KR100807031B1 - 반도체 제조장치의 챔버용 퍼지 시스템 - Google Patents

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KR100807031B1 KR1020060080488A KR20060080488A KR100807031B1 KR 100807031 B1 KR100807031 B1 KR 100807031B1 KR 1020060080488 A KR1020060080488 A KR 1020060080488A KR 20060080488 A KR20060080488 A KR 20060080488A KR 100807031 B1 KR100807031 B1 KR 100807031B1
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Abstract

본 발명은 공정 챔버의 잔존 가스로 인해 발생되는 버퍼 챔버의 부식과 불량 웨이퍼의 양산을 방지할 수 있도록, 버퍼 챔버의 포트 개방시 질소 가스에 의한 차단막이 형성되어 공정 챔버에서 이송되는 웨이퍼의 잔존 가스 제거 및 공정 챔버로부터 유입되려는 외부 가스를 사전 차단할 수 있도록 한 반도체 제조장치의 버퍼 챔버용 퍼지 시스템에 관한 것이다.
이와 같은 본 발명은, 공정 챔버와 버퍼 챔버 및 로드락 챔버를 포함하여 이루어지는 반도체 제조 장치의 퍼지 시스템에 있어서, 상기 공정 챔버의 웨이퍼 이송을 위한 포트에 설치되는 가스라인과, 상기 가스라인 내측의 퍼지 가스가 상기 공정 챔버의 포트를 향해 분사되도록 상기 가스라인을 따라 설치되는 복수의 분사 노즐과, 상기 공정 챔버의 포트 개방과 동시에 상기 가스 라인의 퍼지 가스가 상기 분사 노즐을 통해 상기 포트로 분사되도록 하는 제어수단을 포함하는 구성이다.
웨이퍼, 버퍼 챔버, 질소 가스, 퍼지

Description

반도체 제조장치의 챔버용 퍼지 시스템{Chamber purge system for semiconductor fabricating device}
도 1은 종래의 반도체 제조장치를 개략적으로 보인 구성도
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 제조장치의 버퍼 챔버용 퍼지 시스템의 일부를 보인 사시도
도 3은 본 발명의 요부인 도 2의 A 부분을 확대 도시한 사시도
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 제조장치의 버퍼 챔버용 퍼지 시스템에 대한 구성도
*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*
100: 반도체 장치 110: 공정 챔버
120: 버퍼 챔버 122: 이송 로봇
130: 로드락 챔버 10 : 포트
20 : 가스라인 30 : 분사 노즐
40 : 제어수단 42 : 액튜에이터
44 : 개폐밸브 46 : 솔레노이드 밸브
46a,46b: 듀얼 포트
본 발명은 반도체 제조장치의 버퍼 챔버에 적용되는 퍼지(Purge) 시스템에 관한 것으로서, 특히 공정 챔버의 잔존 가스로 인해 발생되는 버퍼 챔버의 부식과 불량 웨이퍼의 양산을 방지할 수 있도록, 버퍼 챔버의 포트 개방시 질소 가스에 의한 차단막이 형성되어 공정 챔버에서 이송되는 웨이퍼의 잔존 가스 제거 및 공정 챔버로부터 유입되려는 외부 가스를 사전 차단할 수 있도록 한 반도체 제조장치의 버퍼 챔버용 퍼지 시스템에 관한 것이다.
각종 전자제품에 사용되는 반도체 소자는, 산화실리콘에서 고순도의 실리콘을 추출한 것을 단결정으로 성장시키고 이를 원판 모양으로 잘라서 웨이퍼를 만드는 과정, 상기 웨이퍼의 전체 표면에 막을 형성하고 필요한 부분을 제거하여 일정한 패턴을 형성하는 과정, 상기 패턴 형성 과정에 의해 형성된 패턴에 따라 불순물 이온을 도핑하고 금속배선을 통하여 최초 설계된 회로를 구현하며 필요한 소자로 만들기 위한 패키지 공정 등이 포함된 일련의 웨이퍼 가공 과정을 통하여 제조된다.
