KR20070024761A - 반도체 제조 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 반도체 제조 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 확산 공정 또는 화학 기상 증착 공정을 수행하는 반도체 제조 장치에 관한 것이다.
본 발명에 따른 반도체 제조 장치는 웨이퍼 상에 소정의 박막을 형성하는 처리실 및 상기 처리실 내부의 압력 조절 및 배기를 수행하는 배기부를 포함하되; 상기 배기부는 상기 처리실과 연결되고, 상기 처리실 내부를 소정의 저압 상태를 유지하기 위한 흡입 부재가 결합되는 배기관, 일단이 상기 배기관으로부터 분기하고, 다른 일단은 우회하여 다시 상기 배기관에 연결되어 상기 처리실 내부의 압력을 조절하는 벤트 라인을 포함한다.
상기와 같은 구성을 갖는 반도체 제조 장치는 펌핑에 의한 처리실의 배기를 수행함으로써 처리실 내부를 배기하는 벤트 라인 내벽에 공정 부산물 등의 오염물질이 증착되는 것을 방지한다.
반도체 제조 장치, 배기부, 벤트, 화학 기상 증착,

Description

반도체 제조 장치{SEMICONDUCTOR MANUFACTURING APPARATUS}
도 1 은 본 발명에 따른 반도체 제조 장치를 개략적으로 보여주는 구성도이다.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *
100 : 반도체 제조 장치 200 : 배기부
110 : 처리실 210 : 배기관
112 : 공정 튜브 212 : 밸브
120 : 매니 폴드 214 : 압력 측정 부재
130 : 웨이퍼 보우트 216 : 흡입 부재
140 : 가스 공급관 220 : 벤트 라인
150 : 캡 플랜지 222 : 밸브
160 : 엘리베이터 장치
170 : 히터
본 발명은 반도체 제조 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 확산 공정 또 는 화학 기상 증착 공정을 수행하는 반도체 제조 장치에 관한 것이다.
반도체 제조 공정에서 사용되는 화학 기상 증착(Chemical Vapor Deposition, 이하 'CVD'라 한다) 공정이란 기체 상태의 화합물을 분해한 후 화학적 반응에 의해 반도체 기판상에 일정 박막을 증착하는 공정이다. 최근에는 증착막의 균일도가 우수하고, 복수의 웨이퍼를 동시에 처리하며, 사용되는 공정 가스의 소비량을 줄일 수 있는 저압 CVD 장치가 주로 사용되고 있다.
일반적인 저압 CVD 장치는 공정 챔버, 웨이퍼 보우트, 복수의 가스 공급관, 배기관, 그리고 벤트 라인을 포함한다. 상기 공정 챔버는 적어도 하나의 공정 튜브가 설치되어 있으며, 공정이 개시되면 상기 튜브 내부로 복수의 웨이퍼를 탑재한 웨이퍼 보우트가 삽입된 후 외부와 밀폐된다. 이때, 상기 공정 챔버는 배기관에 결합된 펌프에 의해 소정의 감압 상태로 감압되고, 공정 가스가 상기 가스 공급관에 의해 상기 공정 챔버 내부로 공급되어 웨이퍼들 상에 분사된다.
웨이퍼들 상에 소정의 박막이 형성되면, 상기 웨이퍼 보우트를 상기 공정 챔버로부터 분리하기 위하여 상기 공정 챔버 내부의 압력을 상압으로 상승시킨다. 이를 위해 상기 가스 공급관을 통해 상기 공정 챔버 내부로 질소가스 또는 불활성 가스를 포함하는 퍼지 가스가 상기 가스 공급관에 의해 상기 공정 챔버 내부로 공급되면서, 상기 배기관에 연결된 상기 벤트 라인에 의해 상기 공정 챔버 내부의 상기 퍼지 가스가 배출된다.
상기 공정 챔버 내부의 압력이 상압으로 상승되면, 상기 웨이퍼 보우트는 상기 공정 튜브로부터 분리된다.
이러한 저압 화학 기상 장치에서는 공정 완료 후 질소 가스가 설정시간 동안 공급되고, 공정 챔버 내부의 압력이 상압보다 높아지면 벤트 라인이 개방되어, 이를 통해 상기 공정 챔버 내의 질소 가스 및 공정 가스를 외부로 배기한다.
