KR20230120101A - 반응기 냉각 시스템 - Google Patents

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KR20230120101A
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plate
cooling system
metal tube
cooling
cooling fluid
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KR1020230015184A
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로한 비제이 레인
지안큐우 황
제이슨 버가드
잉종 부
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에이에스엠 아이피 홀딩 비.브이.
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Abstract

가스 분배 섹션 및 하부 챔버 섹션을 포함하는 기상 반응기 시스템의 다양한 섹션을 냉각하기 위한 냉각 시스템이 개시된다. 예시적인 냉각 시스템은 기상 반응기 시스템의 온도를 조절하기 위한 냉각 플레이트를 포함한다.

Description

반응기 냉각 시스템 {Reactor Cooling System}
본 발명은 일반적으로 기상 반응기 시스템(gas-phase reactor system)에 관한 것이다. 보다 구체적으로는, 본 개시는 기상 반응기 시스템과 함께 사용하기에 적합한 냉각 시스템에 관한 것이다.
화학 기상 증착(chemical vapor deposition; CVD) 등과 같은 기상 반응기(gas-phase reactor)들은 기판 표면 상의 재료를 증착 및 에칭하고, 기판 표면을 세정하는 것을 포함하는 다양한 응용 분야에 사용될 수 있다. 예를 들어, 기상 반응기들은 반도체 디바이스, 평면 패널 디스플레이 디바이스, 광전지 디바이스, 미세 전자 기계 시스템(microelectromechanical system; MEMS) 등을 형성하기 위해 기판 상의 계층들을 증착하는 데 사용될 수 있다.
장치를 제조하는 동안, 기판을 가열하여 그 위에서의 표면 반응을 용이하게 하고 기상 반응기 시스템의 일부를 냉각시켜 원하는 증착 및/또는 에칭 속도를 얻으면서, 기판 표면 상에서 증착 및/또는 에칭된 재료의 불균일성을 완화시키는 것이 종종 바람직한다. 반응기 시스템의 일부를 냉각시키는 것은 또한 반응 챔버의 표면 또는 내부에서 원하지 않는 반응을 완화할 수 있다.
일부 냉각 시스템은 냉각 플레이트를 사용하여 기상 반응기 시스템의 일부를 냉각시킨다. 이러한 냉각 시스템은 냉각 플레이트의 갈바닉 및 공식(pitting corrosion)에 취약할 수 있으며, 이로 인해 기상 반응기 시스템의 일부의 냉각 불균일성이 증가할 수 있으며, 이로 인해 기상 반응기 시스템 내 증착, 에칭 또는 세정 공정의 불균일성이 증가할 수 있다. 또한, 전형적인 냉각 시스템의 결점 때문에, 전형적인 냉각 시스템의 듀티 사이클은 비교적 낮을 수 있고/있거나 반응 챔버 - 예를 들어 동일한 반응기 시스템 내의 반응 챔버 간에 다를 수 있다. 동작 동안 열적 불균일성을 완화시킬 수 있는 냉각 시스템을 사용하는 것이 일반적으로 바람직하다. 추가로 또는 대안으로, 냉각 시스템의 듀티 사이클이 상대적으로 높은 것이 바람직하다. 또한, 일반적으로 냉각 시스템 간에 일관성을 유지하는 것이 바람직하다.
이 섹션에 명시된 문제 및 솔루션에 대한 논의를 포함하는 모든 논의는 본 개시에 대한 맥락을 제공하기 위한 목적으로만 본 개시에 포함되었으며, 논의의 일부 또는 전부가 발명이 이루어거나 아니면 선행기술을 구성하는 당시에 알려져 있었다는 것을 인정하는 것으로 간주되어서는 안 된다.
본 개시의 다양한 실시예들에 따르면, 기상 반응기용 냉각 시스템이 제공된다. 예시적인 냉각 시스템은 제1 표면, 제1 폭 및 제1 두께를 포함하는 제1 플레이트 그리고 제2 표면, 제2 폭 및 제2 두께를 포함하는 제2 플레이트를 포함할 수 있다. 제1 플레이트 내에 홈(groove)이 형성될 수 있으며 제1 플레이트의 제1 표면까지 연장될 수 있다. 제1 플레이트 및 제2 플레이트가 제1 표면 및 제2 표면에서 함께 결합되어 제2 표면의 일부에 의해 둘러싸인 홈을 포함하는 도관을 형성할 수 있다. 실시예들의 예들에 따르면, 도관 내에 금속 튜브가 배치될 수 있으며; 금속 튜브는 금속 튜브의 제1 단부에 있는 냉각 유체 입구 및 금속 튜브의 제2 단부에 있는 냉각 유체 출구를 포함할 수 있다.
실시예들의 예들에 따르면, 제1 플레이트 및 제2 플레이트는 알루미늄을 포함하거나 알루미늄으로 형성될 수 있다. 추가로, 제1 플레이트 및 제2 플레이트는 제1 표면 및 제2 표면에서 함께 납땜될 수 있다. 실시예들의 예들에 따르면, 금속 튜브는 스테인리스 스틸을 포함하거나 스테인리스 스틸로 형성될 수 있다.
실시예들의 예들에 따르면, 제1 플레이트 및 제2 플레이트는 각각 부분 환상 구조를 형성할 수 있다. 제2 플레이트는 내경 및 외경을 포함할 수 있다. 홈은 내경보다 크고 외경보다 작은 홈 직경을 포함하는 아치형 형상을 포함할 수 있다.
