KR100260246B1 - 진공배기시스템 및 혼입물 제거방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은, 배기가스내에 함유된 미반응 처리가스나 반응생성물 등의 혼입물을 효율좋게 제거할 수 있는 제거장치 및 제거방법을 제공한다.
본 발명에 있어서, 트랩 본체는, 진공펌프의 상류측에 위치하고 있는 배기통로에 삽입된 하우징에 착탈자재로 부착되고, 접촉하는 배기가스중의 혼입물을 냉각하여 이 혼입물을 액화하기 위한 냉각핀을 갖추고 있다. 따라서, 배기 통로를 통해 흐르는 배기가스내에 함유된 미반응 처리가스나 반응 생성물 등의 혼입물은 이들이 트랩 본체와 접촉함으로써 냉각핀에 의해 냉각되어 액체하여 트랩 본체의 표면에 부착된다. 따라서, 배기가스내의 혼입물을 제거할 수 있고, 하류측의 진공펌프에 손상을 주거나 배기통로가 막히는 것을 방지할 수 있다.

Description

진공배기시스템 및 혼입물 제거방법
제1도는 본 발명의 실시예 1에 따른 제거장치 및 진공배기시스템을 설치한 처리장치 전체를 나타낸 개략구성도.
제2도는 본 발명의 실시예 1에 따른 제거장치의 사시도.
제3도는 제2도에 나타낸 제거장치의 분해조립도.
제4도는 제거장치의 트랩 본체를 나타낸 횡단면도이다.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
2 : 금속 CVD 장치(처리장치) 4 : 처리용기
14 : TDEAT액 16 : 원료가스원
20 : 환원가스원 36 : 배기통로
42 : 정밀배기용 펌프(진공펌프) 46 : 대강배기용 펌프(진공펌프)
54 : 냉매원 60 : 수분(또는 알코올분 등)공급수단
62 : 통로가열수단 76 : 하우징
78 : 트랩 본체 86 : 부착방지용 가열수단
94 : 트랩 핀 98 : 냉각수단
W : 반도체 웨이퍼(피처리체)
[산업상의 이용분야]
본 발명은 금속 CVD장치 등과 같은 처리장치로부터의 배기가스에 함유된 혼입물을 제거하기 위한 제거장치 및 제거방법에 관한 것이다.
[종래의 기술]
일반적으로, 반도체 집적회로를 제조하기 위해서는, 반도체 웨이퍼에 대해 성막(成膜), 에칭 등과 같은 각종의 처리가 반복해서 실시된다. 웨이퍼에 형성되는 막으로서는 절연용의 산화막이나 배선용의 금속막 등이 있고, 금속막을 형성할 때에 사용하는 처리가스로서는 유기계의 금속화합물이 주로 사용된다. 그러나, 이들 유기계의 금속화합물을 공급하는 경우에는 그 온도를 제어하는 것이 대단히 어렵다. 또, 이 화합물중에는 수분 혹은 알코올분과 반응하는 것도 있는 바, 이로써 반응성 가스(유해가스)를 발생하는 것도 있다.
따라서, 처리가스의 공급시스템은 물론이고, 배기시스템에 있어서도 반응처리가스나 미반응 처리가스가 흘러, 이들에 대한 대책을 강구할 필요가 있다.
여기서 금속막으로서 TiN(titanium nitride)막을 성막하는 경우의 종래의 매엽식(single-wafer-type) 금속 CVD장치에 대해 설명한다.
질화티탄막을 성막하는 경우에는, 처리가스로서 유기재료인 테트라디에틸아미노티탄(TDEAT)과 환원제인 암모니아가스(NH3)를 사용하고, 캐리어가스로서 헬륨 등의 불활성 가스를 사용하고 있다. 처리용기의 스테이지상에 반도체 웨이퍼를 올려 놓은 상태에서, 이것을 할로겐램프 등의 강력한 가열램프에 의해 처리온도로 가열하여 유지해 둔다. 이 상태에서, 처리용기내에 캐리어가스에 의해 기화된 TDEAT를 공급함과 더불어 암모니아가스도 공급하고, 이들을 반응시켜 TiN막을 성막하도록 되어 있다.
물론, 성막중에 있어서는, 처리용기내는 항시 진공흡인되어 소정의 처리압력을 유지하도록 되어 있다.
그런데, 처리용기내로 도입된 처리가스는 모두 반응하는 것은 아니고, 반응하지 않고 잔류하는 처리가스도 있다. 따라서, 처리장치로부터 연장되는 진공배기시스템내를 흐르는 배기가스에는 필연적으로 미반응 처리가스가 함유되고, 또 당연히 반응에 의해 생긴 반응생성물도 혼입하고 있다.
이 경우, 미반응 처리가스나 반응 생성물은 진공배기시스템내를 기체상태로 흐른다. 제거장치에 의해 가스 및 생성물을 제거할 수 있는 것이라면 물제를 일으키지 않지만, 이러한 종류의 유기재료나 반응생성물중에는 상온에서 용이하게 재액화하는 것이 많다.
