KR20220122916A - 전구체의 레벨 측정 기능을 구비한 기화기 시스템 - Google Patents

전구체의 레벨 측정 기능을 구비한 기화기 시스템 Download PDF

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Abstract

본 발명은 기화기 시스템에 관한 것으로, 일 실시예에서, 전구체를 저장할 수 있는 캐니스터; 상기 전구체를 기화시키기 위해 상기 캐니스터에 열적으로 결합된 히터; 상기 캐니스터 내부의 제1 지점의 온도를 측정하는 제1 온도센서; 제1 지점에서 하방으로 소정 거리 이격된 제2 지점의 온도를 측정하는 제2 온도센서; 및 제1 및 제2 온도센서의 측정 온도에 기초하여 전구체의 레벨을 산출하는 제어부;를 포함하고, 상기 제어부는, 제1 지점과 제2 지점의 측정 온도의 차이값(ΔT)을 계산하고 이 계산결과에 기초하여 상기 캐니스터에 저장된 전구체의 레벨을 출력하도록 구성된 기화기 시스템을 개시한다.

Description

전구체의 레벨 측정 기능을 구비한 기화기 시스템 {Vaporizer system having function of measuring level of precursor stored in canister}
본 발명은 기화기 시스템에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 캐니스터에 저장된 전구체의 레벨을 측정할 수 있는 기능을 갖는 기화기 시스템에 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, 기화기 시스템으로서, 전구체를 저장할 수 있는 캐니스터; 상기 전구체를 기화시키기 위해 상기 캐니스터에 열적으로 결합된 히터; 상기 캐니스터 내부의 제1 지점의 온도를 측정하는 제1 온도센서; 제1 지점에서 하방으로 소정 거리 이격된 제2 지점의 온도를 측정하는 제2 온도센서; 및 제1 및 제2 온도센서의 측정 온도에 기초하여 전구체의 레벨을 산출하는 제어부;를 포함하고, 상기 제어부는, 제1 지점과 제2 지점의 측정 온도의 차이값(ΔT)을 계산하고 이 계산결과에 기초하여 상기 캐니스터에 저장된 전구체의 레벨을 출력하도록 구성된 것을 특징으로 하는 기화기 시스템을 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 본 발명의 일 실시예에 따른 캐니스터를 설명하는 도면,
도3은 제1 실시예에서 캐니스터 내의 전구체가 감소하는 상태를 나타내는 도면,
도4는 제1 실시예에 따른 전구체 레벨 측정 방법을 설명하는 도면,
도5는 제2 실시예에서 캐니스터 내의 전구체가 감소하는 상태를 나타내는 도면,
도6은 제2 실시예에 따른 전구체 레벨 측정 방법을 설명하는 도면,
도7은 제3 실시예에서 캐니스터 내의 전구체가 감소하는 상태를 나타내는 도면,
도8은 제3 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, '온-오프 밸브'는 유체의 흐름을 막거나 유체의 흐름을 허용하는 밸브를 의미하고, '컨트롤 밸브'는 유체의 흐름을 막거나 유체의 흐름을 허용하거나 흐르는 유체의 양을 조절할 수 있는 밸브를 의미한다.
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 있으며, 예를 들면 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/또는 텅스텐 클로라이드(WxCly)(여기서, x와 y는 자연수)을 포함하는 물질일 수 있다. 상술한 전구체들은 예시적인 것으로서 본원 발명은 그러한 전구체들에만 한정되는 것이 아님을 당업자는 알아야 한다.
이하, 도면들을 참조하여 본 발명의 실시예들에 대해 상세히 설명하기로 한다.
도2는 본 발명의 일 실시예에 따른 기화기 시스템에서 캐니스터(10) 및 제어부(200)를 도시하였다. 본 발명의 기화기 시스템은 도1에 도시한 것처럼 캐니스터(10)에 연결된 다수의 배관과 각 배관에 설치된 밸브들, 그리고 배관을 통한 유체의 흐름을 제어하기 위해 상기 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) 내부로 유체(예컨대 캐리어 가스)를 공급하기 위한 유입구(11) 및 캐니스터(10) 외부로 유체(예컨대 기화/승화된 전구체 및 캐리어 가스 등)를 배출하기 위한 유출구(12)를 포함할 수 있다. 또한 캐니스터(10)는 내부 공간의 소정 지점의 온도를 측정하기 위한 온도센서 모듈(110)을 포함한다. 도2에 도시한 실시예에는 하나의 온도센서 모듈(110)을 도시하였지만 발명의 구체적 실시 형태에 따라 하나 이상의 온도센서 모듈을 가질 수 있음은 물론이다.
