KR101213689B1 - 반도체 및 ｌｃｄ 제조장치의 공정 반응 챔버의 배기부 및진공펌프의 세정장치 - Google Patents

반도체 및 ｌｃｄ 제조장치의 공정 반응 챔버의 배기부 및진공펌프의 세정장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 반도체 또는 LCD 제조장치의 공정 진행 반응 챔버에서 증착 또는 식각공정에 의해 발생되는 부산물인 고체 침전물을 플로린 래디칼 또는 클로린 래디칼에 의해 제거하는 반응 챔버의 배기부와 진공펌프의 세정장치에 관한 것이다. 본 발명의 세정장치는: 가스 공급부를 통해 공급된 세정용 플로린 및 클로린 포함 가스가 도입되는 플라즈마 챔버와; 플라즈마 챔버에 도입된 플로린 및 클로린 포함 가스에 플라즈마 파워를 인가하여 플로린 래디칼 및 클로린 래디칼로 변환시키는 플라즈마 소스 공급수단을 구비하며, 배기부 라인의 소정 위치에 연결되는 것을 특징으로 한다. 본 발명에 의하면, 장비의 이용률이 높아지므로 생산성 및 공정수율이 향상되며, 장비 부품 및 진공펌프의 수명이 연장되고 배기부의 세정에 필요한 보수비용을 절감 할 수 있다.
플로린, 클로린, 래디칼, RF, 플라즈마, 배기부, 진공펌프

Description

반도체 및 ＬＣＤ 제조장치의 공정 반응 챔버의 배기부 및 진공펌프의 세정장치 {Apparatus for cleaning exhaust portion and vacuum pump of the semiconductor and LCD process reaction chamber}
도 1은 종래기술에 따른 공정 진행 반응 챔버의 배기부의 개략도;
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 공정 진행 반응 챔버의 배기부 및 진공펌프의 세정장치의 개략도; 및
도 3은 도 2의 플로린 래디칼 또는 클로린 래디칼 생성기의 내부 구조를 나타낸 개략적 단면도이다.
* 도면의 주요 부분에 대한 참조번호의 설명 *
100 : 반응 챔버
110 : 배기관
120, 122 : 게이트밸브
123 : 터보 분자펌프 (turbo molecular pump)
124 : 압력 조절밸브
130 : 진공펌프
140 : 스크러버
200 : 배기부 또는 진공펌프 세정장치
210 : 제어기
220 : 플로린 래디칼 또는 클로린 래디칼 생성기
230 : RF 생성기
240 : RF 공급 선택 릴레이 스위치
290a, 290b : 유량 제한기
300a, 300b : 제1 및 제2 가스 공급관
300c : 단일 가스 공급관
310 : 플라즈마 챔버
320 : 압력표시기 및 압력스위치
330a, 330b : 가변 캐퍼시터
340 : 안테나
350 : 케이스
380 : RF 정합기
본 발명은 배기부 및 진공펌프의 세정장치에 관한 것으로, 특히, 공정 반응 챔버에서 증착 또는 식각공정에 의해 발생되는 부산물인 고체 침전물을 플로린 래 디칼 또는 클로린 래디칼에 의해 제거하는 반응 챔버의 배기부 및 진공펌프를 포함한 배기부 라인의 세정장치에 관한 것이다.
반도체 소자 제조공정 중에서 세정기술은 기본적으로 공정 안정성을 확보하여야만 되는 중요한 공정이라 할 수 있다. 현재의 반도체 소자 제조기술에서는 매우 미세한 패턴의 형성 및 가공 등이 요구되고 있으며, 이를 위해서는 당연히 초청정환경이 필요하고, 다시 그것을 유지하기 위한 표면처리, 세정기술 등이 필요함은 당연하다. 그러한 이유로, 반도체 기판의 표면을 오염시키지 않으면서도, 그 표면의 오염을 제거하는 기판 세정기술은 이미 대체로 확립되어 있다고 할 수 있다. 이와 더불어, 반도체 기판을 가공하여 반도체 소자를 제조하는 제조설비, 예컨대 반도체 기판에 막을 증착하거나 식각하는 반응 챔버 및 그 부속물에 대한 세정기술도 매우 중요하게 고려되어야 한다. 반응 챔버 내부에서는 반도체 기판에 대한 직접적인 공정이 이루어지기 때문에, 반도체 기판의 오염을 방지하기 위해 주기적인 세정이 이루어지며, 그 세정기술 역시 대체로 확립되어 있다. 그러나 반응 챔버의 부속물, 예컨대 반응 챔버의 배기부를 포함한 진공펌프는 반도체 기판의 오염에 직접적인 영향을 미치지 않는다는 인식 때문에 그에 대한 세정기술은 별도로 논의된 경우가 적었다.
