KR20010062657A - 가스 회수 시스템 및 가스 회수 방법 - Google Patents

가스 회수 시스템 및 가스 회수 방법 Download PDF

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KR20010062657A
KR20010062657A KR1020000081101A KR20000081101A KR20010062657A KR 20010062657 A KR20010062657 A KR 20010062657A KR 1020000081101 A KR1020000081101 A KR 1020000081101A KR 20000081101 A KR20000081101 A KR 20000081101A KR 20010062657 A KR20010062657 A KR 20010062657A
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오우찌준꼬
오이와도꾸히사
하야사까노부오
오꾸무라가쯔야
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니시무로 타이죠
가부시끼가이샤 도시바
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Abstract

PFC를 포함하는 가스를 질소 가스로 희석하기 전에 냉각 기구 트랩(101)에 의해 PFC와 그 밖의 가스로 분리하고, 분리된 PFC를 효율적인 회수가 가능하게 되는 농도까지 가저장 기구(102)에 의해 가저장하고, 그 후 가저장된 PFC 봄베 내에 채워 넣는다.

Description

가스 회수 시스템 및 가스 회수 방법{METHOD AND SYSTEM FOR GAS RECOVERY}
반응성 가스를 사용한 프로세스는 에칭을 비롯하여 CVD, 표면 개질, 세정, 또는 불순물 첨가 등 여러 가지의 반도체 제조 기술에 많이 사용되고 있다. 또한 이들의 프로세스 챔버의 드라이 세정, 엑시머 레이저의 여기 챔버, 또는 전자 빔 묘화 장치의 경통 내부의 드라이 세정 등 웨이퍼 프로세스에 직접적으로 사용하는 이외의 용도에도 반응성 가스를 사용한 프로세스는 널리 사용되고 있다.
이들의 프로세스에서는 인체에 대해 유해한 반응성이 높은 가스 외에 SF6이나 PFC(Per-Fluorocompounds)라고 불리는 인체에 대해서는 무해하지만 지구 온난화에 영향을 준다고 생각되고 있는 안정된 가스도 많이 사용된다.
SF6, PFC는 CO2에 비해 생산량, 배출량은 적지만, 지구 온난화 계수가 매우 높기 때문에 상대적인 영향도는 크다. 그 때문에, SF6등의 가스는 지구 환경 보호의 관점으로부터 대기로의 방출을 없앨 필요가 있다.
또한, 반도체 제조에 사용되는 많은 유해 가스의 제거에는 제올라이트나 활성탄에 흡착시켜 제거하는 방식의 유해 가스 제거 장치가 사용되고 있다. 이런 종류의 제거 장치에 의해 상기 유해 가스를 제거할 때, 유해 물질의 농도를 일정치 이하로 할 필요가 있다. 유해 물질의 농도를 일정치 이하로 하기 위해서, 대량의 희석용 순질소 가스를 일회용으로 사용하는 경우가 적지 않다.
또한, 가연성의 가스를 안전하게 회수하기 위해서는 배기 펌프의 하류측에서는 폭발 한계 이하로 가연성의 가스를 희석용 순질소로 희석할 필요가 있다. 이 희석용 순질소 가스는 질소를 정제하여 생성한다. 이 생성할 때에 사용되는 전력은 지구 온난화 방지의 관점으로부터 문제가 되고 있는 CO2발생의 원인이다.
PFC의 회수에 대해서는 여러 가지 방법이 제안되어 있다. 예를 들면, 유해 가스 제거 장치를 통과한 후의 배기 가스를 한번 가스 탱크에 수용하고, 그것을 가스 봄베(bombe)로 다시 옮겨 가스 정제 공장으로 수송하고, 공장에서 정제 재생하는 방식이 있다.
또한, 인라인의 회수 기술로서는 분자 레벨의 미세 구멍을 갖는 멤브레인 필터를 사용하여 PFC와 질소 등의 희석 가스의 분자와의 크기 차이를 이용하여 PFC를 분리하고, 선택적으로 회수하는 기술이 제안되어 있다.
전자의 기술은 대규모인 가스 회수 시스템으로서의 운용이 필요하다. 그 때문에, 동일 가스가 대량으로 사용되는 경우 이외에는 효율이 나쁘고, 비용적으로적당하지 않아 운용이 곤란하다. 반도체 디바이스의 진보와 함께 반도체 프로세스에서 사용되는 가스는 빈번하게 변경된다. 그리고, 반도체 프로세스에서 사용되는 가스의 종류도 매우 다종을 사용하는 것이 현실되고, 그 때문에, 동일 가스가 대량으로 사용되는 케이스는 적다.
도 7은 종래 기술의 일례를 나타내는 것으로, 다운 플로우 플라즈마를 이용하여 피처리 기판의 가공을 행하는 장치(다운 플로우 에칭 장치)에 대한 가스 회수 시스템을 나타내는 모식도이다.
도 7 중, 참조 부호 81은 에칭 챔버를 나타내고 있고, 이 에칭 챔버(81) 내에는 서셉터가 설치되어 있다. 이 서셉터 상에는 피처리 기판인 Si 웨이퍼가 배치된다. 상기 Si 웨이퍼 상에는 다결정 실리콘막이 미리 형성되어 있다. 에칭 챔버(81) 내에서는 반응성 가스의 플라즈마가 생성된다. 상기 플라즈마에 의해, 상기 다결정 실리콘막의 가공이 행해진다. 에칭 가스로서는 CF4와 O2의 혼합 가스가 많이 사용된다.
여기서, CF4가스는 PFC의 하나이고, 금후 배출량이 규제될 가능성이 있다. 그러나, 반도체의 가공 기술에 있어서는 CF4가스를 비롯한 C4F8, CHF3등의 CF(플루오르 카본)을 포함하는 가스의 사용은 필수이다. 따라서, 본 분야에서 그 배출량을 억제하는 노력이 필요해진다.
도 7 중, 참조 부호 82는 활성 가스 공급 배관을 나타내고 있고, 이 활성 가스 공급 배관(82)으로부터 에칭 챔버(81) 내의 상기 다결정 실리콘막의 표면에 활성 가스가 공급된다.
