KR20220088119A - 기화 장치 및 이의 제어 방법 - Google Patents

기화 장치 및 이의 제어 방법 Download PDF

Info

Publication number
KR20220088119A
KR20220088119A KR1020200178834A KR20200178834A KR20220088119A KR 20220088119 A KR20220088119 A KR 20220088119A KR 1020200178834 A KR1020200178834 A KR 1020200178834A KR 20200178834 A KR20200178834 A KR 20200178834A KR 20220088119 A KR20220088119 A KR 20220088119A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
gas
pressure
liquid
reference value
vaporization
Prior art date
Application number
KR1020200178834A
Other languages
English (en)
Inventor
안치원
Original Assignee
주식회사 원익아이피에스
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 주식회사 원익아이피에스 filed Critical 주식회사 원익아이피에스
Priority to KR1020200178834A priority Critical patent/KR20220088119A/ko
Publication of KR20220088119A publication Critical patent/KR20220088119A/ko

Links

Images

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • 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
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • 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
    • C23C16/52—Controlling or regulating the coating process

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Chemical Vapour Deposition (AREA)

Abstract

본 발명은 기화 장치 및 이의 제어 방법에 관한 것으로서, 기판 처리 장치의 공정 챔버 내부로 액체의 원료를 기화시켜 공급하기 위한 기화 장치에 있어서, 상기 액체를 기체로 기화시킬 수 있는 내부 공간이 형성되고, 기체 배출관 및 액체 충전관이 형성되는 기화 챔버; 상기 기체 배출관에 설치되는 기체 배출 밸브; 상기 액체 충전관에 설치되는 액체 충전 밸브; 상기 기화 챔버의 내부 압력을 감지하는 압력 센서; 및 상기 기체 배출 밸브와 상기 액체 충전 밸브에 제어 신호를 인가할 수 있는 제어부;를 포함하고, 상기 제어부는, 상기 기체를 이용한 상기 기판 처리 공정 여부를 판단하는 판단부; 상기 판단부에서 상기 기판 처리 공정이 진행되는 기체 공급 모드라고 판단될 경우, 상기 측정 압력값과 미리 입력된 제 1 기준값을 비교하는 제 1 비교부; 상기 판단부에서 상기 기판 처리 공정이 완료되어 상기 기체가 상기 공정 챔버로 공급되지 않는 기체 단절 모드라고 판단될 경우, 상기 측정 압력값과 미리 입력된 제 2 기준값을 비교하는 제 2 비교부; 및 상기 측정 압력값에 따라 상기 액체가 충전될 수 있도록 상기 액체 충전 밸브의 개폐 구동을 제어하는 구동부;를 포함할 수 있다.

