KR100727784B1 - Ａｌ-ＣＶＤ 공정으로부터의 공정부산물을 트래핑하기 위한방법 및 장치 - Google Patents

Abstract

프로세스 챔버 내에서 Al 전구체(precursor)를 이용하여 소정의 증착 대상 기재의 표면에 알루미늄을 증착시키는 Al-CVD (Chemical Vapor Deposition) 공정 후, 미반응된 Al 전구체를 포함한 미반응 공정 부산물을 트래핑하기 위한 방법 및 장치가 개시된다. 이러한 방법은 (a) 프로세스 챔버로부터의 미반응 공정부산물을 트래핑하는 단계로서, 프로세스 챔버로부터의 미반응 공정부산물을 소정의 시간 동안 상대적으로 낮은 고온 조건하에서 반응시킨 후, 생성된 반응물을 소정의 시간 동안 상대적으로 높은 고온 조건하에서 반응시킴으로써 알루미늄을 결정화시켜 트랩의 내부에 고착시키는 단계; (b) 상기 단계 (a)로부터 결정화되지 않은 알루미늄 화합물과 수소 기체를 포함한 기체 상태의 물질을 내부의 온도가 150℃ 이하인 진공 펌프에 의해 흡입시킨 후 처리하는 단계; 및 (c) 상기 단계 (b)로부터의 결과물을 상기 진공 펌프의 외부 환경으로 배출시키는 단계를 포함한다.

고온 트랩, 저온 트랩, 진공 펌프

Description

Ａｌ-ＣＶＤ 공정으로부터의 공정부산물을 트래핑하기 위한 방법 및 장치 {PROCESS AND APPARATUS FOR TRAPPING BY-PRODUCT FROM Al-CVD PROCESS}

도 1은 본 발명의 하나의 바람직한 실시 형태를 보여주는 공정도;

도 2는 본 발명의 하나의 바람직한 실시 형태에 따른 장치의 요부를 개략적으로 보여주는 도면;

도 3은 본 발명에 따른 트랩이 설치되어 있을 때와 설치되어 있지 않을 때의 압력에 따른 배기 속도를 보여주는 그래프;

도 4는 Al 전구체의 TGA(열중량분석기) 데이터를 보여주는 그래프; 및

도 5는 진공 펌프 DD105 위에 부스터 펌프 WS1001을 연결하고, 그 위에 트랩을 설치한 시스템의 가스 배기량 시뮬레이션 데이터를 나타낸 그래프이다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

10: 프로세스 챔버 14 : 포어라인(foreline)

20 : 트랩 30 : 진공 펌프

34 : 배기 라인

본 발명은 반도체 또는 디스플레이 제조 분야에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 프로세스 챔버 내에서 Al 전구체를 이용하여 소정의 증착 대상 기재(예, 반도체 기판)의 표면에 알루미늄을 증착시키는 Al-CVD(Chemical Vapor Deposition) 공정 후의 배기 스트림으로부터 알루미늄을 제거하기 위한 방법 및 그 장치에 관한 것이다.

일반적으로, 프로세스 챔버 내에서 CVD 공정을 통해 증착 대상 기재, 예를 들어 반도체 기판의 표면에 알루미늄(Al)을 얇은 층으로 증착("Al-CVD" 공정)시키기 위해서는 Al 전구체가 이용된다. 이때, 프로세스 챔버의 내부 온도는 통상 100℃ 이상, 압력은 1 토르(Torr) 이상으로 유지된다.

프로세스 챔버에서 예를 들어 반도체 기판에 증착되지 않은 알루미늄과 미반응된 Al 전구체를 포함한 공정 부산물은 프로세스 챔버로부터 제거되어야 한다. 이러한 공정 부산물을 제거하기 위해서는 고압축율로 작동되는 진공 펌프가 필수적으로 요구된다. 이때, 반도체 기판의 표면에 증착되지 않은 고형의 알루미늄과 미반응된 Al 전구체에 화학 결합되어 있는 Al 화합물로부터의 알루미늄이 진공 펌프의 내부 특히, 로터와 하우징(housing) 내벽에 고착된다. 이러한 알루미늄의 고착은 고가의 진공 펌프의 고장을 야기할 뿐만 아니라 진공 펌프의 수명 또한 단축되게 한다. 뿐만 아니라, 이러한 알루미늄 고착은 진공 펌프의 펌핑 효율도 상당히 감소되게 한다.

이 때문에, 프로세스 챔버와 진공 펌프 사이에는 알루미늄을 트래핑(trapping)할 수 있는 트랩이 설치되어 운용되고 있다. 그럼에도 불구하고, 트랩 에서의 알루미늄 트래핑 효율이 양호하지 않아 진공 펌프는 여전히 고장의 위험성 및 수명 단축의 잠재성에 노출되어 있는 실정이다.

