KR20080005671A - Pumping system in semiconductor device manufacturing equipment - Google Patents

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KR20080005671A
KR20080005671A KR1020060064289A KR20060064289A KR20080005671A KR 20080005671 A KR20080005671 A KR 20080005671A KR 1020060064289 A KR1020060064289 A KR 1020060064289A KR 20060064289 A KR20060064289 A KR 20060064289A KR 20080005671 A KR20080005671 A KR 20080005671A
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김준하
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Abstract

A pumping system in semiconductor device manufacturing equipment is provided to improve process efficiency by operating the pumping system according to a process specification. A pumping system in semiconductor device manufacturing equipment includes a vacuum pump unit(126) and a particle trapping unit. The vacuum pump unit is connected to a process chamber through exhaust lines(124a,124b,124c). The vacuum pump unit pumps air in the process chamber. The particle trapping unit is connected to the vacuum pump unit. The particle trapping unit filters particles contained in the air discharged from the process chamber. The particle trapping unit is composed of a hot trapping portion(134) and a cold trapping portion(136). Each of the hot trapping portion and the cold trapping portion is composed in at least one trapping portion. The vacuum pump unit includes a booster pump(130) and a dry pump(132). The dry pump is connected to a rear end of the booster pump.

Description

반도체 디바이스 제조설비에서의 펌핑 시스템{pumping system in semiconductor device manufacturing equipment}Pumping system in semiconductor device manufacturing equipment

도 1은 배기 라인 내부에 파티클이 누적된 상태를 나타낸다. 1 illustrates a state in which particles are accumulated in an exhaust line.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 펌핑 시스템이 적용되는 반도체 디바이스 제조설비를 나타낸다.2 illustrates a semiconductor device manufacturing apparatus to which a pumping system according to an exemplary embodiment of the present invention is applied.

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 펌핑 시스템의 상세 구조를 나타낸다.3 shows a detailed structure of a pumping system according to an embodiment of the present invention.

도 4는 본 발명의 실시예에 다른 펌핑 시스템에 의한 펌핑 과정을 나타낸다.Figure 4 shows a pumping process by another pumping system in an embodiment of the present invention.

도 5는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 펌핑 시스템을 나타낸다.5 shows a pumping system according to another embodiment of the present invention.

< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 ><Description of Symbols for Main Parts of Drawings>

100: 프로세스 챔버 102: 상부전극100: process chamber 102: upper electrode

104: 샤워헤드 106: 버퍼공간104: shower head 106: buffer space

108: 가스분사홀 110: 공정가스 주입구108: gas injection hole 110: process gas inlet

112: LFC 114: 공정가스 공급원112: LFC 114: process gas source

116: 하부전극 118: 서셉터116: lower electrode 118: susceptor

120: 리프트 핀 122: 슬릿 도어 밸브120: lift pin 122: slit door valve

124a,124b,124c,124d: 배기라인 126: 진공 펌프124a, 124b, 124c, 124d: exhaust line 126: vacuum pump

128: 펌핑 시스템 130: 부스터 펌프128: pumping system 130: booster pump

132: 드라이 펌프 134: 핫 트랩부132: dry pump 134: hot trap unit

136: 콜드 트랩부 136: cold trap unit

본 발명은 반도체 디바이스 제조설비에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 프로세스 챔버 내부의 에어를 배기하는 펌핑 시스템에 관한 것이다.TECHNICAL FIELD The present invention relates to a semiconductor device manufacturing facility, and more particularly, to a pumping system for exhausting air in a process chamber.

일반적으로 반도체 디바이스는 웨이퍼 표면 상부에 여러 가지 기능을 수행하는 박막을 증착하고 이를 패터닝하여 다양한 기하구조를 형성함으로써 제조하게 된다. 이러한 반도체 디바이스를 제조하기 위한 단위 공정은, 크게 반도체 기판 내부로 3B족(예컨대, B) 또는 5B(예컨대, P 또는 As)족의 불순물 이온을 주입하는 불순물 이온주입 공정, 반도체 기판 상에 절연성 또는 도전성의 물질막을 형성하는 박막 증착(deposition)공정, 상기 박막 증착 공정을 통해 형성된 물질막을 소정의 패턴으로 형성하는 식각 공정, 그리고 반도체 기판 상부에 층간절연막등을 증착한 후에 일괄적으로 연마하여 단차를 없애는 평탄화(CMP:Chemical Mechanical Polishing) 공정을 비롯하여 웨이퍼를 비롯한 프로세스 챔버 내부의 오염물질을 제거하기 위한 세정공정등과 같은 여러 단위 공정들로 구분할 수 있다. 반도체 디바이스를 제조하기 위해서는 상기와 같은 여러 단위 공정들을 선택적이고도 반복적으 로 실시하게 되는데, 이러한 여러 단위 공정은 각각의 공정 조건을 만족시키는 프로세스 챔버 내부에서 수행된다.In general, semiconductor devices are manufactured by depositing and patterning thin films that perform various functions on the wafer surface to form various geometries. The unit process for manufacturing such a semiconductor device is mainly an impurity ion implantation process of implanting impurity ions of Group 3B (eg B) or 5B (eg P or As) into the semiconductor substrate, insulating or A thin film deposition process for forming a conductive material film, an etching process for forming a material film formed through the thin film deposition process in a predetermined pattern, and an interlayer insulating film, etc., are deposited on the semiconductor substrate and then polished in a batch to remove the step. It can be divided into several unit processes such as chemical mechanical polishing (CMP) process and cleaning process to remove contaminants in the process chamber including wafers. In order to manufacture a semiconductor device, the above-described various unit processes may be selectively and repeatedly performed. The various unit processes may be performed in a process chamber satisfying respective process conditions.

