KR101536234B1 - 기화기 - Google Patents

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    • H01L21/20—Deposition of semiconductor materials on a substrate, e.g. epitaxial growth solid phase epitaxy

Abstract

본 발명은 기화기에 관한 것으로, 액체 원료를 효율적으로 기화시키고, 사용자가 요구하는 기화 가스의 양을 정확하게 빠른 응답속도로 공급하는 기화기에 관한 것이다. 이를 위해 유입되는 액체 원료의 출력 유량을 조절하는 제1 유량 조절부, 제1 유량 조절부에서 유입되는 액체 원료를 기화하는 기화실, 기화실에서 유입된 기화 가스가 유출되는 제2 유량 조절부, 제2 유량 조절부에서 유입된 기화 가스가 체류하며, 기화실 압력에 따라 체류된 기화 가스의 출력 유량이 유출되는 압력 조정실, 및 기화실과 압력 조정실의 차압에 의해 압력 조정실로부터 유출된 출력 유량을 계산하는 출력 유량 계산부를 포함하는 것을 특징으로 하는 기화기가 개시된다.

Description

기화기{Vaporizer}
본 발명은 기화기에 관한 것으로, 보다 상세하게는 액체 원료를 효율적으로 기화시키고, 사용자가 요구하는 기화 가스의 양을 정확하고 빠른 응답속도로 공급하는 기화기에 관한 것이다.
기화기는 유입된 원료 액을 기화시켜 반도체 제조 장비로 공급하는 장치이다. 기화기에서 생성된 기화 가스는 사용자가 출력 유량을 설정하는 경우 설정된 출력 유량에 맞게 반도체 제조 장비로 공급된다. 이때, 기화기에서 배출되는 기화 가스의 출력 유량을 정확하게 계산할 수 있는 방법이 필요했으며, 종래에는 온도를 감지하여 유량을 계산하는데 기화기의 온도가 높아 온도센서로 열이 전도되어 기화기와 유량 제어기를 분리하여야 하는 문제점이 있었다.
선행기술문헌 : 대한민국 등록특허공보 제10-1116118(기화기를 구비한 가스 공급장치} 선행기술문헌 : 대한민국 등록특허공보 제10-1240031(기화기 및 이를 이용한 성막 장치} 선행기술문헌 : 대한민국 공개특허공보 제10-2012-0075420(원료 공급 장치 및 성막 장치) 선행기술문헌 : 대한민국 공개특허공보 제10-2011-0068554(박막 증착 시스템 및 이를 이용한 박막 증착 방법)
따라서, 본 발명은 전술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여 창출된 것으로서, 기화실 또는 안정실의 압력과 하위 단인 압력 조정실의 압력을 이용한 차압 방식에 의해 배출되는 기화 가스의 유량을 계산함으로써 기화 가스의 유량을 정밀하게 계산하고, 기화실과 유량 제어기(압력 조정실 포함)를 하나로 통합할 수 있는 발명을 제공하는데 그 목적이 있다.
또한, 기화실 다음 단에 버퍼인 안정실을 두어 기화된 기체 볼륨을 저장하여 열적 평형 상태를 유지하도록 하고, 안정실의 압력을 일정하게 유지함으로써 반도체 처리 장치에서 요구하는 유량을 빠른 응답속도로 제공할 수 있는 발명을 제공하는데 그 목적이 있다.
그러나, 본 발명의 목적들은 상기에 언급된 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 목적들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
전술한 본 발명의 목적은, 유입되는 액체 원료의 출력 유량을 조절하는 제1 유량 조절부, 제1 유량 조절부에서 유입되는 액체 원료를 기화하는 기화실, 기화실에서 유입된 기화 가스가 유출되는 제2 유량 조절부, 제2 유량 조절부에서 유입된 기화 가스가 체류하며, 기화실 압력에 따라 체류된 기화 가스의 출력 유량이 유출되는 압력 조정실, 및 기화실과 압력 조정실의 차압에 의해 압력 조정실로부터 유출된 출력 유량을 계산하는 출력 유량 계산부를 포함하는 것을 특징으로 하는 기화기를 제공함으로써 달성될 수 있다.
