KR102438237B1 - 액체 소스 공급 시스템 및 이를 이용한 액체 소스 공급 방법 - Google Patents
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Abstract
액체 소스를 기화시켜 프로세스 챔버로 공급하는 액체 소스 공급 시스템을 개시한다.
본 발명의 실시예에 따른 액체 소스 공급 시스템은 내부로 유입되는 액체 소스의 유량을 제어하도록 구성되는 액체 질량 유량 제어기와, 액체 소스를 기화시키도록 구성되는 기화기와, 액체 질량 유량 제어기와 기화기를 서로 연결하여 액체 질량 유량 제어기에서 토출된 액체 소스를 기화기로 안내하도록 구성되는 연결관을 포함하고, 액체 질량 유량 제어기는 연결관에서 기화기로 유입되는 액체 소스의 유입량에 비례하여, 내부로 유입되는 액체 소스의 유량을 제어한다.
본 발명의 실시예에 따른 액체 소스 공급 시스템은 내부로 유입되는 액체 소스의 유량을 제어하도록 구성되는 액체 질량 유량 제어기와, 액체 소스를 기화시키도록 구성되는 기화기와, 액체 질량 유량 제어기와 기화기를 서로 연결하여 액체 질량 유량 제어기에서 토출된 액체 소스를 기화기로 안내하도록 구성되는 연결관을 포함하고, 액체 질량 유량 제어기는 연결관에서 기화기로 유입되는 액체 소스의 유입량에 비례하여, 내부로 유입되는 액체 소스의 유량을 제어한다.
Description
본 발명은 액체 소스 공급 시스템 및 이를 이용한 액체 소스 공급 방법에 관한 것으로, 보다 구체적으로 액체 소스를 기화시켜 프로세스 챔버로 공급하는 액체 소스 공급 시스템 및 이를 이용한 액체 소스 공급 방법에 관한 것이다.
일반적으로 기체나 액체의 질량유량을 정밀하게 계측하고 공급량을 정확히 제어하는 것은 화학공정, 반도체 생산 공정, 각종 가스 생산 공정 등에서 매우 중요한 공정이다.
특히, 반도체 생산 공정에서 액체 소스를 기화시켜 프로세스 챔버로 공급하는 공정은 반도체 증식에 큰 영향을 미치므로 정밀한 유체의 제어와 공급이 매우 중요하다.
액체 소스를 기화시켜 프로세스 챔버로 공급하는 액체 공급 시스템은 액체 소스의 질량 유량을 제어하는 액체 질량 유량계(liquid mass flow controller)와, 액체 질량 유량계를 통과한 액체 소스를 기화시켜 프로세스 챔버로 전달하는 기화기(vaporizer)로 구성된다.
따라서, 액체 질량 유량계의 유량 제어를 통해 프로세스 챔버로 기화된 가스의 공급과 중단이 반복적으로 이루어진다.
한편, 액체 질량 유량계와 기화기 사이에는 액체 질량 유량계와 기화기를 연결하여 액체 질량 유량계를 통과한 액체 소스를 기화기로 안내하는 배관이 마련된다.
그러나, 종래의 액체 공급 시스템은 액체 소스의 공급이 중단된 상태에서 다음 액체 소스의 공급을 위하여 액체 질량 유량계의 밸브를 개방할 경우, 액체 질량 유량계와 기화기 사이의 배관에 잔존하는 액체 소스가 기화기로 유입되는 과정에서 오버슈트(overshoot)를 발생시키는 문제점이 있었다.
즉, 액체 질량 유량계와 기화기 사이의 배관에 잔존하는 액체 소스는 액체 질량 유량계를 통과한 상태이므로 그 유량을 정확히 계측할 수 없고, 이로 인해 액체 소스의 공급이 중단되었다가 다음 액체 소스의 공급을 위하여 액체 질량 유량계의 밸브가 개방될 경우, 배관에 잔존하던 액체 소스가 기화기로 유입되면서 오버슈트를 발생시키게 되었다.
이로 인해, 기화기에 일정하지 않은 유량의 액체 소스가 반복적으로 유입됨에 따라, 프로세스 챔버로 공급되는 액체 질량 유량 정확도가 낮아져 반도체 제조 공정 수율이 저하됨은 물론, 기화 효율이 저하되는 문제점이 있었다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 액체 질량 유량 제어기와, 기화기 사이에 배치되는 연결관 내에 잔존하는 액체 소스의 질량 유량을 산출하고, 이를 이용해 유량 제어를 수행하여 프로세스 챔버로 공급되는 액체 질량 유량 정확도를 향상시키고, 액체 소스가 기화기로 유입되는 과정에서 오버슈트의 발생을 방지할 수 있는 액체 소스 공급 시스템 및 이를 이용한 액체 소스 공급 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 과제는 이상에서 언급한 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 액체 소스 공급 시스템은 내부로 유입되는 액체 소스의 유량을 제어하도록 구성되는 액체 질량 유량 제어기; 상기 액체 소스를 기화시키도록 구성되는 기화기; 및 상기 액체 질량 유량 제어기와 상기 기화기를 서로 연결하여 상기 액체 질량 유량 제어기에서 토출된 상기 액체 소스를 상기 기화기로 안내하도록 구성되는 연결관을 포함하고, 상기 액체 질량 유량 제어기는, 상기 연결관에서 상기 기화기로 유입되는 상기 액체 소스의 유입량에 비례하여, 내부로 유입되는 상기 액체 소스의 유량을 제어한다.
