KR20030085596A - Method for treating exhaust gas - Google Patents
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Abstract
본 발명은 에칭 공정 또는 클리닝 공정으로부터 배출되는 플루오르 가스 또는 할로겐 플로라이드 가스를 함유한 배기 가스를, 표면에 플로라이드 부동태막이 형성된 연소실 내에서 연소시키는 것을 포함하는 배기 가스 처리 방법이다. 본 방법은 플루오르 가스 또는 할로겐 플로라이드 가스를, 고농도 또는 대량으로 함유하는, 반도체 제조 공정으로부터 배출되는 배기 가스를 처리하기 위해 사용될 수 있으며, 안전하고 에너지 절약적이며, 보다 효율적으로 제해 처리 하는 것이 가능하다.The present invention is an exhaust gas treatment method comprising combusting an exhaust gas containing a fluorine gas or a halogen fluoride gas discharged from an etching process or a cleaning process in a combustion chamber in which a fluoride passivation film is formed on a surface thereof. The method can be used to treat exhaust gases emitted from semiconductor manufacturing processes that contain fluorine gas or halogen fluoride gas in high concentrations or in large quantities, which is safe, energy saving and more efficient. Do.
Description
반도체를 제조하는 각종 공정으로 부터 배출되는 배기 가스는, 반도체 재료 가스, 에칭 가스, 클리닝 가스등의 가스를 함유하며, 이러한 가스는 유해한 경우가 있다. 이들은 때때로 환경에 나쁜 영향을 주는 가스가 포함되어 있는 경우도 있어, 이러한 성분을 함유하는 배기 가스를 직접적으로 대기중에 배출할 수가 없다.The exhaust gas discharged from the various processes of manufacturing a semiconductor contains gases, such as a semiconductor material gas, an etching gas, and a cleaning gas, and this gas may be harmful. They sometimes contain gases that adversely affect the environment, and exhaust gases containing these components cannot be directly emitted to the atmosphere.
배기 가스를 처리하는 방법은, 종래부터,The method for treating the exhaust gas is conventionally
(1) 가성 소다(수산화 나트륨) 등의 중화제를 이용하여 산화 반응 또는 중화반응 시키는 습식 제해 방법,(1) a wet decontamination method in which an oxidation reaction or a neutralization reaction is carried out using a neutralizing agent such as caustic soda (sodium hydroxide);
(2) 촉매층에 의한 반응 분해 방법,(2) reaction decomposition method by the catalyst layer,
(3) 산화물 등에의 흡착에 의한 건식 제해 방법,(3) a dry decontamination method by adsorption to an oxide or the like,
(4) 전기 히터를 병합(incorporating)하는 열분해 방법,(4) pyrolysis method of incorporating an electric heater,
(5) 연소식 제해 방법,(5) combustion elimination method,
등의 방법이 널리 알려져 있고, 이러한 방법은 소망하는 특징에 따라 활용되고 있다.These methods are widely known, and these methods are utilized according to desired characteristics.
최근에는 반도체 제조 공정으로부터 배출되는 배기 가스에 함유되는 유해 성분은 다양화되고 있을 뿐만 아니라, 웨이퍼 및 액정 패널 등의 대형화가 현저하고, 이에 상응하는 제조 장치도 대형화되어, 제조 공정에서 사용되는 가스의 양이 큰폭으로 증대하고 있다. 또한, 매엽 장치의 보급에 수반하는 멀티 챔버화(multi-chambers) 및 제조 공정의 복잡화 등에 의해, 다른 경로로부터 배출되는 다량의 배기 가스를 동시에 처리하거나, 동일 경로에 시간 사이클을 바꾸어 흘리는, 크게 다른 특성을 갖는 배기 가스를 동일한 제해 장치를 이용하여 안전하게 처리하는 것이 필요한 경우가 생기고 있다. 따라서, 최근에 가연성 연료 가스 등을 고온에서 연소시켜 배기 가스에 포함되는 유독 성분이나 환경에 유해한 배기 가스 성분을 무해한 물질로 변환시키거나, 또는 용이하게 처리할 수 있는 물질로 변환시키는 제해 방법으로서 연소 방식 또는 열분해 방식 등의 열처리식 제해 방법이 검토되고 있다.In recent years, not only the harmful components contained in the exhaust gas discharged from the semiconductor manufacturing process are diversified, but also the size of wafers and liquid crystal panels is remarkably increased, and the corresponding manufacturing apparatus is also enlarged. The amount is greatly increasing. In addition, due to the multi-chambers associated with the spread of sheetfed devices and the complexity of manufacturing processes, a large amount of exhaust gas discharged from different paths can be simultaneously processed or the time cycles can be changed in the same path. There is a case where it is necessary to safely treat the exhaust gas having characteristics using the same decontamination apparatus. Therefore, in recent years, as a decontamination method of combustible fuel gas or the like at high temperature, the toxic components and exhaust gas components harmful to the environment are converted into harmless substances or converted into substances that can be easily processed. Heat treatment type decontamination methods, such as an anticorrosion system or a pyrolysis system, are examined.
그러나, 특히 연소 제해 방식의 경우에는, 반도체 제조 공정으로부터 배출되는 배기 가스를, 도시가스, LPG, 메탄 등의 연료 가스, 및 공기 또는 산소 등의 조연가스와 함께 고온에서 연소 처리하기 때문에, 배기 가스에 포함되는 질소 원소분 또는 공기중의 질소 등에 의해, 부산물로서 NOx가 생성되는 문제가 있다.However, especially in the combustion elimination method, since the exhaust gas discharged from the semiconductor manufacturing process is burned at a high temperature together with fuel gas such as city gas, LPG and methane, and supporting gas such as air or oxygen, the exhaust gas is exhaust gas. There is a problem in that NO x is generated as a by-product due to the nitrogen element content contained in the air or nitrogen in the air.