Description

기화 장치 및 이의 제어 방법{Apparatus for evaporating and its control method}
본 발명은 기화 장치 및 이의 제어 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 액체를 기체로 기화시킬 수 있는 기화 장치 및 이의 제어 방법에 관한 것이다.
최근, 반도체 소자의 미세화와 고효율, 고출력 LED(Light Emitting Diode) 개발 등으로 화학기상증착(Chemical Vapor Deposition : CVD) 기술 중 유기금속화합물 화학 증착(Metal Organic Chemical Vapor Deposition : MOCVD)이 각광받고 있다. MOCVD란, 유기금속화합물로서 유기 라디칼과 금속이 결합된 물질들을 전구체로 이용하는 화학기상증착 방법으로서 유기금속화합물 또는 유기금속화합물과 수소화합물을 원료로 하고 수소 등을 이송기체(carrier gas)로 사용하여 기판 위에서 비가역적 열분해 반응이 일어나도록 함으로써 고체 상태의 결정을 성장시키는 방법이다. 이러한 MOCVD 기술은 원료가 모두 기체 상태로 공급되기 때문에 공급되는 원료의 양을 비교적 쉽고 정확하게 조절할 수 있어 다원계 및 다층 에피택셜 성장(epitaxial growth)에 적합하고, 기판만 일정 온도로 가열하면 되므로 하나의 온도 영역만이 필요하게 되어 장치가 간단해지며 대량 생산이 가능한 장점 등이 있다.
또한, 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.
이러한, 상기 기판 처리 장치들은 공정 가스를 공급하는 가스 공급 장치들이 적용될 수 있다.
일반적으로, 가스 공급 장치는 소스가스의 원료를 액체 상태로 저장하는 원료저장부와 액상의 원료를 기화시키는 기화기와 각 구성요소들을 연결하는 도관 및 유체의 흐름을 조절하는 복수 개의 밸브들을 포함할 수 있으며, 이러한 가스 공급 장치는 점점 소형화되는 것이 요구되고 있다.
종래에는 Floating, 초음파 방식의 수위 센서를 사용하지만 고온/소형의 경우 환경에서 작동이 불가능하고 센서들의 소형화에 한계가 있어, 기존 방식에 대한 적용이 어려워 압력 센서를 적용하여 기화실의 잔량을 점검하는 방식을 적용하고 있다. 이러한, 압력 센서를 이용한 기화 장치는 가열되어 있는 기화실에서 액체가 기화하며 포화증기압까지 도달하고, 공정 챔버에 기체를 충전함에 따라 액체가 희박해지는 시점을 압력의 변화를 검지하여 액체의 충전을 진행하고 있다. 이때, 압력 센서를 이용한 잔량 측정은 공정 챔버로 기체를 공급하는 플로우 공정 시에만 측정을 하며, 플로우 공정 중에 액체를 충전하는 것이다.
그러나, 이러한 종래의 압력센서를 통한 기화실 내부의 액체 잔량 체크 방식은 액체의 직접적인 수위 체크가 아닌, 압력을 측정하는 방식으로 세밀한 측정이 어려운 문제점이 있다. 액체가 기화실에서 기화되면 압력이 증가하기 때문에 실제 액체 잔량은 적으나, 기화된 기체로 인하여 실제 잔량보다 많게 측정되는 경우가 발생하여, 압력센서를 적용하여 기화실의 잔량 체크 시 액체 잔량이 많이 낮아지는 현상이 발생할 수 있다.
이에 따라, 기화실 내부에 액체의 잔량이 거의 없음에도 기체로 인한 압력으로 잔량이 남아있다고 판단되는 경우에는, 기체가 공정 챔버로 공급되면서 압력센서에서는 급격한 잔량 하강이 측정된다.
또한, 기화기 내부에서 액체의 잔량이 희박해진 상태에서 한번의 공정이 완료되면 기화기는 온도 유지하기 위하여 가열되는 에너지가 아주 약한 상태이며, 가열 에너지가 최소인 상태에서 갑자기 충전이 되는 경우에 온도 유지를 위하여 가열 에너지가 과도하게 상승되어 가열로 인한 Flow Fluctuation 현상이 발생되고, 기체 배출량이 불균일해지는 헌팅 현상이 발생되는 문제점이 있었다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 포함하여 여러 문제점들을 해결하기 위한 것으로서, 헌팅 현상을 최소화할 수 있는 범위 내에서 소스 가스 등 기체 공급을 원활하게 할 수 있게 하는 기화 장치 및 이의 제어 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다. 그러나 이러한 과제는 예시적인 것으로, 이에 의해 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.
상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 사상에 따른 기화 장치는, 기판 처리 장치의 공정 챔버 내부로 액체의 원료를 기화시켜 공급하기 위한 기화 장치에 있어서, 상기 액체를 기체로 기화시킬 수 있는 내부 공간이 형성되고, 기체 배출관 및 액체 충전관이 형성되는 기화 챔버; 상기 기체 배출관에 설치되는 기체 배출 밸브; 상기 액체 충전관에 설치되는 액체 충전 밸브; 상기 기화 챔버의 내부 압력을 감지하는 압력 센서; 및 상기 기체 배출 밸브와 상기 액체 충전 밸브에 제어 신호를 인가할 수 있는 제어부;를 포함하고, 상기 제어부는, 상기 기체를 이용한 기판 처리 공정 여부를 판단하는 판단부; 상기 판단부에서 상기 기판 처리 공정이 진행되는 기체 공급 모드라고 판단될 경우, 상기 측정 압력값과 미리 입력된 제 1 기준값을 비교하는 제 1 비교부; 상기 판단부에서 상기 기판 처리 공정이 완료되어 상기 기체가 상기 공정 챔버로 공급되지 않는 기체 단절 모드라고 판단될 경우, 상기 측정 압력값과 미리 입력된 제 2 기준값을 비교하는 제 2 비교부; 및 상기 측정 압력값에 따라 상기 액체가 충전될 수 있도록 상기 액체 충전 밸브의 개폐 구동을 제어하는 구동부;를 포함한다.
