KR102617674B1 - 반도체 제조설비 및 이의 운영방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명에 의하면, 비정질 탄소(Amorphous Carbon)가 증착되어서 비정질 탄소막(ACL)이 형성되는 ACL 공정이 수행되는 반도체 공정 챔버; 상기 ACL 공정이 수행되는 과정에서 상기 반도체 공정 챔버에서 발생한 잔류 가스를 배기가스로서 상기 반도체 공정 챔버로부터 배출시키는 진공 펌프; 및 플라즈마를 이용하여 산소(O2)를 분해하여 여기된 산소원자(O*)를 생성하고, 상기 반도체 공정 챔버와 상기 진공 펌프를 연통시키고 상기 배기가스가 유동하는 챔버 배기관으로 상기 여기된 산소원자(O*)를 공급하는 플라즈마 장치를 포함하며, 상기 여기된 산소원자(O*)는 상기 진공 펌프에 유입되어서 상기 진공 펌프에 증착된 수소화된 비정질 탄소(a:C-H)와 반응하여 상기 수소화된 비정질 탄소를 산화시키는 반도체 제조설비가 제공된다.

Description

반도체 제조설비 및 이의 운영방법 {SEMICONDUCTOR PRODUCTION FACILITY AND OPERATING METHOD OF THE SAME}
본 발명은 배기가스 처리 기술에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 반도체 제조 공정에서 발생하는 배기가스를 플라즈마를 이용하여 처리하는 기술에 관한 것이다.
반도체 소자는 반도체 공정 챔버에서 웨이퍼 상에 포토리소그래피, 식각, 확산 및 금속증착 등의 공정들이 다양한 공정 가스를 이용하여 반복적으로 수행됨으로써 제조되고 있다. 반도체 공정 챔버에서 공정이 완료된 후에는 반도체 공정 챔버에 잔류가스가 존재하게 되는데, 공정 챔버 내 잔류가스는 유독성분을 포함하고 있기 때문에, 진공펌프에 의해 배출되어서 스크러버와 같은 배기가스 처리장치에 의해 정화된다.
LFW(Low-Fluorine Tungsten) 공정은 반도체 공정에서 육불화텅스텐(WF6), 다이보레인(Diborane)(B2H6), 아르곤(Ar), 수소(H2)를 포함하는 공정가스로 ALD(Atomic Layer Deposition)를 수행하는 공정이다. LFW 공정이 수행된 후 WF6와 B2H6을 포함하는 배기가스가 진공 펌프에 의해 반도체 공정 챔버로부터 배출된다. LFW 공정의 배기가스에 포함된 WF6과 B2H6는 반응하여 막질성 WX 부산물이 생성될 수 있으며, 막질성 WX 부산물은 진공 펌프에 증착되어서 진공 펌프의 성능을 저하시키고 진공 펌프의 MTBF(Mean Time Between Failure)를 단축시키는 원인이 되고 있다.
ACL(Amorphous Carbon Layer, 비정질 탄소막) 공정은 반도체 공정에서 비정질 탄소(Amorphous Carbon Layer)가 증착되어서 비정질 탄소막(ACL)이 형성되는 공정이다. ACL 공정이 수행된 후 공정 챔버에서는 수소화된 비정질 탄소(a-C:H)(hydrogenated Amorphous Carbon)를 포함하는 잔류 가스가 발생한다. ACL 공정이 수행된 후 수소화된 비정질 탄소(a-C:H)를 포함하는 배기가스가 진공 펌프에 의해 반도체 공정 챔버로부터 배출된다. ACL 공정의 배기가스에 포함된 수소화된 비정질 탄소(a-C:H)는 진공 펌프로 유입되어서 증착되어서, 진공 펌프의 성능을 저하시키고 진공 펌프의 MTBF를 단축시키는 원인이 되고 있다.
대한민국 등록특허 제10-1315880호 (2013.10.08) 대한민국 등록특허 제10-2009-0057487호 (2009.06.08) 대한민국 공개특허 제10-2019-0019651호 (2019.02.27)
본 발명의 목적은 반도체 공정 챔버에서 잔류 가스를 배출시키는 진공 펌프의 성능 저하를 방지하기 위해 플라즈마를 이용하여 배기가스를 처리하는 반도체 제조설비 및 이의 운영방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 반도체 공정 챔버에서 잔류 가스를 배출시키는 진공 펌프에 막질성 WX 부산물이 증착되는 것을 방지하고 증착된 막질성 WX 부산물을 제거하기 위해 플라즈마를 이용하여 배기가스를 처리하는 반도체 제조설비 및 이의 운영방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 반도체 공정 챔버에서 잔류 가스를 배출시키는 진공 펌프에 수소화된 비정질 탄소(a-C:H)이 증착되는 것을 방지하고 증착된 수소화된 비정질 탄소를 제거하기 위해 플라즈마를 이용하여 배기가스를 처리하는 반도체 제조설비 및 이의 운영방법을 제공하는 것이다.
상기한 본 발명의 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 일 측면에 따르면, 육불화텅스텐(WF6)과 다이보레인(Diborane)(B2H6)을 포함하는 공정가스를 이용한 반도체 공정이 수행되는 반도체 공정 챔버; 상기 반도체 공정이 수행되는 과정에서 상기 반도체 공정 챔버에서 발생한 잔류 가스를 배기가스로서 상기 반도체 공정 챔버로부터 배출시키는 진공 펌프; 및 상기 반도체 공정 챔버와 상기 진공 펌프를 연통시키고 상기 배기가스가 유동하는 챔버 배기관에 플라즈마를 이용하여 생성된 여기된 불소원자(F*)를 공급하는 플라즈마 장치를 포함하는 반도체 제조설비가 제공된다.
상기한 본 발명의 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 다른 측면에 따르면, 육불화텅스텐(WF6)과 다이보레인(Diborane)(B2H6)을 포함하는 공정가스를 이용한 반도체 공정이 수행되는 반도체 공정 챔버와, 상기 반도체 공정이 수행되는 과정에서 상기 반도체 공정 챔버에서 발생한 잔류 가스를 배기가스로서 상기 반도체 공정 챔버로부터 배출시키는 진공 펌프와, 삼불화질소(NF3)를 플라즈마를 이용하여 분해하여 여기된 불소원자(F*)를 생성하는 플라즈마 반응기를 포함하는 반도체 제조설비의 운영방법으로서, 상기 진공 펌프에 증착된 텅스텐을 제거하는 증착물 제거 단계를 포함하며, 상기 증착물 제거 단계에서 상기 여기된 불소원자(F*)는 상기 진공 펌프에 유입되어서 상기 진공 펌프에 증착된 텅스텐과 반응하여 육불화텅스텐(WF6)을 생성하는 반도체 제조설비의 운영방법이 제공된다.
상기한 본 발명의 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 육불화텅스텐(WF6)과 다이보레인(Diborane)(B2H6)을 포함하는 공정가스를 이용한 반도체 공정이 수행되는 반도체 공정 챔버와, 상기 반도체 공정이 수행되는 과정에서 상기 반도체 공정 챔버에서 발생한 잔류 가스를 배기가스로서 상기 반도체 공정 챔버로부터 배출시키는 진공 펌프와, 삼불화질소(NF3)를 플라즈마를 이용하여 분해하여 여기된 불소원자(F*)를 생성하는 플라즈마 반응기를 포함하는 반도체 제조설비의 운영방법으로서, 상기 진공 펌프를 가동하여 상기 배기가스를 유동시키는 배기 단계; 및 상기 배기 단계에 의해 상기 배기가스가 유동하는 과정에서 상기 배기가스에 포함된 상기 다이보레인(B2H6)을 제거하는 가스 처리 단계를 포함하며, 상기 가스 처리 단계에서 상기 여기된 불소원자(F*)는 상기 다이보레인(B2H6)과 반응하여 삼불화붕소(BF3)와 불산(HF)을 생성하는 반도체 제조설비의 운영방법이 제공된다.
