KR20220064034A - 박막 증착용 기화 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 기화 장치는 소스 주입구를 통해 주입되는 소스와 캐리어 가스 주입구를 통해 주입된 캐리어 가스를 혼합하고, 혼합된 가스를 분사하는 아토마이저; 상기 아토마이저로부터 분사된 혼합 가스를 기화시켜 주기 위한 제1 및 제2기화 공간을 구비하며, 기화된 가스를 공정 가스로서 배출구를 통해 배출하는 기화부; 상기 기화부내의 혼합 가스를 일정 온도로 유지시켜 주기 위한 가열부를 포함할 수 있다. 상기 가열부는 상기 제1기화 공간을 감싸도록 배열되어, 상기 제1기화 공간내의 혼합 가스의 온도를 유지시켜 주는 제1가열부; 및 상기 제1가열부와 함께, 상기 제2기화 공간을 둘러싸도록 배열되어, 상기 제2기화 공간내의 혼합 가스의 온도를 유지시켜 주는 제2가열부를 포함할 수 있다

Description

박막 증착용 기화 장치 {Vaporizing apparatus for thin film deposition}
본 발명은 박막 증착용 기화 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 히터 구조를 개선하여 분사된 액적의 재응축을 방지할 수 있는, 반도제 제조에 사용되는 고 기화 효율 박막 증착용 기화기에 관한 것이다.
일반적으로, 반도체 소자나 디스플레이 소자 등은 반도체 제조 장치를 이용하여 박막 증착 공정, 사진 식각 공정 등의 일련의 공정을 수행하여 제조한다. 이러한 일련의 공정중 기판상에 박막을 형성하기 위한 박막 증착 공정은 화학 기상 증착(chemical vapor deposition, CVD) 방식 또는 원자층 증착(atomic layer deposition, ALD) 방식을 통해 수행될 수 있다.
통상적으로, 상기 박막 증착 공정은 공정 챔버로 공정가스를 주입하여 기판(웨이퍼) 상에서 반응을 일으켜서 기판상에 박막을 형성하는 공정이다. 상기 공정 가스는 액상의 소스(source)를 기화시켜 캐리어 가스와 혼합하여 제조하게 된다. 이러한 공정 가스를 제조하기 위해서는 반도체 제조 장치내에 기화 장치가 구비되어야 한다.
반도체 제조 공정에 사용되는 기화 장치는 내부에서 액상의 소스를 기화시키고, 기화된 소스를 공정 챔버로 공급하는 장치로서, 기화된 소스가 냉각되지 않도록 하면서 기체 상태의 소스를 반응챔버로 공급하여야 한다.
그러나, 기화 장치내에서 액상 소스가 기화 상태의 소스로 기화되는 효율이 낮은 경우, 기화되지 않은 소스가 장치 내벽에 점착되거나 필터에 점착되어 장치 수명이 저하될 뿐만 아니라 소자의 불량 원인으로 작용할 수 있다.
이러한 문제점을 극복하기 위하여, 액상 소스를 감압하여 기화하는 방식이 채용되고 있다. 그러나, 감압 방식의 기화 방법은 액상 소스의 일부만을 기화시킬 수 있어서, 여전히 기화 효율의 저하 문제점이 존재하게 된다. 따라서, 액상 소스를 전부 기화시키거나 또는 원하는 양 이상으로 기화시키기 위해서는 기화 장치의 구성이 복잡해지거나 또는 대형화되어야 한다.
또한, 이러한 기화장치의 복잡화, 대형화로 인해 기화장치 내에서 기화한 소스가 기화장치 내의 복잡한 유로를 유동하면서 다시 액화되는 경우가 발생할 수도 있다. 또한, 대용량의 소스를 기화해야 하는 경우 기화장치는 더욱 복잡화, 대형화하므로, 상기의 문제점이 더욱 가중됨과 함께 기화장치의 설계가 더 복잡해지고 제작비용이 증가하는 문제점이 있다.
본 발명은 상기 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 기화 효율을 향상시킬 수 있는, 반도제 제조에 사용되는 박막 증착용 기화 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명은 히터 구조를 개선하여 분사된 액적의 재응축을 방지하여 기화 효율을 향상시킬 수 있는 박막 증착용 기화 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 가열기 몸체 내측에 설치된 히터에 분사된 액적을 1차로 충돌시켜 미립화하고, 미립화된 액적을 기화 공간내에서 기화시켜 기화 효율을 향상시켜 줄 수 있는 박막 증착용 기화 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 내측 히터와 외측 히터사이의 기화 유로를 통해 미립화된 액적을 기화 공간으로 제공함으로써 기화 효율을 극대화할 수 있는 박막 증착용 기화 장치를 제공하는 것을 목정으로 한다.
