KR20160099765A - 원료 공급기 및 기판 처리 장치 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 내부에 공간을 형성하며 적어도 일 방향으로 개방되는 원료 분사관과, 상기 원료 분사관의 출구부로부터 이격되며 상기 원료 분사관의 입구부를 감싸도록 형성되는 블록과, 내부에 원료가 통과되는 공간을 가지며 적어도 일부가 상기 블록의 내부를 관통하여 장착되고 상기 블록의 내부에서 상기 원료 분사관의 일측에 연결되는 원료 공급관과, 상기 원료 분사관의 내부에 가스를 공급하도록 상기 블록의 내부를 관통하여 장착되며, 내부에 가스가 통과되는 공간을 가지는 가스 유입관과, 내부에 원료가 기화되는 공간을 가지며 상기 블록의 외측으로 이격되어 상기 원료 분사관의 출구부에 연결되는 챔버와, 상기 챔버의 적어도 일부를 감싸는 히팅블록을 포함하는 원료 공급기 및 이에 적용되는 기판 처리 장치로서, 원료 막힘을 억제 또는 방지 가능하도록 구조가 개선된 원료 공급기 및 이에 적용되는 기판 처리 장치가 제시된다.
Description
본 발명은 원료 공급기 및 기판 처리 장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 원료 막힘을 억제 또는 방지 가능한 원료 공급기 및 이를 구비하는 기판 처리 장치에 관한 것이다.
액상 원료를 기화시켜 기판 상에 박막을 증착하는 장치에는 예컨대 대한민국 공개특허공보 제10-2011-0129133호 및 대한민국 공개특허공보 제10-2010-0067936호 등에 제시되고 있는 바와 같이, 액체 상태의 원료를 가열하여 기화시키는 기화기가 구비된다.
한편, 종래의 기화기는 액상 원료를 분사하는 관의 토출구가 히팅블록으로 둘러싸인 챔버 내부로 돌출되거나 또는 챔버의 내부에 직접 노출되는 구조였다. 이에, 기판에 박막을 증착하는 공정을 진행하는 동안 액상의 원료가 토출구 부근에서 열분해 또는 변질되며 토출구를 막거나 좁히는 등의 경우가 있어, 공정이 중단되는 등의 문제점이 있었다.
또한, 종래의 기화기는 액상 원료의 유량을 정밀 제어하도록 구비되는 제어밸브의 압전변환기와 다이어프램을 공압 피스톤으로 눌러 액상 원료의 이동 경로를 차단하는 구조였다. 따라서, 박막 증착 공정이 완료되어 액상 원료의 이동 경로를 차단하는 과정에서 다이어프램에는 4㎏f/㎠ 내지 7㎏f/㎠의 압력이 순간적으로 가해지게 되어, 공정을 반복 실시하는 동안 다이어프램이 손상되는 경우가 있었으며, 이에 액상 원료의 유량을 정밀하게 제어하지 못하는 등의 문제점이 있었다.
본 발명은 원료의 막힘을 억제 또는 방지 가능한 원료 공급기를 제공한다.
본 발명은 원료의 유량 제어 및 공급 차단을 독립적으로 제어 가능한 원료 공급기를 제공한다.
본 발명은 기판을 처리하는 챔버의 내부로 기화된 원료를 안정적으로 공급 및 분사 가능한 기판 처리 장치를 제공한다.
본 발명의 실시 형태에 따른 원료 공급기는 내부에 공간을 형성하며, 적어도 일 방향으로 개방되는 원료 분사관; 상기 원료 분사관의 출구부로부터 이격되며, 상기 원료 분사관의 입구부를 감싸도록 형성되는 블록; 내부에 원료가 통과되는 공간을 가지며, 적어도 일부가 상기 블록의 내부를 관통하여 장착되고, 상기 블록의 내부에서 상기 원료 분사관의 일측에 연결되는 원료 공급관; 및 상기 원료 분사관의 내부에 가스를 공급하도록 상기 블록의 내부를 관통하여 장착되며, 내부에 가스가 통과되는 공간을 가지는 가스 유입관;을 포함한다.
상기 원료 분사관의 외주면과 연결되는 상기 블록의 일측 외부면의 적어도 일부에 접촉하여 배치되는 단열부재;를 포함할 수 있다.
상기 원료의 유량을 조절 가능하도록 상기 블록의 외측에서 상기 원료 공급관의 일측에 장착되는 제어밸브; 및 상기 원료의 공급을 차단 가능하도록 상기 블록의 외측에서 상기 원료 공급관의 타측에 장착되는 차단밸브;를 포함할 수 있다.
상기 원료 분사관은 일 방향으로 연장되어 형성되고, 상기 원료 분사관의 입구부는 상기 가스 유입관에 연결될 수 있다.
상기 원료 분사관의 내부 너비는 상기 원료 분사관의 입구부 너비보다 크게 형성될 수 있다.
상기 블록은 내부에 공간을 가지는 외피형 구조의 블록 및 내부가 채워지는 일체형 구조의 블록 중 어느 하나를 포함할 수 있다.
상기 원료 공급관은 상기 원료 분사관의 입구부 부근에서 상기 원료 분사관의 상기 일측에 연결되되, 상기 원료 분사관의 입구부보다 낮은 위치에서 상기 원료 분사관에 교차하는 방향으로 연결될 수 있다.
내부에 원료가 기화되는 공간을 가지며, 상기 블록의 외측으로 이격되어 상기 원료 분사관의 출구부에 연결되는 챔버; 및 상기 챔버의 적어도 일부를 감싸는 히팅블록;을 더 포함할 수 있다.
상기 챔버 및 블록의 사이에 설치되는 단열부재는 상기 챔버 및 블록 각각의 서로 마주보는 면을 감싸도록 배치될 수 있다.
상기 원료 분사관의 출구부는 상기 원료 분사관의 출구부가 관통 연결되는 상기 챔버의 일측 내부면과 동일면 상에 개방될 수 있다.
상기 원료 공급관은 상기 원료 분사관의 출구부로부터 5㎜ 내지 10㎜의 범위로 이격되도록 상기 원료 분사관의 상기 일측에 연결될 수 있다.
본 발명의 실시 형태에 따른 기판 처리 장치는 내부에 기판을 처리하는 공간이 형성되는 기판 처리 챔버; 상기 기판 처리 챔버 내부에 배치되는 기판 지지대; 상기 기판 지지대와 대향 배치되며, 상기 기판 지지대를 향하여 유체를 분사 가능하도록 형성되는 유체 분사기; 및 상기 기판 처리 챔버의 외측에서 상기 유체 분사기에 연결되며, 내부에 원료가 기화되는 공간이 형성되는 기화부 및 상기 기화부로부터 이격되는 위치에서 상기 기화부의 내부에 상기 원료를 분사 가능하도록 상기 기화부에 연결되는 분사부를 구비하는 원료 공급기;를 포함한다.
상기 원료 공급기는, 상기 기화부 및 분사부의 사이에서 상기 기화부 및 분사부 각각의 서로 마주보는 면을 감싸도록 배치되는 단열부재;를 포함할 수 있다.
상기 기화부는, 내부에 원료가 기화되는 공간을 가지는 챔버 및 상기 챔버의 내부로 열을 공급 가능하도록 상기 챔버의 적어도 일부를 감싸는 히팅블록;을 포함하고, 상기 히팅블록은 상기 챔버를 감싸도록 형성되되, 상기 단열부재와 접촉하는 상기 챔버의 일측을 제외한 나머지의 적어도 일부를 감싸도록 형성될 수 있다.
