KR100462672B1 - Refining of gas for manufacturing semiconductor - Google Patents
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Abstract
본 발명은 반도체 제조용 공정가스의 정제장치에 관한 것으로서, 공기중에 함유된 수분과 불순물을 제거하여 초고순도의 공정가스로 정제하도록 한 저가의 반도체 제조용 공정가스의 정제장치를 제공하는데 그 목적이 있다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an apparatus for purifying a process gas for semiconductor manufacturing, and an object of the present invention is to provide an apparatus for purifying a process gas for semiconductor manufacturing at low cost to purify the process gas of ultra high purity by removing moisture and impurities contained in air.
이러한 목적달성을 위한 본 발명의 반도체 제조용 공정가스의 정제장치는, MS가 충진된 제 1파이프(12)와; 상기 제 1파이프(12)의 양단측에 다공판(16,17)을 사이에 두고 각각 설치되는 것으로, 그 내부에 알루미나 볼(24)이 내설된 제 2파이프(18)들과; 상기 제 2파이프(18)들의 단부측에 각각 필터(26,27)를 사이에 두고 설치되는 제 3파이프(20)들과; 상기 제 3파이프(20)들의 중간측 단부에 각각 공정가스 유입포트(30) 및 정제된 공정가스의 배출포트(32)가 각각 설치되어 이루어진 것을 특징으로 한다.The apparatus for purifying a process gas for manufacturing a semiconductor of the present invention for achieving the above object comprises: a first pipe 12 filled with MS; Second pipes 18 installed on both ends of the first pipe 12 with the porous plates 16 and 17 interposed therebetween with alumina balls 24 embedded therein; Third pipes 20 disposed at end portions of the second pipes 18 with filters 26 and 27 interposed therebetween; The process gas inlet port 30 and the discharge port 32 of the purified process gas are respectively installed at the intermediate end portions of the third pipes 20.
Description
본 발명은 반도체 제조용 공정가스의 정제장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 공기중에 함유된 수분과 각종 불순물들을 제거하여 초고순도의 공정가스로 정제하도록 한 저가의 반도체 제조용 공정가스의 정제장치에 관한 것이다.The present invention relates to an apparatus for purifying a process gas for semiconductor manufacturing, and more particularly, to an apparatus for purifying a process gas for semiconductor manufacturing at low cost to purify the process gas of ultra high purity by removing moisture and various impurities contained in air. .
일반적으로, 반도체의 제조를 위하여는 수소, 질소, 이산화탄소, 암모니아 등 표준가스와, 실란, 포스핀, 디보란 등의 원료로서의 특수가스, 불화탄소 등의 에칭가스 등 여러 공정가스들이 주로 봄베에 담겨 취급되며, 가스 공급라인을 통하여 소모되고, 주로 화학기상증착, 에피택셜, 이온주입, 플라즈마드라이에칭 및 열처리 등의 여러 공정들에 널리 사용된다.Generally, for manufacturing semiconductors, various process gases such as standard gases such as hydrogen, nitrogen, carbon dioxide, and ammonia, special gases as raw materials such as silane, phosphine, and diborane, and etching gases such as fluorocarbon are mainly contained in the bomb. It is consumed through gas supply lines and is widely used in many processes, mainly chemical vapor deposition, epitaxial, ion implantation, plasma dry etching and heat treatment.
따라서, 공정가스들 역시 다른 재료들과 마찬가지로 그 순도가 반도체의 수율 및 성능에 미치는 영향은 대단히 크다고 할 수 있으므로, 반도체의 제조공정에 사용되는 공정가스들은 선행적으로 충분히 정제되어야 한다.Therefore, the process gases, like other materials, can be said to have a very large effect on the yield and performance of the semiconductor, so that the process gases used in the semiconductor manufacturing process must be sufficiently refined in advance.
