KR100199374B1 - 공정 가스 인터록 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 다이클로로 사일렌 가스와 암모니아 가스의 유량을 조절하는 유량조정계(Mass Flow Controller)의 피드백 시그널(Feedback Signal)을 이용하여 유량비에 이상이 발견될 시 자동 인터록을 작동시키도록 하는 공정가스 인터록 장치에 관해 개시된다.

Description

공정 가스 인터록 장치

제1도는 종래의 공정가스 인터록 장치의 구성도.

제2도는 본 발명에 따른 공정가스 인터록 장치의 구성도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

11, 12 : 제1 및 제2 유량조정계 13 : 데이터신호 비교기

15, 21 : 제1 및 제2 OP-앰프 14 : 가스혼합비율 설정기

16, 22 : 제1 및 제2 A/D 컨버터

본 발명은 공정가스 인터록 장치에 관한 것으로, 특히 가스의 유량을 조절하는 유량조정계의 궤환신호(FEEDBACK SIGNAL)을 이용하여 유량비에 이상이 발견될 시 자동 인터록을 작동 시키도록 한 공정가스 인터록 장치에 관한 것이다.

일반적으로 반도체 공정중 선택적 산화막(Selective Oxidation)성장을 위한 공정인 질화막 형성공정이 있다. 이 질화막(Nitride Film)은 결국 마스크(Mask)의 역할을 수행하고 난 후 질화막 제거 공정(Nitride Strip)을 거쳐 제거(Removal)가 되어 없어진다. 질화막 제거공정은 습식식각용액(Wet Etchant)인 화학 약품을 조에 담아 화학적 반응으로 용해 제거하는 장치를 이용한다. 질화막 형성공정은 저압 화학 증착(Low Pressure Chemical Vapor Deposition) 방법을 사용하며 이것은 다이 클로로 사일렌 가스와 암모니아 가스의 혼합으로 생성된다. 그러나 이 가스의 비율이 맞지 않으면 원치 않는 물질이 발생되거나 두가지의 가스중 암모니아 가스공급이 중단되고 다이 클로로 사일렌만 흐를 경우 웨이퍼상에는 질화막 대신 폴리실리콘 물질이 발생되어 웨이퍼를 스크랩(Scrap)하거나 재 작업하게 되며 이 웨이퍼를 모르고 질화막 제거 공정까지 진행시키면 습식식각용액 조까지 오염시킨다. 물론 질화막 공정 장비의 챔버인 석영 튜브의 오염으로 이후 진행하는 롯트(Lot)까지 대형 품질 사고로 이어진다. 그리고 제3의 물질(폴리실리콘)이 석영조에 묻거나 침투하여 조를 오염시키게 된다.

따라서 본발명은 다이클로로 사일렌 가스와 암모니아 가스의 유량을 조절하는 유량조정계(Mass Flow Controller)의 피드백 시그널(Feedback Signal)을 이용하여 유량비에 이상이 발견될 시 자동 인터록을 작동시키도록 하는 장치를 제공함으로써, 상기한 단점을 해소할 수 있는 공정가스 인터록 장치를 제공함에 그 목적이 있다.

상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명은 유입되는 가스의 유량변화에 따라 아날로그 신호로 변환하는 제1 및 제2 유량조정계와, 상기 제1 및 제2 유량조정계로부터 출력되는 각각의 아날로그 신호를 증폭하기 위한 제1 및 제2 OP-앰프와, 상기 제1 및 제2 OP-앰프로부터 출력되는 각각의 아날로그 신호를 각각의 디지탈 신호로 변환하기 위한 제1 및 제2 A/D 컨버터와, 상기 제1 및 제2 A/D 컨버터로부터 출력되는 각각의 디지탈 신호를 입력으로 하며 상기 입력되는 두 데이터를 비교하여 출력하도록 하는 데이터 신호 비교기와, 상기 데이터 신호 비교기의 출력 데이터와 가스혼합 비율 설정기로부터 출력되는 데이타를 각각 입력으로하며 상기 입력되는 두 데이터에 따라 개스의 흐름을 제어하기 위한 각각의 밸브 및 알람을 제어하도록 하는 입출력장치와, 상기 입출력 장치를 통해 입력되는 상기 데이터 신호 비교기의 출력 데이터와 가스 혼합 비율 설정기의 출력 데이터를 아날로그 신호로 변환하기 위한 D/A 컨버터와, 상기 D/A컨버터의 출력신호에 따라 상기 가스의 흐름을 제어하기 위한 각각의 밸브를 구동하는 밸브구동부로 구성된 것을 특징으로 한다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명하기로 한다.

