JP2012504703A - ソースガス供給装置 - Google Patents

Abstract

【課題】化学気相蒸着法による薄膜蒸着の際、原料になるソース物質をガス化して蒸着チャンバー内に供給するソースガス供給装置を提供する。
【解決手段】本発明に係るソースガス供給装置２００は、ソース物質を加熱してソースガスを生成するソースガス生成部２１０；及びソースガス生成部２１０で生成されたソースガスが流入されて凝縮されるソースガス凝縮部２４０を含み、ソースガス凝縮部２４０において凝縮されたソースガスの凝縮量が飽和凝縮量に到達する時まで、ソースガス生成部２１０からソースガス凝縮部２４０にソースガスの流入を進行してソースガス凝縮部２４０にソースガスを凝縮させ、ソースガス凝縮部２４０において凝縮されたソースガスの凝縮量が飽和凝縮量に到達した後は、ソースガス生成部２１０からソースガス凝縮部２４０にソースガスの流入を遮断してソースガス凝縮部２４０に凝縮されていたソースガスを蒸着チャンバー２５０に流入させることを特徴とする。
【選択図】図２

Description

本発明は、化学気相蒸着法による薄膜蒸着の際に、蒸着チャンバー内のソースガスの圧力を制御するソースガス供給装置に関するものである。より詳細には、本発明は、特定量のソースガスだけを蒸着チャンバー内に流入させることによって、蒸着チャンバー内におけるソースガスの圧力または流量を正確に制御するソースガス供給装置に関するものである。

化学気相蒸着法（Chemical Vapor Deposition：ＣＶＤ）による薄膜蒸着は、半導体素子の絶縁層及び能動層、液晶表示素子の透明電極、電気発光表示素子の発光層及び保護層などの様々な分野に使用される非常に重要な技術である。一般的に、ＣＶＤにより蒸着させた薄膜の物性は、蒸着圧力、蒸着温度、蒸着時間などのＣＶＤ工程条件に非常に敏感に影響を受ける。例えば、蒸着圧力によって、蒸着された薄膜の組成、密度、接着力、蒸着速度などが変化する。

ＣＶＤの場合、蒸着圧力は、蒸着させる薄膜物質の原料を供給するソースガス供給装置から供給されるソースガスの流量（すなわち、ソースガスの圧力）に直接的に影響を受ける。したがって、ＣＶＤにおいて蒸着圧力を適切に制御するためには、なによりもソースガス供給装置におけるソースガスの流量を正確に調節しなければならない。特に、蒸着速度を精密かつ一定に調節する必要がある場合は、ソースガスの流量調節の重要性はより一層増大する。

図１は、従来のソースガス供給装置１００の構成を示す図面である。従来のソースガス供給装置１００は、ソース物質１２０を加熱してソースガスを生成するソースガス生成部１１０、ヒーター１３０、運搬ガス供給部１４０、蒸着チャンバー１５０及び多数の弁１６１〜１６４で構成される。一般的に、ソース物質１２０は、常温では固体または液体状態で存在するため、ソース物質１２０を気化させてソースガスにするためにはソース物質１２０を常温以上に加熱しなければならない。このとき、ソース物質１２０の加熱手段としてヒーター１３０が使用される。

通常、ソースガスは、比重が大きく、移動性が低いため、ソースガスを蒸着チャンバー１５０に円滑に移動させるためには、運搬ガスの助けを借りる必要がある。多数の弁１６１〜１６４は、状況に応じて開閉し、ソースガス及び運搬ガスの流量や圧力を調節する。例えば、運搬ガスを使用しない場合は、弁１６１、１６３は閉鎖する。

ところが、このような従来のソースガス供給装置１００には、次のような問題点があった。まず、ソースガス生成部１１０に残っているソース物質１２０の量によってソース物質１２０の気化性が変化するため、弁１６２の開閉だけではソースガスの圧力を正確に調節することができない。また、ソース物質１２０を加熱することによって、ソース物質１２０の気化及び凝縮過程が繰り返されると、ソース物質１２０の気化表面積が変化するため、ソース物質１２０の気化量が変化する。そのため、ソースガスの圧力を正確に調節することが難しくなる。特に、ソース物質１２０が粉末形態である場合は、ソース物質１２０の表面条件の変化がより一層大きくなるため、上記の問題点はより一層深刻になる。

したがって、前述したような従来技術の問題点を解決するためになされた本発明は、化学気相蒸着法による薄膜蒸着の際の蒸着チャンバー内のソースガスの圧力や流量を正確に制御するソースガス供給装置を提供することを目的とする。

前述した目的を達成するため、本発明の一実施形態に係るソースガス供給装置は、化学気相蒸着法による薄膜蒸着の際、ソースガスを蒸着チャンバーに供給するソースガス供給装置であって、ソース物質を加熱してソースガスを生成するソースガス生成部；及び前記ソースガス生成部で生成されたソースガスが流入されて凝縮されるソースガス凝縮部を含み、前記ソースガス凝縮部において凝縮されたソースガスの凝縮量が飽和凝縮量に到達する時まで前記ソースガス生成部から前記ソースガス凝縮部にソースガスの流入を進行して前記ソースガス凝縮部にソースガスを凝縮させ、前記ソースガス凝縮部において凝縮されたソースガスの凝縮量が飽和凝縮量に到達した後は前記ソースガス生成部から前記ソースガス凝縮部にソースガスの流入を遮断して前記ソースガス凝縮部に凝縮されていたソースガスを前記蒸着チャンバーに流入させることを特徴とする。

