KR100335508B1 - 반도체장치 제조 설비의 스크러버 시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 하우징의 일측으로 제조설비로부터 배출가스를 유도하는 배관의 단부와 연통 연결되는 유입부와, 상기 하우징의 다른 일측 부위에 배기덕트로 연결되는 다른 배관의 단부와 연통 연결되는 배출부와, 상기 하우징의 측부를 관통하여 설치되며 외부의 쇼트펄스 파워제너레이터에 연결되는 애노드/캐소드전극단자와, 상기 하우징의 측부 소정 위치에 외부의 집진기 파워제너레이터와 연결되는 집진전극단자와, 상기 하우징 내부에 캐소드전극단자에 고정되며 상부 소정부위에 배출가스의 유동통로를 이루는 구멍이 형성된 캐소드전극관과, 상기 캐소드전극관의 내측벽에 일정 간격으로 대응하도록 캐소드전극관의 구멍을 통해 연장된 애노드전극단자에 고정되는 애노드전극관, 및 상기 애노드전극관의 외측부위에 근접 대응하는 소정 용기 형상으로 집진전극단자에 고정 설치되는 집진관을 구비함으로써, 배출가스 중 PFC 계열 가스의 분해 효율을 높이도록 하고, PFC 계열 가스의 분해시 NOx나 SOx와 같은 2차 유해가스가 생성되는 것을 방지토록 하며, 수소 가스와 전기히터의 미사용으로 폭발 위험성과 장치의 안전성 및 전력 소모량을 감소토록 하는 반도체장치 제조설비의 스크러버 시스템을 제공한다.

Description

반도체장치 제조 설비의 스크러버 시스템 { scrubber system of semiconductor device manufacturing equipment }

본 발명은 반도체장치 제조설비의 스크러버 시스템에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 반도체장치 제조 공정에 사용되는 유독성, 가연성 및 부식성 등 그 특성이 강한 각종 공정가스를 배출함에 있어서, 이들 배출가스에 의한 안전사고의 위험을 방지하기 위하여 배출가스를 안전한 상태로 정화시키도록 하는 반도체장치 제조설비의 스크러버 시스템에 관한 것이다.

일반적으로 실리콘 웨이퍼는 사진, 확산, 식각, 화학기상증착 및 금속증착 등의 공정을 반복 수행함으로서 반도체장치로 제작되고, 이들 반도체장치 제조공정 중 확산, 식각, 화학기상증착 등의 공정은 밀폐된 공정챔버 내부에 공정가스를 공급하여 이들 공정가스로 하여금 웨이퍼 상에서 반응토록 하는 것이다.

한편, 사용되는 공정가스는 통상 유독성, 가연성 및 부식성 등 그 특성이 강한 것이 사용되고, 이들 공정가스는 제조설비의 공정 과정에서 약 10% 정도만이 반응에 참여하고, 나머지 약 90% 정도의 공정가스는 미반응한 상태에서 제조설비로부터 배출된다.

이러한 특성을 갖는 배출가스를 배출함에 있어서, 배출가스가 별도의 정화 과정이 없이 외부로 유출될 경우 주변 제조설비의 손상과 심각한 환경오염 및 작업자의 안전사고를 초래하게 된다.

따라서, 각 제조설비에서 배기덕트로 연결되는 가스 배출라인 상에는 배출가스를 안전한 상태로 분해 또는 정화시키기 위한 스크러버 시스템이 설치된다.

한편, 스크러버 시스템의 공정가스 분해 방법은, 공정가스의 성질 즉, 일반 공기와 접촉시 폭발적으로 반응하는 성질, 연소되는 성질, 가스 처리제와 반응하는성질 및 물에 용해되는 성질 등을 이용하는 것으로 크게 건식과 습식 및 이들 건식과 습식을 병행하는 방법 등으로 구분된다.

여기서, 상술한 건식 방법의 대표적인 일 예는 배출가스의 연소 분해 성질을 이용하는 것으로서, 이때 연소 분해의 조건은 배출가스에 함유되는 PFC(per fluor compounds) 계열의 가스가 분해될 수 있는 온도 즉, 약 1200℃ 정도 이상의 온도가 요구된다.

상술한 온도의 조건에 대응하여 일반적인 연소 분해식 스크러버 시스템에는 온도 효율을 높이기 위하여 통상 수소 가스를 배출가스에 혼합시켜 함께 연소시키도록 함으로써 그 수소 가스의 열화학 반응에 의해 그 분해 효율을 높이도록 하는 것이 일반적이다.