연소 후의 배기 가스 중에 함유하는 NOx가스는 사용하는 장치 및 연소 조건에 따라, 1~30%의 매우 고농도에서 종종 생성되고, TLV(NO 25 ppm, NO23 ppm)의 농도로 제한하기 위해서 여러가지 방법이 검토되고 있다. 예컨대, 일본 공개 특허 공보 제 2001-193918 호에는 NOx의 생성량을 줄이기 위해서, 연소실 형상 및 노즐 형상등에 대한 여러가지 연구가 기재되어 있다. 그러나, 에칭 및 클리닝 공정에 대해 대량으로 사용되고 있는 NF3가스를 함유하는 배기 가스를 연소하는 경우에는, 특히 NOx발생량이 많아지는 경우가 있으므로 개선이 요망된다.The NO x gas contained in the exhaust gas after combustion is often produced at very high concentrations of 1 to 30%, depending on the apparatus used and the combustion conditions, and is limited to a concentration of TLV (NO 25 ppm, NO 2 3 ppm). The method is being reviewed. For example, Japanese Laid-Open Patent Publication No. 2001-1939 1 describes various studies on the shape of a combustion chamber, a nozzle, and the like in order to reduce the amount of NO x produced. However, in the case of burning the exhaust gas containing the NF 3 gas that is used in large quantities for the etching and cleaning processes, the amount of NO x generated may increase, and therefore improvement is desired.
한편, 반도체 제조 공정에서, 보다 고성능인 클리닝 가스로서 플루오르 가스 또는 할로겐 플로라이드 가스, 또는 그 혼합 가스를 사용하여 클리닝이 시도되고 있다. 예를 들면, J.APPL.Phys., P2939 56(10) No. 15, 1984에는, 플루오르 가스 및 할로겐 플로라이드 가스의 클리닝 성능이, NF3가스를 이용한 클리닝에 비해 우수하다고 하는 연구가 보고되어 있다.On the other hand, in the semiconductor manufacturing process, cleaning is attempted using a fluorine gas, a halogen fluoride gas, or a mixed gas thereof as a higher performance cleaning gas. For example, J. APPL. Phys., P2939 56 (10) No. In 15, 1984, a study is reported that the cleaning performance of fluorine gas and halogen fluoride gas is superior to cleaning using NF 3 gas.
그러나, 플루오르 가스 또는 할로겐 플로라이드 가스는 매우 활성적인, 강한 산화제이며, 화학 반응성이 우수하기 때문에, 상온에서 산화성 물질과도 반응하여 발화하는 경우가 있으며, 또한 장치 재료에 대한 부식성도 크다. 따라서, 장치 재료에 대해서는 특정의 고내식성 금속중에서 엄선할 필요가 있고, 금유금수(free from oils and water)인 것 외에, 고내식성 수지로서 반도체 제조장치에 널리 이용되고 있는 테트라플루오로에틸렌 수지도 주어진 사용 조건에 부적합하다고 여겨지는 경우가 있다.However, fluorine gas or halogen fluoride gas is a very active, strong oxidizing agent, and because of its excellent chemical reactivity, it may react with an oxidizing substance at room temperature and ignite, and also has high corrosiveness to the device material. Therefore, device materials need to be carefully selected from specific high corrosion resistant metals, and in addition to free from oils and water, tetrafluoroethylene resins widely used in semiconductor manufacturing apparatuses as high corrosion resistance resins are also used. Sometimes it is considered unsuitable for given conditions of use.
플루오르 가스 또는 클로린 트리플로라이드와 같은 할로겐 플로라이드 가스의 제해 장치로서는, 가성 소다 또는 가성 칼륨과 같은 알칼리 수용액을 이용한 스크러버에 의해 중화 흡수하는 습식 흡수 장치, 또는 활성 알루미나 또는 소다 라임과 같은 고체 흡착제에 의해 흡착 제거하는 건식 제해 장치가 이용되고 있다. 그러나, 이러한 모든 방법은, 고농도의 플루오르 가스 또는 할로겐 플로라이드 가스를 함유하는 배기 가스를 처리 할 수 없다는 단점이 있다. 게다가, 플루오르 가스 또는 할로겐 플로라이드 가스의 사용량이 증대하면, 알칼리 스크러버 등의 습식 제해 장치를 이용할 경우, 흡수탑의 대형화, 흡수액의 폐수 처리의 번잡함에 의한 문제, 운영 비용의 상승 등이 문제가 된다. 건식 분해 제해 장치 또는 흡착 제거 제해 장치에서는, 대유량의 제해 장치화가 곤란할 뿐만 아니라, 고체 분해제 및 흡착제 등의 교환 빈도의 증가에 의해 운전 경비가 막대하게 커지고, 부가되는 메인트넌스 조작(maintenance procedures)으로부터 안전 관리상 문제를 일으키기 쉽다.As a decontamination apparatus for halogen fluoride gas such as fluorine gas or chlorine trifluoride, a wet absorbing device which neutralizes and absorbs by scrubber using an aqueous alkali solution such as caustic soda or caustic potassium, or a solid adsorbent such as activated alumina or soda lime Dry decontamination apparatus which adsorbs and removes is used. However, all these methods have the disadvantage that they cannot handle exhaust gases containing high concentrations of fluorine gas or halogen fluoride gas. In addition, when the amount of fluorine gas or halogen fluoride gas used increases, when a wet decontamination device such as an alkali scrubber is used, problems such as an increase in the size of the absorption tower, the trouble of the wastewater treatment of the absorbent liquid, and an increase in the operating cost become problems. . In the dry decomposition decontamination apparatus or the adsorption removal decontamination apparatus, not only is it difficult to form a large flow decontamination apparatus, but also the operation costs are greatly increased due to the increase in the exchange frequency of the solid decomposition agent and the adsorbent and the like. It is easy to cause trouble in safety management.
본 발명은 배기 가스의 처리 방법 및 처리 장치에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 본 발명은 반도체 제조 공정에 있어서의 에칭 공정 또는 클리닝 공정으로부터 배출되는 플루오르 가스 또는 할로겐 플로라이드 가스를 함유하는 배기 가스를 처리하는 방법 및 장치와, 그 방법 및 장치를 이용하는 반도체 디바이스의 제조 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method and a treatment apparatus for the exhaust gas. More specifically, the present invention relates to a method and apparatus for treating exhaust gas containing fluorine gas or halogen fluoride gas discharged from an etching process or a cleaning process in a semiconductor manufacturing process, and a semiconductor device using the method and apparatus. It relates to a manufacturing method.
