KR20030050941A

KR20030050941A - 막힘현상을 방지할 수 있는 기화기

Info

Publication number: KR20030050941A
Application number: KR1020010081663A
Authority: KR
Inventors: 한영기; 양철훈; 김동현; 한근조
Original assignee: 주성엔지니어링(주)
Priority date: 2001-12-20
Filing date: 2001-12-20
Publication date: 2003-06-25

Abstract

본 발명에 따른 기화기는, 양단이 모두 개방되고 한쪽 끝은 반응기에 연결되는 관 형태의 몸체(10); 몸체(10)의 나머지 한쪽 끝에 연통되도록 설치되는 원료공급관(30); 몸체(10)를 둘러싸도록 설치되는 가열수단(40); 및 원료공급관(30)을 냉각시키도록 설치되는 냉각수단(80);을 구비하여, 원료공급관(30)을 통하여 몸체(10)로 인입되는 액상의 반응원료를 가열수단(40)에서 제공되는 열로 기화시켜 이를 반응기로 공급하는 것을 특징으로 한다. 본 발명에 의하면, 가열수단(40)에 인접하여 있는 원료공급단(30)이 가열되어 액상의 소스원료가 원하지 않게 과도하게 예비가열되는 것을 냉각수단(80)을 설치함으로써 방지할 수 있으므로, 원료공급단(30) 부근에서 솔벤트가 먼저 기화되어 용질에 의해 기화기가 막히는 이른바 클로깅 현상이 나타나는 것을 최소화할 수 있다.

Description

막힘현상을 방지할 수 있는 기화기{Vaporizer which can prevent clogging}

본 발명은 기화기(vaporizer)에 관한 것으로서, 특히 화학기상증착공정에서액상의 소스원료를 기화시켜 반응기 내로 공급함에 있어서 기화기가 막히는 이른바 클로깅(clogging) 현상을 방지할 수 있는 기화기에 관한 것이다.

반도체소자의 제조공정에 있어서, 고품질의 막을 형성시키기 위해 금속-유기물 전구체(Metal-Organic Precursor)를 이용하는 MOCVD(Metal-Organic Chemical Vapor Deposition)방법이 많이 개발되고 있다. 이 때, 대부분의 금속-유기물 전구체는 상온에서 용액성 액체이기 때문에 화학기상증착법에 적용하기 위해서는 반응기에 이를 공급하기 전에 미리 기체로 만드는 과정이 필요하다. 따라서, 액상의 소스원료를 기화시키는 여러가지 방법들이 제안되었다.

도 1은 종래의 기화기를 설명하기 위한 도면이다.

도 1을 참조하면, MOCVD에 사용되는 전구체는 통상 메탄올과 같은 솔벤트에 용해된 상태로 Ar과 같은 캐리어 가스(carrier gas)의 흐름에 편승하여 원료공급관(30)을 통하여 몸체(10)로 공급되고 몸체(10)를 둘러싸도록 설치된 가열수단(40)에서 제공되는 열에 의해 기화된 후 반응기로 공급된다. 몸체(10)는 양단이 모두 개방된 관 형태를 하며, 한 쪽 단은 반응기(미도시) 쪽에 연결되고 다른 한쪽 단은 원료저장조(미도시) 쪽에 연결된다.

몸체(10)는 1/8인치의 내경을 갖는 제1부분(A), 제1부분(A)에서 연장되면서 점점 내경이 작아지는 축경부, 상기 축경부에서 1.7mm 만큼 연장되면서 0.6mm의 내경을 갖는 제2부분(B), 제2부분(B)에서 연장되면서 점점 내경이 증가하는 제1확경부, 상기 제1확경부에서 소정길이 만큼 연장되며 1/4인치의 내경을 가지는 제3부분(C), 제3부분(C)에서 연장되면서 점점 내경이 증가하는 제2확경부, 상기제2확경부에서 소정길이만큼 연장되며 1/2인치의 내경을 가지는 제4부분(D)으로 이루어진다.

제1부분(A)은 원료공급관(130)과 연결되고, 제4부분(D)은 반응기 쪽에 연결된다. 원료공급관(130)은 1/8인치의 내경을 갖는다. 몸체(10)의 내경이 점점 커지는 것은 기화효율을 좋게 하기 위한 것이다. 제2부분(B)이 제일 작은 내경을 가지는데 이 부분이 사실상 소스원료 분사부로서의 역할을 하고, 여기서 분사가 이루어지면 갑자기 유로의 직경이 증가하기 때문에 순간적으로 기화가 잘 일어나게 된다.

보조관(20)은 제4부분(D)과 연통되도록 설치된다. 기화초기부터 소스원료를 반응기로 공급하면 기체 흐름이 불안정하여 박막증착이 제대로 이루어지지 않기 때문에 보조관(20)을 통하여 일정량 외부로 배출시키다가 소정의 시간이 경과된 후 기체 흐름이 안정되면 그 때서야 이 부분을 막고 반응기 쪽으로 기체원료를 공급한다.

기화효율을 증가시키기 위하여 허락하는 한 높은 온도까지 몸체(10)를 가열하면 원료공급관(30)까지 열이 전달되어 액상의 소스원료가 원료공급관(30)에서 원하지 않게 과도하게 예비가열(pre-heating)된다. 따라서, 이 부분에서 솔벤트가 원하지 않게 먼저 기화되어 용질들이 제1부분(A), 제2부분(B), 또는 제3부분(C)에 응축되어 기화기가 막히는 클로깅 현상이 자주 발생하게 된다.

