KR20020065335A - 반도체 제조 장치 - Google Patents

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KR20020065335A
KR20020065335A KR1020010083754A KR20010083754A KR20020065335A KR 20020065335 A KR20020065335 A KR 20020065335A KR 1020010083754 A KR1020010083754 A KR 1020010083754A KR 20010083754 A KR20010083754 A KR 20010083754A KR 20020065335 A KR20020065335 A KR 20020065335A
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vacuum
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다까모리요시노리
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가부시끼가이샤 한도따이 센단 테크놀로지스
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Abstract

본 발명은 절연막 형성 공정에서 웨이퍼 상에 막을 성막한 후에 원래의 클리닝을 실행하는 반도체 제조 장치에 관한 것으로, 원래의 클리닝 중에 통상의 성막의 경우와 동일한 진공계를 사용할 수 있도록 하는 것을 목적으로 한다.
반도체 웨이퍼(202)에 절연막을 성막하는 처리를 행하기 위한 프로세스 챔버(201)를 설치한다. 터보 분자 펌프(211)를 포함하는 진공계를 프로세스 챔버(210)에 접속한다. 프로세스 챔버(201)와 터보 분자 펌프(211) 사이에, 압력 제어용의 드로틀 밸브(209)와, 양자를 차단하는 메인 밸브(210)와, 소정의 개구를 갖는 밸브 부재를 구비하는 개폐 밸브(214)를 배치한다. 성막 처리시에 개폐 밸브(214)를 개방 상태로 하고, 또한 원래의 클리닝시에 개폐 밸브(214)를 폐쇄 상태로 하는 제어 장치를 설치한다.

Description

반도체 제조 장치{Apparatus for Manufacturing Semiconductor}
본 발명은 반도체 제조 장치에 관한 것으로, 특히 절연막 형성 공정에서 웨이퍼 상에 막을 성막한 후에 원래의 클리닝을 실행하는 반도체 제조 장치에 관한 것이다.
고밀도 플라즈마원을 사용한 절연막 성막 장치에서는 절연막 성막의 프로세스와, 챔버 내벽 등에 부착된 절연막을 제거하는 원래의 클리닝 프로세스가 반복하여 주기적으로 실행된다. 이러한 종류의 장치에 있어서, 고밀도 플라즈마원을 이용한 절연막 성막 공정은 고진공 영역(기압이 수십 Pa로 감압된 영역)에서 행해진다. 한편, 그 성막 공정에 이어서 실행되는 원래의 클리닝은 중진공 영역(기압이 수백 Pa로 감압된 영역) 내에서 행해진다.
상술한 바와 같이 성막 공정과 원래의 클리닝의 공정에서는 처리가 행해지는 영역의 압력이 크게 다르게 되어 있다. 이로 인해, 성막 공정에 있어서의 감압에는 터보 분자 펌프가 이용되고, 한편 원래의 클리닝에 있어서의 감압에는 터보 분자 펌프 대신에 드라이 펌프가 이용되는 것이 일반적이다.
상술한 펌프의 절환을 가능하게 하기 위해, 고밀도 플라즈마원을 사용한 절연막 성막 장치에는 구조적으로 원래의 클리닝으로 청정화할 수 없는 영역이 존재한다. 이와 같은 영역에 부착된 막은, 챔버 내벽으로부터 박리됨으로써 파티클이 되어, 반도체 장치의 수율을 저하시키는 요인이 된다.
이하, 원래의 클리닝에 관한 종래의 절연막 성막 장치의 구조적인 문제를 도1을 참조하여 보다 상세하게 설명한다.
도1은 고밀도 플라즈마원을 이용한 절연막 성막 장치의 개념도이다. 프로세스 챔버(101) 내에는 웨이퍼(102)를 보유 지지하기 위한 서셉터(103)가 설치되어 있다. 서셉터(103)는 RF 전원(108)에 연결되어 있으며 RF 인가가 가능하다. 챔버(101)의 외벽에는 코일(105)이 설치되어 있다. 코일(105)은 RF 전원(104)에 연결되어 있으며 RF 인가가 가능하다. 서셉터(103)에는 웨이퍼 냉각 기구, 웨이퍼 척 기구가 구비되어 있지만, 본 발명에 관계되지 않으므로 그 상세한 설명은 할애하지 않는다. 또한, 이 장치는 원래의 클리닝 가스를 도입하기 위한 배관 라인을 구비하고 있지만, 그 구성은 본 발명에는 영향을 끼치지 않으므로 도시를 생략한다.
