KR20060073523A - Apparatus for manufacturing quartz film - Google Patents

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다카토 나카무라
사토시 노나카
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요이치 신리키
가츠미 다마누키
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Abstract

석영 박막 제조 장치가 석영으로 만들어지며 가스 배출구를 구비한 반응 용기, 이 반응 용기 안에 배치된 기판 홀더(선택적으로, 기판 홀더는, 상기 반응 용기 안에서 그 반응 용기의 내면을 따라 배치되며 또한 기상의 실리콘 산화물에 대해 불활성의 재료로 만들어진 내면을 갖는 차폐 실린더 안에 배치된다.), 외측단을 통해서 실리콘 알콕시드 원료 저장 용기에 연결되고 상기 기판 홀더 상에 고정된 기판 또는 이 기판 주위의 평면과는 거리를 두고 대향하는 내측단을 갖는 제 1 가스 유입관, 외측단을 통해서 산소 함유 가스 원료 저장 용기에 연결되고 상기 기판 홀더 상에 고정된 기판 또는 이 기판 주위의 평면과는 이 기판과 상기 제 1 가스 유입관의 내측단 사이의 거리보다 작은 거리를 두고 대향하는 내측단을 갖는 제 2 가스 유입관을 포함한다. A reaction vessel made of quartz and having a gas outlet, a substrate holder disposed in the reaction vessel (optionally, the substrate holder is disposed along the inner surface of the reaction vessel in the reaction vessel, Disposed within a shielding cylinder having an inner surface made of a material that is inert to oxides), the substrate being connected to the silicon alkoxide raw material storage container through the outer end and fixed on the substrate holder or a plane around the substrate. A first gas inlet tube having an inner end facing the substrate, the substrate connected to an oxygen-containing gas raw material storage container through the outer end and fixed on the substrate holder or a plane around the substrate and the first gas inlet And a second gas inlet tube having opposing inner ends at a distance less than a distance between inner ends of the tubes.

Description

석영 박막 제조 장치{APPARATUS FOR MANUFACTURING QUARTZ FILM} Quartz thin film manufacturing apparatus {APPARATUS FOR MANUFACTURING QUARTZ FILM}

도 1 은 가스 공급 시스템을 포함하는 본 발명에 따른 장치의 구성을 나타낸다. 1 shows a configuration of an apparatus according to the invention comprising a gas supply system.

도 2 는 본 발명에 따른 장치의 실시형태에서의 일부를 도시한다. 2 shows a part in an embodiment of a device according to the invention.

도 3 은 본 발명에 따른 장치의 다른 실시형태에서의 일부를 도시한다. 3 shows a part in another embodiment of a device according to the invention.

도 4 는 본 발명에 따른 장치의 또 다른 실시형태에서의 일부를 도시한다. 4 shows a part in another embodiment of a device according to the invention.

도 5 는 도 4 의 장치의 차폐판 (91) 을 좌측에서 바라본 평면도이다. FIG. 5 is a plan view of the shield plate 91 of the apparatus of FIG. 4 seen from the left side.

도 6 은 도 4 의 장치의 차폐판 (92) 을 좌측에서 바라본 평면도이다. 6 is a plan view of the shield plate 92 of the apparatus of FIG. 4 viewed from the left side.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *     Explanation of symbols on the main parts of the drawings

11: 가스 배출구 11: gas outlet

12: 반응 용기 12b: 뚜껑 유닛12: reaction vessel 12b: lid unit

13: 기판 홀더 14: 기판 13: substrate holder 14: substrate

16: 차폐링 19: 실리콘 알콕시드 원료 저장 용기 16: shielding ring 19: silicon alkoxide raw material storage container

21: 제 1 가스 유입관 21a: 메인 파이프 유닛21: first gas inlet pipe 21a: main pipe unit

21b: 상부 개방 유닛 22: 제 2 가스 유입관 21b: upper opening unit 22: second gas inlet pipe

22b: 상부 개방 유닛 23: 제 3 가스 유입구 22b: upper opening unit 23: third gas inlet

36: 가열기 46: 가열기의 조절기 36: heater 46: regulator of heater

51b: 산소 함유 가스원 저장 용기 51c: 질소 가스 용기 51b: oxygen-containing gas source storage container 51c: nitrogen gas container

52a, 52b, 52c: 수동(manual) 밸브 52a, 52b, 52c: manual valve

53a, 53b, 53c: 압력 센서53a, 53b, 53c: pressure sensor

54a, 54b, 54c: 공압 밸브 54a, 54b, 54c: pneumatic valve

55a, 55b, 55c, 55d, 55e: 질량 유량 조절기 55a, 55b, 55c, 55d, 55e: mass flow regulator

본 발명은 석영 박막을 제조하기 위한 장치에 관한 것으로, 구체적으로는, 대기압하에서 석영 박막을 제조하기 위한 장치에 관한 것이다. The present invention relates to an apparatus for producing a quartz thin film, and more particularly, to an apparatus for producing a quartz thin film under atmospheric pressure.

석영 박막은 발진기(oscillator), 진동자(vibrator), 고주파 필터용 표면탄성파 기기(surface acoustic wave device), 반도체 기판, 또는 반도체 기판의 구성요소로서 사용된다. 공지의 실용적 석영 박막 제조 방법은 석영 박막을 제조하기 위해 열수 합성(hydrothermal synthesis)으로 얻은 석영 단결정을 연마하는 과정을 포함한다. 졸-겔 공정, 플라즈마 화학 기상 증착법(CVD), 스퍼터링(sputtering) 법, 그리고 레이저 연마법을 포함한, 석영 박막을 직접 제조하는 다른 공지 방법도 있다. 그러나, 이들 제조 방법은 실용적으로 받아들일 수 있는 석영 박막의 제조로서는 낮은 생산량 및 대형 장치의 요구, 그리고 제조 조건의 정밀 제어와 같은 문제점을 지니고 있다. 그러므로 이들 방법들은 석영 박막을 제조하는 산업상의 공정으로는 바람직하지 않다. Quartz thin films are used as oscillators, vibrators, surface acoustic wave devices for high frequency filters, semiconductor substrates, or as components of semiconductor substrates. Known practical methods for producing quartz thin films include the step of polishing quartz single crystals obtained by hydrothermal synthesis to produce quartz thin films. There are other known methods for producing quartz thin films directly, including sol-gel processes, plasma chemical vapor deposition (CVD), sputtering, and laser polishing. However, these manufacturing methods have problems such as low production yield, large device requirements, and precise control of manufacturing conditions for the production of a practically acceptable quartz thin film. Therefore, these methods are not desirable as an industrial process for producing quartz thin films.

일본 국내 특허공보 제2002-80296호는, 산업상 바람직하게 사용할 수 있는 석영 박막의 제조 방법으로서 대기압하 기상 에피택시(epitaxy) (AV-VPE) 를 개시한다. 이 대기압하 기상 에피택시에 따르면, 실리콘 알콕시드 및 산소는 대기압하에서 진공 장치의 사용 없이, 바람직하게는 염화 수소와 같은 촉매의 존재하에서 서로 반응하여 에피택시하게 성장하고 기판상에 석영 박막을 증착시킨다. 또한, 상기 문헌은 대기압하 기상 에피택시에 의해 기판상에 석영 박막을 형성할 때, 증착되는 석영 박막의 결정도를 향상시키기 위해, 미리 기판상에 완충(buffer) 층(예컨대, 석영 박막 또는 질화갈륨 박막)을 형성하는 것을 개시한다. Japanese Laid-Open Patent Publication No. 2002-80296 discloses a gas phase epitaxy (AV-VPE) under atmospheric pressure as a method for producing a quartz thin film that can be preferably used industrially. According to this atmospheric vapor phase epitaxy, the silicon alkoxide and oxygen react epitaxially to grow with one another in the presence of a catalyst, such as hydrogen chloride, under the use of a vacuum apparatus at atmospheric pressure and deposit a thin quartz film on the substrate. . In addition, the document describes a buffer layer (e.g., a quartz thin film or gallium nitride) on a substrate in advance in order to improve the crystallinity of the deposited quartz thin film when forming the quartz thin film on the substrate by vapor phase epitaxy under atmospheric pressure. To form a thin film).

