KR100621799B1 - Pressure control system for semiconductor processing chamber - Google Patents

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Abstract

본 발명은 반도체 공정 챔버의 압력조절 시스템에 관한 것으로, 챔버 내부로의 파티클 발생을 방지하고, 챔버 내부의 동축성을 확보하여 공정 불량을 줄일 수 있는 반도체 공정 챔버의 압력조절 시스템을 제공하기 위한 것이다. The present invention relates to a pressure regulating system of a semiconductor process chamber, and to provide a pressure regulating system of a semiconductor process chamber which can prevent particle generation into the chamber and reduce process defects by securing coaxiality inside the chamber. .

본 발명에 따른 반도체 공정 챔버의 압력조절 시스템은 공정이 이루어지는 챔버; 상기 챔버에 반응가스를 공급하는 반응가스공급장치; 상기 챔버를 배기하기 위한 배기펌프; 상기 챔버 내부의 압력 조절을 위하여 상기 챔버 내부에 압력조절 가스를 공급하는 압력조절 가스 공급장치를 포함하는 것을 특징으로 한다.Pressure control system of a semiconductor process chamber according to the present invention comprises a chamber in which the process is made; A reaction gas supply device for supplying a reaction gas to the chamber; An exhaust pump for exhausting the chamber; It characterized in that it comprises a pressure regulating gas supply device for supplying a pressure regulating gas into the chamber for adjusting the pressure in the chamber.

반도체 공정 챔버, 압력 조절 시스템, 압력조절 가스Semiconductor process chamber, pressure regulating system, pressure regulating gas

Description

반도체 공정 챔버의 압력 조절 시스템 {Pressure control system for semiconductor processing chamber}Pressure control system for semiconductor processing chamber

도1은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 반도체 공정 챔버의 압력조절 시스템을 도시한 개략도. 1 is a schematic diagram illustrating a pressure regulating system of a semiconductor process chamber in accordance with a preferred embodiment of the present invention.

도2a 및 도2b는 도1의 압력조절 시스템의 압력조절가스 분사 방향을 도시한 개략도. 2A and 2B are schematic views showing the pressure regulating gas injection direction of the pressure regulating system of FIG.

*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명** Description of the symbols for the main parts of the drawings *

10: 챔버 11: 반응가스 공급관10: chamber 11: reaction gas supply pipe

12: 가스밸브 13: 배기펌프12: gas valve 13: exhaust pump

14: 차단밸브 15: 기판지지대14: shut-off valve 15: substrate support

16: 압력게이지 17: 압력조절가스 공급원16: pressure gauge 17: pressure regulating gas source

18: 압력조절가스 공급관 19: 유량제어기18: pressure regulating gas supply pipe 19: flow controller

20: 콘트롤러 30: 기판20: controller 30: substrate

본 발명은 반도체 공정 챔버의 압력조절 시스템에 관한 것으로, 반도체 기판에 공정이 가해지는 공정 챔버 내부의 압력이 공정에 접합한 상태를 유지할 수 있도록 하기 위한 장치에 관한 것이다. BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a pressure regulating system of a semiconductor process chamber, and more particularly, to an apparatus for maintaining a state in which a pressure in a process chamber applied to a semiconductor substrate is bonded to a process.

반도체 제조를 위한 전체 공정 중에서 상당부분은 진공 분위기에서 공정 가스를 이용하여 이루어진다. 이러한 공정 상에서 공정이 이루어지는 챔버를 소정의 압력으로 유지하는 것은 웨이퍼의 수율을 결정하는 중요한 인자가 된다. Much of the overall process for semiconductor manufacturing is done using process gas in a vacuum atmosphere. Maintaining a chamber at a predetermined pressure in such a process is an important factor in determining wafer yield.

반도체 공정 장비의 압력 조절 시스템에 관한 종래 기술은 미국 등록특허 5,685,912호에 개시되어 있다. Prior art regarding pressure regulating systems of semiconductor processing equipment is disclosed in US Pat. No. 5,685,912.

