KR100572305B1 - 반도체제조설비 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 공정 수행시 공정 변화를 최소화하는 반도체 제조 설비에 관한 것으로, 공정이 수행되는 챔버로 제 1 가스 공급부는 반응 가스를 공급한다. 그리고 제 2 가스 공급부는 상기 반응 가스를 상기 챔버로 이동시키기 위한 캐리어 가스를 공급하고, 디버트 라인은 상기 캐리어 가스에 의해 상기 반응 가스가 챔버로 공급 개시 후, 상기 반응 가스의 유량 변화를 최소화시킨다. 이와 같은 반도체 제조 설비에 의해서, 반응 가스만을 디버트 시키는 구조, 디버트 라인의 압력 조절을 가능하게 하는 구조, 캐리어 가스를 분할하여 흐르게 하는 구조 등의 여러 가지 구조를 갖는 설비를 이용함으로써 반응 챔버 및 반응 가스의 유량 변화를 최소화할 수 있다. 그리고 유량 조절기의 램프 또는 소프트 스타트 기능을 상기 각각의 구조에 적용함으로써 가스의 턴 온 프로파일을 조절할 수 있다. 결과적으로, 상기의 구조들을 사용함으로써 반도체 제조 설비의 공정 변화를 억제하고 공정 조절 능력을 향상시킬 수 있다.

Description

반도체 제조 설비{EQUIPMENT FOR FABRICATING SEMICONDUCTOR}
본 발명은 반도체 제조 설비에 관한 것으로, 좀 더 구체적으로는 유량 변화를 최소화하기 위한 디버트 라인(divert line) 구조를 갖는 반도체 제조 설비에 관한 것이다.
현재 반도체 제조 공정에서는 다양한 가스들이 사용되고 있다. 반도체 제조 공정에서는 이 가스들의 유량, 압력을 정밀하게 조절할 수 있어야 안정적이고 효율적인 공정이 가능하다. 최근에는 반도체 소자의 디자인 룰(design rule)이 0.3㎛ 이하로 줄어들면서 다층 배선의 소재 및 증착 방법이 급격히 변화되고 있다.
기존의 Al, Ti, TiN 금속 타겟을 이온 스퍼터링(sputtering)으로 증착하는 방법에서 Al, Cu, W, Ti, TiN 등의 액체 금속 화합물을 기화시켜 화학적인 반응을 통해서 금속막을 형성하는 화학 기상 증착(chemical vapor deposition:CVD) 방식이 널리 이용되고 있다. 그러나, 이러한 대부분의 CVD 소스는 상온에서 증기압이 극히 낮아 기존의 MFC(mass flow controller:가스 유량 조절기) 만으로는 정확히 유량을 컨트롤하기 어려워 디버트(divert) 라인과 같은 적절한 부가 장치를 필요로 한다.
이어, 현재 다층 배선의 대표적인 금속 증착 방법인 텅스텐(W) CVD를 예를 들어 설명하면, 상기 W-CVD는 반도체 소자의 배선 및 콘택을 형성하는데 널리 이용되고 있다. 그런데, 반응에 사용하는 WF6 가스는 반도체 소자의 콘택에서 라이너(liner)로 사용되는 물질인 Ti와 반응성이 매우 크기 때문에 때로는 콘택 저항 불량을 유발하거나 W 박막의 리프팅(lifting)을 유발한다. 따라서, WF6 가스의 유량과 압력은 정밀하게 조절되어야 한다.
그러나, WF6 가스는 상온에서는 액체이며 증기압 또한 낮기 때문에 기존의 MFC 만으로는 유량을 정밀하게 조절하기 어렵다. 특히, WF6 가스 MFC의 오버슈팅(overshooting), WF6 가스의 압력, 턴 온 타이밍(turn on timing), 램핑 프로파일(ramping profile)은 공정에 큰 영향을 미친다.