한편, 프로세스 챔버 내부의 압력은 프로세스 챔버의 외측에 형성된 펌핑 시스템을 통해 조절된다. 이러한 펌핑 시스템은 프로세스 챔버 내부를 공정시 요구되는 소정의 압력으로 유지시킴은 물론, 프로세스 챔버 내부의 잔류 공정가스 및 공정 부산물과 같은 파티클을 외부로 배출시키는 역할을 담당한다.Meanwhile, the pressure inside the process chamber is regulated through a pumping system formed outside the process chamber. The pumping system maintains the inside of the process chamber at a predetermined pressure required for the process, and serves to discharge particles such as residual process gas and process by-products inside the process chamber to the outside.

그러나, 상기 펌핑 시스템을 이용한 프로세스 챔버 배기 과정에서, 상기 펌핑 시스템에 파티클이 침적되어 장비 불량을 일으키는 문제가 있다. 예컨대, 캐패시터의 하부전극과 상부전극 사이에 개재되는 고유전막으로서 산화알루미늄(Al2O3) 또는 하프늄산화막(HfO2)를 증착하게 되는데, 이러한 산화알루미늄(Al2O3) 또는 하프늄산화막(HfO2)를 증착하는 과정에서 펌핑 시스템에 파티클이 침적되는 문제가 종종 발생하고 있다. 즉, 상기 산화알루미늄 공정에서는 저온 사양의 펌핑 시스템이 요구되고, 하프늄산화막 공정에서는 고온 사양의 펌핑 시스템이 요구된다.However, in the process chamber evacuation process using the pumping system, there is a problem that particles are deposited in the pumping system to cause equipment failure. For example, a unique conductive film interposed between the lower electrode of the capacitor and the upper electrode there is deposited an aluminum oxide (Al 2 O 3) or hafnium oxide (HfO 2), such a aluminum oxide (Al 2 O 3) or hafnium oxide (HfO 2 ) there is often a problem that particles are deposited in the pumping system during the deposition process. That is, the aluminum oxide The process requires a low temperature pumping system and the hafnium oxide process requires a high temperature pumping system.

따라서, 종래에는 산화알루미늄 공정 또는 하프늄산화막 공정시 각각의 요구 사양에 따른 펌핑 시스템을 사용하였다. 그러나, 공정이 변경됨에 따라 펌핑 시스템을 교체하여야 하는 번거로운 문제점등으로 인하여 산화알루미늄 공정 및 하프늄산화막 공정시 요구되는 펌핑 시스템의 사양이 서로 다름에도 불구하고, 하나의 펌핑 시스템이 사용되기도 하였다. 그러나, 하프늄산화막 공정을 위해 고온 사양의 펌핑 시스템이 사용된 후, 저온 사양이 요구되는 산화알루미늄 공정을 실시할 경 우, 도 1에 도시된 것과 같이 배기 라인(10) 내부 또는 부스터 펌프 하단의 드라이 펌프 내부에 알루미늄막 또는 Al2O3 파우더(12)가 침적되는 문제점이 있다. 이처럼, 배기라인 또는 드라이 펌프 내부에 파티클이 침적될 경우, 펌프 로테이터에 고착형 불량이 발생하거나, 배기 라인이 막히게 되어 프로세스 챔버 내부에 대한 원활한 배기에 지장을 줌은 물론, 전체 펌핑 시스템을 부식시켜 PM 주기를 단축시키고, 공정 단가를 상승시키는 원인이 되고 있다.Therefore, in the related art, a pumping system according to each requirement is used in an aluminum oxide process or a hafnium oxide film process. However, even though the specifications of the pumping system required for the aluminum oxide process and the hafnium oxide process differ from each other due to the cumbersome problem of replacing the pumping system as the process is changed, one pumping system has been used. However, if a high temperature specification pumping system is used for the hafnium oxide process, then an aluminum oxide process requiring a low temperature specification may be used, as shown in FIG. 1, in the exhaust line 10 or at the bottom of the booster pump. There is a problem that an aluminum film or Al 2 O 3 powder 12 is deposited inside the pump. As such, if particles are deposited in the exhaust line or the dry pump, sticking defects may occur in the pump rotator or the exhaust line may be blocked, which may not only prevent the smooth exhaust of the process chamber but also corrode the entire pumping system. It shortens PM cycle and raises process cost.

또한, 반도체 디바이스의 신뢰성 및 생산성을 보다 향상시키고자 하는 측면에서, 향후에는 웨이퍼 상부에 산화알루미늄 및 하프늄산화막을 인시튜로 형성하는 혼용 공정 도입이 유력해지고 있다. 그러한 바, 공정 사양에 따라 펌핑 시스템을 교체하여야 하는 번거로움 없이 저온 사양의 산화알루미늄 공정 및 고온 사양의 하프늄산화막 공정을 혼용하여 실시할 수 있도록 하는 개선된 펌핑 시스템이 절실히 요구되고 있다.In addition, in order to further improve the reliability and productivity of semiconductor devices, the introduction of a hybrid process for forming aluminum oxide and hafnium oxide films in situ on the wafer is influential in the future. As such, there is an urgent need for an improved pumping system that allows a combination of a low temperature aluminum oxide process and a high temperature hafnium oxide process without the hassle of replacing the pumping system according to process specifications.

상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은, 고온 사양 및 저온 사양을 요하는 양측 공정에 혼용하여 적용할 수 있는 반도체 디바이스 제조설비에서의 펌핑 시스템을 제공함에 있다.SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention for solving the above-described problems is to provide a pumping system in a semiconductor device manufacturing facility that can be mixedly applied to both processes requiring a high temperature specification and a low temperature specification.