예컨대, TDEAT는 암모니아와 혼합된 상태에서는 약 100℃이상의 온도에서 암모니아와 반응하여 막을 형성한다. 한편, 약 40℃이하의 온도, 즉 상온에서는, TDEAT는 액화하여 점성이 높은 액체로 된다. 따라서, 진공배기시스템에 전혀 처리를 실시하지 않는 경우에는, 미반응의 처리가스나 상온에서 액화하는 반응생성물이 상온상태의 진공배기시스템의 배기통로안이나 도중에 삽입되어 있는 배기펌프내에서 재액화하여 부착되어 통로를 막기도 하고, 펌프에 손상을 주기도 한다.
이것을 방지하기 위해, 진공배기시스템 전체에 걸쳐 히터를 설치하여 시스템 전체를 처리가스나 반응생성물의 액화온도 이상의 온도로 가열하도록 할 수도 있다. 그러나, 이 경우에는 진공펌프를 포함하여 시스템 전체에 히터를 설치하지 않으면 안되므로, 전체적으로 사이즈가 커지게 되어 현실적이지 못하다.
[발명의 목적]
본 발명은 상기한 점을 감안하여 이루어진 것으로, 배기가스에 함유된 미반응 처리가스나 반응생성물 등의 혼입물을 효율좋게 제거할 수 있는 제거장치, 이것을 이용한 진공배기시스템 및 제거방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
[발명의 구성 및 작용]
본 발명에 따른 혼입물 제거장치는, 반도체 처리장치로부터 진공펌프에 의해 배기가스를 진공흡인하여 배출하는 진공배기시스템에 장착되어 배기가스내에 함유된 혼입물을 제거하기 위한 반도체 처리장치용 혼입물 제거장치에 있어서, 상기 진공펌프의 상류측에 위치하고 있는 배기통로에 삽입된 하우징과, 상기 하우징에 착탈자재로 부착되고, 접촉하는 배기가스중의 혼입물을 냉각하여 이 혼입물을 액화하기 위한 냉각수단을 갖춘 트랩 본체를 구비한 것을 특징으로 한다.
이와 같이 구성된 본 발명의 혼입물 제거장치에 의하면, 배기통로를 흘러오는 배기가스내에 함유된 미반응 처리가스나 반응생성물 등의 혼입물은 냉각수단에 의해 냉각된 트랩 본체와 접촉함으로써 냉각되어 액화하여 트랩 본체의 표면에 부착되게 된다. 이에 따라, 배기가스내의 혼입물을 제거할 수 있고, 하류측에 위치하는 진공펌프에 손상을 주거나 배기통로가 막히는 것을 방지하는 것이 가능하게 된다.
이 경우, 트랩 본체에는 각도조정이 가능한 트랩 핀(trap fin)을 설치하고, 이 각도를 적절히 조정함으로써 최적의 배기콘덕턴스(exhaust conductance)를 설정하는 것이 가능하게 된다.
또, 트랩 본체를 수용하는 하우징에는, 혼입물의 부착을 방지하기 위한 부착방지용 가열수단을 설치하고, 이 하우징을 소정의 온도 이상으로 가열해 둠으로써, 혼입물이 트랩 본체에만 부착되어 이 하우징에 혼입물이 액화하여 부착ㆍ퇴적되는 것을 방지할 수 있다.
더욱이, 처리장치와 제거장치 사이에 위치하고 있는 배기통로에 통로가열수단을 설치하고, 이 가열수단에 의해 통로 자체를 소정의 온도 이상으로 가열해 둠으로써, 이 통로의 중앙에서 혼입물이 액화하여 부착ㆍ퇴적되는 것을 방지할 수 있다.
또, 본 발명에 따른 혼입물 제거방법은, 진공펌프의 상류측에 위치하고 있는 배기통로에 삽입된 하우징과, 상기 하우징에 착탈자재로 부착되고, 접촉하는 배기가스중의 혼입물을 냉각하여 이 혼입물을 액화하기 위한 냉각수단을 갖춘 트랩 본체를 포함하는 제거장치를 구비하고서, 반도체 처리장치로부터 상기 진공펌프에 의해 배기가스를 진공흡인하여 배출하는 진공배기시스템으로부터 혼입물을 제거하기 위한 혼입물 제거방법에 있어서, 상기 배기가스중의 혼입물을 상기 트랩 본체의 냉각수단에 의해 냉각하여 액화한 후에 상기 진공배기시스템과 제거장치를 고립시키는 공정과, 상기 혼입물이 수분 혹은 알코올분 등과 반응하여 반응성 가스 및 응고된 퇴적물을 생성하도록 고립된 제거장치의 하우징내로 수분 혹은 알코올분 등을 도입하는 공정 및, 상기 제거장치의 하우징으로부터 반응성 가스 및 응고된 퇴적물을 제거하는 공정을 구비한 것을 특징으로 한다.
