KR101351313B1 - 기화 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명의 기화 장치는 제1 유체의 유로를 개폐하는 밸브가 마련되는 개폐부 및 상기 제1 유체를 제2 유체와 혼합시키는 혼합부를 포함하고, 상기 혼합부는 상기 제1 유체와 상기 제2 유체가 유입되는 입력부의 단면적이 상기 제1 유체와 상기 제2 유체가 혼합되어 출력되는 출력부의 단면적보다 작게 형성되므로 제1 유체와 제2 유체가 신뢰성 있게 혼합될 수 있다.

Description

기화 장치{VAPORIZER}

본 발명은 기화 장치에 관한 것으로, 상세하게는 복수의 유체를 혼합시키는 기화 장치에 관한 것이다.

반도체(半導體, semiconductor) 부품을 제조하기 위한 공정은 불순물 주입 및 확산 공정, 산화 공정, 화학 기상 증착 공정, 사진 식각 공정, 세정 공정 등의 단위 공정을 반복함으로써 이루어진다.

예를 들어 박막 증착 공정(chemical vapor deposition; CVD)은 챔버 내에 마련된 웨이퍼의 표면에 가스 상태의 혼합물을 증착시키는 공정으로서, 챔버 내에 가스 상태의 혼합물을 제공하기 위해서 혼합 기화기가 사용된다.

이러한 혼합 기화기는 박막 형성 재료에 해당하는 원료액을 운반체에 해당하는 캐리어 가스와 혼합하여 기화시킨 혼합 유체를 챔버의 반응 공간으로 공급한다.

이때, 챔버 내에서의 반응 신뢰도를 향상시키기 위해서는 원료액이 신뢰성 있게 기화되어야 하며 캐리어 가스와 잘 혼합되어야 한다.

이와 관련하여 한국공개특허 제2009-0078596호에는 2개의 기화공간을 가지는 기화기를 사용하여 기화 효율을 개선한 기화기가 개시되고 있다. 그러나, 복수의 기화 공간으로 인하여 기화기의 소형화가 어렵고, 기화공간에서 혼합된 혼합 유체를 버리기 위해 별도의 밸브 수단이 혼합 유체의 출력단에 배치되어야 된다. 또한, 챔버 내의 반응 중지시 챔버로부터 역류되는 유체에 대한 방비가 미흡한 문제가 있다.

한국공개특허 제2009-0078596호

본 발명은 신뢰성 있는 혼합 유체를 출력하는 기화 장치를 제공하기 위한 것이다.

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 기화 장치는 제1 유체의 유로를 개폐하는 밸브가 마련되는 개폐부 및 상기 제1 유체를 제2 유체와 혼합시키는 혼합부를 포함하고, 상기 혼합부는 상기 제1 유체와 상기 제2 유체가 유입되는 입력부의 단면적이 상기 제1 유체와 상기 제2 유체가 혼합되어 출력되는 출력부의 단면적보다 작을 수 있다.

또한, 본 발명의 기화 장치는 하우징, 상기 하우징에 형성되고, 제1 유체의 유로를 개폐하는 밸브가 마련되는 개폐부 및 상기 하우징에 형성되고, 상기 개폐부를 통해 유입된 상기 제1 유체를 기화시켜 제2 유체와 혼합시키는 혼합부;를 포함하고, 상기 개폐부와 상기 혼합부는 서로 다른 위치에 형성될 수 있다.

또한, 본 발명의 기화 장치는 제1 유체와 제2 유체가 혼합되어 출력되는 혼합부 및 상기 혼합부를 향하는 상기 제1 유체 또는 상기 제2 유체의 유동을 개폐하는 개폐부를 포함하고, 상기 개폐부는 상기 혼합부의 상류에 위치할 수 있다.

또한, 본 발명의 기화 장치는 제1 유체가 공급되는 제1 관, 상기 제1 관의 하류측에 마련되며 3개의 단부를 갖는 제2 관, 상기 제2 관의 하류측에 마련되며 상기 제1 유체를 혼합부로 흐르게 하는 제3 관이 내부에 형성되는 하우징을 포함할 수 있다.

이상에서 설명된 본 발명의 기화 장치에 의하면 제1 유체와 제2 유체의 혼합 유체를 신뢰성 있게 생성할 수 있다.

도 1은 본 발명의 기화 장치를 나타낸 개략도.
도 2는 본 발명의 기화 장치의 외형을 나타낸 개략도.
도 3은 본 발명의 기화 장치에서 혼합부를 평면상으로 나타낸 개략도.
도 4는 본 발명의 기화 장치에서 다이어프램 전체에 코팅층이 형성된 개폐부를 나타낸 개략도.
도 5는 본 발명의 기화 장치에서 다이어프램 일부에 코팅층이 형성된 개폐부를 나타낸 개략도.
도 6은 본 발명의 기화 장치에서 다이어프램 전체에 시트가 부착된 개폐부를 나타낸 개략도.
도 7은 본 발명의 기화 장치에서 다이어프램 일부에 시트가 부착된 개폐부를 나타낸 개략도.

이하, 본 발명의 기화 장치에 대하여 도면을 참조하여 보다 상세하게 설명한다.

