KR19990081135A - Method for preventing gas condensation occurring in chamber and semiconductor manufacturing apparatus to which the method is applied - Google Patents
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본 발명은 챔버에서 발생되는 기체 응축 현상을 방지하기 위한 방법 및 그 방법이 적용되는 반도체 제조 장치에 관한 것으로, 챔버에서 발생되는 기체 응축 현상을 방지하기 위한 방법은 진공펌프를 이용하여 챔버를 진공 상태로 만들 때 챔버의 압력이 서서히 낮아지도록 펌핑압력을 임의적으로 제어하는 단계와, 챔버의 압력이 낮아지면서 발생되는 온도 변화를 줄이기 위해 챔버의 온도를 소정 온도로 유지시키는 단계로 이루어진다. 그리고, 이러한 방법이 적용되는 반도체 제조 장치는 진공상태에서 반도체 제조 공정이 수행되는 메인 챔버와, 다수의 반도체 웨이퍼들을 메인 챔버에/로부터 반입/반출시키기 위한 보조 챔버와, 보조 챔버를 진공 상태로 만들기 위한 진공펌프와, 보조 챔버에 설치되고 보조 챔버 내부의 온도를 소정 온도로 유지시키기 위한 제 2 가열부재와, 챔버와 진공 펌프를 연결하는 진공라인 상에 설치되어 미리 설정된 일정한 공정압력을 유지하기 위해 관로의 개구 면적을 조절하기 위한 스로틀 밸브로 이루어진다.The present invention relates to a method for preventing gas condensation occurring in a chamber and a semiconductor manufacturing apparatus to which the method is applied. The method for preventing gas condensation occurring in a chamber is achieved by vacuuming the chamber using a vacuum pump. The pumping pressure is arbitrarily controlled to lower the pressure of the chamber when the pressure is lowered, and the temperature of the chamber is maintained at a predetermined temperature in order to reduce the temperature change caused by the lower pressure of the chamber. In addition, the semiconductor manufacturing apparatus to which the method is applied includes a main chamber in which the semiconductor manufacturing process is performed in a vacuum state, an auxiliary chamber for importing / exporting a plurality of semiconductor wafers into / from the main chamber, and vacuuming the auxiliary chamber. And a second heating member installed in the auxiliary chamber to maintain a temperature inside the auxiliary chamber at a predetermined temperature, and installed on a vacuum line connecting the chamber and the vacuum pump to maintain a predetermined constant process pressure. It consists of a throttle valve for adjusting the opening area of the conduit.
Description
본 발명은 챔버에서 발생되는 기체 응축 현상을 방지하기 위한 방법 및 그 방법이 적용되는 반도체 제조 장치에 관한 것이다.The present invention relates to a method for preventing gas condensation occurring in a chamber and a semiconductor manufacturing apparatus to which the method is applied.
반도체 제조 공정이 진공상태에서 진행되는 메인 챔버에는 보조 챔버가 설치되어 있다. 이 보조 챔버는 상기 메인 챔버에/로부터 반도체 웨이퍼를 반입/반출하기 위한 챔버이다. 이러한 보조 챔버는 공정 전후에 많은 펌핑(pumping)과 배출(venting)이 반복되어 진행된다. 상기 보조 챔버에는 기체 응축(condensation) 현상이 자주 발생된다. 이 기체 응축 현상은 감압 수단에 의해 챔버내부의 압력과 온도가 급격히 떨어질 때 발생되며, 이러한 기체 응축 현상에 의해서 미립자가 생성된다. 이 미립자는 다음과 같이 생성된다.An auxiliary chamber is installed in the main chamber where the semiconductor manufacturing process proceeds in a vacuum state. This auxiliary chamber is a chamber for carrying in / out of the semiconductor wafer to / from the main chamber. This auxiliary chamber is repeatedly pumped and vented before and after the process. Gas condensation occurs frequently in the auxiliary chamber. This gas condensation phenomenon occurs when the pressure and temperature inside the chamber are rapidly dropped by the decompression means, and fine particles are generated by this gas condensation phenomenon. These fine particles are produced as follows.
