KR100855900B1 - 화학물질 충진시의 액상 수위 진단장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 반도체 제조공정 등의 화학증착 공정에 사용되는 용기 내의 액상 화학물질의 보충시 그 수위를 안정적으로 측정할 수 있는 용기 내 액상 화학 물질의 수위 진단장치에 대한 것으로서, 반도체 제조공정 등의 화학증착 공정에 사용되는 액상 화학 물질이 수용된 용기; 상기 용기 내부의 액상 화학 물질의 수위를 측정하기 위하여 용기 하부에 배치된 초음파 센서를 포함하는 액상 화학 물질의 수위 진단기구; 상기 수위 진단기구와 전기적으로 연결되어 수신된 아날로그 초음파 신호를 디지탈 신호로 변환하는 A/D 변환기; 상기 A/D 변환기에 전기적으로 연결되어 이미 설정된 기준 수위 데이터와 비교하여 용기 내 액상 화학 물질의 수위가 기준 수위 이하인 여부를 판단하는 제어부; 상기 제어부에 전기적으로 연결되어 용기 내의 액상 화학 물질의 수위가 기준 수위 이하인 경우 작동하는 경보기구; 및 상기 용기 내에 수용된 액상 화학물질 수위의 요동에도 불구하고 수위를 정확하게 진단할 수 있도록 설치된 수위진단 보조기구를 구비하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 용기 내의 화학 물질의 수위 진단장치를 제공한다.

화학물질, 전구체, 수위, 부유체, 스토퍼, 반도체, 화학증착

Description

화학물질 충진시의 액상 수위 진단장치{Liquid Surface Inspection Device at the time of Filling Chemicals}

도 1은 본 발명이 적용되는 반도체 제조공정의 화학증착 공정의 일 예를 도시한 계통도,

도 2는 도 1 도시 계통에 사용되는 본 발명에 따른 수위 진단장치의 개략적인 도면,

도 3은 본 발명을 구성하는 수위진단장치의 작동 상태의 일 예를 도시하는 도면이다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

100:가스 저장용기 110, 210, 310:공급파이프

200:화학물질 용기 200a:화학물질

400:반응기 400a:웨이퍼

500:수위진단기구 510:초음파센서

520:펄스 리시버 600:A/D변환기

700:제어부 800, 1400:경보기구

1000:수위진단 보조기구 1100:부유체

1200:와이어 1250:고리

1300:금속 스토퍼 1350:케이스

본 발명은 반도체 제조 공정 등의 화학 증착 공정 등에 사용되는 전구체를 포함하는 액상 화학 물질의 수위 진단장치에 대한 것으로서, 특히 반도체 제조공정 등의 화학증착 공정에 사용되는 용기 내의 액상 화학물질의 보충시 그 수위를 안정적으로 측정할 수 있는 용기 내 액상 화학 물질의 수위 진단장치에 대한 것이다.

일반 코팅 기술 뿐만 아니라 반도체 공정에서 화학 증착 공정의 중요성은 점차로 증대하고 있다. 특히, 회로 선폭이 감소함에 따라 기존의 물리적인 증착 공정의 한계로 인하여 층덮힘(step coverage) 특성이 우수한 화학 전구체를 사용하는 화학증착 공정에 대한 관심이 증대되고 있다. 또한, 화학증착 공정과 더불어 층덮힘 특성이 더욱 우수한 원자층 증착(atomic layer deposition) 공정도 점차 각광받고 있는 추세이다.

일반적으로 화학증착 공정은 용기 내의 액상의 화학 전구체를 다양한 방법으로 기화시켜 기화된 화학 기체를 반응로 내에 주입하여 기판에 증착시키도록 구성된다.

특히 반도체 제조라인 등에서는 상기 반응로 내에서 화학 전구체를 사용하여 보통 수십 매 이상의 웨이퍼가 연속으로 증착되는 데, 도중에 화학 전구체가 고갈되는 경우 심각한 문제가 발생할 수 있어서 그 용기 내의 잔존량을 항시 파악하는 것이 무엇 보다 중요하다.

