KR20150055880A - 기화기 및 원료 공급 장치 - Google Patents

기화기 및 원료 공급 장치 Download PDF

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KR20150055880A KR1020130138419A KR20130138419A KR20150055880A KR 20150055880 A KR20150055880 A KR 20150055880A KR 1020130138419 A KR1020130138419 A KR 1020130138419A KR 20130138419 A KR20130138419 A KR 20130138419A KR 20150055880 A KR20150055880 A KR 20150055880A
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고현창
박용균
서태욱
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Abstract

본 발명은 기화기 및 원료 공급 장치에 관한 것으로서, 액체 원료를 기화하여 기상 상태의 원료 가스로 변환하여 공정 챔버로 공급하는 기화기 및 원료 공급 장치이다. 본 발명의 실시 형태에 따른 기화기는 액체를 가스로 기화시키는 기화 공간을 가지는 기화 몸체; 액체 원료를 액상 미립자로 입자화하여 상기 기화 공간에 공급하는 입자 발생기; 상기 기화 공간에 구비되며 상기 액상 미립자를 통과시켜 기화 원료를 형성하는 다수의 기화홀이 형성된 기화부; 및 상기 기화 몸체의 외부에 구비되어 상기 기화 몸체를 가열하기 위한 히터;를 포함한다.

Description

기화기 및 원료 공급 장치{Apparatus for vaporizing liquid and supplying material source}
본 발명은 기화기 및 원료 공급 장치에 관한 것으로서, 액체 원료를 기화하여 기상 상태의 원료 가스로 변환하여 공정 챔버로 공급하는 기화기 및 원료 공급 장치이다.
최근 들어 반도체 소자의 선폭이 미세화(100nm 이하)되고, 반도체 기판의 대형화 및 박막 적층의 미세화 및 다층화에 따라 균일한 복합막의 도포와 높은 스텝커버리지(step coverage) 특성이 요구되고 있다. 특히, 반도체 장치의 집적도가 증가하여 패턴의 디자인 룰이 작아짐에 따라서 소자의 미세 패턴 간의 전기적 절연을 위한 복합막 증착 기술이 중요시되고 있다. 예를 들어, 나노스케일 모스펫(Nanoscale MOSFET)을 제작하기 위해서 매우 작은 선폭을 갖는 라인 패턴 등을 가져야 하는데, 이러한 라인 패턴들을 구현하기 위해서 하드마스크 등을 식각마스크로 이용한 식각공정으로 구현한다. 이와 같은 하드마스크는 기판 위에 질화막, TEOS(TetraEthOxySilane) 산화막이 반복 적층된, 즉, 이종박막이 교대 적층된 복합막이 사용될 수 있다.
일반적으로 PECVD(Plasma enhanced chemical vapor deposition)는 이종의 박막을 증착하기 위해서 기체 및 액상의 원료를 이용한 플라즈마를 각각 형성해야 하며, 이러한 플라즈마를 형성하기 위해서는 반응기에 저압 처리 기체를 주입한 후 전기장을 생성하도록 전기 에너지를 인가해주어야 한다. 또한 반응기 내부에 안정적 플라즈마를 형성하기 위해서 기체 또는 액상 원료부터 기화된 가스를 안정화시킨 후 챔버 내에 공급하여야 한다.
기판 처리 장치는 기판의 처리가 이루어지는 챔버와, 챔버 내부에 기판 처리를 위한 공정가스를 공급하는 유체공급수단을 포함한다. 여기에서 유체공급수단은 소스가스의 원료를 액체 상태로 저장하는 원료저장부와, 액상의 원료를 기화시키는 기화기와, 각 구성요소들을 연결하는 도관 및 유체의 흐름을 조절하는 복수 개의 밸브들을 포함한다. 이때, 기화기에는 반응가스나 캐리어 가스 등이 공급되어 기화기에서 기화된 소스가스와 함께 챔버로 공급된다.
그러나 대용량의 소스 공급 시에는 순간적인 기화 몸체 내의 온도감소로 인하여 액화 현상이 발생한다. 이에 따라 공급관이나 기화기에 막힘 현상이 발생하여 가스의 흐름을 방해하여 공정을 안정적으로 수행할 수 없는 문제점이 있다. 또한, 액화물이 기화기나 공급관을 손상시켜 교체 주기가 짧아져 설비의 유지 보수 비용이 증가하는 문제점이 있다. 또한 순간적으로 기화 몸체 내로 많은 양의 원료의 유입으로 인해 안정적인 흐름을 갖지 못하고 유량이 순간적으로 높아지는 유량 헌팅(Flow Hunting)이 발생되는 문제가 있다.
