KR101918728B1 - 공정 부산물 처리 장치 및 이를 이용한 포집부의 교체 시기 판단 방법 - Google Patents

공정 부산물 처리 장치 및 이를 이용한 포집부의 교체 시기 판단 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 공정 부산물 처리 장치 및 이를 이용한 포집부의 교체 시기 판단 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 배기 라인 내의 공정 부산물을 처리하기 위한 공정 부산물 처리 장치 및 이를 이용하여 포집부의 교체 시기를 판단하는 방법에 관한 것이다.
본 발명의 실시 예에 따른 공정 부산물 처리 장치는 공정 챔버와 상기 공정 챔버의 압력을 조절하기 위한 밸브 사이의 배기 라인에 설치되어, 상기 공정 챔버로부터 배출되는 공정 부산물을 포집하기 위한 포집부;를 포함하고, 상기 포집부는 상기 배기 라인과 연통되는 포집부 하우징; 및 상기 포집부 하우징의 내부에 설치되어, 공정 부산물을 포집하고 공정 부산물의 유동 경로를 제어하는 중공형의 포집 구조체;를 포함한다.

Description

공정 부산물 처리 장치 및 이를 이용한 포집부의 교체 시기 판단 방법{APPARATUS FOR PROCESSING BY PRODUCT AND METHOD FOR DETERMINING EXCHANGE PERIOD OF COLLECTOR USING THE SAME}
본 발명은 공정 부산물 처리 장치 및 이를 이용한 포집부의 교체 시기 판단 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 배기 라인 내의 공정 부산물을 처리하기 위한 공정 부산물 처리 장치 및 이를 이용하여 포집부의 교체 시기를 판단하는 방법에 관한 것이다.
반도체를 제조하기 위해서는 포토 레지스트(photo resist)를 사용하는 리소그래피(lithography) 공정이 필수적으로 수반된다. 포토 레지스트는 빛에 감응하는 유기 폴리머(organic polymer) 또는 감광제와 폴리머의 혼합물로 이루어지며, 노광과 용해 과정을 거친 후 기판 상에 패턴을 형성한 포토 레지스트는 기판이나 기판 상의 막들을 에칭하는 과정에서 기판으로 패턴을 전사시킨다. 이러한 폴리머를 포토 레지스트라 하며, 광원을 이용하여 기판 상에 미세 패턴을 형성시키는 공정을 리소그래피 공정이라고 한다.
이러한 반도체 제조 공정에 있어서, 기판 상에 라인(line) 또는 스페이스(space) 패턴 등과 같은 각종의 미세 회로 패턴들을 형성하거나 이온 주입(ion implantation) 공정에서 마스크(mask)로 이용된 포토 레지스트는 주로 애싱(ashing) 공정을 통하여 기판으로부터 제거된다.
일반적으로 사용되는 애싱 공정은 고온(200~300℃)으로 가열된 히터 척 위에 웨이퍼를 올려놓은 상태로 산소 플라스마를 포토 레지스트와 반응시켜 포토 레지스트를 제거한다. 반응 가스로는 주로 산소(O2) 가스를 사용하며, 애싱 효율을 증가시키기 위하여 다른 가스를 혼합하여 사용하기도 한다.
애싱 공정은 외부로부터 차단된 공정 챔버 내에서 이루어지며, 애싱 공정시 발생하는 반응 가스 및 미반응 가스, 그리고 반응 부산물 등의 공정 부산물은 공정 챔버에 연결된 배기 라인을 통해 외부로 배출된다. 배기 라인은 공정 부산물을 배출하는 기능 외에도 공정 챔버 내의 공정 압력을 제어하는 기능도 한다.
그러나, 배기 라인을 통하여 배출되는 반응 부산물은 상대적으로 온도가 낮은 배기 라인을 지나가는 동안 배기 라인 내부에서 응집(condensation)되어 파우더 또는 끈적한(sticky) 성질을 가지는 폴리머 형태로 축적된다. 특히, 수소(H2) 가스를 이용하는 애싱 공정의 경우에는 그 축적되는 양이 더욱 심화되는데, 이러한 폴리머는 배기 라인뿐만 아니라, 공정 챔버의 내벽 및 압력 제어를 위한 밸브에도 축적되어 배기 흐름을 방해하거나, 밸브의 오작동을 초래하는 문제점이 있었다.
KR 10-1994-0011844 A
본 발명은 공정 챔버의 압력을 조절하기 위한 배기 라인 및 밸브에 공정 부산물이 축적되는 것을 효과적으로 방지할 수 있는 공정 부산물 처리 장치 및 이를 이용한 포집부의 교체 시기 판단 방법을 제공한다.
본 발명의 실시 예에 따른 공정 부산물 처리 장치는 공정 챔버와 상기 공정 챔버의 압력을 조절하기 위한 밸브 사이의 배기 라인에 설치되어, 상기 공정 챔버로부터 배출되는 공정 부산물을 포집하기 위한 포집부;를 포함하고, 상기 포집부는, 상기 배기 라인과 연통되는 포집부 하우징; 및 상기 포집부 하우징의 내부에 설치되어, 공정 부산물을 포집하고 공정 부산물의 유동 경로를 제어하는 중공형의 포집 구조체;를 포함한다.
상기 포집 구조체는, 상기 포집부 하우징의 유입구로부터 유출구로 갈수록 유동 경로의 단면적이 감소할 수 있다.
상기 포집 구조체는 서로 다른 유동 경로의 단면적을 가지도록 복수 개를 포함하고, 상기 복수 개의 포집 구조체는 상기 배기 라인의 중심부로부터 외측 방향으로 각각 이격 배치될 수 있다.
