KR100457036B1 - 반도체장치 제조용 가스분석설비 - Google Patents

반도체장치 제조용 가스분석설비 Download PDF

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Abstract

본 발명은 반도체장치 제조공정에 사용되는 텅스텐플루라이드(WF6)가스 내부에 포함된 불화수소(HF)의 양을 분석할 수 있는 반도체장치 제조용 가스분석설비에 관한 것이다.
본 발명은, 공급되는 가스에 적외선(Infrared)을 주사함으로서 얻어지는 스펙트럼을 분석함으로서 상기 가스에 포함된 액체불순물의 양을 분석할 수 있는 푸리에 변환 적외 분광 광도계(Fourier transform infrared spectrophotometer), 상기 푸리에 변환 적외 분광 광도계 내부에 표준용 불화수소를 공급할 수 있는 불화수소 공급수단 및 상기 푸리에 변환 적외 분광 광도계 내부에 분석용 텅스텐플루라이드가스를 공급할 수 있는 텅스텐플루라이드가스 공급수단을 구비하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
따라서, 반도체장치 제조공정에 사용되는 텅스텐플루라이드가스 내부에 존재하는 불화수소의 양을 분석할 수 있으므로 상기 불화수소에 의해서 공정불량이 발생하는 것을 미연에 방지할 수 있는 효과가 있다.

Description

반도체장치 제조용 가스분석설비
본 발명은 반도체장치 제조용 가스분석설비에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 반도체장치 제조공정에 사용되는 텅스텐플루라이드(WF6) 가스 내부에 포함된 불화수소(HF)의 양을 분석할 수 있는 반도체장치 제조용 가스분석설비에 관한 것이다.
통상, 반도체장치 제조공정에는 반응성, 부식성, 독성 등의 성질을 가진 여러 가지 종류의 가스(Gas)가 사용되고 있으며, 상기 가스 내부에 포함된 불순물의 양을 정기적으로 분석함으로서 반도체장치 제조공정의 불량원인을 사전에 제거하려는 노력을 경주하고 있다.
특히, 반도체기판 상에 텅스텐실리사이드막(WSi film)을 증착하기 위하여 사용되는 텅스텐플루라이드(Tungsten fluoride : WF6)가스는 수분(H2O)과 반응하여 부식성의 불화수소(HF)를 형성하여 반도체 제조설비를 부식시키고, 형성된 텅스텐실리사이드막의 균일도(Uniformity)에 이상이 발생하였다.
그러나, 상기 텅스텐플루라이드가스에 포함된 불화수소에 의해서 산소(O2), 질소(N2), 이산화탄소(CO2) 등에 대한 정량분석이 가능한 가스 크로마토그래피(Gas chromatography) 또는 수분의 양을 분석할 수 있는 수분분석기(Moisture analyzer) 등의 분석설비를 사용하여 불화수소의 양을 분석할 수 없는 문제점이 있었다. 이는 분석공정 진행시 불화수소가 분석설비를 부식시키고 분석설비의 오염원으로 작용하기 때문이다.
본 발명의 목적은, 반도체장치 제조공정에 사용되는 텅스텐플루라이드가스 내부에 포함된 불화수소의 양을 분석할 수 있는 반도체장치 제조용 가스분석설비를 제공하는 데 있다.
도1은 본 발명에 따른 반도체장치 제조용 가스분석설비의 일 실시예를 나타내는 구성도이다.
도2는 본 발명에 따른 반도체장치 제조용 가스분석설비를 사용하여 분석한 결과를 나타내는 그래프이다.
※도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
10 : 푸리에 변환 적외 분광 광도계 12 : 컴퓨터
14 : 제 1 배기라인 16, 58 : 진공펌프
18 : 불화수소 발생기 20 : 불화수소 공급라인
22 : 제 2 유량조절기 24 : 제 2 질소가스 공급원
26, 28, 30, 33, 42, 48, 52, 62, 66 : 밸브
32 : 제 1 질소가스 공급원 34 : 질소가스 공급라인
36 : 제 1 유량조절기 38 : 가스 케비넷
40 : 텅스텐플루라이드가스 공급라인 44 : 배기구
46 : 보호막형성가스 공급원 50 : 헬륨가스 공급원
54 : 제 2 배기라인 56, 64 : 압력게이지
60 : 방출라인 68 : 제 3 유량조절기
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 반도체장치 제조용 가스분석설비는, 공급되는 가스에 적외선(Infrared)을 주사함으로서 얻어지는 스펙트럼을 분석함으로서 상기 가스에 포함된 액체불순물의 양을 분석할 수 있는 푸리에 변환 적외 분광 광도계(Fourier transform infrared spectrophotometer); 상기 푸리에 변환 적외 분광 광도계 내부에 표준용 불화수소를 공급할 수 있는 불화수소 공급수단; 및 상기 푸리에 변환 적외 분광 광도계 내부에 분석용 텅스텐플루라이드가스를 공급할 수 있는 텅스텐플루라이드가스 공급수단을 구비하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
상기 불화수소 공급수단은 상기 푸리에 변환 분광 광도계 일측과 연결되는 불화수소 공급라인과 상기 불화수소 공급라인과 연결되는 불화수소 발생장치로 이루어질 수 있다.