상기 과제의 해결을 목적으로 하는 본 발명의 기화 장치는 소스 주입구를 통해 주입되는 소스와 캐리어 가스 주입구를 통해 주입된 캐리어 가스를 혼합하고, 혼합된 가스를 분사하는 아토마이저; 상기 아토마이저로부터 분사된 혼합 가스를 기화시켜 주기 위한 제1 및 제2기화 공간을 구비하며, 기화된 가스를 공정 가스로서 배출구를 통해 배출하는 기화부; 상기 기화부내의 혼합 가스를 일정 온도로 유지시켜 주기 위한 가열부를 포함할 수 있다. 상기 가열부는 상기 제1기화 공간을 감싸도록 배열되어, 상기 제1기화 공간내의 혼합 가스의 온도를 유지시켜 주는 제1가열부; 및 상기 제1가열부와 함께, 상기 제2기화 공간을 둘러싸도록 배열되어, 상기 제2기화 공간내의 혼합 가스의 온도를 유지시켜 주는 제2가열부를 포함할 수 있다.
상기 가열부는 상기 배출구를 통해 배출되는 기화된 가스의 온도를 유지시켜 주기 위하여, 상기 배출구를 구비하는 배출관의 외측에 배열되는 제3가열부를 더 포함할 수 있다.
상기 캐리어 가스 주입구는 캐리어 가스가 유입되는 부분보다 캐리어 가스가 배출되는 부분이 좁은 유로를 갖는 축소관 형상을 가질 수 있다.
상기 캐리어 가스 주입구는 캐리어 가스가 유입되는 제1부분; 및 상기 기화부와 연통되고, 상기 제1부분에 대하여 상기 기화부를 향해 하방 경사진 제2부분을 포함하되, 상기 제1부분에 비하여 상기 제2부분의 유로가 좁게 되도록 구성될 수 있다.
상기 기화부는 상기 아토마이저와 연통되어, 상기 아토마이저로부터 분사된 혼합 가스를 1차로 기화시켜 주는 상기 제1기화 공간을 구비하는 제1기화부; 및 상기 제1기화부로부터 유입되는 혼합 가스를 완전히 기화시켜 상기 공정 가스로서 배출시켜 주기 위한, 상기 제2기화 공간을 구비하는 제2기화부를 포함할 수 있다.
상기 제1기화부는 상기 아토마이저로부터 이격 배치되고, 상기 제2기화부내에 배치되는 원통 형상의 용기부와 상기 용기부를 고정시켜 주기 위한 다수의 봉 형상의 고정부로 구성되되, 상기 다수의 고정부사이의 공간부가 상기 제2기화부와 연통되도록 구성되고, 상기 용기부의 외측면과 외측 바닥면에 상기 제1가열부가 배치되어, 상기 제1기화 공간이 제1가열부에 의해 감싸지도록 구성될 수 있다.
상기 제2기화부는 원통 형상의 외측관으로 구성되고, 상기 외측관의 외측면 및 외측 바닥면에 제2가열부가 배치되어, 상기 제2기화 공간이 제1 및 제2가열부에 의해 감싸지도록 구성될 수 있다.
상기 기화부는 상기 제1기화부와 상기 제2기화부간에 연통되어, 상기 제1기화부로부터 혼합 가스를 상기 제2기화부로 안내하는 기화 유로를 더 포함할 수 있다.
상기 기화 유로는 상기 제1가열부중 상기 용기부의 외측면에 형성된 부분과 상기 제2가열부중 상기 외측관의 외측면에 형성된 부분사이에 배열되어, 제1 및 제2가열부에 의해 상기 기화 유로를 통과하는 혼합가스를 가열시켜 줄 수 있다.
상기한 바와 같은 본 발명에 따르면, 본 발명의 기화 장치는 기화부 및 가열부의 구조를 개선하여 혼합 가스의 온도를 일정하게 유지하여 기화시키고 배출할 수 있다.
또한, 본 발명의 기화 장치는 기화기 몸체 내부 및 외부에 히터가 구비되어, 기화기 외부에만 히터가 배열되는 종래의 기화 장치에 비하여 기화 효율을 향상시킬 수 있을 뿐만 아니라 혼합 가스의 재응축을 방지할 수 있다.