본 발명의 다른 목적은, 배기 라인 내부에 물질막이 증착되거나 파티클이 누적되는 문제점을 해소할 수 있는 반도체 디바이스 제조설비에서의 펌핑 시스템을 제공함에 있다.Another object of the present invention is to provide a pumping system in a semiconductor device manufacturing facility which can solve the problem of depositing a material film or accumulating particles in an exhaust line.

본 발명의 다른 목적은, PM 주기를 보다 연장시킬 수 있도록 하는 반도체 디바이스 제조설비에서의 펌핑 시스템을 제공함에 있다.It is another object of the present invention to provide a pumping system in a semiconductor device manufacturing facility which can further extend the PM period.

본 발명의 다른 목적은, 공정 단가 상승을 방지할 수 있도록 하는 반도체 디바이스 제조설비에서의 펌핑 시스템을 제공함에 있다.Another object of the present invention is to provide a pumping system in a semiconductor device manufacturing facility which can prevent an increase in process cost.

상기한 목적들을 달성하기 위한 본 발명에 따른 반도체 디바이스 제조설비에서의 펌핑 시스템은, 배기라인을 통해 프로세스 챔버에 연결되어 있으며, 상기 프로세스 챔버 내부의 에어를 펌핑하는 진공 펌프부; 및 상기 진공 펌프부에 연결되어 상기 프로세스 챔버로부터 배출된 에어속에 포함된 파티클을 필터링하는 파티클 트랩부를 포함함을 특징으로 한다. A pumping system in a semiconductor device manufacturing apparatus according to the present invention for achieving the above objects, the vacuum pump unit is connected to the process chamber through the exhaust line, for pumping air in the process chamber; And a particle trap part connected to the vacuum pump part to filter particles contained in the air discharged from the process chamber.

여기서, 상기 진공 펌프부는 부스터 펌프 및 상기 부스터 펌프 후단에 연결된 드라이 펌프이며, 상기 파티클 트랩부는 핫 트랩부와 콜드 트랩부로 구성될 수 있다. Here, the vacuum pump unit may be a booster pump and a dry pump connected to the booster pump, and the particle trap unit may include a hot trap unit and a cold trap unit.

또한, 상기한 목적들을 달성하기 위한 본 발명에 따른 반도체 디바이스 제조설비에서의 펌핑 시스템은, 배기라인을 통해 프로세스 챔버에 연결되어 있으며, 상기 프로세스 챔버 내부의 에어를 펌핑하는 진공 펌프부; 및 상기 진공 펌프부에 탈부착되어 상기 진공 펌프부를 저온 사양으로 변환시키는 쿨링 플레이트부를 포함함을 특징으로 한다. In addition, a pumping system in a semiconductor device manufacturing apparatus according to the present invention for achieving the above object, the vacuum pump unit is connected to the process chamber through the exhaust line, the pumping air in the process chamber; And a cooling plate part detachably attached to the vacuum pump part to convert the vacuum pump part into a low temperature specification.

여기서, 상기 진공 펌프부는 드라이 펌프일 수 있다. Here, the vacuum pump unit may be a dry pump.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 보다 상세히 설명하기로 한다. 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 본 발명의 카테고리를 벗어나지 않는 범위내에서 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.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings will be described in detail the present invention. The present invention is not limited to the embodiments disclosed below, but can be embodied in various other forms without departing from the scope of the present invention, and only the embodiments allow the disclosure of the present invention to be complete and common knowledge It is provided to fully inform the person of the scope of the invention.

일반적으로, 반도체 디바이스를 제조하기 위해 실시되는 여러 단위 공정에는 다양한 공정가스들이 사용된다. 이때, 상기 단위 공정들은 반도체 기판이 공기와 반응하지 않도록 하기 위해 대기압에 비해 기압이 매우 낮은 고진공 상태에서 수행된다. 따라서, 프로세스 챔버 내부를 공정시 요구되는 진공 상태로 유지시키기 위하여, 진공 펌프, 상기 진공 펌프와 프로세스 챔버를 연결하는 배기라인, 상기 배기라인에 설치되는 다수개의 밸브 및 진공도 측정을 위한 진공 게이지들로 구성되는 펌핑 시스템이 사용된다. In general, various process gases are used in the various unit processes carried out to manufacture semiconductor devices. In this case, the unit processes are performed in a high vacuum state where the air pressure is very low compared to atmospheric pressure in order to prevent the semiconductor substrate from reacting with air. Therefore, in order to maintain the inside of the process chamber in a vacuum required for the process, a vacuum pump, an exhaust line connecting the vacuum pump and the process chamber, a plurality of valves installed in the exhaust line and a vacuum gauge for measuring the degree of vacuum The pumping system that is configured is used.

한편, 이러한 펌핑 시스템을 사용하여 프로세스 챔버 내부의 에어를 펌핑함에 있어서, 공정 특성에 따라 프로세스 챔버 내부의 분위기를 비롯하여 상기 프로세스 챔버 내부를 펌핑하는 펌핑 시스템 또한 고온 또는 저온 사양이 요구된다. 그러나, 이처럼 공정 특성에 따라 펌핑 시스템의 사양이 달라져야 함에도 불구하고 종래에는 동일한 펌핑 시스템을 사용하여 프로세스 챔버 내부를 펌핑하였다. 그로 인해 펌핑 시스템 내부, 특히 배기 라인에 파티클이 침적되어 장비 불량이 발생하거나 펌핑 시스템을 부식시켜 PM 주기를 단축시키는등의 여러 문제점이 야기되었 다.On the other hand, in pumping air in the process chamber using such a pumping system, a pumping system for pumping the inside of the process chamber as well as the atmosphere inside the process chamber according to process characteristics also requires a high or low temperature specification. However, although the specification of the pumping system should be changed according to the process characteristics, the same pumping system was conventionally used to pump the inside of the process chamber. This has led to a number of problems such as particle deposits in the pumping system, especially in the exhaust line, resulting in equipment failure or corrosion of the pumping system to shorten the PM cycle.