이러한 스크러버 시스템(10)의 종래 기술에 대하여 첨부된 도 1을 참조하여 설명하기로 한다.

종래의 스크러버 시스템(10)은, 일반적으로 제조설비에서 배기덕트(도면의 단순화를 위하여 생략함)로 이어지는 배관(P1, P5) 상에 직렬 또는 병렬 구조로, 적어도 하나 이상이 설치되며, 이러한 스크러버 시스템(10)을 포함한 각 배관(P1, P5)상에는 배기덕트로부터 배출가스의 흐름을 유도하기 위한 진공압이 제공된다.

한편, 스크러버 시스템(10)의 구성은, 도 1에 도시된 바와 같이, 내부가 소정 크기로 구획 형성된 연소챔버(12)가 있고, 이 연소챔버(12)의 일측 소정 위치에는 제조설비로부터 연결된 배관(P1)의 단부가 연통 연결된다.

또한, 연소챔버(12)의 내부는 배출가스의 유동에 대응하여 구획된 통로를 이루고, 이 연소챔버(12) 내부에는 상술한 배관(P1)을 통해 유도되는 배출가스에 대응하여 소정의 열량을 제공하는 전기히터(14a, 14b)가 구비된다.

그리고, 연소챔버(12)에 근접하는 배관(P1) 상에는 유도되는 배출가스에 수소 가스를 혼합시키기 위한 공급관(P2)이 연결된다.

한편, 상술한 연소챔버(12)의 하측 부위에는, 도 1에 도시된 바와 같이 배출가스가 연소챔버(12)에서 연소되는 과정에서 파우더 상태로 변환된 것을 집진하기 위한 집진챔버(16)가 설치된다.

이러한 집진챔버(16)의 구성을 보다 상세히 설명하면, 도 1에 도시된 바와 같이 측벽 부위가 이중 구조로 이루어지며, 측벽이 이루는 공간상에는 양측에 연통하여 설치되는 냉각수관(P3, P4)을 통해 냉각수가 충진되어 순환하게 된다.

이에 따라 집진챔버(16)로 유도되어 연소 분해된 배출가스는 집진챔버(16)의 측벽과 열교환 방식으로 냉각되어 파우더 상태로 변환되는 정도가 심화되고, 이들 배출가스는 측벽에 증착막으로 성장되거나 집진챔버(16) 하부에 집진된다.

한편, 집진챔버(16)의 다른 일측 부위에는 다른 스크러버 시스템 또는 배기덕트로 이어지는 다른 배관(P5)이 연통 설치되고, 이 배관(P5)을 통해 미반응 또는 미연소된 배출가스 및 연소에 의해 안정화된 배출가스 등이 유도 배출된다.

이러한 구성의 스크러버 시스템(10)에 의하면, 제조설비로부터 배관(P1)을 통해 유도되는 배출가스는 배관(P1) 일측에 연결된 공급관(P2)으로부터 유입되는 수소 가스와 혼합되어 연소챔버(12)로 유도된다.

한편, 연소챔버(12) 내부의 전기히터(14a, 14b)는 인가되는 전원으로 약 1000℃ 정도의 온도로 가열되고, 유도되는 배출가스는 전기히터(14a, 14b)의 열량을 제공받아 연소된다.

이때 배출가스와 혼합되어 유입되는 수소가스는 전기히터(14a, 14b)에 보충하여 폭발적인 열화학 작용으로 1200℃ 이상의 온도로 상승시키게 되고, 이에 따라 배출가스에 함유된 PFC 계열 가스를 열분해시키게 된다.

상술한 바와 같이, 연소챔버(12)에서 연소 분해된 배출가스는 통상 파우더 상태로 변환되어 연이어 설치되는 집진챔버(16)로 유도되고, 집진챔버(16)의 측부에서 열교환으로 냉각되어 그 측벽에 증착되는 막으로 성장되거나 일부가 집진되며, 나머지는 다른 배관(P5)을 통해 다른 스크러버 시스템(도면의 단순화를 위하여 생략함) 또는 배기덕트로 유도 배출되는 과정을 거치게 된다.

