KR102336793B1 - 기화기 - Google Patents

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Abstract

기화기의 일 실시예는, 소스물질을 분사하는 분무노즐; 상기 분무노즐과 연통되는 기화공간이 형성되는 몸체; 상기 몸체의 하부에 상기 기화공간과 연통하도록 구비되고, 기화된 상기 소스물질이 배출되는 배출부; 및 상기 기화공간 상부에 배치되고, 적어도 일부에 복수의 제1통공이 형성되는 제1디퓨저; 상기 기화공간을 둘러싸도록 배치되고, 기화보조가스가 통과하는 통공이 형성되는 제2디퓨저; 및 상기 기화공간에 상기 기화보조가스를 공급하는 보조가스공급부를 포함할 수 있다.

Description

기화기{Vaporizer}
실시예는, 기판 처리장치에 구비되고, 기화효율을 높일 수 있는 구조를 가진 기화기에 관한 것이다.
이 부분에 기술된 내용은 단순히 실시예에 대한 배경 정보를 제공할 뿐 종래기술을 구성하는 것은 아니다.
일반적으로, 반도체 메모리 소자, 액정표시장치 및 유기발광장치 등은 기판상에 복수회의 반도체 공정을 실시하여 원하는 형상의 구조물을 적층하여 제조한다.
반도체 제조공정은 기판상에 소정의 박막을 증착하는 공정, 박막의 선택된 영역을 노출시키는 포토리소그래피(photolithography) 공정, 선택된 영역의 박막을 제거하는 식각 공정 등을 포함한다. 이러한 반도체를 제조하는 기판 처리공정은 해당 공정을 위해 최적의 환경이 조성된 챔버를 포함하는 기판 처리장치에서 진행된다.
챔버에는 가공의 대상인 기판과 상기 기판이 안착되는 기판 안착부가 구비되고, 상기 기판에 소스 물질을 함유하는 공정 가스가 분사된다. 이러한 공정 가스에 함유된 소스 물질에 의해 기판에 증착 및 식각 공정 등이 진행된다.
한편, 박막 증착, 식각공정을 수행하기 위해 증착 및 식각 등에 사용되는 소스 물질이 전술한 챔버로 공급된다. 이러한 소스 물질은 상온에서 액체 상태로 유지될 수 있는데, 액체 상태인 경우에는 소스 물질을 기체 상태로 변화시켜야 반도체 가공 공정에 사용할 수 있게 된다.
기체 상태로 변화되는 소스 물질은 기판 처리 장치에 구비되는 기화기에서 기화되어 챔버로 비로소 공급될 수 있다. 이때, 기화기에서 소스 물질의 기화효율이 낮은 경우에는 기화되지 않은 소스 물질이 기화기의 내벽에 점착하여 기화기의 성능 및 수명 등을 저하시키는 원인을 제공하고, 기화되지 않은 소스 물질이 기화된 소스 물질과 함께 챔버로 유출되면 반도체 제조 공정에서 기판의 불량 원인을 제공할 수 있다.
더욱이, 기화기의 기화 효율이 낮으면, 기화기의 교체 주기가 짧아져 반도체 제조 공정의 전체 속도가 저하됨으로써, 제품의 생산 단가가 높아지는 문제점이 발생한다.
따라서, 실시예는, 기판 처리장치에 구비되고, 기화효율을 높일 수 있는 구조를 가진 기화기에 관한 것이다.
실시예가 이루고자 하는 기술적 과제는 이상에서 언급한 기술적 과제로 제한되지 않으며 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 실시예가 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
기화기의 일 실시예는, 소스물질을 분사하는 분무노즐; 상기 분무노즐과 연통되는 기화공간이 형성되는 몸체; 상기 몸체의 하부에 상기 기화공간과 연통하도록 구비되고, 기화된 상기 소스물질이 배출되는 배출부; 및 상기 기화공간 상부에 배치되고, 적어도 일부에 복수의 제1통공이 형성되는 제1디퓨저; 상기 기화공간을 둘러싸도록 배치되고, 기화보조가스가 통과하는 통공이 형성되는 제2디퓨저; 및 상기 기화공간에 상기 기화보조가스를 공급하는 보조가스공급부를 포함할 수 있다.
상기 분무노즐은, 상기 소스물질이 유입되는 제1유입부를 포함하는 것일 수 있다.
기화기의 일 실시예는, 상기 몸체를 둘러싸도록 구비되는 히터를 더 포함하는 것일 수 있다.
상기 몸체는 상기 제2디퓨저를 둘러싸며, 상기 몸체와 상기 제2디퓨저 사이에는 상기 기화보조가스가 유입되어 확산되는 확산공간이 형성되는 것일 수 있다.
