KR102553047B1

KR102553047B1 - 싸이클론 방식의 베이퍼라이저

Info

Publication number: KR102553047B1
Application number: KR1020210032853A
Authority: KR
Inventors: 신현국; 김대현; 이영종; 이희준; 정근태; 윤성한; 오진욱; 신은영; 김민호
Original assignee: (주)지오엘리먼트
Priority date: 2020-08-28
Filing date: 2021-03-12
Publication date: 2023-07-11
Also published as: KR20220030862A

Abstract

일 실시예에 따르면, 히터와 열적으로 결합되어 있는 제1싸이클론부; 제1싸이클론부로 제공하기 위한 캐리어 가스와 전구체를 공급받는 주입부; 및 상기 주입부의 유체 - 캐리어 가스와 전구체 - 를 제1싸이클론부로 분사하기 위한 제1노즐;을 포함하는 싸이클론 방식의 베이퍼라이저가 제공된다.

Description

싸이클론 방식의 베이퍼라이저{CYCLON-TYPE VAPORIZER}

본 발명은 싸이클론 방식의 베이퍼라이저에 관한 것이다.

반도체, 디스플레이, 발광다이오드 등 전자재료의 제조 공정에 있어서 필수적인 박막을 입히는 화학기상장치(CVD)나 원자층 증착장치(ALD) 등과 같은 처리 장비에 사용되는 각종 원료(소스)는 가스, 액체, 또는 고체의 형태로 공급된다.

가스의 형태를 가진 원료의 경우는 압력을 조절하여 일정량을 공급할 수 있는 방법으로 사용되지만 액체나 고체의 경우에는 자체적인 압력이 매우 낮기 때문에 대부분 캐니스터라는 앰플에 담아서, 캐리어 가스(불활성 가스)를 이용한 버블링이나 가열을 통한 증기 발생을 통해서 기화를 시킨 이후에 반응 챔버로 공급하는 방법을 사용하고 있다.

캐니스터에 액체 형태의 원료를 넣은 후 일정량씩 기화시켜 사용하는 방법에 대하여 다양한 기술들이 공지되어 있고, 고체 형태의 원료를 기화시키기 위해서도 다양한 기술들이 공지되어 있다. 예를 들면, 고체 원료를 기화시키는 종래 기술의 하나로서 한국특허 공개공보 제10-2010-0137016호(2010. 12. 29)에 공개된 것이 있다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 기화량을 일정하게 유지할 수 있는 싸이클론 방식의 베이퍼라이저가 제공된다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 기화되는 가스의 양을 일정하게 유지할 수 있게 된다.

도 1은 본 발명의 제1실시예에 따른 싸이클론 방식의 베이퍼라이저를 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 본 발명의 제2실시예에 따른 싸이클론 방식의 베이퍼라이저를 설명하기 위한 도면이다.
도 3과 도 4는 본 발명의 제1실시예에 사용될 수 있는 주입부(M1)와 노즐을 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 본 발명의 제2실시예에 사용될 수 있는 주입부(M1)와 노즐을 설명하기 위한 도면이다.
도 6 내지 도 8은 본 발명의 실시예들에 사용되는 싸이클론부의 예시적 구성을 설명하기 위한 도면들이다.
도 9와 도 10은 본 실시예에 따른 기화 공간(R)을 설명하기 위한 도면들이다.
도 11은 본 발명의 제3실시예에 따른 싸이클론 방식의 베이퍼라이저를 설명하기 위한 도면이다.

이상의 본 발명의 목적들, 다른 목적들, 특징들 및 이점들은 첨부된 도면과 관련된 이하의 바람직한 실시예들을 통해서 쉽게 이해될 것이다. 그러나 본 발명은 여기서 설명되는 실시예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 오히려, 여기서 소개되는 실시예들은 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록 그리고 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되는 것이다.

본 명세서의 도면들에 있어서, 구성요소들의 두께는 기술적 내용의 효과적인 설명을 위해 과장되거나 축소된 것이다.

본 명세서의 다양한 실시예들에서 제1, 제2 등의 용어가 다양한 구성요소들을 기술하기 위해서 사용되었지만, 이들 구성요소들이 이 같은 용어들에 의해서 한정되어서는 안 된다. 이들 용어들은 단지 어느 구성요소를 다른 구성요소와 구별시키기 위해서 사용되었을 뿐이다. 여기에 설명되고 예시되는 실시예들은 그것의 상보적인 실시예들도 포함한다.

본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 '포함한다(comprises)' 및/또는 '포함하는(comprising)'은 언급된 구성요소는 하나 이상의 다른 구성요소의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.

용어

본원 명세서에서, 용어 '유로'는 유체가 이동될 수 있는 공간을 의미하며, 예를 들면 배관과 같은 기구에 의해 제공될 수 있다.

본원 명세서에서, 용어 '유체'는 i) 전구체, 캐리어 가스, 전구체와 캐리어 가스의 혼합유체, 및 기화된 전구체 중 어느 하나를 지칭하거나 또는 ii) 전구체, 캐리어 가스, 전구체와 캐리어 가스의 혼합유체, 및 기화된 전구체 중 적어도 2개 이상을 지칭하는 것일 수 있다.

