KR100552265B1 - 공정 챔버의 진공 시스템 및 진공 설정 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 안정적인 진공 설정이 가능한 공정 챔버의 진공 시스템 및 진공 설정 방법에 관한 것으로서,
본 발명에 따른 공정 챔버의 진공 시스템은 진공 설정이 요구되는 소정의 공정 챔버에 대한 진공 시스템에 있어서, 상기 공정 챔버의 진공을 설정하는 제 1, 제 2 터보 펌프 및 드라이 펌프;와, 상기 제 1, 제 2 터보 펌프 사이에 형성되어 있는 제 1 배기관;과, 상기 제 1 터보 펌프와 연결되며 일측에 공기의 흐름을 제어하는 제 1 밸브를 구비하는 제 2 배기관;과, 상기 공정 챔버와 드라이 펌프 사이를 연결하며 일측에 제 3 밸브를 구비하는 제 3 배기관;과, 상기 제 1 배기관과 제 3 배기관을 연결하며 일측에 제 2 밸브를 구비하는 제 4 배기관;과, 상기 제 1 배기관과 제 3 배기관을 연결하며 상기 제 4 배기관보다 직경이 작고 일측에 제 4 밸브를 구비하는 보조 배기관을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
진공, HDP, 터보 펌프, 드라이 펌프
Description
도 1은 플라즈마를 이용하는 식각 챔버의 개략적인 단면도.
도 2는 종래의 고밀도 플라즈마 화학기상증착 장치의 진공 시스템의 구성도.
도 3은 본 발명에 따른 공정 챔버의 진공 시스템의 구성도.
도 4는 본 발명에 따른 공정 챔버의 진공 설정 방법을 설명하기 위한 순서도.
<도면의 주요 부분에 대한 설명>
100 : 공정 챔버 201 : 제 1 터보 펌프
202 : 제 2 터보 펌프 203 : 드라이 펌프
204 : 스로틀 밸브 211 : 제 1 밸브
212 : 제 2 밸브 213 : 제 3 밸브
214 : 제 4 밸브 221 : 제 1 배기관
222 : 제 2 배기관 223 : 제 3 배기관
224 : 제 4 배기관 225 : 보조 배기관
본 발명은 공정 챔버의 진공 시스템 및 진공 설정 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 안정적인 진공 설정이 가능한 공정 챔버의 진공 시스템 및 진공 설정 방법에 관한 것이다.
반도체 소자는 박막의 증착 및 패터닝, 이온주입 공정 등을 수차례 반복함으로써 형성되는데, 이 중에서 상기 박막의 증착은 화학기상증착법 또는 물리기상증착법을 통해 이루어지며 박막의 패터닝은 포토리소그래피 공정을 거쳐 습식 식각 또는 건식 식각을 통해 구현된다.
한편, 반도체소자의 고집적화가 진행됨에 따라 반도체소자의 설계 룰(design rule)이 미세화되어 고장경비(aspect ratio)를 갖는 콘택홀 또는 비아홀의 형성이 요구된다. 상기의 콘택홀 또는 비아홀 내에는 통상적으로 반도체소자의 층간 절연을 위한 절연막이 매립되는데 콘택홀의 직경이 좁아지고 높이가 증가됨에 따라 상기 절연막의 매립시 불완전 매립으로 인해 콘택홀 또는 비아홀 내에 보이드(void)가 발생하게 된다.
이러한 문제점을 해결하기 위해 최근, 고밀도 플라즈마(High Density Plasma)를 이용한 화학기상증착법이 개발되었다. 상기의 콘택홀 또는 비아홀 내에 절연막의 매립시 절연막의 증착과 동시에 식각을 수행함으로써 보이드의 발생을 미 연에 방지하는 기술이다. 여기서 식각이란 플라즈마를 이용한 식각 즉, 건식 식각을 의미한다.
건식 식각은 통상적으로 불활성 가스를 플라즈마화하여 이를 이용하여 식각 대상물에 충돌시켜 제거하는 기술으로서, 이러한 건식 식각은 소정의 식각 챔버 내에서 수행된다.