상기한 본 발명의 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 비정질 탄소(Amorphous Carbon)가 증착되어서 비정질 탄소막(ACL)이 형성되는 ACL 공정이 수행되는 반도체 공정 챔버; 상기 ACL 공정이 수행되는 과정에서 상기 반도체 공정 챔버에서 발생한 잔류 가스를 배기가스로서 상기 반도체 공정 챔버로부터 배출시키는 진공 펌프; 및 플라즈마를 이용하여 산소(O2)를 분해하여 여기된 산소원자(O*)를 생성하고, 상기 반도체 공정 챔버와 상기 진공 펌프를 연통시키고 상기 배기가스가 유동하는 챔버 배기관으로 상기 여기된 산소원자(O*)를 공급하는 플라즈마 장치를 포함하며, 상기 여기된 산소원자(O*)는 상기 진공 펌프에 유입되어서 상기 진공 펌프에 증착된 수소화된 비정질 탄소(a:C-H)와 반응하여 상기 수소화된 비정질 탄소를 산화시키는 반도체 제조설비가 제공된다.
상기한 본 발명의 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 비정질 탄소(Amorphous Carbon)가 증착되어서 비정질 탄소막(ACL)이 형성되는 ACL 공정이 수행되는 반도체 공정 챔버와, 상기 ACL 공정이 수행되는 과정에서 상기 반도체 공정 챔버에서 발생한 잔류 가스를 배기가스로서 상기 반도체 공정 챔버로부터 배출시키는 진공 펌프와, 상기 배기가스가 유동하고 상기 반도체 공정 챔버와 상기 진공 펌프를 연결시키는 챔버 배기관과, 산소(O2)를 플라즈마를 이용하여 분해하여 여기된 산소원자(O*)를 생성하는 플라즈마 반응기를 포함하는 반도체 제조설비의 운영방법으로서, 상기 진공 펌프에 증착된 수소화된 비정질 탄소(a:C-H)를 제거하는 증착물 제거 단계를 포함하며, 상기 증착물 제거 단계에서, 상기 플라즈마 반응기에서 생성된 상기 여기된 산소원자(O*)는 상기 플라즈마 반응기와 상기 챔버 배기관을 연통시키는 배출관을 통해 상기 챔버 배기관으로 유입되는 반도체 제조설비의 운영방법이 제공된다.
상기한 본 발명의 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 비정질 탄소(Amorphous Carbon)가 증착되어서 비정질 탄소막(ACL)이 형성되는 ACL 공정이 수행되는 반도체 공정 챔버; 상기 ACL 공정이 수행되는 과정에서 상기 반도체 공정 챔버에서 발생한 잔류 가스를 배기가스로서 상기 반도체 공정 챔버로부터 배출시키는 진공 펌프; 및 상기 반도체 공정 챔버와 상기 진공 펌프를 연통시키고 상기 배기가스가 유동하는 챔버 배기관에 플라즈마를 이용하여 생성된 여기된 불소원자(F*) 및 불소(F2)를 공급하는 플라즈마 장치를 포함하는 반도체 제조설비가 제공된다.
상기한 본 발명의 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 비정질 탄소(Amorphous Carbon)가 증착되어서 비정질 탄소막(ACL)이 형성되는 ACL 공정이 수행되는 반도체 공정 챔버와, 상기 반도체 공정이 수행되는 과정에서 상기 반도체 공정 챔버에서 발생한 잔류 가스를 배기가스로서 상기 반도체 공정 챔버로부터 배출시키는 진공 펌프와, 삼불화질소(NF3)를 플라즈마를 이용하여 분해하여 여기된 불소원자(F*)와 불소(F2)를 생성하는 플라즈마 반응기를 포함하는 반도체 제조설비의 운영방법으로서, 상기 진공 펌프에 증착된 탄화수소(CXHY)를 제거하는 증착물 제거 단계를 포함하며, 상기 증착물 제거 단계에서 상기 불소(F2)는 상기 진공 펌프에 유입되어서 상기 진공 펌프에 증착된 탄화수소(CXHY)와 반응하여 사불화탄소(CF4)와 불산(HF)을 생성하는 반도체 제조설비의 운영방법이 제공된다.
상기한 본 발명의 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 비정질 탄소(Amorphous Carbon)가 증착되어서 비정질 탄소막(ACL)이 형성되는 ACL 공정이 수행되는 반도체 공정 챔버와, 상기 ACL 공정의 완료 후 상기 반도체 공정 챔버에서 발생한 잔류가스를 배기가스로서 배출시키는 진공 펌프와, 상기 반도체 공정 챔버와 상기 진공 펌프를 연결시키는 챔버 배기관과, 상기 챔버 배기관 상에 설치되어서 플라즈마 반응 영역을 형성하는 플라즈마 반응기와, 상기 플라즈마 반응기로 삼불화질소(NF3)를 공급하는 가스 공급기를 포함하는 반도체 제조설비의 운영방법으로서, 상기 진공 펌프를 가동하여 상기 배기가스를 상기 챔버 배기관을 따라서 유동시키는 배기 단계; 및 상기 배기 단계에 의해 상기 배기가스가 유동하는 과정에서 상기 배기가스에 포함된 탄화수소(CXHY)를 제거하는 가스 처리 단계를 포함하며, 상기 가스 처리 단계에서, 상기 플라즈마 반응 영역에서 상기 삼불화질소와 상기 배기가스에 포함된 탄화수소(CXHY)가 플라즈마 반응하여 사불화탄소(CF4), 불산(HF), 암모니아(NH3) 및 사이안화수소(HCN)을 생성하는, 반도체 제조설비의 운영방법이 제공된다.
본 발명에 의하면 앞서서 기재한 본 발명의 목적을 모두 달성할 수 있다. 구체적으로는, 육불화텅스텐(WF6)과 다이보레인(B2H6)을 포함하는 공정가스를 이용한 반도체 공정에서 진공 펌프에 증착된 텅스텐은 삼불화질소(NF3)를 플라즈마로 분해하여 생성된 여기된 불소원자(F*)와 반응하여 제거됨으로써, 진공 펌프의 성능 저하를 방지할 수 있다.
또한, 육불화텅스텐(WF6)과 다이보레인(B2H6)을 포함하는 공정가스를 이용한 반도체 공정의 배기가스에 포함된 다이보레인(B2H6)은 플라즈마로 분해하여 생성된 여기된 불소원자(F*)와 반응하여 제거됨으로써, 막질성 WX 부산물의 생성이 억제되므로, 진공 펌프의 성능 저하를 방지할 수 있다.
그리고, ACL 공정에서 진공 펌프에 증착된 탄화수소(CXHY)는 삼불화질소(NF3)를 플라즈마로 분해하여 생성된 불소(F2)와 반응하여 제거됨으로써, 진공 펌프의 성능 저하를 방지할 수 있다.
또한, ACL 공정의 배기가스에 포함된 탄화수소(CXHY)는 플라즈마 반응 영역에서 삼불화질소(NF3)와 함께 플라즈마 반응으로 분해됨으로써, 진공 펌프의 성능 저하를 방지할 수 있다.
그리고, ACL 공정에서 플라즈마 반응기로 공급된 산소 가스가 플라즈마 반응기의 플라즈마 영역에서 분해되어서 여기된 산소원자(O*)가 생성되며, 생성된 여기된 산소원자(O*)는 진공 펌프로 유입되어서 진공 펌프에 증착된 수소화된 비정질 탄소와 반응함으로써, 진공 펌프에 증착된 수소화된 비정질 탄소가 제거된다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 제조설비의 개략적인 구성을 도시한 블록도이다.
도 2는 도 1에 도시된 반도체 제조설비의 플라즈마 장치에서 플라즈마 반응기에 대한 종단면도이다.
도 3은 도 2에 도시된 마그네틱 코어를 도시한 사시도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 제조설비의 운영방법을 개략적으로 설명하는 순서도이다.
도 5는 도 1에 도시된 챔버 배기관에서 도 4의 플라즈마 처리 단계가 수행되는 상태를 개략적으로 설명하는 도면이다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 반도체 제조설비의 운영방법을 개략적으로 설명하는 순서도이다.
도 7은 도 1에 도시된 진공 펌프에서 도 6의 증착물 제거 단계가 수행되는 상태를 개략적으로 설명하는 도면이다.
도 8은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 반도체 제조설비의 운영방법을 개략적으로 설명하는 순서도이다.
도 9는 도 1에 도시된 진공 펌프에서 도 8의 증착물 제거 단계가 수행되는 상태를 개략적으로 설명하는 도면이다.
도 10은 도 1에 도시된 진공 펌프에서 도 8의 증착물 제거 단계가 수행되는 다른 상태를 개략적으로 설명하는 도면이다.
도 11은 본 발명의 다른 실시예에 따른 반도체 제조설비의 개략적인 구성을 도시한 블록도이다.