그러나, 상술한 바와 같이 배출가스 중 PFC 계열의 가스를 분해시키기 위해서는 1200℃ 이상의 온도가 요구되지만 그 분해되는 정도가 미약하고, 이렇게 형성되는 고온 상태는 NOx나 SOx와 같은 2차 유해가스를 생성하게 되는 문제가 있었다.

또한, 상술한 1200℃ 이상의 온도를 형성하기 위해서는 그에 상응하는 전기히터의 전력 소모가 요구되고, 이렇게 고온을 형성하기 위한 전기히터의 계속적인 사용에 의해 전기히터의 수명이 단축됨과 동시에 각 구성 부품의 주기적인 교체가 요구되며, 교체 작업에 따른 작업의 번거로움과 그에 따른 생산비용 및 유지보수 비용이 증대되는 문제가 있었다.

그리고, 연소챔버 내부의 연소 분해에 따른 열팽창 압력으로 배출가스 및 수소 가스의 역류 가능성이 있고, 수소 가스의 사용에 따른 폭발 가능성에 의해 장비 및 작업자의 안전사고 위험이 있었다.

따라서, 본 발명의 목적은 배출가스 중 PFC 계열 가스의 분해 효율을 높이도록 하고, PFC 계열 가스의 분해시 NOx나 SOx와 같은 2차 유해가스가 생성되는 것을 방지토록 하며, 수소 가스와 전기히터의 미사용으로 폭발 위험성과 장치의 안전성 및 전력 소모량을 감소토록 하는 반도체장치 제조설비의 스크러버 시스템을 제공하는 데 있다.

또한, 사용되는 각 구성 부품의 수명을 연장시키도록 하여 교체 작업에 따른 번거로움을 줄이고, 그에 따른 생산비용 및 유지보수 비용을 줄이도록 하는 반도체장치 제조설비의 스크러버 시스템을 제공하는 데 있다.

도 1은 종래의 스크러버 시스템의 구성과 그 구성의 설치 관계 및 이를 통한 공정가스의 흐름을 설명하기 위해 개략적으로 나타낸 공정도이고,

도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 반도체장치 제조설비의 스크러버 시스템의 구성 및 그에 따른 공정가스의 안정화 과정과 배출 과정을 설명하기 위한 단면도이고,

도 3은 도 2에 도시된 전극단자의 구성을 확대하여 나타낸 단면도이다.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명

10,20: 스크러버 시스템 12,22: 하우징

14a, 14b: 전기히터 16: 집진챔버

24a: 쇼트펄스 파워제너레이터 24b: 집진기 파워제너레이터

26a: 애노드·캐소드전극단자 26b: 집진전극단자

27: 캐소드전극관 28: 애노드전극관29: 집진관

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 기술적 수단은, 내부가 구획 형성되어 밀폐된 공간을 이루는 하우징(22)과; 상기 하우징(22)의 일측으로 제조설비로부터 배출가스를 유도하는 배관의 단부와 연통 연결되는 유입부(P1)와; 상기 하우징(22)의 다른 일측 부위에 배기덕트로 연결되는 다른 배관의 단부와 연통 연결되는 배출부(P2)와; 상기 하우징(22)의 측부를 관통하여 설치되며, 외부의 쇼트펄스 파워제너레이터(24a)에 연결되는 애노드·캐소드전극단자(26a)와; 상기 하우징(22)의 측부 소정 위치에 외부의 집진기 파워제너레이터(24b)와 연결되는 집진전극단자(26b)와; 상기 하우징(22) 내부에 캐소드전극단자(26a)에 고정되며, 상부 소정 부위에 배출가스의 유동 통로를 이루는 구멍이 형성된 캐소드전극관(27)과; 상기 캐소드전극관(27)의 내측벽에 일정 간격으로 대응하도록 상기 캐소드전극관(27)의 구멍을 통해 연장된 상기 애노드전극단자(26a)에 고정되는 애노드전극관(28)과; 관 형상으로 상기 배출부(P2)에 연통 연결되며, 상기 애노드전극관(28)의 내벽에 대응하여 일정 간격을 이루며 설치되는 절연관(31)과; 상기 하우징(22)내부의 하부에 상기 절연관(31)의 외측과 상기 캐소드전극관(27)의 외측 부위에 근접 대응하는 소정의 용기 형상으로 상기 집진전극단자(26b)에 고정 설치되는 집진관(29);을 포함하여 구성됨을 특징으로 한다.

