KR20050073983A

KR20050073983A - 반도체 기판 가공 장치

Info

Publication number: KR20050073983A
Application number: KR1020040002138A
Authority: KR
Inventors: 이승배
Original assignee: 삼성전자주식회사
Priority date: 2004-01-13
Filing date: 2004-01-13
Publication date: 2005-07-18

Abstract

반도체 기판 가공 장치는 프로세스 챔버, 프로세스 챔버 내부의 가스를 배출하기 위한 배기 라인, 프로세스 챔버 내부에 케미컬을 제공하기 위한 케미컬 공급 라인, 케미컬 공급 라인을 통하에 제공되는 케미컬을 배기 라인으로 유도하기 위한 다이버트 밸브 유닛, 다이버트 밸브 유닛에 제공되는 구동력의 이상여부를 측정하여 프로세스 챔버에서 수행되는 공정을 제어하는 제어 유닛을 포함한다. 이 경우, 제어 유닛은 다이버트 밸브 유닛에 연결된 압력 센서, 압력 센서에 연결된 타임 릴레이 스위치 및 압력 센서와 타임 릴레이 스위치 모두에 연결된 컨트롤러를 포함한다. 반도체 기판에 대한 공정이 시작되면 다이버트 밸브 유닛은 케미컬을 배기 라인으로 배출한다. 이후, 안정적인 압력의 케미컬이 공급되면 다이버트 밸브 유닛은 케미컬의 배출을 중지하고 프로세스 챔버로 케미컬을 공급한다. 이 경우, 다이버트 밸브 유닛에 제공되는 구동력의 압력이 비정상일 경우 컨트롤러는 프로세스 챔버로 케미컬이 공급되는 것을 중지하여 공정 불량이 발생하는 것을 방지한다.

Description

반도체 기판 가공 장치{APPARATUS FOR MANUFACTURING A SUBSTRATE}

본 발명은 반도체 공정 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 화학 기상 증착 장치에서 막을 형성하기 위한 액체 상태의 케미컬을 공급하는 케미컬 공급 장치에 관한 것이다.

근래에 컴퓨터와 같은 정보 매체의 급속한 보급에 따라 반도체 장치도 비약적으로 발전하고 있다. 그 기능 면에 있어서, 상기 반도체 장치는 고속으로 동작하는 동시에 대용량의 저장 능력을 가질 것이 요구된다. 이에 따라 상기 반도체 장치는 집적도, 신뢰도 및 응답 속도 등을 향상시키는 방향으로 반도체 제조 기술이 발전되고 있다. 상기 반도체 장치의 주요한 제조 기술 중에서 막을 증착시키는 화학 기상 증착 공정에 대한 요구도 엄격해지고 있다.

상기 화학 기상 증착 공정은 웨이퍼가 놓여 있는 챔버 내로 증착 가스들을 유입하고, 상기 증착 가스를 상기 웨이퍼의 표면과 반응시켜 막을 형성하는 공정이다. 상기 증착 가스는 액체 상태의 케미컬이 압력차에 의해 가스 상태로 변하여 형성되고, 가스 상태로 공정 챔버 내로 인입된다.

상기 화학 기상 증착 공정에 의해 상기 웨이퍼의 표면에 막을 형성할 때는 파티클의 발생을 최소화하면서 균일하게 막을 형성해야 한다. 이를 위해 상기 증착 공정에 이용되는 케미컬을 설정된 유량만큼 플로우하여 챔버 내부에 공급한다.

일반적으로, 케미컬 공급 장치를 포함하는 반도체 기판 가공 장치는 케미컬의 유입량을 조절할 수 있는 엘에프씨(Liquid Flow Controller, LFC)를 구비한다. 상기 케미컬을 공급하기 위한 장치의 일예가 그래그(Gregg et.al) 등에게 허여된 미합중국 특허 제 6,199,599호에 개시되어 있다.

그러나 상기 케미컬 공급 장치에서 상기 엘에프씨를 사용하여 제공되는 케미컬의 유량을 조절하더라도, 상기 증착 공정을 시작하고 난 후 소정의 시간이 경과할 동안은 상기 케미컬이 정확한 유량만큼 공급되지 않는다. 즉, 갑작스럽게 다량의 케미컬이 상기 제공 라인을 통해 공급되므로, 소정의 시간동안 공급되는 케미컬의 유량에 난조(hunting)가 생기게 된다. 이러한 케미컬의 난조에 의해 증착 가스가 챔버 내에 불균일하게 주입되어 챔버 내의 부재들을 손상시키고, 이로 인해 챔버 내와 웨이퍼에 파티클을 발생시키는 문제점이 있다. 이를 방지하기 위하여 다이버트(divert) 밸브가 이용된다. 이하, 도 1을 참조하여 다이버트 밸브에 대하여 자세하게 설명한다.

도 1은 종래에 개시된 반도체 기판 가공 장치를 설명하기 위한 개략적인 구성도이다.

