KR20060032043A

KR20060032043A - 불순물 흡착을 방지하기 위한 다이어프램식 압력센서

Info

Publication number: KR20060032043A
Application number: KR1020040081051A
Authority: KR
Inventors: 이경형
Original assignee: 삼성전자주식회사
Priority date: 2004-10-11
Filing date: 2004-10-11
Publication date: 2006-04-14

Abstract

본 발명은 반도체 제조 공정에서 산화 공정에 사용되는 확산로 내부의 압력을 측정하기 위한 다이어프램식 압력센서(Capacitance Diaphragm Gauge)에 관한 것이다.

본 발명은 하우징과 상기 하우징 내부에 설치된 다이어프램과 상기 다이어프램의 상부에 이격되어 설치된 고정 전극 및 상기 하우징 하부에 연결된 가스출입관을 포함하며 상기 다이어프램 및 고정 전극사이의 전기용량 변화를 측정함으로써 가스출입관으로부터 유입되는 가스의 압력을 측정하는 다이어프램식 압력센서에 있어서, 상기 하우징과 가스출입관에 히터를 부착한 것을 특징으로 한다.

본 발명에 의하면 다이어프램식 압력센서에 히터를 설치함으로써 센서 내부에 불순물의 흡착을 방지한다. 따라서 불순물 흡착에 따른 압력센서의 민감도가 감소하는 것을 방지할 수 있고, 또한 센서의 수명을 크게 연장시킬 수 있다. 또한 불순물 생성으로 인한 장비의 오염을 방지하여 전체 공정의 청정도 향상에도 도움이 된다.

반도체, 다이어프램, 압력센서

Description

불순물 흡착을 방지하기 위한 다이어프램식 압력센서{Capacitance Diaphragm Gauge for Preventing Particle Deposition}

도 1은 종래의 다이어프램식 압력센서가 부착된 장치를 나타낸 개략도이다.

도 2는 염화암모늄의 상태도이다.

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 다이어프램식 압력센서의 단면도이다.

< 도면의 주요부분의 부호에 대한 설명 >

100 : 하우징, 101 : 다이어프램,

102 : 고정전극, 107 : 가스출입관,

108, 109 : 히터

본 발명은 반도체 제조 공정에 사용되는 다이어프램식 압력센서(Capacitance Diaphragm)에 관한 것으로, 보다 상세하게는 산화 공정에 사용되는 확산로 내부의 압력을 측정하기 위한 다이어프램식 압력센서에 관한 것이다.

종래의 다이어프램식 압력센서에 대한 구성 및 원리에 대한 일례는 미국특허 3557621에 나타나 있다. 본 발명은 반도체 제조 공정에 적합한 다이어프램식 압력 센서에 관한 것이다.

반도체 제조 공정에 있어서 웨이퍼상에 질화규소(Silicon Nitride, Si₃N₄) 층을 형성시키는 것은 가장 중요한 공정 중 하나이다. 질화규소층은 웨이퍼상에 이산화규소(Silicon Dioxide, SiO₂) 층을 식각하는 데 있어 마스크(mask)로서 사용되기 때문이다. 질화규소를 생성하는 화학식은 다음과 같다.

상기 반응은 보통 확산로에서 이루어진다. 반도체 공정에 있어 다이어프램식 압력센서는 상기 반응이 진행되고 있는 확산로내의 압력을 측정하기 위해 일반적으로 사용된다.

이하 첨부된 도면을 참조하면서 종래의 다이어프램식 압력센서의 예를 살펴보고 그 문제점에 대해 알아보기로 한다.

대기상태(standby mode)에서 확산로(10) 내부는 대기압(760 torr)상태이고 압력밸브(14)는 닫혀 있다. 메인밸브(12)가 열리고 진공펌프(13)가 작동을 개시하면 확산로(10) 내부의 압력은 낮아지게 된다. 확산로(10) 내의 압력이 충분히 낮아지면 질화규소층 형성 반응이 시작된다. 확산로(10)의 내부 압력이 다이어프램식 압력센서(15)의 작동 범위보다 낮아지면 압력밸브(14)가 열리고 가스가 압력센서(15) 내부로 유입됨으로써 압력센서(15)가 압력을 측정하기 시작한다. 일반적으로 상기 공정에 사용되는 압력센서(15)의 작동범위는 약 10torr 이하이므로 확산로(10) 내부의 압력이 이보다 작으면 압력밸브(14)가 열린다. 확산로 내의 반응이 종료되면 다시 압력이 높아지고 이 압력이 압력센서(15)의 작동범위보다 높아지면 압력밸브(14)가 닫힌다.

