KR20150055881A - 원료 공급 장치 - Google Patents

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KR20150055881A
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노태섭
박용균
서태욱
안치원
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주식회사 원익아이피에스
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    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
    • C23C16/44—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating
    • C23C16/448—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating characterised by the method used for generating reactive gas streams, e.g. by evaporation or sublimation of precursor materials

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Abstract

본 발명은 원료 공급 장치에 관한 것으로서, 액체 원료를 기화하여 기상 상태의 원료 가스로 변환하여 공정 챔버로 공급하는 원료 공급 장치이다. 본 발명은 액체 원료를 기화시켜 기화 원료로 배출하는 기화기; 상기 기화기로 유입되는 액체 원료의 유입량을 조절하는 입력단 유량 조절 밸브; 상기 기화기에서 배출되는 기화 원료의 배출량을 조절하는 출력단 유량 조절 밸브; 상기 기화기와 출력단 유량 조절 밸브 사이의 제1압력값을 측정하는 제1압력 센서; 상기 출력단 유량 조절 밸브와 공정 챔버 사이의 제2압력값을 측정하는 제2압력 센서; 및 상기 제1압력 센서로부터 측정된 제1압력값에 따라서 상기 기화기로 유입되는 액체 원료가 설정된 입력단 기준 유량 범위 내의 유량을 가지도록 상기 입력단 유량 조절 밸브를 제어하며, 상기 제2압력 센서의 제2압력값에 따라서 상기 기화기에서 배출되는 기화 원료가 설정된 출력단 기준 유량 범위 내의 유량을 가지도록 상기 출력단 유량 조절 밸브를 제어하는 제어부;를 포함한다.

Description

원료 공급 장치{Apparatus for supplying material source}
본 발명은 원료 공급 장치에 관한 것으로서, 액체 원료를 기화하여 기상 상태의 원료 가스로 변환하여 공정 챔버로 공급하는 원료 공급 장치이다.
최근 들어 반도체 소자의 선폭이 미세화(100nm 이하)되고, 반도체 기판의 대형화 및 박막 적층의 미세화 및 다층화에 따라 균일한 복합막의 도포와 높은 스텝커버리지(step coverage) 특성이 요구되고 있다. 특히, 반도체 장치의 집적도가 증가하여 패턴의 디자인 룰이 작아짐에 따라서 소자의 미세 패턴 간의 전기적 절연을 위한 복합막 증착 기술이 중요시되고 있다. 예를 들어, 나노스케일 모스펫(Nanoscale MOSFET)을 제작하기 위해서 매우 작은 선폭을 갖는 라인 패턴 등을 가져야 하는데, 이러한 라인 패턴들을 구현하기 위해서 하드 마스크 등을 식각마스크로 이용한 식각공정으로 구현한다. 이와 같은 하드 마스크는 기판 위에 질화막, TEOS(TetraEthOxySilane) 산화막이 반복 적층된, 즉, 이종박막이 교대 적층된 복합막이 사용될 수 있다.
일반적으로 PECVD(Plasma enhanced chemical vapor deposition)는 이종의 박막을 증착하기 위해서 기체 및 액상의 원료를 이용한 플라즈마를 각각 형성해야 하며, 이러한 플라즈마를 형성하기 위해서는 반응기에 저압 처리 기체를 주입한 후 전기장을 생성하도록 전기 에너지를 인가해주어야 한다. 또한 반응기 내부에 안정적 플라즈마를 형성하기 위해서 기체 또는 액상 원료부터 기화된 가스를 안정화시킨 후 챔버 내에 공급하여야 한다.
기판 처리 장치는 기판의 처리가 이루어지는 챔버와, 챔버 내부에 기판 처리를 위한 공정가스를 공급하는 유체공급수단을 포함한다. 여기에서 유체공급수단은 소스가스의 원료를 액체 상태로 저장하는 원료저장부와, 액상의 원료를 기화시키는 기화 공간을 가지는 기화실과, 각 구성요소들을 연결하는 도관 및 유체의 흐름을 조절하는 복수 개의 밸브들을 포함한다. 기화실의 기화 공간에는 반응가스나 캐리어 가스 등이 기화되어 기화 원료로서 배출된다. 밸브는 기화기 내로 액체 원료를 유입시키는 것을 개방 또는 차단시키는 입력단 밸브인 개폐 밸브, 기화기에서 배출되는 기화 원료의 양을 일정하게 유지시키는 배출단 밸브인 유량 조절 밸브(피에조 밸브) 등을 포함한다.