도 1은 종래의 반도체 제조 설비(예를 들어, W-CVD 설비)의 WF6 반응 가스 라인의 디버트 라인(divert line)의 구조를 보여주는 도면이고, 도 2는 도 1의 디버트 라인을 적용했을 때 WF6 가스 MFC 턴 온 프로파일을 보여주는 도면이다. 그리고 도 3은 종래의 다른 반도체 제조 설비의 WF6 반응 가스 라인의 구조를 보여주는 도면이다.
도 1을 참조하면, 종래의 반도체 제조 설비는 챔버(2)로 가스를 공급하기 위한 공급 라인(4)에 가스의 유량을 조절하는 캐리어 가스 MFC(6) 및 반응 가스 MFC(8)가 캐리어 가스 라인(10) 및 반응 가스 라인(12)을 통해 상기 공급 라인(4)에 연결된다. 여기서, 상기 캐리어 가스는 아르곤(Ar)이고, 상기 반응 가스는 WF6이다. 그리고, 디버트 라인(divert line)(14)은 고진공 펌프(pump)(도면에 미도시)에 연결되어 있는 포라인(foreline)(16)과 상기 공급 라인(4)을 연결한다. 상기 캐리어 가스 라인(10), 반응 가스 라인(12), 디버트 라인(14) 그리고, 상기 디버트 라인(14)과 공급 라인(4)이 연결되는 부분(a)과 상기 챔버(2) 사이에는 가스의 흐름을 조절하는 밸브들(17, 18, 19, 그리고 20)이 있다.
상기 반응 가스의 흐름 방향은 상기 공급 라인 밸브(20)가 오픈되고, 디버트 라인 밸브(19)가 닫히면 챔버로 흐르게 되고, 상기 공급 라인 밸브(20)가 닫히고 디버트 라인 밸브(19)가 오픈되면 상기 디버트 라인(14)을 통해 상기 포라인(16)으로 바이패스(by-pass)되게 된다.
도 2를 참조하면, 참조 번호 30은 상기 디버트 라인(14)으로 바이패스되는 영역이다. 이 설비에서는, 상기 디버트 라인(14)을 사용하여 WF6 반응 가스 MFC(8)의 오버슈팅의 영향을 제거하고, 도면에 도시되어 있는 바와 같이, 턴 온(turn on) 프로파일(profile)이 수직이 되도록 하여 각각의 MFC 특성(지연(delay)(A), 시간 응답(B), 오버슈팅(overshooting)(C), 진동(oscillation)(D))에 따른 공정의 차이를 배제하고 있다.
도 3에 있어서, 종래의 다른 반도체 제조 설비는 챔버(2)로 가스를 공급하기 위한 공급 라인(4)에 가스의 유량을 조절하는 캐리어 가스 MFC(6) 및 반응 가스 MFC(8)가 캐리어 가스 라인(10) 및 반응 가스 라인(12)에 의해 연결된다. 이 설비의 경우, 디버트 라인이 없기 때문에 WF6 반응 가스 MFC(8) 특성에 따라 공정 마진이 달라지고, 오버슈팅이 발생할 경우 웨이퍼의 콘택에 치명적인 결함을 유발하는 문제가 생긴다.
본 발명은 상술한 제반 문제점을 해결하기 위해 제안된 것으로서, 저압/액체가스들의 정밀하게 제어할 수 있는반도체 제조 설비를 제공함에 그 목적이 있다.
(구성)
상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 의하면, 반도체 제조 설비는, 공정이 수행되는 챔버와; 상기 챔버로 반응 가스를 공급하는 제 1 가스 공급부와; 상기 반응 가스를 상기 챔버로 이동시키기 위한 캐리어 가스를 공급하는 제 2 가스 공급부 및; 상기 캐리어 가스에 의해 상기 반응 가스가 챔버로 공급 개시 후, 상기 반응 가스의 유량 변화를 최소화시키는 디버트 라인(divert line)을 포함한다.
