KR100476715B1 - 배기 가스 처리 시스템 - Google Patents

배기 가스 처리 시스템 Download PDF

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Abstract

보조 배기 루트가 구비되며 대기 오염을 방지할 수 있는 배기 가스 처리 시스템이 개시되어 있다. 상기 보조 배기 루트는 유속 조절기를 통과하여 배기 가스를 배출하도록 연통한다. 따라서 상기 배기 가스 처리 시스템의 입구 압력을 상기 보조 배기 루트 사용 전과 동일하게 유지하여 상기 보조 배기 루트 사용 중에도 공정을 진행하여 생산성을 향상시킬 수 있다. 또한 상기 입구 압력을 동일하게 유지함으로서 공정 챔버의 분위기가 변화되거나 미세 파티클이 역류되어 발생되는 품질 불량을 방지할 수 있다.

Description

배기 가스 처리 시스템 {Exhaust gas treatment system}
본 발명은 배기 가스 처리 시스템에 관한 것으로서, 특히 반도체 장치 제조 과정 중 발생하는 배기 가스가 대기로 배출하기 위한 배기 가스 처리 시스템에 관한 것이다.
근래에 컴퓨터와 같은 정보 매체의 급속한 보급에 따라 반도체 장치도 비약적으로 발전하고 있다. 그 기능 면에 있어서, 상기 반도체 장치는 고속으로 동작하는 동시에 대용량의 저장 능력을 가질 것이 요구된다. 이에 따라 상기 반도체 장치는 집적도, 신뢰도 및 응답 속도 등을 향상시키는 방향으로 제조 기술이 발전되고 있다. 이와 같이, 상기 반도체 장치의 제조 기술이 발전함에 따라 반도체 장치의 제조 공정의 몇몇 공정에서 폴리머 찌꺼기 등의 고형 이물질을 포함한 유독성 배기 가스가 발생되며, 특히, 화학 기상 증착(CVD) 또는 드라이 에칭(dry etching) 공정에서 주로 배기 가스가 발생하게 된다. 상기 배기 가스는 배기 루트를 통해 외부로 배기되는 과정에서 배기 가스 처리 시스템을 거치게 된다.
도 1에는 일반적인 배기 가스 처리 시스템이 개략적으로 도시되어 있다. 상기 배기 가스 처리 시스템을 드라이 에칭시 발생하는 배기 가스에 한정하여 설명하면 다음과 같다. 드라이 에칭은 피가공 재료가 수용된 공정 챔버(10) 내로 가스를 공급해 물리 화학적 반응을 일으켜 증기압이 높은 물질 또는 휘발성 물질을 생성시킴으로써 피가공 재료를 에칭하는 기술이다. 공정 챔버(10)의 내부에서 피가공 재료와 반응한 후 발생되는 배기 가스는 펌프(20)의 작동에 의해 배기 루트(40)로 배출되며, 배기 가스 처리 시스템(30)을 통해 필터링된다. 필터링된 배기 가스는 대기로 배출된다. 더욱 상세하게는, 배기 가스 처리 시스템(30)은 소정 흡수제를 사용하는 건식 시스템, 워터 샤워기(water shower)를 이용하는 습식 시스템, 또는 배기 가스를 태우는 소각 시스템 중의 어느 하나를 포함하며, 배기 가스 처리 시스템(30)에 의해 배기 가스 중의 오염 물질의 비율은 감소된다.
대한민국 특허 공개번호 제2001-0011027호에는 메인 스크러버 외에 별도로 보조 스크러버를 제공하여 대기 오염을 방지할 수 있는 배기 가스 처리 시스템이 개시되어 있다.
도 2에는 종래 기술에 따른 배기 가스 처리 시스템(100)의 일례가 도시되어 있다. 도 2에 도시된 배기 가스 처리 시스템(100)은 스크러버(scrubber) 타입의 처리 장치로서, 크게 주 배기 루트와 보조 배기 루트로 구성되어 있다. 주 배기 루트는 배기 가스를 필터링(filtering)하기 위한 캐니스터(canister,120), 캐니스터(120)와 연통되며 상기 배기 가스를 캐니스터(120)로 유입하기 위한 제1배기 라인(110), 캐니스터(120)와 연통되며, 상기 배기 가스를 외부로 배출하고, 상기 배기 가스의 유속을 조절하기 위한 유속 조절기(140)가 제공되는 제2배기 라인(130)으로 구성된다. 보조 배기 루트는 캐니스터(120)의 교체나 기타 문제로 인하여 상기 주 배기 루트를 사용할 수 없을 경우 사용되는 것으로, 제1배기 라인(110)으로부터 분기 연장되어 제2배기 라인(150)과 연통하는 제3배기 라인(160) 및 제3배기 라인(160) 상에 구비되는 배기 트랩(170)으로 구성된다. 이때 제3배기 라인(160)은 배기 가스가 유속 조절기(140)를 통과하지 않도록 연통되어 있다. 제1, 제2 및 제3배기 라인(110,130,160)에는 각각의 배기 라인을 차단할 수 있는 제1, 제2 및 제3밸브(112,132,162)가 구비된다.
