KR20040007619A - 폐가스 처리를 위해 대기압에서 생성된 농축 플라즈마의적용 - Google Patents

폐가스 처리를 위해 대기압에서 생성된 농축 플라즈마의적용 Download PDF

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Abstract

본 발명은 PFC 또는 HFC와 같은 가스를 플라즈마로 처리하기 위한 시스템에 관한 것으로서, 출구가 대기압과 사실상 동일한 압력인 펌핑 수단(6)과, 펌프 출구에서 대가압으로 플라즈마를 생산하기 위한 수단(8)을 포함한다.

Description

폐가스 처리를 위해 대기압에서 생성된 농축 플라즈마의 적용 {APPLICATION OF DENSE PLASMAS GENERATED AT ATMOSPHERIC PRESSURE FOR TREATING GAS EFFLUENTS}
이러한 문제에 특히 관련된 산업은 반도체 산업이다. 반도체 산업은 현저한 양의 불소화 가스 및 수소 탄화불소 가스을 소비하는 산업 활동 중 하나이기 때문이다.
이러한 가스들은 특히, 화학적 증착(CVD; chemical vapour deposition)에 의해 박막 재료를 생성하는 반응기를 세척하기 위한 플라즈마 세척 공정 및 집적 전자 회로에서 에칭 패턴을 위한 플라즈마 에칭 공정에서 사용된다.
상기 가스는 반도체 또는 반도체 장치 또는 반도체, 전도체, 유전체 박막 장치 또는 반도체 기판의 생산, 성장, 에칭, 세척 또는 처리를 위한 공정이나, 그밖에 미세회로 리소그래피에서 사용되는 감광 수지를 제거하는 공정에서도 사용된다.
이것을 위해, 이러한 PFC 및/또는 HFC 가스는 특히 불소 원소를 내기 위해 챔버 또는 반응기 내의 차가운 방전 플라즈마 내에서 분산된다.
진공 펌프 시스템에 의해 챔버로부터 추출되고 시스템의 방출 유닛으로 보내지는 휘발성 화합물을 내기 위해, 불소 원소는 처리되고 에칭되는 재료의 표면에서 원소와 반응한다.
과불화 가스 또는 과불화탄소 가스는 통상적으로 전술한 공정에 의해 완전히 소비되지는 않는다. 장치에 의해 방전된 양은 PFC 또는 HFC 유입량의 50％를 넘을 수 있다.
과불화 가스 또는 불화탄화수소 가스는 탁월한 화학적 안정성과 적외선에서 매우 높은 흡수성의 특징이 있다. 따라서, 그것들은 온실 효과를 강화하여 기후를 높이는 데 상당히 기여할 수 있는 것으로 생각된다.
어떤 산업 국가는 원칙적으로 온실 효과 가스 방출을 감소시키기 위해 주력하고 있다.
이러한 가스를 소비하는 산업은 법규의 변화를 예견하게 되었다. 특히, 반도체 산업은 자율적 방출량 감소 정책의 채택에 있어서 최전선에 있다.
이러한 방출량 감소를 달성하기 위해 몇가지 기술적 방법이 있다.
착안할 수 있는 다양한 용액 중에서, 현재 공정들을 최적화하는 것은 그 가능성에 있어서 제한적인 것처럼 보인다. 대체 화학을 포함하는 기술의 사용은 대부분의 현재 장치에 부적합하다. 변하지 않는 PFCs 또는 HFCs의 회수 및 재활용 기술에 있어서, 공정에서 재사용될 수 있기에 충분한 순도를 제품에 제공하는 것이 목적이라면, 이것은 매우 값비싸다는 것이 밝혀졌다.
또한, 반응기를 떠나는 변하지 않는 PFCs 또는 HFCs의 감소 또는 소멸에 대한 기술이 있다.
공지된 감소 기술 중에서, 버너 또는 전기로에서 PFCs의 열 변환, 촉매 산화 및 플라즈마 기술에 대해 언급될 것이다.
이러한 기술은 특히 CF4와 같은 최대로 안정된 분자에 대해 제한된 효율을 가지거나, 가장 많은 경우에, 통상적으로 최대 분당 수백 표준 입방 센티미터의 유동율을 갖는, 반도체 제조 공장에서 현실적으로 직면하는 PFC 스트림의 만족할 만한 효율적 처리를 허용하지 않는다.
유럽 특허 제874, 537호, 제847, 794호 및 제 820, 201호는 PFC 또는 HFC 가스 감소 방법을 기술하고 있지만, 그 어느 것도 반도체 생산 유닛의 범위에서 실제로 관련 있는 수행을 기술하고 있지는 않다. 몇몇 제안된 용액(유럽 특허 제820, 801호 및 제874, 537호)은 실험실에서 수행될 수 있는 희귀 가스 타입의 운반 가스의 경우와 절대적으로 관련이 있지만, 이러한 희귀 가스가 희석 가스로 소비되는 것은 생산자에 의해 배제되는 생산 유닛과는 관련이 없다.
현재 반도체 제조 공정보다는 공정 폐기물 처리를 위해 공지되어 있는 다른 "플라즈마" 타입 용액은 통상적으로 최대 분당 수백 표준 입방 센티미터의 유동율을 갖는, 반도체 제조 분야에서 직면되는 PFC의 만족할 만한 효율적인 처리를 허용하지 않는다.
반도체 분야에서 사용되는 기술 및 특히 PFC 및/또는 HFC 가스를 사용하는 모든 기술을 포함하는 모든 활동의 경우에 같은 문제점들이 발생한다.
본 발명은 플라즈마 기술에 의한 가스 처리 분야에 관한 것으로서, 가스를 소실시킬 목적으로 주로 과불화 가스(PFCs; Perfluorinated gases), 특히 과불화탄소(perfluorocarbon) 가스 및/또는 불화탄화수소 가스(HFCs; hydrofluorocarbon gas; HFCs)와 같은 가스의 처리에 관한 것이다.
본 발명은 이러한 가스를 처리하는 시스템 또는 유닛 및 이러한 가스를 처리하는 방법에 관한 것이다.
본 발명의 특징 및 장점은 후속하는 설명에 비추어 보다 명백해질 것이다. 이러한 설명은 첨부 도면을 참조하여 설명적이지만 제한적이 아닌 방식으로 주어진 예시적 예들과 관련된다.
도1은 본 발명에 따른 반도체 생산 장치의 다이어그램을 도시한다.
도2는 플라즈마 소스의 다이어그램을 도시한다.
도3 및 도4는 반도체 생산 공장의 개략적으로 도시한다.
본 발명은 플라즈마로 가스를 처리하기 위한 시스템에 관한 것이며,
- 출구가 대기압과 사실상 동일한 압력에 있는 펌핑 수단과,
- 펌프의 하류에, 대기압 플라즈마를 발생시키기 위한 수단을 포함한다.
이러한 시스템은, 분당 약 수십 리터의 질소 또는 공기에, 특히 약 0.1 % 내지 1 %의 농도를 갖는 PFC의 경우에, 거의 대기압에서 또는 실질적으로 동등한 압력에서 운반 가스와 혼합된 PFC 또는 HFC형 가스를 처리하는 데 매우 적합한 것이 증명된다.
바람직하게, 플라즈마는 비국소(non-local) 열역학 평형 플라즈마, 즉 적어도 하나의 방전 영역이 국소(local) 열역학 평형으로 되지 않는 플라즈마이다.
Mhz 또는 Ghz 대역, 예를 들면 50 Mhz 또는 약 몇 백 Mhz 또는 몇 Ghz보다 높은 진동수의 고진동수에서 유지되는 플라즈마는 그러한 비국소 열역학 평형 플라즈마를 유지하는 것을 가능하게 한다.
