KR102438503B1 - 고순도 전구체를 위한 기화 시스템 - Google Patents

고순도 전구체를 위한 기화 시스템 Download PDF

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Abstract

일 실시예에 따르면, 기화 가스 배관(OL)을 통해서 이동되는 기화 가스의 양을 측정하고 조절하기 위해 기화 가스 배관(OL)과 동작적으로 결합된 고온 질량유량제어기(400); 및 기화 가스 배관(OL)을 통해서 이동되는 기화 가스의 온도를 조절하기 위해서, 기화 가스 배관(OL)과 열적으로 결합된 제1 가스온도부스터(300);를 포함하며, 제1 가스온도부스터(300)는 고온 질량유량제어기(400)와 캐니스터(10)와의 사이의 배관에 위치된 것인, 고순도 전구체를 위한 기화 시스템이 개시된다.

Description

고순도 전구체를 위한 기화 시스템{Vaporization system for high purity precursor}
본 발명은 고순도 전구체를 위한 기화 시스템에 관한 것이다.
반도체, 디스플레이, 발광다이오드 등 전자재료의 제조 공정에 있어서 필수적인 박막을 입히는 화학기상장치(CVD)나 원자층 증착장치(ALD) 등과 같은 처리 설비에 사용되는 각종 원료(소스)는 가스, 액체, 또는 고체의 형태로 공급된다.
가스의 형태를 가진 원료의 경우는 압력을 조절하여 일정량을 공급할 수 있는 방법으로 사용되지만 액체나 고체 소스(이하, '전구체'라고도 함)의 경우에는 자체적인 압력이 매우 낮기 때문에 대부분 캐니스터라는 앰플에 담아서, 캐리어 가스(불활성 가스)를 이용한 버블링이나 가열을 통한 증기 발생을 통해서 기화를 시킨 이후에 반응 챔버로 공급하는 방법을 사용하고 있다.
캐니스터에 원료를 넣은 후 일정량씩 기화시켜 사용하는 방법에 대하여 다양한 기술들이 공지되어 있고, 예를 들면, 고체 원료를 기화 시키는 종래 기술의 하나로서 한국특허 공개공보 제10-2010-0137016호(2010. 12. 29)("기화기, 기화기 사용 방법, 기화 장치 사용 방법, 용기, 기화기 유닛 및 반도체 프로세스 챔버용 증기 발생 방법")나 미국특허등록공보 US6,296,025(2001. 10. 2)("Chemical Delivery system having purge system utilizing multiple purge techniques")에 개시된 기술들이 있다.
캐니스터에 저장된 액상 또는 고상의 전구체는 기화 또는 승화 과정에서 기화열 또는 승화열로 인해서 빼앗기는 열의 빠른 회복이 필요하고, 열의 회복이 이루어지지 않을 경우 사용시간이 길어질수록, 전구체의 기화열 또는 승화열이 클수록 일정한 기화량을 기대하기가 어렵다. 종래에, 이를 해결하기 위해서, 질량유량제어기(MFC)를 이용해서 기화 가스의 양을 제어하고 있지만, 질량유량제어기(MFC)의 내부에서 기화 가스가 액화 또는 응결되는 현상이 발생되어, 여전히 기화량을 일정하게 유지하기가 어려운 상태이다.
한편, 종래 고체 전구체의 잔량을 측정하기 위한 기술로서 저울을 사용하여 전구체의 무게를 측정하고 있는데, 이러한 기술은 온도 변화 등과 같은 작업 조건에 따라서 측정의 정확도를 담보할 수 없는 문제가 발생한다.
일 실시예에 따르면, 넓은 가용 온도 범위를 가지는 고순도 전구체를 위한 기화 시스템과 기화 가스의 온도를 조절하는 방법이 제공된다.
일 실시예에 따르면, 고체 전구체의 레벨을 측정할 수 있는 측정할 수 있는 전구체 레벨 측정 장치와 방법 및, 이를 이용한 기화 시스템이 제공된다.
일 실시예에 따르면, 전구체를 저장할 수 있는 캐니스터(10); 캐니스터(10)로부터 배출되는 기화 가스가 이동될 수 있는 경로(path)를 제공하는 기화 가스 배관(OL); 기화 가스 배관(OL)을 통해서 이동되는 기화 가스의 양을 측정하고 조절하기 위해 기화 가스 배관(OL)과 동작적으로 결합된 고온 질량유량제어기(400); 기화 가스 배관(OL)을 통해서 이동되는 기화 가스의 온도를 조절하기 위해서, 기화 가스 배관(OL)과 열적으로 결합된 제1 가스온도부스터(300); 캐리어 가스가 이동될 수 있는 경로(path)를 제공하며, 기화 가스 배관(OL)과 동작적으로 연결되는 캐리어 가스 배관(CL1); 캐리어 가스 배관(CL1)을 통해서 이동되는 캐리어 가스의 양을 측정하고 조절하기 위해 캐리어 가스 배관(CL1)과 동작적으로 결합된 제1 질량유량제어기(MFC1)(450); 및 캐리어 가스 배관(CL1)을 통해서 이동되는 캐리어 가스의 온도를 조절하기 위해서, 캐리어 가스 배관(CL1)과 열적으로 결합된 제2 가스온도부스터(350); 를 포함하고, 제1 가스온도부스터(300)는 고온 질량유량제어기(400)와 캐니스터(10)와의 사이의 배관에 위치된 것인, 고순도 전구체를 위한 기화 시스템이 개시된다.
상술한 기화 시스템은 기화 가스와 캐리어 가스를 혼합하기 위한 믹서(500);를 더 포함하며, 믹서(500)는 캐리어 가스 배관(CL1)과 기화 가스 배관(OL)이 연결된 지점의 하류의 배관(OL)에 동작적으로 결합된 것일 수 있다.
상술한 기화 시스템은 캐리어 가스의 이동 경로를 제공할 수 있는 퍼지용 가스 배관(CL2);를 더 포함하고, 퍼지용 가스 배관(CL2)은 제1 가스온도부스터(300)와 캐니스터(10)의 사이의 기화 가스 배관(OL)에 동작적으로 연결되며, 퍼지용 가스 배관(CL2)을 통해서 이동하는 퍼지용 가스의 양을 측정하고 조절하기 위해 퍼지용 가스 배관(CL2)에 제2 질량유량제어기(MFC2)(470)가 동작적으로 결합되어 있고, 또한, 퍼지용 가스 배관(CL2)을 통해서 이동되는 퍼지용 가스의 온도를 조절하기 위해서, 퍼지용 가스 배관(CL2)과 제2 가스온도부스터(370)가 동작적으로 결합되어 있을 수 있다.
상술한 기화 시스템은 세정수의 이동 경로를 제공할 수 있는 세정수 배관(SL);을 더 포함하며, 세정수 배관(SL)은 제1 가스온도부스터(300)와 캐니스터(10)의 사이의 기화 가스 배관(OL)에 동작적으로 연결되어 있는 것일 수 있다.
상술한 기화 시스템은 제1 가스온도부스터(300)는 기화 가스가 이동될 수 있는 미세관(L201, L203)과 열전도성 바디부(301)를 포함하며, 열전도성 바디부(301)에 형성된 입구를 통해서 기화 가스가 유입되고, 입구로 유입된 기화 가스는 미세관(L201, L203)으로 유입되어 이동된 후, 열전도성 바디부(301)에 형성된 출구를 통해서 고온 질량유량제어기(400)로 배출하며, 미세관(L201, L203)은 열전도성 바디부(301)에 형성되어 있고, 미세관(L201, L203)은 제1미세관과 제2미세관을 포함하되, 제1미세관과 제2미세관은 상하로 적층되어 서로 연통되어 있는 것일 수 있다.
상술한 기화 시스템에서, 제1 가스온도부스터(300)는, 고온 질량유량제어기(400)로 유입되기 직전의 기화 가스의 온도(T3)를 고온 질량유량제어기(400)의 내부의 온도(T4)와 같거나 더 높도록 제1 가스온도부스터(300)로 유입된 기화 가스의 온도를 조절하는것 일 수 있다.
상술한 기화 시스템에서, 제1 가스온도부스터(300)는, 고온 질량유량제어기(400)로 유입되기 직전의 기화 가스의 불포화도가 고온 질량유량제어기(400)로 유입된 후의 기화 가스의 불포화도와 같거나 더 높도록, 제1 가스온도부스터(300)로 유입된 기화 가스의 온도를 조절하는 것일 수 있다.
상술한 기화 시스템에서, 제1 가스온도부스터(300)는, 고온 질량유량제어기(400)로 유입되기 직전의 기화 가스의 온도(T3)가 고온 질량유량제어기(400)의 내부의 온도(T4)보다 낮도록 제1 가스온도부스터(300)로 유입된 기화 가스의 온도를 조절하되, 고온 질량유량제어기(400)로 유입된 후의 기화 가스가 포화도가 100%에 도달되지 않도록 하는 것일 수 있다.
상술한 기화 시스템은 캐니스터(10)에 저장된 고체 전구체의 레벨을 산출할 수 있는 제어부(200);를 더 포함하며, 캐니스터(10)는 제1 온도센서(111)와 제2 온도센서(112)를 포함하며, 제1 온도센서(111)와 제2 온도 센서(112)는 캐니스터(10)의 내부에 위치하되, 수직 방향으로 서로 이격되어 배치되어 있고, 제어부(200)는, 제1 시각에 제1 온도센서(111)가 측정한 제1 온도와 제2 온도센서(112)가 측정한 제2 온도의 차이값에 기초하여 캐니스터(10)에 저장된 고체 전구체의 레벨을 산출할 수 있는 것일 수 있다.
상술한 기화 시스템에서, 제1 온도센서(111)와 제2 온도 센서(112)는, 제1 시각으로부터 임의의 시간이 경과된 제2 시각에 제1 온도와 제2 온도를 측정하며,
제어부(200)는 상기 고체 전구체의 레벨을 산출할 때, 제1 시각에서 제2 시각까지 제1 온도가 소정값 이상 하강했는지 여부와, 제2 시각에 측정된 제1 온도와 제2 온도의 차이값에 기초하여, 상기 전구체의 레벨을 산출하는 것일 수 있다.
상술한 기화 시스템에서, 캐니스터(10)는, 캐니스터(10)의 내부 공간에 위치된 제1 프로브 및 제2 프로브를 포함하고, 제1 프로브에 제1 온도를 측정하기 위한 제1 온도센서가 구비되고 제2 프로브에 제2 온도를 측정하기 위한 제2 온도센서가 구비되며, 상기 제1 온도센서와 제2 온도센서가 열적으로 분리되어 설치된 것일 수 있다.
하나 이상의 실시예에 따르면, 질량유량제어기(MFC)에서 기화 가스가 액화되거나 응고되지 않게 된다. 또한, 질량유량제어기(MFC)의 온도에 따른 측정값 보상이 필요없게 되어 측정값의 정확도와 신뢰도가 향상될 것으로 기대한다.
하나 이상의 실시예에 따르면, 온도 변화 등과 같은 작업 환경에 영향을 받지 않으면서 캐니스터에 저장된 고체 전구체의 잔량을 정확하게 측정할 수 있게 된다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 기화 시스템을 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 본 발명의 제2 실시예에 따른 기화 시스템을 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 본 발명의 제3 실시예에 따른 기화 시스템을 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 본 발명의 제4 실시예에 따른 기화 시스템을 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 본 발명의 제5 실시예에 따른 기화 시스템을 설명하기 위한 도면이다.
도 6 내지 도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 가스온도부스터를 설명하기 위한 도면들이다.
도 11은 본 발명의 기술적인 효과를 설명하기 위한 도면이다.
도 12는 기체의 상태 변화를 설명하기 위한 도면이다.
