KR20060123851A - 반도체 디바이스 제조를 위한 식각장비의 드라이 펌프 - Google Patents

반도체 디바이스 제조를 위한 식각장비의 드라이 펌프 Download PDF

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Abstract

본 발명은 반도체 디바이스 제조를 위한 식각 장비의 드라이 펌프에 관한 것이다. 본 발명에 따른 상기 식각 장비의 드라이 펌프에는, 드라이 펌프의 파워를 감지하는 센서와 연동되어 있는 프로세스 쿨링 워터 체크 밸브 및 드라이 펌프 내부의 온도를 감지하는 온도 센서와 연결되어 있는 히팅 패드가 구비된다. 따라서, 식각 장비 유지등을 위한 드라이 펌프 파워 오프시 드라이 펌프 자체의 발열을 방지하는 프로세스 쿨링 워터를 공급하는 워터 플로우 라인을 자동 차단하여 드라이 펌프 내부가 냉각되는 것을 방지하는 한편, 드라이 펌프 내부의 온도를 감지하는 온도 센서에 연결되어 있는 상기 히팅 패드를 통하여 드라이 펌프 내부의 온도가 일정 기준 이하로 떨어질 경우 드라이 펌프에 열을 가함으로써, 드라이 펌프 내부에 폴리머가 고착되는 것을 방지한다.
반도체, 식각, 폴리머, 드라이 펌프

Description

반도체 디바이스 제조를 위한 식각장비의 드라이 펌프{dry pump of etching apparatus for semiconductor device manufacturing}
도 1은 드라이 펌프를 구비한 통상적인 반도체 식각장비의 개략적 블록 구성도이다.
도 2는 종래 기술에 따른 반도체 식각장비의 드라이 펌프에 있어서의 오일 시스템 구조를 나타낸다.
도 3은 종래 기술에 따른 반도체 식각장비의 드라이 펌프에 있어서의 프로세스 쿨링 워터를 공급하는 워터 플로우 라인 구조를 나타낸다.
도 4는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 반도체 식각장비의 드라이 펌프에 있어서의 개선된 오일 시스템 구조를 나타낸다.
< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 >
100: 오일 시스템 102: 전기 모터
104: 자동 온도 조절부 106: 오일 필러 플러그
108: 오일 레벨 관찰창 110: 냉각제 헤더 탱크
112: 컴바인드 필러 플러그/레벨 인디케이터
114: 에어 블리드 플러그 116: 인렛 메너폴드
118: 프로세스 쿨링 워터 체크 밸브
120,122: 히팅 패드
본 발명은 반도체 디바이스 제조장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 웨이퍼 상부에 증착된 물질막을 패터닝하는 식각장비의 드라이 펌프에 관한 것이다.
최근 정보 통신 분야의 급속한 발달과 컴퓨터와 같은 정보 매체의 급속한 대중화에 따라 반도체 디바이스도 비약적으로 발전하고 있다. 이로 인해 그 기능적인 면에 있어서도 고속으로 동작하는 동시에 대용량의 저장 능력을 가질 것이 요구되어 반도체 디바이스의 집적도는 점차 증가되고 있는 실정이다. 이러한 반도체 디바이스의 고집적화 및 대용량화 추세로 인해 메모리셀을 구성하는 각각의 단위소자 사이즈가 축소됨에 따라 제한된 면적내에 다층구조를 형성하는 고집적화기술 또한 눈부신 발전을 거듭하고 있다.
