KR20030003600A - 반도체 장치의 제조를 위한 펌프 시스템 - Google Patents

반도체 장치의 제조를 위한 펌프 시스템 Download PDF

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Abstract

반도체 장치의 제조에 사용되는 펌프 시스템이 개시되고 있다. 반도체 기판의 가공이 수행되는 공정 챔버에 연결되는 펌프는 상기 공정이 수행되는 도중에 상기 공정 챔버의 내부를 진공 상태로 유지시킨다. 상기 공정에 사용되는 공정 가스의 공급이 중단되면 상기 펌프는 상기 가스의 공급 라인에 연결되는 배출 라인을 통해 상기 공급 라인에 잔류하는 공정 가스를 배출한다. 상기 펌프에 인접하도록 설치되는 고진공 밸브는 상기 배출 라인의 정비시에 상기 배출 라인의 내부에 누적된 반응 부산물들이 상기 펌프로 유입되지 않도록 한다. 따라서, 상기 펌프의 수명을 연장시키고, 정비 작업을 단순화할 수 있다.

Description

반도체 장치의 제조를 위한 펌프 시스템{Pump System for Manufacturing Semiconductor Devices}
본 발명은 반도체 장치의 제조를 위한 가공 장치에 관한 것이다. 보다 상세하게는 반도체 기판을 가공하는 장치에 연결되는 펌프 시스템에 관한 것이다.
근래에 정보 통신 분야의 급속한 발달과 컴퓨터와 같은 정보 매체가 널리 보급에 따라 반도체 장치도 비약적으로 발전하고 있다. 그 기능적인 면에 있어서, 상기 반도체 장치는 고속으로 동작하는 동시에 대용량의 저장 능력을 가질 것이 요구된다. 이에 따라, 상기 반도체 장치는 집적도, 신뢰도 및 응답 속도 등을 향상시키는 방향으로 제조 기술이 발전되고 있다.
상기 반도체 장치는 일반적으로 막 형성, 패턴 형성, 금속 배선 형성 등을 위한 일련의 단위 공정들을 순차적으로 수행함으로서 제조된다. 상기 단위 공정들의 수행에서는 상기 단위 공정들의 공정 조건에 적합한 제조 장치가 사용된다.
상기 공정들은 반도체 장치의 품질 및 수율 향상을 위해 압력 및 온도 등 공정 분위기의 정밀한 제어가 필수적인 요구 조건으로 대두되고 있다.
일반적으로, 반도체 장치를 제조하기 위한 반도체 기판의 가공 공정들은 다양한 공정 가스들을 사용하고, 반도체 기판이 공기와 반응하지 않도록 하기 위해 대기압에 비해 매우 낮은 진공 상태에서 수행된다.
상기 가공 공정들이 진행되는 공정 챔버의 내부를 진공 상태로 만들기 위해 상기 공정 챔버와 연결되는 다양한 방식의 펌프 시스템이 사용되고 있다. 그런데, 상기 펌프 시스템은 진공을 제공하기 위해서만 사용되지는 않는다.
상기 펌프 시스템은 상기 공정 가스들에 의해 공정이 진행되는 도중에 발생되는 미반응 가스들과 반응 부산물을 배출하고, 공정이 종료된 후 상기 공정 가스공급 라인 내부에 잔류하는 공정 가스를 배출한다.
예를 들면, 반도체 기판 상에 피가공막을 형성하는 증착 공정이나, 상기 증착 공정 이후에 상기 피가공막을 식각하는 식각 공정에는 다양한 종류의 공정 가스들이 사용된다.
상기 공정들이 시작될 때 공정 챔버로 공정 가스들이 투입되면, 상기 공정 챔버의 내부는 일시적으로 압력이 상승된다. 따라서 상승된 상기 압력을 공정 조건으로 유지하기 위해 공정이 진행되는 동안 계속해서 펌프 시스템이 가동되어야 하고, 공정이 진행되는 동안 발생하는 미반응 가스 및 반응 부산물의 배출도 펌프 시스템에 의해 이루어진다.
따라서, 공정 조건의 정밀한 제어를 위한 연구가 활발히 진행되고 있으며 그 예로서, 터보 분자 펌프(Turbo-Molecular Pump)와 로터리 베인 펌프(Rotary Vane Pump)를 포함하는 식각 장치의 진공 시스템과 그 운용 방법에 관한 일 예가 대한민국 특허등록 제1996-0006957호에 개시되어 있고, 역류 현상을 방지하는 압력 스위치를 포함하는 저압화학증착장치의 배기 장치에 관한 일 예가 대한민국 특허등록 제1993-0008850호에 개시되어 있다.