도 12는 도 11에 도시된 반도체 제조설비의 플라즈마 장치에서 플라즈마 반응기에 대한 종단면도이다.
도 13은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 반도체 제조설비의 운영방법을 개략적으로 설명하는 순서도이다.
도 14는 도 12에 도시된 플라즈마 반응기에서 도 13의 플라즈마 처리 단계가 수행되는 상태를 개략적으로 설명하는 도면이다.
이하, 도면을 참조하여 본 발명의 실시예의 구성 및 작용을 상세하게 설명한다.
도 1에는 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 제조설비의 개략적인 구성이 블록도로서 도시되어 있다. 도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 제조설비(100)는 반도체 소자를 제조하기 위한 반도체 제조공정이 수행되는 반도체 제조 장비(101)와, 반도체 제조 장비(101)로부터 배출되는 가스를 처리하는 배기가스 처리 장비(103)와, 반도체 제조 장비(101)로부터 가스를 배출시켜서 배기가스 처리 장비(103)로 유동시키는 배기 장비(105)와, 반도체 제조 장비(101)로부터 배출되는 가스를 플라즈마를 이용하여 처리하는 플라즈마 장치(109)를 포함한다.
반도체 제조 장비(101)는 다양한 공정가스를 이용한 반도체 제조공정을 수행하여 반도체 소자를 제조한다. 반도체 제조 장비(101)는 다양한 공정가스를 이용한 반도체 제조공정이 진행되는 반도체 공정 챔버(102)를 구비한다. 도시되지는 않았으나, 반도체 제조 장비(101)는 반도체 공정 챔버(102)에 필요한 공정가스를 다양하게 종류별로 공급하는 공정가스 공급부를 더 구비한다.
반도체 공정 챔버(102)는 반도체 제조 설비 기술 분야에서 반도체 소자를 제조하기 위해 통상적으로 사용되는 모든 형태의 반도체 공정 챔버를 포함한다. 반도체 공정 챔버(102)에서 발생한 잔류 가스는 배기 장비(105)에 의해 외부로 배출되고 배기가스 처리 장비(103)에 의해 정화된다. 본 실시예에서 반도체 공정 챔버(102)에서 수행되는 반도체 공정은 육불화텅스텐(WF6), 다이보레인(Diborane)(B2H6), 아르곤(Ar), 수소(H2)를 포함하는 공정가스로 ALD(Atomic Layer Deposition) 공정을 수행하는 LFW(Low-Fluorine Tungsten) 공정이거나, 프로펜(Propene)(C3H6), 아르곤(Ar), 헬륨(He)을 포함하는 공정가스에 의해 비정질 탄소(Amorphous Carbon)가 증착되어서 비정질 탄소막(ACL)이 형성되는 ACL(Amorphous Carbon Layer, 비정질 탄소막) 공정인 것으로 설명한다.
LFW 공정은 예를 들어서 등록특허 제10-1315880호에 기재된 바와 같은 반도체 메모리 장치에서 금속 배선 구조물을 형성하는 공정일 수 있다. 반도체 공정 챔버(102)에서 반도체 공정 후 발생된 잔류 가스는 배기 장비(105)에 의해 공정 챔버(102)로부터 배기가스로서 배출된다. 반도체 공정 챔버(102)로부터 배출되는 배기가스는 WF6과 B2H6을 포함할 수 있다. 반도체 공정 챔버(102)로부터 배출되는 배기가스에 포함된 WF6과 B2H6가 반응하여 막질성 WX 부산물이 생성될 수 있으며, 막질성 WX 부산물은 배기 장비(105)에 증착되어서 배기 장비(105)의 성능을 저하시킨다. 본 발명에 의하면, 플라즈마 장치(109)에 의해 막질성 WX 부산물의 생성이 억제되고 배기 장비(105)에 증착된 막질성 WX 부산물이 제거된다.
ACL 공정은 예를 들어서 공개특허 제10-2009-0057487호에 개시된 반도체 공정일 수 있다. ACL 공정이 수행된 후 공정 챔버(102)에서는 비정질 탄소(a-C:H)(hydrogenated Amorphous Carbon)를 포함하는 잔류 가스가 발생한다. ACL 공정이 수행된 후 반도체 공정 챔버(102)에서 발생된 수소화된 비정질 탄소(a-C:H)를 포함하는 잔류 가스는 배기 장비(105)에 의해 배기가스로서 반도체 공정 챔버(102)로부터 배출된다. 반도체 공정 챔버(102)로부터 배출되는 배기가스에 포함된 수소화된 비정질 탄소(a-C:H)는 배기 장비(105)에 증착되어서 배기 장비(105)의 성능을 저하시킨다. 본 발명에 의하면, 플라즈마 장치(109)에 의해 배기 장비(105)에 증착된 수소화된 비정질 탄소(a-C:H)가 제거된다.
배기가스 처리 장비(103)는 배기 장비(105)에 의해 배출되는 반도체 공정 챔버(102)로부터 배출되는 배기가스에 포함된 유해 성분을 처리하여 정화한다. 배기가스 처리 장비(103)는 배기가스를 처리하는 스크러버(104)를 포함한다. 스크러버(104)는 반도체 제조 설비 기술 분야에서 배기가스를 처리하기 위해 통상적으로 사용되는 모든 형태의 스크러버를 포함한다.
배기 장비(105)는 반도체 공정 챔버(102)에서 공정 후 발생한 잔류 가스를 반도체 공정 챔버(102)로부터 배출시킨다. 배기 장비(105)는 진공 펌프(106)와, 반도체 공정 챔버(103)와 진공 펌프(106)를 연결하는 챔버 배기관(107)과, 진공 펌프(106)로부터 하류 쪽으로 연장되는 펌프 배기관(108)을 구비한다.
진공 펌프(106)는 반도체 공정 챔버(102)의 잔류 가스를 배기가스로서 배출하기 위하여 반도체 공정 챔버(102)와 진공 펌프(105)를 연결하는 챔버 배기관(107)을 통해 반도체 공정 챔버(102) 측에 음압을 형성한다. 진공 펌프(106)는 반도체 제조 설비 기술 분야에서 통상적으로 사용되는 진공 펌프의 구성을 포함하므로 이에 대한 상세한 설명은 생략한다. 진공 펌프(106)에는 LFW 공정의 부산물로서 생성되는 막질성 WX 부산물 및 ACL 공정의 부산물로서 생성되는 수소화된 비정질 탄소(a-C:H)가 증착되어서 진공 펌프(106)의 성능이 저하될 수 있다. 본 발명에 의하면, 플라즈마 장치(109)에 의해 막질성 WX 부산물의 생성이 억제되고 진공 펌프(106)에 증착된 막질성 WX 부산물 및 수소화된 비정질 탄소(a-C:H)가 제거되어서, 진공 펌프(106)의 MTBF가 연장된다.
챔버 배기관(107)은 반도체 공정 챔버(102)와 진공 펌프(106)의 사이에서 반도체 공정 챔버(102)의 배기구와 진공 펌프(106)의 흡입구를 연결한다. 진공 펌프(106)에 의해 형성되는 음압에 의해 반도체 공정 챔버(102)의 잔류 가스가 챔버 배기관(107)을 통해 배기가스로서 배출된다. 챔버 배기관(107)으로 플라즈마 장치(109)에서 생성된 활성종이 유입된다.
펌프 배기관(108)은 진공 펌프(106)로부터 하류 쪽으로 연장된다. 펌프 배기관(108)은 진공 펌프(106)의 토출구와 연결되어서 진공 펌프(106)로부터 배출되는 배기가스가 유동한다. 펌프 배기관(108)의 하류 끝단에는 스크러버(104)가 연결되어서 진공 펌프(106)로부터 배출되는 배기가스가 펌프 배기관(108)을 통해 스크러버(103)로 유입된다.
플라즈마 장치(109)는 플라즈마를 이용하여 반응 활성종을 생성하고 생성된 반응 활성종을 반도체 공정 챔버(102)의 배기가스가 유동하는 챔버 배기관(107)으로 공급한다. 플라즈마 장치(109)는 플라즈마 반응기(110)와, 플라즈마 반응기(110)에 전력을 공급하는 전원(180)과, 플라즈마 반응기(110)로 가스를 공급하는 가스 공급기(185)를 구비한다.