한국공개특허 10-2011-0142477
본 발명의 기술적 과제는 기화 원료를 열에 의하여 기화시킬 때 기화 효율을 향상시키는데 있다. 또한 본 발명의 기술적 과제는 기화 공간 내에 고른 온도 분포를 가지도록 하는데 있다.
본 발명의 실시 형태에 따른 기화기는 액체를 가스로 기화시키는 기화 공간을 가지는 기화 몸체; 액체 원료를 액상 미립자로 입자화하여 상기 기화 공간에 공급하는 입자 발생기; 상기 기화 공간에 구비되며 상기 액상 미립자를 통과시켜 기화 원료를 형성하는 다수의 기화홀이 형성된 기화부; 및 상기 기화 몸체의 외부에 구비되어 상기 기화 몸체를 가열하기 위한 히터;를 포함한다.
상기 기화 몸체는, 상기 입자 발생기에서 입자화된 액상 미립자가 상기 기화 공간으로 유입되도록 형성된 유입구; 및 상기 기화부를 통해 기화된 상기 기화 원료를 외부로 배출하기 위한 배출구;를 포함한다.
상기 입자 발생기는, 액체 원료 공급관에 연결되며 유로가 형성된 액체 원료 유입부; 상기 유입구와 연결되며 상기 기화 공간으로 액상 미립자를 공급하기 위한 액상 미립자 배출부; 및 일단은 상기 액체 원료 유입부에 연결되고 타단은 상기 액상 미립자 배출부에 연결되며, 상기 액체 원료 공급관보다 작은 직경을 가지는 모세관;을 포함한다.
상기 액체 원료 유입부는, 상기 모세관 측으로 갈수록 유로의 단면적이 점차적으로 감소하는 것을 특징으로 한다.
상기 액상 미립자 배출부는, 상기 유입구 측으로 갈수록 유로의 단면적이 점차적으로 증가하는 것을 특징으로 한다.
상기 기화부는, 기둥 몸체에 다수개의 기화홀이 관통되도록 형성되며, 상기 액상 미립자가 상기 기화홀의 내부를 통과하면서 기화된 기화 원료가 수집되는 기화 원료 수집 공간을 포함한다.
본 발명의 실시 형태에 따른 원료공급장치는, 액체를 가스로 기화시키는 기화 공간을 가지는 기화 몸체와, 액체 원료를 액상 미립자로 입자화하여 상기 기화 공간에 공급하는 입자 발생기와, 상기 기화 공간에 구비되며 상기 액상 미립자를 통과시켜 기화 원료를 형성하는 다수의 기화홀이 형성된 기화부와, 상기 기화 몸체의 외부에 구비되어 상기 기화 몸체를 가열하기 위한 히터를 포함한 기화기; 액체 원료 저장부로부터 공급되는 액체 원료를 상기 기화기로 유입 또는 차단하는 액체 원료 개폐 밸브; 상기 기화 원료의 양이 일정한 양을 가지도록 조절하는 기화 원료 조절 밸브; 상기 액체 원료 저장부와 상기 기화 원료 조절 밸브 사이의 제1압력값을 측정하기 위한 제1압력 센서; 상기 기화 원료 조절 밸브와 공정 챔버 사이의 제2압력값을 측정하기 위한 제2압력 센서; 및 상기 제1압력 센서로부터 측정된 제1압력값에 따라서 상기 기화기로 공급되는 액체 원료 유량을 조절하도록 상기 액체 원료 개폐 밸브를 제어하며, 상기 제2압력 센서로부터 측정된 제2압력값에 따라서 상기 공정 챔버로 공급되는 상기 기화 원료를 미리 설정된 기준 범위 내의 유량으로 공급하도록 상기 기화 원료 조절 밸브를 제어하는 유량 제어부;를 포함한다.
