 수 있으며, 본 발명의 바람직한 실시예에서는 도가니(120)가 하부에서 상부까지 관통되어 뚫려있는 구조를 가지므로 가스유입구(104)로 유입된 가스는 도가니(120) 내로 직접 유입되게 된다.
실링부(134)는 도가니 안착부(132)에 연결되고 반응챔버 지지부(110)의 관통공(119)을 밀폐하는 역할을 한다. 반응챔버 지지부(110)의 관통공(119)을 밀폐하기 위해 실링부(134)의 직경은 반응챔버 지지부(110)의 관통공(119) 보다 큰 것이 바람직하다.
제2 지지 플레이트(136)는 실링부(134)의 외경보다 큰 넓은 판형으로 구비될 수 있고, 가이드레일(140)에 연결되며, 가이드레일(140)을 따라 도가니 지지부(130)는 상하로 이동될 수 있게 구비된다.
도가니 지지부(130)를 상하로 이동시키는 제2 구동부가 구비될 수 있다. 상기 제2 구동부는 필요에 따라 도가니 지지부(130)를 승강시키거나 하강시킬 수 있으며, 상기 제2 구동부에 의해 도가니 지지부(130)는 상하로 이동될 수 있으며, 도가니 지지부(130)에 결합된 도가니(130)는 도가니 지지부(130)의 이동에 연동되어 상하로 이동될 수 있게 된다. 상기 제2 구동부의 예로는 유압펌프(109)를 예로 들 수 있으며, 유압펌프(109)는 유압원(미도시)으로부터 작동유체를 공급받아 작동한다. 상기 제2 구동부의 구동에 의해 도가니(120)와 도가니 지지부(130)는 가이드레일(140)을 따라 상하로 이동될 수 있게 된다.
가이드레일(140)은 복수 개 구비될 수 있으며, 가이드레일(140)을 따라 반응챔버(102)와 반응챔버 지지부(110)가 상하로 이동되거나 도가니(120)와 도가니 지지부(130)가 상하로 이동될 수 있다.
상기 제1 구동부와 상기 제2 구동부는 서로 독립적으로 제어가 가능하게 구비될 수 있으며, 이에 따라 반응챔버(102)와 도가니(120)를 서로 독립적으로 승강시키거나 하강시킬 수 있게 된다.
도가니(120)를 가열하여 반응챔버(102) 내의 온도를 일정 값 이상으로 상승시켜 목표하는 증착 온도로 유지함으로써 타겟(target)(160)에 증착이 이루어지도록 하는 가열수단(150)이 구비된다. 상기 가열수단(150)은 도가니(120)의 온도(또는 반응챔버(102)의 내부 온도)를 목표 온도(예컨대, 2200∼2800℃, 바람직하게는 2500∼2700℃)로 상승시키고 일정하게 유지하는 역할을 한다. 상기 가열수단(150)은 고주파 유도가열 등의 방식을 이용할 수 있다. 상기 가열수단(150)에 의해 반응챔버(102) 내의 온도를 일정하게 유지시킬 수 있다. 가열수단(150)은 가열수단 지지부(154)에 의해 지지된다.
상기 가열수단(150)으로 고주파(radio frequency; RF) 유도가열 방식을 이용하는 경우, RF 코일(152)이 반응챔버(102) 둘레를 감싸도록 배치될 수 있다. RF 코일(152)은 고주파 발생기에 연결되어 있으며, 고주파 발생기에서 발생된 고주파 전력(RF power)이 RF 코일(152)을 통하여 인가된다. RF 코일(152)을 통해 도가니(120)는 목표하는 온도로 가열될 수 있다. 고주파 유도가열 방식을 이용하는 경우에는 도가니(120)의 온도를 고온(예컨대, 2200∼2800℃, 바람직하게는 2500∼2700℃)으로 설정이 가능한 장점이 있다.
가열수단(150)의 둘레에는 냉각 실린더가 구비될 수 있고, 냉각 실린더 내부를 흐르는 냉각수(cooling water; CW)에 의해 반응챔버(102)를 수냉시켜 도가니(120)가 과열되는 것을 억제하고 반응챔버(102)를 빠르게 냉각시킬 수 있게 한다. 냉각 실린더에는 냉각수 유입관(cooling water inlet; CWI)을 연결하여 냉각수를 공급하고, 공급된 냉각수는 냉각수 배출관(cooling water outlet; CWO)을 통해 배출되도록 하며, 냉각수가 냉각 실린더를 순환되게 하여 반응챔버(102)가 전체적으로 골고루 냉각될 수 있도록 한다.
목표하는 물질의 증착이 이루어지는 타겟(160)은 내열성과 내화학성이 우수한 재질인 탄소(carbon) 재질로 이루어지는 것이 바람직하다. 타켓(160)은 도가니(120) 상부에 위치되게 구비될 수 있으며, 타겟(160)은 상부에 위치된 타겟 지지부(170)에 의해 지지된다. 타겟(160)의 주변은 열의 방출을 억제하기 위한 단열재(164)가 구비될 수 있으며, 상기 단열재(164)는 증착되는 위치(162)를 제외한 부분의 타겟(160) 둘레를 감싸는 형태로 구비될 수 있다. 타겟(160)은 타겟 지지부(170)에 볼트와 너트 등과 같은 결합 수단을 이용하여 체결될 수 있으며, 타겟 지지부(170)에서 분리될 수 있게 구비되는 것이 바람직하다. 타겟(160)은 타겟 지지부(170)에 일부 삽입되어 고정되게 하기 위하여 상부로 돌출되게 형성된 타겟 고정부(166)를 더 포함할 수 있다. 타겟 고정부(166)는 온도 측정용 홀(168)이 구비되어 있고, 온도 측정용 홀(168)은 증착되는 타겟(160)의 상단까지 연결되는 통로로서 후술하는 광학적 온도 측정 방식을 이용하여 타겟(120)의 온도를 측정할 수 있게 한다.
