KR20010035559A - 진공챔버 가스 인입부 - Google Patents

Abstract

본 발명은 반도체 진공설비에서의 진공챔버 가스 인입부에 관한 것으로 가스 유입시의 와류형성에 의한 파티클 부유현상을 막기 위한 것이다.

본 발명의 구성을 살펴보면, 가스 공급라인의 진공챔버와의 연결부분을 이루는 진공챔버 가스 인입부에 있어서, 배관 면적이 진공챔버 공간 연결부로 갈수록 점차로 커지는 형태를 갖는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따르면 가스 라인과 진공챔버의 연결부 즉, 가스 인입부의 구경을 점차로 증가시켜 가스의 작용 압력을 낮추고 와류 형성에 의해 진공챔버에 존재하는 파티클의 부유 및 그로 인한 웨이퍼 오염을 억제할 수 있게 된다.

Description

진공챔버 가스 인입부 {A gas inlet part of a vacuum chamber}

본 발명은 반도체장치 제조에 사용되는 진공챔버의 가스 인입부에 관한 것으로 보다 상세하게는 반도체장비에서 진공챔버로 가스를 공급할 때 가스라인이 진공챔버와 만나는 부분인 인입부의 구조에 대한 것이다.

반도체장치는 고도의 집적도를 가진 정밀한 장비이며 이를 제조하기 위해서는 많은 단계의 엄격한 조건의 공정이 이루어져야 한다. 또한 다양한 공정기술이 동원된다. 이 과정에서 다수의 공정은 대기보다 낮은 압력 즉 진공에서 이루어지고 또한 이들 공정중에는 여러 가지 목적으로 여러 공정용 가스가 공급되고 있다.

가령, 반도체 식각 공정에서도 이러한 예를 볼 수 있다. 대개의 경우 식각은 저압의 공정 챔버에 식각용 에천트 가스를 공급하면서 플라즈마를 형성하여 공정을 진행하고 경우에 따라 자계를 인가하여 플라즈마의 효율성을 높이고 있다. 대부분의 고진공 설비에서는 웨이퍼를 처리하기 위한 로드록 챔버를 운영하고 있는데, 로드록 챔버는 대기에서 고진공으로의 직접적인 웨이퍼 이동시 고진공 설비에 무리가 발생하는 것을 막기 위해 운영하며, 또한, 진공설비의 운영 효율성을 높이기 위해 운영한다. 즉, 고진공으로 운영되는 공정 챔버에 대기압 상태의 공간에 있는 공정 웨이퍼를 직접 투입하기 위해서 상호간의 연결 통로를 열 경우, 고진공 챔버로 대기가 급격히 유입된다. 만약 고진공 펌프가 운영중이라면 고진공 펌프는 유입되는 대기를 처리할 수 없고 크라이오제닉 고진공 펌프의 경우 리제네레이션 (regeneration) 주기를 단축시키는 등 난점이 있다. 챔버 개방을 위해 고진공 펌프가 잠시 멈춘다 할 경우에도 공정 챔버가 일단 대기압까지 된 다음 고진공 상태로 복원되어야 하므로 펌프의 가동이 수시로 중단 계속되고 고진공으로의 복구에 시간이 많이 소요되어 처리의 효율이 떨어지고, 러핑용 펌프를 사용하여도 역시 고진공 펌프의 리제네레이션 주기가 단축되는 등의 난점이 있게 된다.

이런 불합리를 없애기 위한 로드록 챔버의 운영 방식을 보면, 우선, 외부에서 공정 설비로 웨이퍼가 공급되면 대기와 로드록 챔버 사이의 창을 열어 일단 웨이퍼를 저진공으로 운영되는 로드록 챔버에 투입하고 대기와의 창을 밀폐한다. 이때 로드록 챔버는 러핑 펌프 수준의 저진공 펌프에 의해 운영되므로 일단 대기압까지 기압이 올라간 다음에도 러핑 펌프의 대용량 배기에 의해 쉽게 저진공으로 복원이 가능하다. 그리고 고진공 상태의 공정 챔버로 통하는 통로를 열어 웨이퍼를 공정 챔버로 투입한다. 이 상태에서는 로드록 챔버를 채우고 있던 공기가 공정 챔버로 유입되지만 그 양은 많지 않고 고진공 펌프의 운영에 무리를 주지는 않으며 공정중의 중단이 필요없게 된다. 공정을 마친 웨이퍼에 대해서는 역순으로 웨이퍼가 공정 챔버에서 로드록 챔버를 거쳐 대기로 방출된다.

