WO2022163988A1 - 액체 소스 공급 시스템 및 이를 이용한 액체 소스 공급 방법 - Google Patents

액체 소스 공급 시스템 및 이를 이용한 액체 소스 공급 방법 Download PDF

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WO2022163988A1
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liquid
connection pipe
mass flow
vaporizer
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PCT/KR2021/017450
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박성준
이희재
전석환
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엠케이피 주식회사
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Definitions

  • the present invention relates to a liquid source supply system and a liquid source supply method using the same, and more particularly, to a liquid source supply system for vaporizing a liquid source and supplying it to a process chamber, and a liquid source supply method using the same.
  • the liquid supply system that vaporizes the liquid source and supplies it to the process chamber includes a liquid mass flow controller that controls the mass flow rate of the liquid source, and a vaporizer that vaporizes the liquid source passing through the liquid mass flow meter and delivers it to the process chamber It consists of a vaporizer.
  • a pipe is provided between the liquid mass flow meter and the vaporizer to connect the liquid mass flow meter and the vaporizer to guide the liquid source passing through the liquid mass flow meter to the vaporizer.
  • the present invention has been devised to solve the above problems, and an object of the present invention is to calculate the mass flow rate of the liquid source remaining in the connection pipe disposed between the liquid mass flow controller and the vaporizer, and to control the flow rate using this. It is an object of the present invention to provide a liquid source supply system capable of improving the accuracy of the mass flow rate of liquid supplied to a process chamber and preventing overshoot while the liquid source is introduced into a vaporizer, and a liquid source supply method using the same.
  • a liquid source supply system for solving the above problems includes a liquid mass flow controller configured to control a flow rate of a liquid source introduced therein; a vaporizer configured to vaporize the liquid source; and a connecting pipe configured to connect the liquid mass flow controller and the vaporizer to each other to guide the liquid source discharged from the liquid mass flow controller to the vaporizer, wherein the liquid mass flow controller comprises: In proportion to the amount of the liquid source introduced into the vaporizer, the flow rate of the liquid source introduced into the vaporizer is controlled.
  • the vaporizer may include: a vaporizer configured to heat and vaporize the liquid source introduced therein; and a vaporization valve disposed between the vaporization body and the connection pipe to communicate the vaporization body and the connection pipe, or to block the vaporization body and the connection pipe.
  • the vaporization valve may be disposed integrally with the vaporizer and directly discharge the liquid source introduced into the vaporizer through the connection pipe to the vaporizer.
  • the liquid mass flow controller may include a first flow path in communication with the outside through which the liquid source is introduced and flowing, and a second flow path communicating with the connection pipe and discharging the liquid source flowing therein to the connection pipe.
  • body a flow control valve coupled to the body to connect the first flow path and the second flow path or block the first flow path and the second flow path to control the flow rate of the liquid source; and a control board configured to control the flow rate control valve and the vaporization valve.
  • the control board may control the flow rate of the liquid source while sequentially opening the vaporization valve and the flow control valve.
  • the control board when both the flow control valve and the vaporization valve are closed and the pressure change amount of the connecting pipe and the temperature change amount of the connecting pipe are included in a preset critical range, the liquid remaining in the connecting pipe By calculating the mass flow rate of the source, the information can be stored.
  • the control board calls information about the mass flow rate of the liquid source remaining in the connection pipe, opens the vaporization valve, calculates a decrease amount of the liquid source remaining in the connection pipe, and the flow control valve can be opened
  • the liquid mass flow controller is disposed in the second flow path to divide the second flow path into a first section communicating with the first flow path and a second section communicating with the connection pipe, and the liquid mass flow controller is accommodated in the first section.
  • a differential pressure element configured to generate a pressure difference between the liquid source and the liquid source accommodated in the second section; a first sensor coupled to the body and configured to sense the pressure of the liquid source accommodated in the first section; a second sensor coupled to the body and configured to sense the pressure of the liquid source accommodated in the second section; and a third sensor accommodated in the body and configured to sense the temperature of the liquid source accommodated in the first section.
  • the control board may calculate a mass flow rate of the liquid source remaining in the connection pipe using the density of the liquid source and the volume of the connection pipe.
  • the control board calculates the density of the liquid source using the pressure of the connection pipe and the volume of the connection pipe, or calculates the density of the liquid source using the temperature of the connection pipe and physical properties of the liquid source. can be calculated.
  • a method of supplying a liquid source using a liquid source supply system for solving the above problems includes calculating a mass flow rate of a liquid source remaining in a connection pipe; storing information about the mass flow rate of the liquid source remaining in the connection pipe; calling information about the mass flow rate of the liquid source remaining in the connection pipe; opening the vaporization valve to introduce the liquid source remaining in the connection pipe into the vaporizer; calculating a decrease amount of the liquid source remaining in the connection pipe; and opening the flow control valve.
  • the measured flow rate is compensated by calculating the mass flow rate of the liquid source remaining in the connection pipe through the density of the liquid source and the volume of the connection pipe, and the vaporization valve and the liquid mass flow controller integrally provided in the vaporizer By sequentially controlling the flow control valve of , it is possible to prevent the occurrence of overshoot when the liquid source is supplied to the vaporizer in a state in which the supply of the liquid source is stopped.
  • the measured flow rate is compensated by calculating the mass flow rate of the liquid source remaining in the connection pipe, a constant flow rate can be supplied to the process chamber, thereby improving the liquid mass flow rate accuracy, thereby improving the semiconductor manufacturing process yield.
  • the effect according to the present invention is not limited by the contents exemplified above, and more various effects are included in the present invention.
  • FIG. 1 is a configuration diagram schematically showing a liquid source supply system according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is an enlarged view showing an enlarged portion “A” of FIG. 1 .
  • FIG. 3 is a flowchart illustrating a liquid source supply method using a liquid source supply system according to an embodiment of the present invention.
  • a “module” or “unit” for a component performs at least one function or operation.
  • module or “unit” may perform a function or operation by hardware, software, or a combination of hardware and software.
  • a plurality of “modules” or a plurality of “units” other than a “module” or “unit” that must be performed in specific hardware or are executed in at least one processor may be integrated into at least one module.
  • the singular expression includes the plural expression unless the context clearly dictates otherwise.
  • FIG. 1 is a configuration diagram schematically showing a liquid source supply system according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 2 is an enlarged view showing an enlarged portion “A” of FIG. 1 .
  • a liquid source supply system 100 (hereinafter, referred to as a 'liquid source supply system 100 ') according to an embodiment of the present invention is configured to vaporize a liquid source and supply it to a process chamber 150 . .
  • the liquid source supply system 100 includes a liquid mass flow controller 110 , a vaporizer 120 , a connector 130 , a mass flow controller 140 , and a process chamber 150 .
  • the liquid mass flow controller 110 is configured to control the flow rate of the liquid source introduced therein.
  • Vaporizer 120 is configured to vaporize a liquid source.
  • the connector 130 is configured to connect the liquid mass flow controller 110 and the vaporizer 120 to each other to guide the liquid source discharged from the liquid mass flow controller 110 to the vaporizer 120 .
  • the mass flow controller 140 supplies a carrier gas for moving the liquid source to the vaporizer 120 .
  • the carrier gas may be argon (Ar) gas.
  • the process chamber 150 may be connected to the vaporizer 120 to receive the vaporized gas from the vaporizer 120 .
