KR20030031883A - 불소 가스를 함유하는 반도체 제조 유출물 저감을 위한장치 및 방법 - Google Patents

불소 가스를 함유하는 반도체 제조 유출물 저감을 위한장치 및 방법 Download PDF

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Abstract

불소 및 이 불소를 포함하는 가스로부터 나온 불소 함유 화합물, 예컨대, 반도체 제조 공정에서 나온 유출물 가스 스트림의 저감을 위한 장치 및 공정에 관한 것으로, 불소화합물 함유 가스(12)에 불소화합물 저감 매체(26)가 주입된다. 상기 불소화합물 저감 매체(26)는 스팀, 메탄 및 수소, 선택적으로 저감 증대 효과가 있는 촉매와의 조합체 중 적어도 하나를 포함하며, 불소화합물 저감 매체(26)가 메탄 및/또는 수소를 포함할 경우에 조건부로 상기 불소화합물 저감 매체(26)의 주입 단계는 비연소 상태에서 실행된다.

Description

불소 가스를 함유하는 반도체 제조 유출물 저감을 위한 장치 및 방법 {APPARATUS AND PROCESS FOR THE ABATEMENT OF SEMICONDUCTOR MANUFACTURING EFFLUENTS CONTAINING FLUORINE GAS}
최근 반도체 산업의 추세는 퍼플로로 화합물(perfluorinated compounds: PFCs)을 사용하는 반응기의 최적화, 즉, 이러한 반응기 시스템의 유출물 내의 PFCs 의 존재를 최소화시키기 위한 접근법에 집중되어 왔다.
이러한 접근법의 보급에도 불구하고, 고농도의 불소 가스 및 반응기나 다른 공정 툴로부터 배출되는 유출물 가스 스트림으로부터의 다른 불소화 유기 가스를 제거하기 위해 전술한 반응기 시스템으로부터의 유출물 가스 스트림의 처리에 의한 PFC 방출 문제를 해결하는 새로운 방법을 찾기 위해 많은 노력이 또한 있었다.
1997년 12월, 전세계의 160개국이 교토 기후 보호 조약(Kyoto Climate Protection Protocol)을 체결하였다. 이러한 세계적인 협력은 온실 가스의 방출을 저감하기 위한 즉각적인 운동을 촉진시켰다. 그 조약하에서 구체적으로 목표를 삼고 있는 6가지의 가스 중에 퍼플로로 가스 및 육불화황(SF6)이 목록에 올라와 있다. 상기 불소(F) 포화종은 가장 강한 온실 가스 중 하나이며, CO2보다 3 내지 4배 더 높은 지구 온난화 지수(GWPs)를 갖는다. 더욱이, 이 불소는 대기에서의 수명이 수천 년이 넘는 극히 안정된 분자이다.
전자 산업에서는 몇몇 플라즈마 프로세스에서 PFCs 을 사용하여 높은 반응성의 F2및 불소 라디칼을 생성한다. 이들 현장에서의 발생 종들은 툴로부터의 잔류물을 제거하기 위해 혹은 박막의 엣칭을 위해 생성된다. 가장 널리 사용되는 PFCs 는 CF4, C2F6, SF6, C3F8, NF3을 포함한다. 화학 기상 증착(CVD) 프로세스 후의 챔버 세정에서는 PFC 사용이 60-95% 를 차지한다[랜간, 제이.(Rangan, J.), 마룰리스, 제이.(Maroulis, J.), 리지웨이, 알.(Ridgeway, R.)의 공동 저서「Solid State Technology」 1996년 7월호 115면 참조].
PFC 방출 레벨을 감소시키기 위해 진행중인 연구에는 4가지의 부류, 즉, 프로세스의 최적화, 대체 화학물, 회수/리사이클 및 저감이 있다. 프로세스의 최적화가 PFC 방출 저감을 위해 최상의 선택이고, 저감이 최악의 선택인 것으로 산업계의 리더들에게 알려져 있다.
프로세스의 최적화는 반응기의 작동 조건을 조정하여 툴 내에서 PFC 전환을 향상시키는 것을 포함한다. 기존의 최적화되지 않은 조건들이 특정의 가스 및 사용된 프로세스에 따라 변하는 PFC 이용을 초래한다. 예컨대, CF4와 CHF3의 조합을 사용하는 산화물 엣칭은 15% 효율을 갖는 최하의 등급이다. 텅스텐 침전 프로세스는 68% 까지의 NF3를 사용하는 것으로 보고되었다. 최적화된 플라즈마 세정 기술에서의 최근 개발은 툴 내에서 99%까지의 NF3사용을 제공하는 것으로 밝혀졌다(1998년 4월 7,8일 캘리포니아주 몬테레이에서 개최된 퍼플로로 카본 방출 제어를 위한 전세계 반도체 산업 컨퍼런스에서 보고됨).
