KR101367819B1 - 플라즈마 공정챔버의 잔류가스 분석장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 플라즈마 공정챔버의 잔류가스 분석장치에 관한 것으로, 그 주된 목적은, 반응로 내면과 감시창에 플라즈마에서 발생하는 공정 부산물등과 같은 오염물의 증착이 방지되도록 감시창을 오염되지 않는 위치에 구비시켜, 광측정장치의 치명적인 오류원인을 원천적으로 방지하는 것이다.
이러한 목적으로 이루어진 본 발명은,
공정챔버에서의 잔류가스를 배출하는 유출배관과, 상기 유출배관의 일측으로 분기되는 샘플링배관과, 상기 샘플링배관을 통해 잔류가스가 유입되는 반응로와, 상기 반응로에 유입된 잔류가스에 전자기장을 인가하여 플라즈마가 생성되도록 반응로 외주에 다수 권회된 코일에 전원을 공급하는 전원공급장치와, 상기 반응로의 잔류가스와 상기 전원공급장치에 의해 발생한 플라즈마 광을 광 파이버번들을 통해 전압의 크기에 따라, 특정의 질량대 전하비를 갖는 이온을 갖춘 질량 스펙트럼을 얻는 광측정장치와, 상기 광측정장치에서 얻어진 스펙트럼 데이터파장을 분석하는 제어장치로 이루어진 플라즈마 공정챔버의 잔류가스 분석장치에 관한 것으로,
상기 잔류가스 분석장치의 반응로는,
원통형으로 이루어진 일단은 상기 샘플링배관과 결합된 본체와;
상기 본체의 중간부분 직각방향으로 구비된 감시창으로 이루어진다.

Description

플라즈마 공정챔버의 잔류가스 분석장치{A RESIDUAL GAS ANALIZER OF THE PLASMA PROCESS CHAMBER }

본 발명은 플라즈마 공정챔버에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 공정챔버에서 배기되는 공정가스를 내부로 유입시킨 뒤, 자기장을 가해 발생하는 플라즈마를 통해 스펙트럼을 분석하는 플라즈마 공정챔버의 잔류가스 분석장치에 관한 것이다.

일반적으로, 반도체장치는 웨이퍼 상에 사진, 식각, 확산, 화학기상 증착, 이온주입, 금속증착 등의 공정을 선택, 반복적으로 수행하는데, 이 제조공정중 식각, 확산, 화학기상증착등의 공정은 밀폐된 공정챔퍼내에 공정가스를 투입함으로서, 공정챔퍼내의 웨이퍼 상에서 반응이 일어나도록 공정을 수행한다.

상기한 공정을 마친 공정챔버 내부에는 반응 이후에 변질된 공정가스와 미반응상태의 공정가스가 잔류하게 된다.

이러한 잔류가스를 분석하기 위한 잔류가스분석장치(RGA-QMS : Residual Gas Analizer-Quadrupole Mass Spectrometer)에 대해서는 여러가지가 알려져 오고 있다.

예를 들면, 도 1에 도시한 바와 같이, 본 출원인에 의해 2005년 04월 11일 선출원되고, 2007년 02월 26일 10-0690144호로 특허등록된 "플라즈마를 이용한 가스분석장치"(이하, "분석장치"라 칭한다)가 그 대표적인 것으로, 그 내용은 다음과 같다.

도 1과 도 2를 참조하면, 종래의 분석장치(10)는 공정챔버(100)에서 유출되는 가스에 전자기장을 인가하여 플라즈마를 발생시키고, 이 플라즈마의 스펙트럼을 분사함으로서 유출된 가스의 종류 및 농도를 분석할 수 있는 장치로서, 공정챔버(100)와 유출배관(200)과 샘플링배관(300)과 반응로(400)와 전원공급장치(500)와 광측정장치(600)와 제어장치(700)로 이루어진다.

공정챔버(100)는 상기한 식각, 증착등의 반도체공정을 수행하는 장치이며, 이와 같은 공정이 완료되면, 해당공정에서의 잔류하는 공정가스가 유출배관(200)을 통해 배출된다.