도 1은 종래기술에 따른 반응 챔버의 배기부의 개략도이다.
도 1을 참조하면, 산화막, 질화막, 폴리 실리콘막, 금속막 등의 증착 또는 식각공정이 이루어지는 반응 챔버(100)의 배기구에는 배기관(110)이 연결되어 있으 며, 배기관(110)의 중간에는 배기가스의 흐름과 압력을 제어하기 위해 제1 및 제2 게이트밸브(120, 122)와 압력 조절밸브(124)가 마련되고 그사이에 터보 분자펌프(123)가 마련된다. 제2 게이트밸브(122)의 다음 단에는 화학반응 챔버(100)의 내부를 진공화시키고 배기가스를 배출시키기 위한 진공펌프(130)가 설치되어 있다. 진공펌프(130)를 거친 배기가스는 스크러버(140, scrubber)에 의해 배출제한 기준 이하의 유해물질을 갖도록 처리된 후에 대기 중으로 방출된다.
도 1의 반응 챔버(100)에서 증착 또는 식각공정에서 발생되는 부산물인 고체 침전물은 배기관(110)에 축적되어 화학반응 챔버(100)의 압력을 조절하는 압력 조절밸브(124)가 동작되지 않게 하거나, 터보 분자펌프(123)의 내부에 축적되어 성능저하 또는 작동불능 상태를 유발하거나, 배기관(110)을 막아서 공정 상의 문제를 발생시키므로 침전물을 수작업에 의한 세정을 통해 주기적으로 제거하여야 한다. 따라서 장비의 가동률 저하가 발생하게 된다. 또한, 작업자에 의한 세정과정에는 화학액이 사용되므로 작업의 불편 및 위험성의 문제도 존재한다.
한편, 도 1의 반응 챔버(100)에서 배기관 세정을 위한 래디칼을 직접 발생시켜서 이를 배기관(110)을 통해 배출시키는 방법으로 세정 할 경우 반응 챔버(100)와 배기관(110)의 압력의 차이에 의해 래디칼이 재결합하여 배기관(110)의 세정은 사실상 불가능하다.
따라서 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, 수작업에 의하지 않고, 반 응 챔버의 배기부에 축적된 고체 침전물을 제거할 수 있는 세정장치를 제공하는 데 있다.
본 발명의 다른 기술적 과제는, 반도체 제조공정에 있어서 미세한 공정 관리를 위하여 진공 배기부의 청정상태 및 일정한 압력을 항시 유지하게 하여 수율향상 및 장비의 가동률 저하를 최소화 할 수 있고 종래의 방법에 의한 세정을 위한 보수비용을 절감 할 수 있는 반응 챔버의 배기부와 진공펌프의 세정장치를 제공하는 데 있다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명에 따른 반응 챔버의 배기부 및 진공펌프 세정장치는: 가스 공급부로부터, 반응 챔버들에서 진행된 공정의 반응가스에 의해 상기 반응챔버들 각각에 대하여 설치된 배기부 및 진공펌프에 축적되는 고체 침전물을 제거하기 위한, 플로린 또는 클로린 래디칼의 소스인 플로린 또는 클로린 가스가 도입되는 플라즈마 챔버들과; 하나의 RF 발생기와, 각각의 상기 플라즈마 챔버를 둘러싸도록 각각 설치되며 상기 RF 발생기로부터 RF 파워를 전달받아 각각의 상기 플라즈마 챔버 내의 플로린 또는 클로린 포함 가스를 플로린 또는 클로린 래디칼로 변환시키는 안테나들과, 상기 RF 발생기와 각각의 상기 플라즈마 챔버를 연결하는 하나의 RF 공급 선택 릴레이 스위치와, 상기 RF 공급 선택 릴레이 스위치와 상기 RF 발생기에서 발생되는 상기 RF 파워를 제어하는 하나의 제어기가 구비되어 각각의 상기 플라즈마 챔버에 도입된 플로린 또는 클로린 포함 가스에 플 라즈마 파워를 인가하여 플로린 또는 클로린 래디칼로 변환시키는 플라즈마 소스 공급수단을 포함하여 이루어져; 상기 플라즈마 소스 공급수단에서 변환된 상기 래디칼을 상기 배기부 각각에 공급함으로써 축적되는 상기 고체 침전물을 제거하는 것을 특징으로 한다.
