KR100609863B1 - 반도체 제조용 반응공정 진단시스템 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 반도체 제조공정 중 화학물질이 이용되는 반응공정에 있어서, 반응로에서 배출되는 부산물의 성분을 분석하여 공정의 진행상태를 모니터링할 수 있도록 한 반도체 제조용 반응공정 진단시스템에 관한 것이다.
이에 본 발명은, 반도체 제조공정 중 각종 화학물질이 포함된 반응가스가 내부로 주입되는 반응로와, 상기 반응로에서 발생된 부산물을 외부로 배출하는 배출관 및 펌프와, 상기 배출관에 설치되어 상기 부산물에 포함된 각종 화학물질의 성분을 분석하여 디스플레이하는 성분 분석부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기와 같은 진단시스템을 제공함으로써, 반응의 진행상태를 파악하여 원활한 반응을 유도할 수 있을 뿐만 아니라, 반응성이 높은 화학물질의 배출로 인한 배출관 및 펌프의 부식등을 최소화할 수 있는 효과를 가진다.
반응로, 배출관, 펌프, 분석부, 밸브, 제어부

Description

반도체 제조용 반응공정 진단시스템{DIAGNOSIS SYSTEM OF REACTION PROCESS FOR A SEMICONDUCTOR MANUFACTURE}
도 1은 본 발명의 제1 실시예를 보인 블럭도.
도 2는 본 발명의 제2 실시예를 보인 블럭도.
도 3은 본 발명의 성분 분석부의 제1 실시예를 보인 개략도.
도 4는 본 발명의 성분 분석부의 제2 실시예를 보인 개략도.
도 5는 본 발명의 성분 분석부의 제3 실시예를 보인 개략도.
도 6은 본 발명의 성분 분석부의 제4 실시예를 보인 개략도.
도 7은 본 발명의 성분 분석부의 제5 실시예를 보인 개략도.
도 8은 본 발명의 성분 분석부에서 분석된 결과의 일 예를 보인 그래프.
※ 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명
10 : 반응로 20 : 배출관
30 : 펌프 40 : 성분 분석부
41a,b : 제1,2 분기관 42 : 분석실
43 : 발광기 44 : 수광기
45 : 연산부 46a,b : 제1,2 밸브
47 : 압력게이지 48a,b : 제1,2 체크밸브
50 : 공정 제어부 60a,b : 밸브 제어부
본 발명은 반도체 제조공정 중 각종 화학물질이 사용되는 반응공정시, 반응로에서 배출되는 부산물에 포함된 각종 화학물질의 성분을 분석하여 공정을 조절할 수 있도록 한 반도체 제조용 반응공정 진단시스템을 제공함에 있다.
일반적으로 웨이퍼를 생산하는 반도체 제조공정에서 화학물질이 이용되는 반응공정은 진공상태의 반응로 내에서 이루어지며, 상기 반응공정에는 반응로 안에 주입된 특수한 반응기체들이 열이나 플라즈마 등의 에너지에 의해 화학반응하여 기판상에 박막을 형성하는 화학기상증착(CVD : Chemical Vapor Deposition)과, 기판상의 박막 중 필요없는 부분을 제거하여 반도체 직접회로를 형성하는 건식식각(Dry Etching)이 있다.
상기와 같은 화학기상증착이나 건식식각은 모두 부식성이 있는 화학물질이 포함된 반응기체를 사용하고 있으므로, 상기 화학물질이 반응로 내에서 완전히 반응하여 분해되지 않은 상태로 배출되면, 부산물이 배출관로의 내벽은 물론 펌프의 회전자 등에 고착되어 펌프의 수명이 단축되는 등 많은 문제점이 발생된다.
이에, 본 발명은 상술한 바와 같은 종래의 제반 문제점을 해소하기 위해 안출된 것으로, 그 목적은 반도체 제조공정 중 화학물질이 이용되는 반응공정에 있어 서, 반응로에서 배출되는 부산물의 성분을 분석하여 공정의 진행상태를 모니터링할 수 있도록 한 반도체 제조용 반응공정 진단시스템을 제공함에 있다.