前記ソースガス凝縮部は、一定の距離を置いて対向して配置される第１胴体部及び第２胴体部を含むことができる。

前記ソースガス凝縮部において凝縮されたソースガスの凝縮量が飽和凝縮量に到達する時まで、前記第１胴体部の温度は、前記ソースガスの凝縮温度より低く、前記第２胴体部の温度は、前記ソースガスの凝縮温度より高く調節され、前記ソースガス凝縮部において凝縮されたソースガスの凝縮量が飽和凝縮量に到達した後、前記第１胴体部及び前記第２胴体部の温度は、前記ソースガスの凝縮温度より高く調節されることができる。

前記第１胴体部と前記第２胴体部との間の温度差及び前記第１胴体部と前記第２胴体部との間の距離のうち、少なくとも一つに基づいて前記ソースガスの飽和凝縮量が決定されることができる。

前記第１胴体部には第１温度調節部が連結され、前記第２胴体部には第２温度調節部が連結されることができる。

前記第１胴体部及び前記第２胴体部は、板構造物であることができる。

前記第１胴体部は、柱構造物であり、前記第２胴体部は、前記第１胴体部を取り囲む中空の柱構造物であることができる。

前記ソースガス凝縮部は、複数個が並列に設置されることができる。

また、本発明の他の実施形態に係るソースガス供給装置は、化学気相蒸着法による薄膜蒸着の際、ソースガスを蒸着チャンバーに供給するソースガス供給装置であって、ソース物質を加熱してソースガスを生成するソースガス生成部；前記ソースガス生成部で生成されたソースガスが流入されて凝縮されるソースガス凝縮部；前記ソースガス生成部で生成されたソースガスが前記ソースガス凝縮部に円滑に流入するように運搬ガスを供給する運搬ガス供給部；及び前記ソースガス凝縮部を通過する運搬ガスの流量を検出するセンサー部を含み、前記検出した流量が既設定した流量より大きい場合には、前記ソースガス生成部から前記ソースガス凝縮部にソースガスの流入を進行して前記ソースガス凝縮部にソースガスを凝縮させ、前記検出した流量が既設定した流量と実質的に同様の場合には、前記ソースガス生成部から前記ソースガス凝縮部にソースガスの流入を遮断して前記ソースガス凝縮部に凝縮されていたソースガスを前記蒸着チャンバーに流入させることを特徴とする。

前記ソースガス凝縮部は、複数個が並列に設置されることができる。

前記ソースガス凝縮部は、前記ソースガス生成部側に配置される第１凝縮部と前記蒸着チャンバー側に配置される第２凝縮部を含むことができる。

前記第１凝縮部は、管構造物であることができる。

前記第２凝縮部は、メッシュ構造物であることができる。

前記メッシュ構造物にソースガスが凝縮されるにつれて、前記メッシュ構造物を通過する運搬ガスの流量が減少することができる。

前記減少した運搬ガスの流量が、前記メッシュ構造物にソースガスが凝縮されない場合に前記メッシュ構造物を通過する運搬ガスの流量の１／ｎになった際（ｎは、２以上の整数）、前記ソースガス生成部から前記ソースガス凝縮部にソースガスの流入を遮断することができる。

前記第１凝縮部には第１温度調節部が連結され、前記第２凝縮部には第２温度調節部が連結されることができる。

前記運搬ガス供給部と前記ソースガス生成部との間には前記ソースガス生成部に流入される運搬ガスの流量を制御する流量制御部が設けられることができる。

本発明に係るソースガス供給装置は、化学気相蒸着法による薄膜蒸着の際、ソースガス生成部内のソース物質の状態と関係なく蒸着チャンバー内に流入するソースガスの量を正確に制御することによって、蒸着チャンバー内で遂行される蒸着工程において蒸着圧力を正確に調節する効果がある。

従来のソースガス供給装置１００の構成を示す図面である。 本発明の一実施形態に係るソースガス供給装置２００の構成を示す図面である。 ソースガス供給装置２００のソースガス凝縮部２４０の内部構成及び動作段階の一例を示す図面である。 図３と同様に、ソースガス供給装置２００のソースガス凝縮部２４０の内部構成及び動作段階の一例を示す図面である。 図３と同様に、ソースガス供給装置２００のソースガス凝縮部２４０の内部構成及び動作段階の一例を示す図面である。 図３と同様に、ソースガス供給装置２００のソースガス凝縮部２４０の内部構成及び動作段階の一例を示す図面である。 ソースガス供給装置２００のソースガス凝縮部２４０の内部構成及び動作段階の他の例を示す図面である。 図７と同様に、ソースガス供給装置２００のソースガス凝縮部２４０の内部構成及び動作段階の他の例を示す図面である。 図７と同様に、ソースガス供給装置２００のソースガス凝縮部２４０の内部構成及び動作段階の他の例を示す図面である。 図７と同様に、ソースガス供給装置２００のソースガス凝縮部２４０の内部構成及び動作段階の他の例を示す図面である。 本発明の一実施形態に係るソースガス供給装置３００の構成を示す図面である。 ソースガス供給装置３００のソースガス凝縮部３４０の動作段階の一例を示す図面である。 図１２と同様に、ソースガス供給装置３００のソースガス凝縮部３４０の動作段階の一例を示す図面である。 図１３と同様に、ソースガス供給装置３００のソースガス凝縮部３４０の動作段階の一例を示す図面である。 ソースガス供給装置３００のソースガス凝縮部３４０の動作段階の他の例を示す図面である。

以下、本発明を実施できる特定実施形態を例示として示す添付図面を参照して本発明について詳細に説明する。後述するこれらの実施形態は当業者が本発明を十分に実施できるように詳細に説明する。本発明の多様な実施形態は互いに異なるが、相互排他的である必要はないと理解しなければならない。例えば、ここに記載されている特定形状、構造及び特性は一実施形態に関連して本発明の技術的思想及びその範囲から逸脱せずに他の実施形態として具現することができる。また、ここに開示したそれぞれの実施形態のうち、個別構成要素の位置または配置は、本発明の技術的思想及びその範囲から逸脱せずに変更できることを理解するべきである。したがって、後述する詳細な説明は限定的な意味で扱うものでなく、本発明の技術的範囲は、適切に説明されるならば、その請求項に記載された本発明と均等な全ての技術的範囲と共に添付した特許請求範囲によって定められる。