상기 활성 가스는 가스의 유량이나 가스의 혼합비를 제어한 혼합 가스를 마이크로파 등의 에너지로 활성화한 것이다. 구체적으로는 반응성이 높은 F, CFx, O등의 활성종이다. 이들의 활성종과 실리콘과의 화학 반응이 진행하고 증기압이 높은 반응 생성물이 형성됨으로써, 다결정 실리콘막의 에칭이 진행된다.
따라서, 에칭 챔버(81)로부터는 플라즈마 중에서 분해되지 않았던 가스, 분해된 F나 CFx등의 가스, 분해한 가스가 반응하여 생성되는 COFx, CxFy등의 가스, 또한 다결정 실리콘막과 반응하여 생성된 SiFx(x=1∼4)나 CO2등의 에칭 생성물 가스가 배출된다.
이와 같이 하여 챔버(81)로부터 배기 배관(83)에 배출된 가스는 진공 배기 장치인 드라이 펌프(84)에 의해서 배기되고, 유해 가스 제거 장치(85)에서 유해한 물질이 제거되고, 그리고 공장 내의 덕트를 통해 스크러버에서 고형물 등이 제거되고 나서, 대기 중에 방출되게 된다.
유해 가스 제거 장치(85)에서는 활성이고 유해한 COFx, CxFy등 또는 유해한 CO 등이 흡착이나 연소 등의 수단에 의해서 제거된다. 그러나, 안정된 CF4가스는 유해 가스 제거 장치(85)에서는 제거되지 않고, 대기 중으로 방출된다. 이것이 지구 온난화의 한가지 원인이 되고 있다.
종래의 회수 방법에서는 이 최종 단계 바로 앞의 스크러버를 나오자마자, 즉공장으로부터의 많은 장치의 배기를 통합하자마자 멤브레인 필터나 냉각 트랩을 설치하여 가스를 분리 회수한다.
바꿔 말하면, 배기된 CF4가스를(후 처리를 효율적으로 행하기 위해서) 고순도의 상태 그대로 회수하기 위해서는 배기된 CF4가스를 N2로 희석하지 않으면 배기할 수 없지만, 드라이 펌프(84)를 사용하면 PFC 농도가 저하하게 되기 때문에, 드라이 펌프(84)를 장치의 배기계에 사용할 수 없게 된다.
도 8은 종래의 종형 LPCVD 장치에 대한 가스 회수 시스템을 나타내는 모식도이다. 도 8 중, 참조 부호 91은 성막실을 나타내고 있고, 이 성막실(91) 내에는 서셉터가 설치되어 있다. 상기 서셉터 상에는 피처리 기판인 Si 웨이퍼가 배치된다. 성막실(91) 내에는 가스 공급계 배관(92)으로부터 SiH4, AsH3의 가스가 각각 500 sccm, 2sccm이 도입된다.
상기 가스는 성막실(91)에 설치된 히터로부터의 열로 분해하고, Si 웨이퍼의 표면에 도달함으로써, Si 웨이퍼 상에 비소 첨가 다결정 실리콘막이 형성된다.
성막실(91)로부터는 분해되지 않았던 가스, 분해된 가스 및 분해한 가스가 반응하여 생성되는 가스는 배기 배관(93)을 통해 그 하류에 배치된 드라이 펌프(94)에 의해서 배기되고, 유해 가스 제거 장치(96)에서 유해한 물질이 제거되고, 그리고 공장 내의 덕트를 통해 스크러버에서 고형물 등이 제거되고 나서 대기 중에 배기 가스로서 방출되게 된다.
이 때, 드라이 펌프(94)의 하류에서는 상기 배기 가스 중에 포함되는 유해물질 및 가연성 가스의 농도를 규정치 이하로 할 필요가 있기 때문에, 희석용 순질소 가스를 가스 도입관(96)으로부터 150리터/분 흐르게 하고 있다. 상기 희석용 순질소 가스는 질소를 정제하여 생성한다. 이 정제할 때에 사용되는 전력은 CO2발생의 원인이고, 지구 온난화 방지라는 점에서 문제가 되고 있다.
본 발명의 목적은 처리 용기로부터 배기된 소정의 가스를 효율적으로 회수하고, 그 회수에 요하는 비용을 억제함으로써, 환경 부하의 저감화를 도모할 수 있는 실용적인 가스 회수 시스템 및 가스 회수 방법을 제공하는 것에 있다.
본원에 있어서 개시되는 발명 중, 대표적이지만 개요를 간단히 설명하면 하기와 같다.
즉, 상기 목적을 달성하기 위해서, 본 발명에 따른 가스 회수 시스템은 처리 용기로부터 배기된 소정의 가스를 포함하는 가스를 상기 소정의 가스를 포함하는 가스와 상기 소정의 가스를 포함하지 않는 가스로 분리하는 가스 분리 수단과, 이 가스 분리 수단에 의해 분리된 상기 소정의 가스를 가저장하는 가저장 수단을 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 가스 회수 방법은 처리 용기로부터 배기된 소정의 가스를 포함하는 가스를 상기 소정의 가스와 상기 소정의 가스를 포함하지 않는 가스로 분리하는 공정과, 이 분리된 상기 소정의 가스를 가저장하는 공정과, 상기 분리된 상기 소정의 가스를 포함하지 않는 가스를 상기 처리 용기의 밖으로 배기하는공정을 포함하는 것을 특징으로 한다. 여시서, 상기 처리 용기에서 행해지는 처리는 에칭, 성막, 표면 개질, 불순물 첨가, 세정(표면에 부착한 불순물의 제거) 등 반응성 가스를 포함하는 가스를 이용하여 행해지는 처리이다. 또한, 상기 처리 용기의 갯수는 하나라도 좋고 혹은 복수라도 좋다.
또한, 가스 분리 수단은 냉각 트랩을 포함하는 것으로, 보다 구체적으로는 처리 용기와 배기 수단간에 설치된 배관 도중의 영역(제1 영역)에 배치된 냉각 트랩과, 상기 배관으로부터 후퇴 회피시킨 영역(제2 영역)에 배치된 냉각 트랩과, 상기 2개의 냉각 트랩을 교환하는 교환 수단과, 제2 영역에 배치된 냉각 트랩으로부터 그것에 트랩되어 있는 가스를 이탈시켜 제2 영역에 배치된 냉각 트랩을 재생하는 재생 수단을 포함하고, 또한 제2 영역에 배치된 냉각 트랩이 가저장 수단에 접속된 구성으로 되어 있다.