본 발명의 실시 형태에 따르면 입자화된 액상 미립자는 표면적이 증가되어 열흡수가 빨리되어 기화 효율이 향상될 수 있다. 또한 본 발명의 실시 형태에 따르면 다수의 기화홀을 구비함으로써, 기화 몸체 전체에 걸쳐 고른 온도 분포를 가지도록 할 수 있다. 또한 본 발명의 실시 형태에 따르면 액체 원료가 입자화되어 기화 몸체로 공급됨으로써, 순간적인 원료 공급으로 인해 유량이 순간적으로 높아지는 유량 헌팅을 방지할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 원료 공급 장치를 도시한 블록도이다.
도 2는 액체 원료가 다수의 액상 미립자로 입자화될 때의 모습을 도시한 그림이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 입자 발생기의 모습을 도시한 그림이다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 입자 발생기의 모습을 도시한 그림이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 기화 몸체를 도시한 그림이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 기화부를 도시한 그림이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예를 더욱 상세히 설명하기로 한다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시 예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시 예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다. 도면상에서 동일 부호는 동일한 요소를 지칭한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 원료 공급 장치를 도시한 블록도이며, 도 2는 액체 원료가 다수의 액상 미립자로 입자화될 때의 모습을 도시한 그림이며, 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 입자 발생기의 모습을 도시한 그림이며, 도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 입자 발생기의 모습을 도시한 그림이며, 도 5는 본 발명의 실시예에 따른 기화 몸체를 도시한 그림이며, 도 6은 본 발명의 실시예에 따른 기화부를 도시한 그림이다.
액체 원료 저장부(70)는 액체 상태의 소스 물질을 저장하며, 액체 원료 개폐 밸브(40)로 액체 원료 물질을 이송한다. 액체 상태(액상)의 소스 물질로 된 액체 원료는 상온 등의 온도에서 액상으로 존재하는 액체 유기 화합물로서 TEOS, Ta2O(C2H5)5, 유기 실란 전구체 등이 해당될 수 있다.
액체 원료 개폐 밸브(40)는 기화 몸체(100)에 공급되는 액체 원료의 개폐를수행하는데, 액체 원료 저장부(70)로부터 공급되는 액체 원료를 기화기(10)로 유입하거나 또는 차단하는 밸브이다. 액체 원료 개폐 밸브(40)는 유압을 통해 제어되는 솔레노이드 밸브 등으로 구현되어, 액체 원료 저장부(70)로부터 공급되는 액체 원료를 유입 또는 차단하여 공급할 수 있다.
기화 원료 조절 밸브(50)는 기화기(10)로부터 배출되는 기화 원료를 공정 챔버(80) 내부로 일정한 양으로 유입되도록 조절하는 밸브이다. 기화 원료 조절 밸브(50)는 피에조 밸브 등으로 구현되어, 유량 제어부(90)의 제어에 의하여 단계적으로 기화 원료의 유입량이 조절될 수 있다. 참고로 공정 챔버(80)는 화학기상증착법(chemical vapor deposition: CVD), 플라즈마화학기상증착법(plasma enhanced chemical vapor deposition: CVD), 원자층증착법(atomic layer deposition: ALD) 등의 다양한 증착 방식을 통하여 기판 처리를 수행하는 챔버이다. 공정 챔버(80)로 공급되는 원료 가스는 가스 형태의 원료 물질이 공급될 수 있으며, 본 발명의 실시예와 같이 액체 원료가 기화기(10)에서 기화된 기화 원료가 공급될 수 있다.
기화 원료 개폐 밸브(60)는 기화 원료 조절 밸브(50)에 의해 조절되어 배출되는 기화 원료를 개방 또는 차단하는 밸브이다. 공정 챔버의 공정에 따라서 기화 원료의 공급을 유지 또는 차단하는 밸브이다.
제1압력 센서(20)는 액체 원료 저장부(70)와 기화 원료 조절 밸브(50) 사이에 위치하여, 액체 원료 저장부(70)에서 기화 원료 조절 밸브(50)로 흐르는 원료의 압력값인 제1압력값을 측정하는 센서이다. 제1압력 센서(20)에서 감지된 제1압력값은 유량 제어부(90)로 제공되어 유량 제어에 활용된다. 제2압력 센서(30)는 기화 원료 조절 밸브(50)와 공정 챔버(80) 사이에 위치하여, 기화 원료 조절 밸브(50)에서 공정 챔버(80)로 흐르는 원료의 압력값인 제2압력값을 측정하는 센서이다. 제2압력 센서(30)에서 감지되는 제2압력값은 유량 제어부(90)로 제공되어 유량 제어에 활용된다.