상기 기화기는, 내부로 유입된 상기 액체 소스를 가열하여 기화시키도록 구성되는 기화체; 및 상기 기화체 및 상기 연결관 사이에 배치되어, 상기 기화체와 상기 연결관을 연통시키거나, 상기 기화체와 상기 연결관을 차단하도록 구성되는 기화밸브를 포함할 수 있다.
상기 기화밸브는, 상기 기화체에 일체로 배치되어 상기 연결관에서 내부로 유입된 상기 액체 소스를 상기 기화체에 바로 토출시킬 수 있다.
상기 액체 질량 유량 제어기는, 외부와 연통되어 상기 외부로부터 상기 액체 소스가 유입되어 흐르는 제1 유로 및 상기 연결관과 연통되어 내부에 흐르는 상기 액체 소스를 상기 연결관으로 토출시키는 제2 유로를 포함하는 바디; 상기 바디에 결합되어, 상기 제1 유로 및 상기 제2 유로를 연통시키거나, 상기 제1 유로 및 상기 제2 유로를 차단하여, 상기 액체 소스의 유량을 제어하도록 구성되는 유량 제어 밸브; 및 상기 유량 제어 밸브 및 상기 기화밸브를 제어하도록 구성되는 제어보드를 포함할 수 있다.
상기 제어보드는, 상기 기화밸브 및 상기 유량 제어 밸브를 순차적으로 개방하면서 상기 액체 소스의 유량을 제어할 수 있다.
상기 제어보드는, 상기 유량 제어 밸브 및 상기 기화밸브가 모두 폐쇄된 상태에서, 상기 연결관의 압력 변화량과 상기 연결관의 온도 변화량이 미리 설정된 임계범위에 포함될 경우, 상기 연결관에 잔존하는 상기 액체 소스의 질량 유량을 산출하여, 그 정보를 저장할 수 있다.
상기 제어보드는, 상기 연결관에 잔존하는 상기 액체 소스의 질량 유량에 관한 정보를 호출하고, 상기 기화밸브를 개방하며, 상기 연결관에 잔존하는 상기 액체 소스의 감소량을 산출하고, 상기 유량 제어 밸브를 개방할 수 있다.
상기 액체 질량 유량 제어기는, 상기 제2 유로에 배치되어 상기 제2 유로를 상기 제1 유로와 연통되는 제1 구간과 상기 연결관과 연통되는 제2 구간으로 구획하고, 상기 제1 구간에 수용된 상기 액체 소스와 상기 제2 구간에 수용된 상기 액체 소스 간에 압력차를 발생시키도록 구성되는 차압소자; 상기 바디에 결합되어 상기 제1 구간에 수용된 상기 액체 소스의 압력을 감지하도록 구성되는 제1 센서; 상기 바디에 결합되어 상기 제2 구간에 수용된 상기 액체 소스의 압력을 감지하도록 구성되는 제2 센서; 및 상기 바디에 수용되어 상기 제1 구간에 수용된 상기 액체 소스의 온도를 감지하도록 구성되는 제3 센서를 더 포함할 수 있다.
상기 제어보드는, 상기 액체 소스의 밀도 및 상기 연결관의 체적을 이용하여 상기 연결관에 잔존하는 상기 액체 소스의 질량 유량을 산출할 수 있다.
상기 제어보드는, 상기 연결관의 압력과, 상기 연결관의 부피를 이용하여 상기 액체 소스의 밀도를 산출하거나, 상기 연결관의 온도와, 상기 액체 소스의 물성치들을 이용하여 상기 액체 소스의 밀도를 산출할 수 있다.
상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 액체 소스 공급 시스템을 이용한 액체 소스 공급 방법은 연결관에 잔존하는 액체 소스의 질량 유량을 산출하는 단계; 상기 연결관에 잔존하는 상기 액체 소스의 질량 유량에 관한 정보를 저장하는 단계; 상기 연결관에 잔존하는 상기 액체 소스의 질량 유량에 관한 정보를 호출하는 단계; 기화밸브를 개방하여 연결관에 잔존하는 상기 액체 소스를 기화체로 유입시키는 단계; 상기 연결관에 잔존하는 상기 액체 소스의 감소량을 산출하는 단계; 및 상기 유량 제어 밸브를 개방하는 단계를 포함한다.
본 발명의 실시예에 따르면, 액체 소스의 밀도와 연결관의 체적을 통해 연결관 내에 잔존하는 액체 소스의 질량 유량을 산출하여 계측 유량을 보상하고, 기화기에 일체로 마련된 기화밸브와 액체 질량 유량 제어기의 유량 제어 밸브를 순차적으로 제어함으로써, 액체 소스의 공급이 중단된 상태에서 기화기로 액체 소스가 공급될 때 오버슈트의 발생을 방지할 수 있다.
