KR20060055747A - 반도체 기판 가공 장치의 진공 시스템 - Google Patents

반도체 기판 가공 장치의 진공 시스템 Download PDF

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Abstract

반도체 제조 장치에 사용되는 반도체 기판 가공 장치의 진공 시스템은 반도체 기판의 가공 공정을 수행하기 위한 공정 챔버를 구비한다. 상기 공정 챔버 내부에 고진공을 제공하기 위한 고진공 펌프는 주 배기 라인을 통해 상기 공정 챔버와 연결된다. 상기 공정 챔버 내부에 저진공을 제공하기 위한 저진공 펌프는 포어 라인을 통해 상기 고진공 펌프와 연결된다. 제1 보조 배기 라인은 상기 주 배기 라인으로부터 분기되어 상기 포어 라인과 연결되며, 상기 공정 챔버를 저진공 상태로 형성하기 위한 일차적으로 펌핑 통로가 된다. 제2 보조 배기 라인은 상기 주 배기 라인으로부터 분기되어 상기 포어 라인과 연결되며, 상기 공정 챔버를 저진공 상태로 형성하기 위한 이차적 펌핑 통로가 된다. 따라서 상기 공정 챔버 내부의 가스가 서서히 펌핑된다.

Description

반도체 기판 가공 장치의 진공 시스템{Vaccum system of apparatus for manufacturing a semiconductor substrate}
도 1은 종래 기술에 따른 반도체 기판 가공 장치의 진공 시스템을 설명하기 위한 구성도이다.
도 2는 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 반도체 기판 가공 장치의 진공 시스템을 설명하기 위한 구성도이다.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *
110 : 공정 챔버 112 : 제1 진공 게이지
120 : 가스 공급부 122 : 공급 라인
130 : 고진공 펌프 140 : 주 배기 라인
142 : 체크 밸브 144 : 스로틀 밸브
146 : 고진공 밸브 150 : 저진공 펌프
160 : 포어 라인 162 : 포어 라인 밸브
170 : 제1 보조 배기 라인 172 : 제1 저진공 밸브
174 : 제2 진공 게이지 180 : 제2 보조 배기 라인
182 : 제2 저진공 밸브 184 : 제3 진공 게이지
본 발명은 반도체 장치를 제조하기 위한 반도체 기판 가공 장치의 진공 시스템에 관한 것으로, 보다 상세하게는 반도체 기판에 소정의 가공 공정을 수행하기 위해 공정 챔버에 진공을 제공하기 위한 반도체 기판 가공 장치의 진공 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 진공 시스템이 사용되고 있다. 상기 진공 시스템은 상기 공정 가스들에 의해 공정이 진행되는 도중에 발생되는 미반응 가스들과 반응 부산물을 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 진공 시스템이 가동되어야 하고, 공정이 진행되는 동안 발생하는 미반응 가스 및 반응 부산물의 배출도 진공 시스템에 의해 이루어진다.
따라서, 공정 조건의 정밀한 제어를 위한 연구가 활발히 진행되고 있으며 그 예로서, 터보 펌프(turbo 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 있다.
상기 진공 시스템은 공정 장치들에 따라 다양한 방식이 있으며, 진공 라인 등에는 다양한 밸브들이 장착되어 공정 조건을 제어한다. 예를 들어, 고진공을 달성할 수 있는 터보 펌프를 사용하는 경우, 상기 터보 펌프는 개폐 정도를 조절할 수 있는 스로틀 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.
상기 터보 펌프를 보조하기 위한 드라이 펌프(dry pump)가 공정 챔버로부터 순차적으로 연결된다. 상기 드라이 펌프는 상기 터보 펌프의 펌핑을 보조하는 역할을 수행한다.
상기 터보 펌프와 드라이 펌프를 연결하는 라인에는 상기 공정 챔버로 공정 가스를 공급하는 라인과 연결되는 배기 라인이 연결되어 상기 드라이 펌프에 의해 공정이 종료된 후 상기 공정 챔버 내부에 잔류하는 공정 가스들이 배출된다.
도 1은 종래 기술에 따른 반도체 기판 가공 장치의 진공 시스템을 설명하기 위한 구성도이다.