도 1을 참조하면, 반도체 기판 가공 장치는 챔버(10), 공급 라인(11), 배기 라인(12), 펌프(20), 컴프레서(30), 케미컬 저장 탱크(40), 다이버트 밸브(41), 엘에프씨(43), 및 프로세서(50)를 포함한다.

챔버(10) 내부에서는 반도체 기판에 대한 증착 공정이 수행된다. 증착 공정에 이용되는 가스는 케미컬 저장 탱크(40)로부터 가스 공급 라인(11)을 통하여 챔버(10)로 제공된다. 이 경우, 챔버(10)에 제공되는 케미컬의 유량은 엘에프씨(43)에 의하여 제어된다.

비록, 엘에프씨(43)가 일차로 챔버(10)에 제공되는 케미컬의 유량을 제어하지만, 증착 공정을 시작하고 난 후 소정의 시간이 경과할 동안 챔버(10)에 제공되는 케미컬의 유량은 매우 불안정하다. 따라서 상기 소정의 시간동안 공급 라인(11)을 플로우하는 케미컬은 외부로 배출되어야 한다. 이 경우, 다이버트 밸브(41)가 이용된다. 다이버트 밸브(41)는 쓰리웨이(three way) 밸브이다. 1

증착 공정을 시작하고 난 후 소정의 시간 동안 다이버트 밸브(41)는 챔버(10) 방향의 유로는 폐쇄하고 배기 라인(12) 방향의 유로는 개방한다. 따라서, 따라서 상기 시간동안 케미컬 저장 탱크(40)로부터 불안정한 압력으로 공급되는 케미컬은 배기 라인(12)을 통하여 배출된다. 상기 소정의 시간이 경과하면, 케미컬 저장 탱크(40)로부터 비교적 안정적인 압력으로 케미컬이 공급된다. 케미컬이 안정적인 압력으로 공급되면, 프로세서(50)는 이를 감지하여 다이버트 밸브(41)를 작동시킨다. 다이버트 밸브(41)의 작동에 의하여 챔버(10) 방향의 유로는 개방되고 배기 라인(12) 방향의 유로는 폐쇄된다. 이에 의해서 케미컬이 챔버(10) 내부로 플로우되고 반도체 기판에 대한 증착 공정이 수행된다.

하지만, 반도체 제조 공정에 이용되는 대부분 다이버트 밸브는 공압으로 작동되는데, 상기 다이버트 밸브에 공급되는 공압에 문제가 발생 시, 다이버트 밸브가 오작동하여 큰 문제를 발생시킬 수 있다. 일예로, 다이버트 밸브와 에어 공급 라인 사이에 누설이 발생할 수 있고, 에어 공급 라인이 다이버트 밸브로부터 탈리될 수 있다. 따라서 다이버트 밸브에 구동력이 정확히 작동되지 않거나 아예 작동되지 않을 수 있다.

상기와 같이 다이버트 밸브가 오작동하면 챔버 내부에 과도한 케미컬이 공급되거나 케미컬이 중간에 누설될 수 있다. 이로 인하여 웨이퍼 상기 불균일한 막이 증착될 수 있을 뿐만 아니라, 증착 공정을 수행을 수행하지 않을 시에도 소량의 케미컬이 플로우되어 증착 가스가 상기 공정 챔버로 유입된다. 상기 플로우되는 케미컬은 공정 챔버 내에서 파티클로 작용되어 공정 불량을 유발시키는 문제점이 있다.

본 발명은 전술한 종래 기술의 문제점을 해결하고자 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 다이버트 밸브 유닛의 이상 여부를 미리 예측하여 공정 에러를 예방할 수 있는 반도체 공정 장치를 제공하는 것이다.

상술한 본 발명의 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 반도체 기판 가공 장치는, 반도체 기판에 대한 소정의 공정이 수행되는 프로세스 챔버, 프로세스 챔버 내부에 케미컬을 제공하기 위한 케미컬 공급 라인, 프로세스 챔버 내부의 가스를 배출하기 위한 제1 배기 라인, 케미컬 공급 라인으로부터 분기되어 제1 배기 라인에 연통된 제2 배기 라인, 케미컬 공급 라인을 통하여 공급되는 케미컬을 제2 배기 라인으로 유도하기 위한 다이버트 밸브 유닛, 다이버트 밸브 유닛을 작동시키기 위한 구동력을 제공하는 동력원, 다이버트 밸브 유닛에 제공되는 구동력의 이상여부를 검출하여 프로세스 챔버에서 수행되는 공정을 제어하는 제어 유닛를 포함한다. 이 경우, 다이버트 밸브 유닛은 공압 밸브를 포함하고, 제어 유닛은 공압 밸브에 연결된 압력 센서, 압력 센서에 연결된 타임 릴레이 스위치 및 압력 센서와 타임 릴레이 스위치 모두에 연결된 컨트롤러를 포함한다. 다이버트 밸브 유닛은 반도체 기판에 대한 공정이 시작된 후, 소정의 시간동안 케미컬 공급 라인을 통하여 공급되는 케미컬을 제2 배기 라인으로 배출시킨다. 소정의 시간이 경과 후, 안정적인 압력의 케미컬이 공급되면, 다이버트 밸브 유닛은 상기 케미컬의 배출을 중단하고 프로세스 챔버로 케미컬을 공급한다. 이 경우, 다이버트 밸브 유닛에 구동력이 비정상적으로 제공될 경우, 컨트롤러는 압력 센서로부터 이를 감지하여 프로세스 챔버로 수행되는 공정을 중지시켜 공정 불량이 발생하는 것을 방지한다. 따라서 프로세스 챔버에 케미컬이 처음 제공될 때 갑작스러운 다량의 케미컬의 제공됨에 따른 공급 난조(hunting)를 최소화할 수 있을 뿐만 아니라, 다이버트 밸브 유닛의 작동 오류로 인하여 케미컬이 불안정한 압력으로 프로세스 챔버에 제공되는 것도 방지할 수 있다.