나오유키 타카하시 외는 "촉매 증진 대기압하 기상 에피택시에 의한 석영 후막의 급속 성장" [전기화학 및 고체 상태 논문, 6(5)C77-C78 (2003)] 에서 대기압하 기상 에피택시에 의해 우선적인 특정 방위 지향 AT-cut 평면으로 성장되는 석영 박막의 제조 공정을 개시한다. 상기 우선적인 특정 방위 지향 AT-cut 평면으로 성장된 석영 박막은 온도 변화에 덜 좌우되는 진동수를 만들어내는 진동자로써 바람직하게 사용된다. 더 구체적으로는, 상기 공정은 두 개의 석영 박막층(즉, 완충층) 을 기판상에 미리 형성하고나서, 이 완충층 위에 우선적인 특정 방위 지향 AT-cut 평면으로 성장하는 석영 박막층을 형성하는 것을 포함한다. Naoyuki Takahashi et al. "Specific Orientation Preferred by Atmospheric Vapor Epitaxy in Electrochemical and Solid State Papers, 6 (5) C77-C78 (2003)" in "Quick Growth of Quartz Thick Films by Catalyst Enhancing Atmospheric Epitaxy". A process for producing a quartz thin film grown in a directed AT-cut plane is disclosed. The quartz thin film grown in this preferentially specific azimuthal AT-cut plane is preferably used as a vibrator that produces a frequency less dependent on temperature changes. More specifically, the process involves forming two quartz thin film layers (ie, buffer layers) in advance on a substrate, and then forming a quartz thin film layer that grows in a preferential orientation-oriented AT-cut plane above the buffer layer.

산업상 제조의 관점에서, 석영 박막을 커다랗게 제조하고나서 이 커다란 석영 박막을 복수 개의 작은 크기의 석영 박막체로 나누는 것이 바람직하다. 또한, 상기 커다란 석영 박막이 전 표면에 걸쳐서 균일한 두께를 지님으로써 나눠진 소부분들이 본질적으로 동일한 물리적 특성을 보이는 것이 바람직하다. From an industrial production point of view, it is preferable to make a large quartz thin film and then divide this large quartz thin film into a plurality of small size quartz thin films. It is also desirable for the large quartz thin film to have a uniform thickness over its entire surface so that the divided small portions exhibit essentially the same physical properties.

본 발명의 목적은 전 표면에 걸쳐서 균일한 두께를 가지는 석영 박막을 제조하기 위한 장치를 제공하는 것이다. It is an object of the present invention to provide an apparatus for producing a quartz thin film having a uniform thickness over the entire surface.

구체적으로는, 본 발명의 목적은 전 표면에 걸쳐서 균일한 두께를 가지는 커다란 얇은 석영 박막을 제조하는데 바람직하게 사용할 수 있는 장치를 제공하는 것이다. Specifically, it is an object of the present invention to provide an apparatus that can be preferably used to produce large thin quartz thin films having a uniform thickness over the entire surface.

본 발명의 다른 목적은 전 표면에 걸쳐서 균일한 두께를 가지며, 우선적인 특정 방위 지향 AT-cut 평면으로 성장하는 석영 박막을 제조하기 위한 장치를 제공하는 것이다. Another object of the present invention is to provide an apparatus for producing a quartz thin film having a uniform thickness over the entire surface and growing in a preferentially specific orientation-oriented AT-cut plane.

제 1 태양에서, 본 발명은 석영으로 만들어지며 가스 배출구를 구비한 반응 용기, 상기 반응 용기 안에 배치된 기판 홀더, 외측단을 통해서 실리콘 알콕시드 원료 저장 용기에 연결되고 상기 기판 홀더 상에 고정된 기판 또는 이 기판 주위의 평면과는 거리를 두고 대향하는 내측단을 갖는 제 1 가스 유입관, 외측단을 통해서 산소 함유 가스 원료 저장 용기에 연결되고 상기 기판 홀더 상에 고정된 기판 또는 이 기판 주위의 평면과 대향하는 내측단을 갖는 제 2 가스 유입관을 포함하는 석영 박막 제조 장치이다. In a first aspect, the invention is a substrate made of quartz and having a gas outlet, a substrate holder disposed in the reaction vessel, a substrate connected to a silicon alkoxide raw material storage vessel through an outer end and fixed on the substrate holder. Or a first gas inlet tube having opposing inner ends at a distance from a plane around the substrate, a substrate connected to an oxygen-containing gas raw material storage container through the outer ends and fixed on the substrate holder or a plane around the substrate It is a quartz thin film manufacturing apparatus including a 2nd gas inflow pipe which has an inner side opposing.

제 2 태양에서, 본 발명은 석영으로 만들어지며 가스 배출구를 구비한 반응 용기, 상기 반응 용기 안에서 그 내면을 따라 배치되며 기상의 실리콘 산화물에 대해 불활성의 재료로 만들어진 내면을 갖는 차폐 실린더, 상기 차폐 실린더 안에 배 치되는 기판 홀더, 외측단을 통해서 실리콘 알콕시드 원료 저장 용기에 연결되고 상기 기판 홀더 상에 고정되는 기판 또는 이 기판 주위의 평면과는 거리를 두고 대향하는 내측단을 갖는 제 1 가스 유입관 및, 외측단을 통해서 산소 함유 가스 원료 저장 용기에 연결되고 상기 기판 홀더 상에 고정되는 기판 또는 이 기판 주위의 평면과 대향하는 내측단을 갖는 제 2 가스 유입관을 포함하는 석영 박막 제조 장치이다. In a second aspect, the invention relates to a reaction vessel made of quartz and having a gas outlet, a shielding cylinder disposed along its inner surface and having an inner surface made of a material inert to gaseous silicon oxide, said shielding cylinder. A first gas inlet tube having a substrate holder disposed therein, the substrate being connected to the silicon alkoxide raw material storage container through the outer end and fixed on the substrate holder or having an opposite inner end spaced apart from a plane around the substrate; And a second gas inlet pipe having a substrate fixed to the substrate containing the oxygen-containing gas raw material through the outer end and fixed on the substrate holder or having an inner end opposed to a plane around the substrate.

본 발명에 따른 장치의 바람직한 실시형태를 이하 설명한다. Preferred embodiments of the device according to the invention are described below.

(1) 본 발명에 따른 장치는 제 3 가스 유입구를 더 갖는다. (1) The apparatus according to the present invention further has a third gas inlet.

(2) 차폐 실린더 내면의 재료는 산화 알루미늄, 실리콘 카바이드 또는 질화규소(Si3N4)이다. (2) The material of the inner surface of the shielding cylinder is aluminum oxide, silicon carbide or silicon nitride (Si 3 N 4 ).

(3) 반응 촉진제는 염화 수소 또는 암모니아이다. (3) The reaction promoter is hydrogen chloride or ammonia.

(4) 반응 용기는 서로 기계적으로 분리가능한 원통 형상의 본체 유닛과 뚜껑 유닛으로 구성되고, 상기 원통 형상의 본체 유닛은 일단에서 개구를 가지며, 타단에서 모든 가스 유입구를 가지고, 상기 뚜껑 유닛의 일단에서 가스 배출구를 가지며 타단에서 상기 원통 형상의 본체 유닛의 개구에 결합하는 개구를 갖는다. (4) The reaction vessel is composed of a cylindrical main body unit and a lid unit which are mechanically separable from each other, wherein the cylindrical main body unit has an opening at one end, all gas inlets at the other end, and at one end of the lid unit. It has a gas outlet and has an opening which is coupled to the opening of the said cylindrical main body unit at the other end.

(5) 제 2 가스 유입관은 안쪽으로 뻗는 메인 파이프 유닛과, 상기 메인 파이프 유닛과 기계적으로 분리가능한 상태로 상기 메인 파이프 유닛의 전단에 결합되는 상부 개방 유닛으로 구성된다. (5) The second gas inlet pipe is composed of a main pipe unit extending inward and an upper opening unit coupled to the front end of the main pipe unit in a state of being mechanically detachable from the main pipe unit.

(6) 상부 개방 유닛은 굽혀져 있다. (6) The upper opening unit is bent.

(7) 제 2 가스 유입관은 안쪽으로 뻗는 메인 파이프 유닛과, 상기 메인 파이프 유닛과 기계적으로 분리가능한 상태로 상기 메인 파이프 유닛의 전단에 결합되는 상부 개방 유닛으로 구성된다. (7) The second gas inlet pipe is composed of a main pipe unit extending inward and an upper opening unit coupled to the front end of the main pipe unit in a state of being mechanically detachable from the main pipe unit.

(8) 원통 형상의 본체 유닛은 수평으로 배치되고, 상기 기판 홀더는 경사지게 배치된다. (8) The cylindrical main body unit is arranged horizontally, and the substrate holder is disposed inclined.

(9) 반응 용기는 투명한 벽을 가진다. (9) The reaction vessel has a transparent wall.

(10) 본 장치는 반응 용기 둘레에 배치되는 가열 수단을 가진다. (10) The apparatus has heating means arranged around the reaction vessel.

(11) 상기 가열 수단은 제 1 가스 유입관으로부터 기판 홀더의 방향으로 복수의 유닛으로 나뉘고, 각각의 가열 유닛의 가열 조건은 다른 가열 유닛과는 독립적으로 조절 가능하다. (11) The heating means is divided into a plurality of units in the direction of the substrate holder from the first gas inlet pipe, and the heating conditions of each heating unit are adjustable independently of the other heating units.

(12) 반응 용기는 가스들을 통과시킬 수 있는 개구를 가지는 적어도 두 개의 차폐판을 더 가지며, 제 1 및 제 2 유입관의 내측단과 기판 홀더는 이들 두 차폐판으로 둘러싸인 공간 안에 배치된다. (12) The reaction vessel further has at least two shield plates having openings through which gases can pass, and the inner ends of the first and second inlet tubes and the substrate holder are disposed in a space surrounded by these two shield plates.

