KR20000000946A - 기화기 및 이를 사용한 화학 기상 증착장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 각각 액체원료 공급단과 기화단을 각각의 설정된 온도로 일정하고 정밀하게 유지함에 의해 클러깅 현상과 기화기로부터의 오염을 최소화 함과 동시에 열전달 효율이 우수한 기화기 및 이를 사용한 화학 기상 증착(CVD) 장치에 관한 것이다.
본 발명은 액체원료를 순간적으로 기화시켜 발생되는 반응원료가스를 반응기로 공급하는 화학 기상 증착장치용 기화기에 있어서, 상기 액체원료가 분해되지 않는 제1온도로 설정되며 일정량의 액체원료를 공급하는 액체원료 공급단과, 입구가 상기 액체원료 공급단의 출구와 직접 연결되고 출구가 상기 반응기와 연결되는 기화 챔버를 내부에 구비하며 액체원료가 기화될 수 있는 제2온도로 설정되어 액체원료 공급단으로부터 공급되는 액체원료를 반응원료가스로 기화시키기 위한 기화단과, 상기 기화단을 제2온도로 가열하기 위한 제1가열수단과, 상기 액체원료 공급단의 출구와 인접한 위치에서 상기 기화 챔버 내부로 전달가스를 분사하여 기화 챔버 내부로 공급되는 액체원료를 작은 액적으로 분무시킴에 의해 액체원료의 기화를 촉진시킴과 동시에 생성된 반응원료가스를 기화 챔버 출구를 통하여 상기 반응기로 배출하는 전달가스 공급수단으로 구성되는 것을 특징으로 한다.

Description

기화기 및 이를 사용한 화학 기상 증착장치
본 발명은 화학 기상 증착(CVD : Chemical Vapor Deposition) 장치용 기화기(Vaporizer)에 관한 것으로, 특히 각각 액체원료 공급단과 기화단을 각각의 설정된 온도로 일정하고 정밀하게 유지함에 의해 클러깅(clogging) 현상과 기화기로부터의 오염을 최소화 함과 동시에 열전달 효율이 우수한 기화기 및 이를 사용한 화학 기상 증착(CVD) 장치에 관한 것이다.
일반적으로 물질을 박막 형태로 형성하는 방법은 스퍼터링(Sputtering)법과 같이 물리적인 충돌을 이용하여 박막을 형성하는 PVD(Physical Vapor Deposition)법과, 화학반응을 이용하여 박막을 형성하는 CVD법으로 크게 구분할 수 있다.
이경우 CVD법은 PVD법에 비하여 조성/두께 균일도(uniformity)와 계단 도포성(step coverage)이 우수하기 때문에 고집적 반도체 소자의 제조공정에 더 많이 이용되고 있다. 이러한 CVD법으로 박막을 증착하기 위해서는 반응에 사용될 원료(chemical source)와, 원료를 반응기(reactor)까지 전달하는 전달기(delivery system)와, 전달되는 원료의 양을 조절하기 위한 유량 조절기(mass flow meter)와, 전달된 원료를 화학적 반응을 통하여 반도체 기판 등에 박막형태로 성장시키기 위한 증착기(process chamber) 등이 필요하다.
CVD 증착법에서는 일반적으로 기체상태의 반응원료를 이용하지만 반응원료에 원자량이 큰 무거운 원소가 함유되어 기체상태의 반응원료를 제작하기 어려운 경우에는 액체 또는 고체상태의 원료를 기화기에서 기화/승화시켜 생성된 반응원료 가스를 이용하여 박막을 증착한다. 특히, 반응원료가 고체상태일 경우에는 반응원료를 반응기 안으로 일정하게 지속적으로 유입시키는 것이 어렵기 때문에 고체원료를 용매에 녹인 용액형태의 액체원료를 사용하여 전달되는 반응원료의 유량을 조절한다.
최근 여러가지 박막소자에 이용되는 (Ba,Sr)TiO3, Pb(Zr,Ti)O3, Sr2Bi2Ta2O9등과 같은 고(강)유전체 물질이나 Y-Ba-Cu-O, Bi-Pb-Sr-Ca-Cu-O와 같은 고온초전도체 물질 그리고 Pt, Ru, Ir 등과 같은 배선(전극) 형성용 물질은 기체상태의 반응원료 제작이 어렵기 때문에 액체 또는 기체상태의 금속 유기용매 상태의 반응원료를 사용하여 박막을 증착하며, 이와 같이 유기금속원료를 이용한 증착법을 MOCVD(Metal Organic Chemical Vapor Deposition)법이 부른다.
CVD용 반응원료는 증기압이 높고 쉽게 분해/침전되지 않는 안정한 원료를 선택하지만 일반적으로 액체/고체 원료를 기화/승화시켜 생성한 반응원료가스(vaporized source chemical)들은 응축온도와 증착온도 차이가 작고 불안정하기 때문에 기화 도중에 기화가 어려운 물질로 분해되거나 기화 후 기판에 도달하기 전에 전달기 등에서 응축 또는 분해되어 반응경로가 막혀 버리는 클러깅(clogging) 현상이 쉽게 발생한다. 이러한 클러깅 현상은 화합물을 제조하기 위하여 특성이 다른 액체원료들을 혼합하여 사용하거나, 고체원료를 용매에 녹여 용액형태의 액체원료를 사용할 때 더 심하게 발생할 수 있다. 따라서 공정의 재현성과 신뢰성을 저하시키는 클러깅 현상을 최소화하기 위해서는 안정된 원료의 선택뿐만 아니라 기화기 및 전달기와 같은 CVD 장치의 설계를 최적화해야 한다.
유기물질로 이루어진 고체/액체 원료들은 부적절한 온도로 가열할때 기화하기 힘든 물질로 분해(또는 반응)되기 때문에 기화기 및 전달기의 온도는 기화될 물질에 따라 설정되는 일정한 온도로 유지되어야 하며, 화합물을 증착하기 위하여 특성이 다른 다종의 액체원료를 혼합하여 사용하거나 용액형태의 원료를 사용하는 경우에는 각 성분들의 기화온도가 다르기 때문에 각 원료물질이 동시에 기화되는, 즉 플래시 기화(Flash Evaporation)가 이루어지는 기화기를 사용하여야 한다.
따라서, 액체원료를 순간적으로 기화시키기 위해서는 기화기 직전까지는 기화될 액체원료가 응축된 상태를 안정적으로 유지할 수 있는 저온의 제1온도(T1)를 유지하다가 기화기 내에서는 액체원료가 효과적으로 기화되는 고온의 제2온도(T2)로 급격하게 변화시켜 주어야 하며, 각각의 온도(T1,T2)는 일정한 온도로 유지되어야 한다.
이러한 조건을 만들어주기 위하여 미합중국 특허 제5,711,816호에 개시되어 있는 종래의 기화기 장치는 기화기 내에 소결금속 또는 세라믹 재료로 이루어지며 다공성 구조를 갖는 다공성 액체원료 기화소자를 장착하여 액체원료가 기화소자로 스며들면서 플래시 기화가 이루어지며, 미합중국 특허 제5,553,188호에 개시되어 있는 다른 기화기 장치는 다수의 열적으로 도전성이며 박막의 원형 디스크를 기화기 챔버의 입구측에 탄성적으로 배치시킴에 의해 액체원료가 원형 디스크 사이를 순간적으로 퍼져나가면서 플래시 기화가 이루어지는 구조를 제시하고 있다.
그러나, 상기한 종래의 2 기화기 장치는 액체원료와 접촉하는 기화소자의 온도를 효과적으로 상기한 제2온도(T2)로 일정하게 유지하지 못하여 상기한 클러깅 현상과 원하지 않는 이물질이 발생하여 예를들어, 반도체 기판에 증착되어 박막의 특성이 저하되는 문제점이 있다.
즉, 종래의 기화기 장치는 제1온도(T1)의 액체원료가 주입되는 기화소자의 입구는 저온의 액체원료가 계속적으로 공급되어 설정된 제2온도(T2)를 유지하지 못하며 입구로부터 상대적으로 떨어져 있는 외각은 설정된 제2온도를 유지하기 때문에 지역에 따라 온도 차이가 발생하여, 그 결과 클러깅 및/또는 이물질이 발생하여 기화 효율이 떨어지게 된다.
