KR19990022638A - 반응원 액체 공급 장치 및 이 장치를 구비하는화학 증착 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 비휘발성 반응제를 기체상으로 공급하기 위한 장치 및 방법에 관한 것으로, 비휘발성 반응원 액체는 고온에서 증발 매트릭스 구조체(26) 상에서 순간 증발된다. 운반 기체는 순간 증발된 반응원을 함유하는 운반 기체 혼합물을 생성하도록 순간 증발 매트릭스 구조체를 통해 유동할 수 있다. 증발 매트릭스 구조체(26)는 높은 표면 대 체적 비를 갖는 것이 바람직하며, 반응원 액체가 순간 증발을 위해 분사될 스크린 메쉬와 같은 다공 매트릭스 요소를 포함할 수 있다. 본 발명은, 지르코늄과 하프늄 등의 전이 금속을 미리 함유하는 Ⅱ족 반응제, 복합물 및 화합물의 공급에 특히 유용하게 사용되며, YBa2Cu3Ox, BiSrCaCuO, TlBaCaCuO 형태의 Ⅱ족 β-디케토네이트 공급원 층과 함께 유용하게 사용될 수 있으며, 초전도체 사이의 Ⅱ족 금속 불화물의 중첩층 혹은 갈륨 비화물 중첩층의 형성을 위해, 그리고 BaTiO3, BaxSr1-xTiO3, PbZr1-xTixO3등의 포토닉(photonic) 및 강유전성 물질의 박막을 증착시키기 위해 사용될 수 있다.

Description

반응원 액체 공급 장치 및 이 장치를 구비하는 화학 증착 장치
많은 재료들은 기판 상에 박막(thin film)을 형성하는데 사용되며, 증착 기술에 의해 형성된다. 이러한 재료의 예로는 YBa2Cu3Ox(여기서, x는 6 내지 7.3), BiSrCaCuO, TlBaCaCuO 를 포함하는 고온 초전도(HTSC) 물질 등의 내화 재료를 들 수 있다. 바륨 티타네이트(BaTiO3), 바륨 스트론튬 티타네이트(BaxSr1-xTiO3)는 이러한 재료의 박막 도포에 있어 유일하고 잠재적인 매우 유용한 특성을 갖는 강유전성 및 포토닉(photonic) 물질로 알려져 왔다. BaxSr1-xNb2O6는 포토닉 물질로서, 이것의 굴절률은 전기 필드와, 그리고 그 위의 광도의 함수에 따라 변한다. 납 지르코네이트 티타네이트(PbZr1-xTixO3)는 매우 특이한 특성을 갖는 강유전체 물질이다. Ⅱ족 금속의 불화물(즉, BaF2, CaF2, SrF2)은 광섬유의 섬광 감지 및 코팅에 유용하게 사용된다. Ta2O5등과 같은 내화 산화물의 사용은 마이크로 전자 공학 분야에서 점점 확대되고 있다. Ta2O5등은 박막 콘덴서 재료로서 개발되었는데, 그 용도는 고밀도 메모리 디바이스의 제조에 적용될 수 있다.
이러한 재료의 무한한 응용은 박막, 코팅 혹은 층상에 적용된다. 필름 혹은 층들은 또한 이들이 형성된 기판과 에피택셜적으로(epitaxially) 유리하게 연관될 수 있다. 내화 물질을 필름 혹은 층상에 증착시켜 제조되는 제품은 집적회로, 스위치, 복사선 감지기, 박막 콘덴서, 홀로그래픽 저장용 미디어, 및 다른 마이크로 디바이스를 포함한다.
화학 증착(CVD)은 이러한 층들을 형성하기 위한 매우 특이한 방법인데, 그 이유는 생산 라인을 쉽게 확장할 수 있고, 그리고 새로운 CVD 공정에 적용할 수 있는 CVD 기술의 사용에 있어 전자 산업은 폭넓은 경험 및 설비 장치의 베이스를 구축하기 때문이다. 일반적으로, 화학양론 및 필름 두께 등의 주요한 변수의 조절, 그리고 광범위한 기판의 기하학적 형상을 갖는 코팅이 CVD 를 사용함으로써 가능해진다. CVD 로 박막을 형성함으로써, 이러한 물질을 기존의 디바이스 생산 기술에 집적시킬 수 있게 된다. 또한, CVD 는 밀접한 결정체를 지닌 기판에 에피택셜적으로 연관된 내화 물질 층을 형성할 수 있게 해준다.
CVD 는 원소(element) 반응원을 필요로 하는데, 다시 말해서 문제의 원소 혹은 성분을 포함하는 선구물질(precursor) 합성물 및 복합물은 화학 증착 반응기로 향해 기체상으로의 전송을 허용하도록 충분한 휘발성을 가져야 한다. 상기 원소 성분의 반응원은, 소정의 성장 온도에서 희망하는 원소만을 증착시키기 위해 반드시 CVD 반응기에서 유리되어야 한다. 조립(粗粒) 형성을 초래하는 미성숙 기상 반응이 발생하여서는 안되며, 반응원은 반응기 증착 챔버에 도달하기 전에 라인 내에서 유리되어서도 안된다. 합성물을 유리시키고자 할 때, 반응원을 조절 가능한 상태로 반응기에 공급할 수 있는 화학양론을 밀접하게 조절하는 것이 최적의 특성을 얻기 위해 요구된다. 이러한 관점에서, 반응원은 반드시 화학적으로 안정되어 증착 챔버에서 비반응성이 되어야 한다.
따라서, 바람직한 CVD 반응원은 완전히 반응적이고 휘발성을 가진다. 그러나, 전술한 대부분의 내화 물질에 대한 증발성 반응원은 존재하지 않는다. 잠재적으로 매우 유용한 많은 물질들은, 이들의 하나 이상의 성분들이 Ⅱ족 금속, 즉 바륨, 칼슘 혹은 스트론튬, 혹은 조기 전이 금속 지르코늄 혹은 하프늄의 원소이며, 휘발성이 조금 있거나 전혀 없는 복합물은 CVD에 적합하지 않는 것으로 알려져 있다. 대부분의 경우, 반응원은 그 승화 온도가 유리 온도와 매우 근사한 고체이며, 이 경우 반응원은 반응기에 도달하기 전에 라인에서 유리되기 시작할 수 있으므로, 이러한 유리(허용 가능한 반응원)로부터 증착된 필름의 화학양론을 조절하기가 곤란하다.
다른 경우, CVD 반응원은 액체이지만, 조기 유리 혹은 화학양론의 제어 문제 때문에 기체상으로 CVD 반응기로의 공급은 실행 불가능한 것으로 판명되었다.
CVD 에 의해 증착된 필름이 바륨 티타네이트 혹은 산화물 초전도체 등의 순수 원소가 아니라 다중 성분의 기질일 경우, 필름의 화학양론의 제어는 소정의 필름 특성을 얻기 위해 중요해지게 된다. 광범위의 화학양론을 갖는 필름을 형성할 수 있는 전술한 물질의 증착에 있어서, 공지된 비율의 반응원을 CVD 반응기로 제어된 상태로 공급하는 것이 필수적이다.
또 다른 경우, CVD 반응제는 액체이지만, 조기 유리 혹은 화학양론의 제어 문제 때문에 기체상으로 CVD 반응기로의 공급은 실행 불가능한 것으로 판명되었다. 이러한 경우의 예로는, 액체 공급원 탄탈 에소사이드(ethoxide)로부터의 탄탈 산화물의 유리와, 비스(디알킬아미드)티타늄 반응원으로부터 티타늄 질화물의 유리를 들 수 있다.
반응원 액체 공급 장치는 종래 기술에 비해 현저한 장점을 제공하였지만, 선구물질 복합물의 적어도 일부가 증착 영역에 잔존하는 저휘발성 복합물로 빈번히 유리된다. 이러한 결점은, 승화에 필요한 조건에서 상당한 유리를 이행하는, 열적으로 불안정한 고체 공급원 선구물질을 사용하는 CVD 공정의 작동에서 크게 두드러진다. 이러한 유리는, 운반 기체가 없이 작동되는 버블러(bubbler) 및 가열 용기를 포함하는 통상의 반응제 공급 장치뿐만 아니라, 순간 증발기(flash vaporizer) 액체 공급 장치를 포함하는, 증발 단계를 수반하는 모든 반응제 공급 장치에서 일어날 수 있다.
비록 이상(ideal) 조건하에서, 증발된 우량 CVD 선구물질은 증발 영역에 증착물 혹은 잔류물을 형성하지 않게 되지만, 이러한 상황으로부터의 이탈은 통상적이며, 다음과 같이 여러 부류로 나눌 수 있다.
1) 선구물질이나 운반 기체내의 반응성 불순물이 증발기 온도에서 유리되는 부류.
2) 증발 영역의 일부 영역내의 온도가 유리를 유발시키기에 충분한 상태에서, 공간적 그리고 시간적 온도 변화가 증발 영역에서 발생하게 되는 부류.
3) CVD 선구물질이 사용되어 승화 온도에서 열적으로 불안전할 수 있게 되는 부류.
반응제 공급 장치의 증발기에 사용되는 최적의 조건은 증발 영역에서 유리(및 잔류)되는 공급된 선구물질의 비율을 최소화시킬 수 있지만, 그러나 이러한 비율은 우량 복합물에서는 무시할 정도이며, 실질적으로 모든 고체 및 액체 선구물질은 기체상으로의 전환을 위해 가열될 때 약간의 유리를 겪게 된다. 증발 온도 근처에서 유리되는 경향을 갖는 선구물질의 사용은 실용성(즉, 선정된 선구물질이 가능한 한 최상의 특성을 보유하는지의 여부) 혹은 경제성(즉, 선구물질의 비용은 그것의 합성의 복잡성에 따라 크게 좌우됨)에 의해 결정된다.