상기 기화공간은, 상기 제1디퓨저에 의해 형성되고, 상기 분무노즐과 연통되어 상기 분무노즐로부터 상기 소스물질이 유입되는 제1영역; 상기 제1디퓨저와 상기 제2디퓨저가 서로 대향되는 위치에 형성되고, 상기 제1디퓨저로부터 유입되는 상기 소스물질과 상기 제2디퓨저로부터 유입되는 상기 기화보조가스가 혼합되는 제2영역; 및 상기 제2영역 하부에 형성되고, 상기 제2영역으로부터 유입되는 상기 소스물질과 상기 제2디퓨저로부터 유입되는 상기 기화보조가스가 혼합되는 제3영역을 포함하는 것일 수 있다.
상기 제3영역은 상기 배출부와 연통되는 것일 수 있다.
상기 제3영역은 난류(turbulence)가 형성되는 것일 수 있다.
상기 제1영역과 상기 제2영역은 측방향으로 서로 대응되는 위치에 형성되는 것일 수 있다.
상기 확산공간은, 상기 제1영역 및 상기 제2영역과 측방향으로 대응되는 위치에 형성되는 제1공간; 및 상기 제3영역과 측방향으로 대응되는 위치에 형성되는 제2공간을 포함하는 것일 수 있다.
상기 보조가스공급부는, 상기 제1공간과 연통되는 제1노즐; 상기 제2공간과 연통되는 제2노즐; 및 상기 기화공간의 하부에 배치되고, 상기 제3영역과 연통되는 제3노즐을 포함하는 것일 수 있다.
상기 제1노즐과 상기 제2노즐로부터 공급되는 상기 기화보조가스는 측방향으로 상기 기화공간에 유입되고, 상기 제3노즐로부터 공급되는 상기 기화보조가스는 상기 기화공간의 하부에서 상부방향으로 상기 기화공간에 유입되는 것일 수 있다.
기화기의 일 실시예는, 상기 제1공간과 상기 제2공간을 서로 분리하는 분리부재를 더 포함하는 것일 수 있다.
상기 분리부재는, 상기 제1디퓨저의 측방향 돌출부위와 상기 제2디퓨저의 상단 사이에 배치되는 제1부재; 상기 제1디퓨저의 하단부와 대응되는 위치에 배치되어 상기 제1공간과 상기 제2공간을 분리하고, 상기 제1부재와 함께 상기 제1공간을 형성하는 제2부재; 상기 제2디퓨저의 하단과 상기 제3노즐 사이에 배치되고, 상기 제2부재와 함께 상기 제2공간을 형성하는 제3부재를 포함하는 것일 수 있다.
상기 제2디퓨저의 상기 통공은, 상기 제1공간에 대응되는 위치에 형성되는 복수의 제2통공; 및 상기 제2공간에 대응되는 위치에 형성되는 복수의 제3통공을 포함하고, 상기 제2디퓨저의 단위면적을 기준으로, 복수의 상기 제3통공은 복수의 상기 제2통공보다 면적비율이 큰 것일 수 있다.
실시예에서, 제1디퓨저는 소스물질이 기화공간에 머무르는 시간을 늘임으로써 소스물질이 가열되는 시간을 증가시킴으로써, 기화기에서 소스물질의 기화효율을 증가시키는 효과가 있다.
실시예에서, 기화공간의 제3영역에는 상기 제2공간 및 상기 제3노즐로부터 유입되는 기화보조가스에 의해 난류가 형성되고, 이러한 난류는 소스물질과 기화보조가스의 혼합이 원활하게 일어나도록 함으로써, 소스물질의 기화효율이 증가하는 효과가 있다.
실시예에서, 제3노즐로부터 분사되는 기화보조가스는 제3영역에 존재할 수 있는 미스트의 기화를 촉진시킴으로써, 기화기 전체의 기화효율이 증가할 수 있다.
실시예에서, 분리부재에 의해 제1공간과 제2공간이 분리되므로, 제2영역 및 제3영역에 유입되는 각각의 기화보조가스의 온도, 유량 등이 최적화되도록 개별적으로 조절하여 기화기의 기화효율을 증가시킬 수 있다.
도 1은 일 실시예의 기화기를 나타낸 단면도이다.
도 2는 도 1의 A부분을 나타낸 확대도이다.
도 3은 도 1의 B부분을 나타낸 확대도이다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 실시예를 상세히 설명한다. 실시예는 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 실시예를 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 실시예의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
"제1", "제2" 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는 데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로 사용된다. 또한, 실시예의 구성 및 작용을 고려하여 특별히 정의된 용어들은 실시예를 설명하기 위한 것일 뿐이고, 실시예의 범위를 한정하는 것이 아니다.
실시예의 설명에 있어서, 각 element의 "상(위)" 또는 "하(아래)(on or under)"에 형성되는 것으로 기재되는 경우에 있어, 상(위) 또는 하(아래)(on or under)는 두개의 element가 서로 직접(directly)접촉되거나 하나 이상의 다른 element가 상기 두 element사이에 배치되어(indirectly) 형성되는 것을 모두 포함한다. 또한 “상(위)" 또는 "하(아래)(on or under)”로 표현되는 경우 하나의 element를 기준으로 위쪽 방향뿐만 아니라 아래쪽 방향의 의미도 포함할 수 있다.