샘플링배관(300)은 상기한 바와 같은 잔류가스 일부가 유입되도록 일측방향으로 분기(分岐)되는 배관이며, 이 샘플링배관(300)의 일측에 구비된 반응로(400)에서 공정가스의 메커니즘을 분석한다.

이 반응로(400)는 일측에 감시창(401)이 구비되고, 외주에는 전원공급부(500)에서 전원을 공급받아 전자기장을 발생시킬 수 있도록 다수 권회되는 코일(510)이 구비된다.

상기한 감시창(401) 일측에 광파이버번들(610)이 구비되어 반응로(400)에서 발생되는 플라즈마 광을 광측정장치(600)에 전달한다.

광측정장치(600)는 상기한 바와 같이, 전달된 플라즈마 광을 전압의 크기에 따라, 특정의 질량 대 전하 비를 갖는 이온만을 통과하게 하는 질량 스펙트럼을 얻게되며, 이렇게 얻어진 스펙트럼 데이터파장을 제어장치(700)로 전송하고, 이 제어장치(700)에서 출력되는 데이터를 통해 상기한 반응로(400)에서의 분열에 의해 얻어지는 이온들의 조성으로 이루어진 가스상의 매커니즘을 분석한다.

그러나, 상기한 바와 같은 종래의 분석장치(10)는 도 2에 도시한 바와 같이, 샘플링배관(300) 일방향으로만 잔류가스가 유입 또는 유출되기 때문에 플라즈마에서 발생하는 물질에 의해 반응로(400) 내면과 감시창(401)에 공정 부산물등과 같은 오염물이 증착되는 문제가 있었다.

또한, 상기한 바와 같이, 반응로(400) 내면과 감시창(401)에 증착된 오염물은 주기적으로 청소해야 함으로 유지보수가 어려운 문제가 있었다.

또한, 상기한 감시창(401)에 증착된 오염물질에 의해 플라즈마 스펙트럼을 분석하는 광파이버번들(610)에 플라즈마광의 전달이 원활하게 이루어지지 않아 광측정장치(600)에서 오동작 또는 작동불능상태가 되는 치명적인 오류가 다발하는 문제가 있었다.

본 발명은 상술한 바와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 반응로 내면과 감시창에 플라즈마에서 발생하는 공정 부산물등과 같은 오염물의 증착을 방지하는데 있다.

또한, 본 발명에 다른 목적은 감시창을 오염되지 않는 위치에 구비시켜, 광측정장치의 치명적인 오류원인을 원천적으로 방지하는데 있다.

이러한 목적으로 이루어진 본 발명은;
웨이퍼 상에 사진, 식각, 확산, 화학기상 증착, 이온주입, 금속증착 등의 공정을 선택, 반복적으로 수행하는 공정챔버와, 상기 공정챔버에서의 잔류 공정가스를 배출하는 유출배관과, 상기 유출배관의 일측으로 분기되어 일부의 잔류공정가스를 유입하는 샘플링배관과, 상기 샘플링배관을 통해 잔류가스가 유입되는 반응로와, 상기 반응로에 유입된 잔류가스에 전자기장을 인가하여 플라즈마가 생성되도록 반응로 외주에 다수 권회된 코일에 전원을 공급하는 전원공급장치와, 상기 반응로의 잔류가스와 상기 전원공급장치에 의해 발생한 플라즈마 광을 광 파이버번들을 통해 전압의 크기에 따라 특정의 질량대 전하비를 갖는 이온을 갖춘 스펙트럼을 얻는 광측정장치와, 상기 광측정장치에서 얻어진 스펙트럼 데이터파장을 분석하는 제어장치로 이루어진 플라즈마 공정챔버의 잔류가스 분석장치에 관한 것으로,
상기 잔류가스 분석장치의 반응로는,
원통형으로 이루어진 일단은 상기 샘플링배관과 결합된 본체와;
상기 본체의 타단에 일단이 결합되고, 타단은 상기 유출배관과 결합되는 바이패스 배관과;
상기 본체의 중간부분 직각방향으로 구비된 감시창과;
상기 본체 양단에 대칭형으로 구비되어, 상기 샘플링배관과 상기 바이패스 배관과 결합수단에 의해 결합이 용이하도록 구비된 결합플랜지를 포함한다.

