KR20030063586A - 반도체 제조용 공정가스의 정제장치 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 반도체 제조용 공정가스의 정제장치에 관한 것으로서, 공기중에 함유된 수분과 불순물을 제거하여 초고순도의 공정가스로 정제하도록 한 저가의 반도체 제조용 공정가스의 정제장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
이러한 목적달성을 위한 본 발명의 반도체 제조용 공정가스의 정제장치는, MS가 충진된 제 1파이프(12)와; 상기 제 1파이프(12)의 양단측에 다공판(16,17)을 사이에 두고 각각 설치되는 것으로, 그 내부에 알루미나 볼(24)이 내설된 제 2파이프(18)들과; 상기 제 2파이프(18)들의 단부측에 각각 필터(26,27)를 사이에 두고 설치되는 제 3파이프(20)들과; 상기 제 3파이프(20)들의 중간측 단부에 각각 공정가스 유입포트(30) 및 정제된 공정가스의 배출포트(32)가 각각 설치되어 이루어진 것을 특징으로 한다.
Description
본 발명은 반도체 제조용 공정가스의 정제장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 공기중에 함유된 수분과 각종 불순물들을 제거하여 초고순도의 공정가스로 정제하도록 한 저가의 반도체 제조용 공정가스의 정제장치에 관한 것이다.
일반적으로, 반도체의 제조를 위하여는 수소, 질소, 이산화탄소, 암모니아 등 표준가스와, 실란, 포스핀, 디보란 등의 원료로서의 특수가스, 불화탄소 등의 에칭가스 등 여러 공정가스들이 주로 봄베에 담겨 취급되며, 가스 공급라인을 통하여 소모되고, 주로 화학기상증착, 에피택셜, 이온주입, 플라즈마드라이에칭 및 열처리 등의 여러 공정들에 널리 사용된다.
따라서, 공정가스들 역시 다른 재료들과 마찬가지로 그 순도가 반도체의 수율 및 성능에 미치는 영향은 대단히 크다고 할 수 있으므로, 반도체의 제조공정에 사용되는 공정가스들은 선행적으로 충분히 정제되어야 한다.
도 1a 및 도 1b는 종래에 반도체 제조를 위한 공정가스들의 정제과정을 개략적으로 도시한 구성도로서, 도 1a에 도시된 바와 같이, 질소가스(N2)가 충전된 일정용량의 탱크롤리를 구비하고, 이 탱크롤리내의 질소가스(N2)를 GN2라인을 통해 공정에 공급하거나, GN2라인중에 설치된 정제장치(Purifier)를 통해 연속적으로 통과시켜 수분 및 여러 불순물을 제거하되, 불순물이 1ppb(parts per billion)이하로 정제되도록 한 상태로서 반도체 제조공정에 공급하였다.
그러나, 상기와 같은 반도체 제조용 공정가스의 정제과정은, 질소가스(N2)가 충전된 탱크롤리를 교환해줘야 하는데, 이와 같이 수시로 탱크롤리를 교환하게 되면 연간 약 7억원의 비용(2000Nm3/h기준)이 들게되어 경제적으로 부담이 되는 문제점이 있었다.
또한, 다른 방법의 하나로서, 도 1b에 도시된 바와 같이 반도체 공장내에 에어 플랜트를 세워 컴프레셔에 의해 대기중의 공기를 압축(CDA)한 후, 알루미나 탑을 통과시켜 수분을 대략적으로 제거하여 공정중에 공급하는 방법이 있다.
하지만, 이 방법은 수분뿐만 아니라 다른 여러 가지의 불순물이 포함되어 있어 공정가스로 사용하기에는 많은 어려운 문제점이 있다.
이에, 본 발명은 상기와 같은 제반 문제점을 해소하기 위하여 안출된 것으로서, 공기중에 함유된 수분과 이산화탄소, 일산화탄소, 수소, 메탄 등의 각종 불순물을 제거하여 초고순도의 공정가스로 정제하도록 한 저가의 반도체 제조용 공정가스의 정제장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
도 1a 및 도 1b는 종래의 반도체 제조용 공정가스를 정제하는 구성을 개략적으로 도시한 구성도.
도 2는 본 발명에 의해 반도체 제조용 공정가스를 정제하는 구성을 개략적으로 도시한 구성도.
도 3은 도 2에서의 공정가스 정제장치(Purifier A)의 내부구성을 나타낸 단면도.
