KR102489515B1 - 가스공급장치 및 가스공급제어방법 - Google Patents

가스공급장치 및 가스공급제어방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은, 가스공급장치 및 가스공급제어방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 액체원료를 기화하여 기체상태의 공정가스로 변환하여 공정챔버로 공급하는 가스공급장치 및 가스공급제어방법에 관한 것이다.
본 발명은, 기판처리가 수행되는 공정챔버(10)에 공정가스를 공급하는 가스공급장치로서, 공정가스를 공정챔버(10)로 공급하기 위한 공급유로가 구비되는 배관부(100)와; 공급유로의 일부를 형성하도록 설치되며, 공급유로의 개폐를 조절함으로써, 공정가스의 유량을 조절하는 적어도 하나의 유량제어밸브(200)와; 유량제어밸브(200) 측으로 공정가스를 공급 또는 차단하기 위하여, 유량제어밸브(200) 전단의 공급유로에 설치되어 유량제어밸브(200) 전단의 공급유로를 개방 또는 차단하는 제1차단밸브(500)와; 유량제어밸브(200)와 공정챔버(10) 사이의 공급유로에 설치되어, 유량제어밸브(200)와 공정챔버(10) 사이를 연통 또는 차단하는 제2차단밸브(400)를 포함하는 가스공급장치를 개시한다.

Description

가스공급장치 및 가스공급제어방법{Apparatus for supplying material source and gas supply control method}
본 발명은 가스공급장치 및 가스공급제어방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 액체원료를 기화하여 기체상태의 공정가스로 변환하여 공정챔버로 공급하는 가스공급장치 및 가스공급제어방법에 관한 것이다.
일반적으로 PECVD(Plasma enhanced chemical vapor deposition)는 이종의 박막을 증착하기 위해서 플라즈마를 각각 형성해야 하며, 특히, 일부 원료의 경우, 액상 상태인 원료를 기화시켜 기상 상태의 원료 가스로 변환하여 공정챔버로 공급하여야 한다.
이를 위해서, 기판 처리 장치는 기판의 처리가 이루어지는 챔버와, 챔버 내부에 기판 처리를 위한 공정가스를 공급하는 가스공급장치를 포함하며, 여기에서 가스공급장치는, 액상의 원료를 기화시키는 기화기와, 각 구성요소들을 연결하는 도관 및 유체의 흐름을 조절하는 복수개의 밸브 및 센서들을 포함한다.
한편, 종래의 경우, 공정가스의 유량을 조절하는 유량제어밸브와 기화기 사이에 별도의 밸브가 존재하지 않아, 유량제어밸브가 폐쇄된 상태에서 유량제어밸브의 전단에 공정가스가 상시적으로 차있는 상태가 유지되었다.
이 경우, 고온의 환경에서 안정적인 유량제어를 위해 사용되는 압전소자방식의 유량제어밸브는, 금속의 다이어프램과 밸브시트가 완전한 폐쇄를 이루지 못하므로 공정가스가 유량제어밸브 후단 또는 유량제어밸브 외부로 누출되는 문제점이 있다.
또한, 유량제어밸브의 전단에 공정가스가 상시적으로 차 있는 경우, 금속의 다이어프램과 밸브시트 사이에 SiO2와 같은 불순물이 생성되어 완전한 유로폐쇄를 이루지 못해 누출이 더 심화되며, 밸브의 내구성을 저하시키는 문제점이 있다.
또한, 유량제어밸브로 인해 공정가스가 누출되는 경우, 정밀한 유량제어를 위해 유량제어밸브 후단에서 유량을 측정하는 유량측정부가 지속적인 고압에 노출되어 정확한 유량을 측정하지 못하고, 성능이 저하되어 정밀한 유량제어가 불가능한 문제점이 있다.
본 발명의 목적은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여, 유량제어밸브 전단에 설치되는 차단밸브를 통해 정밀한 유량제어가 가능한 가스공급장치 및 가스공급제어방법을 제공하는데 있다.
본 발명은 상기와 같은 본 발명의 목적을 달성하기 위하여 창출된 것으로서, 본 발명은, 기판처리가 수행되는 공정챔버(10)에 공정가스를 공급하는 가스공급장치로서, 상기 공정가스를 상기 공정챔버(10)로 공급하기 위한 공급유로가 구비되는 배관부(100)와; 상기 공급유로의 일부를 형성하도록 설치되며, 상기 공급유로의 개폐를 조절함으로써, 상기 공정가스의 유량을 조절하는 적어도 하나의 유량제어밸브(200)와; 상기 유량제어밸브(200) 측으로 상기 공정가스를 공급 또는 차단하기 위하여, 상기 유량제어밸브(200) 전단의 공급유로에 설치되어 상기 유량제어밸브(200) 전단의 공급유로를 개방 또는 차단하는 제1차단밸브(500)와; 상기 유량제어밸브(200)와 상기 공정챔버(10) 사이의 공급유로에 설치되어, 상기 유량제어밸브(200)와 상기 공정챔버(10) 사이를 연통 또는 차단하는 제2차단밸브(400)를 포함하는 가스공급장치를 개시한다.
상기 제1차단밸브(500)의 전단에서 액체원료를 기화시켜 기체상태의 상기 공정가스로 상변화시키고, 기체상태의 상기 공정가스를 공급하는 기화기(20)를 포함할 수 있다.
상기 제1차단밸브(500)를 통해 상기 공정가스가 차단된 상태에서, 상기 제1차단밸브(500)와 상기 제2차단밸브(400) 사이의 공급유로에 잔존하는 상기 공정가스를 외부로 배기하는 배기부(50)를 포함할 수 있다.
상기 유량제어밸브(200)와 상기 제2차단밸브(400) 사이에 설치되어, 상기 공정챔버(10)로 공급되는 상기 공정가스의 유량을 측정하는 유량측정부와, 상기 유량측정부를 통해 측정된 상기 공정가스의 유량에 따라 상기 공정챔버(10)로 공급되는 상기 공정가스의 유량을 미리 설정된 범위 내로 공급하도록 상기 유량제어밸브(200)를 제어하는 제어부를 포함할 수 있다.