따라서, 본 발명에서는 상기와 같은 문제점을 해소하고자, 고온 사양 및 저온 사양을 요하는 양측 공정 모두에 탄력적으로 사용할 수 있는 펌핑 시스템을 제안하게 된 것이다. 그러면, 하기의 도면들을 참조하여, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 펌핑 시스템을 구체적으로 살펴보기로 하자. Therefore, in order to solve the above problems, the present invention has been proposed a pumping system that can be used flexibly for both processes requiring high temperature specifications and low temperature specifications. Then, a pumping system according to a preferred embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the following drawings.

먼저, 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 펌핑 시스템(124)이 적용되는 반도체 디바이스 제조 설비의 한 예로서, PECVD 장치가 도시되어 있다.First, FIG. 2 shows a PECVD apparatus as an example of a semiconductor device manufacturing facility to which the pumping system 124 according to an embodiment of the present invention is applied.

도 2를 참조하면, 밀폐된 분위기의 프로세싱 공간인 프로세스 챔버(100)가 제공된다. 그리고, 상기 프로세스 챔버(100)의 상부에는 RF 파워가 인가되는 상부전극(102)이 형성되어 있다. 상기 상부전극(102)에 인가되는 고주파 파워는 약 350watt 이상의 RF 파워로서, 이러한 고주파 파워를 인가함으로써 프로세스 챔버(100) 내부에 플라즈마를 발생시킬 수 있게 된다. 그리고, 상기 프로세스 챔버(100)의 상부에는 샤워헤드(104)가 형성되어 있다. 이러한 상기 샤워헤드(104)는 석영 재질 또는 석영 재질에 비해 강도가 우수하며 절연특성이 있는 세라믹 재질로 형성할 수 있다. 그리고, 상기 샤워헤드(104)에는 공정가스 주입구(110)를 통해 공급되는 공정가스를 그 내부에 일시적으로 저장시키는 버퍼공간(106) 및 상기 버퍼공간(106)에 일시적으로 저장된 공정가스를 프로세스 챔버(100) 내부로 분사시키기 위한 복수개의 가스분사홀(108)이 형성되어 있다.Referring to FIG. 2, a process chamber 100 is provided that is a processing space in an enclosed atmosphere. In addition, an upper electrode 102 to which RF power is applied is formed on the process chamber 100. The high frequency power applied to the upper electrode 102 is an RF power of about 350 watts or more, and by applying the high frequency power, plasma may be generated in the process chamber 100. In addition, a shower head 104 is formed on the process chamber 100. The shower head 104 may be formed of a ceramic material having superior strength and insulating properties compared to a quartz material or a quartz material. The shower head 104 includes a buffer space 106 for temporarily storing a process gas supplied through the process gas inlet 110 and a process gas temporarily stored in the buffer space 106. A plurality of gas injection holes 108 for injecting into the inside are formed.

그리고, 상기 샤워헤드(104)에는 박막증착에 필요한 공정가스가 주입되는 공정가스 주입구(110)가 연결되어 있다. 따라서, 상기 공정가스 공급원(114)으로부터 공급된 공정가스는 공정가스 주입구(110)를 통해 샤워헤드(104) 내부로 플로우된다. 그리고, 상기 공정가스는 LFC(Liquid Flow Controller:112)에 의해 그 공급량이 조절된다. 그리고, 상기 공정가스 주입구(110)에는 상기 공정가스 주입구(110)를 통해 플로우되는 공정가스를 소정의 온도로 가열하기 위한 히터부(도시되지 않음)가 구비되기도 한다.The shower head 104 is connected to a process gas inlet 110 through which a process gas necessary for thin film deposition is injected. Therefore, the process gas supplied from the process gas source 114 flows into the shower head 104 through the process gas inlet 110. In addition, the supply amount of the process gas is controlled by an LFC (Liquid Flow Controller) 112. In addition, the process gas inlet 110 may be provided with a heater (not shown) for heating the process gas flowing through the process gas inlet 110 to a predetermined temperature.

그리고, 상기 프로세스 챔버(100)의 하부 영역에는 상기 상부전극(102)에 인가된 RF 파워와 대응되는 RF 파워가 인가되는 하부전극(116)이 형성되어 있다. 그리고, 상기 하부전극(116) 상부에는 웨이퍼(W)가 안착되는 서셉터(118)가 형성되어 있다. 이때, 상기 하부전극(110)에 인가되는 RF 파워의 주파수는 약 700watt 이하의 저주파로서, 상기 상부전극(102)에 인가된 RF 파워와 함께 플라즈마 형성을 위한 전력원으로서 기능하게 된다. 그리고, 프로세스 챔버(100)의 측부에는 증착공정이 진행되어질 웨이퍼를 서셉터(118) 상부로 로딩시키기 위한 웨이퍼 투입구, 즉 슬릿 도어 밸브(122)가 형성되어 있다. 또한, 상기 서셉터(118)에는 웨이퍼 로딩시 또는 웨이퍼 언로딩시 웨이퍼를 리프팅하는 리프트 핀(120)이 형성되어 있다. 상기 리프트 핀(120)은 구동수단에 의하여 상승 및 하강되며, 이러한 리프트 핀(120)의 승하강에 의해 상기 슬릿 도어 밸브(122)를 통해 투입된 웨이퍼를 서셉터(118) 상부에 로딩시키기도 하고, 서셉터(118) 상부에 로딩된 웨이퍼를 프로세스 챔버(100) 외부로 언로딩시키게 된다.In addition, a lower electrode 116 to which RF power corresponding to the RF power applied to the upper electrode 102 is applied is formed in the lower region of the process chamber 100. The susceptor 118 on which the wafer W is seated is formed on the lower electrode 116. In this case, the frequency of the RF power applied to the lower electrode 110 is a low frequency of about 700 watts or less, and functions as a power source for plasma formation with the RF power applied to the upper electrode 102. In addition, a wafer inlet, that is, a slit door valve 122, is formed at the side of the process chamber 100 to load the wafer to be deposited on the susceptor 118. In addition, the susceptor 118 is formed with a lift pin 120 for lifting the wafer during wafer loading or wafer unloading. The lift pin 120 is raised and lowered by a driving means, and the wafer, which is introduced through the slit door valve 122 by the lowering of the lift pin 120, is loaded on the susceptor 118. The wafer loaded on the susceptor 118 is unloaded out of the process chamber 100.