플라즈마의 고변환 효율을 달성하기 위해, 펌프의 하류에서 플라즈마를 발생시키기 위한 수단은 적어도 1012cm-3, 예를 들면 1012cm-3과 1015cm-3사이 또는 양호하게는 1013cm-3과 1014cm-3사이의 전자 밀도를 생성하도록 선택된다.
바람직하게는 펌프의 하류에서 압력 강하는 300 mbar보다 작게 제한된다.
그러므로, 펌프의 하류에서 대기압 플라즈마를 사용하는 것은 방전이 유지되는 일반적으로 튜브형 유전체의 챔버 또는 튜브 내에서 본 발명에 따른 처리 시스템의 효과적인 작동에 악영향을 주는 플라즈마 내부의 방사형 수축 현상을 일으킬 수도 있다.
일 실시예에 따르면, 8 mm와 4mm 사이 또는 8 mm와 6 mm 사이의 직경을 갖는 플라즈마 튜브는 적당한 수축 정도를 유지하도록 선택된다.
100 mm와 400 mm 사이의 길이를 갖는 플라즈마 튜브는 펌프의 하류에 압력 강하를 제한하도록 선택될 수도 있다.
다른 태양에 따르면, 플라즈마를 발생시키기 위한 수단은 플라즈마 방전 튜브를 포함하고, 피처리 가스는 상기 튜브의 아래쪽을 통해 통과한다.
이는 펌프의 하류에서 과도하게 큰 압력 강하 또는 플라즈마 내부로 교란되는 마이크로파 동력의 결합으로 기인할 수도 있는 증착된 액체로 튜브를 막거나 오염시킬 위험을 제한할 수도 있다.
그러므로 배수(draining) 수단은 액체 수축을 회복하고 처리 회로로부터 이를 제거하도록 플라즈마 튜브의 바닥 위치에 제공될 수도 있다.
또한 다른 태양에 따르면, 오븐 건조(oven-drying) 또는 트랩핑 수단은 펌프의 하류에 압력 강하를 증대시킬 수도 있는 수축 또는 고체의 증착을 제한하도록가스 경로 내에 제공될 수도 있다.
또한 본 발명은 적어도 하나의 PFC 또는 HFC를 생성하는 반응 챔버를 포함하는 반응기 유닛에 관한 것이고, 위에서 설명된 PFC 또는 HFC 처리 시스템을 더 포함한다.
반응 챔버는 예를 들면, 반도체 또는 박막 장치 또는 반도체, 전도체, 유전체 박막 또는 반도체 기판을 제조, 성장, 에칭, 세척 또는 처리하기 위한 장비의 하나이거나 아니면, 마이크로회로 리소그래피에 사용된 감광성 수지를 제거하기 위한 반응기, 또는 플라즈마 세척 동안 박막을 증착하기 위한 반응기이다.
또한 본 발명은 반도체 또는 반도체 장치 또는 박막 장치 또는 반도체 기판을 제조, 성장, 에칭, 세척 또는 처리하기 위한 장치이며,
- 반도체 또는 반도체 장치 또는 박막 장치 또는 반도체, 전도체, 유전체 박막 또는 기판을 제조, 성장, 에칭, 세척 또는 처리하기 위한 반응기이거나, 아니면 마이크로회로 리소그래피에 사용된 감광성 수지를 제거하기 위한 반응기, 또는 플라즈마 세척 동안 박막을 증착하기 위한 반응기와,
- 반응기 내의 공기를 펌프로 빼내기 위한 제1 수단과,
- 상술한 처리 시스템을 포함한다.
처리 시스템은 반응기 근처에 위치되는 것이 바람직하다. 양호하게는, 처리 시스템은 처리, 생산, 에칭 또는 세척 유닛의 설비 플로어 상에 또는 제조, 처리, 생산, 에칭 또는 세척 숍의 다른 플로어 상에 위치될 수도 있다.
또한 본 발명은 가스를 플라즈마로 처리하기 위한 방법에 관한 것이며,
대기압과 거의 동일한 압력으로 되도록 피처리 가스를 펌핑하는 단계와,
대기압 플라즈마로 상기 가스를 처리하는 단계를 포함한다.
피처리 가스는 거의 대기압에서 예를 들면 질소 또는 공기 주입 수단을 사용하여 주입되는 질소 또는 공기인 운반 가스와 사전에 혼합될 수도 있다.
질소 또는 공기는 희석 효과(위험한 반응 생산물의 경우) 및 플라즈마 생성 역할을 갖는다.
양호하게는, 플라즈마 처리는 방전 튜브에서 수행되며, 상기 방법은 상기 관 내에서의 방사상 방전 수축 현상을 제한하도록 상기 관의 직경을 일치시키는 사전 단계를 포함한다.
이러한 방법은 반응기 내에 화학 반응에 적용시킬 수도 있고, 상기 반응은 처리 방법에 의해 적어도 하나의 피처리 폐가스를 생성 또는 방출한다.
상기 반응은 예를 들면 반도체 또는 반도체 장치 또는 박막 장치 또는 반도체, 전도체, 유전체 박막 또는 기판을 제조, 성장, 에칭, 세척 또는 처리하기 위한 반응이거나, 아니면 PFC 및/또는 HFC 가스를 사용하여, 플라즈마 세척 동안 박막을 증착하기 위한 반응, 또는 마이크로회로 리소그래피에 사용된 감광성 수지를 제거하기 위한 반응이며, 폐가스는 특별한 PFC 및/또는 HFC 가스이다.
먼저, 본 발명은 반도체 생산 공장의 범위 내에서 기술될 것이다.
본 발명에 따른 처리 시스템이 제공된 이러한 공장은 도1에 도시된 바와 같이, 생산 반응기 또는 에칭 기계(2)와, 터보분자 펌프(4)와 같은 고진공 펌프(4)와 러핑 펌프(6)를 포함하는 펌프 시스템과, 플라즈마 생성 타입의 PFC 및/또는 HFC 화합물의 감소를 위한 수단(8)을 포함한다.
작동시에, 펌프(4)는 공정 챔버에서 필요한 진공을 유지하고 방전된 가스를 추출한다.
반응기(2)에는 반도체 생산물을 처리하기 위한 가스, 특히 PFC 및/또는 HFC 가스가 제공된다. 따라서, 가스 공급 수단은 반응기(2)에 가스를 공급하지만, 도면에는 도시되지 않았다.
통상적으로, 이러한 가스는 약 십 또는 수십에서 수백 sccm(분당 표준 입방 센티미터;standard cubic centimetres per minute), 예컨대 10과 200 또는 300 사이의 sccm까지의 계수의 유동율로 반응기 안쪽으로 도입된다.
통상적으로, 이러한 가스는 반도체 제조 또는 처리 공정에 의해 완전히 소비되지는 않고, 되도록 50％보다 큰 비율에 이르기까지 소비된다. 따라서, 러프 펌프(6)의 하류에서, 수십 내지 수백 sccm, 예컨대 10과 200 또는 300 사이의 sccm까지의 계수의 PFC 및/또는 HFC 유동율을 갖는 것이 지극히 일반적이다.
이러한 소비되지 않은 PFC 및/또는 HFC 화합물의 처리(분산 또는 비가역 변환)을 수행하기 위한 수단(8)이 사용될 수 있지만, 그것들은 F2및/또는 HF 및/또는 SiF4및/또는 WF6및/또는 COF2및/또는 SOF2및/또는 SO2F2및/또는 NO2및/또는 NOF 및/또는 SO2와 같은 부산물을 생산할 수 있다.
이러한 수단(8)은 수단(8) 내의 도입 가스를 분자들을 분산하거나, 반응 화합물, 특히 불소 화합물을 형성하기 위한 수단이다.