진공배기시스템을 유지보수작업하는 경우에는, 트랩 본체에 부착된 혼입물에 수분 혹은 알코올분 등을 공급하여 이것을 반응시켜 반응성 가스(유해가스)를 방출시키고, 그리고 발생한 반응성 가스를 진공흡인하여 배제한다. 그 후, 트랩 본체를 하우징으로부터 떼어 내고, 트랩 본체에 부착되어 있는 혼입물을 제거한다.
여기서, 부착물을 수분 혹은 알코올분 등과 반응시킬 때에는, 제거장치 자체를 외부로부터 고립시켜 발생한 반응성 가스가 새지 않도록 해 두는 것이 바람직하다.
더욱이, 부착물과 수분 혹은 알코올분 등과의 반응공정과 반응성 가스를 배기하는 공정은, 부착물의 반응이 완료할 때까지 반복해서 실행하는 것이 바람직하다.
[실시예]
이하, 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명의 실시예 1에 따른 혼입물 제거장치 및 이 제거장치를 이용한 진공배기시스템에 대해 상세히 설명한다.
제1도는 본 발명의 실시예 1에 따른 제거장치 및 진공배기시스템을 설치한 처리장치 전체를 나타낸 개략구성도, 제2도는 본 발명의 실시예 1에 따른 제거장치의 사시도, 제3도는 제2도에 나타낸 제거장치의 분해조립도, 제4도는 제거장치의 트랩 본체를 나타낸 횡단면도이다.
본 실시예에 있어서는, 처리장치로서 매엽식의 금속 CVD장치를 사용하고, 또 처리가스로서 원료가스인 테트라디에틸아미노티탄(TDEAT)과 환원제인 암모니아가스를 이용하여 금속 TiN(titanium nitride)막을 성막하는 경우를 예로 들어 설명한다.
처리장치로서의 금속 CVD 장치(2)는, 예컨대 알루미늄 등으로 이루어진 원통모양의 처리용기(4)를 갖추고 있다. 이 처리용기(4)내에는 예컨대 그래파이트(graphite)등으로 이루어진 스테이지(6)가 설치되고, 이 스테이지(6)상에 피처리체로서의 반도체 웨이퍼(W)를 올려 놓고 유지할 수 있도록 되어 있다.
처리용기(4)의 저부(base portion)에는 석영유리로 이루어진 투과창(8)이 기밀하게 설치되고, 이 창(8) 아랫쪽에는 할로겐 램프 등으로 이루어진 강력한 가열램프(10)가 회전가능하게 설치되어, 상기 웨이퍼(W)를 가열할 수 있도록 되어 있다.
처리용기(4)의 천정부에는 샤워 헤드(shower head; 12)가 설치되어 있고, 이 샤워 헤드(12)에는 원료가스로 되는 TDEAT액(14)을 비축하는 원료가스원(material gas source; 16)에 연결된 원료가스통로(18)와, 환원가스인 암모니아를 비축하는 환원가스원(20)에 연결된 환원가스통로(22)가 각각 접속되어 있다.
원료가스통로(18)의 단부는 TDEAT액(14)내에 담그어지고, 이 용기의 공간부에 헬륨원(24)으로부터 가압(加壓)된 헬륨을 공급함으로써, TDEAT액(14)을 유량제어하면서 압송할 수 있도록 되어 있다. 또, 원료가스통로(18)의 중앙에는 기화기(carburetor; 26)가 삽입되어 있다. 이 기화기(26)는 캐리어원(28)으로부터의 캐리어가스, 예컨대 헬륨가스에 의해 압송되어 온 TDEAT액(14)을 기화 또는 원자화하기 위해 사용되는 것이다. 그리고, 기화기(26)와 샤워 헤드(12)간의 원료가스통로(18)에는 재액화를 방지하기 위한 테이프 히터(30)가 설치되어 있다.
한편, 본 발명에 따른 진공배기시스템(34)은 처리용기(4)의 배기구(32)에 접속된다. 구체적으로는, 이 진공배기시스템(34)은 예컨대 내경(inside diameter) 60mm정도의 스테인레스강제의 적어도 1개 이상의 배기통로(36)를 갖추고, 이 통로(36)의 상류측으로부터 하류측으로 향하여 제1의 개폐밸브(38), 본 발명에 따른 혼입물 제거장치(40), 드랙 펌프(drag pump) 등으로 이루어진 정밀한 배기를 위한 정밀배기용 펌프(42), 제2의 개폐밸브(44) 및 드라이 펌프(dry pump) 등으로 이루어진 대강의 배기를 위한 대강배기용 펌프(46)가 순차적으로 설치되어 있다. 또, 제거장치(40)와 정밀배기용 펌프(42)간의 통로에는, 제거장치(40)를 부착하거나 분리할 때 이 제거장치(40)가 통로의 길이방향으로 이동하도록 허용되는 풀무(bellows; 48)가 설치되어 있다.
또, 제1의 개폐밸브(38) 상류측의 통로와 제2의 개폐밸브(44) 하류측의 통로를 연결하는 측관(側管)으로서 대강배기용 통로(50)가 설치되고, 이 통로(50)의 중앙에는 대강배기용 개폐밸브(52)가 삽입되어 있다.
