KR19980080105A - 반도체 처리챔버내의 오염물질 측정 방법 및 장치 - Google Patents
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Abstract
반도체 처리챔버에 존재하는 기체 오염물질의 실시간 농도를 측정하는 방법 및 장치. 처리 챔버로 부터의 소량의 배출가스가 하나이상의 마이크로센서를 통하여 배기된다. 마이크로센서는 습기, 산소, 이산화탄소 또는 이들의 결합물질과 같은 기체 오염물질을 측정하도록 선택된다. 박막 센서를 포함하는 인 시투 모니터가 바람직하다. 인 시투 모니터는 바람직하게 처리챔버로 부터의 배출가스 및 처리챔버를 바이패스하는 처리 가스와 선택적으로 연통될 수 있다.
Description
본 발명은 일반적으로 반도체 처리공정에서의 오염물질을 측정하는 방법 및 장치에 관한 것이다. 더욱 상세히는, 반도체 제조에 이용되는 처리챔버내의 오염물질을 측정하기 위한 방법 및 장치에 관한 것이다.
현재 반도체 처리챔버내의 오염물질을 측정하는 데 이용되는 장치는 바람직하게 쿼드로폴 기술을 포함하는 잔류 가스 분석기(RGA)이다. 처리 압력에서 오염물질을 모니터링하기 위해선, 전용펌프가 제어 밸브 또는 리미팅구멍을 통해 챔버가스를 잔류 가스 분석기에 유입시킨다. 이러한 잔류 가스 분석기는 부피가 크고 고가이며, 일반적으로 오염물질이 챔버에 유입되기 전에 처리가스내의 오염물질을 모니터링하지 못한다.
도 1(종래의 기술)은 셧오프 밸브(14)의 개방을 통해 러핑 펌프(12)에 의해 초기에 비워지는 반도체 처리챔버(10)의 개략도이다. 크라이오제닉 펌프와 같은 고진공 펌프(16)가 그후, 셧오프 밸브(14)를 닫고 제 2 셧오프 밸브(20)를 개방하므로써 제어 게이트 밸브(18)를 통해 챔버(10)를 비운다. 고진공 펌프(16)는 반도체 웨이퍼의 처리동안 챔버(10)를 계속 펌핑한다. 하나이상의 처리가스가 바이패스 밸브(24)를 통하여 직접 러핑 펌프(12)에 또는 최종 유입밸브(22)를 통하여 처리챔버(10)에 선택적으로 공급된다. 처리 가스는 전형적으로 실린더 셧오프 밸브(30,32)를 통하여 가스 실린더(26,28)로부터 공급된다. 가스의 흐름률은 전형적으로 유량흐름 제어기(34,36)로 제어된다. 3방향 밸브(38,40)는 처리 가스를 챔버(10)로 또는 러핑 펌프(12)로 선택적으로 흐르게 하는 데 이용될 수 있다. 각각의 3방향 밸브는 출구에 배치된 두 개의 셧오프 밸브 및 티로 대치될 수 있다.
인 시투 수분 분석기(42)는 처리가스가 챔버(10)에 유입되기 이전에 모니터링하는 데 이용될 수 있다. 바람직한 수분 분석기는 쿼츠 크리스탈 마이크로밸런스 센서에 코팅된 바륨 박막을 가지며 Millipore Corporation사의 상표명 ILM로부터 상용가능하다. 미합중국 특허 제 5,339,675 호 및 제 5,477,716호는 반도체 처리챔버에 유입되는 처리 가스내의 수분을 모니터링하는 박막센서를 개시한다.
잔류 가스 분석기(44)는 처리챔버(10)내의 오염물질을 측정한다. 관심이 되는 오염물질은 일반적으로 수분, 산소, 및 이산화탄소를 포함한다. 전용 터보펌프(46)는 일반적으로 제어밸브(48) 또는 리미팅 구멍을 통해 챔버(10)로부터 소량의 가스를 배기한다. 챔버(10)내의 가스에 대한 샘플링은 터보펌프(46)와 러핑펌프(12)를 연결하는 셧오프 밸브에 의해 선택된다.
잔류가스 분석기(44)는 처리챔버(10)에 공급하는 처리 가스 라인에서 일반적으로 발견되는 형과 같은 증대된 압력으로 동작하지 못한다. 전형적으로 처리 가스를 위한 추가의 모니터가 처리 가스내의 오염물질을 모니터링하기 위해 사용된다.