상기 펌프 시스템은 공정 장치들에 따라 다양한 방식이 있으며, 진공 라인 등에는 다양한 밸브들이 장착되어 공정 조건을 제어한다. 예를 들어, 고진공을 달성할 수 있는 터보 분자 펌프를 사용하는 경우, 상기 터보 분자 펌프는 개폐 정도를 조절할 수 있는 드로틀 밸브(Throttle Valve)와 온-오프(On-Off) 동작에 의해 개폐를 수행하는 게이트 밸브(Gate Valve) 또는 고진공 밸브(Hi-Vacuum Valve) 등과 함께 진공 라인에 연결된다.
이때, 상기 터보 분자 펌프를 보조하기 위한 드라이 펌프(Dry Pump)가 공정 챔버로부터 순차적으로 연결된다. 상기 드라이 펌프는 상기 터보 분자 펌프의 펌핑을 보조하는 역할과 함께 공정이 종료될 때 공정 챔버로 공정 가스를 공급하는 라인에 잔류하는 공정 가스를 배출하는 역할도 함께 수행한다.
상기 터보 분자 펌프와 드라이 펌프를 연결하는 라인에는 상기 공정 챔버로 공정 가스를 공급하는 라인과 연결되는 배출 라인이 연결되어 상기 드라이 펌프에 의해 공정이 종료된 후 상기 공급 라인 내부에 잔류하는 상기 공정 가스들의 배출과 함께 상기 공정 챔버 내부에 잔류하는 공정 가스들이 배출된다.
그런데, 상기 배출 라인에는 공정 도중에 발생되는 반응 부산물들이 누적되고, 상기 반응 부산물들은 공정 결함의 원인이 되는 파티클의 발생 원인이 된다. 따라서, 주기적인 정비를 실시하여 상기 반응 부산물들을 제거해야 한다.
이때, 상기 배출 라인에 대한 정비 작업을 수행하는 경우, 상기 반응 부산물들이 상기 드라이 펌프의 내부로 유입되어 상기 드라이 펌프 작동 불량의 원인으로 작용하고, 상기 드라이 펌프의 수명을 단축시킨다. 또한, 상기 정비 작업을 수행하는 경우 상기 드라이 펌프의 가동을 중단시키고, 상기 정비 작업을 수행한 후에 다시 가동해야 하는 번거로움이 있었다.
상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명은 공정 챔버에 공정 가스를 공급하는 공급 라인에 연결되어 상기 공급 라인에 잔류하는 공정 가스들을 배출하는배출 라인을 정비하는 경우 상기 배출 라인에 누적된 반응 부산물들이 펌프로 유입되지 않는 펌프 시스템을 제공하는데 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 펌프 시스템을 갖는 저압화학기상증착 장치를 설명하기 위한 개략적인 구성도이다.
도 2는 도 1에 도시한 저압화학기상증착 장치의 펌프 시스템을 나타내는 개략적인 구성도이다.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *
100 : 반도체 기판 110 : 공정 챔버
120 : 공급 라인 130 : 척
140 : 터보 분자 펌프 150 : 드라이 펌프
160 : 드로틀 밸브 170 : 제1고진공 밸브
180 : 포라인 밸브 190 : 배출 라인
200 : 제1에어 밸브 210 : 제2에어 밸브
220 : 제2고진공 밸브
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 펌프 시스템은 반도체 기판을 가공하기 위한 공정 가스가 제공되는 공정 챔버와 연결되고, 상기 공정 챔버 내부를 진공 상태로 유지하고, 상기 공정 도중에 발생하는 미반응 가스 및 반응 부산물을 배출하기 위한 진공 펌프를 포함한다.
상기 펌프 시스템은 상기 공정 챔버와 진공 펌프 사이를 연결하는 연결 라인에서 상기 진공 펌프와 인접하도록 설치되고, 상기 연결 라인을 개폐하는 개폐 수단을 포함한다.
상기 개폐 수단은, 상기 연결 라인과 상기 공정 챔버로 상기 반도체 기판의 가공을 위한 공정 가스를 공급하는 공급 라인 사이에 연결되고, 상기 공정 가스의 공급이 중단된 후 상기 공급 라인 내부에 잔류되는 상기 공정 가스들을 배출하는 공정 가스 배출 라인을 정비하는 도중에 상기 배출 라인의 내부에 누적된 반응 부산물들이 상기 진공 펌프의 내부로 유입되지 않도록 한다.
