KR20060010320A - 화학기상증착설비의 배기장치 - Google Patents

화학기상증착설비의 배기장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 생산성을 높일 수 있는 화학기상증착설비의 배기장치를 개시한다. 그의 장치는 챔버와 연통하는 배기관을 통해 잔류 가스를 펌핑하여 배기 펌프와, 상기 배기 펌프와 상기 챔버 사이의 상기 배기관에 설치되어 상기 챔버 내부의 압력을 조절하는 자동압력조절 밸브와, 상기 자동압력조절 밸브에 의해 조절되는 상기 챔버 내부의 압력을 감지하는 바라트론 센서와, 상기 챔버 내부의 압력을 감지하여 상기 바라트론 센서의 동작 불량을 파악하기 위해 상기 챔버와 상기 바라트론 센서 사이의 상기 배기관에 설치되는 보조 압력 센서와, 상기 바라트론 센서와 보조 압력 센서 각각의 압력감지 신호를 입력받아 상기 자동압력조절 밸브를 제어하는 제어 신호를 출력하는 자동압력조절 제어부를 구비하여 이루어진다.
피라니 게이지(pirani gage), 바라트론 센서(baratron sensor)

Description

화학기상증착설비의 배기장치{Apparatus for exausting of chemical vapor deposition equipment}
도 1은 일반적인 화학기상증착설비의 구성을 개략적으로 나타낸 도면.
도 2는 본 발명에 따른 화학기상증착설비의 배기장치를 개략적으로 나타낸 도면.
도 3은 본 발명에 따른 화학기상증착설비의 배기장치를 개략적으로 나타낸 블록도.
도 4는 도 2의 바라트론 센서를 상세하게 나타낸 구성 단면도.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *
101 : 가스 공급부 102 : 챔버
103 : 배기부 104 : 배기관
105 : 배기 펌프 106 : 자동압력조절 밸브
107 : 에어 밸브 108 : 바라트론 센서
109 : 퍼지 라인 110 : 퍼지 밸브
111 : 피라니 센서 112 : 자동압력조절 제어부
113 : 박스 114 : 베플
115 : 다이아프램 116 : 전극 어셈블리
117 : 전원 인입선 118 : 기준압 진공관
119 : 스판 포트 120 : 선형성 포트
121 : 영점 포트 122 : 제어판
본 발명은 화학기상증착설비에 관한 것으로서, 더 상세하게는 챔버 내부의 압력을 측정하고 잔류가스를 배기하는 화학기상증착설비의 배기장치에 관한 것이다.
일반적으로 반도체 제조 공정은 증착 공정, 사진 공정, 식각공정 및 이온주입 공정 등의 일련의 단위 공정으로 이루어진다.
상기 증착 공정은 특정의 반응 기체들을 반응 튜브속에 계속 투입하면서 적절한 조건을 유지시켜 줌으로써 고체상의 물질을 웨이퍼 표면에 증착시키는 것을 말한다. 예컨대, 화학 기상 증착 설비(Chemical Vapour Deposition equipment), 확산로(diffusion furnace) 등과 같은 챔버 장치를 이용하는 공정이 다수 존재한다. 상기 챔버 장치는 압력 센서 및 펌프(pump)를 장착하여 공정에서 요구되는 챔버 내의 기압을 균일하고 정밀하게 유지시켜야만 한다.
이하, 도면을 참조하여 일반적인 화학기상증착설비를 설명하면 다음과 같다.
도 1은 일반적인 화학기상증착설비의 구성을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 1에 도시한 바와 같이, 화학기상증착설비는 증착 공정의 진행시 필요한 반응 가스를 공급하는 가스공급부(1)와, 상기 반응 가스를 이용하여 실제 웨이퍼 상에 증착 공정이 이루어지는 챔버(2)와, 상기 웨이퍼의 증착 공정 조건을 만들기 위해 상기 챔버(2) 내부의 압력을 진공으로 만들고, 상기 증착 공정 시 상기 챔버(2) 내부의 압력을 일정하게 유지하도록 펌핑하는 배기부(3)로 구성된다.