추가적으로, CVD 선구물질은 빈번히 불순물을 포함하게 되고, 이러한 불순물의 존재는 증발 영역에서 열적으로 작동하는 바람직하지 못한 화학 반응을 유발시킬 수 있으며, 또한 그 위치에서 비활성의 고체 및 액체를 형성하게 된다. 예를 들면, 다양한 CVD 선구물질(탄탈 펜타에소사이드)들은 친수(親水)성이며, 가수 유리는 탄탈 산화물을 형성하는 고온의 증발기 영역에서 발생할 수 있으며, 이는 성장하는 탄탈 산화물 필름에 해로운 영향을 미칠 수 있다.
액체 공급의 장점(즉, 대부분의 액체 및 고체 CVD 선구물질에 대한 정확도의 개선 및 공급 속도의 향상을 포함)에도 불구하고, 전술한 단점들은 CVD 반응기로 증발된 반응제를 공급하기 위한 증발 액체 공급 기술 사용의 확대를 심각하게 방해하였다.
본 발명은 화학 증착(CVD) 반응기로 화학 증착 액상 반응원(liquid source reagents)을 증발 및 공급시키기 위한 증발기(vaporizer) 장치에 관한 것으로, 상기 반응기는 상기 증발기 장치와 기체 유동식 연통 관계로 결합되며, 증발된 반응원은, 반응기에서 반응원이 유리(遊離)되자마자 기판(substrate) 상에 증착되는 적어도 하나 이상의 증기 상의 성분을 포함한다.
도 1은 반응원을 순간 증발시키기 위한 반응원 액체 공급 장치의 대략적으로 도시한 개략도.
도 2는 반응원을 순간 증발시키기 위한 또 다른 반응원 액체 공급 장치의 대략적으로 도시한 개략도.
도 3은 도 1의 장치에 사용될 수 있는 순간 증발 매트릭스 구조체의 정면도.
도 4는 또 다른 순간 증발 매트릭스 구조체의 사시도.
도 5는 또 다른 실시예에 따른 순간 증발 매트릭스 구조체의 정면도.
도 6은 매우 낮은 휘발성을 지닌 운반 용매와 함께 사용하기에 적합하고, 운반 용매의 재순환 및 회수를 위한 수단을 포함하는, 순간 증발 매트릭스 구조체의 정면도.
도 7은 증발 영역을 도시한 개략도.
도 8은 반응원을 순간 증발시키기 위한 공급 장치의 단면도.
도 9는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 증발 장치(300)를 대략 도시한 개략도.
도 10은 도 9에 도시된 장치의 확대 단면도.
도 11은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 증발기 시스템을 대략 도시한 개략도.
도 12는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 증발기 시스템을 대략 도시한 개략도.
본 발명의 목적은 CVD 반응기에 CVD 반응원 선구물질의 주입을 위한 개선된 액체 공급 장치와, CVD 공정 장치를 위한 개선된 액상 반응원 증발 장치를 제공하는데 있다.
폭넓은 관점에 있어서, 본 발명은 증발기와 증기 유동 관계로 결합된 CVD 반응기에서, 화학 증착을 위해 액상 반응원을 증발시키는 고속 반응기에 관한 것이다.
상기 증발기는 유동로를 형성하는 유동 통로 부재를 포함하며, 이 유동로를 통해 증발된 반응원, 즉, 순수하거나 또는 상기 통로 부재를 통해 유동하는 운반 기체에 의해 누적된 반응원은 상기 유동 통로 부재에서 증발 구조체로부터 CVD 반응기로 유동한다. CVD 반응기는 그 내부에 위치한 기판과 함께 설치되는데, 통상 가열 서셉터(susceptor) 혹은 다른 지지 구조체에 장착되어 증발된 반응원 물질에 수용 가능한 상태로 배치되기 때문에, 증기는 하나 이상의 선정된 성분, 즉 기초(elemental) 금속을 기판에 증착시키기 위해 유리된다.
고속 증발기 구조체는 약 0.5 마이크론 내지 200 마이크론, 양호하게는 약 1 내지 약 100 마이크론 범위의 평균 구멍 직경 크기의 구멍에 의해 이루어지는 다공도(porosity)를 구비하며, 다공성 액상 반응원 증발 요소를 포함하며, 상기 다공도에 의해 구성된 빈공간의 체적은 증발 요소의 체적에 대해 약 10% 내지 70% 를 이룬다. 이러한 높은 다공도를 구비한 증발 요소에 있어서, 이 요소의 표면에 유입된 반응원 액체는 다공성 구조체를 통해 모세관 작용에 의해 위킹(wicking) 가능하게 이동되며, 상기 다공성 구조체는, 화학 증착 반응기로 이동되도록 증발된 반응원을 발생시키기 위해 반응원 액체가 고속으로 그리고 신속하게 증발되는, 한정된 증발 영역을 제공하기 위해 유동로에 거의 인접한 상태로 위치한다.
상기 증발 요소를 유동 통로 부재에 인접한 상태로 배치시킴으로써, 증발 요소는, 원통형의 튜브, 또는 가열 코일 혹은 다른 열전단 수단 혹은 장치로 권치되어 있는 도관을 실제로 구비할 수 있는 유동 통로 부재를 통해 가열되기 때문에, 유동 통로 부재 내의 증발 요소는 증발기에 대해 하류방향에 배치된 CVD 반응기에서 수행된 유리 및 증착 공정의 밀접한 화학양론적 제어가 요구되는 고속 증발이 효과적으로 실행되도록 적절한 고온에서 효과적으로 가열된다.
증발 요소는 유동 통로에 적절하게 배치되기 때문에, 반응원 액체는 증기 요소의 표면에서 반응원 액체를 수용하는 충만된 표면에 일반적으로 수직방향으로 향한다. 예를 들면, 액체는 채널 혹은 통로 부재, 즉 증발 요소의 대향 벽면에 매우 인접한 상태로 있는 종단부인 소경의 도관에 의해 유입될 수 있기 때문에, 반응원 액체의 운동 에너지는 증발기의 표면을 가로질러 액체의 측방 펴짐 운동으로 전환된다.
상기 증발 요소는 전술한 빈공간 체적과 다공도 특성을 갖는 구멍 구조체를 포함하며, 활동 증발 요소와 같이 소결된 다공성 금속 혹은 유리 프릿(frit) 요소와 함께, 금속, 세라믹, 유리 등과 같은 적절한 물질로 형성될 수 있다.
반응원 액체의 저속 유동에서 고속 증발에 유용하게 사용되는 본 발명의 일실시예에 따르면, 증발기 요소가 프릿 형상의 디스크 모양을 갖도록 한 상태에서, 통로 부재는, 원통형의 가늘고 긴 형상으로 지니며, 유동로의 종축에 수직하며 그리고 그 외주부에서 유동로의 내벽과 맞닿은 상태로 있기 때문에, 반응원 액체의 고속 증발을 위한 한정된 증발 영역을 형성한다. 이러한 증발기 구조에 있어서, 반응원 액체는, 증발 요소의 표면에 매우 인접한 배출 단부에서 연장이 종결되고 중앙에서 축방향으로 연장하는 액체 공급 도관에 의해 증발 요소로 전달된다. 첨부 도면에 도시된 바와 같이, 반응원 액체 공급 도관의 말단부와 증발 요소의 표면 사이의 공간 치수는 5 밀(1/1000 인치) 이내일 수 있으며, 액체 급송 도관으로부터의 액체 배출은 고속 증발을 위해 박막에서 증발 요소 상으로 반경방향 외측으로 효과적으로 분산된다. 반응원 액체 공급 도관은 증발 요소의 표면 상으로 배출된 액체의 급속한 압력 강하를 제공하기 위해 적당히 적은 내경을 구비한다. 예를 들면, 액체 급송 도관의 내경은 0.001 내지 0.030 인치일 수 있으며, 액체 급송 도관은 5/8 인치 내경의 튜브에 의해 형성된 유동로에 배치되며, 상기 유동로의 단면적에 대한 액체 급송 도관의 단면적 비율은, 전체 증발 요소 표면과 체적의 효과적인 이용과 일치되도록 약 10 내지 50 일 수 있다.
고속 반응원 액체에 유용하게 사용되는 또 다른 실시예에 따른 고속 증발기에 있어서, 유동로는 벽내에 벽이 설치되는 구조일 수 있는데, 즉 상기 유동로는 하우징 벽에 의해 형성되며, 이 하우징 벽은 예를 들면 상기 유동로의 길이를 따라 이격된 간격을 두고 원주방향으로 연장하는 횡단 채널을 구비하는 원통 혹은 관형일 수 있으며, 상기 채널은 유동로의 축방향으로 종방향으로 연장하고, 원주방향의 채널을 횡단하게 상호 연결되는 액체 급송 매니폴드 채널에 의해 연결되며, 그리고 유동로의 내측 벽면은, 유동로의 전체 내측 벽면의 원주방향 둘레로 연장하며 그곳을 따라 액체 급송 매니폴드 채널뿐만 아니라 횡단 채널을 종방향으로 중첩하는 증발 요소와 맞닿은 상태로 위치한다. 액체 급송 매니폴드 채널은 반응원 액체 유입 도관에 결합될 수 있기 때문에, 반응원 액체는 원주방향으로 연장하는 외측단 유동 채널에 분사되도록 종방향의 매니폴드 채널 유입되며, 그리고 반응원 액체는 원주방향 및 종방향으로 연장하는 영역 위로 증발 요소와 접촉한다. 상기 실시예에 따른 유동로의 벽은, 가열 코일, 자켓, 매복된 저항 요소 등의 적절한 가열 수단에 의해 가열될 수 있으며, 유동로의 벽과 접촉하는 증발 구조체는, 유동로를 통해 화학 증착 반응기로의 이동에 후속하여 반응원 액체의 고속 증발을 효과적으로 수행하기 위해 고온으로 가열된다.