그리고, 상기 불화수소 발생장치 일측에 상기 불화수소 발생장치에서 발생된 불화수소를 운반하는 질소가스 등의 운반가스가 저장된 운반가스 공급원이 연결됨이 바람직하다.
또한, 상기 푸리에 변환 적외 분광 광도계와 상기 불화수소 발생장치 사이에 유량조절기 및 밸브로 이루어지는 유량조절수단이 더 구비될 수 있다. 또한, 상기 유량조절수단과 상기 불화수소 발생장치 사이에 일정량의 질소가스 등의 희석가스를 공급할 수 있는 희석가스 공급라인이 형성될 수 있고, 상기 희석가스 공급라인 상에 유량조절기가 설치될 수 있다.
그리고, 상기 텅스텐플루라이드가스 공급수단은 상기 푸리에 변환 적외 분광 광도계 다른 일측과 연결된 텅스텐플루라이드가스 공급라인과 상기 텅스텐플루라이드가스 공급라인과 연결되는 가스 케비넷으로 이루어질 수 있고, 상기 가스 케비넷 내부에는 다수의 가스공급라인이 구비되고, 상기 가스공급라인과 텅스텐플루라이드가스 공급원이 연결될 수 있다.
또한, 상기 가스 케비넷 일측에 상기 다수의 가스공급라인 내부에 산화방지막을 형성할 수 있는 보호막형성가스 공급수단이 연결될 수 있다.
그리고, 상기 가스 케비넷 다른 일측에 상기 다수의 가스공급라인 내부를 세정할 수 있는 세정가스공급수단이 연결될 수 있다.
또한, 상기 가스 케비넷 다른 일측에 상기 보호막형성가스와 세정가스가 방출되는 배기라인이 형성될 수 있다.
그리고, 상기 푸리에 변환 적외 분광 광도계 일측에 상기 푸리에 변환 적외 분광 광도계 내부의 압력상태를 조절할 수 있는 진공펌프가 연결될 수 있다.
또한, 상기 푸리에 변환 적외 분광 광도계 다른 일측에 상기 푸리에 변환 적외 분광 광도계를 제어할 수 있는 컴퓨터가 연결될 수 있다.
그리고, 상기 푸리에 변환 적외 분광 광도계 다른 일측에 상기 푸리에 변환 적외 분광 광도계 내부로 공급된 가스가 방출되는 배기라인이 더 형성될 수 있다. 상기 배기라인 상에 압력게이지 및 유량조절기가 설치될 수 있다.
이하, 본 발명의 구체적인 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
본 발명에 따른 반도체장치 제조용 가스분석설비에는 도1에 도시된 바와 같이 공급되는 가스에 적외선을 주사함으로서 그 가스분자의 진동(Vibration)과 회전(Rotation)에 따른 에너지의 차이를 이용하여 얻어지는 스펙트럼을 분석함으로서 상기 가스에 포함된 액체불순물의 양을 분석할 수 있는 푸리에 변환 적외 분광 광도계(Fourier transform infrared spectrophotometer : 10)가 설치되어 있다. 상기 푸리에 변환 적외 분광 광도계(10) 일측에는 상기 푸리에 변환 적외 분광 광도계(10)를 제어함으로서 그 분석결과를 모니터링(Monitoring)할 수 있는 컴퓨터(12)가 연결되어 있고, 다른 일측에는 상기 푸리에 변환 적외 분광 광도계(10) 내부의 압력상태를 조절할 수 있는 진공펌프(16)가 설치된 제 1 배기라인(14)이 형성되어 있다.
