KR19990027844A - 반도체장비의 공기유입장치 및 이를 이용한 화학물 오염 제거방법 - Google Patents

반도체장비의 공기유입장치 및 이를 이용한 화학물 오염 제거방법 Download PDF

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Abstract

오존과 같은 화학물 오염이 반도체 장비로 유입되는 것을 억제할 수 있는 반도체 장비의 공기 유입 장치에 관하여 개시한다. 본 발명의 프리필터와 공기 흡입 수단인 팬과, 헤파필터(HEPA filter)로 구성된 공기 유입 장치에 탄소로 이루어진 활성탄을 몸체로 하는 화학필터를 추가로 구성하여 공기 유입 장치를 통해 유입되는 공기중의 화학물 오염 성분을 제거한다. 이러한 반도체 장치의 공기 유입 장치를 자연산화막(native oxide layer)에 민감한 공정, 예컨대 HSG 형성 공정에 쓰이는 CVD 장비에 설치하면 오존의 농도를 떨어뜨려 높은 커피시턴스를 얻을 수 있다.

Description

반도체 장비의 공기 유입장치 및 이를 이용한 화학물 오염 제거 방법
본 발명은 반도체 제조장비에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 반도체 제조장비에 설치되는 공기 유입 장치(Air intake apparatus)에 관한 것이다.
미세한 크기의 파티클(Particle) 또는 화학물 오염(Chemical contamination) 등은 고집적화 된 반도체 소자의 제조공정에서 반도체 소자의 품질에 악영향을 미칠 수 있다. 특히 디자인 룰이 0.18 미크론(㎛)대의 1기가 디램(1 giga DRAM)과 같은 초집적화된 반도체 소자에 있어서는, 미세한 크기의 파티클(Particle) 또는 화학물 오염(Chemical contamination)의 영향은 기존에 생각할 수 없었던 부문에서도 발생하며, 이를 억제하기 위해 세심하게 검토하고 주의를 기울여야 한다. 이러한 관점에서 보았을 때, 기존의 초집적화된 반도체 소자를 제조하기 위하여 사용되던 반도체 장비에 대한 재평가가 이루어져야 하며, 특히 미세한 크기의 파티클(Particle) 또는 화학물 오염(Chemical contamination)과 같은 환경 요인에 의하여 공정변수(process variation)를 가질 수 있는 공정 및 반도체 장비에 대한 세밀한 검토가 필요하다. 일반적인 반도체 소자를 제조하기 위한 반도체 장비에는, 반도체 장비(equipment for semiconductor fabrication)의 내부로 유입될 수 있는 파티클을 차단하기 위하여 여러 종류의 필터(filter)가 사용되고 있다. 그러나 대부분의 필터들은 파티클인 고체 입자, 즉 입자 오염 성분(particle contamination)만을 제거할 수 있고, 화학적 오염 성분(Chemical contamination)은 제거할 수 없다. 이로 인하여 공기중에 존재하는 오존(O3), 산소와 질소의 화합물(Nox) 및 산소와 황의 화합물(Sox) 등은 반도체 장비에 설치된 필터에서 제거되지 않고 필터를 통과하여 반도체 장비내로 유입된다. 유입된 오존(O3), 산소와 질소의 화합물(Nox) 및 산소와 황의 화합물(Sox) 등은 가공중인 웨이퍼에 화학적 반응을 일으켜서 품질의 악영향을 끼치게 된다. 이러한, 화학물 오염 성분이 반도체 소자의 품질에 영향을 미치는 반도체 장비는 여러가지가 있지만, 자연산화막(native oxide layer)에 민감한 HSG(Hemispherical poly Silicon Grain)공정에 사용되는 CVD(Chemical Vapor Deposition) 반도체 장비에서는 더욱 심하다.
도 1 및 도 2는 기존의 반도체 장비의 공기 유입 장치를 도시한 개략도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 도 1은 공기 유입 경로가 비교적 짧은 곳에서 주로 사용되는 공기 유입 장치이고, 도 2는 공기 유입 경로가 긴 곳에서 사용되는 공기 유입장치이다. 이러한 공기 유입 장치는 외부의 공기를 반도체 장비내로 흡입하기 위한 팬(fan, 10 또는 20)과, 흡입된 공기의 파티클(particle), 즉 입자 오염 성분을 제거하기 위한 헤파필터(HEPA filter: High Efficiency Particle Air Filter, 12 또는 22)로 구성된다. 즉, 외부의 공기를 팬(10, 20)을 통하여 흡입한 후, 공기중의 입자 오염 성분을 헤파필터(12, 22)를 이용하여 제거하는 방식이다. 여기서, 도 1의 참조부호 14는 프리필터(Pre-filter)로서 팬(10)을 통하여 유입되는 공기의 입자 오염 성분을 팬(10)의 전단에서 먼저 제거하는 기능을 수행한다.
