KR100294606B1 - 고속소프트배기방법및장치 - Google Patents

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Abstract

처리 가스가 진공용기로 유입되기 전에 진공용기의 내부를 배기하는 방법(a process for evacuating the inside of a vacuum vessel)에서, 배기 컨덕턴스(evacuation conductance)는 배기 시간의 경과에 따라 점진적으로 증가되어서 압력 강하율(dp/dt)이 견실하게 변하게 된다. 진공 목표치에 도달하는 진공 배기 시간은 미립자가 비상(flying up)하는 것을 방지하면서 짧게 이루어 진다.

Description

고속 소프트 배기 방법 및 장치 {High-Speed Soft Evacuation Process and System}
본 발명은 반도체 디바이스 제조 장치와 같은 진공 장치에서 사용되는 진공 배기 방법에 관한 것이다. 특히 본 발명은 미립자의 이동을 제어하면서 진공 배기 시간을 짧게 할 수 있는 고속 소프트 진공 배기를 실현하는 진공 배기 방법 및 장치에 관한 것이다.
반도체 디바이스, 전기 회로 및 그와 같은 종류의 것을 제조하는 데에는 다양한 진공장치가 사용된다. 박막 형성 장치로서, LPCVD(low-pressure chemical vapor deposition)장치가 LOCOS 마스크용 Si3N4막 및 게이트 전극용 다결정-Si(polycrystalline silicon)막을 형성하는데 사용되고; 플라즈마 강화 CVD 장치는 층간 절연용 SiO2막과 파이널 프로텍션(final protection)용 SiN막을 형성하는데 사용되고; 스퍼터링 장치는 배선용 알루미늄 박막을 형성하는데 사용된다. 더블어, 임플렌테이션 장치(implantation systems), 플라즈마 에칭 장치 및 포토레지스트 에싱 장치(photoresist ashing systems)와 같은 진공장치가 넓게 사용된다.
도 16 은 로드-록 타입 진공장치에 일반적으로 사용되는 진공 배기 장치의 블록 다이어그램을 설명한 도면이다. 도면 번호'601'은 반응이 이행되는 반응기이고, 도면 번호'602'는 터보-분자 펌프, 저온 펌프, 확산 펌프 또는 흡착 펌프와 같은 고 진공 펌프이고; 도면 번호'603'은 드라이 펌프 또는 로터리 펌프와 같은 저 진공 펌프이고; 도면 번호'604'는 대기압 상태에서 반응기(601)의 내부의 진공배기용 로핑 밸브(roughing valve)이고; 도면 번호'605'는 진공 배기 컨덕턴스 제어밸브이고; 도면 번호'606'은 로핑 후 주 진공 배기를 수행하는 주 배기밸브이고; 도면 번호'607'은 고 진공 펌프(602)와 저 진공 펌프(603)와의 사이에 설치되는 펌프-대-펌프 밸브이고; 도면 번호'611'은 로드-록 챔버이고; 도면 번호'612'는 로드-록 챔버의 내부를 진공 배기 하는 진공 배기 펌프이고; 도면 번호'613'은 로드-록 챔버(611)와 반응기(601)와의 사이에 통로를 차단하는 게이트 밸브이고; 도면 번호'614'는 로드-록 챔버의 내부가 그를 통해 배기되는 배기밸브이다.
도 16 에 도시된 진공 장치는 다음과 같은 방식으로 동작하여 배기 및 그 처리가 수행되는 것이다. 먼저, 밸브(605)가 항시 개방을 유지하는 상태에서, 펌프 대 펌프 밸브(607)를 개방하도록 저 진공 펌프(603)가 작동되고 난 다음에 고 진공 펌프(602)가 작동된다. 펌프 대 펌프 밸브(607)가 폐쇄된 후에, 로핑 밸브(604)가 개방되어 반응기(601)의 내부가 대기압 상태에서 배기를 개시하게 된다. 그 실내 압력이 고 진공 펌프(602)가 배기작업을 할 수 있는 압력 범위 내에 이를 때까지 반응로(601)가 배기 되어진 후에, 로핑 밸브(604)가 폐쇄되고 다음에 펌프 대 펌프 밸브(607)와 주 배기밸브(606)가 연속적으로 개방되어 주 배기를 개시하게 된다. 일반적으로, 이러한 상태는 장치가 지속을 위해 점검을 받을 때를 제외하고는 지켜지는 것이다. 게이트 밸브(613)가 개방된 후에, 복수 처리 기판을 유지하는 카세트가 로드-록 챔버(611)로 이송된다. 게이트 밸브(615)가 폐쇄되고 진공펌프(612)가 작동된 후에, 배기밸브(614)가 개방되고, 그에 따라서 로드-록 챔버(611)의 내부가 감소된 압력을 가질 때까지 대기압 상태에서 배기작업을 개시하게 된다. 반응기(601)에 역효과를 주지 않도록 로드-록 챔버(611)의 내부가 충분히 낮은 압력으로 배기 되어진 후에, 카세트에 유지된 기판이 반응기(601) 쪽으로 이송되도록 게이트 밸브(613)가 개방되고, 다음 처리를 이행하도록 게이트 밸브(613)는 폐쇄된다. 이러한 처리과정에서, 처리 가스 공급 장치(616)로부터 반응기 내로 가스가 유입되고, 배기 컨덕턴스 제어밸브(605)의 컨덕턴스를 조정하여 예정된 값으로 반응기(601) 내부 압력을 유지시킨다. 처리가 완료된 후에, 게이트 밸브(613)는 개방되고, 처리되어진 기판은 반응기(601)로부터 로드-록 챔버(611)에 남겨진 카세트에 놓여지며, 여기서 다음 기판이 반응기(601) 쪽으로 이송되게 된다. 기판이 모두 처리되어진 후에는, 배기밸브(614)가 폐쇄되어 로드-록 챔버(611)의 실내 압력이 대기압으로 회복되고 그리고 카세트는 꺼내어진다.
도 17 은 공기 개방형(open-to-air type) 진공 장치에 공통적으로 사용되는 배기 장치의 블록 다이어그램을 설명하는 도면이다. 도면 번호'701'은 처리작업이 이행되는 반응기이고; 도면 번호'703'은 진공 펌프이고; 도면 번호'704'는 대기압 상태에서 반응기(701)의 내부 배기작동용 로핑 밸브이고; 도면 번호'705'는 배기 컨덕턴스 제어밸브이고; 도면 번호'706'은 로핑 후에 주 배기를 수행하는 주 배기밸브이다.
도 17 에 도시된 진공 장치는 다음과 같은 방식으로 작동되어 배기 및 프로세싱이 이행되는 것이다. 먼저, 밸브(705)는 항시 개방이 지켜지는 상태에서, 배기 펌프(703)가 동작한다. 게이트 밸브(715)가 개방된 후에, 반응기(701) 내로 처리 기판이 이송된다. 로핑 밸브(704)가 개방되고, 따라서 반응기(701)의 내부에서 대기압 상태에서의 배기 작업이 개시된다. 반응기(701)의 내부가 양호하게 배기 되어진 후에, 로핑 밸브(704)는 폐쇄되고, 다음 주 배기를 개시하도록 주 배기밸브(706)가 개방된다. 이러한 처리작업이 이행되는 동안에, 가스가 처리 가스 공급장치(716)로부터 반응기 내로 유입되고, 반응기(701) 내부 압력은 배기 컨덕턴스 제어밸브(705)의 컨덕턴스를 조정하여 예정된 값을 유지시킨다. 처리작업이 완료된 후에, 주 배기밸브(706)가 폐쇄되어 반응기(701)의 실내압력이 대기압으로 회복되고, 여기서 기판이 꺼내어지고, 그리고 다음 기판이 반응기에 놓여지게 된다.
로드-록 타입과 공기 개방형 진공장치 모두에서, 배기 컨덕턴스 제어밸브(605 또는 705)는 항시 진공 용기인 반응기 내로 처리 가스가 유입될 때를 제외하고는 개방 상태(정상적 개방)로 설정되며, 진공 용기 내부 압력은 예정된 값을 유지하고, 그리고 밸브(605 또는 705)는 최대 컨덕턴스로 있도록 설정된다.
따라서, 처리 가스가 진공 용기 내로 유입되기 전에 진공 용기가 배기되면, 배기는 개폐 밸브(604, 606 또는 704, 706) 절환에 의해서만 동작하여 반응기가 차단 상태 또는 교통 상태로 되게 된다.
피처리체(기판)을 도 16 또는 도 17 에 도시된 진공장치의 배기 장치를 사용하여 배기 되어진 진공 용기에서 처리하는 방식으로는, 처리 수율을 향상시키기가 곤란하다는 것이 공지된 사실이다.
상기 원인을 연구한 결과로서, 진공 장치에서 피처리체에 접착되는 미립자가 수율 향상을 방해한다는 것을 알게 되었다. 이러한 사실에 대한 대응책으로서, 진공 용기의 내부를 청결하게 하였으나, 수율은 프로세싱이 다시 진행되면서 감소되기 시작하였다. 따라서, 이동 미립자를 관찰하였다. 관찰의 결과, 처리 가스가 진공 용기 내로 유입되기 전에 그 내부에서 배기되면 진공 용기 내에서 정체되어 있는 미립자가 마치 비산하는 것 같이 움직이고 피처리체에 접착되는 것을 발견하였다.