특히, 수단(8)의 플라즈마는 초기에 중성인 가스 분자로부터 전자를 떼어냄으로써 플라즈마의 대상이 된 가스의 분자를 이온화하는 데 사용된다.
방전 작용으로 인해, 처리될 가스 또는 정화될 가스의 분자, 및 특히 기본 가스의 분자는 초기 분자보다 작은 크기의 라디칼을 형성하도록 분산되고, 그 후, 경우에 따라서는 기본 가스의 원자 및 조각, 개별 원자들은 사실상 화학적 반응을 유발하지 않고 여기된다.
방전된 후, 기본 가스의 원자 또는 분자는 각각 안정되고 재결합되어 원래대로 된다.
대조적으로, 불순물은 예컨대 적절한 후속 처리에 의해 가스로부터 추출될 수 있는, 초기 분자와는 다른 화학적 성질을 갖는 새로운 분자 조각을 형성하여 분산 및/또는 비가역 변환을 겪는다.
반응 유닛(10)은 상기 화합물을 소멸시키기 위해 대응 반응 요소(예컨대, 고체 반응 흡착제)와 반응하는 수단(8)에 의해 처리된 화합물을 만드는 데 사용된다. 수단(8)에 의해 처리된 가스(사실상, PFC 및/또는 HFC 화합물 및/또는 전술한 바와 같은 다른 불순물이 실려진 운반 가스)는 환경 보호(통상적으로, 1%의 초기 농도보다 작은) 측면과 어울리고 매운 낮은, 유해 불순물 허용 비율, 즉 통상적으로 0.5 ppm 또는 1 ppm 이하의 법률적 노출 제한도를 갖는 PFC 및/또는 HFC 비율로 위험성 없이 주위 공기로 방출된다.
안전상의 이유로, 반응기 또는 생산 챔버로부터 나오는 가스 폐기물들은 러핑(roughing) 펌프 또는 준 진공(rough-vacuum) 펌프 세트의 방출구(exhaust) 또는 하류에서 대체로 대기압인 공기 또는 (첨가 가스, 즉 산소를 갖는) 질소 내에서 크게 희석된다. 따라서, 시스템은 질소(및 산소) 가스 또는 (도시되지 않은) 공기 주입 수단을 포함한다. 공기 또는 질소(및 산소)는 러핑 펌프의 고압 단계에서 주입된다.
양호하게는, 극 저온 증류에 의해 얻어지는 건조 질소가 희석 가스로 주입된다. 따라서, 희석은 비가스(non-geseous) 제품(H2SO4, 또는 HNO3또는 SiOxNy, 또는 텅스텐 에칭의 경우 WOx또는 WOF4)의 형성을 초래하는 (이하 설명되는) 잔류 습도의 존재 가능성과 연관된 문제점 또는 정화 플라즈마 직전의 증착을 일으키는 SiF4또는 WF6의 가수 분해와 같은 다른 문제점들을 감소시킨다.
러핑 펌프(6)의 하류의 유체 유동율은 이러한 희석에 의해 부가되고, 통상의 유동율은 질소 또는 공기의 (예컨대 10과 50 ℓ/min 사이의) 분당 몇 십 톤 정도이고, 이 때 유동은 0.1% 내지 1% PFC 및/또는 HFC를 포함한다.
펌프 하류에서의 압력은 예컨대 71.43 kgf/cm2또는 81.63 kgf/cm2(0.7 bar 또는 0.8 bar)와 122.45 kgf/cm2또는 132.65 kgf/cm2(1.2 bar 또는 1.3 bar) 사이인 대기압 정도이다.
대기압에서 공기 또는 질소와 같은 운반 가스의 사용은 플라즈마 발생 수단(8)에 의해 가스를 이온화하고 플라즈마(적어도 방전관의 센티미터당 150W, 예컨대 방전관의 센티미터당 약 200W 이며, 다른 예에 따른 경우 관의 센티미터당 150W와 500W 사이의 전력이 선택될 수 있다)를 유지하기 위해 다량의 에너지를 요구한다.
수단(8)에 의해 발생된 플라즈마는 국부적 열역학적 평형(LTE) 상태에 있지 않는 것이 양호하다. 또한, 이 플라즈마는 적어도 하나의 방전 영역이 국부적 열역학 평형상태에 있지 않는 것일 수 있다. 따라서, 통상 열 플라즈마로 구분되는 극초단파 토치를 사용하는 것이 가능하지만, 방전의 상당한 체적 분류를 형성하고 대부분의 전환 반응이 발생할 수 있는 "외피" 영역은 대체로 LTE 상태에 있지 않는다.
양호하게는, 방전 또는 플라즈마 소스는 MHz 및 GHz 범위에 있는 고주파(HF) 필드에 의해 유지되는 유형이다. 이들 고주파수들에서는, 전자들은 여기(exiting) 필드에 우세하게 또는 독점적으로 반응하며, 여기에서 이 방전들의 오프-LTE 특성이 유래됐다. 열역학적 평형으로부터의 이탈을 제어하는 것은 변환 화학이 부산물의 성질을 제어하여 최적화될 수 있도록 한다. 다양한 외부 작용 파라미터들이 이러한 이탈에 예컨대 소정의 첨가 가스의 소량 첨가 또는 희석 가스의 선택 또는 여기 주파수에 영향을 미친다. 이 주파수는 일반적으로 주파주의 증가와 함께 증가되는 플라즈마의 전자 밀도에도 영향을 미친다. 대기압에서 극초단파 필드에 의해 유지되는 플라즈마는 고밀도(2.45 GHz에서 1012내지 1015cm-3, 특히 질소 또는 공기에서 1013내지 1014cm-3)이며, 이것은 질소 또는 공기 내에 있을 때를 포함하여, PFCs 및/또는 HFCs의 높은 변환 효율을 얻는 것을 돕는다.
실제로, 주파수는 433.92 MHz, 915.00 MHz, 2.45 GHz 및 5.80 GHz 상에 중심을 갖는 밴드 중 하나로부터 선택될 것이다. 40.68 MHz 바로 아래의 밴드는 이미 무선 주파수 범위 내에 있기 때문에, 플라즈마 밀도는 너무 낮아 높은 효율을 얻을 수 없을 것이다.
대기압에서 작동 가능한 고 주파수 플라즈마의 총칭군이 몇 개 존재하는데, 그들은 상이한 방전 특성 범위를 가지고, 특히 그들의 설계 및 제조의 용이성을 고려할 때 내포된 문제의 실행의 용이성 및 비용과 같은 다양한 장점 및 단점을 갖는다.
조사된 출원의 범위에서, 후속하는 네 가지 유형의 소스가 사용될 수 있다.
제1 유형은 공진 공동 내에서 유지되는 플라즈마를 포함한다. 공동은 도파관 또는 동축선(coaxial line) 중 하나를 통해 공급될 수 있다. 방전의 공간 확장은 공동의 크기에 의해 제한된다. 플라즈마 전자 밀도는 특히 표면파 플라즈마 소스와는 달리 본 주파수에서 임계 밀도를 과도하게 초과할 수 없다.
사실상 불완전 공동에 비유될 수 있는, 도파관 내에서 유지되는 플라즈마들도 관련된다. 이러한 플라즈마 역시 상술된 두 개의 제한, 즉 크기와 전자 밀도를 갖는다. 또한, 방전의 최대 범위는 도파관의 단면의 치수들 중 하나에 해당한다.
토치(torches)는 본 출원에서 사용될 수 있는 고 주파수 플라즈마 소스의 세 번째 유형을 나타낸다. 방전은 (일반적으로 동축선인) 전송선의 길이의 단부에서 고주파 전력을 흡수하는 로드를 형성한다. 토치는 동축선 또는 도파관을 거쳐 전력에 공급될 수 있다. 전력의 증가는 외피 및 불꽃의 체적과 밀도 모두의 증가를 초래한다.