도 1은 본 발명의 배기 가스의 처리 방법을 수행하기 위한 처리 장치의 일례를 나타내는 모식도이다.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS It is a schematic diagram which shows an example of the processing apparatus for performing the waste gas processing method of this invention.
이 도에서, 1은 프로세스 배기 가스, 2는 희석 가스, 3은 조연용 가스, 4는 연소용 가연성 가스, 5는 공기, 6은 대기 방출 가스, 7은 연소전실, 8은 연소실, 9는 연소가스 냉각 장치, 10은 알칼리 스크러버이고, 11은 배기 송풍기이다.In this figure, 1 is a process exhaust gas, 2 is a diluent gas, 3 is a supporting gas, 4 is combustible gas for combustion, 5 is air, 6 is air emission gas, 7 is combustion chamber, 8 is combustion chamber, 9 is combustion The gas cooling device, 10 is an alkali scrubber, and 11 is an exhaust blower.
이러한 배경에 비추어, 본 발명의 목적은 플루오르 가스 또는 할로겐 플로라이드 가스를 고농도 또는 대량으로 함유하는, 반도체 제조 공정으로부터 배출되는 배기 가스를 처리할 수 있고, 안전하며 에너지 효율적이며, 보다 효율적으로 제해 처리하는 것이 가능한 제해 방법 및 장치를 제공하기 위한 것이다.In view of this background, it is an object of the present invention to treat exhaust gases emitted from semiconductor manufacturing processes containing high concentrations or large amounts of fluorine gas or halogen fluoride gas, which is safe, energy efficient and more efficient than decontamination. It is to provide a decontamination method and apparatus capable of doing so.
상술된 바와 같이, 반도체 제조 공정에서, 플루오르 가스 또는 할로겐 플로라이드 가스를 사용하였을 경우는, 전용의 제해 장치에 의해 단독으로 배기 가스가 처리되고 있지만, 본 발명의 방법을 이용함으로써, 반도체 장치의 대형화 및, 멀티화, 복잡화, 제해 장치의 설치 공간의 축소화됨으로써, 상기의 문제를 해결할 수가 있다.As described above, when a fluorine gas or a halogen fluoride gas is used in the semiconductor manufacturing process, the exhaust gas is treated by a dedicated decontamination apparatus alone, but the semiconductor device is enlarged by using the method of the present invention. The above problems can be solved by multiplying, increasing complexity, and reducing the installation space of the removing device.
본 발명자는 상기 문제를 해결하기 위하여 열심히 검토한 결과, 에칭 공정 또는 클리닝 공정으로부터 배출되는, 플루오르 가스 또는 할로겐 플로라이드 가스를 함유한 배기 가스를, 표면에 플로라이드 부동태막(passivation film)이 형성된 연소실을 갖춘 연소 장치에 도입시켜, 상기 배기 가스를 연소시키는 처리 방법을 이용함으로써 상기 문제를 해결할 수 있는 것을 발견하여, 본 발명을 완성시키기에 이르렀다.The present inventors have diligently studied to solve the above problems, and as a result, a combustion chamber in which a fluoride gas or a halogen fluoride gas containing a fluorine gas or a halogen fluoride gas is discharged from an etching process or a cleaning process is formed on a surface thereof. It was found that the above problems can be solved by introducing into a combustion apparatus equipped with a combustion chamber and using the treatment method of burning the exhaust gas, thereby completing the present invention.
즉, 본 발명은 에칭 공정 또는 클리닝 공정으로부터 배출되는 플루오르 가스 또는 할로겐 플로라이드 가스를 함유한 배기 가스를 표면에 플로라이드 부동태막이 형성된 연소실내에서 연소시키는 것을 포함하는 배기 가스 처리 방법을 제공한다.That is, the present invention provides an exhaust gas treatment method comprising combusting an exhaust gas containing a fluorine gas or a halogen fluoride gas discharged from an etching process or a cleaning process in a combustion chamber in which a fluoride passivation film is formed on a surface thereof.
상기의 플로라이드 부동태막은 니켈 플로라이드로 구성된 것이 바람직하다.It is preferable that the said fluoride passivation film consists of nickel fluoride.
플루오르 가스 또는 할로겐 플로라이드 가스의 농도는 5vol% 이하인 것이 바람직하다.The concentration of fluorine gas or halogen fluoride gas is preferably 5 mmol% or less.
연소 후의 배기 가스중에 포함되는 질소산화물의 함유량이 5vol ppm 미만인 것이 바람직하다.It is preferable that the content of nitrogen oxide contained in exhaust gas after combustion is less than 5 Pa ppm.
또한 본 발명은 배기 가스 도입구, 연료 도입구, 연소전실, 연소실, 공기 도입구 및 배기관을 갖추어, 적어도 연소실의 표면에 플로라이드 부동태막이 형성되어 있는 배기 가스 처리 장치를 제공한다.The present invention also provides an exhaust gas treating apparatus having an exhaust gas inlet, a fuel inlet, a combustion chamber, a combustion chamber, an air inlet, and an exhaust pipe, wherein a fluoride passivation film is formed on at least the surface of the combustion chamber.
연소실은 니켈, 고니켈 함유 합금 및 모넬 중에서 선택되는 한 종류 이상의재료에 의해 형성되고, 상기 재료의 표면에 플로라이드 부동태막이 형성된 것이 바람직하다.The combustion chamber is formed of at least one material selected from nickel, high nickel containing alloy and monel, and a fluoride passivation film is preferably formed on the surface of the material.
연소실은 스테인레스 및 철강재중에서 선택되는 한 종류 이상의 재료에 의해 형성되어, 상기 재료의 표면에 니켈, 니켈 합금 전기 도금, 전기 주조 도금, 니켈 합금 무전해 도금으로 구성되는 박막 또는 알루미나 또는 알루미늄 나이트라이드로 구성되는 세라믹 박막을 갖으며, 상기 박막의 표면에 플로라이드 부동태막이 형성되는 것이 바람직하다.The combustion chamber is formed by one or more kinds of materials selected from stainless steel and steel, and is composed of a thin film or alumina or aluminum nitride composed of nickel, nickel alloy electroplating, electroforming plating, nickel alloy electroless plating on the surface of the material. It is preferable to have a ceramic thin film, and a fluoride passivation film is formed on the surface of the thin film.
