WO2020235873A1 - 반도체 제조설비용 배기관 내 파우더 침적 방지 장치, 이를 구비하는 배기 장비 및 이를 이용한 배기관 내 파우더 침적 방지 방법 - Google Patents

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

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exhaust
exhaust pipe
powder
plasma
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배진호
김우태
이유진
김형준
이종택
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(주)엘오티씨이에스
(주)엘오티베큠
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    • H01L21/67011—Apparatus for manufacture or treatment
    • H01L21/67017—Apparatus for fluid treatment

Definitions

  • the present invention relates to a semiconductor manufacturing facility technology, and more particularly, to a technology for preventing powder from being deposited in an exhaust pipe through which residual gas of a process chamber is discharged.
  • Semiconductor devices are manufactured by repeatedly performing processes such as photolithography, etching, diffusion, and metal deposition on a wafer in a process chamber.
  • various process gases are used, and after the process is completed, residual gas exists in the process chamber.Since the residual gas in the process chamber contains toxic components, it is discharged by a vacuum pump and It is purified by an exhaust gas treatment device.
  • the powder is deposited in the exhaust pipe connecting the process chamber and the scrubber.
  • TiN titanium nitride
  • TiCl 4 titanium tetrachloride
  • NH 3 ammonia
  • the resulting powders are not only residual TiN powder that is discharged without being deposited on the wafer in the TiN process, but also ammonium chloride (NH 4 Cl) powder and TiCl 4 ⁇ nNH 3 powder.
  • Ammonium chloride (NH 4 Cl) powder is produced by reacting ammonia (NH 3 ) gas and hydrogen chloride (HCl) gas contained in exhaust gas discharged from the process chamber during the TiN process, and hydrogen chloride (HCl) gas at a specific temperature or higher. And ammonia (NH 3 ) It is decomposed into gas and exists in a gaseous state, but as the temperature in the exhaust pipe decreases, ammonium chloride (NH 4 Cl) powder is produced below a certain temperature.
  • TiCl 4 nNH 3 powder is produced by reacting titanium tetrachloride (TiCl 4 ) gas and ammonia (NH 3 ) gas contained in the exhaust gas discharged from the process chamber during the TiN process, and exists in a gaseous state above a certain temperature. As the temperature in the exhaust pipe decreases, it exists as a powder below a certain temperature.
  • TiCl 4 titanium tetrachloride
  • NH 3 ammonia
  • the technical object of the present invention is to provide a device for preventing powder deposition in an exhaust pipe that prevents powder from being deposited in an exhaust pipe through which residual gas of a process chamber is discharged in a semiconductor manufacturing facility, an exhaust equipment having the same, and a method for preventing powder deposition in an exhaust pipe using the same. Is to do.
  • an apparatus for preventing powder from being deposited in an exhaust pipe through which exhaust gas discharged from a process chamber of a semiconductor manufacturing facility flows it is included in the exhaust gas.
  • a plasma treatment region in which a plasma reaction occurs is formed, and ammonia (NH 3 ) contained in the exhaust gas using the plasma reaction
  • ammonia (NH 3 ) contained in the exhaust gas using the plasma reaction By decomposing the gas, nitrogen (N 2 ) gas, hydrogen (H 2 ) gas, excited nitrogen atom (N * ), excited hydrogen atom (H * ), hydrazine (N 2 H 4 ) gas, diazine (N 2) H 2 )
  • a device for preventing powder deposition in an exhaust pipe that changes into a mixed gas containing gas.
  • an exhaust pipe through which exhaust gas discharged from a process chamber of a semiconductor manufacturing facility flows; A vacuum pump for generating pressure so that the exhaust gas flows in the exhaust pipe; And a powder deposition preventing device for preventing powder from being deposited in the exhaust pipe, wherein the powder deposition preventing device prevents the generation of powder in the exhaust pipe by ammonia (NH 3 ) gas contained in the exhaust gas
  • a plasma treatment region in which a plasma reaction occurs is formed, and ammonia (NH 3 ) gas contained in the exhaust gas is decomposed by using the plasma reaction, and nitrogen (N 2 ) gas, hydrogen (H 2 ) gas, excitation Exhaust equipment for semiconductor manufacturing facilities that converts into a mixed gas containing nitrogen atom (N * ), excited hydrogen atom (H * ), hydrazine (N 2 H 4 ) gas, and diazine (N 2 H 2 ) gas.
  • a TiN process step of performing a TiN process of depositing TiN generated by reacting a TiCl 4 gas and an NH 3 gas in a process chamber is performed;
  • a second plasma treatment step in which a plasma treatment region is formed in the chamber exhaust pipe to generate a second thermal reaction wherein in
  • ammonium chloride powder in the exhaust pipe is decomposed into hydrogen chloride gas, nitrogen gas and hydrogen gas, and ammonia gas is decomposed into nitrogen gas and hydrogen gas, so that ammonium chloride powder is not regenerated.
  • the deposition of ammonium powder is essentially prevented.
  • the ammonium chloride (NH 4 Cl) powder and the TiCl 4 ⁇ nNH 3 powder are respectively hydrogen chloride (HCl) gas and ammonia (NH 3 ) by a thermal reaction by a DC plasma torch. It is decomposed into gas, TiCl 4 gas and ammonia (NH 3 ) gas, and additionally, ammonia gas, which is the cause of formation of ammonium chloride (NH 4 Cl) powder and TiCl 4 ⁇ nNH 3 powder, is generated by plasma by a DC plasma torch.
  • decomposition into hydrogen gas deposition of ammonium chloride powder and TiCl 4 ⁇ nNH 3 powder in the exhaust pipe can be fundamentally prevented.
  • TiF 4 powder and ClF 3 gas discharged during the cleaning process of the process chamber used in the TiN process are reacted by plasma by a DC plasma torch to be treated in the form of TiCl 4 gas and fluorine (F 2 ) gas.
  • FIG. 1 is a diagram showing a schematic configuration of a semiconductor manufacturing facility in which an exhaust equipment having an apparatus for preventing powder deposition in an exhaust pipe according to the present invention is installed.
  • FIG. 2 is a longitudinal sectional view showing an embodiment of the first powder deposition preventing device shown in FIG.
  • FIG. 3 is a view showing another embodiment of the first powder deposition preventing device shown in FIG.
  • FIG. 4 is a view showing another embodiment of the first powder deposition preventing device shown in FIG.
  • FIG. 5 is a diagram schematically illustrating an action of preventing powder deposition in an exhaust pipe by the first powder deposition preventing device shown in FIG. 1.
  • FIG. 6 is a diagram schematically illustrating an action of preventing powder deposition in an exhaust pipe by the second powder deposition preventing device shown in FIG. 1.
  • FIG. 7 is a flowchart illustrating a method of preventing powder deposition in an exhaust pipe according to an embodiment of the present invention using the exhaust equipment shown in FIG. 1.
  • a semiconductor manufacturing facility includes a process chamber (C) in which a semiconductor manufacturing process using various process gases is performed, a scrubber (S) for processing exhaust gas discharged from the process chamber (C), and a process chamber ( It includes an exhaust equipment 100 according to an embodiment of the present invention for discharging the residual gas of C) and moving it to the scrubber (S).
  • the process chamber C a semiconductor manufacturing process using various process gases is performed.
  • a TiN process in which titanium nitride (TiN) generated by reacting titanium tetrachloride (TiCl 4 ) gas and ammonia (NH 3 ) gas in the process chamber (C) is deposited on a wafer using chemical vapor deposition (CVD).
  • the process chamber C includes all types of process chambers in which a conventional TiN process is performed. After the TiN process, residual gas including TiCl 4 gas, NH 3 gas, HCl gas, and N 2 gas and residual TiN powder not deposited on the wafer remains in the process chamber C.
  • the scrubber S processes the exhaust gas discharged from the process chamber C by the exhaust equipment 100.
  • the scrubber S includes all types of scrubbers commonly used for treating exhaust gas in the field of semiconductor manufacturing equipment technology.
  • the exhaust equipment 100 discharges the residual gas in the process chamber C and moves it to the scrubber S.
  • the exhaust equipment 100 includes an exhaust pipe 101 connecting the process chamber C and the scrubber S, and a vacuum pump 105 installed on the exhaust pipe 101 to discharge gas from the process chamber C.
  • the first powder deposition prevention device 110 according to an embodiment of the present invention that is installed on the exhaust pipe 101 to prevent powder deposition in the exhaust pipe 101, and the exhaust pipe 101 is installed on the exhaust pipe 101
  • the second powder deposition prevention device 140 according to an embodiment of the present invention to prevent the deposition of the powder inside, the powder collection trap 150 installed on the exhaust pipe 101 to collect the powder, and the powder collection trap 150 ) And a trap plasma apparatus 160 for plasma treatment of the powder collected in).
  • the exhaust pipe 101 connects the process chamber C and the scrubber S.
  • the residual gas in the process chamber 101 is discharged from the process chamber 101 and moves to the scrubber S through the exhaust pipe 101.
  • a vacuum pump 105 is installed on the exhaust pipe 101.
  • the exhaust pipe 101 includes a chamber exhaust pipe 102 that connects the process chamber 101 and the vacuum pump 105, and a pump exhaust pipe 103 that connects the vacuum pump 105 and the scrubber S.