더욱이 상기한 후자의 기화기 장치에서는 탄성블럭의 거리에 따라 다수의 원형 디스크 사이에 전달되는 열의 차이가 발생하여 디스크 사이에 설정된 제2온도(T2)를 일정하게 유지하지 못하는 문제가 있다.
따라서 본 발명은 이러한 종래기술의 문제점을 감안하여 안출된 것으로, 그 목적은 전달가스를 사용한 강제냉각방식으로 액체원료 공급단의 온도가 상승하는 것을 차단함과 동시에 기화단을 관통하여 기화 챔버 내부로 유입되는 전달가스에 의해 기화 챔버 내측의 액체 접촉부에 국부적인 온도구배가 발생하는 것을 최소화시켜, 액체원료 공급단과 기화단을 각각의 설정된 온도로 일정하고 정밀하게 유지함에 의해 클러깅 현상과 기화기로부터의 오염을 최소화 함과 동시에 기화효율과 열전달 효율이 우수한 CVD 장치용 기화기를 제공하는 데 있다.
본 발명의 다른 목적은 전달가스에 의해 기화 챔버로 유입되는 액체원료를 작은 액적으로 분사시켜 특정부위에만 접촉하는 것을 방지하여 국부적인 온도구배가 발생하는 것을 최소화하고, 액체 접촉부는 접촉면적을 최대로 확장함과 동시에 오염이 발생하지 않는 소재로 코팅하여 기화기로부터의 오염을 최소화 함과 동시에 기화효율과 열전달 효율이 우수한 CVD 장치용 기화기를 제공하는 데 있다.
본 발명의 또다른 목적은 상기한 기화기를 사용한 CVD 장치를 제공하는 데 있다.
도 1은 본 발명의 바람직한 제1실시예에 따른 CVD 장치용 기화기에 대한 전체 구조를 보여주는 개략 단면도,
도 2는 도 1에서 2종 액체원료를 공급하는 경우 기본적인 액체원료 공급단에 대한 제1예를 보여주는 개략 단면도,
도 3은 도 1에서 3종 액체원료를 공급하는 경우 변형된 액체원료 공급단에 대한 제2예를 보여주는 개략 단면도,
도 4는 도 1에서 온도제어 기능을 갖는 액체원료 공급단에 대한 제3예를 보여주는 개략 단면도,
도 5는 도 1에서 온도제어 기능을 갖는 액체원료 공급단에 대한 제4예를 보여주는 개략 단면도,
도 6은 열교환 효율을 증강시킨 액체원료 공급단에 대한 제5예를 보여주는 개략 단면도,
도 7a는 도 1에서 액체원료 공급단의 액체원료 분사구조에 대한 제1예를 보여주는 개략 단면도,
도 7b는 도 7a에서 액체원료 공급단의 액체원료 분사구조를 보여주는 개략 저면도,
도 8은 액체원료 공급단의 액체원료 분사구조에 대한 제2예를 보여주는 개략 단면도,
도 9는 기화단의 액체접촉부에 대한 제1예를 보여주는 개략 사시도,
도 10은 기화단의 액체접촉부에 대한 제2예를 보여주는 개략 사시도,
도 11은 기화단의 액체접촉부에 대한 제3예를 보여주는 개략 사시도,
도 12는 본 발명의 바람직한 제2실시예에 따른 기화기에 대한 전체 구조를 보여주는 개략 단면도,
도 13a 및 도 13b는 각각 제1실시예의 기화기에 대한 개략 구조와 이를 이용한 CVD 장치에 대한 개략 단면도,
도 14a 및 도 14b는 각각 제1실시예의 기화기에 대한 개략 구조와 이를 이용한 CVD 장치에 대한 개략 단면도,
도 15a 및 도 15b는 각각 제2실시예의 기화기에 대한 개략 구조와 이를 이용한 CVD 장치에 대한 개략 단면도이다.
( 도면의 주요부분에 대한 부호설명 )
1 ; 반응원료가스 5 ; 액적
10 ; 액체원료 공급단 10a ; 액체원료 공급단 블록
12 ; 액체원료 도입관 14 ; 유입관
14a ; 개방단부 16 ; 유량조절장치
18 ; 냉각통로 20 ; 다이아몬드 분말
22 ; 격자 30 ; 기화단
30a ; 기화단 블록 32 ; 기화 챔버
32a ; 배플 플레이트 34 ; 액체 접촉부
36 ; 내부통로 38 ; 분사구멍
40 ; 전달가스 공급단 42 ; 전달가스 도입관
44 ; 이송관 50 ; 가열장치
60 ; 차단벽 140 ; 액체원료 유입관
142,144 ; 제1 및 제2유입관 146-150 ; 제1 내지 제3유입관
152,154 ; 제1 및 제2공급관 156,158 ; 제1 및 제2에어 커튼
160 ; 전달가스 유입관 200,200a,200b ; 기화기
250 ; 전달관 260 ; 벤트 라인
302 ; 열원 304 ; 열전달부
306 ; 배기구멍 308 ; 관통구멍
322-326 ; 돌기 400,400a,400b ; 반응기
410 ; 반응 챔버 420 ; 샤워 헤드
430 ; 히터 440 ; 기판
450 ; 지지대 460 ; 반응가스 유입관
470 ; 펌핑장치
상기한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 제1특징에 따르면, 액체원료를 순간적으로 기화시켜 발생되는 반응원료가스를 반응기로 공급하는 화학 기상 증착장치용 기화기에 있어서, 상기 액체원료가 분해되지 않는 제1온도로 설정되며 일정량의 액체원료를 공급하는 액체원료 공급단과, 입구가 상기 액체원료 공급단의 출구와 직접 연결되고 출구가 상기 반응기와 연결되는 기화 챔버를 내부에 구비하며 액체원료가 기화될 수 있는 제2온도로 설정되어 액체원료 공급단으로부터 공급되는 액체원료를 반응원료가스로 기화시키기 위한 기화단과, 상기 기화단을 제2온도로 가열하기 위한 제1가열수단과, 상기 액체원료 공급단의 출구와 인접한 위치에서 상기 기화 챔버 내부로 전달가스를 분사하여 기화 챔버 내부로 공급되는 액체원료를 작은 액적으로 분무시킴에 의해 액체원료의 기화를 촉진시킴과 동시에 생성된 반응원료가스를 기화 챔버 출구를 통하여 상기 반응기로 배출하는 전달가스 공급수단으로 구성되는 것을 특징으로 하는 화학 기상 증착장치용 기화기를 제공한다.
본 발명의 제2특징에 따르면, 액체원료를 순간적으로 기화시켜 발생되는 반응원료가스를 반응기로 공급하는 화학 기상 증착장치용 기화기에 있어서, 상기 액체원료가 분해되지 않는 제1온도(T1)로 설정되며 일정량의 액체원료를 공급하는 액체원료 공급단과, 입구가 상기 액체원료 공급단의 출구와 직접 연결되고 출구가 상기 반응기와 연결되는 기화 챔버를 내부에 구비하며 액체원료가 기화될 수 있는 제2온도(T2)로 설정되어 액체원료 공급단으로부터 공급되는 액체원료를 반응원료가스로 기화시키기 위한 기화단과, 상기 기화단을 제2온도(T2)로 가열하기 위한 제1가열수단과, 상기 기화 챔버 내부로 전달가스를 분사하여 기화된 반응원료가스를 기화 챔버 출구를 통하여 상기 반응기로 배출하는 전달가스 공급수단과, 상기 액체원료 공급단과 기화단 사이의 상호 열전달을 최소화함과 동시에 각각의 설정온도를 유지하기 위한 열차단수단과, 상기 제2온도(T2)로 설정된 기화단에 의해 액체원료 공급단이 제1온도(T1) 이상으로 상승하는 것을 제어하기 위한 냉각수단으로 구성되는 것을 특징으로 하는 화학 기상 증착장치용 기화기를 제공한다.
