KR20230092070A - 반도체 제조용 가스공급 장치 - Google Patents

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KR20230092070A
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Abstract

본 발명은 반도체 제조용 가스공급 장치에 관한 것으로, 압력 조절을 통해 온도를 제어하여 고체 소스로 부터 일정한 농도의 소스 가스를 생성하여 공급할 수 있도록 하는 반도체 제조용 가스공급 장치에 관한 것이다.
실시예에 따른 반도체 제조용 가스공급 장치는, 고체 소스를 승화시켜 소스 가스를 생성하기 위한 수용공간이 형성된 승화챔버부; 상기 고체 소스를 승화시키기 위한 열원을 제공하는 온도 조절부; 상기 수용공간의 압력을 측정하여 압력 정보를 생성하는 압력측정부; 및 상기 압력 정보에 기초하여 상기 온도 조절부의 가열 온도를 조절하는 제어부;를 포함한다.

Description

반도체 제조용 가스공급 장치{Gas supply device for manufacturing semiconductor device}
본 발명은 반도체 제조용 가스공급 장치에 관한 것으로, 압력 조절을 통해 온도를 제어하여 고체 소스로부터 일정한 농도의 소스 가스를 생성하여 공급할 수 있도록 하는 반도체 제조용 가스공급 장치에 관한 것이다.
일반적으로, 반도체 소자, 평판 디스플레이, 발광다이오드 등과 같은 전자재료를 제조하기 위해서는 실리콘 기판이나 유리 기판 상에 박막을 증착하는 증착 공정을 수행하며, 증착하고자 하는 박막의 종류에 따라 서로 상이한 소스 물질들을 활용해 증착 장치의 반응 챔버 내부로 공급하여 화학 기상 증착법이나 원자층 증착법을 통해 기판 상에 원하는 두께의 박막을 형성하도록 하고 있다.
상기 박막의 원료인 소스 물질이 상온에서 액체 또는 고체 상태인 경우 일정량의 소스 물질을 공급하기 위해서 소스 물질을 캐니스터(canister)라는 용기에 공급하고, 기체 상태가 되도록 승화하여 반응 챔버 내부로 공급하고 있으며, 일정량의 소스 가스를 균일하게 공급하기 위한 다양한 형태의 캐니스터 장치가 개발되어 활용되고 있다.
일례로, 고체 소스를 활용해 소스 가스를 제조하기 위해 활용되고 있는 기존의 캐니스터 장치는, 고체 소스를 저장하는 캐니스터 용기, 상기 캐니스터 용기에 설치되는 히터, 히터 자켓 등의 가열 수단 및 온도 컨트롤러를 포함하는 구조를 갖는다.
하지만, 상기와 같은 구조를 갖는 기존의 캐니스터 장치는 온도 조절을 통해 고체 소스를 승화시키고, 가스 유량을 조절하는 유량 조절기(mass flow controller, MFC)를 활용해 소스 가스의 공급량을 조절하도록 하고 있으나, 온도 조절을 통한 방법을 활용할 경우 가스의 유량 조절 정밀도가 낮아 캐니스터 내부에서 승화되는 고체 소스의 농도를 일정하게 유지하기 어렵다. 구체적으로, 고체 소스를 활용할 경우 소스 가스를 공급하는 일정 시간이 경과한 다음에는 고체 소스 입자의 표면적이 크게 감소하여 온도 조절을 통한 방법만을 활용할 경우 고체 소스의 농도를 일정하게 유지하기 힘들어 박막의 두께 재현성이 떨어진다는 문제가 있다.
한편, 캐니스터 장치는 캐니스터에 공급된 고체 소스가 모두 소모되거나, 고체 소스의 잔량이 기준치 이하기 될 때 고체 소스를 충전해야 할 필요가 있다.
기존에는 고체 소스의 잔량을 측정하기 위한 기술로, 중량 측정기를 사용하여 고체 소스 잔량의 무게를 측정하는 방법을 활용하고 있으나, 이와 같은 방법은 온도 변화 등과 같은 작업 조건에 따라 측정 정확도를 담보할 수 없다는 문제가 있어 이를 보완할 수 있는 방법에 대한 연구가 필요하다.