(실시예)
도 4 및 도 5 그리고 도 6을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 신규한 반도체 제조 설비는, 공정이 수행되는 챔버로 제 1 가스 공급부는 반응 가스를 공급한다. 그리고 제 2 가스 공급부는 상기 반응 가스를 상기 챔버로 이동시키기 위한 캐리어 가스를 공급하고, 디버트 라인은 상기 캐리어 가스에 의해 상기 반응 가스가 챔버로 공급 개시 후, 상기 반응 가스의 유량 변화를 최소화시킨다. 이와 같은 반도체 제조 설비에 의해서, 반응 가스만을 디버트 시키는 구조, 디버트 라인의 압력 조절을 가능하게 하는 구조, 캐리어 가스를 분할하여 흐르게 하는 구조 등의 여러 가지 구조를 갖는 설비를 이용함으로써 반응 챔버 및 반응 가스의 유량 변화를 최소화할 수 있다. 그리고 유량 조절기의 램프 또는 소프트 스타트 기능을 상기 각각의 구조에 적용함으로써 가스의 턴 온 프로파일을 조절할 수 있다. 결과적으로, 상기의 구조들을 사용함으로써 반도체 제조 설비의 공정 변화를 억제하고 공정 조절 능력을 향상시킬 수 있다.
이하, 도 4 내지 도 7을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 디버트 라인을 반응 가스 MFC의 출구에 설치한 구조를 갖는 반도체 제조 설비를 보여주는 도면이다.
도 4를 참조하면, 챔버(102)로 가스를 공급하기 위한 공급 라인(104)에 가스의 유량을 조절하는 캐리어 가스 MFC(106) 및 반응 가스 MFC(108)는 캐리어 가스 라인(110) 및 반응 가스 라인(112)에 의해 상기 공급 라인(104)에 연결된다. 상기 캐리어 가스는 아르곤(Ar)이고, 상기 반응 가스는 WF6이다. 상기 공급 라인(104), 캐리어 가스 라인(110), 그리고 반응 가스 라인(112) 각각에는 가스의 흐름을 조절하는 밸브들(120, 117, 118)이 있다. 그리고, 상기 반응 가스 MFC(108)와 상기 반응 가스 라인(112)의 밸브(118) 사이에는 디버트 라인(114)이 고진공 펌프에 연결된 포라인(116)과 연결되어 있다.
상기 반응 가스의 흐름 방향은 도 1의 구조에서와 같이, 상기 반응 가스 라인 밸브(118)가 오픈되고, 디버트 라인 밸브(119)가 닫히면 챔버로 흐르게 되고, 상기 반응 가스 라인 밸브(118)가 닫히고 디버트 라인 밸브(119)가 오픈되면 상기 디버트 라인(114)을 통해 포라인(116)으로 흐르게 된다.
여기서, 도 1의 구조에서는 디버트 작동시 캐리어 가스 및 반응 가스가 모두 상기 디버트 라인(114)을 통해 포라인(116)으로 바이패스(by-pass)되지만 본 발명에서는 상기 반응 가스만이 바이패스된다. 따라서, 도 4에서는 디버트 전환시에 챔버(102)로 유입되는 가스량의 변화가 종래의 도 1의 구조보다 작기 때문에 챔버의 압력 변화 및 공정 조건의 변화가 작게 된다. 또한, 반응 가스 라인 밸브 및 디버트 라인 밸브(118 및 119)의 전환시 밸브 타이밍(timing)을 조절하여 도 1에 비해 반응 가스 라인의 압력을 조절 가능하게 하여 공정 변화를 감소시킬 수 있다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 반응 가스 MFC의 출력단에 디버트 라인과 포라인 압력 조절기를 설치한 구조를 갖는 반도체 제조 설비를 보여주는 도면이다.
도 5에 있어서, 챔버(102)로 가스를 공급하기 위한 공급 라인(104)에 가스의 유량을 조절하는 캐리어 가스 MFC(106) 및 반응 가스 MFC(108)가 캐리어 가스 라인(110) 및 반응 가스 라인(112)들에 의해 상기 공급 라인(104)에 연결된다. 상기 공급 라인(104), 캐리어 가스 라인(110), 그리고 반응 가스 라인(112)들에는 가스의 흐름을 조절하는 밸브들(120, 117, 118)이 있다.