  • the vaporizer 120 may include a vaporizer 121 and a vaporization valve 122 .
  • the vaporizer 121 may be vaporized by heating the liquid source introduced therein.
  • the vaporization valve 122 is disposed between the vaporization body 121 and the connection pipe 130 to communicate the vaporization body 121 and the connection pipe 130, or the vaporization body 121 and the connection pipe 130. It is possible to control the flow rate of the liquid source flowing into the vaporizer 121 by blocking.
  • the vaporization valve 122 may be integrally disposed with the vaporization body 121 .
  • the vaporization valve 122 converts the liquid source introduced into the liquid source from the connection tube 130 into the vaporization body 121 . It can be discharged directly into
  • the liquid source may not remain between the vaporizer 120 and the connecting tube 130 .
  • the liquid mass flow controller 110 may include a body 111 , a flow control valve 112 , and a control board 113 .
  • the body 111 may include a flow path providing a flow path of the liquid source so that the liquid source moves in a set direction.
  • the flow path may include a first flow path 111A and a second flow path 111B sequentially arranged along the flow direction of the liquid source.
  • the flow path includes a first flow path 111A disposed on one side of the flow control valve 112 with respect to the flow control valve 112 and a second flow path disposed on the other side of the flow control valve 112 . (111B).
  • the first flow path 111A communicates with the outside, that is, a liquid source supply pipe, through a port (not shown) provided on one side of the body 111 , and a liquid source may be introduced and flowed from the outside.
  • the first flow path 111A may be configured to guide a liquid source introduced from the outside to the flow control valve 112 .
  • one side of the first flow path 111A may communicate with a port provided on one side of the body 111 , and the other side of the first flow path 111A may communicate with the flow control valve 112 .
  • the second flow path 111B communicates with the connection pipe 130 through a port (not shown) provided on the other side of the body 111 , and directs the liquid source flowing into the inside through the flow control valve 112 in one direction. It can be discharged to the connection pipe 130 by guiding it.
  • one side of the second flow path 111B may communicate with the flow control valve 112 , and the other side of the second flow path 111B may communicate with a port provided on the other side of the body 111 .
  • the inner surface of the body 111 forming the first flow path 111A and the second flow path 111B may be surface-treated to maintain a constant flow of the liquid source and prevent turbulence from occurring in the liquid source.
  • the inner surface of the body 111 may be surface-treated through buffing, lapping/polishing, EP process, and the like.
  • the body 111 may be formed of a metallic material exhibiting corrosion resistance.
  • the body 111 may be formed of SUS material.
  • the flow control valve 112 is coupled to the body 111 to communicate the first flow path 111A and the second flow path 111B, or block the first flow path 111A and the second flow path 111B from each other, The flow rate of the liquid source can be controlled.
  • the flow control valve 112 may be implemented in a solenoid type.
  • the flow control valve 112 includes a coil that forms a magnetic field therein when a current is applied from the outside, and is fixedly disposed inside the flow control valve 112 and is magnetized to have a specific polarity by the coil. It may include a fixture. In addition, the flow control valve 112 is disposed under the fixed body and is magnetized to have a different polarity from that of the fixed body by a magnetic field to communicate the first flow path 111A and the second flow path 111B while moving toward the fixed body. Alternatively, when the magnetization is released, it may include a driving body that closes the outer surface of the valve and blocks the first flow path 111A and the second flow path 111B.
  • the flow control valve 112 may control the flow rate and pressure of the liquid source by adjusting the distance between the actuator and the valve.
  • the control board 113 may collect and process the measurement signals of the sensors, and control the vaporization valve 122 and the flow control valve 112 to control the flow rate of the liquid source.
  • the control board 113 may be electrically connected to the sensors and the flow control valve 112 to supply power to the sensors and the flow control valve 112 .
  • the control board 113 may control the flow control valve 112 according to a flow control command signal input from the outside.
  • the term “external” may refer to a user terminal, a remote control, or an electronic input device that is electrically connected to the control board 113 and transmits a flow control command signal to the control board 113 .
  • a self-diagnosis command signal for detecting an abnormality of the liquid mass flow controller 110 from the outside, and error correction for correcting the error of the corresponding part when an abnormality is detected You can input more command signals.
  • control board 113 may receive at least one of a flow control command signal, a self-diagnosis command signal, and an error correction command signal to control the vaporization valve 122 and the flow control valve 112 .
  • the control board 113 may process and analyze all digital and analog signals, and may be configured to communicate with a user terminal or a PC in real time.
  • liquid mass flow controller 110 may further include a differential pressure element 114 and a plurality of sensors.
  • the differential pressure element 114 may be disposed in the second flow path 111B to divide the second flow path 111B into a first section S1 and a second section S2 .
  • the differential pressure element 114 provides a flow path of the liquid source by communicating the first section S1 and the second section S2 with each other, and the liquid source accommodated in the first section S1 and the second section S2. A pressure differential may be created between the contained liquid sources.
  • the differential pressure element 114 converts the flow of the liquid source flowing from the first section S1 to the second section S2 into laminar flow with the liquid source accommodated in the first section S1 and A pressure difference may be generated between the liquid sources accommodated in the second section S2.
  • the differential pressure element 114 is not necessarily limited thereto, and may have various shapes and structures.
  • the plurality of sensors may measure the pressure of the liquid source flowing through the second flow path 111B and the temperature of the liquid source by the liquid mass flow controller 110 .
  • the plurality of sensors may include a first sensor 115 , a second sensor 116 , and a third sensor 117 .
  • the first sensor 115 and the second sensor 116 may be coupled to the body 111 so that a portion thereof is exposed to the second flow path 111B, respectively. Accordingly, the first sensor 115 and the second sensor 116 may sense the pressure of the liquid source while in contact with the liquid source flowing through the second flow path 111B.
  • the first sensor 115 may detect the pressure of the liquid source accommodated in the first section S1
  • the second sensor 116 may detect the pressure of the liquid source accommodated in the second section S2 .
  • the third sensor 117 may be accommodated in the body 111 and detect the temperature of the liquid source accommodated in the first section S1 before passing through the differential pressure element 114 .
  • the pressure and temperature of the liquid source accommodated in the first section S1 are sensed by the first sensor 115 and the third sensor 117, and the second sensor
  • the pressure of the liquid source accommodated in the second section S2 may be sensed by 116 .
  • control board 113 provides a signal related to the pressure of the liquid source sensed through the first sensor 115 and the second sensor 116 and a signal related to the temperature of the liquid source sensed through the third sensor 117 .
  • the control board 113 By converting and analyzing the signal, it is possible to calculate the actual flow rate for the pressure difference.
  • liquid mass flow controller 110 is coupled to the body 111, the flow control valve 112, the control board 113, and a housing configured to accommodate the sensors therein to protect from the outside, and is attached to the housing It may further include a display electrically connected to the control board 113 and configured to display a driving state, a control state, and the like of the liquid mass flow controller 110 .
  • a flow control process of the liquid mass flow controller 110 will be described.
  • the liquid mass flow controller 110 When a flow control command signal is input from the outside, the liquid mass flow controller 110 operates in proportion to the inflow amount of the liquid source flowing from the connection pipe 130 to the vaporizer 120 while the flow control valve 112 is closed. , to open the flow control valve 112, thereby controlling the flow rate of the liquid source flowing into the interior.
