KR100560306B1 - 케미컬 공급 장치의 주입 밸브 및 케미컬 공급 장치 - Google Patents

케미컬 공급 장치의 주입 밸브 및 케미컬 공급 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 케미컬 공급 시스템의 주입 밸브를 관통하는 케미컬 공급관에 있어 액체 원료의 응축으로 인한 막힘 현상을 제거할 수 있는 케미컬 공급 장치의 주입 밸브 및 상기 주입 밸브의 가열 수단의 미작동시 주입 밸브로 공급되는 액체 원료의 공급을 차단할 수 있는 케미컬 공급 장치에 관한 것으로서,
본 발명에 따른 케미컬 공급 장치의 주입 밸브는 액상의 원료를 기상의 원료로 전환하여 화학기상증착 공정에 사용되는 원료로 공급하는 케미컬 공급 장치에 있어서, 소정의 형상을 갖으며 내부에 케미컬 공급관이 구비되어 있는 주입 밸브 몸체부;와, 상기 몸체부의 하나 이상의 측면에 구비되어 주입 밸브 몸체부를 가열하는 가열 수단;와, 상기 주입 밸브 몸체부를 관통하는 케미컬 공급관의 일측에 구비되어 케미컬 공급관을 가열하는 보조 가열 수단을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
LFC, 케미컬 공급 장치

Description

케미컬 공급 장치의 주입 밸브 및 케미컬 공급 장치{Injection valve and chemical supply system}
도 1은 종래의 일반적인 케미컬 공급 시스템의 블록 구성도.
도 2는 주입 밸브 및 공압 밸브의 개략적인 사시도.
도 3은 본 발명의 주입 밸브 내의 케미컬 공급관 일측에 구비되는 보조 가열 수단을 도시한 것.
도 4는 본 발명의 케미컬 공급 장치의 블록 구성도.
<도면의 주요 부분에 대한 설명>
101 : 원료 탱크 401 : 원료 공급 제어부
402 : 주입 밸브 403 : 가열 수단
404 : 온도 감지수단
본 발명은 케미컬 공급 장치 및 주입 밸브에 관한 것으로서, 보다 상세하게 는 케미컬 공급 시스템의 주입 밸브를 관통하는 케미컬 공급관에 있어 액체 원료의 응축으로 인한 막힘 현상을 제거할 수 있는 케미컬 공급 장치의 주입 밸브 및 상기 주입 밸브의 가열 수단의 미작동시 주입 밸브로 공급되는 액체 원료의 공급을 차단할 수 있는 케미컬 공급 장치에 관한 것이다.
반도체 소자는 박막의 증착 및 패터닝, 이온주입 공정 등을 수차례 반복함으로써 형성된다. 상기 박막의 증착은 화학기상증착법 또는 물리기상증착법 등을 이용하는데, 이 중에서 화학기상증착법은 소정의 공정 챔버 내에 기체 상태의 원료를 주입시켜 챔버 내에서 이들 기체 원료의 반응을 통해 반도체 기판 상에 산화막, 질화막 등의 박막을 형성하는 방법이다.
한편, 반도체 소자는 배선간의 절연 및 평탄화 목적 등으로 층간절연막이 형성되는데 이러한 층간절연막 중 BPSG막(Boro Phosphorous Silicate Glass)이 있다. BPSG막은 실리콘 산화막에 소량의 붕소(B)와 인(P)이 첨가된 절연막으로서 반도체 소자에 많이 사용되고 있다.
상기 BPSG막을 형성하기 위해서는 여러 종류의 기체 원료가 화학기상증착법을 수행하기 위한 소정의 공정 챔버 내에 공급되어야 한다. 구체적으로, 실리콘의 전구체(precursor)인 TEOS(Tetra Ethyl Ortho Silicate), 붕소의 전구체인 TEB(Tetra Ethyl Borate), 인의 전구체인 TEPo(Tetra Ethyl Phosphate) 및 오존(O3) 기체가 BPSG막 형성에 요구된다.
상기 TEOS, TEB 및 TEPo와 같은 케미컬은 액체 상태의 원료로 존재하는데, 이러한 액체 원료를 상기 공정 챔버로의 공급 과정에서 기체 원료로 전환하여 공급한다. 따라서, 액체 원료의 기체 원료로의 전환 및 이를 화학기상증착 공정을 위한 챔버로의 공급은 소정의 장치적 구성요소를 갖는 공급 시스템을 바탕으로 이루어진다.
