KR100857928B1 - 가스 제거 방법, 가스 제거 시스템 및 플라즈마 처리 장치 - Google Patents

가스 제거 방법, 가스 제거 시스템 및 플라즈마 처리 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은, 기밀한 처리실내에 있어서 가스 공급 장치로부터 공급되는 할로겐계 가스를 방전 해리시킨 플라즈마를 사용하여 소정의 처리를 실행한 후, 처리실내에 잔류한 상기 할로겐계 가스를 제거하는 가스 제거 시스템으로서, 상기 처리실내의 압력을 제어하는 압력 제어 장치와, 상기압력 제어 장치에 의해 상기 처리실내를 감압한 후에 상기 처리실내에 대기를 공급하는 급기 장치와, 상기 급기 장치를 제어하는 제어 장치와, 상기 처리실내의 상기 할로겐계 가스와 상기 대기의 반응에 의해 생성된 가스를 배기하는 배기 장치를 포함하는 가스 제거 시스템을 제공한다.

Description

가스 제거 방법, 가스 제거 시스템 및 플라즈마 처리 장치{METHOD AND SYSTEM FOR REMOVAL OF GAS, AND PLASMA PROCESSING DEVICE}
본 발명은 성분에 할로겐을 함유하는 가스(할로겐계 가스)를 사용하여 플라즈마 처리를 실행할 경우에 적합한 가스 제거 방법, 가스 제거 시스템 및 플라즈마 처리 장치에 관한 것이다.
종래부터 반도체 제조 분야에 있어서, 할로겐계 가스, 예컨대 염소계 가스를 사용한 플라즈마 처리를 실행하는 플라즈마 처리 장치가 사용되고 있다. 이러한 염소계 가스를 사용하는 에칭 처리에서는, 처리실의 내벽면이나 내부 구성 부재에 염소계 반응 생성물이 퇴적하여 에칭 처리에 악영향을 준다. 이 때문에, 처리실내를 알코올 등의 유기 용매로 정기적으로 클리닝할 필요가 있다. 그러나, 처리 직후의 처리실내에는 염소계 반응 생성물 외에 염소계 가스도 존재하고 있어, 이 상태에서 처리실을 개방하는 것은 위험하다.
그래서 종래에는 처리실을 기밀한 상태로 유지한 채로 염소계 가스의 제거를 행했다. 처리실을 밀폐한 상태에서 처리실로 대기 및 N2를 도입함으로써, 염소계 가스는 대기 중에 함유된 수분에 의해 산으로 변화된다. 이 산을 산 배기 라인에 의해 배기함으로써 처리실내의 염소계 가스가 제거된다. 이렇게 해서 염소계 가스를 제거하여 안전성을 확보한 후에, 처음으로 처리실을 대기로 개방하여 상기 처리실내의 클리닝을 실행한다.
그러나, 상기 종래 기술에서는, 처리실을 밀폐한 상태에서 처리실로 대기 및 N2를 도입하기 때문에 그 도입량에도 한계가 있고, 그에 따라 대기 및 N2의 도입, 및 염소계 가스의 산으로의 변화에 시간이 걸렸다. 일반적인 플라즈마 처리 장치에서는, 염소계 가스 농도가 처리실을 개방하더라도 안전하게 되는 2ppm 미만으로 떨어질 때까지 300분 정도의 시간이 걸리기 때문에, 장치의 정지 시간 상승이나 가동률 저하를 초래하였다.
본 발명은 상기 종래 기술이 갖는 문제점을 감안하여 이루어진 것으로, 본 발명의 목적은 처리실내의 할로겐계 가스의 제거 시간 단축을 도모하는 것이 가능한 새롭게 개량된 가스 제거 방법, 가스 제거 시스템 및 그것을 사용한 플라즈마 처리 장치를 제공하는 것이다.
발명의 요약
상기 과제를 해결하기 위해, 본 발명의 제 1 관점에 의하면, 기밀한 처리실내에서 할로겐계 가스를 방전 해리시킨 플라즈마를 사용하여 소정의 처리를 행한 후, 상기 처리실내에 잔류한 상기 할로겐계 가스를 제거하는 가스 제거 방법에 있어서, 상기 처리실내를 대기압보다 낮은 저압이 되도록 감압하는 공정과, 상기 처리실내에 대기를 공급하는 공정과, 상기 처리실내의 상기 할로겐계 가스와 상기 대기의 반응에 의해 생성된 가스를 배기하는 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 가스 제거 방법이 제공된다.
이러한 가스 제거 방법에 의하면, 처리실내를 적어도 대기압보다 낮은 저압(부압)으로 함으로써, 처리실내에 대기를 공급하더라도 가스가 처리실 외부로 확산되지 않고, 또한 처리실내를 저압으로 하고 있기 때문에 대기를 도입하기 쉬워진다. 따라서, 공급된 대기와 처리실내의 가스를 반응시켜 배기하는 것이 가능해져, 가스를 신속하고 확실하게 제거할 수 있다. 또한, 이 후에 실행하는 유지 보수 작업시에도 처리실내를 부압으로 해 둠으로써, 가스 특유의 자극 냄새가 나거나 가스 누출 검지기가 작동하지 않고, 안전하게 유지 보수 작업을 실행할 수 있다.
또한, 상기 처리실내에 대기를 공급하는 공정은, 상기 플라즈마 처리에 사용하는 처리 가스의 상기 처리실내로의 공급 경로를 사용하여 실행하는 것이 바람직하다. 이로써, 플라즈마 처리를 위한 처리 가스 공급 장치와 처리실내에 대기를 공급하는 시스템을 일부 공용할 수 있기 때문에, 간단한 구성으로 가스의 배기가 가능해진다. 또한, 큰 구동계를 사용하고 있지 않기 때문에 이 가스 제거를 자동화하는 것도 용이해진다.
또한, 상기 처리실내에 대기를 공급하는 공정은, 상기 처리실을 대기 개방할 수도 있다. 이와 같이 처리실을 대기 개방함으로써, 대기를 대량으로 취입할 수 있기 때문에 가스 제거 시간을 대폭 단축할 수 있다.