게다가, 본 발명의 기화 장치는 히터를 공정 가스를 배출하기 위한 배출관에도 배치하여, 기화 효율이 극대화된 상태에서 균일한 입자와 균일한 온도를 유지하면서 공정 가스를 외부, 즉 공정 챔버로 배출할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 박막 증착용 기화 장치의 사시도로서, 하측에서 본 사시도를 도시한 것이다.
도 2은 본 발명의 실시예에 따른 박막 증착용 기화 장치의 사시도로서, 상측에서 본 사시도를 도시한 것이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 박막 증착용 기화 장치의 단면 구조를 도시한 것이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 박막 증착용 기화 장치에 있어서, 캐리어 가스 주입구의 확대 단면도이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 박막 증착용 기화 장치에 있어서, 제1가열부의 상세 단면도를 도시한 것이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 박막 증착용 기화 장치에 있어서, 액체 소스의 기화 경로를 보여주는 단면도이다.
도 7은 본 발명과 종래의 기화 장치에 있어서, 기화 성능을 보여주는 그래프이다.
도 8(a)는 종래의 외부 히터를 구비하는 기화 장치에 있어서, 가열부의 성능을 보여주는 그래프이다.
도 8(b)는 본 발명의 실시예에 따른 기화 장치에 있어서, 가열부 성능을 보여주는 그래프이다.
도 9는 본 발명과 종래의 기화 장치에 있어서, 입도 균일도와 기화기 몸체 내부의 소스 잔존량을 도시한 도표이다.
첨부한 도면들을 참조하여 본 발명 기술적 사상의 실시 예들을 상세히 설명하기로 한다. 그러나 본 발명은 여기서 설명되는 실시 예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 오히려, 여기서 소개되는 실시 예들은 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록 그리고 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되는 것이다.
발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 구현예(態樣, aspect)(또는 실시예)들을 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 구현예(태양, 態樣, aspect)(또는 실시예)를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, ~포함하다~ 또는 ~이루어진다~ 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
제1, 제2등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되는 것은 아니다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소는 제1 구성요소로 명명될 수 있다.
상단, 하단, 상면, 하면, 또는 상부, 하부 등의 용어는 구성요소에 있어 상대적인 위치를 구별하기 위해 사용되는 것이다. 예를 들어, 편의상 도면상의 위쪽을 상부, 도면상의 아래쪽을 하부로 명명하는 경우, 실제에 있어서는 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 상부는 하부로 명명될 수 있고, 하부는 상부로 명명될 수 있다.
도면들에 있어서, 구성요소의 크기 및 용적은 명확성을 기하기 위하여 과장된 것이며, 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조번호로 표시된 부분들은 동일한 구성요소들을 의미한다.
이하 첨부된 도면을 참조하여, 본 발명의 실시예에 따른 박막 증착용 기화 장치를 상세히 설명한다.
본 발명의 실시예에 따른 박막 증착용 기화 장치(1000)는 반도체 소자 또는 액정 표시 장치(LED), 유기발광 장치 등과 같은 디스플레이 소자의 제조 공정중 기판상에 박막을 증착하기 위한 증착 공정에 사용되는 기화 장치로서, 액체 상태의 소스(source)와 캐리어 가스(carrier gas)를 혼합시켜 기화시키고, 기화된 가스를 공정 가스로서 배출구를 통해 반도체 박막을 증착하기 위한 공정 챔버로 공급하는 기화 장치이다. 여기에서, 소스는 기판상에 형성될 박막의 원재료를 포함하며, 캐리어 가스는 소스와 반응하지 않으면서 소스를 운송하기 위한 가스로서, 예를 들어 N2 등을 포함할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 박막 증착용 기화 장치(1000)를 하측에서 본 사시도이고, 도 2은 본 발명의 실시예에 따른 박막 증착용 기화 장치(1000)를 의 사시도로서, 상측에서 본 사시도를 도시한 것이다. 도 1 및 도 2에서, 기화기 본체(200)에 한정하여 도시하였다. 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 박막 증착용 기화 장치(1000)의 단면도이다. 도 3의 단면구조에, 본 발명의 이해를 위해 4개의 고정부(315) 모두를 도식화하고, 고정부(315)사이에 혼합 가스의 이동을 위한 공간부(313)을 도식화하였다.
도 1 내지 도 3을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 기화 장치(1000)는 아토마이저(atomizer) (100)로 부터 분사되는 미세 액적을 안정되게 기화시켜 공정 가스로서 배출구(201)를 통해 공정 챔버(미도시)로 공급하기 위한 것으로서, 크게 상기 아토마이저(100)와 기화기 몸체(200)로 구분할 수 있다.