그러나, 상술한 반도체 장비의 공기 유입 장치의 문제점은 공기중에 잔류하는 화학물 오염 성분인 오존(O3), 산소와 질소의 화합물(Nox) 및 산소와 황의 화합물(Sox) 등을 제거할 수 없기 때문에, 이러한 화학물 오염 성분이 반도체 장비내로 유입되어 가공중인 반도체 소자의 품질에 악영향을 미치는 문제점이 있다. 특히, 자연산화막(native oxide layer)에 민감한 HSG(Hemispherical poly Silicon Grain)공정을 위한 CVD(Chemical Vapor Deposition)장비에서는 반도체 소자의 성능이 저하되는 문제점이 더욱 심하다
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 반도체 장비에 설치되는 공기 유입 장치에 화학물 오염을 제거하기 위한 화학필터를 부가 설치하여, 반도체 장비내로 유입되는 화학물 오염을 제거하여 반도체 장비에서 가공되는 반도체 소자의 성능을 향상시킬 수 있는 반도체 장비의 공기 유입 장치를 제공하는데 있다.
본 발명이 이루고자 하는 다른 기술적 과제는 상기 공기 유입 장치를 이용하여 화학물 오염을 제거할 수 있는 화학물 오염 제거 방법을 제공하는데 있다.
도 1 및 도 2는 기존의 반도체 장비의 공기 유입 장치를 도시한 개략도이다.
도 3 내지 도 5는 본 발명의 제1 실시예에 의한 반도체 장비의 공기 유입 장치 및 이를 이용한 화학물 오염 제거 방법을 설명하기 위하여 도시한 개략도들이다.
도 6 및 도 7은 본 발명의 제2 실시예에 의한 반도체 장비의 공기 유입 장치 및 이를 이용한 화학물 오염 제거 방법을 설명하기 위하여 도시한 개략도들이다.
도 8 내지 도 13은 본 발명에 따른 공기 유입 장치를 HSG(Hemispherical poly Silicon Grain)공정에 사용되는 CVD(Chemical Vapor Deposition) 반도체 장비에 적용한 결과를 설명하기 위하여 도시한 도면들이다.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *
100/200: 프리필터(pre-filter), 102/202: 공기 흡입 수단
104/204: 화학필터, 106/206: 제2 팬,
108/208: 헤파필터(HEPA filter), 110: 화학필터 몸체,
112: 화학필터의 공기 유입 구멍, 114: 화학필터의 최상층,
116: 화학필터의 하부층, 118: 화학필터 장착부.
상기 기술적 과제를 달성하기 위하여 본 발명은, 외부의 공기를 유입하기 위한 공기 흡입 수단과, 상기 공기 흡입 수단을 통과한 공기의 화학물 오염 성분을 제거하는 화학필터(chemical filter)와, 상기 화학필터를 통과한 공기의 입자 오염 성분을 제거하는 헤파필터(HEPA filter)를 구비하는 것을 특징으로 하는 반도체 장비의 공기 유입장치를 제공한다.
본 발명의 바람직한 실시예에 의하면, 상기 공기 흡입 수단의 전단에 프리필터(pre-filter)를 더 구비하고, 상기 화학필터와 헤파필터 사이에 공기의 압손을 보충하기 위한 팬을 더 구비하는 것이 적합하다. 또한, 상기 공기 흡입 장치는 팬(fan)인 것이 적합하고, 상기 프리필터의 공기 유입 구멍은 헤파필터의 공기 유입 구멍보다 큰 것이 적합하다.
바람직하게는, 상기 화학필터는 공기 중의 오존성분을 제거하기 위해 활성탄을 포함하는 구조로서, 활성탄을 포함하여 구성된 몸체에 공기 유입 구멍이 형성된 구조인 것이 적합하다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위하여 본 발명은, 외부의 공기를 유입하기 위한 공기 흡입 수단과, 상기 공기 흡입 수단을 통과한 공기의 입자 오염 성분을 제거하는 헤파필터(HEPA filter)와, 상기 헤파필터를 통과한 공기의 화학물 오염 성분을 제거하는 화학필터(chemical filter)를 구비하는 것을 특징으로 하는 반도체 장비의 공기 유입장치를 제공한다.
바람직하게는, 상기 공기 흡입 수단은 팬(fan)인 것이 적합하고, 상기 화학필터는 활성탄을 포함하는 몸체에 공기 유입 구멍이 형성된 구조인 것이 적합하다.