  • control board 113 of the liquid mass flow controller 110 controls the flow rate of the liquid source while sequentially opening the vaporization valve 122 and the flow control valve 112 when a flow control command signal is input from the outside.
  • the control board 113 does not input a flow control command signal from the outside, in a state in which both the flow control valve 112 and the vaporization valve 122 are closed, the pressure change amount of the connection pipe 130 and the connection pipe
  • the temperature change amount of 130 is included in the preset critical range, the mass flow rate of the liquid source remaining in the connection pipe 130 may be calculated, and the information may be stored.
  • the control board 113 calls information on the mass flow rate of the liquid source remaining in the connection pipe 130 , opens the vaporization valve 122 , and connects the connection pipe 130 . ) calculates a decrease amount of the liquid source remaining in the flow control valve 112 may be opened.
  • the control board 113 calls information about the mass flow rate of the liquid source remaining in the connection pipe 130 , and By grasping the mass flow rate and opening the vaporization valve 122 , the liquid source remaining in the connection pipe 130 may be introduced into the vaporizer 121 to be vaporized and discharged. Then, the control board 113 calculates the mass flow rate of the liquid source remaining in the current connection pipe 130 , and uses the calculated information for the liquid source remaining in the connection pipe 130 before the vaporization valve 122 is opened. After calculating the decrease amount of the liquid source remaining in the connection pipe 130 by comparing it with the information on the mass flow of may be introduced into the mass flow controller 110 .
  • the liquid source having a flow rate corresponding to the discharge amount (reduced amount) of the liquid source is continuously compensated, overshoot of the liquid source generated in the vaporizer 120 may be prevented and vaporization efficiency may be increased.
  • control board 113 may calculate the mass flow rate of the liquid source remaining in the connection pipe 130 using the density of the liquid source and the volume of the connection pipe 130 .
  • the density of the liquid source may be calculated using the pressure of the connection pipe 130 and the volume of the connection pipe 130 , or may be calculated using the temperature of the connection pipe 130 and preset physical properties of the liquid source.
  • the volume of the connecting pipe 130 may be calculated using the length of the connecting pipe 130 and the acceleration of gravity.
  • the volume of the connector 130 may be calculated using the cross-sectional area of the connector 130 and the length of the connector 130 .
  • the reference numerals used while describing the liquid source supply system 100 are the same for each configuration for describing the liquid source supply method using the liquid source supply system 100 according to the embodiment of the present invention for convenience of description. used, and the same or duplicate descriptions will be omitted.
  • FIG. 3 is a flowchart illustrating a liquid source supply method using a liquid source supply system according to an embodiment of the present invention.
  • a liquid source supply method (hereinafter referred to as a 'liquid source supply method') using the liquid source supply system 100 according to an embodiment of the present invention is performed through the liquid source supply system 100 . is carried out
  • the liquid source supply system 100 includes a liquid mass flow controller 110 including a flow control valve 112 and a control board 113 , and a vaporizer 120 including a vaporizer 121 and a vaporization valve 122 . And, a connection pipe 130 connecting the liquid mass flow controller 110 and the vaporizer 120 , a mass flow controller 140 for supplying a carrier gas to the vaporizer 120 , and the vaporized from the vaporizer 120 . and a process chamber 150 supplied with gas.
  • control board 113 of the liquid mass flow controller 110 calculates the mass flow rate of the liquid source remaining in the connection pipe 130 ( S110 ).
  • the control board 113 controls the flow control valve 112 and the vaporization valve 122 in a closed state, the amount of pressure change of the connection pipe 130 and the connection pipe ( 130), it is checked in real time whether the amount of temperature change is included in each of the preset threshold ranges. Then, the control board 113 controls the mass flow rate of the liquid source remaining in the connection pipe 130 when the pressure change amount of the connection pipe 130 and the temperature change amount of the connection pipe 130 each fall within a preset critical range. Calculate. In this case, the mass flow rate of the liquid source remaining in the connection pipe 130 may be calculated using the density of the liquid source and the volume of the connection pipe 130 .
  • control board 113 stores information about the mass flow rate of the liquid source remaining in the connection pipe 130 to the memory. Save (S120).
  • control board 113 calls information about the mass flow rate of the liquid source remaining in the connection pipe 130 from the memory (S130).
  • control board 113 opens the vaporization valve 122 to convert the liquid source remaining in the connection tube 130 to the vaporizer ( 121) (S140).
  • the control board 113 calculates a decrease amount of the liquid source remaining in the connection pipe 130 ( S150 ).
  • the control board 113 calculates the mass flow rate of the liquid source remaining in the current connection pipe 130 , and the calculated Comparing the information with previous information stored in the memory, the amount of decrease in the liquid source remaining in the connector 130 is calculated.
  • control board 113 opens the flow control valve 112 ( S160 ).
  • the control board 113 continuously stores the amount of the liquid source corresponding to the decrease amount of the liquid source from the outside inside the liquid mass flow controller 110 .
  • the flow control valve 112 is opened to compensate for the decrease in the liquid source as it flows in.
  • the mass flow rate of the liquid source remaining in the connection pipe 130 is calculated through the density of the liquid source and the volume of the connection pipe 130 to compensate the measured flow rate, and to the vaporizer 120 .
  • the measured flow rate is compensated by calculating the mass flow rate of the liquid source remaining in the connection pipe 130 , a constant flow rate can be supplied to the process chamber 150 , thereby improving the liquid mass flow rate accuracy, and thereby, the semiconductor manufacturing process yield This can be improved.

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Abstract

본 발명은 액체 소스를 기화시켜 프로세스 챔버로 공급하는 액체 소스 공급 시스템을 개시한다. 본 발명의 실시예에 따른 액체 소스 공급 시스템은 내부로 유입되는 액체 소스의 유량을 제어하도록 구성되는 액체 질량 유량 제어기와, 액체 소스를 기화시키도록 구성되는 기화기와, 액체 질량 유량 제어기와 기화기를 서로 연결하여 액체 질량 유량 제어기에서 토출된 액체 소스를 기화기로 안내하도록 구성되는 연결관을 포함하고, 액체 질량 유량 제어기는 연결관에서 기화기로 유입되는 액체 소스의 유입량에 비례하여, 내부로 유입되는 액체 소스의 유량을 제어한다.

Description

액체 소스 공급 시스템 및 이를 이용한 액체 소스 공급 방법
본 발명은 액체 소스 공급 시스템 및 이를 이용한 액체 소스 공급 방법에 관한 것으로, 보다 구체적으로 액체 소스를 기화시켜 프로세스 챔버로 공급하는 액체 소스 공급 시스템 및 이를 이용한 액체 소스 공급 방법에 관한 것이다.
일반적으로 기체나 액체의 질량유량을 정밀하게 계측하고 공급량을 정확히 제어하는 것은 화학공정, 반도체 생산 공정, 각종 가스 생산 공정 등에서 매우 중요한 공정이다.
특히, 반도체 생산 공정에서 액체 소스를 기화시켜 프로세스 챔버로 공급하는 공정은 반도체 증식에 큰 영향을 미치므로 정밀한 유체의 제어와 공급이 매우 중요하다.