본 발명의 다른 목적은 부산물의 성분분석결과에 따라 반응로에 주입되는 화학물질의 유량 또는 물질간의 유량비를 조절하여 공정의 진행상태를 자동으로 제어할 수 있도록 한 반도체 제조용 반응공정 진단시스템을 제공함에 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 부산물의 성분을 분석하기 위해 적외선 분광분석방식을 적용하여, 더욱 세분화된 분석결과를 얻을 수 있음은 물론, 장치의 소형화 및 단순화를 구현할 수 있도록 한 반도체 제조용 반응공정 진단시스템을 제공함에 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 분석실 내부의 화학물질의 농도를 적정수준으로 유지하여 적외선 분광의 해상도가 저하되는 것을 방지할 수 있도록 한 반도체 제조용 반응공정 진단시스템을 제공함에 있다.
상기와 같은 목적을 이루기 위해 본 발명은 반도체 제조공정 중 각종 화학물질이 포함된 반응가스가 내부로 주입되는 반응로와, 상기 반응로에서 발생된 부산물을 외부로 배출하는 배출관 및 펌프와, 상기 배출관에 설치되어 상기 부산물에 포함된 각종 화학물질의 성분을 분석하여 디스플레이하는 성분 분석부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 성분 분석부의 분석결과에 따라 상기 반응로의 내부로 투입되는 화학물질의 유량 또는 물질간의 유량비를 자동으로 조절하는 공정 제어부를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
이때, 상기 성분 분석부는 상기 배출관에서 분기되어 부산물이 유입 및 유출되는 제1,2분기관과, 상기 제1,2 분기관 사이에 연결되어 부산물이 충진되는 분석실과, 상기 분석실의 일측으로 적외선을 발광하는 발광기와, 상기 발광기에 대향되게 설치되어 상기 분석실을 투과한 적외선이 수광되는 수광기와, 상기 수광기에서 검출된 신호를 처리하여 상기 부산물에 포함된 화학물질의 성분을 분석하는 연산부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
이때, 상기 제1,2 분기관에 각각 설치되어 부산물의 유입 및 유출을 개폐하는 제1,2 밸브와, 상기 분석실의 내부압력을 측정하는 압력게이지를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 제1,2 분기관에 부산물의 유입 및 유출을 개폐하는 제1,2 밸브가 각각 설치되고, 상기 연산부는 적외선 분광의 해상도를 측정하여 디스플레이 하는 것을 특징으로 한다.
상술한 본 발명의 양상은 첨부된 도면을 참조하여 설명되는 바람직한 실시예들을 통하여 더욱 명백해질 것이다. 이하에서는 바람직한 실시예를 통해 당업자가 본 발명을 용이하게 이해하고 재현할 수 있도록 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예를 보인 블럭도이다. 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 반응공정 진단시스템은 반도체 제조공정 중 각종 화학물질이 포함된 반응가스가 내부로 주입되는 반응로(10)와, 상기 반응로에서 발생된 부산물을 외부로 배출하는 배출관(20) 및 펌프(30)와, 상기 배출관에 설치되어 상기 부산물에 포함 된 각종 화학물질의 성분을 분석하여 디스플레이하는 성분 분석부(40)로 구성된다.
이에 따라, 반도체 제조공정 중 화학기상증착, 원자층증착, 건식식각과 같이 화학물질이 포함된 반응가스를 반응로(10)에 주입하여 증착 또는 식각반응을 유도하는 공정에 있어서, 화학물질의 성분분석 및 디스플레이가 가능한 성분 분석부(40)를 구비하여, 작업자가 상기 반응로에서 반응 후 배출되는 부산물의 성분을 실시간으로 모니터링할 수 있으므로, 반응의 진행상태를 파악하여 적절하게 대처할 수 있게 된다.
