KR20060123812A - 밸브 시스템 - Google Patents

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KR20060123812A
KR20060123812A KR1020050045389A KR20050045389A KR20060123812A KR 20060123812 A KR20060123812 A KR 20060123812A KR 1020050045389 A KR1020050045389 A KR 1020050045389A KR 20050045389 A KR20050045389 A KR 20050045389A KR 20060123812 A KR20060123812 A KR 20060123812A
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Abstract

공정 소스를 기체 상태로 유지하기 위하여 가열부를 포함하는 밸브 시스템에 대하여 개시되어 있다. 밸브 시스템은 공정 소스를 내부로 유입하기 위한 유입 포트와, 상기 유입된 공정 소스를 공정 챔버로 공급하기 위한 유출 포트와, 상기 유입된 공정 소스를 우회시키기 위한 우회 포트가 형성된 밸브 하우징과, 상기 밸브 하우징 내에 구비되어 상기 유입 포트와 상기 유출 포트 또는 우회 포트를 선택적으로 연결시키기 위한 연결부를 포함한다. 또한, 상기 연결부를 통과하는 공정 소스를 기체 상태로 유지시키기 위하여 상기 연결부를 가열하기 위한 가열부를 더 포함한다. 상기 우회 포트가 구비됨으로써 공정 챔버로 공정 소스를 공급하지 않는 동안 연결부 내에 잔류하는 공정 소스를 외부로 우회시킬 수 있어, 상기 잔류 공정 소스로 인한 문제점을 미연에 방지할 수 있다.

Description

밸브 시스템{Valve System}
도 1은 종래 기술에 따른 밸브 시스템을 설명하기 위한 개략적인 단면도이다.
도 2는 반도체 웨이퍼에 대하여 증착 공정을 수행하기 위한 유기 금속 화학 기상 증착 장치를 설명하기 위한 개략적인 단면도이다.
도 3은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 밸브 시스템을 설명하기 위한 개략적인 단면도이다.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *
100 : 유기 금속 화학 기상 증착 장치 102 : 공정 챔버
110 : 가스 제공부 112: 유체 저장부
114 : 제2유체 배관 116 : 질량 유량 제어기
120 : 기화기 122 : 제1유체 배관
124 : 제1가열부 130 : 밸브
132 : 밸브 하우징 134 : 유입 포트
136 : 유출 포트 138 : 우회 포트
140 : 연결부 142 : 밸브 본체
144 : 연결 통로 146 : 구동부
148 : 퍼지 가스 공급 배관 150 : 제2가열부
152 : 제3가열부 154 : 냉각부
W : 반도체 웨이퍼
본 발명은 밸브 시스템에 관한 것이다. 보다 상세하게는, 밸브를 통과하는 유체가 기체 상태를 유지하기 위하여 가열부를 포함하는 밸브 시스템에 관한 것이다.
일반적으로 반도체 장치는 기판 상에 막을 형성하고, 상기 막을 전기적 특성을 갖는 패턴으로 형성하는 공정을 반복적으로 수행함으로서 제조된다. 즉, 증착 공정, 포토리소그래피 공정, 식각 공정, 세정 및 건조 공정, 연마 공정 등의 일련의 단위 공정들을 막의 특성에 따라 반복적으로 수행함으로서 제조된다.
근래에는 반도체 장치의 집적도 및 처리 속도 등의 요구가 커짐에 따라 압력 및 온도 등 공정 분위기의 정밀한 제어가 상기 단위 공정들의 필수적인 요구 조건으로 대두되고 있다.
상기 단위 공정들은 일반적으로 다양한 공정 소스들을 사용하고, 통상적으로 상기 공정 소스들은 기체 상태로 공정에 사용된다. 그러나 상기 공정 소스는 고체, 액체 또는 기체 상태로 존재할 수 있으며, 상기 고체 또는 액체인 공정 소스를 공정에 사용하기 위해서는 상기 고체 또는 액체 상태의 공정 소스를 기체 상태의 공 정 소스로 상 변화시켜 사용한다.
