KR100599058B1 - 액체 소스 레벨 측정 방법 및 장치 그리고 이를 포함하는반도체 제조 장치 - Google Patents

액체 소스 레벨 측정 방법 및 장치 그리고 이를 포함하는반도체 제조 장치 Download PDF

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Abstract

액체 소스 레벨 측정 방법 및 장치 그리고 반도체 제조 장치는 액체 소스가 저장되며 일정한 압력이 유지되는 저장부 내부 일측에 구비되어 상기 액체 소스에 의해 밀폐되는 튜브 내부에 상기 액체 소스에 대한 비용해성 가스를 마련한 후, 센서부를 이용하여 상기 액체 소스의 레벨에 따라 상기 비용해성 가스의 밀도 변화를 감지한다. 상기 감지 결과를 이용하여 상기 액체 소스의 레벨을 측정한다. 따라서 상기 저장부 내의 액체 소스 레벨을 정확하게 측정할 수 있다.

Description

액체 소스 레벨 측정 방법 및 장치 그리고 이를 포함하는 반도체 제조 장치{Method and apparatus for measuring level of liquid, and apparatus for manufacturing a semiconductor device having the same}
도 1은 종래 기술에 따른 액체 소스 레벨 측정 장치를 설명하기 위한 개략적인 단면도이다.
도 2는 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 액체 소스 레벨 측정 장치를 설명하기 위한 단면도이다.
도 3은 도 2에 도시된 저장부에서 액체 소스 레벨이 감소한 상태를 설명하기 위한 단면도이다.
도 4는 도 2의 액체 소스 레벨 측정 장치를 이용한 액체 소스 레벨 측정 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
도 5는 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 소스 가스 공급 장치를 설명하기 위한 단면도이다.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *
110, 210 : 저장부 112, 212 : 소스 액체
120, 220 : 튜브 122, 222 : 가스
130, 230 : 센서부 140, 240 : 연산부
150, 250 : 표시부 160, 260 : 경고부
270 : 액체 소스 레벨 측정 유닛 280 : 캐리어 가스 공급 유닛
282 : 캐리어 가스 저장부 284 : 제1 공급 라인
290 : 공정 챔버 292 : 제2 공급 라인
본 발명은 액체 소스 레벨 측정 방법 및 장치 그리고 반도체 제조 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 반도체 장치의 제조에 사용되는 액체 소스의 레벨을 측정하기 위한 액체 소스 레벨 측정 방법 및 장치 그리고 상기 액체 소스를 소스 가스로 변환시켜 공급하여 반도체 장치를 제조하기 위한 반도체 제조 장치에 관한 것이다.
일반적으로, 반도체 장치는 증착, 포토리소그래피, 식각, 화학적 기계적 연마, 세정, 건조 등과 같은 단위 공정들의 반복적인 수행에 의해 제조된다. 상기 단위 공정들 중에서 증착 공정은 반도체 기판 상에 막을 형성하는 공정으로, 최근 반도체 기판 상에 형성되는 패턴이 미세화되고, 패턴의 종횡비(aspect ratio)가 커짐에 따라 점차 중요도가 높아지고 있다.
상기 반도체 기판 상에 막을 형성하는 방법에는 화학 기상 증착(Chemical Vapor Deposition ; CVD), 저압 화학 기상 증착(Low Pressure Chemical Vapor Deposition ; LPCVD), 플라즈마 강화 화학 기상 증착(Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition ; PECVD), 금속 유기 화학 기상 증착(Metal Organic Chemical Vapor Deposition ; MOCVD)과 같은 통상적인 방법들이 있으며, 최근 주목받고 있는 원자층 증착(Atomic Layer Deposition ; ALD), 사이클릭 화학 기상 증착(Cyclic Chemical Deposition ; CCVD), 디지털 화학 기상 증착(Digital Chemical Vapor Deposition ; DCVD), 어드밴스트 화학 기상 증착(Advanced Chemical Vapor Deposition ; ACVD)이 있다.
상기 막 형성 기술들에서는 막의 재료로서 필요한 원소를 가스 상태로 기판 상에 공급한다. 따라서, 기판 상에 필요한 요소만을 공급하는 것이 아니라 유기금속 전구체(metalorganic precursor), 금속 할로겐화물(metal halides) 등과 같은 형태의 반응물로 소스 가스를 기판 상에 공급한다. 형성하고자 하는 막 내의 불순물을 최소화하기 위하여, 상기 와 같이 기판 상에 공급되는 반응물 중에서 금속 원소와 결합된 유기 리간드(organic ligand) 또는 할로겐화물(halides)은 화학 기상 증착 방법에서는 분해(decomposition)에 의하여 제거되며, 원자층 증착 방법에서는 화학 치환(chemical exchange)에 의하여 제거된다. 즉, 원자층 증착 방법에서는 필요한 소스 가스들이 반응 챔버 내에서 혼합되지 않고 한 종류씩 펄스(pulse) 방식으로 공급된다. 예를 들면, 제1소스 가스 및 제2소스 가스를 사용하여 막을 형성하는경우, 먼저 공정 챔버로 제1소스 가스만을 공급하여 기판 상에 상기 제1소스 가스를 화학적으로 흡착(chemisorption)시키고, 그 후 제2소스 가스를 공정 챔버로 공급하여 상기 제2소스 가스를 기판 상에 화학적으로 결합시킨다.