즉, 부산물의 성분 중 특정한 화학물질이 과다하게 검출되는 경우, 작업자는 반응로(10)에 공정가스를 주입하는 버블러(미도시)를 조작하여 그 함량을 낮출 수 있으며, 그 반대의 경우나 검출되지 말아햐 할 성분이 검출되는 경우에도 상기 버블러를 조작하여 원활한 반응을 효과적으로 유도할 수 있는 것이다.
도 2는 본 발명의 제2 실시예를 보인 블럭도이다. 도시된 바와 같이, 본 실시예에 따른 반응공정 진단시스템은 반도체 제조공정 중 각종 화학물질이 포함된 반응가스가 내부로 주입되는 반응로(10)와, 상기 반응로에서 발생된 부산물을 외부로 배출하는 배출관(20) 및 펌프(30)와, 상기 배출관에 설치되어 상기 부산물에 포함된 각종 화학물질의 성분을 분석하여 디스플레이하는 성분 분석부(40)로 구성되며, 특히 상기 성분 분석부의 분석결과에 따라 상기 반응로의 내부로 투입되는 화학물질의 유량 또는 물질간의 유량비를 자동으로 조절하는 공정 제어부(50)를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
상술한 바와 같이 상기 제1 실시예에서는 성분 분석부(40)의 분석결과에 따 라 작업자가 직접 반응로에 주입되는 화학물질의 유량을 조절하였으나, 본 실시예에서는 상기 성분 분석부에서 전송되는 데이터를 실시간으로 연산처리하여 그 결과에 따라 반응로에 주입되는 화학물질의 유량 또는 물질간의 유량비를 조절함으로써 공정의 진행을 자동으로 제어하게 된다.
도 3은 본 발명의 성분 분석부의 제1 실시예를 보인 개략도이다. 도시된 바와 같이, 본 실시예에 따른 성분 분석부는 적외선 분광을 통해 물질의 성분을 분석하는 방식을 적용한 것으로, 배출관(20)에서 분기되어 부산물이 유입 및 유출되는 제1,2 분기관(41a,41b)과, 상기 제1,2 분기관 사이에 연결되어 부산물이 충진되는 분석실(42)과, 상기 분석실의 일측으로 적외선을 발광하는 발광기(43)와, 상기 발광기에 대향되게 설치되어 상기 분석실을 투과한 적외선이 수광되는 수광기(44)와, 상기 수광기에서 검출된 신호를 처리하여 상기 부산물에 포함된 화학물질의 성분을 분석하는 연산부(45)로 구성된다.
상기 배출관(20)을 흐르는 부산물 중 일부는 제1 분기관(41a)으로 유입되어 분석실(42)과 제2 분기관(41b)을 차례로 거친 후 상기 배출관으로 배출되는데, 그 과정에서 발광기(43)에서 발광된 적외선이 상기 분석실에 충진된 부산물을 분광한 후 수광기(44)에 검출되며, 상기 수광기에 검출되는 데이터는 실시간으로 연산부(45)에 입력되어 연산처리를 거쳐 분석된다.
상기와 같이 적외선 분광방식을 적용한 성분 분석부는, 기존에 화학물질을 분석하기 위해 많이 이용되는 질량분석기(mass spectroscopy)에 비해 세분화된 분석결과를 얻을 수 있음은 물론 장치의 소형화 및 단순화를 구현할 수 있는 장점이 있다.
도 8은 본 발명의 성분 분석부에서 분석된 결과의 일 예를 보인 그래프로서, 반도체 제조공정 중 화학기상증착공정에서 반응 후 배출되는 부산물을 본 실시예를 통해 분석한 결과를 나타낸 그래프이다.
보다 상세하게는 Tetrakis-Diethyl-Amido Titanium, Ti[N(CH2CH3)3]4 를 반응로에 화학증기로 주입하여 고온에서 증착한 후 상기 반응로에서 배출되는 부산물을 적외선으로 분광하여 얻은 데이터를 X축(적외선의 파수 : Wavenumber)과 Y축(흡광도 : Absorbance)을 기준으로 연산처리한 것이다.