도 1a 및 도 1b는 종래에 반도체 제조를 위한 공정가스들의 정제과정을 개략적으로 도시한 구성도로서, 도 1a에 도시된 바와 같이, 질소가스(N2)가 충전된 일정용량의 탱크롤리를 구비하고, 이 탱크롤리내의 질소가스(N2)를 GN2라인을 통해 공정에 공급하거나, GN2라인중에 설치된 정제장치(Purifier)를 통해 연속적으로 통과시켜 수분 및 여러 불순물을 제거하되, 불순물이 1ppb(parts per billion)이하로 정제되도록 한 상태로서 반도체 제조공정에 공급하였다.1A and 1B are diagrams schematically showing a process of refining process gases for semiconductor manufacturing in the related art. As shown in FIG. 1A, a tank roller having a predetermined capacity filled with nitrogen gas (N 2 ) is provided. Nitrogen gas (N 2 ) in the tank roller is supplied to the process through the GN 2 line or continuously passed through a purifier installed in the GN 2 line to remove moisture and various impurities, but the impurities are 1 ppb. It was supplied to the semiconductor manufacturing process as it was refined to below parts per billion.
그러나, 상기와 같은 반도체 제조용 공정가스의 정제과정은, 질소가스(N2)가 충전된 탱크롤리를 교환해줘야 하는데, 이와 같이 수시로 탱크롤리를 교환하게 되면 연간 약 7억원의 비용(2000Nm3/h기준)이 들게되어 경제적으로 부담이 되는 문제점이 있었다.However, in the process of refining the process gas for semiconductor manufacturing as described above, it is necessary to replace the tank rollers filled with nitrogen gas (N 2 ), and if the tank rollers are replaced at this time, the cost of about 700 million won per year (2000 Nm 3 / h There was a problem that the burden is economically burdened.
또한, 다른 방법의 하나로서, 도 1b에 도시된 바와 같이 반도체 공장내에 에어 플랜트를 세워 컴프레셔에 의해 대기중의 공기를 압축(CDA)한 후, 알루미나 탑을 통과시켜 수분을 대략적으로 제거하여 공정중에 공급하는 방법이 있다.As another method, as shown in FIG. 1B, an air plant is built in a semiconductor factory to compress (CDA) the air in the air by a compressor, and then passes through an alumina tower to roughly remove moisture. There is a way to supply.
하지만, 이 방법은 수분뿐만 아니라 다른 여러 가지의 불순물이 포함되어 있어 공정가스로 사용하기에는 많은 어려운 문제점이 있다.However, this method contains a number of other impurities as well as moisture, there are many difficult problems to use as a process gas.
이에, 본 발명은 상기와 같은 제반 문제점을 해소하기 위하여 안출된 것으로서, 공기중에 함유된 수분과 이산화탄소, 일산화탄소, 수소, 메탄 등의 각종 불순물을 제거하여 초고순도의 공정가스로 정제하도록 한 저가의 반도체 제조용 공정가스의 정제장치를 제공하는데 그 목적이 있다.Accordingly, the present invention has been made to solve the above problems, a low-cost semiconductor to purify the process gas of ultra-high purity by removing various impurities such as moisture and carbon dioxide, carbon monoxide, hydrogen, methane contained in the air It is an object of the present invention to provide an apparatus for purifying a process gas for manufacturing.
도 1a 및 도 1b는 종래의 반도체 제조용 공정가스를 정제하는 구성을 개략적으로 도시한 구성도.1A and 1B are schematic diagrams showing a configuration of refining a process gas for manufacturing a conventional semiconductor.
도 2는 본 발명에 의해 반도체 제조용 공정가스를 정제하는 구성을 개략적으로 도시한 구성도.2 is a configuration diagram schematically showing a configuration for purifying a process gas for manufacturing a semiconductor according to the present invention.
도 3은 도 2에서의 공정가스 정제장치(Purifier A)의 내부구성을 나타낸 단면도.3 is a cross-sectional view showing the internal configuration of the process gas purification device (Purifier A) in FIG.