일반적으로, 상기 소스 가스는 액체 소스로부터 기화되며, 캐리어 가스에 의 해 공정 챔버로 공급된다. 상기 막 형성 기술에서 주요 제어 변수는 증착 온도, 증착 압력, 소스 가스 공급 시간, 퍼지 가스 공급 시간, 소스 가스의 불순물 함유 정도 및 농도 등이며, 최근 반도체 장치의 집적도가 증가됨에 따라 상기 막의 불순물의 함유 정도와 스텝 커버리지(step coverage) 및 균일도(uniformity) 등이 반도체 장치의 성능을 결정하는 주요한 요인으로 대두되고 있다.
상기 소스 가스의 공급 장치에 대한 일 예로서, 미합중국 특허 제6,155,540호(issued to Takamatsu et al.)에는 액상 원료를 기화시켜 가스 상태로 공급하는 장치가 개시되어 있다. 상기 미합중국 특허에 의하면, 화학 기상 증착을 위한 액체 원료는 조절된 유량으로 기화기(vaporizer)로 유입되고, 기화기의 내부 또는 외부에 배치된 초음파 분무 장치(ultrasonic atomizing device)에 의해 분무되며, 캐리어 가스에 의해 가열되어 기화된다.
또한, 소스 가스 공급 방법에는 액체 소스 내에서 캐리어 가스를 버블링시켜 소스 가스를 형성하는 방법이 있다. 상기와 같은 경우 액체 소스는 일정한 저장부, 즉 캐니스터(canister) 형태로 공급 되며, 일정량 사용 후 상기 캐니스터를 교체함으로써 지속적으로 상기 액체 소스를 공급하게 된다. 상기 캐니스터의 교체는 내부에 있는 액체 소스 레벨 센서로 상기 액체의 레벨을 감지한 후 상기 액체의 레벨이 기준 이하인 경우 이루어진다.
상기와 같은 액체의 레벨을 측정하기 위한 측정 장치에 대한 일예로서, 대한민국 공개특허 제1999-0032720호에는 액체의 수위에 따라 변화되는 공기의 압력을 감지하여 연료량을 측정할 뿐만 아니라 용기의 형상에 상관없이 정확하게 연료량을 측정할 수 있는 연료량 측정기가 개시되어 있다.
도 1은 종래 기술에 따른 액체 소스 레벨 측정 장치를 설명하기 위한 개략적인 단면도이다.
도 1을 참조하면, 반도체 제조 장치에 사용되는 액체 소스 레벨 측정 장치(10)는 액체 소스(12), 예를 들면 트리메틸알루미늄를 저장하고 있는 저장부(10)의 상부면으로부터 수직 하방으로 각각 연장된 제1 가이드 봉(20) 및 제2 가이드 봉(22)을 구비한다. 제1 플로트(30)는 상기 제1 가이드 봉(20)의 외주면에 장착되어 상기 액체 소스(12)의 레벨 변화에 따라 상기 액체 소스(12)의 표면에 뜬 상태로 상기 외주면을 따라 상하 이동되며, 자력을 제공하는 마그네트(미도시)를 구비한다. 상기 제1 플로트(30)는 상기 제1 가이드 봉(20)의 중앙 부위에 구비되며, 상기 제1 가이드 봉(20)에 부착된 한 쌍의 제1 스토퍼(50)에 의해 움직이는 범위가 한정된다. 상기 제1 가이드 봉(20)의 중앙 부위 내부에는 상기 제1 플로트(30)의 상하 이동에 따른 상기 액체 소스(12)의 레벨을 감지하는 제1 자력 센서(40)를 포함한다.
