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KR100709035B1 - 박막증착장치용 직접액체분사시스템 - Google Patents

박막증착장치용 직접액체분사시스템 Download PDF

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KR100709035B1
KR100709035B1 KR1020050115902A KR20050115902A KR100709035B1 KR 100709035 B1 KR100709035 B1 KR 100709035B1 KR 1020050115902 A KR1020050115902 A KR 1020050115902A KR 20050115902 A KR20050115902 A KR 20050115902A KR 100709035 B1 KR100709035 B1 KR 100709035B1
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carrier gas
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백춘금
최형섭
김대현
조병철
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주식회사 아이피에스
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Abstract

본 발명은 박막증착장치용 직접액체분사시스템에 관한 것으로서, 솔벤트로 희석된 액상반응원이 담겨진 캐니스터(111)와 연결되는 반응원공급라인(110); 캐리어가스가 공급되는 캐리어가스공급라인(120); 반응원공급라인(110)과 연결되는 제1유로(131)와, 캐리어가스가 유입되는 제2유로(132)와, 제1유로(131) 및 제2유로(132)와 연통되는 것으로서 유입되는 액상반응원과 캐리어가스가 혼합되어 기액혼합유체로 되는 혼합실(133)과, 제1유로(131)로 유입되는 액상반응원의 양을 제어하기 위하여 그 제1유로(131)를 개폐하는 제어밸브(134)를 가지는 기액혼합부(130); 기액혼합부(130)와 이격되게 이송라인(L)에 의하여 연결되는 것으로서, 이송라인(L)에 의하여 이송되는 기액혼합유체를 미세방울로 변환한 후 기화시키는 기화부(140); 기화부(140)에서 발생된 반응가스를 챔버(C)로 이송시키기 위한 반응가스이송라인(150); 반응원공급라인(110)에 설치된 것으로서 그를 경유하는 액상반응원의 압력을 센싱하여 그 압력값에 대응되는 제1신호를 출력하는 제1센서(115); 캐리어가스공급라인(120)에 설치되는 것으로서 그를 경유하는 캐리어가스의 압력을 센싱하여 그 압력값에 대응되는 제2신호를 출력하는 제2센서(125); 반응가스이송라인(150)에 설치되는 것으로서 그를 경유하는 반응가스의 압력을 센싱하여 그 압력값에 대응되는 제3신호를 출력하는 제3센서(155); 제1센서(115)에서 출력된 제1신호와 제2센서(125)에서 출력된 제2신호와 제3센서(155)에서 출력된 제3신호를 전송받은 후, 그 제1,2,3신호값과 반응원공급라인(110), 캐리어가스공급라인(120) 및 반응가스이송라인(150)을 흐르는 유체의 기설정 압력값들을 상호 비교 및 연산함으로써, 제어밸브(134)를 제어하는 제어신호를 발생하는 제어부(160);를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

박막증착장치용 직접액체분사시스템{Delivery Liquid Injection system}
도 1은 종래의 박막증착장치용 직접액체분사시스템의 구성을 도시한 도면,
도 2는 본 발명에 따른 박막증착장치용 직접액체분사시스템의 구성을 도시한 도면.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
110 ... 반응원공급라인 111 ... 캐니스터
115 ... 제1센서 120 ... 캐리어가스공급라인
125 ... 제2센서 130 ... 기액혼합부
131 ... 제1유로 132 ... 제2유로
133 ... 혼합실 134 ... 제어밸브
140 ... 기화부 150 ... 반응가스이송라인
155 ... 제3센서 160 ... 제어부
본 발명은 박막증착장치용 직접액체분사시스템에 관한 것이다.
현재 CVD(Chemical Vapor Deposition) 방식이나 ALD(Atomic layer Deposition) 방식으로 박막증착을 진행되는 박막증착장치의 경우, 버블링 방식을 이용하여 소스를 챔버로 이송하는 방식을 많이 사용하고 있다. 버블링 방식이란, 액상반응원이 담겨진 캐니스터로 캐리어가스를 공급한 후 캐리어가스에 의하여 소스를 챔버로 이송하는 방식이다.
