KR102481023B1 - 캐니스터 내의 온도 변화를 이용한 전구체 레벨 측정 방법 - Google Patents

캐니스터 내의 온도 변화를 이용한 전구체 레벨 측정 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 캐니스터에 저장된 전구체의 레벨을 측정하는 방법으로서, 일 실시예에서, 캐니스터 내부의 소정 지점의 제1 온도를 측정하는 단계; 제1 온도의 측정으로부터 임의의 시간 이후에, 상기 지점의 제2 온도를 측정하는 단계; 및 제1 온도와 제2 온도의 차이값에 기초하여, 상기 캐니스터에 저장된 전구체의 레벨을 출력하는 단계;를 포함하는 전구체 레벨 측정 방법을 개시한다.

Description

캐니스터 내의 온도 변화를 이용한 전구체 레벨 측정 방법 {Method for measuring level of precursor by using temperature change in canister}
본 발명은 기화기 시스템에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 캐니스터에 저장된 전구체의 레벨을 측정할 수 있는 방법 및 장치에 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(전구체)는 가스, 액체, 또는 고체의 형태로 공급된다.
가스의 형태를 가진 원료의 경우는 압력을 조절하여 일정량을 공급할 수 있는 방법으로 사용되지만 액체나 고체의 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.
도1은 종래 일반적인 기화기 시스템을 개략적으로 도시하였다. 도1을 참조하면 일반적인 기화기 시스템은 캐니스터(10), 캐니스터(10)로 캐리어 가스를 이송하는 제1 배관(L1), 캐니스터(10)에서 처리설비(예를 들면 화학증기증착(CVD) 장치나 이온 주입장치와 같은 반도체 가공 장비의 공정챔버)로 가스를 이송하는 제2 배관(L2), 제1 배관(L1)과 제2 배관(L2)을 연결하는 제3 배관(L3), 그리고 각 배관(L1,L2,L3)에 설치된 하나 이상의 밸브들(V1,V2,V3)로 구성된다.
이러한 구성에서, 캐니스터(10)에 액체나 고체 형태의 원료(전구체)를 넣은 후 제1 배관(L1)을 통해 캐리어 가스를 캐니스터(10)에 공급하여 전구체를 일정량씩 기화 또는 승화시키고 이렇게 기화 또는 승화된 전구체와 캐리어 가스를 제2 배관(L2)을 통해 처리설비로 이송하여 공급한다.
이러한 종래 기화기 시스템에서 캐니스터(10)에 채워진 전구체가 모두 소모되거나 전구체의 잔량이 기준치 이하가 되면 캐니스터(10)를 교체해야 하는데, 이를 위해 캐니스터(10)에 저장된 전구체의 잔량을 정확하게 측정할 필요가 있다.
종래 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 발생하곤 한다.
특허문헌1: 한국 공개특허공보 제2020-0055872호 (2020년 5월 22일 공개)
본 발명은 상술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 전구체의 레벨(표면 또는 수위)을 측정할 수 있는 레벨 측정 장치 및 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 캐니스터에 저장된 전구체의 레벨을 측정하는 방법으로서, 캐니스터 내부의 소정 지점의 제1 온도를 측정하는 단계; 제1 온도의 측정으로부터 임의의 시간 이후에, 상기 지점의 제2 온도를 측정하는 단계; 및 제1 온도와 제2 온도의 차이값에 기초하여, 상기 캐니스터에 저장된 전구체의 레벨을 출력하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 전구체 레벨 측정 방법을 개시한다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 캐니스터에 저장된 전구체의 레벨을 측정하는 방법으로서, 캐니스터 내부의 제1 지점의 제1 온도 및 제1 지점에서 하방으로 소정 거리 이격된 제2 지점의 제2 온도를 각각 측정하는 단계; 및 제1 온도와 제2 온도의 차이값에 기초하여, 상기 캐니스터에 저장된 전구체의 레벨을 출력하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 전구체 레벨 측정 방법을 개시한다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 캐니스터에 저장된 전구체의 레벨을 정확히 측정할 수 있다. 또한 본 발명의 일 실시예에 따르면, 온도 변화 등과 같은 작업 환경에 영향을 받지 않으면서 캐니스터에 저장된 전구체의 잔량을 정확하게 측정할 수 있게 된다.