또 다른 관점에 있어서, 본 발명은 화학 증착 반응기와 유체 연통 관계를 갖는, 전술한 형태의 고속 증발기 장치에 관한 것인데, 이 반응기는, 하나 이상의 성분이 증발기 장치 내에서 다공성 증발 요소를 구비한 반응원 액체의 접촉에 의해 증발할 때, 반응원 액체로부터 파생되는 증발된 반응원 증기로부터 증착되도록, 기판을 장착시키는 장착 구조체를 포함한다.
본 발명은 첨부 도면을 참조하여 설명한 이하의 상세한 설명으로부터 더욱 명백해질 것이다.
도 1에는 액상 반응원을 위한 공급 장치(100)가 대략적으로 도시되어 있다.
이 공급 장치는 제1 유체 유동로(10)를 구비하며, 제1 유체가 화살표(F1) 방향으로 상기 유동로 속으로 유입된다. 제1 유체는 아르곤과 같은 운반 기체뿐만 아니라 구리, 리트륨 등의 원소를 위한 휘발성 공급원 복합체와 같은 다른 기체상의 성분을 포함한다.
제1 유체 유동로(10)의 기부쪽 단부(11)는 기체 분배 매니폴드에 연결되며, 그것의 말단부(13)는 개방되어 있다. 유동로(10)의 말단부(16)는 CVD 성장 챔버와 같은 반응기의 하우징(12)내에 장착되어 있다. 따라서 제1 유동로(10)의 말단부(16)는 CVD 반응기(12)의 원통부(15) 내에 중심을 두고 배치되어, 이들 사이에 환상의 내부 용적(17)을 형성한다.
제2 유체 유동로(18)는 상기 환상 내부 용적(17)과 연통하며, 제2 유체가 상기 유동로의 개방 단부(19)를 통해 화살표(F2) 방향으로 상기 유동로 속으로 유입된다. 반응기를 향해 유동로(18)로 유입된 제2 유체는, HTSC 필름 형성 장치의 경우 산소 및 아르곤 등과 같이 다른 반응원 물질, 성분 혹은 운반 기체 종을 포함할 수 있다.
제1 유체 유동로(10)의 기저부(21)에는 순간 증발 매트릭스 구조체(26)가 배치되며, 상기 구조체는 체크 밸브(30)를 사이에 두고 도관(28),(32)을 통해 액체 저장소(34)에 연결된다. 도관(28)의 크기 및 배치는, 순간 증발을 위해 증발 매트릭스 구조체로 상기 도관(28)을 통해 유동하는 공급원 액체의 휘발 성분(즉, 용매 조성물)의 조기 증발을 방지할 수 있도록 되어 있다(즉, 순간 증발 매트릭스 구조체(26) 상에 장착됨). 도관(28)은 제1 유체 유동로(10)의 측방향의 연장부(20)를 통해 연장한다. 액체 저장소(34)는 반응원 액체를 유지할 수 있도록 구성 및 배치되며, 상기 반응원 액체는 비휘발성의 반응제 및 이를 위한 적합한 용매를 포함하는 용액이거나, 또는 반응제가 적합한 액체일 경우 반응제 단독일 수 있다.
도 1에 도시된 공급 장치(100)는 증발 영역(22)을 포함하며, 이 영역은 순간 증발 매트릭스 구조체(26) 상에서의 반응원 액체의 순간 증발과 동일한 수준의 적합한 고온으로 유지될 수 있다.
증발 영역(22)의 하류 방향에는 주입 영역(24)이 위치하는데, 이 주입 영역에서 제2 유체가 제2 유체 유동로(18)를 통해 유입된다. 이 주입 영역(24)은 제1 및 제2 유체 유동로를 통해 유입되는 여러 가지의 조성물에 따라, 증발 영역의 온도보다 약간 낮을 수 있는 적합한 온도로 유지된다.
작동에 있어서, 제1 유체는 제1 유체 유동로(10)를 통해 반응기(12)를 향해 화살표(F1) 방향으로 유동한 다음, 제1 유체 유동로(10)의 말단 개방 단부(13)에서 배출된다. 이러한 기체의 유동과 동시에, 저장소(34)로부터의 반응원 액체는 도관(32), 체크 밸브(30) 및 도관(28)을 통해 순간 증발 매트릭스 구조체(26)로 유동한다.
순간 증발 매트릭스 구조체(26)는 제1 유체 유동로를 유입된 다른 유체 종 혹은 반응원 액체와 해롭게 반응하지 않는 소정의 적합한 물질로 형성될 수 있다. 또한, 상기 매트릭스 구조체는 도관(28)으로부터 매트릭스 구조체의 표면으로 유입되는 반응원 액체의 순간 증발에 효과적인 영향을 미치도록 충분히 상승된 온도에서 가열될 수 있다. 매트릭스 구조체는 스테인레스강, 구리, 은, 이리듐, 백금 등의 금속뿐만 아니라, 고온 유리, 복합 재료 등의 세라믹으로 형성될 수 있는데, 이러한 재료의 선택 기준은 매트릭스 구조체에 의해 직면하게 될 온도 체계와, 그리고 매트릭스 구조체를 지나 제1 유체 유동로(10)로 유동하는 반응원 액체 및 유체의 조성에 따라 결정된다. 양호하게는, 매트릭스 구조체는, 동일한 면적 및 체적 치수 단위(즉, 동일한 치수 단위로 제곱 및 세제곱)로 표면과 체적을 측정하였을 때, 불활성 금속으로 구성되며, 적어도 약 4 정도, 양호하게는 약 10 정도, 보다 양호하게는 100 정도의 비교적 높은 표면 대 체적비를 가진다. 양호하게는, 상기 매트릭스 구조체는 다공성(즉, 구멍이 형성되어 있거나 천공된 상태)의 구조이다.
순간 증발 매트릭스 구조체는 이하에 상세히 설명된 바와 같이, 스크린, 다공성 소결 재료의 본체, 그리드(grid) 등의 형상을 취할 수 있다. 매트릭스 구조체의 조성, 표면적, 표면 대 체적비 특성은, 그 구조체의 표면에 액체를 도포하는 것과 거의 동시에 상기 표면에 비휘발성 반응원 액체의 순간 증발에 영향을 미치도록 선택된다.
반응원 액체를 매트릭스 구조체(26)로 유입시키는 도관(28)은 단순히 개방단을 갖는 튜브일 수 있는데, 즉 튜브의 개방단이 매트릭스 구조체와 연통하여, 상기 그리드가 적당한 고온의 가열될 때, 도관으로부터 방출되는 액체가 매트릭스 구조체의 표면에서의 순간 증발을 위해 그 표면상으로 유동하게 된다. 전술한 바와 같이, 도관(28)은, 매트릭스 구조체 상에서의 순간 증발이 일어나기 전 반응원 액체의 어떠한 부적절한 조기 증발을 방지하기 위해 증발 매트릭스 구조체(26)에 대해 적절한 크기 및 배치 구조를 갖는다.
매트릭스 구조체의 표면상으로 반응제 용액의 분산 및 분포를 증대시키기 위해, 도관(28)은 내부 환상 도관을 형성하도록 그 중심에 배치된 구속용 로드(도시 생략)를 구비할 수 있으며, 여기서 도관내의 압력 강하는 소정의 수준까지 조절되며, 그리고 액체는 매트릭스 구조체의 표면상에서 박막내에 적절하게 유출된다. 또한, 도관(28)은, 매트릭스 구조체로의 반응원 액체의 분사를 용이하게 하기 위해, 이것의 선단부에서 적당한 노즐 혹은 분배기 수단(도시 생략)에 연결될 수 있다.
반응원 용액 저장소(34)에는 적당한 액체 펌핑 수단(도시 생략)이 설치될 수 있는데, 이러한 펌핑 수단으로는, 도관(32), 체크 밸브(30) 및 도관(28)을 통해 매트릭스 구조체(26)로 향하는 반응원 액체의 배출을 효과적으로 수행하도록 보조하는 양(positive) 변위 펌프일 수 있다. 반응원 액체는 정상 스트림(steady stream) 주입 모드에서 또는 도관(28)으로부터의 펄스 모드에서 증발 매트릭스 구조체 상으로 유입된다. 일반적으로, 반응원 액체의 정상 스트림 주입은, 하류방향 반응기내에서 반응원의 가장 안정된 집중을 제공하기 때문에 CVD 응용에 있어 바람직하지만, 반응원 액체의 펄스식 주입은 특정의 응용에서만 유리할 수 있다.
양호하게는, 매트릭스 구조체(26)는 높은 비열 용량을 지닌 구조의 물질로 형성되어 있기 때문에, 그 구조체는 증발 열에 의한 영향을 거의 받지 않으며, 매트릭스 구조체는 연속 작동과 반응원 액체의 증발을 위한 바람직한 고온에서 적절하게 유지된다. 반응원 액체로 형성되도록 한 증착 필름을 오염시킬 수 있는 구조의 물질, 즉 철은 증착 필름의 조성 및 화학양론이 중요하게 작용하는 본 발명의 실시에 있어서는 반드시 피해야 한다.
도관(28) 및 (32) 사이의 체크 밸브(30)는 이들 도관을 통해 매트릭스 구조체(226)로 향하는 반응원 액체 유동의 온/오프를 제어하며, 그리고 감압 작동 조건하에서 매트릭스 구조체(26)로 제어되지 않는, 반응원 용액의 공급이 이루어지지 않도록 반드시 필요하다.
가열된 매트릭스 구조체(26)로 공급된 반응원 액체는 증발된 다음 제1 유체(운반 기체)에 의해 증착 반응 챔버(12)로 운반된다. 또한, 제1 유체는 여러 종류의 상류 버블러 혹은 이를 위한 다른 공급원 수단으로부터의 다른 반응제를 포함할 수 있다.