상기 주 배기 루트를 사용하는 경우 배기 가스 처리 시스템(100)의 입구 압력은 720∼740 Torr이다. 그러나 상기 보조 배기 루트로 전환시 배기 가스의 배출 경로가 변경되고, 배기 가스가 배기 압력만으로 배기되므로 배기 가스 처리 시스템(100)의 입구 압력은 760 Torr 이상까지 상승하게 된다. 이는 배기 가스를 배출하기 위한 펌프의 배출 압력이 정상 조건인 720∼740 Torr에서 760 Torr 이상까지 상승하는 것을 의미한다. 따라서 상기 펌프와 연통된 공정 챔버의 미세 변화를 초래하여 피가공 재료의 품질 불량을 야기한다.
또한 캐니스터(120)의 교체 및 주 배기 루트의 문제로 인하여 장시간 상기 조보 배기 루트를 사용한 후 다시 상기 주 배기 루트를 사용시에는 공정 챔버의 분위기를 정상화하기 위하여 공정 챔버 에이징(aging)을 실시한다. 상기 에이징 1회를 실시하는데 1시간이 소요되어 설비 가동률을 저하시키는 요인이 되고, 나아가 생산성이 저하된다. 상기 에이징을 스킵(skip)할 경우 상기 공정 챔버의 공정 분위기가 정상화되지 않아 피공정 재료의 품질 불량이 다시 발생하게 된다.
본 발명의 목적은 이와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 소정 공정이 진행중인 상태에서 캐니스터를 교체로 주 배기 루트가 아닌 보조 배기 루트를 이용하는 경우에도 입구 압력을 동일하게 유지할 수 있는 배기 가스 처리 시스템을 제공하는 데 있다.
상기한 본 발명의 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 반도체 장치 제조 공정에서 발생된 배기 가스와 반응하여 상기 배기 가스 내의 유독성 이물질을 필터링하기 위한 제1레진(resin)이 충진되는 캐니스터(canister)와, 상기 캐니스터와 연통하며, 상기 배기 가스를 상기 캐니스터 내로 유도하는 제1배기 라인과, 상기 캐니스터와 연통하며, 상기 캐니스터를 거쳐 필터링된 배기 가스를 외부로 배출하고, 상기 배기 가스가 배출되는 속도를 조절하기 위한 유속 조절기가 제공되는 제2배기 라인 및 상기 제1배기 라인으로부터 분기 연장하며, 상기 캐니스터의 교체시 상기 배기 가스가 상기 유속 조절기를 통과하여 배출되도록 상기 제2배기 라인과 연통하는 제3배기 라인을 구비하는 것을 특징으로 하는 배기 가스 처리 시스템을 제공한다.
상기 캐니스터 교체하는 동안 상기 제3배기 라인을 이용하여 상기 배기 가스를 배출하게 되는데, 상기 제1배기 라인의 입구 압력(inlet pressure)을 상기 제3배기 라인 사용 전과 동일하게 유지하여 상기 제3배기 라인을 이용하는 중에도 공정을 진행하여 생산성을 향상시킬 수 있다. 또한 상기 입구 압력을 동일하게 유지함으로서 공정 챔버의 분위기가 변화되거나 미세 파티클이 역류되어 발생되는 품질 불량을 방지할 수 있다.
이하, 첨부한 도 3을 참조하여, 본 발명의 실시예를 통해 본 발명을 보다 상세하게 설명하고자 한다.
일반적으로, 반도체 장치의 제조 공정 과정에서는 몇몇 공정에서 폴리머 찌꺼기 등의 고형 이물질을 포함한 유독성 배기 가스가 발생되며, 특히, 화학 기상 증착(CVD) 또는 드라이 에칭(dry etching) 공정에서 주로 배기 가스가 발생하게 된다. 상기 배기 가스는 배기 라인을 통해 외부로 배기되는 과정에서 배기 가스 처리 시스템을 거치게 된다.
