KR100614637B1 - 반도체 소자 제조 설비를 위한 배기 시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 반도체 소자의 제조 공정에서 발생하는 독성 가스를 정화하여 배출하는 배기 시스템에 관한 것이다. 배기 시스템은 가스 유입 밸브, 공기 주입구, 필터, 송풍기 및 바이패스 밸브를 구비하고 있으며, 이와 함께 본 발명의 배기 시스템은 히터, 1차 포집통, 브러시, 2차 포집통 및 가스 스크러버를 구비하고 있다. 본 발명은 히터를 사용하여 분말이 완전하게 형성하도록 하고, 생성된 분말을 이중으로 포집하며, 필터를 브러쉬로 긁어 필터의 여과 작용이 효과적으로 진행되도록 한다. 따라서 본 발명을 반도체 소자 제조 공정에 적용하면 정화 효율을 높일 수 있으므로 종래에 관 내부에 쌓였던 분말 문제를 해결할 수 있고 배기 시스템에 이상이 생겨 바이패스 밸브로 독성 가스가 통과하게 되는 경우 그 뒤에 가스 스크러버를 설치하여 발생할 수 있는 환경 오염의 정도를 최대한 줄이는 효과를 볼 수 있다.

Description

반도체 소자 제조 설비를 위한 배기 시스템{EXHAUST SYSTEM FOR SEMICONDUCTOR FABRICATION EQUIPMENT }

도 1은 종래 배기 시스템의 구성도를 나타낸 단면도이며;

도 2는 본 발명의 일 실시예에 의한 회전 브러시와 가스 스크러버를 적용한 배기 시스템의 단면도이다.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1: 배기 시스템(exhaust system) 2: 필터(filter)

3: 촉매제(absorbent) 4: 공기 주입구(air supply nozzle)

5: 송풍기(blower) 6: 가스 유입 밸브(gas in valve)

7: 바이패스 밸브(by-pass valve) 8: 가스 유입구(inlet for toxic gas)

9: 가스 배출구(outlet for purified gas)

10: 가스 스크러버(gas scrubber) 11: 히터(heater)

12: 1차 포집통(first container) 13: 2차 포집통(second container)

14: 분말 제거용 입구(door for removing powder)

15: 모터 16: 브러시(rotary brush)

a, b, c: 가스의 유동경로 d: 가스의 우회경로

본 발명은 배기 시스템에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 반도체 소자의 제조 공정에서 발생하는 가스의 독성을 제거한 후 그 가스를 배출하는 배기 시스템에 관한 것이다.

반도체 소자를 생산하는 공정 중에는 독성가스를 배출하는 공정이 많다. 예를 들면, 화학 기상 증착(CVD:Chemical Vapor Deposition), 저압 CVD, 확산 공정(diffusion process) 및 플라즈마를 사용하는 공정 등이 이에 속한다. SiH₄, SiH₂, NO, AsH₃, PH₃, B₂, H₆, NH₃, N₂O, Si₂H₆, SiH₂Cl₂ 등의 가스들이 이런 공정에 사용되는데, 공정을 거치고 배출되는 가스들은 여러 종류의 독성 물질을 함유하고 있다. 이런 독성 가스는 인체에 해로울 뿐만 아니라 가연성과 부식성도 있어 화재 등의 사고를 유발하기도 한다. 한편 이런 독성 가스가 대기로 방출되면 심각한 환경오염을 유발하기 때문에, 가스가 대기로 방출되기 전에 정화하는 공정을 거치도록 법령으로 제정되어 있다.

독성 가스를 처리하는 방법은 크게 세가지가 있다. 첫번째 방법은 가스에 함유된 독성 물질을 500℃ 또는 800℃의 고온으로 연소시키는 것이다. 이것은 고온으로 가스를 가열하여 독성 물질 중 가연성이 있는 물질을 연소시켜 제거하는 방법이다. 두번째 방법은 독성 물질을 물에 용해시켜 제거하는 것이다. 이 방법은 가스에 함유된 독성 물질 중에 물에 잘 녹는 특성을 갖는 물질을 제거할 때 사용된 다. 마지막으로 세번째 방법은 물리적, 화학으로 독성 가스를 흡수하는 것이다. 이것은 연소되지도 않고 물에 용해되지도 않는 독성 물질을 제거하기 위하여 사용되며, 위 두 방법으로 정화된 가스가 흡수제 또는 흡수관을 통과하도록 하여 잔여 독성 물질이 물리적, 화학적으로 여과되도록 하는 것이다. 세가지 정화 방법 중 물에 용해시키는 방법은 독성 물질을 함유한 물을 정수해야 하는 부수적인 공정이 필요하다는 한계가 있으며, 흡수제를 사용할 경우에는 흡수제를 자주 교체해야 정화 공정이 원활하게 진행된다. 그러므로 반도체 소자의 배기 시스템은 그 구조의 설계 뿐만 아니라 그 관리에도 주의를 기울여야 한다.