도 2는 비휘발성 반응제의 순간 증발을 위한 또 다른 공급 장치를 도시한 것으로, 도 1에 도시된 장치의 구성 요소와 동일한 구성 요소에는 도 1에서 사용한 도면 부호에 100을 더하여 표시하였다.
도 2에 도시된 공급 장치는, 도 1에서와 같이 매트릭스 구조체가 제1 유동로의 기저부에 배치되어 있지 않고, 도 2의 증발 매트릭스 구조체(126)가 제2 유동로(118)에 배치되어 있는 것만 제외하고 도 1의 공급 장치와 동일하다.
이러한 차이점으로 인해, 도 2에 도시된 장치의 제1 유동로(110)는 도 1에 도시된 장치와는 다르게 제1 유동로의 기저단에 위치한 측방향의 연장부를 구비하지 않는다. 도 2에 도시된 바와 같이, 순간 증발된 반응원 공급 액체는, 제2 유체 유동로(118)로 유입된 기체와 함께 환상 내부 체적(117)과 반응기의 하우징(112), 즉 CVD 성장 챔버로 유동한다. 반응기로 향해 제2 유체 유동로(118)에 유입된 제2 유체는, 도 1과 관련하여 설명한 바와 같이, 어떤 적절한 반응원 물질, 성분 혹은 운반 기체 종을 포함할 수 있다. 다른 측면에서는, 도 2의 장치는 소정의 고정 장소에 따라 순간 증발된 비휘발성 반응제를 제공하기 위해 도 1에 도시된 장치와 동일하게 작동한다.
전술한 실시예에 따른 공급 장치는 소정의 형상을 갖는 증착 반응기와 가열 방법에 따라 사용될 수 있다. 적합한 증착 반응기 및 가열 방법의 예로는, 적외선(IR) 가열을 이용한 수평식 반응기, 저항 가열을 이용한 수직식 반응기 및 유동 가열을 이용한 수직 반응기를 들 수 있다.
본 발명에 의한 공급 장치는, 소정의 특정 필름 형성 응용에 따라 해당 분야에 종사자에 의한 특정 증착 기술의 선택에 따라, MOCVD, 프라즈마 증강 화학 증착(PECVD), 광보조식 CVD, 다른 보조에 형태의 CVD 에 의해 기판에 순간 증발된 비휘발성 물질의 도포에 폭넓게 응용할 수 있다.
또한, 본 발명의 영역은, 공급원 액체 용액을 형성하기 위해 적합한 용매 매체내의 비교적 수많은 비휘발성 반응제 종들을 제공하는 것을 포함한다. 사용된 비교적 비휘발성의 반응제 종들의 수와 관계없이, 용매 매체는 폭넓게 변경될 수 있으며, 그리고 주어진 반응제(들)에 대해 용이하게 결정할 수 있는 특정의 용매 매체와, 특정이 순간 증발 장치 및 적용된 순간 증발 조건의 선택에 따라, 복수성분의 용매 혼합물뿐만 아니라 단일 성분의 용매를 포함할 수 있다.
또한, 순간 증발을 위해 공급원 액체로서 비휘발성 반응제의 용액을 사용하는 것도 본 발명의 영역에 포함되는데, 여기서 용매는 비휘발성 반응제의 순간 증발 동안 용액으로부터 증발되지 않고 액체 상태로 잔류하도록 극히 낮은 휘발성을 지닌다. 이러한 방법으로, 공급원 액체 유입 수단과 순간 증발 매트릭스 구조체는, 비증발 용매가 순간 증발의 위치(site)에 또는 그 근처에서 수집되어 재사용을 위해 재순환되도록 배치 및 작동된다. 상기 장치의 이러한 배치 및 작동의 장점은, 용매 매체가 순간 증발된 비휘발성 반응제와 상호 작용하지 않게 되어, 용매가 비휘발성 반응제와 동시 인화(co-flash)되는 경우와 같이 하류방향의 반응기 혹은 다른 하류방향의 공정 장소로 기체상의 반응제를 운반하지 않는다는 것이다. CVD 응용에서 증발 매트릭스 상에서 비증발 용매를 사용함으로써, 용매는 성장하는 필름의 오염을 방지하도록 증착 반응기로 운반된다. 예를 들면, 프라즈마 증강 CVD 성장에 있어서, 유기 용매에 의한 성장 필름의 오염은 생성 필름을 손상시키거나 심지어 의도한 목적에 빗나가는 문제점을 초래할 수 있다.
본 발명의 실시예 유용하게 적용될 수 있는 비순간(non-flashing) 저휘발성 용매의 예로는, 상표명 Krytox(등록 상표) 로 시판되고 있는 수소 치환 용매를 들 수 있으며, 이 상품은 순간 증발용 반응원 액체를 제공하기 위해 그곳에 용해된 테트라글림 부가물과 함께 사용될 수 있다.
비휘발성 반응제를 유리하고, 비휘발성 반응제의 후속하는 순간 증발용 반응원 용액을 형성하기 위해 소정의 용매를 사용할 때, 그 용매는 선정된 요구조건을 충족하여야 한다. 상기 용매가 비휘발성 반응제와 함께 동시 인화되었을 때, 용매 매체는 반응원 자체보다 더 휘발성을 가져야 한다. 이 경우, 용매 매체는 휘발성이 낮은 생성물을 형성하도록 반응제와 반응해서는 안된다. 용매와 비휘발성 반응제 간의 상호 반응에 있어서, 용매의 인화 효과를 감소시키기 위해 다음과 같은 3가지의 증발 시나리오가 채택될 수 있다.
(1) 용매가 문제의 분자를 구비한 부가물을 형성하며, 이 부가물은 증강된 휘발성을 구비하는 것.
(2) 용매는 문제의 분자와 강력하게 상호 작용하며, 증발시 비이상 기체를 형성하여, 반응원의 유효 증기압을 증가시키는 것.
(3) 용매가 반응원과 약하게 상호 반응하며, 이들 두 종이 문제의 분자 증기압의 미소한 증강 혹은 증강 없이 동시 인화하는 것.
또한, 비순간 저휘발성 용매의 사용과 관련된 네 번째 시나리오는,
(4) 용매가 반응원과 약하게 상호 반응하여, 반응원은 문제의 분자 증기압의 미소한 증강 혹은 증강 없이 증발하지만, 용매는 매우 낮은 휘발성을 가져 액체 상태로 잔류하거나 그렇지 않으면 순간 증발 매트릭스 구조체에 근접하게 신속히 재응축되기 때문에, 용매는 재사용되도록 쉽게 수집될 수 있게 하는 것이다.
주어진 증착 응용에 대한 특정의 용매 선택은 반응제의 조성과, 선정된 용매내의 반응제의 용해도에 따라 결정될 것이다. 따라서, 특정의 용매 선택은, 간단한 호환성, 용해도 및 증발 테스트에 근거하여 해당 분야의 종사자에 의해 적절한 실험을 통해 이루어질 수 있다.
용해된 다음 순간 증발될 특정의 반응제 복합물의 성질에 따라, 본 발명의 실시예에 의한 잠재적으로 유용하게 사용되는 동시 인화 증발 가능한 용매는 에테르 및 아민뿐만 아니라 알칸계 용매 및 알콜을 포함한다. 상기 용매는, 증발된 반응원 용액으로부터 침적된 필름 혹은 층을 유해하게 오염시키는 어떠한 물질을 포함해서는 안되며, 또한 이러한 물질을 형성하기 위해 유리되어서도 안된다. 이를 위해, 유황 용매가 기판 상에 고온 초전도체(HTSC) 층의 형성을 위해 사용되어서는 안되는데, 그 이유는 유황 용매가 완성된 HTSC 필름을 오염시키기 때문이다. 비휘발성 반응제가 이것을 함유하는 반응원 액체로부터 순간 증발되는 동안, 상기 용매가 액체상으로 유지될 때, 전술한 바와 같이, 수소 치환된 상표명 Krytox(상표 등록) 와 같은 할로켄화된 유기 용매가 사용될 수 있다.
비록, 본 발명의 비휘발성 반응제 공급 장치는, 후속 공정을 위해 완성된 공급원 기체 혼합물을 형성하기 위해 순간 증발된 비휘발성 반응제와 혼합되는 운반 기체와 연관하여 도 1 및 도 2를 참조한 실시예를 통해 설명하였지만, 순간 증발된 물질이 어떠한 추가의 성분 혹은 물질을 필요로 하지 않고 하류방향의 처리 혹은 공정 장소로 유동되도록, 어떠한 운반 기체를 제공하지 않고 조작하는 것도 본 발명의 영역에 포함될 수 있다. 이것은 순간 증발 챔버의 압력 보다 낮은 압력에서 하류방향의 프로세싱 챔버, 즉 CVD 성장 반응기를 작동시킴으로써 달성될 수 있기 때문에, 인화된 증기는 다른 압력 조건하에서 증발 챔버로부터 하류방향의 프로세싱 챔버로 유동하게 된다.
본 발명의 양호한 실시예에서 사용된 반응제는 사용된 용매와, 의도하는 반응제의 궁극적인 용도에 따라 폭넓게 변경될 수 있다.
본 발명의 양호한 실시예에 따른 유용한 비휘발성 반응제는 유기 금속 복합물과 같은 Ⅱ족 반응원과, Ⅱ족 원소의 합성물을 포함한다.
예를 들면, 실리콘 기판과 HTSC 혹은 GaAs 중첩 층들 사이에 중간층을 Ⅱ족 금속의 불화물(즉, BaF2, CaF2, SrF2)로 형성하는데 있어서, 적합한 Ⅱ족 비휘발성 반응원은, 바륨 1,1,1,2,2,3,3-헵타플루오로-7,7-디메틸-옥탄-4,6-디오네이트(이하에는 Ba(fod)2로 표시함), 칼슘 1,1,1,2,2,3,3-헵타플루오로-7,7-디메틸-옥탄-4,6-디오네이트(이하에는 Ca(fod)2로 표시함), 스트론튬 1,1,1,2,2,3,3-헵타플루오로-7,7-디메틸-옥탄-4,6-디오네이트(이하에는 Sr(fod)2로 표시함), 바륨, 칼슘 및 스트론튬의 헥사플루오로아세틸아세토네이트 복합물과, 테트라글림을 함유한 헥사플루오로아세틸아세토네이트 복합물과 같은 부가물을 포함할 수 있다.