식각 챔버의 일 예를 도면을 참조하여 설명하면 다음과 같다. 도 1은 플라즈마를 이용하는 식각 챔버의 개략적인 단면도이다. 도 1에 도시한 바와 같이, 플라즈마를 이용하는 식각 챔버는 실질적인 반응 공간을 정의하는 반응 돔(102)이 구비되며, 상기 반응 돔의 일측에는 플라즈마를 발생시키기 위한 유도 코일(101)이 구비되며, 상기 챔버 내의 중앙에는 반도체 기판을 장착하는 정전척(Electrostatic Chuck)(103)이 소정의 절연체 내측에 구비되어 있다. 또한, 상기 챔버의 일측에는 상기 챔버 내부로 불활성 가스 및 공정 가스를 주입하기 위한 가스 공급관(105) 및 이를 분사하는 가스 노즐(106)이 구비되어 있다.
한편, 상기 챔버 하단부에는 챔버 내부의 진공을 유지시키기 위한 진공시스템이 구비되어 있다. 도 2는 종래의 고밀도 플라즈마 화학기상증착 장치의 진공 시스템을 나타내고 있다. 도 2에 도시한 바와 같이, 종래의 고밀도 플라즈마 화학기상증착 장치의 진공 시스템은 크게 제 1 , 제 2 터보 펌프(201, 202)와 1개의 드라이 펌프(203)로 구성되어 있다. 또한, 상기 제 2 터보 펌프와 연결된 배기관은 상기 드라이 펌프의 배기관과 연결되어 있다.
일반적으로 상기 2개의 터보 펌프는 상기 공정 챔버와 직접적으로 연결되어 있으며 상기 드라이 펌프는 소정의 배기관을 통해 연결되어 있다. 또한, 상기 터보 펌프는 공정 진행 중 챔버 내부의 진공을 유지하기 위해 이용되며 상기 드라이 펌프는 공정 수행 후 RF(Radio Frequency, 고주파)를 이용한 챔버 세정시 챔버 내부의 진공 유지를 위해 이용된다.
상기 진공 시스템의 동작 원리를 설명하면 다음과 같다.
상기 공정 챔버에서 소정의 고밀도 플라즈마 화학기상증착 공정이 완료되면 챔버 내부 및 챔버 내의 기타 장비를 세정하기 위해 상기 공정 챔버의 진공을 해제한다. 이 때, 상기 공정 챔버에 장착되어 있는 2개의 터보 펌프 및 소정의 배기관을 통해 연결되어 있는 상기 드라이 펌프는 작동을 멈추게 되고 동시에 2개의 터보 펌프에 연결되어 있는 제 1 및 제 2 밸브(211, 212)와 상기 드라이 펌프에 연결되어 있는 제 3 밸브(213)는 닫히게 된다. 이에 따라, 상기 공정 챔버 및 상기 제 1, 제 2 및 제 3 밸브 상단의 배기관은 모두 진공이 해제된 상태를 유지한다.
이와 같은 상태에서, 상술한 챔버에 대한 세정 및 예방 점검을 실시하게 된다. 세정 및 예방 점검이 완료되면, 다시 상기 공정 챔버에 대해 진공을 걸어 주어야 한다. 즉, 공정 챔버 내부의 공기를 다시 배기해야 한다.
공정 챔버 내부를 다시 진공 상태로 만들기 위해서는 먼저, 상기 드라이 펌프를 가동하고 순차적으로 상기 제 3 밸브(213) 및 스로틀(throttle) 밸브(204)를 열어 상기 공정 챔버의 공기를 배기한다. 상기 공정 챔버의 압력이 70∼90mTorr까지 떨어지게 되면, 상기 2개의 터보 펌프를 재가동함과 동시에 2개의 터보 펌프와 연결되어 있는 제 1 및 제 2 밸브를 열어 상기 공정 챔버의 진공도를 높인다.
종래의 고밀도 플라즈마 화학기상증착 장치의 진공 시스템에 있어서, 상기 공정 챔버의 세정, 예방 정비 완료 후 공정 챔버를 다시 진공 상태로 만들기 위해서 먼저, 상기 드라이 펌프를 가동하여 상기 공정 챔버 내의 공기를 배기하여 일정 압력(70∼90mmTorr) 이하로 공정 챔버의 압력이 떨어지면 상기 2개의 터보 펌프를 가동하는 방식을 택하고 있다.