여기서, 상기 가스 공급부(1)는 상기 웨이퍼 상에 증착되는 물질을 함유하는 상기 반응가스와 불활성 기체를 상기 챔버(2) 내부로 일정한 유량으로 공급한다. 이때, 상기 반응가스는 SiH4 + O2 또는 3SiH2Cl2 + 4NH3 가스를 사용하며, 상기 웨이퍼 표면에 실리콘 산화막 또는 실리콘 질화막을 형성시킨다.
또한, 상기 챔버(2)는 상기 반응가스를 일정한 온도 및 압력에서 증착 공정 조건에 따라 상기 웨이퍼 상에 균일한 상기 실리콘 산화막 또는 실리콘 질화막을 형성할 수 있도록 분위기를 제공한다.
따라서, 화학기상증착설비는 챔버 내부에서 일정한 온도 및 압력의 증착 조건으로 상기 웨이퍼 상에 박막을 형성할 수 있다.
또한, 상기 웨이퍼 상에 박막 형성 공정 중 또는 완료된 후 상기 가스 공급부를 통하여 상기 챔버(2) 내부에 질소 가스와 같은 퍼지 가스를 공급하여 상기 챔버(2)의 내부를 퍼지할 수도 있다.
이때, 상기 배기부(3)는 상기 챔버(2) 내부의 압력을 균일하게 유지하기 위 해 다음과 같이 구성되어 있다. 상기 챔버(2)와 연통하는 배기관(4)을 통해 잔류 가스를 펌핑하는 배기 펌프(5)와, 상기 배기 펌프(5)와 상기 챔버(2)사이의 상기 배기관(4)에 설치되어 상기 챔버(2) 내부의 압력을 조절하는 자동압력조절 밸브(6)와, 상기 챔버(2) 내부의 퍼지 시 상기 배기관(4)을 차단하는 에어 밸브(7)와, 상기 자동압력조절 밸브(6)에 의해 조절되는 상기 챔버(2) 내부의 압력을 감지하는 바라트론 센서(8)를 포함하여 이루어진다.
또한, 상기 퍼지 가스로부터 상기 자동압력조절 밸브(6)를 보호하도록 상기 에어 밸브(7)의 전단의 상기 배기관(4)에서 분기되어 상기 자동압력조절 밸브(6)의 후단의 상기 배기관(4)에 연결되는 퍼지 라인(9)을 통해 상기 챔버(2) 내부에 공급되는 상기 퍼지 가스를 바이패스시키기 위한 퍼지 밸브(10)를 포함한다.
도시하지 않았지만, 상기 바라트론 센서(8)의 압력감지 신호를 이용하여 상기 챔버(2) 내부의 압력을 인식하고 상기 자동압력조절 밸브(6)를 제어하는 자동압력조절 제어부를 더 포함하여 이루어진다.
여기서, 상기 자동압력조절 제어부는 상기 자동압력조절 밸브(6)를 제어하는 신호를 출력하여 상기 자동압력조절 밸브(6)의 개폐 정도를 제어함으로써 챔버(2) 내부의 압력을 조절하도록 한다.
이때, 상기 바라트론 센서(8)는 상기 자동압력조절 제어부에 압력감지 신호를 출력함에 있어서, 온도 또는 외부적인 요인에 의하여 상기 압력값에 따른 상기 압력감지 신호의 영점값 및 스판값이 달라질 수 있기 때문에 작업환경에 따라 작업자 또는 제조사에서 영점 조절 및 스판 조절이 가능하도록 제조된다.
그러나, 챔버(2)의 내부에 공급된 상기 반응가스에 의해 상기 바라트론 센서(6)의 내부에 파우더 성분이 발생되어 압력에 따른 상기 바라트론 센서(6)의 영점값 및 스판값이 설정치를 벗어나 상기 바라트론 센서의 압력측정불량이 발생한다.
따라서, 종래 기술에 따른 화학기상증착설비의 배기장치는 작업자에 의해바라트론 센서(5)를 정기적으로 점검되고, 스판(span) 조절 또는 영점 조절이 이루어지거나 상기 바라트론 센서(5)가 교체되어 화학기상증착설비의 압력조절 원활히 이루어질 수 있도록 유지관리 된다.
하지만, 종래 기술에 따른 저압화학기상증착설비의 배기장치는 다음과 같은 문제점이 있었다.
