KR101003545B1 - 기화 장치 - Google Patents

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KR101003545B1
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carrier gas
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엄익한
임성보
송재헌
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주식회사 태한이엔씨
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    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
    • C23C16/44—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating
    • C23C16/448—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating characterised by the method used for generating reactive gas streams, e.g. by evaporation or sublimation of precursor materials
    • C23C16/4481—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating characterised by the method used for generating reactive gas streams, e.g. by evaporation or sublimation of precursor materials by evaporation using carrier gas in contact with the source material

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Abstract

기화 장치는 캐리어 가스의 공급에 의해 자연 유도 방식으로 공급되는 소스와 상기 캐리어 가스를 혼합하는 혼합기, 상기 혼합된 캐리어 가스와 소스의 혼합물을 기화시키는 가열기 및 상기 기화된 혼합물을 안정화하여 분사하는 분사기를 포함한다. 상기 혼합기는 상기 소스가 자연 유도 방식으로 공급되는 소스 공급 라인; 상기 캐리어 가스가 공급되는 캐리어 가스 공급 라인; 상기 가열기와 연결되는 제1 연결부; 및 상기 소스 공급 라인으로 공급된 소스와 상기 캐리어 가스 공급라인으로 공급된 캐리어 가스가 혼합되어 배출되는 혼합물 공급부를 포함한다. 상기 가열기는 상기 제1 연결부와 연결되고 상기 혼합물 공급부로부터 혼합물을 공급받는 제2 연결부; 상기 제2 연결부로 공급된 혼합물을 재순환방식으로 가열하여 기화시키는 제1 및 제2 가열부; 및 상기 혼합물이 기화된 혼합 기체가 배출되는 제3 연결부를 포함한다. 상기 분사기는 상기 제3 연결부와 연결되어 혼합 기체를 공급받는 제4 연결부; 상기 제4 연결부로 공급된 혼합 기체의 상태를 안정화하는 안정화부; 및 상기 안정된 혼합 기체를 분사하는 혼합기체 분사부를 포함한다.

Description

기화 장치{VAPORIZER}
개시된 기술은 기화 장치에 관한 것으로, 특히 반도체 제조 공정에서 기판에박막을 형성하기 위하여 사용되는 기화 장치에 관한 것이다.
반도체 제조 공정에서 기판에 박막을 형성하는 방법으로는 CVD(Chemical Vapor Deposition)와 PVD(Physical Vapor Deposition)이 있다. CVD(화학 기상 증착)는 화학적 결합 방식으로 높은 온도에서 반응하고 결합도가 높은 장점이 있다. CVD 반응은 열분해, 환원, 산화, 질화, 탄화, 합성반응 등을 포함하며, 반응기에 주입된 기체들이 가열된 기판 위에서 화학반응을 통해 박막을 형성할 수 있다. 주로 반도체(Si, GaAs, SiC), 절연막(SiO2, Si3N4), 금속 박막(W, AI), 유기박막 등의 박막을 형성하는데 사용될 수 있다. 기화 장치는 반응기에 기체들을 주입하기 위해 사용될 수 있다.
실시예들 중에서, 기화 장치는 캐리어 가스의 공급에 의해 자연 유도 방식으로 공급되는 소스와 상기 캐리어 가스를 혼합하는 혼합기, 상기 혼합된 캐리어 가스와 소스의 혼합물을 기화시키는 가열기 및 상기 기화된 혼합물을 안정화하여 분사하는 분사기를 포함한다. 상기 혼합기는 상기 소스가 자연 유도 방식으로 공급되는 소스 공급 라인; 상기 캐리어 가스가 공급되는 캐리어 가스 공급 라인; 상기 가열기와 연결되는 제1 연결부; 및 상기 소스 공급 라인으로 공급된 소스와 상기 캐리어 가스 공급라인으로 공급된 캐리어 가스가 혼합되어 배출되는 혼합물 공급부를 포함한다. 상기 가열기는 상기 제1 연결부와 연결되고 상기 혼합물 공급부로부터 혼합물을 공급받는 제2 연결부; 상기 제2 연결부로 공급된 혼합물을 재순환방식으로 가열하여 기화시키는 제1 및 제2 가열부; 및 상기 혼합물이 기화된 혼합 기체가 배출되는 제3 연결부를 포함한다. 상기 분사기는 상기 제3 연결부와 연결되어 혼합 기체를 공급받는 제4 연결부; 상기 제4 연결부로 공급된 혼합 기체의 상태를 안정화하는 안정화부; 및 상기 안정된 혼합 기체를 분사하는 혼합기체 분사부를 포함한다.
