KR20060029070A - 박막 증착 설비 및 배기 압력 조절 방법 - Google Patents

박막 증착 설비 및 배기 압력 조절 방법 Download PDF

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Abstract

개시된 박막 증착 설비 및 박막 증착 설비의 배기 압력 조절 방법에 관한 것이다. 본 발명에 의한 박막 증착 설비는 웨이퍼 상에 박막을 증착시키는 공정을 진행하는 내측 튜브와 내측 튜브의 외측에 설치되고 플랜지에 의해 내측 튜브와 밀봉상태로 결합되는 외측 튜브를 포함하는 튜브 유닛, 외측튜브 외측에 설치되며 공정이 진행되는 동안 상기 웨이퍼를 소정 온도로 가열하는 히터, 히터의 외측에 설치되어 히터를 감싸고 히터의 외측에 설치된 각종 부품들을 보호하는 히터 커버, 히터 커버와 연결되고 히터의 외부로 발생된 열을 외부로 배기시켜 히터의 외부 온도를 낮추는 배기관, 배기관에 설치되고 히터커버에서 배기관 쪽으로 배기되는 배기 압력을 감지하는 압력 감지 센서, 압력 감지 센서에서 감지한 배기 압력에 따라 배기관의 개폐 정도를 조절하는 압력 조절 밸브 및 압력 조절 센서 및 밸브와 전기적으로 연결되어 이들을 제어하는 제어부를 포함한다.
박막 증착 설비, 배기 장치, 배기 압력, 압력 감지 센서, 압력 조절 밸브

Description

박막 증착 설비 및 배기 압력 조절 방법{Thin film Deposition Equipment and Exaust Pressure Control Method}
도 1은 본 발명에 의한 박막 증착 설비의 단면도,
도 2는 본 발명에 의한 배기 압력 조절 방법의 순서도이다.
본 발명은 반도체 박막 증착 설비 및 배기 압력 조절 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 히터에서 발생된 열을 항상 동일한 압력으로 배기시키기 위한 박막 증착 설비 및 배기 압력 조절 방법에 관한 것이다.
일반적으로, 반도체 소자의 제조 공정은 크게 증착 공정, 사진 공정, 식각 공정 및 이온 주입 공정 등으로 구분되며, 이들 공정들을 반복적으로 수행하여 웨이퍼 상에 복수개의 반도체 소자들을 형성한다. 이들 제조 공정 중에서 웨이퍼 상에 박막을 증착시키는 증착 공정은 주로 화학기상증착(Chemical Vapor Deposition: 이하 "CVD"라 한다.)법에 의해 이루어진다. CVD는 가스 상태의 화학적 소스(Chemical source)를 확산로 내에 공급하고 웨이퍼 표면에 확산을 일으켜 웨이퍼 표면에 유전체막, 도전막 및 반도전막 등과 같은 박막을 생성시키는 기술이다.
이러한 CVD는 공정이 진행되는 확산로의 내부 압력에 따라 저압 CVD(LPCVD: Lower Pressure CVD), 상압 CVD(Atmospheric Pressure CVD)로 구분되며, 그 외에도 플라즈마 CVD(PECVD: Plasma Enhanced CVD) 및 광여기 CVD 등이 사용된다. 이중에서 LPCVD는 상압보다 낮은 압력에서 웨이퍼의 표면에 필요한 박막을 증착시키는 방법으로, 보통 종형확산로(Vertical diffusion furnace)가 사용된다.
종래의 종형확산로는 크게 내측 튜브(Inner tube), 외측 튜브(Outer tube), 플랜지(Flange), 히터(Heater) 및 히터 커버 등으로 구분된다.
내측 튜브는 석영으로 된 관으로, 웨이퍼가 적재된 보트가 투입되며 화학기상증착 공정이 진행되는 곳이다. 외측 튜브는 내측 튜브의 외측에 설치되며 내측 튜브의 내부를 밀폐시키는 역할을 한다. 그리고, 플랜지는 내측 튜브와 외측튜브를 지지하고, 내측 튜브 및 외측 튜브 내의 가스 및 진공압이 누설되는 것을 방지하기 위해서 내측 튜브와 외측 튜브를 밀봉시킨 상태로 결합시킨다.