타겟 지지부(170)는 승강 또는 하강할 수 있게 구비될 수 있고, 타겟 지지부(170)의 승강 또는 하강에 연동되어 타겟(160)이 상하로 이동될 수 있어 타겟(160)과 도가니(120) 사이의 거리를 조절할 수 있게 된다. 타겟 지지부(170)는 필요에 따라 상하로 이동시킬 수 있으며, 타겟 지지부(170)에 결합된 타겟(160)은 타겟 지지부(170)의 이동에 연동되어 상하로 이동될 수 있게 된다. 타겟 지지부(170)의 승강 또는 하강을 위한 일 예로서 타겟 지지부(170)의 일부는 늘리거나 줄일 수 있는 주름관으로 구비될 수 있다.
도가니 지지부(120)를 구동하기 위한 상기 제2 구동부와 타겟(160)의 상하 이동을 통해 도가니(120)와 타겟(160) 사이의 거리를 제어할 수 있다. 도가니(120)와 타겟(160) 사이의 거리를 크게 하거나 작게 제어함으로써 물질의 특성에 맞는 증착이 가능하게 되며, 도가니(120)와 타겟(160) 사이의 거리에 따른 미세한 온도차도 제어할 수 있는 장점이 있다.
타겟(160)을 지지하기 위한 타겟 지지부(170)에 온도 측정용 홀(172)이 타겟(160)이 설치된 위치까지 관통되게 형성될 수 있고, 온도 측정용 홀(172)을 통해 광학적 프리즘을 이용하여 타겟(160)의 온도를 광학적으로 측정하는 제1 광학적 온도 측정장치(180)를 포함할 수 있다. 이를 위해 타겟 지지부(170)에는 온도 측정용 홀(172)이 타겟(160)이 설치된 위치까지 관통되게 형성되어 있으며, 상기 온도 측정용 홀(172)을 이용하여 타겟(160)의 온도를 측정할 수 있다. 타겟(160)의 온도 측정은 광학적 온도 측정 방식을 이용할 수 있는데, 예컨대 온도 측정용 홀(172)을 통해 광학 프리즘을 이용하여 타겟(160) 주변의 적외선 파장을 감지하여 온도를 측정하는 방식이 사용될 수 있다. 광학적 온도 측정 방식의 일 예로서, 타겟(160) 주변의 휘도(輝度)를 감지하고 표준 백열전구 필라멘트(filament)의 휘도를 비교하여 표준전구 필라멘트의 전류를 조정해서 그 휘도가 감지된 휘도와 같아졌을 때 전류로부터 온도를 구하는 방식이 있을 수 있다.
또한, 도가니(120)를 지지하기 위한 도가니 지지부(130)에 온도 측정용 홀이 도가니(120)가 설치된 위치까지 관통되게 형성될 수 있고, 온도 측정용 홀(138)을 통해 광학적 프리즘을 이용하여 도가니(120)의 온도를 광학적으로 측정하는 제2 광학적 온도 측정장치(182)를 포함할 수 있다. 이를 위해 도가니 지지부(130)에는 온도 측정용 홀(138)이 도가니(120)가 설치된 위치까지 관통되게 형성되어 있으며, 상기 온도 측정용 홀(138)을 이용하여 도가니(120)의 온도를 측정할 수 있다. 도가니(120)의 온도 측정은 광학적 온도 측정 방식을 이용할 수 있는데, 예컨대 온도 측정용 홀(138)을 통해 광학 프리즘을 이용하여 도가니(120) 주변의 적외선 파장을 감지하여 온도를 측정하는 방식이 사용될 수 있다. 광학적 온도 측정 방식의 일 예로서, 도가니(120) 주변의 휘도(輝度)를 감지하고 표준 백열전구 필라멘트(filament)의 휘도를 비교하여 표준전구 필라멘트의 전류를 조정해서 그 휘도가 감지된 휘도와 같아졌을 때 전류로부터 온도를 구하는 방식이 있을 수 있다.
상기와 같이 타겟(160)과 도가니(120) 주변의 온도를 측정할 수 있으므로 도가니(120)와 타겟(160)의 미세한 온도차를 계산할 수 있으며, 더불어 반응챔버(102) 내부의 온도를 측정할 수 있게 된다. 도가니(120)의 온도를 측정할 수 있으므로 가열수단(150)의 제어를 통해 온도를 용이하게 조절할 수 있게 된다.
또한, 가열수단(150)은 상하로 이동될 수 있게 구비될 수 있다. 필요에 따라 가열수단(150)을 승강시키거나 하강시킬 수 있으며, 가열수단(150)이 상하로 이동 가능하므로 반응챔버(102) 내의 원하는 위치에서 목표하는 온도가 설정되도록 할 수 있으며, 타겟(160)과 도가니(120)의 이동에 의한 위치 변화에 맞추어 가열수단(150)의 위치를 조절할 수 있는 장점이 있다.
케이블 보호캡(190)에는 단결정 성장용 화학기상증착 장치에 필요한 전선이나 냉각수가 흐르는 도관 등이 삽입되며, 케이블 보호캡(190)은 통해 전선이나 냉각수 도관 등을 보호하는 역할을 한다.
증착하려는 경우에는 도 13에 도시된 바와 같이 반응챔버(102)와 반응챔버 지지부(110)를 상부로 이동시키고, 도 14 및 도 15에 도시된 바와 같이 도가니(120)와 도가니 지지부(130)를 상부로 이동시켜서 도 11 및 도 12에 도시된 바와 같이 단결정 성장용 고온화학기상증착 장치를 세팅한다.
증착이 완료된 후에는 도가니(120)와 도가니 지지부(130), 그리고 반응챔버(102)와 반응챔버 지지부(110)를 하부로 이동시킨다.
원료공급부(200)는 가스유입구(104)로 원료 가스를 공급하는 역할을 한다.
