KR100697280B1 - 반도체 제조 설비의 압력 조절 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 공정챔버의 압력을 안정적으로 조절할 수 있는 반도체 제조 설비 및 그 설비의 압력 조절 방법에 관한 것으로, 반도체 제조를 위한 설비는 공정챔버; 상기 공정챔버내의 가스를 배기함으로써 상기 공정챔버의 압력을 제1설정값 또는 상기 제1설정값보다 높은 제2설정값으로 조절하기 위한 진공배기부를 포함하되; 상기 진공배기부는 진공펌프와; 상기 진공펌프와 상기 공정챔버를 연결하는 그리고 제1밸브가 설치된 제1진공라인; 일단은 상기 공정챔버와 상기 제1밸브사이의 제1진공라인 또는 상기 공정챔버에 연결되고, 타단은 상기 제1밸브와 상기 진공펌프 사이의 제1진공라인에 연결되는 적어도 하나의 제2진공라인; 및 상기 공정챔버의 압력이 상기 제1설정값 또는 제2설정값으로 변경되는 것에 따라 상기 제1밸브를 개폐하는 제어부를 포함한다. 상술한 바와 같은 구성을 갖는 본 발명에 의하면, 잦은 고장과 정비가 요구되는 트로틀 밸브를 사용하지 않고도 공정챔버의 압력을 단계적으로 조절할 수 있는 각별한 효과를 갖는다.

Description

반도체 제조 설비의 압력 조절 방법{METHOD FOR CONTROLLING PRESURE OF EQUIPMENT FOR SEMICONDUCTOR DEVICE FABRICATION}

도 1은 일반적인 반도체 제조 설비에서의 압력 조절 시스템을 보여주는 구성도;

도 2는 본 발명의 제1실시예에 따른 반도체 제조 설비를 보여주는 구성도;

도 3은 본 발명의 제1실시예에서 밸브들의 제어 상태를 보여주는 표;

도 4는 본 발명에서의 압력 조절 과정과, 트로틀 밸브를 사용하는 종래 반도체 제조 설비에서의 압력 조절 과정을 상호 비교하는 플로우 챠트;

도 5a 및 도 5b는 본 발명의 제1실시예에서 제2진공라인이 다양한 설치 변형예를 보여주는 도면;

도 6은 본 발명의 제2실시예에 따른 반도체 제조 설비의 개략적인 구성도;

도 7은 본 발명의 제2실시예에서 밸브들의 제어 상태를 보여주는 표이다.

< 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 >

110 : 공정챔버

120 : 진공배기부

122 : 진공펌프

124 : 제1진공라인

126 : 제2진공라인

127 : 제3진공라인

128 : 제어부

본 발명은 반도체 제조 설비에 관한 것으로, 좀 더 구체적으로는 공정챔버의 압력을 안정적으로 조절할 수 있는 반도체 제조 설비의 압력 조절 방법에 관한 것이다.

일반적으로 반도체소자를 제조하는 공정중에서 식각(etching), 애싱(ashing), 화학기상증착, 금속증착 등의 공정은 공정챔버 내부에 공정가스를 공급하고, 이들 공정가스를 플라즈마 상태로 변환시키거나 고온 분위기에 있도록 하여 웨이퍼 상에서 소망하는 반응이 이루어지도록 하는 것이다.

상기와 같이 공정챔버내에서 공정이 수행되는 경우, 상기 공정챔버 내의 압력이나 온도 등은 중요한 공정 조건이 된다. 특히 웨이퍼 상에 막을 형성하는 증착 공정은 공정챔버내의 압력이 설정된 값으로 유지되어야만 균일한 특성을 갖는 막이 형성될 수 있다.

도 1에 도시된 바와 같이, 일반적인 반도체 제조 설비에서의 압력 조절 시스템은, 공정챔버(11)의 내부에 고진공을 형성하도록 펌핑을 실시하는 진공펌프(13) 그리고 이들을 연결하는 진공라인(15), 상기 진공라인(15)에 설치되어 제어부(22)에 의해 그 개폐가 조절됨으로써 상기 공정챔버(11)의 내부 압력을 조절하는 트로틀밸브(throttle valve)(20) 등의 구성을 구비하여 이루어진다.