특히, 로핑이 배기 시간이 짧아지도록 단시간에 완성되고 다음에 주 배기가 이행되는 경우에, 미립자는 상당한 비산을 하였다. 이러한 사실은 주 배기 시간에서 압력이 크게 변하기 때문이다.
만일 미립자의 상기 이동을 제어하도록, 주 배기가 충분한 저압을 제공하도록 장시간 동안 로핑작업(roughing)을 수행한 후에 개시된다면, 전체적으로 배기를 위해 장시간을 소요하게 되여, 낮은 작업 처리량으로 피처리체가 처리 되게 될 것이다. 이러한 사실은 공기 개방형 장치에서 진공 장치에 상당한 영향을 주어서, 그 진공 용기의 내부는 예를 들면 대부분의 에싱 장치에서 활용되는 것같이 피처리체가 놓여지고 꺼내어질 때마다 대기로 개방되게 만들어지게 하였다.
본 발명의 목적은 미립자가 진공 용기 내부에서 이동하는 것을 방지하여 피처리체(예를 들면, 기판) 처리 수율을 향상시키는 진공 용기의 배기 방법과 배기 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 압력 강하율의 과도한 증가가 없는 배기 시간이 짧아진 진공 용기의 배기 방법 및 배기 장치를 제공하는 것이다.
본 발명은 처리 가스가 진공 용기 내로 유입되기 전에 진공 용기의 내부를 배기하는 방법 및 장치를 제공하는 것이고, 배기 컨덕턴스 제어밸브의 콘덕턴스는 배기 시간이 경과에 따라 점진적으로 증가되는 것이다.
도 1 은 본 발명의 실시예에 따르는 배기 장치를 개략적으로 설명하는 다이어그램.
도 2 는 본 발명에 사용되는 다양한 배기 컨덕턴스 제어밸브의 구조를 개략적으로 설명하는 다이어그램.
도 3a 및 도 3b 는 이중 제어식 배기밸브의 구조를 개략적으로 설명하는 다이어그램.
도 4 는 본 발명의 다른 실시예에 따르는 배기 장치를 개략적으로 설명하는 다이어그램.
도 5 는 압력 강하율(압력 강하율 곡선)에 따라 변화하는 시간의 예를 나타내는 그래프.
도 6 은 본 발명의 양호한 실시예에 따르는 압력 강하율(압력 강하율 곡선)에 따라 변화하는 시간의 예를 나타내는 그래프.
도 7 은 본 발명의 양호한 실시예에 따르는 배기 프로세스의 흐름도.
도 8a 및 도 8b 는 본 발명의 다른 실시예에 따르는 배기 컨덕턴스 제어밸브와 배기 장치를 개략적으로 설명하는 다이어그램.
도 9 는 본 발명에 사용되는 진공 장치의 예를 개략적으로 나타내는 단면도.
도 10 은 도 9 에 나타낸 진공 장치의 마이크로파 공급수단을 개략적으로 설명하는 다이어그램.
도 11 은 도 9 에 도시된 진공 장치의 마이크로파 공급수단에 웨이브 가이드가 접속된 파트의 구조를 개략적으로 설명하는 다이어그램.
도 12 는 도 9 에 도시된 진공 장치의 마이크로파 공급수단에 설치된 슬롯의 구조를 개략적으로 설명하는 다이어그램.
도 13 은 본 발명이 적용된 로드-록 챔버를 가진 진공 장치를 개략적으로 설명하는 다이어그램.
도 14 는 본 발명에 사용되는 배기 컨덕턴스 제어밸브의 압력 강하율에 따라 변화되는 밸브요소 구멍 각도(valve-element aperture angle)를 나타내는 그래프.
도 15 는 본 발명의 실시예에 따르는 압력 강하율(압력 강하율 곡선)에 따라 변화되는 시간의 예를 나타내는 그래프.
도 16 은 종래 진공 장치의 예를 개략적으로 설명하는 다이어그램.
도 17 은 종래 진공 장치의 다른 예를 개략적으로 설명하는 다이어그램.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
1 : 공기 개방형 진공 용기(회전각속도 제어형 밸브)
2 : 피처리체유지수단(밸브 요소 운동속도 제어형 밸브)
3 : 마이크로파 공급 수단(곡선 밸브요소형 밸브)
4 : 마이크로파 전달 윈도우(곡선 벽 모양 밸브)
5 : 마이크로파 웨이브 가이드(점진적으로 확대되는 트인구멍형 밸브)
6 : 마이크로파 소오스(아이어리스(iris) 다이어프램형 밸브)
7 : 가스 공급로
8 : 배기로
101, 201 : 반응기
103, 203 : 배기 진공 펌프
106, 206 : 배기밸브
116, 216 : 처리 가스 유입수단
204 : 바이패스 배기밸브
205 : 배기 컨덕턴스 제어밸브
601, 701 : 반응기
602 : 고 진공 펌프
603 : 저 진공 펌프
604, 704 : 로핑(roughing) 밸브
605, 705 : 배기 컨덕턴스 제어밸브
606, 706 : 주 배기밸브
607 : 펌프-대-펌프 밸브
611 : 로드-록 챔버
612 : 진공배기 펌프
613 : 게이트 밸브
614 : 배기밸브
도 1에서, 도면 번호 '101'은 진공 용기로서 역할을 하는 반응기이고; 도면 번호 '116'은 반응기(101)에 처리 가스를 유입하는 처리 가스 유입 수단을 지칭한다. 처리 가스가 유입되기 전에, 반응기(101)의 내부는 배기 시스템(103, 105, 106)에 의해 배기가 이루어진다.
이러한 배기 시스템에는 배기 컨덕턴스 제어밸브(105)가 있다. 상기 밸브(105)의 콘덕턴스는 배기 시간이 경과함에 따라 점진적으로 증가되는 것이다.
본원에서, 도면 번호 '106'은 배기밸브이고; 도면 번호 '103'은 터보 분자 펌프, 저온 펌프, 오일 확산 펌프 또는 로터리 펌프와 같은 배기 진공 펌프이다.
도 1 에 도시된 진공 장치는 다음과 같은 방식으로 작동하여 진공 배기 및 처리를 수행한다. 먼저, 진공 펌프(103)가 동작한다. 반응기(101) 외측에 배치된 피처리체를 반응기(101) 내로 이송한다. 배기 컨덕턴스 제어밸브(105)를 완전 페쇄(컨덕턴스가 최소로 되는 상태)로 설정한 후에, 배기밸브(106)를 개방한다. 다음, 밸브(105)를 점진적으로 개방하여, 압력이 점진적으로 저하되도록 대기 상태에서 반응기(101) 내부가 배기를 개시하게 한다. 배기 컨덕턴스 제어밸브(105)의 컨덕턴스는 C(t) = V/(t1- t) 가 되도록 양호하게 지속적으로 증가된다. 여기서, C(t)는 컨덕턴스이고, V는 진공 용기의 용량이고, t1은 배기 목표 시간이고, 그리고 t 는 배기 시간이다.
이러한 방식으로, 압력 강화율과 같은 진공 용기 내부 압력의 시간에 따른 변화는 예정된 기간 동안 일정한 상태를 유지하게 된다.
충분한 진공도를 생성한 후에, 처리 가스가 처리 가스 유입 수단(116)으로부터 반응기(101) 내로 유입되어 피처리체를 처리한다. 처리가 완료된 후에, 배기밸브(106)는 폐쇄되고, 그리고 반응기(101)는 반응기(101)의 내부 압력이 대기압으로 돌아오도록 개방을 설정하고, 피처리체는 꺼내어지고 그리고 다음 피처리체가 반응기에 유입된다.
도 2 는 본 발명에 사용되는 배기 컨덕턴스 제어 밸브(105)의 예를 나타낸 도면이다. 도면 번호 '1'은 회전각속도 제어형 밸브이고; 도면 번호 '2'는 밸브요소 운동속도 제어형 밸브이고; 도면 번호 '3'은 곡선 밸브 요소형 밸브이고; 도면 번호 '4'는 곡선 벽모양 밸브이고; 도면 번호 '5'는 점진적으로 확대되는 트인구멍형 밸브이고; 도면 번호 '6'은 아이어리스(iris) 다이어프램형 밸브이다.
회전각속도 제어형 밸브(1)는 유동로(11)와 판형상 가동성 밸브 요소(12)를 형성하는 유동로 벽(14)을 갖는다. 가동성 밸브요소(12)는 샤프트(13) 둘레를 90도 회전 가능한 것이다. 도 1 은 완전 폐쇄 상태(θ=0)를 나타낸다. 밸브는 θ= 90도에서 완전 개방 상태로 있다. 가동성 밸브요소에 접속된 스텝핑 모터와 같은수단에 의해 가동성 밸브요소(12)의 회전각(θ)을 조정하면서, 컨덕턴스는 밸브요소(12)에 의해 점진적으로 증가된다.