그리고, 상기 반응 가스 MFC(108)와 상기 반응 가스 라인(112)의 밸브(118) 사이에는 디버트 라인(114)이 고진공 펌프(도면에 미도시)에 연결되어 있는 포라인(116)과 연결되어 있고, 상기 디버트 라인(114)에는 압력 조절기(122)가 연결되어 있다. 상기 반응 가스의 흐름 방향은 상기 도 4의 구조에서와 동일하다.
상기 도 5의 구조는 상기 도 4와 동일한 위치에 디버트 라인(114)이 설치되어 있다. 상기 도 4의 구조에서는 상기 반응 가스를 디버트 라인(114)을 통해 포라인(116)의 진공이 직접 걸리는데 반응 가스를 과도하게 펌핑(pumping)함으로써 디버트 전환시 반응 가스 MFC(108)의 플로우가 불안정할 수 있다. 그러나, 도 5의 구조에서는 상기 포라인(116)에 압력 조절기(예를 들어, BROOKS 5866RT)(122)를 설치하여 챔버(102)와 유사한 압력이 걸리도록 한다. 따라서, 디버트 전환시에 WF6 반응 가스 라인의 압력 변화를 최소화하여 반응 가스 유량 변화와 챔버의 압력 변화를 최소화할 수 있다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 캐리어 가스를 분할한 디버트 라인의 구조를 갖는 반도체 제조 설비를 보여주는 도면이다.
도 6을 참조하면, 챔버(102)로 가스를 공급하기 위한 공급 라인(104)에 가스의 유량을 조절하는 제 1 캐리어 가스 MFC(106) 및 반응 가스 MFC(108)가 제 1 캐리어 가스 라인(110) 및 반응 가스 라인(112)에 의해 상기 공급 라인(104)에 연결된다. 상기 공급 라인(104), 제 1 캐리어 가스 라인(110), 그리고 반응 가스 라인(112)들에는 가스의 흐름을 조절하는 밸브들(120, 117, 118)이 있다. 포라인(116)과 연결되어 있는 디버트 라인(114)은 상기 반응 가스 라인(112)이 상기 공급 라인(104)과 연결되는 부분(b)과 상기 공급 라인(104)의 밸브(120) 사이에 연결되어 있다. 상기 반응 가스의 흐름 방향은 상기 도 4 및 도 5의 구조에서와 동일하다.
다음에, 2개로 분리된 제 2 캐리어 가스 MFC(107)는 제 2 캐리어 가스 라인(111)을 통해 상기 공급 라인 밸브(120)와 상기 챔버(102) 사이에 연결된다.
이 구조는 증기압이 낮거나 플로우가 불안정하여 캐리어 가스가 필수적일 때 유리한 구조로서 상술한 바와 같이, 캐리어 가스를 분할함으로써 디버트 전환시에 유량의 변화를 최소화하여 챔버의 압력을 최소화할 수 있다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 상기 도 4, 도 5, 그리고 도 6 구조의 턴 온 프로파일과 MFC 램프(ramp) 기능을 적용한 경우의 턴 온 프로파일을 보여주는 도면이다.
상기 도 4, 도 5, 그리고 도 6의 구조에서는 디버트 작동시 턴 온 프로파일은 도 7의 'E'와 같이, 수직이 된다. 여기에, 반응 가스 MFC의 램핑(ramping) 기능이나 소프트 스타트(soft start) 기능을 추가하게 되면 도 7의 'F'와 같이, 유량이 서서히 증가하게 됨에 따라 MFC의 턴 온 프로파일을 조절할 수 있게 되어 공정 조건을 더욱 다양하게 변화시킬 수 있다.