또한, 상기 할로겐계 가스는 염소계 가스, 예컨대 염소일 수도 있고, 브롬계 가스, 예컨대 브롬화 수소일 수도 있다.
상기 과제를 해결하기 위해, 본 발명의 제 2 관점에 의하면, 기밀한 처리실내에서, 처리 가스 공급 장치로부터 공급되는 할로겐계 가스를 함유하는 처리 가스를 방전 해리시킨 플라즈마를 사용하여 소정의 처리를 행한 후, 상기 처리실내에 잔류한 상기 할로겐계 가스를 제거하는 가스 제거 시스템에 있어서, 상기 처리실내의 압력을 제어하는 압력 제어 장치와, 상기 압력 제어 장치에 의해 상기 처리실내를 감압한 후에 상기 처리실내에 대기를 공급하는 급기 장치와, 상기 급기 장치를 제어하는 제어 장치와, 상기 처리실내의 상기 할로겐계 가스와 상기 대기의 반응에 의해 생성된 가스를 배기하는 배기 장치를 갖는 것을 특징으로 하는 가스 제거 시스템이 제공된다.
이러한 가스 제거 시스템에 의하면, 처리실내를 적어도 대기압보다 낮은 저압(부압)으로 함으로써, 처리실내에 대기를 공급해도 가스가 처리실 외부로 확산되지 않고, 또한 처리실내를 저압으로 하고 있기 때문에 대기를 도입하기 쉬워진다. 따라서, 공급된 대기와 처리실내의 가스를 반응시켜 배기하는 것이 가능해져, 가스를 신속하고 확실하게 제거할 수 있다. 또한, 이 후에 실행하는 유지 보수 작업시에도 처리실내를 부압으로 해 둠으로써, 가스 특유의 자극 냄새가 나거나 가스 누출 검지기가 작동하지 않고, 안전하게 유지 보수 작업을 실행할 수 있다.
또한 상기 급기 장치는, 상기 처리 가스 공급 장치의 상기 처리실내로의 공급구로부터 상기 처리실내에 상기 대기를 공급하는 구성 또는 상기 처리 가스 공급 장치의 상기 처리실내로의 공급 경로를 상기 처리 가스 공급 장치와 일부 공용하는 구성으로 하는 것이 바람직하다. 이로써, 플라즈마 처리를 위한 처리 가스 공급 장치와 처리실내에 대기를 공급하는 급기 장치를 일부 공용할 수 있기 때문에, 간단한 구성으로 가스의 배기가 가능해진다. 또한, 큰 구동계를 사용하고 있지 않기 때문에 가스 제거 시스템을 자동화하는 것도 용이해진다.
또한, 상기 급기 장치는 상기 가스 공급 장치의 상기 처리실내로의 공급구와는 다른 공급구로부터 상기 처리실내에 상기 대기를 공급할 수도 있다. 이러한 구성에 의해서도 가스를 신속하고 확실하게 제거할 수 있고, 또한 큰 구동계를 사용하고 있지 않기 때문에 가스 제거 시스템을 자동화하는 것도 용이해진다.
또한, 상기 급기 장치는 상기 처리실을 대기 개방하는 대기 개방 장치를 가질 수도 있다. 이와 같이, 처리실을 대기 개방하는 대기 개방 장치를 설치함으로써, 대기를 대량으로 취입할 수 있기 때문에 가스 제거 시간을 대폭 단축할 수 있다.
또한, 상기 대기 개방 장치는 상기 처리 가스 공급 장치의 회동 기구를 가질 수도 있다. 처리 가스 공급 장치의 회동 기구를 이용하여 대기 개방을 실행함으로써, 처리 장치의 구성을 대폭 변경하는 일 없이 실현이 가능해진다.
또한, 가스 제거의 제어를 용이하게 하기 위해, 상기 대기 개방 수단에 의한 상기 처리실의 대기 개방 정도를 검지하는 센서를 구비하는 것이 바람직하다.
센서에 의한 가스 제거 제어의 일례로서, 이하와 같이 구성할 수 있다. 즉, 상기 대기 개방 수단에 의한 상기 처리실의 대기 개방 정도는 상기 처리실이 대기 개방되어 있지 않은 제 1 정도와, 상기 가스를 제거하기 위해서 상기 처리실이 소정의 정도만큼 대기 개방된 제 2 정도와, 상기 처리실이 완전히 대기 개방된 제 3 정도로 이루어지고, 상기 센서는 상기 제 1 정도로부터 상기 제 2 정도까지를 검지 영역으로 하는 제 1 센서와, 상기 제 2 정도로부터 상기 제 3 정도까지를 검지 영역으로 하는 제 2 센서로 이루어지도록 구성할 수 있다.
이러한 구성에 의하면, 제 1 센서와 제 2 센서에 의해, 처리실이 전부 밀폐 상태에 있는지, 가스 제거의 상태에 있는지, 혹은 전부 개방 상태에 있는지를 용이하게 확인할 수 있다. 예컨대, 제 1 및 제 2 센서로부터의 신호에 의해 발광 다이오드를 발광시켜 작업자에게 처리실 및 대기 개방 수단의 상태를 알릴 수 있다.
가스 제거 상태에 있어서의 처리실의 대기 개방 정도(제 2 정도)는 예컨대 처리실이 완전히 개방된 정도(제 3 정도)의 2% 정도로 하는 것이 바람직하다. 또한, 이 2%라는 수치는 처리실내의 압력에 따라 적절히 변경하는 것이 가능하다. 즉, 처리실내의 압력이 낮으면 낮을수록 가스 제거 상태에 있어서의 처리실의 대기 개방 정도를 크게 할 수 있다.