이와 같은 반도체 제조공정에는 웨이퍼의 특정 부분 물질을 화학 반응을 통해 제거해 내는 식각(etching) 공정, 화학 반응을 이용하여 웨이퍼 상에 박막을 형성하는 화학기상증착(Chemical Vapor Deposition) 공정, 실리콘 단결정으로 된 웨이퍼의 특정한 영역에 전기전도 특성을 부여하기 위하여 불순물을 첨가하는 이온주입공정 등이 있다.
이와 같은 공정은 모두 챔버 내에서 진행되는데, 특히 식각 공정은 웨이퍼 기판 상에 있는 특정 부분 물질을 화학 반응을 통해 제거함으로써 반도체 집적회로를 형성시키는 공정이다. 상기 식각 공정에서는 염소가스(C12 Gas) 및 수소화브롬가스(HBr Gas)를 포함하는 혼합가스를 주된 식각용 가스로 이용하고, 상기 공정 후에 발생한 찌꺼기는 내부 세척을 통해 제거하게 된다.
도 1은 종래의 웨이퍼 공정장치를 개략적으로 도시한 구성도이다.
공정 챔버에서 소정의 공정을 마친 웨이퍼는 일시적인 저장과 함께 로드락 챔버로의 이송을 위한 준비 공간에 해당되는 버퍼 챔버로 이송된다. 이때, 웨이퍼의 공정 챔버에서 버퍼 챔버로의 이송 및 버퍼 챔버에서 로드락 챔버로의 이송은 버퍼 챔버에 설치된 로봇의 이송 아암에 의해 이루어진다.
그리고, 공정 챔버에서 행해지는 공정 중, 식각 공정은 염소가스(C12 Gas) 및 수소화브롬가스(HBr Gas)를 사용하여 공정이 진행되므로, 상기 식각 공정을 마친 웨이퍼는 그 표면에 다량의 염소가스(C12 Gas)와 수소화브롬가스(HBr Gas)가 잔류하고 있다. 이와 같이 웨이퍼의 표면에 잔류하는 가스는 로드락 챔버로 유입시 수분과 반응하여 강한 산성을 띠게 되고, 이러한 강산성의 가스는 스테인레스(서스:SUS) 재질인 챔버 내부 벽면을 부식시켜 파티클(Particle)을 생성시킨다. 그리고, 이렇게 생성된 파티클은 웨이퍼의 상태를 불량하게 하는 요인이 된다.
또한, 이와 같이 로드락 챔버의 내벽이 부식되는 현상을 억제하기 위해 강산성의 가스를 제거하는 잦은 세척 작업이 필요하고, 이러한 세척 작업을 위해 가동 중인 장비를 빈번하게 정지시켜야 함에 따라 생산성 저하의 문제가 발생한다.
상기한 이유로, 버퍼 챔버의 하면에는 질소 가스의 공급을 위한 퍼지홀이 형성되고, 이와 같은 퍼지홀에 질소가스 공급관이 유량 제어기와 밸브를 설치한 상태로 연결된다. 이러한 구성에 의해, 버퍼 챔버의 내부로 질소(N2) 가스가 유입되면서 웨이퍼에 대한 퍼지(Purge)가 진행되고, 이에 따라 버퍼 챔버의 내벽은 염소가스 및 수소화 브롬가스에 의한 부식 현상으로부터 보호된다. 또한 이와 같이 퍼지된 웨이퍼가 로드락 챔버로 이송되는 것이므로 로드락 챔버의 내벽 역시 산성 가스에 의한 부식 현상으로부터 보호된다.
그러나, 이와 같은 버퍼 챔버에 대한 종래 퍼지 작업의 경우, 염소가스와 수소화 브롬가스가 표면에 잔존하고 있는 상태의 웨이퍼가 버퍼 챔버로 일단 유입된 다음, 버퍼 챔버의 하부에서 공급되는 질소 가스에 의해 퍼지 작업이 이루어지는 방식이다. 이에 더하여 웨이퍼의 이송 과정에서 공정 챔버에 잔류된 염소가스와 수소화 브롬가스가 버퍼 챔버로 유입되는 현상이 발생된다.
