KR100371910B1 - 오존발생기 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 오존발생셀의 하류측에 위치된 오존가스전달경로중의 적어도 오존가스와 접촉하는 부분들이 알루미늄(Al), 알루미늄합금, 테프론, 플루오르로 처리된 니켈, 니켈합금, 실리콘산화물계 유리 및 고순도 알루미늄산화물중에서 선택된 하나 이상의 Cr을 포함하지 않는 물질로 이루어지거나 또는 코팅되는 오존발생기를 제공한다. 본 오존발생기는 Cr화합물에 의해 전혀 오염되지 않거나, 또는 고집적 반도체장치제조상에 충분히 실질적인 문제점을 일으킬 정도로 오염되지 않은 오존을 생성할 수 있다.

Description

오존발생기
본 발명은 반도체 제조공정 및 다른 응용분야에 사용하는데 적합한 고순도 오존가스를 생성하는 오존발생기에 관한 것이다.
고순도 오존가스를 생성할 수 있는 본 발명에 의해 안출된 형식의 오존발생기에 있어서, 오존가스와 접촉하는 부분의 구성물질로서 스테인레스강이 사용되었다. 반도체 제조공정은 미립자 및 아웃가스(out-gas)가 방출되면 곤란하므로, 전해연마처리한 스테인레스강이 사용된다.
오존발생기중 오존가스와 접촉하는 부분들에 스테인레스강의 재료를 사용할 때의 문제점은, 생성된 오존가스내에 매우 적은 양의 크롬(Cr)화합물이 포함된다는 것이다. Cr화합물이 발생되는 이유는, 원료가스로서 질소(N2)가스가첨가된 산소(O2)가스를 사용하므로, 질소에 의해 질소산화물(NOx)이 오존발생 셀(cell)내에 생성되며, 생성된 NOx가 스테인레스강의 표면상에 흡수되는 매우 적은 양의 물과 반응하여 질산을 생성하며, 이 질산이 스테인레스강과 반응하여 Cr화합물을 생성하기 때문이다. 게다가, 만일 CF4, SF6, 및 NF3가 산소(O2)가스에 더해지면, NOx, SOx, 및 HF가 형성되며, 이것이 Cr화합물을 생성하는 다른 이유가 된다.
적은 양의 Cr화합물에 의한 오존가스의 오염은 반도체제조공정에서 특별한 관심사가 아니다. 그러나, 최근 오존가스 적용분야의 범위가 확대됨에 따라, 반도체제조공정에 사용되는 오존가스내의 Cr화합물이 문제점으로 되고 있으며, 이러한 문제점을 해결하는데 유용한 효과적인 수단이 아직까지 아직 마련되어 있지 않다.
본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, Cr화합물의 함유량이 크게 감소된 오존가스를 생성할 수 있는 오존발생기를 제공하는데 목적이 있다.
본 발명의 이러한 목적은, 원료가스를 공급함과 동시에 고전압원으로부터 고전압이 인가되어 오존가스를 발생시키는 오존발생셀과, 발생된 오존가스가 전달되는 오존가스전달경로를 포함하여 이루어지는 오존발생기에 있어서, 오존발생셀(11)의 하류측에 위치되는 [제 1도에 도시된 바와 같이, 파이프(22, 23), 가스필터(15) 및 파이프(24)로 이루어진] 오존가스전달경로가 적어도 오존가스와 접촉하는 이러한 부분들내에 Cr을 포함하지 않는 물질을 사용하는 것을 특징으로 하는 오존발생기에 의해 달성된다.
본 발명의 실시형태에 있어서, 오존가스와 접촉하는 오존가스전달경로의 이러한 부분들이 알루미늄(Al), 알루미늄합금, 테프론, 플루오르로 처리된 니켈(Ni), 니켈합금, 실리콘산화물(SiO2)계 유리 및 고순도 사파이어와 같은 고순도 알루미늄산화물(Al2O3)중에서 선택된 하나 이상의 물질로 이루어진다.
본 발명의 다른 실시형태에 있어서, 오존가스와 접촉하는 오존가스전달경로중의 이러한 부분들이 알루미늄(Al), 알루미늄합금, 테프론, 플루오르로 처리된 니켈(Ni), 니켈합금, 실리콘산화물(SiO2)계 유리, 및 고순도 사파이어와 같은 고순도 알루미늄산화물(Al2O3)중에서 선택된 하나 이상의 물질로 코팅된다.
본 발명의 또 다른 실시형태에 있어서, 오존발생셀은 질소 또는 질소화합물을 포함하거나 질소 또는 질소화합물이 첨가된 산소가스, 또는 플루오르 또는 플루오르 화합물을 포함하거나 플루오르 또는 플루오르 화합물이 첨가된 산소가스, 또는 그 두 형태의 산소가스인 원료가스를 공급받는다.