도 1을 참조하면, 상기 진공 시스템은 반도체 기판의 가공 공정을 수행하기 위한 공정 챔버(10)를 구비한다. 상기 공정 챔버(10)의 일측에는 상기 공정 챔버(10)로 공정 가스를 공급하기 위한 가스 공급부(20)가 연결된다. 고진공 펌프(30)는 상기 공정 챔버 내부의 미반응 가스 및 공정 부산물을 배출하며, 상기 공정 챔버(10) 내부에 고진공을 제공한다. 주 배기 라인(40)은 상기 공정 챔버(10)와 상기 고진공 펌프(30)를 연결한다. 저진공 펌프(50)도 상기 공정 챔버 내부의 미반응 가스 및 공정 부산물을 배출하며, 상기 공정 챔버(10) 내부에 저진공을 제공한다. 포어 라인(60)은 상기 고진공 펌프(30)와 저진공 펌프(50)를 연결한다. 보조 배기 라인(70)은 상기 주 배기 라인(40)으로부터 분기되어 상기 포어 라인(60)과 연결된다.
상기 보조 배기 라인(70)을 통하여 상기 저진공 펌프(50)로 상기 공정 챔버 (10)의 압력이 200 mTorr 정도가 될 때까지 펌핑한다. 그런데 상기 저진공 펌프(50)로 펌핑하는 경우, 상기 보조 배기 라인(70)의 지름이 약 30mm 정도로 비교적 크므로 상기 공정 챔버(10) 내의 가스가 한꺼번에 많이 펌핑된다. 따라서 상기 공정 챔버(10) 내의 온도가 급속히 떨어지게 되고, 상기 공정 챔버(10) 내부의 수증기가 응결되어 물방울이 발생한다. 상기 물방울은 오염 원인으로 작용할 수 있다.
또한 상기 공정 챔버(10) 내의 가스가 한꺼번에 많이 펌핑되므로 와류가 형성되어 미세 파티클이 상기 공정 챔버(10) 내부에 구비된 척에 떨어진게 된다. 따라서 상기 파티클이 오염 원인이 될 수 있다. 그러므로 상기 공정 챔버(10)의 예방 정비를 재수행하여야 하는 문제점이 발생할 수 있다.
상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은 반도체 기판의 가공 공정이 수행되는 공정 챔버의 펌핑시 상기 펌핑이 서서히 이루어지는 반도체 기판 가공 장치의 진공 시스템을 제공하는데 있다.
상기 본 발명의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 바람직한 일 실시예에 의하면, 웨이퍼 연마 장치는 반도체 기판의 가공 공정을 수행하기 위한 공정 챔버를 구비한다. 고진공 펌프는 상기 공정 챔버 내부의 미반응 가스 및 공정 부산물을 배출하며, 상기 공정 챔버 내부에 고진공을 제공한다. 주 배기 라인은 상기 공정 챔버와 상기 고진공 펌프를 연결한다. 저진공 펌프는 상기 공정 챔버 내부의 미반응 가스 및 공정 부산물을 배출하며, 상기 공정 챔버 내부에 저진공을 제공한다. 포어 라인은 상기 고진공 펌프와 저진공 펌프를 연결한다. 제1 보조 배기 라인은 상기 주 배기 라인으로부터 분기되어 상기 포어 라인과 연결되며, 상기 공정 챔버를 저진공 상태로 형성하기 위한 일차적으로 펌핑 통로가 되고, 제2 보조 배기 라인은 상기 주 배기 라인으로부터 분기되어 상기 포어 라인과 연결되며, 상기 공정 챔버를 저진공 상태로 형성하기 위한 이차적 펌핑 통로가 된다.
이와 같이 구성된 본 발명에 따른 반도체 기판 가공 장치의 진공 시스템은 상기 공정 챔버의 저진공 형성시 일차와 이차로 나누어 단계적으로 저진공 상태를 형성하므로 상기 공정 챔버 내부의 급속한 온도 저하 및 와류 발생이 방지된다. 따라서 상기 공정 챔버 내부의 수증기 응결 및 파티클 발생이 억제된다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 반도체 기판 가공 장치의 진공 시스템에 대해 상세히 설명한다.
도 2는 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 반도체 기판 가공 장치의 진공 시스템을 설명하기 위한 구성도이다.
도 2를 참조하면, 상기 반도체 기판 가공 장치의 진공 시스템(100)은 크게 공정 챔버(110), 고진공 펌프(130), 주 배기 라인(140), 저진공 펌프(150), 포어 라인(160), 제1 보조 배기 라인(170) 및 제2 보조 배기 라인(180)을 포함한다.
