KR20040010887A - 가스 정화 장치 - Google Patents

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KR20040010887A
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Abstract

반도체 제조 공정에서 배출되는 폐가스를 정화하는 가스 정화 장치가 개시되어 있다. 상기 장치는 미 반응가스 및 폐가스를 연소 및 열 분해시키기 위한 버닝 챔버가 구비되어 있다. 상기 버닝 챔버와 연결되고, 상기 버닝 챔버에서 생성된 파티클을 흡착하기 위한 세정액이 수용된 습식 챔버가 구비되어 있다. 상기 버닝 챔버와 상기 습식 챔버를 연결하는 파티클 배출라인으로부터 분기되어 소정의 각도로 틸트(Tilt)되어 있는 가스 배기라인이 구비되어 있다. 상기 가스 배기라인과 연결되고, 상기 버닝 챔버에서 생성된 연소가스에 포함되어 있는 파티클을 제거하고, 상기 파티클을 상기 습식 챔버로 유입시키는 파티클 제거부가 구비되어 있다. 상기와 같은 구성요소를 포함하는 가스 정화 장치는 폐가스를 효과적으로 여과하여 환경오염을 방지할 수 있다

Description

가스 정화 장치{apparatus for Scrubbing gas}
본 발명은 가스 정화 장치에 관한 것으로써, 보다 상세하게는 반도체 제조 공정에서 배출되는 미반응 가스 및 폐가스를 처리하는 가스 정화 장치에 관한 것이다.
근래에 컴퓨터와 같은 정보 매체의 급속한 보급에 따라 반도체 장치도 비약적으로 발전하고 있다. 그 기능 면에 있어서, 상기 반도체 장치는 고속으로 동작하는 동시에 대용량의 저장 능력을 가질 것이 요구된다. 이에 따라 상기 반도체 장치는 집적도, 신뢰도 및 응답 속도 등을 향상시키는 방향으로 제조 기술이 발전되고 있다. 이와 같이, 상기 반도체 제조 기술이 발전함에 따라 상기한 반도체 제조 공정은 그 공정의 특성상, 인체에 치명적인 각종 유독성, 부식성, 인화성 가스를 다량으로 사용하는 것이 일반적이다.
예를 들어, 대표적인 반도체 제조 공정중 하나인 CVD(CVD: Chemical Vapor Deposition) 공정에서는 예컨대, 다량의 실란, 디클로로 실란, 암모니아, 산화질소, 아르신, 포스핀, 디보론, 보론, 트리클로라이드 등의 유독성 가스를 사용한다.
이러한 CVD 공정 이외에도, 플라즈마 에칭, 에피택시 증착, 스퍼터링 등과 같은 여러 종류의 반도체 공정들에서도 상술한 각종 유독성 가스를 다량으로 사용하고 있다
상술한 바와 같이, 반도체 제조공정에 사용되는 가스는 그 독성이 매우 심각한 바, 만약, 반도체 제조 공정 후에, 유독성인 미 반응가스 및 폐가스를 아무런 정화 공정 없이 대기중으로 무단 방출할 경우, 인체 및 생태계에 심각한 영향이 미칠 수 있다. 따라서, 종래의 생산라인에서는 라인 내부의 일정 영역에 폐가스를 전담 처리할 수 있는 폐가스 처리시스템을 고정 배치하고, 이 폐가스 처리 시스템을 이용하여, 반도체 제조공정 중 발생하는 유독성 가스를 일정 수준 이상으로 정화 처리하는 공정이 필요하다.
이와 같이 제거대상이 되는 폐가스 성분을 정화시키기 위해 다양한 처리기법이 적용되는데, 일례로 반도체 장치 제조 공정 동안 배출되는 유해성 폐가스를 처리하는 방법은 대표적으로 세 가지를 들 수 있다.
첫째로, 버닝 챔버에서 상기 폐가스를 고온에서 분해 또는 연소시키는 버닝(burning)방식과 둘째로, 습식조에 저장된 세정액에 상기 가스를 통과시켜 상기 세정액에 용해시키는 웨팅(wetting)방식이 있다. 또한 셋째로, 발화되지 않거나 물에 녹지 않는 유해성 가스가 흡착제를 통과하는 동안, 흡착제에 물리적 또는 화학적인 흡착되어 정화하는 흡착 방식이 있다.