상기 케미컬 공급 시스템을 도면을 참조하여 설명하면 다음과 같다. 도 1은 종래의 일반적인 케미컬 공급 시스템의 블록 구성도이고, 도 2는 주입 밸브 및 공압 밸브의 개략적인 사시도이다.
도 1에 도시한 바와 같이, 케미컬 공급 시스템은 크게 TEOS, TEB, TEPo와 같은 액체 원료를 저장하는 원료 탱크(101)와, 상기 케미컬의 유량을 제어하는 유량 제어 장치(Liquid Flow Controller, LFC)(102)와, 상기 유량 제어 장치를 통과한 액체 원료 즉, 케미컬을 공정 챔버로 공급하는 주입 밸브(Injection valve)(210)와, 상기 주입 밸브를 통과하는 케미컬의 흐름을 제어하는 공압 밸브(Pneumatic valve)(220)로 구성된다.
전술한 바와 같이, TEOS, TEB, TEPo와 같은 액체 원료는 기체 원료로 전환되어 공정 챔버(105)로 공급되는데, 액상의 기상으로의 전환은 상기 주입 밸브(210) 내에서 이루어진다.
도 2를 참조하면, 상기 유량 제어 장치(102)로부터 공급되는 액체 원료는 케미컬 공급관을 통해 주입 밸브(210)로 전달되는데, 상기 케미컬 공급관(201)은 주입 밸브를 관통하여 공정 챔버(105)로까지 연결되어 있다. 여기서, 상기 주입 밸브(210)를 관통하는 케미컬 공급관은 주입 밸브 전단부의 제 1 케미컬 공급관(202)과 주입 밸브 후단부의 제 2 케미컬 공급관(203)으로 구분할 수 있으며, 상기 제 1 케미컬 공급관(202)의 배출구(202a)는 주입 밸브 상면에 노출되어 있다.
상기 제 1 케미컬 공급관의 배출구(202a)를 통해 공급되는 액체 원료는 주입 밸브 상면의 소정의 공간을 채우며, 상기 공압 밸브의 조절에 따라 상기 제 2 케미컬 공급관(203)의 인입구(203a)를 통해 주입 밸브 외부로 배출된다. 여기서, 상기 공압 밸브(220)는 미세한 수직 왕복 조절을 통해 상기 주입 밸브 상면의 소정의 공간에 채워져 있는 액체 원료의 제 2 케미컬 공급관의 인입구(203a)로의 배출을 제어한다.
한편, 상기 주입 밸브의 일측 또는 주입 밸브의 외곽 전면에는 상기 주입 밸브를 가열하기 위한 가열 수단(204)이 구비되어 있다. 상기 가열 수단(204)으로 인해 상기 주입 밸브를 관통하는 제 1 및 제 2 케미컬 공급관(202, 203) 내의 액체 원료가 기체 상태의 원료로 전환된다.
종래의 케미컬 공급 장치에 있어서, 주입 밸브의 일측 또는 주입 밸브의 외곽 전면에 가열 수단이 구비되어 주입 밸브를 관통하는 제 1 및 제 2 케미컬 공급관을 가열하여 액체 원료를 기상의 원료로 전환시키고 있으나, 가열 수단의 열이 상기 제 1 및 제 2 케미컬 공급관에 충분히 전달되지 않아 상기 제 2 케미컬 공급관의 배출구 즉, 주입 밸브 후단부의 케미컬 공급관에 있어 액체 원료의 응축으로 인해 상기 케미컬 공급관이 막히는 문제 등이 발생한다.
또한, 주입 밸브의 가열 수단이 작동되지 않는 경우 상기와 같은 액체 원료의 응축으로 인한 케미컬 공급관의 막힘 현상은 가중됨은 물론이다. 그러나, 종래 기술에 있어서 상기 주입 밸브의 가열 수단이 작동되지 않는 경우에 액체 원료의 공급을 차단하는 장치가 케미컬 공급 시스템에 구비되어 있지 않아 케미컬 공급관의 막힘 현상을 방치하는 결과를 초래하였다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출한 것으로서, 케미컬 공급 시스템의 주입 밸브를 관통하는 케미컬 공급관에 있어 액체 원료의 응축으로 인한 막힘 현상을 제거할 수 있는 케미컬 공급 장치의 주입 밸브를 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 상기 주입 밸브의 가열 수단의 미작동시 주입 밸브로 공급되는 액체 원료의 공급을 차단할 수 있는 케미컬 공급 장치를 제공하는데 있다.
