KR102114265B1 - 기화 장치 및 이의 제어 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 기화 장치 및 이의 제어 방법에 관한 것으로서, 액체를 기체로 기화시킬 수 있는 내부 공간이 형성되고, 일측에 기체 배출관이 형성되며, 타측에 액체 리필관이 형성되는 기화 챔버; 상기 기체 배출관에 설치되는 기체 배출 밸브; 상기 액체 리필관에 설치되는 액체 리필 밸브; 상기 기화 챔버의 상한 수위를 감지하는 상한 수위 센서; 상기 기화 챔버의 하한 수위를 감지하는 하한 수위 센서; 및 상기 상한 수위 센서와 상기 하한 수위 센서로부터 수위 신호를 인가받아서 상기 기체 배출 밸브와 상기 액체 리필 밸브에 제어 신호를 인가할 수 있는 제어부;를 포함하고, 상기 제어부는, 상기 기체를 이용한 기판 처리 공정이 적어도 하나의 기판에 대해서 완료되어 상기 기체가 상기 공정 챔버로 공급되지 않는 기체 단절 모드에서, 상기 상한 수위 센서로부터 상한 수위 신호를 인가받을 때까지 상기 액체가 리필될 수 있도록 상기 액체 리필 밸브의 개폐 구동을 제어하는 메인 리필 제어부;를 포함할 수 있다.

Description

기화 장치 및 이의 제어 방법{Apparatus for evaporating and its control method}
본 발명은 기화 장치 및 이의 제어 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 액체를 기체로 기화시킬 수 있는 기화 장치 및 이의 제어 방법에 관한 것이다.
최근, 반도체 소자의 미세화와 고효율, 고출력 LED(Light Emitting Diode) 개발 등으로 화학기상증착(Chemical Vapor Deposition : CVD) 기술 중 유기금속화합물 화학 증착(Metal Organic Chemical Vapor Deposition : MOCVD)이 각광받고 있다. MOCVD란, 유기금속화합물로서 유기 라디칼과 금속이 결합된 물질들을 전구체로 이용하는 화학기상증착 방법으로서 유기금속화합물 또는 유기금속화합물과 수소화합물을 원료로 하고 수소 등을 이송기체(carrier gas)로 사용하여 기판 위에서 비가역적 열분해 반응이 일어나도록 함으로써 고체 상태의 결정을 성장시키는 방법이다. 이러한 MOCVD 기술은 원료가 모두 기체 상태로 공급되기 때문에 공급되는 원료의 양을 비교적 쉽고 정확하게 조절할 수 있어 다원계 및 다층 에피택셜 성장(epitaxial growth)에 적합하고, 기판만 일정 온도로 가열하면 되므로 하나의 온도 영역만이 필요하게 되어 장치가 간단해지며 대량 생산이 가능한 장점 등이 있다.
또한, 일반적으로 PECVD(Plasma enhanced chemical vapor deposition)는 이종의 박막을 증착하기 위해서 기체 및 액상의 원료를 이용한 플라즈마를 각각 형성해야 하며, 이러한 플라즈마를 형성하기 위해서는 반응기에 저압 처리 기체를 주입한 후 전기장을 생성하도록 전기 에너지를 인가해주어야 한다. 또한 반응기 내부에 안정적 플라즈마를 형성하기 위해서 기체 또는 액상 원료부터 기화된 가스를 안정화시킨 후 챔버 내에 공급하여야 한다.
이러한, 상기 기판 처리 장치들은 공정 가스를 공급하는 가스 공급 장치들이 적용될 수 있다.
일반적으로, 가스 공급 장치는, 소스가스의 원료를 액체 상태로 저장하는 원료저장부와, 액상의 원료를 기화시키는 기화기와, 각 구성요소들을 연결하는 도관 및 유체의 흐름을 조절하는 복수 개의 밸브들을 포함할 수 있다.
그러나, 종래에는 대용량의 소스 공급 시에는 순간적인 기화 몸체 내의 온도감소로 인하여 액화 현상이 발생한다. 이에 따라 공급관이나 기화기에 막힘 현상이 발생하여 가스의 흐름을 방해하여 공정을 안정적으로 수행할 수 없는 문제점이 있었다.
또한, 액화물이 기화기나 공급관을 손상시켜 교체 주기가 짧아져 설비의 유지 보수 비용이 증가하는 문제점이 있었다.
또한 순간적으로 기화 몸체 내로 많은 양의 원료의 유입으로 인해 안정적인 흐름을 갖지 못하고 유량이 순간적으로 높아지는 유량 헌팅(Flow Hunting) 현상이 발생되는 문제점 등 많은 문제점들이 있었다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 포함하여 여러 문제점들을 해결하기 위한 것으로서, 헌팅 현상을 최소화할 수 있는 범위 내에서 소스 가스 등 기체 공급을 원활하게 할 수 있게 하는 기화 장치 및 이의 제어 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다. 그러나 이러한 과제는 예시적인 것으로, 이에 의해 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.