본원 명세서에서, 용어 '유체를 분리'한다고 함은 유체를 2개 이상의 흐름으로 분리하는 것을 의미한다.

본원 명세서에서, 용어 '연결'(또는 '연통')은 직접적인 연결(또는 직접적인 연통)과 간접적인 연결(또는 간접적인 연통)을 포함한다. 직접적인 연결은 연결되는 구성요소들 사이에 다른 구성요소가 게재되어 있지 않은 것이고, 간접적인 연결은 연결되는 구성요소들 사이에 다른 하나 이상의 구성요소들이 게재되어 있을 수 있는 것이다.

본원 명세서에서 구성요소간의 위치 관계를 설명하기 위해 사용되는 '상부(위)', '하부(아래)', '하면', '상면', '측면', '밑면' 등의 표현은 절대적 기준으로서의 방향이나 위치를 의미하지 않으며, 각 도면을 참조하여 본 발명을 설명할 때 해당 도면을 기준으로 설명의 편의를 위해 사용되는 상대적 표현이다.

도 1은 본 발명의 제1실시예에 따른 싸이클론 방식의 베이퍼라이저를 설명하기 위한 도면이다.

도 1을 참조하면, 제1실시예에 따른 싸이클론 방식의 베이퍼라이저(이하, '제1실시예'라고 함)는 전구체를 유입 받아 일정하게 기화시킬 수 있다.

본원 명세서에서, '열적으로 결합'되어 있다고 함은 서로 또는 일방향으로 열이 이동될 수 있도록 직접 또는 간접적으로 연결되어 있음을 의미한다.

본원 발명의 실시예들에 따르면, '전구체'는 고체 소스 또는 액체 소스일 수 있으며, 예를 들면 붕소(B: boron), 인(P: phosphorous), 구리(Cu: copper), 갈륨(Ga:gallium), 비소(As:arsenic), 루테늄(Ru: ruthenium), 인듐(In: indium), 안티몬(Sb: antimony), 란탄(La: lanthanum), 탄탈륨(Ta: tantalum), 이리듐(Ir: iridium), 데카보란(B10H14: decaborane), 사염화 하프늄(HfCl4: hafnium tetrachloride), 사염화 지르코늄(ZrCl4: zirconium tetrachloride), 삼염화 인듐(InCl3: indium trichloride), 금속 유기 베타-디케토네이트 착물(metal organic β-diketonate complex), 사이클로펜타디에닐 사이클로헵타트리에틸 티타늄(CpTiChT:cyclopentadienyl cycloheptatrienyl titanium), 삼염화 알루미늄(AlCl3: aluminum trichloride), 요오드화 티타늄(TixIy:titanium iodide), 사이클로옥타테트라엔 사이틀로펜타디에닐 티타늄((Cot)(Cp)Ti: cyclooctatetraene cyclopentadienyltitanium), 비스(사이클로펜타디에닐)티타늄 디아지드 [bis(cyclopentadienyl)titanium diazide], 텅스텐 카르보닐(Wx(CO)y: tungsten carbonyl)(여기서, x와 y는 자연수), Molybdenum dichloride dioxide(MoO2Cl2), 비스(사이클로펜타디에닐)루테늄(II)[Ru(Cp)2: bis(cyclopentadienyl)ruthenium (II)], 삼염화 루테늄(RuCl3: ruthenium trichloride), 및/또는 텅스텐 클로라이드(WxCly)(여기서, x와 y는 자연수)을 포함하는 물질일 수 있다. 상술한 소스들은 예시적인 것으로서 본원 발명은 그러한 소스들에만 한정되는 것이 아님을 당업자는 알아야 한다.

본원 발명의 일 실시예에 따르면, 캐리어 가스는 예를 들면 N2, Ar, 및/또는 He 와 같은 유체일 수 있으나, 이들에만 한정되는 것은 아니다.

제1실시예에 따른 싸이클론 방식의 베이퍼라이저는 기화 가스를 처리 설비로 제공하기 위한 장치이다. 여기서, 처리 설비는 예를 들면 화학증기증착(CVD: chemical vapor deposition) 장치 또는 이온 주입장치(ion implanter)와 같은 반도체 가공장비의 공정챔버(process chamber)와 같은 장치들이 될 수 있으며, 본원 명세서에서는 종종 '챔버'라고 약칭되어 언급되기도 한다.

도 1을 참조하면, 제1실시예에 따른 싸이클론 방식의 베이퍼라이저는 싸이클론부(Ca), 싸이클론부(Ca)로 제공하기 위한 캐리어 가스와 전구체를 공급받는 주입부(M1), 및 주입부(M1)로부터 제공 받은 유체 - 캐리어 가스와 전구체 - 를 싸이클론부(Ca)로 분사하기 위한 노즐(N)을 포함한다.

싸이클론부(Ca)는 기화 공간(R)을 형성하는 바디부(B)를 포함한다. 제1실시예의 싸이클론부(Ca)와 제2실시예의 싸이클론부(Cb)를 구별할 필요가 있을 경우, 싸이클론부(Ca)는 '제1 싸이클론부(Ca)'로 언급하고, 싸이클론부(Cb)는 '제2 싸이클론부(Cb)'로 언급하기로 한다.

