KR20060078923A

KR20060078923A - 매스 플로우 미터

Info

Publication number: KR20060078923A
Application number: KR1020040117517A
Authority: KR
Inventors: 이완기
Original assignee: 동부일렉트로닉스 주식회사
Priority date: 2004-12-30
Filing date: 2004-12-30
Publication date: 2006-07-05
Also published as: KR100627959B1

Abstract

본 발명에 따른 매스 플로우 미터는, 이온 게이지가 장착된 플라즈마 챔버 내에 주입되는 가스의 유량과 압력을 조절하는 매스 플로우 미터에 있어서, 가스의 압력 수치를 확인할 수 있는 압력계와; 이온 게이지에서 확인된 가스의 압력 수치 및 압력계에서 확인된 가스의 압력 수치를 수신한 후, 그 압력 수치를 비교하는 컨트롤 보드를 포함하는 것을 특징으로 한다.

여기서 컨트롤 보드는, 이온 게이지에서 확인한 가스의 압력 수치를 수신하는 이온 게이지 수신부와; 압력계에서 확인한 가스의 압력 수치를 수신하는 압력계 수신부와; 이온 게이지 수신부에 수신된 가스의 압력 수치와 압력계 수신부에 수신된 가스의 압력 수치를 비교하는 연산부를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다. 그리고 플라즈마 챔버 내에 주입되는 가스는 He 가스인 것이 바람직하다.

본 발명에 따르면, He 가스에 대한 MFM의 영점을 주기적으로 확인할 수 있으므로, 영점이 틀어져서 발생하는 공정상의 쉬프트(shift)를 미연에 방지할 수 있다.

MFM, MFC, 영점

Description

매스 플로우 미터{Mass Flow Meter}

도 1은 가스를 프로세스 챔버로 유입시키는 일반적인 MFC의 구조도.

도 2는 일반적인 MFC의 구성을 나타내는 기본 구성도.

도 3은 일반적인 플라즈마 챔버를 나타내는 단면도.

도 4는 본 발명에 따른 MFM의 구성을 나타내는 구조도.

도 5는 본 발명에 따른 컨트롤 보드의 구성을 나타내는 구성도.

<도면의 주요 부호에 대한 설명>

10 : 플라즈마 챔버 20 : 상부 챔버

30 : 하부 챔버 40 : 이온 게이지

50 : 컨트롤 보드 60 : 이온 게이지 수신부

70 : 압력계 수신부 80 : 연산부

90 : 압력계

본 발명은 매스 플로우 미터(Mass Flow Meter)에 관한 것으로서, 좀 더 구체적으로는 반도체 소자의 제조 공정 중에 플라즈마 챔버 내에 주입되는 가스의 압력 값에 대한 영점(zero point)의 보정이 가능한 매스 플로우 미터(Mass Flow Meter)에 관한 것이다.

일반적으로 플라즈마(plasma)를 사용하는 반도체 장비에서 He 가스는 웨이퍼의 후방 냉각 가스로 사용된다. 이때 He 가스는 매스 플로우 컨트롤러(Mass Flow Controller; 이하 'MFC'라고 한다)와 매스 플로우 미터(Mass Flow Meter; 이하 'MFM'이라고 한다)라고 하는 컨트롤러(controller)를 통해서 장비에 주입된다.

이러한 MFM과 MFC는 가스를 플라즈마 챔버 내에 주입하는 장비로서 유사한 구성을 갖는다. 다만, MFC는 챔버에 주입되는 가스의 양을 조절하는 장비이고, MFM은 챔버에 주입되는 가스의 양과 압력을 같이 조절하는 장비이다. 이하에서는 MFC를 중심으로 하여 MFM에 대해 설명한다.

도 1에는 MFC를 통해 가스가 프로세스 챔버로 유입되는 구조도가 도시되어 있다. 한편 MFM도 MFC의 장비 구조와 거의 동일한 구조를 가진다.

MFC와 MFM은 기본적으로 정확한 가스의 유량을 제어하는 완전히 자동화된 장비로서, 장비 내에 설정된 셋 포인트(set point)와 센서(sensor)에서 읽어낸 아웃 풋(out put) 유량을 비교하면서 정확한 유량 조정을 하게 된다.

한편, 도 2에는 일반적인 MFC의 구성이 도시되어 있다.

도 2에 도시된 바와 같이, 일반적인 MFC는 센서(sensor), 밸브(valve), 바이패스(bypass), PCB 등 주요한 4개의 요소로 구성된다. 밸브(valve)와 바이패스(bypass)로는 여러 종류가 사용될 수 있다. 한편, MFM은 밸브(valve)를 제외하고는 MFC의 구성요소와 동일한 구성을 가진다.