종래에는 증착 공정 이후에 웨이퍼에 증착된 화학 전구체의 상태를 확인하는 등의 사후 진단 방식이 있었으나 이러한 방식은 이미 결함이 발생한 후이라 별 다른 유용성을 가지지 못하는 한계를 보이므로 전구체의 잔존량을 공정 진행 중에 실시간으로 판단하는 제반 구조의 마련이 요구된다고 하겠다.

이와 관련하여 이미 초음파 센서를 사용하여 용기 내의 전구체와 같은 액상 화학 물질의 잔존량을 측정하는 기술이 개발된 바가 있다.

그러나, 이러한 전구체와 같은 액상 화학 물질의 잔존량을 진단하는 기술에 있어서도 용기 내의 전구체 양이 부족함을 진단하여 액상 화학물질을 보충하는 경우 화학 물질의 수명이 요동하므로 수위 측정이 곤란한 등의 문제가 존재하였다.

따라서 본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 감안하여 이루어진 것으로서, 본 발명의 제1 목적은 화학 물질인 액상 전구체가 수용되어 있는 용기에 설치된 초음파 수위 진단기를 통해 전구체 수위를 실시간으로 측정하여 전구체의 부족으로 인한 피해를 사전에 예방하고 제품 불량율을 저하시킬 수 있는 용기 내의 용액 수위 진단장치를 제공하는 것이다.

또한, 본 발명은 부수적으로 용기 내에 액상 화학 물질을 보충시 수위를 정 확하게 측정할 수 있는 화학 물질의 수위 진단장치를 제공함에 또 다른 목적이 있다.

상기 목적들을 달성하기 위하여 본 발명에서는 반도체 제조공정 등의 화학증착 공정에 사용되는 액상 화학 물질이 수용된 용기;

상기 용기 내부의 액상 화학 물질의 수위를 측정하기 위하여 용기 하부에 배치된 초음파 센서를 포함하는 액상 화학 물질의 수위 진단기구;

상기 수위 진단기구와 전기적으로 연결되어 수신된 아날로그 초음파 신호를 디지탈 신호로 변환하는 A/D 변환기;

상기 A/D 변환기에 전기적으로 연결되어 이미 설정된 기준 수위 데이터와 비교하여 용기 내 액상 화학 물질의 수위가 기준 수위 이하인 여부를 판단하는 제어부;

상기 제어부에 전기적으로 연결되어 용기 내의 액상 화학 물질의 수위가 기준 수위 이하인 경우 작동하는 경보기구; 및

상기 용기 내에 수용된 액상 화학물질 수위의 요동에도 불구하고 수위를 정확하게 진단할 수 있도록 설치된 수위진단 보조기구를 구비하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 용기 내의 화학 물질의 수위 진단장치를 제공한다.

본 발명의 상기 목적들, 특정한 장점 및 이점들과 신규한 특징은 첨부 도면과 연관되어 이루어지는 본 발명의 바람직한 실시예에 대한 이하의 상세한 설명으로부터 보다 명확해질 것이다.

이하에서는 양호한 실시예를 도시한 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 용기 내 화학 물질의 수위 진단 장치를 상세하게 설명한다.

도 1은 본 발명에 따른 화학물질 수위 진단장치가 적용되는 화학증착공정의 일반적인 계통도이며, 도 2는 도 1의 공정에 사용되는 본 발명에 따른 화학물질의 수위 진단 보조기구를 도시한 도면이다.

도 1에 있어서, 본 발명에 따른 일반적으로 전구체인 화학 물질의 수위진단보조기구가 적용된 화학증착공정의 계통을 설명하면, 화학물질인 전구체(200a)를 웨이퍼(400a)에 화학증착시키는 공정에서, 전구체(200a)를 반도체 웨이퍼(400a) 위에 증착시킴에 따라 용기(200) 내의 전구체(200a)의 수위는 감소하게 되는 바, 용기 내의 감소된 전구체를 적절한 양으로 보충하기 위하여 용기(200) 내의 화학물질인 전구체(200a)의 수위를 실시간으로 측정할 수 있도록 용기(200)의 바닥에 초음파 센서(510)를 장착하고 있다. 이 초음파 센서는 수위를 연속적으로 측정하여 화학물질의 양을 진단하는 구조이다. 또한, 화학 물질인 전구체(200a)의 수위가 설정된 기준 수위 보다 낮아진 경우 이를 진단하여 경고음 또는 경고 화면이나 경고등인 경보기구(800)가 작동되어 부족한 화학물질을 보충하거나 작업을 중단하도록 구성한다.