그리나, 상기 벤트 라인의 내벽에는 점차 파우더와 같은 오염물질이 증착되어 점차 상기 벤트 라인의 배기 효율이 떨어진다. 이는 상기 벤트 라인이 상기 퍼지 가스를 배기함에 있어서 어떠한 흡입 수단에 의해 강제적으로 배출되는 것이 아니라, 상기 공정 챔버와 상기 벤트 라인의 압력차에 의해서 배출되기 때문에 상기 퍼지 가스에 포함되어 있는 파우더 등의 오염물질이 상기 벤트 라인 내벽에 증착되기 쉽기 때문이다. 또한, 상기 벤트 라인의 내벽에 상기 오염물질이 증착됨에 따라 상기 벤트 라인의 내경이 점차 작아지므로 상기 벤트 라인이 배기를 수행함에 있어서 배기 압력이 증가하게 된다. 그리하여, 상기 벤트 라인은 상기 공정 챔버의 배기를 수행함에 있어서 상기 벤트 라인에 부하되는 압력이 증가하게 되어 상기 벤트 라인에 리크(leak)가 발생될 수 있다.
상술한 문제점으로 해결하기 위한 본 발명의 목적은 벤트 라인 내벽에 오염물질이 증착되는 것을 방지하는 반도체 제조 장치를 제공함에 있다.
본 발명의 다른 목적은 벤트 라인에 리크(leak)가 발생되는 것을 방지하기 위한 반도체 제조 장치를 제공함에 있다.
상술한 목적을 해결하기 위한 본 발명에 따른 반도체 제조 장치는 웨이퍼 상 에 소정의 박막을 형성하는 처리실 및 상기 공정 챔버 내부의 압력 조절 및 배기를 수행하는 배기부를 포함하되, 상기 배기부는 상기 처리실과 연결되고, 공정 진행 중 상기 처리실 내부의 압력을 공정 압력으로 유지하기 위한 흡입 부재가 결합되는 배기관, 일단이 상기 배기관으로부터 분기하고, 다른 일단은 우회하여 다시 상기 배기관에 연결되어 공정 진행 후 상기 흡입 부재에 의해 상기 처리실 내부의 배기를 수행하는 벤트 라인을 포함한다.
본 발명에 따른 반도체 제조 장치는 상기 흡입 부재가 펌프이고, 상기 벤트 라인은 상기 펌프의 펌핑에 의해 일정한 유량으로 상기 처리실 내부의 배기를 수행함으로써 상기 처리실의 압력을 저압에서 기설정된 압력으로 상승시킨다.
본 발명에 따른 상기 반도체 제조 장치는 확산 공정 또는 화학 기상 증착 공정을 수행한다.
이하, 본 발명에 따른 반도체 제조 장치의 실시예를 첨부한 도면 도 1을 참조하면서 보다 상세히 설명한다. 본 발명의 실시예는 여러 가지 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래에서 상술하는 실시예로 인해 한정되어 지는 것으로 해석되어져서는 안 된다. 본 실시예는 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해서 제공되어지는 것이다. 따라서 도면에서의 요소의 형상은 보다 명확한 설명을 강조하기 위해서 과장되어진 것이다. 다음의 실시예는 저압 화학 기상 증착 장치를 예로 들어 설명한다. 그러나 본 발명의 기술적 사상은 저압의 공정 챔버 내에서 공정을 수행하고 웨이퍼를 상기 공정 챔버로부터 언로딩시 상기 공정 챔버 내부를 상압으로 유지하여야 하는 모든 반도체 제조 장치 에 적용가능하다.
(실시예)
도 1 은 본 발명에 따른 반도체 제조 장치를 개략적으로 보여주는 구성도이다. 도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 반도체 제조 장치(100)는 처리실(110)과 배기부(200)를 갖는다. 처리실(110)은 웨이퍼에 소정의 박막을 증착시키는 공정을 수행하며, 배기부(200)는 처리실(110)에 사용되는 공정 가스 및 불활성 가스의 배기 및 처리실(110) 내부의 압력 조절 기능을 수행한다.