액체 소스를 기화시켜 프로세스 챔버로 공급하는 액체 공급 시스템은 액체 소스의 질량 유량을 제어하는 액체 질량 유량계(liquid mass flow controller)와, 액체 질량 유량계를 통과한 액체 소스를 기화시켜 프로세스 챔버로 전달하는 기화기(vaporizer)로 구성된다.
따라서, 액체 질량 유량계의 유량 제어를 통해 프로세스 챔버로 기화된 가스의 공급과 중단이 반복적으로 이루어진다.
한편, 액체 질량 유량계와 기화기 사이에는 액체 질량 유량계와 기화기를 연결하여 액체 질량 유량계를 통과한 액체 소스를 기화기로 안내하는 배관이 마련된다.
그러나, 종래의 액체 공급 시스템은 액체 소스의 공급이 중단된 상태에서 다음 액체 소스의 공급을 위하여 액체 질량 유량계의 밸브를 개방할 경우, 액체 질량 유량계와 기화기 사이의 배관에 잔존하는 액체 소스가 기화기로 유입되는 과정에서 오버슈트(overshoot)를 발생시키는 문제점이 있었다.
즉, 액체 질량 유량계와 기화기 사이의 배관에 잔존하는 액체 소스는 액체 질량 유량계를 통과한 상태이므로 그 유량을 정확히 계측할 수 없고, 이로 인해 액체 소스의 공급이 중단되었다가 다음 액체 소스의 공급을 위하여 액체 질량 유량계의 밸브가 개방될 경우, 배관에 잔존하던 액체 소스가 기화기로 유입되면서 오버슈트를 발생시키게 되었다.
이로 인해, 기화기에 일정하지 않은 유량의 액체 소스가 반복적으로 유입됨에 따라, 프로세스 챔버로 공급되는 액체 질량 유량 정확도가 낮아져 반도체 제조 공정 수율이 저하됨은 물론, 기화 효율이 저하되는 문제점이 있었다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 액체 질량 유량 제어기와, 기화기 사이에 배치되는 연결관 내에 잔존하는 액체 소스의 질량 유량을 산출하고, 이를 이용해 유량 제어를 수행하여 프로세스 챔버로 공급되는 액체 질량 유량 정확도를 향상시키고, 액체 소스가 기화기로 유입되는 과정에서 오버슈트의 발생을 방지할 수 있는 액체 소스 공급 시스템 및 이를 이용한 액체 소스 공급 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 과제는 이상에서 언급한 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 액체 소스 공급 시스템은 내부로 유입되는 액체 소스의 유량을 제어하도록 구성되는 액체 질량 유량 제어기; 상기 액체 소스를 기화시키도록 구성되는 기화기; 및 상기 액체 질량 유량 제어기와 상기 기화기를 서로 연결하여 상기 액체 질량 유량 제어기에서 토출된 상기 액체 소스를 상기 기화기로 안내하도록 구성되는 연결관을 포함하고, 상기 액체 질량 유량 제어기는, 상기 연결관에서 상기 기화기로 유입되는 상기 액체 소스의 유입량에 비례하여, 내부로 유입되는 상기 액체 소스의 유량을 제어한다.
상기 기화기는, 내부로 유입된 상기 액체 소스를 가열하여 기화시키도록 구성되는 기화체; 및 상기 기화체 및 상기 연결관 사이에 배치되어, 상기 기화체와 상기 연결관을 연통시키거나, 상기 기화체와 상기 연결관을 차단하도록 구성되는 기화밸브를 포함할 수 있다.
상기 기화밸브는, 상기 기화체에 일체로 배치되어 상기 연결관에서 내부로 유입된 상기 액체 소스를 상기 기화체에 바로 토출시킬 수 있다.
상기 액체 질량 유량 제어기는, 외부와 연통되어 상기 외부로부터 상기 액체 소스가 유입되어 흐르는 제1 유로 및 상기 연결관과 연통되어 내부에 흐르는 상기 액체 소스를 상기 연결관으로 토출시키는 제2 유로를 포함하는 바디; 상기 바디에 결합되어, 상기 제1 유로 및 상기 제2 유로를 연통시키거나, 상기 제1 유로 및 상기 제2 유로를 차단하여, 상기 액체 소스의 유량을 제어하도록 구성되는 유량 제어 밸브; 및 상기 유량 제어 밸브 및 상기 기화밸브를 제어하도록 구성되는 제어보드를 포함할 수 있다.
상기 제어보드는, 상기 기화밸브 및 상기 유량 제어 밸브를 순차적으로 개방하면서 상기 액체 소스의 유량을 제어할 수 있다.
상기 제어보드는, 상기 유량 제어 밸브 및 상기 기화밸브가 모두 폐쇄된 상태에서, 상기 연결관의 압력 변화량과 상기 연결관의 온도 변화량이 미리 설정된 임계범위에 포함될 경우, 상기 연결관에 잔존하는 상기 액체 소스의 질량 유량을 산출하여, 그 정보를 저장할 수 있다.
상기 제어보드는, 상기 연결관에 잔존하는 상기 액체 소스의 질량 유량에 관한 정보를 호출하고, 상기 기화밸브를 개방하며, 상기 연결관에 잔존하는 상기 액체 소스의 감소량을 산출하고, 상기 유량 제어 밸브를 개방할 수 있다.
상기 액체 질량 유량 제어기는, 상기 제2 유로에 배치되어 상기 제2 유로를 상기 제1 유로와 연통되는 제1 구간과 상기 연결관과 연통되는 제2 구간으로 구획하고, 상기 제1 구간에 수용된 상기 액체 소스와 상기 제2 구간에 수용된 상기 액체 소스 간에 압력차를 발생시키도록 구성되는 차압소자; 상기 바디에 결합되어 상기 제1 구간에 수용된 상기 액체 소스의 압력을 감지하도록 구성되는 제1 센서; 상기 바디에 결합되어 상기 제2 구간에 수용된 상기 액체 소스의 압력을 감지하도록 구성되는 제2 센서; 및 상기 바디에 수용되어 상기 제1 구간에 수용된 상기 액체 소스의 온도를 감지하도록 구성되는 제3 센서를 더 포함할 수 있다.
상기 제어보드는, 상기 액체 소스의 밀도 및 상기 연결관의 체적을 이용하여 상기 연결관에 잔존하는 상기 액체 소스의 질량 유량을 산출할 수 있다.
상기 제어보드는, 상기 연결관의 압력과, 상기 연결관의 부피를 이용하여 상기 액체 소스의 밀도를 산출하거나, 상기 연결관의 온도와, 상기 액체 소스의 물성치들을 이용하여 상기 액체 소스의 밀도를 산출할 수 있다.
상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 액체 소스 공급 시스템을 이용한 액체 소스 공급 방법은 연결관에 잔존하는 액체 소스의 질량 유량을 산출하는 단계; 상기 연결관에 잔존하는 상기 액체 소스의 질량 유량에 관한 정보를 저장하는 단계; 상기 연결관에 잔존하는 상기 액체 소스의 질량 유량에 관한 정보를 호출하는 단계; 기화밸브를 개방하여 연결관에 잔존하는 상기 액체 소스를 기화체로 유입시키는 단계; 상기 연결관에 잔존하는 상기 액체 소스의 감소량을 산출하는 단계; 및 상기 유량 제어 밸브를 개방하는 단계를 포함한다.