도 1은 본 발명의 기화 장치를 나타낸 개략도이다.

도 1에 도시된 기화 장치는 제1 유체의 유로를 개폐하는 밸브가 마련되는 개폐부(100) 및 상기 제1 유체를 제2 유체와 혼합시키는 혼합부(260)를 포함한다. 이때, 혼합부(260)는 제1 유체와 제2 유체가 유입되는 입력부(261)의 단면적이 제1 유체와 제2 유체가 혼합되어 출력되는 출력부(262)의 단면적보다 작을 수 있다.

도 1에 도시된 기화 장치는 외부로부터 공급된 제1 유체와 제2 유체를 혼합시켜 출력한다.

제1 유체(b)는 다양한 물질의 기체 또는 액체일 수 있다. 예를 들어 제1 유체는 제품 가공에 가스를 필요로 하는 박막 증착 공정 등의 공정에서 요구하는 원료 가스 또는 원료 가스가 액화된 액체일 수 있다. 제1 유체가 액체인 경우 액체 상태의 제1 유체를 원료 가스로 기화시키는 수단이 기화 장치 내부 또는 외부에 마련될 수 있다.

제2 유체(c)는 다양한 물질의 기체 또는 액체일 수 있다. 예를 들어 제1 유체가 원료 가스인 경우, 제2 유체는 제1 유체가 요구되는 공정의 반응 공간, 소위 챔버(350)로 제1 유체를 운반하는 캐리어 가스일 수 있다.

개폐부(100)는 제1 공급부(310)로부터 공급되는 액체 상태 또는 기체 상태의 제1 유체(b)의 유로를 개폐하여 제1 유체의 흐름을 제어한다. 또한, 개폐부는 제2 유체(c)의 유로에도 마련되어 제2 유체의 흐름을 제어할 수 있다. 따라서, 제1 유체를 대상으로 하는 개폐부의 이하 설명은 제2 유체에도 적용될 수 있다.

개폐부(100)는 복수로 형성될 수 있으며, 다양한 방식으로 제1 유체의 유로를 개폐하는 밸브를 포함할 수 있다. 예를 들어 도 1에서는 제1 개폐부(110), 제2 개폐부(130), 제3 개폐부(150)가 마련되고, 각 개폐부는 제1 유체가 유입되는 제1 홀(211, 222, 223)과 제1 유체가 출력되는 제2 홀(221, 231, 241)이 형성된 개폐실(115, 135, 155), 제1 홀 또는 제2 홀 중 적어도 하나를 개폐하는 다이어프램(113, 133, 153)을 포함한다.

또한, 개폐부는 다이어프램에 링크되어 다이어프램의 개폐 동작을 결정하는 구동부(112, 132, 152)를 포함할 수 있다. 구동부는 다양하게 구성될 수 있으며, 신뢰성 있는 다이어프램의 개폐 동작을 위해 엑츄에이터를 포함할 수 있다. 미세한 개폐 동작이 요구될 경우 구동부는 피에조(piezo)를 포함하여 구성될 수 있다.

개폐실(115, 135, 155)은 제1 유체의 유로가 내부에 형성된 하우징(290)의 외면에 형성될 수 있다.

도 2는 본 발명의 기화 장치의 외형을 나타낸 개략도이다.

도 2를 참조하여 살펴보면 개폐실(115, 135, 155)은 평면상으로 다이어프램의 형상과 동일한 제1 오목부(116, 136, 156)를 갖는다.

다이어프램(113, 133, 153)이 제1 오목부에 접촉되면 제1 유체의 유로가 폐쇄되고, 다이어프램이 제1 오목부로부터 이탈되면 제1 유체의 유로가 개방된다. 다이어프램이 제1 오목부에서 이탈되는 경우에도 다이어프램이 제1 오목부를 형성하는 내벽면에서 완전히 이탈되지 않도록 하는 것이 유리하다. 이에 따르면 제1 유체의 유로가 개방되는 경우에도 개폐실은 외부 환경으로부터 밀폐될 수 있다. 이러한 상태를 도 1의 제2 개폐부(130)에 나타내었다.

제1 홀(211, 222, 223)과 제2 홀(221, 231, 241)은 제1 오목부에 형성될 수 있다.

만약, 제1 유체의 출력이 보다 신뢰성 있게 이루어지도록 할 필요가 있다면 제1 홀은 제2 오목부(117, 137, 157)에 형성되는 것이 좋다. 제1 홀과 제2 홀이 모두 제1 오목부에 형성된다면, 다이어프램의 개방 동작시 제1 홀로 유입된 제1 유체는 오목부 전체로 퍼지게 되고, 제2 홀로 유입되는 제1 유체의 양은 랜덤하게 될 것이다.