특히, 도면에 제시된 기화기를 옆으로 눕혀서 사용하는 경우에는 액상의 소스원료가 유로를 완전히 채운 상태에서 흘러가는 것이 아니라 윗부분에 빈 공간이 있는 상태로 흘러가기 때문에 솔벤트의 기화가 더욱 잘 일어난다.

따라서, 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, 과도하게 액상의 소스원료가 예비가열되지 않도록 함으로써 클로깅 현상이 발생하는 것을 줄일 수 있는 기화기를 제공하는 데 있다.

도 1은 종래의 기화기를 설명하기 위한 도면;

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 기화기를 설명하기 위한 도면;

도 3은 펠티에 소자의 일 예를 설명하기 위한 도면이다.

< 도면의 주요 부분에 대한 참조번호의 설명 >

10: 몸체 20: 보조관

30: 원료공급관 40: 가열수단

80: 냉각수단 110: n형 반도체

120: p형 반도체 130: 전도성 세라믹

141, 142: 방열판

상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명에 따른 기화기는, 양단이 모두 개방되고 한쪽 끝은 반응기에 연결되는 관 형태의 몸체; 상기 몸체의 나머지 한쪽 끝에 연통되도록 설치되는 원료공급관; 상기 몸체를 둘러싸도록 설치되는 가열수단; 및 상기 원료공급관을 냉각시키도록 설치되는 냉각수단;을 구비하여, 상기 원료공급관을 통하여 상기 몸체로 인입되는 액상의 반응원료를 상기 가열수단에서 제공되는 열로 기화시켜 이를 상기 반응기로 공급하는 것을 특징으로 한다.

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

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 기화기를 설명하기 위한 도면이다. 도면에 있어서, 도 1과 동일한 참조번호는 동일 기능을 수행하는 구성요소를 나타내며 반복적인 설명은 생략한다.

도 2를 참조하면, 본 발명은 원료공급관(30)을 냉각시키는 냉각수단(80)을 더 구비하는 것을 특징으로 한다. 도면에는 냉각수가 흐를 수 있는 냉각재킷이 원료공급관(30)을 감싸도록 설치되는 경우가 도시되었지만, 냉각팬(cooling fan)이나 펠티에(Peltier) 소자로 원료공급관(30)을 냉각시킬 수도 있다.

펠티에 소자의 일 예가 도 3에 도시되었다. 도 3을 참조하면, 펠티에 소자는 n형 반도체(110), p형 반도체(120), 및 전도성 세라믹(130)을 포함하여 이루어질 수 있는데, 화살표 방향으로 전류를 인가하면 n형 반도체(110) → 전도성 세라믹(130) → p형 반도체(120)로 전류가 흐르게 되어 한 쪽은 흡열하여 주위가 냉각되고, 다른 한쪽은 발열하여 주위온도가 올라가게 된다.

따라서, 상기 흡열 영역이 원료공급관(30) 쪽에 위치하도록 설치하면 전기에너지를 이용하여 원료공급관(30)을 냉각시킬 수 있다. 통상, 펠티에 소자의 냉온효과를 극대화시키기 위하여 흡열 및 발열 영역에 알루미늄, 동, 또는 스테인레스스틸 등으로 이루어진 방열판(141, 142)을 설치하는데, 본 발명의 경우도 이렇게 하면 좋다.

펠티에 소자는 소형 경량으로 장착이 용이하며, 냉매를 사용하지 않으므로 냉매에 의한 환경 오염의 문제가 해소되고, 냉각용 증발기, 압축기, 및 가열 히터가 필요 없으므로 소음 및 진동 문제가 해소되며, 전기 소비를 줄일 수 있다는 장점이 있다.

상술한 바와 같이 본 발명에 의하면, 가열수단(40)에 인접하여 있는 원료공급단(30)이 가열되어 액상의 소스원료가 원하지 않게 과도하게 예비가열되는 것을냉각수단(80)을 설치함으로써 방지할 수 있으므로, 원료공급단(30) 부근에서 솔벤트가 먼저 기화되어 용질에 의해 기화기가 막히는 이른바 클로깅 현상이 나타나는 것을 최소화할 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

양단이 모두 개방되고 한쪽 끝은 반응기에 연결되는 관 형태의 몸체;

상기 몸체의 나머지 한쪽 끝에 연통되도록 설치되는 원료공급관;

상기 몸체를 둘러싸도록 설치되는 가열수단; 및

상기 원료공급관을 냉각시키도록 설치되는 냉각수단;을 구비하여, 상기 원료공급관을 통하여 상기 몸체로 인입되는 액상의 반응원료를 상기 가열수단에서 제공되는 열로 기화시켜 이를 상기 반응기로 공급하는 것을 특징으로 하는 기화기.
제1항에 있어서, 상기 냉각수단은 냉각수가 흐를 수 있는 냉각재킷으로서 상기 원료공급관을 감싸도록 설치되는 것을 특징으로 하는 기화기.
제1항에 있어서, 상기 냉각수단이 펠티에소자를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 기화기.
제1항에 있어서, 상기 몸체는 상기 원료공급관이 설치되는 한쪽 끝에서부터 제1내경을 갖는 제1부분, 상기 제1부분에서 연장되면서 점점 내경이 작아지는 축경부, 상기 축경부에서 소정길이만큼 연장되면서 상기 제1부분보다 작은 일정한 내경을 갖는 제2부분, 상기 제2부분에서 연장되면서 점점 내경이 증가하는 제1확경부, 상기 제1확경부에서 소정길이만큼 연장되면서 상기 제2부분보다 큰 일정한 내경을갖는 제3부분을 포함하는 것을 특징으로 하는 기화기.