KR100507961B1 - Liquid raw material gasification system and gas injection device - Google Patents
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Abstract
본 발명의 소형 기화기 시스템은, BaTiO3, SrTiO3 및 이밖의 이러한 물질과 같은 고유전성 또는 강유전성 재료에 기초한 박막 소자를 제작하고, 화학적 증착 처리실에 액체원료를 운반하여 고품질의 증기원료를 생성하기 위한 것이다. 기화 장치는 액체원료를 저장하는 원료 탱크; 원료 운반 통로를 통하여 액체원료를 수송하는 원료운반 수단; 액체원료를 수송하기 위한 모세관과 이 모세관을 외부에서 가열하는 열원을 갖는 고온 열교환기를 포함하여 이루어지는, 운반통로 내에 배치된 기화기부; 및 기화 방지부 내에 있는 상기 액체원료에 대한 상기 기화기부의 가열 효과를 방지하도록, 기화기부의 상류에 배치되어 있는 기화 방지부를 포함하여 이루어진다.The small vaporizer system of the present invention is intended to fabricate thin film devices based on high dielectric or ferroelectric materials such as BaTiO 3 , SrTiO 3 and other such materials, and to transport liquid raw materials to a chemical vapor deposition chamber to produce high quality steam raw materials. will be. The vaporization apparatus includes a raw material tank for storing liquid raw materials; Raw material conveying means for transporting the liquid raw material through the raw material conveying passage; A vaporizer section disposed in the conveying passage, the capillary tube for transporting the liquid raw material and a high temperature heat exchanger having a heat source for heating the capillary tube externally; And a vaporization prevention section disposed upstream of the vaporizer section to prevent a heating effect of the vaporizer section on the liquid raw material in the vaporization prevention section.
Description
본 발명은 일반적으로 액체원료를 화학적 증착용 증기원료로 변환시키는 기화기에 관한 것으로, 특히 바륨 또는 스트론튬 티타네이트와 같은 고유전성 또는 강유전성 박막을 증착시키기 위한 증기원료에 적합한 기화기부에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION Field of the Invention The present invention generally relates to vaporizers for converting liquid raw materials into vapor deposition for chemical vapor deposition, and more particularly to vaporizers suitable for vapor raw materials for depositing high dielectric or ferroelectric thin films such as barium or strontium titanate.
최근에, 반도체 산업에서 생산되는 집적회로 소자의 회로 밀도는 주목할만한 개선이 이루어졌고, 오늘날 일반적인 메가비트 용량의 DRAM을 대체할 기가비트 용량의 DRAM을 예견하여 열띤 개발 활동이 전개되었다. DRAM을 생산하는데 필요한 고 커패시턴트 소자를 만드는데 사용되는 유전성 박막재료로서, 유전상수가 10 이하인 실리콘 산화막이나 실리콘 질화막 및 유전상수가 20 이하인 탄탈륨 펜타옥시드(Ta2O5)막 같은 과거의 유전성 박막원료 대신에, 바륨 티타네이트(BaTiO3)나 스트론튬 티타네이트(SrTiO3) 혹은 이들의 화합물 같은 신물질이 장래성이 있는 것으로 예견된다. 납-아연-티타네이트(PZT), 납-리튬-아연-티타네이트(PLZT) 및 Y1 등의 더 높은 유전상수를 갖는 원료도 또한 유력하다.In recent years, the circuit density of integrated circuit devices produced in the semiconductor industry has been remarkably improved, and development activities have been carried out in anticipation of gigabit capacity DRAMs to replace today's typical megabit capacity DRAMs. Dielectric thin film materials used to make the high-capacitance devices required to produce DRAMs. These are dielectric materials of the past, such as silicon oxide films with a dielectric constant of 10 or less, silicon nitride films and tantalum pentaoxide (Ta 2 O 5 ) films with a dielectric constant of 20 or less. Instead of thin film raw materials, new materials such as barium titanate (BaTiO 3 ), strontium titanate (SrTiO 3 ) or compounds thereof are expected to be promising. Raw materials with higher dielectric constants such as lead-zinc-titanate (PZT), lead-lithium-zinc-titanate (PLZT) and Y1 are also potent.
이러한 박막을 만드는 다양한 방법 중에, 특히 화학적 증착(CVD) 공정이 가장 밝은 전망을 가지고 있으며, 화학적 증착을 사용하는 경우, 가스원료는 증착실 내에 배치된 기판에 안정된 가스흐름으로 공급되어야 한다. 정상 온도에서는 고체인 Ba(DPM)2 또는 Sr(DPM)2 같은 원료인 몇몇 유기용매(예를 들어, 테트라하이드로퓨렌(THF))에 용해시켜 생긴 액체 혼합물을 가열함으로써 가스원료가 유도되어 기화특성을 안정화 시킨다. 기화 장치의 몇몇 공지예로서는, 분사노즐 혹은 초음파 변환기에 의해 액체원료를 미립화(automize)시킨 후, 미립화된 미스트를 고온 영역으로 분사하여 미스트를 가스원료로 변환시키는 것을 들 수 있다.Among the various methods of making such thin films, particularly chemical vapor deposition (CVD) has the brightest prospects, and when chemical vapor deposition is used, gaseous raw materials must be supplied with a stable gas flow to the substrate placed in the deposition chamber. At normal temperatures, gaseous raw materials are induced by heating liquid mixtures formed by dissolving in some organic solvents (eg, tetrahydrofurene (THF)) as raw materials such as Ba (DPM) 2 or Sr (DPM) 2 as solids. Stabilize. Some known examples of vaporization apparatus include atomizing a liquid raw material by an injection nozzle or an ultrasonic transducer, and then spraying the atomized mist into a high temperature region to convert the mist into a gas raw material.
그러나, 상술된 고유전성 및 강유전성 재료와 같은 열역학적으로 안정된 증기를 생산하기는 매우 어렵다. 이것은 이러한 재료가, ① 기화온도 및 분해온도가 근접해 있으며; ② 액체원료의 기화온도가 유기용매의 기화온도와는 다르고; ③ 증기압이 매우 낮고; ④ 상기 재료가 소량의 산소, 증기 등과도 반응하기 쉽기 때문이다.However, it is very difficult to produce thermodynamically stable steam such as the highly dielectric and ferroelectric materials described above. This is because these materials, ① vaporization temperature and decomposition temperature are close; ② The vaporization temperature of the liquid raw material is different from the vaporization temperature of the organic solvent; ③ the vapor pressure is very low; (4) The material is likely to react with a small amount of oxygen, steam, or the like.
예를 들어, THF 내에 Ba(DPM)2 나 Sr(DPM)2를 용해시켜 만들어지는 액체원료에 있어서, 도 34의 (a)영역에서 용매는 액체로 존재하고, (a+c)의 영역에서 원료는 액체 또는 고체로 존재한다. (b) 영역에서, 원료는 완전히 증기이다. 따라서, (a)영역의 액체원료를 가열하여 (c)영역을 통과하여 증기원료로 변환시키는 경우에는, 용매만이 기화되고, 액체원료 내의 용질 성분이 침전되어, 결과적으로 가스통로를 막거나 성분변화에 의해 원료의 품질을 감소시키게 된다. 이러한 이유로, 액체원료를 고온의 기화영역으로 가능한한 신속하게 가열시키는 것을 중요하게 고려하여야 한다.For example, in a liquid raw material made by dissolving Ba (DPM) 2 or Sr (DPM) 2 in THF, in the region (a) of FIG. 34, the solvent is present as a liquid and in the region (a + c). The raw material is present in liquid or solid. In region (b), the raw material is completely steam. Therefore, when the liquid raw material in zone (a) is heated to pass through zone (c) to be converted into a steam raw material, only the solvent is vaporized, and solute components in the liquid raw material are precipitated, thereby confining the gas passage or Changes reduce the quality of the raw materials. For this reason, it is important to consider heating the liquid raw material to the hot vaporization zone as quickly as possible.
더욱이, 막원료 또는 막증착 조건에 따라, 원료 증기를 미세한 속도로 증착실로 공급하는 것이 때로는 필요하기도 하다. 만일 기화공정이 매끄럽기 실행되지 않고 증착실의 가스원료 공급이 불안정하게 된다면, 증착공정이 심각하게 영향을 받게된다. 따라서, 가스원료의 기화를 매우 낮은 유량으로 낮추어 제어할 수 있는 것이 중요하다.Moreover, depending on the film raw material or the film deposition conditions, it is sometimes necessary to supply the raw material vapor to the deposition chamber at a fine speed. If the vaporization process is not performed smoothly and the gas source supply to the deposition chamber becomes unstable, the deposition process is seriously affected. Therefore, it is important to be able to control the vaporization of the gas raw material at a very low flow rate.
원료액체를 미립화하는 분사노즐에 근거한 종래기술에서는, 액체를 미립화시키는데 높은 압력이 사용되기 때문에, 저유량에서 액체원료의 미립화를 제어하는 것이 어려웠다. 초음파 미립화 기술에서는, 기화에 사용되는 높은 온도에 견디는 변환기 재료를 발견하는 것이 어려웠다. 또한, 액체에서 증기로의 변환 공정을 증착실 근처에서 물리적으로 수행하여 전달 거리를 최소화 하는 것이 바람직하지만; 상술된 장치는 먼저 미립화시킨 후 기화시키도록 설계되어 장치를 소형화 하기가 어려웠다. 또한 두 기술은 미립화 및 분사 목적으로 매우 큰 설비를 필요로 하고, 장치 내에서 생성되는 액체원료의 정체영역을 피할 수 없고, 액체원료가 열화될 뿐만 아니라 현재의 기술에서 경험한 바 있는 가스 원료의 유량을 제어하는 것이 어려웠다.In the prior art based on the injection nozzle for atomizing the raw material liquid, since high pressure is used to atomize the liquid, it was difficult to control the atomization of the liquid raw material at a low flow rate. In ultrasonic atomization technology, it has been difficult to find transducer materials that withstand the high temperatures used for vaporization. It is also desirable to perform the liquid to vapor conversion process physically near the deposition chamber to minimize the transfer distance; The device described above is designed to be first atomized and then vaporized, making it difficult to miniaturize the device. In addition, the two technologies require very large equipment for atomization and spraying purposes, inevitable stagnation of the liquid raw materials generated in the apparatus, and not only the liquid raw materials deteriorate but also the gas raw materials experienced in the present technology. It was difficult to control the flow rate.
본 발명의 목적은 고유전성 또는 강유전성 재료를 증착하는 화학적 증착 장치에 사용되는 소형의 기화기부를 제공하는 것이다. 상기 재료의 열역학적 거동이 복잡하기 때문에, 액체원료를 증기원료로 변환시키는 공정 중에 기화기가 원료의 미세한 특성을 보호하도록 설계되어야 한다. 본 발명은 또한 용질 물질의 조기 침전에 기인하는 막힘을 방지하고 장치의 세척을 효율적으로 하게 하는 화학적 증착장치를 제공한다.It is an object of the present invention to provide a small vaporizer that is used in chemical vapor deposition apparatus for depositing high dielectric or ferroelectric materials. Since the thermodynamic behavior of the material is complex, the vaporizer must be designed to protect the fine properties of the raw material during the process of converting the liquid raw material into a vapor raw material. The present invention also provides a chemical vapor deposition apparatus that prevents blockage due to premature precipitation of solute material and makes cleaning of the device efficient.
상기 목적은 액체원료를 증기원료로 변환시키는 기화장치에 있어서: 액체원료를 저장하는 원료탱크; 원료 운반 통로를 통해 원료를 전달하는 원료 운반 수단; 액체원료를 전달하는 모세관과 이 모세관을 외부에서 가열하는 열원을 구비한 고온 열교환기를 포함하는 운반통로 내에 배치되는 기화기부; 및 기화기부의 상류에 배치되어 내부에서 액체원료에 대한 기화기부의 가열 효과를 방지하는 기화 방지부를 포함하는 기화장치에 의해 달성된다.An object of the present invention is to provide a vaporization apparatus for converting a liquid raw material into a vapor raw material, comprising: a raw material tank storing a liquid raw material; Raw material conveying means for transferring the raw material through the raw material conveying passage; A vaporizer portion disposed in a transport passage including a capillary tube for delivering a liquid raw material and a high temperature heat exchanger having a heat source for heating the capillary tube externally; And a vaporization preventing portion disposed upstream of the vaporizer portion to prevent a heating effect of the vaporizer portion on the liquid raw material therein.
본 장치에 따르면, 모세관의 높은 체적 대 면적비는 액체원료를 순식간에 그리고 균일하게 기화시키는데 필요한 열전달을 수행하게 하므로 액체원료가 분해되거나 열화 될 수도 있는 상태에 노출되지 않게 된다. 소량의 가스 원료의 안정한 운반의 기본 목적은 운반 통로의 전도성을 조절하도록 관의 직경과 길이를 변경함으로써, 액체원료가 기화기부에 머무르는 시간이 적당하게 된다. 더욱이, 기화 방지부를 제공함으로써, 기화기부의 가열효과에 의해 초래되는 액체원료 내의 용매 물질의 부분 손실 또는 조기 열화가 방지될 수 있으므로, 일정하고 균일한 조성의 가스원료가 기판으로 운반될 수 있다. 본 기화기부의 구성에 있어서 부가적인 장점은 장치가 단순화되고 제작비가 감소하며, 상기 장치 자체로 플러깅(plugging)에 영향을 덜 받고, 유지와 보수가 쉽게 수행될 수 있고, 기화 방지부가 장치에 쉽게 부착될 수 있다는 것이다.According to the device, the high volume-to-area ratio of the capillary allows the heat transfer to be necessary to vaporize the liquid material in an instant and evenly, so that the liquid material is not exposed to a state where it may be degraded or degraded. The basic purpose of stable transport of small amounts of gaseous raw materials is to change the diameter and length of the tubes to control the conductivity of the conveying passages, so that the time for the liquid raw material to stay in the vaporizer is adequate. Furthermore, by providing the vaporization preventing portion, partial loss or premature deterioration of the solvent material in the liquid raw material caused by the heating effect of the vaporizing vapor portion can be prevented, so that the gas raw material of constant and uniform composition can be transported to the substrate. An additional advantage in the construction of the carburetor part is that the device is simplified and manufacturing costs are reduced, the device itself is less affected by plugging, maintenance and repair can be easily performed, and the vaporization prevention unit is easily attached to the device. Can be.
