(19) 대한민국특허청 (KR) (12) 등록특허공보 (B1) (45) 공고일자 2016년07월22일 (11) 등록번호 10-1642021 (24) 등록일자 2016년07월18일 (51) 국제특허분류 (Int. Cl.) H01L 21/02 (2006.01) (21) 출원번호 10-2014-0109718 (22) 출원일자 2014 년 08 월 22 일 심사청구일자 2014 년 08 월 22 일 (65) 공개번호 10-2016-0023382 (43) 공개일자 2016 년 03 월 03 일 (56) 선행기술조사문헌 KR1020080020561 A KR200123387 Y1 KR100173864 B1 KR1020140118893 A (73) 특허권자 주식회사테라텍 경기도용인시기흥구흥덕 1 로 13, 흥덕아이티밸리 A 동 307 호 ( 영덕동 ) (72) 발명자 김철식 인천광역시연수구해송로 143, 107 동 1402 호 ( 송도동, 송도웰카운티 1 단지아파트 ) 최종용 경기도용인시처인구지삼로 590 번길 24, 102 동 102 호 ( 삼가동, 용인행정타운두산위브 1 단지 ) ( 뒷면에계속 ) (74) 대리인 윤의섭, 김수진전체청구항수 : 총 8 항심사관 : 김상걸 (54) 발명의명칭진공시스템에서의액체증기정량공급장치및이를이용하는방법 (57) 요약 진공시스템에서의액체증기정량공급장치및이를이용하는방법이개시된다. 본발명은, 히터와연결되고액체가저장된캐니스터와, 상기캐니스터로부터증발된증기가배관으로통해유입되는진공장치를포함하고, 상기배관상에는캐니스터와인접되어장착되는유량계측기 ; 상기유량계측기의일측에장착되는니들밸브 ; 상기캐 ( 뒷면에계속 ) 대표도 - 도 1-1 -
니스터의하부에는구비되어질량을측정하는저울 ; 상기캐니스터의일측에연결되어열원을공급하는히터 ; 로 구성되며, 니들밸브를열고진공장치로일정시간펌핑하는 1 단계 ; 펌핑이전의캐니스터질량을저울을이용하여 측정하고일정시간펌핑이후캐니스터질량을측정하는 2 단계 ; 캐니스터를히터로가열하여증발시킨후소모된 물의양을계산하고, 몰질량과몰부피를계산하여 1 분당증발된증기의양을계산하여플로우량단위로 환원하며, 진공장치의압력을측정하는 3 단계 ; 상기 1 단계내지 3 단계의과정을물 (H2O) 의온도와니들밸브의구 경에따라서압력데이터를정량화하는 4 단계 ; 상기 1 단계내지 4 단계에있어서계산된증기의량과유량계측기 의값을비교하여정량화테이블을데이터화하고소모량과압력으로계산된값의유효성을검증하는 5 단계로구 성된다. (72) 발명자 신점철 경기도화성시병점 1 로 65, 103 동 105 호 ( 병점동, 늘벗마을신창 1 차아파트 ) 최규호 충청남도천안시서북구성정공원 3 길 29, 504 호 ( 성정동, 해피드림 ) 박자일 경기도군포시광정로 25-20, 351 동 1703 호 ( 금정동, 퇴계주공아파트 ) - 2 -
명세서청구범위청구항 1 히터와연결되고액체가저장되며, 하부에저울이구비되어질량을측정할수있는캐니스터와, 상기캐니스터로부터증발된증기가배관으로통해유입되는진공장치를포함하고, 상기배관상에는캐니스터와인접되어장착되는유량계측기 ; 상기유량계측기와진공장치사이의배관에장착되는니들밸브 ; 상기캐니스터의일측에연결되어열원을공급하는히터 ; 를포함하는것을특징으로하는액체증기정량공급장치. 청구항 2 제 1항에있어서, 상기액체는물또는반도체공정에사용되는액체소스인것을특징으로하는액체증기정량공급장치. 청구항 3 제 1항에있어서, 상기캐니스터에는온도센서가구비되고, 상기온도센서에연동되는온도조절기를포함하는것을특징으로하는액체증기정량공급장치. 청구항 4 제 1항에있어서, 상기캐니스터의재질은알루미늄, SUS, 텅스텐, 아크릴및쿼츠의재질중선택되는것을특징으로하는액체증기정량공급장치. 청구항 5 제 1항에있어서, 상기액체온도조절을위한히터는밴드히터, 자켓히터또는블럭히터중택일되는것을특징으로하는액체증기정량공급장치. 