KR102077759B1 - 반도체 제조설비용 배기 장비 및 이를 이용한 배기관 내 파우더 침적 방지 방법 - Google Patents

반도체 제조설비용 배기 장비 및 이를 이용한 배기관 내 파우더 침적 방지 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명에 의하면, TiCl4 가스와 NH3 가스를 반응시켜서 생성된 TiN을 증착시키는 TiN 공정이 수행되는 공정 챔버 내 잔류 가스를 배출하는 배기 장비로서, 상기 잔류 가스를 상기 공정 챔버로부터 배출시키기 위한 압력을 발생시키는 진공 펌프; 상기 공정 챔버와 상기 진공 펌프 사이에 연결되는 챔버 배기관; 및 상기 챔버 배기관에 연결되는 플라즈마 장치를 포함하며, 상기 플라즈마 장치는 플라즈마 제트를 분사하여 상기 챔버 배기관의 내부에 플라즈마 반응 영역을 형성시키는 직류 플라즈마 토치를 구비하며, 상기 공정 챔버로부터 배출되는 상기 잔류 가스 중 상기 NH3 가스는 상기 플라즈마 반응 영역에서 플라즈마 반응에 의해 N2 가스와 H2 가스로 분해되어서, NH4Cl 파우더와 TiCl4·nNH3 파우더의 생성을 방지하며, 상기 TiN 공정 후 상기 공정 챔버의 세정을 위해 상기 공정 챔버에 주입된 ClF3 가스는 상기 TiN과 반응하여 TiF4 파우더를 생성하며, 상기 세정 후 상기 공정 챔버로부터 배출되는 상기 ClF3 가스와 상기 TiF4 파우더의 혼합물은 상기 플라즈마 반응 영역에서 플라즈마 반응에 의해 TiCl4 가스와 F2 가스의 혼합기체로 변화하는, 반도체 제조 설비용 배기 장비가 제공된다.

Description

반도체 제조설비용 배기 장비 및 이를 이용한 배기관 내 파우더 침적 방지 방법 {GAS EXHAUSTING EQUIPMENT AND METHOD FOR INHIBITING DEPOSITION OF POWDER IN EXHAUST PIPE FOR SEMICONDUCTOR PRODUCTION FACILITY}
본 발명은 반도체 제조설비 기술에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 공정챔버의 잔류가스가 배출되는 배기관에 파우더가 침적되는 것을 방지하는 기술에 관한 것이다.
반도체 소자는 공정챔버에서 웨이퍼 상에 포토리소그래피, 식각, 확산 및 금속증착 등의 공정들이 반복적으로 수행됨으로써 제조되고 있다. 이러한 반도체 제조 공정 중에는 다양한 공정 가스가 사용되며, 공정이 완료된 후에는 공정챔버에 잔류가스가 존재하게 되는데, 공정챔버 내 잔류가스는 유독성분을 포함하고 있기 때문에, 진공펌프에 의해 배출되어서 스크러버와 같은 배기가스 처리장치에 의해 정화된다. 하지만, 진공펌프와 스크러버를 연결하는 배기관에 파우더가 침적되는 문제가 발생하고 있다.
사염화티타늄(TiCl4) 가스와 암모니아(NH3) 가스를 반응시켜서 생성된 티타늄질화물(TiN)을 화학기상증착법(CVD)을 이용하여 웨이퍼에 증착시키는 TiN 공정의 경우, 배기관에 침적되어 문제가 되는 파우더는 TiN 공정에서 웨이퍼에 증착되지 않고 배출되는 잔여 TiN 파우더 뿐만 아니라, 염화암모늄(NH4Cl) 파우더와 TiCl4·nNH3 파우더이다.
염화암모늄(NH4Cl) 파우더는 TiN 공정시 공정챔버로부터 배출되는 배기가스에 함유된 암모니아(NH3) 가스와 염화수소(HCl) 가스가 반응하여 생성되는 것으로서, 특정 온도 이상에서는 염화수소(HCl) 가스와 암모니아(NH3) 가스로 분해되어서 기체 상태로 존재하지만, 배기관에서 온도가 저하됨에 따라 특정 온도 이하에서 염화암모늄(NH4Cl) 파우더가 생성된다.
TiCl4·nNH3 파우더는 TiN 공정시 공정챔버로부터 배출되는 배기가스에 함유된 사염화티타늄(TiCl4) 가스와 암모니아(NH3) 가스가 반응하여 생성되는 것으로서, 특정 온도 이상에서는 기체 상태로 존재하지만, 배기관에서 온도가 저하됨에 따라 특정 온도 이하에서 파우더로 존재하게 된다.