상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 사상에 따른 기화 장치는, 기판 처리 장치의 공정 챔버 내부로 액체의 원료를 기화시켜 공급하기 위한 기화 장치에 있어서, 액체를 기체로 기화시킬 수 있는 내부 공간이 형성되고, 일측에 기체 배출관이 형성되며, 타측에 액체 리필관이 형성되는 기화 챔버; 상기 기체 배출관에 설치되는 기체 배출 밸브; 상기 액체 리필관에 설치되는 액체 리필 밸브; 상기 기화 챔버의 상한 수위를 감지하는 상한 수위 센서; 상기 기화 챔버의 하한 수위를 감지하는 하한 수위 센서; 및 상기 상한 수위 센서와 상기 하한 수위 센서로부터 수위 신호를 인가받아서 상기 기체 배출 밸브와 상기 액체 리필 밸브에 제어 신호를 인가할 수 있는 제어부;를 포함하고, 상기 제어부는, 상기 기체를 이용한 기판 처리 공정이 적어도 하나의 기판에 대해서 완료되어 상기 기체가 상기 공정 챔버로 공급되지 않는 기체 단절 모드에서, 상기 상한 수위 센서로부터 상한 수위 신호를 인가받을 때까지 상기 액체가 리필될 수 있도록 상기 액체 리필 밸브의 개폐 구동을 제어하는 메인 리필 제어부;를 포함할 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 상기 기화 챔버의 상기 상한 수위 센서까지 상기 액체의 풀 리필 시 상기 기화 챔버 내부에 리필되는 액체의 양은 하나의 기판에 대해 공정이 완료되기까지 필요한 기체의 양의 150%~250%일 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 상기 제어부는, 상기 기체를 이용한 상기 기판 처리 공정이 진행되는 기체 공급 모드에서, 상기 하한 수위 센서로부터 1차 하한 수위 신호를 인가받으면, 헌팅 현상을 줄이기 위해서 상기 기화 챔버를 상기 상한 수위 센서까지 리필시키는 시간보다 작은 제 1 분할 시간 동안, 제 1 보조 리필량 만큼 상기 액체가 리필될 수 있도록 상기 액체 리필 밸브의 개폐 구동을 제어하는 제 1 보조 리필 제어부;를 포함할 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 상기 제 1 분할 시간은, 상기 액체가 하한 수위에서 상한 수위에 도달될 때까지 풀 리필되는 풀 리필 시간의 1/10 내지 1/2일 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 상기 제 1 보조 리필량은, 상기 액체의 상기 하한 수위부터 상기 상한 수위까지 리필되는 최대 리필량의 5 퍼센트 내지 20 퍼센트일 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 상기 제어부는, 상기 기체를 이용한 상기 기판 처리 공정이 진행되는 기체 공급 모드에서, 상기 하한 수위 센서로부터 2차 하한 수위 신호를 인가받으면, 헌팅 현상을 줄이기 위해서 상기 기화 챔버를 제 1 분할 시간과 같거나 작은 제 2 분할 시간 동안, 제 2 보조 리필량 만큼 상기 액체가 리필될 수 있도록 상기 액체 리필 밸브의 개폐 구동을 제어하는 제 2 보조 리필 제어로부;를 포함할 수 있다.
한편, 한편, 상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 사상에 따른 기화 장치의 제어 방법은, 전술한 기화 장치를 이용한 것으로서, 상기 기체를 이용하여 상기 기판 처리 공정을 진행하는 기체 공급 단계; 및 상기 기체를 이용한 기판 처리 공정이 적어도 하나의 기판에 대해서 완료되어 상기 기체를 상기 공정 챔버로 공급하지 않는 기체 단절 단계;를 포함하고, 상기 기체 단절 단계는, 상기 기체 단절 단계 중, 상기 상한 수위 센서로부터 상한 수위 신호를 인가받을 때까지 상기 액체가 리필될 수 있도록 상기 액체 리필 밸브의 개폐 구동을 제어하는 메인 리필 단계;를 포함할 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 상기 기체 공급 단계는, 상기 하한 수위 센서로부터 1차 하한 수위 신호를 인가받으면, 헌팅 현상을 줄이기 위해서 상기 기화 챔버를 상기 상한 수위 센서까지 리필시키는 시간보다 작은 제 1 분할 시간 동안, 제 1 보조 리필량만큼 상기 액체가 리필될 수 있도록 상기 액체 리필 밸브의 개폐 구동을 제어하는 제 1 보조 리필 단계;를 포함할 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 상기 기체 공급 단계는, 상기 하한 수위 센서로부터 2차 하한 수위 신호를 인가받으면, 헌팅 현상을 줄이기 위해서 상기 기화 챔버를 제 1 분할 시간과 같거나 작은 제 2 분할 시간 동안, 제 2 보조 리필량 만큼 상기 액체가 리필될 수 있도록 상기 액체 리필 밸브의 개폐 구동을 제어하는 제 2 보조 리필 단계;를 포함할 수 있다.