MOCVD 에 의해 BiSrCaCuO 의 HTSC 필름의 형성에 있어서, 스트론튬 및 칼슘 반응제는 물질의 증발된 용액으로 유입되며, 칼슘 비휘발성 반응제는 Ca(fod)2일 수 있고, 그리고 스트론튬 반응제는 Sr(fod)2일 수 있다.
Sr(fod)2과 같은 반응제와; 바륨 헥사플루오로아세틸아세토네이트; 바륨 헥사플루오로아세틸아세토네이트/테트라글림 부가물; 1,2,3,4,5-펜타메틸-1,3-사이크로펜타디에닐 바륨; 그리고 바륨 비스(2,2,6,6-테트라메틸-3,5-헵탄디온)는 123 타입(YBa2Cu3Ox여기서 x는 약 6.0 내지 7.3 이다)의 HTSC 필름의 MOCVD 형성시 바륨을 위한 비휘발성 Ⅱ족 반응제로서 적절히 사용될 수 있다.
본 발명은, 일반적으로 전술한 Ba(fod)2,Ca(fod)2, Sr(fod)2복합물을 포함하는 Ⅱ족 베타-디케토네이트 반응원 복합체로부터 Ⅱ족 원소의 공급에 적용할 수 있다. Ⅱ족 베타-디케토네이트 반응원 복합체에 있어서, 알콜은 일반적으로 용매 종으로서, 특히 이소프로페놀, 부타놀 등과 같은 알칸화 용매로서 바람직하다.
도 3은 반응원 액체 급송 도관(28)이 설치되어 있고, 도 1에 도시된 순간 증발 매트릭스 구조체(26)의 정면도이다. 이 매트릭스 구조체(26)는 다공성의 구조를 형성하는, 단면이 십자형인 와이어 가닥으로 된 스크린(40)을 구비할 수 있으며, 상기 구조체에는 용접, 납땜 등에 의해 반응원 액체 급송 도관(28)이 적당히 고정되어 있다. 이러한 방법으로, 매트릭스 구조체 상에 반응원 액체를 증발시키기 위해, 도관으로부터의 액체(44)가 매트릭스 구조체(26)의 표면 위로 유동하도록, 도관(28)의 내부 통로와 매트릭스 구조체(26) 사이에 유체 유동 연통이 제공된다.
도 4는 또 다른 실시예에 따른 순간 증발 매트릭스 구조체의 조립체(50)를 도시한 사시도로서, 이 조립체는 나선형으로 권취된 스크린(52)을 구비하며, 이 스크린의 하단부(54)는 액체 분배기(56)에 연결된 다음, 반응원 액체 급송 도관(58)에 연결된다. 분배기 조립체(56)는 반경방향으로 연장하는 일련의 아암(6)들을 구비하며, 이 아암의 상부에는, 액체가 급송 도관(58)에 의해 공급될 때, 그곳을 통해 배출되는 액체를 수용하기 위해 차례로 액체 유동 개구(62)가 형성되어 있다.
도 4에 도시된 조립체의 작동에 있어서, 반응원 액체는 급송 도관(58)을 통해 분배기 조립체(56)의 아암(60)으로 유동하며, 고온의 스크린망(52)의 표면상에서의 증발을 위해 그 표면 위로 액체의 미세한 제트류 상태로 상기 개구(62)를 통해 배출된다.
도 5는 또 다른 실시예에 따른 순간 증발 매트릭스 구조체의 조립체(66)를 도시한 것으로, 이 조립체는, 내면에 개구(72)가 구비되어 있는 분배기 링(70)에 의해 외주부가 에워싸여 있는, 다공성 소결 금속 디스크(68)를 포함한다. 링(70)은 그 내부에 유동로를 형성하도록 중공형으로 되어 있다. 이러한 내부 유동로는 반응원 액체 급송 도관(78)과 연통하는 상태로 있으며, 이 도관은 연통이 폐쇄된 상태로 링(70)에 연결된다.
도 5에 도시된 조립체의 작동에 있어서, 반응원 액체는 급송 도관(78)을 통해 링(70)으로 유동하며, 이 링의 내부 개구(72)를 통해 다공성 소결 금속 매트릭스(68)의 표면 위로 유출된다. 소결 금속 매트릭스는 이곳에 반응원 액체가 증발되도록 고온으로 유지된다.
도 6은 반응원 공급원 액체를 순간 증발시키도록 사용될 수 있는 순간 증발 매트릭스 구조체의 정면도로서, 상기 액체는, 증발 매트릭스 구조체로 유입된 반응원 액체로부터 비휘발성 반응제의 순간 증발과 동시에 재사용을 위해 회수되는 비증발 용매를 포함한다.
도 6에 도시된 바와 같이, 순간 증발 조립체(180)는 반응원 액체 급송 도관(183)이 설치되어 있는 증발 매트릭스 구조체(179)를 포함한다. 매트릭스 구조체(179)는 다공성 부재를 제공하는 와이어망 원소로 형성된 스크린(140)을 포함할 수 있다. 매트릭스 구조체(179)는, 도관(183)의 내부 통로와 매트릭스 구조체(179) 사이에 유체 유동 연통을 제공하기 위해 적절한 고정 방법으로 반응원 액체 급속 도관(183)의 말단부(142)에 고정된다. 이러한 구조에 의해, 액체(144)는, 비휘발성 반응원 복합체를 포함하는 공급원 액체로부터 그 복합체의 순간 증발을 수행하기 위해 스크린을 적절한 고온으로 유지한 상태로, 도관(183)으로부터 스크린(140)의 표면 위로 유동된다.
도 6은 횡단 위크(wick) 요소(135)들을 제공함으로써, 특별히 공급원 액체(144)로부터 비증발 용매를 회수하도록 채택된 순간 증발 조립체를 도시한 도면이다. 상기 횡단 위크 요소는 매니폴드 부재(137),(139) 각각과 유동을 위킹(wicking)시키는 연통 상태에서 스크린(140)을 가로질러 그 스크린의 가장자리까지 연장한다. 매니폴드 부재(137),(139)는 차례로 각각의 복귀 분관(141),(143)에 의해 액체 유동 연통 상태에서 복귀 도관(145)에 연결된다. 도시된 바와 같이, 복귀 도관(145)은 액체 급송 도관(183)과의 사이에 환상 유동 공간을 형성하도록 그 도관(183)을 동심으로 에워싸고 있는데, 여기서 회수된 용매는 화살표(G) 방향으로 유동하여 급송 저장소나 다른 수집 장소로 복귀한다.
도 6에 도시된 증발 조립체의 작동에 있어서, 반응원 액체(144)는 급송 도관(183)에 의해 스크린(140)의 표면상에 주입되며, 상기 스크린의 표면은 반응원의 고속 증발을 수행하기 위해 도시된 바와 같이 고온에서 적절하게 유지된다. 비증발성 용매에 비교적 비휘발성의 반응체를 포함할 수 있는 액체(144)는, 인화된 비휘발성 반응제 성분과, 스크린(140)상에 남아있는 비증발 용매로 분리될 수 있으며, 그 다음, 위크 요소(135)에 의해 스크린의 가장자리에서 매니폴드(137),(139)로 횡방향으로 위킹된다. 매니폴드(137),(139)에 수집된 액체는 각각의 분관(141),(143)에 의한 재사용을 위해 복귀 도관(145)으로 유동한다.
증발된 반응원 액체로부터 용매를 회수하기 위해 사용될 수 있는 다른 수집 수단 및 방법은 본 발명의 또 다른 영역내에 포함될 수 있다.
본 발명의 또 다른 실시예에 있어서, BaTiO3및 BaxSr1-xTiO3의 박막은, 단일 액체 용액내의 비교적 비휘발성의 Ba, Sr 및 Ti 유기금속 복합물을 필름 성장 반응기로 공급함과 동시에 성장되었다. 단일 매니폴드를 경유하여 기판으로 모든 활성 종들의 동시적인 공급은 필름에서 선구물질 매니폴드를 화학양론적으로 Ba:Ti 과 Ba:Sr:Ti 로 분리하는 것에 비해 유리할 수 있다.
또한, 단일 액체 주입 장치에서 복수 반응원의 공급은 붕인산-시리케이트 유리(BPSG), Ta2O5, TiO2등의 다른 유용한 박막과, 이러한 원소 및 다른 성분의 복합 필름의 CVD 성장에 적용할 수 있다. 이런 종류의 적용은 필름 화학양론적으로 재생할 수 있으며, 복잡한 산화물 물질의 MOCVD 성장에 있어 해당 기술 분야에 상당한 진보한 것이다.