또한, 상기 푸리에 변환 적외 분광 광도계(10) 다른 일측에 표준용 불화수소를 발생하는 불화수소 발생기(18)가 불화수소 공급라인(20)에 의해서 연결되어 있고, 상기 불화수소 발생기(18)와 상기 표준용 불화수소를 운반하는 질소가스가 저장된 제 2 질소가스 공급원(24)이 밸브(26)를 게재하여 가스라인에 의해서 연결되어 있다. 상기 불화수소 공급라인(20) 상에는 2개의 밸브(28, 30)가 설치되어 있다.
그리고, 상기 불화수소 공급라인(20) 상에 설치된 2개의 밸브(28, 30) 사이의 불화수소 공급라인(20)과 희석가스로 작용하는 일정량의 질소가스가 저장된 제 1 질소가스 공급원(32)이 질소가스 공급라인(34)에 의해서 연결되어 있다. 상기 질소가스 공급라인(34) 상에는 상기 질소가스의 흐름을 기준으로 밸브(33) 및 제 1 유량조절기(36)가 순차적으로 설치되어 있다.
또한, 불화수소 공급라인(20) 상에 설치된 밸브(30)와 질소가스 공급라인(34)과 불화수소 공급라인(20)이 합쳐지는 지점 사이에서 텅스텐플루라이드가스 공급라인(40)이 형성된 후, 가스 케비넷(38)과 연결되어 있다. 상기 텅스텐플루라이드가스 공급라인(40) 상에는 밸브(42)가 설치되어 있고, 상기 가스 케비넷(38) 내부에는 다수의 가스공급라인(도시되지 않음)이 구비되고, 상기 가스공급라인(도시되지 않음)과 텅스텐플루라이드가스 공급원(도시되지 않음)이 연결되어 있다. 그리고, 상기 가스 케비넷(38) 일측에 가스 케비넷(38) 내부에서 누설된 가스가 방출되는 배기구(44)가 형성되어 있다.
그리고, 상기 가스 케비넷(38) 일측에 상기 다수의 가스공급라인(도시되지 않음) 내부에 산화방지막을 형성할 수 있는 1%의 불소(F)가스 및 99%의 질소가스가 혼합된 일정량의 보호막형성가스가 저장된 보호막형성가스 공급원(46)이 밸브(48)가 설치된 배관라인(도시되지 않음)에 의해서 연결되어 있다.
또한, 상기 가스 케비넷(38) 다른 일측에 세정가스로 작용하는 일정량의 헬륨가스가 저장된 헬륨가스 공급원(50)이 밸브(52)가 설치된 배관라인(도시되지 않음)에 의해서 연결되어 있다.
또한, 상기 가스 케비넷(38) 다른 일측에 압력게이지(56) 및 진공펌프(58)가 순차적으로 설치된 제 2 배기라인(54)이 형성되어 있다.
따라서, 먼저 컴퓨터(12)의 제어에 의해서 제 1 질소가스 공급원(32)에서 일정량의 질소가스를 방출하면, 방출된 질소가스는 질소가스 공급라인(34) 상에 설치된 밸브(33)를 통과하여 제 1 유량조절기(36)에 의해서 그 양이 조절되고, 불화수소 공급라인(20) 상에 설치된 밸브(30)를 통과하여 푸리에 변환 적외 분광 광도계(10) 내부로 공급된다. 이에 따라, 상기 푸리에 변환 적외 분광 광도계(10) 내부에 존재하는 불순물은 상기 질소가스에 의해서 제거된 후, 방출라인(60)을 통해서 외부로 방출된다.
그리고, 제 2 질소가스 공급원(24)에서 방출된 일정량의 질소가스가 밸브(26)를 통과한 후, 불화수소 발생기(18)에서 발생된 불화수소와 서로 혼합되어 특정농도의 불화수소를 생성시키게 된다. 이후, 상기 특정농도의 불화수소는 제 2 유량조절기(22)를 통과하며 그 양이 조절된 후, 불화수소 공급라인(20) 상에 설치된 밸브(28)를 통과한 후, 제 1 질소가스 공급원(32)에서 방출되어 제 1 유량조절기(36)에 의해서 그 양이 조절되어 불화수소 공급라인(20)으로 공급되는 질소가스와 서로 희석된 후, 불화수소 공급라인(20) 상에 설치된 밸브(30)를 통과하여 푸리에 변환 적외 분광 광도계(10) 내부로 공급된다. 상기 푸리에 변환 적외 분광 광도계(10) 내부에서는 상기 질소가스와 희석된 불화수소에 대한 표준스펙트럼을 구하는 공정이 진행된다.