상기한 바와 같이 이루어진 본 발명의 일부 실시예들에 따르면, 헌팅 현상을 방지할 수 있고, 기체 공급 모드에서도 원활한 액체 리필이 가능하여 작은 용량으로도 대량의 기체 수요에 대응할 수 있는 효과를 갖는 것이다. 물론 이러한 효과에 의해 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.
도 1은 본 발명의 일부 실시예들에 따른 기화 장치를 나타내는 개념도이다.
도 2는 도 1의 기화 장치의 제어부의 일례를 나타내는 블록도이다.
도 3 내지 도 7은 도 1의 기화 장치의 작동 과정을 단계적으로 나타내는 단면도들이다.
도 8은 도 1의 기화 장치의 메인 리필 과정을 시간에 따른 기체 배출량 곡선 및 리필량 곡선으로 나타내는 그래프이다.
도 9는 도 1의 기화 장치의 보조 리필 과정을 시간에 따른 기체 배출량 곡선 및 리필량 곡선으로 나타내는 그래프이다.
도 10은 도 1의 기화 장치의 보조 리필 과정 및 메인 리필 과정을 기체 배출량 곡선 및 리필량 곡선으로 나타내는 그래프이다.
도 11은 본 발명의 일부 실시예들에 따른 기화 장치의 제어 방법을 나타내는 개념도이다.
도 12 및 도 13은 본 발명의 일부 실시예들에 따른 기화 장치의 헌팅 현상을 기체 배출량 곡선 및 리필량 곡선으로 나타내는 그래프들이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 여러 실시예들을 상세히 설명하기로 한다.
본 발명의 실시예들은 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위하여 제공되는 것이며, 하기 실시예는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다. 오히려 이들 실시예들은 본 개시를 더욱 충실하고 완전하게 하고, 당업자에게 본 발명의 사상을 완전하게 전달하기 위하여 제공되는 것이다. 또한, 도면에서 각 층의 두께나 크기는 설명의 편의 및 명확성을 위하여 과장된 것이다.
이하, 본 발명의 실시예들은 본 발명의 이상적인 실시예들을 개략적으로 도시하는 도면들을 참조하여 설명한다. 도면들에 있어서, 예를 들면, 제조 기술 및/또는 공차(tolerance)에 따라, 도시된 형상의 변형들이 예상될 수 있다. 따라서, 본 발명 사상의 실시예는 본 명세서에 도시된 영역의 특정 형상에 제한된 것으로 해석되어서는 아니 되며, 예를 들면 제조상 초래되는 형상의 변화를 포함하여야 한다.
도 1은 본 발명의 일부 실시예들에 따른 기화 장치(100)를 나타내는 개념도이다.
먼저, 도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일부 실시예들에 따른 기화 장치(100)는, 기판 처리 장치의 공정 챔버 내부로 액체의 원료를 기화시켜 공급하기 위한 것으로서, 크게 기화 챔버(10)와, 기체 배출 밸브(V1)와, 액체 리필 밸브(V2)와, 상한 수위 센서(S1)와 하한 수위 센서(S2) 및 제어부(20)를 포함할 수 있다.
예컨대, 도 1에 도시된 바와 같이, 상기 기화 챔버(10)는, 액체(L)를 기체(G)로 기화시킬 수 있도록 내부에 내부 공간이 형성되는 것으로서, 각종 증착 공정 예컨대 MOCVD법, PECVD법, ALD법 등을 이용하는 각종 공정 챔버에 제 1 소스 가스나 제 2 소스 가스 등 각종 기체(G)를 공급할 수 있도록 각종 공정 챔버들과 기체 공급 라인으로 연결될 수 있는 일종의 박스 형태의 구조체일 수 있다.
예컨대, 증착 공정이 Ⅲ-Ⅴ족 MOCVD법에 의해 행해지는 경우, 상기 제 1 소스 가스는 Ⅴ족 원소를 함유한 소스 가스일 수 있으며, 상기 제 2 소스 가스는 Ⅲ족 원소를 함유한 소스 가스일 수 있다. 제 1 소스 가스는 Ⅴ족 원소를 포함하는 수소화물로서, NH3 또는 PH3 또는 AsH3 등일 수 있다. 제 2 소스 가스는 Ⅲ족 원소를 포함하는 유기 금속으로서, TMG(Trimethylgallium) 또는 TEG(Triethylgallium) 또는 TMI(Trimethylindium) 등일 수 있다. 제 1, 2 소스 가스에는 캐리어 가스가 각각 포함될 수도 있다. 그러나, 반드시 이에 국한되지 않는다.