플라즈마 반응기(110)는 가스 공급기(185)로부터 공급되는 가스를 플라즈마를 이용하여 분해하여 반응 활성종(reactive species)을 생성한다. 본 실시예에서 플라즈마 반응기(110)는 플라즈마를 이용하여 반응 활성종으로서, 반응성 불소인 여기된(exited) 불소원자(F*)를 생성하거나 반응성 산소인 여기된 산소원자(O*)를 생성한다. 본 실시예에서 여기된 불소원자(F*)는 가스 공급기(185)로부터 공급되는 삼불화질소(NF3)가 플라즈마 반응기(110)에서 플라즈마에 의해 분해되어서 생성되고, 여기된 산소원자(O*)는 가스 공급기(185)로부터 공급되는 산소(O2)가 플라즈마 반응기(110)에서 플라즈마에 의해 분해되어서 생성되는 것으로 설명한다. 본 실시예에서 플라즈마 반응기(110)는 유도결합 플라즈마(ICP: Inductively Coupled Plasma)를 이용하는 유도결합 플라즈마 반응기인 것으로 설명한다. 본 실시예에서 플라즈마 반응기(110)가 유도결합 플라즈마를 이용하는 것으로 설명하지만, 본 발명은 이에 제한되는 것은 아니다. 본 발명에서 플라즈마 반응기는 플라즈마 반응을 발생시키는 모든 방식의 플라즈마 반응기(예를 들어서 용량성 결합 플라즈마(CCP: Capacitively Coupled Plasma)를 이용하는 플라즈마 반응기)를 포함하고, 이 또한 본 발명의 범위에 속하는 것이다.
도 2에는 플라즈마 반응기(110)의 개략적인 구성이 종단면도로서 도시되어 있다. 도 2를 참조하면, 플라즈마 반응기(110)는 반응 챔버(120)와, 반응 챔버(120)를 감싸도록 배치되는 마그네틱 코어(130)와, 플라즈마 점화를 위한 점화기(140)와, 마그네틱 코어(130)에 권선되고 전원(180)으로부터 전력을 공급받는 코일(미도시)을 구비한다.
반응 챔버(120)는 토로이달(toroidal) 형상의 챔버로서, 가스 유입부(121)와, 가스 유입부(121)와 이격되어서 위치하는 가스 배출부(123)와, 가스 유입부(121)와 가스 배출부(123)를 연결하며 플라즈마 반응이 일어나는 플라즈마 반응부(125)를 구비한다. 반응 챔버(120)는 가스 공급기(185)로부터 공급되는 가스를 플라즈마를 이용하여 분해하여 반응 활성종을 생성한다.
가스 유입부(121)는 직선의 연장축선(X)을 중심으로 연장되는 짧은 관 형태로서, 가스 유입부(121)의 선단부는 개방되어서 가스가 유입되는 유입구(122)를 형성한다. 유입구(122)는 가스 유입관(186)을 통해 가스 공급기(185)와 연통된다. 유입구(122)를 통해 가스 공급기(185)가 공급하는 삼불화질소(NF3) 또는 산소(O2)가 반응 챔버(120)로 유입된다.
가스 배출부(123)는 연장축선(X) 상에 가스 유입부(121)와 동축으로 이격되어서 위치하는 짧은 관 형태로서, 가스 배출부(123)의 후단부는 개방되어서 가스가 배출되는 배출구(124)를 형성한다. 배출구(124)는 배출관(187)을 통해 챔버 배기관(도 1의 107)과 연통된다. 배출구(124)를 통해 반응 챔버(120)에서 생성된 반응 활성종이 배출된 후 배출관(187)을 따라 유동하여 챔버 배기관(도 1의 107)으로 유입된다.
플라즈마 반응부(125)는 이격된 가스 유입부(121)와 가스 배출부(123)를 연결하며, 내부에 가스에 대한 열반응 및 플라즈마 반응이 일어나는 플라즈마 반응 영역(A)을 형성한다. 플라즈마 반응부(125)는 연장축선(X)을 사이에 두고 양측에 각각 이격되어서 위치하는 제1 연결관부(126)와 제2 연결관부(127)를 구비한다. 제1 연결관부(126) 및 제2 연결관부(127)는 연장축선(X)과 평행하게 연장되고 가스 유입부(121) 및 가스 배출부(123)와 연통된다. 그에 따라, 플라즈마 반응부(125)에는 파선으로 도시된 바와 같은 고리형 방전 루프(R)를 따라서 플라즈마가 발생한다.
플라즈마 반응 영역(A)에서 형성되는 플라즈마에 의해 유입구(122)를 통해 유입되는 가스는 분해되어서 반응 활성종을 생성한다. 도시된 바와 같이, 유입구(122)를 통해 삼불화질소(NF3)가 유입되는 경우에 삼불화질소(NF3)는 플라즈마 반응 영역(A)에서 분해되어서 반응 활성종인 여기된 불소원자(F*)와 불소(F2)를 생성한다. 구체적으로 플라즈마 반응 영역(A)에서 삼불화질소(NF3)는 질소(N2), 불소(F2), 여기된 질소원자(N*), 여기된 불소원자(F*) 및 전자(e)를 포함하는 성분으로 분해될 수 있다. 도시되지는 않았으나, 유입구(122)를 통해 산소(O2)가 유입되는 경우에 산소(O2)는 플라즈마 반응 영역(A)에서 분해되어서 반응 활성종인 여기된 산소원자(O*)를 생성한다.
본 실시예에서 반응 챔버(120)는 제1 챔버 부재(120a)와 제2 챔버 부재(120b)가 결합되어서 구성되는 것으로 설명한다. 제1 챔버 부재(120a)는 가스 유입부(121) 전체와, 가스 유입부(121)와 연결되는 제1 연결관부(126)의 일부 및 제2 연결관부(127)의 일부를 포함한다. 제2 챔버 부재(120b)는 가스 배출부(123) 전체와, 가스 배출부(123)와 연결되는 제1 연결관부(126)의 일부 및 제2 연결관부(127)의 일부를 포함한다.
마그네틱 코어(130)는 반응 챔버(120)를 감싸도록 배치된다. 본 실시예에서 마그네틱 코어(130)는 유도결합 플라즈마 발생장치에서 일반적으로 사용되는 페라이트 코어(Ferrite Core)인 것으로 설명한다. 도 3에는 마그네틱 코어(130)가 사시도로서 도시되어 있다. 도 2와 도 3을 참조하면, 마그네틱 코어(130)는 반응 챔버(120)의 플라즈마 반응부(125)를 외부에서 감싸는 고리형상의 고리부(131)와, 고리부(131)의 내부 영역을 가로지르는 연결부(135)를 구비한다.
고리부(131)는 대체로 직사각형의 고리형상으로서, 연장축선(X)과 직각으로 배치되어서 반응 챔버(120)의 플라즈마 반응부(125)를 외부에서 감싼다. 직사각형의 고리부(131)는 대향하는 두 장변부(132a, 132b)들과, 대향하는 두 단변부(133a, 133b)들을 구비한다.
연결부(135)는 고리부(131)의 대향하는 두 장변부(132a, 132b)들 사이를 연결하도록 직선으로 연장된다. 연결부(135)의 양단은 두 장변부(132a, 132b)들 각각의 중심과 이어진다. 연결부(135)는 반응 챔버(120)의 제1 연결관부(126)와 제2 연결관부(127) 사이에 형성된 틈(128)을 통과하도록 배치된다. 연결부(135)에 의해 고리부(131)의 내부 영역은 제1 관통구(136)와 제2 관통구(137)로 분리되며, 제1 관통구(136)를 반응 챔버(120)의 제1 연결관부(126)가 지나가고 제2 관통구(137)를 반응 챔버(120)의 제2 연결관부(127)가 지나간다. 그에 따라, 마그네틱 코어(130)는 반응 챔버(120)의 제1 연결관부(126)와 제2 연결관부(127)를 각각 외부에서 에워싸는 형태가 된다.
도 2를 참조하면, 점화기(igniter)(140)는 전원(180)으로부터 고전압의 전력을 공급받아서 플라즈마를 점화한다. 본 실시예에서 점화기(140)는 반응 챔버(120)의 플라즈마 반응부(125)에서 가스 유입부(121)에 인접하여 위치하는 것으로 설명하는데, 본 발명은 이에 제한되는 것은 아니다.
코일(미도시)은 마그네틱 코어(130)에 권선되고 전원(180)에 연결된다. 코일(미도시)은 전원(180)을 통해 무선주파수의 교류 전원을 인가받아서 마그네틱 코어(130)에 유도자속을 형성한다. 마그네틱 코어(130)에 형성된 유도자속에 의해 유도전기장이 생성되고, 생성된 유도전기장에 의해 플라즈마가 형성되는 것이다.