제2 오목부(117, 137, 157)는 제1 오목부에 형성된다. 또한, 제1 오목부에서 제2 홀이 형성된 출력홀부(118, 138, 158)를 둘러싸도록 형성된다. 이에 의하면 다이어프램의 폐쇄 동작시 제1 홀을 통해 유입된 제1 유체는 제2 오목부를 채우게 된다. 이후 다이어프램의 개방 동작시 제2 오목부를 채우고 있던 제1 유체는 제2 오목부의 중앙에 위치하는 출력홀부로 밀려들어 제2 홀로 출력된다. 다시 말해, 제2 홀에 대해 모든 방향으로부터 제1 유체가 밀려들어오므로 다이어프램의 개방 동작시 제1 유체의 출력이 신뢰성 있게 이루어진다.

한편, 제1 홀의 단면적은 제2 홀의 단면적보다 큰 것이 바람직하다.

다이어프램의 개방 동작시 개폐실과 다이어프램 사이에 제1 유체가 충전되는데, 이렇게 충전된 제1 유체는 다이어프램의 폐쇄 동작시 압력을 받아 제1 홀 또는 제2 홀로 유입된다. 다이어프램의 폐쇄 동작시 제1 유체가 제2 홀로 유입되는 것을 방지할 필요가 있다면, 제1 유체가 제2 홀 대신 제1 홀로 유입되도록 해야 한다. 제1 홀의 단면적이 제2 홀의 단면적보다 크다면 제1 홀의 압력 저항이 제2 홀의 압력 저항보다 작아지므로 대부분의 제1 유체가 제1 홀로 유입된다.

혼합부(260)가 형성되는 하우징(290)에 개폐부(100)가 함께 형성될 때, 개폐부는 하우징의 다양한 위치에 형성될 수 있다.

도 1에서는 하우징에서 각종 관이 연결되는 면에 일부 개폐부가 형성되는 것으로 나타내었다. 이와 다르게 각 개폐부를 하우징에서 각종 관이 연결되지 않는 면에 형성할 수도 있다. 예를 들어, 하우징에서 제1 연결관(271)이 연결된 면에 형성된 제2 개폐부(130)를 도 2에서와 같이 각종 관이 연결되지 않는 면 S에 형성할 수 있다. 이때, 제3 개폐부(150)는 면 S의 반대면에 형성될 수 있다.

이에 따르면 개폐부 간의 간섭 및 개폐부와 각종 관과의 간섭이 발생되지 않게 되므로 하우징의 소형화가 가능하다.

앞에서 언급한 바와 같이 개폐부(100)는 제1 개폐부(110), 제2 개폐부(130), 제3 개폐부(150)를 포함할 수 있다.

제1 개폐부(110)는 제1 유체가 공급되는 제1 유로를 개폐하는 제1 밸브가 마련된다. 제1 유로는 다양하게 형성될 수 있다. 예를 들어 제1 개폐부(110)가 하우징(290)에 마련되는 경우, 제1 유로는 제1 공급부(310)와 하우징(290)을 연결하는 관과 하우징 내에 형성된 제1 관(210)으로 형성된다. 이때의 제1 관(210)은 하우징 내에 장착되는 관이거나 하우징 내부에 형성된 터널일 수 있다. 제1 밸브는 앞에서 살펴본 개폐실(115), 다이어프램(113), 구동부(112)를 포함하여 형성되거나, 에어 밸브, 유압 밸브 등 다양한 밸브일 수 있다.

제2 개폐부(130)는 제1 개폐부(110)와 혼합부(260) 사이에 형성되는 제2 유로를 개폐하는 제2 밸브가 마련된다. 제2 유로는 예를 들어 제1 개폐부(110)와 제2 개폐부(130) 사이의 제2 관(220) 및 제2 개폐부(130)와 혼합부(260) 사이의 제3 관으로 형성된다.

제3 개폐부(150)는 제1 개폐부(110)와 드레인부(291) 사이에 형성되는 제3 유로를 개폐하는 제3 밸브가 마련된다. 제3 유로는 예를 들어 제1 개폐부(110)와 제3 개폐부(150) 사이의 제2 관(220) 및 제3 개폐부(150)와 드레인부(291) 사이의 제4 관(240)으로 형성된다. 드레인부(291)는 기화 장치로 유입된 제1 유체를 그대로 외부로 배출한다. 제4 관의 일단이 하우징의 외면에 형성될 때, 드레인부(291)는 하우징의 외면에서 제4 관의 단부가 형성하는 홀일 수 있다. 챔버(350) 내 분위기를 진공으로 할 필요가 있는 경우 챔버에 펌프(370)를 연결하여 챔버 내의 공기를 빼낸다. 이때, 제1 유체는 드레인부와 펌프를 연결하는 관을 통해 배출될 수 있다. 이에 따르면 제1 유체는 펌프로 유입되고 챔버 내로부터 흡입되어진 유체들과 함께 배출된다.

제2 밸브 또는 제3 밸브는 개폐실(115), 다이어프램(113), 구동부(112)를 포함하여 형성되거나, 에어 밸브, 유압 밸브 등 다양한 밸브일 수 있다.

혼합부(260)는 제1 유체(b)와 제2 유체(c)를 혼합시켜 출력한다. 이를 위해 혼합부는 제1 유체(b)와 제2 유체(c)가 유입되는 입력부(261) 및 제1 유체(b)와 제2 유체(c)의 혼합 유체(b+c)가 출력되는 출력부(262)를 포함한다. 혼합부로 유입된 제1 유체 또는 제2 유체가 액체 상태인 경우, 제1 유체 또는 제2 유체는 혼합부에서 기화될 수 있다.