이 장치의 진공계는, 챔버(101)를 고진공으로 유지하기 위한 터보 분자 펌프(111)와, 터보 분자 펌프(111)의 배압을 제거하기 위해, 혹은 챔버(101) 내의 가스를 대략 배출하기 위한 드라이 펌프(113)를 구비하고 있다. 진공 라인에는 압력 제어를 위한 드로틀 밸브(109), 챔버(101)의 메인 밸브(110), 챔버(101) 내의 가스를 대략 배출할 때에 이용하는 밸브(107) 및 터보 분자 펌프(111)의 하류에 위치하는 밸브(112)가 설치되어 있다. 여기서는 챔버(101) 내의 압력을 드로틀밸브(110)를 이용하여 제어하는 것으로 하고 있지만, 그 압력은 터보 분자 펌프(111)의 회전수에 의해 제어해도 좋다.
절연막의 성막은 고진공 영역에서 실행된다. 이로 인해, 절연막의 성막 공정에서는 밸브(107)가 폐쇄 상태가 되고, 또한 메인 밸브(110)와 밸브(112)의 쌍방이 개방 상태가 된 상태에서, 터보 분자 펌프(111)에 의해 진공화가 행해지고, 또한 그 배압이 드라이 펌프(113)에 의해 제거된다. 한편, 원래의 클리닝은 중진공 영역에서 실행되므로 그 공정에서는 드라이 펌프(113)에 의해 진공화가 행해진다. 이 때, 장치의 진공계는 메인 밸브(110)와 밸브(112)가 폐쇄 상태가 되고, 또한 밸브(107)가 개방 상태가 된다.
절연막의 성막 공정에 있어서의 진공계의 상태와 비교하면, 원래의 클리닝 중의 진공계는 메인 밸브(110)의 하류로부터 터보 분자 펌프(111)의 하류에 위치하는 밸브(112)의 상류까지의 영역이 폐쇄된 상태가 된다. 이 폐쇄된 영역에는 원래의 클리닝 가스가 흐르지 않으므로, 메인 밸브(110)의 밸브 부재나 터보 분자 펌프(111)의 회전자나 고정자에 부착된 생성물은[챔버(101)의 내벽에 부착되는 양에 비해 상당히 미량이지만], 원래의 클리닝에 의해 제거할 수 없다.
종래의 절연막 성막 장치에 있어서, 이 부분에 부착되는 생성물을 제거하기 위해서는, 진공 배관, 밸브, 펌프 등을 떼어내고 클리닝을 실행할 필요가 있다. 이로 인해, 종래의 장치에 있어서 상기의 클리닝은 장시간의 다운 타임을 발생시켜, 장치의 가동율을 저하시키는 요인이 되고 있었다. 또한, 메인 밸브(110)의 밸브 부재에 부착된 생성물은 밸브 부재의 동작에 수반하여 파티클원이 되고 있었다.이와 같이, 고밀도 플라즈마원을 이용한 종래의 절연막 성막 장치는 성막 공정과 원래의 클리닝 공정을 다른 압력 영역에서 실행한다는 구조적인 문제를 갖고, 또한 그 결과 발생하는 파티클에 의해 반도체 장치의 수율을 저하시킨다는 문제를 갖는 것이었다.
이들의 과제는, 종래의 장치 구성을 그대로 유지한 것으로는 해결하는 것이 곤란하다. 즉, 원래의 클리닝의 수법으로서는 챔버(101) 내에 원래의 클리닝 가스를 도입하여 RF 방전을 행하고, 그 결과 생성되는 활성화종에 의해 원래의 클리닝하는 방법, 혹은 챔버(101) 밖에서 예를 들어 불소 래디컬 등의 원래의 클리닝용 활성종을 생성하여 이를 챔버(101)로 도입하여 원래의 클리닝하는 방법 등, 다양한 방법이 알려져 있다. 그러나, 이들의 원래의 클리닝은 모두 고밀도 플라즈마원을 이용한 성막에 이용되는 압력 영역에서는 실행할 수 없다. 한편, 그 성막의 압력을 원래의 클리닝에서 이용되는 압력으로 하면, 고밀도 플라즈마를 방전할 수 없다. 이로 인해, 종래의 장치에 있어서는 원래의 클리닝의 압력 영역과 고밀도 플라즈마를 이용한 성막 압력이 다른 압력 영역에서 실행되는 것에 기인하는 문제를 해결하는 것이 곤란했다.
