KR100485225B1 - 액체이송장치 - Google Patents

Abstract

액체 이송 장치는 대상 액체가 슬라이딩 부분들에 직접 접촉 되지 않은 채로 작동될 수 있어, 상기 대상 액체의 입자 오염을 막아서 순차적인 공정 과정에 청정 액체 공급을 보장한다. 상기 장치는 액체 유동 구멍을 가진 고정벽, 상기 고정벽과 연관하여 가변적인 체적을 가진 대상 액체 공간을 형성하기 위해 변형가능한 벽; 및 상기 변형 가능한 벽의 이동을 제어하는 구동 장치를 포함한다.

Description

액체 이송 장치

본 발명은 액체 이송용 장치에 관련된 것으로, 특히 기판상에 고유전체 또는 강유전체 물질의 박막을 증착하기 위한 화학 증착 장치 내에 사용하기에 적합한 액체 공급 장치에 관련된 것이다.

최근에, 반도체 산업에서 생산된 집적회로 장치의 회로 집적도에 있어서 비약적인 발전이 있어 왔는데, 기가비트급 디램(DRAM)이 현재 상용되는 메가비트급 디램을 대신할 거라는 기대하에 활발한 개발 활동들이 진행되고 있다. 디램 생산에 필요한 고캐패시턴스 장치를 만들기 위해 사용되는 유전체 박막 물질은 20보다 작은 유전 상수를 가지는 탄타륨 펜타옥사이드(Ta₂O₅), 또는 약 300의 유전 상수를 가지는 바륨 티타네이트(BaTiO₃), 스트론튬 티타네이트(SrTiO₃) 또는 이것들의 합성물, 또는 바륨 스트론튬 티타네미트와 같은 이러한 화합물들의 혼합물로 만들어진 금속 산화 박막 재료가 유망시 되고 있다.

금속 산화물 박막을 기판 위에 증기상으로 증착하기 위해, 하낭 이상의 유기금속 화합물의 원료와 산소 함유 가스를 혼합하여 만들어진 가스 혼합물이 적정 온도로 가열된 기판으로 향한다. 유기금속 가스 공급원료는 생성될 박막의 속성에 의해 선택된다; 예를 들면, 바륨 스트론튬 티타네이트에 의해 구성된 금속 산화 박막은 Ba, Sr, Ti 또는 그들의 화합물들을 각각 디피바로일메탄(DPM:dipivaloymethane) 화합물로 일차적으로 변환하고, 유기 솔벤트(예를 들면, 테트라히드로퓨란(THF; tetrahydrofuran))로 그 화합물들을 용해시켜, 각각의 액체 공급 물질들을 생산하게 한다. 소정의 비율로 상기 액체 공급 물질들을 균일하게 혼합한 후, 이것을 기화기로 보내서 화학 증착 장치에 있어서 사용되는 가스를 공급하게 한다.

이러한 주 액체 공급물(또는 공급 액체)들은 밀봉된 용기에서조차 매우 열화되기 쉬워서 이송 파이프 내부에 그것을 정체시키는 것은 바람직하지 않다. 상기 주 공급 액체는 특히 열 또는 공기에 노출됨으로써 침전 입자들을 생성하기 쉬워서 열등한 품질의 막을 생성하는 경향이 있다. 따라서, 구성성분 액체가 혼합되어 주 액체 공급물이 되면, 상기 주 액체 공급물이 안정된 조건에서 유지되는 것이 필수적이나 상기 주액체 공급물이 가능한 빨리 완전히 사용되는 것이 또한 바람직하다. 더욱이, 상기 막 증착 장치는 광범위한 유량비율에 걸쳐 상기 공급 액체의 유량비율에 대해 미세조정을 실행 가능하게 하는 것이 바람직하며, 이것은 액체 이송 장치가 상기 공급 액체의 유량비율을 엄격하게 제어할 수 있어야 한다는 것을 의미한다.

과거에 있어서, 정량 펌프(constant flow pump)가 액체 물질의 유량 비율의 미세조정이 가능하도록 개발되어 왔으나, 이들 펌프들은 밀봉 부품에 의해 분리되는 슬라이딩 구성요소들을 구비한 회전 펌프 또는 피스톤 및 실린더로 구성된다.