원료공급부(200)는 액상의 원료(214)를 저장하는 원료저장부(202)와, 원료(214)를 버블링(bubbling) 시키기 위한 적어도 하나의 버블 가스를 공급하는 버블 가스 공급부(204)와, 상기 버블 가스에 의해 버블링된 원료(214)를 가열하여 기화시키기 위한 가열수단(미도시)과, 상기 버블 가스가 원료저장부(202)로 유입되는 통로를 제공하는 버블 가스 유입구(216), 및 액상의 원료(214)가 기화되어 형성된 원료 가스가 원료저장부(202)에서 배출되어 가스유입구(104)로 공급하기 위한 통로를 제공하는 원료 가스 공급구(218)를 포함한다.
반응챔버(102)의 하부 또는 측면에는 원료 가스, 퍼지 가스와 같은 가스를 유입시키기 위한 가스유입구(104)가 구비되며, 가스유입구(104)는 원료 가스 공급구(218)에 연결되어 원료 가스를 공급받아 반응챔버(102) 내부로 원료 가스를 공급하는 역할을 한다. 반응챔버(102) 내로 유입되는 원료 가스는 반응챔버(102) 내에서 열분해되고, 이 열분해된 원료 가스에 의해 목표하는 물질의 합성이 이루어지게 된다.
원료공급부(200)는 목표하는 물질의 원료(214)를 저장하여 가스유입구(104)로 원료 가스를 공급하기 위한 원료저장부(202)를 포함한다. 원료저장부(202)의 내벽은 내화학성을 갖는 스테인레스 등과 같은 재질로 이루어지는 것이 바람직하다.
실리콘카바이드를 합성하기 위한 원료(214)로는 테트라메틸실란(tetramethylsilane; TMS), 메틸트리클로로실란(methyltriclorosilane; MTS), 트리에틸실란(triethylsilane; TES) 등과 같은 액상의 금속유기화합물(metal organic source)을 사용할 수 있다. 테트라메틸실란(TMS)은 무색 투명한 액체로서 끓는점이 26℃ 정도이며, SiC와 같은 물질을 합성하는 원료로 사용될 수 있다. 메틸트리클로로실란(MTS)은 끓는점이 66℃ 정도로서 액상 물질이고, 트리에틸실란(TES)은 끓는점이 107℃ 정도로서 액상 물질이다.
또한, 상기 원료는 알루미늄나이트라이드(AlN) 합성을 목표로 할 경우, 트리메틸알루미늄 등 알루미늄 금속을 포함한 유기화합물 중에서 선택될 수 있는 것처럼 다양하게 활용될 수 있다.
원료저장부(202)는 덮개(224)에 의해 기밀될 수 있으며, 원료저장부(202)와 덮개(224)는 볼트 및 너트와 같은 체결부재를 통해 결합될 수 있다.
버블 가스 공급부(204)는 적어도 1개의 버블 가스를 원료저장부(202)로 공급하는 역할을 한다. 상기 버블 가스 공급부(204)는 버블 가스의 공급 유량을 제어하는 유량제어기(MFC)와 밸브들을 포함할 수 있다. 유량제어기와 밸브들의 제어를 통해 버블 가스를 공급하게 된다.
원료공급부(200)는 원료(214)를 가열하여 기화시키기 위한 가열수단(heater)(미도시)을 포함할 수 있다. 상기 가열수단은 원료저장부(202)의 내부 온도를 원료(214)가 기화될 수 있는 목표 온도로 상승시키는 역할을 한다. 원료저장부(202) 내의 온도를 일정 값 이상으로 상승시켜 원료의 목표하는 기화 온도로 유지함으로써 원료 가스가 가스유입구(104)로 공급될 수 있도록 한다. 상기 가열수단은 원료저장부(202)의 온도(또는 원료(214)의 온도)를 목표 온도(예컨대, 원료(214)의 끓는점 이상의 온도)로 상승시키고 일정하게 유지하는 역할을 한다. 상기 가열수단은 전기히터 등을 이용할 수 있다. 상기 가열수단에 의해 원료저장부(202) 내의 온도를 일정하게 유지시킬 수 있다.
또한, 원료저장부(202)에 저장된 원료(214)의 함량을 볼 수 있게 원료확인부(206)가 구비될 수 있으며, 원료확인부(206)의 투명한 창을 통해 액상인 원료(214)의 잔량을 확인함으로써 원료(214)를 보충하는 시기를 판단할 수 있다. 원료확인부(206)는 투명한 창을 갖는 별도의 도관으로 형성하고 원료저장부(202)의 바닥면과 원료확인부(206)의 바닥면이 동일하게 함으로써 원료저장부(202)에 원료(214)가 채워지는 경우에 원료확인부(206)에도 동일한 높이로 원료(214)가 채워지게 구성되는 것이 바람직하다.
원료저장부(202)의 둘레에는 냉각 실린더(208)가 구비될 수 있고, 냉각 실린더(208) 내부를 흐르는 냉각수(cooling water; CW)에 의해 원료저장부(202)를 수냉시켜 원료 가스를 반응챔버(102)로 공급할 필요가 없는 경우에 테트라메틸실란과 같이 끓는점이 낮은 액상 물질이 기화되는 것을 억제할 수 있고, 또한 원료저장부(202)를 냉각하여 끓는점이 상온 보다 낮은 원료가 급격하게 기화되는 것을 억제하거나 과열된 원료저장부(202)의 온도를 냉각하여 적절한 온도로 조절하는 역할을 한다. 냉각 실린더(208)에는 냉각수 유입관(cooling water inlet; CWI)(210)을 연결하여 냉각수를 공급하고, 공급된 냉각수는 냉각수 배출관(cooling water outlet; CWO)(212)을 통해 배출되도록 하며, 냉각수가 냉각 실린더(208)를 순환되게 하여 원료저장부(202)가 전체적으로 골고루 냉각될 수 있도록 한다.