제2 플로트(32) 및 제3 플로트(34)는 상기 제2 가이드 봉(22)의 외주면에 장착되어 상기 액체 소스(12)의 레벨 변화에 따라 상기 액체 소스(12)의 표면에 뜬 상태로 상기 외주면을 따라 상하 이동되며, 자력을 제공하는 마그네트(미도시)를 각각 구비한다. 상기 제2 플로트(32)는 상기 제2 가이드 봉(22)의 상부 부위에 구비되며, 상기 제2 가이드 봉(22)에 부착된 한 쌍의 제2 스토퍼(52)에 의해 움직이는 범위가 한정된다. 상기 제2 가이드 봉(22)의 상부 부위 내부에는 상기 제2 플로 트(32)의 상하 이동에 따른 상기 액체 소스(12)의 레벨을 감지하는 제2 자력 센서(42)를 포함한다. 상기 제3 플로트(34)는 상기 제2 가이드 봉(22)의 하부 부위에 구비되며, 상기 제2 가이드 봉(22)에 부착된 한 쌍의 제3 스토퍼(54)에 의해 움직이는 범위가 한정된다. 상기 제2 가이드 봉(22)의 하부 부위 내부에는 상기 제3 플로트(34)의 상하 이동에 따른 상기 액체 소스(12)의 레벨을 감지하는 제3 자력 센서(44)를 포함한다. 상기에서 제2 자력 센서(42)는 높은 수위를, 제1 자력 센서(40)는 중간 수위를, 제3 자력 센서(44)는 낮은 수위를 각각 감지한다.
그러나 상기 자력 센서들(40, 42, 44) 사이의 수직 간격이 커 정확한 액체 소스 레벨을 측정하는데 어려움이 있다. 또한 액체 소스 레벨 측정 장치(10)는 플로트들(30, 32, 34)과 자력 센서들(40, 42, 44)을 이용하므로 액체 소스(12)를 소스 가스로 변환시 버블링(bubbling)에 의해서 플로트들(30, 32, 34)의 유동이 발생하여 정확한 액체 소스 레벨의 감지가 어렵다. 그리고 상기 자력 센서들(40, 42, 44)의 불량시 상기 액체 소스(12)가 없더라도 이를 감지하지 못하므로 상기 저장부(10)가 교체되지 못한 상태에서 막 형성 공정이 진행되므로 대형 공정불량 사고로 연결 될 수 있다. 즉, 상기 저장부(10)의 교체 주기 관리가 어렵다.
상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은 저장부 내의 액체 소스 레벨을 정확하게 측정할 수 있는 액체 소스 레벨 측정 방법을 제공하는데 있다.
상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 다른 목적은 저장부 내의 액체 소스 레벨을 정확하게 측정할 수 있는 액체 소스 레벨 측정 장치를 제공하는데 있다.
상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 또 다른 목적은 상기 액체 소스 레벨 측정 장치를 갖는 반도체 제조 장치를 제공하는데 있다.
상기 본 발명의 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 액체 소스 레벨 측정 방법은 액체 소스가 저장되며 일정한 압력이 유지되는 저장부 내부의 일측에 형성된 튜브의 내부에 상기 액체 소스에 녹지 않는 제1 가스와 상기 액체 소스로부터 발생되는 제2 가스로 이루어진 혼합가스를 마련한 후, 상기 액체 소스의 레벨에 따라 상기 제1 가스의 밀도 변화를 감지한다.
이어서, 상기 감지 결과를 이용하여 상기 액체 소스의 레벨을 연산할 수도 있다.
상기 본 발명의 다른 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 액체 소스 레벨 측정 장치는 액체 소스가 저장되며 일정한 압력이 유지되는 저장부 내부에서 상기 액체 소스에 잠기도록 구비되며, 상기 액체 소스에 녹지 않는 제1 가스 및 상기 액체 소스로부터 발생되는 제2 가스로 이루어진 혼합 가스가 수용된 튜브를 구비한다. 센서부는 상기 튜브의 상단에 구비되며, 상기 액체 소스의 레벨에 따른 상기 튜브 내부에서의 상기 제1 가스의 밀도 변화를 감지한다.
상기 액체 소스 레벨 측정 장치는 상기 센서부의 감지 결과를 이용하여 상기 저장부 내부의 액체 소스 레벨을 연산하는 연산부를 더 포함할 수 있다.
상기 본 발명의 또 다른 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 반도체 제조 장치는 공정 챔버와, 상기 공정 챔버와 연결되며, 기판 상에 막을 증착하는데 사용되는 액체 소스를 저장하기 위한 저장부를 구비한다. 캐리어 가스 공급 유닛은 상기 저장부와 연결되며, 상기 저장부 내부의 액체 소스를 버블링시켜 소스 가스로 상기 막 증착 공정이 수행되는 공정 챔버로 이송하기 위해 상기 저장부로 캐리어 가스를 공급한다. 액체 소스 레벨 측정 유닛은 상기 저장부에 구비되며, 상기 액체 소스의 레벨에 따른 상기 액체 소스에 녹지않는 제1 가스의 밀도 변화를 이용하여 상기 액체 소스의 레벨을 측정한다.