따라서, 처리 가스 또는 처리챔버내의 오염물질을 측정하기 위한 장치 및 방법이 요구된다.
도 1은 종래기술의 유입가스의 수분 함유량을 측정하는 마이크로센서와 처리챔버에 존재하는 기체 오염물질을 측정하는 잔류가스 분석기를 갖는 반도체 처리 챔버의 개략도.
도 2는 처리챔버를 출입하는 기체 오염물질을 측정하기 위해 유입 및 배출 가스와 선택적으로 연통하는 마이크로 센서를 갖는 반도체 처리 챔버의 개략도.
도 3은 도 2의 마이크로센서 및 반도체 처리 챔버의 대안 개략도.
도면의 주요부분에 대한 부호의 간단한 설명
10; 반도체 처리 챔버 12; 러핑 펌프
14,64; 셧오프 밸브 16,52; 고진공 펌프
18; 제어 게이트 밸브 20; 제 2 셧오프 밸브
22; 최종 유입 밸브 24; 바이패스 밸브
26,28; 가스 실린더 30,32; 실린더 셧오프 밸브
34,36; 유량 흐름 제어기 38,40; 3방향 밸브
42,56; 수분 분석기 44; 잔류 가스 분석기
46,66; 전용 펌프 48; 제어 밸브
56; 마이크로센서 58; 제 1의 3방향 밸브
60; 제 2의 3방향 밸브 62; 니들밸브
68; 4방향 밸브
본 발명은 반도체 처리 챔버내의 오염물질을 필수적으로 인 시투 모니터링하기 위한 방법 및 장치를 제공한다. 본 발명의 방법 및 장치에 따라, 소량의 배출가스가 하나 이상의 마이크로센서를 통해 전용 소형 고진공펌프에 의해 배기된다. 마이크로센서는 수분, 산소, 이산화탄소 및 이들의 결합믈질과 같은 기체 오염믈질을 측정하도록 선택된다. 인 시투 모니터는 박막센서를 포함하는 것이 바람직하다. 인 시투 모니터는 처리 가스 또는 처리챔버내의 오염물질의 측정치를 추출하도록 용이하게 구성된다.
따라서 상기한 본 발명의 특징, 이점 및 목적이 달성되고 상세히 이해될 수 있으며, 상기한 바와 같이 간략히 요약된 본 발명에 대한 더욱 상세한 설명은 첨부도면에 예시된 실시예를 참조로하여 이루어질 수 있다.
그러나 첨부도면은 단지 본 발명의 전형적인 실시예를 예시하는 것이므로, 본 발명과 등가인 실시예를 위해, 본 발명의 범위를 제한하는 것으로 여겨져서는 안됨을 유의해야 한다.
본 발명은 반도체 처리 챔버의 오염물질을 측정하는 장치를 제공하며, 이 장치는 처리챔버 및 하나이상의 마이크로센서를 포함하며, 여기서 마이크로센서는 처리챔버로부터 배출가스를 수용하고 도록 배치되고 필수적으로 하나이상의 오염물질의 실시간 오염농도를 측정하도록 배치된다. 소량의 배출가스가 하나이상의 마이크로센서를 통해 전용 소형 진공펌프에 의해 배기된다. 마이크로센서는 수분, 산소, 이산화탄소 또는 이들의 결합믈질과 같은 기체 오염물질을 측정하도록 선택된다. 인 시투 모니터는 바람직하게 박막센서를 포함한다.
본 발명의 장치는 바람직하게 가스 유입구 및 배출포트를 포함하는 처리챔버, 가스 유입구에 연결된 하나이상의 처리 가스의 소스, 배출포트에 연결된 고진공 펌프, 하나이상의 인 시투 모니터, 및 처리챔버로부터 배출된 가스의 일부 및 하나이상의 가스의 소스와 인 시투 모니터를 선택적으로 연통하도록 배치된 하나이상의 밸브를 포함한다.