본 발명에 따른 장치를 첨부도면을 참조하여 더 상세히 설명한다. The device according to the invention is described in more detail with reference to the accompanying drawings.

도 1 은 가스 공급 시스템을 포함한 본 발명에 따른 장치의 구성을 나타낸다. 도 2 는 도 1 의 장치 (10) 의 실시형태의 일부를 도시한다. 1 shows a configuration of an apparatus according to the invention, including a gas supply system. FIG. 2 shows a portion of an embodiment of the apparatus 10 of FIG. 1.

도 1 및 도 2 에서, 장치 (10) 는, 석영으로 만들어지며 가스 배출구 (11) 를 구비한 반응 용기 (12), 이 반응 용기 (12) 안에 배치된 기판 홀더 (13), 외측단을 통해서 실리콘 알콕시드 원료 저장 용기 (19) 에 연결되고 상기 기판 홀더 상 에 고정된 기판 (14) 또는 이 기판 (14) 주위의 평면과는 거리 (L1) 를 두고 대향하는 내측단(즉, 전단)을 갖는 제 1 가스 유입관(제 1 가스 공급관) (21), 외측단을 통해서 산소 함유 가스 원료 저장 용기 (51b) 에 연결되고 상기 기판 (14) 또는 이 기판 (14) 주위의 평면과는 이 기판 (14) 과 상기 제 1 가스 유입관 (21) 의 내측단(즉, 전단) 사이의 거리 (L1) 보다 작은 거리 (L2) 를 두고 대향하는 내측단을 갖는 제 2 가스 유입관(제 2 가스 공급관) (22) 을 포함한다. 1 and 2, the apparatus 10 is made of quartz and provided with a gas outlet 11, through a substrate holder 13, an outer end, arranged in the reaction vessel 12. A substrate 14 connected to the silicon alkoxide raw material storage container 19 and fixed on the substrate holder or an opposite inner end (ie, shear) at a distance L 1 from a plane around the substrate 14. A first gas inlet pipe (first gas supply pipe) 21 having an inner side, connected to an oxygen-containing gas raw material storage container 51b through an outer end thereof, and the substrate 14 or a plane around the substrate 14; A second gas inlet tube having an opposite inner end with a distance L 2 less than the distance L 1 between the substrate 14 and the inner end (ie, the front end) of the first gas inlet tube 21 ( Second gas supply pipe) 22.

그러므로 제 1 가스 유입관 (21) 및 제 2 가스 유입관 (22) 각각은 상기 기판 홀더 (13) 에 고정된 기판 (14) 과 직접 대향할 수 있거나, 또는 기판 (14) 주위 평면과 대향할 수 있다. 여기서 "기판 주위 평면"이란, 상기 기판의 상부 표면으로부터 모든 방향으로 확장되는 평면을 의미한다(기판의 상부 표면 자체는 포함하지 않음). 상기의 확장은 바람직하게는 ½ ×d 이내로 제한된다(d: 기판의 직경, 직사각형 기판인 경우에는 상기 "d" 는 직사각형 기판의 외접원의 직경을 의미한다.) Therefore, each of the first gas inlet pipe 21 and the second gas inlet pipe 22 may directly face the substrate 14 fixed to the substrate holder 13, or may face the plane around the substrate 14. Can be. By "substrate peripheral plane" herein is meant a plane extending in all directions from the upper surface of the substrate (not including the upper surface of the substrate itself). The above expansion is preferably limited to within ½ x d (d: diameter of the substrate, in the case of a rectangular substrate, "d" means the diameter of the circumscribed circle of the rectangular substrate.)

제 1 가스 유입관 (21) 은 실리콘 알콕시드 원료 저장 용기 (19) 로부터 반응 용기 (12) 내부로 실리콘 알콕시드 증기를 공급할 수 있다. 실리콘 알콕시드 증기는 질소 가스 공급부 (51c) 로부터 이송된 질소 가스와 함께 공급된다. 제 2 가스 유입관 (22) 은 산소 함유 가스 원료 저장 용기 (51b) 로부터 산소 함유 가스를 반응 용기 (12) 내로 공급할 수 있다. 실리콘 알콕시드 증기는 대기압 하에 있는 반응 용기 (12) 내에서 상기 산소 함유 가스와 접촉하여 석영 박막의 형 태로 기판 (14) 위에 증착될 산화 실리콘(이산화실리콘)을 생성한다. 실리콘 알콕시드는 테트라메톡시실란(tetramethoxysilane), 테트라에톡시실란(tetraethoxysilane), 테트라프로폭시실란(tetrapropoxysilane), 테트라부톡시실란(tetrabutoxysilane), 또는 이들이 임의로 조합된 혼합물일 수 있다. 산소는 오존, 일산화이질소, 그리고 물과 같은 임의의 산소 공급원이 될 수 있다. 대기압이란 의미는, 주변의 대기압뿐만 아니라, 또한 주변의 대기압에 가까운 압력(주변 대기압의 2배 이내 또는 절반 이내)을 의미한다. The first gas inlet pipe 21 can supply the silicon alkoxide vapor from the silicon alkoxide raw material storage container 19 into the reaction vessel 12. The silicon alkoxide vapor is supplied together with the nitrogen gas delivered from the nitrogen gas supply part 51c. The second gas inflow pipe 22 can supply the oxygen-containing gas into the reaction vessel 12 from the oxygen-containing gas raw material storage container 51b. The silicon alkoxide vapor is contacted with the oxygen-containing gas in the reaction vessel 12 under atmospheric pressure to produce silicon oxide (silicon dioxide) to be deposited on the substrate 14 in the form of a quartz thin film. The silicon alkoxide may be tetramethoxysilane, tetraethoxysilane, tetrapropoxysilane, tetrabutoxysilane, or a mixture thereof optionally combined. Oxygen can be any source of oxygen, such as ozone, dinitrogen monoxide, and water. Atmospheric pressure means not only the surrounding atmospheric pressure but also the pressure close to the surrounding atmospheric pressure (less than twice or half of the surrounding atmospheric pressure).

실리콘 알콕시드 증기 (보통은 테트라에톡시실란(TEOS) 증기) 및 산소 함유 가스는 다음과 같은 방법으로 반응 용기 (12) 내로 공급할 수 있다. Silicon alkoxide vapor (usually tetraethoxysilane (TEOS) vapor) and an oxygen containing gas can be fed into the reaction vessel 12 in the following manner.

테트라에톡시실란(TEOS)은 실온에서 액상이다. 그러므로, 통상은 기화 수단을 갖춘 용기 (19) 내에 TEOS를 둔다. 반응 용기 (19) 내의 TEOS는 가열기 (36) 로 가열되고 제 1 가스 유입관 (21) 을 통해서 반응 용기 (12) 내로 공급된다. 가열기 (36) 는 고주파 유도 가열기 또는 저항 가열기일 수 있다. 가열기 (36) 는 용기 안에서 TEOS의 온도를 소정의 온도(예컨대, 약 70℃)로 유지하기 위한 조절기 (46) 를 구비한다. Tetraethoxysilane (TEOS) is liquid at room temperature. Therefore, TEOS is usually placed in a vessel 19 equipped with vaporization means. TEOS in the reaction vessel 19 is heated by the heater 36 and fed into the reaction vessel 12 through the first gas inlet pipe 21. Heater 36 may be a high frequency induction heater or a resistance heater. Heater 36 has a regulator 46 to maintain the temperature of TEOS at a predetermined temperature (eg, about 70 ° C.) in the vessel.