상기 아토마이저(100)는 액상 소스(S)와 캐리어 가스(C)를 혼합하여 미세 액적을 분사하도록 구성될 수 있다. 상기 아토마이저(100)는 액상의 소스(S)가 주입되는 소스 주입구(101)와 캐리어 가스(C)가 주입되는 캐리어 가스 주입구(105)를 구비할 수 있다. 예를 들어, 상기 아토마이저(100)는 외부로부터 상기 소스 주입구(101)를 통해 공급되는 액상 소스(S)와 외부로부터 상기 캐리어 가스 주입구(105)를 통해 주입되는 캐리어 가스(C)를 혼합시키고, 혼합된 가스(미세 액적)을 상기 기화기 몸체(200)로 분사시켜 줄 수 있다.
상기 소스 주입구(101)는 소스 공급부(미도시)로부터 공급되는, 기화의 대상인 액상의 소스(S)가 기화 장치(1000), 예를 들어 상기 아토마이저(100)로 유입되는 통로이며, 상기 캐리어 가스 주입구(105)는 캐리어 가스 공급부(미도시)로부터 공급되는 상기 캐리어 가스(C)가 상기 아토마이저(100)로 유입되는 통로이다.
구체적으로, 도 4 참조하면, 상기 캐리어 가스 주입부(105)는 관상 형태를 가지며, 제1부분(106)과 제2부분(107)을 구비한다. 상기 제1부분(106)은 캐리어 가스 공급부로부터 상기 캐리어 가스(C)가 주입되는 부분이다. 상기 제2부분(107)은 상기 기화부(300)와 연통되어 상기 캐리어 가스(C)를 상기 기화부(300)로 공급하는 부분이다. 상기 제2부분(107)은 상기 제1부분(106)에 대하여 경사진 구조를 갖는다. 예를 들면, 상기 제2부분(107)은 상기 제1부분(106)에 대하여 상기 기화부(300)를 향해 하방 경사진 구조를 갖는다.
상기 캐리어 가스 주입부(105)는 상기 제1부분(106)을 통해 주입된 캐리어 가스(C)가 제2부분(107)의 경사면을 따라 상기 기화부(300)로 안내되도록, 상기 제1부분(106)보다 상대적으로 상기 제2부분(107)의 유로가 좁게 형성되는 축소관 형상을 가질 수 있다. 상기 캐리어 가스 주입부(105)의 축소관 형상으로 상기 캐리어 가스(C)가 상기 액체 소스와 혼합되어 분사될 때 압력으로 인해 더욱 미세한 액적을 분사할 수 있다.
상기 기화기 몸체(200)는 후술할 기화부(300)가 수용되는 하우징(미도시), 상기 하우징의 상단을 커버하고 상기 아토마이저(100)에 결합되는 상부 캡(210), 그리고 상기 하우징의 하단을 커버하고 상기 배출관(270)에 결합되는 하부 캡(250)을 구비할 수 있다.
상기 기화 장치(1000)는 상기 기화기 몸체(200)내에는 구비되는, 상기 아토마이저(100)로부터 분사된 혼합 가스를 기화시켜 주기 위한 상기 기화부(300)를 포함할 수 있다. 상기 기화부(300)는 상기 아토마이저(100)로부터 분사된 혼합 가스를 1차적으로 기화시켜 주기 위한 제1기화부(310)와 상기 제1기화부(310)에서 기화된 혼합 가스를 완전히 기화시켜 주기 위한 제2기화부(350)를 구비할 수 있다.
상기 제1기화부(310)는 아토마이저(100)로부터 분사된 혼합 가스를 1차 충돌 시켜 미세 액적을 더욱 미립화시키도록 구성될 수 있다. 상기 제1기화부(310)는 상측이 상기 아토마이저(100)와 연통되도록 구성될 수 있다. 상기 제1기화부(310)는 상기 아토마이저(100)로부터 이격 설치되며, 상기 제1기화 공간(320)으로 작용하는 원통형의 용기부(311)와 상기 상부 캡(210)에 고정되어, 상기 용기부(311)을 고정시켜 주기 위한 다수의 고정부(315)를 포함할 수 있다. 일 실시예로, 상기 고정부(315)는 4개의 봉(bar)을 포함하는 것을 개시하였으나, 이에 반드시 한정되는 것은 아니다.