도시된 바와 같이, 1050cm-1에서의 Ti-N 피크(peak)는 사라지고 C-N 및 C-H 피크들이 대부분 나타나는 것을 알 수 있다. 즉 반응로에서 Ti-N 결합이 분해되어 Ti 성분은 대부분 증착되고 나머지 alkylamine 리간드 성분이 배출됨을 확인할 수 있다. 만일 Ti-N 결합이 분석결과에서 검출된다면 반응성이 강한 이들 성분이 제대로 반응로에서 분해되지 않았다는 의미인 것이다.
즉, 반응성이 강한 화학물질이 반응로 내에서 분해되지 않고 계속 배출된다면, 펌프의 회전자 등에 고착되거나 배출관 등의 내벽을 부식시키는 문제를 초래하게 된다.
이때, 분석실(42) 내부의 압력이 저하되면 화학물질 농도가 기준치 이하로 저하되고, 적외선 분광의 해상도가 저하되어 연산부(45)의 분석결과가 불명확해지는데, 도 4는 본 발명의 성분 분석부의 제2 실시예를 보인 개략도로서, 도시된 바 와 같이 제1,2 분기관(41a,41b)에 각각 제1,2 밸브(46a,46b)를 설치하여 부산물의 유입 및 유출을 개폐하고, 분석실(42)의 내부압력을 측정하는 압력게이지(47)를 설치한다.
이에 따라, 압력게이지(47)를 통해 측정되는 분석실(42)의 내부압력이 하한치 이하로 강하되면, 작업자가 제2 밸브(46b)을 폐쇄하여 압력을 그 이상으로 증가시킴으로써, 적외선 분광의 해상도를 향상시킬 수 있게 된다.
상기와 같이 분석실(42)의 내부압력이 하한치 이상으로 상승시 제1 밸브(46a)를 폐쇄하면, 적외선 분광과정에서 상기 분석실의 내부압력을 적정 범위내로 유비할 수 있으므로, 보다 명확한 분석이 가능하게 된다.
도 5는 본 발명의 성분 분석부의 제3 실시예를 보인 개략도이다. 도시된 바와 같이 본 실시예에 따른 성분 분석부는 상술한 제1 실시예의 구성을 모두 포함하며, 특히 압력게이지(47)에서 측정된 압력을 실시간으로 검출하여 그 데이터에 따라 제1,2 밸브(46a,46b)의 개폐를 제어하는 밸브 제어부(60a)를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
즉, 상기 밸브 제어부(60a)는 압력게이지(47)의 측정값이 하한값 이하로 강하시 제2 밸브(46b)를 폐쇄하여 압력을 상승시키고, 상한값 이상으로 상승시 제1 밸브(46a)를 폐쇄함으로써, 분석실(42)의 내부압력을 자동으로 조절하여 적정범위의 압력하에서 적외선 분광을 실시할 수 있게 된다.
상기와 같이 적정범위의 압력하에서 적외선 분광을 실시한 후에는 제1,2 밸브(46a,46b)를 개방해야 하는데, 밸브 제어부(47)로 하여금 설정시간의 경과시 상 기 제1,2 밸브를 자동으로 개방하도록 구성하면, 상기 밸브의 작동을 전자동으로 구현할 수 있다.
또한, 상기 밸브 제어부(60a)의 다른 실시예로써, 압력게이지(47)의 압력을 실시간으로 측정하여, 압력이 하한값 이하로 강하시 제2 밸브(46b)를 폐쇄하고, 상한값 이상으로 상승시 상기 제2 밸브를 개방하도록 구성하면, 하나의 밸브를 제어하여 분석실(42)의 내부압력을 적정범위로 유지할 수 있게 된다.