확산로 내의 반응으로부터 생성된 가스 중 염화암모늄(NH₄Cl) 가스가 있다. 이 가스가 다이어프램식 압력센서(15)의 내부로 유입되고 분말을 형성하여 센서 내부에 흡착되면, 압력센서(15)의 민감도(sensitivity)에 영향을 줄뿐만 아니라 그 수명을 단축시키게 된다.

도 2는 염화암모늄의 상태도(phase diagram)이다. 도 2를 참조하면 염화암모늄 가스는 압력이 1 torr 일 때 약 150^oC 이하의 온도가 되면 응고된다. 따라서 압력센서(15) 내부의 압력이 1 torr 이고 내부 온도가 약 150^oC 이하라면 염화암모늄 가스는 응고되어 분말을 형성하고 이는 센서 내부에 흡착되거나 외부로 방출되게 된다.

염화암모늄이 압력센서 내부에서 분말을 형성하여 그 내부에 흡착되면 이는 제거하기가 거의 불가능하고 압력센서의 민감도를 떨어뜨리며 또한 압력센서의 수명을 크게 단축시킨다.

또한 흡착되지 않은 염화암모늄 분말이 압력밸브를 통해 흘러나가면 이는 불순물로써 반도체 제조 공정의 청정도에 악영향을 미치게 된다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해, 다이어프램식 압력센서에 히터를 설치함으로써, 센서 내부에 불순물의 흡착을 방지하여 장기간의 수명이 보장되고 보다 정밀한 압력 측정이 가능한 다이어프램식 압력센서를 제공하는 것을 기술적 과제로 삼고 있다.

상기 기술적 과제를 해결하기 위해 본 발명은 하우징과 상기 하우징 내부에 설치된 다이어프램과 상기 다이어프램의 상부에 이격되어 설치된 고정 전극 및 상기 하우징 하부에 연결된 가스출입관을 포함하며 상기 다이어프램 및 고정 전극사이의 전기용량 변화를 측정함으로써 가스출입관으로부터 유입되는 가스의 압력을 측정하는 다이어프램식 압력센서에 있어서, 상기 하우징과 가스출입관에 히터를 부착한 것을 특징으로 한다.

본 발명에 있어서 상기 히터는 열선으로 구성되는 것이 바람직하다.

또한 상기 히터는 상기 하우징과 가스출입관의 외면에 밀착하여 설치하는 것이 바람직하다.

이하 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다. 그러나 본 실시예가 이하에서 개시되는 실시예에 한정할 것이 아니라 서로 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예는 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다. 도면에서의 요소의 형상 등은 보다 명확한 설명을 강조하기 위하여 과장되게 표현된 부분이 있을 수 있으며, 도면상에서 동일 부호로 표시된 요소는 동일 요소 를 의미한다.

도 3을 참조하면, 본 발명은 하우징(100), 다이어프램(101), 고정전극(102), 가스출입관(107), 히터(108, 109)를 포함한다. 하우징(100)은 원통모양으로 그 하부에 가스출입관(107)이 있고, 그 상부에 게터펌프(Getter Pump, 104)가 설치된다. 다이어프램(101)은 일반적으로 금속재질의 박판으로 하우징(100) 내부의 중간 정도의 위치에 고정되어 설치된다. 고정전극(102)은 둥근 고리 모양의 전도체로써 하우징의 상부쪽으로 다이어프램(101)과 소정 간격으로 이격되어 설치된다. 세라믹원반(103)은 하우징(100)에 고정되어 설치되며, 고정전극(102)이 세라믹원반(103)의 하부에 고정된다. 하우징 하부의 가스출입관(107)은 하우징(100)과 일체로 구성되며, 압력밸브(미도시)가 연결되는 부분이다. 본 실시예에서 히터(108, 109)는 각각 하우징(100)과 가스출입관(107) 외면에 밀착되어 설치된다.

세라믹원반(103)과 하우징 상부 사이의 공간을 기준압력공간(106)이라 한다. 기준압력공간(106)내의 기준압력은 보통 10^-9 torr 정도로 극히 낮으며, 게터펌프(104)에 의해 이를 일정하게 유지한다. 다이어프램(101)과 하우징 하부 사이의 공간을 측정공간(105)이라 한다. 측정공간(105) 내의 압력은 보통 10^-3 torr 정도이다. 측정공간(105)과 기준압력공간(106) 사이의 압력의 최대 차이가 다이어프램식 압력센서의 측정 범위가 되며 이는 보통 다이어프램(101)의 특성에 따라 정해지게 된다.