상기 등록특허에 개시된 반도체 공정 장비의 압력조절 시스템은 공정이 이루어지는 챔버, 챔버에 반응가스를 주입하기 위한 가스공급관, 챔버 내부의 가스를 배기하기 위한 배기관 등을 포함한다. The pressure control system of the semiconductor processing equipment disclosed in the patent includes a chamber in which a process is performed, a gas supply pipe for injecting a reaction gas into the chamber, an exhaust pipe for exhausting gas in the chamber, and the like.

챔버 내부에는 웨이퍼를 고정하는 웨이퍼 홀더가 구비되고, 챔버의 외측에는 챔버의 내부와 연통되어 챔버 내부의 압력을 측정하기 위한 압력게이지가 설치된다. 배기관의 단부에는 가스를 배기하기 위한 배기펌프가 구비되고, 배기관의 중도에는 배기관을 개폐하기 위한 배기 밸브와, 챔버 내부의 압력을 조절하기 위한 압력조절밸브와, 배기를 조절하는 배기조절밸브가 순차로 설치된다. 압력조절밸브와 배기조절밸브는 밸브 콘트롤러에 의해 제어되며, 공정 전체를 제어하기 위한 공정 콘트롤러는 별도로 마련된다. A wafer holder for fixing a wafer is provided inside the chamber, and a pressure gauge for communicating with the inside of the chamber and measuring the pressure inside the chamber is installed outside the chamber. At the end of the exhaust pipe, an exhaust pump for exhausting gas is provided, and in the middle of the exhaust pipe, an exhaust valve for opening and closing the exhaust pipe, a pressure control valve for adjusting the pressure in the chamber, and an exhaust control valve for controlling the exhaust are sequentially Is installed. The pressure regulating valve and the exhaust regulating valve are controlled by a valve controller, and a process controller for controlling the entire process is provided separately.

상기 압력조절밸브는 스로틀밸브로 구성되는데, 이 경우 압력조절밸브 내부 에서의 기구적인 마찰에 의해 부품의 일부가 마모되어 챔버 내부로 파티클(미세입자)을 유입시키는 원인이 된다. 챔버 내부의 파티클은 공정가스의 반응을 저해하고, 웨이퍼의 표면에 잔류하여 제품 불량을 야기하는 등의 문제를 일으키게 된다. The pressure regulating valve is composed of a throttle valve. In this case, part of the part is worn out by mechanical friction in the pressure regulating valve, which causes particles (fine particles) to flow into the chamber. Particles in the chamber inhibit the reaction of the process gas, and causes problems such as remaining on the surface of the wafer causing product defects.

또한, 공정 상에서 챔버 내부 가스의 흐름이 챔버 및 기판의 중심 축에 대하여 균일하여야 하는 동축성이 요구되는 공정에 있어서, 압력조절밸브의 구조에서 기인한 가스 흐름의 불균일은 동축성을 훼손하는 문제가 있다. In addition, in a process requiring coaxiality in which the flow of the gas inside the chamber must be uniform with respect to the central axis of the chamber and the substrate in the process, the nonuniformity of the gas flow due to the structure of the pressure regulating valve is a problem that impairs the coaxiality. have.

본 발명은 이러한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은 챔버 내부로의 파티클 발생을 방지하고, 챔버 내부의 동축성을 확보하여 공정 불량을 줄일 수 있는 반도체 공정 챔버의 압력조절 시스템을 제공하는 것이다. The present invention is to solve this problem, an object of the present invention is to provide a pressure control system of a semiconductor process chamber that can prevent the generation of particles into the chamber, to ensure the coaxiality inside the chamber to reduce the process defects will be.