유량 제어부(90)는 액체 원료 저장부(70)로부터 공급되는 액체 원료가 기화기(10)로 유입 또는 차단되도록 상기 액체 원료 개폐 밸브(40)를 제어하며, 또한 공정 챔버(80)로 유입되는 기화 원료의 양을 미리 설정한 기준 범위 내의 유량으로 일정하게 공급하도록 기화 원료 조절 밸브(50)를 제어한다. 이를 위하여 유량 제어부(90)는 제1압력 센서(20)에서 측정는 제1압력값이 미리 설정한 기준 압력 범위 내를 유지하도록 유량 제어를 한다. 예를 들어, 제1압력값이 미리 설정한 기준 압력 범위보다 낮은 경우, 액체 원료 개폐 밸브(40)의 개도를 열어서 조절 액체 원료가 기화 몸체(100)로 유입되도록 하며, 반대로, 제1압력값이 미리 설정한 기준 압력 범위보다 큰 경우, 액체 원료 개폐 밸브(40)의 개도를 닫아서 액체 원료가 기화 몸체(100)로 유입되지 않도록 한다.
또한 유량 제어부(90)는 제2압력 센서(30)에서 제공되는 제2측정값에 따라서 기화 원료 조절 밸브(50)를 제어하여, 공정 챔버(80)로 유입되는 기화 원료의 양이 일정하게 되도록 조절한다. 예컨대 제2측정값이 미리 설정한 최대값보다 큰 경우 단계적으로 기화 원료의 양을 줄이며, 반대로 제2측정값이 미리 설정한 최소값보다 작은 경우 단계적으로 기화 원료의 양을 늘림으로써, 일정한 양의 기화 원료가 공정 챔버(80)로 공급되도록 한다.
기화기(10)는 액체 원료를 액상 미립자로 입자화하여, 액상 미립자를 기화시켜 기화 원료로 변환시켜 배출한다. 기화기(10)는 일측벽인 상부면을 통하여 액체 원료를 상측을 통해 유입하여, 액상 미립자로 입자화한 후 이를 기화시켜, 맞은편의 타측벽인 하부면을 통하여 기화된 기화 원료를 하측을 통해 배출한다.
이를 위하여 기화기(10)는 액상 미립자로 입자화하는 입자 발생기(200)와, 기화가 이루어지는 기화 몸체(100)와, 액체를 기화시켜 배출하는 기화부(110), 기화 모체를 가열하는 히터(미도시)를 포함한다.
히터(미도시)는 액상 미립자를 기화시키는 기화 몸체(100)의 외부에 마련되어 기화 몸체(1000를 가열한다. 히터는 기화 몸체(100)의 외주면을 감싸 기화 몸체(100)의 온도를 상승시킨다. 히터는 기화 몸체(100)의 외주면에 여러 겹으로 감겨지는 히팅 코일(heating coil)이나 기화 몸체(100)의 외주면을 감싸는 히팅 자켓(heating jacket) 등으로 구성된다. 히터의 일측으로는 히터에 전원을 공급하는 전원선이 연결된다.
입자 발생기(200;atomizer)는 액체 원료를 입자화한 액상(이하, '액상 미립자'라 함)을 기화 몸체(100)의 내부 공간인 기화 공간에 공급한다. 즉, 입자 발생기(200)는 기화 몸체(100)의 내부 공간인 기화 공간에 입자 형태로 분사하여 기화 능률을 향상시킬 수 있다. 액체 원료가 입자화된 액상 미립자는 표면적 증가로 인해 열흡수가 빠르기 때문에 기화 성능을 향상시킬 수 있다. 또한 입자화되어 기화 몸체(100)로 공급되기 때문에, 안정적인 유량 흐름을 갖지 못하고 발생되는 유량 헌팅(Flow Hunting)을 방지할 수 있다. 즉, 입자 발생기(200)는 종래에 기화 몸체(100)의 기화 공간으로 액체 원료를 유입시키는 단순 유입 형태가 아니라 액체 원료를 입자화시켜 공급함으로써, 결과적으로 원료의 표면적이 증가하여 기화 효율 증가 및 유량 헌팅과 같은 안정화 측면에서 성능을 향상시킬 수 있다.