바디부(B)에는 기화 공간(R)에 존재하는 유체를 기화시키기 위해서 히터(B)가 열적으로 결합되어 있다.

바디부(B)에는 기화 공간(R)과 연통되는 홀이 적어도 2개 이상이 형성되어 있다. 2개의 홀은 주입부(M1)의 유체를 기화 공간(R)으로 주입하기 위한 홀(이하, '주입홀')과 기화 공간(R)에서 기화되지 않고 남은 물질(유체나 입자)을 외부로 배출하기 위한 홀(이하, '배출홀')을 포함한다. 본 실시예에서 노즐(N)은 주입홀에 삽입되어 배치되어 있다. 노즐(N)은 주입부(M1)로부터 유체를 유입받아서 기화 공간(R)으로 분사한다. 노즐(N)의 길이(L)은 원추부(P1)의 길이(H)보다 작다. 즉, 원추부(P1)의 길이(H)가 노즐(N)의 길이(L)보다 길다. 노즐(N)에 대한 보다 상세한 설명은 도 9 내지 도 10의 설명을 참조하기 바란다.

기화 공간(R)은 원통부(G)와 원추부(P)를 포함한다. 원통부(G)는 상면(G1), 밑면(G2), 및 측면(G3)으로 정의될 수 있는 3차원 원통 형상의 공간이고, 원추부(P)는 밑면(P1), 측면(P2), 및 꼭지점(P3)으로 정의될 수 있는 3차원 원추 형상의 공간이다. 여기서, 원통부(G)와 원추부(P)는 공간을 의미하므로, 원통부(G)와 원추부(P)를 정의하는 밑면들(G2, P1), 측면들(G3, P2), 및 상면(G1)은 가상의 면이고, 꼭지점(P3)도 가상의 점이다.

본 실시예에서, 싸이클론부(Ca)의 기화 공간(R)의 상부는 3차원 원통 형상이고 하부 방향(y방향)으로 가면서 3차원 원추 형상을 가진다. 기화 공간(R)의 단면(x축과 z 축으로 이루어진 평면)은 원의 형상을 가진다. 기화 공간(R)은 상부로부터 하부로 갈수록 직경이 작아진다.

본 실시예에서, 원통부(G)의 단면은 반드시 완벽한 원일 필요는 없으며, 대략 원으로 보이거나 타원이여도 본 발명에 사용될 수 있다. 또한, 원추부(P)의 단면도 반드시 완벽한 원일 필요는 없으며 대략 원으로 보이거나 타원이여도 본 발명에 사용될 수 있다.

본 실시예에서, 주입홀은 원통부(G)와 연통되고, 배출홀은 원추부(P)와 연통된다.

도 9와 도 10은 본 실시예에 따른 기화 공간(R)을 설명하기 위한 도면들이다. 도 9는 기화 공간(R)을 설명하기 위한 도면이고, 도 10은 상부에서 기화 공간(R)을 향해 바라본 모습을 설명하기 위한 도면이다. 도 9와 도 10을 참조하여 설명되는 기화 공간(R)은 제1실시예의 기화 공간(R)에 해당될 뿐만 아니라 다른 실시예들(예를 들면, 제2실시예와 제3실시예)의 기화 공간(R)에도 해당된다.

도 9와 도 10에서의 기화 공간(R)은 도 1과 도 6 내지 도 8을 참조하여 설명한 바디부(B)에 의해 정의되는 것일 수 있다. 이하에서는, 도 1과 도 6 내지 도 8을 같이 참조하여 기화 공간(R)을 설명하기로 한다.

도 1, 도 6 내지 도 8, 도 9, 및 도 10을 참조하면, 원통부(G)와 원추부(P)는 공간적으로 서로 연통된다. 원통부(G)와 원추부(P)는 하나의 몸체(one piece)로 이루어진 바디부(B)에 의해 형성될 수 있다.

도 1, 도 6 내지 도 8, 도 9, 및 도 10을 참조하면, 원추부(P)는 꼭지점(P3)이 하부에 위치되고, 밑면(P1)이 상부에 위치되고, 원추부(P)의 밑면(P1)과 원통부(G)의 밑면(G2)은 서로 공유되도록 원추부(P)와 원통부(G)가 연통되어 있다. 즉, 원추부(P)의 밑면(P1)과 원통부(G)의 밑면(G2)은 서로 동일한 부분을 의미한다.

도 1, 도 6 내지 도 8, 도 9, 및 도 10을 참조하면, 바디부(B)에 형성된 배출홀(H3)과 원추부(P)는 연통되어 있다. 원추부(P)의 꼭지점(P3)은 배출홀(H3)과 연통된다. 원추부(P)에서 기화되지 않고 남은 물질들은 원추부(P)의 꼭지점 방향으로 낙하되며, 꼭지점(P3)으로 이동된 물질(유체나 입자)은 배출홀(H3)을 통해서 외부로 방출될 수 있다.

본 실시예에 따르면, 원추부(P1)의 길이(H)는 노즐(N)의 길이(L)보다 길다.