입력단 밸브인 개폐 밸브가 개방된 경우, 기화실 내부로 액체 원료가 일시에 유입되어 기화실 내부의 압력 변동이 크게 발생한다. 이러한 압력 변동은 압력 제어를 기반으로 유량을 조절하는 기화 장치에서 도 1에 도시한 바와 같이 압력값이 갑자기 높아지는 현상(이하, '유량 헌팅'이라 함)이 발생되는 문제가 있다.
한국공개특허 10-2011-0142477
본 발명의 기술적 과제는 기화기 내부의 압력을 일정하게 유지하여 안정적인 원료를 공급하는데 있다. 또한 본 발명의 기술적 과제는 기화기 내부로 공급되는 유량을 정밀하게 제어하는데 있다. 또한 본 발명의 기술적 과제는 순간적인 원료 공급으로 인해 유량압이 순간적으로 높아지는 현상을 방지하는데 있다.
본 발명의 실시 형태에 따른 원료 공급 장치는, 액체 원료를 기화시켜 기화 원료로 배출하는 기화기; 상기 기화기로 유입되는 액체 원료의 유입량을 조절하는 입력단 유량 조절 밸브; 상기 기화기에서 배출되는 기화 원료의 배출량을 조절하는 출력단 유량 조절 밸브; 상기 기화기와 출력단 유량 조절 밸브 사이의 제1압력값을 측정하는 제1압력 센서; 상기 출력단 유량 조절 밸브와 공정 챔버 사이의 제2압력값을 측정하는 제2압력 센서; 및 상기 제1압력 센서로부터 측정된 제1압력값에 따라서 상기 기화기로 유입되는 액체 원료가 설정된 입력단 기준 유량 범위 내의 유량을 가지도록 상기 입력단 유량 조절 밸브를 제어하며, 상기 제2압력 센서의 제2압력값에 따라서 상기 기화기에서 배출되는 기화 원료가 설정된 출력단 기준 유량 범위 내의 유량을 가지도록 상기 출력단 유량 조절 밸브를 제어하는 제어부;를 포함한다.
상기 원료 공급 장치는 액체 원료를 예열시켜 상기 기화기에 공급하는 프리 히팅부;를 더 포함하며, 상기 입력단 유량 조절 밸브가 프리 히팅부와 기화기 사이에 위치하여 프리 히팅부에서 배출되는 액체 원료의 유입량을 조절한다.
상기 원료 공급 장치는, 액체 원료 저장부에서 공급되는 액체 원료를 상기 프리 히팅부로 공급하도록 개방하거나 또는 공급되지 않도록 차단하는 입력단 유량 개폐 밸브; 및 상기 출력단 유량 조절 밸브에서 조절되는 기화 원료를 공정 챔버로 공급하도록 개방하거나 또는 공급되지 않도록 차단하는 출력단 유량 개폐 밸브;를 더 포함한다.
상기 제어부는, 상기 제1압력 센서의 제1압력값이 미리 설정한 입력단 기준 압력 범위에 포함되도록, 상기 입력단 유량 조절 밸브의 개도를 조절하는 것을 특징으로 한다.
상기 제어부는, 상기 제2압력 센서의 제2압력값이 미리 설정한 출력단 기준 압력 범위에 포함되도록, 상기 출력단 유량 조절 밸브의 개도를 조절하는 것을 특징으로 한다.
또한 본 발명의 실시 형태에 따른 원료 공급 방법은, 기화기, 상기 기화기로 유입되는 액체 원료의 유입량을 조절하는 입력단 유량 조절 밸브, 상기 기화기와 입력단 유량 조절 밸브 사이에 위치하여 액체 원료 저장부로부터의 액체 원료의 유입을 개방 또는 차단하는 입력단 유량 개폐 밸브, 상기 기화기에서 배출되는 기화 원료의 배출량을 조절하는 출력단 유량 조절 밸브, 상기 출력단 유량 조절 밸브에서 조절되는 기화 원료를 공정 챔버로 개방 또는 차단하는 출력단 유량 개폐 밸브, 상기 기화기와 출력단 유량 조절 밸브 사이의 제1압력값을 측정하는 제1압력 센서, 상기 출력단 유량 조절 밸브와 공정 챔버 사이의 제2압력값을 측정하는 제2압력 센서, 상기 입력단 유량 조절 밸브와 출력단 유량 조절 밸브를 제어하는 제어부를 포함하는 원료 공급 장치의 원료 공급 방법에 있어서, 상기 입력단 유량 개폐 밸브를 개방하여 기화기의 내부로 액체 원료를 공급하는 과정; 상기 기화기의 출력단과 상기 출력단 유량 조절 밸브 사이의 제1압력값을 측정하는 과정; 상기 출력단 유량 조절 밸브와 상기 출력단 유량 개폐 밸브 사이의 제2압력값을 측정하는 과정; 및 상기 기화기로 유입되는 액체 원료의 유량을 조절하도록 상기 입력단 유량 개폐 밸브와 상기 기화기 사이에 위치하는 입력단 유량 조절 밸브를 구비하여 상기 제1압력값에 따라서 상기 입력단 유량 조절 밸브를 제어하며, 상기 제2압력값에 따라서 상기 출력단 유량 개폐 밸브로 공급되는 기화 원료의 유량을 조절하도록 상기 출력단 유량 조절 밸브를 제어하는 유량 제어 과정;을 포함한다.