以下、添付した図面を参照して本発明の構成について詳細に説明する。

［第１の実施形態］

図２は、本発明の一実施形態に係るソースガス供給装置２００の構成を詳細に示す図面である。

図２に示すように、ソースガス供給装置２００は、ソースガス生成部２１０、運搬ガス供給部２２０、流量制御部２３０、ソースガス凝縮部２４０、蒸着チャンバー２５０、バイパス部２６０、多数の弁部２７１〜２７６及びこれらの構成要素を互いに接続するガス通路２８０を含む。

まず、ソースガス生成部２１０は、ヒーター２１４でソース物質２１２を加熱することによって、ソース物質２１２からソースガス（図示せず）を生成する役割を果たす。ソース物質２１２は、蒸着工程で使用されるソースガスの原料となるものであり、一般的に、常温では固体または液体状態で存在する。ヒーター２１４は、ソースガス生成部２１０内に存在する固体状態のソース物質２１２をソースガス化するためにソース物質２１２を常温以上の温度で加熱することができる。

運搬ガス供給部２２０は、ソースガス生成部２１０で生成されたソースガスを後述するソースガス凝縮部２４０、蒸着チャンバー２５０及びバイパス部２６０まで円滑に搬送する役割を果たす所定の運搬ガスを供給する。通常、金属元素からなるソースガスは、比重が大きく、移動性が低いため、ソースガスを円滑に搬送するためには運搬ガスが必要とされる。運搬ガスは、軽くかつ蒸着工程に影響を及ぼさないように、比重が小さく、反応性が低いものが好ましい。例えば、運搬ガスには、アルゴン（Ａｒ）、窒素（Ｎ_２）などの不活性気体が含まれる。

流量制御部２３０は、運搬ガス供給部２２０から供給される運搬ガスの流量を検出し、これを制御する役割を果たす。本発明の一実施形態によれば、流量制御部２３０は、運搬ガスの供給を安定化させることによって、運搬ガスをソースガス生成部２１０及び後述するソースガス凝縮部２４０に安定的に供給することができる。

ソースガス凝縮部２４０は、その一端がソースガス生成部２１０に接続され、他端が蒸着チャンバー２５０及びバイパス部２６０に接続される構成要素であって、ソースガス生成部２１０から供給されたソースガスを凝縮または気化させる役割を果たす。より具体的には、ソースガス凝縮部２４０は、ソースガス凝縮部２４０において凝縮されたソースガスの凝縮量が飽和凝縮量（最大凝縮量）に到達するときまでソースガスを凝縮させ、ソースガス凝縮部２４０において凝縮されたソースガスの凝縮量が飽和凝縮量に到達した後に、ソースガス凝縮部２４０において凝縮されたソースガスを蒸着チャンバー２５０に供給することによって、蒸着チャンバー２５０に供給されるソースガスの量を正確に制御する役割を果たす。以下では、本発明の一実施形態に係るソースガス凝縮部２４０の構成及び動作原理について詳細に説明する。

本発明の一実施形態によれば、ソースガス凝縮部２４０は、所定距離を隔てて対向配置された第１の本体部２４１及び第２の本体部２４３を含む。第１の本体部２４１及び第２の本体部２４３は、様々な形状を有することができる。ある例では、第１の本体部２４１及び第２の本体部２４３は板状構造物である。他の例では、第１の本体部２４１は柱状構造物であり、第２の本体部２４３は、第１の本体部２４１を取り囲む中空の柱状構造物である。なお、第１の本体部２４１及び第２の本体部２４３の形状は、これらに限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲内で適切に変更可能である。

また、本発明の一実施形態によれば、第１の本体部２４１及び第２の本体部２４３には、第１の温度調節部２４２及び第２の温度調節部２４４がそれぞれ設けられており、第１及び第２の温度調節部２４２、２４４によって、第１及び第２の本体部２４１、２４３の温度を互いに独立的に調節することができる。例えば、第１の本体部２４１の温度をソースガスの凝縮が開始される温度（以下、「ソースガスの凝縮温度」という）よりも低い温度となるように調節すると共に、第２の本体部２４３の温度をソースガスの凝縮温度よりも高い温度となるように調節することができる。なお、第１の温度調節部２４２及び第２の温度調節部２４４の温度は、これに限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲内で適切に変更可能である。

本発明の一実施形態によって、ソースガス凝縮部２４０で実施されるソースガスの凝縮過程を具体的に説明すれば次の通りである。

（ｉ）まず、ソースガス凝縮部２４０へのソースガスの供給が開始されると、第１の本体部２４１の温度をソースガスの凝縮温度より低い温度となるように調節すると共に、第２の本体部２４３の温度をソースガスの凝縮温度より高い温度となるように調節することによって、第１の本体部２４１でのみソースガスが凝縮されるようにする。その結果、第１の本体部２４１で凝縮されたソースガスによって、所定の厚さを有する層２４５が形成される。ソースガス凝縮層２４５の厚さは、ソースガスが継続されるに従い、ますます厚くなる。

（ｉｉ）一方、ソースガスの凝縮温度よりも高い温度に設定された第２の本体部２４３は、第１の本体部２４１と所定距離を隔てて対向配置されているため、第１の本体部２４１において十分に多量のソースガスが凝縮されると、そのソースガス凝縮層２４５と第２の本体部２４３との距離が小さくなる。ソースガス凝縮層２４５が第２の本体部２４３に接近すると、高温の第２の本体部２４３によってソースガス凝縮層２４５の表面温度が上昇し、ソースガスがこれ以上凝縮しないようにすることができる。すなわち、ソースガス凝縮部２４０で行われるソースガスの凝縮が飽和状態に達することとなり、このとき、ソースガス凝縮部２４０には飽和凝縮量のソースガスだけが凝縮されることとなる。