주입홀(H1)은 노즐(N)에 의해 기화 공간(R)으로 주입되는 유체가 1개의 방향으로만 회전될 수 있도록 구성되어 있다.

도 1, 도 6 내지 도 8, 도 9, 및 도 10을 참조하면, 기화 공간(R)을 상부에서 바라보았을 때 원이라고 가정하면, 원의 중심(0)을 지나가는 임의의 직선(이하, '중심선')(CL_0)을 선택하고, 그러한 중심선(CL_0)과 평행한 가상의 직선들(CL_1, CL_2)을 가정한다. 중심선(CL_0)과 평행한 가상의 직선들(CL_1, CL_2) 중에서, 바람직하게는, 원의 중심(O)에서 멀어지되(즉, 원의 둘레에 가까워지도록) 원에서 벗어나지 않는 가상의 직선들 중에서 어느 하나의 가상의 직선(CL_2)을 선택한다. 선택된 가상의 직선(CL_2)의 연장선 상에 주입홀(H1)이 위치된다. 이렇게 구성된 주입홀(H1)에 노즐(N)이 삽입되어 위치된다.

본원 명세서에서, 설명의 목적을 위해서, 중심선(CL_0)과 평행한 가상의 직선들 중에서 원의 중심(O)에서 멀어지되(즉, 원의 둘레에 가까워지도록) 원에서 벗어나지 않는 가상의 직선을 '기화 공간의 접선'이라고 언급하기로 한다.

즉, 주입홀(H1)은 기화 공간(R)의 접선의 연장선 상에 위치되고. 따라서 주입홀(H1)에 위치된 노즐(N)도 기화 공간(R)의 접선의 연장선 상에 위치되어 기화 공간(R)의 내부로 유체를 분사한다. 이와 같은 구성에 따르면, 유체가 싸이클론부(Ca)의 내부(즉, 기화 공간(R))로 유입되는 순간부터 한 방향으로만 회전이 시작된다. 특히, 싸이클론부(Ca)의 내부로 유입된 유체는 한 방향으로만 회전하면서 하부로 이동한다. 이 과정에 혼합 가스 - 기화된 전구체와 캐리어 가스 -는 싸이클론부(Ca)의 중앙 방향으로 상승하여 배출관(L1)을 통해서 외부로 이동된다.

도 1을 참조하면, 싸이클론부(Ca)는, 바디부(B)에 의해 형성된 기화 공간(R)을 외부로부터 차단(또는 밀폐)시키기 위한 커버(Ch)를 더 포함한다. 커버(Ch)는 기화 공간(R)의 상부를 밀폐시키도록 바디부(B)와 동작적으로 결합되어 있다. 본 실시예에서, 커버(Ch)는 원통부(G)의 상면(도 9와 도 10의 설명을 참조)을 밀폐하도록 바디부(B)에 결합된다.

싸이클론부(Ca)는, 또한, 기화 공간(R)에 존재하는 혼합 가스 - 기화 가스와 캐리어 가스가 혼합된 것 - 를 외부로 배출하기 위한 배출관(L1)을 포함한다. 배출관(L1)은 기화 공간(R)에서 시작하여 커버(Ch)를 관통하여 외부로 연장되어 있다.

배출관(L1)의 일 단부(T1)는 커버(Ch)로부터 기화 공간(R)의 하부 방향(y 방향)으로 소정 길이 만큼 연장되어 있다. 예들 들면, 배출관(L1)은 기화 공간(R)의 원통부(G)를 지나서 원추부(P)까지 연장되어 위치될 수 있다. 제3실시예를 통해서 후술하겠지만, 배출관(L1)에 필터가 동작적으로 결합될 수 있다. 일 예를 들면, 배출관(L1)에 필터가 결합되어 있되 기화 공간(R)으로 연장된 부분에 필터가 동작적으로 결합되고, 주입부(M1)로 주입된 전구체와 캐리어 가스를 냉각시키기 위한 쿨러가 주입부(M1)와 결합될 수 있다. 다른 예를 들면, 배출관(L1)에 필터가 결합되어 있되, 기화 공간(R)이 아닌 싸이클론부의 외부의 배출관(L1)에 필터가 결합되어 있을 수 있다.

도 1을 참조하면, 제1실시예에 따른 싸이클론 방식의 베이퍼라이저는 낙하 물질 저장부(S)를 더 포함할 수 있다. 낙하 물질 저장부(S)는 기화 공간(R)의 하부와 연통되어 있다. 기화 공간(R)의 하부에는 기화되지 않은 질량이 비교적 높은 물질이 모이며, 이러한 물질은 배출홀(H3)을 경유하여 낙하 물질 저장부(S)로 이동되어 일시 저장되게 된다. 낙하 물질 저장부(S)에 저장된 물질은 외부로 배출된다.

도 1을 참조하면, 제1실시예에 따른 싸이클론 방식의 베이퍼라이저는 복수의 커넥터들(C1, C2, C3, C4)을 더 포함하며, 이러한 커넥터들(C1, C2, C3, C4)은 배관에 흐르는 유체의 흐름을 허용하거나 차단하기 위해서 배관에 결합된 것이다.

