KR100322410B1 - 액체원료 기화장치 - Google Patents

Abstract

화학기상증착공정에서 액상의 반응원료를 기화시켜 반응기내로 공급하는 데 적용되는 액체원료 기화장치에 관하여 개시한다. 본 발명은, 액상의 반응원료를 저장하는 반응원료 저장조와, 그 한 쪽 끝단에 오리피스가 설치되는 운반기체 인젝터와, 상기 반응원료 저장조 내의 반응원료가 이와 충돌되는 운반기체의 운동에너지에 의해 미립자화되도록 상기 오리피스를 통하여 분출되는 운반기체를 상기 반응원료 저장조 내로 유도하는 운반기체 유도관과, 상기 유도된 운반기체에 의해 미립자화된 상기 반응원료를 운반기체와 함께 배출시키기 위하여 상기 반응원료 저장조와 연통되도록 설치되는 반응원료 배출관과, 상기 미립자화된 반응원료를 기화시키기 위하여 상기 반응원료 배출관에 결합되는 가열수단을 구비하는 것을 특징으로 한다. 본 발명에 의하면, 미립자화된 액상의 반응원료가 가열수단에 도달하여 기화시키기 때문에, 기화가 잘되어 종래와 같은 클로깅 현상이나 공정상의 오염원이 발생하지 아니한다.

Description

액체원료 기화장치 {Apparatus for vaporizing a liquid source}

본 발명은 액체원료 기화장치에 관한 것으로서, 특히, 화학기상증착공정에서 액상의 반응원료를 기화시켜 반응기내로 공급하는 데 적용되는 액체원료 기화장치에 관한 것이다.

반도체소자의 제조공정에 있어서, 고품질의 막을 형성시키기 위해 금속-유기물 원료(Metal-Organic Source)를 이용하는 MOCVD(Metal-Organic Chemical Vapor Deposition)방법이 많이 개발되고 있다. 이 때, 대부분의 금속-유기물 원료는 상온에서 용액성 액체이기 때문에 화학기상증착법에 적용하기 위해서는 반응기에 이를 공급하기 전에 미리 기체로 상변태(phase transformation)시키는 과정이 필요하다.

따라서, 용액성 액체반응원료를 기화시키는 여러 가지 방법들이 제안되었다. 가장 간단한 방법으로는 액체반응원료를 일정온도로 가열하여 기화시키는 방법이 있다. 그러나, 이 방법은 반응원료의 증기압이 매우 작거나, 증발온도에서 열적으로 불안정한 물질에 대해서는 바람직하지 않다. 또한, 용매가 용질보다 빨리 증발하기 때문에 증기압이 시간에 따라 변화하여 반응원료의 공급량을 원하는 바대로 일정하게 유지할 수 없다는 문제가 있다.

용액성 액체반응원료를 기화시키는 다른 방법으로는, 다공성 메탈 플릿(Porous Metal Frit)을 이용하거나, 다층의 메탈 디스크(Metal Disk)를 이용하는 방법이 있다.

전자의 경우는, 메탈 플릿이 스테인레스강으로 이루어진 소결제품이기 때문에 열전도율이 좋지 않아, 외부열원에 의한 간접가열로는 충분한 열량을 얻기가 힘들어 온도구배가 발생하는 문제점이 있다. 또한, 기공(Pore)의 크기가 균일하지 못하기 때문에 유입되는 용액성 액체반응원료가 완전히 기화되지 못하고 고체용질이 정체되어 기화기의 내부가 막히는 이른바 클로깅(Clogging)현상이 발생하여 기화 효율이 낮아지는 문제점이 있다. 뿐만 아니라 이렇게 정체된 고체용질이 공정상의 오염원으로 작용하기도 한다. 후자의 경우도, 메탈 디스크의 내부와 외부의 온도편차 때문에 고체용질에 의해 기화기가 막히는 문제점이 있다.

그리고, 양자의 경우 모두에 사용되는 액체이송장치(Liquid Delivery System, LDS)는 많은 이송관과 밸브로 구성되어 있어 작동 메카니즘이 복잡하고, 그 유지 및 보수가 어려워 실제 양산공정에 적용하기에는 많은 문제점을 안고 있다.

따라서, 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 기화효율이 증가되도록 액상의 반응원료를 먼저 미립자화시키고 이 미립자화된 반응원료를 기화시킴으로써 상술한 종래의 문제점을 해결할 수 있는 액체원료 기화장치를 제공하는 데 있다.

도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 액체원료 기화장치를 설명하기 위한 개략도 이다.

< 도면의 주요 부분에 대한 참조번호의 설명 >

110: 인젝터 120: 오리피스

130: 운반기체 유도관 140: 액체원료 저장조

150: 반응원료 배출관 160: 가열수단

상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 일 예에 따른 액체원료 기화 장치는, 액상의 반응원료를 저장하는 반응원료 저장조와, 그 한 쪽 끝단에 오리피스가 설치되는 운반기체 인젝터와, 상기 반응원료 저장조 내의 반응원료가 이와 충돌되는 운반기체의 운동에너지에 의해 미립자화되도록 상기 오리피스를 통하여 분출되는 운반기체를 상기 반응원료 저장조 내로 유도하는 운반기체 유도관과, 상기 유도된 운반기체에 의해 미립자화된 상기 반응원료를 운반기체와 함께 배출시키기 위하여 상기 반응원료 저장조와 연통되도록 설치되는 반응원료 배출관과, 상기 미립자화된 반응원료를 기화시키기 위하여 상기 반응원료 배출관에 결합되는 가열수단을 구비하는 것을 특징으로 한다.