다이어프램(101)과 고정전극(102)은 축전기(capacitor)의 역할을 한다. 축전기의 전기용량(capacitance, C)은 다음과 같이 정해진다.

상기 식에서 ε은 유전율, A는 전극의 단면적, d는 전극사이의 거리를 나타낸다. 즉, 가스출입관(107)을 통해 가스가 측정공간(105)내로 들어오면 가스 분자와의 충돌로 인하여 다이어프램(101)이 도 3에서 나타낸 실선과 같이 고정전극 방향으로 구부러진다. 이는 전극과 전극간의 거리가 작아지는 결과가 되므로 상기 식에 의하면 다이어프램(101)과 고정전극(102) 사이의 전기용량이 상대적으로 커진다. 이러한 전기용량의 변화를 측정함으로써 가스의 압력을 알 수 있다.

본 발명에 의한 다이어프램식 압력센서는 측정공간(105) 및 가스출입관(107)의 내부 온도를 염화암모늄 가스의 응고점이상으로 유지하기 위해 히터(108, 109)를 포함한다. 즉, 히터(108, 109)를 통해 하우징(100)과 가스출입관(107)의 내부를 가열함으로써 센서 내부의 온도를 150^oC 이상으로 유지하여 측정공간(105)과 가스출입관(107)을 드나드는 염화암모늄 가스가 응고되는 것을 방지한다.

기준압력공간(106)에는 염화암모늄 가스가 유입되지 않아 가열할 필요가 없으므로 측정공간(105)에 해당하는 부분, 즉 다이어프램(101)의 위치를 기준으로 아랫쪽에 해당하는 부분만 히터를 부착하는 것이 바람직하다. 도면에는 도시하지 않았으나 하우징(100)의 하부에도 히터를 부착함으로써 열전도 효율을 높일 수 있다. 또한 본 실시예에서는 하우징(100)을 가열하기 위한 히터(108)과 가스공급관(107)을 가열하기 위한 히터(109)를 분리하였으나 경우에 따라 일체형으로 만들 수 있을 것이다.

상기 히터로는 센서 내부의 온도를 일정 온도 이상으로 유지하기 위한 어떠한 가열 장치를 사용할 수 있으며, 예를 들어 방열기(radiator), 가스버너 등을 사용할 수 있다. 본 실시예에서는 히터를 열선으로 구성함으로써 센서의 소형화와 작업자의 안전을 도모하고 있다.

상기 히터(108, 109)는 측정공간(105)과 가스출입관(107) 내부의 온도를 높이기 위한 것이므로, 이를 위해 히터의 종류와 크기에 따라 압력센서 내외부를 불문하고 어디든지 설치가능하다. 다만 유지 보수를 편리하게 하고 열전도 효율을 높이기 위해, 히터를 하우징(100)과 가스출입관(107)의 외면에 밀착되도록 설치하는 것이 바람직하다. 더구나 히터가 열선으로 구성된다면 열선을 하우징(100)과 가스출입관(107) 외면에 밀착하여 설치하는 것이 간편하고 열전도 효율을 극대화할 수 있다.

본 발명에 의하면, 다이어프램식 압력센서에 히터를 설치함으로써 센서 내부에 불순물의 흡착을 방지한다. 따라서 불순물 흡착에 따른 압력센서의 민감도가 감소하는 것을 방지할 수 있고, 또한 센서의 수명을 크게 연장시킬 수 있다.

또한 불순물 생성으로 인한 장비의 오염을 방지하여 전체 공정의 청정도 향상에도 도움이 된다.

Claims

하우징;

상기 하우징 내부에 설치된 다이어프램;

상기 다이어프램의 상부에 이격되어 설치된 고정 전극; 및

상기 하우징 하부에 연결된 가스출입관을 포함하며

상기 다이어프램 및 고정 전극사이의 전기용량 변화를 측정함으로써 가스출입관으로부터 유입되는 가스의 압력을 측정하는 다이어프램식 압력센서에 있어서,

상기 하우징과 가스출입관에 히터를 부착한 것을 특징으로 하는 다이어프램식 압력센서
제 1항에 있어서,

상기 히터는 열선으로 구성되는 것을 특징으로 하는 다이어프램식 압력센서
제 1항에 있어서,

상기 히터는 상기 하우징과 가스출입관의 외면에 밀착되어 설치하는 것을 특징으로 하는 다이어프램식 압력센서