도 2에 도시한 바와 같이 단일의 액체 원료를 다수의 액상 미립자로 입자화할 경우 전체적인 표면적이 증가하게 된다.
단위 예시1 예시2 예시3 예시4
unit value value value value

직경(diameter)
㎛
1,000
100
10
1

1mm 직경을 가지는 액체로부터 입자화된 미립자 수 (number of droplets from a single 1 mm diameter drop)
1.0
1.0E+03
1.0E+0.6
1.0E+0.9

표면적(specific surface)
cm2/g
60
600
6,000
60,000
상술하면, 상기 <표 1>에 나타낸 바와 같이, 단일의 물방울이 더 많은 수의 미립자로 입자화될수록 전체적인 표면적이 증가함을 알 수 있다. 예를 들어, 예시1과 같이 물방울이 미립자로 입자화되지 않고 하나의 물방울로 유지될 경우 1개의 물방울의 표면적이 60cm2/g 밖에 되지 않음을 알 수 있다. 그러나 1개의 물방울이 1.0E+0.9개의 미립자로 분할되는 예시 4의 경우에는, 입자화된 각 미립자의 표면적을 더하면 전체적으로 60,000cm2/g 를 가지게 되어, 예시 1의 하나의 물방울일때의 표면적보다 1000배 더 큰 표면적을 가짐을 알 수 있다.
결국, 액체 물질의 표면적이 증가할수록 열을 받을 수 있는 대상인 표면적이 증가하는 결과를 가져와서, 기화 몸체(100)에서 동일한 열량 및 체류 시간에서 더 큰 기화 효율을 얻을 수 있어 기화가 신속하게 이루어질 수 있다.
입자 발생기(200)가 액체 원료를 다수의 액상 미립자로 입자화하는 방식은, 액체 원료가 모세관(220)을 낙하하며 통과하면서 속도가 음속에 가까운 가스젯을 발생하게 된다. 액체 원료는 액체 원료 공급관(300)을 통하여 일정한 압력으로 제공되는데 액체 원료 공급관(300)보다 아주 작은 직경을 가지는 모세관(220)을 통과하며 액체 원료의 속도가 상승하는 것이다. 이러한 압력과 속도 사이의 관계는 베르누이 정리(bernouli's law) 등을 통해 알려져 있다. 참고로 베르누이 정리는 유체는 좁은 통로를 흐를 때 속력이 증가하고 넓은 통로를 흐를 때 속력이 감소하며, 유체의 속력이 증가하면 압력이 낮아지고, 반대로 감소하면 압력이 높아짐을 알리고 있다.
이렇게 높은 속도를 가지는 가스가 분사되면서 아주 작은 다수의 액상 미립자 형태로 분출되는 것이다. 액상 미립자 형태로 변환됨으로써, 액체 원료의 전체 표면적이 증가되어 기화 몸체(100)에서 동일한 열량 및 체류 시간에서 더 큰 기화 효율을 얻을 수 있어 기화가 신속하게 이루어질 수 있다.
이를 위하여 입자 발생기(200)는 도 3에 도시한 바와 같이 액체 원료 유입부(210), 액상 미립자 배출부(230), 모세관(220)을 포함한다.
액체 원료 유입부(210)는 액체 원료를 공급하는 액체 원료 공급관(300)에 연결되며 유로가 형성되어 있다. 액체 원료 유입부(210)는 액체 원료 공급관(300)에 연결되어, 액체 원료 공급관(300)으로부터 공급되는 액체 원료를 모세관(220)으로 도입한다. 액체 원료 공급관(300)과 모세관(220)은 직경이 다르기 때문에 액체 원료 유입부(210)는, 모세관(220) 측으로 갈수록 유로의 단면적이 점차적으로 감소하는 형태를 가진다. 즉, 액체 원료 공급관(300)에 연결되는 일단에서 모세관(220)에 연결되는 타단으로 갈수록 유로 단면적이 점차적으로 감소하는 형태를 가진다.