도 4는 도 3의 A-A선 단면도.4 is a cross-sectional view taken along the line A-A of FIG.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명><Description of the symbols for the main parts of the drawings>
10 : 공정가스 정제장치 11 : 핀쿨러10 process gas purification device 11: fin cooler
12 : 제 1파이프 14 : MS12: first pipe 14: MS
16 : 제 1다공판 17 : 제 2다공판16: first porous plate 17: second porous plate
18 : 제 2파이프 20 : 제 3파이프18: second pipe 20: third pipe
22 : 커버 24 : 알루미나 볼22: cover 24: alumina ball
26 : 제 1필터 27 : 제 2필터26: first filter 27: second filter
30 : 공정가스 유입포트 32 : 정제된 공정가스 배출포트30: process gas inlet port 32: purified process gas outlet port
34 : 캡 36 : 엘보우34: cap 36: elbow
38 : 너트 40 : 튜브38: nut 40: tube
42 : 글랜드 44 : 온도센서 부착포트42: gland 44: temperature sensor attachment port
상기와 같은 목적달성을 위한 본 발명의 반도체 제조용 공정가스의 정제장치는, MS가 충진된 제 1파이프와; 상기 제 1파이프의 양단측에 다공판을 사이에 두고 각각 설치되는 것으로, 그 내부에 알루미나 볼이 내설된 제 2파이프들과; 상기 제 2파이프들의 단부측에 필터를 사이에 두고 각각 설치되는 제 3파이프들과; 상기 제 3파이프들의 중간측 단부에 각각 공정가스 유입포트 및 정제된 공정가스의 배출포트가 각각 설치되어 이루어진 것을 특징으로 한다.Refining apparatus for a semiconductor manufacturing process gas of the present invention for achieving the above object, the first pipe filled with MS; Second pipes each having a porous plate interposed therebetween at both ends of the first pipe and having alumina balls embedded therein; Third pipes disposed on end portions of the second pipes with filters disposed therebetween; The process gas inlet port and the discharge port of the purified process gas are respectively installed at the intermediate end portions of the third pipes.
또한, 상기 공정가스 유입포트 및 정제된 공정가스의 배출포트는 각각 캡과, 글랜드(Gland), 가스켓, 너트, 엘보우(Elbow), 튜브를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 한다.In addition, the process gas inlet port and the discharge port of the purified process gas is characterized in that it comprises a cap, gland (gland), gasket, nut, elbow (tube), respectively.
또한, 상기 제 3파이프들은 공정가스의 편류를 방지하여 정제장치의 수명을 연장시키도록 버퍼죤으로 이루어진 것을 특징으로 한다.In addition, the third pipes are characterized in that the buffer zone to prevent the flow of the process gas to extend the life of the purification apparatus.
또한, 상기 제 1파이프와, 제 2파이프들 및 제 3파이프들로 이루어진 정제장치의 일측에는 이 정제장치의 재생시 발생된 뜨거운 공기가 외부로 배출되는 배기밸브(VO1)가 설치되고, 상기 정제장치와 배기밸브(V01)의 사이에는 상기 뜨거운 공기를 냉각시키기 위한 핀쿨러가 설치되어 이루어진 것을 특징으로 한다.In addition, an exhaust valve VO1 for discharging hot air generated during regeneration of the refining device is installed at one side of the refining device including the first pipe, the second pipes, and the third pipe. A fin cooler for cooling the hot air is provided between the device and the exhaust valve V01.
이하, 본 발명의 바람직한 일 실시예를 첨부된 예시도면에 의거하여 상세히 설명한다.Hereinafter, a preferred embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 2는 본 발명에 의해 반도체 제조용 공정가스를 정제하는 구성을 개략적으로 도시한 구성도이고, 도 3은 도 2에서의 공정가스 정제장치의 내부구성을 나타낸단면도이며, 도 4는 도 3의 A-A선 단면도이다.Figure 2 is a schematic diagram showing a configuration for refining a process gas for semiconductor manufacturing according to the present invention, Figure 3 is a cross-sectional view showing the internal configuration of the process gas purification apparatus in Figure 2, Figure 4 is AA of Figure 3 Line cross section.
도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 반도체 제조용 공정가스의 정제장치(10)는, MS(Molecular Sieve)(14)가 충진된 제 1파이프(12)와, 이 제 1파이프(12)의 양측에 각각 다공판(16,17)을 사이에 두고 알루미나 볼(Al Ball)(24)이 충진된 제 2파이프(18)들과, 이 제 2파이프(18)들의 단부측에 각각 필터(26,27)를 사이에 두고 설치된 제 3파이프(20)들을 포함하여 이루어져 있다.As shown, the purification apparatus 10 for semiconductor manufacturing process gas according to the present invention includes a first pipe 12 filled with a MS (Molecular Sieve) 14 and both sides of the first pipe 12. The second pipes 18 filled with alumina balls 24 with the porous plates 16 and 17 therebetween, respectively, and the filters 26 and 27 at the end sides of the second pipes 18, respectively. ), And includes third pipes 20 installed therebetween.
