KR100554022B1 - 기화 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 기화 장치에 관한 것으로, 챔버; 피증기액을 상기 챔버 내부로 분무시키는 분무 노즐; 상기 분무된 피증기액을 기화시키는 기화 가스를 공급하는 기화 가스관; 상기 챔버 외부로 기화된 피증기액을 배출하는 배출관; 및 상기 챔버를 가열하는 가열 수단을 포함하는 것을 특징으로 한다. 이에 의하면, 액상의 이소프로필알코올(IPA)을 에어 분무 노즐(Air atomizing nozzle)을 사용하여 분무화함으로써 보다 용이하게 이소프로필알코올 증기(IPA vapor)를 생성할 수 있다. 또한, 에어 분무 노즐(Air atomizing nozzle)에 공급되는 액상의 이소프로필알코올(IPA)과 질소(N₂) 가스의 압력을 조절함으로써 이소프로필알코올 증기(IPA vapor)의 양을 정밀하게 제어할 수 있다.

Description

기화 장치{APPARATUS FOR VAPORIZATION}

도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 기화 장치를 도시한 단면도이다.

도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 기화 장치를 이용한 기화 시스템을 개략적으로 도시한 구성도이다.

< 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 >

100; 기화 장치 110; 기화 챔버

120; 분무 노즐 120a; 피증기액관

120b; 캐리어 가스관 130; 기화 가스관

140; 배출관 150; 가열 수단

210; 압력 제어 수단 300; 캐리어 가스 가열 장치

310; 기화 가스 가열 장치 320; 질량 유동 제어기(MFC)

400; 건조 챔버 500; 이소프로필알코올 저장 용기

본 발명은 기화 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 피증기액을 보다 용이하게 기화시킬 수 있는 기화 장치에 관한 것이다.

일반적으로 반도체 소자의 제조 공정에 있어서 웨이퍼 세정 및 건조 기술은 더욱 다양화되고 있으며 그 중요성도 더욱 증대되고 있다. 특히 미세구조를 갖는 반도체 소자의 제조 공정에 있어서는 웨이퍼 세정 공정후 웨이퍼에 부착된 파티클(particle), 정전기, 물반점(water mark) 등은 후속 공정에 커다란 영향을 미치게 되기 때문에 웨이퍼 건조 공정의 필요성이 더욱 증대되고 있다.

반도체 소자의 제조에 이용되는 웨이퍼의 건조 장치는 여러 방향으로 발전하였는데, 그 중 하나로서 기화된 이소프로필알코올(IPA;isopropylalcohol)을 베이퍼 드라이어(Vapor Dryer)를 사용하여 웨이퍼에 불어 넣어 웨이퍼를 건조하는 방식이 있었다. 이러한 방식에 있어서는 먼저 액상의 이소프로필알코올(IPA)을 기화기로써 기화시켜야 한다. 이를 위해 종래에는, 일본국 출원 제97-141111호를 우선권주장의 기초로 하는 국내공개특허 특1998-87125호에 개시된 바와 같이, 벤튜리(venturi) 효과를 이용하여 액상의 이소프로필알코올(IPA)을 기화시키는 벤튜리형 기화 장치를 사용하였다.

그런데, 종래의 기화 장치에 있어서는 다음과 같은 문제점이 있었다.

종래의 기화 장치에 있어서는, 벤튜리 효과를 위하여 캐리어 가스(carrier gas)인 질소(N₂)의 유속이 거의 음속에 가까와지도록 가속하여야 했다. 그리고, 기화 장치의 유입구(inlet)와 유출구(outlet)의 압력차를 크게 하기 위해 유출구쪽에 진공(vacuum) 장치가 더 필요하였다. 이에 더하여, 기화된 이소프로필알코올(IPA)의 재응축을 방지하기 위해 기화 장치의 유출구 이후에 가열장치가 더 필요로 하였 다. 상술한 바와 같이, 종래에 있어서는 액상의 원료를 기화시키기에 여러 문제점이 있었다.

이에 본 발명은 상기한 종래 기술상의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 피증기액을 보다 용이하고 효과적으로 기화시킬 수 있는 기화 장치를 제공함에 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 기화 장치는 에어 분무 노즐을 사용하여 피증기액을 분무화한 다음 기화시켜 건조 증기를 용이하게 생성할 수 있는 것을 특징으로 한다. 또한, 본 발명에 따른 기화 장치는 에어 분무 노즐에 공급되는 액상의 피증기액과 캐리어 가스의 압력을 조절함으로써 건조 증기의 양을 정밀하게 제어할 수 있는 것을 특징으로 한다.

