KR20190109210A - 증착 공정 및 클리닝 공정을 연동한 하이브리드 스크러버의 운용 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명에 따른 하이브리드 스크러버의 운용 방법에서, 펌핑, 퍼지, 안정화, 증착, 퍼지 및 펌핑을 포함한 6개의 단계를 통하여 증착 공정을 진행하는 단계 및 펌핑, 퍼지, 스트라이킹, 클리닝, 퍼지 및 펌핑을 포함한 6개의 단계를 통하여 클리닝 공정을 진행하는 단계를 포함하고, 상기 하이브리드 스크러버의 동작은, 상기 증착 공정의 안정화와 증착 단계 및 상기 클리닝 공정의 클리닝 단계 상에서만 동작을 하도록 설정함으로써 에너지를 절감하게 하는,화학기상증착 공정 상의 공정 가스를 처리한다.

Description

증착 공정 및 클리닝 공정을 연동한 하이브리드 스크러버의 운용 방법{Method for operating the hybrid scrubber while deposition process and cleaning process are interlocked}

본 발명은 반도체, LCD, LED, OLED, 태양열 집전판 제조 공정 상의 화학 기상 증착, 확산, 에칭 공정 등을 포함한 반도체 공정 전 분야에 적용 가능한 하이브리드 스크러버의 운용 방법에 관한 것이다.

플라즈마로 발생되는 높은 반응성의 화학종들을 이용하여 금속이나 고분자 등의 표면 처리, 실리콘 웨이퍼, 글래스 등 다양한 유전체 식각, 플라즈마 화학기상증착 기술은 널리 공지되어 있다.

공정의 미세화, 저온화의 필요성에 따라 공업적으로 활발히 이용되고 있는 것은 주로 대기압 저온 플라즈마로서, 반도체 공정에서의 식각과 증착, 금속이나 고분자의 표면처리 및 신물질의 합성 등에 유용하게 이용되고 있다.

플라즈마는 진공 또는 대기압에서 발생될 수 있으며, 그 온도에 따라 평균온도가 수만 도에 달하고 이온화 정도가 높은 고온 플라즈마와 평균온도가 상온보다 약간 높고 이온화 정도가 미약한 저온 플라즈마로 구분할 수 있다.

여기에서 각종 반도체 디바이스의 제조나 액정의 제조에 있어서 사용 후 배출되는 가스는 독성이나 가연성이 있어 인체에 미치는 영향이 크고 또한 지구 온난화에 크게 영향을 미치기 때문에 이러한 유해가스를 최대한 처리한 후 배출시킬 필요가 있다.

한편, 근래에 반도체 디바이스의 제조 공정에서 사용되는 가스를 그 공정별로 살펴보면 다음과 같다.

먼저, 에칭(etching) 공정에서는 주로 실리콘 옥사이드(silicon oxide), 실리콘 나이트라이드(silicon nitride) 및 폴리 크리스탈린 실리콘(polycrystalline silicon)을 에칭하는데 사용되는 CF4, SF6, CHF3, C2F6, SiF4, F2, HF, NF3 등의 플루오린 가스(fluorine gas)들과, 알루미늄과 실리콘을 에칭하는데 사용되는 Cl2, HCl, BCl3, SiCL4, CCl4, CHCl3 등의 클로라인 가스(chlorine gas)들과, 트렌치에칭(trench-etch) 또는 Cl2 와 함께 알루미늄의 에칭공정에 사용되는 HBr, Br2 등의 브로마인 가스(bromine gas)들이 있고, 다음 화학증착(CVD, Chemical Vapor Deposition)공정에서는 흔히 Silane, N2 및 NH3가 챔버 내에 투입되어 사용된다.

특히, PECVD 공정에서는 챔버 내를 세정하기 위해 PFC 또는 ClF3가 사용되며 이 때 SiF4를 생성할 수 있다. 이러한 가스들은 유독성, 부식성, 산화성이 강하여 그대로 배출될 경우에는 인체, 지구 환경은 물론 생산설비 자체에도 많은 문제점을 일으킬 염려가 있다.

종래에는 반도체 공정 장비에서 발생된 모든 가스가 스크러버로 유입되기 때문에 처리 가스량의 증가 요인이 되어 결과적으로 에너지 효율이 악화하는 요인이 된다.

반도체 제조 공정 중 웨이퍼 상에 폴리 실리콘막을 증착시키기 위한 설비에서 증착 공정의 수행시 발생되는 유독성 가스를 안전하게 사전 반응 없이 처리하고, 공정 수행 후 챔버 내벽에 남아있는 오염원을 제거하기 위해 유독성 가스를 이용한 크리닝 공정시 발생되는 유독성 가스를 처리하기 위한 장치로 건식 스크러버 장치가 사용되고 있다.