또한, 본 발명은 에칭 가스 또는 클리닝 가스로서 플루오르 가스 또는 할로겐 플로라이드 가스를 이용하는 에칭 공정 또는 클리닝 공정과 그러한 공정으로부터 배출되는 플루오르 가스 또는 할로겐 플로라이드 가스를 함유하는 가스를 연소시키는 제해 공정을 포함하는 반도체 디바이스의 제조 방법으로, 상기 제해 공정이 그 표면에 플로라이드 부동태막이 형성되는 연소실 내에 수행되는 반도체 디바이스의 제조 방법을 제공한다.The present invention also includes an etching process or a cleaning process using fluorine gas or a halogen fluoride gas as an etching gas or cleaning gas, and a decontamination process for combusting a gas containing fluorine gas or halogen fluoride gas discharged from such process. A method for manufacturing a semiconductor device, the method of manufacturing a semiconductor device wherein the above-mentioned decontamination process is performed in a combustion chamber in which a fluoride passivation film is formed on the surface thereof.
상기 플로라이드 부동태막은 니켈 플로라이드로 구성되는 것이 바람직하다.The fluoride passivation film is preferably composed of nickel fluoride.
이하, 본 발명의 바람직한 구체예를 자세하게 설명하고자 한다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail.
본 발명의 배기 가스의 처리 방법에서, 에칭 공정 또는 클리닝 공정으로부터 배출되는 플루오르 가스 또는 할로겐 플로라이드 가스를 함유하는 배기 가스를 그 표면에 플로라이드 부동태막이 형성된 연소실 내에서 연소시킨다. 즉, 본 발명은 플루오르 가스 또는 할로겐 플로라이드 가스뿐만 아니라, 예컨대, 막-성형 가스로서 사용한 SiH4등의 가스 또는 그 밖의 가스를 포함하는 반도체 제조 공정으로부터 배출되는 배기 가스를 소정의 온도에서 무해화 처리하는 것을 포함한다.In the method for treating exhaust gas of the present invention, exhaust gas containing fluorine gas or halogen fluoride gas discharged from an etching process or a cleaning process is burned in a combustion chamber in which a fluoride passivation film is formed on the surface thereof. That is, the present invention detoxifies the exhaust gas discharged from the semiconductor manufacturing process including not only a fluorine gas or a halogen fluoride gas but also a gas such as SiH 4 or the like used as a film-forming gas at a predetermined temperature. Processing.
본 발명의 처리 방법은 플루오르 가스 또는 할로겐 플로라이드 가스를 포함하지 않는 통상의 연소 조건에 비해, 연료의 공급량을 줄이고, 연소 온도를 낮추는 조건하에서 충분히 무해화 처리를 할 수 있으며, 바꾸어 말하면, 무해화하기 쉬운 화합물상에서의 처리가 가능하고, 이러한 적당한 조건하에서 운전함으로써, 제해 장치로부터 배출되는 분해 부산물인 이산화탄소와 NOx의 양을 현저하게 줄일 수가 있다.The treatment method of the present invention can be sufficiently harmlessly treated under the conditions of reducing the amount of fuel supplied and lowering the combustion temperature, compared to normal combustion conditions that do not contain fluorine gas or halogen fluoride gas. It is possible to process on a compound which is easy to operate, and by operating under such suitable conditions, the amount of carbon dioxide and NO x which are decomposition by-products emitted from the decontamination apparatus can be significantly reduced.
본 발명에 따라, 연소 방식의 제해 장치를 이용하여 반도체를 제조하는 공정에 대해 통상 사용되는, SiH4, SiH2Cl2, NH3, PH3, WF6, Si(OC2H5)4, NF3, H2, B2H6, CH4, C2H2등의 막-성형 가스, 클리닝 가스 또는 반도체 제조 공정에서 배출되는 그밖의 가스 성분과 플루오르 가스 및 할로겐 플로라이드 가스를 동시에 제해 처리한다. 이 경우, 배기 가스중에서 처리되는 성분은 플루오르 가스 또는 할로겐 플로라이드 가스뿐이어도 좋다. 배기 가스중에 포함되는 플루오르 가스 또는 할로겐 플로라이드 가스의 농도는 5vol% 이하인 것이 바람직하다.According to the invention, SiH 4 , SiH 2 Cl 2 , NH 3 , PH 3 , WF 6 , Si (OC 2 H 5 ) 4 , which are commonly used for the process of manufacturing a semiconductor using a combustion-type decontamination apparatus Decontamination treatment of fluorine gas and halogen fluoride gas simultaneously with other gaseous components emitted from film-forming gas such as NF 3 , H 2 , B 2 H 6 , CH 4 , C 2 H 2 , cleaning gas or semiconductor manufacturing process do. In this case, only the fluorine gas or the halogen fluoride gas may be a component to be treated in the exhaust gas. The concentration of fluorine gas or halogen fluoride gas contained in the exhaust gas is preferably 5% by mol or less.
본 발명의 연소식 제해 장치의 운전 방법은 도입한 배기 가스가 플루오르 가스 또는 할로겐 플로라이드 가스를 포함하지 않는 연소 조건(예를 들면, 트리플로라이드 질소 가스를 분해하기 위해 필요한 연소 조건)에 비해, 연료의 공급량을 10~30% 낮추고, 연소 온도를 50℃ 이상 저하시킨 운전 조건에 대해서도, 유독 가스성분을 무해화 시키고, 용이하게 분해 제거 가능한 물질로 변환시킬 수가 있다. 따라서, 본 발명의 처리 방법을 이용하면, 제해 장치로부터 배출되는 분해 부산물인 이산화탄소를 사용하는 연료 가스의 삭감량에 비례하게 삭감시킬 수가 있다. 또한, 연소 온도의 저하에 의해 NOx의 생성량도 현저하게 삭감시킬 수가 있어, NOx의 생성량을 5vol ppm 미만으로 달성시키는 것도 가능하다.The operating method of the combustion elimination apparatus of the present invention is compared with the combustion conditions (for example, the combustion conditions necessary for decomposing trifluoride nitrogen gas) in which the introduced exhaust gas does not contain fluorine gas or halogen fluoride gas. Even in the operating conditions in which the fuel supply amount is lowered by 10 to 30% and the combustion temperature is lowered by 50 ° C or more, the toxic gas component can be made harmless and converted into a substance that can be easily decomposed and removed. Therefore, by using the treatment method of the present invention, it is possible to reduce the proportion of the amount of fuel gas using carbon dioxide, which is a decomposition byproduct discharged from the decontamination apparatus. In addition, the amount of NO x produced can be significantly reduced by lowering the combustion temperature, and it is also possible to achieve the amount of NO x produced below 5 ppm by ppm.