상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 케미컬 공급 장치의 주입 밸브는 액상의 원료를 기상의 원료로 전환하여 화학기상증착 공정에 사용되는 원료로 공급하는 케미컬 공급 장치에 있어서, 소정의 형상을 갖으며 내부에 케미컬 공급관이 구비되어 있는 주입 밸브 몸체부;와, 상기 몸체부의 하나 이상의 측면에 구비되어 주입 밸브 몸체부를 가열하는 가열 수단;와, 상기 주입 밸브 몸체부를 관통하는 케미 컬 공급관의 일측에 구비되어 케미컬 공급관을 가열하는 보조 가열 수단을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 케미컬 공급 장치는 원료 탱크로부터 공급되는 액상의 원료를 기상의 원료로 전환하는 주입 밸브;와, 상기 주입 밸브 일측에 구비되어 주입 밸브를 가열하는 가열 수단;과, 상기 가열 수단의 작동 여부를 감지하는 온도 감지수단;과, 상기 온도 감지수단으로부터 입력되는 가열 수단의 작동 여부에 상응하는 신호에 따라 상기 액상 원료의 공급 차단 여부를 결정하는 원료 공급 제어부를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
바람직하게는, 상기 주입 밸브 내부에는 케미컬 공급관이 관통되고 상기 케미컬 공급관 일측에는 보조 가열 수단이 더 구비된다.
본 발명의 특징에 따르면, 주입 밸브 외부면에 장착되는 가열 수단 외에 주입 밸브 내부를 관통하는 케미컬 공급관 일측에 보조 가열 수단을 구비시킴으로써 가열 수단으로부터 발생되는 열이 주입 밸브 내의 케미컬 공급관으로 충분히 전달되지 않아 케미컬 공급관 내부에 액상 원료의 응축이 일어나는 것을 방지할 수 있게 된다.
또한, 상기 주입 밸브 일측에 구비되어 있는 가열 수단 및/또는 주입 밸브 내부를 관통하는 케미컬 공급관 일측에 구비되어 있는 보조 가열 수단은 소정의 온도 감지수단이 연결되어 있어 상기 가열 수단 및 보조 가열 수단이 작동하지 않는 경우 이에 해당하는 정보를 유량 제어 장치(LFC)에 구비되어 있는 원료 공급 제어부로 전달하여 상기 주입 밸브로의 원료 공급을 차단할 수 있어 상기 주입 밸브 내 의 케미컬 공급관에서의 막힘 현상을 최소화할 수 있게 된다.
이하, 도면을 참조하여 본 발명의 케미컬 공급 장치의 주입 밸브 및 케미컬 공급 장치를 상세히 설명하기로 한다. 참고로, 본 발명에 따른 케미컬 공급 장치의 주입 밸브의 구성 설명에 있어서 상기 도 2를 일부 참조하기로 한다.
도 3은 본 발명의 주입 밸브 내의 케미컬 공급관 일측에 구비되는 보조 가열 수단을 도시한 것이며, 도 4는 본 발명의 케미컬 공급 장치의 블록 구성도이다.
본 발명에 따른 케미컬 공급 장치의 주입 밸브는 유량 제어 장치(Liquid Flow Controller, LFC)(102)를 거쳐 공급되는 액상의 원료를 기상의 원료로 전환하여 화학기상증착 공정 챔버로 공급하는 역할을 하는 장치로서, 소정의 몸체부를 구비하고 있다.
상기 주입 밸브 몸체부 내부에는 케미컬 공급관(202, 203)이 구비되어 있으며, 상기 주입 밸브 몸체부 외부면에는 일측 또는 하나 이상의 면에 상기 주입 밸브 몸체부를 가열하기 위한 가열 수단(204)이 구비되어 있다. 상기 가열 수단의 역할을 상기 주입 밸브 몸체부를 가열하여 상기 몸체부 내부에 구비되어 있는 케미컬 공급관에서 흐르는 액상의 원료를 기상의 원료로 기화시키는 역할을 한다.
한편, 상기 주입 밸브 몸체부 내부를 관통하는 케미컬 공급관(202, 203) 일측에는 보조 가열 수단(205)이 구비되어 있다. 종래에는 주입 밸브에 상기의 가열 수단만 구비되어 있어 케미컬 공급관에 액상 원료의 기화에 필요한 충분한 열이 전달되지 않는 문제가 있었다. 본 발명은 이러한 문제점을 해결하기 위해 상기 케미컬 공급관 일측에 보조 가열 수단을 구비시켜 액상 원료의 기화를 원활히 하도록 한다. 도 3에서는 도 2의 제 1 케미컬 공급관(202)만을 도시하였으나 제 2 케미컬 공급관(203)에도 보조 가열 수단이 장착될 수 있으며, 또한 제 2 케미컬 공급관에만 보조 가열 수단(205)이 구비될 수 있다. 한편, 상기 보조 가열 수단은 구체적으로 상기 제 1 및 제 2 케미컬 공급관 외부를 감싸는 히팅 재킷(heating jacket) 형태를 가질 수 있으며, 이외에 상기 케미컬 공급관의 가열이라는 목적 하에 다양한 변형 실시가 가능함을 물론이다.
