KR20050028943A - 저압 화학기상증착 장치의 압력조절 시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 생산성을 높일 수 있는 저압화학기상증착장치의 압력조절 시스템을 개시한다. 그의 시스템은 챔버 내부의 압력을 감지하는 저압 바라트론 센서와, 상기 저압 바라트론 센서의 압력 감지 신호를 이용하여 제 1 출력 전압을 출력하는 제어부와, 상기 제1 출력 전압을 이용하여 상기 챔버 내부의 압력을 제어하기 위해 제 2 출력 전압을 출력하는 자동압력조절 제어부와, 상기 자동압력조절 제어부의 제어신호에 의해 상기 챔버 내부의 압력을 표시하고, 제 1 출력 전압을 표시하는 표시부를 포함하여 이루어진다.

Description

저압 화학기상증착장치의 압력조절 시스템{System for controling pressure of low pressure-chemical vapor deposition equipment}

본 발명은 저압화학기상증착장치에 관한 것으로서, 더 상세하게는 챔버 내부의 압력을 조절하는 압력조절 시스템에 관한 것이다.

일반적으로 반도체 제조 공정은 증착 공정, 사진 공정, 식각공정 및 이온주입 공정 등의 일련의 단위 공정으로 이루어진다.

상기 증착 공정은 예컨대, 화학 기상 증착 장치(Chemical Vapour Deposition system), 확산로(diffusion furnace) 등과 같은 챔버 장치를 이용하는 공정이 다수 존재한다. 그중 저압 화학기상증착(Low Pressure-Chemical Vapour Deposition; 이하 “LP-CVD”라 한다) 공정은 특정의 반응 기체들을 반응 튜브속에 계속 투입하면서 적절한 조건을 유지시켜 줌으로써 고체상의 물질을 웨이퍼 표면에 증착시키는 것을 말한다. 상기 챔버 장치는 압력 센서 및 펌프(pump)를 장착하여 공정에서 요구되는 챔버 내의 기압을 균일하고 정밀하게 유지시켜야만 한다.

이하, 도면을 참조하여 일반적인 저압 화학기상증착장치를 설명하면 다음과 같다.

도 1은 일반적인 저압 화학기상증착장치의 구성을 개략적으로 나타낸 도면이다.

도 1에 도시한 바와 같이, 저압 화학기상증착장치는 증착 공정의 진행시 필요한 반응 가스를 공급하는 가스공급부(1)와, 상기 반응 가스를 이용하여 실제 웨이퍼 상에 증착 공정이 이루어지는 챔버(2)와, 상기 웨이퍼의 증착 공정 조건을 만들기 위해 상기 챔버(2) 내부의 압력을 진공으로 만들고, 상기 증착 공정 시 상기 챔버(2) 내부의 압력을 일정하게 유지하도록 펌핑하는 배기부(3)로 구성된다.

여기서, 상기 가스 공급부(1)는 상기 웨이퍼 상에 증착되는 물질을 함유하는 상기 반응가스와 불활성 기체를 상기 챔버(2) 내부로 일정한 유량으로 공급한다. 이때, 상기 반응가스는 3SiH2Cl2 +4NH3 가스를 사용하며, 상기 웨이퍼 표면에 실리콘 질화막을 형성시킨다.

또한, 상기 챔버(2)는 상기 반응가스를 일정한 온도 및 압력에서 증착 공정 조건에 따라 상기 웨이퍼 상에 균일한 상기 실리콘 질화막을 형성할 수 있도록 분위기를 제공한다.

따라서, 저압 화학기상증착장치는 챔버(2) 내부에서 일정한 온도 및 압력의 증착 조건으로 상기 웨이퍼 상에 박막을 형성할 수 있다.