TEOS는 바람직하게는 캐리어 가스와 함께 반응 용기 (12) 안으로 공급됨으로써, TEOS는 정확히 제어된 유량으로 반응 용기 (12) 내로 효율적으로 도입될 수 있다. 캐리어 가스는 질소, 아르곤 또는 헬륨일 수 있다. 도 1 및 도 2 의 장치에서, TEOS의 증기가 제 1 가스 유입관 (21) 을 통해서 캐리어 가스(N2 가스)와 함께 반응 용기 (12) 내로 공급된다. 질소 가스(즉, 캐리어 가스)는 질소 가스 용기 (봄베) (51c) 로부터 수동(manual) 밸브 (52c), 공압(pneumatic) 밸브 (54c), 그리고 질량 유량 조절기 (55c) 를 거쳐 TEOS 용기 (19) 내로 공급된다. 질소 가스가 용기 (19) 내의 TEOS에 공급되고, 결과로써 얻은 TEOS와 질소 가스를 포함한 기상의 혼합물은 제 1 가스 유입관 (21) 을 통해서 반응 용기 (12) 로 이송된다. TEOS 용기 (19) 내로 도입될 질소 가스의 유량은 질량 유량 조절기 (55c) 에 의해 조절된다. 질소 가스의 유동은 공압 밸브 (54c) 에 의해 개시되거나 중단될 수 있다. 질소 가스 공급 시스템은 봄베 (51c) 에 남아있는 질소량을 확인하는 압력 센서 (53c) 를 가질 수 있다. TEOS is preferably supplied together with the carrier gas into the reaction vessel 12 so that the TEOS can be efficiently introduced into the reaction vessel 12 at a precisely controlled flow rate. The carrier gas may be nitrogen, argon or helium. In the apparatus of FIGS. 1 and 2, the vapor of TEOS passes through the first gas inlet pipe 21 to the carrier gas N 2. Gas) into the reaction vessel 12. Nitrogen gas (i.e., carrier gas) is transferred from a nitrogen gas vessel (bomb) 51c via a manual valve 52c, a pneumatic valve 54c, and a mass flow regulator 55c. ) Is supplied into. Nitrogen gas is supplied to TEOS in the vessel 19, and the resulting mixture of TEOS and gaseous gas containing nitrogen gas is transferred to the reaction vessel 12 through the first gas inlet pipe 21. The flow rate of the nitrogen gas to be introduced into the TEOS vessel 19 is controlled by the mass flow regulator 55c. The flow of nitrogen gas can be started or stopped by the pneumatic valve 54c. The nitrogen gas supply system may have a pressure sensor 53c for checking the amount of nitrogen remaining in the cylinder 51c.

산소(O2)는 가스 봄베 (51b) 에 저장되며, 수동 밸브 (52b), 공압 밸브 (54b), 질량 유량 조절기 (55b), 그리고 제 2 가스 유입관 (22) 을 통해 반응 용기 (12) 안으로 이송된다. 산소의 유량은 질량 유량 조절기 (55b) 에 의해 조절된다. 산소 가스의 유동은 공압 밸브 (54b) 에 의해 개시되거나 중단될 수 있다. 산소 가스 공급 시스템은 봄베 (51b) 에 남아있는 산소량을 확인하는 압력 센서 (53b) 를 가질 수 있다. Oxygen (O 2 ) is stored in the gas cylinder (51b), the reaction vessel 12 through the manual valve (52b), pneumatic valve (54b), mass flow regulator (55b), and the second gas inlet pipe (22) Transported in. The flow rate of oxygen is controlled by the mass flow controller 55b. The flow of oxygen gas can be started or stopped by the pneumatic valve 54b. The oxygen gas supply system may have a pressure sensor 53b that checks the amount of oxygen remaining in the cylinder 51b.

산소 가스는 통상 질소 가스와 같은 캐리어 가스와의 혼합물로 반응 용기 (12) 내로 공급된다. 질소 가스 용기(봄베) (51c) 로부터 공급된 질소 가스는 수동 밸브 (52c), 공압 밸브 (54d), 그리고 질량 유량 조절기 (55e) 를 통과한 후에 산소 가스와 혼합된다. 산소 가스와 혼합될 질소 가스의 양은 질량 유량 조 절기 (55e) 에 의해 조절된다. 질소 가스의 유동은 공압 밸브 (54d) 에 의해 개시되거나 중단될 수 있다. Oxygen gas is usually supplied into the reaction vessel 12 in a mixture with a carrier gas such as nitrogen gas. The nitrogen gas supplied from the nitrogen gas container (bomb) 51c is mixed with the oxygen gas after passing through the manual valve 52c, the pneumatic valve 54d, and the mass flow regulator 55e. The amount of nitrogen gas to be mixed with the oxygen gas is controlled by the mass flow regulator 55e. The flow of nitrogen gas can be started or stopped by the pneumatic valve 54d.

반응 용기 (12) 에서, TEOS는 산소와 접촉하여 석영 박막 형태의 이산화실리콘을 기판상에 생성한다. 도 2 에서 보는 바와 같이, TEOS 함유 가스를 공급하는 제 1 가스 유입관 (21) 은 그 전단이 기판 (14) 으로부터 거리 (L1) 만큼 떨어진 위치에 있도록 배치되고, 산소 함유 가스를 공급하는 제 2 가스 유입관 (22) 은 그 전단이 기판 (14) 으로부터 거리 (L2) 만큼 떨어진 위치에 있도록 배치되며, 이때, (L1) 은 (L2) 보다 크다. 이러한 조건하에서, TEOS 함유 가스는 제 2 가스 유입관 (22) 으로부터 도입된 산소와 반응하기에 앞서, 반응 용기 (12) 내에서 양호하게 확산한다. 그러므로, 기판 (14) 상에는 석영 박막이 균일한 두께로 증착된다. In the reaction vessel 12, TEOS is in contact with oxygen to produce silicon dioxide in the form of a quartz thin film on a substrate. As shown in FIG. 2, the first gas inlet pipe 21 for supplying the TEOS-containing gas is arranged so that its front end is located at a distance away from the substrate 14 by a distance L 1 , and the agent for supplying the oxygen-containing gas is provided. The two gas inlet pipes 22 are arranged so that their front ends are at a position away from the substrate 14 by a distance L 2 , where L 1 is greater than L 2 . Under these conditions, the TEOS containing gas diffuses well in the reaction vessel 12 prior to reacting with the oxygen introduced from the second gas inlet pipe 22. Therefore, a thin quartz film is deposited on the substrate 14 with a uniform thickness.

만일 (L1) 이 (L2) 보다 작다면, TEOS 함유 가스가 반응 용기 (12) 안에서 확산하기 전에 산소와 반응하므로 기판 (14) 상에는 석영 박막이 불균일한 두께로 증착된다. If (L 1 ) is smaller than (L 2 ), a quartz thin film is deposited on the substrate 14 with a non-uniform thickness since the TEOS containing gas reacts with oxygen before diffusing in the reaction vessel 12.

도 2 에서 보는 바와 같이, 산소를 공급하는 제 2 가스 유입관 (22) 은 바람직하게는 메인 파이프 유닛 (22a) 과 이 메인 파이프 유닛 (22a) 의 전단에 결합된 상부 개방 유닛 (22b) 으로 구성되며, 상부 개방 유닛 (22b) 을 메인 파이프 유닛 (22a) 으로부터 기계적으로 분리 가능하게 되어 있다. 이러한 조건하에서, 상부 개방 유닛 (22b) 의 위치는 조절이 가능하고, 또는 이 상부 개방 유닛 (22b) 을 제 2 가스 유입관 (22) 의 전단의 위치를 조절할 수 있도록 다른 상부 개방 유닛으로 대체할 수 있다. 그러므로 제 2 가스 유입관의 전단의 위치를 조절할 수 있다. 이것은 TEOS와 산소 간의 반응이 일어나는 영역의 위치를 조절할 수 있음을 의미한다. 이 조절은 바람직하게는 기판상에 소망하는 균일한 두께로 충분한 결정도를 가지는 석영 박막을 형성하기 위해, 반응 용기 (12) 안의 온도 분포를 확인한 후에, 또는 기판을 다른 크기의 기판으로 교환한 후에 실행된다. As shown in Fig. 2, the second gas inlet pipe 22 for supplying oxygen preferably consists of a main pipe unit 22a and an upper opening unit 22b coupled to the front end of the main pipe unit 22a. The upper opening unit 22b can be mechanically separated from the main pipe unit 22a. Under these conditions, the position of the upper opening unit 22b is adjustable, or it can be replaced by another upper opening unit so that the position of the front end of the second gas inlet pipe 22 can be adjusted. Can be. Therefore, the position of the front end of the second gas inlet pipe can be adjusted. This means that the position of the zone where the reaction between TEOS and oxygen occurs can be controlled. This adjustment is preferably carried out after confirming the temperature distribution in the reaction vessel 12 or after replacing the substrate with a substrate of a different size, in order to form a quartz thin film having sufficient crystallinity with a desired uniform thickness on the substrate. do.

또한, TEOS 함유 가스를 공급하기 위한 제 1 가스 유입관 (21) 은, 상부 개방 유닛 (21b) 이 메인 파이프 유닛 (21a) 으로부터 기계적으로 분리 가능한 상태로, 메인 파이프 유닛 (21a) 과 이 메인 파이프 유닛 (21a) 의 전단에 결합된 상부 개방 유닛 (21b) 으로 구성되는 것이 바람직하다. In addition, the 1st gas inflow pipe 21 for supplying TEOS containing gas is the main pipe unit 21a and this main pipe in the state which the upper opening unit 21b can isolate | separate mechanically from the main pipe unit 21a. It is preferable that the upper opening unit 21b is coupled to the front end of the unit 21a.

또한, 제 2 가스 유입관 (22) 의 상부 개방 유닛 (22b) 은 바람직하게는 기판 (14) 을 향해 굽혀져 있어, TEOS와 산소 간의 반응이 기판의 표면 부근에서 일어날 수 있다. In addition, the upper opening unit 22b of the second gas inlet pipe 22 is preferably bent toward the substrate 14 so that a reaction between TEOS and oxygen can occur near the surface of the substrate.