또한, 가저장 수단은 소정의 가스를 순환 배관 내를 순환시키는 순환 기구를 포함하는 것으로, 보다 구체적으로는 가스 분리 수단과 배관을 통해 접속되어 소정의 가스를 가스 분리 수단 밖으로 배기하는 배기 수단과, 이 배기 수단의 하류측과 배관을 통해 접속되어 소정의 가스를 압축하는 가스 압축 수단과, 이 가스 압축 수단의 하류측과 배기 수단의 상류측을 접속하는 배관과, 배기 수단의 하류측과 가스 압축 수단의 상류측을 접속하는 배관의 도중에 삽입하여 설치된 밸브를 포함한 구성으로 되어 있다.
상기와 같은 구성이면, 배기 수단에 있어서 배출된 소정의 가스(예를 들면 PFC 가스)를 질소 가스 등으로 희석해야만 하는 경우라도 소정의 가스가 그다지 희석되지 않는 단계에서 분리할 수 있어 효율적으로 소정의 가스를 회수하는 것이 가능해지고, 그 결과로서 반도체 제조 장치로부터 배기된 소정의 가스의 회수에 요하는 비용을 억제할 수 있고, 환경 부하의 저감화를 도모할 수 있는 실용적인 가스 회수 시스템 및 가스 회수 방법을 실현할 수 있게 된다.
또한, 소정의 가스를 포함하지 않는 가스로서 산소 가스, 수소 가스를 포함하지 않는 가스를 선택하면, 소정의 가스를 포함하는 가스의 취급이 안전하게 되고, 또한 그 후의 소정의 가스의 가저장 또한 소정의 가스의 정제 또는 분해 처리를 간편하게 행할 수 있게 된다.
또한, 본 발명에 따른 다른 가스 회수 시스템은 처리 용기로부터 배기된 소정의 가스를 포함하는 배기 가스에 희석용 가스를 가하는 희석 수단과, 상기 배기 가스와 상기 희석용 가스와의 혼합 가스가 도입되고, 이 혼합 가스로부터 상기 소정의 가스를 제외한 상기 희석용 가스를 포함하는 가스가 배기되는 필터 수단과, 이 필터 수단으로부터 배기된 가스를 상기 필터 수단의 상류측으로 귀환시키는 귀환 수단을 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 다른 가스 회수 방법은 처리 용기로부터 배기된 소정의 가스를 포함하는 배기 가스에 희석용 가스를 가하고, 상기 배기 가스와 상기 희석용 가스와의 혼합 가스를 생성하는 공정과, 상기 혼합 가스로부터 상기 소정의 가스를 제외하고, 상기 혼합 가스로부터 상기 희석용 가스를 포함하는 가스를 선택하는 공정과, 이 선택한 희석용 가스를 포함하는 가스를 상기 배기 가스를 희석하기 위한 희석용 가스로서 재이용하는 공정을 포함하는 것을 특징으로 한다.
이러한 구성이면, 소정의 가스(예를 들면 아루신 등의 유해한 가스, 디실란(SiH2), 실란(SiH4) 등의 가연성의 가스)를 희석하여 회수할 때에 사용하는 희석용 가스를 재이용할 수 있기 때문에, 희석용 가스의 사용량을 줄일 수 있다. 그 결과, 희석용 가스의 비용을 줄일 수 있다. 또한 희석용 가스를 생성할 때에 소비되는 전력을 줄일 수 있다. 이와 같이 하여 CO2의 발생량을 효과적으로 적게 할 수 있다. 따라서, 본 발명에 따르면, 반도체 제조 장치의 운전에 요하는 비용을 삭감할 수 있고, 환경 부하의 저감화를 도모할 수 있는 실용적인 가스 회수 시스템 및 가스 회수 방법을 실현할 수 있게 된다.
본 발명의 상기 및 그 밖의 목적과 신규의 특징은 본 명세서의 기재 및 첨부도면에 의해서 분명하게 될 것이다.
1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 다운 플로우 에칭 장치에 대한 가스 회수 시스템을 나타내는 모식도.
도 2a∼도 2e는 동일 가스 회수 시스템의 효과를 설명하기 위한 도면.
도 3은 동일 가스 회수 시스템의 변형예를 나타내는 도면.
도 4는 본 발명의 제2 실시예에 따른 종형 LPCVD 장치에 대한 가스 회수 시스템을 나타내는 모식도.
도 5는 본 발명의 제3 실시예에 따른 RIE 에칭 장치에 대한 가스 회수 시스템을 나타내는 모식도.
도 6은 본 발명의 제4 실시예에 따른 다운 플로우 에칭 장치에 대한 가스 회수 시스템을 나타내는 모식도.
도 7은 종래의 다운 플로우 장치에 대한 가스 회수 시스템을 나타내는 모식도.
도 8은 종래의 종형 LPCVD 장치에 대한 가스 회수 시스템을 나타내는 모식도.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
2: 에칭 챔버
61: 트랩 영역
62: 후퇴 회피 영역
4,9 : 드라이 펌프
5 : 유해 가스 제거 장치
12 : 압축기
우선, 본 발명의 동기가 된 본 발명자 등이 발견한 종래의 멤브레인 필터를 사용한 인라인 방식의 회수 기술의 문제점에 관해서 설명한다. 상기 회수 기술은 멤브레인 필터를 이용하기 때문에, 멤브레인 필터에 공급하는 가스의 압력을 일정 상으로 할 필요가 있다. 또한, 희석 가스에 대한 PFC 가스의 농도에는 제한이 많다. 각 생산 장치에서 적절하게 가스의 온 오프를 반복하면서 대량의 처리를 행하는 공장에서는 배기 가스의 공급량은 매우 불안정하다. 그 때문에, 후자의 기술을 인라인 방식(많은 장치의 배기관을 모아 직접 그 자리에서 분리 장치로 공급하는 방식)으로 운용하는 것은 거의 불가능하다.