도 13은 본 발명에 사용되는 캐니스터 내부의 온도 변화의 실험결과를 설명하는 도면,
도 14는 제1 실시예에 따른 전구체 레벨 측정 장치의 캐니스터를 설명하는 도면,
도 15는 제1 실시예에 따른 전구체 레벨 측정 장치의 캐니스터에서 전구체 레벨에 따른 캐니스터 내부 온도 변화를 설명하는 도면,
도 16은 제1 실시예에 따른 전구체 레벨 측정 장치의 캐니스터에서 전구체 감소에 따른 온도 변화를 설명하는 도면,
도 17은 제1 실시예에 따른 전구체 레벨 측정 장치에서의 전구체 레벨 측정 방법을 설명하는 도면,
도 18은 제2 실시예에 따른 전구체 레벨 측정 장치의 캐니스터에서 전구체 레벨 벨 측정 장치를 설명하는 도면,
도 19는 제2 실시예에 따른 전구체 레벨 측정 장치의 캐니스터에서 전구체 감소에 따른 캐니스터 내부 온도 변화를 설명하는 도면,
도 20은 제2 실시예에 따른 전구체 레벨 측정 장치에서의 전구체 레벨 측정 방법을 설명하는 도면이다.
이상의 본 발명의 목적들, 다른 목적들, 특징들 및 이점들은 첨부된 도면과 관련된 이하의 바람직한 실시예들을 통해서 쉽게 이해될 것이다. 그러나 본 발명은 여기서 설명되는 실시예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화 될 수도 있다. 오히려, 여기서 소개되는 실시예들은 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록 그리고 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되는 것이다.
본 명세서의 도면들에 있어서, 구성요소들의 두께는 기술적 내용의 효과적인 설명을 위해 과장되거나 축소된 것이다.
본 명세서의 다양한 실시예들에서 제1, 제2 등의 용어가 다양한 구성요소들을 기술하기 위해서 사용되었지만, 이들 구성요소들이 이 같은 용어들에 의해서 한정되어서는 안 된다. 이들 용어들은 단지 어느 구성요소를 다른 구성요소와 구별시키기 위해서 사용되었을 뿐이다. 여기에 설명되고 예시되는 실시예들은 그것의 상보적인 실시예들도 포함한다.
본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 '포함한다(comprises)' 및/또는 '포함하는(comprising)'은 언급된 구성요소는 하나 이상의 다른 구성요소의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.
용어의 정의
본원 명세서에서, '상류'와 '하류'는 유체가 흐르는 배관('라인')에서의 위치를 나타내기 위한 용어들로서, 구성요소 A가 구성요소 B보다 상류에 위치한다고 함은 유체가 구성요소 A에 먼저 도달하고 구성요소 A에 도달한 유체 중 적어도 일부의 유체가 구성요소 B에 도달하는 것을 의미한다. 또한, 구성요소 A가 구성요소 B보다 하류에 위치한다고 함은 유체가 구성요소 B에 먼저 도달하고 구성요소 B에 도달한 유체 중 적어도 일부의 유체가 구성요소 A에 도달하는 것을 의미한다.
본원 명세서에서, 어떤 구성요소(A)가 다른 구성요소(B)에 '동작적'으로 결합되어 있다고 함은, 구성요소(A)의 목적이나 기능을 수행하도록 구성요소(B)에 결합된 것을 의미한다.
본원 명세서에서, '밸브'는 유체의 흐름을 차단하거나 유체의 흐름을 허용하는 동작을 수행할 수 있는 디바이스를 의미하며, 이러한 '밸브'가 어떤 구성요소(예를 들면, 배관 또는 배출구)에 동작적으로 결합되어 있다고 함은 그 구성요소를 따라 흐르는 유체의 흐름을 차단 또는 허용하도록 배관에 결합되어 있는 것을 의미한다.
본원 명세서에서, 어떤 구성요소(C)와 다른 구성요소(D)가 '열적'으로 결합되어 있다고 함은, 구성요소(C)에서 구성요소(D)로 열이 이동되거나, 구성요소(D)에서 구성요소(C)로 열이 이동되거나, 또는 구성요소(C)와 구성요소(D)가 서로 열교환이 일어나도록 결합된 것을 의미한다.
본원 명세서에서, 제어부가, 기화 가스 배관, 가스온도부스터, 또는 질량유량제어기(MFC)의 온도를 조절한다고 함은, 기화 가스 배관에 열적으로 결합된 히터(미 도시), 가스온도부스터에 열적으로 결합된 히터(미 도시), 또는 질량유량제어기(MFC)에 열적으로 결합된 히터(미 도시)에 열적으로 결합된 히터(미 도시)의 동작을 조절하는 것을 의미하는 것으로 사용한다.
본원 명세서에서, '기화'는 액상의 전구체(즉, 액체 소스)가 기체로 변화되는 것과, 고상의 전구체(즉, 고체 소스)가 기체로 변화되는 것을 의미하는 것으로 사용하기로 한다.
본 발명에 따른 기화 시스템은 액체 소스 또는 고체 소스를 기화시켜서 처리 설비로 제공하는 장치이다. 처리 설비는 예를 들면 화학증기증착(CVD: chemical vapor deposition) 장치 또는 이온 주입장치(ion implanter)와 같은 반도체 가공 장비의 공정챔버(process chamber)와 같은 장치들이 될 수 있다.
본 발명에 따른 기화 시스템은 고체 소스 또는 액체 소스를 저장하는 캐니스터, 캐니스터로 캐리어 가스나 퍼지 가스의 이동을 위한 배관들, 캐리어 가스에 의해서 기화된 소스를 외부로 배출하기 위한 배관들, 상술한 배관들에 흐르는 유체의 흐름을 제어하기 위한 다양한 밸브들, 상술한 배관들에 설치되는 질량유량제어기(MASS FLOW CONTROLLER:이하, 'MFC'), 질량 유량계(MASS FLOW METER: 이하, 'MFM'), 및 밸브들의 동작을 제어하는 제어부를 포함할 수 있다. 본 발명의 예시적 도면들에서, 본 발명의 요지를 흐리지 않기 위해서, 캐리어 가스의 주입구, 히터, 각종 밸브, 각종 배관들, 및/또는 세정을 위한 배관과 같은 일부 구성요소들은 생략되었음을 본 발명이 속하는 기술분야에 종사하는 자(이하, '당업자')는 용이하게 이해할 것이다.
본원 발명에서, 전구체(또는 '소스'라고도 함)는 고체 소스 또는 액체 소스일 수 있으며, 예를 들면 몰리브덴(Mo: molybdenum), 붕소(B: boron), 인(P: phosphorous), 구리(Cu: copper), 갈륨(Ga:gallium), 비소(As:arsenic), 루테늄(Ru: ruthenium), 인듐(In: indium), 안티몬(Sb: antimony), 란탄(La: lanthanum), 탄탈륨(Ta: tantalum), 이리듐(Ir: iridium), 데카보란(B10H14: decaborane), 사염화 하프늄(HfCL7: hafnium tetrachloride), 사염화 지르코늄(ZrCL7: zirconium tetrachloride), 삼염화 인듐(InCl3: indium trichloride), 금속 유기 베타-디케토네이트 착물(metal organic β-diketonate complex), 사이클로펜타디에닐 사이클로헵타트리에틸 티타늄(CpTiChT:cyclopentadienyl cycloheptatrienyl titanium), 삼염화 알루미늄(AlCl3: aluminum trichloride), 요오드화 티타늄(TixIy:titanium iodide), 사이클로옥타테트라엔 사이틀로펜타디에닐 티타늄((Cot)(Cp)Ti: cyclooctatetraene cyclopentadienyltitanium), 비스(사이클로펜타디에닐)티타늄 디아지드 [bis(cyclopentadienyl)titanium diazide], 텅스텐 카르보닐(Wx(CO)y: tungsten carbonyl)(여기서, x와 y는 자연수), 비스(사이클로펜타디에닐)루테늄(II)[Ru(Cp)2: bis(cyclopentadienyl)ruthenium (II)], 삼염화 루테늄(RuCl3: ruthenium trichloride), Molybdenum dichloride dioxide(MoO2Cl2), 및/또는 텅스텐 클로라이드(WxCly)(여기서, x와 y는 자연수)을 포함하는 물질일 수 있다.
상술한 소스들은 예시적인 것으로서 본원 발명은 그러한 소스들에만 한정되는 것이 아님을 당업자는 알아야 한다. 이하, 도면들을 참조하여, 본 발명의 실시예들에 대해 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 고순도 전구체를 위한 기화 시스템(이하, '기화 시스템')을 설명하기 위한 도면이다.
도 1을 참조하면, 제1 실시예에 따른 기화 시스템은, 캐니스터(10), 제어부(200), 제1 가스온도부스터(300), 제2 가스온도부스터(350), 고온 질량유량제어기(MFC)(이하, '고온용 질량유량제어기')(400), 및 믹서(500)를 포함할 수 있다.
제1 실시예에 따른 기화 시스템은, 제3 가스온도부스터(370), 제1 질량유량제어기(MFC1)(450), 제2 질량유량제어기(MFC2)(470), 및 필터(50)를 더 포함할 수 있다. 한편, 챔버(600)는 본 발명의 설명의 목적을 위해서 추가적으로 도시되었다.
캐니스터(10)는 전구체를 저장할 수 있다. 캐니스터(10)는 자신(10)이 저장한 전구체의 레벨을 측정하기 위한 센서(도 1에는 미 도시)를 포함하며, 이러한 센서(도 1에는 미도시)의 센싱 결과(S1)는 제어부(200)에게 제공된다.
제어부(200)는 센서(도 1에는 미 도시)의 센싱 결과(S1)에 기초하여 전구체의 레벨을 산출(또는 '판단' 또는 '출력'이라고도 함)할 수 있다. 산출된 레벨은 관리자(미 도시)가 구비한 단말장치(미 도시) 또는 알람장치(예를 들면, 모니터, 또는 스피커)(미 도시)를 통해서 외부로 표시될 수 있다.
캐니스터(10)의 내부에는 적어도 2개의 온도 센서(도 13 이하의 실시예들에서 제1 온도센서와 제2 온도센서로 언급됨)가 수직 방향으로 서로 이격되어 배치되어 있다. 제어부(200)는, 제1 시각에 제1 온도센서가 측정한 제1 온도와 제1 시각에 제2 온도센서가 측정한 제2 온도의 차이값에 기초하여 캐니스터(10)에 저장된 고체 전구체의 레벨을 산출할 수 있다.
또한, 제1 온도센서와 제2 온도 센서는, 제1 시각으로부터 임의의 시간이 경과된 제2 시각에 제1 온도와 제2 온도를 측정할 수 있는데, 제어부(200)는 고체 전구체의 레벨을 산출할 때, 제1 시각에서 제2 시각까지 제1 온도가 소정값 이상 하강했는지 여부와, 제2 시각에 측정된 제1 온도와 제2 온도의 차이값에 기초하여, 전구체의 레벨을 산출할 수 있다.
캐니스터(10)에 구비된 센서(도 1에는 미 도시)와 제어부(200)의 전구체 레벨의 산출(판단 또는 출력) 동작에 대한 보다 상세한 설명은 도 13 내지 도 20을 참조하여 후술하기로 한다.
전구체를 기화시키기 위해서 캐니스터(10)에는 히터(14)가 열적으로 결합되어 있다. 기화 가스 배관(OL)에 열적으로 결합되는 히터(14)는 예를 들면 한국특허공개번호 10-2015-0017319호(이하, '319호 특허')에 개시된 것과 같은 히팅 장치일 수 있다. '319호 특허'에 개시된 내용은 본원 명세서의 일부로 결합 된다.
제어부(200)는, 또한, 히터(140)의 동작을 제어(S2)하여, 캐니스터(10)의 내부 온도를 미리 정한 온도로(T1)로 조절할 수 있다.
믹서(500)는 기화 가스와 캐리어 가스를 혼합할 수 있는 구성을 가진다. 믹서(500)로는, 예를 들면, 기체 및/또는 액체와 같은 유체를 혼합할 수 있는 종래의 믹서들이 사용될 수 있다.
캐니스터(10)에는 기화 가스 배관(OL)(이하, '배관(OL)'이라고도 함)이 동작적으로 연결(또는 '결합')되며, 배관(OL)에 제1 가스온도부스터(300), 고온 질량유량제어기(400), 및 믹서(500)가 동작적으로 연결되어 있다. 캐니스터(10)로부터 배출되는 기화 가스는 캐니스터(10)에 저장되어 있던 전구체가 기화된 것으로서, 배관(OL)을 통해서 챔버(600)로 이동될 수 있다. 배관(OL)에는, 또한, 기화 가스의 압력을 측정하기 위한 압력 센서(P1), 기화 가스의 흐름을 차단 또는 허용하기 위한 밸브들(V1, V2, V3), 및 커넥터(C1)가 동작적으로 결합되어 있다.