그리고, 처리용기(4)의 배기구(32)와 제거장치(40)간의 배기통로(36) 전체에는, 예컨대 테이프 히터 등으로 이루어진 통로가열수단(62)이 휘감겨 있고, 이 부분을 배기가스의 혼입물의 액화온도 이상의 온도로 가열하여 통로의 중앙에서 혼입물이 액화하는 것을 방지하고 있다.
상기 제거장치(40)는, 그 안을 흐르는 배기가스에 함유된 미반응 처리가스나 반응생성물 등의 혼입물을 냉각하여 부착ㆍ퇴적시키는 장치로서, 그를 위해 에틸렌글리콜 등의 냉매를 비축하는 냉매원(coolant source; 54)을 갖추고 있다. 따라서, 냉매공급파이프(56)나 냉매배출파이프(58)를 통해 제거장치(40)로 냉매를 공급하거나 제거장치(40)로부터 냉매를 배출할 수 있다.
더욱이, 이 제거장치(40)에는 여기서 부착시켜 트랩한 혼입물을 수분 혹은 알코올분 등과 반응시켜 무해화하는 수분(또는 알코올분 등)공급수단(60)이 접속되어 있다. 이 수분(또는 알코올분 등) 공급수단(60)은 수분 혹은 알코올분 등을 비축한 버블링용기(bubbling container; 64)를 갖추고 있다. 이 용기(64)내에 질소가스원(66)으로부터 유량제어밸브(68)를 갖춘 질소통로(70)를 통해 질소가스를 도입하여 버블링시킴으로써, 수분 혹은 알코올분 등을 함유한 습한 질소가스를 발생시킨다. 이 습한 질소가스는, 필요에 따라 중앙에 유량 제어밸브(72)를 갖춘 수분(또는 알코올분 등)공급파이프(74)를 통해 제거장치(40)로 공급되도록 되어 있다.
다음에는 제거장치(40)에 대해 설명한다.
제2도 및 제3도에도 나타낸 바와 같이, 이 제거장치(40)는 배기통로(36)에 설치되는 예컨대 알루미늄제의 하우징(76)과, 이 하우징(76)에 착탈가능하게 부착되는 트랩 본체(trap body; 78)에 의해 주로 구성되어 있다. 이 하우징(76)은, 거의 입방체모양으로 형성되고, 한쪽에 상기 트랩 본체(78)를 장착하는 트랩장착구(trap mounting aperture; 80)를 갖추고 있다. 이 장착구(80)의 어느 한쪽의 하우징(76)의 2개의 대향측벽에는 각각 통로장착구(82,82)가 설치된다. 그리고, 양 통로장착구(82)의 주변부에 배기통로(36)의 플랜지(flange; 36A)를 볼트(84)에 의해 고정함으로써, 하우징(76)과 통로(36)를 서로 연결하고 있다. 또, 이 하우징(76)의 5면의 각 측벽의 적당한 위치에는, 예컨대 로드(rod)모양의 카트리지 히터(cartridge heater)를 매립함으로써, 부착방지용의 가열수단(86)이 설치되어 있다. 이 하우징(76)의 측벽을 혼입물의 액화온도, 예컨대 약 40℃이상의 온도로 가열함으로써, 하우징 측벽에 혼입물이 부착하는 것을 방지하고 있다. 더욱이, 이 하우징(76)의 측벽중의 하나에는 수분(또는 알코올분 등)공급구(88)가 관통하여 설치되어 있고, 이 공급구(88)에 상기 수분(또는 알코올분 등)공급파이프(74)를 연결함으로써, 이 공급구(88)를 통해 하우징(76)의 내부로 습한 질소가스를 공급할 수 있도록 되어 있다.
한편, 트랩 본체(78)는 전체가 예컨대 알루미늄으로 구성되고, 덮개부재(90), 2매의 핀장착판(92,92) 및 복수개의 트랩 핀(trap fin; 94)에 의해 주로 구성되어 있다. 덮개부재(90)는 하우징(76)의 트랩장착구(80)에 부착되어 이것을 기밀하게 밀폐하고 있다. 또, 상기 2매의 핀장착판(92,92)은 수평방향으로 서로 평행하게 연장하여 형성되고, 트랩 핀(94)은 이들 판(92,92) 사이에 걸쳐 있다.
상기 핀장착판(92)은, 열전도성이 좋으면서 가공이 용이한 알루미늄과 같은 재료로 형성되고, 배기통로(36)의 직경과 거의 동등하거나 그 이상의 거리만큼 이간되어 배치된다. 장착판(92)이 적소에 장착된 경우는, 배기가스흐름을 예컨대 위ㆍ아래로부터 샌드위치하도록 되어 있다.
이 2매의 핀장착판(92) 사이에 걸쳐 있는 복수개의 트랩 핀(94)은, 예컨대 두께가 1mm정도이고 폭이 10mm정도인 알루미늄판에 의해 형성되어 소정의 피치로 배열되어 있다. 각 핀(94)의 상ㆍ하 단부는 구부러져 나사(96)에 의해 장착판(92)에 고정되어 있다. 제3도에서는 이 핀은 4매밖에 나타내고 있지 않지만, 실제로는 배기통로의 직경에 기초하여 10매 이상의 핀도 설치할 수 있다.