도1은 종래 예시적인 기화기 시스템을 설명하는 도면,
도2는 캐니스터 내부의 온도 변화의 실험결과를 설명하는 도면,
도3은 본 발명의 일 실시예에 따른 캐니스터를 설명하는 도면,
도4는 제1 실시예에서 전구체 레벨에 따른 캐니스터 내부 온도 변화를 설명하는 도면,
도5는 제1 실시예에서 전구체 감소에 따른 온도 변화를 설명하는 도면,
도6은 제1 실시예에 따른 전구체 레벨 측정 방법을 설명하는 도면,
도7은 제2 실시예에 따른 전구체 레벨 벨 측정 장치를 설명하는 도면,
도8은 제2 실시예에서 전구체 감소에 따른 캐니스터 내부 온도 변화를 설명하는 도면,
도9는 제2 실시예에 따른 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 구체화될 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 명세서에서 구성요소간 위치 관계를 설명하기 위해 '상부', '하부', '좌측', '우측', '전방', '후방' 등과 같이 위치나 방향을 나타내는 용어는 절대적 기준으로서의 위치나 방향을 의미하지 않을 수 있으며 각 도면을 참조하여 본 발명을 설명할 때 해당 도면을 기준으로 또는 해당 구성요소를 기준으로 설명의 편의를 위해 사용되는 상대적 표현일 수 있다.
본 명세서에서 어떤 구성요소(A)가 다른 구성요소(B)에 연결(또는 결합, 체결, 부착 등)된다고 언급하는 경우 그것은 구성요소(A)가 다른 구성요소(B)에 직접적으로 연결되거나 또는 그들 사이에 제 3의 구성요소를 개재하여 간접적으로 연결되는 것을 의미한다.
본 명세서의 도면들에 있어서 구성요소들의 길이, 두께, 또는 넓이는 기술적 내용의 효과적인 설명을 위해 과장된 것이며 어느 한 구성요소와 다른 구성요소의 상대적 크기도 구체적 실시예에 따라 달라질 수 있다.
본 명세서에서 구성요소의 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 '~를 포함한다', '~로 구성된다', 및 '~으로 이루어진다' 라는 표현은 언급된 구성요소 외에 하나 이상의 다른 구성요소의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.
아래의 특정 실시예들을 기술하는데 있어서 여러 가지의 특정적인 내용들은 발명을 더 구체적으로 설명하고 이해를 돕기 위해 작성되었다. 하지만 본 발명을 이해할 수 있을 정도로 이 분야의 지식을 갖고 있는 독자는 이러한 여러 가지의 특정적인 내용들이 없어도 사용될 수 있다는 것을 인지할 수 있다. 어떤 경우에는, 발명을 기술하는 데 있어서 흔히 알려졌으면서 발명과 크게 관련 없는 부분들은 본 발명을 설명하는 데 있어 혼돈을 막기 위해 기술하지 않음을 미리 언급해 둔다.
용어의 정의
본원 명세서에서, '유로', '라인', 및 '배관'은 가스가 이동할 수 있는 이송 공간을 의미한다.
본원 명세서에서 '흐름을 조절'한다고 함은 흐름을 막거나, 흐름을 허용하거나, 흐르는 양을 조절하는 것을 포함하는 개념이다. 예를 들면, 유체의 흐름을 조절할 수 있는 구성요소는 유체의 흐름을 막거나, 유체의 흐름을 허용하거나, 흐르는 유체의 양을 조절하는 있는 구성요소로서, 밸브나 유체 부하가 있을 수 있다.
본원 명세서에서, '밸브'는 유체의 흐름을 조절할 수 있는 구성요소이며, 유체의 흐름을 막거나 유체의 흐름을 허용하거나 흐르는 유체의 양을 조절할 수 있는 구성요소를 의미하며, 예를 들면 온-오프 밸브와 컨트롤 밸브와 같은 기기들일 수 있다.