상기 포집부는, 상기 포집부 하우징 및 상기 포집 구조체를 경유하여 설치되는 냉각 라인을 더 포함할 수 있다.
상기 포집부는 교체 가능하게 설치될 수 있다.
상기 포집부의 후단에 연통되어 상기 공정 부산물을 가열시키기 위한 가열부;를 더 포함할 수 있다.
상기 포집부의 후단에 연통되어 상기 공정 부산물을 플라즈마 처리하여 분해시키기 위한 플라즈마 처리부;를 더 포함할 수 있다.
상기 플라즈마 처리부는, 상기 포집부 하우징과 연통되어 공정 부산물이 유동하는 유동 공간을 형성하는 반응기; 상기 반응기의 외측에 설치되어, 상기 반응기 내부를 유동하는 공정 부산물에 활성화 에너지를 가하는 플라즈마 발생기; 및 상기 플라즈마 발생기에 전원을 인가하는 전원부를 포함할 수 있다.
상기 플라즈마 발생기는 상기 반응기를 감싸는 유도 결합형 플라즈마(ICP: Inductively Coupled Plasma) 코일을 포함할 수 있다.
상기 밸브의 개폐 정도를 확인하여 상기 포집부의 교체 시기를 판단하는 제어부;를 더 포함할 수 있다.
상기 밸브는 밸브 판을 회전시켜 공정 챔버의 압력을 조절하는 스로틀 밸브를 포함하고, 상기 제어부는, 이전 공정에서 측정된 상기 밸브 판의 회전 각도와 현재 공정에서 측정된 상기 밸브 판의 회전 각도를 비교하여 상기 포집부의 교체 시기를 판단할 수 있다.
상기 공정 부산물은 탄소(C), 수소(H) 및 산소(O) 중 적어도 하나의 원소를 함유할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시 예에 따른 포집부의 교체 시기 판단 방법은, 공정 챔버와 상기 공정 챔버의 압력을 조절하기 위한 밸브 사이의 배기 라인에 설치되어, 상기 공정 챔버로부터 배출되는 부산물을 포집하기 위한 포집부의 교체 시기 판단 방법으로서, 상기 공정 챔버의 압력에 따른 현재 밸브의 위치 값을 확인하는 과정; 이전 공정에서 측정된 밸브의 위치 값으로부터 상기 측정된 현재 밸브의 위치 값의 변화량을 계산하는 과정; 및 설정된 임계값 내에 포함되는 상기 변화량의 반복 횟수를 계산하여 상기 포집부의 교체 시기를 결정하는 과정;을 포함한다.
상기 밸브는 밸브 판을 회전시켜 공정 챔버의 압력을 조절하는 스로틀 밸브를 포함하고, 상기 밸브의 위치 값은 상기 밸브 판의 각도 값을 포함할 수 있다.
상기 이전 공정에서 측정된 밸브의 위치 값은 상기 포집부가 교체된 직후의 공정에서 측정된 밸브의 위치 값을 포함할 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따른 공정 부산물 처리 장치 및 이를 이용한 포집부의 교체 시기 판단 방법에 의하면, 공정 부산물과의 접촉 면적을 증가시키고 공정 부산물의 이동 경로를 증가시키도록 포집부 하우징 내에 중공형의 포집 구조체를 설치하고 상기 포집 구조체에 의하여 공정 부산물의 유동 경로를 제어함으로써, 공정 부산물을 효과적으로 포집할 수 있을 뿐만 아니라 배기 라인의 내벽에 융착되는 것을 방지할 수 있다.
또한, 포집 구조체에 의하여 배기 라인의 중심부로 유동 경로가 제어된 공정 부산물을 포집부의 후단에 설치되는 가열부에 의하여 가열하여 공정 부산물을 기체 상태로 변화시키거나, 포집부의 후단에 설치되는 플라즈마 처리부에 의하여 분해 및 해리되도록 이온화하여, 공정 부산물이 공정 챔버의 압력을 조절하기 위한 배기 라인 및 밸브에 축적되는 것을 더욱 효과적으로 방지할 수 있다.
뿐만 아니라, 공정 부산물이 축적되는 포집부의 교체 시점을 공정 챔버의 압력을 조절하는 밸브의 위치를 확인하여 용이하게 판단할 수 있게 되어, 공정 설비의 유지 보수 및 관리가 용이하며 생산성을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 공정 부산물 처리 장치가 공정 챔버와 연결되는 상태를 설명하기 위한 도면.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 포집부가 설치되는 모습을 개략적으로 나타내는 도면.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 포집부의 포집 구조체을 개략적으로 나타내는 도면.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 냉각 라인이 설치되는 모습을 개략적으로 나타내는 도면.
도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 가열부가 설치되는 모습을 개략적으로 나타내는 도면.
도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 플라즈마 처리부가 설치되는 모습을 개략적으로 나타내는 도면.
도 7은 압력 조절을 위한 밸브 판의 회전 각도의 변화량을 나타내는 도면.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예들을 상세히 설명하기로 한다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시 예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 발명의 실시 예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다. 도면상에서 동일 부호는 동일한 요소를 지칭한다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 공정 부산물 처리 장치가 공정 챔버와 연결되는 상태를 설명하기 위한 도면이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 공정 부산물 처리 장치(10)는 공정 챔버(40)와 상기 공정 챔버(40)의 압력을 조절하기 위한 밸브(60) 사이의 배기 라인(50)에 설치된다.