상기 제 3파이프(20)들의 단부측에는 각각 커버(22)가 씌워져 있으며, 그 중앙측에는 캡(34)과, 글랜드(Gland)(42), 가스켓, 너트(38), 엘보우(Elbow)(36), 튜브(40)로 이루어진 공정가스 유입포트(30)와, 정제된 공정가스의 배출포트(32)가 각각 설치되어 있다.The cover 22 is covered with an end of each of the third pipes 20, and a cap 34, a gland 42, a gasket, a nut 38, and an elbow 36 are disposed at the center thereof. ), A process gas inlet port 30 consisting of a tube 40 and a discharge port 32 of purified process gas are provided.
이와 같은 구조로 이루어진 정제장치(10)의 외측에는 온도센서를 장착하기 위한 온도센서 부착포트(44)가 설치되어 있다.The temperature sensor attachment port 44 for mounting the temperature sensor is provided on the outside of the purification device 10 having such a structure.
이와 같이 온도센서 부착포트(44)를 정제장치(10)의 외부에 설치함으로써, 종래에서와 같이 별도의 실링이 필요치 않은 바, 그 설치가 용이해지게 된다.In this way, by installing the temperature sensor attachment port 44 to the outside of the refining device 10, the bar does not need a separate seal as in the prior art, the installation becomes easy.
따라서, 대기중의 공기를 상기 공정가스 유입포트(30)를 통하여 정제장치(10)의 내부로 유입시키게 되면, 제 3파이프(20)와 제 2파이프(18) 사이에 설치된 제 1필터(26)에 의해 파티클이 걸러지되, 제 2파이프(18)내에 충진된 알루미나 볼(24)에 의해 편류가 방지되면서 상기 제 2파이프(18)와 제 1파이프(12) 사이에 설치된 제 1다공판(16)을 지나 상기 제 1파이프(12)내에 충진된 MS(14)에 의해 이산화탄소, 수분, 메탄, 수소 등이 제거된다.Therefore, when the air in the air is introduced into the purification apparatus 10 through the process gas inlet port 30, the first filter 26 installed between the third pipe 20 and the second pipe 18. Particles are filtered out, and the first porous plate is installed between the second pipe 18 and the first pipe 12 while the particles are prevented from being drifted by the alumina balls 24 filled in the second pipe 18. Carbon dioxide, water, methane, hydrogen, and the like are removed by the MS 14 filled in the first pipe 12 after passing through 16).
한편, 재생시에도 제 2파이프(18)에 충진된 알루미나 볼에 의해 편류가 방지되어 제 1파이프(12)에 충진된 MS에 흡착되었던 불순물을 완전하게 탈착할 수 있게 하는데, 이에 대한 설명은 후에 상술하기로 한다.On the other hand, during regeneration, the alumina ball filled in the second pipe 18 is prevented from drift so that the impurities adsorbed on the MS filled in the first pipe 12 can be completely desorbed, which will be described later. Let's do it.
이와 같이 제 1파이프(12)를 지나면서 불순물이 제거된 공정가스는 다시 제 1파이프(12)와 제 2파이프(18) 사이에 설치된 제 2다공판(17)을 지나 제 2파이프(18)에 충진된 알루미나 볼(24)을 거쳐 역시 편류가 방지되고, 다시 이 제 2파이프(18)와 제 3파이프(20) 사이에 설치된 제 2필터(27)에 의해 파티클이 제거된 후, 공정가스 배출포트(32)를 통해 반도체의 제조공정라인에 공급되게 된다.As such, the process gas from which impurities are removed while passing through the first pipe 12 passes through the second porous plate 17 provided between the first pipe 12 and the second pipe 18, and then the second pipe 18. After the alumina ball 24 filled with the alumina ball 24 is also prevented from drift, and again the particles are removed by the second filter 27 provided between the second pipe 18 and the third pipe 20, the process gas The discharge port 32 is supplied to the semiconductor manufacturing process line.
이때, 상기 제 3파이프(20)들은 빈 공간의 버퍼죤을 이룸으로써, 공정가스의 편류를 방지하여 정제장치의 수명을 연장시키는 기능을 담당하게 된다.In this case, the third pipes 20 serve as buffer zones of empty spaces, thereby preventing the flow of process gas and extending the life of the refining apparatus.