본 발명의 실시예에 따르면, 액체 소스의 밀도와 연결관의 체적을 통해 연결관 내에 잔존하는 액체 소스의 질량 유량을 산출하여 계측 유량을 보상하고, 기화기에 일체로 마련된 기화밸브와 액체 질량 유량 제어기의 유량 제어 밸브를 순차적으로 제어함으로써, 액체 소스의 공급이 중단된 상태에서 기화기로 액체 소스가 공급될 때 오버슈트의 발생을 방지할 수 있다.
또한, 연결관 내에 잔존하는 액체 소스의 질량 유량을 산출하여 계측 유량을 보상하므로, 프로세스 챔버로 일정한 유량 공급이 가능하여 액체 질량 유량 정확도를 향상시키고, 이를 통해 반도체 제조 공정 수율이 향상될 수 있다.
또한, 기화기로 유입되는 액체 소스의 오버슈트를 방지하므로, 기화 효율을 향상시키고, 이를 통해 액체 소스의 사용량을 감소시킬 수 있음은 물론 기화기의 사용 수명을 증대시킬 수 있다.
본 발명에 따른 효과는 이상에서 예시된 내용에 의해 제한되지 않으며, 더욱 다양한 효과들이 본 발명 내에 포함되어 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 액체 소스 공급 시스템을 개략적으로 나타낸 구성도이다.
도 2는 도 1의 “A” 부분을 확대하여 나타낸 확대도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 액체 소스 공급 시스템을 이용한 액체 소스 공급 방법을 나타낸 순서도이다.
이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 다양한 실시 예를 보다 상세하게 설명한다. 본 명세서에 기재된 실시 예는 다양하게 변형될 수 있다. 특정한 실시예가 도면에서 묘사되고 상세한 설명에서 자세하게 설명될 수 있다. 그러나 첨부된 도면에 개시된 특정한 실시 예는 다양한 실시 예를 쉽게 이해하도록 하기 위한 것일 뿐이다. 따라서 첨부된 도면에 개시된 특정 실시 예에 의해 기술적 사상이 제한되는 것은 아니며, 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 균등물 또는 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
제1, 제2 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 이러한 구성요소들은 상술한 용어에 의해 한정되지는 않는다. 상술한 용어는 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.
본 명세서에서, "포함한다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다. 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.
한편, 본 명세서에서 사용되는 구성요소에 대한 "모듈" 또는 "부"는 적어도 하나의 기능 또는 동작을 수행한다. 그리고 "모듈" 또는 "부"는 하드웨어, 소프트웨어 또는 하드웨어와 소프트웨어의 조합에 의해 기능 또는 동작을 수행할 수 있다. 또한, 특정 하드웨어에서 수행되어야 하거나 적어도 하나의 프로세서에서 수행되는 "모듈" 또는 "부"를 제외한 복수의 "모듈들" 또는 복수의 "부들"은 적어도 하나의 모듈로 통합될 수도 있다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.
그 밖에도, 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우, 그에 대한 상세한 설명은 축약하거나 생략한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 액체 소스 공급 시스템을 개략적으로 나타낸 구성도이고, 도 2는 도 1의 “A” 부분을 확대하여 나타낸 확대도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 액체 소스 공급 시스템(100)(이하 '액체 소스 공급 시스템(100)'이라 함)은 액체 소스를 기화시켜 프로세스 챔버(150)로 공급하도록 구성된다.
액체 소스 공급 시스템(100)은 액체 질량 유량 제어기(110), 기화기(120), 연결관(130), 질량 유량 제어장치(140) 및 프로세스 챔버(150)를 포함한다.
액체 질량 유량 제어기(110)는 내부로 유입되는 액체 소스의 유량을 제어하도록 구성된다.
기화기(120)는 액체 소스를 기화시키도록 구성된다.
연결관(130)은 액체 질량 유량 제어기(110)와 기화기(120)를 서로 연결하여 액체 질량 유량 제어기(110)에서 토출된 액체 소스를 기화기(120)로 안내하도록 구성된다.
질량 유량 제어장치(140)는 액체 소스를 이동시키기 위한 캐리어 가스를 기화기(120)로 공급한다. 예를 들어, 캐리어 가스는 아르곤(Ar) 가스일 수 있다.
프로세스 챔버(150)는 기화기(120)와 연결되어 기화기(120)로부터 기화된 가스를 공급받을 수 있다.
도 2를 참조하면, 기화기(120)는 기화체(121)와, 기화밸브(122)를 포함할 수 있다.
기화체(121)는 내부로 유입된 액체 소스를 가열하여 기화시킬 수 있다.
기화밸브(122)는 기화체(121) 및 연결관(130) 사이에 배치되어, 기화체(121)와 연결관(130)을 연통시키거나, 기화체(121)와 연결관(130)을 차단하여 기화체(121)로 유입되는 액체 소스의 유량을 제어할 수 있다.
기화밸브(122)는 기화체(121)에 일체로 배치될 수 있다.
따라서, 기화밸브(122)가 개방되어 기화체(121)와 연결관(130)이 연통될 경우, 기화밸브(122)는 연결관(130)에서 내부로 유입된 액체 소스를 기화체(121)에 바로 토출시킬 수 있다.
이에, 기화기(120)와 연결관(130)관 사이에는 액체 소스가 잔류되지 않을 수 있다.
액체 질량 유량 제어기(110)는 바디(111), 유량 제어 밸브(112) 및 제어보드(113)를 포함할 수 있다.
바디(111)는 액체 소스가 설정 방향으로 이동되도록 액체 소스의 유동경로를 제공하는 유로를 포함할 수 있다.
유로는 액체 소스의 유동방향을 따라 순차적으로 배치되는 제1 유로(111A) 및 제2 유로(111B)를 포함할 수 있다.
*구체적으로, 유로는 유량 제어 밸브(112)를 기준으로 유량 제어 밸브(112)의 일 측에 배치되는 제1 유로(111A)와, 유량 제어 밸브(112)의 타 측에 배치되는 제2 유로(111B)를 포함할 수 있다.
제1 유로(111A)는 바디(111)의 일 측에 마련된 포트(미도시)를 통해 외부, 즉, 액체 소스 공급관과 연통되고, 외부로부터 액체 소스가 유입되어 흐를 수 있다.
제1 유로(111A)는 외부에서 내부로 유입된 액체 소스를 유량 제어 밸브(112)로 안내하도록 구성될 수 있다.
예를 들어, 제1 유로(111A)의 일 측은 바디(111)의 일 측에 마련된 포트와 연통되고, 제1 유로(111A)의 타 측은 유량 제어 밸브(112)와 연통될 수 있다.
제2 유로(111B)는 바디(111)의 타 측에 마련된 포트(미도시)를 통해 연결관(130)과 연통되고, 유량 제어 밸브(112)를 통해 내부로 유입되어 흐르는 액체 소스를 일 방향으로 안내하여 연결관(130)으로 토출시킬 수 있다.
예를 들어, 제2 유로(111B)일 측은 유량 제어 밸브(112)와 연통되고, 제2 유로(111B)의 타 측은 바디(111)의 타 측에 마련된 포트와 연통될 수 있다.
제1 유로(111A) 및 제2 유로(111B)를 형성하는 바디(111)의 내면은 액체 소스의 흐름을 일정하게 유지하고, 액체 소스에 난류가 발생되지 않도록 표면처리될 수 있다.