또한, 연결관 내에 잔존하는 액체 소스의 질량 유량을 산출하여 계측 유량을 보상하므로, 프로세스 챔버로 일정한 유량 공급이 가능하여 액체 질량 유량 정확도를 향상시키고, 이를 통해 반도체 제조 공정 수율이 향상될 수 있다.
또한, 기화기로 유입되는 액체 소스의 오버슈트를 방지하므로, 기화 효율을 향상시키고, 이를 통해 액체 소스의 사용량을 감소시킬 수 있음은 물론 기화기의 사용 수명을 증대시킬 수 있다.
본 발명에 따른 효과는 이상에서 예시된 내용에 의해 제한되지 않으며, 더욱 다양한 효과들이 본 발명 내에 포함되어 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 액체 소스 공급 시스템을 개략적으로 나타낸 구성도이다.
도 2는 도 1의 “A” 부분을 확대하여 나타낸 확대도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 액체 소스 공급 시스템을 이용한 액체 소스 공급 방법을 나타낸 순서도이다.
도 2는 도 1의 “A” 부분을 확대하여 나타낸 확대도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 액체 소스 공급 시스템을 이용한 액체 소스 공급 방법을 나타낸 순서도이다.
이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 다양한 실시 예를 보다 상세하게 설명한다. 본 명세서에 기재된 실시 예는 다양하게 변형될 수 있다. 특정한 실시예가 도면에서 묘사되고 상세한 설명에서 자세하게 설명될 수 있다. 그러나 첨부된 도면에 개시된 특정한 실시 예는 다양한 실시 예를 쉽게 이해하도록 하기 위한 것일 뿐이다. 따라서 첨부된 도면에 개시된 특정 실시 예에 의해 기술적 사상이 제한되는 것은 아니며, 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 균등물 또는 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
제1, 제2 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 이러한 구성요소들은 상술한 용어에 의해 한정되지는 않는다. 상술한 용어는 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.
본 명세서에서, "포함한다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다. 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.
한편, 본 명세서에서 사용되는 구성요소에 대한 "모듈" 또는 "부"는 적어도 하나의 기능 또는 동작을 수행한다. 그리고 "모듈" 또는 "부"는 하드웨어, 소프트웨어 또는 하드웨어와 소프트웨어의 조합에 의해 기능 또는 동작을 수행할 수 있다. 또한, 특정 하드웨어에서 수행되어야 하거나 적어도 하나의 프로세서에서 수행되는 "모듈" 또는 "부"를 제외한 복수의 "모듈들" 또는 복수의 "부들"은 적어도 하나의 모듈로 통합될 수도 있다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.
그 밖에도, 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우, 그에 대한 상세한 설명은 축약하거나 생략한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 액체 소스 공급 시스템을 개략적으로 나타낸 구성도이고, 도 2는 도 1의 “A” 부분을 확대하여 나타낸 확대도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 액체 소스 공급 시스템(100)(이하 '액체 소스 공급 시스템(100)'이라 함)은 액체 소스를 기화시켜 프로세스 챔버(150)로 공급하도록 구성된다.
액체 소스 공급 시스템(100)은 액체 질량 유량 제어기(110), 기화기(120), 연결관(130), 질량 유량 제어장치(140) 및 프로세스 챔버(150)를 포함한다.
액체 질량 유량 제어기(110)는 내부로 유입되는 액체 소스의 유량을 제어하도록 구성된다.
기화기(120)는 액체 소스를 기화시키도록 구성된다.
연결관(130)은 액체 질량 유량 제어기(110)와 기화기(120)를 서로 연결하여 액체 질량 유량 제어기(110)에서 토출된 액체 소스를 기화기(120)로 안내하도록 구성된다.
질량 유량 제어장치(140)는 액체 소스를 이동시키기 위한 캐리어 가스를 기화기(120)로 공급한다. 예를 들어, 캐리어 가스는 아르곤(Ar) 가스일 수 있다.
프로세스 챔버(150)는 기화기(120)와 연결되어 기화기(120)로부터 기화된 가스를 공급받을 수 있다.
도 2를 참조하면, 기화기(120)는 기화체(121)와, 기화밸브(122)를 포함할 수 있다.
기화체(121)는 내부로 유입된 액체 소스를 가열하여 기화시킬 수 있다.
기화밸브(122)는 기화체(121) 및 연결관(130) 사이에 배치되어, 기화체(121)와 연결관(130)을 연통시키거나, 기화체(121)와 연결관(130)을 차단하여 기화체(121)로 유입되는 액체 소스의 유량을 제어할 수 있다.
기화밸브(122)는 기화체(121)에 일체로 배치될 수 있다.