또한, 본 발명에 따른 기화 장치에 있어서, 상기 구동부는, 상기 제 1 비교부에서 비교된 상기 측정 압력값이 상기 제 1 기준값 보다 높을 경우, 상기 액체 충전 밸브는 닫도록 제어하고, 상기 기체가 지속적으로 상기 공정 챔버에 공급되도록 상기 기체 배출 밸브는 열도록 제어하고, 상기 측정 압력값이 상기 제 1 기준값 보다 낮을 경우, 상기 액체가 충전되도록 상기 액체 충전 밸브를 열도록 제어하고, 상기 기체가 지속적으로 상기 공정 챔버에 공급되도록 상기 기체 배출 밸브는 열도록 제어할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 기화 장치에 있어서, 상기 구동부는, 상기 제 2 비교부에서 비교된 상기 측정 압력값이 상기 제 2 기준값 보다 높을 경우, 상기 액체 충전 밸브 및 상기 기체 배출 밸브는 닫도록 제어하고, 상기 측정 압력값이 상기 제 2 기준값 보다 낮을 경우, 상기 액체가 충전되도록 상기 액체 충전 밸브를 열도록 제어하고, 상기 기체 배출 밸브는 닫도록 제어할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 기화 장치에 있어서, 상기 제 2 기준값은 상기 제 1 기준값 보다 높을 수 있다.
상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 사상에 따른 기화 장치의 제어 방법은, 기판 처리 장치의 공정 챔버 내부로 액체의 원료를 기화시켜 공급하기 위한 기화 장치의 제어 방법에 있어서, 상기 액체를 기체로 기화시킬 수 있는 내부 공간이 형성되고, 기체 배출관 및 액체 충전관이 형성되는 기화 챔버에서 기판 처리 공정을 진행하는 공정 챔버로 상기 기체를 공급하는 기체 공급 단계; 상기 기체 공급 단계가 수행되는 중에 상기 기화 챔버의 내부 압력을 압력 센서로 감지하여 제 1 압력값을 측정하는 압력 측정 단계; 상기 제 1 압력값과 미리 입력된 제 1 기준값을 비교하는 제 1 압력 비교 단계; 상기 기체를 이용한 기판 처리 공정이 적어도 하나의 기판에 대해서 완료되어 상기 기체를 상기 공정 챔버로 공급하지 않는 기체 단절 단계; 상기 기체 단절 단계가 수행되는 중에 상기 기화 챔버의 내부 압력을 상기 압력 센서로 감지하여 제 2 압력값을 측정하는 압력 재측정 단계; 및 상기 제 2 압력값과 미리 입력된 제 2 기준값을 비교하는 제 2 압력 비교 단계;를 포함할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 기화 장치의 제어 방법은, 상기 제 1 압력 비교 단계 이후에, 상기 제 1 압력 비교 단계에서 측정된 상기 측정 압력값이 상기 제 1 압력값 보다 작을 경우, 제어부에서 상기 액체 충전 밸브의 개폐 구동을 제어하여 상기 액체가 충전되는 제 1 충전 단계;를 더 포함할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 기화 장치의 제어 방법은, 상기 제 2 압력 비교 단계 이후에, 상기 제 2 압력 비교 단계에서 측정된 상기 측정 압력값이 상기 제 2 압력값 보다 작을 경우, 제어부에서 상기 액체 충전 밸브의 개폐 구동을 제어하여 상기 액체가 충전되는 제 2 충전 단계;를 포함할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 기화 장치의 제어 방법은, 상기 제 2 압력 비교 단계의 상기 제 2 기준값은 상기 제 1 압력 비교 단계의 상기 제 1 기준값 보다 높을 수 있다.
상기한 바와 같이 이루어진 본 발명의 일부 실시예들에 따르면, 헌팅 현상을 방지할 수 있고, 공정과 공정 사이에 대기 구간에서도 충전을 진행하여 다음 공정시 기화기의 온도 안정성을 확보하여, Flow Fluctuation 현상을 방지하고 원활한 액체 충전이 가능하여 작은 용량으로도 대량의 기체 수요에 대응할 수 있는 효과를 가질 수 있다.
또한, 균일한 공정으로 가스를 지속 생성하여 반복 재현성이 뛰어난 효과를 가질 수 있다. 물론 이러한 효과에 의해 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.
도 1은 본 발명의 일 실시예들에 따른 기화 장치를 나타내는 개념도이다.
도 2는 본 발명의 기화 장치의 제어부를 나타내는 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예들에 따른 기화 장치의 제어 방법을 나타내는 순서도이다.
도 4는 기화 장치가 압력의 변화에 따라 충전되는 것을 나타내는 개념도 및 그래프를 나타내는 도면이다.
도 5는 종래의 발명에 따른 기화 장치의 시간에 따른 압력의 변화 및 기체 배출량을 나타내는 그래프이다.
도 6은 본 발명에 따른 기화 장치의 시간에 따른 압력의 변화 및 기체 배출량을 나타내는 그래프이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 여러 실시예들을 상세히 설명하기로 한다.
본 발명의 실시예들은 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위하여 제공되는 것이며, 하기 실시예는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다. 오히려 이들 실시예들은 본 개시를 더욱 충실하고 완전하게 하고, 당업자에게 본 발명의 사상을 완전하게 전달하기 위하여 제공되는 것이다. 또한, 도면에서 각 층의 두께나 크기는 설명의 편의 및 명확성을 위하여 과장된 것이다.
이하, 본 발명의 실시예들은 본 발명의 이상적인 실시예들을 개략적으로 도시하는 도면들을 참조하여 설명한다. 도면들에 있어서, 예를 들면, 제조 기술 및/또는 공차(tolerance)에 따라, 도시된 형상의 변형들이 예상될 수 있다. 따라서, 본 발명 사상의 실시예는 본 명세서에 도시된 영역의 특정 형상에 제한된 것으로 해석되어서는 아니 되며, 예를 들면 제조상 초래되는 형상의 변화를 포함하여야 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예들에 따른 기화 장치(100)를 나타내는 개념도이고, 도 2는 본 발명의 기화 장치(100)의 제어부(50)를 나타내는 블록도이고, 도 4는 기화 장치(100)가 압력의 변화에 따라 충전되는 것을 나타내는 개념도 및 그래프를 나타내는 도면이다.