상기 유량측정부는, 상기 공정가스의 압력을 측정하는 압력센서(P1)와, 상기 압력센서(P1)를 통해 측정된 상기 공정가스의 압력값을 통해 상기 공정챔버(10)로 공급되는 상기 공정가스의 유량을 산출하는 유량산출부를 포함할 수 있다.
상기 공급유로는, 상기 제1차단밸브(500)와 상기 제2차단밸브(400) 사이에서 분기되어 형성되는 복수의 분기공급유로(130)들을 포함하며, 상기 복수의 분기공급유로(130)들에 대응되어 복수의 상기 유량제어밸브(200)들이 각각 설치될 수 있다.
상기 제어부는, 상기 복수의 유량제어밸브(200)들을 개별 제어할 수 있다.
또한 본 발명은, 가스공급장치를 이용한 가스공급제어방법으로서, 상기 제1차단밸브(500)를 개방하여, 상기 유량제어밸브(200) 측으로 상기 공정가스를 공급하는 제1차단밸브개방단계(S110)와; 상기 제1차단밸브개방단계(S110)로부터 미리설정된 시차를 두고, 제2차단밸브(400)와 유량제어밸브(200)를 동시 또는 제2차단밸브(400), 유량제어밸브(200) 순으로 순차적으로 개방하여, 공정가스를 상기 공정챔버(10)에 공급하고, 상기 공정가스의 유량을 제어하는 유량제어밸브개방단계(S130)를 포함하는 가스공급제어방법을 개시한다.
상기 유량제어밸브개방단계(S130)는, 상기 유량제어밸브(200)와 상기 제2차단밸브(500) 사이에 설치되어, 상기 공정챔버(10)로 공급되는 상기 공정가스의 유량을 측정하는 유량측정부의 측정값을 통해 상기 유량제어밸브(200)를 제어함으로써, 상기 공정가스의 유량을 제어할 수 있다.
또한 본 발명은, 가스공급장치를 이용한 가스공급제어방법으로서, 상기 제1차단밸브(500)를 폐쇄하여, 상기 유량제어밸브(200) 측으로 상기 공정가스의 공급을 차단하는 제1차단밸브폐쇄단계(S210)와; 상기 제1차단밸브(500)를 폐쇄하여 상기 공정가스가 차단된 상태에서, 상기 제1차단밸브(500)와 상기 공정챔버(10) 사이의 공급유로에 잔존하는 상기 공정가스를 외부로 배기하는 배기단계(S220)와; 상기 유량제어밸브(200)와 상기 제2차단밸브(400)를 동시 또는 상기 유량제어밸브(200), 상기 제2차단밸브(400) 순으로 순차적으로 폐쇄하는 제2차단밸브폐쇄단계(S230)를 포함하는 가스공급제어방법을 개시한다.
상기 제2차단밸브폐쇄단계(S230)는, 상기 유량제어밸브(200)와 상기 제2차단밸브(400) 사이의 유량을 측정하는 유량측정부의 측정값이 미리 설정된 값 이하일 때 수행될 수 있다.
본 발명에 따른 가스공급장치 및 가스공급제어방법은, 고온의 공정환경에서 액체 상태의 원료를 공정에 최적화된 기체 상태로 기화시키며, 기화시킨 공정가스를 공정챔버에 정량 공급이 가능한 이점이 있다.
또한 본 발명에 따른 가스공급장치 및 가스공급제어방법은, 150도 내지 200도의 고온환경에서도 안정적으로 구동 가능한 유량제어밸브를 통해 공급되는 가스 유량을 제어함으로써, 정밀한 공급 가스 유량제어가 가능한 이점이 있다.
또한 본 발명에 따른 가스공급장치 및 가스공급제어방법은, 공정가스의 공급차단 시, 유량제어밸브의 공정가스 노출을 최소화하여, 유량제어밸브의 내구성을 증대시키고, 공정가스의 누출을 최소화할 수 있는 이점이 있다.
또한 본 발명에 따른 가스공급장치 및 가스공급제어방법은, 공정가스의 공급 차단 시, 유량제어밸브 후단에 설치되는 유량측정부의 공정가스로의 노출을 최소화하여, 유량제어밸브의 내구성을 증대시키고, 정밀한 공정가스 유량측정이 가능한 이점이 있다.
또한 본 발명에 따른 가스공급장치 및 가스공급제어방법은, 유량제어밸브의 공정가스 고압환경으로의 노출을 최소화하여 성능저하를 방지함으로써, 정밀한 공정가스 유량측정이 가능하고 이로써 정밀한 유량제어가 가능한 이점이 있다.
도 1은, 본 발명에 따른 가스공급장치의 모습을 보여주는 개념도이다.
도 2는, 본 발명에 따른 가스공급장치의 다른 실시예의 모습을 보여주는 개념도이다.
도 3은, 도 1의 가스공급장치 중 공정가스의 공급이 중단되고 공급유로 중 일부가 배기되는 모습을 보여주는 개념도이다.
도 4는, 도 1의 가스공급장치 중 유량제어밸브의 일부모습을 보여주는 단면도이다.
도 5a 및 도 5b는, 도 1의 가스공급장치에서 공정가스 공급을 위해 수행되는 가스공급제어방법을 설명하는 순서도들이다.
도 6은, 도 1의 가스공급장치에서 공정가스 공급차단을 위해 수행되는 가스공급제어방법을 설명하는 순서도이다.
이하 본 발명에 따른 가스공급장치 및 가스공급제어방법에 관하여 첨부된 도면을 참조하여 설명하면 다음과 같다.