제1도는 종래의 공정가스 인터록 장치를 설명하기 위해 도시한 구성도로서, 반도체 공정순서를 거치는 동안 질화막의 역할은 N-웰((N-Well)형성을 위한 이온 주입공정의 마스크 역할과 N-웰 드라이브 인(N-Well Drive In)공정에서 산호막 성장이 N-웰 영역에서만 일어나도록 하는 또 한 번의 마스크 역할을 담당한다. 질화막 공정은 3SiH2CL2(다이클로로 사일렌) + 4NH3(암모니아) = Si3N4(질화막) + 6H2 +6HCL 으로 이루어지며 생성된 질화막의 성질은 이온 주입공정에서 물리적 마스크의 역할을 수행하고 N-웰드라이브 인(N-Well Drive In) 산화공정에서는 SiO₂산화막 형성이 질화막에서는 이루어지지 못하기 때문에 N-웰 영역에서만 성장되도록 하는 화학적 마스크의 역할을 수행한다. 다이클로로 사일렌 3분자와 암모니아 4분자의 열분해 가스분자의 비율을 맞추기 위해 각각의 유량조정계를 독립적으로 운용해 온 것이 종래 장치이다. 그러나 가스가 공급되는 소오스 쪽의 이상으로 유량조정계(Mass Flow Controller ; 이하, MFC 라함) 인입단에 가스공급이 원활치 못하거나 중단되었을 때 가스 유입 비율이 틀려지게 된다. 특히 다이클로로 사일렌의 유입비가 암모니아 보다 높을 때는 고온에서 다이클로로 사일렌 가스 단독으로 열분해 되어 폴리실리콘 물질을 생성하게 되어 원래의 목적인 순수 질화막 생성에 나쁜 영향을 준다. 만일 최악의 경우 암모니아 가스의 유입이 중단되고(예를들어, 가스통(Gas Bottle)에 가스가 모두 소모되어 버렸을 때) 다이클로로 사일렌만 정상 유입될 때 석영 튜브내에 유입된 다이클로로 사일렌은 고온의 환경(약 섭씨 800도)에서 자체 열분해 되어 폴리실리콘(Poly silicon)으로 웨이퍼에 증착이 되어 웨이퍼를 폐기하거나 재작업을 해야한다. 더욱이 이러한 현상이 한동안 발견되지 않고 로트(Lot)를 계속 진행하면 다음 공정에 계속적인 오염을 유발시키고 특히 질화막 제거 공정에서 인산 조를 오염시켜 막대한 피해를 준다.