그러나 이러한 종래의 펌프들은 아래에서 개략적으로 보는 것처럼 몇몇 작동상의 문제들을 나타낸다:

(i) 상기 펌프의 슬라이딩 부품은 공급 액체와 접촉하여 상기 공급 액체를 오염시키는 입자를 생성시킨다;

(ii) 상기 펌프내의 상기 슬라이딩부들은 대개 고장나기 쉽고, 보수 및 유지작업 동안, 상기 공급 액체는 공기에 노출되어 전체 공급 경로를 열화시키고 오염시킨다;

(iii) 왕복 실린더, 다이아프램 및 벨로우즈는 교대하는 유동을 형성하여 상기 액체 공급 통로에 있어서 진동을 야기한다.

본 발명의 목적은 대상 액체의 입자 오염을 막아 순차적인 공정 과정에 청정한 액체의 공급을 보장하며, 상기 액체 이송 장치의 보수 및 유지 동작이 용이하도록 대상 액체들이 슬라이딩 부분에 직접 접촉하지 않게끔 작동할 수 있는 액체 이송 장치를 제공하는 것이다.

상기 목적은 액체 유동 구멍을 가지는 고정벽과; 고정벽과 연관하여 가변적인 체적을 가지는 대상 액체 공간을 형성하기 위한 변형 가능한 벽과; 및 상기 변형 가능한 벽의 이동을 제어하는 구동 장치를 포함하는, 대상 액체의 양을 제어하여 공급하는 액체 이송 장치에 의해 달성된다.

따라서, 상기 대상 액체는 상기 변형 가능한 벽의 이동에 의해 야기된 상기 대상 액체 공간의 변경 체적의 작용에 의해 이송되므로 상기 장치의 슬라이딩 부들에 접촉하지 않은 채, 상기 대상 액체는 청정상태에서 이송될 수 있다.

상기 구동장치는, 상기 변형 가능한 벽에 의해 분리되고 상기 대상 액체 공간 반대측에 형성된 작동 액체 공간; 및 작동유체를 상기 작동 유체 공간으로 송출하는 작동 유체 이송 장치를 포함한다. 이에 따라, 적당한 외부 작동 유체 이송 장치는 대상 유체가 슬라이딩 부에 접촉하지 않고 상기 대상 액체를 청정 상태에서 순차적인 공정 과정으로 송출하는데 이용된다. 상기 변형 가능한 벽은, 어떠한 슬라이딩부들 없이, 자체 변형을 할 수 있는 벨로우즈, 유연한 막과 같은 유연한 물질로 만들어진다.

상기 장치에 있어서, 상기 작동 유체는 비압축성 유체가 바람직하며, 상기 작동 유체 이송 장치는 정량 펌프이다.

상기 장치에 있어서, 상기 대상 액체 공간 및 상기 작동 유체 공간은 중앙판에 대해 실질적으로 대칭적이다. 상기 변형 가능한 벽이 막일 때, 상기 고정벽은 상기 막의 변형 가능한 모양과 실질적으로 일치하는 내부 윤곽선 모양(contour shape)을 가진다.

상기 기본 장치에 있어서, 상기 구동 장치는 상기 변형 가능한 벽을 기계적으로 변형하기 위한 외부 구동 장치를 가진다. 이에 따라, 상기 대상 액체가 슬라이딩 부에 접촉하지 않게 하는 기본 전제를 유지하면서, 상기 장치의 외부 구성을 단순화할 수 있다.

따라서 본 발명의 상기 액체 이송 장치는 상기 변형 가능한 벽의 변경된 모양의 작용에 의해 상기 대상 액체 공간의 체적을 변경함으로써 동작되도록 설계된다. 슬라이딩 부는 상기 대상 액체를 이동시키는데 직접 관련되지 않으므로, 상기 장치는 입자에 의한 오염을 막는 것이 가능하여, 상기 대상 액체가 항상 최상의 청정 상태에서 다음 공정으로 송출될 수 있다. 또한, 상기 장치는 종래의 액체 이송 장치와 비교하여 보수와 유지가 보다 덜 필요하도록 설계되며, 필요할 때 상기 구성 요소들이 유지 보수를 위해 매우 쉽게 분리 될 수 있다.