상기 개폐 수단은 고진공에서 원활하게 작동되는 고진공 밸브이며, 상기 반도체 기판의 가공을 위한 공정이 수행되는 도중에는 항상 개방되어 있고, 상기 배출 라인을 정비하는 경우에만 폐쇄된다.
따라서, 상기 진공 펌프의 가동을 중단하지 않은 상태에서 상기 배출 라인의 정비가 가능하고, 상기 배출 라인의 내부에 누적된 반응 부산물들이 상기 진공 펌프로 유입되지 않는다. 이에 따라 상기 진공 펌프의 수명이 연장되고, 정비 작업이 단순해진다.
이하, 본 발명에 따른 바람직한 일 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 펌프 시스템을 갖는 저압화학기상증착 장치를 설명하기 위한 개략적인 구성도이다.
도 1을 참조하면, 반도체 기판(100) 상에 텅스텐 실리사이드(WSix) 층을 형성하는 저압화학기상증착 공정이 수행되는 공정 챔버(110)가 도시되어 있다. 공정 챔버(110)에는 상기 텅스텐 실리사이드층을 형성하기 위한 소스 가스로 실란(SiH4) 가스와 반응 가스로 텅스텐 플로라이드(WF6) 가스를 공급하는 공급 라인(120)이 연결된다.
그리고, 공정 챔버(110)의 내부에는 반도체 기판을 파지하는 척(130)이 방사상으로 여섯 개가 구비된다. 상기 척(130)은 수직에서 약 7°정도 기울어져 반도체 기판(100)을 파지하고, 내부에는 반도체 기판(100)을 가열하기 위한 히터(미도시)가 내장되어 있다.
상기 증착장치는 콜드 월 방식(Cold Wall Type)으로 공정 챔버(110)의 내벽에 텅스텐 실리사이드가 증착되는 것을 방지하고, 반도체 기판(100)을 한번에 여섯 매씩 처리하는 배치 타입(Batch Type)이다.
상기 증착장치는 크게 공정 챔버, 로드락 챔버, 카세트 챔버, 헨들러부, 가스 공급부 및 펌프부로 나눌 수 있다.
상기 펌프부는 공정 챔버(110)의 내부를 공정 조건에 적절한 진공 상태로 유지하고, 상기 공정이 진행되는 동안 실란 가스와 텅스텐 플로라이드 가스의 화학 반응에 의해 발생되는 반응 부산물과 미반응 가스를 배출하는 역할을 한다.
상기 펌프부는 공정 챔버(110)에 연결되는 터보 분자 펌프(140)와 드라이 펌프(150) 및 각종 밸브들로 구성된다. 공정 챔버(110)와 터보 분자 펌프(140)를 연결하는 라인에는 드로틀 밸브(160)와 제1고진공 밸브(170)가 설치되고, 터보 분자 펌프(140)와 드라이 펌프(150) 사이에는 포라인 밸브(180, Fore-Line Valve)가 설치된다.
상기 터보 분자 펌프(140)는 공정 챔버(110)의 내부를 고진공으로 유지하기 위한 고진공 펌프이고, 드라이 펌프(150)는 터보 분자 펌프(140)를 보조하는 저진공 펌프로서 로타리 베인 펌프(Rotary Vane Pump)가 사용된다.
반도체 기판(100)이 로드락 챔버(미도시)에서 공정 챔버(110)의 내부에 구비되는 척(130)에 로딩되면 드라이 펌프(150)에 의해 공정 챔버의 내부는 일차적으로 진공이 형성되고, 이후 터보 분자 펌프(140)에 의해 고진공이 형성된다. 이때, 드로틀 밸브(160)의 개폐정도가 조절되어 공정 챔버(110)의 내부 진공도가 조절된다.
척(130)의 내부에 구비되는 히터가 반도체 기판(100)을 반응 온도로 가열하고, 공정 챔버(110)의 내부로 공급되는 실란 가스와 텅스텐 플로라이드 가스의 화학 반응에 의해 반도체 기판(100) 상에 텅스텐 실리사이드층이 형성된다.
도 2는 도 1에 도시한 저압화학기상증착 장치의 펌프 시스템을 나타내는 개략적인 구성도이다.