대기압에서 작동 가능한 고 주파수 플라즈마 소스의 네 번째 유형은 표면파 애플리케이터(applicator)의 군으로 구성된다. 표면파 플라즈마 소스의 범위에서는, 필드 애플리케이터(field applicator)를 재 설계할 필요 없이 부수적인 극초단파 전력을 간단히 증가시킴으로써 플라즈마 칼럼의 범위가 증가될 수 있다. 칼럼 내의 플라즈마의 밀도는 임계 밀도를 초과한다.
이들 다양한 유형의 소스에 관한 더욱 자세한 정보는 엠. 모이산(M. Moisan) 및 제이. 펠렛티어(J. Pelletier)에 의해 1992년 편집 발행된 암스테르담에 소제한 엘세비어(Elsevier)사의 "초극단파 여기식 플라즈마(Microwave Excited Plasmas)"의 제4장 및 제5장에 개시되어 있다.
(0.1 % 내지 1% 또는 수 %의 농도인 PFCs 및/또는 HFCs를 갖는) 질소 또는 공기 운반 가스의 분당 수십 리터 정도의 유동율에 대해, 대기압 고주파 플라즈마공급원으로 95 %이상의 변환 정도를 달성하는 것이 가능하다.
(토치와 이격되어) 사용되는 어떤 플라즈마 공급원이라도, 내부에서 방전이 발생하는 유전체 튜브 또는 내부에서 방전이 지속되는 대체로 튜브형인 챔버를 이용한다. 예를 들면, 유럽 특허 제1 014 761호에 개시된 유형의 튜브일 수 있다. 100 내지 400 mm, 예를 들어 약 300 mm의 길이 및 4 내지 8 mm의 내경을 갖는 튜브 또는 튜브형 챔버는 펌프의 하류에 과도하게 큰 압력 강하를 도입하는 것을 방지하며, 즉, 러핑 펌프(6)와 양립할 수 없다. 이는 러핑 펌프가 하류에서 최대 300 mbar의 압력 강하만으로 통상적으로 작동할 수 있으며, 약 400 mbar의 압력 강하는 너무 커서 러핑 펌프를 통상적으로 정지하게 하기 때문이며, 반도체 생산 라인의 적용에 있어서 이러한 상황은 수용되기 어렵다.
튜브의 적절한 길이를 선택함에도 불구하고, 다른 문제는 러핑 펌프의 하류에 위치된 가스 순환로에 침전된 고체 및/또는 액체의 형성이다. 이러한 침전이 발생할 수 있어서, 이에 의해 생성 유닛의 작동을 실질적으로 악화시키는 것을 면할 수 없는 부식 및/또는 압력 강하를 야기시키며, 이를 작동 정지시키게 된다. 예를 들어, 이는 냉각이 수행되는 영역, 특히 플라즈마의 하류부에서의 경우이다.
또한, 대기압 고주파 방전에서, 그리고 펌프(6)에 의해 통상 부과되는 유동 속도의 범위 내(분당 운반 가스의 수십 리터)에서, 반경 수축 현상은 방생할 수 있다. 전자 밀도는 튜브의 축으로부터 주연부를 향해 감소되며, 주연부에서 유동하는 가스의 분자는 튜브의 축과 밀접하여 유동하는 가스의 분자보다 그의 경로에 걸쳐 더 적은 활성종(active species)과 직면한다. 일정한 경우에, 방전은 더 이상전체 단면을 충전할 수 없으며, 그 후 이상한 방식으로 이동하는 몇몇의 플라즈마 필라멘트의 외형을 나타내게 하여서, 변환 수율(conversion yield)이 갑자기 떨어진다.
수축 정도는 몇몇 인자에 좌우되며, 특히 튜브의 직경, 희석 가스의 성질, 불순물 및 보조(adjuvant) 가스, 플럭스 속도, 튜브 벽의 열전도도, 및 여기 진동수에 좌우된다. 통상적으로, 모든 다른 것들은 동일하며, 방전 챔버의 내경이 감소되거나 진동수가 감소하는 경우에 수축 정도가 감소한다. 그러나, 한편으로는 벽의 열 응력이 상응하여 증가하며, 다른 한편으로는 (예를 들어, 몇몇의 러핑 펌프가 함께 연결되는 경우에) 플라즈마 오염 제거 반응기(8)를 가로지르는 압력 강하가 총 유동율에 따라서 금지되게 되기 때문에, 튜브의 직경은 임의로 감소될 수 없다.
이제, 이미 전술된 바와 같이, 과도한 압력 강하는 러핑 펌프(6)를 정지시켜, 따라서 전체 생산 유닛을 정지시키게 된다.
튜브의 내경은 러핑 펌프(6) 상에 과도한 압력 강하를 부과하지 않으면서, 수축을 감소시키고 높은 변환 정도를 얻기 위해 4 내지 8 mm이도록 선택될 수 있다. 가장 유리한 조건에서 작동함으로써, 변환의 소정 정도가 얻어지게 하는 방전 길이는 감소된다.
따라서, 플랜트를 작동시키기 전에, 수축 현상이 보다 적게 나타나도록 튜브의 내경을 선택하는 것이 바람직하다. 다양한 직경의 튜브의 사용은 공정의 효율을 변하게 한다.
방전 내에서 PFC 분자의 경로 길이를 증가시키는 다른 방법은 입자의 경로를 직선이 아니라 곡선으로 하기 위해 예를 들어 소용돌이를 발생시킴으로써 가스 스트림이 유동하는 경로를 변경하는 것이다.
양호하게는, 튜브는 약 1 mm 또는 1 내지 1.5 mm의 두께를 가질 것이다.
따라서, 튜브는 얇다. 작동 중에, 그의 외부면의 온도는 모두 더욱 높다. 그러나, 이는 냉각 유체의 열 안정도에 손상을 주지 않으며, 이 유체는 매우 긴 시간에 걸쳐서도 어떠한 뚜렷한 열화도 발생되지 않는다는 것을 (작동의 수백시간이 경과한 시험으로부터) 알 수 있다.
또한, 1 mm에 가까운 두께를 갖는 튜브는 플라즈마 공급원의 적절한 작동을 제어하기 위해, 특히 칼럼의 길이를 제어하기 위해 광학 측정이 수행되도록 한다. 공기 또는 질소 내의 플라즈마는 1 mm 또는 1 내지 1.5 mm의 두께를 갖는 튜브를 통해 광학적으로 제어되며, 더욱 어려운 일부는 2 mm의 두께를 갖는 튜브를 통해 광학적으로 제어된다.
선택된 공급원 유형에 따라서, 이들 일반 원칙은 다양한 방법으로 적용될 수 있으며, 전환 효율을 최적화하는데 다소의 정도로 도울수 있다.
공진 공동에서, 실제 공동 모드에 제한된다면 적어도, 플라즈마 밀도는 임계 밀도를 크게 초과할 수 없다. 이는 동력이 증가된다면, 정재파(standing wave)에 대응하여 표면파(surface-wave) 모드가 나타날 수 있으며, 공동이 그의 단부에 벽을 이용하여 폐쇄되어 유지된다면 진행파(travelling wave)에 대응하게 되기 때문이다. 표면 모드의 경우에, 밀도는 항상 임계 밀도보다 크다. 폐쇄된 공동에 있어서, 튜브를 따른 방전 정도가 공동의 치수에 의해 제한된다. 따라서, 후자의 길이는 원하는 변환 수율을 얻기 위해 충분한 플라즈마 체적을 제공하기 위한 구성에 의해 선택된다.
