KR20060128081A - 배관 시스템 및 이를 구비하는 반도체 제조 장비 - Google Patents

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Abstract

배관 시스템 및 이를 구비하는 반도체 제조 장비를 제공한다. 이 배관 시스템에 의하면, 상기 배관 내부로 돌출되어 휘어진 노즐과 상기 배관을 감싸는 가열 수단을 구비함으로써, 고형 부산물의 부착을 방지할 수 있다. 이로써 공정 불량을 방지하고 배관 청소시 시간을 절약할 수 있어 생산성을 향상시킬 수 있다.
배관

Description

배관 시스템 및 이를 구비하는 반도체 제조 장비{Pipe system and semiconductor fabrication equipment}
도 1은 종래 기술에 따른 배관 시스템의 단면도를 나타낸다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 티타늄질화막 증착 설비의 단면도를 나타낸다.
도 3은 도 2의 A 부분을 확대한 것으로 배관 시스템의 단면도를 나타낸다.
본 발명은 고형 부산물이 부착되지 않는 배관 시스템 및 이를 구비하는 반도체 제조 장비에 관한 것이다.
많은 반도체 제조 공정은 화학 반응을 수반한다. 예를 들어 커패시터의 전극 또는 베리어 메탈등으로 많이 사용되는 티타늄질화막(TiN)은 사염화티타늄(TiCl4)과 암모니아(NH3)를 소스가스로 사용하는 화학기상증착(CVD) 공정에 의해 형성될 수 있다. 이때 상기 화학기상증착 공정에서 화학식 1 및 2의 반응이 일어난다.
6 TiCl4 (g) + 8 NH3 (g) → 6 TiN (s) + 24 HCl (g) + N2 (g) (온도:580℃ )
6TiCl4(g) + 8NH3(g) → 5TiN(s) + 22HCl(g) + N2(g) + TiCl2NH2(s) (온도:450 ~ 250 ℃ )
상기 화학식 1 및 2에서 볼 수 있듯이, TiN막을 형성하는데, 염화수소(HCl) 가스와 질소(N2)가스가 생성된다. 그리고 온도가 450 ~ 250 ℃일때는 고형 부산물인 TiCl2NH2 도 형성된다. 상기 염화수소 가스는 인체에 매우 유해한 유해가스이기 때문에 대기로 배출하지 못하고 제거해주어야 한다. 이를 위해 상기 염화수소 가스를 반응시켜 고형물로 만든후에 냉각트랩등을 이용하여 제거하는 방법이 고려될 수 있다. 염화 수소 가스는 화학식 3과 같이 암모니아와 반응하여 고형물인 염화암모늄이 형성된다.
NH3 (g) + HCl (g) → NH4Cl (s)
상기 화학식 3의 반응은 150 ℃ 이하에서 이루어진다.
한편, 티타늄질화막을 형성하기 위한 소스 가스 중에서 암모니아는 자극적인 냄새가 나는 가스로 배출 규제 물질이며, 사염화티타늄은 인체에 매우 자극적이며 대기중으로 방출될 경우 대기중의 수증기와 격렬하게 반응하여 염소가스를 만드는 성질을 갖기에 반드시 대기로 배출하면 안된다. 그러나 공급된 소스가스인 암모니 아와 사염화티타늄이 100% 반응하지 않고 남게되어 배관으로 배출되게 된다. 배관내의 암모니아와 사염화 티타늄은 하기 화학식 4처럼 반응할 수 있다.
TiCl4 + n NH3 → TiCl4·nNH3, (n=2~8)
상기 화학식 4의 반응은 150 ℃ 이하에서 이루어진다. 염화암모늄(NH4Cl)은 하얀 파우더이고, TiCl4·nNH3는 노란 파우더이다.
한편, 상기 공정이 진행되는 공정 챔버와 트랩 사이를 연결하는 종래의 배관 시스템을 도 1을 참조하여 설명하기로 한다. 도 1을 참조하면, 공정챔버로부터 유출되는 배기 가스는 배관(10)을 통해 밖으로 배출된다. 상기 배기 가스 안에 포함된 염화수소와 같은 유해 가스를 제거하기 위하여, 상기 배관(10) 안으로 암모니아와 사염화티타늄을 각각 공급하기 위한 노즐(11, 12)이 상기 배관(10)을 관통하여 결합된다. 상기 노즐(11, 12)의 단부는 상기 배관(10) 안쪽으로 돌출되지 않는다. 상기 암모니아는 상기 반응챔버로부터 배기되는 사염화티타늄 가스와 염화수소 가스를 각각 화학식 4와 3을 통해 고형물로 만들어 제거하기 위해 노즐(11)을 통해 공급될 수 있고, 상기 사염화티타늄은 상기 반응 챔버로부터 배기되는 암모니아가스를 상기 화학식 4를 통해 고형물로 만들어 제거하기 위해 노즐(12)을 통해 공급될 수 있다.