도 2는 본 발명의 제2실시예에 따른 싸이클론 방식의 베이퍼라이저를 설명하기 위한 도면이다.

도 2를 참조하면, 제2실시예에 따른 싸이클론 방식의 베이퍼라이저('제2실시예')는 주입부(M2), 제1 싸이클론부(Ca), 및 제2 싸이클론부(Cb)를 포함할 수 있다. 여기서, 제1 싸이클론부(Ca)와 제2 싸이클론부(Cb)는 각각 도 1을 참조하여 설명한 싸이클론부(Ca)와 구성이 동일하므로 제1 싸이클론부(Ca)와 제2 싸이클론부(Cb)의 각각의 구성에 대한 상세한 설명은 생략하고, 제1실시예와의 차이점을 위주로 제2실시예에 대하여 설명하기로 한다.

도 2를 참조하면, 제1 싸이클론부(Ca)와 제2 싸이클론부(Cb)는 각각 히터들(H1, H2)와 열적으로 결합되어 있다

제1 싸이클론부(Ca)와 제2 싸이클론부(Cb)는, 각각, 주입부(M2)와 노즐들(N1, N2)을 통해서 혼합 유체 - 캐리어 가스와 전구체가 혼합된 유체 -를 유입받아 전구체를 기화시킨다. 제1실시예에 따른 주입부(M1)와 제2실시예에 따른 주입부(M2)의 구체적인 차이는 다른 도면들(도 3, 도 4, 및 도 5)을 참조하여 후술하기로 한다.

제2실시예에서, 주입부(M2)는 공급받은 캐리어 가스와 전구체를 노즐들(N1, N2)을 통해서 제1 싸이클론부(Ca)와 제2 싸이클론부(Cb)로 제공한다.

도 2를 특히 참조하면, 주입부(M2)에서 제공되는 2개의 혼합 유체(La, Lb)는 각각 노즐(N1)와 노즐(N2)를 통해서 이동되어 제1 싸이클론부(Ca)와 제2 싸이클론부(Cb)로 각각 분사된다. 주입부(M2)로부터 제공되는 2개의 혼합 유체중에서, 혼합 유체(La)는 노즐(N1)를 통해서 제1 싸이클론부(Ca)로 제공되고, 혼합 유체(Lb)는 노즐(N2)을 통해서 제2 싸이클론부(Cb)로 제공된다.

혼합 유체(La)가 제1 싸이클론부(Ca)로 제공될 때, 도 1, 도 9, 및 도 10을 참조하여 설명한 바와 같이 제1 싸이클론부(Ca)의 기화 공간의 접선의 연장선에 노즐(N1)이 위치되어 있다. 또한, 같은 방식으로, 혼합 유체(Lb)가 제2 싸이클론부(Cb)로 제공될 때, 제2 싸이클론부(Cb)의 기화 공간의 접선의 연장선에 노즐(N2)이 위치되어 있다.

도 2을 참조하면, 제2실시예에 따른 싸이클론 방식의 베이퍼라이저('제2실시예')는 낙하 물질 저장부(S)를 더 포함할 수 있다. 도 2을 참조하면, 낙하 물질 저장부(S)는 제1 싸이클론부(Ca)의 하부와 연통되어 있고, 또한 낙하 물질 저장부(S)는 제2 싸이클론부(Cb)의 하부와도 연통되어 있다. 제1 싸이클론부(Ca)와 제2 싸이클론부(Cb)의 각각의 하부에는 기화되지 않은 물질이 모이며, 이러한 물질은 낙하 물질 저장부(S)로 중력에 의해 이동되어 일시 저장되게 된다. 이후, 낙하 물질 저장부(S)에 저장된 입자들은 외부로 배출될 수 있다.

도 2를 참조하면, 제2실시예에 따른 싸이클론 방식의 베이퍼라이저는 복수의 커넥터들(C1, C2, C3, C4)을 더 포함하며, 이러한 커넥터들(C1, C2, C3, C4)는 유체를 공급받거나 배출하기 위한 관과 분리가능하도록 연결되기 위한 것이다.

도 2을 참조하면, 제1 싸이클론부(Ca)의 기화 공간(R)에 존재하는 혼합 가스의 배출을 위한 배출관(L1)과 제2 싸이클론부(Cb)의 기화 공간(R)에 존재하는 혼합 가스의 배출을 위한 배출관(L2)은 통합관(L)으로 합류되어 챔버와 같은 처리 장치로 이동된다. 여기서 배출관(L1)과 배출관(L2)의 구성과 위치는 제1실시예의 배출관(L1)과 동일하다.

제2실시예에서도, 배출관(L1)과 배출관(L2)의 각각에 필터가 동작적으로 결합될수 있다. 제1 싸이클론부(Ca)의 배출관(L1)에 필터가 동작적으로 결합된다. 제2 싸이클론부(Cb)의 배출관(L2)에 필터가 동작적으로 결합되어 있을 수 있다. 또한, 제2실시예에서도, 주입부(M2)로 주입된 전구체와 캐리어 가스를 냉각시키기 위한 쿨러가 주입부(M2)와 물리적으로 결합될 수 있다.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 주입부(M1)와 노즐(N)을 설명하기 위한 도면이다.