이 핀(94)은 배기가스의 유로방향(flowing direction)에 대해 직교하는 방향, 즉 배기통로내를 횡단하는 방향으로 연장하여 설치된다. 이 경우, 나사(96)를 풀므로써, 이 나사(96)를 중심으로 하여 핀 자체를 회전시켜 배기가스의 유로방향에 대한 각도 θ(제4도 참조)를 변화시킬 수 있도록 되어 있다.
한편, 이 트랩 본체(78)에는 이것을 냉각하기 위한 냉각수단(98)이 설치된다. 구체적으로는, 이 냉각수단(98)은 상기 덮개부재(90) 및 2개의 핀장착판(92)을 연통하는 냉매통로(100)로서 구성된다. 이 냉매통로(100)는, 제3도에 나타낸 바와 같이 덮개부재(90)에 설치한 냉매입구(102)로부터 연장하여 상부의 핀장착판(92)을 통해 순환한 후에 덮개부재(90)내를 아랫쪽으로 연장하고, 더욱이 하부의 핀장착판(92)을 통해 순환한 후에 덮개부재(90)의 냉매출구(104)에 도달한다.
이러한 냉매통로(100)는 드릴가공에 의해 용이하게 형성할 수 있다. 그리고, 상기 냉매입구(102)에는 상기 냉매공급파이프(56)가 착탈가능하게 부착되고, 또 냉매출구(104)에는 냉매방출파이프(58)가 착탈가능하게 부착되어 있다. 핀장착판(92)내에 예컨대 -20℃정도로 냉각된 냉매를 순환시킴으로써, 실질적으로 동일한 온도까지 냉각핀(94)을 냉각하여 배기가스내에 함유된 혼입물을 액화시켜 핀 표면에 부착시키도록 되어 있다.
덮개부재(90)의 하우징(76)에 대한 장착접촉부에는, 그 전체 면적에 걸쳐 접촉凸부(contack ridge; 106)가 형성되어 있다. 따라서, 결합되는 덮개부재(90)와 하우징(76)간의 접촉면적을 작게 하여 열저항을 크게 함으로써, 이들 사이의 열전달을 가능한 한 작게 하고 있다. 그리고, 이 접촉 凸부(106)에는 0-링 등의 밀봉부재(108)를 설치함으로써, 조립(어셈블리)시에 기밀성을 확보하도록 되어 있다.
이러한 덮개부재(90)는, 제2도에 나타낸 바와 같이, 예컨대 손으로 돌릴 수 있는 예컨대 4개의 손잡이나사(110)에 의해 하우징(76)에 용이하게 착탈가능하게 부착된다. 또, 이 덮개부재(90)의 측면에는 손잡이(112)를 설치하여 분리를 용이하게 행할 수 있도록 되어 있다.
다음에는 상기와 같이 구성된 실시예 장치의 동작에 대해 설명한다.
먼저, 처리용기(4)내의 스테이지(6)상에 반도체 웨이퍼(W)를 고정하고, 진공배기시스템(34)을 구동시켜 처리용기(4)내를 소정의 압력까지 진공흡인한다. 다음에, 가열램프(10)를 구동시켜 웨이퍼(W)를 처리온도로 유지함과 더불어, 원료가스원(16) 및 환원가스원(20)으로부터 각각 원료가스로서 안개모양의 테트라디에틸아미노티탄(TDEAT) 및 환원제로서 암모니아가스를 처리용기(4)내로 공급하고, 이들 가스를 서로 반응시켜 웨이퍼(W)의 표면에 TiN막을 형성한다. 이 성막중에도 진공배기시스템(34)을 구동시켜 처리압력을 예컨대 200mTorr정도로 유지한다.
원료가스인 TDEAT는 처리용기(4)내에서 모두 반응에 기여하는 것은 아니다. 일부의 원료가스는 미반응인 채로 배기시스템으로 흐르고, 또 일부의 반응생성물도 웨이퍼 표면에 부착하지 않고 배기시스템으로 흘러 간다.
전술한 바와 같이 TDEAT는 약 40℃ 이하에서 액화하기 때문에, 미반응의 원료가스가 배기시스템의 진공펌프 등에서 재액화하여 손상을 주는 것을 방지하기 위해서, 본 발명의 제거장치(40)를 이용하여 이것을 배기가스로부터 제거한다. 이와 동시에, 액화하기 쉬운 반응생성물도 제거한다.
다음에는 진공배기시스템(34)의 배기조작에 대해 설명한다.
먼저, 처리용기(4)내를 대기압 혹은 이에 가까운 압력으로 진공흡인하기 위해서는, 배기통로(36)의 제1 및 제2의 개폐밸브(38,44)를 닫음과 더불어 대강배기용 개폐밸브(52)를 연 상태에서 대강배기용 펌프(46)를 구동시켜 용기(4)내의 분위기를 대강배기용 통로(50)를 통해서 배기한다.