일 실시예에서, 상기 캐리어 가스 공급 라인에는 상기 제1 연결부까지 이어지도록 중공의 캐리어 가스 공급로가 형성될 수 있고, 상기 제1 연결부에는 상기 캐리어 가스 공급로에 연장되어 통로로 이어지는 주입홀 및 혼합부가 형성될 수 있다. 예를 들어, 상기 주입홀의 직경은 캐리어 가스 공급로의 직경보다 작을 수 있으며, 상기 혼합부의 직경은 캐리어 가스 공급로의 직경보다 작을 수 있고 상기 주입홀의 직경보다 클 수 있다. 상기 혼합물 공급부에는 상기 혼합부에 연장되어 통로로 이어지는 확산부가 형성될 수 있다. 예를 들어, 상기 확산부의 직경은 혼합물의 진행방향을 따라 점차적으로 커지도록 형성될 수 있다. 상기 소스 공급 라인에는 상기 제1 연결부까지 이어지도록 중공의 소스 공급로가 형성될 수 있고, 상기 제1 연결부에는 상기 소스 공급로와 상기 혼합부가 통로로 이어지도록 소스 흡입로가 형성될 수 있다.
일 실시예에서, 상기 제2 연결부에는 상기 혼합물 공급부와 통로로 연결되는 혼합물 주입부가 형성될 수 있고, 상기 제1 가열부에는 상기 주입된 혼합물을 재순환방식으로 가열하는 중심 코어로 및 복수의 제1 가열로가 형성될 수 있으며, 상기 제2 가열부에는 상기 복수의 제1 가열로의 적어도 일부에 상응하는 제2 가열로가 형성될 수 있고, 상기 제3 연결부에는 혼합 기체가 배출되는 배출부가 형성될 수 있다. 상기 제2 연결부와 제1 가열부의 사이에는 제1 와류부가 형성될 수 있고, 상기 제1 가열부와 제2 가열부의 사이에는 제2 와류부가 형성될 수 있으며, 상기 혼합물이 상기 중심 코어로, 제1 와류부, 제1 가열로, 제2 와류부를 순환하면서 가열될 수 있다. 상기 제2 가열부와 제3 연결부의 사이에는 제3 와류부가 더 형성될 수 있다. 상기 제2 가열부의 중심부 일측에는 재순환용 차폐막이 더 형성될 수 있다.
일 실시예에서, 상기 제4 연결부에는 상기 배출부와 통로로 연결되는 유입부가 형성될 수 있고, 상기 안정화부에는 복수의 이동로가 형성될 수 있으며, 상기 혼합기체 분사부에는 중공의 분사로가 형성될 수 있다. 상기 제4 연결부와 안정화부의 사이에는 감압부가 형성될 수 있고, 상기 안정화부와 혼합기체 분사부의 사이에는 취합부가 형성될 수 있다. 상기 유입부와 감압부를 통로로 연결하는 역행로가 형성될 수 있다.
실시예들 중에서, 캐리어 가스의 공급에 의해 자연 유도 방식으로 공급되는 소스와 상기 캐리어 가스를 혼합하는 혼합기를 포함하는 기화 장치에 있어서, 상기 혼합기는 상기 소스가 자연 유도 방식으로 공급되는 소스 공급 라인; 상기 캐리어 가스가 공급되는 캐리어 가스 공급 라인; 상기 가열기와 연결되는 제1 연결부; 및 상기 소스 공급 라인으로 공급된 소스와 상기 캐리어 가스 공급라인으로 공급된 캐리어 가스가 혼합되어 배출되는 혼합물 공급부를 포함하고, 상기 캐리어 가스 공급 라인에는 상기 제1 연결부까지 이어지도록 중공의 캐리어 가스 공급로가 형성되고, 상기 제1 연결부에는 상기 캐리어 가스 공급로에 연장되어 통로로 이어지는 주입홀 및 혼합부가 형성되며, 상기 혼합물 공급부에는 상기 혼합부에 연장되어 통로로 이어지는 확산부가 형성된다.
실시예들 중에서, 캐리어 가스의 공급에 의해 자연 유도 방식으로 공급되는 소스와 상기 캐리어 가스를 혼합하는 혼합기 및 상기 혼합된 캐리어 가스와 소스의 혼합물을 기화시키는 가열기를 포함하는 기화 장치에 있어서, 상기 가열기는 상기 제1 연결부와 연결되고 상기 혼합물 공급부로부터 혼합물을 공급받는 제2 연결부; 상기 제2 연결부로 공급된 혼합물을 재순환방식으로 가열하여 기화시키는 제1 및 제2 가열부; 및 상기 혼합물이 기화된 혼합 기체가 배출되는 제3 연결부를 포함하고, 상기 제2 연결부에는 상기 혼합물 공급부와 통로로 연결되는 혼합물 주입부가 형성되고, 상기 제1 가열부에는 상기 주입된 혼합물을 재순환방식으로 가열하는 중심 코어로 및 복수의 제1 가열로가 형성되며, 상기 제2 가열부에는 상기 복수의 제1 가열로의 적어도 일부에 상응하는 제2 가열로가 형성되고, 상기 제3 연결부에는 혼합 기체가 배출되는 배출부가 형성되며, 상기 제2 연결부와 제1 가열부의 사이에는 제1 와류부가 형성되고, 상기 제1 가열부와 제2 가열부의 사이에는 제2 와류부가 형성되며, 상기 제2 가열부와 제3 연결부의 사이에는 제3 와류부가 형성되고, 상기 제2 가열부의 중심부 일측에는 재순환용 차폐막이 형성되며, 상기 혼합물이 상기 중심 코어로, 제1 와류부, 제1 가열로, 제2 와류부를 순환하면서 가열된다.