상기 다른 기술적 과제를 달성하기 위하여 본 발명은, 공기 흡입 수단과, 화학필터(chemical filter)와, 헤파필터(HEPA filter)를 포함하여 구성되는 반도체 장비의 공기 유입장치를 이용한 화학물 오염의 제거방법에 있어서, 대기중의 공기를 상기 공기 흡입 수단을 이용하여 장비중으로 흡입하는 단계와, 상기 흡입된 공기중의 화학물 오염 성분을 상기 화학필터를 이용하여 제거하는 단계와, 상기 화학물 오염 성분이 제거된 공기중의 입자 오염 성분을 상기 헤파필터를 이용하여 제거하는 단계를 구비하는 것을 특징으로 하는 화학물 오염 제거 방법을 제공한다.
본 발명의 바람직한 실시예에 의하면, 상기 화학물 오염 제거 방법은 상기 흡입 수단을 이용하여 대기중의 공기를 흡입하기 전에 프리필터를 이용하여 흡입되는 공기의 입자 오염 성분을 제거하는 단계를 더 구비하고, 상기 헤파필터를 이용하여 공기중의 입자 오염 성분을 제거하기 전에 팬을 추가로 설치하여 공기의 압손을 보충하는 단계를 더 구비하는 것이 적합하다.
바람직하게는, 상기 프리필터의 공기 유입 구멍은 헤파필터의 공기 유입 구멍보다 더 크게 구성된 것을 사용하고, 상기 공기 흡입 수단으로 팬(fan)을 사용하고, 상기 화학필터를 이용하여 화학물 오염 성분을 제거하는 방법은 화학필터 표면의 활성탄 성분이 공기중의 오존을 흡착하여 화학반응을 일으키게 하는 것이 적합하다.
상기 다른 기술적 과제를 달성하기 위하여 본 발명은, 공기 흡입 수단과, 화학필터(chemical filter)와, 헤파필터(HEPA filter)를 포함하여 구성되는 반도체 장비의 공기 유입장치를 이용한 화학물 오염의 제거방법에 있어서, 대기중의 공기를 상기 공기 흡입 수단을 이용하여 장비중으로 흡입하는 단계와, 상기 흡입된 공기중의 입자 오염 성분을 상기 헤파필터를 이용하여 제거하는 단계와, 상기 입자 오염 성분이 제거된 공기중의 화학물 오염 성분을 상기 화학필터를 이용하여 제거하는 단계를 구비하는 것을 특징으로 하는 화학물 오염 제거 방법을 제공한다.
본 발명의 바람직한 실시예에 의하면, 상기 공기 흡입 수단을 이용하여 대기중의 공기를 흡입하기 전에 프리필터를 이용하여 흡입되는 공기의 입자 오염 성분을 먼저 제거하는 단계를 더 구비하고, 상기 화학필터를 이용하여 공기중의 화학물 오염 성분을 제거하기 전에 팬(fan)을 추가로 설치하여 공기의 압손을 보충하는 단계를 더 구비하는 것이 적합하다.
또한, 상기 프리필터는 공기 유입 구멍이 헤파필터의 공기 유입 구멍보다 큰 것을 사용하는 것이 적합하고, 상기 공기 흡입 수단으로 팬(fan)을 사용하고, 상기 화학필터를 이용하여 화학물 오염 성분을 제거하는 방법은 화학필터 표면의 활성탄 성분이 공기중의 오존을 흡착하여 화학반응을 일으키게 하여 수행하는 것이 적합하다.
본 발명에 따르면, 반도체 장비내로 유입되는 화학물 오염을 제거하여 반도체 장비에서 가공되는 반도체 소자의 성능을 향상시킬 수 있다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.
당 명세서에서 말하는 화학필터는 가장 넓은 의미로 사용하고 있으며 특정형태나 구조를 한정하는 것이 아니다. 상기 바람직한 실시예에 있어서는 사각형의 구조를 갖고 활성탄을 포함하여 몸체에 공기 유입 구멍이 형성되어 있지만, 이것을 원형, 타형 및 다각형 등의 다른 구조로 변형이 가능하다. 또한 화학필터의 공기 유입 구멍이 'S'를 연속으로 배열한 사이로 공기가 유입되지만, 이것은 쉽게 변형이 가능함은 물론이다. 따라서, 아래의 바람직한 실시예에서 기재한 내용은 예시적인 것이며 한정하는 의미가 아니다.
제 1실시예
도 3 내지 도 5는 본 발명의 제1 실시예에 의한 반도체 장비의 공기 유입 장치 및 이를 이용한 화학물 오염 제거 방법을 설명하기 위하여 도시한 개략도들이다.
