KR20060070052A - 압력 측정 장치 및 이를 포함하는 반도체 소자 제조용 장비 - Google Patents

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Abstract

압력 측정 장치의 수명을 연장하고, 신뢰성을 향상시킬 수 있는 압력 측정 장치 및 이를 포함하는 반도체 소자 제조용 장비가 제공된다. 압력 측정 장치는 기체가 이동할 수 있도록 소정 부분이 개방된 진공관, 진공관 내부에 설치되어 기체 압력에 따라 온도가 변화하는 온도 변화부, 진공관 내부에 설치되어 온도 변화부 다수의 지점 온도를 각각 측정하는 다수의 온도 측정부, 다수의 온도 측정부에 연결되어 온도 측정부의 측정값들을 전달받아 이들에 대응하는 압력값으로 변환하는 압력 변환부 및 압력 변환부와 연결되어 압력값들을 서로 비교하는 비교부를 포함한다.
압력 측정 장치, 밸브, 신뢰성

Description

압력 측정 장치 및 이를 포함하는 반도체 소자 제조용 장비{Apparatus for reading pressure and semiconductor device manufacturing equipment employing the same}
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 압력 측정 장치의 개략 구성도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 압력 측정 장치를 상세히 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 압력 측정 장치를 구비한 반도체 소자 제조용 장비의 개략 단면도이다.
<도면의 주요 부분에 관한 부호의 설명>
10: 진공관 20: 온도 변화부
32: 제 1 온도 측정부 34: 제 2 온도 측정부
42: 제 1 압력 변환부 44: 제 2 압력 변환부
50: 비교부 60: 밸브
본 발명은 압력 측정 장치 및 이를 포함하는 반도체 소자 제조용 장비에 관 한 것으로서, 더욱 상세하게는 압력 측정 장치 내부로 부산물들이 유입되어 압력 측정 장치의 수명이 저하되는 것을 방지하고, 압력 측정 장치의 신뢰성을 향상시킬 수 있는 압력 측정 장치 및 이를 포함하는 반도체 소자 제조용 장비에 관한 것이다.
일반적으로 반도체 소자 제조 공정 중 반도체 기판에 박막을 형성하는 증착 공정이나 반도체 기판을 패터닝하는 식각 공정 등은 외부 환경과 차단된 고진공 상태의 공정 챔버에서 수행된다. 이러한 공정 챔버 내부를 고진공 상태로 형성하기 위해서 공정 챔버 내부의 공기를 강제로 배출시키는 진공 펌프가 구비된다.
이러한 공정 챔버와 진공 펌프는 진공 라인에 의해 연결되어 있고, 진공 라인에는 공정 챔버 내부의 진공 압력을 측정하기 위한 압력 측정 장치가 설치되어 있다. 대표적인 압력 측정 장치로는 열전쌍을 이용하여 압력을 측정하는 열전쌍 게이지(thermocouple guage)가 있다.
그런데, 공정 챔버에서 수행되는 반도체 소자 제조 과정에서는 반응 가스 등에 의해 부산물이 발생하여 진공 라인을 통해 배출되게 된다. 이 때, 진공 라인을 통해 배출되는 부산물들이 압력 측정 장치인 열전쌍 게이지 내로 유입되어 열전쌍 게이지의 열선을 오염시킨다.
이와 같이, 열전쌍 게이지의 열선이 오염될 경우 압력 측정 장치의 신뢰성이 저하되고, 열전쌍 게이지의 수명이 단축된다는 문제점이 있다. .
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 압력 측정 장치의 신뢰성을 향상시 키고, 수명을 연장시킬 수 있는 압력 측정 장치를 제공하는데 있다.
본 발명이 이루고자 하는 다른 기술적 과제는 이러한 압력 측정 장치를 포함하는 반도체 소자 제조용 장비를 제공하는데 있다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 이상에서 언급한 과제에 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위하여 본 발명의 일 실시예에 따른 압력 측정 장치는 기체가 이동할 수 있도록 소정 부분이 개방된 진공관, 진공관 내부에 설치되어 기체 압력에 따라 온도가 변화하는 온도 변화부, 진공관 내부에 설치되어 온도 변화부 다수의 지점 온도를 각각 측정하는 다수의 온도 측정부, 다수의 온도 측정부에 연결되어 온도 측정부의 측정값들을 전달받아 이들에 대응하는 압력값으로 변환하는 압력 변환부 및 압력 변환부와 연결되어 압력값들을 서로 비교하는 비교부를 포함한다.