실시예들 중에서, 캐리어 가스의 공급에 의해 자연 유도 방식으로 공급되는 소스와 상기 캐리어 가스를 혼합하는 혼합기, 상기 혼합된 캐리어 가스와 소스의 혼합물을 기화시키는 가열기 및 상기 기화된 혼합물을 안정화하여 분사하는 분사기를 포함하는 기화 장치에 있어서, 상기 분사기는 상기 제3 연결부와 연결되어 혼합 기체를 공급받는 제4 연결부; 상기 제4 연결부로 공급된 혼합 기체의 상태를 안정화하는 안정화부; 및 상기 안정된 혼합 기체를 분사하는 혼합기체 분사부를 포함하고, 상기 제4 연결부에는 상기 배출부와 통로로 연결되는 유입부가 형성되고, 상기 안정화부에는 복수의 이동로가 형성되며, 상기 혼합기체 분사부에는 중공의 분사로가 형성되고, 상기 제4 연결부와 안정화부의 사이에는 감압부가 형성되며, 상기 안정화부와 혼합기체 분사부의 사이에는 취합부가 형성되고, 상기 유입부와 감압부를 통로로 연결하는 역행로가 형성된다.
도 1은 개시된 기술의 기화 장치를 설명하는 사시도이다.
도 2는 도 1의 기화 장치의 분해사시도이다.
도 3은 도 1의 혼합기를 설명하는 절개 사시도이다.
도 4는 도 1의 가열기를 설명하는 절개 사시도이다.
도 5는 도 1의 분사기를 설명하는 절개 사시도이다.
도 6은 도 2의 필터가 있는 경우의 효과를 설명하는 측정표이다.
도 7은 도 2의 필터가 있는 경우의 효과를 설명하는 그래프이다.
도 8은 도 2의 필터가 없는 경우의 효과를 설명하는 측정표이다.
도 9는 도 2의 필터가 없는 경우의 효과를 설명하는 그래프이다.
개시된 기술에 관한 설명은 구조적 내지 기능적 설명을 위한 실시예에 불과하므로, 개시된 기술의 권리범위는 본문에 설명된 실시예에 의하여 제한되는 것으로 해석되어서는 아니 된다. 즉, 실시예는 다양한 변경이 가능하고 여러 가지 형태를 가질 수 있으므로 개시된 기술의 권리범위는 기술적 사상을 실현할 수 있는 균등물들을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
한편, 본 출원에서 서술되는 용어의 의미는 다음과 같이 이해되어야 할 것이다.
"제1", "제2" 등의 용어는 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하기 위한 것으로, 이들 용어들에 의해 권리범위가 한정되어서는 아니 된다. 예를 들어, 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다.
"및/또는"의 용어는 하나 이상의 관련 항목으로부터 제시 가능한 모든 조합을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 예를 들어, "제1 항목, 제2 항목 및/또는 제3 항목"의 의미는 제1, 제2 또는 제3 항목뿐만 아니라 제1, 제2 또는 제3 항목들 중 2개 이상으로부터 제시될 수 있는 모든 항목의 조합을 의미한다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어"있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결될 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수 도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다. 한편, 구성요소들 간의 관계를 설명하는 다른 표현들, 즉 "~사이에"와 "바로 ~사이에" 또는 "~에 이웃하는"과 "~에 직접 이웃하는" 등도 마찬가지로 해석되어야 한다.
단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한 복수의 표현을 포함하는 것으로 이해되어야 하고, "포함하다"또는 "가지다" 등의 용어는 설시된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
여기서 사용되는 모든 용어들은 다르게 정의되지 않는 한, 개시된 기술이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가진다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미를 지니는 것으로 해석될 수 없다.
도 1은 개시된 기술의 기화 장치를 설명하는 사시도이다.
도 1을 참조하면, 기화 장치(100)는 혼합기(110), 가열기(120) 및 분사기(130)를 포함한다.
