KR0183743B1

KR0183743B1 - 반도체 장치 제조용 화학기상증착 장비의 압력 감지부

Info

Publication number: KR0183743B1
Application number: KR1019950034571A
Authority: KR
Inventors: 안재혁; 최영묵; 백상천; 전세욱
Original assignee: 김광호; 삼성전자주식회사
Priority date: 1995-10-09
Filing date: 1995-10-09
Publication date: 1999-04-15
Also published as: KR970023676A

Abstract

반도체 제조용 화학기상증착 장비가 개시되었다. 본 발명은 로 부, 상기 로 부와 연결된 배기관 및 상기 배기관의 소정 부위에 위치한 압력감지부를 포함하는 반도체 장치 제조용 화학기상증착 장비에 있어서, 상기 압력감지부는 상기 배기관에서 연통되어 돌출된 제1포트, 상기 제1포트의 끝부분에 설치된 제1연결수단, 상기 제1연결수단에 의해 상기 제1포트와 연결된 제2포트, 상기 제2포트의 끝부분에 설치된 제2연결수단 및 상기 제2연결수단에 의해 상기 제2포트에 부착된 압력 감지용 센서를 구비하는 것을 특징으로 하는 반도체 장치 제조용 화학기상증착 장비의 압력감지부를 제공한다. 본 발명에 의하면 화학기상증착 장비의 배기관내의 뜨거운 배기가스의 유입으로 인한 압력감지 센서의 저항요소(element)의 부식과 주위의 온도변화에 다른 압력감지 센서의 압력감지의 불량을 최소화 할 수 있어 장비의 고장과 압력감지 센서수명을 연장할 수 있게 됨은 물론 공정품질 향상에 개선을 가져올 수 있다.

Description

반도체 장치 제조용 화학기상증착(CVD) 장비의 압력감지부

제1도는 종래의 반도체 장치 제조용 감압 화학기상증착(LPCVD) 장비의 기본구조를 도시한 개략도이다.

제2도는 상기 제1도의 제1압력감지부를 확대하여 도시한 단면도이다.

제3도는 본 발명에 따라 제조된 화학기상증착 장비의 압력 감지부를 나타낸 단면도이다.

본 발명은 반도체 장치 제조용 화학기상증착(Chemical Vapor Deposion; C VD) 장비에 관한 것으로, 특히 박막 증착과정이 진행되는 튜브(tube) 내의 압력을 감지하는 압력감지부에 관한 것이다.

반도체 공정에 이용되는 화학기상증착이란, 기체 상태의 화합물을 분해한 후 화학적 반응에 의해 반도체 기판위에 박막을 증착하는 것으로, 열산화 공정이나 확산 공정과는 달리 실리콘 기판의 성질에 변화를 주지 않으면서 박막을 증착시키는 공정이다. 이때의 증착 반응은 일반적으로 기판의 온도 및 그에 따른 열적 에너지에 의하여 진행되나, 때로는 무선 주파수(Radio Frequency; RF) 전력에 의한 플라즈마 에너지, 레이저 또는 자외선의 광(photo) 에너지 등의 상승 작용에 의하여 촉진되기도 한다.

화학기상증착 기술은 다음과 같은 몇 가지 장점 때문에 반도체 산업에서 빠른 속도로 응용되어 왔다.

첫째, 다양한 두께와 저항을 가지는 도전막을 성장시킬 수 있다.

둘째, 다결정 실리콘, 실리콘 산화막 그리고 실리콘 질화막 등을 만들 때 적은 비용으로 양질의 박막을 얻을 수 있다.

셋째, 보호막으로 이용되는 실리콘 산화막이나 실리콘 질화막을 낮은 온도에서 만들 수 있다.

화학기상증착에 의하여 얻어지는 박막의 물리화학적 성질은 비정질, 다결정, 표면 거칠기 등과 같은 기판의 성질과 온도, 성장속도, 압력 등과 같은 증착조건에 의하여 결정된다. 일반적으로 이러한 변수들이 증착되는 원자의 표면 이동 속도에 영향을 미침으로써 막의 구조나 성질에 영향을 미친다.

이러한 막의 특성에 영향을 미치는 변수 중에서, 압력을 제어하기 위하여 압력 감지용 센서가 사용된다. 상기 압력 감지용 센서는 반응의 진행시 반응관(process tube) 내의 압력을 정확히 감지하여 프로그램에 설정된 압력과 실제의 압력이 항상 일치하도록 하여 안정된 공정이 진행되도록 하는 역할을 한다.