연소 온도를 낮추어 운전하는 것은, 운전 관리상, 안전면에 크게 기여하는 것이 분명하고, 배기 가스가 연소하고 있는 부위 또는 그 전실 부분의 기기의 재료 표면 온도가 저하되므로, 장치 재료의 부식 정도가 현저하게 저감 된다. 따라서, 장치의 메인트넌스 빈도를 줄일 수 있고, 장치의 장기적인 수명을 고려하면 비용 이득임이 분명하다.It is obvious that the operation of lowering the combustion temperature greatly contributes to safety aspects in terms of operation management, and since the material surface temperature of the apparatus in the area where the exhaust gas is burned or in its entire chamber part is lowered, the degree of corrosion of the device material is remarkable. Is reduced. Therefore, the maintenance frequency of the device can be reduced, and it is obvious that it is a cost benefit in consideration of the long life of the device.
연소 처리된 배기 가스는 최종적으로 연소식 제해탑의 배기관에 접속되어 있는 알칼리 스크러버와 같은 습식 제해 설비에 대해, 하이드로겐 플로라이드 등의 하이드로겐 할라이드, NOx또는 실리콘 테트라플로라이드와 같은 그 밖의 분해 물질이 흡수 처리된다.The burned exhaust gas is finally decomposed to a hydrolysis facility such as an alkaline scrubber connected to an exhaust pipe of a combustion decontamination tower, such as hydrogen halide such as hydrogen fluoride, NO x or other decomposition such as silicon tetrafluoride. The material is absorbed.
본 발명의 배기 가스의 처리 장치는 배기 가스 도입구, 연료 도입구, 연소전실, 연소실, 공기 도입구 및 배기관을 갖추고 있고, 적어도 연소실의 표면에 플로라이드 부동태막이 형성되어 있는 것을 특징으로 한다.An exhaust gas treatment apparatus of the present invention includes an exhaust gas inlet, a fuel inlet, a combustion chamber, a combustion chamber, an air inlet, and an exhaust pipe, and at least a fluoride passivation film is formed on the surface of the combustion chamber.
도 1은 본 발명의 배기 가스의 처리 방법을 수행할 수 있는 처리 장치의 예를 도시하고 있으며, 플루오르 가스 또는 할로겐 플로라이드 가스를 함유하는 혼합배기 가스를 화염벽에 통과시켜 조연 가스의 와권류(vortex stream)에 도입하여, 연소 분해 처리하는 방식을 이용하는 장치의 예이다.Fig. 1 shows an example of a treatment apparatus capable of carrying out the treatment method of the exhaust gas of the present invention. The mixed winding gas containing fluorine gas or halogen fluoride gas is passed through a flame wall to provide a spiral winding of the supporting gas ( It is an example of the apparatus which introduce | transduces into a vortex stream and uses the system of a combustion decomposition process.
도 1의 장치의 재질은 플루오르 가스 또는 할로겐 플로라이드 가스의 유동을 견디기 위해서 고내식성의 재료가 필수적이다. 연소실 (8)은 연소열에 의해 고온이 됨으로써, 니켈 또는 고니켈 함유 합금 또는 모넬에 의해 형성되어 그 표면에 플로라이드 부동태막이 형성된 것이 바람직하다. 또 다른 바람직한 형태로서, 연소실 (8)은 통상의 스테인레스나 일반 철강재에 의해 형성되어, 그 표면에 니켈, 니켈 합금 전기 도금, 전기 주조 도금 또는 니켈 합금 무전해도금으로 구성되는 박막, 또는 스프레이 코팅 등에 대한 내플루오르 가스성이 우수하고 내열성을 갖는 알루미나 또는 알루미늄 나이트라이드로 구성되는 세라믹 박막을 갖으며, 상기 박막의 표면에 플로라이드 부동태막이 형성된 것이 바람직하다. 니켈 도금의 경우, 우수한 내열성을 달성하기 위해 니켈 붕소계의 무전해도금 처리가 바람직하다. 또한, 연소전실 (7)도 동일한 방식으로, 그 표면에 플로라이드 부동태막이 형성된 것이 바람직하다.The material of the device of FIG. 1 requires a high corrosion resistance material to withstand the flow of fluorine gas or halogen fluoride gas. It is preferable that the combustion chamber 8 is formed by nickel or a high nickel containing alloy or monel by becoming high temperature by the heat of combustion, and the fluoride passivation film was formed in the surface. In another preferred embodiment, the combustion chamber 8 is formed of ordinary stainless steel or ordinary steel, and has a surface formed of nickel, nickel alloy electroplating, electroforming plating, or nickel alloy electroless plating, spray coating, or the like. It is preferable to have a ceramic thin film composed of alumina or aluminum nitride having excellent fluorine gas resistance and heat resistance, and a fluoride passivation film formed on the surface of the thin film. In the case of nickel plating, an electroless plating treatment of nickel boron system is preferred in order to achieve excellent heat resistance. In the same manner as in the combustion chamber 7, a fluoride passivation film is preferably formed on the surface thereof.
장치 부품은 미리 플루오르 가스에서 부동태화 처리를 실시하는 것이 바람직하다. 특히 배기 가스가 연소된 부위의 주위 부분은, 연소 부위로부터의 복사열 및 전열(heat transmission)에 의해 상당히 고온하에 노출된다. 따라서 이 부위의 재료를, 니켈이나 고니켈 함유 합금 또는 모넬로 제작하는 것이 바람직하다. 통상의 스테인레스나 철강재는 니켈 전기 도금, 전기 주조 도금, 니켈 무전해도금과 같은 내식 처리를 수행할 수 있다. 또한, 장치 부재도 동일 방식으로, 미리 플루오르 가스에서 부동태화 처리를 실시하는 것이 바람직하다.It is preferable that the device component is subjected to passivation treatment in fluorine gas in advance. In particular, the surrounding part of the site where the exhaust gas has been burned is exposed to considerably high temperatures by radiant heat and heat transmission from the burned site. Therefore, it is preferable to manufacture the material of this site | part from nickel, a high nickel containing alloy, or a monel. Conventional stainless or steel materials can be subjected to corrosion treatment such as nickel electroplating, electroforming plating, nickel electroless plating. It is also preferable that the device member be subjected to passivation treatment in fluorine gas in advance in the same manner.
