KR20080045803A - 반도체 디바이스 제조설비의 배기라인 구조 - Google Patents

반도체 디바이스 제조설비의 배기라인 구조 Download PDF

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Abstract

본 발명은 반도체 디바이스 제조설비의 배기라인 구조에 관한 것이다. 본 발명에서는, 배기라인의 길이 조절을 위한 플렉시블 영역을 반영구적 사용이 가능한 테프론 원형 타입으로 제작한다. 그 결과, 프로세스 챔버 내부의 에어가 원활히 배출되어 프로세스 챔버 내부를 공정시 요구되는 소정의 압력으로 유지시킬 수 있음은 물론 프로세스 챔버 내부의 잔류 공정가스 및 공정 부산물과 같은 파티클이 외부로 원활히 배출되어 반도체 디바이스의 신뢰성 및 생산성이 보다 향상된다.
배기라인, 자바라, 테프론, 몽글이 디펙

Description

반도체 디바이스 제조설비의 배기라인 구조{structure of exhaust line in semiconductor device manufacturing apparatus}
도 1 및 도 2는 종래 기술에 따른 배기라인의 일부 구조를 나타낸다.
도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 배기라인이 적용되는 통상의 반도체 디바이스 제조설비를 나타낸다.
도 4 및 도 5는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 배기라인 구조를 나타낸다.
< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 >
100: 프로세스 챔버 102: 상부전극
104: 샤워헤드 106: 버퍼공간
108: 가스분사홀 110: DTCU
112: 돔 114: 램프
116: RF 코일 118: 하부전극
120: 척 122: 클램프 링
124: 리프트핀 126: 리프트
128: 배기라인 130: 유닛 연결단
132: 배기구 연결단
본 발명은 반도체 디바이스 제조설비에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 반도체 디바이스 제조설비의 배기라인 구조에 관한 것이다.
최근, 정보 통신 분야의 급속한 발달과 컴퓨터와 같은 정보 매체의 급속한 대중화에 따라 반도체 디바이스도 비약적으로 발전하고 있다. 따라서, 그 기능적인 면에 있어서도 고속으로 동작하는 동시에 대용량의 저장 능력을 가질 것이 요구되고 있다. 또한, 반도체 디바이스의 고집적화 및 대용량화 추세로 인해 반도체 디바이스의 메모리셀을 구성하는 각각의 단위소자의 사이즈 또한 축소되고 있다. 이처럼 단위소자의 사이즈가 축소되어 공정 마진이 감소됨에 따라 반도체 디바이스를 제조하기 위한 단위 공정에 있어서 최상의 정밀성이 요구되고 있다.
일반적으로 반도체 디바이스는 웨이퍼 표면 상부에 여러 가지 기능을 수행하는 박막을 증착하고 이를 패터닝하여 다양한 회로 기하구조를 형성함으로써 제조하게 된다. 이러한 반도체 디바이스를 제조하기 위한 단위 공정은, 크게 반도체 내부로 3B족(예컨대, B) 또는 5B족(예컨대, P 또는 As)의 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 패 턴으로 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 세정공정등으로 구분할 수 있다. 따라서, 반도체 디바이스를 제조하기 위해서는 상기와 같은 여러 단위 공정들을 각각의 프로세스 챔버를 이용하여 선택적이고도 반복적으로 실시하게 된다.
한편, 상기와 같은 다양한 단위 공정이 진행되는 프로세스 챔버에는 상기 프로세스 챔버 내부를 펌핑 및 벤트하는 진공 시스템이 구비되어 있다. 이러한 진공 시스템은 터보 펌프 및 상기 터보 펌프를 보조하는 보조 펌프(예컨대, 드라이 펌프)로 구성되는 펌핑부, 그리고 상기 펌핑부와 프로세스 챔버를 연결하는 배기라인으로 구성될 수 있다. 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 담당하게 되는데, 하기 도 1 및 도 2에는 종래 기술에 따른 진공 시스템의 배기라인 구조가 도시되어 있다.