바람직한 실시예들이 도면을 참조하여 설명된다. 상기 장치는 예를 들면, 화학 증착 장치에 사용되는 가스를 공급하기 위해, 액체 원료를 기화기에 공급하도록 설계된다.

상기 장치는 대략 편평한 내부 공간을 가진 하우징(케이싱 구조)(10) 및 상기 내부 공간을 상부과 하부로 분리시키기 위한 격막(12)(변형 가능한 벽)을 포함한다. 상기 하우징은(10)은 상부 하우징(14)(고정벽), 하부 하우징(16) 및 그 사이에 적당한 방법으로 부착된 격막(12)을 포함하여 내부에 두개의 액체밀봉공간(liquid tight compartment)을 형성한다. 보다 자세히, 상기 상부 하우징(14) 및 상기 격막(12)에 의해 형성된 공간은 이송되어질 대상 액체(이 경우에 있어서 공급 액체)를 포함하기 위한 대상 액체 공간(18)을 구성하며, 상기 하부 하우징(16) 및 상기 격막(12)으로 형성된 상기 공간은 비압축성 작동 유체를 포함하기 위한 작동 유체 공간(20)을 구성한다.

상기 상부 하우징(14)은 공급 액체의 통로를 위한 공급 분배 파이프(24)에 연결된 공급 액체 유동 구멍(22)을 가진다. 각각 차단 밸브들(32, 34)을 가진 기화기(도시되지 않음)에 연결하기 위해 상기 공급 분배 파이프(24)는 송출 파이프(30) 및 액체 공급 탱크(26)에 연결된 유입 파이프(28)로 분기된다. 한편, 상기 하부 하우징(16)은 작동 유체 파이프(38)에 연결된 작동 유체 유동 구멍(36)을 가진다.

상기 작동 유체 파이프(38)는 가압 유체 파이프(40) 및 복귀 파이프(42)로 분기되고, 상기 가압 유체 파이프(40)는 정량 펌프(44)의 방출 포트로 연결되며, 상기 정량 펌프(44)의 유입 개구는 차단 밸브(48)를 통해서 작동 유체 탱크(46)에 연결된다. 주목할 점은, 만약 상기 공급 액체가 상기 막으로 침투하는 경향을 나타내면, 상기 작동 유체는 상기 공급 액체에 대비하여 사용되는 솔벤트와 같은 액체가 되어야 한다. 만약 침투할 위험이 없으면, 물, 실리콘 오일등과 같은 가장 적절한 작동 유체가 선택될 수 있다.

상기 격막(12)은 예를 들면, 이송되는 액체 매체에 적합한 합성고무 또는 유연한 테프론 그룹 물질과 같은 적합한 특성을 가지는 중합수지물질로 만들어진다. 선택의 표준은 강도, 탄성 및 상기 공급 액체 및 작동 유체에 적합한 화학적 특성을 포함해야 한다. 도 1에 도시되는 바와 같이, 하우징(10)의 내부 공간은 격막(12)을 고정하는 판에 대해 수직으로 대칭이며, 수평방향으로 연장되어 있다. 즉, 상기 내부 공간은 상기 변형가능한 격막(12)의 윤곽에 적합한 모양으로 된다.

이하, 전술한 구조를 가지는 상기 액체 이송 장치의 작동에 대하여 설명한다. 제 1단계는 상기 공급 액체로 상기 액체 공간(18)을 채우는 것이다. 이 경우, 상기 정량 펌프(44)는 멈춰지고, 상기 작동 유체 시스템내의 상기 복귀파이프(42)의 차단 밸브(48)는 열려지며, 상기 유입 파이프(28)의 차단 밸브(32)는 열려지고, 상기 송출 파이프(30)의 차단 밸브(34)는 닫혀진다. 가압 가스(예를 들면, 헬륨)가 상기 압력 파이프(49)로부터 상기 액체 공급 탱크(26)로 공급되어, 상기 액체 유동 구멍(22)을 통해 상기 상부 하우징(14)내의 상기 공급 액체 공간(18)내로 액체를 공급한다.