일실시예에 따르면, 고체 소스를 수용하는 수용공간의 내부 압력을 측정하고, 측정된 압력값에 따라 온도를 조절하여 고체 소스의 생성량을 제어하는 압력 조절 방식을 활용하여 증기압이 낮은 고체 소스의 정밀한 온도 조절과 일정한 농도유지가 가능한 반도체 제조용 가스공급 장치에 대한 기술 내용을 제공하고자 한다.
또한, 수용공간의 내부 압력을 측정하고 고체 소스의 보충 시기를 고감도로 검출할 수 있는 반도체 제조용 가스공급 장치에 대한 기술 내용을 제공하고자 한다.
실시예에 따른 반도체 제조용 가스공급 장치는, 고체 소스를 승화시켜 소스 가스를 생성하기 위한 수용공간이 형성된 승화챔버부; 상기 고체 소스를 승화시키기 위한 열원을 제공하는 온도 조절부; 상기 수용공간의 압력을 측정하여 압력 정보를 생성하는 압력측정부; 및 상기 압력 정보에 기초하여 상기 온도 조절부의 가열 온도를 조절하는 제어부;를 포함할 수 있다.
일실시예에 따르면, 상기 승화챔버부는, 상기 수용공간으로 캐리어 가스를 공급하는 가스 공급 수단 및 상기 수용공간에 생성된 소스 가스를 배출하기 위한 가스 배출 수단을 더 포함할 수 있다.
일실시예에 따르면, 상기 제어부는, 상기 압력측정부에서 측정한 압력값이 미리 설정된 압력 임계값 미만일 경우 온도 조절부의 구동을 제어하여 가열 온도를 높이도록 하고, 소스 가스의 생성량을 증가시켜 상기 수용공간의 내부 압력이 미리 설정된 압력 임계값에 도달하도록 하는 연산모듈을 포함할 수 있다.
일실시예에 따르면, 상기 온도 조절부는 상기 수용공간 내부의 온도를 측정하여 온도 정보를 생성하는 온도 측정 모듈을 더 포함할 수 있다.
일실시예에 따르면, 상기 제어부는, 상기 승화챔버부에 상기 고체 소스의 보충시기를 판단하는 보충시기 결정 모듈을 더 포함하며, 상기 보충시기 결정 모듈은, 상기 온도 정보를 통해 상기 수용공간 내부의 온도를 확인하고, 상기 수용공간의 내부 온도가 미리 설정된 온도 임계값을 초과할 경우 상기 고체 소스의 보충시기가 도래한 것으로 판단하거나, 상기 온도 정보를 통해 상기 수용공간 내부의 온도 변화량을 확인하고, 상기 수용공간의 내부 온도 변화량이 미리 설정된 임계 온도 변화량을 초과할 경우 상기 고체 소스의 보충시기가 도래한 것으로 판단할 수 있다.
또한, 상기 제어부는, 상기 수용공간 내부의 압력 및 온도와 상기 고체 소스의 보충시기를 포함하는 알람 정보를 생성하고, 생성한 알람 정보를 관리자가 확인할 수 있도록 하는 알람 모듈을 더 포함할 수 있고, 관리자가 고체 소스의 종류 및 압력 설정 정보를 입력하기 위한 정보 입력 모듈을 더 포함할 수 있다.
실시예에 따른 반도체 제조용 가스공급 장치는, 고체 소스를 수용하는 수용공간의 내부 압력을 측정하고, 고체 소스의 증기압 특성을 활용하여 압력값에 따라 온도를 조절하여 고체 소스의 생성량을 제어하는 압력 조절 방식을 활용하여 증기압이 낮은 고체 소스의 정밀한 온도 조절과 일정한 농도유지가 가능하다.
또한, 수용공간의 내부 압력을 측정하고 고체 소스의 보충 시기를 고감도로 검출할 수 있어 반도체 소자 제조공정을 위한 신뢰성을 확보할 수 있도록 한다.
도 1은 실시예에 따른 반도체 제조용 가스공급 장치를 나타낸 개념도이다.
도 2는 실시예에 따른 반도체 제조용 가스공급 장치를 나타낸 구성도이다.
도 3은 실시예에 따른 반도체 제조용 가스공급 장치를 이용해 고체 소스로 소스 가스를 생성할 때 수용공간의 온도, 수용공간의 압력과 가열시간의 관계를 설명하기 위한 그래프이다.