한편, 본 발명의 목적은 유입되는 액체 원료의 출력 유량을 조절하는 제1 유량 조절부, 제1 유량 조절부에서 유입되는 액체 원료를 기화하는 기화실, 기화실에서 기화된 기화 가스를 축적하며, 기화 가스의 열적 평형상태를 유지하는 안정실, 안정실에서 유입된 기화 가스가 유출되는 제2 유량 조절부, 제2 유량 조절부에서 유입된 기화 가스가 체류하며, 안정실 압력에 따라 체류된 기화 가스의 출력 유량이 유출되는 압력 조정실, 및 안정실과 압력 조정실의 차압에 의해 압력 조정실로부터 유출된 출력 유량을 계산하는 출력 유량 계산부를 포함하는 것을 특징으로 하는 기화기를 제공함으로써 달성될 수 있다.
또한, 제1 유량 조절부는, 에어 밸브, 솔레노이드 밸브, 및 피에조 밸브 중 어느 하나로서 출력 유량 계산부에서 계산된 출력 유량 값이 기 설정된 출력 유량 값을 갖도록 제어되는 것을 특징으로 한다.
또한, 기화실의 내부에는, 원통형 형상의 디퓨저가 구비되는 것을 특징으로 한다.
또한, 디퓨저의 밑면을 제외한 둘레방향으로 홀이 일정 간격으로 형성되는 것을 특징으로 한다.
또한, 기화실의 상면에 형성된 홀에서 액체 원료가 하방을 향하여 분사되며, 분사된 액체 원료가 홀을 통과하여 기화되어 디퓨저의 중심에 집합되는 것을 특징으로 한다.
또한, 기화실, 안정실, 및 압력 조정실 각각은, 히터에 의해 온도가 조절됨으로써 기화 효율이 향상되는 것을 특징으로 한다.
또한, 히팅 블럭의 밑면에는 온도센서가 구비되며, 온도센서에서 감지한 온도정보가 온도 제어기로 입력되는 것을 특징으로 한다.
또한, 제2 유량 조절부는, 압력 조정실의 최대 출력 유량에 따라 설정되는 오리피스인 것을 특징으로 한다.
전술한 바와 같은 본 발명에 의하면 차압 방식에 의해 배출되는 기화 가스의 유량을 계산함으로써 기화 가스의 유량을 정밀하게 계산하고, 기화실과 유량 제어기(압력 조정실 포함)를 하나로 통합할 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명에 의하면 안정실에 의해 반도체 처리 장치에서 요구하는 유량을 빠른 응답속도로 제공할 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명에 의하면 기화실과 안정실을 히터에 의해 가열함으로써 기화 효율을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
그리고, 본 발명에 의하면 기화실 내부에 원통형의 디퓨저를 두어 1차적으로 기화된 기체 분자를 2차적으로 기화시킬 수 있는 효과가 있다.
본 명세서에 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 일실시예를 예시하는 것이며, 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술적 사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석 되어서는 아니 된다.
도 1은 본 발명의 제1실시예에 따른 구성도이고,
도 2는 에어밸브, 솔레노이드밸브, 피에조밸브 각각에 대한 시간에 따른 압력 특성곡선을 도시한 도면이고,
도 3은 기화실 내부를 나타낸 단면도이고,
도 4는 피에조 밸브를 제어하기 위한 구성을 나타낸 구성도이고,
도 5는 제1실시예에 따른 기화기 단면도이고,
도 6은 본 발명의 제2실시예에 따른 구성도이고,
도 7은 제2실시예에 따른 단면도이다.
이하, 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 일실시예에 대해서 설명한다. 또한, 이하에 설명하는 일실시예는 특허청구범위에 기재된 본 발명의 내용을 부당하게 한정하지 않으며, 본 실시 형태에서 설명되는 구성 전체가 본 발명의 해결 수단으로서 필수적이라고는 할 수 없다.
<제 1 실시예 >
본 발명의 제 1 실시예에 따른 기화기(1)는 기화실(200)의 압력과 압력 조정실(600)의 압력에 대한 차압을 이용하여 압력 조정실(600)에서 유출되는 기화 가스의 유량을 계산하는 발명이다. 이하에서는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 구성 및 기능을 상세히 설명하기로 한다.