이러한, 상기 기화 챔버(10)는, 도 1에 예시된 바와 같이, 일측에 각종 공정 챔버들과 연결되어 요구되는 기체(G)를 공급할 수 있는 기체 배출관(P1)이 형성될 수 있고, 타측에 부족한 액체(L)를 리필할 수 있는 액체 리필관(P2)이 형성될 수 있다.
여기서, 도시하지 않았지만, 이러한 상기 기화 챔버(10)의 내부에는 상기 액체(L)를 상기 기체(G)로 더욱 쉽게 기화시킬 수 있도록 각종 히터가 설치될 수 있고, 이외에도, 내부의 기체 압력을 측정하는 각종 압력계나, 온도를 측정하는 온도계나, 필터 등 각종 부수 장치들이 추가로 설치될 수 있다.
따라서, 상기 액체 리필관(P2)을 통해 상기 기화 챔버(10)의 내부로 리필된 상기 액체(L)는 자연적으로 또는 히터에 의해 강제적으로 상기 기체(G)로 기화될 수 있고, 이러한 상기 기체(G)는 상기 기체 배출관(P1)을 통해서 외부로 배출되어 각종 공정 챔버로 공급될 수 있다.
이 때, 리필되는 상기 액체(L)의 리필 시기와 리필량을 조절할 수 있도록 상기 액체 리필 밸브(V2)가 상기 액체 리필관(P2)에 설치될 수 있다.
또한, 배출되는 상기 기체(G)의 배출 시기와 배출량을 조절할 수 있도록 상기 기체 배출 밸브(V1)가 상기 기체 배출관(P1)에 설치될 수 있다.
이러한, 상기 기체 배출관(P1)과 상기 액체 리필관(P2)은 기체 또는 액체의 유량을 조절하거나 단속할 수 있는 모든 종류나 형태의 전자식 밸브 또는 기계식 밸브가 모두 적용될 수 있고, 후술될 상기 제어부(20)와 전기적으로 연결되어 그 동작이 제어될 수 있다.
또한, 예컨대, 도 1에 도시된 바와 같이, 상기 상한 수위 센서(S1)는, 기화 챔버(10)의 상한 수위(L1)를 감지하는 일종의 레벨 센서 또는 수위 센서로서, 저항체나 적외선 등의 광이나 전자기파나 음파나 초음파나 카메라로 촬영한 영상 등을 이용한 비젼 장치 등 수위를 감지할 수 있는 모든 수위 센서들이 모두 적용될 수 있다.
또한, 예컨대, 도 1에 도시된 바와 같이, 상기 하한 수위 센서(S2)는, 기화 챔버(10)의 하한 수위(L2)를 감지하는 일종의 레벨 센서 또는 수위 센서로서, 저항체나 적외선 등의 광이나 전자기파나 음파나 초음파나 카메라로 촬영한 영상 등을 이용한 비젼 장치 등 수위를 감지할 수 있는 모든 수위 센서들이 모두 적용될 수 있다.
따라서, 이러한 상기 상한 수위 센서(S1)와 상기 하한 수위 센서(S2)를 이용하여 상기 액체(L)의 수위가 상기 하한 수위(L2)로 낮아지면 상기 액체(L)의 수위가 상기 상한 수위(L1)로 높아질 때까지 상기 액체(L)를 리필할 수 있고, 이렇게 상기 하한 수위(L2)에서 상기 상한 수위(L1)까지 상기 액체(L)를 리필하는 것을 메인 리필이라 칭할 수 있다.
한편, 예컨대, 도 1에 도시된 바와 같이, 상기 제어부(20)는, 상기 상한 수위 센서(S1)와 상기 하한 수위 센서(S2)로부터 각종의 수위 신호를 인가받아서 상기 기체 배출 밸브(V1)와 상기 액체 리필 밸브(V2)에 각종의 제어 신호를 인가할 수 있는 마이크로 프로세서, IC, 중앙처리장치, 연산 장치, 프로그램 형태로 저장된 저장 장치 등 일종의 회로 또는 자동화 프로그램된 연산 장치 또는 전자 부품일 수 있다.
도 2는 도 1의 기화 장치(100)의 제어부(20)의 일례를 나타내는 블록도이고, 도 8은 도 1의 기화 장치(100)의 메인 리필 과정을 시간에 따른 기체 배출량 곡선 및 리필량 곡선으로 나타내는 그래프이다.
도 2 및 도 8에 도시된 바와 같이, 상기 제어부(20)는, 액체(L) 리필시 기체(G) 배출량이 불균일해지는 헌팅 현상을 방지할 수 있도록, 기체(G)를 이용한 기판 처리 공정이 적어도 하나의 기판에 대해서 완료되어 상기 기체(G)가 공정 챔버로 공급되지 않는 기체 단절 모드(M2)에서, 상기 상한 수위 센서(S1)로부터 상한 수위 신호를 인가받을 때까지 상기 액체(L)가 메인 리필될 수 있도록 상기 액체 리필 밸브(V2)에 메인 리필 제어 신호를 인가하는 메인 리필 제어 회로부(24)를 포함할 수 있다.