상기 본 발명의 특징을 구현하기 위한 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 기화 장치는, 챔버; 피증기액을 상기 챔버 내부로 분무시키는 분무 노즐; 상기 분무된 피증기액을 기화시키는 기화 가스를 공급하는 기화 가스관; 상기 챔버 외부로 기화된 피증기액을 배출하는 배출관; 및 상기 챔버를 가열하는 가열 수단을 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 분무 노즐은, 캐리어 가스와 상기 피증기액이 공급되어 상기 피증기액이 상기 캐리어 가스에 실려 상기 챔버로 분무되는 것을 특징으로 한다.

상기 캐리어 가스와 피증기액은 각각 독립된 관을 통해 상기 분무 노즐로 공 급되는 것을 특징으로 한다.

상기 캐리어 가스와 피증기액은 서로 독립적인 압력 제어 수단으로 제어되는 것을 특징으로 한다.

상기 캐리어 가스는 가열 질소(Hot N₂) 가스인 것을 특징으로 한다.

상기 피증기액은 비등점이 낮은 이소프로필알코올(IPA)인 것을 특징으로 한다.

상기 가열 수단은 적어도 상기 기화된 피증기액의 응축을 방지하는 온도로 상기 챔버의 외벽을 가열하는 것을 특징으로 한다.

상기 기화 가스는 적어도 상기 분무된 피증기액을 기화시키는 온도로 가열되어 있는 가열 질소(Hot N₂) 가스인 것을 특징으로 한다.

상기 분무 노즐은 상기 챔버를 향해 개구되어 있는 것을 특징으로 한다.

상기 기화 가스관은 상기 분무 노즐을 향해 개구되어 있는 것을 특징으로 한다.

상기 발명의 특징을 구현하기 위한 본 발명의 일실시예에 따른 기화 장치는, 기화 챔버; 액상의 이소프로필알코올과 제1 가열 질소 가스가 공급되어 상기 액상의 이소프로필알코올을 상기 기화 챔버 내부로 분무시키는 분무 노즐; 상기 분무된 액상의 이소프로필알코올을 가열하여 이소프로필알코올 증기를 생성시키는 제2 가열 질소 가스를 공급하는 기화 가스관; 상기 이소프로필알코올 증기를 건조 챔버로 공급하는 배출관; 및 상기 기화 챔버의 외벽을 가열하는 가열 수단을 포함하는 것 을 특징으로 한다.

상기 제1 가열 질소 가스와 액상의 이소프로필알코올은 각각 독립적인 관을 통해 상기 분무 노즐에 공급되는 것을 특징으로 한다.

상기 분무 노즐에 공급되는 상기 제1 가열 질소 가스와 액상의 이소프로필알코올은 서로 독립적인 압력 제어 수단으로 제어되는 것을 특징으로 한다.

상기 가열 수단은 적어도 상기 이소프로필알코올 증기의 응축을 방지하는 온도로 상기 기화 챔버의 외벽을 가열하는 것을 특징으로 한다.

상기 분무 노즐은 상기 기화 챔버를 향해 개구되어 있는 것을 특징으로 한다.

상기 기화 가스관은 상기 분무 노즐을 향해 개구되어 있는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 의하면, 이소프로필알코올(IPA)을 에어 분무 노즐(Air atomizing nozzle)을 사용하여 분무화함으로써 보다 용이하게 이소프로필알코올 증기(IPA vapor)를 생성할 수 있다. 또한, 에어 분무 노즐(Air atomizing nozzle)에 공급되는 액상의 이소프로필알코올(IPA)과 질소(N₂) 가스의 압력을 각각 독립적으로 조절함으로써 이소프로필알코올 증기(IPA vapor)의 양을 정밀하게 제어할 수 있게 된다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 기화 장치를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

본 발명은 여기서 설명되는 실시예에 한정되지 않고 다른 형태로 구현될 수 있다. 여기서 소개되는 실시예는 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록 그리고 당업자에게 본 발명의 사상과 특징이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되는 것이다. 도면에 있어서, 각각의 장치는 본 발명의 명확성을 기하기 위하여 과장적으로 그리고 개략적으로 도시된 것이다. 또한, 각각의 장치에는 본 명세서에서 자세히 설명되지 아니한 각종의 다양한 부가 장치가 더 구비되어 있을 수 있다. 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 도면부호는 동일한 구성요소를 나타낸다.