상기 분사부는, 상기 챔버의 외측에서 상기 챔버를 향하는 방향으로 연장되고, 출구부가 상기 챔버와 연통하는 원료 분사관; 상기 챔버의 외측으로 이격되어 상기 원료 분사관의 입구부를 감싸도록 형성되며, 상기 원료 분사관의 외주면과 연결되는 일측 외부면이 상기 단열부재와 접촉하는 블록; 및 내부에 원료가 통과되는 공간을 가지며, 적어도 일부가 상기 블록의 내부를 관통하여 상기 블록의 내부에서 상기 원료 분사관의 일측에 연결되는 원료 공급관;을 포함할 수 있다.
상기 분사부는, 상기 원료의 유량 조절과 상기 원료의 공급 차단을 독립적으로 제어 가능하도록 상기 블록의 외측에서 상기 원료 공급관의 복수의 위치에 각각 장착되는 복수개의 밸브;를 더 포함할 수 있다.
상기 분사부는, 내부에 가스가 통과되는 공간을 가지며, 상기 블록의 내부를 관통하여 상기 원료 분사관의 입구부에 연결되는 가스 유입관; 상기 가스 유입관의 내부 압력을 측정 가능하도록 상기 블록에 장착되는 센서; 및 상기 원료 공급기의 외측에서 상기 가스 유입관에 연결되며, 상기 센서에서 측정되는 상기 내부 압력을 이용하여 가스의 공급을 제어하는 가스 공급원;을 더 포함할 수 있다.
상기 원료 분사관의 입구부 너비는 상기 분사관의 내부 너비보다 작게 형성되며, 상기 원료 분사관의 출구부는 상기 원료 분사관의 출구부가 관통 연결되는 상기 챔버의 일측 내부면과 동일면 상에 개방될 수 있다.
상기 원료 공급관은 상기 원료 분사관보다 낮은 위치에서 상기 원료 분사관에 교차하는 방향으로 연결되되, 상기 원료 분사관의 출구부로부터 5㎜ 내지 10㎜의 범위로 이격되도록 연결될 수 있다.
본 발명의 실시 형태에 따르면 액상 원료가 기화되는 챔버 내의 열이 상기의 챔버에 액상 원료를 분사하는 원료 공급관의 출구부로 직접 전달되는 것을 억제 또는 방지하도록 구조가 개선되어, 액상 원료를 기화시키는 과정에서의 원료 공급관의 출구부 원료 막힘을 억제 또는 방지할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시 형태에 따르면 액상 원료가 기화되는 상기의 챔버 내로 액상 원료가 공급되는 동안 공급되는 액상 원료의 유량 제어 및 공급 차단을 각각 독립적으로 제어 가능하도록 액상 원료의 공급을 차단하는 차단밸브를 별도로 더 구비하는 방식으로 그 구조가 개선되어, 액상 원료의 유량을 제어하는 제어밸브의 손상을 억제 또는 방지할 수 있다. 이때, 액상 원료의 공급을 차단하는 밸브를 상시 닫힘 방식의 공압 밸브 구조로 구비할 수 있고, 이에 전체 설비 전원의 비상 차단 시에 별도의 밸브 제어 없이 액상 원료의 공급을 신속하게 차단할 수 있다.
예컨대 액상 원료를 기화시켜 기판 상에 박막을 증착하는 기판 처리 장치에 적용되는 경우, 상기한 바와 같이 액상 원료를 안정적으로 기화시킬 수 있음에 따라, 기판 처리 장치의 챔버 내부로 기화된 원료를 안정적으로 공급 및 분사 가능하여 기판 처리 공정의 생산성을 향상시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 기판 처리 장치를 설명하기 위한 도면.
도 2 및 도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 원료 공급기를 설명하기 위한 도면.
도 2 및 도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 원료 공급기를 설명하기 위한 도면.
이하, 첨부된 도면을 참조하여, 본 발명의 실시 예를 더욱 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시 예에 한정되는 것이 아니며, 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이다. 단지 본 발명의 실시 예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 해당 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위하여 제공되는 것이다. 본 발명의 실시 예를 설명하기 위하여, 도면은 과장되거나 확대될 수 있으며, 도면상에서 동일 부호는 동일한 요소를 지칭한다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 기판 처리 장치를 도시한 개략도이고, 도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 기화기를 도시한 개략도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 기판 처리 장치는 내부에 원료가 담기는 원료 저장부(10), 원료 저장부(10)에 연결되는 유량 조절부(20), 유량 조절부(20)에 연결되는 원료 공급기(300), 내부에 기판을 처리 가능한 공간이 형성되는 기판 처리 챔버(40), 기판(S)을 지지 가능하도록 기판 처리 챔버(40)의 내부에 배치되는 기판 지지대(60), 기판 처리 챔버(40)의 내부에서 기판 지지대(60)와 대향 배치되며, 원료 공급기(300)로부터 유체를 공급받아 기판 지지대(60)를 향하여 이를 분사 가능하도록 형성되는 유체 분사기(50), 기판 처리 챔버(40)의 외측에서 유체 분사기(50)에 연결되는 반응가스 공급부, 기판 처리 챔버(40)의 외측에서 유체 분사기(50)에 연결되는 퍼지가스 공급부를 포함한다.
원료(1)는 액상 원료 예컨대 액상의 TEMAZr Source 및 TEOS 등을 포함할 수 있으며, 이 외에도 기판 상에 형성하고자 하는 다양한 박막에 대응하는 각종 원료를 더 포함할 수 있다. 한편, 원료는 유량 조절부(20) 및 원료 공급기(300) 등과 원료 저장부(10)의 사이를 연결하는 공급라인들의 내부 세정이 가능한 세정 원료를 더 포함할 수 있으며, 이때, 세정 원료는 핵산 및 에탄올 등을 포함할 수 있다.
원료 저장부(10) 예컨대 캐니스터(Canister)는 내부에 공간을 가지는 용기의 형상으로 형성된다. 원료 저장부(10)의 하부에는 제1 공급라인(11) 및 제2 공급라인(13)이 각각 연결될 수 있고, 도면으로 도시하지는 않았으나, 원료 저장부(10)의 상부에는 푸시가스 공급라인(미도시)이 연결될 수 있다. 이때, 제1 공급라인(11) 및 제2 공급라인(13)에는 각각 제1밸브(12) 및 제2밸브(14)가 구비되고, 이에 각각의 공급라인은 그 내부 개도가 조절될 수 있다.
원료 저장부(10)는 적어도 하나 이상 구비될 수 있으며, 제1 공급라인(11)에서 원료 등을 공급받아 이를 내부에 임시 저장하였다가, 기판을 처리하는 공정이 진행되는 동안 내부에 저장된 원료를 원료 공급기(300)로 일정하게 공급하는 버퍼의 역할을 할 수 있다. 이를 위하여, 원료 저장부(10)의 내부에는 푸시가스가 주입되며, 주입되는 푸시가스에 의하여 원료 저장부(10) 내부의 원료를 밀어내는 방식으로 원료 공급기(300)에 원료를 일정하게 공급 가능하다. 이때, 상기의 푸시가스는 불활성 가스 예컨대 네온 가스, 아르곤 가스 및 헬륨 가스일 수 있다.
원료 저장부(10) 내부의 원료는 푸시가스의 주입에 의하여 제2 공급라인(13)의 내부로 유입되고, 제2 공급라인(13)에 연결되는 유량 조절부(LMFC)를 통과하며 목적하는 유량 및 압력으로 제어되어 원료 공급기(300)로 공급된다.