가스유입구(104)로 원료 가스의 공급을 원활하게 하기 위하여 원료저장부(202)는 버블 가스 공급부(204)와 연통되어 있다. 상기 버블 가스 공급부(204)로부터 원료저장부(202)로 유입된 버블 가스는 원료(214)을 버블링(bubbling) 시키는 역할을 하여 원료(214)가 기화될 수 있도록 한다. 또한, 상기 버블 가스는 액상의 원료(214)가 기화되어 형성된 원료 가스를 가스유입구(104)로 밀어주는 역할을 하고 원료 가스가 원료저장부(202)와 가스유입구(104) 사이에 구비된 도관의 벽에 달라붙지 않게 한다. 이러한 버블 가스로는 원료(214)와 화학 반응성이 없는 가스를 사용하며, 예컨대 아르곤(Ar), 헬륨(He), 질소(N2), 수소(H2), 산소(O2) 등과 같은 가스 또는 이들의 혼합가스를 사용하는 것이 바람직하다.
원료공급부(200)에는 버블 가스가 원료저장부(202)로 유입되는 통로를 제공하는 버블 가스 유입구(216), 원료 가스가 원료저장부(202)에서 배출되는 통로를 제공하는 원료 가스 공급구(218) 및 원료(214)를 원료저장부(202)에 공급하거나 보충하기 위한 원료투입구(220)가 구비된다.
또한, 원료공급부(200)에는 버블 가스 유입구(216)로 유입된 버블 가스가 버블 가스 유입구(216)에서 원료저장부(202)의 저부로 이동되는 경로를 제공하는 버블 가스 운반관(222)이 구비된다. 버블 가스 운반관(222)은 중심부가 비어있는 튜브형 관 형태로 이루어지며, 원료저장부(202)의 바닥까지 연장되게 형성됨으로써 효과적인 버블링이 일어날 수 있게 구비된다.
원료 가스 공급구(218)와 가스유입구(104)를 연통하는 도관의 둘레에는 가열수단이 구비되어 상기 도관의 온도를 일정 온도 이상으로 일정하게 유지하는 것이 바람직하다. 원료 가스 공급구(218)와 가스유입구(104)를 연통하는 도관에 가열수단이 구비됨으로써 기화된 끓는점이 낮은 원료 가스가 액화되는 것을 억제할 수 있는 장점이 있다. 액화가 일부 일어나는 경우에 원료 가스의 원활한 공급이 저해될 수 있고 일정한 양의 원료 가스를 공급하는 것이 어려울 수 있기 때문이다.
원료 가스 공급구(218)와 가스유입구(104)를 연통하는 도관에는 원료 가스의 공급 유량을 제어하는 유량제어기(MFC)와 밸브가 구비될 수 있으며, 상기 유량제어기와 밸브의 제어를 통해 원료 가스의 공급량을 조절할 수도 있다.
이하에서, 상술한 원료공급부(200)로 단결정 성장용 고온화학기상증착 장치의 반응챔버(102) 내에 원료 가스를 주입하여 고온화학기상증착을 수행하는 방법을 설명한다.
원료(214)를 원료투입구(220)를 통해 원료저장부(202)에 투입한다. 원료저장부(202)는 덮개(224)에 의해 기밀된 상태를 유지한다.
반응챔버(102) 내에 존재하는 불순물 가스를 제거하고 진공 상태를 만들기 위하여 진공 펌프를 작동시켜 진공 상태(상압 보다 낮은 압력)로 될 때까지 배기한다. 이때, 반응챔버(102)의 둘레를 감싸고 있는 가열수단에 전원을 공급하여 반응챔버(102)를 가열하면 반응챔버(102) 내에 잔존하는 불순물 가스를 효율적으로 배기할 수 있다. 이때, 반응챔버(102)는 원료저장부(202)와 연통되어 있으므로 이 과정에서 원료저장부(202)에 존재하는 불순물 가스나 원료 가스 공급구(218)와 가스유입구(104)를 연통하는 도관에 존재하는 불순물 가스도 배기될 수 있다.
상기 진공 펌프의 펌핑량을 감소시켜 반응챔버(102) 내의 압력이 상압 보다 낮은 압력이 되도록 한 후 일정하게 유지하여 반응챔버(102) 내의 압력이 균일하게 유지되도록 한다. 상기 진공 펌프의 계속적인 작동에 의해 원료 가스 공급구(218)와 가스유입구(104) 사이에 구비된 도관의 벽에 원료 가스가 달라붙지 않고 반응챔버(102) 내로 효율적으로 유도될 수 있다.
버블 가스 공급부(204)로부터 적어도 1개의 버블 가스를 버블 가스 유입구(216)을 통해 원료저장부(202)로 공급한다. 버블 가스 유입구(216)로 유입된 버블 가스는 버블 가스 유입구(216)에서 원료저장부(202)의 저부로 이동되는 경로를 제공하는 버블 가스 운반관(222)을 통해 유입되게 되고, 원료저장부(202)에 저장된 원료(214)는 버블 가스에 의해 버블링(bubbling)이 일어나게 된다.
사용되는 원료(214)의 물리적인 특성에 따라 원료공급부(200)에 구비된 가열수단을 이용하여 가열하거나 혹은 냉각수단을 이용하여 냉각하여 원료저장부(202)에 저장된 원료(214)를 기화시킨다. 테트라메틸실란(TMS)과 같은 물질은 끓는점이 낮아서 원료(214)의 끓는점이 상온 보다 높을 수가 있고 이러한 경우에는 원료저장부(202)를 적절한 온도로 냉각하여 원료(214)의 온도를 조절하면서 기화시키는 것이 바람직하다. 원료(214)가 기화되어 형성된 원료 가스는 원료 가스 공급구(218)와 가스유입구(104)를 통해 반응챔버(102) 내로 유입되게 된다. 이때, 버블 가스는 원료 가스를 반응챔버(102)로 밀어주는 역할을 하고 원료 가스가 원료 가스 공급구(218)와 가스유입구(104) 사이에 구비된 도관(229)의 벽에 달라붙지 않게 한다. 원료공급부(200)에 구비된 가열수단에 의한 가열은 원료(214)의 끓는점을 고려하여 각 원료에 맞게 설정한다. 원료(214)가 급격하게 기화되는 것을 억제하여 서서히 일정하게 기화가 일어나도록 끓는점 내외의 온도로 설정하는 것이 바람직하며, 원료(214)는 버블 가스에 의해 버블링 되고 있으므로 기화가 용이하게 일어날 수 있는 효과가 있고 또한 비교적 저온에서 기화가 일어날 수 있다.
