KR20060018048A

KR20060018048A - 반도체 제조설비의 개스리크 감지장치

Info

Publication number: KR20060018048A
Application number: KR1020040066383A
Authority: KR
Inventors: 이재선
Original assignee: 삼성전자주식회사
Priority date: 2004-08-23
Filing date: 2004-08-23
Publication date: 2006-02-28

Abstract

본 발명은 반도체 제조용 화학기상 증착장치에서 공정챔버의 개스 리크상태를 감지하여 인터록을 발생하는 개스리크 감지장치에 관한 것이다.

반도체 제조설비에서 공징 진행 시 잔류개스 리크로 인한 공정불량 발생을 방지하기 위해 프로세스모듈의 내부에 개스검출센서를 장착하여 설비가동전에 개스검출센서로부터 N2잔류개스의 압력을 감지하여 설정된 기준값을 벗어날 경우 인터록신호를 발생하여 설비의 가동을 홀드시키고 잔류개스 리크상태를 표시부에 표시하여 N2잔류 개스의 리크로 인한 공정 품질사고를 예방한다.

개스리크, PVD, CVD, N2잔류개스

Description

반도체 제조설비의 개스리크 감지장치{DEVICE FOR SENSING GAS LEAK OF SEMICONDUCTOR PRODUCT DEVICE}

도 1은 반도체소자 제조용 화학기상증착장치의 구성도

도 2는 잔류개스 분석기로 분석한 N2잔류개스의 피크치에 대한 스펙트럼을 나타낸 도면

도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 반도체 제조설비의 구성도

도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 N2잔류 개스 리크상태를 체크하여 인터록을 발생하기 위한 제어흐름도

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *

100, 102, 104: 제1 내지 제3 로드포트 200: 프론트엔드 시스템

202: 대기로봇 204: 대기얼라이너

300, 302: 제1 및 제2 로드락 챔버 400: 이송모듈

402: 베큠로봇 500, 502, 504, 506: 프로세스모듈

600, 602, 604, 606: 개스검출센서 700: 콘트롤러

702: 표시부

본 발명은 반도체 제조설비의 개스리크 감지장치에 관한 것으로, 특히 반도체 제조용 화학기상 증착장치에서 공정챔버의 개스 리크상태를 감지하여 인터록을 발생하는 개스리크 감지장치에 관한 것이다.

일반적으로 반도체장치는 웨이퍼 상에 사진, 식각, 확산, 화학기상증착, 이온주입, 금속증착 등의 공정을 선택적이고도 반복적으로 수행하게 됨으로써 이루어지고, 이들 반도체장치 제조공정 중 식각, 확산, 화학기상증착 등의 공정은 밀폐된 공정챔버 내에 소정의 분위기하에서 공정개스를 투입함으로써 공정챔버 내의 웨이퍼 상에서 반응토록 하는 공정을 수행하게 된다. 이러한 공정 수행 과정에서 공정을 마친 공정챔버는 반도체, 도체, 절연체 물질들로 다층의 박막을 적층하고 각 박막들에 필요한 패턴을 식각하여 회로소자를 형성함으로써 높은 집적도를 가진 정밀한 장치를 이루는 것이다. 반도체 장치의 제조에서 다양한 물질들로 박막을 형성하는 공정은 가장 필수적인 공정 가운데 하나이다. 박막을 적층하는 방법에는 몇가지가 있을 수 있으며, CVD, PVD, 열산화 등의 방법이 대표적이다 특히 많이 사용되는 방법이 CVD기법으로 공정챔버라는 한정된 공간에 웨이퍼를 위치시키고 진공 혹은 상압에서 소오스 가스를 인젝터를 통해 투입하고 히터에 의해 웨이퍼를 가열하면서 소오스 가스 사이의 화학반응으로 생기는 물질들이 웨이퍼 막으로 적층되도록 하는 방법이다. 공정의 효율을 높이기 위해 투입되는 소오스 플라즈마 상을 유도하기도 한다. 공정챔버를 진공으로 유지하기 위해 공정진행 중에 발생하는 부산물들과 미반응 가스들을 제거하기위해 챔버는 펌프에 설치된 배기관과 연결된다. 필요한 진공도에 따라 사용되는 진공펌프의 종류도 달라진다. 챔버내 공정이 상압에서 이루어지는 APCVD(Atmospheric Pressure CVD)의 경우 배기를 위해서는 별도의 고 진공펌프를 사용하는 것이 아니고 일반적인 배출펌프가 설치된 배기라인과 연결되는 형태가 된다.