（ｉｉｉ）ソースガス凝縮部２４０において凝縮されたソースガスの凝縮量が飽和凝縮量に到達した後は、ソースガス生成部２１０からソースガス凝縮部２４０へのソースガスの供給を遮断した後に、ソースガス凝縮部２４０（正確には、第１の本体部２４１）で凝縮された飽和凝縮量のソースガスだけを気化させることによって、蒸着チャンバー２５０に対して制御された量のソースガスを供給することができる。ソースガスの供給の遮断は、後述する弁部２７１〜２７６によって行うことができる。具体的には、ソースガス凝縮部２４０のソースガス生成部２１０側の端部に位置する第４の弁２７４を閉じることによって、ソースガス生成部２１０からソースガス凝縮部２４０へのソースガスの供給を遮断することができる。

一方、ソースガス凝縮部２４０において飽和凝縮量のソースガスを凝縮させる間は、ソースガス凝縮部２４０から排出されるソースガスの量を正確に制御することができないため、これを蒸着チャンバー２５０に直ちに供給することは好ましくない。したがって、本発明の一実施形態によれば、ソースガス凝縮部２４０でソースガスが凝縮される間は、ソースガス凝縮部２４０を通過した運搬ガス及びソースガスが蒸着チャンバー２５０でなくバイパス部２６０に排出されるように、後述する弁部２７５及び２７６を利用してソースガスの移動経路を制御することができる。

以上説明したように、本発明の一実施形態によれば、飽和凝縮量のソースガスだけをソースガス凝縮部２４０で凝縮させることができるので、ソースガスの飽和凝縮量を調節することによって、蒸着チャンバー２５０に供給されるソースガスの量を正確に制御することができる。以下では、ソースガス凝縮部２４０で凝縮されるソースガスの飽和凝縮量を調節する具体的な実施形態について説明する。

本発明の一実施形態によれば、第１の本体部２４１の温度、第２の本体部２４３の温度、及び第１の本体部２４１と第２の本体部２４３との温度差によって、ソースガス凝縮部２４０で凝縮されるソースガスの飽和凝縮量を調節することができる。具体的には、第１の本体部２４１の温度をより低い温度に設定するとソースガス凝縮部２４０で凝縮されるソースガスの飽和凝縮量を増加させることができ、第２の本体部２４３の温度をより高い温度に設定するとソースガス凝縮部２４０で凝縮されるソースガスの飽和凝縮量を減少させることができる。そして、第１の本体部２４１と第２の本体部２４３との間の温度差が大きいほどソースガス凝縮部２４０で凝縮されるソースガスの飽和凝縮量を増加させることができる。

また、本発明の一実施形態によれば、第１の本体部２４１と第２の本体部２４３との間の距離によって、ソースガス凝縮部２４０で凝縮されるソースガスの飽和凝縮量を調節することができる。具体的には、第１の本体部２４１と第２の本体部２４３との間の距離が大きいほどソースガス凝縮部２４０で凝縮されるソースガスの飽和凝縮量を増加させることができる。

また、本発明の一実施形態によれば、ソースガス凝縮部２４０での飽和凝縮量よりも多い量のソースガスが必要とされる場合には、ソースガス凝縮部２４０で凝縮させた飽和凝縮量のソースガスを蒸着チャンバー２５０に供給する過程を１回以上繰り返して行うことによって、飽和凝縮量以上の量のソースガスを蒸着チャンバー２５０に供給することができる。

一方、本発明の好ましい一実施形態によれば、ソースガス供給装置２００は、複数のソースガス凝縮部２４０を含むことができる。例えば、複数のソースガス凝縮部２４０をソースガス生成部２１０と蒸着チャンバー２５０との間に並列に設置することができる。この場合、各ソースガス凝縮部２４０で凝縮されるソースガスの凝縮量の誤差を互いに相殺することができるので、蒸着チャンバー２５０に供給するソースガスの量をより一層正確に制御することができる。

次に、蒸着チャンバー２５０は、ソースガス凝縮部２４０から供給されたソースガスを利用して図示しない基板上に所定の薄膜層を形成する役割を果たす。蒸着チャンバー２５０は、化学気相蒸着法（Chemical Vapor Deposition：ＣＶＤ）を用いて薄膜層を形成することができる。化学気相蒸着法としては、例えば、低圧化学気相堆積法（Low Pressure Chemical Vapor Deposition：ＬＰＣＶＤ）またはプラズマ化学気相堆積法（Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition：ＰＥＣＶＤ）を用いることができる。

次に、バイパス部２６０は、ソースガス凝縮部２４０から排出されたソースガスのうちの、圧力または流量が制御されないソースガスを外部に排出する役割を果たす。例えば、バイパス部２６０としては、公知のベント（vent）を使用することができる。

次に、多数の弁部２７１〜２７６は、状況に応じてソースガスの搬送通路を開閉することによって、ソースガス及び運搬ガスの圧力または流量を調節する役割を果たす。具体的には、第１の弁部２７１及び第３の弁部２７３は、運搬ガス供給部２２０から供給される運搬ガスの流量を調節し、第２の弁部２７２は、ソースガス生成部２１０から供給されるソースガスの流量を調節することができる。また、第４の弁部２７４、第５の弁部２７５及び第６の弁部２７６の各々は、ソースガス凝縮部２４０、蒸着チャンバー２５０及びバイパス部２６０へ供給されるソースガスの流量をそれぞれ調節することができる。