그러나, 상기 2개의 터보 펌프는 공정 챔버의 세정, 예방 정비로 인해 진공이 해제된 상태이기 때문에 재가동시에 펌프 내의 압력으로 인해 상기 제 2 터보 펌프와 연결되어 있는 드라이 펌프의 배기관에 많은 압력을 가하게 되어 결과적으로 상기 드라이 펌프의 가동에 악영향을 미치게 된다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출한 것으로서, 안정적인 진공 설정이 가능한 공정 챔버의 진공 시스템 및 진공 설정 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 공정 챔버의 진공 시스템은 진공 설정이 요구되는 소정의 공정 챔버에 대한 진공 시스템에 있어서, 상기 공정 챔버의 진공을 설정하는 제 1, 제 2 터보 펌프 및 드라이 펌프;와, 상기 제 1, 제 2 터보 펌프 사이에 형성되어 있는 제 1 배기관;과, 상기 제 1 터보 펌프와 연결되며 일측 에 공기의 흐름을 제어하는 제 1 밸브를 구비하는 제 2 배기관;과, 상기 공정 챔버와 드라이 펌프 사이를 연결하며 일측에 제 3 밸브를 구비하는 제 3 배기관;과, 상기 제 1 배기관과 제 3 배기관을 연결하며 일측에 제 2 밸브를 구비하는 제 4 배기관;과, 상기 제 1 배기관과 제 3 배기관을 연결하며 상기 제 4 배기관보다 직경이 작고 일측에 제 4 밸브를 구비하는 보조 배기관을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 공정 챔버의 진공 설정 방법은 공정 챔버의 진공을 설정하는 제 1, 제 2 터보 펌프 및 드라이 펌프를 구비하고, 상기 공정 챔버와 상기 복수개의 펌프가 소정의 배기관으로 연결되어 있는 진공 시스템을 이용한 진공 설정 방법에 있어서, 상기 공정 챔버와 제 3 배기관을 통해 연결되어 있는 드라이 펌프를 가동함과 동시에 상기 제 3 배기관 상의 제 3 밸브를 여는 단계;와, 상기 공정 챔버의 압력이 일정 수준 이하로 떨어지면 상기 제 2 터보 펌프로부터 배기되는 공기를 소정의 보조 배기관을 통해 상기 제 3 배기관을 유도하는 단계;와, 상기 제 3 배기관 내의 압력이 설정된 압력 이하로 떨어지면 상기 제 1 및 제 2 터보 펌프를 가동하는 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
바람직하게는, 상기 제 2 터보 펌프의 공기를 보조 배기관을 통해 배기하기 위한 상기 공정 챔버의 압력 조건은 80∼90mmTorr 이다.
바람직하게는, 상기 제 3 배기관의 설정된 압력은 70∼80mmTorr 이다.
본 발명의 특징에 따르면, 2개의 터보 펌프 중 드라이 펌프의 배기관과 연결되어 있는 제 2 터보 펌프에 통상의 배기관보다 직경이 작은 보조 배기관을 구비시 킴으로써, 고밀도 플라즈마 화학기상증착 장치의 공정 챔버의 진공 설정시 상기 진공 해제 상태인 제 2 터보 펌프의 압력을 상기 보조 배기관에 분산시킴으로써 상기 드라이 펌프의 배기관에 압력 영향을 최소화하여 드라이 펌프의 작동을 원활하게 할 수 있게 된다.
이하, 도면을 참조하여 본 발명에 따른 공정 챔버의 진공 시스템 및 진공 설정 방법을 상세히 설명하기로 한다.
도 3은 본 발명에 따른 공정 챔버의 진공 시스템의 구성도이고 도 4는 본 발명에 따른 공정 챔버의 진공 설정 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
먼저, 본 발명에 따른 공정 챔버의 진공 시스템은 도 3에 도시한 바와 같이, 크게 제 1 , 제 2 터보 펌프(201, 202)와 드라이 펌프(203)로 구성된다. 상기 제 1, 제 2 터보 펌프는 고밀도 플라즈마 화학기상증착 장치의 공정 챔버에 장착될 수 있다. 상기 2개의 터보 펌프는 공정 진행 중 챔버 내부의 진공을 유지하기 위해 주로 이용되며, 상기 드라이 펌프는 공정 수행 후 RF를 이용한 챔버 세정시 챔버 내부의 진공 유지를 위해 주로 이용된다.