높은 PFC 전환은 불가피하게 유해한 공기 오염물(HAPs) 형성을 초래한다. 분류된 제품은 대부분 불소(F2)와 사불화규소(SF4) 가스 및 미량의 HF 및 COF2를 포함한다. 완전 불소화 가스의 파괴는 툴에 공급된 초기의 PFC 용적에 비해 현저하게 증가된 HAP 산출량이 생기게 한다. 예컨대, PFCs 에서 F2로의 화학량론적 전환을 가정하면, 분당 1리터(lpm) 유동 속도의 NF3은 잠재적으로 1.5 lpm 의 F2를 생성한다. 4개의 챔버의 화합된 배기 스트림은 잠재적으로 6 lpm 까지의 불소 가스를 발생하여 포스트 펌프(post-pump) 유출물 3% 농도의 F2(펌프당 50 lpm 블라스트 N2)를 초래하다. 이러한 추정치는 육불화 PFCs 를 두배(NF3에 비해)로 되게 하고, 나중에 300mm 웨이퍼 제조에서 계획된 산출량을 초과하기 쉽다.
불소화 HAPs 의 유독성 및 부식성은 배기 시스템의 보전을 위협하는 것에 추가하여 건강 및 환경을 크게 위협한다. 특히, F2의 산화력은 다른 어떤 화합물에 의해 어울리지 않으며, 다른 할로겐보다 훨씬 더 반응적이다. 다량의 F2와, 최적화 플라즈마 공정 중에 방출된 다른 불소화 유해 무기 가스는 잠재적 위험을 최소화하고 툴 조작을 연장하기 위해 저감 장치의 사용(POU)을 필요로 한다. 모든 불소화 무기 가스를 제외한, 불소 가스, F2는 그것의 저감을 위해 더 높은 도전 정신을 유발하며, 후술하는 설명은 그 저감을 위해 기존의 대책을 다룰 것이다.
현재의 불소 저감을 위한 대책은 희석, 건조, 열 및 습식 기술을 포함한다.
희석 처리에 있어서, 비반응성 가스는 처리 대상의 유출물 스트림 내의 불소 및 다른 유해물의 농도를 낮추기 위해 첨가된다.
고농도에서, 불소는 O2, N2및 영족 기체를 제외한 모든 원소와 함께 발열 반응한다. 결과적으로, F2저감에 합당한 접근법은 시스템에 에너지의 추가 없이 자연적으로 발생하는 반응을 이용하여 이러한 고활성 가스를 제거하는 것이다.
F2제거를 위한 건조 저감법에 있어서, 반응성 물질로 충전된 건식 베드를 통해 불소 가스 스트림을 유동시킨다. 과거에는, 이를 위해 알루미나를 사용하였다[제이. 티. 홈즈(J.T. Holmes) 등의 저서의「I&EC Process Design and Development」1967년 제6권 4번 제411면 참조]. 이 접근법에 있어서, 적절한 건조 화학물이 F2를 독이 없는 고체 혹은 이로운 가스로 과잉 열을 발생시키지 않고 전환시키며, 열 발생은 특히 건조 화학물 베드가 다량의 F2에 노출될 경우에 제한적인 요인으로 될 수 있기 때문에 중요하다.
열 저감 접근법은 연료 혹은 전기 에너지로 가열되는 반응기의 내측에서 반응물과 F2를 혼합한다. 기존의 열 유닛은 불소 반응을 촉진시켜 불소를 HF로 전환하기 위해 메탄 혹은 수소 등의 수소 공급원/연료를 첨가하는 것을 필요로 한다. 이러한 가스의 첨가는 저감 시스템의 위험성 및 유지비를 증가시키기 때문에 사용자는 이를 원하지 않는다. 더욱이, F2의 열 저감에 의해 발생된 부산물은 통상적으로 고온의 산을 포함하며, 이에 따라 물 세정기를 사용한 후처리가 요구된다. 대부분의 산성 가스의 세정 효율이 온도 증가에 따라 감소하기 때문에 이러한 세정기의 제거 효율은 종종 저하된다. 추가적으로, 고온의 응축된 산을 억제하는 것은 배관, 용기 및 고정구에 온도 증대 부식 형성을 방지하기 위해 고가의 구성 재료를 필요로 한다.