또한, 상기 대기 개방 수단은, 설정 시간 경과 전에 상기 처리실의 대기 개방 정도가 상기 제 1 정도인 것으로 상기 제 1 센서가 검지한 경우에, 경고를 발하는 것이 바람직하다. 여기서, 설정 시간이란, 본 발명에 따른 가스 제거 시스템에 의한 가스 배기 결과, 처리실을 개방해도 안전해지는 가스 농도로 될 때까지의 시간을 말한다. 처리실을 개방해도 안전해지는 가스 농도로 될 때까지의 동안에, 처리실이 전부 밀폐 상태로 된 경우(즉, 처리실의 대기 개방 정도가 제 1 정도라고 제 1 센서가 검지한 경우)에 경고를 발함으로써, 가스의 제거 효율을 손상시키지 않는다.
또한, 상기 대기 개방 수단은, 설정 시간 경과 전에 상기 처리실의 대기 개방 정도가 상기 제 3 정도인 것으로 상기 제 2 센서가 검지한 경우에, 경고를 발하는 것이 바람직하다. 여기서, 설정 시간이란, 본 발명에 따른 가스 제거 시스템에 의한 가스 배기 결과, 처리실을 개방해도 안전해지는 가스 농도로 될 때까지의 시간을 말한다. 처리실을 개방해도 안전해지는 가스 농도로 될 때까지의 동안에, 처리실이 전부 개방 상태로 된 경우(즉, 처리실의 대기 개방 정도가 제 3 정도라고 제 2 센서가 검지한 경우)에 경고를 발함으로써, 가스의 누설을 방지하여 염소 가스 제거 작업의 안전성을 높일 수 있다.
또한, 상기 할로겐계 가스는 염소계 가스, 예컨대 염소일 수도 있고, 브롬계 가스, 예컨대 브롬화 수소일 수도 있다.
또한, 본 발명에 의하면, 상기 우수한 효과를 이루는 가스 제거 시스템을 사용하여 처리실내의 가스를 제거하고, 처리실내의 피처리체에 플라즈마 처리를 행하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치가 제공된다.
도 1은 플라즈마 처리 장치를 개략적으로 나타내는 설명도,
도 2는 제 1 실시형태에 따른 처리 장치를 개략적으로 나타내는 설명도,
도 3은 상부 전극의 회동 기구의 구성을 나타내는 설명도,
도 4는 센서의 검지 범위를 나타내는 설명도,
도 5는 가스 제거 처리의 시퀀스를 나타내는 설명도,
도 6은 가스 제거 시간과 가스 농도의 관계를 나타내는 설명도,
도 7은 제 2 실시형태에 따른 플라즈마 처리 장치를 개략적으로 나타내는 설명도,
도 8은 제 3 실시형태에 따른 플라즈마 처리 장치를 개략적으로 나타내는 설명도.
도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명
100 플라즈마 처리 장치 102 처리실
104 처리 용기 106 하부 전극
112 정전 척 116 링 본체
118 절연 부재 120 배플판
122 승강 축 124 도전 부재
126 벨로즈 128 벨로즈 커버
134 상부 전극 134a 가스 공급 구멍
135 회동 기구 135a 지축
136 자석 140 N2 퍼징 라인
142 압력 스위치 144 N2 퍼징부 배관
150 산 배기 라인 152 산 배기측 SUS 배관
154 전단 에어 오퍼레이션 밸브 156 후단 에어 오퍼레이션 밸브
180 전원 181, 182 솔레노이드 밸브
191 녹색 LED 192 황색 LED
193 적색 LED 194 백색 LED
200 처리 가스 공급 장치 202, 301, 401 개폐 밸브
204 유량 조절 밸브 206 염소계 가스 공급원
208 염소계 가스 공급계 300, 400 대기 공급계
302, 402 메쉬 403 구멍부
404 대기 토출 구멍 W 웨이퍼
이하에 첨부 도면을 참조하여 본 발명에 따른 가스 제거 방법, 가스 제거 시스템 및 플라즈마 처리 장치의 바람직한 실시형태에 대하여 상세히 설명한다. 또한, 본 명세서 및 도면에 있어서 실질적으로 동일한 기능 구성을 갖는 구성 요소에 대해서는 동일한 부호를 사용함으로써 중복 설명을 생략한다. 또한, 본원에서 사용하는 할로겐계 가스란 구체적으로는 Cl2　등의 염소계 가스나, HBr(브롬화 수소) 등의 브롬계 가스를 가리키고, 주로 대기와 반응함으로써 유해 물질을 발생시킬 가능성이 있는 가스를 가리킨다. 이하에서는 Cl2 등의 염소계 가스를 사용한 경우를 상정하고 설명한다.
(플라즈마 처리 장치의 기본적 구성)
우선, 도 1을 참조하여 본 발명에 따른 플라즈마 처리 장치(100)의 기본적인 구성에 대하여 설명한다.
플라즈마 처리 장치(100)의 처리실(102)은 기밀한 도전성의 처리 용기(104)내에 형성되어 있다. 처리실(102)내에는 도전성의 하부 전극(106)이 배치되어 있다. 하부 전극(106)은 피처리체, 예컨대 반도체 웨이퍼(W)(이하, "웨이퍼"라 칭함)의 탑재대를 겸하고 있다.
또한, 하부 전극(106)의 탑재면에는 정전 척(112)이 설치되어 있다. 정전 척(112)은 고압 직류 전압이 가해져서, 척면상에 탑재된 웨이퍼(W)를 흡착 유지한다. 또한, 하부 전극(106)에는 정전 척(112)상에 탑재된 웨이퍼(W)의 주위를 둘러싸도록 절연성의 링 본체(116)가 설치되어 있다. 또한, 하부 전극(106)의 주위에는 절연 부재(118)를 거쳐 배플판(120)이 설치되어 있다.
또한, 하부 전극(106)에는 승강 축(122)이 도전 부재(124)와 절연 부재(118)를 거쳐 접속되어 있다. 이러한 구성에 의해, 하부 전극(106)은 승강 축(122)에 접속된 구동 기구(도시되지 않음)의 작동에 의해 승강한다. 또한, 승강 축(122)의 주위에는 도전성의 기밀한 신축 부재로 이루어지는 벨로즈(126)와, 도전성의 벨로즈 커버(128)가 배치되어 있다. 벨로즈(126) 및 벨로즈 커버(128)는 양단이 각각 도전 부재(124)와 처리 용기(104) 바닥부에 접속되어 있다.