입력부(260)에는 제1 유체가 유입되는 제3 홀(232) 및 제2 유체가 유입되는 제4 홀(251)이 연결된다. 이때, 제2 유체(c)는 제5 관(250)을 통해 제2 공급부(330)로부터 액체 또는 기체 상태로 공급될 수 있다. 도면에서는 제2 유체의 유로를 개페하는 개폐부를 도시하지 않았으나, 필요에 따라 제2 유체의 흐름을 제어하는 개폐부가 추가로 마련될 수 있다.

출력부(262)에는 제1 유체와 제2 유체의 혼합 유체를 챔버 등으로 안내하는 제6 관(271)이 연결된다.

이때, 입력부(261)의 단면적 a1은 출력부(262)의 단면적 a2보다 작을 수 있다.

이와 같이 입력부와 출력부를 형성하면 입력부로 유입된 제1 유체와 제2 유체가 출력부로 유동되는 과정에서 압력이 낮아지므로 각 유체는 산포된다. 이렇게 산포된 제1 유체와 제2 유체는 신뢰성 있게 혼합되어진다. 또한, 압력이 낮아지므로 각 유체는 기화되기 용이한 상태로 된다. 또한, 출력부로부터 입력부로 진입할 수록 압력이 높아지므로 출력부 측의 혼합 유체 또는 외부로부터 역류된 유체가 혼합부로 유입되는 것이 방지된다.

이러한 효과는 입력부로부터 출력부에 이르기까지의 단면적이 연속적으로 증가할 때 더욱 두드러지게 나타난다.

도 3은 본 발명의 기화 장치에서 혼합부를 평면상으로 나타낸 개략도이다.

도 3에 도시된 혼합부(260)는 나선형의 관 형상으로 형성되어 있다. 이러한 혼합부를 도 1에서는 측면상으로 개략적으로 나타내고 있다.

혼합부를 나선형의 관 형상으로 형성하면 일정 공간에서 제1 유체와 제2 유체의 유동 구간을 증가시킬 수 있다. 이에 따라 제1 유체와 제2 유체가 신뢰성 있게 혼합될 수 있는 가능성이 증가된다. 또한, 각 유체를 기화시키기 위해 혼합부를 가열할 수 있는데, 이때, 혼합부를 나선형의 관 형상으로 형성하면 각 유체가 가열되는 구간이 증가되고, 이에 따라 기화가 용이하게 이루어진다.

또한, 입력부로부터 출력부에 이르기까지의 단면적이 연속적으로 증가하도록 혼합부를 구성하면 보다 신뢰성 있는 기화와 혼합이 이루어지게 된다.

또한, 혼합부를 나선형의 관 형상으로 형성하면, 측면상으로 1층 구조로 혼합부를 형성할 수 있으므로 기화 장치의 소형화가 가능하다.

하우징(290)은 개폐부(100), 혼합부(260) 및 개폐부와 혼합부를 연결하는 각종 관을 감싸 보호한다.

하우징은 개폐부, 혼합부, 각종 관과 별개로 마련되거나 개폐부, 혼합부, 각종 관의 적어도 일부를 직접 형성할 수 있다. 후자의 경우 생산성이 향상되고 소형화에 유리하다.

개폐부(100)와 혼합부(260)는 하우징(290)에 함께 형성될 수 있다. 이때, 개폐부와 혼합부는 하우징의 서로 다른 위치에 형성되는 것이 바람직하다.

이러한 실시예에 따르면 기화 장치는 하우징(290)과, 하우징(290)에 형성되고 제1 유체의 유로를 개폐하는 밸브가 마련되는 개폐부(100) 및 하우징(290)에 형성되고 개폐부(100)를 통해 유입된 제1 유체를 제2 유체와 혼합시키는 혼합부를 포함한다. 즉, 하우징 자체에 개폐부와 혼합부가 형성된 상태가 되므로 소형화에 유리하다. 이 경우 개폐부와 혼합부를 다른 위치에 형성함으로써, 기화 장치에서 혼합부 이외의 요소로 제2 유체 또는 혼합 유체가 흘러드는 것을 방지할 수 있다. 또한, 혼합부를 나선형으로 형성하는 등 다양한 형상으로 혼합부를 제작할 수 있다.

또한, 개폐부와 혼합부가 다른 위치에 형성될 경우, 개폐부와 혼합부를 연결하는 관(管)부가 형성되는데, 그 관부를 가열하는 것으로 제1 유체를 기화시킬 수 있다. 즉, 개폐부와 혼합부를 연결하는 관부는 해당 관부를 통과하는 제1 유체를 가열하여 제1 유체의 적어도 일부를 기화시킬 수 있다. 관부의 내부 분위기상 제1 유체가 기화되지 않더라도 관부를 통한 가열로 인하여 제1 유체는 기화되기 용이한 상태에 이르게 된다. 따라서, 관부를 가열하는 것에 의해 적어도 혼합부에서 제1 유체의 기화가 용이하게 진행된다.