캐니스터(10)로부터 배출된 기화 가스는 밸브들(V1, V2, V3), 제1 가스온도부스터(300), 고온 질량유량제어기(400), 및 믹서(500)를 경유하여 챔버(600)로 제공된다.
캐리어 가스 배관(CL1)(이하, '배관(CL1)'이라고도 함)에는 제2 가스온도부스터(350), 제1질량유량제어기(450), 및 밸브(V7)가 동작적으로 결합되어 있다. 제1 질량유량제어기(450)는 배관(CL1)에 흐르는 캐리어 가스의 양을 조절하고, 제2 가스온도부스터(350)는 배관(CL1)에 흐르는 캐리어 가스의 온도를 조절할 수 있다.
캐리어 가스 배관(CL1)은 배관(OL)과 동작적으로 연결되어 있다. 기화 모드에서, 배관(CL1)을 따라 흐르는 캐리어 가스는 배관(OL1)에 흐르는 기화 가스와 합류될 수 있다. 예를 들면, 배관(CL1)은 믹서(500)의 상류에 연결되며, 믹서(500)에 의해 기화 가스와 캐리어 가스가 고르게 혼합될 수 있다. 바람직하게는, 배관(CL1)은 고온 질량유량제어기(400)와 믹서(500)의 사이의 배관(OL)에 연결된다.
퍼지용 가스 배관(CL2)(이하, '배관(CL2)'이라고도 함)에는 제3 가스온도부스터(370), 제2 질량유량제어기(470), 및 밸브(V4)가 동작적으로 결합되어 있다. 제2 질량유량제어기(470)는 배관(CL2)에 흐르는 퍼지용 가스의 양을 조절하고, 제3 가스온도부스터(370)는 퍼지용 가스의 온도를 조절할 수 있다. 퍼지용 가스는 종래 기화 시스템에서 널리 사용되는 가스가 사용될 수 있다. 예를 들면, 캐리어 가스가 퍼지용 가스로 사용될수 있다.
배관(CL2)은 배관(OL)과 동작적으로 연결되어 있다. 따라서, 배관(CL2)을 따라서 흐르는 퍼지용 가스는 배관(OL1)으로 유입된다. 예를 들면, 배관(CL2)은 믹서(500)의 상류에 동작적으로 결합될 수 있다. 바람직하게는, 배관(CL2)은 커넥터(C1)와 밸브(V2) 사이의 배관(OL)에 연결된다.
세정수 배관(SL)(이하, '배관(SL)'라고도 함)에는 밸브(V5)가 동작적으로 결합되어 있다. 배관(SL)에 흐르는 세정수는 배관(OL)으로 제공된다. 배관(SL)은 배관(OL)과 동작적으로 연결되어 있다. 세정수는 종래 기화 시스템에서 널리 알려진 물질(예를 들면, 솔벤트)이 사용될 수 있다.
예를 들면, 배관(SL)은 퍼지용 가스 배관(CL2)와 기화 가스 배관(OL)이 연결된 위치의 하류에 연결될 수 있고, 바람직하게는 밸브(V2)와 밸브(V3)의 사이의 배관(OL)에 연결될 수 있다.
배출 배관(WL)(이하, '배관(WL)'라고도 함)에는 밸브(V6)가 동작적으로 결합되어 있다. 배관(WL)에 흐르는 배출수는 밸브(V6)가 온(ON)된 상태에서만 배관(WL)을 통해서 외부로 배출된다. 예를 들면, 배관(WL)은 챔버(600)의 상류에 연결될 수 있고, 바람직하게는 믹서(500)와 챔버(600) 사이의 배관(OL)에 연결될 수 있다.
제1 가스온도부스터(300)는 배관(OL)을 통해서 이동되는 기화 가스의 온도를 조절하기 위해서, 배관(OL)에 열적으로 결합 되어 있다. 제1 가스온도부스터(300)에는 히터(미 도시)가 구비되어 있으며, 이러한 히터(미 도시)에 의해 제1 가스온도부스터(300)를 통과하는 기화 가스의 온도가 조절된다.
일 예에 따르면, 제어부(300)는 제1 가스온도부스터(300)의 온도 조절 동작을 제어할 수 있다. 제1 가스온도부스터(300)의 내부 및/또는 외부에 동작적으로 결합된 온도 센서(미 도시)의 감지 결과가 제어부(300)에게 제공될 수 있고, 제어부(300)는 그러한 감지 결과에 기초하여 제1 가스온도부스터(30)의 온도 조절 동작을 제어할 수 있다.
배관(OL)과 고온 질량유량제어기(400)에도 히터(미 도시)가 열적으로 결합되어 있고, 이들 히터의 동작을 제어부(300)가 제어할 수 있다.
제1 가스온도부스터(300)는 직경이 작고, 직경 대비하여 충분한 길이를 가진 배관(미세 배관)을 포함한다. 제1 가스온도부스터(300)는, 그러한 미세 배관을 통해서 이동되는 기화 가스의 온도를 'T3' 로 조절할 수 있다. 예를 들면, 온도 'T3'는 'Tmax' 와 같거나 작다.
제2 가스온도부스터(350)와 제3 가스온도부스터(370)의 구성과 동작도 제1 가스온도부스터(300)의 것과 동일 또는 유사할 수 있다.
고온 질량유량제어기(400)는 배관(OL)을 통해서 이동되는 기화 가스의 양을 측정하고 조절하는 동작(이하, '유량 조절 동작'이라고도 함)을 수행하도록 배관(OL)에 동작적으로 결합되어 있다. 고온 질량유량제어기(400)에는 히터(미 도시)가 열적으로 결합된다. 제어부(200)의 제어에 의해 히터(미 도시)는 고온 질량유량제어기(400)의 내부 배관을 흐르는 기화가스의 온도(또는 고온 질량유량제어기(400)의 내부의 온도)가 'T4'가 되도록 조절한다. 여기서, 'T4'는 'Tmax'와 같거나 작을 수 있다.
고온 질량유량제어기(400)에 열적으로 결합되는 히터(미 도시)는, 예를 들면 319호 특허에 개시된 것과 같은 장치일 수 있다.
제1 질량유량제어기(450)는 배관(CL1)을 통해서 이동되는 캐리어 가스의 양을 측정하고 조절하는 동작을 수행하도록 배관(CL1)에 동작적으로 결합된다.
제2 질량유량제어기(470)는 배관(CL2)을 통해서 이동되는 퍼지용 가스의 양을 측정하고 조절하는 동작을 수행하도록 배관(CL2)에 동작적으로 결합된다.
제1 실시예에서, 제1 가스온도부스터(300)는 고온 질량유량제어기(400)와 캐니스터(10) 사이에 위치된다. 즉, 제1 가스온도부스터(300)의 하류에 고온 질량유량제어기(400)가 위치된다.
제1 실시예에서, 필터(50)는 배관(OL)에 흐르는 기화 가스에 포함된 불순물을 제거할 수 있도록 배관(OL)에 동작적으로 결합되어 있다.
예를 들면, 필터(50)는 제1 가스온도부스터(300)보다 상류에 위치될 수 있다. 예를 들면, 필터(50)는 제1 가스온도부스터(300)와 캐니스터(10)의 사이의 배관(OL)에 위치될 수 있다.
필터(50)는 커넥터(C1)와 밸브(V1) 사이의 배관(OL)에 위치되도록 변형되는 것이 가능하며, 이하의 다른 실시예들에서도 필터(50)의 위치는 변형될 수 있다.
본원 명세서에서, 캐니스터(10)가 외부로 배출하기 전의 기화 가스의 온도를 'T1', 제1 가스온도부스터(300)로 유입되기 직전의 기화 가스(캐니스터(10)와 제1 가스온도부스터(300)의 사이의 배관에 흐르는 기화 가스)의 온도를 'T2', 고온 질량유량제어기(400)로 유입되기 직전의 기화가스의 온도(제1 가스온도부스터(300)와 고온 질량유량제어기(400) 사이의 배관에 흐르는 기화가스의 온도)를 'T3', 고온 질량유량제어기(400)의 내부 배관을 흐르는 기화가스의 온도(고온 질량유량제어기(400)의 내부의 온도)를 'T4', 고온 질량유량제어기(400)가 정상적으로 동작할 수 있는 최대 허용 온도를 'Tmax'라고 정의한다. 여기서, T1, T2, T3, T4, 및 Tmax는 각각 특정의 값 또는 소정의 범위를 나타낼 수 있다. 이하의 다른 실시예들에서도 동일한 의미로 사용하기로 한다.
예를 들면, T1=80℃, T2=100℃, T3=120℃, T4=120℃ 일 수 있다. 다른 예를 들면, T1=130℃, T2=140℃, T3=150℃, T4=150℃일 수 있다. 이러한 수치들은 예시적인 것으로 본원 발명의 권리범위를 한정하고자 하는 것이 아니다.
본 발명의 설명의 목적을 위해서, 기화 가스 배관(OL)의 구간을 임의적으로 구분하였다. 예를 들면, 커넥터(C1)로부터 제1 가스온도부스터(300) 직전까지의 구간을 'OL2', 제1 가스온도부스터(300)가 장착된 구간을 'L20', 제1 가스온도부스터(300) 이후부터 고온 질량유량제어기(400) 직전까지의 구간을 'L23', 고온 질량유량제어기(400)가 장착된 구간을 'L30'라고 언급한다. 이러한 구분은 다른 실시예들에서도 동일한 의미로 사용하기로 한다.
제1 실시예에 따르면, 제1 가스온도부스터(300)의 외부 및/또는 내부에 열을 감지할 수 있는 온도 센서(미 도시)가 결합되어 있다. 온도 센서(미 도시)의 감지 결과에 기초하여 제어부(200)는 제1 가스온도부스터(300)에 열적으로 결합된 히터(미 도시)의 동작을 제어함으로써, 제1 가스온도부스터(300)를 통과하는 기화 가스의 온도를 조절할 수 있다.
제1 실시예에 따르면, 제1 가스온도부스터(300)는, 고온 질량유량제어기(400)로 유입되기 직전의 기화 가스의 온도(T3)를 고온 질량유량제어기(400)의 내부의 온도(T4)와 같거나 더 높도록, 제1 가스온도부스터(300)를 통해서 이동되는 기화 가스의 온도를 조절할 수 있다.
제1 실시예의 다른 예에 따르면, 제1 가스온도부스터(300)는, 고온 질량유량제어기(400)로 유입되기 직전의 기화 가스의 불포화도가 고온 질량유량제어기(400)로 유입된 후의 기화 가스의 불포화도와 같거나 더 높도록, 제1 가스온도부스터(300)로 유입된 기화 가스의 온도를 조절한다.
고온 질량유량제어기(400)로 유입되기 직전의 기화 가스의 불포화도가 고온 질량유량제어기(400)로 유입된 후의 기화 가스의 불포화도와 같거나 더 높이기 위해서, 제1 가스온도부스터(300)에서 조절할 기화 가스의 온도는, 캐니스터(10)에 저장된 전구체의 종류, 고온 질량유량제어기(400)의 최대허용 온도(Tmax), 및/또는 기화 가스 배관(OL)에 흐르는 기화 가스의 유량 속도 등등에 기초하여 결정된 것이다.
전구체의 포화와 불포화는 전구체의 포화 증기압으로 설명될 수 있다. 포화증기압은 일정한 온도에서 밀폐된 용기에 들어있는 액체/고체와 그 증기가 동적 평형인 상태의 압력을 의미한다. 포화 증기압은 온도에 따라서 정해지며, 전구체가 포화 증기압까지 도달되는 시간은, 전구체의 특징과 밀폐된 용기(즉, 캐니스터)의 크기에 따라, 달라지는 특징을 갖고 있다.
즉, 어떤 주어진 온도에서 밀폐된 캐니스터(10)에 존재하는 전구체가 포화되었다고 함은, 전구체의 증기압이 상기 주어진 온도에 따라 정해진 포화 증기압에 도달되었다는 것을 의미한다.