상기 고온 열교환기는 내부 모세관과 외부 재킷을 포함하는 이중벽 구조를 가질 수 있고, 여기서 외부관에는 일정한 온도로 유지되는 열매체 탱크로부터 공급되는 열매체를 순환시킴으로써 내부 모세관의 온도를 일정하게 유지시키는 열매체 통로가 제공된다. 따라서 고품질의 원료 증기의 안정된 공급이 보장된다.The high temperature heat exchanger may have a double wall structure including an inner capillary tube and an outer jacket, wherein the outer tube is provided with a heat medium passage for maintaining a constant temperature of the inner capillary tube by circulating a heat medium supplied from a heat medium tank maintained at a constant temperature. do. This ensures a stable supply of high quality raw material steam.
상기 고온 열교환기 내의 모세관은 센서 신호에 의해 출력 전력이 조절될 수 있는 다양한 출력의 전기 히터이므로, 민감한 온도제어를 제공하여 효율적인 기화를 가능하게 한다.The capillary in the high temperature heat exchanger is an electric heater of various outputs in which the output power can be adjusted by the sensor signal, thereby providing sensitive temperature control to enable efficient vaporization.
상기 고온 열교환기 내의 모세관은 3 mm 이하의 내부 직경을 가질 수 있다. 이러한 크기는 액체원료의 신속한 가열을 제공하는데 가장 효율적이어서, 고품질의 증기원료를 효율적으로 제공하게 된다.The capillary in the high temperature heat exchanger may have an inner diameter of 3 mm or less. This size is most efficient in providing rapid heating of the liquid raw material, thereby efficiently providing high quality steam raw material.
상기 고온 열교환기 내의 모세관은 코일로 형성될 수 있다. 이러한 형상은 긴 체제 시간이 요구되는 경우에 소형의 통로를 제공하는데 효율적이다.The capillary in the high temperature heat exchanger may be formed of a coil. This shape is effective to provide a small passage in case a long settling time is required.
상기 기화 방지부 또는 상기 장치 이전의 원료 운반 통로에는 일방 밸브 또는 차단 밸브 또는 유동 제어기가 제공될 수도 있다. 이러한 장치에서, 원료의 공급이 중단될 경우에는, 장치 내부에서 발생하는 압력 감소의 효과에 기인하는 의도치 않은 원료의 기화를 방지하므로, 장치의 좁은 통로 내에 침전 입자가 형성되는 것(플러깅)이 방지될 수 있다.The vaporization prevention section or the raw material conveying passage before the apparatus may be provided with a one-way valve or a shutoff valve or a flow controller. In such a device, when the supply of the raw material is stopped, it is possible to prevent unintended vaporization of the raw material due to the effect of the pressure reduction occurring inside the device, so that the formation of precipitated particles in the narrow passage of the device (plugging) Can be prevented.
기화 방지부는 액체원료를 적당한 온도로 유지시키기 위해 냉각 매체를 공급하는 일정한 온도의 탱크를 포함하는 저온 열교환기를 포함할 수 있다. 이러한 장치에서, 기화기부로부터의 가열 효과가 차단되어 안정하고 매끄러운 동작을 진행하게 한다. 상기 기화 방지부는 펠티에(Peltier) 장치를 포함할 수 있으므로, 소형이면서도 고효율의 냉각 유닛을 생산하게 된다. 기화 방지부 혹은 그 일부는 기화기부의 상류 영역의 원료 운반 통로 내에 있는 단열 커플링관을 포함하기도 한다. 이러한 장치에서, 단열체는 가열 효과가 기화기부에 도달하는 것을 방지한다.The vaporization prevention unit may comprise a low temperature heat exchanger comprising a constant temperature tank for supplying a cooling medium to maintain the liquid raw material at a suitable temperature. In such a device, the heating effect from the vaporizer section is cut off to allow a stable and smooth operation. The vaporization prevention unit may include a Peltier device, thereby producing a compact and highly efficient cooling unit. The vaporization prevention portion or a part thereof may include an adiabatic coupling tube in the raw material conveying passage upstream of the vaporizer portion. In such a device, the insulator prevents the heating effect from reaching the vaporizer section.
기화기부의 출구, 또는 장치의 부근은 상승된 온도의 캐리어 가스가 흐르는 캐리어 가스 운반 통로와 연통된다. 이는 가스 원료의 온도 강하를 방지하여, 바람직하지 않은 침전 입자의 형성을 방지함으로써 고품질의 가스 원료의 안정된 공급을 유지할 수 있게 하고, 이러한 상태에서 가스 원료의 조성을 조절할 수 있으므로, 다음 단계의 진행이 좀 더 안정되게 할 수 있다.The outlet of the vaporizer section, or the vicinity of the apparatus, is in communication with a carrier gas transport passage through which the carrier gas at an elevated temperature flows. This prevents the temperature drop of the gas raw material, prevents the formation of undesirable precipitate particles, thereby maintaining a stable supply of high quality gas raw material, and the composition of the gas raw material can be adjusted in such a state, so that the progress of the next step is more difficult. You can make it more stable.
고온 열교환기 내의 모세관의 직경은 원료 출구 크기까지 확장될 수 있고, 확장부의 단면적은 장치의 하류방향을 향하여 증가될 수 있다. 이러한 장치에서, 가스 원료의 압력 변화와 유동 형태에 기인하는 온도 변화가 방지될 수 있고, 기화된 원료가 다음 단계로 매끄럽게 운반된다.The diameter of the capillary in the high temperature heat exchanger can be extended to the raw material outlet size, and the cross-sectional area of the extension can be increased towards the downstream of the device. In such a device, a temperature change due to the pressure change and the flow mode of the gaseous raw material can be prevented, and the vaporized raw material is smoothly carried to the next step.
상기 장치는 세정제를 분사하여 기화 방지부 및 기화기부를 세정하는 세정 장치, 및 불활성 가스 흐름의 유동에 의해 기화 방지부 및 기화기부의 내부 공간을 포함하는 잔여 원료 및 남아있는 불순물을 제거하는 퍼징(purging) 장치를 더욱 포함한다. The apparatus is purged to remove residual raw materials and remaining impurities including the vaporization prevention section and the internal space of the vaporization section by a flow of an inert gas flow, and a cleaning device for cleaning the vaporization prevention section and the vaporization section by spraying the cleaning agent. The apparatus further includes.
본 발명의 장치는: 기화 방지부 및 기화기부를 통해 액체원료를 운반하는 단계; 처리실로 증기원료를 공급하는 단계; 기화 방지부 및 기화기부의 내부 공간을 세정하는 단계; 및 불활성 가스 흐름의 유동에 의해 기화 방지부 및 기화기부의 내부 공간을 포함하는 장치를 세척하는 퍼징 단계를 포함하는 방법에 의해 작동된다. 세정 단계에서, 기화기부의 온도는 좀 더 효율적인 세정을 달성하기 위해 세정 단계 안에 있는 기화기부의 온도에서 부터 변경될 수 있다.The apparatus of the present invention comprises the steps of: conveying the liquid raw material through the vaporization prevention portion and the vaporizer portion; Supplying steam raw material to the processing chamber; Cleaning the internal space of the vaporization preventing unit and the vaporizer unit; And a purging step of washing the device comprising the vaporization preventing portion and the internal space of the vaporizer portion by the flow of an inert gas stream. In the cleaning step, the temperature of the vaporizer section can be changed from the temperature of the vaporizer section in the cleaning step to achieve more efficient cleaning.
본 장치의 다른 특징은 액체원료를 흐르게 하는 액체원료 운반 통로; 이 액체원료 운반 통로의 하류에 배치되는 기화 통로; 및 기화 통로를 가열하는 가열 수단을 포함하고, 여기서 기화 통로는 이 기화 통로 안에 있는 액체원료의 1mm3 당 2mm2 이상의 열 수용 면적을 갖는다.Another feature of the apparatus is a liquid raw material conveying passage for flowing a liquid raw material; A vaporization passage disposed downstream of the liquid raw material conveyance passage; And heating means for heating the vaporization passage, wherein the vaporization passage has a heat receiving area of at least 2 mm 2 per 1 mm 3 of liquid raw material in the vaporization passage.
본 발명에 따르면, 모세관의 높은 면적 대 체적비는 필요한 열전달을 발생시키는 것을 가능하게 하여 액체원료를 순식간에 그리고 균일하게 기화시키므로, 액체원료가 분해 또는 열화하기 쉬운 상태에 노출되지 않게 된다. 액체원료 운반 통로의 단면 형상은 원형, 타원형, 직각형, 다각형 혹은 곡선 형상의 다른 형태일 수 있다.According to the present invention, the high area-to-volume ratio of the capillaries makes it possible to generate the necessary heat transfer, thereby vaporizing the liquid raw material in an instant and evenly, so that the liquid raw material is not exposed to a state that is liable to decompose or deteriorate. The cross-sectional shape of the liquid raw material delivery passage may be round, elliptical, rectangular, polygonal or curved in other forms.
증기원료 운반 통로는 모세관의 내부공간에 형성된다. 이러한 단순한 구성은 플러깅을 방지하고 낮은 제작비 및 용이한 유지를 포함하는 상술된 효과를 얻는 것을 가능하게 한다.The steam material conveying passage is formed in the inner space of the capillary tube. This simple configuration makes it possible to prevent plugging and obtain the above-mentioned effects including low manufacturing cost and easy maintenance.
기화 통로는 환상 단면 영역을 포함한다. 이러한 경우, 액체원료의 체적당 열 수용 면적이 증가되므로 액체와 벽표면 사이의 거리가 단축되고, 열적 거리를 단축시킴으로써 증기 형성이 개선되어 층류 유동 상태에서도 최대의 열이 전달되고, 단면적이 증기 형성을 용이하게 하도록 효율적으로 활용된다는 장점이 있다. 다른 특징은 구조를 단순화 시키고 유지비를 낮추는 것을 포함한다.The vaporization passage comprises an annular cross-sectional area. In this case, the heat receiving area per volume of the liquid raw material is increased, which shortens the distance between the liquid and the wall surface, improves the formation of steam by shortening the thermal distance, so that maximum heat is transferred even in the laminar flow state, and the cross-sectional area is formed by the steam. There is an advantage that it is utilized efficiently to facilitate. Other features include simplifying the structure and lowering maintenance costs.
기화 통로는 기화 촉진 영역과 압력 흡수 영역을 포함하고, 상기 기화 촉진 영역은 압력 흡수 영역 보다 더 큰 열 수용 면적을 갖는다.The vaporization passage includes a vaporization promoting region and a pressure absorbing region, the vaporization promoting region having a larger heat receiving area than the pressure absorbing region.
기화 통로는 원료 유동 방향으로 연장하는 절단면을 갖는 코어 부재에 의해 형성된다. 이러한 경우, 전체 장치는 낮은 압력에서도 작동 되므로 기화 효율이 향상된다.The vaporization passage is formed by a core member having a cut surface extending in the raw material flow direction. In this case, the overall device is operated at low pressure, thus improving vaporization efficiency.
코어 부재는 가열 장치를 구비하여 액체원료가 외부로부터 뿐만 아니라 내부로부터도 가열될 수 있는 부가적인 장점을 발생시킨다.The core member has a heating device, which creates the additional advantage that the liquid raw material can be heated from the inside as well as from the outside.
가열 수단은 기화 통로의 내부 및 외부의 양쪽으로부터의 열을 제공한다. 이러한 경우, 액체원료의 단위 체적당 열 수용 면적이 증가되어, 열적 거리가 단축될 수 있다.The heating means provide heat from both inside and outside the vaporization passage. In this case, the heat receiving area per unit volume of the liquid raw material is increased, so that the thermal distance can be shortened.
상기 기화 장치의 다른 특징은 : 액체원료 운반 통로; 액체원료를 흐르게 하는 액체원료 운반 통로; 액체원료 운반 통로의 하류에 배치되는 기화 통로; 및 기화 통로를 가열하는 가열 수단을 포함하고, 여기서 기화 통로는 임의의 지점에서 벽 표면까지의 최대 거리가 2 mm 이하인 단면을 갖는다.Other features of the vaporization apparatus include: a liquid raw material conveying passage; A liquid raw material conveying passage for flowing the liquid raw material; A vaporization passage disposed downstream of the liquid raw material conveyance passage; And heating means for heating the vaporization passage, wherein the vaporization passage has a cross section at which the maximum distance from any point to the wall surface is 2 mm or less.
또한 이러한 경우에, 기화 통로의 단면 형상은 원형, 타원형, 직각형, 다각형 또는 곡선 형상의 임의의 형태일 수 있다. 열적 거리가 2 mm 이하이기 때문에, 열화 없이 액체원료를 기화시키도록 열이 순식간에 전달될 수 있다.Also in this case, the cross-sectional shape of the vaporization passage may be any shape of circular, elliptical, rectangular, polygonal or curved shape. Since the thermal distance is 2 mm or less, heat can be transferred in an instant to vaporize the liquid raw material without deterioration.
기화 장치의 다른 특징은: 액체원료를 흐르게 하는 액체원료 운반 통로; 액체원료 운반 통로의 하류에 배치되는 기화 통로; 및 기화 통로를 가열하는 가열 수단을 포함하고, 여기서 단면적이 장치의 하류방향을 향하여 증가하는 확장부를 갖는다. 따라서, 기화 통로의 2차 측면 내의 유동 저항을 감소시킴으로써 기화 통로 내의 압력이 낮아지므로, 증기 형성에 기인한 압력 증가를 피하게 하고 효율적인 기화 공정을 달성할 수 있다.Other features of the vaporization apparatus include: a liquid raw material conveying passage for flowing the liquid raw material; A vaporization passage disposed downstream of the liquid raw material conveyance passage; And heating means for heating the vaporization passage, wherein the extension has an enlarged cross sectional area toward the downstream direction of the device. Therefore, the pressure in the vaporization passage is lowered by reducing the flow resistance in the secondary side of the vaporization passage, thereby avoiding the pressure increase due to vapor formation and achieving an efficient vaporization process.