본 발명에 따른 가스공급장치는, 도 1에 도시된 바와 같이, 기판처리가 수행되는 공정챔버(10)에 공정가스를 공급하는 가스공급장치로서, 액체원료를 기화시켜 기체상태의 상기 공정가스로 상변화시키는 기화기(20)와; 상기 공정가스가 상기 기화기(20)로부터 상기 공정챔버(10)로 공급되기 위한 공급유로가 구비되는 배관부(100)와; 상기 공급유로의 일부를 형성하도록 설치되며, 상기 공급유로의 개폐를 조절함으로써, 상기 공정가스의 유량을 조절하는 적어도 하나의 유량제어밸브(200)와; 상기 기화기(20)와 상기 유량제어밸브(200) 사이의 공급유로에 설치되어, 상기 기화기(20)와 상기 유량제어밸브(200)를 분리 또는 연통하는 제1차단밸브(500)와; 상기 유량제어밸브(200)와 상기 공정챔버(10) 사이의 공급유로에 설치되어, 상기 유량제어밸브(200)와 상기 공정챔버(10)를 분리 또는 연통하는 제2차단밸브(400)와; 상기 제1차단밸브(500)를 통해 상기 공정가스가 차단된 상태에서, 상기 제1차단밸브(500)와 상기 제2차단밸브(400) 사이의 공급유로에 잔존하는 상기 공정가스를 외부로 배기하는 배기부(50)를 포함한다.
또한 본 발명에 따른 가스공급장치는, 유량제어밸브(200)와 제2차단밸브(400) 사이에 설치되어, 공정챔버(10)로 공급되는 공정가스의 유량을 측정하는 유량측정부와, 유량측정부를 통해 측정된 공정가스의 유량에 따라 공정챔버(10)로 공급되는 공정가스의 유량을 미리 설정된 범위 내로 공급하도록 유량제어밸브(200)를 제어하는 제어부를 포함할 수 있다.
또한 본 발명에 따른 가스공급장치는, 액체원료를 미리 설정된 온도로 예열시켜 기화기(20)에 공급하는 액체원료예열부(30)를 추가로 포함할 수 있다.
또한 본 발명에 따른 가스공급장치는, 기화기(20)에 액체원료를 공급하는 액체원료공급관(40)에 설치되어, 기화기(20)에 공급되는 액체원료의 양을 조절하는 액체원료조절밸브(300)와, 액체원료조절밸브(300)와 유량제어밸브(200) 사이의 압력을 측정하는 압력측정센서(P0)를 포함할 수 있다.
상기 공정챔버(10)는, 기판처리를 위한 밀폐된 처리공간이 형성되는 구성으로서, 다양한 구성이 가능하다.
예를 들면, 상기 공정챔버(10)는, 공정가스를 통해 기판처리를 수행하며, 배관부(100)를 통해 기화기(20)와 연통되어 기화기(20)로부터 기화된 공정가스를 공급받을 수 있다.
상기 공정챔버(10)는, 공정가스를 이용하여 기판처리를 수행하는 앞서 개시된 어떠한 형태의 공정챔버(10)도 적용 가능하다.
상기 기화기(20)는, 액체원료를 기화시켜 기체상태의 공정가스로 상변화시키는 구성으로서, 다양한 구성이 가능하다.
즉, 상기 기화기(20)는, 액체원료를 기화시키는 방식이면 인젝션, 베이킹 등 어떠한 방식도 가능하며, 보다 바람직하게는 고온환경 조성을 통해 액체원료를 기화시키는 베이킹방식이 이용될 수 있다.
예를 들면, 상기 기화기(20)는, 공급되는 액체원료에 대하여 기화가 이루어지는 기화몸체와, 기화몸체를 가열하는 히터를 포함할 수 있다.
상기 기화몸체는, 외부의 액체원료저장부 및 후술하는 액체원료예열부와 연통되어, 공급되는 액체원료를 일시적으로 저장하고 기화시키는 구성으로서, 다양한 구성이 가능하다.
상기 히터는, 액체원료가 담기는 기화몸체의 외부에 마련되어 기화몸체를 가열함으로써, 기화환경을 조성하는 구성으로서, 다양한 구성이 가능하다.
예를 들면, 상기 히터는, 기화몸체를 감싸도록 기화몸체의 외부에 설치되며, 히팅코일 또는 히팅자켓에 전원을 공급함으로써 기화몸체를 가열할 수 있다.
이 경우, 액체원료의 기화점에 따라 가열온도를 달라질 수 있으며, 150도 내지 200도 사이의 환경이 조성될 수 있다.
상기 액체원료는, 공정가스의 액체상태 소스물질로서, 기판처리에 사용되며 상온에서 액체상태로 존재하는 어떠한 원료도 사용 가능하다.
예를 들면, 상기 액체원료는, 액체유기화합물로서, TEOS, Ta20(C2H5)5, 유기 실란 전구체 등이 해당될 수 있다.
상기 배관부(100)는, 공정가스가 기화기(20)로부터 공정챔버(10)로 공급되기 위한 공급유로가 구비되는 구성으로서, 다양한 구성이 가능하다.
예를 들면, 상기 배관부(100)는, 기화기(20)와 연통되는 제1공급유로(110)와, 공정챔버(10)와 연통되는 제2공급유로(120)를 포함할 수 있다.
즉, 상기 배관부(100)는, 유체조절밸브(200)를 기준으로, 기화기(20)와 연결되는 제1공급유로(110)와, 공정챔버(10)와 연결되는 제2공급유로(120)를 포함할 수 있다.
한편, 다른 예로서, 상기 배관부(100)는, 도 2에 도시된 바와 같이, 제1,2공급유로(110, 120) 사이에서 분기되어 구비되는 복수의 분기공급유로(130)들을 포함할 수 있다.
즉, 상기 배관부(100)는, 기화기(20)에 연결되는 제1공급유로(110)와, 제1공급유로(110)로부터 분기되는 복수의 분기공급유로(130)들과, 복수의 분기공급유로(130)들이 다시 합쳐져 형성되는 제2공급유로(120)를 포함할 수 있다.
한편, 이 경우 제1공급유로(110) 및 제2공급유로(120)가 복수의 분기공급유로(130)들에 각각 연통되도록 복수개 형성될 수 있음은 또한 물론이다.
또한, 상기 배관부(100)는, 내부에 제1공급유로(110) 및 제2공급유로(120)가 형성되는 배관블록(140)을 포함할 수 있다.