도 1은 종래 배기 시스템(exhaust system)의 구성도를 나타낸 단면도이다.

반도체 소자의 제조 공정에서 배출된 배기 가스가 배기 시스템을 거치면서 정화되는 과정을 유동 경로를 따라 설명하면 다음과 같다. 제조 공정을 거친 독성 가스는 유입구(8)를 통하여 배기 시스템(1)에 유도된다. 배기 시스템이 작동 중이면 가스 유입 밸브(6)가 개방되고, 독성 가스는 공기 주입구(4)로부터 유입되는 공기와 혼합되어 필터(2)로 이동한다. 이 때 가스 내에 있던 독성 물질 중 일부가 공기와 반응하고 SiO₂ 등의 분말(powder)이 생성된다. 분말과 함께 독성 가스는 필터(2)를 통과하여 분말이 여과된다. 필터(2)를 통과한 가스는 촉매제(3)를 거쳐 물리적, 화학적으로 여과되어 c 방향으로 진행하여 가스배출구(9)로 방출된다. 여기서, 송풍기(5)는 일정한 압력을 발생시켜 여과가 순조롭게 진행될 수 있도록 도와준다. 한편 바이패스 밸브(by-pass valve)는 배기 시스템에 이상이 발생했을 경 우 - 히터가 고장나거나 유동로가 막히는 경우 - 배기가스를 d 경로로 우회시키는 밸브이다.

그런데 종래의 배기 시스템에는 몇가지 문제가 있다. 우선 가스에 함유된 독성 물질중 공기와 반응하여 분말을 형성하는 과정이 100% 진행되지 않아 독성 물질이 남아 있을 수 있다. 또 생성된 분말이 필터에서 100% 포집되지 않고 가스 배출구로 약 30% 가 그대로 방출되는 문제점이 있다. c 경로로 유출된 분말은 수송관에 쌓여 막히는 사고가 발생할 우려가 있으며, 가연성이 있는 분말은 외부로 방출되어 화재가 발생할 가능성도 있다. 한편 배기 시스템에 이상이 생기거나 정전이 되면 바이패스 밸브를 통하여 d 경로로 독성 가스가 처리되지 않으 상태로 대기로 방출되는 문제가 있다.

본 발명은 상술한 바와 같은 분말 유출 및 사고 발생으로 인한 독성 가스 배출의 문제를 해결하는 데 그 목적이 있다.

본 발명은 히터를 사용하여 분말이 완전하게 형성하도록 하고, 생성된 분말을 이중으로 포집하며, 필터를 브러쉬로 긁어서 필터의 여과 작용이 효과적으로 진행되도록 함으로써 상술한 목적을 달성하고자 한다.

이하, 본 발명의 구체적인 실시예의 구성과 작용을 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 의한 회전 브러시와 가스 스크러버를 적용한 배기 시스템의 단면도이다.

기존의 배기 시스템과 같이 독성 가스의 유동 경로를 따라 가스 유입 밸브(6), 공기 주입구(4), 필터(2), 송풍기(5) 및 바이패스 밸브(7)가 배치되어 있다. 가스 유입 밸브(6)와 공기 주입구(4)는 반도체 소자 제조 공정에서 방출된 독성 가스와 대기 중의 공기를 혼합하는 역할을 한다. 바이패스 밸브(7)은 배기 시스템(1)에 이상이 있어서 가스 유입 밸브(6)가 잠기고 그 독성 가스가 배기 시스템을 통과하지 못하도록 독성 가스를 우회시키는 조절 밸브이다. 송풍기는 독성 가스가 필터를 용이하게 통과할 수 있도록 압력차를 생성하는 구성 요소이다. 이와 같은 구성요소와 함께 본 발명의 배기 시스템(1)은 히터(11), 1차 포집통(12), 브러시(16), 2차 포집통(13) 및 가스 스크러버(10)를 구비하고 있다. 여기서, 히터(11)는 가스에 함유된 독성 물질과 공기가 잘 반응되도록 고온으로 가열하는 구성 요소이다. 독성 가스를 가열함으로써 공기와 반응하는 독성 가스의 90% 이상이 반응에 참여하여 분말을 형성하도록 된다. 형성된 분말 중 그 질량이 큰 덩어리는 히터의 하부에 장착된 1차 포집통(12)에 낙하하고 나머지 잔여 독성 가스와 분말은 필터(2)를 통과하여 분말이 완전하게 여과된다. 필터에 부착된 분말은 모터(15)의 구동으로 회전하는 브러시(16)에 의해 필터로부터 분리되어 하부에 장착된 2차 포집통(13)에 낙하된다. 히터(11)에서 반응하여 생성된 분말은 약 30%가 1차 포집통에 모이고 나머지 70%는 2차 포집통에 모인다. 그러므로 2차 포집통에 분말이 더 많이 모이므로 정기적으로 이를 제거해 줘야 한다. 이를 위하여 본 발명에서는 2차 포집통(13)에 분말 제거용 입구(14)를 구성하였다. 한편, 배기 시스 템에 이상이 있어 독성 가스가 바이패스 밸브(7)를 통해 여과 없이 대기로 방출되는 것을 방지하기 위해 가스 스크러버(10)를 바이패스 밸브(7)의 뒤에 설치한다.