이때, 상기 배기부(3)는 상기 챔버(2) 내부의 압력을 균일하게 유지하기 위해 다음과 같이 구성되어 있다. 상기 챔버(2) 내부에 웨이퍼를 로딩/언로딩할 경우 제 1 배기관(3a)을 통해 상압 상태의 상기 챔버(2) 내부 진공도를 감지하는 고압 바라트론 센서(4)와, 상기 웨이퍼 상에 박막을 형성할 경우 저압 상태의 상기 챔버(2) 내부의 진공도를 감지하는 저압 바라트론 센서(5)와, 저압 바라트론 센서(5)의 압력 감지신호로부터 상기 챔버(2)를 저압으로 균일하게 유지하는 위한 자동압력조절밸브(6)와, 상기 챔버(2) 내부의 반응 가스 및 잔류 가스를 펌핑하는 진공펌프(7)와, 상기 진공펌프(7)에 의해 배기되는 상기 반응 가스 및 잔류 가스를 흡수하여 세정 후 가연 배기하는 스크러버(8)와, 상기 챔버(2) 내부에 상기 웨이퍼를 로딩 후 상기 상압 바라트론 센서(4)의 감지신호를 이용하여 상기 대기압을 저압의 진공으로 만들기 위해 상기 자동압력조절밸브를 보호하도록 상기 제 1 배기관(3a)으로부터 분기되는 제 2 배기관(3b)에 형성된 러핑 밸브(9)와, 상기 챔버(2) 내부로부터 상기 웨이퍼를 언로딩할 경우 저압의 진공에서 대기압에 도달 시 상기 대기압을 감지하는 대기압 감지 센서(10)와, 상기 대기압 감지 센서(6)의 대기압 감지 신호를 이용하여 제 3 배기관(3c)을 통하여 상기 스크러버(8)로 상기 반응가스를 배출하는 서브 밸브(8)를 포함하여 이루어진다.

여기서, 상기 저압 바라트론 센서(5)는 약 수 Torr 내지 수백 Torr의 진공도를 측정하기 위한 것으로서 매우 민감한 동작을 하기 때문에 상기 고압 바라트론 센서(4) 또는 대기압 감지 센서(10)의 출력 신호에 의해 개폐 동작하고, 상기 저압 바라트론 센서의 송기관(5a)에 체결되는 보조 밸브(12)에 의해 상기 제 1 배기관(3a)이 상압 또는 대기압 상태일 경우 보호된다.

또한, 상기 보조 밸브(12)가 열릴 경우 상기 저압 바라트론 센서(5)의 동작이 가능하기 때문에 상기 저압 바라트론 센서(5)의 압력 측정값을 이용하여 동작하는 상기 자동압력조절 밸브(6)와 거의 동시에 동작된다.

도 2는 종래 기술에 따른 저압화학기상증착장치의 압력조절 시스템을 개략적으로 나타낸 도면으로서, 상기 저압 바라트론 센서(5)가 상기 챔버(2) 내부의 압력을 감지하여 압력감지 신호를 상기 센서 제어부(15)에 출력하고, 상기 센서 제어부(15)는 상기 압력감지 신호를 이용하여 제1 출력전압을 자동압력조절 제어부(16)에 출력하고, 상기 자동압력조절 제어부(16)는 상기 제1 출력전압을 이용하여 제 2 출력전압을 자동압력조절 밸브(6)에 출력한다. 이때, 상기 자동압력조절 제어부(16)는 상기 센서 제어부(15)로부터 수신한 상기 제1 출력전압을 이용하여 표시부(17)에 챔버(2) 내부의 압력값(18)을 표시한다.

따라서, 상기 자동압력조절 제어부(15)는 상기 자동압력조절밸브(16) 신호를 출력하여 상기 자동압력조절밸브(16)의 개폐 정도(이하 앵글(angle)라고 칭함)를 제어함으로써 챔버(2) 내부의 압력을 조절하도록 한다.

이때, 상기 저압 바라트론 센서(5)는 온도 또는 외부적인 요인에 의하여 상기 압력값(18)에 따른 상기 제 1 출력전압의 기준전압이 달라진다.

또한, 챔버(2)의 내부에 공급된 상기 반응가스에 의해 상기 저압 바라트론 센서(5)의 내부에 파우더 성분이 발생되어 상기 저압 바라트론 센서(5)의 압력측정불량이 발생할 수 있다.

때문에, 작업자가 상기 압력값(18)에 따른 제1 출력전압 값을 측정하여 상기 저압 바라트론 센서(5)의 압력값(18)에 따른 상기 제1 출력전압 값의 스판(span) 또는 영점조절을 정기적으로 설정해 주어야 한다.

따라서, 종래 기술에 따른 저압화학기상증착장치의 압력조절 시스템은 작업자가 상기 저압 바라트론 센서(5)를 정기적으로 점검하고, 상기 저압 바라트론 센서(5)의 불량이 발생할 경우 교체하여 저압화학기상증착장치의 압력조절 시스템을 원활히 제어하도록 유지 관리한다.