이에 따라, 버퍼 챔버의 내부 공간을 질소 가스에 의해 전체적으로 채워 퍼지 작업을 해야 하는 것이므로, 퍼지 작업에 비교적 많은 량의 질소 가스가 필요하고, 또한 버퍼 챔버의 전체 공간에 고르게 질소 가스가 분사되지 못할 경우 버퍼 챔버 내벽의 부식 현상을 방지하는 기능이 현저히 저하된다. 또한, 버퍼 챔버의 내부 공간에 질소 가스를 고르게 분사하기 위해서는 많은 수의 퍼지홀이 필요하나, 이를 위해서 질소 가스를 공급하는 장치의 복잡한 구조가 요구되어 비용 상승이 초래된다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 공정 챔버에서 이송되는 웨이퍼가 버퍼 챔버의 포트 개방시 분사되는 질소가스에 의해 세정되면서 버퍼 챔버로 이송될 수 있도록 하는 반도체 제조장치의 버퍼 챔버용 퍼지 시스템을 제공하는데 그 목적이 있다.
또한, 본 발명은 공정 챔버에서 버퍼 챔버로 웨이퍼의 이송시 버퍼 챔버의 포트 개방과 동시에 분사되는 질소가스에 의해 버퍼 챔버의 포트 입구부에 유해 가스의 유입을 방지하는 차단막이 형성될 수 있도록 하는 반도체 제조장치의 버퍼 챔버용 퍼지 시스템을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 공정 챔버와 버퍼 챔버 및 로드락 챔버를 포함하여 이루어지는 반도체 제조 장치의 퍼지 시스템에 있어서, 상기 공정 챔버의 웨이퍼 이송을 위한 포트에 설치되는 가스라인과, 상기 가스라인 내측의 퍼지 가스가 상기 공정 챔버의 포트를 향해 분사되도록 상기 가스라인을 따라 설치되는 복수의 분사 노즐과, 상기 공정 챔버의 포트 개방과 동시에 상기 가스 라인의 퍼지 가스가 상기 분사 노즐을 통해 상기 포트로 분사되도록 하는 제어수단을 포함하는 반도체 제조장치의 챔버용 퍼지 시스템을 제공한다.
상기 제어수단은, 상기 공정 챔버의 포트에 개폐를 위한 동력을 제공하는 액튜에이터와, 상기 가스 라인 상에 설치되는 개폐밸브와, 상기 액튜에이터를 통해 상기 공정 챔버의 포트에 개방을 위한 동력 제공시 상기 개폐밸브는 개방 상태로 전환시키고, 상기 액튜에이터를 통해 상기 공정 챔버의 포트에 폐쇄를 위한 동력 제공시 상기 개폐밸브는 폐쇄 상태로 복원시키는 솔레노이드 밸브를 포함하는 구성일 수 있다.
상기 분사노즐은, 상기 공정 챔버로부터 상기 버퍼 챔버로 이송되는 웨이퍼의 이송 방향을 기준 해 상기 공정 챔버의 포트 전방에 공정 챔버 내부의 가스가 포트 외부로 확산되면서 상기 버퍼 챔버에 유입되는 것을 방지하는 차단막이 형성될 수 있도록 상기 퍼지 가스를 상기 포트의 높이 방향과 평행한 상태로 분사하는 것이 바람직하다.
상기 퍼지 가스는 질소 가스인 것이 바람직하다.
상기 분사 노즐을 통한 퍼지 가스의 1회 분사 시간은 상기 공정 챔버의 포트 개방 시점을 시작으로 상기 포트의 완전한 폐쇄 시점까지 임이 바람직하다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 제조장치의 버퍼 챔버용 퍼지 시스템의 일부를 보인 사시도이고, 도 3은 본 발명의 요부인 도 2의 A 부분을 확대 도시한 사시도이며, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 제조장치의 버퍼 챔버용 퍼지 시스템에 대한 구성도이다.