그리고, 가스 케비넷(38) 내부의 텅스텐플루라이드가스 공급원(도시되지 않음)에서 일정량의 텅스텐플루라이드가스를 방출하면, 상기 텅스텐플루라이드가스 방출라인(40) 상에 설치된 밸브(42)를 통과하고, 불화수소 공급라인(20) 상에 설치된 밸브(30)를 통과하여 푸리에 변환 적외 분광 광도계(10) 내부로 공급된다. 상기 푸리에 변환 적외 분광 광도계(10) 내부에서는 상기 텅스텐플루라이드가스 내부에 적외선을 주사함으로서 텅스텐플루라이드가스분자의 진동 및 회전에 따른 에너지의 차이를 이용하여 스펙트럼을 구하는 공정이 진행되며, 상기 스펙트럼과 상기 표준스펙트럼을 대비함으로서 상기 텅스텐플루라이드가스 내부의 불화수소의 양을 분석할 수 있다. 상기 분석공정이 진행될 때, 텅스텐플루라이드가스는 푸리에 변환 적외 분광 광도계(10) 내부로 계속적으로 공급된 후, 방출라인(60) 상에 설치된 밸브(62)와 밸브(66) 사이의 압력게이지(64)에 의해서 압력이 측정되고 다시 제 3 유량조절기(68)에 의해서 그 양이 조절된 후 외부로 방출된다.
그리고, 전술한 바와 같은 분석공정이 진행되는 푸리에 변환 적외 분광 광도계(10) 내부의 압력상태는 제 1 배기라인(14)과 연결된 진공펌프(16)가 펌핑동작을 수행함에 따라 진공상태가 형성된다.
그리고, 상기 가스 케비넷(38) 내부에서 가스를 방출하기 이전에 상기 가스 케비넷(38) 내부에 구비되는 다수의 가스공급라인(도시되지 않음) 내부에 존재하는 불순물을 제거하는 세정공정을 진행한다. 상기 세정공정은 헬륨가스 공급원(50)에서 방출된 헬륨가스가 밸브(52)를 통과하여 가스 케비넷(38) 내부에 구비되는 다수의 가스공급라인(도시되지 않음)을 순환한 후, 제 2 배기라인(54) 상에 설치된 압력게이지(56)에 의해서 압력이 측정된 후, 진공펌프(58)의 펌핑에 의해서 외부로 방출됨으로서 이루어진다.
또한, 상기 가스 케비넷(38) 내부에서 가스를 방출하기 이전에 상기 가스 케비넷(38) 내부에 구비되는 다수의 가스공급라인(도시되지 않음) 내부에 불소계열의 보호막을 형성하는 보호막 형성공정을 진행한다. 상기 보호막 형성공정은 상기 보호막형성가스 공급원(46)에서 방출된 불소가스가 포함된 보호막형성가스가 밸브(48)를 통과한 후, 가스 케비넷(38) 내부에 구비되는 다수의 가스공급라인을 순환한 후, 제 2 배기라인(54) 상에 설치된 압력게이지(56)에 의해서 압력이 측정된 후, 외부로 방출됨으로서 이루어진다. 상기 보호막 형성공정의 수행에 의해서 가스 케비넷(38) 내부에 구비되는 다수의 가스공급라인(도시되지 않음) 내부에 산화성을 가진 불화수소가 포함된 텅스텐플루라이드가스가 통과하여도 이에 의해서 가스공급라인(도시되지 않음) 내부가 부식되는 것을 방지할 수 있다.
이하, 반도체장치 제조공정에 사용되는 4 종류의 텅스텐플루라이드가스(a, b, c, d) 내부에 존재하는 불화수소의 양을 본 발명에 따른 반도체장치 제조용 분석설비에서 분석한다.
도2를 참조하면, 시간이 경과될수록 불화수소의 양이 감소된 후, 안정화되어감을 알 수 있다. 초기에 불화수소의 양이 많은 것은 가스 케비넷 내부에 구비되는 가스공급라인과 텅스텐플루라이드가스 공급원을 연결하는 과정에 수분이 유입되었기 때문이다. 즉, 본 발명에 따라 텅스텐플루라이드가스 내부에 존재하는 불화수소의 양을 용이하게 분석할 수 있다.
따라서, 본 발명에 의하면 반도체장치 제조공정에 사용되는 텅스텐플루라이드가스 내부에 존재하는 불화수소의 양을 분석할 수 있으므로, 상기 불화수소에 의해서 공정불량이 발생하는 것을 미연에 방지할 수 있는 효과가 있다.