청구항 6 제 1항에있어서, 상기히터는캐니스터의바닥에접촉되어설치되거나감싸는형태로이루어진것을특징으로하는액체증기정량공급장치. 청구항 7 제 1항에기재된액체증기정량공급장치를이용하는것으로, 니들밸브를열고진공장치로일정시간펌핑하는 1단계 ; 펌핑이전의캐니스터질량을측정하고일정시간펌핑이후캐니스터질량을측정하는 2단계 ; 캐니스터를히터로가열하여증발시킨후소모된물의양을계산하고, 몰질량과몰부피를계산하여 1분당증발된증기의양을계산하여플로우량단위로환원하며, 진공장치의압력을측정하는 3단계 ; - 3 -
상기 1단계내지 3단계의과정을물 (H2O) 의온도와니들밸브의구경에따라서압력데이터를정량화하는 4단계 ; 상기 1단계내지 4단계에있어서계산된증기의량과유량계측기의값을비교하여정량화테이블을데이터화하고소모량과압력으로계산된값의유효성을검증하는 5단계 ; 를포함하는것을특징으로하는액체증기정량공급장치를이용하는방법. 청구항 8 제 7항에있어서, 상기 5단계이후저울과유량계측기를제거하고온도와니들밸브의구경값에따른정량자료를사용하는 6단계를포함하는것을특징으로하는액체증기정량공급장치를이용하는방법. 발명의설명 [0001] 기술분야본발명은반도체제조공정시스템및반응가스의부산물이나오는시스템에있어서, 액체의증기를이용하는장치에관한것으로, 더욱상세하게는부산물을높은밀도의플라즈마로재처리를하는장치에있어서액체의증기를정량적으로공급하는장치구조의구현에관한방법과관련된다. [0002] [0003] [0004] [0005] [0006] [0007] [0008] [0009] [0010] [0011] [0012] [0013] 배경기술일반적으로반도체를제조하는장치는반응챔버에서많은종류의유해한가스를사용한다. 산화실리콘 (SiO2), 질화실리콘 (Si3N4), 산화금속 (Metal oxide), 질화금속 (Metal nitride) 또는금속류 (Ti, W, Cu) 등을증착하는공정과이를식각 (Etch) 하는공정장비등에서 SiH4, O3, N2O, Si2H6, SiH2Cl2.CF4,Cl2등많은종류의가스가사용되고있다. 이러한가스들은공정챔버에서반응이이루어지고난후진공펌프를통하여정화장치 ( 스크러버 ) 를통하여대기로배기된다. 반응가스들중에는온실가스및유해가스등 (NF3,N2O, SF6, PFCs) 이포함되어있으며이들을처리하기위해서스크러버에서는높은열과필터를통해제거되거나걸러진다. 또한부산물이고체로생성되어지는경우에는진공펌프에파우더 (powder) 등이쌓여잦은유지보수나교체주기를필요로한다. 최근에환경기준이강화되면서이러한부산가스처리의강화가더필요하거나부산물파우더를제거하거나생성을억제시키야하는필요가크게필요하다. 한편국내등록특허제10-0808979호에는 " 불화탄소공급원료의처리 " 에관한특허기술이개시되어있다. 그러나이러한장치를구현함에있어물또는기타액체의증기를이용해야하는경우가있다. 종래액체공급시스템 (Liquid Delivery System) 은도 1에도시된바와같이, 액체가저장되고히팅장치 (600a) 가구비된캐니스터 (100a) 와, 상기캐니스터 (100a) 와연결된진공챔버 (200a) 와, 진공챔버 (200a) 에연결된진공펌프 (800a) 와, 상기진공펌프 (800a) 에연결된스크러버 (900a) 로구성된다. 따라서불활성가스를캐니스터 (100a) 에주입하여버블링 (Bubbling) 시킴으로서진공챔버 (200a) 로공급하였다. 이러한액체공급시스템은공정용증기는진공챔버 (200a) 로공급되고, 부산물가스는스크러버 (900a) 에서처리된다. 이렇게장치를구현하면, 원하는액체의증기만챔버에유입되는것이아니라공급용가스 (Carrier gas) 도함께유입이되는단점이있었다. 또한유입되는액체의정확한양을알기어려웠으며단지, 공급용가스의양으로공정조건을최적화하였기때문에액체의온도와진공도 (vacuum level) 를정확히유지할수있는부가장치가필요했으며공급가스를일정하게조절하기위해가스유량조절장치인유량조절기 (MFC:Mass Flow Controller) 와밸브류가더필요하고이는비 - 4 -