예를 들어, 바디(111)의 내면은 버핑 및 래핑/폴리싱, EP 과정 등을 통해 표면처리 될 수 있다.
바디(111)는 내부식성을 띄는 금속성 재질로 형성될 수 있다.
예를 들어, 바디(111)는 SUS 재질로 형성될 수 있다.
유량 제어 밸브(112)는 바디(111)에 결합되어 제1 유로(111A) 및 제2 유로(111B)를 연통시키거나, 제1 유로(111A) 및 제2 유로(111B)를 서로 차단시키면서, 액체 소스의 유량을 제어할 수 있다.
유량 제어 밸브(112)는 솔레노이드 방식으로 구현될 수 있다.
도면에는 도시되지 않았으나, 유량 제어 밸브(112)는 외부로부터 전류가 인가되면 내부에 자기장을 형성하는 코일과, 유량 제어 밸브(112)의 내부에 고정 배치되어 코일에 의해 특정 극성을 띄도록 자화되는 고정체를 포함할 수 있다. 그리고, 유량 제어 밸브(112)는 고정체의 하부에 배치되고 자기장에 의해 고정체와 다른 극성을 띄도록 자화되어 고정체 측으로 이동하면서 제1 유로(111A)와 제2 유로(111B)를 연통시키거나, 자화가 해제될 경우 밸브의 외면에 밀착되면서 제1 유로(111A)와 제2 유로(111B)를 차단시키는 구동체를 포함할 수 있다.
유량 제어 밸브(112)는 구동체와 밸브 사이의 거리 조절을 통해 엑체 소스의 유량 및 압력을 조절할 수 있다.
제어보드(113)는 센서들의 계측신호를 수집하여 처리하고, 기화밸브(122) 및 유량 제어 밸브(112)를 제어하여 액체 소스의 유량을 제어할 수 있다.
제어보드(113)는 센서들 및 유량 제어 밸브(112)와 전기적으로 연결되어 센서들 및 유량 제어 밸브(112)에 전원을 공급할 수 있다.
제어보드(113)는 외부에서 입력된 유량 제어 명령 신호에 따라 유량 제어 밸브(112)를 제어할 수 있다. 여기서, 외부라 함은 제어보드(113)와 전기적으로 연결되어 제어보드(113)에 유량 제어 명령 신호를 전송하는 사용자 단말 혹은 리모컨 혹은 전자식 입력장치 등을 의미할 수 있다. 그리고, 외부에서는 제어보드(113)에 유량 제어 명령 신호 이외에 외부로부터 액체 질량 유량 제어기(110)의 이상을 감지하기 위한 자가진단 명령 신호 및 이상이 감지될 경우 해당 부분의 오차를 보정하기 위한 오차보정 명령 신호를 더 입력할 수 있다.
따라서, 제어보드(113)는 유량 제어 명령 신호, 자가진단 명령 신호 및 오차보정 명령 신호 중 적어도 어느 하나를 입력받아 기화밸브(122) 및 유량 제어 밸브(112)를 제어할 수 있다.
제어보드(113)는 모든 디지털 신호 및 아날로그 신호를 처리 및 분석할 수 있고, 사용자 단말 혹은 PC 등과 실시간으로 통신하도록 구성될 수 있다.
또한, 액체 질량 유량 제어기(110)는 차압소자(114)와, 복수의 센서를 더 포함할 수 있다.
차압소자(114)는 제2 유로(111B)에 배치되어 제2 유로(111B)를 제1 구간(S1) 및 제2 구간(S2)으로 구획할 수 있다.
차압소자(114)는 제1 구간(S1) 및 제2 구간(S2)을 서로 연통시켜 액체 소스의 유동경로를 제공하고, 제1 구간(S1)에 수용된 액체 소스와 제2 구간(S2)에 수용된 액체 소스 간에 압력차를 발생시킬 수 있다.
예를 들어, 차압소자(114)는 제1 구간(S1)에서 제2 구간(S2)으로 유동하는 액체 소스의 흐름을 층류(laminar flow)로 전환하면서 제1 구간(S1)에 수용된 액체 소스와 제2 구간(S2)에 수용된 액체 소스 간에 압력차를 발생시킬 수 있다. 그러나, 차압소자(114)는 반드시 이에 한정되는 것은 아니며, 다양한 형태 및 구조를 가질 수 있다.
이를 통해, 차압소자(114)의 전단과 후단에서 액체 소스의 유동 흔들림을 최소화하여 액체 소스를 안정화시킬 수 있다.
복수의 센서는 액체 질량 유량 제어기(110)는 제2 유로(111B)를 흐르는 액체 소스의 압력 및 액체 소스의 온도를 측정할 수 있다.
복수의 센서는 제1 센서(115), 제2 센서(116) 및 제3 센서(117)를 포함할 수 있다.
제1 센서(115) 및 제2 센서(116)는, 바디(111)에 결합되어 각각 일부분이 제2 유로(111B)에 노출되도록 배치될 수 있다. 이에, 제1 센서(115) 및 제2 센서(116)는 제2 유로(111B)를 흐르는 액체 소스와 접촉되면서 액체 소스의 압력을 감지할 수 있다.
제1 센서(115)는 제1 구간(S1)에 수용된 액체 소스의 압력을 감지하고, 제2 센서(116)는 제2 구간(S2)에 수용된 액체 소스의 압력을 감지할 수 있다.
제3 센서(117)는 바디(111)에 수용되고, 차압소자(114)를 통과하기 전 제1 구간(S1)에 수용된 액체 소스의 온도를 감지할 수 있다.
따라서, 제2 유로(111B)에 액체 소스가 흐르면, 제1 센서(115) 및 제3 센서(117)에 의해 제1 구간(S1)에 수용된 액체 소스의 압력 및 온도를 감지하고, 제2 센서(116)에 의해 제2 구간(S2)에 수용된 액체 소스의 압력을 감지할 수 있다.
이에, 제어보드(113)는 제1 센서(115) 및 제2 센서(116)를 통해 감지된 액체 소스의 압력에 관한 신호와, 제3 센서(117)를 통해 감지된 액체 소스의 온도에 관한 신호를 변환 및 분석하여 압력차에 대한 실제 유량값을 산출할 수 있다.
또한, 액체 질량 유량 제어기(110)는 바디(111)에 결합되고, 유량 제어 밸브(112), 제어보드(113) 및 센서들을 내부에 수용하여 외부로부터 보호하도록 구성되는 하우징과, 하우징에 부착되어 제어보드(113)와 전기적으로 연결되고, 액체 질량 유량 제어기(110)의 구동상태, 제어상태 등을 표시하도록 구성되는 디스플레이를 더 포함할 수 있다.
액체 질량 유량 제어기(110)의 유량 제어 과정에 대하여 설명한다.
외부에서 유량 제어 명령 신호가 입력될 경우, 액체 질량 유량 제어기(110)는 유량 제어 밸브(112)가 폐쇄된 상태에서 연결관(130)에서 기화기(120)로 유입되는 액체 소스의 유입량에 비례하여, 유량 제어 밸브(112)를 개방하고, 이를 통해 내부로 유입되는 액체 소스의 유량을 제어한다.