한편, 혼합부의 출력부(262)에는 디퓨저(270)가 연결될 수 있다. 디퓨저는 제1 유체 및 제2 유체의 혼합 유체가 유동되며, 혼합 유체를 가열하는 히터가 내장될 수 있다. 이에 의하면 출력부를 통해 출력되는 제1 유체와 제2 유체의 혼합 유체는 디퓨저에서 가열되어 기화된다. 혼합부의 구조 또는 혼합부를 가열하는 것으로 혼합 유체를 기화시킬 수 있다. 여기에 더하여 디퓨저를 통해 혼합 유체를 가열하게 되면 신뢰성 있게 혼합 유체를 기화시킬 수 있다.

디퓨저는 내부가 벌집 구조로 이루어질 수 있다. 벌집 구조는 예를 들어 미세홀(275)이 형성된 복수의 격벽(273)으로 형성될 수 있다. 이에 의하면 디퓨저를 통과하는 혼합 유체의 혼합도가 개선되는 동시에 보다 신뢰성 있는 가열이 가능하다.

기화되기 용이한 분위기를 위해 디퓨저의 내부 압력은 혼합부의 출력부(262)보다 작은 것이 유리하다. 이를 위해 디퓨저의 단면적은 출력부(262)의 단면적보다 큰 것이 좋다. 또한, 이에 따르면 압력 차이에 의해 디퓨저로부터 출력부로 혼합 유체가 역류되는 것이 방지된다.

디퓨저(270)는 혼합부의 출력부(262)에 직접 연결되거나, 제1 연결관(271)을 통해 출력부에 연결될 수 있다. 후자의 경우 제1 연결관(271)의 단면적 a3는 출력부의 단면적 a2보다 큰 것이 좋다. 이때의 단면적 a3는 디퓨저의 단면적보다 작은 것이 바람직하다.

디퓨저의 출력단에는 챔버와의 유로를 형성하는 제2 연결관(277)이 연결된다. 제2 연결관(277)의 단면적은 제1 연결관(271)의 단면적보다 큰 것이 유리하다. 또한, 제2 연결관(277)의 단면적은 디퓨저의 단면적보다 작은 것이 좋다. 이러한 구성에 의하면 내부 압력이 작아지는 순으로 디퓨저, 제2 연결관, 제1 연결관이 된다. 디퓨저 내의 압력이 가장 낮으므로 디퓨저 내부의 혼합 유체는 제1 연결관과 제2 연결관으로 유출되기 어렵다. 따라서, 제1 연결관 또는 제2 연결관의 압력을 극복할 압력이 될 때까지 혼합 유체가 누적되게 되는데, 제2 연결관의 압력이 제1 연결관의 압력보다 작기 때문에 디퓨저에 누적된 혼합 유체는 제2 연결관으로 유출된다. 이 과정에서 혼합 유체는 디퓨저에서 일부 누적되기 때문에 보다 신뢰성 있는 혼합이 이루어진다.

한편, 이상의 구성을 살펴보면, 제1 유체와 제2 유체가 혼합되어 출력되는 혼합부(260) 및 혼합부를 향하는 제1 유체 또는 제2 유체의 흐름을 제어하는 개폐부(100)를 포함하는 기화 장치에서 개폐부(100)가 혼합부(260)의 상류에 위치하고 있다.

혼합부의 하류측에 개폐부를 위치시킬 경우 개폐부가 개폐하는 유로는 혼합 유체가 흐르는 유로이다. 특히, 제1 유체가 원료 유체이고 제2 유체가 캐리어 가스인 경우 제2 유체의 양은 원료 유체의 수십 내지 수백 배에 이를 수 있다. 따라서, 혼합부의 하류측에 개폐부를 위치시킬 경우 개폐부의 규모는 커질 수 밖에 없고 이로 인하여 개페부는 하우징과 일체화시키기 어렵고 별도로 마련되어야 한다. 결과적으로 혼합부의 하류측에 위치하는 개폐부는 기화 장치의 소형화와 생산성을 제한하게 된다.

본 발명의 기화 장치에서는 개폐부(100)가 혼합부(260)의 상류에 위치하고 있으므로, 개폐부(100)는 제1 유체와 제2 유체의 혼합 유체가 흐르는 유로가 아니라, 제1 유체 또는 제2 유체 각각이 흐르는 유로를 개폐한다. 즉, 각 개폐부는 제1 유체의 유로를 개폐하거나 제2 유체의 유로를 개폐하도록 구성된다. 본 구성에 의하면 개폐부는 제1 유체의 유로만을 개폐하거나, 제2 유체의 유로만을 개폐하면 되므로, 혼합 유체의 유로를 개폐하는 경우에 비하여 소형으로 구성될 수 있다. 그 결과 혼합부가 형성되는 하우징에 개폐부를 함께 형성할 수 있으므로 생산성이 개선되고 소형화가 가능하다. 즉, 혼합부와 개폐부는 동일한 하우징에 형성될 수 있다.