이 때, 상기 가스 공급부에는 유량 제한기가 설치되는 것을 특징으로 한다. 또한, 상기 가스 공급부에는 공급 가스의 누설을 감지하여 공급 가스의 누설이 감지되면 자동으로 가스 공급을 중단하도록 압력 표시기 및 자동차단 스위치가 설치되는 것을 특징으로 한다.
나아가, 각각의 상기 안테나와 상기 RF 공급 선택 릴레이 스위치 사이에는 RF 정합기가 하나씩 설치되는 것을 특징으로 한다. 이 때, 상기 RF 정합기에는 가변 캐퍼시터가 포함되는 것을 특징으로 한다.
더 나아가, 상기 배기부에는, 진공라인, 배기관, 압력 조절밸브, 터보 분자펌프, 게이트 밸브 및 진공펌프 중에서 선택된 적어도 어느 하나가 포함되는 것을 특징으로 한다.
그리고 상기 RF 발생기는 13.56㎒의 주파수 및 0.2~2㎾의 RF 파워를 발생시키는 것을 특징으로 한다.
이하에서, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면들을 참조하여 상세히 설명한다. 도면 중에 동일 참조번호는 동일 구성요소를 나타내며, 중복적인 설명은 생략하기로 한다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 반응 챔버의 배기부 및 진공펌프 세정장치의 개략도이다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 배기부 및 진공펌프 세정장치(200, 이하에서 배기부 등의 세정장치라 한다)는 제1 게이트밸브(120)와 압력 조절밸브(124)의 사이에, 배기관(110)과 플랜지 결합에 의해 설치되어 있다. 그러나 본 발명의 배기부 등 세정장치(200)의 설치 위치는 여기에만 한정되는 것이 아니므로, 어느 위치의 배기관(110)에도 결합되게 설치할 수 있다. 가스 1과 가스 2는 모두 플로린 래디칼 또는 클로린 래디칼 생성기(220)의 내부로 공급되는데, 가스 1에는 플로린 포함가스, 예컨대 NF3가스나 C3F8, C4F8, SF6 등의 PFC 가스가 선택될 수 있다. 그리고 클로린 포함가스, 예컨대 Cl2, HCl, BCl3, CCl4 등이 선택될 수 있다. 가스 2에는 O2 가스 또는 Ar 가스가 선택될 수 있다. 배기부 등 세정장치(200)로 공급된 플로린 또는 클로린 포함가스와 O2 가스 또는 Ar 가스는, 제어기(210)에 의해 RF 생성기(230)에서 RF 공급 선택 릴레이 스위치(240)를 거쳐서 나오는 13.56㎒ 주파수 및 0.2~2㎾의 RF 파워를 RF 파워를 전달받아서 플로린 또는 클로린 래디칼로 변환된다. 즉, RF 생성기(230)는 플로린 또는 클로린 포함가스와 O2 가스 또는 Ar 가스에 대한 유도 결합방식의 플라즈마 소스 공급수단이 되는 것이다. 제어기(210)는 RF 생성기(230)에서 발생되는 RF 파워의 제어와 외부 신호에 의해 선택적으로 사용하고자 하는 해당 래디칼 공급장치에 RF 공급 선택 릴레이 스위치(240)의 제어를 통하여 RF 파워를 인가하도록 해줄 뿐 아니라, 가스 1과 가스 2의 공급 및 차단도 제어한 다. 이와 같은 장치에 의해 만들어진 플로린 또는 클로린 래디칼은 압력 조절밸브(124), 터보 분자펌프(123), 제2 게이트밸브(122), 진공펌프(130), 스크러버(140)와 그 사이에 위치한 배기관(110)들을 차례로 거치면서 반응 챔버(100)에서의 증착 또는 식각공정에 의해 이 부품들에 축적된 고체 침전물을 식각, 제거하게 된다.