공정 챔버(40)는 반도체의 증착, 식각 또는 에칭 등의 제조(FAB: fabrication) 공정을 수행하는 모든 공정 챔버(40)를 포함할 수 있으나, 이 중 기판 상에 라인(line) 또는 스페이스(space) 패턴 등과 같은 각종의 미세 회로 패턴들을 형성하거나 이온 주입(ion implantation) 공정에서 마스크(mask)로 이용된 포토 레지스트를 제거하는 애싱(ashing) 공정을 수행하는 공정 챔버를 포함할 수 있다. 이와 같은 애싱 공정에서는 다른 공정에 비하여 훨씬 많은 양의 공정 부산물이 발생하게 되며, 유기 폴리머로 형성되는 포토 레지스트의 특성상 반응 가스, 미반응 가스 및 반응 부산물을 포함하는 공정 부산물이 배기 라인(50) 및 진공 펌프(70) 내에 응집되고 축적되는 문제는 더욱 심각하게 발생한다.
공정 챔버(40) 내에서 애싱 공정이 수행되는 과정을 개략적으로 설명하면, 도시되지는 않았으나, 먼저 기판(미도시)은 공정 챔버(40)에 형성되는 기판 출입구(미도시)를 통하여 지지부재(미도시)에 로딩된다. 기판이 로딩되면, 기판은 지지부재에 의해 공정 온도로 가열되며 배기 라인(50)에 연결되는 진공 펌프(70)에 의하여 공정 챔버(40) 내의 압력을 기설정된 압력으로 감압한다. 이러한 압력의 조절은 배기 라인(50)에 설치되는 밸브(60)에 의하여 이루어진다.
공정 챔버(40) 내의 압력 및 온도 등의 공정 조건이 기설정된 조건을 만족하면, 공정 챔버(40) 내에서 플라즈마를 이용하여 산소 라디칼(radical) 또는 수소 라디칼 등을 생성하여 기판으로 공급하고, 이러한 산소 플라즈마(plasma) 또는 수소 플라즈마에 의하여 기판 표면에 잔류하는 포토 레지스트를 제거하게 된다. 여기서, 공정 챔버(40) 내부로 공급된 반응 가스, 미반응 가스 및 반응 부산물을 포함하는 공정 부산물은 배기 라인(50)을 통하여 배출된다.
상기와 같이 기판 표면의 에싱 공정(포토 레지스트 제거 공정)이 수행되는 과정에서 공정 챔버(40) 내부의 공정 부산물은 배기 라인(50)을 통하여 외부로 배출된다. 즉, 배기 라인(50)을 통하여 배출되는 공정 부산물은 반응 가스 및 미반응 가스를 포함하며, 공정시에 공정 챔버(40)의 내부에서 발생된 반응 부산물 및 포토 레지스트를 포함하는 유기 폴리머가 함께 배출될 수 있다. 이에 의하여, 공정 부산물은 탄소(C), 수소(H) 및 산소(O) 중 적어도 하나의 원소를 함유하게 된다.
이때, 고체 상태 또는 액체 상태의 공정 부산물은 배기 라인(50)의 내벽에 축적될 수 있다. 축적된 공정 부산물은 배기 라인(50) 내부의 흐름을 방해할 수 있으며, 배기 라인(50) 상에 설치된 밸브(60)에도 축적되어 오작동을 초래할 수 있다. 이와 같은 현상은 단지 배기 라인(50)을 통하여 배출되는 포토 레지스트에 국한되지 않으며, 배기 라인(50)의 내부를 흐르는 액체 상태의 물질 및 고체 상태의 물질에 모두 해당된다. 또한, 기체 상태의 물질도 공정 챔버(40)보다 낮은 온도를 가지는 배기 라인(50) 내부에서 액체 상태 또는 고체 상태로 전환될 수 있으므로 이의 현상이 발생할 수 있다. 따라서, 이러한 현상을 방지하기 위하여 배기 라인(50) 내부를 흐르는 공정 부산물을 포집하는 등의 처리를 할 필요가 있다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 포집부가 설치되는 모습을 개략적으로 나타내는 도면이고, 도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 포집부의 포집 구조체를 개략적으로 나타내는 도면이다. 또한, 도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 냉각 라인이 설치되는 모습을 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 2 내지 도 4를 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 공정 부산물 처리 장치(10)는, 공정 챔버(40)와 상기 공정 챔버(40)의 압력을 조절하기 위한 밸브(60) 사이의 배기 라인(50)에 설치되어 상기 공정 챔버(40)로부터 배출되는 공정 부산물을 포집하기 위한 포집부(100);를 포함하고, 상기 포집부(100)는 상기 배기 라인(50)과 연통되는 포집부 하우징(110); 및 상기 포집부 하우징(110)의 내부에 설치되어, 공정 부산물을 포집하고 공정 부산물의 유동 경로를 제어하는 중공형의 포집 구조체(120);를 포함한다.
포집부(100)는 공정 챔버(40)와 상기 공정 챔버(40)의 압력을 조절하기 위한 밸브(60) 사이의 배기 라인(50)에 설치된다. 포집부(100)가 설치되는 위치는 배기 라인(50) 상에서 특별히 한정되는 것은 아니나, 공정 부산물이 배기 라인(50) 내부뿐만 아니라 밸브(60) 내에 축적되는 것을 방지하기 위하여 밸브(60)의 공정 챔버(40)의 압력을 조절하기 위한 밸브(60)의 전단에 설치된다.
포집부 하우징(110)은 배기 라인(50)과 연통되어 배기 라인(50) 내에서 상기 공정 부산물이 유동하는 유동 공간을 형성한다. 포집부 하우징(110)은 배기 라인(50)과 연통되어 공정 부산물을 유입하기 위한 유입구 및 포집부 하우징(110) 내의 공정 부산물을 배출하기 위한 유출구를 가진다. 따라서, 포집부 하우징(110)은 배기 라인(50)의 내벽으로부터 연장되는 내벽을 가지는 중공형의 형상으로 형성될 수 있으며, 배기 라인(50)과 동일한 재질로 내열성이 우수한 스테인리스(SUS: Steel Use Stainless) 재질로 형성될 수 있다.
