KR20000024457A - 정전식 집진 시스템을 갖는 반도체 제조용 건식 가스스크러버 - Google Patents

정전식 집진 시스템을 갖는 반도체 제조용 건식 가스스크러버 Download PDF

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Abstract

포집된 고형 미립자의 처리가 용이하며 집진 효율을 향상시킬 수 있는 정전식 집진 시스템을 갖는 반도체 제조용 건식 가스 스크러버에 관한 것으로, 본 발명의 스크러버는, 반도체 및 엘씨디(LCD) 제조 공정에 사용되는 공정용 가스를 고온의 반응 챔버 내부에서 가열하여 열반응시키는 열반응부와; 상기 열반응시에 생성된 고형 미립자를 포집하여 이 미립자를 가스와 분리하는 분리부와; 상기 분리부에서 분리된 고형 미립자를 모으는 집진부;를 포함하며, 상기 분리부는, 폐곡선 형상의 단면을 갖는 통체로 형성되며 반응 챔버를 통과한 공정용 가스 및 고형 미립자가 유입되는 분리 챔버와, 분리 챔버 내부에 설치되며 고형 미립자를 통체의 내주면에 포집하기 위한 전극봉과, 상기 분리 챔버와 동일한 단면 형상을 가지며 이 챔버의 내주면과 접촉한 상태에서 상하 이동이 가능하게 설치되는 스크래퍼와, 상기 스크래퍼를 상하 이동시키는 이동 수단을 포함한다. 이로써, 분리 챔버의 내주면에 포집된 고형 미립자가 점성을 갖는 경우에도 이 미립자를 확실히 제거할 수 있으며, 이로 인해, 고형 미립자가 불확실하게 제거됨으로 인해 집진 효율이 저하되는 것을 방지할 수 있다.