밸브요소 이동속도 제어형 밸브(2)는 벽(24)에 의해 형성되는 유동로에서 원형 트인구멍을 가지는 유동로 형성부재(23)를 구비한다. 유동로 형성부재(23) 내에, 상하방향으로 운동 가능한 밸브요소(22)가 설치되어 트인구멍(21)의 콘덕턴스는, 밸브요소(22)의 정상부가 도면에 도시된 화살표 범위 내에서 상하방향으로 이동될 시에 변경될 수 있는 것이다. 컨덕턴스는 구동 기구(도시 않음)에 의해 밸브요소(22)가 하 방향으로 점진적으로 이동하면서 점진적으로 증가되는 것이다. 유동로 벽(34)에 의해 형성된 유동로(31) 코스에서 단면이 S형상인 곡선 밸브요소(32)가 곡선 밸브요소형 밸브(3)에 설치되고, 상기 밸브(10)와 같이 샤프트(33) 둘레를 회전한다. 이러한 밸브(3)가 폐쇄상태이면, 밸브요소(32)는 유동로 벽(34)과 접촉이 이루어지지 않아서, 밸브 폐쇄 시에도 가스는 추적량으로 흐르게 된다. 또한, 전체 개방 상태에서의 컨덕턴스는 밸브(1)의 컨덕턴스 보다 작다.
곡선진 벽모양 밸브(4)는 벽에 볼록부(45)가 있는 유동로 벽(44)과, 샤프트(43)에 부착된 평판형 가동식 밸브요소(42)를 갖는다. 완전 폐쇄 상태에서의 콘덕턴스는 0(제로)이다. 컨덕턴스는 회전각(θ)이 0 - 90도 범위에 있는 코스에서는 소량으로 증가하고, 그리고 회전각(θ)이 90도 보다 크게 되면 급하게 증가되는 것이다.
점진적으로 확대되는 트인구멍형 밸브(5)는 트인구멍(51)을 가지는 유동로 형성부재(53)와 그 내측에 설치된 밸브요소(52)를 구비한다. 밸브요소(52)의 하부단부는 도면에서 화살표로 나타낸 범위 내에서 상하 방향으로 이동 가능한 것이다. 트인구멍(51)의 컨덕턴스는 하부 단부의 승강부와 같이 점진적으로 증가한다.
아이어리스 다이어프램 타입 밸브(6)에는 중앙부와 그 근처에 형성된 트인구멍이 형성된다. 트인구멍의 컨덕턴스는 트인구멍의 점진적인 확장부와 같이 점진적인 증가를 한다. 임의 형태의 밸브에서, 밸브 요소의 개폐(이동)량은 양호하게 스텝핑 모터와 같은 것에 의해 전기적으로 조절되게 된다.
도 3a 및 도 3b 는 배기밸브(106)에 사용 가능한 밸브의 예를 나타낸 도면이다. 상기 밸브는 최소값(0)과 최대값으로, 2개 값만을 갖는 컨덕턴스를 갖는다.
유동로 벽(71)에서, 유입 유동로(75), 유출 유동로(76) 및 교통로(77)가 형성되고, 그리고 가동성 밸브요소(72)는 O 링(73)을 경유하여 설치된다. 밸브 요소는 전자기 코일(도시 않음)의 도움으로 스프링(74)의 압축력에 대항하여 상승되고, 여기서 컨덕턴스는 최대가 되며, 그리고 밸브요소(72)는 코일이 오프로 설정되면 하강하고, 여기서 컨덕턴스는 제로가 된다.
밸브는 구조를 선택적으로 할 수 있는 것이며, 여기서 가요성 다이어프램(78)이 밸브 요소(72) 밑에 제공되어 완전 폐쇄 상태에서 발생할 수 있는 누설을 방지하고 있다. 도 3b 는 그 예를 나타낸 것이다.
도 4 는 본 발명의 다른 실시예에 따르는 배기 장치의 예를 나타낸 도면이다.
도 4 에서, 도면 번호 '201'은 진공 용기로서 역할을 하는 반응기를 나타내고; 도면 번호 '216'은 처리 가스를 반응기(201) 내로 유입시키는 처리 가스 유입수단을 나타낸다. 처리 가스가 처리 가스 유입수단에 의해 유입되기 전에, 반응기(201)의 내부는 배기 시스템(203, 204, 205, 206)에 의해 배기된다.
도면 번호 '203'은 전술된 펌프(103)와 같은 배기 진공펌프를 나타내고; 도면 번호 '204'는 바이패스 배기로(220)에 설치된 바이패스 배기밸브를 나타내고; 도면 번호 '205'는 주 배기로(221)에 설치된 배기 컨덕턴스 제어밸브를 나타내고; 도면 번호 '206'은 배기로(222)에 설치된 배기밸브이다.
바이패스 배기밸브(204) 및 배기밸브(206)로서, 양호하게는 도3a 및 도3b에 도시된 바와 같이 개방상태와 폐쇄상태로 이중적으로 제어 가능한 밸브들이 사용될 수도 있다. 배기 컨덕턴스 제어밸브로서, 양호하게는 도시된 바와 같은 밸브들이 사용될 수도 있다. 밸브(204)가 개방상태로 있을 때 바이패스 배기밸브(204)의 컨덕턴스는 밸브(205)가 완전 개방상태로 있을 때에 주 배기로(221)의 컨덕턴스 보다 작다.
상기 장치는 다음과 같은 방식으로 동작한다.
진공 용기로서의 반응기(201)는 개방되고 피처리체가 반응기(201) 안에 놓여진다. 이어서, 반응기(201)는 폐쇄된다. 밸브(204)가 폐쇄 설정된 후에, 배기 컨덕턴스 제어밸브(205)는 완전 폐쇄로 설정되고, 밸브(206)는 폐쇄 설정되며, 진공 펌프(203)가 동작한다.
밸브(206)가 개방 설정되고 밸브(204)가 개방 설정되어서, 반응기(201)의 내부가 배기되기 시작한다. 따라서, 반응기(201)의 내부는 배기되는 상태가 된다.
여기서, 바이패스 배기로(220)의 컨덕턴스는 주 배기로(221)의 컨덕턴스 보다 충분히 작아서 배기 개시 직후에 압력 강하율은 미립자가 비산하는 것을 야기할 정도로 높지는 않게 된다.
부수적인 것으로서, 한편으로는, 만일, 바이패스 배기로(220)의 밸브(204)가 폐쇄상태로 있고 주 배기로의 배기 컨덕턴스 제어밸브(205)가 완전 개방상태로 있는 동안에 밸브(206)가 갑자기 개방되면, 배기 개시 직후에 압력 강하율은 미립자가 비산하는 것을 야기할 정도로 갑자기 높아지게 된다.
주요 문제로 돌아와서, 배기가 임의 시간 동안 바이패스 배기로(220)를 통해서 지속된 후에는, 스텝핑 모터에 의해 배기 컨덕턴스 제어밸브(205)의 가동성 밸브요소가 점진적으로 개방된다. 따라서, 밸브(205)의 컨덕턴스도 또한 점진적으로 커지게 된다.
밸브(205)의 가동성 밸브요소는, 밸브(205) 개방 개시 직후에 압력 강하율이 바이패스 배기로를 통하는 배기 개시 직후에 압력 강하율의 1.5배 이하가 되는 타이밍에서 개방을 개시할 수도 있다.
밸브(205)가 개방을 개시하는 타이밍은, 밸브(205) 개방을 개시한 직후에 압력 강하율이 바이패스 배기로를 통하는 배기 개시 직후에 압력 강하율 보다 높지 않게 되도록 보다 양호하게 조정될 수도 있다.
전체적 배기 시간을 더욱 짧게 하기 위해서, 밸브(205)가 개방되기 시작하는 타이밍은 밸브(205) 개방을 개시하기 직전에 압력 강하율이 바이패스 배기로를 통해서 배기의 개시가 이루어지는 직후에 압력 강하율의 0.2배 이상이 되도록 정해질수도 있다.
임의 시간이 경과할 때까지 압력 강하율이 배기 개시 직후 일정할 수 있도록 배기 컨덕턴스 제어밸브의 밸브 요소의 이동을 정밀하게 제어하는 것이 양호하다. 특히, 배기 컨덕턴스 제어밸브의 컨덕턴스는 대체로 다음의 식을 만족하도록 점진적으로 증가될 수도 있다.
C (t) = V/(t1- t)
여기서, 어떠한 시간(t)에서의 배기로의 컨덕턴스는 C(t), 진공 용기의 용량은 (v), 그리고 배기 목표시간은 (t1) 이다.
도5는 시간 변화에 따라 압력 강하율(dp/dt)이 어떻게 되는지를 나타내는 도면이다. 예를 들어, 도17 에 도시된 장치를 사용하면, 밸브(706)가 개방되어진 상태에서는 밸브(704)는 폐쇄되고 배기 컨덕턴스 제어밸브(705)는 완전 개방(최대 컨덕턴스에서)되고, 여기서 압력 강하율은 빈(blank) 삼각형을 갖는 라인(경우1)으로 나타낸 바와 같이 변경된다.
경우 1에서, 압력 강하율은 배기 개시 직후에 최대값(t0)에 이르고, 그 후 시간과 같이 감소된다.