또한, 상기 캐소드전극관(27)과 상기 애노드전극관(28)이 상호 대향하는 간격은 10∼50㎜ 정도로 형성하고, 상기 하우징 내부는 10∼10-3 Torr 정도의 진공압이 유지되도록 하고, 상기 쇼트펄스 파워 서플라이의 조건은 주파수 1∼10Khz까지 가변이 가능하고, 전압이 0∼1000V 정도까지 조정되는 것을 사용함이 바람직하다.

그리고, 상기 캐소드전극관(27)과 애노드전극관(28)의 재질은 스테인레스 스틸 재질로 이루어진다.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명을 보다 상세하게 살펴보고자 한다.

도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 반도체장치 제조설비의 스크러버 시스템의 구성 및 그에 따른 공정가스의 안정화 과정과 배출 과정을 설명하기 위한 단면도이고, 도 3은 도 2에 도시된 전극단자의 구성을 확대하여 나타낸 단면도로서, 종래와 동일한 부분에 대하여 상세한 설명은 생략하기로 한다.

본 발명에 따른 스크러버 시스템(20)은, 고밀도 플라즈마(plasma) 법에 의한 쇼트펄스 파워(short pulse power)를 이용하여 배출가스에 함유된 PFC(Per Fluor Compounds) 계열의 가스를 분해시키기 위한 것이다.

이를 위한 구성은, 도 2에 도시된 바와 같이, 내부가 구획 형성되어 밀폐된 공간을 이루는 하우징(22)이 있고, 이 하우징(22)의 일측 부위에는 제조설비로부터 배출가스의 유동을 유도하는 배관의 단부와 연통 연결되는 유입부(P1)가 형성되고, 하우징(22)의 하측 중심 부위에는 배기덕트로 연결되는 다른 배관의 단부와 연통 연결되는 배출부(P2)가 형성된다.

한편, 상술한 하우징(22)의 상측 소정 위치에는 외부의 쇼트펄스 파워제너레이터(24a)에 연결되는 애노드·캐소드전극단자(26a)가 관통하여 설치되고, 하우징(22) 내부의 캐소드전극단자(26a) 단부에는 상부 중심 부위가 개방되어 배출가스의 유동 통로를 형성하는 캐소드전극관(27)이 고정된다.

또한, 애노드전극단자(26a)는 상술한 하우징(22)의 상부 중심부위를 통해 캐소드전극관(27)의 개방된 부위와 소정 간격을 이루며 관통하는 형상으로 설치되며, 이 애노드전극단자(26a)의 단부에는 캐소드전극관(27) 내벽에 대향하여 일정간격을 이루는 애노드전극관(28)이 고정된다.

그리고, 하우징(22)의 하측 중심 부위에는, 도 2에 도시된 바와 같이, 상술한 배출부(P2)로부터 내측으로 연장되는 절연재질의 절연관(31)이 설치되고, 이 절연관(31)은 상술한 애노드전극관(27)의 내벽에 대응하여 일정 간격을 이루게 된다.

한편, 하우징(22) 내부의 하측 부위에는, 도 2에 도시된 바와 같이 상술한 절연관(31)의 외측벽과 캐소드전극관(28)의 외측벽에 근접 대응하는 용기 형상의 집진관(29)이 설치된다.

이렇게 설치되는 집진관(29)은, 도 2에 도시된 바와 같이 하우징(22) 하부에 고정되면서 하우징(22) 외측의 집진 파워제너레이터(24b)와 전기적으로 연결되는 집진전극단자(26b)의 단부가 고정 설치된다.

이러한 구성에 있어서, 상술한 하우징(22)의 내부에는 배출부(P2)를 통해 제공되는 진공압에 의해 10∼10-3torr 정도의 진공압 상태를 이루게 되고, 유도되는 배출가스는 외부의 쇼트펄스 파워제너레이터(24a)로부터 쇼트펄스 파워가 인가되는 애노드·캐소드전극관(27, 28)을 통과하는 과정에서 플라즈마 상태로 있어 계속적으로 안전한 상태의 가스로 변환된다.

한편, 이렇게 변환되는 배출가스는 이온화 상태 또는 안정화된 파우더 상태로 변환되며, 이온화 상태의 가스는 절연관(31)을 통과하여 배출되고 파우더들은 집진관(29)에 포집된다.