유량 조절부(20)는 원료 공급기(300)와 원료 저장부(10)의 사이를 연결하여 장착되고, 원료 공급기(300)로 공급되는 원료의 유량을 정밀하게 측정 및 제어하는 역할을 한다. 유량 조절부(20)와 원료 공급기(300)의 사이에는 제3 공급라인(21)이 연결되며, 제3 공급라인(21)에는 제3밸브(22)가 장착되고, 이에 공급라인은 그 내부 개도가 조절될 수 있다. 제3 공급라인(21)의 단부에는 원료 공급기(300)의 후술하는 원료 공급관(340)이 연결된다.
본 발명의 실시 예에 따른 원료 공급기(300)는 후술하는 기판 처리 챔버(40)의 외측에서 유량 조절기(20)와 후술하는 유체 분사기(50)의 사이를 연결하여 장착되며, 유량 조절기(20)로부터 액상 원료를 공급받아 이를 내부에서 기화시키고, 이어 유체 분사기(50)의 내부로 공급하는 역할을 한다.
이를 위하여, 원료 공급기(300)는 내부에 원료가 기화되는 공간이 형성되는 기화부 및 상기의 기화부로부터 이격되는 위치에서 기화부의 내부에 원료를 분사 가능하도록 상기의 기화부에 연결되는 분사부를 포함하고, 또한, 기화부 및 분사부의 사이에서 기화부 및 분사부 각각의 서로 마주보는 면을 감싸도록 배치되는 단열부재(350)를 더 포함할 수 있다.
여기서, 상기의 기화부는 내부에 원료가 기화되는 공간을 가지는 챔버(310), 챔버(310)의 내부로 소정의 열을 공급 가능하도록 챔버(310)의 적어도 일부를 감싸 형성되되 단열부재(350)와 접촉하는 챔버(310)의 일측을 제외한 나머지의 적어도 일부를 감싸 형성되는 히팅블록(370)을 포함할 수 있다.
또한, 상기의 분사부는 챔버(310)의 외측에서 챔버(310)를 향하는 방향으로 연장되고 출구부(322)가 챔버(310)와 연통하는 원료 분사관(320), 챔버(310)의 외측으로 이격되어 원료 분사관(320)의 입구부(321)를 감싸도록 형성되며 원료 분사관(320)의 외주면과 연결되는 일측 외부면이 단열부재(350)와 접촉하는 블록(330), 내부에 원료가 통과되는 공간을 가지며 적어도 일부가 블록(330)의 내부를 관통하여 블록(330)의 내부에서 원료 분사관(320)의 일측에 연결되는 원료 공급관(340), 원료의 유량 조절과 원료의 공급 차단을 독립적으로 제어 가능하도록 블록(330)의 외측에서 원료 공급관(340)의 복수의 위치에 각각 장착되는 복수개의 밸브(360a, 360b), 내부에 가스가 통과되는 공간을 가지며 블록(330)의 내부를 관통하여 원료 분사관(320)의 입구부에 연결되는 가스 유입관(380), 가스 유입관(380)의 내부 압력을 측정 가능하도록 블록(330)에 장착되는 센서(390), 블록(330)의 외측에서 가스 유입관(380)에 연결되며 센서(390)에서 측정되는 가스 유입관(380)의 내부 압력을 이용하여 가스의 공급을 제어하는 가스 공급원(380a)을 포함할 수 있다.
한편, 액상의 원료를 기화가 용이한 출구 압력, 밀도 및 액적의 크기로 제어하며 기화부에 공급하도록, 원료 공급관(340)의 출구부는 내부의 너비 예컨대 내경이 상대적으로 좁게 형성되어야 한다. 이에, 원료 공급관(340)의 출구부가 소정의 온도 이상으로 과열되는 경우, 원료 공급관(340)을 통과하는 원료가 열분해 또는 변질되며 원료 공급관(340)의 출구부에 고착되어 그 내부를 쉽게 막을 수 있다. 이를 방지하도록, 원료 공급관(340)의 출구부 온도는 원료의 열분해 및 변질이 억제 또는 방지되는 소정의 온도 범위 내에서 항시 제어되어야 한다. 이에, 본 발명의 실시 예에 따른 원료 공급기(300)는 하기와 같은 기술적인 특징을 가짐으로써, 원료 공급관(340)의 출구부 과열을 억제 또는 방지 가능하다. 원료 공급관(340)의 출구부 과열을 억제 또는 방지 가능한 원료 공급기(300)의 기술적인 특징은 다음과 같다.
상기한 바와 같이 원료 공급기(300)는 기화부가 분사부로부터 이격되어 연결됨에 따라 기화부로 공급되는 열이 분사부로 전달 예컨대 전도되는 것이 억제 또는 방지될 수 있다. 또한, 기화부와 분사부의 사이에 단열부재(350)가 배치됨에 따라, 기화부로 공급되는 열이 분사부로 직접 복사되거나 기화부와 분사부의 사이의 대류에 의해 간접 전달되는 것을 억제 또는 방지 가능하다. 또한, 분사부의 구조가 원료 공급관(340)에 대하여 상대적으로 열용량 및 체적이 큰 블록(330)으로 원료 공급관(340)의 출구부를 감싸는 구조임에 따라 기화부의 열이 원료 공급관(340)으로 전달되더라도 이를 블록(300)을 이용하여 외부로 발산 함으로써 원료 공급관(340)의 온도 상승을 억제 또는 방지 가능하다.
이로부터 원료 공급기(300)는 원료 공급관(340)의 출구부 막힘을 억제 또는 방지할 수 있다. 즉, 원료 공급관(340) 및 원료 분사관(320)이 과열되는 것을 억제 또는 방지하여 원료 공급관(340)의 출구부 온도를 목적하는 온도 범위로 제어할 수 있고, 이에, 원료가 원료 공급관(340)의 부근에서 열분해되거나 변질되며 원료 공급관(340)의 출구부에 고착되는 것을 억제 또는 방지할 수 있다.
하기에서는 도 1에 도시되고 있는 기판 처리 장치의 나머지 구성부들을 먼저 설명한 후에, 본 발명의 실시 예에 따른 원료 공급기(300)의 세부 구성부들을 더욱 구체적으로 설명한다.
기판 처리 챔버(40)는 내부에 기판을 처리하는 공간을 가지는 다양한 형상의 용기일 수 있다. 또한, 도면으로 도시하지는 않았으나, 기판 처리 장치(40)에는 기판(S)이 출입하는 출입구, 기판 처리 챔버 내부의 압력을 조절하는 압력 조절수단 및 기판 처리 챔버의 내부를 배기시키는 배기수단 등이 형성될 수 있다. 물론, 기판 처리 챔버(40)의 구성 및 방식은 다양하게 변경될 수 있다.
유체 분사기(50)는 예컨대 기판 처리 챔버(40)의 내부 상측에 배치될 수 있고, 기판 처리 챔버(40)의 내부 하측을 바라보는 일면에는 샤워 헤드가 구비될 수 있다. 유체 분사기(50)의 상측 단부는 기판 처리 챔버(40)의 외측으로 돌출되며, 돌출된 유체 분사기(50)의 상측 단부에는 원료 공급기(300) 및 후술하는 반응가스 공급부 및 퍼지가스 공급부가 각각 연결될 수 있다.
기판 지지대(60)는 예컨대 기판 처리 챔버(40)의 내부 하측에 배치되되, 유체 분사기(50)와 대향되도록 배치될 수 있다. 기판 처리 챔버(40)의 내부 상측을 바라보는 기판 지지대(60)의 상부면에는 기판이 안착 가능한 소정의 지지면이 형성될 수 있고, 상기의 지지면에는 진공척 또는 정전척 등이 구비될 수 있다. 또한, 기판 지지대(60)의 지지면에는 가열수단(미도시)이 구비될 수 있으며, 가열수단을 이용하여 기판(S)을 목적하는 온도로 제어 가능하다.
