KR19980065196A

KR19980065196A - 반도체 제조용 식각설비의 펌핑 장치 및 그 제어 방법

Info

Publication number: KR19980065196A
Application number: KR1019970000056A
Authority: KR
Inventors: 김흥태; 민병호
Original assignee: 김광호; 삼성전자 주식회사
Priority date: 1997-01-04
Filing date: 1997-01-04
Publication date: 1998-10-15
Also published as: KR100217502B1

Abstract

공정챔버 내부의 기체를 고진공밸브를 통하여 슬로우펌핑(Slow Pumping) 및 하드펌핑(Hard Pumping)을 수행함으로써 펌핑에 관련된 고장이 방지되도록 개선시킨 반도체 제조용 식각설비의 펌핑 장치 및 그 제어 방법에 관한 것이다.

본 발명은, 고진공밸브를 포함하는 복수 개의 밸브를 제어하면서 공정챔버 내부의 기체를 펌핑하도록 구성되는 반도체 제조용 식각설비의 펌핑 장치에 있어서, 폐쇄용 공기공급관 및 개방용 공기공급관을 통하여 공기가 절환공급되어 상기 고진공밸브의 개폐상태를 조절하는 고진공밸브 구동수단, 상기 고진공밸브 구동수단에 따른 상기 고진공밸브의 개폐정도를 센싱하는 센싱수단 및 상기 고진공밸브 구동수단으로의 공기공급을 슬로우펌핑 및 하드펌핑을 포함하는 모드 별로 구분하여 상기 고진공밸브의 개폐정도를 가변하면서 펌핑을 제어하는 제어수단을 구비하여 이루어진다.

따라서, 본 발명에 의하면 화학기상식각기(CVE)의 펌핑이 원활하게 진행되므로 공정이 안정되게 수행될 수 있고, 그에 따라 설비에 대한 신뢰성 및 작업성이 극대화되는 효과가 있다.

Description

반도체 제조용 식각설비의 펌핑 장치 및 그 제어 방법

본 발명은 반도체 제조용 식각설비의 펌핑 장치 및 그 제어 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 공정챔버 내부의 기체를 고진공밸브를 통하여 슬로우펌핑(Slow Pumping) 및 하드펌핑(Hard Pumping)을 수행함으로써 펌핑에 관련된 고장이 방지되도록 개선시킨 반도체 제조용 식각설비의 펌핑 장치 및 그 제어 방법에 관한 것이다.

통상, 반도체 웨이퍼를 이용하여 반도체장치를 제조하는 설비는 다양하며 용도에 따라서 산화, 확산, 증착 또는 이온주입설비 등이 있다.

그 중 패시베이션(Passivation)용 질화막을 증착하는 설비는 공정을 수행함에 따라 내부의 플라즈마 보트(Plasma Boat)에 실리콘 질화막이 증착되므로, 이를 제거해야 한다. 플라즈마 보트의 실리콘 질화막 제거는 보통 화학적증착식각기(Chemical Vapor Etcher: 이하 'CVE'라 함)를 이용하여 이루어진다.

종래의 CVE는 도1과 같이 퍼지용 질소가스(N₂)가 공정챔버(10)로 밸브(12)를 통하여 공급하고 식각용 불화수소(HF)가 밸브(14)를 통하여 공급되며, 공정챔버(10) 내부의 기체는 콜드트랩(Cold Trap)(16)에서 포함된 이물질이 걸러진 후 배관을 통하여 배출용 밸브(18)를 통하여 배출되거나 또는 슬로우펌핑용 밸브(20) 및 고진공밸브(22)를 통하여 펌핑되도록 구성되어 있다.

그리고, 슬로우펌핑용 밸브(20) 및 고진공펌프(22)에 의하여 기체가 펌프(24)로 펌핑되는 경로 중의 분기된 배관에 백스트림(Back-stream) 방지를 위한 밸브(26)가 설치되어 있다.

그리고, 고진공펌프(22)에는 고진공밸브 구동부(28)가 설치되어 있고, 고진공밸브 구동부(28)로 폐쇄용 공기공급관(30) 및 개방용 공기공급관(32)을 통하여 고진공펌프(22) 개폐를 위한 공기를 공급하는 고진공밸브용 솔레노이드밸브(34)가 구성되어 있다.