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또한, 상기 결합플랜지는,

링형으로 이루어진 일측에 단차로 형성된 패킹안착부를 더 포함한다.

또한, 상기 감시창은,

상기 본체의 길이방향 중간부분에 직각방향으로 구비된 직각관체와, 상기 직각관체의 단부에 구비된 제 1플랜지와, 상기 제 1플랜지 내측에 형성된 원형요홈에 구비되는 투명부재와, 상기 투명부재의 일측에 상기 제 1플랜지와 대칭형으로 구비되는 제 2플랜지로 이루어진다.

또한, 상기 투명부재는 사파이어 재질로 이루어진다.

상술한 바와 같이, 본 발명에 의하면, 공정챔버에서의 공정 완료 후, 발생한 잔류가스를 분석하기 위한 흐름을 일방향으로만 흐르도록 함으로서, 분석장치의 반응로 내면과 감시창에 플라즈마에서 발생하는 공정 부산물등과 같은 오염물의 증착을 방지하는 효과가 있다.

또한, 반응로의 감시창을 오염확률이 가장 적은 잔류가스의 직각방향으로 구비하여 광측정장치의 치명적인 오류원인을 원천적으로 방지하는 효과가 있다.

도 1은 종래 플라즈마를 이용한 가스분석장치 구성을 보인 도면이고,
도 2는 도 1 “A”선을 확대하여 종래 구성의 작용을 보인 도면이고,
도 3은 본 발명에 따른 반응로가 구비된 플라즈마 공정챔버의 잔류가스 분석장치를 보인 도면이고,
도 4는 본 발명에 따른 플라즈마 공정챔버의 잔류가스 분석장치중 반응로 구성을 보인 사시도이고,
도 5는 본 발명에 따른 반응로와 배관을 연결하는 진공클램프를 보인 참고사시도이다.

도 3과 도 4를 참조하면, 본 발명에 따른 플라즈마 공정챔버의 잔류가스 분석장치(10)(이하, "분석장치"라 칭한다)는 공정챔버(미도시)와 유출배관(200)과 샘플링배관(300)과 반응로(400)와 전원공급장치(500)와 광측정장치(600)와 제어장치(700)로 이루어진다.

이하, 본 발명에 따른 분석장치(10)는 상기한 반응로(400)의 구성을 제외하고 나머지 구성은 본 출원인의 선등록 특허 건의 구성과 동일함으로, 별도의 설명을 생략하고 반응로(400)의 구성에 대해서만 설명한다.

도 3 내지 도 5를 참조하면, 본 발명에 따른 반응로(400)는 본체(410)와 감시창(430)으로 이루어진다.

본체(410)는 원통형으로 이루어진 일단이 상기한 샘플링배관(300)과 결합되고, 그에 대향하는 타단은 바이패스 배관(210)과 진공클램프(30)에 의해 결합이 용이하도록 양단에 대칭형으로 결합플랜지(420)가 형성된다.

이 결합플랜지(420)는 도시한 바와 같이, 링형으로 이루어진 내주 테두리에 패킹안착부(421)가 마련되어, 오링(OR)의 구비가 용이하도록 함으로서, 잔류가스 유체가 누출(Leak)되는 것을 방지하도록 하였다.

감시창(430)은 직각관체(431)와 제 1, 2플랜지(433)(437)와 투명부재(435)로 이루어진다.

직각관체(431)는 상기한 본체(410)의 중간부분 직각방향으로 마련되는 구성으로서, 도시한 방향을 기준한 수평방향으로 흐르는 잔류가스유체의 영향이 미치지 않도록 반응로(400) 본체(410) 내면과 소정 깊이 직각방향으로 이격되도록 형성하는 것이 바람직하다.

이 직각관체(431)의 단부에 제 1플랜지(433)가 구비된다.