확장부는 등가 직경의 일지점에서 측정되는 14도 이하의 확장각을 갖는다. 기화기부 내의 열전달을 유지시키는 동안 압력 증가를 피하게 되어 효율적인 기화 공정이 진행된다.The extension has an expansion angle of 14 degrees or less, measured at one point of equivalent diameter. The pressure increase is avoided while maintaining the heat transfer in the vaporizer section so that an efficient vaporization process proceeds.
확장부는 2단 이상이고, 제1단의 평균 확장각이 5도 이하이고 제2단의 평균 확장각이 14도 이하이다.The expansion part is two or more steps, the average expansion angle of the first stage is 5 degrees or less and the average expansion angle of the second stage is 14 degrees or less.
확장부는 다음식에 의해 정의되는 면적 내에 존재하는 단면 형상을 구비한다:The extension has a cross-sectional shape present within the area defined by the following equation:
(r - r0)/(r1 - r0) ≥ (L/L1)10 (r-r 0 ) / (r 1 -r 0 ) ≥ (L / L 1 ) 10
그리고 And
(r - r0)/(r1 - r0) ≤ (L/L1)2 (r-r 0 ) / (r 1 -r 0 ) ≤ (L / L 1 ) 2
여기서 L 은 확장부의 시작점에서 임의의 점까지의 거리; r 은 거리 L 에서의 단면의 동등 반경; L1 은 확장부의 시작 점에서 확장부의 마지막 점에서의 거리; r0 은 확장부의 시작 점에서 단면의 동등 반경; r1 은 확장부의 마지막 점에서의 단면의 동등 반경; 그리고 확장부의 시작 점에서 접선에 의해 형성되는 각과 선 "r = r0" 은 0도 이상이고 5도 이하이다. 상기 설계에 따라서, 최대 효율의 증기 형성 공정이 반경들의 마지막점을 연결하여 형성되는 형태로 수행될 수 있다. 상기 동등 반경은 루프에 의해 둘러싸인 다른 단면과 동일한 한 단면의 반경이다.Where L is the distance from the start of the extension to any point; r is the equivalent radius of the cross section at distance L; L 1 is the distance from the beginning of the extension to the last point of the extension; r 0 is the equivalent radius of the cross section at the start of the extension; r 1 is the equivalent radius of the cross section at the last point of the extension; The angle formed by the tangent line at the beginning of the extension and the line "r = r 0 " are greater than 0 degrees and less than 5 degrees. According to the design, the most efficient steam forming process can be performed in the form of connecting the end points of the radii. The equivalent radius is the radius of one cross section equal to the other cross section surrounded by the loop.
기화 장치의 다른 특징은: 액체원료를 흐르게 하는 액체원료 운반 통로; 상기 액체원료 운반 통로의 하류에 배치되는 기화 통로; 및 기화 통로를 가열하는 가열 수단을 포함하고, 여기서 기화 통로는 환상 단면 영역을 포함한다.Other features of the vaporization apparatus include: a liquid raw material conveying passage for flowing the liquid raw material; A vaporization passage disposed downstream of the liquid raw material conveyance passage; And heating means for heating the vaporization passage, wherein the vaporization passage comprises an annular cross-sectional area.
상기 환상 단면 영역은 단일 루프로 작용하는 원형 또는 직각형의 외부관과 하나의 코어 부재 또는 다수의 코어 부재에 의해 포함되는 환상 단면 영역의 중앙부를 따라 배치되는 코어 부재를 포함한다. 코어 부재의 외측 반경을 적당히 선택함으로써, 바람직한 크기의 환상 공간이 생성될 수 있다.The annular cross-sectional area includes a circular or rectangular outer tube acting as a single loop and a core member disposed along a central portion of the annular cross-sectional area included by one core member or a plurality of core members. By appropriately selecting the outer radius of the core member, an annular space of the desired size can be created.
상기 코어 부재는 외부관의 축방향으로 이동가능하도록 설계된다. 상기 코어 부재를 이동시킴으로써, 세정제를 사용하여 부착된 입자가 풀려나오고, 장치의 진공을 방해하지 않고도 내부 공간이 세정될 수 있다.The core member is designed to be movable in the axial direction of the outer tube. By moving the core member, the particles attached with the cleaning agent are released and the internal space can be cleaned without disturbing the vacuum of the apparatus.
상기 코어 부재는 기화기부로부터 사실상 제거가능하게 만들어져 세정제 또는 캐리어 가스를 도입함으로써 기화 통로의 세정을 용이하게 한다. 따라서, 높은 유체 압력이 적용되더라도 대량의 세정제를 공급하기 어려운 기화기부가 확장되어 대량의 세정제가 흐르게 하므로 세정 시간이 단축될 수 있다. The core member is made to be substantially removable from the vaporizer portion to facilitate cleaning of the vaporization passageway by introducing a detergent or carrier gas. Therefore, even if a high fluid pressure is applied, the vaporization gas part which is difficult to supply a large amount of the cleaner is expanded so that a large amount of the cleaner flows, so that the cleaning time can be shortened.
상기 코어 부재는 외부관 내에서 이동가능하여 코어 부재와 외부관 사이의 간극을 확장시켜 세정제 또는 캐리어 가스를 도입함으로써 기화통로의 세정을 용이하게 한다. 기화통로에 테이퍼부를 제공하고, 코어 부재를 테이퍼부의 확장 방향으로 이동시킴으로써, 기화기 간극이 증가되어 세정을 용이하게 한다. 상기 테이퍼부는 상류와 하류 양방향으로 확장되는 형상일 수 있다. The core member is movable within the outer tube to expand the gap between the core member and the outer tube to facilitate cleaning of the vaporization passage by introducing a detergent or carrier gas. By providing a tapered portion in the vaporization passage and moving the core member in the direction of extension of the tapered portion, the vaporizer gap is increased to facilitate cleaning. The tapered portion may be shaped to extend in both upstream and downstream directions.
상기 코어 부재는 내부 가열 장치를 구비하기도 한다. 이것은 열매체 통로를 형성함으로써 달성되지만, 단순히 전기 히터를 매설하는 것도 또한 적용가능하다.The core member may have an internal heating device. This is achieved by forming a heat medium passage, but simply embedding an electric heater is also applicable.
상기 코어 부재는 유체물질을 기화통로 또는 그 근처로 도입하는 내부 통로 및 노즐 구멍을 구비한다. 이것은 증기 형성을 향상시키고, 플러깅을 방지하며, 용매와 같은 유체 물질을 인가하여 장치의 내부 공간의 세정을 도와주며, 캐리어 가스 또는 세정 물질이 주기적으로 또는 필요한 때에 장치의 내부로 분사되도록 한다.The core member has an internal passageway and a nozzle hole for introducing the fluid material into or near the vaporization passage. This enhances vapor formation, prevents plugging, assists in cleaning the interior space of the device by applying a fluid material, such as a solvent, and allows carrier gas or cleaning material to be injected into the device periodically or as needed.
기화 장치의 다른 특징은: 액체원료를 흐르게 하는 액체원료 운반 통로; 액체원료 운반 통로의 하류에 배치되는 기화 통로; 및 상기 기화 통로를 가열하는 가열 수단을 포함하고; 여기서 가열 수단은 유체 열 매체를 내부에 수용하는, 기화통로에 둘러싸는 재킷부재를 포함한다. 이러한 장치에서, 충분한 열용량을 가진 유체 열매체는 가열 효과를 대류시킴으로써 재킷 부재의 균일한 가열을 제공하는데 사용되어 국부적으로 가열되거나 차갑게 되는 것을 피하게 한다. 다른 장치에서, 증기 형성이 순간적으로 행해지고 국부적인 온도 상승에 의해 초래되는 액체원료의 열화가 방지된다. 상기 재킷 부재는 유체 열 매체를 가열하는 히터를 포함한다.Other features of the vaporization apparatus include: a liquid raw material conveying passage for flowing the liquid raw material; A vaporization passage disposed downstream of the liquid raw material conveyance passage; And heating means for heating the vaporization passage; The heating means here comprises a jacket member enclosed in the vaporization passageway for receiving the fluid thermal medium therein. In such a device, a fluid heat medium with sufficient heat capacity is used to provide uniform heating of the jacket member by convection the heating effect to avoid being locally heated or cold. In another apparatus, vapor formation takes place instantaneously and deterioration of the liquid raw material caused by the local temperature rise is prevented. The jacket member includes a heater that heats the fluid thermal medium.
열매체 순환 통로가 재킷 부재 내에 제공되어 재킷 부재 내부의 유동이 강제유동으로 되고 좀 더 균일한 가열이 달성된다. A thermal medium circulation passage is provided in the jacket member to force the flow inside the jacket member to achieve more uniform heating.
기화 장치의 다른 특징은: 액체원료를 흐르게 하는 액체원료 운반 통로; 액체원료 운반 통로의 하류에 배치되는 기화 통로; 및 상기 기화 통로를 가열하는 가열 수단을 포함하고; 여기서 상기 장치에는 가열 수단의 상류를 흐르는 액체원료의 기화를 방지하는 기화 방지부가 제공된다. 이러한 경우에, 분해 및 열화를 방지함으로써 고품질의 증기원료의 안정된 생성이 보장되고, 장치의 상류 영역을 흐르는 통과 액체원료가 기화 통로에 의해 도입된다.Other features of the vaporization apparatus include: a liquid raw material conveying passage for flowing the liquid raw material; A vaporization passage disposed downstream of the liquid raw material conveyance passage; And heating means for heating the vaporization passage; The apparatus is here provided with a vaporization prevention section for preventing vaporization of the liquid raw material flowing upstream of the heating means. In this case, by preventing decomposition and deterioration, a stable production of high quality steam raw material is ensured, and a passage liquid raw material flowing through the upstream region of the apparatus is introduced by the vaporization passage.
상기 가열 수단은 증기원료 운반 통로에 둘러싸인 재킷 부재와 이 재킷 부재에 수용되는 열매체를 포함한다.The heating means includes a jacket member surrounded by the vapor source conveyance passage and a heat medium accommodated in the jacket member.
상기 가열 수단은 기화 통로 근처에 배치되는 히터 부재를 포함한다.The heating means comprises a heater member disposed near the vaporization passage.
기화 방지부는 이 기화 방지부 내의 통과 액체원료의 영향으로부터 기화 통로의 가열 효과를 방지하도록 구성된다. 또한 기화 방지부 내의 통과 액체원료의 영향으로부터 기화통로의 압력 효과를 방지하도록 하는 구성도 허용 가능하다.The vaporization prevention section is configured to prevent the heating effect of the vaporization passage from the influence of the passage liquid raw material in the vaporization prevention section. In addition, it is also acceptable to be configured to prevent the pressure effect of the vaporization passage from the influence of the passage liquid raw material in the vaporization prevention portion.
상기 기화 방지부는 수축부, 오리피스, 일방 밸브 또는 차단 밸브 중 적어도 하나를 포함한다. 또한 상류측에 배치되어 밸브 시트에 대하여 밸브 부재를 가압하는 구동 수단을 구비한 일방 밸브를 포함하기도 한다.The vaporization prevention part includes at least one of a contraction part, an orifice, a one-way valve, or a shutoff valve. It may also include one valve provided on the upstream side and provided with drive means for pressing the valve member against the valve seat.
액체원료를 증기원료로 변환시키는 기화 장치의 다른 특징은: 액체원료를 흐르게 하는 액체원료 운반 통로; 액체원료 운반 통로의 하류에 배치되는 기화 통로; 및 상기 기화 통로를 가열하는 가열 수단을 포함하고, 여기서 캐리어 가스, 용매 또는 세정제를 포함하는 물질을 운반하는 물질 유입 통로가 액체원료 운반 통로 또는 기화 통로와 합쳐진다.Other features of the vaporization apparatus for converting a liquid raw material into a vapor raw material include: a liquid raw material conveying passage for flowing the liquid raw material; A vaporization passage disposed downstream of the liquid raw material conveyance passage; And heating means for heating the vaporization passage, wherein the substance inlet passage for carrying a substance comprising a carrier gas, a solvent or a detergent is combined with the liquid raw material delivery passage or the vaporization passage.
상기 물질 유입 통로는 기화 방지부의 상류 지역에서 액체원료 운반 통로 또는 증기원료 운반 통로와 합쳐진다. 물질유입통로는 기화방지부와 기화기부의 사이에 한 곳에서 액체연료 운반통로 또는 증기원료 운반통로 중 하나와 합쳐질 수도 있다.The material inlet passage is combined with the liquid raw material conveying passage or the vapor raw material conveying passage in an upstream region of the vaporization prevention section. The material inlet passage may be combined with either the liquid fuel conveying passage or the vapor raw material conveying passage in one place between the vaporization prevention section and the vaporization vaporization section.
물질유입통로는 기화통로의 출구와 합쳐질 수도 있다. 이러한 배열은, 캐리어 가스가 기화 통로만을 통해 도입될 경우 유용한 개구 면적이 작아져 허용될 수 있는 가스량에 대한 절대 한계가 있게 된다. 기화 통로의 출구에 있는 확장 개구로부터 캐리어 가스를 유입시킴으로써, 더 큰 체적의 캐리어 가스가 기화 통로에 존제하는 기화되지 않은 원료를 좀 더 효율적으로 기화시키도록 한다. 또한, 세정하는 동안, 세정제가 기화통로의 입구로부터만 유입되는 경우에는, 확장 통로의 영역 내에 정체 영역이 생성되고, 기화되지 않은 원료가 완전히 세척될 수 없다. 이러한 경우에, 대량의 세정제가 인가될 수 있어서 좀 더 완벽한 세정을 가능하게 한다.The material inlet passage may be combined with the outlet of the vaporization passage. This arrangement results in an absolute limit on the amount of gas that can be tolerated when the carrier gas is introduced only through the vaporization passage, making the opening area useful. By introducing the carrier gas from the expansion opening at the outlet of the vaporization passage, a larger volume of carrier gas allows for more efficient vaporization of the unvaporized raw material present in the vaporization passage. In addition, during the cleaning, when the cleaning agent flows in only from the inlet of the vaporization passage, a stagnant region is created in the region of the expansion passage, and the raw material which is not vaporized cannot be completely washed. In this case, a large amount of detergent can be applied to allow a more complete cleaning.