반응가스 공급부는 내부에 반응가스가 저장되는 소정 공간이 형성되는 반응가스 저장부(71), 반응가스 저장부(71)와 유체 분사기(50)의 상측 단부 사이를 연결하도록 장착되는 반응가스 공급라인(72) 및 반응가스 공급라인(72)에 장착되어 이의 내부 개도를 조절하는 반응가스 공급조절밸브(73)를 구비한다. 이때, 반응가스는 기판 처리 공정에 대응하여 다양하게 선택되며, 예컨대 기판 상에 ZrO2 박막을 형성하는 경우, 반응가스로 오존(O3) 등이 선택될 수 있다. 퍼지가스 공급부는 내부에 퍼지가스가 저장되는 소정 공간이 형성되는 퍼지가스 저장부(81), 퍼지가스 저장부(81)와 유체 분사기(50)의 상측 단부 사이를 연결하도록 장착되는 퍼지가스 공급라인(82) 및 퍼지가스 공급라인(82)에 장착되어 내부 개도를 제어하는 퍼지가스 공급조절밸브(83) 등을 구비한다. 이때, 퍼지가스는 예컨대 아르곤 가스 등을 포함할 수 있다.
이하에서는 도 1 내지 도 3을 참조하여, 원료 공급기(300)의 세부 구성부들을 상세하게 설명하며, 이때, 이의 실시 예로서 원료 공급기(300)가 기판 상에 소정의 박막을 화학 증착하는 기판 처리 장치에 적용되는 경우를 기준으로 하여 설명한다. 물론, 본 발명의 실시 예에서는 원료 공급기(300)가 적용되는 장치로서 상기한 바와 같이 기판 상에 박막을 형성하는 기판 처리 장치를 예시하나, 원료 공급기(300)는 이 외에도 기화된 각종 원료를 공급받는 다양한 장치들에도 적용될 수 있다.
챔버(310)는 내부에 원료가 기화되는 소정 크기의 공간을 가지는 예컨대 원통 형상으로 형성될 수 있으며, 그 내부면에는 원료와의 접촉에 의한 부식 또는 마찰을 방지 가능하도록 소정의 금속 라이너(미도시)가 구비될 수 있다. 챔버(310)는 블록(330)의 외측으로 이격된 위치에서 원료 분사관(320)의 출구부(322)에 연결될 수 있다. 챔버(310)의 외측 하부에서 챔버(310)를 관통하여 제4 공급라인(312)이 연결될 수 있으며, 제4 공급라인(312)의 일측에는 제4밸브(313)가 구비되고, 제4 공급라인(312)의 단부는 유체 분사기(50)에 연결될 수 있다.
챔버(310)의 외주면에는 히팅블록(370)이 구비될 수 있으며, 히팅블록(370)은 챔버(310)의 내부로 열을 공급 가능한 다양한 구성 및 방식일 수 있다. 예컨대 히팅블록(370)은 인가되는 전원에 의하여 열을 발생시키는 전열선이 내부에 구비되는 중공형의 블록일 수 있다.
원료 분사관(320)은 내부에 공간이 형성되며, 적어도 일 방향으로 개방되는 중공형의 원통체 형상으로 제작될 수 있다. 원료 분사관(320)은 챔버(310)의 외측에서 챔버(310)를 향하여 예컨대 일 방향으로 소정 길이 연장되며, 원료 분사관의 출구부(322)는 챔버(310)를 관통하여 장착되고, 원료 분사관의 입구부(321)는 가스 유입관(380)을 관통하여 장착될 수 있다. 이때, 원료 분사관(320)의 입구부 부근의 일측에는 원료 공급관(340)이 연결될 수 있다.
원료 분사관(320)은 원료를 챔버(310)보다 미리 공급받아 원료의 액적을 목적하는 입도로 제어함과 함께 원료(1)를 가스(2) 예컨대 캐리어 가스와 고르게 혼합하여, 원료와 가스의 혼합 유체(3)를 소정의 유속 및 유량으로 챔버(310)의 내부로 공급하는 역할을 한다.
이를 위하여, 원료 분사관(320)의 내부 너비 예컨대 내경은 원료 분사관의 입구부(321) 너비 및 원료 공급관(340)의 내부 너비보다 크게 형성될 수 있다. 이에 원료 분사관의 입구부(321) 및 원료 공급관(340)을 각각 통과하여 원료 분사관(320)의 내부로 분사되는 가스(2) 및 원료(1)가 원료 분사관(320)의 내부에서 확산되며 원활하게 혼합되어 챔버(310)의 내부로 공급될 수 있다.
이처럼 본 발명의 실시 예에서는 원료와 가스가 챔버(310)로 공급되기 직전에 원료 분사관(320)의 내부에서 혼합되며, 이에 원료의 액적을 목적하는 입도로 조절하기 용이하게 조절 가능하다. 이로부터 원료는 챔버(310)의 내부에서 원활하게 기화될 수 있다.
또한, 상술한 구조 즉, 원료 분사관(320)의 입구부 부근에 원료 공급관(340)이 연결되는 구조에서 나타나는 바와 같이 원료 분사관(320)은 원료 공급관(340)이 챔버(310)의 내부에 직접 노출되는 것을 방지하는 역할을 한다. 따라서, 챔버(310) 내부의 열이 원료 공급관(340)까지 전달되는 동안 원료 분사관(320)을 거치며 원료 분사관(320)을 감싸는 블록(330)으로 전달되어 소산되고, 이에 원료 공급관(340)의 출구부 온도가 종래보다 낮아질 수 있으며, 특히, 원료가 열분해 또는 변질되는 온도 미만의 온도 범위까지 낮아질 수 있다.
한편, 챔버(310)의 내부에서 원료 분사관(320)으로의 열 전달을 억제하도록, 원료 분사관의 출구부(322)는 원료 분사관의 출구부(322)가 관통 연결되는 챔버의 일측 내부면(311)과 동일면 상에 개방되는 구조로 형성될 수 있다. 즉, 엄밀하게는 원료 분사관의 출구부(322)는 챔버(310)의 내부와 연결되되, 챔버(310)를 관통하여 그 내부로 돌출되거나 연장되지 않는다.
이처럼 원료 분사관의 출구부(322)가 챔버(310)의 상술한 일측 내부면(311)과 동일면 상에 개방됨에 따라, 챔버(310)의 내부면에 대한 원료 분사관(320)의 노출 면적을 최소화 할 수 있고, 이에 원료 분사관(320)으로의 열전달이 더욱 감소될 수 있다.
블록(330)은 소정의 체적 및 표면적을 가지는 다양한 형상의 다면체 블록일 수 있으며, 예컨대 수직 방향으로의 단면 형상이 육각형이고, 수평 방향으로의 단면 형상이 사각형인 다면체 블록일 수 있다. 블록(330)은 챔버(310)의 외측에서 원료 분사관의 출구부(322)로부터 이격되어 원료 분사관의 입구부(321)를 감싸도록 형성될 수 있다. 블록(330)은 원료 분사관(320) 및 원료 공급관(340) 등을 안정적으로 지지함과 함께 원료 분사관(320) 및 이에 연결된 원료 공급관(340)으로부터 열을 전달받아 외부로 원활하게 발산시키는 역할을 한다. 이를 위하여 블록(330)은 원료의 기화 온도 범위에서 그 형상 및 물성을 유지 가능하며, 원료 공급관(340)의 온도 증가를 억제 또는 방지 가능한 소정의 열용량을 가지는 다양한 금속(metal) 재질로 제작될 수 있다.
