KR20090001030A - 반도체 제조설비 - Google Patents

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KR20090001030A
KR20090001030A KR1020070065086A KR20070065086A KR20090001030A KR 20090001030 A KR20090001030 A KR 20090001030A KR 1020070065086 A KR1020070065086 A KR 1020070065086A KR 20070065086 A KR20070065086 A KR 20070065086A KR 20090001030 A KR20090001030 A KR 20090001030A
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cleaning
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plasma generator
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권경수
채희선
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삼성전자주식회사
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Abstract

본 발명은 생산성을 증대 또는 극대화할 수 있는 반도체 제조설비를 개시한다. 그의 설비는, 반도체 제조공정이 수행되는 복수개의 챔버; 상기 복수개의 챔버에 상기 반도체 제조공정의 소스가스를 공급하는 소스가스 공급부; 상기 복수개의 챔버를 세정하는 세정가스를 공급하는 세정가스 공급부; 상기 세정가스 공급부에서 공급되는 상기 세정가스를 플라즈마 상태로 여기시키는 리모트 플라즈마 제너레이터; 상기 세정가스 공급부에서 상기 리모트 플라즈마 제너레이터에 직렬로 연결되고, 상기 리모트 플라즈마 제너레이터의 후단에서 분기되어 상기 복수개의 챔버에 병렬로 연결되는 세정가스 라인; 상기 세정가스 라인 통해 상기 복수개의 챔버에 공급되는 상기 세정가스의 유동을 단속하는 복수개의 세정가스 밸브; 및 상기 반도체 제조공정이 완료된 복수개의 챔버에 순차적 또는 일괄적으로 세정가스를 공급하여 상기 복수개의 챔버를 세정하도록 상기 복수개의 세정가스 밸브와, 상기 리모트 플라즈마 제너레이터에 제어신호를 출력하는 제어부를 포함하여 이루어진다.
Figure P1020070065086
챔버(chamber), 리모트(remote), 플라즈마(plasma), 제너레이터(generator)

Description

반도체 제조설비{Equipment for manufacturing semiconductor device}
도 1은 종래 기술에 따른 반도체 제조설비를 개략적으로 나타낸 다이아 그램.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 반도체 제조설비를 개략적으로 나타낸 다이아 그램.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *
110 : 반응 챔버 120 : 소스가스 공급부
130 : 소스가스 공급라인 140 : 소스가스 밸브
150 : 세정가스 공급부 160 ; 세정가스 공급라인
170 : 세정가스 밸브
본 발명은 반도체 제조설비에 관한 것으로, 보다 상세하게는 화학기상증착방법으로 웨이퍼 상에 실리콘 산화막과 같은 유전막을 형성하는 반도체 제조설비에 관한 것이다.
최근, 반도체 제조 업계에서는 반도체 칩의 동작 속도를 증대시키고 단위 면적당 정보 저장 능력을 증가시키기 위하여 반도체 집적 회로 공정에 적용되는 최소 선폭이 꾸준히 줄어드는 추세에 있다. 또한, 반도체 웨이퍼 상에 집적화 되는 트랜지스터와 같은 반도체 소자의 크기가 서브 하프 마이크론 이하로 축소되고 있다.
이와 같은 반도체 소자는 증착 공정, 포토공정, 식각공정, 확산공정을 통하여 제조될 수 있으며, 이러한 공정들이 수차례에서 수십차례 반복되어야 적어도 하나의 반도체 장치가 탄생될 수 있다. 특히, 상기 증착 공정은 반도체 소자 제조의 재현성 및 신뢰성에 있어서 개선이 요구되는 필수적인 공정으로 졸겔(sol-gel)방법, 스퍼터링(sputtering)방법, 전기도금(electro-plating)방법, 증기(evaporation)방법, 화학기상증착(chemical vapor deposition)방법, 분자 빔 에피탁시(molecule beam eptaxy)방법, 원자층 증착방법 등에 의하여 웨이퍼 상에 상기 가공막을 형성하는 공정이다.