반응 용기 (12) 는 바람직하게는 반응 촉진제를 포함하는 가스를 반응 용기 (12) 안으로 공급하기 위한 제 3 가스 유입구 (23) 를 더 구비한다. 반응 촉진제가 제 3 가스 유입구 (23) 를 통해 반응 용기 (12) 안으로 공급되면, 기판 (14) 상의 석영의 증착률이 촉진된다. The reaction vessel 12 preferably further includes a third gas inlet 23 for supplying a gas containing a reaction accelerator into the reaction vessel 12. When the reaction promoter is supplied into the reaction vessel 12 through the third gas inlet 23, the deposition rate of quartz on the substrate 14 is accelerated.

염화 수소와 같은 반응 촉진제는 실리콘 알콕시드의 Si-O 결합을 끊기 때문에 제 2 가스 유입관 (22) 으로부터 공급된 실리콘 알콕시드와 기상의 산소 간의 반응(즉, 실리콘 알콕시드의 산화)이 촉진되고 석영의 증착률이 증가한다. Reaction accelerators such as hydrogen chloride break the Si-O bonds of the silicon alkoxide, so that the reaction between the silicon alkoxide supplied from the second gas inlet pipe 22 and the gaseous oxygen (ie, oxidation of the silicon alkoxide) is promoted. The deposition rate of quartz is increased.

반응 촉진제는 염화 수소와 같은 산화성 가스 또는 암모니아와 같은 염기성 가스이다. The reaction promoter is an oxidizing gas such as hydrogen chloride or a basic gas such as ammonia.

염화 수소(HCl)와 같은 반응 촉진제는 바람직하게는 캐리어 가스(예컨대, 질소 가스)와 5부피%의 HCl을 포함하는 기상 혼합물로서 공급된다. 이 기상 혼합물은 가스 봄베 (51a) 로부터 수동 밸브 (52a), 공압 밸브 (54a), 질량 유량 조절기 (55a), 그리고 제 3 가스 유입구 (23) 를 거쳐 반응 용기 (12) 안으로 공급된다. 염화 수소 및 질소의 기상 혼합물의 유량은 질량 유량 조절기 (55a) 에 의해 조절된다. 기상 혼합물의 유동은 공압 밸브 (54a) 에 의해 개시되거나 중단될 수 있다. 기상 혼합물 공급 시스템은 봄베 (51a) 안에 남아 있는 기상 혼합물의 양을 확인하는 압력 센서 (53a) 를 가질 수 있다. A reaction promoter such as hydrogen chloride (HCl) is preferably supplied as a gaseous mixture comprising a carrier gas (eg nitrogen gas) and 5% by volume of HCl. This gaseous mixture is supplied from the gas cylinder 51a into the reaction vessel 12 via a manual valve 52a, a pneumatic valve 54a, a mass flow regulator 55a, and a third gas inlet 23. The flow rate of the gaseous mixture of hydrogen chloride and nitrogen is controlled by the mass flow controller 55a. The flow of the gaseous mixture can be started or stopped by the pneumatic valve 54a. The gas phase mixture supply system may have a pressure sensor 53a for checking the amount of gas phase mixture remaining in the bomb 51a.

반응 용기 (12) 는 바람직하게는 반응 용기 (12) 안에 있는 가스의 농도를 조절하기 위해 희석용 가스(예컨대, 질소 가스)를 반응 용기 (12) 내로 공급하기 위한 제 4 가스 유입구 (24) 를 더 구비한다. 질소 가스와 같은 희석용 가스는 가스 봄베 (51c) 로부터 수동 밸브 (52c), 공압 밸브 (54d), 질량 유량 조절기 (55d), 그리고 상기 제 4 가스 유입구 (24) 를 거쳐 반응 용기 (12) 내로 공급된다. 상기 희석용 가스의 유량은 질량 유량 조절기 (55d) 에 의해 조절된다. 상기 희석용 가스의 유동은 공압 밸브 (54d) 에 의해 개시되거나 중단될 수 있다. The reaction vessel 12 preferably has a fourth gas inlet 24 for supplying diluent gas (eg, nitrogen gas) into the reaction vessel 12 to adjust the concentration of the gas in the reaction vessel 12. It is further provided. Diluent gas, such as nitrogen gas, enters the reaction vessel 12 from the gas cylinder 51c via a manual valve 52c, a pneumatic valve 54d, a mass flow regulator 55d, and the fourth gas inlet 24. Supplied. The flow rate of the dilution gas is controlled by the mass flow controller 55d. The flow of the dilution gas can be started or stopped by the pneumatic valve 54d.

반응 용기 (12) 는 바람직하게는 기계적으로 서로 분리가능한 원통형의 본체 유닛 (12a) 과 뚜껑 유닛 (12b) 으로 구성되고, 상기 원통형 본체 유닛 (12a) 은 일단에서 개구를 가지고 타단에서 모든 가스 유입관 (21, 22) 및 모든 가스 유입구 (23, 24) 를 가지며, 상기 뚜껑 유닛 (12b) 은 일단에서 가스 배출구 (11) 를 가지고 타단에서, 도 2 에 도시하는 바와 같이, 상기 원통형 본체 유닛 (12a) 의 개구에 결합하는 개구를 갖는다. 원통형 본체 유닛 (12a) 은 바람직하게는 수평으로 놓이고, 기판 홀더 (13) 는 바람직하게는 기판 (14) 이 본체 유닛 (12a) 의 하부벽에 대해 비스듬히 배열되도록 본체 유닛 (12a) 내에 배치된다. 이러한 구성은 반응 용기 내에서의 가스의 유동을 부드럽게 만듦으로써, 증착된 석영 박막의 질(예를 들어, 결정도(crystallinity) 및 박막 두께의 균일성)이 향상되고 안정화된다. 뚜껑 유닛 (12b) 은, 반응 용기 (12) 내의 기상 혼합물이 누출되는 것을 저지하기 위해, Ο링 (18) 과 같은 실링 보조 수단을 통해 본체 유닛 (12a) 의 개구와 결합한다. The reaction vessel 12 preferably consists of a cylindrical body unit 12a and a lid unit 12b, which are mechanically separable from each other, which cylindrical body unit 12a has an opening at one end and all gas inlet pipes at the other end. 21 and 22 and all gas inlets 23 and 24, and the lid unit 12b has a gas outlet 11 at one end and at the other end, as shown in FIG. 2, the cylindrical body unit 12a. Has an opening that couples to the opening. The cylindrical body unit 12a is preferably placed horizontally, and the substrate holder 13 is preferably arranged in the body unit 12a such that the substrate 14 is arranged at an angle with respect to the bottom wall of the body unit 12a. . This configuration smoothes the flow of gas in the reaction vessel, thereby improving and stabilizing the quality of the deposited quartz thin film (e.g., crystallinity and uniformity of thin film thickness). The lid unit 12b engages with the opening of the body unit 12a through a sealing aid such as a ring 18 to prevent leakage of the gaseous mixture in the reaction vessel 12.

반응 용기 (12) 는, 바람직하게는 기판 홀더 (13) 에 대한 기판 (14) 의 위치 및 제 1 가스 유입관 (21) 과 제 2 가스 유입관 (22) 전단 사이의 상대 위치를 시각적으로 확인할 수 있도록 석영 유리와 같은 투명한 재료로 만들어진다. 기판 홀더 (13) 는 바람직하게는 석영 유리로 만들어진 홀더 지지부 (17) 에 장착된다. The reaction vessel 12 preferably visually confirms the position of the substrate 14 relative to the substrate holder 13 and the relative position between the first gas inlet pipe 21 and the front end of the second gas inlet pipe 22. It is made of transparent material such as quartz glass. The substrate holder 13 is mounted to a holder support 17, preferably made of quartz glass.

반응 용기 (12) 는 바람직하게는 이 반응 용기의 내면을 따라 배치되어 있으며 기판 홀더 (13) 를 둘러싸고 있는 차폐 실린더 (15) 를 갖는다. 이 차폐 실린더 (15) 의 내면은 바람직하게는 기상의 실리콘 산화물(즉, 이산화실리콘)에 불활성인 알루미나, 실리콘 카바이드, 질화규소(Si3N4), 또는 유사한 재료 등으로 코 팅된다. The reaction vessel 12 preferably has a shielding cylinder 15 disposed along the inner surface of the reaction vessel and surrounding the substrate holder 13. The inner surface of this shielding cylinder 15 is preferably coated with alumina, silicon carbide, silicon nitride (Si 3 N 4 ), a similar material, or the like, which is inert to gaseous silicon oxide (ie, silicon dioxide).