일 예로 유기 금속 화학 기상 증착(Metal Organic Chemical Vapor Deposition : MOCVD) 공정을 살펴보면, 증착 공정이 수행되는 공정 챔버로 공정 소스를 공급하는데 있어서, 상기 공정 소스(유기 금속)는 실온 대기압에서 액체 상태이다. 상기 액체 상태의 공정 소스를 기화기에서 기화시켜 공정 챔버로 공급하며, 이때, 기화기 및 공정 챔버를 연결하는 유체 라인은 공정 소스의 기화점 이상의 온도를 유지된다.
따라서, 상기 유체 라인은 열선 및 보온재를 포함하는 히팅 자켓이 구비된다. 또한, 상기 유체 라인 중에 구비되어 상기 유체 라인을 개폐하기 위한 밸브에도 상기 히팅 자켓이 구비되는데, 상기 밸브는 상기 공정 소스의 유량을 조절하거나, 상기 유체 라인을 개폐하기 위하여 외부와의 접촉이 빈번하게 발생된다. 이로써 상기 밸브를 통과하는 공정 소스의 온도가 하강되거나 온도가 불균일해져 상기 공정 소스가 기체 상태를 지속적으로 유지하지 못하게 된다.
상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 일본 특허 제2004-270716호에 개시된 밸브는 상기 밸브 본체 내에 히터를 구비하였다.
도 1은 상기 밸브 본체 내에 히터를 구비한 밸브를 설명하기 위한 개략적인 단면도이다.
도 1을 참조하면, 상기 밸브(10)는, 내부에 유입로(14)와 유출로(16)가 형성된 밸브 본체(12)와, 상기 유입로(14)와 유출로(16) 각각의 일 측을 동시에 개폐하기 위한 다이어프램(diaphragm, 18)과, 상기 다이어프램(18)으로 구동력을 제공하 기 위한 액추에이터(actuator, 20)와, 상기 밸브 본체(12) 내에 구비되어 상기 유입로(14) 및 유출로(16)를 따라 흐르는 가스를 기 설정된 온도로 가열시키기 위한 히터(heater, 22)를 포함한다.
상기 히터(22)를 밸브 본체(12) 내에 구비하여 상기 유입로(14) 및 유출로(16)를 따라 흐르는 공정 가스의 온도를 기화점 보다 높은 온도에서 일정하게 유지할 수 있다.
한편, 상기와 같은 구성 요소를 갖는 밸브(10)의 개폐 방법을 설명하면, 상기 액추에이터(20)의 상승 구동을 통해 상기 다이어프램(18)이 상승 이동하여 상기 유입로(14) 및 유출로(16)의 일 측이 동시에 개방되고, 상기 공정 소스가 유입로(14)에서 유출로(16)로 흐르게 된다. 이와는 반대로 액추에이터(20)를 하강 구동시켜 상기 다이어프램(18)을 하강 이동하며 상기 유입로(14) 및 유출로(16)의 일 측이 동시에 폐쇄되어 상기 공정 소스의 흐름을 저지한다.
그러나, 상기 가스의 흐름을 저지하기 위하여 상기 다이어프램(18)이 상기 유입로(14) 및 유출로(16)의 일 측을 동시에 폐쇄하는 경우, 상기 다이어프램(18), 유입로(14) 및 유출로(16) 일 측 사이에 공정 소스가 잔류하게 되고, 상기 잔류하는 공정 소스에 의해 밸브(10)의 개폐 기능이 저하될 수 있으며, 심한 경우 개폐 기능을 상실할 수 있다.
상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은 밸브 본체 내부에 공정 소스가 잔류하는 것을 방지하기 위한 밸브 시스템을 제공하는데 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 측면에 따르면, 공정 챔버 및 유체 공급부 사이를 연결하는 유체 배관 중에 구비되고, 유체 공급부로부터 유체를 유입하기 위한 유입 포트와, 상기 유체를 공정 챔버로 공급하기 위한 유출 포트와, 상기 유입 포트로 유입된 유체를 우회시키기(bypass) 위한 우회 포트가 형성되어 있는 밸브 하우징(valve housing)과, 상기 밸브 하우징 내에 구비되며, 상기 유입 포트와 상기 유출 포트 또는 우회 포트를 선택적으로 연결시키기 위한 연결부를 포함한다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 유출 포트를 통과하는 유체의 온도를 기 설정된 온도로 유지시키기 위한 가열부를 더 포함할 수 있다.