(구성 및 기능)
본 발명의 제 1 실시예에 따른 구성은 도 1에 도시된 바와 같이 대략적으로 액체 원료의 출력 유량을 조절하는 제1 액추에이터 밸브(110), 제1 액추에이터 밸브(110)에서 출력된 액체 원료를 유입 받아 기체 가스로 기화시키는 기화실(200), 기화실에서 출력된 기체 가스의 출력 유량을 조절하는 제2 액추에이터 밸브(120), 제2 액추에이터 밸브(120)로부터 유입된 기화 가스가 체류하는 압력 조정실(600), 제1,2 액추에이터 밸브의 유량을 제어하도록 제어명령을 생성하는 제1,2 밸브 제어기(410,420), 제1,2 밸브 제어기의 제어명령을 전체적으로 제어하는 메인 제어기(10), 히팅블럭의 온도를 제어하는 제1,2 온도 제어기(500,510)가 포함될 수 있다.
제1 액추에이터 밸브(110)로 유입되는 액체 원료는 예를 들어 박막 증착 공정(Chemical Vapor Deposition, CVD)에서 사용되는 박막 형성 재료에 해당하는 원료 액으로서 필요에 따라서 원료액 또는 기체 가스가 주입될 수도 있다. 다만, 상술한 원료 액은 박막 형성 재료에만 한정되는 것은 아니고 기화된 가스를 사용할 수 있는 반도체 처리 시스템에서 요구되는 원료 액은 모두 가능할 것이다.
본 발명에 따른 제1 액추에이터 밸브(110)는 원료 액을 유입 받아 유량을 조절하여 기화실로 원료 액을 내보낸다. 제1 액추에이터 밸브(110)는 후술하는 제2 액추에이터 밸브(120)와 동일한 밸브를 사용할 수 있으며, 에어 밸브, 솔레노이드 밸브, 피에조 밸브 등을 사용할 수 있다. 제1 액추에이터 밸브(110)는 유입된 원료 액의 유량을 조절하여야 하며 기화실(200)로 보낸 유량의 양이 밸브 제어기가 제어하는 한 스텝당 갑자기 많아지거나 적어지는 경우 기화실의 압력이 크게 상승하거나 하강할 수 있으므로 원료의 출력 유량의 레졸루션(resolution)이 한 스텝당 작을수록 좋을 수 있다.
도 2에 도시된 바와 같이 공압밸브의 경우에는 1 스텝당 압력 최대 오차 값이 1000[Torr]이고, 솔레노이드 밸브의 경우에는 1 스텝당 압력 최대 오차 값이 500[Torr]이고, 피에조 밸브의 경우에는 1 스텝당 압력 최대 오차 값이 4[Torr]로서 레졸루션이 피에조 밸브가 가장 좋다. 피에조 밸브는 미세 변위 제어가 가능해 레졸루션(변위 폭)이 다른 밸브에 비해 좋아 유량 제어의 정밀도가 좋고, 응답속도가 빠르다는 장점이 있다. 최소 변위 폭이 대략 1~2[㎛]이고, 최대 70[㎛]까지 변위 폭이 제어된다. 이에 비해 공압밸브 및 솔레노이드 밸브는 도 2에 도시된 바와 같이 정밀도가 떨어져 유량의 온/오프 기능으로서만 사용가능하며, 응답속도가 늦고 히스테리시스가 발생되는 점이 있다. 따라서 정밀제어가 필요한 부분에서는 피에조 밸브를 사용하는 것이 바람직하다. 피에조 밸브는 전압에 의해 세라믹의 체적이 늘어남에 따라 미세 스트로크가 가능하여 도 3에 도시된 바와 같이 제1홀(20)을 통해 유입된 원료 액이 제2홀(30)을 막고 있는 피에조 밸브의 미세 변위 이동(스트로크)에 따라 도 2와 같은 레졸루션에 의해 출력 유량이 제어된다. 제2홀(30)을 통해 기화실(200) 내부로 원료 액이 유입된다. 이러한 피에조 밸브의 동작 및 구성은 본 발명의 출원인이 기 출원한 10-2012-0035976에 기재된 내용을 본 발명의 기술적 사상의 창작을 벗어나지 아니하는 범위 내에서 참조될 수 있을 것이다.
제1 액추에이터 밸브(110)는 메인 제어기(10)에서 사용자가 설정한 기화 가스의 출력 유량에 맞도록 제1 밸브 제어기(410)에 의해 PID(비례, 적분, 미분 제어) 제어된다.