상술한 바와 같이, 종래의 장치에서는 압력 영역의 차이에 기인하여 진공계의 상태를 절환하지 않으면 성막의 처리와 원래의 클리닝의 처리를 실행할 수 없는 것이 중대한 과제이다. 상기의 과제를 해결하는 하나의 방법은 성막 처리와 원래의 클리닝의 처리를 동일한 압력 영역에서 실행할 수 있도록 하는 것이다. 예를 들어, 성막 처리를 원래의 클리닝 압력 영역에서 행할 수 있다면 상기의 과제는 해결되지만, 이 경우는 고밀도 플라즈마의 방전을 할 수 없게 되어, 성막 처리를 행할 수 없다. 또한, 원래의 클리닝을 실행할 수 있는 범위 중에서 진공도를 낮추어 성막 처리를 행한 경우는 성막 플라즈마 중의 이온의 평균 자유 거리가 충분치 않으므로, 배선이나 STI(Shallow Trench Isolation)를 형성하기 위한 매립 절연막에 빈 구멍이 생기기 쉽다. 이 빈 구멍은 반도체 장치의 특성에 영향을 미치기 때문에 무시할 수는 없다.
본 발명은 상기 과제를 해결하기 위해 이루어진 것으로, 원래의 클리닝 중에서도 메인 밸브를 폐쇄하는 일 없이, 통상의 성막에서 사용하고 있는 진공계, 즉 터보 분자 펌프를 포함하는 진공계에서 진공화가 가능하도록 프로세스 챔버와 터보 분자 펌프 사이에 진공 콘덕턴스를 낮추는 부품을 넣은 반도체 제조 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
청구항 1에 기재된 발명은, 상기한 목적을 달성하기 위해 반도체 웨이퍼에 절연막을 성막하는 반도체 제조 장치로서,
절연막의 성막 처리를 행하기 위한 프로세스 챔버와,
상기 프로세스 챔버 내의 가스를 배출하는 진공 펌프와,
상기 프로세스 챔버와 상기 진공 펌프 사이에 배치되는 압력 제어용 밸브와,
상기 프로세스 챔버와 상기 진공 펌프를 차단하는 메인 밸브와,
소정의 개구를 갖는 밸브 부재를 구비하고, 상기 프로세스 챔버와 상기 진공 펌프 사이에 배치되는 개폐 밸브를 구비하는 것을 특징으로 한다.
청구항 2에 기재된 발명은, 청구항 1에 기재된 반도체 제조 장치로서, 상기 개폐 밸브가 상기 메인 밸브와 상기 진공 펌프 사이에 배치되는 것을 특징으로 한다.
청구항 3에 기재된 발명은, 청구항 1 또는 청구항 2에 기재된 반도체 제조 장치로서, 절연막의 성막 처리시에 상기 개폐 밸브를 개방 상태로 하고, 원래의 클리닝시에 상기 개폐 밸브를 폐쇄 상태로 하는 제어 장치를 더 구비하는 것을 특징으로 한다.
청구항 4에 기재된 발명은, 청구항 3에 기재된 반도체 제조 장치로서, 상기 제어 장치는 절연막의 성막 처리시에 상기 프로세스 챔버 내의 압력이 소정의 고진공 상태가 되도록 상기 드로틀 밸브를 제어하고, 또한 원래의 클리닝시에 상기 프로세스 챔버 내의 압력이 소정의 중진공 상태가 되도록 상기 드로틀 밸브를 제어하는 것을 특징으로 한다.
도1은 종래의 고밀도 플라즈마원을 이용한 절연막 성막 장치의 개요를 나타낸 도면.
도2는 본 발명의 제1 실시 형태인 반도체 제조 장치의 개요를 나타낸 도면.
도3은 본 발명의 제1 실시 형태의 반도체 제조 장치가 구비되는 밸브의 밸브 부재의 평면도.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
201 : 프로세스 챔버
202 : 웨이퍼
203 : 서셉터
204, 208 : RF 전원
205 : RF 도입용 코일
206 : 바이패스 배관
207, 212 : 밸브
209 : 드로틀 밸브
210 : 메인 밸브
211 : 터보 분자 펌프
213 : 드라이 펌프
214 : 차압 발생용 밸브
301 : 차압 발생용 구멍
<제1 실시 형태>
이하, 도2 및 도3을 참조하여 본 발명의 제1 실시 형태에 대해 설명한다. 도2는, 본 발명의 제1 실시 형태인 반도체 제조 장치의 구성을 설명하기 위한 도면을 도시한다. 도2에 도시한 바와 같이, 본 실시 형태의 반도체 제조 장치는 프로세스 챔버(201)를 구비하고 있다. 챔버(201) 내부에는, 웨이퍼(202)를 보유 지지하기 위한 서셉터(203)가 배치되어 있다.
