KR20060068700A - 압력센서의 상태 디스플레이부를 포함하는 반도체 소자제조 장치 - Google Patents

압력센서의 상태 디스플레이부를 포함하는 반도체 소자제조 장치 Download PDF

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Abstract

압력센서의 상태를 확인할 수 있는 반도체 소자 제조 장치에 관한 것으로, 특히 반도체 소자 제조 공정을 수행하는 반응튜브와 상기 반응튜브에 일단이 연결되는 진공배관과 상기 진공배관의 타단에 연결되어 상기 반응튜브를 예정값에 따른 진공상태로 유지시키는 진공펌프와 상기 진공배관에 연결되어 상기 반응튜브의 압력을 모니터하는 압력센서와 상기 예정값과 상기 압력센서의 출력값을 디스플레이하는 디스플레이부를 포함한다.
반도체, 압력센서, 디스플레이부

Description

압력센서의 상태 디스플레이부를 포함하는 반도체 소자 제조 장치{Semiconductor Device Manufacturing Apparatus Including Means For Displaying The Status Of Capacitance Manometer}
도 1은 종래 기술에 의한 압력센서의 구조를 나타내는 단면도이다.
도 2는 본 발명에 따른 반도체 소자 제조 장치의 개략도이다.
** 도면의 주요부분의 부호에 대한 설명 **
100 : 반응튜브,
200 : 진공배관,
210 : 진공펌프,
220 : 제1센서,
230 : 제2센서,
250 : 디스플레이부
본 발명은 반도체 소자 제조 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 압력센서의 상태를 확인할 수 있는 반도체 소자 제조 장치에 관한 것이다.
반도체 공정에 있어서 진공압을 정밀하게 측정하고 제어하는 것은 중요한 요소기술 중의 하나이다. 압력을 측정하기 위한 압력센서로는 정전용량식 압력센서(capacitance manometer)가 많이 사용되고 있다. 정전용량식 압력센서의 구성 및 원리에 대한 일례는 미국특허 3,557,621 에 나타나 있고, 미국특허 4,823,603 는 누설전류를 방지하여 보다 정밀한 압력을 측정할 수 있는 정전용량식 압력센서를 개시하고 있다.
도 1은 종래 기술에 의한 압력센서의 구조를 나타내는 단면도이다.
도 1을 참조하면, 압력센서(10)는 하우징(20), 다이어프램(30), 전극(40), 절연원반(50)을 포함한다.
하우징(20)은 보통 원통모양으로 하부에 가스출입관(60)이 있고, 상부에 게터펌프(70)가 설치된다. 가스출입관(60)은 밸브(미도시)를 통해 압력측정을 원하는 진공배관(미도시)과 연결되어 가스가 유입 및 유출된다.
다이어프램(diaphragm; 30)은 금속재질의 박판으로 하우징(10) 내부에 고정되어 설치된다. 전극(40)은 둥근 원반 모양의 전도체로써 하우징(20)의 상부 쪽으로 다이어프램(30)과 소정 간격으로 이격되어 설치된다. 절연원반(50)은 하우징(20)에 고정되어 설치되며, 전극(40)을 지지하는 역할을 하게 된다.
절연원반(50)과 하우징(20) 상부 사이의 공간을 기준압력공간(80)이라 한다. 기준압력공간(92)내의 기준압력은 보통 10-9torr 정도로 극히 낮으며, 게터펌프(getter pump; 70)에 의해 이를 일정하게 유지한다. 다이어프램(30)과 하우징(20) 하부 사이의 공간을 측정공간(90)이라 한다. 측정공간(90) 내의 압력은 압력센서(10)의 측정 영역에 따라 다르다. 측정공간(90)과 기준압력공간(92) 사이의 압력의 최대 차이가 압력센서(10)의 측정 범위가 되며 이는 다이어프램(30)의 특성에 따라 정해진다.
압력센서(10)의 압력 측정 원리를 간단하게 살펴보면, 다이어프램(30)과 전극(40)은 축전기(capacitor)의 역할을 한다. 가스출입관(60)을 통해 가스가 측정공간(90)내로 들어오면 가스 분자와의 충돌로 인하여 다이어프램(30)이 도 1에서 나타낸 점선과 같이 전극(40) 방향으로 구부러진다. 이는 결국 전극간의 거리가 작아지는 결과가 되므로 정전용량(capacitance)이 커진다. 이러한 정전용량의 크기 변화를 측정함으로써 가스의 압력을 측정한다.