도 1을 참조하면, 전원(180)은 유도 결합 플라즈마 발생을 위하여, 무선주파수의 교류 전력을 마그네틱 코어(130)에 권선된 코일(미도시)에 인가한다. 또한, 전원(180)은 점화기(140)에도 전력을 공급한다.
가스 공급기(185)는 플라즈마 반응기(110)에서 플라즈마에 의해 생성되는 반응 활성종의 소스 가스를 저장하고 저장된 소스 가스를 가스 유입관(186)을 통해 플라즈마 반응기(110)로 공급한다. 본 실시예에서 가스 공급기(185)는 반응 활성종의 소스 가스로서 삼불화질소(NF3) 또는 산소(O2)를 플라즈마 반응기(110)로 공급하는 것으로 설명한다.
본 발명은 반도체 제조설비의 운영방법을 제공한다. 도 4에는 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 제조설비의 운영방법을 개략적으로 설명하는 순서도가 도시되어 있다. 도 4에 도시된 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 제조설비의 운영방법은 도 1 내지 도 3을 통해 설명된 실시예에 따른 반도체 제조설비(100)의 운영방법으로서, 반도체 공정 챔버(102)에서 LFW 공정이 수행되는 LFW 공정 단계(S110)와, LWF 공정 단계(S110)에서 발생한 반도체 공정 챔버(102) 내 잔류 가스를 배기 장비(105)를 가동하여 반도체 공정 챔버(102)로부터 배기가스로서 배출시키는 배기 단계(S120)와, 배기 단계(S120)에 의해 반도체 공정 챔버(102)로부터 배기가스가 배출되는 과정에서 배기가스에 포함된 B2H6가 처리되는 가스 처리 단계(S130)를 포함한다.
LFW 공정 단계(S110)에서는 반도체 공정 챔버(102)에서 LFW(Low-Fluorine Tungsten) 공정이 수행된다. 본 실시예에서 LFW 공정은 육불화텅스텐(WF6), 다이보레인(Diborane)(B2H6), 아르곤(Ar), 수소(H2)를 포함하는 공정가스로 ALD(Atomic Layer Deposition)를 수행하는 것으로 정의될 수 있다. LFW 공정 단계(S110)가 완료된 후에는 반도체 공정 챔버(102)에 WF6와 B2H6를 포함하는 잔류 가스가 발생한다. LFW 공정 단계(S110)의 완료 후 반도체 공정 챔버(102)에서 발생한 잔류 가스는 배기 단계(S120)를 통해 반도체 공정 챔버(102)의 외부로 배출된다.
배기 단계(S120)에서는 LFW 공정 단계(S120)의 완료 후 배기 장비(105)의 진공 펌프(106)가 가동되어서 LFW 공정 단계(S120)에서 발생한 반도체 공정 챔버(102) 내 잔류 가스가 배기가스로서 반도체 공정 챔버(102)로부터 배출된다. 배기 단계(S120)에서 배기가스는 챔버 배기관(107)과 펌프 배기관(108)을 따라서 유동하고 스크러버(107)로 유입된다. 배기 단계(S120)가 수행되는 동안 가스 처리 단계(S130)가 함께 수행된다.
가스 처리 단계(S130)에서는 배기 단계(S120)에 의해 배기가스가 챔버 배기관(107)을 따라 유동하는 과정에서 배기가스에 포함된 B2H6가 제거된다. 가스 처리 단계(S130)는 플라즈마 장치(109)가 플라즈마를 이용하여 삼불화질소(NF3)를 분해하는 과정에서 생성된 여기된 불소원자(F*)와 불소(F2)가 챔버 배기관(107)으로 공급되어서 B2H6와 반응함으로써 수행된다. 도 5에는 챔버 배기관(107)에서 가스 처리 단계(S130)가 수행되는 상태가 도시되어 있다. 도 5를 참조하면, 챔버 배기관(107)에서 배기가스에 포함된 B2H6가 여기된 불소원자(F*) 및 불소(F2)와 반응하여 삼불화붕소(BF3)와 불산(HF)을 생성함으로써 B2H6가 제거된다. B2H6가 제거됨으로써 막질성 WX 부산물의 생성이 방지된다.
도 6에는 본 발명의 다른 실시예에 따른 반도체 제조설비의 운영방법을 개략적으로 설명하는 순서도가 도시되어 있다. 도 6에 도시된 본 발명의 다른 실시예에 따른 반도체 제조설비의 운영방법은 도 1 내지 도 3을 통해 설명된 실시예에 따른 반도체 제조설비(100)의 운영방법으로서, 반도체 공정 챔버(102)에서 LFW 공정이 수행되는 LFW 공정 단계(S110)와, 반도체 공정 챔버(102)에서 수행되던 LFW 공정이 중단되는 공정 중단 단계(S220)와, 공정 중단 단계(S220)가 수행되어서 반도체 공정 챔버(102)에서 LFW 공정이 중단된 상태에서 진공 펌프(106)에 증착된 텅스텐(W)이 제거되는 증착물 제거 단계(S230)를 포함한다.
LFW 공정 단계(S110)에서는 반도체 공정 챔버(102)에서 LFW(Low-Fluorine Tungsten) 공정이 수행된다. LFW 공정 단계(S110)는 앞서서 도 4를 참조하여 설명된 LFW 공정 단계(S110)와 대체로 동일하므로, 이에 대한 상세한 설명은 생략한다. LFW 공정 단계(S110)가 수행되면서 반도체 공정 챔버(102)의 배기가스에 포함된 WF6와 B2H6가 반응하여 막질성 WX 부산물이 생성되고 막질성 WX 부산물은 진공 펌프(106)에 증착된다.
공정 중단 단계(S220)에서는 반도체 공정 챔버(102)에서 수행되던 LFW 공정 및 LFW 공정에 의해 발생한 잔류 가스의 배출이 중단된다. 공정 중단 단계(S220)는 반도체 공정 챔버(102)의 세정을 위해 중단되는 것을 포함할 수 있다. 공정 중단 단계(S220)가 수행되어서 반도체 공정 챔버(102)에서 수행되던 LFW 공정 및 LFW 공정에 의해 발생한 잔류 가스의 배출이 중단된 상태에서 증착물 제거 단계(S330)가 수행된다.
증착물 제거 단계(S230)에서는 공정 중단 단계(S220)가 수행되어서 반도체 공정 챔버(102)에서 LFW 공정이 중단된 상태에서 진공 펌프(106)에 증착된 텅스텐(W)이 제거된다. 증착물 제거 단계(S230)는 플라즈마 장치(109)가 삼불화질소(NF3)를 플라즈마로 분해하는 과정에서 생성된 반응 활성종인 여기된 불소(F*)가 챔버 배기관(107)으로 공급되어서 진공 펌프(106)에 증착된 텅스텐(W)과 반응함으로써 수행된다. 도 7에는 진공 펌프(106)에서 증착물 제거 단계(S230)가 수행되는 상태가 도시되어 있다. 도 7을 참조하면, 챔버 배기관(107)을 통해 진공 펌프(106)로 유입된 여기된 불소(F*)가 진공 펌프(106) 내에서 증착된 텅스텐(W)과 반응하여 육불화 텅스텐(WF6) 가스를 생성한다.
도 8에는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 반도체 제조설비의 운영방법을 개략적으로 설명하는 순서도가 도시되어 있다. 도 8에 도시된 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 반도체 제조설비의 운영방법은 도 1 내지 도 3을 통해 설명된 실시예에 따른 반도체 제조설비(100)의 운영방법으로서, 반도체 공정 챔버(102)에서 ACL 공정이 수행되는 ACL 공정 단계(S310)와, 반도체 공정 챔버(102)에서 수행되던 ACL 공정이 중단되는 공정 중단 단계(S320)와, 공정 중단 단계(S320)가 수행되어서 반도체 공정 챔버(102)에서 ACL 공정이 중단된 상태에서 진공 펌프(106)에 증착된 탄화수소(CXHY) 및 수소화된 비정질 탄소(a-C:H)가 제거되는 증착물 제거 단계(S330)를 포함한다.