아래에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명에 관한 설명은 구조적 내지 기능적 설명을 위한 실시 예에 불과하므로, 본 발명의 권리범위는 본문에 설명된 실시 예에 의하여 제한되는 것으로 해석되어서는 아니 된다. 즉, 실시 예는 다양한 변경이 가능하고 여러 가지 형태를 가질 수 있으므로 본 발명의 권리범위는 기술적 사상을 실현할 수 있는 균등물들을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 또한, 본 발명에서 제시된 목적 또는 효과는 특정 실시예가 이를 전부 포함하여야 한다거나 그러한 효과만을 포함하여야 한다는 의미는 아니므로, 본 발명의 권리범위는 이에 의하여 제한되는 것으로 이해되어서는 아니 될 것이다.
본 발명에서 서술되는 용어의 의미는 다음과 같이 이해되어야 할 것이다.
"제1", "제2" 등의 용어는 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하기 위한 것으로, 이들 용어들에 의해 권리범위가 한정되어서는 아니 된다. 예를 들어, 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다. 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결될 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다고 언급된 때에는 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다. 한편, 구성요소들 간의 관계를 설명하는 다른 표현들, 즉 "~사이에"와 "바로 ~사이에" 또는 "~에 이웃하는"과 "~에 직접 이웃하는" 등도 마찬가지로 해석되어야 한다.
단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한 복수의 표현을 포함하는 것으로 이해되어야 하고, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 설시된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이며, 하나 또는 그 이상의 다른 특징이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
여기서 사용되는 모든 용어들은 다르게 정의되지 않는 한, 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가진다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 것으로 해석되어야 하며, 본 발명에서 명백하게 정의하지 않는 한 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미를 지니는 것으로 해석될 수 없다.
도 1은 실시예에 따른 반도체 제조용 가스공급 장치를 나타낸 개념도이고, 도 2는 실시예에 따른 반도체 제조용 가스공급 장치를 나타낸 구성도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 실시예에 따른 반도체 제조용 가스공급 장치(10)는, 승화 챔버부(100); 온도 조절부(200); 압력측정부(300); 및 제어부(400);를 포함하는 구조를 갖는다.
먼저, 승화 챔버부(100)는 내부에 수용공간이 형성되어 고체 소스를 수용해 저장하고, 고체 소스를 승화시켜 소스 가스를 형성하기 위한 공간을 제공한다. 이를 위해, 승화 챔버부(100)는 외형을 형성하고, 고체 소스(SS)가 충전되고, 상부가 개방된 용기 형상의 본체(110) 및 상기 본체(110)의 상부 개구부를 밀폐시키는 커버(120)를 포함하는 구조를 가질 수 있다.
상기 커버(120)는 상기 본체(110)에서 탈부착이 가능한 구조를 형성하며, lock fitting 방식으로 체결시켜 고정하는 구조를 가질 수 있다. 이에 따라, 상기 커버(120)를 상기 본체(110)에서 탈착시켜 상부 개구부를 통해 고체 소스(SS)를 공급할 수 있고, 고체 소스(SS)를 공급한 다음에는 상기 커버(120)를 부착하여 밀폐된 수용공간을 형성할 수 있다.
상기 본체(110)는 이에 제한받지 않으며, 본체의 측면에 게이트가 형성되어 고체 소스를 공급하는 구조를 형성할 수도 있다.
그리고, 승화 챔버부(100)는 상기 수용공간으로 캐리어 가스를 공급하는 가스 공급 수단(130) 및 상기 수용공간에 생성된 소스 가스를 배출하기 위한 가스 배출 수단(140)을 더 포함할 수 있다.
상기 가스 공급 수단(130)은 가스 저장 장치와 연결되어 캐리어 가스를 수용공간 내부로 공급할 수 있다. 이에 따라, 승화 챔버부(100)는 캐리어 가스 및 소스 가스를 혼합하여 가스 배출 수단을 통해 반도체 제조 장치에 공급할 수 있다.
이를 위해, 가스 공급 수단(130)은 본체(110)의 상부에 형성된 유입구를 포함할 수 있으며, 유입구를 통해 캐리어 가스를 공급할 수 있다.