먼저, 도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일부 실시예들에 따른 기화 장치(100)는, 기판 처리 장치의 공정 챔버 내부로 액체의 원료를 기화시켜 공급하기 위한 것으로서, 크게 기화 챔버(10)와, 기체 배출 밸브(20)와, 액체 충전 밸브(30)와, 압력 센서(40) 및 제어부(50)를 포함할 수 있다.
도 1에 도시된 바와 같이, 상기 기화 챔버(10)는, 액체(L)를 기체(G)로 기화시킬 수 있도록 내부에 내부 공간이 형성되는 것으로서, 각종 증착 공정, 예컨대 MOCVD법, PECVD법, ALD법 등을 이용하는 각종 공정 챔버에 제 1 소스 가스나 제 2 소스 가스 등 각종 기체를 공급할 수 있도록 각종 공정 챔버들과 기체 공급 라인으로 연결될 수 있는 일종의 박스 형태의 구조체일 수 있다.
예컨대, 증착 공정이 Ⅲ-Ⅴ족 MOCVD법에 의해 행해지는 경우, 상기 제 1 소스 가스는 Ⅴ족 원소를 함유한 소스 가스일 수 있으며, 상기 제 2 소스 가스는 Ⅲ족 원소를 함유한 소스 가스일 수 있다. 제 1 소스 가스는 Ⅴ족 원소를 포함하는 수소화물로서, NH3 또는 PH3 또는 AsH3 등일 수 있다. 제 2 소스 가스는 Ⅲ족 원소를 포함하는 유기 금속으로서, TMG(Trimethylgallium) 또는 TEG(Triethylgallium) 또는 TMI(Trimethylindium) 등일 수 있다. 제 1, 2 소스 가스에는 캐리어 가스가 각각 포함될 수도 있다. 그러나, 반드시 이에 국한되지 않는다.
이러한, 기화 챔버(10)는, 도 1에 예시된 바와 같이, 일측에 각종 공정 챔버들과 연결되어 요구되는 기체(G)를 공급할 수 있는 기체 배출관(P1)이 형성될 수 있고, 타측에 부족한 액체(L)를 충전할 수 있는 액체 충전관(P2)이 형성될 수 있다.
여기서, 도시하지 않았지만, 이러한 기화 챔버(10)의 내부에는 액체(L)를 상기 기체(G)로 더욱 쉽게 기화시킬 수 있도록 각종 히터가 설치될 수 있고, 이외에도, 온도를 측정하는 온도계나, 필터 등 각종 부수 장치들이 추가로 설치될 수 있다.
따라서, 액체 충전관(P2)을 통해 기화 챔버(10)의 내부로 충전된 액체(L)는 자연적으로 또는 히터에 의해 강제적으로 기체(G)로 기화될 수 있고, 이러한 기체(G)는 기체 배출관(P1)을 통해서 외부로 배출되어 각종 공정 챔버로 공급될 수 있다.
이 때, 충전되는 액체(L)의 충전 시기와 충전량을 조절할 수 있도록 액체 충전 밸브(30)가 액체 충전관(P2)에 설치될 수 있다.
또한, 배출되는 기체(G)의 배출 시기와 배출량을 조절할 수 있도록 기체 배출 밸브(20)가 기체 배출관(P1)에 설치될 수 있다.
이러한, 기체 배출관(P1)과 액체 충전관(P2)은 기체 또는 액체의 유량을 조절하거나 단속할 수 있는 모든 종류나 형태의 전자식 밸브 또는 기계식 밸브가 모두 적용될 수 있고, 후술될 상기 제어부(50)와 전기적으로 연결되어 그 동작이 제어될 수 있다.
도 1에 도시된 바와 같이, 압력 센서(40)는 기화 챔버(10) 내부의 압력을 측정하기 위하여 기화 챔버(10) 내부의 일측에 형성되고, 압력을 측정하는 각종 압력계를 포함할 수 있다.
이때, 압력 센서(40)는 기화 챔버(10) 내부의 기체 압력을 지속적으로 측정하거나, 또는, 일정 시간을 간격으로 측정할 수 있으며, 측정된 압력값을 제어부(50)로 전달할 수 있다.
제어부(50)는, 압력 센서(40)로부터 신호를 인가받아서 측정되는 측정 압력값에 따라 기체 배출 밸브(20)와 액체 충전 밸브(30)에 각종의 제어 신호를 인가할 수 있는 마이크로프로세서, IC, 중앙처리장치, 연산 장치, 프로그램 형태로 저장된 저장 장치 등 일종의 회로 또는 자동화 프로그램된 연산 장치 또는 전자 부품일 수 있다.
도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 제어부(50)는, 액체(L) 충전시 기체(G) 배출량이 불균일해지는 헌팅 현상을 방지할 수 있도록 압력 센서(40)에서 측정된 압력값에 따라 기화 챔버(10)에 기체(G)의 충전을 제어할 수 있다.
제어부(50)는 판단부(51), 제 1 비교부(52), 제 2 비교부(53) 및 구동부(54)를 포함할 수 있다.
판단부(51)는 기체(G)를 이용한 상기 기판 처리 공정의 진행 여부를 판단할 수 있다. 즉, 판단부(51)는 상기 기판 처리 공정이 시작되는 시점과 중단되는 시점을 상기 공정 챔버에서 수신 받아 기판 처리 공정 여부를 판단할 수 있다.
판단부(51)에서 상기 기판 처리 공정이 진행되는 기체 공급 모드(M1)라고 판단될 경우, 제 1 비교부(52)에서 상기 측정 압력값과 미리 입력된 제 1 기준값(S1)을 비교하고, 판단부(51)에서 상기 기판 처리 공정이 완료되어 기체(G)가 상기 공정 챔버로 공급되지 않는 기체 단절 모드(M2)라고 판단될 경우, 제 2 비교부(53)에서 상기 측정 압력값과 미리 입력된 제 2 기준값(S2)을 비교할 수 있다.
즉, 판단부(51)에서 상기 기판 처리 공정의 진행 유무를 통하여 기체 공급 모드(M1) 또는 기체 단절 모드(M2)를 판단하고, 공급 모드에 따라 측정 압력값과 제 1 기준값(S1) 또는 제 2 기준값(S2)을 비교할 수 있다.
구동부(54)는 상기 측정 압력값에 따라 상기 액체가 충전될 수 있도록 액체 충전 밸브(30)의 개폐 구동을 제어할 수 있다.
더욱 구체적으로, 구동부(54)는 제 1 비교부(52)에서 비교된 상기 측정 압력값이 제 1 기준값(S1) 보다 높을 경우 액체 충전 밸브(30)를 닫고, 상기 측정 압력값이 제 1 기준값(S2) 보다 낮을 경우, 액체 충전 밸브(30)를 열도록 제어할 수 있다.
또한, 구동부(54)는 제 2 비교부(53)에서 비교된 상기 측정 압력값이 제 2 기준값(S2) 보다 높을 경우 액체 충전 밸브(30)를 닫고, 상기 측정 압력값이 제 2 기준값(S2) 보다 낮을 경우, 액체 충전 밸브(30)를 열도록 제어할 수 있다.
