KR20030008458A - 반도체 소자 제조용 배출 가스 정화 시스템 - Google Patents

반도체 소자 제조용 배출 가스 정화 시스템 Download PDF

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KR20030008458A
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exhaust gas
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박창수
고은호
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삼성전자 주식회사
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Abstract

반도체 소자 제조용 배출 가스 정화 시스템을 개시한다. 본 발명에 따른 반도체 소자 제조용 배출 가스 정화 시스템은 공정 챔버의 후단에 연결되며, 공정 챔버로부터 배출되는 가스를 정화시키기 위한 흡착제를 포함하는 스크러버와, 스크러버의 상단에 연결되며, 스크러버에서 정화된 가스를 대기 중으로 방출시키기 위한 메인 덕트를 포함한다. 스크러버와 메인 덕트 사이에는 퍼징 가스를 공급하는 서브 덕트가 설치된다. 그리고, 스크러버와 메인 덕트 사이에는 정화된 가스를 분석하여 유해 가스를 감지함으로써 흡착제의 교체가 필요하다는 신호를 송출하는 가스 센서가 설치된다.

Description

반도체 소자 제조용 배출 가스 정화 시스템{Exhaust gas purification system for fabricating semiconductor devices}
본 발명은 반도체 소자 제조용 설비에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 반도체 소자 제조용 배출 가스 정화 시스템에 관한 것이다.
반도체 제조 공정에서는 사진, 확산, 식각, 화학 기상 증착 및 금속 증착 등의 단위 공정을 웨이퍼 상에 반복 수행한다. 각 단위 공정에서는 여러 종류의 공정 가스가 사용된다. 예를 들어 건식각 공정의 경우, 플라즈마에 의하여 이온화된 공정 가스가 웨이퍼 상에 형성된 막질과 화학적 또는 물리적 반응을 일으킴으로써 식각이 이루어진다.
그런데, 사용되는 공정 가스는 약 10% 정도만이 반응에 참여하고, 나머지는 미반응한 상태에서 반도체 소자 제조용 설비의 반응 챔버로부터 배출된다. 배출되는 가스 중에서 특히 할로겐족 가스는 공기와 접촉시 쉽게 반응하는데, 이 때 높은 반응열을 발생시켜 화재 및 폭발 등의 위험이 있다. 특히, Cl2는 독성과 부식성이 매우 강하고 인체에 매우 유해한 가스이다. 이러한 할로겐족 가스가 별도의 정화 과정없이 외부로 유출될 경우, 반도체 소자 제조용 설비의 손상과 심각한 환경 오염을 초래하게 된다.
따라서, 반도체 제조 공정에서는 도 1에 나타낸 바와 같은 배출 가스 정화 시스템(100)을 설치하여 이용하고 있다. 도 1을 참조하면, 반도체 소자 제조용 설비, 예를 들어 반도체 건식각 설비의 공정 챔버(110) 후단에 스크러버(scrubber : 120)가 설치된다. 상기 스크러버(120)는 미반응 공정 가스 및 부산물 가스에서 유해 가스를 정화시키고, 부산물 중의 분진을 거를 수 있도록 대개 그 내부에 필터와 흡착제(미도시)를 포함한다.
상기 스크러버(120)에 의하여 정화된 가스는 메인 덕트(150)를 통해 대기 중으로 방출된다. 상기 스크러버(120)와 메인 덕트(150) 사이에는 정화된 가스의 방출을 돕기 위하여 퍼징 가스를 공급하는 서브 덕트(130)가 설치된다.
그런데, 상기 흡착제는 흡착 용량의 한계를 갖기 때문에 일정 시간동안 사용되어 다량의 유해 가스를 처리하면 쉽게 포화가 된다. 따라서, 상기 흡착제의 흡착 능력이 다하여 유해 가스가 더 이상 흡착되지 않으면, 상기 스크러버(120)가 공정 가스를 정화시키는 기능이 없어지기 때문에 새로운 흡착제로 교체해 주어야 한다.
흡착제 교체를 위해서는 상기 스크러버(120)의 작동을 중단해야 하고 비용도 많이 들게 되므로 흡착제의 교체 주기를 정확히 결정하는 것이 중요하다. 종래에는 상기 서브 덕트(130)에 압력 센서(140)를 연결하여 상기 스크러버(120)에서 배출되는 가스의 압력을 측정하여, 압력의 상승이 관측되면 상기 흡착제를 교체하였다. 그런데, 상기 서브 덕트(130)는 배관이 매우 좁아서 부산물 중의 분진이 쌓이기 쉽다. 배관 내에 분진이 쌓이면 배관의 폭이 더욱 좁아지므로, 상기 압력 센서(140)에 의해 측정되는 가스의 압력이 가스의 실제 압력보다 높게 나타난다. 이로 인해, 흡착제의 흡착 능력이 다하기 전에 흡착제를 교환하게 되는 문제가 발생한다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 스크러버에 포함되는 흡착제의 교체 시기를 효율적으로 결정할 수 있는 반도체 소자 제조용 배출 가스 정화 시스템을 제공하는 것이다.
도 1은 종래의 반도체 소자 제조용 배출 가스 정화 시스템을 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 반도체 소자 제조용 배출 가스 정화 시스템을 설명하기 위한 도면이다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
210 : 공정 챔버, 220 : 스크러버, 230 : 서브 덕트,
250 : 메인 덕트, 260 : 가스 센서
상기 기술적 과제를 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 반도체 소자 제조용 배출 가스 정화 시스템은 공정 챔버의 후단에 연결되며, 상기 공정 챔버로부터 배출되는 가스를 정화시키기 위한 흡착제를 포함하는 스크러버와, 상기 스크러버의 상단에 연결되며, 상기 스크러버에서 정화된 가스를 대기 중으로 방출시키기 위한메인 덕트를 포함한다. 상기 스크러버와 메인 덕트 사이에는 퍼징 가스를 공급하는 서브 덕트가 설치된다. 그리고, 상기 스크러버와 메인 덕트 사이에는 상기 정화된 가스를 분석하여 유해 가스를 감지함으로써 상기 흡착제의 교체가 필요하다는 신호를 송출하는 가스 센서가 설치된다.