한편, 저압화학기상증착(Low Pressure CVD; LPCVD) 방법은 증착막의 균일도(uniformity)가 좋으며, 많은 양의 웨이퍼를 한꺼번에 장입할 수 있을 뿐만 아니라 가스의 소비량이 적어 생산원가가 낮은 공정을 가능하게 한다는 잇점으로 많은 박막 증착공정에 응용되고 있다. 이러한 저압화학기상증착 방법은 대기압화학기상증착(Atmosphere CVD; APCVD) 방법보다 압력의 변화가 더욱 민감하게 박막의 특성에 영향을 주므로 상기의 압력 감지용 센서의 역할이 더욱 중요한 문제로 대두될 수 있다.

제1도를 참조하면, 반도체 장치 제조용 감압 화학기상증착 장비는 로 부(furnace unit, 100), 장착 시스템(loader system, 200), 진공 시스템(300) 및 컨트롤 시스템(400)의 4부분으로 크게 구분된다. 상기 로 부(100)는 수평방향으로 설치된 반응관(process tube, 10) 및 상기 반응관(10)을 둘러싸는 가열 챔버(heating chamber, 14)를 포함한다. 그리고, 상기 반응관(10)의 일단부에 캐리어 가스 및 박막 증착에 필요한 소오스 가스들을 주입하기 위한 가스 주입부(12)가 구비되어 있다. 여기서, 상기 반응관(10)은 캐리어 가스와 함께 상기 가스 주입부(12)로부터 주입된 소오스 가스들이 열 분해된 후 화학적 반응에 의해 반도체 기판위에 박막이 증착되는 공정이 진행되는 장소이다. 이 때 상기 가열 챔버(14)는 상기 반응관(10)내의 소오스 가스들이 열분해 및 화학반응이 일어날 수 있는 온도까지 가열한다. 상기 장착 시스템(200)은 반도체 웨이퍼가 장착된 석영 보트를 상기 반응관(10) 안으로 장입하거나 밖으로 끄집어내는 시스템으로서, 상기 반응관(10)의 일단부에 위치하고 있으며 반도체 웨이퍼가 지지되는 석영 팔(Quarz arms, 16) 및 상기 석영 팔(16)의 단부가 고정 결착된 연착 헤드(soft lander head, 18)를 포함한다. 상기 진공 시스템(300)은 배기관(34), 게이트 밸브(28), 펌핑 시스템(pumping system, 20), 제1압력감지부(30) 및 제2압력감지부(40)를 포함한다. 상기 배기관(34)은 상기 반응관(10) 내의 가스가 배기되는 통로로서, 일단부는 상기 펌핑 시스템(20)에 연결되고 타단부는 상기 반응관(10)의 타단부에 연결된다. 상기 게이트 밸브(28)는 상기 배기관(34)의 소정 부위에 위치하여 상기 배기관(34)을 통해서 배기되는 배기가스의 양을 조절함으로써 상기 반응관(10)의 압력을 조절한다. 상기 펌핑 시스템(20)은 상기 반응관(10) 내의 기체를 밖으로 배출시켜 상기 반응관(10)을 저압상태로 만드는 러핑 시스템(roughing system, 22)과 상기의 저압상태로 된 반응관(10)을 더욱 고진공 상태로 만드는 고진공 시스템(high vaccume system, 26)을 포함한다. 이 때 상기 러핑 시스템(22)은 기계적 펌프(mechanical pump), 수착 펌프(sorption pump) 또는 벤츄리 펌프(ventri pump)가 일반적으로 사용되고, 상기 고진공시스템(26)은 확산펌프(diffusion pump) 또는 터보분자펌프(turbo-molecular pump; TMP)가 일반적으로 사용된다. 상기 제1압력감지부(30)는 게이트 밸브(28)와 상기 반응관(10) 사이에 위치하며, 압력 감지용 센서(32)를 구비한다. 상기 압력 감지용 센서(32)는 상기 반응관(10)내의 압력을 감지한다. 상기 제2압력감지부(40)는 상기 게이트 밸브(28)와 상기 펌핑 시스템(20) 사이에 위치하며, 압력 감지용 센서(36)를 구비한다. 이 때 상기 압력 감지용 센서(36)는 상기 반응관(10) 내의 압력을 감지한다기 보다는 상기 배기관(34) 내의 압력을 감지하여 화학기상증착 장비를 용이하게 작동시킬 수 있도록 보조해 준다. 상기 컨트롤 부(400)는 상기 로 부(100)의 모든 상태를 제어하기 위한 주 장치로서, 상기의 로 부(100) 및 진공 시스템(300)과 인터페이스(interface)되어 상기 로 부 및 진공 시스템의 상태를 수집함으로써 일련의 공정을 진행하기 위한 프로그램 및 각종 제어표를 편집할 수 있도록 되어 있다. 상기 제1압력감지부의 확대된 단면도가 제2도에 도시되었다.