반응 용기 (12) 내에서 생성된 기상의 실리콘 산화물(즉, 이산화실리콘)은 기판 (14) 에 뿐만 아니라 반응 용기 (12) 의 내벽에도 증착된다. 특히, 반응 용기 (12) 가 석영 유리(즉, 이산화실리콘)로 된 것이라면, 반응에 의해 생성된 기상의 이산화실리콘이 기판뿐 아니라 반응 용기의 내벽에도 증착되기 쉽다. 증착된 이산화실리콘 반응생성물은 내벽의 실리카와 쉽게 반응하여 그 내벽의 투명성을 저하시킨다. 또한, 반응이 진행됨에 따라 내벽의 물리적 강도가 저하된다. The gaseous silicon oxide (ie, silicon dioxide) produced in the reaction vessel 12 is deposited not only on the substrate 14 but also on the inner wall of the reaction vessel 12. In particular, if the reaction vessel 12 is made of quartz glass (i.e., silicon dioxide), gaseous silicon dioxide produced by the reaction is likely to be deposited not only on the substrate but also on the inner wall of the reaction vessel. The deposited silicon dioxide reaction product readily reacts with the silica on the inner wall to reduce the transparency of the inner wall. In addition, as the reaction proceeds, the physical strength of the inner wall decreases.

실리콘 산화물 이외의 화학적으로 안정한 재료로 내면이 코팅된 상기 차폐 실린더 (15) 는 새로이 생성된 기상의 실리콘 산화물에 다소 비활성이며, 증착하는 실리콘 산화물의 화학적 영향을 덜 받는다. 또한, 차폐 실린더 (15) 를 두는 것은 기판상에 이산화실리콘(즉, 석영)의 증착량을 증가시키는데 효과적이다. The shielding cylinder 15 coated on the inner surface with a chemically stable material other than silicon oxide is somewhat inert to newly produced gaseous silicon oxide and is less subjected to the chemical influence of the deposited silicon oxide. Also, placing the shielding cylinder 15 is effective to increase the deposition amount of silicon dioxide (i.e. quartz) on the substrate.

반응 용기 (12) 는 바람직하게는 원통형 본체 유닛 (12a) 이 뚜껑 유닛 (12b) 과 결합하는 위치에서 차폐 링 (16) 을 포함하기 때문에 새로이 생성된 이산화실리콘은 본체 유닛 (12a) 및 뚜껑 유닛 (12b) 의 개구 가장자리에 증착될 수 없다. 차폐 링 (16) 은 바람직하게는 불소 수지로 만들어진다. Since the reaction vessel 12 preferably comprises a shield ring 16 at the position where the cylindrical body unit 12a engages with the lid unit 12b, the newly produced silicon dioxide is formed of the body unit 12a and the lid unit ( It cannot be deposited at the opening edge of 12b). The shield ring 16 is preferably made of fluororesin.

반응 용기 (12) 의 외측 표면은 바람직하게는 가열 수단으로 덮여, 생성된 석영 박막의 결정도가 제어된다. 가열 수단이 제 1 가스 유입관으로부터 기판 홀더의 방향으로 복수의 유닛으로 나뉘고, 각각의 가열 유닛의 가열 조건은 다른 가열 유닛과 독립적으로 조절가능한 것이 바람직하다. The outer surface of the reaction vessel 12 is preferably covered with heating means so that the crystallinity of the resulting quartz thin film is controlled. Preferably, the heating means are divided into a plurality of units in the direction of the substrate holder from the first gas inlet pipe, and the heating conditions of each heating unit are adjustable independently of the other heating units.

도 1 에서, 장치 (10) 는, 5 개의 가열 유닛 (31, 32, 33, 34, 35) 으로 나 누어진 가열 수단을 가지며, 각각의 유닛은 가열 조건 조절 수단 (41, 42, 43, 44, 45) 을 각각 구비한다. 가열 유닛은 링 모양의 고주파 유도 히터 또는 저항 히터로 될 수 있다. In FIG. 1, the apparatus 10 has heating means divided into five heating units 31, 32, 33, 34, 35, each unit having heating condition adjusting means 41, 42, 43, 44. And 45). The heating unit may be a ring-shaped high frequency induction heater or a resistance heater.

각각의 나누어진 가열 유닛은 그 가열 조건이 독립적으로 조절된다. 그러므로, 제 1 가스 유입관 (21) 을 통해 공급된 TEOS 함유 가스의 온도, 제 2 가스 유입관 (22) 을 통해 공급된 산소 함유 가스의 온도, 그리고 기판 (14) 의 온도를 서로 독립적으로 제어할 수 있다. 이러한 온도 제어는 기판상에 형성된 석영 박막의 결정도를 제어하는 데 매우 효과적이다. Each divided heating unit has its heating conditions independently adjusted. Therefore, the temperature of the TEOS containing gas supplied through the first gas inlet pipe 21, the temperature of the oxygen containing gas supplied through the second gas inlet pipe 22, and the temperature of the substrate 14 are independently controlled. can do. Such temperature control is very effective for controlling the crystallinity of the quartz thin film formed on the substrate.

도 3 은 본 발명에 따른 장치의 다른 실시형태의 일부를 도시한다. 도 3 에서, 장치 (60) 는, 석영으로 만들어지며 가스 배출구 (11) 를 구비한 반응 용기 (62), 이 반응 용기 (62) 안에 배치된 기판 홀더 (63), 외측단을 통해서 실리콘 알콕시드 원료 저장 용기(도시되지 않음)에 연결되고 상기 기판 홀더 (63) 상에 고정된 기판 (14) 또는 이 기판 (14) 주위의 평면과는 거리를 두고 대향하는 내측단을 갖는 제 1 가스 유입관(제 1 가스 공급관) (21), 외측단을 통해서 산소 함유 가스 원료 저장 용기(도시되지 않음)에 연결되고 상기 기판 홀더 (63) 상에 고정된 기판 (14) 또는 이 기판 주위의 평면과는 이 기판 (14) 과 상기 제 1 가스 유입관의 내측단 사이의 거리보다 작은 거리를 두고 대향하는 내측단을 갖는 제 2 가스 유입관(제 2 가스 공급관) (22) 을 포함한다. 3 shows a part of another embodiment of a device according to the invention. In FIG. 3, the device 60 is made of quartz and has a reaction vessel 62 with a gas outlet 11, a substrate holder 63 disposed in the reaction vessel 62, a silicon alkoxide through an outer end. A first gas inlet tube connected to a raw material storage container (not shown) and having a substrate 14 fixed on the substrate holder 63 or an inner end facing away from a plane around the substrate 14. (First gas supply pipe) 21, a substrate 14 connected to an oxygen-containing gas raw material storage container (not shown) through an outer end and fixed on the substrate holder 63 or a plane around the substrate And a second gas inlet tube (second gas supply tube) 22 having an opposite inner end at a distance smaller than the distance between the substrate 14 and the inner end of the first gas inlet tube.

반응 용기 (62) 는, 기계적으로 서로 분리 가능한 원통형의 본체 유닛 (62a) 과 뚜껑 유닛 (62b) 으로 구성된다. 원통형 본체 유닛 (62a) 은 일단에서 개구 를 가지며 타단에서 모든 가스 유입구 (관) (21, 22, 23, 24) 를 구비하고, 뚜껑 유닛은 일단에서 가스 배출구 (11) 를 가지고 타단에서 상기 원통형 본체 유닛 (62a) 과 결합하는 개구를 가진다. 기판 홀더 (63) 는 링 형태로 된 개구를 가져 미반응 가스 및 캐리어 가스가 이 개구를 통해서 가스 배출구 (11) 쪽으로 이동할 수 있고, 상기 기판 홀더는 홀더 고정 수단 (67) 에 의해 반응 용기 안에 놓인다. The reaction vessel 62 is composed of a cylindrical body unit 62a and a lid unit 62b that can be mechanically separated from each other. The cylindrical body unit 62a has an opening at one end and all gas inlets (pipes) 21, 22, 23, 24 at the other end, and the lid unit has a gas outlet 11 at one end and the cylindrical body at the other end. It has an opening that engages with unit 62a. The substrate holder 63 has an opening in the form of a ring so that unreacted gas and carrier gas can move through the opening toward the gas outlet 11, and the substrate holder is placed in the reaction vessel by the holder fixing means 67. .

도 3 에서 장치 (60) 는, 수직으로 배치된 원통형 본체 유닛 (62a) 과 수직으로 배치된 뚜껑 유닛 (62b) 으로 구성되는 수직으로 배치된 반응 용기 (62) 를 포함한다. 기판 홀더 (63) 는 수평으로 놓인다. 다른 구성 요소들의 배치는 본질적으로 도 2 의 구성 요소들의 배치와 동일하다. 수직의 반응 용기 (62) 는 협소한 공간에 반응 용기를 설치해야만 하는 경우에 유리하게 사용될 수 있다. The apparatus 60 in FIG. 3 comprises a vertically arranged reaction vessel 62 consisting of a cylindrical body unit 62a arranged vertically and a lid unit 62b arranged vertically. The substrate holder 63 lies horizontally. The arrangement of the other components is essentially the same as the arrangement of the components of FIG. 2. The vertical reaction vessel 62 can be advantageously used when the reaction vessel must be installed in a narrow space.