이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들에 따른 반도체 기판 가공 장치에 대하여 상세하게 설명하지만, 본 발명이 하기 실시예들에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다.

실시예

도 2는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 반도체 기판 가공 장치를 설명하기 위한 간략한 구성도이고, 도 3은 도 2 및 도3 에 도시한 압력 센서의 작동시점을 설명하기 위한 그래프이다.

도 2 및 도 3을 참조하면, 반도체 기판 가공 장치는 프로세스 챔버(100), 캐미컬 수용부(110), 제1 케미컬 공급 라인(111), 제2 케미컬 공급 라인(112), 진공 펌프(120), 제1 배기라인(121), 제2 배기라인(122), 압축기(130), 유로 전환 밸브(131), 다이버트(divert) 밸브 유닛(140), 제어 유닛(150)을 포함한다. 이 경우, 다이버트 밸브 유닛(140)은 제1 투웨이(two way) 밸브(141)와 제2 투웨이 밸브(142)를 포함하고, 제어 유닛(150)은 압력 센서(151), 타임 릴레이 스위치(153), 전원(155), 그리고 컨트롤러(157)를 포함한다.

이하, 반도체 기판 가공 장치의 구성에 대하여 자세하게 설명한다.

프로세스 챔버(100)에서는 증착 공정 또는 식각 공정과 같은 반도체 기판 가공 공정이 수행된다. 본 실시예에서는 프로세스 챔버(100)에서 반도체 기판에 대한 증착 공정이 수행되는 것에 대하여만 설명한다.

프로세스 챔버(100)에는 제1 케미컬 공급 라인(111) 및 제1 배기라인(121)이 각각 연결된다. 제1 케미컬 공급 라인(111)은 제2 케미컬 공급 라인(112)에 연결되고, 제2 케미컬 공급 라인(112)은 케미컬 수용부(110)에 연결된다. 제1 케미컬 공급 라인(111)과 제2 케미컬 공급 라인(112) 사이에는 제1 투웨이 밸브(141)가 개재되고, 제2 케미컬 공급 라인(112) 상에는 엘에프씨(Liquid Flow Controller, LFC)(160)가 설치된다.

제1 배기라인(121)은 진공 펌프(120)에 연결되며, 제2 배기라인(122)은 제1 배기라인(121)로부터 분기되어 제2 케미컬 공급 라인(112)에 연결된다. 그리고 제2 케미컬 공급 라인(112) 상에는 제2 투웨이 밸브(142)가 설치된다.

제1 및 제2 투웨이 밸브(141, 142)는 공압 밸브인 것이 바람직하며, 압축기(130)로부터 에어를 제공받는다. 제1 및 제2 투웨이 밸브(141, 142)와 압축기(130) 사이에는 유로 전환 밸브(131)가 설치되어 제1 및 제2 투웨이 밸브(141, 142)를 하나씩 개방시킨다.

유로 전환 밸브(131)는 솔레노이드 밸브인 것이 바람직하며, 전원(155)으로부터 전력을 제공받는다.

제1 및 2 투웨이 밸브(141, 142)는 각각 압력 센서(151)에 연결되고, 압력 센서(151)는 컨트롤러(157)에 연결된다. 컨트롤러(157)에는 프로세스 챔버(100), 케미컬 수용부(110), 및 전원(155)이 연결된다.

이하, 전술한 반도체 기판 가공 장치의 작동 방법 및 구성 요소의 특징에 대하여 상세하게 설명한다.

프로세스 챔버(100)에 제공되는 케미컬은 케미컬 수용부(110)에 저장된다. 케미컬 수용부(110)에 저장되는 케미컬은 반도체 기판에 형성하고자하는 막에 따라 달라진다. 일예로, 반도체 기판 상에 보호막을 형성하고자 할 경우, 케미컬 수용부(110)에는 TEOS(Tetra Ethyl Ortho Silicate) 가스, TEPO(Tri Ethyl Phosphorate) 가스 또는 TEB(Tri Ethyl Boron) 가스 등이 저장될 수 있다. 상술한 케미컬은 액체 상태로 수용부에 저장된다. 하지만, 프로세스 챔버(100)에 제공 시에는 가열되어 가스 상태 변환된다.