한편, 적외선 분광의 해상도가 저하되는 것을 방지하기 위하여, 상기와 같이 압력게이지(47)를 통해 분석실(42)의 내부압력을 측정함으로써 상기 압력을 적정범위로 유지하는 방식 이외에, 연산부(45)에서 적외선 분광의 해상도를 직접 측정하여 이를 디스플레이 하도록 구성하면, 작업자가 해상도의 변화에 따라 제1,2 밸브(46a,46b)를 개폐함으로써 동일한 효과를 얻을 수 있다.
도 6은 본 발명의 성분 분석부의 제4 실시예를 보인 개략도로서, 도시된 바와 같이, 연산부(45)의 제어신호에 따라 제1,2 밸브(46a,46b)를 조작하는 밸브 제어부(60b)를 구비하여, 상기 연산부의 해상도가 하한값 이하로 강하시 상기 제2 밸브를 폐쇄하고, 상한값 이상으로 상승시 상기 제1 밸브를 폐쇄하도록 구성하면, 분석실(42)의 내부압력을 자동으로 조절하여 적정범위의 압력하에서 적외선 분광을 실시할 수 있게 된다.
상기와 같이 적정범위의 압력하에서 적외선 분광을 실시한 후에는 제1,2 밸브(46a,46b)를 개방해야 하는데, 밸브 제어부로 하여금 설정시간의 경과시 상기 제1,2 밸브를 자동으로 개방하도록 구성하면, 상기 밸브의 작동을 전자동으로 구현할 수 있다.
또한, 상기 밸브 제어부(60b)의 다른 실시예로서, 연산부(45)의 해상도가 하한값 이하로 강하시 제2 밸브(46b)를 폐쇄하고, 상한값 이상으로 상승시 상기 제2 밸브를 개방하도록 구성하면, 하나의 밸브를 제어하여 분석실(42)의 내부압력을 적정범위로 유지할 수 있게 된다.
도 7은 본 발명의 성분 분석부의 제5 실시예를 보인 개략도로서, 도시된 바와 같이, 본 실시예는 제1 분기관(41a)에 분석실(42)의 부산물이 역류하는 것을 저지하는 제1 체크밸브(48a)를 설치하고, 제2 분기관(41b)에는 배출관(20)의 부산물이 상기 분석실로 유입되는 것을 저지하는 제2 체크밸브(48b)를 설치한 것을 특징으로 한다.
이에 따라, 분석실(42)로 유입되는 부산물이 제1,2 체크밸브(48a,48b)에 의해 일방향으로만 진행하도록 유도됨으로써, 역류로 인한 상기 분석실의 내부압력변화에 대한 우려를 완전히 해소할 수 있게 된다.
상술한 바와 같이 본 발명은 반도체 제조공정 중 화학물질이 이용되는 반응공정에 있어서, 반응로에서 배출되는 부산물의 성분을 분석하여 공정의 진행상태를 모니터링함으로써, 반응의 진행상태를 파악하여 원활한 반응을 유도할 수 있을 뿐만 아니라, 반응성이 높은 화학물질의 배출로 인한 배출관 및 펌프의 부식등을 최소화할 수 있는 효과를 가진다.
또한, 부산물의 성분분석결과에 따라 반응로에 주입되는 화학물질의 유량 또 는 물질간의 유량비를 조절하여 공정의 진행상태를 자동으로 제어함으로써, 작업성이 현저하게 향상됨은 물론 정밀한 제어로 반응성을 향상시킬 수 있는 효과를 가진다.
또한, 부산물의 성분을 분석하기 위해 적외선 분광분석방식을 적용하여, 더욱 세분화된 분석결과를 얻을 수 있음은 물론, 장치의 소형화 및 단순화를 구현할 수 있는 효과를 가진다.
또한, 분석실의 내부압력을 조절하여 화학물질의 농도를 적정수준으로 유지함으로써, 적외선 분광의 해상도가 저하되는 것을 방지하여 정확한 분석결과를 제공할 수 있는 효과를 가진다.