상기와 같은 본 발명에 따르면, 밸브 시스템에 세 개의 포트(유입 포트와 유출 포트 및 우회 포트)가 형성되며, 밸브 시스템에 의한 유체 라인의 폐쇄 동작을 우회 포트를 통해 유체를 외부로 배출함으로써 수행한다. 이로 인하여 폐쇄 동작 시, 본체 내 유체가 잔류하지 않아 상기 잔류 유체로 기인하는 문제점을 미연에 방지할 수 있다.
또한, 밸브 시스템 내에 가열부가 구비되어 밸브 시스템을 통과하는 유체의 온도를 일정하게 유지할 수 있어 공정의 신뢰성을 향상시킬 수 있다.
이하, 본 발명에 따른 바람직한 실시예에 따른 밸브 시스템에 대해 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.
도 2는 반도체 웨이퍼에 대하여 증착 공정을 수행하기 위한 유기 금속 화학 기상 증착 장치를 설명하기 위한 개략적인 단면도이다.
도 2를 참조하면, 유기 금속 화학 기상 증착(Metal Organic Chemical Vapor Deposition : MOCVD)장치(100)는, 증착 공정을 수행하기 위한 공정 챔버(102)와, 상기 공정 챔버(102)로 공정 소스를 공급하기 위한 공정 소스 공급부(110)와, 상기 액체 상태의 공정 소스를 기화시키기 위한 기화기(vaporizer, 120)와, 상기 공정 챔버(102) 및 기화기(120)를 연결하기 위한 제1유체 배관(122)과, 상기 제1유체 배관(122) 중에 구비되어 상기 제1유체 배관(122)을 개폐하기 위한 밸브(130)를 포함한다.
공정 챔버(102) 내 하부에 반도체 웨이퍼(W)를 지지하기 위한 척(104)이 구비되고, 상기 척(104) 상에 지지된 반도체 웨이퍼(W)와 대응되도록 즉, 상기 공정 챔버(102) 내 상부에 샤워 헤드(106)가 구비된다. 상기 샤워 헤드(106)는 제1유체 배관(122)과 연통되어 상기 공정 챔버(102)로 공정 소스를 공급한다. 이때, 상기 공정 소스는 기체 상태이고, 상기 공정 소스를 이용하여 상기 반도체 웨이퍼(W) 상에 소정의 막을 형성한다.
공정 소스 공급부(110)는, 액체 상태의 공정 소스를 저장하기 위한 저장부(112)와, 상기 저장부(112)와 후술될 기화기(120)와 연결하기 위한 제2유체 배관(114)과, 상기 제2유체 배관(114) 중에 구비되어 상기 공정 소스의 유량을 제어하기 위한 질량 유량 제어기(Liquid Mass Flow Controller : LMFC, 116)를 포함한다.
기화기(120)는 액체 상태의 공정 소스를 기체 상태로 상 변화시킨다. 이는 상기 공정 소스 저장부(112)에 저장된 액체 상태의 공정 소스를 공정 챔버(102)로 공급하기 위하여 상기 액체 상태의 공정 소스를 기화시키기 위함이다.
상기 액체 상태의 공정 소스를 기화시키기는 방법으로는, 상기 액상 공정 소스를 기화점보다 높은 온도로 가열하여 기화시키는 방법과, 다 공정 메탈 플릿 또는 다층의 메탈 디스크를 사용하는 방법이 사용될 수 있다.
상기 기화기(120)를 통과한 공정 소스는 액체 상태에서 기체 상태로 상 변화되고, 상기 기체 상태로 상 변화된 공정 소스는 상기 증착 공정을 수행하기 위하여 상기 기체 상태를 지속적으로 유지해야된다.
따라서, 기화기(120)와 공정 챔버(102)를 연결하는 제1유체 배관(122)에는 상기 제1유체 배관(122)을 통과하는 공정 소스의 기 설정된 온도를 유지하기 위하여 제1가열부(124)가 구비된다. 상기 제1가열부(124)로는 열선과 보온재를 포함하는 히팅 자켓을 사용할 수 있으며, 상기 기 설정된 온도는 약 100℃이다.
또한, 상기 제1유체 배관(122) 중에는 상기 제1유체 배관(122)을 개폐하기 위하여 밸브(130)가 구비된다.