더욱 구체적으로 예를 들면, 상기 메일 리필 제어 회로부(24)는, 상기 하한 수위 센서(S2)로부터 하한 수위 신호를 인가받으면 상기 상한 수위 센서(S1)로부터 상한 수위 신호를 인가받을 때까지 제 3 시간(t3) 동안 메일 리필량(A3) 만큼 상기 액체(L)가 메인 리필될 수 있도록 상기 액체 리필 밸브(V2)에 메인 리필 제어 신호를 인가할 수 있는 마이크로 프로세서, IC, 중앙처리장치, 연산 장치, 프로그램 형태로 저장된 저장 장치 등 일종의 회로 또는 자동화 프로그램된 연산 장치 또는 전자 부품일 수 있다.
여기서, 상기 기화 챔버(10)의 총 배출량은 상술된 메인 리필량에 영향을 미칠 수 있다. 예컨대, 상기 기화 챔버(10)의 총 배출량이 크면 클수록 헌팅 현상을 줄일 수 있으나, 너무 커지면 상기 기화 챔버(10)의 제조 비용과 관리 비용이 증대될 수 있다.
따라서, 헌팅 현상을 최소화하면서 경제성을 고려하여 반복적으로 시뮬레이션한 결과, 헌팅 현상을 최소화할 수 있도록 상기 기화 챔버(10)의 상한 수위 센서까지 액체의 풀 리필 시 기체 총 배출량은 공정에서 필요한 기체 1회 요구량의 150 퍼센트 내지 250 퍼센트일 수 있고, 더욱 바람직하기로는 대략 200 퍼센트일 수 있다.
그러므로, 헌팅 현상을 방지할 수 있고, 기체(G)를 이용한 기판 처리 공정이 진행되고 있어 기체 공급 모드(M1)에서도 원활한 액체 리필이 가능하여 작은 용량으로도 대량의 기체 수요에 대응할 수 있다.
도 2는 도 1의 기화 장치(100)의 제어부(20)의 일례를 나타내는 블록도이고, 도 9는 도 1의 기화 장치(100)의 보조 리필 과정을 시간에 따른 기체 배출량 곡선 및 리필량 곡선으로 나타내는 그래프이다.
도 2 및 도 9에 도시된 바와 같이, 상기 제어부(20)는, 기체(G)를 이용한 기판 처리 공정이 진행되고 있어 상기 기체(G)가 공급되는 기체 공급 모드(M1)에서, 상기 하한 수위 센서(S2)로부터 1차 하한 수위 신호를 인가받으면, 헌팅 현상을 줄이기 위해서 기화 챔버(10)를 상기 상한 수위 센서까지 풀 리필시키는 시간보다 작은 제 1 분할 시간(t1) 동안, 제 1 보조 리필량(A1) 만큼 상기 액체(L)가 보조 리필될 수 있도록 상기 액체 리필 밸브(V2)에 제 1 보조 리필 제어 신호를 인가하는 제 1 보조 리필 제어 회로부(21)를 더 포함할 수 있다.
또한, 상술된 1차 보조 리필이 충분하지 않은 경우, 상기 제어부(20)는, 기체(G)를 이용한 기판 처리 공정이 진행되고 있어 상기 기체(G)가 공급되는 기체 공급 모드(M1)에서, 상기 하한 수위 센서(S2)로부터 2차 하한 수위 신호를 인가받으면, 헌팅 현상을 줄이기 위해서 기화 챔버(10)를 상기 상한 수위 센서까지 풀 리필시키는 시간보다 작은 제 2 분할 시간(t2) 동안, 제 2 보조 리필량(A2) 만큼 상기 액체(L)가 리필될 수 있도록 상기 액체 리필 밸브(V2)에 제 2 보조 리필 제어 신호를 인가하는 제 2 보조 리필 제어 회로부(22)를 더 포함할 수 있다.
여기서, 상기 제 1 분할 시간(t1)과 상기 제 2 분할 시간(t2) 또는 상기 제 1 보조 리필량(A1)과 상기 제 2 보조 리필량(A2)은 동일할 수 있다. 그러나, 이에 반드시 국한되지 않는다.
즉, 예컨대, 도 12의 푸른 색깔로 표시된 기체 배출량 곡선의 경우, 일정한 형태로 수형 진행하다가 갑자기 수직으로 상방 또는 하방으로 급변하는 부분이 실제로 실험한 헌팅 현상을 나타내는 것으로서, 도 12의 헌팅 현상은 대략적으로 시간이 흐를수록 급변하는 크기가 차차 증대되는 것을 알 수 있다. 이러한 헌팅 현상의 크기 증가 현상은 도 13에서도 발견된다.