이러한 구성을 갖는 압력 조절 시스템은 트로틀 밸브를 사용함으로써 다음과 같은 문제점을 가지고 있다.

상기 공정챔버에서 파우더(powder) 형태로 다량 발생되는 반응 부산물(by-product)이 진공라인을 통해 배출되는 과정에서, 상기 트로틀밸브의 유로(flow route) 측벽에 쌓이게 된다. 그리고, 상기 트로틀 밸브의 유로에 쌓이는 반응 부산물들은 트로틀 밸브의 개폐작동에 의해 특정부위에 더욱 쌓이게 되고, 이렇게 쌓여진 반응 부산물들은 트로틀 밸브의 유로를 개폐하는 회전체(일명 로우터(rotor)라고 함)의 회전(작동)을 방해하는 원인이 된다.

특히, 상기 트로틀 밸브는 개폐정도를 조절함으로써 상기 공정챔버의 내부 압력을 조절하게 되는데, 상기 트로틀 밸브의 내부에 쌓이는 반응 부산물들에 의해 유로가 좁아지게 됨으로써 정확한 압력 조절이 어려워지는 등의 문제점을 갖고 있다. 이러한 이유들로 인해 진공라인에 설치되는 압력조절용 트로틀 밸브의 예방정비(PREVENTIVE MAINTENANCE)주기는 다른 밸브들보다 상대적으로 짧은 편이고, 이러한 잦은 트로틀 밸브의 예방정비는 설비가동률을 떨어뜨리는 원인이 된다.

본 발명은 이와 같은 종래 문제점을 해결하기 위한 것으로, 그 목적은 잦은 고장과 정비가 요구되는 트로틀 밸브를 사용하지 않고도 공정챔버의 압력을 단계적으로 조절할 수 있는 새로운 형태의 반도체 제조 설비에서의 압력 조절 방법을 제공하는데 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 반도체 제조를 위한 설비는 공정챔버; 상기 공정챔버내의 가스를 배기함으로써 상기 공정챔버의 압력을 제1설정값 또는 상기 제1설정값보다 높은 제2설정값으로 조절하기 위한 진공배기부를 포함하되; 상기 진공배기부는 진공펌프와; 상기 진공펌프와 상기 공정챔버를 연결하는 그리고 제1밸브가 설치된 제1진공라인; 일단은 상기 공정챔버와 상기 제1밸브사이의 제1진공라인 또는 상기 공정챔버에 연결되고, 타단은 상기 제1밸브와 상기 진공펌프 사이의 제1진공라인에 연결되는 적어도 하나의 제2진공라인; 및 상기 공정챔버의 압력이 상기 제1설정값 또는 제2설정값으로 변경되는 것에 따라 상기 제1밸브를 개폐하는 제어부를 포함한다.

본 발명의 실시예에 따르면, 상기 제2진공라인은 상기 제1진공라인보다 작은 내경을 갖으며, 상기 공정챔버의 압력이 상기 제2설정값으로 조절되기 위해서는 상기 적어도 하나의 제2진공라인을 통해서만 배기가 이루어진다.

본 발명의 실시예에 따르면, 상기 공정챔버의 압력이 상기 제1설정값으로 조절되기 위해서는 상기 제1진공라인 또는 상기 제1진공라인과 상기 적어도 하나의 제2진공라인을 통해서만 배기가 이루어진다.

본 발명의 실시예에 따르면, 상기 반도체 제조 설비는 상기 적어도 하나의 제2진공라인에는 제2밸브가 설치된다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 반도체 제조 설비의 압력 조절 방법은 (a) 공정챔버의 압력이 제1설정값으로 유지되는 단계; (b) 상기 공정챔버의 압력이 상기 제1설정값보다 높은 제2설정값으로 유지되는 단계를 포함하되; 상기 (a)단계는 상기 공정챔버에 연결된 제1,2진공라인 또는 제1진공라인을 통해 가스가 배기되고, 상기 (b)단계는 상기 제2진공라인을 통해서만 가스가 배기된다.