특히 MFM와 MFC의 구성요소 중에서도, 센서(sensor)는 열전도 특성에 의해 가스의 유량을 측정하는 요소로서, 일반적으로 1 mm 내지 0.25mm 혹은 그 이하의 얇은 튜브(tube)로 이루어진다. 그리고 바이패스(bypass)를 통하여 가스의 유량이 분산되는데, 이때 일부 가스가 센서(sensor)를 통과하게 된다. 센서(sensor)의 튜브 길이는 튜브내의 가스 유량을 안정시키는데 결정적 요소로 작용하고, 최적의 튜브 길이는 튜브 직경의 20:1정도의 비율로 제작되는 것이 바람직하다.

또한 센서(sensor)의 튜브 주변에는 2개의 매우 섬세한 히트 코일(heat coil)이 감겨져 있다. 이러한 2개의 코일은 표준 브릿지 회로(standard bridge circuit)에 의해 안정적으로 동작하게 된다. 그리고 유량이 증가함에 따라 두 히트 코일(heat coil)의 온도 차이는 브릿지 회로(bridge circuit) 저항의 변화 원인이 된다.

이러한 센서(sensor)는 매우 민감한 측정 부품으로서, 기본적으로 몇 가지 문제점들을 가지고 있는데, 그 중 가장 빈번히 발생되는 문제는 영점(zero point)의 변화이다. 즉, MFM을 오랜 시간 동안 사용하게 되면 MFM의 영점(zero point)가 틀어져서 반도체 공정의 쉬프트(shift)를 유발하는 문제가 발생한다. 여기서 영점(zero point)의 변화는 실제 챔버 내의 가스 압력과 압력계를 통해 읽혀지는 가스 압력의 차이가 발생한 경우를 의미한다.

예를 들면, 메탈 에칭 공정의 경우에 He MFM의 영점이 0.5Torr 이상 쉬프트(shift) 되면, 메탈 회로 선폭에 영향을 주게 되어, 그 메탈 선폭이 더욱 작아지거나 커지게 되는데, 이럴 경우 공정상의 문제를 유발할 가능성이 크다고 할 수 있 다.

종래에는 이처럼 영점의 변화가 발생한 경우에는 공정 진행 중에 확인할 수 없고, 공정이 완료된 후 결함의 원인을 찾는 과정에서 영점의 변화가 발생했음을 확인할 수 있을 뿐이다.

본 발명의 목적은, 반도체 소자의 제조 공정 중에 플라즈마 챔버 내에 주입되는 가스의 압력에 대한 영점의 변화를 MFM을 이용하여 보정할 수 있도록 하기 위한 것이다.

구현예

이하 도면을 참조로 본 발명의 구현예에 대해 설명한다.

도 3에는 일반적인 플라즈마 챔버가 도시되어 있고, 도 4에는 본 발명에 따른 MFM의 구성이 도시되어 있다.

도 3을 참조하면, 일반적으로 메탈 에칭을 위한 플라즈마 챔버(10)는 캐서드(cathode)를 중심으로 상부에 위치하는 상부 챔버(20)와 하부에 위치하는 하부 챔버(30)로 이루어지고, 메탈 에칭 공정은 상부 챔버(20)에서 이루어지며, 하부 챔버(30)에는 메탈 에칭을 위한 여러 장비들이 위치하게 된다. 한편, 하부 챔버(30)에는 이온 게이지(ion gauge)(40)라는 장비가 위치하는데, 이온 게이지(40)는 평소에는 사용하지 않고, 영점(zero point)의 변화를 확인하기 위한 과정에서 플라즈마 챔버(10) 내의 가스 압력을 정밀하게 측정할 때 사용되는 장비이다.

그리고 도 4를 참조하면, 본 발명에 따른 MFM은 종래의 구성에 컨트롤 보드(control board)가 추가되는 구성으로 이루어진다. 이러한 MFM은 플라즈마 챔버 내에 주입되는 가스의 압력 수치를 확인할 수 있는 압력계(도시되지 않음)와, 이온 게이지(40)에서 확인된 가스의 압력 수치 및 압력계에서 확인된 가스의 압력 수치를 수신한 후, 그 압력 수치를 비교하는 컨트롤 보드(control board)(50)를 포함하여 구성된다.