포집 구조체(120)는 포집부 하우징(110)의 내부에 설치되어 공정 부산물을 포집하고, 공정 부산물의 유동 경로를 제어한다. 여기서, 포집 구조체(120)는 공정 부산물이 상기 배기 라인(50)의 중심부를 따라 유동하도록 중공형의 형상으로 형성하여 공정 부산물의 유동 경로를 제어할 수 있다. 이와 같은 포집 구조체(120)는 내식성을 가지며 제작이 용이한 알루미늄 재질로 형성될 수 있다.
포집 구조체(120)는 공정 부산물과의 접촉 면적을 증가시키고 배출되는 시간을 지연시키기 위하여 포집부 하우징(110)의 유입구, 즉 상단으로부터 포집부 하우징(110)의 유출구, 즉 하단으로 갈수록 유동 경로의 단면적이 감소하도록 형성할 수 있다. 또한, 상기 유동 경로의 중심부를 상기 배기 라인(50)의 중심부에 대응되도록 일치시켜 공정 부산물을 배기 라인(50)의 중심부를 따라 유동시킬 수 있다. 또한, 포집 구조체(120)의 내벽을 요철 형상으로 형성하거나, 내벽을 따라 복수 개의 단차부를 형성하여 공정 부산물과의 접촉 면적을 더욱더 넓힐 수 있다.
포집 구조체(120)의 유동 경로의 단면적을 하단으로 갈수록 좁게 형성하는 경우 포집 구조체(120)의 측벽은 배기 라인(50)의 횡단면에 대하여 일정한 각도를 이루게 된다. 여기서, 배기 라인(50)의 횡단면에 대한 포집 구조체(120)의 측벽이 이루는 각도는 40 내지 80°의 범위의 값을 가질 수 있다. 포집 구조체(120)의 측벽이 이루는 각도가 40° 미만으로 형성되는 경우 진공 펌프(70)의 펌핑으로부터 배기 라인으로의 배출이 원활하게 이루어지지 않으며, 포집 구조체(120)의 측벽이 이루는 각도가 80°를 초과하는 경우 공정 부산물이 포집 구조체(120)에 포집되지 어려운 바, 배기 라인(50)의 횡단면에 대한 포집 구조체(120)의 측벽이 이루는 각도는 40 내지 80°의 범위의 값을 가지도록 경사지게 형성할 수 있다.
도면에서는 일정한 두께의 측벽을 가지며, 유동 경로의 단면적이 원형의 형상을 가지는 포집 구조체(120)를 도시하였으나, 포집 구조체(120)의 형상은 이에 제한되는 것이 아니며 하단으로 갈수록 유동 경로의 단면적이 감소하는 어떠한 형상으로 형성되도 무방하다. 또한, 도면에서는 포집 구조체(120)가 포집부 하우징(110)의 내벽으로부터 일정 간격 이격되어 설치되는 모습을 도시하였으나, 포집 구조체(120) 상단의 측벽이 포집부 하우징(110)의 내벽에 밀착되도록 형성하여 포집 구조체(120)와 포집부 하우징(110) 사이의 이격 공간으로 공정 부산물이 유동하지 않도록 제어할 수도 있음은 물론이다.
또한, 포집 구조체(120)는 서로 다른 유동 경로의 단면적을 가지도록 복수 개를 포함하고, 상기 복수 개의 포집 구조체(120)는 상기 배기 라인(50)의 중심부로부터 외측 방향으로 각각 이격 배치될 수 있다. 즉, 예를 들어 포집 구조체(120)를 제1 포집 구조체(126), 제2 포집 구조체(124) 및 제3 포집 구조체(122)를 포함하도록 복수 개로 형성하는 경우 제2 포집 구조체(124)는 제1 포집 구조체(126)보다 큰 유동 경로의 단면적을 가지도록 형성하고, 제3 포집 구조체(122)는 제2 포집 구조체(124)보다 큰 유동 경로의 단면적을 가지도록 형성할 수 있다.
이때, 제1 포집 구조체(126)는 배기 라인(50)의 중심부에 배치되고, 제2 포집 구조체(124)는 제1 포집 구조체(126)와 일정 간격 이격되어 제1 포집 구조체(126)의 외측에 배치되고, 제3 포집 구조체(122)는 제2 포집 구조체(124)와 일정 간격 이격되어 제2 포집 구조체(124)의 외측에 배치될 수 있다. 여기서, 제1 포집 구조체(126)의 내부 공간, 제1 포집 구조체(126)와 제2 포집 구조체(124)의 이격 공간, 제2 포집 구조체(124)와 제3 포집 구조체(122)의 이격 공간은 공정 부산물의 유동 경로를 형성한다. 여기서, 제3 포집 구조체(122) 상단의 측벽을 포집부 하우징(110)의 내벽에 밀착되도록 형성할 수도 있음은 전술한 바와 같다.
포집부(100)는 전술한 포집부 하우징(110) 및 포집 구조체(120)를 냉각시키기 위한 냉각 라인(130)을 더 포함할 수 있다. 냉각 라인(130)은 냉각 유체를 내부에서 순환시키기 위한 배관의 형상을 가지며, 냉각 라인(130)을 통하여 포집부 하우징(110) 및 포집 구조체(120)를 냉각시키게 된다. 이를 위하여 냉각 라인(130)은 냉각 유체를 수용하는 냉각 유체 저장부(미도시)와 연결될 수 있으며, 상기 냉각 유체 저장부로부터 냉각 유체를 공급받아 상기 포집부 하우징(110) 및 포집 구조체(120)를 냉각시킨다.