처리실(110)은 공정 튜브(112), 매니 폴드(120), 웨이퍼 보우트(130), 가스 공급관(140), 캡 플랜지(150), 엘리베이터 장치(160), 그리고 히터(170)를 포함한다.
공정 튜브(112)는 외측 및 내측 튜브(112a, 112b)를 포함한다. 공정 튜브(112)는 외부와 밀폐되어 웨이퍼가 처리될 수 있도록 공간을 제공한다. 공정 튜브(112)는 일반적으로 석영(quartz) 재질로서, 외측 튜브(112a)는 상부가 돔(dome) 형상이고 하부가 개방된 원통형이다. 또한, 내측 튜브(112b)는 외측 튜브(112a) 내부에서 상부 및 하부가 개방된 원통형으로 제작된다.
매니 폴드(120)는 공정 튜브(112)의 하부에 결합되어 공정 튜브(112)를 지지한다. 매니 폴드(120)의 상측에는 매니 폴드(120)의 외주면으로부터 연장되어 외측 튜브(112b)를 지지하기 위한 외측 받침대(미도시됨)가 형성되며, 매니 폴드(120)의내주면에는 매니 폴드(120)의 내주면으로부터 연장되어 내측 튜브(112a)를 지지하 는 내측 받침대(미도시됨)이 형성된다. 또한, 매니 폴드(120)에는 후술할 가스 공급관(140) 및 배기관(210)이 연결된다.
웨이퍼 보우트(130)는 복수의 웨이퍼들을 수평으로 안착시킨다. 이를 위해, 웨이퍼 보우트(130)는 수평으로 놓여진 상부판(미도시됨) 및 하부판(미도시됨)을 가지며, 상기 상부판 및 상기 하부판 사이에는 복수의 지지대(미도시됨)들이 설치된다. 상기 지지대에는 웨이퍼들이 삽입될 수 있는 슬롯들이 형성되어, 상기 슬롯에 복수의 웨이퍼들이 수평으로 배치된다.
가스 공급관(140)은 매니 폴드(120) 일측에 연결되어 공정 튜브(112) 내부로 소정의 가스를 공급한다. 본 실시예는 가스 공급관(140)이 제 1 및 제 2 가스 공급관(142, 144)을 포함하는 경우를 설명한다. 제 1 가스 공급관(142)은 공정 튜브(112) 내로 소정의 공정 가스를 공급하는 라인이며, 제 2 가스 공급관(144)은 공정 튜브(112) 내로 질소 가스 또는 불활성 가스 등을 포함하는 퍼지 가스를 공급하는 라인이다. 가스 공급관(140)은 적어도 하나로 제공되며, 공정에 따라 사용되는 가스들에 대응되도록 그 수가 증가될 수 있다.
캡 플랜지(150)는 엘리베이터 장치(160)가 웨이퍼 보우트(130)를 공정 튜브(112) 내부로 이동시키거나 공정 튜브(112)로부터 외부로 이동시킬 때 웨이퍼 보우트(130)를 지지하고, 웨이퍼 보우트(130)가 공정 튜브(112) 내부로 인입되었을 때 매니 폴드(120)와 밀착하여 공정 튜브(112) 내부를 외부와 밀폐시키는 기능을 수행한다. 이를 위해 캡 플랜지(150)의 상부면에는 웨이퍼 보우트(130)를 장착되기 위한 안착부(미도시됨)가 형성되고, 캡 플랜지(150)의 하부에는 엘리베이터 장치 (160)의 연결 부재(162)와 연결된다.
엘리베이터 장치(160)는 연결 부재(162), 리드 스크류(164), 그리고 모터(166)를 포함한다. 연결 부재(162)는 일측이 캡 플랜지(150)의 하부에 결합되고, 다른 일측이 리드 스크류(164)에 결합된다. 연결 부재(162)가 리드 스크류(164)에 결합되는 일측에는 홀(미도시됨)이 형성되며, 상기 홀의 내주면에는 리드 스크류(164)의 표면에 형성되는 나사산에 상응하는 나사산이 형성된다. 그리하여, 상기 홀에 리드 스크류(164)가 삽입되고, 리드 스크류(164)가 모터(166)에 의해 회전되면 연결 부재(162)는 리드 스크류(164)에 형성된 나사산을 따라 회전됨으로써 상하로 이동하게 된다.