상기 공정 챔버(110)는 소정의 반도체 기판 가공 공정이 수행된다. 상기 반도체 기판 가공 공정은 다양한 공정이 포함될 수 있고, 구체적으로는 반도체 기판 상에 소정의 막을 형성하기 위한 증착 공정 또는 반도체 기판 상에 형성된 소정의 막을 식각하기 위한 식각 공정이 포함될 수 있다.
상기 공정 챔버(110)에는 상기 공정 챔버(110)의 진공도를 감지할 수 있는 제1 진공 게이지(112)가 구비된다. 제1 진공게이지(112)는 상기 공정 챔버(110)의 압력이 10-3torr 이하까지 내려가는 경우에는 열전대나 피라니게이지가 사용되고, 10-3 내지 10-9torr 인 경우에는 가열필라멘트 이온게이지가 사용된다. 측정된 압력은 수동 또는 자동으로 제어시키는 각종 밸브의 개폐를 결정하는 정보를 제공해준다.
도시되지는 않았지만, 상기 공정 챔버(110)의 내부에는 상기 반도체 기판이 놓여지기 위한 척이 구비된다.
가스 공급부(120)는 상기 공정 챔버(110)의 일측에는 구비된다. 상기 가스 공급부(120)는 공급 라인(122)을 통해 상기 공정 챔버(110)와 연결된다. 상기 가스 공급부(120)는 상기 공정 챔버(110)로 증착을 위한 증착 가스 또는 식각을 위한 식각 가스를 공급한다.
상기 고진공 펌프(130) 및 저진공 펌프(150)는 공정 챔버(110)의 내부를 공정 조건에 적절한 진공 상태로 만들어 유지하고, 상기 반도체 기판의 가공 공정이 진행되는 동안 상기 공정 가스의 화학 반응에 의해 발생되는 공정 부산물과 미반응 가스를 배출하는 역할을 한다.
상기 고진공 펌프(130)는 상기 공정 챔버(110)를 고진공 상태로 형성한다. 구체적으로 상기 고진공 펌프(130)는 상기 공정 챔버(110)의 압력이 200 mTorr 정도인 상태에서 작동된다. 상기 고진공 펌프(130)로는 터보 분자 펌프가 사용되는 것이 바람직하며, 크라이오 펌프, 이온 펌프, 게터 펌프 등이 사용될 수 있다.
상기 주 배기 라인(140)은 상기 공정 챔버(110)와 고진공 펌프(130)를 연결한다.
상기 주 배기 라인(140)에는 상기 공정 챔버(110)와 인접한 부위로부터 체크 밸브(142), 스로틀 밸브(144), 고진공 밸브(146)가 순차적으로 구비된다.
상기 체크 밸브(142)는 가스의 역류를 방지한다. 상기 스로틀 밸브(144)에 의한 상기 주 배기 라인(140)의 개폐 조절에 이상이 있는 경우 상기 체크 밸브(142)는 상기 주 배기 라인(140) 내부의 배기 가스 및 반응 부산물이 역류하는 방지한다. 또한 상기 고진공 펌프(130) 또는 저진공 펌프(150)의 이상으로 인하여 상기 제1, 제2 보조 배기 라인(170, 180)의 내부 압력이 변화되는 경우 상기 체크 밸브(142)는 상기 제1, 제2 보조 배기 라인(170, 180) 내부의 배기 가스 및 반응 부산물이 역류하는 방지한다.
상기 체크 밸브(142)는 배관계통 구성에 있어서 계통의 운전 상태에 따라 자력으로 계폐하는(self actuating) 유일한 밸브이다. 따라서 다른 밸브와는 달리 한번 설치하면서 유지, 보수 등의 문제를 간과하기 쉬운 밸브이므로 최초 선정에 주의를 요한다.
상기 체크 밸브(142) 선정에 있어서 무엇보다도 중요한 것은 밸브에 있어서 압력 강하량의 크기문제, 상기 체크 밸브(142) 사이의 유체흐름 속도의 문제, 밸브의 설치 위치와 누설한계 등의 문제 및 계통 특성상 체크 밸브(142)의 닫힘 시간의 문제를 고려한 후에 체크밸브의 형식을 결정하여야 한다. 상기 체크 밸브(142)의 종류로는 스윙 체크 밸브, 리프트 체크 밸브, 틸팅디스크 체크 밸브, 웨이퍼 디스크 체크 밸브, 인-라인 체크 밸브, 스톱 체크 밸브 등이 있다.