종래 기술에 따른 저압화학기상증착설비의 배기장치는 챔버 내부에서 증착 공정이 진행되는 도중에 바라트론 센서(8)의 영점값 및 스판값이 설정치를 벗어나 챔버(2) 내부의 정확한 압력을 측정하지 못하여 상기 증착공정의 불량을 야기할 수 있기 때문에 생산성을 떨어뜨리는 단점이 있었다.
본 발명의 목적은 종래 기술에 따른 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 바라트론 센서의 영점값 또는 스판값이 설정치를 벗어나더라도 증착 공정의 불량을 방지하여 생산성을 높일 수 있는 화학기상증착설비의 배기장치를 제공하는 데 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 저압화학기상증착설비의 배기장치는, 챔버와 연통하는 배기관을 통해 잔류 가스를 펌핑하여 배기 펌프와, 상기 배기 펌 프와 상기 챔버 사이의 상기 배기관에 설치되어 상기 챔버 내부의 압력을 조절하는 자동압력조절 밸브와, 상기 자동압력조절 밸브에 의해 조절되는 상기 챔버 내부의 압력을 감지하는 바라트론 센서와, 상기 챔버 내부의 압력을 감지하여 상기 바라트론 센서의 동작 불량을 파악하기 위해 상기 챔버와 상기 바라트론 센서 사이의 상기 배기관에 설치되는 보조 압력 센서와, 상기 바라트론 센서와 보조 압력 센서 각각의 압력감지 신호를 입력받아 상기 자동압력조절 밸브를 제어하는 제어 신호를 출력하는 자동압력조절 제어부를 구비함을 특징으로 한다.
이하, 본 발명에 따른 화학기상증착설비의 배기장치에 대하여 첨부된 도면을 참조하여 순차적으로 설명하기로 한다.
도 2는 본 발명에 따른 화학기상증착설비의 배기장치를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 2에 도시한 바와 같이, 본 발명에 따른 화학기상증착설비의 배기장치는, 챔버(102)와 연통하는 배기관(104)을 통해 잔류 가스를 펌핑하는 배기 펌프(105)와, 상기 배기 펌프(105)와 상기 챔버(102) 사이의 상기 배기관(104)에 설치되어 상기 챔버(102) 내부의 압력을 조절하는 자동압력조절 밸브(106)와, 상기 챔버(102) 내부의 퍼지 시 상기 배기관(104)을 차단하여 상기 자동압력조절 밸브(106)를 보호하는 에어 밸브(107)와, 상기 자동압력조절 밸브(106)에 의해 조절되는 상기 챔버(102) 내부의 압력을 감지하는 바라트론 센서(108)와, 상기 바라트론 센서(108)의 압력 측정치와 비교하여 상기 바라트론 센서(108)의 영점값 및 스판값이 설정치를 벗어남을 인식하기 위해 상기 챔버(102) 내부의 압력을 측정하는 피라니 센서(111)를 포함하여 구성된다.
도시하지는 않았지만, 상기 바라트론 센서(106)에서 출력되는 제 1 압력감지 신호 및 상기 피라니 센서에서 출력되는 제 2 압력감지 신호를 이용하여 상기 챔버(102) 내부의 압력을 인식하고 상기 자동압력조절 밸브(106)를 제어하는 자동압력조절 제어부를 더 포함하여 이루어진다.
여기서, 상기 바라트론 센서(108)는 가스 공급부(1)로부터 공급된 반응가스를 이용하여 웨이퍼 상에 박막을 균일하게 형성하기 위해 상기 챔버(102) 내부의 압력을 감지한다. 또한, 상기 바라트론 센서(108)는 상기 챔버(1022) 내부에 웨이퍼를 로딩/언로딩할 경우 배기관(104)을 통해 상압 상태의 상기 챔버(102) 내부 진공도를 감지하는 고압 바라트론 센서와, 상기 챔버(102) 내부를 펌핑하거나, 웨이퍼 상에 박막을 형성할 경우 저압 상태의 상기 챔버(102)와 연통하는 상기 배기관(103)의 진공도를 감지하는 저압 바라트론 센서를 포함하여 복수개로 구성될 수도 있다.