도 3은 공기의 유입 경로가 긴 경우에 사용되는 본 발명에 따른 반도체 장비의 공기 유입 장치를 도시한 측면 개략도이다. 먼저 외부에서 반도체 장비(미도시)의 공기 유입 장치로 들어오는 공기는, 프리필터(pre-filter, 100)를 통해 비교적 큰 입자(particle) 오염 성분이 1차로 제거된다. 그 다음 공기 흡입 수단(102)인 제1 팬(fan)을 통하여 필터링(filtering)을 위해 공기 유입 장치내로 유입된다. 유입된 공기는 화학필터(104)를 거치면서 공기중에 잔류하는 화학물 오염, 예컨대 오존이 제거된다. 이때, 공기의 유입 경로가 긴 경우에는, 상기 공기 흡입 수단(102)인 제1 팬을 통하여 흡입된 공기의 압력 손실인 압손이 화학필터(104)를 통과하면서 발생할 수 있다. 따라서, 떨어진 압손을 보충하기 위해 제2 팬(106)을 가동시켜 화학필터(104)를 통과한 공기가 입자 오염 성분인 파티클(particle)이 제거하기 위한 헤파필터(HEPA filter: High Efficiency Particle Air filter, 108)에 도달하도록 한다. 따라서, 헤파필터(108)에서는 파티클, 즉 공기 오염 입자를 최종적으로 제거한다. 그러므로 본 발명에 의한 반도체 장비의 공기 유입 장치는 외부에서 공급되는 공기의 입자오염 성분뿐만 아니라, 화학물 오염 성분도 함께 제거함으로써 반도체 장비에서 가공되는 반도체 소자의 성능을 향상시키는 것이 가능하다.
여기서 프리필터(100)는 헤파필터(108)와 동일하게 공기중의 파티클을 제거하는 기능을 하지만, 프리필터(100)에 형성된 공기 유입 구멍의 크기가 헤파필터(108)에 형성된 공기 유입 구멍보다 크다. 따라서, 프리필터(100)에서 제거되는 파티클은 헤파필터(108)에서 제거하는 파티클보다 큰 것이 주로 제거된다.
도 4는 공기의 유입 경로가 짧은 경우에 사용되는 본 발명에 따른 반도체 장비의 공기 유입 장치를 도시한 측면 개략도이다. 도 3과 비교할 때, 프리필터(100), 공기 흡입 수단(102)인 제1 팬(Fan), 화학필터(104) 및 헤파필터(108)는 동일하지만, 화학필터(104)와 헤파필터(108) 사이에 제2 팬이 설치되어 있지 않다. 이것은 공기의 유입 경로가 짧기 때문에, 공기가 화학필터(104)를 통과한 후에서 압손이 발생되지 않기 때문이다.
도 5는 상기 도3 및 도4에서 사용되는 화학필터의 확대도이다. 상세히 설명하면, 일반적인 필터의 표면에 화학처리를 수행함으로써 통과하는 기체, 즉 공기속에 잔류하는 화학적인 오염 성분을 흡착하여 화학반응을 일으키도록 만든 필터이다. 본 발명에서 사용되는 화학필터는 공기중의 오존(O3) 성분을 제거하기 위한 필터로서 화학필터 몸체(110) 표면이 활성탄인 탄소성분을 포함한다. 그리고 화학필터 몸체(110)에는 공기 유입 구멍(112)이 형성되어 있다.
여기서, 최상층(114)의 화학 필터의 몸체(110)는 활성탄을 포함하도록 구성된 몸체가 'Ｓ'자형으로 반복 배열되어 활성탄 성분이 최대로 넓게 형성되어 있다. 따라서 공기 유입 구멍(112)을 통과하는 오존(O3), 산소와 질소의 화합물(Nox) 및 산소와 황의 화합물(Sox) 등의 화학물 오염 성분에 포함된 산소가 활성탄의 탄소에 흡착되어 이산화탄소(CO2)를 만들도록 되어 있다. 결국, 산소와 탄소가 서로 흡착하여 이산화탄소를 만듦으로써, 화학필터를 통과하는 오존성분이 제거된다. 이러한 'Ｓ'자형이 반복 배열된 화학필터의 몸체(110)는 복수개의 층으로 구성하는 것이 적합하다. 최상층(114) 아래의 하부층(116)에서는 화학필터의 몸체(110)가 'Ｓ'자형으로 반복 배열된 형태를 90도 회전시켜 '∽'자형이 반복 배열된 형태가 되도록 한다. 따라서 화학필터를 통과할 동안에, 공기중에 있는 화학물 오염 성분중의 산소가 활성탄의 탄소와 반응할 수 있는 기회를 증가시킴으로써 효과적인 오존 제거를 할 수 있다. 그러므로, 상술한 화학필터는 몸체가 'S'자형이 반복 배열된 형태의 층과, '∽'자형이 반복 배열된 형태의 층을 복수개로 구성하여 오존 제거 효과를 높일 수 있다. 여기서, 참조부호 118은 상기 화학필터를 반도체 장비에 장착할 때 사용되는 화학필터 장착부를 나타낸다.