히터는 외측튜브 외측에 설치되며 공정이 진행되는 동안 웨이퍼를 소정 온도로 가열한다. 히터 커버는 히터의 외측에 설치되어 히터를 감싸고, 히터의 외측에 설치되는 쿨링 장치, 각종 전선 및 부품들을 보호한다. 히터 커버는 열 배기 장치와 연결되는데, 열 배기 장치는 히터의 외부로 발생된 열로부터 쿨링 장치, 전선들 및 부품들을 보호하기 위해서 히터에서 발생된 열을 외부로 배기시켜 히터의 외부 온도를 낮춘다.
이러한 역할을 하는 배기 장치는 메인 배관, 메인 배관과 히터 커버를 연결시키는 연결관 및 연결관에 설치되어 배기 압력을 조절하는 압력 조절 밸브 등을 포함한다. 메인 배관에는 앞에서 설명한 종형확산로가 연결관을 매개로 복수개 연결되며, 각각의 연결관에는 압력 조절 밸브가 설치된다.
그러나, 종래의 압력 조절 밸브는 작업자가 압력 게이지를 보고 배기 압력을 조절하는 수동 밸브이기 때문에 종래의 배기 장치를 이용하여 히터에서 발생된 열을 외부로 배기시킬 경우 웨이퍼 상에 증착되는 막의 두께가 변화되는 막 증착 불량이 발생되는 문제점이 있다. 이는 수동으로 개폐시키는 압력 조절 밸브를 이용할 경우 압력 조절 밸브와 상관없이 메인 배관의 배기 압력의 세기 변화에 의해서 히터 커버를 통해 외부로 배기되는 압력이 변화되기 때문에 종형확산로 내부의 온도가 변화된다. 여기서, 메인 배관에 복수개 연결된 종형확산로의 압력 조절 밸브들 중 작업자의 실수에 의해 어느 하나의 압력 조절 밸브라도 원하는 값보다 더 많이 개방되거나 작게 개방될 경우 메인 배관의 배기 압력의 세기가 변화된다.
상술한 바와 같이 메인 배관의 배기 압력의 세기가 원하는 값보다 높을 경우 종형확산로 내부의 온도가 낮아져 원하는 박막의 높이보다 웨이퍼 상에 박막이 얇게 형성된다. 이와 반대로 메인 배관의 배기 압력의 세기가 원하는 값보다 낮을 경우 종형확산로 내부의 온도가 높아져 원하는 박막의 높이보다 웨이퍼 상에 박막이 두껍게 형성된다. 이러한 박막 증착 불량은 종형확산로에 수십 장에서 수백 장의 웨이퍼들이 한꺼번에 투입되어 증착공정이 진행되기 때문에 대량으로 발생된다.
따라서, 본 발명은 이와 같은 종래 문제점을 감안한 것으로써, 본 발명의 목적은 메인 배관의 배기 압력과 관계없이 히터 커버에서 메인 배관 쪽으로 배기시키 는 배기 압력을 항상 일정하게 유지시켜 박막 증착 불량을 방지하는 압력 조절 밸브를 제공하는데 있다.