이러한 공정챔버 내부의 잔류개스를 분석하는 잔류개스 분석장치를 구비한 반도체소자 제조용 화학기상증착장치가 도 1에 도시되어 있다.

도 1을 참조하면, 공정챔버(10)는 이중튜브, 즉 외측튜브(14)와 내측튜브(16)로 구성되어 있으며, 상기 공정챔버(10)에서는 증착공정 또는 플라즈마 공정, 확산공정, 화학기상 증착공정 등 다양한 공정이 수행될 수 있다. 로드록챔버(12)는 상기 공정챔버 하단에는 설치되어 있다. 공정수행을 위한 웨이퍼를 수용하는 보트(18)는 상기 공정챔버(10)와 로드록챔버(12) 사이를 엘리베이터(20)에 의해 상,하 구동될 수 있도록 구성되어 있다. 공정수행을 위한 공정개스를 공급하기 위한 개스공급라인(22)은 내측튜브(16)의 하부에 연결되어 있다. 상기 개스공급라인(22)은 각 공정개스 또는 크리닝개스를 밸브로 조절한다. 여러 개로 분리된 공정개스 공급라인과 밸브들(32, 34, 36, 38, 40)은 SiH4 공급원(24), PH3 공급원(26), N2 공급원(28), ClF3 공급원(30)의 개스를 제공한다. 상기 ClF3 공급원(30)은 후술하는 세정개스 공급원이다. 상기 개스공급관(22)은 상기 각각의 공정개스 또는 세정개스에 대하여 별도의 배관으로 형성될 수 있다.

한편, 공정수행 후의 폐개스는 배기펌프(44)에 의하여 배기관(42)을 통하여 스크러버(46)를 거쳐 세정된 후 배기 되어진다.

한편, 공정챔버(10) 내에서 발생되는 개스의 변화 메카니즘을 측정하기 위하여 상기 외측튜브(14)에는 샘플링포트(48)를 설치하며, 상기 샘플링포트(48)에는 유연성 있는 연결부(52)를 개재하여 샘플링 매니폴드(50)를 연결한다. 상기 샘플링 매니폴드의 샘플링관(54)은 스테인레스 재질로 되어 있으며 직경이 3/8 인치의 관을 사용하며, 일렉트로 폴리싱처리가 된 것을 사용한다. 상기 샘플링관(54)을 따라 순차적으로 제 1 에어밸브(62), 제 2 에어밸브(66), 제 1 아이솔레이션밸브(68), 제 2 아이솔레이션밸브(70), 제 3 아이솔레이션밸브(72) 및 게이트밸브(74)가 형성되어 있다. 상기 제 1 및 제 2 아이솔레이션밸브(68)(70)에는 각기 100마이크론의 오리피스가 형성되며, 제 3 아이솔레이션밸브(72)에는 250 마이크론의 오리피스가 형성되어 있다.

한편, 상기 샘플링 매니폴드(50)에는 샘플링을 하지 않는 동안에도 정상적으로 퍼지개스를 공급할 수 있도록 N2 공급원(56)이 설치되며, 상기 N2 공급원(56)으로부터 분기점(58)을 경유하여 하나는 상기 제 1 에어밸브(62)에 연결되고 다른 하나는 제 2 에어밸브(66)에 연결되어 있다. 또한 상기 제 1 아이솔레이션밸브(68)와 제 2 아이솔레이션밸브(70) 사이에는 CM 게이지(76)가 설치되며, 이 사이에서 샘플링관(54)은 분기되어 샘플링용 펌프(90)를 경유하여 상기 스크러버(46)에 연결된다.

한편, 상기 게이트밸브(74)가 형성된 샘플링관(54)의 후단에는 잔류개스분석 기(80)가 연결된다. 상기 개스분석기는 상용화된 RGA-QMS(Residual Gas Analyzer - Quadrupole Mass Spectrometer)를 사용하였으며, 이는 질량분석기(84)를 포함하며, 터보펌프(86)와 베이킹용 펌프(88)를 통과하여 상기 스크러버(46)에 배관을 통해 연결된다. 상기 질량분석기(84)에는 이온게이지(82)가 설치되어 있다.