이 대강의 배기에 의해, 처리용기(4)내의 압력이 소정의 압력, 예컨대 200~900mTorr정도로 낮아졌을 때, 대강배기용 개폐밸브(52)를 닫고, 제1 및 제2의 개폐밸브(38,44)를 연 상태에서 정밀배기용 펌프(42)를 구동시켜 용기(4)내를 더 진공흡인한다. 이 상태에서, TiN막을 형성한다.
TiN막의 형성중에는, 제거장치(40)에 부착한 냉매원(54)으로부터는 예컨대 -20℃정도까지 냉각된 냉매가 트랩 본체(78)에 공급된다. 이 냉매가 핀장착판(92)의 냉매통로(100)를 흘러 트랩 핀(94)을 동일한 온도로 냉각하고 있다. 따라서, 배기통로(36)내를 흐르는 배기가스에 함유된 미반응 처리가스나 반응 생성물이 이 트랩 핀(94)과 접촉하여 냉각됨으로써 재액화하고, 이 핀 표면에 부착하여 배기가스로부터 제거된다.
따라서, 혼입물이 제거된 배기가스가 이 제거장치(40)의 하류측에 위치하는 2대의 펌프(42,46)를 통해 흘러 액상 물질의 부착에 기인한 손상을 미연에 방지할 수 있다. 또, 제거장치(40)의 하류측에 위치하는 배기통로(36)내에 액상 물질이 부착되어 이 통로를 좁히거나 막는 것도 방지할 수 있다.
배기가스로부터의 혼입물의 제거효율은 핀(94)과 배기가스 사이의 접촉의 효율을 변경시킴으로써 조정되고, 이 접촉효율은 냉매의 온도를 변화시킴으로써 핀(94)의 온도를 조절한다거나, 핀(94)을 고정하는 나사(96)를 풀어 배기가스의 유로방향에 대한 핀(94)의 경사각도(θ)를 적절히 바꾸어 조정함으로써 변경된다. 단, 이 각도(θ)를 과도하게 큰 값으로 설정하면, 가스통로가 너무 좁아져서 배기콘덕턴스가 너무 작아지므로, 충분한 배기속도를 얻을 수 없다. 따라서, 배기속도와 제거효율을 고려하여 각도(θ)를 적절한 값으로 조정한다.
트랩 본체(78)상의 퇴적물은, 하우징(76)으로부터 트랩 본체(78)를 떼어 낸 후에 용이하게 제거할 수 있다. 그러나, 하우징(76)은 배기통로(36)에 강력하게 부착되어 있는 것이기 때문에, 하우징(76)에 퇴적물이 부착하면 이 퇴적물은 제거하기가 곤란하다.
그래서, 하우징(76)에는 부착을 방지하기 위한 복수개의 가열수단(86)을 매립하여, 이 전체를 액화온도보다 높은 온도, 예컨대 50℃정도로 가열하고 있다. 따라서, 하우징(76)의 내벽면에 미반응 처리가스가 재액화하여 부착되는 것을 방지할 수 있다.
또, 처리용기(4)의 배기구(32)와 제거장치(40)간의 배기통로(36)에는 전체에 걸쳐 통로가열수단(62)을 설치하여, 통로 자체를 미반응 처리가스나 반응생성물의 액화온도보다 높은 온도, 예컨대 50℃정도의 온도로 가열하고 있다. 따라서, 이 통로부분에서 미반응 처리가스나 반응생성물이 액화하여 통로의 유로면적을 좁히는 등의 문제의 발생을 방지할 수 있다.
상술한 바와 같이 트랩 본체(78)는 냉각되는데 반해, 하우징(76) 자체는 가열되므로, 이들 사이에 저항없이 열이 전달되면 큰 열손실로 된다. 그러나, 트랩 본체(78)의 덮개부재(90)에 접촉 凸부(106)를 형성하여 하우징(76)과의 접촉면적을 작게 하여 열저항을 크게 하고 있으므로, 열손실을 가능한 한 작게 할 수 있다.
이와 같이 하여 성막처리를 반복해서 행하면, 트랩 본체(78)에는 다량으로 미반응 처리가스나 반응생성물이 액화하여 부착하게 되어, 이것을 떼어 내는 유지보수(maintenance)작업을 행할 필요가 생긴다.
그런데, 부착물로부터 가스가 발생하지 않는 경우에는 문제가 없다. 그러나, 부착물로부터 가스가 발생하는 경우에는, 트랩 본체(78)를 하우징(78)으로부터 갑자기 떼어낼 수 없다.
예컨대, 여기서 사용한 TDEAT는 물 혹은 공기중의 수분과 반응하여 하기 식과 같이 안정한 산화티탄을 생성한다.
Ti[N(C2H5)2]4+H2O → TiO2+4NH(C2H5)2
또한, 원료가스로서 테트라디메틸아미노티탄(TDMAT)을 사용한 경우에도, 마찬가지로 반응을 하여 산화티탄과 4NH(CH3)2를 생성한다.