서셉터(203)는 RF 전원(208)에 연결되어 있으며 RF 인가가 가능하다.챔버(201)의 외벽에는 코일(205)이 설치되어 있다. 코일(205)은 RF 전원(204)에 연결되어 있으며 RF 인가가 가능하다. 서셉터(203)에는 웨이퍼 냉각 기구, 웨이퍼 척 기구가 구비되어 있지만, 본 발명에 관계되지 않으므로 그 상세한 설명은 할애하지 않는다. 또한, 이 장치는 원래의 클리닝 가스를 도입하기 위한 배관 라인을 구비하고 있지만, 그 구성은 본 발명에는 영향을 끼치지 않으므로 도시를 생략한다.
이 장치의 진공계는 챔버(201)를 고진공으로 유지하기 위한 터보 분자 펌프(211)와, 터보 분자 펌프(211)의 배압을 제거하기 위해, 혹은 챔버(201) 내의 가스를 배출하기 위한 드라이 펌프(213)를 구비하고 있다. 진공 라인에는 압력 제어를 위한 드로틀 밸브(209), 챔버(201)의 메인 밸브(210), 챔버(201) 내의 가스를 배출할 때에 이용하는 밸브(207) 및 터보 분자 펌프(211)의 하류에 위치하는 밸브(212)가 설치되어 있다. 여기서는, 챔버(201) 내의 압력을 드로틀 밸브(210)를 이용하여 제어하는 것으로 하고 있지만, 그 압력은 터보 분자 펌프(11)의 회전수에 의해 제어해도 좋다.
이상 설명한 구조는, 도1에 도시한 종래의 절연막 성막 장치의 구조와 동일하다. 본 실시 형태의 반도체 제조 장치는, 드로틀 밸브(209)와 터보 분자 펌프(211) 사이에 밸브(214)를 구비하고 있으며, 또한 이 밸브(214)의 밸브 부재에 도3에 도시한 바와 같은 구멍(301)이 형성되어 있는 점에 특징을 가지고 있다.
웨이퍼(202) 상에 절연막을 성막하는 공정에서는 프로세스 챔버(201)에, 예를 들어 SiH4, SiF4, PH3등의 반도체 재료 가스가 도입되고, 또한 서셉터(203) 및 코일(205)에 RF 전원(204, 208)에 의해 고주파가 인가된다. 그 결과, 챔버(201) 내부에 고밀도 플라즈마가 생성되고, 그 고밀도 플라즈마 내에서 반도체 재료 가스가 분해됨으로써 웨이퍼(202) 상에 절연막이 성막된다. 이 때, 장치의 내부에는 챔버(201) 내의 가스가 압력 제어용의 드로틀 밸브(209)를 통해, 터보 분자 펌프(211) 및 드라이 펌프(213)에 의해 배기되도록 진공 배기 경로가 형성된다.
원래의 클리닝은 챔버(201) 내에 클리닝용의 래디컬 분자를 생성하기 위한 재료 가스, 예를 들어 NF3, C2F6, C3F8등의 반도체 재료 가스를 도입하여 행해진다. 보다 구체적으로는, 원래의 클리닝의 공정에서는 챔버(201) 내에 상기의 재료 가스가 도입되고, 또한 RF 전원(204, 208)에 의해 챔버(201) 내에 플라즈마가 생성된다. 이 처리는 절연막의 성막 처리의 경우와 달리, 500 Pa 정도의 중진공 영역에서 행할 필요가 있다.
터보 분자 펌프(211)가 통상의 이용 방법으로 이용된다면, 챔버(201)의 내압은 고진공 영역까지 감압된다. 이로 인해, 원래의 클리닝시에 터보 분자 펌프(211)를 이용하기 위해서는 챔버(201) 내의 진공도를 어떠한 수법에 의해 중진공의 레벨로 낮출 필요가 있다. 챔버(201) 내의 진공도를 낮추는 수법으로서는, 예를 들어 터보 분자 펌프(211)의 상류에 부착되어 있는 드로틀 밸브(209)를 제어하는 것을 고려할 수 있다. 그러나, 이 경우 드로트 밸브(209) 상류측과 하류측에 발생하게 되는 압력차가 높기 때문에, 제어도가 높은 제어는 실현할 수 없다.
본 실시 형태의 장치에 있어서, 원래의 클리닝시에 도3에 도시한 바와 같은 특징적인 밸브 부재를 가진 밸브(214)를 폐쇄 상태로 하면, 그 밸브(214)의 상류 및 하류 사이에 압력차를 부여할 수 있어, 드로틀 밸브(209)의 상류 및 하류 사이의 압력차를 작게 할 수 있다. 또, 밸브(214)의 상류 및 하류 사이에 생기는 압력차는 도3에 도시한 밸브 부재의 구멍의 크기 및 수량에 의해 제어할 수 있다. 본 실시 형태에서는 그 크기가 1 ㎟로 되어 있으며, 또한 그 수가 100개 정도로 되어 있다.