Description

정전식 집진 시스템을 갖는 반도체 제조용 건식 가스 스크러버{BURN TYPE DRY GAS SCRUBBER FOR MANUFACTURING SEMICONDUCTOR HAVING ELECTROSTATIC TYPE DUST COLLECTING SYSTEM}
본 발명은 반도체 및 액정 표시 소자(LCD) 제조 공정에서 사용되고 남은 기체 상태의 화학 물질을 정화하는 반도체 제조용 건식 가스 스크러버에 관한 것으로, 보다 상세하게는 포집된 고형 미립자의 처리가 용이하며 집진 효율을 향상시킬 수 있는 정전식 집진 시스템을 갖는 반도체 제조용 건식 가스 스크러버에 관한 것이다.
반도체 및 액정 표시 소자의 제조 공정 중에서 증착 및 확산, 식각 공정 등에는 실란(SiH4)과 아르신(AsH3) 등의 유해 가스와 수소 등의 공정용 가스가 사용되는바, 상기 가스는 발화성 및 독성이 있으므로, 사용이 끝난 공정용 가스는 정화한 후 대기로 배출하여야 한다.
따라서, 반도체 제조 공정의 각 라인에는 상기 공정용 가스를 공급받아 정화하는 서브 스크러버(sub scrubber)가 설치되고, 각각의 서브 스크러버는 하나의 덕트에 연결되며, 이 덕트는 주로 건물 옥상에 설치되는 메인 스크러버(main scrubber)에 연결된다.
이에 따라, 사용이 끝난 공정용 가스는 서브 스크러버에서 1차로 정화되고, 1차 정화된 공정용 가스는 덕트를 통해 메인 스크러버에 공급되어 상기 메인 스크러버에서 2차로 정화된 후, 대기로 배출된다.
이와 같이 공정용 가스를 1차 정화하는 서브 스크러버는 처리 방식에 따라 통상 습식 스크러버와 건식 스크러버로 구분된다.
상기 습식 스크러버는 공정용 가스를 초순수(H2O) 또는 가스 흡착성 액상 화학 약품에 통과시키거나 연무 상태로 분무시켜 흡착에 의한 방법으로 배출 가스를 제거하는 방식으로, 비교적 간단한 구성을 가지므로 제작이 용이하고 대용량화할 수 있는 장점을 가지나, 발화성이 강한 수소기를 포함하는 가스의 처리에는 부적절하고, 액상의 화학 물질을 반응의 주체로 사용하는 경우에는 2차 오염 물질을 발생시키므로 지속적인 유지 보수가 필요한 문제점이 있다.
그리고, 상기 건식 스크러버는 히터 등의 열원을 이용하여 고온의 챔버를 형성하고, 이 챔버 속으로 공정용 가스를 통과시켜 상기 가스를 열반응에 의해 고형화 하는 것으로, 비교적 안전하고 온도 제어가 용이하므로 주로 사용된다.
본 발명은 상기 건식 스크러버에 관한 것으로, 이러한 스크러버는 크게 공정용 가스를 열반응 시키는 열반응부와, 열반응시에 생성된 고형 미립자를 포집하여 이 미립자를 가스와 분리하는 분리부와, 분리된 고형 미립자를 모으는 집진부로 나눌 수 있다.
도 1을 참조로 하여 종래의 건식 스크러버에 대해 설명하면, 공정용 가스를 열반응 시키는 열반응부(110)는 반응 챔버(112)와, 반응 챔버(112)를 둘러싸도록 설치되어 챔버(112) 내부를 대략 800℃ 이상으로 가열하는 히터(114)로 이루어지며, 챔버(112)에는 공정용 가스가 유입되는 가스 유입구(116)와 공기(CDA :Compressed Dry Air)가 유입되는 공기 유입구(118) 및 질소가 유입되는 질소 유입구(118')가 구비된다.
여기에서, 상기 챔버(112) 내부를 대략 800℃ 이상으로 가열하는 것은 공정용 가스의 대부분이 상기 온도 이하에서 열반응되기 때문이다.
그리고, 고형 미립자(고체 가스 입자)와 가스를 분리하는 분리부(120)는, 일정한 전기적인 성질을 띄고 있는 고형 미립자를 정전 효과(靜電效果)를 이용하여 포집하도록 구성한 것으로, 분리 챔버(122)와, 일정 간격만큼 이격된 상태에서 분리 챔버(122) 내에 복수개 설치되며 소정 전압이 인가되는 집진판(124)과, 집진판(124)의 표면에 포집된 고형 미립자를 제거하기 위한 제거 수단을 포함하며, 상기 제거 수단은 일정 시간 간격으로 화살표 방향으로 회전하면서 집진판(124)에 충격을 가하는 충격 해머(126) 또는 일정 시간 간격으로 집진판(124)을 진동시키는 도시하지 않은 바이브레이터로 이루어진다.
여기에서, 이웃하는 집진판(124)에는 서로 다른 전위의 전압, 예를 들면 양(+) 전위의 전압과 음(-) 전위의 전압이 교대로 인가되며, 집진판(124)에 상기와 같은 전압 인가시 고형 미립자는 정전(靜電) 효과로 인해 집진판(124)의 표면에 포집된다.
그리고, 집진판(124)의 표면에서 떨어져나온 고형 미립자를 모으는 집진부(128)는 집진기(130)를 포함하며, 집진기(130)에는 고형 미립자를 제거할 때 사용하는 개폐형 청소구(132)가 구비된다.
