KR100724091B1 - 화학증착용 전구체 분해 진단장치 및 진단방법 - Google Patents

화학증착용 전구체 분해 진단장치 및 진단방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 화학증착 공정 중 용기 내 잔존하는 전구체의 변질 정도를 초음파의 송/수신을 통해 발생되는 신호를 분석하여 정확히 측정할 수 있는 화학 증착 공정시 용기 내의 전구체 분해도 진단장치 및 진단방법에 관한 것이다. 이를 위해, 웨이퍼(7)를 증착하는 반응기(10), 상기 반응기(10)와 연결된 전구체 용기(20)로 구성된 화학증착용 전구체 분해장치에 있어서, 상기 전구체 용기(20)의 일측에 부착되어 상기 전구체 용기(20) 내부로 초음파를 투사하고, 반사된 상기 초음파를 수신하는 초음파 센서(30); 초음파 센서(30)를 구동하고, 상기 초음파 센서(30)의 출력신호를 증폭하는 초음파 송수신기(40); 초음파 송수신기(40)의 출력신호를 변환하는 A/D 변환기(50); A/D 변환기(50)의 출력신호를 소정의 기준 데이터와 비교하는 비교수단; 및 비교수단의 비교결과에 기초하여 증착공정의 계속여부를 결정하는 결정수단으로 구성된다. 따라서, 전구체의 분해로 인한 피해를 사전에 방지하여 제품 불량율을 현저하게 감소시킬 수 있고, 상기의 측정결과를 토대로 전구체의 정확한 교체시기를 알 수 있으므로 전구체의 사용기간을 최대로 연장할 수 있다.
전구체, 화학, 증착, 운반가스, 초음파, 반사, 강도, 비교, 알람, 분해

Description

화학증착용 전구체 분해 진단장치 및 진단방법{Diagnostic Device And Method Of Measuring Decomposition Of Precursor For CVD Process}
도 1은 본 발명에 따른 화학증착용 전구체 분해 진단장치의 구성도,
도 2는 본 발명에 따른 화학증착용 전구체 분해 진단방법의 흐름도,
도 3은 본 발명에 따른 초음파 송수신기(40)를 오실로스코프에 연결하여 얻은 측정결과를 도시한 그래프이다.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
5 : 제 2 파이프,
7 : 웨이퍼,
10 : 반응기,
20 : 전구체 용기,
22 : 운반기체용 봄베,
24 : 제 1 파이프,
25 : 전구체,
30 : 초음파 센서,
40 : 초음파 송수신기,
50 : A/D 변환기,
60 : 컴퓨터,
65 : 알람발생기,
본 발명은 화학 증착 공정시 용기 내의 전구체 분해 진단장치 및 진단방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 화학증착 공정 중 용기 내 잔존하는 전구체의 변질 정도를 초음파의 송/수신을 통해 발생되는 신호를 분석하여 정확히 측정할 수 있는 화학 증착 공정시 용기 내의 전구체 분해도 진단장치 및 진단방법에 관한 것이다.
일반적인 코팅 기술 뿐 아니라 반도체 공정에서 화학증착 공정의 중요성은 점점 증대하고 있다. 특히 반도체 회로의 선폭이 감소함에 따라 기존의 물리적 증착 공정의 한계로 층덮힘(step coverage) 특성이 우수한 화학 전구체를 사용하는 화학 증착 공정에 대한 관심이 증대되고 있다. 또한 화학 증착 공정과 더불어 층덮힘 특성이 보다 뛰어난 원자층 증착(atomic layer deposition) 공정도 많이 사용되고 있다.
일반적으로 화학 증착 공정은 용기내 액체 상태의 화학 전구체를 여러 방법으로 기화시켜, 기화된 화학 기체를 반응로내로 주입, 기판에 증착할 수 있게 한다. 특히 반도체 생산라인 등에서는 최근 전구체로 많이 사용하는 유기금속화합물의 경우 분해가 매우 쉽기 때문에 문제의 심각성을 더해가고 있다.