본 발명의 제3특징에 따르면, 다수의 액체원료를 순간적으로 플래시 기화시켜 발생되는 반응원료가스를 증착기로 공급하는 화학 기상 증착장치용 기화기에 있어서, 상기 액체원료가 분해되지 않는 온도로 설정되며 각각의 액체원료를 서로 다른 경로를 통하여 공급하기 위한 다수 그룹의 액체원료 유입관을 내장하고 있는 액체원료 공급단과, 상기 다수 그룹의 액체원료 유입관에 설치되어 통과하는 액체원료의 유량을 제어하기 위한 다수의 유량제어기와, 입구가 상기 액체원료 공급단의 출구와 직접 연결되고 출구가 상기 증착기와 연결되며 내부에 다수의 액체원료 각각의 기화온도로 설정된 다수의 영역으로 구획된 기화 챔버를 구비하고, 다수의 액체원료를 반응원료가스로 플래시 기화시키기 위한 기화단과, 상기 기화 챔버의 다수의 영역을 상호 격리시키기 위한 격리수단과, 상기 기화단 내부에 설치되어 기화 챔버 내부의 다수의 영역을 각각 액체원료가 기화하기에 적합한 기화온도로 가열하기 위한 가열수단과, 생성된 반응원료가스를 기화 챔버 출구를 통하여 상기 증착기로 배출하는 배출수단으로 구성되는 것을 특징으로 하는 화학 기상 증착장치용 기화기를 제공한다.
상기한 기화단은 각각 내주면의 적어도 일부가 열전달이 우수하고 탄소성분으로 이루어진 다이아몬드 또는 DLC와 같은 물질로 코팅되어 있는 기화 챔버를 내부에 구비하는 것이 바람직하다.
더욱이 본 발명의 기화기는 화학기상 증착장치와 각종 형태로 결합하여 사용 가능하다.
이러한 화학기상 증착장치는 기판을 지지하기 위한 지지판과, 상기 기판을 가열하기 위한 제1히터와, 상기 기판을 둘러싸며 내부에 반응 챔버를 정의하는 하우징과, 상기 반응 챔버에 내장되어 외부로부터 공급되는 액체원료를 기화시켜 반응원료가스를 반응 챔버로 배출하는 기화기와, 상기 기화기 내부와 연결되어 기화기 안의 소오스를 플러싱하거나 세정 할때 사용되는 벤트 라인과, 상기 기화기 내부와 연결되며 반응가스를 공급하기 위한 반응가스 공급라인으로 구성되며, 상기 기화기는 상기 액체원료가 분해되지 않는 제1온도로 설정되며 일정량의 액체원료를 공급하는 액체원료 공급단과, 상부가 상기 액체원료 공급단의 출구와 직접 연결되고 하부가 다수의 배기구멍이 관통 형성된 배플 플레이트를 통하여 상기 반응 챔버에 노출되는 기화 챔버를 내부에 구비하며 액체원료가 기화될 수 있는 제2온도로 설정되어 액체원료를 반응원료가스로 기화시키기 위한 기화단과, 상기 기화단을 제2온도로 가열하기 위한 제2히터와, 전달가스를 분사하여 기화 챔버 내부로 공급되는 액체원료를 작은 액적으로 분무시켜 액체원료의 기화를 촉진시킴과 동시에 생성된 반응원료가스를 상기 반응 챔버로 배출하는 전달가스 공급수단으로 구성되는 것을 특징으로 한다.
또한 상기한 기화기로서 제2 또는 제3 특징에 따른 기화기를 사용하여 화학기상 증착장치와 결합시키는 것도 가능하며, 이와같이 기화기를 반응 챔버 내부에 내장한 경우는 별도의 샤워헤드를 구비하지 않아도 된다.
한편 본 발명의 기화기는 화학기상 증착장치의 반응 챔버에 설치되는 샤워헤드에 직접 또는 전달관을 통하여 결합되는 구조로 결합되는 것도 가능하다.
상기한 바와같이 본 발명에서는 일차적으로 저온의 전달가스를 액체원료 공급단 내부를 거치도록 설정하여 액체원료 공급단의 온도 상승을 저지하면서 설정된 제1온도(T1)를 유지하도록 하였고, 그후 전달가스는 기화에 필요한 제2온도(T2)로 승온된 상태로 기화단을 거침에 의해 기화단의 국부적인 열구배를 최소화할 수 있는 구조를 채택하였다.
또한 기화단의 다수의 방향성을 갖는 분사구멍을 통하여 고압으로 기화 챔버로 분사되면서 액체원료 공급단의 다수의 출구에 설치된 마이크로밸브로부터 배출되는 액체원료를 작은 액적으로 분무시킴에 의해 분무된 액적이 특정부위에만 접촉하는 것을 방지하여 액체원료 주입부의 국부적인 온도구배가 발생하는 것을 최소화하고, 액체 접촉부는 접촉면적을 최대로 확장함과 동시에 오염이 발생하지 않는 소재로 코팅하여 기화기로부터의 오염을 최소화 함과 동시에 기화효율과 열전달 효율의 개선을 도모하였다.
그결과 액체원료 공급단과 기화단의 액체원료 접촉부가 각각 독립적으로 설정된 제1 및 제2온도(T1,T2)를 유지할 수 있게 되어 클러깅 현상과 이상 기화로 인한 오염을 막을 수 있어 특성이 우수한 박막을 증착할 수 있다.
또한 본 발명의 기화기를 이용하여 반응 챔버 내에 기화기를 내장한 일체형 CVD 장치를 구성하는 경우 CVD 장비의 제조비용 절감과 증착효율의 향상을 기할 수 있다.
(실시예)
이하에 상기한 본 발명을 바람직한 실시예가 도시된 첨부도면을 참고하여 더욱 상세하게 설명한다.
먼저 도 1을 참고하면, 본 발명의 바람직한 제1실시예에 따른 CVD 장치용 기화기는 액체원료(Liquid Source Materials : LS)를 응축된 상태를 안정적으로 유지할 수 있는 저온의 제1온도(T1)를 유지하면서 기화될 액체원료(LS)를 일정한 양으로 기화 챔버(32) 내부로 공급하는 액체원료 공급단(10)과, 상기 액체원료가 효과적으로 기화되는 고온의 제2온도(T2)를 유지하면서 전달된 액체원료를 기체상태로 변화시키는 기화단(30)과, 기화된 반응원료가스(Vapor)(1)를 CVD 성장 챔버와 같은 반응기(reactor)까지 이동시키기 위해 전달가스(Carrier Gas : CG)를 기화 챔버(32) 내부로 분사하기 위한 전달가스 공급단(40)으로 크게 구분할 수 있다.
상기한 본 발명의 기화기를 좀더 상세하게 설명하면, 원료저장용기에 저장되어 있던 액체원료(LS)는 하나의 액체원료 도입관(12)을 통하여 액체원료 공급단(10) 내부로 유입된 후 다수의 유입관(14)으로 분배된다. 다수의 유입관(14)에는 각각 마이크로 밸브 등과 같은 미세유량조절장치(16)가 일체로 내장되어 있어 이를 통하여 원하는 양만큼 기화 챔버(32) 내부로 유입되도록 제어가 가능하다. 또한 상기 유량제어장치(16)는 다수의 유입관(14) 각각에 설치됨과 동시에 도입관(12)에 메인 유량제어장치가 추가되어 전체적인 공급유량을 제어할 수 도 있고, 메인 유량제어장치 만을 사용하여 제어할 수 도 있다.
상기한 마이크로 밸브는 예를들어, 잉크젯이나 버블젯 프린터 등에 사용되는 압전소자나 열소자를 이용하여 구현될 수 있으며, 바이메탈이나 다이아프램과 같은 탄성소자 등으로 제작하는 것도 가능하다. 이경우 기화 챔버(32) 내부로 유입되는 액체원료(LS)의 유량은 마이크로 밸브의 갯수 또는 마이크로 밸브에 인가되는 전압의 크기나 인가전압의 주파수를 조절함에 의해 결정할 수 있다.