상기 미 반응가스 및 폐가스를 정화하기 위한 가스 정화 장치의 대한 일 예는 미합중국 특허 제5,353,820호(S.S Shiban et al)에 개시되어 있다.
도 1은 종래의 가스 정화 장치를 나타내는 구성도이다.
도 1을 참조하면, 반도체 장치의 공정 챔버에서 배출되는 폐가스를 제1유입구(11a)통하여 가스 정화 장치의 버닝 챔버(10)로 유입된다. 이어서, 상기 폐가스를 연소시키는데 필요한 산소를 제2유입구(11b)를 통하여 상기 버닝 챔버(10)로 유입된다. 상기 버닝 챔버(10)로 유입된 폐가스 및 산소는 고열에 의해 연소되어 연소 가스와 다량의 파티클이 발생하게 된다. 상기 파티클은 상기 버닝 챔버(10) 하방에 위치한 제1배기라인(12)을 통하여 습식 챔버(20)로 유입된다.
그리고, 상기 연소 가스는 상기 제1배기라인(12)에서 분기된 제2배기라인(14)을 통하여 배기부(16)로 유입된 후 배출된다. 상기 배기부에(16)는 다수개의 세정액 분사부(18a,18b,18c,18d)가 형성되어 있어 상기 연소 가스에 포함된 미세 파티클을 제거하는 역할을 한다. 그러므로 상기 가스 정화 장치는 미 반응가스 및 폐가스를 효과적으로 정화시킬 수 있다.
그러나, 상기와 같은 구조를 갖는 가스 정화 장치는 상기 연소 가스에 포함된 미세 파티클이 제2배기라인(14)을 통과하는 동안 상기 파티클이 흡착되어 상기 제2배기라인(14) 상에 적재되는 현상이 발생한다. 그러므로, 상기 제2배기라인(14)이 막히는 상황이 발생하여 가스 정화 장치의 전체적인 기능이 크게 저하된다. 따라서, 종래의 생산라인에서는 이 적재된 파티클을 제거하기 위한 클리닝 작업을 수시로 진행해야한다.
그런데, 이와 같이, 잦은 클리닝 작업을 진행하기 위해서는 장치를 다운시켜야 하기 때문에, 결국, 생산라인에서는 전체적인 장치 가동률이 현저히 저하되는 문제점 발생한다.
이에, 상술한 종래의 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은, 반도체 장치의 제조 공정의 배출되는 미 반응가스 및 폐가스를 효과적으로 정화하고, 상기 가스 정화 장치의 배출라인 내에 적재되는 파티클을 최소화시키기 위한 가스 정화 장치를 제공하는데 있다.
도 1은 종래의 가스 정화 장치를 나타내는 구성도이다.
도 2는 본 발명의 제1실시예에 따른 가스 정화 장치를 나타내는 구성도이다.
도 3은 본 발명의 제2실시예에 따른 가스 정화 장치를 포함하는 반도체 제조 장치의 가스 흐름을 나타내는 구성도이다.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*
50 : 버닝 챔버52 : 제1유입라인
54 : 제2유입라인 60 : 습식 챔버
70 : 파티클 배출라인80 : 가스 배출라인
90 : 파티클 제거부100 : 배출부
110 : 세정액 분사구120 : 흡착 필터
이에, 본 발명의 목적을 달성하기 위한 가스 정화 장치는,
미 반응가스 및 폐가스를 연소 및 열 분해시키기 위한 버닝 챔버;
상기 버닝 챔버와 연결되고, 상기 버닝 챔버에서 생성된 파티클을 제공받아상기 파티클을 흡착 및 수용하기 위한 세정액이 수용되어 있는 습식 챔버;
상기 버닝 챔버와 상기 습식 챔버를 연결하는 파티클 배출라인으로부터 분기되어 소정의 각도로 틸트(Tilt)되고, 상기 버닝 챔버에서 생성된 연소가스를 배기시키기 위한 가스 배기라인; 및
상기 가스 배기라인과 연결되고, 상기 버닝 챔버에서 생성된 연소가스에 포함되어 있는 파티클을 제거하고, 상기 연소가스의 파티클을 상기 세정 챔버로 유입시키는 파티클 제거부를 포함하고 있다.