습식 저감 방법에 있어서, 불소는 H2O 와 반응한다. 물과 F2사이의 반응의 주요 생성물은 HF, O2및 H2O2이다[캐디, 지.에이취.제이.(Cady, G.H.J.)의 저서「Am. Chem. Soc」 1935년 57호 246면 참조]. 물 세정기를 사용하는 목적은 원하지 않는 OF2의 형성에 대한 관심과, 만족스러운 불소 제거 효율을 얻기 위해 필요로 하는 물 소비량을 포함한다.
따라서, 유출물 가스 스트림 내의 불소를 저감하기 위해 종래에 사용하였던 접근법들 모두는 결점을 갖고 있으며, 이는 경제적이고 실용적인 사용에 있어 상업적인 실용 가능성에 제한이 따른다는 것이 명백하다.
본 발명은 불소를 함유하는 가스, 예컨대 반도체 제조 공정에서 생성된 유출물 가스 스트림 내의 불소를 저감하기 위한 장치 및 방법에 관한 것이다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 스팀 주입식 불소 저감 장치를 도시한 평면도이며,
도 2는 도 1의 장치의 측면도이고,
도 3은 메탄과 불소 가스간의 반응에 대한 생성물 분포를 나타낸 그래프이며,
도 4는 수소 유동 속도(단위, 분당 표준 리터: slpm)에 대해, 처리 설비의 배기부에서의 유출물 불소 농도(단위, ppm)를 함수 관계로 나타낸 불소 파괴 그래프이다.
따라서, 본 발명의 목적은 불소 및 불소 함유의 기체 상태의 화합물을 포함하는 가스로부터 이들을 제거하기 위한 개량된 장치 및 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 반도체 제조 공정에서 나온 유출물 가스 스트림의 처리를 행하는 데 적합한 형태의 개량된 장치 및 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적 및 장점은 후술하는 설명 및 첨부된 청구의 범위로부터 더욱 명백해질 것이다.
본 발명은 불소화합물(본 명세서에서 사용된 이 용어는 기체 상태의 불소 및/또는 다른 불소 함유의 기체 상태의 화합물, 예컨대 F2및 불소 라디칼)을 포함하는 가스로부터 기체 상태의 불소화합물을 저감하기 위한 장치 및 방법에 관한 것이다.
본 발명의 하나의 관점은 불소화합물을 포함하는 가스 내의 기체 상태의 불소화합물을 저감하기 위한 방법에 관한 것이다. 상기 방법은 불소화합물 함유 가스에 불소화합물 저감 매체를 주입하는 단계를 포함하며, 이 불소화합물 저감 매체는 스팀, 메탄 및 수소, 선택적으로 저감 증대 효과가 있는 촉매와의 조합체 중 적어도 하나를 포함하며, 상기 불소화합물 저감 매체가 메탄 및/또는 수소를 포함할 경우에 조건부로 상기 불소화합물 저감 매체의 주입 단계는 비연소 상태에서 실행된다.
본 발명의 또 하나의 관점은 불소화합물을 포함하는 가스 내의 기체 상태의 불소화합물을 저감하기 위한 방법에 관한 것으로, 상기 방법은 불소화합물 함유 가스에 불소화합물 저감 매체를 주입하는 단계를 포함하며, 이 불소화합물 저감 매체는 적어도 하나의 탄화수소 가스를 포함하며, 상기 불소화합물 저감 매체의 주입 단계는 비연소 상태에서 실행된다.
본 발명의 또 다른 관점은 스팀 주입식 불소화합물 저감 장치에 관한 것으로, 이 장치는,
불소화합물 함유 가스를 도입하여 제1의 단부에서 그곳을 관통하여 제2의 배출 단부로 유동시키도록 되어 있는 가늘고 긴 유동로 부재와,
상기 가늘고 긴 유동로 부재의 제1의 단부와 제2의 배출 단부 사이의 중간부에서의 반응 대역에서 상기 가늘고 긴 유동로 부재를 통한 유동 중인 불소화합물 함유 가스를 가열하기 위한 열 공급원과,
상기 가늘고 긴 유동로 부재의 상기 반응 대역으로 스팀을 주입하도록 배열된 스팀 공급원을 포함한다.
본 발명의 다른 관점, 특징 및 실시예들은 후술하는 설명 및 첨부된 청구의 범위로부터 더욱 명백해질 것이다.