도 4 에 도시된 장치를 사용하는 다른 예에서, 밸브(205)는 완전 폐쇄되고, 밸브(206)는 개방되고, 밸브(204)는 폐쇄되고, 이러한 상태에서 펌프가 작동되고 그리고 밸브(204)가 개방되고, 그리고 난 후, 밸브(205)는 예정된 시간이 경과한 후에 시간(t2)에서 순간적으로 개방되며, 여기서 압력 강하율은 검은 네모 점을 갖는 라인(경우 2)으로 나타낸 바와 같이 변경된다.
경우 2 에서는, 밸브(205)가 개방된(t0에서) 바로 후에 압력 강하율이 경우 1 의 것보다 작지만, 밸브(205) 완전 개방 시에는 동일물 보다 2배의 비율로 돌아오므로, 압력이 목표 압력치에 이를 때까지 매우 긴 시간을 취하게 된다.
다른 한 편으로, 도 1 에 도시된 장치 사용에서, 밸브(105, 106)는 폐쇄되고, 이러한 상태에서 밸브(106)는 개방되고 그리고 그런 후 밸브(105)는 스텝핑 모터에 의해 점진적으로 개방되며, 여기서 압력 강하율은 검은 원(경우 3)이 있는 라인으로 나타낸 바와 같이 변경된다.
경우 3 에서, 반응기의 내부는 예를 들면 일정한 압력 강하율로 t0에서 t1까지 C(t) = V/(t1- t)를 만족하도록 하면, 압력 강하율은 결코 갑작스럽게 증가하지 않으며 또한 압력은 짧은 시간에 목표 압력에 이르게 된다.
도 5 에서 경우 3 의 방법으로 그리고 도 1 에 도시한 장치를 사용하여 배기를 수행하는 데에는 고 정밀 배기 컨덕턴스 제어밸브와 고 정밀 스텝핑 모터가 필요하며, 이러한 사실은 장치의 가격이 고가이게 한다. 따라서, 도 4 에 도시된 장치 사용에서는 배기 컨덕턴스 제어밸브(205)의 컨덕턴스가 점진적으로 증가하는 모드를 사용하였는바, 이러한 사실은 장치를 저렴한 가격이게 하는 것이다.
도 6 은 도 4 에 도시된 장치를 이용하는 배기 방법에서 시간에 따라 압력 강하율(dp/dt)이 어떻게 변하는지를 나타낸 도면이다. 도 7 은 배기 동작의 흐름도이다.
도 7 에서 S1으로 나타낸 것으로서, 밸브(206)는 개방되고, 밸브(204)는 폐쇄되고 그리고 배기 컨덕턴스 제어밸브(205)는 완전 폐쇄되고, 이러한 상태에서 대기압으로 있는 진공 용기의 내부는 다음과 같은 방식으로 배기 하여, 경우 4(검은 네모점이 있는 라인)로서 도 6 에 도시된 압력 강하율 곡선이 얻어진다. 이러한 상태에서의 진공 용기 내부 압력은 빈 원을 갖는 라인으로 도시된 바와 같이 된다.
바이패스 배기밸브(204)가 개방되고, 진공 용기의 내부가 바이패스 배기로(220)를 통해 배기 동작이 개시된다.(S2) 배기를 개시한 직후에 시간(t0) 후에 그리고 예정된 시간이 경과한 후에 시간(t2)에서, 배기 컨덕턴스 제어밸브(205)는 개방되기 시작한다(S4). 이어서, 압력 강하율이 점진적으로 증가한다. 따라서, 배기 곡선은 최소값(dP2)과 최대값(dP0)을 가지게 된다.
만일 주 배기로(221)의 밸브(205)가 개방을 시작하는 타이밍이 시간(t2) 보다 이르게 설정되면, 압력은 경우 5(x표시를 가진 라인)로 나타낸 바와 같이 시간(t3)에서 목표 압력치에 이르지만, 배기 개시 직후에 주어진 시간(t0)에서 값 보다 더 큰 값이 되게 된다.
다른 한 편으로 만일 밸브(205)가 개방을 개시하는 타이밍이 시간(t2)보다 늦게 설정되면, 예를 들면 t3, 최대값은 경우 6(빈 삼각형이 있는 라인)으로 도시된 바와 같이 배기 개시 직후에 주어지는 값 보다 작게되지만, 목표 압력에 압력이 이르는 시간(목표 도달 시간)은 시간(t1) 보다 늦게된다. 따라서, 밸브(205)는 압력강하율의 최대값(dP0)이 배기 개시 직후에 주어진 값의 1.5배 를 넘지 않도록 개방되기 시작할 것임으로, 최대 압력 강하율은 예를 들어 4.0 x 104Pa/sec 보다 작게, 양호하게는 2.7 x 104Pa/sec 보다 작게 만들어진다. 따라서, 미립자가 비산되는 것이 양호하게 방지된다.
밸브(205)는 압력 강하율의 최소값(dP2)이 배기 개시 직후에 주어지는 값의 0.2 배 보다 작지 않게 개방을 개시할 것이고, 따라서 목표 도달 시간이 길지 않은 시간으로 된다.
목표 도달 시간이 더욱 짧아지게 만들어진 예는 도 6 에 도시된 경우 5 의 것이다. 압력 강하율의 최대값(dP0)이 배기 개시 바로 후에 주어진 값을 초과하지 않는 예는 경우 6 의 것이다.
다음, 밸브(205)의 콘덕턴스는 점진적으로 증가되어, 최소값으로부터 최대값까지의 압력 강하율의 기울기가 완만하게 이루어진다. 따라서, 용이하게 배기 개시 직후에 주어진 값 보다 크지 않은 최대값을 만들 수가 있게된다. 특정하게는, 밸브(205)의 컨덕턴스가 최대가 되는 시간이 목표 도달 시간보다 늦게 설정할 수 있다는 것이다.
예를 들어, 경우 4 에서, 밸브(205)의 콘덕턴스는, 압력이 밸브(205)가 시간(t1)에서 아직은 개방되고 있는 코스의 중간에서, 예를 들면 밸브의 컨덕턴스가 증가되고 있는 코스의 중간에서 목표 압력에 이르게 점진적으로 증가될 수 있는 것이다. 특정한 상태에서, 밸브가 개방되는 때에 바이패스 배기로의 컨덕턴스가, 밸브가 완전 개방되는 때에 주 배기로의 컨덕턴스의 것보다 1/10 미만으로 설정되는 상황에서 그리고 바이패스 배기로의 밸브 직후의 압력 강하율이 2.7 x 104Pa/second 값으로 설정되는 상황에서, 밸브가 완전 개방되기 전에 그리고 배기 컨덕턴스 제어밸브를 개방 개시한 후에 취해진 시간은 4 내지 7초로 설정된다. 이러한 방식으로 설정되면, 1.3 Pa의 압력을 가질 때까지의 대기압 상태에서의 12리터 용기의 내부를 배기 하는데 필요한 시간(목표치 도달 시간)은 약8초가 되고, 또한 최대 압력 강하율은 결코 2.7 x 104Pa/second 를 넘지 않는다.
최대값이 배기 개시 직후에 주어진 값(dPi)를 초과하지 않는 한, 최대 압력 강하율은 바이패스 배기로의 컨덕턴스에 의해 결정되고, 따라서 배기 중에 비산하는 미립자의 이동이 방지되게 된다. 상기 값(dPi)은 4.0 x 104Pa/second 보다 크지 않는 것이 양호하다.
압력이이러한 방식으로 목표 압력에 이른 후에는, 처리 가스가 도 7 에서 S6으로 나타낸 바와 같이 진공 용기 내로 유입된다.
어떠한 바이패스 배기로도 사용하지 않는 도 6 에 도시된 압력 강하율 곡선을 획득할 수 있는 배기 장치를 이하에 기술한다.
도 8a 는 본 발명에 따르는 다른 배기 장치를 설명하는 도면이다. 이러한 장치에서는 도 8b 에 도시된 바와 같은 가동성 밸브요소(62)에 관통 홀(65)을 가지는 밸브가 배기로(222)에 설치된 배기 컨덕턴스 제어밸브(210)로서 사용되는 것이다.
가동성 밸브요소(62)가 관통 홀(65)을 가짐으로서, 배기로는 밸브요소(62)가 유동로 벽(64)과 밀접하게 접촉되게 전해지더라도 예정된 콘덕턴스를 가질 수 있는 것이다. 즉, 이러한 장치는 관통 홀(65)이 바이패스 배기로에 의해 할당된 기능을 가지도록 만들어지는 것이 특징적인 것이다. 물론, 관통 홀은 도 2 에 도시된 밸브의 각각의 밸브요소에 형성될 수 있는 것이며 그리고 상기 밸브는 도 8a 에 도시된 장치에 이용될 수 있는 것이다.
본 발명에 따른 배기 방법 및 배기 장치는 대기압 상태에서 개시되는 배기가 동반되는 모든 타입의 진공 장치에 적용할 수 있는 것이다. 특히, 본 발명은 대기압 상태에서 개시되는 배기가 예를 들어 에싱 장치 및 클리닝 장치와 같은 공기 개방형 진공 장치에 의해 빈번하게 수행되는 장치에서 유효한 것이고, 그리고 로드-록 타입 진공 장치의 로드-록 챔버의 배기용으로 유효한 것이다.