상기 다른 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 소자 제조용 장비는 반도체 소자 제조 공정이 수행되는 공정 챔버, 공정 챔버 내부를 진공 상태로 형성하기 위한 진공 펌프, 공정 챔버와 진공 펌프를 연결하는 진공 라인 및 진공 라인 일부에 연결되는 상기 따른 압력 측정 장치를 포함한다.
기타 실시예들의 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 도면들에 포함되어 있다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예를 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예는 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전문에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 일 실시예를 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 압력 측정 장치의 개략 구성도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 압력 측정 장치를 상세히 나타낸 도면이다.
도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 압력 측정 장치(100)는 진공관(10), 온도 변화부(20), 온도 측정부(32, 34), 압력 변환부(42, 44) 및 비교부(50)를 포함한다.
진공관(10)은 진공 압력을 측정하기 위한 대상과 연결되는 부재로써 기체가 이동할 수 있도록 하부가 개방되어 있다. 이러한 진공관(10) 내부에는 진공관(10) 내부의 압력에 따라 온도가 변화하여 압력 측정 대상이되는 온도 변화부(32, 34)와 온도 변화부(32, 34) 다수의 지점 온도를 각각 측정하는 온도 측정부(42, 44)가 설치되어 있다.
온도 변화부(20)는 진공관(10) 내부에 위치하여 진공관(10) 내부의 압력에 따라 온도가 변화하는 부재로써 일반적으로 열선(filament)이 사용된다. 이러한 온도 변화부(20)는 진공관(10) 외부에 설치된 정전원(22)과 연결되어 있어 온도 변화부(20)에 일정한 전류가 흐르게 된다. 따라서 진공관(10) 내부가 대기압 상태일 때 온도 변화부(20)는 일정 온도로 유지된다.
그러나 진공관(10) 내부의 압력이 증가하여 기체 분자의 양이 많아질 경우 기체 분자들이 온도 변화부(20)의 열을 빼앗아 온도 변화부(20)의 온도가 내려간다. 이와 반대로 진공관(20) 내부의 압력이 감소하여 기체 분자의 양이 적어질 경우 온도 변화부(20)는 기체 분자들에 의한 열손실이 감소되어 온도가 올라가게 된다.
이와 같이, 압력 측정 장치(100)는 진공관(10) 내부의 압력에 따른 온도 변화부(52)의 온도 변화를 측정함으로써 간접적으로 압력을 측정할 수 있게 된다.
온도 측정부(32, 34)는 상술한 온도 변화부(20)의 다수의 지점과 각각 연결되어 온도 변화부(20)의 온도가 진공관(10) 내의 압력에 따라 변화할 때 온도 변화부(20)의 다수의 지점 각각의 온도를 측정하는 부재이다. 이러한 온도 측정부(32, 34)는 일반적으로 열전쌍(thermocouple)이 이용된다. 열전쌍이란, 2 종류의 금속의 양끝을 연결하여 폐회로를 구성하고 두 금속의 접점을 가열하면 기전력이 발생하는 효과를 이용하여 온도를 측정하는 장치이다.
본 발명의 일 실시예에서는 압력 측정 장치(100)의 신뢰성을 향상시키기 위해 제 1 온도 측정부(32)와 제 2 온도 측정부(34)가 각각 이격되어 온도 변화부 (20)와 연결된다. 따라서 두 지점의 온도를 각각 측정하여 압력으로 변환함으로써 압력값을 비교할 수 있게 된다.
이와 같이, 각각의 온도 측정부(32, 34)에서 온도 변화부(20)의 일 지점의 온도를 측정하고 나면 온도 변화부(20)와 접촉되는 각각의 온도 측정부(32, 34) 반대편에서는 기전력이 발생된다. 따라서 제 1 온도 측정부(32)와 제 2 온도 측정부(34)에서 각각 발생된 기전력은 진공관 외부에 설치된 제 1 압력 변환부(42)와 제 2 압력 변환부(44)로 각각 전달된다.
압력 변환부(42, 44)는 각각의 온도 측정부(32, 34)에서 온도 변화부(20)의 각 지점의 온도를 측정하여 발생된 각각의 기전력을 전달받아 압력값으로 변환하는 부재이다. 따라서 제 1 온도 측정부(32)에서 온도 변화부(20)의 일 지점의 온도를 측정하여 발생된 기전력이 제 1 압력 변환부(42)로 전달되고, 제 2 온도 측정부(34)에서 온도 변화부(20)의 다른 지점의 온도를 측정하여 발생된 기전력이 제 2 압력 변환부(44)로 전달된다. 이 때, 각각의 압력 변환부(42, 44)에서 변환된 압력값은 각각의 온도 측정부(32, 34)에서 측정한 온도와 비선형적인 반비례 관계에 있다.