상기의 압력센서가 사용되는 반도체 제조 공정 중 하나가 웨이퍼 상에 질화규소(Silicon Nitride, Si3N4) 층을 형성시키는 공정이다. 이는 반응튜브(process tube) 내에서 600oC 이상의 고온과 10-2 torr 이상의 진공상태에서 화학적 기상 침적(chemical vapor deposition)에 의해 이루어진다. 제품의 수율 향상을 위해서는 웨이퍼 상에 균일한 질화규소 층이 형성되어야 하며, 이를 위해서는 반응튜브 내부의 정확한 압력의 제어가 요구된다.
질화규소를 생성하는 반응식은 다음과 같다.
상기 질화규소 층 형성 반응으로부터 생성된 폐가스 중 염화암모늄(NH4Cl) 가스가 있다. 염화암모늄 가스는 압력이 1 torr 일 때 약 150oC 이하의 온도가 되면 응고되어 분말을 형성한다.
문제는 상기 염화암모늄 가스가 압력센서 내부로 유입되어 분말을 형성하거나 이미 형성된 염화암모늄 분말 등 불순물이 압력센서의 내부로 유입되는 것이다. 불순물이 압력센서 내부에서 다이어프램에 흡착되면 제거하기가 거의 불가능하고 다어어프램의 탄성에 영향을 주어 압력센서의 영점이 시프트(shift)된다. 압력센서의 영점이 바뀌면 이는 결국 반응튜브 내부의 압력 측정에 오차를 가져오므로 상기의 질화규소층 증착 반응에 영향을 주고 결과적으로 제품의 수율에 악영향을 끼치는 문제점이 발생한다.
또한 종래의 반도체 소자 제조 장치에 의하면 증착 공정이 진행 중인 동안에는 압력센서의 영점이 시프트되는 정도나 그 오차 정도를 알 수가 없고, 사전 예방 정비(preventive maintenance)를 할 때 일일이 압력센서의 상태를 확인해야 함으로써 공정이 지연되는 문제가 있다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 상기의 문제점을 해결하기 위해 압력센서가 정확한 압력을 측정하는지 여부를 간단히 확인할 수 있는 반도체 소자 제조 장치를 제공하는 데 있다.
상기 기술적 과제를 해결하기 위해 본 발명은 반도체 소자 제조 공정을 수행하는 반응튜브와 상기 반응튜브에 일단이 연결되는 진공배관과 상기 진공배관의 타단에 연결되어 상기 반응튜브를 예정값에 따른 진공상태로 유지시키는 진공펌프와 상기 진공배관에 연결되어 상기 반응튜브의 압력을 모니터하는 압력센서와 상기 예정값과 상기 압력센서의 출력값을 디스플레이하는 디스플레이부를 포함한다.
상기 디스플레이부는 상기 압력센서의 출력값이 상기 예정값이 다르면 알람을 표시하는 것이 바람직하다.
한편, 상기 압력센서는 상기 진공배관에 제1밸브를 통해 연결되는 제1센서와 상기 진공배관에 제2밸브를 통해 연결되는 제2센서를 포함하는 것이 바람직하며, 상기 제1밸브가 열리는 주기는 상기 제2밸브가 열리는 주기보다 더 작은 것이 바람직하다. 또한 상기 디스플레이부는 제1센서의 출력값이 상기 제2센서의 출력값이 다르면 알람을 표시하는 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 요소를 의미한다.
도 2는 본 발명에 따른 반도체 소자 제조 장치의 개략도이다.
도 2를 참조하면, 본 발명에 의한 반도체 소자 제조 장치는 반응튜브(100), 진공배관(200), 진공펌프(210), 제1센서(220), 제2센서(230), 디스플레이부(250)를 포함한다.
반응튜브(100)는 종형의 외측튜브(110)와 외측튜브(110)의 내부에 내측튜브(120)를 포함한다. 외측튜브(110)는 상부는 닫히고 하부는 열린 구조이나, 내측튜브(120)는 상부와 하부가 개방된 원통형태이다. 외측튜브(110)의 외부에는 외측튜브(110) 내부를 반응온도로 가열하기 위한 히터(150)가 설치된다.
웨이퍼(W) 상에 질화규소층을 증착시키기 위해서는 암모늄(NH3)이나 디클로로실란(SiH2Cl2) 등과 같은 반응가스가 필요하다. 상기와 같은 반응 가스를 공급하기 위해 내측튜브(120)의 내부에 쿼츠 재질로 제작된 노즐(140)이 설치된다.
