KR100335737B1 - 유해개스 처리를 위한 플라즈마 처리 시스템 - Google Patents
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Abstract
반도체 제조공정에서 사용하는 유해개스중 PFC 계열의 가스를 경제적이며 효과적으로 처리할 수 있는 시스템을 제공하는데 목적이 있다.
그러한 시스템은, 반도체 제조공정으로부터 유해개스를 펌핑하는 수단과, 이 펌핑수단으로부터 펌핑되는 유해개스에 전기적 해리가 쉬운 개스 및 가연성 개스를 공급하는 수단과, 일정한 통로를 갖으며 양전극 및 음전극들로 이루어져 이들 전극 사이에 인가되는 전압에 의해 플라즈마를 발생함과 아울러 이 플라즈마가 코로너 흐름을 갖도록 하여 상기 유해 혼합개스가 이 흐름에 의해 처리되도록 하는 플라즈마 발생수단을 포함한다.
Description
본 발명은 유해개스 처리를 위한 플라즈마 처리 시스템에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 반도체 제조공정에서 사용되고 있는 유해개스중 PFC(Per Fluoro Compound) 계열의 개스를 효율적으로 그리고 경제적으로 처리할 수 있는 시스템에 관한 것이다.
일련의 반도체 제조공정중에서 식각 또는 증착등을 행하는 공정에는 PFC계열의 개스가 사용되고 있다.
이러한 PFC계열의 개스로는, CF4, C2F6, C3F8, CHF3, NF3, SF6등이 있는데, 이러한 개스는 그 특유의 결합성 때문에 대기중으로 방출되면 거의 분해가 되지 않고존재하게 되므로 환경측면에서 볼때 지구의 온난화 같은 나쁜 영향을 미치게 된다.
따라서 상기 PFC계열의 개스를 처리하기 위한 방법들이 연구개발되고 있는데, 현재까지 알려진 방법은 연소방식과 촉매처리법이 있다.
상기 연소방식(Burn Type Scrubber)은, 1300℃ 이상의 고온영역을 만들어주어야 하는데, 이와 같은 온도분위기를 만들기 위해서는 천연개스나 프로판 개스를 사용하는 대신에 수소개스를 다량 사용하고 있다.
그리고 촉매처리법은, 800℃까지 고온으로 상승시킨 다음 이러한 고온의 분위기를 통과하는 개스가 촉매와 접촉하도록 하고 있다.
그러나 상기 전자의 방법중 직접연소법은, 연소용 개스를 직접 연소하여 고온의 분위기를 만든 다음, 이 영역을 통과하는 개스중에 포함된 유해개스를 처리하는 구조로 이루어져 있기 때문에, 이러한 장치로 PFC계열의 개스를 처리하는 경우에는, 1200℃ 이상에서 결합고리가 끊어지는 CF4를 처리하기 위해서는 분해온도 이상의 연소온도를 유지하여야 하므로 순수산소를 별도로 공급하여 이상적인 연소환경을 만들어 주어야 한다.
그리고 한 개의 연소노즐에 의해서는 다량의 개스처리가 불가능하므로 여러개의 노즐을 통해 동시에 처리 대상개스를 흘려 보내야 한다. 이러한 과정에서 개스분배의 불균일, 이에 따른 처리대상 개스의 미처리율 상승등이 발생하며, 특히개스를 분해할 만큼의 고온 연소층의 두께는 몇 mm에 불과하므로 이곳을 통과하는 순간 동안 CF4개스가 처리될 확률이 높지 않다.
따라서 어떻게 해서든지 고온연소층의 영역을 넓게 하여야 하는데, 그럴 경우 전체적인 연소온도가 올라가게 되고, 이로 인하여 다량의 수소를 사용하게 되므로 폭발 위험성이 있으며, 수소를 연소시키기 위해서는 산소를 공급해야 하는데 이 경우 퍼징을 위하여 공급되는 질소개스와 산소개스가 반응하여 NOX등 2차 유해개스를 생성하게 되므로 유해개스 처리에 있어서 바람직한 방법이라 할 수 없다.