실시예들의 예들에 따르면, 제1 플레이트 및 제2 플레이트는 환형 구조를 각각 형성할 수 있으며, 제1 플레이트는 내경 및 외경을 포함한다. 홈은 연속적일 수 있고 복수의 동심 아치형 섹션을 포함할 수 있다.
본 개시의 추가 실시예들에 따르면, 다른 예시적인 냉각 시스템이 제공된다. 냉각 시스템은 제1 플레이트 및 제2 플레이트를 포함할 수 있고, 여기서 제1 플레이트 및 제2 플레이트는 용접 및 납땜 재료 중 하나 이상을 사용하여 결합될 수 있다. 제1 플레이트는 제1 표면, 제1 두께 및 제1 폭을 포함할 수 있다. 홈은 제1 플레이트 내에 형성될 수 있다. 홈은 제1 플레이트의 제1 표면까지 연장될 수 있다. 제2 플레이트는 제1 층 및 제2 층을 포함할 수 있다. 제2 플레이트는 제2 두께 및 제2 폭을 포함할 수 있다. 제1 플레이트 및 제2 플레이트는 제1 표면 및 제1 층에서 용접 및 납땜 재료 중 하나 이상을 사용하여 결합될 수 있다. 제1 층 및 제1 표면은 제1 층의 일부에 의해 둘러싸인 홈을 포함하는 도관을 형성할 수 있다. 냉각 시스템은 또한 냉각 유체 입구 및 냉각 유체 출구를 포함할 수 있다. 냉각 유체 입구 및 냉각 유체 출구는 도관에 유체 연결된다.
실시예들의 예들에 따르면, 제2 층은 제2 금속으로 형성될 수 있다. 제1 층은 스테일리스 스틸을 포함하거나 스테인리스 스틸로 형성될 수 있다. 제1 플레이트는 스테인리스 스틸을 포함하거나 스테인리스 스틸로 형성될 수 있다. 용접은 제2 플레이트의 제1 층 및 제1 플레이트의 제1 표면과 직접 접촉할 수 있다.
실시예들의 예들에 따르면, 냉각 시스템은 금속 튜브를 포함할 수 있다. 금속 튜브는 도관 내에 배치될 수 있다. 따라서, 홈은 냉각 유체 입구와 냉각 유체 출구 사이의 사형 경로(serpentine path)를 포함할 수 있다. 홈은 또한 냉각 유체 입구와 냉각 유체 출구 사이의 연속 사형 경로를 포함한다.
예시적인 냉각 시스템은 냉각 유체 입구 및 냉각 유체 출구를 냉각 유체 소스에 연결하기 위한 결합 어셈블리(coupling assembly)를 더 포함할 수 있다.
본 개시의 추가 실시예들에 따르면, 냉각 시스템을 포함하는 기상 반응기가 제공된다. 기상 반응기는 상부 영역 및 하부 영역을 포함하는 반응 챔버를 포함할 수 있다. 상부 영역 내에 샤워헤드가 배치될 수 있다. 제1 냉각 시스템은 하부 영역 아래에 배치될 수 있다. 제1 냉각 시스템은 본원에 설명된 냉각 시스템일 수 있다. 추가로 또는 대안으로, 기상 반응기는 본원에 설명된 냉각 시스템과 같은 제2 냉각 시스템을 포함한다. 제2 냉각 시스템은 샤워헤드 위에 배치될 수 있다. 예시적인 기상 반응기 시스템은 하나 이상의 냉각 시스템을 포함할 수 있다.
이들 및 다른 실시예들은 첨부된 도면들을 참조하는 특정 실시예들의 다음의 상세한 설명으로부터 당업자에게 용이하게 명백해질 것이며; 본 발명은 개시된 임의의 특정 실시예(들)로 제한되지 않는다.
본 개시의 예시적인 실시예들에 대한 보다 완전한 이해는 다음의 예시적인 도면들과 관련하여 고려될 때 상세한 설명 및 청구범위를 참조함으로써 도출될 수 있다.
도 1a는 본 개시의 예시적인 실시예들에 따른 냉각 시스템의 사시도를 예시한다.
도 1b는 본 개시의 예시적인 실시예들에 따른 냉각 시스템의 상면도를 예시한다.
도 2는 본 개시의 예시적인 실시예들에 따른 냉각 시스템의 제1 플레이트를 예시한다.
도 3a는 본 개시의 예시적인 실시예들에 따른 다른 냉각 시스템을 예시한다.
도 3b는 본 개시의 예시적인 실시예들에 따른 냉각 시스템의 상면도를 예시한다.
도 4는 본 개시의 예시적인 실시예들에 따른 냉각 시스템의 제1 플레이트의 상면도를 예시한다.
도 5는 본 개시의 예시적인 실시예들에 따른 냉각 시스템의 단면도를 예시한다.
도 6은 본 개시의 예시적인 실시예들에 따른 냉각 시스템의 단면도를 예시한다.
도 7a는 본 개시의 예시적인 실시예들에 따른 냉각 시스템과 함께 사용하기에 적합한 기상 반응기의 한 챔버의 일부의 사시 단면도를 예시한다.