일반적으로 반도체 디바이스는 웨이퍼 표면 상부에 여러 가지 기능을 수행하는 박막을 증착하고 이를 패터닝하여 다양한 회로 기하구조를 형성함으로써 제조하게 되는데, 이러한 반도체 디바이스를 제조하기 위한 공정은 크게 반도체 기판 상에 물질막을 형성하는 박막 증착(deposition)공정, 상기 증착공정으로 형성된 물질막 상에 감광막을 도포한 뒤, 마스크를 이용하여 감광막을 노광한 후 노광되어 패 터닝된 상기 감광막을 식각마스크로서 이용하여 반도체 기판 상부의 물질막을 패터닝하는 포토리소그래피(photolithography)등과 같은 식각 공정, 웨이퍼 표면에 층간절연막등을 증착한 후에 일괄적으로 웨이퍼 표면을 폴리싱하여 단차를 없애는 연마 공정을 비롯하여 불순물 제거를 위한 웨이퍼 세정 공정 및 이온주입 공정등과 같은 여러 단위 공정들로 이루어져 있다. 따라서, 반도체 디바이스를 제조하기 위해서는 상기와 같은 여러 단위 공정들을 여러 번 반복 실시하게 되며, 이러한 해당 단위 공정을 수행하기 위해서는 각각의 공정 특성에 적합한 각각의 공정 장비가 사용된다.
상기한 단위 공정 중, 반도체 기판 상부의 물질막을 패터닝하는 식각 공정을 실시함에 있어서는, 극미세화되고 고집적화된 반도체 장치를 구현하는데 있어 습식 식각에 비해 유리한 건식 식각 공정이 보다 많이 실시되고 있다. 그리고, 이러한 건식 식각 기술로서 가장 일반화된 것이 플라즈마를 이용한 건식 식각 공정이다. 플라즈마 식각 공정은 플라즈마 상태의 반응가스를 사용하여 물질막을 패터닝하는 것으로서, 이러한 플라즈마 식각 공정은 통상적으로 파티클 갯수가 극도로 제한되는 고진공상태의 공정 챔버 내부에서 진행된다.
플라즈마를 이용한 건식 식각 공정은 매우 중요하고도 어려운 기술로서, 이러한 플라즈마 식각 공정에서 우선적으로 고려되어야 할 사항은 식각 프로파일(profile), 하부 물질막과의 선택성(selectivity), 식각비(etching rate) 및 균일도(uniformity)등이다. 플라즈마를 이용한 건식 식각 방법으로 실리콘 함유 막질을 식각할 때에는 그 막질의 성질에 따라 불소(F)와 염소(Cl)를 함유하는 할로겐 (halogen) 화합물이 식각 각스로 공급되고, 그 외에 막질의 식각 프로파일 및 하부 막질과의 선택성의 개선 용도 또는 캐리어 용도로 다른 가스를 식각 가스에 혼합하여 공급한다.
상기 혼합되는 가스는 각각 정해진 역할을 수행하며, 헬륨(He)과 아르곤(Ar)과 같은 불활성 가스는 비교적 무거운 질량을 가짐에 따라 식각 가스를 운반하는 역할을 수행하면서 충돌에 의하여 막질을 식각하는 역할을 수행한다. 그리고, 산소와 질소는 플라즈마 방전에 의하여 라디칼 상태인 O, N 또는 이온상태인 O2 +, N2 + 등으로 존재하며 식각되는 부분에 발생되는 폴리머를 증가 혹은 감소시켜 프로파일을 제어하는 역할을 한다.
한편, 플라즈마를 이용한 건식 식각 공정을 실시할 경우, 공정이 진행되는 공정 챔부 내부에는 공정 진행에 따른 폴리머등의 반응 부산물이나 반응하지 못한 미반응 가스등 각종 가스가 존재하게 된다. 이처럼 챔버 내부에 존재하는 각종 가스들은 공정이 진행되는 과정 및 후속의 다음 공정에 대하여 공정 불량의 요인으로 작용함에 따라 원활한 공정 진행을 위하여 펌핑 수단을 동원하여 챔버 내부의 대기를 배기시키는 과정이 필수적으로 수행된다.
도 1에 도시된 것과 같이, 반도체 식각장비(1)에는 식각 공정이 진행되는 챔버 내부의 공정 가스를 배출시키기 위한 드라이 펌프(2)가 구비되며, 이러한 드라이 펌프(2)에는 오일 시스템(10) 및 워터 플로우 라인(30)이 구비된다.