그리고, 상기 프로세스 챔버(100)의 외측에는 프로세스 챔버(100) 내부의 에어를 펌핑하기 위한 펌핑 시스템(128)으로서, 배기라인(124) 및 진공 펌프(126)가 형성되어 있다. 상기 진공 펌프(126)는 배기라인(124)을 통해 프로세스 챔버(100)와 연결되며, 상기 배기라인(124)에는 배기 조절을 위한 아이솔레이션 밸브(도시되지 않음)등이 더 구비된다.In addition, an exhaust line 124 and a vacuum pump 126 are formed on the outside of the process chamber 100 as a pumping system 128 for pumping air in the process chamber 100. The vacuum pump 126 is connected to the process chamber 100 through the exhaust line 124, the exhaust line 124 is further provided with an isolation valve (not shown) for controlling the exhaust.

상기 프로세스 챔버(100)는 증착공정이 진행되는 영역으로서, 외부와 차단된 공간이다. 따라서, 이러한 프로세스 챔버(100) 내부의 압력을 증착공정시 요구되는 압력 수준으로 조절하고, 증착공정 과정에서 발생된 잔류 공정가스 및 공정 부산물과 같은 파티클을 외부로 배출시키기 위한 목적으로 펌핑 시스템(128)를 사용하게 되는 것이다. 즉, 웨이퍼 상부에 물질막을 증착하기 위해서 상기 슬릿 도어 밸브(122)를 통해 프로세스 챔버(100) 내부로 웨이퍼를 투입한다. 이때, 상기 슬릿 도어 밸브(122)가 오픈됨으로 인해 트랜스퍼 챔버(도시되지 않음)의 상압이 유입되어 프로세스 챔버(100) 내부의 압력이 약 1×10-3 torr 수준으로 높아지게(즉, 저진공 상태) 된다. 따라서, 이처럼 웨이퍼를 투입하는 과정에서 높아진 프로세스 챔버(100) 내부의 압력을 낮추기 위해 상기 진공 펌프(126)를 가동시켜 프로세스 챔버(100) 내부의 에어를 펌핑한다. 그 결과, 상기 프로세스 챔버(100) 내부의 압력을 박막증착공정에 요구되는 고진공 분위기(약 1×10-6 torr)로 조성하게 형성하게 되는 것이다. 따라서, 이처럼 고진공 분위기가 조성된 프로세스 챔버 내부에서 웨이퍼 상부에 물질막을 형성하기 위한 증착공정을 실시한다. 그리고, 증착공정이 완료된 후에도 역시 상기 진공 펌프(126)를 이용하여 프로세스 챔버(100) 내부의 잔류 공정가스 및 공정 부산물과 같은 파티클을 외부로 배출시키게 된다.The process chamber 100 is a region where a deposition process is performed and is a space that is blocked from the outside. Accordingly, the pumping system 128 is controlled to adjust the pressure inside the process chamber 100 to a pressure level required during the deposition process and to discharge particles such as residual process gases and process by-products generated during the deposition process to the outside. Will be used. That is, the wafer is introduced into the process chamber 100 through the slit door valve 122 to deposit a material film on the wafer. At this time, due to the opening of the slit door valve 122, the normal pressure of the transfer chamber (not shown) is introduced to increase the pressure inside the process chamber 100 to a level of about 1 × 10 −3 torr (ie, a low vacuum state). ) do. Therefore, the vacuum pump 126 is operated to lower the pressure in the process chamber 100 that is increased in the process of injecting the wafer to pump air in the process chamber 100. As a result, the pressure inside the process chamber 100 is formed in a high vacuum atmosphere (about 1 × 10 −6 torr) required for the thin film deposition process. Accordingly, a deposition process for forming a material film on the wafer is performed in the process chamber in which the high vacuum atmosphere is formed. After the deposition process is completed, the vacuum pump 126 is also used to discharge particles such as residual process gas and process by-products inside the process chamber 100 to the outside.

여기서, 상기 진공 펌프(126)는, 드라이 펌프(dry pump), 상기 드라이 펌프의 부족한 펌핑력을 보충하기 위한 부스터 펌프(booster pump) 및 핫 트랩부 및 콜드 트랩부로 구성된다. 상기 핫 트랩부 및 콜드 트랩부는 종래 기술에 따른 펌핑 시스템과 본 발명의 펌핑 시스템을 구별짓는 핵심 구성요소로서, 상기 드라이 펌프와 부스터 펌프 사이에 구비된다. 이와 같이, 상기 드라이 펌프와 부스터 펌프 사이에 핫 트랩부 및 콜드 트랩부를 구비함으로써, 고온 사양 및 저온 사양을 요하는 양측 공정 모두에 탄력적으로 펌핑 시스템을 적용할 수 있게 되는 것이다. 그러면, 하기 도 3을 참조하여, 상기 진공 펌프(126)의 내부 구성 및 펌핑 과정을 보다 구체적으로 살펴보기로 하자.Here, the vacuum pump 126 is composed of a dry pump, a booster pump for supplementing the insufficient pumping force of the dry pump, a hot trap unit and a cold trap unit. The hot trap portion and the cold trap portion are key components that distinguish the pumping system of the present invention from the pumping system according to the prior art, and are provided between the dry pump and the booster pump. As such, by providing a hot trap unit and a cold trap unit between the dry pump and the booster pump, the pumping system can be flexibly applied to both processes requiring high temperature specifications and low temperature specifications. Next, referring to FIG. 3, the internal configuration and the pumping process of the vacuum pump 126 will be described in more detail.