동일한 고려 사항이 도파관 내의 방전에 적용된다. 이러한 경우에, 충분한 동력이 아니라면 도파관의 단면의 한 치수는 방전의 최대 길이를 결정하고 도파관의 구조에 따라 파는 도파관의 외부로 전파되는데, 이것은 표면파 애플리케이터가 된다. 도파관의 치수는 해당 주파수에서 안내된 전파 모드가 존재하는 조건을 더욱 만족시킬 것이다.
유동의 규칙성과 화염의 대칭성을 방해하지 않기 위해 토오치의 경우는 노즐의 치수와 비교하여 치수가 일반적으로 상당히 큰 챔버 내에 나타나는 플라즈마 화염의 외피 및 내부 콘 모두가 대체로 상이하다. 이러한 챔버는 부산물이 실려진 가스의 스트림을 수집하는 데 사용되어, 가스가 하류에 위치된 사후처리(post-treatment) 수단을 향하도록 한다. 노즐의 상세한 형상(오리피스의 개수와 치수 및 단면에서의 위치)은 화염 내에서 종(species)의 경로를 제어하는 역할을 한다. 또한, 챔버 내의 유동도 동일한 목적으로 최적화될 수 있다는 것이 지적될 수 있다.
최종적으로, 표면파 플라즈마의 경우에, 방전의 범위는 원하는 성능에 따라 맞춰진 필요가 없는 필드 조사기의 전도 구조의 크기에 의해 한정되지 않는다. 튜브 내의 방전의 길이는 발전기에 의해 전달된 입력 고주파 동력을 증가시킴으로써 원하는 값으로 증가될 수 있다.
도1의 시스템의 처리 수단의 모든 가스 회로는 러핑 펌프(6)에서 시작하여, 폐기물을 반응 플라즈마 모듈(8) 내로 이송하는 라인(7) 및 플라즈마를 부산물 후처리 장치(10)에 연결시키는 라인(9)을 지나 최종적으로 위험성 없이 배출될 수 있는 독이 제거된 가스를 대기로 통기시키는 라인(12)을 포함한다. 여기에는 다양한 유체 관리 부품(부산물 밸브와, 보수를 위한 세척 및 분리 설비) 및 안전 센서(유동 오류 및 과압 경보)가 추가될 수 있는데, 이것들은 도1에 도시되지 않는다. 회로 부품은 신뢰성 있는 작동을 위해 접촉되는 제품과 양립하도록 선택된다.
오븐 건조 또는 트랩핑 시스템도 존재할 수 있다.
이는 러핑 펌프(6)에 의해 추출되어 대기압으로 복귀하는 폐기물이 항상 가스의 형태로 잔류할 필요는 없기 때문이다. 문제점은 일반적으로 희석 가스 내에 임의의 잔여 습기(수 백 ppmv)가 존재하기 때문에 악화된다. 예컨대, SF6에칭 공정은 고체 유황, H2SO4및 HNO3등을 생성할 수도 있다. 특정 폐기물은 고체 형상으로 응축되거나 침전되어서, 펌프(6)의 하류의 압력을 하강시키기 때문에 위험하다. 그 결과, 위에서 이미 설명한 바와 같이 러핑 펌프(6)는 위험하며, 이는 전체 생산 유닛을 정지시킬 수도 있다.
또한, 이미 위에서 설명한 반경 수축 현상이 주어지는 관형 플라즈마 챔버의 직경은 일반적으로 약 10 ㎜를 초과하지 않는다. (러핑 펌프(6)에 의해 부과된) 수십 slm 정도의 전체 유동율에 있어서, 가스 스트림의 속도가 그러하므로, 플라즈마에서 생성된 대부분의 열에너지에 대해 열 교환(반경방향으로의 열산란(heatdiffusion))이 챔버를 냉각하기 위한 유체에 의해 멀리 이송되기에 너무 느리다. 질소 또는 공기 내에 충분히 조밀한 플라즈마를 유지하기에 필요한 고주파 동력이 매우 높기 때문에, 상당한 엔탈피가 방전 챔버 하류에 전달된다. 이러한 영역에서, 가스는, 예컨대 라인이 파손되는 것을 방지하기 위해 수냉식 열 교환 구조와 같은 냉각 수단에 의해 신속하게 냉각된다. 이렇게 함으로써, 반경의 수축, 상기 라인의 부식 및/또는 차단을 위한 바람직한 영역이 생성되고, 또 펌프(6)의 하류 압력 강하를 증가시킬 위험이 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 이러한 조건 하에서, 기존의 플라즈마 플랜트와 달리, 정화 반응기(8)가 반응기 상부에서 교환기를 구비하여 상승 스트림으로 작동되는 것을 방지한다.
또한, 상승 기류의 경우에, 고체 및 액체 찌꺼기가 중력에 의해 플라즈마 챔버로 복귀할 수 있어서 그 작동을 방해한다. 예컨대, SF6에칭의 경우에 튜브의 내벽을 적시는 낮은 증기압을 갖는 점성 액체인 유황산은 열악한 유전체 특성 때문에 플라즈마의 재 점화(re-ignition)를 배제한다. 그 후에 튜브는 헹굼 및 건조되어야 하며, 그 외형 때문에 더욱 곤란하다.
따라서, 이러한 이유로 가스 스트림의 유동 방향을 역전시켜 유동을 아래로 향하게 하는 것이 바람직하다. 선택적으로, 배수 수단은, 예컨대 액체 찌꺼기가 저부 지점으로 배수되게 하는 교환기-수집기(exchanger-collector) 구조 튜브의 하부 위치에 제공될 수 있다.
도2는 본 발명에 따라 고주파 발생기(14), 도파관(18) 및 방전 튜브(26)를 포함하는 처리 수단(8)을 도시한다. 후자는, 예컨대 EP-820801 문서에서 설명된 바와 같이 전도성 재료로 제조된 슬리브(20) 내에 위치된다.
이러한 서패트론관(surfatron-guide)은 또한 도파관 플런저(46) 및 방전 튜브와 동축인 튜닝 플런저(48)의 축방향 위치를 조절하는 수단(24, 52)을 구비한다. 이러한 제2 플런저는 1/4파 트랩을 형성한다. 이는, 예컨대 테플론(Teflon)으로 제조된 활주 디스크(50)에 고정된다. 상기 수단(24, 52)은 사실상 시스템의 임피던스를 조절할 목적으로 수동으로 가동될 수 있는 로드이다.
도2에서, 가스는 위에서 설명한 바에 따라 아래 방향으로 유동하는 것으로 도시된다. 도면 부호 22는 또한 액체 찌꺼기를 저부 지점으로 배수하기 위해 튜브(16)의 저부 위치에 있는 배수 수단을 나타낸다.
라인의 길이는 사후처리 시스템(10)에 실제로 도달되는 생산물의 성질에 영향을 줄 수 있다. 고체 반응 흡착제를 갖는 시스템(10)의 경우, 플라즈마 출구에 가능한 한 근접하게 상기 시스템을 위치시켜, 구체적으로 설계된 기체 생산물만을 처리하는 것으로 나타날 수 있다.
양호하게는 사후처리 시스템(10)의 설명은 공정 및 PFC 변환 플라즈마에 의한 부산물(HF, F2, COF2, SOF2등과 같은 부식성 불화 가스 및 산화질소 등)의 생성을 고려하도록 양호하게 선택된다. 열역학적 평형에서의 이탈을 이용하는 것은 이러한 부산물의 각 농도의 제어를 위한 절대적 유연성이 제공되지는 않는다.
또한, 사용자의 입장에서 이미 존재하는 플랜트 또는 설립된 정화 방법의 경우 사후처리 장치(10)의 소정의 특징이 우선적으로 설정될 수 있다.