혼합기(110)는 소스(Source)와 캐리어 가스(Carrier Gas)를 혼합한다. 일 실시예에서, 소스는 캐리어 가스의 공급에 의해 자연 유도 방식에 의해 혼합기(110)로 공급될 수 있다. 예를 들어, 소스는 반도체에 형성되는 박막의 원재료를 포함하며, 캐리어 가스는 원재료와 반응하지 않으면서 원재료를 용이하게 운송하기 위한 것으로, 개시된 기술에서 캐리어 가스는 질소(N2)를 이용할 수 있다.
가열기(120)는 재순환방식으로 캐리어 가스와 소스의 혼합물에 열을 가하여 기화시킨다. 일 실시예에서, 가열기(120)의 내부 또는 외부에 별도의 가열수단을 구성할 수 있으며, 가열수단은 특정한 것에 한정하지 않음은 당연하다.
분사기(130)는 기화된 혼합물을 안정화하여 분사한다. 만약, 가열기(120)에서 혼합물이 과도하게 가열될 경우, 혼합 기체의 상태가 불안정하게 되어 박막이 제대로 형성되지 않을 수 있다. 따라서, 분사기(130)는 과도한 에너지를 포함하는 혼합 기체를 안정화하여 박막이 정상적으로 형성되도록 할 수 있다.
도 2는 도 1의 기화 장치의 분해사시도이다.
도 2를 참조하면, 혼합기(110)는 소스 공급 라인(211), 캐리어 가스 공급라인(212), 제1 연결부(213) 및 혼합물 공급부(214)를 포함한다.
소스 공급 라인(211)은 액체의 소스가 자연 유도 방식으로 기화되어 공급되도록 한다. 자연 유도 방식에 대해서는 하기에 다시 설명하도록 한다.
캐리어 가스 공급라인(212)은 기체의 캐리어 가스가 공급된다. 일 실시예에서, 저장탱크에 저장된 캐리어 가스는 개스필터를 거쳐 이물질이 제거되고, 압력제어기에 의해 일정한 압력으로 캐리어 가스 공급라인(212)에 공급될 수 있다.
제1 연결부(213)는 가열기(120)와 연결된다. 일 실시예에서, 제1 연결부(213)는 가열기(120)와 나사결합으로 결합될 수 있다.
혼합물 공급부(214)는 기체의 캐리어 가스와 기화된 소스가 혼합된 혼합물을 가열기(120)로 공급한다.
가열기(120)는 제1 연결부(213)와 연결되고 혼합물 공급부(214)로부터 혼합물을 공급받는 제2 연결부(221), 제2 연결부(221)로 공급된 혼합물을 재순환방식으로 가열하여 기화시키는 제1 및 제2 가열부(222)(223) 및 혼합물이 기화된 혼합 기체가 배출되는 제3 연결부(224)를 포함한다.
분사기(130)는 제3 연결부(224)와 연결되어 혼합 기체를 공급받는 제4 연결부(231), 제4 연결부(231)로 공급된 혼합 기체의 상태를 안정화하는 안정화부(232) 및 안정된 혼합 기체를 분사하는 혼합기체 분사부(233)를 포함한다.
도 2에서, 필터(240)는 제3 연결부(224) 및 제4 연결부(231)의 사이에 선택적으로 설치될 수 있다. 필터(240)의 구성 여부에 대한 성능비교는 하기에서 보다 상세히 살펴보기로 한다.
도 3은 도 1의 혼합기를 설명하는 절개 사시도이다.
도 3을 참조하면, 혼합기(110)의 캐리어 가스 공급 라인(212)에는 중공의 캐리어 가스 공급로(310)가 형성될 수 있다. 일 실시예에서, 캐리어 가스 공급로(310)는 제1 연결부(213)까지 이어져 형성될 수 있다.
제1 연결부(213)에는 캐리어 가스 공급로(310)에 연장되어 통로로 이어지는 주입홀(330) 및 혼합부(340)가 형성될 수 있다. 일 실시예에서, 주입홀(330)의 직경은 캐리어 가스 공급로(310)의 직경보다 작으며, 혼합부(340)의 직경은 캐리어 가스 공급로(310)의 직경보다 작고 주입홀(330)의 직경보다 클 수 있다. 예를 들어, 캐리어 가스의 이동 및 확산의 효율을 위하여 캐리어 가스 공급로(310)의 직경은 5.8㎜ 내지 6.2㎜에 상응할 수 있고, 주입홀(330)의 직경은 0.4㎜ 내지 0.6㎜에 상응할 수 있으며, 혼합부(340)의 직경은 2.1㎜ 내지 2.5㎜에 상응할 수 있다.