도 7의 종래의 가스 회수 시스템의 경우, 상술한 바와 같이 멤브레인 필터나 냉각 트랩에 의해 가스를 분리 회수한다고 하는 방식을 취하고 있다. 그러나, 이러한 방식에서는 장치의 가동 상황의 변화에 의해서 회수 시스템에 대한 부하가 항상 변동하기 때문에, 회수의 효율이 대폭 저하된다.
또한, 유해 반응성 가스를 희석하기 위해서 각 장치의 배기계에는 퍼지용의 질소를 대량으로 흐르게 하고 있다. 따라서, 회수 시스템에 공급되는 가스 중 CF4가스 농도가 0.2% 미만으로까지 희석된다. 이것에 의해서 또한 회수의 효율이 저하된다.
예를 들면, 가스를 수100sccm 사용하는 장치가 거의 풀 활동한다고 가정하더라도, 1일에 회수 대상 가스로서 방출되는 것은 500리터 정도이고, 이것을 9.78MPa로 압축하면 10리터의 봄베 1개로 된다.
이러한 희석인 가스를 압축하는 것은 곤란하고, 이 가스를 압축하기 위해 압축기를 연속적으로 작동시키는 것은 매우 효율이 나쁘고, 비용적으로 적당하지 않아 운용이 곤란하다.
이하, 도면을 참조하면서 본 발명의 실시예를 설명한다.
(제1 실시예)
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 다운 플로우 에칭 장치에 대한 가스 회수 시스템을 나타내는 모식도이다. 이것은 도 7에 도시한 종래 예에 대응한 것이다.
도 1 중, 참조 부호 1은 에칭 챔버, 참조 부호 2는 가스 공급계 배관, 참조 부호 3은 가스 배기 배관, 참조 부호 4는 드라이 펌프, 참조 부호 5는 유해 가스 제거 장치를 나타내고 있고, 이들 참조 부호 1∼5 및 그 하류의 덕트, 스크러버 등에 관해서는 도 7에 도시한 종래의 가스 회수 시스템과 마찬가지이다.
본 실시예의 특징은 에칭 챔버(1)와 드라이 펌프(4)간에 냉각 트랩 기구(101)를 배치하고, 또한 냉각 트랩 기구(101)의 하류에 가저장 기구(102)를 배치한 것에 있다.
냉각 트랩 기구(101)는 가스 배기 배관(3) 도중의 트랩 영역에 배치한 제1 냉각 트랩(61)과, 가스 배기 배관(3)으로부터 후퇴 회피 영역으로 후퇴 회피한 제2 냉각 트랩(62)과, 이들의 냉각 트랩(61, 62)을 교환하는 교환 기구(7)를 구비하고 있다.
트랩 영역에 배치한 제1 냉각 트랩(61)의 온도는 -200℃로 유지되어 있기 때문에, 에칭 챔버(1)로부터의 배기 가스 중의 PFC 가스 등의 증기압이 낮은 가스는 액체 또는 고체로 되어 제1 냉각 트랩(61)에 흡착된다. 한편, 산소 등의 증기압이 높은 가스는 제1 냉각 트랩(61)에는 흡착되지 않는다. 드라이 펌프(4)에는 희석용의 N2가스가 공급되고 있다. 이 N2가스도 제1 냉각 트랩(61)에는 흡착되지 않는다.
한쪽의 냉각 트랩[61(62)]이 포화 상태가 되었을 때에, 포화 상태가 된 냉각트랩[61(62)]은 교환 기구(7)에 의해 다른쪽의 냉각 트랩[62(61)]과 교환되도록 되어 있다.
가스 배기 배관(3)으로부터 분리된 한쪽의 냉각 트랩[62(61)]의 재생은 가열 재생 기구(8)에서 냉각 트랩[62(61)]을 가열하고, 그것에 트랩되어 있는 가스를 이탈시킴으로써 행한다.
냉각 트랩(61, 62)은 그것에 일정량 이상의 가스가 흡착하면, 냉각 효율이 떨어지기 때문에 흡착 효율이 저하된다. 그래서, 본 실시예에서는 사용하는 다운 플로우 에칭 장치에 있어서, 1로트분의 가스를 한번에 흡착할 수 있도록 냉각 트랩(61, 62)의 용량을 충분히 크게 설계하고 있다. 즉, 1로트당 흡착할 수 있는 최대량의 가스를 한번에 흡착할 수 있도록 냉각 트랩(61, 62)의 용량을 설계하고 있다.
흡착 가스량에 따라서 로트 처리간의 적당한 타이밍에서 냉각 트랩(61)과 냉각 트랩(62)을 교환하고, 냉각 트랩(61, 62)의 가열 재생(리제너레이션)을 행한다.
냉각 트랩(61, 62)의 재생은 에칭 챔버(1) 내에서의 에칭 처리와 동시에 행할 수 있다. 즉, 에칭 처리시에는 가스 배기 배관(3)에 배치되어 있는 쪽의 냉각 트랩[61(62)]에 의해서 배출 가스의 트랩이 행해진다. 재생 처리가 에칭 처리를 율속하지 않도록 하기 위해서는, 웨이퍼 반송 시간과 1로트의 최단 처리 시간과의 합계 시간보다도 가열 재생에 걸리는 시간이 짧게 되도록 가열 재생 기구(8)를 설계한다.
후퇴 회피 영역으로 후퇴 회피한 냉각 트랩[62(61)]에는 가저장 기구(102)가 접속되어 있다. 가저장 기구(102)는 드라이 펌프(9)와, 유해 가스 제거 장치(10)와, 밸브(11)와, 압축기(12)와, 압축기(12)의 하류측과 드라이 펌프(9)의 상류를 접속하는 순환 배관(13)과, 이 순환 배관(13) 도중에 삽입하여 설치된 가변 밸브(14)로 구성되어 있다.
압축기(12) 및 순환 배관(13)의 하류는 격리 밸브(15)를 거처 압축한 가스를 봄베 등의 가스 용기 내에 충전하기 위한 착탈 자유의 이음매(16)에 연결되는 배관과, 격리 밸브(17)를 거쳐 덕트·스크러버로 연결되는 배관으로 분기한다.