이에 따라, 공정용 가스와 공기 및 질소가 유입구(116,118,118')를 통해 열반응부(110)로 공급되면, 상기 가스는 히터(114)에 의해 소정 온도로 가열된 챔버(112) 내부를 통과하면서 열반응을 일으키게 된다.
즉, 공정용 가스 중에서 실란(SiH4)을 예로 들어 설명하면, 상기 실란은 다음 반응식(1)과 같은 반응을 일으키게 된다.
SiH4+ O2⇒ SiO2+ 2H2------------------------------ (1)
상기 반응에 의해 생성된 이산화규소(SiO2)의 미립자는 집진판(124) 사이 공간을 통과하게 되는바, 이때 상기 고형 미립자는 정전(靜電) 효과로 인해 집진판(124)의 표면에 포집되고, 포집된 고형 미립자는 충격 해머(126) 또는 바이브레이터에 의해 집진판(124)의 표면으로부터 분리되어 집진기(130)에 집진된다.
그리고, 고형 미립자와 분리된 가스는 분리 챔버(122)에 제공된 가스 배출구(134)를 통해 도시하지 않은 덕트로 공급되며, 이후 이 덕트를 통해 메인 스크러버에 공급되고, 집진기(130)에 집진된 고형 미립자는 개폐형 청소구(132)를 통해 정기적으로 제거된다.
그런데, 상기와 같이 구성된 종래의 스크러버에 의하면 다음과 같은 문제점이 있다.
즉, 종래의 스크러버는 집진판에 포집된 고형 미립자를 제거하기 위해 충격 해머 또는 바이브레이터를 사용하고 있으므로, 점성을 갖는 고형 미립자의 경우에는 충격 또는 진동으로 상기 미립자를 제거하는데 한계가 있다.
따라서, 집진판의 표면에는 제거되지 못한 고형 미립자가 남아있게 되며, 이로 인해 집진 효율이 저하되는 문제점이 있다.
이에 본 발명은 상기 문제점을 해결하기 위한 것으로, 포집된 고형 미립자의 처리가 용이하며 집진 효율을 향상시킬 수 있는 정전식 집진 시스템을 갖는 반도체 제조용 건식 가스 스크러버를 제공함에 목적이 있다.
도 1은 종래 기술에 따른 건식 가스 스크러버의 구성도.
도 2는 본 발명에 따른 건식 가스 스크러버의 구성도.
상기와 같은 본 발명의 목적은, 열반응이 끝난 공정용 가스가 유입되는 분리 챔버를 폐곡선 형상의 단면을 갖는 통체로 형성하고, 이 통체 내부에는 고형 미립자를 통체의 내주면에 포집하기 위한 전극봉과, 상기 통체와 동일한 단면 형상을 가지며 통체의 내주면과 접촉한 상태에서 상하 이동하면서 상기 통체 내주면에 포집된 고형 미립자를 제거하는 띠형상의 스크래퍼를 설치한 정전식 집진 시스템을 갖는 반도체 제조용 건식 가스 스크러버에 의해 달성된다.
이로써, 통체 내주면에 포집된 고형 미립자가 점성을 갖는 경우에도 이 미립자를 확실히 제거할 수 있으며, 이로 인해 집진 효율을 향상시킬 수 있다.
이하, 첨부도면을 참조로 하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 건식 스크러버를 상세히 설명하면 다음과 같다.
본 발명의 건식 스크러버는, 반도체 및 엘씨디(LCD) 제조 공정에 사용되는 공정용 가스를 고온의 반응 챔버 내부에서 가열하여 열반응시키는 열반응부와, 상기 열반응시에 생성된 고형 미립자를 포집하여 이 미립자를 가스와 분리하는 분리부와, 상기 분리부에서 분리된 고형 미립자를 모으는 집진부를 포함한다.
공정용 가스를 열반응 시키는 열반응부(10)는 반응 챔버(12)와, 반응 챔버(12)를 둘러싸도록 설치되어 챔버(12) 내부를 대략 800℃ 이상으로 가열하는 히터(14)로 이루어지며, 챔버(12)에는 공정용 가스가 유입되는 가스 유입구(16)와 압축 공기(CDA :Compressed Dry Air)가 유입되는 공기 유입구(18) 및 질소가 유입되는 질소 유입구(18')가 구비된다.
그리고, 고형 미립자(고체 가스 입자)와 가스를 분리하는 상기 분리부(20)는 일정한 전기적인 성질을 띄고 있는 고형 미립자를 정전 효과(靜電效果)를 이용하여 포집하도록 구성한 것으로, 반응 챔버를 통과한 가스 및 고형 미립자가 유입되는 원통형상의 분리 챔버(22)와, 분리 챔버(22) 내부에 설치되는 전극봉(24)과, 챔버(22)의 내주면과 접촉한 상태에서 화살표 방향을 따라 상하 이동이 가능하게 설치되는 원형 띠형상의 스크래퍼(26)와, 스크래퍼를 상하 이동시키는 도시하지 않은 실린더 등의 이동 수단을 포함한다.
여기에서, 상기 전극봉(24)에는 음(-) 전위의 전압이 인가되며, 일정한 전기적 성질을 띄고 있는 고형 미립자는 전극봉(24)에 인가되는 전압으로 인해 분리 챔버(22)의 내주면에 포집된다.
그리고, 상기 반응 챔버(12)와 분리 챔버(22)가 설치되는 집진기(28)에는 집진기(28)에 집진된 고형 미립자를 제거할 때 사용하는 개폐형 청소구(30)가 제공된다.