본 발명은 상기한 바와 같은 종래기술의 문제점을 감안하여 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 프로세스 챔버 내에서 Al 전구체를 이용하여 소정의 증착 대상 기재(예, 반도체 기판)의 표면에 알루미늄을 증착시키는 Al-CVD(Chemical Vapor Deposition) 공정 후의 배기 스트림으로부터 알루미늄을 효율적으로 트래핑함으로써, 진공 펌프의 고장 가능성을 줄이고 이의 수명을 연장시킬 수 있게 하는 시스템을 제공하는 데에 있다.

상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위해, 본 발명은, 프로세스 챔버 내에서 Al 전구체를 이용하여 소정의 증착 대상 기재(예, 반도체 기판)의 표면에 알루미늄을 증착시키는 Al-CVD(Chemical Vapor Deposition) 공정 후의 배기 스트림으로부터 알루미늄을 제거하기 위한 방법으로서,

(a) 프로세스 챔버로부터의 미반응 공정부산물을 트래핑하는 단계로서, 프로세스 챔버로부터의 미반응 공정부산물(Al 전구체)을 소정의 시간 동안 상대적으로 낮은 고온 조건인 150℃ 이하의 온도 조건하에서 반응시킨 후, 생성된 반응물을 소정의 시간 동안 상대적으로 높은 고온 조건인 150℃ 이상의 온도 조건하에서 반응시킴으로써 알루미늄을 결정화시켜 트랩의 내부에 고착시키는 단계;

(b) 상기 단계 (a)로부터 결정화되지 않은 알루미늄 화합물과 수소 기체를 포함한 기체 상태의 물질을 내부의 온도가 150℃ 이하인 진공 펌프에 의해 흡입시킨 후 처리하는 단계;

(c) 상기 단계 (b)로부터의 결과물을 상기 진공 펌프의 외부 환경으로 배출시키는 단계를 포함하는 방법을 제공한다.

또한, 본 발명은, 프로세스 챔버 내에서 Al 전구체를 이용하여 소정의 증착 대상 기재(예, 반도체 기판)의 표면에 알루미늄을 증착시키는 Al-CVD(Chemical Vapor Deposition) 공정 후의 배기 스트림으로부터 알루미늄을 제거하기 위한 장치로서,

(a) 프로세스 챔버로부터의 미반응 공정 부산물을 이의 하류부로 이송시키기 위한 포어라인(foreline)으로서, 상대적으로 낮은 고온 조건하에 유지되어 있는 포어라인;

(b) 상기 포어라인의 하류부에 결합되어 있으며, 내부에는 다수의 배플과 상대적으로 높은 고온 조건을 유지시키기 위한 히터가 구비되어 있는 고온 트랩(hot trap);

(c) 상기 트랩의 하류부로부터 상기 고온 트랩에서의 반응물을 내부에 수용할 수 있도록 상기 고온 트랩과 결합되어 있으며, 이의 내부에는 내부의 온도가 150℃를 초과하지 못하게 하는 냉각 수단이 구비되어 있는 진공 펌프; 및

(d) 상기 진공 펌프의 하류부에 외부 환경과 연통 가능하게 결합되어 있는 반응물 배출 수단을 포함하는 장치를 제공한다.

이상에서 언급한 바와 같이, 본 발명에 따른 시스템은 프로세스 챔버로부터 의, 증착 대상 기재, 예를 들어, 반도체 기판의 표면에 증착되지 않은 고형의 알루미늄과 미반응된 Al 전구체에 화학 결합되어 있는 Al 화합물로부터의 알루미늄이 진공 펌프의 내부에 증착될 가능성을 상당히 감소시킬 수 있어, 결국에는 프로세스 챔버의 진공화 효율이 개선되게 할 뿐만 아니라 진공 펌프 자체의 고장의 빈도가 감소되게 하여 이의 수명이 더욱 더 연장되게 한다.

이하, 본 발명은 첨부된 도면을 참조하여 더욱 더 상세하게 기술되어질 것이다.

도 1에는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 공정이 도시되어 있다.

도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 방법 및 장치는 특히 CVD 공정에 의해 프로세스 챔버(10) 내에서 Al 전구체를 이용하여 소정의 증착 대상 기재, 특히 반도체 기판의 표면에 알루미늄을 증착시키는 공정에 적용된다. 프로세스 챔버(10)에서의 CVD 공정 후, 프로세스 챔버(10)의 내부에는, 반도체 기판 상에 증착되지 않은 고형의 알루미늄 입자와 미반응된 Al 전구체(이하, "미반응 공정부산물"이라 칭함)가 기상으로 존재하게 되며, 이러한 미반응 공정부산물은 프로세스 챔버(10)의 하류부에 설치된 진공 펌프(10)의 작동에 의한 흡입력에 의해 포어라인(14)을 통해 배기되어 트랩(20)으로 이송된다.