본 발명의 일 실시예에서 압력 변환부(42, 44)는 각각의 온도 측정부(32, 34)와 대응되게 설치되는 것으로 설명하였으나, 다수의 온도 측정부에서 발생한 기전력을 하나의 압력 변환부에 전달하여 각각의 기전력에 대응하는 압력값으로 변환할 수 있을 것이다.
비교부(50)는 제 1 압력 변환부(42) 및 제 2 압력 변환부(44)와 연결되어 있 어, 제 1 압력 변환부(42)와 제 2 압력 변환부(44)에서 변환된 압력값들을 서로 비교하는 부재이다. 따라서 제 1 압력 변환부(42)에서 변환된 압력값과 제 2 압력 변환부(44)에서 변환된 압력값이 동일한 경우 압력 측정 장치(100)의 온도 변화부(20)가 정상적으로 동작한다고 판단하여 압력 측정 장치(100)의 동작은 계속 수행된다.
그러나, 제 1 압력 변환부(42)에서 변환된 압력값과 제 2 압력 변환부(44)에서 변환된 압력값이 동일하지 않은 경우 압력 측정 장치(100)의 온도 변화부(20)에 이상이 있는 것으로 판단하여 온도 변화부(20)의 이상 여부를 확인할 수 있도록 오류 신호를 발생시킨다.
이와 같이, 압력 측정 장치(100) 내에 포함된 온도 변화부(20)의 온도를 측정하는 온도 측정부(32, 34)를 다수개 설치하여 온도를 측정함으로써 발생된 기전력을 압력값으로 환산하여 다수의 압력값들을 비교함으로써 압력 측정 장치의 신뢰성을 향상시킬 수 있다.
또한, 압력 측정 장치(100)의 진공관(10) 하부에는 진공관(10) 내부로 불순물이 유입되어 온도 변화부(20)가 오염되는 것을 방지하기 위한 밸브(도 3의 60 참조)가 설치된다. 이 때 사용되는 밸브(도 3의 60 참조)는 공기의 흐름에 따라 한방향으로 개폐되는 체크 밸브(도 3의 60 참조)이다.
따라서 부산물이 진공관(10)이 설치된 방향으로 유입될 경우 체크 밸브(도 3의 60 참조)가 폐쇄되어 부산물이 유입되는 것을 방지한다. 이와 같이 압력 측정 장치(100)에 밸브(도 3의 60 참조)를 설치함으로써 온도 변화부(20)가 오염되어 압 력 측정 장치(100)의 수명이 저하되는 것을 방지할 수 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 압력 측정 장치를 구비한 반도체 소자 제조용 장비를 나타낸 도면이다.
도 3에 도시된 바와 같이, 반도체 소자 제조용 장비는 공정 챔버(120), 진공 펌프(140), 진공 라인(160) 및 압력 측정 장치(100)를 포함한다.
공정 챔버(120)는 반도체 소자 제조 공정이 수행되는 공간으로써 반도체 기판에 박막을 형성하는 증착 공정이나 반도체 기판에 미세 패턴을 형성하기 위한 식각 공정 등이 수행될 수 있다.
이와 같은 반도체 소자 제조 공정을 수행하는 공정 챔버(120) 내부는 매우 청정한 환경을 요구한다. 따라서 공정 챔버(120) 내부는 고진공 상태로 유지되어야 한다. 따라서 공정 챔버(120)는 진공 라인(160)을 통해 진공 펌프(140)와 연결되어 공정 챔버(120) 내의 공기가 강제로 배출됨으로써 매우 청정한 환경이 유지된다.
진공 펌프(140)는 공정 챔버(120) 내부를 고진공 상태로 유지시키기 위한 장치로써 진공 라인(160)을 통해 공정 챔버(120)와 연결되어 공정 챔버(120) 내에 존재하는 반응 가스 및 부산물 등을 강제로 배출시킨다.