용의상승을초래한다. [0014] [0015] [0016] [0017] [0018] 상기와다른시스템의경우는, 도 2에도시된바와같이, 액체가저장되고히팅장치 (600a) 가구비된캐니스터 (100a) 와, 상기캐니스터 (100a) 와연결된진공챔버 (200a) 와, 진공챔버 (200a) 에연결된진공펌프 (800a) 와, 상기진공펌프 (800a) 에연결된스크러버 (900a) 로구성된다. 캐니스터 (100a) 와챔버 (200a) 를연결하는배관에는액체전용유량조절기 (LMFC)(170a) 를사용하거나또는액체유량조절기 (LMFC)(170a) 와기화기 (Vaporizer)(190a) 의조합을사용하였다. 액체유량조절기 (170a) 는가스용에비해고가의비용이필요하고, 기화기 (190a) 가조합이되면더욱비용은크게상승한다. 또한액체의종류에따라온도를증가시켜야하는경우는액체통 (Canister) 를히팅시키기위해히팅장치가별도로설치되어야하므로비용이상승하는문제점이있었다. 발명의내용 [0019] 해결하려는과제본발명은상기한종래기술의문제점을해소하기위해안출된것으로, 캐리어가스 (Carrier gas) 와유량조절기 (MFC, LMFC) 를사용하지않으면서도진공장치에액체증기를정량적으로공급할수있는진공시스템에서의액체증기정량공급장치및그방법을제공하는데그목적이있다. [0020] [0021] [0022] [0023] [0024] [0025] [0026] [0027] 과제의해결수단캐니스터의바닥또는외부에히팅장치를부착하고액체의내부에온도센서를장치한다. 사용하고자하는액체증기의양이많지않을경우에는히팅장치를부착하지않아도된다. 진공챔버와연결된공급라인을통해서액체내부는진공으로배기된다. 액체의경우압력이낮을수록증기화되는양이많아진다. 이때밸브를열게되면내부에서증기화된액체가진공챔버로유입된다. 정량을유입시키기위해서는액체의온도를가변하면증기압이변하게되므로유입되는양도조절이된다. 유입되는양은진공챔버의압력상승수치와내부에잔류된액체의질량, 유량계측기 (MFM:Mass Flow Meter) 를통해진공챔버로액체증기를유입하여정량화된압력테이블을참조하도록하면액체의온도와압력을통한정량조절을할수가있다. 이때공급라인은액체증기의온도에따라그와같거나그이상으로온도를올리는장치를구비하도록한다. 캐니스터의온도를올리는히팅장치는밴드히터, 자켓히터또는블럭히터를통하여온도조절을할수있다, 물의경우, 압력에따른증기압은진공과이압력의차이에의해액체증기가유입이된다. 공급관의중간에니들밸브 (Needle valve) 를장착하여특정온도에서도유입량을조절할수있다. [0028] [0029] 발명의효과본발명에따르면, 진공시스템에서의액체증기정량공급장치에있어서기존의버블링시스템을사용하지않음으로서의도하지않은캐리어가스의진공장치내부유입을사전에차단할수있고, 액체유량조절기와기화기를사용하지않고사전에도출된압력과플로우량의데이터테이블을참조하여정확한양의액체를진공장치에유입시킬수있다. 또한고가의유량조절기와기화기장치를사용하지않으므로저가형이필요한시스템장치에용이하게사용할수있는효과가있다. - 5 -
[0030] 도면의간단한설명 도 1 및도 2 는종래액체공급시스템을나타낸구성도, 도 3은본발명에따른진공시스템에서의액체증기정량공급장치를나타낸구성도, 도 4는본발명에따른진공시스템에서의액체증기정량공급장치를이용한방법을나타낸흐름도, 도 5는본발명에따른진공시스템에서의액체증기정량공급장치를이용하였을때압력과 H20 소모량을나타낸그래프, 도 6은본발명에따른진공시스템에서의액체증기정량공급장치를이용하였을때유량계측기 (MFM) 값과실험에의한계산값의상관관계를나타낸그래프, 도 7은본발명의다른실시예에따른진공시스템에서의액체증기정량공급장치를나타낸구성도, 도 8은본발명에따른진공시스템에서의액체증기정량공급장치를이용하였을때온도별 Metering 눈금대 H20 흐름률의상관관계를나타낸그래프. [0031] [0032] [0033] 발명을실시하기위한구체적인내용것하본발명의바람직한실시예를첨부된도면을토대로상세하게설명하면다음과같다. 