제2도는 상기 제1도의 제1압력감지부(30)를 확대하여 도시한 단면도이다.

제2도를 참조하면, 참조번호 52는 상기 배기관(34)의 소정 위치에서 연통되어 돌출된 센서 부착용 포트, 54는 상기 센서 부착용 포트(52)의 끝부분에 부착된 연결수단, 그리고 32는 상기 연결수단(54)에 의해 상기 센서 부착용 포트(52)에 부착된 압력 감지용 센서를 나타낸다. 또한 참조번호 51은 상기 배기관(34)내에서 배기가스가 흐르는 방향을 나타낸다. 여기서 상기 압력 감지용 센서(32)의 일부가 상기의 배기관(34) 내로 삽입되어 있다. 상기 압력 감지용 센서(32)의 부착방법에 의하면, 상기 배기관(34) 내의 뜨거운 배기가스의 흐름(51)이 직접 상기 압력 감지용 센서(32)에 닿아 센서 내부의 저항 요소들을 부식시키고 감지능력을 저하시켜 상기 반응관(10)내의 압력을 실제 압력보다 낮게 감지하여 상기 반응관(10) 내의 압력을 설정치 보다 높게 제어하게 된다.

상술한 바와 같이 배기관의 소정의 위치에서 연통되어 돌출되어 있는 센서 부착용 포트에 직접 압력 감지용 센서를 부착하는 종래의 화학기상증착 장비는 고장이 발생되기 쉬울 뿐만 아니라 공정의 재현성을 저하시키고 공정불량을 야기하는 문제점이 있다. 이는 센서 부착방법의 결함 및 주위 온도 변화에 민감하다는 센서 자체의 결함에 기인한 것이다. 즉 배기관 내의 뜨겁고 부식성이 강한 배기가스가 압력 감지용 센서의 내부 구성요소까지 유입되어 센서를 강제열화시키고 이로인해 센서의 수명이 단축될 뿐만 아니라 센서의 감지능력이 저하되기 때문이다.

따라서, 본 발명의 목적은 반응관 내의 압력을 감지하는 압력감지부를 개선하여 센서의 수명을 연장시키고 센서의 감지 능력을 향상시킬 수 있는 화학기상증착 장비의 압력 감지부를 제공하는데 있다.

상기 목적을 달성하기 위하여 로 부, 로 부와 연결된 배기관 및 배기관의 압력을 측정하는 압력감지용센서를 포함하는 반도체 장치 제조용 화학기상증착 장비에 관한 본 발명은, 상기 배기관의 일정영역에 돌출되어서 형성되어 있는 제1 포트와, 포트의 끝부분이 연결되어 있는 완충부와, 완충부의 일정영역에 형성되어 있는 제2 포트를 더 구비하고, 여기서, 완충부에 연결되어 있는 제2 포트는 제1 포트내로 흐르는 배출가스의 흐름방향과 다른 방향으로 굽어져 있으며, 압력감지용 센서는 상기 제2 포트에 장착되어 있는 것을 특징으로 한다. 이때, 압력 감지용 센서는 보던 게이지(Bourdon gauge), 열전대 게이지(Thermocouple gauge), 피라니 게이지(Pirani gauge), 이온화 게이지(Ionization gauge) 및 냉음극 게이지(cold cathode gauge)로 구성된 일 군에서 선택된 어느 하나인 것이 바람직하다. 또한, 완충부는 구형 및 원통형 중에서 선택된 어느 하나의 형태를 갖는 것이 바람직하다.

이하, 첨부도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 보다 구체적으로 설명하고자 한다.

제3도는 본 발명에 따라 제조된 화학기상증착 장비의 압력감지부를 나타낸다.