진공 라인(160)은 공정 챔버(120)와 진공 펌프(140)를 연결하는 라인으로써 공정 챔버(120) 내부의 공기가 진공 라인(160)을 통해 진공 펌프(140)로 배출된다. 이러한 진공 라인(160)은 일부분이 분기되어 있어 압력 측정 장치(100)의 진공관(도 2의 10 참조) 하부와 연결된다. 따라서 압력 측정 장치(100)의 진공관(도 2의 10 참조) 내부는 진공 라인(160)을 통해 배출되는 공기의 압력과 동일한 상태가 된 다. 이러한 압력 측정 장치(100)는 진공 라인(160)을 통해 배출되는 공기의 압력을 측정함으로써 공정 챔버(120) 내의 진공 압력을 측정할 수 있다. 그리고 진공 라인(160)과 연결되는 진공관(도 2의 10 참조)의 하부에는 공정 챔버(120)에서 배출되는 공기 중 부산물들이 진공관(도 2의 10 참조) 내부로 유입되는 것을 방지하기 위한 밸브(60)가 설치되어 있다.
그리고 진공 라인(160)과 연결되는 압력 측정 장치(100)는 반도체 소자 제조 공정이 수행되는 공정 챔버(120) 내부의 진공 압력을 측정하기 위한 장치로써 제벡 효과(Seebeck effect)를 이용한 열전쌍 게이지(Thermocouple guage)가 사용된다. 열전쌍 게이지는 진공관(도 2의 10 참조) 내에 존재하는 가스 분자가 온도 변화부(도 2의 20 참조)로부터 열을 빼앗는데, 많은 분자가 활성화 되는 높은 압력에서는 많은 열이 온도 변화부(도 2의 20 참조)로부터 방출되고, 낮은 압력에서는 열 온도 변화부(도 2의 20 참조)가 많은 열을 흡수하므로 온도 측정부(도 2의 32, 34)에 의해 측정되는 온도 변화부(도 2의 20 참조) 온도의 정상치와 가스 분자에게 열을 빼앗기거나 흡수한 후의 온도 변화부(도 2의 20 참조) 온도를 측정함으로써 공정 챔버(120) 내의 진공 압력을 간접적으로 측정하게 된다. 이러한 압력 측정 장치(100)의 압력 측정 범위는 약 1mTorr에서 약 1Torr이다.
그리고 본 발명의 일 실시예에 따른 압력 측정 장치(100)에는 위에서 상술한 바와 같이 다수의 온도 측정부(도 2의 32, 34)가 설치되어 있어 온도 변화부(도 2의 32, 34)의 다수의 지점의 온도를 측정하여 압력 변환부(도 2의 42, 44)에서 각각 압력값으로 환산한다. 따라서 각각의 압력 변환부(도 2의 42, 44)에서 변환되는 압력값들을 비교함으로써 보다 신뢰성 있는 공정 챔버(12) 내부의 진공 압력을 측정할 수 있게 된다.
이상, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예에는 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.
상기한 바와 같이 본 발명의 압력 측정 장치 및 이를 포함하는 반도체 소자 제조용 장비에 따르면 압력 측정 장치에 구비된 진공관 하부에 밸브를 설치함으로써 진공관 내로 부산물들이 유입되는 것을 방지 할 수 있다. 따라서 진공관 내에 구비된 온도 변화부의 오염을 방지할 수 있게 되어 압력 측정 장치의 수명을 증가시킬 수 있다.
또한, 압력 측정 장치를 통해 다수의 압력값을 측정하여 측정된 압력값들을 비교함으로써 압력 측정 장치의 신뢰성을 향상시킬 수 있다.

Claims (5)

  1. 기체가 이동할 수 있도록 소정 부분이 개방된 진공관;
    상기 진공관 내부에 설치되어 기체 압력에 따라 온도가 변화하는 온도 변화부;
    상기 진공관 내부에 설치되어 상기 온도 변화부 다수의 지점 온도를 각각 측정하는 다수의 온도 측정부;
    상기 다수의 온도 측정부에 연결되어 상기 온도 측정부의 측정값들을 전달받아 이들에 대응하는 압력값들로 변환하는 압력 변환부; 및
    상기 압력 변환부와 연결되어 상기 압력값들을 서로 비교하는 비교부를 포함하는 압력 측정 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 진공관의 소정 부분에는 상기 진공관 내부로 불순물이 유입되는 것을 차단하는 밸브를 더 포함하는 압력 측정 장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 밸브는 한방향으로만 개폐되는 체크 밸브인 압력 측정 장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 다수의 온도 측정부는 열전쌍을 사용하는 압력 측정 장치.
  5. 반도체 소자 제조 공정이 수행되는 공정 챔버;
    상기 공정 챔버 내부를 진공 상태로 형성하기 위한 진공 펌프;
    상기 공정 챔버와 상기 진공 펌프를 연결하는 진공 라인; 및
    상기 진공 라인 일부에 연결되며 상기 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 해당하는 압력 측정 장치를 포함하는 반도체 소자 제조용 장비.
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