상기 배관블록(140)은, 내부에 공정가스의 공급을 위한 제1공급유로(110) 및 제2공급유로(120)가 형성되는 구성으로서, 다양한 구성이 가능하다.
예를 들면, 상기 배관블록(140)은, SUS재질의 블록으로서, 내부에 제1공급유로(110) 및 제2공급유로(120)가 형성될 수 있다.
한편, 상기 배관블록(140)은, 제1공급유로(110)와 제2공급유로(120) 사이에 복수의 분기공급유로(130)들이 형성될 수 있음은 또한 물론이다.
상기 제1공급유로(110)는, 일단이 기화기(20)에 연결되고, 타단이 유체조절밸브(200)에 연결되어, 기화기(20)로부터 기화된 기체상태의 공정가스를 유체조절밸브(200) 측에 공급할 수 있다.
상기 제2공급유로(120)는, 일단이 공정챔버(10)에 연결되고, 타단이 유체조절밸브(200)에 연결되어, 유체조절밸브(200)로부터 공정가스를 전달받아 공정챔버(10)로 공급할 수 있다.
한편, 상기 복수의 분기공급유로(130)들은, 대용량의 공정가스의 유량을 원활히 제어하기 위하여, 복수의 유량제어밸브(200)들이 각각 설치가능하도록 형성되는 구성으로서, 다양한 구성이 가능하다.
예를 들면, 상기 복수의 분기공급유로(130)들은, 각각 유량제어밸브(200)를 기준으로, 제1공급유로(110)와 연결되는 제1분기공급유로(130a)와, 제2공급유로(120)와 연결되는 제1분기공급유로(130b)를 포함할 수 있다.
상기 유량제어밸브(200)는, 공급되는 공정가스의 유량을 제어하기 위하여 설치되는 구성으로서, 다양한 구성이 가능하다.
상기 유량제어밸브(200)들은, 150도 내지 200도의 고온의 공정가스에 대하여, 정밀한 유량제어가 요구되는 바, 고온의 공정환경에서 안정적으로 구동 가능한 압전소자 구동방식의 밸브일 수 있으며, 보다 구체적으로는 피에조(piezo)밸브가 적용될 수 있다.
이 경우, 상기 유량제어밸브(200)는, 공급유로의 일부를 형성하도록 설치되며, 압전소자의 신장을 이용하여 공급유로의 개폐를 조절함으로써, 공정가스의 유량을 조절할 수 있다.
보다 구체적으로, 상기 유량제어밸브(200)는, 제1공급유로(110)와 제2공급유로(120) 사이에서 공급유로의 일부를 형성하도록 설치될 수 있다.
상기 유량제어밸브(200)는, 도 4에 도시된 바와 같이, 전압이 인가되면 압전소자가 신장하여 구동하는 압전액추에이터(210)를 이용하여, 금속 다이어프램(220)과 밸브시트(230)를 접촉하거나 이격시킴으로써 공급유로를 개폐할 수 있다.
보다 구체적으로, 상기 유량제어밸브(200)는, 압전액추에이터(210)의 전압인가에 따른 신장으로 상승하는 지지통체(250)와, 지지통체(250)의 상승에 따라 금속 다이어프램(220)으로부터 이격되어 상승함으로써 공급유로를 개방하는 가압부(240)를 포함할 수 있다.
반면 전압인가가 없는 경우, 탄성력에 의해 지지통체(250) 및 가압부(240)가 하강하고, 가압부(240)의 금속다이어프램(220) 가압으로, 금속 다이어프램(220)이 밸브시트(230)에 접촉함으로써 공급유로를 폐쇄할 수 있다.
한편, 상기 유량제어밸브(200)는, 압전소자 구동방식을 이용하여 공급유로를 개폐하는 것이 바람직하나, 공급유로를 개방 또는 폐쇄할 수 있는 구성이면 어떠한 구성도 가능하며, 특히 종래 개시된 압전소자구동밸브가 적용 가능함은 또한 물론이다.
또한, 상기 유량제어밸브(200)는, 배관블록(140)의 상단에 설치되며, 공급유로가 배관블록(140)의 상단으로 형성되어 유량제어밸브(200)들이 공급유로의 일부를 형성하도록 설치될 수 있다.
한편 이 경우, 유량제어밸브(200)는, 전술한 복수의 분기공급유로(130)들에 대응되어 각각 설치되도록, 복수개 설치될 수 있다.
이를 통해, 상기 복수의 유량제어밸브(200)들은, 종래 단일의 유량제어밸브(200)를 통해 밸브시트(230)와 금속 다이어프램(220) 사이의 이격거리를 최대 50㎛수준으로 이격시켜 공정가스의 유량을 조절함으로써 1000cc 내지 1200cc 수준의 공정가스만을 조절가능했던 것에 비해, 복수의 유량제어밸브(200)를 통해 동시에 2000cc 이상의 대유량의 공정가스 유량을 조절가능한 이점이 있다.
상기 유량측정부는, 유량제어밸브(200)와 공정챔버(10) 사이에 설치되어, 공정챔버(10)로 공급되는 공정가스의 압력을 측정하는 구성으로서, 다양한 구성이 가능하다.
상기 유량측정부는, 공정가스의 유량을 측정하기 위한 측정센서와, 측정센서를 통해 측정된 측정값을 통해 공정가스의 유량을 산출하는 유량산출부를 포함할 수 있다.
이 경우, 상기 측정센서는, 온도센서, 압력센서 등 다양한 종류의 센서가 적용될 수 있으며, 보다 바람직하게는 고온의 환경에서 안정적인 센싱이 가능한 압력센서(P1)일 수 있다.
즉, 상기 압력센서(P1)는, 유량제어밸브(200)와 공정챔버(10) 사이에 설치되어, 공정가스의 압력을 측정함으로써 공정가스의 유량을 측정할 수 있다.
한편, 상기 압력센서(P1)는, 복수개이며, 복수의 분기공급유로(130)들에 각각 설치되어, 분기공급유로(130)들에 각각 존재하는 공정가스의 유량을 측정할 수 있다.