액상 미립자 배출부(230)는 유입구(101)와 연결되며 기화 공간으로 액상 미립자를 공급한다. 액상 미립자 배출부(230)는 모세관(220)을 통해 입자화된 액상 미립자를 기화 몸체(100)의 유입구(101)를 통하여 기화 몸체(100) 내부로 공급한다. 모세관(220)에서 배출되는 액상 미립자를 기화 몸체(100) 내부로 고르게 퍼뜨리며 분사하기 위하여 액상 미립 배출부는 배출벽이 경사진 형태를 가지도록 한다. 따라서 액상 미립자 배출부(230)는, 유입구(101) 측으로 갈수록 유로의 단면적이 점차적으로 증가하는 형태를 가진다. 즉, 액상 미립자 배출부(230)는, 상기 모세관(220)에 연결되는 일단에서 유입구(101)에 연결되는 타단으로 갈수록 유로 단면적이 점차적으로 증가되도록 한다.
모세관(220)은 일단이 액체 원료 유입부(210)에 연결되고 타단이 액상 미립자 배출부(230)에 연결되는 관통관으로서, 액체 원료 공급관(300)보다 작은 직경을 가지도록 한다. 따라서 액체 원료 유입부(210)를 통해 유입되는 소정의 압력을 가지는 액체 원료가 모세관(220)을 통과하면서 음속에 가까운 속도로 낙하되며 액상 미립자로서 입자화될 수 있다. 참고로, 모세관(220)을 보호하기 위한 모세관(220) 하우징(250)이 별도로 구비되어 외부로부터 모세관(220)을 보호할 수 있다.
한편, 액상 미립자 배출부(230)는 상기에서 설명한 도 3과 같은 구조를 가질 수 있지만, 이에 한정되지 않고 다양한 형태를 가질 수 있다. 예컨대, 도 4에 도시한 바와 같이 경사 연결면 이외에 기화 몸체(100)와 연결되는 별도의 다양한 형태의 부재(240)를 더 포함할 수 있다.
기화 몸체(100)는 액체를 가스로 기화시키는 내부 공간인 기화 공간을 가진다. 기화 공간에서 기화되는 대상은 입자 발생기(200)를 통해 입자화된 액상 미립자로서, 이러한 액상 미립자가 기화되어 기화 원료가 변환될 수 있다. 기화 몸체(100)는 내부에 빈 공간이 형성된 원통 형상이나 다각기둥 형상 등 다양한 형태를 가질 수 있으며, 예를 들어 본 발명의 실시예에서는 액상 미립자의 유입 방향을 따라 기화 몸체(100)의 내부 공간인 기화 공간의 위치 차이에 의한 기화 효율의 차이를 최소화하고 액상 미립자의 흐름을 균일하게 하기 위하여 원기둥형의 기화 몸체(100)가 사용될 수 있다. 이밖에 다각 기둥 형상의 기화 몸체(100)가 사용될 수 있다. 기화 몸체(100)의 기화 공간으로 유입되는 액체 원료로는 TEOS, Ta2O(C2H5)5, 유기 실란 전구체 등과 같은 액체유기 화학물이 사용되고, 기화 공간 내에서의 기화 과정을 거쳐 SiO2, Ta2O5, Cu 등과 같은 박막을 형성하는 기화 원료로 변환될 수 있다.
도 5에 도시한 바와 같이 기화 몸체(100)는 입자 발생기(200)에서 입자화된 액상 미립자가 기화 공간으로 유입되도록 형성된 유입구(101)와, 기화부의 기화 공간을 통해 기화된 기화 원료가 외부로 배출되는 배출구(102)를 포함한다. 유입구(101)는 입자 발생기(200)의 액상 미립자 배출부(230)에 연결되어, 모세관(220)에서 입자화된 액상 미립자가 액상 미립자 배출부(230)를 통해 배출되어 유입구(101)를 통해 기화 몸체(100) 내부로 유입된다. 또한 배출구(102)는 기화부(110)에서 기화되어 배출되는 통로로서, 기화 원료 공급관(400)에 연결되어 공정 챔버(80)로 기화 원료를 공급할 수 있다. 이러한 유입구(101)와 배출구(102)는 기화 몸체(100)의 길이 방향의 마주보는 양 끝단에 각각 마련된다. 즉, 기화 몸체(100)의 기둥체의 길이 방향으로, 상부면과 유입구(101)가 마련되며, 반대편의 하부면에 배출구(102)가 마련된다. 따라서 액체 입자화된 액상 미립자가 유입구(101)를 통해 유입되어 자유 낙하를 통하여 기화 몸체(100) 내부로 떨어질 수 있으며, 이러한 낙하는 액상 미립자가 기화부(110)를 통과하며 기화되어 배출구(102)를 통해 배출될 수 있다.