본 발명이 적용되는 계통을 좀더 구체적으로 설명하면 다음과 같다.

이러한 반도체 웨이퍼의 화학 증착 계통은 개략적으로 우선 용기(200)에 공급할 캐리어 가스(100a)가 수용된 봄베와 같은 저장용기(100)로부터 용기(200)에 가스를 공급하기 위한 공급 파이프(110), 화학물질인 전구체(200a)가 수용되어 되어 있는 전구체 공급원(300)으로부터 용기(200)로 전구체를 보충하기 위한 화학물질 공급 파이프(310), 용기(200) 내의 화학물질인 전구체(200a)를 기체 상태로 반응기(400)로 공급하기 위한 공급 파이프(210)를 구비하며, 용기(200) 하부에는 용기 내부의 전구체 량을 진단하기 위한 수위진단기구(500)가 구비되는 데, 이는 용기(200) 바닥에 설치된 초음파 센서(510), 액상 화학물질의 수면으로부터 반사되어 오는 초음파를 수신하여 아날로그 신호를 진단하기 위한 펄스 리시버(520)를 구비하며, 진단된 아날로그 신호는 제어부(700)를 통해 판별하도록 A/D변환기(600)를 거쳐 디지탈 신호로 변환된 후에 제어부(700)로 보내지도록 구성되며, 기준 수위 이하인 경우 경고음, 경고등이나 경고 화면 등의 경보기구(800)를 작동시키도록 구성된다.

이러한 구성에서 정상시에는 본 장치를 구성하는 공급 파이프(110, 310)의 용기 측의 단부는 전구체(200a) 내에 잠기도록 배치되나 공급 파이프(210)의 용기 측의 단부는 전구체 수면 위로 배치되어야 한다.

한편, 본 발명에서는 도 1 및 도 2 도시와 같이, 용기(200) 내의 화학 물질인 전구체의 수위를 안정화시켜 화학물질을 보충 중에도 수위를 안정적으로 측정할 수 있도록 하는 수위진단 보조기구(1000)를 설치하고 있다.

이러한 용기 내의 화학 물질의 수위 진단 보조기구(1000)는 도 2 도시와 같이, 화학 물질인 전구체(200a)의 표면에 떠서 부유하도록 구성된 직사각 형상(그러나 이에 한정되는 것은 아님)의 부유체(floater)(1100)를 설치하는 데, 이 부유체 는 용기(200)의 바닥에 설치된 초음파 센서(210)로부터 발신된 초음파를 반사할 수 있도록 가벼운 알루미늄과 같은 금속 소재로 형성한다. 본 발명에서 이러한 부유체(1100)는 화학 물질의 수위의 증감에 따라 상하로 이동하므로 용기(200)의 상면에 형성된 구멍(220)을 통해 이동가능하게 와이어(1200) 등으로서 설치되며, 이 와이어(1200)는 일부에 탄성 스프링을 가질 수 있으며, 구멍(220)을 통과 후에 용기 상면에 형성된 고리(1250)를 관통 연장하며 부유체(1100) 상면에 결합된 일 단부와 대향하는 타 단부에는 금속 스토퍼(1300)가 장착되어 용기(200) 내부의 화학 물질인 전구체의 양이 기준 수위 이하로 저하하는 경우 부유체(1100)가 더 이상 하강하는 것을 방지함과 동시에 수위가 기준 수위 이하임을 경고음이나 경고등으로써 알릴 수 있도록 구성한다. 이 때, 용기 상부에 배치되는 금속 스토퍼(1300)는 케이스(1350) 내에 수용됨이 바람직하다.

