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.