도 2를 참조하면, 저압화학기상증착 공정이 수행되는 공정 챔버(110)에 터보 분자 펌프(140)와 드라이 펌프(150)가 순차적으로 연결되어 있다.
공정 챔버(110)와 터보 분자 펌프(140)를 연결하는 진공 라인에는 개폐 정도를 조절하는 드로틀 밸브(160)와 상기 라인을 개폐하는 제1고진공 밸브(170)가 순차적으로 설치된다. 공정 챔버(110)의 내부의 진공도는 반도체 기판(100) 상에 텅스텐 실리사이드층을 형성하기 위해 실란 가스와 텅스텐 플로라이드 가스 등이 공급되면 미세하게 변하게 되고, 상기 진공도를 일정하게 유지하기 위해 상기 진공 라인의 개폐 정도를 조절할 수 있는 드로틀 밸브(160)가 설치된다.
터보 분자 펌프(140)와 드라이 펌프(150)를 연결하는 연결 라인에는 포라인 밸브(180)가 설치되고, 포라인 밸브(180)와 드라이 펌프(150) 사이에는 공정 챔버(110)로 실란 가스와 텅스텐 플로라이드 가스를 공급하는 공급 라인(120)들과 연결되고, 공정의 중간 또는 공정이 종료한 후에 공급 라인(120)의 내부에 잔류되어 있는 실란 가스 및 텅스텐 플로라이드 가스를 배출하는 배출 라인(190)들이 연결된다.
공급 라인(120)에는 제1에어 밸브(200)가 각각 설치되어 있고, 배출 라인(190)에는 제2에어 밸브(210)가 각각 설치된다. 공정이 종료되어 상기 공급 라인(120)의 내부에 잔류하는 상기 실란 가스와 텅스텐 플로라이드 가스를 배출하는 경우 공급 라인(120)에 설치되는 제1에어 밸브(200)들은 폐쇄되고, 배출 라인(190)에 설치되는 제2에어 밸브(210)들은 개방된다.
또한, 포라인 밸브(180)가 폐쇄되어 드라이 펌프(150)의 펌핑에 의해 공급 라인(120)의 내부에 잔류하는 상기 실란 가스 및 텅스텐 플로라이드 가스가 배출된다.
그리고, 드라이 펌프(150)와 인접하는 상기 연결 라인에 제2고진공 밸브(220)가 설치되고, 제2고진공 밸브는 상기 증착장치가 가동중인 경우에는 항상 개방되어 있다.
즉, 공정이 진행 중인 경우에는 제1에어 밸브(200)들이 개방되고, 제2에어 밸브(210)들이 폐쇄되어 제1에어 밸브(200)들을 통해 실란 가스와 텅스텐 플로라이드 가스가 공정 챔버(110)로 공급된다.
한편, 제1고진공 밸브(170)와 제2고진공 밸브(220) 및 포라인 밸브(180)가 개방되고, 드로틀 밸브(160)의 개폐 조정에 의해 공정 챔버(110)의 내부 진공도가 제어된다.
그리고, 반도체 기판(100) 상에 텅스텐 실리사이드층이 형성되면 제1에어 밸브(200)들이 폐쇄되어 실란 가스 및 텅스텐 플로라이드 가스의 공급이 중단되고, 제2에어 밸브(210)들이 개방되고, 포라인 밸브(180)가 폐쇄된다.
따라서, 공정 챔버(110)와 공급 라인(120)에 잔류되는 실란 가스와 텅스텐 플로라이드 가스는 드라이 펌프(150)에 의해 배출된다.
이때, 상기 공급 라인(120)에 연결되는 상기 실란 가스와 텅스텐 플로라이드 가스의 배출 라인(190)에는 공정 챔버(110)의 내부에서 이루어지는 화학 반응의 부산물들이 누적된다. 따라서 주기적으로 배출 라인(190)의 내부를 청소하는 정비 작업이 수행된다.
상기 정비 작업이 수행되는 도중에는 상기 드라이 펌프(150)에 인접하는 제2고진공(220) 밸브가 폐쇄된다. 따라서 상기 부산물들이 드라이 펌프의 내부(150)로 유입되는 것을 방지할 수 있고, 정비 작업이 수행되는 도중에도 드라이 펌프(150)의 가동을 중단하지 않아도 된다.