플루오르 가스에서 부동태화 처리를 실시한 공지 방법을 이용하여 수행할 수 있고, 예를 들어, 일본 공개 특허 공보 제 11-92912호에 기술된 방법을 사용할 수 있다. 구체적으로, 예컨대, 장치 부품으로서 이용되는 니켈 표면을 우선 강제 산화처리 한 다음, 그 산화 피막을 플루오르 가스와 반응시켜 플로라이드 부동태막을 형성 시킬 수 있다. 스테인레스의 표면에 니켈 박막을 형성시킨 장치 부품을 이용한 경우에도, 동일 방식으로서 산화 및 플루오르화 처리를 행하여, 표면에 플로라이드 부동태막을 형성시킬 수 있다.It can be carried out using a known method that has undergone passivation treatment in fluorine gas, and for example, the method described in Japanese Laid-Open Patent Publication No. 11-92912 can be used. Specifically, for example, the nickel surface used as the device component may be forcibly oxidized first, and then the oxide film may be reacted with fluorine gas to form a fluoride passivation film. Even in the case of using an apparatus component in which a nickel thin film is formed on the surface of stainless steel, the fluoride passivation film can be formed on the surface by performing oxidation and fluorination treatment in the same manner.
상술된 바와 같이, 본 발명에 따라, 에칭 공정 또는 클리닝 공정으로부터 배출되는 플루오르 가스 또는 할로겐 플로라이드 가스를 함유한 배기 가스를, 그 표면에 플로라이드 부동태막이 형성된 연소실을 갖춘 연소 장치에 도입하고, 상기 배기 가스를 연소시킴으로써 효율적으로 배기 가스 처리를 실시할 수가 있다.As described above, according to the present invention, an exhaust gas containing fluorine gas or halogen fluoride gas discharged from an etching process or a cleaning process is introduced into a combustion apparatus having a combustion chamber in which a fluoride passivation film is formed on the surface thereof, and By combusting the exhaust gas, the exhaust gas treatment can be efficiently performed.
본 발명은 에칭 가스 또는 클리닝 가스로서 플루오르 가스 또는 할로겐 플로라이드 가스를 이용하는 에칭 공정 또는 클리닝 공정과, 그러한 공정으로부터 배출되는 플루오르 가스 또는 할로겐 플로라이드 가스를 함유 하는 가스를 연소시키는 제해 공정을 포함하는 반도체 디바이스의 제조 방법으로서, 상기 제해 공정을 그 표면에 플로라이드 부동태막이 형성된 연소실내에서 수행시키는 반도체 디바이스의 제조 방법을 추가로 제공한다.The present invention includes a semiconductor process comprising an etching process or a cleaning process using a fluorine gas or a halogen fluoride gas as an etching gas or a cleaning gas, and a decontamination process of burning a gas containing the fluorine gas or halogen fluoride gas discharged from such a process. As a manufacturing method of a device, the manufacturing method of the semiconductor device which further performs the said removal process in the combustion chamber in which the fluoride passivation film was formed in the surface is further provided.
이하에 실시예 및 비교예를 이용하여 본 발명을 더욱더 상세하게 설명하지만, 본 발명은 이러한 실시예로 한정되는 것은 아니다.Although an Example and a comparative example are given to this invention further in detail below, this invention is not limited to these Examples.
실시예 1Example 1
연소식 제해 장치의 스테인레스제의 연소실 및 그 주위의 부품에 대해서 니켈 도금 및 플루오르 부동태화 처리하고, 플루오르 가스를 이용하는 연소 제해 실험을 실시하였다. 연소식 제해 장치의 운전 조건과 플루오르 도입 조건을 표 1에 나타내었고, 연소 및 제해 후에 배출되는 배기 가스의 조성 분석 결과를 표 2에 나타내었다. 연소실 온도를 연소실 외벽에 부착된 열전대에 의해 측정하였다. 연소 후의 배기 가스 중에 포함되는 일산화 질소 및 이산화질소의 농도를 가스 검지관에 의해 측정하고, 하이드로겐 플로라이드 가스의 농도를 적외 분광법에 의해 측정하였다. 니트로겐 트리플로라이드를 검출기를 이용하여 측정하였다. 포타슘 아이오다이드 수용액와 함께 샘플링을 실시하였고, 샘플액의 소듐 티오설페이트 용액으로 적정함으로써 플루오르 가스 농도를 측정하였고, 유도 결합 플라즈마 발광 분석법에 의해 샘플액의 금속 농도를 측정하였다.Nickel plating and fluorine passivation treatment were performed on the stainless steel combustion chamber of the combustion type decontamination apparatus and its surroundings, and a combustion decontamination experiment using fluorine gas was conducted. The operating conditions and fluorine introduction conditions of the combustion decontamination apparatus are shown in Table 1, and the composition analysis results of the exhaust gas discharged after combustion and decontamination are shown in Table 2. The combustion chamber temperature was measured by a thermocouple attached to the outer wall of the combustion chamber. The concentrations of nitrogen monoxide and nitrogen dioxide contained in the exhaust gas after combustion were measured by a gas detector tube, and the concentration of the hydrogen fluoride gas was measured by infrared spectroscopy. Nitrogen trifluoride was measured using a detector. Sampling was performed with aqueous potassium iodide solution, the fluorine gas concentration was measured by titration with a sodium thiosulfate solution of the sample solution, and the metal concentration of the sample solution was measured by inductively coupled plasma emission spectrometry.