도 1 및 도 2는 종래 기술에 따른 진공 시스템의 배기라인 구조로서, 도 1는 상기 배기라인이 이완된 상태를 나타내고, 도 2는 상기 배기라인이 수축된 상태를 나타낸다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 진공 시스템에 적용되는 배기라인(10)의 일부 구조가 도시되어 있다. 상기 배기라인(10)의 도면상 상단부에는 프로세스 챔버에 연결되는 유닛 연결단(12)이 형성되어 있으며, 상기 배기라인(10)의 하단부에는 배기 구와 연결되는 자바라 형상의 배기구 연결단(14)이 형성되어 있다. 여기서, 상기 배기라인(14)은 통상적으로 PVC 재질로 이루어져 있다.
따라서, 도 1 및 도 2에 도시된 것과 같이 상기 배기라인(14)이 수축과 이완을 반복하게 되면, 특히 도 1의 참조부호 A로 나타낸 굴곡 부분이 마찰에 취약하여 찢어지는 경우가 많이 발생한다.
이처럼, 상기 배기라인(14)이 찢어지게 되면, 전체적인 펌핑 시스템의 펌핑력이 저하되어 프로세스 챔버 내부의 에어를 원활히 배출할 수 없게 된다. 그 결과, 프로세스 챔버 내부를 공정시 요구되는 소정의 압력으로 유지시킬 수 없게 됨은 물론, 프로세스 챔버 내부의 잔류 공정가스 및 공정 부산물과 같은 파티클을 외부로 원활히 배출시킬 수 없게 되어 프로세스 챔버 내부를 오염시킨다. 구체적으로, 프로세스 챔버 내부의 배기가 원활히 이루어지지 못할 경우, 환경성 파티클인 몽글이 디펙이 발생하며, 이로 인해 추가 프로세싱이 요구되는등 반도체 디바이스의 신뢰성 및 생산성을 크게 저하시키는 문제점이 있다.
상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은, 배기 손실을 최소화하여 프로세스 챔버에 대한 펌핑력을 일정하게 유지할 수 있도록 하는 반도체 디바이스 제조설비의 배기라인을 제공함에 있다.
본 발명의 다른 목적은, 배기 라인의 에어 누출을 방지할 수 있도록 하는 반도체 디바이스 제조설비의 배기라인을 제공함에 있다.
본 발명의 다른 목적은, 프로세스 챔버 내부의 오염을 방지하고, 반도체 디바이스의 신뢰성 및 생산성을 향상시킬 수 있도록 하는 반도체 디바이스 제조설비의 배기라인을 제공함에 있다.
상기한 목적들을 달성하기 위한 본 발명에 따른 반도체 디바이스 제조설비의 배기라인은, 웨이퍼에 대하여 단위 공정이 실시되는 프로세스 챔버에 연결되는 유닛 연결단; 및 상기 프로세스 챔버로부터 펌핑된 에어가 배출되는 배기구에 연결되며, 배기라인의 길이를 조절하기 위해 플렉시블하게 움직이는 테프론 원형 타입으로 이루어진 배기구 연결단을 포함함을 특징으로 한다.
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.
도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 배기라인이 적용되는 통상의 반도체 디바이스 제조설비를 나타낸다.
도 3을 참조하면, 상기 반도체 디바이스 제조설비는 플라즈마 식각 설비로서, 웨이퍼 상에 형성된 피가공막을 전기적 특성을 가지는 패턴으로 식각하기 위한 식각 공정이 진행되는 일정 두께의 챔버 벽을 가지는 프로세스 챔버(100)가 구비된 다. 보다 구체적으로, 상기 프로세스 챔버는 웨이퍼 상부의 피가공막을 소정의 패턴으로 식각하기 위한 공정가스가 주입되는 상부 챔버 및 웨이퍼가 로딩되는 하부 챔버로 이루어진다.