또한, 이하에서 이용되는 "상/상부/위" 및 "하/하부/아래" 등과 같은 관계적 용어들은, 그런 실체 또는 요소들 간의 어떠한 물리적 또는 논리적 관계 또는 순서를 반드시 요구하거나 내포하지는 않으면서, 어느 한 실체 또는 요소를 다른 실체 또는 요소와 구별하기 위해서 이용될 수도 있다.
도 1은 일 실시예의 기화기를 나타낸 단면도이다. 도 1에 도시된 화살표는 소스물질 또는 기화보조가스의 유동방향을 나타낸다.
실시예의 기화기는, 도 1에 도시된 바와 같이, 분무노즐(100), 몸체(200), 배출부(300), 제1디퓨저(400), 제2디퓨저(500), 보조가스공급부(600), 히터(700) 및 분리부재를 포함할 수 있다.
분무노즐(100)은 기화기의 상측에 배치되고, 소스물질을 기화공간(210)으로 분사하는 역할을 할 수 있고, 제1유입부(110)를 포함할 수 있다.
제1유입부(110)는 액상의 소스물질이 기화기 내부의 기화공간(210)으로 유입되는 통로역할을 할 수 있다. 상기 제1유입부(110)를 통해 외부의 공급부 또는 저장장치로부터 공급되는 소스물질은 기화공간(210)으로 유입될 수 있다.
액상의 소스물질이 제1유입부(110)를 통해 기화공간(210)으로 유입되면서 소스물질은 미스트(mist) 상태 즉, 액상의 미립자가 마치 안개와 같은 형태를 이루는 상태로 변화할 수 있다.
기화기로 유입되는 소스물질은 기화공간(210)에서 액체상태에서 기체상태로 기화되고, 배출부(300)를 통해 챔버(미도시)로 유입되어 상기 챔버에 배치되는 기판에 공급되고, 따라서 기판은 소스물질에 의해 증착, 식각공정이 진행될 수 있다.
히터(700)는 상기 몸체(200)를 둘러싸도록 구비되어, 상기 몸체(200)에 형성되는 기화공간(210)에 유입되는 소스물질을 가열하는 역할을 할 수 있다. 이때, 상기 히터(700)는 유도가열방식, 전열방식 기타 어떠한 방식의 것도 사용될 수 있다.
도시되지는 않았으나, 상기 히터(700)는 다른 실시예로 상기 몸체(200)의 내부에 구비될 수도 있다.
상기 히터(700)가 가열되면, 열은 히터(700)로부터 상기 몸체(200)로, 상기 몸체(200)에서 상기 몸체(200) 내부에 형성되는 기화공간(210)에 존재하는 소스물질로 전달될 수 있다.
기화공간(210)에 존재하는 상기 소스물질은 상기 히터(700)로부터 전달되는 열과, 후술하는 보조가스공급부(600)로부터 공급되는 고온의 기화보조가스로부터 전달되는 열에 의해 가열되어 기화될 수 있다.
한편, 상기 히터(700)는 기화기의 상기 몸체(200)를 가열할 수 있으므로, 상기 몸체(200)의 내측면에 소스물질이 점착되는 것을 억제할 수 있다. 또한, 상기 히터(700)는 상기 기화공간(210)의 온도를 조절하여 소스물질의 기화효율을 높일 수 있다.
몸체(200)는 상기 히터(700)의 내측에 배치되고 상기 분무노즐(100)의 하측에 배치되며, 내부에 기화공간(210)이 형성될 수 있다. 즉, 상기 몸체(200)는 상기 기화공간(210)을 둘러싸도록 구비되어, 상기 기화공간(210)을 형성할 수 있다.
배출부(300)는 상기 몸체(200)의 하부에 상기 기화공간(210)과 연통하도록 구비되고, 기화공간(210)에서 기화된 상기 소스물질이 배출될 수 있다. 상기 배출부(300)는 연결배관을 통해 챔버와 연결될 수 있고, 상기 연결배관을 통해 상기 챔버로 기화된 소스물질이 유입될 수 있다.
기화공간(210)은 상기 분무노즐(100)과 연통되어, 분사된 상기 소스물질을 기화시키는 역할을 할 수 있다. 즉, 기화공간(210)은 상기 제1유입부(110)를 통해 유입되는 소스물질이 기화되는 장소이다.
기화공간(210)에 유입되는 소스물질은 가열되어 기화되고, 기화된 소스물질은 배출부(300)를 통해 상기 챔버로 유입될 수 있다.
제1디퓨저(400)는 상기 기화공간(210) 상부에 배치되고, 적어도 일부에 복수의 제1통공(410)(도 2 참조)이 형성될 수 있다. 도 1을 참조하면, 제1디퓨저(400)는 상부에 상기 몸체(200)와 결합하는 돌출부위가 측방향으로 형성될 수 있다.