도 7b는 본 개시의 예시적인 실시예들에 따른 기상 반응기의 사시도를 예시한다.
도 7c는 본 개시의 예시적인 실시예들에 따른 환형 냉각 시스템을 갖는 기상 반응기의 상면도를 예시한다.
도 7d는 본 개시의 예시적인 실시예들에 따른 부분 환형 냉각 시스템을 갖는 기상 반응기의 저면도를 예시한다.
도면들의 요소들은 단순성과 명료성을 위해 예시되었으며 반드시 일정한 비율로 그려지지는 않았다는 것이 이해될 것이다. 예를 들어, 도면들의 요소들 중 일부의 치수는 본 개시의 예시된 실시예들의 이해를 향상시키는 데 도움이 되도록 다른 요소들에 비해 과장될 수 있다.
특정 실시예들 및 예들이 아래에 개시되어 있지만, 본 발명은 구체적으로 개시된 실시예들 및/또는 본 발명의 용도 및 이의 명백한 수정들 및 균등물들을 넘어 확장된다는 것이 당업자에 의해 이해될 것이다. 따라서, 본 발명의 범위가 하기에 설명된 특정 개시된 실시예들에 의해 제한되어서는 안 되는 것으로 의도된다.
본 개시는 일반적으로 하나 이상의 냉각 플레이트를 사용하여 기상 반응기 시스템의 일부를 냉각시키기 위한 냉각 시스템에 관한 것이다. 예로서, 냉각 시스템은 바이메탈(bi-metal) 냉각 시스템 또는 납땜 냉각 시스템을 포함할 수 있다. 예시적인 냉각 시스템은 가스 분배 장치(예를 들어, 샤워헤드) 및/또는 반응기의 하부 챔버와 같은 기상 반응기 시스템의 다양한 부분 또는 일부을 냉각시키는 데 사용될 수 있다. 예시적인 기상 반응기 시스템은 냉각 시스템의 다양한 조합을 포함할 수 있다.
예시적인 냉각 시스템은 제1 플레이트 및 제2 플레이트를 포함할 수 있다. 이러한 실시예들의 예들에 따르면, 제1 플레이트는 홈을 포함할 수 있고, 제2 플레이트는 제2 표면과 홈이 도관을 형성할 수 있도록 제1 플레이트의 제1 표면에 결합된 제2 표면을 포함할 수 있다. 도관은 냉각 시스템에 냉각제를 순환시키는 냉각 채널로 사용될 수 있다. 본 개시의 예들에 따르면, 금속 튜브는 도관 내에 배치될 수 있다.
본 개시에서, 변수의 임의의 두 숫자는 변수의 실행 가능한 범위를 구성할 수 있으며, 표시된 모든 범위는 엔드포인트를 포함하거나 제외할 수 있다. 추가로, 표시된 변수의 임의의 값들("약"으로 표시되었는지 여부에 관계없이)은 정확한 값들 또는 대략적인 값들을 지칭할 수 있고 등가물들을 포함할 수 있으며, 일부 실시예들에서는 평균, 중앙값, 대표, 다수 등을 지칭할 수 있다. 또한, 본 개시에서, "포함하는", "로 구성되는" 및 "갖는"이라는 용어들은 독립적으로 "전형적으로 또는 광범위하게 포함하는", "포함하는", "필수적으로 구성하는" 또는 "구성하는"을 지칭할 수 있다. 본 개시에서, 임의의 정의된 의미는 일부 실시예들에서는 통상적이고 관례적인 의미를 반드시 배제하지는 않는다.
이제 도면들로 돌아가서, 도 1a 및 1b는 본 개시의 예들에 따른 예시적인 냉각 시스템(100)을 예시한다. 냉각 시스템(100)은 제1 표면(104), 제1 폭(106) 및 제1 두께(108)를 포함하는 제1 플레이트(102)를 포함할 수 있다. 냉각 시스템(100)은 제2 표면(112), 제2 폭(114) 및 제2 두께(116)를 포함하는 제2 플레이트(110)를 더 포함할 수 있다. 제1 플레이트(102)와 제2 플레이트(110)는 제1 플레이트(102)와 제2 플레이트(110) 사이에 밀봉부를 생성하기 위해 플레이트들을 함께 납땜하거나 플레이트들을 함께 용접하는 등의 방법으로 제1 표면(104)과 제2 표면(112)에서 결합될 수 있다. 제1 플레이트(102) 및/또는 제2 플레이트(110)는 예를 들어 알루미늄 또는 알루미늄을 포함하는 금속과 같은 금속으로 형성될 수 있다.
본 개시의 예들에 따르면, 제1 폭(106)은 제2 폭(114)보다 크다. 제2 두께(116)는 제1 두께(108)보다 클 수 있다. 제1 두께(108)는 1센티미터 내지 10센티미터, 2센티미터 내지 8센티미터, 또는 4센티미터 내지 6센티미터일 수 있다. 제2 두께(116)는 2센티미터 내지 15센티미터, 4센티미터 내지 12센티미터, 또는 6센티미터 내지 10센티미터일 수 있다. 제1 폭(106)은 140밀리미터 내지 420밀리미터일 수 있다. 제2 폭(114)은 25밀리미터 내지 290밀리미터일 수 있다.