한편, 상기 화학식 3과 4의 반응은 트랩 내에서만 일어나야 한다. 그러나, 종래의 상기 배관(10) 내의 온도는 150 ℃ 이하로 매우 낮아, 상기 배관(10) 내에 서도 상기 화학식 3과 4의 반응이 일어나, 염화암모늄과 TiCl4·nNH3이 형성된다. 이는 화학식 2에서 형성된 부산물 TiCl2NH2과 함께 상기 배관(10)의 내벽에 부착되어 부산물 덩어리(B)를 이룬다. 상기 배관(10)에 부산물 덩어리(B)가 형성되는 이유는 낮은 온도와, 배관과 노즐의 결합 구조 때문인 것으로 사료된다. 상기 부산물 덩어리(B)가 점점 커져 상기 배관(10)을 막거나 상기 배관(10)내의 압력이 상승하여 공정 불량을 야기시킨다. 이로 인해 상기 배관(10)을 청소할 때도 많은 시간이 소요되어 생산성을 저하시키게 된다.
따라서, 상기 문제점을 해결하기 위하여 본 발명에 따른 기술적 과제는 고형 부산물이 부착되는 것을 방지할 수 있는 배관 시스템 및 이를 구비하는 반도체 제조 장비를 제공하는데 있다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명에 따른 배관 시스템은 배관; 상기 배관을 둘러싸는 가열 수단; 상기 가열수단과 상기 배관을 관통하여 상기 배관 내에 가스를 공급하는 노즐을 구비하되, 상기 노즐은 상기 배관 내부로 돌출되어 휘어진 형상을 갖으며 상기 노즐의 단부와 상기 휘어진 부분이 상기 배관 내에 위치한다. 상기 노즐의 휘어진 각도는 1~179°일 수 있다.
상기 배관 시스템에 구비된 노즐이 상기 배관 내부로 돌출되어 휘어지므로, 고형 부산물이 부착되는 상기 배관 내벽으로부터 멀어지므로 고형 부산물이 부착되 는 가능성을 낮출 수 있다. 상기 배관 시스템은 상기 배관 내부의 온도를 상승시킬 수 있는 가열수단을 구비하므로 고형 부산물이 부착되지 않는다.
상기 또다른 과제를 달성하기 위한 본 발명에 따른 반도체 제조 장비는 반응 챔버; 상기 반응 챔버로부터 나오는 배기가스에 포함된 고형 부산물을 제거하기 위한 트랩; 상기 반응 챔버와 상기 트랩을 연결하는 배관; 상기 배관을 둘러싸는 가열 수단; 및 상기 가열수단과 상기 배관을 관통하여 상기 배관 내에 가스를 공급하는 적어도 1개의 노즐을 구비하되, 상기 적어도 1개의 노즐은 휘어진 형상을 갖으며 상기 노즐의 단부와 상기 휘어진 부분이 상기 배관 내에 위치한다.
상기 장비에 있어서, 상기 배기가스는 유해가스를 구비하며, 상기 노즐을 통해 상기 유해가스를 고형물로 만들기 위한 반응 가스를 공급한다. 예를 들면, 상기 유해가스는 염화수소(HCl)이며, 상기 반응 가스는 암모니아(NH3) 또는/그리고 사염화티타늄(TiCl4)이다. 이때 상기 반응 챔버는 티타늄질화막 증착 설비일 수 있다.
이하, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있게 하기 위하여, 본 발명의 가장 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 설명하기로 한다. 그러나, 본 발명은 여기서 설명되어지는 실시예에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조번호로 표시된 부분들은 동일한 구성요소들을 나타낸다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 티타늄질화막 증착 설비의 단면도를 나타낸다. 도 3은 도 2의 A 부분을 확대한 것으로 배관 시스템의 단면도를 나타낸다.