한편, 상기 제1디퓨저(400)의 하단에는 상기 제1통공(410)이 형성되지 않고, 상기 제1통공(410)은 상기 제1디퓨저(400)의 측면에 형성될 수 있다.
제2디퓨저(500)는 상기 기화공간(210)을 둘러싸도록 배치되고, 기화보조가스가 통과하는 통공(520, 530, 도 2 및 도 3 참조)이 형성될 수 있다.
보조가스공급부(600)는, 도 1에 도시된 바와 같이, 상기 몸체(200)를 관통하여 배치되어 상기 기화공간(210)에 상기 기화보조가스를 공급할 수 있다.
실시예에서, 상기 몸체(200)는 상기 제2디퓨저(500)를 둘러싸며, 상기 몸체(200)와 상기 제2디퓨저(500) 사이에는 상기 기화보조가스가 유입되어 확산되는 확산공간(220)이 형성될 수 있다.
보조가스공급부(600)를 통해 상기 확산공간(220)에 유입되는 기화보조가스는 고온의 비활성 가스 예를 들어, 아르곤가스, 질소가스 등일 수 있다. 기화보조가스는 상기 제2디퓨저(500)에 형성되는 통공을 통해 상기 기화공간(210)으로 유입될 수 있다.
한편, 상기한 바와 같이, 기화공간(210)에서 소스물질은 고온의 기화보조가스로부터 열을 전달받아 기화될 수 있다.
상기 확산공간(220)은 보조가스공급부(600)로부터 유입되는 기화보조가스를 확산시켜, 상기 기화공간(210)으로 기화보조가스가 균일하게 유입되도록 할 수 있다.
한편, 상기 기화공간(210)은 제1영역(211), 제2영역(212) 및 제3영역(213)을 포함할 수 있다.
제1영역(211)은 상기 제1디퓨저(400)에 의해 형성되고, 상기 분무노즐(100)과 연통되어 상기 분무노즐(100)로부터 상기 소스물질이 유입될 수 있다.
제2영역(212)은 상기 제1디퓨저(400)와 상기 제2디퓨저(500)가 서로 대향되는 위치에 형성되고, 상기 제1디퓨저(400)로부터 유입되는 상기 소스물질과 상기 제2디퓨저(500)로부터 유입되는 상기 기화보조가스가 혼합될 수 있다.
제3영역(213)은 상기 제2영역(212) 하부에 형성되고, 상기 제2영역(212)으로부터 유입되는 상기 소스물질과 상기 제2디퓨저(500)로부터 유입되는 상기 기화보조가스가 혼합될 수 있다.
이때, 도 1에 도시된 바와 같이, 상기 제1영역(211)과 상기 제2영역(212)은 측방향으로 서로 대응되는 위치에 형성될 수 있다.
따라서, 제1영역(211)으로부터 제2영역(212)으로 유입되는 소스물질과 확산공간(220)으로부터 제2영역(212)으로 유입되는 기화보조가스는 서로 대향되는 방향으로 유동하여 상기 제2영역(212)에서 효율적으로 혼합될 수 있다.
이러한 효율적인 혼합으로 인해, 소스물질은 고온의 기화보조가스로부터 효율적으로 열을 전달받아 가열될 수 있다.
기화공간(210)으로 유입되는 소스물질은 상기 제1영역(211), 상기 제2영역(212) 및 상기 제3영역(213)을 순차적으로 통과하면서, 히터(700)에 의해 가열됨과 동시에 기화공간(210)으로 유입되는 고온의 기화보조가스에 의해 가열될 수 있다.
이때, 상기 제1디퓨저(400)는 제1통공(410)을 소스물질이 통과하도록 함으로써, 소스물질의 기화공간(210) 내에서의 유동속도를 조절하여 소스물질이 제1영역(211)에 머무르는 시간을 늘일 수 있다.
따라서, 제1디퓨저(400)는 소스물질이 제1영역(211)과 상기 제1영역(211)을 포함하는 기화공간(210)에에 머무르는 시간을 증가시킴으로써 소스물질의 가열시간을 증가시키고, 이로 인해 히터(700)로부터 소스물질에 전달되는 열량을 늘임으로써 소스물질의 기화율을 높이는 역할을 할 수 있다.
또한, 제1디퓨저(400)는 소스물질의 기화공간(210) 내에서의 유동속도를 조절하여 소스물질이 상기 제2영역(212) 및 상기 제3영역(213)에 머무르는 시간을 늘이는 역할을 할 수 있다.
소스물질이 상기 제2영역(212) 및 상기 제3영역(213)에 머무르는 시간이 늘어남으로써, 소스물질과 기화보조가스가 혼합되는 시간이 늘어나고, 이로 인해 고온의 기화보조가스로부터 소스물질에 전달되는 열량이 늘어남으로써 소스물질의 기화율이 높아질 수 있다.
제1영역(211)으로 유입된 소스물질은 제1통공(410)을 통해 제2영역(212)으로 다시 유입되고, 상기 제2영역(212)에서 상기 제2디퓨저(500)에 형성되는 통공을 통해 유입되는 기화보조가스와 혼합될 수 있다.