  • a first powder deposition preventing device 110 is installed on the pump exhaust pipe 103, and a second powder deposition preventing device 140 and a powder collecting trap 150 are installed on the pump exhaust pipe 103.
  • the vacuum pump 105 creates a negative pressure in the chamber exhaust pipe 102 to discharge the residual gas of the process chamber C. Since it includes a configuration of a vacuum pump commonly used in the field of semiconductor manufacturing equipment technology, a detailed description thereof Is omitted.
  • the first powder deposition prevention device 110 is installed on the pump exhaust pipe 103 and decomposes ammonia (NH 3 ) gas, which is the cause of the formation of ammonium chloride (NH 4 Cl) powder, using a plasma reaction, and thus the pump exhaust pipe 103 ) To prevent deposition of ammonium chloride (NH 4 Cl) powder.
  • an embodiment of the first powder deposition preventing device 110 is shown as a longitudinal cross-sectional view. 2
  • the first powder deposition prevention device 110 according to an embodiment of the present invention includes an exhaust gas inlet 121 through which exhaust gas is introduced through a pump exhaust pipe (103 in FIG.
  • a plasma discharge unit 123 located downstream of 121 and in which plasma discharge occurs, a gas introduction flow path 124 for introducing exhaust gas introduced through the exhaust gas inlet 121 to the plasma discharge unit 123, and a plasma room It is located downstream from the front part 123 and has an exhaust gas outlet 129 connected to the pump exhaust pipe (103 in FIG. 1).
  • the exhaust gas inlet 121 is located at the front end of the first powder deposition preventing device 110, and exhaust gas is introduced into the gas introduction passage 124 through the exhaust gas inlet 121.
  • the exhaust gas introduced through the exhaust gas inlet 121 is a residual gas generated in the process chamber C, and includes hydrogen chloride (HCl) gas and ammonia (NH 3 ) gas, and the exhaust gas includes ammonium chloride ( NH 4 Cl) powder may be further included together.
  • the plasma discharge unit 123 is located downstream from the exhaust gas inlet 121 and generates a plasma discharge for a plasma reaction.
  • the plasma discharge unit 123 includes an ignition electrode 130 installed in the discharge space 122.
  • the discharge space 122 has a generally horizontally extending cylindrical shape, and an ignition electrode 130 is installed in the discharge space 122, and the discharge space 122 includes an exhaust gas discharge port 129 at a rear end in the flow direction of the exhaust gas. Communicate. Exhaust gas flows into the discharge space 122 from the gas introduction flow path 124. Plasma discharge occurs by the ignition electrode 130 in the discharge space 122, and ammonia (NH 3 ) gas and ammonium chloride (NH 4 Cl) powder are decomposed by a plasma reaction by the plasma discharge.
  • NH 3 ammonia
  • NH 4 Cl ammonium chloride
  • the exhaust gas communicates with the gas introduction flow path 124 and flows into the discharge space 122 through a plurality of exhaust gas injection ports 125 located on the inner circumferential surface of the discharge space 122, although not shown, Each of the gas injection ports 125 extends out of the central axis of the discharge space 122 so that the exhaust gas flowing into the discharge space 122 forms a swirl.
  • the plasma reaction section may be uniformly formed by the exhaust gas swirling in the discharge space 122.
  • ignition gas nitrogen gas (N 2 ) in this embodiment
  • the ignition gas inlet 127 is also configured to form a swirl in the discharge space 122.
  • the ignition electrode 130 is located at the center of the discharge space 122 to generate plasma discharge.
  • plasma discharge is generated by applying a low-power DC power to the ignition electrode 130, but the present invention is not limited thereto.
  • Plasma is strongly formed at the end of the ignition electrode 130 by plasma discharge by the ignition electrode 130, and ammonia (NH 3 ) gas and ammonium chloride (NH 4 Cl) powder are decomposed around the ignition electrode 130 A first plasma processing region ('A1' in FIG. 5) is formed.
  • the gas introduction passage 124 moves the exhaust gas introduced through the exhaust gas inlet 121 outward in the circumferential direction of the discharge space 122.
  • the exhaust gas that has moved outward in the circumferential direction of the discharge space 122 by the gas introduction flow path 124 is injected into the discharge space 122 through the exhaust gas inlet 125 to form a swirl.
  • the exhaust gas outlet 129 is located downstream of the plasma discharge unit 123 and is connected to the discharge space 122.
  • the exhaust gas discharge port 129 is connected to the pump exhaust pipe (103 of FIG. 1), and the plasma-treated exhaust gas is discharged to the pump exhaust pipe (103 of FIG. 1) through the exhaust gas discharge port 129.
  • the rear end of the exhaust gas outlet 129 may be configured by continuously connecting a catalytic processing unit that processes harmful gas contained in the exhaust gas using a catalyst.
  • the first powder deposition prevention apparatus 210 includes a DC plasma torch 220 and a connection pipe 230 connecting the pump exhaust pipe 103 and the DC plasma torch 220.
  • the DC plasma torch 220 has a conventional structure in which a high-pressure DC voltage is applied between the two electrodes to supply a discharge gas between the two electrodes to generate a plasma jet (J), so the specific configuration of the DC plasma torch 220 A description of is omitted.
  • the DC plasma torch 220 is positioned to be spaced apart from the side of the pump exhaust pipe 103 and is connected to the pump exhaust pipe 103 by a connection pipe 230.
  • the DC plasma torch 220 is disposed so that the plasma jet J formed by the DC plasma torch 220 faces the pump exhaust pipe 103.
  • the connection pipe 230 connects the DC plasma torch 220 and the pump exhaust pipe 103 and extends substantially perpendicular to the pump exhaust pipe 103.
  • the plasma jet J formed by the DC plasma torch 220 through the connection pipe 230 is guided to the pump exhaust pipe 103.
  • the first plasma treatment region in which ammonia (NH 3 ) gas and ammonium chloride (NH 4 Cl) powder are decomposed in a portion connected to the connection pipe 230 in the pump exhaust pipe 103 by the plasma jet J (Fig. 'A1') is formed.
  • the first powder deposition prevention apparatus 310 includes a DC plasma torch 320 and a connection pipe 330 connecting the pump exhaust pipe 103 and the DC plasma torch 320.
  • the pump exhaust pipe 103 includes a first pipe portion 103a and a second pipe portion 103b that are sequentially positioned along the flow direction of the exhaust gas.
  • the first pipe part 103a and the second pipe part 103b are connected in a bent state, and in this embodiment, the first pipe part 103a extends in the vertical direction and the second pipe part 103b is in the horizontal direction.
  • the first pipe part 103a extends in the vertical direction and the second pipe part 103b is in the horizontal direction.
  • the DC plasma torch 320 has a conventional structure in which a high-pressure DC voltage is applied between the two electrodes to supply a discharge gas between the two electrodes to generate a plasma jet (J), so the specific configuration of the DC plasma torch 320 A description of is omitted.
  • the DC plasma torch 320 is located on an extension line of the second pipe part 103b and is spaced apart from the rear of the second pipe part 103b, and the first pipe part 103a and the second pipe part by the connection pipe 330 (103b) is connected to the connected part.
  • the DC plasma torch 320 is disposed so that the plasma jet J formed by the DC plasma torch 320 faces the portion where the first pipe portion 103a and the second pipe portion 103b are connected.
  • connection pipe 330 is disposed on the same axis as the second pipe part 103b and extends in a straight line, and connects the DC plasma torch 320 and the second pipe part 103b. That is, the connection pipe 330 is to the rear of the second pipe portion 103b along the extension axis of the second pipe portion 103b from the portion where the first pipe portion 103a and the second pipe portion 103b are connected. It is a structure in which a DC plasma torch 320 is coupled to the end of the connection pipe 330 and is disposed substantially horizontally. The plasma jet J formed by the DC plasma torch 320 through the connection pipe 330 is guided toward the second pipe portion 130b.
  • ammonia (NH 3 ) gas and ammonium chloride (NH 4 Cl) powder are decomposed at a portion where the first pipe part 103a and the second pipe part 103b are connected by a plasma jet (J) ('A1' in Fig. 5) is formed.
  • the pump exhaust pipe 103 contains hydrogen chloride (HCl) gas, ammonia (NH 3 ) gas, and ammonium chloride (NH 4 Cl) powder introduced from the upstream side. , Passing through the first plasma processing region A1 formed by 210 of FIG. 3 or 310 of FIG. 4.
  • HCl hydrogen chloride
  • NH 3 ammonia
  • NH 4 Cl ammonium chloride
  • Hydrogen chloride (HCl) gas passes through the first plasma treatment region A1 without change, and ammonia (NH 3 ) gas is decomposed by plasma reaction in the first plasma treatment region A1 as shown in [Reaction Formula 1] (N 2 ) gas, excited nitrogen atom (N * ), hydrogen (H 2 ) gas, excited hydrogen atom (H * ), hydrazine (N 2 H 4 ) gas, diazene ) (N 2 H 2 ) It changes to a mixed gas containing gas and passes through the first plasma treatment region A1.
  • the ammonium chloride (NH 4 Cl) powder is decomposed by the thermal reaction and plasma reaction in the first plasma treatment region (A1), and thus hydrogen chloride (HCl) gas, nitrogen (N 2 ) gas, and excited nitrogen atoms (N * ), hydrogen (H 2 ) gas, excited hydrogen atom (H * ), hydrazine (N 2 H 4 ) gas, diazene (N 2 H 2 ) gas. Thus, it passes through the first plasma processing region A1.