이와 같이 구성된 본 발명에 따르면 상기 튜브 내부의 비용해성 가스의 밀도를 이용하여 상기 저장부 내의 액체 소스의 레벨을 측정한다. 따라서 상기 액체 소스가 버블링되더라도 상기 액체 소스의 레벨을 정확하게 측정할 수 있다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 액체 소스 레벨 측정 방법 및 장치 그리고 반도체 제조 장치에 대해 상세히 설명한다.
도 2는 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 액체 소스 레벨 측정 장치를 설명하기 위한 단면도이고, 도 3은 도 2에 도시된 저장부에서 액체 소스 레벨이 감소한 상태를 설명하기 위한 단면도이다.
도 2 및 도 3을 참조하면, 액체 소스 레벨 측정 장치(100)는 튜브(120), 센서부(130), 연산부(140), 표시부(150) 및 경고부(160)로 구성된다.
구체적으로, 상기 액체 소스 레벨 측정 장치(100)는 액체 소스(112)가 저장되는 저장부(110)에 구비된다. 상기 저장부(110)는 정육면체 또는 원통 형태를 가 지며 상기 액체 소스(112)를 저장한다. 상기 저장부(110)에는 상기 액체 소스(112)를 버블링시키기 위한 캐리어 가스가 공급되는 캐리어 가스 공급관(미도시) 및 상기 캐리어 가스에 의해 발생된 소스 가스를 공정 챔버로 공급하기 위한 소스 가스 공급관(미도시)이 연결된다. 상기 저장부(110)는 상기 공정 챔버로 균일하게 소스 가스를 공급하기 위해 내부 압력이 일정하게 유지된다.
상기 저장부(110)의 저면에는 홈(110a)이 형성된다. 따라서 상기 저장부(110)의 저면은 상대적으로 높은 부분(110b)과 상대적으로 낮은 부분(110a)이 존재한다.
한편 상기 저장부(110)의 하부에는 저장부(110)에 수용된 액체 소스(112)를 가열하기 위한 히터가 구비될 수 있다.
상기 저장부(110) 내에 저장되는 액체 소스(112)는 상기 공정 챔버에서의 막 증착 공정을 위한 소스로 사용된다. 상기 액체 소스(112)로서는 주로 버블링에 의해 반도체 장치를 제조하기 위한 챔버로 공급되는 유기금속화합물인 것이 바람직하다
상기 튜브(120)는 상기 저장부(110)의 내측 상부면으로부터 하방으로 연장된다. 이때 상기 튜브(120)는 상기 저장부(110) 내에 저장된 액체 소스(112)의 표면과 수직하도록 연장되는 것이 바람직하다. 상기 튜브(120)는 상기 액체 소스(112)에 잠기도록 구비된다. 따라서 상기 튜브(120)의 상부 부위는 폐쇄되며, 하부 부위는 개방된 상태이다.
특히, 상기 튜브(120)는 상기 저장부(110)의 저면에서 상대적으로 낮은 부분 인 홈(110a)까지 연장된다. 따라서 상기 저장부(110)에서 액체 소스(112)의 레벨이 상기 저장부(110)의 저면까지 낮아지더라도 상기 튜브(120)의 하단은 항상 상기 홈(110a)의 액체 소스(112)에 잠긴 상태를 유지한다. 그러므로 상기 튜브(120)의 하단을 통한 상기 튜브(120) 내부에 수용된 가스의 누설을 방지할 수 있다.
상기 튜브(120)가 상기 액체 소스(112)에 잠기도록 구비되므로 상기 튜브(120) 내부는 밀폐된다. 밀폐된 상기 튜브(120) 내부 공간에는 제1 가스(122)가 공급된다. 상기 제1 가스(122)는 상기 액체 소스(112)에 용해되지 않는 비용해성 가스가 사용된다. 상기 액체 소스(112)에 따라 상기 제1 가스(122)의 용해도가 달라지므로 상기 튜브(120)에 공급되는 제1 가스(122)의 종류는 상기 액체 소스(112)의 종류에 따라 달라진다. 또한 밀폐된 상기 튜브(120) 내부 공간에는 상기 액체 소스(112)로부터 기화되는 제2 가스(114)가 공급된다.