그런데 이러한 로드록 챔버의 운용중에 공정 챔버에서 발생된 폴리머(polymer)나 기타 막 형성 물질들이 로드록 챔버로 유입되고 서로 뭉쳐 파티클을 형성하는 현상이 빈번하게 발생한다. 그리고 이들 파티클이 로드록 챔버의 퍼지(Purge)를 위해 공급되는 퍼지가스에 의한 와류(turbulent flow)에 의해 흩날리게 되어 로드록 챔버에 공급된 웨이퍼를 오염시키고 불량을 유발시키는 문제가 있었다.

대개 로드록 챔버가 높은 압력이므로 물질은 로드록 챔버에서 공정 챔버로 기류를 따라 이동할 것이라고 생각할 수 있으나 몇 가지 원인에 의해 공정 챔버에서 생성된 막형성 물질이 로드록 챔버로 유입되어 파티클이 형성되는데, 그 원인 가운데 한 가지는 비록 전체기압은 낮아도 공정 챔버에서 막형성 물질의 밀도가 높아서 밀도에 의한 확산이 일어날 수 있다는 것이다. 다른 원인으로 생각할 수 있는 것이 로드록 챔버에서 공정 챔버로 기류가 흐르는 동안 안정화가 안된 상태에서는 공정 챔버로부터 로드록 챔버로 흐르는 반류가 생길 수 있고 이 반류에 막형성 물질이 함께 로드록 챔버로 유입될 수 있다는 점이다. 또한 웨이퍼가 공정을 마치고 공정 챔버에서 로드록 챔버로 옮겨질 때 웨이퍼 표면에 흡착되어 함께 옮겨진 막형성 물질들이 일부 이탈하여 미세한 입자로 석출되고 서로 뭉쳐서 파티클을 형성할 수도 있다.

퍼지라인은 대개 공정 챔버에도 연결되어 있으나 주로 로드록 챔버에 연결된다. 로드록 챔버와 공정 챔버 사이의 통로가 열리는 경우 공정 챔버에 상대적으로 고밀도로 존재하는 부식성 가스가 확산에 의해 로드록 챔버로 유입되고 로드록 챔버 내의 설비 부품들을 훼손시키고 파티클 소오스(source)로 작용한다. 따라서 이를 방지하기 위해 퍼지라인을 통해 질소가스 등을 주로 공급한다.

도1은 종래의 진공챔버 설비에서 퍼지라인을 통해 공급되는 퍼지가스가 로드록 챔버의 파티클을 흩날리게 하는 현상이 있음을 설명하기 위한 구성도이다.

도면의 예는 식각설비 가운데 웨이퍼를 개별적으로 처리하는 개별장비이며 대기 공간(19)에서 로드록 챔버(13)의 보트(17)에 배치상태로 투입된 웨이퍼는 로봇 아암(15)에 의해 로드록 챔버에서 하나씩 공정챔버(11)로 이동되고 공정을 거친 다음 로드록 챔버(13)의 원래 자리로 돌아오도록 되어 있다. 공정챔버(11)와 로드록 챔버(13)는 각각 진공펌프(21,23)에 의해 공정에 적합한 진공상태를 인가할 수 있다. 공정 처리중에 로드록 챔버와 공정챔버 사이의 슬릿 밸브를 열기 전에 로드록 챔버에 퍼지가스를 공급하는데 퍼지가스 라인(25)은 가령 1/4인치 파이프 같은 작은 구경의 것을 사용하고, 로드록 챔버 인입부에서는 퍼지가스가 갑자기 높은 압력의 가는 파이프에서 낮은 압력의 넓은 로드록 챔버의 공간으로 들어오므로 인입부 주변에 와류가 형성되고 이 와류는 주변 바닥이나 벽체에 붙어있던 파티클(27)을 흩날리게 한다. 낮은 압력 공간하에서의 와류는 대기중의 와류에 비해 약한 편이지만 이 와류에 의해 파티클이 날리면 로드록 챔버내에 적재된 웨이퍼(10)를 오염시키는 오염원이 되는 것이다.

본 발명은 퍼지가스가 공급될 때 인입부 주변에서 유입 퍼지가스에 의한 와류 혹은 난류(turbulent flow)에 이미 로드록 챔버 내에 형성되어 있던 파티클이 흐트러지고 날리면서 웨이퍼를 오염시키는 현상을 줄일 수 있도록 퍼지가스 공급라인을 개선하는 것을 목적으로 하며 그러기 위해 새로운 방식의 진공챔버 퍼지가스 인입부를 제공하는 것을 목적으로 한다.