도 2를 참조하면, 상기 증착 설비는 티타늄질화막이 증착되는 반응 챔버(110)를 구비한다. 상기 반응 챔버(110) 안에는 웨이퍼(W)가 놓이는 수용부가 위치한다. 상기 반응 챔버(110)에는 티타늄질화막을 형성하는 소스 가스인 암모니아와 사염화티타늄 가스를 공급하기 위한 공급관들(24, 26)이 연결된다. 상기 반응 챔버(110) 안의 배기가스를 배출하기 위한 진공펌프(160)가 배관들(170a, 170b, 170c, 170d, 170e)을 통해 상기 반응 챔버(110)에 연결된다. 상기 배관들(170a, 170b, 170c, 170d, 170e)은 제 1 배관(170a), 제 2 배관(170b) 제 3 배관(170c), 제 4 배관(170d), 및 제 5 배관(170e)을 구비한다. 상기 제 1 배관(170a)과 상기 제 2 배관(170b) 사이에는 제 1 밸브(120)가 위치한다. 상기 제 2 배관(170b)과 상기 제 3 배관(170c) 사이에는 냉각트랩(130)이 위치한다. 상기 제 3 배관(170c)과 상기 제 4 배관(170d) 사이에는 제 2 밸브(140)가 위치한다. 상기 제 4 배관(170d)과 상기 제 5 배관(170e) 사이에는 제 3 밸브(150)가 위치한다. 상기 제 1 및 제 2 밸브(120, 140)는 개폐만 가능한 ON/OFF 밸브일 수 있으며 상기 제 3 밸브(140)는 개폐율을 조절할 수 밸브일 수 있다.
상기 배관들 중에 적어도 상기 제 1 배관(170a)과 상기 제 2 배관(170b)은 가열수단으로 감싸진다. 상기 가열 수단에 의해 상기 제 1 및 제 2 배관(170a, 170b) 내부의 온도는 적어도 170℃ 이상으로 유지된다. 이로써 상기 냉각 트랩(130)에 도달하기 전 배관 내에 고형 부산물이 부착되지 않도록 하기 위함이다. 상기 모든 배관들이 가열 수단으로 감싸질 수 있다.
도 3을 참조하면, 상기 제 2 배관(170b)은 가열수단(32)으로 둘러싸여져 있 다. 그리고 상기 가열수단(32)과 상기 제 2 배관(170b)를 관통하여 상기 제 2 배관(170b) 안으로 암모니아를 공급하는 제 1 노즐(34)과 사염화티타늄가스를 공급하는 제 2 노즐(36)이 있다. 상기 노즐(34, 36)들은 모두 휘어진 부분을 구비하며, 상기 휘어진 부분과 상기 노즐(34, 36)들의 일 단부들은 상기 제 2 배관(170b) 내에 위치한다. 상기 휘어진 부분의 휘어진 각도(θ1, θ2)는 1~179°일 수 있다. 상기 노즐 (34, 36)들의 단부로부터 상기 휘어진 부분까지에 해당하는 노즐의 길이(L1, L3)와 상기 휘어진 부분에서 상기 제 2 배관(170b)의 내벽까지에 해당하는 노즐의 길이(L2, L4)는 변할 수 있다.
도 2 및 도 3을 참조하면, 상기 공급관(24, 26)을 통해 암모니아와 사염화티타늄 가스가 공급되고 상기 반응 챔버(110) 안에서 하기 화학식 1 및 2의 반응에 의해 티타늄질화막이 형성된다.
[화학식 1]
6 TiCl4 (g) + 8 NH3 (g) → 6 TiN (s) + 24 HCl (g) + N2 (g) (온도:580℃ )
[화학식 2]
6TiCl4(g) + 8NH3(g) → 5TiN(s) + 22HCl(g) + N2(g) + TiCl2NH2(s) (온도:450 ~ 250 ℃ )
부산물인 염화수소 가스와 미반응된 사염화티타늄을 제거하기 위해 상기 노즐(34, 36)을 통해 다시 암모니아가 공급되고 미반응된 암모니아를 제거하기 위해 사염화티타늄이 공급된다. 염화수소와 암모니아는 하기의 화학식 3에 의해 하얀 파우더인 염화암모늄이 된다.
[화학식 3]
NH3 (g) + HCl (g) → NH4Cl (s)
암모니아와 사염화티타늄은 하기의 화학식 4에 의해 노란 파우더인 TiCl4·nNH3로 된다.
[화학식 4]
TiCl4 + n NH3 → TiCl4·nNH3, (n=2~8)
화학식 2의 고형 부산물 TiCl2NH2, 화학식 3의 고형 부산물인 염화암모늄, 그리고 화학식 4의 고형 부산물인 TiCl4·nNH3은 상기 냉각 트랩(130)에서 제거된다.