본 발명에 따른 기화실(200)은 원료 액을 제1 액추에이터 밸브(110)로부터 유입 받아 기화시킨다. 이때, 원료 액은 제1 액추에이터 밸브의 미세 변위 스트로크에 의해 원하는 양만큼 기화실로 배출되며, 도 3에 도시된 바와 같이 제2홀(30)을 통해 기화실내로 유입된다. 이때, 제2홀(30)을 통해 유입되는 원료 액은 원료 액의 유입 압력과 제2홀(30)의 미세구멍으로 인해 원료 액이 기화실(200)내로 분사될 때 미스트(mist)화되어 하방으로 분사된다. 하방으로 분사된 미스트는 기화실의 히팅에 의해 1차적으로 기화되며 후술하는 바와 같이 디퓨저(210)에 의해 완전 기화됨으로써 기화 효율을 극대화시킬 수 있다.
기화실(200)내에 배치되는 디퓨저(210)는 플루오린 내 화학성이 있는 스테인레스 재질로 이루어지며, 도 3의 단면도에 도시된 바와 같이 미스트 또는 1차적으로 기화된 기화 분자가 디퓨저 홀(220)을 통과하여 2차적으로 기화된다. 디퓨저(210)는 원통형 형상으로서 디퓨저 홀(220)은 디퓨저의 상면, 둘레면에 일정 간격으로 형성되며 밑면에는 디퓨저 홀(220)이 형성되지 않는다.
기화실(200)내에는 기화실 내부와 디퓨저를 히팅하기 위해 히터(40)가 3개 직렬 또는 병렬로 삽입되며, 기화실(200) 내부 밑면에는 온도센서(50)가 부착되어 기화실의 내부 온도를 측정한다. 온도센서(50)에서 감지된 데이터는 제1 온도 제어기(500)로 입력되어 기 설정된 일정한 온도를 유지하도록 한다.
기화실(200)에는 도면에는 도시되어 있지 않으나 기화실(200)의 압력을 측정하기 위해 일예로서 압력센서를 구비할 수 있다. 압력센서는 기화실(200) 내부의 압력(P1)을 검출하여 유량 제어기(430)로 압력 데이터를 출력한다. 다른 예로서 기화실 외부에 압력을 측정할 수 있는 압력 측정 게이지(도면 미도시)가 구비되고 압력 측정 게이지와 유량 제어기(430)가 연결되어 기화실의 압력을 유량 제어기(430)가 알 수 있다.
본 발명에 따른 제2 액추에이터 밸브(120)는 제1 액추에이터 밸브(110)에서 설명한 다양한 밸브를 사용할 수 있다. 바람직하게는 제1,2 액추에이터 밸브(110,120)는 피에조 밸브를 사용하는 것이 응답특성이 좋고 기화 가스의 정밀 제어가 가능할 것이다. 제2 액추에이터 밸브(120)는 일예로서 피에조 밸브를 사용하는 경우 제1 액추에이터 밸브(110)와 달리 기화기의 최종 출력 가스의 유량에 따라 일정한 변위 값으로 고정 세팅된다. 제1 액추에이터 밸브(110)는 메인 제어기(10) 및 제1 밸브 제어기(410)에 의해 피드백 제어될 수 있다. 즉, 기화기의 최종 출력 유량 계산 값과 사용자가 설정한 최종 출력 유량 값이 메인 제어기(10)에 의해 비교되고 이값이 다른 경우 제1 밸브 제어기(410)가 제1 액추에이터 밸브(110)의 변위를 미세 제어하여 서로 맞추도록 한다. 그러나 제2 액추에이터 밸브(120)는 사용자가 원하는 최종 출력 가스의 유량에 따라 변위 값이 고정 세팅되므로 피드백 제어를 하지 않을 수 있다. 물론 설정된 고정 변위 값이 틀어지거나 최종 출력 유량이 사용자의 요구에 의해 바뀌는 경우 고정 설정된 변위 값을 정정할 수는 있을 것이다. 기화기의 배출구에서 최종 배출되는 출력 유량은 일예로서 500 ~ 3000sccm 사이의 값을 가질 수 있으며, 사용자가 요구하는 출력 유량에 따라 제2 액추에이터 밸브의 피에조 변위 값이 계산되어 고정 설정된다. 따라서 제2 액추에이터 밸브는 출력 유량에 따라 설정되는 마이크로 변위밸브로서 가변형 오리피스의 기능을 수행한다. 종래에는 출력 유량대별(각 제품별)로 각각의 오리피스를 서로 다르게 적용하였으나 본 발명에서는 마이크로 변위 밸브 기능을 가지는 피에조 밸브를 적용하여 소프트웨어적으로 쉽게 유량대별로 오리피스 조절이 가능한 장점이 있다.
