KR100360393B1 - Method for controlling mass flow - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 반도체 웨이퍼 상에 막을 형성할 때 이용되는 장치의 유량 조절 방법에 관한 것으로, 특히 배기구측 또는 챔버측으로부터 유해가스 및 불순물의 유입을 방지할 수 있는 유량 조절 방법에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for adjusting the flow rate of an apparatus used for forming a film on a semiconductor wafer, and more particularly to a flow rate adjusting method capable of preventing the introduction of harmful gases and impurities from the exhaust port side or the chamber side.
일반적으로, 반도체 웨이퍼 상에 막을 형성할 때 화학기상 증착장치(CVD장치) 또는 산화로(oxidation furnace)등이 사용된다. 상기 화학기상증착(CVD)장치 또는 산화로(oxidation furnace)에서 막을 형성할 때, 가스의 흐름을 제어할 수 있는 복수의 유량조절기(mass flow controller: 이하 "MFC"라 칭함)들과 밸브들을 이용하여 소정의 가스가 장치에 유입된다. 특히, DCS(SiH2Cl2)가스, HCl가스, SiH4가스등과 같이 부식성 가스가 통과하는 MFC가 있을때에는 반응시간 이외의 시간은 질소가스로 MFC 내부를 퍼지하고 그 질소가스를 배기구쪽으로 배기시켜야 한다. 여기서는 일례로 화학기상 증착장치를 이용하여 반도체 웨이퍼 상에 질화막을 형성할때를 설명한다.Generally, a chemical vapor deposition apparatus (CVD apparatus) or an oxidation furnace is used when forming a film on a semiconductor wafer. When forming a film in the chemical vapor deposition (CVD) apparatus or oxidation furnace (oxidation furnace), using a plurality of mass flow controllers (hereinafter referred to as "MFC") and valves that can control the flow of gas Thus, a predetermined gas flows into the device. In particular, when there is an MFC through which corrosive gases pass, such as DCS (SiH 2 Cl 2 ) gas, HCl gas, SiH 4 gas, etc., the time other than the reaction time should be purged inside the MFC with nitrogen gas and exhaust the nitrogen gas toward the exhaust port. do. As an example, the case where a nitride film is formed on a semiconductor wafer using a chemical vapor deposition apparatus will be described.
제1도는 일반적으로 질화막 증착에 이용되는 화학기상 증착장치의 가스 배관도로써, 반응가스가 장치에 공급된 후 반응로인 튜브(챔버)까지의 진행경로를 제1, 제2, 제3 및 제4 구간으로 나누어져 있다.FIG. 1 is a gas piping diagram of a chemical vapor deposition apparatus generally used for nitride film deposition. The first, second, third, and fourth paths of the reaction gas supplied to the apparatus to the tube (chamber), which is a reactor, are shown in FIG. It is divided into sections.
구체적으로, 반도체 웨이퍼 상에 질화막을 형성할 때는 제1도에 도시한 가스 배관도에 의하여 소정의 단계들을 거치게 된다. 여기서는 질화막을 형성하기 위하여 DCS(SiH2Cl2)가스와 NH3가스를 튜브에 주입하기 전 단계까지만을 설명한다.Specifically, when the nitride film is formed on the semiconductor wafer, predetermined steps are performed by the gas piping diagram shown in FIG. Here, only the steps up to the step of injecting the DCS (SiH 2 Cl 2 ) gas and the NH 3 gas into the tube to form the nitride film will be described.
첫 번째 단계는 화학기상 증착장치를 사용하지 않을 때이며, 이때는 대기상태(standby)라 부른다. 상기 대기상태에서는 V1 밸브, DCS MFC 및 NH3MFC가 오프된 상태를 유지한다. 그리고, V4 밸브는 온 또는 오프상태을 유지하며 온 상태일 때는 배기구쪽에서 유해가스와 DCS MFC가 접하고 있는 상태이다.The first step is when the chemical vapor deposition apparatus is not used, which is called standby. In the standby state, the V1 valve, the DCS MFC, and the NH 3 MFC remain off. In addition, the V4 valve maintains an on state or an off state, and when in the on state, the harmful gas and the DCS MFC are in contact with each other at the exhaust port.