본원 명세서에서, '상류'와 '하류'는 유체가 흐르는 라인('유로')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.
본 발명에 따른 기화기 시스템은 전구체를 기화시켜서 처리설비로 제공하는 장치이다. 처리설비는 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.
본원 발명에서 전구체(precursor)는 고체 전구체 또는 액체 전구체일 수 있다. 고체 전구체의 경우 '고체'는 예컨대 분말 등과 같이 미세입자 형태인 것도 포함한다. 전구체의 종류로서는, 예를 들어 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(HfCl4: hafnium tetrachloride), 사염화 지르코늄(ZrCl4: 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), 및 텅스텐 클로라이드(WxCly)(여기서, x와 y는 자연수) 중 적어도 하나를 포함하는 물질일 수 있다. 그러나 상술한 전구체의 종류는 예시적인 것이며 본 발명은 이러한 전구체들에만 한정되는 것이 아님을 당업자는 이해할 것이다.
이제 도면들을 참조하여 본 발명의 실시예들에 대해 상세히 설명하기로 한다. 상술한 것처럼 전구체가 고체 또는 액체일 수 있으나, 본 명세서의 이하의 실시예에서는 설명의 편의를 위해 전구체가 미세한 입자나 분말과 같은 고체로 이루어진 것으로 가정하고 설명하기로 한다.
도2는 캐니스터 내부의 온도 변화의 실험결과를 설명하는 도면으로, 도2(a)와 도2(c)는 각각 전구체가 캐니스터(10) 내부에서 제1 레벨(L1)과 제2 레벨(L2)에 위치하는 상태를 개략적을 도시하였다. 본 발명에 따르면 캐니스터(10) 내부에 적어도 하나의 온도센서(20)를 소정 높이마다 설치한다.
도2(a)와 도2(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. 도2(b)와 도2(d)는 전구체가 각각 도2(a)와 도2(c)의 상태에 있을 때 각 온도센서(20)가 측정하는 온도를 나타낸 것으로 수평축은 시간이고 수직축은 온도를 나타내며, 각 색깔별로 구분한 5개의 그래프는 5개 온도센서(20)의 각각의 측정 온도를 의미한다.
도2(a)와 도2(b)를 참조하면, 온도센서(20) 중 일부가 전구체 내에 위치하고 일부는 밖에 위치한다. 처리 설비의 공정을 개시하는 경우, 예컨대 전구체를 기체로 승화(또는 기화)시켜 전구체를 외부의 처리 설비에 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 도2(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, 도2(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 도2(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, 도2(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)를 측정하는 레벨 측정 방법을 개시한다.
도3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 기화기 시스템의 일부 구성을 개략적으로 도시하였다. 본 발명의 일 실시예에 따른 기화기 시스템은 도1에 도시한 것처럼 캐니스터(10)에 연결된 다수의 배관과 각 배관에 설치된 밸브들, 그리고 배관을 통한 유체의 흐름을 제어하기 위해 배관들에 설치되는 질량유량제어기(MFC), 질량 유량계(MFM), 그리고 캐니스터(10)를 가열하기 위한 히터 등의 구성요소들을 더 포함할 수 있으나, 본 명세서의 도면에서는 본 발명의 요지를 흐리지 않기 위해 이러한 각종 배관과 밸브 및 장치들을 생략하였음을 당업자는 이해할 것이다.
일 실시예에서 캐니스터(10)는 내부에 전구체를 수용하기 위한 공간을 가지며 캐니스터(10) 내부에 저장된 전구체를 외부로 공급하기 위한 유출구(12)를 포함할 수 있다. 전구체는 캐니스터(10) 내부에서 승화(고체인 경우)되어 가스 형태로 외부로 공급될 수 있다. 또한 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. 도3에 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.
일 실시예에서 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.
도시한 실시예에서는 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.
일 실시예에서 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.