또한, 상기 유입구는 유입 배관을 통해 가스 저장 장치와 연결될 수 있으며, 유입 배관에는 제1 구동 펌프가 설치되어 캐리어 가스의 유입량을 제어할 수 있고, 조절 밸브(V)가 형성되어
가스 배출 수단(140)은 배출구를 포함하여 상기 수용공간에서 생성된 소스 가스를 배출할 수 있다. 상기 배출구에는 배출 배관이 연결되어 배출된 소스 가스는 반도체 제조 장치로 공급될 수 있다. 상기 배출 배관에는 제2 구동 펌프가 설치되어 소스 가스의 배출량을 제어할 수 있다.
상기 유입 배관 및 배출 배관에는 각각 밸브가 설치되어 각각의 가스의 공급을 조절할 수 있고, 상기 유입 배관 및 배출 배관은 서로 연결되어 가스 저장 장치로부터 캐리어 가스를 직접적으로 배출 배관을 통해 반도체 제조 장치에 공급할 수 있다. 상기 캐리어 가스는 아르곤 가스, 질소 가스, 헬륨 가스 또는 이들의 혼합 가스 등과 같은 불활성 가스일 수 있다.
또한, 상기 유입 배관은 상기 승화 챔버부(100)와 가스 저장 장치의 사이에 유량 제어기(mass flow controller, MFC, 150) 및 제1 구동 펌프(미도시)가 설치되어 상기 유입 배관을 통해 공급되는 가스의 공급량을 확인할 수 있으며, 캐리어 가스의 공급을 제어할 수도 있다.
상기 온도 조절부(200)는 본체(110)의 일측에 설치되어 상기 수용공간에 저장된 고체 소스를 가열하여 승화에 의한 소스 가스를 생성하는 역할을 한다. 온도 조절부(200)는 별도로 전원을 공급받아 열원을 형성하여 용기 가열을 위해 사용되는 통상적인 다양한 형태의 히터 모듈(210)을 이용해 구현할 수 있다. 일례로, 상기 온도 조절부(200)는 본체(110)의 외주면을 감싸 균일하게 가열할 수 있는 코일 히터 모듈을 대표적인 예로 들 수 있다.
또한, 상기 온도 조절부(200)는 온도 측정 모듈(220)을 더 포함할 수 있다. 온도 측정 모듈(220)은 수용공간 내부의 온도를 검출하는 역할을 하며, 1개 이상의 온도 센서를 이용해 구현할 수 있다. 복수 개의 온도 센서를 활용하는 경우 본체 내부에서 일정 거리만큼 이격된 위치에 설치되도록 하여 정확한 온도 검출이 가능하도록 구성할 수 있다. 상기 온도 측정 모듈(220)은 통신망을 통해 연결되어 수집한 온도 정보를 후술할 제어부(400)에 전송할 수 있다.
상기 압력측정부(300)는 본체(110)의 일측에 설치되어 상기 수용공간 내부의 압력을 측정하는 역할을 한다. 상기 압력측정부(300)는 1개 이상의 압력 센서를 이용해 구현할 수 있다.
상기 압력측정부(300)는 미소한 압력 변화를 정확하게 측정할 수 있는 고분해능 압력 측정 장치를 이용해 구현할 수 있다.
특히, 압력측정부(300)는 정밀한 측정을 위해 수용공간의 내부 압력을 1 내지 4 torr를 기본 압력값(0)으로 설정하고, 1 내지 4 torr를 초과하는 시점부터 압력값을 표시할 수 있도록 오프셋 조정한 상태에서 수용공간 내부의 압력을 측정하도록 할 수 있다. 즉, 1 내지 4 torr 이하의 압력에서는 압력값이 0으로 표시되도록 하고, 1 내지 4 torr를 초과하는 압력에서만 압력값을 측정하도록 하여 고감도로 수용공간의 내부 압력을 측정할 수 있다.
상기 압력측정부(300)는 1종의 압력 센서를 이용해 구현할 수 있으나, 복수 종의 압력 센서를 설치하여 구현할 수 있으며, 본체(110)의 내부에 1개 이상 설치할 수 있다.
상기 압력측정부(300)는 수용공간 내부의 압력을 측정하고, 측정한 압력값을 제어부(400)로 전송하며 제어부(400)가 온도 조절부(200)의 구동을 제어할 수 있도록 한다.