또한, 블록(330)은 상기의 역할들을 수행 가능한 체적 및 표면적을 가지는 것을 만족하는 다양한 형상의 다면체 블록으로 형성되되, 열을 외부로 발산하기 용이하도록 그 내부에 공간을 가지는 외피형 구조의 블록 및 내부가 채워지는 일체형 구조의 블록 중 어느 하나를 포함할 수 있다.
본 발명의 실시 예에서는 내부가 소정의 금속으로 가득 채워지며, 금속 재질의 내부를 관통하여 원료 분사관(320), 원료 공급관(340) 및 가스 유입관(380)이 형성되는 블록(330)을 예시한다. 이에, 원료 분사관(320), 원료 공급관(340) 및 가스 유입관(380)의 열이 블록(330)의 내부로 원활하게 전달되어 블록(330)의 외측면을 통하여 외부로 신속하게 발산될 수 있다.
물론, 블록(330)은 외피형 구조의 블록일 수 있으며, 이때, 블록의 내부는 가스 유입관(380)으로부터 캐리어 가스를 공급받거나, 혹은 별도의 냉각용 가스를 공급받아 내부의 원료 분사관(320), 원료 공급관(340) 및 가스 유입관(380)을 냉각시킬 수 있다.
원료 공급관(340)은 내부에 원료(1)가 통과되는 공간을 가지며, 적어도 일부가 블록(330)의 내부를 관통하여 장착되고, 블록(330)의 내부에서 원료 분사관(320)의 일측에 연결될 수 있다. 원료 공급관(340)의 입구부는 블록(330)의 외측에서 제3 공급라인(21)에 연결될 수 있고, 원료 공급관(340)의 출구부는 블록(330)의 내부에서 원료 분사관(320)에 연결될 수 있다.
한편, 원료 공급관(340)은 원료 분사관(320)의 입구부 부근에서 원료 분사관(320)의 일측에 연결되되, 원료 분사관의 입구부(321)보다 낮은 위치에서 원료 분사관(320)에 교차하는 방향으로 연결될 수 있다. 이에, 원료 분사관(320)의 내부로 분사되는 원료(1)는 원료 분사관의 입구부(321) 부근에서 원료 분사관의 입구부를 탈출하며 가속되는 높은 운동 상태의 가스(2) 예컨대 캐리어 가스와 서로 교차하는 방향으로 충돌하게 된다. 이로부터 원료(1)의 액적이 목적하는 크기만큼 미세하게 나뉠 수 있고, 미립 상태의 원료(1)를 챔버(310)의 내부로 공급 가능하다.
또한, 원료 공급관(340)은 원료 분사관의 출구부(322)로부터 5㎜ 내지 10㎜ 범위로 이격되도록 원료 분사관(320)의 일측에 연결될 수 있다.
상술한 수치의 임계적 의미는 다음과 같다. 예컨대 원료 공급관(340)의 출구부와 원료 분사관의 출구부(322) 사이의 이격 거리(L)가 5㎜ 미만일 경우, 이격으로 인한 단열 효과가 미미하여 원료 공급관(340)의 온도가 목적하는 온도보다 높은 온도로 상승됨에 따라 원료 공급관(340)의 출구부 온도를 목적하는 온도로 제어하기 힘들다. 또한, 원료 공급관(340)의 출구부와 원료 분사관의 출구부(322) 사이의 이격 거리(L)가 10㎜를 초과하는 경우, 이격으로 인한 단열 효과가 증가할 수는 있으나, 원료 공급관의 입구부(321) 하측에서 미립화된 액적의 원료(1)가 챔버(310)의 내부로 공급되기 전에 원료 분사관(320)의 내부를 통과하면서 서로 충돌하며 그 크기의 미립 정도가 변화하게 예컨대 커지게 되어 목적하는 액적의 크기로 제어하기 어렵다. 따라서, 원료의 기화 효율이 떨어질 수 있다.
이처럼, 이격으로 인한 단열 효과를 목적하는 정도로 가질 수 있으면서, 이와 함께 원료 분사관(320) 내에서의 원료의 액적을 원하는 크기로 제어 가능하도록, 원료 공급관(340)은 원료 분사관의 출구부(322)로부터 5㎜ 내지 10㎜ 범위로 이격되도록 원료 분사관(320)의 일측에 연결될 수 있다.
예컨대 원료 공급관(340)의 출구부와 원료 분사관의 출구부(322) 사이의 이격 거리(L)가 5㎜로 제어되는 경우, 원료 공급관(340)의 출구부 온도는 종래의 80% 수준으로 떨어지게 되며, 이격 거리(L)가 10㎜로 제어되는 경우, 원료 공급관(340)의 출구부 온도는 종래의 50% 수준까지 떨어지게 된다. 이때, 비교 대상이 되는 종래의 경우는, 원료 공급기의 구조를 제외한 원료를 기화시키는 공정의 모든 공정 조건을 동일하게 제어하는 상태에서, 원료 공급관(340)의 출구부가 원료 분사관(320)의 출구부에 바로 연결되는 경우이다.
한편, 원료 공급관(340)의 출구부를 제외한 나머지는 그 위치가 특정되지 않고 블록(330)의 내부에서 자유롭게 연장될 수 있는데, 이때, 적어도 일측 및 타측이 블록(330)의 외측으로 돌출될 수 있으며, 돌출된 일측 및 타측 각각에 제어밸브(360a) 및 차단밸브(360b)가 장착될 수 있다.
단열부재(350)는 원료 분사관(320)의 외주면과 연결되는 블록(330)의 일측 외부면 및 챔버(310)의 일측 외부면의 적어도 일부에 접촉하여 이를 감싸도록 배치될 수 있다. 본 발명의 실시 예에서는 블록(300)과 챔버(310)의 서로 마주보는 면 각각을 모두 감싸도록 단열부재(350)가 형성되며, 이때, 도면으로 도시하지는 않았으나, 블록(300)과 챔버(310)의 서로 마주보는 면 각각의 모서리 부분까지 전부 감싸도록 단열부재(350)가 형성될 수 있다. 이에 따라 블록(300)과 챔버(310)의 서로 마주보는 면 각각은 외기와의 접촉이 차단될 수 있어, 이들 면 사이에서 외기를 매개로 하는 복사 및 대류에 의한 열전달이 차단될 수 있다. 한편, 단열부재(350)는 실리콘 고무를 재질로서 포함할 수 있으며, 이 외에도 다양한 단열재 예컨대 유리 섬유 등을 재질로서 포함할 수 있다.
제어밸브(360a)는 원료(1)의 유량을 정밀하게 조절 가능하도록 블록(330)의 외측에서 원료 공급관(340)의 일측에 장착될 수 있다. 제어밸브(360a)는 그 구성부로서, 내부에 원료 공급관(340)의 일측과 연통하는 공간을 가지는 제어밸브몸체(361a), 일면이 원료 공급관(340)의 개방된 일측과 서로 마주보도록 제어밸브몸체(361a)의 내부에 장착되는 신축부재(362a) 및 신축부재(362a)의 타면에 접촉되도록 제어밸브몸체(361a)의 내부에 장착되고 전압의 가변 정도에 대응하여 인장되거나 압축되며 신축부재(362a)의 가압 정도를 제어하는 가압부재(363a)를 포함한다. 이때, 신축부재(362a)는 다이어프램일 수 있고, 가압부재(363a)는 압전(piezo)소자일 수 있다.