본 발명에 있어서, 상기 퍼징 가스는 N2인 것이 바람직하다. 상기 가스 센서는 상기 서브 덕트에 설치될 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 가스 센서는 전기화학식 센서로서 정전위 전해식 셀(potentiostatic cell)을 이용하는 것이 바람직하다.
본 발명에 있어서, 상기 유해 가스는 BCl3, SF6, HF, F2,SiCl4, HCl, WCl6,Cl2및 이들의 조합으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 어느 하나일 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 공정 챔버는 반도체 건식각 설비의 공정 챔버일 수 있다.
본 발명에 의하면, 반도체 소자 제조용 배출 가스 정화 시스템에 포함되는 스크러버의 흡착제 교체 주기를 효율적으로 결정할 수 있다. 따라서, 흡착제의 정화 기능이 떨어지기 전에는 흡착제를 교체하지 않게 되므로, 흡착제의 사용 시간을 늘리고 흡착제의 교체주기를 연장할 수 있다. 그리고, 정화 기능이 떨어진 흡착제는 적시에 교체함으로써 미반응 공정 가스 및 부산물 가스를 확실하게 정화시켜 배출시킬 수 있다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명한다. 그러나, 본 발명의 실시예는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래에서 상술하는 실시예로 인해 한정되어지는 것으로 해석되어져서는 안된다. 본 발명의 실시예는 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해서 제공되어지는 것이다. 도면에서의 다양한 요소와 영역은 개략적으로 그려진 것이다. 따라서, 본 발명은 첨부한 도면에 그려진 상대적인 크기나 간격에 의해 제한되어지지 않는다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 반도체 소자 제조용 배출 가스 정화 시스템(200)을 설명하기 위한 도면이다.
도 2를 참조하면, 반도체 건식각 설비의 공정 챔버(210)의 후단에 스크러버(220)가 설치된다. 상기 스크러버(220) 내에는 상기 공정 챔버(210)로부터 배출되는 가스를 정화시키기 위한 흡착제(미도시)가 포함된다. 상기 흡착제로는 활성탄, 레진 등이 이용될 수 있다.
상기 스크러버(220)의 상단에 메인 덕트(250)가 연결되어 설치된다. 상기 정화된 가스는 최종적으로 상기 메인 덕트(250)를 통하여 대기 중으로 방출된다. 한편, 상기 스크러버(220)와 메인 덕트(250) 사이에 서브 덕트(230)가 설치된다. 상기 서브 덕트(230)는 상기 정화된 가스에 퍼징 가스를 공급한다. 상기 퍼징 가스는 N2인 것이 바람직하다. 상기 퍼징 가스는 상기 스크러버(220)에서 정화된 가스의 방출을 돕기 위한 것이다.
또한, 상기 서브 덕트(230)에 가스 센서(260)가 설치된다. 상기 가스센서(260)는 상기 정화된 가스를 분석하여 유해 가스를 감지한다. 상기 유해 가스는 BCl3, SF6, HF, F2,SiCl4, HCl, WCl6,Cl2또는 이들의 조합일 수 있다. 상기 가스 센서(260)는 상기 정화된 가스에서 유해 가스가 검출되면, 상기 흡착제의 교체가 필요하다는 신호를 송출한다. 상기 신호는 모니터에 점등되거나 경보음을 울리는 방법 등에 의하여 작업자에게 전달된다. 작업자는 상기 신호로부터 상기 스크러버(220) 내의 흡착제를 교체할 시기가 되었음을 인지한다.
본 실시예에서 상기 가스 센서(260)는 전기화학식 센서로서 정전위 전해식 셀을 이용하는 것이 바람직하다. 현재 각광받고 있는 가스 센서는 대부분 검출 대상 가스의 존재나 그 농도 변화를 전기량으로 변환하는 기능을 가진 것들인데, 이 중 전기화학식 센서는 검출 대상 가스의 산화 및 환원 반응시에 발생하는 전자의 양을 감지하여 해당 가스의 농도를 측정한다. 전기화학식 센서로서 정전위 전해식 셀은 측정 물질의 산화(또는 환원) 반응이 일어나는 감응전극, 이와 동시에 환원(또는 산화) 반응이 일어남으로써 감응전극에서 흐르는 전류만큼의 대응전류를 흘려주는 대응전극, 반응전극의 전위를 감시하면서 일정하게 유지시키기 위한 기준전극으로 구성된다.
예를 들어, 상기 유해 가스로서의 HCl을 감지하는 센서의 경우, 배출 가스 중의 HCl이 센서의 감응전극에 도달되면 일어나는 반응은 화학식 1과 같다.
즉, 상기 반응에 의하여 감응전극 표면에서 HCl이 Cl2로 산화되고 그 결과로 전자가 발생한다. 이때, 대응전극에서는 감응전극의 반응과 평형을 유지하기 위하여 다음 화학식 2와 같은 반응이 일어난다.
즉, 상기 반응에 의하여 대응전극 표면에서, 공기 중에 포함된 산소가 물로 환원된다. 결국 이 센서는 배출 가스의 HCl 농도에 비례하는 전류를 흘리게 되고, 이 전류를 측정하면 HCl의 농도를 알 수 있다. 다른 종류의 가스를 측정하기 위한 센서들에서도 이와 유사한 산화 또는 환원 반응을 수행한다. 이러한 정전위 전해식 센서는 개별 편차가 매우 적고, 재현성과 선택성이 우수하며 주위 환경에 대하여 매우 안정적으로 동작될 뿐 아니라, 출력 특성이 직선적이고 구조 및 취급이 간단하다.
이상, 본 발명을 바람직한 실시예를 들어 상세하게 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예에 한정되지 않으며, 본 발명의 기술적 사상 내에서 당 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 여러 가지 많은 변형이 가능함은 명백하다. 예를 들어, 본 실시예에서는 반도체 건식각 설비의 배출 가스 정화 시스템을 설명하였으나, 본 발명은 확산 설비, 증착 설비 등 각종 반도체 소자 제조용 설비에 적용될 수 있다.
상술한 본 발명에 따르면, 반도체 소자 제조용 설비의 배출 가스 정화 시스템에 포함되는 스크러버의 흡착제 교체 주기를 효율적으로 결정할 수 있다.
따라서, 흡착제의 정화 기능이 떨어지기 전에는 흡착제를 교체하지 않게 되므로, 흡착제의 사용 시간을 늘리고 흡착제의 교체주기를 연장할 수 있다. 이에 따라, 안정적인 작업을 할 수 있고, 유지 비용을 절감시킬 수 있게 된다.
그리고, 정화 기능이 떨어진 흡착제는 적시에 교체함으로써 미반응 공정 가스 및 부산물 가스를 확실하게 정화시켜 배출시킬 수 있다. 결과적으로, 반도체 소자 제조용 설비의 손상과 환경 오염을 방지할 수 있다.