본 발명은 불소 및 불소 함유 화합물을 포함하는 가스로부터 이를 저감하기 위해 효율적이고 편리하게 사용할 수 있는 스팀, 수소 및 메탄의 주입에 관한 것이다.
스팀 주입은 가스 스트림의 처리를 위해 오래 전부터 사용되어 왔다. 화학 처리 플랜트에서 불소 가스를 저감하기 위해 이.아이. 듀퐁 데네모스, 인코포레이티드(E.I.du Pont de Nemours, Inc.)에서 제작한 장치가 1954년 개발되었고[스밀리 에이.지.(Smiley, S.H.) 와 슈미트, 씨.알(Schmitt, C.R.)의 저서「Ind. Eng. Chem.」, 1954년 46권 244면], 그 후 1962년에 논문[스트렝 에이.쥐.(Streng A.G.)의 저서「Combustion Flame」1962년 6권 89면]에 수록되었다. 본 발명은 전술한 종래의 작업으로부터 출발하며, 반도체 유출물 스트림 내에서 불소 및 불소 함유 가스의 사용 시점 저감의 특정의 필요 조건을 기초로 한 스팀 주입을 사용한다.
어떤 조건 하에서는, 스팀은 불소 가스를 포함하고 예열된 유동과 반응하여 HF를 형성하며, 반응물 중 어느 정도는 불소 가스 스트림 내의 불소의 초기 농도, 가스 온도 및 주입된 스팀의 량에 크게 좌우된다.
도 1 및 도 2는, 기체 상태의 불소 성분(들)을 포함하는 가스 스트림(12) 내의 이들 성분(들)의 저감을 위한 본 발명의 일실시예에 따른 스팀 주입 장치(10)를개략적으로 각각 도시한 평면도 및 측면도이다.
도 1을 참조하면, 시스템은 가스 예열 스테이지(6)로 이루어지며, 이 스테이지 내에서, 불소 함유 가스(12)가 알루미늄 블록(14) 내의 통로 벽(22)에 의해 에워싸인 가스 유동로(24)로 유동한다. 상기 알루미늄 블록(14)은 2개의 절반 섹션(16, 18)으로 형성된다.
각각의 절반 섹션은 대응하는 채널을 구비하며, 절반 섹션이 정합되어 그것을 관통하는 물 관로(26)의 통로를 위한 제1의 관통구와, 그 내부에 카트리지형 히터(20)의 설치를 위한 제2의 관통구를 형성한다. 따라서, 알루미늄 블록(14)은 해당되는 절반 섹션을 서로 분리 가능하게 맞물리게 하는 적절한 수단(도 1 및 도 2에는 도시 생략)의 사용에 의해 조립 및 분해가 용이한 조립체를 형성한다. 상기 수단은 예컨대, 기계적 파스너, 힌지, 걸쇠, 세트 스크류, 키이 혹은 잠금 구조체, 각각의 절반 섹션 상에 일체로 형성된 커넥터 등을 포함한다.
따라서, 예열 스테이지(6)는 가스 스트림이 통과하여 상기 장치의 반응 스테이지(7)로 유동하도록 연장된 길이의 유동 경로를 포함하며, 한편으로 물 관로(26)는 카트리지형 히터(20)에 의해 가열되어 스트림을 발생시키도록 적절한 공급원(도시 생략)으로부터 나온 물을 운반한다.
그 다음, 이렇게 발생된 스팀은 가스 유동로(24)의 중간 섹션에 마련된 스팀 입구(30)에서 유동로(24)로 도입된다. 그 다음, 상기 스팀은 가스 스트림의 불소 성분과 혼합 및 반응한다.
반응열은 그 다음 유동로(24)의 일부인 냉각 스테이지(8)를 나선형으로 에워싸는 열교환 냉각 코일(32)에 의해 방산된다. 상기 유동로를 통해 가스 스트림이 유동하는 동안 그 가스 스트림은 적절한 배출 온도로 냉각되어 배기부(9)에서 상기 유동로로부터 배기된다.
임의의 냉각 스테이지(8)는 가스 스트림을 반응 후에 적절한 온도로 급냉시키는 기능을 한다. 스팀 반응을 위해 가스 스트림의 예열은 예컨대, 도시한 바와 같은 카트리지형 히터/금속 블록의 조합체 혹은 다른 적절한 수단을 사용하는 등의 몇 가지의 방법에 의해 달성될 수 있다.