여기서, 상기 운반기체 유도관의 출구는 상기 반응원료 저장조 내의 하부에 위치하도록 설치되는 것이 바람직하며, 상기 가열수단으로는 알루미늄 몰딩 히터를 사용한다.

이하에서, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 액체원료 기화장치를 설명하기 위한 개략도이다. 도 1을 참조하면, 직경이 6.35mm인 인젝터(110)의 끝단에는 그 내경이 0.1 내지 3mm인 오리피스(120)가 설치되며, 운반기체 유도관(130)은 그 한쪽 끝이 오리피스(120)에 연결되고 그 다른 한쪽 끝이 액체원료 저장조(140) 내에 삽입되도록 설치된다.

인젝터(110)와 오리피스(120)는 암나사와 수나사의 체결볼트로 상호 연결시키되 그 연결부에는 진공실링을 위하여 오링 또는 메탈과 같은 실링부재(미도시)를 개재한다. 인젝터(110)는 그 내벽의 평균 표면거칠가 5이하가 되도록 전해연마처리된 것을 사용한다. 이는, 내벽과 운반기체와의 접촉에 의한 파티클의 발생 및 압력손실이 최대한 억제되도록 하기 위함이다.

오리피스(120)의 직경이 인젝터(110)의 직경보다 작기 때문에, 인젝터(110)에서 분출되는 운반기체는 오리피스(120)를 통과할 때 베르누이 정리에 의하여 그 유속이 증가하게 된다. 이렇게 그 유속이 증가된 운반기체는 운반기체 유도관(130)을 통하여 반응원료 저장조(130)내로 유입된다.

반응원료 저장조(140) 내에 저장되어진 액상의 반응원료는 운반기체 유도관(130)을 통하여 유입되는 운반기체의 운동에너지를 전달받아 미립자화된 후, 반응원료 저장조(140)와 연통되도록 설치된 반응원료 배출관(150)을 통하여 운반기체와 함께 배출된다.

반응원료 저장조(130) 내에 반응원료가 조금만 남아있는 경우에도 운반기체가 큰 운동에너지를 가지고 반응원료와 충돌할 수 있도록, 운반기체 유도관(130)의 분출구는 반응원료 저장조(130)의 하부에 위치하도록 설치된다.

반응원료 저장조(140)와 반응원료 배출관(150)은 암나사와 수나사의 체결볼트로 상호 연결시키되 그 연결부에는 진공실링을 위하여 실링부재(미도시)를 개재한다. 이 때, 그 실링부재로는 수분에 매우 민감한 액상의 반응원료가 대기중의 공기와 접촉되지 아니하도록 실링역할을 하는 동시에 액상의 반응원료와 상호반응을 하지 않는 메탈 가스켓을 사용하는 것이 바람직하다.

반응원료 배출관(150)을 통하여 배출되는 미립자화된 액상의 반응원료는 반응원료 배출관(150)에 결합되도록 설치되는 가열수단(160)에 의해 순간적으로 기화된다. 여기서, 가열수단(160)으로는, 온도편차가 ±1℃ 이하가 되도록, 알루미늄 주괴(ingot)에 홈을 만들어 그 홈에 열선을 매립하고, 절연을 위하여 그 열선 사이에 운모(Mica)를 충진한 알루미늄 몰딩히터를 사용한다.

상술한 바와 같은 본 발명에 따른 액체원료 기화장치에 의하면, 미립자화된 액상의 반응원료가 가열수단(160)에 도달하여 기화시키기 때문에, 그 기화가 잘되어 종래와 같은 클로깅 현상이나 공정상의 오염원이 발생하지 아니한다.

그리고, 액체원료를 공급하기 위한 라인이나 밸브의 구성이 간단하기 때문에, 양산공정에 적용하기에 적합한 장치를 구현할 수 있다.

본 발명은 상기 실시예에만 한정되지 않으며, 본 발명의 기술적 사상 내에서 당 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 많은 변형이 가능함은 명백하다.

Claims (3)

1. 액상의 반응원료를 저장하는 반응원료 저장조;

   그 한 쪽 끝단에 오리피스가 설치되는 운반기체 인젝터;

   상기 반응원료 저장조 내의 반응원료가 이와 충돌되는 운반기체의 운동에너지에 의해 미립자화되도록, 상기 오리피스를 통하여 분출되는 운반기체를 상기 반응원료 저장조 내로 유도하는 운반기체 유도관;

   상기 유도된 운반기체에 의해 미립자화된 상기 반응원료를 운반기체와 함께 배출시키기 위하여, 상기 반응원료 저장조와 연통되도록 설치되는 반응원료 배출관; 및

   상기 미립자화된 반응원료를 기화시키기 위하여 상기 반응원료 배출관에 결합되는 가열수단을 구비하는 액체원료 기화장치.
2. 제1 항에 있어서, 상기 운반기체 유도관의 출구가 상기 반응원료 저장조 내의 하부에 위치하도록 설치되는 것을 특징으로 하는 액체원료 기화장치.
3. 제1 항에 있어서, 상기 가열수단이 알루미늄 몰딩 히터인 것을 특징으로 하는 액체원료 기화장치.