또한, 상부 챔버에는 RF 파워가 인가되는 상부전극(102)이 형성되어 있다. 상기 RF 파워는 약 60MHz 이상의 고주파로서, 이러한 고주파수를 인가함으로써, 프로세스 챔버(100) 내부에 주입된 공정가스를 플라즈마화시킬 수 있게 되고, 10mT 이하의 저압조건하에서도 플라즈마에 의한 식각 공정이 가능하도록 하여 디자인룰 감소에 대응할 수 있도록 한다. 그리고, 상기 상부 챔버에는 샤워헤드(104)가 형성되어 있다. 이러한 상기 샤워헤드(104)는 석영 재질 또는 상기 석영 재질에 비해 강도가 우수하며 절연특성이 있는 세라믹 재질로 형성할 수 있다. 상기 샤워헤드(104)의 구조를 구체적으로 살펴보면, 가스공급관을 통해 공급되는 공정가스를 그 내부에 일시적으로 저장시키는 버퍼공간(106)이 마련되어 있으며, 상기 버퍼공간(106)에 일시적으로 저장된 공정가스를 프로세스 챔버 내부로 분사시키기 위한 복수개의 가스분사홀(108)이 형성되어 있다.
또한, 상기 상부 챔버에는 RF 파워와 연결되어 RF 에너지가 공급되며, 프로세스 챔버 내부의 온도를 약 80℃의 적정온도로 유지시켜주는 보조 챔버로서 기능하는 DTCU(Dome Temp Control Unit:110)가 설치되어 있다. 그리고, 상기 상부 챔버에는 상부 챔버의 천정을 커버하는 형성하는 돔(112)이 설치되어 있다. 보다 구체적으로, 상기 돔(112)은 RF 파워와 온도 제어를 위하여 돔 온도 제어 유닛(DTCU) 내부에 설치되며, 수정, 알루미나 또는 알파 알루미나(사파이어)와 같은 절연재질 또는 세라믹 재질로 형성될 수 있다. 또한, 상기 돔(112)은 플라즈마 식각 공정을 진행하는 과정에서 발생된 폴리머를 보다 용이하고 신속하게 흡착하여 웨이퍼 로스를 최소화하기 위한 목적으로 구비된 것으로서, 도 3에 도시된 것과 같이, 통상적으로 반구형태로 이루어져 있다. 그리고, 상기 돔(112)의 상측에는 프로세스 챔버(100)의 내부를 소정의 온도 조건으로 유지시키기 위한 다수개의 램프(114) 및 특히 플라즈마 형성에 필요한 RF 파워를 공급하는 RF 코일(116)이 구비되어 있다. 또한, 도면상으로 도시되지는 않았으나, 상기 돔(112)의 천정에는 식각 종료 시점을 검출하도록 하는 식각 종말점 감지부가 형성되어 있다.
또한, 상기 프로세스 챔버(100)의 하부 챔버에는 RF 파워가 인가되는 하부전극(118)이 설치되어 있고, 상기 하부전극(118) 상부에는 웨이퍼가 안착되는 척(120)이 형성되어 있다. 여기서, 상기 하부전극(118)에 인가되는 RF 파워의 주파수는 약 2MHz로서, 웨이퍼 측으로 플라즈마 이온들을 유인하게 된다. 그리고, 상기 척(120)의 종류로서, 먼저 진공척은 단위공정들이 진공 조건하에서 수행될 경우, 진공척과 외부 진공간의 압력차이가 생성되지 않기 때문에 사용에 한계가 있으며, 또한 흡입작용에 의해 웨이퍼를 고정하기 때문에 정밀한 고정이 불가능한 결점이 있다. 따라서, 최근에는 전위차에 의해 발생되는 유전분극 현상과 정전기적 원리를 이용하여 웨이퍼를 척킹하는 정전척(ESC:Electro Static Chuck)이 보다 보편적으로 사용되고 있다. 그리고, 상기 척(120)의 에지부에는 클램프 링(122)이 설치되어 있는데, 이러한 클램프 링(122)은 상기 척(120)에 안착된 웨이퍼의 에지부위를 에워싸는 환형으로 이루어져 있다. 이러한 클램프 링(122)에 의해 척(120) 상부에 안착 된 웨이퍼는 소정의 위치에 고정될 수 있으며, 플라즈마 환경 영역을 웨이퍼의 외측 부위까지 확대시켜 웨이퍼 전체 영역이 플라즈마 작용을 받을 수 있도록 한다. 여기서, 상기 클램프 링(122)은 강도가 높고, 내식성, 내산화성, 내열충격성이 우수한 소재로서, 예컨대 탄화규소(SiC)로 형성하는 것이 바람직하다.