본 발명은 반응 가스만을 디버트 시키는 구조, 디버트 라인의 압력 조절을 가능하게 하는 구조, 캐리어 가스를 분할하여 흐르게 하는 구조 등의 여러 가지 구조를 갖는 설비를 이용함으로써 반응 챔버 및 반응 가스의 유량 변화를 최소화할 수 있는 효과가 있다. 그리고 유량 조절기의 램프 또는 소프트 스타트 기능을 상기 각각의 구조에 적용함으로써 가스의 턴 온 프로파일을 조절할 수 있다. 결과적으로, 상기의 구조들을 사용함으로써 반도체 제조 설비의 공정 변화를 억제하고 공정 조절 능력을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
도 1은 종래의 반도체 제조 설비의 반응 가스 라인의 디버트 라인(divert line)의 구조를 보여주는 도면;
도 2는 도 1의 디버트 라인을 적용했을 때 반응 가스 MFC 턴 온 프로파일을 보여주는 도면;
도 3은 종래의 다른 반도체 제조 설비의 반응 가스 라인의 구조를 보여주는 도면;
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 디버트 라인을 반응 가스 MFC의 출구에 설치한 구조를 갖는 반도체 제조 설비를 보여주는 도면:
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 반응 가스 MFC의 출력단에 디버트 라인과 포라인 압력 조절기를 설치한 구조를 갖는 반도체 제조 설비를 보여주는 도면;
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 캐리어 가스를 분할한 디버트 라인의 구조를 갖는 반도체 제조 설비를 보여주는 도면; 그리고
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 상기 도 4, 도 5, 그리고 도 6 구조의 턴 온 프로파일과 MFC 램프(ramp) 기능을 적용한 경우의 턴 온 프로파일을 보여주는 도면이다.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명
102 : 챔버 104 : 공급 라인
106 : 캐리어 가스 MFC 108 : 반응 가스 MFC
110 : 캐리어 가스 라인 112 : 반응 가스 라인
114 : 디버트 라인 116 : 포라인
122 : 압력 조절기

Claims (3)

  1. 공급라인과 열결되며 공정이 수행되는 챔버와;
    상기 공급라인으로부터 연장되는 반응가스라인과 연결되며, 상기 챔버로 반응 가스를 공급하는 제 1 가스 공급부와;
    상기 공급라인으로부터 분기되는 캐리어가스라인과 연결되며, 상기 반응 가스를 상기 챔버로 이동시키기 위한 캐리어 가스를 공급하는 제 2 가스 공급부; 그리고
    상기 캐리어 가스에 의해 상기 반응 가스가 상기 챔버로 공급 개시 후, 상기반응 가스의 유량 변화를 최소화시키는, 그리고 상기 반응가스라인으로부터 분기되는 디버트 라인(divert line)을 포함하되,
    상기 설비는 가스의 턴 온 프로파일(profile) 조절을 위해 램프(ramp)와 소프트 스타트(soft start)기능이 적용되는 것을 특징으로 하는 반도체 제조 설비.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 설비는 상기 디버트 라인에 연결된 압력 조절기를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 제조 설비.
  3. 공급라인과 연결되며 공정이 수행되는 챔버와;
    상기 공급라인으로부터 연장되는 반응가스라인과 연결되며, 상기 챔버로 반응 가스를 공급하는 제 1 가스 공급부와;
    상기 공급라인으로부터 분기되는 제 1캐리어가스라인과 연결되며, 상기 반응가스를 상기 챔버로 이동시키기 위한 캐리어 가스를 공급하는 제 2 가스 공급부;
    상기 제 1캐리어가스라인의 분기점과 상기 챔버사이에서 상기 공급라인으로 부터 분기된 제 2캐리어가스라인과 연결되며, 상기 챔버로 캐리어 가스를 공급하는 제 3가스 공급부;그리고
    상기 반응가스의 유량변화를 최소화하기 위해 상기 반응가스라인의 분기점과 상기 챔버사이에서 상기 공급라인으로부터 분기되는 디버트라인을 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 제조 설비.
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