상기 유량 제어 과정은, 상기 제1압력값이 미리 설정한 입력단 기준 압력 범위에 포함되도록 상기 입력단 유량 조절 밸브의 개도를 조절한다.
상기 유량 제어 과정은, 상기 제2압력값이 미리 설정한 출력단 기준 압력 범위에 포함되도록 상기 출력단 유량 조절 밸브의 개도를 조절한다.
본 발명의 실시 형태에 따르면 기화기 내부의 압력을 일정하게 유지함으로써, 기판 처리에 있어서 안정적으로 원료를 공급할 수 있다. 또한 본 발명의 실시 형태에 따르면 기화기의 입력단에 유량 조절 밸브를 적용함으로써, 기화기 내부로 공급되는 유량을 정밀하게 제어할 수 있다. 따라서 유량을 일정하게 정밀 제어할 수 있게 되어, 유량압이 순간적으로 높아지는 현상을 방지할 수 있다.
도 1은 기화챔버 내부의 유량압이 갑자기 높아지는 현상을 도시한 그래프이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 원료 공급 장치를 도시한 블록도이다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따라 프리 히팅부가 구비된 원료 공급 장치의 블록도이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따라 시간 흐름에 따라 기화챔버 내부로 유입되는 액체 원료의 유량 및 압력을 나타낸 그래프이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따라 기판 처리 장치에서의 원료 공급 과정을 도시한 플로차트이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예를 더욱 상세히 설명하기로 한다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시 예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시 예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다. 도면상에서 동일 부호는 동일한 요소를 지칭한다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 원료 공급 장치를 도시한 블록도이며, 도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따라 프리 히팅부가 구비된 원료 공급 장치의 블록도이며, 도 4는 본 발명의 실시예에 따라 시간 흐름에 따라 기화챔버 내부로 유입되는 액체 원료의 유량 및 압력을 나타낸 그래프이다.
기화기(10)는 액체 원료를 기화시켜 기화 원료로 변환시켜 배출한다. 기화기(10)는 기화 공간을 가지는 기화챔버(100)를 구비하여, 기화챔버(100)의 입력단을 통하여 액체 원료를 내부의 기화 공간으로 유입시킨 후, 기화 공간 내의 액체 원료를 기화시켜 기화챔버(100)의 출력단을 통하여 배출한다. 기화챔버(100)는 열전도와 내식성이 좋은 스테인레스 재질 등으로 구현되어, 내부 공간인 기화 공간에서 열적 기화가 일어나도록 한다. 기화챔버(100)는 내부의 기화 공간과 연결된 입력단을 구비하여 액체 원료가 입력단을 통하여 기화 공간으로 유입될 수 있도록 하며, 또한 내부의 기화 공간과 연결된 출력단을 구비하여 기화된 기화 원료가 출력단을 통하여 외부로 배출될 수 있도록 한다.
히팅 블럭(500)은 액체 원료를 기화시키는 기화챔버(100)를 가열한다. 히팅 블럭은 기화기(10) 내의 기화챔버(100)의 외주면을 감싸 기화챔버(100)의 온도를 상승시킨다. 히팅 블럭(500)은 기화챔버(100)의 외주면에 여러 겹으로 감겨지는 히팅 코일(heating coil)이나 기화챔버(100)의 외주면을 감싸는 히팅 자켓(heating jacket) 등으로 구성될 수 있다. 히팅 블럭(500)의 일측으로는 히팅 블럭에 전원을 공급하는 전원선이 연결된다.
액체 원료 저장부(70)는 액체 상태의 소스 물질을 저장하며, 입력단 유량 조절 밸브(40)로 액체 원료 물질을 이송한다. 액체 상태(액상)의 소스 물질로 된 액체 원료는 상온 등의 온도에서 액상으로 존재하는 액체 유기 화합물로서 TEOS, Ta2O(C2H5)5, 유기 실란 전구체 등이 해당될 수 있다.