흡착한 가스의 재생 중에 냉각 트랩[61(62)]으로부터 발생한 가스는 드라이 펌프(9)에 의해서 배기되어 유해 가스 제거 장치(10)에 의해 제거되고, 또한 격리 밸브(15, 17)를 닫은 상태에서 순환 배관(13) 내를 순환한다. 격리 밸브(15, 17)를 닫고 있는 한, 배기된 가스는 순환 배관(13) 내에서 축적되지만, 드라이 펌프(9)에 의해서 순환되고 있기 때문에 체류하지도 않는다.
이와 같이 냉각 트랩 기구(101)를 가스 배기 배관(3) 도중에 배치함으로써, 드라이 펌프(4)에 있어서 배출된 가스를 질소 가스 등으로 희석해야만 하는 경우라도, 회수의 대상인 화학적으로 안정되고 지구 온난화 계수가 높은 PFC 가스 등의 가스가 그다지 희석되지 않은 단계에서 트랩할 수 있다. 그 결과, PFC 가스 등을 효율적으로 회수할 수 있게 된다.
또한, 트랩 영역의 냉각 트랩[61(62)]을 증기압이 높은 산소 가스, 수소 가스가 흡착되지 않은 온도로 설정하면, 배기 가스로부터 이들의 가스를 제거하여 회수할 수 있다. 그 결과, 회수 가스의 취급이 안전해지고, 또한 그 후의 정제 처리(또한 재이용 처리) 혹은 분해 처리가 간편해진다.
이와 같이 하여 희박한 상태에서 배출되는 PFC 가스 등의 가스를 순환 배관 내를 순환시키면서 축적하고, 일정량에 도달하자마자 즉 경제적으로 효율적인 회수가 가능하게 되는 농도에 도달하면, 압축기(12)를 기동하고, 밸브(11, 14)를 닫음과 동시에, 밸브(15)를 열어 압축기(12)에 의해서 압축된 가스를 이음매(16)을 통해서 봄베 등에 채움으로써, PFC 가스 등의 가스를 경제적이며 효율적으로 회수할 수 있게 된다.
봄베 등에 채워진 회수 가스는 차 등의 수송 수단에 의해서 사업장 내의 시설로 수송하고, 그래서 집중적으로 처리를 행하든지 혹은 가스 공장으로 수송하여 정제 후 재이용된다. 또한, 경우에 따라서는 연소 방식, 플라즈마 분해 방식, 화학 흡착 방식, 촉매 방식 등을 이용한 수단에 의해 분해·무해화 처리를 행하여도 좋다.
이와 같이 냉각 트랩 기구(101)에 의해 배기 가스에 희석용 질소 가스가 혼합되기 전에 배기 가스 중에 포함되는 회수하고 싶은 가스를 선택적으로 흡착하고, 회수·정제의 방해가 되는 가스 성분을 제거하여 회수함으로써, PFC 가스 등의 처리를 효율적으로 행할 수 있다.
즉, 회수된 가스는 바람직하지 못한 가스 성분이 제거되어 압축되어 있기 때문에, 적은 운반 비용으로 효율적으로 후 처리 설비로 운반할 수 있다. 또한, PFC 가스 등의 정제·재이용의 대상이 되는 성분 이외의 함유량이 적기 때문에, 정제를 효율적으로 행할 수 있다. 정제·재이용 없이 분해 처리를 하는 경우도 마찬가지로 효율의 향상을 기대할 수 있다.
본 실시예의 가스 회수 시스템에 의한 가스 보충의 상황을 조사하기 위해서, 배기 가스의 샘플링을 행하여 가스 중의 분자 조성 분석을 하였다. 이 때의 다결정 실리콘막의 에칭 조건은 에칭 챔버(1)에 CF4와 O2의 유량은 각각 110sccm, 50sccm, 마이크로파 파워는 700W이다. 1로트 처리하는 데에 있어서 합계 75분간 가스 도입과 방전을 행하였다. 이 때 배기된 가스에 관해서 조사한 결과를 도 2a∼2e에 도시한다. 도 2a∼2e로부터 이하의 것을 알 수 있다.
에칭 챔버(1)로부터 배출되는 가스는 CF4, O2, CO2, 및 그 밖(SiF4, COF2, CO, HFF2)의 가스이다. 도입된 가스에 대하여 냉각 트랩[61(62)] 전에서 검출된 가스의 비율은 예를 들면 CF4가스에서는 도입량의 30% 정도이고, 약 70%의 가스가 에칭이나 기상에서의 반응에 의해서 소비된 것을 알 수 있다. CF4의 지구 온난화 계수는 CO2의 지구 온난화 계수에 비해 매우 높다(6400배). 그 때문에, CF4는 지구 환경 보호의 관점으로부터 대기로의 방출을 없앨 필요가 있다. CF4는 불타기 어렵기 때문에, 재이용할 수 있다.
한편, -200℃의 냉각 트랩[62(61)]을 통과한 후에는 그 밖의 가스는 전부 제거되고, CO, F2, O2인 증기압이 높은 가스만이 냉각 트랩을 통과하는 것을 알 수 있다.
이 때문에, 드라이 펌프(4)에 흘리는 희석용 가스 유량을 줄일 수 있는 장점도 있다. 또한 하류에서는 반응성이 높은 유해 성분, 예를 들면 SiF4, COF2, F2등은 유해 가스 제거 장치(5)에 의해서 제거되기 때문에, 최종적으로 대기에 방출되는 가스는 거의 CO2나 O2인 환경 부하가 낮은 가스로만 되었다.
한편으로, 냉각 트랩으로부터 재생되어 유해 가스 제거 장치(10)에 의해 제거된 후에 순환 배관(13)에 축적되는 가스는 주로 CO2와 CF4로 1로트 처리분이 약 7리터였다. 10로트분을 순환 배관(13)에 축적한 후, 상술한 회수 순서에 의해서 축적된 가스를 0.88MPa로 압축하여 10리터 봄베에 충전하였다. 이 때, 압축기(12)와 가스 접속 수단(16)간의 배관 용적이 무효 공간이 되어 충전할 수 없기 때문에, 배관 용적을 되도록이면 작게 하도록 하였다.