한편, 기화 몸체(100) 몸체는 열전도율이 높은 부재를 사용한다. 기화 몸체(100) 주변을 감싸는 히터에 의하여 기화 몸체(100) 몸체를 가열시킴으로써, 기화 몸체(100) 내부에 있는 기화부(110)의 온도를 높일 수 있다. 기화부(110)의 가열에 의하여 열에 의한 기화가 이루어질 수 있다.
또한 액체 상태 또는 기화된 상태의 기화 원료와 직접 접촉하는 기화 몸체(100)의 내주면에는 부식 또는 마찰에 의한 손상 등을 방지하기 위하여 교체가 가능한 금속 보호막이 부착될 수 있다.
한편, 입자 발생기(200)에서 입자화되어 낙하되는 액상 미립자는 기화부(110)를 통과하며 기화된다. 기화부(110)는 기화 공간에 구비되며 상기 액상 미립자를 통과시켜 기화 원료를 형성하는 다수의 기화홀이 형성된다. 기화 몸체(100)의 내부에 마련되어 입자화된 액상 미립자를 다수의 관통된 기화홀 내부로 낙하시켜 기화홀 내에서 기화시킨다. 기화부(110)는 기둥 몸체에 다수개의 기화홀(111)이 형성되어, 액상 미립자가 각 기화홀(111)의 일단부터 끝단을 통과하며 기화될 수 있다.
기화부(110)는 도 6에 도시한 바와 같이 수직체 형태의 기둥 몸체(110a)로 이루어져 상단면(113)과 하단면(114)을 가지며, 기화 원료 수집 공간(112) 및 기화홀(111)을 가진다.
기둥 몸체(110a)는 열전도율이 높은 부재로 되어 있으며, 기둥 몸체(110a)의 외주면은 기화 몸체(100)의 내주면과 접한다. 따라서 기화 몸체(100)가 가열 블럭에 의하여 가열되면, 열 에너지가 기화 몸체(100)의 내주면을 따라 기화부(110)의 기둥 몸체(110a)로 전달되어, 결과적으로 기화부(110)의 기둥 몸체(110a)가 가열될 수 있다. 이밖에 기화부(110)의 기둥 몸체(110a)를 가열시킬 수 있는 별도의 가열 수단(미도시)이 구비되도록 구현할 수 있다.
상단면(113)은 유입구(101)와 마주보는 위치에 마련되어 유입구(101)를 통해 분사되는 액상 미립자가 낙하되는 면이다. 하단면(114)은 상단면(113)의 반대측의 면으로서 액상 미립자가 기둥 몸체(110a)를 통과하며 기화되어 하단면(114)을 향한다.
기화홀(111)은 기둥 몸체(110a)의 길이 방향을 상단면(113)부터 기화 원료 수집 공간(112)까지 관통되어 연결된 다수개의 관통홀이다. 기화홀(111)의 내주면은 가열된 표면을 가지게 되어, 기화홀(111)을 통과하는 액상 미립자를 가열하여 기화시킬 수 있다. 다수개의 기화홀(111)이 형성됨으로써 기둥 몸체(110a)에 고른 온도 분포를 가질 수 있어 기화 효과를 높일 수 있다. 기화홀(111)은 일정한 간격으로 형성될 수 있으며, 경우에 따라서 일정 규칙에 의하여 형성될 수 있다. 또한 기화홀(111)의 직경은 액상 미립자의 직경보다 크게 형성되며, 바람직하게는 1mm의 직경으로 구현할 수 있다.
기화 원료 수집 공간(112)은, 기둥 몸체(110a)의 하단면(114)의 내측에 마련된 밀폐된 공간으로서, 액상 미립자가 기화홀(111)의 내부를 통과하면서 기화된 기화 원료가 수집되는 공간이다. 기화 원료 수집 공간(112)은 배출구(102)에 연결되어, 기화 원료 수집 공간에 수집되는 기화 원료를 배출구(102)를 통하여 기화 원료 공급관(400)을 거쳐 공정 챔버(80)로 공급한다.