예를 들면, 본 발명의 장치는 단일 용액에 용해된 Ba, Sr 및 Ti MOCVD 선구물질 반응제의 전송 및 순간 증발을 위해 사용될 수 있다. 유기금속을 반응기로 전송하기 위해 사용된 용매는, 선구물질 반응제의 유리 온도 보다 낮은 온도에서 증발될 수 있어야 하며, 그리고 반응원을 위한 양호한 용매이어야 한다. 예를 들면, 90 체적%의 이소프로판올, 10 체적%의 테트라에필렌 그리콜 디메탈 에테르가 사용되었을 때 양호한 결과가 나타났다. Ba,Sr,Ti 유기금속 복합물은, 바륨 비스-테트라메틸헵탄디오네이트(Ba(thd)2), 스트론튬비스-테트라메틸헵탄디오네이트(Sr(thd)2) 그리고 티타늄 비스-이소프로포사이드-비스-테트라메틸헵탄디오네이트(Ti(thd)2) 등의 공지된 CVD 반응원일 수 있다. 통상적인 용질의 농도는 Ⅱa 족 유기 금속 복합물 0.1M 과, 티타늄 복합물 0.1M 이다. 이러한 액체의 농도비는, 비록 일반적으로 소정의 CVD 반응기의 특성(온도, 압력, 유동, 라디칼의 존재)들이 선구물질 액체에서 다른 작동 비율을 요구할 수 있지만, 소정의 필름 화학양론과 일치한다. 필름에서 Ba/Sr 비의 변화는 용액의 해당 선구물질의 농도를 적절하게 변화시킴으로써 달성될 수 있다. 이러한 변화는 특정의 응용에 요구되듯이, 필름의 온도에 종속하는 유전체 성질을 수정하는 것이 바람직하다.
용액(용질과 용매 모두 포함)은 가열된 표면 혹은 프릿(frit)에 공급되어 그곳에서 증발된다. 고도의 재생성 가능한 공급은 시린지(syringe) 펌프를 사용함으로써 달성된다. 액체는 체크 밸브를 통해 진공 장치로 유입되는데, 이 밸브는 대기압 보다 높고 시린지 펌프의 한계 압력 보다 낮을 때 개방된다. 액체의 통상 유량은 시간당 4.0 ml 이다. 금속 표면은 20 마이크로미터 크기의 구멍을 지니고 직경이 1/4인치이고 두께가 1/16인인 스테인레스강으로 큰 표면적을 구비한다. 다공의 디스크는 230℃ 에서 유지된다. 그 다음, 상기 표면은 얇은 층으로 액체에 의해 적셔지게 된다. 용매는 증발되며, 잔류하게 될 소량의 용질은, 증발 영역을 통해 유동하는 아르곤 혹은 다른 운반 기체에 의해 반응기 속으로 그리고 기판으로 증기로서 운반 및 승화될 수 있다. 아르곤은, 증기상 용매와 유기 금속이 반응기로 용이하게 수송하기 위해 액체와 동일한 방향으로 다공의 디스크를 통해 유동한다. 통상적으로, 아르곤 운반 기체의 유동은 약 100 sccm 이다.
따라서, 소량의 공급 반응원은 단시간 동안 승화 온도로 유지될 수 있으며, 조기 유리를 효과적으로 방지한다. 승화 온도 근처 온도에서의 조기 유리는 통상의 Ba 및 Sr 유기금속의 주요한 단점이다. 이러한 순차적인 유동-적심-증발/승화는 액체 유동이 연속인 것과 같은 연속 상태로 발생한다. 증착 용질의 유효한 승화는, 반응원으로 사용된 유기금속 복합물에 따라 그리고 액체가 투입되는 금속 표면의 온도에 따라 결정되는 중요한 특징이다. 증발 영역의 압력 구배 또한 중요하다. 증발 영역의 온도와 온도 구배의 제어는 용매 증발의 강한 냉각 효과 때문에 무시할 수 없다.
도 7에는 증발 영역(200)이 개략적으로 도시되어 있다. 본 방치의 주본체는 도면에 도시된 바와 같이 기계 가공된 직경 1인치의 스테인레스강의 실린더(201)이다. 스테인레스강 블록의 열전도는 비교적 불량하기 때문에, 스테인레스강 실린더 둘레에는 축방향으로 대칭인 알루미늄 자켓(도시 생략)이 클램핑되어 있으며, 이 알루미늄과 접촉되도록 클랭핑된 저항 히터에 의해 균일하게 가열된다. 다공성 프릿(203) 근처에 매립된 열전대(202)는 온도 측정을 위해 사용되며, 가열기에 동력을 공급하는 비레 제어기에 의해 제어된다. 운반 기체는 운반 기체는 유입부(204) 내로 유동하며, 반응제가 적재된 기체는 포트(205)를 지나 반응기로 유동한다.
Ba 및 Ti 운반 기체는 바닥에서 수직으로 세워진 반응기로 유입된다. 이 때, 산소도 100 sccm 의 속도로 반응기로 유입된다. 비록, 전술한 액체 공급 장치는 어떠한 압력에서도 필름 성장을 위해 사용될 수 있지만, 기판에서의 전체 압력은 약 0.5 Torr 이다. 기판에서 Ti, Sr, Ba의 상대적인 부분 압력은 용액의 펌핑 비율과 용액내의 유기금속 종의 농도를 변화시킴으로써 제어된다.
도 8은 반응원 혹은 반응원 용액의 순간 증발을 위한 공급 장치(210)의 또 다른 변형예를 도시한 도면이다. 이러한 변형예에서, 액체 반응원 혹은 반응원 용액은 고정구(212)를 통해 튜브(213)로 펌핑되며, 그곳에서 반응원의 순간 증발에 충분한 온도로 가열되는 다공성 프릿(215) 상으로 유동하게 된다. 그 다음, 반응제 기체는 포트(216)를 지나 하류방향으로 반응기로 유동한다. 질소 혹은 아르곤 등의 불활성 운반 기체는 튜브(217)를 통해 챔버(218) 속으로 유동한다. 튜브(213)의 내경 및 길이는 고정구(212)와 하류방향의 반응기 사이의 압력 강하를 제어하기 위해 변할 수 있다. 상기 장치로의 반응원 펌핑 비율이 반응기로의 반응제 공급 비율을 제어하는데 사용될 수 있도록 압력 강하를 일정하게 유지시키는 것이 바람직하다. 튜브(213)의 내경은 1×10-1내지 20×10-4인치, 양호하게는 4×10-4내지 10×10-4인치이다. 이러한 튜브의 개수는 1 내지 3 인 것이 바람직하다. 사용된 펌프의 종류는 반응제 액체를 일정한 스트림으로 공급할 수 있는 것이면 된다. 고성능 액체 크로마토그래피에 사용되는 형태의 피스톤 펌프가 적합하다. 가열된 프릿은 적절한 온도에서 반응제의 존재시 불활성이 되는 어떠한 물질로 구성될 수 있다. 스테인레스강, 유리 및 세라믹은 적합한 구성 물질이 된다. 프릿은 2 내지 200㎛, 양호하게는 10 내지 20㎛ 크기의 구멍을 구비한다. 가스킷(214)은 본 장치의 청소를 위해 용이하게 유리될 수 있게 해준다.
증발 매트릭스는 순간 증발될 액체의 성질과, 문제의 반응제 물질을 위한 최종의 용도와 작동 조건에 따라 폭넓게 변할 수 있는 구조적 형태로 제공될 수 있다. 따라서, 순간 증발 매트릭스 구조체는 투과성 하우징 혹은 케이지(cage) 를 포함할 수 있으며, 이것은 충전 물질이 고온으로 유지될 때 그곳으로 유입되는 반응원 액체 용액의 순간 증발을 위해 표면적을 확장시켜 주는 미립자 충전 요소로 채워져 있다.
또한, 순간 증발 매트릭스 구조체는 모세관 작용에 의해 해당하는 액체 급송 도관으로부터 반응원 액체를 그 표면으로 끌어들이는 기능을 갖는 위크 요소를 사용할 수 있다.
따라서, 용어 순간 증발 매트릭스 구조체 는 적절한 모든 물리적 구조체를 포함하도록 구성되는 것을 의미하는데, 이 물리적 구조체는 사용된 소정의 액체를 위한 순간 증발 온도가 충분히 높게 가열될 때, 액체 반응원을 수용하고 그리고 수용된 액체를 증발시키도록 배치된 물리적 요소를 포함한다.
순간 증발 매트릭스 구조체는 어떤 적절한 방법에 따라 반응원 액체의 순간 증발을 수행하도록 매우 높은 온도로 적절하게 유지될 수 있다. 예를 들면, 매트릭스 구조체는 이곳을 통과하여 유동하는 고온의 운반 기체로부터의 대류 열전달에 의해 고온으로 유지될 수 있기 때문에, 유동하는 기체 스트림의 감지 가능한 열은 순간 증발 매트릭스 구조체를 소정의 온도 수준으로 유지할 수 있도록 사용된다.
또한, 매트릭스 구조체는 이것의 적외선(IR) 가열 수단, 즉 제1 유체 유동로내의 IR 전달 윈도우에 근접한 제1 유체 유동로에 인접하게 배치된 IR 램프 등의 적절한 가열 에너지 공급원이 설치될 수 있기 때문에, 복사 IR 에너지는 그곳을 통해 매트릭스 구조체를 가열하도록 전달된다.
도 9는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 증발 장치(300)를 개략적으로 도시한 것이다.
상기 증발 장치(300)는 사용 장소로 증기 형태로의 공급이 요구되는 다양한 액체 반응제의 증발, 특히 순간 증발을 위해 유용하게 사용될 수 있다.
이 장치는 도시된 바와 같이 일반적으로 긴 원통형의 하우징(302)을 포함한다. 하우징(302)은 상단부(304)와 하단부(306)가 구비되어 있는 증발 챔버를 형성한다.
따라서, 증발 챔버는 하우징의 폐쇄 내부벽면(320)에 의해 적어도 부분적으로 그 내부에 에워싸이는 내부 체적(308)을 포함한다.