도 4는 도 3의 A-A선 단면도.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
10 : 공정가스 정제장치11 : 핀쿨러
12 : 제 1파이프14 : MS
16 : 제 1다공판17 : 제 2다공판
18 : 제 2파이프20 : 제 3파이프
22 : 커버24 : 알루미나 볼
26 : 제 1필터27 : 제 2필터
30 : 공정가스 유입포트32 : 정제된 공정가스 배출포트
34 : 캡36 : 엘보우
38 : 너트40 : 튜브
42 : 글랜드44 : 온도센서 부착포트
상기와 같은 목적달성을 위한 본 발명의 반도체 제조용 공정가스의 정제장치는, MS가 충진된 제 1파이프와; 상기 제 1파이프의 양단측에 다공판을 사이에 두고 각각 설치되는 것으로, 그 내부에 알루미나 볼이 내설된 제 2파이프들과; 상기 제 2파이프들의 단부측에 필터를 사이에 두고 각각 설치되는 제 3파이프들과; 상기 제 3파이프들의 중간측 단부에 각각 공정가스 유입포트 및 정제된 공정가스의 배출포트가 각각 설치되어 이루어진 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 공정가스 유입포트 및 정제된 공정가스의 배출포트는 각각 캡과, 글랜드(Gland), 가스켓, 너트, 엘보우(Elbow), 튜브를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 제 3파이프들은 공정가스의 편류를 방지하여 정제장치의 수명을 연장시키도록 버퍼죤으로 이루어진 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 제 1파이프와, 제 2파이프들 및 제 3파이프들로 이루어진 정제장치의 일측에는 이 정제장치의 재생시 뜨거운 공기가 배출되는 VO1이 설치되고, 이 V01의 일측으로는 상기 뜨거운 공기를 냉각시키기 위한 핀쿨러가 설치되어 이루어진 것을 특징으로 한다.
이하, 본 발명의 바람직한 일 실시예를 첨부된 예시도면에 의거하여 상세히 설명한다.
도 2는 본 발명에 의해 반도체 제조용 공정가스를 정제하는 구성을 개략적으로 도시한 구성도이고, 도 3은 도 2에서의 공정가스 정제장치의 내부구성을 나타낸단면도이며, 도 4는 도 3의 A-A선 단면도이다.
도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 반도체 제조용 공정가스의 정제장치(10)는, MS(Molecular Sieve)(14)가 충진된 제 1파이프(12)와, 이 제 1파이프(12)의 양측에 각각 다공판(16,17)을 사이에 두고 알루미나 볼(Al Ball)(24)이 충진된 제 2파이프(18)들과, 이 제 2파이프(18)들의 단부측에 각각 필터(26,27)를 사이에 두고 설치된 제 3파이프(20)들을 포함하여 이루어져 있다.
상기 제 3파이프(20)들의 단부측에는 각각 커버(22)가 씌워져 있으며, 그 중앙측에는 캡(34)과, 글랜드(Gland)(42), 가스켓, 너트(38), 엘보우(Elbow)(36), 튜브(40)로 이루어진 공정가스 유입포트(30)와, 정제된 공정가스의 배출포트(32)가 각각 설치되어 있다.
이와 같은 구조로 이루어진 정제장치(10)의 외측에는 온도센서를 장착하기 위한 온도센서 부착포트(44)가 설치되어 있다.
이와 같이 온도센서 부착포트(44)를 정제장치(10)의 외부에 설치함으로써, 종래에서와 같이 별도의 실링이 필요치 않은 바, 그 설치가 용이해지게 된다.
따라서, 대기중의 공기를 상기 공정가스 유입포트(30)를 통하여 정제장치(10)의 내부로 유입시키게 되면, 제 3파이프(20)와 제 2파이프(18) 사이에 설치된 제 1필터(26)에 의해 파티클이 걸러지되, 제 2파이프(18)내에 충진된 알루미나 볼(24)에 의해 편류가 방지되면서 상기 제 2파이프(18)와 제 1파이프(12) 사이에 설치된 제 1다공판(16)을 지나 상기 제 1파이프(12)내에 충진된 MS(14)에 의해 이산화탄소, 수분, 메탄, 수소 등이 제거된다.
한편, 재생시에도 제 2파이프(18)에 충진된 알루미나 볼에 의해 편류가 방지되어 제 1파이프(12)에 충진된 MS에 흡착되었던 불순물을 완전하게 탈착할 수 있게 하는데, 이에 대한 설명은 후에 상술하기로 한다.
이와 같이 제 1파이프(12)를 지나면서 불순물이 제거된 공정가스는 다시 제 1파이프(12)와 제 2파이프(18) 사이에 설치된 제 2다공판(17)을 지나 제 2파이프(18)에 충진된 알루미나 볼(24)을 거쳐 역시 편류가 방지되고, 다시 이 제 2파이프(18)와 제 3파이프(20) 사이에 설치된 제 2필터(27)에 의해 파티클이 제거된 후, 공정가스 배출포트(32)를 통해 반도체의 제조공정라인에 공급되게 된다.