상기와 같은 구성요소를 포함하는 가스 정화 장치는 공정 챔버에서 배출되는 미 반응가스 및 폐가스를 효과적으로 정화하고, 상기 장치에서 생성되는 파티클이 내부에 축적되어 상기 가스 배출관이 막히는 현상을 방지할 수 있다.
이하, 본 발명을 도면에 따라서 더욱 상세히 설명하기로 한다.
도 2는 본 발명의 제1실시예에 따른 가스 정화 장치를 나타내는 구성도이다.
도 2를 참조하면, 상기 반도체 장치를 제조하는 공정 챔버에서 배출되는 미 반응가스 및 폐가스를 정화시키기 위해 열분해 및 습식 흡착 공정을 수행하는 가스 정화 장치는 버닝 챔버(50), 습식 챔버(60), 파티클 배출라인(70), 가스 배기라인(80), 파티클 제거부(90) 및 배출구(100)를 포함하고 있다.
상기 버닝 챔버(50)는 내벽과 외벽으로 형성된 2중 구조를 갖고, 그 상부에는 미 반응가스 및 폐가스를 상기 버닝 챔버(50) 내부로 유입하기 위한 제1유입라인(52)과 상기 미반응가스 및 폐가스의 연소에 필요한 공기를 유입하기 위한 제2유입라인(54)이 형성되어 있다.
그리고, 상기 버닝 챔버(50) 하부에는 생성된 파티클을 배출하기 위한 파티클 배출라인(70)이 형성되어 있고, 상기 버닝 챔버(50)의 내부에는 상기 미 반응가스 및 폐가스를 고온에서 공기와 반응시켜 연소 및 열 분해시키기 위한 가열수단(도시하지 않음)이 구비되어 있다.
상기 반응 챔버(50)의 외벽은 열의 손실을 차단하기 위해 단열 처리되고, 상기 내벽은 고온 반응이 일어남으로 충분한 열전도성을 갖는 재료로 구성되어 있다.
상기 버닝 챔버(50)는 폐가스와 공기를 약600 내지 800℃의 온도에서 반응시켜 상기 폐가스인 SiH4가 산화되어 SiO2파티클을 생성함으로써, 유독가스인 SiH4를 제거함과 동시에 파티클인 산화규소(SiO2)를 형성할 수 있다. 즉, SiH4+ 2O2-〉 SiO2+ 2H2O가 되므로, 폐가스 내의 유독가스인 SiH4가 산화규소(SiO2)로 형성되고, 여기서 생성된 산화규소(SiO2)는 파티클 배출라인(70)을 통하여 습식 챔버(60)로 유입된다.
상기 습식 챔버(60)는 상기 버닝 챔버(50)와 연결되어 있는 파티클 배출라인(70)과 연결되고, 상기 미 반응가스와 폐가스가 연소 및 열 분해되어 생성된 파티클은 상기 파티클 배출라인(70)을 통하여 상기 습식 챔버(60)로 유입된다. 이렇게 유입된 파티클은 상기 습식 챔버(60)에 수용된 세정액에 의해 반응 및 흡착되고, 상기 습식 챔버(60)에 수용된 후 상기 습식 챔버(60) 일측에 형성된 세정액 배출구를 통해 상기 파티클과 세정액이 함께 배출된다.
그리고, 상기 습식 챔버(60)로 유입된 연소가스 중 산, 염기가스 및 수용성가스는 상기 세정액과 반응하여 중화되거나 세정액에 녹아 제거 될 수 있다. 또한 상기 습식 챔버(60)에는 상기 미 반응한 연소가스를 배출시키기 위한 가스 배출구(100)와 가스 라인을 통하여 연결되어 있다.
상기 가스 배기라인(80)은 상기 버닝 챔버(50)와 상기 습식 챔버(60)를 연결하는 파티클 배출라인(70)에서 분기되어 형성되고, 상기 가스 배기라인(80) 내부에 상기 파티클의 축적을 방지하면서 상기 버닝 챔버에서 생성된 연소가스를 파티클 제거부(90)로 배출시키는 통로를 제공한다.