일 실시예에서 온도센서 모듈(110)은 상하로 이격 배치된 2개의 온도센서(111,112)를 구비한다. 각각의 온도센서(111,112)는 예컨대 열전대(thermocouple) 등의 공지의 온도센서로 구현될 수 있다.
일 실시예에서 캐니스터(10)의 내부 공간에 온도센서 모듈(110)을 설치하기 위해 하나 이상의 온도측정용 프로브(100)를 설치할 수 있다. 도시한 실시예에서 프로브(100)는 제1 프로브(100a)와 제2 프로브(100b)를 포함하고, 제1 온도센서(111)와 제2 온도센서(112)가 각각 제1 프로브(100a)와 제2 프로브(100b)에 설치된다. 이와 같이 각 온도센서(111,112)마다 각각 독립된 프로브(100a,100b)에 설치할 경우 온도센서간 열전달에 의해 서로의 온도 측정값이 영향받는 것을 방지할 수 있다. 그러므로 만일 온도센서(111,112)를 서로간에 열적으로 독립되도록, 즉 서로간에 온도의 영향이 없도록 설계할 경우 하나의 프로브를 사용할 수도 있음은 물론이다.
예를 들어 각각의 프로브(100a,100b)는 내부에 빈 공간을 가지며 예컨대 스테인리스 스틸 등의 재질로 만들 수 있다. 각각의 온도센서(111,112)의 전선이 각 프로브(100a,100b)의 내부 공간을 통해 위로 연결되어 제어부(200)에 연결될 수 있고, 이에 따라 각 온도센서(111,112)에서 측정한 측정값이 제어부(200)로 전달될 수 있다.
도시한 실시예에서는 각 프로브(100a,100b)가 캐니스터(10)의 상부 케이스에 결합된 것으로 도시하였지만 구체적 실시 형태에 따라 각 프로브(100a,100b)의 설치 위치가 달라질 수 있다. 또한 대안적 실시예에서 온도센서 모듈(110)이 캐니스터(10)의 내부 측벽에 설치될 수도 있으며 이 경우 프로브가 필요하지 않을 수 있음도 이해할 것이다.
일 실시예에서 온도측정용 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.
제1 온도센서 모듈(110)을 구성하는 제1 온도센서(111)와 제2 온도센서(112)는 수직 방향으로 서로 이격되어 배치된다. 예를 들어 도2에서 제2 온도센서(112)는 제1 온도센서(111)에서 수직으로 소정 거리(L) 이격된 위치에 설치되고, 따라서 제1 온도센서(111)는 캐니스터(10) 내부에서 제1 지점의 온도를 측정하고 제2 온도센서(112)는 캐니스터(10) 내부에서 상기 제1 지점에서 소정 거리(L) 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.
제어부(200)는 하나 이상의 온도센서 모듈(110)로부터 수신한 온도 측정값에 기초하여 캐니스터(10) 내부에 저장된 전구체의 레벨(표면 또는 수위)을 추정할 수 있다. 제어부(200)는 온도센서 모듈(110)의 제1 온도센서(111)의 측정 온도와 제2 온도센서(112)의 측정 온도 사이의 온도 차이값(ΔT)을 산출하고 이 차이값을 기설정된 기준값과 비교하여 전구체의 레벨을 추정할 수 있으며, 이러한 제어부(200)의 구체적 동작에 대해서는 이하 도면을 참조하여 설명하기로 한다.
도3은 제1 실시예에서 캐니스터 내의 전구체가 감소하는 상태를 나타내는 도면이고 도4는 제1 실시예에 따른 전구체 레벨 측정 방법을 설명하는 도면이다.