  • the decomposition of ammonium chloride (NH 4 Cl) powder in the first plasma treatment region A1 will be described step by step as follows.
  • Ammonium chloride (NH 4 Cl) powder is decomposed into hydrogen chloride (HCl) gas and ammonia (NH 3 ) gas by heat generated by plasma discharge in the first plasma treatment area (A1) (NH 4 Cl ⁇ HCl (g) + NH 3 (g)), and the ammonia (NH 3 ) gas generated by the thermal reaction is immediately decomposed as in [Scheme 1] by the plasma reaction in the first plasma treatment region A1, and nitrogen (N 2 ) Gas, excited nitrogen atom (N * ), hydrogen (H 2 ) gas, excited hydrogen atom (H * ), hydrazine (N 2 H 4 ) gas, diazene ( N 2 H 2 ) It changes to a gas mixture.
  • ammonia (NH 3 ) gas does not exist, The formation of ammonium chloride (NH 4 Cl) powder, which causes powder deposition in the exhaust pipe, is fundamentally prevented.
  • a catalyst is used in a high temperature and high pressure environment (e.g., Fe x O y at 530°C and 290 atm). Because it must be a catalyst), it is impossible to generate ammonia (NH 3 ) gas by reacting nitrogen (N 2 ) gas and hydrogen (H 2 ) gas in the pump exhaust pipe 103.
  • the first anti-deposition devices 110, 210, 310 are installed on the pump exhaust pipe 103 so as to be positioned as close as possible to the vacuum pump 105.
  • the first powder deposition prevention device (110, 210, 310) is installed on the pump exhaust pipe (103) is not only located in the middle of the pump exhaust pipe (103), it is connected to the front end of the pump exhaust pipe (103). It also means a case where it is installed so as to be connected to the rear end of the pump exhaust pipe 103.
  • the first powder deposition preventing device 110, 210, 310 When the first powder deposition preventing device 110, 210, 310 is installed to be connected to the front end of the pump exhaust pipe 103, the first powder deposition preventing device 110, 210, 310 is at the rear end of the vacuum pump 105 Can be connected.
  • the first powder deposition preventing device 110, 210, 310 may be integrally manufactured with the vacuum pump 105 so as to be connected to the rear end of the vacuum pump 105, which also falls within the scope of the present invention.
  • the second powder deposition prevention device 140 is installed on the chamber exhaust pipe 102 to use a plasma reaction to generate ammonium chloride (NH 4 Cl) powder and ammonia (NH 3 ) gas, which is the cause of the formation of TiCl 4 ⁇ nNH 3 powder. By decomposition, ammonium chloride (NH 4 Cl) powder and TiCl 4 ⁇ nNH 3 powder are prevented from being deposited in the chamber exhaust pipe 102.
  • the configuration of the first powder deposition preventing device (110 of FIG. 2, 210 of FIG. 3, and 310 of FIG. 4) described above may be used in the same manner.
  • the second powder deposition preventing device 140 forms a second plasma treatment region ('A2' in FIG. 6) in the chamber exhaust pipe 102.
  • FIG. 6 is a diagram schematically illustrating an action of the second powder deposition preventing device (140 in FIG. 1) by a plasma reaction.
  • TiCl 4 ⁇ nNH 3 powder, nitrogen (N 2 ) gas, TiN powder, and TiCl 4 gas introduced from the upstream side are a second powder deposition prevention device (140 in FIG. 1). It passes through the second plasma processing region A2 formed by Nitrogen (N 2 ) gas, TiN powder, and TiCl 4 gas pass through the second plasma treatment region A2 without change.
  • TiCl 4 ⁇ nNH 3 powder is decomposed by thermal reaction and plasma reaction in the second plasma treatment area (A2), so that TiCl 4 gas, nitrogen (N 2 ) gas, excited nitrogen atom (N * ), hydrogen (H 2 ) Gas, excited hydrogen atom (H * ), hydrazine (N 2 H 4 ) gas, diazene (N 2 H 2 ) changed to a mixed gas containing gas and the second plasma It passes through the processing area A2.
  • the decomposition of TiCl 4 ⁇ nNH 3 powder in the second plasma treatment region A2 will be described step by step as follows.
  • TiCl 4 ⁇ nNH 3 powder is second due to the heat generated by a plasma discharge in a plasma processing area (A2) is decomposed into decomposed into TiCl 4 gas and ammonia (NH 3) gas, the ammonia produced by the heat reaction (NH 3 )
  • the gas is decomposed as shown in [Reaction Formula 1] by the plasma reaction in the second plasma processing region (A2) immediately, so that nitrogen (N 2 ) gas, an excited nitrogen atom (N * ), and hydrogen (H 2) ) Gas, excited hydrogen atom (H * ), hydrazine (N 2 H 4 ) gas, diazene (N 2 H 2 ) changes to a gas mixture containing gas.
  • hydrogen chloride (HCl) gas, ammonia (NH 3 ) gas, and ammonium chloride (NH 4 Cl) powder introduced from the upstream side of the chamber exhaust pipe 102 also form the second plasma treatment region A2.
  • hydrogen chloride (HCl) gas passes through the second plasma treatment region A2 without change, and ammonia (NH 3 ) gas and ammonium chloride (NH 4 Cl) powder are as in the first plasma treatment region A1. Disintegrates.
  • ammonia (NH 3 ) gas does not exist, The formation of ammonium chloride (NH 4 Cl) powder and TiCl 4 ⁇ nNH 3 powder, which are the causes of powder deposition in the exhaust pipe, is fundamentally prevented.
  • a catalyst is used in a high temperature and high pressure environment (e.g., Fe x O y at 530°C and 290 atm). Because it must be a catalyst), it is impossible to produce ammonia (NH 3 ) gas by reacting nitrogen (N 2 ) gas and hydrogen (H 2 ) gas in the chamber exhaust pipe 102.
  • the powder collection trap 150 is installed on the chamber exhaust pipe 102 below the second plasma treatment area A2 to collect powder including TiN powder, and prevents the powder from flowing into the vacuum pump 105.
  • the powder collecting trap 150 may be a commonly used one (eg, a particle collecting device described in Korean Patent No. 10-1480237), a detailed description thereof will be omitted.
  • the powder collecting trap 150 is installed to be located downstream of the second plasma processing area A2, but unlike this, it may be installed to be located upstream of the second plasma processing area A2. 2
  • a plurality of pieces may be provided so as to be located both upstream and downstream of the plasma treatment region A2, and this is also within the scope of the present invention.
  • the trap plasma apparatus 160 is installed in the powder collection trap 150 to remove the powder collected and accumulated in the powder collection trap 150 by plasma treatment.
  • the trap plasma device 160 is a configuration using a DC plasma torch, such as the first powder deposition preventing device 210 shown in FIG. 3.
  • a method for preventing powder deposition in an exhaust pipe according to an embodiment of the present invention includes a TiN process step (S10) in which a TiN process is performed in a process chamber (C of FIG. 1) and a TiN process step (S10). After the TiN process by the first exhaust step (S20) of exhausting the residual gas in the process chamber (C in FIG. 1) by operating the vacuum pump (105 in FIG.
  • the second powder during the first exhaust step (S20) Collecting powder during the first plasma treatment step (S30) and the first exhaust step (S20) of generating a thermal reaction and a plasma reaction on the chamber exhaust pipe (102 in FIG. 1) by operating the anti-deposition device (140 in FIG. 1)
  • the first collection step (S40) of collecting powder from the exhaust gas flowing through the chamber exhaust pipe (102 in FIG. 1) using a trap (150 in FIG. 1) and cleaning of the process chamber (C in FIG. 1) are performed.
  • the residual gas in the process chamber (C in Fig. 1) is discharged by operating a vacuum pump (105 in Fig. 1).
  • the second plasma for generating a thermal reaction and plasma reaction on the chamber exhaust pipe (102 in FIG. 1) by operating the second powder deposition prevention device (140 in FIG. 1) during the step (S60) and the second exhaust step (S60) A second collection step of collecting powder from exhaust gas flowing through the chamber exhaust pipe (102 in FIG. 1) using a powder collection trap (150 in FIG. 1) during the processing step (S70) and the second exhaust step (S60) (S80) is included.
  • TiN titanium nitride
  • TiCl 4 titanium tetrachloride
  • NH 3 ammonia
  • Reaction Formula 2 Reaction Formula 2 below.
  • the TiN process By the TiN process, residual gas including TiCl 4 gas, NH 3 gas, HCl gas, and N 2 gas, which is not deposited on the wafer, remains in the process chamber (C of FIG. 1 ). After the TiN process in the process chamber (C in FIG. 1) is completed, the first exhaust step S20 is performed.
  • the vacuum pump (105 in Fig. 1) is operated so that the residual gas in the process chamber (C in Fig. 1) after the TiN process is discharged as exhaust gas through the chamber exhaust pipe 102 and the pump exhaust pipe 103. Is discharged.
  • the first plasma treatment step S30 and the first collection step S40 are performed together.
  • the first plasma treatment step S30 is performed together with the first exhaust step S20.
  • the second powder deposition preventing device (140 in FIG. 1) is operated to generate a thermal reaction and a plasma reaction in the chamber exhaust pipe (102 in FIG.
  • the plasma processing region A2 is formed.