또한, 처리실(102)내에는 하부 전극(106)의 탑재면과 대향하여 상부 전극(134)이 배치되어 있다. 상부 전극(134)은 플라즈마를 사용하여 소정의 처리를 실행하기 위한 처리 가스를 공급하는 처리 가스 공급 장치(200)를 구성 부분에 있어서 겸하고 있다. 처리 가스 공급 장치(200)의 출구측 단부, 즉 상부 전극(134)의 처리실내에 면하고 있는 부분에는 처리 가스의 공급구로서의 다수의 가스 토출 구멍(134a)이 형성되어 있다. 또한, 가스 토출 구멍(134a)에는 예컨대 Cl2 등의 염소계 가스를 공급하는 염소계 가스 공급계(208) 등이 접속되어 있다.
염소계 가스 공급계(208)에는 개폐 밸브(202)와 유량 조절 밸브(204)를 거쳐 염소계 가스를 공급하는 염소계 가스 공급원(206)이 접속되어 있다.
또한, 처리실(102) 측벽 외부에는 자석(136)이 설치되어 있다. 자석(136)은 상부 전극(134)과 하부 전극(106)의 사이에 회전자계를 형성 가능하게 구성되어 있다.
또한, 도 1 및 그 설명에 있어서 본 발명과 직접적으로 관계가 없는 구성 요소에 대해서는 설명을 생략하고 있다. 또한, 본 발명은 상기 플라즈마 처리 장치(100)에 한정되지 않고 모든 처리 장치에 적용가능하다. 예컨대, 자석을 구비하고 있지 않은 플라즈마 에칭 장치나, 하부 전극에만(혹은 상부 전극에만) 고주파 전력을 인가하는 플라즈마 에칭 장치라도 본 발명을 적용할 수 있다.
다음에, 본 발명의 특징 부분인 할로겐계 가스의 가스 제거 시스템, 특히 급기 장치의 3개의 실시형태에 대하여 설명한다.
(제 1 실시형태)
우선 본 발명의 제 1 실시형태에 대하여 설명한다. 본 실시형태는 처리실(102)내의 염소계 가스 제거 시스템의 급기 장치로서, 처리실(102)의 대기 개방 장치를 구비한 것을 특징으로 하고 있다. 즉, 도 2의 플라즈마 처리 장치의 요부 확대도인 도 3에 도시한 바와 같이, 처리실(102)의 대기 개방 장치로서, 상부 전극(134)의 회동 기구(135)를 구비한 것을 특징으로 하고 있다. 회동 기구(135)는 지축(135a)을 중심으로 하여, 상부 전극(134)을 자유 자재로 회동할 수 있도록 구성되어 있다.
도 4는 도 3에 도시한 회동 기구(135)에 있어서의 상부 전극(134)의 회동 각도와 그 회동 각도를 검지하는 센서의 관계를 나타낸 설명도이다. 본 실시형태에서는 제어성 향상을 위해 2개의 센서(제 1 센서, 제 2 센서)를 병용하고 있다.
1) 제 1 센서의 검지 영역은, θ0(처리실 전부 밀폐: 0도) ~ θ2(가스 제거 포지션: 약 2도)이다. 제 1 센서는 θ1(약 1도)을 임계값으로 하여, 상부 전극(134)의 회동 기구(135)의 회동 각도가 그 이하인 때를 밀폐, 그 이상인 때를 개방이라 판단한다. 제 1 센서는 회동 기구(135)의 회동 각도가 θ1(약 1도) ~ θ2(가스 제거 포지션: 약 2도)이며, 개방으로 판단했을 때에, 컨트롤 유닛(160)에 대하여 처리실 개방 신호(S1)를 출력한다. 또한, 이 제 1 센서는 본 실시형태의 특징적인 구성 요소이며, 종래의 처리 장치에서는 보이지 않던 신설된 센서이다.
2) 제 2 센서는 일반적인 처리 장치에 설치되어 있는 센서이다. 제 2 센서의 검지 영역은 θ2(가스 제거 포지션: 약 2도) ~ θ4(처리실 전부 개방: 90도 남짓)이다. 제 2 센서는 θ3(약 45도)을 임계값으로 하여, 상부 전극(134)의 회동 기구(135)의 회동 각도가 그 이하인 것을 밀폐, 그 이상인 것을 개방이라 판단한다. 이와 같이, 본 실시형태에서는 가스 제거 포지션(θ2 = 약 2도)을 처리실 전부 개방(θ4 = 90도 남짓)의 2% 정도로 하고 있다. 제 2 센서는 회동 기구(135)의 회동 각도가 θ3(약 45도) ~ θ4(처리실 전부 개방: 90도)이며 개방이라 판단했을 때에, 컨트롤 유닛(160)에 대하여 처리실 개방 신호(S2)를 출력한다.
염소계 가스의 제거를 위해서, 대기 이외에 N2를 퍼징한다. N2는 N2 퍼징 라인(140)으로부터 처리실(102)내에 도입된다. N2의 압력은 N2 퍼징 라인에 구비된 압력 스위치(142)에 의해 제어된다. N2 퍼징부 배관(144)은 녹 방지를 위해 테플론 코팅 처리되어 있다.
처리실(102)에 N2와 대기를 도입하여 대기 중의 수분과 염소계 가스를 반응시킴으로써, 염소계 가스를 제거한다. 대기 중의 수분과 염소계 가스가 반응하여 생성된 산은 산 배기 라인(150)으로부터 배기된다. 배기압은 공장 산 제거용 힘의 흡인 부압에 의한다. 산 배기측 SUS 배관(152)은 녹 방지를 위해 테플론 코팅 처리되어 있다.