따라서, 기화밸브(122)가 개방되어 기화체(121)와 연결관(130)이 연통될 경우, 기화밸브(122)는 연결관(130)에서 내부로 유입된 액체 소스를 기화체(121)에 바로 토출시킬 수 있다.
이에, 기화기(120)와 연결관(130)관 사이에는 액체 소스가 잔류되지 않을 수 있다.
액체 질량 유량 제어기(110)는 바디(111), 유량 제어 밸브(112) 및 제어보드(113)를 포함할 수 있다.
바디(111)는 액체 소스가 설정 방향으로 이동되도록 액체 소스의 유동경로를 제공하는 유로를 포함할 수 있다.
유로는 액체 소스의 유동방향을 따라 순차적으로 배치되는 제1 유로(111A) 및 제2 유로(111B)를 포함할 수 있다.
구체적으로, 유로는 유량 제어 밸브(112)를 기준으로 유량 제어 밸브(112)의 일 측에 배치되는 제1 유로(111A)와, 유량 제어 밸브(112)의 타 측에 배치되는 제2 유로(111B)를 포함할 수 있다.
제1 유로(111A)는 바디(111)의 일 측에 마련된 포트(미도시)를 통해 외부, 즉, 액체 소스 공급관과 연통되고, 외부로부터 액체 소스가 유입되어 흐를 수 있다.
제1 유로(111A)는 외부에서 내부로 유입된 액체 소스를 유량 제어 밸브(112)로 안내하도록 구성될 수 있다.
예를 들어, 제1 유로(111A)의 일 측은 바디(111)의 일 측에 마련된 포트와 연통되고, 제1 유로(111A)의 타 측은 유량 제어 밸브(112)와 연통될 수 있다.
제2 유로(111B)는 바디(111)의 타 측에 마련된 포트(미도시)를 통해 연결관(130)과 연통되고, 유량 제어 밸브(112)를 통해 내부로 유입되어 흐르는 액체 소스를 일 방향으로 안내하여 연결관(130)으로 토출시킬 수 있다.
예를 들어, 제2 유로(111B)일 측은 유량 제어 밸브(112)와 연통되고, 제2 유로(111B)의 타 측은 바디(111)의 타 측에 마련된 포트와 연통될 수 있다.
제1 유로(111A) 및 제2 유로(111B)를 형성하는 바디(111)의 내면은 액체 소스의 흐름을 일정하게 유지하고, 액체 소스에 난류가 발생되지 않도록 표면처리될 수 있다.
예를 들어, 바디(111)의 내면은 버핑 및 래핑/폴리싱, EP 과정 등을 통해 표면처리 될 수 있다.
바디(111)는 내부식성을 띄는 금속성 재질로 형성될 수 있다.
예를 들어, 바디(111)는 SUS 재질로 형성될 수 있다.
유량 제어 밸브(112)는 바디(111)에 결합되어 제1 유로(111A) 및 제2 유로(111B)를 연통시키거나, 제1 유로(111A) 및 제2 유로(111B)를 서로 차단시키면서, 액체 소스의 유량을 제어할 수 있다.
유량 제어 밸브(112)는 솔레노이드 방식으로 구현될 수 있다.
도면에는 도시되지 않았으나, 유량 제어 밸브(112)는 외부로부터 전류가 인가되면 내부에 자기장을 형성하는 코일과, 유량 제어 밸브(112)의 내부에 고정 배치되어 코일에 의해 특정 극성을 띄도록 자화되는 고정체를 포함할 수 있다. 그리고, 유량 제어 밸브(112)는 고정체의 하부에 배치되고 자기장에 의해 고정체와 다른 극성을 띄도록 자화되어 고정체 측으로 이동하면서 제1 유로(111A)와 제2 유로(111B)를 연통시키거나, 자화가 해제될 경우 밸브의 외면에 밀착되면서 제1 유로(111A)와 제2 유로(111B)를 차단시키는 구동체를 포함할 수 있다.
유량 제어 밸브(112)는 구동체와 밸브 사이의 거리 조절을 통해 엑체 소스의 유량 및 압력을 조절할 수 있다.
제어보드(113)는 센서들의 계측신호를 수집하여 처리하고, 기화밸브(122) 및 유량 제어 밸브(112)를 제어하여 액체 소스의 유량을 제어할 수 있다.
제어보드(113)는 센서들 및 유량 제어 밸브(112)와 전기적으로 연결되어 센서들 및 유량 제어 밸브(112)에 전원을 공급할 수 있다.
제어보드(113)는 외부에서 입력된 유량 제어 명령 신호에 따라 유량 제어 밸브(112)를 제어할 수 있다. 여기서, 외부라 함은 제어보드(113)와 전기적으로 연결되어 제어보드(113)에 유량 제어 명령 신호를 전송하는 사용자 단말 혹은 리모컨 혹은 전자식 입력장치 등을 의미할 수 있다. 그리고, 외부에서는 제어보드(113)에 유량 제어 명령 신호 이외에 외부로부터 액체 질량 유량 제어기(110)의 이상을 감지하기 위한 자가진단 명령 신호 및 이상이 감지될 경우 해당 부분의 오차를 보정하기 위한 오차보정 명령 신호를 더 입력할 수 있다.