입력단 유량 개폐 밸브(45)는 액체 원료 저장부(70)에서 공급되는 액체 원료를 기화기(10)의 기화챔버(100)의 입력단으로 공급하도록 개방하거나 또는 기화기로 공급되지 않도록 차단하는 기능을 수행한다. 입력단 유량 개폐 밸브(45)가 개방되는 경우 액체 원료 저장부(70)에서 공급되는 액체 원료가 기화기(10)의 기화챔버(100)의 입력단으로 공급되며, 반대로, 입력단 유량 개폐 밸브(45)가 차단되는 경우 액체 원료 저장부(70)에서 공급되는 액체 원료가 기화기(10)의 기화챔버(100)의 입력단으로 공급되지 않고 차단될 수 있다.
출력단 유량 개폐 밸브(60)는 출력단 유량 조절 밸브(50)에 의해 조절되어 배출되는 기화 원료를 개방 또는 차단하는 밸브로서, 공정 챔버의 공정에 따라서 기화 원료의 공급을 유지 또는 차단하는 밸브이다. 출력단 유량 개폐 밸브(60)가 개방되는 경우 기화기(10)의 기화챔버(100)으로부터 배출되는 기화 원료가 공정 챔버(80) 측으로 전달되며, 반대로 출력단 유량 개폐 밸브(60)가 차단되는 경우 기화기(10)의 기화챔버(100)으로부터 배출되는 기화 원료가 공정 챔버(80) 측으로 전달되지 않고 차단될 수 있다. 이러한 입력단 유량 개폐 밸브(45)와 출력단 유량 개폐 밸브(60)는 전자 코일의 전자력을 사용해 자동적으로 밸브를 개폐시키는 솔레노이드 밸브 등으로 구현될 수 있다. 솔레노이드 밸브(solenoed valve)는 스프링 코일에 전기가 통하면 플런저가 올라가 개방되고, 전기가 차단되면 플런저 무게에 의하여 자동적으로 닫히는 밸브로서, 입력단 유량 개폐 밸브(45)와 출력단 유량 개폐 밸브(60) 각각은 솔레노이드 밸브와 같이 개방 및 차단 구동이 가능한 다양한 개폐 밸브로 구현될 수 있다.
입력단 유량 조절 밸브(40)는 기화챔버(100)에 공급되는 액체 원료가 일정한 압력을 유지하도록, 액체 원료 저장부(70)로부터 기화기(10)로 공급되는 액체 원료의 유입량을 일정하게 조절한다. 따라서 입력단 유량 조절 밸브(40)를 조절하여, 액체 원료 저장부(70)로부터 공급되는 액체 원료의 유량이 일정하게 기화기(10) 내부로 공급되도록 할 수 있다.
출력단 유량 조절 밸브(50)는 기화기(10)의 기화챔버(100)로부터 배출되는 기화 원료가 일정한 압력을 유지하도록, 기화기(10)의 기화챔버(100)로부터 배출되는 기화 원료의 배출량을 일정하게 조절한다. 참고로 공정 챔버(80)는 화학기상증착법(chemical vapor deposition: CVD), 플라즈마화학기상증착법(plasma enhanced chemical vapor deposition: CVD), 원자층증착법(atomic layer deposition: ALD) 등의 다양한 증착 방식을 통하여 기판 처리를 수행하는 챔버이다. 공정 챔버(80)로 공급되는 원료 가스는 가스 형태의 원료 물질이 공급될 수 있으며, 본 발명의 실시예와 같이 액체 원료가 기화기(10)에서 기화되어 기화 원료로서 공급될 수 있다.
입력단 유량 조절 밸브(40)와 출력단 유량 조절 밸브(50)는 피에조 밸브 등으로 각각 구현되어, 제1제어부(90)의 제어에 의하여 액체 원료의 유입량이 미리 설정한 입력단 기준 유량 범위 내의 유량을 가지도록 입력단 유량 조절 밸브(40)에 대한 제어가 이루어지며, 마찬가지로, 기화챔버(100)에서 배출되는 기화 원료의 배출량이 미리 설정한 출력단 기준 유량 범위 내의 유량을 가지도록 출력단 유량 조절 밸브(50)에 대한 제어가 이루어진다. 참고로 피에조 밸브(peizo valve)는 응답성이 빠른 피에조 소자를 이용하여 전극 제어로서 개폐가 이루어지는 밸브로서, 솔레노이드 밸브보다 정밀한 제어가 가능한 밸브이다.