그리고 도 5를 참조하면, 컨트롤 보드(control board)(50)는 하부 챔버(30)에 위치하는 이온 게이지(40)와 전기적으로 연결되어 그 이온 게이지(40)에 의해 읽혀지는 챔버 내의 가스의 압력 수치를 수신하는 이온 게이지 수신부(60)와, MFM 의 압력계(90)를 통해 읽혀지는 가스의 압력 수치를 수신하는 압력계 수신부(70), 그리고 그 이온 게이지(40)에 의해 측정된 가스의 압력 수치와 MFM의 압력계(90)를 통해 읽혀지는 가스의 압력 수치를 비교한 후, 그 수치의 차이가 존재하면 영점의 변화가 발생한 것으로 인식하는 연산부(80)로 이루어진다.

이하에서는 본 발명에 따른 MFM을 이용하여 플라즈마 챔버 내에 주입된 가스의 영점 확인 및 보정 방법에 대해 살펴본다.

우선, 메탈 에칭 공정을 진행하고자 하는 웨이퍼를 플라즈마 챔버(10) 내에 배치한다. 그리고 챔버 내에 가스, 예를 들면 He 가스를 주입한 후 메탈 에칭 공정을 진행한다.

그리고 이와 같은 메탈 에칭 공정의 진행 전 또는 진행 중에, 챔버(10) 내에 주입된 가스의 정확한 압력 수치를 이온 게이지(40)가 컨트롤 보드(50)의 제어에 따라 자동적으로 확인하고, 그 이온 게이지(40)에 의해 확인된 가스의 압력 수치는 MFM을 구성하는 컨트롤 보드(50)의 이온 게이지 수신부(60)에 수신된다.

그리고 마찬가지로 메탈 에칭 공정의 진행 전 또는 진행 중에, 챔버(10) 내에 주입된 가스의 압력 수치를 MFM의 압력계(90)가 컨트롤 보드(50)의 제어에 따라 자동적으로 확인하고, 그 압력계(90)에 의해 확인된 가스의 압력 수치는 MFM을 구성하는 컨트롤 보드(50)의 압력계 수신부(70)에 수신된다.

한편, 이온 게이지(40) 및 압력계(90)에 의한 가스의 압력 수치 확인은 이와 같이 프로그램에 의해 자동적으로 이루어질 수도 있고, 또는 필요한 경우에만 오퍼레이터에 의한 명령 입력에 의해 이루어질 수도 있다.

그리고 컨트롤 보드(50)의 연산부(80)에서는 이온 게이지 수신부(60)를 통해 확인되는 가스의 압력 수치와 압력계 수신부(70)를 통해 확인되는 가스의 압력 수치를 비교하고, 그 압력 수치상에 차이가 발생하게 되면, 이는 곧 영점의 변화가 발생한 것이므로, 그 결과를 프린터 또는 디스플레이 화면을 통해 외부에 출력한다.

그리고 오퍼레이터는 이처럼 MFM의 컨트롤 보드(50)를 통해 영점의 변화가 발생했음을 확인한 후, 그 영점을 보정해주기 위해 작업, 예를 들면 압력계(90)에 의해 읽혀지는 가스의 압력 수치를 이온 게이지(40)에 의해 읽혀지는 압력 수치에 맞춰주는 작업을 수행하게 된다.

지금까지 본 발명의 구체적인 구현예를 도면을 참조로 설명하였지만 이것은 본 발명이 속하는 기술분야에서 평균적 지식을 가진 자가 쉽게 이해할 수 있도록 하기 위한 것이고 발명의 기술적 범위를 제한하기 위한 것이 아니다. 따라서 본 발명의 기술적 범위는 특허청구범위에 기재된 사항에 의하여 정하여지며, 도면을 참조로 설명한 구현예는 본 발명의 기술적 사상과 범위 내에서 얼마든지 변형하거나 수정할 수 있다.

Claims

이온 게이지가 장착된 플라즈마 챔버 내에 주입되는 가스의 유량과 압력을 조절하는 매스 플로우 미터(MFM)에 있어서,

가스의 압력 수치를 확인할 수 있는 압력계와;

이온 게이지(ion gauge)에서 확인된 가스의 압력 수치 및 상기 압력계에서 확인된 가스의 압력 수치를 수신한 후, 그 압력 수치를 비교하는 컨트롤 보드(control board);

를 포함하는 것을 특징으로 하는 매스 플로우 미터.
제1항에서,

상기 컨트롤 보드(control board)는,

상기 이온 게이지에서 확인한 가스의 압력 수치를 수신하는 이온 게이지 수신부와;

상기 압력계에서 확인한 가스의 압력 수치를 수신하는 압력계 수신부와;

상기 이온 게이지 수신부에 수신된 가스의 압력 수치와 압력계 수신부에 수신된 가스의 압력 수치를 비교하는 연산부;

를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 매스 플로우 미터
제1항 또는 제2항에서,

상기 플라즈마 챔버 내에 주입되는 가스는 He 가스인 것을 특징으로 하는 매스 플로우 미터.