다른 예로서, 상기 압력센서(P1)는, 공정챔버(10)에 공급되는 공정가스의 유량을 정밀하게 측정하고, 원자재비용 절감을 위해 분기된 복수의 분기공급유로(130)들의 후단에서 합쳐져 형성되는 제2공급유로(120)에 1개가 설치될 수 있다.
이 경우, 상기 압력센서(P1)는, 제2공급유로(120)에 설치되어 제2공급유로(120)에 존재하는 상기 공정가스의 유량을 측정하여, 공정챔버(10)로 공급되는 공정가스의 양을 확인할 수 있다.
상기 액체원료예열부(30)는, 액체원료를 미리 설정된 온도로 예열시켜 기화기(20)에 공급하는 구성으로서, 다양한 구성이 가능하다.
예를 들면, 상기 액체원료예열부(30)는, 외부로부터 공급되는 액체원료를 미리 설정된 온도로 예열하는 액체원료예열몸체와, 액체원료예열몸체를 일정온도로 가열하여 액체원료예열몸체에 저장된 액체원료를 예열하는 예열히터를 포함할 수 있다.
한편, 이 경우, 상기 액체원료예열부(30)는, 액체원료를 저장하는 저장공간으로의 역할을 수행할 수 있으며, 기화기(20)에서 공정가스로의 상변화가 단시간 내에 일어나도록 함으로써, 가스공급을 위한 전체 공정시간을 줄일 수 있다.
상기 액체원료조절밸브(300)는, 기화기(20)에 액체원료를 공급하는 액체원료공급배관(40)에 설치되어, 기화기(20)에 공급되는 액체원료의 양을 조절하는 구성으로서, 다양한 구성이 가능하다.
예를 들면, 상기 액체원료조절밸브(300)는, 후술하는 제어부의 제어에 따라, 기화기(20)에 공급되는 액체원료의 양을 조절할 수 있으며, 보다 바람직하게는 액체원료예열부(30)와 기화기(20) 사이에 설치되어, 액체원료예열부(30)로부터 예열된 액체원료의 공급량을 제어부의 제어에 따라 조절할 수 있다.
한편, 상기 액체원료조절밸브(300)는, 액체원료의 공급량을 조절할 수 있는 구성이면 어떠한 방식의 밸브도 가능하며, 보다 바람직하게는 고온의 환경에서 안정적으로 구동가능한 밸브일 수 있다.
상기 압력측정센서(P0)는, 액체원료조절밸브(300)와 유량제어밸브(200) 사이의 압력을 측정하는 구성으로서, 다양한 구성이 가능하다.
이 경우, 상기 압력측정센서(P0)는 액체원료조절밸브(300)와 기화기(20) 사이에 설치되어, 공급되는 액체원료의 유량을 압력을 통해 측정함으로써, 기화기(20)에 공급되는 액체원료의 양을 측정할 수 있다.
다른 예로서, 상기 압력측정센서(P0)는 기화기(20)와 유량제어밸브(200) 사이, 보다 바람직하게는 제1공급유로(110)에 설치되어, 기화기(20)로부터 공급되는 기체 상태의 공정가스의 압력을 측정함으로써, 기화기(20) 내의 액체원료의 양을 측정할 수 있다.
즉, 상기 압력측정센서(P0)는, 제1공급유로(110)에 설치되어, 기화기(20)로부터 공급되는 기체상태의 공정가스의 압력을 측정하여, 측정값을 통해 기화기(20) 내부의 액체원료의 양을 추정 가능하도록 하며, 이를 근거로 액체원료조절밸브(300)를 통해, 기화기(20) 내로 공급되는 액체원료의 양을 조절할 수 있다.
한편, 이 경우 상기 압력측정센서(P0)가 복수개 구비되어 복수의 분기유로(130)들에 각각 설치될 수 있음은 또한 물론이다.
다른 예로서, 상기 압력측정센서(P0)는, 기화기(20) 내에 설치되어, 액체원료의 잔량을 직접 측정할 수도 있음은 또한 물론이다.
상기 제2차단밸브(400)는, 유량제어밸브(200)와 공정챔버(10) 사이의 공급유로에 설치되어, 유량제어밸브(200)와 공정챔버(10)를 분리 또는 연통하는 구성으로서, 다양한 구성이 가능하다.
즉, 상기 제2차단밸브(400)는, 제2공급유로(120)에 설치되어, 기화기(20)로부터 공급되는 공정가스를 공정챔버(10)로 유입 또는 차단할 수 있다.
예를 들면, 상기 제2차단밸브(400)는, 제2공급유로(120) 중 공정챔버(10)의 전단에 설치되어, 개폐를 통해 공정가스를 공정챔버(10)로 유입 또는 차단할 수 있다.
이 경우, 상기 제2차단밸브(400)는, 유로의 차단면에 탄성을 가지는 소재가 적용되어, 제2공급유로(120)를 완전 폐쇄할 수 있다.
상기 제어부는, 유량제어밸브(200)를 제어하는 구성으로서, 다양한 구성이 가능하다.
예를 들면, 상기 제어부는, 압력센서(P1)를 통해 측정된 공정가스의 압력에 따라 공정챔버(10)로 공급되는 공정가스의 유량을 미리 설정된 범위 내로 공급하도록 유량제어밸브(200)를 제어할 수 있다.
한편, 유량제어밸브(200)가 복수개 구비되는 경우, 상기 제어부는, 복수의 유량제어밸브(200)들이 싱크되어, 동시에 동일하게 구동되도록 제어함으로써, 공급되는 공정가스의 유량을 제어할 수 있다.
보다 구체적으로, 공급량을 유량제어밸브(200)들의 수로 나누어 1개의 유량제어밸브(200) 당 공정가스의 공급유량을 유량제어밸브(200)들이 각각 공급하도록, 제어할 수 있다.
한편, 다른 예로서 상기 제어부는, 복수의 유량제어밸브(200)들을 개별제어할 수 있다.