도 1a 및 1b룰 더 참조하면, 냉각 시스템(100)은 냉각 유체 어셈블리(122)를 포함할 수 있다. 냉각 유체 어셈블리(122)는 냉각 유체 입구(118) 및 냉각 유체 출구(120)를 포함할 수 있다. 냉각 유체 어셈블리(122)는 냉각 유체 입구(118)가 냉각 유체 소스로부터 냉각제를 수용할 수 있도록 냉각 시스템(100)을 냉각 유체 소스(미도시)에 연결하도록 구성된다. 냉각 유체 출구(120)는 냉각제를 냉각 유체 소스로 재순환시킬 수 있다. 냉각제는 냉각수, 냉각 탈이온수 또는 임의의 다른 적합한 냉각수를 포함할 수 있다.
도 2를 참조하면, 제1 플레이트(102)는 제1 표면(104)으로부터 제1 플레이트(102) 내로 연장되는 홈(128)을 포함할 수 있다. 제1 표면(104) 및 제2 표면(112)이 함께 결합될 때, 이들은 제2 표면(112)의 일부에 의해 둘러싸인 홈(128)을 포함하는 도관을 형성할 수 있다. 금속 튜브(130)는 도관 내에 배치될 수 있다. 금속 튜브(130)는 스테인리스 스틸, 알루미늄, 알루미늄 합금, 부동태화 니켈, 하스텔로이 등을 포함하거나 이들로 형성될 수 있다. 냉각 유체 입구(118)는 금속 튜브(130)의 제1 단부에 있을 수 있고 냉각 유체 출구(120)는 금속 튜브(130)의 제2 단부에 있을 수 있다.
도 1a, 1b 및 2를 계속 참조하면, 제1 플레이트(102) 및 제2 플레이트(110) 각각은 환형(annular) 구조(예를 들어, 환형 링(annular ring) 형상)를 형성할 수 있다. 제2 플레이트(110)는 내경(124) 및 외경(126)을 포함할 수 있다. 홈(128)은 연속적일 수 있고 복수의 동심 아치형 섹션을 포함할 수 있다. 복수의 동심 아치형 섹션은 제1 아치형 섹션(140) 및 제2 아치형 섹션(142)을 포함할 수 있다. 도 2에 예시된 바와 같이, 복수의 동심 아치형 섹션(140, 142)은 제1 플레이트(102)에서 사형 구조를 형성할 수 있다. 홈(128)은 내경(124)보다 크지만 외경(126)보다 작은 홈 직경(144)을 포함하는 아치형 형상을 포함할 수 있다. 다른 예들에 따르면, 도관은 도관에 금속 튜브(130)를 갖지 않고 냉각 유체용 냉각 채널로서 직접 사용될 수 있다.
도 3a 및 3b는 본 개시의 추가 예들에 따른 예시적인 냉각 시스템(200)을 예시한다. 냉각 시스템(200)은 제1 표면(204), 제1 폭(206) 및 제1 두께(208)를 포함하는 제1 플레이트(202)를 포함한다. 냉각 시스템(200)은 또한 제2 표면(212), 제2 폭(214) 및 제2 두께(216)를 포함하는 제2 플레이트(210)를 포함할 수 있다. 제1 플레이트(202) 및 제2 플레이트(210)는 플레이트들을 함께 납땜하거나, 플레이트들을 함께 용접함으로써, 또는 제1 플레이트(202)와 제2 플레이트(210) 사이에 밀봉부를 생성하는 다른 적절한 결합 방법에 의해 제1 표면(204) 및 제2 표면(212)에서 결합될 수 있다. 제1 플레이트(202) 및 제2 플레이트(210)는 알루미늄 또는 알루미늄을 포함하는 금속과 같은 금속으로 형성될 수 있다. 제1 폭(206)은 제2 폭(214)보다 클 수 있다. 제2 두께(216)는 제1 두께(208)보다 클 수 있다. 제1 두께(208)는 1센티미터 내지 10센티미터, 2센티미터 내지 8센티미터, 또는 4센티미터 내지 6센티미터일 수 있다. 제2 두께(216)는 2센티미터 내지 15센티미터, 4센티미터 내지 12센티미터, 또는 6센티미터 내지 10센티미터일 수 있다.
냉각 시스템(200)은 냉각 유체 입구(218) 및 냉각 유체 출구(220)를 포함하는 냉각 유체 어셈블리를 포함할 수 있다. 냉각 유체 어셈블리는 냉각 유체 입구(218)가 냉각 유체 소스로부터 냉각제를 수용할 수 있고 냉각 유체 출구(220)가 냉각 유체 소스로 냉각제를 재순환시킬 수 있도록 냉각 유체 소스(미도시)에 연결될 수 있다. 냉각제는 상술한 바와 같은 냉각제일 수 있다.
도 4를 참조하면, 제1 플레이트(202)는 제1 표면(204)으로부터 제1 플레이트(202) 내로 연장되는 홈(228)을 포함할 수 있다. 제1 표면(204) 및 제2 표면(212)이 함께 결합될 때, 제1 표면(204) 및 제2 표면(212)은 제2 표면(212)의 일부에 의해 둘러싸인 홈(228)을 포함하는 도관을 형성할 수 있다. 금속 튜브는 도관 내에 배치될 수 있다. 금속 튜브는 스테인리스 스틸, 알루미늄, 알루미늄 합금, 부동태화 니켈, 하스텔로이 등을 포함하거나 이들로 형성될 수 있다. 냉각 유체 입구(218)는 금속 튜브의 제1 단부에 있을 수 있고 냉각 유체 출구(220)는 금속 튜브의 제2 단부에 있을 수 있다.