상기 제어부(400)는 압력 측정부(300)와 연결되어 압력 측정부(300)에서 수집한 수용공간의 압력값 정보를 수신받을 수 있고, 수신받은 압력값 정보를 이용해 온도 조절부(200)의 구동을 제어하여 수용공간 내부의 온도를 조절할 수 있다. 이를 위해, 제어부(400)는 연산모듈(410)을 포함하며, 연산모듈(410)은 상기 압력측정부(300)에서 측정한 압력값이 미리 설정된 압력 임계값 미만일 경우 턴온 신호를 생성하여 온도 조절부(200)의 구동을 제어하고 가열 온도를 높이도록 하여 소스 가스의 생성량을 증가시키고 이에 의해 수용공간의 내부 압력이 미리 설정된 압력 임계값에 도달하도록 온도 조절부(200)의 구동을 제어할 수 있다.
또한, 연산모듈(410)은 압력값이 미리 설정된 압력 임계값을 초과할 경우 온도 조절부(200)의 구동을 제어하기 위한 신호를 생성하여 가열 온도를 낮추어 수용공간의 압력 임계값을 일정하게 유지하도록 조절할 수 있다.
그리고, 상기 연산모듈(410)은 제2 구동 펌프(P2)의 동작을 제어하여 상기 수용공간의 내부로 캐리어 가스가 공급되도록 하여 상기 수용공간의 내부 압력을 미리 설정된 제1 압력 임계값이 되도록 조절한 다음, 수용공간의 내부 압력이 미리 설정된 제1 압력 임계값에 도달한 것으로 측정되면, 온도 조절부(200)의 구동을 턴온하여 고체 소스로부터 소스 가스를 생성하도록 하고, 상기 수용공간의 내부 압력을 미리 설정된 제2 압력 임계값이 되도록 조절할 수 있다.
일실시예에 따르면, 상기 연산모듈(410)은 제2 구동 펌프(P2)의 동작을 제어하여 상기 수용공간의 내부로 캐리어 가스가 공급되도록 하여 상기 수용공간의 내부 압력이 1 내지 4 Torr가 되도록 제어하고, 상기 수용공간의 내부 압력이 1 내지 4 Torr인 것으로 확인되면, 상기 캐리어 가스의 공급을 중단하도록 제어할 수 있다. 즉, 제1 압력 임계값은 1 내지 4 Torr일 수 있다.
이후, 연산모듈(410)은 캐리어 가스의 공급이 중단된 상태에서 온도 조절부(200)의 구동을 제어하여 수용공간의 내부 온도를 소스 가스의 승화온도 만큼 가열하도록 하며, 수용공간의 내부 압력이 미리 설정된 제2 압력 임계값이 될 때까지 가열하도록 하여 고체 소스의 농도가 일정한 상태의 소스 가스를 생성할 수 있다. 상기 수용공간의 내부 압력에 대한 미리 설정된 제2 압력 임계값은 6 내지 15 Torr의 범위일 수 있으며, 이에 제한받는 것은 아니다.
상기 제어부(400)는 보충시기 결정 모듈(430)을 더 포함할 수 있다. 상기 보충시기 결정 모듈(430)은 고체 소스를 공급하여 일정 시간 및 횟수로 소스 가스를 생성한 다음 본체에 잔류하는 고체 소스의 잔류량이 감소하는 경우 고체 소스의 보충시기를 결정하여 관리자가 확인할 수 있도록 보충시기 정보를 생성하는 역할을 한다.
구체적으로, 실시예에 따른 가스공급 장치(10)는 고체 소스의 증기압 특성을 활용하여 원하는 압력을 일정하게 유지하기 위해 정밀한 온도 조절이 가능하다.
특히, 고체 소스의 증기압은 액체에 비해 표면적 변화에 민감하게 작용하며, 고체 입자의 직경이 감소하면 표면적 변화가 가속화된다. 구체적으로, 액체 소스를 활용하는 경우와 달리, 고체 소스를 활용할 경우 고체 소스의 승화는 고체 소스 입자의 표면적에 비례하여 증가하는 경향을 나타낸다. 이는, 액체 소스의 경우 표면적이 일정하나, 고체 소스의 경우 소스 가스를 생성하는 시간이 경과함에 따라 표면적이 감소하게 되기 때문에 부피 감소로 인해 승화량이 최대 4배 정도 차이가 나게 된다. 구의 표면적을 예로 들 경우 구의 표면적(A)은 하기 식 1을 이용해 산출할 수 있다.