원료 가스가 유입되기 전에 반응챔버(102)는 원료물질의 온도에 따른 증기압 특성 고려하여 일정 온도를 유지할 수 있도록 가열 혹은 냉각하고 있는 상태인 것이 바람직하다. 가열수단(150)에 의해 도가니(120)가 가열되어 반응챔버(102)의 내부 온도는 원료 가스가 열분해되어 목표하는 물질이 합성될 수 있는 온도로 일정하게 유지하는 것이 바람직하다.
반응챔버(102)에 유입된 원료 가스를 이용하여 고온화학기상증착하여 목표하는 물질을 합성한다.
이상, 본 발명의 바람직한 실시예를 들어 상세하게 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 기술적 사상의 범위내에서 당 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 여러 가지 변형이 가능하다.
102: 반응챔버 104: 가스유입구
106: 가스배출구 110: 반응챔버 지지부
120: 도가니 130: 도가니 지지부
140: 가이드레일 150: 가열수단
152: RF 코일 154: 가열수단 지지부
160: 타겟 170: 타겟 지지부
128, 164: 단열재 180, 182: 광학적 온도 측정장치
190: 케이블 보호캡 200: 원료공급부
202: 원료저장부 204: 버블 가스 공급부
206: 원료확인부 208: 냉각 실린더
210: 냉각수 유입관 212: 냉각수 배출관
214: 원료 216: 버블 가스 유입구
218: 원료 가스 공급구 220: 원료투입구
222:버블 가스 운반관 224: 덮개

Claims (23)

  1. 원료 가스가 공급되어 목표하는 물질을 합성하는 공간을 제공하는 반응챔버;
    상기 반응챔버를 지지하기 위한 반응챔버 지지부;
    상기 반응챔버 내에 구비되고 자체 가열원으로 작용하는 도가니;
    상기 도가니를 지지하기 위한 도가니 지지부;
    상기 반응챔버의 둘레를 감싸게 구비되고 상기 도가니를 고주파 유도가열 방식으로 가열하기 위한 가열수단;
    상기 도가니 상부에 위치되고 목표하는 물질이 증착되는 타겟;
    상기 타겟을 지지하기 위한 타겟 지지부;
    상기 반응챔버에 원료 가스를 공급하는 원료공급부;
    상기 원료 가스를 상기 반응챔버에 공급하기 위한 통로를 제공하는 가스유입구; 및
    상기 반응챔버 내의 가스를 배출하기 위한 가스배출구를 포함하며,
    상기 도가니는 하부에서 상부까지 내부가 관통되어 있는 구조를 갖고, 흑연 재질로 이루어진 것을 특징으로 하는 단결정 성장용 고온화학기상증착 장치.
  2. 삭제
  3. 원료 가스가 공급되어 목표하는 물질을 합성하는 공간을 제공하는 반응챔버;
    상기 반응챔버를 지지하기 위한 반응챔버 지지부;
    상기 반응챔버 내에 구비되고 자체 가열원으로 작용하는 도가니;
    상기 도가니를 지지하기 위한 도가니 지지부;
    상기 반응챔버의 둘레를 감싸게 구비되고 상기 도가니를 고주파 유도가열 방식으로 가열하기 위한 가열수단;
    상기 도가니 상부에 위치되고 목표하는 물질이 증착되는 타겟;
    상기 타겟을 지지하기 위한 타겟 지지부;
    상기 반응챔버에 원료 가스를 공급하는 원료공급부;
    상기 원료 가스를 상기 반응챔버에 공급하기 위한 통로를 제공하는 가스유입구; 및
    상기 반응챔버 내의 가스를 배출하기 위한 가스배출구를 포함하며,
    상기 도가니는,
    상기 도가니를 지지하기 위한 도가니 지지부에 안착되는 제1 도가니;
    상기 제1 도가니의 상부에 장착되는 제2 도가니; 및
    상기 제2 도가니 상부에 장착되는 제3 도가니를 포함하는 3단으로 구성되는 것을 특징으로 하는 단결정 성장용 고온화학기상증착 장치.
  4. 제3항에 있어서, 상기 제1 도가니는,
    하부에 구비되고 상기 도가니 지지부의 상단이 일부 삽입되게 상부로 오목하게 구비된 제1 단턱부;
    내측을 중심으로 외측 방향으로 돌출되게 구비되어 상기 도가니의 둘레를 감싸는 단열재를 지지하기 위한 단열재 지지부; 및
    상부에 구비되고 상기 제2 도가니의 하단이 일부 삽입되게 하부로 오목하게 구비된 제2 단턱부를 포함하고,
    상기 제2 도가니는,
    하부에 구비되고 상기 제1 도가니의 상단이 일부 삽입되게 상부로 오목하게 구비된 제3 단턱부; 및
    상부에 구비되고 상기 제3 도가니의 하단이 일부 삽입되게 하부로 오목하게 구비된 제4 단턱부를 포함하며,
    상기 제3 도가니는,
    상기 제2 도가니의 상단이 일부 삽입되게 상부로 오목하게 구비된 제5 단턱부를 포함하는 것을 특징으로 하는 단결정 성장용 고온화학기상증착 장치.