이와 같이 본 실시예에 따르면, 희박하고 다종류의 성분이 혼합되어 이루어지는 배기 가스로부터 PFC를 선별하고, PFC를 농축하고 압축하여 회수할 수 있어 PFC를 효율적으로 정제·재이용할 수 있도록 된다. 이 때, 도입 가스에 비교하더라도 회수 가스의 산소 농도가 대폭 감소되고 있기 때문에, 취급상의 안전성도 정제·재이용에 있어서의 가스 정제 효율도 대폭 향상된다.
즉, 본 가스 회수 시스템에 따르면, 피처리 기판의 처리에 유효하지만 환경 부하가 높은 PFC, SF6등의 가스를 이용한 처리를 행하고, 또한 이들의 가스를 전혀 대기에 방출하지 않고 재이용하는 것을 안전하게 효율적으로 실현할 수 있기 때문에 신규 가스 구입량을 줄여 생산성을 향상시킬 수 있고, 환경에도 부담을 주지 않는 가스 처리 시스템을 실현할 수 있다.
도 3에 본 실시예의 변형예를 나타낸다. 도 1의 장치는 CO2등을 순환 배관 (13)에 의해 가축적하는 타입인 도 3에 도시한 바와 같이 CO2등을 버퍼 탱크(32)에 가축적하도록 하여도 좋다. 도 3 중, 참조 부호 31은 밸브를 나타내고 있고, 가축적을 행하는 경우에는 열어 놓는다.
(제2 실시예)
도 4는 본 발명의 제2 실시예에 따른 종형 LPCVD 장치에 대한 가스 회수 시스템을 나타내는 모식도이다. 여기서는 종형 LPCVD 장치에서 다결정 실리콘막을 성막하는 경우에 관해서 설명한다.
도 4 중, 참조 부호 21은 성막실, 참조 부호 22는 가스 공급계 배관, 참조 부호 23은 가스 배기 배관, 참조 부호 24는 드라이 펌프, 참조 부호 25는 유해 가스 제거 장치를 나타내고 있고, 이들 참조 부호 21∼25 및 그 하류의 덕트, 스크러버 등에 관해서는 도 8에 도시한 종래의 가스 회수 시스템과 마찬가지이다. 또한, 도 4 중, 참조 부호 29는 압축기, 참조 부호 30은 순환 배관을 나타내고 있고, 각각 도 1의 압축기(12), 순환 배관(13)에 대응하는 것이다.
성막실(21) 내의 서셉터 상에 피처리 기판인 Si 웨이퍼가 배치된다. 성막실(21)에는 가스 공급계 배관(22)으로부터 SiH4, AsH3의 가스가 각각 500sccm, 2sccm 도입된다.
상기 가스는 피막실(21)에 설치된 히터로부터의 열로 분해하여 Si 웨이퍼의 표면에 도달함으로써 비소 첨가 다결정 실리콘막이 형성된다. 이 때, 분해되지 않은 SiH4, AsH3및 수소 가스는 가스 배기 배관(23)을 통해 그 하류에 배치된 드라이 펌프(24)에 의해서 배기된다. 이 드라이 펌프(24)의 하류에서는 상기 배기 가스 중에 포함되는 유해 물질 및 가연성 가스를 유해 가스 제거 장치(25)에 의해 제외하기 때문에, 상기 유해 물질 및 가연성 가스의 농도를 규정치 이하로 하기 위해서 희석 가스를 혼합할 필요가 있다.
그래서, 우선 프로세스 가스의 도입에 앞서서 밸브(26)를 닫고, 드라이 펌프(24)의 하류에 있는 가스 도입 라인(27)으로부터 희석용 순질소 가스를 150리터/분의 레이트로 도입한다.
그 후, 밸브(26)를 열고 가변 밸브(28)를 조여 배기 가스의 80%가 순환 라인(30)을 통해 순환하도록 함과 동시에 희석 가스의 도입 유량을 30리터/분까지 줄인다.
이와 같이 하여, 희석 가스의 재이용에 의해서 희가스의 도입 유량을 줄이더라도, 프로세스 가스를 도입했을 때에 드라이 펌프(24)와 유해 가스 제거 장치(25)간의 배관 내에서의 유해 물질 및 가연성 가스의 농도를 규정치 이하로 억제할 수있고, 그 결과로서 희석용 가스의 정제에 사용되는 CO2발생의 원인인 전력을 예를 들면 14.4㎾ 삭감할 수 있고, 지구 온난화 방지를 도모할 수 있다. 또한, 희석용 가스를 재이용함으로써 희석용 가스의 사용량을 줄일 수 있기 때문에, 희석용 가스의 비용을 줄 일 수도 있다. 본 실시예에 의해 N2사용량을 80% 삭감하면, 가스의 정제에 사용되는 전력 삭감 효과에 의해 1대당 1개월간 10만엔의 비용이 저감된다. 따라서, 성막실(21)로부터 배기된 소정의 가스의 회수에 요하는 비용 및 환경 부하의 저감화를 도모할 수 있게 된다.
또, 실시예에서는 종형 LPCVD 장치의 갯수를 하나로 하였지만, 복수이어도 좋다. 이 경우, 복수의 성막실(21)이 하나의 드라이 펌프(24)에 접속하게 된다.
(제3 실시예)
도 5는 본 발명의 제3 실시예에 따른 RIE 에칭 장치에 대한 가스 회수 시스템을 나타내는 모식도이다. 또, 도 1에 대응하는 부분에는 도 1과 동일한 부호를 붙이고 있고, 상세한 설명은 생략한다.
본 실시예의 가스 회수 시스템은 제1 실시예와 마찬가지로 지구 온난화 계수가 높고 환경 부하가 큰 가스의 효율적 회수를 행하는 것으로, 특히 드라이 펌프의 하류에 대량의 희석 가스를 이용하지 않는 처리에 적합한 것이다.
제1 실시예의 가스 회수 시스템은 냉각 트랩 기구를 구비하고 있지만, 본 실시예의 가스 회수 시스템은 냉각 트랩 기구를 구비하고 있지 않다.
본 실시예의 가스 회수 시스템은 플라즈마를 이용하여 피처리 기판의 가공을행하는 RIE 에칭 장치의 에칭 챔버(1)를 클리닝할 때에 생기는 배기 가스를 회수하기 위한 것이다.