보조 챔버 압력이 감압수단에 의해 갑자기 낮아지게 되면, 그 보조 챔버 내부의 기체는 단열 팽창하게 되어 온도가 순간적으로 떨어진다. 이때 기체가 응축되면서 작은 물방울(wafer droplet)을 형성시킨다. 이 물발울이 형성되는 동안에 기체에 포함된 SO2, O3, H2O2및 기타 불순물들이 물방울에 흡착된다. 한편, 보조 챔버 내벽의 온도는 보조 챔버내부에서 형성된 물방울에 비해 온도가 높다. 이는 내벽의 열 용량이 챔버 내부의 열 용량보다 크기 때문에 내벽의 온도가 더 천천히 내려가게 된다. 따라서, 내벽의 열이 물방울로 전도되고, 전도된 열에 의해 물방울은 증발된다. 이때 , 물방울 내의 불순물들의 농도는 상대적으로 증가하게 된다.When the auxiliary chamber pressure is suddenly lowered by the decompression means, the gas inside the auxiliary chamber is adiabaticly expanded and the temperature drops momentarily. At this time, the gas condenses to form wafer droplets. During the formation of the water droplets, the SO 2 , O 3 , H 2 O 2 and other impurities contained in the gas are adsorbed into the droplets. On the other hand, the temperature of the inner wall of the auxiliary chamber is higher than the water droplets formed in the auxiliary chamber. This is because the heat capacity of the inner wall is larger than the heat capacity inside the chamber, so that the temperature of the inner wall decreases more slowly. Therefore, the heat of the inner wall is conducted to the droplets, and the droplets are evaporated by the conducted heat. At this time, the concentration of impurities in the water droplets is relatively increased.
이러한 과정에서 물방울내의 H2O2의 농도가 충분히 커졌을 때, H2O2는 빠른 속도로 반응하여 황산을 형성한다. 물방울이 계속 증발되면 황산을 주요 성분으로 하는 구 모양의 잔여 미립자만 남게 된다. 이 미립자의 주요 원소는 탄소, 황, 산소이다. 이 미립자는 열 역학적으로 안정되어 있기 때문에 약 180도의 온도에서도 증발되지 않고 남게 된다.In this process, when the concentration of H 2 O 2 in the water droplets is sufficiently large, H 2 O 2 reacts at a high rate to form sulfuric acid. As the water droplets continue to evaporate, only the remaining spherical particulates, mainly sulfuric acid, remain. The main elements of these particulates are carbon, sulfur and oxygen. Because these particles are thermodynamically stable, they do not evaporate at temperatures of about 180 degrees.
이러한 미립자는 외부로부터 유입되는 반도체 웨이퍼를 오염시키는 주요 요인이 되었다. 그리고, 이러한 미립자는 반도체 제조 공정에서의 치명적인 에러유발과 신뢰성 저하의 주요 원인이 되어 왔다.Such fine particles have become a major contaminant to contaminate semiconductor wafers introduced from the outside. In addition, such fine particles have been a major cause of fatal error induction and reliability deterioration in semiconductor manufacturing processes.