한편, 최근 새로운 박막에 대한 요구가 증가함에 따라, 기존에 알려진 반응원보다는 새로운 특성의 반응원이 요구되고 있는데, 새로운 반응원의 경우 점성이 매우 강해 솔벤트로 희석되어 사용되는 경우가 많다. 이러한 솔벤트 희석 반응원을 챔버로 공급하기 위하여 직접액체분사(DLI ; Delivery Liquid Injection) 장치가 소개되고 있다.
직접액체분사장치란, 솔벤트로 희석된 액상반응원과 캐리어가스를 혼합하는 기액혼합부(10)와, 기액혼합부(10)에서 이송되는 기액혼합유체를 기화시키는 기화부(20)로 구성된다. 이때 기액혼합부(10)의 내부에는 솔벤트로 희석된 액상반응원이 유입되는 제1유입라인(L1)과 연결되는 제1유로(11)와, 캐리어가스가 유입되는 제2유입라인(L2)과 연결되는 제2유로(12)와, 제1,2유로(11)(12)와 연통되는 혼합실(13)이 형성되고, 제1유로(L1)로 유입되는 액상반응원의 양을 제어하기 위한 개폐(On/Off)형 제어밸브(14)가 설치되어 있다. 제어밸브(14)는 제1유로(11)를 개방하거나 폐쇄함으로써 혼합실(13)로 흐르는 액상반응원의 양을 제어하는데, 이러한 제어밸브(14)는 공지의 피조(Piezo) 밸브를 사용한다.
한편, 제1유입라인(L1)에는 그 제1유입라인(L1)을 흐르는 액상반응원의 양을 모니터링하여 이에 대응하는 유량신호를 발생하는 LFM(Liquid Flow Monitor)(15)가 설치되어 있다. LFM(15)은 제1유입라인(L1)을 흐르는 액상반응원의 양이 설정된 양보다 많거나 적을때 이에 대응되는 유량신호를 발생하여 제어밸브(14)로 보내는데, 제어밸브(14)는 유량신호에 연동되어 제1유로(11)를 개방하거나 폐쇄함으로써 제1유로(11)를 흐르는 액상반응원의 양을 제어한다.
그런데, 제어밸브(14)는 LFM(15)와 상호 연동되는 관계이기 때문에, LFM(15)에서 발생된 유량신호에 의하여 제어밸브(14)를 개폐하는데까지 걸리는 시간은 적어도 3 ~ 5 초 가량 소요된다. 즉 LMF(15)에서 발생된 유량신호에 대응하는 응답속도가 3 ~5 초가량 걸리기 때문에, 챔버로 필요이상의 반응원이 주입되거나 주입되지 않게 되어 정량조절이 잘 이루어지지 않았고 재현성이 떨어졌다. 이에 따라 증착되는 박막의 특성이 변화되게 하는 원인이 되었다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 창출된 것으로서, 챔버로 이송되는 반응원의 양이 일정하도록 정량조절이 가능함과 동시에 재현성을 높일 수 있는 박막증착장치용 직접액체분사장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 박막증착장치용 직접액체분사시스템은,
솔벤트로 희석된 액상반응원이 담겨진 캐니스터(111)와 연결되는 반응원공급라인(110); 상기 캐리어가스가 공급되는 캐리어가스공급라인(120); 상기 반응원공급라인(110)과 연결되는 제1유로(131)와, 상기 캐리어가스가 유입되는 제2유로 (132)와, 상기 제1유로(131) 및 제2유로(132)와 연통되는 것으로서 유입되는 상기 액상반응원과 캐리어가스가 혼합되어 기액혼합유체로 되는 혼합실(133)과, 상기 제1유로(131)로 유입되는 액상반응원의 양을 제어하기 위하여 그 제1유로(131)를 개폐하는 제어밸브(134)를 가지는 기액혼합부(130); 상기 기액혼합부(130)와 이격되게 이송라인(L)에 의하여 연결되는 것으로서, 상기 이송라인(L)에 의하여 이송되는 기액혼합유체를 미세방울로 변환한 후 기화시키는 기화부(140); 상기 기화부(140)에서 발생된 반응가스를 챔버(C)로 이송시키기 위한 반응가스이송라인(150); 상기 반응원공급라인(110)에 설치된 것으로서 그를 경유하는 액상반응원의 압력을 센싱하여 그 압력값에 대응되는 제1신호를 출력하는 제1센서(115); 