본 발명의 또 다른 실시형태에 있어서, 오존발생기로부터 상기 오존발생기에서 생성된 오존가스를 사용하는 공정에까지 연장되는 오존가스흐름경로중의 적어도 오존가스와 접촉하는 부분들이 알루미늄(Al), 알루미늄합금, 테프론, 플루오르로 처리된 니켈(Ni), 니켈합금, 실리콘산화물계 유리, 및 고순도 사파이어와 같은 고순도 알루미늄산화물(Al2O3)중에서 선택된 하나 이상의 물질을 사용한다.
본 발명의 오존발생기에 있어서, 오존발생셀의 하류측에 위치된 오존가스전달경로는 적어도 오존가스와 접촉하는 부분들에 Cr을 포함하지 않는 물질을 사용하고, 이러한 구성은 오존발생셀의 하류측의 오존가스전달경로내에서 Cr화합물이 생성되지 않는 것을 보장하고, 이에 의해 오존발생셀에서 생성된 고순도 오존가스가 Cr화합물에 의해 오염될 가능성을 제거해준다.
다음에, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시형태를 설명한다. 제 1도는 본 발명에 따른 오존발생기의 개략적인 구성도이다. 도시된 바와 같이, 오존발생기(10)는 오존발생셀(11), 원료가스공급유닛(12), 가스필터(15), 고주파 고전압원(16), 제어유닛(17) 및 칠러유닛(chiller unit; 18)을 포함하여 이루어진다.
오존발생셀(11)은 하나 이상의 단위셀(미도시됨)을 포함하고 있으며, 각 단위셀은 파이프(22)를 경유하여 압력조절밸브(14)에 접속된다. 압력조절밸브(14)는 파이프(23)를 경유하여 가스필터(15)에 접속되고, 이 가스필터(15)는 파이프(24)를 경유하여 오존가스출구(25)에 접속된다. 조인트(joint)는 참조번호(22-1)로 도시되어 있다. 파이프(22), 조인트(22-1), 압력조절밸브(14), 파이프(23), 가스필터(15) 및 파이프(24)는 오존가스전달경로를 형성하며, 이 경로를 통해 오존가스가 오존발생셀(11)로부터 전달된다. 이하에 기술되는 바와 같이, 오존가스와 접촉하는 오존가스전달경로의 이러한 부분들은 Cr을 포함하지 않는 물질을 사용한다.
원료가스공급유닛(12)은 원료가스입구(19)를 통해 공급되는 원료가스가 오존 발생셀(11)내에 특정유량으로 유입되게 한다. 고주파 고전압원(16)은 제어유닛(17)의 제어하에 오존발생셀(11)의 전극에 고주파 고전압을 인가한다. 압력조절밸브 (14)는 제어유닛(17)의 제어하에 오존발생셀(11)내의 압력을 특정수준으로 조절한다. 가스필터(15)는 오존발생셀(11)로부터 전송되는 오존가스내에 포함되어 있는 미립자 및 다른 불순물들을 제거한다.
칠러유닛(18)은 오존발생셀(11)에 순환하는 탈이온화수를 공급한다. 칠러유닛(18)은 냉각수가 입구(20)를 통해 유입되고 출구(21)를 통해 유출되도록 한다. 유입된 냉각수는 오존발생셀(11)로부터의 탈이온화수를 냉각하여, 다시 셀로 되돌려 보낸다. 이러한 방식으로, 오존발생셀(11)내에 발생하는 무성방전과 같은 방전에 의해 발생된 열이 제거되고, 이에 의해 셀이 냉각된다.
이러한 구성을 갖는 오존발생기에 있어서, 오존발생셀(11)은 제어유닛(17)의 제어하에 전원(16)으로부터 특정의 고주파 고전압을 공급받을 뿐만 아니라, 원료가 스공급유닛(12)으로부터 원료가스도 공급받으며, 오존가스가 셀내에서 생성된다. 발생된 오존가스는 파이프(22)를 통해 흘러, 압력조절밸브(14)를 통과하여, 가스필터(15)로 유입된다. 필터(15)에 의해 미립자 및 다른 불순물들이 제거된 후, 오존가스는 파이프(24)를 통해 흘러, 출구(25)를 통해 오존발생기(10)로부터 배출되어, 후속공정, 즉 반도체제조공정으로 보내진다.
상기한 바와 같이, 오존발생셀(11)의 하류측에 위치되는 오존가스전달경로는 파이프(22), 조인트(22-1), 압력조절밸브(14), 파이프(23), 가스필터(15) 및 파이프(24)로 구성되고, 오존가스전달경로중의 오존가스와 접촉하는 이러한 부분들은 Cr을 포함하지 않는 물질을 사용한다. 따라서, 만일 오존발생셀(11)에 의해 생성된 오존가스가 Cr화합물을 포함하지 않으면, Cr화합물이 없는 상태로 출구(25)를 통해 후속공정으로 보내질 수 있으며, 그러므로 Cr에 의해 오염되지 않는다.