다음, 두 번째 단계는 질소가스를 이용하여 DCS MFC를 퍼지하는 단계이다. DCS MFC의 질소 퍼지 시작시 V1 밸브, DCS MFC, V4 밸브를 동시에 오픈한다. 이렇게 되면, 질소가스가 V1 밸브, DCS MFC 및 V4 밸브를 통과하여 배기구쪽으로 흐른다. 그런데, V1 밸브과 V4 밸브는 오픈명령과 동시에 완전히 오픈되나 DCS MFC는 1분후 설정값에 도달한다. 설정값에 도달하는 시간은 자유롭게 설정할 수 있으나,그 증가는 시간에 대해 직선적으로 증가한다. 따라서, V1 밸브과 V4 밸브를 동시에 오픈하면 질소가스의 제3 구간 도달시간이 V4 밸브를 통과한 배기구쪽의 유해가스 도달시간보다 늦다. 이렇게 되면, DCS MFC의 출력단은 배기구의 유해한 가스에 노출되어 오염된다. 상기 DCS MFC의 오염은 튜브쪽에서의 역류보다 배기구쪽에서의 역류가 MFC에 영향을 더 많이 준게 되는데, 이는 DCS MFC를 오픈하기전에 튜브의 환경을 진공상태로 할 수 있기 때문이다.Next, the second step is to purge the DCS MFC using nitrogen gas. At the start of the nitrogen purge of the DCS MFC, open the V1, DCS MFC and V4 valves simultaneously. In this case, nitrogen gas flows through the V1 valve, the DCS MFC and the V4 valve toward the exhaust port. By the way, the valves V1 and V4 are completely open at the same time as the open command, but the DCS MFC reaches the set value after 1 minute. The time to reach the set value can be freely set, but the increase increases linearly with time. Therefore, when the valves V1 and V4 are opened at the same time, the arrival time of the third section of the nitrogen gas is later than the harmful gas arrival time at the exhaust port side passing through the V4 valve. In this case, the output terminal of the DCS MFC is exposed to the harmful gas in the exhaust port and is contaminated. The contamination of the DCS MFC causes the reverse flow on the exhaust side to affect the MFC more than the reverse flow on the tube side, because the tube environment can be vacuumed before opening the DCS MFC.
다음, 세 번째 단계는 실질적인 질소퍼지 공정으로 반응가스인 DCS구동용 V2의 온시점까지 V4를 통하여 DCS MFC를 퍼지하게 된다. 이를 요약하면 다음과 같다.Next, the third step is a substantially nitrogen purge process to purge the DCS MFC through V4 until the on-time point of the reaction gas DCS V2 driving. This is summarized as follows.
상술한 바와 같이 종래 기술에 의하여 질화막을 형성할 때, DCS MFC의 질소 퍼지시 V1 밸브, DCS MFC, V4 밸브를 동시에 오픈하여 질소가스를 배기구쪽으로 흐르게 한다. 그런데, V4 밸브가 오픈됨과 동시에 질소가스가 DCS MFC에 도달하기 전에 배기구쪽으로부터 유해한 가스가 DCS MFC 출력단으로 진행하여 DCS MFC는 오염된다. 더욱이, 반복적인 동작의 장기화에 따라 DCS MFC는 부식 및 기능저하로 교체해야한다. 이렇게 반도체 제조공정에서 DCS MFC의 부식과 성능저하는 불순물 입자의 튜브로의 유입이 증가하고, 설비 가동중단으로 품질불량과 생산성 저하된다.As described above, when forming the nitride film according to the prior art, the nitrogen gas flows toward the exhaust port by simultaneously opening the V1 valve, the DCS MFC, and the V4 valve at the time of nitrogen purge of the DCS MFC. However, at the same time as the V4 valve is opened, before the nitrogen gas reaches the DCS MFC, harmful gas flows from the exhaust port to the DCS MFC output stage and the DCS MFC is contaminated. Moreover, with prolonged repetitive operation, the DCS MFC must be replaced with corrosion and malfunction. As such, the corrosion and deterioration of DCS MFC in the semiconductor manufacturing process increases the inflow of impurity particles into the tube, resulting in poor quality and low productivity due to equipment shutdown.
따라서, 본 발명의 목적은 배기구 또는 챔버측으로부터 유해가스의 유입을방지할 수 있는 유량 조절 방법을 제공하는 데 있다.Accordingly, an object of the present invention is to provide a flow rate adjusting method capable of preventing the introduction of harmful gas from the exhaust port or the chamber side.