하지만, 종래 기술에 따른 저압화학기상증착장치의 압력조절 시스템은 다음과 같은 문제점이 있었다.

종래 기술에 따른 저압화학기상증착장치의 압력조절 시스템은 저압 바라트론 센서(5)의 유지 관리에 있어서 상기 저압 바라트론 센서(5)의 압력 감지 신호를 입력받아 출력하는 센서 제어부(15)의 제1 출력 전압 값을 작업자가 수작업으로 체크하기 때문에 생산 공정의 생산성을 떨어뜨린다.

종래 기술에 따른 저압화학기상증착장치의 압력조절 시스템은 상기 제 1 출력 전압값이 작업자에 의해 정기적으로 점검되지만 상기 압력값에 따른 상기 제 1 출력 전압값이 일정 수준 이상 차이가 발생하여 압력조절 시스템의 동작불량에 따른 생산공정 불량을 야기할 수 있다.

본 발명의 목적은 종래 기술에 따른 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 저압 바라트론 센서의 압력 감지 신호에 따른 출력 전압을 표시하여 생산성을 높일 수 있는 저압화학기상증착장치의 압력조절 시스템을 제공하는 데 있다.

또한, 본 발명의 다른 목적은 상기 저압 바라트론 센서의 불량이 발생할 경우, 인터락 또는 경고음을 울려 생산공정 불량을 미연에 방지할 수 있는 저압화학기상증착장치의 압력조절 시스템을 제공하는 데 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 양상(aspect)에 따라, 본 발명의 저압화학기상증착장치의 압력조절 시스템은, 챔버 내부의 압력을 감지하는 저압 바라트론 센서와, 상기 저압 바라트론 센서의 압력 감지 신호를 이용하여 제 1 출력 전압을 출력하는 센서 제어부와, 상기 제1 출력 전압을 이용하여 상기 챔버 내부의 압력을 제어하기 위해 제 2 출력 전압을 출력하는 자동압력조절 제어부와, 상기 제 2 출력 전압을 수신하여 상기 챔버 내부의 압력을 조절하는 자동압력조절 밸브와, 상기 자동압력조절 제어부의 제어신호에 의해 상기 챔버 내부의 압력 및 제 1 출력 전압을 표시하는 표시부를 포함함을 특징으로 한다.

이하, 본 발명에 따른 저압화학기상증착장치의 압력조절 시스템에 대하여 첨부된 도면을 참조하여 순차적으로 설명하기로 한다.

도 3은 본 발명에 따른 저압화학기상증착장치의 압력조절 시스템을 개략적으로 나타낸 도면이다.

도 3에 도시한 바와 같이, 본 발명에 따른 저압화학기상증착장치의 압력조절 시스템은 챔버 내부의 압력을 감지하는 저압 바라트론 센서(110)와, 상기 저압 바라트론 센서(110)의 압력 감지 신호를 이용하여 제 1 출력 전압을 출력하는 센서 제어부(120)와, 상기 제1 출력 전압을 이용하여 상기 챔버 내부의 압력을 제어하기 위해 제 2 출력 전압을 출력하는 자동압력조절 제어부(130)와, 상기 자동압력조절 제어부(130)에서 출력되는 제 2 출력 전압을 이용하여 상기 챔버 내부의 압력을 조절하는 자동압력조절 밸브(140)와, 상기 자동압력조절 제어부(130)의 제어신호에 의해 상기 챔버 내부의 압력값(151)을 표시하고, 제1 출력 전압값(152)을 표시하는 표시부(150)를 포함하여 구성된다.

도시하지는 않았지만, 상기 자동압력조절 밸브(140)를 통하여 상기 챔버 내부의 반응가스 및 불활성 기체를 펌핑하는 진공 펌프를 더 포함하여 구성된다.

여기서, 상기 자동압력조절 제어부(130)는 상기 저압 바라트론 센서(110) 뿐만 아니라, 대기압을 측정하는 고압 바라트론 센서의 압력 감지 신호를 이용하여 포라인 밸브 및 서브 밸브를 동작하여 상기 챔버 내부의 압력을 제어할 수 있다.