한편, 캐리어 가스(carrier gas)가 기화부(110)의 기화 원료 수집 공간(112)으로 유입되어 기화 원료와 함께 배출구(102)를 통하여 기화 원료 공급관(400)에 함께 공급될 수 있다. 캐리어 가스는 Ar(아르곤)과 같은 불활성 기체가 사용될 수 있으며, 기화기(10)에서 기체로 변환된 기화 원료를 배출구(102)를 통하여 공정 챔버(80)로 이송하는 역할을 한다. 캐리어 가스를 저장하는 캐리어 가스 저장부(미도시)는 별도의 공급로와 연결되어 있어 상기 캐리어 가스를 기화기(10)의 기화부(110)의 내부로 이송할 수 있다.
본 발명을 첨부 도면과 전술된 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였으나, 본 발명은 그에 한정되지 않으며, 후술되는 특허청구범위에 의해 한정된다. 따라서, 본 기술분야의 통상의 지식을 가진 자라면 후술되는 특허청구범위의 기술적 사상에서 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 변형 및 수정할 수 있다.
10:기화기 100:기화 몸체
111:기화홀 112:기화원료 수집공간
200:입자 발생기 300:액체 원료 공급관
400:기화 원료 공급관

Claims (7)

  1. 액체를 가스로 기화시키는 기화 공간을 가지는 기화 몸체;
    액체 원료를 액상 미립자로 입자화하여 상기 기화 공간에 공급하는 입자 발생기;
    상기 기화 공간에 구비되며 상기 액상 미립자를 통과시켜 기화 원료를 형성하는 다수의 기화홀이 형성된 기화부; 및
    상기 기화 몸체의 외부에 구비되어 상기 기화 몸체를 가열하기 위한 히터;
    를 포함하는 기화기.
  2. 청구항 1에 있어서, 상기 기화 몸체는,
    상기 입자 발생기에서 입자화된 액상 미립자가 상기 기화 공간으로 유입되도록 형성된 유입구; 및
    상기 기화부를 통해 기화된 상기 기화 원료를 외부로 배출하기 위한 배출구;
    를 포함하는 기화기.
  3. 청구항 2에 있어서, 상기 입자 발생기는,
    액체 원료 공급관에 연결되며 유로가 형성된 액체 원료 유입부;
    상기 유입구와 연결되며 상기 기화 공간으로 액상 미립자를 공급하기 위한 액상 미립자 배출부; 및
    일단은 상기 액체 원료 유입부에 연결되고 타단은 상기 액상 미립자 배출부에 연결되며, 상기 액체 원료 공급관보다 작은 직경을 가지는 모세관;
    을 포함하는 기화기.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 액체 원료 유입부는, 상기 모세관 측으로 갈수록 유로의 단면적이 점차적으로 감소하는 것을 특징으로 하는 기화기.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 액상 미립자 배출부는, 상기 유입구 측으로 갈수록 유로의 단면적이 점차적으로 증가하는 것을 특징으로 하는 기화기.
  6. 청구항 2에 있어서, 상기 기화부는,
    기둥 몸체에 다수개의 기화홀이 관통되도록 형성되며, 상기 액상 미립자가 상기 기화홀의 내부를 통과하면서 기화된 기화 원료가 수집되는 기화 원료 수집 공간을 포함하는 기화기.
  7. 청구항 1 내지 청구항 6 중 어느 하나의 항으로 이루어진 기화기;
    액체 원료 저장부로부터 공급되는 액체 원료를 상기 기화기로 유입 또는 차단하는 액체 원료 개폐 밸브;
    상기 기화 원료의 양이 일정한 양을 가지도록 조절하는 기화 원료 조절 밸브;
    상기 액체 원료 저장부와 상기 기화 원료 조절 밸브 사이의 제1압력값을 측정하기 위한 제1압력 센서;
    상기 기화 원료 조절 밸브와 공정 챔버 사이의 제2압력값을 측정하기 위한 제2압력 센서; 및
    상기 제1압력 센서로부터 측정된 제1압력값에 따라서 상기 기화기로 공급되는 액체 원료 유량을 조절하도록 상기 액체 원료 개폐 밸브를 제어하며, 상기 제2압력 센서로부터 측정된 제2압력값에 따라서 상기 공정 챔버로 공급되는 상기 기화 원료를 미리 설정된 기준 범위 내의 유량으로 공급하도록 상기 기화 원료 조절 밸브를 제어하는 유량 제어부;
    를 포함하는 원료 공급 장치.

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