본 발명의 실시예에 따르면, 상기 제2진공라인은 상기 제1진공라인의 내경보다 작다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 반도체 제조 설비의 압력 조절 방법은 (a) 공정챔버의 압력이 제1설정값으로 유지되는 단계; (b) 상기 공정챔버의 압력이 상기 제1설정값보다 높은 제2설정값으로 유지되는 단계를 포함하되; 상기 (b)단계는 상기 제2설정압력값에 따라 상기 공정챔버에 연결된 제1진공라인과 적어도 두 개의 제2진공라인중 선택된 적어도 하나의 라인을 통해 가스 배기가 이루어지도록 각 라인에 설치된 밸브들을 제어한다.

본 발명의 실시예에 따르면, 상기 제2진공라인의 내경은 상기 제1진공라인의 내경보다 작다.

본 발명의 실시예에 따르면, 상기 적어도 두개의 제2진공라인들은 서로 상이한 내경을 갖는다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 반도체 제조 설비의 압력 조절 방법은 공정챔버의 압력이 제1설정값을 유지하도록 상기 공정챔버에 연결된 제1진공라인과 제2진공라인을 통해 가스를 배기하는 단계; 상기 공정챔버의 압력이 상기 제1설정값에서 상대적으로 높은 제2설정값으로 조절되도록 상기 제1진공라인을 차단하고 상기 제2진공라인을 통해서만 배기하는 단계를 포함한다.

이하, 본 발명에 따른 반도체 제조 설비와 그 설비에서의 압력 조절 방법을 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

종래 기술과 비교한 본 발명의 이점은 첨부된 도면을 참조한 상세한 설명과 특허청구범위를 통하여 명백하게 될 것이다. 특히, 본 발명은 특허청구범위에서 잘 지적되고 명백하게 청구된다. 그러나, 본 발명은 첨부된 도면과 관련해서 다음의 상세한 설명을 참조함으로써 가장 잘 이해될 수 있다. 도면에 있어서 동일한 참조부호는 다양한 도면을 통해서 동일한 구성요소를 나타낸다.

도 2는 본 발명의 제1실시예에 따른 반도체 제조 설비를 보여주는 구성도이고, 도 3은 본 발명의 제1실시예에서 밸브들의 제어 상태를 보여주는 표이다.

본 발명에 따른 반도체 제조 설비(100)는 공정챔버(110)와, 진공배기부(120)를 포함한다. 상기 진공배기부(120)는 상기 공정챔버(110)내의 가스를 배기시킴으로써 상기 공정챔버(110)의 압력을 제1설정값(예를 들어 1E-3torr) 또는 상기 제1설정값보다 높은 제2설정값(예를 들어 1.3torr)으로 조절하게 된다.

상기 진공배기부(120)는 진공펌프(122)와, 제1진공라인(124), 제2진공라인(126) 그리고 제어부(128)를 포함한다. 상기 진공펌프(122)와 상기 공정챔버(110)는 제1진공라인(124)에 의해 연결되며, 그 제1진공라인(124)에는 제1밸브(124a)가 설치된다. 상기 제2진공라인(126)은 상기 제1진공라인(124)보다 작은 내경을 갖는 것이 바람직하다. 상기 제2진공라인(126)은 상기 제1밸브(124a)를 우회하여 설치되 며, 그 제2진공라인(126)에는 제2밸브(126a)가 설치된다. 예컨대, 상기 제2진공라인(126)은 도 5a에서와 같이 일단이 상기 공정챔버(110)에 연결되고, 타단이 상기 제1밸브(124a)와 상기 진공펌프(122) 사이의 제1진공라인(124)에 설치될 수 있다. 또한, 상기 제2진공라인(126)은 도 5b에서와 같이 공정챔버(110)와 진공펌프(122)에 다이렉트로 설치될 수도 있다. 상기 제어부(128)는 설정압력값에 따라 상기 제1밸브(124a)와 상기 제2밸브(126a)를 개폐하게 된다.