제2영역(212)에서 소스물질은 기화보조가스와 혼합되면서 고온의 기화보조가스로부터 열을 전달받아 효율적으로 기화될 수 있다.
제2영역(212)을 통과하여 제3영역(213)에 유입되는 소스물질은 다시 제2디퓨저(500)에 형성되는 통공을 통해 유입되는 기화보조가스와 혼합될 수 있다.
소스물질은 제2영역(212)과 제3영역(213)을 순차적으로 통과하면서 각각의 영역에서 고온의 기화보조가스로부터 열을 전달받아 효율적으로 기화될 수 있다.
실시예에서, 제1디퓨저(400)는 소스물질이 기화공간(210)에 머무르는 시간을 늘임으로써 소스물질이 가열되는 시간을 증가시킴으로써, 기화기에서 소스물질의 기화효율을 증가시키는 효과가 있다.
상기 제3영역(213)은 상기 배출부(300)와 연통될 수 있다. 즉, 제1영역(211), 제2영역(212)을 통과한 소스물질이 제3영역(213)에 유입되어 히터(700) 및 기화보조가스에 의해 가열되어 기화되고, 기화된 소스물질은 배출부(300)를 통해 챔버로 유입되어 기판 제조공정에 사용될 수 있다.
상기 확산공간(220)은 제1공간(221)과 제2공간(222)을 포함할 수 있다. 제1공간(221)은 상기 제1영역(211) 및 상기 제2영역(212)과 측방향으로 대응되는 위치에 형성되고, 제2공간(222)은 상기 제3영역(213)과 측방향으로 대응되는 위치에 형성될 수 있다.
이때, 상기 제1공간(221)에 있는 기화보조가스는 상기 제2영역(212)으로 유입되고, 상기 제2공간(222)에 있는 기화보조가스는 상기 제3영역(213)으로 유입될 수 있다.
한편, 상기 제2영역(212)으로 유입되는 기화보조가스의 유량은 상기 제3영역(213)으로 유입되는 기화보조가스의 유량보다 작도록 구비되는 것이 적절할 수 있다.
만약, 제2영역(212)으로 유입되는 기화보조가스의 유량이 과도하게 많을 경우, 기화보조가스와 대향되는 방향으로 제2영역(212)으로 유입되는 소스물질의 유동을 방해할 수 있다.
제2영역(212)에서 소스물질이 기화보조가스에 의해 유동을 방해받는 경우, 소스물질은 제1영역(211), 제2영역(212) 및 제3영역(213)을 순차적으로 원활하게 유동하지 않고, 제1영역(211)에 정체되는 양이 현저히 증가할 수 있다.
이러한 경우, 기화기로부터 챔버로 유입되는 소스물질의 유량이 현저히 작아질 수 있다.
따라서, 제2영역(212)으로 유입되는 소스물질의 유동을 방해하지 않도록, 제2영역(212)으로 유입되는 기화보조가스의 유량을 적절히 조절할 필요가 있다.
상기 제3영역(213)은 난류(turbulence)가 형성될 수 있다. 상기 제2공간(222)에서 상기 제3영역(213)으로 유입되는 기화보조가스는 상기 제3영역(213)에 난류를 발생시키기 위해 충분한 유량을 가지는 것이 적절하다.
제3영역(213)에 유입되는 기화보조가스의 유량이 많을수록 상기 제3영역(213)에 강한 난류가 형성되어 기화보조가스와 제3영역(213)에 유입되는 소스물질의 혼합이 원활하게 발생하고, 따라서 제3영역(213)에서 고온의 기화보조가스로부터 소스물질로 열전달이 원활히 발생하고, 이로 인해 소스물질의 기화효율이 증가할 수 있다.
한편, 후술하지만, 제3노즐(630)로부터 기화공간(210)의 하부에서 상부방향으로 상기 기화공간(210) 중 제3영역(213)에 유입되는 기화보조가스도 제3영역(213)에 강한 난류를 형성하는 역할을 할 수 있다.
실시예에서, 기화공간(210)의 제3영역(213)에는 상기 제2공간(222) 및 상기 제3노즐(630)로부터 유입되는 기화보조가스에 의해 난류가 형성되고, 이러한 난류는 소스물질과 기화보조가스의 혼합이 원활하게 일어나도록 함으로써, 소스물질의 기화효율이 증가하는 효과가 있다.
보조가스공급부(600)는 제1노즐(610), 제2노즐(620) 및 제3노즐(630)을 포함할 수 있다. 상기 각 노즐들은 기화기 외부로부터 공급되는 고온의 기화보조가스를 기화공간(210)으로 공급할 수 있다. 각 노즐들은 상기 몸체(200)를 관통하여 기화공간(210) 또는 확산공간(220)에 연통되도록 구비될 수 있다.