(실시예)

도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 기화 장치를 도시한 단면도이고, 도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 기화 장치를 이용한 기화 시스템을 개략적으로 도시한 구성도이다.

도 1을 참조하여, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 기화 장치(100)는 챔버(110), 분무 노즐(120), 기화 가스관(130), 배출관(140) 및 가열 수단(150)을 포함하여 구성된다. 이하, 각각의 구성요소에 대해 설명한다.

챔버(110)에서는 소정의 피증기액이 안개 상태로 분무되고 분무된 피증기액이 가열되어 기화되는 곳이다. 따라서, 여기서의 챔버(110)는 기화 챔버(110)로 명명될 수 있을 것이다. 기화 챔버(110)에서 기화된 피증기액(건조 증기)은 외부의 건조 장치, 예를 들어 건조 챔버로 배출된다.

에어 분무 노즐(Air atomizing nozzle)과 같은 분무 노즐(120)은 챔버(110) 내부를 향해 개구되어 있어 공급된 액상의 피증기액을 안개 상태와 같이 미세한 입자(mist) 형태로 챔버(110) 내부로 분무시킨다. 캐리어 가스(carrier gas)와 피증기액은 각각 캐리어 가스관(120b)과 피증기액관(120a)을 통해 분무 노즐(120)로 공급된다. 공급되는 피증기액과 캐리어 가스는 일렉트로 레귤레이터(electro regulator)와 같은 압력 제어 수단(미도시)에 의해 제어될 수 있는데, 압력 제어 수단은 각각 독립적으로 동작하는 것이 바람직하다 할 것이다. 각각 독립적인 압력 제어 수단을 통하여 분무 노즐(120)에 공급되는 피증기액과 캐리어 가스 각각의 공급량을 적절하게 그리고 정밀하게 제어할 수 있다.

한편, 피증기액으로는 비등점이 낮은 알코올, 예를 들어, 액상의 이소프로필알코올(IPA;isopropylalcohol)을 사용하는 것이 바람직하다. 그리고, 캐리어 가스로는 화학적으로 안정된 질소(N₂) 가스를 사용하는 것이 바람직하며, 후술한 바와 같이 소정의 온도로 가열된 가열 질소(Hot N₂)인 것이 바람직하다. 본 실시예에서 사용되는 가열 질소(Hot N₂)라는 용어는 히팅(heating)을 거친 질소 가스를 의미한다. 이하에서도 이와 같다.

기화 가스관(130)은 분무 노즐(120)을 향해 개구되어 있어 분무 노즐(120)로부터 분무된 피증기액, 즉 액상의 이소프로필알코올(IPA)에 가열된 기화 가스를 공급한다. 기화 가스는 적어도 분무된 피증기액을 기화시키는데 필요한 온도로 가열되어 있는 것이 바람직하다. 이와 같이 가열된 기화 가스가 공급되면 분무된 피증기액은 기화되어 건조 증기, 즉 이소프로필알코올 증기(IPA vapor)로 상변화가 일 어난다. 한편, 여기서의 기화 가스의 경우도 앞서의 캐리어 가스와 마찬가지로 화학적으로 안정되고 일정 온도로 가열된 가열 질소(Hot N₂) 가스인 것이 바람직하다. 본 실시예에 있어서 구별의 편의상 캐리어 가스로서 쓰이는 가열 질소를 제1 가열 질소라 명명하고, 기화 가스로서의 가열 질소를 제2 가열 질소라 명명하기로 한다.

분무된 피증기액을 기화시키는 경우에 있어서 분무된 피증기액이 미리 가열되어 있는 것이 건조 증기를 생성하는데 용이하다. 따라서, 제1 가열 질소는 제2 가열 질소와 동일하거나 이에 근접한 온도로 가열되어 있는 것이 바람직하다.

배출관(140)은 챔버(110)에서 생성된 건조 증기, 즉 이소프로필알코올 증기(IPA vapor)를 건조 챔버(미도시)와 같은 외부의 건조 장치로 배출하는 관이다.