도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 반도체 제조 장치의 챔버용 퍼지 시스템은, 가스 라인(20), 분사노즐(30), 제어수단(40)을 포함하여 이루어진다.
본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 제조 장치의 챔버용 퍼지 시스템을 설명하기에 앞서서, 일반적인 반도체 제조 장치의 일반적인 구성에 대해 도 1을 참조하 여 간략하게 설명하며, 이후의 설명에서 도 1과 동일한 부분에 대해서는 동일한 부호를 사용키로 한다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 반도체 제조 장치(100)는 공정 챔버(110), 버퍼 챔버(120), 로드락 챔버(130)를 포함하여 이루어진다.
공정 챔버(110)는 그 내부에서 웨이퍼에 대한 일련의 공정이 이루이지고, 이와 같이 공정 챔버(110)에서 공정이 끝난 웨이퍼는 버퍼 챔버(120)로 이송된 다음, 로드락 챔버(130)로 이송된다.
그리고, 각 챔버에는 웨이퍼의 이송을 위한 포트가 설치되며, 여기서 버퍼 챔버(120)의 포트(10) 주연에 가스 라인(20)이 설치되고, 이와 같은 가스 라인(20)에 챔버의 퍼지를 위한 가스가 소정의 압력으로 흐르게 된다. 여기서 가스 라인(20)을 따라 흐르는 퍼지 가스의 압력은 후술되는 분사 노즐(30)을 통해 분사될 수 있는 정도의 압력이면 된다. 또한, 이러한 가스 라인(20)은 도면을 기준하여 버퍼 챔버(120)의 포트(10) 상측에 설치되는 것이 바람직한 것으로써, 이는 퍼지 가스가 분사 노즐(30)을 통해 분사시 공기에 의한 저항을 거의 받지 않은 상태에서 자연스럽게 포트(10)에 분사될 수 있는데 기인한다.
분사노즐(30)은 가스 라인(10)을 따라 복수개로 설치되는 것으로써, 이와 같은 분사 노즐(30)은 상기한 바와 같이 가스 라인(10)을 따라 흐르는 퍼지 가스가 버퍼 챔버(120)의 포트(10)를 향해 분사되도록 하는 용도이다. 또한, 이러한 분사 노즐(30)은 그를 통해 분사되는 퍼지 가스가 포트(10)의 높이 방향과 평행한 방향으로써 분사될 수 있도록 설치됨이 바람직하다. 이는 버퍼 챔버(10)의 포트(10)에 서 공정 챔버(도 2에 미도시)로 향하는 방향을 전방으로 하였을 경우, 버퍼 챔버(120)의 포트(10) 전방에 퍼지 가스에 의한 차단막이 형성되고, 이와 같은 퍼지 가스의 차단막에 의해 공정 챔버 내부의 가스가 외부로 확산되면서 버퍼 챔버(120)에 유입되는 현상을 보다 효율적으로 차단하기 위함이다. 여기서, 공정 챔버(110) 내부의 가스는 식각 공정에 사용되는 염소가스(C12 Gas)와 수소화브롬가스(HBr Gas)를 말한다.
제어수단(40)은 버퍼 챔버(120)의 포트(10) 개방과 동시에 가스 라인(20)의 분사 노즐(30)을 통해 퍼지 가스가 분사되고, 이에 따라 공정 챔버에서 버퍼 챔버(120)로 이송되는 웨이퍼의 잔존 가스 및 공정 챔버(110)로부터 확산되어 버퍼 챔버(120)로 유입되려는 가스가 사전에 차단되도록 하는 용도이다.