그리고 간접연소 방식은, 히터에 의해 고온의 분위기가 만들어지고, 그러한 분위기에 수소를 공급하여 더욱 더 고온으로 상승시키는 방법을 사용하고 있으나, 히터만으로는 원하는 온도까지 상승시키는 것이 어려우며, 이로 인하여 처리 대상개스를 분해할 수 있는 온도까지 올리지 못하게 되므로 처리개스의 종류에 따라 처리 불가능한 개스가 있다.
이러한 단점을 보완하기 위하여 히터로 600℃ 내지 700℃까지만 온도를 상승시키고 여기에 수소를 공급하여 온도를 올리는 방법이 사용될 수 있으나, 이러한 방법도 처리에 한계가 있다.
게다가 후자의 방법은, 고온 분위기 하에서 유해개스가 촉매와 접촉할 수 있는 구조를 갖추어야 하기 때문에 좁은 반응영역 하에서는 개스를 효과적으로 처리할 수 없어 전체 시스템을 크게 구성하여야 하는 단점이 있으며, 또 촉매의 수명이 짧아 고가의 촉매를 자주 교환해야 하는 비경제적인 문제점도 있다.
본 발명의 상기 문제점들을 해결하기 위하여 발명된 것으로서, 본 발명의 목적은 유해개스를 경제적이면서 효율적으로 처리할 수 있는 그러한 시스템을 제공하는데 있다.
상기 본 발명의 목적을 실현하기 위하여, 반도체 장치로부터 유해개스를 펌핑하는 펌핑수단과;
상기 펌핑수단으로부터 공급되는 유해개스의 결합상태를 연소 및 큰 전자 에너지를 갖는 코로나 흐름대를 통하여 해리하는 처리수단과;
상기 처리수단으로부터 결합력이 깨어진 유해개스를 정화하는 스크러버를 포함하는 유해개스 처리를 위한 플라즈마 처리 시스템을 제공한다.
본 실시예에 의한 처리수단은, 1개 이상의 양 전극과 이 양 전극의 2면과 일정한 거리를 띄우고 위치하여 고 전압의 펄스가 인가될때 코로나 방전을 일으켜 강한 코로나 흐름대를 형상할 수 있도록 한 것이다.
도1은 본 발명에 의한 플라즈마 처리 시스템의 개략도.
도2는 본 발명에 관련하는 플라즈마 반응기의 전극부 분해 사시도.
도3은 본 발명에 관련하는 플라즈마 반응기의 전극부 결합 단면도이다.
이하 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 더욱 상세히 설명한다.
도1은 본 발명에 의한 플라즈마 처리 시스템을 설명하기 위한 도면으로서, 부호2는 반도체 제조를 위한 장비, 예컨데 에칭이나 증착등에 사용될 수 있는 장치를 지칭한다.
상기한 장치(2)로부터 유해개스를 뽑아 내기 위한 진공펌프(4)가 연결되어 있으며, 이 진공펌프(4)는 상기 배기개스를 반응기(6)로 공급할 수 있는 연결구성을 이루고 있다.
이 반응기(6)에는 펄스를 공급하기 위한 펄스발생기(8)가 전기적으로 연결되어 도2 및 도3에 나타낸 바와 같이 각각의 전극들로 펄스를 인가하여 전극들 사이에서 코로나 방전이 이루어질 수 있는 구조를 갖는다.
그리고 이 반응기(6)에서 처리된 유해개스를 정화하기 위한 스크러버(Scrubber)(10)가 연결된다. 이 스크러버는 통상의 건식 또는 습식이 사용될 수 있다.