파이프(22), 조인트(22-1), 압력조절밸브(14), 파이프(23), 가스필터(15) 및 파이프(24)내에 Cr을 포함하지 않는 물질을 사용한 본 발명에 따른 오존발생기로 실시한 실험에 있어서, 출구(25)를 통해 배출되는 오존가스는 다음에 기술되는 방법에 의해 측정된 바에 따르면, 1 × 1010atms/cm2이하의 Cr으로 오염되어 있는 것으로 나타났다.
조인트(22-1) 및 압력조절밸브(14)는 모재(母材)로서 스테인레스강(SUS 316)을 사용하였고, 오존가스와 접촉하는 영역은 니켈코팅되어 있다. 파이프(22)는 테프론(PFA)으로, 파이프(23 및 24)는 순수 알루미늄(A1050)으로, 가스필터(15)는 테프론(PTFE, PFA)으로 만들어졌다.
Cr화합물의 양을 측정하기 위해, 실리콘웨이퍼(38)를 수용하고 있는 테프론챔버(37)에 상기된 오존발생기로부터 유출된 오존가스가 공급되고(제 2도참조), 실리콘웨이퍼(38)의 표면을 전반사형광 X선에 의해 분석하였다. Cr화합물은 전반사 형광 X선이 갖는 검출제한치보다 작게 나타났다( < 1x1010atms/cm2). 오존발생셀의 하류측에 위치된 오존가스전달경로에 스테인레스강이 사용되는 종래의 오존발생기로부터의 오존가스와의 비교실험에서, Cr은 1 × 1012∼ 1 × 1013atms/cm2범위의 양으로 검출되었다.
제 2도는 오존발생기(33)내의 오존발생셀(34)의 하류측에 위치된 오존가스전달경로에 사용된 다양한 물질들로부터 Cr화합물의 양을 검사하는 시스템의 개략도이다. 전극 사이에 고주파 고전압을 공급받는 오존발생셀(34)은 소정 유량의 산소및 질소를 공급받는다. 산소가스는 O2가스 질량유량제어기로부터 공급되긴, 질소가스는 N2가스 질량유량제어기(32)로부터 공급된다. 셀(34)내에 생성된 오존가스는 테프론파이프(35-1 및 35-2), 테스트파이프(36), 및 테프론파이프(35-3)를 통과하여, 테프론챔버(37)내로 유입된다. 오존가스는 테프론챔버(37)로부터 태프론파이프(35-4)를 통해 오존분해탑(ozone cracking column; 39)으로 유입되어, 이로부터 분해된 오존가스가 배출된다.
테프론챔버(37)는 실리콘웨이퍼(38)를 수용하고, 실리콘웨이퍼(38)의 표면상에 적층된 Cr양이 전반사형광 X선분석기(미도시됨)에 의해 분석되어 Cr오염량을 검사한다. (하기와 같은 특정물질에 대해) 테스트파이프(36)는 다음의 조건하에서 테스트되었다.
Cr오염측정의 결과는 다음과 같다.
테스트결과
(1) 테스트파이프(36)가 스테인레스강파이프(SUS316L전해연마파이프)인 경우의 Cr오염도: 1 × 1012∼ 1 × 1013atms/cm2;
(2) 테스트파이프(36)가 알루미늄(A1050)파이프인 경우의 Cr오염도: < 1 x 1010atms/cm2(전반사형광 X선분석기의 측정한계이하) ;
(3) 테스트파이프(36)가 스테인레스강파이프(SUS316L의 전해연마파이프)이고, 오존가스와 접촉하는 영역이 Ni(P을 포함)코팅된 경우의 Cr오염도: < 1 x 1010atms/cm2(전반사형광 X선분석기의 측정한계이하);
(4) 테스트파이프(36)가 테프론(PFA)파이프인 경우의 Cr오염도: < 1 x 1010atms/cm2(전반사형광 X선분석기의 측정한계이하).
오존발생셀(11)의 하류측에 위치되어 오존가스와 접촉하는 오존가스전달경로중의 이러한 부분들은 알루미늄 및 테프론 이외의 다른 물질, 예를 들면 알루미늄합금, 플루오르로 처리된 니켈(Ni), 고순도 실리카유리와 같은 실리콘산화물(SiO2)계 유리, 및 고순도 사파이어와 같은 고순도 알루미늄산화물(Al2O3)등으로 이루어지거나 코팅될 수도 있다. 이러한 물질들은 단일로 또는 다른 물질과 혼합되어 사용될 수도 있다.