기화 챔버(32) 내부로 유입된 액체원료(LS)는 다수의 작은 액적(5)으로 분무되면서 기화 챔버(32)의 내벽면에 열전달이 우수하고 액체원료(LS)와 접촉할지라도 오염물질이 생성되지 않는 소재로 이루어며 제2온도(T2)로 가열된 액체 접촉부(34)와 접촉하여, 플래시 기화가 이루어짐에 의해 반응원료가스(1)로 변화한다.
제2온도(T2)로 유지되는 전달가스(CG)는 후에 상세하게 설명되는 바와같이 액체원료(LS)를 미세하게 분사시키도록 설정된 위치에서 기화 챔버(32) 내부로 유입된 후 기화된 반응원료가스(1)를 증착기 내부로 이동시킨다.
더욱이, 상기 전달가스(CG)는 전달가스 도입관(42)으로부터 우선적으로 상기 제1온도(T1) 보다 낮은 온도를 갖는 상태로 액체원료 공급단(10) 내부, 바람직하게 도 4 내지 도 6에 도시된 바와같이 액체원료 공급단 블록(10a)의 내부에 형성된 냉각통로(18)를 통과하도록 유입되어 기화단(30)로부터의 열전달에 의한 액체원료 공급단(10)의 온도가 설정된 제1온도(T1) 이상으로 상승하는 것을 방지하도록 작용한다.
이경우 바람직하게는 냉각통로(18)가 기화 챔버(32)에 근접되어 배치되며, 또한 액체원료(LS)가 유입되는 다수의 유입관(14)은 상기 냉각통로(18)를 거쳐서 그 개방단부(14a)가 기화 챔버(32)의 내부로 노출되는 것이 좋다.
여기서 전달가스(CG)에 의한 강제냉각시에 전달가스(CG)의 도입부와 배출부 사이의 온도편차를 줄이도록 도 5에 도시된 바와같이 냉각통로(18) 내부에 열전달 특성이 우수한 다이아몬드 분말(20)을 채우는 것이 바람직하며, 도 6에 도시된 바와같이 냉각통로가 다수의 격자(22)를 통과하도록 설정하여 전달가스(CG)의 전달경로를 인위적으로 증가시켜 열교환 효율을 높이거나, 또는 전달가스(CG)가 이동하는 냉각통로(18)의 내주면에 요철을 형성하여 접촉면적을 확대시키는 구조를 채택할 수 있다.
그후 액체원료 공급단(10)을 통과한 상기 전달가스(CG)는 이송관(44)을 통하여 기화단(30)으로 공급되기 전에 별도의 가열장치(50)에 의해 제2온도(T2)로 가열된 후 기화단(30)의 일부분, 바람직하게는 기화단 블록(30a)의 하부로 진입하여 액체원료 공급단(10)의 다수의 유입관(14)의 개방단부(14a)에 인접한 다수의 위치로 연결되는 내부통로(36)을 통과한 후 기화 챔버(32) 내부로 유입된다.
이경우 제2온도(T2)로 유지되고 있는 기화단 블록(30a)의 내부통로(36)를 거치면서 정확하게 제2온도로 가열되어 상측의 다수의 분사구멍(38)으로 분사되는 전달가스(CG)의 온도는 기화단(30)의 온도(T2)와 동일하게 함과 동시에 기화단(30)의 상하 또는 국부적인 온도구배를 최소화하는데 기여한다.
상기한 내부통로(36)는 후에 설명될 열전달부(304)와 차단벽(60) 사이에 형성되며, 열원(302)에 의한 국부적인 온도구배를 최소화하고 열교환 효율을 향상시키기 위하여 열전달 효율이 우수한 다이아몬드 분말(46)을 충진하는 것이 바람직하다.
이하에 상기한 기화기 각 단에 대한 보다 상세한 구조와 변형예에 대하여 설명한다.
상기 액체원료 공급단(10)과 기화단(30)은 전체적으로 원통형 또는 육면체 구조를 가질 수 있고, 상측에 액체원료 공급단(10)이 배치되고, 그의 하부면이 기화단(30)의 기화 챔버(32)의 상부면이 되도록 배치되어 있으며, 기화단(30)의 기화 챔버(32) 하측으로부터 전달가스(CG)와 함께 기화된 반응원료가스(1)가 배출되는 구조이다.
한편 액체원료 공급단(10)은 예를들어, (Ba,Sr)TiO3, Pb(Zr,Ti)O3와 같은 화합물을 증착하기 위하여 여러종류의 액체원료를 사용하는 경우 종래에는 각각의 원료를 각기 다른 기화기에서 기화시킨 후 반응기로 유입시키거나, 또는 혼합된 원료를 사용하여 동일한 기화기에서 기화시키고 있다.
도 2는 본 발명의 기화기에 2종 액체원료를 공급하는 경우 기본적인 액체원료 공급단에 대한 제1예를 보여주는 단면도로서, 제1액체원료(LS1)를 공급하는 다수의 제1유입관(142)과 제2액체원료(LS2)를 공급하는 다수의 제2유입관(144)이 액체원료 공급단 블록(10a)에 서로 교대로 배치된 구조를 갖는다. 즉, 서로 다른 경로를 거쳐 기화기의 기화 챔버(32)로 유입되어 플래시 기화가 진행된다.
그러나 도 2에 도시된 제1예는 서로 다른 경로를 통하여 유입되는 액체원료(LS1,LS2)가 서로 기화온도에 차이를 갖는 경우 최대의 기화효율을 기할 수 없게 된다.
상기한 단점을 보완한 변형된 액체원료 공급단에 대한 제2예가 도 3에 도시되어 있다. 도 3은 기화온도가 서로 상이한 3종 액체원료를 공급하는 경우 변형된 액체원료 공급단에 대한 제2예를 보여주는 개략 단면도로서, 제1액체원료(LS1) 공급용 다수의 제1유입관(146)과, 제2액체원료(LS2) 공급용 다수의 제2유입관(148)과, 제3액체원료(LS3) 공급용 다수의 제3유입관(150)이 그룹을 지어서 배치되고, 제1유입관(146) 그룹과 제2유입관(148) 그룹 사이와 제2유입관(148) 그룹과 제3유입관(150) 그룹 사이에 각각 제1전달가스(CG1) 공급용 제1공급관(152)과 제2전달가스(CG2) 공급용 제2공급관(154)이 배치되어 있다.
상기한 3종 액체원료(LS1-LS3)의 해당 기화온도(T2a,T2b,T2c)는 제1 및 제2 공급관(152,154)으로부터 챔버(32) 내부로 고압으로 분사되는 제1 및 제2 전달가스(CG1,CG2)에 의해 제1 내지 제3 액체원료(LS1-LS3)가 분사되는 제1 내지 제3공간(CH1,CH2,CH3)에는 제1 및 제2 에어커튼(156,158)이 형성된다.
따라서 이러한 에어커튼(156,158)을 구비한 구조는 각각의 특성이 서로 다른 액체원료들(LS1-LS3)을 각각의 기화에 적절한 온도(T2a,T2b,T2c)로 가열되고 있는 각 기화 챔버(CH1-CH3) 영역으로만 유입시키는 것이 가능해지므로 전체적인 기화기의 구조가 매우 간단하게 이루어질 수 있고, 또한 기화효율의 상승과 클러깅 현상을 효과적으로 방지할 수 있다.
더욱이 이러한 기화 챔버(CH1-CH3)의 영역을 상호 격리시키기 위한 격리수단으로는 상기한 에어커튼 이외에도 다수의 물리적인 격리막을 설치하는 것도 물론 가능하다.
이경우 기화단(30)에 매입되어 있는 가열장치는 상기한 기화 챔버(CH1-CH3) 각각이 기화에 적절한 온도(T2a,T2b,T2c)로 가열되도록 내부구조를 설계하여야 한다.
한편, 액체원료(LS)가 기화 챔버(32) 내부의 특정부위에 지속적으로 공급되면 앞에서 언급한 바와같이 액체원료(LS)와 접촉하는 기화 챔버(32)의 특정부위는 온도가 저하되어 기화단 내에서 온도구배가 발생하기 때문에 액체원료가 효과적으로 기화되지 못하고 기화하기 어려운 물질로 분해되는 클러깅 현상이 쉽게 발생할 수 있다.