前述したように、本発明の一実施形態に係るソースガス凝縮部２４０によれば、蒸着チャンバー２５０に供給されるソースガスの量を正確に制御することができる。特に、本発明の一実施形態に係るソースガスの流量や圧力制御は、原子層単位蒸着法（Atomic Layer Deposition：ＡＬＤ）のような、薄膜蒸着の際に蒸着チャンバーに供給するソースガスの量を、原子層単位またはそれ以下の単位で微細に調節する必要がある場合はより一層効果的である。

図３から図６は、ソースガス供給装置２００のソースガス凝縮部２４０の内部構成及び動作段階の一例を示す図面である。参考に、図３から図６は、ソースガス凝縮部２４０の断面を例示的に示す図面である。図３から図６を参照して、ソースガス凝縮部２４０の動作段階を説明すれば次の通りである。

まず、図３に示すように、ソースガス凝縮部２４０の第１の本体部２４１及び第２の本体部２４３は、所定距離を隔てて対向配置された板状構造物であり得、第１の本体部２４１及び第２の本体部２４３にそれぞれ設けられた第１の温度調節部２４２及び第２の温度調節部２４４を利用して第１の本体部２４１及び第２の本体部２４３の温度を調節することができる。ソースガス凝縮部２４０の両端は、ソースガスの搬送通路２８０に接続されており、搬送通路２８０にはソースガスが移動中に凝縮しないように搬送通路２８０内の温度を一定の温度以上に維持するための多数のヒーター２８２が設けられている。

次に、図４に示すように、ソースガス凝縮部２４０は、第１の本体部２４１の温度をソースガスの凝縮温度よりも低い温度となるように調節すると共に、第２の本体部２４３の温度をソースガスの凝縮温度よりも高い温度となるように調節することによって、第１の本体部２４１においてのみソースガスを凝縮させることができる。第１の本体部２４１において凝縮されたソースガスの凝縮量が増加しソースガス凝縮層２４５の厚さが大きくなるに従い、ソースガスが新しく凝縮される位置が第２の本体部２４３（ソースガスの凝縮温度より高い温度に設定されている）に接近する。その結果、ソースガス凝縮層２４５上にはソースガスがある一定量以上は凝縮されなくなる。つまり、ソースガス凝縮部２４０において凝縮されるソースガスの凝縮量が飽和凝縮量に到達する。

次に、図５に示すように、ソースガス凝縮部２４０において凝縮されたソースガスの凝縮量が飽和凝縮量に到達した後は、ソースガス生成部２１０からソースガス凝縮部２４０へのソースガスの供給を遮断した後に第１の本体部２４１の温度をソースガスの凝縮温度以上に上昇させることによって、ソースガス凝縮部２４０において凝縮されたソースガスを気化させ、蒸着チャンバー２５０に供給することができる。

最後に、図６に示すように、ソースガス凝縮部２４０において凝縮されたソースガスを全て気化させることによって、正確に飽和凝縮量に該当する量のソースガスを蒸着チャンバー２５０に供給することができる。

一方、図７から図１０は、ソースガス供給装置２００のソースガス凝縮部２４０の内部構成及び動作段階の他の例を示す図面である。参考に、図７から図１０は、ソースガス凝縮部２４０の断面を例示的に示す図面である。図７から図１０を参照して、ソースガス凝縮部２４０の動作段階を説明すれば次の通りである。

まず、図７に示すように、ソースガス凝縮部２４０の第１の本体部２４１の一例は、柱状構造物であり、第２の本体部２４３の一例は、第１の本体部２４１と所定距離を隔てて対向して配置されると共に、第１の本体部２４１を取り囲む中空の柱状構造物である。ここで、第１の本体部２４１及び第２の本体部２４３にそれぞれ設けられた第１の温度調節部２４２及び第２の温度調節部２４４を利用して第１の本体部２４１及び第２の本体部２４３の温度を調節することができる。一方、ソースガス凝縮部２４０の両端は、ソースガスの搬送通路（図示せず）に接続されることができ、搬送通路（図示せず）にはソースガスが移動中に凝縮しないように搬送通路（図示せず）内の温度を一定の温度以上に維持するための多数のヒーター（図示せず）が設けられている。

次に、図８に示すように、ソースガス凝縮部２４０は、第１の本体部２４１の温度をソースガスの凝縮温度よりも低い温度となるように調節すると共に、第２の本体部２４３の温度をソースガスの凝縮温度よりも高い温度となるように調節することによって、第１の本体部２４１においてのみソースガスを凝縮させることができる。第１の本体部２４１において凝縮されたソースガスの凝縮量が増加してソースガス凝縮層２４５の厚さが大きくなるに従い、ソースガスが新しく凝縮される位置が第２の本体部２４３（ソースガスの凝縮温度より高い温度に設定される）に接近する。その結果、ソースガス凝縮層２４５上にはこソースガスがある一定量以上は凝縮されなくなる。つまり、ソースガス凝縮部２４０において凝縮されるソースガスの凝縮量が飽和凝縮量に到達する。

次に、図９に示すように、ソースガス凝縮部２４０において凝縮されたソースガスの凝縮量が飽和凝縮量に到達した後は、ソースガス生成部２１０からソースガス凝縮部２４０へのソースガスの供給を遮断した後に第１の本体部２４１の温度をソースガスの凝縮温度以上に上昇させることによって、ソースガス凝縮部２４０において凝縮されたソースガスを気化させて蒸着チャンバー２５０に供給することができる。

最後に、図１０に示すように、ソースガス凝縮部２４０において凝縮されたソースガスを全て気化させることによって、正確に飽和凝縮量に該当する量のソースガスを蒸着チャンバー２５０に供給することができる。