[식 1]
A = 4πr2
즉, 제1 소스 가스 입자의 직경이 2r인 경우 제1 소스 가스 입자의 표면적은 16πr2이며, 제2 소스 가스 입자의 직경이 r인 경우 제2 소스 가스 입자의 표면적은 4πr2이 되므로, 승화량에서 4배의 차이가 발생하게 된다. 즉, 표면적 감소는 승화량 감소, 압력 감소 및 수용공간 온도 상승을 유도하게 된다.
따라서, 소스 가스의 생성 횟수 또는 생성 시간이 증가하게 되면, 소스 가스 입자의 표면적이 감소하여 동일한 온도로 수용공간 내부를 가열하는 경우 소스 가스의 생성량이 감소하여 수용공간 내부의 압력이 감소하게 된다.
상기와 같은 특성을 이용하여 보충시기 결정 모듈(430)은 온도 측정 모듈(220)로부터 측정된 수용공간의 온도가 미리 설정된 온도 임계값 보다 높을 경우 고체 소스의 보충시기가 도래한 것으로 판단할 수 있다.
또는, 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 보충시기 결정 모듈은, 상기 온도 정보를 통해 상기 수용공간 내부의 온도 변화량을 확인하고, 상기 수용공간의 내부 온도 변화량이 미리 설정된 임계 온도 변화량을 초과할 경우 상기 고체 소스의 보충시기가 도래한 것으로 판단할 수 있다.
구체적으로, 고체 소스가 점차 소모됨에 따라 일정한 압력을 맞추기 위해 가열 온도가 상승하게 됨으로 수용공간의 온도의 변화량(기울기 A, 기울기 B, 기울기 C)은 상승하게 된다. 보충시기 결정 모듈(430)은 온도 측정 모듈(220)로부터 측정된 수용공간의 온도의 변화량(기울기)을 활용하여 온도의 변화량이 미리 설정된 임계 변화량을 초과할 경우 보충시기가 도래한 것으로 판단할 수 있다. 즉, 고체 소스의 입자 크기가 감소함에 따라 동일한 압력값을 유지하기 위해 가열 온도가 증가하여야 하며, 상기 가열 온도가 크게 증가하여 측정된 온도의 변화량이 기 저장된 임계 변화량보다 커진 경우 고체 소스의 보충시기로 판단할 수 있다.
또는, 보충시기 결정 모듈(430)은 가열 시간이 일정시간 초과하는 경우에도 수용공간의 압력이 압력 임계값에 도달하지 못하는 상태가 발생하게 되며, 이와 같은 경우 고체 소스의 보충시기로 판단하고, 고체 소스를 보충하도록 하여 공정 시간을 줄이도록 하는 것이 바람직하다.
상기와 같은 방법을 통해 보충시기를 판단할 경우 별도의 시간관리가 필요하지 않고, 관리자가 손쉽게 가스공급 장치(10)를 관리할 수 있도록 한다.
또한, 상기 제어부(400)는 알람 모듈(450)을 더 포함할 수 있다. 구체적으로, 상기 알람 모듈(450)은 수용공간 내부의 압력값, 온도, 생성된 소스 가스의 추정치, 고체 소스 보충시기 등을 포함하는 알람 정보를 생성하고, 생성한 알람 정보를 관리자가 실시간으로 확인할 수 있도록 하여 적절한 조치를 취할 수 있도록 한다. 상기 알람 모듈(450)은 승화 챔버부(100)의 외부에 설치되는 디스플레이를 포함하여 관리자가 육안으로 각종 정보를 확인할 수 있도록 하거나, 관리자 단말과 통신망을 통해 연결되어 관리자 단말에 직접 정보를 전송하여 관리자가 확인할 수 있도록 하는 형태일 수도 있다.
그리고, 상기 제어부(400)는 관리자가 정보를 입력하는 정보 입력 모듈(470)을 더 포함할 수 있다. 이에 따라, 관리자가 고체 소스의 종류를 입력할 경우 이종의 고체 소스를 활용하는 경우에도 해당 고체 소스에 적합한 적정 승화 온도로 고체 소스를 가열하도록 온도 조절부(200)의 구동을 제어하여 정밀한 온도 조절과 일정한 농도유지가 가능하다.