상기한 포어라인(14), 트랩(20)의 상류부 또는 이 둘 모두에서는, 프로세스 챔버(10)로부터의 미반응 공정부산물이 소정의 시간 동안 상대적으로 낮은 고온 조건인 150℃ 이하의 온도 조건하에서 처리된다. 이 때, Al 전구체는 Al 화합물과 또 다른 제2의 화합물로 분해된다.

이후, 생성된 반응물은 트랩(20)의 상류부(포어라인에서 상기한 반응이 진행될 경우) 또는 트랩(20)의 하류부(트랩(20)의 상류부에서 상기한 반응이 진행될 경우)에서 소정의 시간 동안 상대적으로 높은 고온 조건인 150℃ 이상의 온도 조건에서 처리된다. 이러한 반응 조건에서, 상기한 분해 생성물 중 Al 화합물은 알루미늄 입자와 수소로 분해되고, 또 다른 제2의 화합물은 수소와 결합하여 기체상으로 유지된다.

Al 화합물로부터의 생성물 중에서 금속 알루미늄은 트랩(20)의 상류부 또는 하류부에 고착되고, 또 다른 제2의 화합물로부터의 기체 상태의 수소와 기타 부산물들은 트랩(20)의 하류부에 구비된 진공 펌프(30)에서 압축되고, 최종적으로 배기 라인(34)을 통해 외부 환경으로 배기된다.

이때, 트랩(20)의 내부에서 결정화되지 않은 알루미늄과 수소 기체를 포함한 기체 상태의 물질을 그대로 통과시키기 위해 진공 펌프(30)의 내부는 150℃ 이하의 온도로 설정되는 것이 요구된다. 이러한 진공 펌프(30)의 내부 온도 조절은 하우징의 주변에 냉각수 시스템을 꾸미거나 로터 축의 내부를 흐르는 유체의 온도 조절 등을 통해 가능할 것이다. 진공 펌프의 내부 온도를 150℃ 이하의 온도로 설정하기 위한 진공 펌프 몸체(body)의 세팅 온도는 대략 70℃ 이하이다. 트랩(20)과 진공 펌프(30) 사이에는 진공 펌프(30)에서의 배기 속도를 증가시킬 목적으로 부스터 펌프가 설치될 수도 있다. 이의 한 예가 도 2에 도시되어 있다. 도 2에 도시된 부스터 펌프는 본 출원인의 모델명 WS501 또는 WS1001이고, 진공 펌프는 본 출원인의 모델명 DD105 이다.

도 3에는 상기한 바와 같은 트랩이 설치되어 있을 때와 설치되어 있지 않을 때의 압력에 따른 배기 속도를 나타내는 그래프가 도시되어 있다. 여기서 DD1205는 DD105 진공펌프와 WS1001 부스터 펌프가 조합된 펌프 시스템을 의미한다. 이 그래프를 통해, 트랩이 설치되어 있을 때, 1 토르 이하에서는 배기 속도가 다소 떨어지나, 2 토르 이상에서는 배기 속도가 트랩이 설치되어 있지 않았을 때의 배기 속도와 거의 유사함을 알 수 있다. 실제로 적용되는 공정 압력이 1 토르 이상임을 볼 때, 트랩이 설치되어 있다고 해도 공정에서의 배기 속도에는 거의 영향을 미치지 않음을 알 수 있다.

도 4에는 Al 전구체(MPA)의 TGA(열중량분석기) 데이터가 그래프로 도시되어 있다. 이 그래프를 보면, 대략 20℃ 내지 150℃ 온도 범위의 온도에서 일차적인 중량 손실이 나타나고, 150℃ 이상의 온도에서 이차적인 중량 손실이 나타난다. 이를 통해, 대략 20℃ 내지 150℃ 온도 범위에서는 알루미늄 화합물이 분해되고, 150℃ 범위의 온도에서는 알루미늄 금속이 결정화됨을 알 수 있다.