도 4 는 석영 박막을 제조하기 위한 본 발명에 따른 장치의 다른 실시형태를 나타낸다. 도 4 의 장치는 반응 용기 (12) 둘레에 배치된 3 개의 유닛 (31, 32, 33) 으로 나뉜 가열 수단을 포함한다. 반응 용기 (12) 는 3 개의 차폐판 (91, 92, 93) 포함한다. 4 shows another embodiment of an apparatus according to the invention for producing a quartz thin film. The apparatus of FIG. 4 comprises heating means divided into three units 31, 32, 33 arranged around the reaction vessel 12. The reaction vessel 12 includes three shield plates 91, 92, 93.

통상, 반응 용기의 양단 영역의 온도는 중앙 영역의 온도보다 낮다. 가스 온도의 차이는 대류 순환을 일으킨다. 반응 용기 안에서의 기상 혼합물의 순환은, 기판의 온도뿐만 아니라 실리콘 알콕시드와 산소 사이의 비를 변화시키거나 변동시킨다. 이러한 변동이나 변화는 생산된 석영 박막의 품질 저하를 초래 한다. Usually, the temperature of both ends of the reaction vessel is lower than the temperature of the central region. Differences in gas temperature cause convective circulation. The circulation of the gas phase mixture in the reaction vessel changes or varies the ratio between silicon alkoxide and oxygen as well as the temperature of the substrate. These fluctuations or changes lead to deterioration of the quality of the quartz film produced.

차폐판 (91, 92) 은 제 1 가스 유입관 (21) 의 전단, 제 2 가스 유입관 (22) 의 전단, 그리고 기판 홀더 (13) 를 둘러싸도록 배치된다. 차폐판 (91, 92) 각각은 도입된 가스들을 통과시킬 수 있는 개구를 갖는다. 예를 들어, 차폐판 (92) 은, 중앙 위치에서의 상부 영역으로부터 우측위치에서의 상부 영역으로 이동하는 가스의 흐름을 방해하는 역할뿐만 아니라 우측 위치에서의 하부 영역으로부터 중앙 위치에서의 하부 영역으로 이동하는 가스의 흐름을 방해하는 역할도 한다. 그러므로 가스의 순환이 효과적으로 감소한다. 따라서, 차폐판 (91, 92) 에 의해 장착된 기판의 온도 변동이나 변화가 감소하고 가상 혼합물의 조성비가 안정하게 유지된다.The shield plates 91 and 92 are arranged to surround the front end of the first gas inlet pipe 21, the front end of the second gas inlet pipe 22, and the substrate holder 13. Each of the shield plates 91 and 92 has an opening through which the introduced gases can pass. For example, the shield plate 92 serves to hinder the flow of gas moving from the upper region at the center position to the upper region at the right position as well as the lower region at the central position to the lower region at the right position. It also interferes with the flow of moving gas. Therefore, the circulation of gas is effectively reduced. Therefore, the temperature fluctuations or changes of the substrate mounted by the shield plates 91 and 92 are reduced and the composition ratio of the virtual mixture is kept stable.

차폐판 (91, 92) 에 추가하여, 차폐판 (92) 바로 앞에 가스의 순환을 더 효율적으로 감소시키도록 다른 차폐판을 두어도 된다. 또한, 1 개에서 4 개까지 추가의 차폐판을 추가로 두어도 된다. In addition to the shield plates 91 and 92, other shield plates may be provided immediately before the shield plate 92 to more effectively reduce the circulation of the gas. In addition, one to four additional shielding plates may be further provided.

도 5 및 도 6 은 도 4 의 차폐판 (91, 92) 의 평면도(좌측에서 바라본)를 각각 나타낸다. 도 5 에 나타내는 바와 같이, 차폐판 (91) 은 개구(관통 구멍) (91a) 를 가지며, 이 개구를 관통하여 제 1 가스 유입관 (21) 및 제 2 가스 유입관 (22) 이 돌출되고, 또한 이 개구를 관통하여 제 3 가스 유입구 (23) 로부터 공급된 반응 촉진제 함유 가스와 제 4 가스 유입구 (24) 로부터 공급된 희석용 가스가 기판을 향해 유동한다. 도 6 의 차폐판 (92) 은, 개구(즉, 관통 구멍) (92a) 를 가지며 이 개구를 통해서 미반응 가스와 캐리어 가스(또는 희석용 가스)가 가스 배 출구를 가진 뚜껑 유닛을 향해 유동하게 된다. 마찬가지로, 도 4 의 차폐판 (93) 은 개구(관통 구멍) (93a) 를 가진다. 차폐판은 석영으로 만들어도 된다. 5 and 6 show plan views (viewed from the left) of the shield plates 91 and 92 of FIG. 4, respectively. As shown in FIG. 5, the shielding plate 91 has an opening (through hole) 91a, and the 1st gas inflow pipe 21 and the 2nd gas inflow pipe 22 protrude through this opening, The reaction accelerator-containing gas supplied from the third gas inlet 23 and the dilution gas supplied from the fourth gas inlet 24 flow through the opening toward the substrate. The shield plate 92 of FIG. 6 has an opening (i.e., a through hole) 92a through which unreacted gas and carrier gas (or diluent gas) flow toward the lid unit having a gas outlet. do. Similarly, the shielding plate 93 of FIG. 4 has an opening (through hole) 93a. The shielding plate may be made of quartz.

도 4의 장치 (70) 는 이하의 방법으로 조립할 수 있다. 가스 유입관 (21, 22) 및 가스 유입구 (23, 24) 를 가지는 원통형 용기 (12a) 와, 뚜껑 유닛 (12b) 을 제조한다. 차폐판 (91) 과 내측 실린더 (102) 를 용기의 개구로부터 용기 (12a) 내로 삽입함으로써, 차폐판 (91) 은 내측 실린더 (102) 와 용기 (12a) 안에 이미 배치된 고정 보조 수단 (101) (링의 형태로 됨) 사이에서 용기 (12a) 안에 고정된다. 그리고나서, 기판 홀더 (13) 가 고정되는 차폐 실린더 (15), 차폐판 (93), 다른 내측 실린더 (103), 차폐판 (92), 그리고 또 다른 내측 실린더 (104) 를 용기 (12a) 안으로 차례로 삽입한다. 이후, 뚜껑 유닛 (12b) 을 O링 (18) 을 통해 용기 (12a) 와 결합시킨다. The apparatus 70 of FIG. 4 can be assembled by the following method. The cylindrical container 12a which has the gas inflow pipes 21 and 22 and the gas inflow ports 23 and 24 and the lid unit 12b are manufactured. By inserting the shielding plate 91 and the inner cylinder 102 from the opening of the container into the container 12a, the shielding plate 91 is fixed fixing means 101 already disposed in the inner cylinder 102 and the container 12a. It is fixed in the container 12a between (in the form of a ring). Then, the shield cylinder 15, the shield plate 93, the other inner cylinder 103, the shield plate 92, and another inner cylinder 104 to which the substrate holder 13 is fixed are inserted into the container 12a. Insert one by one. Thereafter, the lid unit 12b is engaged with the container 12a through the O-ring 18.

고정 보조 수단 (101) 과 내측 실린더 (102, 103, 104) 를 석영으로 만들어도 된다. 이들의 내면을 기상의 실리콘 산화물에 불활성의 재료로 코팅하여도 된다. The fixing auxiliary means 101 and the inner cylinders 102, 103, 104 may be made of quartz. These inner surfaces may be coated with a gaseous silicon oxide with an inert material.

본 발명의 장치가 기판상에 석영 박막을 제조하기 위해 사용된다면, 기상의 실리콘 알콕시드가 산소에 의해 산화되기 앞서, 반응 용기 안에서 양호하게 확산 되게 된다. 그러므로 균일한 두께를 가지는 석영 박막을 용이하게 제조할 수 있다. 또한, 기상의 실리콘 산화물(즉, 이산화실리콘)에 불활성의 재료로 된 내측면을 가지는 차폐 실린더를 반응 용기 안에서 기판 홀더 둘레에 둔다면, 이 반 응 용기의 사용 수명이 연장되고, 석영 박막의 산출량이 증가한다. If the device of the present invention is used to produce a quartz thin film on a substrate, it will diffuse well in the reaction vessel before the gaseous silicon alkoxide is oxidized by oxygen. Therefore, a quartz thin film having a uniform thickness can be easily manufactured. In addition, if a shielding cylinder having an inner surface made of a material inert to gaseous silicon oxide (i.e. silicon dioxide) is placed around the substrate holder in the reaction vessel, the service life of the reaction vessel is extended and the yield of the quartz thin film is increased. Increases.

그러므로, 상기 개시한 방법에 의하면, 본 발명의 장치는 산업상 석영 박막을 제조하는데, 특히, 우선적인 특정 방위 지향 AT-cut 평면으로 성장된 석영 박막을 제조하는데 바람직하게 사용될 수 있다. Therefore, according to the above-described method, the apparatus of the present invention can be preferably used for producing an industrial quartz thin film, in particular, for producing a quartz thin film grown with a specific orientation-oriented AT-cut plane first.