상기 캐리어가스공급라인(120)에 설치되는 것으로서 그를 경유하는 캐리어가스의 압력을 센싱하여 그 압력값에 대응되는 제2신호를 출력하는 제2센서(125); 상기 반응가스이송라인(150)에 설치되는 것으로서 그를 경유하는 반응가스의 압력을 센싱하여 그 압력값에 대응되는 제3신호를 출력하는 제3센서(155); 상기 제1센서(115)에서 출력된 제1신호와 상기 제2센서(125)에서 출력된 제2신호와 제3센서(155)에서 출력된 제3신호를 전송받은 후, 그 제1,2,3신호값과 상기 반응원공급라인(110), 캐리어가스공급라인(120) 및 반응가스이송라인(150)을 흐르는 유체의 기설정 압력값들을 상호 비교 및 연산함으로써, 제어밸브(134)를 제어하는 제어신호를 발생하는 제어부(160);를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 있어서, 상기 제어밸브(134)는 상기 제어부(160)의 제어신호에 따라 제1유로(131)의 개방 면적을 가변함으로써, 상기 혼합실(133)로 공급되는 액상 반응원의 공급량을 몇단계에 걸쳐 가변시킬 수 있는 공지의 조리개 가변형 밸브이다.
이하 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명에 따른 박막증착장치용 직접액체분사시스템의 바람직한 실시예들을 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
도 2는 본 발명에 따른 박막증착장치용 직접액체분사시스템의 구성을 도시한 도면이다.
도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 박막증착장치용 직접액체분사시스템은, 크게 솔벤트로 희석된 액상반응원을 공급하는 반응원공급라인(110)과, 캐리어가스를 공급하는 캐리어가스공급라인(120)과, 반응원공급라인(110)과 캐리어가스공급라인(120)으로부터 유입되는 액상반응원과 캐리어가스를 혼합하는 기액혼합부(130)와, 기액혼합부(130)에서 유입되는 기액혼합유체를 기화시키는 기화부(140)와, 기화부(140)에서 발생된 반응가스를 챔버(C)로 이송시키는 반응가스이송라인(150)과, 기액혼합부(130)를 제어하기 위한 제어부(160)를 포함한다. 이를 좀더 상세히 설명하면 다음과 같다.
반응원공급라인(110)에는 솔벤트로 희석된 액상반응원, 예를 들면 SrTiO3, BaTiO3 등의 금속유기화합물이 담겨진 캐니스터(111)가 설치된다. 상기한 액상반응원은 점도가 매우 크기 때문에 솔벤트로 희석되어 사용되어야 한다.
반응원공급라인(110)에는 그를 경유하는 액상반응원의 압력을 센싱하여 그 압력값에 대응되는 제1신호를 출력하는 제1센서(115)가 설치된다.
캐리어가스공급라인(120)에는 그를 경유하는 캐리어가스의 유량을 제어하는 MFC(124)와, MFC(124)를 경유하는 캐리어가스의 압력을 센싱하여 그 압력값에 대응되는 제2신호를 출력하는 제2센서(125)가 설치된다.
기액혼합부(130)는, 반응원공급라인(110)과 연결되는 제1유로(131)와, 캐리어가스가 유입되는 제2유로(132)와, 제1유로(131) 및 제2유로(132)와 연통되는 것으로서 유입되는 액상반응원과 캐리어가스가 혼합되어 기액혼합유체로 되는 혼합실(133)과, 제1유로(131)로 유입되는 액상반응원의 양을 제어하기 위하여 그 제1유로(131)를 개폐하는 제어밸브(134)를 가진다. 이러한 제어밸브(134)로는 공지의 피조밸브가 있다.
기화부(140)는, 기액혼합부(130)와 이격되게 이송라인(L)에 의하여 연결되는 것이다. 이러한 기화부(140)는 공지구성으로서, 이송라인(L)에 의하여 이송되는 기액혼합유체가 분무되는 노즐과, 노즐로부터 분무되는 기액혼합유체의 미세방울을 기화시키기 위하여 열을 가하는 히터가 장착된 기화실을 포함한다.