도 3을 참조하면, 상기 진공 펌프(126) 내부에는 부스터 펌프(130)와 드라이 펌프(132)가 형성되어 있다. 그리고, 상기 부스터 펌프(130)와 드라이 펌프(132) 사이에는 핫 트랩부(134) 및 콜드 트랩부(136)가 형성되어 있다. 그리고, 상기 부스터 펌프(130), 드라이 펌프(132), 핫 트랩부(134) 및 콜드 트랩부(136)는 배기라인(124a,124b,124c,124d)을 통해 서로 연결되어 있다.Referring to FIG. 3, a booster pump 130 and a dry pump 132 are formed in the vacuum pump 126. In addition, a hot trap 134 and a cold trap 136 are formed between the booster pump 130 and the dry pump 132. The booster pump 130, the dry pump 132, the hot trap unit 134, and the cold trap unit 136 are connected to each other through exhaust lines 124a, 124b, 124c, and 124d.

여기서, 상기 핫 트랩부(134)는 상기 부스터 펌프로부터 유입된 에어를 히팅하여, 에어속에 포함된 잔류 공정가스에 의한 침전물이 핫 트랩부(134) 내부에 침적되도록 한다. 그 결과, 상기 드라이 펌프(132) 내부에 침전물이 침적되는 것을 방지한다. 또한, 상기 콜드 트랩부(136)는 상기 핫 트랩부(134) 및 핫 트랩부(124)를 통과한 에어를 급랭하여, 에어속에 포함된 잔류 공정가스에 의한 파우더를 트랩한다. 그 결과, 상기 드라이 펌프 내부에 파우더가 침적되는 것을 방지한다.Here, the hot trap unit 134 heats the air introduced from the booster pump, so that the deposit by the residual process gas contained in the air is deposited in the hot trap unit 134. As a result, sediment is prevented from being deposited in the dry pump 132. In addition, the cold trap unit 136 quenches the air passing through the hot trap unit 134 and the hot trap unit 124 to trap the powder by the residual process gas contained in the air. As a result, the powder is prevented from being deposited inside the dry pump.

이처럼, 상기 핫 트랩부(134) 및 콜드 트랩부(136)는 프로세스 챔버(100)로부터 배출된 에어속에 포함된 파티클을 걸러주는 파티클 필터로서의 기능을 수행하는 것으로서, 필요에 따라 각각 하나 또는 그 이상개로 형성할 수 있다. 그러면, 하기 도 4에 도시된 플로우챠트를 참조하여 본 발명에 따른 상기 펌핑 시스템(128)을 이용한 프로세스 챔버 펌핑 과정을 일괄적으로 살펴보기로 하자.As such, the hot trap unit 134 and the cold trap unit 136 function as a particle filter for filtering particles contained in the air discharged from the process chamber 100, and each one or more as necessary. Can be formed into dogs. Then, a process chamber pumping process using the pumping system 128 according to the present invention will be described collectively with reference to the flowchart shown in FIG. 4.

예컨대, 상기 도 2에 도시된 PECVD 장치를 이용하여 웨이퍼 상부에 캐패시터 유전막으로서 기능하는 Al2O3 막질을 증착한 후에 프로세스 챔버 내부를 펌핑하는 과정을 가정해 보자.For example, assume a process of pumping an inside of a process chamber after depositing an Al 2 O 3 film functioning as a capacitor dielectric film on a wafer using the PECVD apparatus shown in FIG. 2.

먼저, 프로세스 챔버(100) 내부의 서셉터(118) 상부에 웨이퍼를 안착시켜 웨이퍼 상부에 Al2O3 막질을 증착한다(S200). 상기 Al2O3 증착 공정이 완료되면, 게이트 밸브를 개방하여 프로세스 챔버(100) 내부의 에어가 배기라인(124a)을 통해 배출되도록 한다(S202). 이때, 상기 Al2O3 증착 공정은 고온 분위기가 요구되는 고온 공정으로서, 상기 프로세스 챔버(100)로부터 배출되는 에어는 잔류 공정가스를 포함한 고온 에어이다.First, an Al 2 O 3 film is deposited on the wafer by mounting the wafer on the susceptor 118 in the process chamber 100 (S200). When the Al 2 O 3 deposition process is completed, the gate valve is opened to allow air in the process chamber 100 to be discharged through the exhaust line 124a (S202). In this case, the Al 2 O 3 deposition process is a high temperature process requiring a high temperature atmosphere, the air discharged from the process chamber 100 is a high temperature air including the residual process gas.