케미컬 수용부(110)는 순차적으로 연결된 제1 케미컬 공급 라인(111)과 제2 케미컬 공급 라인(112)을 통하여 프로세스 챔버(100)에 연결된다. 제1 케미컬 공급 라인(111)과 제2 케미컬 공급 라인(112) 사이에는 제1 투웨이 밸브(141)가 개재되어 케미컬이 프로세스 챔버(100)로 플로우 되는 것을 선택적으로 차단한다.

증착 공정이 시작된 후, 소정의 시간동안 케미컬 수용부(110)로부터 제공되는 케미컬의 유입량 및 유입압은 불안정하다. 예를들어, 충분한 양의 케미컬이 제공되지 않거나 갑자기 다량의 케미컬이 제공될 수도 있다. 따라서 증착 공정이 시작된 후, 케미컬이 안정되게 공급될 때까지 프로세스 챔버(100)에 케미컬을 공급하지 않는 것이 바람직하다. 이러한 이유로 증착 공정이 시작된 후 소정의 시간동안 케미컬 수용부(110)로부터 제공되는 케미컬은 진공 펌프로 배출된다. 케미컬은 진공 펌프로 배출하기 위하여 다이버트 밸브 유닛(140)이 이용된다.

다이버트 밸브 유닛(140)은 서로 반대로 작동되는 제1 및 제2 투웨이 밸브(141, 142)를 포함한다. 제1 투웨이 밸브(141)가 오픈되면 제2 투웨이 밸브(142)는 클로즈되고, 제1 투웨이 밸브(141)가 클로즈되면 제2 투웨이 밸브(142)는 오픈된다. 즉, 제1 및 제2 투웨이 밸브(141, 142)가 연동하여 일반적인 다이버트 밸브와 동일한 작동을 하는 것이다.

제1 투웨이 밸브(141)는 노말 클로즈(normal close) 밸브인 것이 바람직하고, 제2 투웨이 밸브(142)는 노말 오픈(normal close) 밸브인 것이 바람직하다.

1 투웨이 밸브(141)가 클로즈되고 2 투웨이 밸브(142)는 오픈되면, 케미컬 수용부(110)로부터 제공되는 케미컬이 제2 배기 라인(122)을 통하여 진공 펌프(120)로 배출된다. 이와 반대로 1 투웨이 밸브(141)가 오픈되고 2 투웨이 밸브(142)는 클로즈되면, 케미컬 수용부(110)로부터 제공되는 케미컬이 제1 케미컬 공급 라인을 통하여 프로세스 챔버(100)로 제공된다.

프로세스 챔버(100)는 제1 배기 라인(121)을 통하여 진공 펌프(120)에 연결된다. 제1 배기 라인(121)은 프로세스 챔버(100) 내부를 진공 상태로 조성하기 위하여 프로세스 챔버(100)의 가스를 진공 펌프(120)로 배출한다. 제1 배기 라인(121)은 증착 공정이 수행 전 프로세스 챔버(100) 내부의 가스를 배출할 뿐만 아니라, 증착 공정 중에도 프로세스 챔버(100) 내부에서 부유하는 파티클 및 반응 부산물 그리고 미반응 가스 등을 외부로 배출하기 한다.

제1 배기 라인(121)에는 제2 케미컬 공급 라인(112)으로부터 분기된 제2 배기 라인(122)이 연통되어 제2 배기 라인(122)을 흐르는 케미컬은 제1 배기 라인(121)을 통하여 진공 펌프(120)로 배출된다.

보다 발전적으로는, 케미컬을 대기로 바로 배출할 경우, 유해 성분이 대기 중으로 확산될 수 있으므로 제2 배기 라인(122) 상에 케미컬의 유해 성문을 필터링하는 필터(123)를 더 설치할 수 있다.

제1 및 제2 투웨이 밸브(141, 142)는 에어에 의하여 작동되는 공압 밸브인 것이 바람직하다. 제1 및 제2 투웨이 밸브(141, 142)는 반드시 공압 밸브일 필요는 없으며, 제1 및 제2 투웨이 밸브(141, 142)가 유압 밸브 또는 솔레노이드 밸브일 수도 있다. 본 실싱예에서는 제1 및 제2 투웨이 밸브(141, 142)로써 공압 밸브가 이용되는 것에 대해서만 설명한다.

제1 및 제2 투웨이 밸브(141, 142)는 압축기(130)로부터 에어를 제공받는다. 이 경우, 제1 및 제2 투웨이 밸브(141, 142)를 하나씩 개방하기 위해서 유로 전환 밸브(131)가 이용된다.