상기 제1기화부(310)의 상기 고정부(315)사이의 혼합 가스가 이동하는 공간부(313)은 상기 제1기화부(310)에서 기화된 혼합 가스가 상기 제2기화부(350)로 이동하는 통로 역할을 할 수 있다. 상기 용기부(311)는 원통형 구조를 갖는 것으로 예시하였으나, 이에 반드시 한정되는 것은 아니다. 또한, 상기 용기부(311)가 봉 형상의 고정부(315)에 의해 상기 상부 캡(210)에 고정되는 것을 예시하였으나, 이에 반드시 한정되는 것은 아니며, 상기 고정부(315)는 상기 용기부(311)내에서 기화된 혼합 가스가 상기 제2기화부(350)로 흐르도록 통로(예를 들어, 공간부 313)를 제공할 수 있는 구조는 모두 가능하다.
상기 아토마이저(100)로부터 상기 제1기화부(310)로 분사된 혼합 가스는 제1기화부(310)에서 완전히 기화되지 않고 일부는 액체 상태를 유지할 수도 있다. 상기 제2기화부(350)는 상기 제1기화부(310)로부터 유입된 혼합 가스를 완전히 기화시켜 주도록 구성될 수 있다. 상기 제2기화부(350)는 원통 형상의 외측관으로 이루어져, 내부에 제2기화 공간(360)을 구비할 수 있다. 상기 제2기화부(350)의 외측관의 내경은 상기 제1기화부(310)의 용기부(311)의 외경보다 크도록 구성될 수 있다.
상기 기화부(300)는 상기 제1기화부(310)와 상기 제2기화부(350)간에 연통되어, 상기 제1기화기(310)부터 기화된 혼합 가스를 상기 제2기화부(350)로 안내하기 위한 기화 유로(370)를 더 구비할 수 있다. 상기 기화 유로(370)는 상기 제1기화부(310)의 상기 공간부(313)와 연통되는, 제1기화부(310)의 상기 용기부(311)의 외경과 상기 제2기화부(350)의 내경사이의 이격 공간으로 구성될 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 기화 장치(1000)는 상기 기화기 몸체(200)에 구비되는, 상기 기화부(300)로부터 기화된 가스(G)를 공정 가스로서 배출하기 위한 배출구(201)를 구비하는 배출관(270)을 더 구비할 수 있다. 상기 배출구(201)를 통해 배출된 기화된 가스(G)는 도면에는 도시되지 않았으나, 박막 증착용 공정 챔버내로 유입될 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 기화 장치(1000)는 상기 기화기 몸체(200)에 구비되는 가열부(400)를 더 구비할 수 있다. 상기 가열부(400)는 상기 기화기 몸체(200), 예를 들어 상기 기화부(300) 내측에 배열되는 제1가열부(410) 및 상기 기화부 몸체(200), 예를 들어 상기 기화부(300)의 외측에 배열되는 제2가열부(450)를 구비할 수 있다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 기화 장치(1000)에 있어서, 상기 제1가열부의 상세 단면도이다.
도 5를 참조하면, 상기 제1가열부(410)는 상기 제1기화부(310)에 대응하여 배열될 수 있다. 구체적으로, 상기 제1가열부(410)는 상기 제1기화부(310)의 상기 용기부(311)의 외측에 배열되되, 상기 용기부(311)의 외측면을 따라 형성되는 제1부분(411)과 상기 용기부(311)의 외측 바닥면에 형성되는 제2부분(415)으로 구분될 수 있다.
상기 제1가열부(410)의 제1부분(411)과 제2부분(415)는 열선 형태의 히터로서 일체형으로 형성될 수 있으나, 이에 반드시 한정되는 것은 아니고 다양한 형태로 구현될 수 있다. 상기 제1가열부(410)의 제1부분(411)과 제2부분(415)은 보호 캡(417)에 의해 커버될 수 있다. 상기 보호 캡(417)은 용접을 통해 상기 제1기화부(310)의 용기부(311)에 부착될 수 있다.
상기 제2가열부(450)는 상기 제2기화부(350)에 대응하여 배열될 수 있다. 예를 들면, 상기 제2가열부(450)는 상기 제2기화부(350)의 외측관에 배열되되, 상기 외측관(350)의 외측면을 따라 형성되는 제1부분(451)과 상기 외측관(350)의 외측 바닥면에 형성되는 제2부분으로 구분될 수 있다. 상기 제2가열부(450)의 제1부분(451)과 제2부분(455)는 열선 형태의 히터로서 일체형으로 형성될 수 있으나, 이에 반드시 한정되는 것은 아니고 다양한 형태로 구현될 수 있다.