히터(170)는 외측 튜브(112b) 외부면을 따라 배치되어, 상기 공정 튜브(112)를 공정 온도로 유지될 수 있도록 가열한다.
배기 시스템(200)은 배기관(210) 및 벤트 라인(220)을 포함한다. 배기관(210)은 처리실(110) 내부에 잔류하는 공정 부산물의 배출하며, 벤트 라인(220)은 처리실(110) 내부에 공급된 질소 가스 또는 불활성 가스 등의 퍼지 가스를 외부로 배출하는 기능을 수행한다.
배기관(210)은 밸브(212), 압력 측정 장치(214), 그리고 흡입 부재(216)를 포함한다. 밸브(212)는 일반적으로 전기적인 신호에 의해 제어되는 자동 밸브(auto valve)이거나 작업자의 조작에 의해 제어되는 수동 밸브(manual valve)이며, 배기관(210)에 결합되어 배기관(210)을 개폐하는 기능을 한다.
압력 측정 장치(214)는 배기관(210)을 통해 배출되는 공정 부산물 등을 포함 하는 가스의 압력을 측정한다. 예컨대, 압력 측정 장치(214)는 압력 센서를 포함하며, 배기관(210)으로 배출되는 상기 공정 부산물의 배출 압력을 측정한 뒤, 측정한 데이터를 판단부(미도시됨)로 전송하는 기능을 한다. 상기 판단부는 상기 데이터를 판독하여 제어부로 전송하며, 상기 제어부는 밸브(212, 222)의 개폐 및 흡입 부재(216)의 작동 등을 제어한다.
흡입 부재(216)는 예컨대, 고분자 진공 펌프(216)로서 배기관(210) 일측에 결합되고 배기관(210)에 압력을 제공함으로써, 처리실(110) 내부의 잔류하는 공정 부산물들을 외부로 배출시킨다. 그리하여, 처리실(110) 내부의 압력을 공정상 요구되는 소정의 저압 상태로 감압시키는 기능을 수행한다.
여기서, 다른 실시예로서, 배기관(210)은 우회하는 보조 배기관(미도시됨)을 포함할 수 있다. 즉, 배기관(210)에 결합되는 밸브(212)가 오동작하는 등의 문제점 발생시, 상기 배기관(210)을 클로우즈하고, 상기 보조 배기관으로 처리실(110)의 배기를 대체하는 것이다. 이를 위해 상기 보조 배기관에는 밸브(미도시됨)가 결합되어 있으며, 배기관(210)에 문제 발생시 밸브(212)가 클로우즈되고, 상기 밸브가 오픈되어 처리실(110)의 배기를 상기 보조 배기관이 대체할 수 있도록 한다.
벤트 라인(220)은 처리실(110) 내부에 제공되는 질소 가스 또는 불활성 가스 등을 포함하는 퍼지 가스를 배기하는 기능을 한다. 벤트 라인(220)은 일단이 상기 배기관(210)으로부터 분기하고, 다른 일단은 우회하여 다시 상기 배기관(210)에 연결된다. 이때, 상기 다른 일단은 배기관(210)에 결합된 흡입 부재(216)의 전단에서 연결되는 것이 바람직하다. 그리하여, 벤트 라인(220)은 상기 흡입 부재(216)의 펌 핑에 의해 처리실(110) 내부의 배기를 수행한다. 즉, 벤트 라인(220)은 흡입 부재(216)의 흡입 작용에 의해 상기 퍼지 가스를 일정한 유량으로써 배출함으로써, 벤트 라인(220)에 공정 부산물에 의해 오염되는 것을 방지한다. 또한, 벤트 라인(220)에 결합되는 밸브(220)는 상기 퍼지 가스가 고온일 수 있으므로, 고온의 가스들에 견딜 수 있는 고온용 밸브를 사용하는 것이 바람직하다. 이는 상기 퍼지 가스가 고온인 경우 상기 퍼지 가스에 의해 밸브가 손상되어 오동작 및 리크(leak)가 발생될 수 있기 때문이다. 또한, 벤트 라인(220)에는 벤트 라인(220)을 따라 이동되는 상기 퍼지 가스의 유량 조절 및 측정을 위해 오리피스가 결합될 수 있다.