상기 원료 유입 통로는 기화통로에 대향하도록 합쳐진다. 이러한 경우에, 유입 통로관이 단면이 큰 개구가 있는 영역에 배치될 수 있으므로, 대직경관이 대량의 세정제를 운반하도록 사용될 수 있다. 또한, 상기 관이 기화기부의 중심 근처에 배치될 수 있으므로, 용매를 더 균일하게 분포시키는 것이 가능하다.The raw material inlet passage is combined to face the vaporization passage. In such a case, since the inflow passage pipe can be arranged in an area having an opening having a large cross section, a large diameter pipe can be used to carry a large amount of detergent. In addition, since the tube can be arranged near the center of the vaporizer portion, it is possible to distribute the solvent more uniformly.
본 발명의 다른 특징은 처리실로 증기원료를 운반하는 기화 장치가 액체원료를 기화하는 기화기부를 포함하고, 여기서 기화기부의 배출구는 하류를 향하여 위쪽으로 경사지는 상부 경사부를 포함한다. 이 경우에, 기화되지 않은 액체원료 또는 재액화된 액체원료가 증착실을 향하여 흐르는 것을 방지할 수 있다.Another feature of the present invention includes a vaporizer vaporizer which vaporizes a liquid raw material by a vaporization apparatus for transporting vapor raw material to a processing chamber, wherein the outlet of the vaporizer vaporizer includes an upper inclined portion that is inclined upwardly downstream. In this case, the unvaporized liquid raw material or the reliquefied liquid raw material can be prevented from flowing toward the deposition chamber.
본 발명의 다른 특징에서, 기화 장치는: 액체원료 내의 불활성 가스를 용해하는 가스 용해부; 액체원료를 기화시키는 기화기부; 및 불활성 가스가 액체원료에 용해되어 유지되는 동안 가스 용해부로부터 기화기부로 액체원료를 전달하는 액체원료 운반 통로를 포함한다.In another aspect of the present invention, the vaporization apparatus includes: a gas dissolving unit dissolving an inert gas in a liquid raw material; Vaporizer unit for vaporizing the liquid raw material; And a liquid raw material conveying passage for transferring the liquid raw material from the gas dissolving portion to the vaporizer portion while the inert gas is dissolved and maintained in the liquid raw material.
상기 장치에서, 액체원료가 기화기부 내에서 기화될 때, 용해 용량은 증기의 형성에 따라 감소하고, 불활성 가스가 분리된다. 증기 형성과 가스 분리를 위한 위치가 서로 인접하므로, 증기원료의 부분압이 명확하게 감소하고, 액체원료와 가열부 사이의 접촉을 방해하지 않고도 기화 효율이 향상될 수 있다. 또한 불활성 가스의 부분압이 6 kgf/cm2G 이상에서 가스 용해부가 작동하는 것이 바람직하다.In the apparatus, when the liquid raw material is vaporized in the vaporizer portion, the dissolution capacity decreases with the formation of steam, and the inert gas is separated. Since the positions for steam formation and gas separation are adjacent to each other, the partial pressure of the steam raw material is clearly reduced, and the vaporization efficiency can be improved without disturbing the contact between the liquid raw material and the heating portion. It is also preferable that the gas dissolving unit is operated at a partial pressure of inert gas of 6 kgf / cm 2 G or more.
압력 차폐 장치가 액체원료 운반 통로와 기화기부 사이에 배치된다. 이 경우에, 용해된 불활성 가스가 기화기부에 도달하기 전까지 액체원료 내에서 유지되고, 또는, 기화기부가 저온 지역 및 가열 지역을 구비할 경우, 용해된 가스는 가열 지역에 들어가기 바로 전까지만 유지되므로, 갑작스런 가스 분리가 감소될 수 있어 기화 효율을 더욱 향상시킨다.A pressure shield is arranged between the liquid raw material conveying passage and the vaporizer section. In this case, the dissolved inert gas is maintained in the liquid raw material until it reaches the vaporizer part, or if the vaporizer part has a low temperature zone and a heating zone, the dissolved gas is only maintained until it enters the heating zone, Sudden gas separation can be reduced, further improving vaporization efficiency.
가스 용해부는 액체원료와 불활성 가스의 접촉을 향상시키는 증기-액체 혼합 장치를 포함한다. 증기-액체혼합 장치의 몇 가지 예로는 가스의 거품내기(gas-bubbling), 액체의 교반(stirring) 및 액체 중으로 가스 분사를 포함한다.The gas dissolving unit includes a vapor-liquid mixing device for enhancing the contact of the liquid raw material with the inert gas. Some examples of vapor-liquid mixing devices include gas-bubbling of gases, stirring of liquids, and gas injection into liquids.
본 발명의 다른 특징은 증기원료를 생성하도록 액체원료를 기화하고 모세관과 이 모세관에 둘러싸인 가열 장치를 구비한 기화기부와, 처리실 내에 배치된 기판을 향하여 증기원료를 분사하는 분사 헤드를 포함하는 가스 분사 장치에 관한 것으로, 여기서 기화기부와 분사 헤드는 열 통합 유닛으로 만들어진다. 상기 장치에서, 모세관과 고온 열교환기의 조합은 액체원료를 효율적으로 기화하게 하고, 이와 동시에, 증기원료는 통과하는 동안 온도 변화에 영향을 받지 않고 처리실 내로 운반될 수 있으므로, 안정된 열역학적 상태에서 고품질의 막증착을 행할 수 있다.Another feature of the present invention is a gas injection comprising a vaporizer section having a vaporizer for vaporizing a liquid raw material to produce a vapor raw material and having a capillary tube and a heating device surrounded by the capillary tube, and an injection head for injecting the vapor raw material toward a substrate disposed in the processing chamber. Apparatus wherein the vaporizer portion and the spray head are made of a heat integration unit. In this arrangement, the combination of capillary tube and high temperature heat exchanger allows for the efficient vaporization of the liquid raw material and at the same time the steam raw material can be transported into the process chamber without being affected by temperature changes during the passage, thereby ensuring high quality in a stable thermodynamic state. Film deposition can be performed.
상기 장치에서 기화기부와 분사 헤드는 공통 케이싱에 수용된다. 상기 케이싱에서, 기화된 원료가 관을 통해 통과하지 않고도 가능한한 가장 짧은 통로 내의 가스 분사 헤드로 운반되므로, 증기원료가 조기 열화나 침전 반응을 일으키지 않고 처리실로 운반될 수 있다. 또한 케이싱에 동일한 열매체 통로가 제공되는 것도 가능하다. 이러한 구조는 바람직한 온도로 유지시키는 단순한 분사 헤드를 가능하게 한다.In the device the vaporizer and the injection head are housed in a common casing. In the casing, the vaporized raw material is transported to the gas injection head in the shortest possible passage without passing through the tube, so that the vapor raw material can be transported to the processing chamber without causing premature deterioration or precipitation reaction. It is also possible for the casing to be provided with the same heat medium passage. This structure allows for a simple spray head to maintain at the desired temperature.
상술된 장치에서, 품질열화 방지 수단이 제공되어 가열 수단의 상류 영역에 있는 통과하는 액체원료의 품질이 가열 수단의 가열 효과에 의해 영향을 받는 것을 방지한다. 이 경우에, 상기 장치의 상류 영역에 배치된 고온 열교환기의 가열 효과는 미리 기화된 액체원료가 열화되는 것이 방지된다.In the apparatus described above, a deterioration preventing means is provided to prevent the quality of the passing liquid raw material in the upstream region of the heating means from being affected by the heating effect of the heating means. In this case, the heating effect of the high temperature heat exchanger disposed in the upstream region of the apparatus is prevented from deteriorating the pre-vaporized liquid raw material.
기화기부와 분사 헤드는 액체원료로부터 생성되는 증기원료의 팽창 효과를 흡수하고 분사 헤드 내의 다수의 노즐 구멍으로 증기원료를 분포시키는 이중 기능을 하는 동일한 유동 조절 공간을 공유한다. 이 경우에, 기화된 원료는 열적으로 균일화된 유동 조절 공간 내로 들어가고, 기판 상으로 직접 분사된다. 따라서, 증기원료는 처리실로 들어가기 이전에 잔여 통로를 경유하여 통과할 필요가 없게 되므로, 증기원료의 품질이 유지되고 플러깅이 방지된다.The vaporizer portion and the injection head share the same flow control space that absorbs the expansion effect of the vapor raw material produced from the liquid raw material and serves the dual function of distributing the vapor raw material to a plurality of nozzle holes in the injection head. In this case, the vaporized raw material enters into the thermally uniform flow control space and is sprayed directly onto the substrate. Therefore, the steam raw material does not need to pass through the remaining passage before entering the processing chamber, so that the quality of the steam raw material is maintained and plugging is prevented.
유동 조절 공간은 원뿔형으로 형성된다. 그리고, 유동 조절 공간은 처리 가스 운반 통로와 연통한다. 상기 장치에서, 강하 가스의 운동 에너지가 원료 증기 자체 또는 원료증기와 산화 가스 또는 원료 증기와 캐리어 가스의 균일한 혼합을 생성하는데 활용될 수 있다.The flow control space is formed conical. The flow control space is in communication with the process gas delivery passage. In the apparatus, the kinetic energy of the falling gas can be utilized to produce a uniform mixture of the raw material vapor itself or the raw material vapor and the oxidizing gas or the raw material vapor and the carrier gas.
가스 분사 장치의 다른 특징은 액체원료를 전달하는 모세관을 둘러싸는 가열 장치를 구비하고, 처리실 내에 배치된 기판을 향해 증기원료를 분사하는 분사 헤드와 연통하고, 여기서 기화기부와 분사 헤드는 단열 커버 유닛 내에 수용된다. 구성의 단순화가 유지되면서도 상술된 바와 동일한 장점이 얻어진다.Another feature of the gas injection device includes a heating device surrounding a capillary for delivering a liquid raw material, and communicates with an injection head for injecting steam material toward a substrate disposed in the processing chamber, wherein the vaporizer portion and the injection head are insulated cover units. Is housed within. The same advantages as described above are obtained while maintaining the simplicity of the configuration.
본 발명은 도면을 참조하여 아래에 설명된다. 본 발명의 기화기부는 유기 용매 내의 티타늄, 바륨, 스트론튬, 납, 아연, 비스무스, 탄탈륨, 노비움, 및 란타늄과 같은 물질의 유기금속 화합물을 용해시켜 만들어지는 액체원료로부터 증기를 생성시키는데 매우 효율적이다. 다음의 설명에서, 상류와 하류라는 용어는 원료원(10)(상류) 및 소모 가스 배출구(하류)에 대한 시스템 내의 임의의 지역을 나타내기 위해 사용된다.The invention is described below with reference to the drawings. The vaporizer portion of the present invention is very efficient for generating steam from liquid raw materials made by dissolving organometallic compounds of materials such as titanium, barium, strontium, lead, zinc, bismuth, tantalum, novium, and lanthanum in organic solvents. In the following description, the terms upstream and downstream are used to indicate any area within the system for the source 10 (upstream) and the exhaust gas outlet (downstream).
도 1은 본 발명의 기화기부를 포함하는 화학적 증착 시스템의 전체도를 나타낸다. 상기 장치는 액체원료(L)용 원료 저장고(12)를 포함하는 액체원료 공급원(10); 상기 공급원(10)에 연결되는 원료관(14); 및 유량의 미세한 제어를 제공하고 유동 맥동을 매끄럽게 하는 유동 제어기(18)와 원료 펌프(16)를 포함하는 원료 운반 설비를 포함한다.1 shows an overall view of a chemical vapor deposition system including the vaporizer portion of the present invention. The apparatus comprises a liquid raw material source (10) comprising a raw material reservoir (12) for liquid raw material (L); A
유동 제어기(18)의 하류측의 원료관(14)을 따라, 기화 방지부(20)가 제공된다. 상기 구간의 바로 하류에는, 액체원료(L)를 고온과 저압에 노출시킴으로써 액체원료를 순식간에 기화시키는 기화기부(22)가 제공된다. 상기 기화기부(22)는 히터(24)에 의해 가열되는 가스 운반관(26)을 통해 처리실(28) 내에 제공되는 원료 가스 분사 장치(30)와 연통한다. 가스 분사 장치(30)는 히터 및 유동 조절기를 구비하는 반응 가스(산화 가스) 운반관(32)과 연통한다.Along the
기화기부(22)는 큰 체적의 안정된 열을 공급하도록 고온 열매체가 함유된 재킷 히터로 만들어지는 가열부(36)를 포함한다. 도 2A에 도시된 바와 같이, 가열부(36)는 액체원료의 큰 단위 체적 당 열 수용 면적(열 수용 면적비)을 제공하도록 재킷 히터(38)를 관통하는 모세관(14a)을 포함한다. 도 1에 도시된 바와 같이 열매체는 고 열용량 오일이고, 이는 재킷 히터(38) 내에 제공된 고온 열교환기(40)에 의해 가열된다. 기화기부(22)는 막증착실(28)의 하류에 배치된 진공 펌프(34)에 의해 저압으로 유지된다.The
히터부(36)의 구성의 몇 가지 예가 다음에 나타난다. 도 3a에서, 모세관(14a)은 재킷형 히터를 사용하지 않고도 히터(42)에 의해 가열되고; 도 3b에서, 외부 히터(42)가 재킷 히터(38) 내에 흐르는 매체를 가열하는데 사용된다. 도 4에 도시된 바와 같이, 매체를 가열하고, 펌프(46) 및 순환 통로(48)를 경유하여 재킷 히터(38)로 가열된 매체를 순환시키는 외부탱크(44)를 활용하는 것도 가능하다. 이러한 설계를 채택함으로써, 기화 방지부(20)에 불리한 가열 효과를 최소화 시키면서도 기화기부(22)에 충분한 열을 제공하는 것이 가능하다.Some examples of the configuration of the
상술된 가열부의 구성에서, 유체(V)의 단위 체적 당 열 수용 면적(S)은, "d"를 모세관(14a)의 내부 직경이라 하고 "S=πd" 를 단위 길이 당 열 수용 면적이라 하고; 유체의 체적이 V=πd2 이면, 비 H1 은 다음과 같이 표현된다.In the above-described configuration of the heating portion, the heat receiving area S per unit volume of the fluid V is defined as "d" as the inner diameter of the capillary 14a and "S = πd" as the heat receiving area per unit length. ; If the volume of the fluid is V = πd 2 , the ratio H 1 is expressed as follows.