그중 상기 화학기상증착방법은 다른 증착방법보다 웨이퍼 상에 형성되는 증착 특성과, 가공막의 균일성이 우수하기 때문에 가장 보편적으로 사용되고 있다. 예컨대, 화학기상증착방법에는 LPCVD(Low Pressure Chemical Vapor Deposition), APCVD(Atmospheric Pressure Chemical Vapor Deposition), LTCVD(Low Temperature Chemical Vapor Deposition), PECVD(Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition) 등이 있다. 화학기상증착방법을 이용한 증착물은 실리콘 산화막, 실리콘 질화막, 폴리 실리콘, 텅스텐 실리사이드 등등 다양한 종류가 있다. 또한, 화학기상증착방 법은 밀폐된 공간에서 다량의 반응 부산물이 유발되기 때문에 세정가스를 이용한 주기적인 건식 세정공정이 필수적으로 요구되고 있다.
이하, 도면을 참조하여 종래 기술에 따른 반도체 제조설비를 설명하면 다음과 같다.
도 1은 종래 기술에 따른 반도체 제조설비를 개략적으로 나타낸 구성 단면도이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 종래 기술의 반도체 제조설비는 증착공정과 같은 반도체 제조공정이 진행되는 복수개의 반응 챔버(10)와, 상기 복수개의 반응 챔버(10) 내에 증착공정의 소스가스를 공급하는 복수개의 소스가스 공급부(20)와, 상기 소스가스 공급부(20) 및 상기 복수개의 반응 챔버(10)에 연결되는 소스가스 공급라인(30)과, 상기 소스가스 공급라인(30)을 통해 공급되는 소스가스의 유동을 단속하는 소스가스 밸브(40)와, 상기 반응 챔버(10)를 세정하는 세정가스를 공급하는 세정가스 공급부(50)와, 상기 세정가스 공급부(50)에서 공급되는 상기 세정가스를 플라즈마 상태로 여기시키는 복수개의 리모트 플라즈마 제너레이터(60)와, 상기 세정가스 공급부(50)에서 분기되어 상기 복수개의 리모트 플라즈마 제너레이터(60)를 거쳐 상기 복수개의 반응 챔버(10)까지 직렬로 연결되는 세정가스 공급라인(70)과, 상기 세정가스 공급라인(70)을 통해 공급되는 상기 세정가스의 유동을 단속하는 세정가스 밸브(80)를 포함하여 구성된다.
도시되지는 않았지만, 상기 반응 챔버(10) 내에 소스가스와 세정가스를 교번하여 공급토록 제어하는 제어신호를 출력하는 제어부를 더 포함하여 구성된다.
여기서, 상기 반응 챔버(10)는 외부로부터 밀폐된 공간을 제공하여 반도체 제조공정 이 독립적으로 수행되도록 형성되어 있다. 예컨대, 상기 반응 챔버(10)는 상단에서 상기 소스가스를 토출시키는 샤워헤드와, 상기 샤워헤드에 대향되는 상기 반응 챔버(10)의 하단에서 웨이퍼를 평탄하게 지지하는 정전척을 포함하여 이루어진다.
세정가스 공급부(50)는 반응 챔버(10)의 내벽에서 유발되는 반응 부산물에 대하여 반응성이 우수한 강산 가스 또는 강알카리성 가스를 공급하도록 형성되어 있다. 예컨대, 상기 세정가스 공급부(50)는 삼불화질소(NF3)와 같은 강산 또는 수산화 나트륨(NaOH)과 같은 강알카리성의 세정가스를 소정의 유압으로 상기 리모트 플라즈마 제너레이터(60)에 공급토록 형성되어 있다. 또한, 상기 세정가스 공급부(50)는 복수개의 리모트 플라즈마 제너레이터(60) 및 복수개의 반응 챔버(10)에 세정가스를 선택적으로 공급하도록 형성되어 있다.
이때, 상기 복수개의 리모트 플라즈마 제너레이터(60)는 복수개의 반응 챔버(10)와 일대일 대응되도록 상기 세정가스 공급라인(70)에 의해 연결되어 있다.