이처럼, 상기 진공배기부(120)는 상기 제1밸브와 제2밸브의 개폐에 따라 상기 공정챔버의 압력을 조절할 수 있다.

도 2 및 도 3을 참조하면, 상기 공정챔버의 압력이 상기 제1설정값으로 유지되기 위해서는 상기 제1진공라인(124)을 통해 가스의 배기가 이루어지며, 반대로 상기 공정챔버의 압력이 상기 제2설정값으로 유지되기 위해서는 상기 제1진공라인보다 내경이 작은 상기 제2진공라인(126)을 통해서만 가스의 배기가 이루어진다.

도 4를 참조하여, 트로틀 밸브를 사용하지 않은 본 발명에서의 압력 조절 과정과, 트로틀 밸브를 사용하는 종래 반도체 제조 설비에서의 압력 조절 과정을 상호 비교하여 설명하면 다음과 같다.

도 2 내지 도 4에서와 같이, 공정챔버의 압력이 제1설정값(1E-3torr)에서 제2설정값(1.3torr)으로 조절되려면, 종래기술에서는 트로틀 밸브의 개도율을 변경(100% -> 15%)함으로써 압력 조절이 이루어졌다. 이에 반하여, 트로틀 밸브를 적용하지 않은 본 발명에서는 제1밸브를 닫고 제2진공라인을 통해서만 공정챔버의 가스를 배기시킴으로써 압력 조절이 이루어진다. 본 발명에서의 전제 조건은 상기 제1진공라인과 상기 제2진공라인의 내경 비율이 100:15이어야 한다는 점이다. (예를 들어, 제1진공라인의 내경이 300mm이면, 제2진공라인의 내경은 45mm인 것이 바람직하다.)
도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 압력 조절은 웨이퍼 로딩, 예열, 메인공정, 에프터펌핑 그리고 웨이퍼 언로딩에 따라 변경된다. 우선, 웨이퍼 로딩 단계에서는 공정챔버(110)에 연결된 제1진공라인(124)의 제1밸브(124a)와, 제1진공라인(124)보다 작은 내경을 갖는 제2진공라인(126)의 제2밸브(126a)를 개방하여 공정챔버(110)의 압력을 제1설정값(1E-3torr)으로 유지한다.
예열 단계에서는 제1진공라인(124)의 제1밸브(124a)는 닫고, 제2진공라인(126)의 제2밸브(126a)는 개방한 상태에서 공정챔버(110)로 불활성가스를 공급하여 공정챔버(110)의 압력을 제1설정값보다 높은 저진공인 제2설정값(1.3torr)으로 변경한다.
메인 단계에서는 제2진공라인(126)의 제2밸브(126a)는 개방하고 제1진공라인(124)의 제1밸브(124a)만을 닫은 상태에서 공정챔버(110)로 소스가스와 불활성가스를 공급하여 공정챔버의 압력을 (b)단계에서 변경된 제2설정값으로 유지한다.
에프터 펌핑 단계에서는 제1진공라인(124)의 제1밸브(124a)와 제2진공라인(126)의 제2밸브(126a)를 모두 개방한 상태에서 소스가스와 불활성가스 공급을 중단하여 공정챔버(110)의 압력을 제2설정값보다 낮은 제1설정값으로 변경한다.
웨이퍼 언로딩 단계에서는 제1진공라인(124)의 제1밸브(124a)와 제2진공라인(126)의 제2밸브(126a)를 모두 개방하여 (d)단계에서 제1설정값으로 변경된 공정챔버(110)의 압력을 유지한다.