  5. 원료 가스가 공급되어 목표하는 물질을 합성하는 공간을 제공하는 반응챔버;
    상기 반응챔버를 지지하기 위한 반응챔버 지지부;
    상기 반응챔버 내에 구비되고 자체 가열원으로 작용하는 도가니;
    상기 도가니를 지지하기 위한 도가니 지지부;
    상기 반응챔버의 둘레를 감싸게 구비되고 상기 도가니를 고주파 유도가열 방식으로 가열하기 위한 가열수단;
    상기 도가니 상부에 위치되고 목표하는 물질이 증착되는 타겟;
    상기 타겟을 지지하기 위한 타겟 지지부;
    상기 반응챔버에 원료 가스를 공급하는 원료공급부;
    상기 원료 가스를 상기 반응챔버에 공급하기 위한 통로를 제공하는 가스유입구; 및
    상기 반응챔버 내의 가스를 배출하기 위한 가스배출구를 포함하며,
    상기 반응챔버의 하부에 상기 반응챔버 지지부가 구비되고,
    상기 반응챔버 지지부는,
    상기 반응챔버의 하단과 맞닿아서 밀폐하기 위한 받침부;
    상기 받침부와 연결되는 몸체부; 및
    상기 몸체부와 연결되어 지지하기 위한 제1 지지 플레이트를 포함하며,
    상기 받침부, 상기 몸체부 및 상기 제1 지지 플레이트의 내부에는 빈 공간인 관통공이 구비되어 있고,
    상기 관통공은 상기 반응챔버의 내부와 연결되는 통로로서 상기 도가니와 상기 도가니 지지부가 삽입되는 공간을 제공하는 것을 특징으로 하는 단결정 성장용 고온화학기상증착 장치.
  6. 제5항에 있어서, 상기 받침부에는 상기 반응챔버의 하단 일부가 삽입되게 하부로 오목한 단턱부가 형성되어 있고,
    상기 몸체부의 둘레에는 냉각 실린더가 구비되며,
    상기 냉각 실린더 내부를 흐르는 냉각수에 의해 상기 반응챔버 지지부를 수냉시켜 상기 반응챔버의 하단이 과열되는 것을 억제하고 상기 반응챔버의 하단을 냉각시킬 수 있으며,
    상기 제1 지지 플레이트는 상기 몸체부의 외경보다 큰 넓은 판형으로 구비되고 가이드레일에 연결되며,
    상기 가이드레일을 따라 상기 반응챔버와 상기 반응챔버 지지부는 상하로 이동될 수 있는 것을 특징으로 하는 단결정 성장용 고온화학기상증착 장치.
  7. 원료 가스가 공급되어 목표하는 물질을 합성하는 공간을 제공하는 반응챔버;
    상기 반응챔버를 지지하기 위한 반응챔버 지지부;
    상기 반응챔버 내에 구비되고 자체 가열원으로 작용하는 도가니;
    상기 도가니를 지지하기 위한 도가니 지지부;
    상기 반응챔버의 둘레를 감싸게 구비되고 상기 도가니를 고주파 유도가열 방식으로 가열하기 위한 가열수단;
    상기 도가니 상부에 위치되고 목표하는 물질이 증착되는 타겟;
    상기 타겟을 지지하기 위한 타겟 지지부;
    상기 반응챔버에 원료 가스를 공급하는 원료공급부;
    상기 원료 가스를 상기 반응챔버에 공급하기 위한 통로를 제공하는 가스유입구; 및
    상기 반응챔버 내의 가스를 배출하기 위한 가스배출구를 포함하며,
    상기 도가니의 하부에 상기 도가니 지지부가 구비되고,
    상기 도가니 지지부는,
    상기 도가니가 안착되고 증착 시에 상기 반응챔버 지지부 내에 구비된 관통공을 통해 상기 반응챔버 내로 일부 삽입되는 도가니 안착부;
    상기 도가니 안착부에 연결되고 상기 반응챔버 지지부 내에 구비된 관통공을 밀폐하기 위한 실링부; 및
    상기 실링부와 연결되어 지지하기 위한 제2 지지 플레이트를 포함하는 것을 특징으로 하는 단결정 성장용 고온화학기상증착 장치.
  8. 제7항에 있어서, 상기 도가니 안착부, 상기 실링부 및 상기 제2 지지 플레이트의 내부에는 온도 측정용 홀이 구비되어 있고,
    상기 도가니의 내부와 연결되는 통로인 상기 온도 측정용 홀을 통해 광학적 온도 측정 방식을 이용하여 상기 도가니의 온도를 측정할 수 있는 것을 특징으로 하는 단결정 성장용 고온화학기상증착 장치.
  9. 제7항에 있어서, 상기 도가니 안착부는 기둥 형상의 구조로 이루어지고,
    상기 도가니 안착부의 상부는 상기 도가니의 하단과 맞닿는 부분으로서 상기 도가니의 하단에 구비된 오목한 제1 단턱부로 일부 삽입됨으로써 상기 도가니와 결합되며,
    상기 도가니 안착부에는 상기 반응챔버 내로 가스를 유입시키기 위한 가스유입구가 구비되어 있으며,
    상기 제2 지지 플레이트는 상기 실링부의 외경보다 큰 넓은 판형으로 구비되고 가이드레일에 연결되며,
    상기 가이드레일을 따라 상기 도가니와 상기 도가니 지지부는 상하로 이동될 수 있는 것을 특징으로 하는 단결정 성장용 고온화학기상증착 장치.
  10. 원료 가스가 공급되어 목표하는 물질을 합성하는 공간을 제공하는 반응챔버;
    상기 반응챔버를 지지하기 위한 반응챔버 지지부;
    상기 반응챔버 내에 구비되고 자체 가열원으로 작용하는 도가니;
    상기 도가니를 지지하기 위한 도가니 지지부;
    상기 반응챔버의 둘레를 감싸게 구비되고 상기 도가니를 고주파 유도가열 방식으로 가열하기 위한 가열수단;
    상기 도가니 상부에 위치되고 목표하는 물질이 증착되는 타겟;
    상기 타겟을 지지하기 위한 타겟 지지부;
    상기 반응챔버에 원료 가스를 공급하는 원료공급부;
    상기 원료 가스를 상기 반응챔버에 공급하기 위한 통로를 제공하는 가스유입구; 및
    상기 반응챔버 내의 가스를 배출하기 위한 가스배출구를 포함하며,
    상기 반응챔버 지지부를 승강 또는 하강시키기 위한 제1 구동부를 더 포함하며, 상기 제1 구동부에 의해 상기 반응챔버와 상기 반응챔버 지지부가 상하로 이동될 수 있는 것을 특징으로 하는 단결정 성장용 고온화학기상증착 장치.
