KR20070036249A - Method of exhausting a process gas and apparatus for performing the same - Google Patents

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백승용
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김호남
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Abstract

배기 가스의 발화 사고를 방지할 수 있는 공정 가스의 배기 방법에 있어서, 기판이 수용된 반응 챔버 내부로 상기 기판을 처리하기 위한 공정 가스를 제공한다. 상기 공정 가스를 이용하여 상기 기판에 대한 처리 공정을 수행한다. 상기 챔버 내부로부터 미반응 가스와 반응 부산물을 포함하는 배기 가스를 배출시킨다. 상기 배기 가스에 포함된 미반응 가스의 농도를 희석시키기 위한 희석 가스를 제공하여 상기 농도를 자연 발화 한계점 이하로 감소시킨다. 상기 희석된 배기 가스를 정화시켜 대기 중으로 배출시킨다. 따라서, 배기 가스가 인화 한계점 이상의 농도의 상태에서 대기 중으로 배기되어 자연 발화하는 사고를 미연에 방지할 수 있다.In the method for evacuating a process gas capable of preventing an ignition accident of the exhaust gas, a process gas for treating the substrate is provided in a reaction chamber in which the substrate is accommodated. The process gas is performed using the process gas. Exhaust gas containing unreacted gas and reaction by-products is discharged from the chamber. A diluent gas is provided to dilute the concentration of unreacted gas contained in the exhaust gas to reduce the concentration below the spontaneous ignition threshold. The diluted exhaust gas is purified and discharged to the atmosphere. Therefore, it is possible to prevent the accident that the exhaust gas is exhausted into the atmosphere in the state of the concentration above the flammable limit and spontaneously ignites.

Description

공정 가스의 배기 방법 및 이를 수행하기 위한 기판 가공 장치{Method of exhausting a process gas and apparatus for performing the same}Method of exhausting a process gas and apparatus for performing the same

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 공정 가스의 배기 방법을 설명하기 위한 개략적인 순서도이다.1 is a schematic flowchart illustrating a method of evacuating a process gas according to an embodiment of the present invention.

도 2는 도 1에 도시된 공정 가스의 배기 방법을 수행하기 위한 기판 가공 장치를 설명하기 위한 개략적인 단면도이다.FIG. 2 is a schematic cross-sectional view for describing a substrate processing apparatus for performing the method of evacuating the process gas shown in FIG. 1.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *Explanation of symbols on the main parts of the drawings

100 : 기판 가공 장치 110 : 반응 챔버100 substrate processing apparatus 110 reaction chamber

120 : 공정 가스 제공부 122 : 공정 가스 공급 라인120: process gas supply unit 122: process gas supply line

124 : 공정 가스 탱크 126 : 제1 질량 유량계124: process gas tank 126: first mass flow meter

130 : 배기부 132 : 배기 라인130: exhaust part 132: exhaust line

136 : 펌프 140 : 희석 가스 제공부136: pump 140: dilution gas providing unit

142a : 희석 가스 라인 142b : 보조 라인142a: dilution gas line 142b: auxiliary line

144 : 희석 가스 탱크 145 : 제어부144: dilution gas tank 145: control unit

146 : 제2 질량 유량계 148 : 수동 밸브146: second mass flow meter 148: manual valve

149a : 유량 측정계 149b : 압력계149a: flow meter 149b: pressure gauge

150 : 가스 스크러버150: gas scrubber

본 발명은 기판 가공 장치에 관한 것이다. 보다 상세하게는, 인화성 가스를 이용하여 반도체 기판 상에 소정의 막을 형성시키기 위한 기판 가공 장치에 관한 것이다.The present invention relates to a substrate processing apparatus. More specifically, the present invention relates to a substrate processing apparatus for forming a predetermined film on a semiconductor substrate using flammable gas.

최근, 반도체 장치의 제조 기술은 소비자의 다양한 욕구를 충족시키기 위해 집적도, 신뢰도 및 응답 속도 등을 향상시키는 방향으로 발전하고 있다. 일반적으로, 상기 반도체 장치는 반도체 기판으로 사용되는 실리콘웨이퍼 상에 증착 공정, 사진 공정, 식각 공정, 이온 주입 공정, 확산 공정 등과 같은 일련의 단위 공정들을 순차적으로 수행함으로써 제조된다.Recently, the manufacturing technology of the semiconductor device has been developed in the direction of improving the degree of integration, reliability and response speed, etc. in order to meet various needs of consumers. In general, the semiconductor device is manufactured by sequentially performing a series of unit processes such as a deposition process, a photographic process, an etching process, an ion implantation process, and a diffusion process on a silicon wafer used as a semiconductor substrate.