상기 제 1, 제 2 터보 펌프 사이에는 제 1 배기관(221)이 구비되어 있고 상기 제 1 터보 펌프(201) 일측에는 제 2 배기관(222)이 구비되어 있어 공정 챔버 내부의 공기가 배기된다. 상기 드라이 펌프는 제 3 배기관(223)을 통해 상기 공정 챔버와 연결되어 있어 공정 챔버의 진공을 설정하도록 되어 있다.
한편, 상기 제 1 배기관(221)과 제 3 배기관(223)은 제 4 배기관(224)을 통 해 서로 연결되어 있어 상기 제 2 터보 펌프(202)로부터 배출되는 공기를 분담하게 된다. 상기 제 1 배기관(221)과 제 3 배기관(223)은 상기 제 4 배기관(224) 이외에 상기 제 4 배기관(224)보다 직경이 작은 보조 배기관(225)을 통해서도 연결되어 있다.
상기 보조 배기관(225)은 상기 제 2 터보 펌프(201)를 가동하기 전에 상기 제 2 터보 펌프 내의 공기를 배기하기 위한 목적으로 구비된 것이다. 상기 보조 배기관(225)은 공정 챔버의 진공 해제 상태시 제 2 터보 펌프 내에 개재되어 있는 공기를 배출하는 역할을 수행하며 제 2 터보 펌프 내의 공기가 일정 정도 배출되면 상기 보조 배기관 일측에 구비되어 있는 제 4 밸브(214)의 닫힘으로 인해 더 이상의 공기 흐름이 이루어지지 않는다. 여기서, 상기 제 2 터보 펌프 내의 공기가 일정 정도 배출된다라는 의미는 상기 제 3 배기관(223)의 압력이 일정 수준으로 낮아졌음을 의미한다.
한편, 상기 제 2 배기관(222)에는 제 1 밸브(211)가 구비되어 있어 공기의 흐름을 제어하며, 상기 제 3 배기관에는 공정 챔버에서 드라이 펌프를 향하여 스로틀(throttle) 밸브(204) 및 제 3 밸브(213)가 순차적으로 구비되어 있다.
이와 같은 구성을 이용한 본 발명에 따른 고밀도 플라즈마 화학기상증착 장치의 진공 설정 방법은 다음과 같다.
먼저, 도 4에 도시한 바와 같이 공정 챔버의 진공이 해제된 상태(S401)에서, 상기 드라이 펌프를 가동함과 동시에 상기 드라이 펌프(203)와 연결되어 있는 제 3 배기관(223) 상의 제 3 밸브(213) 및 스로틀 밸브(204)를 열어 상기 공정 챔버 내 의 공기를 흡입한다(S402). 여기서, 상기 공정 챔버의 진공이 해제된 상태에서는 상기 제 1 내지 제 4 밸브(211∼214) 및 스로틀 밸브(204)가 모두 닫혀있음을 의미한다.
상기 공정 챔버의 압력이 소정 압력 이하, 예를 들면 90∼100mmTorr 정도가 되면(S403), 상기 보조 배기관의 제 4 밸브(214) 및 제 2 배기관(222)의 제 1 밸브(211)를 열어 제 2 터보 펌프(202) 및 제 1 터보 펌프(201) 내의 공기를 배기한다(S404). 이 때, 제 1 및 제 2 터보 펌프는 가동이 되지 않는 상태이다.
이어, 상기 제 3 배기관(223) 내의 압력이 일정 수준(예를 들어, 70∼80mmTorr) 이하로 떨어지게 되면 상기 보조 배기관(225)의 제 4 밸브(214)를 닫아 상기 제 2 터보 펌프로부터 배기되는 공기가 보조 배기관으로 흐르지 않도록 한다(S405).