보다 구체적으로, 상기 제어부는, 복수의 유량제어밸브(200)들 각각을 개별제어함으로서, 공정가스의 공급유량을 조절할 수 있으며, 복수의 유량제어밸브(200)들 중 일부를 완전개방 또는 완전폐쇄한 상태에서, 나머지 유량제어밸브(200)를 조절하여 공정가스의 공급유량을 조절할 수도 있다.
한편, 상기 제어부는, 압력측정센서(P0)를 통해 측정되는 압력값을 통해, 기화기(20)로 공급되는 액체원료의 유량을 조절하도록 액체원료조절밸브(300)를 제어할 수 있다.
보다 구체적으로, 상기 제어부는, 제1공급유로(110)에 설치되는 압력측정센서(P0)를 통해 측정되는 압력값이 기준보다 낮은 경우, 기화기(20) 내의 액체원료의 잔량이 부족한 것으로 판단하고, 액체원료조절밸브(300)를 개방하여 기화기(20)로 액체원료를 추가공급할 수 있다.
또한, 상기 제어부는, 제2차단밸브(400) 및 제1차단밸브(500)의 개폐를 제어함으로써, 공정가스가 공저챔버(10)로 유입 또는 차단되도록 할 수 있다.
상기 제1차단밸브(500)는, 기화기(20)와 유량제어밸브(200) 사이의 공급유로에 설치되어, 기화기(20)와 유량제어밸브(200)를 분리 또는 연통하는 구성으로서, 다양한 구성이 가능하다.
예를 들면, 상기 제1차단밸브(500)는, 유량제어밸브(200)와 기화기(20) 사이의 제1공급유로(110)에 설치되어, 공정가스가 공급되지 않을 때 폐쇄함으로써, 제1차단밸브(500)와 유량조절배브(200) 사이의 공급유로에 공정가스가 남아있지 않도록 할 수 있다.
이 경우, 상기 제1차단밸브(500)는, 공정챔버(10)의 공정진행 중에는 개방되어 공정가스가 통과되도록 할 수 있으며, 공정진행이 종료되어 공정가스의 공급이 차단될때 폐쇄될 수 있다.
이로써, 공정가스의 유량제어밸브(200)에서의 누출을 방지할 수 있으며, 유량제어밸브(200)의 내구성이 증대되는 이점이 있다.
상기 배기부(50)는, 제1차단밸브(500)를 통해 공정가스가 차단된 상태에서 제1차단밸브(500)와 제2차단밸브(400) 사이의 공급유로에 잔존하는 공정가스를 외부로 배기하는 구성으로서, 다양한 구성이 가능하다.
상기 배기부(50)는, 도 3에 도시된 바와 같이, 공정챔버(10)와 연결되어, 공정이 종료되고 제1차단밸브(500)가 폐쇄된 상태에서, 공급유로에 잔존하는 공정가스를 배기할 수 있다.
예를 들면, 상기 배기부(50)는, 외부에서 공급유로 내의 잔존하는 공정가스를 외부로 배기하기 위한 진공펌프(51)와, 일단이 진공펌프(51)에 연결되고 타단이 공정챔버(10)에 연결되는 배기라인(52)을 포함할 수 있다.
한편, 다른 예로서 상기 배기부(50)는, 배기라인(53)이 제2공급유로(120), 그중에서도 제2차단밸브(400)와 공정챔버(10) 사이에 연결되어, 공정챔버(10)를 거치지 않고, 잔존하는 공정가스를 배기할 수 있다.
이 경우, 상기 배기부(50)는, 배기라인(53)과 공정챔버(10) 측 공급유로에 각각 밸브(54)가 설치되어, 공정가스가 배기라인(53) 측으로 공급되거나, 공정챔버(10) 측으로 공급되도록 결정할 수 있다.
이하 본 발명에 따른 가스공급장치를 이용하여 가스공급을 제어하는 가스공급제어방법에 대하여 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
본 발명에 따른 가스공급제어방법은, 도 5a 및 도 5b에 도시된 바와 같이, 상기 제1차단밸브(500)를 개방하여, 상기 유량제어밸브(200) 측으로 상기 공정가스를 공급하는 제1차단밸브개방단계(S110)와; 상기 제1차단밸브개방단계(S110)로부터 미리설정된 시차를 두고, 상기 제2차단밸브(400)와 상기 유량제어밸브(200)를 동시 또는 순차적으로 개방하여, 상기 공정가스를 상기 공정챔버(10)에 공급하고, 상기 공정가스의 유량을 제어하는 유량제어밸브개방단계(S130)를 포함한다.
또한 본 발명에 따른 가스공급제어방법은, 도 6에 도시된 바와 같이, 상기 제1차단밸브(500)를 폐쇄하여, 상기 기화기(20)와 상기 유량제어밸브(200)를 분리하는 제1차단밸브폐쇄단계(S210)와; 상기 제1차단밸브(500)를 폐쇄하여 상기 공정가스가 차단된 상태에서, 상기 배기부(50)를 통해 상기 제1차단밸브(500)와 상기 공정챔버(10) 사이의 공급유로에 잔존하는 상기 공정가스를 외부로 배기하는 배기단계(S220)와; 상기 유량제어밸브(200)와 상기 제2차단밸브(400)를 동시 또는 순차적으로 폐쇄하는 제2차단밸브폐쇄단계(S230)를 포함한다.
상기 제1차단밸브개방단계(S110)는, 공정 시작 전, 공정챔버(10)에 공정가스를 공급하기 위하여 제1차단밸브(500)를 개방하는 단계로서, 다양한 방법에 의할 수 있다.
보다 구체적으로 상기 제1차단밸브개방단계(S110)는, 기화기(20)를 통해 기체상태의 공정가스가 제1차단밸브 전단까지 차있는 상황에서, 기화기(20)와 유량제어밸브(200)를 사이의 제1차단밸브를 개방함으로써, 유량제어밸브(200) 전단까지 공정가스가 차도록 할 수 있다.