상기 내벽면(320)은 종방향으로 이격된 일련의 채널 혹은 홈부(322),(324), (326),(328)를 구비하는데, 이들 각각은 하우징과 이러한 하우징을 포함하는 증발 챔버의 종방향 축(L-L)과 거의 수직한다. 상기 각각의 채널 혹은 홈부(322), (324),(326),(328)는 새김눈을 형성하거나 벽면(320)에 오목하게 말아 넣음으로써 형성될 수 있다. 따라서, 각각의 채널 혹은 홈부는 매니폴드 채널(350)과 액체 유동 연통 상태로 그곳에 연결된 액체 유동 분관을 제공한다. 도시된 바와 같이, 매니폴드 채널(350)은 하우징과 증발 챔버의 종방향 중앙축(L-L)에 대해 거의 평행할 수 있다. 따라서, 매니폴드 채널(350)은 도관(352)에 의해 증발 챔버에 공급된 액체를 위한 급송통 역할을 한다. 도관(352)의 양단에는, 공급원 용기(301)로부터 액상 반응원의 공급을 위한 액체 급송관에 연결되도록 결합용 고정구(354)가 구비되어 있다. 따라서, 반응원 액체는 매니폴드 채널(350)과 액체 유동 연통 상태로 연결된 도관(352) 속으로 화살표(A) 방향으로 유동하는데, 상기 채널로부터 액체가 각각의 채널 분관(322),(324),(326),(328)에 분배된다. 이러한 방법으로, 액체는, 소결 금속 물질, 다공성 세라믹 매체, 혹은 다른 적합한 물질로 형성될 수 있는 다공성 증발 요소(340)의 인접면(303) 위로 분배된다. 따라서, 상기 실시예의 증발 요소는 증발 챔버에 배치되며, 그리고 하우징의 폐쇄 내부 벽면(320)에 접촉하는 외측 벽면(303)을 구비한다. 다공성 증발 요소(340)는 증발 챔버의 내부 용적(308)에 제공된 내부 벽면(305)을 구비한다.
이러한 구조에 따르면, 분관 채널로 주입된 액체는, 반응원 액체의 증발을 위해 적절한 온도로 가열되는(도 9에는 도시 생략된 수단에 의해) 다공성 증발 요소(340)의 외측면(303)과 접촉하기 때문에, 반응원 액체는 증발된다. 생성된 증기는 증발 요소의 다공성 벽을 통해 증발 요소의 내면에 주입되며, 이 증발 요소로부터 상기 증기는 화살표(C) 방향으로 챔버의 하부 배출단(306)에서 배출되도록 내부 용적(308)으로 통과하며, 공정 장치의 하류방향에 있는 부속 장치로 이동된다. 하류방향의 사용 장소의 예로는, 화학 증착 반응기를 포함할 수 있는데, 이 반응기 내에서 증발 장치로부터 배출된 증기의 파생 물질이 기판에 증착된다.
도 9에 도시된 실시예에 있어서, 증발 챔버의 내부 용적(308)에 적절한 운반 기체를 유입시키는 것이 바람직한데, 이를 위해 증발 챔버의 상단부(304)에는, 증발 요소(340)의 다공성 벽 부재를 통해 내부 용적(308)으로 유입되는 증발된 반응제와 혼합되도록 화살표(B) 방향으로 운반 기체가 통해 유동할 수 있는 유입 도관(360)이 설치되어 있다.
몇몇 응용에 있어서, 증발된 반응제에 혼합된 증기 성분 혹은 다른 운반 기체를 함유하지 않는 증발된 반응제만을 증발 챔버로부터 배출시키는 것이 바람직한데, 예를 들면, 본 장치는 운반 기체 급송 도관(360)을 구비하지 않을 수도 있고, 또는 그 대신에 어떠한 운반 기체도 챔버의 내부 용적으로 유입되지 못하도록 그 챔버를 폐쇄하는, 적절한 밸브 혹은 다른 유동 억제 수단이 설치될 수 있다.
도 9에 도시된 바에 의하면, 다공성 증발 요소(340)는 외측 벽면을 구비한 다공성 벽 부재를 포함하는데, 이 외측 벽면은 증발 챔버 벽내의 홈부 혹은 채널과 함께 증발 요소의 외측 벽면 위로 반응원 액체를 분배하는 유동 채널 구조를 제공한다. 이러한 유동 채널 구조는 폭넓게 변형될 수 있는데, 예를 들면, 증발 챔버의 중심축(L-L)에 평행한 일련의 홈부 혹은 채널을 구비하는 것이 바람직한데, 이 홈부는 증발 챔버의 내부 벽면의 외주 둘레에 원주방향으로 이격 배치되어 있으며, 그리고 도 9의 실시예에 의한 채널(326)과 같은 하나 이상의 연결용 급송통에 의해 상호 연결되어 있다.
또한, 증발 작동이 최적으로 수행될 수 있도록, 모세관 작용, 중력 유동 및/또는 다른 유체역학적 현상에 의해 액체가 증발 벽 부재 표면 위로 분사되는 것을 효과적으로 수행하기 위해, 증발 챔버의 내부 벽면을 이것과 접촉된 다공성 증발 요소에 대해 마디지게 하거나 결을 내게 하는 것이 바람직하다.
이와 유사하게 다공성 벽 부재(340) 자체는 여러 형태로 형성될 수 있는데, 즉 증발을 위한 액체 분산을 수용하기 위해 증발 챔버의 벽에 형성된 채널과 협동하는 물결 모양 또는 홈이 형성된 표면으로 형성될 수 있다.
또한, 증발 장치는 채널 혹은 통로 수단을 증발 챔버 벽면으로부터 제거한 상태로 만들 수 있으며, 또는 액체 채널과 근접한 하우징과 협동하게 액체 채널을 형성하기 위해 구성된 다공성 벽 부재 혹은 다른 증발 요소를 구비하도록 만들 수 있다.
또한, 밀폐된 액체 분배 용적을 제공하는 칼라 혹은 스페이서를 이용하는 것과 같이, 다공성 백 부재를 증발 챔버 벽면에 대해 이격시키는 것이 바람직할 수 있는데, 이로 인해 다공성 벽 부재의 외측 표면과 증발 챔버 하우징의 내측 벽 표면 사이의 충만 공간으로 들어갈 수 있다.
도 10은 도 9에 도시되고 전술한 실시예에 따른 장치의 확대 단면도이다.
도 10에 도시된 바와 같이, 하우징(302)은, 다공성 증발 요소(340)의 외측 벽면(303)과, 그리고 다공성 증발 요소의 전길이에 걸쳐 반응원 액체의 분배를 위해 재공하는 채널 분관(322),(324),(326),(328)(도면에 상세히 도시됨)과 맞닿아 접촉하고 있는 밀폐된 내부 벽면(320)을 구비하는데, 상기 다공성 증발 요소는 그것의 다공성과 빈공간에 의해 액체를 위킹(wicking)시키는 작용을 하기 때문에, 모세관 작용은 증발 요소의 용적을 통해 액체를 분배시키며, 증발은, 화학 증착 반응기로의 연통을 위해 액체로부터 파생되고 증발 요소를 통해 하우징(302)의 내부 용적으로 통과하는, 처리된 발생 증기에 대해 고속으로 수행된다.
또한, 도 10에 상세히 도시된 바와 같이, 도면에 도시된 하우징(302)의 좌측에 있는 매니폴드 채널(350)은 최좌측에 커플링(354)을 구비하는 액체 급송 도관(352)에 대해 수용될 수 있는 상태로 배치된다.
도 9 및 도 10에 도시된 증발 장치 화학 증착 공정을 위한, 고속으로 유동하는 반응원 액체를 수용하도록 채택된다. 도시된 실시예에 있어서, 하우징(302)은 5/8 인치의 내경을 가질 수 있고, 운반 기체 도관(360)은 1/4 인치의 외경과 1/8 인치의 내경을 갖는 것이 바람직하다. 하우징(302)의 외경은 0.8 인치이다. 도관(360)에 형성된 운반 기체 개구(370)는, 예를 들면, 도관(360)의 원주에 4분의 1인 직경을 구비할 수 있다. 채널 분관(322),(324),(326),(328)은, 예를 들면, 이것의 내부 벽면(320)에서, 하우징(302)의 길이를 따라 2인치의 간격으로 이격될 수 있다.
도 11은 증발 장치(400)를 구비한 증발 시스템을 개략적으로 도시한 도면으로, 이 장치(400)는 증발기 배출 라인(404)에 의해 반응원 증기가 유동 연통될 수 있는 상태로 화학 증착 반응기(402)에 연결되어 있으며, 상기 배출 라인은 매니폴드(406)를 경유하여 증발 장치로부터 기체 배출 라인(408)에 연결된다. 증발 장치는 외벽(412)과 내측 벽면(414)을 구비하는 하우징을 포함하며, 내측 벽면(414)은 하우징의 내부 용적(416)을 구획한다. 상기 실시예에 따른 하우징은 원통형을 이루면서, 그 내부 용적(416)의 단면은 원형으로 되어 있다. 하우징(410)의 내부 용적(416)에는 증발 요소(420)가 배치되어 있는데, 이것의 원주 외측 가장자리는 하우징 벽(410)의 내측 벽면(414)과 맞닿게 접촉하고 있다. 하우징(410)은 그 내부에 축방으로 배치된 반응원 액체 급송 도관(426)을 포함하여, 이 도관은 증발 요소(420)의 상부면(430)과 거의 맞닿게 접촉하면서 폐쇄된 하부의 말단부(428)를 구비한다. 이러한 구조로 인해, 급송 도관(426)으로부터의 액상 반응원은 증발 요소의 수직방향으로 면하는 상부 표면(430)으로 직접 배출되기 때문에, 상기 액체는 증발 요소의 외주부로 다시 향하게 되며, 이러한 유동은 상기 요소의 모세관 작용력 및 위킹 작용에 의해 보조된다.
하우징(410)의 유입 단부(440)에서는 도 11에 화살표(442)로 표시된 방향으로 유동하는 운반 기체를 수용한다. 이러한 구조에 따라, 상기 운반 기체는 다공성 증발 요소(420)를 통과하여 반응원 증기 배출 라인(404)이 CVD 반응기(402)로 유동되도록 매니폴드(406)로 배출된다. CVD 반응기는 전기 혹은 저항 요소(452) 등에 의해 가열되는 서셉터(susceptor)(450)를 포함한다. 이 서셉터는 라인(404)을 따라 반응기로 유입된 반응원 증기에 대해 증기를 수용할 수 있는 상태로 장착되어 있는 기판 수단(454)을 구비한다.