도3(a)는 온도센서 모듈(110)의 제1 온도센서(111) 및 그 아래에 소정 거리 이격되어 위치하는 제2 온도센서(112)가 모두 전구체의 레벨(표면 또는 수위) 보다 아래쪽에 위치한 상태이고, 도3(b)는 전구체를 계속 소모함에 따라(즉, 캐니스터(10)를 도1과 같은 기화기 시스템에 설치하고 전구체를 승화시켜 처리설비로 이송함에 따라) 전구체의 양이 점차 줄어들어 전구체의 레벨이 제1 온도센서(111)의 위치까지 내려간 상태이다. 이 때 전구체는 액체 또는 고체일 수 있으나 이하에서는 설명의 편의를 위해 고체인 것으로 가정한다.
만일 전구체의 레벨이 도3(a)에 도시한 것처럼 제1 온도센서(111) 보다 높은 위치에 있는 경우, 제1 온도센서(111)와 제2 온도센서(112) 모두 전구체 내부에 위치하고 있고 서로 인접한 이격 거리 내에 있으므로 제1 온도센서(111)의 측정 온도와 제2 온도센서(112)의 측정 온도가 동일하거나 거의 동일한(예컨대 온도센서의 측정오차 범위 내의 차이) 값을 가질 것이고, 따라서 온도 차이값(ΔT)은 0이거나 0에 가까운 값을 가진다.
한편 본 발명에서 온도 차이값(ΔT)과 비교하려는 “기준값”은 예를 들어 전구체가 고체인 경우 전구체의 승화에 의한 전구체의 표면 온도 강하값 이하이고 제1 및 제2 온도센서(111,112)간의 측정오차 보다는 큰 값일 수 있다. 또한 전구체가 액체인 경우, 상기 기준값은 전구체의 기화에 의한 전구체 표면의 온도 강하값 이하이고 제1 및 제2 온도센서(111,112)간의 측정오차 보다는 큰 값일 수 있다.
그러므로, 도3(a)의 경우, 제1 온도센서(111)의 측정 온도와 제2 온도센서(112)의 측정 온도 사이의 차이값(ΔT)이 기준값 보다 작은 값을 가질 것이다. 그런데 만일 전구체를 소모하여 도3(b)와 같이 전구체 레벨(표면)이 제1 온도센서(111)의 높이(L1)까지 감소하였다고 하면, 이 경우 전구체의 표면에서 승화가 일어나고 있으므로 제1 온도센서(111)의 측정 온도는 제2 온도센서(112)의 측정 온도에 비해 승화에 의한 온도 강하만큼 온도가 낮을 것이므로 온도 차이값(ΔT)이 기준값과 같거나 클 것이다.
따라서 제어부(200)는 온도 차이값(ΔT)을 상기 기준값과 비교하고 이 비교 결과에 기초하여 전구체의 레벨을 판단할 수 있다. 예를 들어, 두 온도센서의 온도 차이값(ΔT)이 상기 기준값 이하이면 전구체의 레벨이 제1 온도센서(111) 보다 높은 위치인 것으로 판단하고, 온도 차이값(ΔT)이 기준값보다 크면 전구체의 레벨이 제1 온도센서(111)의 높이(L1)와 동일하다고 판단할 수 있다.
한편, 대안적 실시예에서 온도 차이값(ΔT)을 기준값과 비교하는 대신, 미리 작성한 온도 차이값(ΔT)-전구체 레벨 대응표에 따라 전구체의 레벨을 판단할 수도 있다. 이 대응표는 제1 지점과 제2 지점의 온도 차이값(ΔT)에 대응하는 전구체 레벨 값을 미리 매칭하여 저장하고 있을 수 있다. 예를 들어 대응표에는 예컨대 온도 차이값(ΔT)이 0이거나 온도센서의 오차범위 내의 값인 경우 전구체 레벨이 “T1 높이 초과”로 대응되어 있고, 전구체가 고체이고 전구체의 승화에 의한 전구체의 표면 온도 강하 값이 예컨대 섭씨 1도라고 가정하면, 온도 차이값(ΔT)이 1도 또는 그 이상의 값에 대해서는 대응표에 전구체 레벨이 "T1의 높이"로 대응되어 있을 수 있다.
따라서 이 실시예의 경우 제어부(200)는 온도 차이값(ΔT)을 기준값과 비교하지 않고 상기 대응표를 참조하여 차이값(ΔT)에 대응하는 전구체 레벨을 출력할 수 있다.