상기 본 발명에 따른 바람직한 일 실시예에서는 반도체 기판 상에 텅스텐 실리사이드층을 형성하는 저압화학기상증착 장치에 적용되는 펌프 시스템을 설명하였지만, 본 발명이 상기 저압화학기상증착 장치에 연결되는 펌프 시스템에만 한정되지는 않는다.
상기와 같이 본 발명에 따르면, 공정 챔버의 내부에 진공압을 제공하고, 공정 챔버의 내부로 공급되는 공정 가스들을 배출하는 드라이 펌프에 인접하도록 고진공 밸브를 설치함으로서 상기 공정 가스들을 배출하는 배출 라인에 누적되는 반응 부산물들이 상기 배출 라인의 정비 도중에 상기 드라이 펌프의 내부로 유입되는 것을 방지할 수 있다.
또한, 상기 정비 작업이 진행되는 동안 상기 드라이 펌프의 가동을 중단하지 않아도 된다. 따라서, 상기 드라이 펌프의 수명을 연장시키고, 상기 정비 작업을 단순하게 하는 효과가 있다.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

Claims (7)

  1. 반도체 기판을 가공하기 위한 공정 가스가 제공되는 공정 챔버와 연결되고, 상기 공정 챔버 내부를 진공 상태로 유지하고, 상기 공정 도중에 발생하는 미반응 가스 및 반응 부산물을 배출하기 위한 진공 펌프;
    상기 공정 챔버와 진공 펌프 사이를 연결하는 연결 라인에서 상기 진공 펌프와 인접하도록 설치되고, 상기 연결 라인을 개폐하는 개폐 수단; 및
    상기 공정 가스를 상기 공정 챔버로 공급하는 공정 가스 공급 라인에서 분기되어 상기 연결 라인과 연결되고, 상기 공정 가스의 공급이 중단된 후 상기 공정 가스 공급 라인의 내부에 잔류하는 상기 공정 가스를 배출하는 공정 가스 배출 라인을 포함하고,
    상기 개폐 수단은 상기 공정 가스 배출 라인을 정비하는 도중에 상기 공정 가스 배출 라인의 내부에 누적된 상기 반응 부산물들이 상기 진공 펌프의 내부로 유입되지 않도록 하는 것을 특징으로 하는 펌프 시스템.
  2. 제1항에 있어서, 상기 개폐 수단은 상기 공정의 진행 도중에는 항상 개방되어 있고, 상기 공정 가스 배출 라인을 정비하는 경우에만 폐쇄되는 것을 특징으로 하는 펌프 시스템.
  3. 반도체 기판에 막을 형성하기 위한 공정 가스가 제공되고, 상기 막을 형성하는 공정이 수행되는 공정 챔버;
    상기 공정 챔버의 내부에 설치되고, 상기 반도체 기판을 파지하는 척;
    상기 공정 챔버에 연결되고, 상기 공정 챔버 내부를 진공 상태로 유지하고, 상기 공정 도중에 발생하는 미반응 가스 및 반응 부산물을 배출하기 위한 진공 펌프;
    상기 공정 챔버와 진공 펌프 사이를 연결하는 연결 라인에서 상기 진공 펌프와 인접하도록 설치되고, 상기 연결 라인을 개폐하는 개폐 수단; 및
    상기 공정 가스를 상기 공정 챔버로 공급하는 공정 가스 공급 라인에서 분기되어 상기 연결 라인과 연결되고, 상기 공정 가스의 공급이 중단된 후 상기 공정 가스 공급 라인의 내부에 잔류하는 상기 공정 가스를 배출하는 공정 가스 배출 라인을 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 장치의 제조를 위한 막 형성 장치.
  4. 제3항에 있어서, 상기 개폐 수단은 상기 막 형성 공정의 진행 도중에는 항상 개방되어 있고, 상기 공정 가스 배출 라인을 정비하는 경우에는 폐쇄되어 상기 공정 가스 배출 라인의 내부에 누적된 상기 반응 부산물이 상기 진공 펌프로 유입되지 않도록 하는 것을 특징으로 하는 반도체 장치의 제조를 위한 막 형성 장치.
  5. 제3항에 있어서, 상기 막은 텅스텐 실리사이드막인 것을 특징으로 하는 반도체 장치의 제조를 위한 막 형성 장치.
  6. 제3항에 있어서, 상기 공정 가스는 실란 가스를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 장치의 제조를 위한 막 형성 장치.
  7. 제3항에 있어서, 상기 공정 가스는 텅스텐 플로라이드 가스를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 장치의 제조를 위한 막 형성 장치.
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