따라서 전구체의 확인을 위해서 NMR, IR 등의 여러 분석기기를 사용할 수 있 으나 이것은 모두 샘플링을 취해서 관찰하는 방법으로 반도체 생산라인내에서는 실시간 모니터링 용으로는 사용이 불가능하다. 따라서, 전구체의 분해도를 공정 진행 중에 실시간으로 진단할 만한 제반 진단기술의 마련이 부재한 문제점을 안고 있다.
따라서 본 발명은 상기와 같은 종래 문제점을 감안하여 안출된 것으로, 본 발명의 제 1 목적은, 전구체가 보관되어 있는 용기 측면에 초음파 진단기를 설치하여 전구체의 분해도를 실시간으로 측정하여 전구체의 분해로 인한 피해를 사전에 방지하여 제품 불량율을 현저하게 감소시킬 수 있는 화학 증착 공정시 용기 내의 전구체 분해도 진단장치 및 진단방법을 제공하는 것이다.
또한 본 발명의 제 2 목적은, 상기의 측정결과를 토대로 전구체의 정확한 교체시기를 예측함으로서 전구체의 사용기간을 최대로 연장할 수 있는 화학 증착 공정시 용기 내의 전구체 분해 진단장치 및 진단방법을 제공하는 것이다.
이러한 본 발명의 목적들은, 웨이퍼(7)를 증착하는 반응기(10), 상기 반응기(10)와 연결된 전구체 용기(20)로 구성된 화학증착용 전구체 분해장치에 있어서,
전구체 용기(20)의 일측에 부착되어 상기 전구체 용기(20) 내부로 초음파를 투사하고, 반사된 상기 초음파를 수신하는 초음파 센서(30);
초음파 센서(30)를 구동하고, 상기 초음파 센서(30)의 출력신호를 증폭하는 초음파 송수신기(40);
초음파 송수신기(40)의 출력신호를 변환하는 A/D 변환기(50);
A/D 변환기(50)의 출력신호를 소정의 기준 데이터와 비교하는 비교수단; 및
비교수단의 비교결과에 기초하여 증착공정의 계속여부를 결정하는 결정수단으로 구성되는 것을 특징으로 하는 화학증착용 전구체 분해 진단장치에 의해 달성될 수 있다.
그리고, 초음파 센서(30)는 전구체 용기(20)의 측면 또는 하면에 부착될 수 있다.
아울러, 비교수단의 기준 데이터는 초음파의 속도 또는 강도를 포함하는 것이 바람직하다.
또한, 전구체 용기(20) 내의 전구체(25)는 무기, 유기 및 유기금속 화합물중 하나인 것이 적합할 수 있다.
여기서, 결정수단은 증착공정을 중단해야 한다고 판단되었을 때 경고음을 재생하거나 또는 경고화면을 표시하는 경고수단을 더 포함하는 것이 더욱 바람직하다.
상기와 같은 본 발명의 목적은, 또 다른 카테고리로서, 전구체 용기(20) 및 상기 전구체 용기(20)와 연결되어 화학 증착 공정이 수행되는 반응기(10)를 이용한 화학증착용 전구체 분해방법에 있어서,
전구체 용기(20)의 일측에 부착된 초음파 센서(30)를 이용하여 상기 전구체 용기(20) 내부로 초음파를 투사하는 단계(S10);
전구체 용기(20) 내부에서 전구체를 지나 상기 초음파가 반사되는 단계(S20);
초음파 센서(30)내에 구비된 수신부가 반사된 초음파 신호를 수신하는 단계 (S30);
수신부가 수신한 초음파 신호를 증폭하고, A/D 변환하는 단계;
변환된 데이터를 소정의 기준 데이터와 비교하는 단계(S40);
비교결과에 기초하여 증착공정의 계속여부를 결정하는 단계;로 구성되는 것을 특징으로 하는 화학증착용 전구체 분해 진단방법에 의해서도 달성될 수 있다.
그리고, 기준 데이터는 초음파의 속도 또는 강도를 포함하는 것이 바람직하며,
증착공정을 중단해야 한다고 판단되었을 때 경고음을 재생하거나 또는 경고화면을 표시하는 단계를 더 포함하는 것이 가장 바람직하다.