도 3에는 일 실시예에 따른 배기 가스 처리 시스템(200)이 도시되어 있다. 도 3을 참조하면, 배기 가스 처리 시스템(200)은 크게 주 배기 루트(280)와 보조 배기 루트(290)로 구성되어 있다. 주 배기 루트(280)는 정상적인 상태에서 배기 가스를 배출하기 위한 것으로, 배기 가스를 필터링하기 위한 캐니스터(220), 캐니스터(220)와 연통되며 상기 배기 가스를 캐니스터(220)로 유입하기 위한 제1배기 라인(210) 및 캐니스터(220)와 연통되며, 상기 배기 가스를 외부로 배출하고, 상기 배기 가스의 유속을 조절하기 위한 유속 조절기(240)가 제공되는 제2배기 라인(230)으로 구성된다. 보조 배기 루트(290)는 캐니스터(220)의 교체나 기타 문제로 인하여 상기 주 배기 루트(280)를 사용할 수 없을 경우 이용되는 것으로, 제1배기 라인(210)으로부터 분기 연장되어 배기 가스가 유속 조절기(240)를 통과하도록 제2배기 라인(250)과 연통하는 제3배기 라인(260) 및 제3배기 라인(260) 상에 구비되는 배기 트랩(270)으로 구성된다.
배기 가스 처리 시스템(200)은 원통형 캐니스터(220)를 포함한다. 캐니스터(220)는 대략 상부가 좁아지는 형상을 갖는 것이 일반적이다. 각종 공정이 진행되는 공정 챔버(미도시)로부터 발생되는 배기 가스를 캐니스터(220) 내로 유도하기 위해 제1배기 라인(210)이 캐니스터(220)와 연통되어 제공된다.
캐니스터(220) 내에는 제1배기 라인(210)을 통해 캐니스터(220) 내부로 유입된 배기 가스와 반응하여 배기 가스 내의 유독성 이물질을 필터링하는 제1레진(resin)이 충진된다. 상기 제1레진은 원통형 캐니스터(220)의 하부에 충진되며, 제1배기 라인(210)은 그 단부가 상기 제1레진의 상부에 위치되도록 하는 것이 바람직하다. 상기 제1레진을 거쳐 필터링된 배기 가스를 외부로 배출하기 위해 제2배기 라인(230)이 캐니스터(220)와 연통하도록 설치된다. 바람직하게는, 제2배기 라인(230)은 상기 제1레진을 관통하여 캐니스터(220)의 바닥 부근까지 연장한다. 이는, 제1배기 라인(210)을 통해 캐니스터(220) 내로 유입된 배기 가스가 상기 제1레진을 완전히 관통케 하여 그 필터링 패스를 최대한 연장하기 위함이다.
한편, 제2배기 라인(230)의 일측에는 그 압력을 모니터링하기 위한 압력 감지 센서(미도시)가 제공되는 것이 바람직하다. 상기 센서는 상기 제1레진의 재생 시기를 판단하기 위한 것으로써, 계속되는 배기 가스의 유입에 따라 상기 제1레진 내부에 이물질이 축적되어 배기 가스의 통과가 원활치 못한 경우를 그 배압을 감지하여 판단한다.
제2배기 라인(230)상에는 유속 조절기(240)가 제공된다. 유속 조절기(240)는 구동 유체(water, steam, air)의 힘으로 흡인력(또는 진공력)을 발생시키는 장치로, 상기 구동 유체에 압력을 가하여 노즐(nozzle) 및 디퓨저(diffuser)를 통과시키면 유속의 변화에 의해 진공이 발생하면서 다른 유체를 흡인하여 혼합, 이송시킨다. 그러므로 유속 조절기(240)는 배기 가스의 유속을 조절하여 제1배기 라인(210)의 입구 압력을 조절할 수 있다. 유속 조절기(240)를 통과한 배기 가스는 제2배기 라인(230)을 통해 외부로 배출된다. 유속 조절기(240)는 이젝터(ejector)를 사용하는 것이 바람직하다.