상기 제1가열부(410)는 제1기화부(310)의 용기부(311)의 외측 바닥면과 외측면에 상기 제1기화 공간(320)을 감싸도록 형성되어, 상기 아토마이저(100)로부터 분사되는 혼합 가스가 충돌되고, 이에 따라 상기 제1기화 공간(320)내에서의 혼합 가스의 기화 효율을 극대화시킬 수 있고, 혼합 가스가 재응축되는 것을 방지할 수 있다.
상기 제2가열부(450)는 상기 제2기화부(350)의 외측면과 외측 바닥면에 상기 제2기화 공간(360)을 감싸도록 형성되어, 제2기화 공간(360)내에서의 혼합 가스가 완전히 기화되도록 할 수 있다.
또한, 상기 제1가열부(410)는 상기 제2기화 공간(360)의 상측에 배열되어, 상기 제2기화 공간(360)은 대략적으로 상기 제1가열부(410) 및 제2가열부(450)에 의해 돌러쌓이도록 형성될 수 있다. 따라서, 제2기화 공간(360)내에서의 열 손실을 방지하여 혼합 가스의 온도를 균일하게 유지시켜 줄 수 있으므로, 제2기화 공간(360)에서의 기화 효율을 보다 더 향상시켜 줄 수 있다.
또한, 상기 제1가열부(410)가 배치되는 상기 제1기화부(310)과 상기 제2가열부(450)가 배치되는 상기 제2기화부(350)사이에 형성된 상기 기화 유로(370)는 상기 제1가열부(410)와 상기 제2가열부(450)사이에 배열되므로, 상기 기화 유로(370)를 통해 상기 제1기화부(310)로부터 공급되는 혼합 가스가 균일한 온도로 유지되면서 상기 제2기화부(350)로 공급되도록 할 수 있다.
상기 가열부(400)는 상기 배출관(270)에 대응하여 배열되는 제3가열부(470)를 더 포함할 수 있다. 상기 제3가열부(470)는 상기 제2기화 공간(360)에서 기화된 가스(G)가 균일한 온도를 유지한 상태에서 공정 가스로 박막 증착을 위한 공정 챔버로 제공되도록 할 수 있다.
상기 제3가열부(470)는 열선 형태의 히터일 수 있다. 상기 제3가열부(470)는 상기 제2가열부(450)와 하나의 열선으로 일체화될 수 있으나, 이에 반드시 한정되는 것은 아니고 다양한 형태로 구현될 수 있다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 박막 증착용 기화 장치(1000)의 기화 공정을 설명하기 위한 도면이다.
도 6을 참조하면, 상기 소스 주입구(101)를 통해 소스(S)가 유입되고, 상기 캐리어 가스 주입구(105)를 통해 캐리어 가스(C)가 유입되면, 상기 아토마이저(100)는 상기 소스(S)와 캐리어 가스(C)를 혼합하여 혼합 가스, 예를 들어 미세 액적을 상기 기화부(300)로 분사할 수 있다. 상기 아토마이저(100)에서 분사되는 혼합가스는 부분적으로 기화되어, 일부분은 액체 상태를 유지할 수도 있다.
이때, 상기 아토마이저(100)의 축소관 구조로, 상기 캐리어 가스(C)가 상기 캐리어 가스 주입구(105)의 경사면을 따라 안내되도록 하여, 상기 액상의 소스(S)와 상기 캐리어 개스(C)의 혼합시 압력으로 인해 더욱 미세한 액적을 분사할 수 있다.
상기 아토마이저(100)에서 분사된 혼합 가스는 상기 기화부(300)의 상기 제1기화부(310)로 유입되어 기화될 수 있다. 상기 제1기화부(310)로 유입된 혼합 가스는 상기 제1기화부(310)의 용기부(311)내에서 제1가열부(410)에 의해 가열되어 충돌되어 보다 미립화될 수 있다. 상기 제1기화부(310)내의 상기 혼합 가스는 서로 충돌하여 기화상태로 되어 상기 공간부(313)를 통해 상기 기화 유로(370)를 거쳐 상기 제2기화부(350)로 유입될 수 있다. 이때, 제1기화부(310)는 제1기화 공간(320)이 제1가열부(410)에 의해 둘러싸여 혼합 가스를 가열시켜 줌으로써 제1기화 공간(310)에서의 기화효율을 극대화하고, 혼합 가스의 재응축을 방지할 수 있다.
제2기화부(350)로 유입된 혼합 가스는 제1가열부(410)와 제2가열부(450)사이에 배치된 상기 기화 유로(370)를 거쳐 유입되므로, 상기 제1 및 제2가열부(410, 450)에 의해 온도가 균일하게 유지되면서 상기 제2기화부(350)의 제2기화 공간(360)으로 유입될 수 있다.