고진공밸브용 솔레노이드밸브(34)는 솔레노이드밸브부(36)에 포함되어 구성되며, 솔레노이드밸브부(36)에는 고진공밸브용 솔레노이드밸브(34)와 같이 공기압에 의하여 구동되는 백스트림방지용 솔레노이드밸브(38), 슬로우펌핑용 솔레노이드밸브(40) 및 배출용 솔레노이드밸브(42)가 구성되어 있다.

그리고, 백스트림방지용 솔레노이드밸브(38)는 백스트림방지밸브(26)의 개폐를 절환하도록 구성되어 있고, 슬로우펌핑용 솔레노이드밸브(40)는 슬로우펌핑용 밸브(20)의 개폐를 절환하도록 구성되어 있으며, 배출용 솔레노이드밸브(40)는 배출용 밸브(18)의 개폐를 절환하도록 구성되어 있다.

전술한 바와 같이 구성되는 종래의 CVE는 플라즈마 보트로부터 실리콘 질화막을 제거하기 위한 공정을 수행할 때는 공정챔버(10) 내부를 약 200 토르(Torr) 이하로 슬로우펌핑을 수행한 후 다시 2 Torr 이하로 급속히 펌핑한 후 1 Torr 정도의 상태로 내부를 설정한다. 1 Torr 정도로 공정챔버 내부가 설정되면 CVE는 각 밸브를 닫고 리크검사를 수행하거나 또는 공정챔버(10) 내부로 불화수소를 유입하여 500 Torr 상태에서 식각공정을 수행한다.

이를 위해서 도2와 같이 먼저 대기 단계 S2에서 밸브(12)가 열리고 퍼지용 질소가스가 유입되며, 이때 배출용 밸브(18)와 백스트림방지밸브(26)가 개방된다. 그리고, 단계 S4에서 배출용 밸브(18), 백스트림방지밸브(26) 및 질소가스 퍼지용 밸브(12)가 닫히고, 슬로우펌핑용 밸브(20)가 열려서 약 200 Torr 정도까지 공정챔버(10) 내부의 기체가 펌핑된다.

그리고, 공정챔버(10) 내부 상태가 200 Torr 정도되면, 단계 S6를 수행하여 슬로우펌핑용 밸브(20)가 닫히면서 슬로우펌핑이 중지된다.

그리고, CVE는 단계 S8를 수행하여 고진공밸브(22)를 열어서 하드펌핑 즉 약 2 Torr 이하로 고속 펌핑을 수행하고, 공정챔버(10) 내부가 1 Torr 정도로 설정되면 고진공밸브(22)를 닫으면서 하드펌핑을 중지한다.

그리고, 백스트림방지밸브(26)를 열어서 단계 S12의 배출이 개시된 후 소정시간 후 배출용 밸브(18)와 질소가스 퍼지용 밸브(12)를 열어서 단계 S14의 대기가 수행된다.

그러나, 전술한 바와 같은 동작을 수행하면서 공정을 진행하는 중 파우더(Powder)가 발생되며, 슬로우펌핑시 공정챔버(10) 내부에 와류현상이 발생되었다.

파우더는 펌핑때 기체와 같이 슬로우펌핑용 밸브(20) 및 고진공밸브(22)를 통과하여 배출되며, 이때 내부 관통구가 좁은 슬로우펌핑용 밸브(20)는 종종 파우더로 막히게 되고, 슬로우펌핑용 밸브(20)의 막힘은 펌프(24)에 무리한 부하로 작용되어 펌프의 고장을 유발시키는 문제점이 있었다.

전술한 슬로우펌핑에 관련된 CVE의 에러는 빈도로 CVE설비에서 발생되는 에러의 65％ 이상을 상회하는 중요한 에러 요인으로써 그 개선이 요구되고 있다.

본 발명의 목적은, 슬로우펌핑에 관련된 에러를 방지하면서 고진공밸브를 이용한 슬로우펌핑 및 하드펌핑을 수행하기 위한 반도체 제조용 식각설비의 펌핑 장치 및 그 제어 방법을 제공하는 데 있다.