이와 같이, 상기 드라이 펌프(203)와 연결되어 있는 제 3 배기관(223) 내의 압력이 일정 수준 이하로 될 때까지 상기 제 2 터보 펌프(202)로부터 배기되는 공기를 보조 배기관을 이용하여 유입시키는 이유는, 상기 제 2 터보 펌프로부터 배기되는 공기를 종래와 같이 제 4 배기관(224)을 통해 제 3 배기관(223)으로 유입시키게 되면 진공 해제 상태의 제 2 터보 펌프로부터의 압력 영향을 최소화하기 위함이다.
제 2 터보 펌프로부터의 압력 영향을 최소화하기 위해 상기 보조 배기관은 통상의 배기관보다 그 직경이 작게 설계되어야 함은 물론이다.
상기 보조 배기관의 역할이 완료되면, 상기 제 1 및 제 2 터보 펌프를 가동 하여 상기 공정 챔버의 진공 설정을 가속화한다(S406).
본 발명에 따른 공정 챔버의 진공 시스템은 상술한 바와 같은 고밀도 플라즈마 화학기상증착 장치 이외에도 진공 설정이 요구되는 모든 공정 챔버에 적용 가능하며, 본 발명의 기술적 사상이 벗어나지 않는 범위에서 변형 실시가 가능함은 물론이다.
본 발명에 따른 고밀도 플라즈마 화학기상증착 장치의 진공 시스템은 다음과 같은 효과가 있다.
2개의 터보 펌프 중 드라이 펌프의 배기관과 연결되어 있는 제 2 터보 펌프에 통상의 배기관보다 직경이 작은 보조 배기관을 구비시킴으로써, 고밀도 플라즈마 화학기상증착 장치의 공정 챔버의 진공 설정시 상기 진공 해제 상태인 제 2 터보 펌프의 압력을 상기 보조 배기관에 분산시킴으로써 상기 드라이 펌프의 배기관에 압력 영향을 최소화하여 드라이 펌프의 작동을 원활하게 할 수 있게 된다.
Claims (4)
- 진공 설정이 요구되는 소정의 공정 챔버에 대한 진공 시스템에 있어서,상기 공정 챔버의 진공을 설정하는 제 1, 제 2 터보 펌프 및 드라이 펌프;상기 제 1, 제 2 터보 펌프 사이에 형성되어 있는 제 1 배기관;상기 제 1 터보 펌프와 연결되며 일측에 공기의 흐름을 제어하는 제 1 밸브를 구비하는 제 2 배기관;상기 공정 챔버와 드라이 펌프 사이를 연결하며 일측에 제 3 밸브를 구비하는 제 3 배기관;상기 제 1 배기관과 제 3 배기관을 연결하며 일측에 제 2 밸브를 구비하는 제 4 배기관;상기 제 1 배기관과 제 3 배기관을 연결하며 상기 제 4 배기관보다 직경이 작고 일측에 제 4 밸브를 구비하는 보조 배기관을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 공정 챔버의 진공 시스템.
- 공정 챔버의 진공을 설정하는 제 1, 제 2 터보 펌프 및 드라이 펌프를 구비하고, 상기 공정 챔버와 상기 복수개의 펌프가 소정의 배기관으로 연결되어 있는 진공 시스템을 이용한 진공 설정 방법에 있어서,상기 공정 챔버와 제 3 배기관을 통해 연결되어 있는 드라이 펌프를 가동함 과 동시에 상기 제 3 배기관 상의 제 3 밸브를 여는 단계;상기 공정 챔버의 압력이 일정 수준 이하로 떨어지면 상기 제 2 터보 펌프로부터 배기되는 공기를 소정의 보조 배기관을 통해 상기 제 3 배기관을 유도하는 단계;상기 제 3 배기관 내의 압력이 설정된 압력 이하로 떨어지면 상기 제 1 및 제 2 터보 펌프를 가동하는 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 공정 챔버의 진공 설정 방법.
- 제 2 항에 있어서, 상기 제 2 터보 펌프의 공기를 보조 배기관을 통해 배기하기 위한 상기 공정 챔버의 압력 조건은 80∼90mmTorr 인 것을 특징으로 하는 공정 챔버의 진공 설정 방법.
- 제 2 항에 있어서, 상기 제 3 배기관의 설정된 압력은 70∼80mmTorr 인 것을 특징으로 하는 공정 챔버의 진공 설정 방법.
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