가스 스트림의 온도를 증가시키기 위해 사용된 동일한 열 공급원을 사용하거나, 또는 별도의 스팀 발생기를 사용하여 스팀을 발생시킬 수 있다. 급냉 영역은 냉각될 스트림에 요구되는 추가의 세정 시스템으로 유출물 가스를 운반할 경우 바람직할 수 있다.
이하의 표 1은 불소 가스를 포함하는 가열 스트림의 농도를 변화시키면서 과열된 스트림(300F, 60psig)의 주입에 대한 실험 결과를 요약한 것이다. 이러한 결과는 캘리포니아주, 산호세 소재의 ATMI Ecosys Corporation 에서 시판되는 모델명 EcoCVDTM의 전열 산화기 저감 장치의 산화기에 상기 스팀을 이송시킴으로써 발생된 것이다. 아래의 표 1은 F2의 저감(파괴 및 제거 효율, % DRE)에 대한 결과를 요약한 것이다.
EcoCVDTM유닛의 산화기로 스팀 주입에 따른 F2저감
총 Proc N2slpm 총 F2유입slpm F2유입(ppm) HF 유입(ppm) F2유출(ppm) F2% DRE
220 2.5 11364 252 1041 90.84
190 2.5 13158 365 694 94.72
130 2.5 19231 379 128 99.34
130 3 23077 533 128 99.44
130 4 30769 462 67 99.78
표 1은 전체 유출량에서 적어도 90%가 되는 F2에 대한 DRE 레벨을 보여준다.
스팀 주입은 불소 가스와 가스 스트림의 불소 함유의 기체 상태의 성분의 파괴 효율을 향상시키는 촉매와 조합하여 사용할 수 있다는 것을 인식해야 한다. 이러한 촉매는 금속, 스파크 발생 장치, 글로우(glow) 플러그, 수소, 암모니아, 과산화수소, 환원제, 염기, 혹은 다른 촉매성이 있는 활성 유기 화합물을 포함할 수 있다.
본 발명의 불소화합물 저감 공정은 탄화수소 가스(예컨대, 메탄) 및/또는 수소가 불소화합물 저감 매체로서 사용될 경우의 조건부를 포함하는 모든 적합한 공정 조건에서 수행될 수 있으며, 이러한 저감 조건은 불소화합물 저감 매체의 연소를 포함하거나 간섭하지 않는다. 적절한 공정 조건의 선택은 사용된 특정의 불소화합물 저감 매체에 따라 좌우될 것이며, 부적절한 실험 없이 해당 분야의 종사자에 의해 쉽게 결정될 것이다. 예컨대, 이러한 비연소 저감 조건들은 약 120 내지 300℉ 범위의 온도를 포함할 수 있다.
실험 결과는 1:36 의 이소프로필 알콜(유기 화합물)과 물의 용적비로 불순물을 첨가한 스팀이 220 slpm N2내의 2.5 slpm F2를 1 ppm 미만으로 저감시켰다는 것을 증명하였다. 일반적으로, 촉매의 농도는 물의 용적(25℃ 및 1 대기압의 표준 온도 및 압력 조건에서)을 기초로 하여 2 내지 15 용적% 의 범위에 있는 것이 바람직하며, 물의 용적을 기초로 하여 약 2.5 내지 7 용적% 의 범위에 있는 것이 바람직하다.
전술한 결과는 알칸올 수용액과 스팀을 병용으로 사용함으로써 불소 함유 유출물 가스 스트림 혹은 다른 기체 상태의 불소 함유 화합물의 불소 함량을 감소시키기에 매우 효과가 있는 것으로 보여주었다.
메탄 주입은 유출물 가스 스트림의 불소 성분을 저감하는 본 발명의 실시예에 이용될 수 있는 또 다른 방법이다.
메탄은 불소 가스의 스트림, 혹은 불소 혹은 이것을 포함하는 가스 스트림의 불소 함유 기체 상태의 화합물을 저감하기 위해 가열 영역으로 주입될 수 있다. 열(산소 혹은 공기와의 연소를 매개로)을 발생시키기 위해 메탄을 이용하는 기존의 저감 방법은 본 발명의 대표적인 실시예에 사용된 메탄의 용적의 50 배를 이용한다. 본 발명의 이러한 관점에 따르면, 상기 메탄은 전기 수단(비연소)을 사용하여 열이 생성되는 동안 단독으로 반응 촉매로서 행동한다. 이러한 특징은 주요한 특징으로, 전술한 대표적인 실시예는 종래의 메탄 연소 시스템과 비교해 보면 메탄의 비용에 관한 한 50 배정도 감소된다.