염화암모늄(NH4Cl)에 의한 배기관 내 파우더 침적 문제를 해결하기 위하여, 종래에는 히팅 재킷과 같은 가열 장치를 이용하여 배기관을 특정 온도 이상으로 가열함으로써, 염화수소(HCl) 가스와 암모니아(NH3) 가스가 반응하여 고체 상태의 염화암모늄(NH4Cl)을 생성하지 못하도록 하고, 고체 상태의 염화암모늄(NH4Cl)은 염화수소(HCl) 가스와 암모니아(NH3) 가스로 분해된 상태로 배기관을 통과하도록 하는 기술이 사용되고 있다. 하지만, 이러한 종래의 기술은 염화수소(HCl) 가스와 암모니아(NH3) 가스가 쉽게 반응할 수 있기 때문에 염화암모늄(NH4Cl) 파우더가 쉽게 재생성될 수 있다는 점에서 파우더의 침적 문제에 대한 근본적인 해결책이 되기 어렵다.
대한민국 공개특허 제10-2007-0024806호 "히팅 재킷" (2007.03.08.)
본 발명의 목적은 반도체 제조설비에서 TiN 공정이 이루어지는 공정챔버의 잔류가스가 배출되는 배기관에 파우더가 침적되는 것을 방지하는 배기 장비 및 이를 이용한 배기관 내 파우더 침적 방지 방법을 제공하는 것이다.
상기한 본 발명의 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 일 측면에 따르면, TiCl4 가스와 NH3 가스를 반응시켜서 생성된 TiN을 증착시키는 TiN 공정이 수행되는 공정 챔버 내 잔류 가스를 배출하는 배기 장비로서, 상기 잔류 가스를 상기 공정 챔버로부터 배출시키기 위한 압력을 발생시키는 진공 펌프; 상기 공정 챔버와 상기 진공 펌프 사이에 연결되는 챔버 배기관; 및 상기 챔버 배기관에 연결되는 배기관 플라즈마 장치를 포함하며, 상기 플라즈마 장치는 플라즈마 제트를 분사하여 상기 챔버 배기관의 내부에 열 반응에 의한 플라즈마 처리 영역을 형성시키는 직류 플라즈마 토치를 구비하며, 상기 공정 챔버로부터 배출되는 상기 잔류 가스에 포함된 NH4Cl 파우더는 상기 플라즈마 처리 영역에서 상기 열 반응에 의해 염화수소(HCl) 가스와 암모니아(NH3) 가스로 분해되며, 상기 공정 챔버로부터 배출되는 상기 잔류 가스에 포함된 TiCl4·nNH3 파우더는 상기 플라즈마 처리 영역에서 상기 열 반응에 의해 TiCl4 가스와 암모니아(NH3) 가스로 분해되며, 상기 TiN 공정 후 상기 공정 챔버의 세정을 위해 상기 공정 챔버에 주입된 ClF3 가스는 상기 TiN과 반응하여 TiF4 파우더를 생성하며, 상기 세정 후 상기 공정 챔버로부터 배출되는 상기 ClF3 가스와 상기 TiF4 파우더의 혼합물은 상기 플라즈마 처리 영역에서 상기 열 반응에 의해 TiCl4 가스와 F2 가스의 혼합기체로 변화하는, 반도체 제조 설비용 배기 장비가 제공된다.
상기한 본 발명의 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 다른 측면에 따르면, 공정 챔버에서 TiCl4 가스와 NH3 가스를 반응시켜서 생성된 TiN을 증착시키는 TiN 공정이 수행되는 TiN 공정 단계; 상기 TiN 공정 후 상기 공정 챔버의 잔류 가스가 상기 공정 챔버와 진공 펌프 사이를 연결하는 챔버 배기관을 통해 상기 진공 펌프의 작동에 의해 배출되는 제1 배기 단계; 직류 플라즈마 토치에 의해 상기 챔버 배기관 내에 제1 플라즈마 처리 영역이 형성되어서 제1 열 반응이 발생하는 제1 플라즈마 처리 단계; 상기 공정 챔버에서 상기 TiN 공정 후 상기 공정 챔버에 ClF3 가스를 주입하여 상기 공정 챔버에 남아 있는 TiN 파우더와 유기물이 제거되고 TiF4 파우더가 생성되는 챔버 세정 단계; 상기 챔버 세정 단계 후 상기 공정 챔버의 잔류 가스가 상기 공정 챔버와 진공 펌프 사이를 연결하는 챔버 배기관을 통해 상기 진공 펌프의 작동에 의해 배출되는 제2 배기 단계; 및 상기 직류 플라즈마 토치에 의해 상기 챔버 배기관 내에 제2 플라즈마 처리 영역이 형성되어서 제2 열 반응이 발생하는 제2 플라즈마 처리 단계를 포함하며, 상기 제1 플라즈마 처리 단계에서, 상기 제1 배기 단계에 의해 배출되는 상기 공정 챔버의 잔류 가스에 포함된 NH4Cl 파우더는 상기 제1 열 반응에 의해 염화수소(HCl) 가스와 암모니아(NH3) 가스로 분해되고, 상기 공정 챔버로부터 배출되는 상기 잔류 가스에 포함된 TiCl4·nNH3 파우더는 상기 제1 열 반응에 의해 TiCl4 가스와 암모니아(NH3) 가스로 분해되며, 상기 제2 플라즈마 반응 단계에서, 상기 제2 배기 단계에 의해 배출되는 상기 공정 챔버의 잔류 가스에 포함된 상기 ClF3 가스와 상기 TiF4 파우더의 혼합물은 상기 제2 열 반응에 의해 TiCl4 가스와 F2 가스의 혼합기체로 변화하는, 배기관 내 파우더 침적 방지 방법이 제공된다.