도4는 상기 구성에 따라 제어부(200)에서 전구체의 레벨을 측정하는 예시적 방법을 나타낸다. 도4를 참조하면, 단계(S110)에서 제1 온도센서(111)와 제2 온도센서(112)가 각각 온도를 측정한다. 그 후 제어부(200)는 두 온도센서의 온도 차이값(ΔT)을 계산하고(S120), 계산 결과에 기초하여 전구체의 레벨을 출력한다(S130). 예를 들어 온도 차이값(ΔT)이 상기 기준값보다 작으면 전구체의 레벨이 도3(a)와 같이 제1 온도센서(111) 보다 높은 위치에 있다고 판단하고 온도 차이값(ΔT)이 기준값 이상이면 전구체의 레벨이 도3(b)와 같이 제1 온도센서(111)의 높이(L1)까지 감소하였다고 판단할 수 있다. 또는 대안적 실시예에서, 기저장된 차이값(ΔT)-전구체 레벨 대응표를 참조하여 상기 계산된 차이값(ΔT)에 대응하는 전구체 레벨을 출력할 수도 있다.
그리고 일 실시예에서 전구체 레벨이 제1 온도센서(111)의 높이(L1)까지 감소하였다고 판단한 경우 전구체의 레벨을 관리자에게 알리는 단계(S140)를 더 포함할 수 있다.
도5는 제2 실시예에서 캐니스터 내의 전구체가 감소하는 상태를 나타내는 도면이고 도6은 제2 실시예에 따른 전구체 레벨 측정 방법을 설명하는 도면이다.
도5를 참조하면, 도5(a)에서 온도센서 모듈(110)은 제1 온도센서(111) 및 그 아래에 소정 거리 이격되어 위치하는 제2 온도센서(112)를 구비하며 전구체의 레벨이 제1 온도센서(111)와 제2 온도센서(112) 사이에 위치하고 있는 상태이고, 도5(b)는 전구체를 계속 소모함에 따라 전구체의 레벨이 제2 온도센서(112)의 위치까지 내려간 상태이다.
만일 전구체의 레벨이 도5(a)에 도시한 것처럼 제1 온도센서(111)와 제2 온도센서(112) 사이에 있는 경우, 제1 온도센서(111)는 전구체 외부에 위치하고 제2 온도센서(112)는 전구체 내부에 위치하고 있으며, 일반적으로 캐니스터(10) 내부 공간에서 전구체 외부의 온도가 전구체 내부의 온도보다 더 높으므로, 제1 온도센서(111)의 측정 온도와 제2 온도센서(112)의 측정 온도 사이의 온도 차이값(ΔT)은 0보다 큰 소정 값을 가진다. 이 때 온도 차이값(ΔT)의 구체적 수치는 전구체의 종류나 캐니스터(10)의 가열 온도 등 기화기 시스템의 구체적 구성이나 동작 상태에 따라 달라질 수 있다.
또한 이 실시예에서 온도 차이값(ΔT)과 비교하려는 "기준값"은, 전구체가 고체인 경우, [캐니스터 내에서 전구체의 내부와 외부 사이의 온도차] 보다는 크고 [캐니스터 내에서 전구체의 내부와 외부 사이의 온도차]와 [전구체의 승화에 의한 전구체 표면의 온도 강하 값]의 합보다는 작은 값을 갖도록 설정될 수 있다. 만일 전구체가 액체인 경우, 상기 기준값은 [캐니스터 내에서 전구체의 내부와 외부 사이의 온도차] 보다는 크고 [캐니스터 내에서 전구체의 내부와 외부 사이의 온도차]와 [전구체의 기화에 의한 전구체 표면의 온도 강하 값]의 합보다 작은 값을 갖도록 설정될 수 있다.
그러므로, 도5(a)의 상태에서 제1 온도센서(111)의 측정 온도와 제2 온도센서(112)의 측정 온도 사이의 온도 차이값(ΔT)이 상기 기준값 보다 작은 값을 가짐을 알 수 있고, 전구체가 소모되어 도5(b)와 같이 전구체 레벨이 제2 온도센서(112)의 높이(L2)까지 감소하면, 이 경우 전구체의 표면에서 승화가 일어나고 있으므로 온도 차이값(ΔT)이 상기 기준값과 같거나 클 것이다.