한편, 상기 고체 소스는 붕소(boron, B), 인(phosphorous, p), 구리(copper, Cu), 갈륨(gallium, Ga), 비소(arsenic, As), 루테늄(ruthenium, Ru), 인듐(indium, In), 안티몬(antimony, Sb), 란탄(lanthanum, La), 탄탈륨(tantalum, Ta), 이리듐(iridium, Ir), 데카보란(decaborane, B10H14), 사염화 하프늄(hafnium tetrachloride), 사염화 지르코늄(zirconium tetrachloride), 삼염화 인듐(indium trichloride), 금속 유기 베타-디케토네이트 착물(metal organic β-diketonate complex), 사이클로펜타디에닐 사이클로헵타트리에틸 티타늄(cyclopentadienyl cycloheptatrienyl titanium), 삼염화 알루미늄(aluminum trichloride), 요오드화 티타늄(itanium iodide), 사이클로옥타테트라엔 사이틀로펜타디에닐 티타늄(cyclooctatetraene cyclopentadienyltitanium), 비스(사이클로펜타디에닐)티타늄 디아지드[bis(cyclopentadienyl)titanium diazide], 텅스텐 카르보닐(tungsten carbonyl), 비스(사이클로펜타디에닐)루테늄(II)[bis(cyclopentadienyl)ruthenium (II)], 삼염화 루테늄(ruthenium trichloride), 텅스텐 클로라이드(tungsten chloride) 또는 이들의 혼합물을 포함할 수 있다. 상기 소스들은 예시적인 것으로서 본원 발명에 기재된 소스는 이에 한정되는 것은 아니다.
한편, 실시예에 따른 반도체 제조용 가스공급 장치는, 압력조절부(미도시)를 더 포함할 수 있다. 압력조절부는 본체 내부 수용공간의 압력을 일정하게 조절하는 역할을 한다.
상기 압력조절부(미도시)는 유출 배관(130) 상에서 밸브와 수동개폐기 사이에 설치될 수 있다. 압력조절부(미도시)는 핸들의 조작에 의해 인장 스프링의 탄성력을 가변시켜 내부 유로를 개폐하는 밸브시트를 작동시키는 방식과, 외부에서 인가되는 제어신호에 따라 솔레노이드가 작동하여 유로를 개폐하는 전자방식이 적용될 수 있고 바람직하게는 전자방식이 적용될 수 있다.
제어부(400)는 본체 내부 수용공간의 압력이 설정값을 초과한 경우 압력조절부를 구동시켜 밸브를 개방하도록 하여 압력을 일정하게 유지하도록 제어할 수 있다.
상기한 바와 같은 실시예에 따른 반도체 제조용 가스공급 장치(10)는, 고체 소스를 수용하는 수용공간의 내부 압력을 측정하고, 고체 소스의 증기압 특성을 활용하여 압력값에 따라 온도를 조절하여 고체 소스의 생성량을 제어하는 압력 조절 방식을 활용하여 증기압이 낮은 고체 소스의 정밀한 온도 조절과 일정한 농도유지가 가능하다.
또한, 수용공간의 내부 압력을 측정하고 고체 소스의 보충 시기를 고감도로 검출할 수 있어 반도체 소자 제조공정을 위한 신뢰성을 확보할 수 있도록 한다.
이에 따라, 실시예에 따른 반도체 제조용 가스공급 장치(10)는, 화학기상증착 장치, 원자층 증착 장치, 플라즈마 강화 증착장치 등과 같은 반도체 제조 장비에 가스 공급을 위한 용도로 활용될 수 있다.
상술한 바와 같이 개시된 본 발명의 바람직한 실시예들에 대한 상세한 설명은 당업자가 본 발명을 구현하고 실시할 수 있도록 제공되었다. 상기에서는 본 발명의 바람직한 실시 예들을 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 본 발명의 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 예를 들어, 당업자는 상술한 실시 예들에 기재된 각 구성을 서로 조합하는 방식으로 이용할 수 있다. 따라서, 본 발명은 여기에 나타난 실시형태들에 제한되려는 것이 아니라, 여기서 개시된 원리들 및 신규한 특징들과 일치하는 최광의 범위를 부여하려는 것이다.