혼합물 공급부(214)에는 혼합부(340)에 연장되어 통로로 이어지는 확산부(320)가 형성될 수 있다. 일 실시예에서, 확산부(320)의 직경은 혼합물의 진행방향을 따라 점차적으로 커지도록 형성될 수 있다. 예를 들어, 혼합물 확산의 효율을 위하여 확산부(320)의 확산각은 55°내지 59°에 상응할 수 있다.
소스 공급 라인(211)에는 제1 연결부(213)까지 이어지도록 중공의 소스 공급로(350)가 형성되고, 제1 연결부(213)에는 소스 공급로(350)와 혼합부(340)가 통로로 이어지도록 소스 흡입로(360)가 형성될 수 있다.
액체의 소스가 자연 유도 방식으로 기화되어 혼합되는 과정을 살펴보면, 기체의 캐리어 가스가 직경이 큰 캐리어 가스 공급로(310)에서 직경이 작은 주입홀(330)로 이동하면서 이동속도가 증가할 수 있다. 이동 속도가 증가된 기체의 캐리어 가스가 혼합부(340)로 이동하면 혼합부(340)의 벽면측 기압이 낮아지게 되고, 낮아진 기압차에 의해 소스 공급로(350)의 소스가 기화되면서 소스 흡입로(360)를 통해 혼합부(340)로 공급될 수 있다. 이때, 기화된 소스는 완전한 기체상태가 아니라 액체 분자가 포함된 상태가 될 수 있으며, 액체 분자는 가열기(120)에서 완전히 가열될 수 있다.
도 4는 도 1의 가열기를 설명하는 절개 사시도이다.
도 4를 참조하면, 가열기(120)의 제2 연결부(221)에는 혼합물 공급부(214)와 통로로 연결되는 혼합물 주입부(410)가 형성될 수 있고, 제1 가열부(222)에는 주입된 혼합물을 재순환방식으로 가열하는 중심 코어로(450) 및 복수의 제1 가열로(451)가 형성될 수 있으며, 제2 가열부(223)에는 복수의 제1 가열로(222)의 적어도 일부에 상응하는 제2 가열로(461)가 형성될 수 있고, 제3 연결부(224)에는 혼합 기체가 배출되는 배출부(450)가 형성될 수 있다. 일 실시예에서, 중심 코어로(450)는 혼합물 주입부(410)의 직경보다 다소 작은 직경으로 형성될 수 있고, 제1 가열로(451)는 중심 코어로(450)의 주위에 원형 또는 방사형으로 배치될 수 있다. 예를 들어, 재순환방식에 의한 혼합물의 기화 효율을 위하여, 혼합물 주입부(410)의 직경은 15.8㎜ 내지 16.1㎜에 상응할 수 있고, 중심 코어로(450)의 직경은 12.5㎜ 내지 12.9㎜에 상응할 수 있으며, 제1 가열로(451) 및 제2 가열로(461)의 직경은 3.1㎜ 내지 3.3㎜에 상응할 수 있다.
도 4에서, 제2 연결부(221)와 제1 가열부(222)의 사이에는 제1 와류부(420)가 형성될 수 있고, 제1 가열부(222)와 제2 가열부(223)의 사이에는 제2 와류부(430)가 형성될 수 있으며, 제2 가열부(223)의 중심부 일측에는 재순환용 차폐막(460)이 형성될 수 있다. 일 실시예에서, 혼합물 주입부(410)로 공급된 소스와 캐리어 가스의 혼합물은 중심 코어로(450)로 이동한 다음 제2 와류부(430)에서 재순환용 차폐막(460)에 의해 역전되어 제1 가열로(451)를 통해 이동한 후 제1 와류부(420)에서 다시 역전되면서 순환할 수 있다. 예를 들어, 재순환방식에 의한 혼합물의 기화 효율을 위하여, 제1 와류부(420)의 폭은 6.8㎜ 내지 7.2㎜에 상응할 수 있고, 제2 와류부(430)의 폭은 6.4㎜ 내지 6.8㎜에 상응할 수 있으며, 재순환용 차폐막(460)의 지름은 40㎜ 내지 41㎜에 상응할 수 있다. 일 실시예에서, 제1 가열부(222)에 의한 재순환방법은 액체 분자 형태의 소스를 완전히 기화시킬 수 있다.
제2 가열부(223)와 제3 연결부(224)의 사이에는 제3 와류부(440)가 형성될 수 있다. 일 실시예에서, 제3 와류부(440)는 제1 가열부(222) 및 제2 가열부(223)에서 기화된 혼합물이 배출부(450)로 자연 유도되도록 할 수 있다. 예를 들어, 혼합 기체의 효율적인 배출을 위하여, 제3 와류부(440)의 폭은 6.8㎜ 내지 7.2㎜에 상응할 수 있다.
도 5는 도 1의 분사기를 설명하는 절개 사시도이다.