산 배기 라인(150)에는 히터 가열 타입의 에어 오퍼레이션 밸브가 2개[전단 에어 오퍼레이션 밸브(154) 및 후단 에어 오퍼레이션 밸브(156)] 연결 장착된다. 이러한 에어 오퍼레이션 밸브(154, 156)의 사양은 아래와 같다.
·150℃ 자기 온도 조절 사양 : (제어 범위 : 130 ~ 170℃)
·소비 전력 : 72W, 100V ×2개
·제어 범위 일탈 알람 출력, 단선 알람 출력 기능, 이상 승온시에는 온도 퓨즈에 의한 전원 차단,
또한, 온도 안정에 0.5 ~ 1시간이 필요하기 때문에 상시 ON인 사양.
전단 에어 오퍼레이션 밸브(154)와 후단 에어 오퍼레이션 밸브(156)는 제어 방법을 변경하고 있다. 후술하는 시퀀스를 참조한다.
·솔레노이드 밸브는 4개 연결 타입의 것을 전용으로 신설한다.
컨트롤 유닛(160)은 전원(180)과 접속되고, 또한 에어 오퍼레이션 밸브(154, 156)의 전원 등의 제어를 실행하는(S11, S16) 동시에, 에어 오퍼레이션 밸브(154, 156)로부터의 히터 온도 조절 이상 검지 신호(S13, S14)나, 온 오프 신호(S12, S15) 등의 각종 신호가 입력되어 소정의 제어를 실행한다. 컨트롤 유닛(160)에는 제 1 센서로부터의 처리실 개방 신호(S1), 제 2 센서로부터의 처리실 개방 신호(S2), 컨벡트론으로부터의 대기 신호(S3), 초기 배기(roughing evacuation) 개시 신호(S4)가 입력된다. 컨트롤 유닛(160)은 신호(S1~S4)에 따라 발광 다이오드를 점등/소등 혹은 점멸시켜 각종 상태를 작업자에게 알린다.
녹색 발광 다이오드[녹색 LED(191)]는 처리실을 개방 가능한 경우에 점등한다. 황색 발광 다이오드[황색 LED(192)]는 산 배기 카운트 스타트의 대기 상태일 때에 점멸하고, 산 배기 카운트중에 점등한다. 적색 발광 다이오드[적색 LED(193)]는 처리실을 개방 불가능할 때에 점등한다. 백색 발광 다이오드[백색 LED(194)]는 히터 온도가 제어 온도 영역을 벗어난 경우에 점멸하고, 정상시에 점등한다.
이상 설명한 가스 제거 시스템을 적용한 플라즈마 처리 장치(100)에 있어서의 가스 제거 방법에 대하여 설명한다. 도 4는 가스 처리 방법의 시퀀스이다. 또한, 도 5는 가스 제거 시간과 가스 농도의 관계를 나타내는 그래프이다.
1) 대기 검지
컨벡트론의 대기 신호(S3)를 검지하여, 전단·후단 양쪽의 에어 오퍼레이션 밸브(154, 156)를 개방한다. 이 시점에서는 아직 처리실(102)은 밀폐되어 있기 때문에, 처리실(102)내에는 공장 산 제거 흡인력에 의한 약간의 부압이 발생한다. 대기 검지의 시점에서 황색 LED(192)이 점멸을 개시하여, 가스 제거 카운트 스타트의 대기 상태인 것을 작업자에게 알린다.
2) 카운트 스타트
황색 LED(192)의 점멸 중에 상부 전극을 지정 위치(가스 제거 포지션 θ2)까지 개방하면, 제 1 센서의 처리실 개방 신호(S1)를 검지하여, 가스 제거 시간의 카운트가 스타트한다. 이 시점에서 황색 LED(192)는 점멸로부터 점등으로 변경되어, 가스 제거 카운트중인 것을 작업자에게 알린다. 또한, "1) 대기 검지"로부터 "2) 카운트 스타트"까지의 시간은 작업자 임의이다.
3) 가스 제거 카운트중
설정된 가스 제거 시간 중에는, 처리실(102)내의 배기가 실행된다. 이 때의 LED 표시는 "적색: 점등[처리실(102)의 대기 개방 불가를 나타냄], 황색: 점등(가스 제거 카운트중인 것을 나타냄)"으로 된다. 도 5에 나타낸 그래프에 의하면, 180분 경과 후에 5ppm 미만, 240분 경과 후에 실질적으로 0ppm으로 되어 있고, 가스 처리 시간으로는 240분 이상이 권장된다. 단, 연속 배기하면 180분 이하라도 문제가 없는 농도(2ppm 미만)가 된다는 결과가 나오고 있다.
4) 카운트중의 처리실 대기 개방
가스 제거 카운트중에 처리실이 대기 개방된 경우[제 2 센서의 처리실 오픈 신호(S2)를 검지한 경우], 상부 전극(134)의 회동 기구(135)는 경고를 발하여 작업자에게 알린다. 가스 제거 카운트중의 처리실 전부 개방은 순수한 작업 오류이기 때문에, 경고에 의해 곧 처리실을 밀폐한다는 것을 전제로 하고 있다. 따라서, 이 오동작의 기간에 가스 제거 타이머 카운트는 계속해서 가산된다.
5) 카운트중의 처리실 밀폐
가스 제거 카운트중에 처리실이 밀폐된 경우(제 1 센서의 처리실 개방 신호를 검지하지 않는 경우), 상부 전극(134)의 회동 기구(135)는 경고를 발하여 작업자에게 알린다. 단, 4)의 상태와 달리 가스 제거 카운트중의 처리실 밀폐는 필연성이 있는 경우로 고려되기 때문에(밀폐 시간이 길 가능성이 있음), 밀폐 기간에 가스 제거 타이머 카운트는 일시 정지한다. 상부 전극을 다시 가스 제거 포지션(θ1)까지 개방한 시점[제 1 센서의 처리실 개방 신호(S1)를 검지한 시점]에서, 다시 카운트는 가산을 개시한다. 또한, 카운트가 일차 정지하고 있는 동안에도 양쪽 밸브는 개방되어 있기 때문에, 처리실내는 부압이 유지되고, 다시 대기 개방한 경우에도 염소계 가스가 처리실 외부로 방출하지 않는다.