도 3은 도 2의 플로린 또는 클로린 래디칼 생성기(220)의 내부 구조를 나타낸 개략적 단면도이다.
도 3을 참조하면, 플로린 또는 클로린 래디칼 생성기의 주요 부품들은 케이스(350) 내에 들어 있다. 가스 1인 플로린 또는 클로린 포함가스와 가스 2인 O2 가스 또는 Ar 가스는 각각 유량 제한기들(flow restrictor; 290a, 290b)에 의해 최대통과 유량이 제한된 상태로 제1 가스 공급관(300a) 및 제2 가스 공급관(300b)을 통과하며, 플로린 또는 클로린 포함가스와 O2 가스 또는 Ar 가스는 단일 가스 공급관(300c)에 의해 합쳐진 상태로 플라즈마 챔버(310)로 들어간다. 플라즈마 챔버(310)의 외벽에는 안테나(340)가 플라즈마 챔버(310)를 나선형으로 감싸도록 설치되어 있다. 이 안테나(340)는 도 2의 RF 생성기(230)로부터 RF 공급 선택 릴레이 스위치(240)를 거쳐서 나온 RF 파워를 RF 정합기(380)를 통해 전달받아 플라즈마 챔버(310) 내의 플로린 또는 클로린 포함가스와 O2 가스 또는 Ar 가스를 이용하여 플로린 또는 클로린 래디칼을 만드는 역할을 수행한다. 본 실시예에서, RF 정합기(380)는 두개의 가변 캐퍼시터(330a, 330b)들을 포함하여 이루어진다. 이러한 장 치를 통하여 만들어진 플로린 또는 클로린 래디칼은 플라즈마 챔버(310)로부터 나와서 배기관(110)으로 들어가며, 도 2의 압력 조절밸브(124), 터보 분자펌프(123), 제2 게이트밸브(122), 진공펌프(130), 스크러버(140)와 그 사이에 위치한 배기관(110)들을 차례로 거치면서 고체 침전물을 식각, 제거하게 된다.
한편, 플로린 또는 클로린 래디칼 생성기(220)에는 제1 가스 공급관(300a) 및 제2 가스 공급관(300b)에서의 가스 누설을 감지하여 가스 누설이 감지되면 자동으로 가스 공급을 중단하기 위한 압력 표시기 및 자동차단 스위치(320)가 구비된다.
상술한 실시예는 본 발명에 따른 배기부 등의 세정장치가 하나의 반응 챔버에 대하여 설치되는 것으로 하여 설명되었다. 하지만, 복수 개의 반응 챔버에서 공정이 진행되는 것이 일반적이므로 본 발명의 권리범위가 이에 한정되는 것은 아니다. 다만, 복수 개의 반응 챔버들 각각에 대하여 설치된 배기부 및 진공펌프에 축적되는 고체 침전물을 제거하더라도 본 발명에 따른 배기부 등의 세정장치의 구성요소들이 모두 복수 개가 필요한 것은 아니다. 즉, 플라즈마 챔버(310)와 안테나(340)는 각각의 반응 챔버와 일대일 대응하도록 설치되지만, RF 발생기(230)와, RF 공급 선택 릴레이 스위치(240)와, 제어기(210)는 하나만 설치되어 RF 스위치(240)의 상태에 따라 원하는 반응 챔버의 배기부 라인에 RF 파워를 인가하면 된다.
이상과 같이 본 발명의 실시예의 장치에 대해 설명하였는데, 이러한 장치의 사용은 반응 챔버에서 주 공정이 이루어지지 않는 주기동안 이루어지게 하여 장비 의 가동효율을 높이는 것이 바람직하며, 주 공정과 동시에 사용을 할 수도 있다.