본 발명은 하나이상의 마이크로센서를 통해 처리챔버로부터 배출가스를 흐르게하는 단계, 하나이상의 오염물질의 실시간 농도를 필수적으로 측정하는 단계를 포함하는 반도체 처리챔버내의 오염물질 측정방법을 제공한다. 본 발명의 방법은 바람직하게 고진공 펌프로 처리챔버를 비우는 단계, 및 처리챔버로부터 흐르는 배출가스 및 처리챔버를 바이패싱하는 처리 가스와 하나이상의 인 시투 모니터를 선택적으로 연통하는 단계의 조합을 포함한다.
본 발명의 방법 및 장치는 임의의 처리 챔버와 함께 사용될 수 있고, 이상적으로는 반도체 웨이퍼상의 금속층의 물리적 진공 증착에서 생기는 저압 및 고온에 적합하다. 본 발명에 대한 추가설명이 특정 실시예에 대해 설명된다.
도 2는 셧오프 밸브(14)의 개방을 통해 러핑 펌프(12)에 의해 초기에 비워지는 반도체 처리 챔버(10)의 개략도이다. 크라이오제닉과 같은 고진공 펌프(52)가 그후 셧오프 밸브(14)를 닫고 제 2 셧오프 밸브(20)를 개방하므로써 제어 게이트 밸브(54)를 통해 챔버(1)를 비운다. 고진공펌프(16)는 반도체 웨이퍼의 처리 동안 챔버(10)를 계속 펌핑한다. 하나이상의 소스 가스(두 개의 소스 가스가 도시됨)가 선택적으로 최종 유입 밸브(22)를 통하여 처리챔버(10)로 공급되거나 바이패스 밸브(24)를 통하여 러핑 펌프(12)로 직접 공급된다. 처리 가스는 전형적으로 유량흐름 제어기(34,36)로 제어된다. 3방향 밸브(38,40)는 선택적으로 처리 가스를 챔버(10)로 또는 러핑 펌프(12)로 흐르도록 하는 데 사용된다. 각각의 3방향 밸브는 티 출구에 배치된 두 개의 셧오프 밸브 및 티에 의해 대치될 수 있다.
마이크로센서 수분 분석기는 제 1의 3방향 밸브(58) 및 제 2의 3방향 밸브(60)를 통해 챔버(10)로부터의 배출가스의 일부 또는 처리 가스와 선택적으로 연통한다. 처리 가스 또는 배출가스는 전용펌프(66)에 의해 마이크로센서를 통해 배기되며, 흐름률은 니들밸브(62)에 의해 제어되거나, 조정가능한 컨덕턴스를 갖는 구멍으로 제어된다. 셧오프 밸브(64)는 필요할 때 마이크로센서(56)를 러핑 펌프(12)로부터 분리한다. 대안으로, 셧오프 밸브는 마이크로센서(56)를 고진공펌프로부터 분리시킬 수 있고, 소형 터보분자 펌프 또는 드래그 펌프는 모니터를 통해 처리 가스 또는 챔버 배출 가스를 배기할 수 있다.
기타 기체 오염물질을 위한 마이크로센서가 수분분석기(56)를 보충 또는 대체할 수 있다. 바람직한 인 시투 모니터는 기체 오염물질을 흡수하는 박막센서를 갖는다. 바람직한 수분분석기는 쿼츠 크리스탈 마이크로밸런스상에 코팅된 바륨으로 된 박막을 가지며 Milliore Corporation 사로부터 상용가능하다. 기타 기체 오염물질은 산소 측정을 위한 티타늄에 기초한 마이크로센서를 포함한다.
도 3은 도 2의 마이크로센서(56) 및 반도체 처리챔버(10)의 개략도이고 여기서 제 1 및 제 2의 3방향 밸브(58,60)는 챔버로 부터의 배출가스의 일부분 및 처리 가스와 마이크로센서(56)를 선택적으로 연통시키는 4방향 밸브(68)로 대치되었다.
마이크로센서(56)는 바람직하게 처리챔버(10)가 러핑 펌프(12) 및 고진공펌프(52)에 의해 비워진 후 웨이퍼의 처리 동안 처리 챔버(10)를 빠져나가는 오염물질을 측정한다. 유입가스내의 오염물질은 유입가스 라인이 러핑 펌프(12)에 의해 비워진 후 원하는 대로 모니터링될 수 있다. 웨이퍼 처리 동안, 유입 처리 가스 및 챔버 배출가스에 대한 모니터링은 제 1 및 제 2의 3방향 밸브(58,60)(도 2) 또는 4방향 밸브(68)(도 3)를 동시에 스위칭하므로써 선택된다.