6) 설정 시간 종료, 7) 유지 보수 개시
가스 제거 시간이 설정 시간에 도달하면, 녹색 LED(191)가 점등[황색 LED(192), 적색 LED(193)는 소등]되어, 처리실 대기 개방 가능, 유지 보수 개시 가능을 나타낸다. 또한, "6) 설정 시간 종료"로부터 "7) 유지 보수 개시"까지의 시간은 작업자 임의이다.
8) 유지 보수중
유지 보수중이라도 양쪽 밸브는 개방하고 있기 때문에, 처리실내에는 다운 플로우가 발생하여, 잔류하고 있는 염소계 가스가 작업자를 향해 유출되는 것을 방지한다.
9) 유지 보수중의 고의의 처리실 전부 밀폐
유지 보수중에 처리실을 전부 밀폐(유지 보수에 따른 일차 중단 등)로 한 경우, 초기 배기 개시에 구비하여 전단 에어 오퍼레이션 밸브(154)만이 밀폐된다(초기 배기가 개시된 경우의 공장산 제거 라인으로부터의 역류를 방지함). 초기 배기를 개시하지 않고 다시 처리실을 개방한 경우에는, 전단 에어 오퍼레이션 밸브(154)가 다시 개방되고, 8) 유지 보수 중의 모드로 되돌아간다.
10) 유지 보수 종료
유지 보수가 종료하여, 초기 배기 개시에 대비하여 처리실을 전부 밀폐(θ0)로 하면, 초기 배기 개시에 대비하여 전단 에어 오퍼레이션 밸브(154)만이 밀폐된다. 이 상태는 9)의 상태와 완전히 동일하다.
11) 초기 배기 개시
초기 배기 개시 신호(S4)를 검지하면, 후단 에어 오퍼레이션 밸브(156)도 밀폐된다. 이 시점보다도 이전에 전단 에어 오퍼레이션 밸브(154)가 밀폐되어 있기 때문에, 공장 산 제거가 처리실내로 역류하지 않는다. 이 시점에서 "녹색 LED(191) : 소등, 적색 LED(193) : 점등[처리실(102)의 대기 개방 불가를 나타냄]"으로 된다. 또한, "10) 유지 보수 종료"로부터 "11) 초기 배기 개시"까지의 시간은 작업자 임의이다.
또한, 유지 보수가 종료하고, 예비 개시 신호(S4)를 검지한 시점에서 상부 전극이 가스 제거 포지션(θ2)에 있는 경우[제 1 센서의 처리실 개방 신호(S1)를 검지한 경우], 제 2 센서는 가스 제거 포지션(θ2)을 "밀폐(CLOSE)"로 인식하여, 처리실이 대기 개방된 상태에서 초기 배기를 개시할 우려가 있다. 이 때문에, 초기 배기 개시 신호(S4)를 검지한 시점에서 상부 전극이 가스 제거 포지션(θ2)에 있는 경우, 제 2 센서에 개방의 유사 신호를 보낸다. 그리고, 처리실 전부 밀폐(θ0) 후, 초기 배기를 개시한다.
시퀀스중 전체 공정에 있어서, 에어 오퍼레이션 밸브(154, 156)의 온도 조절 시스템에 이상이 생긴 경우(히터 온도가 온도 제어 영역을 벗어난 경우), 백색 LED(194)가 점멸한다(정상시에는 점등). 단, 가스 제거 시퀸스 자체에는 강제 중단 등의 영향이 일체 미치지 않는다.
이상 설명한 바와 같이, 본 실시형태에 의하면, 처리실(102)내를 적어도 대기압보다 낮은 저압(부압)으로 함으로써, 처리실(102)을 대기 개방해도 염소계 가스가 대기 중에 확산되지 않는다. 이 때문에, 처리실(102)을 대기 개방함으로써 대기를 대량으로 취입할 수 있다. 처리실(102)을 대기 개방하여 대기를 대량으로 취입할 수 있기 때문에, 대기와 염소계 가스를 반응시켜 산을 생성함으로써 염소계 가스의 제거 시간을 대폭 단축할 수 있다. 즉, 처리실을 개방해도 안전해지는 염소계 가스 농도인 2ppm 미만으로 될 때까지 종래에는 300분 정도 걸렸던 것을 연속 배기함으로써 180분 이하로 줄일 수 있다.
또한, 상부 전극(134)의 회동 기구(135)를 이용하여 대기 개방을 실행할 수 있기 때문에, 장치의 구성을 대폭 변경하지 않는다.
또한, 상기 처리실내가 소정의 압력 이상인 때에는 상기 대기 개방 장치를 밀폐하는 로킹 기구를 구비하도록 했기 때문에, 염소계 가스의 누출을 방지하여 유지 보수 작업의 안전성을 높일 수 있다.
또한, 제 1 센서와 제 2 센서를 구비함으로써, 제어성을 향상시킬 수 있다.
또한, 예컨대 상기 실시형태에 있어서는, 가스 제거 카운트중에 처리실이 대기 개방된 경우나 밀폐된 경우에, 회동 기구(135)가 경고를 발하여 작업자에게 알리도록 했지만, 본 발명은 이러한 구성에 한정되지 않는다. 예컨대, 가스 제거 카운트중에는 상부 전극(134)의 회동을 로킹하여, 처리실이 대기 개방되도록 하거나, 혹은 밀폐되지 않도록 할 수도 있다.
또한, 가스 제거 카운트중에 처리실이 대기 개방되었는지 여부의 판단에 대해서도, 상부 전극(134)이 전부 개방된 경우(θ4)로 할 수도 있고, 처리실이 개방된 것으로 판단된 경우(θ3 내지 θ4)로 할 수도 있다. 마찬가지로, 처리실이 밀폐되었는지 여부의 경우에 대해서도, 상부 전극(134)이 전부 밀폐로 된 경우(θ0)로 할 수도 있고, 처리실이 밀폐된 것으로 판단된 경우(θ0 내지 θ1)로 할 수도 있다.