그 때문에, 이 진공배기시스템(34)의 유지보수작업을 수행하는 경우에는, 먼저 배기통로(36)의 제1 및 제2의 개폐밸브(38,44)를 닫음으로써 정밀배기용 펌프(42)와 제거장치(40)를 포함한 시스템을 고립시킨다. 또한, 제2의 개폐밸브의 장착위치를 펌프(42)의 상류측에 위치시킴으로써, 제거장치(40)만을 고립시키도록 해도 좋다.
다음에, 수분(또는 알코올분 등) 공급수단(60)을 구동시켜 수분(또는 알코올분 등)공급파이프(74)의 유량제어밸브(72)를 열므로써, 버블링된 습한 질소가스를 제거장치(40)에 공급하여 이 장치(40)내로 수분 또는 알코올분 등을 도입한다.
이와 같이 하우징(76)내에 수분 또는 알코올분 등을 공급하면, 전술한 반응식에 따라 미반응 처리가스와 수분 또는 알코올분 등이 반응하여 백색분말의 산화티탄과 디에틸아민가스가 발생한다. 이 반응은, 제거장치(40)의 근방에 설치한 압력게이지(114)가 거의 대기압으로 될 때까지 행하여 충분히 반응시킨다.
또한, 수분 또는 알코올분 등의 공급방법은 질소가스에 의한 버블링에 한정되지 않고, 예컨대 초음파에 의해 발생시킨 수증기 또는 알코올 등을 공급하도록 해도 좋다.
충분히 반응이 진행되었으면, 습한 질소가스의 공급을 중지하고, 하류측의 제2의 개폐밸브(44)를 열어 대강배기용 펌프(46)만을 구동시킴으로써, 발생한 반응성 가스를 진공흡인하여 배출한다.
또한, 이 반응성 가스는 이 배기시스템의 하류측에 위치하는 제거장치(도시하지 않음)에 의해 제거된다.
통상, 1회의 반응으로는 부착된 미반응 처리가스를 완전한 반응에 충분할 만큼 안정하게 만들수는 없다. 그래서, 상기한 동작을 재차 반복해서, 즉 습한 질소가스를 재차 공급하여 반응을 행한 다음에, 발생한 반응성 가스를 배기한다. 이러한 일련의 동작은, 내부의 반응성 가스 농도가 소정의 농도이하, 예컨대 20ppm이하로 될 때까지 반복해서 행한다.
이러한 반응성 가스 농도를 검출하기 위해서, 제거장치에 가스검지기 혹은 가스크로마토그래프(gas chromatograph)와 같은 가스농도측정부(116; 제1도 참조)를 설치해 두는 것이 바람직하다.
이렇게 해서, 반응성 가스 농도가 소정의 농도 이하로 되기까지 반응ㆍ배기를 반복한 후에, 내부를 대기압으로 유지한 상태에서 트랩 본체(78)를 고정하고 있는 손가락나사(110)를 풀어 이것을 하우징(76)으로부터 떼어 내고, 트랩 핀(94)은 핀장착판(92) 등에 부착되어 있는 안정화된 산화티탄이나 반응생성물을 기계적으로 제거한다.
이와 같이, 반응성 부착물이라도, 트랩 본체를 떼어 내기 전에 수분 또는 알코올분 등과의 반응을 통하여 안정화시킴으로써 안전하면서도 용이하게 유지보수작업을 행할 수 있다.
또, 유지보수작업을 행하는 타이밍은 처리된 웨이퍼를 카운트함으로써 경험적으로 알 수 있지만, 확실성을 기하기 위해, 예컨대 제3도에 일점쇄선으로 나타낸 바와 같이 하우징(76)의 측벽에 석영유리제의 관찰창(118)을 설치해 두고, 내부의 상태를 외부에서 관찰할 수 있도록 해 두면, 유지보수시기를 확실히 파악할 수 있다.
상술한 방법에 따르면, 미반응 처리가스의 습한 질소가스에 의한 반응공정과, 반응성 가스(유해가스)의 배출공정을 다른 공정으로 행했지만, 이들 조작을 한 공정으로 행할 수도 있다. 예컨대, 습한 질소가스를 공급하면서 배기조작을 행하도록 해도 좋다.
또한, 상기 실시예에서는 원료가스로서 TDEAT나 TDMAT을 이용하여 TiN막을 성막했지만, 본 발명에 따르면 미반응 처리가스나 반응생성물을 냉각하여 제거할 수 있고, 게다가 수분 또는 알코올분 등에 의해 무해화할 수 있는 것이라면, 어떠한 처리가스라도 이용할 수 있다. 예컨대, 유기계의 금속화합물에 대해 사용되는 처리가스로서는, DMAH(dimethylaluminiumhydraido), TIBA(triisobutylaluminium), DMEAA(dimethylethylaminoaran), TEMAA(trimethylaminoaran), TMG(trimethylgallium) 및 트리알킬포스핀(trialkylphosphine)을 포함해도 좋다.