예컨대, 판단부(51)에서 상기 기판 처리 공정이 진행되는 기체 공급 모드(M1)로 판단되면, 제 1 비교부(52)에서 상기 압력 측정값과 제 1 기준값(S1)을 비교한다.
즉, 판단부(51)에서 기체 공급 모드(M1)로 판단되면, 이러한 신호를 구동부(54)로 전달하여, 구동부(54)에서는 기체 배출 밸브(20)는 열도록 제어하고 액체 충전 밸브(30)를 닫도록 제어하며, 기화 챔버(10) 내부의 압력값이 제 1 기준값(S1) 보다 낮아지면 액체 충전 밸브(30)를 열도록 제어하여 액체(L)가 기화 챔버(10)에 충전되도록 할 수 있다.
또한, 상기 기판 처리 공정이 완료되어 판단부(51)에서 상기 기판 처리 공정이 진행되지 않는 기체 단절 모드(M2)로 판단되면, 제 2 비교부(52)에서 상기 압력 측정값과 제 2 기준값(S2)을 비교한다. 이때, 기화 장치(100)는 기체 단절 모드(M2)로서 구동부(54)에서는 기체 배출 밸브(20) 및 액체 충전 밸브(30)를 닫도록 제어하며, 상기 압력 측정값이 제 2 기준값(S2) 보다 낮아지면 액체 충전 밸브(30)를 열도록 제어하여 액체(L)가 기화 챔버(10)에 충전될 수 있다.
제 1 기준값(S1)은 액체(L)의 증기압의 70%이고, 제 2 기준값(S2)은 액체(L)의 증기압의 80%일 수 있다.
예컨대, 액체(L)의 포화 증기압이 200kPa일 경우 제 1 기준값(S1)은 70%인 140kPa이고, 제 2 기준값(S2)은 80%인 160kPa이다.
도 4에 도시된 바와 같이, 기화 챔버(10)에 액체(L)가 충전되는 과정은, 기화 챔버(10) 내부에 액체(L)가 일정 온도를 유지하기 위한 최소한의 가열이 진행되며 기판 처리 공정이 진행되는 공정 챔버에 기체(G)를 공급하기 위하여 idle 상태로 준비되며, 공정 챔버에 기체(G)를 공급하는 flow 상태가 지속되며, flow 상태 중에 기화 챔버(10) 내부에 액체(L)가 줄어들어 내부 압력이 감소하면, 기화 챔버(10) 내부로 액체(L)를 충전하는 refill 상태가 될 수 있다.
이때, 도 4의 그래프에서 곡선으로 도시된 선은 기화 챔버(10) 내부 압력의 변화량이며, 직선으로 도시된 선은 기화 챔버(10)에서 상기 공정 챔버로 Flow 되는 공정일 경우를 나타내고 있으며, 기화 챔버(10)에서 상기 공정 챔버로 Flow 되는 동안 기화 챔버(10) 내부 압력이 점점 낮아져 기화 챔버(10) 내부로 액체(L)를 충전될 수 있다.도 3은 본 발명의 일 실시예들에 따른 기화 장치(100)의 제어 방법을 나타내는 순서도이고, 도 5는 종래의 발명에 따른 기화 장치의 시간에 따른 압력의 변화 및 기체 배출량을 나타내는 그래프이고, 도 6은 본 발명에 따른 기화 장치(100)의 시간에 따른 압력의 변화 및 기체 배출량을 나타내는 그래프이다.
본 발명의 일 실시예들에 따른, 기판 처리 장치의 공정 챔버 내부로 액체(L)의 원료를 기화시켜 공급하기 위한 기화 장치(100)의 제어 방법은, 기체 공급 단계(S10), 압력 측정 단계(S20), 제 1 압력 비교 단계(S30), 제 1 충전 단계(S70), 기체 단절 단계(S40), 압력 재측정 단계(S50), 제 2 압력 비교 단계(S60) 및 제 2 충전 단계(S80)를 포함할 수 있다.
기체 공급 단계(S10)는 액체(L)를 기체(G)로 기화시킬 수 있는 내부 공간이 형성되고, 일측에 기체 배출관(P1)이 형성되며, 타측에 액체 충전관(P2)이 형성되는 기화 챔버(10)에서 기판 처리 공정을 진행하는 공정 챔버로 기체(G)를 공급하는 단계이다.
도 3 및 도 5에 도시된 바와 같이, 기체 공급 단계(S10)는 기체(G)를 이용한 기판 처리 공정이 적어도 하나의 기판에 대해서 기판 처리 공정이 진행되는 기체 공급 모드(M1)가 수행되는 단계이며, 기화 챔버(10)의 내부의 액체(L)가 기체(G)로 기화되고, 기화된 기체(G)가 기화 챔버(10)의 일측에 형성된 기체 배출관(P1)을 통해서 외부로 배출되어 각종 공정 챔버로 공급되는 단계이다.
압력 측정 단계(S20)는 기화 챔버(10)의 내부 압력을 압력 센서(40)로 감지하여 제 1 압력값을 측정하는 단계이고, 제 1 압력 비교 단계(S30)는 상기 제 1 압력값과 미리 입력된 제 1 기준값(S1)을 비교하는 단계이다.
압력 측정 단계(S20)는 기체 공급 단계(S10)에서 기체(G)가 기화 챔버(10)에서 상기 공정 챔버로 공급되는 중에 기화 챔버(10) 내부의 압력을 지속적으로 측정하는 단계이다.
제 1 압력 비교 단계(S30)는 기화 챔버(10) 내부의 압력이 소정값 이하로 떨어지면 기화 챔버(10) 내부에 액체(L)를 충전하기 위하여 측정된 압력을 확인하는 단계로서, 압력 측정 단계(S20)에서 측정된 제 1 압력값을 미리 입력된 제 1 기준값(S1)과 비교하는 단계이다.
제 1 압력 비교 단계(S30)는 기판 처리 공정이 진행되는 기체 공급 모드(M1)가 수행되는 기체 공급 단계(S10) 수행 중에 지속적으로 상기 제 1 압력값과 제 1 기준값(S1)을 비교할 수 있다.
이때, 제 1 압력 비교 단계(S30) 이후에 제 1 충전 단계(S70)를 더 포함할 수 있다.
제 1 충전 단계(S70)는 압력 측정 단계(S20)에서 측정된 상기 제 1 압력값이 제 1 기준값(S1) 보다 작을 경우 제어부(50)에서 액체 충전 밸브(30)의 개폐 구동을 제어하여 액체(G)가 충전되는 단계이다.
예컨대, 기체 공급 단계(S10) 중에 압력 측정 단계(S20) 및 제 1 압력 비교 단계(S30)는 지속적으로 이루어지거나, 또는, 소정 시간을 간격으로 이루어지며, 제 1 압력 비교 단계(S30)에서 상기 제 1 압력값이 제 1 기준값(S1) 보다 작을 경우, 액체 충전 밸브(P2)를 열어 액체(G)를 기화 챔버(10)에 충전할 수 있다.