상기 드라이 펌프(2)는 일반적으로 프로세스 챔버 및 버퍼 기능의 트랜스퍼 챔버의 압력을 진공상태로 유지하는 기능을 수행하기 위하여 항시 펌핑기능을 유지한다. 그러나, 식각 장비 유지(maintenance)등을 위하여 일시적으로 드라이 펌프의 펌핑기능을 중단하는 경우가 있다. 이때, 드라이 펌프 자체의 발열을 방지하는 프로세스 쿨링 워터와 자연 냉각의 효과로 드라이 펌프내에 잔존하는 폴리머가 드라이 펌프 내부에 고착되는 현상이 발생하게 되어 드라이 펌프의 성능저하/기능중지 및 재가동까지의 시간적 로스가 따르게 되는 불합리가 발생하게 된다.
따라서, 반도체 식각장비(1)에 사용되는 드라이 펌프(2)에는 드라이 펌프(2)로부터 자체적으로 발생되는 열을 냉각시키기 위한 오일 시스템(10) 및 프로세스 쿨링 워터를 공급하는 워터 플로우 라인(30)이 구비되는데, 하기의 도 2 및 도 3에는 이러한 오일 시스템(10) 및 워터 플로우 라인(30)이 각각 도시되어 있다.
먼저, 도 2에 도시된 오일 시스템(10)을 살펴보면, 전기 모터(electrical motor:12), 자동온도 조절부(thermostatic control valve:14), 오일 필러 플러그(oil filler plug:16), 오일 레벨 관찰창(oil level sight glass:18), 냉각제 헤더 탱크(coolant header tank:20), 컴바인드 필러 플러그/레벨 인디케이터(combined filler plug level indicator:22), 에어 블리드 플러그(air bleed plug:24), 인렛 메너폴드(inlet manifold:26)가 구비되어 있다.
한편, 도 3을 참조하여 워터 플로우 라인(30)의 구조를 살펴보면, 배출 체크 밸브(exhaust check valve:32), 17-핀 일렉트리컬 커넥터(17-pin electrical connector:34), 워터 써플라이 앤 리턴 커넥터(water supply and return connectors:36), 배출 사일렌서(exhaust silencer:38), N2 퍼지 가스 커넥터(N2 purge gas connector:40), 메인 N2 퍼지 레귤레이터(main N2 purge regulator:42), 19-핀 일렉트리컬 커넥터(19-pin electrical connector:44), H2 퍼지 가스 게이지(H2 purge gas gauge:46), 가스 퍼지 플로우메터(gas purge flowmeter:48), 가스 밸러스트 부스트 밸브(gas ballast boost valve:50)이 구비된다.
여기서, 상기 도 3에 도시되어 있는 워터 플로우 라인(30)의 경우 드라이 펌프의 비가동시에도 계속 드라이 펌프를 냉각시키기 위한 워터를 플로우시키게 되는데, 이러한 계속적인 워터 플로우는 드라이 펌프 내부를 냉각시켜 폴리머가 고착되도록 하는 원인이 되고 있다. 또한, 드라이 펌프의 비가동시 자연 냉각이 불가피하게 이루어지게 되는데, 이러한 자연 냉각으로 인해 드라이 펌프 내부에 폴리머가 쉽게 고착되어 드라이 펌프를 재가동하고자 하는 경우 재가동 불가 또는 성능저하로 이어져 원활한 공정 진행에 악영향을 미치게 된다.
따라서, 본 분야에서는 드라이 펌프의 비가동시에도 드라이 펌프 내부에 폴리머가 발생될 여건이 조성되지 않도록 하여 폴리머 고착을 최소화함으로써 각종 제반 유지 활동후 재가동시에도 원활한 재가동이 가능케 함으로써 드라이 펌프의 성능 유지 및 시간적인 로스를 감소할 수 있는 개선된 드라이 펌프가 절실히 요구되고 있다.
상기와 같은 종래의 문제점들을 해결하기 위한 본 발명의 목적은, 식각 장비 유지를 위한 일시 가동 중단시에 드라이 펌프 내부에 폴리머가 발생될 여건이 조성되지 않도록 하는 반도체 디바이스 제조를 위한 식각장비의 드라이 펌프를 제공함에 있다.