한편, 사용되는 ClF3 개스는 폴리실리콘, 실리콘 나이트라이드, 실리콘 그라스, 텅스텐 실리사이드의 세정에 사용되는 세정개스로서, 플라즈마상태가 아닌 저온 상태에서도 세정공정이 가능하며, 화학적 선택성이 뛰어나 플라즈마가 도달할 수 없는 부분까지 식각이 가능하며, 웨이퍼 표면상에 파티클의 발생이 적다는 장점을 가지고 있으며, 일반적으로 불활성개스인 PN2에서 20 ± 5 체적 % 로 희석되어 사용된다. 그리고, 공정챔버 내의 막질을 균일하게 식각하기 위하여 공정챔버의 압력은 가능하면 낮을수록 좋은 반면 식각속도를 증가시키기 위해서는 식각개스의 비율이 높을수록 좋게된다. ClF3개스가 도입되기 전에 공정챔버는 ClF3개스의 보일링 포인트보다 높게 사전에 가열하는 것이 좋으며, 만족할 만한 식각속도를 얻기 위해서는 400℃ 보다 높게하는 것이 바람직하다. ClF3개스는 반응성이 매우 강한 개스로서 식가속도가 너무 빠르면 튜브 자체가 식각되어 튜브의 두께가 얇아지게 되어 수명을 단축하게 할 수 있으며, 개스분산시스템(Gas Distribution System; GDS)내의 미량의 수분에 의해서 농축이 일어나 진공시스템의 손상을 일으킬 수 있기 때문에 퍼지 사이클이나 세정시간의 조절이 매우 중요하다. 또한 ClF3개스의 공급배관은 ClF3개스의 성질로 인하여 니켈, 모넬(Monel), 하스텔로이(Hastelloy), 316L 스테인레스 스틸과 폴리머등이 사용된다.

한편, 상기 잔류개스분석기(80)로 사용된 RGA-QMS(Residual Gas Analyzer - Quadrupole Mass Spectrometer)는 상용화 된 것으로서, 공정챔버 내에 사용중이거나 잔류중인 개스를 샘플링하여 70 eV의 전위차로 가속된 전자와 충돌시켜 이온화시킨 후 사중극자 질량분석기(Quadrupole Mass Spectrometer)를 이용하여 직류와 교류를 일정하게 유지하며 전압의 크기에 따라 특정의 질량대 전하비를 갖는 이온만을 통과하게 하여 질량 스펙트럼을 얻게 된다. 이때 분열에 의해 얻어지는 이온들의 조성으로 개스상의 메카니즘을 확인할 수 있게 된다. RGA-QMS는 이동가능한 시스템으로 구성되며, 스퍼터링공정에서 일반적으로 사용되는 오아이에스(Open Ion Source ; OIS)와 달리 이온소오스가 차등 진공하에 있는 시아이에스(Closed Ion Source ; CIS)로 되어 벌크 개스 뿐만아니라 공정개스의 분석이 가능하다.

이와 같은 반도체소자 제조용 화학기상증착장치는 가스 배기라인에 벨로우즈(Bellows)와 같은 가요성(可撓性)의 관이 주로 사용되고 있는데, 벨로우즈가 찢어지거나 미세한 구멍 등이 발생되었을 경우에는 작업자가 인지하지 못하는 사이에 배기능력이 저하되어 잔류개스 분석기(80)를 통해 챔버 내의 잔류개스를 확인한다. 이때 도 2의 B는 잔류개스가 리크되지 않는 정상상태의 피크치를 나타내며, 잔??개스가 리크되는 도 2의 A와 같이 피크치가 정상상태의 피크치보다 1/3정도가 높게 나타나게 되어 공정불량이 발생하는 문제가 있었다.

그런데 대부분의 반도체 공정설비는 베이스 베큠(BASE VACUUM) 확인을 통해 리크유무를 판단하여 적은 량의 잔류개스 리크 시 베이스 베큠 확인을 통해 리크상태를 확인할 수 없는 문제가 있었다.