또한, 벤트 라인(220)은 상술한 보조 배기관과 같은 방식으로써, 보조 벤트 라인(미도시됨)에 제공될 수 있다. 즉, 벤트 라인(220)에 결합된 밸브(222)가 오동작하는 등의 문제점 발생시, 벤트 라인(220)을 우회하는 상기 보조 벤트 라인으로 처리실(110)의 퍼지 가스 배기를 대체하는 것이다. 이를 위해 상기 보조 벤트 라인에는 밸브(미도시됨)가 결합되어 있으며, 벤트 라인(220)에 문제 발생시 밸브(222)가 클로우즈되고, 상기 밸브가 오픈되어 처리실(110)의 배기를 상기 보조 벤트 라인이 대체할 수 있도록 한다.
이하, 상기와 같은 구성을 갖는 반도체 제조 장치(100)의 작동 순서를 상세히 설명한다.
웨이퍼 상에 소정의 박막을 증착하는 공정의 개시 전에는 웨이퍼 보우트(130)는 엘리베이터 장치(160)에 의해 공정 튜브(112)로부터 분리되어 대기실(미도시됨)에서 위치한다. 이때, 공정의 수행을 위한 복수의 웨이퍼들이 웨이퍼 보우트 (130)에 수평으로 탑재되며, 웨이퍼 보우트(130)는 캡 플랜지(150)의 상부면에 장착된다.
웨이퍼 보우트(130)에 웨이퍼들의 탑재가 완료되면, 엘리베이터 장치(160)는 캡 플랜지(150)를 공정 튜브(112) 내부로 웨이퍼 보우트(130)를 이동시킨다. 이때, 엘리베이터 장치(160)는 캡 플랜지(150)에 의해 공정 튜브(112) 하부가 완전히 밀폐되도록 한다. 즉, 캡 플랜지(150)의 상부면에 매니 폴드(120)의 하부면에 완전히 밀착하도록 이동시킨다.
웨이퍼 보우트(130)가 공정 튜브(112) 내부로 이동되고 공정 튜브(112) 내부가 밀폐되면 제 1 가스 공급관(142)은 공정 가스를 공정 튜브(112) 내부로 공급시킨다. 상기 공정 가스는 내측 튜브(112a)의 하부측에 제공되는 노즐(미도시됨)에 의해 분사된 후 내측 튜브(112a) 상부로 이동되면서 각각의 웨이퍼들 상에 증착되며, 내측 튜브(112a)의 개방된 상부로 이동되고 다시 외측 튜브(112b)와 내측 튜브(112a) 사이의 공간을 따라 하강한 뒤 배기관(210)을 통해 외부로 배출된다. 이때, 히터(170)는 공정 튜브(112) 내부를 공정상 요구되는 온도로 유지시키기 위해 공정 튜브(112)를 가열한다. 히터(170)는 공정 튜브(112) 내부에 안치되는 웨이퍼 보우트(130)에 탑재된 웨이퍼들 각각에 균일한 내부 온도를 유지시키도록 가열하는 것이다.
이때, 상기 공정 가스의 배출은 배기관(210)에 결합된 흡입 부재(216)에 의해 흡입되어 외부로 배출된다. 예컨대, 흡입 부재(216)는 진공 펌프(미도시됨)로서 소정의 압력을 배기관(210)에 제공함으로써 강제적으로 상기 공정 가스를 외부로 배출한다. 여기서, 배기관(210)에는 배기하는 가스들 중 유해성분을 중화시키는 스크러버(scrubber)(미도시됨)와 반응 부산물들을 응집하는 트랩(trap)(미도시됨)이 설치될 수 있다.