상기와 같은 상태에서 저장부(110)의 액체 소스(112) 레벨에 변화가 발생하면 상기 튜브(120)의 내부가 밀폐되어 있어 상기 튜브(120) 내부의 압력과 상기 저장부(110) 내부의 압력에 차이가 발생한다. 상기 압력 차이에 의해 상기 저장부(110)의 액체 소스 레벨과 상기 튜브(120) 내부의 액체 소스 레벨이 일시적으로 서로 다르게 된다. 상기 압력 차이를 보상하기 위하여 상기 튜브(120) 내부에서 상기 액체 소스(112)의 기화 또는 제2 가스(114)의 액화가 일어난다. 상기 액체 소스(112)의 기화 또는 제2 가스(114)의 액화에 의해 상기 튜브(120) 내부의 압력과 상기 저장부(110) 내부의 압력이 동일해진다. 따라서 상기 저장부(110)의 액체 소스 레벨과 상기 튜브(120) 내부의 액체 소스 레벨도 서로 같게 된다.
한편 상기 액체 소스(112)의 레벨에 따라 상기 튜브(120) 내부의 밀폐 공간의 부피가 변화한다. 그리고 상기 제1 가스(122)는 상기 튜브(120)의 내부 공간에 일정한 양이 공급된 상태이다. 따라서 상기 제1 가스(122)의 질량이 일정한 상태에서 상기 액체 소스(112)의 레벨에 따라 상기 튜브(120) 내부의 공간이 갖는 부피가 변하므로 상기 제1 가스(122)의 밀도가 상기 액체 소스(112)의 레벨에 따라 변하게 된다.
구체적으로 도 2에 도시된 바와 같이 상기 액체 소스(112)의 레벨이 높으면 상기 튜브(120) 내부의 공간이 감소하므로 상기 제1 가스(122)의 밀도가 높아진다. 반대로 도 3에 도시된 바와 같이 상기 액체 소스(112)의 레벨이 낮으면 상기 튜브(120) 내부의 공간이 증가하므로 상기 제2 가스(122)의 밀도가 낮아진다.
상기 센서부(130)는 상기 튜브(120) 내부의 제1 가스(122)의 밀도를 감지하기 위한 것으로, 상기 튜브(120)의 내부 상단에 구비된다. 상기 센서부(130)는 상기 액체 소스(112) 레벨에 따라 가변되는 상기 튜브(120) 내부의 제1 가스(122)의 밀도를 감지한다.
상기 연산부(140)는 상기 센서부(130)와 연결되며, 상기 센서부(130)에서 감지된 감지 결과를 이용하여 상기 저장부(110) 내부의 액체 소스(112) 레벨을 연산한다. 상기 연산부(140)의 연산은 상기 액체 소스(112)의 레벨과 상기 튜브(120) 내부의 비용해성 가스(122) 밀도 사이의 상관 관계를 이용한다.
상기 표시부(150)는 상기 연산부(140)와 연결되고, 상기 연산부(140)에서 연산된 결과에 따라 산출된 액체 소스(112)의 레벨을 표시한다. 상기 표시부(150)는 상기 액체 소스(112)의 레벨을 디지털 또는 아날로그 방식 등 다양한 방식으로 표시할 수 있다.
상기 경고부(160)는 경고를 발하기 위한 것으로, 상기 연산부(140)와 연결된다. 상기 경고부(160)는 상기 연산부(140)에서 연산된 액체 소스(112) 레벨이 기설정된 범위를 벗어나는 경우 경고를 발한다.
즉, 상기 경고부(160)는 상기 연산부(140)에서 연산된 액체 소스(112) 레벨이 기설정된 기준 이상인 경우 경고를 발한다. 예를 들면 상기 저장부(110)에 액체 소스(112)가 기준 이상으로 공급되는 경우 경고를 발한다. 또한 상기 경고부(160)는 상기 연산부(140)에서 연산된 액체 소스(112) 레벨이 기설정된 기준 이하인 경우 경고를 발한다. 예를 들면 상기 저장부(110)의 액체 소스(112)가 소모되어 기준 이하가 되어 상기 액체 소스(112)의 공급이 필요하거나 상기 저장부(110) 자체의 교체가 필요한 경우 경고를 발한다.
상기 경고부(160)는 알람 등의 경고음을 울리거나, 경광등 등의 경고등을 점멸하도록 하여 경고를 발하는 것이 바람직하다.
상기와 같은 액체 소스 레벨 측정 장치(100)는 상기 튜브(120) 내부의 비용해성 가스(122)의 밀도를 이용하여 상기 액체 소스(112)의 레벨을 측정하므로 상기 액체 소스(112)의 레벨을 정밀하게 측정할 수 있다. 또한 상기 액체 소스 레벨 측정 장치(110)는 상기 캐리어 가스에 의한 상기 액체 소스(112)의 버블링에 상관없이 액체 소스(112)의 레벨을 정확하게 측정할 수 있다.
도 4는 상기 장치를 사용하여 액체 소스 레벨을 측정하기 위한 방법을 설명 하기 위한 순서도이다.
