KR101246613B1 - 공정챔버를 연결하는 배관에 파티클필터가 설치된 원격 플라즈마 시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 반도체 제조공정에서 발생되는 반응 부산물들을 제거하기 위한 세정가스로 인해 오히려 또 다른 파티클들이 챔버에 유입 잔류하는 것을 방지하고자 챔버와 플라즈마시스템간을 연결하는 배관에 필터를 구성한다. 필터에 의해 걸러지는 것은 세정가스가 흐르는 배관의 부식으로 인한 파티클들이다.

Description

공정챔버를 연결하는 배관에 파티클필터가 설치된 원격 플라즈마 시스템{Remote plasma system having particles filter on pipe connected process chamber}

본 발명은 반도체 제조용 공정챔버를 연결하는 배관에 필터가 설치된 원격 플라즈마시스템에 관한 것이다.

본 발명은 반도체 제조장치 등에 적용가능한 기술로, 세정가스를 공급하는 원격 플라즈마 시스템과 세정되어야 할 챔버간에 불순물 필터를 설치하여 플라즈마시스템으로부터 공급되는 부식성 가스로 인해 발생되는 배관 파티클들의 챔버로의 유입을 방지하기 위한 기술이다.

반도체 소자의 제조 기술은 현대 사회의 정보화에 부응하기 위해서 집적도, 신뢰도, 응답 속도 등을 향상시키는 방향으로 발전되고 있다. 반도체 소자를 제조하기 위해서는 포토리소그래피 공정, 증착 공정, 식각 공정, 연마 공정, 세정 공정, 검사 공정 등 다양한 단위 공정들이 반복적으로 수행된다.

그런데, 이렇게 진행되는 반도체 제조공정에는 각종 가스를 사용하게 되는데, 그 가스들의 반응 부산물(파우더)들이 챔버 또는 진공라인에 증착되어 파티클을 유발함으로써 생산 제품의 불량을 유발하게 된다.

이러한 문제를 해결하기 위해 주기적으로 원격 플라즈마시스템을 이용하여 챔버를 Insitu Dry Cleaning하여 증착된 파우더를 제거하게 된다. 이때 사용되는 가스가 주로 NF₃/Ar을 사용하고 있고, 때때로 C₂F₆/O₂ 가스나 CF₄/0₂ 가스를 사용하기도 한다. 즉 플라즈마시스템에 의해 N과 F(프로린)를 분리하여 F가 챔버내 파우더와 반응함에 따라 세정이 가능해지는 개념인 것이다.

그런데 플라즈마시스템에서 F가 발생될 때 플라즈마시스템과 챔버간에 구성된 배관을 통해 F가 챔버로 유입되게 된다. 따라서 배관이 알루미늄 또는 알루미늄을 아노다이징 처리하여 사용된다는 점을 감안할 때 부식성이 매우 강한 프로린으로 인해 배관의 부식을 야기하여 파티클을 유발하게 된다. 결국 이렇게 발생된 파티클은 챔버로 유입되어 반도체 제조공정의 정상적인 수행이 어렵도록 함으로써 생산 제품의 불량을 야기하는 심각한 문제가 있다.

본 발명은 챔버와 원격 플라즈마 시스템간에 필터를 설치한 것으로, 플라즈마시스템에 의해 공급되는 부식성 가스에 의해 배관 파티클이 발생되어 챔버로 유입되는 것을 방지하도록 한 원격 플라즈마 시스템을 제공하는데 그 목적이 있다.

본 발명의 목적은 이하에서 설명되는 바에 의해 구체적으로 드러날 것이다.

본 발명의 실시예에 따른 원격 플라즈마 시스템은, 반도체 제조공정에 의해 챔버내에 발생되어 잔류하는 반응부산물을 제거하기 위한 세정장치에 있어서, 부식성 가스로 인한 배관 파티클들의 챔버로의 유입을 방지하도록 챔버와 플라즈마 시스템간에 필터가 설치된 것을 특징으로 한다.

본 발명의 필터는 챔버와 연결되는 배관에 설치된다.

본 발명의 필터는 관성에 의하여 유입가스가 미디어구조에 충돌하면서 그 방향이 바뀔 때 파티클이 원래의 방향으로 진행하여 필터구조 안에 박히게 되는 관성충격구조, 파티클이 불규칙한 브라운 운동에 의해 필터구조와 충돌할 때 분산 침전되는 현상으로 파티클이 작을수록 잘 일어나게 되는 확산구조, 파티클이 그보다 비교적 작은 크기의 pore안으로 들어와 박히게 되어 비교적 사이즈가 큰 파티클을 잘 잡아주는 인터셉션구조, 파티클이 필터구조를 스치면서 마찰이 발생함에 따라 마찰에 의해서 두 물체가 서로 대전하게 되고 대전된 파티클이 상대적으로 전하량이 많은 미디어구조로 유도, 침전됨으로써 비교적 작은 파티클에서 주로 발생되는 정전침전구조 중 어느 하나의 구조로 설계된다.