웨이퍼들 상에 소정의 박막 형성이 완료되면, 공정 튜브(112) 내부의 압력을 기설정된 압력으로 상승시켜주기 위해 제 1 가스 공급관(142)의 상기 공정 가스 공급이 중단되고, 제 2 가스 공급관(144)으로 퍼지 가스가 공급된다. 또한, 배기관(210)에 밸브(212)는 클로우즈되고 벤트 라인(220)에 결합된 밸브(222)는 오픈된다. 일반적으로 상기 퍼지 가스는 질소 가스이며, 기타 불활성 가스를 포함한다. 이것은 감압 상태가 조성된 공정 튜브(112) 내부로부터 웨이퍼 보우트(130)를 안전하게 불리하기 위한 것이다. 만약, 상기 퍼지 가스가 공급되지 않고, 감압 상태에서 웨이퍼 보우트(130)가 장착된 캡 플랜지(150)를 하강시키면 압력차에 의한 충격으로 웨이퍼 보우트(130)에 탑재된 웨이퍼들이 손상되거나, 공정 튜브(112)가 파손되는 등의 문제가 발생될 수 있다. 이처럼 공정 수행을 하기 전이나 후에는 공정 튜브(112) 내부의 압력을 기설정된 상압 상태가 되도록 한다.
상기 퍼지 가스는 매니 폴드(120) 내주면에 결합되는 노즐(미도시됨)에 의해 공정 튜브(112) 내부로 공급되며, 이때 상기 공정 튜브(112)의 압력을 상승시켜주고 남은 퍼지 가스는 배기관(210)을 따라 이동된 후 벤트 라인(220)으로 우회한 뒤 다시 배기관(210)을 통해 외부로 배출된다. 여기서, 벤트 라인(220)은 펌핑에 의해 강제적으로 상기 퍼지 가스를 배출함으로써 벤트 라인(220) 내부에 상기 퍼지 가스에 포함되어 있는 파우더 등의 오염물질에 의해 증착되는 것을 방지한다.
즉, 상기 벤트 라인(220)은 흡입 부재(216)에 의해 일정한 압력 및 유량으로 강제적인 배출이 이루어지므로 상기 벤트 라인(220) 내벽에 상기 퍼지 가스에 포함되어 있는 공정 부산물들에 의해 상기 벤트 라인(220) 내벽이 오염되는 것을 방지한다. 그리하여, 종래에 펌핑에 의하지 않고 자연적인 배기를 통해 상기 퍼지 가스를 배기할 때 발생되는 벤트 라인(220) 내벽의 오염을 방지한다.
또한, 벤트 라인(220) 내벽의 오염을 방지할 수 있으므로 벤트 라인(220)이 공정 부산물에 의해 증착되어 내경이 좁아져서 벤트 라인(220)의 배기시 부하되는 압력이 점차 증가되어 리크가 발생되는 현상을 방지할 수 있다.
상술한 본 발명에 따른 반도체 제조 장치는 펌핑에 의한 처리실의 배기를 수행함으로써 처리실 내부를 배기하는 벤트 라인 내벽에 공정 부산물오염물질이 증착되는 것을 방지한다.
또한, 본 발명에 따른 반도체 제조 장치는 벤트 라인의 내벽이 오염되어 벤트 라인으로 배기시에 배기 압력이 증가함으로써 발생하는 벤트 라인의 리크 현상을 방지할 수 있다.

Claims (3)

  1. 웨이퍼 상에 소정의 박막을 형성하는 처리실 및 상기 처리실 내부의 압력 조절 및 배기를 수행하는 배기부를 포함하되;
    상기 배기부는,
    상기 처리실과 연결되고, 공정 진행 중 상기 처리실 내부의 압력을 공정 압력으로 유지하기 위한 흡입 부재가 결합되는 배기관과;
    일단이 상기 배기관으로부터 분기하고, 다른 일단은 우회하여 다시 상기 배기관에 연결되어 공정 진행 후 상기 흡입 부재에 의해 상기 처리실 내부의 배기를 수행하는 벤트 라인을 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 제조 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 흡입 부재는 펌프이고,
    상기 벤트 라인은 상기 펌프의 펌핑에 의해 상기 처리실 내부의 배기를 수행하는 것을 특징으로 하는 반도체 제조 장치.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 처리실은 화학 기상 증착 공정을 수행하는 것을 특징으로 하는 반도체 제조 장치.
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