이를 감안하여 본 발명에서는 도 7a 및 도 7b에 도시된 바와같이 기화 챔버(32)의 내부로 노출되는 다수의 유입관(14)의 개방단부(14a)와 기화단 블록(30a)의 상측부에서 기화 챔버(32) 내부로 전달가스(CG)를 분사하기 위한 다수의 분사구멍(38)을 동심원상으로 일대일 대응하여 근접하도록 위치설정한다. 그리고 다수의 분사구멍(38)으로부터 분사되는 다수의 전달가스(CG) 흐름들이 동심원의 중심으로부터 벗어난 일정한 방향성을 갖고 해당 유입관(14)의 개방단부(14a)에 인가되도록 설정한다.
그결과 유입관(14)의 개방단부(14a)를 통하여 기화 챔버(32) 내부로 유입되는 액체원료(LS)는 작은 액적으로 쪼개져서 분사된다. 이때 일정한 방향성을 갖고 기화 챔버(32)로 분사되는 전달가스(CG)는 내부에 회전형 와류를 형성하며, 따라서 분사된 다수의 액적(5)은 와류에 혼합되어 기화 챔버(32) 내벽면에 형성된 액체 접촉부(34)에 고루게 접촉하면서 넓은 면적에서 플래시 기화가 이루어진다.
따라서 일시에 액체원료(LS)가 작은 액적(5)으로 쪼개지면서 넓은 면적의 액체 접촉부(34)와 고루게 접촉하게 되므로 특정부위에 지속적으로 공급될때 야기되는 클러깅 현상을 방지할 수 있어 기화 효율을 크게 향상시킬 수 있다.
또한 이경우 액체원료(LS)가 작은 액적(5)으로 분사되거나 기화단에 도착한 액적의 기화가 더욱 용이하게 이루어지도록 액체원료 공급단(10) 및/또는 기화단(20)에 초음파 진동장치와 같은 미세진동장치를 설치하는 것도 가능하다.
한편 상기와 반대로 액체원료 유입관과 전달가스 유입관을 분리시키지 않고 도 8에 도시된 바와같이 다수의 액체원료 유입관(140) 내부에 다수의 전달가스 유입관(160)이 삽입되어 있는 구조를 액체원료 공급단(10)에 일체로 형성할 수 있다.
이경우 다수의 전달가스 유입관(160)은 각각 다수의 액체원료 유입관(140) 보다 선단부가 상대적으로 더 짧은 길이로 형성되는 것이 액체원료 유입관(140)을 통하여 유출되는 액체원료(LS)를 전달가스(CG)에 의해 미세한 액적(5)으로 분사시키는데 바람직하다.
한편 액체원료 공급단(10)으로부터 기화 챔버(32) 내부로 분사되는 액적(5)은 기화에 필요한 온도(T2)로 가열되어 있는 기화 챔버(32)의 내벽에 형성된 액체 접촉부(34)와 접촉하면서 순간적으로 기화되어 반응원료가스(1)를 생성한다.
본 발명에서는 상기 액체 접촉부(34)로서 열전도율이 높고 반응성이 낮아 액체원료와 접촉시 원하지 않는 이물질을 생성하지 않는 다이아몬드 또는 DLC(Diamond Like Carbon)를 기화 챔버(32)의 내벽면에 박막 또는 후막형태로 증착 코팅하여 사용하거나 또는 다이아몬드 파우더를 소결시켜 처리하였다.
이경우 액체접촉부(34)를 열원(302) 또는 열전달부(304)에 직접 소결시키거나 또는 코팅하여 제작하면 열전달을 더욱 효율적으로 할 수 있다. 상기 열원(302)은 불순물 도핑 등으로 전기적 저항을 다르게 제작한 다이아몬드나 텅스텐, 크롬, 플래티늄 등을 이용할 수 있으며, 상기 열원(302)의 열을 액체 접촉부(34)까지 전달하는 열전달부(304)는 열전달 계수가 높은 다이어몬드나 알루미늄, 스텐레스 스틸, 구리 등을 사용할 수 있다.
상기한 열원(302)은 와이어 형상, 판 형상, 또는 도 11에 도시된 선재로 가공된 망형태중 하나로 이루어질 수 있고, 주울열이나 외부열원에 의해 가열된 유체(가스/오일)의 열을 사용할 수 있고, 빛, 진동, 마이크로웨이브 등과 같은 다른 형태의 에너지 원을 사용할 수 도 있다.
또한 열전달부(304)의 내주면은 판 형상을 이루거나, 또는 도 9에 도시된 바와같이 액체원료(LS)와의 접촉면적을 증가시키기 위하여 요철이 형성된 판 형태를 가질 수 있고, 도 11과 같이 선재로 가공된 망을 적층시킨 형태로 구성될 수 도 있다.
상기한 열원(302)과 액체 접촉부(34) 사이의 열전달 방법에 있어서도 상기한 바와같이 직접 접촉시키거나 또는 열전달부(304)를 통하여 접촉시킬 수 있다.
한편, 기화 챔버(32)의 중간에는 도 1 및 도 10에 도시된 바와같이 표면적을 증가시키고 전달가스(CG)나 반응원료가스(1)를 배출할 수 있도록 다수의 배기구멍(306)이 관통 형성된 배플(baffle) 플레이트(32a)가 형성되어 있다.
더욱이 기화 챔버(32)의 내측면은 접촉면적의 증가를 위해 다수의 사각형 또는 원통형 요홈(trench)이 형성된 구조를 이루는 것도 가능하다.
한편, 액체원료 공급단(10)과 기화단(20)이 접하는 접촉부와 기화단(20)의 외주부에는 진공벽 또는 열전달 계수가 낮은 보온재료나 세라믹 등으로 이루어진 차단벽(60)이 배치되어 있다. 따라서 차단벽(60)에 의해 액체원료 공급단(10)과 기화단(20) 사이의 열전도가 차단되어 서로 영향을 미치지 않으므로, 각각 제1 및 제2온도(T1,T2)를 쉽게 유지할 수 있다.
상기한 본 발명에서는 액체원료 공급단의 온도제어, 특히 냉각을 위하여 냉각된 전달가스를 활용하였으나, 보다 정밀한 온도제어를 위하여 별도의 일반적인 수냉식 또는 냉매가스를 이용한 냉각장치를 온도센서와 함께 채용하는 것도 가능하다.
또한 상기한 실시예에서는 접촉면적을 증대시키기 위한 배플 플레이트(32a)가 중간에 설지되어 있는 것을 예로들었으나, 도 12에 도시된 바와같이 기화 챔버(32)의 하단에 설치되는 것도 가능하며, 또한 중단과 하단에 각각 2단으로 이루어진 배출 플레이트를 형성하는 것도 가능하다.
도 12에는 본 발명의 바람직한 제2실시예에 따른 기화기를 구비한 CVD 장치가 도시되어 있다. 제2실시예의 설명에서 제1실시예와 동일한 부재에 대하여는 동일한 번호를 부여하고 설명은 생략하였다.
제2실시예에 따른 기화기는 기화 챔버(32)의 내부구조가 액체원료(LS)와 액체 접촉부(34) 사이의 접촉면적을 극대화시키기 위하여 챔버 내부로 다수층의 돌기(322,324,326)가 돌출된 핀(fin) 구조를 채용하고 있다. 이경우 상부에 위치한 돌기(322)는 하부에 위치한 돌기(326) 보다 돌출된 길이가 더짧게 형성되는 것이 바람직하다.
또한 상기한 핀구조의 돌기는 접촉면적을 증가시키기 위해 변형된 핀 구조를 채용할 수 도 있고, 반응원료가스(1)의 배출과 접촉면적의 증가를 위해 돌기(326)의 내측에 다수의 관통구멍(308)을 형성할 수 도 있다.