  • the ammonium chloride (NH 4 Cl) powder is converted into hydrogen chloride (HCl) gas and ammonia by a thermal reaction in the second plasma treatment region A2 maintained at a temperature of 200°C to 500°C.
  • NH 3 is decomposed into gas
  • TiCl 4 ⁇ nNH 3 powder is decomposed into TiCl 4 gas and ammonia (NH 3 ) gas.
  • ammonia (NH 3 ) gas is nitrogen (N 2 ) gas, an excited nitrogen atom (N * ), hydrogen (H 2 ) gas, excited by a plasma reaction in the second plasma treatment region (A2). It is converted into a mixed gas containing hydrogen atom (H * ), hydrazine (N 2 H 4 ) gas, and diazine (N 2 H 2 ) gas.
  • ammonia (NH 3 ) gas does not exist, so that the powder in the chamber exhaust pipe 102 and the pump exhaust pipe 103
  • ammonium chloride (NH 4 Cl) powder and TiCl 4 ⁇ nNH 3 powder which are the main causes of deposition, can be fundamentally prevented.
  • the first collection step S40 is performed together with the first plasma treatment step S30 while the first exhaust step S20 is performed.
  • powder such as TiN is collected from the exhaust gas flowing through the chamber exhaust pipe (102 in FIG. 1) using a powder collecting trap (150 in FIG. 1).
  • the chamber cleaning step S50 ClF 3 gas is injected into the process chamber C to remove TiN powder and organic matter remaining in the process chamber C after the TiN process.
  • the ClF 3 gas injected in the chamber cleaning step S50 is combined with TiN to generate TiF 4 powder.
  • residual gas including ClF 3 gas, TiF 4 powder, and unremoved TiN powder remains in the process chamber C.
  • the second exhaust step S60 is performed.
  • the vacuum pump (105 in FIG. 1) is operated so that the residual gas in the process chamber (C in FIG. 1) after the chamber cleaning step (S50) passes through the chamber exhaust pipe 102 and the pump exhaust pipe 103. It is discharged as exhaust gas through.
  • the second plasma treatment step S70 and the second collection step S80 are performed together.
  • the second plasma processing step S70 is performed together while the second exhaust step S60 is performed.
  • the second powder deposition preventing device (140 in FIG. 1) is operated to generate a thermal reaction and a plasma reaction in the chamber exhaust pipe (102 in FIG.
  • the plasma processing region A2 is formed.
  • the mixture of TiF 4 powder and ClF 3 gas contained in the exhaust gas is changed into a mixture gas of TiCl 4 gas and F 2 gas by plasma reaction in the second plasma treatment area A2 (TiF 4 (s) + 4ClF 3 (g) ⁇ TiCl 4 (g) + 8F 2 (g)) and passes through the second plasma treatment area A2.
  • the second collection step S80 is performed together with the second plasma treatment step S70 while the second exhaust step S60 is performed.
  • powder such as TiN is collected from the exhaust gas flowing through the chamber exhaust pipe (120 in FIG. 1) using a powder collection trap (150 in FIG. 1).
  • ammonium chloride (NH 4 Cl) powder in the exhaust pipe generated in the TiN process
  • the present invention is not limited thereto.
  • it may be used in a process using silicon nitride (Si 3 N 4 ) in a process chamber (C of FIG. 1), and silicon nitride (Si 3 N 4 ) in a process chamber (C of FIG. 1). ) Is the same as in Reaction Scheme 3 and Scheme 4 below, and ammonia (NH 3 ) and hydrogen chloride (HCl) are discharged as in the TiN process.
  • SiOCN silicon oxycarbonitride
  • SiOCN silicon oxycarbonitride
  • the reaction is as follows in Reaction Formula 5, and ammonia (NH 3 ) and hydrogen chloride (HCl) are discharged as in the TiN process.
  • TiSiN titanium silicon nitride
  • TiSiN titanium silicon nitride
  • TiSiN titanium silicon nitride
  • silicon dioxide powder is discharged.
  • the discharged silicon dioxide powder is converted into silicon dioxide gas by the plasma treatment described above.
  • tungsten nitride W 2 N
  • W 2 N tungsten nitride
  • the reaction is as follows in Reaction Formula 10, and ammonia (NH 3 ) and hydrogen fluoride (HF) are discharged.
  • Ammonia (NH 3 ) and hydrogen fluoride (HF) can react to form ammonium fluoride (NH 4 F) powder, and the ammonium fluoride powder is converted into ammonia (NH 3 ) and hydrogen fluoride (HF) by the plasma treatment described above. It is decomposed and ammonia (NH 3 ) is decomposed as shown in Scheme 1.

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Abstract

본 발명에 의하면, 반도체 제조설비의 공정챔버로부터 배출되는 배기가스가 유동하는 배기관; 상기 배기관에서 상기 배기가스가 유동하도록 압력을 발생시키는 진공펌프; 및 상기 배기관 내에 파우더가 침적되는 것을 방지하는 파우더 침적 방지 장치를 포함하며, 상기 파우더 침적 방지 장치는, 상기 배기가스에 포함된 암모니아(NH3) 가스에 의해 상기 배기관 내에서 파우더가 생성되는 것을 방지하기 위하여, 플라즈마 반응이 일어나는 플라즈마 처리 영역을 형성하며, 상기 플라즈마 반응을 이용하여 상기 배기가스에 포함된 암모니아(NH3) 가스를 분해해서 질소(N2) 가스, 수소(H2) 가스, 여기된 질소원자(N*), 여기된 수소원자(H*), 하이드라진(N2H4) 가스, 디아진(N2H2) 가스를 포함하는 혼합기체로 변화시키는 반도체 제조 설비용 배기 장비가 제공된다.

Description

반도체 제조설비용 배기관 내 파우더 침적 방지 장치, 이를 구비하는 배기 장비 및 이를 이용한 배기관 내 파우더 침적 방지 방법
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, 공정챔버와 스크러버를 연결하는 배기관에 파우더가 침적되는 문제가 발생하고 있다.
예를 들어, 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.
본 발명의 기술적 과제는 반도체 제조설비에서 공정챔버의 잔류가스가 배출되는 배기관에 파우더가 침적되는 것을 방지하는 배기관 내 파우더 침적 방지 장치, 이를 구비하는 배기 장비 및 이를 이용한 배기관 내 파우더 침적 방지 방법을 제공하는 것이다.
상기한 본 발명의 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 일 측면에 따르면, 반도체 제조설비의 공정챔버로부터 배출되는 배기가스가 유동하는 배기관 내에 파우더가 침적되는 것을 방지하는 장치로서, 상기 배기가스에 포함된 암모니아(NH3) 가스에 의해 상기 배기관 내에서 파우더가 생성되는 것을 방지하기 위하여, 플라즈마 반응이 일어나는 플라즈마 처리 영역을 형성하며, 상기 플라즈마 반응을 이용하여 상기 배기가스에 포함된 암모니아(NH3) 가스를 분해해서 질소(N2) 가스, 수소(H2) 가스, 여기된 질소원자(N*), 여기된 수소원자(H*), 하이드라진(N2H4) 가스, 디아진(N2H2) 가스를 포함하는 혼합기체로 변화시키는 배기관 내 파우더 침적 방지 장치가 제공된다.
상기한 본 발명의 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 다른 측면에 따르면, 반도체 제조설비의 공정챔버로부터 배출되는 배기가스가 유동하는 배기관; 상기 배기관에서 상기 배기가스가 유동하도록 압력을 발생시키는 진공펌프; 및 상기 배기관 내에 파우더가 침적되는 것을 방지하는 파우더 침적 방지 장치를 포함하며, 상기 파우더 침적 방지 장치는, 상기 배기가스에 포함된 암모니아(NH3) 가스에 의해 상기 배기관 내에서 파우더가 생성되는 것을 방지하기 위하여, 플라즈마 반응이 일어나는 플라즈마 처리 영역을 형성하며, 상기 플라즈마 반응을 이용하여 상기 배기가스에 포함된 암모니아(NH3) 가스를 분해해서 질소(N2) 가스, 수소(H2) 가스, 여기된 질소원자(N*), 여기된 수소원자(H*), 하이드라진(N2H4) 가스, 디아진(N2H2) 가스를 포함하는 혼합기체로 변화시키는 반도체 제조 설비용 배기 장비가 제공된다.
상기한 본 발명의 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 또 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 잔류가스가 상기 공정챔버와 진공펌프 사이를 연결하는 챔버 배기관을 통해 상기 진공 펌프의 작동에 의해 배출되는 제1 배기 단계; 상기 챔버 배기관 내에 플라즈마 처리 영역이 형성되어서 제1 열 반응이 발생하는 제1 플라즈마 처리 단계; 상기 공정챔버에서 상기 TiN 공정 후 상기 공정챔버에 ClF3 가스를 주입하여 상기 공정챔버에 남아 있는 TiN 파우더와 유기물이 제거되고 TiF4 파우더가 생성되는 챔버 세정 단계; 상기 챔버 세정 단계 후 상기 공정챔버의 잔류가스가 상기 공정챔버와 진공 펌프 사이를 연결하는 챔버 배기관을 통해 상기 진공펌프의 작동에 의해 배출되는 제2 배기 단계; 및 상기 챔버 배기관 내에 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 공정챔버의 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, 플라즈마 반응에 의해 배기관 내 염화암모늄 파우더는 염화수소 가스, 질소 가스 및 수소 가스로 분해되고, 암모니아 가스는 질소 가스와 수소 가스로 분해됨으로써, 염화암모늄 파우더가 재생성되지 않으므로, 배기관 내에서 염화암모늄 파우더의 침적이 근본적으로 방지된다.