반응가스이송라인(150)은 기화부(140)에서 발생된 반응가스를 챔버(C)로 이송시키기 위한 것이다. 이러한 반응가스이송라인(150)에는 그를 경유하는 반응가스의 압력을 센싱하여 그 압력값에 대응되는 제3신호를 출력하는 제3센서(155)가 설치된다.
제어부(160)는, 제1센서(115)에서 출력된 제1신호와 상기 제2센서(125)에서 출력된 제2신호와 제3센서(155)에서 출력된 제3신호를 전송받은 후, 그 제1,2,3신호값과 반응원공급라인(110), 캐리어가스공급라인(120) 및 반응가스이송라인(150)을 흐르는 유체의 기설정 압력값들을 상호 비교 및 연산함으로써, 제어밸브(134)를 제어하는 제어신호를 발생한다. 즉, 제어부(160)는 3 개의 제1,2,3센서(115)(125)(155)에서 발생된 제1,2,3신호를 기반으로 하여 제어밸브(134)를 제어하는 제어신호를 발생하므로, 제어밸브(134)는 1초 이내의 빠른 응답속도로 제어가 가능한 것이다.
한편, 제어밸브(134)는 제어부(160)의 제어신호에 따라 제1유로(131)의 개방 면적을 가변함으로써, 혼합실(133)로 공급되는 액상반응원의 공급량을 몇단계에 걸쳐 가변시킬 수 있는 공지의 조리개 가변형 밸브를 채용할 수도 있다. 이 경우, 액상반응원의 흐름량 정도를 보다 정밀하게 제어할 수 있을 것이다.
다음, 상기와 같은 구조의 직접액체분사시스템의 동작을 설명한다.
솔벤트로 희석된 액상반응원은 반응원공급라인(110) 및 기액혼합부(130)의 제1유로(131)를 통하여 혼합실(133)로 이송되고, 캐리어가스는 캐리어가스공급라인(120) 및 제2유로(132)를 통하여 혼합실(133)로 이송되어, 기액혼합유체가 된다. 기액혼합유체는 기화부(140)로 이송된 후 기화되어 챔버(C)로 이송된다.
이때 반응원공급라인(110)에 설치되는 제1센서(115)는 이송되는 액상반응원의 유량을 센싱하여 그 압력값에 대응되는 제1신호를 출력하고, 캐리어가스공급라인(120)에 설치되는 제2센서(125)는 이송되는 캐리어가스의 유량을 센싱하여 그 압력값에 대응되는 제2신호를 출력하며, 반응가스이송라인(150)에 설치되는 제3센서(155)는 챔버(C)로 이송되는 반응가스의 유량을 센싱하여 그 압력값에 대응되는 제3신호를 출력한다.
상기한 제1신호와 제2신호와 제3신호는 제어부(160)로 전송된 후 연산되어 제어밸브(134)를 제어하는데 사용된다. 예를 들면, 제어부(160)는 반응원공급라인(110)을 통하여 이송되는 액상반응원의 유량이 설정된 값보다 크거나 작을 때, 전송된 제1신호와 기설정된 압력값을 상호 비교하고 연산함으로써 제어밸브(134)를 제어하는 신호를 발생한다. 또 제어부(160)는 캐리어가스공급원(120)을 통하여 이송되는 캐리어가스의 유량이 설정된 값보다 크거나 작을때, 전송된 제2신호와 기설정된 압력값을 상호 비교하고 연산함으로써 제어밸브(134)를 제어하는 제어신호를 발생한다. 그리고, 제어부(160)는 반응가스이송라인(150)을 통하여 이송되는 반응가스의 유량이 설정된 값보다 크거나 작을 때, 전송된 제3신호와 기설정된 압력값을 상호 비교하고 연산함으로써 제어밸브(134)를 제어하는 신호를 발생한다. 즉, 제어부(160)는 제1,2,3센서(115)(125)(155)로부터 전송되는 제1,2,3신호와, 미리 입력되어 있던 기설정된 압력값을 상호 비교, 연산한 후 제어신호를 발생함으로써, 액상반응원의 유량변화, 캐리어가스의 유량변화, 반응가스의 유량변화에 보다 빠르게 대응할 수 있도록 하며, 이에 따라 유량변화가 발생될 때 1초 이내의 응답속도가 가능해지도록 한다.