도 4는 본 발명에 따른 케미컬 공급 장치의 블록 구성도이다. 도 4에 도시한 바와 같이, 본 발명의 케미컬 공급 장치는 원료 탱크(101)로부터 공급되는 액상의 원료를 기상의 원료로 전환하는 주입 밸브(402)가 구비되어 있으며, 상기 주입 밸브 일측에는 가열 수단(403)이 구비되어 있다. 상기 주입 밸브(402) 내부에는 케미컬 공급관에 관통되고 상기 케미컬 공급관 일측에는 보조 가열 수단이 더 구비될 수 있다.
한편, 상기 가열 수단 및 보조 가열 수단은 온도 감지수단(404)과 연결되어 있어 상기 온도 감지수단은 상기 가열 수단 및 보조 가열 수단의 작동 여부를 지속적으로 체크하게 된다. 상기 온도 감지수단(404)에서 체크된 가열 수단의 작동 여부 정보는 소정의 원료 공급 제어부(401)로 전달되어 상기 원료 공급 제어부는 온도 감지수단으로부터 전달된 정보에 근거하여 가열 수단의 미작동시 상기 주입 밸브(402)로의 원료 공급을 차단하는 역할을 한다. 상기 원료 공급 제어부는 유량 제어 장치(LFC)에 장착될 수 있다.
본 발명에 따른 케미컬 공급 장치의 주입 밸브 및 케미컬 공급 장치는 다음과 같은 효과가 있다.
주입 밸브 외부면에 장착되는 가열 수단 외에 주입 밸브 내부를 관통하는 케미컬 공급관 일측에 보조 가열 수단을 구비시킴으로써 가열 수단으로부터 발생되는 열이 주입 밸브 내의 케미컬 공급관으로 충분히 전달되지 않아 케미컬 공급관 내부에 액상 원료의 응축이 일어나는 것을 방지할 수 있게 된다.
또한, 상기 주입 밸브 일측에 구비되어 있는 가열 수단 및/또는 주입 밸브 내부를 관통하는 케미컬 공급관 일측에 구비되어 있는 보조 가열 수단은 소정의 온도 감지수단이 연결되어 있어 상기 가열 수단 및 보조 가열 수단이 작동하지 않는 경우 이에 해당하는 정보를 유량 제어 장치(LFC)에 구비되어 있는 원료 공급 제어부로 전달하여 상기 주입 밸브로의 원료 공급을 차단할 수 있어 상기 주입 밸브 내의 케미컬 공급관에서의 막힘 현상을 최소화할 수 있게 된다.

Claims (3)

  1. 액상의 원료를 기상의 원료로 전환하여 화학기상증착 공정에 사용되는 원료로 공급하는 케미컬 공급 장치에 있어서,
    소정의 형상을 갖으며 내부에 케미컬 공급관이 구비되어 있는 주입 밸브 몸체부;
    상기 몸체부의 하나 이상의 측면에 구비되어 주입 밸브 몸체부를 가열하는 가열 수단;
    상기 주입 밸브 몸체부를 관통하는 케미컬 공급관의 일측에 구비되어 케미컬 공급관을 가열하는 보조 가열 수단을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 케미컬 공급 장치의 주입 밸브.
  2. 원료 탱크로부터 공급되는 액상의 원료를 기상의 원료로 전환하는 주입 밸브;
    상기 주입 밸브 일측에 구비되어 주입 밸브를 가열하는 가열 수단;
    상기 가열 수단의 작동 여부를 감지하는 온도 감지수단;
    상기 온도 감지수단으로부터 입력되는 가열 수단의 작동 여부에 상응하는 신호에 따라 상기 액상 원료의 공급 차단 여부를 결정하는 원료 공급 제어부를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 케미컬 공급 장치.
  3. 제 2 항에 있어서, 상기 주입 밸브 내부에는 케미컬 공급관이 관통되고 상기 케미컬 공급관 일측에는 보조 가열 수단이 더 구비되는 것을 특징으로 하는 케미컬 공급 장치.
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