만약 제2 유체가 캐리어 가스인 경우 원료 유체인 제1 유체를 배제하더라도 제1 유체의 유로와 달리 상당한 규모의 유로를 개폐할 필요가 있다. 따라서, 이러한 경우에는 제2 유체가 흐르는 유로의 개폐는 제2 유체를 공급하는 제2 공급부(330)에 일임하고, 기화 장치에서 제2 유체의 유로를 개폐하는 개폐부를 삭제할 수 있다.

이러한 경우 개폐부(100)는 제1 유체를 혼합부로 유동시키는 유로와 제1 유체를 드레인부로 유동시키는 유로를 선택적으로 개폐하도록 구성될 수 있다. 예를 들어 도 1에서 제1 개폐부(100)를 통해 유입된 제1 유체를 혼합부(260)로 유동시키는 유로는 제2 개폐부(130)에 의해 개폐되는 것으로 나타내었다. 또한 제1 개폐부(100)를 통해 유입된 제1 유체를 드레인부(291)로 유동시키는 유로는 제3 개폐부(150)에 의해 개폐되는 것으로 나타내었다.

제1 유체는 혼합부(260)와 드레인부(291) 중 하나에만 공급되어질 수 있다. 이를 위해 기화 장치에 제1 유체가 입력되는 제1 유로, 제1 유체를 혼합부(260)로 흐르게 하는 제2 유로 및 제1 유체를 드레인부(291)로 흐르게 하는 제3 유로가 마련될 때, 개폐부(100)에 의하여 제2 유로가 개방되면 제3 유로가 폐쇄되고, 제2 유로가 폐쇄되면 제3 유로가 개방될 수 있다.

제1 유로 내지 제3 유로는 별도의 관으로 형성되거나, 하우징 내부에 형성될 수 있다. 후자의 경우 기화 장치는 제1 유체가 공급되는 제1 관(210), 제1 관의 하류측에 마련되며 3개의 단부를 갖는 제2 관(220), 제2 관의 하류측에 마련되며 제1 유체를 혼합부(260)로 흐르게 하는 제3 관(230)이 내부에 형성되는 하우징을 포함할 수 있다.

이상의 구성을 살펴보면 각 관은 하우징 내부에 형성된 통로가 된다.

구체적으로 기화 장치는 제1 밸브의 개폐 동작에 의해 제1 관(210)을 통해 공급된 제1 유체 b의 제2 관(220)의 제1 단부로의 유입 여부가 결정되는 제1 개폐부(110)를 포함한다. 이때, 제2 관의 제1 단부는 제1 개폐부의 제2 홀(221)을 형성한다. 도 1에서 제1 밸브는 구동부(112), 다이어프램(113), 개폐실(115)을 포함하여 형성된다.

또한, 기화 장치는 제2 관(220)의 제2 단부와 제3 관(230)이 연결되고, 제2 밸브의 개폐 동작에 의해 제2 관(220)을 통해 유입된 제1 유체 b의 제3 관(230)으로의 유입 여부가 결정되는 제2 개폐부(130)를 포함한다. 이때, 제2 관의 제2 단부는 제2 개폐부의 제1 홀(222)을 형성한다. 도 1에서 제2 밸브는 구동부(132), 다이어프램(133), 개폐실(135)을 포함하여 형성된다.

또한, 기화 장치는 제2 관(220)의 제3 단부와 드레인부(291)에 연결되는 제4 관(240)이 연결되고, 제3 밸브의 개폐 동작에 의해 제2 관(220)을 통해 유입된 제1 유체 b의 제4 관(240)으로의 유입 여부가 결정되는 제3 개폐부(150)를 포함한다. 이때, 제2 관의 제3 단부는 제3 개폐부의 제1 홀(223)을 형성한다. 도 1에서 제3 밸브는 구동부(152), 다이어프램(153), 개폐실(155)을 포함하여 형성된다.

또한, 기화 장치는 제3 관(230)과 제2 유체 c가 공급되는 제5 관(250)이 연결되고, 제3 관(230)을 통해 유입된 제1 유체 b와 제5 관(250)을 통해 공급된 제2 유체 c를 혼합시켜 출력하는 혼합부(260)를 포함한다.

위 구성에서 제2 밸브의 개폐 동작과 제3 밸브의 개폐 동작은 서로 반대로 수행될 수 있다. 즉, 제2 밸브가 제2 관(220)과 제3 관(230)으로 형성되는 제2 유로를 개방하면, 제3 밸브는 제2 관(220)과 제4 관(240)으로 형성되는 제3 유로를 폐쇄한다. 제2 밸브가 제2 관(220)과 제3 관(230)으로 형성되는 제2 유로를 폐쇄하면, 제3 밸브는 제2 관(220)과 제4 관(240)으로 형성되는 제3 유로를 개방한다.

혼합부(260)는 제3 관(230)과 제5 관(250)이 연결된 입력부(261)의 단면적이 제1 유체 b와 제2 유체 c가 혼합되어 출력되는 출력부(262)의 단면적보다 작고, 나선형의 관 형상으로 형성될 수 있다.

이상에서 살펴본 기화 장치에 의하면, 혼합부에서 제1 유체와 제2 유체의 혼합이 신뢰성 있게 이루어진다.