이하, 상기 제1유체 배관(122) 중에 구비된 밸브(130)에 대하여 설명하기로 한다.
도 3은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 밸브 시스템을 설명하기 위한 개략적인 단면도이다.
밸브 시스템(130)은 밸브 하우징(valve housing, 132)과, 상기 밸브 하우징(132) 내부에 구비되어 공정 소스를 기체 상태로 유지하기 위한 제2가열부(150)를 포함한다.
밸브 하우징(132)은 공정 소스를 유입하기 위한 유입 포트(134)와, 상기 유입된 공정 소스를 공정 챔버로 공급하기 위한 유출 포트(136)와, 상기 유입된 공정 소스를 외부로 우회시키기 위한 우회 포트(138)가 형성되어 있다. 또한, 상기 밸브 하우징 내에 상기 유입 포트(134)와 상기 유출 포트(136) 또는 우회 포트(138)를 선택적으로 연결시키기 위한 연결부(140)가 구비된다.
상기 유입 포트(134)는 상기 연결부(140)의 중심 축 방향으로 연장되어 있으며, 상기 유출 포트(136) 및 우회 포트(138)는 상기 연결부(140)를 중심으로 반경 방향으로 연장되어 있다. 일 예로, 도시된 바와 같이 상기 유입 포트(134)는 상기 밸브 하우징의 하부에 연장되어 형성되며, 상기 유출 포트(136)와 우회 포트(138)는 상기 밸브 하우징의 양 측벽에 대응된 상태로 연장되어 형성된다.
상기 연결부(140)는, 상기 하우징 내에서 회전 가능하도록 배치되면 상기 공정 소스를 통과시키기 위한 연결 통로(144)를 갖는 밸브 본체(142)와, 상기 연결 통로(144)가 상기 유입 포트(134)와 상기 유출 포트(136) 또는 상기 우회 포트(138)를 선택적으로 연결하도록 상기 밸브 본체(142)를 회전시키기 위한 구동부(146)를 포함한다.
상기 연결 통로(144)는, 일 측이 상기 유입 포트(134)와 연통되어 고정되어 있으며, 상기 연결 통로(144)의 타 측이 상기 유출 포트(136) 및 우회 포트(138)와 연통되도록 굴곡 형상을 갖는다. 또한, 상기 구동부(146)는 상기 연결 통로(144)의 굴곡 부분에 연결되어 있으며, 상기 구동부(146)로 회전축을 사용할 수 있다.
상기와 같은 구조를 갖는 밸브의 개폐 방법을 살펴보면, 상기 연결 통로 (144)의 타 측이 유출 포트(136)와 연통되는 경우, 상기 유입 포트(134)로 유입된 공정 소스가 연결 통로(144)를 통해 유출 포트(136)로 이동하며, 상기 공정 소스는 유출 포트(136)와 연통되어 있는 유체 배관을 통해 공정 챔버로 공급된다.
이와는 다르게, 상기 연결 통로(144)의 타 측이 우회 포트(138)와 연통되는 경우, 상기 유입 포트(134)로 유입된 공정 소스가 연결 통로(144)를 통해 우회 포트(138)로 이동하며, 상기 공정 소스는 우회 포트(138)와 연통되어 있는 우회 배관을 통해 우회되어 상기 공정 소스가 공정 챔버로 공급되는 것을 차단한다.
이와 같이 상기 연결 통로(144)가 구동부(146)에 의해 유출 포트(136) 또는 우회 포트(138)와 각각 선택적으로 연통됨으로써 상기 밸브 시스템의 개폐 기능을 수행할 수 있다. 이때, 상기 폐쇄 기능을 수행하는 동안, 즉, 상기 연결 통로(144)의 타 측이 우회 포트(138)와 연통되는 경우, 상기 연결 통로(144)에 잔류하는 공정 소스가 우회 포트(138)를 따라 우회 배관으로 배출되어 상기 잔류 공정 소스에 의해 발생되는 문제점을 미연에 방지할 수 있다.
상기 우회 포트(138)를 따라 우회되는 공정 소스를 보다 빠르게 배출하기 위하여 상기 우회 포트(138)에는 퍼지 가스 공급 배관(148)이 연결될 수 있다. 상기 퍼지 가스 공급 배관(148)으로 상기 공정 소스를 퍼지 하기 위하여 퍼지 가스가 공급되고, 상기 공정 소스는 퍼지 가스와 함께 밸브 시스템으로부터 배출된다.