제 1도에 도시된 오존발생셀(11)에 공급되는 원료가스는 질소 또는 질소화합물을 포함하거나 질소 또는 질소화합물이 첨가된 산소가스, 또는 플루오르 또는 플루오르 화합물을 포함하거나 플루오르 또는 플루오르 화합물이 첨가된 산소가스, 또는 그 두 형태의 산소가스일 수 있다.
만일 필요하다면, 오존발생기(10)의 오존가스출구(25)로부터 상기 오존발생기(10)에서 생성된 오존가스를 사용하는 공정에까지 연장되는 적어도 오존가스와 접촉하는 오존가스흐름경로의 이러한 부분들은 알루미늄(Al), 알루미늄합금, 테프론, 플루오르로 처리된 니켈(Ni), 니켈합금, 고순도 실리카유리와 같은 실리콘산화물(SiO2)계 유리 및 고순도 사파이어와 같은 알루미늄산화물(Al2O3)중에서 선택된 하나 이상의 물질을 사용할 수 있다. 즉, 이러한 방법은 Cr에 오염되지 않은 오존가스를 대상공정에 제공할 수 있다.
오존발생기와 관련하여 본 발명의 바람직한 실시형태가 전술되었는데, 본 발명은 이러한 특별한 경우에만 제한되지는 않는다. 본 발명의 요지는, 고순도 오존 가스발생셀의 하류측에 위치된 오존가스전달경로중 오존가스와 접촉하는 부분들에 Cr을 포함하지 않는 물질을 사용한다는 것이며, 즉 본 발명의 이러한 조건이 이루어지는 한 오존은 다른 기구에 의해서 생성될 수도 있다.
상기된 바와 같이, 본 발명의 오존발생기는 오존발생셀의 하류측에 위치된 오존가스전달경로는 적어도 오존가스와 접촉하는 부분에는 Cr을 포함하지 않는 물질을 사용하며, 이것은 오존발생셀의 하류측에 위치되는 오존가스전달경로내에 Cr화합물이 발생할 기회를 제거한다. 그러므로, 본 발명의 오존발생기는 Cr화합물로오염되지 않은 오존가스를 생성할 수 있다.
제 1도는 본 발명에 따른 오존발생기의 개략적인 구성도, 및
제 2도는 크롬(Cr)오염량을 검사하는 시스템의 개략도이다.

Claims (7)

  1. 원료가스를 공급함과 동시에 고전압원으로부터 고전압이 인가되어 오존가스를 발생시키는 오존발생셀과, 발생된 오존가스가 전달되는 오존가스전달경로를 포함하여 이루어지는 오존발생기에 있어서,
    상기 오존발생셀의 하류측에 위치되는 상기 오존가스전달경로가 적어도 오존가스와 접촉하는 부분들내에 Cr을 포함하지 않는 물질를 사용하는 것을 특징으로하는 오존발생기.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 오존가스전달경로중의 오존가스와 접촉하는 상기 부분들이 알루미늄, 알루미늄합금, 테프론, 플루오르로 처리된 니켈, 니켈합금, 실리콘산화물계 유리 및 고순도 알루미늄산화물중에서 선택된 하나 이상의 물질로 이루어진 것을 특징으로 하는 오존발생기.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 오존가스전달경로중의 오존가스와 접촉하는 상기 부분들이 알루미늄, 알루미늄합금, 테프론, 플루오르로 처리된 니켈, 니켈합금, 실리콘산화물계 유리 및 고순도 알루미늄산화물중에서 선택된 하나 이상의 물질로 코팅된 것을 특징으로 하는 오존발생기.
  4. 제 1항 내지 제 3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 오존발생셀에 질소 또는 질소화합물을 포함하거나 질소 또는 질소화합물이 첨가된 산소가스가 공급되는 것을 특징으로 하는 오존발생기.
  5. 제 1항 내지 제 3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 오존발생셀에 플루오르 또는 플루오르 화합물을 포함하거나 플루오르 또는 플루오르 화합물이 첨가된 산소가스가 공급되는 것을 특징으로 하는 오존발생기.
  6. 제 1항 내지 제 3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 오존발생셀에 질소 또는 질소화합물을 포함하거나 질소 또는 질소화합물이 첨가된 산소가스, 및 플루오르 또는 플루오르 화합물을 포함하거나 플루오르 또는 플루오르 화합물이 첨가된 산소가스의 두 원료가스가 공급되는 것을 특징으로하는 오존발생기.
  7. 제 1항 내지 제 6항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 오존발생기로부터 상기 오존발생기에서 생성된 오존가스를 사용하는 공정에까지 연장되는 상기 오존가스흐름경로중의 적어도 오존가스와 접촉하는 상기 부분들이 알루미늄, 알루미늄합금, 테프론, 플루오르로 처리된 니켈, 니켈합금, 실리콘산화물계 유리 및 고순도 알루미늄산화물중에서 선택된 하나 이상의 물질을 사용하여 이루어진 것을 특징으로 하는 오존발생기.
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