따라서, 제어보드(113)는 유량 제어 명령 신호, 자가진단 명령 신호 및 오차보정 명령 신호 중 적어도 어느 하나를 입력받아 기화밸브(122) 및 유량 제어 밸브(112)를 제어할 수 있다.
제어보드(113)는 모든 디지털 신호 및 아날로그 신호를 처리 및 분석할 수 있고, 사용자 단말 혹은 PC 등과 실시간으로 통신하도록 구성될 수 있다.
또한, 액체 질량 유량 제어기(110)는 차압소자(114)와, 복수의 센서를 더 포함할 수 있다.
차압소자(114)는 제2 유로(111B)에 배치되어 제2 유로(111B)를 제1 구간(S1) 및 제2 구간(S2)으로 구획할 수 있다.
차압소자(114)는 제1 구간(S1) 및 제2 구간(S2)을 서로 연통시켜 액체 소스의 유동경로를 제공하고, 제1 구간(S1)에 수용된 액체 소스와 제2 구간(S2)에 수용된 액체 소스 간에 압력차를 발생시킬 수 있다.
예를 들어, 차압소자(114)는 제1 구간(S1)에서 제2 구간(S2)으로 유동하는 액체 소스의 흐름을 층류(laminar flow)로 전환하면서 제1 구간(S1)에 수용된 액체 소스와 제2 구간(S2)에 수용된 액체 소스 간에 압력차를 발생시킬 수 있다. 그러나, 차압소자(114)는 반드시 이에 한정되는 것은 아니며, 다양한 형태 및 구조를 가질 수 있다.
이를 통해, 차압소자(114)의 전단과 후단에서 액체 소스의 유동 흔들림을 최소화하여 액체 소스를 안정화시킬 수 있다.
복수의 센서는 액체 질량 유량 제어기(110)는 제2 유로(111B)를 흐르는 액체 소스의 압력 및 액체 소스의 온도를 측정할 수 있다.
복수의 센서는 제1 센서(115), 제2 센서(116) 및 제3 센서(117)를 포함할 수 있다.
제1 센서(115) 및 제2 센서(116)는, 바디(111)에 결합되어 각각 일부분이 제2 유로(111B)에 노출되도록 배치될 수 있다. 이에, 제1 센서(115) 및 제2 센서(116)는 제2 유로(111B)를 흐르는 액체 소스와 접촉되면서 액체 소스의 압력을 감지할 수 있다.
제1 센서(115)는 제1 구간(S1)에 수용된 액체 소스의 압력을 감지하고, 제2 센서(116)는 제2 구간(S2)에 수용된 액체 소스의 압력을 감지할 수 있다.
제3 센서(117)는 바디(111)에 수용되고, 차압소자(114)를 통과하기 전 제1 구간(S1)에 수용된 액체 소스의 온도를 감지할 수 있다.
따라서, 제2 유로(111B)에 액체 소스가 흐르면, 제1 센서(115) 및 제3 센서(117)에 의해 제1 구간(S1)에 수용된 액체 소스의 압력 및 온도를 감지하고, 제2 센서(116)에 의해 제2 구간(S2)에 수용된 액체 소스의 압력을 감지할 수 있다.
이에, 제어보드(113)는 제1 센서(115) 및 제2 센서(116)를 통해 감지된 액체 소스의 압력에 관한 신호와, 제3 센서(117)를 통해 감지된 액체 소스의 온도에 관한 신호를 변환 및 분석하여 압력차에 대한 실제 유량값을 산출할 수 있다.
또한, 액체 질량 유량 제어기(110)는 바디(111)에 결합되고, 유량 제어 밸브(112), 제어보드(113) 및 센서들을 내부에 수용하여 외부로부터 보호하도록 구성되는 하우징과, 하우징에 부착되어 제어보드(113)와 전기적으로 연결되고, 액체 질량 유량 제어기(110)의 구동상태, 제어상태 등을 표시하도록 구성되는 디스플레이를 더 포함할 수 있다.
액체 질량 유량 제어기(110)의 유량 제어 과정에 대하여 설명한다.
외부에서 유량 제어 명령 신호가 입력될 경우, 액체 질량 유량 제어기(110)는 유량 제어 밸브(112)가 폐쇄된 상태에서 연결관(130)에서 기화기(120)로 유입되는 액체 소스의 유입량에 비례하여, 유량 제어 밸브(112)를 개방하고, 이를 통해 내부로 유입되는 액체 소스의 유량을 제어한다.
즉, 액체 질량 유량 제어기(110)의 제어보드(113)는 외부에서 유량 제어 명령 신호가 입력될 경우 기화밸브(122) 및 유량 제어 밸브(112)를 순차적으로 개방하면서 액체 소스의 유량을 제어할 수 있다.