도 5를 참조하면, 분사기(130)의 제4 연결부(231)에는 배출부(450)와 통로로 연결되는 유입부(510)가 형성될 수 있고, 안정화부(232)에는 복수의 이동로(530)가 형성될 수 있으며, 혼합기체 분사부(233)에는 중공의 분사로(550)가 형성될 수 있다. 일 실시예에서, 유입부(510)로 유입된 혼합 기체는 에너지 준위가 높은 상태의 불안정한 상태일 수 있으며, 불안정한 상태의 혼합 기체는 이동로(530)를 이동하면서 안정화되어 분사로(550)로 유입된다. 예를 들어, 혼합 기체의 효율적인 이동을 위하여, 유입로(510)의 직경은 9.8㎜ 내지 10.2㎜에 상응할 수 있고, 이동로(530)의 직경은 3.1㎜ 내지 3.3㎜에 상응할 수 있으며, 분사로(550)의 직경은 5.0㎜ 내지 5.3㎜에 상응할 수 있다.
한편, 일정한 압력하에서 기체의 온도가 상승하면 기체 분자에 포함된 전자가 들뜬 상태가 될 수 있다. 들뜬 상태의 전자들은 서로 다른 에너지 준위를 넘나들게 된다. 이러한 들뜬 상태의 전자를 포함하는 기체 분자는 박막 형성시 이상 결합이나 불안정한 결합을 초래할 수 있다. 개시된 기술에서는 들뜬 상태의 전자를 포함하는 기체 분자를 안정시킬 수 있다.
이를 위하여, 제4 연결부(231)와 안정화부(232)의 사이에는 감압부(520)가 형성될 수 있고, 안정화부(232)와 혼합기체 분사부(233)의 사이에는 취합부(540)가 형성될 수 있으며, 유입부(510)와 감압부(520)를 통로로 연결하는 역행로(525)가 형성될 수 있다. 일 실시예에서, 유입부(510)로 유입된 불안정한 혼합 기체는 역행로(525)를 통해 감압부(520)로 이동하며, 혼합 기체는 감압부(520)에서 밀도가 낮아지면서 안정화 상태로 유지될 수 있다. 이후, 안정화된 혼합 기체는 이동로(530)로 이동하여 취합부(540)에서 합쳐진 후 분사로(550)를 통해 분사될 수 있다. 예를 들어, 감압부(520)의 폭은 9.5㎜ 내지 9.9㎜에 상응할 수 있고, 취합부의 폭은 5.0㎜ 내지 5.3㎜에 상응할 수 있다.
도 6은 도 2의 필터가 있는 경우의 효과를 설명하는 측정표이고, 도 7은 도 2의 필터가 있는 경우의 효과를 설명하는 그래프이며, 도 8은 도 2의 필터가 없는 경우의 효과를 설명하는 측정표이고, 도 9는 도 2의 필터가 없는 경우의 효과를 설명하는 그래프이다. 필터(240)는 분사기(130)의 유입부(510)에 설치될 수 있다.
측정표 및 그래프에서, "Drop Test"는 분사기(130)의 혼합기체 분사부(233)에 MFC(Mass Flow Controller)를 설치하고, 4ℓ와 8ℓ의 캐리어 가스를 각각 소스 공급라인(211) 및 캐리어 가스 공급라인(212)에 교대로 유입하여 각 라인에 가해지는 압력을 측정한 값을 포함하고, "Flow Test"는 소스 공급라인(211)에 MFM(Mass Flow Meter)를 설치하고, 캐리어 가스 공급라인(212)에 MFC를 설치한 후, 캐리어 가스 공급라인(212)에 1.5ℓ의 캐리어 가스를 공급하면서 소스 공급라인(211)으로 유입되는 소스의 양을 측정한 값을 포함한다.
측정 결과, 필터(240)가 장착된 경우에 비하여 필터(240)가 장착되지 않은 경우는, 소스 공급라인(211) 및 캐리어 가스 공급라인(212)에 가해지는 압력이 낮아 기화 장치(100)의 내구력 및 안전성을 향상시킬 수 있고, 자연 유도 방식에 의해 소스가 안정적으로 유입될 수 있음은 물론, 분사기(130)에서 분사되는 혼합 기체의 양도 증가한 것을 알 수 있다. 다시 말해, 필터(240)가 장착되지 않은 경우가 소스의 유입량이 클 뿐만 아니라, 역류하지 않고 있음을 알 수 있다.
결과적으로, 필터(240)가 장착되지 않은 경우가 보다 안정적이고 원활한 혼합 기체의 공급이 이루어질 수 있다. 그러나, 기화 장치(100)의 사용 목적에 상응하여 당업자의 요구에 따라 필터(240)를 장착할 수도 있음은 당연하다.