그러나, 상기 바라트론 센서(108) 영점 조절이 틀어질 경우, 상기 바라트론 센서(108)가 상기 챔버(102) 내부의 압력을 감지하여 상기 자동압력조절 제어부에 출력하는 상기 제 1 압력감지 신호에 오류가 발생되고, 상기 자동압력조절 제어부에 의해 제어되는 자동압력조절 밸브(106)의 동작이 원활하게 이루어지지 않아 챔버(102) 내부의 압력이 균일하게 유지되지 않기 때문에 증착공정의 불량을 야기할 수 있다.
따라서, 본 발명의 화학기상증착설비의 배기장치는 피라니 센서(111)와 같은 보조 압력 센서를 기준압력계로 사용하여 상기 바라트론 센서(108)의 영점값 및 스판값이 설정치를 벗어남을 파악할 수 있도록 함으로써 증착공정의 불량을 감소시킬 수 있다.
이때, 상기 피라니 센서(111)의 압력 측정치는 작업자가 유관으로 확인하여 증착 공정 중 또는 완료 후 상기 바라트론 센서의 영점 조절을 하거나, 상기 자동압력조절 제어부에서 상기 바라트론 센서(108)의 압력 측정치와 비교하여 일정치 이상의 편차가 발생할 경우 인터락 또는 경고표시를 하도록 하여 증착 공정 중 또는 완료 후 상기 바라트론 센서(108)의 영점 조절을 시행함으로써 증착공정의 불량을 최소화할 수 있다.
도 3은 본 발명에 따른 화학기상증착설비의 배기장치를 개략적으로 도시한 블록도로서, 챔버(102) 내부의 압력을 감지하여 제 1 압력감지 신호를 출력하는 저압 바라트론 센서(108)와, 상기 바라트론 센서(108)의 영점값 및 스판값의 틀어짐이 발생함을 인식하기 위해 상기 바라트론 센서(108)의 압력 측정치와 비교되는 챔버 압력을 측정하여 제 2 압력감지 신호를 출력하는 피라니 센서(111)와, 상기 제 1 및 제 2 압력감지 신호를 이용하여 상기 챔버(102) 내부의 압력을 제어하기 위해 제어 신호를 출력하는 자동압력조절 제어부(112)와, 상기 자동압력조절 제어부(112)에서 출력되는 제어 신호를 이용하여 상기 챔버(102) 내부의 압력을 조절하는 자동압력조절 밸브(106)를 포함하여 이루어진다.
여기서, 상기 바라트론 센서(108) 및 피라니 센서(111)는 각각 상압(예컨대 약 1Torr 내지 1000Torr 정도)의 압력을 감지할 수 있으며, 상기 자동압력조절 제어부(112)는 상기 바라트론 센서(108) 및 피라니 센서(111)의 압력 측정치를 이용하여 상기 챔버(102) 내부의 압력을 제어할 수 있다.
도시하지는 않았지만, 상기 자동압력조절 제어부(112)의 제어신호에 의해 상기 바라트론 센서(108) 및 피라니 센서(111)의 각 압력 측정치를 표시하는 표시부를 더 포함하여 이루어진다.
도 4는 도2의 바라트론 센서를 상세하게 나타낸 구성단면도로서, 바라트론 센서(108)는 배기관(104)으로부터 박스(113) 내부의 공기의 급격한 유입 및 배출을 차단하는 배플(114)과, 상기 챔버(102) 내부의 압력에 따라 상기 박스(113) 내부에서 유동적으로 변화하는 다이아프램(115)과, 상기 다이아 프램(115)과의 거리를 이용하여 상기 캐패시터를 유도하는 전극 어셈블리(116)와, 상기 다이아프램(115)의 기준 진공을 만드는 기준압 진공관(118)과, 전압 인입선(117)을 통해 상기 전극 어셈블리(116)에 전원을 공급하고 상기 다이아프램(115) 및 전극 어셈블리(116)에 유도된 캐패시터 값으로부터 압력에 따른 출력전압을 제어하기 위한 스판 포트(119), 선형성(linearity) 포트(120) 및 영점 포트(121)가 형성된 제어판(122)으로 구성된다.
이때, 상기 다이아프램(115)은 상기 배기관(104)으로 유입 또는 배출되는 공기의 압력에 따라 좌우로 팽창할 수 있다.