본 발명에 의하면 앞서서 기재한 본 발명의 목적을 모두 달성할 수 있다. 구체적으로는, TiN 공정 중 공정 챔버로부터 배출되는 배기가스 중 염화암모늄(NH4Cl) 파우더 및 TiCl4·nNH3 파우더가 직류 플라즈마 토치에 의한 열 반응에 의해 각각 염화수소(HCl) 가스와 암모니아(NH3) 가스 및 TiCl4 가스와 암모니아(NH3) 가스로 분해되며, 추가적으로 염화암모늄(NH4Cl) 파우더 및 TiCl4·nNH3 파우더의 생성 원인인 암모니아 가스가 직류 플라즈마 토치에 의한 플라즈마에 의해 질소 가스와 수소 가스로 분해됨으로써, 배기관에서 염화암모늄 파우더와 TiCl4·nNH3 파우더의 침적이 근본적으로 방지될 수 있다.
또한, TiN 공정에 사용되는 공정 챔버의 세정 과정에서 배출되는 TiF4 파우더와 ClF3 가스가 직류 플라즈마 토치에 의한 플라즈마에 의해 반응하여 TiCl4 가스와 불소(F2) 가스의 가스 형태로 처리된다.
도 1은 본 발명에 따른 배기 장비가 설치된 반도체 제조설비의 개략적인 구성을 도시한 도면이다.
도 2는 도 1에 도시된 배기 장비에 구비되는 플라즈마 장치가 배기관에 설치되는 상태를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명에 따른 배기 장비에 구비되는 플라즈마 장치에 의한 작용을 개략적으로 설명하는 도면이다.
도 4는 도 1에 도시된 배기 장비를 이용한 본 발명의 일 실시예에 따른 배기관 내 파우더 침적 방지 방법을 도시한 순서도이다.
이하, 도면을 참조하여 본 발명의 실시예의 구성 및 작용을 상세하게 설명한다.
도 1에는 본 발명의 일 실시예에 따른 배기 장비가 설치된 반도체 제조설비의 개략적인 구성이 블록도로서 도시되어 있다. 도 1을 참조하면, 반도체 제조설비는 TiN 공정이 수행되는 공정 챔버(C)와, 공정 챔버(C)로부터 배출되는 배기가스를 처리하는 스크러버(S)와, 공정 챔버(C)의 잔류가스를 배출시켜서 스크러버(S)까지 이동시키는 본 발명의 일 실시예에 따른 배기 장비(100)를 포함한다.
공정 챔버(C)에서는 사염화티타늄(TiCl4) 가스와 암모니아(NH3) 가스를 반응시켜서 생성된 티타늄질화물(TiN)을 화학기상증착법(CVD)을 이용하여 웨이퍼에 증착시키는 TiN 공정이 수행된다. 본 발명에서 공정 챔버(C)는 통상적인 TiN 공정이 수행되는 모든 형태의 공정 챔버를 포함한다. TiN 공정 후 공정 챔버(C)에는 TiCl4 가스, NH3 가스, HCl 가스, N2 가스와 함께, 웨이퍼에 증착되지 않은 잔여 TiN 파우더를 포함하는 잔류가스가 남게 된다.
스크러버(S)는 배기 장비(100)에 의해 공정 챔버(C)로부터 배출되는 배기가스를 처리한다. 스크러버(S)는 반도체 제조 설비 기술 분야에서 배기가스를 처리하기위한 통상적으로 사용되는 모든 형태의 스크러버를 포함한다.