H1 ∝ S/V = 4/dH 1 ∝ S / V = 4 / d
따라서, 열의 양은 d에 반비례하여 증가한다. d가 2mm 이하일 경우, 기화가 충분히 신속하게 수행되어 양호한 결과를 제공한다.Therefore, the amount of heat increases in inverse proportion to d. If d is 2 mm or less, vaporization is performed quickly enough to give good results.
기화 방지부(20)는, 기화기 내로 운반되기 전까지 액체원료(L)의 열화 또는 분해를 억제하면서 액체원료가 기화기(22) 내에서 순식간에 기화되기 용이하도록 만드는 준비부로서 작용한다. 기화 방지부(20)는 일정한 온도의 탱크(50)로부터 나오는 소정 온도의 유체를 수용하는 저온 열교환기(52)를 포함한다. 상기 설계에 따라, 저온 열교환기(52) 내부의 원료 파이프(14)와, 일방 밸브(54) 및 액체원료(L)는 주위 온도의 변화에 상관 없이 예를 들어 도 34에 도시된 점 Y에서의 온도 Ty로 유지된다. 일방밸브(54)는 기화기부의 부압을 제어하여 역효과를 방지한다.The
기화기부의 작동이 다음에 설명된다. 원료 저장고(12)에 저장되는 액체원료(L)는 유량을 제어하고 맥동을 매끄럽게 하기 위하여 원료 펌프(16)에 의해 원료관(14)을 따라 유동 제어기(18)로 가게된다. 액체원료(L)는 온도(Ty)와 압력(Py)로 유지되는 기화 방지부(20)로 들어가게 된다. 액체원료가 분해나 열화를 거치지 않도록 이러한 예비 온도가 선택되지만, 기화기부(22) 내로 들어오기만 하면 신속하게 기화온도에 이르게 하는 것도 가능하다.The operation of the vaporizer section is explained next. The liquid raw material L stored in the
기화기부(22)로 들어가는 액체원료(L)가 모세관(14a)과 외부관(재킷)(38)을 포함하는 이중벽 구조를 갖는 고온 열교환기(40) 내로 거치게된다. 상기 배열 형태에서, 대량의 열이 재킷 히터(38) 내부의 고온 열매체로부터 액체원료(L)로 모세관을 통하여 흐를 수 있으므로, 액체원료(L)의 온도가 순간적으로 상승하고, 또한, 하류에 배치된 진공펌프(34)의 영향에 의해 압력이 신속하게 감소한다. 이 결과로 도 34에 도시된 기화 영역 내의 점 Z에 도달하는 동안 액체원료가 기화한다.The liquid raw material L entering the
기화 방지부(20)의 저온 열교환기(52) 및 기화기부(22)의 고온 열교환기(40)는 서로가 작은 분리 간격으로 매우 가깝게 배치되고, 상기 영역에서 원료관(14) 내에 가파른 온도 구배가 존재하게 된다. 따라서, (c)영역을 통과하는 액체원료(L)가 용매의 열화나 때이른 기화를 일으키지 않고 (b)영역의 완전 기화에 이르게 되고, 정확한 조성 및 균일성의 증기원료가 처리실(28) 내의 기판으로 운반된다.The low
상기 실시예에서, 원료 통로가 도 2a에 도시된 바와 같이 모세관(14a1)으로 구성되지만, 도 2b에 일예로 도시된 바와 같은 평평한 직각관(14a2)도 허용가능하다. 이러한 형태는 모두 동일한 신속 가열 효과가 유지되는 동안 액체원료의 유동 체적을 증가시키는데 효율적이다. 또한, 상기 실시예에서는, 하나의 액체원료(L)와 하나의 원료 저장고(12)가 있지만, 원료 저장고(12) 내에 저장되는 복수의 액체원료(L)의 배열도 가능하고, 혼합기(도시되지 않음) 내에서 액체원료(L)를 혼합한 이후에, 혼합된 액체원료가 기화 방지부(20)와 다음으로 기화기부(22)로 운반되어 혼합된 증기원료를 처리실(28)로 궁극적으로 운반한다.In the above embodiment, the raw material passage is composed of capillary tubes 14a1 as shown in FIG. 2A, but flat rectangular tubes 14a2 as shown as an example in FIG. 2B are also acceptable. All of these forms are effective in increasing the flow volume of the liquid raw material while maintaining the same rapid heating effect. Further, in the above embodiment, although there is one liquid raw material L and one
도 5a는 기화기부의 다른 실시예를 도시한다. 상기 장치는 기화기부(22)에 있는 모세관(14a)의 직경이 장치의 하류부에서 점차적으로 확장하는 확장부(56)를 구비한다. 상기 확장부(56)는 내부에서 가열되는 액체원료(L)가 기화기 전체에서 직경이 일정한 경우 발생할 수 있는 압력 상승에 의해 초래되는 기화의 어려움을 방지하도록 설계된다. 또한 증기원료의 압력 손실을 억제하면서 원료관의 체적을 매끄럽게 증가시킴으로써 단열 팽창에 기인하는 온도 변화의 제어에도 기여한다. 따라서, 확장부(56)는 액체원료가, 기화 온도에 도달하는 선형부 내의 획득된 현열을 가진 이후에 필요한 잠열을 획득함으로써 액체원료가 팽창을 시작하는 기화기 내의 위치에서 최적으로 배치된다. 만일 통로 확장비가 너무 크면, 모세관 벽으로부터의 열 공급은 증기 형성을 완벽하게 하는데 불충분하게 되므로, 기화 효율이 열등하게 된다. 따라서, 확장부(56)의 각(q)은 14도 이하, 바람직하게는 5도 이하여야 한다. 도 5b는 이단 확장부(56a, 56b)를 도시하고, 1 단 각(q1)은 5도 이하이고 2 단 각(q2)은 14도 이하이다.5A shows another embodiment of the vaporizer portion. The device has an
도 5c는 출구를 향하여 점차적으로 직경이 증가하는 단면도를 도시한 확장부(56c)의 다른 실시예를 도시한다. 따라서, 내부 직경의 변화를 단계적으로 또는 지속적으로 적용함으로써, 액체원료의 압력의 갑작스런 변화를 방지할 수 있어서 효율적인 기화 공정을 행하게 된다. 상기 실시예에서, 단면도에서 확장부(56c)의 형상은 도 5c에 빗금으로 도시되는 곡선 C1 과 C2 에 의해 둘러싸이는 영역에 존재하도록 설계된다. 상기 영역은 다음식에 의해 정의된다:FIG. 5C shows another embodiment of
(r - r0)/(r1 - r0) ≥ (L/L1)10 (r-r 0 ) / (r 1 -r 0 ) ≥ (L / L 1 ) 10
및 And
(r - r0)/(r1 - r0) ≤ (L/L1)2 (r-r 0 ) / (r 1 -r 0 ) ≤ (L / L 1 ) 2
상기 식에서, L은 상기 확장부(56c)의 시발점(P0)으로부터 임의의 점(P)까지의 거리이고; r은 거리 L에서의 단면 등가 반경이고; L1은 상기 확장부(56c)의 상기 시발점(P0)으로부터 종점(P1)까지의 거리이고; r0는 시발점(P0)에서의 단면 반경이고; r1은 상기 종점(P1)에서의 단면 등가 반경이다.Where L is the distance from the starting point P 0 of the
그리고 도 5d에 도시된 바와 같이, θ0 는 확장부(56c)의 시발점(P0)에서 접선에 의해 형성되고 선"r = r0" 는 0도 이상 5도 이하이므로, 확장부(56c)는 기화기부(22)의 직선부를 매끄럽게 뒤따른다. 상기 설계에 따라, 가장 효율적인 증기 형성 공정이 반경들의 종점을 연결하여 형성되는 형태에서 수행된다.As shown in FIG. 5D, since θ 0 is formed by a tangent line at the starting point P 0 of the
상기 실시예에서, 기화기부(22)는 원형 단면을 갖는 형상이 된다. 그러나, 타원 또는 직각형 등의 다른 단면을 갖는 확장부도 점차로 증가하는 직경을 가질 수 있다. 이 경우에, 등가 반경(equivalent radius)이 실제 반경 대신에 사용된다. 상기 등가 반경(r)은 다음식에 의해 정의된다:In this embodiment, the
r = (A/π)1/2 r = (A / π) 1/2
상기식에서 A는 L에서의 단면적이다.Where A is the cross-sectional area at L.
도 6a 및 도 6b는 기화기부(22)의 압력 효과가 기화 방지부(20)의 성능에 영향을 주는 것을 방지하는 다른 실시예를 도시한다. 도 6a는 기화기부(22)와 기화 방지부(20) 사이의 모세관에서 좁은 목을 갖는 수축된 모세관(58a)을 도시한다. 도 6b는 모세관을 오리피스(58b)로 대체한 경우를 도시한다. 상기 수축된 단면(58a, 58b)이 기화기부(22) 내의 압력 효과가 기화 방지부(20)의 성능에 영향을 주는 것을 완충시키는데 효율적이라는 것은 명백하다. 또한, 양 경우에서, 일방 밸브(62)가 기화 방지부(20)의 상류측에 제공되고, 임계값을 적절히 설정함으로써, 동일한 효과를 얻는 것이 가능하다.6A and 6B show another embodiment in which the pressure effect of the
도 7a는 기화 방지부(20) 내에서, 일방 밸브(62)가 저온 열교환기(52) 내의 모세관(14a) 상에 제공되는 다른 실시예를 도시한다. 상기 일방 밸브(62)가 도 7b에 도시된 바와 같이 유로의 상류측을 향하여 밸브 부재(64)의 장력으로 바이어스 시키는 탄성 스프링 부재(66)를 구비하므로, 밸브 부재(64)는 밸브대(68)에 대하여 가압된다. 상기 설계는 일방 밸브(62a)가 밸브 부재(64)의 하류측에 배치되는 스프링 부재의 압축력을 활용하여, 결과적으로 스프링 주위의 액체원료(L)는 기화기부(22)의 열효과 및 압력 효과에 취약한 위치에서 정체를 초래하게 되는, 도 7c의 예와는 대비된다. 도 7a 또는 도 7b에 도시된 상기 설계는 액체원료(L)의 품질에 있어서 정체의 형성과 결과적인 열화를 방지하는 것이 가능하기 때문에 우수하게 된다.FIG. 7A shows another embodiment in which the one-
도 8a 및 도 8b는 둘 사이에 미세한 간극을 갖는 외부관(70)과 코어 부재(72)를 포함하는 운반 통로(14)가 있는 다른 실시예를 도시한다. 운반 통로(72)의 링형 단면도가 도 9에 도시된다. 코어 부재(72)의 외부 직경은 d1이고, 외부관(70)의 내부 직경은 d2 이며, 액체원료의 단위 체적 당 모세관의 열 수용 면적을 나타내는 열 수용 면적 비 H2 는 유체 체적 "V = π(d2 2 - d1 2)/4"에 대한 열 수용 면적" S = πd2" 의 비에 비례한다.8a and 8b show another embodiment in which there is a conveying
H2 ∝ S/V = 4d2/(d2 2 - d1 2).H 2 ∝ S / V = 4d 2 / (d 2 2 -d 1 2 ).
(d2 ≒ d1 ) 이기 때문에,(d 2 ≒ d 1 )
H2 ∝ S/V = 2/(d2 - d1),H 2 ∝ S / V = 2 / (d 2 -d 1 ),
이므로 상기 비는 반경차(d2 - d1)에 대체적으로 반비례하여 증가한다.Since the ratio is the radius difference (d 2 -increases in inverse proportion to d 1 ).
이러한 설계에 의해 도 1에 도시된 단순한 모세관(14a)에 비해 더 높은 기화 효율을 얻을 수 있으며, 동시에 액체 통로의 단면적을 유지하여 증기 체적을 유지할 수 있다. 도 8a에 도시된 설계는 도 5b에 도시된 2단 확장부에 대응한다.This design allows for higher vaporization efficiency compared to the
도 10a는 기화기부(22)에 제공된 직선형 코어 부재(72a)를 나타내고, 도 10b는 동일부의 원뿔형 코어 부재(72b)를 나타낸다. 도 10b에 도시된 설계는 통로폭을 증가시키지 않고도 압력 증가를 제어할 수 있기 때문에, 효과적인 기화를 제공하고 비(H)를 증가시키지 않고도 원활하게 열을 공급할 수 있다.10A shows a
도 11a 내지 11c는 유동 방향을 따라 만들어진 절단부를 갖는 코어 모양의 변형례를 나타낸다. 도 11b의 코어 부재(72h)는 주어진 사이각의 부채꼴 단면 절단부(73)를 갖는다. 도 11c는 내향의 개구를 구비한 절단부(73a)를 갖는 코어 부재(72i)의 경우를 나타낸다. 이러한 형태의 기화기부(22) 설계는 좁은 공간 영역으로 이루어진 기화 촉진 영역(A)과 넓은 통로로 이루어진 기화 방지 영역(B)을 제공한다. 이 설계는 기화기부의 도처로 압력 증가를 퍼트리는데 효과적이므로, 증기 형태의 갑작스런 증가가 상기 영역(A)에서 발생하더라도 압력 방지 영역(B)에 의해서 상기 압력 증가가 완화되고, 이에 의하여 기화 효율을 증가시킬 수 있다.11A-11C show a modification of the core shape with cuts made along the flow direction. The
도 12에 도시된 또 다른 실시예에 있어서, 미세관(74)이 코어 부재(72c)의 내부에 삽입되어 또 다른 열매체 유동 통로를 형성하고 있기 때문에, 유체 통로(14)내의 액체원료(L)는 상기 통로의 내벽과 외벽 모두로부터 가열된다. 이 예에서, 코어 부재(72c)의 열통로 방해를 막기 위해서, 기화 방지부(20)와 기화기부(22) 사이의 운반 통로는 직각으로 구부려져 있다. 이 경우에서 열 수용 면적비(H8)는 도 13a에 도시된 바와 같이 면적 " S = π(d2 + d1) "와 체적 " V = π(d2 2 - d1 2)/4 "에 비례한다. 따라서,In another embodiment shown in FIG. 12, since the
H2 ∝ S/V = 4(d2 + d1)/(d2 2 - d1 2)H 2 ∝ S / V = 4 (d 2 + d 1 ) / (d 2 2 -d 1 2 )
= 4(d2 -d1).= 4 (d 2 -d 1 ).