상기 유량제어밸브개방단계(S130)는, 제1차단밸브개방단계(S110)로부터 미리설정된 시차를 두고, 유량제어밸브(200)를 개방하여 공정가스의 유량을 제어하는 단계로서, 다양한 방법에 의할 수 있다.
상기 유량제어밸브개방단계(S130)는, 공정챔버(10)에서 기판처리를 위한 공정 시작 전, 기화기(20)로부터 공정챔버(10)로의 공정가스 공급을 위해 수행될 수 있다.
예를 들면, 상기 유량제어밸브개방단계(S130)는, 도 5b에 도시된 바와 ƒˆ이, 유량제어밸브(200)를 개방하는 밸브개방단계(S131)와, 밸브개방단계(S131) 이후에 압력센서(P1)를 통해 공급되는 공정가스의 압력을 측정하는 유량측정단계(S132)와, 압력센서(P1)를 통해 측정된 측정값을 통해 제어부가 유량제어밸브(200)를 제어하는 유량조절단계(S133)를 포함할 수 있다.
상기 밸브개방단계(S131)는, 유량제어밸브(200)를 개방하는 단계로서, 다양한 방법에 의할 수 있다.
보다 구체적으로 상기 밸브개방단계(S131)는, 공정 시작 전, 제1차단밸브(500)의 개방에 따라 유량제어밸브(200)의 전단까지 공정가스가 차 있는 상태에서, 유량제어밸브(200)를 개방하여 공정가스를 제2공급유로(120)에 전달되도록 할 수 있다.
한편, 상기 유량측정단계(S132)는, 밸브개방단계(S131) 이후에 압력센서(P1)를 통해 공급되는 공정가스의 압력을 측정하는 단계로서, 다양한 방법에 의할 수 있다.
상기 유량측정단계(S132)는, 제2공급유로(120)에 설치되는 압력센서(P1)를 통해 공정가스의 압력을 측정하여, 공정가스의 유량을 판단하도록 할 수 있다.
상기 유량조절단계(S133)는, 압력센서(P1)를 통해 측정된 측정값을 통해 제어부가 유량제어밸브(200)를 제어하는 단계로서, 다양한 방법에 의할 수 있다.
상기 유량조절단계(S133)는, 압력센서(P1)를 통해 측정된 측정값을 통해 제어부가 유량제어밸브(200)의 개방정도를 제어함으로써, 공정가스의 유량을 조절할 수 있다.
상기 제2차단밸브개방단계(S120)는, 제2차단밸브(400)를 개방하여, 공정가스를 공정챔버(10)에 공급하는 단계로서, 다양한 방법에 의할 수 있다.
한편, 상기 제2차단밸브개방단계(S120)는, 제2차단밸브(400)가 차단된 상태에서 유량제어밸브(200)가 개방되는 경우, 유량제어밸브(200)의 후단이 높은 압력으로 유지되므로, 압력센서(P1)에 의해 측정되는 압력값이 높아, 유량측정부를 통한 공정가스의 유량이 크게 인식되는 문제점이 있다.
따라서, 상기 제2차단밸브개방단계(S120)는, 유량제어밸브(200)에 대한 정밀한 제어를 위하여, 제2차단밸브(400)와 유량제어밸브(200) 순으로 차례로 개방되거나, 제2차단밸브(400)와 유량제어밸브(200)가 동시에 개방될 수 있다.
상기 제1차단밸브폐쇄단계(S210)는, 기판처리를 위한 공정이 종료되고, 공정챔버(10)로의 공정가스의 공급을 차단하기 위하여, 제1차단밸브(500)를 폐쇄하여 기화기(20)와 유량제어밸브(200)를 분리하는 단계로서, 다양한 방법에 의할 수 있다.
상기 배기단계(S220)는, 제1차단밸브(500)를 폐쇄하여 공정가스가 차단된 상태에서, 배기부(50)를 통해 제1차단밸브(500)와 공정챔버(10) 사이의 공급유로에 잔존하는 공정가스를 외부로 배기하는 단계로서, 다양한 방법에 의할 수 있다.
예를 들면, 상기 배기단계(S220)는, 제1차단밸브(500)가 차단된 상태에서, 공정챔버(10)에 배기라인(52)을 통해 연결되는 진공펌프(51)를 통해 잔존하는 공정가스를 배기할 수 있으며, 다른 예로서, 제2차단밸브(400)와 공정챔버(10) 사이에 연결되는 배기라인을 통해 잔존하는 공정가스를 배기할 수 있다.
상기 제2차단밸브폐쇄단계(S230)는, 유량제어밸브(200)와 제2차단밸브(400)를 순차적으로 폐쇄하는 단계로서, 다양한 방법에 의할 수 있다.
상기 제2차단밸브폐쇄단계(S230)는, 유량조절밸브(200)와 제2차단밸브(400) 사이의 압력을 측정하는 압력센서(P1)의 측정값이 미리 설정된 값 이하일 때 수행될 수 있다.
즉, 상기 제2차단밸브폐쇄단계(S230)는, 잔존하는 공정가스의 잔존량을 기준치 이하로 만들기 위하여, 압력센서(P1)의 측정값이 미리 설정된 값 이하일 때 제2차단밸브(400)를 차단할 수 있다.
한편, 상기 제2차단밸브폐쇄단계(S230)는, 제2차단밸브(400)가 유량제어밸브(200)보다 먼저 차단되는 경우, 제2차단밸브(400)와 유량제어밸브(200) 사이에 잔존가스가 존재할 수 있는 바, 보다 바람직하게는 배기부(50)를 통한 배기가 이루어지는 과정에서 유량제어밸브(200)와 제2차단밸브(400)가 동시 또는 순차적으로 차단될 수 있다.
이상은 본 발명에 의해 구현될 수 있는 바람직한 실시예의 일부에 관하여 설명한 것에 불과하므로, 주지된 바와 같이 본 발명의 범위는 위의 실시예에 한정되어 해석되어서는 안 될 것이며, 위에서 설명된 본 발명의 기술적 사상과 그 근본을 함께 하는 기술적 사상은 모두 본 발명의 범위에 포함된다고 할 것이다.