냉각 유체로는 냉각수 등의 냉각된 액체 또는 프레온 가스 등의 냉각된 기체가 사용될 수 있으며, 냉각 유체의 온도는 20℃ 이하로 설정될 수 있다. 즉, 일반적으로 60 내지 70℃의 온도를 가지는 배기 라인(50)에 대하여 20℃ 이하로 냉각되는 냉각 라인(130)에 의하여 포집부 하우징(110) 및 포집 구조체(120)는 냉각되고, 냉각된 포집부 하우징(110) 및 포집 구조체(120)의 내부에서 유동하는 공정 부산물 또한 냉각되어 고체 상태 또는 끈적한 액체 상태로 포집된다.
냉각 라인(130)은 포집부 하우징(110) 및 포집 구조체(120)를 효과적으로 냉각하기 위하여 포집부 하우징(110) 및 포집 구조체(120)를 모두 경유하도록 설치될 수 있다. 이를 위하여 도 4에 도시된 바와 같이 포집부 하우징(110) 및 포집 구조체(120)를 모두 관통하도록 냉각 라인(130)을 설치할 수 있으며, 각각의 포집 구조체(120)는 냉각 라인(130)에 의하여 그 위치가 고정될 수 있다.
이와 같은 포집부(100)는 공정 챔버(40)와 공정 챔버(40)의 압력을 조절하기 위한 밸브(60) 사이의 배기 라인(50) 상에 교체 가능하게 설치될 수 있다. 이를 위하여 배기 라인(50)과 연결되는 포집부(100)의 포집부 하우징(110) 상단 및 하단에는 실링(sealing) 부재(118)가 설치될 수 있으며, 실링 부재(118)는 공정 부산물이 배기 라인(50)과 포집부(100) 사이에서 누설되는 것을 방지한다. 실링 부재는 오링(Oring)을 포함할 수 있으며, 상기 오링에 의하여 배기 라인(50) 사이에서 포집부(100)의 중심 위치를 정확하게 조절하기 위하여 포집부 하우징(110)의 상단과 하단에는 상기 오링이 안치되는 실링 홈(112)이 형성될 수 있다.
도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 가열부가 설치되는 모습을 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 5를 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 공정 부산물 처리 장치(10)는 전술한 포집부(100)의 후단에 연통되어 상기 공정 부산물을 가열시키기 위한 가열부(200)를 더 포함할 수 있다. 가열부(200)는 포집부(100)의 후단에 배기 라인(50)과 연통되어 형성될 수도 있으나, 포집부(100)의 후단에 직접 연결되어 설치될 수도 있다.
가열부(200)는 가열부 하우징(210) 및 가열부 하우징(210)의 외벽에 설치되는 히팅 자켓(220)을 포함할 수 있다. 가열부 하우징(210)은 배기 라인(50) 또는 포집부 하우징(110)과 연통되어 배기 라인(50) 내에서 공정 부산물이 유동하는 유동 공간을 형성한다. 따라서, 가열부 하우징(210)은 배기 라인(50) 또는 포집부 하우징(110)의 내벽으로부터 연장되는 내벽을 가지는 중공형의 형상으로 형성될 수 있다.
히팅 자켓(220)은 가열부 하우징(210)의 외벽을 통하여 가열부 하우징(210) 내부의 공정 부산물을 가열한다. 히팅 자켓(220)은 가열부 하우징(210)을 감싸는 나선형의 열선으로 형성될 수 있으며, 일반적으로 60 내지 70℃의 온도를 가지는 배기 라인(50)에 대하여 100℃ 이상으로 가열되는 히팅 자켓(220)에 의하여 공정 부산물을 기체 상태로 변화시키고, 이에 의하여 공정 부산물이 가열부 하우징(210) 및 배기 라인(50)의 내벽에 축적되어 응고되는 것을 방지할 수 있다.
도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 플라즈마 처리부(300)가 설치되는 모습을 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 6을 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 공정 부산물 처리 장치(10)는 전술한 포집부(100)의 후단에 연통되어 상기 공정 부산물을 플라즈마 처리하여 분해시키기 위한 플라즈마 처리부(300)를 더 포함할 수 있고, 플라즈마 처리부(300)는 포집부 하우징(110)과 연통되어 공정 부산물이 유동하는 유동 공간을 형성하는 반응기(310); 상기 반응기(310)의 외측에 설치되어, 상기 반응기(310) 내부를 유동하는 공정 부산물에 활성화 에너지를 가하는 플라즈마 발생기(320); 및 상기 플라즈마 발생기(320)에 전원을 인가하는 전원부를 포함할 수 있다. 이러한 플라즈마 처리부(300)는 포집부(100)의 후단에 배기 라인(50)과 연통되어 형성될 수도 있으나, 포집부(100)의 후단에 직접 연결되어 설치될 수도 있다.
반응기(310)는 하우징과 연통되어 공정 부산물이 유동하는 유동 공간을 형성한다. 반응기(310)는 쿼츠(quartz)와 같은 유전성 재료 즉 세라믹(ceramic)으로 형성될 수 있다. 반응기(310)는 배기 라인(50) 또는 포집부 하우징(110)의 내벽으로부터 연장되는 내벽을 가지는 중공형의 형상으로 형성될 수 있다.
플라즈마 발생기(320)는 반응기(310) 내부를 유동하는 공정 부산물에 활성화 에너지를 가한다. 플라즈마 발생기(320)는 플라즈마 밀도를 향상시키기 위하여 반응기(310)를 감싸는 유도 결합형 플라즈마(ICP: Inductively Coupled Plasma) 코일을 포함할 수 있다. 여기성 유도 결합형 플라즈마 코일은 반응기(310) 외측에서 반응기(310)의 측벽에 인접하게 배치된다. 유도 결합형 플라즈마 코일은 복수 개의 턴(turn)을 포함할 수 있으며, 이 경우 각 턴은 평행한 방향으로 배열될 수 있다.