도 3은 본 발명의 수위진단 보조기구(1000)를 구성하는 부유체(1100)가 기준 수위 이하로 하강하여 금속 스토퍼(1300)가 용기(200) 상부 내면 혹은 외면에 배치된 단자 접점(250)에 접촉하여 통전함으로써 용기(200) 내부의 전구체의 수위가 기준 수위 이하로 하강하였음을 알리는 경보등이나 경보음을 발하는 경보기구(1400)가 작동되는 상황을 예시한 것이다.

따라서, 수위진단 보조기구(1000)의 일부를 구성하는 경보기구(1400) 및 수위진단기구(500)의 경보기구(800)는 선택적으로 어느 하나만이 설치될 수도 있으며, 모두 작동하도록 설치될 수도 있다. 경보기구(1400)의 작동 시점은 와이어(1200)의 길이로서 설정될 수 있다.

여기서, 기준 수위란 전구체(200a)의 수위가 상기 수위 이하로 하강하면 증착 공정을 계속 수행할 수 없게 되어 전구체의 보충 혹은 전구체 용기의 교체가 필요한 수위를 의미한다.

이하에서는 상기와 같이 구성되는 본 발명에 따른 용기 내 화학 물질의 수위 진단 장치의 작동을 상세하게 설명하면 다음과 같다.

정상적인 작동 상태에서는 용기(200) 내에 전구체인 화학 물질이 소정 수위 만큼 충만된 상태에서 공급 파이프(110)를 통해 봄베와 같은 저장용기(100)로부터 캐리어 가스가 공급되어 전구체(200a)인 화학 물질을 버블링함에 따라 기화된 전구체는 공급 파이프(210)를 통해 반응기(400)에 공급되어 웨이퍼에 증착하는 작업이 수행된다. 이와 같은 증착 작업이 계속됨에 따라 용기(200) 내의 전구체인 화학 물질의 수위는 하강하게 되는 바, 용기 내의 전구체의 수위가 기준 수위 보다 아래로 하강하면 종래의 경우 초음파 센서(510)를 통해 진단하여 경보 장치를 작동시킴으로써 이를 알리도록 구성하였다. 이와 같이 전구체의 수위가 기준 수위 이하인 것을 진단하면 재차 전구체 공급원(300)으로부터 전구체를 공급 파이프(310)를 통해 용기(200) 내부로 공급하여 적정한 정도로 충만시키게 된다.

한편, 이와 같이, 용기(200) 내에 화학 물질인 전구체를 충진시키는 과정에서 종래에는 본 발명에서와 같은 수위진단 보조기구(1000)가 설치된 바가 없었으므로 화학 물질인 전구체의 충진, 보충 과정에서는 유입되는 전구체에 의하여 용기 내부의 전구체 수위가 요동하는 현상이 존재하여 초음파 센서(510)를 통한 수위 진단이 불량한 현상이 발생하였다.

그러나 본 발명에서와 같이, 전구체(200a) 표면에 부유하는 부유체(1100)를 포함하는 수위진단 보조기구(1000)가 설치됨으로써 용기 내부에 전구체인 화학 물질을 충진 혹은 보충하는 과정에서도 초음파 센서(510)에서 발신한 신호가 부유체(1100)의 저면에서 확실하게 반사되므로 수면이 흔들려도 수위를 원활하게 측정할 수 있는 것이다.

더우기, 용기 내부에 충진된 화학물질인 전구체(200a)가 소모됨에 따라 수위진단 보조기구(1000)를 구성하는 부유체(1100)가 함께 하강하고, 이로써 금속 스토퍼(1300)도 같이 하강하는 중에 용기 내부의 전구체(200a)가 기준 수위 아래로 하강하는 순간 금속 스토퍼(1300)가 도 3 도시와 같이 단자에 접촉하여 통전됨으로써 경보기구(1400)를 작동시킴으로써 자동으로 반응기(400)로의 기체 상태 전구체의 공급을 중지하거나 전구체의 보충을 재개토록 구성함으로써 반도체 웨이퍼의 화학증착 공정에서 발생하는 불량을 제거 내지 감소시킬 수 있다.