예를 들어, 캐니스터(10)의 내부 온도가 100℃이면 기화된 전구체는 100℃에 해당하는 포화 증기압(P1)까지 압력이 상승할 수 있다. 한편, 배관(OL)(예를 들면, 제1 가스온도부스터(300)와 고온 MFC(400) 사이의 배관)이 하드웨어적으로 120℃의 증기압(P2)까지 압력이 상승할 수 있도록 구성되어 있을 경우, 캐니스터(10)에서 공급되는 기화가스 압력은 P1이므로 ΔP = (P2-P1)만큼의 불포화가 발생하게 된다.
고온 질량유량제어기(400)의 내부의 배관의 유로가 매우 작으며, 따라서 고온 질량유량제어기(MFC) 내부의 배관의 압력(P3)은 상승하게 되고 동일 유량을 기준으로 불포화도가 압력(P2)보다 낮아질 수 있다. 즉, 상태 조건은 압력(P2)< 압력(P3) 이고, 부피(V2)>(V3) 이 되는 상황이다. 여기서, 압력(P1)은 캐니스터(10) 내부의 압력, 압력(P2)는 배관(예를 들면, 제1 가스온도부스터(300)와 고온 MFC(400) 사이의 배관)의 압력, 압력(P3)는 고온 질량유량제어기(MFC)(400)의 내부 배관의 압력이고, 부피(V2)는 배관(예를 들면, 제1 가스온도부스터(300)와 고온 MFC(400) 사이의 배관)의 부피이고, 부피(V3)는 고온 질량유량제어기(MFC)(400)의 내부 배관의 부피이다.
상기와 같은 상황에서는, 도 12의 A지점(MFC(400) 입구조건)에서 B 지점( MFC(400) 배관조건)으로 상태 이동이 발생하여 MFC(400) 전단 배관(예를 들면, 제1 가스온도부스터(300)와 고온 MFC(400) 사이의 배관)보다 MFC(400) 내부 배관에서 응축하여 막힐 가능성이 높아진다. 여기서, 도 12는 기체의 상태 변화를 설명하기 위한 도면이다.
이를 막기 위해서 본 발명의 제1 실시예에 따르면, 도 12의 C 지점이나 온도 T 곡선의 어딘가에 MFC(400) 입구조건을 형성하고 MFC(400) 내부의 배관 조건을 A 지점으로 갈 수 있도록 MFC(400)의 입구에서 급격한 온도 상향이 이루어지도록 하는 구성을 가진다.
제1 실시예의 또 다른 예에 따르면, 제1 가스온도부스터(300)는, 고온 질량유량제어기(400)로 유입되기 직전의 기화 가스의 온도(T3)가 고온 질량유량제어기(400)의 내부의 온도(T4)보다 낮도록 제1 가스온도부스터(300)로 유입된 기화 가스의 온도를 조절하되, 고온 질량유량제어기(400)로 유입된 후의 기화 가스가 포화도가 100%에 도달되지 않도록, 기화 가스(고온 질량유량제어기(400)로 유입되기 직전의 기화 가스)의 온도(T3)를 조절한다. 여기서 기화 가스의 온도(T3)는, 예를 들면 캐니스터(10)에 저장된 전구체의 종류, 고온 질량유량제어기(400)의 최대허용 온도(Tmax), 및/또는 기화 가스 배관(OL)에 흐르는 기화 가스의 유량 속도 등에 기초하여 결정된 것일 수 있다.
도 1을 참조하여 설명한 제1 실시예에 따른 기화 시스템의 동작을 설명하기로 한다.
제1 실시예에 따른 기화 시스템은, 기화 모드와 세정 모드를 가질 수 있다.
기화 모드는 캐니스터(10)에 저장된 전구체를 기화 가스를 배관(OL)을 통해서 챔버(600)로 제공하는 모드이고, 세정 모드는 배관(OL)과 배관(OL)에 결합된 밸브들과 구성요소들을 청소하는 모드이다.
기화 모드에서, 밸브들(V4, V5, V6)은 오프(OFF) 되어 있고, 밸브들(V1, V2, V3, V7)은 온(ON) 되어 있다. 캐니스터(10)에 저장되어 있던 전구체는 기화되어 배관(OL)을 통해서 챔버(600)로 이동된다. 배관(OL)을 통해서 이동하는 기화 가스는 필터(50), 제1가스온도부스터(300), 및 고온 MFC(400)를 경유하며, 믹서(500)에서 캐리어 가스와 혼합되어 챔버(600)로 제공된다. 캐리어 가스는 배관(CL1)을 통해서 이동되며, 제1 질량유량제어기(450)와 제2가스온도부스터(350)를 경유하여 배관(OL)으로 제공된다. 제2가스온도부스터(350)에 의해 조절되는 캐리어 가스의 온도와, 제1가스온도부스터(300)에 의해 조절되는 기화 가스의 온도는 거의 동일하다.
기화 모드에서, 제어부(200)는 센서(미 도시)의 센싱 결과(S1)에 기초하여 전구체의 레벨을 산출할 수 있다. 산출된 레벨은 관리자(미 도시)가 구비한 단말장치(미 도시) 또는 알람장치(예를 들면, 모니터, 또는 스피커)(미 도시)를 통해서 외부로 표시될 수 있다.
세정 모드는 세정수를 배관(OL)에 먼저 공급하는 동작을 수행하고, 이후에 퍼지용 가스를 배관(OL)에 공급하는 동작을 수행하는 모드이다.
세정수가 배관(OL)에 공급되는 동안, 밸브들(V1, V7)은 오프(OFF) 되어 있고, 밸브들(V3, V5, V6)은 온(ON) 되어 있다. 밸브(V2)와 밸브(V4)은 온(ON) 또는 오프(OFF) 일 수 있다. 세정수가 배관(OL)으로 충분히 공급되고 난 후에, 퍼지용 가스가 배관(0L)으로 공급된다.
퍼지용 가스가 배관(OL)에 공급되는 동안, 밸브들(V1, V5, V7)은 오프(OFF) 되어 있고, 밸브들(V2, V3, V4, V6)은 온(ON) 되어 있다.
배관(CL2)을 통해서 이동되는 퍼지용 가스는 제2 질량유량제어기(470)에 의해서 양이 조절되며, 제3 가스온도부스터(370)를 경유하면서 소정의 온도로 유지된 상태로 배관(OL)으로 제공될 수 있다.
세정 모드에서, 배관(OL)으로 제공된 세정수와 퍼지용 가스는, 제1 가스온도부스터(300), 고온 질량유량제어기(400), 및 믹서(500)를 경유한 후 배출 배관(WL)을 통해서 외부로 배출될 수 있다.
도 2는 본 발명의 제2 실시예에 따른 기화 시스템을 설명하기 위한 도면이다.
제1 실시예와 제2 실시예를 비교하면, 세정수가 유입되는 세정수 배관(SL)과 기화 가스 배관(OL)이 합류되는 위치만 서로 다르다. 이하에서는, 제1 실시예와의 차이점을 위주로 제2 실시예를 설명하기로 한다.
제2 실시예에 따른 기화 시스템도 기화 모드와 세정 모드를 가지며, 기화 모드는 제1 실시예에 따른 기화 시스템의 기화 모드와 동일하다. 한편, 제2 실시예에 따른 기화 시스템의 세정 모드는 세정수가 기화 가스 배관(OL)에 제공되는 위치만 차이가 있다. 즉, 제1 실시예에서는 세정수 배관(SL)이 밸브(V2)와 제1 가스온도부스터(300)의 사이의 배관(OL)으로 연결됨에 비하여, 제2 실시예에서는 세정수 배관(SL)이 밸브(V2)와 커넥터(CL)의 사이의 배관(OL)으로 연결된다.
제2 실시예의 기화 모드에서 밸브들(V1, V2, V7)은 온(ON) 상태이다.
제2 실시예의 세정 모드에서, 세정수가 공급될 때 밸브들(V5, V2, V6)은 온(ON) 상태이고, 밸브들(V1, V7)은 오프(OFF) 상태이고, 밸브(V4)는 온(ON) 또는 오프(OFF) 상태일 수 있다. 한편, 퍼지용 가스가 공급될 때, 밸브들(V4, V2, V6)은 온(ON) 상태이고, 밸브들(V1, V5, V7)은 오프 상태이다.
제2 실시예에서 설명되지 않은 구성요소들과 동작은 제1 실시예의 설명을 참조하기 바란다.
도 3은 본 발명의 제3 실시예에 따른 기화 시스템을 설명하기 위한 도면이다.
제1 실시예와 제3 실시예를 비교하면, 세정수 배관(SL)이 없다는 면에서 양자의 차이가 있다. 이하에서는, 제1 실시예와의 차이점을 위주로 제3 실시예를 설명하기로 한다.
제3 실시예에 따른 기화 시스템도 기화 모드와 세정 모드를 가지며, 기화 모드는 제1 실시예에 따른 기화 시스템의 기화 모드와 동일하다. 한편, 제3 실시예에 따른 기화 시스템의 세정 모드는 세정수가 기화 가스 배관(OL)에 제공되지 않는다는 점에서만 차이가 있다. 즉, 제1 실시예에서는 세정수 배관(SL)이 기화 가스 배관(OL)으로 연결됨에 비하여, 제3 실시예에서는 세정수 배관(SL)이 존재하지 않는다.
제3 실시예의 기화 모드에서, 밸브들(V4, V6)은 오프(OFF) 되어 있고, 밸브들(V1, V2, V7)은 온(ON) 되어 있다. 세정 모드에서, 밸브들(V1, V7)은 오프(OFF) 되어 있고, 밸브들(V2, V4, V6)은 온(ON) 되어 있다.
제3 실시예에서 설명되지 않은 구성요소들과 동작은 제1 실시예의 설명을 참조하기 바란다.
도 4는 본 발명의 제4 실시예에 따른 기화 시스템을 설명하기 위한 도면이다.
제1 실시예와 제4 실시예를 비교하면, 세정수 배관(SL)이 없고, 캐리어 가스 배관(CL2)과 기화 가스 배관(OL)이 합류되는 위치에만 양자의 차이가 있다. 이하에서는, 제1 실시예와의 차이점을 위주로 제4 실시예를 설명하기로 한다.
제4 실시예에 따른 기화 시스템도 기화 모드와 세정 모드를 가지며, 기화 모드는 제1 실시예에 따른 기화 시스템의 기화 모드와 동일하다. 한편, 제4 실시예에서의 세정 모드는 제 1 실시예에서의 세정 모드와 차이가 있다.
즉, 제1 실시예에서는 세정수 배관(SL)이 기화 가스 배관(OL)으로 연결되지만, 제4 실시예에서는 세정수 배관(SL)이 존재하지 않는다. 즉, 제4 실시예의 세정 모드에서는 세정수는 기화 가스 배관(OL)으로 제공되지 않고, 퍼지용 가스만 기화 가스 배관(OL)으로 제공된다.
또한, 제 1실시예에서는 퍼지용 가스 배관(CL2)이 커넥터(C1)와 밸브(V2) 사이의 배관(OL)으로 연결됨에 비하여, 제 4실시예에서는 퍼지용 가스 배관(CL2)이 밸브(V2)와 제1 가스온도부스터(300) 사이의 배관(OL)으로 연결된다. 따라서, 제4 실시예의 세정 모드에서, 퍼지용 가스는 밸브(V2)와 제1 가스온도부스터(300)의 사이의 배관(OL)으로 제공된다.
제4 실시예의 기화 모드에서, 밸브들(V4, V6)은 오프(OFF) 되어 있고, 밸브들(V1, V2, V7)은 온(ON) 되어 있다. 세정 모드에서, 밸브들(V2, V7)은 오프(OFF) 되어 있고, 밸브들(V4, V6)은 온(ON) 되어 있다.
제4 실시예에서 설명되지 않은 구성요소들과 동작은 제1 실시예의 설명을 참조하기 바란다.
도 5는 본 발명의 제5 실시예에 따른 기화 시스템을 설명하기 위한 도면이다.
제1 실시예와 제5 실시예를 비교하면, 필터(50)의 위치만 차이가 있다. 이하에서는, 제1 실시예와의 차이점을 위주로 제5 실시예를 설명하기로 한다.