하기에서설명될실시예는본발명이속하는기술분야에서통상의지식을가진자가발명을용이하게실시할수있을정도로상세하게설명하기위한것이며, 이로인해본발명의기술적인사상및범주가한정되는것을의미하지는않는다. 또한, 도면에도시된구성요소의크기나형상등은설명의명료성과편의상과장되게도시될수있으며, 본발명의구성및작용을고려하여특별히정의된용어들은사용자, 운용자의의도또는관례에따라달라질수있고, 이러한용어들에대한정의는본명세서전반에걸친내용을토대로내려져야함을밝혀둔다. [0034] 첨부된도면중에서, 도 3은본발명에따른진공시스템에서의액체증기정량공급장치를나타낸구성도, 도 4 는본발명에따른진공시스템에서의액체증기정량공급장치를이용한방법을나타낸흐름도, 도 5는본발명에따른진공시스템에서의액체증기정량공급장치를이용하였을때압력과 H20 소모량을나타낸그래프, 도 6은본발명에따른진공시스템에서의액체증기정량공급장치를이용하였을때유량계측기 (MFM) 값과실험에의한계산값의상관관계를나타낸그래프, 도 7은본발명의다른실시예에따른진공시스템에서의액체증기정량공급장치를나타낸구성도, 도 8은본발명에따른진공시스템에서의액체증기정량공급장치를이용하였을때온도별 Metering 눈금대 H20 흐름률의상관관계를나타낸그래프이다. [0035] [0036] [0037] [0038] [0039] [0040] [0041] [0042] 도 3에도시된바와같이, 본발명에따른진공시스템에서의액체증기정량공급장치는, 히터와연결되고액체가저장된캐니스터 (100) 와, 상기캐니스터 (100) 로부터증발된증기가배관으로통해유입되는진공장치 (200) 를포함하고, 상기배관상에는캐니스터 (100) 와인접되어유량계측기 (MFM)(300) 이장착되고, 상기유량계측기 (300) 와진공장치 (200) 사이의배관에니들밸브 (400) 가장착되어구성된다. 상기캐니스터 (100) 의재질은알루미늄, SUS, 텅스텐, 아크릴및쿼츠의재질중선택된다. 캐니스터 (100) 의하부에는저울이구비되어질량을측정할수있다. 캐니스터 (100) 의일측에히터로부터열원이공급되도록함으로써가열에의해내부의물이증발되도록한다. 액체는물 (H2O) 또는반도체공정에사용되는액체소스이다. 액체의온도조절을위한히터는밴드히터, 자켓히터또는블럭히터이다. 히터는캐니스터 (100) 의바닥에접촉되어설치되거나감싸는형태로이루어진다. 상기증기공급은온실가스, 유해가스및부산물파우더의제거를위한목적이다. - 6 -
[0043] 상기온실가스, 유해가스는 NF3, NH3, N2O, CF4, SF6, PFCs, CxFy 등의가스이며, 부산물파우더는진공펌프 의수명을단축시키는물질이다 [0044] [0045] [0046] [0047] [0048] [0049] [0050] [0051] [0052] [0053] [0054] [0055] [0056] [0057] 정량화를결정하는테이블의데이터화과정은다음과같다. 물 (Water) 의경우는다음의절차와같이수행한다. 1단계 (S1) 장치에서니들밸브 (Needle valve)(400) 를열고진공장치 (200) 로일정시간펌핑을한다. 정확한측정을위해시간단위로한다. 2단계 (S2) 펌핑이전의캐니스터 (100) 질량을저울 (500) 을이용하여측정하고일정시간펌핑이후캐니스터 (100) 질량을측정한다. 3단계 (S3) 캐니스터 (100) 를히터 (600) 로가열하여증발시킨후소모된물의양을계산하고몰질량과몰부피를계산하여 1 분당증발된증기의양을계산하여플로우량 (sccm) 단위로환원한다. 이때, 진공장치 (200) 의압력을측정한다. 