도1은 종래의 로드록 챔버 설비에서 퍼지라인을 통해 공급되는 퍼지가스가 로드록 챔버의 파티클을 흩날리게 하는 현상이 있음을 설명하기 위한 구성도이다.

도2는 도1에서 로드록 챔버로의 퍼지가스 인입부를 변경한 본 발명의 일 실시예를 나타낸 구성도이다.

※도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

10: 웨이퍼 11: 공정챔버

13: 로드록 챔버 15: 로봇 아암

17: 보트 19: 대기 공간

21,23: 진공 펌프 25: 퍼지가스 라인

27: 파티클 29: 연결부

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명 진공챔버 퍼지가스 인입부는 퍼지가스 공급라인 가운데 진공챔버와 연결되는 부분을 구성하는 진공챔버 퍼지가스 인입부에 있어서, 배관 면적이 진공챔버의 공간 연결부로 갈수록 점차로 커지는 형태를 갖는 것을 특징으로 한다.

이러한 인입부는 로드록 챔버의 연결부 구경을 종래보다 크게 형성하고 연결부의 확대된 구경과 종래의 배관 구경의 중간 단계의 배관을 이경 소켓을 이용하여 단계적으로 연결하는 방식을 가질 수도 있으며 별도로 테이퍼 형태의 연결관을 만들어서 사용할 수도 있다.

이하 도면을 참조하면서 실시예를 통해 본 발명을 좀 더 살펴보기로 한다.

도2는 도1에서 로드록 챔버로의 퍼지가스 인입부를 변경한 본 발명의 일 실시예를 나타낸 구성도이다. 퍼지가스 라인(25)과 로드록 챔버(13)의 연결부(29) 구경이 1/4인치에서 1/2인치로 면적이 4배 확대되어 있고 그 중간에 3/8인치 배관이 중간 연결의 역할을 하고 있다. 로드록 챔버(13)는 종래와 같은 400mTorr 보다 낮은 정도의 저진공 상태를 유지하고 여기에 인입되는 퍼지용 질소가스는 3kg중/cm²의 압력으로 인가된다. 이때 퍼지가스 라인(25)의 레귤레이터(regulator)을 가지고 유량을 조절하여 로드록 챔버의 압력을 일정하게 유지시킬 수 있다.

본 실시예와 같이 연결부(29)의 구경을 키울 경우에 퍼지가스의 유입량은 종래와 동일하다는 전제하에, 가령, 연결부 면적이 4배가 되면 유속은 1/4로 줄어들 수 있고, 유속이 줄어들 경우 퍼지가스의 압력에 의해 움직일 수 있는 파티클의 범위가 매우 줄어들어 와류의 발생과 그에 따른 파티클의 부유현상을 억제할 수 있다. 이러한 관계와 연결부에서의 압력의 변화는 변동 전후의 일과 에너지 관계를 내포하는 에너지 식(Energy equation)을 이용하여 확인할 수 있다. 이때 퍼지가스가 공급하는 전체 에너지는 일정하며, 인입부의 기하학적 변동 즉, 구경 확대에 따른 에너지 손실은 없다고 할 때 퍼지가스의 유속변화에 따른 부분적인 위치에너지는 실질적으로 변화가 없으며 다만 퍼지가스의 유속변화에 따른 부분 압력의 변화만이 존재한다.

본 발명에 따르면 퍼지가스 라인과 로드록 챔버의 연결부 즉, 퍼지가스 인입부의 구경을 증가시켜 퍼지가스의 작용 압력을 낮추고 와류 형성에 의해 로드록 챔버에 존재하는 파티클의 부유 및 그로 인한 웨이퍼 오염을 억제할 수 있게 된다.

Claims (3)

1. 퍼지가스 공급라인 가운데 진공챔버와 연결되는 부분을 구성하는 진공챔버 퍼지가스 인입부에 있어서,

   배관 면적이 진공챔버의 공간 연결부로 갈수록 점차로 커지는 형태를 갖는 것을 특징으로 하는 진공챔버 퍼지가스 인입부.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 인입부는 상기 연결부의 배관 구경과 상기 퍼지가스 공급라인의 소오스쪽 배관 구경의 중간 단계의 배관을 단계적으로 연결하는 방식으로 이루어진 것임을 특징으로 하는 진공챔버 퍼지가스 인입부.
3. 제 1 항에 있어서,

   상기 인입부는 상기 연결부의 배관 구경과 상기 퍼지가스 공급라인의 소오스쪽 배관 구경의 중간 단계의 배관을 잇는 테이퍼 형태의 연결관으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 진공챔버 퍼지가스 인입부.