이것에 의해 이 경우의 기화 효율은 도 9에 도시된 경우의 효율에 2배임을 알 수 있다. 도 13b는 관(70)과 코어 부재(72d)를 직사각형으로 형성한 경우를 나타낸 것이다. 이 설계는 더 높은 유량을 허용하는 동시에 동일한 가열 효과를 유지한다.Thereby, it turns out that the vaporization efficiency in this case is twice the efficiency in the case shown in FIG. FIG. 13B shows a case where the
도 14는 링 모양의 유동 경로의 내외측에서 액체원료로 열을 제공하는 또 다른 예를 나타낸 것이고, 이 예에서, 히터(76)와 온도 센서(78)는 기화기부(22)의 코어 부재(72d)의 안쪽에 제공된다. 이 경우에 있어서, 코어 부재(72d)는 기화 방지부(20)을 관통하도록 배치되고, 또한 단열재(80)가 기화기부(22)와 기화 방지부(20) 사이에 제공되어 이들 사이의 열교환을 방지한다. 이러한 배열은 전선을 관 대신에 사용하여 구조를 단순화할 수 있고 센서(78)를 사용함으로써 온도의 미세한 제어를 할 수 있기 때문에 편리하다.FIG. 14 shows another example of providing heat to the liquid raw material in and out of the ring-shaped flow path. In this example, the
도 15a 내지 15c는 도 14에 도시된 내부 히터를 구비한 코어 부재의 모양의 변화예를 나타낸 것이다. 이 경우에, 코어 부재는 유체 유동의 방향으로 절단부를 갖는다. 도 15b에서, 코어 부재(72j)는 주어진 사이각의 부채꼴 단면을 갖는 절단부(73)를 갖는다. 도 15c에서, 코어 부재(72k)는 내향의 개구를 갖는 관형 절단부(73b)를 갖는다. 따라서, 이러한 설계는 기화 촉진 영역(A)과 기화 방지 영역(B) 모두를 제공하고, 유체 통로의 내측뿐만 아니라 외측에서도 액체원료를 가열함으로써, 영역(A) 내에서의 어떠한 압력 상승도 영역(B)에서 흡수되고, 이에 의해 기화기부 도처의 압력이 낮아지므로 기화 효율이 증가한다.15A to 15C show examples of changes in the shape of the core member with the internal heater shown in FIG. In this case, the core member has a cut in the direction of fluid flow. In Fig. 15B, the
도 16a는 운반 통로로부터 자유롭게 제거가능한 코어 부재의 또 다른 변화예를 나타낸 것이다. 이 경우에, 기화 방지부(20)의 운반 통로(14)와 기화부(22)는 직각으로 교차되어 있고, 기화부(22)의 외부관(82)은 상부에서 개방되고, 대직경부(84)를 갖는 코어 부재(72e)는 외부관(82)에 삽입된다. 대직경부(84)의 외주는 외부관(82)을 위한 밀봉시일 역할을 하는 O링 시일 부재를 구비한다. 외부관(82)의 꼭대기에는, 코어 부재(72e)를 상승 또는 하강시키기 위한 승강 장치(88)가 있다.16A illustrates another variation of the core member freely removable from the delivery passage. In this case, the
이 예에서, 외부관(82)와 코어 부재(72e) 사이의 미세 공간이 막히거나 또는 그와 같은 위험의 가능성이 존재하면, 상기 공간을 세척하기 위해서 다음의 단계들이 취해질 수 있다. 소정의 밸브들(도시되지 않음)을 스위칭함으로써, 기화기부의 하류측에 제공된 배수로로 배수될 수 있는 (원료 액체에 사용된 용매와 같은)세정제에 의해 원료관(14)이 세척될 수 있다. 세정제가 상기 통로를 통해 흐르고 있는 동안에, 장치(88)는 외부관(82) 내에서 코어 부재(72e)를 수직으로 이동시키도록 조작된다. 이러한 배열은 전체 막증착 장치 시스템의 진공상태를 깨뜨리지 않고도 운반 통로의 막힘을 방지하거나 세정할 수 있다.In this example, if the microcavity between the
도 16b는 기화 방지부(22)를 갖는 기화기부(20)의 직렬 연결의 경우를 나타낸 것이다. 이 경우에, 수축부(58a)에 대응하는 코어 부재(72f)의 크기가 축을 따라 변하기 때문에 상기 코어 부재가 수축부(58a)의 공간을 조정하도록 상승 또는 하강될 수 있다. 어느 경우에나, 코어 부재는 상술된 앞의 경우에서와 같이 가열될 수 있다.16B shows the case of series connection of the vaporizer |
도 17a 및 17b는 코어 부재(72m)가 기화기부(22)에서 완전하게 제거될 수 있는 코어 모양의 또 다른 변화예를 나타낸 것이다. 이것은 외부 환경으로부터 밀봉된 풀아웃(pull-out) 영역(90)을 제공함으로써 가능하게 만들어진다. 승강 장치(88)는 샤프트(91)에 의해 코어 부재(72m)를 상승 또는 하강시키도록 풀아웃 영역(90)의 상단부에 설치된다. 이 승강 장치(88)는 주름통(92)에 의해 풀아웃 영역(90)으로부터 분리된다. 코어 부재(72m)의 대직경부(84)에는 O링과 함께 제공되어 풀아웃 영역(90)과 기화기부(22)를 분리한다. 풀아웃 영역(90)의 상단부에는 세정제 공급관(93)이 있다.17A and 17B show yet another variation of the shape of the core in which the
기화 처리는 도 17a에 도시된 상태에서 수행되는데, 이 상태에서 코어 부재(72m)는 하강되어 기화기관(82)에 삽입되어 있기 때문에 링모양의 액체 통로가 형성된다. 세정 공정을 수행하기 위해서, 코어 부재(72m)는 도 17b에 도시된 바와 같이 기화기부(22)에서 완전히 제거되고, 그 다음에 풀아웃부(90)에 배치된 세정제 공급관(93)으로부터 세정제(C1)가 공급된다. 세정제(C1)는 코어 부재(72m)를 세정한 후 기화기관(82)의 내면을 세정한 다음에, 기화기부의 바닥으로부터 배수된다.The vaporization process is performed in the state shown in Fig. 17A. In this state, since the
이 세정 작업에서는, 코어 부재(72m)이 기화기관(82)에서 퇴거되기 때문에, 코어 부재(72m)와 기화기관(82)의 내부면 모두가 넓은 공간에 노출되고, 따라서, 다량의 고압 세정제(C1)가 세정용으로 사용된다. 본 세정방법에 의해 좁은 링모양의 공간을 세정하는 경우에 비해 훨씬 더 고도의 청결 상태를 얻을 수 있다.In this cleaning operation, since the
도 18a 및 18b는 코어 부재(72m)가 직렬로 배열된 기화 방지부와 기화기부 모두에 퇴거가능하게 삽입된 도 17a 및 17b에 도시된 실시예의 변형예를 나타낸 것이다. 이 예에서는, 코어 부재(72m)이 그 말단부로 갈수록 좁아지는 테이퍼부(75c)를 거쳐 연결된 상이한 직경부들(75a,75b)을 구비한다. 기화 방지부와 기화기부의 내측 통로들(82a,82b,82c)은 코어 부재(72m)의 것에 대응하는 윤곽을 갖도록 형성된다. 또, 승강 장치(88)는 기화 방지부(20)의 최상부에 제공된 풀아웃 영역(90)의 상단부에 제공된다.18A and 18B show a variant of the embodiment shown in FIGS. 17A and 17B in which the
상기 실시예에서, 세정 처리는 도 18b에 도시된 바와 같이 기화기부(22)로부터 코어 부재(72m)를 퇴거시킴으로써 수행되고, 도 17b에 대한 상기 설명과 같은 과정으로 수행된다. 기화 방지부의 내측 통로들(82a,82b,82c)은 공급관(93)으로부터 세정제를 흐르게 함으써 동시에 세정된다. 코어 부재(72m)에 상이한 직경부들을 제공함으로써, 세정제를 흐르게 하기에 적당한 폭을 갖는 세정 공간을 형성하기 위해 기화 방지부(20)로부터 전체 코어 부재를 퇴거시킬 필요는 없다. 따라서, 그와 같은 직렬 배열형 기화 장치의 코어 부재(72m)에 필요한 스트로크를 단축시킬 수 있기 때문에, 상기 장치의 크기를 최소화할 수 있다.In this embodiment, the cleaning process is performed by withdrawing the
도 19에 도시된 예 또한 도 17에 도시된 것과 유사하지만, 코어 부재(72p) 상과 기화기관(82) 상 모두에 제공된 동일한 테이퍼각을 갖는 테이퍼부(94a,94b)를 포함한다. 상기 예에서, 직경은 하류로 갈수록 더 좁아지지만, 반대 구조가 수용될 수도 있다. 이 설계에서, 기화기부로부터 코어 부재(72p)를 반드시 완전하게 제거할 필요는 없으며, 적당한 양의 세정제(C1)가 흐르기 위하여 코어 부재(72p)와 기화기관(82) 사이의 세정 공간을 확보하기 위한 부분 퇴거도 가능하다.The example shown in FIG. 19 is also similar to that shown in FIG. 17, but includes
도 20은 내부 액체 통로(90)와 외부면 상의 노즐 구멍(92)을 갖는 코어 부재(72g)가 있는 또 다른 실시예를 나타낸 것이다. 다양한 종류의 다목적용 액체가 내부 액체 통로(90)와 주기적으로 또는 필요한 만큼 있는 노즐 구멍(92)을 통해 기화기부(22)로 제공될 수 있다. 이 설계의 주요 목적은 기화를 촉진하고 막힘을 방지하는데 있으며, 이러한 목적은 공급 캐리어 가스와, 액체원료를 마련하는데 사용되는 용매 또는 다른 적당한 용매 또는 세정제에 의해 이루어질 수 있다.20 shows another embodiment with a
기화를 촉진하는데 케리어 가스를 사용하는 실시예를 소개한다. 이 경우에는, 상기 처리가 다음과 같은 액체원료(L)의 총기화를 위한 조건에서 수행된다.An example of using a carrier gas to promote vaporization is described. In this case, the treatment is carried out under the conditions for the totalization of the liquid raw material L as follows.
PVM / PT ≥ QM / (QM + QSV + QCG)P VM / P T ≥ Q M / (Q M + Q SV + Q CG )
여기서, PVM은 온도에서의 액체원료(L)의 압력; PT는 기화기부의 전체 압력; QM는 금속 성분의 양; QSV는 용매의 양; QCG는 캐리어 가스의 양이다. PVM은 온도 의존 변수이므로, 온도가 일정하면 PVM도 일정하다. 따라서, 용매와 캐리어 가스가 기화기부(22)의 온도를 상승시키지 않고도 코어 부재(72g)의 노즐 구멍(92)을 통해 공급되면, 기화가 촉진될 수 있다.Where P VM is the pressure of the liquid raw material L at the temperature; P T is the total pressure of the vaporizer section; Q M is the amount of metal component; Q SV is the amount of solvent; Q CG is the amount of carrier gas. Since P VM is a temperature dependent variable, if the temperature is constant, P VM is also constant. Therefore, if solvent and carrier gas are supplied through the
캐리어 가스, 용매 및 세정제는 기화기부의 유입부로 분사시키거나, 또는 기화방지부(VP)와 기화기부 사이의 공간으로 분사시킬 수 있으나, 기화기부의 하단을 세정하는 것이 목적인 경우에는, 기화기의 출구부로 세정제를 분사시켜 다량의 세정제를 공급할 수 있다.The carrier gas, the solvent and the cleaning agent may be injected into the inlet of the vaporizer part, or may be injected into the space between the vaporization prevention part (VP) and the vaporizer part. By spraying a large amount of the cleaning agent can be supplied.