반응튜브(100)에는 내부를 일정한 압력으로 유지시키기 위한 진공펌프(210)가 연결된 진공배관(200)이 연결된다. 진공펌프(210)는 반응튜브(100)의 내부 압력을 일정한 예정값(predetermined pressure)에 따른 진공상태로 유지시킨다. 진공배관에는 진공펌프(210) 뿐만 아니라 자동압력조절밸브(automatic pressure control valve; 미도시)와 같은 여러 장치가 설치될 수 있다.
상기와 같이 구성된 반응튜브(100)의 동작은 다음과 같다. 대기압(atmospheric pressure) 상태에서 공정을 진행할 웨이퍼(W)를 구동수단(미도시)에 의해 수직으로 이동시켜 내측튜브(120)내에 로딩시킨다. 그 다음 외측튜브(110) 및 내측튜브(120)의 내부를 일정한 예정값에 따른 진공압으로 만든다. 이 상태에서 히 터(150)에 의해 적당한 반응온도로 외측튜브(110)를 가열시킨 후, 노즐(140)을 통해 내측튜브(120)의 내부에 반응가스를 공급함으로써 공정이 진행된다. 공정이 끝나면 다시 반응튜브(100)의 압력을 대기압으로 맞춘 후 웨이퍼(W)를 언로딩시킨다.
상기와 같이 반응튜브(100) 내에서 웨이퍼(W)에 균일한 박막을 형성시키기 위해서는 반응튜브(100)의 압력을 정확히 조절하는 것이 필요하다. 제1센서(220)는 상기 반응튜브(100) 내부의 압력을 측정하고 제어하기 위해 진공배관(200) 상에 설치된다. 제1센서(220)의 유지보수와 보호를 위해 제1센서(220)와 진공배관(200) 사이에는 제1밸브(225)가 설치된다.
디스플레이부(250)는 제1센서(220)에 연결되어 출력값을 읽어들인다. 또한 디스플레이부(250)는 진공펌프(210)를 제어하는 제어부(미도시)에 연결되어 진공펌프(210)를 통해 반응튜브(100)의 압력을 유지하도록 하는 예정값을 읽어들인다. 디스플레이부(250)는 상기 예정값과 상기 제1센서(220)의 출력값을 디스플레이하여 작업자가 양자의 값을 비교하여 확인할 수 있도록 한다. 즉 종래의 반도체 소자 제조 장치에는 압력센서의 출력값이 예정값과 같은지를 직접 비교할 수 있는 방법이 없었으나 본 발명에 의하면 간단하게 양자를 비교할 수 있다.
예정값과 제1센서(220)의 출력값의 비교를 편리하게 하기 위해 양자의 단위는 같도록 한다. 예를 들어 예정값이 압력이라면 제1센서(220)의 출력값(전압 또는 전류)을 이에 대응한 압력으로 변환하여 디스플레이하는 것이 작업자가 비교하기가 편리하다.
또한 디스플레이부(250)는 상기 예정값과 상기 제1센서(220)의 출력값에 차 이가 발생하면 알람을 표시한다. 양자의 차이가 발생하면 불순물 등의 유입으로 제1센서(220)의 영점이 시프트되었거나 파손이 된 것이므로 작업자에게 알람을 이용하여 바로 알려서 영점 조정 등의 조치를 취하도록 한다. 이로써 보다 압력센서의 영점 시프트로 인한 오차를 방지한다. 알람을 표시하는 방법으로는 직접 디스플레이부(250)를 통해 표시하는 것, 경고음을 발생시키는 것, 인터록(interlock)을 발생시키는 것 등이 있다.
예정값과 제1센서(220)의 출력값을 비교하는 것이 제1센서(220)의 정상작동 유무를 판별하기 위해 바람직할 수도 있으나 반드시 예정값대로 반응튜브(100) 내부의 압력이 형성되는 것은 아니다. 따라서 본 발명에서는 제2센서(230)를 진공배관(200) 상에 추가하고 제2센서(230)의 출력값도 디스플레이부(250)를 통해 디스플레이한다. 제2센서(230)는 제1센서(220)와 마찬가지로 제2밸브(235)를 통해 진공배관(200)과 연결된다. 제1센서(220)와 제2센서(230)는 동일한 측정 범위와 정밀도를 갖는 것이 바람직하다.
제1센서(220)와 제2센서(230)는 동일한 센서이므로 양자의 출력값이 같아야 정상적으로 동작을 하고 있는 것이다. 만약 양자의 값이 다르면 디스플레이부(250)를 통해 알람을 표시한다. 즉 양자의 차이가 발생하면 불순물 등의 유입으로 제1센서(220)의 영점이 시프트되었거나 파손이 된 것이므로 작업자에게 알람을 이용하여 바로 알려서 영점 조정 등의 조치를 취하도록 한다.