이렇게 반복적으로 발생되는 헌팅 현상의 크기가 점차로 증대되는 경우에는, 상기 제 1 분할 시간(t1) 보다 상기 제 2 분할 시간(t2)을 점차적으로 더 짧게 하고, 상기 제 1 보조 리필량(A1) 보다 상기 제 2 보조 리필량(A2)을 점차적으로 더 적게 하는 것이 가능하다.
한편, 상술된 1차 보조 리필과 2차 보조 리필로도 충분하지 않은 경우, 상기 제어부(20)는, 기체(G)를 이용한 기판 처리 공정이 진행되고 있어 상기 기체(G)가 공급되는 기체 공급 모드(M1)에서, 상기 하한 수위 센서(S2)로부터 N차 하한 수위 신호를 인가받으면, 헌팅 현상을 줄이기 위해서 기화 챔버(10)를 상한 수위 센서까지 풀 리필시키는 시간보다 작은 제 N 분할 시간 동안, 제 N 보조 리필량 만큼 상기 액체(L)가 보조 리필될 수 있도록 상기 액체 리필 밸브(V2)에 제 N 보조 리필 제어 신호를 인가하는 제 N 보조 리필 제어 회로부(23)를 더 포함할 수 있다. 여기서, N은 자연수이다.
도 10은 도 1의 기화 장치(100)의 보조 리필 과정 및 메인 리필 과정을 기체 배출량 곡선 및 리필량 곡선으로 나타내는 그래프이다.
도 10에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일부 실시예들에 따른 기화 장치(100)는, 도 9에서 설명된 복수회(도면에서는 9회)의 보조 리필 과정과 도 8에서 설명된 1회의 메인 리필 과정을 하나의 사이클로 하여 여러 번의 사이클을 반복할 수 있다.
도 3 내지 도 7은 도 1의 기화 장치(100)의 작동 과정을 단계적으로 나타내는 단면도들이다. 먼저, 도 3에 도시된 바와 같이 기체를 이용한 기판 처리 공정이 진행되고 있어 상기 기체(G)를 배출하는 도 10의 기체 공급 모드(M1)에서, 상기 액체(L)는 상한 수위(L1)까지 메인 리필된 상태로 그 일부가 상기 기체(G)로 기화되면서 그 수위가 점차로 줄어들고 기화된 상기 기체(G)는 공정 챔버로 배출되어 공정에 사용될 수 있다.
이어서, 도 4에 도시된 바와 같이, 상기 액체(L)의 수위가 하한 수위(L2)까지 줄어들어서 상기 제어부(20)가 상기 하한 수위 센서(S2)로부터 1차 하한 수위 신호를 인가받을 수 있다.
이어서, 도 5에 도시된 바와 같이, 상기 1차 하안 수위 신호를 인가받은 상기 제어부(20)는 도 10의 제 1 분할 시간(t1) 동안, 제 1 보조 리필량(A1) 만큼 상기 액체(L)가 보조 리필될 수 있도록 상기 액체 리필 밸브(V2)에 제 1 보조 리필 제어 신호를 인가할 수 있다.
이 때, 상기 제 1 분할 시간(t1)은 도 10의 상기 메인 리필 시간(t3) 보다 작고, 이로 인하여 상기 제 1 보조 리필량(A1)은 상기 메인 리필량 보다 작을 수 있다.
이어서, 도 6에 도시된 바와 같이, 다시 상기 액체(L)의 수위가 낮아져서 상기 하한 수위 센서(S2)로부터 2차 하한 수위 신호를 인가받으면, 도 5에 도시된 바와 같이, 도 10의 제 2 분할 시간(t2) 동안, 제 2 보조 리필량(A2) 만큼 상기 액체가 보조 리필될 수 있도록 상기 액체 리필 밸브(V2)에 제 2 보조 리필 제어 신호를 인가할 수 있다. 도시하지 않았지만, 이러한 과정은 N회 반복될 수 있다.
이어서, 도 7에 도시된 바와 같이 기체를 이용한 기판 처리 공정이 적어도 하나의 기판에 대해서 완료되어 상기 기체(G)를 배출하지 않는 도 10의 기체 단절 모드(M2)에서, 상기 제어부(20)가 상기 하한 수위 센서(S2)로부터 하한 수위 신호를 인가받으면, 상기 상한 수위 센서(S1)로부터 상한 수위 신호를 인가받을 때까지 상기 액체(L)가 메인 리필될 수 있도록 상기 액체 리필 밸브(V2)에 메인 리필 제어 신호를 인가할 수 있다.
도 12 및 도 13은 본 발명의 일부 실시예들에 따른 기화 장치(100)의 헌팅 현상을 기체 배출량 곡선 및 리필량 곡선으로 나타내는 그래프들이다.
도 12와 도 13을 비교해 보면, 도 12의 붉은 색깔로 표시된 곡선에서 수직 막대로 표시된 바와 같이, 보조 리필 시간이 길고, 보조 리필 횟수(도 12에서는 11회)가 적으면 적을수록 푸른 색깔로 표시된 곡선에서 수직으로 표시된 헌팅 현상의 크기가 커지는 것을 알 수 있다.