이와 같은 목적을 달성하기 위해서 본 발명은 웨이퍼 상에 박막을 증착시키는 공정을 진행하는 내측 튜브와, 내측 튜브의 외측에 설치되고 플랜지에 의해 상기 내측 튜브와 밀봉상태로 결합되는 외측 튜브를 포함하는 튜브 유닛, 외측튜브 외측에 설치되며 공정이 진행되는 동안 웨이퍼를 소정 온도로 가열하는 히터 및 히터의 외측에 설치되어 히터를 감싸고 히터의 외측에 설치된 각종 부품들을 보호하는 히터 커버, 히터 커버와 연결되고 히터의 외부로 발생된 열을 외부로 배기시켜 히터의 외부 온도를 낮추는 배기관, 배기관에 설치되고 히터커버에서 배기관 쪽으로 배기되는 배기 압력을 감지하여 히터 커버에서 외부로 배기되는 배기 압력을 항상 일정하게 유지시켜주는 압력 조절 유닛 및 압력 조절 유닛과 전기적으로 연결되어 압력 조절 유닛을 제어하는 제어부를 포함하는 박막 증착 설비를 제공한다.
바람직하게 압력 조절 유닛은 히터커버에서 배기관 쪽의 배기되는 압력을 감지하는 압력 감지 센서, 히터커버 및 압력 감지 센서 사이에 설치되고 압력 감지 센서에서 감지한 배기 압력에 따라 개폐 정도를 조절하여 히터 커버에서 배기관 쪽으로 배기되는 압력을 항상 일정하게 유지시키는 압력 조절 밸브를 포함한다.
또한, 본 발명은 히터 커버에서 메인 배관 쪽으로 배기되는 압력을 실시간으로 감지하고 감지된 배기 압력 값을 제어부로 전달하는 단계, 제어부는 상기 감지된 배기 압력 값을 입력한 후 설정된 배기 압력 값과 감지된 배기 압력 값을 비교 하고 감지된 배기 압력 값이 기 설정된 배기 압력 범위 내에 포함되는 지를 판단하는 단계, 판단 결과 감지된 배기 압력 값이 기 설정된 배기 압력 범위 내에 포함되지 않으면 압력 조절 밸브에 제어신호를 전달하여 히터 커버에서 메인 배관 쪽으로 배기되는 압력이 기 설정된 압력 범위에 포함되도록 압력 조절 밸브의 개방 정도를 조절하는 단계를 포함하는 박막 증착 설비의 배기 압력 조절 방법을 제공한다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명에 의한 박막 증착 설비의 배기 장치 및 배기 압력 조절 방법의 바람직한 실시예를 상세히 설명하고자 한다.
도 1은 본 발명에 의한 박막 증착 설비의 단면도이다.
도 1을 참조하면, 박막 증착 설비(1)는 크게 종형 확산로(100) 및 배기 장치(200)로 구분된다.
종형 확산로(100)는 내측 튜브(110), 보트(120), 외측 튜브(130), 플랜지(140), 히터(150) 및 히터 커버(160) 등으로 구분된다.
내측 튜브(110)는 석영으로 된 관으로, 상부면이 개방되며 화학기상증착 공정이 진행되는 곳이다. 보트(120)는 공정이 진행될 웨이퍼(122)가 수십 장에서 수백 장씩 적층되는 곳으로, 실린더(도시 안됨)의 업/다운 동작에 의해 공정이 진행될 때 내측 튜브(110)의 내부로 투입된다. 외측 튜브(130)는 내측 튜브(110)의 외측에 설치되며 내측 튜브(110)의 내부를 밀폐시키는 역할을 한다. 그리고, 플랜지(140)는 내측 튜브(110)와 외측 튜브(130)를 지지하고, 내측 튜브(110) 및 외측 튜브(130) 내의 가스 및 진공압이 누설되는 것을 방지하기 위해서 내측 튜브(110)와 외측 튜브(130)를 밀봉시킨 상태로 결합시킨다.
히터(150)는 외측 튜브(130)의 외측에 설치되어 외측 튜브(130)를 감싸며 공정이 진행되는 동안 보트(120)에 적재된 웨이퍼(122)를 소정 온도로 가열한다. 히터 커버(160)는 히터(150)의 외측에 설치되어 히터(150)를 감싸고, 히터(150)의 외측에 설치되는 쿨링 장치(도시 안됨), 각종 전선(도시 안됨) 및 부품들(도시 안됨)을 보호한다. 미설명 부호 162는 히터 커버(160)의 내부로 공기가 유입되는 공기 유입구이다.