이어서, 상기 도 3 내지 도 5를 참조하여 상기 반도체 장비의 공기 유입장치를 이용한 화학물 오염 제거 방법을 설명한다.
먼저 도 3의 공기 흡입 수단(102)인 제1 팬(fan)을 가동시켜 외부에서 공기를 흡입한다. 이때, 공기 흡입 수단(102)의 전단에는 프리필터(100)가 설치되어 흡입되는 공기의 입자 오염 성분중에서 큰 것을 1차 제거한다. 이어서, 상기 흡입된 공기가 화학필터(104)의 공기 유입 구멍(도 5의 112)을 통과한다. 이때, 공기중의 화학물 오염 성분, 즉 오존(O3), 산소와 질소의 화합물(Nox) 및 산소와 황의 화합물(Sox) 등에 있는 산소가 화학필터의 몸체(110)를 구성하는 활성탄내의 탄소와 결합하여 이산화탄소(CO2)를 생성함으로써 공기중의 오존이 제거된다. 이때, 공기의 유입 경로가 긴 경우에는 화학필터(104)를 통과하면서 압손이 발생하게 되는데, 이것을 화학필터(104)와 헤파필터(108) 사이에 있는 제2 팬(106)을 가동시켜 압손을 보충한다. 만약, 공기의 유입 경로가 짧아, 화학필터(104)를 통과하면서 압손이 크게 발생하지 않은 경우 제 2팬(106)을 사용하지 않아도 된다. 최종적으로 상기 제 2팬(106)의 작동에 의하여 헤파필터(108)에 도달한 공기중의 미세한 입자 오염 성분을 2차 제거한다. 여기서 헤파필터(108)에 있는 공기 유입 구멍을 프리필터(100)의 것보다 작게 형성하여, 미세한 입자 오염 성분의 2차 제거를 수행한다.
제 2실시예
도 6 및 도 7은 본 발명의 제2 실시예에 의한 반도체 장비의 공기 유입 장치 및 이를 이용한 화학물 오염 제거 방법을 설명하기 위하여 도시한 개략도들이다.
제1 실시예와의 차이점은 공기 흡입 수단, 즉 제1 팬의 다음단에 제1 실시예에서는 화학필터를 설치하였지만, 제2 실시예에서는 헤파필터를 먼저 설치하고 다음단에 화학필터를 설치하는 방식이다. 이때, 화학필터의 활성탄 성분이 공기 유입 장치내에서 새로운 오염원이 되지 않도록 만들어진 화학필터를 사용하는 것이 바람직하다.
도 6은 본 발명의 제2 실시예에 의한 반도체 장비의 공기 유입 장치의 측면 개략도로서 주로 공기의 유입 경로가 긴 곳에 적합하다. 이러한 공기 유입 장치의 구성은, 공기가 외부로부터 유입되는 경로의 최전단에 있는 프리필터(200)와, 공기 흡입 수단(202)인 제1 팬(fan)과, 상기 공기 흡입 수단(202)의 다음단에 설치된 헤파필터(HEPA filter, 208)와, 압손을 보충하기 위한 제2 팬(206)과, 최후단에 있는 화학필터(204)로 구성된다. 상기 공기 유입 장치를 구성하는 구성부재의 구조와 역할은 제1 실시예와 중복되기 때문에 설명을 생략한다.
도 7은 본 발명의 제2 실시예에 의한 반도체 장비의 공기 유입 장치의 측면 개략도로서 주로 공기 유입 경로가 짧은 곳에 적합하다. 도 6과의 차이점은 헤파필터(208)를 통과한 후에서 압손의 발생이 미미하기 때문에 제2 팬을 추가로 구성하지 않았다는 것이다. 나머지는 도 6과 동일하다.
이어서, 상기 도 6 및 도 7을 참조하여 본 발명의 제2 실시예에 의한 반도체 장비의 공기 유입장치를 이용한 화학물 오염 제거 방법을 설명한다.