따라서, 본 발명의 목적은 챔버내부의 압력과 온도가 급속히 떨어질 때 발생되는 기체 응축 현상으로 생성되는 미립자를 억제할 수 있도록 한 챔버에서 발생되는 기체 응축 현상을 억제할 수 있는 방법 및 그 방법이 적용되는 반도체 제조 장치를 제공하는 것이다.Accordingly, an object of the present invention is to apply a method and a method for suppressing the gas condensation generated in one chamber so as to suppress the particulates generated by the gas condensation generated when the pressure and temperature inside the chamber rapidly drops. It is to provide a semiconductor manufacturing apparatus.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 반도체 제조 장치의 구성을 개략적으로 보여주는 도면이다.1 is a view schematically showing a configuration of a semiconductor manufacturing apparatus according to an embodiment of the present invention.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명* Explanation of symbols for the main parts of the drawings
10 : 메인 챔버 20 : 보조 챔버10: main chamber 20: auxiliary chamber
30 : 진공 펌프 32 : 진공라인30: vacuum pump 32: vacuum line
34 : 스로틀 밸브 40 : 제 1 가열부재34 throttle valve 40 first heating member
50 : 제 2 가열부재 60 : 제어부50: second heating member 60: control unit
70 : 공급부 72 : 공급라인70 supply part 72 supply line
상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징에 의하면, 챔버에서 발생되는 기체 응축 현상을 방지하기 위한 방법은 반도체 제조 장치에서 진공펌프의 펌핑에 의해 챔버가 진공상태로 될 때 발생되는 기체 응축 현상을 방지하기 위한 방법에 있어서, 진공펌프를 이용하여 챔버를 진공으로 만들 때 챔버의 압력이 서서히 낮아지도록 펌핑압력을 임의적으로 제어하는 단계와; 챔버의 압력이 낮아지면서 발생되는 온도 변화를 줄이기 위해 챔버의 온도를 소정 온도로 유지시키는 단계로 이루어진다.According to a feature of the present invention for achieving the above object, a method for preventing a gas condensation phenomenon generated in the chamber is a gas condensation phenomenon generated when the chamber is brought into a vacuum state by the pumping of the vacuum pump in the semiconductor manufacturing apparatus CLAIMS 1. A method for preventing, comprising the steps of: optionally controlling a pumping pressure such that the pressure of the chamber is gradually lowered when the chamber is vacuumed using a vacuum pump; Keeping the temperature of the chamber at a predetermined temperature to reduce the temperature change generated as the pressure of the chamber is lowered.
이와 같은 본 발명에서 상기 펌핑압력은 관로의 개구 면적을 조절하는 스로트 밸브에 의해 제어된다.In this invention, the pumping pressure is controlled by a throat valve for adjusting the opening area of the pipeline.
이와 같은 본 발명에서 상기 챔버 내부의 온도는 챔버내에 설치된 히터의 작동에 의해 유지된다.In the present invention, the temperature inside the chamber is maintained by the operation of the heater installed in the chamber.
이와 같은 본 발명에서 상기 펌핑압력은 적어도 10 mtorr 이상에서 2분이상 펌핑된다.In this invention, the pumping pressure is pumped for 2 minutes or more at least 10 mtorr or more.
이와 같은 본 발명에서 상기 챔버의 내부 온도는 30도에서 150도 범위를 갖는다.In the present invention, the internal temperature of the chamber ranges from 30 degrees to 150 degrees.
상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 특징에 의하면, 챔버에서 발생되는 기체 응축 현상을 방지하기 위한 방법이 적용되는 반도체 제조 장치에 있어서,According to another aspect of the present invention for achieving the above object, in the semiconductor manufacturing apparatus to which the method for preventing the gas condensation phenomenon generated in the chamber is applied,
진공상태에서 반도체 제조 공정이 수행되는 메인 챔버와; 다수의 반도체 웨이퍼들을 상기 메인 챔버에/로부터 반입/반출시키기 위한 보조 챔버와; 상기 보조 챔버를 진공 상태로 만들기 위한 진공펌프와; 상기 보조 챔버에 설치되고 상기 보조 챔버 내부의 온도를 소정 온도로 유지시키기 위한 제 1 가열부재와; 상기 챔버와 진공 펌프를 연결하는 진공라인 상에 설치되어 미리 설정된 일정한 공정압력을 유지하기 위해 관로의 개구 면적을 조절하기 위한 스로틀 밸브를 포함한다.A main chamber in which the semiconductor manufacturing process is performed in a vacuum state; An auxiliary chamber for importing / exporting a plurality of semiconductor wafers to / from the main chamber; A vacuum pump for vacuuming the auxiliary chamber; A first heating member installed in the auxiliary chamber and configured to maintain a temperature inside the auxiliary chamber at a predetermined temperature; And a throttle valve installed on a vacuum line connecting the chamber and the vacuum pump to adjust the opening area of the conduit to maintain a predetermined constant process pressure.