상기 작동 유체 공간(20)은 상기 가압 가스의 작용에 의해 압축되어지며, 상기 작동 유체 공간(20)내의 상기 작동 유체는 상기 복귀 파이프(42)를 통해 상기 작동 유체 탱크(46)로 되돌려진다. 이 채움(filling) 단계는 통상 상기 격막(12)이 상기 작동 유체 공간(20)의 바닥면에 도달할 때까지 수행된다. 상기 가압 가스가 상기 공급 액체내로 스며들어 후속 공정에서 문제를 야기하지 않도록, 상기 가압 가스에 의해 가해지는 압력은 매우 낮으며 상기 공급 액체 충전 단계 동안네만 짧게 지속된다.

다음 단계는 상기 공급 액체 공간(18)내에 포함된 적은 양의 공급 액체를 하류 측에 있는 기화기로 송출하는 것에 관한 것이다. 이 단계를 수행하기 위해, 상기 작동 유체 시스템내의 상기 복귀 파이프(42)의 상기 차단 밸브(48)는 닫히며, 공급 분배 시스템내의 상기 유입 파이프(28)의 상기 차단 밸브(32)는 닫히고, 상기 송출 파이프(30)의 상기 차단 밸브(34)는 열리며, 상기 정량 펌프(44)가 작동된다. 이렇게 하면, 상기 작동 유체가 상기 하부 하우징(16)상에 형성된 상기 작동 유체 유동 구멍(36)을 통해 상기 작동 유체 공간(20)내로 흘러들어간다. 상기 작동 유체는 격막(12)을 위로 밀어 올려 상기 송출 파이프(30)를 통해 상기 공급 액체의 소정 체적량을 상기 기화기로 송출한다.

액체 공급의 상기 공정에 있어서, 상기 공급 액체의 배출 체적량은 상기 작동 유체 공간(20)으로 공급된 작동 유체의 체적량과 동일하다. 다시 말해, 상기 공급 액체의 유동 체적량은 상기 정량 펌프(44)의 배출 체적량과 동일하다. 따라서 미량의 작동 유체를 정확히 배출하는 능력을 가진 정량 펌프를 사용함으로써, 상기 공급 액체의 소정의 미세 체적량의 송출을 정확하게 제어하는 것이 가능하게 된다. 또한, 격막(12)의 작용은 상기 유동의 형태에 있어서 진동을 감소시켜 상기 공급 액체의 원활한 송출을 제공한다.

상기 공급 이송 공정의 초기 단계 동안, 상기 격막(12)은 막의 유연한 늘어짐 때문에 더 얇아지나, 압력이 안정되면 얇아짐으로 인해 송출된 체적의 편차를 발생시키지는 않는다. 일반적으로, 초기의 액체 송출량 제어시 문제를 피하기 위해 상기 공급의 초기 단계 동안 수용된 공급 액체는 버려지고 막 증착용으로 사용되지 않는다. 또한, 공급 액체 공간(18)의 체적은 공급 액체의 필요에 따라 증가할 수 있어서, 공급 액체를 가진 상기 공급 액체 공간(18)을 한번 충전하는 것만으로도 장시간을 요하는 디바이스 생산 공정에 있어서 충분하다.

상기 형태의 액체 이송 장치에 있어서, 상기 공급 액체는 실질적으로 슬라이딩 부품들에 노출되지 않고 상기 슬라이딩 부품에 입자들이 발생되지 않기 때문에, 항상 깨끗한 액체원료가 상기 기화기로 공급 되어질 수 있다. 또한, 슬라이딩 부품들이 사용되지 않기 때문에, 상기 슬라이딩 부품들의 보수 또는 유지를 위해 상기 공급 액체가 공기에 노출되어 상기 공급 액체가 열화될 수 있는 가능성이 적어지게 된다. 또한 상기 액체 이송 공정이 상기 격막(12)의 이동에 의해 수행되기 때문에, 액체상에 직접 가스 압력을 가하는 경우와 비교하여, 상기 공급 액체에 있어서 가스와의 혼합이 거의 없게 된다.