유로 전환 밸브(131)는 쓰리포트-투웨이(three port-two way) 밸브인 것이 바람직하며, 유로 전환 밸브(131)는 전원(155)으로부터 작동 전력을 제공받는다. 유로 전환 밸브(131)는 압축기(130)와 제1 및 제2 투웨이 밸브(141, 142) 사이에 개재되어 제1 및 제2 투웨이 밸브(141, 142)중 하나만 오픈한다.

제1 및 제2 투웨이 밸브(141, 142)로부터 유로 전환 밸브(131)에 연결된 각각의 라인에는 압력 센서(151)가 설치된다. 압력 센서(151)는 제1 및 제2 투웨이 밸브(141, 142)에 공급되는 에어의 압력을 측정하고, 측정된 압력 정보를 컨트롤러(157)에 제공한다. 컨트롤러(157)는 각각의 제1 및 제2 투웨이 밸브(141, 142)에 공급되는 에어의 압력이 기 설정된 값을 초과하거나 미달하면 워닝 혼(warning horn)을 울리고 모든 공정을 인터락(interlock)시킨다. 제1 및 제2 투웨이 밸브(141, 142)에 공급되는 에어의 압력이 기 설정된 값을 초과하거나 미달하는 것은 곧 제1 및 제2 투웨이 밸브(141, 142)의 비정상 작동을 의미하는 것이기 때문이다. 제1 및 제2 투웨이 밸브(141, 142)의 비정상 작동을 유발하는 요인으로 열에 의한 제1 및 제2 투웨이 밸브(141, 142)의 마모와 제1 및 제2 투웨이 밸브(141, 142)에 공급되는 에어 호스(hose)의 이탈 및 에어 누설 등이 있다.

유로 전환 밸브(131)는 컨트롤러(157)에 의해 제어되며, 제1 및 제2 투웨이 밸브(141, 142)중 하나만 오픈시킨다. 유로 전환 밸브(131)가 일 위치로 전환되어 제1 또는 제2 투웨이 밸브(141, 142)에 정상적인 압력의 에어가 공급되기까지 소정의 시간이 소요된다. 따라서 압축기(130)가 작동됨과 동시에 압력 센서(151)로부터 제1 및 제2 투웨이 밸브(141, 142)의 압력 정보를 제공받을 경우, 컨트롤러(157)는 제1 및 제2 투웨이 밸브(141, 142)가 비정상으로 작동되는 것으로 오판한다. 이를 방지하기 위하여 타임 릴레이 스위치(153)가 이용된다.

타임 릴레이 스위치(153)는 압력 센서(151)와 전원(155) 사이에 설치된다. 타임 릴레이 스위치(153)는 유로 전환 밸브(131)를 작동시키기 위하여 전력을 공급함과 동시에 작동된다.

도 3을 더 참조하면, 도 3에 도시된 제1 라인(201)은 제1 및 제2 투웨이 밸브(141, 142)에 정상적인 압력의 에어가 공급된 경우를 나타내고, 제2 라인(202)은 에어가 중간에 누설되어 제1 및 제2 투웨이 밸브(141, 142)에 비정상압의 에어가 공급된 경우를 나타내며, 제3 라인(203)은 제1 및 제2 투웨이 밸브(141, 142)로부터 에어 공급 라인이 탈리되어 제1 및 제2 투웨이 밸브(141, 142)에 에어가 거의 공급되지 않는 경우를 나타낸다. 또한, 약 3 sec(seconds) 후에 60 psi 압력 이하의 압력이 작동하는 구간은 제1 및 제2 투웨이 밸브(141, 142)가 비정상으로 작동되는 구간으로서 반도체 제조 장치에 인터락이 작동되는 구간(I)이다.

도 3에 나타난 바에 따르면, 제1 및 제2 투웨이 밸브(141, 142)에는 약 2 sec 부터 에어가 공급된다. 제1 및 제2 투웨이 밸브(141, 142)에 충분한 압력의 에어가 공급되기까지 약 2 초 정도의 시간이 소요되기 때문에 제1 라인(201)에서는 약 4 sec부터 제1 및 제2 투웨이 밸브(141, 142)가 정상 작동한다.

타임 릴레이 스위치(153)는 제1 및 제2 투웨이 밸브(141, 142)에 공급되는 에어의 압력이 상승하는 구간인 약 2~ 4 sec 구간에서 압력 센서(151)의 작동을 지연시킨다. 보다 정확하게 설명하면, 약 2~ 4 sec 구간에서 압력 센서(151)에 공급되는 전력을 차단하여 압력 센서(151)의 작동을 지연시킨다.

제2 라인(202) 및 제3 라인과 같이 약 3 sec 이후, 제1 및 제2 투웨이(141, 142)에 60 psi 이하의 에어가 공급될 경우, 압력 센서(151)는 이를 측정하여 컨트롤러(157)에 제공한다.