도 3a, 3b 및 4를 참조하면, 제1 플레이트(202) 및 제2 플레이트(210)는 부분 환형 구조를 형성할 수 있다. 제2 플레이트(210)는 내경(224) 및 외경(226)을 포함할 수 있다. 홈(228)은 연속적일 수 있고 복수의 동심 아치형 섹션을 포함할 수 있다. 복수의 동심 아치형 섹션은 제1 아치형 섹션(240) 및 제2 아치형 섹션(242)을 포함할 수 있다. 도 4에 예시된 바와 같이, 복수의 동심 아치형 섹션(240, 242)은 제1 플레이트(202)에서 사형 구조를 형성할 수 있다. 홈(228)은 내경(224)보다 크지만 외경(226)보다 작은 홈 직경(244)을 포함하는 아치형 형상을 포함할 수 있다. 본 개시의 예들에 따르면, 도관은 도관에 금속 튜브를 갖지 않고 냉각 유체용 냉각 채널로서 직접 사용될 수 있다.
도 5는 냉각 시스템(100 또는 200)과 동일하거나 유사할 수 있는 냉각 시스템(500)의 단면도를 예시한다. 도 5는 납땜 또는 용접에 의해 결합된 제1 플레이트(502) 및 제2 플레이트(510)를 예시한다. 제1 플레이트(502) 및 제2 플레이트(510)는 알루미늄, 스테인리스 스틸, 알루미늄 합금, 부동태화 니켈, 하스텔로이 등과 같은 금속으로 형성될 수 있다. 제1 플레이트(502) 및 제2 플레이트(510)는 동일한 재료 또는 다른 재료로 형성될 수 있다. 제1 플레이트(502)는 제1 플레이트(102 또는 202)와 동일하거나 유사할 수 있다. 제2 플레이트(510)는 제2 플레이트(110 또는 210)와 동일하거나 유사할 수 있다. 제1 플레이트(502) 및 제2 플레이트(510)는 플레이트를 함께 납땜 또는 용접하기 위해 충진층(fill layer)(534)을 사용함으로써 함께 결합될 수 있다. 충진층(534)은 제1 플레이트(502)와 제2 플레이트(510)를 결합하기 위한 남땜 재료 또는 용접 재료일 수 있다. 납땜 재료는 니켈, 아연, 스틸 또는 (예를 들어, 알루미늄) 플레이트를 함께 납땜하기 위한 임의의 다른 적합한 금속이거나 이를 포함할 수 있다. 용접 재료는 알루미늄일 수 있거나 텅스텐, 또는 알루미늄을 함께 용접하기 위해 통상적으로 사용되는 임의의 다른 적합한 금속을 포함할 수 있다.
제1 플레이트(502)는 제1 플레이트(502) 내부로부터 제1 플레이트(502)의 상부 표면(504)까지 연장되는 홈(528)을 가질 수 있다. 홈(528)은 홈(128, 228)와 관련하여 전술한 바와 같을 수 있다. 홈(528)은 도관(532)을 형성하기 위해 제2 플레이트(510)에 의해 덮이거나 밀봉될 수 있다. 도관(532)은 냉각 시스템을 통해 냉각 유체를 전달하거나 순환시키는 냉각제 채널로서 사용될 수 있다. 일부 경우에, 냉각 유체를 냉각 시스템으로 전달하기 위해 금속 튜브(530)가 도관(532) 내에 배치될 수 있다. 금속 튜브(530)는 도 1a 내지 4와 관련하여 전술한 바와 같을 수 있다. 전술한 바와 같이, 냉각제는 금속 튜브(530)의 냉각 유체 입구에서 수용되어 금속 튜브(530)의 냉각 유체 출구를 통해 빠져나갈 수 있다.
도 6은 전술한 냉각 시스템(100 또는 200)으로서 구성될 수 있는 냉각 시스템(600)의 추가 실시예의 절개도를 예시한다. 냉각 시스템(600)은 제1 플레이트(602)의 제1 표면(640)과 제2 플레이트(610)의 표면에서 납땜 또는 용접함으로써 함께 결합될 수 있는 제1 플레이트(602) 및 제2 플레이트(610)를 포함할 수 있다. 제1 플레이트(602)는 제1 플레이트(102 또는 202)와 동일하거나 유사할 수 있다. 제2 플레이트(610)는 제2 플레이트(110 또는 210)와 동일하거나 유사할 수 있다. 제1 플레이트(602)는 제1 표면, 제1 두께, 제1 폭 및 홈(628)을 포함한다.
제2 플레이트(610)는 제2 층(606) 및 제1 층(608)을 포함하는 바이메탈 플레이트이고, 제2 플레이트(610)는 (제2 플레이트(110 및 210)와 유사한) 제2 두께 및 제2 폭을 포함한다. 제2 층(606) 및 제1 층(608)은 납땜 또는 용접함으로써 함께 결합될 수 있다. 제1 층(608)은 스테인리스 스틸을 포함하거나 스테인리스 스틸로 형성될 수 있다. 제2 층(606)은 알루미늄, 스테인리스 스틸, 알루미늄 합금, 부동태화 니켈, 하스텔로이 등과 같은 제2 금속을 포함하거나 이들로 형성될 수 있다.