배기 장비(100)는 TiN 공정 후 공정 챔버(C)의 잔류가스를 배출시키고 스크러버(S)까지 이동시킨다. 배기 장비(100)는 공정 챔버(C)로부터 가스를 배출시키기 위한 진공 펌프(110)와, 공정 챔버(C)와 진공 펌프(110)를 연결하는 챔버 배기관(120)과, 진공 펌프(110)와 스크러버(S)를 연결하는 펌프 배기관(130), 챔버 배기관(120)에 설치되어서 챔버 배기관(120) 내에 플라즈마 처리 공간을 형성시키는 배기관 플라즈마 장치(140)와, 챔버 배기관(120) 상에 설치되어서 파우더를 포집하는 파우더 포집 트랩(150)와, 파우더 포집 트랩(150)에 설치되어서 파우더 포집 트랩(150)에 포집된 파우더를 플라즈마 처리하는 트랩 플라즈마 장치(160)를 구비한다.
진공 펌프(110)는 TiN 공정 후 공정 챔버(C)의 잔류가스를 배출하기 위하여 공정 챔버(C) 측에 음압을 형성하는데, 반도체 제조 설비 기술 분야에서 통상적으로 사용되는 진공 펌프의 구성을 포함하므로 이에 대한 상세한 설명은 생략한다.
챔버 배기관(120)은 공정 챔버(C)와 진공 펌프(110)의 사이에서 공정 챔버(C)의 배기구와 진공 펌프(110)의 흡입구를 연결한다. 진공 펌프(110)에 의해 형성되는 음압에 의해 공정 챔버(C)의 잔류가스가 챔버 배기관(120)을 통해 배기가스로서 배출된다.
펌프 배기관(130)은 진공 펌프(110)와 스크러버(S)의 사이에서 진공 펌프(110)의 토출구와 스크러버(S)의 유입구를 연결한다. 펌프 배기관(130)을 통해 진공 펌프(110)로부터 배출되는 배기가스가 스크러버(S)로 이동한다.
배기관 플라즈마 장치(140)는 챔버 배기관(120)에 설치되어서 열 반응을 이용하여 염화암모늄(NH4Cl) 파우더는 염화수소(HCl) 가스와 암모니아(NH3) 가스 및 TiCl4 가스와 암모니아(NH3) 가스로 분해하고, TiCl4·nNH3 파우더는 TiCl4 가스와 암모니아(NH3) 가스로 분해한다. 추가적으로 배기관 플라즈마 장치(140)는 플라즈마 반응을 이용하여 염화암모늄(NH4Cl) 파우더 및 TiCl4·nNH3 파우더의 생성 원인인 암모니아 가스를 질소 가스와 수소 가스로 분해하기도 한다. 도 2에는 배기관 플라즈마 장치(140)가 챔버 배기관(120)에 설치된 상태가 도시되어 있다. 도 2를 참조하면, 배기관 플라즈마 장치(140)는 직류 플라즈마 토치(141)와, 챔버 배기관(120)과 직류 플라즈마 토치(141) 사이를 연결하는 연결관(142)을 구비한다.
직류 플라즈마 토치(141)는 두 전극 사이에 고압의 직류 전압을 인가하고 두 전극 사이로 방전가스를 공급하여 플라즈마 제트(J)를 발생시키는 통상적인 구조로 이루어지므로, 직류 플라즈마 토치(141)의 구체적인 구성에 대한 설명은 생략한다. 직류 플라즈마 토치(141)는 챔버 배기관(120)의 측면에 이격되어서 위치하며 연결관(142)에 의해 챔버 배기관(120)과 연결된다. 직류 플라즈마 토치(141)는 직류 플라즈마 토치(141)에 의해 형성되는 플라즈마 제트(J)가 챔버 배기관(120)을 향하도록 배치된다.
연결관(142)은 직류 플라즈마 토치(141)와 챔버 배기관(120)을 연결하며 챔버 배기관(120)과 대체로 직각을 이루며 연장된다. 연결관(142)을 통해 직류 플라즈마 토치(141)에 의해 형성되는 플라즈마 제트(J)가 챔버 배기관(120)으로 안내된다. 플라즈마 제트(J)에 의해 챔버 배기관(120)에서 연결관(142)과 연결되는 부분에 배기가스에 대한 열반응 및 플라즈마 반응이 일어나는 플라즈마 처리 영역(A)이 형성된다. 플라즈마 제트(J)에 의한 플라즈마 처리 영역(A)의 온도는 약 250℃ 이하의 온도에서 생성되는 TiCl4·nNH3 파우더를 고려하여 250℃ 이상을 유지하는 것이 바람직하며, 약 338℃에서 생성되는 염화암모늄(NH4Cl) 파우더를 더 고려하면 350℃ 이상을 유지하는 것이 가장 바람직하다. 즉, 약 250℃ 이하의 온도에서 TiCl4 가스와 암모니아(NH3) 가스가 결합하여 TiCl4·nNH3 파우더가 생성되므로 250℃ 이상을 유지함으로써 TiCl4·nNH3 파우더의 생성이 억제될 수 있다. 또한, 염화암모늄(NH4Cl) 파우더는 약 338℃ 이상의 온도에서 기화하여 염화수소(HCl) 가스와 암모니아(NH3) 가스로 분해되므로 350℃ 이상을 유지하면 염화암모늄(NH4Cl) 파우더의 생성이 억제될 수 있고 이 경우 TiCl4·nNH3 파우더의 생성도 함께 억제될 수 있다. 본 실시예에서는 플라즈마 처리 영역(A)의 온도가 200℃ 내지 500℃의 온도로 유지되는 것으로 설명한다.