제1 및 제2 투웨이 밸브(141, 142)에는 에어가 공급된 후 소정의 시간이 경과한 뒤에도 약 60 psi의 기준 압력 이하의 에어가 제공되면 컨트롤러(157)는 프로세스 챔버(100)에서 수행되는 공정을 중지시킨다. 도 3에서는 빗금으로 표시한 구간(I)이 프로세스 챔버(100)에서 수행되는 공정이 중지되는 인터락 작동되는 영역이다. 압력 센서(151)로부터 측정된 압력 값이 상기 구간(I)에 포함될 경우 프로세스 챔버(100)에서 수행되는 공정은 중지된다. 당연히, 인터락이 작동되는 구간(I)의 기준 시점 및 기준 압력은 작업자가 선택할 수 있다.

제1 라인(201)과 같이 약 4 sec 이후 제1 및 제2 투웨이 밸브(141, 142)에 정상적인 압력의 에어가 공급되면, 제1 투웨이 밸브(141)는 오픈되고, 제2 투웨이 밸브(142)는 클로즈되어 프로세스 챔버(100)에 정상 압력의 케미컬이 공급된다. 프로세스 챔버(100)에 공급되는 케미컬의 양은 제2 케미컬 공급 라인(112) 상에 설치된 엘에프씨(160)에 의하여 조절된다.

전술한 엘에프씨(160)는 케미컬을 컨트롤러(157)에 설정된 유랑비로 플로우시켜 프로세스 챔버(100)에 공급한다. 일차로 엘에프씨에서 프로세스 챔버(100)에 공급되는 케미컬의 유량을 조절하지만, 전술한 바와 같이 증착 공정을 시작하고 난 후 소정의 시간이 경과할 동안은 케미컬이 정확한 유량만큼 공급되지 않기 때문에 제1 및 제2 투웨이 밸브(141, 142)가 이용된다. 증착 공정을 시작하고 난 후 소정의 시간(t)이 경과할 동안 제1 투웨이 밸브(141)는 클로즈되고 제2 투웨이 밸브(142)는 오픈되어 케미컬이 진공 펌프(120)로 배출된다. 소정의 시간(t)이 경과한 후, 제1 및 제2 투웨이 밸브(141, 142)에 정상적인 압력의 에어가 공급되면, 제1 투웨이 밸브(141)는 오픈되고 제2 투웨이 밸브(142)는 클로즈되어 프로세스 챔버(100)로 케미컬이 공급된다. 이후, 프로세스 챔버(100)에서 케미컬을 이용하여 반도체 기판 상에 소정의 막을 증착한다.

지금까지 제1 및 제2 투웨이 밸브(141, 142)를 포함하는 다이버트 밸브 유닛(140)에 대하여 설명하였지만, 다이버트 밸브 유닛(140)은 다르게 변형될 수도 있다. 이하, 도 4를 참조하여 다이버트 밸브 유닛의 변형예에 대하여 설명하지만 이것이 본 발명을 제한하거나 한정하는 것은 아니다.

실시예

도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 반도체 기판 가공 장치를 설명하기 위한 간략한 구성도이다. 도 4는 도 2에 도시한 다이버트 밸브 유닛의 다른 변형예이다. 도 4에 도시한 는 도 2를 기반으로 구성한 것이므로 상기 실시예와 중복된 설명은 생략하지만 당업자는 하기 설명으로도 충분히 본 발명을 이해할 수 있을 것이다.

도 3 및 4를 참조하면, 반도체 기판 가공 장치는 프로세스 챔버(300), 캐미컬 수용부(310), 제1 케미컬 공급 라인(311), 제2 케미컬 공급 라인(312), 진공 펌프(320), 제1 배기라인(321), 제2 배기라인(322), 압축기(330), 다이버트 밸브 유닛(340), 제어 유닛(350)을 포함한다. 이 경우, 다이버트 밸브 유닛(340)은 쓰리웨이(threeo way) 밸브를 포함하고, 제어 유닛(350)은 압력 센서(351), 타임 릴레이 스위치(353), 전원(355), 그리고 컨트롤러(357)를 포함한다. 도 4에 도시한 반도체 기판 가공 장치와 도 2에 도시한 반도체 기판 가공 장치의 큰 차이점은 다이버트 밸브 유닛(340)이 쓰리웨이 밸브(343) 하나를 포함하는 것과 다이버트 밸브 유닛(140)이 투웨이 밸브(141, 142) 두 개를 포함하는 것이다. 즉, 도 4에 도시한 쓰리웨이 밸브(343)는 일반적인 다이버트 밸브와 실질적으로 동일한 역할을 하한다.

쓰리웨이 밸브(343)는 제1 케미컬 공급 라인(311)과 제2 케미컬 공급 라인(312), 그리고 제2 배기 라인(322)이 만나는 지점에 설치된다. 제1 케미컬 공급 라인(311)은 제2 케미컬 공급 라인(312)을 통하여 케미컬 수용부(310)에 연결되고, 제2 배기 라인(322)은 프로세스 챔버(300)와 진공 펌프(320)를 연결하는 제1 배기라인(321)에 연통된다. 제2 케미컬 공급 라인(312) 상에는 엘에프씨(Liquid Flow Controller, LFC)(360)가 설치되고, 제2 배기 라인(322) 상에는 필터(323)가 설치된다.