또한 각 유체의 기화가 신뢰성 있게 이루어진다.

또한, 기화 장치로 역류되는 유체의 유입을 신뢰성 있게 방지할 수 있다.

또한, 혼합부와 개폐부가 동일 하우징에서 다른 위치에 형성되므로, 소형화에 유리하고 제1 유체가 다른 유체에 의해 오염되는 것을 방지할 수 있다.

또한, 혼합부의 상류측에 개폐부를 위치시킴으로써, 개폐부의 소형화가 가능하고 이를 통해 개폐부를 혼합부가 형성된 동일 하우징에 함께 형성할 수 있다. 이로 인해 생산성을 개선할 수 있다.

한편, 개폐부를 구성하는 다이어프램(113)과 개폐실(115)이 플렉시블 성향이 약한 금속 등의 재질로 구성될 경우 다이어프램(113)에 의한 개폐실(115) 폐쇄시 개폐실(115)에 형성된 홀을 신뢰성 있게 폐쇄하지 못할 수 있다.

이러한 상황을 방지하기 위해 다이어프램과 개폐실의 사이에는 코팅층 또는 시트가 설치될 수 있다. 즉, 다이어프램 및 개폐실 중 적어도 하나에는 플렉시블한 코팅층 및 플렉시블한 시트 중 적어도 하나가 설치되면 신뢰성 있는 홀의 폐쇄가 가능하다.

이러한 예를 도 4 내지 도 7에 나타내었다.

도 4 내지 도 7에는 제1 홀(211)과 제2 홀(221)이 형성된 개폐실(115), 개폐실(115)를 개폐시키는 다이어프램(113)이 개시된다. 이때, 다이어프램(113)의 주 폐쇄 대상은 제1 홀(211)을 통해 유입된 제1 유체가 출력되는 제2 홀(221)이다.

도 4는 본 발명의 기화 장치에서 다이어프램 전체에 코팅층이 형성된 개폐부를 나타낸 개략도이다.

살펴보면, 코팅층(119)이 다이어프램(113)에서 제2 홀(221)에 대면하는 면에 형성되어 있다. 이때의 코팅층(119)는 폴리이미드(polyimde) 등의 플렉시블한 재질로 구성되어 다이어프램(113)에 의한 폐쇄 동작시 적어도 제2 홀(221)을 신뢰성 있게 폐쇄할 수 있다.

도 5는 본 발명의 기화 장치에서 다이어프램 일부에 코팅층이 형성된 개폐부를 나타낸 개략도이다.

도 5에는 코팅층(119)이 다이어프램(113)에서 제2 홀(221)에 대면하는 면 일부 부위에 형성되어 있다. 이때 코팅층(119)이 형성된 부위는 제2 홀(221)에 대면하는 부위를 포함한다. 코팅층(119)의 재질은 도 4의 실시예와 동일할 수 있다.

도 6은 본 발명의 기화 장치에서 다이어프램 전체에 시트가 부착된 개폐부를 나타낸 개략도이다.

이때, 시트(120)는 플렉시블한 재질로 구성되며, 예를 들어 Vespel 시트일 수 있다. 이 상태에서 다이어프램(113)이 개폐실(115)을 폐쇄하면 실질적으로 개폐실(115)에서 제2 홀(221)이 형성된 부위에 시트(120)가 접촉하게 된다. 이때의 시트(120)는 플렉시블하므로 제2 홀(221)을 신뢰성 있게 폐쇄하여 제1 유체가 제2 홀(221)을 통해 유출되는 것을 신뢰성 있게 방지할 수 있다.

도 7은 본 발명의 기화 장치에서 다이어프램 일부에 시트가 부착된 개폐부를 나타낸 개략도이다.

도 5의 경우와 마찬가지로 주폐쇄 대상인 제2 홀(221)에 대응하는 다이어프램의 위치에 시트(120)가 부착되어 있다. 이때의 시트의 크기는 적어도 개폐실(115)에서 제2 홀(221)이 마련된 부위를 포함한다.

도 4 내지 도 7의 실시예에서는 다이어프램에 코팅층 또는 시트가 설치되는 경우를 나타내었으나, 코팅층 또는 시트는 개폐실에 부착될 수도 있다. 물론 이 경우 적어도 제2 홀을 포함한 부위에 코팅층 또는 시트가 부착되어야 한다.

정리하면, 다이어프램(113)에서 홀에 대면하는 부위 및 개폐실(115)에서 홀이 마련된 부위 중 적어도 하나에는 플렉시블한 코팅층(119) 및 플렉시블한 시트(120) 중 적어도 하나가 설치되는 것이 바람직하다.

한편, 본 발명이 속하는 기술분야의 당업자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인것이며 한정적인 것이 아닌 것으로서 이해해야만 한다. 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

예를 들어 이상의 설명에서는 각 밸브와 개폐부를 동일한 개념으로 설명하고 있으나, 구성에 따라 각 밸브는 각 유체의 유로를 개폐하는 개폐부를 구성하는 하위 구성 요소일 수도 있다.

또한, 각 밸브의 구성과 개폐실의 구조 등은 다양하게 변경될 수 있다.