상기 가스 배기라인(80)은 30°각도로 틸트(Tilt)되어 있어 상기 연소가스에 포함되어 있는 미세 파티클이 이 상기 가스 배기라인(80)을 통하여 파티클 제거부(90)로 제공될 때 상기 미세 파티클이 상기 가스 배기라인(80) 내부 적재되어 상기 가스 배기라인(80)이 막히는 것을 최소화할 수 있다.
그리고, 상기 가스 배기라인(80) 내부에는 상기 파티클이 적재되었을 때 효과적으로 제거하기 위한 세정액 분사부(110e)가 구비되어 있어 상기 적재된 파티클을 상기 분사부(110e)에서 분사된 세정액에 의해 효과적으로 제거할 수 있다. 또한 상기 가스 배기라인(80)이 5 내지 85 °각도 내에서 틸트(Tilt)되어 있어 세정액에 의해 제거되는 파티클이 상기 세정액의 흐름에 따라 손쉽게 상기 습식 챔버(60)로 유입될 수 있다.
상기 파티클 제거부(90)는 상기 가스 배기라인(80), 배출구(100) 및 습식 챔버(60)와 유기적인 관계로 연결되어 있고, 상기 버닝 챔버(50)에서 생성되어 연소가스에 포함된 미세파티클을 필터링할 수 있도록 다수개의 흡착필터(120a,120b,120c) 및 다수개의 세정액 분사구(110a,110b,110c,110d)가 구비되어 있다.
상기 가스 배기라인(80)을 통과한 연소가스는 파티클 제거부(90)에 유입되고, 제1흡착 필터(120a)를 통과한 연소가스는 제1세정액 분사구(110a)의 영역을 통과한다. 이어서, 상기 연소가스는 제2흡착필터(120b)를 통과하게 되고, 상기 제2흡착 필터(120b)를 통과한 연소가스는 다시 제2세정액 분사구(110b)의 영역을 통과한 후 제3흡착 필터(120c)를 통과하게 된다. 그리고, 제3흡착 필터(120c)를 통과한 연소가스는 제3세정액 분사구(110c) 및 제4 세정액 분사구(110d)의 영역을 통과하여 배출구(100)로 배출된다.
상기 흡착 필터(120a,120b,120c)는 촘촘한 격자를 형성하도록 적충된 스테인레스 망들로 형성되어 상기 파티클 제거부 내부에 구비되어 있다. 또한 세정액 분사구는 각각의 흡착 필터 상부에 위치하여 연소가스에 존재하는 미세 파티클을 효과적으로 필터링 할 수 있다. 상기와 같은 방식으로 필터링된 파티클은 상기 분사부(110)에서 분사된 세정액에 의해 습식 챔버(60)로 유입된다.
이와 같은 구성요소를 갖는 가스 정화 장치는 환경오염을 발생시키는 유독성 폐가스를 효과적으로 정화할 수 있다.
도3은 본 발명의 제2실시예에 따른 가스 정화 장치를 포함하는 반도체 제조 공정 장치의 가스 흐름을 나타내는 구성도이다.
도 3을 참조하면, 본 발명 가스 정화 장치를 포함하는 반도체 제조 공정 장치는 공정가스 제공부(200), 캐리어가스 제공부(210), 가스혼합부(220), 가스 제거부(230), 공정 챔버(240), 버닝 챔버(250), 습식 챔버(260), 파티클 제거부(270) 및 배출구(280)를 포함하고 있다.
먼저, 공정가스 제공부(200)로부터 제공된 공정가스는 가스 혼합부(Ampule; 220)로 유입된다. 이어서, 캐리어가스 제공부(210)로부터 제공된 캐리어가스(H2)는 가스 혼합부(220)로 유입된다. 상기 캐리어가스는 상기 케미컬을 공정 챔버(240)로 제공할 수 있도록 운반하는 역할을 한다.
이어서, 상기 가스 혼합부(220)에 유입된 케미컬과 캐리어가스(H2)는 가스 혼합부(220)에서 혼합되어 가스 제거부(Degas box;230)로 유입된다.