본 발명의 그 밖의 목적, 특정한 장점들 및 신규한 특징들은 첨부된 도면들과 연관되어지는 이하의 상세한 설명과 바람직한 실시예로부터 더욱 분명해질 것이다.
이하에서는 양호한 실시예를 도시한 첨부 도면과 관련하여 본 발명을 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명에 따른 화학증착용 전구체 분해 진단장치의 구성도이다. 도 1에 도시된 바와 같이, 도 1의 구성은 크게 화학 측착용 전구체 분해장치와 진단장치로 구성된다.
화학 증착용 전구체 분해장치는 다시 운반기체용 봄베(22), 전구체 용기(20), 반응기(10)로 구성될 수 있다.
운반기체용 봄베(22)의 내부에는 전구체(25)를 분해하는데 사용되는 운반기체가 들어 있고, 제 1 파이프(24)를 통해 전구체 용기(20)까지 연장되어 있다. 특히, 제 1 파이프(24)는 전구체 용기(20) 내에서 전구체(25)에 수장되도록 배관된다.
전구체(25)는 전구체 용기(20) 내부에 수용되며, 운반기체에 의해 버블링하여 기화한다. 이러한 전구체(25)는 유기금속화합물이 대표적이며, 특히, 본 실시예에서는 TEOS(Tetraethly Orthosilicate)를 사용한다.
제 2 파이프(5)의 일단은 전구체 용기(20)내의 수면위까지 연장되고, 타단은 웨이퍼(7)가 놓여지는 반응기(10)까지 연결되어 있다.
그리고, 전구체 분해 진단장치는 전구체 용기(20)의 측면에 부착되는 초음파 센서(30), 초음파 송수신기(40), A/D 변환기(50) 및 컴퓨터(60) 등으로 구성된다.
초음파 센서(30)는 수신부를 내장하고 있기 때문에 반사되는 돌아오는 초음파를 수신할 수 있도록 구성된다.
초음파 송수신기(40)는 초음파 센서(30)와 연결되어, 초음파 센서(30)를 구동하며, 수신부에서 수신한 반사파를 증폭하는 구성을 갖는다. 이러한 초음파 송수신기(40)의 대표적인 구성은 펄스 수신기(pulser receiver)가 될 수 있다.
A/D 변환기(50)는 초음파 송수신기(40)와 연결되며, 초음파 송수신기(40)에 의해 증폭된 아날로그 형태의 센서신호를 디지털로 변환하는 구성이다.
컴퓨터(60)는 A/D 변환기(60)와 연결되어 있으며, A/D 변환기(60)에 의해 변환된 디지털 신호를 입력받아 소정의 기준 데이터와 비교하는 구성을 갖는다. 이 때 기준 데이터는 초음파의 속도 또는 강도를 포함하고, 미리 실험 등을 통해 결정된 값을 저장시켜 둔다. 이는 전구체가 분해됨에 따라 물성이 변화하고 이로 인해 초음파 강도 또는 도달시간이 변화하기 때문이다.
또한, 컴퓨터(60)에는 증착공정을 중단해야 한다고 판단되었을 때 경고음을 재생하기 위한 알람 발생기(65)가 연결되어 있다. 아울러, 디스플레이 화면에 경고화면을 표시하도록 구성할 수도 있다. 이러한 컴퓨터(60)는 프로그램 가능한 오실로스코프 또는 FFT 등으로 대체되거나 병행될 수 있다.
이하에서는 상기와 같은 구성을 갖는 화학증착용 전구체 분해 진단장치를 이용한 진단방법에 대해 상세히 설명하도록 한다. 우선, 진단방법의 설명에 앞서 전구체 분해장치를 이용한 증차공정에 대해 설명하도록 한다.
운반기체용 봄베(22)로부터 배출되는 운반기체는 제 1 파이프(24)를 경유하여 전구체 용기(20)내의 전구체(25) 속에서 분출된다. 그러면, 운반기체가 전구체(25)를 버블링하면서 기화시킨다. 기화된 전구체(25)와 운반기체는 제 2 파이프(5)를 통해 반응기(10)로 전달된다. 그 다음, 반응기(10)에서는 전달된 전구체 가스를 이용하여 웨이퍼(7) 상에 증착공정을 수행한다. 즉, 전구체(25)가 웨이퍼(7)를 증착함에 따라 전구체는 연속적으로 변질되면서 감소하게 된다.