전원부는 플라즈마 발생기(320)에 전원을 인가한다. 여기서 전원부는 RF 전력을 생성할 수 있으며, 적합한 매칭 네트워크를 통하여 전원부 예를 들어, 유도 결합형 플라즈마 코일에 연결된다. 전원부로부터 유도 결합형 플라즈마 코일에 RF 전력이 공급되면, 유도 플라즈마가 반응기(310)의 내부로 유도된다.
또한, 플라즈마 처리부(300)는 반응기(310) 및 플라즈마 발생기(320)의 외측에 설치되는 플라즈마 처리부 하우징(330)을 더 포함할 수 있다. 플라즈마 처리부 하우징(330)은 배기 라인(50)과 동일한 재질로 내열성이 우수한 스테인리스(SUS: Steel Use Stainless) 재질로 형성될 수 있다. 이에 의하여 공정 부산물이 유동하는 유동 공간을 이중 관의 구조로 형성하여 유도 결합형 플라즈마 코일 등 구조물을 보호하고, 공정 부산물의 외부 유출을 방지하며, 플라즈마 처리부 하우징(330)을 접지하여 유도 결합형 플라즈마 코일에서 발생하는 전자기파의 외부 방사를 차단할 수 있다.
플라즈마 처리부(300)는 공정 부산물에 포함되는 산소 또는 수소를 포함하는 반응 가스와 미반응 가스로부터 산소 라디칼 또는 수소 라디칼 등을 생성하고, 이러한, 산소 플라즈마 또는 수소 플라즈마를 이용하여 공정 부산물을 이온화하여 분해 및 해리시킨다. 즉, 배기 라인(50)의 구조상 반응기(310)의 내부는 공정 챔버(40)에 대응하는 압력을 가지고, 공정 챔버(40)로부터 배출되는 공정 부산물에 포함되는 산소 또는 수소를 포함하는 반응 가스와 미반응 가스로부터 공정 챔버(40)와 유사한 조건 하에서 플라즈마를 발생시킬 수 있게 된다.
이와 같이 본 발명의 실시 예에 따른 공정 부산물 처리 장치(10)는 다량의 공정 부산물이 배출되는 애싱 공정에 대하여 포집부(100)에 의하여 공정 부산물을 포집하여 1차로 처리한다. 이는 다량의 공정 부산물이 발생되는 애싱 공정의 특성상, 포집되지 않은 다량의 공정 부산물에 대하여 바로 가열 또는 플라즈마 처리하는 것은 공정 부산물의 축적 방지 효과가 미미하여, 배기 라인(50)의 내벽이나 밸브(60) 내의 오염을 방지하기 어렵기 때문이다.
따라서, 포집부(100)는 공정 부산물의 유동 경로를 배기 라인(50)의 중심부를 따라 이동하도록 제어하여, 포집부(100)를 경유한 공정 부산물이 후단에 설치되는 배기 라인(50), 가열부(200) 또는 플라즈마 처리부(300)의 내벽을 따라 유동하는 것을 최소화할 수 있으며, 이에 의하여 공정 부산물이 배기 라인(50), 가열부(200) 또는 플라즈마 처리부(300)의 내벽에 축적되는 것을 방지할 수 있다.
또한, 전술한 가열부(200) 또는 플라즈마 처리부(300)는 포집부(100)의 후단 또는 포집부(100)의 후단에 연결되는 배기 라인(50)에 설치되는 것을 예로 들어 설명하였으나, 포집부(100)의 후단에 가열부(200)와 플라즈마 처리부(300)가 순차적으로 설치되거나, 포집부(100)의 후단에 플라즈마 처리부(300)와 가열부(200)가 순차적으로 설치되는 것으로 구성할 수도 있다. 뿐만 아니라, 가열부(200) 또는 플라즈마 처리부(300)는 밸브(60)의 전단에 직접 설치되어, 가열부(200) 또는 플라즈마 처리부(300)에 의하여 가열되거나 분해 및 해리된 공정 부산물이 바로 밸브(60)를 통과하도록 구성하여 밸브(60) 내에 공정 부산물이 축적되는 것을 보다 효과적으로 방지할 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따른 공정 부산물 처리 장치(10)는 공정 챔버(40)의 압력을 조절하기 위한 밸브(60)의 개폐 정보를 확인하여 포집부(100)의 교체 시기를 판단하는 제어부(미도시)를 더 포함할 수 있다. 이때, 밸브(60)는 밸브 판(62)을 회전시켜 공정 챔버(40)의 압력을 조절할 수 있어 압력의 미세 제어에 용이한 스로틀 밸브를 사용할 수 있으며, 제어부는 이전 공정에서 측정된 밸브 판(62)의 회전 각도와 현재 공정에서 측정된 밸브 판(62)의 회전 각도를 비교하여 포집부(100)의 교체 시기를 판단할 수 있다.
상기 제어부와 관련하여는 이하에서 설명되는 포집부(100)의 교체 시기 판단 방법과 관련하여 상세하게 설명하기로 한다.
도 7은 압력 조절을 위한 밸브 판의 회전 각도의 변화량을 나타내는 도면이다.