10: 공정챔버 20: 기화기
100: 배관부 200: 유량제어밸브
300: 액체원료조절밸브 400: 제2차단밸브
500: 제1차단밸브

Claims (11)

  1. 기판처리가 수행되는 공정챔버(10)에 공정가스를 공급하는 가스공급장치로서,
    상기 공정가스를 상기 공정챔버(10)로 공급하기 위한 공급유로가 구비되는 배관부(100)와;
    상기 공급유로의 일부를 형성하도록 설치되며, 상기 공급유로의 개폐를 조절함으로써, 상기 공정가스의 유량을 조절하는 적어도 하나의 유량제어밸브(200)와;
    상기 유량제어밸브(200) 측으로 상기 공정가스를 공급 또는 차단하기 위하여, 상기 유량제어밸브(200) 전단의 공급유로에 설치되어 상기 유량제어밸브(200) 전단의 공급유로를 개방 또는 차단하는 제1차단밸브(500)와;
    상기 유량제어밸브(200)와 상기 공정챔버(10) 사이의 공급유로에 설치되어, 상기 유량제어밸브(200)와 상기 공정챔버(10) 사이를 연통 또는 차단하는 제2차단밸브(400)를 포함하며,
    상기 제1차단밸브(500)를 통해 상기 공정가스가 차단된 상태에서, 상기 제1차단밸브(500)와 상기 제2차단밸브(400) 사이의 공급유로에 잔존하는 상기 공정가스를 외부로 배기하도록 상기 제2차단밸브(400)와 상기 공정챔버(10) 사이에 구비되는 배기부(50)를 포함하며,
    상기 유량제어밸브(200)와 상기 제2차단밸브(400) 사이에 설치되어, 상기 공정챔버(10)로 공급되는 상기 공정가스의 유량을 측정하는 유량측정부를 포함하는 것을 특징으로 하는 가스공급장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 제1차단밸브(500)의 전단에서 액체원료를 기화시켜 기체상태의 상기 공정가스로 상변화시키고, 기체상태의 상기 공정가스를 공급하는 기화기(20)를 포함하는 것을 특징으로 하는 가스공급장치.
  3. 삭제
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 유량측정부를 통해 측정된 상기 공정가스의 유량에 따라 상기 공정챔버(10)로 공급되는 상기 공정가스의 유량을 미리 설정된 범위 내로 공급하도록 상기 유량제어밸브(200)를 제어하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 가스공급장치.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 유량측정부는,
    상기 공정가스의 압력을 측정하는 압력센서(P1)와, 상기 압력센서(P1)를 통해 측정된 상기 공정가스의 압력값을 통해 상기 공정챔버(10)로 공급되는 상기 공정가스의 유량을 산출하는 유량산출부를 포함하는 것을 특징으로 하는 가스공급장치.
  6. 청구항 4에 있어서,
    상기 공급유로는,
    상기 제1차단밸브(500)와 상기 제2차단밸브(400) 사이에서 분기되어 형성되는 복수의 분기공급유로(130)들을 포함하며,
    상기 복수의 분기공급유로(130)들에 대응되어 복수의 상기 유량제어밸브(200)들이 각각 설치되는 것을 특징으로 하는 가스공급장치.
  7. 청구항 6에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 복수의 유량제어밸브(200)들을 개별 제어하는 것을 특징으로 하는 가스공급장치.
  8. 청구항 1, 청구항 2 및 청구항 4 내지 청구항 7 중 어느 하나의 항에 따른 가스공급장치를 이용한 가스공급제어방법으로서,
    상기 제1차단밸브(500)를 개방하여, 상기 유량제어밸브(200) 측으로 상기 공정가스를 공급하는 제1차단밸브개방단계(S110)와;
    상기 제1차단밸브개방단계(S110)로부터 미리설정된 시차를 두고, 상기 제2차단밸브(400)와 상기 유량제어밸브(200)를 동시 또는 상기 제2차단밸브(400), 상기 유량제어밸브(200) 순으로 순차적으로 개방하여, 상기 공정가스를 상기 공정챔버(10)에 공급하고, 상기 공정가스의 유량을 제어하는 유량제어밸브개방단계(S130)를 포함하는 것을 특징으로 하는 가스공급제어방법.
  9. 청구항 8에 있어서,
    상기 유량제어밸브개방단계(S130)는,
    상기 유량제어밸브(200)와 상기 제2차단밸브(400) 사이에 설치되어, 상기 공정챔버(10)로 공급되는 상기 공정가스의 유량을 측정하는 유량측정부의 측정값을 통해 상기 유량제어밸브(200)를 제어함으로써, 상기 공정가스의 유량을 제어하는 것을 특징으로 하는 가스공급제어방법.
  10. 청구항 1, 청구항 2 및 청구항 4 내지 청구항 7 중 어느 하나의 항에 따른 가스공급장치를 이용한 가스공급제어방법으로서,
    상기 제1차단밸브(500)를 폐쇄하여, 상기 유량제어밸브(200) 측으로 상기 공정가스의 공급을 차단하는 제1차단밸브폐쇄단계(S210)와;
    상기 제1차단밸브(500)를 폐쇄하여 상기 공정가스가 차단된 상태에서, 상기 제1차단밸브(500)와 상기 공정챔버(10) 사이의 공급유로에 잔존하는 상기 공정가스를 외부로 배기하는 배기단계(S220)와;
    상기 유량제어밸브(200)와 상기 제2차단밸브(400)를 동시 또는 상기 유량제어밸브(200), 상기 제2차단밸브(400) 순으로 순차적으로 폐쇄하는 제2차단밸브폐쇄단계(S230)를 포함하는 것을 특징으로 하는 가스공급제어방법.
  11. 청구항 10에 있어서,
    상기 제2차단밸브폐쇄단계(S230)는,
    상기 유량제어밸브(200)와 상기 제2차단밸브(400) 사이의 유량을 측정하는 유량측정부의 측정값이 미리 설정된 값 이하일 때 수행되는 것을 특징으로 하는 가스공급제어방법.
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