기체 단절 단계(S40)는 기체(G)를 이용한 기판 처리 공정이 적어도 하나의 기판에 대해서 완료되어 기체(G)가 상기 공정 챔버로 공급되지 않는 단계이다.
도 3 및 도 5에 도시된 바와 같이, 기체 단절 단계(S40)는 기체(G)를 이용한 기판 처리 공정이 적어도 하나의 기판에 대해서 기판 처리 공정이 완료되어 기체(G)가 더 이상 상기 공정 챔버로 공급되지 않는 기체 단절 모드(M2)가 수행되는 단계이다.
압력 재측정 단계(S50)는 기화 챔버(10)의 내부 압력을 압력 센서(40)로 감지하여 제 2 압력값을 측정하는 단계이고, 제 2 압력 비교 단계(S60)는 상기 제 2 압력값과 미리 입력된 제 2 기준값(S2)을 비교하는 단계이다.
압력 재측정 단계(S50)는 기체 단절 단계(S40)에서 기판 처리 공정이 완료되어 기체(G)가 기화 챔버(10)에서 상기 공정 챔버로 공급되지 않는 기체 단절 모드(M2) 중에 기화 챔버(10) 내부의 압력을 측정하는 단계이다.
압력 재측정 단계(S50)는 기체 공급 단계(S10)가 완료된 직후에 기화 챔버(10) 내부의 압력을 측정할 수 있으며, 또는, 기체 공급 단계(S10)가 완료된 이후 다음 기체 공급 단계가 진행되기 이전인, 기체 단절 단계(S40) 수행 중에 지속적으로 측정할 수 있다.
제 2 압력 비교 단계(S60)는 기화 챔버(10) 내부의 압력이 소정값 이하로 떨어지면 기화 챔버(10) 내부에 액체(L)를 충전하기 위하여 측정된 압력을 확인하는 단계로서, 압력 재측정 단계(S50)에서 측정된 제 2 압력값을 미리 입력된 제 2 기준값(S2)과 비교하는 단계이다.
이때, 제 2 압력 비교 단계(S60) 이후에, 제 2 충전 단계(S80)를 더 포함할 수 있다.
제 2 충전 단계(S80)는 압력 재측정 단계(S50)에서 측정된 상기 제 2 압력값이 제 2 기준값(S2) 보다 작을 경우 제어부(50)에서 액체 충전 밸브(30)의 개폐 구동을 제어하여 액체(L)가 충전되는 단계이다.
기체 단절 단계(S40) 중에 압력 재측정 단계(S50) 및 제 2 압력 비교 단계(S60)가 이루어지며, 제 2 압력 비교 단계(S60)에서 상기 제 2 압력값이 제 2 기준값(S2) 보다 작을 경우, 액체 충전 밸브(P2)를 열어 액체(G)를 기화 챔버(10)에 충전할 수 있다.
도 5 및 도 6 도시된 바와 같이, 기체 공급 단계(S10)와 기체 단절 단계(S40)는 복수의 기판을 처리하거나, 하나의 기판에 복수의 처리를 할 경우에 필요한 횟수만큼 반복되어 진행될 수 있다.
즉, 기체 공급 단계(S10)에서 기체 단절 단계(S40)가 순차적으로 진행된 후, 다시 기체 공급 단계(S10)가 진행될 수 있으며, 또는, 기체 단절 단계(S40) 이후에 완료될 수도 있다.
도 5에 도시된 바와 같이, 기체 공급 모드(M1)인 기체 공급 단계(S10)에서 액체(L)의 잔량이 거의 없으나, 내부 압력이 제 1 기준값(S1) 보다는 큰 것으로 측정되어 기체(G)의 충전이 실행되지 않은 상태로 기체 단절 모드(M2)인 기체 단절 단계(S40)가 진행될 수 있다. 이후에, 다시 기체 공급 모드(M1)가 시행될 경우, 기체 배출 밸브(20)가 열려 기체(G)가 공정 챔버로 공급됨과 동시에, 내부 압력이 제 1 기준값(S1) 보다는 작게 측정되어 액체(L)가 충전될 수 있다.
이러한 경우, 기체 공급 모드(M1)에서 Flow Fluctuation과 같은 파동이 발생되어 공정 챔버에 불균일한 공급이 발생될 수 있다.
예컨대, 도 5에 도시된 바와 같이, S2_TEOS_FLOW로 표시된 기체 배출량 곡선의 경우, 일정한 형태로 수형 진행하다가 갑자기 수직으로 상방 또는 하방으로 급변하는 부분이 실제로 실험한 Flow Fluctuation 현상을 나타내는 것으로서, 도 5에서와 같이, Flow Fluctuation 현상은 기체 단절 모드(M2)에서 기체(G)가 충전되지 못하고, 기체 공급 모드(M1)에서 기체 배출 밸브(20)가 열려 기체(G)가 공정 챔버로 공급됨과 동시에, 액체(L)가 충전될 경우에 발생되는 것을 알 수 있다.
이에 따라, 기체 공급 모드(M1)에서 기체 배출 밸브(20)가 열려 기체(G)가 공정 챔버로 공급됨과 액체(L)의 충전이 동시에 일어나지 않도록 미리 액체(L)를 충전하는 것이 가능하다.
즉, 도 6 도시된 바와 같이, 한번의 기판 처리 공정이 완료되어 상기 공정 챔버에 기체(G)를 공급하지 않는 기체 단절 단계(S40)에서도 기화 챔버(10) 내부의 압력을 측정하고, 기체 단절 모드(M2)에서 측정된 압력값이 제 2 기준값(S2) 보다 작을 경우, 기화 챔버(10)에 액체(L)를 충전할 수 있다.
그리하여, 기체 공급 모드(M1) 뿐만 아니라 기체 단절 모드(M2)에서도 압력의 변화를 통하여 액체(L)의 잔량을 감지하고, 조건에 따라 기화 챔버(10)의 충전을 진행하여, 다음 공정에서 기화 챔버(10) 내부의 미리 충전된 액체(L)가 기화를 위한 온도 안정성을 확보할 수 있다.
이때, 기체 단절 모드(M2)에서 액체(L)를 충전하기 위한 제 2 기준 압력값(S2)은 기체 공급 모드(M1)에서 액체(L)를 충전하기 위한 제 1 기준 압력값(S1) 보다 액체(L)의 포화 증기압에 더 가까운 기준값으로 설정될 수 있다.
즉, 제 2 기준 압력값(S2)은 제 1 기준 압력값(S1) 보다 더 크게 설정될 수 있으며, 예컨대, 제 2 기준 압력값(S2)은 액체(L)의 포화 증기압의 80%로 형성될 수 있고, 제 1 기준 압력값(S1)은 액체(L)의 포화 증기압의 70%로 형성될 수 있다.
이에 따라, 기체 단절 모드(M2)에서도 충전을 진행하여 다음 공정시 기화기의 온도 안정성을 확보하여, Flow Fluctuation 현상을 방지할 수 있다.
본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.
L: 액체
G: 기체
P1: 기체 배출관
P2: 액체 충전관
10: 기화 챔버
20: 기체 배출 밸브
30: 액체 충전 밸브
40: 압력 센서
50: 제어부
100: 기화 장치