도 9 는 본 발명에 사용되는 진공 장치로서 플라즈마 처리장치를 개략적으로 단면도시한 것이다.
도면 번호 '1'은 그 내부에서 피처리체(W)를 유지하고 그 내부에서 플라즈마를 발생하고, 그리고 공기 개방형 용기인 진공 용기를 지칭한다.
도면 번호 '2'는 진공 용기(1) 내부에 피처리체(W)를 유지 지지하는 피처리체유지수단을 지칭하며, 피처리체(W)를 상하방향으로 놓을수 있는 승강 핀(2a)을 가지고 있는 것이다.
도면 번호 '3'은 진공 용기(1)에서 플라즈마를 발생시키는 마이크로파 에너지 공급용 마이크로파 공급 수단을 지칭하는 것이다.
도면 번호 '4'는, 진공 용기(1)의 내부를 용접밀폐하고 그를 통해 마이크로파가 지나가게 허용하는 마이크로파 전달 윈도우를 지칭하는 것이다.
도면 번호 '5'는 마이크로파 웨이브 가이드를 지칭하고; 도면 번호 '6'은 마이크로파 소오스를 지칭한다.
도면 번호 '7'은 플라즈마에 형성되는 처리 가스가 공급되고 가스 방출 유출구(7a)를 가지는 가스 공급로를 지칭하는 것이다.
도면 번호 '8'은, 진공 용기(1)의 내부가 그를 통해 배기되는 배기로를 지칭하는 것으로서 본 발명의 배기 장치와 교통되는 것이다.
도 9 에 도시된 장치를 이용하는 플라즈마 처리 방법은 다음과 같은 방식으로 수행된다.
처리 가스는 진공 용기(1)의 내부로 가스 공급로(7)를 통해 공급되며, 진공 용기(1)의 내부는 예정 압력을 가지도록 배기 되어져 있는 것이다. 처리 가스는 공간부(9)로 방출된 후에 배기로(8) 쪽으로 흘러간다. 그 동안에, 마이크로파 소오스(6)에서 발생되는 마이크로파는 공축(coaxial) 웨이브 가이드, 원통형 웨이브 가이드 또는 사각 웨이브 가이드(5)를 통해 전달되어, 마이크로파 공급 수단(3) 내로 공급된다. 마이크로파는 마이크로파 공급수단(3)의 무한(endless) 링 형상 가이드 통로(3a)에서 전달된다.
무한 링 형상 가이드 통로(3a)의 H 면(3c)에서, 마이크로파의 이동방향을 가로질러 형성된 슬롯(3b)이 설치되고, 그리고 마이크로파는 공간부(9) 쪽으로 슬롯(3b)을 통해 방출된다. 마이크로파는 마이크로파 전달 윈도우(4)를 통해 지나가 공간부(9) 내에 공급된다.
공간부(9) 내부에서, 처리 가스가 주어지고 그리고 처리 가스는 마이크로파에 의해 활성화되어 플라즈마를 발생한다. 피처리체(W)의 표면은 이러한 플라즈마를 활용하여 처리된다.
도 10 은 마이크로파 공급수단(3)의 단면과 외관을 개략적으로 설명하는 도면이다.
도 11 은 마이크로파 공급수단(3)에 접속된 마이크로파 웨이브 가이드(5)가 있는 파트의 단면이다.
도 12 는 슬롯(3b)이 설치된 H 면(3c)의 파트에 그 저부에서 본 마이크로파 공급수단(3)을 설명하는 도면이다.
도 9 에 도시된 마이크로파 공급수단(3)은, 웨이브 가이드의 E 면(3d)이 링 안으로 곡선지게 굽어지는 사각 웨이브 가이드와 같은 것이다. 따라서 서로 대면하고 있는 두 개 H 면(3c)은 동일 평면에 모두 주어진 것이다.
웨이브 가이드(5)를 통해 전달되어져 있는 마이크로파는 접속 파트에 설치된 마이크로파 분배기(10)에 의해 서로 다른 방향으로 분배된다. 무한 링 형상 가이드 통로(3a)에 전달된 마이크로파는, 마이크로파의 이동방향(MD)을 횡단하는 방향으로 연장되는 슬롯(3b)을 통해 방출되는 동안에 전달된다.
상기 마이크로파 공급수단은 평면 슬롯 형상 링 타입 웨이브 가이드 또는 평면 멀티 슬롯 안테나(PMA:planar multi-slot antenna)를 말한다.
무한 링 형상 가이드 통로(3a) 내부에, 마이크로파는 슬롯으로부터의 에너지의 해방으로 인한 감쇠(attenuation) 하에 있는 동안 이동 및 전달된다. 또한, 마이크로파가 이중방향으로 이동하므로, 이동하는 마이크로파는 서로 방해를 받게되어, 균일한 밀도를 갖는 마이크로파가 공간부(9)에 방출된다.
도 13 은 본 발명의 배기 장치에 의해 배기 작업을 할 수 있는 로드-록 챔버(111)를 가진 멀티 챔버형 처리 장치를 개략적으로 설명하는 도면이다. 로드-록 챔버(111)는 게이트 밸브(115)의 개방으로 대기로 개방되고 그리고 밸브의 폐쇄로 대기로부터 지켜질 수 있는 진공 용기이다. 로드-록 챔버(111)는 선택적으로 피처리체를 전달하는 역할을 하는 전달 로봇(87)을 유지하게 된다.
처리 챔버(81, 83, 86)는 게이트 밸브(82, 84, 85)를 각각 통해서 로드-록 챔버(111)에 연결되어 진다. 각각의 처리 챔버(81, 83, 86)에서 CVD 와 스퍼터링 같은 막형성 프로세싱, 플라즈마 클리닝 및 플라즈마 에칭과 같은 원하지 않는 물질을 제거하는 처리 그리고 열처리가 수행된다.
처리 챔버의 수는 디바이스 제조에 이용되는 공정에 따라 1 내지 약 10 범위에서 변경될 수 있는 것이다.
도 13 에 도시된 장치는 다음과 같은 방식으로 동작하는 것이다.
게이트 밸브(115)가 개방되고, 그리고 피처리체가 로드-록 챔버(111)에 유입된다. 이러한 상태에서는, 다른 게이트 밸브(82, 84, 85)의 폐쇄는 유지하고 있다. 로드-록 챔버(111)의 내부는 목표 압력에 이를 때까지 상술된 배기 방법으로배기 되어진다.
게이트 밸브(82)가 개방되어 처리 챔버(81)가 로드-록 챔버(111)와 교통하게 하고, 챔버는 예정 압력을 유지하며, 피처리체는 로봇(87)에 의해 로드-록 챔버(111)로부터 처리 챔버(81) 내로 전달된다. 이러한 상태에서, 처리 챔버(81)에 압력은 로드-록 챔버(111)에 압력과 대체로 동일하게 설정되어서 미립자가 비산하는 것을 방지하고 있다.
그런 후, 필요한 프로세싱이 처리 챔버(83, 86)에서 수행되고, 다음에 N2, He, Ar, 청정공기 또는 그와 같은 종류의 것이 처리 가스 유입수단(도시 않음)을 통해 로드-록 챔버(111)내로 정화가스로서 유입되어 로드-록 챔버(111)에 압력이 대기압에 가깝게 만든다. 그런 후, 밸브(115)는 개방되어 로드-록 챔버(111)를 벗어나는 피처리체를 취하게 된다.
본 발명을 로드-록 챔버용 배기 장치에 적용하면, 로드-록 챔버의 내부가 미립자의 비산을 발생치 않고 배기동작을 할 수 있는 것이다.
본 발명의 배기 방법을 실시예와 예를 들어 상세하게 이하에 설명하는데, 본 발명이 이하에 기술되는 실시예와 예로서 한정되는 것은 아니다.
(제 1 실시예)
제 1 실시예는 도 1 에 도시된 배기 장치를 사용하고 도 2 에 도면 번호 '4'로 나타난 곡선진 벽 모양 배기 컨덕턴스 제어밸브를 사용하며, 본 발명의 배기 방법은 도 13 에 도시된 바와 같은 멀티 챔버형의 플라즈마 강화 CVD 장치의 로드-록챔버의 내부의 배기에서 수행하는 것이다.
로드-록 챔버는 8리터 용량의 것이다.
피처리체를 유지하는 카세트는 로드-록 챔버로 전달된다. 진공 펌프를 동작시킨다. 곡선진 벽 모양 배기 컨덕턴스 제어밸브는 완전 폐쇄로 설정하고, 그 후 배기밸브를 개방한다. 이어서, 배기 컨덕턴스 제어밸브는 점진적으로 개방되고, 따라서 로드-록 챔버의 내부가 대기압 상태에서 배기 개시를 한다. 이러한 배기 중에, 배기 컨덕턴스 제어밸브의 콘덕턴스는 다음의 식 C(t) = 8/(5 - t) 으로 점진적으로 증가된다.
약 7초 후에, 0.01Torr(약1.33Pa) 이하의 진공도가 얻어진다. 피처리체는는 도 13 에 도시된 처리 챔버(81)와 유사한 CVD 반응기에 전달되어 박막을 형성한다.