도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 주입부(M1)와 노즐(N)은 전구체와 캐리어 가스를 혼합하여 싸이클론부(Ca)로 분사하도록 구성된다. 주입부(M1)는 캐리어 가스를 공급받는 제1 주입배관(M1_L1)과 전구체를 공급받은 제2 주입배관(M1_L2)을 포함한다. 노즐(N)은 제1 주입배관(M1_L1)으로부터 캐리어 가스를 유입받고, 제2 주입배관(M1_L2)으로부터 전구체를 유입받아, 캐리어 가스와 전구체가 혼합된 혼합 유체를 싸이클론부(Ca)로 분사하도록 구성된다. 본 실시예에 따르면, 주입부(M1)로 공급된 캐리어 가스와 전구체는 노즐(N)로 유입되기 직전 또는 유입되면서 혼합된다. 노즐(N)은 캐리어 가스와 전구체가 혼합된 유체를 싸이클론부(Ca)로 분사한다. 도 3을 참조하여 설명한 주입부(M1)와 노즐(N)은 상술한 제1실시예에서의 주입부(M1)와 노즐(N)로서 사용될 수 있고, 제3실시예(도 11를 참조하여 후술할 것임)에서의 주입부(M1)와 노즐(N)로서 사용될 수 있다.

도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 주입부(M1)와 노즐(N)을 설명하기 위한 도면이다.

도 4를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 주입부(M1)와 노즐(N)은 전구체와 캐리어 가스를 혼합하지 않은 상태로 싸이클론부(Ca)로 분사하도록 구성된다.

본 실시예에서, 노즐(N)은 제1관(N_L1) 및 제1관(N_L1)을 둘러싸는 제2관(N_L2)으로 이루어진 이중관으로 구성된다. 제1관(N_L1)은 주입부(M1)로부터 캐리어 가스를 유입받고, 제2관(N_L2)은 주입부(M1)로부터 전구체를 유입받는다. 이러한 이중관은, 제1관(N_L1)을 통해서 유입된 캐리어 가스와 제2관(N_L2)을 통해서 유입받은 전구체를 싸이클론부(Ca)로 동시에 분사되도록 구성되어 있다. 본 실시예에 따르면, 주입부(M1)로 공급된 캐리어 가스와 전구체는 노즐(N)을 통해서 분사되기 전까지는 혼합되지 않는다. 즉, 주입부(M1)로 공급된 캐리어 가스와 전구체는 혼합되지 않은 상태로 노즐(N)을 통해서 이동하다가, 싸이클론부(Ca)로 분사되면서 혼합된다.

도 4를 참조하여 설명한 주입부(M1)와 노즐(N)은 상술한 제1실시예에서의 주입부(M1)와 노즐(N)로서 사용될 수 있고, 제3실시예에서의 주입부(M1)와 노즐(N)로서 사용될 수 있다.

도 5는 본 발명의 제2실시예에 사용될 수 있는 주입부(M1)와 노즐들(N1, N2)을 설명하기 위한 도면이며, 도 5의 a)는 단일관 형태의 노즐을 사용한 것이고, 도 5의 (b)는 이중관 형태의 노즐을 사용한 것이다.

도 5 (a)를 먼저 참조하면, 주입부(M2)는 전구체를 2개의 유체로 분리하는 전구체 분리부(DS)와, 캐리어 가스를 2개의 유체로 분리하는 캐리어 가스 분리부(DC)를 포함한다. 분리부들(DS, DC)은 각각 제1 싸이클론부(Ca)로 유체를 주입하는 노즐(N1)과 제2 싸이클론부(Cb)로 유체를 주입하는 노즐(N2)과 연결되어 있다.

노즐들(N1, N2)은, 각각, 캐리어 가스와 전구체가 혼합된 혼합 유체를 제1 싸이클론부(Ca)와 제2 싸이클론부(Cb)로 분사하도록 구성된다. 본 실시예에 따르면, 캐리어 가스와 전구체는 노즐로 유입되기 직전 또는 유입되면서 혼합되며, 캐리어 가스와 전구체가 혼합된 유체가 제1 싸이클론부(Ca)와 제2 싸이클론부(Cb)로 분사된다.

도 5 (b)를 참조하면, 주입부(M2)는 전구체를 2개의 유체로 분리하는 전구체 분리부(DS)와, 캐리어 가스를 2개의 유체로 분리하는 캐리어 가스 분리부(DC)를 포함한다. 분리부들(DS, DC)은 각각 제1 싸이클론부(Ca)로 유체를 주입하는 노즐(N1)과 제2 싸이클론부(Cb)로 유체를 주입하는 노즐(N2)과 연결되어 있다.