제어밸브몸체(361a)는 블록(330)의 외측으로 노출된 원료 공급관(340)의 일측을 감싸도록 블록(330)에 장착되며, 이때, 원료 공급관(340)의 일측은 제어밸브몸체(361a)의 내부를 향하여 개방될 수 있다. 신축부재(362a)는 원료 공급관(340)의 개방된 일측 근방에서 제어밸브몸체(361a)의 둘레를 따라 연장되는 막의 형상으로, 가압부재(363a)의 누름 정도에 따라 원료 공급관(340)의 개방된 일측 내벽에 접촉 및 이격되며 원료 공급관(340)의 일측에서의 원료 이동을 제어 가능하다. 이때, 제어밸브(360a)의 가압부재(363a)는 수 마이크로 미터 정도의 이동 거리 내에서 움직임이 정밀하게 제어되는데, 따라서, 제어밸브(360a)로 원료 공급관(340)을 차단하게 될 경우, 가압부재(363a) 및 신축부재(362a)가 손상될 수 있으며, 이에 제어밸브(360a)가 동작함에 있어 그 민감도가 저하될 수 있다. 따라서, 원료의 공급을 차단하는 밸브로서 차단밸브(360b)가 원료 공급관(340)의 타측에 구비될 수 있다.
차단밸브(360b)는 원료(1)의 공급을 차단하도록 블록(330)의 외측에서 원료 공급관(340)의 타측에 장착될 수 있다. 차단밸브(360b)는 예컨대 상시 닫힘 방식의 공압 밸브일 수 있으며, 이의 세부 구조는 본 발명의 실시 예에서 특별히 한정하지 않는다. 이때, 차단밸브(360b)가 상시 닫힘 방식의 공압 밸브로 형성됨에 따라, 공정이 불규칙하게 중단되어 전체 설비로 전원 공급이 중단되더라도, 신속하게 이에 반응하여 원료(1)의 공급을 차단 가능하다.
예컨대 차단밸브(360b)는 그 구성부로서, 내부에 원료 공급관(340)의 타측과 연통하는 공간을 가지는 차단밸브몸체(361b), 상측 단부가 차단밸브몸체(361b)의 단면 형상을 따라 형성되고 하측 단부가 원료 공급관(340)의 개방된 타측에 삽입되어 원료 공급관(340)의 내부를 차단 가능하도록 형성되며 원료 공급관(340)의 개방된 타측에 대하여 전후진 가능하도록 차단밸브몸체(361b)의 내부에 장착되는 차단블록(362b) 및 공압의 인가 여부에 대응하여 차단블록(362b)을 전후진시키도록 차단밸브몸체(361a)의 내부에 형성되는 차단블록 구동부재(363b)를 포함할 수 있다.
차단밸브몸체(361b)는 중공형의 원통 형상으로 형성되며, 블록(330)의 외측에서 원료 공급관(340)의 개방된 타측을 커버하도록 장착되고, 그 내부에 차단블록(362b)이 전후진 가능하게 장착된다. 차단블록(362b)는 차단밸브몸체(361b) 내부를 가로지르는 판 형상으로 형성되는 상측 단부와, 원료 공급관(340)의 개방된 타측의 내부로 삽입되어 원료 공급관(340)의 내부를 차단 가능한 블록의 형상으로 형성되는 하측 단부 및 상측 단부와 하측 단부를 연결하는 연결부를 가지는 구조로 형성된다. 차단블록(362b)의 상측 단부에 의하여 차단밸브몸체(361b)의 내부가 상측 영역 및 하측 영역으로 구분될 수 있다. 이때, 차단밸브몸체(361b)의 상측 영역에는 차단블록 구동부재(363b) 예컨대 스프링 부재가 배치된다. 차단밸브몸체(361b)의 하부를 관통하여 하측 영역에 연결되는 개구를 통하여 소정의 가스가 공급되는 경우, 도 2에 도시된 바와 같이, 원료 공급관(340)의 개방된 타측으로 진입하여 원료 공급관(340)의 내부를 막고 있던 차단블록(362b)이 상승하며, 원료 공급관(340)을 개방시키게 된다. 차단밸브몸체(361b)의 하부를 관통하여 하측 영역에 연결되는 개구를 통하여 소정의 가스가 배기되는 경우, 도면으로 도시하지는 않았으나, 차단블록 구동부재(363b)의 탄성력에 의하여 원료 공급관(340)의 개방된 타측으로 차단블록(362b)이 진입하게 되고, 이에 원료 공급관(340)을 차단할 수 있다. 이를 위하여 차단밸브몸체(361b)의 하부를 관통하여 하측 영역에 연결되는 개구에는 소정의 밸브 작동용 가스 공급원(미도시)이 구비될 수 있다.
히팅블록(370)은 챔버(310)의 적어도 일부를 감싸 형성되는데, 이때, 원료 분사관(320)의 출구부(322)가 관통하여 연결되는 챔버(310)의 일측을 제외한 나머지의 적어도 일부를 감싸도록 형성될 수 있다. 본 발명의 실시 예에서는 도 2에 도시된 바와 같이, 챔버(310)의 상부측 및 하부측을 제외한 챔버(310)의 외주면을 감싸는 히팅블록(370)을 예시한다. 이에 챔버(310) 내부 중심위치로 열을 균일하게 공급 가능하다.
가스 유입관(380)은 내부에 가스가 통과되는 공간을 가지며, 소정 길이 연장 형성되는 관으로서, 원료 분사관(320)의 내부에 가스(2) 예컨대 불활성 가스를 공급하도록 블록(330)의 내부를 관통하여 장착되며, 일측 단부가 원료 분사관(320)의 상측에 배치되어 원료 분사관의 입구부에 연결된다. 가스 유입관(380)의 타측 단부는 블록(330)의 외측으로 연장되어, 블록(330)의 외측에 배치되는 가스 공급원(380a)에 연결되며, 이때, 가스 유입관(380)의 타측 단부와 블록(330)의 사이에는 캐리어가스 공급제어밸브(380b)가 장착될 수 있다. 가스 공급원(380a) 내부에 저장되는 가스(2) 즉, 캐리어 가스는 예컨대 아르곤 가스 및 질소 가스 등의 불활성 가스이며, 원료 분사관(320)의 내부에서 원료(1)와 충돌하여 원료의 액적 입도를 제어함과 함께 이후 챔버(310)의 내부에서 기화되는 원료와 함께 이동하며, 기화된 원료를 기판 처리 챔버의 내부까지 안정적으로 이동시키는 역할을 한다.
이때, 가스 유입관(380)의 내부 압력을 측정 가능하도록 블록(330)에는 압력 센서(390)가 장착되어 가스 유입관(380)의 내부와 전기적으로 연결되고, 압력 센서(390)로부터 측정되는 캐리어 가스의 압력은 캐리어가스 공급제어밸브(380b)의 제어 및 원료를 기화시키는 과정에서 원료 분사관(320) 내부의 상태가 정상 상태인지를 확인하는 것에 각각 활용될 수 있다. 즉, 압력 센서(390)에서 측정되는 압력 값이 변화하는 경우, 원료 분사관의 입구부(321) 또는 원료 공급관(340)의 출구부에 원료 등이 고착되어 그 내경이 변한 것으로 판단하여, 챔버(310) 내로 일정량의 원료(1)와 가스(2)가 공급되도록 원료의 공급 경로와 캐리어 가스의 공급 경로상에 마련된 각 구성부들을 제어하여 원료의 공급량 및 가스의 공급량을 제어할 수 있고, 기판을 처리하는 전체 공정이 완료된 후, 기판 처리 장치 또는 원료 공급기의 점검을 실시할 수 있다.