이러한 구성을 갖는 본 발명의 스크러버는 다음과 같이 작동된다.
하기 표 1은 본 발명의 스크러버에서 처리 가능한 공정용 가스의 일부 예를 나타내는 것으로, 각각의 공정용 가스는 표 1에 나타낸 각각의 열반응 온도에서 반응 농도에 따라 각기 열반응을 일으키게 되며, 상기 열반응시에는 고형 미립자(고체 가스 입자)가 생성된다.
가스 유입구(16)와 공기 유입구(18) 및 질소 유입구(18')를 통해 공정용 가스와 압축 공기 및 질소가 반응 챔버(12)에 유입되면, 이 가스는 히터(14)에 의해 가열되어 하기 표 1에 나타낸 바와 같이 열반응을 일으키게 되고, 각 가스의 열반응시 생성되는 고형 미립자 및 가스는 분리 챔버(22)로 유입되는바, 이때 분리 챔버(22)의 내부에 설치된 전극봉(24)에는 음(-) 전위의 전압이 인가되고 있다.
표 1
가스의 명칭 화학식 반응식 비고(열반응 온도)
실란 SiH4 SiH4+ O2 SiO2+ 2H2 300℃
디실란 Si2H6 Si2H6+3O2 2SiO2+ 3H2O 300℃
디클로르실란 SiH2Cl2 SiH2Cl2+ O2 SiO2+ 2HCl 100℃
포스핀 PH3 4PH3+ 8O2 2P2O5+ 6H2O 375℃
디보렌 B2H6 B2H6+ 3O2 B2O3+ 3H2O 40℃
산소화합물 O2(SiH4) O2(SiH4)SiO2+ 2H2 650℃
산화질소화합물 N2O(SiH4) 2N2O + SiH4 SiO2+ 2H2+ 2N2 650℃
암모니아화합물 NH3(SiH4) 4NH3+ 3SiH4 Si3N4+ 12H2 655℃
테오스(TEOS) Si(OC2H5)4 Si(OC2H5)4+ 12O2 SiO2+ 8CO2+ 10H2O 260℃
아르신 AsH3 2AsH3+ 3O2 As2O3+ 3H2O 300℃
사불화질소 NF4 2NF4+ 4H2 N2+ 8HF 200℃
육불화에탄 C2F6 C2F6+ O2 2CO2+ 3F2 600℃
사불화황 SF4 SF4+ O2 SO2+ 2F2 600℃
사불화규소 SiF4 SiF4+ O2 SiO2+ 2F2 600℃
수소 H2 2H2+ O2 2H2O 100℃
따라서, 일정한 전기적 성질을 띄고 있는 고형 미립자는 챔버(22)를 통과하면서 전극봉(24)에 의한 정전 효과로 인해 챔버(22)의 내주면에 포집되고, 챔버(22)의 내주면에 포집된 고형 미립자는 실린더 등의 이동 수단에 의해 화살표 방향을 따라 상하로 작동하는 스크래퍼(26)에 의해 챔버(22)로부터 제거되어 집진기(28)에 집진되며, 집진기(28)에 집진된 고형 미립자는 개폐형 청소구(30)를 통해 정기적으로 제거된다.
그리고, 고형 미립자와 분리된 가스는 분리 챔버(22)의 가스 배출구(32)를 통해 도시하지 않은 덕트로 공급되고, 이후 이 덕트를 통해 메인 스크러버에 공급된다.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니고 특허청구범위와 발명의 상세한 설명 및 첨부한 도면의 범위 안에서 여러 가지로 변형하여 실시하는 것이 가능하고 이 또한 본 발명의 범위에 속하는 것은 당연하다.
이상에서 살펴본 바와 같이 본 발명의 스크러버에 의하면, 분리 챔버의 내주면에 포집된 고형 미립자가 점성을 갖는 경우에도 이 미립자를 확실히 제거할 수 있다.
따라서, 고형 미립자가 불확실하게 제거됨으로 인해 집진 효율이 저하되는 것을 방지할 수 있다.
또한, 해머 또는 바이브레이터를 이용하여 고형 미립자를 제거하는 종래의 스크러버에 의하면 상기 부재들의 작동에 따른 소음이 발생되므로 작업 환경이 좋지 못한 문제점이 있지만, 본 발명의 스크러버는 고형 미립자를 스크래퍼를 이용하여 긁어내리는 구조이므로 소음 발생이 전혀 없어 작업 환경을 개선할 수 있는 효과가 있다.

Claims (1)

  1. 반도체 및 엘씨디(LCD) 제조 공정에 사용되는 공정용 가스를 고온의 반응 챔버 내부에서 가열하여 열반응시키는 열반응부와;
    상기 열반응시에 생성된 고형 미립자를 포집하여 이 미립자를 가스와 분리하는 분리부와;
    상기 분리부에서 분리된 고형 미립자를 모으는 집진부;
    를 포함하며, 상기 분리부는, 폐곡선 형상의 단면을 갖는 통체로 형성되며 반응 챔버를 통과한 공정용 가스가 유입되는 분리 챔버와, 분리 챔버 내부에 설치되며 고형 미립자를 통체의 내주면에 포집하기 위한 전극봉과, 상기 분리 챔버와 동일한 단면 형상을 가지며 이 챔버의 내주면과 접촉한 상태에서 상하 이동이 가능하게 설치되는 스크래퍼와, 상기 스크래퍼를 상하 이동시키는 이동 수단을 포함하는 정전식 집진 시스템을 갖는 반도체 제조용 건식 가스 스크러버.
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