제1,2 밸브 드라이버(411,421)는 제1,2 밸브 제어기(410,420)로부터 출력되는 0 ~ 5v의 전압값을 0 ~ 120v의 전압값으로 변환하여 출력한다. 이때, 제1,2 밸브 제어기는 마이크로 프로세서, 메모리, 및 ADC 컨버터, DAC 컨버터가 구비될 수 있다. DAC 컨버터에서는 피에조 밸브를 미세 스트로크 하기 위해 0 ~ 5v의 전압값을 출력하게 된다. 이때, 도 4에 도시된 바와 같이 DAC 컨버터로부터 출력된 전압값은 밸브 드라이버인 DC/DC 컨버터(411)에 의해 0 ~ 120v의 전압값으로 변환되어 출력됨으로써 피에조 밸브를 미세 변위 제어하게 된다.
본 발명에 따른 압력 조정실(600)은 도 5에 도시된 바와 같이 기화실(200)과 서로 독립된 챔버로서 기화 가스가 체류하다가 최종적으로 다음단(기화가스를 필요로 하는 반도체 제조 공정 장비)으로 배출되는 공간이다. 유입되는 기화 가스의 유량은 기화실(200)의 압력에 따라 결정된다. 즉, 제2 액추에이터 밸브(120)는 기화기로부터 배출되는 기화 가스의 최대 출력 유량에 맞추어져 변위가 고정된다. 변위가 고정됨으로 만약 기화실의 압력이 일정하다면 제2 액추에이터 밸브를 유통하는 기화 가스의 유량도 일정하다. 따라서 제2 액추에이터 밸브(120)를 유통하는 기화 가스는 기화실(200)의 압력에 따라 차이가 나게 된다.
압력 조정실(600)에도 기화 가스가 체류하게 되며 따라서 기화 효율을 더 높이기 위해 도 5에 도시된 바와 같이 기화 가스를 히팅하도록 히팅 블록이 구비될 수 있다. 히팅 블록은 필요에 따라 압력 조정실(600) 내부 또는 외부에 구비될 수 있다.
압력 조정실(600)에는 히팅 블록이 구비됨으로 인해 온도를 측정하는 온도 센서가 더 구비될 수 있다. 온도 센서는 압력 조정실(600)의 온도를 가정 정확하게 측정할 수 있는 장소에 구비되며, 바람직하게는 압력 조정실(600)의 바닥면에 구비된다. 압력 조정실의 온도는 메인 제어기(10)가 모니터링하며, 메인 제어기(10)에 사용자가 입력한 설정 온도와 실제 압력 조정실(600)의 온도가 차이나는 경우 메인 제어기(10)가 제2 온도 제어기(510)로 제어 명령을 전송하고, 제2 온도 제어기(510)는 히터를 제어하여 사용자에 의해 기 설정된 온도를 유지하도록 한다.
압력 조정실(600)에는 압력 조정실(600)의 압력을 감지하기 위해 압력 센서가 내부에 구비되거나 또는 압력 조정실 외부에 압력 게이지가 구비된다.
도 5에 도시된 바와 같이 가스 역류를 방지하기 위해 제1 가스관(2)의 직경은 제2 가스관(3)의 직경보다 작은 것이 바람직하다.
본 발명에 따른 유량 제어기(430)는 기화실(200)의 압력과 압력 조정실(600)의 압력을 입력받아 기화기의 배출구에서 출력되는 출력 유량을 계산한다. 기화실과 압력 조정실 사이에는 제2 액추에이터 밸브가 구비된다. 제2 액추에이터 밸브는 상술한 바와 같이 오리피스 기능을 하므로 오리피스의 전과 후에서 차압(본 발명에서는 P1 및 P2)이 발생되며 이를 이용하여 유량 제어기(430)가 기화 가스의 최종 출력 유량을 다음의 수학식 1에 의해 계산할 수 있다. 계산된 출력 유량은 메인 제어기(10)로 전달된다. 유량 제어기(430)에 구비되는 차압 연산부(432)는 기화실과 압력 조정실의 압력을 입력받아 차압을 계산하며, 차압이 발생하는 경우 유량 계산부에서 최종 출력되는 기화 가스의 유량을 계산하여 메인 제어기로 전송하도록 한다. 차압 연산부 및 유량 계산부는 필요에 따라 하나의 구성으로 가능하며 본 발명에서는 설명의 편의를 위하여 서로 구분하였다.