또한, 상기 센서 제어부(120)는 상기 압력감지 신호에 따른 상기 제1 출력 전압의 기준값이 작업자에 의해 임의로 설정되는 0점 포트와, 상기 압력에 따른 제 1 출력전압의 스판(span)값이 설정되는 스판 포트를 포함한다.

도 4는 본 발명의 실시에 따른 압력과 제 1 출력전압을 나타낸 도표로서, 상기 챔버 내부의 압력에 따라 상기 제 1 출력 전압이 비례하도록 설정할 수 있다.

이때, 작업자는 상기 압력에 따른 상기 제 1 출력전압의 스판 값과, 상기 제1 출력 전압의 제로 값을 설정할 수 있다.

따라서, 본 발명에 따른 저압화학기상증착장치의 챔버 내부의 압력은 저압 바라트론 센서(110)에 의해 측정되고, 상기 저압 바라트론 센서(110)의 압력 감지 신호로부터 생성된 압력 값은 소정 스판 값과 제로 값의 설정에 의해 도 5와 같이 선형적으로 변화한다.

이때, 도 5에 도시한 바와 같이, 상기 제로 값이 변화할 경우, 상기 압력값(151)은 동일하지만 상기 제 1 출력 전압값(152)이 상이하게 나타나 압력조절 시스템의 동작불능상태를 가져올 수도 있다.

따라서, 본 발명에 따른 화학기상장치의 압력조절 시스템은 상기 압력값(151) 및 제 1 출력 전압값(152)을 상기 표시부(150)에 표시하여 작업자가 이를 비교 파악할 수 있도록 함으로써 압력조절 시스템의 동작 불능을 미연에 방지할 수 있다. 또한, 상기 제 1 출력 전압값의 파악을 작업자의 수작업에 의존하는 종래에 비해 생산성을 높일 수 있다.

한편, 도 6은 저압 바라트론 센서의 개략적으로 나타낸 도면으로서, 저압 바라트론 센서(110)는 챔버 진공관(117)으로부터 박스(111) 내부의 공기의 급격한 유입 및 배출을 차단하는 배플(112)과, 상기 챔버 내부의 압력에 따라 상기 박스 내부에서 유동적으로 변화하는 다이아프램(113)과, 상기 다이아 프램(113)과의 거리를 이용하여 상기 캐패시터를 유도하는 전극 어셈블리(114)와, 상기 전극 어셈블리(114)에 전원을 공급하는 전압 인입선(116) 상기 다이아프램의 기준 진공을 만드는 기준압 진공관(115)을 포함하여 이루어진다.

여기서, 상기 다이아프램(113)은 상기 챔버 진공관(117)으로 유입 또는 배출되는 공기의 압력에 따라 좌우로 팽창할 수 있다.

따라서, 상기 저압 바라트론 센서(110)는 상기 다이아프램(113)과 전극 어셈블리(114) 사이에 유도되는 캐패시터를 측정하여 압력감지신호를 출력한다.

또한, 상기 베플(112)은 상기 챔버의 내부의 압력이 급격하게 떨어져 상기 다이아프램(113)이 상기 챔버 진공관(117)쪽으로 과도하게 팽창하는 것을 방지함으로써, 상기 다이아프램(113)을 보호하는 역할을 한다. 이때, 허용할 수 있는 압력값보다 더 높은 압력에 의해 상기 다이아프램(113)이 급격하게 팽창할 경우, 상기 저압 바라트론 센서(110)의 기계적인 고장이나 영점에 치명적인 변화를 가져올 수도 있다.

또한, 상기 저압 바라트론 센서(110)는 반응가스에 의해 상기 다이아프램(113) 상에 파우더 성분이 발생할 경우, 상기 다이아프램(113)의 유동이 자유롭지 못하여 상기 스판값 및 제로 값이 바뀌고 상기 챔버 내부의 압력과 상기 센서 제어부(120)로부터 출력되는 제 1 출력전압이 상이해질 수 있다.

따라서, 본 발명에 따른 저압화학기상증착장치의 압력조절 시스템은 작업자로 하여금 상기 압력 및 제 1 출력전압을 인지하여 비교할 수 있도록 상기 압력값(151)과 제 1 출력전압값(152)을 각각 상기 표시부(150)에 표시한다.