하기에서는 본 발명의 실시 예에 따른 원료 공급기(300)의 작동 과정을 설명함과 함께, 원료 공급기(300)를 이용한 원료(1)의 기화 과정을 설명한다.
먼저, 원료(1)를 준비한다. 이때, 원료는 기판 상에 증착하고자하는 물질을 함유하는 원료일 수 있으며, 예컨대 액상의 TEMAZr source일 수 있다. 한편, 준비된 원료는 예컨대 130℃ 내지 170℃의 온도에서 기화될 수 있고, 200℃ 내지 250℃의 온도에서 열분해될 수 있으며, 140℃ 내지 150℃의 온도에서 소정 시간 정체되는 경우 변질 될 수 있다.
다음으로, 히팅블록(370)에 전원을 공급하여, 챔버(310)의 내부를 130℃ 내지 150℃의 온도로 제어한다.
이때, 본 발명의 실시 예에 따른 원료 공급기(300)는 원료 공급관(340)의 출구부가 원료 분사관(320)을 통하여 챔버(310)와 간접적으로 연결되는 구조이고, 열이 원료 분사관(320)을 통하여 원료 공급관(340)으로 전달되는 동안, 블록(330)에 의하여 열이 발산되기 때문에, 원료 공급관(340)의 출구부 온도가 50℃ 내지 70℃의 온도로 제어될 수 있다.
이는 본 발명의 실시 예에서는 원료 공급관(340)의 출구부가 블록(330)의 내부에 위치하며, 또한 블록(330)과 챔버(310)가 단열부재(350)에 의하여 서로 이격됨에 따라, 원료가 챔버(310)로 유입되기 직전까지 원료의 열분해 및 변질을 일으키는 온도 이하로 안정적으로 제어될 수 있음을 의미한다. 이에, 액상 원료의 기화가 진행되는 동안 원료의 고착이 방지될 수 있어, 기판을 처리하는 공정이 안정적으로 진행될 수 있다.
이어서, 차단밸브(360b)를 개방하고, 다음으로 제어밸브(360a)를 이용하여 원료의 유량을 조절하면서 예컨대 22℃ 내지 25℃의 온도로 제어되는 액상의 원료(1)를 원료 공급관(340)으로 공급시킨다. 이때, 예컨대 상온의 가스(2) 즉, 캐리어 가스를 가스 유입관(380)으로 공급시킨다. 공급되는 캐리어 가스의 공급량은 원료의 유량 제어에 대응하여 다양하게 선택 적용될 수 있으며, 원료의 공급량 및 캐리어 가스의 유량 제어에는 공지의 기술이 적용될 수 있어, 각각을 특별하게 예시하지 않는다.
원료 분사관(320)의 내부로 분사되는 원료(1)는 가스(2)와 충돌하며 그 액적의 입도가 작아지게 되며, 가스(2)에 의해 넓게 분산되는 상태로 챔버(310)의 내부로 운반될 수 있다.
한편, 본 발명의 실시 예에서는 원료 분사관의 입구부(321)와 원료 공급관(340)의 출구부가 서로 교차하는 방향으로 배치됨에 따라 각각에서 분사되는 원료 및 가스 또한 교차하는 방향으로 충돌하고 이에 의하여 액적이 미세하게 작아진 원료는 챔버(310)의 내부에서 보다 적은 열량으로 기화될 수 있다.
상기한 바와 같이, 본 발명의 실시 예에 따른 원료 공급기(300)는 액상 원료가 기화되는 챔버 내의 열이 상기의 챔버에 액상 원료를 분사하는 원료 공급관의 출구부로 직접 전달되는 것을 억제 또는 방지하도록 구조가 개선되는 기술적인 특징을 제시한다.
이로부터, 액상 원료(1)를 기화시키는 과정에서의 원료 공급관(340)의 출구부 원료 막힘을 억제 또는 방지할 수 있다. 즉, 원료 공급관(340)의 출구부가 원료 분사관(320)을 통하여 챔버(310)에 간접적으로 연결되고, 원료 공급관(340)의 출구부와 원료 분사관(320)의 연결 부위를 블록(330) 및 단열부재(350)가 감싸는 구조로 개선됨에 따라, 챔버(310) 내의 열이 연료 공급관(340)의 출구부로 전달되는 것을 억제 또는 방지하다. 이에 액상 원료가 챔버(310) 내에서 기화되기 전에 원료 공급관(340)의 출구부 부근에서 열분해 되거나 변질되며 원료 공급관(340)의 출구부에 고착되는 것을 억제하거나 방지할 수 있어, 원료 공급관(340)의 출구부 원료 막힘을 억제 또는 방지할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시 예에 따른 원료 공급기(300)는 액상 원료가 기화되는 상기의 챔버(310) 내로 액상 원료가 공급되는 동안, 공급되는 액상 원료의 유량 제어와 공급 차단을 독립적으로 제어 가능하도록, 액상 원료의 공급을 차단하는 밸브를 별도로 구비하는 기술적인 특징을 제시한다.
이로부터, 액상 원료의 유량을 제어하는 제어밸브(610a)의 손상을 억제 또는 방지할 수 있다. 즉, 액상 원료의 유량 제어는 상대적으로 정밀하게 제어되어야 하며, 액상 원료의 공급 차단은 상대적으로 신속하게 제어되어야 함에 따라, 상기의 두 기능을 서로 다른 밸브에서 각각 제어하도록 구조를 개선하여, 이로부터 유량을 제어하는 밸브의 손상을 억제 또는 방지할 수 있다. 또한, 상기의 두 기능을 서로 다른 밸브에서 각각 제어하도록 구조가 개선됨에 따라, 액상 원료의 공급을 차단하는 밸브를 상시 닫힘 방식의 공압 밸브 구조로 구비할 수 있고, 이에 전체 설비 전원의 비상 차단되는 경우에도 액상 원료의 공급을 신속하게 차단할 수 있다.
따라서, 본 발명의 실시 예에 따른 기화기가 적용되는 기판 처리 장치는 기판 처리 장치의 챔버 내부로 기화된 원료를 안정적으로 공급 및 분사 가능하고, 이에 기판 처리 공정의 생산성을 향상시킬 수 있다.
본 발명의 상기 실시 예는 본 발명의 설명을 위한 것이며, 제한을 위한 것이 아님을 주지해야 한다. 본 발명은 후술하는 특허청구범위 및 이와 균등한 기술적인 사상의 범위 내에서 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 본 발명이 해당하는 기술 분야에서의 업자는 본 발명의 기술적인 사상의 범위 내에서 다양한 실시 예가 가능함을 이해할 수 있을 것이다.