따라서, 종래 기술에 따른 반도체 제조설비는 하나의 리모트 플라즈마 제너레이터(60)를 통해 공급되는 세정가스를 이용하여 하나의 반응 챔버(10)를 개별적으로 세정할 수 있도록 세정가스 공급라인(70)에 의해 복수개의 반응 챔버(10)와 복수개의 리모트 플라즈마 제너레이터(60)가 각각 일대일 대응되게 연결되어 있다.
하지만, 종래 기술에 따른 반도체 제조설비는 다음과 같은 문제점이 있었다.
종래의 반도체 제조설비는, 하나의 반응 챔버(10)에 하나의 리모트 플라즈마 제너레이터(60)가 직렬로 연결되어 있어 상기 반응 챔버(10)의 반도체 제조공정 시에 상기 리모트 플라즈마 제너레이터(60)가 대기 상태의 유휴시간을 갖고 있기 때문에 생산성이 떨어지는 단점이 있었다.
상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은, 리모트 플라즈마 제너레이터 대기 상태의 유휴시간을 줄이거나 제거시켜 생산성을 증대 또는 극대화할 수 있는 반도체 제조설비를 제공하는 데 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 양태에 따른 반도체 제조설비는, 반도체 제조공정이 수행되는 복수개의 챔버; 상기 복수개의 챔버에 상기 반도체 제조공정의 소스가스를 공급하는 소스가스 공급부; 상기 복수개의 챔버를 세정하는 세정가스를 공급하는 세정가스 공급부; 상기 세정가스 공급부에서 공급되는 상기 세정가스를 플라즈마 상태로 여기시키는 리모트 플라즈마 제너레이터; 상기 세정가스 공급부에서 상기 리모트 플라즈마 제너레이터에 직렬로 연결되고, 상기 리모트 플라즈마 제너레이터의 후단에서 분기되어 상기 복수개의 챔버에 병렬로 연결되는 세정가스 라인; 상기 세정가스 라인 통해 상기 복수개의 챔버에 공급되는 상기 세정가스의 유동을 단속하는 복수개의 세정가스 밸브; 및 상기 반도체 제조공정이 완료된 복수개의 챔버에 순차적 또는 일괄적으로 세정가스를 공급하여 상기 복수개의 챔버를 세정하도록 상기 복수개의 세정가스 밸브와, 상기 리모트 플라즈마 제너레이터(160)에 제어신호를 출력하는 제어부를 포함함을 특징으로 한다.
이하, 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 그리고 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 반도체 제조설비를 개략적으로 나타낸 구성 단면도이다.
도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 반도체 제조설비는, 반도체 제조공정이 수행되는 복수개의 반응 챔버(110)와, 상기 복수개의 반응 챔버(110)에 상기 반도체 제조공정의 소스가스를 공급하는 소스가스 공급부(120)와, 상기 소스가스 공급부(120) 및 상기 복수개의 반응 챔버(110) 사이에 소스가스를 유동시키는 소스가스 공급라인(130)과, 상기 소스가스 공급라인(130)을 통해 유동되는 상기 소스가스를 단속하는 소스가스 밸브(140)와, 상기 복수개의 반응 챔버(110)를 세정하는 세정가스를 공급하는 세정가스 공급부(150)와, 상기 세정가스 공급부(150)에서 공급되는 상기 세정가스를 플라즈마 상태로 여기시키는 리모트 플라즈마 제너레이터(160)와, 상기 세정가스 공급부(150)에서 상기 리모트 플라즈마 제너레이터(160)에 직렬로 연결되고, 상기 리모트 플라즈마 제너레이터(160)의 후단에서 분기되어 상기 복수개의 반응 챔버(110)에 병렬로 연결되는 세정가스 공급라인(170)과, 상기 세정가스 공급라인(170) 통해 상기 복수개의 반응 챔버(110)에 공급되는 상기 세정가스의 유 동을 단속하는 복수개의 세정가스 밸브(180)를 포함하여 구성된다.
도시되지는 않았지만, 상기 반도체 제조공정이 완료된 복수개의 반응 챔버(110)에 순차적 또는 일괄적으로 세정가스를 공급하여 상기 복수개의 반응 챔버(110)를 세정하도록 상기 복수개의 세정가스 밸브(180) 및 상기 리모트 플라즈마 제너레이터(160)에 제어신호를 출력하는 제어부를 포함하여 구성된다.