먼저 도 6의 공기 흡입 수단(202)인 제1 팬(fan)을 가동시켜 반도체 장비의 외부에서 공기를 흡입한다. 이때, 공기 흡입 수단(202)의 전단에는 프리필터(200)가 설치되어 흡입되는 공기의 입자 오염 성분중에서 큰 것을 1차 제거한다. 이어서, 상기 흡입된 공기를 헤파필터(208)로 통과시켜 입자 오염 성분을 2차 제거한다. 여기서 공기의 유입 경로가 긴 경우에는 헤파필터(208)를 통과하면서 압손이 발생하게 되는데, 이것을 헤파필터(208)와 화학필터(204) 사이에 있는 제2 팬(206)을 가동시켜 압손을 보충한다. 만약, 공기의 유입 경로가 짧아, 헤파필터(208)를 통과하면서 압손이 크게 발생하지 않은 경우 제 2팬(206)을 사용하지 않아도 된다. 최종적으로 상기 제 2팬(206)에 의하여 화학필터(204)에 도달한 공기중의 화학물 오염 성분, 즉 오존(O3), 산소와 질소의 화합물(Nox) 및 산소와 황의 화합물(Sox) 등에 있는 산소가 화학필터의 공기 유입 구멍을 통과하면서 몸체를 구성하는 활성탄내의 탄소와 결합하여 이산화탄소(CO2)를 생성하여 공기중의 오존을 제거한다.
적용예
도 8 내지 도 13은 본 발명에 따른 공기 유입 장치를 HSG(Hemispherical poly Silicon Grain)공정에 사용되는 CVD(Chemical Vapor Deposition) 장비에 적용한 결과를 설명하기 위하여 도시한 도면들이다.
HSG 공정은 디램(DRAM)을 구성하는 커패시터 하부전극(storage electrode)의 표면적을 증가시켜 커패시턴스를 증가시키는 공정으로써, 집적도가 높은 디램의 제조공정에서 채택되고 있다. 이러한 표면적을 증가시키는 방법은 하부전극의 표면을 반구 모양의 낟알(Hemispherical poly Silicon Grain)이 표면에 붙어있는 모양으로 구성하는 방식이다. 이러한 HSG의 형성 메커니즘(Mechanism)은 커패시터의 하부전극을 구성하는 폴리실리콘(polysilicon) 상에 작은 폴리실리콘 시드(seed)를 먼저 형성한다. 이어서, 작은 폴리실리콘 시드(seed)가 형성된 커패시터 하부전극에 적당한 온도와 진공의 환경을 설정한 후, 작은 폴리실리콘 시드(seed)를 중심으로 주변에 있는 하부전극의 폴리실리콘 원자를 마이그레이션(migration)시켜 작은 폴리실리콘 시드(seed)를 커패시터 하부전극의 표면에 낟알(grain)처럼 성장시키는 것이다.
그러나 HSG를 형성하는 공정에 사용되는 CVD 장비의 공기 유입 장치에서, 화학물 오염, 예컨대 오존이 여과되지 않고 장비내로 유입되면, 하부전극인 폴리실리콘의 표면에 자연산화막(native oxide layer, SiO2)이 형성된다. 이러한 자연산화막(SiO2)은 작은 폴리실리콘 시드(seed)의 주변에 있는 폴리실리콘 원자가 마이그레이션 되는 것을 방해하는 장애요인으로 작용한다. 이로 인하여 HSG의 크기를 축소시킴으로써 디램의 성능에 저하되는 원인이 된다.
도 8은 HSG 성장 공정에서 CVD 장비내의 오존농도와 하부전극인 폴리실리콘 표면에서의 반사율 관계를 설명하기 위해 도시한 그래프이다. 일반적으로 오존이 반도체 장비내로 유입되면 자연산화막을 형성시켜 반사율을 증가시킨다. 그래프에서 X축은 오존농도(ppb)를, Y축은 반사율(Reflective Index)을 각각 가리킨다. 그래프에서 오존농도와 반사율(RI)과의 관계는 정비례 관계를 나타낸다. 즉 오존농도가 증가하면 반사율은 오존에 의해 형성된 자연산화막의 영향으로 높아지게 된다.
도 9는 HSG 성장 공정에서 커패시터 하부전극의 표면 반사율과 커패시터의 최소 용량값(Cmin: minimum capacitance)과의 상관관계를 나타낸 그래프이다. 그래프에서 X축은 반사율을 Y축은 최소 용량값(fF)을 가리킨다. 여기서, 반사율과 최소용량값(Cmin)은 반비례의 관계를 나타내기 때문에 반사율이 커질수록 최소용량값(Cmin)은 감소한다. 즉, 높은 반사율은 HSG 성장을 저해하여 높은 커패시턴스를 구현하는데 장애요인으로 작용함을 알 수 있다.
도 10 내지 도 12는 동일조건에서 오존농도의 변화에 따른 커패시터 하부전극에 형성된 HSG의 모양을 촬영한 주사전자 현미경(SEM: Scanning Electron Microscope) 사진이다.