일반적으로, (도1에 도시되지 않은) 냉각 수단이 (특히 방전 챔버 및 가스 출구용) 플라즈마 소스 및 전자기 에너지 공급을 위해 제공된다. 추출되는 열 전력은 별도로 하고, 예를 들면 정지 시 수축을 방지하도록 소정의 온도 범위가 부가될 수 있다. 따라서, 양호하게는, 냉각 소스로서 설비내에 표준 냉각수 네트워크를 사용할 수 있도록 냉각 회로의 구조가 맞춤 제작된다.
입력 고주파 전력은 전자기 에너지 회로 및 플라즈마 소스 모두의 작동 변수이다. 소스가 적절한 에너지 효율 조건(플라즈마로 전력을 효율적으로 전달) 하에서 작동하도록, 발생기에 의해 반사되는 전력 및 필드 애플리케이터 구조에서 열 손실을 최소화하도록 시도된다.
플라즈마 소스의 구조에 따라, 도파관 또는 튜닝 스크류의 단부에서 이동될 수 있는, 단락(short-circuit) 플런저(46)(도2)와 같은 외부 조절 수단이 올바른 임피던스 튜닝을 보장하도록 사용될 수 있다.
임피던스 튜닝은 작동 조건(장치 개시/정지, 다단계 공정, 드리프트 및 변동)에 비교적 비감응성일 수 있다. 예를 들면, 공동에 기초한 시스템은 표면파 시스템보다 민감하고, 반사된 전력 측정에 종속 작동되는 자동 튜닝 수단을 제공하는 것으로 나타날 수 있다. 또한, 일반적으로, 반사된 전력은 플라즈마 소스의 적절한 작동을 특징짓는 변수이고, 일반적으로 오작동은 반사된 전력의 상당한 증가와 관련된다.
그러나, 이는 조직적이지 않으며, 광 센서 또는 플라즈마 소스의 비정상적 열 변동에 의해 진단될 수 있는, 플라즈마의 임의의 소정 신호 특성(크기, 광도 등)과 같은 다른 물리적 변수가 적절한 작동 안전을 보장하도록 사용될 수 있다. 또한, 후자에는 적절한 개시 수단이 더 제공된다. 이는 고주파 전력이 설정될 때 질소 또는 공기 플라즈마가 대기압에서 자연적으로 개시될 수 없기 때문이다.
실제로, 반도체 제작 유닛의 통합 및 작동과 관련된 제약이 있을 수 있다. 그러나, 일반적으로, 본 발명에 따른 제안된 구조는 적당한 정지/개시 단계, 및 펌프 및 증착/에칭 장치를 갖는 제어기를 인터페이싱하기 위한 유닛에 의해, 예를 들면 공정 단계 중에만 간헐적으로 작동하는 경우, 이 분야의 공정 기계를 작동하는 방법 및 반도체 제작자들의 일반적인 통례와 조화된다.
또한, 반도체 제작 설비 시설 플로어의 부족 및 플로어 공간의 가격으로 인해 종종 반도체 생산 유닛의 구조에 의해 설정되는, 적은 양의 플로어 공간을 점유하는 것과 양립할 수 있다.
도3 및 도4에 도시된 바와 같이, 여러 장치들이 선택될 수 있다.
처리 유닛(8)은 도3과 같이, 생산 유닛의 시설 플로어(60) 상의, 기계 또는 반응기(2)로부터 또는 러핑 펌프(6)로부터 수 미터(예를 들면 5m 이하)에 위치될 수 있다. 반응기(2) 자체는 제작소(62)에 위치된다.
도4의 경우, 처리 유닛은 제작소(62)의 플로어 상에서, 진공 펌프(6)를 포함하고 장치(2)에 가능한 한 근접되어 조밀하고 일체형일 수 있다.
이제 특별한 예시적 예가 설명된다. 이는 SF6/C4F8에칭 반응기용 표면파 시스템에 관한 것이다.
1. 마이크로파 회로 및 필드 애플리케이터
선택된 여기 진동수는 2.45 GHz였다. 에플리케이션에 충분한 마이크로파 전력(수 Kw)의 전달은 이 진동수에서 적당한 크기의 횡단면을 갖는 일반적으로 WR 340 표준형인 도파관을 사용함으로써 가능하다. 필드 애플리케이터는 서파트론(surfatron) 가이드 또는 서파가이드(surfaguide)형일 수 있고, 서파가이드형이 보다 더 간단하다. 서파가이드는 3-스크류 매처(matcher)를 사용할 필요 없이 단지, 그 단부에서 도파관을 폐쇄하는 이동 가능 단락 플런저의 위치를 조절함으로써 뛰어난 임피던스 튜닝을 허용한다.
따라서, 마이크로파 회로는
- 6kW의 최대 전력까지의 조절 가능한 전력을 갖는 마이크로파 발생기(스위칭 모드 전력 공급 및 마그네트론 헤드)와,
- 모든 반사 전력을 분산시키기에 적합한 워터 전하를 포함하여 어느 것도 마그네트론에 복귀되지 않는 순환기와,
- 입사 전력 및 반사 전력을 측정하는 수단과,
- 플라즈마 소스를 구성하는, 유전체 방전 튜브와 함께 서파가이드 필드 애플리케이터와,
- 최종적으로, 임피던스 튜닝을 위한, 도파관의 단부에 있는, 수동 또는 모터 구동 작동되는 이동 가능한 단락 플런저를 포함한다.
2. 가스 회로
이는 기본적으로는, 플라즈마 공급원(8)의 활성 부분과, 금속 또는 세라믹 재료로 제조되는 방전 튜브와 접촉하는 인접한 하류 라인 요소와 같이 상당한 열이 발생하는 구성 부품을 제외하고는, 플르오르 부식물에 대해 저항성이 있는 물질, 즉 PVDF 또는 PFA 형태의 폴리머로 제조된다.
러핑 진공 펌프(6)의 배기측에서, 바이패스 밸브(적절한 구성 부품의 상업적 입수가능성에 따른 한 개의 3방향 밸브와 세 개의 2방향 밸브)의 시스템은 우발적인 작동 사고시 또는 보수 동안 가스 스트림을 통해 처리 시스템을 회피하는 것을 가능하게 만든다. 이들 밸브들은 압력 상승 또는 펌프 정지를 야기할 수도 있는 배기의 부적당한 폐쇄를 방지하기 위해 기계적 또는 전기적으로 연결되어 있다. 플라즈마 정화 유닛(8)은 자체적으로 처리될 가스의 스트림에서의 과도한 압력 강하를 검출하기 위한 수단을 포함한다.
방전 튜브는 이중 벽 튜브이고, 유압 기어 펌프에 의한 유전성 유체의 이들 이중 벽 사이의 순환에 의해 냉각된다. 이 유체는 냉각수가 반도체 제조 유닛의 설비로 이송되면서 열 교환기에 의해 연속해서 차례로 냉각된다. 플라즈마와 접촉하는 중심 튜브는 우수한 유전성과, 우수한 내화성과, 열 응력에 대한 우수한 저항성과 부식성 플르오르 종에 의한 화학침식에 대한 우수한 저항성을 갖는 적절한 세라믹 재료로 제조된다.
방전 튜브를 떠날 때, 일반적으로는 열적 평형 상태가 아니더라도, 대기압초단파 플라즈마가 저압 방전과 유사한 "저온" 플라즈마가 아니기 때문에, 가스는 고온일 수도 있다. 따라서, 가스는 하류 라인으로 운송되기 전에 워터 열교환기에 의해 냉각된다. 이러한 냉각은 국부적으로 액체 또는 고체 부산물의 응축을 일으킬 수도 있고, 플랜트가 차단되는 위험에 처하지 않도록 적절하게 수집할 수 있는 것이 바람직하다. 이러한 이유로, 상술한 바와 같이, 교환기가 하부 위치에 위치된 상태로 하강 스트림과 함께 작동은 수행된다. 적절한 탭 오프는 필요한 경우 정규 간격으로 수집기를 배수하는 것을 가능하게 한다.