ACL 공정 단계(S310)에서는 반도체 공정 챔버(102)에서 비정질 탄소막(ACL)의 증착 공정이 수행된다. 비정질 탄소막(ACL)의 증착 공정은 반도체 제조 공정에서 통상적으로 사용되는 ACL 공정의 구성을 포함하므로, 이에 대한 상세한 설명은 생략한다. ACL 공정 단계(S310)가 수행되면서 반도체 공정 챔버(102)에는 탄화수소(CXHY) 및 수소화된 비정질 탄소(a-C:H)를 포함하는 잔류 가스가 발생한다. ACL 공정 단계(S310)가 수행되면서 반도체 공정 챔버(102)에서 발생한 잔류 가스는 진공 펌프(106)의 작동에 의해 챔버 배기관(107)과 펌프 배기관(108)을 통해 반도체 공정 챔버(102)로부터 배출된다. 반도체 공정 챔버(102)로부터 배출된 잔류 가스에 포함된 탄화수소(CXHY) 및 수소화된 비정질 탄소는 진공 펌프(106)에 증착된다.
공정 중단 단계(S320)에서는 반도체 공정 챔버(102)에서 수행되던 ACL 공정 및 ACL 공정에 의해 발생한 잔류 가스의 배출이 중단된다. 공정 중단 단계(S320)는 반도체 공정 챔버(102)의 세정을 위해 중단되는 것을 포함할 수 있다. 공정 중단 단계(S320)가 수행되어서 반도체 공정 챔버(102)에서 수행되던 ACL 공정 및 ACL 공정에 의해 발생한 잔류 가스의 배출이 중단된 상태에서 증착물 제거 단계(S330)가 수행된다.
증착물 제거 단계(S330)에서는 반도체 공정 챔버(102)에서 수행되던 ACL 공정 및 ACL 공정에 의해 발생한 잔류 가스의 배출이 중단된 상태에서 진공 펌프(106)에 증착된 탄화수소(CXHY) 및 수소화된 비정질 탄소가 제거된다. 증착물 제거 단계(S330)는 플라즈마 장치(109)가 삼불화질소(NF3)를 플라즈마로 분해하는 과정에서 생성된 반응 활성종인 불소(F2)가 챔버 배기관(107)으로 공급되어서 진공 펌프(106)에 증착된 탄화수소(CXHY)와 반응함으로써 수행되거나, 산소(O2)를 플라즈마로 분해하는 과정에서 생성된 반응 활성종인 여기된 산소원자(O*)가 챔버 배기관(107)으로 공급되어서 진공 펌프(106)에 증착된 수소화된 비정질 탄소(a-C:H)와 반응함으로써 수행된다. 도 9에는 진공 펌프(106)에서 불소(F2)에 의한 증착물 제거 단계(S330)가 수행되는 상태가 도시되어 있다. 도 9를 참조하면, 챔버 배기관(107)을 통해 진공 펌프(106)로 유입된 불소(F2)가 진공 펌프(106) 내에서 증착된 탄화수소(CXHY)와 반응하여 사불화탄소(CF4)와 불산(HF)을 생성한다. 도 10에는 진공 펌프(106)에서 여기된 산소원자(O*)에 의한 증착물 제거 단계(S330)가 수행되는 상태가 도시되어 있다. 도 10을 참조하면, 챔버 배기관(107)을 통해 진공 펌프(106)로 유입된 여기된 산소원자(O*)가 진공 펌프(106) 내에서 증착된 수소화된 비정질 탄소(a-C:H)와 반응하여 이산화탄소 가스(CO2)와 수증기(H2O)를 생성한다.
도 11에는 본 발명의 다른 실시예에 따른 반도체 제조설비의 개략적인 구성이 블록도로서 도시되어 있다. 도 11을 참조하면, 반도체 제조설비(200)는 반도체 소자를 제조하기 위한 반도체 제조공정이 수행되는 반도체 제조 장비(101)와, 반도체 제조 장비(101)로부터 배출되는 가스를 처리하는 배기가스 처리 장비(103)와, 반도체 제조 장비(101)로부터 가스를 배출시켜서 배기가스 처리 장비(103)로 유동시키는 배기 장비(105)와, 반도체 제조 장비(101)로부터 배출되는 가스를 플라즈마를 이용하여 처리하는 플라즈마 장치(209)를 포함한다. 반도체 제조설비(200)는 플라즈마 장치(209)를 제외한 나머지 구성들이 도 1에 도시된 반도체 제조설비(100)와 대체로 동일하므로, 여기서는 플라즈마 장치(209)에 대해서만 설명한다.
플라즈마 장치(209)는 챔버 배기관(107) 상에 설치되는 플라즈마 반응기(210)와, 플라즈마 반응기(210)에 전력을 공급하는 전원(180)과, 플라즈마 반응기(210)로 가스를 공급하는 가스 공급기(185)를 구비한다. 플라즈마 장치(209)에서 플라즈마 반응기(210)를 제외한 나머지 구성들은 도 1에 도시된 플라즈마 장치(109)와 대체로 동일하므로, 여기서는 플라즈마 반응기(210)에 대해서만 설명한다.
플라즈마 반응기(210)는 챔버 배기관(107) 상에 설치되어서 플라즈마를 발생시킨다. 본 실시예에서 플라즈마 반응기(210)는 유도결합 플라즈마(ICP: Inductively Coupled Plasma)를 이용하는 유도결합 플라즈마 반응기인 것으로 설명한다. 본 실시예에서 플라즈마 반응기(210)가 유도결합 플라즈마를 이용하는 것으로 설명하지만, 본 발명은 이에 제한되는 것은 아니다. 본 발명에서 플라즈마 반응기는 플라즈마 반응을 발생시키는 모든 방식의 플라즈마 반응기(예를 들어서 용량성 결합 플라즈마(CCP: Capacitively Coupled Plasma)를 이용하는 플라즈마 반응기)를 포함하고, 이 또한 본 발명의 범위에 속하는 것이다.
도 12에는 유도결합 플라즈마 반응기(210)의 개략적인 구성이 종단면도로서 도시되어 있다. 도 12를 참조하면, 유도결합 플라즈마 반응기(210)는 반응 챔버(220)와, 반응 챔버(220)를 감싸도록 배치되는 마그네틱 코어(130)와, 플라즈마 점화를 위한 점화기(140)와, 마그네틱 코어(130)에 권선되고 전원(180)으로부터 전력을 공급받는 코일(미도시)을 구비한다. 유도결합 플라즈마 반응기(210)에서 반응챔버(220)를 제외한 나머지 구성들은 도 2에 도시된 유도결합 플라즈마 반응기(110)와 대체로 동일하므로, 여기서는 반응 챔버(220)에 대해서만 설명한다.
반응 챔버(120)는 토로이달(toroidal) 형상의 챔버로서, 가스 유입부(121)와, 가스 유입부(121)와 이격되어서 위치하는 가스 배출부(123)와, 가스 유입부(121)와 가스 배출부(123)를 연결하며 플라즈마 반응이 일어나는 플라즈마 반응부(125)를 구비한다. 반도체 공정 챔버(도 11의 102)로부터 배출되는 배기가스는 챔버 배기관(도 11의 107)을 통해 반응 챔버(220)를 거쳐서 진공 펌프(도 11의 106)로 유입된다.
가스 유입부(121)는 직선의 연장축선(X)을 중심으로 연장되는 짧은 관 형태로서, 가스 유입부(121)의 선단부는 개방되어서 가스가 유입되는 유입구(122)를 형성한다. 유입구(122)는 챔버 배기관(도 10의 107의 상류부(107)을 통해 반도체 공정 챔버(도 11의 102)의 배기구와 연통된다. 가스 유입부(121)에는 가스 공급기(도 11의 185)로부터 공급되는 가스가 분사되는 가스 분사구(121a)가 형성된다. 가스 분사구(121a)를 통해 삼불화질소(NF3) 가스 또는 산소(O2) 가스가 유입될 수 있다.
가스 배출부(123)는 연장축선(X) 상에 가스 유입부(121)와 동축으로 이격되어서 위치하는 짧은 관 형태로서, 가스 배출부(123)의 후단부는 개방되어서 가스가 배출되는 배출구(124)를 형성한다. 배출구(124)는 챔버 배기관(도 11의 107)의 하류부(107b)를 통해 진공 펌프(도 11의 106)의 흡입구와 연통된다.
플라즈마 반응부(125)의 구성 및 작용은 도 2에 도시된 플라즈마 반응부(125)와 대체로 동일하므로, 이에 대한 상세한 설명은 생략한다.