이때, 상기 제 3파이프(20)들은 빈 공간의 버퍼죤을 이룸으로써, 공정가스의 편류를 방지하여 정제장치의 수명을 연장시키는 기능을 담당하게 된다.
따라서, 본 발명에 따른 반도체 제조용 공정가스의 정제장치(10)는 대기중의 공기가 수분 및 불순물이 걸러져 고순도로 정제된 공정가스가 반도체 제조공정에 공급되게 되며, 이 경우 상기 공정가스의 불순물 함유량은 1ppb이하로 정제되게 된다.
그런데, 이와 같이 정제장치가 대략 1주일에서 10일 정도 작동하게 되면, 불순물이 축적되어 정제능력을 상실하게 되는 바, 재생을 해주어야 한다.
즉, TSA(Thermal Swing Adsorption)방식으로서, 고순도의 질소가스(N2)를 정제방향과 반대방향으로 공급하면서 온도를 200∼300℃까지 단계적으로 상승시킨 후, 5∼9시간 정도를 유지하면서 흡착된 불순물을 탈착제거하여 정제장치를 청정한상태로 재생시킴으로써, 정제장치의 사용연한을 10년 이상의 장기간을 유지할 수 있도록 하였다.
하지만, 재생을 위하여 온도를 200∼300℃까지 단계적으로 상승시키게 됨으로써, 뜨거운 공기가 도 2에 도시된 V01를 통해 배출되는 바, 이 V01의 일측으로는 핀 쿨러(11)를 설치하여 뜨거운 공기를 냉각시키도록 하였다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명의 반도체 제조용 공정가스의 정제장치는, 대기중의 공기가 유입되어 제 1필터에 의해 일차적으로 파티클이 제거되고, 알루미나 볼과 버퍼 죤을 지나면서 공기의 흐름은 난류를 형성하여 편류가 방지되면서 정제시간이 길어짐과 아울러 MS를 거치면서 수분 및 불순물이 제거되며, 연속적으로, 제 2필터를 거치면서 불순물이 제거된 상태로 반도체 제조공정에 공급되는 바, 초고순도의 공정가스가 제공되어 반도체 제조의 수율 및 성능이 향상되는 효과가 있다.
또한, 듀얼 컬럼(Dual-column)타입을 채용할 경우에는 연속적으로 공정가스의 정제가 가능한 바, 종래에서와 같이 질소가스(N2)가 충전된 탱크롤리를 주기적으로 교환설치하지 않아도 되어 상기 탱크롤리의 교환설치에 따른 경제적 부담이 줄어들게 되는 유용한 효과가 있다.
본 발명은 기재된 구체적인 예에 대해서만 상세히 설명되었지만 본 발명의 기술사상 범위 내에서 다양한 변형 및 수정이 가능함은 당업자에게 있어서 명백한 것이며, 이러한 변형 및 수정이 첨부된 특허청구범위에 속함은 당연한 것이다.
Claims (4)
- 반도체 제조용으로 사용되는 공정가스를 고순도로 정제하는 장치(10)에 있어서,MS가 충진된 제 1파이프(12)와;상기 제 1파이프(12)의 양단측에 다공판(16,17)을 사이에 두고 각각 설치되는 것으로, 그 내부에 알루미나 볼(24)이 내설된 제 2파이프(18)들과;상기 제 2파이프(18)들의 단부측에 각각 필터(26,27)를 사이에 두고 설치되는 제 3파이프(20)들과;상기 제 3파이프(20)들의 중간측 단부에 각각 공정가스 유입포트(30) 및 정제된 공정가스의 배출포트(32)가 각각 설치되어 이루어진 것을 특징으로 하는 반도체 제조용 공정가스 정제장치.
- 제 1항에 있어서,상기 공정가스 유입포트(30) 및 정제된 공정가스의 배출포트(32)는 각각 캡(34)과, 글랜드(42), 가스켓, 너트(38), 엘보우(36), 튜브(40)를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 반도체 제조용 공정가스 정제장치.
- 제 1항에 있어서,상기 제 3파이프(20)들은 공정가스의 편류를 방지하여 정제장치의 수명을 연장시키도록 버퍼죤으로 이루어진 것을 특징으로 하는 반도체 제조용 공정가스 정제장치.
- 제 1항에 있어서,상기 제 1파이프(12)와, 제 2파이프(18)들 및 제 3파이프(20)들로 이루어진 정제장치(10)의 일측에는 이 정제장치(10)의 재생시 뜨거운 공기가 배출되는 VO1이 설치되고, 이 V01의 일측으로는 상기 뜨거운 공기를 냉각시키기 위한 핀쿨러(11)가 설치되어 이루어진 것을 특징으로 하는 반도체 제조용 공정가스 정제장치.
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