Figure 112013093672421-pat00001
여기서 q는 유량, Cd는 디스차지 상수, Y는 가스 확장 계수, A는 오리피스 면적, M은 가스 분자량, Ru는 일반가스 상수, T는 절대온도, P1은 기화실 압력, P2는 압력 조정실 압력이다.
따라서 상술한 수학식 1에 의하면 온도가 일정하므로 출력 유량은 P1, P2에 의해 결정됨을 알 수 있다.
본 발명에 따른 메인 제어기(10)는 마이크로 프로세서 및 이를 구동하는 아날로그 및 디지털 논리회로로 구성되어 제1,2 밸브 제어기(410,420) 및 제1, 제2 온도 제어기(500,510)를 제어한다. 메인 제어기(10)는 사용자의 입력을 받아 이에 상응하는 제어명령을 각종 제어기로 전달함으로써 기화기(1)가 사용자의 요구에 따라 제어되도록 한다. 일예로서 메인 제어기(10)는 유량 제어기(430)로부터 기화기의 배출구에서 출력되는 최종 출력 유량 값을 입력받아 사용자가 설정한 출력 유량 값과 비교하고, 서로 값이 맞지 아니한 경우 이를 맞추도록 제1 밸브 제어기(410)를 제어한다. 또한, 다른 예로서 메인 제어기(10)는 기화실(200) 및 압력 조정실(600)의 온도값을 사용자로부터 입력받고, 사용자로부터 입력받은 온도와 기화실 및 압력 조정실의 실제 온도가 서로 차이나는 경우 제1,2 온도 제어기(500,510)를 제어하는 명령을 출력하여 온도를 서로 맞추도록 한다.
메인 제어기(10)는 기화기(1)의 현재 상황을 각각의 제어기로부터 입력받아 이를 상위 단인 메인 호스트(도면 미도시)로 전송한다.
상술한 제1,2 온도 제어기(500,510)는 기화실 및 압력 조정실에 구비된 온도센서로부터 온도를 입력받아 히팅 블럭의 온도를 대략 150℃로 유지하도록 하기 위해 3개 또는 히팅 온도에 적절한 개수의 히터 카트리지를 제어하도록 한다. 또한, 제1,2 온도 제어기(500,510)는 상황에 따라 각각 기화실(안정실 포함)과 압력 조정실의 온도를 서로 다르게 설정함으로써 다양한 반도체 공정에 사용될 수 있는 장점이 있다.
제1,2 밸브 제어기(410,420) 및 제1,2 온도 제어기(500,510)는 바람직하게는 PID 제어로 구동되나, 필요에 따라 PID 제어 중 어느 하나의 변수가 제외된 제어 즉, PD, PI 제어로 구동될 수도 있을 것이다.
(동작방법)
기화기에서 배출되는 최대 출력 가스의 유량이 정해지면(일예로서 500 ~ 2000sccm의 범위 중 어느 하나) 제2 액추에이터 밸브(120)의 피에조 미세 변위가 일정 값으로 고정 설정되어 오리피스로서 기능한다.
메인 제어기(10)에 기화실 및 압력 조정실의 온도가 설정되고, 원하는 출력 유량이 설정되면 메인 제어기(10)는 유량 제어기로(430)로부터 입력된 현재 출력 유량을 피드백 받아 사용자가 설정한 출력 유량과 비교한다. 이때 현재 기화기에서 배출되는 출력 유량이 사용자의 설정 유량보다 적은 경우 제1 액추에이터 밸브(110)의 피에조 미세 변위를 더 늘임으로써 기화실로 유입되는 액체 원료를 더 많게 한다. 기화실에 유입되는 액체 원료가 많아짐에 따라 기화실의 압력이 상승하고, 상승된 기화실의 압력에 의해 제2 액추에이터 밸브(120)를 유통하는 기화 가스의 유량이 증가하여 압력 조정실(600)의 압력도 상승한다. 상술한 수학식1에 의해 계산된 출력 유량이 사용자가 설정한 유량에 도달하면 제1 액추에이터 밸브(110)를 현재 상태로 유지한다. 만약 사용자가 설정한 출력 유량보다 현재 기화기에서 배출되는 출력 유량이 더 많은 경우에는 제1 액추에이터 밸브(110)의 미세 변위를 줄임으로써 기화기에서 배출되는 기화 가스의 유량을 줄일 수 있을 것이다.