300: 원료 공급기
310: 챔버
320: 원료 분사관 330: 블록
340: 원료 공급관 350: 단열부재
370: 히터블록 380: 가스 유입관
320: 원료 분사관 330: 블록
340: 원료 공급관 350: 단열부재
370: 히터블록 380: 가스 유입관
Claims (19)
- 내부에 공간을 형성하며, 적어도 일 방향으로 개방되는 원료 분사관;
상기 원료 분사관의 출구부로부터 이격되며, 상기 원료 분사관의 입구부를 감싸도록 형성되는 블록;
내부에 원료가 통과되는 공간을 가지며, 적어도 일부가 상기 블록의 내부를 관통하여 장착되고, 상기 블록의 내부에서 상기 원료 분사관의 일측에 연결되는 원료 공급관; 및
상기 원료 분사관의 내부에 가스를 공급하도록 상기 블록의 내부를 관통하여 장착되며, 내부에 가스가 통과되는 공간을 가지는 가스 유입관;을 포함하는 원료 공급기. - 청구항 1에 있어서,
상기 원료 분사관의 외주면과 연결되는 상기 블록의 일측 외부면의 적어도 일부에 접촉하여 배치되는 단열부재;를 포함하는 원료 공급기. - 청구항 1에 있어서,
상기 원료의 유량을 조절 가능하도록 상기 블록의 외측에서 상기 원료 공급관의 일측에 장착되는 제어밸브; 및
상기 원료의 공급을 차단 가능하도록 상기 블록의 외측에서 상기 원료 공급관의 타측에 장착되는 차단밸브;를 포함하는 원료 공급기. - 청구항 1에 있어서,
상기 원료 분사관은 일 방향으로 연장되어 형성되고,
상기 원료 분사관의 입구부는 상기 가스 유입관에 연결되는 원료 공급기. - 청구항 1에 있어서,
상기 원료 분사관의 내부 너비는 상기 원료 분사관의 입구부 너비보다 크게 형성되는 원료 공급기. - 청구항 1에 있어서,
상기 블록은 내부에 공간을 가지는 외피형 구조의 블록 및 내부가 채워지는 일체형 구조의 블록 중 어느 하나를 포함하는 원료 공급기. - 청구항 4에 있어서,
상기 원료 공급관은 상기 원료 분사관의 입구부 부근에서 상기 원료 분사관의 상기 일측에 연결되되, 상기 원료 분사관의 입구부보다 낮은 위치에서 상기 원료 분사관에 교차하는 방향으로 연결되는 원료 공급기. - 청구항 1 내지 청구항 7 중 어느 하나의 항에 있어서,
내부에 원료가 기화되는 공간을 가지며, 상기 블록의 외측으로 이격되어 상기 원료 분사관의 출구부에 연결되는 챔버; 및
상기 챔버의 적어도 일부를 감싸는 히팅블록;을 더 포함하는 원료 공급기. - 청구항 8에 있어서,
상기 챔버 및 블록의 사이에 설치되는 단열부재는 상기 챔버 및 블록 각각의 서로 마주보는 면을 감싸도록 배치되는 원료 공급기. - 청구항 8에 있어서,
상기 원료 분사관의 출구부는 상기 원료 분사관의 출구부가 관통 연결되는 상기 챔버의 일측 내부면과 동일면 상에 개방되는 원료 공급기. - 청구항 10에 있어서,
상기 원료 공급관은 상기 원료 분사관의 출구부로부터 5㎜ 내지 10㎜의 범위로 이격되도록 상기 원료 분사관의 상기 일측에 연결되는 원료 공급기. - 내부에 기판을 처리하는 공간이 형성되는 기판 처리 챔버;
상기 기판 처리 챔버의 내부에 배치되는 기판 지지대;
상기 기판 지지대와 대향 배치되며, 상기 기판 지지대를 향하여 유체를 분사 가능하도록 형성되는 유체 분사기; 및
상기 기판 처리 챔버의 외측에서 상기 유체 분사기에 연결되며, 내부에 원료가 기화되는 공간이 형성되는 기화부 및 상기 기화부로부터 이격되는 위치에서 상기 기화부의 내부에 상기 원료를 분사 가능하도록 상기 기화부에 연결되는 분사부를 구비하는 원료 공급기;를 포함하는 기판 처리 장치. - 청구항 12에 있어서,
상기 원료 공급기는,
상기 기화부 및 분사부의 사이에서 상기 기화부 및 분사부 각각의 서로 마주보는 면을 감싸도록 배치되는 단열부재;를 더 포함하는 기판 처리 장치. - 청구항 13에 있어서,
상기 기화부는,
내부에 원료가 기화되는 공간을 가지는 챔버; 및
상기 챔버의 내부로 열을 공급 가능하도록 상기 챔버의 적어도 일부를 감싸는 히팅블록;을 포함하고,
상기 히팅블록은 상기 챔버를 감싸도록 형성되되, 상기 단열부재와 접촉하는 상기 챔버의 일측을 제외한 나머지의 적어도 일부를 감싸도록 형성되는 기판 처리 장치. - 청구항 14에 있어서,
상기 분사부는,
상기 챔버의 외측에서 상기 챔버를 향하는 방향으로 연장되고, 출구부가 상기 챔버와 연통하는 원료 분사관;
상기 챔버의 외측으로 이격되어 상기 원료 분사관의 입구부를 감싸도록 형성되며, 상기 원료 분사관의 외주면과 연결되는 일측 외부면이 상기 단열부재와 접촉하는 블록; 및
내부에 원료가 통과되는 공간을 가지며, 적어도 일부가 상기 블록의 내부를 관통하여 상기 블록의 내부에서 상기 원료 분사관의 일측에 연결되는 원료 공급관;을 포함하는 기판 처리 장치. - 청구항 15에 있어서,
상기 분사부는,
상기 원료의 유량 조절과 상기 원료의 공급 차단을 독립적으로 제어 가능하도록 상기 블록의 외측에서 상기 원료 공급관의 복수의 위치에 각각 장착되는 복수개의 밸브;를 더 포함하는 기판 처리 장치. - 청구항 15에 있어서,
상기 분사부는,
내부에 가스가 통과되는 공간을 가지며, 상기 블록의 내부를 관통하여 상기 원료 분사관의 입구부에 연결되는 가스 유입관;
상기 가스 유입관의 내부 압력을 측정 가능하도록 상기 블록에 장착되는 센서; 및
상기 원료 공급기의 외측에서 상기 가스 유입관에 연결되며, 상기 센서에서 측정되는 상기 내부 압력을 이용하여 가스의 공급을 제어하는 가스 공급원;을 더 포함하는 기판 처리 장치. - 청구항 17에 있어서,
상기 원료 분사관의 입구부 너비는 상기 분사관의 내부 너비보다 작게 형성되며,
상기 원료 분사관의 출구부는 상기 원료 분사관의 출구부가 관통 연결되는 상기 챔버의 일측 내부면과 동일면 상에 개방되는 기판 처리 장치. - 청구항 18에 있어서,
상기 원료 공급관은 상기 원료 분사관보다 낮은 위치에서 상기 원료 분사관에 교차하는 방향으로 연결되되, 상기 원료 분사관의 출구부로부터 5㎜ 내지 10㎜의 범위로 이격되도록 연결되는 기판 처리 장치.
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Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20060043838A (ko) * | 2004-10-01 | 2006-05-15 | 가부시키가이샤 유테크 | 용액 기화식 ｃｖｄ 장치 |
| KR20070087058A (ko) * | 2005-01-14 | 2007-08-27 | 동경 엘렉트론 주식회사 | 기화 장치 및 처리 장치 |
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Patent Citations (4)
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|---|---|---|---|---|
| KR20060043838A (ko) * | 2004-10-01 | 2006-05-15 | 가부시키가이샤 유테크 | 용액 기화식 ｃｖｄ 장치 |
| KR20070087058A (ko) * | 2005-01-14 | 2007-08-27 | 동경 엘렉트론 주식회사 | 기화 장치 및 처리 장치 |
| KR20100067936A (ko) | 2008-12-12 | 2010-06-22 | (주)티티에스 | 기화기 |
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Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN111742394A (zh) * | 2018-03-23 | 2020-10-02 | 株式会社国际电气 | 气化器、基板处理装置及半导体器件的制造方法 |
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| A201 | Request for examination | ||
| E902 | Notification of reason for refusal | ||
| E701 | Decision to grant or registration of patent right | ||
| GRNT | Written decision to grant | ||
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