제1노즐(610)은 확산공간(220)의 상기 제1공간(221)과 연통되고, 제2노즐(620)은 확산공간(220)의 상기 제2공간(222)과 연통될 수 있다. 제3노즐(630)은 상기 기화공간(210)의 하부에 배치되고, 기화공간(210)의 상기 제3영역(213)과 연통될 수 있다.
상기 제1노즐(610)과 상기 제2노즐(620)로부터 공급되는 상기 기화보조가스는 측방향으로 상기 기화공간(210)에 유입될 수 있다.
한편, 제3노즐(630)은, 도 1에 도시된 바와 같이, 출구부위가 기화공간(210)의 상하방향으로 절곡되어 있다. 따라서, 상기 제3노즐(630)로부터 공급되는 상기 기화보조가스는 상기 기화공간(210)의 하부에서 상부방향으로 상기 기화공간(210)에 유입될 수 있다.
제3노즐(630)로부터 기화공간(210)의 제3영역(213)으로 유입되는 기화보조가스의 유동방향은, 제2노즐(620)로부터 제2디퓨저(500)를 통과하여 제3영역(213)으로 유입되는 기화보조가스 및 제2영역(212)으로부터 제3영역(213)으로 유입되는 소스물질과 기화보조가스가 혼합된 혼합가스 각각의 유동방향과 다르게 구비될 수 있다.
이처럼, 제3영역(213)에 유입되는 기화보조가스 및 상기 혼합가스의 각각의 유동방향이 서로 다르므로, 제3영역(213)에는 강한 난류가 발생할 수 있고, 이러한 강한 난류의 발생으로 인해, 기화보조가스와 소스물질 간 혼합이 활발히 이루어질 수 있다.
따라서, 기화보조가스와 소스물질 간 활발한 혼합으로 인해, 고온의 기화보조가스로부터 소스물질로 열전달이 활발히 이루어져 소스물질의 기화효율이 증가할 수 있다.
한편, 기화공간(210)의 제2영역(212)에서 제3영역(213)으로 유입되는 소스물질 중 적어도 일부는 완전히 기화되지 않은 상태, 즉 액상의 미립자가 마치 안개와 같은 형태를 이루는 상기한 미스트 상태로 존재할 가능성이 있다.
이러한 소스물질의 미스트는 중력의 영향으로 제3영역(213)의 하부로 이동할 수 있고, 제3영역(213) 하부의 난류가 약하게 형성되는 위치에 가라앉아 완전히 기화되지 않은 상태로 계속 존재할 수 있다. 이러한 미스트가 제3영역(213)에 존재하는 양이 증가할수록 기화기의 기화효율은 낮아진다.
상기한 바와 같이, 제3노즐(630)은 출구부위가 기화공간(210)의 상하방향으로 절곡되어 있다.
따라서, 제3노즐(630)로부터 제3영역(213)에 유입되는 기화보조가스는, 제3영역(213)의 하부에서 상부방향으로 즉, 제3영역(213)의 상부에서 하부로 이동하는 상기 미스트의 이동방향과 대향되는 방향으로 분사되어, 기화공간(210)의 제3영역(213) 하부에 존재할 수 있는 소스물질을 기화시킬 수 있다.
즉, 제3노즐(630)로부터 분사되는 기화보조가스는 제3영역(213)의 하부에 존재할 수 있는 소스물질의 미스트에 물리적 충격을 가하여 상기 미스트의 기화를 촉진시킬 수 있다.
또한, 제3노즐(630)로부터 분사되는 기화보조가스는 제2디퓨저(500)에 점착될 수 있는 상기 미스트에 물리적 충격을 가하여 상기 미스트의 기화를 촉진시킬 수도 있다.
실시예에서, 제3노즐(630)로부터 분사되는 기화보조가스는 제3영역(213)에 존재할 수 있는 미스트의 기화를 촉진시킴으로써, 기화기 전체의 기화효율이 증가할 수 있다.
분리부재는 상기 제1공간(221)과 상기 제2공간(222)을 서로 분리할 수 있고, 제1부재(810), 제2부재(820) 및 제3부재(830)를 포함할 수 있다.
제1부재(810)는 상기 제1디퓨저(400)의 측방향 돌출부위와 상기 제2디퓨저(500)의 상단 사이에 배치되고, 제2부재(820)와 함께 상기 제1공간(221)을 형성할 수 있다.
이때, 상기 제1부재(810)는 제1디퓨저(400)의 측방향 돌출부위와 상기 돌출부위와 결합하는 몸체(200) 사이의 빈틈으로 제1공간(221)에 유입되는 기화보조가스가 누출되는 것을 억제하는 역할도 할 수 있다.
제2부재(820)는 상기 제1디퓨저(400)의 하단부와 대응되는 위치에 배치되어 상기 제1공간(221)과 상기 제2공간(222)을 분리하고, 상기 제1부재(810)와 함께 상기 제1공간(221)을 형성할 수 있다.