본 발명의 필터는 메쉬구조물로 제조되어 배관의 내부에 설치된다.

본 발명의 필터는 완제품으로 제조되어 배관의 커팅부분이 결합된다.

본 발명의 필터는 배관의 삽입 결합을 위해 삽입홈이 형성된다.

본 발명의 필터는 Al₂O₃, AlN, SiC 또는 히스텔로이 중 어느 하나의 재질로 제조된다.

본 발명의 필터는 챔버의 세정가스 유입구쪽 배관에 설치된다.

본 발명의 원격 플라즈마 시스템에 따르면, 반도체 제조공정에 의해 챔버내에 잔류하는 반응부산물을 제거하기 위해 투입되는 세정가스가, 오히려 투입경로인 배관을 부식시켜 파티클을 발생시키고, 이들 파티클들이 챔버로 유입되어 잔류함으로써 반도체 제조공정의 정상적인 수행이 불가능하게 하던 점을, 파티클을 차단할 수 있는 필터를 배관에 설치하여 챔버로의 유입을 원천적으로 방지함에 따라 챔버의 부식은 물론, 반도체 제조효율도 향상시킬 수 있다는 뛰어난 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 필터가 설치된 원격 플라즈마 시스템의 예시도.
도 2는 본 발명의 원격 플라즈마시스템에 의한 세정가스 투입 개념도.
도 3은 본 발명의 제1실시예에 따라 제조되는 필터의 예시도.
도 4는 본 발명의 제2실시예에 따라 제조되는 필터의 예시도.
도 5는 본 발명의 제2실시예에 따라 제조되는 필터의 설치 단면도.
도 6은 본 발명의 제3실시예에 따라 제조되는 필터와 배관의 분리 사시도.
도 7은 본 발명의 제3실시예에 따라 제조되는 필터의 조립도.

이하, 본 발명의 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.

제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성 요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성 요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.

예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다.

및/또는 이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다.

어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.

반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.

본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다.

단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다.

본 발명의 챔버 세정가스로는 프로린 원자를 이용한다. 프로린 원자는 방전에 의해 생성되며 챔버의 외부에 위치하면서도 챔버로의 이동이 효과적으로 이루어지도록 표면이 깨끗한 파이프를 사용한다. 세정 사이클 중에는 챔버에 플라즈마가 발생하지 않으며 세정공정은 주로 온도에 의해 조절된다.

또한 본 발명은 In-situ 세정의 경우 침략적인 화학물질로 인해 챔버 내부 표면에 중요한 손상을 야기할 수 있다는 점을 감안하여, 원격 플라즈마 시스템을 이용하여 챔버 내부의 손상을 최소화하고, 세정율을 향상시키며, 챔버 내부 곳곳을 균일하게 세정할 수 있고, 저비용으로 수행할 수 있게 된다.

본 발명의 원격 플라즈마를 위해서는 플라즈마 소스에 적합한 벽(wall) 물질을 사용하고 충분한 파워를 공급하며, 반응된 가스들이 다른 것에 비해 불안정하여체류시간이 짧음을 감안하여 구조물의 재료를 고려하여야 하고, 반응정도는 기판 온도에 의존하므로 반응한 기체들의 부분압력에 비례하게 된다.

본 발명의 원격 플라즈마 소스에 따르면, 차징(charging) 또는 스퍼터링(sputtering)으로부터 손상을 방지하고 일반적인 플라즈마 공정에 비해 감도가 향상됨은 물론, 높은 반응 물질들을 생성하여 전달이 가능하다. 또한 공정챔버의 외부에 플라즈마 발생기를 구성함에 따라 최적화된 생산이 가능하다.

본 발명의 구체적인 실시예를 보면 도 1에 도시된 바와 같이 공정챔버(10)와 원격 플라즈마 시스템(20)간에 프로린 등의 부식성가스로 인한 배관의 파티클들이 챔버(10)로 유입되는 것을 방지하도록 필터(30)가 설치된다.

본 발명의 플라즈마 시스템에 구성되는 필터(30)는 챔버(10)와 연결되는 배관(25)상에 설치된다.