［第２の実施形態］

図１１は、本発明の一実施形態に係るソースガス供給装置３００の構成を詳細に示す図面である。

図１１に示すように、ソースガス供給装置３００は、ソースガス生成部３１０、運搬ガス供給部３２０、流量制御部３３０、ソースガス凝縮部３４０、センサー部３５０、蒸着チャンバー３６０、バイパス部３７０、多数の弁部３８１〜３８６及びこれらの構成要素を互いに接続するガス通路３９０を含む。

まず、ソースガス生成部３１０、運搬ガス供給部３２０及び流量制御部３３０は、上記の第１の実施形態で説明したソースガス生成部２１０、運搬ガス供給部２２０及び流量制御部２３０と同様の役割を果たすので、これらについての詳細な説明は省略する。

ソースガス凝縮部３４０は、その一端がソースガス生成部３１０に接続され、他端が蒸着チャンバー３６０及びバイパス部３７０に接続される構成要素であって、ソースガス生成部３１０から供給されたソースガスを選択的に凝縮または気化させる役割を果たす。本発明の一実施形態によれば、ソースガス凝縮部３４０は、後述するセンサー部３５０で検出された運搬ガスの流量（flow rate）に基づいてソースガスを選択的に凝縮または気化させることができる。

センサー部３５０は、ソースガス凝縮部３４０を通過した運搬ガスの圧力または流量を検出する役割を果たす。センサー部３５０によって検出された運搬ガスの圧力または流量は、後述するソースガス凝縮部３４０の動作パターン（すなわち、ソースガスを凝縮させる動作またはソースガスを気化させる動作）を決定する際の基準とすることができる。

以下、本発明の一実施形態に係るソースガス凝縮部３４０及びセンサー部３５０の構成及び動作原理について詳細に説明する。

図１２から図１４は、ソースガス供給装置３００のソースガス凝縮部３４０の動作段階の一例を示す図面である。参考に、図１２から図１４は、ソースガス凝縮部３４０の断面を例示的に示す図面である。

まず、図１２に示すように、ソースガス凝縮部３４０は、第１の凝縮部３４１、第１の温度調節部３４３、第２の凝縮部３４４及び第２の温度調節部３４５を含むことができる。第１の凝縮部３４１は、管状構造物としてソースガス生成部３１０側に配置され、第２の凝縮部３４４は、メッシュ状構造物として蒸着チャンバー３６０側に配置される。また、第１の温度調節部３４３及び第２の温度調節部３４５は、第１の凝縮部３４１及び第２の凝縮部３４４内部の温度をそれぞれ調節する機能を行い、所定の加熱器及び冷却器を含むことができる。一方、ソースガス凝縮部３４０の両端は、ソースガスの搬送通路３９０に接続されており、搬送通路３９０にはソースガスが移動中に凝縮しないように搬送通路３９０内の温度を一定の温度以上に維持するための多数のヒーター３９２が設けられている。

本発明の一実施形態によれば、第１の凝縮部３４１または第２の凝縮部３４４の内部を冷却することによって、第１の凝縮部３４１または第２の凝縮部３４４でソースガスをそれぞれ凝縮させることができる。また、その反対に、第１の凝縮部３４１または第２の凝縮部３４４の内部を加熱することによって、第１の凝縮部３４１または第２の凝縮部３４４に凝縮されているソースガスを気化させることができる。

次に、図１３に示すように、センサー部３５０によって検出された「ソースガス凝縮部３４０を通過した運搬ガス」の圧力または流量が予め設定された圧力または流量より大きい場合は、ソースガス凝縮部３４０は、ソースガス凝縮部３４０へのソースガスの供給を継続しながらソースガス凝縮部３４０の内部を冷却させることによって、ソースガス凝縮部３４０において所定量のソースガスを凝縮させることができる。

本発明の一実施形態によれば、ソースガス凝縮部３４０の第１の凝縮部３４１においては管状構造物の内周面３４２上にソースガスを凝縮させることができ、ソースガス凝縮部３４０の第２の凝縮部３４４においてはメッシュ状構造物３４４上にソースガスを凝縮させることができる。特に、第２の凝縮部３４４のメッシュ状構造物３４４は、目の細かい網構造を有するものであり、ソースガス凝縮部３４０の蒸着チャンバー３６０側の通路の断面全体にわたって形成されている。このように、目の細かい網構造のメッシュ状構造物３４４上に多量のソースガスが凝縮されると、ガス搬送通路の断面が狭くなるため、メッシュ状構造物３４４を通過する運搬ガスの圧力または流量が減少することとなる。

したがって、前述のように多量のソースガスがメッシュ状構造物３４４において凝縮される際に運搬ガスの圧力または流量が減少する現象を利用して、センサー部３５０によって検出された運搬ガスの圧力または流量が予め設定された特定の圧力または流量と同一になるまでソースガスをメッシュ状構造物３４４に凝縮させることによって、予め設定された特定の圧力または流量に対応する特定量のソースガスをソースガス凝縮部３４０内部において凝縮させることができる。

一方、ソースガス凝縮部３４０内に特定量のソースガスを凝縮させる間は、ソースガス凝縮部３４０から排出されるソースガスの圧力または流量を正確に制御することができないため、これを蒸着チャンバー３６０に直ちに供給することは好ましくない。したがって、本発明の一実施形態によれば、ソースガス凝縮部３４０でソースガスが凝縮される間は、ソースガス凝縮部３４０を通過した運搬ガス及びソースガスが蒸着チャンバー３６０ではなくバイパス部３７０に排出されるように、後述する弁部３８５及び３８６を利用してソースガスの移動経路を制御することができる。