또한, 본 실시예에 있어서, 상기 하우징(10)의 내부 윤곽의 모양은 상기 격막(12)의 부푼 모양에 일치하여 만들어져서, 상기 격막(12)은 국부적인 변형이 방지됨으로써 사용수명이 연장될 수 있다. 또한, 상기 액체 이동에 있어서 데드존(dead zone)이 없고, 정체를 방지하기 위해 상기 펌핑 부분이 보다 더 평평한(보다 더 깊은 것이 아닌) 형태로 되어 있기 때문에, 상기 공급 액체의 열화가 최소화될 수 있다.

또한 이 실시예에 있어서, 상기 펌핑 부분이 수직으로 길다란 모양인 경우와 비교하여, 상기 하우징(10)의 반경이 상기 하우징의 높이 보다 커서 전체적으로 편평한 모양이기 때문에 격막(12)의 적은 변형도 상기 액체의 움직임에 있어서 효과적이다. 단, 편평한 모양에 있어서, 상기 하우징(10)의 압력에 의한 변형을 막기 위해 보다 더 두꺼운 하우징(10)을 공급하는 것이 필요하다. 상기 하우징(10) 자체가 압력에 의해 변형될 때, 액체 유동 비율의 정확한 제어가 영향 받을 수 있다. 만약 상기 격막(12)이 충분한 사용수명을 제공하기 위해 더 단단한 물질로 만들어지는 경우에는, 상기 하우징(10)의 적절한 체적 용량을 제공하기 위해 직경을 보다 작게 하고 높이를 보다 높게 하는 것이 바람직하다.

도 2는 상기 액체 이송 장치의 두 번째 실시예를 보여준다. 상기 첫 번째 실시예에서와 같은 부품들은 같은 참조번호에 의해 참조된다. 상기 실시예에 있어서, 금속 벨로우즈(52)는 상기 첫 번째 실시예의 상기 격막(12)을 대신한다. 상기 하우징(50)은 대략 원통형이고, 폐쇄된 상부를 갖고 바닥부분이 상기 하우징(50)의 바닥부분에 부착된 동축의 내부 벨로우즈(52)를 포함한다. 각각의 파이프와 함께 상기 벨로우즈(52)와 상기 하우징(50)사이의 외부 공간은 상기 공급 액체 공간(18)을 구성하고, 상기 벨로우즈(52)의 내부 공간은 상기 작동 유체 공간(20)을 구성한다. 벨로우즈(52)를 만들기 위한 물질은 상기 공급 액체와 작동 유체 둘 다에 대해 반응하지 않아야 한다.

상기 실시예의 상기 액체 이송 장치의 작동은 기본적으로 상기 첫 번째 실시예에서의 작동과 같으며 설명은 생략한다. 이 실시예는 변형 가능한 벽이 금속 물질로 만들어지기 때문에 수지물질로 만들어진 막 보다 내구성과 사용수명이 더욱 길어진다.

도 3은 또다른 실시예를 보여주는 것으로, 상기 벨로우즈는 구동 장치에 의해 동작된다. 즉, 상기 하우징(50)의 하부 부분은 개구 부분(54)을 가져서 상기 두 번째 실시예에 있어서 작동 유체 공간에 대응되는 공간이 제거된다. 작동 유체를 대신하여 푸쉬 로드(58)는 상기 개구 부분(54)을 통해 상기 푸쉬로드(58)의 끝이 상기 벨로우즈(52)의 천장(56)에 고정되도록 삽입되어 진다. 푸쉬 로드(58)의 기단부는 상기 푸쉬 로드(58)를 상승 및 하강시키는 승강 장치(60)에 연결된다. 승강 장치(60)는 큰 속도 감소비를 갖는 감속장치(62)를 구비한 모터(64) 및 회전운동을 직선운동으로 바꿔주는 기어장치(66)를 포함하며, 상기 푸쉬로드(58)의 상하 운동을 제어한다. 상기 장치의 작동은 본질적으로 상기 두 번째 실시예와 같으며 설명은 생략한다.