도 2는 본 발명에 따른 화학증착용 전구체 분해 진단방법의 흐름도이다. 도 2에 도시된 바와 같이, 도 2에 도시된 바와 같이, 전구체(25) 내에서 기화반응이 일어날 때, 초음파 송수신기(40)는 초음파 센서(30)를 구동한다. 그러면, 초음파 센서(30)로부터 초음파가 출력되어 전구체 용기(20) 내부로 투사된다(S10).
그 다음, 전구체 용기(20) 내부에서 전구체를 지난 초음파가 다시 반사되어 되돌아온다(S20).
그 다음, 초음파 센서(30)내에 구비된 수신부가 반사된 초음파 신호를 수신한다(S30).
그 다음, 초음파 송수신기(40)는 수신부가 수신한 초음파 신호를 증폭하고, A/D 변환기(50)는 A/D 변환을 통해 디지털 신호를 출력한다.
그 다음, 컴퓨터(60)는 디지털화된 데이터를 소정의 기준 데이터와 비교한다(S40). 이 때, 기준 데이터는 초음파의 속도 또는 강도가 될 수 있다.
그 다음, 비교결과에 기초하여 만약 측정된 초음파의 속도나 강도가 기준 데이터의 그것과 차이가 난다면(S50), 전구체의 분해도가 상한선 이상임을 의미하는 것이므로 증착공정을 중단시키거나 중단을 요청하는 경고를 출력한다(S60). 이는 전구체가 분해됨에 따라 물성이 변화하고 이로 인해 초음파 강도 또는 도달시간이 변화하기 때문이다. 이러한 경고로는 알람 재생기(65)를 통해 경고음을 재생하거나 또는 디스플레이 화면에 경고화면을 표시하는 것이 될 수 있다. 그러면, 조작자가 전구체의 변질을 인지하고 이를 교체할 수 있게 된다.
만약, 비교결과에 기초하여 만약 측정된 초음파의 속도나 강도가 기준 데이터의 그것과 차이나지 않는다면(S50), 아직 전구체의 분해도가 상한선 미만임을 의미하는 것이므로 증착공정을 계속 수행하도록 한다.
도 3은 본 발명에 따른 초음파 송수신기(40)를 오실로스코프에 연결하여 실제로 얻은 분해 특성에 관한 측정결과를 도시한 그래프이다. 도 3에 도시된 그래프 중 수직축은 초음파의 피크 강도를 나타내고, 수평축은 시간축을 나타낸다. 그리고, 표시된 그래프들중 A-곡선은 순수한 TEOS일 때 반사된 초음파 신호이고, B-곡선은 분해된 TEOS 일때 반사된 초음파 신호를 나타낸다.
도 3에 도시된 바와 같이, 분해된 TEOS의 경우(B-곡선) 순수한 TEOS(A-곡선)에 비해 피크강도가 확연히 줄어들었다. 이러한 이유는 TEOS가 변질되었을 경우 작은 입자 등으로 뭉쳐져서 이들이 일부의 초음파 펄스를 흡수하고, 이로인해 타측면에 반사되어 센서로 도달된 피크의 강도가 줄어들기 때문이다. 따라서 전구체가 오염물질이나 열 등으로 분해되었을 경우 물성이 변화, 초음파 특성이 달라진다고 볼 수 있다. 따라서 본 발명에 따른 초음파 진단장치를 이용한다면 전구체의 분해특성을 이용, 이들의 교체시기를 정확히 모니터링 할 수 있게 된다. 그리고 이로 인해 변질된 전구체로 인한 반도체 라인의 막대한 피해를 막을 수 있게 된다. 또한 본 발명은 전구체용기 밖에 센서를 위치하기 때문에 부식성있는 전구체들일지라도 이들에 영향을 받지 않고 반영구적으로 사용할 수 있는 비파괴형 진단방법이 될 수 있다.