도 21은 열매체를 흐르게 하는 이중벽 재킷 히터로서 배열되는 이러한 장치의 예를 나타낸다. 기화기부(22)를 구성하는 모세관(70)의 하류측에는 테이퍼진 확장부(70a)가 제공되며, 대직경부(70b)을 통하여 연장되도록 확장부(70b) 하류측 위치하는 물질 유입관(95)이 제공되고, 이 물질 유입관은 모세관(70)의 출구에 면하는 개구를 가진다. 물질 유입관(95)은 차단 밸브(96)을 통하여 캐리어 가스, 용매 또는 세정제의 공급원 중 어느 하나와 연결될 수 있다. 기화된 원료를 배출시키고, 막증착실로 운반하기 위하여, 배출관(97)이 경사부(98)의 위쪽을 경유하여 물질 유입관(95) 개구 아래쪽의 대직경부(70b)에 연결된다. 바이패스관(99)은 차단 밸브(99a)를 통하여 대직경부(70b)의 아래쪽에 제공된다. 21 shows an example of such a device arranged as a double wall jacket heater for flowing a heat medium. A tapered
이러한 설계에서는, 기화 공정 동안, 도입되는 액체원료의 양에 알맞은 유속으로, 기화 영역을 향하는 액체원료 유입구로부터 물질 유입관(95)를 통하여 캐리어 가스가 공급될 수 있다. 이러한 접근방식은 좁은 환상 액체 경로에 의해 방해받지 않고, 다량의 캐리어 가스에 의해서 기화부(22)에서 기화되지 않은 양의 증기가 기화 영역 중의 적합한 위치 또는 이의 하류 위치로 향하도록 처리될 수 있기 때문에, 유입구를 통하여 기화기부로 캐리어 가스를 도입하는 방식에 비하여, 기화 공정을 확대하는 데에 훨씬 효과적이다. In this design, during the vaporization process, the carrier gas can be supplied through the
기화 공정을 진행하는 동안에 세정을 실시하기 위해서, 경사부(98) 위쪽을 통하여 용매 또는 세정제를 도입하고, 바이패스관(99)으로 배출하여, 기화기부(22)를 효과적으로 세정한다. 이러한 물질은 또한 상류 위치로부터 동시에 도입할 수 있다. 그렇게 함으로써, 확장부(70a)와 같이 위쪽 위치에서 도입된 세정제의 정체로 인하여 도달하기 어려운 위치로 세정제가 흐를 수 있게 되어 이러한 위치가 효과적으로 세정될 수 있다. In order to perform cleaning during the evaporation process, a solvent or a cleaning agent is introduced through the
경사부(98) 위쪽에 출구관(97)이 제공되기 때문에, 기화되지 않은 공급 액체 또는 재액화된 액체(이전에 기화되었던)가 이 부분(98)에 트랩되므로, 이러한 액체가 하류측 위치하는 막증착실로 유입되는 것을 방지하는 것에 주목해야 한다. Since the
도 22는 본 발명의 다른 실시형태에 따른 전체 기화 시스템의 개략도이다. 이러한 배열은 도 1에 나타낸 것과 유사하나, 저온 및 고온 열교환기의 구성이 다소 상이하며, 캐리어 가스 라인이 추가된다. 이러한 시스템에서, 기화 방지 장치는 펠티에 장치(123)에 기초하며, 일방 밸브 대신에 차단 밸브(121)가 사용된다.22 is a schematic diagram of an overall vaporization system according to another embodiment of the present invention. This arrangement is similar to that shown in FIG. 1, but the configuration of the low and high temperature heat exchangers is somewhat different, with the addition of a carrier gas line. In such a system, the anti-vaporization device is based on the
기화 장치는 코일형으로 감겨있는 모세관(125)를 가지는 이중벽 고온 열 교환기(108)로서, 일정한 고온의 오일 탱크(114)로부터 공급되는 고온 오일(116)이 모세관(125) 주위를 흐른다. 고온 열교환기(108)에서 기화가 완료된 후, 공급 증기는 모세관(125)의 대직경부로 유입된다. 확장 노즐(122)을 통하여 공급 증기를 통과시켜, 원치않는 압력 불안정과 난류를 방지한다. 캐리어 가스(120)는 고온 열교환기(124)의 출구에서 공급관(104)으로 들어가, 공급 증기를 증착실(110)의 기판(W) 표면으로 이송시킨다.The vaporization apparatus is a double-walled high
고온 열교환기(108) 중의 모세관(125)의 표면 온도는 관(125) 주위를 순환하는 고온 오일(116)에 의해서 일정하게 유지되므로, 모세관(125) 내의 액체원료(L)가 신속하고, 균일하게 가열되어, 균일한 속도로 연속적으로 기화된다. 약간의 간격을 두고 미세관을 이동하는 기화된 원료로 인하여 일정량의 압력 손실이 있기 때문에, 시스템의 상측에 배치되는 기화방지부(22) 내에 있는 공급 증기가 일정한 압력으로 유지된다. 동시에, 액체원료는 펠티에 장치(123)에 의해서 소정의 온도로 냉각되므로, 공급 액체또는 용매의 불완전 기화가 엄격히 방지된다. 이러한 이유 때문에, 본 시스템은 공급 액체를 구성하는 물질들의 상이한 비등점으로 인한 부분기화 또는 침전 문제가 제거된다. Since the surface temperature of the
도 23은 본 발명의 또다른 기화 시스템을 나타낸다. 기화부는 도 22에 나타낸 것과 동일하나, 이 시스템은 세정부를 제공한다. 이 시스템은 변환 작동으로 수행되는 세 개의 상이한 공정이 가능하다. 이러한 배열은 각각의 용제-차단 밸브(127) 및 공급-차단 밸브(126)로 운반 통로(104)에 병렬 연결되는 세정제 탱크(129) 및 공급 탱크(101)을 포함하여 구성된다. 퍼지(purge) 가스용기(131)은 또한 라인-차단 밸브(121)의 아래 위치에서 퍼지-차단 밸브(128)로 운반 통로(104)에 연결된다.Figure 23 shows another vaporization system of the present invention. The vaporization section is the same as shown in FIG. 22, but the system provides a cleaning section. This system allows three different processes to be carried out in the conversion operation. This arrangement comprises a
이 시스템은 기화 공정, 퍼징(purging) 공정 및 이어지는 세정 공정의 세가지 공정을 수행한다. 기화 공정은 퍼지-차단 밸브(128)을 닫고, 공급 차단 밸브(126) 및 라인 차단 밸브(121)를 열어서 수행한다. 퍼징 공정은 저온 열교환기(펠티어 장치, 123) 및 고온 열교환장치(124) 중의 공급라인(104)을 퍼지하도록, 라인 차단 밸브(121)를 닫고, 퍼지 차단 밸브(128)를 열어, 퍼지 가스(133)로 시스템을 퍼지하여 수행한다. 세정 공정은 공급 차단 밸브(126) 및 퍼지 차단 밸브(128)를 닫고, 공급라인(104)을 통하여 세정제(132)를 흐르게 하여 수행한다. 세정 공정에서, 향상된 세정을 위하여 고온 열교환기(108)에 기화 공정 동안 설정된 온도를 변경할 수 있다. The system performs three processes: vaporization process, purging process and subsequent cleaning process. The vaporization process is performed by closing the purge-blocking
도 24는 또다른 기화 시스템을 나타낸다. 액체원료(L)을 저장하기 위한 공급 탱크(212)는 불활성 기체를 액체원료(L)중에 혼합시키는 불활성 기체 용해 장치(230)를 가진다. 공급 탱크(212) 하류에, 기화기부(214) 및 막 증착실(220)는 각각 공급관(216) 및 공급 증기 분배관(222)을 통하여 시스템에 연결된다. 기화기부(214)는 앞선 실시형태에서 설명한 기화 방지부를 포함하여 구성될 수 있으나, 예를 들어, 다공성 기화기를 포함하는 다른 형태일 수 있다. 24 shows another vaporization system. The
불활성 기체 용해 장치(230)는 예를 들어, 6 kgf/cm2G 또는 더 높은 압력으로 탱크(212) 내의 액체원료(L)에 N2 또는 Ar과 같은 불활성 기체를 도입한다. 액체 중에 용해될 수 있는 가스의 양은 가스 압력에 비례하며, 액체 온도에 반비례한다. 그러므로, 저온에서 담겨진 액체에 대한 가스 압력을 변화시켜, 액체원료(L) 중에 용해된 가스의 양을 제어할 수 있다.Inert
공급 분배관(216)은 질량 유동 조절기(MFC, 234)를 가지며, MFC(234)의 하류에, 차단 밸브(236) 및 오리피스(238) 또는 일방밸브가 원료의 유동 방향을 따라 연속적으로 위치한다. MFC(234)는 개구의 설정에 의해 결정되는 일정량의 액체를 하류로 흐르게 하는 자동밸브이며, 상류측은 오리피스(238) 또는 일방 밸브에 의해서 상기한 일정한 압력으로 유지되며, 용해된 불활성 기체가 액체원료(L)로부터 분리되는 것을 방지하는 비-분리 영역을 유지하는 역할을 한다. 불활성 기체가 조기 분리되는 경우에는, 본 발명의 의도와는 반대로 가스가 모이게 된다.The
상기한 본 발명의 작동을 하기에 설명한다. 불활성 기체 용해 장치(230)에 의해서 가스 유입관(232)을 통하여 압력, 예를 들어, 6 kgf/cm2G의 고압으로 공급 탱크(212)로 불활성 가스를 도입함으로써, Ar과 같은 불활성 가스가 공급 탱크(21)에 저장된 액체원료(L) 중에 용해된다. 불활성 기체는 액체원료(L) 중에 균일하게 용해되고, 가압된 액체원료(L)은 MFC(234)에 의하여 결정된 속도로 기화기(214)를 향한다.The operation of the present invention described above is described below. By introducing an inert gas into the
기화기(214)는 증착실(220)에 연결된 진공 펌프(224)에 의하여 저온으로 유지되며, 그 안에 제공되는 히터에 의해 액체원료(L)의 기화온도 이상의 온도로 가열된다. 액체원료(L)은 기화기(214) 내부의 낮은 압력에 접하고, 소정 속도로 기화하도록 히터로 가열되며, 온도가 상승함에 따라, 액체원료(L)에 가스가 남아있을 가능성이 낮아져, 불활성 기체가 방출된다.The
액체원료(L) 내에서 불활성 기체가 분리되므로, 기화기(214) 내에서 기화된 가스의 부분압을 감소시켜 기화가 증대될 뿐아니라, 액체 상에서 난류가 촉진되어, 공급 액체가 가열된 벽 표면에 접촉된다. 분리된 불활성 기체는 기화된 원료(가스 원료)을 이동시키는 캐리어 가스로 작용하며, 저압지역 하류로 물러나, 시스템에서 신속히 소모된다. 또한, 현미경적으로 액체원료(L) 내의 모든 곳에서 분리 현상이 발생하기 때문에, 공급 액체 및 캐리어 가스 사이의 특정 접촉 지역이 커져, 캐리어 가스의 효과가 증대된다. Since the inert gas is separated in the liquid raw material L, not only the partial pressure of the gas vaporized in the
원료의 기체상 혼합물 및 불활성 기체는 가열된 공급 기체관(222)를 통하여 증착실(220)로 보내지며, 소정 반응온도로 유지되는 기판(W) 상에 분사된다. 증착 공정은 기체상 원료가 증착된 금속-산화물 박막을 생성하며, 소비된 가스는 진공 펌프(224)의 작용으로 증착실(220)로부터 소모된다. The gaseous mixture of raw materials and the inert gas are sent to the
액체원료에 용해될 수 있는 불활성 가스의 양은 제한되며, 이 양이 충분하지 않은 경우에는 도 20에 도시된 실시예에서처럼 입구면으로부터 기화기(214)에 별도로 불활성 기체를 도입할 수 있으나, 증착실(222)로 보내지는 기체상 원료 중의 불활성 기체 함량이 불충분한 경우에는, 도 23에 나타낸 바와 같이 기화기(214)의 출구면으로부터 별도로 공급 가스 분배관(222)으로 불활성 기체가 분사될 수 있다. The amount of inert gas that can be dissolved in the liquid raw material is limited, and if this amount is not sufficient, an inert gas may be introduced separately from the inlet to the
도 25는 공급 분배관(216)에 의해 연결되는 공급 탱크(212) 및 증발기(214); 및 차단 밸브(235)의 상류에 배치되는 공급 펌프(240); 및 차단 밸브(235) 하류에 배치되는, 흐름 저항을 제공하기 위한 일방 밸브(242) 또는 오리피스(238)를 포함하여 구성되는 기화 시스템의 또다른 실시형태를 나타낸다. 이러한 시스템에도 고압에서 액체원료 중에 Ar과 같은 불활성 기체를 용해하는 불활성 가스 용해 장치(230)가 제공되고, 가압된 액체원료(L)은 펌프(240)에 의해 기화기(214)로 보내진다. 액체원료(L)은 일방 밸브(242) 설정점 이상의 고압으로 유지되므로, 공급 펌프(240)에 캐비테이션이 발생하지 않는다. 25 shows a
도 26은 공급 탱크(21)의 벽을 통하여 통과하는 공급 가스 분배관(252)의 팁에 배치된 다공성부재(254)으로 구성되는 불활성 기체 용해 장치(250)을 포함하는 기화 시스템의 또다른 실시형태를 나타낸다. 이러한 배열은 액체원료(L) 중에 불활성 기체가 용해되는 것을 용이하게 한다. FIG. 26 shows another embodiment of a vaporization system including an inert
도 27은 교반 날개(262) 및 날개(262)를 회전시키기 위한 모터(264)를 포함하여 구성되는, 공급 탱크(212)에 저장된 액체원료(L)을 교반하기 위한 교반 장치(260)을 포함하는 시스템의 또다른 실시형태를 나타낸다. 이러한 배열은 날개(262)에 의해 액체원료(L)를 강제로 교반시켜, 액체상 중의 불활성 기체의 용해를 촉진하는 데 효과적이다. FIG. 27 includes a
도 28은 공급 분배관(216)의 펌프(240)와 차단 밸브(236) 사이의 위치에서 관(216)으로부터 공급 탱크(212)로 분기하는 반송 통로를 제공하는 반송관(270)을 포함하는 시스템의 또다른 실시형태를 나타낸다. 반송관(270)의 팁에서, 차단 밸브(272)를 통하여 액체 분산부(274)가 제공되므로, 액체 공급 운반 통로(216)의 차단 밸브(236)를 닫고, 반송관(270)의 차단 밸브를 열고, 펌프(240)을 작동시켜, 액체원료(L)이 액체 분산부(274)에 의하여 분무되어, 액체상 중의 불활성 기체의 용해가 증가된다. FIG. 28 includes a conveying
도 29에 나타낸 MFC(276) 또는 도 30에 나타낸 일정 유동 펌프(278)를 차단 밸브(236)의 다른 쪽에 위치시킴으로써 일정량의 액체원료(L)을 시스템의 기화기 쪽으로 수송할 수 있으며, 액체원료가 기화기 쪽으로 수송되는 동안에도 상기한 가스 용해 공정을 실시할 수 있음에 주의하여야 한다. By placing the
도 31은 본 발명의 기화 시스템을 사용한 가스 분사 헤드(330)의 실시예를 나타낸다. 액체원료 공급부는 공급 탱크(310)와, 펌프(312) 및 유동 제어기(314)를 가지는 원료 운반관(316)를 포함한다. 분사 헤드(330)는 모세관(320) 및 차단밸브(318)를 통하여 공급 운반관(316)에 연결된다. 차단 밸브(318)의 하류에, 시스템의 수송 라인을 세정하기 위한 차단 밸브(324)를 가지는 용매 공급라인(322)이 제공된다. 31 shows an embodiment of a
모세관(320)은 열화 방지 목적의 저온 열교환기(326), 증기 발생을 위한 고온 열교환기(328)에 의해 둘러싸이며, 고온 열교환기(328)의 출구측은 가스 분사 헤드(330)의 상부에 삽입된다. 모세관(320)의 내경은 열전도 및 기화 단계가 원활하게 이루어지도록 3mm이하가 바람직하다. 고온 열교환기(328)은 모세관(320) 및 둘러싸는 외부관(332)을 가지는 이중벽 구조로 구성되며, 고온 열매체(329)는 모세관(320)의 외측 공간을 유동한다.The
모세관(320)은 고온 열교환기(328) 출구 근처에 배수관(334)을 가진다. 배수관(334)는 고온 열교환기(328)의 외부로 통하며, 차단 밸브(336)을 통하여 회수 시설(도시하지 않음)과 연결된다. 모세관(320) 분기점의 하류에, 가스 차단 밸브(338)이 제공되며, 외부관(332) 상에 제공되는 커넥터 시일(340)을 통하여 돌출된 핸들에 의해 작동된다.