본 발명은 본 발명의 정신 및 필수적 특징을 벗어나지 않는 범위에서 다른 특정한 형태로 구체화될 수 있다. 따라서, 상기의 상세한 설명은 모든 면에서 제한적으로 해석되어서는 아니 되고 예시적인 것으로 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 첨부된 청구항의 합리적 해석에 의해 결정되어야 하고, 본 발명의 등가적 범위 내에서의 모든 변경은 본 발명의 범위에 포함된다. 본 발명은 여기에 나타난 실시형태들에 제한되려는 것이 아니라, 여기서 개시된 원리들 및 신규한 특징들과 일치하는 최광의 범위를 부여하려는 것이다. 또한, 특허청구범위에서 명시적인 인용 관계가 있지 않은 청구항들을 결합하여 실시 예를 구성하거나 출원 후의 보정에 의해 새로운 청구항으로 포함할 수 있다.
10 : 반도체 제조용 가스공급 장치
100 : 승화챔버부
200 : 온도조절부
300 : 압력측정부
400 : 제어부

Claims (10)

  1. 고체 소스를 승화시켜 소스 가스를 생성하기 위한 수용공간이 형성된 승화챔버부;
    상기 고체 소스를 승화시키기 위한 열원을 제공하는 온도 조절부;
    상기 수용공간의 압력을 측정하여 압력 정보를 생성하는 압력측정부; 및
    상기 압력 정보에 기초하여 상기 온도 조절부의 가열 온도를 조절하는 제어부;를 포함하는 반도체 제조용 가스공급 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 승화챔버부는,
    상기 수용공간으로 캐리어 가스를 공급하는 가스 공급 수단 및
    상기 수용공간에 생성된 소스 가스를 배출하기 위한 가스 배출 수단을 더 포함하는 반도체 제조용 가스공급 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제어부는, 상기 압력측정부에서 측정한 압력값이 미리 설정된 압력 임계값을 벗어나는 경우 온도 조절부의 구동을 제어하여 가열 온도를 조절하고, 상기 소스 가스의 생성량을 조절하여 상기 수용공간의 내부 압력이 미리 설정된 압력 임계값을에 도달하도록 하는 연산모듈을 포함하는 반도체 제조용 가스공급 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 제어부는, 상기 승화챔버부에 상기 고체 소스의 보충시기를 판단하는 보충시기 결정 모듈을 더 포함하는 반도체 제조용 가스공급 장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 온도 조절부는 상기 수용공간 내부의 온도를 측정하여 온도 정보를 생성하는 온도 측정 모듈을 더 포함하는 반도체 제조용 가스공급 장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 보충시기 결정 모듈은, 상기 온도 정보를 통해 상기 수용공간 내부의 온도를 확인하고, 상기 수용공간의 내부 온도가 미리 설정된 온도 임계값을 초과할 경우 상기 고체 소스의 보충시기가 도래한 것으로 판단하는 반도체 제조용 가스공급 장치.
  7. 제5항에 있어서,
    상기 보충시기 결정 모듈은, 상기 온도 정보를 통해 상기 수용공간 내부의 온도 변화량을 확인하고, 상기 수용공간의 내부 온도 변화량이 미리 설정된 임계 온도 변화량을 초과할 경우 상기 고체 소스의 보충시기가 도래한 것으로 판단하는 반도체 제조용 가스공급 장치.
  8. 제4항에 있어서,
    상기 보충시기 결정 모듈은, 상기 압력측정부에서 측정한 수용공간의 압력값이 미리 설정된 압력 임계값 미만일 경우 상기 연산모듈이 온도 조절부의 구동을 제어하여 가열 온도를 높이도록 하고, 소스 가스의 생성량을 증가시키도록 하는 상태에서, 가열 시간이 미리 설정된 기준 시간을 초과하고, 수용공간의 압력이 미리 설정된 압력 임계값에 도달하지 못하는 상태인 경우 상기 고체 소스의 보충시기가 도래한 것으로 판단하는 반도체 제조용 가스공급 장치.
  9. 제4항에 있어서,
    상기 제어부는, 상기 수용공간 내부의 압력 및 온도와 상기 고체 소스의 보충시기를 포함하는 알람 정보를 생성하고, 생성한 알람 정보를 관리자가 확인할 수 있도록 하는 알람 모듈을 더 포함하는 반도체 제조용 가스공급 장치.
  10. 제4항에 있어서,
    상기 제어부는, 관리자가 고체 소스의 종류 및 압력 설정 정보를 입력하기 위한 정보 입력 모듈을 더 포함하는 반도체 제조용 가스공급 장치.
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