제5 실시예도 기화 모드와 세정 모드를 가지며, 이들 모드들은 제1 실시예의 기화 모드와 세정 모드와 동일하다.
제5 실시예의 기화 모드에서 밸브들(V1, V2, V3, V7)은 온(ON) 상태이다.
제5 실시예의 세정 모드에서, 세정수가 공급될 때 밸브들(V5, V3, V6)은 온(ON) 상태이고, 밸브들(V1, V7)은 오프(OFF) 상태이고, 밸브(V2, V4)는 온(ON) 또는 오프(OFF) 상태일 수 있다. 한편, 퍼지용 가스를 공급하는 동작에서는 밸브들(V2, V3, V4, V6)은 온(ON) 상태이고, 밸브들(V1, V5, V7)은 오프 상태이다.
제5 실시예에서 설명되지 않은 구성요소들과 동작은 제1 실시예의 설명을 참조하기 바란다.
도 6 내지 도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 가스온도부스터를 설명하기 위한 도면들이다. 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 가스온도부스터의 사시도, 도 7은 도 6의 가스온도부스터의 일 부분의 단면(C1을 따라서 Z 방향으로 절단한 면)을 비스듬한 방향에서 바라본 단면 사시도이고, 도 8은 도 6과 도 7에서의 가스온도 부스터의 일 부분의 단면(C2를 따라서 Y 방향으로 절단한 면)을 나타낸 단면도이고, 도 9는 도 6과 도 7에서의 가스온도부스터의 일 부분의 단면(C3를 따라서 Y 방향으로 절단한 면)을 나타낸 단면도이고, 도 10은 도 7의 가스온도부스터의 투명 분해 사시도를 나타낸 것이다. 이해의 편의를 위해서, 도 8, 도 9, 및 도 10에 유체가 흐르는 방향을 화살표들로 표시하였다.
도 6 내지 도 10을 참조하여 설명할 가스온도부스터(300)는 상술한 본 발명에 따른 다양한 실시예들에서 언급된 가스온도부스터들(300, 350, 370)로서 사용될 수 있다.
도 6 내지 도 10을 참조하면, 가스온도부스터(300)의 외부에는 가스온도부스터(300)의 온도를 조절하기 위한 히터(미 도시)가 결합되어 있다. 이러한 히터(미 도시)에 의해 가스온도부스터(300)의 내부의 온도(후술하는 '미세관'을 통해서 이동하는 기화 가스의 온도)가 조절된다.
도 6 내지 도 10을 참조하면, 가스온도부스터(300)는 기화 가스가 이동되면서 온도 조절이 될 수 있을 정도로 충분한 길이의 가느다란 배관(이하, '미세관')(L201, L203)(기화 가스 배관(OL)보다 직경이 작음)과 열전도성 바디부(301)를 포함한다. 열전도성 바디부(301)에 형성된 입구를 통해서 기화 가스가 유입되고, 입구로 유입된 기화 가스는 미세관(L201, L203)으로 유입되어 이동된 후, 열전도성 바디부(301)에 형성된 출구를 통해서 고온 질량유량제어기(400)로 배출된다.
미세관(L201, L203)의 직경은, 가스온도부스터(300)보다 상류에 배치된 구성요소와 가스온도부스터(300)와의 사이의 배관보다 작다. 도 1의 실시예를 예로 들면, 미세관(L201, L203)의 직경은 캐니스터(10)와 제1 가스온도부스터(300) 사이의 배관(OL)의 직경보다 작다. 도 5의 예를 들면, 미세관(L201, L203)의 직경은 가스온도부스터(300)와 필터(50) 사이의 배관(OL)의 직경보다 작다.
미세관(L201, L203)의 길이는, 예를 들면, 가스온도부스터(300)와 캐니스터(10) 사이의 배관의 길이보다 길 수 있다.
미세관(L201, L203)은 제1미세관(L201)과 제2미세관(L203)을 포함하고, 제1미세관(L201)과 제2미세관(L203)은 상하로 적층되어 서로 연통되어 있다. 제1미세관(L201)이 제2미세관(L203)의 상부에 위치되거나, 또는 반대로 제1미세관(L201)이 제2미세관(L203)의 하부에 위치될 수 있다.
미세관(L201, L203)은 전반적으로 곡선형(예를 들면, 원형이나 타원형)으로 배치되어 있다. 미세관(L201, L203)을 통해서 흐르는 기화 가스는 히터(미 도시)에 의해 온도가 조절될 수 있다. 본 실시예에서, 가스온도부스터(300)의 미세관(L201, L203)의 길이는 직경(미세관의 직경) 대비 충분히 길어서, 미세관을 통해서 이동하는 기화 가스의 온도가 용이하게 조절될 수 있다. 가스온도부스터(300)의 입구로 유입된 기화 가스는 미세관(L201)과 미세관(L203)을 경유한 후에 출구를 통해서 배출된다.
도 6 내지 도 10을 참조하면, 미세관(L201, L203)은 적층된 구조를 가질수 있다. 일 예를 들면, 제1미세관(L201)이 제2미세관(L203)의 상부에 위치된 구조를 가지며, 제1미세관(L201)의 출구(L202)와 제2미세관(L203)의 입구(L204)는 서로 연통되어 있다. 제1미세관(L201)의 입구로 유입된 기화 가스는 제1미세관(L201)을 통해 이동하다가 제1미세관(L201)의 출구(L202)를 통해서 제2미세관(L203)의 입구(L204)로 유입된 후, 제2미세관(L203)을 통해서 이동하다가 가스온도부스터(300)의 출구를 통해서 배출된다.
도 6 내지 도 10을 참조하면, 제1미세관(L201)과 제2미세관(L203)은 상하로 적층되어 있고, 제1미세관(L201)은 열전도성 바디부(301)의 외곽에서부터 시작하여 회전하면서 열전도성 바디부(301)의 중앙으로 향하도록 구성되어 있고, 제2미세관(L203)은 열전도성 바디부(301)의 중앙에서부터 열전도성 바디부(301)의 외곽으로 회전하면서 향하도록 구성되어 있고, 제1미세관(L201)의 출구(L202)와 제2미세관(L203)의 입구(L204)는 서로 연통되어 있다. 이렇게 구성됨으로써, 미세관(L201, L203)을 통해서 흐르는 기화 가스는 최소 구역에서 최대한으로 열 에너지를 받을 수 있게 된다.
도 6 내지 도 10을 참조하여 설명한 본 발명의 일 실시예에 따른 가스온도부스터(300)에서, 제1미세관(L201)은 열전도성 바디부(301)의 외곽에서부터 시작하여 회전하면서 열전도성 바디부(301)의 중앙으로 향하도록 구성되어 있고, 제2미세관(L203)은 열전도성 바디부(301)의 중앙에서부터 열전도성 바디부(301)의 외곽으로 회전하면서 향하도록 구성되어 있지만, 이와 다르게 변형하는 것도 가능할 것이다.
예를 들면, 제1미세관(L201)은 열전도성 바디부(301)의 중앙에서부터 시작하여 회전하면서 열전도성 바디부(301)의 외곽으로 향하도록 구성되어 있고, 제2미세관(L203)은 열전도성 바디부(301)의 외곽에서부터 열전도성 바디부(301)의 중앙으로 회전하면서 향하도록 구성되어 있도록 변형이 가능하다. 이러한 변형에서, 제1미세관(L201)의 외곽과 제2미세관(L203)의 외곽은 서로 연통되어 있고, 제1미세관(L201)의 입구와 가스온도부스터(300)의 입구가 연통되어 있고, 제2미세관(L203)의 출구는 가스온도부스터(300)의 출구와 연통되어 있을 것이다.
도 6 내지 도 10을 참조하여 설명한 가스온도부스터(300)는 도 1 내지 도 5를 참조하여 설명했던 가스온도부스터들(300, 350, 370)로 사용될 수 있다.
도 11은 본 발명의 실시예들에 따른 기술적 효과를 설명하기 위한 것이다.
도 11의 좌측 그래프는 종래 시스템에 따른 기화량의 변화를 시간에 따라서 표시한 것이고, 도 11의 우측 그래프는 발명의 일 실시예에 따른 기화 시스템의 기화량을 시간에 따라 나타낸 것이다. 이들 그래프를 비교하면, 종래 시스템 대비하여 본 발명에 따른 실시예가 월등하게 안정적으로 기화량을 제공하는 것을 알 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 기화 가스의 온도를 조절하는 방법이 제공된다. 이하에서는, 도 1 내지 도 12를 참조하여 설명한 본 발명의 하나 이상의 실시예에 따른 기화 가스 시템을 사용한 기화 가스의 온도를 조절하는 방법에 대하여 예시적으로 설명하기로 한다.
일 예를 들면, 본 발명에 따른 기화 가스의 온도를 조절하는 방법은,
캐니스터(10)로부터 배출되기 전(즉, 캐니스터(10) 내부)의 기화 가스의 온도를 'T1'로 조절하는 단계; 및 제1 가스온도부스터(300)가 고온 질량유량제어기(400)로 유입되기 직전의 기화 가스의 온도(T3)를 고온 질량유량제어기(400)의 내부의 온도(T4)와 같거나 더 높도록 제1 가스온도부스터(300)로 유입된 기화 가스의 온도를 조절하는 단계를 포함할 수 있다. 여기서, 제1 가스온도부스터(300)는 예를 들면 도 6 내지 도 10을 참조하여 설명한 구성을 가질 수 있다.
다른 예를 들면, 본 발명에 따른 기화 가스의 온도를 조절하는 방법은,
캐니스터(10)로부터 배출되기 전(즉, 캐니스터(10) 내부)의 기화 가스의 온도를 'T1'로 조절하는 단계; 제1 가스온도부스터로 유입되기 직전의 기화 가스(캐니스터(10)와 제1 가스온도부스터(300)의 사이의 배관(OL)에 흐르는 기화 가스)의 온도를 'T2'로 조절하는 단계; 및 제1 가스온도부스터(300)가 고온 질량유량제어기(400)로 유입되기 직전의 기화 가스의 온도(T3)를 고온 질량유량제어기(400)의 내부의 온도(T4)와 같거나 더 높도록 제1 가스온도부스터(300)로 유입된 기화 가스의 온도를 조절하는 단계를 포함할 수 있다.
다른 예를 들면, 본 발명에 따른 기화 가스의 온도를 조절하는 방법은,
캐니스터(10)로부터 배출되기 전(즉, 캐니스터(10) 내부)의 기화 가스의 온도를 'T1'로 조절하는 단계; 및 제1 가스온도부스터(300)가 고온 질량유량제어기(400)로 유입되기 직전의 기화 가스의 불포화도가 고온 질량유량제어기(400)로 유입된 후의 기화 가스의 불포화도와 같거나 더 높도록, 제1 가스온도부스터(300)로 유입된 기화 가스의 온도를 조절하는 단계를 포함할 수 있다.
다른 예를 들면, 본 발명에 따른 기화 가스의 온도를 조절하는 방법은,
캐니스터(10)로부터 배출되기 전(즉, 캐니스터(10) 내부)의 기화 가스의 온도를 'T1'로 조절하는 단계; 제1 가스온도부스터(300)로 유입되기 직전의 기화 가스(캐니스터(10)의 배출구(111)와 제1 가스온도부스터(300)의 사이의 배관에 흐르는 기화 가스)의 온도를 'T2'로 조절하는 단계; 및 제1 가스온도부스터(300)가 고온 질량유량제어기(400)로 유입되기 직전의 기화 가스의 불포화도가 고온 질량유량제어기(400)로 유입된 후의 기화 가스의 불포화도와 같거나 더 높도록, 제1 가스온도부스터(300)로 유입된 기화 가스의 온도를 조절하는 단계를 포함할 수 있다.
다른 예를 들면, 본 발명에 따른 기화 가스의 온도를 조절하는 방법은,
캐니스터(10)로부터 배출되기 전(즉, 캐니스터(10) 내부)의 기화 가스의 온도를 'T1'로 조절하는 단계; 및 제1 가스온도부스터(300)가, 고온 질량유량제어기(400)로 유입되기 직전의 기화 가스의 온도(T3)가 고온 질량유량제어기(400)의 내부의 온도(T4)보다 낮도록 제1 가스온도부스터(300)로 유입된 기화 가스의 온도를 조절하되, 고온 질량유량제어기(400)로 유입된 후의 기화 가스가 포화도가 100%에 도달되지 않도록 조절하는 단계;를 포함할 수 있다.