이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 반도체 공정 챔버의 압력조절 시스템은 공정이 이루어지는 챔버와, 챔버에 반응가스를 공급하는 반응가스공급장치와, 챔버를 배기하기 위한 배기펌프 및 챔버 내부의 압력 조절을 위하여 상기 챔버 내부에 압력조절 가스를 공급하도록 압력조절 가스를 제공하는 압력조절 가스 공급원, 이 압력조절 가스 공급원과 챔버를 연통시키며 압력 조절 가스를 챔버의 중심축 상으로 분사하는 압력조절 가스 공급관, 압력조절 가스 공급관을 흐르는 압력조절 가스량을 조절하기 위한 유량제어기 등을 구비하는 압력조절 가스 공급장치를 포함하는 것을 특징으로 한다. The pressure control system of the semiconductor process chamber according to the present invention for achieving the above object is a chamber in which the process is made, a reaction gas supply device for supplying a reaction gas to the chamber, an exhaust pump for exhausting the chamber and pressure control inside the chamber A pressure regulating gas source for providing a pressure regulating gas to supply the pressure regulating gas to the inside of the chamber, the pressure regulating gas supply pipe communicating with the pressure regulating gas source and injecting the pressure regulating gas onto the central axis of the chamber; And a pressure regulating gas supply device having a flow controller for regulating the amount of pressure regulating gas flowing through the pressure regulating gas supply pipe.

삭제delete

또한, 상기 반도체 공정 챔버의 압력조절 시스템은 상기 챔버 내부의 압력을 측정하기 위한 압력게이지와, 상기 압력제이지에서 측정된 압력정보에 따라 상기 유량제어기를 제어하는 콘트롤러를 더 포함하는 것을 특징으로 한다. The pressure control system of the semiconductor process chamber may further include a pressure gauge for measuring the pressure inside the chamber and a controller for controlling the flow controller according to the pressure information measured by the pressure gauge.

삭제delete

또한, 상기 압력조절 가스는 비활성 가스 또는 반응가스와 동일한 가스인 것을 특징으로 한다. In addition, the pressure regulating gas is characterized in that the same gas as the inert gas or reaction gas.

이하에서는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 반도체 공정 챔버의 압력 조절 시스템을 첨부 도면을 참조하여 상세히 설명한다.Hereinafter, a pressure regulating system of a semiconductor process chamber according to an exemplary embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도1에 도시한 바와 같이 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 공정 챔버의 압력조절 시스템은 공정이 이루어지는 챔버(10), 상기 챔버(10) 내부에 반응가스를 공급하는 반응가스 공급관(11), 상기 챔버(10) 내부의 가스를 배기하기 위한 배기펌프(13), 배기펌프(13)와 챔버(10) 간의 연통을 단속하는 차단밸브(14)를 구비한다. As shown in FIG. 1, the pressure control system of a semiconductor process chamber according to an embodiment of the present invention includes a chamber 10 in which a process is performed, a reaction gas supply pipe 11 supplying a reaction gas into the chamber 10, An exhaust pump 13 for exhausting the gas inside the chamber 10, and a shutoff valve 14 for intermittent communication between the exhaust pump 13 and the chamber 10 is provided.

챔버(10) 내부에는 기판(30, 혹은 웨이퍼)을 지지하는 기판(30)지지대(15)가 구비된다. 기판(30)지지대(15)로는 진공척 또는 정전척이 사용된다. 반응가스 공급관(11)의 중도에는 반응 가스 공급을 단속하는 가스밸브(12)가 설치된다. In the chamber 10, a substrate 30 support 15 supporting a substrate 30 or a wafer is provided. As the support 15 for the substrate 30, a vacuum chuck or an electrostatic chuck is used. In the middle of the reaction gas supply pipe 11, a gas valve 12 for controlling a reaction gas supply is provided.

배기펌프(13)는 챔버(10)의 일측과 연통되어 있으며, 차단밸브(14)가 챔버(10)와 배기펌프(13) 사이의 연통을 단속하게 된다. 배기펌프(13)로는 일반적인 진공펌프(Vacuum Pump)나 터보 분자 펌프(Turbo-molecular Pump)가 채용된다. The exhaust pump 13 is in communication with one side of the chamber 10, the shutoff valve 14 is to interrupt the communication between the chamber 10 and the exhaust pump (13). As the exhaust pump 13, a general vacuum pump or turbo-molecular pump is employed.

그리고, 챔버(10)의 일측에는 챔버(10) 내부의 압력을 측정하기 위한 압력게이지(16)가 설치된다. One side of the chamber 10 is provided with a pressure gauge 16 for measuring the pressure inside the chamber 10.