기존에는 반도체 공정 상에서 증착 가스와 클리닝 가스를 혼합 처리하는 과정에서 NOx, CF4, SiF4 등과 같은 2차 반응 부산물이 생성된다. 또한, 가스를 용해시켜 배출하는 방식이므로 강산 또는 강염산 폐수를 발생시켜 2차 수처리 장치가 필요하게 되고, 드레인 라인의 부식 및 막힘이 발생한다.

상기의 내용으로 인하여 스크러버 내부의 반응기 상에서는 구성품의 부식으로 인하여 2달 내지 12달에 걸쳐 주기적인 교체가 필요하고, 소요되는 에너지의 경우에 10kw 내지 12kw 정도 발생하게 된다.

한편, 반응기 내부의 온도를 보면 Burn-wet 타입은 800C 내지 1500C이고, Plasma 타입은 약 10,000C 정도로 Thermal Nox 발생의 원인이 된다.

상기와 같은 가스들은 반도체 제조장치 내에 주입되어 에칭이나 CVD 공정 등에 사용된 후에 배출되는데, 그 배기가스에는 미반응 가스가 극소량 함유되어 있다. 종래에는 이러한 미반응 가스가 함유되어 있는 배기가스를 그대로 대기 중으로 배출해 왔으나, 전술한 문제로 인해 현재에는 가스 스크러버를 사용하여 반도체 제조공정 등에서 배출되는 가스를 처리함으로써 인체에 미치는 영향이나 지구 온난화에 미치는 영향을 최소화하려는 추세에 있다.

반도체 디바이스의 제조공정에서 사용되는 공정 가스 중 TEOS는 일반적으로 공정 챔버 상에서 60% 정도 소모한 상태에서 잔류량인 40% 중의 90%는 별도의 트랩을 통해 제거한 상태에서 스크러버로 투입된다. 한편, 클리닝용 가스인 NF3는 대부분 값싼 약제인 Ca(OH)2 로 처리 가능하다.

상기와 같이, 스크러버에서 처리해야 하는 실제적인 공정가스량은 상당히 작은 상태에서, 모든 가스를 단일한 스크러버에서 공정을 수행하는 경우의 문제점이 있게 된다.

기존의 대한민국 공개특허 10-2010-0126167호(플라즈마 가스 스크러버 장치)를 참조하면, 플라즈마를 이용하여 미반응 가스 등을 처리하는 기술을 제공하지만, 실제 진공 상태에서 운전되는 반도체 공정 장치의 챔버와 직접 연결된 플라즈마 스크러버에서 스크러버 작동시 배관 압력 변화로 공정에 영향이 발생하는 문제가 있고, 아울러 플라즈마 점화시 불가피한 점화 시간 지연으로 인하여 처리되지 않는 PFC 등과 같은 미반응 가스가 배출되는 문제가 있다.

(특허문헌 1) KR 10-2010-0126167호 A

본 발명의 목적은 반도체 공정 단계를 연동하여 2차 반응 부산물의 발생을 방지하는 것과 동시에 에너지 절감을 가능하게 하는 하이브리드 스크러버의 운용 방안을 제공하는 것이다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 하이브리드 스크러버의 운용 방법에서, 펌핑, 퍼지, 안정화, 증착, 퍼지 및 펌핑을 포함한 6개의 단계를 통하여 증착 공정을 진행하는 단계 및 펌핑, 퍼지, 스트라이킹, 클리닝, 퍼지 및 펌핑을 포함한 6개의 단계를 통하여 클리닝 공정을 진행하는 단계를 포함하고, 상기 하이브리드 스크러버의 동작은, 상기 증착 공정의 안정화와 증착 단계 및 상기 클리닝 공정의 클리닝 단계 상에서만 동작을 하도록 설정함으로써 에너지를 절감하게 하는, 화학기상증착 공정 상의 공정 가스를 처리한다.

상기 증착 공정의 퍼지, 안정화, 증착, 퍼지 단계에서는 각각 O2 8000 sccm 및 He 10000 sccm 의 가스량을 투입하고, 안정화 단계에서는 TEOS 950 sccm 를 발산하고, 증착 단계에서는 TEOS 950 sccm 를 챔버로 공급하며, 상기 클리닝 공정의 퍼지, 스트라이킹, 클리닝, 퍼지 단계에서는 각각 Ar 1900 sccm의 가스량을 투입하고, 상기 클리닝 단계에서는 NF3 1000 sccm 를 투입한다.

상술한 바와 같이 본 발명은 반도체 공정 챔버에서 이루어지는 증착 공정 및 클리닝 공정을 연동함으로써 공정 가스와 클리닝 가스의 혼합으로 인한 2차 반응 부산물의 발생을 방지하는 것과 동시에 에너지 절감을 가능하게 한다. 특히, 스크러버의 평균 소비 전력을 약 40% 절감한다.

도 1은 본 발명에 따라 하이브리드 스크러버의 운용 방법을 적용하기 위하여 공정 시간을 중심으로 하여 증착 공정 및 클리닝 공정을 구체적인 표로 나타낸 것을 보인다.
도 2는 도 1의 공정을 도입한 상태에서 기존에 비해 저감된 스크러버의 에너지 소모 상태를 보인다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 더욱 상세히 설명하기로 한다. 그러나, 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다. 도면 상에서 동일 부호는 동일한 요소를 지칭한다.