도 4를 참조하면, 우선 액체 소스(112)가 저장되며 일정한 압력이 유지되는 저장부(120)의 내측 상부에서부터 하방으로 연장되는 튜브(120)가 구비된다. 상기 튜브(120)의 하단은 상기 액체 소스(112)에 잠겨지므로 상기 튜브(120)의 내부는 밀폐 공간이 된다. 상기 튜브(120) 내부에는 제1 가스(122) 및 제2 가스(114)가 수용된다.(S110) 상기 제1 가스(122)는 상기 액체 소스(112)에 녹지 않는 가스, 즉 비용해성 가스이며, 제1 가스(122)는 상기 저장부(110)의 외부로부터 공급된다. 상기 제2 가스(124)는 액체 소스(112)로부터 기화된 가스이다.
상기와 같은 상태에서 저장부(110)의 액체 소스(112) 레벨에 변화가 발생하면 상기 튜브(120)의 내부가 밀폐되어 있어 상기 튜브(120) 내부의 압력과 상기 저장부(110) 내부의 압력에 차이가 발생한다. 상기 압력 차이에 의해 상기 저장부(110)의 액체 소스 레벨과 상기 튜브(120) 내부의 액체 소스 레벨이 일시적으로 서로 다르게 된다. 상기 압력 차이를 보상하기 위하여 상기 튜브(120) 내부에서 상기 액체 소스(112)의 기화 또는 제2 가스(114)의 액화가 일어난다. 상기 액체 소스(112)의 기화 또는 제2 가스(114)의 액화에 의해 상기 튜브(120) 내부의 압력과 상기 저장부(110) 내부의 압력이 동일해진다. 따라서 상기 저장부(110)의 액체 소스 레벨과 상기 튜브(120) 내부의 액체 소스 레벨도 서로 같게 된다. 그러므로 상기 액체 소스(112)의 레벨에 따라 상기 튜브(120) 내부에 존재하는 제2 가스(114)의 양도 달라진다.
한편 상기 액체 소스(112)의 레벨에 따라 상기 튜브(120) 내부의 밀폐 공간 의 부피가 변화한다. 그리고 상기 제1 가스(122)는 상기 튜브(120)의 내부 공간에 일정한 양이 공급된 상태이다. 따라서 상기 제1 가스(122)의 질량이 일정한 상태에서 상기 액체 소스(112)의 레벨에 따라 부피가 변하므로 상기 제1 가스(122)의 밀도가 상기 액체 소스(112)의 레벨에 따라 변하게 된다. 밀도 센서로 이루어진 센서부(130)를 이용하여 상기 액체 소스(112)의 레벨에 따른 제1 가스(122)의 밀도 변화를 감지한다.(S120)
그리고 상기 액체 소스(112)의 레벨과 상기 제1 가스(122)의 밀도와의 상관 관계를 이용하여 상기 연산부(140)에서 상기 센서부(130)의 감지 결과에 따라 상기 액체 소스(112)의 레벨을 연산한다.(S130)
이후 상기 연산부(140)의 연산 결과를 상기 표시부(150)에서 표시하는 단계 또는 상기 연산부(140)의 연산 결과에 따라 상기 경고부(160)에서 경고를 발하는 단계를 더 포함할 수 있다.
도 5는 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 반도체 제조 장치를 설명하기 위한 단면도이다.
도 4를 참조하면, 반도체 제조 장치(200)는 공정 챔버(290), 저장부(210), 캐리어 가스 공급 유닛(280) 및 액체 소스 레벨 측정 유닛(270)으로 구성된다.
상기 공정 챔버(290)는 소정의 반도체 제조 공정, 구체적으로 기판 상에 막을 형성하기 위한 공정이 수행되기 위한 공간을 제공한다.
상기 저장부(210)는 액체 소스(212)가 저장한다. 상기 저장부(210)는 정육면체 또는 원통 형태를 가지며 상기 액체 소스(212)를 저장한다. 상기 저장부(210)에 는 상기 액체 소스(212)를 버블링시키기 위한 캐리어 가스가 공급되는 캐리어 가스 공급관(284) 및 상기 캐리어 가스에 의해 발생된 소스 가스를 공정 챔버(290)로 공급하기 위한 소스 가스 공급관(292)이 연결된다. 즉 상기 저장부(210)와 공정 챔버(290)는 소스 가스 공급관(292)을 통해 연결된다.
상기 저장부(210)의 저면에는 홈(210a)이 형성된다. 따라서 상기 저장부(210)의 저면은 상대적으로 높은 부분(210b)과 상대적으로 낮은 부분 홈(210a)이 존재한다.
한편 상기 저장부(210)의 하부에는 저장부(210)에 수용된 액체 소스(212)를 가열하기 위한 히터가 구비될 수 있다.