성막은 티탄막에 한정되지 않고, 본 발명은 알루미늄막, 텅스텐막, 동막 등을 형성하는 경우에도 적용할 수 있다.
피처리체는 반도체 웨이퍼에 한정되지 않고, 본 발명의 방법은 LCD기판 등과 같은 다른 재료에 성막을 실시하는 경우에도 적용할 수 있다.
[발명의 효과]
이상 설명한 바와 같이 본 발명에 따른 혼입물 제거장치 및 그 유지보수방법에 의하면, 다음과 같이 우수한 효과를 발휘할수 있다.
처리장치로부터의 배기가스내에 함유된 미반응 처리가스나 반응생성물을 냉각ㆍ액화시켜 제거할 수 있다.
따라서, 배기통로의 유로면적의 감소나 막힘 등의 문제를 없앨 수 있을 뿐만 아니라, 배기펌프가 손상되는 것을 방지할 수 있다.
또, 트랩 본체는 하우징으로부터 착탈가능한 것이기 때문에, 유지보수작업도 용이하게 행할 수 있다.
트랩 핀의 경사각도를 적절히 조정함으로써, 트랩효과와 배기속도를 최적화할 수 있다.
더욱이, 하우징에 부착방지용의 가열수단을 설치하고 이것을 가열해 둠으로써, 하우징에 퇴적물이 부착하는 것을 방지할 수 있고, 유지보수작업도 더 용이하게 행할 수 있다.
또, 제거장치의 상류측에 위치하고 있는 배기통로에 부착한 통로가열수단에 의해 혼입물이 액화하여 부착되는 것을 방지할 수 있다.
더욱이, 트랩된 물질이 직접 혹은 간접적으로 반응성 물질을 발생하는 경우에는, 이것을 수분 또는 알코올분 등과 반응시켜 안정화할 수 있으므로, 안전하게 유지보수작업을 행할 수 있다.
본 발명은 상술한 실시예에 한정되지 않고, 발명의 요지를 이탈하지 않는 범위내에서 여러가지로 변형하여 실시할 수 있다.

Claims (5)

  1. 진공펌프의 상류측에 위치하고 있는 배기통로에 삽입된 하우징과, 상기 하우징에 착탈자재로 부착되고, 접촉하는 배기가스중의 혼입물을 냉각하여 이 혼입물을 액화하기 위한 냉각수단을 갖춘 트랩 본체를 포함하는 제거장치를 구비하고서, 반도체 처리장치로부터 상기 진공펌프에 의해 배기가스를 진공흡인하여 배출하는 진공배기시스템에 있어서, 상기 배기가스중의 혼입물을 상기 트랩 본체의 냉각수단에 의해 냉각하여 액화한 후에 상기 진공배기시스템과 제거장치를 고립시키는 수단과, 상기 혼입물이 수분 혹은 알코올분 등과 반응하여 반응성 가스 및 응고된 퇴적물을 생성하도록 고립된 제거장치의 하우징내로 수분 혹은 알코올분 등을 도입하는 도입수단 및, 상기 제거장치의 하우징으로부터 반응성 가스 및 응고된 퇴적물을 제거하는 제거수단을 구비한 것을 특징으로하는 진공배기시스템.
  2. 제1항에 있어서, 상기 하우징에, 상기 반응성 가스의 농도를 측정하기 위한 가스농도측정수단을 설치한 것을 특징으로 하는 진공배기시스템.
  3. 제1항에 있어서, 상기 진공배기시스템의 측벽에 상기 배기가스내에 함유된 혼입물이 부착되는 것을 방지하도록 상기 배기가스를 가열하기 위한 가열수단을 더 구비한 것을 특징으로 하는 진공배기시스템.
  4. 진공펌프의 상류측에 위치하고 있는 배기통로에 삽입된 하우징과, 상기 하우징에 착탈자재로 부착되고, 접촉하는 배기가스중의 혼입물을 냉각하여 이 혼입물을 액화하기 위한 냉각수단을 갖춘 트랩 본체를 포함하는 제거장치를 구비하고서, 반도체 처리장치로부터 상기 진공펌프에 의해 배기가스를 진공흡인하여 배출하는 진공배기시스템으로부터 혼입물을 제거하기 위한 혼입물 제거 방법에 있어서, 상기 배기가스중의 혼입물을 상기 트랩 본체의 냉각수단에 의해 냉각하여 액화한 후에 상기 진공배기시스템과 제거장치를 고립시키는 공정과, 상기 혼입물이 수분 혹은 알코올분 등과 반응하여 반응성 가스 및 응고된 퇴적물을 생성하도록 고립된 제거장치의 하우징내로 수분 혹은 알코올분 등을 도입하는 공정 및, 상기 제거장치의 하우징으로부터 반응성 가스 및 응고된 퇴적물을 제거하는 공정을 구비한 것을 특징으로하는 혼입물 제거방법.
  5. 제4항에 있어서, 상기 고립공정, 수분 또는 알코올분 등의 도입공정 및 제거공정을 소정 횟수 반복해서 실행하는 것을 특징으로 하는 혼입물 제거방법.
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