여기서, 복수개의 반응 챔버(110)는 반도체 제조공정이 독립적으로 수행되는 외부로부터 밀폐된 공간을 제공하며, 하나의 트랜스퍼 챔버(도시되지 않음) 또는 로드락 챔버(도시되지 않음)를 중심으로 부채꼴 모양의 클러스터 타입으로 연동되어 있다. 도시되지는 않았지만, 복수개의 반응 챔버(110)는 내부의 소스가스 및 세정가스를 펌핑하는 진공 펌프에 의해 소정의 진공도를 갖도록 설정되어 있다. 예컨대, 상기 복수개의 반응 챔버(110)는 약 1×10-6Torr 정도의 고진공으로 펌핑된 이후, 약 1×10-3Torr 정도의 저진공에서 반도체 제조공정 및 세정공정이 수행된다. 또한, 상기 복수개의 반응 챔버(110)는 상기 소스가스 공급부(120)에서 소스가스 공급라인(130)을 통해 상기 반응 챔버(110)의 상단에 형성된 리드(lid)로 공급되는 소스가스를 상기 반응 챔버(110)의 상단에서 토출하는 샤워헤드와, 상기 샤워헤드의 대향되는 상기 반응 챔버(110)의 하단에서 웨이퍼를 수평으로 지지하는 히터블록 또는 정전척을 포함하여 이루어진다. 도시되지는 않았지만, 상기 상부 전극과 하부 전극을 더 포함하여 이루어질 수도 있다.
상기 소스가스 공급부(120)는 상기 반응 챔버(110)에서 이루어지는 반도체 제조공정의 소스가스를 소정의 조건으로 만들어 공급토록 형성되어 있다. 예컨대, 상기 소스가스 공급부(120)는 액체 상태 또는 고체 상태의 원료를 버블링, 히팅, 멜팅, 또는 감압 등의 다양한 방법을 통해 기체 상태로 만들어 상기 반응 챔버(110)에 공급할 수 있다. 여기서, 상기 소스가스는 TEOS 가스, 실란 가스, 오존 가스, 질산가스, 도전성 금속 산화물 가스 등등 다양한 종류의 화학 반응 물질을 포함하는 반응가스와, 상기 반응가스와 반응되지 않고 상기 반응가스를 희석시키는 질소 가스, 헬륨 가스, 아르곤 가스와 같은 퍼지가스를 포함하여 이루어진다. 따라서, 상기 소스가스 공급부(120)는 압력조절밸브와 같은 상기 복수개의 소스가스 밸브(40)에 개폐동작에 의해 상기 반응가스와 상기 퍼지가스의 압력을 조절하고 소정의 혼합비로 혼합되어 유동시킬 수 있도록 형성되어 있다.
상기 세정가스 공급부(150)는 상기 소스가스의 반응 후 부산물로서 상기 반응 챔버(110) 내벽에 잔존하는 증착물에 대하여 반응성이 우수한 세정가스를 소정의 유압으로 공급한다. 예컨대, 세정가스 공급부(150)는 상기 소스가스 공급부(120)와 마찬가지로 액상의 세정물질을 소정 압력의 가스로 만들어 상기 반응 챔버(110)에 공급한다. 세정가스는 불산, 황산, 질산 성분을 포함하는 강산성 가스와, 수산화나트륨과 같은 염기성 가스와, CH3, 메탄기를 포함하여 이루어진다. 여기서, 상기 세정가스 공급부(150)는 상기 소스가스 공급부(120)에서 공급된 소스가스를 이용한 반도체 제조공정이 완료된 상기 복수개의 반응 챔버(110)에 선택적으로 공급된다. 상기 세정가스 공급부(150)는 2개 내지 3개의 웨이퍼 반도체 제조공정이 완료된 반응 챔버(110)에 세정가스를 공급하여 세정공정이 이루어지도록 한 다.