상기 저장부(210) 내에 저장되는 액체 소스(212)는 상기 공정 챔버에서의 막 증착 공정을 위한 소스로 사용된다. 상기 액체 소스(212)는 유기금속화합물을 포함한다. 상기 유기금속화합물은 금속 할로겐화물 및 금속 알콕사이드를 포함한다. 또한, 상기 유기금속화합물은 다양한 리간드 결합을 갖는 유기금속 전구체를 포함한다. 상기 액체 소스(212)에 대한 구체적인 예는 상기 액체 소스 레벨 측정 장치(100)의 설명과 동일하다.
상기 캐리어 가스 공급 유닛(280)은 상기 저장부(210) 내부의 액체 소스(212)를 버블링시켜 가스 상태로 상기 막 증착 공정이 수행되는 공정 챔버(290)로 이송하기 위한 캐리어 가스를 공급한다. 상기 캐리어 가스 공급 유닛(280)은 캐리어 가스 저장부(282) 및 상기 캐리어 가스 저장부(282)와 상기 저장부(210)를 연결하는 캐리어 가스 공급 라인(284)을 포함한다.
상기 캐리어 가스 저장부(282)에는 저장되는 캐리어 가스로는 질소, 아르곤 등의 불활성 가스가 사용된다.
상기 캐리어 가스 공급 라인(284)은 상기 저장부(210)의 저면에 인접하도록 연장된다. 따라서 상기 저장부(210)의 액체 소스(212)의 레벨이 낮아지더라도 상기 캐리어 가스를 상기 액체 소스(212) 내에서 버블링 시킬 수 있다.
도시되지는 않았지만, 상기 캐리어 가스 공급 라인(284) 중에는 캐리어 가스의 공급 유량을 조절하기 위한 유량 조절 밸브가 설치된다. 또한, 도시되지는 않았지만 상기 캐리어 가스 공급 라인(284)에는 내부의 캐리어 가스를 가열하기 위한 밴드 타입의 히터가 구비될 수 있다.
상기 액체 소스 레벨 측정 유닛(270)은 상기 저장부(210)에 구비되며, 상기 저장부(210) 내부의 제1 가스 밀도를 이용하여 상기 액체 소스(212)의 레벨을 측정한다.
상기 액체 소스 레벨 측정 유닛(270)에 대한 구체적인 설명은 상기 액체 소스 레벨 측정 장치(100)의 설명과 동일하다.
상기와 같은 소스 가스 공급 장치(200)는 액체 소스(212)를 캐리어 가스의 버블링을 통해 소스 가스로 변환하여 공정 챔버(290)로 공급한다. 이때 상기 액체 소스 레벨 측정 유닛(270)을 이용하여 상기 버블링에 무관하게 상기 액체 소스(212)의 레벨을 정확하게 확인할 수 있다. 따라서 상기 액체 소스(212)의 레벨 측정 오류로 인한 공정 불량을 방지할 수 있다 .
이하에서는 상기 반도체 제조 장치(200)의 작동 방법에 대해 설명한다.
우선 상기 캐리어 가스 저장부(282)에서 상기 캐리어 가스 공급 라인(284)을 통해 캐리어 가스를 공급한다. 이때 상기 캐리어 가스는 상기 캐리어 가스 공급 라인(284)에 구비되는 밴드형 히터에 의해 가열된 상태로 공급될 수 있다.
한편, 저장부(210)에 수용된 액체 소스(212)도 저장부(210) 하부에 구비된 히터에 의해 적절한 온도로 가열될 수 있다.
이어서, 상기 캐리어 가스를 액체 소스(212) 내에서 버블링시켜 소스 가스를 형성한다. 상기 소스 가스를 상기 소스 가스 공급 라인(292)을 통해 공정 챔버(290)로 공급하여 반도체 기판 상에 막을 형성한다.
이때 상기 저장부(210) 내의 액체 소스(212)의 레벨은 액체 소스 레벨 측정 유닛(270)을 통해 정확하게 측정할 수 있다.