제 1플랜지(433)는 테두리에 후술하는 제 2플랜지(437)와 볼트 체결이 용이하도록 다수의 볼트홀(433a)이 형성되어 있다.

이 볼트홀(433a)의 내측에는 원형요홈(433b)이 형성되어 후술하는 투명부재(435)의 안착이 용이하도록 하였다.

제 2플랜지(437)는 상기한 제 1플랜지(433)와 대칭형 동일 구성으로 이루어져 있으므로 별도의 설명을 생략한다.

투명부재(435)는 원반형의 사파이어(Sapphire) 재질로 이루어져 상기한 원형요홈(433b)에 안착된다.

상기한 바와 같이, 제 1, 2플랜지(433)(437) 사이에 투명부재(435)를 구비하고, 테두리에 마련된 다수의 볼트홀(433a)에 볼트, 너트(BT)(NT)를 체결하면 본 발명에 따른 반응로(400)의 조립이 완료된다.

이와 같이, 조합된 반응로(400)는 실리콘 재질로 이루어진 양단에 대칭형으로 구비된 결합플랜지(420)를 샘플링배관(300)과 바이패스 배관(210)의 각 플랜지와 면접시키고 일측에 도시한 진공클램프(30)를 이용하여 결합하면 유체의 누출없이 안전하게 고정된다.

한편, 상기한 본체(410)의 타단에 구비된 결합플랜지(420)와 결합된 바이패스 배관(210)은 도시한 바와 같이, 연속적 직각방향으로 방향이 전환되어 있으므로, 이 바이패스 배관(210)을 흐르는 잔류가스는 유출배관(200)을 흐르는 잔류가스 유체와 합류한다.

계속해서, 도 3을 참조로 하여 본 발명에 따른 반응로(400)를 갖춘 잔류가스 분석장치(10)의 작용 효과를 설명한다.

우선, 공정챔버(100)에서 공정 완료 후, 배출되는 잔류가스는 유출배관(200)을 통해 배출되며 일부는 직각방향으로 분기(分岐)된 샘플링배관(300)으로 유입된다.

샘플링배관(300)을 통해 유입되는 잔류가스는 유출배관(200)으로 배출되는 잔류가스와 동일한 농도로 이루어진다.

이와 같이, 유입된 잔류가스가 본 발명에 따른 반응로(400)로 유입되면, 전원공급장치(500)로부터 공급되는 고주판 전원이 반응로(400)에 다수 권회된 코일(510)을 통해 전자기장이 인가되며 반응로(400) 내부의 잔류가스는 플러스로 대전된 핵으로부터 전자들을 분리함으로서 플라즈마를 형성시킨다.

이 플라즈마는 빛을 발하게 되는데, 이 빛은 가스의 종류와 농도에 따라 다양한 스펙트럼을 나타내는데, 이 플라즈마 빛은 반응로(400)의 중간부분에 구비된 감시창(430)을 통해 빠져 나간다.

이 감시창(430)에는 광측정장치(600)의 광파이버번들(610)이 연결되어 상기한 플라즈마로부터 발생하는 빛의 스펙트럼을 광측정장치(600)에 전달한다.

광측정장치(600)는 상기한 스펙트럼 데이터를 제어장치(700)로 송신하고, 제어장치(700)는 입력된 프로그램에 따라 수신된 가스의 농도 및 종류에 관한 데이터로부터 공정이 정상적으로 진행되고 있는지 여부를 판단한다.

다시 말해서, 가스의 종류와 농도에 관한 데이터가 기준 값으로 미리 입력되고, 측정된 데이터가 상기한 기준 값과 대비하여 일정범위를 벗어나는 경우에 비정상적인 공정으로 판단하여 에러를 발생시킨다.

또한, 공정라인상에 리크(Leak)가 발생한 경우에는 대기가 유입되어 산소 또는 질소 기체가 공정라인 내부에 유입됨에 따라 상기한 제어장치(700)에서 산소 또는 질소등의 기체의 주파수가 검출되면 리크(Leak)가 발생했다고 판단함으로서 공정라인 내의 리크여부를 모니터링할 수 있다.