상기 스로틀 밸브(144)는 상기 주 배기 라인(140)의 개폐정도가 조절하여 상기 공정 챔버(110)의 내부 진공도가 조절된다.
상기 고진공 밸브(146)는 상기 스로틀 밸브(144)와 고진공 펌프(140) 사이의 주 배기 라인(140)을 개폐한다. 상기 고진공 밸브(146)로는 게이트 밸브가 사용되는 것이 바람직하다.
상기 저진공 펌프(150)는 상기 공정 챔버(110)를 저진공 상태로 형성하며, 상기 고진공 펌프(130)를 보조한다. 구체적으로 상기 저진공 펌프(150)는 상기 공정 챔버(110)의 압력을 200 mTorr 정도의 저진공 상태로 형성한다. 상기 저진공 펌프(150)로는 드라이 펌프가 사용되는 것이 바람직하며, 로터리 베인 펌프, 피스톤 펌프 등이 사용될 수 있다.
상기 포어 라인(160)은 상기 고진공 펌프(130)와 저진공 펌프(150)를 연결한다.
상기 포어 라인(160)에는 포어 라인 밸브(162)가 구비된다. 상기 포어 라인 밸브(162)는 상기 포어 라인(160)을 개폐한다.
상기 제1 보조 배기 라인(170)은 상기 체크 밸브(142)와 상기 스로틀 밸브(144) 사이의 주 배기 라인(140)에서 분기되어 상기 포어 라인 밸브(160)와 저진공 펌프(150) 사이의 포어 라인(160)과 연결된다. 상기 제1 보조 배기 라인(170)의 직경은 6.25 mm, 즉 1/4 inch 이다. 상기 저진공 펌프(150)는 상기 제1 보조 배기 라인(170)을 통하여 대기압 상태의 공정 챔버(110)가 약 500 mTorr 의 압력이 되도록 일차 펌핑한다.
상기 제1 보조 배기 라인(170)에는 제1 저진공 밸브(172) 및 제2 진공 게이지(174)가 구비된다.
상기 제1 저진공 밸브(172)는 상기 제1 보조 배기 라인(170)을 개폐한다.
상기 제2 진공 게이지(174)는 상기 제1 보조 배기 라인(170)의 압력을 측정한다.
상기 제2 보조 배기 라인(180)은 상기 제1 보조 배기 라인(170)과 마찬가지로 상기 체크 밸브(142)와 상기 스로틀 밸브(144) 사이의 주 배기 라인(140)에서 분기되어 상기 포어 라인 밸브(160)와 저진공 펌프(150) 사이의 포어 라인(160)과 연결된다. 상기 제2 보조 배기 라인(180)의 직경은 30 mm이다. 상기 저진공 펌프(150)는 상기 제2 보조 배기 라인(180)을 통하여 약 500 mTorr 의 압력 상태의 공정 챔버(110)가 약 200 mTorr 의 압력이 되도록 이차 펌핑한다.
상기 제2 보조 배기 라인(180)에는 제2 저진공 밸브(182) 및 제3 진공 게이지(184)가 구비된다.
상기 제2 저진공 밸브(182)는 상기 제2 보조 배기 라인(180)을 개폐한다.
상기 제3 진공 게이지(184)는 상기 제2 보조 배기 라인(180)의 압력을 측정한다.
이하에서는 상기 반도체 기판 가공 장치의 진공 시스템(100)의 작동에 대해 살펴보자.
우선 상기 가스 공급부(120)에서 상기 가스 라인(122)을 통해 소정의 공정 가스가 상기 공정 챔버(110)로 공급된다. 상기 공정 챔버(110)에서 상기 공정 가스를 이용하여 상기 반도체 기판의 가공 공정이 수행된다.
상기 고진공 밸브(146), 포어라인 밸브(162) 및 제2 저진공 밸브(182)를 차단한 상태에서 상기 저진공 펌프(150)를 작동한다. 상기 저진공 펌프(150)는 상기 제1 보조 배기 라인(170)을 통해 대기압 상태의 공정 챔버(110)를 약 500 mTorr의 압력이 되도록 펌핑한다.
상기 공정 챔버(110)의 제1 진공 게이지(112) 또는 제2 진공 게이지(174)의 압력이 약 500 mTorr 정도가 되면, 상기 제1 저진공 밸브(172)를 차단하고, 상기 제2 저진공 밸브(182)를 개방한다. 작동 상태에 있는 저진공 펌프(150)는 상기 제2 보조 배기 라인(180)을 통해 약 500 mTorr의 압력 상태인 공정 챔버(110)를 약 200 mTorr의 압력이 되도록 펌핑한다.