도2 및 도3은 각각 본 발명에 관련하는 반응기(6) 내부에 설치되는 전극들을 보여주는 분해 사시도 및 결합 단면도로서, 적어도 1개 이상의 양 전극 및 음 전극이 제공되어 있음을 알 수 있다.
도3은 1개의 양 전극(14)과 2개의 음 전극(16)(18)을 교대로 배치하는 구조로 하여 이들 양,음 전극들이 상기 펄스 발생기(8)로부터 고전압의 짧은 펄스를 인가받을 수 있도록 하여 이들 전극 사이에 최소한 50eV 이상의 전자 에너지를 갖는 코로나 흐름대(20)를 형성할 수 있도록 하고 있다.
상기 양,음 전극들로 인가되는 펄스는 수백 나노초로부터 수십 마이크로초에 이르는 짧은 펄스이다.
상기 코로나 흐름대(20)가 강력한 흐름대를 형성할 수 있도록 상기 양 전극(12)(14)에는 핀(22)들이 제공된다. 이 핀들은 양 전극의 일측 또는 양측에 모두 제공될 수 있다.
그리고 상기 진공펌프(4)로부터 공급되는 유해개스가 상기 양,음 전극들을통과할 수 있도록 이들 전극에는 통로(24)(26)가 마련된다.
이들 통로(24)(26)는 전극에 뚫려지는 원형의 구멍이며, 특히 이들 구멍을 통하여 흐르는 유해개스가 상기 구멍들을 지나면서 그 흐름이 난류화되어 상기 코로나 흐름대(20)와 원활한 접촉이 이루어질 수 있도록 양 전극과 음 전극에 뚫려진 통로(24)(26)는 서로 엇갈린 위치에 제공되는 것이 바람직하다.
이러한 구조에서는 상기 양 전극에 위치한 핀(22)이 음 전극(16)(18)의 통로(26)를 향하여 위치하면 좋다.
상기 핀(22)은 고온에서 파손되지 않는 재질이 사용될 수 있으며, 일예로서 텅스텐이나 텅스텐 합금이 사용될 수 있다. 이러한 내열성 재질은 핀의 끝부분에만 용접이나 이와 유사한 방법으로 제공할 수 있으며, 끝부분은 방전을 효과적으로 행할 수 있도록 뾰족한 형상을 갖도록 하는 것이 바람직하다.
상기 전극들 사이에는 고온에 견디는 절연부재(28)가 위치하여 이들 전극의 갭을 유지하면서 반응기(6)의 외형을 구성하게 된다.
그리고 본 실시예에서는, 도1에 나타낸 바와 같이 진공펌프(4)에 의해 펌핑되는 유해개스가 용이하게 해리될 수 있도록 산소공급기(30)를 연결하고 있으며, 또 반응기(6)로 유입된 유해개스의 처리를 더 효율적으로 행하기 위한 수단으로 반응기 내부의 온도를 상승시키기 위한 가연성 개스 공급기(32)가 연결된다.
이 가연성 개스는 수소등이 사용될 수 있으며 이 수소는 상기 양,음 전극들 사이에서 일어나는 코로나 흐름대(20)에 의해 점화되어 이 연소열로 반응기 내부의 온도를 높일 수 있게 된다.
이와 같은 본 실시예에 의한 플라즈마 처리 시스템은, 반도체 제조장치(2)에서 발생하는 유해개스를 진공펌프(4)가 펑핑하여 반응기(6)로 공급하게 되면, 이때 펄스 발생기(8)로부터 극히 짧은 펄스파인 고전압이 반응기 내부에 위치하는 전극들로 인가됨으로서 다음과 같은 작용으로 유해개스의 결합이 깨어지게 된다.
즉, 도3에 보여주고 있는 바와 같이, 고전압의 펄스가 전극에 인가됨으로서 특히 양 전극(14)에 마련된 핀(22)에 의해 코로나 흐름대(20)가 형성된다.