Claims (15)

석영으로 만들어지며 가스 배출구를 구비한 반응 용기,A reaction vessel made of quartz and having a gas outlet, 상기 반응 용기 안에 배치된 기판 홀더,A substrate holder disposed in the reaction vessel, 외측단을 통해서 실리콘 알콕시드 원료 저장 용기에 연결되고 상기 기판 홀더 상에 고정된 기판 또는 이 기판 주위의 평면과는 거리를 두고 대향하는 내측단을 갖는 제 1 가스 유입관,A first gas inlet pipe connected to a silicon alkoxide raw material storage container via an outer end and having an inner end opposed to a substrate fixed on the substrate holder or a plane around the substrate, 외측단을 통해서 산소 함유 가스 원료 저장 용기에 연결되고 상기 기판 홀더 상에 고정된 기판 또는 이 기판 주위의 평면과는 이 기판과 상기 제 1 가스 유입관의 내측단 사이의 거리보다 작은 거리를 두고 대향하는 내측단을 갖는 제 2 가스 유입관를 포함하는 석영 박막 제조 장치. A substrate connected to an oxygen-containing gas raw material storage container through the outer end and fixed on the substrate holder or opposed to a plane around the substrate at a distance smaller than the distance between the substrate and the inner end of the first gas inlet pipe. Quartz thin film manufacturing apparatus comprising a second gas inlet tube having an inner end. 석영으로 만들어지며 가스 배출구를 구비한 반응 용기, A reaction vessel made of quartz and having a gas outlet, 상기 반응 용기 안에서 그 내면을 따라 배치되며 기상의 실리콘 산화물에 대해 불활성의 재료로 만들어진 내면을 갖는 차폐 실린더, A shielding cylinder disposed along the inner surface of the reaction vessel and having an inner surface made of a material inert to gaseous silicon oxide, 상기 차폐 실린더 안에 배치되는 기판 홀더, A substrate holder disposed in the shield cylinder, 외측단을 통해서 실리콘 알콕시드 원료 저장 용기에 연결되고 상기 기판 홀더 상에 고정되는 기판 또는 이 기판 주위의 평면과는 거리를 두고 대향하는 내측단을 갖는 제 1 가스 유입관, 그리고A first gas inlet pipe having an inner end opposed to a substrate or a plane around the substrate connected to the silicon alkoxide raw material storage container through the outer end and fixed on the substrate holder, and 외측단을 통해서 산소 함유 가스 원료 저장 용기에 연결되고 상기 기판 홀더 상에 고정되는 기판 또는 이 기판 주위의 평면과 대향하는 내측단을 갖는 제 2 가스 유입관을 포함하는 석영 박막 제조 장치. And a second gas inlet tube having an inner end opposite to a plane around the substrate or a substrate fixed to the substrate holder and connected to an oxygen-containing gas raw material storage vessel through an outer end. 제 2 항에 있어서, 상기 제 2 가스 유입관은, 상기 기판 홀더 상에 고정되는 기판 또는 이 기판 주위의 평면과는 이 기판과 상기 제 1 가스 유입관의 내측단 사이의 거리보다 작은 거리를 두고 대향하는 내측단을 갖는 것을 특징으로 하는 석영 박막 제조 장치. 3. The second gas inlet pipe of claim 2, wherein the second gas inlet pipe has a distance fixed to the substrate holder or a plane around the substrate less than a distance between the substrate and an inner end of the first gas inlet pipe. An apparatus for producing a quartz thin film, which has opposing inner ends. 제 2 항에 있어서, 상기 차폐 실린더의 내면의 재료는 산화 알루미늄, 실리콘 카바이드 또는 질화규소(Si3N4)인 것을 특징으로 하는 석영 박막 제조 장치. The apparatus of claim 2, wherein the material of the inner surface of the shielding cylinder is aluminum oxide, silicon carbide or silicon nitride (Si 3 N 4 ). 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 외측단을 통해서 반응 촉진제 원료 저장 용기에 연결되고 상기 반응 용기의 내부 공간과 대향하는 내측단을 갖는 제 3 가스 유입구를 가지는 것을 특징으로 하는 석영 박막 제조 장치. The quartz thin film manufacturing apparatus according to claim 1 or 2, further comprising a third gas inlet connected to the reaction promoter raw material storage container through an outer end and having an inner end opposed to an inner space of the reaction container. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 반응 촉진제는 염화 수소 또는 암모니아인 것을 특징으로 하는 석영 박막 제조 장치. The quartz thin film production apparatus according to claim 1 or 2, wherein the reaction promoter is hydrogen chloride or ammonia. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 반응 용기는 서로 기계적으로 분리가 능한 원통 형상의 본체 유닛과 뚜껑 유닛으로 구성되고, 상기 원통 형상의 본체 유닛은 일단에서 개구를 가지며 타단에서 모든 가스 유입구를 가지고, 상기 뚜껑 유닛은 일단에서 가스 배출구를 가지며 타단에서 상기 원통 형상의 본체 유닛의 개구에 결합하는 개구를 가지는 것을 특징으로 하는 석영 박막 제조 장치. 3. The reaction vessel according to claim 1 or 2, wherein the reaction vessel is composed of a cylindrical body unit and a lid unit which can be mechanically separated from each other, wherein the cylindrical body unit has an opening at one end and all gas inlets at the other end. And the lid unit has a gas outlet at one end and an opening coupled to the opening of the cylindrical body unit at the other end. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 제 2 가스 유입관은 안쪽으로 뻗는 메인 파이프 유닛과, 상기 메인 파이프 유닛의 전단에 결합되는 상부 개방 유닛으로 구성되고, 상기 상부 개방 유닛은 상기 메인 파이프 유닛으로부터 기계적으로 분리가능한 것을 특징으로 하는 석영 박막 제조 장치. The gas inlet pipe of claim 1 or 2, wherein the second gas inlet pipe includes a main pipe unit extending inwardly and an upper opening unit coupled to a front end of the main pipe unit, wherein the upper opening unit is the main pipe unit. Apparatus for producing a quartz thin film, which is mechanically separable from the. 제 8 항에 있어서, 상기 상부 개방 유닛이 굽혀져 있는 것을 특징으로 하는 석영 박막 제조 장치. The quartz thin film manufacturing apparatus according to claim 8, wherein the upper opening unit is bent. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 제 1 가스 유입관은 안쪽으로 뻗는 메인 파이프 유닛과, 상기 메인 파이프 유닛의 전단에 결합되는 상부 개방 유닛으로 구성되고, 상기 상부 개방 유닛은 상기 메인 파이프 유닛으로부터 기계적으로 분리가능한 것을 특징으로 하는 석영 박막 제조 장치. The gas inlet pipe of claim 1 or 2, wherein the first gas inlet pipe includes a main pipe unit extending inward, and an upper opening unit coupled to a front end of the main pipe unit, wherein the upper opening unit is the main pipe unit. Apparatus for producing a quartz thin film, which is mechanically separable from the. 제 7 항에 있어서, 상기 원통 형상의 본체 유닛은 수평으로 배치되고, 상기 기판 홀더는 경사지게 배치되는 것을 특징으로 하는 석영 박막 제조 장치. The quartz thin film manufacturing apparatus according to claim 7, wherein the cylindrical main body unit is disposed horizontally, and the substrate holder is disposed obliquely. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 반응 용기가 투명한 벽을 가지는 것을 특징으로 하는 석영 박막 제조 장치. The quartz thin film production apparatus according to claim 1 or 2, wherein the reaction vessel has a transparent wall. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 반응 용기 둘레에 배치되는 가열 수단을 가지는 것을 특징으로 하는 석영 박막 제조 장치. The quartz thin film production apparatus according to claim 1 or 2, further comprising heating means arranged around the reaction vessel. 제 13 항에 있어서, 상기 가열 수단은 제 1 가스 유입관으로부터 기판 홀더의 방향으로 복수의 유닛으로 나뉘고, 각각의 가열 유닛의 가열 조건은 다른 가열 유닛과는 독립적으로 조절 가능한 것을 특징으로 하는 석영 박막 제조 장치. 14. The quartz thin film according to claim 13, wherein the heating means is divided into a plurality of units in a direction from the first gas inlet pipe to the substrate holder, and heating conditions of each heating unit are independently adjustable from other heating units. Manufacturing device. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 반응 용기는 가스들을 통과시킬 수 있는 개구를 가지는 적어도 두 개의 차폐판을 더 가지며, 제 1 및 제 2 유입관의 내측단과 기판 홀더는 이들 두 차폐판으로 둘러싸인 공간 안에 배치되는 것을 특징으로 하는 석영 박막 제조 장치. 3. The reaction vessel of claim 1 or 2, wherein the reaction vessel further has at least two shielding plates having openings through which gases can pass, wherein the inner ends of the first and second inlet tubes and the substrate holder are connected to these two shielding plates. An apparatus for producing a quartz thin film, which is disposed in an enclosed space.
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