次に、図１４に示すように、センサー部３５０によって検出された「ソースガス凝縮部３４０を通過した運搬ガス」の圧力または流量が予め設定された特定の圧力または流量と実質的に同じである場合には、これ以上ソースガス凝縮部３４０内でソースガスが凝縮されないように、ソースガス凝縮部３４０へのソースガスの供給を遮断することができる。ここで、ソースガスの供給の遮断は後述する弁部３８４を利用して行うことができる。具体的には、ソースガス凝縮部３４０のソースガス生成部３１０側の一端に位置する第４の弁３８４を閉じることによって行うことができる。

例えば、メッシュ状構造物３４４においてソースガスを凝縮させることによって減少した運搬ガスの流量が、メッシュ状構造物３４４においてソースガスを凝縮させない場合にメッシュ状構造物３４４を通過する運搬ガスの流量の１／ｎになった場合に（ｎは２以上の整数）、ソースガス生成部３１０からソースガス凝縮部３４０へのソースガスの供給を遮断するようにすることができる。

また、ソースガス凝縮部３４０は、前述したように、ソースガス凝縮部３４０へのソースガスの供給を遮断した後に、第１の温度調節部３４３または第２の温度調節部３４５を利用してソースガス凝縮部３４０内部の温度を上昇させることによって、第１の凝縮部３４１または第２の凝縮部３４４において凝縮されたソースガス３４６を気化させることができる。前述したように、ソースガス凝縮部３４０へのソースガスの供給を遮断した状態で、ソースガス凝縮部３４０内において凝縮されている特定量のソースガス３４６を気化させることによって、蒸着チャンバー３６０に供給されるソースガスの圧力または流量を正確に制御することができる。

一方、図１５は、ソースガス供給装置３００のソースガス凝縮部３４０の動作段階の他の例を示す図面である。参考に、図１５は、ソースガス凝縮部３４０の断面を例示的に示す図面である。

図１５に示すように、ソースガス凝縮部３４０の第１の凝縮部３４１及び第２の凝縮部３４４で行われるソースガスの凝縮過程及び気化過程は互いに独立的に行うことができるので、これを利用するとソースガス凝縮部３４０で気化させて蒸着チャンバー３６０に供給させるソースガスの量をより一層正確に調節することができる。特に、本発明の一実施形態によれば、第１の凝縮部３４１及び第２の凝縮部３４４の両方においてソースガスを凝縮させた後に、第１の凝縮部３４１において凝縮されたソースガスは気化させないで、第２の凝縮部３４４において凝縮された少量のソースガスだけを気化させることができる。このことによって、蒸着チャンバー３６０に供給するソースガスの量を微細に調節することができる。

前述したように、本発明の一実施形態に係るソースガス凝縮部３４０及びセンサー部３５０によれば、蒸着チャンバー３６０に供給されるソースガスの圧力または流量を正確に制御することができる。特に、本発明の一実施形態に係るソースガスの流量や圧力の制御は、原子層単位蒸着法のように、薄膜蒸着の際に蒸着される量を原子層単位またはその以下の単位で微細に調節する必要がある場合にはより一層効果的である。

一方、本発明の好ましい一実施形態によれば、ソースガス供給装置３００は、複数のソースガス凝縮部３４０を含むことができる。例えば、複数のソースガス凝縮部３４０をソースガス生成部３１０と蒸着チャンバー３６０との間に並列に設置することができる。この場合、各ソースガス凝縮部３４０で凝縮されるソースガスの凝縮量の誤差を互いに相殺することができるので、蒸着チャンバー３６０に供給するソースガスの圧力または流量をより一層正確に制御することができる。

蒸着チャンバー３６０、バイパス部３７０及び多数の弁部３８１〜３８６は、上記の第１の実施形態で説明した蒸着チャンバー２５０、バイパス部２６０及び多数の弁部２７１〜２７６と同様の役割を果たすので、これらについての詳細な説明は省略する。

以上のように、本発明に係るソースガス供給装置は、化学気相蒸着法による薄膜蒸着の際に、蒸着チャンバー内に供給するソースガスの量を、ソースガス生成部内のソース物質の状態に関わらず正確に制御することができる。よって、蒸着チャンバー内で実施される蒸着工程において蒸着圧力を正確に調節できるという効果がある。従って、本発明の産業利用性はきわめて高いものといえる。

以上のように、本発明では具体的な構成要素などのような特定事項と限定された実施形態及び図面により説明したが、これは本発明のより全体的な理解を助けるために提供されたものであり、本発明は前述の実施形態に限定されるものではなく、本発明が属する分野で通常的な知識を持った者であれば、このような記載から多様な修正及び変形が可能であるはずである。

以上、本発明の詳細な説明では具体的な実施形態について説明したが、本発明の要旨から逸脱しない範囲内で多様に変形できる。よって、本発明の権利範囲は、上述の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲の記載及びこれと均等なものに基づいて定められるべきである。

２００ ソースガス供給装置
２１０ ソースガス生成部
２１２ ソース物質
２１４ ヒーター
２２０ 運搬ガス供給部
２３０ 流量制御部
２４０ ソースガス凝縮部
２４１ 第１の本体部
２４２ 第１の温度調節部
２４３ 第２の本体部
２４４ 第２の温度調節部
２４５ ソースガス凝縮層
２５０ 蒸着チャンバー
２６０ バイパス部
２７１ 第１の弁部
２７２ 第２の弁部
２７３ 第３の弁部
２７４ 第４の弁部
２７５ 第５の弁部
２７６ 第６の弁部
３００ ソースガス供給装置
３１０ ソースガス生成部
３１２ ソース物質
３１４ ヒーター
３２０ 運搬ガス供給部
３３０ 流量制御部
３４０ ソースガス凝縮部
３４１ 第１の凝縮部（管状構造物）
３４２ 内周面
３４３ 第１の温度調節部
３４４ 第２の凝縮部（メッシュ状構造物）
３４５ 第２の温度調節部
３４６ 凝縮されたソースガス
３５０ センサー部
３６０ 蒸着チャンバー
３７０ バイパス部
３８１ 第１の弁部
３８２ 第２の弁部
３８３ 第３の弁部
３８４ 第４の弁部
３８５ 第５の弁部
３８６ 第６の弁部