쓰리웨이 밸브(343)는 공압 밸브인 것이 바람직하며, 압축기(330)로부터 에어를 제공받는다. 압축기(330)로부터 쓰리웨이 밸브(343)로 두 개의 에어 공급 라인(335, 336)이 연결된다. 제1 에어 라인(335)로부터 쓰리웨이 밸브(343)로 에어가 공급될 경우, 쓰리웨이 밸브(343)는 제1 케미컬 공급 라인(311)과 제2 케미컬 공급 라인(312)의 연통을 폐쇄하고, 제2 케미컬 공급 라인(312)과 제1 배기 라인(323)을 연통시킨다. 이 경우가, 증착 공정이 시작된 후, 소정의 시간동안 쓰리웨이 밸브(343)의 상태이다. 이후, 케미컬 수용부(310)로부터 안정적인 압력의 케미컬이 제공될 경우, 엘에프씨(360)는 이 정보를 컨트롤러(357)에 제공한다. 컨트롤러(357)는 쓰리웨이 밸브(343)에 제1 에어 라인(335)을 통한 에어의 공급을 중단하고 제2 에어 라인(336)을 통한 에어의 공급을 시작한다.

압력 센서(351)는 제1 및 제2 에어 라인(335, 356)에 각각 연결된다. 압력 센서(351)는 제2 에어 라인(336)을 통하여 쓰리웨이 밸브(343)에 공급되는 에어의 압력이 기 설정된 값을 초과하거나 미달하면 워닝 혼(warning horn)을 울리고 모든 공정을 인터락(interlock)시킨다.

이와 반대로, 제2 에어 라인(336)을 통한 에어의 공급을 중단하고 제1 에어 라인(335)을 통한 에어의 공급을 시작할 경우에도, 압력 센서(351)는 제1 에어 라인(335)을 통하여 쓰리웨이 밸브(343)에 공급되는 에어의 압력이 기 설정된 값을 초과하거나 미달하면 워닝 혼(warning horn)을 울리고 모든 공정을 인터락(interlock)시킨다.

제1 에어 라인(335)과 제2 에어 라인(356)을 통한 에어의 공급이 전환된 후, 쓰리웨이 밸브(343)가 안정적으로 작동하기까지 소정의 시간이 소요된다. 보다 자세하게 설명하면, 압축기(330)가 작동하여 쓰리웨이 밸브(343)에 정상적인 압력의 에어가 공급되기까지 소정의 시간이 소요된다. 상기 소정의 시간동안 압력 센서(351)의 작동을 지연시키기 위하여 타임 릴레이 스위치(353)가 이용된다. 타임 릴레이 스위치(353)의 작동은 상기 실시예와 실질적으로 동일하여 중복된 설명을 생략한다.

도 3을 다시 참조하면, 약 2 sec 부터 제2 에어 라인(336)을 통하여 쓰리웨이 밸브(343)에 에어가 공급된다. 쓰리웨이 밸브(343)에 충분한 압력의 에어가 공급되기까지 약 2 초 정도의 시간이 소요되기 때문에 제1 라인(201)에서는 약 4 sec부터 쓰리웨이 밸브(343)가 정상 작동한다.

타임 릴레이 스위치(353)는 제2 에어 라인(336)을 통하여 쓰리웨이 밸브(343)에 공급되는 에어의 압력이 상승하는 구간인 약 2~ 4 sec 구간에서 압력 센서(351)의 작동을 지연시킨다. 보다 정확하게 설명하면, 약 2~ 4 sec 구간에서 압력 센서(351)에 공급되는 전력을 차단하여 압력 센서(351)의 작동을 지연시킨다.

제2 라인(202) 및 제3 라인과 같이 약 3 sec 이후, 제2 에어 라인(336)을 통하여 쓰리웨이 밸브(343)에 60 psi 이하의 에어가 공급될 경우, 압력 센서(351)는 이를 측정하여 컨트롤러(357)에 제공한다.

쓰리웨이 밸브(343)에는 제2 에어 라인(336)을 통하여 에어가 공급된 후 소정의 시간이 경과한 뒤에도 약 60 psi의 기준 압력 이하의 에어가 제공되면 컨트롤러(357)는 프로세스 챔버(300)에서 수행되는 공정을 중지시킨다.

상술한 바와 같이 본 발명에 의하면 제1 및 제2 다이버트 밸브에 압력 센서를 설치함으로써 다이버트 밸브 유닛의 오작동을 미리 예측할 수 있다. 다이버트 밸브 유닛의 오작동이 예측될 경우, 프로세스 챔버에서 수행되는 공정을 중지시킴으로써 공정 에러에 의한 경제적, 시간적 손실을 방지할 수 있다. 따라서 공정의 효율은 상승되고 후속 공정 에러율을 감소된다.