상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 가스가 제1 밸브를 통하여 유량조절기(mass flow controller)에 유입되고, 상기 유량조절기에 의해 조절된 소정 양의 가스를 제2 밸브를 통하여 배기구 또는 챔버로 배출하는 유량 조절 방법에 있어서, 상기 제2 밸브는 상기 배기구 또는 챔버로부터 유해가스의 역류를 방지하도록 상기 제1 밸브보다 늦게 오픈하는 것을 특징으로 하는 유량 조절 방법을 제공한다.In order to achieve the above object, the present invention provides a gas flow into a mass flow controller through a first valve, and discharges a predetermined amount of gas regulated by the flow regulator to an exhaust port or a chamber through a second valve. In the flow rate control method, the second valve provides a flow rate control method characterized in that the opening is later than the first valve to prevent the back flow of harmful gas from the exhaust port or the chamber.
상기 제2 밸브는 상기 제1 밸브보다 0.1초 내지 10분 늦게 오픈한다.The second valve opens 0.1 seconds to 10 minutes later than the first valve.
본 발명에 의하면 배기구 또는 챔버측으로부터 유해가스 및 불순물 입자의 유입을 방지하여 MFC의 부식 및 기능저하를 방지할 수 있다.According to the present invention, it is possible to prevent the inflow of harmful gas and impurity particles from the exhaust port or the chamber side to prevent corrosion and deterioration of the MFC.
이하, 본 발명의 실시예를 첨부도면을 참조하여 상세히 설명한다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
제1도를 참조하여 반도체 웨이퍼 상에 질화막을 형성할 때 거치는 소정의 단계들을 설명한다. 여기서는 질화막을 형성하기 위하여 DCS가스와 NH3가스를 튜브에 주입하기 전 단계까지만을 설명한다.Referring to FIG. 1, certain steps to be taken when forming a nitride film on a semiconductor wafer will be described. Here, only the steps up to the step of injecting the DCS gas and the NH 3 gas into the tube to form the nitride film will be described.
첫 번째 단계는 화학기상 증착장치를 사용하지 않을 때이며, 이때는 대기상태(standby)라 부른다. 상기 대기상태에서는 V1 밸브, DCS MFC 및 NH3MFC가 오프된 상태를 유지한다. 그리고, V4 밸브는 온 오프상태을 유지한다.The first step is when the chemical vapor deposition apparatus is not used, which is called standby. In the standby state, the V1 valve, the DCS MFC, and the NH 3 MFC remain off. The V4 valve is kept on and off.
다음, 두 번째 단계는 제1 구간, 제2 구간 및 제3 구간을 오픈하는 단계인데, V1 밸브과 DCS MFC를 동시에 오픈하고, 시간은 0.1초∼10분, 바람직하게는 15초동안 유지한다. V1 밸브은 오픈명령과 동시에 완전히 오픈되며 DCS MFC는 1분후설정값에 도달한다. DCS MFC가 설정값에 도달하는 시간은 자유롭게 설정할 수 있으나, 그 증가는 시간에 대해 직선적으로 증가한다. 이렇게 되면, V1 밸브과 DCS MFC 오픈후 15초 동안 V1 밸브을 통과한 질소가스는 제2 및 제3 구간에 충전된다. 본 실시예에서는 상기 충전시간을 15초로 설정하였으나, 제3 구간의 질소가스 압력이 제4 구간의 압력보다 충분히 높을 때까지 충전할 수 있다.Next, the second step is to open the first section, the second section and the third section, and simultaneously open the V1 valve and the DCS MFC, and the time is maintained for 0.1 seconds to 10 minutes, preferably 15 seconds. The V1 valve is fully open at the same time as the open command and the DCS MFC reaches its setpoint after one minute. The time at which the DCS MFC reaches the set point can be freely set, but the increase increases linearly with time. In this case, the nitrogen gas passing through the V1 valve for 15 seconds after the opening of the V1 valve and the DCS MFC is filled in the second and third sections. In the present embodiment, the charging time is set to 15 seconds, but may be charged until the nitrogen gas pressure in the third section is sufficiently higher than the pressure in the fourth section.
다음, 세 번째 단계는 질소가스를 이용하여 DCS MFC를 퍼지하는 단계인데, V4 밸브를 오픈하여 질소가스를 배기구로 퍼지한다. 이때, 제3 구간의 압력이 제4 구간의 압력보다 높은 상태에서 V4를 오픈하기 때문에 V4 밸브를 오픈과 동시에 제1,2,3 구간의 퍼지용 질소가스가 제4 구간으로 유입된다. 이렇게 되면, 제4 구간에 존재하는 유해가스는 제3 구간으로의 역류하지 않고 배기구로 유출된다.Next, the third step is to purge the DCS MFC using nitrogen gas, by opening the V4 valve to purge the nitrogen gas to the exhaust port. At this time, since the pressure of the third section is higher than the pressure of the fourth section, V4 is opened, and the purge nitrogen gas of the first, second, and third sections is introduced into the fourth section at the same time as the V4 valve is opened. In this case, noxious gas existing in the fourth section flows out to the exhaust port without being flowed back to the third section.