도 3은 배기관 플라즈마 장치(140)에 의한 작용을 개략적으로 설명하는 도면이다. 도 3을 참조하면, 챔버 배기관(120)에는 공정 챔버(C)로부터 배출되는 배기가스에 포함된 염화수소(HCl) 가스, 암모니아(NH3) 가스, 질소(N2)가스, TiN 파우더 및 TiCl4 가스가 직류 플라즈마 토치(141)의 플라즈마 제트(J)에 의해 챔버 배기관(120) 내에 형성되는 플라즈마 처리 영역(A)을 통과한다. 염화수소(HCl) 가스, 질소(N2) 가스 및 TiCl4 가스는 변화없이 플라즈마 처리 영역(A)을 통과하며, 200℃ 내지 500℃의 온도로 유지되는 플라즈마 처리 영역(A)에서의 열 반응에 의하여 염화암모늄(NH4Cl) 파우더는 염화수소(HCl) 가스와 암모니아(NH3) 가스로 분해하고, TiCl4·nNH3 파우더는 TiCl4 가스와 암모니아(NH3) 가스로 분해된다.
추가적으로 암모니아(NH3) 가스는 플라즈마 처리 영역(A)에서의 플라즈마 반응에 의해 질소(N2) 가스와 수소(H2) 가스로 분해(2NH3(g) → N2(g) + 3H2(g))될 수도 있다. 이 경우, 챔버 배기관(120) 내에서 배기가스가 플라즈마 처리 영역(A)을 통과한 후에 암모니아(NH3) 가스가 존재하지 않게 되어서, 챔버 배기관(120) 및 펌프 배기관(130) 내 파우더 침적의 주요 원인인 염화암모늄(NH4Cl) 파우더와 TiCl4·nNH3 파우더의 생성이 근본적으로 방지될 수 있다. 질소(N2) 가스와 수소(H2) 가스가 반응하여 암모니아(NH3) 가스가 생성되기 위해서는 고온, 고압의 환경에서 촉매를 이용(예를 들어, 530℃, 290atm에서 FexOy의 촉매)해야 하기 때문에, 챔버 배기관(120) 및 펌프 배기관(130)에서 질소(N2) 가스와 수소(H2) 가스가 반응하여 암모니아(NH3) 가스가 생성되는 것은 실질적으로 불가능하다. 또한, TiN 파우더는 파우더의 형태로 플라즈마 처리 영역(A)을 통과하게 된다.
파우더 포집 트랩(150)은 챔버 배기관(120) 상에서 플라즈마 처리 영역(A)보다 하류에 설치되어서 TiN 파우더를 포함하는 파우더를 포집하여, 파우더가 진공 펌프(110)로 유입되는 것을 막는다. 파우더 포집 트랩(150)으로는 통상적으로 사용되는 것(예를 들어, 등록특허 제10-1480237호에 기재된 입자 포집장치 등)일 수 있으므로 이에 대한 상세한 설명은 생략한다. 본 실시예에서는 파우더 포집 트랩(150)이 플라즈마 처리 영역(A)보다 하류에 위치하도록 설치되는 것으로 설명하지만 이와는 달리 플라즈마 처리 영역(A)보다 상류에 위치하도록 설치될 수도 있고, 플라즈마 처리 영역(A)보다 상류 및 하류에 모두 위치하도록 복수개가 설치될 수도 있으며, 이 또한 본 발명의 범위에 속하는 것이다.
트랩 플라즈마 장치(160)는 파우더 포집 트랩(150)에 설치되어서 파우더 포집 트랩(150)에 포집되어서 쌓인 파우더를 플라즈마 처리하여 제거한다. 본 실시예에서는 트랩 플라즈마 장치(160)가 배기관 플라즈마 장치(140)와 같이 직류 플라즈마 토치를 이용하는 구성인 것으로 설명한다.