제1센서(200)와 제2센서(230)를 똑같이 개폐하여 사용한다면 양 센서는 불순물의 유입 등으로 인한 오염으로 똑같이 영점 시프트가 발생할 수 있다. 본 발명에 서 제2센서(230)는 반응튜브(100)의 압력을 제어하기 위한 것이 아니고 제1센서(220)의 정밀도를 판단하기 위한 기준센서로서의 역할을 수행하는 것이므로 항상 압력을 측정할 필요는 없다. 즉 제2센서(230)는 제1센서(220)의 정밀도를 확인할 필요가 있을 경우에만 제2밸브(235)를 열어 압력을 측정하면 충분하다.
따라서 본 발명에서는 제1센서(220)는 웨이퍼(W)에 박막을 증착시키는 매 공정마다 제1밸브(225)를 열어 압력을 측정하지만 제2밸브(235)는 2~3회의 공정이 지난 후에만 열려 압력을 측정하도록 한다. 즉 제1밸브(225)가 열리는 주기는 제2밸브(235)가 열리는 주기보다 더 작다. 이와 같이 동작시킨다면 제2센서(230)는 불순물의 유입으로 인한 오염이 훨씬 줄어 그 측정값은 기준값으로 신뢰성을 가질 수 있다.
본 발명에 의한 반도체 소자 제조 장치의 동작을 이하에서 설명한다.
반응튜브(100) 내부에 웨이퍼(W) 상에 증착 공정이 시작되면 제1밸브(225)가 열리고 제1센서(220)를 통해 압력을 측정하기 시작한다. 이 때 작업자는 예정값과 제1센서(220)의 출력값을 디스플레이부(250)를 통해 비교하여 제1센서(220)가 정상적으로 동작하는지 여부를 바로 확인할 수 있다. 또한 양자의 차이가 나타나면 디스플레이부(250)가 알람을 표시하여 바로 작업자에게 알린다. 작업자는 만약 제1센서(220)의 출력값이 작동 오차를 벗어나면 유지 보수 시점에 영점을 재조정하거나 제1센서(220)를 교체한다.
또한 제1센서(220)의 출력값과 제2센서(230)의 출력값도 디스플레이부(250)를 통해 바로 비교할 수 있다. 작업자는 만약 양자의 차이가 작동 오차를 벗어나면 유지 보수 시점에 영점을 재조정하거나 제1센서(220)를 교체한다.
상기에서 상술한 바와 같이 본 발명에 의한 반도체 소자 제조 장치에 의하면 압력센서의 상태를 바로 확인할 수 있어 압력센서의 영점 조정 또는 교체 시기를 알 수 있다.
또한 본 발명에 의하면 반응튜브 내의 압력 제어에 오차가 발생하는 것을 미리 방지할 수 있어 반도체 소자 제조의 생산성을 향상시킬 수 있다.

Claims (5)

  1. 반도체 소자 제조 공정을 수행하는 반응튜브;
    상기 반응튜브에 일단이 연결되는 진공배관;
    상기 진공배관의 타단에 연결되어 상기 반응튜브를 예정값에 따른 진공상태로 유지시키는 진공펌프;
    상기 진공배관에 연결되어 상기 반응튜브의 압력을 모니터하는 압력센서;
    상기 예정값과 상기 압력센서의 출력값을 디스플레이하는 디스플레이부를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자 제조 장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 디스플레이부는 상기 압력센서의 출력값이 상기 예정값이 다르면 알람을 표시하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자 제조 장치.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 압력센서는 상기 진공배관에 제1밸브를 통해 연결되는 제1센서와 상기 진공배관에 제2밸브를 통해 연결되는 제2센서를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자 제조 장치.
  4. 제 2항에 있어서,
    상기 제1밸브가 열리는 주기는 상기 제2밸브가 열리는 주기보다 더 작은 것을 특징으로 하는 반도체 소자 제조 장치.
  5. 제 2항에 있어서,
    상기 디스플레이부는 제1센서의 출력값이 상기 제2센서의 출력값이 다르면 알람을 표시하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자 제조 장치.
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