  11. 원료 가스가 공급되어 목표하는 물질을 합성하는 공간을 제공하는 반응챔버;
    상기 반응챔버를 지지하기 위한 반응챔버 지지부;
    상기 반응챔버 내에 구비되고 자체 가열원으로 작용하는 도가니;
    상기 도가니를 지지하기 위한 도가니 지지부;
    상기 반응챔버의 둘레를 감싸게 구비되고 상기 도가니를 고주파 유도가열 방식으로 가열하기 위한 가열수단;
    상기 도가니 상부에 위치되고 목표하는 물질이 증착되는 타겟;
    상기 타겟을 지지하기 위한 타겟 지지부;
    상기 반응챔버에 원료 가스를 공급하는 원료공급부;
    상기 원료 가스를 상기 반응챔버에 공급하기 위한 통로를 제공하는 가스유입구; 및
    상기 반응챔버 내의 가스를 배출하기 위한 가스배출구를 포함하며,
    상기 도가니 지지부를 승강 또는 하강시키기 위한 제2 구동부를 더 포함하며, 상기 제2 구동부에 의해 상기 도가니와 상기 도가니 지지부가 상하로 이동될 수 있어 상기 도가니와 상기 타겟 사이의 거리를 조절할 수 있는 것을 특징으로 하는 단결정 성장용 고온화학기상증착 장치.
  12. 원료 가스가 공급되어 목표하는 물질을 합성하는 공간을 제공하는 반응챔버;
    상기 반응챔버를 지지하기 위한 반응챔버 지지부;
    상기 반응챔버 내에 구비되고 자체 가열원으로 작용하는 도가니;
    상기 도가니를 지지하기 위한 도가니 지지부;
    상기 반응챔버의 둘레를 감싸게 구비되고 상기 도가니를 고주파 유도가열 방식으로 가열하기 위한 가열수단;
    상기 도가니 상부에 위치되고 목표하는 물질이 증착되는 타겟;
    상기 타겟을 지지하기 위한 타겟 지지부;
    상기 반응챔버에 원료 가스를 공급하는 원료공급부;
    상기 원료 가스를 상기 반응챔버에 공급하기 위한 통로를 제공하는 가스유입구; 및
    상기 반응챔버 내의 가스를 배출하기 위한 가스배출구를 포함하며,
    상기 타겟 지지부는 승강 또는 하강할 수 있게 구비되고, 상기 타겟 지지부의 승강 또는 하강에 연동되어 상기 타겟이 상하로 이동될 수 있어 상기 타겟과 상기 도가니 사이의 거리를 조절할 수 있는 것을 특징으로 하는 단결정 성장용 고온화학기상증착 장치.
  13. 원료 가스가 공급되어 목표하는 물질을 합성하는 공간을 제공하는 반응챔버;
    상기 반응챔버를 지지하기 위한 반응챔버 지지부;
    상기 반응챔버 내에 구비되고 자체 가열원으로 작용하는 도가니;
    상기 도가니를 지지하기 위한 도가니 지지부;
    상기 반응챔버의 둘레를 감싸게 구비되고 상기 도가니를 고주파 유도가열 방식으로 가열하기 위한 가열수단;
    상기 도가니 상부에 위치되고 목표하는 물질이 증착되는 타겟;
    상기 타겟을 지지하기 위한 타겟 지지부;
    상기 반응챔버에 원료 가스를 공급하는 원료공급부;
    상기 원료 가스를 상기 반응챔버에 공급하기 위한 통로를 제공하는 가스유입구; 및
    상기 반응챔버 내의 가스를 배출하기 위한 가스배출구를 포함하며,
    상기 가열수단은 승강 또는 하강될 수 있게 구비되고, 상기 가열수단이 상하로 이동될 수 있어 상기 도가니의 위치에 따라 상기 가열수단의 위치를 조절할 수 있는 것을 특징으로 하는 단결정 성장용 고온화학기상증착 장치.
  14. 제1항에 있어서, 상기 타겟 지지부에 온도 측정용 홀이 상기 타겟이 설치된 위치까지 관통되게 형성되고, 상기 온도 측정용 홀을 통해 광학적 프리즘을 이용하여 상기 타겟의 온도를 광학적으로 측정하는 광학적 온도 측정장치를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 단결정 성장용 고온화학기상증착 장치.
  15. 제1항에 있어서, 상기 도가니 지지부에 온도 측정용 홀이 상기 도가니가 설치된 위치까지 관통되게 형성되고, 상기 온도 측정용 홀을 통해 광학적 프리즘을 이용하여 상기 도가니의 온도를 광학적으로 측정하는 광학적 온도 측정장치를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 단결정 성장용 고온화학기상증착 장치.
  16. 원료 가스가 공급되어 목표하는 물질을 합성하는 공간을 제공하는 반응챔버;
    상기 반응챔버를 지지하기 위한 반응챔버 지지부;
    상기 반응챔버 내에 구비되고 자체 가열원으로 작용하는 도가니;
    상기 도가니를 지지하기 위한 도가니 지지부;
    상기 반응챔버의 둘레를 감싸게 구비되고 상기 도가니를 고주파 유도가열 방식으로 가열하기 위한 가열수단;
    상기 도가니 상부에 위치되고 목표하는 물질이 증착되는 타겟;
    상기 타겟을 지지하기 위한 타겟 지지부;
    상기 반응챔버에 원료 가스를 공급하는 원료공급부;
    상기 원료 가스를 상기 반응챔버에 공급하기 위한 통로를 제공하는 가스유입구; 및
    상기 반응챔버 내의 가스를 배출하기 위한 가스배출구를 포함하며,
    상기 가열수단의 둘레에는 냉각 실린더가 더 구비되고, 상기 냉각 실린더 내부를 냉각수가 순화되게 하여 상기 반응챔버 내부의 온도가 과열되는 것을 억제하고 상기 반응챔버를 냉각하는 것을 특징으로 하는 단결정 성장용 고온화학기상증착 장치.