여기서, 상술한 캐소드전극관(27)과 상기 애노드전극관(28)이 상호 대향하는 간격은 10∼50㎜ 정도로 형성되며, 쇼트펄스 파워 서플라이의 조건은 주파수 1∼10Khz까지 가변이 가능하고, 전압이 0∼1000V 정도까지 조정 가능한 것이 사용된다.

그리고, 상기 캐소드전극관(27)과 애노드전극관(28)의 재질은 스테인레스 스틸 재질로 이루어진다.이상에서 본 발명은 기재된 실시예에 대해서만 상세히 설명되었지만 본 발명의 기술사상 범위 내에서 다양한 변형 및 수정이 가능함은 당업자에게 있어서 명백한 것이며, 이러한 변형 및 수정이 첨부된 특허청구범위에 속함은 당연한 것이다.

따라서, 본 발명에 의하면, 반도체장치 제조설비로부터 배출되는 배출가스 중 PFC 계열의 가스를 쇼트펄스 파워에 의한 이온화 과정으로 안전한 상태로 변환됨으로써 불필요한 전력 소모를 방지하게 되고, 다른 2차 유해가스의 생성이 없이 배출가스의 안정화에 따른 신뢰도가 향상되는 효과가 있다.

또한, 쇼트펄스 파워를 이용한 배출가스의 이온화 과정을 유도하는 각 구성 부품이 단순하여 제작이 용이하고, 각 구성부품의 수명이 장구히 연장되어 세정 및 교체 작업이 불필요하여 제작되는 반도체장치의 생산비용과 유지 보수비용이 절감되는 경제적 이점이 있다.

그리고, 수소 가스를 사용하지 않게 됨에 따라 폭발 및 화재의 위험이 방지되고, 하우징 내부에 계속적인 진공압이 작용됨에 따라 배출가스의 역류 현상이 방지되어 안전하게 작업이 이루어지는 효과가 있다.

Claims (6)

1. 내부가 구획 형성되어 밀폐된 공간을 이루는 하우징(22);

   상기 하우징의 일측으로 제조설비로부터 배출가스를 유도하는 배관의 단부와 연통 연결되는 유입부(P1);

   상기 하우징의 다른 일측 부위에 배기덕트로 연결되는 다른 배관의 단부와 연통 연결되는 배출부(P2);

   상기 하우징의 측부를 관통하여 설치되며, 외부의 쇼트펄스 파워제너레이터 (24a)에 연결되는 애노드·캐소드전극단자(26a);

   상기 하우징의 측부 소정 위치에 외부의 집진기 파워제너레이터(24b)와 연결되는 집진전극단자(26b);

   상기 하우징 내부에 캐소드전극단자(26a)에 고정되며, 상부 소정 부위에 배출가스의 유동 통로를 이루는 구멍이 형성된 캐소드전극관(27);

   상기 캐소드전극관의 내측벽에 일정 간격으로 대응하도록 상기 캐소드전극관의 구멍을 통해 연장된 상기 애노드전극단자에 고정되는 애노드전극관(28);

   관 형상으로 상기 배출부에 연통 연결되며, 상기 애노드전극관의 내벽에 대응하여 일정 간격을 이루며 설치되는 절연관(31); 및

   상기 하우징내부의 하부에 상기 절연관의 외측과 상기 캐소드전극관의 외측부위에 근접 대응하는 소정의 용기 형상으로 상기 집진전극단자에 고정 설치되는 집진관(29);을 구비한 것을 특징으로 하는 반도체장치 제조 설비의 스크러버 시스템.
2. 삭제
3. 제 1 항에 있어서,

   상기 캐소드전극관과 애노드전극관이 상호 대향하는 간격은 10∼50㎜ 정도로 형성됨을 특징으로 하는 상기 반도체장치 제조설비의 스크러버 시스템.
4. 제 1 항에 있어서,

   상기 하우징 내부는 10∼10-3 Torr 정도의 진공압이 유지됨을 특징으로 하는 상기 반도체장치 제조설비의 스크러버 시스템.
5. 제 1 항에 있어서,

   상기 쇼트펄스 파워 서플라이의 조건은 주파수 1∼10Khz까지 가변이 가능하고, 전압이 0∼1000V 정도까지 조정되는 것이 사용됨을 특징으로 하는 반도체장치 제조설비의 스크러버 시스템.
6. 제 1 항에 있어서,

   상기 캐소드전극관과 애노드전극관의 재질은 스테인레스 스틸 재질임을 특징으로 하는 상기 반도체장치 제조설비의 스크러버 시스템.