가열 수단(150)은 기화 챔버(110)를 가열하는 가열체를 포함하여 구성된다. 기화 챔버(110)의 외벽은 기화 챔버(110)의 내부에 비해 온도가 작을 수 있다. 그러면, 기화 챔버(110)의 외벽은 건조 증기(이소프로필알코올 증기)를 응축하기 위한 냉각 영역(chill zone)으로 기능할 수 있다. 따라서, 건조 증기(이소프로필알코올 증기)의 응축을 방지하기 위하여 가열 수단(150)은 적어도 건조 증기인 이소프로필알코올 증기의 응축을 방지하는 온도로 기화 챔버(110)의 외벽을 가열할 수 있어야 함이 바람직하다.

상기와 같이 이루어진 기화 장치(100)에 의하면, 예를 들어, 액상의 이소프로필알코올과 제1 가열 질소 가스가 각각 피증기액관(120a)과 캐리어 가스관(120b) 을 통해 분무 노즐(120)로 공급된다. 액상의 이소프로필알코올과 제1 가열 질소 가스는 각각 독립적인 압력 제어 수단의 작용으로 가압되어 공급된다.

공급된 액상의 이소프로필알코올은 제1 가열 질소 가스에 실려 기화 챔버(110)로 내부로 안개 상태로 분무된다. 이때, 제2 가열 질소 가스가 기화 가스관(130)을 통해 공급된다. 따라서, 분무된 액상의 이소프로필알코올은 제2 가열 질소 가스로부터 열을 전달받아 이소프로필알코올 증기로 상변화한다.

기화 챔버(110) 내에서 생성된 이소프로필알코올 증기는 배출관(400)을 통해 복수매의 반도체 웨이퍼가 적재된 건조 챔버와 같은 외부의 건조 장치로 이동되어 반도체 웨이퍼에 대한 건조 공정이 행해진다.

도 2는 상기와 같은 기화 장치(100)를 이용한 전체의 기화 시스템을 개략적으로 나타낸 것이다. 도 2에는 도면부호로 구체적으로 표시하지 아니한 밸브나 압력계 등 여러 장치가 도시되어 있으나 이에 대한 자세한 설명은 생략하고, 다만 본 발명의 특징과 관련된 주요부분만을 선택적으로 설명하기로 한다.

도 2를 참조하여, 기화 장치(100)에 공급되는 피증기액으로서의 액상의 이소프로필알코올(IPA)은 이소프로필알코올 저장 용기(500)로부터 피증기액관(120a)을 경유하여 분무 노즐(120)로 공급된다. 이소프로필알코올 저장 용기(500)에는 이소프로필알코올이 빠져 나가는 드레인(IPA drain)과 부산물(by-product)이 배출(exhaust)되는 관 등 여러 장치가 부가되어 있을 수 있다.

여기서, 기화 장치(100)의 분무 노즐(120)로 공급되는 액상의 이소프로필알코올은 소정의 압력 제어 수단에 의해 제어된다. 따라서, 분무 노즐(120)로 공급되는 액상의 이소프로필알코올의 양을 적절하게 그리고 정밀하게 조절할 수 있다.

캐리어 가스인 질소 가스는 캐리어 가스관(120b)을 통해 분무 노즐(120)로 공급된다. 여기서의 질소 가스는 캐리어 가스 가열 장치(300)에 의해 특정 온도로 가열되어 분무 노즐(120)로 공급된다. 또한, 여기서의 질소 가스는 앞서의 압력 제어 수단과는 별개로 독립적인 동작을 하는 압력 제어 수단(210)에 의해 제어된다. 따라서, 캐리어 가스의 양을 적절하게 그리고 정밀하게 제어하여 분무 노즐(120)로 공급할 수 있다.

한편, 기화 가스인 질소 가스는 기화 가스관(130)을 통해 기화 챔버(110) 내부로 공급된다. 여기서의 질소 가스는 기화 가스 가열 장치(310)에 의해 열전달을 받아 가열된 상태로 공급되며, 질량 유동 제어기(320;MFC)에 의해 공급량이 제어된다.

캐리어 가스에 실려 분무 노즐(120)를 통과하는 액상의 이소프로필알코올은 미세한 입자 형태로 기화 챔버(110) 내부로 분무된다. 분무된 액상의 이소프로필알코올은 기화 가스로부터 열을 전달받아 이소프로필알코올 증기(IPA vapor)로 상변화한다. 이렇게 기화 챔버(110) 내부에서 생성된 이소프로필알코올 증기는 건조 챔버(400)로 이동되어 건조 공정이 행해진다.