다른 예를 들면, 본 발명에 따른 기화 가스의 온도를 조절하는 방법은,
캐니스터(10)로부터 배출되기 전(즉, 캐니스터(10) 내부)의 기화 가스의 온도를 'T1'로 조절하는 단계; 제1 가스온도부스터(300)로 유입되기 직전의 기화 가스(캐니스터(10)의 배출구(111)와 제1 가스온도부스터(300)의 사이의 배관에 흐르는 기화 가스)의 온도를 'T2'로 조절하는 단계; 및 제1 가스온도부스터(300)가, 고온 질량유량제어기(400)로 유입되기 직전의 기화 가스의 온도(T3)가 고온 질량유량제어기(400)의 내부의 온도(T4)보다 낮도록 제1 가스온도부스터(300)로 유입된 기화 가스의 온도를 조절하되, 고온 질량유량제어기(400)로 유입된 후의 기화 가스가 포화도가 100%에 도달되지 않도록 조절하는 단계;를 포함할 수 있다.
상술한 기화 가스의 온도를 조절하는 방법은, 도 1 내지 도 11을 참조ㅎkd여설명한 실시예들에 의해 수행될 수 있다. 예를 들면 제어부(200)에 의해 수행될 수 있다.
이하에서는, 도 13 내지 도 20을 참조하여, 상술한 실시예들에서 제어부(200)가 캐니스터(10)에 저장된 전구체의 레벨을 측정하는 장치와 방법에 대하여 상세히 설명하기로 한다.
도 13은 캐니스터(10) 내부의 온도 변화의 실험결과를 설명하는 도면으로, 도 13(a)와 도 13(c)는 각각 전구체가 캐니스터(10) 내부에서 제1 레벨(L1)과 제2 레벨(L2)에 위치하는 상태를 개략적으로 도시하였다. 본 발명에 따르면 캐니스터(10) 내부에 적어도 하나의 온도센서(20)를 소정 높이마다 설치한다.
도 13(a)와 도 13(c)는 서로 높이를 다르게 하여 설치한 5개의 온도센서(20)를 포함하되 모든 온도센서(20)가 하나의 공통되는 프로브(30)에 각기 높이를 다르게 하여 설치되었다고 가정한다. 도 13(b)와 도 13(d)는 전구체가 각각 도 13(a)와 도 13(c)의 상태에 있을 때 각 온도센서(20)가 측정하는 온도를 나타낸 것으로 수평축은 시간이고 수직축은 온도를 나타내며, 5개의 그래프는 5개 온도센서(20)에 의해 각각 측정된 측정 온도를 의미한다.
도 13(a)와 도 13(b)를 참조하면, 온도센서(20) 중 일부가 전구체 내에 위치하고 일부는 밖에 위치한다. 기화 모드에서, 예컨대 전구체를 기체로 승화(또는 기화)시켜 전구체를 챔버에게 공급하게 되는데, 전구체 내부에는 승화열(또는 기화열)을 빼앗기게 되어 온도가 하강하지만 전구체가 없는 영역은 승화열(또는 기화열)의 영향이 없거나 거의 없으므로 온도가 변하지 않거나 아주 약간 증감하는 정도의 변화만 나타낸다. 그러나 도 13(a)와 같이 하나의 공통 프로브(30)에 온도센서(20)를 모두 설치한 경우 온도센서(20) 간에 열전달이 발생하게 되고, 따라서 전구체 바깥 영역에 위치하는 온도센서(20)(즉, 도 13(a)에서 위쪽 3개의 온도센서)에도 승화열(또는 기화열)로 인한 온도 하강의 영향이 미치게 된다.
즉, 복수개의 온도센서를 하나의 프로브(30)에 설치할 경우 열전달로 인해 프로브의 전체 온도센서가 영향을 받으므로 정확한 온도 측정을 할 수 없음을 알 수 있다. 그러므로 복수개의 온도센서(20)를 캐니스터(10) 내부에 설치할 경우 바람직하게는 각 온도센서(20)가 서로간에 열적으로 독립되도록, 즉 열적으로 서로 영향을 받지 않도록 설계하는 것이 중요하며, 예를 들어 각 온도센서(20)를 각 프로브(30)에 하나씩 설치하는 것이 바람직할 수 있다. 물론 만일 각 온도센서(20)가 열적으로 독립되도록 프로브(30)를 설계한 경우라면 하나의 공통된 프로브(30)에 복수개의 온도센서(20)를 설치하여도 무방할 것이다.
한편, 도 13(c)에서는 전구체의 표면(레벨)이 전체 온도센서(20)의 아래쪽에 위치한다. 따라서 모든 온도센서(20)가 전구체의 승화나 기화에 의한 온도 변화의 영향을 거의 받지 않으며, 도 13(d)의 그래프로 도시한 것처럼 공정 개시 후에(즉, 전구체가 승화나 기화되어 외부의 처리 설비로 공급되기 시작한 후) 온도센서(20)가 측정하는 온도가 거의 변화가 없음을 알 수 있다.
일 실시예에서 본 발명은 캐니스터(10) 내부에서 전구체의 승화나 기화로 인한 상술한 온도 변화의 원리를 이용하여, 캐니스터 내부의 온도 측정에 기초하여 전구체의 레벨(높이)을 측정하는 레벨 측정 장치와 전구체 레벨 측정 방법을 설명하기로 한다. 본 발명에서, '전구체 레벨 측정 장치'는 적어도 캐니스터(10)의 내부에 설치되어 적어도 하나 이상의 온도 센서가 구비된 프로브(100)와 제어부(200)를 포함하는 구성을 의미한다. 한편, '전구체 레벨 측정 장치'는 캐니스터(10)를 더 포함한 구성을 의미하기도 한다.
도 14는 본 발명의 제1 실시예에 따른 전구체 레벨 측정 장치를 설명하기 위한 도면이다. 도 14는 본 발명의 요지를 흐리지 않기 위해 도 1 내지 도 10을 참조하여 설명한, 다양한 구성요소들을 생략하였음을 당업자는 이해할 것이다.
제1 실시예에 따른 전구체 레벨 측정 장치에서, 캐니스터(10)는 내부에 전구체를 수용하기 위한 공간을 가지며 캐니스터(10) 내부에 저장된 전구체를 외부로 공급하기 위한 유출구(12)를 포함할 수 있다. 유출구(12)는 유출구(12)를 통해서 배출되는 기화 가스가 배관(OL)으로 이동되도록 배관(OL)과 동작적으로 연결된다.
전구체는 캐니스터(10) 내부에서 승화(고체인 경우)되어 가스 형태로 배관(OL)으로 공급될 수 있다. 또한 제1 실시예에 따른 전구체 레벨 측정 장치에서, 캐니스터(10)는 온도센서(111)를 구비하며 내부 공간을 향해 연장되어 있는 프로브(100)를 포함한다.
온도센서(111)는 예컨대 열전대(thermocouple) 등의 공지의 온도센서로 구현될 수 있다. 도 14에 도시한 실시예에는 하나의 온도센서(111)를 도시하였지만 발명의 구체적 실시 형태에 따라 하나 이상의 온도센서가 설치될 수 있고, 이 경우 각 온도센서마다 각각 프로브에 개별적으로 설치함으로써 온도센서간 열전달에 의해 영향을 방지할 수 있다. 그러나 만일 온도센서들 서로간에 열적으로 독립되도록, 즉 서로간에 온도의 영향이 없도록 설계할 경우 하나의 프로브(100)를 사용할 수도 있음은 물론이다.
제1 실시예에 따른 전구체 레벨 측정 장치에서, 프로브(100)는 내부에 빈 공간을 가지며 예컨대 스테인리스 스틸 등의 재질로 만들 수 있다. 온도센서(111)의 전선이 프로브(100)의 내부 공간을 통해 위로 연결되어 제어부(200)에 연결될 수 있고, 따라서 온도센서(111)가 측정한 온도 측정값이 제어부(200)로 전달될 수 있다.
제1 실시예에 따른 전구체 레벨 측정 장치에서, 프로브(100)가 캐니스터(10)의 상부 케이스에 결합된 것으로 도시하였지만 구체적 실시 형태에 따라 프로브(100)의 설치 위치가 달라질 수 있다. 또한 대안적 실시예에서 온도센서(111)가 캐니스터(10)의 내부 측벽에 설치될 수도 있으며 이 경우 프로브(100)가 생략될 수도 있음도 이해할 것이다.
제1 실시예에 따른 전구체 레벨 측정 장치에서, 프로브(100)는 용접 등의 접합방식에 의해 캐니스터(10)에 결합되어 고정된다. 또는 프로브(100)는 예를 들어 VCR 피팅(Vacuum Coupling Radiation fitting), VCO 피팅(Vacuum Coupling O-ring fitting), UPG 피팅(Universal Pipe Gasket fitting), 그리고 락 피팅(LOK fitting) 등 공지의 피팅 방식에 따른 하나의 피팅 커넥터를 이용하여 캐니스터(10)에 체결될 수 있다.
제1 실시예에 따른 전구체 레벨 측정 장치에서, 제어부(200)는 온도센서(111)로부터 수신한 온도 측정값에 기초하여 캐니스터(10) 내부에 저장된 전구체의 레벨(표면 또는 수위)을 산출할 수 있다. 제어부(200)는 온도센서(111)의 제1 시점에서의 온도(제1 온도)와 제2 시점에서의 온도(제2 온도)를 각각 측정한 후 제1 온도와 제2 온도 사이의 온도 차이값(ΔT)을 산출하고 이 차이값을 기설정된 임계값과 비교하여 전구체의 레벨을 산출할 수 있으며, 이러한 제어부(200)의 구체적 동작에 대해서는 이하 도면을 참조하여 설명하기로 한다.
도 15는 제1 실시예에 따른 전구체 레벨 측정 장치의 캐니스터에서 전구체 레벨에 따른 캐니스터 내부 온도 변화를 설명하기 위한 도면으로, 도 15(a)는 전구체의 레벨(표면)이 온도센서(111) 보다 높은 위치에 있는 상태를 나타내고 도 15(b)는 도 15(a)의 상태에서 전구체를 계속 소모함에 따라 전구체의 양이 점차 줄어들어 전구체의 레벨이 온도센서(111) 밑으로 내려간 상태이다.
만일 전구체의 레벨(L1)이 도 15(a)에 도시한 것처럼 온도센서(111) 보다 높은 위치에 있는 경우, 공정 개시에 의해 전구체가 승화되므로 전구체 내부의 온도가 하강하게 된다. 즉 도 15(b)에 개략적으로 도시한 것처럼 공정을 개시하는 시점(ta)부터 전구체가 승화되면서 전구체 내부의 온도가 점차 하강하여 제2 시각(tb)까지 온도가 내려가고 그 후 대략적으로 일정한 온도를 유지하게 된다.
그러므로 온도센서(111)가 공정 개시 시점(ta) 근처에서, 즉 공정 개시 시점이나 그 직전 또는 그 직후 온도(제1 온도)를 측정하고 그 후 임의의 시각에 온도(제2 온도)를 측정한 후, 제1 온도와 제2 온도의 온도 차이가 발생하고 이 온도 차이값이 기설정한 임계값 보다 큰 경우 도 15(a)와 같은 상태, 즉 전구체의 레벨이 온도센서(111)보다 높은 위치에 있다고 판단할 수 있다. 이때 “임계값”은 전구체의 종류와 저장량, 캐니스터의 용량 및 내부 온도, 전구체의 외부 공급 속도 등에 따라 달라질 수 있으며, 실험이나 이론적 계산에 의해 미리 설정될 수 있다.
도 15(b)에서 “R”로 표시한 온도 범위는 공정 개시 시점에서의 온도(제1 온도)의 오차범위를 의미할 수 있다. 예컨대 제1 온도가 R로 설정한 온도 범위 내에서 변동할 경우 전구체의 승화열로 인한 영향이 아니라 온도센서 자체의 측정오차 등 다른 이유로 변하는 것으로 가정할 수 있다. 또는 대안적 실시예에서 온도 범위(R)의 하한값이 상기 “임계값”의 역할을 할 수도 있다. 예를 들어 온도센서(111)가 측정하는 온도가 제1 온도에서 점차 하강하여 온도범위(R)의 하한값 이하로 떨어지면 제어부(200)가 전구체의 레벨이 온도센서(111)보다 높은 위치에 있다고 판단할 수 있다.