(제 2 실시형태)
다음에 본 발명의 제 2 실시형태에 대하여 설명한다. 본 실시형태는 급기 장치로서 제 1 실시형태에서 사용한 대기 개방 장치를 대신하여, 처리실(102)내에서 플라즈마 처리를 실행할 때의 처리 가스의 공급구, 여기서는 가스 토출 구멍(134a)으로부터 염소계 가스를 제거하기 위한 가스를 처리실(102)내에 공급하는 장치를 구비한 것을 특징으로 하고 있다. 즉, 처리 가스와 대기의 공급 경로를 일부 공용한 것이다.
도 7은 본 실시형태의 특징을 나타내는 도면이다. 또한, 도 7에 있어서 제 1 실시형태와 중복되는 부분의 설명은 생략한다.
처리 가스 공급 장치(260)는 염소계 가스 공급계(208) 및 가스 토출 구멍(134a) 등으로 구성되어 있다. 본 실시형태에서는 이 염소계 가스 공급계(208)의 어느 개소에, 처리실 부근에 존재하는 대기를 가스 토출 구멍(134a)을 통해 처리실내로 이송하기 위한 대기 공급계(300)와 개폐 밸브(301)가 접속되어 있다. 또한, 대기 공급계(300)의 대기측 단부에는, 대기 중의 먼지가 대기 공급계(300)에 침입하지 않도록, 이른바 필터의 역할을 하는 메쉬(302)를 설치할 수도 있다.
상기와 같은 구성을 사용하여, 실제 염소계 가스를 제거할 때에는, 우선 에어 오퍼레이션 밸브(154, 156)를 개방하여 처리실(102)내의 압력을 감압한다. 처리실(102)내의 압력이 소정의 값까지 내려간(약 2Torr) 것을 센서로 검지하면, 개폐 밸브(301)를 개방하여 대기 공급계(300)에 대기를 도입한다. 처리실내가 감압되어 있기 때문에, 처리실내의 염소계 가스가 대기 공급계로부터 외부로 방출되지 않고, 처리실 주위에 존재하는 대기가 대기 공급계(300)를 통해 가스 토출 구멍(134a)으로부터 처리실내로 공급된다.
처리실내에 공급된 대기의 수분은 처리실내의 염소계 가스와 반응하여 산으로 되어, 산 배기 라인(150)에서 배기된다.
본 실시형태와 같이, 처리 가스 공급 장치(200)에 대기 공급계(300)를 바이패스시키고, 처리실내를 감압한 후 처리실 주위의 대기를 대기 공급계(300)를 통해 처리실내로 공급하여, 대기 중의 수분과 처리실내의 염소계 가스에 의해 생성된 산을 배기함으로써, 제 1 실시형태와 같이 염소계 가스를 배기 가능할 뿐만 아니라, 제 1 실시형태와 비교하여 보다 간편한 구성으로 염소계 가스의 배기가 가능해진다. 또한, 큰 구동계를 사용하고 있지 않기 때문에 염소계 가스 제거 시스템을 자동화하는 것도 용이해진다.
(제 3 실시형태)
다음에 본 발명의 제 3 실시형태에 대하여 설명한다. 제 2 실시형태에서는, 급기 장치로서, 처리 가스 공급 장치(200)에 대기 공급계(300)를 바이패스시키고 있었다. 그러나, 본 실시형태에서는 대기 공급계를 처리실로 직접 바이패스시켜 처리실내의 염소계 가스의 제거를 도모하고 있다.
도 8은 본 실시형태의 특징을 나타내는 도면이다. 또한, 도 8에 있어서 제 1 실시형태와 중복하는 부분의 설명은 생략한다.
도면에서 알 수 있는 바와 같이, 처리실 부근에 존재하는 대기를 직접 처리실내로 이송하기 위해서, 대기 공급계(400)를 처리실(102)의 외측 표면에 직접 접속시키고, 또한 대기 공급계(400)로부터 처리실(102)내로 대기가 흐르도록 처리실 상부에 구멍부(403)를 개방하고 있다. 대기 공급계(400)는 개폐 밸브(401)를 갖고 있다. 또한 제 2 실시형태와 같이, 대기 공급계(400)의 대기측 단부에는, 대기 중의 먼지가 대기 공급계(400)에 침입하지 않도록, 소위 필터의 역할을 하는 메쉬(402)를 설치할 수도 있다.
상기와 같은 구성을 사용하여 실제로 염소계 가스를 제거할 때는, 제 2 실시형태와 같이 우선 에어 오퍼레이션 밸브(154, 156)를 개방하여, 처리실(102)내의 압력을 감압한다. 처리실(102)내의 압력이 소정의 값까지 하강한(약 2Torr) 것을 센서로 검지하면, 개폐 밸브(401)를 개방하여 대기 공급계(400)에 대기를 도입한다. 처리실(102)내가 감압되어 있기 때문에, 처리실(102)내의 염소계 가스가 대기 공급계(401)로부터 외부로 방출되지 않고, 처리실 주위에 존재하는 대기가 대기 공급계(400)를 통과하며, 처리실에 설치된 구멍부(403)를 통해, 대기 토출 구멍(404)으로부터 처리실(102)내로 공급된다.
처리실내에 공급된 대기의 수분은 처리실내의 염소계 가스와 반응하여 산으로 되고, 산 배기 라인(150)으로부터 배기된다.
본 실시형태와 같이 처리실(102)에 직접 대기 공급계(400)를 바이패스시켜, 처리실(102)에 구멍부(403) 및 대기 토출 구멍(404)을 설치하고, 처리실(102) 주위의 대기를 처리실내에 공급하며, 대기 중의 수분과 처리실내의 염소계 가스에 의해 생성된 산을 배기함으로써, 제 1 실시형태와 같이 염소계 가스를 배기 가능할 뿐만 아니라, 제 1 실시형태와 비교하여 보다 간편한 구성으로 염소계 가스의 배기가 가능해진다. 또한, 큰 구동계를 사용하고 있지 않기 때문에 염소계 가스 제거 시스템을 자동화하는 것도 용이해진다.