  17. 원료 가스가 공급되어 목표하는 물질을 합성하는 공간을 제공하는 반응챔버;
    상기 반응챔버를 지지하기 위한 반응챔버 지지부;
    상기 반응챔버 내에 구비되고 자체 가열원으로 작용하는 도가니;
    상기 도가니를 지지하기 위한 도가니 지지부;
    상기 반응챔버의 둘레를 감싸게 구비되고 상기 도가니를 고주파 유도가열 방식으로 가열하기 위한 가열수단;
    상기 도가니 상부에 위치되고 목표하는 물질이 증착되는 타겟;
    상기 타겟을 지지하기 위한 타겟 지지부;
    상기 반응챔버에 원료 가스를 공급하는 원료공급부;
    상기 원료 가스를 상기 반응챔버에 공급하기 위한 통로를 제공하는 가스유입구; 및
    상기 반응챔버 내의 가스를 배출하기 위한 가스배출구를 포함하며,
    상기 타겟 주변의 열 방출을 억제하기 위한 단열재가 더 구비되고, 상기 단열재는 증착되는 위치를 제외한 부분의 타겟 둘레를 감싸는 형태로 구비되는 것을 특징으로 하는 단결정 성장용 고온화학기상증착 장치.
  18. 원료 가스가 공급되어 목표하는 물질을 합성하는 공간을 제공하는 반응챔버;
    상기 반응챔버를 지지하기 위한 반응챔버 지지부;
    상기 반응챔버 내에 구비되고 자체 가열원으로 작용하는 도가니;
    상기 도가니를 지지하기 위한 도가니 지지부;
    상기 반응챔버의 둘레를 감싸게 구비되고 상기 도가니를 고주파 유도가열 방식으로 가열하기 위한 가열수단;
    상기 도가니 상부에 위치되고 목표하는 물질이 증착되는 타겟;
    상기 타겟을 지지하기 위한 타겟 지지부;
    상기 반응챔버에 원료 가스를 공급하는 원료공급부;
    상기 원료 가스를 상기 반응챔버에 공급하기 위한 통로를 제공하는 가스유입구; 및
    상기 반응챔버 내의 가스를 배출하기 위한 가스배출구를 포함하며,
    상기 원료공급부는,
    액상의 원료를 저장하여 상기 가스유입구로 원료 가스를 공급하기 위한 원료저장부; 및
    상기 원료를 가열하여 기화시키기 위한 가열수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 단결정 성장용 고온화학기상증착 장치.
  19. 제18항에 있어서, 상기 원료공급부는,
    상기 원료를 버블링 시키기 위한 적어도 하나의 버블 가스를 공급하는 버블 가스 공급부;
    상기 버블 가스가 상기 원료저장부로 유입되는 통로를 제공하는 버블 가스 유입구; 및
    상기 원료가 기화되어 형성된 원료 가스가 상기 원료저장부에서 배출되어 상기 가스유입구로 공급하기 위한 통로를 제공하는 원료 가스 공급구를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 단결정 성장용 고온화학기상증착 장치.
  20. 제19항에 있어서, 상기 버블 가스 유입구로 유입된 버블 가스가 상기 버블 가스 유입구에서 상기 원료저장부의 저부로 이동되는 경로를 제공하는 버블 가스 운반관이 구비되어 있는 것을 특징으로 하는 단결정 성장용 고온화학기상증착 장치.
  21. 제18항에 있어서, 상기 원료저장부에 저장된 원료의 함량을 확인할 수 있게 원료확인부가 구비되어 있으며, 상기 원료확인부는 투명한 창을 갖는 별도의 도관으로 형성되고 상기 원료저장부의 바닥면과 상기 원료확인부의 바닥면이 동일하게 함으로써 상기 원료저장부에 원료가 채워지는 경우에 상기 원료확인부에도 동일한 높이로 원료가 채워지게 구성되며, 상기 원료확인부의 투명한 창을 통해 액상인 원료의 잔량을 확인함으로써 상기 원료를 보충하는 시기를 판단할 수 있는 것을 특징으로 하는 단결정 성장용 고온화학기상증착 장치.
  22. 제18항에 있어서, 상기 원료저장부의 둘레에는 냉각 실린더가 더 구비되고, 상기 냉각 실린더 내부를 냉각수가 순화되게 하여 액상의 상기 원료가 기화되는 것을 억제하는 것을 특징으로 하는 단결정 성장용 고온화학기상증착 장치.
  23. 제18항에 있어서, 상기 원료저장부와 상기 가스유입구를 연통하는 도관의 둘레에는 가열수단이 구비되어 있는 것을 특징으로 하는 단결정 성장용 고온화학기상증착 장치.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
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Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH09315893A (ja) * 1996-05-30 1997-12-09 Nikon Corp フッ化カルシウム結晶の製造方法
JP2003002795A (ja) * 2001-06-22 2003-01-08 Toyota Central Res & Dev Lab Inc 炭化珪素単結晶の製造方法及び製造装置
JP2005187269A (ja) * 2003-12-25 2005-07-14 Denso Corp 炭化珪素単結晶の製造方法および炭化珪素単結晶の製造装置
KR100921442B1 (ko) * 2009-02-10 2009-10-13 김차현 허니콤 타입의 냉각수단을 구비한 콤팩트 타입의 잉곳 제조장치

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH09315893A (ja) * 1996-05-30 1997-12-09 Nikon Corp フッ化カルシウム結晶の製造方法
JP2003002795A (ja) * 2001-06-22 2003-01-08 Toyota Central Res & Dev Lab Inc 炭化珪素単結晶の製造方法及び製造装置
JP2005187269A (ja) * 2003-12-25 2005-07-14 Denso Corp 炭化珪素単結晶の製造方法および炭化珪素単結晶の製造装置
KR100921442B1 (ko) * 2009-02-10 2009-10-13 김차현 허니콤 타입의 냉각수단을 구비한 콤팩트 타입의 잉곳 제조장치

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110047912A (zh) * 2019-05-24 2019-07-23 合肥本源量子计算科技有限责任公司 一种垂直异质结材料及化学气相沉积装置

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