이때, 제어보드(113)는 외부에서 유량 제어 명령 신호가 입력되지 않은 경우, 유량 제어 밸브(112) 및 기화밸브(122)가 모두 폐쇄된 상태에서, 연결관(130)의 압력 변화량과 연결관(130)의 온도 변화량이 미리 설정된 임계범위에 포함될 경우, 연결관(130)에 잔존하는 액체 소스의 질량 유량을 산출하여, 그 정보를 저장할 수 있다.
외부에서 유량 제어 명령 신호가 입력될 경우, 제어보드(113)는 연결관(130)에 잔존하는 액체 소스의 질량 유량에 관한 정보를 호출하고, 기화밸브(122)를 개방하며, 연결관(130)에 잔존하는 액체 소스의 감소량을 산출하고, 유량 제어 밸브(112)를 개방할 수 있다.
즉, 외부에서 유량 제어 명령 신호가 입력될 경우, 제어보드(113)는 연결관(130)에 잔존하는 액체 소스의 질량 유량에 관한 정보를 호출하여 현재 연결관(130)에 잔존하는 액체 소스의 질량 유량을 파악하고, 기화밸브(122)를 개방하여 연결관(130)에 잔존하는 액체 소스를 기화체(121)로 유입시켜 기화 및 토출시킬 수 있다. 그리고, 제어보드(113)는 현재 연결관(130)에 잔존하는 액체 소스의 질량 유량을 산출하고, 산출된 정보를 기화밸브(122)가 개방되기 이전의 연결관(130)에 잔존하는 액체 소스의 질량 유량에 관한 정보와 비교하여 연결관(130)에 잔존하는 액체 소스의 감소량을 산출한 뒤, 유량 제어 밸브(112)를 개방하여 액체 소스의 감소량에 대응되는 유량의 액체 소스를 지속적으로 액체 질량 유량 제어기(110)로 유입시킬 수 있다.
이를 통해, 액체 소스의 토출량(감소량)에 대응되는 유량의 액체 소스가 연속적으로 보상되므로, 기화기(120)에서 발생되는 액체 소스의 오버슈트(overshoot)를 방지하고, 기화효율을 높일 수 있다.
한편, 제어보드(113)는 액체 소스의 밀도 및 연결관(130)의 체적을 이용하여 연결관(130)에 잔존하는 액체 소스의 질량 유량을 산출할 수 있다.
액체 소스의 밀도는 연결관(130)의 압력과, 연결관(130)의 부피를 이용하여 산출되거나, 연결관(130)의 온도와, 미리 설정된 액체 소스의 물성치들을 이용하여 산출될 수 있다. 여기서, 연결관(130)의 부피는 연결관(130)의 길이와 중력가속도를 이용하여 산출될 수 있다.
연결관(130)의 체적은 연결관(130)의 단면적과 연결관(130)의 길이를 이용하여 산출될 수 있다.
이하에서는, 본 발명의 실시예에 따른 액체 소스 공급 시스템(100)을 이용한 액체 소스 공급 방법에 대하여 설명한다.
참고로, 본 발명의 실시예에 따른 액체 소스 공급 시스템(100)을 이용한 액체 소스 공급 방법을 설명하기 위한 각 구성에 대해서는 설명의 편의상 본 액체 소스 공급 시스템(100)을 설명하면서 사용한 도면부호를 동일하게 사용하고, 동일하거나 중복된 설명은 생략하기로 한다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 액체 소스 공급 시스템을 이용한 액체 소스 공급 방법을 나타낸 순서도이다.
도 2 및 도 3을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 액체 소스 공급 시스템(100)을 이용한 액체 소스 공급 방법(이하 ‘액체 소스 공급 방법’이라 함)은 액체 소스 공급 시스템(100)을 통해 수행된다.
액체 소스 공급 시스템(100)은 유량 제어 밸브(112) 및 제어보드(113)를 포함하는 액체 질량 유량 제어기(110)와, 기화체(121) 및 기화밸브(122)를 포함하는 기화기(120)와, 액체 질량 유량 제어기(110)와 기화기(120)를 연결하는 연결관(130)과, 기화기(120)에 캐리어 가스를 공급하는 질량 유량 제어장치(140)와, 기화기(120)로부터 기화된 가스를 공급받는 프로세스 챔버(150)를 포함한다.
유량 제어 명령 신호가 미입력된 경우, 액체 질량 유량 제어기(110)의 제어보드(113)는 연결관(130)에 잔존하는 액체 소스의 질량 유량을 산출한다(S110).
구체적으로, 유량 제어 명령 신호가 미입력된 경우, 제어보드(113)는 유량 제어 밸브(112) 및 기화밸브(122)가 모두 폐쇄된 상태에서, 연결관(130)의 압력 변화량과, 연결관(130)의 온도 변화량이 각각 미리 설정된 임계범위에 포함되는 지를 실시간 확인한다. 그리고, 제어보드(113)는 연결관(130)의 압력 변화량과, 연결관(130)의 온도 변화량이 각각 미리 설정된 임계범위에 포함되면, 연결관(130)에 잔존하는 액체 소스의 질량 유량을 산출한다. 이때, 연결관(130)에 잔존하는 액체 소스의 질량 유량은 액체 소스의 밀도 및 연결관(130)의 체적을 이용하여 산출될 수 있다.