도 13에는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 반도체 제조설비의 운영방법을 개략적으로 설명하는 순서도가 도시되어 있다. 도 13에 도시된 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 반도체 제조설비의 운영방법은 도 11 및 도 12를 통해 설명된 실시예에 따른 반도체 제조설비(200)의 운영방법으로서, 반도체 공정 챔버(102)에서 비정질 탄소막(ACL)의 증착 공정이 수행되는 ACL 공정 단계(S410)와, ACL 공정 단계(S410)에서 발생한 반도체 공정 챔버(102) 내 잔류 가스를 배기 장비(105)를 가동하여 반도체 공정 챔버(102)로부터 배출시키는 배기 단계(S420)와, 배기 단계(S420)에 의해 반도체 공정 챔버(102)로부터 잔류 가스가 배출되는 과정에서 잔류 가스에 포함된 수소화된 비정질 탄소(a-C:H) 및 탄화수소(CXHY)가 처리되는 가스 처리 단계(S430)를 포함한다.
ACL 공정 단계(S410)에서는 반도체 공정 챔버(102)에서 비정질 탄소막(ACL)의 증착 공정이 수행된다. 비정질 탄소막(ACL)의 증착 공정은 반도체 제조 공정에서 통상적으로 사용되는 ACL 공정의 구성을 포함하므로, 이에 대한 상세한 설명은 생략한다. ACL 공정 단계(S410)가 완료된 후에는 반도체 공정 챔버(102)에 수소화된 비정질 탄소(a-C:H) 및 탄화수소(CXHY)를 포함하는 잔류 가스가 발생한다. ACL 공정 단계(S410)의 완료 후 반도체 공정 챔버(102)에서 발생한 잔류 가스는 배기 단계(S420)를 통해 반도체 공정 챔버(102)의 외부로 배출된다.
배기 단계(S420)에서는 ACL 공정 단계(S410)의 완료 후 배기 장비(105)의 진공 펌프(106)가 가동되어서 ACL 공정 단계(S410)에서 발생한 반도체 공정 챔버(102) 내 잔류 가스가 반도체 공정 챔버(102)로부터 배출된다. 배기 단계(S420)에서 반도체 공정 챔버(102)로부터 배출된 가스는 챔버 배기관(107)과 펌프 배기관(108)을 따라서 유동한다. 배기 단계(S420)에서 반도체 공정 챔버(102)로부터 배출된 가스는 플라즈마 반응기(210)와 진공 펌프(106)를 차례대로 거친 후 스크러버(104)로 유입된다. 배기 단계(S420)가 수행되는 동안 가스 처리 단계(S220)가 함께 수행된다.
가스 처리 단계(S430)에서는 배기 단계(S420)에 의해 반도체 공정 챔버(102)로부터 잔류 가스가 배출되는 과정에서 잔류 가스에 포함된 수소화된 비정질 탄소(a-C:H) 및 탄화수소(CXHY)가 진공 펌프(106)로 유입되기 전에 제거되도록 처리된다. 도 13에는 산소 가스(O2)를 이용한 가스 처리 단계(S430)가 수행되는 상태가 도시되어 있다. 이 경우, 가스 처리 단계(S430)에서 플라즈마 반응기(210)가 가동되고 가스 공급기(185)에 의해 플라즈마 반응기(210)로 산소 가스가 공급된다. 도 13을 참조하면, 수소화된 비정질 탄소(a-C:H)와 산소 가스(O2)가 플라즈마 반응기(210)에 형성된 플라즈마 반응 영역(A)으로 유입된다. 플라즈마 반응 영역(A)으로 유입되는 수소화된 비정질 탄소(a-C:H)는 반도체 공정 챔버(102)으로부터 배출되는 가스에 포함된 것이고, 플라즈마 반응 영역(A)으로 유입되는 산소 가스(O2)는 가스 공급기(185)로부터 공급되는 것이다.
플라즈마 반응 영역(A)으로 유입된 수소화된 비정질 탄소(a-C:H)는 플라즈마 반응 영역(A)에서 플라즈마 반응에 의해 여기된 탄소원자(C*)와 여기된 수소원자(H*)로 분해된다. 플라즈마 반응 영역(A)으로 유입된 산소 가스(O2)는 여기된 산소원자(O*)로 분해된다.
플라즈마 반응 영역(A)에서 플라즈마 반응에 의해 발생한 여기된 탄소원자(C*), 여기된 수소원자(H*) 및 여기된 산소원자(O*)들 사이에는 치환(산화) 반응이 일어나서 이산화탄소 가스(CO2), 일산화탄소 가스(CO) 및 수증기(H2O)가 생성된다.
즉, 플라즈마 반응기(210)의 플라즈마 반응 영역(A)에서 수소화된 비정질 탄소(a-C:H)는 추가 공급되는 산소 가스(O2)와 플라즈마에 의해 반응하여 이산화탄소 가스(CO2), 일산화탄소 가스(CO) 및 수증기(H2O)를 생성한다. 그에 따라, 플라즈마 반응기(210)로부터 배출되어서 진공 펌프(106)로 유입되는 가스에 진공 펌프(106)의 고장 원인인 수소화된 비정질 탄소(a-C:H)가 포함되는 것이 방지된다.
가스 처리 단계(S430)에서는 배기 단계(S420)에 의해 반도체 공정 챔버(102)로부터 잔류 가스가 배출되는 과정에서 잔류 가스에 포함된 탄화수소(CXHY)가 진공 펌프(106)로 유입되기 전에 제거되도록 처리될 수 있다. 이를 위하여, 가스 처리 단계(S430)에서 플라즈마 반응기(210)가 가동되고 가스 공급기(185)에 의해 플라즈마 반응기(210)로 삼불화질소(NF3)가 공급된다. 탄화수소(CXHY)와 삼불화질소(NF3)가 플라즈마 반응기(210)에 형성된 플라즈마 반응 영역(A)으로 유입된다. 플라즈마 반응 영역(A)으로 유입되는 탄화수소(CXHY)는 반도체 공정 챔버(102)으로부터 배출되는 가스에 포함된 것이고, 플라즈마 반응 영역(A)으로 유입되는 삼불화질소(NF3)는 가스 공급기(185)로부터 공급되는 것이다. 플라즈마 반응 영역(A)으로 유입된 탄화수소(CXHY)와 삼불화질소(NF3)는 플라즈마 반응에 의해 사불화탄소(CF4), 불산(HF), 암모니아(NH) 및 사이안화수소(HCN)를 생성한다.
도시되지는 않았으나, 도 11에 도시된 반도체 제조설비(200)에도 도 8에 도시된 바와 같은 반도체 제조설비의 운영방법이 동일하게 적용될 수 있다. 즉, ACL 공정을 중단한 상태에서 플라즈마 반응기(210)에서 생성된 여기된 산소원자(O*)가 진공 펌프(106)에 공급되어서 진공 펌프(106)에 증착된 수소화된 비정질 탄소가 제거될 수 있다.
도시되지는 않았으나, 도 11에 도시된 반도체 제조설비(200)에도 도 4에 도시된 바와 같은 반도체 제조설비의 운영방법이 동일하게 적용될 수 있다. 즉, LFW 공정으로 발생하는 배기가스에 포함된 B2H6를 플라즈마 반응기(210)에서 생성된 반응 활성종(여기된 불소원(F*)및 불소(F2))과 반응시켜서 제거할 수 있다.
도시되지는 않았으나, 도 11에 도시된 반도체 제조설비(200)에도 도 6에 도시된 바와 같은 반도체 제조설비의 운영방법이 동일하게 적용될 수 있다. 즉, LFW 공정이 중단된 상태에서 플라즈마 반응기(210)에서 생성된 여기된 불소원자(F*)가 진공 펌프(106)에 공급되어서 진공 펌프(106)에 증착된 텅스텐(W)이 제거될 수 있다.