Claims (8)

  1. 기판 처리 장치의 공정 챔버 내부로 액체의 원료를 기화시켜 공급하기 위한 기화 장치에 있어서,
    상기 액체를 기체로 기화시킬 수 있는 내부 공간이 형성되고, 기체 배출관 및 액체 충전관이 형성되는 기화 챔버;
    상기 기체 배출관에 설치되는 기체 배출 밸브;
    상기 액체 충전관에 설치되는 액체 충전 밸브;
    상기 기화 챔버의 내부 압력을 감지하는 압력 센서; 및
    상기 기체 배출 밸브와 상기 액체 충전 밸브에 제어 신호를 인가할 수 있는 제어부;
    를 포함하고,
    상기 제어부는,
    상기 기체를 이용한 기판 처리 공정 여부를 판단하는 판단부;
    상기 판단부에서 상기 기판 처리 공정이 진행되는 기체 공급 모드라고 판단될 경우, 상기 측정 압력값과 미리 입력된 제 1 기준값을 비교하는 제 1 비교부;
    상기 판단부에서 상기 기판 처리 공정이 완료되어 상기 기체가 상기 공정 챔버로 공급되지 않는 기체 단절 모드라고 판단될 경우, 상기 측정 압력값과 미리 입력된 제 2 기준값을 비교하는 제 2 비교부; 및
    상기 측정 압력값에 따라 상기 액체가 충전될 수 있도록 상기 액체 충전 밸브의 개폐 구동을 제어하는 구동부;
    를 포함하는, 기화 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 구동부는,
    상기 제 1 비교부에서 비교된 상기 측정 압력값이 상기 제 1 기준값 보다 높을 경우, 상기 액체 충전 밸브는 닫도록 제어하고, 상기 기체가 지속적으로 상기 공정 챔버에 공급되도록 상기 기체 배출 밸브는 열도록 제어하고,
    상기 측정 압력값이 상기 제 1 기준값 보다 낮을 경우, 상기 액체가 충전되도록 상기 액체 충전 밸브를 열도록 제어하고, 상기 기체가 지속적으로 상기 공정 챔버에 공급되도록 상기 기체 배출 밸브는 열도록 제어하는, 기화 장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 구동부는,
    상기 제 2 비교부에서 비교된 상기 측정 압력값이 상기 제 2 기준값 보다 높을 경우, 상기 액체 충전 밸브 및 상기 기체 배출 밸브는 닫도록 제어하고,
    상기 측정 압력값이 상기 제 2 기준값 보다 낮을 경우, 상기 액체가 충전되도록 상기 액체 충전 밸브를 열도록 제어하고, 상기 기체 배출 밸브는 닫도록 제어하는, 기화 장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 2 기준값은 상기 제 1 기준값 보다 높은, 기화 장치.
  5. 기판 처리 장치의 공정 챔버 내부로 액체의 원료를 기화시켜 공급하기 위한 기화 장치의 제어 방법에 있어서,
    상기 액체를 기체로 기화시킬 수 있는 내부 공간이 형성되고, 기체 배출관 및 액체 충전관이 형성되는 기화 챔버에서 기판 처리 공정을 진행하는 공정 챔버로 상기 기체를 공급하는 기체 공급 단계;
    상기 기체 공급 단계가 수행되는 중에 상기 기화 챔버의 내부 압력을 압력 센서로 감지하여 제 1 압력값을 측정하는 압력 측정 단계;
    상기 제 1 압력값과 미리 입력된 제 1 기준값을 비교하는 제 1 압력 비교 단계;
    상기 기체를 이용한 기판 처리 공정이 적어도 하나의 기판에 대해서 완료되어 상기 기체를 상기 공정 챔버로 공급하지 않는 기체 단절 단계;
    상기 기체 단절 단계가 수행되는 중에 상기 기화 챔버의 내부 압력을 상기 압력 센서로 감지하여 제 2 압력값을 측정하는 압력 재측정 단계; 및
    상기 제 2 압력값과 미리 입력된 제 2 기준값을 비교하는 제 2 압력 비교 단계;
    를 포함하는, 기화 장치의 제어 방법.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 제 1 압력 비교 단계 이후에,
    상기 제 1 압력 비교 단계에서 측정된 상기 측정 압력값이 상기 제 1 압력값 보다 작을 경우, 제어부에서 상기 액체 충전 밸브의 개폐 구동을 제어하여 상기 액체가 충전되는 제 1 충전 단계;
    를 더 포함하는, 기화 장치의 제어 방법.
  7. 제 5 항에 있어서,
    상기 제 2 압력 비교 단계 이후에,
    상기 제 2 압력 비교 단계에서 측정된 상기 측정 압력값이 상기 제 2 압력값 보다 작을 경우, 제어부에서 상기 액체 충전 밸브의 개폐 구동을 제어하여 상기 액체가 충전되는 제 2 충전 단계;
    를 포함하는, 기화 장치의 제어 방법.
  8. 제 5 항에 있어서,
    상기 제 2 압력 비교 단계의 상기 제 2 기준값은 상기 제 1 압력 비교 단계의 상기 제 1 기준값 보다 높은, 기화 장치의 제어 방법.
KR1020200178834A 2020-12-18 2020-12-18 기화 장치 및 이의 제어 방법 KR20220088119A (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020200178834A KR20220088119A (ko) 2020-12-18 2020-12-18 기화 장치 및 이의 제어 방법