유량 제어 명령 신호가 미입력되고, 연결관(130)에 잔존하는 액체 소스의 질량 유량이 산출되면, 제어보드(113)는 연결관(130)에 잔존하는 액체 소스의 질량 유량에 관한 정보를 메모리에 저장한다(S120).
유량 제어 명령 신호가 입력되면, 제어보드(113)는 메모리에서 연결관(130)에 잔존하는 액체 소스의 질량 유량에 관한 정보를 호출한다(S130).
메모리에서 연결관(130)에 잔존하는 액체 소스의 질량 유량에 관한 정보가 호출되면, 제어보드(113)는 기화밸브(122)를 개방하여 연결관(130)에 잔존하는 액체 소스를 기화체(121)로 유입시킨다(S140).
연결관(130)에 잔존하는 액체 소스의 일부가 기화체(121)로 유입되면, 제어보드(113)는 연결관(130)에 잔존하는 액체 소스의 감소량을 산출한다(S150).
즉, 연결관(130)에 잔존하는 액체 소스의 일부가 기화체(121)로 유입되면, 제어보드(113)는 현재 연결관(130)에 잔존하는 액체 소스의 질량 유량을 산출하고, 산출된 정보를 메모리에서 저장된 이전 정보와 비교하여 연결관(130)에 잔존하는 액체 소스의 감소량을 산출한다.
연결관(130)에 잔존하는 액체 소스의 감소량이 산출되면, 제어보드(113)는 유량 제어 밸브(112)를 개방한다(S160).
즉, 연결관(130)에 잔존하는 액체 소스의 감소량이 산출되면, 제어보드(113)는 외부로부터 액체 소스의 감소량에 대응되는 양의 액체 소스가 연속적으로 액체 질량 유량 제어기(110)의 내부에 유입되면서 액체 소스의 감소량을 보상하도록, 유량 제어 밸브(112)를 개방한다.
이처럼 본 발명의 실시예에 따르면, 액체 소스의 밀도와 연결관(130)의 체적을 통해 연결관(130) 내에 잔존하는 액체 소스의 질량 유량을 산출하여 계측 유량을 보상하고, 기화기(120)에 일체로 마련된 기화밸브(122)와 액체 질량 유량 제어기(110)의 유량 제어 밸브(112)를 순차적으로 제어함으로써, 액체 소스의 공급이 중단된 상태에서 기화기(120)로 액체 소스가 공급될 때 오버슈트(overshoot)의 발생을 방지할 수 있다.
또한, 연결관(130) 내에 잔존하는 액체 소스의 질량 유량을 산출하여 계측 유량을 보상하므로, 프로세스 챔버(150)로 일정한 유량 공급이 가능하여 액체 질량 유량 정확도를 향상시키고, 이를 통해 반도체 제조 공정 수율이 향상될 수 있다.
또한, 기화기(120)로 유입되는 액체 소스의 오버슈트를 방지하므로, 기화 효율을 향상시키고, 이를 통해 액체 소스의 사용량을 감소시킬 수 있음은 물론 기화기(120)의 사용 수명을 증대시킬 수 있다.
이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 설명하였지만, 본 발명은 상술한 특정의 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 이러한 변형실시들은 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해되어져서는 안 될 것이다.
100. 액체 소스 공급 시스템
110. 액체 질량 유량 제어기
111. 바디
111A. 제1 유로
111B. 제2 유로
S1. 제1 구간
S2. 제2 구간
112. 유량 제어 밸브
113. 제어보드
114. 차압소자
115. 제1 센서
116. 제2 센서
117. 제3 센서
120. 기화기
121. 기화체
122. 기화밸브
130. 연결관
140. 질량 유량 제어장치
150. 프로세스 챔버
110. 액체 질량 유량 제어기
111. 바디
111A. 제1 유로
111B. 제2 유로
S1. 제1 구간
S2. 제2 구간
112. 유량 제어 밸브
113. 제어보드
114. 차압소자
115. 제1 센서
116. 제2 센서
117. 제3 센서
120. 기화기
121. 기화체
122. 기화밸브
130. 연결관
140. 질량 유량 제어장치
150. 프로세스 챔버
Claims (11)
- 내부로 유입되는 액체 소스의 유량을 제어하도록 구성되는 액체 질량 유량 제어기;
상기 액체 소스를 기화시키도록 구성되는 기화기; 및
상기 액체 질량 유량 제어기와 상기 기화기를 서로 연결하여 상기 액체 질량 유량 제어기에서 토출된 상기 액체 소스를 상기 기화기로 안내하도록 구성되는 연결관을 포함하고,
상기 액체 질량 유량 제어기는, 상기 연결관에서 상기 기화기로 유입되는 상기 액체 소스의 유입량에 비례하여, 내부로 유입되는 상기 액체 소스의 유량을 제어하고,