챔버(10) 내부의 압력조절을 위하여 별도의 압력조절 가스를 공급하기 위한 압력조절 가스 공급원(17)이 마련되고, 이 압력조절 가스 공급원(17)에서 제공되는 압력조절 가스를 챔버(10) 내부에 공급하기 위하여 압력조절 가스 공급원(17)과 챔버(10) 사이에는 압력조절 가스 공급관(18)이 구비된다. 압력조절 가스 공급관(18)의 중도에는 압력조절 가스의 유량을 조절하기 위한 유량제어기(19)가 설치된다. 압력조절가스는 챔버(10) 내부의 압력을 조절하기 위한 목적으로 사용되어야 하며, 공정에 영향을 미쳐서는 안되기 때문에 산소, 헬륨, 아르곤과 같은 비활성기체나 반응 가스와 동일한 가스를 사용하게 된다. 유량제어기(19)는 통상의 질량유량제어기(Mass Flow Controller, MFC) 또는 압력제어기를 사용하게 된다. A pressure regulating gas supply source 17 is provided for supplying a separate pressure regulating gas for regulating pressure in the chamber 10, and the pressure regulating gas provided from the pressure regulating gas source 17 is provided inside the chamber 10. A pressure regulating gas supply pipe 18 is provided between the pressure regulating gas supply source 17 and the chamber 10 to supply to the pressure regulating gas supply source 17. In the middle of the pressure regulating gas supply pipe 18, a flow controller 19 for adjusting the flow rate of the pressure regulating gas is provided. The pressure regulating gas should be used for the purpose of regulating the pressure in the chamber 10, and should not affect the process, so that an inert gas such as oxygen, helium, argon, or the same gas as the reaction gas is used. The flow controller 19 uses a conventional mass flow controller (MFC) or a pressure controller.

챔버(10) 내부의 압력제어를 위해 마련된 컨트롤러는 압력게이지(16)에서 측정된 챔버(10) 내부의 압력에 따라 차단밸브(14) 및 유량제어기(19)를 제어한다. The controller provided for pressure control in the chamber 10 controls the shutoff valve 14 and the flow controller 19 according to the pressure in the chamber 10 measured by the pressure gauge 16.

다음은 상기 실시예에 따른 반도체 공정 챔버(10)의 압력 조절 시스템의 동작을 설명한다. The following describes the operation of the pressure regulating system of the semiconductor process chamber 10 according to the embodiment.

챔버(10) 내부에 기판(30)을 로딩하고, 차단밸브(14)를 개방하고 배기펌프(13)를 가동하여 챔버(10) 내부를 배기시켜 진공상태로 만들어 준다. 이와 함께 반응가스 공급관(11)을 통해 반응가스를 챔버(10) 내부에 공급해 준다. 기판(30)에서는 반응가스에 의해 공정이 수행된다. 배기펌프(13)는 계속적으로 가동되면서 챔버(10) 내부의 공기와 함께 미 반응 가스들을 배기시킨다. The substrate 30 is loaded into the chamber 10, the shutoff valve 14 is opened, and the exhaust pump 13 is operated to exhaust the inside of the chamber 10 to make a vacuum state. In addition, the reaction gas is supplied into the chamber 10 through the reaction gas supply pipe 11. In the substrate 30, the process is performed by the reaction gas. The exhaust pump 13 continuously operates to exhaust unreacted gases together with the air in the chamber 10.

압력게이지(16)를 통해 측정된 챔버(10) 내부의 압력정보는 콘트롤러(20)에 전달된다. 콘트롤러(20)는 측정된 압력에 따라 유량제어기(19)를 제어하여 챔버(10) 내부에 압력조절가스를 공급한다. 챔버(10)에 제공되는 압력조절 가스는 챔버(10) 내부의 압력을 상승시키는 작용을 한다. 콘트롤러(20)는 유량제어기(19)를 제어하여 압력조절 가스의 공급량을 조절함으로써 챔버(10) 내부 압력의 증감을 제어하게 된다. The pressure information inside the chamber 10 measured by the pressure gauge 16 is transmitted to the controller 20. The controller 20 controls the flow controller 19 according to the measured pressure to supply a pressure regulating gas into the chamber 10. The pressure regulating gas provided to the chamber 10 increases the pressure inside the chamber 10. The controller 20 controls the flow controller 19 to control the increase or decrease of the pressure inside the chamber 10 by adjusting the supply amount of the pressure regulating gas.