가스 분사 헤드(330)은 상부의 원추형 케이싱(342), 및 상부의 바닥 영역을 덮는 노즐판(344)을 포함하여 구성되며, 내부 공간은 압력 감소기부(R)의 역할을 한다. 압력 감소기부(R)는 헤드(330) 중의 가스상 원료의 팽창에 의해 발생하는 급작스런 압력변화를 완화시키며, 가스상 원료과 반응 가스(산화 가스)를 혼합하여, 노즐판(344)의 노즐부(346)로 향하게 하기 위한 혼합 공간의 기능을 하는 가스 분사 헤드(330)의 일부분일 뿐아니라 기화기 시스템의 구성요소이다.The
케이싱(342)의 상부에는, 헤드 공간에 반응 가스를 공급하기 위한 반응 가스 분배관(348)이 배치된다. 반응 가스 분배관(348)의 배출구는 접선 방향의 나선형태 또는 다수의 동일 간격의 구멍 또는 원주 방향의 슬릿 형태로 제공될 수 있다. 케이싱(342) 및 노즐판(344)은 플랜지(342a, 344a)를 통하여 연결되고, 증착 장치(350)의 증착실(352) 상부 전면을 덮도록 상부에 배치된다. 노즐판(344)은 받침대(354) 상에 놓인 기판(W) 반대편에 일정 거리를 두고 배치된다.At an upper portion of the
열매체 통로(356, 358)는 케이싱(342) 및 노즐판(344) 전역의 내부에 제공되어, 열매체를 흐르게 함으로써 이들을 가열한다. 열매체 통로(356, 358)는 각각의 매질 분배관(360, 362)을 통하여 매질 공급장치와 통하여 있으며, 또한 센서(도시하지 않음)로부터의 신호에 따라서 열매체의 온도 및 유량을 제어하는 제어장치가 제공된다. 필요한 경우, 케이싱(342) 및 열매체 통로(360, 362)의 외부에 단열제가 설치될 수 있다.The heat
가스 분사 헤드(330)의 작동을 하기에 설명한다. 펌프(312)를 작동시켜, 공급 탱크(310)에 저장된 액체원료(L)을 공급관(316)을 통하여 유동 제어기(314), 열화방지장치의 역할을 하는 저온 열교환기(326) 및 기화시키는 기화기의 역할을 하는 고온 열교환기(328)로 보낸다. 가스상 원료를 감소기부(R)로 보내어, 급작스럼 압력 변화 및 난류의 발생을 피하여 점차적으로 팽창하는 동안, 가스 유동 패턴이 층류로 된다. 가스상 원료는 반응가스와 혼합되어, 최후에 노즐판(344)의 노즐구멍(346)로부터 기판(W)으로 분사된다. 소모된 가스는 배출구(364)를 통해 배출된다.The operation of the
이러한 실시형태에서는, 모세관(320)과 고온 열교환기(328)을 조합하여 액체원료(L)로부터 효과적으로 증기를 생성시키며, 이렇게 생성된 가스상 원료를 직접 감소기부(R)에 이르게 하여, 층류 흐름을 생성하며, 이는 노즐(346)로부터 기판(W)에 분사된다. 그러므로, 가스상 원료를 가외의 통로를 통하여 이동시킬 필요가 없어, 증기의 운반과정 동안, 공급 가스가 열화되거나, 구성 성분의 침전 입자가 시스템을 막히게 할 가능성이 제거된다. 분사 헤드 및 관련 부품을 단열시켜 시스템의 온도 변화를 방지함으로써, 바람직한 일정 온도의 가스상 원료가 기판(W)으로 이송하여, 소형 에너지-절약 장치로서 뛰어난 성능의 장치를 생산할 수 있다.In this embodiment, the
감소기부(R)의 상부에서 반응가스를 공급하면, 기화된 원료의 팽창 에너지에 의하여 가스 원료의 균일한 혼합이 촉진된다. 감소기부(R)의 바닥에 노즐판(344)을 놓으면, 감소기 공간에서 생성된 층류 패턴의 가스상 유동의 균일한 분배가 촉진되며, 가스의 일정하고 균일한 조성물이 노즐판(344)를 가로질러 증착실(352)로 균일하게 분사된다. 저온 열교환기(326)는 고온 열교환기(328)의 위쪽에 위치하여, 공급 액체가 기화기부에 유입되기 전에 조기 열화되는 것을 방지한다.When the reaction gas is supplied from the upper portion of the reducing unit R, uniform mixing of the gas raw materials is promoted by the expansion energy of the vaporized raw materials. Placing the
기판(W) 상의 증착 공정이 완료되면, 펌프(312), 차단 밸브(318, 338)를 멈추어, 증착실(352)로 가스상 원료를 공급하는 것을 중단한다. 배수관(334)의 차단 밸브(336) 및 용매관(322)의 차단 밸브(324)를 열어, THF와 같은 용매를 배출시키고, 모세관(320)의 다른 잔류물질을 회수 설비로 배출시켜 모세관(320)을 세정한다. When the deposition process on the substrate W is completed, the
도 32는 다른 가스 분사 헤드와 병합한 시스템의 실시형태를 나타낸다. 이러한 경우, 고온 열교환기(328) 및 케이싱(342)이 단일 유닛으로 구성된다. 더욱 상세하게는, 케이싱(342)의 상부가 열매체 통로(356)를 수용하는 실린더형 벽(366)을 포함하여 구성된다. 고온 열교환기(328)와 감소기부(R)가 동일 온도로 유지되는 경우, 이러한 배열이 더욱 유리하다. 32 shows an embodiment of a system incorporating another gas injection head. In this case, the high
그러나, 이러한 고온 열교환기(328) 및 케이싱(342)의 통합구조에서 조차, 공통 매체 통로(356)를 공유할 필요는 없다. 별도의 통로에 별도의 온도 제어 장치를 제공될 수 있음은 명백하다. 그러나, 이러한 실시예에서는 가스상 원료의 유동을 중단시키는 차단 밸브가 제공되지 않으며, 액체원료 공급만이 차단할 필요가 있고, 세정의 목적으로, 증착실(52)를 통하여 배출될 수 있는 세정 가스를 사용할 수 있다. However, even in this integrated structure of the high
도 33은 도 32에 나타낸 실시형태의 변형으로, 감소기부(R)를 상부와 저부로 분리하는 유동 제어판(368)을 포함하여 구성된다. 이러한 배열에 의해서, 내부 공간이 제1혼합 공간(R1)과 제2혼합 공간(R2)으로 분리되고, 반응가스관(348)의 출구가 제1혼합 공간(R1)에 제공된다. 유동 제어판(368)은 중앙 구멍 및 구멍을 덮으면서, 위쪽으로 돌출된 상부-밀폐 실린더부(372)를 가지는 원형 디스크부재(370)를 포함하여 구성된다. 실린더부(372)의 측면은 반응 가스를 기체상 원료과 혼합하기 위한, 다수의 충분히 작은 직경의 유동구멍(374)을 가진다.FIG. 33 is a variation of the embodiment shown in FIG. 32 and includes a
이러한 배열에서는, 가스상 원료의 팽창 에너지에 의하여 제1혼합공간(R1)에서 균일하게 혼합된 공급 가스가 유동구멍(374)을 통하여 제2혼합 공간(R2)으로 이송되므로 더욱 혼합된다. 제2혼합 공간(R2)에서는, 혼합된 공급가스의 균일한 조성물이 층류로 각각의 노즐(346)에 이송되어, 증착실(352)로 균일하고 제어된 속도로 분사되므로, 기판(W)이 뛰어나게 균일한 성능 특성의 장치를 생산할 수 있다.In this arrangement, since the feed gas uniformly mixed in the first mixing space R 1 by the expansion energy of the gaseous raw material is transferred to the second mixing space R 2 through the
본 발명의 장치를 사용함으로써, 온도 제어를 민감하는 것이 가능하고 액체원료를 신속하게 가열하고, 플러깅이 방지되면서도, 고품질의 증기원료를 안정된 공급하는 것이 가능하게 된다.By using the apparatus of the present invention, it is possible to sensitively control the temperature, to rapidly heat the liquid raw material, and to stably supply a high quality steam raw material while preventing plugging.
따라서, 소형이면서도 기화 효율이 높은 기화 장치를 제공하게 된다. Therefore, a small vaporizer and high vaporization efficiency are provided.
도 1은 본 발명의 제1실시예에 따르는 기화 장치에 기초한 박막 증착 시스템의 전체 개략도,1 is an overall schematic diagram of a thin film deposition system based on a vaporization apparatus according to a first embodiment of the present invention;
도 2a는 도 1의 기화기부 내의 가열부의 단면도,FIG. 2A is a cross-sectional view of a heating unit in the vaporizer portion of FIG. 1; FIG.
도 2b는 도 2a의 다른 예의 단면도,2B is a cross-sectional view of another example of FIG. 2A;
도 3a 및 도 3b는 기화기의 가열장치의 다른 예를 도시하는 도면,3A and 3B show another example of the heating apparatus of the vaporizer;
도 4는 본 발명의 기화기부의 실시예의 단면도,4 is a cross-sectional view of an embodiment of a vaporizer vaporizer of the present invention;
도 5a 내지 도 5d는 기화기부의 다른 예의 단면도,5a to 5d are cross-sectional views of another example of the vaporizer portion;
도 6a 및 도 6b는 기화기부의 또 다른 예의 단면도,6A and 6B are cross-sectional views of yet another example of a vaporizer portion;
도 7a 및 도 7b는 기화기부의 또 다른 예의 단면도이고, 도 7c는 대비되는 배열에 관한 도면, 7A and 7B are cross-sectional views of yet another example of a vaporizer portion, and FIG. 7C is a view of a contrasting arrangement;
도 8a 및 도 8b는 기화기의 또 다른 예의 단면도,8A and 8B are cross-sectional views of yet another example of a vaporizer;
도 9는 도 8a의 평면 A-A에서 본 단면도,9 is a sectional view seen from the plane A-A of FIG. 8A,
도 10a 및 도 10b는 기화기부 내의 테이퍼 코어부의 단면도,10A and 10B are cross-sectional views of the tapered core portion in the vaporizer portion;
도 11a는 코어형 기화기부의 세로 단면도이고, 도 11b 및 도 11c는 가로 단면도,11A is a longitudinal cross-sectional view of the core vaporizer, and FIGS. 11B and 11C are horizontal cross-sectional views;
도 12는 기화기부의 다른 실시예의 단면도,12 is a sectional view of another embodiment of a vaporizer portion;
도 13a 및 도 13b는 도 12의 기화기부의 평면 A-A에서 본 가로 단면도,13A and 13B are horizontal sectional views seen from the plane A-A of the vaporizer portion of FIG. 12,
도 14는 기화기부의 다른 히터 형태를 도시하는 도면,14 is a view showing another heater form of the vaporizer portion;
도 15a는 다른 코어형 기화기부의 세로 단면도이고, 도 15b 및 도 15c는 가로 단면도,15A is a longitudinal cross-sectional view of another core vaporizer, and FIGS. 15B and 15C are horizontal cross-sectional views;
도 16a 및 도 16b는 이동가능한 코어형 기화기부의 단면도,16A and 16B are cross-sectional views of the movable cored vaporizer portion;
도 17a 및 도 17b는 분리가능한 코어형 기화기부의 단면도,17A and 17B are cross-sectional views of a detachable cored vaporizer portion;
도 18a 및 도 18b는 다른 형태의 분리가능한 코어형 기화기부의 단면도,18A and 18B are cross-sectional views of another type of detachable core vaporizer;
도 19는 다른 형태의 이동가능한 코어형 기화기부의 단면도,19 is a sectional view of another type of movable core vaporizer;
도 20은 다공형 코어 기화기부의 단면도,20 is a sectional view of a porous core vaporizer portion;
도 21은 물질 유입 노즐을 구비한 코어 부재의 다른 예의 단면도,21 is a sectional view of another example of a core member with a material inlet nozzle,
도 22는 본 발명의 가스 분사 헤드의 전체 개략도,22 is an overall schematic view of a gas injection head of the present invention;
도 23은 본 발명의 다른 가스 분사 헤드의 전체 개략도,23 is an overall schematic view of another gas injection head of the present invention;
도 24는 본 발명의 화학적 증착 장치의 개략도,24 is a schematic view of the chemical vapor deposition apparatus of the present invention,
도 25는 본 발명의 다른 화학적 증착 장치의 개략도,25 is a schematic diagram of another chemical vapor deposition apparatus of the present invention;
도 26은 액체원료 중에 가스를 용해시키는 가스용해 장치의 예를 도시하는 도면,26 shows an example of a gas dissolving apparatus for dissolving gas in a liquid raw material;
도 27은 액체원료 중에 가스를 용해시키는 가스용해 장치의 다른 예를 도시하는 도면,27 shows another example of a gas dissolving device for dissolving gas in a liquid raw material;
도 28은 가스용해 장치의 다른 예를 도시하는 도면,28 shows another example of the gas dissolving device;
도 29는 가스용해 장치의 다른 예를 도시하는 도면,29 shows another example of the gas dissolving device;
도 30은 가스용해 장치의 다른 예를 도시하는 도면,30 is a diagram showing another example of the gas dissolving device;
도 31은 본 발명의 가스 분사 장치의 단면도,31 is a sectional view of a gas injector of the present invention;
도 32는 본 발명의 다른 가스 분사 장치의 단면도,32 is a sectional view of another gas injector of the present invention;
도 33은 본 발명의 가스 분사 장치의 다른 예의 단면도,33 is a sectional view of another example of the gas injector of the present invention;
도 34는 화학적 증착 장치에 사용되는 물질의 상태도를 개략적으로 도시하는 도면이다.34 is a diagram schematically showing a state diagram of a material used in a chemical vapor deposition apparatus.
Claims (61)
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