이와 같은 본 발명에서 반도체 제조 장치는 공정 전후에 보조 챔버 내부를 퍼지 하기 위한 불활성 가스를 공급하는 공급부와; 상기 챔버에 공급되는 불활성 가스를 고온으로 만들기 위한 제 2 가열부재를 더 포함한다.In the present invention, the semiconductor manufacturing apparatus includes a supply unit for supplying an inert gas for purging the inside of the auxiliary chamber before and after the process; And a second heating member for making the inert gas supplied to the chamber to a high temperature.
이와 같은 본 발명에서 상기 불활성 가스와 상기 보조 챔버 내부의 온도는 30도에서 150도 범위를 갖는다.In the present invention, the temperature of the inert gas and the auxiliary chamber is in the range of 30 to 150 degrees.
이와 같은 본 발명에서 상기 불활성 가스는 질소 가스이다.In the present invention, the inert gas is nitrogen gas.
이하, 본 발명의 실시예를 첨부된 도면 도 1을 참조하면서 보다 상세히 설명한다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings, an embodiment of the present invention will be described in more detail.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 반도체 제조 장치의 구성을 개략적으로 보여주는 도면이다.1 is a view schematically showing a configuration of a semiconductor manufacturing apparatus according to an embodiment of the present invention.
도 1에 도시된 바와 같이, 반도체 제조 장치는 메인 챔버(10), 보조 챔버(20), 진공펌프(30), 제 1 가열부재(40), 제 2 가열부재(50), 스로틀 밸브(34) 등으로 구성된다.As shown in FIG. 1, the semiconductor manufacturing apparatus includes a main chamber 10, an auxiliary chamber 20, a vacuum pump 30, a first heating member 40, a second heating member 50, and a throttle valve 34. ) And the like.
상기 메인 챔버(10)에서는 진공상태에서 반도체 제조 공정이 진행된다. 상기 메인 챔버(10)에는 보조 챔버(20)가 연결 설치되어 있다. 일반적으로 상기 보조 챔버(20)와 메인 챔버(10)는 서로 격리되어 있으나, 공정 전후에 개방된다.In the main chamber 10, a semiconductor manufacturing process is performed in a vacuum state. The auxiliary chamber 20 is connected to the main chamber 10. In general, the auxiliary chamber 20 and the main chamber 10 are isolated from each other, but are opened before and after the process.
상기 보조 챔버(20)는 상기 메인 챔버(10)에 반도체 웨이퍼를 반입하거나, 또는 메인 챔버(10)에서 공정을 끝낸 반도체 웨이퍼를 반출시키기 위한 챔버이다. 상기 메인 챔버(10)가 진공상태에서 공정이 진행되기 때문에 상기 보조 챔버(20)도 소정의 진공상태를 유지해야 한다. 따라서, 상기 보조 챔버(20)에는 진공 펌프(30)가 연결 설치된다. 이 진공펌프(30)와 보조 챔버(20)는 진공라인(32)에 의해 연결된다. 이 진공라인(32)상에는 스로틀 밸브(34)가 설치된다. 이 스로틀 밸브(34)는 상기 진공펌프(30)의 펌핑에 의해 상기 보조챔버(20)에서 발생되는 급격한 압력변화를 완화시켜주기 위한 것이다. 즉, 상기 보조 챔버(20)에 설치된 압력센서(미도시)의 압력신호가 제어부(60)로 전달된다. 제어부는 트로틀 밸브(34)에 전기적 신호를 보내어 관로의 개구 면적을 조절하므로써, 보조 챔버(20)의 급격한 압력변화를 최소화 한다. 상기 펌핑은 적어도 10 mtorr 이상에서 2분이상 펌핑되어야 바람직하다. 이러한 방법은 초기 압력에서 최종압력으로 일정한 부피를 배기하는 시간을 길게하여 보조 챔버(20)내의 급격한 압력변화를 완화하기 위한 것이다. 즉, 상기 스로틀 밸브(34)는 보조 챔버(20)의 압력 변화를 최소화하여 기체 응축 현상을 방지하기 위한 것이다.The auxiliary chamber 20 is a chamber for loading a semiconductor wafer into the main chamber 10 or for carrying out a semiconductor wafer having finished the process in the main chamber 10. Since the process is performed in a vacuum state of the main chamber 10, the auxiliary chamber 20 should also maintain a predetermined vacuum state. Therefore, the vacuum pump 30 is connected to the auxiliary chamber 20. The vacuum pump 30 and the auxiliary chamber 20 are connected by a vacuum line 