제어부(200)는 온도센서(111)로부터 수신한 온도 측정값에 기초하여 캐니스터(10) 내부에 저장된 전구체의 레벨(표면 또는 수위)을 추정할 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 추정할 수 있으며, 이러한 제어부(200)의 구체적 동작에 대해서는 이하 도면을 참조하여 설명하기로 한다.
도4는 제1 실시예에서 전구체 레벨에 따른 캐니스터 내부 온도 변화를 설명하기 위한 도면으로, 도4(a)는 전구체의 레벨(표면)이 온도센서(111) 보다 높은 위치에 있는 상태를 나타내고 도4(b)는 도4(a)의 상태에서 전구체를 계속 소모함에 따라(즉, 캐니스터(10)를 도1과 같은 기화기 시스템에 설치하고 전구체를 승화시켜 처리설비로 이송함에 따라) 전구체의 양이 점차 줄어들어 전구체의 레벨이 온도센서(111) 밑으로 내려간 상태이다.
만일 전구체의 레벨(L1)이 도4(a)에 도시한 것처럼 온도센서(111) 보다 높은 위치에 있는 경우, 공정 개시에 의해 전구체가 승화되므로 전구체 내부의 온도가 하강하게 된다. 즉 도4(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 시간에 온도(제2 온도)를 측정한 후, 제1 온도와 제2 온도의 온도 차이가 발생하고 이 온도 차이값이 기설정한 임계값 보다 큰 경우 도4(a)와 같은 상태, 즉 전구체의 레벨이 온도센서(111)보다 높은 위치에 있다고 판단할 수 있다. 이 때 "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.
도4(b)에서 "R"로 표시한 온도 범위는 공정 개시 시점에서의 온도(제1 온도)의 오차범위를 의미할 수 있다. 예컨대 제1 온도가 온도범위(R) 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 임계값의 역할을 할 수도 있다. 예를 들어 온도센서(111)가 측정하는 온도가 제1 온도에서 점차 하강하여 온도범위(R)의 하한값 이하로 떨어지면 제어부는(200)가 전구체의 레벨이 온도센서(111)보다 높은 위치에 있다고 판단할 수 있다.
한편, 도4(a)의 상태에서 전구체를 소모함에 따라 도4(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 도4(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 보다 작은 경우 도4(c)와 같은 상태, 즉 전구체의 레벨이 온도센서(111)보다 낮은 위치에 있다고 판단할 수 있다.
도5는 제1 실시예에서 전구체 레벨의 감소에 따른 온도 변화를 설명하는 온도 그래프로서, 전구체 레벨이 도4(a)의 상태에서 도4(c)의 상태로 감소하는 동안 온도센서(111)가 지속적으로 온도를 측정한 경우를 개략적으로 도시하였다.
도5를 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 도4(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 도5에 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.
도6은 상기 구성에 따라 제어부(200)에서 전구체 레벨을 측정하는 예시적 방법을 나타낸다. 도6을 참조하면, 단계(S110)에서 온도센서(111)가 공정 개시 시점(ta)에서의 제1 온도를 측정한다. 이 때 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 도4(a)와 같이 전구체의 레벨이 온도센서(111)보다 높은 위치에 있다고 판단하고, 상기 온도 차이값이 상기 임계값 보다 작은 경우 도4(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.
도7은 제2 실시예에 따른 전구체 레벨 벨 측정 장치를 설명하는 도면이고, 도8은 제2 실시예에서 전구체 감소에 따른 캐니스터 내부 온도 변화를 개략적으로 도시한 도면이다.
도7의 실시예에서 캐니스터(10)는 제1 온도센서(111)와 제2 온도센서(112)를 포함한다. 제1 온도센서(111)와 제2 온도센서(112)는 수직 방향으로 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.
도7(a)는 전구체의 레벨이 두 온도센서(111,112) 보다 위에 있는 상태이고, 도7(b)에서 도7(c)로 갈수록 전구체 레벨이 점차 낮아지는 것을 도시하였다. 즉 도7(b)는 전구체 레벨이 제1 온도센서(111)와 제2 온도센서(112) 사이에 위치하고, 도7(c)는 전구체 레벨이 제2 온도센서(112) 아래로 내려간 상태를 각각 나타낸다.