따라서 제어부(200)는 온도 차이값(ΔT)을 상기 기준값과 비교하고 이 비교 결과에 기초하여 전구체의 레벨을 판단할 수 있다. 예를 들어, 두 온도센서의 온도 차이값(ΔT)이 상기 기준값 이하이면 도5(a)와 같이 전구체의 레벨이 제1 온도센서(111)와 제2 온도센서(112) 사이에 위치한 것으로 판단하고, 온도 차이값(ΔT)이 상기 기준값과 같거나 크면 전구체의 레벨이 제2 온도센서(112)의 높이(L2)와 동일하다고 판단할 수 있다.
한편, 상술한 제1 실시예에서와 유사하게, 도5와 도6의 제2 실시예에서 미리 작성한 온도 차이값(ΔT)-전구체 레벨 대응표를 이용하여 전구체의 레벨을 판단할 수도 있다. 이 대응표는 제1 지점과 제2 지점의 온도 차이값(ΔT)에 대응하는 전구체 레벨 값을 미리 매칭하여 저장하고 있으며, 제어부(200)가 이 대응표에 기초하여 상기 계산된 차이값(ΔT)에 대응하는 전구체 레벨을 출력할 수 있다.
도6은 상기 구성에 따라 제어부(200)에서 전구체의 레벨을 측정하는 예시적 방법을 나타낸다. 도6을 참조하면, 단계(S210)에서 제1 온도센서(111)와 제2 온도센서(112)가 각각 온도를 측정한다. 그 후 제어부(200)는 두 온도센서의 온도 차이값(ΔT)을 계산하고(S220), 계산결과에 기초하여 전구체의 레벨을 출력한다(S230). 예를 들어 온도 차이값(ΔT)이 상기 기준값보다 작으면 전구체의 레벨이 도5(a)와 같이 제1 온도센서(111)와 제2 온도센서(112) 사이에 있다고 판단하고 온도 차이값(ΔT)이 기준값 이상이면 전구체의 레벨이 도5(b)와 같이 제2 온도센서(112)의 높이(L2)까지 감소하였다고 판단할 수 있다. 또는 대안적 실시예에서, 기저장된 차이값(ΔT)-전구체 레벨 대응표를 참조하여 상기 계산된 차이값(ΔT)에 대응하는 전구체 레벨을 출력할 수도 있다.
그리고 일 실시예에서 전구체 레벨이 제2 온도센서(112)의 높이(L2)까지 감소하였다고 판단한 경우 전구체의 레벨을 관리자에게 알리는 단계(S240)를 더 포함할 수 있다.
도7은 제3 실시예에서 캐니스터 내의 전구체가 감소하는 상태를 나타낸다.
제3 실시예는 도3의 제1 실시예와 도5의 제2 실시예를 조합한 경우이다. 도7을 참조하면, 온도센서 모듈(110)이 제1 온도센서(111) 및 그 아래에 소정 거리 이격되어 위치하는 제2 온도센서(112)를 구비하며, 도7(a)는 전구체의 레벨이 두 온도센서(111,112) 보다 위에 있는 상태이고, 도7(b)에서 도7(e)로 갈수록 전구체 레벨이 점차 낮아지는 것을 도시하였다. 즉 도7(b)는 전구체 레벨이 제1 온도센서(111)의 높이에 있는 상태, 도7(c)는 전구체 레벨이 제1 온도센서(111)와 제2 온도센서(112) 사이에 있는 상태, 도7(d)는 전구체 레벨이 제2 온도센서(112)의 높이에 있는 상태, 그리고 도7(e)는 전구체 레벨이 제2 온도센서(112) 보다 낮은 위치까지 내려간 상태를 각각 나타낸다.
그러므로, 도7(a)의 경우 제1 온도센서(111)의 측정 온도와 제2 온도센서(112)의 측정 온도 사이의 온도 차이값(ΔT)이 제1 기준값 보다 작은 값을 가지며, 전구체가 소모되어 도7(b)와 같이 전구체 레벨이 제1 온도센서(111)의 높이(L1)까지 감소하게 된 경우 전구체의 표면에서 승화가 일어나고 있으므로 온도 차이값(ΔT)이 제1 기준값과 같거나 클 것이다.