즉, 액체 질량 유량 제어기(110)의 제어보드(113)는 외부에서 유량 제어 명령 신호가 입력될 경우 기화밸브(122) 및 유량 제어 밸브(112)를 순차적으로 개방하면서 액체 소스의 유량을 제어할 수 있다.
이때, 제어보드(113)는 외부에서 유량 제어 명령 신호가 입력되지 않은 경우, 유량 제어 밸브(112) 및 기화밸브(122)가 모두 폐쇄된 상태에서, 연결관(130)의 압력 변화량과 연결관(130)의 온도 변화량이 미리 설정된 임계범위에 포함될 경우, 연결관(130)에 잔존하는 액체 소스의 질량 유량을 산출하여, 그 정보를 저장할 수 있다.
외부에서 유량 제어 명령 신호가 입력될 경우, 제어보드(113)는 연결관(130)에 잔존하는 액체 소스의 질량 유량에 관한 정보를 호출하고, 기화밸브(122)를 개방하며, 연결관(130)에 잔존하는 액체 소스의 감소량을 산출하고, 유량 제어 밸브(112)를 개방할 수 있다.
즉, 외부에서 유량 제어 명령 신호가 입력될 경우, 제어보드(113)는 연결관(130)에 잔존하는 액체 소스의 질량 유량에 관한 정보를 호출하여 현재 연결관(130)에 잔존하는 액체 소스의 질량 유량을 파악하고, 기화밸브(122)를 개방하여 연결관(130)에 잔존하는 액체 소스를 기화체(121)로 유입시켜 기화 및 토출시킬 수 있다. 그리고, 제어보드(113)는 현재 연결관(130)에 잔존하는 액체 소스의 질량 유량을 산출하고, 산출된 정보를 기화밸브(122)가 개방되기 이전의 연결관(130)에 잔존하는 액체 소스의 질량 유량에 관한 정보와 비교하여 연결관(130)에 잔존하는 액체 소스의 감소량을 산출한 뒤, 유량 제어 밸브(112)를 개방하여 액체 소스의 감소량에 대응되는 유량의 액체 소스를 지속적으로 액체 질량 유량 제어기(110)로 유입시킬 수 있다.
이를 통해, 액체 소스의 토출량(감소량)에 대응되는 유량의 액체 소스가 연속적으로 보상되므로, 기화기(120)에서 발생되는 액체 소스의 오버슈트(overshoot)를 방지하고, 기화효율을 높일 수 있다.
한편, 제어보드(113)는 액체 소스의 밀도 및 연결관(130)의 체적을 이용하여 연결관(130)에 잔존하는 액체 소스의 질량 유량을 산출할 수 있다.
액체 소스의 밀도는 연결관(130)의 압력과, 연결관(130)의 부피를 이용하여 산출되거나, 연결관(130)의 온도와, 미리 설정된 액체 소스의 물성치들을 이용하여 산출될 수 있다. 여기서, 연결관(130)의 부피는 연결관(130)의 길이와 중력가속도를 이용하여 산출될 수 있다.
연결관(130)의 체적은 연결관(130)의 단면적과 연결관(130)의 길이를 이용하여 산출될 수 있다.
이하에서는, 본 발명의 실시예에 따른 액체 소스 공급 시스템(100)을 이용한 액체 소스 공급 방법에 대하여 설명한다.
참고로, 본 발명의 실시예에 따른 액체 소스 공급 시스템(100)을 이용한 액체 소스 공급 방법을 설명하기 위한 각 구성에 대해서는 설명의 편의상 본 액체 소스 공급 시스템(100)을 설명하면서 사용한 도면부호를 동일하게 사용하고, 동일하거나 중복된 설명은 생략하기로 한다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 액체 소스 공급 시스템을 이용한 액체 소스 공급 방법을 나타낸 순서도이다.
도 2 및 도 3을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 액체 소스 공급 시스템(100)을 이용한 액체 소스 공급 방법(이하 ‘액체 소스 공급 방법’이라 함)은 액체 소스 공급 시스템(100)을 통해 수행된다.
액체 소스 공급 시스템(100)은 유량 제어 밸브(112) 및 제어보드(113)를 포함하는 액체 질량 유량 제어기(110)와, 기화체(121) 및 기화밸브(122)를 포함하는 기화기(120)와, 액체 질량 유량 제어기(110)와 기화기(120)를 연결하는 연결관(130)과, 기화기(120)에 캐리어 가스를 공급하는 질량 유량 제어장치(140)와, 기화기(120)로부터 기화된 가스를 공급받는 프로세스 챔버(150)를 포함한다.
유량 제어 명령 신호가 미입력된 경우, 액체 질량 유량 제어기(110)의 제어보드(113)는 연결관(130)에 잔존하는 액체 소스의 질량 유량을 산출한다(S110).
구체적으로, 유량 제어 명령 신호가 미입력된 경우, 제어보드(113)는 유량 제어 밸브(112) 및 기화밸브(122)가 모두 폐쇄된 상태에서, 연결관(130)의 압력 변화량과, 연결관(130)의 온도 변화량이 각각 미리 설정된 임계범위에 포함되는 지를 실시간 확인한다. 그리고, 제어보드(113)는 연결관(130)의 압력 변화량과, 연결관(130)의 온도 변화량이 각각 미리 설정된 임계범위에 포함되면, 연결관(130)에 잔존하는 액체 소스의 질량 유량을 산출한다. 이때, 연결관(130)에 잔존하는 액체 소스의 질량 유량은 액체 소스의 밀도 및 연결관(130)의 체적을 이용하여 산출될 수 있다.
유량 제어 명령 신호가 미입력되고, 연결관(130)에 잔존하는 액체 소스의 질량 유량이 산출되면, 제어보드(113)는 연결관(130)에 잔존하는 액체 소스의 질량 유량에 관한 정보를 메모리에 저장한다(S120).
유량 제어 명령 신호가 입력되면, 제어보드(113)는 메모리에서 연결관(130)에 잔존하는 액체 소스의 질량 유량에 관한 정보를 호출한다(S130).
메모리에서 연결관(130)에 잔존하는 액체 소스의 질량 유량에 관한 정보가 호출되면, 제어보드(113)는 기화밸브(122)를 개방하여 연결관(130)에 잔존하는 액체 소스를 기화체(121)로 유입시킨다(S140).
연결관(130)에 잔존하는 액체 소스의 일부가 기화체(121)로 유입되면, 제어보드(113)는 연결관(130)에 잔존하는 액체 소스의 감소량을 산출한다(S150).
즉, 연결관(130)에 잔존하는 액체 소스의 일부가 기화체(121)로 유입되면, 제어보드(113)는 현재 연결관(130)에 잔존하는 액체 소스의 질량 유량을 산출하고, 산출된 정보를 메모리에서 저장된 이전 정보와 비교하여 연결관(130)에 잔존하는 액체 소스의 감소량을 산출한다.
연결관(130)에 잔존하는 액체 소스의 감소량이 산출되면, 제어보드(113)는 유량 제어 밸브(112)를 개방한다(S160).
즉, 연결관(130)에 잔존하는 액체 소스의 감소량이 산출되면, 제어보드(113)는 외부로부터 액체 소스의 감소량에 대응되는 양의 액체 소스가 연속적으로 액체 질량 유량 제어기(110)의 내부에 유입되면서 액체 소스의 감소량을 보상하도록, 유량 제어 밸브(112)를 개방한다.