이때, 상기 작업자는 상기 표시부(150)에 표시되는 상기 압력값(151) 및 제 1 출력 전압값(152)을 표 1과 같이 설정된 자료를 바탕으로 일정 이상의 편차가 발생할 경우 상기 저압 바라트론 센서(110)의 스판 값 또는 영점 값을 새로이 설정하거나, 생산공정을 정지하여 상기 바라트론 센서를 수리 또는 교환할 수 있다.

뿐만 아니라, 상기 자동압력조절 제어부(130)에서 상기 압력값(151) 및 제 1 출력 전압값(152)이 일정 수준이상 편차를 갖는 것을 감지하고, 생산공정라인에 자동으로 인터락 또는 경고 메세지를 발생시켜 사용자의 점검을 받을 수도 있다.

본 발명은 구체적인 실시예에 대해서만 상세히 설명하였지만 본 발명의 기술적 사상의 범위 내에서 변형이나 변경할 수 있음은 본 발명이 속하는 분야의 당업자에게는 명백한 것이며, 그러한 변형이나 변경은 본 발명의 특허청구범위에 속한다 할 것이다.

이상에서 상술한 바와 같이 본 발명에 의하면, 저압 바라트론 센서의 압력 감지 신호에 따른 출력 전압을 표시하여 생산성을 높일 수 있는 효과가 있다.

또한, 본 발명의 화학기상증착장치의 압력조절 시스템은 상기 저압 바라트론 센서의 불량을 파악하고 인터락 또는 경고 메시지를 발생시켜 생산공정 불량을 미연에 방지할 수 있는 효과가 있다.

도 1은 일반적인 저압 화학기상증착장치의 구성을 개략적으로 나타낸 도면이다.

도 2는 종래 기술에 따른 저압화학기상증착장치의 압력조절 시스템을 개략적으로 나타낸 도면이다.

도 3은 본 발명에 따른 저압화학기상증착장치의 압력조절 시스템을 개략적으로 나타낸 도면이다.

도 4는 본 발명의 실시에 따른 압력과 제 1 출력전압을 나타낸 도표이다.

도 5는 본 발명의 실시예에 따른 압력과 제 1 출력전압을 나타낸 그래프이다.

도 6은 저압 바라트론 센서의 개략적으로 나타낸 도면이다.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *

110 : 저압 바라트론 센서 111 : 박스

112 : 배플 113 : 다이아프램

114 : 전극 어셈블리 115 : 기준압 진공관

116 : 전원 인입선 117 : 챔버 진공관

120 : 센서 제어부 130 : 자동압력조절 제어부

140 : 자동압력조절 밸브 150 : 표시부

151 : 압력값 152 : 제 1 출력 전압값

Claims (4)

1. 챔버 내부의 압력을 감지하는 저압 바라트론 센서와,

   상기 저압 바라트론 센서의 압력 감지 신호를 이용하여 제 1 출력 전압을 출력하는 센서 제어부와,

   상기 제1 출력 전압을 이용하여 상기 챔버 내부의 압력을 제어하기 위해 제 2 출력 전압을 출력하는 자동압력조절 제어부와,

   상기 제 2 출력 전압을 수신하여 상기 챔버 내부의 압력을 조절하는 자동압력조절 밸브와,

   상기 자동압력조절 제어부의 제어신호에 의해 상기 챔버 내부의 압력 및 제 1 출력 전압을 표시하는 표시부를 포함함을 특징으로 하는 저압화학기상증착장치의 압력조절 시스템.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 제어부는 상기 압력감지신호에 따른 상기 제1 출력 전압의 영점값을 설정하는 영점 포트와, 상기 압력감지신호에 따른 제 1 출력전압의 스판값을 설정하는 스판 포트를 더 포함함을 특징으로 하는 저압화학기상증착장치의 압력조절 시스템.
3. 제 2 항에 있어서,

   상기 자동압력조절 제어부는 상기 영점값 및 스판값이 변화되어 상기 챔버 내부의 압력에 따른 기준전압값과 상기 제 1 출력전압이 소정편차이상 상이해질 경우 생산공정라인에 인터락 또는 경고 메세지를 출력함을 특징으로 하는 저압화학기상증착장치의 압력조절 시스템.
4. 제 1 항에 있어서,

   상기 제 1 출력 전압은 상기 챔버 내부의 압력에 비례하도록 설정함을 특징으로 하는 저압화학기상증착장치의 압력조절 시스템.