한편, 도 13의 붉은 색깔로 표시된 곡선에서 수직 막대로 표시된 바와 같이, 보조 리필 시간이 짧고, 보조 리필 횟수(도 13에서는 18회)가 많으면 많을수록 푸른 색깔로 표시된 곡선에서 수직으로 표시된 헌팅 현상의 크기가 작아지는 것을 알 수 있다. 즉, 도 8 내지 도 10의 상기 제 1 분할 시간(t1) 및 상기 제 1 보조 리필량(A1)이 적으면 적을수록 헌팅 현상은 줄어들 수 있다.
그러나, 보조 리필 횟수가 늘어나면 늘어날수록 헌팅 현상의 크기는 줄어들지만 대신 헌팅 현상의 횟수가 늘어날 수 있고, 잦은 밸브 제어로 인한 밸브 수명의 단축이나 관리 비용이 증대될 수 있다.
따라서, 헌팅 현상을 최소화하면서 보조 리필 횟수를 최적할 수 있도록 반복적인 시뮬레이션 실험 결과, 상기 제 1 분할 시간(t1)은, 상기 액체(L)가 하한 수위(L2)에서 상한 수위(L1)에 도달될 때까지 풀 리필되는 풀 리필 시간의 1/10 내지 1/2일 수 있다.
또한, 상기 제 1 보조 리필량(A1)은, 상기 액체(L)의 상기 하한 수위(L2)부터 상기 상한 수위(L1)까지 리필되는 최대 리필량의 5 퍼센트 내지 20 퍼센트일 수 있다.
도 11은 본 발명의 일부 실시예들에 따른 기화 장치의 제어 방법을 나타내는 개념도이다.
도 1 내지 도 11에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일부 실시예들에 따른 기화 장치의 제어 방법은, 기화 장치(100)의 제어 방법에 있어서, 상기 기체를 이용한 상기 기판 처리 공정이 진행되고 있어 상기 기체(G)를 공정 챔버로 공급하는 기체 공급 단계(S10); 및 상기 기체를 이용한 기판 처리 공정이 적어도 하나의 기판에 대해서 완료되어 상기 기체(G)를 공정 챔버로 공급하지 않는 기체 단절 단계(S20);를 포함하고, 상기 기체 단절 단계(S20)는, 액체(L) 리필시 기체(G) 배출량이 불균일해지는 헌팅 현상을 방지할 수 있도록 상기 기체 단절 단계(S10) 중 또는 상기 하한 수위 세서로부터 하한 수위 신호를 인가 받은 때, 상기 상한 수위 센서(S1)로부터 상한 수위 신호를 인가받을 때까지 상기 액체(L)가 메인 리필될 수 있도록 상기 액체 리필 밸브(V2)에 메인 리필 제어 신호를 인가하는 메인 리필 단계(21);를 포함할 수 있다.
또한, 상기 기체 공급 단계(S10)는, 상기 하한 수위 센서(S2)로부터 1차 하한 수위 신호를 인가받으면, 제 1 분할 시간(t1) 동안, 제 1 보조 리필량(A1) 만큼 상기 액체(L)가 보조 리필될 수 있도록 상기 액체 리필 밸브(V2)에 제 1 보조 리필 제어 신호를 인가하는 제 1 보조 리필 단계(S11);와, 상기 하한 수위 센서(S2)로부터 2차 하한 수위 신호를 인가받으면, 제 2 분할 시간(t2) 동안, 제 2 보조 리필량(A2) 만큼 상기 액체가 보조 리필될 수 있도록 상기 액체 리필 밸브(V2)에 제 2 보조 리필 제어 신호를 인가하는 제 2 보조 리필 단계(S12) 및 상기 하한 수위 센서(S2)로부터 N차 하한 수위 신호를 인가받으면, 제 N 분할 시간 동안, 제 N 보조 리필량 만큼 상기 액체가 보조 리필될 수 있도록 상기 액체 리필 밸브(V2)에 제 N 보조 리필 제어 신호를 인가하는 제 N 보조 리필 단계(S13)를 더 포함할 수 있다.
본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.