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020200178834A KR20220088119A (ko) 2020-12-18 2020-12-18 기화 장치 및 이의 제어 방법

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR20220088119A true KR20220088119A (ko) 2022-06-27

Family

ID=82246799

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020200178834A KR20220088119A (ko) 2020-12-18 2020-12-18 기화 장치 및 이의 제어 방법

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR20220088119A (ko)

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN103493181B (zh) 原料的汽化供给装置
KR102143678B1 (ko) 기판 처리 장치, 가스의 공급 방법, 기판 처리 방법 및 성막 방법
US20110174219A1 (en) Control for and method of pulsed gas delivery
KR101446052B1 (ko) 버블러 소스 내의 전구체 양을 측정하기 위한 방법
US7887873B2 (en) Gasification monitor, method for detecting mist, film forming method and film forming apparatus
KR20240116690A (ko) 비말 동반된 증기를 측정하기 위한 시스템들 및 방법들
WO2004040630A1 (ja) 半導体デバイスの製造方法及び基板処理装置
US20170159175A1 (en) Raw material gas supply apparatus, raw material gas supply method and storage medium
US20090011128A1 (en) Method for manufacturing carbon nano tube
CN103225074B (zh) 处理装置和处理状态的确认方法
KR100334987B1 (ko) 금속 유기물 화합 증착 방법 및 증착 장치
KR20080106294A (ko) 원자층 성장 장치
KR102711329B1 (ko) Cvd-방법으로 증착된 층들에 대한 정보를 획득하기 위한 장치 및 방법
US6964876B2 (en) Method and device for depositing layers
US20130309401A1 (en) Atomic layer deposition apparatus and atomic layer deposition method
US20170278714A1 (en) Control device, substrate processing system, substrate processing method, and program
KR100906048B1 (ko) Ｌｐｃｖｄ 장치 및 ｌｐｃｖｄ 장치를 이용한 폴리 실리콘증착 방법
KR20220088119A (ko) 기화 장치 및 이의 제어 방법
JP2008218760A (ja) 半導体装置の製造方法および半導体装置の製造装置
JP6821327B2 (ja) オンデマンド充填アンプルの補充
KR102114265B1 (ko) 기화 장치 및 이의 제어 방법
JP2014210946A (ja) 原子層堆積装置
KR20220098816A (ko) 배면 보우 보상 증착의 스테이션-대-스테이션 (station-to-station) 제어
CN103014662A (zh) 化学气相沉积设备中用于精确控制反应物流量的气路装置
US20230324008A1 (en) Gas supply system and gas supply method