1659 ℉ 에서 220 slpm 의 N2내에 3 slpm 의 F2를 수반하는 실험 결과는 완전한 F2파괴를 얻기 위해 1.2 slpm 의 메탈을 필요로 하였다. 도 3의 그래프는 메탄과 불소 가스간의 반응에 의해 생성된 반응 부산물, 즉 CO250%, CF42%, CH2F213%, CH3F 12%, CH412%, CHF32%, CO 9%(여기서, 모든 백분율은 반응 생성물의 총중량을 기준으로 한 중량%)를 나타내고 있다. F2저감 시스템으로 도입된 850 sccm 의 CH4중에 단지 12 sccm 의 CH4만 형성되었다. 이 결과는 비연소 조건 하에서 메탄과 불소 가스가 서로 혼합 및 반응하는 것을 수반하는 본 발명의 효율을 보여준다. 본 발명의 상기 관점에 따른 실시에 있어서, 반응 혼합물의 메탄 및 불소 성분의 적절한 비율은 본 발명의 저감 공정에서 처리될 특정의 가스 조성에 대한 화학량론적, 열역학적 분석에 의해 부적합한 실험 없이 용이하게 결정될 수 있다.
따라서, 전술한 발명이 메탄을 사용하여 불소 파괴에 있어 성공적인 데 반해, 소량의 다른 유기 종(메탄 이외의 종)들도 이와 유사하게 거동할 것으로 인식된다. 이러한 유기 종들은 유기 액체 및 고체 유기 공급원에 추가하여 다른 탄화수소 가스(에탄, 프로판, 부탄 등)를 포함할 수 있다. 그러나, 일반적으로 수반되는 반응의 비용 및 "청결성" 때문에 메탄이 현저하게 양호하다.
수소 주입은 불소 및 이를 포함하는 가스 조성에서의 불소 함유 가스 성분의 저감을 위한 본 발명의 또 다른 관점에도 이용할 수 있다.
이러한 본 발명의 관점은 수소를 가열된 반응기로 주입하여 불소를 수소 불화물로 전환시키는 것을 포함한다. 이 방법은 메탄 사용에 대한 이점, 즉 불소를첨가한 유기종들이 발생되지 않는다는 이점을 가진다. 도입된 H2의 용적은 저감될 스트림의 전체 가스 유동 속도와 그 스트림 내의 불소 함유량에 따라 크게 좌우된다. 도 4는 완전한 F2파괴를 얻기 위해 필요로 하는 수소의 용적을 나타낸다. 이 결과는 1, 2.5, 4 slpm 의 F2와 혼합된 160 혹은 220 slpm 의 N2로 시도한 EcoCVDTM의 전열 산화 시스템의 산화기에서 수소 주입을 이용하여 얻었다.
프로세스 가스 조성물의 불소 및/또는 불소 함유 성분의 저감을 위한 수소 가스의 주입에 있어서, 화학량론적, 열역학적 분석 및 일상적인 실험의 편리성에 의해 부적합한 실험 없이 해당 분야의 기술로 용이하게 결정할 수 있는 바와 같이, 수소는 비연소 조건 하에서 불소 성분과 반응한다.
도 4의 결과는 초기의 시도가 더 적은 불소 가스를 포함하고, 더 낮은 잔류 시간(더 높은 전체 유동 속도)에 있을 때, 더 많은 수소를 필요로 하는 것을 보여준다. 거의 모든 경우에, 5 내지 8 slpm 의 수소 가스를 사용할 때 완전한 파괴를 얻었다.
수소는 외부 공급원으로부터 공급되거나, 전기 분해 수소 발생기 또는 화학적 수소 발생기 등의 수소 발생 공급원을 현장에서 사용하여 발생될 수 있다는 것을 인식해야 한다.
따라서, 본 발명은 F2및 불소 함유 화합물의 가스 스트림 혹은 이것을 포함하는 가스 볼륨에서 F2및 불소 함유 화합물의 감소 문제점을 간단하고 효과적으로해결하는 접근법을 제공한다. 이용 가능한 접근법으로 다음과 같다. 불소 함유 메탄 가스를 첨가하는 접근법, 여기서 메탄은 불소 함유 가스를 저감하거나, 소정의 불소 치환 화합물을 형성하기 위해 사용한다. 비연소 조건 하에서 불소 함유 가스에 수소를 낮은 유동으로 도입하는 접근법. 불소 함유 가스를 대체 원자 수소 공급원과 접촉시키는 접근법. 불소 함유 가스를 화학적 "촉매"(다양한 종들 중 임의의 것)의 존재 하에 스팀과 접촉시키는 접근법. "화학 촉매"를 주입하는 접근법. 그리고 가스의 불소 함량을 산화시키기 위해 산화 촉매를 사용하는 접근법.