한편, 도 15(a)의 상태에서 전구체를 소모함에 따라 도 15(c)와 같이 전구체의 레벨(L2)이 온도센서(111) 밑으로 감소하였다고 하면, 이 경우 전구체 내부에서 승화가 일어나더라도 전구체 외부에 있는 온도센서(111)에 열적 영향을 거의 미치지 않는다. 즉 도 15(d)에 도시한 것처럼 공정 개시 이후에도 온도가 거의 일정하거나 또는 온도범위(R) 이내에서 온도를 유지하게 된다.
그러므로 온도센서(111)가 공정 개시 시점(ta) 근처에서, 즉 공정 개시 시점이나 그 직전 또는 그 직후 온도(제1 온도)를 측정하고 그 후 임의의 시간이 경과한 후 온도(제2 온도)를 측정한 후, 제1 온도와 제2 온도의 온도 차이값이 기설정한 임계값 이하인 경우 도 15(c)와 같은 상태, 즉 전구체의 레벨이 온도센서(111)보다 낮은 위치에 있다고 판단할 수 있다.
도 16은 제1 실시예에 따른 전구체 레벨 측정 장치에서 전구체 레벨의 감소에 따른 온도 변화를 설명하는 온도 그래프로서, 전구체 레벨이 도 15(a)의 상태에서 도 15(c)의 상태로 감소하는 동안 온도센서(111)가 지속적으로 온도를 측정한 경우를 개략적으로 도시하였다.
도 16을 참조하면, 공정 개시 시점(ta)부터 전구체가 승화하기 시작하여 전구체 내부의 온도가 점차 하강하고 소정 시간이 경과한 시점(tb)부터 대략 일정한 온도를 유지하게 된다. 그 후 전구체가 점차 소모되어 시각(tc)에서 전구체 레벨이 온도센서(111)와 동일한 높이까지 이르면 승화열에 의해 온도센서(111)에 끼치는 온도 하강의 영향이 점차 약해지므로 온도센서(111)가 측정하는 온도가 점차 상승하고, 시각(td)에서 도 15(c)와 같이 전구체 레벨이 온도센서(111)의 아래로 완전히 내려가게 되면 전구체의 승화가 온도센서(111)에 열적으로 영향을 거의 미치지 않게 되어 온도 상승이 멈추고 다시 일정한 온도를 유지한다. 따라서 온도센서(111)가 일정 주기로 온도를 측정하여 그 온도 변화가 도 16에 도시한 그래프와 같이 변한다면, 제1 구간(P1)까지는 전구체 레벨이 온도센서(111) 보다 위에 있는 상태이고, 제2 구간(P2)에서 전구체 레벨이 온도센서(111)의 위치까지 내려왔고, 제3 구간(P3)에서 전구체 레벨이 온도센서(111) 보다 아래쪽으로 내려갔다고 판단할 수 있다.
도 17은 제1 실시예에 따른 전구체 레벨 측정 장치의 제어부(200)에서 전구체 레벨을 산출하는 예시적 방법을 나타낸다. 도 17을 참조하면, 단계(S110)에서 온도센서(111)가 공정 개시 시점(ta)에서의 제1 온도를 측정한다. 이때 제1 온도의 측정 시점은 공정 개시 시점(ta)(즉, 전구체가 승화하기 시작하는 시점)일 수도 있고, 상기 시점(ta)의 이전이나 이후의 일정 시간 범위 내에서 측정할 수도 있다.
그 후 예컨대 기설정된 소정 시간주기로 온도센서(111)가 제2 온도를 측정할 수 있다(S120). 제2 온도를 측정하여 이 측정값을 제어부(200)로 전송하면 제어부(200)는 제1 온도와 제2 온도의 온도 차이값(ΔT)을 계산하고(S130), 계산 결과에 기초하여 전구체의 레벨을 출력한다(S140). 예를 들어, 제1 온도와 제2 온도의 온도 차이값이 기설정한 임계값 보다 큰 경우 도 15(a)와 같이 전구체의 레벨이 온도센서(111)보다 높은 위치에 있다고 판단하고, 상기 온도 차이값이 상기 임계값 이하인 경우 도 15(c)와 같이 전구체의 레벨이 온도센서(111)보다 낮은 위치에 있다고 판단할 수 있다. 또한, 일 실시예에서 전구체 레벨이 온도센서(111)의 높이까지 감소하였거나 또는 온도센서(111) 높이 이하로 감소하였다고 판단한 경우 전구체의 현재 레벨 또는 캐니스터의 교체 시기를 관리자에게 알리는 단계를 더 포함할 수 있다.
도 18은 제2 실시예에 따른 전구체 레벨 측정 장치를 설명하는 도면이고, 도 19은 제2 실시예에서 전구체 감소에 따른 캐니스터 내부 온도 변화를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 18을 참조하면, 제2 실시예에 따른 전구체 레벨 측정 장치에서 캐니스터(10)는 제1 온도센서(111)와 제2 온도센서(112)를 포함한다. 제1 온도센서(111)와 제2 온도센서(112)는 수직 방향(예를 들면 중력 방향)으로 서로 이격되어 배치된다. 따라서 제1 온도센서(111)는 캐니스터(10) 내부의 제1 지점의 온도를 측정하고 제2 온도센서(112)는 상기 제1 지점에서 소정 거리(L) 하방으로 이격된 제2 지점의 온도를 측정할 수 있다. 제1 지점과 제2 지점 사이의 이격 거리(L)는 구체적 실시 형태에 따라 달라질 수 있으며, 예를 들어 수mm 내지 수cm 일 수 있다.
여기서, 예를 들면, 상방은 지구로부터 멀어지는 방향이고, 하방은 지구로 가까워지는 방향일 수 있다.
도 18(a)는 전구체의 레벨이 두 온도센서(111,112) 보다 위에 있는 상태이고, 도 18(b)에서 도 18(c)로 갈수록 전구체 레벨이 점차 낮아지는 것을 도시하였다. 즉 도 18(b)는 전구체 레벨이 제1 온도센서(111)와 제2 온도센서(112) 사이에 위치하고, 도 18(c)는 전구체 레벨이 제2 온도센서(112) 아래로 내려간 상태를 각각 나타낸다.
도 19(a)는 전구체 레벨이 도 18(a)에서 도 18(c)의 상태로 점차 감소하는 동안 제1 온도센서(111)의 측정 온도(T1)와 제2 온도센서(112)의 측정 온도(T2)를 개략적으로 도시하였고, 도 19(b)는 제1 온도(T1)와 제2 온도(T2)의 온도 차이값(ΔT)을 나타낸다.
도 19을 참조하면, 제1 온도센서(111)의 측정 온도(T1)의 경우, 공정 개시 시점(ta)부터 전구체가 승화하기 시작하여 전구체 내부의 온도가 점차 하강하고 소정 시간이 경과한 시점(tb)부터 대략 일정한 온도를 유지하게 된다. 그 후 전구체가 점차 소모되어 시각(tc)에서 전구체 레벨이 제1 온도센서(111)와 동일한 높이까지 이르면 제1 온도센서(111)에 미치는 승화열의 영향이 점차 줄어들어 제1 온도센서(111)의 측정 온도(T1)가 올라간다. 그리고 시각(td)에서 도 18(b)와 같이 전구체 레벨이 제1 온도센서(111)의 아래로 완전히 내려가게 되면 전구체의 승화가 제1 온도센서(111)에 열적으로 영향을 거의 미치지 않게 되어 온도 상승이 멈추고 다시 일정한 온도를 유지한다.
한편 제2 온도센서(112)의 측정 온도(T2)의 경우에도 공정 개시 시점(ta)부터 소정 시점(tb)까지 온도가 하강한 후 일정한 온도를 유지하는 것은 제1 온도(T1)의 경우와 동일하다. 그러나 전구체 레벨이 제 1 온도센서(111) 보다 더 아래로 내려간 이후의 시점(te)에서 전구체 레벨이 제2 온도센서(112)와 동일 높이가 되고 이때부터 전구체 승화열의 영향이 점차 줄어들며 측정 온도가 상승한다. 그리고 시각(td)에서 도 18(c)와 같이 전구체 레벨이 제2 온도센서(112)의 아래로 완전히 내려가게 되면 전구체의 승화가 제2 온도센서(112)에 열적으로 영향을 거의 미치지 않게 되어 온도 상승이 멈추고 다시 일정한 온도를 유지한다.
그러므로 상술한 제1 온도(T1)와 제2 온도(T2)의 온도 차이값(ΔT)이 도 19(b)에 도시한 것처럼 나타난다. 즉 제1 구간(P1)에서는 차이가 거의 없고 제2 구간(P2)에서 차이가 점차 증가하여 제3 구간(P3)에서 증가된 값을 유지하고, 그 후 구간(P4)에서 다시 감소하여 제5 구간(P5)에서 차이가 거의 없어지게 된다. 따라서, 제어부(200)는 이 온도 차이값(ΔT)에 기초하여 제1 구간(P1)까지는 전구체 레벨이 제1 온도센서(111) 보다 높은 상태이고, 제2 구간(P2)에서 전구체 레벨이 온도센서(111)의 위치까지 내려왔고, 제3 구간(P3)에서 전구체 레벨이 온도센서(111)와 제2 온도센서(112) 사이에 위치하고, 제4 구간(P4)에서 전구체 레벨이 제2 온도센서(112)까지 내려왔고 제5 구간(P5)에서 제2 온도센서(112) 보다 아래쪽으로 내려갔다고 판단할 수 있다.
한편 도 19(a)의 제1 구간(P1)이나 제5 구간(P5)에서 제1 온도(T1)와 제2 온도(T2)가 약간의 온도차가 있는 것으로 도시하였지만 이는 두 온도 그래프를 구분하기 위해 그렇게 도시한 것이며, 실제로는 제1 온도(T1)와 제2 온도(T2)가 동일한 값을 가질 수 있음은 물론이다.
또한 일 실시예에서, 온도 차이값(ΔT)에 따른 전구체 레벨을 산출할 때, 온도 차이값(ΔT)과 기설정한 임계값을 비교하여 전구체 레벨을 산출할 수 있다. 예를 들어, 온도 차이값(ΔT)이 기설정한 제1 임계값 보다 크면 전구체 레벨이 제1 온도센서(111)의 높이와 제2 온도센서(112)의 높이 사이에 위치한다고 판단할 수 있고, 온도 차이값(ΔT)이 기설정한 제2 임계값 이하이면 전구체 레벨이 제1 온도센서(111)보다 높거나 또는 제2 온도센서(112)보다 낮은 위치라고 산출할 수 있다. 이 때 제1 임계값과 제2 임계값은 동일한 값일 수도 있고 다른 값일 수도 있다.
한편, 온도 차이값(ΔT)이 기설정한 제2 임계값 이하일 때 전구체 레벨이 제1 지점보다 높거나 또는 제2 지점보다 낮다고 판단할 수 있는데, 이때 전구체 레벨이 제1 온도센서(111)의 높이보다 높은지 아니면 제2 온도센서(112)의 높이보다 낮은지 여부는 추가 측정을 통해 알 수 있다.
예를 들어 일 실시예에서, 온도 차이값(ΔT)이 기설정한 임계값 이하이고 제1 온도(T1)와 제2 온도(T2)가 기설정한 기준값보다 작은 경우 전구체의 표면이 제1 구간(P1), 즉 제1 지점보다 높다고 상태라고 판단하고, 온도 차이값(ΔT)이 상기 임계값 이하이되 제1 온도(T1)와 제2 온도(T2)가 상기 기준값보다 큰 경우 제2 전구체의 표면이 제2 지점보다 낮다고 판단할 수 있다.