이처럼, 상기 배기라인(124a)을 통해 배출된 에어는 부스터 펌프(130) 내부로 유입된다(S204). 그리고, 상기 부스터 펌프(130)를 통과한 에어는 배기라인(124b)를 거쳐 핫 트랩부(134) 내부로 유입된다. 상기 핫 트랩부(134)에서는 상기 부스터 펌프(130)로부터 유입된 에어를 히팅하여, 에어속에 포함된 잔류 공정가스에 의한 침전물, 즉 알루미늄이 핫 트랩부(134) 내부에 침적되도록 한다(S206). 이처럼, 상기 핫 트랩부(134)를 이용하여 에어에 포함된 알루미늄 침전물을 필터링해줌으로써, 드라이 펌프(132) 내부에 알루미늄막이 침적되어 설비 고장을 일으키는 문제점을 해소할 수 있게 된다.As such, the air discharged through the exhaust line 124a is introduced into the booster pump 130 (S204). The air passing through the booster pump 130 is introduced into the hot trap part 134 through the exhaust line 124b. The hot trap unit 134 heats the air introduced from the booster pump 130, so that the precipitate by the residual process gas included in the air, that is, aluminum is deposited in the hot trap unit 134 (S206). . In this way, by filtering the aluminum precipitate contained in the air by using the hot trap unit 134, it is possible to solve the problem that the aluminum film is deposited inside the dry pump 132, causing the equipment failure.

이어서, 상기 핫 트랩부(134)를 통과한 에어는 배기라인(124c)를 거쳐 콜드 트랩부(136) 내부로 유입된다. 상기 콜드 트랩부(136)에서는 상기 핫 트랩부(134)로부터 유입된 에어 내부에 존재하는 Al2O3 파우더를 트랩한다(S208). 이처럼, 상기 콜드 트랩부(136)를 이용하여 에어에 포함된 Al2O3 파우더를 트랩하여 필터링해줌으로써, 드라이 펌프(132) 내부에 Al2O3 파우더가 침적되어 설비 고장을 일으키는 문제점을 해소할 수 있게 된다. 이어서, 상기 콜드 트랩부(136)를 통과한 에어는 배기라인(124d)를 거쳐 드라이 펌프(132)를 거쳐 외부로 배출된다(S210).Subsequently, air passing through the hot trap part 134 flows into the cold trap part 136 through the exhaust line 124c. The cold trap unit 136 traps the Al 2 O 3 powder present in the air introduced from the hot trap unit 134 (S208). As such, by trapping and filtering the Al 2 O 3 powder contained in the air by using the cold trap unit 136, Al 2 O 3 powder is deposited inside the dry pump 132 to solve the problem of equipment failure. You can do it. Subsequently, the air passing through the cold trap unit 136 is discharged to the outside via the dry pump 132 via the exhaust line 124d (S210).

상기한 바와 같이, 본 발명에서는 Al2O3 증착 공정이 완료된 프로세스 챔버(100) 내부를 펌핑하기 위한 부스터 펌프(130) 및 드라이 펌프(132) 사이에 핫 트랩부(134) 및 콜드 트랩부(136)를 형성함을 특징으로 한다. 이처럼, 부스터 펌프(130)와 드라이 펌프(132) 사이에 핫 트랩부(134) 및 콜드 트랩부(136)를 형성한 결과, 프로세스 챔버(100)로부터 방출된 에어 내부에 존재하는 파티클이 상기 핫 트랩부(134) 및 콜드 트랩부(136)에 의해 필터링된다. 그로 인해, 드라이 펌프(132) 내부에 알루미늄막 또는 Al2O3 파우더가 침적되어 펌프 로테이터에 고착형 불량이 발생하거나, 배기 라인이 막혀 원활한 배기에 지장을 주는 문제점, 펌핑 시 스템이 부식되어 PM 주기를 단축되거나 설비 교체에 다른 기료비 증가등의 종래의 문제점을 해소할 수 있게 된다. 실질적으로, 본 발명에서와 같이, 상기 핫 트랩부(134) 및 콜드 트랩부(136)를 형성하여 프로세스 챔버(100)로부터 배출되는 에어에 포함된 파티클을 필터링해줄 경우, 배기라인 및 드라이 펌프의 오염도가 현저히 감소되어 전체 펌핑 시스템의 PM 주기가 종래 대비 4배 가량 증가되는 것으로 밝혀졌다.As described above, in the present invention, between the booster pump 130 and the dry pump 132 for pumping the inside of the process chamber 100 in which the Al 2 O 3 deposition process is completed, the hot trap unit 134 and the cold trap unit ( 136). As such, as a result of forming the hot trap part 134 and the cold trap part 136 between the booster pump 130 and the dry pump 132, particles present in the air discharged from the process chamber 100 are hot. It is filtered by the trap unit 134 and the cold trap unit 136. As a result, aluminum film or Al 2 O 3 powder is deposited inside the dry pump 132, resulting in a fixed defect in the pump rotator, or the exhaust line is clogged to prevent smooth exhaustion. It is possible to solve the conventional problems such as shortening the cycle or increasing other fuel costs in the replacement of equipment. Substantially, as in the present invention, when forming the hot trap 134 and the cold trap 136 to filter the particles contained in the air discharged from the process chamber 100, the exhaust line and the dry pump The contamination was found to be significantly reduced, resulting in a four-fold increase in the PM cycle of the entire pumping system.

한편, 도 5는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 펌핑 시스템을 나타낸다.On the other hand, Figure 5 shows a pumping system according to another embodiment of the present invention.