그리고, 이와 같은 제어수단(40)은 버퍼 챔버(120)의 포트(10)에 개폐를 위한 동력을 제공하는 액튜에이터(42)와, 가스 라인(20) 상에 설치되는 개폐 밸브(44), 그리고 액튜에이터(42)의 포트(10)를 개방하는 동작시 개폐 밸브(44)가 개방되도록 하고 반대로 액튜에이터(42)의 포트(10)를 폐쇄하는 동작시 개폐 밸브(44)가 차단되도록 하는 솔레노이드 밸브(46)를 포함하는 구성일 수 있다.
그리고, 상기 솔레노이드 밸브(46)는 한 쌍의 배출구가 각각 형성된 듀얼 포트(46a)(46b)를 구비하며, 이와 같은 듀얼 포트(46a)(46b)가 솔레노이드 밸브(46)의 작동에 의해 선택적으로 개폐되면서 상기의 액튜에이터(42)의 포트(10) 개방을 위한 동력 제공시 개폐 밸브(44)가 개방되고 반대로 액튜에이터(42)의 포트(10) 폐쇄를 위한 동력 제공시 개폐 밸브(44)가 폐쇄되는 작동이 이루어지게 된다. 도 4에서 "α"로 표시된 화살표는 듀얼 포트(46a)(46b)가 폐쇄되는 방향을 예시한 것이고, "β"로 표시된 화살표는 듀얼 포트(46a)(46b)가 개방되는 방향을 예시한 것이다.
또한, 가스 라인(20)에 공급되고 가스 라인의 분사 노즐(30)을 통해 버퍼 챔버(120)의 포트(10)로 분사되는 퍼지 가스로는 질소 가스를 사용함이 바람직하다. 이는 공정 챔버에서 웨이퍼의 식각 공정에 사용되지만 그로 인해 각 챔버들의 내벽에 파티클이 생성되는 원인이 되는 염소가스(C12 Gas)와 수소화브롬가스(HBr Gas)를 제거하는 데 질소 가스가 우수한 성능을 발휘하기 때문이다.
또한, 공정 챔버(110)로부터 버퍼 챔버(120)로의 웨이퍼 이송시 분사 노즐(30)을 통해 분사되는 퍼지 가스의 1회 분사시간은, 버퍼 챔버(120)의 포트(10) 개방이 시작되는 시점을 시작으로 버퍼 챔버(120)의 포트(10) 폐쇄가 완료되는 시점까지 임이 바람직하다. 이는 버퍼 챔버(120)의 포트(10) 개방 후에 버퍼 챔버(120) 내부로의 웨이퍼 이송이 이루어지고, 또한 버퍼 챔버(120)의 포트(10) 폐쇄 후에는 공정 챔버로부터 확산되는 가스(염소가스와 수소화브롬가스)가 버퍼 챔버(120)로 유입되지 못하는 것에 기인하며, 이에 따라 질소 가스가 불필요하게 분사되는 현상을 하지 않도록 하기 위함이다.
상기한 구성에 의해서, 공정 챔버에서 염소가스와 수소화브롬가스가 사용된 식각 공정을 거쳐 그 표면에 상기 가스들이 잔존하는 웨이퍼가 버퍼 챔버(120)의 내부로 수용되기 이전에 그 이송 과정에서 질소 가스에 의해 퍼지되는 것이므로, 웨이퍼의 표면에 잔존하는 유해 가스(염소가스와 수소화브롬가스)가 버퍼 챔 버(120)의 내부에서 확산되는 현상이 사전에 방지된다. 이에 따라 웨이퍼의 표면에 잔존하는 유해가스로 인해 버퍼 챔버(120)의 내벽 및 로드락 챔버(130)의 내벽에 파티클이 형성되는 현상이 방지되고, 이는 파티클로 인해 발생할 수 있는 불량 웨이퍼의 양산에 현저히 줄이는 결과로 이어진다.
도 3에 "W"로 표시한 화살표는 공정 챔버로부터 버퍼 챔버(120)의 포트(10)로 이송되는 웨이퍼의 진행 방향, 내지는 공정 챔버로부터 버퍼 챔버(120)의 포트 방향으로 확산되는 유해가스의 진행 방향을 예시적으로 표현한 것이다.