본 발명의 특징에 따르면, 제1배기 라인(210)으로부터 제3배기 라인(260)이 분기 연장하여 제2배기 라인(230)과 연통한다. 제3배기 라인(260) 상에는 배기 트랩(270)이 제공된다. 배기 트랩(270)에는 배기 가스를 필터링할 수 있도록 제2레진이 제공되는 것이 바람직하다. 상기 제2레진은 보조 배기 루트(290) 즉, 제3배기 라인(260) 사용시, 제3배기 라인(260)으로 유입되는 배기 가스를 필터링하는 기능을 갖는다. 배기 트랩(270)은 제3배기 라인(260)으로 유입되는 배기 가스를 필터링하는 레진이 충진된 소정 캐니스터의 형태로 제공될 수도 있다.
그리고 보조 배기 루트(290)를 이용하여 배기 가스를 배출할 때, 상기 배기 가스는 유속 조절기(240)를 통과하여 배출되게 된다. 유속 조절기(240)가 배출 가스의 유속을 조절하므로, 주 배기 루트(280)를 이용하여 배기 가스를 배출하는 경우의 제1배기 라인(210)의 입구 압력과 동일하도록 제1배기 라인(210)의 입구 압력을 조절할 수 있다. 상기 입구 압력이 동일하게 유지되므로 공정 분위기의 변화 및 미세 파티클의 역류의 원인을 제거하여 피가공 재료의 불량을 방지할 수 있다. 또한 공정 분위기가 동일하게 유지되므로 보조 배기 루트(290) 이용시에도 공정을 진행할 수 있다. 따라서 설비 가동율을 증가시켜 생산성 향상에 기여할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 제1배기 라인(210)에는, 상기 제1레진의 재생을 위한 캐니스터(220)의 교체 여부에 따라, 캐니스터(220)로의 배기 가스의 유입을 선택적으로 차단하는 제1밸브(212)가 설치된다. 즉, 제1밸브(212)는 정상적인 배기 가스 처리 중에는 제1배기 라인(210)과 캐니스터(220)를 연통시키고, 캐니스터(220)의 교체가 필요한 경우에는 제1배기 라인(210)을 차단하는 기능을 갖는다.
또한 제2배기 라인(230)에는, 제1밸브(212)와 마찬가지로 정상적인 배기 가스 처리 중에는 캐니스터(220)와 제2배기 라인(230)을 연통시키고, 캐니스터(220)의 교체가 필요한 경우에는 제2배기 라인(230)을 차단하는 기능을 갖는 제2밸브(232)가 설치된다.
한편, 제3배기 라인(260)에는 제1밸브(212)의 작동과 연계하여 배기 가스의 유입을 선택적으로 허용하는 제3밸브(262)가 설치된다. 즉, 제3밸브(262)는 정상적인 배기 가스 처리 중에는 제3배기 라인(260)을 차단하고, 캐니스터(220)의 교체가 필요한 경우에는 제3배기 라인(260)을 연통시키는 기능을 갖는다.
이하, 본 발명의 일 실시예에 따른 배기 가스 처리 시스템(200)의 작동 메커니즘을 설명한다.
정상적인 배기 가스 처리 중에는, 제1밸브(212)와 제2밸브(232)가 개방되어 공정 챔버로부터 방출되는 배기 가스를 캐니스터(210) 내로 유도한다. 캐니스터(220)로 유입된 배기 가스는 상기 제1레진의 상부로부터 하부까지 관통하면서, 그 내부에 포함되어 있던 유독성 이물질이 걸러진다. 상기 제1레진을 통과한 배기 가스는 상기 제1레진의 하부까지 연장된 제2배기 라인(230)을 통해 유속 조절기(240)로 이동한다. 유속 조절기(240)는 배기 가스의 유속을 조절하여 제1배기 라인(210)으로 유입되는 배기 가스의 입구 압력이 720∼740 Torr를 유지하도록 한다.
한편, 압력 감지 센서(미도시)에 의해 감지된 압력이 소정 레벨 이하로 떨어지면 캐니스터(220)가 교체되어야 하며, 이때, 제1밸브(212)가 차단되어 제1배기 라인(210)을 통한 배기 가스의 캐니스터(220)로의 유입이 방지되고, 동시에 제2밸브(232)가 차단되어 제2배기 라인(230)을 통한 배기 가스의 캐니스터(220)로의 역류가 방지된다. 제1, 제2밸브(212,232)가 차단되면 제3밸브(262)가 연통되어 공정 챔버로부터 방출되는 배기 가스는 제3배기 라인(260)을 따라 배기 트랩(270)으로 유도된다. 배기 트랩(270)을 통과하며 그 유독성 이물질이 걸러진 배기 가스는 유속 조절기(240)와 제2배기 라인(230)을 거쳐 대기 중으로 배출된다.