따라서 본 발명의 목적은 상기와 같은 문제를 해결하기 위해 반도체 제조설비에서 공징 진행 시 잔류개스 리크로 인한 공정불량 발생을 방지하기 위해 잔류개스의 리크를 감지하여 인터록을 발생하는 개스리크 감지장치를 제공함에 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 반도체 제조설비의 적어도 하나 이상의 프로세스모듈을 갖는 반도체 제조설비의 개스리크 감지장치는, 상기 프로세스모듈의 내부에 설치되어 N2개스의 압력을 측정하는 적어도 하나 이상의 개스검출센서와, 상기 개스검출센서로부터 검출된 N2개스 압력값을 받아 미리 설정된 기준값과 비교하여 미리 설정된 기준값을 벗어날 경우 인터록발생 및 개스리크상태 표시제어신호를 출력하는 콘트롤러와, 상기 콘트롤러의 제어에 의해 개스리크상태 유무를 표시하는 표시부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

이하 본 발명에 따른 바람직한 실시 예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 그리고 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.

도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 반도체 제조설비의 구성도이다.

웨이퍼를 적재하고 있는 제1 내지 제3 로드포트들(LOAD PORT)(100, 102, 104)와,

대기상태에서 오염이 되지 않은 공간내에 상기 제1 내지 제3 로드포트(100, 102, 104)에 적재된 웨이퍼를 이송하기 위한 대기로봇(202)과, 상기 대기로봇(202)에 의해 이송된 웨이퍼를 정렬하기 위한 대기 얼라이너(ALIGNER)(204)를 구비하는 프론트엔드시스템(FRONT ENDSYSTEM)(200)과,

시스템 메인 프레임의 중앙에 위치하여 웨이퍼 적재를 위한 쉘프(shelf)를 구비하고 있으며, 상기 대기로봇(202)이 상기 제1 내지 제3 로드포트들(100, 102, 104)에 있는 웨이퍼를 제1 및 제2 로드락쳄버들(LOAD LOCK CMAMBER)(300, 302)로 이송하여 진공상태로 만들고, 웨이퍼를 프로세스모듈로 이송하고, 프로세스 진행이 완료된 웨이퍼를 상기 제1 및 제2 로드락쳄버들(300, 302)로 이송하기 위한 베큠로봇(402)이 설치된 이송모듈(400)과, 상기 이송모듈(400)에 각각 결합되어 반도체 제조공정을 수행하는 다수의 프로세스모듈들(500, 502, 504, 506)과, 상기 다수의 프로세스모듈들(500, 502, 504, 506)의 스페어포트(SPARE PORT)에 각각 설치되어 N2개스의 압력을 측정하는 다수의 개스검출센서들(600, 602, 604, 606)와, 상기 다수의 개스검출센서들(600, 602, 604, 606)로부터 검출된 N2개스 압력값을 받아 미리 설정된 기준값과 비교하여 미리 설정된 기준값을 벗어날 경우 인터록발생 및 개스리크상태 표시제어신호를 출력하는 콘트롤러(700)와, 상기 콘트롤러(700)의 제어에 의해 개스리크상태 유무를 표시하는 표시부(702)로 구성되어 있다.

도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 N2잔류 개스 리크상태를 체크하여 인터록을 발생하기 위한 제어흐름도이다.

상술한 도 3 및 도 4를 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예의 동작을 상세 히 설명한다.