도 4에는 도 1에 도시된 배기 장비를 이용한 본 발명의 일 실시예에 따른 배기관 내 파우더 침적 방지 방법이 순서도로서 도시되어 있다. 도 4를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 배기관 내 파우더 침적 방지 방법은 공정 챔버(도 1의 C)에서 TiN 공정이 수행되는 TiN 공정 단계(S10)와, TiN 공정 단계(S10)에 의한 TiN 공정 후 공정 챔버(도 1의 C)의 잔류가스를 진공 펌프(도 1의 110)를 작동시켜서 배기시키는 제1 배기 단계(S20)와, 제1 배기 단계(S20) 수행 중에 배기관 플라즈마 장치(도 1의 140)를 작동시켜서 챔버 배기관(도 1의 120) 상에서 열 반응 및 플라즈마 반응을 발생시키는 제1 플라즈마 처리 단계(S30)와, 제1 배기 단계(S20) 수행 중에 파우더 포집 트랩(도 1의 150)을 이용하여 챔버 배기관(도 1의 120)을 유동하는 배기가스에서 파우더를 포집하는 제1 포집 단계(S40)와, 공정 챔버(도 1의 C)에 대한 세정이 수행되는 챔버 세정 단계(S50)와, 챔버 세정 단계(S50)에 의한 챔버에 대한 세정 후 공정 챔버(도 1의 C)의 잔류가스를 진공 펌프(도 1의 110)를 작동시켜서 배기시키는 제2 배기 단계(S60)와, 제2 배기 단계(S60) 수행 중에 배기관 플라즈마 장치(도 1의 140)를 작동시켜서 챔버 배기관(도 1의 120) 상에서 열 반응 및 플라즈마 반응을 발생시키는 제2 플라즈마 처리 단계(S70)와, 제2 배기 단계(S60) 수행 중에 파우더 포집 트랩(도 1의 150)을 이용하여 챔버 배기관(도 1의 120)을 유동하는 배기가스에서 파우더를 포집하는 제2 포집 단계(S80)를 포함한다.
TiN 공정 단계(S10)에서는 공정 챔버(도 1의 C)에서 사염화티타늄(TiCl4) 가스와 암모니아(NH3) 가스를 반응시켜서 생성된 티타늄질화물(TiN)을 화학기상증착법(CVD)을 이용하여 웨이퍼에 증착시키는 것과 같은 통상적인 TiN 공정이 수행된다. TiN 공정에 의해 공정 챔버(도 1의 C)에는 TiCl4 가스, NH3 가스, HCl 가스, N2 가스와 함께, 웨이퍼에 증착되지 않은 잔여 TiN 파우더를 포함하는 잔류가스가 남게 된다. 공정 챔버(도 1의 C)에서의 TiN 공정이 완료된 후에는 제1 배기 단계(S20)가 수행된다.
제1 배기 단계(S20)에서는 진공 펌프(도 1의 110)가 작동되어서 TiN 공정 후 공전 챔버(도 1의 C)의 잔류 가스가 챔버 배기관(120)과 펌프 배기관(130)을 통해 배기가스로서 배출된다. 제1 배기 단계(S20)가 수행되는 과정에서 제1 플라즈마 처리 단계(S30)와 제1 포집 단계(S40)가 함께 수행된다.
제1 플라즈마 처리 단계(S30)는 제1 배기 단계(S20)와 함께 수행된다. 제1 플라즈마 처리 단계(S30)에서는 배기관 플라즈마 장치(도 1의 140)가 작동되어서 챔버 배기관(도 1의 120) 상에서 열 반응 및 플라즈마 반응이 발생하여 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같은 제1 플라즈마 처리 영역(A)이 형성된다. 제1 플라즈마 처리 단계(S30)에서는 200℃ 내지 500℃의 온도로 유지되는 플라즈마 처리 영역(A)에서의 열 반응에 의하여 염화암모늄(NH4Cl) 파우더는 염화수소(HCl) 가스와 암모니아(NH3) 가스로 분해하고, TiCl4·nNH3 파우더는 TiCl4 가스와 암모니아(NH3) 가스로 분해된다. 추가적으로 암모니아(NH3) 가스는 플라즈마 처리 영역(A)에서의 플라즈마 반응에 의해 질소(N2) 가스와 수소(H2) 가스로 분해(2NH3(g) → N2(g) + 3H2(g))된다. 따라서, 챔버 배기관(120) 내에서 배기가스가 플라즈마 처리 영역(A)을 통과한 후에는 암모니아(NH3) 가스가 존재하지 않게 되므로, 챔버 배기관(120) 및 펌프 배기관(130) 내 파우더 침적의 주요 원인인 염화암모늄(NH4Cl) 파우더와 TiCl4·nNH3 파우더의 생성이 근본적으로 방지될 수 있다.
제1 포집 단계(S40)는 제1 배기 단계(S20) 수행 중에 제1 플라즈마 처리 단계(S30)와 함께 수행된다. 제1 포집 단계(S40)에서는 파우더 포집 트랩(도 1의 150)을 이용하여 챔버 배기관(도 1의 120)을 유동하는 배기가스에서 TiN 등의 파우더가 포집된다.