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 : 반도체 제조설비 101 : 반도체 제조 장비
102 : 반도체 공정 챔버 103 : 배기가스 처리 장비
104 : 스크러버 105 : 배기 장비
106 : 진공 펌프 107 : 챔버 배기관
108 : 펌프 배기관 109 : 플라즈마 장치
110 : 플라즈마 반응기 185 : 가스 공급기

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  12. 비정질 탄소(Amorphous Carbon)가 증착되어서 비정질 탄소막(ACL)이 형성되는 ACL 공정이 수행되는 반도체 공정 챔버;
    상기 ACL 공정이 수행되는 과정에서 상기 반도체 공정 챔버에서 발생한 잔류 가스를 배기가스로서 상기 반도체 공정 챔버로부터 배출시키는 진공 펌프; 및
    플라즈마를 이용하여 산소(O2)를 분해하여 여기된 산소원자(O*)를 생성하고, 상기 반도체 공정 챔버와 상기 진공 펌프를 연통시키고 상기 배기가스가 유동하는 챔버 배기관으로 상기 여기된 산소원자(O*)를 공급하는 플라즈마 장치를 포함하며,
    상기 여기된 산소원자(O*)는 상기 진공 펌프에 유입되어서 상기 진공 펌프에 증착된 수소화된 비정질 탄소(a:C-H)와 반응하여 상기 수소화된 비정질 탄소를 산화시키는,
    반도체 제조설비.
  13. 비정질 탄소(Amorphous Carbon)가 증착되어서 비정질 탄소막(ACL)이 형성되는 ACL 공정이 수행되는 반도체 공정 챔버와, 상기 ACL 공정이 수행되는 과정에서 상기 반도체 공정 챔버에서 발생한 잔류 가스를 배기가스로서 상기 반도체 공정 챔버로부터 배출시키는 진공 펌프와, 상기 배기가스가 유동하고 상기 반도체 공정 챔버와 상기 진공 펌프를 연결시키는 챔버 배기관과, 산소(O2)를 플라즈마를 이용하여 분해하여 여기된 산소원자(O*)를 생성하는 플라즈마 반응기를 포함하는 반도체 제조설비의 운영방법으로서,
    상기 진공 펌프에 증착된 수소화된 비정질 탄소(a:C-H)를 제거하는 증착물 제거 단계를 포함하며,
    상기 증착물 제거 단계에서, 상기 플라즈마 반응기에서 생성된 상기 여기된 산소원자(O*)는 상기 플라즈마 반응기와 상기 챔버 배기관을 연통시키는 배출관을 통해 상기 챔버 배기관으로 유입되는,
    반도체 제조설비의 운영방법.
  14. 비정질 탄소(Amorphous Carbon)가 증착되어서 비정질 탄소막(ACL)이 형성되는 ACL 공정이 수행되는 반도체 공정 챔버;
    상기 ACL 공정이 수행되는 과정에서 상기 반도체 공정 챔버에서 발생한 잔류 가스를 배기가스로서 상기 반도체 공정 챔버로부터 배출시키는 진공 펌프; 및
    상기 반도체 공정 챔버와 상기 진공 펌프를 연통시키고 상기 배기가스가 유동하는 챔버 배기관에 플라즈마를 이용하여 생성된 여기된 불소원자(F*) 및 불소(F2)를 공급하는 플라즈마 장치를 포함하는,
    반도체 제조설비.
  15. 청구항 14에 있어서,
    상기 플라즈마 장치는 삼불화질소(NF3)를 플라즈마를 이용하여 분해하여 상기 여기된 불소원자(F*) 및 불소(F2)를 생성하는 플라즈마 반응기를 구비하며,
    상기 플라즈마 반응기에서 생성된 상기 여기된 불소원자(F*) 및 불소(F2)는 상기 플라즈마 반응기와 상기 챔버 배기관을 연통시키는 배출관을 통해 상기 챔버 배기관으로 유입되며,
    상기 불소(F2)는 상기 진공 펌프에 유입되어서 상기 진공 펌프에 증착된 탄화수소(CXHY)와 반응하여 사불화탄소(CF4)와 불산(HF)을 생성하는,
    반도체 제조설비.
  16. 청구항 14에 있어서,
    상기 플라즈마 장치는 상기 챔버 배기관 상에 설치되어서 플라즈마 반응 영역을 형성하는 플라즈마 반응기와, 상기 플라즈마 반응기로 삼불화질소(NF3)를 공급하는 가스 공급기를 구비하며,
    상기 플라즈마 반응 영역에서 상기 삼불화질소(NF3)가 분해되어서 상기 여기된 불소원자(F*) 및 불소(F2)가 생성되는,
    반도체 제조설비.
  17. 청구항 16에 있어서,
    상기 불소(F2)는 상기 진공 펌프에 유입되어서 상기 진공 펌프에 증착된 탄화수소(CXHY)와 반응하여 사불화탄소(CF4)와 불산(HF)을 생성하는,
    반도체 제조설비.
  18. 청구항 16에 있어서,
    상기 불소(F2)는 상기 배기가스에 포함된 탄화수소(CXHY)와 상기 플라즈마 반응 영역에서 플라즈마 반응하여 사불화탄소(CF4), 불산(HF), 암모니아(NH3) 및 사이안화수소(HCN)을 생성하는,
    반도체 제조설비.
  19. 비정질 탄소(Amorphous Carbon)가 증착되어서 비정질 탄소막(ACL)이 형성되는 ACL 공정이 수행되는 반도체 공정 챔버와, 상기 반도체 공정이 수행되는 과정에서 상기 반도체 공정 챔버에서 발생한 잔류 가스를 배기가스로서 상기 반도체 공정 챔버로부터 배출시키는 진공 펌프와, 삼불화질소(NF3)를 플라즈마를 이용하여 분해하여 여기된 불소원자(F*)와 불소(F2)를 생성하는 플라즈마 반응기를 포함하는 반도체 제조설비의 운영방법으로서,
    상기 진공 펌프에 증착된 탄화수소(CXHY)를 제거하는 증착물 제거 단계를 포함하며,
    상기 증착물 제거 단계에서 상기 불소(F2)는 상기 진공 펌프에 유입되어서 상기 진공 펌프에 증착된 탄화수소(CXHY)와 반응하여 사불화탄소(CF4)와 불산(HF)을 생성하는,
    반도체 제조설비의 운영방법.
  20. 청구항 19에 있어서,
    상기 반도체 제조설비는 상기 배기가스가 유동하고 상기 반도체 공정 챔버와 상기 진공 펌프를 연결시키는 챔버 배기관을 더 포함하며,
    상기 증착물 제거 단계에서, 상기 플라즈마 반응기에서 생성된 불소(F2)는 상기 플라즈마 반응기와 상기 챔버 배기관을 연통시키는 배출관을 통해 상기 챔버 배기관으로 유입되는,
    반도체 제조설비의 운영방법.
  21. 청구항 19에 있어서,
    상기 반도체 제조설비는 상기 배기가스가 유동하고 상기 반도체 공정 챔버와 상기 진공 펌프를 연결시키는 챔버 배기관을 더 포함하며,
    상기 플라즈마 반응기는 상기 챔버 배기관 상에 설치되어서 플라즈마 반응 영역을 형성하고 가스 공급기로부터 상기 삼불화질소(NF3)를 공급받으며,
    상기 증착물 제거 단계에서, 상기 플라즈마 반응 영역에서 상기 삼불화질소(NF3)가 분해되어서 상기 여기된 불소원자(F*) 및 불소(F2)가 생성되는,
    반도체 제조설비의 운영방법.
  22. 비정질 탄소(Amorphous Carbon)가 증착되어서 비정질 탄소막(ACL)이 형성되는 ACL 공정이 수행되는 반도체 공정 챔버와, 상기 ACL 공정의 완료 후 상기 반도체 공정 챔버에서 발생한 잔류가스를 배기가스로서 배출시키는 진공 펌프와, 상기 반도체 공정 챔버와 상기 진공 펌프를 연결시키는 챔버 배기관과, 상기 챔버 배기관 상에 설치되어서 플라즈마 반응 영역을 형성하는 플라즈마 반응기와, 상기 플라즈마 반응기로 삼불화질소(NF3)를 공급하는 가스 공급기를 포함하는 반도체 제조설비의 운영방법으로서,
    상기 진공 펌프를 가동하여 상기 배기가스를 상기 챔버 배기관을 따라서 유동시키는 배기 단계; 및
    상기 배기 단계에 의해 상기 배기가스가 유동하는 과정에서 상기 배기가스에 포함된 탄화수소(CXHY)를 제거하는 가스 처리 단계를 포함하며,
    상기 가스 처리 단계에서, 상기 플라즈마 반응 영역에서 상기 삼불화질소와 상기 배기가스에 포함된 탄화수소(CXHY)가 플라즈마 반응하여 사불화탄소(CF4), 불산(HF), 암모니아(NH3) 및 사이안화수소(HCN)을 생성하는,
    반도체 제조설비의 운영방법.
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