본 발명의 다른 목적은, 슬로우펌핑 및 하드펌핑을 수행하는 시간을 절감하고 펌프에 과중한 부하가 인가되는 것을 방지하기 위한 반도체 제조용 식각설비의 펌핑 장치 및 그 제어 방법을 제공하는 데 있다.

도1은 종래의 반도체 제조용 식각설비의 펌핑 장치를 나타내는 도면이다.

도2는 종래의 반도체 제조용 식각설비의 펌핑 순서를 나타내는 공정도이다.

도3은 본 발명에 따른 반도체 제조용 식각설비의 펌핑 장치의 실시예를 나타내는 개략도이다.

도4는 도3의 고진공밸브 개폐상태를 센싱하는 센서를 나타내는 도면이다.

도5는 본 발명에 따른 실시예에 구성되는 각 솔레노이드 밸브의 구동을 제어하기 위한 상세회로도이다.

도6은 본 발명에 따른 반도체 제조용 식각설비의 펌핑 장치 제어 방법의 실시예를 나타내는 공정도이다.

※도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

10, 52 : 공정챔버 12, 14, 50, 54, 84 : 밸브

16, 56 : 콜드트랩 18, 58 : 배출용 밸브

20 : 슬로우펌핑용 밸브 22, 60 : 고진공밸브

24, 66 : 펌프 26, 68 : 백스트림방지밸브

28, 62 : 고진공밸브 구동부 30, 80 : 폐쇄용 공기공급관

32, 82 : 개방용 공기공급관 36, 70 : 솔레노이드밸브부

34, 72 : 고진공밸브용 솔레노이드밸브

38, 74 : 백스트림방지용 솔레노이드밸브

40, 76 : 슬로우펌핑용 솔레노이드밸브

42, 78 : 배출용 솔레노이드밸브 86 : 플래그

88 : 센서 90 : 컨트롤러

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 반도체 제조용 식각설비의 펌핑 장치는, 고진공밸브를 포함하는 복수 개의 밸브를 제어하면서 공정챔버 내부의 기체를 펌핑하도록 구성되는 반도체 제조용 식각설비의 펌핑 장치에 있어서, 폐쇄용 공기공급관 및 개방용 공기공급관을 통하여 공기가 절환공급되어 상기 고진공밸브의 개폐상태를 조절하는 고진공밸브 구동수단,

상기 고진공밸브 구동수단에 따른 상기 고진공밸브의 개폐정도를 센싱하는 센싱수단 및 상기 고진공밸브 구동수단으로의 공기공급을 슬로우펌핑 및 하드펌핑을 포함하는 모드 별로 구분하여 상기 고진공밸브의 개폐정도를 가변하면서 펌핑을 제어하는 제어수단을 구비하여 이루어진다.

그리고, 상기 고진공밸브 구동수단은 상기 제어수단의 제어에 의하여 상기 고진공밸브의 개폐정도 조절로 상기 고진공밸브를 통하여 상기 공정챔버 내부의 기체가 슬로우펌핑 및 하드펌핑되도록 구성됨이 바람직하다.

그리고, 상기 고진공펌프 구동수단은 상기 슬로우펌핑 모드시 상기 고진공밸브를 5％∼15％ 정도 개방하도록 구성되고, 상기 센싱수단은 상기 고진공밸브가 5％∼15％ 정도 개방됨을 센싱하도록 구성됨이 바람직하다.

그리고, 상기 개방용 공기공급관에 밸브가 더 설치되고 상기 고진공밸브의 개폐정도가 미리 정해진 소정 범위의 해당 여부에 따라 상기 밸브가 연동되어 개폐되도록 구성됨이 바람직하다.

그리고, 상기 제어수단은, 상기 복수 개의 밸브 중 해당 밸브의 구동을 제어하는 백스트림 방지용 솔레노이드 밸브, 슬로우펌핑용 솔레노이드 밸브, 및 배출용 솔레노이드 밸브, 상기 폐쇄용 공기공급관 및 상기 개방용 공기공급관으로의 공기공급을 절환하는 고진공밸브용 솔레노이드 밸브 및 상기 각 솔레노이드 밸브의 개폐를 제어하는 컨트롤러를 구비하여 이루어짐이 바람직하다.