도 10 내지 도 12를 참조하면, 도 10은 오존농도가 5ppb 일 때의 커패시터 하부전극에 성장된 HSG의 주사전자 현미경 사진이고, 도 11은 오존농도가 35ppb 일 때의 커패시터 하부전극에 성장된 HSG의 주사전자 현미경 사진이며, 마지막으로 도 12는 오존농도가 50ppb 일 때의 커패시터 하부전극에 성장된 HSG의 주사전자 현미경 사진이다. 물론 오존의 농도는 낮에는 증가하고 밤에는 떨어지며, 또한 지역에 따라서 편차를 나타내는 특성이 있다. 그러나, 상기 주사전자 현미경의 사진에서 알 수 있듯이, 오존 농도가 증가할수록 커패시터 하부전극의 반구형의 낟알(HSG) 구조는 작아지면서 커패시턴스가 떨어지게 된다.
도 13은 본 발명에 의한 반도체 장비의 공기 유입 장치를 HSG공정에 사용되는 CVD 장비의 윗면과 측면에 설치한 후, 오존의 제거 능력을 점검한 그래프이다. 여기서, 'o'로 표기된 선은 장비 내부에서의 오존 농도로서, 본 발명에 의한 공기 유입장치로 화학물 오염 성분, 예컨대 오존이 제거된 상태이다. 그리고 'ㅁ'로 표기된 선은 장비 외부의 오존 농도로서 화학물 오염 및 입자 오염 성분이 필터링되기 전의 상태이다. 여기서, X축은 측정한 시간대를 가리키고, Y축은 오존의 농도(ppb)를 각각 가리킨다.
그래프에서 알 수 있듯이, 본 발명에 의한 반도체 장비의 공기 유입 장치를 HSG공정에 사용되는 CVD 장비에 설치한 후, 장비 내부의 오존 농도는 반도체 장비 외부의 오존농도보다 크게 떨어졌다. 이러한 떨어진 결과를 백분율로 환산해보면 평균 57.3%가 떨어진 것이 도 13의 그래프에서 관측되었다. 결국 떨어진 오존의 농도는 HSG공정에서 반구형의 낟알 구조를 더욱 크게 성장시켜 좁은 면적에서도 커패시턴스를 높게 증가시킬 수 있는 수단이 되는 것을 알 수 있다.
본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 않으며, 본 발명이 속한 기술적 사상 내에서 당 분야의 통상의 지식을 가진 자에 의해 많은 변형이 가능함이 명백하다.
따라서, 상술한 본 발명에 따르면, 반도체 소자의 제조공정에 사용되는 반도체 장비의 공기 유입 장치에 화학물 오염 성분을 제거할 수 있는 화학필터를 추가로 구성하여 반도체 장비내로 유입되는 공기중의 화학물 오염 성분을 제거하여 화학물 오염으로 인한 반도체소자의 특성이 저하되는 문제를 개선할 수 있다.

Claims (22)

  1. 외부의 공기를 유입하기 위한 공기 흡입 수단;
    상기 공기 흡입 수단을 통과한 공기의 화학물 오염 성분을 제거하는 화학필터(chemical filter); 및
    상기 화학필터를 통과한 공기의 입자 오염 성분을 제거하는 헤파필터(HEPA filter)를 구비하는 것을 특징으로 하는 반도체 장비의 공기 유입장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 공기 흡입 수단은 팬인 것을 특징으로 하는 반도체 장비의 공기 유입장치.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 반도체 장비의 공기 유입장치는 공기 흡입 수단의 전단에 공기 입자 오염 성분을 제거할 수 있는 프리필터(pre-filter)를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 반도체 장비의 공기 유입장치.
  4. 제1항 또는 제3항에 있어서,
    상기 프리필터의 공기 유입 구멍은 상기 헤파필터의 공기 유입 구멍보다 더 큰 것을 특징으로 하는 반도체 장비의 공기 유입장치.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 반도체 장비의 공기 유입장치는 상기 화학필터와 헤파필터 사이에 압손을 보충하기 위한 팬을 더 구비하는 것을 특징으로 하는 반도체 장비의 공기 유입장치.
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 화학필터는 유입 공기중의 오존성분을 제거하기 위한 필터로서 활성탄을 포함하고 있는 것을 특징으로 반도체 장비의 공기 유입장치.
  7. 제 1항에 있어서,
    상기 화학필터는 활성탄을 포함하는 몸체에 공기 유입 구멍이 형성된 구조인 것을 특징으로 하는 반도체 장비의 공기 유입장치.
  8. 외부의 공기를 유입하기 위한 공기 흡입 수단;
    상기 공기 흡입 수단을 통과한 공기의 입자 오염 성분을 제거하는 헤파필터(HEPA filter); 및
    상기 헤파필터를 통과한 공기의 화학물 오염 성분을 제거하는 화학필터(chemical filter)를 구비하는 것을 특징으로 하는 반도체 장비의 공기 유입장치.