이 때 상기 "제1 기준값"은 전구체가 고체인 경우 전구체의 승화에 의한 전구체의 표면 온도 강하값 이하이고 제1 및 제2 온도센서(111,112)간의 측정오차의 보다는 큰 값일 수 있다. 또한 전구체가 액체인 경우, 제1 기준값은 전구체의 기화에 의한 전구체 표면의 온도 강하값 이하이고 제1 및 제2 온도센서(111,112)간의 측정오차의 보다는 큰 값일 수 있다.
전구체의 레벨이 도7(c)에 도시한 것처럼 제1 온도센서(111)와 제2 온도센서(112) 사이까지 감소한 경우 제1 온도센서(111)의 측정 온도와 제1 온도센서(112)의 측정 온도 사이의 온도 차이값(ΔT)은 제2 기준값 보다 작은 값을 가지며, 전구체가 더 소모되어 도7(d)와 같이 전구체 레벨이 제2 온도센서(112)의 높이(L2)까지 감소하게 되면 전구체의 표면에서의 승화로 인해 온도 차이값(ΔT)이 제2 기준값과 같거나 클 것이다.
상기 "제2 기준값"은, 전구체가 고체인 경우, [캐니스터 내에서 전구체의 내부와 외부 사이의 온도차] 보다는 크고 [캐니스터 내에서 전구체의 내부와 외부 사이의 온도차]와 [전구체의 승화에 의한 전구체 표면의 온도 강하 값]의 합보다는 작은 값으로 설정될 수 있고, 만일 전구체가 액체인 경우, 제2 기준값은 [캐니스터 내에서 전구체의 내부와 외부 사이의 온도차] 보다는 크고 [캐니스터 내에서 전구체의 내부와 외부 사이의 온도차]와 [전구체의 기화에 의한 전구체 표면의 온도 강하 값]의 합보다 작은 값으로 설정될 수 있다.
도8은 상기 구성에 따라 제어부(200)에서 전구체 레벨을 측정하는 예시적 방법을 나타낸다. 도8을 참조하면, 단계(S310)에서 제1 온도센서(111)와 제2 온도센서(112)가 각각 온도를 측정한다. 그 후 제어부(200)는 두 온도센서의 온도 차이값(ΔT)을 계산하고(S320), 계산결과에 기초하여 전구체의 레벨을 출력한다(S330).
예를 들어 단계(S330)에서 제어부(200)는 상기 계산된 온도 차이값(ΔT)을 제1 기준값과 비교하여 전구체의 레벨을 판단할 수 있고, 이 때 제1 기준값은 도7을 참조하여 설명한 것으로, 전구체가 고체인 경우 전구체의 승화에 의한 전구체의 표면 온도 강하값 이하이고 제1 및 제2 온도센서(111,112)간의 측정오차의 보다는 큰 값일 수 있고, 전구체가 액체인 경우, 제1 기준값은 전구체의 기화에 의한 전구체 표면의 온도 강하값 이하이고 제1 및 제2 온도센서(111,112)간의 측정오차의 보다는 큰 값일 수 있다.
따라서 단계(S330)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 도7(b)와 같이 제1 온도센서(111)의 높이(L1)까지 감소하였다고 판단할 수 있다. 또는 단계(S330)의 대안적 실시예에서, 제어부(200)는 기저장된 차이값(ΔT)-전구체 레벨 대응표를 참조하여, 상기 단계(S320)에서 계산된 차이값(ΔT)에 대응하는 전구체 레벨을 출력할 수도 있다.
그 후 전구체가 더 소모됨에 따라 전구체 레벨이 도7(c)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(S340), 측정된 온도의 온도 차이값(ΔT)을 계산하고(S350), 계산결과에 기초하여 전구체의 레벨을 출력할 수 있다(S360).
예를 들어 단계(S360)에서 제어부(200)는 상기 계산된 온도 차이값(ΔT)을 제2 기준값과 비교하여 전구체의 레벨을 판단할 수 있고, 이 때 제2 기준값은 도7을 참조하여 설명한 것으로, 전구체가 고체인 경우, [캐니스터 내에서 전구체의 내부와 외부 사이의 온도차] 보다는 크고 [캐니스터 내에서 전구체의 내부와 외부 사이의 온도차]와 [전구체의 승화에 의한 전구체 표면의 온도 강하 값]의 합보다는 작은 값으로 설정될 수 있고, 만일 전구체가 액체인 경우, 제2 기준값은 [캐니스터 내에서 전구체의 내부와 외부 사이의 온도차] 보다는 크고 [캐니스터 내에서 전구체의 내부와 외부 사이의 온도차]와 [전구체의 기화에 의한 전구체 표면의 온도 강하 값]의 합보다 작은 값으로 설정될 수 있다.