필터(30)는 고효율 입자 필터로써, 예를 들어 여재 전체를 수용하는 단단한 케이스 내에 소모성의 확장여재를 구성한 것으로 최소 99.97 % 의 효율을 나타내도록 설계한다.

필터(30)는 예를 들어 메탈가스필터일 수 있다.

이러한 필터는 도 3에 도시된 바와 같이 관성에 의하여 유입가스가 미디어구조에 충돌하면서 그 방향이 바뀔 때 파티클이 원래의 방향으로 진행하여 필터구조 안에 박히게 되는 관성충격구조, 파티클이 불규칙한 브라운 운동에 의해 필터구조와 충돌할 때 분산 침전되는 현상으로 파티클이 작을수록 잘 일어나게 되는 확산구조, 파티클이 그보다 비교적 작은 크기의 pore안으로 들어와 박히게 되어 비교적 사이즈가 큰 파티클을 잘 잡아주는 인터셉션구조, 파티클이 필터구조를 스치면서 마찰이 발생함에 따라 마찰에 의해서 두 물체가 서로 대전하게 되고 대전된 파티클이 상대적으로 전하량이 많은 미디어구조로 유도, 침전됨으로써 비교적 작은 파티클에서 주로 발생되는 정전침전구조 중 어느 하나의 구조로 설계된다.

필터(30)는 또한 예를 들어 도 4의 메쉬구조로 제조할 수 있다.

필터(30)의 설치는 필터를 어떠한 구조로 제조하느냐에 따라 달라질 수 있다. 이러한 예는 도 4 내지 도 7에 도시된 바와 같다.

필터를 도 4에 도시된 바와 같이 메쉬구조물 형식으로 제조할 경우에는 도 5에 도시된 바와 같이 플라즈마 시스템의 배관(25)(도면상으로는 구조물의 좌우를 배관 25a 및 25b로 표기하였다)의 내부에 이 메쉬구조물(30)을 삽입 장착하면 된다. 이 경우에는 메쉬구조물(30)의 외곽과 배관(25)의 내주면이 기밀하게 접촉되도록 메쉬구조물(30)의 외주면과 배관(25)의 내주면 직경을 동일하게 설계하는 것이 중요하다.

이렇게 설계하면 메쉬구조물(30)이 타이트하게 배관(25)의 내주면에 접촉된 상태를 유지하게 되기 때문이다. 좀 더 기밀한 접촉을 위해서는 메수구조물과 배관의 접촉부분에 아주 미세한 간극에 접착제를 도포하여도 되나(실질적으로는 구조물 둘레에 미리 접착제롤 도포한 상태로 삽입 장착될 것이다), 메쉬구조물(30)의 외주면 직경을 배관(25)의 내주면 직경과 동일하게 설계하면 굳이 별도의 접착제 없이도 기밀하게 접촉된 상태를 유지할 수 있을 것이다. 물론 이러한 경우구조뮬을 배관에 끼우기 위한 소정의 강제력이 필요할 것이다. 기밀한 접촉은 배관(25)을 흐르는 프로린의 챔버(10)로의 유입을 방지함과 동시에 외부 유출도 방지하게 된다.

필터(30)는 또한 예를 들어 도 6의 단일체로 제조할 수 있다. 도 6에 도시된 바와 같이 필터를 제조할 경우에는, 배관(25)을 배관(25a)(25b)으로 나누어지도록 커팅하여 그 중간에 결합시킬 수 있다. 이 경우에는 예를 들어 상기 도 4에 도시된 바와 같은 메쉬구조물이 결합된 커버몸체(35)의 둘레면에 일정깊이의 삽입홈(36)(반대쪽 면의 홈은 도시 생략)을 형성하여 커팅된 배관(25a)(25b)의 단부면을 상기 삽입홈(36)에 삽입 결합시키면 될 것이다. 좀 더 기밀한 결합을 위해서는 필터(30)와 배관(25)의 결합 후 아주 미세하게 발생되는 간극에 접착제 등을 도포하여도 된다. 기밀한 접촉은 도 4 및 도 5와 마찬가지로 배관(25)을 통한 프로린의 챔버(10)로의 유입을 방지함과 동시에 외부 유출도 방지하기 위함이다.

또한 본 발명의 필터(30)는, 챔버 세정가스에 의해 오히려 배관이 부식됨에 따라 발생되는 파티클들이 챔버로 유입되는 것을 방지하기 위한 구성이므로, 프로린의 챔버(10)로의 유입이 정상적으로 진행되어 챔버(10)에 대한 효율적인 세정이 가능하도록, 플라즈마 시스템(20)과 챔버(10)를 연결하는 배관(25) 중 가능한 챔버(10)쪽에 최근접한 부분에 설치하는 것이 바람직하다.