또한, 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. 아울러, 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 배기관 내 파우더 침적 방지 장치를 구비하는 배기 장비가 설치된 반도체 제조설비의 개략적인 구성을 도시한 도면이다.
도 2는 도 1에 도시된 제1 파우더 침적 방지 장치의 일 실시예를 도시한 종단면도이다.
도 3은 도 1에 도시된 제1 파우더 침적 방지 장치의 다른 실시예를 도시한 도면이다.
도 4는 도 1에 도시된 제1 파우더 침적 방지 장치의 또 다른 실시예를 도시한 도면이다.
도 5는 도 1에 도시된 제1 파우더 침적 방지 장치에 의한 배기관 내 파우더 침적 방지 작용을 개략적으로 설명하는 도면이다.
도 6은 도 1에 도시된 제2 파우더 침적 방지 장치에 의한 배기관 내 파우더 침적 방지 작용을 개략적으로 설명하는 도면이다.
도 7은 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 발명에 따른 배기관 내 파우더 침적 방지 장치를 구비하는 배기 장비가 설치된 반도체 제조설비의 개략적인 구성이 블록도로서 도시되어 있다. 도 1을 참조하면, 반도체 제조설비는 다양한 공정가스를 이용한 반도체 제조공정이 진행되는 공정챔버(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 다양한 공정가스를 이용한 반도체 제조공정이 진행된다. 본 실시예에서는 공정 챔버(C)에서 사염화티타늄(TiCl4) 가스와 암모니아(NH3) 가스를 반응시켜서 생성된 티타늄질화물(TiN)을 화학기상증착법(CVD)을 이용하여 웨이퍼에 증착시키는 TiN 공정이 수행되는 것으로 설명한다. 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 공정 챔버(C)의 잔류가스를 배출시키고 스크러버(S)까지 이동시킨다. 배기 장비(100)는 공정 챔버(C)와 스크러버(S)를 연결하는 배기관(101)과, 공정 챔버(C)로부터 가스를 배출시키기 위해 배기관(101) 상에 설치되는 진공 펌프(105)와, 배기관(101) 상에 설치되어서 배기관(101) 내 파우더 침적을 방지하는 본 발명의 일 실시예에 따른 제1 파우더 침적 방지 장치(110)와, 배기관(101) 상에 설치되어서 배기관(101) 내 파우더 침적을 방지하는 본 발명의 일 실시예에 따른 제2 파우더 침적 방지 장치(140)와, 배기관(101) 상에 설치되어서 파우더를 포집하는 파우더 포집 트랩(150)과, 파우더 포집 트랩(150)에 포집된 파우더를 플라즈마 처리하는 트랩 플라즈마 장치(160)를 구비한다.
배기관(101)은 공정 챔버(C)와 스크러버(S)를 연결한다. 공정 챔버(101)의 잔류가스는 공정 챔버(101)로부터 배출되어서 배기관(101)을 통해 스크러버(S)까지 이동한다. 배기관(101) 상에 진공 펌프(105)가 설치된다. 배기관(101)은 공정 챔버(101)와 진공 펌프(105)를 연결하는 챔버 배기관(102)과, 진공 펌프(105)와 스크러버(S)를 연결하는 펌프 배기관(103)을 구비한다. 펌프 배기관(103) 상에는 제1 파우더 침적 방지 장치(110)가 설치되고, 펌프 배기관(103) 상에는 제2 파우더 침적 방지 장치(140)와 파우더 포집 트랩(150)이 설치된다.
진공 펌프(105)는 공정 챔버(C)의 잔류가스를 배출하기 위하여 챔버 배기관(102)에 음압을 형성하는데, 반도체 제조 설비 기술 분야에서 통상적으로 사용되는 진공 펌프의 구성을 포함하므로 이에 대한 상세한 설명은 생략한다.
제1 파우더 침적 방지 장치(110)는 펌프 배기관(103) 상에 설치되어서 플라즈마 반응을 이용하여 염화암모늄(NH4Cl) 파우더 생성의 원인인 암모니아(NH3) 가스를 분해함으로써, 펌프 배기관(103) 내에 염화암모늄(NH4Cl) 파우더가 침적되는 것을 방지한다. 도 2에는 제1 파우더 침적 방지 장치(110)의 일 실시예가 종단면도로서 도시되어 있다. 도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 제1 파우더 침적 방지 장치(110)는 펌프 배기관(도 1의 103) 상에서 배기가스가 유입되는 배기가스 유입구(121)와, 배기가스 유입구(121)보다 하류에 위치하고 플라즈마 방전이 일어나는 플라즈마 방전부(123)와, 배기가스 유입구(121)를 통해 유입된 배기가스를 플라즈마 방전부(123)로 유입시키는 가스 도입 유로(124)와, 플라즈마 방전부(123)보다 하류에 위치하며 펌프 배기관(도 1의 103)과 연결되는 배기가스 배출구(129)를 구비한다.
배기가스 유입구(121)는 제1 파우더 침적 방지 장치(110)의 선단에 위치하며, 배기가스 유입구(121)를 통해 배기가스가 가스 도입 유로(124)로 유입된다. 본 실시예에서는 배기가스 유입구(121)를 통해 유입되는 배기가스는 공정챔버(C)에서 발생한 잔류가스로서, 염화수소(HCl) 가스와 암모니아(NH3) 가스를 포함하며, 배기가스에는 염화암모늄(NH4Cl) 파우더가 함께 더 포함될 수 있다.
플라즈마 방전부(123)는 배기가스 유입구(121)보다 하류에 위치하며 플라즈마 반응을 위한 플라즈마 방전을 일으킨다. 플라즈마 방전부(123)는 방전 공간(122)에 설치되는 점화 전극(130)을 구비한다. 방전 공간(122)은 대체로 수평으로 연장되는 원통 형상으로서, 방전 공간(122)에는 점화 전극(130)이 설치되며, 방전 공간(122)은 배기가스의 유동방향 후단에서 배기가스 배출구(129)와 연통된다. 방전 공간(122)으로 가스 도입 유로(124)로부터 배기가스가 유입된다. 방전 공간(122)에서 점화 전극(130)에 의해 플라즈마 방전이 일어나며, 플라즈마 방전에 의한 플라즈마 반응에 의해 암모니아(NH3) 가스 및 염화암모늄(NH4Cl) 파우더가 분해된다. 방전 공간(122)으로는 배기가스가 가스 도입 유로(124)와 연통되고 방전 공간(122)의 내주면에 위치하는 복수개의 배기가스 주입구(125)들을 통해 유입되는데, 도시되지는 않았으나, 복수개의 배기가스 주입구(125)들 각각은 방전 공간(122)으로 유입되는 배기가스가 스월(swirl)을 형성하도록 방전 공간(122)의 중심축선에서 벗어나도록 연장된다. 방전 공간(122)에서 배기가스가 스월을 형성함으로써 플라즈마 반응 구간이 균일하게 형성될 수 있다. 또한, 방전 공간(122)으로는 점화가스(본 실시예에서는 질소가스(N2))가 점화가스 주입구(127)를 통해 주입된다. 도시되지는 않았으나, 점화가스 주입구(127)도 방전 공간(122)에서 스월을 형성하도록 구성된다. 점화 전극(130)은 방전 공간(122)의 중심에 위치하여 플라즈마 방전을 일으킨다. 본 실시예에서는 점화 전극(130)에 저전력의 직류 전원이 인가되어서 플라즈마 방전이 발생하는 것으로 설명하는데, 본 발명은 이에 제한되는 것은 아니다. 점화 전극(130)에 의한 플라즈마 방전에 의해 점화 전극(130)의 끝단에서 플라즈마가 강하게 형성되고, 점화 전극(130)의 주변에 암모니아(NH3) 가스 및 염화암모늄(NH4Cl) 파우더가 분해되는 제1 플라즈마 처리 영역(도 5의 'A1')이 형성된다.
가스 도입 유로(124)는 배기가스 유입구(121)를 통해 유입된 배기가스를 방전 공간(122)의 원주방향 바깥으로 이동시킨다. 가스 도입 유로(124)에 의해 방전 공간(122)의 원주방향 바깥으로 이동된 배기가스는 배기가스 주입구(125)를 통해 방전 공간(122)으로 스월을 형성하도록 주입된다.
배기가스 배출구(129)는 플라즈마 방전부(123)보다 하류에 위치하며 방전 공간(122)과 이어진다. 배기가스 배출구(129)는 펌프 배기관(도 1의 103)과 연결되며, 배기가스 배출구(129)를 통해 플라즈마 처리된 배기가스가 펌프 배기관(도 1의 103)으로 배출된다.
도시되지는 않았으나, 배기가스 배출구(129)의 후단에는 배기가스에 포함된 유해가스를 촉매를 이용하여 처리하는 촉매 처리부가 연속으로 연결되어 구성될 수도 있다.