한편 동축성이 요구되는 공정의 경우 압력조절 가스 공급관(18)의 출구 위치를 적절히 변경하여, 도2a와 같이 챔버(10)의 중심축 상으로 분사하거나, 또는 도2b와 같이 둘레부분에서 등간격으로 분사하여 가스 흐름이 축대칭성을 갖도록 하는 것이 바람직하다.On the other hand, in a process requiring coaxiality, the outlet position of the pressure regulating gas supply pipe 18 is appropriately changed and sprayed onto the central axis of the chamber 10 as shown in FIG. It is preferable to inject to make the gas flow axially symmetric.

이상에서 상세히 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 반도체 공정 챔버의 압력조절 시스템은 종래의 압력조절밸브를 통한 방식과는 달리 기구 동작 없이 압력조절가스를 이용하여 챔버 내부의 압력을 제어하기 때문에 파티클 발생 가능성이 감소된다. As described in detail above, the pressure control system of the semiconductor process chamber according to the present invention, unlike the conventional method through the pressure control valve to control the pressure inside the chamber using the pressure control gas without the mechanism operation possibility of particle generation Is reduced.

또한, 압력조절가스의 분사방향을 제어하여 챔버 내부의 동축성을 확보할 수 있어 공정 불량을 줄일 수 있는 효과가 있다.In addition, it is possible to secure the coaxiality inside the chamber by controlling the injection direction of the pressure regulating gas has the effect of reducing the process failure.

Claims (5)

공정이 이루어지는 챔버; A chamber in which the process takes place; 상기 챔버에 반응가스를 공급하는 반응가스공급장치; A reaction gas supply device for supplying a reaction gas to the chamber; 상기 챔버를 배기하기 위한 배기펌프; 및An exhaust pump for exhausting the chamber; And 상기 챔버 내부의 압력 조절을 위하여 상기 챔버 내부에 압력조절 가스를 공급하도록, 압력조절 가스를 제공하는 압력조절 가스 공급원과, 상기 압력조절 가스 공급원과 상기 챔버를 연통시키며 압력 조절 가스를 상기 챔버의 중심축 상으로 분사하는 압력조절 가스 공급관과, 상기 압력조절 가스 공급관을 흐르는 압력조절 가스량을 조절하기 위한 유량제어기를 구비하는 압력조절 가스 공급장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 공정 챔버의 압력 조절 시스템. A pressure regulating gas supply source for providing a pressure regulating gas, the pressure regulating gas supply and the chamber in communication with the pressure regulating gas source to supply a pressure regulating gas into the chamber for regulating pressure in the chamber; And a pressure regulating gas supply device having a pressure regulating gas supply pipe for injecting onto the shaft and a flow controller for adjusting the amount of pressure regulating gas flowing through the pressure regulating gas supply pipe. 삭제delete 제1항에 있어서, The method of claim 1, 상기 반도체 공정 챔버의 압력조절 시스템은 상기 챔버 내부의 압력을 측정하기 위한 압력게이지와, 상기 압력제이지에서 측정된 압력정보에 따라 상기 유량제어기를 제어하는 콘트롤러를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 공정 챔버의 압력조절 시스템. The pressure regulating system of the semiconductor process chamber further comprises a pressure gauge for measuring the pressure inside the chamber and a controller for controlling the flow controller according to the pressure information measured by the pressure gauge. Pressure control system. 삭제delete 제1항에 있어서, The method of claim 1, 상기 압력조절 가스는 비활성 가스 또는 반응가스와 동일한 가스인 것을 특징으로 하는 반도체 공정 챔버의 압력조절 시스템.The pressure regulating gas is a pressure control system of a semiconductor process chamber, characterized in that the same gas as the inert gas or reaction gas.
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