본 실시 형태의 장치는 드로틀 밸브(209)나 밸브(214)의 상태를 제어하는 제어 장치(도시하지 않음)를 구비하고 있다. 이 제어 장치는 절연막의 성막 처리시에는 밸브(214)를 개방 상태로 하면서 원하는 진공도를 얻을 수 있도록 드로틀 밸브(209)를 제어하고, 또한 원래의 클리닝시에는 밸브(214)를 폐쇄 상태로 한 뒤에 원하는 진공도를 얻기 위해 드로트 밸브(209)를 제어한다. 이 경우, 원래의 클리닝시에 드로틀 밸브(209)의 상류 및 하류 사이에 생기는 압력차가 억제되어 있으므로, 터보 분자 펌프(211)를 동작시키면서, 원래의 클리닝의 실행에 필요한 중진공의 상태를 정밀도 좋게 만들어 낼 수 있다.
본 실시 형태의 장치에 있어서, 원래의 클리닝시에 형성되는 진공 배기 경로는 밸브(214)가 폐쇄 상태가 되는 것을 제외하고 절연막의 성막 중에 형성되는 진공 배기 경로와 완전히 동일하다. 즉, 본 실시 형태에 있어서 원래의 클리닝시에 챔버(201) 내의 가스가 배기되는 경로는 절연막의 성막 중에 챔버(201) 내의 가스가 거쳐가는 것과 완전히 동일한 경로를 거쳐 배출된다. 이로 인해, 본 실시 형태의 장치에 따르면 원래의 클리닝에 의해, 챔버(201)나 진공 배기 경로에 부착된 절연막을 완전히 제거할 수 있다.
그런데, 상술한 제1 실시 형태에서는 챔버(201) 안으로 원래의 클리닝용의 재료 가스를 도입하여, 그 챔버(201) 내부에서 래디컬 분자를 생성하여 클리닝을 행하고 있지만, 본 발명은 이에 한정되는 것은 아니다. 즉, 챔버(201) 밖에서 생성된 래디컬 분자를 챔버(201) 내로 직접 도입하여 원래의 클리닝을 행해도, 제1 실시 형태의 경우와 마찬가지인 효과를 얻을 수 있다.
이상 상세하게 설명한 바와 같이, 본 발명에 따르면 고밀도 플라즈마를 이용한 성막 처리시에 프로세스 챔버 내에 발생하는 파티클원을 원래의 클리닝에 의해 완전히 제거할 수 있다. 이로 인해, 본 발명에 따르면 프로세스 챔버나 진공 배기 경로 중에 파티클의 발생원이 남아 있는 것을 방지하여, 반도체 장치의 수율을 높일 수 있다.

Claims (4)

  1. 반도체 웨이퍼에 절연막을 성막하는 반도체 제조 장치로서,
    절연막의 성막 처리를 행하기 위한 프로세스 챔버와,
    상기 프로세스 챔버 내의 가스를 배출하는 진공 펌프와,
    상기 프로세스 챔버와 상기 진공 펌프 사이에 배치되는 압력 제어용 밸브와,
    상기 프로세스 챔버와 상기 진공 펌프를 차단하는 메인 밸브와,
    소정의 개구를 갖는 밸브 부재를 구비하고, 상기 프로세스 챔버와 상기 진공 펌프 사이에 배치되는 개폐 밸브를 구비하는 것을 특징으로 하는 반도체 제조 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 개폐 밸브는 상기 메인 밸브와 상기 진공 펌프 사이에 배치되는 것을 특징으로 하는 반도체 제조 장치.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 절연막의 성막 처리시에 상기 개폐 밸브를 개방 상태로 하고, 원래의 클리닝시에 상기 개폐 밸브를 폐쇄 상태로 하는 제어 장치를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 반도체 제조 장치.
  4. 제3항에 있어서, 상기 제어 장치는 절연막의 성막 처리시에 상기 프로세스 챔버 내의 압력이 소정의 고진공 상태가 되도록 상기 드로틀 밸브를 제어하고, 또한 원래의 클리닝시에 상기 프로세스 챔버 내의 압력이 소정의 중진공 상태가 되도록 상기 드로틀 밸브를 제어하는 것을 특징으로 하는 반도체 제조 장치.
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