32. The throttle valve 34 is provided on the vacuum line 32. The throttle valve 34 is for mitigating a sudden pressure change generated in the auxiliary chamber 20 by pumping the vacuum pump 30. That is, the pressure signal of the pressure sensor (not shown) installed in the auxiliary chamber 20 is transmitted to the controller 60. The control unit sends an electrical signal to the throttle valve 34 to adjust the opening area of the conduit, thereby minimizing a sudden pressure change of the auxiliary chamber 20. The pumping should preferably be pumped at least 10 mtorr for at least 2 minutes. This method is to alleviate the sudden pressure change in the auxiliary chamber 20 by lengthening the time to discharge a constant volume from the initial pressure to the final pressure. That is, the throttle valve 34 is to prevent the gas condensation phenomenon by minimizing the pressure change of the auxiliary chamber 20.
한편, 기체 응축 현상은 급격한 압력변화에 의해 순간적으로 떨어지는 온도와도 밀접한 관계가 있다. 따라서, 앞에서 상술한 압력을 제어하는 방법 외에 챔버의 내부 온도를 소정 온도로 유지시키는 방법도 중요하다. (여기에서 소정 온도란, 상온보다는 상대적으로 높은 온도를 뜻하며, 약 30도에서 150도 이내에서 그 환경에 맞게 미리 설정된 설정 온도를 말한다) 이와 같이 상기 보조 챔버(20)에는 내부온도를 소정 온도로 유지시키기 위한 제 1 가열부재(40)가 설치된다. 이 제 1 가열부재(40)는 상기 보조 챔버(20)의 내부 온도를 상온보다 상대적으로 높게 유지시키기 위한 것으로, 그 온도는 약 30도에서 150도 범위 이내이면 바람직하다. 제 1 가열부재(40)는 히터, 할로겐 램프, 크세논 램프 중 어느 것이라도 상관없다.On the other hand, the gas condensation phenomenon is also closely related to the temperature dropping momentarily by a sudden pressure change. Therefore, in addition to the method of controlling the pressure described above, a method of maintaining the internal temperature of the chamber at a predetermined temperature is also important. (Herein, the predetermined temperature means a temperature relatively higher than room temperature, and refers to a preset temperature set for the environment within about 30 to 150 degrees.) As described above, the auxiliary chamber 20 has an internal temperature as a predetermined temperature. The first heating member 40 for holding is installed. The first heating member 40 is to maintain the internal temperature of the auxiliary chamber 20 relatively higher than room temperature, the temperature is preferably within the range of about 30 degrees to 150 degrees. The first heating member 40 may be any of a heater, a halogen lamp and a xenon lamp.
이와 같이 상기 보조 챔버(20)는 상기 제 1 가열부재(40)에 의해 소정 온도로 유지된다. 이 제 1 가열부재(40)는 상기 제어부(60)에서 제어된다. 이와 같이 상기 진공 펌프(30)의 펌핑으로 보조 챔버(20)의 압력이 급격히 낮아지더라도 그 내부는 제 1 가열부재(40)에 의해 소정 온도로 유지되므로써 기체 응축 현상의 발생을 억제할 수 있다.As such, the auxiliary chamber 20 is maintained at a predetermined temperature by the first heating member 40. The first heating member 40 is controlled by the controller 60. As described above, even if the pressure of the auxiliary chamber 20 is drastically lowered by the pumping of the vacuum pump 30, the inside of the auxiliary chamber 20 is maintained at a predetermined temperature by the first heating member 40, thereby suppressing the occurrence of gas condensation. .