본 발명의 다른 목적은, 식각 장비 유지를 위한 일시 가동 중단시 드라이 펌프내 폴리머가 고착되는 문제점을 해소할 수 있는 반도체 디바이스 제조를 위한 식각장비의 드라이 펌프를 제공함에 있다.
본 발명의 다른 목적은, 드라이 펌프내 고착된 폴리머로 인해 드라이 펌프의 성능이 저하되고 기능이 중지되는 문제점을 해소할 수 있는 반도체 디바이스 제조를 식각장비의 드라이 펌프를 제공함에 있다.
본 발명의 다른 목적은, 드라이 펌프내 고착된 폴리머로 인해 재가동까지의 시간적 로스를 방지할 수 있는 반도체 디바이스 제조를 위한 식각장비의 드라이 펌프를 제공함에 있다.
본 발명의 다른 목적은, 드라이 펌프내 고착된 폴리머로 인한 반도체 디바이스의 신뢰성 및 생산성 저하를 최소화할 수 있도록 하는 반도체 디바이스 제조를 위한 식각장비의 드라이 펌프를 제공함에 있다.
상기한 목적들을 달성하기 위한 본 발명에 따른 반도체 디바이스 제조를 식각장비의 드라이 펌프는, 상기 드라이 펌프의 파워 상태를 감지하는 센서와 연동되어 있으며, 식각 장비 유지를 위하여 일시적으로 드라이 펌프의 펌핑기능을 중단시킬 경우, 드라이 펌프의 파워 오프 상태를 인식하여 드라이 펌프 자체의 발열을 방 지하는 프로세스 쿨링 워터를 공급하는 워터 플로우 라인을 자동 차단하여 드라이 펌프 내부가 냉각되는 것을 방지하는 프로세스 쿨링 워터 체크 밸브; 및 상기 드라이 펌프 내부의 온도를 감지하는 온도 센서에 연결되어 있으며, 상기 드라이 펌프 내부의 온도가 일정 기준 이하로 떨어질 경우 드라이 펌프에 열을 가하여 드라이 펌프의 냉각을 방지하는 히팅 패드를 포함함을 특징으로 한다.
바람직하게는, 상기 프로세스 쿨링 워터 체크 밸브 및 히팅 패드는 드라이 펌프로부터 자체적으로 발생되는 열을 냉각시키기 위한 오일 시스템에 설치된다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 보다 상세히 설명하기로 한다. 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 본 발명의 카테고리를 벗어나지 않는 범위 내에서 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예는 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다.
도 4는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 반도체 식각장비의 드라이 펌프에 있어서의 개선된 오일 시스템 구조를 나타낸다.
도 4를 참조하면, 상기 드라이 펌프의 오일 시스템(100)은 전기 모터(electrical motor:102), 자동온도 조절부(thermostatic control valve:104), 오일 필러 플러그(oil filler plug:106), 오일 레벨 관찰창(oil level sight glass:108), 냉각제 헤더 탱크(coolant header tank:110), 컴바인드 필러 플러그/ 레벨 인디케이터(combined filler plug level indicator:112), 에어 블리드 플러그(air bleed plug:114), 인렛 메너폴드(inlet manifold:116)가 구비되어 있는데, 이는 종래 기술에 따른 오일 시스템 구성과 동일하다.
한편, 본 발명에서는 종래 문제점을 해소하기 위한 본 발명의 핵심 구성으로서, 상기와 같은 구성 이외에 드라이 펌프의 파워를 감지하는 센서와 연동되어 있는 프로세스 쿨링 워터 체크 밸브(118) 및 드라이 펌프 내부의 온도를 감지하는 온도 센서(도시되지 않음)와 연결되어 있는 히팅 패드(120,122)가 더 구비되어 있는 것이 특징이다. 이때, 상기 히팅 패드는 상기 오일 시스템(100)의 전반부 및 후반부에 각각 하나씩 설치되는 것이 바람직하다.
종래에는 식각 장비 유지등을 위하여 일시적으로 드라이 펌프의 펌핑기능을 중단시킬 경우, 드라이 펌프 자체의 발열을 방지하는 프로세스 쿨링 워터와 자연 냉각의 효과로 드라이 펌프내에 잔존하는 폴리머가 드라이 펌프 내부에 고착되어 드라이 펌프의 성능이 저하되고 재가동까지의 시간적 로스가 발생하는등의 문제점이 있었다.