상기 리모트 플라즈마 제너레이터(160)는 세정공정 시 상기 세정가스 공급부(150)에서 공급되는 세정가스를 고온의 이온 상태로 대전시켜 상기 반응 챔버(110)에 공급토록 형성되어 있다. 상기 리모트 플라즈마 제너레이터(160)는 고주파 발생기에서 발생되는 고주파 파워를 상기 세정가스에 인가하여 음의 전하를 갖는 전자와, 양의 전하를 갖는 상기 세정가스 이온으로 분리하여 상기 반응 챔버(110)에 공급토록 한다. 예컨대, 상기 리모트 플라즈마 제너레이터(160)는 상기 세정가스를 약 200W 내지 500W 정도의 에너지에서 약 100℃ 내지 약 400℃ 정도의 온도로 가열시킬 수 있다. 상기 리모트 플라즈마 제너레이터(160)는 상기 세정가스를 플라즈마 상태로 여기시키기 위해 상시 플라즈마 반응 대기상태를 갖도록 설정되어 있다. 이때, 상기 리모트 플라즈마 제너레이터(160)는 퍼지가스를 이용하여 플라즈마 반응을 먼저 유도한 후 상기 세정가스를 유동시키면서 상기 세정가스의 반응을 촉진시킬 수 있다.
상기 세정가스 공급라인(170)은 세정가스 공급부(150)에서 리모트 플라즈마 제너레이터(160)에 상기 세정가스를 유입시키고, 상기 리모트 플라즈마 제너레이터(160)에서 플라즈마 상태를 갖는 세정가스를 복수개의 반응 챔버(110)에 분배하여 공급시키도록 형성되어 있다. 상기 세정가스 공급라인(170)은 소정 크기의 내경을 갖는 강관(SUS tube)을 포함하여 이루어진다. 상기 강관의 내부는 상기 세정가스에 의한 부식을 방지하는 플라스틱 재질로 코팅 처리되어 있다.
세정가스 밸브(180)는 상기 세정가스 공급라인(170)을 통해 유동되는 상기 세정가스의 공급을 단속하도록 형성되어 있다. 예컨대, 상기 세정가스 밸브(180)는 상기 리모트 플라즈마 제너레이터(160)의 전후 단 상기 세정가스 공급부(150)에 형성되어 있으며, 상기 제어부에서 출력되는 제어신호에 의해 개폐동작이 제어될 수 있다. 상기 세정가스 밸브(180)는 솔레노이드 밸브, 또는 공압밸브 등을 포함하여 이루어진다.
한편, 리모트 플라즈마 제너레이터(160)에서 플라즈마 상태로 여기된 세정가스를 이용한 반응 챔버(110)의 세정공정은 반도체 제조공정과 유사한 시간에 걸쳐 수행된다. 예컨대, 상기 세정공정은 약 20초 내지 약 350초 동안 수행될 수 있고, 상기 반도체 제조공정은 약 50초 내지 300초에 걸쳐 수행될 수 있다.
따라서, 상기 소스가스 공급부(120)와 세정가스 공급부(150)는 반응 챔버(110)에서 반도체 제조공정과 세정공정이 번갈아 수행되도록 상기 소스가스 및 세정가스를 순차적으로 공급한다. 이때, 상기 리모트 플라즈마 제너레이터(160)를 통해 공급되는 상기 세정가스는 복수개의 반응 챔버(110)에 순차적으로 공급되도록 제어될 수 있다.
즉, 2개의 반응 챔버(110)가 서로 다른 반도체 제조공정이 이루어질 경우, 하나의 반응 챔버(110)에 제 1 소스가스가 공급되어 제 1 반도체 제조공정이 수행되면 나머지 하나의 반응 챔버(110)에 리모트 플라즈마 제너레이터(160)를 통해 세정가스가 공급되어 세정공정이 수행된다. 또한, 제 1 반도체 제조공정이 완료되면 상기 리모트 플라즈마 제너레이터(160)를 통해 세정가스가 공급되어 해당 반응 챔버(110)의 세정공정이 수행되면 나머지 하나의 반응 챔버(110)에 제 2 소스가스가 공급되면서 제 2 반도체 제조공정이 수행된다.