제1 플레이트(602)는 예를 들어 스테인리스 스틸과 같은 금속으로 형성될 수 있다. 제1 플레이트(602) 및 제2 층(608)은 동일한 재료 또는 다른 재료로 형성될 수 있다. 제1 플레이트(602) 및 제2 플레이트(610)는 플레이트를 함께 납땜 또는 용접하기 위해 충진층(634)을 사용함으로써 함께 결합될 수 있다. 용접은 제2 플레이트(610)의 제1 층(608) 및 제1 플레이트(602)의 제1 표면(640)과 직접 접촉할 수 있다. 충진층(634)은 제1 플레이트(602)와 제2 플레이트(610)를 결합하기 위한 남땜 재료 또는 용접 재료일 수 있다. 납땜 재료는 니켈, 아연, 스틸 또는 임의의 다른 적합한 금속일 수 있다. 용접 재료는 텅스텐 또는 임의의 다른 적합한 금속일 수 있다.
제1 플레이트(602)는 제1 플레이트(602)의 제1 표면(640)으로부터 제1 플레이트(602)로 연장되는 홈(628)을 포함할 수 있다. 홈(628)은 전술한 홈(128 및/또는 228)과 동일한 형상일 수 있다. 홈(628)은 제1 표면(640) 및 제1 층(608)에서 용접 및 납땜 재료 중 하나 이상을 사용하여 제2 플레이트(610)에 의해 덮이거나 밀봉되어 제1 층(608)의 일부에 의해 둘러싸인 홈(628)을 포함하는 도관(632)을 형성할 수 있다. 냉각 유체 입구(118 및 218)와 같은 냉각 유체 입구 및 냉각 유체 출구(120 및 220)와 같은 냉각 유체 출구는 도관(632)에 유체 연결될 수 있다. 도관(632)은 상술한 바와 같이 냉각 유체 입구 및 냉각 유체 출구를 통해 냉각 유체를 냉각 시스템으로 전달하기 위한 냉각제 채널로서 사용될 수 있다. 일부 경우에, 냉각 유체를 냉각 시스템으로 전달하기 위해 금속 튜브(630)가 도관(632) 내에 배치될 수 있다. 금속 튜브(630)는 스테인리스 스틸, 알루미늄, 알루미늄 합금, 부동태화 니켈, 하스텔로이 등을 포함하거나 이들로 형성될 수 있다. 본원에 설명된 냉각 시스템은, 이에 제한되는 것은 아니나, ALD, CVD, 금속 유기 화학 기상 증착(metalorganic chemical vapor deposition; MOCVD), 분자 빔 에피택시(molecular beam epitaxy; MBE), 물리적 기상 증착(physical vapor deposition; PVD), 플라즈마 강화 화학 기상 증착(plasma-enhanced chemical vapor deposition; PECVD), 세정 및 에칭을 포함하는 다수의 프로세스를 위한 기상 반응기 시스템과 함께 이용될 수 있다.
도 7a 내지 7d는 본 개시의 예시적인 실시예들에 따른 기상 반응기 시스템(때때로 본원에서 간단히 시스템으로 지칭됨)(700)을 예시한다. 이와 관련하여, 도 7a는 예시적인 기상 반응기 시스템(700)의 하나의 반응 챔버(710)의 일부의 사시 단면도이다. 기상 반응기 시스템(700)은 다양한 반응기 시스템 설계에 사용하도록 구성될 수 있다. 도 7b, 7c 및 7d는 두 개의 반응 챔버(710) 및 적어도 하나의 냉각 시스템(790 및 780)을 포함하는 모듈을 예시한다. 기상 반응기 시스템(700)은 하나 이상의 반응 챔버(710)를 포함하며, 본체(712)는 측벽(713)을 정의하고 반응 챔버(710)의 바닥을 정의하는 플레이트(770)를 포함할 수 있다. 반응 챔버(710)는 하부 영역(714) 및 상부 영역(715)을 포함한다. 상부 영역(715)에는 서셉터(740) 위에 배치되고 기상 반응기 시스템(700)의 샤워헤드 덮개(lid)(730)에 의해 둘러싸인 샤워헤드(725)와 같은 가스 분배 장치가 제공된다. 기상 반응기 시스템(700)은 샤워헤드(725)를 통해 처리 가스를 상부 영역(715)으로 제공하기 위한 샤워헤드 덮개 개구부(736) 및 샤워헤드 입구(734)를 더 포함할 수 있다.
기상 반응기 시스템(700)은 또한 하부 영역(714) 및 상부 영역(715)을 정의하기 위해 서셉터(740)와 정합하도록 적응된 인터페이스 플레이트 어셈블리(760)를 포함한다. 반응 챔버(710)의 본체(712)는 바닥면(720)을 갖는다.
플레이트(770) 및/또는 하부 영역(714)의 온도를 제어하기 위해, 냉각 시스템을 제공하는 것이 바람직하다. 이를 염두에 두고, 제1 냉각 시스템(780)이 플레이트(770)의 바닥면(720)에 결합될 수 있다. 제1 냉각 시스템은 앞서 설명된 냉각 시스템(500 또는 600)일 수 있다. 도 7d에 도시된 바와 같이, 제1 냉각 시스템(780)은 냉각 시스템(200)과 같은 부분 환형 구조일 수 있다.