상술한 바와 같이, 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만 해당 기술 분야의 숙련된 당업자라면 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

도 1은 종래의 반도체 기판 가공 장치를 설명하기 위한 개략적인 구성도이다.

도 2는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 반도체 기판 가공 장치를 설명하기 위한 개략적인 구성도이다.

도 3은 도 2 에 도시한 압력 센서의 작동 시점을 설명하기 위한 그래프이다.

도 4는 본 발명의 바람직한 다른 실시예에 따른 반도체 기판 가공 장치를 설명하기 위한 개략적인 구성도이다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

100, 300 : 프로세스 챔버 110, 310 : 케미컬 수용부

111, 311 : 제1 케미컬 공급 라인 112, 312 : 제2 케미컬 공급 라인

120, 320 : 진공 펌프 121, 321 : 제1 배기 라인

122, 322 : 제2 배기 라인 123, 323 : 필터

130, 310 : 압축기 131 : 유로 전환 밸브

140, 340 : 다이버트 밸브 유닛 141 : 제1 투웨이 밸브

142 : 제2 투웨이 밸브 150, 350 : 제어 유닛

151, 351 : 압력 센서 153, 353 : 타임 릴레이 스위치

155, 355 : 전원 157, 357 : 컨트롤러

160, 360 : 엘에프씨 201 : 제1 라인

202 : 제2 라인 203 : 제3 라인

343 : 쓰리웨이 밸브 I : 인터락 작동 구간

Claims

반도체 기판에 대한 소정의 공정을 수행하기 위한 프로세스 챔버;

상기 프로세스 챔버 내부에 케미컬을 공급하기 위한 케미컬 공급 라인;

상기 케미컬 공급 라인으로부터 분기된 배기 라인;

상기 케미컬 공급 라인을 통하여 공급되는 케미컬을 상기 배기 라인으로 유도하기 위한 다이버트(divert) 밸브 유닛;

상기 다이버트 밸브 유닛을 작동시키기 위한 구동력을 제공하는 동력원;

상기 구동력이 상기 다이버트 밸브 유닛에 비정상적으로 제공되는 것을 검출하여 상기 공정의 진행여부를 제어하는 제어 유닛을 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 기판 가공 장치.
제 1 항에 있어서, 상기 다이버트 밸브 유닛은 상기 케미컬 공급 라인과 상기 배기 라인 사이에 설치된 쓰리웨이(three-way) 공압 밸브를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 기판 가공 장치.
제 2 항에 있어서, 상기 제어 유닛은 상기 쓰리웨이 공압 밸브에 연결되어 상기 동력원으로부터 상기 쓰리웨이 공압 밸브에 제공되는 에어의 압력을 측정하는 압력 센서; 및

상기 압력 센서로부터 상기 에어의 압력 정보를 제공받아 상기 공정의 진행여부를 제어하는 컨트롤러를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 기판 가공 장치.
제 1 항에 있어서, 상기 다이버트 밸브 유닛은 상기 케미컬 공급 라인으로부터 상기 배기 라인이 분기된 지점과 상기 프로세스 챔버 사이에 설치된 제1 투웨이 공압 밸브; 및 상기 배기 라인 상에 설치된 제2 투웨이 공압 밸브를 포함하되,

상기 제1 투웨이 공압 밸브는, 상기 제2 투웨이 공압 밸브가 클로즈(close)시 오픈(open)되고 상기 제2 투웨이 공압 밸브가 오픈 시 클로즈 되는 것을 하는 반도체 기판 가공 장치.
제 4 항에 있어서, 상기 제어 유닛은 제1 투웨이 공압 밸브 및 제2 투웨이 공압 밸브에 각각 연결되어 상기 동력원으로부터 상기 제1 및 제2 투웨이 공압 밸브들에 제공되는 에어의 압력들을 측정하는 압력 센서; 및

상기 압력 센서로부터 상기 에어의 압력 정보들를 제공받아 상기 공정의 진행여부를 제어하는 컨트롤러를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 기판 가공 장치.
제 1 항에 있어서, 상기 다이버트 밸브 유닛에 구동력이 제공된 후 소정의 시간이 경과한 뒤에 상기 제어 유닛을 작동시키기 위한 타임 릴레이(time relay) 스위치를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 기판 가공 장치.
제 1 항에 있어서, 상기 케미컬 공급 라인 상에 설치되어 상기 케미컬 공급 라인을 통과하는 케미컬의 유량을 제어하는 엘에프씨(LFC, Liquid Flow Controller)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 기판 가공 장치.
제 1 항에 있어서, 상기 프로세스 챔버 내부의 가스를 외부로 배출하기 위하여 상기 프로세스 챔버에 연결된 제2 배기 라인을 더 포함하되, 상기 제2 배기 라인과 상기 배기 라인은 연통된 것을 특징으로하는 반도체 기판 가공 장치.