도 5(b)의 실시예에 따르면, 주입부(M2)와 노즐들(N1, N2)은 전구체와 캐리어 가스를 혼합하지 않은 상태에서 각각 제1 싸이클론부(Ca)와 제2 싸이클론부(Cb)로 분사하도록 구성된다. 본 실시예에서, 노즐들(N1, N2)의 각각은 이중관으로 구성되며, 이중관 중의 어느 하나의 관은 캐리어 가스를 유입받고, 나머지 하나의 관은 전구체를 유입받는다. 본 실시예에 따르면, 캐리어 가스와 전구체는 혼합되지 않은 상태로 노즐들(N1, N2)을 통해서 이동하다가, 싸이클론부들(Ca, Cb)로 분사되면서 서로 혼합된다.

도 6 내지 도 8은 본 발명의 실시예들에 사용되는 싸이클론부의 예시적 구성을 설명하기 위한 도면들이다.

도 6 내지 도 8을 참조하여 설명되는 싸이클론부는, 본 발명에 따른 싸이클론부의 다양한 실시예들(예를 들면, 제1실시예, 제2실시예, 또는 제3실시예에서 언급된 싸이클론부들(Ca, Cb))에 사용될 수 있다.

도 6 내지 도 8을 참조하면, 싸이클론부는 기화 공간(R)을 형성하는 바디부(B)를 포함한다. 바디부(B)에는 기화 공간(R)과 연통되는 주입홀(H1)과 배출홀(H3)이 형성되어 있다. 예를 들면, 주입홀(H1)은 기화 공간(R)의 원통부(G)와 연통되고, 배출홀(H3)은 기화 공간(R)의 원추부(P)와 연통될 수 있다. 기화 공간(R)에 대한 보다 상세한 설명은 도 9와 도 10을 참조하여 상술한 설명을 참조하기 바란다.

도 6 내지 도 8을 참조하면, 바디부(B)에는 히터(미 도시)가 열적으로 결합되어 있다. 주입홀(H1)에는 유체를 기화 공간(R)에 분사하기 위한 노즐(N)이 삽입되어 위치된다. 노즐(N)을 통해서 분사된 전구체는 접촉면(Cs)에 접촉되어 하방으로 회전하면서 기화된다.

바디부(B)에 의해 형성된 기화 공간(R)을 외부와 차단하기 위해서, 커버(Ch)가 바디부(B)와 결합된다. 본 실시예에서, 커버(Ch)는 기화 공간(R)의 상부, 예를 들면 원통부(G)의 상부를 덮도록 바디부(B)와 밀봉 결합된다.

도 6 내지 도 8을 참조하면, 커버(Ch)에는 배출관이 관통하여 결합되어 있다. 배출관은 커버(Ch) 사이는 유체가 누출되지 않도록 밀봉 결합되어 있다.

도 11은 본 발명의 제3실시예에 따른 싸이클론 방식의 베이퍼라이저를 설명하기 위한 도면이다.

도 11을 참조하면, 제3실시예에 따른 싸이클론 방식의 베이퍼라이저는 싸이클론부(Ca), 싸이클론부(Ca)로 제공하기 위한 캐리어 가스와 전구체를 공급받는 주입부(M1), 및 주입부(M1)로부터 제공 받은 유체 - 캐리어 가스와 전구체 - 를 싸이클론부로 분사하기 위한 노즐(N)을 포함한다.

제3실시예에 따른 싸이클론 방식의 베이퍼라이저와 제1실시예에 따른 사이클론 방식의 베이퍼라이저를 비교하면, 제3실시예에 따른 싸이클론 방식의 베이퍼라이저는 쿨러(A)와 필터(F)를 더 포함하고 있다는 점에서만 유일한 차이점이 있다. 이하에서는, 제1실시예와 제3실시예의 차이점을 위주로 설명하기로 한다.

도 11을 참조하면, 제3실시예는 주입부(M1)가 과열되지 않도록 하기 위해서 주입부(M1)와 결합되는 쿨러(A)를 더 포함한다. 쿨러(A)는 노즐(N)을 통해서 이동되는 유체(캐리어 가스와 전구체를 포함)가 소정 온도 이상으로 가열되지 않도록 하기 위한 것이다.

쿨러(A)는 예를 들면 공냉식일 수 있고, 이를 위해서 냉각핀을 구비할 수 있다. 쿨러(A)는 주입부(M1)뿐만 아니라 노즐(N)과도 물리적으로 결합될 수 있다. 여기서, 물리적 결합은 주입부(M1)와 노즐(N)의 소정 온도 이상이 되지 않도록 주입부(M1)와 노즐(N)의 열 에너지를 쿨러(A)를 통해서 배출되도록 연결된 것을 의미한다. 공냉식 쿨러는 예시적인 것으로서, 다른 임의의 어떠한 방식(예를 들면, 수냉식)의 쿨러라도 본 실시예에 사용가능하다.

도 11을 더 참조하면, 제3실시예는 배출관에 동작적으로 결합되는 필터를 더 포함한다. 일 예를 들면, 배출관(L1)에 필터가 결합되어 있되 기화 공간(R)으로 연장된 부분에 필터가 동작적으로 결합될 수 있다. 다른 예를 들면, 배출관(L1)에 필터가 결합되어 있되, 기화 공간(R)이 아닌 싸이클론부의 외부의 배출관(L1)에 필터가 결합되어 있을 수 있다.