이와 같이, 상기한 제1,2,3신호에 연동된 제어부(160)의 제어신호에 의하여 제어밸브(134)가 작동되므로, 반응원공급라인(110), 캐리어가스공급라인(120) 및 반응가스이송라인(150)을 흐르는 유량이 설정된 값으로 빠르게 복귀됨으로써, 챔버로 이송되는 반응원의 양을 일정하게 할 수 있으며 재현성을 유지할 수 있게 된다.
한편, 제어밸브(134)를 개폐(On/Off)형 밸브가 아닌 조리개 가변형 밸브로 채용할 경우, 유량의 제어를 보다 효과적으로 할 수 있다. 즉, 제1,2,3신호의 변화에 따라 유체가 흐르는 유로를 몇단계에 걸쳐 개방하거나 폐쇄함으로써 유량의 제어를 보다 정밀하게 할 수 있는 것이다.
본 발명은 도면에 도시된 일 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다.
상술한 바와 같이 본 발명에 따른 박막증착장치용 직접액체분사시스템은, 제어부가 전송된 제1,2,3신호와 기설정된 압력값을 상호 비교 연산하여 제어밸브를 제어하는 제어신호를 발생함으로써, 반응원공급라인, 캐리어가스공급라인, 반응가스이송라인을 흐르는 유량이 설정된 값으로 빠르게 복귀될 수 있도록 할 수 있고, 결과적으로 챔버로 이송되는 반응원의 양을 일정하게 할 수 있으며, 재현성이 유지되도록 할 수 있다라는 효과가 있다.

Claims (2)

  1. 솔벤트로 희석된 액상반응원이 담겨진 캐니스터(111)와 연결되는 반응원공급라인(110);
    상기 캐리어가스가 공급되는 캐리어가스공급라인(120);
    상기 반응원공급라인(110)과 연결되는 제1유로(131)와, 상기 캐리어가스가 유입되는 제2유로(132)와, 상기 제1유로(131) 및 제2유로(132)와 연통되는 것으로서 유입되는 상기 액상반응원과 캐리어가스가 혼합되어 기액혼합유체로 되는 혼합실(133)과, 상기 제1유로(131)로 유입되는 액상반응원의 양을 제어하기 위하여 그 제1유로(131)를 개폐하는 제어밸브(134)를 가지는 기액혼합부(130);
    상기 기액혼합부(130)와 이격되게 이송라인(L)에 의하여 연결되는 것으로서, 상기 이송라인(L)에 의하여 이송되는 기액혼합유체를 미세방울로 변환한 후 기화시키는 기화부(140);
    상기 기화부(140)에서 발생된 반응가스를 챔버(C)로 이송시키기 위한 반응가스이송라인(150);
    상기 반응원공급라인(110)에 설치된 것으로서 그를 경유하는 액상반응원의 압력을 센싱하여 그 압력값에 대응되는 제1신호를 출력하는 제1센서(115);
    상기 캐리어가스공급라인(120)에 설치되는 것으로서 그를 경유하는 캐리어가스의 압력을 센싱하여 그 압력값에 대응되는 제2신호를 출력하는 제2센서(125);
    상기 반응가스이송라인(150)에 설치되는 것으로서 그를 경유하는 반응가스의 압력을 센싱하여 그 압력값에 대응되는 제3신호를 출력하는 제3센서(155);
    상기 제1센서(115)에서 출력된 제1신호와 상기 제2센서(125)에서 출력된 제2신호와 제3센서(155)에서 출력된 제3신호를 전송받은 후, 그 제1,2,3신호값과 상기 반응원공급라인(110), 캐리어가스공급라인(120) 및 반응가스이송라인(150)을 흐르는 유체의 기설정 압력값들을 상호 비교 및 연산함으로써, 제어밸브(134)를 제어하는 제어신호를 발생하는 제어부(160);를 포함하는 것을 특징으로 하는 직접액체분사시스템.
  2. 제1항에 있어서, 상기 제어밸브(134)는 상기 제어부(160)의 제어신호에 따라 제1유로(131)의 개방 면적을 가변함으로써, 상기 혼합실(133)로 공급되는 액상반응원의 공급량을 몇단계에 걸쳐 가변시킬 수 있는 공지의 조리개 가변형 밸브인 것을 특징으로 하는 직접액체분사시스템.
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