샤워헤드(725)와 샤워헤드 덮개(730)의 온도를 조절하는 것이 또한 바람직하다. 이를 염두에 두고, 제2 냉각 시스템(790)은 반응 챔버(710)의 샤워헤드 덮개(730)의 상부 표면에 결합될 수 있다. 제2 냉각 시스템(790)은 도 7a에는 도시되지 않았지만 도 7b 및 7c에는 도시되어 있다. 제2 냉각 시스템(790)은 앞서 설명된 냉각 시스템(500 또는 600)일 수 있다. 도 7c에 도시된 바와 같이, 제2 냉각 시스템(790)은 냉각 시스템(100)과 같은 부분 환형 구조일 수 있다. 냉각 시스템(780 및 790)은 또한 각각 결합 어셈블리(785 및 795)를 포함할 수 있다. 결합 어셈블리(785 및 795)는 냉각 시스템(100 및 200)과 관련하여 전술한 바와 같이, 각각의 냉각 시스템으로부터 냉각 유체 소스로의 냉각 유체 입구 및 냉각 유체 출구를 포함할 수 있다.
기상 반응기 시스템(700)은 450℃와 같은 상대적으로 높은 온도 상한에 대해 구성될 수 있다. 기상 반응기 시스템(700)의 컴포넌트들은 이러한 고온 어플리케이션에 사용하기 위한 다양한 재료로 제조될 수 있다. 예를 들어, 제한하는 것은 아니나, 서셉터(740)는 C22로 형성될 수 있고, 인터페이스 플레이트 어셈블리(760)는 스테인레스 스틸(예를 들어, 316 SS 등)로 형성될 수 있으며, 반응 챔버(710)는 알루미늄(예를 들어, 6061 Al 등)으로 형성될 수 있다.
전술한 본 개시의 예시적인 실시예들은 이러한 실시예들이 본 발명의 실시예들의 예들일 뿐이므로 본 발명의 범위를 제한하지 않는다. 동등한 실시예들은 본 발명의 범위 내에 있는 것으로 의도된다. 실제로, 본원에 도시되고 설명된 것들 외에, 설명된 요소들의 대안적인 유용한 조합들과 같은 본 개시의 다양한 수정들은 설명으로부터 당업자에게 명백해질 수 있다. 이러한 수정들 및 실시예들은 또한 첨부된 청구 범위 내에 있는 것으로 의도된다.

Claims (20)

  1. 기상 반응기(gas phase reactor)용 냉각 시스템에 있어서, 상기 냉각 시스템은,
    제1 표면, 제1 폭 및 제1 두께를 포함하는 제1 플레이트;
    제2 표면, 제2 폭 및 제2 두께를 포함하는 제2 플레이트로서,
    상기 제1 플레이트 내에 홈이 형성되고 상기 제1 플레이트의 상기 제1 표면까지 연장되며,
    상기 제1 플레이트 및 상기 제2 플레이트가 상기 제1 표면 및 상기 제2 표면에서 함께 결합되어 상기 제2 표면의 일부에 의해 둘러싸인 상기 홈을 포함하는 도관을 형성하는, 상기 제2 플레이트; 및
    금속 튜브로서, 상기 금속 튜브는 상기 도관 내에 배치되며, 상기 금속 튜브는 상기 금속 튜브의 제1 단부에 있는 냉각 유체 입구 및 상기 금속 튜브의 제2 단부에 있는 냉각 유체 출구를 포함하는, 상기 금속 튜브를 포함하는, 냉각 시스템.
  2. 제1항에 있어서, 상기 제1 플레이트 및 상기 제2 플레이트는 알루미늄으로 형성되는, 냉각 시스템.
  3. 제1항에 있어서, 상기 제1 폭은 상기 제2 폭보다 큰, 냉각 시스템.
  4. 제1항에 있어서, 상기 제2 두께는 상기 제1 두께보다 큰, 냉각 시스템.
  5. 제1항에 있어서, 상기 제1 플레이트 및 상기 제2 플레이트는 상기 제1 표면 및 상기 제2 표면에서 함께 납땜되는, 냉각 시스템.
  6. 제1항에 있어서, 상기 금속 튜브는 스테인리스 스틸로 형성되는, 냉각 시스템.
  7. 제1항에 있어서, 상기 제1 플레이트 및 상기 제2 플레이트는 각각 부분 환형 구조를 형성하고, 상기 제2 플레이트는 내경 및 외경을 포함하며,
    상기 홈은 상기 내경보다 크고 상기 외경보다 작은 홈 직경을 포함하는 아치형 형상을 포함하는, 냉각 시스템.
  8. 제1항에 있어서, 상기 제1 플레이트 및 상기 제2 플레이트는 각각 환형 구조를 형성하고, 상기 제2 플레이트는 상기 내경 및 상기 외경을 포함하며,
    상기 홈은 연속적이고 복수의 동심 아치형 섹션을 포함하는, 냉각 시스템.