이경우 기화 챔버(32)를 한정하면서 반응원료가스(1)와 전달가스(CG)의 배출및 접촉면적의 증가를 위한 배플 플레이트(32a)는 하단에 배치되는 것이 바람직하다.
또한 기화 챔버(32) 내부에 액적(5)이 액체 접촉부(34)와 보다 분산되고 균일한 접촉기회를 보장하기 위하여 회전흐름을 유도하기 위한 전달가스(CG)의 분사구멍(38)은 액체원료 공급단(10)에 인접한 상측 이외에 중단 및 하단에 회전흐름을 보강하기 위하여 추가로 배치할 수 도 있다.
이하에 상기한 기화기를 이용하여 고유전막 재료로서 많이 연구되고 있는 (Ba,Sr)TiO3박막을 증착하는 경우를 예를들어 설명한다.
상기한 BST 박막을 증착하기 위해 사용되는 원료 소오스로는 다음과 같은 Ba, Sr 원료나 Ti 원료들을 THF(TetrahydroFuran)나 Butyl-acatate에 녹인 용액형태의 액체원료가 이용된다.
사용 가능한 Ba, Sr 소오스로는 하기한 구조식을 갖는 X=beta-diketonate를 예로들 수 있다.
여기서 R1=R2=CH3또는 C(CH3)3,
R1=C(CH3)3, R2=C3F7,
L=triglyme, tetraglyme, pmdeta(pentametyldiethylenetriamine), hmteta(hexametyltriethylenetetramine), teta(triethylenetetramine), tepa(tetraethylenepentamine)
사용 가능한 Ti 소오스로는 Ti(OiPr)4, Ti(tmhd)2(iPr)2, TiO(tmhd)2, Ti(tmhd)3를 들 수 있다.
기화기의 기화단의 온도는 액체원료 소오스가 순간적으로 기화되고 기화된 원료가스가 응축되거나 증착되지 않는 온도로 가열되어야 하는데, BST 소오스로서 Ba(DPM)2-tetraglyme 어덕트(adduct), Sr(DPM)2-tetraglyme 어덕트, Ti(O-iPR)(DPM)2를 사용하는 경우에 액체원료 공급단의 온도는 0∼100℃ 사이로 일정하게 유지하고, 기화단의 온도는 200∼300℃ 사이에서 일정하게 유지시켜 주어야 한다.
유입된 액체원료가 기화단에 접촉하여 기체상태로 기화되면 전달가스를 이용하여 반응기 안으로 유입시킨다. 이경우 전달가스로는 Ar, He와 같은 불활성 가스나 N2, NH3와 같은 가스들을 사용할 수 있다. 또한 상기 반응원료가스(1)와 결합하여 BST 박막을 증착하기 위한 반응가스로는 O2, N2O와 같은 산소원자를 함유한 가스를 이용할 수 있다.
한편 상기한 본 발명에 따른 기화기와 반응기의 결합 구조를 이하에 상기한 도 13a 내지 도 15b를 참고하여 설명한다.
도 13a 및 도 13b에 도시된 분리형 CVD 장치는 제1실시예에 따른 기화기(200)가 기화 챔버(32)의 중간에 배플 플레이트(32a)를 구비하고 있고, 기화 챔버(32)의 하부에 반응기(400)와 연결되는 전달관(250)을 통하여 반응원료가스(1)를 공급한다.
상기한 분리형 CVD 장치는 전달관(250)의 중간에 기화기(200)로부터 불안정하게 생성된 반응원료가스(1)를 바이패스(bypass)시키거나 기화기(200) 안의 소오스를 플러싱(flushing)하거나 세정(cleaning) 할때 사용되는 벤트 라인(vent line)(260)이 설치되어 있다.
상기 반응기(400)는 반응 챔버(410) 내부에 반응원료가스(1) 및/또는 반응가스를 넓은 면적의 기판(440)에 균일하게 증착하기 위하여 샤워 헤드(shower head)(420)가 배치되어 있고, 반응 챔버(410)의 타측에는 히터(430)가 내장된 지지대(450) 위에 박막 형성을 위한 기판(440)이 재치되어 있다.
이경우 반응가스는 도 13b와 같이 반응가스 유입단(460)을 통하여 샤워 헤드(420)로 유입되거나, 기화기(200)와 반응기(400) 사이에 설치될 수 있다. 또한 분리형인 경우는 전달관(250)을 통하여 반응원료가스(1)가 이송되는 도중에 증착이나 응축이 일어나지 않도록 일정한 온도로 가열해주는 것이 필요하다.
도 14a 및 도 14b에 도시된 세미결합형 CVD 장치는 기화기(200a)가 기화 챔버(32)의 중간에 배플 플레이트(32a)를 구비하고 있고, 하측 기화 챔버(32)에 벤트 라인(260)과 반응가스 유입관(460)이 연결된 구조를 갖고 있으며, 기화기(200a)의 하부가 반응기(400a)의 샤워 헤드(420)에 직접 연결된 구조이다. 이경우 반응가스 유입관(460)은 기화 챔버(32) 대신에 직접 반응기의 샤워 헤드(420)에 설치하는 것도 가능하다.
이러한 세미결합형 CVD 장치에서는 기화기와 반응기를 상호연결하기 위한 전달관(250)과 이에따른 부속장치들을 제거할 수 있게 되어 장비의 성능개선을 도모할 수 있다.
한편 도 15a 및 도 15b에 도시된 일체형 CVD 장치는 기화기(200b)가 기화 챔버(32)의 하단에 배플 플레이트(32a)를 구비하고 있고, 기화 챔버(32)에 벤트 라인(260)과 반응가스 유입관(460)이 연결된 구조를 갖고 있으며, 기화기(200b) 전체가 반응기(400c)의 상측에 샤워 헤드 대신에 설치된 구조이다.
이러한 일체형 CVD 장치는 기화기(200b)의 배플 플레이트(32a)를 통하여 반응원료가스(1) 및 반응가스를 균일하게 하측에 배치된 기판(440)에 분사시킬 수 있으므로 상기예와 같은 별도의 샤워 헤드를 설치할 필요가 없게 된다.
또한 상기한 CVD 증착에 있어서 샤워 헤드의 온도가 부적절하면 증착특성이 열악하게 된다. 따라서 샤워 헤드의 일정한 온도 유지를 위하여 복잡한 온도제어구조를 필요로 하나, 본 실시예 구조는 일정한 온도로 유지되고 있는 기화단(30)의 배플 플레이트(32a)를 이용하여 반응원료가스(1)를 분사시키므로 샤워 헤드를 사용하는 것과 유사한 균일한 증착특성을 확보할 수 있게 된다.
한편 상기한 CVD 장치에는 증착 전/후에 챔버(410) 내부를 세정하거나 증착후에 남은 소오스 가스를 배출하기 위한 펌핑장치(470) 등을 구비하는 것이 필요하다.
상기한 바와같이 본 발명에서는 일차적으로 저온의 전달가스를 액체원료 공급단 내부를 거치도록 설정하여 액체원료 공급단의 온도 상승을 저지하면서 설정된 제1온도(T1)를 유지하도록 하였고, 그후 전달가스는 기화에 필요한 제2온도(T2)로 승온된 상태로 기화단을 거침에 의해 기화단의 국부적인 열구배를 최소화할 수 있는 구조를 채택하였다.
또한 기화단의 다수의 방향성을 갖는 분사구멍을 통하여 고압으로 기화 챔버로 분사되면서 액체원료 공급단의 다수의 출구에 설치된 마이크로밸브로부터 배출되는 액체원료를 작은 액적으로 분무시킴에 의해 분무된 액적이 특정부위에만 접촉하는 것을 방지하여 액체원료 주입부의 국부적인 온도구배가 발생하는 것을 최소화하고, 액체 접촉부는 접촉면적을 최대로 확장함과 동시에 오염이 발생하지 않는 소재로 코팅하여 기화기로부터의 오염을 최소화 함과 동시에 기화효율과 열전달 효율의 개선을 도모하였다.
그결과 액체원료 공급단과 기화단의 액체원료 접촉부가 각각 독립적으로 설정된 제1 및 제2온도(T1,T2)를 유지할 수 있게 되어 클러깅 현상과 이상 기화로 인한 오염을 막을 수 있어 특성이 우수한 박막을 증착할 수 있다.