도 3에는 본 발명의 다른 실시예에 따른 제1 파우더 침적 방지 장치가 펌프 배기관(103)에 설치된 상태가 도시되어 있다. 도 3을 참조하면, 제1 파우더 침적 방지 장치(210)는 직류 플라즈마 토치(220)와, 펌프 배기관(103)과 직류 플라즈마 토치(220) 사이를 연결하는 연결관(230)을 구비한다. 직류 플라즈마 토치(220)는 두 전극 사이에 고압의 직류 전압을 인가하여 두 전극 사이로 방전가스를 공급하여 플라즈마 제트(J)를 발생시키는 통상적인 구조로 이루어지므로, 직류 플라즈마 토치(220)의 구체적인 구성에 대한 설명은 생략한다. 직류 플라즈마 토치(220)는 펌프 배기관(103)의 측면에 이격되어서 위치하며 연결관(230)에 의해 펌프 배기관(103)과 연결된다. 직류 플라즈마 토치(220)는 직류 플라즈마 토치(220)에 의해 형성되는 플라즈마 제트(J)가 펌프 배기관(103)을 향하도록 배치된다. 연결관(230)은 직류 플라즈마 토치(220)와 펌프 배기관(103)을 연결하며 펌프 배기관(103)과 대체로 직각을 이루며 연장된다. 연결관(230)을 통해 직류 플라즈마 토치(220)에 의해 형성되는 플라즈마 제트(J)가 펌프 배기관(103)으로 안내된다. 플라즈마 제트(J)에 의해 펌프 배기관(103)에서 연결관(230)과 연결되는 부분에 암모니아(NH3) 가스 및 염화암모늄(NH4Cl) 파우더가 분해되는 제1 플라즈마 처리 영역(도 5의 'A1')이 형성된다.
도 4에는 본 발명의 또 다른 실시예에 제1 파우더 침적 방지 장치가 펌프 배기관(103)에 설치된 상태가 도시되어 있다. 도 4를 참조하면, 제1 파우더 침적 방지 장치(310)는 직류 플라즈마 토치(320)와, 펌프 배기관(103)과 직류 플라즈마 토치(320) 사이를 연결하는 연결관(330)을 구비한다. 펌프 배기관(103)은 배기가스의 유동방향을 따라서 차례대로 위치하는 제1 배관부(103a)와 제2 배관부(103b)를 구비한다. 제1 배관부(103a)와 제2 배관부(103b)는 꺾인 상태로 연결되는 것으로서, 본 실시예에서 제1 배관부(103a)는 수직방향으로 연장되고 제2 배관부(103b)는 수평방향으로 연장되는 것으로 설명한다. 직류 플라즈마 토치(320)는 두 전극 사이에 고압의 직류 전압을 인가하여 두 전극 사이로 방전가스를 공급하여 플라즈마 제트(J)를 발생시키는 통상적인 구조로 이루어지므로, 직류 플라즈마 토치(320)의 구체적인 구성에 대한 설명은 생략한다. 직류 플라즈마 토치(320)는 제2 배관부(103b)의 연장선상에서 제2 배관부(103b)의 후방에 이격되어서 위치하며 연결관(330)에 의해 제1 배관부(103a)와 제2 배관부(103b)가 연결되는 부분과 연결된다. 직류 플라즈마 토치(320)는 직류 플라즈마 토치(320)에 의해 형성되는 플라즈마 제트(J)가 제1 배관부(103a)와 제2 배관부(103b)가 연결되는 부분을 향하도록 배치된다. 연결관(330)은 제2 배관부(103b)와 동일축선 상에 배치되어서 직선으로 연장되며, 직류 플라즈마 토치(320)와 제2 배관부(103b)를 연결한다. 즉, 연결관(330)은 제1 배관부(103a)와 제2 배관부(103b)가 연결되는 부분으로부터 제2 배관부(103b)의 연장축선을 따라서 제2 배관부(103b)의 후방으로 연장되어서 대체로 수평 배치되고 연결관(330)의 끝단에 직류 플라즈마 토치(320)가 결합되는 구조이다. 연결관(330)을 통해 직류 플라즈마 토치(320)에 의해 형성되는 플라즈마 제트(J)가 제2 배관부(130b) 쪽으로 안내된다. 플라즈마 제트(J)에 의해 제1 배관부(103a)와 제2 배관부(103b)가 연결되는 부분에서 암모니아(NH3) 가스 및 염화암모늄(NH4Cl) 파우더가 분해되는 제1 플라즈마 처리 영역(도 5의 'A1')이 형성된다.
도 5는 본 발명에 따른 제1 파우더 침적 방지 장치(도 2의 110, 도 3의 210 또는 도 4의 310)의 플라즈마 반응에 의한 작용을 개략적으로 설명하는 도면이다. 도 5를 참조하면, 펌프 배기관(103)에는 상류측으로부터 유입된 염화수소(HCl) 가스, 암모니아(NH3) 가스, 염화암모늄(NH4Cl) 파우더가 제1 파우더 침적 방지 장치(도 2의 110, 도 3의 210 또는 도 4의 310)에 의해 형성되는 제1 플라즈마 처리 영역(A1)을 통과한다. 염화수소(HCl) 가스는 변화없이 제1 플라즈마 처리 영역(A1)을 통과하며, 암모니아(NH3) 가스는 [반응식 1]과 같이 제1 플라즈마 처리 영역(A1)에서의 플라즈마 반응에 의해 분해되어서 질소(N2) 가스, 여기된(exited) 질소원자(N*), 수소(H2) 가스, 여기된 수소원자(H*), 하이드라진(Hydrazene)(N2H4) 가스, 디아진(diazene)(N2H2) 가스를 포함하는 혼합기체로 변화하여 제1 플라즈마 처리 영역(A1)을 통과한다.
[반응식 1]
7NH3 → N2H4 + N2H2 + N2 + N* + 7H2 + H*
염화암모늄(NH4Cl) 파우더는 제1 플라즈마 처리 영역(A1)에서의 열 반응 및 플라즈마 반응에 의해 분해되어서 염화수소(HCl) 가스, 질소(N2) 가스, 여기된(exited) 질소원자(N*), 수소(H2) 가스, 여기된 수소원자(H*), 하이드라진(Hydrazene)(N2H4) 가스, 디아진(diazene)(N2H2) 가스를 포함하는 혼합기체로 변화하여 제1 플라즈마 처리 영역(A1)을 통과한다. 염화암모늄(NH4Cl) 파우더의 제1 플라즈마 처리 영역(A1)에서의 분해를 단계적으로 설명하면 다음과 같다. 염화암모늄(NH4Cl) 파우더는 제1 플라즈마 처리 영역(A1)에서 플라즈마 방전에 따라 발생하는 열에 의해 염화수소(HCl) 가스와 암모니아(NH3) 가스로 분해(NH4Cl → HCl(g) + NH3(g))로 분해되고, 열 반응에 의해 생성된 암모니아(NH3) 가스는 곧바로 제1 플라즈마 처리 영역(A1)에서의 플라즈마 반응에 의해 상기 [반응식 1]과 같이 분해되어서 질소(N2) 가스, 여기된(exited) 질소원자(N*), 수소(H2) 가스, 여기된 수소원자(H*), 하이드라진(Hydrazene)(N2H4) 가스, 디아진(diazene)(N2H2) 가스를 포함하는 혼합기체로 변화한다.
따라서, 펌프 배기관(103) 내에서 배기가스가 배기관 내 파우더 침적 방지 장치(100)에 의해 형성되는 제1 플라즈마 처리 영역(A1)을 통과한 후에는 암모니아(NH3) 가스가 존재하지 않게 되어서, 배기관 내 파우더 침적의 원인인 염화암모늄(NH4Cl) 파우더의 생성이 근본적으로 방지된다. 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, 펌프 배기관(103)에서 질소(N2) 가스와 수소(H2) 가스가 반응하여 암모니아(NH3) 가스가 생성되는 것은 불가능하다.
제1 침적 방지 장치(110, 210, 310)는 펌프 배기관(103) 상에서 진공펌프(105)에 가능한 가깝게 위치하도록 설치되는 것이 유리하다. 본 실시예에는 제1 파우더 침적 방지 장치(110, 210, 310)가 펌프 배기관(103) 상에 설치된다는 것은 펌프 배기관(103) 중간에 위치하는 것만이 아니라, 펌프 배기관(103)의 선단에 연결되도록 설치되는 경우와 펌프 배기관(103)의 후단에 연결되도록 설치되는 경우도 의미하는 것이다.
제1 파우더 침적 방지 장치(110, 210, 310)가 펌프 배기관(103)의 선단에 연결되도록 설치되는 경우에 제1 파우더 침적 방지 장치(110, 210, 310)는 진공펌프(105)의 후단에 연결될 수 있다. 또한, 제1 파우더 침적 방지 장치(110, 210, 310)는 진공펌프(105)의 후단에 연결되도록 진공펌프(105)와 일체로 제작될 수 있으며, 이 또한 본 발명의 범위에 속하는 것이다.
제2 파우더 침적 방지 장치(140)는 챔버 배기관(102) 상에 설치되어서 플라즈마 반응을 이용하여 염화암모늄(NH4Cl) 파우더 및 TiCl4·nNH3 파우더의 생성 원인인 암모니아(NH3) 가스를 분해함으로써, 챔버 배기관(102) 내에 염화암모늄(NH4Cl) 파우더 및 TiCl4·nNH3 파우더가 침적되는 것을 방지한다. 제2 파우더 침적 방지 장치(140)로는 위에서 설명한 제1 파우더 침적 방지 장치(도 2의 110, 도 3의 210 및 도 4의 310)의 구성이 동일하게 사용될 수 있다. 제2 파우더 침적 방지 장치(140)는 챔버 배기관(102)에 제2 플라즈마 처리 영역(도 6의 'A2')을 형성한다.