도 7을 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 포집부(100)의 교체 시기 판단 방법은 공정 챔버(40)와 상기 공정 챔버(40)의 압력을 조절하기 위한 밸브(60) 사이의 배기 라인(50)에 설치되어, 상기 공정 챔버(40)로부터 배출되는 부산물을 포집하기 위한 포집부(100)의 교체 시기 판단 방법으로서, 상기 공정 챔버(40)의 압력에 따른 현재 밸브(60)의 위치 값을 확인하는 과정; 이전 공정에서 측정된 밸브(60)의 위치 값으로부터 상기 측정된 현재 밸브(60)의 위치 값의 변화량을 계산하는 과정; 및 설정된 임계값 내에 포함되는 상기 변화량의 반복 횟수를 계산하여 상기 포집부(100)의 교체 시기를 결정하는 과정;을 포함한다.
일반적으로, 반도체 제조 설비에서 공정을 수행하는 공정 챔버(40)에서의 공정 조건은 공정에 따라 각각 다양하게 형성된다. 이러한 공정 챔버(40)의 공정 조건 중에서 공정 압력의 조절은 배기 라인(50)에 설치되는 밸브(60)에 의하여 이루어진다. 이러한 밸브(60)는 온-오프(on-off) 동작에 의해 개폐를 수행하는 게이트 밸브(gate valve) 또는 밸브 하우징(64) 내에서 밸브 판(62)을 회전시켜 개폐 정도를 조절할 수 있는 스로틀 밸브(throttle valve) 등이 사용될 수 있으며, 압력의 미세 제어를 위하여 주로 스로틀 밸브가 배기 라인(50)에 연결되어 구성된다.
포집부(100)의 교체 시기를 판단하기 위하여는 먼저, 공정 챔버(40)의 압력에 따른 현재 밸브(60)의 위치 값을 확인(도 7의 실선)한다. 밸브(60)의 위치 값은 스로틀 밸브(60)의 경우 밸브 판(62)의 각도 값을 의미한다. 이를 위하여 공정 챔버(40)의 설정 압력 값에서 밸브 판(62)의 위치를 확인할 수 있는 모니터링 센서(미도시)가 포함될 수 있다.
이후, 이전 공정에서 측정된 밸브(60)의 위치 값(도 7의 점선)으로부터 상기 측정된 현재 밸브(60)의 위치 값(도 7의 실선)의 변화량(θ)을 계산한다. 여기서, 이전 공정에서 측정된 밸브(60)의 위치 값(도 7의 점선)은 포집부(100)가 교체된 직후의 공정에서 측정된 밸브(60)의 위치 값, 즉 밸브 판(62)의 각도 값을 의미한다.
즉, 공정 챔버(40) 내로부터 배기 라인(50)을 통하여 배출되는 공정 부산물은 상대적으로 온도가 낮은 배기 라인(50)을 지나가는 동안 배기 라인(50) 내부에서 응집되어 파우더 또는 끈적한 성질을 가지는 폴리머 형태로 축적된다. 본 발명의 실시 예에 따른 공정 부산물 처리 장치(10)에 의하면, 이와 같은 공정 부산물이 포집부(100) 내부에서 최대한 축적되고, 배기 라인(50), 가열부(200) 및 플라즈마 처리부(300)의 내벽에 융착하여 축적되는 것을 방지할 수 있다.
따라서, 이전 공정에서 측정된 밸브(60)의 위치 값(도 7의 점선)과 상기 측정된 현재 밸브(60)의 위치 값(도 7의 실선)의 변화량(θ)은 포집부(100)에 축적된 공정 부산물로 인하여 공정 챔버(40)의 설정된 압력을 조절하기 위한 압력 변화량에 대응된다. 즉, 포집부(100)가 교체된 직후의 공정에서 공정 챔버(40)를 설정 압력으로 조절하기 위한 밸브 판(62)의 각도 값(도 7의 점선)을 확인하고, 배기를 진행하여 일정량의 공정 부산물이 포집부(100)에 축적된 후 ,동일한 공정 조건에서 공정 챔버(40)를 설정 압력으로 조절하게 되면 밸브 판(62)의 각도는 포집부(100)에 축적된 공정 부산물에 의해 더 큰 값(도 7의 실선)을 가지게 된다. 이에, 이전 공정에서 측정된 밸브(60)의 위치 값으로부터 측정된 현재 밸브(60)의 위치 값의 변화량(θ)을 계산하는 과정에서 포집부(100)에 축적된 공정 부산물의 양을 예측할 수 있게 된다.
이후, 설정된 임계값 내에 포함되는 측정된 밸브(60)의 위치 값(도 7의 점선)과 상기 측정된 현재 밸브(60)의 위치 값(도 7의 실선)의 변화량(θ)의 반복 횟수를 계산하여 포집부(100)의 교체 시기를 결정한다.
예를 들어, 포집부(100)가 교체된 직후 공정 챔버(40)를 설정 압력으로 조절하기 위한 밸브 판(62)의 각도 값이 20°라고 할때, 배기를 진행하여 일정량의 공정 부산물이 포집부(100)에 축적된 후 공정 챔버(40)를 동일한 설정 압력으로 조절하기 위한 밸브 판(62)의 각도 값은 25°일 수 있다. 여기서, 임계값 즉, 공정 챔버(40)를 동일한 설정 압력으로 조절하기 위한 최대 오차값이 30° 범위로 설정된 경우, 포집부(100)의 교체 시기는 이전 공정에서 측정된 밸브 판(62)의 각도 값(25°)으로부터 측정된 현재 밸브 판(62)의 각도 값(30°)의 변화량 (5°)을 산출하고, 설정된 임계값(30° 범위) 내에 포함되는 변화량의 반복 횟수를 계산하여 6회의 공정 이후에 포집부(100)를 교체할 것으로 설정할 수 있게 된다.