  9. 제 8항에 있어서, 상기 화학필터는 활성탄을 포함하는 몸체에 공기 유입 구멍이 형성된 구조인 것을 특징으로 하는 반도체 장비의 공기 유입장치.
  10. 제 8항에 있어서,
    상기 공기 흡입 수단은 팬(fan)인 것을 특징으로 하는 반도체 장비의 공기 유입장치.
  11. 외부의 공기를 유입하기 위한 공기 흡입 수단과,
    상기 공기의 화학물 오염 성분을 제거하는 화학필터(chemical filter)와,
    상기 공기의 입자 오염 성분을 제거하는 헤파필터(HEPA filter)를 포함하는 반도체 장비의 공기 유입장치를 이용한 화학물 오염의 제거방법에 있어서,
    대기중의 공기를 상기 공기 흡입 수단을 이용하여 장비중으로 흡입하는 단계;
    상기 흡입된 공기중의 화학물 오염 성분을 상기 화학필터를 이용하여 제거하는 단계; 및
    상기 화학물 오염 성분이 제거된 공기중의 입자 오염 성분을 상기 헤파필터를 이용하여 제거하는 단계를 구비하는 것을 특징으로 하는 화학물 오염 제거 방법.
  12. 제 11항에 있어서,
    상기 공기 흡입 수단을 이용하여 대기 중에 공기를 흡입하기 전에 프리필터를 이용하여 흡입되는 공기의 입자 오염 성분을 먼저 제거하는 단계를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 화학물 오염 제거 방법.
  13. 제11항 또는 제12항에 있어서,
    상기 프리필터는 공기 유입 구멍이 헤파필터의 공기 유입 구멍보다 더 크게 구성된 것을 사용하는 것을 특징으로 하는 화학물 오염 제거 방법.
  14. 제 11항에 있어서,
    상기 공기 흡입 수단으로 팬(fan)을 사용하는 것을 특징으로 하는 화학물 오염 제거 방법.
  15. 제 11항에 있어서,
    상기 헤파필터를 이용하여 공기중의 입자 오염 성분을 제거하기 전에 팬을 추가로 설치하여 공기의 압손을 보충하는 단계를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 화학물 오염 제거 방법.
  16. 제 11항에 있어서,
    상기 화학필터를 이용하여 화학물 오염 성분을 제거하는 방법은 화학필터 표면의 활성탄 성분이 공기중의 오존을 흡착하여 화학반응을 일으키게 하는 것을 특징으로 하는 화학물 오염 제거 방법.
  17. 외부의 공기를 유입하기 위한 공기 흡입 수단과,
    상기 공기의 화학물 오염 성분을 제거하는 화학필터(chemical filter)와,
    상기 공기의 입자 오염 성분을 제거하는 헤파필터(HEPA filter)를 포함하는 반도체 장비의 공기 유입장치를 이용한 화학물 오염의 제거방법에 있어서,
    대기중의 공기를 상기 공기 흡입 수단을 이용하여 장비중으로 흡입하는 단계;
    상기 흡입된 공기중의 입자 오염 성분을 상기 헤파필터를 이용하여 제거하는 단계; 및
    상기 입자 오염 성분이 제거된 공기중의 화학물 오염 성분을 상기 화학필터를 이용하여 제거하는 단계를 구비하는 것을 특징으로 하는 화학물 오염 제거 방법.
  18. 제 17항에 있어서,
    상기 공기 흡입 수단을 이용하여 대기 중에 공기를 흡입하기 전에 프리필터를 이용하여 흡입되는 공기의 입자 오염 성분을 먼저 제거하는 단계를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 화학물 오염 제거 방법.
  19. 제17항 또는 제18항에 있어서,
    상기 프리필터는 공기 유입 구멍이 헤파필터의 공기 유입 구멍보다 더 크게 구성된 것을 사용하는 것을 특징으로 하는 화학물 오염 제거 방법.
  20. 제 17항에 있어서,
    상기 공기 흡입 수단으로 팬(fan)을 사용하는 것을 특징으로 하는 반도체 장비의 공기 유입장치.
  21. 제 17항에 있어서,
    상기 화학필터를 이용하여 공기중의 화학물 오염 성분을 제거하기 전에 팬을 추가로 설치하여 공기의 압손을 보충하는 단계를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 화학물 오염 제거 방법.
  22. 제 17항에 있어서,
    상기 화학필터를 이용하여 화학물 오염 성분을 제거하는 방법은 화학필터의 표면의 활성탄 성분이 공기중의 오존을 흡착하여 화학반응을 일으키게 하는 것을 특징으로 하는 화학물 오염 제거 방법.
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