본 발명의 방법은 불소를 포함하는 가스의 불소 성분을 저감하는 것에 추가하여, 또한 상기 가스 내의 자연 발화성 및 가연성의 성분이 존재할 경우 그것을 저감할 수도 있다. 이러한 자연 발화성 및 가연성의 성분의 예로는 실란, 포스핀 등을 포함한다.
따라서, 본 발명의 장치 및 방법은 불소를 포함하는 가스 스트림으로부터 불소 가스의 저감을 위한 복합적인 접근법을 제공한다.
본 발명의 양호한 저감 매체는 스팀, 수소 및 메탄이다. 이들 주입된 작용제는 단독으로 혹은 조합한 상태로, 또는 조합적인 처리(예컨대, 가스 스트림의 유동 경로에서 스팀 주입 장소로부터 하류 방향의 위치에서의 조합된 수소 메탄 주입에 후속하는 초기 스팀 주입에 의한 처리)에 의해 후속하는 단일의 처리에 사용될 수 있다.
더욱이, 본 발명은 불소 및 불소 함유 기체 상태의 종들을 포함하는 가스 스트림 내에서 이들을 저감하기 위해 이용하는 데 있어서 바람직하지만, 가스 처리는가스의 정적 용적에 직접 적용되어 그 처리를 배치(batch) 혹은 세미 배치(semi-batch) 형태로 실행되어도 좋다.
비록 본 발명은 도식적인 실시예 및 특징을 참조하여 설명하였지만, 전술한 실시예 및 특징은 본 발명을 한정하려는 의도는 아니며, 그 밖의 변형, 수정 및 다른 실시예들도 해당 분야의 종사자들에 의해 제안될 수 있다. 따라서, 본 발명은 첨부된 청구의 범위 내에서 광범위하게 해석되어야 한다.

Claims (29)

  1. 불소화합물을 포함하는 가스 내의 기체 상태의 불소화합물의 저감을 위한 방법으로,
    불소화합물 함유 가스에 불소화합물 저감 매체를 주입하는 단계를 포함하며, 상기 불소화합물 저감 매체는 스팀, 메탄 및 수소, 선택적으로 저감 증대 효과가 있는 촉매와의 조합체 중 적어도 하나를 포함하며, 불소화합물 저감 매체가 메탄 및/또는 수소를 포함할 경우에 조건부로 상기 불소화합물 저감 매체의 주입 단계는 비연소 상태에서 실행되는 것인 저감 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 기체 상태의 불소화합물은 F2및 불소 라디칼로 이루어진 그룹에서 선택되는 불소 함유 가스를 포함하는 것인 저감 방법.
  3. 제1항에 있어서, 상기 불소화합물 저감 매체는 스팀을 포함하는 것인 저감 방법.
  4. 제1항에 있어서, 상기 불소화합물 저감 매체는 메탄을 포함하는 것인 저감 방법.
  5. 제1항에 있어서, 상기 불소화합물 저감 매체는 수소를 포함하는 것인 저감 방법.
  6. 제1항에 있어서, 상기 불소화합물 저감 매체는 스팀, 메탄 및 수소 중 적어도 두개를 포함하는 것인 저감 방법.
  7. 제1항에 있어서, 상기 불소화합물 저감 매체는 스팀, 메탄 및 수소를 포함하는 것인 저감 방법.
  8. 제1항에 있어서, 상기 불소화합물 저감 매체는 저감 증대 효과가 있는 촉매와의 조합체에 사용되는 것인 저감 방법.
  9. 제1항에 있어서, 상기 촉매는 금속, 스파크 발생 장치, 글로우(glow) 플러그, 수소, 암모니아, 과산화수소, 환원제, 염기 및 다른 촉매성이 있는 활성 유기 화합물로 이루어진 그룹에서 선택되는 것인 저감 방법.
  10. 제1항에 있어서, 상기 촉매가 알칸올인 저감 방법.
  11. 제1항에 있어서, 상기 촉매는 이소프로필 알콜을 포함하는 것인 저감 방법.
  12. 제11항에 있어서, 상기 불소화합물 저감 매체는 스팀을 포함하는 것인 저감 방법.