또한 본 발명의 기화기를 이용하여 반응 챔버 내에 기화기를 내장한 일체형 CVD 장치를 구성하는 경우 CVD 장비의 제조비용 절감과 증착효율의 향상을 기할 수 있다.
이상에서는 본 발명을 특정의 바람직한 실시예를 예를들어 도시하고 설명하였으나, 본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 아니하며 본 발명의 정신을 벗어나지 않는 범위내에서 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진자에 의해 다양한 변경과 수정이 가능할 것이다.

Claims (20)

  1. 액체원료를 순간적으로 기화시켜 발생되는 반응원료가스를 반응기로 공급하는 화학 기상 증착장치용 기화기에 있어서,
    상기 액체원료가 분해되지 않는 제1온도(T1)로 설정되며 일정량의 액체원료를 공급하는 액체원료 공급단과,
    입구가 상기 액체원료 공급단의 출구와 직접 연결되고 출구가 상기 반응기와 연결되는 기화 챔버를 내부에 구비하며 액체원료가 기화될 수 있는 제2온도(T2)로 설정되어 액체원료 공급단으로부터 공급되는 액체원료를 반응원료가스로 기화시키기 위한 기화단과,
    상기 기화단을 제2온도(T2)로 가열하기 위한 제1가열수단과,
    상기 액체원료 공급단의 출구와 인접한 위치에서 상기 기화 챔버 내부로 전달가스를 분사하여 기화 챔버 내부로 공급되는 액체원료를 작은 액적으로 분무시킴에 의해 액체원료의 기화를 촉진시킴과 동시에 생성된 반응원료가스를 기화 챔버 출구를 통하여 상기 반응기로 배출하는 전달가스 공급수단으로 구성되는 것을 특징으로 하는 화학 기상 증착장치용 기화기.
  2. 제1항에 있어서, 상기 액체원료 공급단은 그 내부에 매입되어 기화 챔버로 공급되는 액체원료를 다수의 출구를 통하여 투입하기 위한 다수의 유입관을 구비하며,
    상기 전달가스 공급수단은 상기 다수의 유입관의 개방단부에 대응하여 다수의 전달가스 흐름을 공급하는 다수의 분사구멍을 구비한 것을 특징으로 하는 화학 기상 증착장치용 기화기.
  3. 제2항에 있어서, 상기 다수의 유입관의 개방단부와 다수의 분사구멍은 각각 동심원 상으로 배열되며, 상기 다수의 전달가스 흐름 각각은 기화 챔버 내부에 회전 흐름을 형성하도록 동심원의 중심으로부터 편위되어 있는 것을 특징으로 하는 화학 기상 증착장치용 기화기.
  4. 제1항 내지 제3항중 어느 한항에 있어서, 상기 액체원료 공급단은 액체원료의 공급 유량을 제어하기 위한 유량제어수단을 일체로 더 포함하는 것을 특징으로 하는 화학 기상 증착장치용 기화기.
  5. 제4항에 있어서, 상기 유량제어수단은 압전소자, 열소자, 다이아프램, 바이메탈중 어느 하나를 이용한 유량제어장치로 구성되는 것을 특징으로 하는 화학 기상 증착장치용 기화기.
  6. 제2항에 있어서, 상기 다수의 유입관으로부터 배출되는 액체원료가 작은 액적으로 분무되는 것을 촉진시키기 위한 적어도 1이상의 미세 진동수단을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 화학 기상 증착장치용 기화기.
  7. 제1항에 있어서, 상기 액체원료와 기화단의 접촉면적을 증가시키기 위하여 기화단의 내주면에 기화 챔버로 돌출된 다수층의 돌기와 기화단의 내주면에 형성된 다수의 요홈 중 어느 하나를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 화학 기상 증착장치용 기화기.
  8. 제1항에 있어서, 상기 기화 챔버를 정의하며 전달가스와 반응원료가스를 배출하기 위한 다수의 배기구멍이 관통 형성된 배플 플레이트를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 화학 기상 증착장치용 기화기.
  9. 제1항에 있어서, 상기 기화기는 화학 기상 증착장치의 반응기 내부에 내장되는 것을 특징으로 하는 화학 기상 증착장치용 기화기.
  10. 액체원료를 순간적으로 기화시켜 발생되는 반응원료가스를 반응기로 공급하는 화학 기상 증착장치용 기화기에 있어서,
    상기 액체원료가 분해되지 않는 제1온도(T1)로 설정되며 일정량의 액체원료를 공급하는 액체원료 공급단과,
    입구가 상기 액체원료 공급단의 출구와 직접 연결되고 출구가 상기 반응기와 연결되는 기화 챔버를 내부에 구비하며 액체원료가 기화될 수 있는 제2온도(T2)로 설정되어 액체원료 공급단으로부터 공급되는 액체원료를 반응원료가스로 기화시키기 위한 기화단과,
    상기 기화단을 제2온도(T2)로 가열하기 위한 제1가열수단과,
    상기 기화 챔버 내부로 전달가스를 분사하여 기화된 반응원료가스를 기화 챔버 출구를 통하여 상기 반응기로 배출하는 전달가스 공급수단과,
    상기 액체원료 공급단과 기화단 사이의 상호 열전달을 최소화함과 동시에 각각의 설정온도를 유지하기 위한 열차단수단과,
    상기 제2온도(T2)로 설정된 기화단에 의해 액체원료 공급단이 제1온도(T1) 이상으로 상승하는 것을 제어하기 위한 냉각수단으로 구성되는 것을 특징으로 하는 화학 기상 증착장치용 기화기.
  11. 제10항에 있어서, 상기 냉각수단은 다수의 유입관을 그 내부에 포함하는 냉각통로와, 상기 냉각통로 내부의 온도차를 줄이기 위해 냉각통로에 충진되는 열전달계수가 높은 재료의 분말과, 냉각통로로 공급되는 제1온도(T1) 보다 낮은 온도를 갖는 냉각가스로 구성되며,
    상기 냉각가스는 전달가스로 이루어지고,
    상기 냉각통로로부터 배출되는 전달가스를 가열하여 상기 전달가스 공급수단으로 공급하기 위한 제2가열수단과,
    상기 기화단 내부의 온도차를 줄이기 위해 내부통로에 충진되는 열전달계수가 높은 재료의 분말을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 화학 기상 증착장치용 기화기.
  12. 제12항에 있어서, 상기 냉각통로와 상기 내부통로는 가스의 접촉면적을 증가시키기 위하여 다수의 격자구조와 내주면에 형성된 다수의 요철부 중 어느 하나로 이루어진 것을 특징으로 하는 화학 기상 증착장치용 기화기.
  13. 제11항에 있어서, 상기 열차단수단은 저압으로 유지되는 공간벽과 열전달 계수가 낮은 재료로 이루어진 차단벽 중 어느 하나로 이루어지는 것을 특징으로 하는 화학 기상 증착장치용 기화기.
  14. 다수의 액체원료를 순간적으로 플래시 기화시켜 발생되는 반응원료가스를 증착기로 공급하는 화학 기상 증착장치용 기화기에 있어서,
    상기 액체원료가 분해되지 않는 온도로 설정되며 각각의 액체원료를 서로 다른 경로를 통하여 공급하기 위한 다수 그룹의 액체원료 유입관을 내장하고 있는 액체원료 공급단과,
    상기 다수 그룹의 액체원료 유입관에 설치되어 통과하는 액체원료의 유량을 제어하기 위한 다수의 유량제어기와,
    입구가 상기 액체원료 공급단의 출구와 직접 연결되고 출구가 상기 증착기와 연결되며 내부에 다수의 액체원료 각각의 기화온도로 설정된 다수의 영역으로 구획된 기화 챔버를 구비하고, 다수의 액체원료를 반응원료가스로 플래시 기화시키기 위한 기화단과,
    상기 기화 챔버의 다수의 영역을 상호 격리시키기 위한 격리수단과,
    상기 기화단 내부에 설치되어 기화 챔버 내부의 다수의 영역을 각각 액체원료가 기화하기에 적합한 기화온도로 가열하기 위한 가열수단과,
    생성된 반응원료가스를 기화 챔버 출구를 통하여 상기 증착기로 배출하는 배출수단으로 구성되는 것을 특징으로 하는 화학 기상 증착장치용 기화기.