이러한 코로나 흐름대(20)는 음 전극(16)(18)의 통로(26)를 향하여 형성되므로 이들 통로를 통하여 흐르는 유해개스는, 양 전극(14)에 마련된 통로(24)와 음 전극(16)(18)에 마련된 통로(26)가 어긋난 상태로 뚫려 있기 때문에 그 흐름이 난류흐름으로 되면서 상기 코로나 흐름대와 접촉하게 된다.
따라서 이 유해개스는, 50eV 이상의 전자 에너지를 갖는 코로나 흐름대(20) 에 의해 그 결합력이 깨어지게 된다.
이때 산소공급기(30)로부터 산소를 공급하면 해리된 유해개스가 이 산소와 결합하기 때문에 유해개스의 재결합을 방지할 수 있다.
그리고 가연성 개스 공급기(32)를 통하여 수소개스등을 반응기(6) 내부로 유입시키게 되면 이 반응기 내부의 고온 분위기 특히 코로나 흐름대(20)에 의해 점화되면서 연소를 시작하게 되므로 반응기 내부의 온도를 더욱 높일 수 있어 결합력이 강한 개스라도 그 결합을 깨뜨릴 수 있다.
이와 같이 반응기(6)를 통과하면서 결합상태가 깨어진 유해개스는 스크러버(10)를 통과하면서 정화되어 배출된다.
이상 설명한 바와 같이 본 발명에 의한 유해개스 처리 시스템은, 연소방식과 플라즈마 처리방식을 혼합하여 유해개스를 처리하기 때문에 결합력이 강한 PFC를 효율적으로 처리할 수 있어 분해효율을 증가시킬 수 있으며, 또 연소방식을 혼용하므로 저전력으로 처리를 할 수 있고, NOx등 2차 유해개스의 발생을 방지할 수 있는 효과가 있다.
Claims (7)
- 반도체 장치로부터 유해개스를 펌핑하는 펌핑수단과;상기 펌핑수단으로부터 공급되는 유해개스의 결합상태를 연소 및 큰 전자 에너지를 갖는 코로나 흐름대를 통하여 해리하는 처리수단과;상기 처리수단으로부터 결합력이 깨어진 유해개스를 정화하는 스크러버를 포함하는 유해개스 처리를 위한 플라즈마 처리 시스템.
- 청구항 1에 있어서, 처리수단은, 적어도 1개 이상의 양 전극과 음 전극이 대향하여 배치되고, 이들 전극에는 진공펌프로부터 유입되는 개스가 흐를 수 있는 통로가 마련되고, 상기 전극들은 고전압의 펄스 발생기로부터 인가받아 코로나 방전을 행하도록 하는 유해개스 처리를 위한 플라즈마 처리 시스템.
- 청구항 2에 있어서, 양 전극은 일면 또는 양면에 강력한 코로나 흐름대를 형성하기 위한 핀이 제공되는 유해개스 처리를 위한 플라즈마 처리 시스템.
- 청구항 3에 있어서, 핀은 음 전극에 마련된 통로를 향하도록 배치되는 유해개스 처리를 위한 플라즈마 처리 시스템.
- 청구항 1에 있어서, 처리수단에는 유해개스의 재결합을 방지하기 위한 산소개스가 공급되는 유해개스 처리를 위한 플라즈마 처리 시스템.
- 청구항 1에 있어서, 처리수단에는 분위기 온도를 상승시키기 위하여 크로나 흐름대에 의해 연소되는 가연성 개스가 공급되는 유해개스 처리를 위한 플라즈마 처리 시스템.
- 제3항에 있어서, 핀의 선단부는 텅스텐 또는 텅스텐 합금으로 이루어지는 유해개스 처리를 위한 플라즈마 처리 시스템.
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| A201 | Request for examination | ||
| E701 | Decision to grant or registration of patent right | ||
| GRNT | Written decision to grant | ||
| LAPS | Lapse due to unpaid annual fee |