이상에서 본 발명은 기재된 구체예에 대해서만 상세히 설명되었지만 본 발명의 기술사상 범위 내에서 다양한 변형 및 수정이 가능함은 당업자에게 있어서 명백한 것이며, 이러한 변형 및 수정이 첨부된 특허청구범위에 속함은 당연한 것이다.

Claims (16)

  1. 공급되는 가스에 적외선(Infrared)을 주사함으로서 얻어지는 스펙트럼을 분석함으로서 상기 가스에 포함된 액체불순물의 양을 분석할 수 있는 푸리에 변환 적외 분광 광도계(Fourier transform infrared spectrophotometer);
    상기 푸리에 변환 적외 분광 광도계 내부에 표준용 불화수소를 공급할 수 있는 불화수소 공급수단; 및
    상기 푸리에 변환 적외 분광 광도계 내부에 분석용 텅스텐플루라이드가스를 공급할 수 있는 텅스텐플루라이드가스 공급수단;
    을 구비하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 반도체장치 제조용 가스분석설비.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 불화수소 공급수단은 상기 푸리에 변환 분광 광도계 일측과 연결되는 불화수소 공급라인과 상기 불화수소 공급라인과 연결되는 불화수소 발생장치로 이루어지는 것을 특징으로 하는 상기 반도체장치 제조용 가스분석설비.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 불화수소 발생장치 일측에 상기 불화수소 발생장치에서 발생된 불화수소를 운반하는 운반가스가 저장된 운반가스 공급원이 연결되어 있는 것을 특징으로 하는 상기 반도체장치 제조용 가스분석설비.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 푸리에 변환 적외 분광 광도계와 상기 불화수소 발생장치 사이에 유량조절수단이 더 구비되어 있는 것을 특징으로 하는 상기 반도체장치 제조용 가스분석설비.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 유량조절수단은 유량조절기 및 밸브로 이루어지는 것을 특징으로 하는 상기 반도체장치 제조용 가스분석설비.
  6. 제 4 항에 있어서,
    상기 유량조절수단과 상기 불화수소 발생장치 사이에 일정량의 희석가스를 공급할 수 있는 희석가스 공급라인이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 상기 반도체장치 제조용 가스분석설비.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 희석가스 공급라인 상에 유량조절기가 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 상기 반도체장치 제조용 가스분석설비.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 텅스텐플루라이드가스 공급수단은 상기 푸리에 변환 적외 분광 광도계 다른 일측과 연결된 텅스텐플루라이드가스 공급라인과 상기 텅스텐플루라이드가스 공급라인과 연결되는 가스 케비넷으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 상기 반도체장치 제조용 가스분석설비.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 가스 케비넷 내부에는 다수의 가스공급라인이 구비되고, 상기 가스공급라인과 텅스텐플루라이드가스 공급원과 연결되어 있는 것을 특징으로 하는 상기 반도체장치 제조용 가스분석설비.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 가스 케비넷 일측에 상기 다수의 가스공급라인 내부에 산화방지막을 형성할 수 있는 보호막형성가스 공급수단이 연결되어 있는 것을 특징으로 하는 상기 반도체장치 제조용 가스분석설비.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 가스 케비넷 다른 일측에 상기 다수의 가스공급라인 내부를 세정할 수 있는 세정가스공급수단이 연결되어 있는 것을 특징으로 하는 상기 반도체장치 제조용 가스분석설비.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 가스 케비넷 다른 일측에 상기 보호막형성가스와 세정가스가 방출되는 배기라인이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 상기 반도체장치 제조용 가스분석설비.
  13. 제 1 항에 있어서,
    상기 푸리에 변환 적외 분광 광도계 일측에 상기 푸리에 변환 적외 분광 광도계 내부의 압력상태를 조절할 수 있는 진공펌프가 연결되어 있는 것을 특징으로 하는 상기 반도체장치 제조용 가스분석설비.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 푸리에 변환 적외 분광 광도계 다른 일측에 상기 푸리에 변환 적외 분광 광도계를 제어할 수 있는 컴퓨터가 연결되어 있는 것을 특징으로 하는 상기 반도체장치 제조용 가스분석설비.
  15. 제 14 항에 있어서,
    상기 푸리에 변환 적외 분광 광도계 다른 일측에 상기 푸리에 변환 적외 분광 광도계 내부로 공급된 가스가 방출되는 배기라인이 더 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 상기 반도체장치 제조용 가스분석설비.
  16. 제 15 항에 있어서,
    상기 배기라인 상에 압력게이지 및 유량조절기가 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 상기 반도체장치 제조용 가스분석설비.
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