그리고, 상기 프로세스 챔버(100)의 하부 챔버에는 웨이퍼를 상하 방향으로 수직운동시키기 위한 리프트핀(124)을 포함한 리프트(126)가 형성되어 있다. 상기 리프트(126)는 소정의 구동장치를 이용하여 상기 리프트 핀(124)을 승하강시키며, 이러한 리프트 핀(124)의 승하강에 의해 웨이퍼의 수직 운동이 이루어지게 된다. 이때, 웨이퍼는 하부 챔버의 일측에 설치된 웨이퍼 투입구(도시되지 않음)를 통해 척(120) 상부로 로딩되어진다.
또한, 상기 프로세스 챔버(100)의 일측 측부에는 배기라인(128)이 연결된다. 상기 배기라인(128)에는 프로세스 챔버(100) 내부를 진공 상태로 만들고, 프로세스 내부의 가스 및 파티클등을 외부로 배출시키기 위한 터보 펌프(도시되지 않음)가 연결되어 있다. 통상적으로, 플라즈마 식각 공정을 수행하기 위해서는, 프로세스 챔버(100) 내부를 소정의 압력분위기로 조성하여야 하는데, 상기 배기라인(128)과 연결된 터보 펌프를 이용하여 프로세스 챔버(100) 내부를 일정한 진공압 상태(약 0.1mT 이하)로 유지시킬 수 있다. 그리고, 이러한 프로세스 챔버(100)에 대한 진공압의 조절은 터보 펌프 상측에 형성되어 있는 게이트 밸브에 의해서 이루어진다. 또한, 상기 터보 펌프에는 드라이 펌프(도시되지 않음)가 연결되어 있는데, 이러한 드라이 펌프는 상기 터보 펌프와 함께 플라즈마 식각 공정이 진행되는 프로세스 챔 버(100) 내부의 공정 가스를 배출시키기 위한 기능을 수행하는 펌프로서, 상기 드라이 펌프 자체에서 발생되는 열을 냉각시키기 위한 오일 시스템(도시되지 않음) 및 프로세스 쿨링 워터를 공급하는 워터 플로우 라인(도시되지 않음)이 구비된다. 또한, 상기 드라이 펌프는 일반적으로 프로세스 챔버 및 버퍼 기능의 트랜스퍼 챔버의 압력을 진공상태로 유지하는 기능을 수행하기 위하여 항시 펌핑기능을 유지하고 있다.
한편, 상기 배기라인(128)을 구현함에 있어서, 본 발명에서는 반복되는 수축 및 이완 작용에 의해 배기라인이 쉽게 찢어지는 종래의 문제점을 해소할 수 있는 개선된 배기라인(128)을 제공한다.
도 4 및 도 5에는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 배기라인 구조가 도시되어 있다. 도 4는 상기 배기라인이 이완된 상태를 나타내고, 도 5는 상기 배기라인이 수축된 상태를 나타낸다.
도 4 및 도 5를 참조하면, 진공 시스템에 적용되는 배기라인(128)의 일부 구조가 도시되어 있다. 상기 배기라인(128)은 통상적으로 PVC 재질로 이루어져 있으며, 상기 배기라인(128)의 도면상 상단부에는 프로세스 챔버에 연결되는 유닛 연결단(130)이 형성되어 있다. 그리고, 상기 배기라인(130)의 하단부에는 배기구와 연결되는 배기구 연결단(132)이 테프론 원형 타입으로 형성되어 있다. 상기 배기구 연결단(132)은 상기 배기라인(128)의 길이 조절을 담당하는 영역으로서, 테프론 원형 타입으로 형성함으로써 플렉시블(flexible)하게 구현한다. 보다 구체적으로, 상기 배기구 연결단(132)을 상단 및 하단으로 분리한다. 보다 구체적으로는, 상기 하 단 배기구 연결단은 고정시키고 상단 배기구 연결단이 상하 운동하도록 함으로써, 배기라인의 길이를 조절한다.
종래에는 배기라인을 구현함에 있어서, 상기 배기라인의 길이 조절을 위한 플렉시블 영역을 자바라 형상으로 제작하였다. 따라서, 상기 배기라인이 수축과 이완을 반복하는 과정에서 상기 자바라 영역이 손상되어 찢어지고, 그로 인해 펌핑 시스템의 펌핑력이 저하되어 프로세스 챔버 내부의 에어를 원활히 배출할 수 없는 문제점이 있었다.