상기와 같은 제1,제2 및 제3밸브(212,232,262)의 선택적인 연통과 차단은 소정 제어 시스템(미도시)에 의해 동기화되어 이루어진다.
상기와 같이 배기 가스가 제3배기 라인(260)을 통하여 배출되는 경우에도 배기 트랩(270)을 통과하므로 배기 가스의 유속을 조절하여 배기 가스가 캐니스터(220)를 통과하는 경우의 제1배기 라인(210)의 입구 압력과 동일하도록 제1배기 라인(210)의 입구 압력을 720∼740 Torr으로 유지한다.
따라서 캐니스터(220)의 교체로 인하여 보조 배기 루트(290)를 이용하는 경우에도 제1배기 라인(210)의 입구 압력을 주 배기 루트(280)를 이용하는 경우와 동일하게 유지할 수 있으므로 공정 챔버의 분위기 또한 동일하게 유지되고, 상기 압력 변화에 의해 미세 파티클이 역류되어 발생되는 품질 불량을 방지할 수 있다. 또한 공정 챔버의 분위기를 정상화하기 위한 에이징이 불필요하게 되며, 보조 배기 루트(290)을 이용하는 중에도 공정을 진행하여 생산성을 향상시킬 수 있다.
본 발명에 따른 배기 가스 처리 시스템에는 보조 배기 루트를 통하여 배기 가스가 배출될 경우에도 제1배기 라인의 입구 압력(inlet pressure)을 상기 보조 배기 루트 이용 전과 동일하게 유지하여 공정을 진행할 수 있으므로 생산성을 향상시킬 수 있다. 또한 상기 입구 압력을 동일하게 유지함으로서 공정 챔버의 분위기가 변화되거나 미세 파티클이 역류되어 발생되는 품질 불량을 방지할 수 있다.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
도 1은 종래 기술에 따른 배기 가스 시스템의 개략도이다.
도 2는 종래 기술에 따른 배기 가스 처리 시스템의 개략적인 단면도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 배기 가스 처리 시스템의 개략적인 단면도이다.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
200 : 배기 가스 처리 시스템 210 : 제1배기 라인
212 : 제1벨브 220 : 캐니스터(canister)
230 : 제2배기 라인 232 : 제2밸브
240 : 유속 조절기 260 : 제3배기 라인
262 : 제3밸브 270 : 배기 트랩
280 : 주 배기 루트 290 : 보조 배기 루트

Claims (3)

  1. 반도체 장치 제조 공정에서 발생된 배기 가스와 반응하여 상기 배기 가스 내의 유독성 이물질을 필터링하기 위한 제1레진(resin)이 충진되는 캐니스터(canister);
    상기 캐니스터와 연통하며, 상기 배기 가스를 상기 캐니스터 내로 유도하는 제1배기 라인;
    상기 캐니스터와 연통하며, 상기 캐니스터를 거쳐 필터링된 배기 가스를 외부로 배출하고, 상기 배기 가스가 배출되는 속도를 조절하기 위한 유속 조절기가 제공되는 제2배기 라인; 및
    상기 제1배기 라인으로부터 분기 연장하며, 상기 캐니스터의 교체시 상기 배기 가스가 상기 유속 조절기를 통과하여 배출되도록 상기 제2배기 라인과 연통하는 제3배기 라인을 구비하는 것을 특징으로 하는 배기 가스 처리 시스템.
  2. 제1항에 있어서, 상기 제1, 제2배기 라인에 각각 구비되며, 상기 캐니스터를 교체하는 동안 상기 캐니스터로 상기 배기 가스가 유입 및 역류되는 것을 차단하기 위해 상기 제1, 제2배기 라인을 각각 폐쇄하기 위한 제1밸브와 제2밸브; 및
    상기 제3배기 라인에 구비되며, 상기 캐니스터를 교체하는 동안 상기 배기 가스를 배출하기 위해 상기 제3배기 라인을 개방하기 위한 제3밸브를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 배기 가스 처리 시스템.
  3. 상기 제1항에 있어서, 상기 제3배기 라인에 구비되며, 상기 배기 가스에 포함된 이물질을 필터링하기 위한 제2레진을 갖는 배기 트랩을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 배기 가스 처리 시스템.
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