제2도는 본 발명에 따른 공정가스 인터록 장치를 설명하기 위해 도시한 구성도로서, 다이클로로 사일렌 MFC(11)와 암모니아 MFC(12)의 내부회로 궤환 신호(Feedback Signal)를 비교하는 궤환 신호 비교기(13)와 가스 혼합 비율 설정기(14)를 설치한다. MFC의 유량 측정은 도면에서와 같이 샘플링 개념으로 모세관에 유체가 흐르도록 하고 모세관 외벽에 가온(Temperature Enforcement)을 한다. 유량의 변동에 따라 모세관의 표면온도는 변화를 하게 되고, 이는 코일 저항에 변화를 야기시키고 브릿지 회로로 이러한 변화를 전기적 신호로 변환하여 검출한다. 이 신호를 유량에 대한 궤환 신호라고 부르며 본 발명은 이 궤환 신호를 입력단 고 임피던스의 OP AMP(15)에 전송하고 이 OP AMP(15)의 출력단 A/D 컨버터(16 및 22)로 연결시켜 신호를 디지틀화 시킨다. 양 A/D 컨버터(16 및 22)에서 나온 디지틀 신호를 궤환 신호비교기(13)에서 비교를 하게 되고 가스혼합 비율 설정기(14)에서 정해진 비율로 유량이 통과하고 있는지를 전기적 신호로써 검출해 낸다. 물론 가스 혼합 비율 설정기(14)는 공정기술자가 여러 가지 실험에 따라 그 값을 정해줄 수 있도록 설계되어 지며 이 값 역시 디지틀 신호이어서 궤환 신호 비교기(13)와 가스 혼합 비율 설정기(14)가 마이크로 프로세스(18)로 연결된 하나의 연산 장치로 구성되어 있다. 이렇게 궤환 신호를 처리한 결과인 출력 신호는 MFC 유량제어기의 밸브구동부(17)로 연결이 되어 두 개의 유량조정계(11 및 12)의 밸브의 개폐과정을 결정짓는 요소(Factor)로 작용하도록한다. 종래 MFC는 가스상호간의 비율을 하나의 제어 요소로 이용한 경우는 없으며 각각 독립적인 제어만 할 수 있어 상기 문제점 발생을 예방할 수 없고 공정 종류에 따른 MFC 응용 범위가 넓지 못했다. 또한, 상기 최종단 출력신호를 이용하여 가스유량 비율이 설정치에서 많이 벗어날 경우 경보 장치를 동작시키거나 다이클로로 사일렌가스 밸브와 암모니아 가스 밸브를 동시에 차단(Close)시켜 더 이상 공정이 진행되지 못하게 만든다.

상술한 바와 같이 본 발명에 의하면 다음과 같은 효과를 얻을 수 있다.

1. 반응가스의 혼합 비율은 항상 일정하게 유지시켜 질화막 형성공정을 안정화시키고 순도가 높은 질화막을 만들어 반도체 소자의 신뢰성 및 수율 향상에 큰 효과가 있다.

2. 소오스 가스 이상, 즉 사용 시간에 따라 가스통에 남아있는 가스의 압력 저하 또는 배관계통의 이상으로 공급유량에 이상이 발생되는 경우에도 조기 경보 또는 혼합비 보상 제어가 가능하여 형성 박막의 이상 발생을 예방하고 이로 인한 석영 튜브 오염 및 연속 공정의 오염을 막아 웨이퍼 스크랩을 줄인다.

3. 독립적 유량 제어의 개념에서 혼합비 제어 개념을 부가 도입시킴으로써 반도체 박막 형성공정 요소중 가장 유량 제어 분야를 재 개척하고 이의 응용범위 또한 확대되어 새로운 응용 공정기술의 발달이 기대되는 효과가 있다.

4. 상기 3항의 혼합비 제어 개념을 각종 반도체 박막 형성 장비의 유량 제어 기술에 도입 응용시킴으로써 독자적인 장비기술우위를 확보하는 효과가 있다.

Claims (1)

1. 유입되는 가스의 유량변화에 따라 아날로그 신호로 변환하는 제1 및 제2 유량조정계와, 상기 제1 및 제2 유량조정계로부터 출력되는 각각의 아날로그 신호를 증폭하기 위한 제1 및 제2 OP-앰프와, 상기제1 및 제2 OP-앰프로부터 출력되는 각각의 아날로그 신호를 각각의 디지탈 신호로 변환하기 위한 제1 및 제2 A/D컨버터와, 상기 제1 및 제2 A/D 컨버터로부터 출력되는 각각의 디지탈 신호를 입력으로 하며 상기 입력되는 두 데이타를 비교하여 출력 하도록 하는 데이터 신호 비교기와, 상기 데이터 신호 비교기의 출력 데이터와 가스혼합 비율 설정기로 부터 출력되는 데이터를 각각 입력으로 하며 상기 입력되는 두 데이터에 따라 개스의 흐름을 제어하기 위한 각각의 밸브 및 알람을 제어하도록 하는 입출력장치와, 상기 입출력 장치를 통해 입력되는 상기 데이터 신호 비교기의 출력 데이터와 가스 혼합비율 설정기의 출력 데이터를 아날로그 신호로 변환하기 위한 D/A 컨버터와, 상기 D/A 컨버터의 출력신호에 따라 상기 가스의 흐름을 제어하기 위한 각각의 밸브를 구동하는 밸브구동부로 구성된 것을 특징으로 하는 공정 가스 인터록 장치.