하우징(410)의 하부(470) 상에는 가열 코일(472),(474)이 배치되어 있는데, 이 코일은 가열된 액체 혹은 다른 적절한 열전달 매체를 운반하여 벽(410), 나아가 증발 요소(420)를 가열시킬 수 있기 때문에, 증발 요소는, 액체의 증발을 위한 다공성 요소를 통한 액체의 방사방향 외측으로의 분산을 위해, 액체 급송 도관(426)을 통해 증발 요소의 상부 중앙 표면으로 화살표(A) 방향으로 유동하는 반응원 액체의 증발을 효과적으로 수행하도록 적절한 온도에서 가열된다.
도 12는 증발 장치(502)를 구비한 증발 시스템(500)을 개략적으로 도시한 도면으로, 이 증발 장치(502)는 매니폴드(504)와 반응원 증기 전달 도관에 의해 CVD 반응기(506)에 연결되며, 여기서 증발된 반응원은 기판과 접촉하기 때문에, 유리되는 반응제는 소정의 금속 혹은 다른 증기 성분의 기판 상에 효과적으로 증착된다. 도 12에 도시된 증발 장치(502)는 가열 코일(514),(516)에 의해 접촉되어 있는 외측면(512)을 구비하면서 벽(510) 및 내부 슬리브 증발 요소(520)의 가열을 위해 적절한 열전달 유체가 통하도록 그 유체를 전달시키는 원통형의 하우징(510)을 포함하는데, 이 하우징의 상기 외측면은 벽의 내부 벽면(524)과 접촉한다. 이 벽은 도 9 및 도 10에 도시된 바와 같이 구성될 수 있으며, 벽내의 채널을 통해 유동된 액체는 증발되며, 그리고 그 액체는 다공성 증발 요소를 통해 튜브(510)의 벽에 의해 구획된 내부 용적(530)으로 유동한다.
운반 기체 유동 도관(550)은 튜브(510)의 내부 용적(530)에 축방향으로 동심으로 배치되어 있다. 튜브(550)는 전장에 걸쳐 개구부(552)가 뚫려 있으며, 운반 기체는 증발 요소의 내부 표면(560)을 따라 내부 용적으로 들어가게 되므로 증발된 반응원을 수반하게되고 그리고 증기를 매니폴드(504)로 향하는 라인과 CVD 반응기(506)를 향하는 반응원 증기 급송 라인(580)을 거쳐 하우징 바깥으로 운반하게 된다.
도 12에 도시된 장치의 반응원 액체는 도 9 및 도 10에 도시된 실시예에서 상세히 언급한 바와 같이, 벽(510)과 증발 요소(520)에 의해 구획된 채널로 도관(586)을 통해 유입된다.
본 발명은 화학 증착(CVD) 액상 반응원을 증발시켜 CVD 반응기로 공급하는데 유용하게 적용되는데, 여기서 증발된 반응원은 이것이 반응기내에서 유리되자마자 기판 상에 증착되는 적어도 하나 이상의 증기상의 성분을 포함한다. 따라서, 본 발명은 증착 기술에 의해 기판상에 박막을 형성시키기 위한 광범위한 용도에 사용될 수 있으며, 이러한 용도는, YBa2Cu3Ox(여기서, x 는 약 6 내지 7.3), BiSrCaCuO, TlBaCaCuO 를 포함하는 고온 초전도(HTSC) 물질 등의 필름, 또는 Ⅱ족 반응원(즉, β-디케토네이트 복합물 및 화합물) 필름, 지르코늄과 하프늄 등의 전이 금속을 미리 함유하는 반응원의 공급을 필요로 하는 다른 필름; 강유전체와, 그리고 바륨 티타네이트(BaTiO3), 바륨 스트론튬 티타네이트(BaxSr1-xTiO3), 납 지르코네이트 티타네이트(PbZr1-xTixO3) 등의 포토닉(photonic) 물질 필름; Ⅱ족 금속의 불화물(즉, BaF2, CaF2, SrF2)을 포함하는 광 검사 및 코팅 광섬유를 위한 물질과, 초전도체 사이의 Ⅱ족 금속 불화물의 중첩층 혹은 갈륨 비화물 중첩층의 형성을 위한 물질 필름; Ta2O5등의 내화 산화물 필름; 그리고 집적회로, 스위치, 복사선 감지기, 박막 콘덴서, 홀로그래픽 저장용 미디어, 및 다른 마이크로 디바이스 등의 제어를 위해 박막, 코팅 혹은 층 형성에 유용하게 사용되는 다른 종류의 물질 필름; 등의 필름 형성을 포함한다.

Claims (10)

  1. 증발 장치에 대해 증기 유동 관계로 연결된 화학 증착 반응기로 유동하는, 반응원 증기를 생성하기 위해, 액상 반응원을 증발시키는 고속 증발기 장치로서:
    내면을 구비하는 벽 부재에 의해 구획되어, 상기 액상 반응원의 증발에 의해 생성된 증기를 위한 기체 유동로를 형성하는 내부 용적을 포함하는 기체 유동로와;
    약 0.5 마이크론 내지 200 마이크론 범위의 평균 구멍 직경 크기의 구멍에 의해 이루어지는 다공도(porosity)를 구비하는, 다공성 액상 반응원 증발 요소로서, 상기 다공도는, 상기 증발 요소의 빈공간의 체적이 상기 증발 요소의 체적에 대해 약 10% 내지 70% 를 제공하게 되며, 상기 증발 요소는 상기 기체 유동로의 벽 부재의 상기 내면에 대해 맞닿게 위치하여, 상기 내면과의 사이에 상기 액상 반응원으로부터의 반응원 증기의 발생을 위한 한정된 증발 영역을 형성하게 되는, 다공성 액상 반응원 증발 요소와;
    반응원 액체 배출부를 형성하는 말단부를 구비하며, 액상 반응원 액체가 상기 액체 상에서 모세관 위킹(wicking) 작용을 통해 증발 요소의 상기 표면의 면적을 가로질러 필름 내에 분산되도록, 증발 요소의 대향 표면을 횡단하는 방향으로 액체를 배출시키기 위해 배치된 반응원 액체 급송 통로와; 그리고
    상기 액상 반응원의 증발을 위해 증발 요소를 소정의 온도로 가열시키도록 기체 유동로 벽에 가열 가능한 상태로 배치된 가열 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 증발 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 증발 요소는 디스크 형상이며, 그 외주부는 상기 기체 유동로 벽 부재의 내측 벽면과 맞닿게 설치되는 것을 특징으로 하는 증발 장치.
  3. 제2항에 있어서, 상기 증발 요소는 기체 유동로의 종축에 수직으로 장착되며, 상기 반응원 액체 급송 통로는 상기 기체 유동로에 축방향으로 배치되며, 상기 기체 유동로의 배출 단부는 상기 증발 요소의 대향 표면에 근접하게 위치하며, 반응원 액체 급송 통로와 상기 증발 요소의 대향 표면 사이의 거리는 20 밀(1/1000 인치) 이내인 것을 특징으로 하는 증발 장치.
  4. 제1항에 있어서, 상기 가열 수단은 상기 기체 유동로의 길이 일부를 따라 기체 유동로의 벽 부재와 외부적으로 접촉하는 가열 코일을 구비하는 것을 특징으로 하는 증발 장치.
  5. 제1항에 있어서, 상기 기체 유동로의 벽 부재는 원통형이며, 가늘고 길게 구성되는 것을 특징으로 하는 증발 장치.
  6. 제1항에 있어서, 상기 증발 요소는 그 외경이 상기 기체 유동로의 내경보다 작거나 유사한 원통형이며, 상기 증발 요소는 그 외면이 상기 기체 유동로 벽의 내측 벽면과 맞닿게 접촉한 상태로 상기 기체 유동로에 배치되며, 상기 증발 요소와 접촉되어 있는 상기 기체 유동로의 내측 벽면의 일부는 종방향으로 이격 및 원주방향으로 횡단하는 일련의 채널로 채널화되고, 기체 유동로 벽의 내면의 상기 일부의 종방향으로 연장하는 매니폴드 채널과 액체 유동 관계로 상호 연결되는데, 이 때 액체는 매니폴드 채널로 유입되며 증발 요소와 접촉한 상태로 원주방향으로 횡단하는 채널 속으로 유입되므로, 반응원 액체는 증발 요소에 의해 증발되어 기체 유동로의 내부 용적을 통해 상기 화학 증착 반응기로 유동하도록 상기 내부 용적으로, 다공성 증발 요소를 통해 유동 가능한 증기를 형성하는 것을 특징으로 하는 증발 장치.
  7. 제1항에 있어서, 운반 가스 공급부는 기체 유동로를 향해 운반 기체 급송 구조체에 결합되며, 운반 기체가 상기 구조체를 통해 유동하여, 증발된 반응원 액체 증기는 상기 운반 기체에 수반되어 상기 화학 증착 반응기로 유동되는 것을 특징으로 하는 증발 장치.
  8. 제1항에 있어서, 상기 증발 요소의 다공도의 평균 구멍 크기는 약 1 마이크론 내지 100 마이크론 범위의 평균 구멍 직경을 갖는 것을 특징으로 하는 증발 장치.
  9. 제1항에 있어서, 상기 기체 유동로 이 유동로의 상기 벽의 상기 내면에 의해 구획된 단면적을 구비하는 원통형이며, 상기 단면적은 반응원 액체 급송 통로의 단면적의 약 10 내지 50배 인 것을 특징으로 하는 증발 장치.
  10. 제1항에 있어서, 상기 증발 요소의 빈공간 체적은 증발 요소의 체적에 대해 약 15% 내지 65% 인 것을 특징으로 하는 증발 장치.
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