상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 반응로(400)의 타단, 다시 말해서, 도시한 방향 기준한 수평방향으로 바이패스 배관(210)의 타단 끝 부분이 플라즈마에 노출되므로, 직각방향으로 소정깊이로 구비된 감시창(430)에는 상기한 플라즈마에 의한 부산물이 증착되지 않는다.

또한, 유체의 흐름상, 가스의 흐름이 바이패스 배관(210)쪽으로 형성되기 때문에 반응로(400) 내면에 부산물이 증착되는 것이 원천적으로 방지된다.

또한, 감시창이 오염되지 않음으로, 광측정장치의 치명적인 오류를 사전에 예방함과 동시에 반응로(400) 내면을 청소할 일이 거의 없으므로, 유지보수가 용이하다.

본 발명은 상술한 특정 바람직한 실시 예에 한정되지 아니하고, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진자 라면 누구든지 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 그와 같은 변형실시는 본 발명의 청구범위 기재 범위 내에 있게 된다.

10 : 잔류가스 분석장치 100 : 공정챔버
200 : 유출배관 210 : 바이패스 배관
300 : 샘플링배관 400 : 반응로
410 : 본체 420 : 결합플랜지
421 : 패킹안착부 430 : 감시창
500 : 전원공급장치 600 : 광측정장치
700 : 제어장치

Claims (6)

1. 삭제
2. 삭제
3. 웨이퍼 상에 사진, 식각, 확산, 화학기상 증착, 이온주입, 금속증착 등의 공정을 선택, 반복적으로 수행하는 공정챔버와, 상기 공정챔버에서의 잔류 공정가스를 배출하는 유출배관과, 상기 유출배관의 일측으로 분기되어 일부의 잔류공정가스를 유입하는 샘플링배관과, 상기 샘플링배관을 통해 잔류가스가 유입되는 반응로와, 상기 반응로에 유입된 잔류가스에 전자기장을 인가하여 플라즈마가 생성되도록 반응로 외주에 다수 권회된 코일에 전원을 공급하는 전원공급장치와, 상기 반응로의 잔류가스와 상기 전원공급장치에 의해 발생한 플라즈마 광을 광 파이버번들을 통해 전압의 크기에 따라 특정의 질량대 전하비를 갖는 이온을 갖춘 스펙트럼을 얻는 광측정장치와, 상기 광측정장치에서 얻어진 스펙트럼 데이터파장을 분석하는 제어장치로 이루어진 플라즈마 공정챔버의 잔류가스 분석장치에 있어서,
   상기 잔류가스 분석장치의 반응로는,
   원통형으로 이루어진 일단은 상기 샘플링배관과 결합된 본체와;
   상기 본체의 타단에 일단이 결합되고, 타단은 상기 유출배관과 결합되는 바이패스 배관과;
   상기 본체의 중간부분 직각방향으로 구비된 감시창과;
   상기 본체 양단에 대칭형으로 구비되어, 상기 샘플링배관과 상기 바이패스 배관과 결합수단에 의해 결합이 용이하도록 구비된 결합플랜지를 포함하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 공정챔버의 잔류가스 분석장치.
4. 제 3항에 있어서,
   상기 결합플랜지는,
   링형으로 이루어진 내측에 형성된 패킹안착부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 공정챔버의 잔류가스 분석장치.
5. 제 3항에 있어서,
   상기 감시창은,
   상기 본체의 길이방향 중간부분에 직각방향으로 구비된 직각관체와, 상기 직각관체의 단부에 구비된 제 1플랜지와, 상기 제 1플랜지 내측에 형성된 원형요홈에 구비되는 투명부재와, 상기 투명부재의 일측에 상기 제 1플랜지와 대칭형으로 구비되는 제 2플랜지로 이루어진 것을 특징으로 하는 플라즈마 공정챔버의 잔류가스 분석장치.
6. 제 5항에 있어서,
   상기 투명부재는 사파이어 재질로 이루어지는 것을 특징으로 하는 플라즈마 공정챔버의 잔류가스 분석장치.
   

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