도8(a)는 전구체 레벨이 도7(a)에서 도7(c)의 상태로 점차 감소하는 동안 제1 온도센서(111)의 측정 온도(T1)와 제2 온도센서(112)의 측정 온도(T2)를 개략적으로 도시하였고, 도8(b)는 제1 온도(T1)와 제2 온도(T2)의 온도 차이값(ΔT)을 나타낸다.
도8을 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 도7(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 도7(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 도8(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 도8(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 판단할 때, 온도 차이값(ΔT)과 기설정한 임계값을 비교하여 전구체 레벨을 판단할 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 판단할 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, 이 때 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 각각의 단계를 제1 시간과 그로부터 임의의 시간 이후의 제2 시간에 각각 실행하고, 제1 시간에서 제2 시간까지 제1 온도가 소정값 이상 하강한 경우, 상기 온도 차이값이 기설정한 임계값 이하이면, 상기 전구체의 표면이 제1 지점보다 높다고 판단할 수 있다.
이 때, 상기 "제1 시간"은 전구체를 외부로 공급하기 전 또는 상기 공급을 개시할 때의 시간일 수 있으나 이에 한정되지는 않는다. 또한 제1 온도와 제2 온도를 측정하는 단계를 제1 시간과 그로부터 임의의 시간 이후의 제2 시간에 각각 실행하여, 제1 시간에서 제2 시간까지 제1 온도가 소정값 이상 하강하지 않은 경우, 상기 온도 차이값이 기설정한 임계값 이하이면, 상기 전구체의 표면이 제2 지점보다 낮다고 판단할 수 있다.
도9는 제2 실시예에 따른 예시적인 전구체 레벨 측정 방법을 설명하는 도면이다.
도8을 참조하면, 예시적인 레벨 측정 방법은, 제1 온도센서(111)와 제2 온도센서(112)가 각각 동일 시점에서 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 도7(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 도7(b)에 도시한 것처럼 제1 온도센서(111)와 제2 온도센서(112) 사이에 위치하게 되고, 이 때에도 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 도7(c)의 상태처럼 제2 온도센서(112) 높이보다 아래로 감소하였다고 판단하면 전구체의 레벨을 관리자에게 알리는 단계를 더 포함할 수 있다.
이상과 같이 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이러한 명세서의 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능함을 이해할 수 있다. 그러므로 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니되며 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.
10: 캐니스터
100: 온도측정용 프로브
110: 온도센서 모듈
111,112: 온도센서
200: 제어부

Claims (13)

  1. 캐니스터에 저장된 고체 전구체의 레벨을 측정하는 방법으로서,
    공정개시 시점에서 캐니스터 내부의 소정 지점의 제1 온도를 측정하는 단계;
    제1 온도의 측정으로부터 임의의 시간 이후에, 상기 지점의 제2 온도를 측정하는 단계; 및
    제1 온도와 제2 온도의 차이값을 계산하고, 상기 온도 차이값이 기설정한 임계값보다 크면 고체 전구체의 승화에 의한 온도 강하로 판단하여 고체 전구체의 레벨이 상기 소정 지점 보다 높은 위치에 있다고 판단하고, 상기 온도 차이값이 상기 임계값보다 작으면 고체 전구체의 레벨이 상기 소정 지점보다 낮은 위치에 있다고 판단하여, 상기 캐니스터에 저장된 고체 전구체의 레벨을 출력하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 고체 전구체 레벨 측정 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제1 온도를 측정하는 단계가, 상기 고체 전구체를 외부로 공급하기 전 또는 상기 공급을 개시할 때에 실행되는 것을 특징으로 하는 고체 전구체 레벨 측정 방법.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 제2 온도를 측정하는 단계 및 상기 고체 전구체의 레벨을 출력하는 단계를 기설정된 소정 주기마다 반복하는 것을 특징으로 하는 고체 전구체 레벨 측정 방법.