도 5는 진공 펌프 DD105 위에 부스터 펌프 WS1001을 연결하고, 그 위에 트랩을 설치한 시스템의 배기속도 측정 데이터를 사용하여 반도체 실 공정 라인의 포어라인의 조건상에서 컴퓨터 시뮬레이션을 통해 트랩을 포함한 펌프 시스템의 가스 배기량(throughput)을 계산한 결과를 나타낸 그래프이다. 이 그래프로부터, 실제 공정 압력 8 토르에서 프로세스 챔버로 들어가는 실제 가스 총 유량은 10 slm인데, simulation을 통해 얻어진 트랩을 포함한 진공 펌프 적용 시 챔버 압력 8 토르에서의 배기량은 80 slm으로 실 공정 유입 가스량 10 slm을 충분히 소화한다고 할 수 있다. 이로써 진공 펌프에 트랩 설치가 공정(증착) 진행 시 펌프 시스템의 배기량에 영향을 미치지 않음을 알 수 있다.

이상에서는 본 발명의 바람직한 실시 예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술분야의 숙련된 당업자라면 하기의 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

이상에서와 같이, 본 발명에 따른 방법 및 장치는 프로세스 챔버로부터의, 증착 대상 기재, 예를 들어, 반도체 기판의 표면에 증착되지 않은 고형의 알루미늄과 미반응된 Al 전구체에 화학 결합되어 있는 Al 화합물로부터의 알루미늄이 진공 펌프의 내부와 포어라인 그리고 진공 펌프 내부에 증착될 가능성을 상당히 감소시킬 수 있어, 결국에는 진공 펌프의 배기 효율 및 프로세스 챔버의 진공화 효율이 개선되게 할 뿐만 아니라 진공 펌프 자체의 고장의 빈도가 감소되게 하여 진공 펌프의 수명을 더욱 연장시킬 수 있을 뿐만 아니라 이로써 반도체 공정의 생산 수율과 생산 능력을 증가시키게 된다.

Claims (11)

1. 프로세스 챔버내에서 Al 전구체를 이용하여 소정의 증착 대상 기재의 표면에 알루미늄을 증착시키는 Al-CVD(Chemical Vapor Deposition) 공정 후의 배기 스트림으로부터 알루미늄을 제거하기 위한 방법으로서,

   (a) 프로세스 챔버로부터의 미반응 공정부산물을 트래핑하는 단계로서, 프로세스 챔버로부터의 미반응 공정부산물을 소정의 시간 동안 20℃ 내지 150℃ 범위의 온도에서 반응시킨 후, 생성된 반응물을 소정의 시간 동안 150℃ 내지 200℃ 범위의 온도에서 반응시킴으로써 알루미늄을 결정화시켜 트랩의 내부에 고착시키는 단계;

   (b) 상기 단계 (a)로부터 결정화되지 않은 알루미늄과 수소 기체를 포함한 기체 상태의 물질을 내부의 온도가 150℃ 이하인 진공 펌프에 의해 흡입시킨 후 처리하는 단계;

   (c) 상기 단계 (b)로부터의 결과물을 상기 진공 펌프의 외부 환경으로 배출시키는 단계를 포함하는 방법.
2. 삭제
3. 삭제
4. 제 1항에 있어서, 상기 단계 (c)에서 상기 진공 펌프의 내부 온도가 150℃ 이하인 것을 특징으로 하는 방법.
5. 삭제
6. 프로세스 챔버 내에서 Al 전구체를 이용하여 소정의 증착 대상 기재(예, 반도체 기판)의 표면에 알루미늄을 증착시키는 Al-CVD(Chemical Vapor Deposition) 공정 후의 배기 스트림으로부터 알루미늄을 제거하기 위한 장치로서,

   (a) 프로세스 챔버로부터의 미반응 공정 부산물을 이의 하류부로 이송시키기 위한 포어라인(foreline)으로서, 20℃ 내지 150℃ 범위의 온도에 유지되어 있는 포어라인;

   (b) 상기 포어라인의 하류부에 결합되어 있으며, 내부에는 다수의 배플과 150℃ 내지 200℃ 범위의 온도를 유지시키기 위한 히터가 구비되어 있는 고온 트랩(hot trap);

   (c) 상기 트랩의 하류부로부터 상기 고온 트랩에서의 반응물을 내부에 수용할 수 있도록 상기 고온 트랩과 결합되어 있으며, 이의 내부에는 내부의 온도가 150℃를 초과하지 못하게 하는 냉각 수단이 구비되어 있는 진공 펌프; 및

   (d) 상기 진공 펌프의 하류부에 외부 환경과 연통 가능하게 결합되어 있는 반응물 배출 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
7. 제 6항에 있어서, 상기 포어라인의 하류부와 상기 고온 트랩 사이에 20℃ 내지 150℃ 범위의 온도가 유지되어 있는 트랩이 더 구비되어 있는 것을 특징으로 하는 장치.
8. 삭제
9. 삭제
10. 삭제
11. 제 6항 또는 제 7항에 있어서, 상기 냉각 수단에 의해 진공 펌프의 내부가 150℃ 이하의 온도로 유지되는 것을 특징으로 하는 장치.

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