상기와 같은 과정이 반복되는 저장부(210) 내의 액체 소스(212)의 레벨이 낮아지게 된다. 상기 액체 소스(212)의 레벨이 기준 이하로 감소되는 경우 상기 경고부(260)에서 경고를 발하게 된다. 상기 경고가 발해지면 상기 저장부(210)로 액체 소스(212)를 공급하거나 상기 저장부(210)를 교체한다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 액체 레벨 측정 방법 및 장치 그리고 반도체 제조 장치는 액체 소스가 저장된 저장부 내부에 튜브를 구비하고 상기 튜브 내부의 비용해성 가스의 밀도 변화를 이용하여 상기 저장부의 액체 소스 레벨을 측정한다. 따라서 캐리어 가스에 의한 액체 소스의 버블링에 상관없이 상기 저장부 내의 액체 소스 레벨을 정확하게 확인할 수 있다. 그러므로 상기 액체 소스 레벨 측정 오류로 인한 공정 사고를 예방할 수 있다.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

Claims (14)

  1. 액체 소스가 저장되며 일정한 압력이 유지되는 저장부 내부의 일측에 형성된 튜브 내부에 상기 액체 소스에 녹지 않는 제1 가스 및 상기 액체 소스로부터 발생되는 제2 가스로 이루어진 혼합 가스를 마련하는 단계; 및
    상기 액체 소스의 레벨에 따른 상기 튜브에서의 상기 제1 가스의 밀도 변화를 감지하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 액체 소스 레벨 측정 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 감지 결과를 이용하여 상기 액체 소스의 레벨을 연산하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 액체 소스 레벨 측정 방법.
  3. 제1항에 있어서, 상기 액체 소스는 유기금속 화합물인 것을 특징으로 하는 액체 소스 레벨 측정 방법.
  4. 액체 소스가 저장되며 일정한 압력이 유지되는 저장부 내부에서 상기 액체 소스에 잠기도록 구비되며, 상기 액체 소스에 녹지 않는 제1 가스 및 상기 액체 소스로부터 발생되는 제2 가스로 이루어진 혼합 가스가 수용된 튜브; 및
    상기 튜브의 상단에 구비되며, 상기 액체 소스의 레벨에 따른 상기 튜브 내부에서의 상기 제1 가스의 밀도 변화를 감지하기 위한 센서부를 포함하는 것을 특징으로 하는 액체 소스 레벨 측정 장치.
  5. 제4항에 있어서, 상기 센서부의 감지 결과를 이용하여 상기 저장부 내부의 액체 소스 레벨을 연산하기 위한 연산부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 액체 소스 레벨 측정 장치.
  6. 제5항에 있어서, 상기 연산부에서 연산된 액체 소스 레벨을 표시하기 위한 표시부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 액체 소스 레벨 측정 장치.
  7. 제5항에 있어서, 상기 연산부에서 연산된 액체 소스 레벨이 기설정된 범위를 벗어나는 경우 경고를 발하기 위한 경고부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 액체 소스 레벨 측정 장치.
  8. 제4항에 있어서, 상기 저장부의 저면에는 홈이 형성되고, 상기 튜브의 하단을 통한 상기 튜브 내부의 혼합 가스의 누설을 방지하기 위해 상기 튜브는 상기 홈까지 연장되는 것을 특징으로 하는 액체 소스 레벨 측정 장치.
  9. 공정 챔버;
    상기 공정 챔버와 연결되고, 기판 상에 막을 증착하는데 사용되는 액체 소스를 저장하며 일정한 압력이 유지되는 저장부;
    상기 저장부와 연결되며, 상기 저장부 내부의 액체 소스를 버블링시켜 가스 상태로 상기 공정 챔버로 이송하기 위한 캐리어 가스를 공급하기 위한 캐리어 가스 공급부; 및
    상기 저장부에 구비되며, 상기 액체 소스의 레벨에 따른 상기 액체 소스에 녹지않는 제1 가스의 밀도 변화를 이용하여 상기 액체 소스의 레벨을 측정하기 위한 액체 소스 레벨 측정 유닛을 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 제조 장치.
  10. 제9항에 있어서, 상기 액체 소스 레벨 측정 유닛은,
    상기 저장부 내부에서 상기 액체 소스에 잠기도록 구비되며, 상기 제1 가스 및 상기 액체 소스로부터 발생되는 제2 가스로 이루어진 혼합 가스가 수용된 튜브; 및
    상기 튜브의 상단에 구비되며, 상기 액체 소스의 레벨에 따른 상기 튜브 내부에서의 상기 제1 가스의 밀도를 감지하기 위한 센서부를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 제조 장치.
  11. 제10항에 있어서, 상기 액체 소스 레벨 측정 유닛은 상기 센서부의 감지 결과를 이용하여 상기 저장부 내부의 액체 소스 레벨을 연산하기 위한 연산부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 제조 장치.
  12. 제11항에 있어서, 상기 연산부에서 연산된 액체 소스 레벨을 표시하기 위한 표시부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 제조 장치.
  13. 제11항에 있어서, 상기 연산부에서 연산된 액체 소스 레벨이 기설정된 범위를 벗어나는 경우 경고를 발하기 위한 경고부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 제조 장치.
  14. 제9항에 있어서, 상기 튜브의 저면에는 상기 튜브 내부에 수용된 혼합 가스의 누설을 방지하기 위해 상기 튜브가 삽입되기 위한 홈이 형성되는 것을 특징으로 하는 반도체 제조 장치.
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