또한, 본 발명은 상기 실시예에만 한정되지 않으며, 본 발명의 기술적 사상 내에서 당 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 많은 변형이 가능함은 명백하다.
최근 반도체 소자의 제조에 있어서, 기판의 대구경화에 따라 반응 챔버를 사용한 공정에서 많은 양의 가스가 사용되기 때문에 배기부와 진공펌프의 부산물 축적이 큰 문제로 대두되고 있다.
그러나 상술한 바와 같은 본 발명에 의하면, 장비의 가동을 정지시킨 채 수작업에 의해 반응 챔버의 배기부와 진공펌프에 축적된 고체 침전물을 제거하는 종래기술에 비해 높은 장비의 가동률을 얻을 수 있어서 생산성이 향상된다. 또한, 고체 침전물을 제거하기 위한 건식식각 가스를 반응 챔버를 통해 공급하지 않고 별도로 공급하므로 반응 챔버의 공정조건을 변화시키지 않아서 장비의 공정 신뢰성을 높일 수 있으며, 아울러, 반응 챔버의 배기관을 포함한 장치와 부품들의 고장에 따른 보수 비용을 절감 할 수 있다.

Claims (7)

  1. 가스 공급부로부터, 반응 챔버들에서 진행된 공정의 반응가스에 의해 상기 반응챔버들 각각에 대하여 설치된 배기부 및 진공펌프에 축적되는 고체 침전물을 제거하기 위한, 플로린 또는 클로린 래디칼의 소스인 플로린 또는 클로린 가스가 도입되는 플라즈마 챔버들과;
    하나의 RF 발생기와, 각각의 상기 플라즈마 챔버를 둘러싸도록 각각 설치되며 상기 RF 발생기로부터 RF 파워를 전달받아 각각의 상기 플라즈마 챔버 내의 플로린 또는 클로린 포함 가스를 플로린 또는 클로린 래디칼로 변환시키는 안테나들과, 상기 RF 발생기와 각각의 상기 플라즈마 챔버를 연결하는 하나의 RF 공급 선택 릴레이 스위치와, 상기 RF 공급 선택 릴레이 스위치와 상기 RF 발생기에서 발생되는 상기 RF 파워를 제어하는 하나의 제어기가 구비되어 각각의 상기 플라즈마 챔버에 도입된 플로린 또는 클로린 포함 가스에 플라즈마 파워를 인가하여 플로린 또는 클로린 래디칼로 변환시키는 플라즈마 소스 공급수단을 포함하여 이루어져,
    상기 플라즈마 소스 공급수단에서 변환된 상기 래디칼을 상기 배기부 각각에 공급함으로써 축적되는 상기 고체 침전물을 제거하고,
    상기 가스 공급부에는 공급 가스의 누설을 감지하여 공급 가스의 누설이 감지되면 자동으로 가스 공급을 중단하도록 압력 표시기 및 자동차단 스위치가 설치되는 것을 특징으로 하는 반응 챔버의 배기부 및 진공펌프 세정장치.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 가스 공급부에는 유량 제한기가 설치되는 것을 특징으로 하는 반응 챔버의 배기부 및 진공펌프 세정장치.
  3. 삭제
  4. 제 1항에 있어서, 각각의 상기 안테나와 상기 RF 공급 선택 릴레이 스위치 사이에는 RF 정합기가 하나씩 설치되는 것을 특징으로 하는 반응 챔버의 배기부 및 진공펌프 세정장치.
  5. 제 4항에 있어서, 상기 RF 정합기에는 가변 캐퍼시터가 포함되는 것을 특징으로 하는 반응 챔버의 배기부 및 진공펌프 세정장치.
  6. 제 1항에 있어서, 상기 RF 발생기는 13.56㎒의 주파수 및 0.2~2㎾의 RF 파워를 발생시키는 것을 특징으로 하는 반응 챔버의 배기부 및 진공펌프 세정장치.
  7. 제 1항에 있어서, 상기 배기부에는, 진공라인, 배기관, 압력 조절밸브, 터보 분자펌프, 게이트 밸브 및 진공펌프 중에서 선택된 적어도 어느 하나가 포함되는 것을 특징으로 하는 반응 챔버의 배기부 및 진공펌프 세정장치.
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