복수의 유체를 혼합시켜 출력하는 기화 장치에 적용할 수 있다.

특히, 원료 유체와 캐리어 가스를 혼합시켜 출력하는 기화 장치에 적용하는 것이 유리하다.

100...개폐부 110...제1 개폐부
112, 132, 152...구동부 113. 133, 153...다이어프램
115, 135, 155...개폐실 116, 136, 156...제1 오목부
117, 137, 157...제2 오목부 118, 138, 158...출력홀부
130...제2 개폐부 150...제3 개폐부
119...코팅층 120...시트
210...제1 관 211, 222, 223...제1 홀
221, 231, 241...제2 홀 220...제2 관
230...제3 관 232...제3 홀
240...제4 관 250...제5 관
251...제4 홀 260...혼합부
261...입력부 262...출력부
270...디퓨저 271...제1 연결관
273...격벽 275...미세홀
277...제2 연결관 290...하우징
291...드레인부 310...제1 공급부
330...제2 공급부 350...챔버
370...펌프

Claims (19)

1. 제1 유체의 유로를 개폐하는 밸브가 마련되는 개폐부;
   상기 개폐부를 통해 유입된 상기 제1 유체를 제2 유체와 혼합시키는 혼합부; 및
   상기 개폐부 및 상기 혼합부가 형성되는 하우징;을 포함하고,
   상기 혼합부에는 상기 제1 유체의 유로 및 상기 제2 유체의 유로가 각각 연결된 입력부, 상기 입력부로 유입된 상기 제1 유체와 상기 제2 유체가 혼합되어 출력되는 출력부가 마련되며,
   상기 입력부의 단면적이 상기 출력부의 단면적보다 작고,
   상기 하우징에는 상기 제1 유체가 공급되는 제1 관, 상기 제1 관의 하류측에 마련되며 3개의 단부를 갖는 제2 관, 상기 제2 관의 하류측에 마련되며 상기 제1 유체를 상기 혼합부로 흐르게 하는 제3 관이 내부에 구비된 기화 장치.
   
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 혼합부는 상기 입력부로부터 상기 출력부에 이르기까지 상기 단면적이 연속적으로 증가하는 기화 장치.
   
3. 제 1 항에 있어서,
   상기 혼합부는 나선형의 관 형상으로 형성되는 기화 장치.
   
4. 제 1 항에 있어서,
   상기 개폐부와 상기 혼합부는 상기 하우징의 서로 다른 위치에 형성되는 기화 장치.
   
5. 제 1 항에 있어서,
   상기 개폐부와 상기 혼합부를 연결하는 관(管)부;를 포함하고,
   상기 관부는 상기 관부를 통과하는 상기 제1 유체를 가열하여 상기 제1 유체의 적어도 일부를 기화시키는 기화 장치.
   
6. 제 1 항에 있어서,
   상기 개폐부는,
   상기 제1 유체가 공급되는 제1 유로를 개폐하는 제1 밸브가 마련되는 제1 개폐부;
   상기 제1 개폐부와 상기 혼합부 사이에 형성되는 제2 유로를 개폐하는 제2 밸브가 마련되는 제2 개폐부; 및
   상기 제1 개폐부와 드레인부 사이에 형성되는 제3 유로를 개폐하는 제3 밸브가 마련되는 제3 개폐부;를 포함하는 기화 장치.
   
7. 제 1 항에 있어서,
   상기 혼합부의 상기 출력부에 연결되고, 상기 제1 유체 및 상기 제2 유체의 혼합 유체가 유동되며, 상기 혼합 유체를 가열하는 히터가 내장되는 디퓨저(diffuser);를 포함하는 기화 장치.
   
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9. 제 7 항에 있어서,
   상기 디퓨저의 단면적은 상기 출력부의 단면적보다 큰 기화 장치.
   
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16. 제 1 항에 있어서,
    상기 개폐부는, 제1 밸브의 개폐 동작에 의해 상기 제1 관을 통해 공급된 상기 제1 유체의 상기 제2 관의 제1 단부로의 유입 여부가 결정되는 제1 개폐부, 상기 제2 관의 제2 단부와 상기 제3 관이 연결되고, 제2 밸브의 개폐 동작에 의해 상기 제2 관을 통해 유입된 상기 제1 유체의 상기 제3 관으로의 유입 여부가 결정되는 제2 개폐부, 상기 제2 관의 제3 단부와 드레인부에 연결되는 제4 관이 연결되고, 제3 밸브의 개폐 동작에 의해 상기 제2 관을 통해 유입된 상기 제1 유체의 상기 제4 관으로의 유입 여부가 결정되는 제3 개폐부를 포함하고,
    상기 혼합부는 상기 제3 관과 제2 유체가 공급되는 제5 관이 연결되고, 상기 제3 관을 통해 유입된 상기 제1 유체와 상기 제5 관을 통해 공급된 상기 제2 유체를 혼합시켜 출력하고,
    상기 제2 밸브의 개폐 동작과 상기 제3 밸브의 개폐 동작은 서로 반대로 수행되는 기화 장치.
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