상기 티타늄질화막 증착 설비에 구비된 배관 시스템에서 상기 노즐(34, 36)이 상기 제 2 배관(170b) 내부로 돌출되어 휘어지므로, 배관 내벽으로부터 멀어지고 부착될 수 있는 표면적이 작아져 고형 부산물이 부착되는 가능성을 낮출 수 있다. 또한 상기 가열수단(32)을 구비하므로 상기 배관들 내부의 온도가 상승하여 고형 부산물이 부착되지 않는다. 이로써 공정 불량을 방지하고 배관 청소시 시간을 절약할 수 있어 생산성을 향상시킬 수 있다.
따라서 본 발명의 배관 시스템 및 이를 구비하는 반도체 제조 장비에 의하면, 상기 배관 내부로 돌출되어 휘어진 노즐과 상기 배관을 감싸는 가열 수단을 구비함으로써, 고형 부산물의 부착을 방지할 수 있다. 이로써 공정 불량을 방지하고 배관 청소시 시간을 절약할 수 있어 생산성을 향상시킬 수 있다.

Claims (13)

  1. 반응 챔버와 진공 펌프를 연결하는 배관;
    상기 배관을 둘러싸는 가열 수단;
    상기 가열수단과 상기 배관을 관통하여 상기 배관 내에 가스를 공급하는 노즐을 구비하되,
    상기 노즐은 상기 배관 내부로 돌출되어 상기 배관 내부 유체의 흐름의 순방향 쪽으로 휘어진 형상을 갖으며, 상기 노즐의 단부와 상기 휘어진 부분이 상기 배관 내에 위치하는 것을 특징으로 하는 배관 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 노즐의 휘어진 각도는 1~179°인 것을 특징으로 하는 배관 시스템.
  3. 반응 챔버;
    상기 반응 챔버로부터 나오는 배기가스에 포함된 고형 부산물을 제거하기 위한 트랩;
    상기 반응 챔버와 상기 트랩을 연결하는 배관;
    상기 배관을 둘러싸는 가열 수단; 및
    상기 가열수단과 상기 배관을 관통하여 상기 배관 내에 가스를 공급하는 적어도 1개의 노즐을 구비하되,
    상기 적어도 1개의 노즐은 상기 배관 내부로 돌출되어 상기 배관 내부 유체의 흐름의 순방향 쪽으로 휘어진 형상을 갖으며, 상기 노즐의 단부와 상기 휘어진 부분이 상기 배관 내에 위치하는 것을 특징으로 하는 반도체 제조 장비.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 노즐의 휘어진 각도는 1~179°인 것을 특징으로 하는 반도체 제조 장비.
  5. 제 3 항에 있어서,
    상기 배기가스는 유해가스를 구비하며,
    상기 노즐을 통해 상기 유해가스를 고형물로 만들기 위한 반응 가스를 공급하는 것을 특징으로 하는 반도체 제조 장비.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 유해가스는 염화수소(HCl)를 포함하며,
    상기 반응 가스는 암모니아(NH3)를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 제조 장비.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 반응 챔버는 티타늄질화막 증착 설비인 것을 특징으로 하는 반도체 제조 장비.
  8. 반응 챔버;
    상기 반응 챔버로부터 나오는 배기가스에 포함된 고형 부산물을 제거하기 위한 트랩;
    상기 반응 챔버와 상기 트랩을 연결하는 제 1 배관;
    상기 제 1 배관을 둘러싸는 제 1 가열 수단;
    상기 배기 가스를 배출하기 위한 펌프;
    상기 펌프와 상기 트랩을 연결하는 제 2 배관;
    상기 제 1 가열수단과 상기 제 1 배관을 관통하여 상기 제 1 배관 내에 가스를 공급하는 적어도 1개의 노즐을 구비하되,
    상기 적어도 1개의 노즐은 상기 제 1 배관 내부로 돌출되어 휘어진 형상을 갖으며휘어진 형상을 갖으며 상기 노즐의 단부와 상기 휘어진 부분이 상기 배관 내에 위치하는 것을 특징으로 하는 반도체 제조 장비.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 제 2 배관을 둘러싸는 제 2 가열 수단을 더 구비하는 것을 특징으로 하는 반도체 제조 장비.
  10. 제 8 항에 있어서,
    상기 노즐의 휘어진 각도는 1~179°인 것을 특징으로 하는 반도체 제조 장비.
  11. 제 8 항에 있어서,
    상기 배기가스는 유해가스를 구비하며,
    상기 노즐을 통해 상기 유해가스를 고형 부산물로 만들기 위한 반응 가스를 공급하는 것을 특징으로 하는 반도체 제조 장비.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 유해가스는 염화수소(HCl)를 포함하며,
    상기 반응 가스는 암모니아(NH3)를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 제조 장비.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 반응 챔버는 티타늄질화막 증착 설비인 것을 특징으로 하는 반도체 제조 장비.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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