개시된 기술은 다음의 효과를 가질 수 있다. 다만, 특정 실시예가 다음의 효과를 전부 포함하여야 한다거나 다음의 효과만을 포함하여야 한다는 의미는 아니므로, 개시된 기술의 권리범위는 이에 의하여 제한되는 것으로 이해되어서는 아니 될 것이다.
일 실시예에 따른 기화 장치는 반도체 제조 공정에서 기판에 박막을 형성하는 CVD(Chemical Vapor Deposition)와 PVD(Physical Vapor Deposition) 공정에 사용되는 액상의 원료(소스)가 포함된 혼합물을 충분히 기화시킬 수 있다. 가열기에서 재순환방식으로 혼합물을 완전히 기화시킬 수 있기 때문이다.
또한, 일 실시예에 따른 기화 장치는 액상의 원료를 포함한 혼합물의 기화 및 기화된 혼합물의 이동을 충분히 보장할 수 있다. 가열기 및 분사기에 형성된 각 통로에 대하여, 최적화된 통로의 직경, 길이 및 개수를 결정할 수 있기 때문이다.
또한, 일 실시예에 따른 기화 장치는 단순하면서도 효율적인 구조를 제공할 수 있다. 액상의 원료를 자연 유도 방식으로 공급하기 때문이다.
또한, 일 실시예에 따른 기화 장치는 기판에 박막을 형성하는 반응기에 기체화된 원료를 안정적으로 공급할 수 있다. 가열기에서 가열된 혼합 기체를 분사기에서 안정화한 다음 공급할 수 있기 때문이다.
또한, 일 실시예에서 따른 기화 장치는 수명을 연장시키는 효과를 얻을 수 있다. 가열기에서의 재순환과정과 분사기에서의 안정화과정을 거쳐 액상 원료가 기화함에 따른 내부의 압력 증가를 최소화할 수 있기 때문이다.
상기에서는 본 출원의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 출원의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 출원을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

Claims (18)

  1. 캐리어 가스의 공급에 의해 자연 유도 방식으로 공급되는 소스와 상기 캐리어 가스를 혼합하는 혼합기, 상기 혼합된 캐리어 가스와 소스의 혼합물을 기화시키는 가열기 및 상기 기화된 혼합물을 안정화하여 분사하는 분사기를 포함하고,
    상기 혼합기는
    상기 소스가 자연 유도 방식으로 공급되는 소스 공급 라인; 상기 캐리어 가스가 공급되는 캐리어 가스 공급 라인; 상기 가열기와 연결되는 제1 연결부; 및 상기 소스 공급 라인으로 공급된 소스와 상기 캐리어 가스 공급라인으로 공급된 캐리어 가스가 혼합되어 배출되는 혼합물 공급부를 포함하고,
    상기 가열기는
    상기 제1 연결부와 연결되고 상기 혼합물 공급부로부터 혼합물을 공급받는 제2 연결부; 상기 제2 연결부로 공급된 혼합물을 재순환방식으로 가열하여 기화시키는 제1 및 제2 가열부; 및 상기 혼합물이 기화된 혼합 기체가 배출되는 제3 연결부를 포함하며,
    상기 분사기는
    상기 제3 연결부와 연결되어 혼합 기체를 공급받는 제4 연결부; 상기 제4 연결부로 공급된 혼합 기체의 상태를 안정화하는 안정화부; 및 상기 안정된 혼합 기체를 분사하는 혼합기체 분사부를 포함하는 기화 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 캐리어 가스 공급 라인에는 상기 제1 연결부까지 이어지도록 중공의 캐리어 가스 공급로가 형성되고,
    상기 제1 연결부에는 상기 캐리어 가스 공급로에 연장되어 통로로 이어지는 주입홀 및 혼합부가 형성되며 -상기 주입홀의 직경은 캐리어 가스 공급로의 직경보다 작으며, 상기 혼합부의 직경은 캐리어 가스 공급로의 직경보다 작고 상기 주입홀의 직경보다 큼-,
    상기 혼합물 공급부에는 상기 혼합부에 연장되어 통로로 이어지는 확산부가 형성된 것 -상기 확산부의 직경은 혼합물의 진행방향을 따라 점차적으로 커지도록 형성됨-을 특징으로 하는 기화 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 소스 공급 라인에는 상기 제1 연결부까지 이어지도록 중공의 소스 공급로가 형성되고,
    상기 제1 연결부에는 상기 소스 공급로와 상기 혼합부가 통로로 이어지도록 소스 흡입로가 형성된 것을 특징으로 하는 기화 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제2 연결부에는 상기 혼합물 공급부와 통로로 연결되는 혼합물 주입부가 형성되고,
    상기 제1 가열부에는 상기 주입된 혼합물을 재순환방식으로 가열하는 중심 코어로 및 복수의 제1 가열로가 형성되며,
    상기 제2 가열부에는 상기 복수의 제1 가열로의 적어도 일부에 상응하는 제2 가열로가 형성되고,
    상기 제3 연결부에는 혼합 기체가 배출되는 배출부가 형성되는 것을 특징으로 하는 기화 장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 제2 연결부와 제1 가열부의 사이에는 제1 와류부가 형성되고,
    상기 제1 가열부와 제2 가열부의 사이에는 제2 와류부가 형성되며,
    상기 혼합물이 상기 중심 코어로, 상기 제2 와류부, 상기 제1 가열로, 상기 제1 와류부의 순서대로 순환하면서 가열되는 것을 특징으로 하는 기화 장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 제2 가열부와 제3 연결부의 사이에는 제3 와류부가 더 형성되는 것을 특징으로 하는 기화 장치.