또한, 공정 챔버의 내측에 잔존하는 염소가스와 수소화브롬가스가 웨이퍼의 이송을 위한 공정 챔버의 포트 개방 과정에서 외부로 확산되면서 버퍼 챔버(120)의 포트(10)를 통해 버퍼 챔버(120) 내부로 유입되는 현상이 사전 차단되는 것이므로, 앞선 설명에서와 마찬가지로 유해가스로 인해 버퍼 챔버(120)의 내벽 및 로드락 챔버(130)의 내벽에 파티클이 형성되는 현상이 방지되고, 이는 파티클로 인해 발생할 수 있는 불량 웨이퍼의 양산에 현저히 줄이는 결과로 이어진다.
상기한 실시예들을 통하여 알 수 있는 바와 같이, 본 발명에 따른 반도체 제조장치의 챔버용 퍼지 시스템에 의해서, 웨이퍼의 식각 공정에서 사용되는 소정의 가스로 인해 버퍼 챔버나 로드락 챔버의 내벽에 파티클이 발생되는 현상을 버퍼 챔버나 로드락 챔버로의 유해 가스 유입을 사전 차단하는 것에 의해 보다 근본적으로 방지하는 효과가 있다.
또한, 상기와 같이 웨이퍼의 식각 공정에서 사용되는 소정의 가스가 버퍼 챔 버나 로드락 챔버로의 유입 현상이 차단되는 것에 의해서, 버퍼 챔버나 로드락 챔버의 내벽에 파티클이 발생되지 않음에 따라 양산되는 웨이퍼의 불량률이 현전히 저하될 뿐만 아니라 보다 양질의 웨이퍼를 생산할 수 있는 효과가 있다.

Claims (5)

  1. 공정 챔버와 버퍼 챔버 및 로드락 챔버를 포함하여 이루어지는 반도체 제조 장치의 챔버용 퍼지 시스템에 있어서,
    상기 버퍼 챔버의 웨이퍼 이송을 위한 포트에 설치되는 가스라인과, 상기 가스라인 내측의 퍼지 가스가 상기 버퍼 챔버의 포트를 향해 분사되도록 상기 가스라인을 따라 설치되는 복수의 분사 노즐과, 상기 버퍼 챔버의 포트 개방과 동시에 상기 가스 라인의 퍼지 가스가 상기 분사 노즐을 통해 상기 포트로 분사되도록 하는 제어수단을 포함하고,
    상기 제어수단은 상기 버퍼 챔버의 포트에 개폐를 위한 동력을 제공하는 액튜에이터와, 상기 가스 라인 상에 설치되는 개폐밸브와, 상기 액튜에이터를 통해 상기 버퍼 챔버의 포트에 개방을 위한 동력 제공시 상기 개폐밸브는 개방 상태로 전환시키고, 상기 액튜에이터를 통해 상기 버퍼 챔버의 포트에 폐쇄를 위한 동력 제공시 상기 개폐밸브는 폐쇄 상태로 복원시키는 솔레노이드 밸브를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 제조장치의 챔버용 퍼지 시스템.
  2. 삭제
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 분사노즐은, 상기 버퍼 챔버의 포트에서 상기 공정 챔버로 향하는 방향을 전방으로 정해 상기 버퍼 챔버의 포트 전방에 상기 공정 챔버로부터 확산되는 가스 유입을 방지하기 위한 차단막이 형성될 수 있도록 상기 퍼지 가스를 상기 포트의 높이 방향과 평행하게 분사하도록 설치되는 것을 특징으로 하는 반도체 제조장치의 챔버용 퍼지 시스템.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 퍼지 가스는 질소 가스인 것을 특징으로 하는 반도체 제조장치의 챔버용 퍼지 시스템.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 분사 노즐을 통한 퍼지 가스의 1회 분사 시간은 상기 공정 챔버의 포트 개방 시점을 시작으로 상기 포트의 완전한 폐쇄 시점까지 임을 특징으로 하는 반도체 제조장치의 챔버용 퍼지 시스템.
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