(제 2 실시예 )
본 발명의 제 2 실시예는 제 1 실시예와 달리 기화실(200) 다음 단에 안정실(300)을 두어 기화실에서 기화된 기체 분자를 안정실에 축적하고, 안정실의 압력(P1)과 압력 조정실의 압력(P2)을 이용하여 기화기에서 최종 배출되는 기화 가스의 출력 유량을 계산한다. 제 2 실시예는 안정실(300)이 구비되어 안정실의 압력을 감지하는 것에 대해서만 기술하고 나머지는 제 1 실시예에 갈음하기로 한다.
(구성 및 기능)
본 발명의 제 2 실시예에 따른 구성은 도 6에 도시된 바와 같이 대략적으로 기화실(200) 다음 단에 기화 가스를 축적하는 안정실(300)이 제 1 실시예에 비해 더 구비된다. 따라서, 제1실시예와 달리 안정실(300)에 압력센서가 구비되거나 안정실 외부에 압력 게이지가 구비되어 안정실의 압력을 측정한다. 도 7에 도시된 바와 같이 안정실(300)에도 기화 효율을 극대화하기 위해 히팅되며, 기화실 및 압력 조정실과 서로 독립적인 챔버인 안정실 내부 또는 외부에도 히터 카트리지가 구비될 수 있다.
안정실(300)은 기화실(200)에서 출력된 기화 가스를 축적한다. 안정실의 기화 가스는 안정실내에서 기화 가스끼리 열적 평형 상태를 유지한다. 또한, 안정실이 히팅됨으로써 제1실시예와 비교하여 상대적으로 기화 효율을 극대화할 수 있다. 또한, 안정실(300)에는 기화 가스가 축적되어 있으므로 인해 순간적으로 기체 가스를 원하는 양만큼 출력할 수 있어 응답 속도가 빠르다. 따라서 반도체 처리 장치에 공급되는 기화 분자를 빠른 응답 속도로 제공할 수 있다.
안정실(300)의 압력(P1)과 압력 조정실의 압력(P2)은 유량 제어기(430)로 입력되며 기화기에서 최종 배출되는 기화 가스의 출력 유량은 상술한 수학식 1에 의해 계산된다.
안정실(300) 내부 또는 외부에 별도의 히트 카트리지가 구비되는 경우에는 별도의 온도 제어기가 더 추가될 수 있을 것이다.
상술한 제1,2 실시예에서는 기화실과 안정실이 히팅됨으로써 기화 효율이 좋아 종래의 캐리어 가스가 필요없는 구조이다. 또한, 본 발명에서와 같은 디퓨저를 이용하여 기화 효율을 극대화시킬 수 있다.
이상, 본 발명의 일실시예를 참조하여 설명했지만, 본 발명이 이것에 한정되지는 않으며, 다양한 변형 및 응용이 가능하다. 즉, 본 발명의 요지를 일탈하지 않는 범위에서 많은 변형이 가능한 것을 당업자는 용이하게 이해할 수 있을 것이다.