따라서, 본 발명에 따른 반도체 제조용 공정가스의 정제장치(10)는 대기중의 공기가 수분 및 불순물이 걸러져 고순도로 정제된 공정가스가 반도체 제조공정에 공급되게 되며, 이 경우 상기 공정가스의 불순물 함유량은 1ppb이하로 정제되게 된다.Therefore, in the semiconductor manufacturing process gas purifying apparatus 10 according to the present invention, the air in the air is filtered with moisture and impurities so that the highly purified process gas is supplied to the semiconductor manufacturing process, in which case the impurity content of the process gas Is purified to less than 1 ppb.
그런데, 이와 같이 정제장치가 대략 1주일에서 10일 정도 작동하게 되면, 불순물이 축적되어 정제능력을 상실하게 되는 바, 재생을 해주어야 한다.However, when the purification apparatus is operated for about one week to about 10 days, impurities are accumulated and the purification ability is lost, and thus the regeneration should be performed.
즉, TSA(Thermal Swing Adsorption)방식으로서, 고순도의 질소가스(N2)를 정제방향과 반대방향으로 공급하면서 온도를 200∼300℃까지 단계적으로 상승시킨 후, 5∼9시간 정도를 유지하면서 흡착된 불순물을 탈착제거하여 정제장치를 청정한상태로 재생시킴으로써, 정제장치의 사용연한을 10년 이상의 장기간을 유지할 수 있도록 하였다.That is, as a TSA (Thermal Swing Adsorption) method, while supplying high-purity nitrogen gas (N 2 ) in a direction opposite to the purification direction, the temperature is gradually raised to 200 to 300 ° C., followed by adsorption for about 5 to 9 hours. By desorbing and removing the impurities, the refining apparatus is regenerated to maintain a long term of 10 years or more.
하지만, 재생을 위하여 온도를 200∼300℃까지 단계적으로 상승시키게 됨으로써, 뜨거운 공기가 도 2에 도시된 배기밸브(V01)를 통해 외부로 배출되는 바, 정제장치(10)와 배기밸브(V01)의 사이에는 핀 쿨러(11)를 설치하여 뜨거운 공기를 냉각시키도록 하였다.However, by gradually raising the temperature to 200 ~ 300 ℃ for regeneration, the hot air is discharged to the outside through the exhaust valve (V01) shown in Figure 2, the purification device 10 and the exhaust valve (V01) The fin cooler 11 was installed in between to cool the hot air.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명의 반도체 제조용 공정가스의 정제장치는, 대기중의 공기가 유입되어 제 1필터에 의해 일차적으로 파티클이 제거되고, 알루미나 볼과 버퍼 죤을 지나면서 공기의 흐름은 난류를 형성하여 편류가 방지되면서 정제시간이 길어짐과 아울러 MS를 거치면서 수분 및 불순물이 제거되며, 연속적으로, 제 2필터를 거치면서 불순물이 제거된 상태로 반도체 제조공정에 공급되는 바, 초고순도의 공정가스가 제공되어 반도체 제조의 수율 및 성능이 향상되는 효과가 있다.As described above, in the apparatus for purifying a process gas for semiconductor manufacturing according to the present invention, air in the air flows in and particles are firstly removed by the first filter, and the air flows through the alumina ball and the buffer zone. To prevent drift and to increase purification time and remove moisture and impurities through MS, and continuously supplied to the semiconductor manufacturing process with impurities removed while passing through a second filter. The process gas is provided to improve the yield and performance of semiconductor manufacturing.
또한, 듀얼 컬럼(Dual-column)타입을 채용할 경우에는 연속적으로 공정가스의 정제가 가능한 바, 종래에서와 같이 질소가스(N2)가 충전된 탱크롤리를 주기적으로 교환설치하지 않아도 되어 상기 탱크롤리의 교환설치에 따른 경제적 부담이 줄어들게 되는 유용한 효과가 있다.In addition, when adopting a dual-column type, it is possible to continuously purify the process gas. As in the prior art, it is not necessary to periodically replace and install a tank roller filled with nitrogen gas (N 2 ). There is a useful effect that the economic burden of the replacement installation of the Raleigh is reduced.
본 발명은 기재된 구체적인 예에 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.Although the invention has been described in detail only with respect to the specific examples described, it will be apparent to those skilled in the art that various modifications and variations are possible within the spirit of the invention, and such modifications and variations belong to the appended claims.
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