상기 설명이 본 발명의 바람직한 실시예에 대해 설명된 반면에, 본 발명의 기타 및 추가 실시예는 본 발명의 기본 사상으로부터 벗어나지 않고 창안될 수 있으며, 그 범위는 특허청구범위에 의해 결정된다.
상기와 같은 구성의 본 발명의 방법 및 장치에 의해 반도체 처리챔버내에 존재하는 기체 오염물질의 실시간 농도를 측정할 수 있다.
Claims (20)
- 반도체 처리 챔버내의 오염물질을 측정하는 방법에 있어서, 하나이상의 마이크로센서를 통해 처리챔버로부터 배출가스를 흐르게 하는 단계;와 하나이상의 오염물질의 실시간 농도를 측정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
- 제 1 항에 있어서, 하나이상의 마이크로센서는 박막센서를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
- 제 1 항에 있어서, 하나이상의 인 시투 모니터는 바륨으로 코팅된 쿼츠 크리스탈을 포함하는 모니터인 것을 특징으로 하는 방법.
- 제 1 항에 있어서, 전용펌프는 마이크로센서를 통해 처리챔버로부터 배출가스를 배기시키는 것을 특징으로 하는 방법.
- 제 1 항에 있어서, 처리챔버로부터 흐르는 배출가스와 선택적으로 연통하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
- 반도체 처리 챔버내의 하나이상의 기체 오염물질을 측정하는 방법에 있어서, 고진공펌프로 처리챔버를 비우는 단계;와 처리챔버로부터 흐르는 배출가스 및 처리챔버를 바이패싱하는 처리 가스와 하나이상의 인 시투 모니터를 선택적으로 연통시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
- 제 6 항에 있어서, 하나이상의 인 시투 모니터는 박막센서를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
- 제 6 항에 있어서, 하나이상의 인 시투 모니터는 바륨으로 코팅된 쿼츠 크리스탈을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
- 제 6 항에 있어서, 워터의 실시간 농도가 선택적으로 측정되는 것을 특징으로 하는 방법.
- 제 6 항에 있어서, 처리챔버는 PVD 처리챔버인 것을 특징으로 하는 방법.
- 반도체 처리 챔버내의 오염물질을 측정하는 장치에 있어서, 처리챔버;와 하나이상의 마이크로센서가 처리챔버로 부터의 배출가스를 수용하도록 배치되고 하나이상의 오염물질의 실시간 농도를 반드시 측정하는 하나이상의 마이크로센서를 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
- 제 11 항에 있어서, 하나이상의 마이크로센서는 박막센서를 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
- 제 11 항에 있어서, 하나이상의 마이크로센서는 바륨으로 코팅된 쿼츠 크리스탈을 포함하는 인 시투 모니터인 것을 특징으로 하는 장치.
- 제 11 항에 있어서, 전용펌프는 마이크로센서를 통하여 처리챔버로부터 배출가스의 일부를 배기시키는 것을 특징으로 하는 장치.
- 제 11 항에 있어서, 마이크로센서와 배출가스를 선택적으로 연통시키는 하나이상의 밸브를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
- 반도체 처리 챔버내의 오염물질을 측정하는 장치에 있어서, 가스 유입구 및 배출 포트를 포함하는 처리챔버; 가스 유입구에 연결된 하나이상의 처리 가스의 소스; 배출포트에 연결된 고진공펌프; 하나이상의 인 시투 모니터; 와 하나이상의 처리 가스의 소스 및 처리챔버로부터 배출된 가스의 일부와 모니터가 선택적으로 연통하도록 배치된 하나이상의 센서를 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
- 제 16 항에 있어서, 하나이상의 인 시투 모니터는 박막센서를 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
- 제 16 항에 있어서, 하나이상의 인 시투 모니터는 쿼츠 크리스탈을 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
- 제 16 항에 있어서, 하나이상의 인 시투 모니터는 반드시 수분의 실시간 농도를 측정하는 것을 특징으로 하는 장치.
- 제 16 항에 있어서, 처리챔버는 PVD 챔버인 것을 특징으로 하는 장치.
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