제1압력 센서(20)는 기화기(10)의 기화 챔버(100)의 출력단과 출력단 유량 조절 밸브(50) 사이에 위치하여, 기화기(10)와 출력단 유량 조절 밸브(50) 사이의 압력값(이하, '제1압력값'이라 함)을 측정한다. 제1압력 센서(20)에서 감지된 제1압력값은 제1제어부(90)로 제공되어 입력단 유량 조절 밸브(40)에 대한 유량 제어에 활용된다.
제2압력 센서(30)는 출력단 유량 조절 밸브(50)와 공정 챔버(80) 사이에 위치하여, 출력단 유량 조절 밸브(50)과 공정 챔버(80) 사이의 압력값(이하, '제2압력값'이라 함)을 측정한다. 제2압력 센서(30)에서 감지되는 제2압력값은 제1제어부(90)로 제공되어 출력단 유량 조절 밸브(50)의 유량 제어에 활용된다.
한편, 도 3에 도시한 바와 같이 프리 히팅부(600)가 추가적으로 더 구비될 수 있다. 프리 히팅부(600)는 기화기(10)로 액체 원료가 공급되기 전에 미리 액체 원료를 예열시키는 기능을 한다. 액체 원료의 기온을 상승시키고 나서 기화기에 유입시킴으로써, 기화 효율을 높이기 위함이다. 이러한 프리 히팅부(600)가 마련되는 경우, 입력단 유량 조절 밸브(40)는 프리 히팅부(600)와 기화기(10)의 기화챔버(100) 사이에 위치하여 프리 히팅부(600)에서 배출되는 액체 원료의 유입량을 조절한다. 또한 입력단 유량 개폐 밸브(45)는 프리 히팅부(600)의 전단에 마련되어, 액체 원료 저장부(70)에서 공급되는 액체 원료가 프리 히팅부(600)로 유입되도록 개방되거나 유입되지 않도록 차단된다.
제1제어부(90)는 기화 원료 공급을 제어하는 컨트롤러로서, 제1압력 센서(20)에서 측정되는 제1압력값에 따라서 기화기(10)의 기화챔버(100)로 유입되는 액체 원료가 미리 설정된 입력단 기준 유량 범위 내의 유량을 가지도록 입력단 유량 조절 밸브(40)를 제어하며, 또한 제2압력 센서(20)에서 측정된 제2압력값에 따라서 기화기(10)의 기화챔버(100)에서 배출되는 기화 원료가 미리 설정된 출력단 기준 유량 범위 내의 유량을 가지도록 출력단 유량 조절 밸브(50)를 제어한다.
제2제어부(95)는 기판 처리 장치를 전체적으로 제어하는 컨트롤로서, 입력단 유량 개폐 밸브(45)와 출력단 유량 개폐 밸브(60)를 각각 개방/차단 제어한다. 기판 처리 공정에 따라서 입력단 유량 개폐 밸브(45)를 개방시키거나 차단하여 액체 원료를 기화기(10)로 유입시키거나 차단한다. 또한 기판 처리 공정에 따라서 출력단 유량 개폐 밸브(60)를 개방시키거나 차단하여 기화된 원료를 공정챔버(80) 방향으로 유입시키거나 차단한다.
이러한 제1제어부(90)와 제2제어부(95)는 데이터 통신망을 통하여 각각의 제어정보를 공유할 수 있다. 이러한 제1제어부(90)와 제2제어부(95)는 도 2 및 도 3에서 각각 별개로 도시하였지만, 제2제어부(95)를 구비하지 않고 제2제어부(95)의 기능을 제1제어부(90)에서 구현하도록 구현할 수 있다.
이하에서는 제1제어부(90) 및 제2제어부(95)에 의한 유량 제어 모습을 설명한다.
제2제어부(95)에 의하여 원료를 공급하기 위하여 입력단 유량 개폐 밸브(45)와 출력단 유량 개폐 밸브(60)가 모두 개방되고 나면, 액체 원료 저장부(70)로부터 액체 원료가 기화챔버(100)로 유입되어 기화챔버(100) 내에서 기화된 기화 원료가 공정 챔버(80)로 흘러가게 된다. 이때, 제1제어부(90)는, 기화챔버(100)로 유입되는 액체 원료의 양을 기준 범위 내의 일정한 유량을 가지도록 하기 위하여 제1압력 센서(20)에서 측정되는 제1압력값을 참조하여 입력단 유량 조절 밸브(40)를 제어하며, 공정챔버(80)로 향하는 기화 원료의 양을 기준 범위 내의 일정한 유량을 가지도록 제2압력 센서(20)에서 측정되는 제2압력값을 참조하여 출력단 유량 조절 밸브(50)를 제어한다. 따라서 본 발명의 실시예를 따르면 기화챔버(100) 내부로 공급되는 유량을 정밀하게 제어하여 공급 유량을 일정하게 할 수 있게 되어, 유량압이 순간적으로 높아지는 헌팅 현상을 방지할 수 있다.