Claims (17)

1. 化学気相蒸着法による薄膜蒸着の際に蒸着チャンバーに対してソースガスを供給するソースガス供給装置であって、
   ソース物質を加熱してソースガスを生成するソースガス生成部と、
   前記ソースガス生成部から供給されたソースガスを凝縮させるソースガス凝縮部とを含み、
   前記ソースガス凝縮部でのソースガスの凝縮量が飽和凝縮量に到達するまでは、前記ソースガス生成部から前記ソースガス凝縮部へのソースガスの供給を継続し、前記ソースガス凝縮部においてソースガスを凝縮させ、
   前記ソースガス凝縮部でのソースガスの凝縮量が飽和凝縮量に到達した後は、前記ソースガス生成部から前記ソースガス凝縮部へのソースガスの供給を遮断し、前記ソースガス凝縮部において凝縮されたソースガスを気化して前記蒸着チャンバーへ供給するようにしたことを特徴とするソースガス供給装置。
2. 前記ソースガス凝縮部が、所定距離を隔てて互いに対向配置された第１の本体部及び第２の本体部を含むことを特徴とする請求項１に記載のソースガス供給装置。
3. 前記ソースガス凝縮部でのソースガスの凝縮量が飽和凝縮量に到達するまでは、前記第１の本体部の温度が前記ソースガスの凝縮温度よりも低い温度となるように調節されると共に、前記第２の本体部の温度が前記ソースガスの凝縮温度よりも高い温度となるように調節され、
   前記ソースガス凝縮部でのソースガスの凝縮量が飽和凝縮量に到達した後は、前記第１及び前記第２の本体部の温度が前記ソースガスの凝縮温度よりも温度となるように調節されることを特徴とする請求項２に記載のソースガス供給装置。
4. 前記ソースガスの飽和凝縮量が、前記第１の本体部と前記第２の本体部との間の温度差及び前記第１の本体部と前記第２の本体部との間の距離のうちの少なくとも一方に基づいて決定されることを特徴とする請求項３に記載のソースガス供給装置。
5. 前記第１の本体部に第１の温度調節部が設けられ、前記第２の本体部に第２の温度調節部が設けられたことを特徴とする請求項２に記載のソースガス供給装置。
6. 前記第１の本体部及び前記第２の本体部の各々が板状構造物であることを特徴とする請求項２に記載のソースガス供給装置。
7. 前記第１の本体部が柱状構造物であり、前記第２の本体部が前記第１の本体部を取り囲むように配置された中空の柱状構造物であることを特徴とする請求項２に記載のソースガス供給装置。
8. 前記ソースガス凝縮部が複数個並列に設置されたことを特徴とする請求項１に記載のソースガス供給装置。
9. 化学気相蒸着法による薄膜蒸着の際に蒸着チャンバーに対してソースガスを供給するソースガス供給装置であって、
   ソース物質を加熱してソースガスを生成するソースガス生成部と、
   前記ソースガス生成部から供給されたソースガスを凝縮させるソースガス凝縮部と、
   前記ソースガス生成部で生成されたソースガスを前記ソースガス凝縮部へ円滑に搬送するための運搬ガスを供給する運搬ガス供給部と、
   前記ソースガス凝縮部を通過した運搬ガスの流量を検出するセンサー部とを含み、
   前記センサー部で検出された前記運搬ガスの流量が予め設定された流量よりも大きい場合は、前記ソースガス生成部から前記ソースガス凝縮部へのソースガスの供給を継続し、前記ソースガス凝縮部においてソースガスを凝縮させ、
   前記センサー部で検出された前記運搬ガスの流量が予め設定された流量と実質的に同じ場合は、前記ソースガス生成部から前記ソースガス凝縮部へのソースガスの供給を遮断し、前記ソースガス凝縮部で凝縮されたソースガスを気化して前記蒸着チャンバーに供給するようにしたことを特徴とするソースガス供給装置。
10. 前記ソースガス凝縮部が複数個並列に設置されたことを特徴とする請求項９に記載のソースガス供給装置。
11. 前記ソースガス凝縮部が、前記ソースガス生成部側に配置された第１の凝縮部と前記蒸着チャンバー側に配置された第２の凝縮部とを含むことを特徴とする請求項９に記載のソースガス供給装置。
12. 前記第１の凝縮部が管状構造物であることを特徴とする請求項１１に記載のソースガス供給装置。
13. 前記第２の凝縮部がメッシュ状構造物であることを特徴とする請求項１１に記載のソースガス供給装置。
14. 前記メッシュ状構造物上にソースガスが凝縮するに従って、前記メッシュ状構造物を通過する運搬ガスの流量が減少するようにしたことを特徴とする請求項１３に記載のソースガス供給装置。
15. 前記運搬ガスの流量が、前記メッシュ状構造物上にソースガスを凝縮させない場合に前記メッシュ状構造物を通過する運搬ガスの流量の１／ｎに減少したときに（ｎは２以上の整数）、前記ソースガス生成部から前記ソースガス凝縮部へのソースガスの供給を遮断するようにしたことを特徴とする請求項１４に記載のソースガス供給装置。
16. 前記第１の凝縮部に第１の温度調節部を設け、前記第２の凝縮部に第２の温度調節部を設けたことを特徴とする請求項１１に記載のソースガス供給装置。
17. 前記運搬ガス供給部と前記ソースガス生成部との間に、前記ソースガス生成部に供給する運搬ガスの流量を制御するための流量制御部を配置したことを特徴とする請求項９に記載のソースガス供給装置。

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