생성된 작업 처리량은 시간당 65웨이퍼이다. 종래 배기 방법을 사용하여 배기를 수행하는 경우에 시간당 62웨이퍼의 작업 처리량과 비교하여, 5% 의 생산 이득이 이루어진다.
(제 2 실시예)
제 2 실시예는 도 1 에 도시된 배기 장치를 사용하며, 도 2 에 도면 번호 '5'로 도시된 점진적으로 확장되는 트인구멍 모양의 배기 컨덕턴스 제어밸브를 사용하며, 본 발명의 배기 방법은 도 13 에 도시된 멀티 챔버형 스퍼터링 장치의 로드-록 챔버의 내부의 배기에서 수행하는 것이다
로드-록 챔버로서의 반응기는 8리터 용량의 것이다.
피처리체를 유지하는 카세트가 로드-록 챔버 내로 전달한다. 진공 펌프를작동시킨다. 점진적으로 확장된 트인구멍 모양의 배기 컨덕턴스 제어밸브는 완전 폐쇄로 설정한 후에 배기밸브를 개방한다. 이어서, 배기 컨덕턴스 제어밸브가 점진적으로 개방되어, 로드-록 챔버의 내부가 대기압 상태에서 배기 개시를 한다. 이러한 배기 중에, 배기 컨덕턴스 제어밸브의 컨덕턴스는 다음의 식, C(t) = 8/(5 - t) 으로 점진적으로 증가된다.
약 7초 후에, 0.01Torr(약1.33Pa) 이하의 진공도가 얻어진다. 피처리체는 도 13 에 도시된 처리 챔버(81)와 유사한 CVD 반응기에 전달되어 박막을 형성한다.
생성된 작업 처리량은 시간당 85웨이퍼이다. 종래 배기 방법을 사용하여 배기를 수행하는 경우에 시간당 82웨이퍼의 작업 처리량과 비교하여, 4% 의 생산 이득이 이루어진다.
(제 3 실시예)
제 3 실시예는 도 1 에 도시된 배기 장치를 사용하며, 도 2 에 도면 번호 '3'으로 도시된 곡선진 밸브 요소 모양의 배기 컨덕턴스 제어밸브를 사용하며, 본 발명의 배기 방법은 금속을 증착하는데 사용되는 CVD 장치의 로드-록 챔버의 내부의 배기에서 수행하는 것이다.
로드-록 챔버로서의 반응기는 8리터 용량의 것이다.
피처리체를 유지하는 카세트는 로드-록 챔버로 전달된다. 진공 펌프를 동작시킨다. 곡선진 밸브 요소 모양 배기 컨덕턴스 제어밸브를 완전 폐쇄로 설정한 후에 배기밸브를 개방한다. 이어서, 배기 컨덕턴스 제어밸브가 점진적으로 개방되어, 로드-록 챔버의 내부가 대기압 상태에서 배기 개시를 한다. 이러한 배기 중에, 배기 컨덕턴스 제어밸브의 콘덕턴스는 다음의 식 C(t) = 8/(5 - t) 으로 점진적으로 증가된다.
약 7초 후에, 0.01Torr(약1.33Pa) 이하의 진공도가 얻어진다. 그런 후, 유기 금속 성분의 가스가 반응기에 유입되고, 피처리체는 CVD 반응기에 전달되어 금속막을 형성한다.
생성된 작업 처리량은 시간당 85웨이퍼이다. 종래 배기 방법을 사용하여 배기를 수행하는 경우에 시간당 82웨이퍼의 작업 처리량과 비교하여, 4% 의 생산 이득이 이루어진다.
상술된 내용에서는, 도 1 에 도시된 배기 장치가 로드-록 챔버를 배기 하는데 사용하였다. 그러나 로드-록 챔버는 도 4 에 도시된 배기 장치를 사용하여 배기 작업을 할 수도 있는 것이다.
(예 1)
예 1 은, 도 1 에 도시된 배기 장치를 사용하며 도 2에서 도면 번호 '1'로서 나타낸 배기 컨덕턴스 제어밸브를 사용하며, 본 발명의 배기 방법은 처리 대상물이 드라이 에칭된 후에 포토레지스트의 에싱에서 수행되는 것이다. 배기 컨덕턴스 제어밸브의 회전각속도는 스텝핑 모터로 제어한다.
예 1 에 사용된 에싱 반응기(101)는 12리터 용량의 것이다.
피처리체가 에싱 반응기(101)로 전해진다. 피처리체로서, 실리콘 기판(직경8"의 실리콘 웨이퍼)은 층간 SiO2막이 에칭되어 홀을 경유하여 형성된 직후에 사용된다. 진공 펌프(103)를 동작시킨다. 회전각속도 제어형 배기 컨덕턴스 제어밸브(105)가 완전 폐쇄로 설정된 후에 배기밸브(106)가 개방된다. 이어서 밸브(105)가 점진적으로 개방되어 에싱 반응기(101)의 내부가 대기압 상태에서 배기 개시한다. 이러한 배기 중에, 밸브(105)의 콘덕턴스는 식, C(t) = 12/(6 - t) 으로 점진적으로 증가되고, 여기서 C(t)는 컨덕턴스이고, t 는 배기 시간이다.
약 8초 후에, 0.01Torr(약1.33Pa) 이하의 진공도가 얻어진다.
다음, 산소 가스가 처리 가스 유입수단(116)을 통해서 2slm의 유량율로 에싱 반응기(101) 내로 유입되고, 압력은 1Torr(약133Pa)로 유지된다. 이러한 에싱 반응기(101) 내로, 1.5kW 의 동력이 평면 슬롯진 링 형상 웨이브 가이드를 통해 2.45GHz 마이크로파 동력원으로부터 공급되어, 플라즈마가 에싱 반응기(101)에서 발생되게 된다. 에싱 반응기(101)에서, 산소 가스는 활성화되고, 분해되고, 반응하여 오존이 되어서, 실리콘 기판 쪽으로 전달되며, 여기서 기판에 잔류하는 포토레지스트가 산화되어 기화(氣化)로 제거된다. 에싱 후에, 에싱율 및 기판 표면 전기충전 밀도가 평가된다.
이루어진 에싱율은 8.6㎛/분 ±8.5%와 같이 상당히 크고, 기판 표면 전기충전 밀도는 충분하게 작은 값인 -1.3 x 1011/㎠ 이다. 작업 처리량은 시간당 150웨이퍼이다. 종래 배기 방법을 사용하여 배기를 수행하는 경우에 시간당 121웨이퍼의 작업 처리량과 비교하여, 24% 의 생산 이득이 이루어진다.
(예 2)
예 1 은, 도 1 에 도시된 배기 장치를 사용하며 도 2 에서 도면 번호 '2'로서 나타낸 밸브요소 이동속도 제어형 배기 컨덕턴스 제어밸브를 사용하며, 본 발명의 배기 방법은 처리 대상물이 드라이 에칭(dry-etch)된 후에 포토레지스트의 에싱(ashing)에서 수행되는 것이다.
예 2 에 사용된 에싱 반응기(101)는 10리터 용량의 것이다.
피처리체가 에싱 반응기(101)로 전해진다. 피처리체로서, 실리콘 기판(직경8"의 실리콘 웨이퍼)은 층간 SiO2막이 에칭되어 홀을 경유하여 형성된 직후에 사용된다. 진공 펌프(103)를 동작시킨다. 밸브 요소 이동속도 제어형 배기 컨덕턴스 제어밸브(105)가 완전 폐쇄로 설정된 후에 배기밸브(106)가 개방된다. 이어서 밸브(105)가 점진적으로 개방되어 에싱 반응기(101)의 내부가 대기압 상태에서 배기 개시된다. 이러한 배기 중에, 밸브(105)의 콘덕턴스는 식, C(t) = 10/(5 - t) 로 점진적으로 증가된다.
약 7초 후에, 0.01Torr(약1.33Pa) 이하의 진공도가 얻어진다.
다음, 산소 가스가 처리 가스 유입수단(116)을 통해서 1slm의 유량율로 에싱 반응기(101) 내로 유입되고, 압력은 1Torr(약133Pa)로 유지된다. 이러한 에싱 반응기(101) 내로, 1.5kW 의 동력이 평면 슬롯진 링 형상 웨이브 가이드를 통해 2.45GHz 마이크로파 동력원으로부터 공급되어, 플라즈마가 에싱 반응기(101)에서 발생되게 된다. 에싱 반응기(101)에서, 산소 가스는 활성화되고, 분해되고, 반응하여 오존이 되어서, 실리콘 기판 쪽으로 전달되며, 여기서 기판에 잔류하는 포토레지스트가 산화되어 기화로 제거된다. 에싱 후에, 에싱율 및 기판 표면 전기충전 밀도가 평가된다.
이루어진 에싱율은 8.2㎛/분 ±7.6%와 같이 상당히 크고, 기판 표면 전기충전 밀도는 충분하게 작은 값인 -1.2 x 1011/㎠ 이다. 작업 처리량은 시간당 145웨이퍼이다. 종래 배기 방법을 사용하여 배기를 수행하는 경우에 시간당 121웨이퍼의 작업 처리량과 비교하여, 20% 의 생산 이득이 이루어진다.