이러한 구성을 갖는 본 실시예에서는 상기 공정챔버가 2개의 설정압력만을 필요로 하는 공정에 적합한 것이다. 만약에, 상기 공정챔버에서 공정을 진행하는데 있어서, 요구되는 설정압력이 3개 이상인 경우에는 제1진공라인 이외에 복수개의 제2진공라인이 설치되어야 하며, 제어부는 설정압력에 따라 제1진공라인과 복수개의 제2진공라인들 중 선택된 적어도 하나의 라인을 통해 가스 배기가 이루어지도록 각 라인에 설치된 밸브를 제어하게 된다.

도 6은 본 발명의 제2실시예에 따른 반도체 제조 설비의 개략적인 구성도이다.

도 6에 도시된 반도체 제조 설비(100a)는 도 2에 도시된 제1실시예에 따른 반도체 제조 설비와 동일한 구성과 기능을 갖는 공정챔버(110)와, 진공배기부(120)를 포함한다. 이들에 대한 설명은 앞에서 상세하게 설명하였기에 본 실시예에서는 생략하기로 한다. 다만, 본 실시예에서는 공정챔버(110)에서 공정을 진행하는데 3개 이상의 설정압력이 요구되는 경우에 적합한 것으로, 상기 진공배기부(120)는 제1진공라인(124)과, 2개의 우회라인인 제2,3진공라인(126,127)을 갖는데 그 구조적인 특징을 갖는다. 각각의 제2,3진공라인에는 제2,3밸브(126a,127a)가 설치되며, 이들 제2,3진공라인(126,127)은 서로 상이한 내경을 갖음으로써, 상기 진공배기부는 상기 공정챔버의 설정압력값을 7단계로 제어할 수 있다. 예컨대, 상기 제1밸브 를 우회하는 우회라인이 3개인 경우에는 공정챔버의 설정압력값을 15단계로 조절할 수 있다.

도 7에서와 같이, 상기 제어부는 설정압력에 따라 상기 제1진공라인과 제2,3진공라인(우회라인) 중 선택된 적어도 하나의 라인을 통해 가스 배기가 이루어지도록 각 라인에 설치된 제1,2,3밸브(124a,126a,127a)를 제어하게 된다. 이와 같이, 상기 진공배기부는 트로틀 밸브를 사용하지 않고, 3개의 라인을 선택적으로 개폐하여 상기 공정챔버의 압력을 최대 7단계 또는 그 이하의 단계로 제어할 수 있다. 도 7에서 도시된 바와 같이, 첫 번째가 가장 높은 진공도를 가지고, 마지막 번째는 가장 낮은 진공도를 갖는다.

도 7에서와 같이, 본 발명의 진공배기부는 7단계의 설정압력값중에서 상기 공정챔버에서 요구하는 설정압력값에 따라 제1,2,3밸브들을 제어하게 된다.

상술한 바와 같이, 본 발명은 공정챔버에 연결된 복수개의 진공라인들 중 배기가 이루어지는 진공라인들을 선택적으로 조합하여 공정챔버의 설정압력을 조절함으로써, 배기가 이루어지는 진공라인들의 조합에 따라 공정챔버의 설정압력을 여러개로 조절할 수 있는 것이다.

이와 같이, 종래에는 트로틀 밸브의 개도율을 변경하여 공정챔버의 압력을 조절하였지만, 본 발명에서는 가스가 배기되는 경로를 제1진공라인에서 내경이 작은 제2진공라인으로 변경하는 것으로 공정챔버의 압력을 조절할 수 있는 것이다. 이처럼, 본 발명에서는 트로틀 밸브를 사용하지 않고, 서로 상이한 내경을 갖는 진공라인들을 선택적으로 개폐하여 공정챔버의 압력을 원하는 설정값으로 조절할 수 있는 것이다.

본 발명의 구조적인 특징은 제1진공라인의 제1밸브를 우회하는 적어도 하나의 제2진공라인을 추가로 설치하되, 그 제2진공라인은 제1진공라인의 내경보다 작은 내경을 갖는데 있다.