만일 필터(30)를 챔버(10)쪽에서 먼 곳에 위치하는 배관에 구성한다면, 필터(30)로부터 챔버(10)의 세정가스 유입구간에 구성되는 배관내에 부식성이 강한 세정가스인 프로린이 필터(30)를 지나 챔버(10)로 유입되도록 통로역할을 하므로, 결국 그 부분의 배관을 부식시켜 파티클들이 발생되고, 이들 파티클들이 전혀 차단됨이 없이 챔버(10)로 유입되어 본 발명의 목적을 달성할 수 없게 된다.

본 발명의 플라즈마시스템에 구성되는 필터는 Al₂O₃, AlN, SiC 또는 히스텔로이 재질 중 어느 하나의 재질로 제조된다. 이들 재질들은 모두 프로린의 부식성을 견뎌낼 수 있는 재질들이다. 이들 재질로 제조되는 부분은 상기 도 4의 메쉬구조물로 제조시에는 메쉬구조물 자체가 되고, 도 6의 별개의 필터부재로 제조시에는 메쉬구조물과 이를 결합하기 위한 구성과 배관의 삽입홈이 형성되는 커버몸체가 된다.

이와 같이 구성된 본 발명의 원격 플라즈마 시스템은, 반도체 제조공정이 수행된 공정챔버내에 잔류하는 반응 부산물들을 제거하기 위해 NF₃/Ar, C₂F₆/O₂ 및 CF₄/0₂ 가스 중 어느 하나의 가스를 원격 플라즈마 시스템으로부터 공정챔버에 배관을 통해 공급하게 된다. 플라즈마 시스템에 의해 N과 F(프로린)를 분리하여 F가 챔버내 파우더와 반응함에 따라 세정이 가능해지도록 하는 것이다. 도 2를 참조하면 이해가 쉬울 것이다.

이때 프로린은 그 부식성으로 인해 배관(25)을 부식시키면서 파티클을 발생시키며, 이들 파티클들은 공정챔버의 세정가스 유입구쪽 배관에 설치된 필터에 의해 공정챔버로의 유입이 차단된다. 공정챔버에 대한 세정이 완료되면 필터를 분리하여 부착된 파티클들을 깨끗이 제거하고 다시 배관에 결합시킨다.

10 : 챔버 20 : 플라즈마 시스템
25 : 배관 25a, 25b : 커팅으로 나누어진 배관
30 : 필터 35 : 커버몸체
36 : 배관 삽입홈

Claims (8)

1. 반도체 제조공정에 의해 챔버(10)내에 발생되어 잔류하는 반응부산물을 제거하도록 세정가스를 공급하는 원격플라즈마시스템에 있어서,
   상기 세정가스로 인해 발생된 파티클들의 챔버(10)로의 유입을 방지하도록 상기 챔버(10)와 플라즈마시스템(20)을 연결하는 배관(25)에 Al₂O₃, AlN, SiC 및 히스텔로이 중 어느 하나의 재질로 제조되는 필터(30)가 설치되고,
   상기 필터(30)는 커버몸체(35)에 결합되고, 이 커버몸체(35)가 배관(25)의 커팅부분(25a)(25b) 사이에 착탈가능하게 결합 설치됨으로써 파티클들의 챔버(10)로의 유입이 차단되도록 하는 것을 특징으로 하는 플라즈마시스템.
2. 삭제
3. 삭제
4. 제1항에 있어서, 상기 필터(30)는 메쉬구조물로 형성되고, 배관(25)의 내주면에 기밀하게 삽입 설치되는 것을 특징으로 하는 플라즈마시스템.
5. 삭제
6. 제1항에 있어서, 상기 커버몸체(35)는 배관(25)의 커팅부분(25a)(25b)이 삽입되어 결합되도록 둘레면에 일정깊이의 삽입홈(36)이 형성되는 것을 특징으로 하는 플라즈마시스템.
7. 제4항에 있어서, 상기 필터(30)는 챔버(10)에 대한 세정가스 유입구쪽 배관(25)의 내부에 삽입 설치되는 것을 특징으로 하는 플라즈마시스템.
8. 제1항에 있어서, 상기 필터(30)가 결합된 커버몸체(35)는 챔버(10)에 대한 세정가스 유입구쪽 배관(25)에 결합 설치되는 것을 특징으로 하는 플라즈마시스템.

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