표 2에 나타낸 바와 같이, 연소 후의 배기 가스 중에 일산화 질소 및 이산화질소는 전혀 함유되지 않았고, 연소식 제해 장치에 도입된 플루오르는 전체 양이 반응하였고, 하이드로겐 플로라이드 가스로 변환되었다. 연소 배기 가스 중에는 하이드로겐 플로라이드 가스, 수증기 및 이산화탄소 이외에 연소 반응 생성물이 없다는 것을 적외 분광법과 샘플액의 유도 결합 플라즈마 발광 분석법에 의해 확인하였다.As shown in Table 2, nitrogen monoxide and nitrogen dioxide were not contained in the exhaust gas after combustion at all, and the total amount of fluorine introduced into the combustion decontamination apparatus reacted and was converted into hydrogen fluoride gas. It was confirmed by infrared spectroscopy and inductively coupled plasma emission spectrometry of the sample liquid that the combustion exhaust gas contained no combustion reaction products other than hydrogen fluoride gas, water vapor and carbon dioxide.
비교예 1Comparative Example 1
도입 가스를 플루오르 가스 대신에 니드로겐 트리플로라이드를 이용하여, 니트로겐 트리플로라이드의 유량을 9. 0 L/min로 한 연소 제해 실험을 실시하였다. 연소식 제해 장치의 운전 조건과 니트로겐 플로라이드의 도입 조건을 표 3에 나타내었고, 연소 배기 가스의 조성 분석 결과를 표 4에 나타내었다.Nitrogen trifluoride was used in place of the fluorine gas, and a combustion elimination experiment was conducted in which the flow rate of the nitrogen trifluoride was 9. 0 L / min. The operating conditions of the combustion elimination device and the introduction conditions of the nitrogen fluoride are shown in Table 3, and the analysis results of the combustion exhaust gas are shown in Table 4.
표 3에 나타낸 운전 조건은 배기 가스중에 니트로겐 트리플로라이드 가스가 검출되지 않는 연소 운전 조건을 나타낸다. 따라서, 연소식 제해 장치에 도입된 니트로겐 트리플로라이드는 전체 양이 반응하여, 하이드로겐 플로라이드 가스로 변환하지만, 배출 가스 중에는 일산화 질소 및 이산화질소가 모두 생성되고, 허용 농도를 크게 초과하였다.The operating conditions shown in Table 3 represent combustion operating conditions in which no nitrogen trifluoride gas is detected in the exhaust gas. Thus, the total amount of nitrogen trifluoride introduced into the combustion decontamination apparatus reacts and converts into hydrogen fluoride gas, but both nitrogen monoxide and nitrogen dioxide are generated in the exhaust gas, and greatly exceed the allowable concentration.
비교예 2Comparative Example 2
실시예 1과 비교하여, 연료 메탄 유량을 30 L/min까지 증가시키고, 연소실 온도를 350℃ 이상으로 증가시킨 것 이외에, 실시예 1과 동일한 연소 제해 실험을 실시하였다. 연소식 제해 장치의 운전 조건과 플루오르 도입 조건을 표 5에나타내었고, 연소 배기 가스의 조성 분석 결과를 표 6에 나타내었다.Compared to Example 1, the same combustion decontamination experiment as in Example 1 was conducted except that the fuel methane flow rate was increased to 30 L / min and the combustion chamber temperature was increased to 350 ° C or higher. The operating conditions and fluorine introduction conditions of the combustion elimination device are shown in Table 5, and the results of the composition analysis of the combustion exhaust gas are shown in Table 6.
표 6에 나타낸 바와 같이, 연소식 제해 장치에 도입된 플루오르의 일부는 하이드로겐 플로라이드로서 배출되지 않고, 연소실 및 그 주위의 부재 표면과 반응함으로써 소비되었다. 그 일부는 미세분말로서 금속 플로라이드물이 형성된 것으로 확인되었다. 배기 가스 분석의 결과는 일산화 질소 및 이산화질소의 생성도 확인되었다.As shown in Table 6, part of the fluorine introduced into the combustion elimination apparatus was consumed by reacting with the combustion chamber and its member surface without being discharged as hydrogen fluoride. Part of it was confirmed that metal fluoride was formed as fine powder. The results of the exhaust gas analysis also confirmed the formation of nitrogen monoxide and nitrogen dioxide.
비교예 3Comparative Example 3
연소실의 코팅을 실시하지 않고 스테인레스(SUS304재)를 사용한 것 이외에는 실시예 1과 동일한 연소 제해 실험을 실시하였다. 연소식 제해 장치의 운전 조건과 플루오르의 도입 조건을 표 7에 나타내었고, 연소 배기 가스의 조성 분석 결과를 표 8에 나타내었다.The same combustion decontamination experiment as in Example 1 was conducted except that stainless steel (SUS304 material) was used without coating the combustion chamber. The operating conditions and the fluorine introduction conditions of the combustion elimination device are shown in Table 7, and the composition analysis results of the combustion exhaust gas are shown in Table 8.
표 8에 나타낸 바와 같이, 연소식 제해 장치에 도입된 플루오르의 상당한 비율이 하이드로겐 플로라이드로서 확인되지 않았고, 플로라이드 크롬과 같은 가스 성분도 생성되지 않았다.As shown in Table 8, no significant proportion of fluorine introduced into the combustion decontamination apparatus was identified as hydrogen fluoride, and no gaseous components such as fluoride chromium were produced.
비교예 4Comparative Example 4
연소실의 코팅을 니켈 도금만으로서 하였고, 플루오르 처리를 실시하지 않은 것 이외에는 상기 실시예와 동일한 연소 제해 실험을 실시하였다. 연소식 제해 장치의 운전 조건과 플루오르의 도입 조건을 표 9에 나타내었고, 연소 배기 가스의 조성 분석 결과를 표 10에 나타내었다.The coating of the combustion chamber was made of nickel plating only, and the same combustion control experiment as in the above example was conducted except that no fluorine treatment was performed. The operating conditions of the combustion elimination device and the introduction conditions of fluorine are shown in Table 9, and the composition analysis results of the combustion exhaust gas are shown in Table 10.
표 10에 나타낸 바와 같이, 연소식 제해 장치에 도입된 플루오르 가스는 연소 장치 재료 표면과 반응함으로써 약간 소모되었다.As shown in Table 10, the fluorine gas introduced into the combustion decontamination apparatus was consumed slightly by reacting with the combustion apparatus material surface.