상기 제2기화 공간(360)은 상기 제1가열부(410) 및 제2가열부(450)에 의해 둘러쌓여져서, 열손실이 방지되어, 상기 혼합 가스가 균일한 온도로 유지되므로, 상기 제2기화부(350)내에서 혼합 가스의 기화 효율을 극대화할 수 있으며, 혼합 가스의 재응축을 방지할 수 있다.
상기 제2기화부(350)내에서 혼합 가스는 완전히 기화되어, 기화된 가스(G)가 배출구(201)를 통해 공정 가스로서 외부, 예를 들어 공정 챔버로 공급될 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 기화 장치는 기화기 몸체 내측과 외측에 모두 히터가 구비될 수 있다. 따라서, 종래의 기화기 몸체 외측에만 히터가 구비되는 기화 장치에 있어서, 기화기 내부 온도가 낮아서 기화 효율이 저하되는 문제점을 해결할 수 있다. 따라서, 아토마이저에서 분사된 액적이 기화기 내부에서 재응축되어 파티클이 발생되고, 이에 따라 필터 또는 기화기 등이 막히는 문제점 또한 해결할 수 있다.
도 7은 본 발명의 실시예에 다른 기화 장치와 종래의 기화장치의 ROR (rate of rise) 테스트 결과를 도시한 것이다.
ROR 테스트는 누설 시험에서, 진공 시스템의 체적 및 온도는, 증가 비율을 측정하는 동안 일정하게 유지시키는 조건 하에, 밸브(valve)를 사용하여 펌프로부터 진공 시스템을 갑자기 격리시키는 시간에서 압력 증가의 시간 비율을 말한다.
기화 장치를 이용한 증착공정은 진공 상태에서 진행되는 공정으로 기화 장치내에서 기화되는 과정과 성능을 눈으로 확인하는 것이 불가능하기 때문에, 기화 공정 후 배관의 진공도 변화를 통해 기화 성능 지표를 간접적으로 얻을 수 있다
도 7을 참조하면, 공정중, 본 발명의 기화 장치(상측의 실선으로 표시된 부분)는 종래의 기화 장치(상측의 점선으로 표시된 부분)에 비하여, 공정중 진공도가 크게 흔들리지 않고, 선형성을 유지하면 입자의 균일도가 양호함을 할 수 있다.
공정이 진행된 후, 본 발명의 기화 장치(하측의 실선으로 표시된 부분)는 종래의 기화 장치(하측의 점선으로 표시된 부분)에 비하여, 공정후 바로 베이스 진공도로 복귀함을 알 수 있다. 즉, 기화 공간내에 혼합 가스가 잔존하지 않으며, 우수한 기화 성능으로 투입된 소스가 즉각적으로 기화됨을 알 수 있다. 또한, 종래의 기화 장치는 공정후 바로 베이스 진공도로 복귀하지 않고 천천히 복귀하는 테일(tail) 현상이 생김을 알 수 있다.
도 8(a)는 종래의 기화 장치에 있어서, 기화 성능을 표시한 것이다. 도 8(a)를 참조하면, 종래의 기화 장치의 구조, 예를 들어 종래의 히터 구조와 아토마이저 구조로 인해 공정중 입도 균일도(점선 표시)가 양호하지 않으며, 테일 현상(실선표시)가 생김을 알 수 있다.
도 8(b)는 본 발명의 기화 장치에 있어서, 기화 성능을 표시한 것이다. 도 8(b)를 참조하면, 본 발명의 기화 장치는 가열부와 캐리어 가스 주입구의 구조 개선을 통해, 공정중 입도 균일도(점선 표시)가 양호하고, 테일 현상(실선표시)이 발생하지 않음을 알 수 있다. 이에 따라, 액적의 재응축을 방지할 수 있으며, 기화되지 않은 소스가 장치 내벽에 점착되는 것을 방지할 수 있다.
도 9는 본 발명의 기화 장치와 종래의 기화 장치의 입도 균일도와 소스의 내부 잔존량에 대한 측정 결과를 도시한 것이다.
도 9를 참조하면, 종래의 기화 장치에 비하여 본 발명의 기화 장치의 입도 균일도와 내부 잔존량이 개선되었음을 알 수 있다.