  13. 제8항에 있어서, 상기 불소화합물 저감 매체는 스팀을 포함하며, 상기 촉매는 불소화합물 매체 내의 물의 용적을 기초로 하여 약 2 내지 15 용적%의 농도로 사용되는 것인 저감 방법.
  14. 제8항에 있어서, 상기 불소화합물 저감 매체는 스팀을 포함하며, 상기 촉매는 불소화합물 매체 내의 물의 용적을 기초로 하여 약 2.5 내지 7 용적%의 농도로 사용되는 것인 저감 방법.
  15. 제1항에 있어서, 상기 불소화합물 함유 가스는 반도체 제조 설비로부터의 유출물을 포함하는 것인 저감 방법.
  16. 제1항에 있어서, 기체 상태의 불소화합물의 저감은 산화기 영역을 포함하는 유출물 처리 설비의 산화기 내에서 실행되는 것인 저감 방법.
  17. 제1항에 있어서, 상기 불소화합물 함유 가스는 불소화합물 저감 매체의 주입 이전에 가열되는 것인 저감 방법.
  18. 제1항에 있어서, 상기 불소화합물 함유 가스는 불소화합물 저감 매체의 주입 이후에 냉각되는 것인 저감 방법.
  19. 제1항에 있어서, 상기 저감은 약 120 내지 300℉ 범위의 온도에서 행해지는 것인 저감 방법.
  20. 불소화합물을 포함하는 가스 내의 기체 상태의 불소화합물의 저감을 위한 방법으로,
    불소화합물 함유 가스에 불소화합물 저감 매체를 주입하는 단계를 포함하며, 상기 불소화합물 저감 매체는 하나 이상의 탄화수소 가스를 포함하며, 상기 불소화합물 저감 매체의 주입 단계는 비연소 상태에서 실행되는 것을 특징으로 하는 저감 방법.
  21. 제20항에 있어서, 상기 불소화합물 저감 매체는 메탄을 포함하며, 상기 저감은 약 120 내지 300℉ 범위의 온도에서 행해지는 것인 저감 방법.
  22. 스팀 주입 불소화합물 저감 장치로,
    불소화합물 함유 가스를 도입하여 제1의 단부에서 그곳을 관통하여 제2의 배출 단부로 유동시키도록 되어 있는 가늘고 긴 유동로 부재와,
    상기 가늘고 긴 유동로 부재의 제1의 단부와 제2의 배출 단부 사이의 중간부에서의 반응 대역에서 상기 가늘고 긴 유동로 부재를 통한 유동 중인 불소화합물 함유 가스를 가열하기 위한 열 공급원과,
    상기 가늘고 긴 유동로 부재의 상기 반응 대역으로 스팀을 주입하도록 배열된 스팀 공급원을 포함하는 것인 장치.
  23. 제22항에 있어서, 상기 반응 영역과 상기 가늘고 긴 유동로의 제2의 단부 사이에서 상기 가늘고 긴 유동로 부내에 작동 가능하게 열적으로 결합된 냉각기를 더 포함하는 것인 장치.
  24. 제22항에 있어서, 상기 열 공급원은 카트리지형 히터인 장치.
  25. 제22항에 있어서, 상기 가늘고 긴 유통로 부재는 블록 부재 내의 관통구 통로로 이루어지는 것인 장치.
  26. 제25항에 있어서, 상기 블록 부재는 그 내부에 설치되는 물 유동 스팀 발생 통로를 더 포함하며, 상기 물 유동 스팀 발생 통로는 반응 영역에서 관통구 통로와 연통하는 스팀 유입구에서 그 연장이 종결되는 것인 장치.
  27. 제25항에 있어서, 상기 블록 부재는 그 내부에 설치되는 카트리지형 히터 통로를 더 포함하며, 상기 카트리지형 히터 통로 내에 카트리지형 히터가 설치되는것인 장치.
  28. 제25항에 있어서, 상기 블록 부재는 그 내부에 설치되는 물 유동 스팀 발생 통로를 더 포함하며, 상기 물 유동 스팀 발생 통로는 반응 영역에서 관통구 통로와 연통하는 스팀 유입구에서 그 연장이 종결되며, 상기 블록 부재는 그 내부에 설치되는 카트리지형 히터 통로를 더 포함하며, 상기 카트리지형 히터 통로 내에 카트리지형 히터가 설치되는 것인 장치.
  29. 제25항에 있어서, 상기 블록 부재는 2개의 상호 맞물리는 절반 섹션을 포함하는 것인 장치.
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