따라서, 상기 설명한 바와 같은 본 발명의 일실시예에 의하면, 반도체 제조공정 중 웨이퍼의 화학 증착 공정에서 초음파를 이용하여 전구체의 분해정도를 실시간으로 측정하여 전구체의 변질로 인한 피해를 사전에 방지함으로써 제품 불량율을 현저하게 감소시킬 수 있는 효과가 있다.
또한, 상기의 측정결과를 토대로 전구체의 정확한 교체시기를 알 수 있으므 로 전구체의 사용기간을 최대로 연장할 수 있다는 장점이 있다.
비록 본 발명이 상기에서 언급한 바람직한 실시예와 관련하여 설명되어졌지만, 본 발명의 요지와 범위로 부터 벗어남이 없이 다른 다양한 수정 및 변형이 가능한 것은 당업자라면 용이하게 인식할 수 있을 것이며, 이러한 변경 및 수정은 모두 첨부된 특허청구의 범위에 속함은 자명하다.

Claims (8)

  1. 웨이퍼(7)를 증착하는 반응기(10), 상기 반응기(10)와 연결된 전구체 용기(20)로 구성된 화학증착용 전구체 분해장치에 있어서,
    상기 전구체 용기(20)의 일측에 부착되어 상기 전구체 용기(20) 내부로 초음파를 투사하고, 반사된 상기 초음파를 수신하는 초음파 센서(30);
    상기 초음파 센서(30)를 구동하고, 상기 초음파 센서(30)의 출력신호를 증폭하는 초음파 송수신기(40);
    상기 초음파 송수신기(40)의 출력신호를 변환하는 A/D 변환기(50);
    상기 A/D 변환기(50)의 출력신호를 초음파의 속도 또는 강도로 이루어진 기준 데이터와 비교하는 비교수단; 및
    상기 비교수단의 비교결과에 기초하여 증착공정의 계속여부를 결정하는 결정수단으로 구성되는 것을 특징으로 하는 화학증착용 전구체 분해 진단장치.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 초음파 센서(30)는 상기 전구체 용기(20)의 측면 또는 하면에 부착되는 것을 특징으로 하는 화학증착용 전구체 분해 진단장치.
  3. 삭제
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 전구체 용기(20) 내의 전구체(25)는 무기, 유기 및 유기금속 화합물중 하나인 것을 특징으로 하는 화학증착용 전구체 분해 진단장치.
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 결정수단은 상기 증착공정을 중단해야 한다고 판단되었을 때 경고음을 재생하거나 또는 경고화면을 표시하는 경고수단을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 화학증착용 전구체 분해 진단장치.
  6. 전구체 용기(20) 및 상기 전구체 용기(20)와 연결되어 화학 증착 공정이 수행되는 반응기(10)를 이용한 화학증착용 전구체 분해방법에 있어서,
    상기 전구체 용기(20)의 일측에 부착된 초음파 센서(30)를 이용하여 상기 전구체 용기(20) 내부로 초음파를 투사하는 단계(S10);
    상기 전구체 용기(20) 내부에서 전구체를 지나 상기 초음파가 반사되는 단계(S20);
    상기 초음파 센서(30)내에 구비된 수신부가 반사된 초음파 신호를 수신하는 단계(S30);
    상기 수신부가 수신한 초음파 신호를 증폭하고, A/D 변환하는 단계;
    변환된 데이터를 소정의 기준 데이터와 비교하는 단계(S40);
    상기 비교결과에 기초하여 증착공정의 계속여부를 결정하는 단계;로 구성되는 것을 특징으로 하는 화학증착용 전구체 분해 진단방법.
  7. 제 6 항에 있어서, 상기 기준 데이터는 상기 초음파의 속도 또는 강도를 포함하는 것을 특징으로 하는 화학증착용 전구체 분해 진단방법.
  8. 제 6 항에 있어서, 상기 증착공정을 중단해야 한다고 판단되었을 때 경고음을 재생하거나 또는 경고화면을 표시하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 화학증착용 전구체 분해 진단방법.
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