  7. 제 4항에 있어서, 상기 제2 가열부의 중심부 일측에는 재순환용 차폐막이 더 형성되는 것을 특징으로 하는 기화 장치.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 제4 연결부에는 배출부와 통로로 연결되는 유입부가 형성되고,
    상기 안정화부에는 복수의 이동로가 형성되며,
    상기 혼합기체 분사부에는 중공의 분사로가 형성되는 것을 특징으로 하는 기화 장치.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 제4 연결부와 안정화부의 사이에는 감압부가 형성되고,
    상기 안정화부와 혼합기체 분사부의 사이에는 취합부가 형성되는 것을 특징으로 하는 기화 장치.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 유입부와 감압부를 통로로 연결하는 역행로가 형성되는 것을 특징으로 하는 기화 장치.
  11. 삭제
  12. 삭제
  13. 삭제
  14. 삭제
  15. 삭제
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  17. 캐리어 가스의 공급에 의해 자연 유도 방식으로 공급되는 소스와 상기 캐리어 가스를 혼합하는 혼합기 및 상기 혼합된 캐리어 가스와 소스의 혼합물을 기화시키는 가열기를 포함하는 기화 장치에 있어서, 상기 가열기는
    상기 혼합기의 제1 연결부와 연결되고 상기 혼합물 공급부로부터 혼합물을 공급받는 제2 연결부; 상기 제2 연결부로 공급된 혼합물을 재순환방식으로 가열하여 기화시키는 제1 및 제2 가열부; 및 상기 혼합물이 기화된 혼합 기체가 배출되는 제3 연결부를 포함하고,
    상기 제2 연결부에는 상기 혼합물 공급부와 통로로 연결되는 혼합물 주입부가 형성되고,
    상기 제1 가열부에는 상기 주입된 혼합물을 재순환방식으로 가열하는 중심 코어로 및 복수의 제1 가열로가 형성되며,
    상기 제2 가열부에는 상기 복수의 제1 가열로의 적어도 일부에 상응하는 제2 가열로가 형성되고,
    상기 제3 연결부에는 혼합 기체가 배출되는 배출부가 형성되며,
    상기 제2 연결부와 제1 가열부의 사이에는 제1 와류부가 형성되고,
    상기 제1 가열부와 제2 가열부의 사이에는 제2 와류부가 형성되며,
    상기 제2 가열부와 제3 연결부의 사이에는 제3 와류부가 형성되고,
    상기 제2 가열부의 중심부 일측에는 재순환용 차폐막이 형성되며,
    상기 혼합물이 상기 중심 코어로, 상기 제2 와류부, 상기 제1 가열로, 상기 제1 와류부의 순서대로 순환하면서 가열되는 것을 특징으로 하는 기화 장치.
  18. 캐리어 가스의 공급에 의해 자연 유도 방식으로 공급되는 소스와 상기 캐리어 가스를 혼합하는 혼합기, 상기 혼합된 캐리어 가스와 소스의 혼합물을 기화시키는 가열기 및 상기 기화된 혼합물을 안정화하여 분사하는 분사기를 포함하는 기화 장치에 있어서, 상기 분사기는
    상기 가열기의 제3 연결부와 연결되어 혼합 기체를 공급받는 제4 연결부; 상기 제4 연결부로 공급된 혼합 기체의 상태를 안정화하는 안정화부; 및 상기 안정된 혼합 기체를 분사하는 혼합기체 분사부를 포함하고,
    상기 제4 연결부에는 배출부와 통로로 연결되는 유입부가 형성되고,
    상기 안정화부에는 복수의 이동로가 형성되며,
    상기 혼합기체 분사부에는 중공의 분사로가 형성되고,
    상기 제4 연결부와 안정화부의 사이에는 감압부가 형성되며,
    상기 안정화부와 혼합기체 분사부의 사이에는 취합부가 형성되고,
    상기 유입부와 감압부를 통로로 연결하는 역행로가 형성되는 것을 특징으로 하는 기화 장치.
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