제2가열부(150)는 상기 유출 포트(136)를 통과하는 공정 소스의 온도를 기 설정된 온도로 유지하기 위하여 유출 포트(136)에 근접하게 구비된다. 상기 기 설정된 온도는 약 100 내지 200℃이며, 상기 제2가열부(150)로는 카트리지 히터 (cartridge heater)가 사용될 수 있으며, 본 실시예에서는 두 개의 카트리지 히트를 구비한다.
또한, 상기 우회 포트(138)를 통과하는 공정 소스의 온도를 상기 기 설정된 온도로 유지하기 위하여 우회 포트(138)에 근접하게 제3가열부(152)가 더 구비될 수 있다. 상기 제3가열부(152)도 상기 제2가열부(150)와 동일한 카트리지 히터를 사용할 수 있다.
이때, 상기 제2 및 제3가열부(150, 152)에 의해 상기 밸브 본체(142)를 구동하기 위한 구동부(146)가 과열되는 경우가 발생된다. 특히, 상기 회전축의 회전을 보다 용이하게 하기 위하여 소량의 오일이 첨가하는데, 상기 오일에 의해 구동부(146) 과열이 가중된다. 따라서, 상기와 같이 구동부(146)가 과열되는 것을 방지하기 위하여 상기 구동부(146)의 일 측에 냉각부(154)가 더 구비될 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 밸브 시스템에 유입 포트, 유출 포트 및 우회 포트가 형성되어 상기 밸브 시스템을 폐쇄하는 경우, 연결 통로를 우회 포트와 연통시켜 유입된 공정 소스를 우회 배관으로 배출함으로써 상기 밸브 시스템 내에 잔류하는 공정 소스를 제거할 수 있다.
또한, 밸브 시스템 내부에 가열부가 구비되어 상기 밸브 시스템을 통과하는 공정 소스의 온도를 기 설정된 온도로 유지할 수 있어 공정을 수행하기에 적절한 기체 상태를 유지할 수 있다.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

Claims (6)

  1. 공정 챔버 및 유체 공급부 사이를 연결하는 유체 배관 중에 구비되고, 유체 공급부로부터 유체를 유입하기 위한 유입 포트와, 상기 유체를 공정 챔버로 공급하기 위한 유출 포트와, 상기 유입 포트로 유입된 유체를 우회시키기(bypass) 위한 우회 포트가 형성되어 있는 밸브 하우징(valve housing); 및
    상기 밸브 하우징 내에 구비되며, 상기 유입 포트와 상기 유출 포트 또는 우회 포트를 선택적으로 연결시키기 위한 연결부를 포함하는 밸브 시스템.
  2. 제1항에 있어서, 상기 유출 포트를 통과하는 유체의 온도를 기 설정된 온도로 유지시키기 위한 가열부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 밸브 시스템.
  3. 제1항에 있어서, 상기 유출 포트와 상기 우회 포트는 상기 연결부를 중심으로 반경 방향으로 연장하며, 상기 유입 포트는 상기 연결부의 중심축 방향으로 연장하는 것을 특징으로 하는 밸브 시스템
  4. 제3항에 있어서, 상기 연결부는, 상기 밸브 하우징 내에서 회전 가능하도록 배치되며 상기 유체를 통과시키기 위한 연결 통로를 갖는 밸브 본체와, 상기 연결 통로가 상기 유입 포트와 상기 유출 포트 또는 상기 우회 포트를 선택적으로 연결하도록 상기 밸브 본체를 회전시키기 위한 구동부를 포함하는 것을 특징으로 하는 밸브 시스템.
  5. 제4항에 있어서, 상기 구동부의 일 측에 구비되어, 상기 구동부의 과열을 방지하기 위한 냉각부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 밸브 시스템.
  6. 제1항에 있어서, 상기 우회 포트는 우회 배관과 연통되어 있으며, 상기 우회포트에는 상기 우회 배관 내의 유체를 퍼지하기 위한 퍼지 가스를 제공하기 위하여 퍼지 가스 공급 배관과 연결되는 것을 특징으로 하는 밸브 시스템.
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