제3도를 참조하면, 참조번호 80은 배기관, 84는 상기 배기관(80)의 소정 위치에서 연통되어 돌출된 제1포트, 86은 상기 제1포트(84)의 끝부분에 부착된 제1연결수단, 700은 상기 제1연결수단(86)에 의해 상기 제1포트(84)와 연결된 제2포트, 90은 상기 제2포트(700)의 끝부분에 부착된 제2연결수단, 88은 상기 제2연결수단(90)에 의해 상기 제2포트(700)에 연결된 압력 감지용 센서, 그리고 82는 상기 배기관(80)내에서 배기가스가 흐르는 방향을 나타낸다. 또한 참조번호 92는 상기 제2포트(700)의 소정부위에 위치하여 상기 배기관(80)의 온도 및 배기가스 흐름(82)의 영향을 최소화 시키는 완충부이다. 여기서, 상기 압력 감지용 센서(88)는 보던 게이지(Bourdon gauge), 열전대 게이지(Thermocouple gauge), 피라니 게이지(Pirani gauge), 이온화 게이지(Ionization gauge) 및 냉음극 게이지(cold cathode gauge)로 구성된 일 군에서 선택된 어느 하나로 구성되는 것이 바람직하다. 이는 센서마다 압력의 감지범위가 다르므로 넓은 범위의 압력을 읽기 위해선 여러개의 압력 감지용 센서가 필요하기 때문이다. 또한 상기 제2포트(700)는 배기가스 흐름(82)의 영향을 최소화 시키기 위하여 절곡부(도시되지 않음)를 갖는 것이 바람직하다. 더욱 바람직하게는 상기 절곡부는 배기가스 흐름의 영향을 적게 받기 위하여 제2포트의 압력감지용 센서가 부착되는 단부가 배기가스의 흐름(82)과 반대 방향으로 굽어진 것이 바람직하다. 상기 완충부(92)는 제2 포트의 절곡된 부분에 위치하는 것이 바람직하다. 또한 상기 완충부(92)는 원통형 및 구형 중에서 선택된 어느 하나의 형태를 갖는 것이 바람직하다.

이상 상술한 바와 같이 본 발명에 의하면, 완충부를 구비하는 절곡된 제2포트를 별도로 구비함으로써 화학기상증착 장비에서의 배기관내의 뜨거운 배기가스의 유입으로 인한 압력감지 센서의 저항요소(element)의 부식과 주위의 온도변화에 따른 압력 감지용 센서의 압력 감지 불량을 최소화하였다. 따라서 압력 감지용 센서의 강제열화로 인한 수명단축을 연장시켰을 뿐만 아니라 화학기상증착 장비의 고장을 감소시키고, 공정 품질 향상에 개선을 가져왔다.

본 발명은 상기 실시예에만 한정되지 않으면, 많은 변형이 본 발명이 속한 기술적 사상내에서 당 분야에서 통상의 지식을 가진자에 의해 가능함은 명백하다.

Claims

로 부, 상기 로 부와 연결된 배기관 및 상기 배기관의 압력을 측정하는 압력감지용센서를 포함하는 반도체 장치 제조용 화학기상증착 장비에 있어서, 상기 배기관의 일정영역에 돌출되어서 형성되어 있는 제1 포트; 상기 포트의 끝부분이 연결되어 있는 완충부; 및 상기 완충부의 일정영역에 형성되어 있는 제2 포트를 더 구비하고, 여기서, 상기 완충부에 연결되어 있는 상기 제2 포트는 상기 제1 포트내로 흐르는 배출가스의 흐름방향과 다른 방향으로 굽어져 있으며, 상기 압력감지용 센서는 상기 제2 포트에 장착되어 있는 것을 특징으로 하는 반도체 장치 제조용 화학기상증착 장비의 압력감지부.
제1항에 있어서, 상기 압력 감지용 센서는 보던 게이지(Bourdon gauge), 열전대 게이지(Thermocouple gauge), 피라니 게이지(Pirani gauge), 이온화 게이지(Ionization gauge) 및 냉음극 게이지(cold cathode gauge)로 구성된 일 군에서 선택된 어느 하나인 것을 특징으로 하는 반도체 장치 제조용 화학기상증착 장비의 압력감지부.
제1항에 있어서, 상기 완충부는 구형 및 원통형 중에서 선택된 어느 하나의 형태를 갖는 것을 특징으로 하는 반도체 제조용 화학기상증착의 장비의 압력감지부.