이상의 상세한 설명은 본 발명을 예시하는 것이다. 또한 전술한 내용은 본 발명의 바람직한 실시 형태를 나타내고 설명하는 것에 불과하며, 본 발명은 다양한 다른 조합, 변경 및 환경에서 사용할 수 있다. 그리고, 본 명세서에 개시된 발명의 개념의 범위, 저술한 개시 내용과 균등한 범위 및/또는 당업계의 기술 또는 지식의 범위 내에서 변경 또는 수정이 가능하다. 전술한 실시예들은 본 발명을 실시하는데 있어 최선의 상태를 설명하기 위한 것이며, 본 발명과 같은 다른 발명을 이용하는데 당업계에 알려진 다른 상태로의 실시, 그리고 발명의 구체적인 적용 분야 및 용도에서 요구되는 다양한 변경도 가능하다. 따라서, 이상의 발명의 상세한 설명은 개시된 실시 상태로 본 발명을 제한하려는 의도가 아니다. 또한 첨부된 청구범위는 다른 실시 상태도 포함하는 것으로 해석되어야 한다.

이상에서 상세히 설명한 바와 같이 본 발명은 잦은 고장과 정비가 요구되는 트로틀 밸브를 사용하지 않고도 공정챔버의 압력을 단계적으로 조절할 수 있는 효과를 갖는다.

Claims (12)

1. 삭제
2. 삭제
3. 삭제
4. 삭제
5. 삭제
6. 반도체 제조 설비의 압력 조절 방법에 있어서:

   (a) 공정챔버의 압력이 제1설정값으로 유지되는 단계;

   (b) 상기 공정챔버의 압력이 상기 제1설정값보다 높은 제2설정값으로 유지되는 단계를 포함하되;

   상기 (a)단계는 상기 공정챔버에 연결된 제1진공라인의 개폐밸브와 제1진공라인보다 작은 내경을 갖는 제2진공라인의 개폐밸브를 개방하여 압력을 조절하거나 또는 상기 진공챔버에 연결된 제1진공라인의 개폐밸브만을 개방하여 압력을 조절하고,

   상기 (b)단계는 상기 제1진공라인보다 내경이 작은 상기 제2진공라인의 개폐밸브만을 개방하여 압력을 조절하는 것을 특징으로 하는 반도체 제조 설비의 압력 조절 방법.
7. 삭제
8. 반도체 제조 설비의 압력 조절 방법에 있어서:

   (a) 공정챔버에 연결된 제1진공라인의 개폐밸브와, 상기 제1진공라인보다 작은 내경을 갖는 제2진공라인의 개폐밸브를 개방하여 상기 공정챔버의 압력을 제1설정값으로 유지하는 웨이퍼 로딩 단계;

   (b) 상기 제1진공라인의 개폐밸브는 닫고, 상기 제2진공라인의 개폐밸브는 개방항 상태에서 상기 공정챔버로 불활성가스를 공급하여 상기 공정챔버의 압력이 상기 제1설정값보다 높은 제2설정값으로 변경되는 예열 단계;

   (c) 상기 제2진공라인의 개폐밸브는 개방하고 상기 제1진공라인의 개폐밸브만을 닫은 상태에서 상기 공정챔버로 소스가스와 불활성가스를 공급하여 상기 공정챔버의 압력을 상기 (b)단계에서 변경된 상기 제2설정값으로 유지하는 메인 단계;

   (d) 상기 제1진공라인의 개폐밸브와 상기 제2진공라인의 개폐밸브를 모두 개방한 상태에서 소스가스와 불활성가스 공급을 중단하여 상기 공정챔버의 압력이 상기 제2설정값보다 낮은 상기 제1설정값으로 변경되는 에프터 펌핑단계; 및

   (e) 상기 제1진공라인의 개폐밸브와 상기 제2진공라인의 개폐밸브를 모두 개방하여 상기 (d)단계에서 상기 제1설정값으로 변경된 상기 공정챔버의 압력을 유지하여 기판의 언로딩이 이루어지는 언로딩단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 제조 설비의 압력 조절 방법.
9. 삭제
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12. 삭제

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