L: 액체
G: 기체
10: 기화 챔버
V1: 기체 배출 밸브
V2: 액체 리필 밸브
S1: 상한 수위 센서
S2: 하한 수위 센서
20: 제어부
100: 기화 장치

Claims (9)

  1. 기판 처리 장치의 공정 챔버 내부로 액체의 원료를 기화시켜 공급하기 위한 기화 장치에 있어서,
    액체를 기체로 기화시킬 수 있는 내부 공간이 형성되고, 일측에 기체 배출관이 형성되며, 타측에 액체 리필관이 형성되는 기화 챔버;
    상기 기체 배출관에 설치되는 기체 배출 밸브;
    상기 액체 리필관에 설치되는 액체 리필 밸브;
    상기 기화 챔버의 상한 수위를 감지하는 상한 수위 센서;
    상기 기화 챔버의 하한 수위를 감지하는 하한 수위 센서; 및
    상기 상한 수위 센서와 상기 하한 수위 센서로부터 수위 신호를 인가받아서 상기 기체 배출 밸브와 상기 액체 리필 밸브에 제어 신호를 인가할 수 있는 제어부;를 포함하고,
    상기 제어부는,
    상기 기체를 이용한 기판 처리 공정이 적어도 하나의 기판에 대해서 완료되어 상기 기체가 상기 공정 챔버로 공급되지 않는 기체 단절 모드에서, 상기 상한 수위 센서로부터 상한 수위 신호를 인가받을 때까지 상기 액체가 리필될 수 있도록 상기 액체 리필 밸브의 개폐 구동을 제어하는 메인 리필 제어부; 및
    상기 기체를 이용한 상기 기판 처리 공정이 진행되는 기체 공급 모드에서, 상기 하한 수위 센서로부터 1차 하한 수위 신호를 인가받으면, 헌팅 현상을 줄이기 위해서 상기 기화 챔버를 상기 상한 수위 센서까지 리필시키는 시간보다 작은 제 1 분할 시간 동안, 제 1 보조 리필량 만큼 상기 액체가 리필될 수 있도록 상기 액체 리필 밸브의 개폐 구동을 제어하는 제 1 보조 리필 제어부;를 포함하고,
    상기 기체 단절 모드에서는 상기 메인 리필 제어부가 동작하고, 상기 기체 공급 모드에서는 상기 제 1 보조 리필 제어부가 동작하는, 기화 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 기화 챔버의 상기 상한 수위 센서까지 상기 액체의 풀 리필 시 상기 기화 챔버 내부에 리필되는 액체의 양은 하나의 기판에 대해 공정이 완료되기까지 필요한 기체의 양의 부피 %로서 150%~250%인 것을 특징으로 하는, 기화 장치.
  3. 삭제
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 분할 시간은, 상기 액체가 하한 수위에서 상한 수위에 도달될 때까지 풀 리필되는 풀 리필 시간의 1/10 내지 1/2인, 기화 장치.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 보조 리필량은, 상기 액체의 상기 하한 수위부터 상기 상한 수위까지 리필되는 최대 리필량의 부피 %로서 5 퍼센트 내지 20 퍼센트인, 기화 장치.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 기체를 이용한 상기 기판 처리 공정이 진행되는 기체 공급 모드에서, 상기 하한 수위 센서로부터 2차 하한 수위 신호를 인가받으면, 헌팅 현상을 줄이기 위해서 상기 기화 챔버를 제 1 분할 시간과 같거나 작은 제 2 분할 시간 동안, 제 2 보조 리필량 만큼 상기 액체가 리필될 수 있도록 상기 액체 리필 밸브의 개폐 구동을 제어하는 제 2 보조 리필 제어로부;를 포함하는, 기화 장치.
  7. 제 1 항에 따른 기화 장치의 제어 방법에 있어서,
    상기 기체를 이용하여 상기 기판 처리 공정을 진행하는 기체 공급 단계; 및
    상기 기체를 이용한 기판 처리 공정이 적어도 하나의 기판에 대해서 완료되어 상기 기체를 상기 공정 챔버로 공급하지 않는 기체 단절 단계;를 포함하고,
    상기 기체 단절 단계는,
    상기 기체 단절 단계 중, 상기 상한 수위 센서로부터 상한 수위 신호를 인가받을 때까지 상기 액체가 리필될 수 있도록 상기 액체 리필 밸브의 개폐 구동을 제어하는 메인 리필 단계;
    를 포함하는, 기화 장치의 제어 방법.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 기체 공급 단계는,
    상기 하한 수위 센서로부터 1차 하한 수위 신호를 인가받으면, 헌팅 현상을 줄이기 위해서 상기 기화 챔버를 상기 상한 수위 센서까지 리필시키는 시간보다 작은 제 1 분할 시간 동안, 제 1 보조 리필량만큼 상기 액체가 리필될 수 있도록 상기 액체 리필 밸브의 개폐 구동을 제어하는 제 1 보조 리필 단계;
    를 포함하는, 기화 장치의 제어 방법.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 기체 공급 단계는,
    상기 하한 수위 센서로부터 2차 하한 수위 신호를 인가받으면, 헌팅 현상을 줄이기 위해서 상기 기화 챔버를 제 1 분할 시간과 같거나 작은 제 2 분할 시간 동안, 제 2 보조 리필량 만큼 상기 액체가 리필될 수 있도록 상기 액체 리필 밸브의 개폐 구동을 제어하는 제 2 보조 리필 단계;
    를 포함하는, 기화 장치의 제어 방법.
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