한편, 본 발명은 도면에 도시된 실시예들을 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 첨부된 특허청구범위에 의해서만 정해져야 할 것이다.

Claims (13)

  1. 삭제
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 반도체 제조공정 중 각종 화학물질이 포함된 반응가스가 내부로 주입되는 반응로와;
    상기 반응로에서 발생된 부산물을 외부로 배출하는 배출관 및 펌프와;
    상기 배출관에 설치되고, 상기 배출관에서 분기되어 부산물이 유입 및 유출되는 제1, 2 분기관과, 상기 제1, 2 분기관 사이에 연결되어 부산물이 충진되는 분석실과, 상기 분석실의 일측으로 적외선을 발광하는 발광기와, 상기 발광기에 대향 되게 설치되어 상기 분석실을 투과한 적외선이 수광되는 수광기와, 상기 수광기에서 검출된 신호를 처리하여 상기 부산물에 포함된 화학물질의 성분을 분석하는 연산부로 이루어져, 상기 부산물에 포함된 각종 화학물질의 성분을 분석하여 디스플레이하는 성분 분석부와;
    상기 성분 분석부의 분석결과에 따라 상기 반응로의 내부로 투입되는 화학물질의 유량 또는 물질 간의 유량 비를 자동으로 조절하는 공정 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 제조용 반응공정 진단시스템.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 제1 분기관에는 상기 분석실의 부산물이 역류하는 것을 저지하는 제1 체크밸브가 설치되고, 상기 제2 분기관에는 상기 배출관의 부산물이 상기 분석실로 유입되는 것을 저지하는 제2 체크밸브가 설치된 것을 특징으로 하는 반도체 제조용 반응공정 진단시스템.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 제1,2 분기관에 각각 설치되어 부산물의 유입 및 유출을 개폐하는 제1,2 밸브와, 상기 분석실의 내부압력을 측정하는 압력게이지를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 제조용 반응공정 진단시스템.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 압력게이지의 압력을 실시간으로 측정하여, 압력이 하한값 이하로 강하시 상기 제2 밸브를 폐쇄하며, 상한값 이상으로 상승시 상기 제1 밸브를 폐쇄하는 밸브 제어부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 제조용 반응공정 진단시스 템.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 압력게이지의 압력을 실시간으로 측정하여, 압력이 하한값 이하로 강하시 상기 제2 밸브를 폐쇄하고, 상한값 이상으로 상승시 제2 밸브를 개방하는 밸브 제어부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 제조용 반응공정 진단시스템.
  9. 제7항에 있어서,
    상기 밸브 제어부는 설정된 시간의 경과시 상기 제1,2 밸브를 자동으로 개방하는 것을 특징으로 하는 반도체 제조용 반응공정 진단시스템.
  10. 제4항에 있어서,
    상기 제1,2 분기관에 부산물의 유입 및 유출을 개폐하는 제1,2 밸브가 각각 설치되고, 상기 연산부는 적외선 분광의 해상도를 측정하여 디스플레이 하는 것을 특징으로 하는 반도체 제조용 반응공정 진단시스템.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 연산부의 해상도가 하한값 이하로 강하시 상기 제2 밸브를 폐쇄하며, 상한값 이상으로 상승시 상기 제1 밸브를 폐쇄하는 밸브 제어부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 제조용 반응공정 진단시스템.
  12. 제10항에 있어서,
    상기 연산부의 해상도가 하한값 이하로 강하시 상기 제2 밸브를 폐쇄하고, 상한값 이상으로 상승시 상기 제2 밸브를 개방하는 밸브 제어부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 제조용 반응공정 진단시스템.
  13. 제11항에 있어서
    상기 밸브 제어부는 설정된 시간의 경과시 상기 제1,2 밸브를 자동으로 개방하는 것을 특징으로 하는 반도체 제조용 반응공정 진단시스템.
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