따라서, 본 발명에서는 상기한 종래의 문제점을 해소하고자, 상기 배기라인의 길이 조절을 위한 플렉시블 영역을 테프론 원형 타입으로 제작하였다. 그 결과, 도 4 및 도 5에 도시된 것과 같이, 상기 배기라인(128)의 길이 조절을 위해 상기 배기라인(128)이 이완 및 수축을 반복할 경우, 상기 배기라인(128)이 상하 운동을 하게 되므로 상기 테프론 원형 타입의 플렉시블 영역을 손상시키지 않게 되어 반구적으로 사용할 수 있게 된다.
그로 인해, 배기라인이 찢어지는 종래의 문제점을 해소하여 프로세스 챔버 내부의 에어를 원활히 배출할 수 있게 됨으로써, 프로세스 챔버 내부를 공정시 요구되는 소정의 압력으로 유지시킬 수 있게 된다. 그리고, 프로세스 챔버 내부의 잔류 공정가스 및 공정 부산물과 같은 파티클을 외부로 원활히 배출시킬 수 있게 되어 환경성 파티클인 몽글이 디펙 발생률을 크게 저하시키며, 그로 인해 프로세스 챔버 내부에 대한 PM 주기를 연장시킬 수 있게 되고 배기라인 교체 시기를 늦출 수 있어 결과적으로 기료비 감소와 함께 반도체 디바이스의 신뢰성 및 생산성을 보다 향상시킬 수 있게 된다.
실질적으로, 1개 라인을 기준으로 안정적인 사용을 위해 년 3회 교체를 실시한다고 가정할 경우, "총 252개×3회=756개/년" 의 배기라인이 소요된다. 그리고, 년간 사용금액은 "756×22,000원=16,632,000원" 이 소요된다. 따라서, 본 발명에서와 같이 배기라인의 플렉시블 영역을 반영구적 사용이 가능한 테프론 원형 타입으로 구현할 경우, 년간 16,632,000원을 절감할 수 있는 결과를 얻을 수 있다.
상기한 바와 같이 본 발명에서는, 배기라인의 길이 조절을 위한 플렉시블 영역을 반영구적 사용이 가능한 테프론 원형 타입으로 제작하여 프로세스 챔버 내부의 에어가 원활히 배출될 수 있도록 한다. 이처럼 프로세스 챔버 내부에 대한 펌핑력이 강화될 경우, 프로세스 챔버 내부를 공정시 요구되는 소정의 압력으로 유지시킬 수 있음은 물론, 프로세스 챔버 내부의 잔류 공정가스 및 공정 부산물과 같은 파티클을 외부로 원활히 배출시킴으로써, 기료비를 감소하고, PM 주기를 연장시키며 반도체 디바이스의 신뢰성 및 생산성을 보다 향상시킬 수 있도록 한다.

Claims (4)

  1. 반도체 디바이스 제조설비의 배기라인 구조에 있어서:
    웨이퍼에 대하여 단위 공정이 실시되는 프로세스 챔버에 연결되는 유닛 연결단; 및
    상기 프로세스 챔버로부터 펌핑된 에어가 배출되는 배기구에 연결되며, 배기라인의 길이를 조절하기 위해 플렉시블하게 움직이는 테프론 원형 타입으로 이루어진 배기구 연결단을 포함함을 특징으로 하는 반도체 디바이스 제조설비의 배기라인 구조.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 배기구 연결단은 상단 배기구 연결단 및 하단 배기구 연결단으로 구성됨을 특징으로 하는 반도체 디바이스 제조설비의 배기라인 구조.
  3. 제 2항에 있어서, 상기 배기구 연결단은 상하방향으로 이동하는 상단 배기구 연결단 및 고정된 하단 배기구 연결단으로 구성됨을 특징으로 하는 반도체 디바이스 제조설비의 배기라인 구조.
  4. 제 3항에 있어서, 상기 배기라인은 PVC 재질로 이루어져 있음을 특징으로 하는 반도체 디바이스 제조설비의 배기라인 구조.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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