이처럼 본 발명의 실시예에 따르면, 액체 소스의 밀도와 연결관(130)의 체적을 통해 연결관(130) 내에 잔존하는 액체 소스의 질량 유량을 산출하여 계측 유량을 보상하고, 기화기(120)에 일체로 마련된 기화밸브(122)와 액체 질량 유량 제어기(110)의 유량 제어 밸브(112)를 순차적으로 제어함으로써, 액체 소스의 공급이 중단된 상태에서 기화기(120)로 액체 소스가 공급될 때 오버슈트(overshoot)의 발생을 방지할 수 있다.
또한, 연결관(130) 내에 잔존하는 액체 소스의 질량 유량을 산출하여 계측 유량을 보상하므로, 프로세스 챔버(150)로 일정한 유량 공급이 가능하여 액체 질량 유량 정확도를 향상시키고, 이를 통해 반도체 제조 공정 수율이 향상될 수 있다.
또한, 기화기(120)로 유입되는 액체 소스의 오버슈트를 방지하므로, 기화 효율을 향상시키고, 이를 통해 액체 소스의 사용량을 감소시킬 수 있음은 물론 기화기(120)의 사용 수명을 증대시킬 수 있다.
이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 설명하였지만, 본 발명은 상술한 특정의 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 이러한 변형실시들은 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해되어져서는 안 될 것이다.
[이 발명을 지원한 국가연구개발사업]
[과제고유번호] 1425140928
[과제번호] S2829960
[부처명] 중소벤처기업부
[과제관리(전문)기관명] 중소기업기술정보진흥원
[연구사업명] 중소기업기술혁신개발사업
[연구과제명] 반도체 공정용 액상 전구체 정밀공급 및 제어장비 개발
[기여율] 1/1
[과제수행기관명] 엠케이피 주식회사
[연구기간] 2019.11.06 ~ 2021.11.05

Claims (11)

  1. 내부로 유입되는 액체 소스의 유량을 제어하도록 구성되는 액체 질량 유량 제어기;
    상기 액체 소스를 기화시키도록 구성되는 기화기; 및
    상기 액체 질량 유량 제어기와 상기 기화기를 서로 연결하여 상기 액체 질량 유량 제어기에서 토출된 상기 액체 소스를 상기 기화기로 안내하도록 구성되는 연결관을 포함하고,
    상기 액체 질량 유량 제어기는,
    상기 연결관에서 상기 기화기로 유입되는 상기 액체 소스의 유입량에 비례하여, 내부로 유입되는 상기 액체 소스의 유량을 제어하는, 액체 소스 공급 시스템.
  2. 제2항에 있어서,
    상기 기화기는,
    내부로 유입된 상기 액체 소스를 가열하여 기화시키도록 구성되는 기화체; 및
    상기 기화체 및 상기 연결관 사이에 배치되어, 상기 기화체와 상기 연결관을 연통시키거나, 상기 기화체와 상기 연결관을 차단하도록 구성되는 기화밸브를 포함하는, 액체 소스 공급 시스템.
  3. 제3항에 있어서,
    상기 기화밸브는,
    상기 기화체에 일체로 배치되어 상기 연결관에서 내부로 유입된 상기 액체 소스를 상기 기화체에 바로 토출시키는, 액체 소스 공급 시스템.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 액체 질량 유량 제어기는,
    외부와 연통되어 상기 외부로부터 상기 액체 소스가 유입되어 흐르는 제1 유로 및 상기 연결관과 연통되어 내부에 흐르는 상기 액체 소스를 상기 연결관으로 토출시키는 제2 유로를 포함하는 바디;
    상기 바디에 결합되어, 상기 제1 유로 및 상기 제2 유로를 연통시키거나, 상기 제1 유로 및 상기 제2 유로를 차단하여, 상기 액체 소스의 유량을 제어하도록 구성되는 유량 제어 밸브; 및
    상기 유량 제어 밸브 및 상기 기화밸브를 제어하도록 구성되는 제어보드를 포함하는, 액체 소스 공급 시스템.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 제어보드는,
    상기 기화밸브 및 상기 유량 제어 밸브를 순차적으로 개방하면서 상기 액체 소스의 유량을 제어하는, 액체 소스 공급 시스템.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 제어보드는,
    상기 유량 제어 밸브 및 상기 기화밸브가 모두 폐쇄된 상태에서, 상기 연결관의 압력 변화량과 상기 연결관의 온도 변화량이 미리 설정된 임계범위에 포함될 경우, 상기 연결관에 잔존하는 상기 액체 소스의 질량 유량을 산출하여, 그 정보를 저장하는, 액체 소스 공급 시스템.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 제어보드는,
    상기 연결관에 잔존하는 상기 액체 소스의 질량 유량에 관한 정보를 호출하고,
    상기 기화밸브를 개방하며,
    상기 연결관에 잔존하는 상기 액체 소스의 감소량을 산출하고,
    상기 유량 제어 밸브를 개방하는, 액체 소스 공급 시스템.
  8. 제4항에 있어서,
    상기 액체 질량 유량 제어기는,
    상기 제2 유로에 배치되어 상기 제2 유로를 상기 제1 유로와 연통되는 제1 구간과 상기 연결관과 연통되는 제2 구간으로 구획하고, 상기 제1 구간에 수용된 상기 액체 소스와 상기 제2 구간에 수용된 상기 액체 소스 간에 압력차를 발생시키도록 구성되는 차압소자;
    상기 바디에 결합되어 상기 제1 구간에 수용된 상기 액체 소스의 압력을 감지하도록 구성되는 제1 센서;
    상기 바디에 결합되어 상기 제2 구간에 수용된 상기 액체 소스의 압력을 감지하도록 구성되는 제2 센서; 및
    상기 바디에 수용되어 상기 제1 구간에 수용된 상기 액체 소스의 온도를 감지하도록 구성되는 제3 센서를 더 포함하는, 액체 소스 공급 시스템.
  9. 제7항에 있어서,
    상기 제어보드는,
    상기 액체 소스의 밀도 및 상기 연결관의 체적을 이용하여 상기 연결관에 잔존하는 상기 액체 소스의 질량 유량을 산출하는, 액체 소스 공급 시스템.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 제어보드는,
    상기 연결관의 압력과, 상기 연결관의 부피를 이용하여 상기 액체 소스의 밀도를 산출하거나,
    상기 연결관의 온도와, 상기 액체 소스의 물성치들을 이용하여 상기 액체 소스의 밀도를 산출하는, 액체 소스 공급 시스템.
  11. 제10항에 따른 액체 소스 공급 시스템을 이용한 액체 소스 공급 방법으로서,
    연결관에 잔존하는 액체 소스의 질량 유량을 산출하는 단계;
    상기 연결관에 잔존하는 상기 액체 소스의 질량 유량에 관한 정보를 저장하는 단계;
    상기 연결관에 잔존하는 상기 액체 소스의 질량 유량에 관한 정보를 호출하는 단계;
    기화밸브를 개방하여 연결관에 잔존하는 상기 액체 소스를 기화체로 유입시키는 단계;
    상기 연결관에 잔존하는 상기 액체 소스의 감소량을 산출하는 단계; 및
    상기 유량 제어 밸브를 개방하는 단계를 포함하는, 액체 소스 공급 시스템을 이용한 액체 소스 공급 방법.
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