즉, 상기 제1공간(221)은 제1부재(810), 제2부재(820), 몸체(200) 및 제2디퓨저(500)에 둘러싸여 형성될 수 있다. 또한, 제2영역(212)은 제1디퓨저(400)와 제2디퓨저(500)에 둘러싸여 형성되고, 상기 제1디퓨저(400)의 하단부와 상기 제2부재(820)가 배치되는 위치에서 제3영역(213)과 연통되도록 구비될 수 있다.
제3부재(830)는 상기 제2디퓨저(500)의 하단과 상기 제3노즐(630) 사이에 배치되고, 상기 제2부재(820)와 함께 상기 제2공간(222)을 형성할 수 있다. 즉, 상기 제2공간(222)은 제2부재(820), 제3부재(830), 몸체(200) 및 제2디퓨저(500)에 둘러싸여 형성될 수 있다.
제1부재(810) 내지 제3부재(830)는 확산공간(220)을 제1공간(221)과 제2공간(222)으로 분리할 수 있고, 따라서, 상기 제1공간(221)과 제2공간(222)에 유입되는 기화보조가스의 온도, 유량 등이 서로 달라질 수 있다.
제1공간(221)에 존재하는 기화보조가스는 제2영역(212)으로 유입되고, 제2공간(222)에 존재하는 기화보조가스는 제3영역(213)으로 유입될 수 있다.
실시예에서, 분리부재에 의해 제1공간(221)과 제2공간(222)이 분리되므로, 제2영역(212) 및 제3영역(213)에 유입되는 각각의 기화보조가스의 온도, 유량 등이 최적화되도록 개별적으로 조절하여 기화기의 기화효율을 증가시킬 수 있다.
도 2는 도 1의 A부분을 나타낸 확대도이다. 도 3은 도 1의 B부분을 나타낸 확대도이다. 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 제2디퓨저(500)의 통공은 제2통공(520) 및 제3통공(530)을 포함할 수 있다.
실시예에서, 상기 제1통공(410), 제2통공(520) 및 제3통공(530)은 원형, 타원형, 다각형, 슬릿(slit)형 기타 다양한 형상으로 형성될 수 있다.
제2통공(520)은 상기 제1공간(221)에 대응되는 위치에서 상기 제2디퓨저(500)에 복수로 형성될 수 있다. 제3통공(530)은 상기 제2공간(222)에 대응되는 위치에서 상기 제2디퓨저(500)에 복수로 형성될 수 있다.
이때, 상기 제2디퓨저(500)의 단위면적을 기준으로, 복수의 상기 제3통공(530)은 복수의 상기 제2통공(520)보다 면적비율이 크게 형성될 수 있다.
상기한 바와 같이, 제1공간(221)으로부터 제2영역(212)으로 유입되는 기화보조가스는, 제1영역(211)으로부터 제2영역(212)으로 유입되는 소스물질의 유동을 방해하지 않기 위해, 상대적으로 유량이 작은 것이 적절하다.
한편, 제2공간(222)으로부터 제3영역(213)으로 유입되는 기화보조가스는, 제3영역(213)에 강한 난류를 형성하기 위해 상대적으로 유량이 큰 것이 적절하다. 기화보조가스가 제3영역(213)에 활발히 공급될수록 제3영역(213)에는 강한 난류가 형성될 수 있기 때문이다.
따라서, 제2공간(222)으로부터 제3영역(213)으로 유입되는 기화보조가스는, 제1공간(221)으로부터 제2영역(212)으로 유입되는 기화보조가스에 비해, 유량이 크게 구비되는 것이 적절하다.
따라서, 제2공간(222)으로부터 제3영역(213)으로 유입되는 기화보조가스가 통과하는 제3통공(530)은, 제1공간(221)으로부터 제2영역(212)으로 유입되는 기화보조가스가 통과하는 제2통공(520)에 비해 상기 면적비율이 크게 형성될 수 있다.
이러한 구조로 인해, 제2공간(222)으로부터 제3영역(213)으로 유입되는 기화보조가스는, 제1공간(221)으로부터 제2영역(212)으로 유입되는 기화보조가스에 비해, 유량이 클 수 있다.
복수의 제2통공(520)과 복수의 제3통공(530)의 상기 면적비율을 조절하기 위해, 예를 들어, 제2통공(520)과 제3통공(530)이 원형으로 형성되는 경우, 제2통공(520)의 직경(D1)은 5μm 내지 10μm, 제3통공(530)의 직경(D2)은 40μm 내지 80μm로 형성될 수 있다.
이때, 상기 각 직경(D1, D2)는 단위면적당 형성되는 제2통공(520)과 제3통공(530)의 개수가 동일하거나 유사한 경우에 적용될 수 있는 수치이다.
다른 실시예로, 상기 각 직경(D1, D2)이 동일 또는 유사하고, 단위면적당 제2통공(520)의 개수보다 제3통공(530)의 개수를 더 많이 형성하여, 제3통공(530)의 면적비율을 제2통공(520)의 면적비율보다 크게 형성할 수도 있다.