공정 전후에 상기 보조 챔버 내부에는 불활성 가스가 공급된다. ( 여기에서 사용하는 "불활성" 이라는 단어는 가스가 반도체 웨이퍼에 어떤 상당한 물리적 또는 화학적인 변화를 야기시키지 않음을 의미한다) 일반적으로 불활성 가스에는 주로 질소가스가 사용된다. 이 질소 가스는 상기 보조 챔버(20)를 퍼지 하기 위한 퍼지 가스이다. 이 가스는 가스 공급부(70)로부터 공급라인(72)을 통해 보조 챔버(20)로 공급된다. 이때, 보조 챔버 내부(20)의 압력이 급속히 변하게 된다.Inert gas is supplied into the auxiliary chamber before and after the process. (The word "inert" as used herein means that the gas does not cause any significant physical or chemical changes to the semiconductor wafer.) In general, nitrogen gas is mainly used for inert gas. This nitrogen gas is a purge gas for purging the auxiliary chamber 20. This gas is supplied from the gas supply unit 70 to the auxiliary chamber 20 through the supply line 72. At this time, the pressure in the auxiliary chamber 20 is rapidly changed.
따라서, 상기 제 2 가열부재(50)는 보조 챔버(20)의 퍼지시 압력의 급속한 변화로 발생되는 온도 변화를 줄이기 위하여 상기 공급라인(72)상에 설치된다. 이 제 2 가열부재(50)는 상기 보조 챔버(20)로 공급되는 질소 가스를 고온으로 만들기 위한 것이다. 가스 공급부(70)에서 상기 보조 챔버(20)로 공급되는 질소 가스의 온도는 약 30도에서 150도 범위 이내면 바람직하다. 상기 제 2 가열부재(50)는 질소 가스를 고온으로 만든 후 보조 챔버(20)에 공급한다. 이 제 2 가열부재(50)에 의해서 상기 보조 챔버(20)의 퍼지시 발생되는 압력변화에 의한 온도 변화를 최소화 할 수 있는 것이다. 이 또한, 압력이 낮아지면서 발생되는 온도 변화를 줄이기 위한 것이다.Accordingly, the second heating member 50 is installed on the supply line 72 to reduce the temperature change caused by the rapid change in pressure during purging of the auxiliary chamber 20. The second heating member 50 is for making the nitrogen gas supplied to the auxiliary chamber 20 to a high temperature. The temperature of the nitrogen gas supplied from the gas supply unit 70 to the auxiliary chamber 20 is preferably in the range of about 30 degrees to 150 degrees. The second heating member 50 makes the nitrogen gas at a high temperature and supplies it to the auxiliary chamber 20. By the second heating member 50 it is possible to minimize the temperature change due to the pressure change generated during the purge of the auxiliary chamber 20. This is also to reduce the temperature change generated as the pressure is lowered.
이와 같은 본 발명을 적용하면, 진공 펌프에 의해 보조 챔버가 진공상태로 되는 과정에서 보조 챔버의 급격한 압력변동과 온도 변화에 의해서 발생되는 기체 응축 현상을 방지 할 수 있다. 따라서, 이 기체 응축 현상에 의해 생성되는 미립자들(파티클들)의 발생이 억제되며, 더불어 반도체 웨이퍼의 품질 및 수율을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.By applying the present invention as described above, it is possible to prevent the gas condensation phenomenon caused by the rapid pressure fluctuations and temperature change of the auxiliary chamber in the process of the auxiliary chamber is vacuumed by the vacuum pump. Therefore, generation of fine particles (particles) generated by this gas condensation phenomenon is suppressed, and there is an effect of improving the quality and yield of the semiconductor wafer.
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|---|---|---|---|---|
| WO2016080729A1 (en) * | 2014-11-18 | 2016-05-26 | 주식회사 테라세미콘 | Substrate processing apparatus |
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1998
- 1998-04-27 KR KR1019980014913A patent/KR19990081135A/en not_active Application Discontinuation
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| WITN | Withdrawal due to no request for examination |