도 5를 참조하면, 드라이 펌프(300)의 측부에 탈부착이 가능한 쿨링 플레이트(302)가 장착되어 있다. 상기 드라이 펌프(300)에 쿨링 플레이트(302)를 장착하지 않을 경우에는 노말 공정에 사용하고, 상기 드라이 펌프(300)에 쿨링 플레이트를 장착할 경우에는 저온 사양 공정에 사용할 수 있다. 이처럼, 탈부착 가능한 쿨링 플레이트(302)를 드라이 펌프(300) 측부에 하나 또는 그 이상으로 장착하는 방식으로, 노말 드라이 펌프(300)를 용이하게 저온 사양 공정에 적합하도록 변경시킴으로써, 최소한의 비용으로 두 가지 사양을 겸비한 펌핑 시스템 구현이 가능해진다. 그리고, 노말 드라이 펌프(300)에 쿨링 플레이트(302)를 간단히 부착하는 방식이므로, 공정 로스 타임을 최소화하여 전체 공정 효율을 극대화시킬 수 있게 된다.Referring to FIG. 5, a detachable cooling plate 302 is mounted on the side of the dry pump 300. When the cooling plate 302 is not mounted on the dry pump 300, the cooling plate 302 may be used in a normal process, and when the cooling plate is mounted on the dry pump 300, the cooling plate 302 may be used in a low temperature specification process. As such, by attaching the removable cooling plate 302 to one or more sides of the dry pump 300 side, the normal dry pump 300 can be easily adapted to a low temperature specification process, thereby providing a minimum cost. The pumping system can be implemented with various specifications. In addition, since the cooling plate 302 is simply attached to the normal dry pump 300, the process loss time may be minimized to maximize the overall process efficiency.

상기한 바와 같이 본 발명에서는, 프로세스 챔버 내부를 펌핑하기 위한 펌핑 시스템을 구현함에 있어서, 상기 펌핑 시스템을 구성하고 있는 부스터 펌프 및 드 라이 펌프 사이에 핫 트랩부 및 콜드 트랩부를 구비함으로써, 고온 및 저온 사양 공정에 혼용하여 사용할 수 있도록 한다. 또는, 노말 드라이 펌프에 쿨링 플레이트를 부착하는 방식으로 저온 사양 공정에 적합하도록 드라이 펌프를 용이하게 변경시킨다. 그 결과, 공정 사양에 맞추어 펌핑 시스템을 운용할 수 있도록 함으로써, 공정 효율을 향상시켜 반도체 디바이스의 신뢰성 및 생산성 증대에 긍정적인 영향을 미치게 된다.As described above, in the present invention, in implementing a pumping system for pumping the inside of the process chamber, by providing a hot trap and a cold trap between the booster pump and the dry pump constituting the pumping system, a high temperature and a low temperature It can be used interchangeably in the specification process. Alternatively, the dry pump is easily modified to fit a low temperature specification process by attaching a cooling plate to the normal dry pump. As a result, it is possible to operate the pumping system in accordance with the process specification, thereby improving the process efficiency and having a positive effect on the reliability and productivity of the semiconductor device.

Claims (7)

반도체 디바이스 제조설비에서의 펌핑 시스템에 있어서:In a pumping system in a semiconductor device manufacturing facility: 배기라인을 통해 프로세스 챔버에 연결되어 있으며, 상기 프로세스 챔버 내부의 에어를 펌핑하는 진공 펌프부; 및 A vacuum pump unit connected to the process chamber through an exhaust line and pumping air in the process chamber; And 상기 진공 펌프부에 연결되어 상기 프로세스 챔버로부터 배출된 에어속에 포함된 파티클을 필터링하는 파티클 트랩부를 포함함을 특징으로 하는 반도체 디바이스 제조설비에서의 펌핑 시스템. And a particle trap unit connected to the vacuum pump unit to filter particles contained in the air discharged from the process chamber. 제 1항에 있어서, 상기 파티클 트랩부는 핫 트랩부와 콜드 트랩부로 구성됨을 특징으로 하는 반도체 디바이스 제조설비에서의 펌핑 시스템. The pumping system of claim 1, wherein the particle trap part comprises a hot trap part and a cold trap part. 제 2항에 있어서, 상기 핫 트랩부와 콜드 트랩부는 각각 하나 또는 그 이상으로 형성함을 특징으로 하는 반도체 디바이스 제조설비에서의 펌핑 시스템. 3. The pumping system of claim 2, wherein the hot trap portion and the cold trap portion are each formed of one or more. 제 1항에 있어서, 상기 진공 펌프부는 부스터 펌프 및 상기 부스터 펌프 후단에 연결된 드라이 펌프임을 특징으로 하는 반도체 디바이스 제조설비에서의 펌핑 시스템. The pumping system of claim 1, wherein the vacuum pump unit is a booster pump and a dry pump connected to a rear end of the booster pump. 반도체 디바이스 제조설비에서의 펌핑 시스템에 있어서:In a pumping system in a semiconductor device manufacturing facility: 배기라인을 통해 프로세스 챔버에 연결되어 있으며, 상기 프로세스 챔버 내부의 에어를 펌핑하는 진공 펌프부; 및 A vacuum pump unit connected to the process chamber through an exhaust line and pumping air in the process chamber; And 상기 진공 펌프부에 탈부착되어 상기 진공 펌프부를 저온 사양으로 변환시키는 쿨링 플레이트부를 포함함을 특징으로 하는 반도체 디바이스 제조설비에서의 펌핑 시스템. And a cooling plate portion detachably attached to the vacuum pump portion to convert the vacuum pump portion to a low temperature specification. 제 5항에 있어서, 상기 진공 펌프부는 드라이 펌프임을 특징으로 하는 반도체 디바이스 제조설비에서의 펌핑 시스템. 6. The pumping system of claim 5, wherein the vacuum pump portion is a dry pump. 제 6항에 있어서, 상기 쿨링 플레이트부는 하나 또는 그 이상으로 형성함을 특징으로 하는 반도체 디바이스 제조설비에서의 펌핑 시스템.7. The pumping system of claim 6, wherein the cooling plate portion is formed of one or more.
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US20220301896A1 (en) * 2021-03-17 2022-09-22 Kioxia Corporation Substrate processing apparatus and substrate processing method

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