이상의 상세한 설명은 본 발명을 예시하는 것이다. 또한 전술한 내용은 본 발명의 바람직한 실시 형태를 나타내고 설명하는 것에 불과하며, 본 발명은 다양한 다른 조합, 변경 및 환경에서 사용할 수 있다. 그리고, 본 명세서에 개시된 발명의 개념의 범위, 저술한 개시 내용과 균등한 범위 및/또는 당업계의 기술 또는 지식의 범위 내에서 변경 또는 수정이 가능하다. 전술한 실시예들은 본 발명을 실시하는데 있어 최선의 상태를 설명하기 위한 것이며, 본 발명과 같은 다른 발명을 이용하는데 당업계에 알려진 다른 상태로의 실시, 그리고 발명의 구체적인 적용 분야 및 용도에서 요구되는 다양한 변경도 가능하다. 따라서, 이상의 발명의 상세한 설명은 개시된 실시 상태로 본 발명을 제한하려는 의도가 아니다. 또한 첨부된 청구범위는 다른 실시 상태도 포함하는 것으로 해석되어야 한다.

이상에서 상세히 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 기화 장치에 의하면 액상의 이소프로필알코올(IPA)을 에어 분무 노즐(Air atomizing nozzle)을 사용하여 분무화함으로써 보다 용이하게 이소프로필알코올 증기(IPA vapor)를 생성할 수 있는 효과가 있다. 또한, 에어 분무 노즐(Air atomizing nozzle)에 공급되는 액상의 이소프로필알코올(IPA)과 질소(N₂) 가스의 압력을 조절함으로써 이소프로필알코올 증기(IPA vapor)의 양을 정밀하게 제어할 수 있는 효과가 있다.

Claims (17)

1. 챔버;

   피증기액을 상기 챔버 내부로 분무시키는 분무 노즐;

   상기 분무된 피증기액을 기화시키는 기화 가스를 상기 챔버 내부로 공급하는 기화 가스관;

   기화된 피증기액을 상기 챔버 외부로 배출하는 배출관을 포함하며,

   상기 분무 노즐에는 상기 피증기액과 가열된 캐리어 가스가 공급되어 상기 피증기액은 상기 캐리어 가스에 실려 상기 챔버로 분무되는 것을 특징으로 하는 기화 장치.
2. 챔버;

   피증기액을 상기 챔버 내부로 분무시키는 분무 노즐;

   상기 분무 노즐의 끝단에 결합되어, 상기 분무 노즐로 캐리어 가스를 공급하는 캐리어 가스관;

   상기 분무 노즐의 상기 끝단에 결합되어 상기 분무 노즐로 상기 피증기액을 공급하는 증기액 공급관;

   상기 분무된 피증기액을 기화시키는 기화 가스를 상기 챔버 내부로 공급하는 기화 가스관;

   기화된 피증기액을 상기 챔버 외부로 배출하는 배출관을 포함하는 것을 특징으로 하는 기화 장치.
3. 제1항 또는 제 2항에 있어서,

   상기 분무 노즐은 에어 분무 노즐인 것을 특징으로 하는 기화 장치.
4. 제3항에 있어서,

   상기 캐리어 가스는 가열된 질소(Hot N₂) 가스인 것을 특징으로 하는 기화 장치.
5. 제1항 또는 제2항에 있어서,

   상기 캐리어 가스와 피증기액은 서로 독립적인 압력 제어 수단으로 제어되는 것을 특징으로 하는 기화 장치.
6. 제5항에 있어서,

   상기 피증기액은 이소프로필알코올(IPA)인 것을 특징으로 하는 기화 장치.
7. 제1항 또는 제2항에 있어서,

   상기 기화 장치는 상기 챔버 내에서 상기 기화된 피증기액의 응축을 방지하는 온도로 상기 챔버의 외벽을 가열하는 가열 장치를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 기화 장치.
8. 제1항 또는 제2항에 있어서,

   상기 기화 가스는 적어도 상기 분무된 피증기액을 기화시키는 온도로 가열되어 있는 가열 질소(Hot N₂) 가스인 것을 특징으로 하는 기화 장치.
9. 제1항 또는 제2항에 있어서,

   상기 기화 가스관은 상기 분무 노즐을 향해 개구되어 있는 것을 특징으로 하는 기화 장치.
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