(예 3)
예 2 는, 도 1 에 도시된 배기 장치를 사용하며 도 2 에서 도면 번호 '1'로서 나타낸 `배기 컨덕턴스 제어밸브를 사용하며, 본 발명의 배기 방법은 이온 임플랜테이션(ion implantation) 후에 포토레지스트의 에싱(ashing)에서 수행되는 것이다. 배기 컨덕턴스 제어밸브의 회전각속도는 스텝핑 모터로 제어한다.
예 2 에 사용된 에싱 반응기(101)는 10리터 용량의 것이다.
피처리체가 에싱 반응기(101)로 전해진다. 피처리체로서, 실리콘 기판(직경8"의 실리콘 웨이퍼)은 게이트 전극이 형성된 후에 As이온이 임플랜트된 직후에 사용된다. 진공 펌프(103)를 동작시킨다. 회전각속도 제어형 배기 컨덕턴스 제어밸브(105)가 완전 폐쇄로 설정된 후에 배기밸브(106)가 개방된다. 이어서, 밸브(105)가 점진적으로 개방되어 에싱 반응기(101)의 내부가 대기압 상태에서 배기 개시된다. 이러한 배기 중에, 밸브(105)의 컨덕턴스는 식, C(t) = 10/(5 - t) 로 점진적으로 증가된다.
약 7초 후에, 0.01Torr(약1.33Pa) 이하의 진공도가 얻어진다.
다음, 산소 가스가 처리 가스 유입수단(116)을 통해서 1slm의 흐름율로 에싱 반응기(101) 내로 유입되고, 압력은 1Torr(약133Pa)로 유지된다. 이러한 에싱 반응기(101) 내로, 1.5kW 의 동력이 평면 슬롯진 링 형상 웨이브 가이드를 통해 2.45GHz 마이크로파 동력원으로부터 공급되어, 플라즈마가 에싱 반응기(101)에서 발생되게 된다. 에싱 반응기(101)에서, 산소 가스는 활성화되고, 분해되고, 반응하여 오존이 되어서, 실리콘 기판 쪽으로 전달되며, 여기서 기판에 잔류하는 포토레지스트가 산화되어 기화로 제거된다. 에싱 후에, 에싱율 및 기판 표면 전기충전 밀도가 평가된다.
이루어진 에싱율은 5.2㎛/분 ±9.2%와 같이 크고, 기판 표면 전기충전 밀도는 충분하게 작은 값인 -1.2 x 1011/㎠ 이다. 작업 처리량은 시간당 88웨이퍼이다. 종래 배기 방법을 사용하여 배기를 수행하는 경우에 시간당 73웨이퍼의 작업 처리량과 비교하여, 20% 의 생산 이득이 이루어진다.
(예 4)
예 4 는, 도 4 에 도시된 배기 장치를 사용하며 도 9 내지 도 12 에 도시된 진공 장치를 사용하며, 본 발명의 배기 방법은 피처리체로서 실리콘 웨이퍼에 잔류하는 포토레지스트의 에싱(ashing)에서 수행되는 것이다.
밸브(206)로서, 배기 컨덕턴스 제어밸브(205)와 바이패스 배기밸브(204),엠케이에스 회사제(MKS Co) 밸브(V2-050-AK-225-CNV), 엠케이에스 회사제 가변식 속도 절환 트로틀 밸브(653B-2-50-1) 그리고 후지킨 회사제 니들 밸브(FUBFN-91-12.7)가 각각 사용된다. 또한, 진공 펌프로서는 아루카테루 회사에서 제조된 드라이 펌프가 사용된다.
압력 강하율과 상기 트로틀 밸브의 가변식 밸브 요소의 구멍 각도와의 사이에 관계는 도 14 에 도시하였다. 도 14에 도시된 바와 같이, 이러한 밸브는 0도 내지 45도 범위 내에서의 구멍 각도 범위 내에서 컨덕턴스가 점진적으로 증가하는 것이다.
상기 트로틀 밸브는 0.7리터/초 내지 300리터/초의 범위 내에서 변경 가능한 컨덕턴스를 갖는다. 그런데, 상기 드라이 펌프가 최대값으로서 84.4 리터/초 의 압력 강하율을 가지므로, 컨덕턴스 상태는 약 45도의 구멍 각도에서 포화된다.
에싱 반응기(1 또는 201)로서는 12리터 용량의 용기가 사용된다.
피처리체로서, 그 위에 경화 처리된 포토레지스트를 갖는 직경8"(약 200mm 직경)의 실리콘 웨이퍼가 사용된다.
반응기(1)가 개방되고, 포토레지스트가 있는 실리콘 웨이퍼가 유지수단(2)에 배치된다. 다음, 반응기(1)가 그 내부를 용접 밀폐하도록 폐쇄된다. 이어서 드라이 펌프가 작동된다. 밸브(206, 205)가 폐쇄상태를 유지하면서 밸브(204)가 개방된다. 다음, 밸브(206)가 개방되어 바이패스 배기로(220)를 통해 3초 동안 서서히 배기 되어 진다.
이어서, 밸브(205)가 7초 주기에 걸쳐 0도 내지 90도의 구멍 각도로 점진적으로 개방된다. 이러한 결과로서, 반응기(1)의 내부는 7초 내에 약 1.3Pa의 압력으로 배기될 수가 있다. 이러한 단계에서 측정된 반응기의 실내 압력의 시간 변화 및 압력 강하율을 도 15 에 나타내었다.
여기서, 용량(V)(1) 및 초기 압력(Pi)을 가지는 진공 용기의 내부가 압력 강하율(S)(1/초)로 배기되면, 배기 개시(t)(초) 후에 진공 용기 내부에 압력(P(t))은 다음과 같이 나타난다.
P (t) = Pi exp [- (S/V) t]
그리고, 압력 강하율은 다음과 같이 나타난다.
-dP/dt = [P (t) - Pi]/t
0.1초 단계 간격에서 그리고 각각의 단계용으로 선행 단계에서 획득된 단계 연산 데이터를 사용하면, 압력과 압력 강하율이 상술된 바에 따라서 연산되고, 연산은 도 15 에 도시된 바와 같이 압력 강하율 곡선 결정에 대한 시간에 대해서 작성된다.
도 15 에 도시된 바로서, 압력 강하율은 밸브(205)가 개방되기 전에 200Torr/초(약2.7 x 104Pa/초)로부터 점진적으로 감소하여, 밸브가 개방되기 직전에 최소값 약90Torr/초(약1.2 x 104Pa/초)에 이른다.
이러한 상태에서 압력은 약300Torr/초(약4.0 x 104Pa/초)이다.
밸브(205)가 개방 개시되면, 압력 강하율은 최대값에 이를 때까지 점진적으로 증가한 후에 다시 감소하기 시작한다. 강하율이 최대값에 이른 후에는, 주 배기로의 컨덕턴스가 바이패스 배기로의 컨덕턴스 보다 상당히 크므로, 압력 및 압력 강하율이, 밸브(205)가 개방되는 과정에서(약 7초 후) 목표 값 1.3Pa에 이르도록급작스럽게 강하(drop)되고, 그런 후 포화된다.
다음, 산소 가스가 처리 가스 유입수단(116)으로부터 질량 유량 제어기(mass flow controller)를 통해서 1slm의 유량율로 에싱 반응기(101) 내로 유입되고, 반응기 내부 압력은 약1Torr(약133Pa)로 유지된다. 2.45GHz 마이크로파는 마이크로파 동력원에서 발생되며, 마이크로파는 도 9 에 도시된 마이크로파 공급수단의 슬롯을 통해서 반응기에 공급되어 그로우 방출 플라즈마(glow discharge plasma)가 반응기에서 발생되게 한다.
이러한 방식에서, 마이크로파 활성화에 의해 생성되는 오존을 활용하여, 실리콘 웨이퍼에 포토레지스트가 에싱된다. 따라서 에싱된 포토레지스트의 대부분이 반응기 밖으로 방출되어, 실리콘 웨이퍼 상에 포토레지스트가 제거된다.
배기 컨덕턴스 제어밸브로서 역할을 하는 트로틀 밸브가 개방 개시되는 타이밍이 변경되고, 바이패스 배기로를 통하는 배기가 4초 또는 5초 동안 이행된다. 그 후, 완전 폐쇄상태로 있는 트로틀 밸브는 완전 개방되기까지 5초 또는 4초의 주기에 걸쳐 점진적으로 개방된다. 양쪽 상태에서, 압력은 7초 또는 8초 내에 목표 압력에 도달할 수 있는 것이다. 또한, 압력 강하율의 최대값은 배기 개시 직후에(초기 값) 주어지는 값보다 크지 않게 된다.
주 배기 전에 바이패스 배기로를 통해 수행되는 배기를 대신하여, 바이패스 배기에 상당하는 배기는 밸브 요소에 제공된 관통 홀을 통해서 도 8a 및 도 8b 에 도시된 바와 같은 장치를 사용하여 3초 내지 5초 동안 이행된다. 그 후, 배기 컨덕턴스 제어밸브는 컨덕턴스가 점진적으로 증가하도록 4초 내지 7초 내에서 점진적으로 개방된다. 이러한 상태에서도 또한 도 6 또는 도 15에 도시된 바와 같은 압력 강하율 곡선이 얻어지는 것이다.