본 발명에 의한 배기 장치(200)는 히터(150)의 외부로 발생된 열을 외부로 배기시켜 히터(150)의 외부 온도를 설정된 온도로 낮추는 배기관(210), 히터 커버(160)에서 배기관(210) 쪽으로 배기되는 배기 압력을 감지하여 히터 커버(160)에서 외부로 배기되는 배기 압력을 항상 일정하게 유지시켜주는 압력 조절 유닛(240) 및 압력 조절 유닛(240)을 제어하는 제어부(270)를 포함한다.
배기관은 히터 커버(160)에서 배기된 열을 외부로 배기시키는 메인 배관(220) 및 메인 배관(220)과 히터 커버(160)를 연결시키는 연결관(230)으로 구성된다. 메인 배관(220)에는 앞에서 설명한 종형 확산로(100)가 연결관(230)을 매개로 복수개 연결된다.
압력 조절 유닛(240)은 압력 감지 센서(250) 및 압력 조절 밸브(260)로 구성된다. 압력 감지 센서(250)는 연결관(230)에 설치된다. 압력 감지 센서(250)는 히터 커버(160)에서 메인 배관(220) 쪽의 배기되는 배기 압력을 감지한다. 압력 조절 밸브(260)는 히터 커버(160)와 압력 감지 센서(250) 사이에 설치된다. 압력 조절 밸브(260)는 압력 감지 센서(250)에서 감지한 배기 압력에 따라 연결관(230)의 개 폐 정도를 조절하여 히터 커버(160)에서 메인 배관(220) 쪽으로 배기되는 압력을 항상 일정하게 유지시킨다.
제어부(270)는 압력 감지 센서(250) 및 압력 조절 밸브(230)와 전기적으로 연결된다. 제어부(270)는 압력 감지 센서(250)에서 감지한 배기 압력 값에 따라 압력 조절 밸브(260)로 제어신호를 전송하여 메인 배관(220)의 배기 압력 변화와 관계없이 히터 커버(160)에서 메인 배관(220) 쪽으로 배기되는 압력을 항상 일정하게 유지시키도록 제어한다.
도 2를 참조하여 박막 증착 설비의 배기 압력 조절 방법을 좀더 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 2는 본 발명에 의한 배기 압력 조절 방법의 순서도이다.
히터(150)의 외부로 발생된 열이 히터 커버(160)를 통해 연결관(230)으로 배기되기 시작하면, 연결관(230)에 설치된 압력 감지 센서(250)는 메인 배관(220) 쪽으로 배기되는 압력을 실시간으로 감지한다. 그리고, 압력 감지 센서(250)는 감지된 배기 압력 값을 제어부(270)로 계속 전달한다.
그러면, 제어부(270)는 압력 감지 센서(250)에서 전달된 배기 압력 값을 입력한다(S300).
이후, 제어부(270)는 압력 감지 센서(250)에서 감지한 배기 압력 값과 제어부(270)에 기 설정된 배기 압력 값을 비교하고, 감지된 배기 압력 값이 기 설정된 배기 압력 값의 범위 내에 포함되는 지를 판단한다(S310).
판단 결과, 감지된 배기 압력 값이 기 설정된 배기 압력 값의 범위 내에 포 함되지 않으면, 제어부(270)는 압력 조절 밸브(260)의 개방 각도를 조절하기 위한 소정의 제어신호를 전송한다(S320).
제어부(270)의 제어 신호를 입력한 압력 조절 밸브(260)는 개방 각도를 조절하여 히터 커버(160)에서 메인 배관(220) 쪽으로 배기되는 압력이 기 설정된 배기 압력 값의 범위 내에 포함되도록 연결관(230)의 개방 정도를 조절한다.
한편, S310에서 판단 결과 감지된 배기 압력 값이 기 설정된 배기 압력 범위 내에 포함되면, 제어부(270)는 압력 조절 밸브(260)에 동일한 제어 신호를 전송하여 압력 조절 밸브(260)의 조절 각도가 변경되지 않도록 한다.