다음, 네 번째 단계는 계속되는 실질적인 질소퍼지 공정으로 반응가스인 DCS구동용 V2 밸브의 온시점까지 V4 밸브를 통하여 DCS MFC를 퍼지하게 된다. 이를 요약하면 다음과 같다.Next, the fourth step is a continuous nitrogen purge process which purges the DCS MFC through the V4 valve until the ON point of the DCS driving V2 valve as the reaction gas. This is summarized as follows.
제2도는 종래 기술과 본 발명에 의하여 발생한 튜브의 불순물 입자의 수를비교한 그래프이다.2 is a graph comparing the number of impurity particles in a tube produced by the prior art and the present invention.
제2도에서, 종래기술에 의하여 발생되는 튜브 불순물 입자는 참조번호 10으로 표시한 바와 같이 불순물 입자의 크기에 관계없이 변동폭이 매우 심하고 그 값도 매우 높다. 이에 반하여 본 발명에 의하여 발생되는 튜브 불순물 입자는 참조번호 12로 표시한 바와 같이 불순물 입자의 크기에 관계없이 변동폭도 작고 그 값도 매우 작음을 알수 있다. 제2도에서, X축은 장비 사용 기간을 나타내며, Y축은 불순물 입자의 수를 나타낸다.In FIG. 2, the tube impurity particles generated by the prior art have a very wide fluctuation range and a very high value regardless of the size of the impurity particles as indicated by reference numeral 10. In contrast, the tube impurity particles generated by the present invention, as indicated by the reference numeral 12, can be seen that the fluctuation range is small and its value is very small regardless of the size of the impurity particles. In FIG. 2, the X axis represents the equipment service period and the Y axis represents the number of impurity particles.
상술한 바와 같이 본 발명은 질소가스를 이용한 DCS MFC의 질소 퍼지시 V4 밸브는 V1 밸브, SiH2Cl2MFC보다 15초 후에 오픈한다. 이렇게 되면 V1 밸브, SiH2Cl2MFC 오픈 후 배기구쪽의 유해가스가 DCS MFC 아웃단(제3구간)까지 도달하기 전에 퍼지용 질소가스는 제1, 2, 3구간의 높은 압력에 의해 제4 구간으로 빠르게 이동한후 배기구로 흐른다. 따라서, 제4 구간의 유해가스 또는 불순물 입자가 DCS MFC쪽으로 역류되는 것을 방지하여 DCS MFC의 부식 및 기능저하를 방지할 수 있다.As described above, in the present invention, when the nitrogen purge of the DCS MFC using nitrogen gas, the V4 valve is opened 15 seconds after the V1 valve and SiH 2 Cl 2 MFC. In this case, after the V1 valve and SiH 2 Cl 2 MFC are opened, before the noxious gas from the exhaust port reaches the DCS MFC out stage (3rd section), the nitrogen gas for purging is discharged by the high pressure of the 1st, 2nd and 3rd sections. Move quickly to the section and flow to the exhaust vent. Therefore, the harmful gas or impurity particles in the fourth section can be prevented from flowing back toward the DCS MFC, thereby preventing corrosion and deterioration of the DCS MFC.
이상, 본 발명을 구체적으로 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니고, 당업자의 통상적인 지식의 범위에서 그 변형이나 개량이 가능하다.As mentioned above, although this invention was demonstrated concretely, this invention is not limited to this, A deformation | transformation and improvement are possible in the range of the common knowledge of a person skilled in the art.
제1도는 일반적으로 질화막 증착에 이용되는 화학기상 증착장치의 가스 배관도이다.1 is a gas piping diagram of a chemical vapor deposition apparatus generally used for nitride film deposition.
제2도는 종래 기술과 본 발명에 의하여 발생한 튜브의 불순물 입자의 수를 비교한 그래프이다.2 is a graph comparing the number of impurity particles in a tube produced by the prior art and the present invention.
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KR1019950046355A KR100360393B1 (en) | 1995-12-04 | 1995-12-04 | Method for controlling mass flow |
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- 1995-12-04 KR KR1019950046355A patent/KR100360393B1/en not_active IP Right Cessation
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