전구체의 표면이 제1 온도센서(111)의 위치보다 높은지 제2 온도센서(112)의 위치보다 낮은지를 판단하는 또 다른 방법으로서, 제1 온도(T1)와 제2 온도(T2)를 측정하는 단계들을 제1 시각과 그로부터 임의의 시간 이후의 제2 시각에 각각 실행하고, 제1 시각에서 제2 시각까지 제1 온도가 소정값 이상 하강한 경우, 상기 온도 차이값(제2 시각에 측정된 제1 온도와 제2 온도간의 차이값)이 기설정한 임계값 이하이면, 상기 전구체의 표면이 제1 지점보다 높다고 판단할 수 있다.
이때, 상기 “제1 시각”은 전구체를 외부로 공급하기 전 또는 상기 공급을 개시할 때의 시각일 수 있으나 이에 한정되지는 않는다. 또한 제1 온도와 제2 온도를 측정하는 단계를 제1 시각과 그로부터 임의의 시간 이후의 제2 시각에 각각 실행하여, 제1 시각에서 제2 시각까지 제1 온도가 소정값 이상 하강하지 않은 경우, 상기 온도 차이값이 기설정한 임계값 이하이면, 상기 전구체의 표면이 제2 지점보다 낮다고 판단할 수 있다.
도 19는 제2 실시예에 따른 전구체 레벨 측정 장치에서의 예시적인 전구체 레벨 측정 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 19을 참조하면, 예시적인 레벨 측정 방법은, 제1 온도센서(111)와 제2 온도센서(112)가 각각 동일 시각에서 온도를 측정하고(S210), 그 후 제어부(200)가 두 온도센서의 온도 차이값(ΔT)을 계산하고(S220), 계산결과에 기초하여 전구체의 레벨을 출력한다(S230). 예를 들어 단계(S230)에서, 온도 차이값(ΔT)이 제1 기준값보다 작으면 전구체의 레벨이 도 18(a)와 같이 제1 온도센서(111) 보다 높은 위치에 있다고 판단하고, 온도 차이값(ΔT)이 제1 기준값 이상이면 전구체의 레벨이 제1 온도센서(111)의 높이까지 감소하였다고 판단할 수 있다.
그 후 전구체가 더 소모됨에 따라 전구체 레벨이 도 18(b)에 도시한 것처럼 제1 온도센서(111)와 제2 온도센서(112) 사이에 위치하게 된다. 이때, 제1 온도센서(111)와 제2 온도센서(112)의 온도를 각각 측정할 수 있고(S210), 측정된 온도의 온도 차이값(ΔT)을 계산하고(S220), 계산결과에 기초하여 전구체의 레벨을 출력할 수 있다(S230).
그리고 일 실시예에서, 전구체 레벨이 도 18(c)의 상태처럼 제2 온도센서(112) 높이보다 아래로 감소하였다고 판단하면 전구체의 레벨을 관리자에게 알리는 단계를 더 포함할 수 있다.
상술한 실시예들에서, 1개의 제어부(200)가 전구체 레벨을 측정하는 동작과 기화 가스의 온도를 조절하는 방법을 모두 수행할 수 있는 것으로 설명하였지만, 이는 예시적인 것으로서 변형이 가능하다. 변형의 예를 들면, 전구체 레벨을 측정하는 동작을 수행하는 제어부와 기화 가스의 온도를 조절하는 방법을 수행하는 제어부와 같이 물리적으로 별도로 구성될 수도 있다.
이와 같이 본 발명은 기재된 실시예에 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 다양하게 수정 및 변형할 수 있음은 이 기술의 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명하다. 따라서 그러한 수정예 또는 변형예들은 본 발명의 특허청구범위에 속한다 하여야 할 것이다.
10: 캐니스터
100: 온도측정용 프로브
110: 온도센서 모듈
111,112: 온도센서
200: 제어부
300, 350, 370: 가스온도부스터
301: 열전도성 바디부
400, 450, 470: 질량유량제어기(MFC)
50: 필터
OL: 기화 가스 배관
CL1: 캐리어 가스 배관
CL2: 퍼지용 가스 배관
SL: 세정수 배관
WL: 웨이스트 배관
100: 온도측정용 프로브
110: 온도센서 모듈
111,112: 온도센서

Claims (11)

  1. 전구체를 저장할 수 있는 캐니스터(10);
    캐니스터(10)로부터 배출되는 기화 가스가 이동될 수 있는 경로(path)를 제공하는 기화 가스 배관(OL);
    기화 가스 배관(OL)을 통해서 이동되는 기화 가스의 양을 측정하고 조절하기 위해 기화 가스 배관(OL)과 동작적으로 결합된 고온 질량유량제어기(400);
    기화 가스 배관(OL)을 통해서 이동되는 기화 가스의 온도를 조절하기 위해서, 기화 가스 배관(OL)과 열적으로 결합된 제1 가스온도부스터(300);
    캐리어 가스가 이동될 수 있는 경로(path)를 제공하며, 기화 가스 배관(OL)과 동작적으로 연결되는 캐리어 가스 배관(CL1);
    캐리어 가스 배관(CL1)을 통해서 이동되는 캐리어 가스의 양을 측정하고 조절하기 위해 캐리어 가스 배관(CL1)과 동작적으로 결합된 제1 질량유량제어기(MFC1)(450);
    캐리어 가스 배관(CL1)을 통해서 이동되는 캐리어 가스의 온도를 조절하기 위해서, 캐리어 가스 배관(CL1)과 열적으로 결합된 제2 가스온도부스터(350);
    제1 가스온도부스터(300)와 캐니스터(10)의 사이의 상기 기화 가스 배관(OL)에 동작적으로 연결되며 퍼지용 가스의 이동 경로를 제공하는 퍼지용 가스 배관(CL2);
    퍼지용 가스 배관(CL2)을 통해서 이동하는 퍼지용 가스의 양을 측정하고 조절하기 위해 퍼지용 가스 배관(CL2)에 동작적으로 결합된 제2 질량유량제어기(MFC2)(470); 및
    퍼지용 가스 배관(CL2)을 통해서 이동하는 퍼지용 가스의 온도를 조절하기 위해 퍼지용 가스 배관(CL2)에 동작적으로 결합된 제3 가스온도부스터(370);를 포함하고,
    제1 가스온도부스터(300)는 고온 질량유량제어기(400)와 캐니스터(10)와의 사이의 배관에 위치된 것인, 고순도 전구체를 위한 기화 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    기화 가스와 캐리어 가스를 혼합하기 위한 믹서(500);를 더 포함하며,
    믹서(500)는 캐리어 가스 배관(CL1)과 기화 가스 배관(OL)이 연결된 지점의 하류의 배관(OL)에 동작적으로 결합된 것인, 고순도 전구체를 위한 기화 시스템.
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서,
    세정수의 이동 경로를 제공할 수 있는 세정수 배관(SL);을 더 포함하며,
    세정수 배관(SL)은 제1 가스온도부스터(300)와 캐니스터(10)의 사이의 기화 가스 배관(OL)에 동작적으로 연결되어 있는 것인, 고순도 전구체를 위한 기화 시스템.
  5. 제1항에 있어서,
    제1 가스온도부스터(300)는 기화 가스가 이동될 수 있는 미세관(L201, L203)과 열전도성 바디부(301)를 포함하며,
    열전도성 바디부(301)에 형성된 입구를 통해서 기화 가스가 유입되고, 입구로 유입된 기화 가스는 미세관(L201, L203)으로 유입되어 이동된 후, 열전도성 바디부(301)에 형성된 출구를 통해서 고온 질량유량제어기(400)로 배출하며,
    미세관(L201, L203)은 열전도성 바디부(301)에 형성되어 있고,
    미세관(L201, L203)은 제1미세관과 제2미세관을 포함하되, 제1미세관과 제2미세관은 상하로 적층되어 서로 연통되어 있는 것인, 고순도 전구체를 위한 기화 시스템.
  6. 제1항에 있어서,
    제1 가스온도부스터(300)는, 고온 질량유량제어기(400)로 유입되기 직전의 기화 가스의 온도(T3)를 고온 질량유량제어기(400)의 내부의 온도(T4)와 같거나 더 높도록 제1 가스온도부스터(300)로 유입된 기화 가스의 온도를 조절하는 것인, 고순도 전구체를 위한 기화 시스템.
  7. 전구체를 저장할 수 있는 캐니스터(10);
    캐니스터(10)로부터 배출되는 기화 가스가 이동될 수 있는 경로(path)를 제공하는 기화 가스 배관(OL);
    기화 가스 배관(OL)을 통해서 이동되는 기화 가스의 양을 측정하고 조절하기 위해 기화 가스 배관(OL)과 동작적으로 결합된 고온 질량유량제어기(400);
    기화 가스 배관(OL)을 통해서 이동되는 기화 가스의 온도를 조절하기 위해서, 기화 가스 배관(OL)과 열적으로 결합된 제1 가스온도부스터(300);
    캐리어 가스가 이동될 수 있는 경로(path)를 제공하며, 기화 가스 배관(OL)과 동작적으로 연결되는 캐리어 가스 배관(CL1);
    캐리어 가스 배관(CL1)을 통해서 이동되는 캐리어 가스의 양을 측정하고 조절하기 위해 캐리어 가스 배관(CL1)과 동작적으로 결합된 제1 질량유량제어기(MFC1)(450); 및
    캐리어 가스 배관(CL1)을 통해서 이동되는 캐리어 가스의 온도를 조절하기 위해서, 캐리어 가스 배관(CL1)과 열적으로 결합된 제2 가스온도부스터(350);를 포함하고,
    제1 가스온도부스터(300)는 고온 질량유량제어기(400)와 캐니스터(10)와의 사이의 배관에 위치하고,
    제1 가스온도부스터(300)는, 고온 질량유량제어기(400)로 유입되기 직전의 기화 가스의 불포화도가 고온 질량유량제어기(400)로 유입된 후의 기화 가스의 불포화도와 같거나 더 높도록, 제1 가스온도부스터(300)로 유입된 기화 가스의 온도를 조절하는 것인, 고순도 전구체를 위한 기화 시스템.
  8. 제1항에 있어서,
    제1 가스온도부스터(300)는, 고온 질량유량제어기(400)로 유입되기 직전의 기화 가스의 온도(T3)가 고온 질량유량제어기(400)의 내부의 온도(T4)보다 낮도록 제1 가스온도부스터(300)로 유입된 기화 가스의 온도를 조절하되, 고온 질량유량제어기(400)로 유입된 후의 기화 가스가 포화도가 100%에 도달되지 않도록 하는 것인, 고순도 전구체를 위한 기화 시스템.
  9. 제1항에 있어서,
    캐니스터(10)에 저장된 고체 전구체의 레벨을 산출할 수 있는 제어부(200);를 더 포함하며,
    캐니스터(10)는 제1 온도센서(111)와 제2 온도센서(112)를 포함하며,
    제1 온도센서(111)와 제2 온도 센서(112)는 캐니스터(10)의 내부에 위치하되, 수직 방향으로 서로 이격되어 배치되어 있고,
    제어부(200)는, 제1 시각에 제1 온도센서(111)가 측정한 제1 온도와 제2 온도센서(112)가 측정한 제2 온도의 차이값에 기초하여 캐니스터(10)에 저장된 고체 전구체의 레벨을 산출할 수 있는 것인, 고순도 전구체를 위한 기화 시스템.
  10. 제9항에 있어서,
    제1 온도센서(111)와 제2 온도 센서(112)는, 제1 시각으로부터 임의의 시간이 경과된 제2 시각에 제1 온도와 제2 온도를 측정하며,
    제어부(200)는 상기 고체 전구체의 레벨을 산출할 때,
    제1 시각에서 제2 시각까지 제1 온도가 소정값 이상 하강했는지 여부와, 제2 시각에 측정된 제1 온도와 제2 온도의 차이값에 기초하여, 상기 전구체의 레벨을 산출하는 것인, 고순도 전구체를 위한 기화 시스템.
  11. 제9항에 있어서,
    캐니스터(10)는, 캐니스터(10)의 내부 공간에 위치된 제1 프로브 및 제2 프로브를 포함하고,
    제1 프로브에 제1 온도를 측정하기 위한 제1 온도센서가 구비되고 제2 프로브에 제2 온도를 측정하기 위한 제2 온도센서가 구비되며,
    상기 제1 온도센서와 제2 온도센서가 열적으로 분리되어 설치된 것을 특징으로 하는, 고순도 전구체를 위한 기화 시스템.
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