한편, 본 발명에 따른 반도체 제조용 식각설비의 펌핑 장치의 제어 방법은, 고진공밸브를 포함하는 복수 개의 밸브를 제어하면서 공정챔버 내부의 기체를 펌핑하도록 구성되는 반도체 제조용 식각설비의 펌핑 장치의 제어 방법에 있어서, 상기 고진공밸브를 부분 개방하여 상기 공정챔버 내부의 기체를 일정 수준의 진공도까지 슬로우펌핑을 수행하는 제 1 단계 및 상기 슬로우펌핑 후 상기 고진공밸브를 완전 개방하여 상기 공정챔버 내부에서 공정을 수행하기 위한 정도의 진공도로 하드펌핑을 수행하는 제 2 단계를 구비하여 이루어진다.

이하, 본 발명의 구체적인 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

본 발명은 CVE설비의 공정챔버 내부를 리크검사 또는 플라즈마 보트의 식각공정을 수행하기 위한 소정 레벨의 진공상태로 설정하도록 슬로우펌핑과 하드펌핑을 수행함에 있어서 기체의 배출이 고진공펌프를 통하여 이루어지도록 구성되며, 이를 위한 실시예가 도3에 나타나 있다.

본 발명에 따른 실시예는 질소가스가 밸브(50)를 통하여 공정챔버(52)로 공급되며, 불화수소가 밸브(54)를 통하여 공정챔버(52)로 공급되도록 구성되어 있다. 그리고, 공정챔버(52)에는 배출되는 기체에 포함된 이물질을 걸르기 위하여 콜드트랩(56)이 구성되어 있으며, 콜드트랩(56)의 기체 배출을 위한 배관에는 배출용 밸브(58)가 연결되어 있고, 콜드트랩(56)의 기체 펌핑을 위한 배관에는 고진공밸브(60)가 연결되어 있다.

고진공밸브(60)에는 개폐조절을 위한 고진공밸브 구동부(62)가 구성되어 있으며, 고진공밸브 구동부(62)에는 센싱부(64)가 고진공밸브(60)의 개폐정도를 센싱하도록 구성되어 있다.

센싱부(64)는 고진공밸브(60)가 10％ 열린 상태를 센싱하기 위하여 도4와 같은 구성을 갖는다.

즉, 고진공밸브(60)는 플래그(86)의 위치에 따라 절환되도록 구성되며, 플래그(86)는 90°의 회전각 범위로 조절되고, 플래그(86)가 고진공밸브(60)를 10％ 개방하기 위한 각(θ) 위치에 센서(88)가 구성되어 있다. 그러므로 센서(88)는 고진공밸브(60)의 열림상태를 센싱할 수 있다.

또한, 고진공밸브(60)는 펌프(66)와 연결되어 펌핑된 기체를 배출하도록 구성되어 있으며, 고진공밸브(60)와 펌프(66) 사이의 분기된 배관에 백스트림방지밸브(68)가 구성되어 있다.

한편, 솔레노이드밸브부(70)에는 고진공밸브용 솔레노이드밸브(72), 백스트림방지용 솔레노이드밸브(74), 슬로우펌핑용 솔레노이드밸브(76) 및 배출용 솔레노이드밸브(78)가 구성되어 있다.

여기에서 고진공밸브용 솔레노이드밸브(72)에는 폐쇄용 공기공급관(80) 및 개방용 공기공급관(82)이 고진공밸브 구동부(62)로 개폐를 위한 공기를 공급하도록 구성되어 있으며, 개방용 공기공급관(82)에 슬로우펌핑용 솔레노이드밸브(76)에 연동되는 밸브(84)가 구성되어 있다.

한편, 솔레노이드밸브부(70)에 구성되는 각 솔레노이드밸브(72∼78)들은 도5와 같이 컨트롤러(90)의 제어에 의하여 구동되도록 구성되어 있다.