부식성 플르오르 가스를 중화시키기 위한 장치(10)는 양호하게는 플라즈마 단거리 하류에 설치된다. 이는 양호하게는 불소 분자를 고정시키도록 설계된 고체 반응성 흡수제를 갖는 카트리지이고, 에칭 또는 세척 공정이 물 또는 수소를 사용하지 않는다면 주 부산물이 될 것이다. 베드는 또한 보다 적은 양으로 SiF4 또는 WF6과 같은 에칭 부산물과, 공정 플라즈마 또는 COF2, SOF2등과 같은 정화 플라즈마로부터의 다른 해리 부산물을 보유한다.
가스 회로는 불활성 가스로 시스템의 여러 부품을 분리, 정화 및 세척할 수 있는 많은 수의 수동으로 작동되거나 또는 모터로 구동되는 밸브를 포함한다.
3. 냉각 유체 회로
반도체 제조 플랜트의 설비로 이송되는 워터는 절환(switched-mode) 모드 전원 장치와, 제너레이터의 마그네트론 헤드와, 방전 튜브를 냉각시키기 위한 유전성 유체와, 플라즈마 튜브의 출력측 상의 가스를 냉각하는데 사용된다. 유전성 유체로부터 열을 추출하기 위해, 판 교환기 내의 폐쇄 회로(약 5℃)에서 실제 콜드 메인으로부터의 물이 사용된다. 한편, 제너레이터의 경우, 단락을 일으킬 수도 있는 응축 현상의 위험을 무릅쓰는 것은 바람직하지 않다. 따라서, 절환 모드 전원 장치 및 마그네트론 헤드 내에서 그리고 다음에 플라즈마로부터 떨어져 있는 교환기 수집기 내에서 연속하여 순환하는 약 20℃의 "도심(town)"의 물을 사용하는 것이 바람직하다. 실제로, 이러한 물도 폐쇄 회로로부터 오고, 그 온도는 많은 수의 기계가 설치되는 경우에는 양호하게는 중심에서 조절된다.
4. 공정 및 성능의 예
본 발명에 따른 플라즈마 정화 시스템은 도1의 도면에 도시된 바와 같이, ALCATEL 601E 플라즈마 에칭 기계(2)의 하류에 설치되어 있다. 실리콘 단결정을 에칭하기 위한 화학공정은 170 sccm과 75 sccm의 개별 유량을 갖는 가스 SF6과 C4F8
(예컨대, 14"-3")을 차례로 사용했다.
실제로, 진공 펌프(4, 6) 및 출력 라인을 통과한 후, 가스는 시간에 걸쳐 평균적인 농도를 갖는 플라즈마 정화 유닛(8)으로 들어간다. 상기 농도로, SF6는 24 sccm의 농도를 갖는 C4F8을 수반하여 90 sccm의 농도를 갖는 유닛(8)으로 들어간다. 플르오르산 가스를 중화시키기 위한 시스템(10)은 클린소브(CleanSorbTM)를 상표명으로 하는 상업적으로 입수가능한 카트리지였다. 기체성 폐기물의 스트림은 사중극자 질량 분석계로 시스템 내의 여러 지점에서 분석되었다.
알카텔(ALCATEL) 에칭 공정은 PFC 가스 SF6및 C4F8가스를 사용한다. 러핑(roughing) 펌프(6)로부터의 배기 가스는 30 slm에서 건조 공기(대략 100 내지 150 ppm의 잔여 H2O)로 희석된다. SF6및 C4F8농도는 에칭 챔버(2)(고농도 ICP 소스)의 하류에서 측정된다. 정화 플라즈마에서의 소멸 정도는 즉, 에칭 공정 자체에 의해 이전의 해리를 포함하지 않고, 상기 플라즈마로 들어가는 농도에 대한 상기 플라즈마를 떠나는 농도의 비로서 계산된다.
정화 플라즈마(8)로부터의 생성물은 두 개의 PFC의 잔여 농도는 별개로 하고, 희석 공기의 잔류 습기 때문에, 이하의 부산물들, 즉 SiF4, F2, COF2, SOF2, NO2, SO2, NOF 및 가능하게는 HF를 포함한다. 중화 카트리지(10)를 통과한 후에, 공기에 위험한 이러한 오염물들은 평균 또는 한계 노출값보다 큰 농도로는 가스 스트림 내에 존재하지 않는다.
C4F8의 경감 정도는 거의 100%이고, 잔여 농도는 소음 검출 정도보다 적다. SF6의 경감 정도는 표1에서 다양한 조건으로 주어진다. 경감 정도는 초기 마이크로파 파워, 즉 플라즈마 영역의 범위에 따라 증가하는 것을 명확히 알 수 있다. 또한, 다른 모든 것들도 동일하지만, 소멸 효율은 튜브 직경이 감소할 때, 증가한다. 또한, 가스 스트림이 유동하는 방향(상승 또는 하강)은 파괴 효율에 경미한 효과를 갖지만, 상술한 일정한 위험을 방지하게 한다.
C3F8, NF3, C2F6, CF4, CHF3등과 같은 다른 PFC에서, SF6의 더 높은 유량(300sccm까지), 더 큰 희석(70slm 까지)으로 유사한 결과가 얻어졌다.
표1에서, "공정 입구"는 반응기(2)의 입구를 말하고, "해독 입구(detox inlet)"는 처리 장치(8)의 입구를 말한다.
표1
본 발명은 반도체 부품의 생산 또는 에칭을 위한 챔버(2)의 환경에 대해 기술하였다.
본 발명은 미세요소 또는 미세광학 장치의 제조 동안, 반도체 또는 반도체 장치 또는 박막 장치 또는 반도체, 전도체, 유전체 박막 또는 기판, 예를 들어, 실리콘 기판의 생산, 성장, 에칭, 세척 또는 처리를 위한 챔버 또는 반응기(2)의 경우에도 동일한 이점을 가지고, 동일한 방식으로 적용된다.
본 발명은 또한, 마이크로회로 리소그래피용으로 사용되는 감광 수지를 제거하기 위한 반응기, 또는 그밖에 플라즈마 세척동안, 박막을 증착하기 위한 반응기의 경우에도 상술한 동일한 이점을 가지고 다시 한번 적용된다.

Claims (35)

  1. 플라즈마로 가스를 처리하기 위한 시스템이며,
    출구가 대기압과 사실상 동일한 압력에 있는 펌핑 수단(6)과,
    펌프의 하류에, 대기압 플라즈마를 발생시키기 위한 수단(8)을 포함하는 것을 특징으로 하는 시스템.
  2. 제1항에 있어서, 상기 플라즈마를 발생시키기 위한 수단(8)은 고주파 방전을 생성하기 위한 수단(14)을 포함하는 것을 특징으로 하는 시스템.
  3. 제2항에 있어서, 상기 방전은 433.92 MHz 또는 915 MHz 또는 2.45 GHz 또는 5.80 GHz에 중심이 있는 대역 내의 주파수에서 생성되는 것을 특징으로 하는 시스템.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 플라즈마를 발생시키기 위한 수단(8)은 공진 공동을 포함하는 것을 특징으로 하는 시스템.
  5. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 플라즈마를 발생시키기 위한 수단(8)은 도파관 내에서 플라즈마를 유지하기 위한 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 시스템.
  6. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 플라즈마를 발생시키기 위한 수단(8)은 토치를 포함하는 것을 특징으로 하는 시스템.
  7. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 플라즈마를 발생시키기 위한 수단(8)은 표면파 애플리케이터를 포함하는 것을 특징으로 하는 시스템.
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 플라즈마를 발생시키기 위한 수단(8)은 플라즈마가 적어도 1012cm-3또는 1012cm-3과 1015cm-3사이 또는 1013cm-3과 1014cm-3사이의 전자 밀도로 생성되도록 하는 것을 특징으로 하는 시스템.