상기 가스 제거부(230)로 유입된 공정가스와 캐리어가스(H2)는 반도체 제조 공정에 필요한 공정가스만을 상기 공정 챔버(240)로 제공하기 위해 상기 캐리어가스를 분리하고, 분리된 캐리어가스를 제1 유입라인을 통하여 버닝 챔버(250)로 제공한다.
그리고, 상기 공정 가스는 공정 챔버(240) 내로 유입되고, 반도체 장치 제조 공정에 이용된 후 미 반응가스 및 폐가스로 형성된다. 상기 공정 챔버(240)에서 형성된 상기 미 반응가스 및 폐가스는 인체에 유해한 독성을 갖기 때문에 정화 공정을 수행하여 배출시켜야 한다.
이어서, 상기 미 반응가스 및 폐가스는 제2유입라인을 통하여 버닝 챔버(250)로 유입되고, 상기 버닝 챔버(250)로 유입된 가스는 약 600 내지 800℃에서 공기와 반응하여 연소되고, 파티클과 연소가스를 생성한다.
이어서, 상기 버닝 챔버(250)에서 생성된 파티클은 세정액을 수용하고 있는 습식 챔버(260)에 유입되어 세정되고, 상기 습식 챔버(260)에 수용된다. 또한, 상기 습식 챔버로 유입된 소정의 연소가스는 상기 습식 챔버(260) 일측에 연결된 배기라인을 통하여 배출구(280)로 배출된다.
그리고, 상기 버닝 챔버(250)에서 생성된 연소가스는 미세 파티클을 포함하고 있기 때문에 파티클 제거부(270)로 유입된 후 배출구(280)를 통하여 배출된다. 상기 파티클 제거부(270)에는 파티클 흡착 필터와 다수개의 세정액 분사구가 구비되어 있어, 상기 연소가스에 포함되어 있는 미세 파티클을 제거하고, 제거된 미세 파티클은 상기 습식 챔버(260)로 유입시킨다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명은 버닝 챔버에서 배출되는 가스 배기라인이 소정의 각도로 틸트(Tilt)됨으로 인해 연소 가스에 포함되어 있는 미세 파티클의 흡착을 감소시키고, 상기 가스 배기라인 내에 세정액 분사구을 더 구비함으로써 상기 파티클을 효과적으로 제거할 수 있다. 따라서, 적재된 파티클을 제거하기 위한 잦은 클리닝 작업 진행을 방지하여 생산라인에서는 전체적인 장치 가동률을 최대화할 수 있다. 또한, 상기 미세파티클 들을 효과적으로 제거하여 독성물질의 배출 방지로 인한 환경 오염을 방지할 수 있다.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수있음을 이해할 수 있을 것이다.

Claims (4)

  1. 미 반응가스 및 폐가스를 연소 및 열 분해시키기 위한 버닝 챔버;
    상기 버닝 챔버와 연결되고, 상기 버닝 챔버에서 생성된 파티클을 제공받아 상기 파티클을 흡착 및 수용하기 위한 세정액이 수용되어 있는 습식 챔버;
    상기 버닝 챔버와 상기 습식 챔버를 연결하는 파티클 배출라인으로부터 분기되어 소정의 각도로 틸트(Tilt)되고, 상기 버닝 챔버에서 생성된 연소가스를 배기시키기 위한 가스 배기라인; 및
    상기 가스 배기라인과 연결되고, 상기 버닝 챔버에서 생성된 연소가스에 포함되어 있는 파티클을 제거하고, 상기 연소가스의 파티클을 상기 세정 챔버로 유입시키는 파티클 제거부를 포함하는 것을 특징으로 하는 가스 정화 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 가스 배기라인은 5 내지 85°각도로 틸트(Tilt)되어 있는 것을 특징으로 하는 가스 정화 장치.
  3. 제2항에 있어서, 상기 가스 배기라인 내부에는 상기 파티클이 축적되지 않도록 세정액 분사부를 구비하는 것을 특징으로 하는 가스 정화 장치.
  4. 제1항에 있어서, 상기 파티클 제거부는 상기 연소가스에 포함되어 있는 파티클을 흡착하여 제거하기 위한 다수개의 세정액 분사부를 구비하는 것을 특징으로하는 가스 정화 장치.
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KR1020020043919A KR20040010887A (ko) 2002-07-25 2002-07-25 가스 정화 장치

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