즉, 컨트롤러(90)에는 각 솔레노이드밸브(72∼78)들이 제어신호를 인가받도록 병렬로 각각 구성되어 있고, 각 솔레노이드밸브(72, 74, 78)들에 대하여 각각 역방향전류 방지용 다이오드(D1∼D3)가 병렬로 연결되어 있으며, 고진공밸브용 솔레노이드밸브(72)와 슬로우펌핑용 솔레노이드밸브(76) 사이에 다이오드(D4)가 연결되어 있다.

그리고, 슬로우펌핑용 솔레노이드밸브(76)에 병렬로 발광다이오드(D5)가 연결되어 있으며, 슬로우펌핑용 솔레노이드밸브(76)에 직렬로 수광트랜지스터(Q1)가 연결되어 있다. 이들 발광다이오드(D5) 및 수광트랜지스터(Q1)는 포토커플러이며, 발광다이오드(D5)는 센싱부(64)의 센서(88)의 작동에 따라 발,소광하도록 구성되어 있다.

여기에서 포토커플러는 슬로우펌핑 모드로 고진공밸브(60)가 구동될 때 슬로우펌핑용 솔레노이드밸브(76)에 구성되는 포토트랜지스터(Q1)가 작동되어서 밸브(84)를 닫도록 구성된 것이다.

전술한 바와 같이 구성된 본 발명에 따른 실시예는 도6과 같이 대기(S20) 단계 → 슬로우펌핑시작 단계(S22) → 하드펌핑시작 단계(S24) → 하드펌핑중지 단계(S26) → 배출 단계(S28) → 대기 단계(S30)의 순으로 수행되며, 그에 따라 각 밸브들의 개폐가 제어된다.

구체적으로, 대기 단계 S20에서 배출용 밸브(58), 백스트림방지밸브(68) 및 질소가스를 퍼지하기 위한 밸브(50)가 열려서 공정챔버(52) 내부가 질소가스에 의하여 퍼지된다.

퍼지에 필요한 소정 시간이 경과된 후 배출용 밸브(58), 백스트림방지밸브(68) 및 밸브(50)가 닫히고, 슬루우펌핑이 시작된다. 즉 슬로우펌핑 시작 단계 S22로 고진공밸브(60)가 고진공밸브 구동부(64)에 의하여 10％ 개방된다.

고진공밸브(60)를 이용한 펌핑에서 슬로우펌핑은 슬로우펌핑없이 공정챔버(52) 내부를 급속히 하드펌핑하였을 경우 발생되는 와류현상 및 그에 따른 펌프의 손상을 예방하기 위하여 수행되는 것이다. 이러한 동작을 위하여 볼타입(Ball Type)인 고진공밸브(60)에 도4와 같이 센서(88)를 설치하여 슬로우펌핑이 제어된다.

그러면 공정챔버(52) 내부의 기체는 펌프(24)의 구동력에 의하여 펌핑되며, 공정챔버(52)는 내부가 200 Torr 상태가 될 때까지 펌핑된다.

공정챔버(52)의 내부가 200 Torr 상태가 되면 다음으로 하드펌핑이 시작된다. 즉, 하드펌핑시작 단계 S22로 고진공밸브(60)가 완전 개방되며, 그에 따라서 공정챔버(52) 내부는 급속히 2 Torr 이하로 진공도가 떨어진다. 그리고 1 Torr로 공정챔버(52) 내부의 진공도가 설정되면, 고진공밸브(60)를 닫고 백스트림방지밸브(68)를 열어서 배출 단계(S28)가 수행된다.

그런 후 단계(S30)에서 소정 시간 대기 상태를 유지하게 되고, 필요에 따라서는 리크검사 또는 식각공정을 수행할 수 있다.

그러므로, 공정챔버(52)의 내부에 발생된 파우더는 관통구가 넓은 고진공밸브(60)를 통하여 순조롭게 배출되고, 그에 따른 펌프(66)의 부하량 증가를 유발시키지 않는다. 따라서 슬로우펌핑에 따른 설비 이상이 발생되지 않는다.

그리고, 종래에 비하여 부가적으로 슬로우펌핑에서 하드펌핑으로 모드가 전환되는 시간이 절감되므로 공기가 감소되고, 펌프(66)의 무리한 작동이 요구되지 않으므로 설비의 수명이 연장된다.