먼저 입력단 유량 조절 밸브(40)를 제어하는 방식을 설명한다.
입력단 유량 개폐 밸브(45)와 출력단 유량 개폐 밸브(60)를 모두 개방이 이루어지고 난 후, 제1압력 센서(20)의 제1압력값이 미리 설정한 입력단 기준 압력 범위에 포함되도록(즉, 입력단 기준 압력 범위 내를 유지하도록), 입력단 유량 조절 밸브(45)의 개도를 조절한다. 여기서 개도를 조절한다는 것은 유량을 일정하게 조절하는 것을 말한다. 예를 들어, 제1압력값이 입력단 기준 압력 범위보다 낮은 경우 입력단 유량 조절 밸브(40)의 개도를 열고, 반대로 제2압력값이 입력단 기준 압력 범위보다 높은 경우 입력단 유량 조절 밸브(40)의 개도를 닫음으로써 유량을 일정하게 조절할 수 있다. 따라서 입력단 유량 조절 밸브(40)는 제1압력 센서(20)의 제1압력값에 따라서 짧은 순간에 개도가 조절되는데, 이는 입력단 유량 조절 밸브(40)가 피에조 밸브로 구현되어 미세한 정밀 제어가 가능하기 때문이다.
상기와 같이 제1제어부(90)가 입력단 유량 조절 밸브(40)를 제어하여 기화챔버(100)로 공급되는 액체 원료를 일정하게 유지함으로써, 도 4에 도시한 바와 같이 기화챔버에서 배출되는 기화 원료가 유량 1200[m3/s], 유량압력 200[KPa]에서 기준 범위 내로 일정하게 유지될 수 있다.
한편, 출력단 유량 조절 밸브(50)를 제어하는 방식을 설명한다. 제2제어부(95)에 의해 입력단 유량 개폐 밸브(45)와 출력단 유량 개폐 밸브(60)가 모두 개방된 후, 제1제어부(90)는 제2압력 센서(30)의 제2압력값이 미리 설정한 출력단 기준 압력 범위에 포함되도록(즉, 출력단 기준 압력 범위에 포함되도록), 상기 출력단 유량 조절 밸브(50)의 개도를 조절한다. 예를 들어, 제2압력값이 출력단 기준 압력 범위보다 낮은 경우 입력단 유량 조절 밸브(50)의 개도를 열고, 반대로 제2압력값이 출력단 기준 압력 범위보다 높은 경우 출력단 유량 조절 밸브(50)의 개도를 닫음으로써 유량을 일정하게 조절할 수 있다. 따라서 출력단 유량 조절 밸브(50)는 제2압력 센서(90)의 제압력값에 따라서 짧은 순간에 개도가 조절되는데, 이는 출력단 유량 조절 밸브(50)가 피에조 밸브로 구현되어 미세한 정밀 제어가 가능하기 때문이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따라 기판 처리 장치에서의 원료 공급 과정을 도시한 플로차트이다.
참고로, 도 5는 기화기, 상기 기화기로 유입되는 액체 원료의 유입량을 조절하는 입력단 유량 조절 밸브, 상기 기화기와 입력단 유량 조절 밸브 사이에 위치하여 액체 원료 저장부로부터의 액체 원료의 유입을 개방 또는 차단하는 입력단 유량 개폐 밸브, 상기 기화기에서 배출되는 기화 원료의 배출량을 조절하는 출력단 유량 조절 밸브, 상기 출력단 유량 조절 밸브에서 조절되는 기화 원료를 공정 챔버로 개방 또는 차단하는 출력단 유량 개폐 밸브, 상기 기화기와 출력단 유량 조절 밸브 사이의 제1압력값을 측정하는 제1압력 센서, 상기 출력단 유량 조절 밸브와 공정 챔버 사이의 제2압력값을 측정하는 제2압력 센서, 상기 입력단 유량 조절 밸브와 출력단 유량 조절 밸브를 제어하는 제어부를 포함하는 원료 공급 장치를 이용하여 원료를 공급하는 방법을 도시한 플로차트이다.