Claims (6)

  1. 공정 챔버의 후단에 연결되며, 상기 공정 챔버로부터 배출되는 가스를 정화시키기 위한 흡착제를 포함하는 스크러버;
    상기 스크러버의 상단에 연결되며, 상기 스크러버에서 정화된 가스를 대기 중으로 방출시키기 위한 메인 덕트;
    상기 스크러버와 메인 덕트 사이에 설치되며, 퍼징 가스를 공급하는 서브 덕트; 및
    상기 스크러버와 메인 덕트 사이에 설치되며, 상기 정화된 가스를 분석하여 유해 가스를 감지함으로써 상기 흡착제의 교체가 필요하다는 신호를 송출하는 가스 센서를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자 제조용 배출 가스 정화 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 퍼징 가스는 N2인 것을 특징으로 하는 반도체 소자 제조용 배출 가스 정화 시스템.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 가스 센서는 상기 서브 덕트에 설치되는 것을 특징으로 하는 반도체 소자 제조용 배출 가스 정화 시스템.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 가스 센서는 전기화학식 센서로서 정전위 전해식 셀(potentiostatic cell)을 이용하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자 제조용 배출 가스 정화 시스템.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 유해 가스는 BCl3, SF6, HF, F2,SiCl4, HCl, WCl6,Cl2및 이들의 조합으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 어느 하나인 것을 특징으로 하는 반도체 소자 제조용 배출 가스 정화 시스템.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 공정 챔버는 반도체 건식각 설비의 공정 챔버인 것을 특징으로 하는 반도체 소자 제조용 배출 가스 정화 시스템.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR100432895B1 (ko) * 2001-12-20 2004-05-22 동부전자 주식회사 반도체 소자 제조 설비의 파우더 포집장치
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