따라서, 세정가스 공급부(150)에서 상기 리모트 플라즈마 제너레이터(160)를 통해 유동되는 세정가스는 상기 복수개의 반응 챔버(110)에 순차적으로 공급될 수 있다. 상기 제어부는 상기 리모트 플라즈마 제너레이터(160)와 상기 복수개의 반응 챔버(110) 사이에 형성된 복수개의 세정가스 밸브(180)를 선택적으로 오픈시켜 해당 반응 챔버(110)를 세정토록 제어할 수 있다.
도시되지는 않았지만, 3개 반응 챔버(110)의 경우, 2개의 리모트 플라즈마 제너레이터(160)가 병렬 또는 공통으로 연결되어 될 수 있고, 4개 반응 챔버(110)의 경우, 순차적으로 플라즈마 상태의 세정가스를 공급하는 리모트 플라즈마 제너레이터(160)는 약 2개 내지 3개가 상기 세정가스 공급라인(170)을 통해 상기 4개의 반응 챔버(110)에 병렬 또는 공통으로 연결될 수 있다.
따라서, 본 발명의 실시예에 따른 반도체 제조설비는, 리모트 플라즈마 제너레이터(160)에서 복수개의 반응 챔버(110)에 세정가스 공급라인(170)을 병렬 또는 공통으로 연결하고, 세정가스 공급부(150)에서 상기 리모트 플라즈마 제너레이터(160)를 통해 상기 복수개의 반응 챔버(110)에 순차적으로 플라즈마 상태의 세정가스를 공급토록 하여 리모트 플라즈마 제너레이터(160)의 대기 상태의 유휴시간을 줄이거나 제거시킬 수 있기 때문에 생산성을 증대 또는 극대화할 수 있다.
또한, 상기한 실시예의 설명은 본 발명의 더욱 철저한 이해를 제공하기 위하여 도면을 참조로 예를 든 것에 불과하므로, 본 발명을 한정하는 의미로 해석되어서는 안될 것이다. 그리고, 본 발명의 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 본 발명의 기본적 원리를 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 변화와 변경이 가능함은 물론이다.
상술한 바와 같이 본 발명에 의하면, 리모트 플라즈마 제너레이터에서 복수개의 반응 챔버에 세정가스 공급라인을 병렬 또는 공통으로 연결하고, 세정가스 공급부에서 상기 리모트 플라즈마 제너레이터를 통해 상기 복수개의 반응 챔버에 순차적으로 플라즈마 상태의 세정가스를 공급토록 하여 리모트 플라즈마 제너레이터의 대기 상태의 유휴시간을 줄이거나 제거시킬 수 있기 때문에 생산성을 증대 또는 극대화할 수 있는 효과가 있다.

Claims (2)

  1. 반도체 제조공정이 수행되는 복수개의 챔버;
    상기 복수개의 챔버에 상기 반도체 제조공정의 소스가스를 공급하는 소스가스 공급부;
    상기 복수개의 챔버를 세정하는 세정가스를 공급하는 세정가스 공급부;
    상기 세정가스 공급부에서 공급되는 상기 세정가스를 플라즈마 상태로 여기시키는 리모트 플라즈마 제너레이터;
    상기 세정가스 공급부에서 상기 리모트 플라즈마 제너레이터에 직렬로 연결되고, 상기 리모트 플라즈마 제너레이터의 후단에서 분기되어 상기 복수개의 챔버에 병렬로 연결되는 세정가스 라인;
    상기 세정가스 라인 통해 상기 복수개의 챔버에 공급되는 상기 세정가스의 유동을 단속하는 복수개의 세정가스 밸브; 및
    상기 반도체 제조공정이 완료된 복수개의 챔버에 순차적 또는 일괄적으로 세정가스를 공급하여 상기 복수개의 챔버를 세정하도록 상기 복수개의 세정가스 밸브와, 상기 리모트 플라즈마 제너레이터에 제어신호를 출력하는 제어부를 포함함을 특징으로 하는 반도체 제조설비.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 복수개의 세정가스 밸브는 상기 제어부에서 출력되는 제어신호에 의해 하나만 선택적으로 오픈됨을 특징으로 하는 반도체 제조설비.
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