  9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 플라즈마를 발생시키기 위한 수단(8)은 100 mm와 400 mm 사이의 길이를 갖는 플라즈마 방전 튜브를 포함하는 것을 특징으로 하는 시스템.
  10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 플라즈마를 발생시키기 위한 수단(8)은 8 mm와 4mm 사이의 내경을 갖는 플라즈마 방전 튜브를 포함하는 것을 특징으로 하는 시스템.
  11. 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 플라즈마를 발생시키기 위한 수단(8)은 플라즈마 방전 튜브(26)와, 상기 튜브 내에 와류를 발생시키기 위한 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 시스템.
  12. 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 플라즈마를 발생시키기 위한 수단(8)은 플라즈마 방전 튜브(26)를 포함하고, 이 튜브를 통해 처리될 가스가 하향으로 지나가는 것을 특징으로 하는 시스템.
  13. 제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 플라즈마 튜브(26)의 바닥 위치에 배수 수단(22)이 위치되는 것을 특징으로 하는 시스템.
  14. 제1항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서, 플라즈마 처리(8)에서 기인하는 화합물을 분해하기 위하여 이들을 반응시키기 위한 반응성 유닛(10)을 포함하는 것을 특징으로 하는 시스템.
  15. 적어도 하나의 과불화(PFC) 또는 과불화탄소(HFC) 가스를 생성하는 반응 챔버(2)와,
    제1항 내지 제14항 중 어느 한 항에 따른 과불화(PFC) 또는 과불화탄화수소(HFC) 가스를 처리하기 위한 시스템을 포함하는 것을 특징으로 하는 반응기 유닛.
  16. 제15항에 있어서, 반도체 또는 반도체 장치 또는 박막 장치 또는 반도체, 전도체, 유전체 박막 또는 기판을 제조, 성장, 에칭, 세척 또는 처리하기 위한 장치의 일부를 형성하는 반응 챔버(2)는 마이크로회로 리소그래피에 사용된 감광성 수지를 제거하기 위한 반응기, 또는 플라즈마 세척 중에 박막을 증착하기 위한 반응기인 것을 특징으로 하는 유닛.
  17. 반도체 또는 반도체 장치 또는 박막 장치 또는 반도체 기판을 제조, 성장, 에칭, 세척 또는 처리하기 위한 장치이며,
    반도체 또는 반도체 장치 또는 박막 장치 또는 반도체, 전도체, 유전체 박막 또는 기판을 제조, 성장, 에칭, 세척 또는 처리하기 위한 반응기(2)이거나, 아니면 마이크로회로 리소그래피에 사용된 감광성 수지를 제거하기 위한 반응기, 또는 플라즈마 세척 동안 박막을 증착하기 위한 반응기와,
    반응기 내의 공기를 펌프로 빼내기 위한 제1 수단(4)과,
    제1항 내지 제14항 중 어느 한 항에 따른 처리 시스템을 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  18. 제17항에 있어서, 처리 시스템은 반응기(2)로부터 5m 이내에 위치되는 것을 특징으로 하는 장치.
  19. 제17항 또는 제18항에 있어서, 처리 시스템은 제조, 성장, 에칭, 세척 또는 처리 유닛의 설비 플로어(60) 상에 위치되는 것을 특징으로 하는 장치.
  20. 제17항 또는 제18항에 있어서, 처리 시스템은 제조, 성장, 에칭, 세척 또는 처리 숍(62)의 플로어상에 위치되는 것을 특징으로 하는 장치.
  21. 불순물을 함유한 가스를 플라즈마로 처리하기 위한 방법이며,
    가스가 대기압과 거의 동일한 압력으로 되도록 피처리 가스를 펌핑하는 단계와,
    상기 가스를 대기압 플라즈마로 처리하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  22. 제21항에 있어서, 피처리 가스는 사실상 대기압에서 불순물이 혼합된 운반 가스를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  23. 제22항에 있어서, 운반 가스는 질소 또는 공기인 것을 특징으로 하는 방법.
  24. 제21항 내지 제23항 중 어느 한 항에 있어서, 가스는 펌핑후 10 내지 50 ℓ/min의 유동율을 갖는 것을 특징으로 하는 방법.
  25. 제21항 내지 제24항 중 어느 한 항에 있어서, 불순물은 과불화 가스(PFC) 및/또는 과불화탄화수소 가스(HFC)를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  26. 제21항 내지 제25항 중 어느 한 항에 있어서, 피처리 가스는 SF6및/또는 C4F8을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  27. 제21항 내지 제26항 중 어느 한 항에 있어서, 플라즈마는 방전 튜브(26) 내에서 발생되며, 상기 방전 튜브을 통해 피처리 가스가 하향 유동하는 것을 특징으로 하는 방법.
  28. 제21항 내지 제27항 중 어느 한 항에 있어서, 피처리 가스는 펌핑후 10 sccm 내지 200 sccm의 유동율을 갖는 것을 특징으로 하는 방법.
  29. 제21항 내지 제28항 중 어느 한 항에 있어서, 플라즈마 처리 단계는 방전 튜브에서 수행되며, 상기 방법은 상기 관 내에서의 방사상 방전 수축 현상을 제한하도록 상기 관의 직경을 정합시키는 전 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  30. 반응기 내에 화학 반응을 일으키기 위한 방법이며,
    상기 반응은 적어도 하나의 폐가스를 생성 또는 방출한 후에, 제21항 내지제29항 중 어느 한 항에 따른 처리 방법에 의해 상기 폐가스를 처리하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  31. 제30항에 있어서, 상기 반응은 반도체 또는 반도체 장치 또는 박막 장치 또는 반도체, 전도체, 유전체 박막 또는 기판을 제조, 성장, 에칭, 세척 또는 처리하기 위한 반응이거나, 아니면 과불화(PFC) 및/또는 과불화탄화수소(HFC) 가스에 의해, 플라즈마 세척 동안 박막을 증착하기 위한 반응, 또는 마이크로회로 리소그래피에 사용된 감광성 수지를 제거하기 위한 반응이며, 상기 폐가스는 과불화(PFC) 및/또는 과불화탄화수소(HFC)를 포함하거나 과불화(PFC) 및/또는 과불화탄화수소(HFC) 가스인 것을 특징으로 하는 방법.
  32. 반도체 또는 반도체 장치 또는 박막 장치 또는 반도체, 전도체, 유전체 박막 또는 기판을 제조, 성장, 에칭, 세척 또는 처리하거나, 마이크로회로 리소그래피에 사용된 감광성 수지를 제거하거나, 또는 플라즈마 세척을 위한 방법이며,
    반응기 내에서, 과불화(PFC) 및/또는 과불화탄화수소(HFC) 가스로, 반도체 또는 박막 또는 기판을 반응시키거나, 또는 수지를 제거하거나 플라즈마 세척하는 단계와,
    반응기(2)로부터 공기를 펌프로 빼내는 단계와,
    제21항 내지 제29항 중 어느 한 항에 따른 방법을 이용하여 반응기 내의 공기 중의 가스를 플라즈마로 처리하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  33. 제32항에 있어서, 과불화(PFC) 및/또는 과불화탄화수소(HFC) 가스는 10 sccm 내지 300 sccm의 유동율로 반응기에 유입되는 것을 특징으로 하는 방법.
  34. 제21항 내지 제33항 중 어느 한 항에 있어서, 플라즈마에 의해 가스를 처리하는 단계는 반응 화합물을 형성하기 위해 가스 내의 불순물을 분리하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  35. 제34항에 있어서, 피처리 가스로부터 반응 화합물을 제거하기 위하여 반응 요소로 형성된 반응 화합물을 반응시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
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