따라서, 상기 바라트론 센서(108)는 상기 다이아프램(115)과 전극 어셈블리(116) 사이에 유도되는 캐패시터를 측정하여 상기 챔버(102) 내부의 압력을 감지하 고, 영점 포트와 스판(span) 포트에서 설정된 영점 조절 및 스판 조절에 따른 제 1 압력감지신호를 상기 자동압력조절 제어부(112)에 출력한다.
또한, 상기 베플(114)은 상기 챔버(102)의 내부의 압력이 급격하게 떨어져 상기 다이아프램(115)이 상기 배기관(104)쪽으로 과도하게 팽창하는 것을 방지함으로써, 상기 다이아프램(115)을 보호하는 역할을 한다. 이때, 허용할 수 있는 압력값보다 더 높은 압력에 의해 상기 다이아프램(115)이 급격하게 팽창할 경우, 상기 저압 바라트론 센서(108)의 기계적인 고장이나 영점에 치명적인 변화를 가져올 수도 있다.
또한, 상기 바라트론 센서(108)는 상기 잔류 가스에 의해 상기 다이아프램(115) 상에 파우더 성분이 발생할 경우, 상기 다이아프램(115)의 유동이 자유롭지 못하여 상기 스판값 및 영점값이 설정치를 벗어나 상기 챔버(102) 내부의 압력을 정확하게 측정하지 못한다.
따라서, 본 발명에 따른 화학기상증착설비의 배기장치는 이와 같은 바라트론 센서(108)의 영점값 및 스판값에 따른 압력 측정 불량을 방지하기 위해 상기 챔버(102) 내부의 압력을 측정하는 별도의 피라니 센서(111)를 더 구비하여 배기 시스템을 제어함으로써, 증착 공정의 불량을 감소시켜 생산성을 높일 수 있다.
본 발명은 구체적인 실시예에 대해서만 상세히 설명하였지만 본 발명의 기술적 사상의 범위 내에서 변형이나 변경할 수 있음은 본 발명이 속하는 분야의 당업자에게는 명백한 것이며, 그러한 변형이나 변경은 본 발명의 특허청구범위에 속한다 할 것이다.
이상에서 상술한 바와 같이 본 발명에 의하면, 바라트론 센서의 영점값 및 스판값에 따른 압력 측정 불량을 방지하기 위해 상기 챔버 내부의 압력을 측정하는 별도의 피라니 센서를 더 구비하여 증착 공정의 불량을 감소시킬 수 있기 때문에 생산성을 높일 수 있는 효과가 있다.

Claims (4)

  1. 챔버와 연통하는 배기관을 통해 잔류 가스를 펌핑하여 배기 펌프와,
    상기 배기 펌프와 상기 챔버 사이의 상기 배기관에 설치되어 상기 챔버 내부의 압력을 조절하는 자동압력조절 밸브와,
    상기 자동압력조절 밸브에 의해 조절되는 상기 챔버 내부의 압력을 감지하는 바라트론 센서와,
    상기 챔버 내부의 압력을 감지하여 상기 바라트론 센서의 동작 불량을 파악하기 위해 상기 챔버와 상기 바라트론 센서 사이의 상기 배기관에 설치되는 보조 압력 센서와,
    상기 바라트론 센서와 보조 압력 센서 각각의 압력감지 신호를 입력받아 상기 자동압력조절 밸브를 제어하는 제어 신호를 출력하는 자동압력조절 제어부를 구비함을 특징으로 하는 화학기상증착설비의 배기장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 보조 압력 센서는 피라니 센서를 사용함을 특징으로 하는 화학기상증착설비의 배기장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 자동압력조절 제어부는 상기 바라트론 센서 및 보조 압력 센서의 압력측정치가 일정이상의 편차가 발생할 경우 인터락 또는 경고표시를 출력함을 특징으로 하는 화학기상증착설비의 배기장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 자동압력조절 제어부는 상기 바라트론 센서 및 보조 압력 센서의 각 압력 측정치를 표시하는 표시부를 더 포함함을 특징으로 하는 화학기상증착설비의 배기장치.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR102705511B1 (ko) * 2024-07-18 2024-09-11 디에스이테크 주식회사 Efem 압력 모니터링 및 압력 제어 장치 및 방법

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