상기와 같은 공정 부산물 처리 장치(10) 및 이를 이용한 포집부(100)의 교체 시기 판단 방법에 의하면, 공정 부산물과의 접촉 면적을 증가시키고 공정 부산물의 이동 경로를 증가시키도록 포집부 하우징(110) 내에 중공형의 포집 구조체(120)를 설치하고 상기 포집 구조체(120)에 의하여 공정 부산물의 유동 경로를 제어함으로써, 공정 부산물을 효과적으로 포집할 수 있을 뿐만 아니라 배기 라인(50)의 내벽에 융착되는 것을 방지할 수 있다.
또한, 포집 구조체(120)에 의하여 배기 라인(50)의 중심부로 유동 경로가 제어된 공정 부산물을 포집부(100)의 후단에 설치되는 플라즈마 처리부(300)에 의하여 분해 및 해리하여, 공정 부산물이 공정 챔버(40)의 압력을 조절하기 위한 배기 라인(50) 및 밸브(60)에 축적되는 것을 더욱 효과적으로 방지할 수 있다.
뿐만 아니라, 공정 부산물이 축적되는 포집부(100)의 교체 시점을 공정 챔버(40)의 압력을 조절하는 밸브(60)의 위치를 확인하여 용이하게 판단할 수 있게 되어, 공정 설비의 유지 보수 및 관리가 용이하며 생산성을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
상기에서, 본 발명의 바람직한 실시 예가 특정 용어들을 사용하여 설명 및 도시되었지만 그러한 용어는 오로지 본 발명을 명확하게 설명하기 위한 것일 뿐이며, 본 발명의 실시 예 및 기술된 용어는 다음의 청구범위의 기술적 사상 및 범위로부터 이탈되지 않고서 여러 가지 변경 및 변화가 가해질 수 있는 것은 자명한 일이다. 이와 같이 변형된 실시 예들은 본 발명의 사상 및 범위로부터 개별적으로 이해되어져서는 안 되며, 본 발명의 청구범위 안에 속한다고 해야 할 것이다.
100: 포집부 110: 포집부 하우징
120: 포집 구조체 130: 냉각 라인
200: 가열부 210: 가열부 하우징
220: 히팅 자켓 300: 플라즈마 처리부
310: 반응기 320: 플라즈마 발생기
330: 플라즈마 처리부 하우징

Claims (15)

  1. 공정 챔버와 상기 공정 챔버의 압력을 조절하기 위한 밸브 사이의 배기 라인에 설치되어, 상기 공정 챔버로부터 배출되는 공정 부산물을 포집하기 위한 포집부;를 포함하고,
    상기 포집부는,
    상기 배기 라인과 연통되는 포집부 하우징; 및
    상기 포집부 하우징의 내부에 설치되어, 공정 부산물을 포집하고 공정 부산물의 유동 경로를 제어하는 포집 구조체;를 포함하고,
    상기 포집 구조체는,
    상기 배기 라인의 중심부를 따라 제공되어 상기 공정 부산물을 유동시키는 내부 공간을 가지는 중공형의 형상으로 형성되고,
    상기 내부 공간의 단면적이 상기 포집부 하우징의 유입구로부터 유출구로 갈수록 감소되도록 상기 배기 라인의 횡단면에 대하여 소정의 각도를 이루는 측벽을 가지는 공정 부산물 처리 장치.
  2. 삭제
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 포집 구조체는 서로 다른 유동 경로의 단면적을 가지도록 복수 개를 포함하고,
    상기 복수 개의 포집 구조체는 상기 배기 라인의 중심부로부터 외측 방향으로 각각 이격 배치되는 공정 부산물 처리 장치.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 포집부는,
    상기 포집부 하우징 및 상기 포집 구조체를 경유하여 설치되는 냉각 라인을 더 포함하는 공정 부산물 처리 장치.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 포집부는 교체 가능하게 설치되는 공정 부산물 처리 장치.
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 포집부의 후단에 연통되어 상기 공정 부산물을 가열시키기 위한 가열부;를 더 포함하는 공정 부산물 처리 장치.
  7. 청구항 1에 있어서,
    상기 포집부의 후단에 연통되어 상기 공정 부산물을 플라즈마 처리하여 분해시키기 위한 플라즈마 처리부;를 더 포함하는 공정 부산물 처리 장치.
  8. 청구항 7에 있어서,
    상기 플라즈마 처리부는,
    상기 포집부 하우징과 연통되어 공정 부산물이 유동하는 유동 공간을 형성하는 반응기;
    상기 반응기의 외측에 설치되어, 상기 반응기 내부를 유동하는 공정 부산물에 활성화 에너지를 가하는 플라즈마 발생기; 및
    상기 플라즈마 발생기에 전원을 인가하는 전원부를 포함하는 공정 부산물 처리 장치.
  9. 청구항 8에 있어서,
    상기 플라즈마 발생기는 상기 반응기를 감싸는 유도 결합형 플라즈마(ICP: Inductively Coupled Plasma) 코일을 포함하는 공정 부산물 처리 장치.
  10. 청구항 1에 있어서,
    상기 밸브의 개폐 정도를 확인하여 상기 포집부의 교체 시기를 판단하는 제어부;를 더 포함하는 공정 부산물 처리 장치.
  11. 청구항 10에 있어서,
    상기 밸브는 밸브 판을 회전시켜 공정 챔버의 압력을 조절하는 스로틀 밸브를 포함하고,
    상기 제어부는,
    이전 공정에서 측정된 상기 밸브 판의 회전 각도와 현재 공정에서 측정된 상기 밸브 판의 회전 각도를 비교하여 상기 포집부의 교체 시기를 판단하는 공정 부산물 처리 장치.
  12. 청구항 1 및 청구항 3 내지 청구항 11 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 공정 부산물은 탄소(C), 수소(H) 및 산소(O) 중 적어도 하나의 원소를 함유하는 공정 부산물 처리 장치.
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