상기와 같이 구성된 배기 시스템은 히터(11)와 필터(2)의 하부에 각각 설치된 2 개의 포집통으로 분말을 이중 수거하는 것을 특징으로 한다. 도 2에 도시한 바와 같이 무게가 큰 것은 1 차포집통에 일차로 떨어져 수거되며, 그 나머지 분말이 필터에서 분리되어 2차 포집통에 수거된다. 이와 같이 이중으로 포집하는 이유는 필터의 정화 효율을 높이고, 분말의 수거율을 향상시키기 위해서이다. 또 본 발명의 필터 내부에 장착된 브러시에 의해 필터는 공정이 진행되는 동안 최상의 상태를 유지할 수 있도록 구성되어 있다.

한편, 본 발명의 실시예로 제시한 것과 같이 브러시를 구동하는 모터의 구동을 배기 시스템이 작동하는 동안 연속적으로 구동할 수도 있으나, 에너지 절약을 위하여 송풍기(5)의 부하를 측정하여 그 부하가 일정 값 이상을 초과하는 경우에만 모터(15)를 구동시키는 것이 더 바람직하다.

따라서 본 발명의 배기 시스템을 독성 가스의 정화 공정에 적용하면 정화의 효율을 높여 종래에 관 내부에 쌓였던 분말 문제를 해결할 수 있다. 이것은 분말이 쌓여 관이 막힐 경우 이를 교체해야 하는데, 이 때의 대체 경비를 절약할 수 있게 하며 교체시 생산 라인의 정지로 인한 경제적인 손해를 줄이는 경제적인 효과가 기대된다. 그리고 배기 시스템에 이상이 생겨 바이패스 밸브로 독성 가스가 통과하게 되는 경우에도 그 뒤에 가스 스크러버를 설치하여 발생할 수 있는 환경 오염 의 정도를 최대한 줄이는 효과가 기대된다.

Claims (3)

1. 반도체 제조 공정에서 발생하는 독성 가스를 정화하기 위한 장치로, 필터와 가스 유입 밸브 및 바이패스 밸브를 구비한 배기 시스템에 있어서:

   상기 독성 가스에 공기를 공급하는 공기 주입구와;

   상기 필터와 상기 가스 유입 밸브 사이에 장착되며, 상기 독성 가스와 상기 공기의 혼합 가스를 가열하는 히터와;

   상기 히터의 하부에 장착되며, 상기 히터에서 낙하하는 분말을 포집하는 1차 포집통과;

   상기 필터의 하부에 위치하여 분말을 포집하는 2차 포집통를 포함하여,

   상기 히터에서 발생한 무거운 분말을 상기 1차 포집통에서 포집하고 나머지 분말을 2차 포집통에서 포집하는 것을 특징으로 하는 배기 시스템.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 바이패스 밸브 뒤에 장착된 가스 스크러버를 포함하여,

   상기 독성 가스가 상기 바이 패스 밸브를 통해 직접 대기로 방출될 경우에 상기 독성 가스가 상기 가스 스크러버에 의해 정화되는 것을 특징으로 하는 배기 시스템.
3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

   상기 필터 내부에 장착되어 상기 필터에 부착된 분말을 제거하는 브러쉬와;

   상기 브러쉬를 회전하도록 구동하는 모터를 포함하여,

   상기 브러쉬가 회전하여 상기 필터의 표면에 부착된 분말을 제거하여 상기 필터 수명이 연장된 것을 특징으로 하는 배기 시스템.

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