4단계 (S4) 상기와같은과정을물 (H2O) 의온도와니들밸브 (400) 의구경에따라서압력데이터를정량화한다. 5단계 (S5) 각경우에있어서계산된증기의량과유량계측기 (300)(MFM:Mass Flow Meter) 의값을비교하여정량화테이블을데이터화하고소모량과압력으로계산된값의유효성을검증한다. 6단계 (S6) 실제장치에있어서저울과유량계측기 (300) 는제거하고온도와니들밸브 (400) 의구경값에따른정량자료를사용한다. [0058] [0059] [0060] [0061] [0062] [0063] [0064] [0065] [0066] [0067] 물의소모량을통해서수증기의증기량을계산하면다음과같다. 1시간동안소모된물의양이 5g이면, 분당 0.0833g/min 의소모량이된다. 물 1 몰 (mole) 의분자량은 18g, 1몰의가스부피는 22,400cc 이다. 이를식으로나타내면, 18g:22,400cc=1g:x x= 1244cc 0.0833 * 1,244 = 104cc 소모되는물증기의량은 104sccm이된다. 니들밸브 (400) 의눈금에따라서각경우의증기 (H2O) 의소모량을증기의플로우량 (sccm) 으로나타내면 [ 표 1] 과같은결과를얻었다. 액체공급시스템 (LDS) 의구조에따라서다르게나올수있으나동일한장치에서는동일한값이되기때문에다량의장치를생산할경우에는초기의 1회실험과데이터로사용할수있다. - 7 -
표 1 [0068] [0069] 상기와같은과정을통해서증기 (H2O) 의온도와니들밸브 (400) 에따른압력값으로계산된증기의플로우량 (sccm) 은 [ 표 2] 와같으며선형회귀 (Linear ion) 방법에의해더높은압력에서의플로우량을계산할수있으므로실제로진공장치의압력만으로실제량을알수있으며, 온도와니들밸브를통해플로우량을조절할수있게된다. 표 2 [0070] [0071] 도 5 는 [ 표 2] 를그래프로나타낸것으로, 진공장치의압력과증기플로우량의상관관계를나타낸다. [0072] [0073] 상기와같은방법으로플로우량을계산할경우의유효성은장치의개발초기단계에서유량계의측정을통하여입증되었다. 이때유량계측기 (300) 는 H2O 증기를사용하는제품을사용하였다. [ 표 3] 은유량계측기의값과실험에의한계산값을나타낸다. 표 3 [0074] - 8 -
[0075] 실험을통해서도 6 에나타낸바와같이, 유량계측기값과실험에의한계산값간의오차의범위가 ±3% 를만족 함이입증되었다. [0076] [0077] [0078] [0079] [0080] [0081] 상기와같은방법으로진공장치 (200) 에액체의증기를정량으로유입시키는장치의개략도는도 7에도시된바와같다. 히터와연결되고물이저장된캐니스터 (100) 와, 상기캐니스터 (100) 로부터증발된증기가배관으로통해유입되는진공장치 (200) 를포함하고, 상기캐니스터 (100) 에는온도센서 (130) 가구비되고, 상기온도센서 (130) 에연동되는온도조절기 ( 미도시 ) 가포함된다. 캐니스터 (100) 와진공장치 (200) 를연결하는배관에는캐니스터 (100) 와인접되어니들밸브 (400) 가장착되어구성된다. 이때액체의온도는히터와연결된온도조절장치를사용하도록하며진공게이지는생략하여도무방하다. 물을기준으로해서온도별측정 (metering) 눈금과 H2O 증기플로우량과의상관관계는도 8의그래프와같은결과를얻었다. [0082] 비록본발명이상기언급된바람직한실시예와관련하여설명되어졌지만, 발명의요지와범위로부터벗어남이 없이다양한수정및변형이가능한것은당업자라면용이하게인식할수있을것이며, 이러한변경및수정은 모두첨부된청구의범위에속함은자명하다. [0083] 부호의설명 100 : 캐니스터 200 : 진공장치 300 : 유량계측기 400 : 니들밸브 500 : 저울 600 ; 히터 도면 도면 1-9 -
도면 2 도면 3 도면 4-10 -
도면 5 도면 6 도면 7 도면 8-11 -