이후, 상기 공정 챔버(110)의 제1 진공 게이지(112) 또는 제3 진공 게이지(184)의 압력이 약 200 mTorr 정도가 되면, 상기 제2 저진공 밸브(182)가 차단되고, 상기 고진공 밸브(146) 및 포어 라인 밸브(162)가 개방된다. 상기와 같은 상태에서 상기 고진공 펌프(130)가 작동한다.
상기 고진공 펌프(130)는 약 200 mTorr의 압력 상태인 공정 챔버(110)를 더 낮은 압력 상태, 즉 고진공 상태가 되도록 펌핑한다. 상기 고진공 펌프(130)에 의해 펌핑된 가스는 상기 포어 라인(160)을 따라 상기 저진공 펌프(150)에 의해 다시 펌핑되어 외부로 배출된다.
상기 반도체 기판 가공 장치의 진공 시스템(100)은 상기 공정 챔버(110)를 저진공 상태로 형성할 때 상기 제1 보조 배기 라인(170) 및 제2 보조 배기 라인(180)을 통해 단계적으로 저진공을 형성한다. 따라서 상기 공정 챔버(110) 내부의 가스가 급격하게 펌핑되어 상기 공정 챔버 내부의 온도가 급속하게 저하되거나 와류가 발생하는 현상이 방지된다. 그러므로 상기 공정 챔버 내부의 수증기 응결 및 파티클 발생이 억제된다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 반도체 기판 가공 장치의 진공 시스템은 공정 챔버의 저진공 형성시 단계적으로 서서히 형성하여 상기 공정 챔버의 급속한 온도 저하 및 와류 발생이 방지된다. 상기 공정 챔버 내부의 급격한 온도 저하로 인한 수증기 응결이나 와류로 인한 파티클 발생이 억제된다. 따라서 상기 공정 챔버의 예방 정비를 재수행을 하지 않아도 되므로 반도체 기판 가공 공정의 생산성을 향상시킬 수 있다.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

Claims (5)

  1. 반도체 기판의 가공 공정을 수행하기 위한 공정 챔버;
    상기 공정 챔버 내부의 미반응 가스 및 공정 부산물을 배출하며, 상기 공정 챔버 내부에 고진공을 제공하기 위한 고진공 펌프;
    상기 공정 챔버와 상기 고진공 펌프를 연결하기 위한 주배기 라인;
    상기 공정 챔버 내부의 미반응 가스 및 공정 부산물을 배출하며, 상기 공정 챔버 내부에 저진공을 제공하기 위한 저진공 펌프;
    상기 고진공 펌프와 저진공 펌프를 연결하는 포어 라인;
    상기 주 배기 라인으로부터 분기되어 상기 포어 라인과 연결되며, 상기 공정 챔버를 저진공 상태로 형성하기 위한 일차적으로 펌핑 통로가 되는 제1 보조 배기 라인; 및
    상기 주 배기 라인으로부터 분기되어 상기 포어 라인과 연결되며, 상기 공정 챔버를 저진공 상태로 형성하기 위한 이차적 펌핑 통로가 되는 제2 보조 배기 라인을 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 기판 가공 장치의 진공 시스템.
  2. 제1항에 있어서, 상기 제1 보조 배기 라인의 직경은 상기 제2 보조 배기 라인의 직경보다 작은 것을 특징으로 하는 반도체 기판 가공 장치의 진공 시스템.
  3. 제1항에 있어서, 상기 제1 보조 배기 라인의 직경은 6.35 mm인 것을 특징으 로 하는 반도체 기판 가공 장치의 진공 시스템.
  4. 제1항에 있어서, 상기 저진공 펌프는 상기 제1 보조 배기 라인을 통하여 상기 공정 챔버를 500 mTorr 까지 펌핑하는 것을 특징으로 하는 반도체 기판 가공 장치의 진공 시스템.
  5. 제1항에 있어서, 상기 저진공 펌프는 상기 제2 보조 배기 라인을 통하여 상기 공정 챔버를 200 mTorr 까지 펌핑하는 것을 특징으로 하는 반도체 기판 가공 장치의 진공 시스템.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR20180077933A (ko) * 2016-12-29 2018-07-09 인베니아 주식회사 기판 처리장치 및 기판 처리방법

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