챔버 세정 단계(S50)에서는 공정 챔버(C)로 ClF3 가스가 주입되어서 TiN 공정 후 공정 챔버(C)에 남아 있는 TiN 파우더 및 유기물이 제거된다. 챔버 세정 단계(S50)에서 주입되는 ClF3 가스는 TiN과 결합되어서 TiF4 파우더를 생성하게 된다. 챔버 세정 단계(S50)에 의한 챔버 세정 후 공정 챔버(C)에는 ClF3 가스와 TiF4 파우더 및 미제거 TiN 파우더를 포함하는 잔류가스가 남게 된다. 챔버 세정 단계(S50)가 완료된 후에는 제2 배기 단계(S60)가 수행된다.
제2 배기 단계(S60)에서는 진공 펌프(도 1의 110)가 작동되어서 챔버 세정 단계(S50) 후 공정 챔버(도 1의 C)의 잔류 가스가 챔버 배기관(120)과 펌프 배기관(130)을 통해 배기가스로서 배출된다. 제2 배기 단계(S60)가 수행되는 과정에서 제2 플라즈마 처리 단계(S70)와 제2 포집 단계(S80)가 함께 수행된다.
제2 플라즈마 처리 단계(S70)는 제2 배기 단계(S60) 수행 중에 함께 수행된다. 제2 플라즈마 처리 단계(S70)에서는 플라즈마 장치(도 1의 140)가 작동되어서 챔버 배기관(도 1의 120) 상에서 열 반응 및 플라즈마 반응이 발생하여 도 2에 도시된 바와 같은 제2 플라즈마 처리 영역(A)이 형성된다. 제2 플라즈마 처리 단계(S70)에서 배기가스에 포함된 TiF4 파우더 및 ClF3 가스의 혼합물이 제2 플라즈마 처리 영역(A)에서의 플라즈마 반응에 의해 TiCl4 가스와 F2 가스의 혼합기체로 변화(TiF4(s) + 4ClF3(g) → TiCl4(g) + 8F2(g))하여 제2 플라즈마 처리 영역(A)을 통과한다.
제2 포집 단계(S80)는 제2 배기 단계(S60) 수행 중에 제2 플라즈마 처리 단계(S70)와 함께 수행된다. 제2 포집 단계(S70)에서는 파우더 포집 트랩(도 1의 150)을 이용하여 챔버 배기관(도 1의 120)을 유동하는 배기가스에서 TiN 등의 파우더가 포집된다.
이상 실시예를 통해 본 발명을 설명하였으나, 본 발명은 이에 제한되는 것은 아니다. 상기 실시예는 본 발명의 취지 및 범위를 벗어나지 않고 수정되거나 변경될 수 있으며, 본 기술분야의 통상의 기술자는 이러한 수정과 변경도 본 발명에 속하는 것임을 알 수 있을 것이다.
100 : 배기 장비 110 : 진공 펌프
120 : 챔버 배기관 130 : 펌프 배기관
140 : 배기관 플라즈마 장치 141 : 직류 플라즈마 토치
142 : 연결관 150 : 파우더 포집 트랩

Claims (7)

  1. TiCl4 가스와 NH3 가스를 반응시켜서 생성된 TiN을 증착시키는 TiN 공정이 수행되는 공정 챔버 내 잔류 가스를 배출하는 배기 장비로서,
    상기 잔류 가스를 상기 공정 챔버로부터 배출시키기 위한 압력을 발생시키는 진공 펌프;
    상기 공정 챔버와 상기 진공 펌프 사이에 연결되는 챔버 배기관;
    상기 챔버 배기관 상에 설치되어서 파우더를 포집하는 파우더 포집 트랩;
    상기 파우더 포집 트랩에 포집된 파우더를 플라즈마 처리하여 제거하는 트랩 플라즈마 장치; 및
    상기 챔버 배기관에 연결되는 배기관 플라즈마 장치를 포함하며,
    상기 배기관 플라즈마 장치는 플라즈마 제트를 분사하여 상기 챔버 배기관의 내부에 열 반응에 의한 플라즈마 처리 영역을 형성시키는 직류 플라즈마 토치를 구비하며,
    상기 공정 챔버로부터 배출되는 상기 잔류 가스에 포함된 NH4Cl 파우더는 상기 플라즈마 처리 영역에서 상기 열 반응에 의해 염화수소(HCl) 가스와 암모니아(NH3) 가스로 분해되며,
    상기 공정 챔버로부터 배출되는 상기 잔류 가스에 포함된 TiCl4·nNH3 파우더는 상기 플라즈마 처리 영역에서 상기 열 반응에 의해 TiCl4 가스와 암모니아(NH3) 가스로 분해되며,
    상기 NH4Cl 파우더와 TiCl4·nNH3 파우더의 분해에 의해 생성된 암모니아(NH3) 가스는 상기 플라즈마 처리 영역에서 플라즈마 반응에 의해 질소(N2) 가스와 수소(H2) 가스로 분해되며,
    상기 TiN 공정 후 상기 공정 챔버의 세정을 위해 상기 공정 챔버에 주입된 ClF3 가스는 상기 TiN과 반응하여 TiF4 파우더를 생성하며,
    상기 세정 후 상기 공정 챔버로부터 배출되는 상기 ClF3 가스와 상기 TiF4 파우더의 혼합물은 상기 플라즈마 처리 영역에서 상기 열 반응에 의해 TiCl4 가스와 F2 가스의 혼합기체로 변화하는, 반도체 제조 설비용 배기 장비.