이와 같은 경보기구(1400)의 구성 및 작동은 종래 설치된 바와 같은 초음파 센서(510)를 통한 용기 내부의 화학 물질 수위 진단을 통한 기준 수위로의 저하를 진단하여 작동하는 방식 대신에 적용될 수도 있으며, 초음파 센서(510)를 통한 경보 기구(1400)의 작동과 병행시킬 수도 있음은 물론이다.

이상 본 발명의 양호한 실시예에서는 액상 화학 물질인 전구체를 사용하는 반도체 제조의 화학 증착공정에 관련하여 설명되었으나, 액상 전구체를 사용하는 다른 증착 공정인 원자층 증착공정(atomic layer deposition) 공정에 사용될 수 있 음은 물론이며, 이러한 반도체 제조과정만이 아니라 기타 다른 액상 물질이 수용된 용기의 수위 안정과 관련하여 사용될 수 있을 것이다.

또한, 여기 예시한 화학 물질의 예로서의 전구체는 어느 특정 전구체로 한정되는 것은 아니며 화학 증착에 사용되는 무기, 유기 및 유기 금속 화합물 등의 모든 전구체에 적용될 수 있음은 물론이다.

따라서, 상기 설명한 바와 같은 본 발명의 용기 내의 액상 화학 물질의 수위 진단장치에 의하면, 다음과 같은 효과가 얻어진다.

첫째로, 반도체 제조공정의 웨이퍼 화학증착 공정에 사용되는 화학 물질인 전구체를 용기에 보충시 수위의 요동에 불구하고 확실하게 수위를 진단할 수 있어서 제품의 불량율을 감소시킬 수 있다.

또한, 용기 내부의 전구체 수위를 실시간으로 진단함과 동시에 기준 수위 이하로 하강하였음을 효과적으로 알림으로써 사전에 필요한 조치를 취할 수 있게 함으로써 생산성을 향상시킬 수 있는 효과가 얻어지는 등 여러 이점이 있다.

비록 본 발명이 상기 설명한 바람직한 실시예와 관련하여 설명되었으나 발명의 기본적인 사상으로부터 벗어남이 없이 다양한 변경이나 수정이 가능할 것이다. 따라서, 첨부된 특허청구범위는 발명의 요지에 속하는 이러한 수정이나 변경을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

Claims (5)

1. 삭제
2. 반도체 제조공정 등의 화학증착 공정에 사용되는 액상 화학 물질이 수용된 용기(200)와;

   상기 용기(200) 내부의 액상 화학 물질의 수위를 측정하기 위하여 용기 하부에 배치된 초음파 센서(510)를 포함하는 액상 화학 물질의 수위 진단기구(500);

   상기 수위 진단기구와 전기적으로 연결되어 수신된 아날로그 초음파 신호를 디지탈 신호로 변환하는 A/D 변환기(600);

   상기 A/D 변환기에 전기적으로 연결되어 이미 설정된 기준 수위 데이터와 비교하여 용기 내 액상 화학 물질의 수위가 기준 수위 이하인 여부를 판단하는 제어부(700);

   상기 제어부에 전기적으로 연결되어 용기 내의 액상 화학 물질의 수위가 기준 수위 이하인 경우 작동하는 경보기구(800); 및

   상기 용기(200) 내에 수용된 액상 화학물질 수위의 요동에도 불구하고 수위를 정확하게 진단할 수 있도록 용기 내의 화학 물질 수면 위에 설치된 부유체(1100)와,

   상기 부유체(1100)를 용기(200)의 상부에 이동가능하게 유지시키는 금속 스토퍼(1300)와,

   상기 부유체(1100)와 상기 금속 스토퍼(1300)를 연결시키는 탄성의 와이어(1200)가 설치된 수위진단 보조기구(1000)를 구비하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 용기 내의 화학 물질의 수위 진단장치.
3. 제 2항에 있어서, 상기 수위진단 보조기구(1000)는 경보기구(1400)를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 용기 내 화학 물질의 수위진단장치.
4. 제 2항에 있어서, 상기 부유체(1100)는 알루미늄을 포함하는 금속인 용기 내 화학 물질의 수위진단장치.
5. 삭제

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