상술된 바로서, 배기 컨덕턴스 제어밸브의 컨덕턴스가 배기 시간의 경과에 따라서 점진적으로 증가함으로서, 미립자의 비산을 방지하면서 고 속도 배기를 할 수 있는 방법 및 장치를 제공할 수 있는 것이다.

Claims (30)

  1. 처리 가스가 진공 용기 내로 유입되기 전에 진공 용기의 내부를 배기하는 배기 방법에 있어서,
    바이패스 배기로를 통해 상기 진공 용기 내부 압력의 압력 강하율이 배기 개시 직후로부터 서서히 감소하도록 배기를 행하는 제1 단계와,
    상기 제1 단계의 도중 또는 종료후에, 주 배기로에 설치된 배기 컨덕턴스 제어 밸브의 컨덕턴스가 배기 시간과 함께 점진적으로 증가하도록 상기 배기 컨덕턴스 제어 밸브를 개방하는 제2 단계를 포함하고,
    상기 진공 용기 내부 압력의 압력 강하율 곡선이 최소값과 최대값을갖고, 상기 최소값이 배기 개시 직후의 값의 0.2배 이상으로 되고, 또한 상기 최대값이 상기 배기 개시 직후의 값 이하로 되도록 상기 배기 컨덕턴스 제어 밸브를 개방하기 시작하는 타이밍을 제어하는 것을 특징으로 하는 배기 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 진공 용기 내부 압력의 압력 강하율의 최대값이 4.0 x 104Pa/초 이하인 것을 특징으로 하는 배기 방법.
  3. 제1항에 있어서, 상기 진공 용기 내부 압력의 압력 강하율의 최대값이 2.7 x 104Pa/초 이하인 것을 특징으로 하는 배기 방법.
  4. 제1항에 있어서, 상기 진공 용기 내부의 배기 개시 초기의 압력은 대기압인 것을 특징으로 하는 배기 방법.
  5. 제1항에 있어서, 상기 배기 컨덕턴스 제어 밸브로서 회전 밸브 시트식 밸브를 이용하여, 그 회전각 속도를 제어하는 것을 특징으로 하는 배기 방법.
  6. 제1항에 있어서, 상기 배기 컨덕턴스 제어 밸브로서 밸브의 형상이 평판이 아닌 회전 밸브 시트식 밸브를 이용하여, 그 회전각 속도가 일정하게 되도록 제어하는 것을 특징으로 하는 배기 방법.
  7. 제1항에 있어서, 상기 배기 컨덕턴스 제어 밸브로서 이동 밸브 시트식 밸브를 이용하여, 그 이동 속도를 제어하는 것을 특징으로 하는 배기 방법.
  8. 제1항에 있어서, 상기 배기 컨덕턴스 제어 밸브로서 개구 형상이 직사각형 또는 원형의 어느 것도 아닌 이동 밸브 시트식 벨브를 이용하여, 그 이동 속도가 일정하게 되도록 제어하는 것을 특징으로 하는 배기 방법.
  9. 제1항에 있어서, 상기 배기 컨덕턴스 제어 밸브와는 별도의 밸브가 상기 배기 컨덕턴스 제어 밸브와 일련적으로 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 배기 방법.
  10. 제1항에 있어서, 상기 진공 용기가 소정의 압력에 도달한 후, 상기 처리 가스를 유량 제어 수단을 거쳐 상기 진공 용기 내부에 유입하고, 상기 배기 컨덕턴스 제어 밸브를 제어함으로써, 상기 진용 용기 내부의 압력을 유지하는 것을 특징으로 하는 배기 방법.
  11. 제1항에 있어서, 상기 진공 용기는 로드 록 챔버이고, 상기 처리 가스는 퍼지 가스인 것을 특징으로 하는 배기 방법.
  12. 제1항에 기재된 배기 방법에 의해 배기된 상기 진공 용기 내부에서 플라즈마 처리를 행하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 방법.
  13. 제12항에 있어서, 상기 플라즈마 처리는 마이크로파 플라즈마 처리인 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 방법.
  14. 제12항에 있어서, 상기 플라즈마 처리는 에싱인 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 방법.
  15. 제12항에 있어서, 무종단 환형 도파로의 평면 형상의 H면에 설치된 복수의슬롯으로부터 플라즈마를 발생시키기 위한 마이크로파 에너지를 상기 진공 용기 내부로 공급함과 동시에, 피처리체를 상기 H면에 대향시켜 유지하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 방법.
  16. 처리 가스가 진공 용기 내로 유입되기 전에 진공 용기의 내부를 배기하는 배기 장치에 있어서,
    상기 진공 용기 내부 압력의 압력 강하율이 배기 개시 직후로부터 서서히 감소하도록 배기를 행하는 바이패스 배기로와,
    상기 바이패스 배기로와 병렬로 설치된 주 배기로와,
    상기 주 배기로에 설치된 배기 컨덕턴스 제어 밸브와,
    상기 바이패스 배기로에 의한 배기 단계의 도중 또는 종료후에, 상기 배기 컨덕턴스 제어 밸브의 컨덕턴스가 배기 시간과 함께 점진적으로 증가하도록 상기 배기 컨덕턴스 제어 밸브를 개방하는 수단을 구비하고,
    상기 수단은 상기 진공 용기 내부 압력의 압력 강하율 곡선이 최소값과 최대값을 갖고, 상기 최소값이 배기 개시 직후의 값의 0.2배 이상으로 되고, 또한 상기 최대값이 상기 배기 개시 직후의 값 이하로 되도록 상기 배기 컨덕턴스 제어 밸브를 개방하기 시작하는 타이밍을 제어하는 것을 특징으로 하는 배기 장치.
  17. 제16항에 있어서, 상기 진공 용기 내부 압력의 압력 강하율의 최대값이 4.0x 104Pa/초 이하로 되도록 제어하는 것을 특징으로 하는 배기 장치.
  18. 제16항에 있어서, 상기 진공 용기 내부 압력의 압력 강하율의 최대값이 2.7 x 104Pa/초 이하로 되도록 제어하는 것을 특징으로 하는 배기 장치.
  19. 제16항에 있어서, 상기 진공 용기는 대기 개방형인 것을 특징으로 하는 배기 장치.
  20. 제16항에 있어서, 상기 배기 컨덕턴스 제어 밸브는 회전 밸브 시트식 밸브이고, 그 회전각 속도를 상기 수단에 의해 제어하는 것을 특징으로 하는 배기 장치.
  21. 제16항에 있어서, 상기 배기 컨덕턴스 제어 밸브는 밸브의 형상이 평판이 아닌 회전 밸브 시트식 밸브이고, 그 회전각 속도가 일정하게 되도록 상기 수단에 의해 제어를 행하는 것을 특징으로 하는 배기 장치.
  22. 제16항에 있어서, 상기 배기 컨덕턴스 제어 밸브는 이동 밸브 시트식 밸브이고, 그 이동 속도를 상기 수단에 의해 제어하는 것을 특징으로 하는 배기 장치.
  23. 제16항에 있어서, 상기 배기 컨덕턴스 제어 밸브는 개구 형상이 직사각형 또는 원형의 어느 것도 아닌 이동 밸브 시트식 밸브이고, 그 이동 속도가 일정하게 되도록 상기 수단에 의해 제어를 행하는 것을 특징으로 하는 배기 장치.
  24. 제16항에 있어서, 상기 배기 컨덕턴스 제어 밸브와는 별도의 밸브가 상기 배기 컨덕턴스 제어 밸브와 일련적으로 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 배기 장치.
  25. 제16항에 있어서, 상기 진공 용기가 소정의 압력에 도달한 후, 상기 처리 가스를 유량 제어 수단을 거쳐 상기 진공 용기 내부에 유입하고, 상기 배기 컨덕턴스 제어 밸브를 제어함으로써, 상기 진공 용기 내부의 압력을 유지하는 제어기를 갖는 것을 특징으로 하는 배기 장치.
  26. 제16항에 있어서, 상기 진공 용기는 로드 록 챔버이고, 상기 처리 가스는 퍼지 가스인 것을 특징으로 하는 배기 장치.
  27. 제16항에 기재된 배기 장치에 의해 배기된 상기 진공 용기 내부에서 플라즈마 처리를 행하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치.
  28. 제27항에 있어서, 플라즈마를 발생시키기 위한 마이크로파 에너지를 공급하는 마이크로파 공급 수단을 갖는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치.
  29. 제27항에 있어서, 상기 플라즈마 처리는 에싱인 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치.
  30. 제27항에 있어서, 무종단 환형 도파로와 상기 무종단 환형 도파로의 평면 형상의 H면에 설치된 복수의 슬롯을 갖고, 플라즈마를 발생시키기 위한 마이크로파 에너지를 상기 진공 용기 내부에 공급하기 위한 마이크로파 공급 수단과, 피처리체를 상기 H면에 대향시켜 유지하기 위한 유지 수단을 구비하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치.
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