1 : 기화기
2 : 제1 가스관
3 : 제2 가스관
10 : 메인 제어기
20 : 제1홀
30 : 제2홀
40 : 히터
50 : 온도센서
110 : 제1 액추에이터 밸브
120 : 제2 액추에이터 밸브(오리피스)
200 : 기화실
210 : 디퓨저
220 : 디퓨저 홀
300 : 안정실
410 : 제1 밸브 제어기
411 : 제1 밸브 드라이버
420 : 제2 밸브 제어기
421 : 제2 밸브 드라이버
430 : 유량 제어기
431 : 차압 연산부
432 : 유량 계산부
500 : 제1 온도 제어기
510 : 제2 온도 제어기
600 : 압력 조정실

Claims (9)

  1. 유입되는 액체 원료의 출력 유량을 조절하는 제1 유량 조절부,
    상기 제1 유량 조절부에서 유입되는 액체 원료를 기화하는 기화실,
    상기 기화실에서 유입된 기화 가스가 유출되는 제2 유량 조절부,
    상기 제2 유량 조절부에서 유입된 기화 가스가 체류하며, 상기 기화실 압력에 따라 체류된 기화 가스의 출력 유량이 유출되는 압력 조정실,
    상기 기화실과 상기 압력 조정실의 차압에 의해 상기 압력 조정실로부터 유출된 출력 유량을 계산하는 출력 유량 계산부,
    상기 제1 유량 조절부를 통해 공급된 상기 액체 원료를 상기 기화실로 공급하는 제1 공급관, 및
    상기 제2 유량 조절부를 통해 공급된 기화 가스를 상기 압력 조정실로 공급하는 제2 공급관을 포함하며,
    상기 기화 가스의 역류를 방지하기 위해 상기 제1 공급관의 직경은 상기 제2 공급관의 직경보다 작으며,
    상기 액체 원료가 상기 기화실내로 미스트화되어 분사됨으로써 1차적으로 기화되고, 1차적으로 기화된 기화 가스가 디퓨저를 통과하여 2차적으로 기화되는 것을 특징으로 하는 기화기.
  2. 유입되는 액체 원료의 출력 유량을 조절하는 제1 유량 조절부,
    상기 제1 유량 조절부에서 유입되는 액체 원료를 기화하는 기화실,
    상기 기화실에서 기화된 기화 가스를 축적하며, 상기 기화 가스의 열적 평형상태를 유지하는 안정실,
    상기 안정실에서 유입된 기화 가스가 유출되는 제2 유량 조절부,
    상기 제2 유량 조절부에서 유입된 기화 가스가 체류하며, 상기 안정실 압력에 따라 체류된 기화 가스의 출력 유량이 유출되는 압력 조정실,
    상기 안정실과 상기 압력 조정실의 차압에 의해 상기 압력 조정실로부터 유출된 출력 유량을 계산하는 출력 유량 계산부,
    상기 제1 유량 조절부를 통해 공급된 상기 액체 원료를 상기 기화실로 공급하는 제1 공급관, 및
    상기 제2 유량 조절부를 통해 공급된 기화 가스를 상기 압력 조정실로 공급하는 제2 공급관을 포함하며,
    상기 기화 가스의 역류를 방지하기 위해 상기 제1 공급관의 직경은 상기 제2 공급관의 직경보다 작으며,
    상기 액체 원료가 상기 기화실내로 미스트화되어 분사됨으로써 1차적으로 기화되고, 1차적으로 기화된 기화 가스가 디퓨저를 통과하여 2차적으로 기화되는 것을 특징으로 하는 기화기.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 제1 유량 조절부는,
    에어 밸브, 솔레노이드 밸브, 및 피에조 밸브 중 어느 하나로서 상기 출력 유량 계산부에서 계산된 출력 유량 값이 기 설정된 출력 유량 값을 갖도록 제어되는 것을 특징으로 하는 기화기.
  4. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 기화실의 내부에는,
    원통형 형상의 디퓨저가 구비되는 것을 특징으로 하는 기화기.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 디퓨저의 밑면을 제외한 둘레방향으로 홀이 일정 간격으로 형성되는 것을 특징으로 하는 기화기.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 기화실의 상면에 형성된 홀에서 상기 액체 원료가 하방을 향하여 분사되며, 분사된 액체 원료가 상기 홀을 통과하여 기화되어 상기 디퓨저의 중심에 집합되는 것을 특징으로 하는 기화기.
  7. 제 2 항에 있어서,
    상기 기화실, 상기 안정실, 및 상기 압력 조정실 각각은,
    히터에 의해 온도가 조절됨으로써 기화 효율이 향상되는 것을 특징으로 하는 기화기.
  8. 제 7 항에 있어서,
    히팅 블럭의 밑면에는 온도센서가 구비되며,
    상기 온도센서에서 감지한 온도정보가 온도 제어기로 입력되는 것을 특징으로 하는 기화기.
  9. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 제2 유량 조절부는,
    상기 압력 조정실의 최대 출력 유량에 따라 설정되는 오리피스인 것을 특징으로 하는 기화기.
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