제1 내지 제3 로드포트(100, 102, 104)에 적재되어 있는 웨이퍼를 대기로봇(202)이 이송하여 대기 얼라이너(204)에 얹어 놓으면 대기 얼라이너(204)는 이송된 웨이퍼를 정확하게 정렬한다. 그 다음에 대기로봇(202)은 로드락챔버(300, 302)의 쉘프로 웨이퍼를 하나 이상씩 이송하여 적재한다. 이렇게 제1 내지 제3 로드포트(100, 102, 104)에 적재되어 있는 웨이퍼가 모두 제1 로드락 쳄버(300)나 제2 로드락쳄버(302)로 이송이 완료되면 제1 및 제2 로드락쳄버(300, 302)는 도어를 닫고 불순물을 제거하고 베큠로봇(402)이 웨이퍼를 이송할 수 있도록 로드락을 진공상태로 만든다. 그런 후 이송모듈(400) 내의 베큠로봇(402)은 제1 로드락챔버(300)나 제2 로드락챔버(302)의 쉘프에 적재된 웨이퍼를 제1 에서 제4 프로세스모듈(500, 502, 504, 506)까지 공급하여 해당 프로세스를 진행한다. 프로세스가 진행되는 동안에 프로세스가 완료된 웨이퍼는 베큠로봇(402)에 의해 다시 제1 로드락쳄버(300)나 제2 로드락쳄버(302)의 쉘프로 이송되고 제1 로드락쳄버(300)나 제2 로드락쳄버(302)에 가스를 주입하여 상압으로 벤트(Vent)시키고 도어를 연다. 그러면 대기로봇(202)은 제1 로드락쳄버(300)나 제2 로드락쳄버(302)의 쉘프에 적재된 웨이퍼를 제1 로드포트(100)나 제2 로드포트(102) 및 제3 로드포트(104)로 이송시킨다. 이러한 동작을 반복 수행하여 다수의 웨이퍼에 대한 프로세스를 진행하도록 한다. 그런데 본 발명의 일 실시 에에서는 다수의 프로세스모듈들(500, 502, 504, 506)에서 웨이퍼에 대한 프로세스를 진행하기 전에 다수의 개스검출센서들(600, 602, 604, 606)에 의해 N2잔류개스의 압력을 감지한다. 다수의 개스검출센서들(600, 602, 604, 606)로부터 감지된 N2잔류개스의 압력은 콘트롤러(700)로 인가되며, 콘트롤러(700)는 미리 설정된 잔류개스 압력값과 비교하여 설정된 기준값을 벗어날 경우 인터록발생 및 개스리크상태 표시제어신호를 출력한다. 그러면 표시부(702)는 상기 콘트롤러(700)의 제어에 의해 각 프로세스 모듈별로 잔류개스 이상유무를 표시한다.

N2잔류 개스 리크상태를 체크하여 인터록을 발생하기 위한 제어 동작을 도 3의 흐름도를 참조하여 설명하면, 201단계에서 콘트롤러(700)는 에러가 발생되는지 검사하여 에러가 발생되지 않으면 206단계로 진행하고 에러가 발생되면 202단계로 진행한다. 상기 202단계에서 콘트롤러(700)는 다수의 개스검출센서(600, 602, 604, 606)로부터 압력이 감지되었는지 검사하여 압력이 감지되면 203단계로 진행한다. 상기 203단계에서 콘트롤러(700)는 상기 감지된 잔류개스 압력이 미리 설정된 기준값을 벗어나는지 검사하여 설정된 기준값을 벗어나면 204단계로 진행한다. 상기 204단계에서 콘트롤러(700)는 인터록신호를 발생하여 해당 프로세스 모듈을 홀드시키고 205단계로 진행한다. 상기 205단계에서 콘트롤러(70)는 프로세스모듈 별 잔류개스 리크상태를 표시부(702)에 표시되도록 한다. 그리고 206단계에서 잔류개스 리크발생 원인 규명 및 조치를 취하여 설비를 가동시킨다.

상술한 바와 같이 본 발명은 반도체 제조설비에서 프로세스모듈의 내부에 개스검출센서를 장착하여 설비가동전에 개스검출센서로부터 N2잔류개스의 압력을 감 지하여 설정된 기준값을 벗어날 경우 인터록신호를 발생하여 설비의 가동을 홀드시키고 잔류개스 리크상태를 표시부에 표시하여 N2잔류 개스의 리크로 인한 공정 품질사고를 예방하는 이점이 있다.

Claims

적어도 하나 이상의 프로세스모듈을 갖는 반도체 제조설비의 개스리크 감지장치에 있어서,

상기 프로세스모듈의 내부에 설치되어 N2개스의 압력을 측정하는 적어도 하나 이상의 개스검출센서와,

상기 개스검출센서로부터 검출된 N2개스 압력값을 받아 미리 설정된 기준값과 비교하여 미리 설정된 기준값을 벗어날 경우 인터록발생 및 개스리크상태 표시제어신호를 출력하는 콘트롤러를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 제조설비의 개스리크 감지장치.
제1항에 있어서,

상기 개스검출센서는 상기 프로세스모듈의 스페어포트에 설치함을 특징으로 하는 반도체 제조설비의 개스리크 감지장치.
제2항에 있어서,

상기 콘트롤러의 제어에 의해 개스리크상태 유무를 표시하는 표시부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 제조설비의 개스리크 감지장치.