  9. 기상 반응기용 냉각 시스템에 있어서, 상기 냉각 시스템은,
    제1 표면, 제1 두께, 제1 폭을 포함하는 제1 플레이트로서, 홈이 상기 제1 플레이트 내에 형성되고, 상기 홈은 상기 제1 플레이트의 상기 제1 표면까지 연장되는, 상기 제1 플레이트;
    제1 층과 제2 층을 포함하는 제2 플레이트로서, 상기 제2 플레이트는 제2 두께 및 제2 폭을 포함하며,
    상기 제1 플레이트 및 상기 제2 플레이트는 상기 제1 표면 및 상기 제1층에서 용접 및 납땜 재료 중 하나 이상을 사용하여 결합되어 상기 제1 층의 일부에 의해 둘러싸인 상기 홈을 포함하는 도관을 형성하는, 상기 제2 플레이트; 및
    냉각 유체 입구 및 냉각 유체 출구로서, 상기 냉각 유체 입구 및 상기 냉각 유체 출구는 상기 도관에 유체 연결되는, 상기 냉각 유체 입구 및 냉각 유체 출구를 포함하는, 냉각 시스템.
  10. 제9항에 있어서, 상기 제2 층은 제2 금속으로 형성되는, 냉각 시스템.
  11. 제9항에 있어서, 상기 제1 층은 스테인리스 스틸로 형성되는, 냉각 시스템.
  12. 제9항에 있어서, 상기 제1 플레이트는 스테인리스 스틸로 형성되는, 냉각 시스템.
  13. 제12항에 있어서, 상기 제2 플레이트의 상기 제1 층 및 상기 제1 플레이트의 상기 제1 표면과 직접 접촉하는 용접을 포함하는, 냉각 시스템.
  14. 제9항에 있어서, 금속 튜브를 더 포함하며, 상기 금속 튜브는 상기 도관 내에 배치되는, 냉각 시스템.
  15. 제9항에 있어서, 상기 제1 폭은 상기 제2 폭보다 크며, 상기 제2 두께는 상기 제1 두께보다 큰, 냉각 시스템.
  16. 제9항에 있어서, 상기 제1 플레이트 및 상기 제2 플레이트는 각각 부분 환형 구조를 형성하며,
    상기 홈은 상기 냉각 유체 입구와 상기 냉각 유체 출구 사이의 사형 경로(serpentine path)를 포함하는, 냉각 시스템.
  17. 제9항에 있어서, 상기 제1 플레이트 및 상기 제2 플레이트는 각각 환형 구조를 형성하며,
    상기 홈은 상기 냉각 유체 입구와 상기 냉각 유체 출구 사이의 연속 사형 경로를 포함하는, 냉각 시스템.
  18. 기상 반응기 시스템에 있어서,
    상부 영역 및 하부 영역을 포함하는 반응 챔버;
    상기 상부 영역 내에 배치된 샤워헤드; 및
    상기 하부 영역 아래에 배치된 제1 냉각 시스템으로서,
    제1 표면을 포함하는 제1 플레이트;
    제2 표면을 포함하는 제2 플레이트로서,
    상기 제1 플레이트 내에 제1 홈이 형성되고 상기 제1 플레이트의 상기 제1 표면까지 연장되며,
    상기 제1 플레이트 및 상기 제2 플레이트가 상기 제1 표면 및 상기 제2 표면에서 함께 결합되어 상기 제2 표면의 일부에 의해 둘러싸인 상기 제1 홈을 포함하는 제1 도관을 형성하는, 상기 제2 플레이트; 및
    제1 금속 튜브로서, 상기 금속 튜브는 상기 도관 내에 배치되며, 상기 제1 금속 튜브는 상기 제1 금속 튜브의 제1 단부에 있는 제1 냉각 유체 입구 및 상기 제1 금속 튜브의 제2 단부에 있는 제1 냉각 유체 출구를 포함하는, 상기 제1 금속 튜브를 포함하는, 상기 제1 냉각 시스템; 및
    상기 샤워헤드 위에 배치된 제2 냉각 시스템으로서,
    제3 표면을 포함하는 제3 플레이트;
    제4 표면을 포함하는 제4 플레이트로서,
    상기 제3 플레이트 내에 제2 홈이 형성되고 상기 제3 플레이트의 상기 제3 표면까지 연장되며,
    상기 제3 플레이트 및 상기 제4 플레이트가 상기 제3 표면 및 상기 제4 표면에서 함께 결합되어 상기 제4 표면의 일부에 의해 둘러싸인 상기 제2 홈을 포함하는 제2 도관을 형성하는, 상기 제4 플레이트; 및
    상기 도관 내에 배치된 제2 금속 튜브로서, 상기 제2 금속 튜브는 상기 제2 금속 튜브의 제1 단부에 있는 제2 냉각 유체 입구 및 상기 제2 금속 튜브의 제2 단부에 있는 제2 냉각 유체 출구를 포함하는, 상기 제2 금속 튜브를 포함하는, 상기 제2 냉각 시스템을 포함하는, 기상 반응기 시스템.
  19. 제18항에 있어서, 상기 냉각 시스템은 상기 냉각 유체 입구 및 상기 냉각 유체 출구를 냉각 유체 소스에 연결하기 위한 결합 어셈블리를 더 포함하는, 기상 반응기 시스템.
  20. 제18항에 있어서, 상기 제1 플레이트 및 상기 제2 플레이트는 각각 부분 환형 구조를 형성하고, 상기 제3 및 제4 플레이트는 각각 환형 링 형상을 갖는, 기상 반응기 시스템.
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