에칭 챔버(1) 내의 피처리 기판을 가공할 때, 구체적으로는 다결정 실리콘막의 에칭을 행할 때, HBr, Cl2등의 유해성·부식성이 높은 에칭 가스를 사용한다. 이 때문에, 에칭 챔버(1)를 배기하는 터보 분자 펌프(19) 및 드라이 펌프(4)에 희석용의 순질소 가스를 공급하고, 배기 가스를 희석하면서 에칭을 행한다.
이 때, 밸브(14, 15)는 닫아 놓고, 배기 배관(3)을 통해서 배출되는 가스 중의 유해 성분은 유해 가스 제거 장치(5)에 의해서 제거된다. 배기 가스는 최종적으로는 격리 밸브(17)를 통해 덕트·스크러버로 배출된다. 이 덕트·스크러버로부터 배기된 가스에 포함되는 지구 온난화 물질의 비율은 비교적 적다.
한편, Si 웨이퍼를 1로트 처리할 때마다 행해지는 에칭 챔버(1)의 클리닝 처리(플라즈마 클리닝)에는 지구 온난화 계수가 매우 높은 SF6가스가 이용되고 있다. 더구나, SF6가스는 안정적으로 통상의 유해 가스 제거 장치에서 제거할 수 없어 지금까지는 대기 중으로 방출되고 있었다.
이것에 대하여 본 실시예에서는 Si 웨이퍼를 처리하는 가스와, 클리닝에 사용하는 가스를 분리하기 위한 제어계를 도입한다. 에칭 챔버(1)의 클리닝 처리시에는 터보 분자 펌프(19) 및 드라이 펌프(4)에 공급되고 있는 희석용 질소 가스를 정지하고, SF6가스를 에칭 챔버(1) 내에 3slm 도입하고 압력을 500mTorr로 제어한 후, 고주파 파워를 300W인가하고 플라즈마를 생성하여 에칭 챔버(1)의 클리닝을 행한다.
이 때, 밸브(15, 17)를 닫은 상태에서 밸브(14)를 조정하여 배기 가스를 배기 배관(13) 내에서 순환시킨다. 상기 배기 가스는 대량의 미반응의 SF6가스, 플라즈마에 의해서 분해·생성된 HF 가스, 가스의 클리닝(에칭) 반응에 의한 SiF4가스를 포함한다. 이들 중에서 유해한 HF 가스, SiF4가스는 유해 가스 제거 장치(5)에 의해서 제거되지만, SF6가스는 그대로 순환 배관(13) 내에 잔류한다.
10분간의 클리닝이 종료되자마자 밸브(11, 14)를 닫고, 밸브(15)를 열어 압축기(12)에 의해 주로 SF6가스를 포함하는 가스를 압축하고, 이음매(16)를 통해 봄베에 충전한다. 봄베에 채워진 회수 가스는 사업장 내의 시설에서 집중적으로 처리를 행하든지 또는 가스 공장으로 보내어 정제 후 재이용한다. 또한, 경우에 따라서는 분해·무해화 처리를 행하여도 좋다.
이와 같이 본 실시예에 따르면, 간단한 배관 구성을 추가함으로써, 지금까지는 회수가 곤란하던 SF6가스를 효율적으로 회수할 수 있게 된다.
또, 본 실시예에서는 RIE 에칭 장치의 갯수를 하나로 하였지만, 복수여도 좋다. 이 경우, 복수의 에칭 챔버(1) 및 터보 분자 펌프(19)가 가스 배기 배관(3)에 접속하게 된다.
(제4 실시예)
도 6은 본 발명의 제4 실시예에 따른 다운 플로우 에칭 장치에 대한 가스 회수 시스템을 나타내는 모식도이다. 또, 도 1과 대응하는 부분에는 도 1과 동일 부호를 붙이고 있고, 상세한 설명은 생략한다.
본 실시예는 도 1에 도시한 제1 실시예와 마찬가지의 다운 플로우 에칭 장치에 대한 가스 회수 시스템(41)(단, 가저장 기구는 장비하지 않는다)을 각 다운 플로우 에칭 장치[에칭 챔버(1)]에 설치하고, 각각의 냉각 트랩 기구(101)로부터의 가스의 가저장을 하나의 가저장 기구(42)에서 행하는 것이다. 가저장 기구(42)는 제1 실시예에 있어서 설명한 것이다.
본 실시예에서는 각 에칭 챔버(1)에 설치된 냉각 트랩 기구(101)에 의해 선별된 회수해야 되는 가스를 통합하여 하나의 가저장 기구(42)에 가저장할 수 있기 때문에, 보다 단시간에 효율적인 회수가 가능하게 되는 농도에 도달한다. 또한, 가저장 기구의 수를 적게 할 수 있어 장치 비용의 삭감화를 도모할 수 있다.
따라서, 공장 전체로서, PFC, SF6등의 가스를 효과적으로 회수 가능함과 동시에 PFC, SF6등의 가스 회수의 비용을 효과적으로 삭감할 수 있다. 또한, 회수 환경 보전 시스템을 개선할 수도 있다.
일반적으로, 냉각 트랩 기구를 사용한 경우, 가스는 1일 중 일정량이 평균하여 흐르는 것이 아니라 가열 재생시에 집중적으로 흐른다. 그 때문에, 냉각 트랩 기구를 사용하여 가스를 효율적으로 가저장하기 위해서는 가열 재생시 타이밍을 맞춰 압축기를 작동시키는 것이 바람직하다. 이러한 제어는 일반적으로 곤란하고, 특히 가스 회수 시스템이 복수대일 때에는 매우 곤란하게 될 가능성이 있다.
그러나, 본 실시예에서는 냉각 트랩 기구와는 다른 가저장 기구를 설치하고 있기 때문에 상술한 바와 같은 제어는 불필요하고, 복수대의 가스 회수 시스템을 이용하여도 아무런 문제가 없다.
또, 본 실시예에서는 가저장 기구를 공통화하였지만, 그 대신에 냉각 트랩 기구를 공통화하여도 좋다.