도 6은 제2 파우더 침적 방지 장치(도 1의 140)의 플라즈마 반응에 의한 작용을 개략적으로 설명하는 도면이다. 도 6을 참조하면, 챔버 배기관(102)에는 상류측으로부터 유입된 TiCl4·nNH3 파우더, 질소(N2)가스, TiN 파우더 및 TiCl4 가스가 제2 파우더 침적 방지 장치(도 1의 140)에 의해 형성되는 제2 플라즈마 처리 영역(A2)을 통과한다. 질소(N2)가스, TiN 파우더 및 TiCl4 가스는 변화없이 제2 플라즈마 처리 영역(A2)을 통과한다. TiCl4·nNH3 파우더는 제2 플라즈마 처리 영역(A2)에서의 열 반응 및 플라즈마 반응에 의해 분해되어서 TiCl4 가스, 질소(N2) 가스, 여기된(exited) 질소원자(N*), 수소(H2) 가스, 여기된 수소원자(H*), 하이드라진(Hydrazene)(N2H4) 가스, 디아진(diazene)(N2H2) 가스를 포함하는 혼합기체로 변화하여 제2 플라즈마 처리 영역(A2)을 통과한다. TiCl4·nNH3 파우더의 제2 플라즈마 처리 영역(A2)에서의 분해를 단계적으로 설명하면 다음과 같다. TiCl4·nNH3 파우더는 제2 플라즈마 처리 영역(A2)에서 플라즈마 방전에 따라 발생하는 열에 의해 TiCl4 가스와 암모니아(NH3) 가스로 분해로 분해되고, 열 반응에 의해 생성된 암모니아(NH3) 가스는 곧바로 제2 플라즈마 처리 영역(A2)에서의 플라즈마 반응에 의해 상기 [반응식 1]과 같이 분해되어서 질소(N2) 가스, 여기된(exited) 질소원자(N*), 수소(H2) 가스, 여기된 수소원자(H*), 하이드라진(Hydrazene)(N2H4) 가스, 디아진(diazene)(N2H2) 가스를 포함하는 혼합기체로 변화한다.
도 6에 도시되지는 않았으나, 챔버 배기관(102)에는 상류측으로부터 유입된 염화수소(HCl) 가스, 암모니아(NH3) 가스 및 염화암모늄(NH4Cl) 파우더도 제2 플라즈마 처리 영역(A2)을 통과하는데, 염화수소(HCl) 가스는 변화없이 제2 플라즈마 처리 영역(A2)을 통과하며, 암모니아(NH3) 가스 및 염화암모늄(NH4Cl) 파우더는 제1 플라즈마 처리 영역(A1)에서와 같이 분해된다.
따라서, 챔버 배기관(102) 내에서 배기가스가 제2 파우더 침적 방지 장치(140)에 의해 형성되는 제2 플라즈마 처리 영역(A2)을 통과한 후에는 암모니아(NH3) 가스가 존재하지 않게 되어서, 배기관 내 파우더 침적의 원인인 염화암모늄(NH4Cl) 파우더 및 TiCl4·nNH3 파우더의 생성이 근본적으로 방지된다. 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(102)에서 질소(N2) 가스와 수소(H2) 가스가 반응하여 암모니아(NH3) 가스가 생성되는 것은 불가능하다.
파우더 포집 트랩(150)은 챔버 배기관(102) 상에서 제2 플라즈마 처리 영역(A2)보다 하류에 설치되어서 TiN 파우더를 포함하는 파우더를 포집하여, 파우더가 진공 펌프(105)로 유입되는 것을 막는다. 파우더 포집 트랩(150)으로는 통상적으로 사용되는 것(예를 들어, 대한민국등록특허 제10-1480237호에 기재된 입자 포집장치 등)일 수 있으므로 이에 대한 상세한 설명은 생략한다. 본 실시예에서는 파우더 포집 트랩(150)이 제2 플라즈마 처리 영역(A2)보다 하류에 위치하도록 설치되는 것으로 설명하지만 이와는 달리 제2 플라즈마 처리 영역(A2)보다 상류에 위치하도록 설치될 수도 있고, 제2 플라즈마 처리 영역(A2)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 도 3에 도시된 제1 파우더 침적 방지 장치(210)와 같은 직류 플라즈마 토치를 이용하는 구성인 것으로 설명한다.
도 7에는 도 1에 도시된 배기 장비를 이용한 본 발명의 일 실시예에 따른 배기관 내 파우더 침적 방지 방법이 순서도로서 도시되어 있다. 도 7을 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 105)를 작동시켜서 배기시키는 제1 배기 단계(S20)와, 제1 배기 단계(S20) 수행 중에 제2 파우더 침적 방지 장치(도 1의 140)를 작동시켜서 챔버 배기관(도 1의 102) 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 102)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 105)를 작동시켜서 배기시키는 제2 배기 단계(S60)와, 제2 배기 단계(S60) 수행 중에 제2 파우더 침적 방지 장치(도 1의 140)를 작동시켜서 챔버 배기관(도 1의 102) 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 102)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 공정 단계(S10)을 통해 공정 챔버(도 1의 c)에서 TiN이 발생하는 반응은 다음 반응식 2와 같다.
[반응식 2]
6TiCl4(g) + 8NH3(g) → 6TiN(s) + 24HCl(g) + N2(g)
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 105)가 작동되어서 TiN 공정 후 공정 챔버(도 1의 C)의 잔류 가스가 챔버 배기관(102)과 펌프 배기관(103)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 제2 파우더 침적 방지 장치(도 1의 140)가 작동되어서 챔버 배기관(도 1의 102) 상에서 열 반응 및 플라즈마 반응이 발생하여 도 6에 도시된 바와 같은 제2 플라즈마 처리 영역(A2)이 형성된다. 제1 플라즈마 처리 단계(S30)에서는 200℃ 내지 500℃의 온도로 유지되는 제2 플라즈마 처리 영역(A2)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 제2 플라즈마 처리 영역(A2)에서의 플라즈마 반응에 의해 질소(N2) 가스, 여기된(exited) 질소원자(N*), 수소(H2) 가스, 여기된 수소원자(H*), 하이드라진(Hydrazene)(N2H4) 가스, 디아진(diazene)(N2H2) 가스를 포함하는 혼합기체로 변화된다. 따라서, 챔버 배기관(102) 내에서 배기가스가 제2 플라즈마 처리 영역(A2)을 통과한 후에는 암모니아(NH3) 가스가 존재하지 않게 되므로, 챔버 배기관(102) 및 펌프 배기관(103) 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 102)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 105)가 작동되어서 챔버 세정 단계(S50) 후 공정 챔버(도 1의 C)의 잔류 가스가 챔버 배기관(102)과 펌프 배기관(103)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 제2 파우더 침적 방지 장치(도 1의 140)가 작동되어서 챔버 배기관(도 1의 102) 상에서 열 반응 및 플라즈마 반응이 발생하여 도 6에 도시된 바와 같은 제2 플라즈마 처리 영역(A2)이 형성된다. 제2 플라즈마 처리 단계(S70)에서 배기가스에 포함된 TiF4 파우더 및 ClF3 가스의 혼합물이 제2 플라즈마 처리 영역(A2)에서의 플라즈마 반응에 의해 TiCl4 가스와 F2 가스의 혼합기체로 변화(TiF4(s) + 4ClF3(g) → TiCl4(g) + 8F2(g))하여 제2 플라즈마 처리 영역(A2)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.
상기 실시예에서는 TiN 공정에서 발생하는 염화암모늄(NH4Cl) 파우더의 배기관 내 침적을 방지하는 것으로 설명하였지만, 본 발명은 이에 제한되는 것은 아니다. 다른 예로서 공정 챔버(도 1의 C)에서 실리콘 나이트라이드(Silicon Nitride)(Si3N4)를 이용하는 공정에서도 사용될 수 있으며, 공정 챔버(도 1의 C)에서 실리콘 나이트라이드(Si3N4)가 발생하는 반응은 다음 반응식 3 및 반응식 4와 같으며, TiN 공정에서와 같이 암모니아(NH3)와 염화수소(HCl)를 배출하게 된다.
[반응식 3]
3SiH2Cl2(g) + 4NH3(g) → Si3N4(s) + 6HCl(g) + 6H2(g)
[반응식 4]
3Si2Cl6(g) + 8NH3(g) → 2Si3N4(s) + 18HCl(g) + 3H2(g)
또 다른 예로서 공정 챔버(도 1의 C)에서 실리콘 옥시카보나이트라이드(silicon oxycarbonitride)(SiOCN)를 이용하는 공정에서도 사용될 수 있으며, 공정 챔버(도 1의 C)에서 실리콘 옥시카보나이트라이(SiOCN)가 발생하는 반응은 다음 반응식 5와 같으며, TiN 공정에서와 같이 암모니아(NH3)와 염화수소(HCl)를 배출하게 된다.