비교예 5Comparative Example 5
도입 가스를 니트로겐 트리플로라이드로서, 니트로겐 트리플로라이드의 유량을 9. 0 L/min로 한 것 이외에는 실시예 1과 동일한 연소 제해 실험을 실시하였다. 단, 연소실의 표면 처리는 하지 않고 스테인레스(SUS304)만을 사용하였다. 연소식 제해 장치의 운전 조건과 니트로겐 트리플로라이드 질소의 도입 조건을 표 11에 나타내었고, 연소 배기 가스의 조성 분석 결과를 표 12에 나타내었다.The combustion elimination experiment was carried out in the same manner as in Example 1 except that the introduction gas was used as the nitrogen trifluoride, and the flow rate of the nitrogen trifluoride was set to 9. 0 L / min. However, only stainless steel (SUS304) was used without surface treatment of the combustion chamber. The operating conditions of the combustion elimination device and the introduction conditions of nitrogen trifluoride nitrogen are shown in Table 11, and the composition analysis results of the combustion exhaust gas are shown in Table 12.
표 12에 나타낸 바와 같이, 연소식 제해 장치에 도입된 니트로겐 트리플로라이드를 반응시켜 플로라이드 수소 가스로 변환시켰지만, 그 일부가 장치 재료와의 반응에 의해 소실된 반면, 일산화 질소 및 이산화질소 모두가 생성되어 허용 농도를 크게 초과하였다.As shown in Table 12, the nitrogen trifluoride introduced into the combustion decontamination unit was reacted and converted to fluoride hydrogen gas, but part of it was lost by reaction with the device material, while both nitrogen monoxide and nitrogen dioxide Produced significantly exceeded the allowable concentration.
연소 및 제해의 운전 종료 후, 실시예 1 및 비교예 1, 비교예 2, 비교예 3, 비교예 4, 비교예 5의 연소실의 내면에 대한 금속 표면 분석을 실시하였다. 그 측정은 에너지 분산형 X선 분석장치로 수행하였다.After the operation of combustion and decontamination, metal surface analysis was performed on the inner surfaces of the combustion chambers of Example 1, Comparative Example 1, Comparative Example 2, Comparative Example 3, Comparative Example 4, and Comparative Example 5. The measurement was performed with an energy dispersive X-ray analyzer.
니켈을 표면 처리한 연소실은 큰 손상도 없고 플루오르 가스 및 니트로겐 트리플로라이드에 대하여 큰 내식성을 나타내었다.The combustion chamber, surface-treated with nickel, showed no significant damage and exhibited high corrosion resistance against fluorine gas and nitrogen trifluoride.
다음에 실시예 1 및 비교예 1, 비교예 2, 비교예 3, 비교예 4, 비교예 5의 연소 제해를 실시한 후의 연소전실의 내면에 대하여 금속 표면 분석을 실시하였다. 측정은 에너지 분산형 X선 분석장치로 수행하였다.Next, the metal surface analysis was performed about the inner surface of the combustion chamber after the combustion removal of Example 1, Comparative Example 1, Comparative Example 2, Comparative Example 3, Comparative Example 4, and Comparative Example 5. The measurement was performed with an energy dispersive X-ray analyzer.
비교예 3은 재료로부터 Cr이 현저한 소실이 있음을 확인하였다. 비교예 5의 경우에서도 Cr농도가 약간 감소하였다. 현미경 관찰에서는 크랙도 나타났고, Cr 플로라이드물이 형성되고 기화하는 현상 뿐만 아니라, 스테인레스 소재의 Fe 2가에서 3가로의 고차 플로라이드 형성 반응이 일어나는 등, 플로라이드 형성막이 벗겨지는 것이 나타났다.Comparative Example 3 confirmed that there was a significant loss of Cr from the material. In the case of Comparative Example 5, Cr concentration was slightly decreased. The microscopic observation also showed cracks, and not only the formation and evaporation of the Cr fluoride, but also the peeling of the fluoride-forming film such as the formation of a higher order fluoride from trivalent Fe 2 valent in the stainless material.
연소실과 연소전실의 스테인레스의 손상 상태는, 플루오르 가스와 니트로겐 트리플로라이드를 비교하면, 플루오르 가스를 연소한 비교예 3의 Cr농도 변화가 모두 컸고, 외관상도 현저하게 손상되었다.As for the damaged state of the stainless steel of a combustion chamber and a combustion chamber, when the fluorine gas and the nitrogen trifluoride were compared, all the Cr concentration changes of the comparative example 3 which burned fluorine gas were large, and the appearance was remarkably damaged.
연소실과 연소전실의 스테인레스의 손상 상태 연소실과 비교하면, 연소실보다 연소전실이 플루오르 가스, 니트로겐 트리플로라이드 어느 경우에 대해서도 연소전실이 Cr농도 변화가 모두 컸고, 외관상도 현저하게 손상되었다. 이는 연소실, 특히 그 벽의 부위에서, 연료 가스의 연소시에 산화염에 의한 산화 반응이 우세하기 때문이라 생각된다.In the case of the combustion chamber and the stainless steel in the combustion chamber, compared to the combustion chamber, both the fluorine gas and the nitrogen trifluoride in the combustion chamber were larger in the Cr concentration than in the combustion chamber. This is considered to be because the oxidation reaction by the oxidizing salt predominates in the combustion chamber, particularly in the part of the wall thereof.
상술된 바와 같이, 본 발명의 처리 방법을 이용함으로써, 플루오르 가스 또는 할로겐 플로라이드 가스가 고농도이거나 대량으로 배출되었을 경우, 또는 이들을 포함하여, 다른 성질의 가스를, 동시에 동일한 제해 장치를 이용하여 처리할 수가 있다. 본 발명의 방법은 반도체의 제조 공정에서 바람직하게 사용되고, 안전 대책을 충분히 고려한 효율적이고 경제적인 제해 처리 방법이며, 지구 환경을 보전하는 것으로, 산업상의 이용 가치가 높다.As described above, by using the treatment method of the present invention, when the fluorine gas or the halogen fluoride gas is discharged in a high concentration or in a large amount, or the gases of different properties, including these, the same decontamination apparatus can be treated at the same time. There is a number. The method of the present invention is preferably used in a semiconductor manufacturing process, is an efficient and economical decontamination treatment method that fully considers safety measures, and conserves the global environment, and has high industrial utility.
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