따라서, 본 발명에 의하면, 화학기상식각기(CVE)의 펌핑이 원활하게 진행되므로 공정이 안정되게 수행될 수 있고, 그에 따라 설비에 대한 신뢰성 및 작업성이 극대화되는 효과가 있다.

이상에서 본 발명은 기재된 구체예에 대해서만 상세히 설명되었지만 본 발명의 기술사상 범위 내에서 다양한 변형 및 수정이 가능함은 당업자에게 있어서 명백한 것이며, 이러한 변형 및 수정이 첨부된 특허청구범위에 속함은 당연한 것이다.

Claims

고진공밸브를 포함하는 복수 개의 밸브를 제어하면서 공정챔버 내부의 기체를 펌핑하도록 구성되는 반도체 제조용 식각설비의 펌핑 장치에 있어서,

폐쇄용 공기공급관 및 개방용 공기공급관을 통하여 공기가 절환공급되어 상기 고진공밸브의 개폐상태를 조절하는 고진공밸브 구동수단;

상기 고진공밸브 구동수단에 따른 상기 고진공밸브의 개폐정도를 센싱하는 센싱수단; 및

상기 고진공밸브 구동수단으로의 공기공급을 슬로우펌핑 및 하드펌핑을 포함하는 모드 별로 구분하여 상기 고진공밸브의 개폐정도를 가변하면서 펌핑을 제어하는 제어수단;

을 구비함을 특징으로 하는 반도체 제조용 식각설비의 펌핑 장치.
제 1 항에 있어서,

상기 고진공밸브 구동수단은 상기 제어수단의 제어에 의하여 상기 고진공밸브의 개폐정도 조절로 상기 고진공밸브를 통하여 상기 공정챔버 내부의 기체가 슬로우펌핑 및 하드펌핑되도록 구성됨을 특징으로 하는 상기 반도체 제조용 식각설비의 펌핑 장치.
제 2 항에 있어서,

상기 고진공밸브 구동수단은 상기 슬로우펌핑 모드시 상기 고진공밸브를 5％∼15％ 정도 개방하도록 구성됨을 특징으로 하는 상기 반도체 제조용 식각설비의 펌핑 장치.
제 2 항에 있어서,

상기 센싱수단은 상기 고진공밸브가 5％∼15％ 정도 개방됨을 센싱하도록 구성됨을 특징으로 하는 상기 반도체 제조용 식각설비의 펌핑 장치.
제 2 항에 있어서,

상기 개방용 공기공급관에 밸브가 더 설치되고 상기 고진공밸브의 개폐정도가 미리 정해진 소정 범위의 해당 여부에 따라 상기 밸브가 연동되어 개폐되도록 구성됨을 특징으로 하는 상기 반도체 제조용 식각설비의 펌핑 장치.
제 1 항에 있어서, 상기 제어수단은;

상기 복수 개의 밸브 중 해당 밸브의 구동을 제어하는 백스트림 방지용 솔레노이드 밸브, 슬로우펌핑용 솔레노이드 밸브, 및 배출용 솔레노이드 밸브;

상기 폐쇄용 공기공급관 및 상기 개방용 공기공급관으로의 공기공급을 절환하는 고진공밸브용 솔레노이드 밸브; 및

상기 각 솔레노이드 밸브의 개폐를 제어하는 컨트롤러;

를 구비함을 특징으로 하는 상기 반도체 제조용 식각설비의 펌핑 장치.
고진공밸브를 포함하는 복수 개의 밸브를 제어하면서 공정챔버 내부의 기체를 펌핑하도록 구성되는 반도체 제조용 식각설비의 펌핑 장치의 제어 방법에 있어서,

상기 고진공밸브를 부분 개방하여 상기 공정챔버 내부의 기체를 일정 수준의 진공도까지 슬로우펌핑을 수행하는 제 1 단계; 및

상기 슬로우펌핑 후 상기 고진공밸브를 완전 개방하여 상기 공정챔버 내부에서 공정을 수행하기 위한 정도의 진공도로 하드펌핑을 수행하는 제 2 단계;

를 구비함을 특징으로 하는 반도체 제조용 식각설비의 펌핑 장치 제어 방법.