실시예와 관련하여 전술한 바와 같이 몇 가지만을 기술하였지만, 이외에도 다양한 형태의 실시가 가능하다. 앞서 설명한 실시예들의 기술적 내용들은 서로 양립할 수 없는 기술이 아닌 이상은 다양한 형태로 조합될 수 있으며, 이를 통해 새로운 실시형태로 구현될 수도 있다.
100: 분무노즐
200: 몸체
210: 기화공간
220: 확산공간
300: 배출부
400: 제1디퓨저
500: 제2디퓨저
600: 보조가스공급부
700: 히터

Claims (14)

  1. 소스물질을 분사하는 분무노즐;
    상기 분무노즐과 연통되는 기화공간이 형성되는 몸체;
    상기 몸체의 하부에 상기 기화공간과 연통하도록 구비되고, 기화된 상기 소스물질이 배출되는 배출부; 및
    상기 기화공간 상부에 배치되고, 적어도 일부에 복수의 제1통공이 형성되는 제1디퓨저;
    상기 기화공간을 둘러싸도록 배치되고, 기화보조가스가 통과하는 통공이 형성되는 제2디퓨저; 및
    상기 기화공간에 상기 기화보조가스를 공급하는 보조가스공급부를 포함하고,
    상기 기화공간은,
    상기 제1디퓨저에 의해 형성되고, 상기 분무노즐과 연통되어 상기 분무노즐로부터 상기 소스물질이 유입되는 제1영역; 및
    상기 제1디퓨저와 상기 제2디퓨저가 서로 대향되는 위치에 형성되고, 상기 제1디퓨저로부터 유입되는 상기 소스물질과 상기 제2디퓨저로부터 유입되는 상기 기화보조가스가 혼합되는 제2영역을 포함하는 기화기.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 분무노즐은,
    상기 소스물질이 유입되는 제1유입부를 포함하는 것을 특징으로 하는 기화기.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 몸체를 둘러싸도록 구비되는 히터를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 기화기.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 몸체는 상기 제2디퓨저를 둘러싸며,
    상기 몸체와 상기 제2디퓨저 사이에는 상기 기화보조가스가 유입되어 확산되는 확산공간이 형성되는 것을 특징으로 하는 기화기.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 기화공간은,
    상기 제2영역 하부에 형성되고, 상기 제2영역으로부터 유입되는 상기 소스물질과 상기 제2디퓨저로부터 유입되는 상기 기화보조가스가 혼합되는 제3영역
    을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 기화기.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 제3영역은 상기 배출부와 연통되는 것을 특징으로 하는 기화기.
  7. 제5항에 있어서,
    상기 제3영역은 난류(turbulence)가 형성되는 것을 특징으로 하는 기화기.
  8. 제5항에 있어서,
    상기 제1영역과 상기 제2영역은 측방향으로 서로 대응되는 위치에 형성되는 것을 특징으로 하는 기화기.
  9. 제5항에 있어서,
    상기 확산공간은,
    상기 제1영역 및 상기 제2영역과 측방향으로 대응되는 위치에 형성되는 제1공간; 및
    상기 제3영역과 측방향으로 대응되는 위치에 형성되는 제2공간
    을 포함하는 것을 특징으로 하는 기화기.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 보조가스공급부는,
    상기 제1공간과 연통되는 제1노즐;
    상기 제2공간과 연통되는 제2노즐; 및
    상기 기화공간의 하부에 배치되고, 상기 제3영역과 연통되는 제3노즐
    을 포함하는 것을 특징으로 하는 기화기.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 제1노즐과 상기 제2노즐로부터 공급되는 상기 기화보조가스는 측방향으로 상기 기화공간에 유입되고, 상기 제3노즐로부터 공급되는 상기 기화보조가스는 상기 기화공간의 하부에서 상부방향으로 상기 기화공간에 유입되는 것을 특징으로 하는 기화기.
  12. 제10항에 있어서,
    상기 제1공간과 상기 제2공간을 서로 분리하는 분리부재를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 기화기.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 분리부재는,
    상기 제1디퓨저의 측방향 돌출부위와 상기 제2디퓨저의 상단 사이에 배치되는 제1부재;
    상기 제1디퓨저의 하단부와 대응되는 위치에 배치되어 상기 제1공간과 상기 제2공간을 분리하고, 상기 제1부재와 함께 상기 제1공간을 형성하는 제2부재;
    상기 제2디퓨저의 하단과 상기 제3노즐 사이에 배치되고, 상기 제2부재와 함께 상기 제2공간을 형성하는 제3부재
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 기화기.
  14. 제10항에 있어서,
    상기 제2디퓨저의 상기 통공은,
    상기 제1공간에 대응되는 위치에 형성되는 복수의 제2통공; 및
    상기 제2공간에 대응되는 위치에 형성되는 복수의 제3통공
    을 포함하고,
    상기 제2디퓨저의 단위면적을 기준으로, 복수의 상기 제3통공은 복수의 상기 제2통공보다 면적비율이 큰 것을 특징으로 하는 기화기.
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