필터(F)는, 기화 공간(R)으로부터 배출관(L1)으로 유입된 혼합가스에서 불순물질을 제거하는 구성을 가지며, 종래 챔버 등과 같은 처리 장치로 기화 가스를 제공하는 장치에서 불순물을 제거하기 위해 사용되는 필터이 사용될 수 있다.

이와 같이 본 발명은 기재된 실시예에 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 다양하게 수정 및 변형할 수 있음은 이 기술의 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명하다. 따라서 그러한 수정예 또는 변형예들은 본 발명의 특허청구범위에 속한다 하여야 할 것이다.

Ca, Cb: 싸이클론부 M1, M2: 주입부
N, N1, N2: 노즐 C1, C2, C3, C4: 커넥터
La, Lb: 혼합 유체 DS: 전구체 분리부
DC: 캐리어 가스 분리부 B: 바디부
H1: 주입홀 H3: 배출홀
L1, L2: 배출관 S: 낙하 물질 저장부
G: 원통부 P: 원추부
R: 기화 공간

Claims

히터와 열적으로 결합되어 있는 제1 싸이클론부;
제1 싸이클론부로 제공하기 위한 캐리어 가스와 전구체를 공급받는 주입부; 및
상기 주입부로부터 이송되는 캐리어 가스와 전구체를 제1 싸이클론부로 분사하기 위한 제1 노즐;을 포함하고,
상기 주입부는 캐리어 가스를 공급받는 제1 주입배관(M1_L1)과 전구체를 공급받는 제2 주입배관(M1_L2)을 포함하고,
제1 싸이클론부는 원통부(G)와 상기 원통부의 아래에 연장 형성된 원추부(P)에 의해 정의되는 기화 공간(R)을 구비하되, 상기 원추부(P)는 아래로 갈수록 직경이 감소하는 형상이고, 제1 노즐은 상기 원통부(G)의 접선의 연장선을 따라 상기 원통부(G)에 연결되어 상기 기화 공간(R)과 연통하며,
제1 노즐은 제1 주입배관으로부터 캐리어 가스를 유입받고 제2 주입배관으로부터 전구체를 유입받아 캐리어 가스와 전구체를 제1 싸이클론부 내부로 분사하고, 제1 싸이클론부 내부로 분사된 캐리어 가스와 전구체가 한 방향으로 회전하면서 상기 원추부(P)의 내부 표면을 따라 아래로 이동하고, 이 때 전구체가 원추부(P)의 내부 표면에 의해 가열되어 기화하며,
캐리어 가스 및 기화된 전구체의 혼합 가스가 제1 싸이클론부 내부의 중앙에서 상승하여 상기 원통부(G)의 중앙에 설치된 배출관(L1)을 통해 외부로 이송되도록 구성된 것을 특징으로 하는, 싸이클론 방식의 베이퍼라이저.
삭제
제 1 항에 있어서,
상기 원추부의 길이는 상기 제1 노즐의 길이보다 긴 것인, 싸이클론 방식의 베이퍼라이저.
제 1 항에 있어서,
제1 싸이클론부는 커버(Ch)를 포함하고, 상기 기화 공간을 외부로부터 차단시키기 위해서 상기 커버(Ch)가 상기 기화 공간의 상부를 밀폐시키며,
상기 배출관(L1)이 상기 커버(Ch)를 관통하여 부착되어 있는 것인, 싸이클론 방식의 베이퍼라이저.
제 4 항에 있어서,
상기 배출관을 통해서 이동되는 혼합 가스에 포함된 불순물을 제거할 수 있는 필터가 상기 배출관에 결합되어 있고, 상기 필터는 상기 기화 공간에 존재하는 것인, 싸이클론 방식의 베이퍼라이저.
제 4 항에 있어서,
상기 기화 공간의 하부에는 상기 기화 공간에서 기화되지 않고 낙하된 물질을 배출하기 위한 배출홀이 형성되어 있는 것인, 싸이클론 방식의 베이퍼라이저.
삭제
제 1 항에 있어서,
제1 노즐은 제1관 및 제1관을 둘러싸는 제2관으로 구성된 이중관으로서, 제1관은 상기 주입부로부터 전구체를 유입받고, 제2관은 상기 주입부로부터 캐리어 가스를 유입받으며,
상기 이중관은, 제1관을 통해서 유입된 전구체와 제2관을 통해서 유입받은 캐리어 가스를 상기 제1싸이클론부로 동시에 분사하도록 구성된 것인, 싸이클론 방식의 베이퍼라이저.
삭제
제 1 항에 있어서,
상기 주입부에는, 상기 주입부로 주입된 전구체와 캐리어 가스를 냉각시키기 위한 쿨러가 결합되어 있는 것인, 싸이클론 방식의 베이퍼라이저.
제 1 항에 있어서,
히터와 열적으로 결합되어 있는 제2 싸이클론부; 및
제2싸이클론부로 분사하기 위한 제2 노즐; 를 더 포함하며,
상기 주입부는, 공급 받은 캐리어 가스와 전구체를 제1 노즐을 통해서 제1 싸이클론부로 제공하고 제2 노즐을 통해서 제2 싸이클론부로 제공하는 것인, 싸이클론 방식의 베이퍼라이저.