따라서, 본 발명에서는 상기한 종래의 문제점을 해소하고자, 도 3에 도시된 것과 같이, 드라이 펌프의 오일 시스템(100)에 드라이 펌프의 파워를 감지하는 센서와 연동되어 드라이 펌프의 파워 상태에 따라 드라이 펌프 자체의 발열을 방지하는 프로세스 쿨링 워터를 공급하는 워터 플로우 라인을 자동 차단하여 드라이 펌프 내부가 냉각되는 것을 방지하는 프로세스 쿨링 워터 체크 밸브(118)와, 드라이 펌프 내부의 온도를 감지하는 온도 센서에 드라이 펌프를 가열할 수 있도록 하는 히 팅 패드(120,122)를 연결하였다.
그 결과, 식각 장비 유지등을 위하여 일시적으로 드라이 펌프의 펌핑기능을 중단시킬 경우, 이러한 드라이 펌프의 파워 오프 상태가 상기 프로세스 쿨링 워터 체크 밸브(118)를 통해 인식되어 드라이 펌프 자체의 발열을 방지하는 프로세스 쿨링 워터를 공급하는 워터 플로우 라인을 자동 차단하여 드라이 펌프 내부가 냉각되는 것을 방지한다. 또한, 드라이 펌프 내부의 온도를 감지하는 온도 센서에 연결되어 있는 상기 히팅 패드(120,122)를 통해, 드라이 펌프 내부의 온도가 일정 기준 이하로 떨어질 경우 드라이 펌프를 가열하여 냉각되는 것을 방지한다.
이처럼, 본 발명에서는 드라이 펌프의 오일 시스템(100)에 드라이 펌프의 파워를 감지하는 센서와 연동되어 드라이 펌프의 파워 상태를 인식하는 프로세스 쿨링 워터 체크 밸브(118)와 드라이 펌프 내부의 온도를 감지하는 온도 센서에 연결된 히팅 패드(120,122)를 설치함으로써, 식각 장비 유지등을 위하여 일시적으로 드라이 펌프의 펌핑기능을 중단하는 경우에도 드라이 펌프가 냉각되는 것이 방지되고, 그로 인해 드라이 펌프내에 잔존하는 폴리머가 드라이 펌프 내부에 고착되어 드라이 펌프의 성능이 저하되고 재가동까지의 시간적 로스가 발생하는 등의 종래의 문제점이 해소할 수 있게 된다.
상기한 바와 같이 본 발명에 의하면, 식각 장비 유지등을 위한 드라이 펌프 비가동시 드라이 펌프 자체의 발열을 방지하는 프로세스 쿨링 워터를 공급하는 워 터 플로우 라인을 차단하여 드라이 펌프 내부가 냉각되는 것을 방지하는 한편, 드라이 펌프 내부의 온도를 감지하는 온도 센서에 연결되어 있는 상기 히팅 패드를 통하여 드라이 펌프 내부의 온도가 일정 기준 이하로 떨어질 경우 드라이 펌프에 열을 가함으로써, 드라이 펌프 내부에 폴리머가 고착되는 것을 최소화한다.
이처럼, 드라이 펌프 내부에 폴리머가 고착되는 것을 최소화함으로써, 드라이 펌프의 성능 저하, 기능 중지 및 재가동까지의 시간적 로스를 방지할 수 있게 되며, 원활한 식각 공정을 진행할 수 있게 됨으로 인해 반도체 디바이스의 신뢰성 및 생산성을 보다 향상시킬 수 있는 효과를 기대할 수 있다.