  2. 삭제
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 파우더 포집 트랩은 상기 챔버 배기관 상에서 상기 플라즈마 처리 영역보다 하류에 위치하는, 반도체 제조 설비용 배기 장비.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 파우더 포집 트랩에 의해 상기 공정 챔버로부터 배출되는 TiN 파우더가 포집되는, 반도체 제조 설비용 배기 장비.
  5. 공정 챔버에서 TiCl4 가스와 NH3 가스를 반응시켜서 생성된 TiN을 증착시키는 TiN 공정이 수행되는 TiN 공정 단계;
    상기 TiN 공정 후 상기 공정 챔버의 잔류 가스가 상기 공정 챔버와 진공 펌프 사이를 연결하는 챔버 배기관을 통해 상기 진공 펌프의 작동에 의해 배출되는 제1 배기 단계;
    직류 플라즈마 토치에 의해 상기 챔버 배기관 내에 제1 플라즈마 처리 영역이 형성되어서 제1 열 반응과 플라즈마 반응이 발생하는 제1 플라즈마 처리 단계;
    상기 제1 배기 단계에 의해 배출되는 상기 공정 챔버의 잔류 가스에 포함된 파우더를 상기 챔버 배기관 상에 설치된 파우더 포집 트랩을 이용하여 포집하는 제1 포집 단계;
    상기 공정 챔버에서 상기 TiN 공정 후 상기 공정 챔버에 ClF3 가스를 주입하여 상기 공정 챔버에 남아 있는 TiN 파우더와 유기물이 제거되고 TiF4 파우더가 생성되는 챔버 세정 단계;
    상기 챔버 세정 단계 후 상기 공정 챔버의 잔류 가스가 상기 공정 챔버와 진공 펌프 사이를 연결하는 챔버 배기관을 통해 상기 진공 펌프의 작동에 의해 배출되는 제2 배기 단계;
    상기 직류 플라즈마 토치에 의해 상기 챔버 배기관 내에 제2 플라즈마 처리 영역이 형성되어서 제2 열 반응이 발생하는 제2 플라즈마 처리 단계;
    상기 제2 배기 단계에 의해 배출되는 상기 공정 챔버의 잔류 가스에 포함된 파우더를 상기 파우더 포집 트랩을 이용하여 포집하는 제2 포집 단계; 및
    상기 제1 포집 단계 및 상기 제2 포집 단계에 의해 포집된 파우더를 플라즈마 처리하여 제거하는 포집 파우더 플라즈마 처리 단계를 포함하며,
    상기 제1 플라즈마 처리 단계에서, 상기 제1 배기 단계에 의해 배출되는 상기 공정 챔버의 잔류 가스에 포함된 NH4Cl 파우더는 상기 제1 열 반응에 의해 염화수소(HCl) 가스와 암모니아(NH3) 가스로 분해되고, 상기 공정 챔버로부터 배출되는 상기 잔류 가스에 포함된 TiCl4·nNH3 파우더는 상기 제1 열 반응에 의해 TiCl4 가스와 암모니아(NH3) 가스로 분해되며, 상기 NH4Cl 파우더와 TiCl4·nNH3 파우더의 분해에 의해 생성된 암모니아(NH3) 가스는 상기 플라즈마 처리 영역에서 플라즈마 반응에 의해 질소(N2) 가스와 수소(H2) 가스로 분해되며,
    상기 제2 플라즈마 처리 단계에서, 상기 제2 배기 단계에 의해 배출되는 상기 공정 챔버의 잔류 가스에 포함된 상기 ClF3 가스와 상기 TiF4 파우더의 혼합물은 상기 제2 열 반응에 의해 TiCl4 가스와 F2 가스의 혼합기체로 변화하는, 배기관 내 파우더 침적 방지 방법.
  6. 삭제
  7. 삭제
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