[반응식 5]
3Si2Cl6(g) + 2C3H6(g) + 3O2(g) + 8NH3(g) → 6SiOCN(s) + 18HCl(g) + 6H2(g)
또 다른 예로서 공정 챔버(도 1의 C)에서 티타늄실리콘나이트라이드(Titanium silicon nitride)(TiSiN)를 이용하는 공정에서도 사용될 수 있으며, 공정 챔버(도 1의 C)에서 티타늄실리콘나이트라이(TiSiN)가 발생하는 반응은 다음 반응식 6과 같으며, TiN 공정에서와 같이 암모니아(NH3)와 염화수소(HCl)를 배출하게 된다.
[반응식 6]
2TiCl4(g) + SiH4(g) + 2NH3(g) → 2TiSiN(s) + 8HCl(g) + 3H2(g)
또 다른 예로서 공정 챔버(도 1의 C)에서 이산화규소(Silicon dioxide)(SiO2)를 이용하는 공정에서도 사용될 수 있으며, 공정 챔버(도 1의 C)에서 이산화규소(SiO2)가 발생하는 반응은 다음 반응식 7, 반응식 8 및 반응식 9와 같으며, 이산화규소 파우더를 배출하게 된다. 배출된 이산화규소 파우더는 위에서 설명한 플라즈마 처리에 의해 이산화규소 가스로 변한다.
[반응식 7]
SiH4(g) + O2(g) → SiO2(s) + 2H2(g)
[반응식 8]
SiH4(g) + 9O2(g) + 4PH3(g) + 2B2H6(g) → SiO2(s) + 2P2O5(s) + 2B2O3(s) + 14H2(g)
[반응식 9]
Si(OC2H5)4(g) + O3/O2(g) → SiO2(s) + H2(g) + CO2(g)
또 다른 예로서 공정 챔버(도 1의 C)에서 질화텅스텐(Tunsten nitride)(W2N)을 이용하는 공정에서도 사용될 수 있으며, 공정 챔버(도 1의 C)에서 질화텅스텐(W2N)이 발생하는 반응은 다음 반응식 10과 같으며, 암모니아(NH3)와 불화수소(HF)를 배출하게 된다.
[반응식 10]
WF6(g) + NH3(g) → W2N(s) + HF(g) + F2(g)
암모니아(NH3)와 불화수소(HF)는 반응하여 불화암모늄(NH4F) 파우더를 형성할 수 있는데, 불화암모늄 파우더는 위에서 설명한 플라즈마 처리에 의해 암모니아(NH3)와 불화수소(HF)로 분해되고 암모니아(NH3)는 반응식 1과 같이 분해된다.
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.

Claims (12)

  1. 반도체 제조설비의 공정챔버로부터 배출되는 배기가스가 유동하는 배기관 내에 파우더가 침적되는 것을 방지하는 장치로서,
    상기 배기가스에 포함된 암모니아(NH3) 가스에 의해 상기 배기관 내에서 파우더가 생성되는 것을 방지하기 위하여, 플라즈마 반응이 일어나는 플라즈마 처리 영역을 형성하며,
    상기 플라즈마 반응을 이용하여 상기 배기가스에 포함된 암모니아(NH3) 가스를 분해해서 질소(N2) 가스, 수소(H2) 가스, 여기된 질소원자(N*), 여기된 수소원자(H*), 하이드라진(N2H4) 가스, 디아진(N2H2) 가스를 포함하는 혼합기체로 변화시키는,
    배기관 내 파우더 침적 방지 장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 플라즈마 처리 영역에서 발생하는 열 반응과 상기 플라즈마 반응을 이용하여 상기 배기가스에 포함된 염화암모늄(NH4Cl)을 분해해서 염화수소(HCl) 가스, 질소(N2) 가스, 수소(H2) 가스, 여기된 질소원자(N*), 여기된 수소원자(H*), 하이드라진(N2H4) 가스, 디아진(N2H2) 가스를 포함하는 혼합기체로 변화시키는,
    배기관 내 파우더 침적 방지 장치.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 플라즈마 처리 영역에서 발생하는 열 반응과 상기 플라즈마 반응을 이용하여 상기 배기가스에 포함된 불화암모늄(NH4F)을 분해해서 불화수소(HF) 가스, 질소(N2) 가스, 수소(H2) 가스, 여기된 질소원자(N*), 여기된 수소원자(H*), 하이드라진(N2H4) 가스, 디아진(N2H2) 가스를 포함하는 혼합기체로 변화시키는,
    배기관 내 파우더 침적 방지 장치.
  4. 반도체 제조설비의 공정챔버로부터 배출되는 배기가스가 유동하는 배기관 내에 파우더가 침적되는 것을 방지하는 장치로서,
    상기 배기가스에 포함된 이산화규소(SiO2) 파우더가 상기 배기관 내에서 침적되는 것을 방지하기 위하여, 플라즈마 반응이 일어나는 플라즈마 처리 영역을 형성하며,
    상기 플라즈마 반응을 이용하여 상기 배기가스에 포함된 이산화규소(SiO2) 파우더를 이산화규소 가스로 변화시키는,
    배기관 내 파우더 침적 방지 장치.
  5. 반도체 제조설비의 공정챔버로부터 배출되는 배기가스가 유동하는 배기관;
    상기 배기관에서 상기 배기가스가 유동하도록 압력을 발생시키는 진공펌프; 및
    상기 배기관 내에 파우더가 침적되는 것을 방지하는 파우더 침적 방지 장치를 포함하며,
    상기 파우더 침적 방지 장치는, 상기 배기가스에 포함된 암모니아(NH3) 가스에 의해 상기 배기관 내에서 파우더가 생성되는 것을 방지하기 위하여, 플라즈마 반응이 일어나는 플라즈마 처리 영역을 형성하며, 상기 플라즈마 반응을 이용하여 상기 배기가스에 포함된 암모니아(NH3) 가스를 분해해서 질소(N2) 가스, 수소(H2) 가스, 여기된 질소원자(N*), 여기된 수소원자(H*), 하이드라진(N2H4) 가스, 디아진(N2H2) 가스를 포함하는 혼합기체로 변화시키는,
    반도체 제조 설비용 배기 장비.
  6. 청구항 5에 있어서,
    상기 파우더 침적 방지 장치는, 상기 플라즈마 처리 영역에서 발생하는 열 반응과 상기 플라즈마 반응을 이용하여 상기 배기가스에 포함된 염화암모늄(NH4Cl)을 분해해서 염화수소(HCl) 가스, 질소(N2) 가스, 수소(H2) 가스, 여기된 질소원자(N*), 여기된 수소원자(H*), 하이드라진(N2H4) 가스, 디아진(N2H2) 가스를 포함하는 혼합기체로 변화시키는,
    반도체 제조 설비용 배기 장비.
  7. 청구항 5에 있어서,
    상기 배기관은 상기 진공펌프로부터 하류 쪽으로 연장되는 펌프 배기관을 구비하며,
    상기 파우더 침적 방지 장치는 상기 플라즈마 처리 영역을 상기 펌프 배기관 상에 형성시키는,
    반도체 제조 설비용 배기 장비.
  8. 청구항 5에 있어서,
    상기 배기관은 상기 공정챔버와 상기 진공펌프의 사이를 연결하는 챔버 배기관을 구비하며,
    상기 파우더 침적 방지 장치는 상기 플라즈마 처리 영역을 상기 챔버 배기관 상에 형성시키는,
    반도체 제조 설비용 배기 장비.
  9. 청구항 8에 있어서,
    상기 챔버 배기관 상에 설치되어서 파우더를 포집하는 파우더 포집 트랩을 더 포함하는,
    반도체 제조 설비용 배기 장비.
  10. 공정 챔버에서 TiCl4 가스와 NH3 가스를 반응시켜서 생성된 TiN을 증착시키는 TiN 공정이 수행되는 TiN 공정 단계;
    상기 TiN 공정 후 상기 공정 챔버의 잔류가스가 상기 공정챔버와 진공펌프 사이를 연결하는 챔버 배기관을 통해 상기 진공 펌프의 작동에 의해 배출되는 제1 배기 단계;
    상기 챔버 배기관 내에 플라즈마 처리 영역이 형성되어서 제1 열 반응이 발생하는 제1 플라즈마 처리 단계;
    상기 공정챔버에서 상기 TiN 공정 후 상기 공정챔버에 ClF3 가스를 주입하여 상기 공정챔버에 남아 있는 TiN 파우더와 유기물이 제거되고 TiF4 파우더가 생성되는 챔버 세정 단계;
    상기 챔버 세정 단계 후 상기 공정챔버의 잔류가스가 상기 공정챔버와 진공 펌프 사이를 연결하는 챔버 배기관을 통해 상기 진공펌프의 작동에 의해 배출되는 제2 배기 단계; 및
    상기 챔버 배기관 내에 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 공정챔버의 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 방법.
  11. 청구항 10에 있어서,
    상기 제1 배기 단계에 의해 배출되는 상기 공정챔버의 잔류가스에 포함된 파우더를 상기 챔버 배기관 상에 설치된 파우더 포집 트랩을 이용하여 포집하는 제1 포집 단계를 더 포함하는,
    배기관 내 파우더 침적 방지 방법.
  12. 청구항 10에 있어서,
    상기 제2 배기 단계에 의해 배출되는 상기 공정챔버의 잔류가스에 포함된 파우더를 상기 챔버 배기관 상에 설치된 파우더 포집 트랩을 이용하여 포집하는 제2 포집 단계를 더 포함하는,
    배기관 내 파우더 침적 방지 방법.
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