이와 같이, 본 발명이 속하는 기술분야의 당업자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로서 이해해야만 한다. 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
100: 아토마이저 200: 몸체
101: 소스 주입구 105: 캐리어 가스 주입구
201: 배출구 210: 상부 캡
250: 하부 캡 270: 배출관
300: 기화부 310: 제1기화부
350: 제2기화부 320: 제1기화 공간
360: 제2기화 공간 370: 기화 유로
410, 450, 470: 제1, 제2, 제3가열부

Claims (10)

  1. 소스 주입구를 통해 주입되는 소스와 캐리어 가스 주입구를 통해 주입된 캐리어 가스를 혼합하고, 혼합된 가스를 분사하는 아토마이저;
    상기 아토마이저로부터 분사된 혼합 가스를 기화시켜 주기 위한 제1 및 제2기화 공간을 구비하며, 기화된 가스를 공정 가스로서 배출구를 통해 배출하는 기화부;
    상기 기화부내의 혼합 가스를 일정 온도로 유지시켜 주기 위한 가열부를 포함하되,
    상기 가열부는
    상기 제1기화 공간을 감싸도록 배열되어, 상기 제1기화 공간내의 혼합 가스의 온도를 유지시켜 주는 제1가열부; 및
    상기 제1가열부와 함께, 상기 제2기화 공간을 둘러싸도록 배열되어, 상기 제2기화 공간내의 혼합 가스의 온도를 유지시켜 주는 제2가열부를 포함하는 것을 특징으로 하는 박막 증착용 기화 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 가열부는 상기 배출구를 통해 배출되는 기화된 가스의 온도를 유지시켜 주기 위하여, 상기 배출구를 구비하는 배출관의 외측에 배열되는 제3가열부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 박막 증착용 기화 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 제1가열부, 제2가열부, 및 제3가열부는 열선형태의 히터로 구성되며, 상기 제1가열부와 제3가열부는 하나의 열선으로 일체형으로 구성되는 것을 특징으로 하는 박막 증착용 기화 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 캐리어 가스 주입구는 캐리어 가스가 유입되는 부분보다 캐리어 가스가 배출되는 부분이 좁은 유로를 갖는 축소관 형상을 갖는 것을 특징으로 하는 박막 증착용 기화 장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 캐리어 가스 주입구는
    상기 캐리어 가스가 유입되는 제1부분; 및
    상기 기화부와 연통되고, 상기 제1부분에 대하여 상기 기화부를 향해 하방 경사진 제2부분을 포함하되,
    상기 제1부분에 비하여 상기 제2부분의 유로가 좁게 되도록 구성되는 것을 특징으로 하는 박막 증착용 기화 장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 기화부는
    상기 아토마이저와 연통되어, 상기 아토마이저로부터 분사된 혼합 가스를 1차로 기화시켜 주는 상기 제1기화 공간을 구비하는 제1기화부; 및
    상기 제1기화부로부터 유입되는 혼합 가스를 완전히 기화시켜 상기 공정 가스로 배출시켜 주기 위한, 상기 제2기화 공간을 구비하는 제2기화부를 포함하는 것을 특징으로 하는 박막 증착용 기화 장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 제1기화부는 상기 아토마이저로부터 이격 배치되고, 상기 제2기화부내에 배치되는 원통 형상의 용기부와 상기 용기부를 고정시켜 주기 위한 다수의 봉 형상의 고정부로 구성되되, 상기 다수의 고정부사이의 공간부가 상기 제2기화부와 연통되도록 구성되고,
    상기 용기부의 외측면과 외측 바닥면에 상기 제1가열부가 배치되어, 상기 제1기화 공간이 제1가열부에 의해 감싸지도록 구성되는 것을 특징으로 하는 박막 증착용 기화 장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 제2기화부는 원통 형상의 외측관으로 구성되고,
    상기 외측관의 외측면 및 외측 바닥면에 제2가열부가 배치되어, 상기 제2기화 공간이 제1 및 제2가열부에 의해 감싸지도록 구성되는 것을 특징으로 하는 박막 증착용 기화 장치.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 기화부는 상기 제1기화부와 상기 제2기화부간에 연통되어, 상기 제1기화부의 공간부로부터 혼합 가스를 상기 제2기화부로 안내하는 기화 유로를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 박막 증착용 기화 장치.
  10. 청구항 9에 있어서,
    상기 기화 유로는 상기 제1가열부중 상기 용기부의 외측면에 형성된 부분과 상기 제2가열부중 상기 외측관의 외측면에 형성된 부분사이에 배열되어, 제1 및 제2가열부에 의해 상기 기화 유로를 통과하는 혼합가스를 가열시켜 주는 것을 특징으로 하는 박막 증착용 기화 장치.



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