  15. 제14항에 있어서, 상기 격리수단은 기화 챔버의 다수의 영역을 상호 격리시키기 위한 전달가스를 분사하는 다수의 에어 커튼과 상기 다수의 영역을 격리하는 다수의 격리막 중 어느 하나로 이루어지는 것을 특징으로 하는 화학 기상 증착장치용 기화기.
  16. 액체원료를 순간적으로 기화시켜 발생되는 반응원료가스를 반응기로 공급하는 화학 기상 증착장치용 기화기에 있어서,
    상기 액체원료가 분해되지 않는 제1온도(T1)로 설정되며 일정량의 액체원료를 공급하는 액체원료 공급단과,
    입구가 상기 액체원료 공급단의 출구와 직접 연결되고 출구가 상기 반응기와 연결되며, 내주면의 적어도 일부가 열전달이 우수하고 탄소성분으로 이루어진 물질로 코팅되어 있는 기화 챔버를 내부에 구비하며 액체원료가 기화될 수 있는 제2온도(T2)로 설정되어 액체원료 공급단으로부터 공급되는 액체원료를 반응원료가스로 기화시키기 위한 기화단과,
    상기 기화단을 제2온도(T2)로 가열하기 위한 제1가열수단과,
    상기 기화 챔버 내부로 전달가스를 분사하여 기화된 반응원료가스를 상기 반응기로 배출하는 전달가스 공급수단으로 구성되는 것을 특징으로 하는 화학 기상 증착장치용 기화기.
  17. 제16항에 있어서, 상기 가열수단은 제2종원소가 첨가된 다이아몬드, 텅스텐, 크롬, 백금 중 어느 하나로 이루어지며, 판, 와이어 및 망형상 중 어느 하나의 구조를 이루는 것을 특징으로 하는 화학 기상 증착장치용 기화기.
  18. 기판을 지지하기 위한 지지판과,
    상기 기판을 가열하기 위한 제1히터와,
    상기 기판을 둘러싸며 내부에 반응 챔버를 정의하는 하우징과,
    상기 반응 챔버에 내장되어 외부로부터 공급되는 액체원료를 기화시켜 반응원료가스를 반응 챔버로 배출하는 기화기와,
    상기 기화기 내부와 연결되어 기화기 안의 소오스를 플러싱하거나 세정 할때 사용되는 벤트 라인과,
    상기 기화기 내부와 연결되며 반응가스를 공급하기 위한 반응가스 공급라인으로 구성되며,
    상기 기화기는
    상기 액체원료가 분해되지 않는 제1온도로 설정되며 일정량의 액체원료를 공급하는 액체원료 공급단과,
    상부가 상기 액체원료 공급단의 출구와 직접 연결되고 하부가 다수의 배기구멍이 관통 형성된 배플 플레이트를 통하여 상기 반응 챔버에 노출되는 기화 챔버를 내부에 구비하며 액체원료가 기화될 수 있는 제2온도로 설정되어 액체원료를 반응원료가스로 기화시키기 위한 기화단과,
    상기 기화단을 제2온도로 가열하기 위한 제2히터와,
    전달가스를 분사하여 기화 챔버 내부로 공급되는 액체원료를 작은 액적으로 분무시켜 액체원료의 기화를 촉진시킴과 동시에 생성된 반응원료가스를 상기 반응 챔버로 배출하는 전달가스 공급수단으로 구성되는 것을 특징으로 하는 기화기 내장형 화학 기상 증착장치.
  19. 기판을 지지하기 위한 지지판과,
    상기 기판을 가열하기 위한 제1히터와,
    상기 기판을 둘러싸며 내부에 반응 챔버를 정의하는 하우징과,
    상기 반응 챔버에 내장되어 외부로부터 공급되는 액체원료를 기화시켜 반응원료가스를 반응 챔버로 배출하는 기화기와,
    상기 기화기 내부와 연결되어 기화기 안의 소오스를 플러싱하거나 세정 할때 사용되는 벤트 라인과,
    상기 기화기 내부와 연결되며 반응가스를 공급하기 위한 반응가스 공급라인으로 구성되며,
    상기 기화기는
    액체원료가 분해되지 않는 온도로 설정되며 각각의 액체원료를 서로 다른 경로를 통하여 공급하기 위한 다수 그룹의 액체원료 유입관을 내장하고 있는 액체원료 공급단과,
    상기 다수 그룹의 액체원료 유입관에 설치되어 통과하는 액체원료의 유량을 제어하기 위한 다수의 유량제어기와,
    상측이 상기 액체원료 공급단의 출구와 직접 연결되고 하측이 다수의 배기구멍이 관통 형성된 배플 플레이트를 통하여 상기 반응 챔버에 노출되며 내부에 다수의 액체원료 각각의 기화온도로 설정된 다수의 영역으로 구획된 기화 챔버를 구비하여, 다수의 액체원료를 반응원료가스로 플래시 기화시키기 위한 기화단과,
    상기 기화 챔버의 다수의 영역을 상호 격리시키기 위한 격리수단과,
    상기 기화단 내부에 설치되어 기화 챔버 내부의 다수의 영역을 각각 설정된 기화온도로 가열하기 위한 가열수단과,
    다수의 전달가스 흐름에 의해 기화 챔버 내부로 공급되는 액체원료를 작은 액적으로 분무시켜 액체원료의 기화를 촉진시킴과 동시에 생성된 반응원료가스를 기화 챔버 출구를 통하여 상기 증착기로 배출하는 전달가스 공급수단으로 구성되는 것을 특징으로 하는 기화기 내장형 화학 기상 증착장치.
  20. (a)액체원료가 분해되지 않는 온도로 설정되며 각각의 액체원료를 서로 다른 경로를 통하여 공급하기 위한 다수 그룹의 액체원료 유입관을 내장하고 있는 액체원료 공급단과, (b)상기 다수 그룹의 액체원료 유입관에 설치되어 통과하는 액체원료의 유량을 제어하기 위한 다수의 유량제어기와, (c)상측이 상기 액체원료 공급단의 출구와 직접 연결되고 중간에 다수의 배기구멍이 관통 형성된 배플 플레이트를 구비하며 내부에 다수의 액체원료 각각의 기화온도로 설정된 다수의 영역으로 구획된 기화 챔버를 구비하여, 다수의 액체원료를 반응원료가스로 플래시 기화시키기 위한 기화단과, (d)상기 기화 챔버의 다수의 영역을 상호 격리시키기 위한 격리수단과, (e)상기 기화단 내부에 설치되어 기화 챔버 내부의 다수의 영역을 각각 설정된 기화온도로 가열하기 위한 가열수단과, (f)다수의 전달가스 흐름에 의해 기화 챔버 내부로 공급되는 액체원료를 작은 액적으로 분무시켜 액체원료의 기화를 촉진시킴과 동시에 생성된 반응원료가스를 배출하는 전달가스 공급수단으로 구성되는 기화기와,
    상기 기화기의 하부 기화 챔버와 연결되어 기화기 안의 소오스를 플러싱하거나 세정 할때 사용되는 벤트 라인과,
    상기 기화기의 하부 기화 챔버를 경유하여 반응가스를 공급하기 위한 반응가스 공급라인과,
    기판을 지지하기 위한 지지판과,
    상기 기판을 가열하기 위한 제1히터와,
    상기 기판을 둘러싸며 내부에 반응 챔버를 정의하는 하우징과,
    상기 기판과 대향한 하우징의 일측에 상기 기화기의 기화 챔버와 직접 연결되며 기화 챔버로부터 공급되는 반응원료가스와 반응가스를 기판에 균일하게 분사시키기 위한 샤워 헤드로 구성되는 것을 특징으로 하는 기화기 결합형 화학 기상 증착장치.
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