본 발명에 따라서 처리 용기로부터 배기된 소정의 가스를 효율적으로 회수하고 그 회수에 요하는 비용을 억제함으로써 환경 부하의 저감화를 도모할 수 있는 실용적인 가스 회수 시스템 및 가스 회수 방법이 제공되었다.
이상, 본 발명의 실시예에 관해서 설명하였지만, 본 발명은 이들의 실시예에 한정되는 것이 아니다. 예를 들면, 상기 실시예에서는 다운 플로우 에칭 장치 및 열 CVD 장치 등을 예로 설명하였지만, 가스 순환 시스템을 접속한 시스템을 구축하는 것이면 좋고, 예를 들면 RIE, 플라즈마 CVD, 표면 개질, 세정, 불순물 첨가, 이들의 프로세스 챔버의 드라이 세정 등의 가스를 사용하는 반도체 제조 기술 전반, 또한 엑시머 레이저의 여기 챔버나 전자 빔 묘화 장치의 경통 내부의 드라이 세정 직접적인 웨이퍼 프로세스 이외에 반응성 가스 등의 가스를 이용한 기술에 본 발명은 적용 가능하다. 그 밖에 본 발명은 그 취지를 일탈하지 않은 범위 내에서 여러 가지 변형하여 실시 가능하다.

Claims (14)

  1. 처리 용기로부터 배기된 소정의 가스를 포함하는 가스를 상기 소정의 가스와 상기 소정의 가스를 포함하지 않는 가스로 분리하는 가스 분리 수단과,
    이 가스 분리 수단에 의해 분리된 상기 소정의 가스를 가저장하는 가저장 수단과,
    상기 가스 분리 수단에 의해 분리된 상기 소정의 가스를 포함하지 않는 가스를 상기 처리 용기 밖으로 배기하는 배기 수단
    을 포함하는 가스 회수 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 소정의 가스는 인체에 대해 유해한 가스, 환경에 대해 유해한 가스 및 가연성의 가스 중 하나인 가스 회수 시스템.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 소정의 가스는PFC(Per-Fluorocompounds) 가스, 아루신 가스, 디실란 가스, 실란 가스, 디보란 및 호스핀 중 하나인 가스 회수 시스템.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 소정의 가스를 포함하지 않는 가스는 산소 가스 및 수소 가스의 한쪽인 가스 회수 시스템.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 가스 분리 수단은 냉각 트랩을 포함하는 것을 특징으로 하는 가스 회수 시스템.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 냉각 트랩은 처리 용기와 배기 수단간에 설치된 배관 도중의 제1 영역에 배치된 제1 냉각 트랩과, 상기 배관으로부터 후퇴 회피시킨 제2 영역에 배치된 제2 냉각 트랩과, 상기 제1 및 제2 냉각 트랩을 교환하는 교환 수단과, 제2 영역에 배치된 상기 제2 냉각 트랩으로부터 그것에 트랩되어 있는 가스를 이탈시켜 제2 영역에 배치된 상기 제2 냉각 트랩을 재생하는 재생 수단을 포함하고, 또한 상기 제2 영역에 배치된 냉각 트랩이 가저장 수단에 접속되어 있는 가스 회수 시스템.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 가저장 수단은 소정의 가스를 순환 배관 내를 순환시키는 순환 기구를 포함하는 가스 회수 시스템.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 가저장 수단은 배관을 통해 상기 가스 분리 수단과 접속되어 소정의 가스를 가스 분리 수단 밖으로 배기하는 배기 수단과, 이 배기 수단의 하류측과 배관을 통해 접속되어 소정의 가스를 압축하는 가스 압축 수단과, 이 가스 압축 수단의 하류측과 배기 수단의 상류측을 접속하는 배관과, 배기 수단의 하류측과 가스 압축 수단의 상류측을 접속하는 배관의 도중에 삽입하여 설치되는 밸브를 포함하는 가스 회수 시스템.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 가저장 수단은 상기 소정의 가스를 저장하는 가탱크를 포함하는 가스 회수 시스템.
  10. 처리 용기로부터 배기된 소정의 가스를 포함하는 배기 가스에 희석용 가스를 가하는 희석 수단과,
    상기 배기 가스와 상기 희석용 가스와의 혼합 가스가 도입되고, 이 혼합 가스로부터 상기 소정의 가스를 제외한 상기 희석용 가스를 포함하는 가스가 배기되는 필터 수단과,
    이 필터 수단으로부터 배기된 가스를 상기 필터 수단의 상류측으로 귀환시키는 귀환 수단
    을 포함하는 가스 회수 시스템.
  11. 제1항에 있어서,
    복수의 처리 용기로부터 배기된 소정의 가스를 포함하는 가스에 대한 가스 회수 시스템에 있어서, 각 처리 용기에 가스 회수 시스템을 설치함과 함께, 이들의 가스 회수 시스템의 가저장 수단 또는 가스 분리 수단을 하나로 통합하고, 이것을 상기 복수의 가스 회수 시스템에서 공통으로 이용하는 가스 회수 시스템.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 가저장 수단에 가저장된 상기 소정의 가스를 포함하는 가스를 수송하는 수단과, 이 수송된 상기 소정의 가스를 포함하는 가스를 정제하여 재이용 또는 분해하는 수단을 더 포함하는 가스 회수 시스템.
  13. 처리 용기로부터 배기된 소정의 가스를 포함하는 가스를 상기 소정의 가스와 상기 소정의 가스를 포함하지 않는 가스로 분리하는 공정과,
    이 분리된 상기 소정의 가스를 가저장하는 공정과,
    상기 분리된 상기 소정의 가스를 포함하지 않는 가스를 상기 처리 용기 밖으로 배기하는 공정
    을 포함하는 가스 회수 방법.
  14. 처리 용기로부터 배기된 소정의 가스를 포함하는 배기 가스에 희석용 가스를 가하고 상기 배기 가스와 상기 희석용 가스와의 혼합 가스를 생성하는 공정과,
    상기 혼합 가스로부터 상기 소정의 가스를 제외하고 상기 혼합 가스로부터상기 희석용 가스를 포함하는 가스를 선택하는 공정과,
    이 선택한 희석용 가스를 포함하는 가스를 상기 배기 가스를 희석하기 위한 희석용 가스로서 재이용하는 공정
    을 포함하는 가스 회수 방법.
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