우선, 기화기(10)의 기화챔버(100)의 입력단의 전단에 위치하는 입력단 유량 개폐 밸브(45)를 개방하여 기화기(10)의 기화챔버(100)의 내부로 액체 원료가 공급되도록 한다(S51). 경우에 따라서, 기화기(10)의 기화챔버(100)와 공정챔버(80)의 사이에 위치하여 공정 챔버(80)로 기화 원료의 유입을 공급 또는 차단하는 출력단 유량 개폐 밸브(60)를 개방하여 기화 원료가 공정챔버(80)측으로 배출되도록 할 수 있다.
이와 같이 입력단 유량 개폐 밸브(45) 개방되고 나면, 액체 원료 저장부(70)로부터 액체 원료가 기화챔버(100)로 유입되어 기화챔버(100) 내에서 기화된 기화 원료가 공정 챔버(80)로 흘러가게 된다.
그 후, 기화기(10)의 출력단과 기화기(10)에서 배출되는 기화원료의 배출량을 조절하는 출력단 유량 조절 밸브(50) 사이의 압력값인 제1압력값을 측정하는 과정을 가진다(S52). 마찬가지로, 상기 출력단 유량 조절 밸브(50)와 출력단 유량 개폐 밸브(60) 사이의 압력값이 제2압력값을 측정하는 과정을 가진다(S53).
기화기로 유입되는 액체 원료의 유량을 조절하도록 입력단 유량 개폐 밸브(45)와 기화기(10) 사이에 위치하는 입력단 유량 조절 밸브(40)를 구비하여, 제1압력값에 따라서 입력단 유량 조절 밸브(40)를 제어하며, 제2압력값에 따라서 상기 출력단 유량 개폐 밸브(60)로 공급되는 기화 원료의 유량을 조절하도록 출력단 유량 조절 밸브(50)를 제어하는 유량 제어 과정을 가진다(S54).
즉, 기화기(10)의 기화챔버(100)의 입력단으로 유입되는 액체 원료가 미리 설정한 입력단 기준 유량 범위 내의 유량을 가지도록, 입력단 유량 개폐 밸브(450)와 기화기(10)의 기화챔버(100)의 입력단 사이에 위치하는 입력단 유량 조절 밸브(40)를 제어한다. 이를 위하여, 제1압력 센서(20)에서 측정하는 제1압력값이 미리 설정한 입력단 기준 압력 범위에 포함되도록 입력단 유량 조절 밸브(40)의 개도를 조절한다. 마찬가지로, 입력단 유량 개폐 밸브(45)와 출력단 유량 개폐 밸브(60)를 모두 개방한 후, 제2압력 센서(30)에서 측정하는 제2압력값이 미리 설정한 출력단 기준 압력 범위에 포함되도록 출력단 유량 조절 배브(50)의 개도를 조절한다.
따라서 기화챔버(100) 내부로 공급되는 유량을 정밀하게 제어하여 공급 유량을 일정하게 할 수 있게 되어, 유량압이 순간적으로 높아지는 헌팅 현상을 방지할 수 있다.
기판 처리가 모두 완료되어 원료 물질이 필요없는 경우에는 입력단 유량 개폐 밸브(45)와 출력단 유량 개폐 밸브(60)를 차단하여, 기화가 이루어지지 않도록 한다.
본 발명을 첨부 도면과 전술된 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였으나, 본 발명은 그에 한정되지 않으며, 후술되는 특허청구범위에 의해 한정된다. 따라서, 본 기술분야의 통상의 지식을 가진 자라면 후술되는 특허청구범위의 기술적 사상에서 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 변형 및 수정할 수 있다.
10:기화기 20:제1압력 센서
30:제2압력 센서 40:입력단 유량 조절 밸브
45:입력단 유량 개폐 밸브 50:출력단 유량 조절 밸브
60:출력단 유량 개폐 밸브 70:액체 원료 저장부
80:공정챔버 90:제1제어부
95:제2제어부 100:기화챔버

Claims (8)

  1. 액체 원료를 기화시켜 기화 원료로 배출하는 기화기;
    상기 기화기로 유입되는 액체 원료의 유입량을 조절하는 입력단 유량 조절 밸브;
    상기 기화기에서 배출되는 기화 원료의 배출량을 조절하는 출력단 유량 조절 밸브;
    상기 기화기와 출력단 유량 조절 밸브 사이의 제1압력값을 측정하는 제1압력 센서;
    상기 출력단 유량 조절 밸브와 공정 챔버 사이의 제2압력값을 측정하는 제2압력 센서; 및
    상기 제1압력 센서로부터 측정된 제1압력값에 따라서 상기 기화기로 유입되는 액체 원료가 설정된 입력단 기준 유량 범위 내의 유량을 가지도록 상기 입력단 유량 조절 밸브를 제어하며, 상기 제2압력 센서의 제2압력값에 따라서 상기 기화기에서 배출되는 기화 원료가 설정된 출력단 기준 유량 범위 내의 유량을 가지도록 상기 출력단 유량 조절 밸브를 제어하는 제어부;
    를 포함하는 원료 공급 장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    액체 원료를 예열시켜 상기 기화기에 공급하는 프리 히팅부;를 포함하며, 상기 입력단 유량 조절 밸브가 프리 히팅부와 기화기 사이에 위치하여 프리 히팅부에서 배출되는 액체 원료의 유입량을 조절하는 원료 공급 장치.