상기 기화기는, 내부로 유입된 상기 액체 소스를 가열하여 기화시키도록 구성되는 기화체, 및 상기 기화체 및 상기 연결관 사이에 배치되어 상기 기화체와 상기 연결관을 연통시키거나 상기 기화체와 상기 연결관을 차단하도록 구성되는 기화밸브를 포함하고,
상기 액체 질량 유량 제어기는,
외부와 연통되어 상기 외부로부터 상기 액체 소스가 유입되어 흐르는 제1 유로 및 상기 연결관과 연통되어 내부에 흐르는 상기 액체 소스를 상기 연결관으로 토출시키는 제2 유로를 포함하는 바디;
상기 바디에 결합되어, 상기 제1 유로 및 상기 제2 유로를 연통시키거나, 상기 제1 유로 및 상기 제2 유로를 차단하여, 상기 액체 소스의 유량을 제어하도록 구성되는 유량 제어 밸브; 및
상기 액체 소스의 밀도 및 상기 연결관의 체적을 이용하여 상기 연결관에 잔존하는 상기 액체 소스의 질량 유량을 산출하여, 상기 유량 제어 밸브 및 상기 기화밸브를 제어하도록 구성되는 제어보드를 포함하는, 액체 소스 공급 시스템. - 삭제
- 제1항에 있어서,
상기 기화밸브는,
상기 기화체에 일체로 배치되어 상기 연결관에서 내부로 유입된 상기 액체 소스를 상기 기화체에 바로 토출시키는, 액체 소스 공급 시스템. - 삭제
- 제1항에 있어서,
상기 제어보드는,
상기 기화밸브 및 상기 유량 제어 밸브를 순차적으로 개방하면서 상기 액체 소스의 유량을 제어하는, 액체 소스 공급 시스템. - 제5항에 있어서,
상기 제어보드는,
상기 유량 제어 밸브 및 상기 기화밸브가 모두 폐쇄된 상태에서, 상기 연결관의 압력 변화량과 상기 연결관의 온도 변화량이 미리 설정된 임계범위에 포함될 경우, 상기 연결관에 잔존하는 상기 액체 소스의 질량 유량을 산출하여, 그 정보를 저장하는, 액체 소스 공급 시스템. - 제6항에 있어서,
상기 제어보드는,
상기 연결관에 잔존하는 상기 액체 소스의 질량 유량에 관한 정보를 호출하고,
상기 기화밸브를 개방하며,
상기 연결관에 잔존하는 상기 액체 소스의 감소량을 산출하고,
상기 유량 제어 밸브를 개방하는, 액체 소스 공급 시스템. - 제1항에 있어서,
상기 액체 질량 유량 제어기는,
상기 제2 유로에 배치되어 상기 제2 유로를 상기 제1 유로와 연통되는 제1 구간과 상기 연결관과 연통되는 제2 구간으로 구획하고, 상기 제1 구간에 수용된 상기 액체 소스와 상기 제2 구간에 수용된 상기 액체 소스 간에 압력차를 발생시키도록 구성되는 차압소자;
상기 바디에 결합되어 상기 제1 구간에 수용된 상기 액체 소스의 압력을 감지하도록 구성되는 제1 센서;
상기 바디에 결합되어 상기 제2 구간에 수용된 상기 액체 소스의 압력을 감지하도록 구성되는 제2 센서; 및
상기 바디에 수용되어 상기 제1 구간에 수용된 상기 액체 소스의 온도를 감지하도록 구성되는 제3 센서를 더 포함하는, 액체 소스 공급 시스템. - 삭제
- 제7항에 있어서,
상기 제어보드는,
상기 연결관의 압력과, 상기 연결관의 부피를 이용하여 상기 액체 소스의 밀도를 산출하거나,
상기 연결관의 온도와, 상기 액체 소스의 물성치들을 이용하여 상기 액체 소스의 밀도를 산출하는, 액체 소스 공급 시스템. - 제10항에 따른 액체 소스 공급 시스템을 이용한 액체 소스 공급 방법으로서,
연결관에 잔존하는 액체 소스의 질량 유량을 산출하는 단계;
상기 연결관에 잔존하는 상기 액체 소스의 질량 유량에 관한 정보를 저장하는 단계;
상기 연결관에 잔존하는 상기 액체 소스의 질량 유량에 관한 정보를 호출하는 단계;
기화밸브를 개방하여 연결관에 잔존하는 상기 액체 소스를 기화체로 유입시키는 단계;
상기 연결관에 잔존하는 상기 액체 소스의 감소량을 산출하는 단계; 및
상기 유량 제어 밸브를 개방하는 단계를 포함하는, 액체 소스 공급 시스템을 이용한 액체 소스 공급 방법.
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|---|---|---|---|
| KR1020210010957A KR102438237B1 (ko) | 2021-01-26 | 2021-01-26 | 액체 소스 공급 시스템 및 이를 이용한 액체 소스 공급 방법 |
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|---|---|---|---|
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| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| E701 | Decision to grant or registration of patent right | ||
| GRNT | Written decision to grant |