이상, 첨부 도면을 참조하면서 본 발명에 따른 할로겐계 가스의 가스 제거 방법 및 가스 제거 시스템의 바람직한 실시형태에 대하여 설명했지만, 본 발명은 이러한 예에 한정되지 않는다. 당업자라면, 특허 청구의 범위에 기재된 기술적 사상의 범주내에 있어서, 각종 변경예 또는 수정예에 이를 수 있는 것은 분명하며, 그에 대해서도 당연히 본 발명의 기술적 범위에 속하는 것으로 이해된다.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 의하면, 처리실내를 적어도 대기압보다 낮은 저압(부압)으로 함으로써, 처리실내에 대기를 공급해도 할로겐계 가스가 처리실 외부로 확산되지 않는다. 따라서, 공급된 대기와 처리실내의 가스를 반응시켜 산을 생성하여 배기하는 것이 가능해져, 가스를 신속하고 확실하게 제거할 수 있다. 또한, 그 후에 실행하는 유지 보수 작업시에서도 처리실내를 부압으로 해 둠으로써, 가스 특유의 자극 냄새가 나거나 가스 누출 검지기가 작동하지 않아서, 안전하게 유지 보수 작업을 실행할 수 있다.
본 발명은 반도체 장치의 제조 공정 등에 있어서의 할로겐계 가스를 사용한 플라즈마 처리시에 적용 가능하다.

Claims (19)

  1. 기밀한 처리실내에서 할로겐계 가스를 방전 해리시킨 플라즈마를 사용하여 소정의 처리를 행한 후, 상기 처리실내에 잔류한 상기 할로겐계 가스를 제거하는 가스 제거 방법에 있어서,
    상기 처리실내를 대기압보다 낮은 저압이 되도록 감압하는 공정과,
    상기 처리실내에 대기를 공급하는 공정과,
    상기 처리실내의 상기 할로겐계 가스와 상기 대기의 반응에 의해 생성된 가스를 배기하는 공정을 포함하고,
    상기 처리실내에 대기를 공급하는 공정은, 상기 처리실을 대기 개방하는 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는
    가스 제거 방법.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 할로겐계 가스는 염소인 것을 특징으로 하는
    가스 제거 방법.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 할로겐계 가스는 브롬화 수소인 것을 특징으로 하는
    가스 제거 방법.
  6. 기밀한 처리실내에서, 처리 가스 공급 장치로부터 공급되는 할로겐계 가스를 포함하는 처리 가스를 방전 해리시킨 플라즈마를 사용하여 소정의 처리를 행한 후, 상기 처리실내에 잔류한 상기 할로겐계 가스를 제거하는 가스 제거 시스템에 있어서,
    상기 처리실내의 압력을 제어하는 압력 제어 장치와,
    상기 압력 제어 장치에 의해 상기 처리실내를 감압한 후에 상기 처리실내에 대기를 공급하는 급기 장치와,
    상기 급기 장치를 제어하는 제어 장치와,
    상기 처리실내의 상기 할로겐계 가스와 상기 대기의 반응에 의해 생성된 가스를 배기하는 배기 장치를 갖고,
    상기 급기 장치는, 상기 처리실을 대기 개방하는 대기 개방 장치를 갖는 것을 특징으로 하는
    가스 제거 시스템.
  7. 삭제
  8. 삭제
  9. 삭제
  10. 삭제
  11. 제 6 항에 있어서,
    상기 대기 개방 장치는 상기 처리 가스 공급 장치의 회동 기구를 갖는 것을 특징으로 하는
    가스 제거 시스템.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 대기 개방 장치에 의한 상기 처리실의 대기 개방 정도를 검지하는 센서를 구비한 것을 특징으로 하는
    가스 제거 시스템.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 대기 개방 장치에 의한 상기 처리실의 대기 개방 정도는 상기 처리실이 대기 개방되어 있지 않은 제 1 정도와, 상기 가스를 제거하기 위해서 상기 처리실이 소정의 정도만큼 대기 개방된 제 2 정도와, 상기 처리실이 완전히 대기 개방된 제 3 정도로 이루어지고,
    상기 센서는 상기 제 1 정도로부터 상기 제 2 정도까지를 검지 영역으로 하는 제 1 센서와, 상기 제 2 정도로부터 상기 제 3 정도까지를 검지 영역으로 하는 제 2 센서로 이루어지는 것을 특징으로 하는
    가스 제거 시스템.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 제 2 정도는 상기 제 3 정도의 2% 정도인 것을 특징으로 하는
    가스 제거 시스템.
  15. 제 13 항에 있어서,
    상기 대기 개방 장치는, 설정 시간 경과 전에 상기 처리실의 대기 개방 정도가 상기 제 1 정도인 것으로 상기 제 1 센서가 검지한 경우에, 경고를 발하는 것을 특징으로 하는
    가스 제거 시스템.
  16. 제 13 항에 있어서,
    상기 대기 개방 장치는, 설정 시간 경과 전에 상기 처리실의 대기 개방 정도가 상기 제 3 정도인 것으로 상기 제 2 센서가 검지한 경우에, 경고를 발하는 것을 특징으로 하는
    가스 제거 시스템.
  17. 제 6 항에 있어서,
    상기 할로겐계 가스는 염소인 것을 특징으로 하는
    가스 제거 시스템.
  18. 제 6 항에 있어서,
    상기 할로겐계 가스는 브롬화 수소인 것을 특징으로 하는
    가스 제거 시스템.
  19. 제 6 항에 따른 가스 제거 시스템을 사용하여 상기 처리실내의 상기 가스를 제거하고, 상기 처리실내의 피처리체에 플라즈마 처리를 행하는 것을 특징으로 하는
    플라즈마 처리 장치.
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