  3. 청구항 2에 있어서,
    액체 원료 저장부에서 공급되는 액체 원료를 상기 프리 히팅부로 공급하도록 개방하거나 또는 공급되지 않도록 차단하는 입력단 유량 개폐 밸브; 및
    상기 출력단 유량 조절 밸브에서 조절되는 기화 원료를 공정 챔버로 공급하도록 개방하거나 또는 공급되지 않도록 차단하는 출력단 유량 개폐 밸브;
    를 포함하는 원료 공급 장치.
  4. 청구항 3에 있어서, 상기 제어부는,
    상기 제1압력 센서의 제1압력값이 미리 설정한 입력단 기준 압력 범위에 포함되도록, 상기 입력단 유량 조절 밸브의 개도를 조절하는 것을 특징으로 하는 원료 공급 장치.
  5. 청구항 3에 있어서, 상기 제어부는,
    상기 제2압력 센서의 제2압력값이 미리 설정한 출력단 기준 압력 범위에 포함되도록, 상기 출력단 유량 조절 밸브의 개도를 조절하는 것을 특징으로 하는 원료 공급 장치.
  6. 기화기, 상기 기화기로 유입되는 액체 원료의 유입량을 조절하는 입력단 유량 조절 밸브, 상기 기화기와 입력단 유량 조절 밸브 사이에 위치하여 액체 원료 저장부로부터의 액체 원료의 유입을 개방 또는 차단하는 입력단 유량 개폐 밸브, 상기 기화기에서 배출되는 기화 원료의 배출량을 조절하는 출력단 유량 조절 밸브, 상기 출력단 유량 조절 밸브에서 조절되는 기화 원료를 공정 챔버로 개방 또는 차단하는 출력단 유량 개폐 밸브, 상기 기화기와 출력단 유량 조절 밸브 사이의 제1압력값을 측정하는 제1압력 센서, 상기 출력단 유량 조절 밸브와 공정 챔버 사이의 제2압력값을 측정하는 제2압력 센서, 상기 입력단 유량 조절 밸브와 출력단 유량 조절 밸브를 제어하는 제어부를 포함하는 원료 공급 장치의 원료 공급 방법에 있어서,
    상기 입력단 유량 개폐 밸브를 개방하여 기화기의 내부로 액체 원료를 공급하는 과정;
    상기 기화기의 출력단과 상기 출력단 유량 조절 밸브 사이의 제1압력값을 측정하는 과정;
    상기 출력단 유량 조절 밸브와 상기 출력단 유량 개폐 밸브 사이의 제2압력값을 측정하는 과정; 및
    상기 기화기로 유입되는 액체 원료의 유량을 조절하도록 상기 입력단 유량 개폐 밸브와 상기 기화기 사이에 위치하는 입력단 유량 조절 밸브를 구비하여 상기 제1압력값에 따라서 상기 입력단 유량 조절 밸브를 제어하며, 상기 제2압력값에 따라서 상기 출력단 유량 개폐 밸브로 공급되는 기화 원료의 유량을 조절하도록 상기 출력단 유량 조절 밸브를 제어하는 유량 제어 과정;
    을 포함하는 원료 공급 방법.
  7. 청구항 6에 있어서, 상기 유량 제어 과정은,
    상기 제1압력값이 미리 설정한 입력단 기준 압력 범위에 포함되도록 상기 입력단 유량 조절 밸브의 개도를 조절하는 원료 공급 방법.
  8. 청구항 8에 있어서, 상기 유량 제어 과정은,
    상기 제2압력값이 미리 설정한 출력단 기준 압력 범위에 포함되도록 상기 출력단 유량 조절 밸브의 개도를 조절하는 원료 공급 방법.
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