따라서 단계(S360)에서, 온도 차이값(ΔT)이 제2 기준값보다 작으면 전구체의 레벨이 도7(c)와 같이 제1 온도센서(111)와 제2 온도센서(112) 사이에 위치한다고 판단하고, 온도 차이값(ΔT)이 제2 기준값 이상이면 전구체의 레벨이 도7(d)와 같이 제2 온도센서(112)의 높이(L2)까지 감소하였다고 판단할 수 있다. 또는 단계(S360)의 대안적 실시예에서 제어부(200)는 기저장된 차이값(ΔT)-전구체 레벨 대응표를 참조하여 상기 계산된 차이값(ΔT)에 대응하는 전구체 레벨을 출력할 수도 있다.
그리고 일 실시예에서, 전구체 레벨이 도7(d)의 상태처럼 제2 온도센서(112)의 높이(L2)까지 감소하였거나 또는 도7(e)의 상태처럼 제2 온도센서(112) 높이(L2)보다 아래로 감소하였다고 판단하면 전구체의 레벨을 관리자에게 알리는 단계(S360)를 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 (9)

  1. 기화기 시스템으로서,
    전구체를 저장할 수 있는 캐니스터;
    상기 전구체를 기화시키기 위해 상기 캐니스터에 열적으로 결합된 히터;
    상기 캐니스터 내부의 제1 지점의 온도를 측정하는 제1 온도센서;
    제1 지점에서 하방으로 소정 거리 이격된 제2 지점의 온도를 측정하는 제2 온도센서; 및
    제1 및 제2 온도센서의 측정 온도에 기초하여 전구체의 레벨을 산출하는 제어부;를 포함하고,
    상기 제어부는, 제1 지점과 제2 지점의 측정 온도의 차이값(ΔT)을 계산하고 이 계산결과에 기초하여 상기 캐니스터에 저장된 전구체의 레벨을 출력하도록 구성된 것을 특징으로 하는 기화기 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 캐니스터 내부의 전구체를 외부로 공급하기 위한 유출구; 및
    상기 유출구에 설치된 개폐밸브;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 기화기 시스템.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 제1 온도센서와 제2 온도센서가 각각 제1 프로브와 제2 프로브에 설치되고,
    상기 제1 및 제2 프로브의 각각은 상기 캐니스터의 내부면에 일체로 결합되어 부착된 것을 특징으로 하는 기화기 시스템.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 프로브가 VCR, VCO, UPG, LOK 피팅 중 적어도 하나의 피팅 커넥터를 이용하여 상기 캐니스터에 일체로 결합되어 부착된 것을 특징으로 하는 기화기 시스템.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 제어부는, 상기 계산된 차이값(ΔT)이 기설정된 제1 기준값 이상이면 전구체의 표면이 상기 제1 지점의 높이에 있다고 판단하는 것을 특징으로 하는 기화기 시스템.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 제1 기준값은, 전구체가 고체인 경우 전구체의 승화에 의한 전구체 표면의 온도 강하 값보다 작은 값인 것을 특징으로 하는 기화기 시스템.
  7. 제 1 항에 있어서
    상기 제어부는, 상기 계산된 차이값(ΔT)이 기설정된 제2 기준값 이상이면 전구체의 표면이 상기 제2 지점의 높이에 있다고 판단하는 것을 특징으로 하는 기화기 시스템.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 제2 기준값은, 전구체가 고체인 경우, [상기 캐니스터 내에서 상기 전구체의 내부와 외부 사이의 온도차] 보다 크고, [상기 캐니스터 내에서 상기 전구체의 내부와 외부 사이의 온도차]와 [상기 전구체의 승화에 의한 전구체 표면의 온도 강하 값]의 합보다 작은 값인 것을 특징으로 하는 기화기 시스템.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 제어부가, 제1 지점과 제2 지점의 온도 차이값(ΔT)에 대응하는 전구체 레벨 값이 매칭된 대응표에 기초하여, 상기 계산된 차이값(ΔT)에 대응하는 전구체 레벨을 출력하는 것을 특징으로 하는 기화기 시스템.
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