이상에서 상세하게 설명한 바와 같이 히터 커버의 열을 외부로 배기시키는 배기관에 배기 압력을 감지하는 압력 감지 센서 및 압력 감지 센서에서 감지한 압력 배기 값에 따라 배기관의 개방 정도를 조절하는 압력 조절 밸브를 설치하면, 배기관의 배기 압력의 변화와 관계없이 히터 커버를 통해 배기관으로 배기되는 배기 압력 값을 항상 동일하게 유지시킬 수 있다. 따라서, 종형 확산로 내부의 온도가 공정 온도보다 높아지거나 낮아지는 것을 방지할 수 있어 박막 증착 불량을 방지할 수 있는 효과가 있다.

Claims (4)

  1. 웨이퍼 상에 박막을 증착시키는 공정을 진행하는 내측 튜브, 상기 내측 튜브의 외측에 설치되고, 플랜지에 의해 상기 내측 튜브와 밀봉상태로 결합되는 외측 튜브를 포함하는 튜브 유닛;
    상기 외측튜브 외측에 설치되며 공정이 진행되는 동안 상기 웨이퍼를 소정 온도로 가열하는 히터;
    상기 히터의 외측에 설치되어 상기 히터를 감싸고, 상기 히터의 외측에 설치된 각종 부품들을 보호하는 히터 커버;
    상기 히터 커버와 연결되고, 상기 히터의 외부로 발생된 열을 외부로 배기시켜 상기 히터의 외부 온도를 낮추는 배기관;
    상기 배기관에 설치되고, 상기 히터커버에서 상기 배기관 쪽으로 배기되는 배기 압력을 감지하여 상기 히터 커버에서 외부로 배기되는 배기 압력을 항상 일정하게 유지시켜주는 압력 조절 유닛; 및
    상기 압력 조절 유닛과 전기적으로 연결되어 상기 압력 조절 유닛을 제어하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 박막 증착 설비.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 배기관은 히터 커버들이 적어도 한 개 이상 연결되며 상기 히터에서 발생된 열을 외부로 배기시키는 메인 배관 및 상기 메인 배관과 상기 히터커버를 연결시키는 연결관을 포함하는 것을 특징으로 하는 박막 증착 설 비.
  3. 제 2 항에 있어서, 상기 압력 조절 유닛은
    상기 연결관 각각에 설치되고, 상기 히터커버에서 상기 메인 배관 쪽의 배기시키는 압력을 감지하는 압력 감지 센서;
    상기 히터커버 및 상기 압력 감지 센서 사이에 설치되고 상기 압력 감지 센서에서 감지한 배기 압력에 따라 상기 연결관의 개폐 정도를 조절하여 상기 히터 커버에서 상기 메인 배관 쪽으로 배기되는 압력을 항상 일정하게 유지시키는 압력 조절 밸브를 포함하는 것을 특징으로 하는 박막 증착 설비.
  4. 히터 커버에서 메인 배관 쪽으로 배기되는 압력을 실시간으로 감지하고 감지된 배기 압력 값을 제어부로 전달하는 단계;
    상기 제어부는 상기 감지된 배기 압력 값을 입력한 후 설정된 배기 압력 값과 상기 감지된 배기 압력 값을 비교하고, 상기 감지된 배기 압력 값이 상기 기 설정된 배기 압력 범위 내에 포함되는 지를 판단하는 단계;
    판단 결과 상기 감지된 배기 압력 값이 상기 기 설정된 배기 압력 범위 내에 포함되지 않으면, 상기 압력 조절 밸브에 제어신호를 전달하여 상기 히터 커버에서 상기 메인 배관 쪽으로 배기되는 압력이 상기 기 설정된 배기 압력 범위에 포함되도록 상기 압력 조절 밸브의 개방 정도를 조절하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 박막 증착 설비의 배기 압력 조절 방법.
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