이하, 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 따라 평균 소비 전력을 저감한 하이브리드 스크러버의 운용 방법을 설명한다.

도 1을 참조하여 본 발명에 따른 하이브리드 스크러버의 운용 방법을 적용하기 위하여 공정 시간을 중심으로 하여 증착 공정 및 클리닝 공정을 설명한다.

도 1의 상부 도표는 증착 공정을 세부적으로 나타낸다.

펌핑(pump), 퍼지(purge), 안정화(stabilization), 증착(deposition), 퍼지(purge) 및 펌핑(pump)을 포함한 6개의 단계를 통하여 진행한다. 구체적으로, 상기 단계들은 각각 5, 10, 10, 40, 10, 10 초의 시간을 경과하면서 진행한다.

여기에서, 상기 퍼지, 안정화, 증착, 퍼지 단계에서는 각각 O2 8000 sccm 및 He 10000 sccm 의 가스량을 투입하고, 안정화 단계에서는 TEOS 950 sccm 를 발산하고, 증착 단계에서는 TEOS 950 sccm 를 챔버로 보내게 한다.

도 1의 하부 표는 클리닝 공정을 세부적으로 나타낸다.

펌핑, 퍼지, 스트라이킹, 클리닝, 퍼지 및 펌핑을 포함한 6개의 단계를 통하여 진행한다. 구체적으로, 상기 단계들은 각각 5, 10, 1, 30, 10, 10 초의 시간을 경과하면서 진행한다.

여기에서, 상기 퍼지, 스트라이킹, 클리닝, 퍼지 단계에서는 각각 Ar 1900 sccm의 가스량을 투입하고, 클리닝 단계에서는 NF3 1000 sccm 를 투입한다.

한편, 증착 공정 및 클리닝 공정을 완료한 직후에는 웨이퍼 교환 공정을 신속히 진행한다.

상기의 전체적인 공정을 통한 총 공정 시간은 150 초이고, 이중에서 스크러버의 동작시간은 80초로 설정된다. 상기 스크러버의 동작은 증착 공정의 안정화와 증착 단계 및 클리닝 공정의 클리닝 단계를 포함한다.

즉, 기존에 증착 공정 및 클리닝 공정을 진행하는 경우에 스크러버의 동작을 중단 없이 행하던 것에서 탈피하고, 처리가스가 유입되는 구체적인 세부 단계에서만 스크러버의 작동을 가능하게 하는 것으로 함으로써 약 40%의 에너지 절감을 가능하게 한다.

도 2는 도 1의 공정을 도입한 상태에서 기존에 비해 저감된 스크러버의 에너지 소모 상태를 보인다.

즉, 공정 챔버 상에서 증착 및 클리닝 단계가 행해지는 구체적인 시점에서만 기설정된 필요한 정도의 전력으로만 작동을 하게 함으로써 약 40%의 에너지 절감을 가능하게 한다.

상술한 바와 같이 본 발명은 반도체 공정 챔버에서 이루어지는 증착 공정 및 클리닝 공정을 연동함으로써 공정 가스와 클리닝 가스의 혼합으로 인한 2차 반응 부산물의 발생을 방지하는 것과 동시에 에너지 절감을 가능하게 한다. 특히, 스크러버의 평균 소비 전력을 약 40% 절감한다.

이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

Claims (2)

1. 화학기상증착 공정 상의 공정 가스를 처리하는 하이브리드 스크러버의 운용 방법에 있어서,
   상기 화학기상증착 공정은,
   펌핑, 퍼지, 안정화, 증착, 퍼지 및 펌핑을 포함한 6개의 단계를 통하여 증착 공정을 진행하는 단계 및
   펌핑, 퍼지, 스트라이킹, 클리닝, 퍼지 및 펌핑을 포함한 6개의 단계를 통하여 클리닝 공정을 진행하는 단계를 포함하고,
   상기 하이브리드 스크러버의 동작은,
   상기 증착 공정의 안정화와 증착 단계 및 상기 클리닝 공정의 클리닝 단계 상에서만 동작을 하도록 설정함으로써 에너지를 절감하게 하는,
   하이브리드 스크러버의 운용 방법.
   
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 증착 공정의 퍼지, 안정화, 증착, 퍼지 단계에서는 각각 O2 8000 sccm 및 He 10000 sccm 의 가스량을 투입하고, 안정화 단계에서는 TEOS 950 sccm 를 발산하고, 증착 단계에서는 TEOS 950 sccm 를 챔버로 공급하며,
   상기 클리닝 공정의 퍼지, 스트라이킹, 클리닝, 퍼지 단계에서는 각각 Ar 1900 sccm의 가스량을 투입하고, 상기 클리닝 단계에서는 NF3 1000 sccm 를 투입하는,
   하이브리드 스크러버의 운용 방법.

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