  4. 삭제
  5. 캐니스터에 저장된 고체 전구체의 레벨을 측정하는 방법으로서,
    캐니스터 내부의 제1 지점의 제1 온도 및 제1 지점에서 하방으로 소정 거리 이격된 제2 지점의 제2 온도를 각각 측정하는 단계; 및
    제1 온도와 제2 온도의 차이값을 계산하고 상기 온도 차이값이 기설정한 임계값보다 크면 제2 지점에서만 고체 전구체의 승화에 의한 온도 강하가 있다고 판단하여 고체 전구체의 표면이 제1 지점과 제2 지점 사이에 있다고 판단하여, 상기 캐니스터에 저장된 고체 전구체의 레벨을 출력하는 단계;를 포함하고,
    제1 지점과 제2 지점 사이의 상기 소정 거리는 수 mm 내지 수 cm 이내의 거리인 것을 특징으로 하는 고체 전구체 레벨 측정 방법.
  6. 삭제
  7. 제 5 항에 있어서,
    상기 고체 전구체의 레벨을 출력하는 단계가, 상기 온도 차이값이 상기 임계값보다 작으면, 상기 고체 전구체의 표면이 제1 지점보다 높거나 또는 제2 지점보다 낮다고 판단하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 고체 전구체 레벨 측정 방법.
  8. 제 5 항에 있어서,
    상기 고체 전구체의 레벨을 출력하는 단계에서, 상기 온도 차이값이 기설정한 임계값 이하이고 상기 제1 온도와 제2 온도가 기설정한 기준값보다 작은 경우, 상기 고체 전구체의 표면이 제1 지점보다 높다고 판단하는 것을 특징으로 하는 고체 전구체 레벨 측정 방법.
  9. 제 5 항에 있어서,
    상기 고체 전구체의 레벨을 출력하는 단계에서, 상기 온도 차이값이 기설정한 임계값 이하이고 상기 제1 온도와 제2 온도가 기설정한 기준값보다 큰 경우, 상기 고체 전구체의 표면이 제2 지점보다 낮다고 판단하는 것을 특징으로 하는 고체 전구체 레벨 측정 방법.
  10. 제 5 항에 있어서,
    상기 제1 온도와 제2 온도를 측정하는 단계를 공정개시 시점인 제1 시간과 그로부터 임의의 시간 이후의 제2 시간에 각각 실행하여, 제1 시간에서 제2 시간까지 제1 온도가 소정값 이상 하강한 경우, 상기 고체 전구체의 레벨을 출력하는 단계에서, 상기 온도 차이값이 기설정한 임계값 이하이면, 상기 고체 전구체의 표면이 제1 지점보다 높다고 판단하는 것을 특징으로 하는 고체 전구체 레벨 측정 방법.
  11. 제 5 항에 있어서,
    상기 제1 온도와 제2 온도를 측정하는 단계를 공정개시 시점인 제1 시간과 그로부터 임의의 시간 이후의 제2 시간에 각각 실행하여, 제1 시간에서 제2 시간까지 제1 온도가 소정값 이상 하강하지 않은 경우, 상기 고체 전구체의 레벨을 출력하는 단계에서, 상기 온도 차이값이 기설정한 임계값 이하이면, 상기 고체 전구체의 표면이 제2 지점보다 낮다고 판단하는 것을 특징으로 하는 고체 전구체 레벨 측정 방법.
  12. 제 10 항 또는 제 11 항에 있어서,
    상기 제1 시간이, 상기 고체 전구체를 외부로 공급하기 전 또는 상기 공급을 개시할 때의 시간인 것을 특징으로 하는 고체 전구체 레벨 측정 방법.
  13. 제 5 항에 있어서,
    상기 캐니스터가 캐니스터의 내부 공간을 향해 뻗어있는 제1 및 제2 프로브를 포함하고,
    제1 프로브에 상기 제1 온도를 측정하기 위한 제1 온도센서가 구비되고 제2 프로브에 상기 제2 온도를 측정하기 위한 제2 온도센서가 구비되며,
    상기 제1 온도센서와 제2 온도센서가 열적으로 분리되어 설치된 것을 특징으로 하는, 고체 전구체 레벨 측정 방법.
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