Claims (7)

  1. 반도체 디바이스 제조를 위한 식각장비의 드라이 펌프에 있어서:
    식각 장비 유지를 위하여 일시적으로 드라이 펌프의 펌핑기능을 중단시킬 경우, 드라이 펌프의 파워 오프 상태를 인식하여 드라이 펌프 자체의 발열을 방지하는 프로세스 쿨링 워터를 공급하는 워터 플로우 라인을 자동 차단하여 드라이 펌프 내부가 냉각되는 것을 방지하는 프로세스 쿨링 워터 체크 밸브; 및
    상기 드라이 펌프 내부의 온도가 일정 기준 이하로 떨어질 경우, 드라이 펌프에 열을 가하여 드라이 펌프의 냉각을 방지하는 히팅 패드를 포함함을 특징으로 하는 반도체 디바이스 제조를 위한 식각장비의 드라이 펌프.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 프로세스 쿨링 워터 체크 밸브 및 히팅 패드는 드라이 펌프로부터 자체적으로 발생되는 열을 냉각시키기 위한 오일 시스템에 설치됨을 특징으로 하는 반도체 디바이스 제조를 위한 식각장비의 드라이 펌프.
  3. 제 1항에 있어서, 상기 히팅 패드는 적어도 하나 이상 설치됨을 특징으로 하는 반도체 디바이스 제조를 위한 식각장비의 드라이 펌프.
  4. 반도체 디바이스 제조를 위한 식각장비의 드라이 펌프에 있어서:
    상기 드라이 펌프의 파워 상태를 감지하는 센서와 연동되어 있으며, 식각 장비 유지를 위하여 일시적으로 드라이 펌프의 펌핑기능을 중단시킬 경우, 드라이 펌프의 파워 오프 상태를 인식하여 드라이 펌프 자체의 발열을 방지하는 프로세스 쿨링 워터를 공급하는 워터 플로우 라인을 자동 차단하여 드라이 펌프 내부가 냉각되는 것을 방지하는 프로세스 쿨링 워터 체크 밸브; 및
    상기 드라이 펌프 내부의 온도를 감지하는 온도 센서에 연결되어 있으며, 상기 드라이 펌프 내부의 온도가 일정 기준 이하로 떨어질 경우 드라이 펌프에 열을 가하여 드라이 펌프의 냉각을 방지하는 히팅 패드를 포함함을 특징으로 하는 반도체 디바이스 제조를 위한 식각장비의 드라이 펌프.
  5. 제 4항에 있어서, 상기 프로세스 쿨링 워터 체크 밸브 및 히팅 패드는 드라이 펌프로부터 자체적으로 발생되는 열을 냉각시키기 위한 오일 시스템에 설치됨을 특징으로 하는 반도체 디바이스 제조를 위한 식각장비의 드라이 펌프.
  6. 제 4항에 있어서, 상기 히팅 패드는 적어도 하나 이상 설치됨을 특징으로 하는 반도체 디바이스 제조를 위한 식각장비의 드라이 펌프.
  7. 전기 모터(electrical motor), 자동온도 조절부(thermostatic control valve), 오일 필러 플러그(oil filler plug), 오일 레벨 관찰창(oil level sight glass), 냉각제 헤더 탱크(coolant header tank), 컴바인드 필러 플러그/레벨 인디케이터(combined filler plug level indicator), 에어 블리드 플러그(air bleed plug), 인렛 메너폴드(inlet manifold)가 구비된 오일 시스템을 포함하는 반도체 디바이스 제조를 위한 식각장비의 드라이 펌프에 있어서:
    상기 오일 시스템에, 상기 드라이 펌프의 파워 오프 상태를 인식하여 드라이 펌프 자체의 발열을 방지하는 프로세스 쿨링 워터를 공급하는 워터 플로우 라인을 자동 차단하여 드라이 펌프 내부가 냉각되는 것을 방지할 수 있도록 하는 프로세스 쿨링 워터 체크 밸브 및 상기 드라이 펌프 내부의 온도가 일정 기준 이하로 떨어질 경우 드라이 펌프에 열을 가하여 드라이 펌프의 냉각을 방지하는 히팅 패드를 더 구비함을 특징으로 하는 반도체 디바이스 제조를 위한 식각장비의 드라이 펌프.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR20170003274U (ko) 2016-11-28 2017-09-20 김태화 반도체 웨이퍼 제조용 드라이 펌프의 역류 방지 장치

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