상기 대상 유체는 상기 변형 가능한 벽의 이동에 의해 야기된 상기 대상 액체 공간의 변경 체적의 작용에 의해 이송되므로 상기 장치의 슬라이딩부에 접촉하지 않으므로, 상기 대상 액체는 깨끗한 상태로 이송될 수 있다. 본 발명의 상기 액체 이송 장치는 상기 변형 가능한 벽의 변경된 모양의 작용에 의한 상기 대상 액체 공간의 체적을 변경함으로써 동작되도록 설계된다. 슬라이딩부는 상기 대상 액체를 이동시키는데 직접 관련될 필요가 없으므로, 상기 장치는 입자에 의한 오염을 막는 것이 가능하다. 상기 장치는 종래의 액체 이송 장치와 비교하여, 상기 대상 액체가 항상 최상의 청정 상태에서 다음 공정으로 송출될 수 있으며, 보수와 유지가 보다 덜 필요하도록 설계되며, 필요할 때 상기 구성 요소들이 유지 보수를 위해 매우 쉽게 분리 될 수 있다.

도 1은 본 발명의 액체 이송 장치의 첫 번째 실시예를 보여주는 개략적인 단면도;

도 2는 본 발명의 상기 액체 이송 장치의 두 번째 실시예를 보여 주는 개략적인 단면도;

도 3은 본 발명의 상기 액체 이송 장치의 세 번째 실시예를 보여주는 개략적인 단면도이다.

Claims (15)

1. 대상 액체의 양을 제어하여 송출하는 액체 이송 장치에 있어서,

   액체 유동 구멍을 갖는 고정벽;

   상기 고정벽과 연관하여 가변적인 체적의 대상 액체 공간을 형성하는 변형가능한 벽; 및

   상기 변형가능한 벽의 이동을 제어하는 구동 장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 액체 이송 장치.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 구동 장치는, 상기 변형 가능한 벽에 의해 분리되고 상기 대상 액체 공간 반대측에 형성되는 작동 유체 공간과; 상기 작동 유체 공간으로 작동 유체를 송출하는 작동 유체 이송 장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 액체 이송 장치.
3. 제 2항에 있어서,

   상기 변형 가능한 벽은 막인 것을 특징으로 하는 액체 이송 장치.
4. 제 3항에 있어서,

   상기 막은 상기 대상 액체 및 상기 작동 유체 둘 다에 적합한 물질로 이루어진 것을 특징으로 하는 액체 이송 장치.
5. 제 2항에 있어서,

   상기 대상 액체 공간 및 상기 작동 유체 공간은 실질적으로 편평하게 형성된 것을 특징으로 하는 액체 이송 장치.
6. 제 2항에 있어서,

   상기 작동 유체는 비압축성 유체인 것을 특징으로 하는 액체 이송 장치.
7. 제 2항에 있어서,

   상기 작동 유체 이송 장치는 정량 펌프를 포함하는 것을 특징으로 하는 액체 이송 장치.
8. 제 2항에 있어서,

   상기 대상 액체 공간 및 상기 작동 유체 공간은 대칭면에 대하여 대체로 실질적으로 대칭인 것을 특징으로 하는 액체 이송 장치.
9. 제 3항에 있어서,

   상기 고정벽은 격막의 변형된 모양과 실질적으로 일치하는 내부 윤곽선 모양을 가지는 것을 특징으로 하는 액체 이송 장치.
10. 제 2항에 있어서,

    상기 변형 가능한 벽은 벨로우즈를 포함하는 것을 특징으로 하는 액체 이송 장치.
11. 제 10항에 있어서,

    상기 벨로우즈는 상기 대상 액체 및 상기 작동 유체 둘 다에 적합한 물질로 이루어진 것을 특징으로 하는 액체 이송 장치.
12. 제 1항에 있어서,

    상기 구동 장치는 상기 변형 가능한 벽을 기계적으로 변형하기 위한 외부 구동 장치를 가지는 것을 특징으로 하는 액체 이송 장치.
13. 제 12항에 있어서,

    상기 변형 가능한 벽은 벨로우즈를 포함하는 것을 특징으로 하는 액체 이송 장치.
14. 제 13항에 있어서,

    상기 벨로우즈는 상기 대상 액체에 적합한 물질로 이루어진 것을 특징으로 하는 액체 이송 장치.
15. 제 12항에 있어서,

    상기 변형 가능한 벽을 상기 외부 구동 장치에 연결하는 푸쉬 로드를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 액체 이송 장치.