그런데, 상기 반도체 제조를 위한 단위 공정을 수행하기 위해서는 상기 실리콘웨이퍼를 가공 처리하기 위한 다양한 종류의 인화성 및 유독성 화학물질들이 필수불가결하게 사용된다. 특히, 인화성 및 유독성 가스가 누설되거나 또는 폭발할 경우 인명 피해와 더불어 막대한 경제적 손실을 피하기 어렵다. 따라서, 상기 가스의 사용시 매우 세심한 주의를 필요하다.However, in order to perform the unit process for manufacturing the semiconductor, various kinds of flammable and toxic chemicals for processing the silicon wafer are indispensably used. In particular, if the flammable and toxic gas leaks or explodes, it is difficult to avoid the loss of life and enormous economic losses. Therefore, great care should be taken when using the gas.

참고로, 물질안전보건자료(Material Safety Data Sheet; MSDS)는 화학물질의 이름, 물리화학적성질, 유해위험성, 폭발/화재시 방재요령, 환경에 미치는 영향 등을 기록한 서류로서 화학물질에 대한 취급 설명서에 비유할 수 있는데 근로자의 생명 및 건강 보호, 산업재해 및 직업병 예방의 근원적 효과적인 예방 방법이 기재되 어 있다.For reference, the Material Safety Data Sheet (MSDS) is a document that records the chemical name, physical and chemical properties, hazards, disaster prevention measures in case of explosion / fire, and environmental impact. This can be likened to the fundamental effective prevention measures for the protection of workers' lives and health, the prevention of industrial accidents and occupational diseases.

예를 들면, 상기 증착 공정 중에서 실리콘 웨이퍼 상에 폴리실리콘층을 형성하기 위한 화학 기상 증착 공정에는 인화성이 강한 실란(silane, SiH4) 가스가 주로 사용된다(상기 MSDS에 의하면 실란은 자연 발화성 및 유독성 물질로 분류되어 있다). 구체적으로, 상기 증착 공정이 시작되면 실란 가스는 소정의 압력 및 온도로 설정된 퍼니스와 같은 반응 챔버 내부로 공급된다. 상기 공정이 진행되면서 실란 가스로부터 분해된 실리콘 성분이 실리콘웨이퍼 상에 증착되어 실리콘층을 형성하고, 상기 반응 챔버 내부에 잔류하는 미반응 실란 가스를 포함하는 배기 가스는 펌프에 의해 지속적으로 펌핑된다. 실란 가스는 유독성이 강하기 때문에 스크러버(scrubber)라 불리는 정화 장치를 통해 정화된 후에 대기 중으로 배출된다.For example, a highly flammable silane (silane, SiH 4 ) gas is mainly used in a chemical vapor deposition process for forming a polysilicon layer on a silicon wafer during the deposition process. Are classified as substances). Specifically, when the deposition process is started, silane gas is supplied into the reaction chamber, such as a furnace, set to a predetermined pressure and temperature. As the process proceeds, the silicon component decomposed from the silane gas is deposited on the silicon wafer to form a silicon layer, and the exhaust gas including the unreacted silane gas remaining in the reaction chamber is continuously pumped by a pump. Silane gas is highly toxic and is then discharged into the atmosphere after being purified through a purifier called a scrubber.

한편, 상기 MSDS를 참조하면, 상기 배기 가스 중의 실란 가스의 농도가 대략 1.0%(최저인화한계점)를 초과한 상태에서 공기에 노출되면 자연적으로 점화될 수 있다. 때문에, 상기 실란 가스와 같은 인화성이 강한 공정 가스를 포함하는 배기 가스를 최저인화한계점 이하의 농도로 희석한 후에 안전하게 배기할 수 있는 기술이 요구되고 있다.Meanwhile, referring to the MSDS, when the concentration of silane gas in the exhaust gas exceeds about 1.0% (minimum flash point), it may be naturally ignited when exposed to air. Therefore, there is a demand for a technique capable of safely evacuating an exhaust gas containing a highly flammable process gas such as the silane gas after diluting it to a concentration below a minimum flash limit.

상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 제1 목적은 인화성이 강한 공정 가스를 대기 중으로 안전하게 배기하는 방법을 제공하는 데 있다.A first object of the present invention for solving the above problems is to provide a method for safely exhausting a highly flammable process gas into the atmosphere.

본 발명의 제2 목적은 상기 공정 가스의 배기 방법을 수행하기 위한 기판 가 공 장치를 제공하는데 있다.It is a second object of the present invention to provide a substrate processing apparatus for performing the exhaust gas exhausting method.

상기 제1 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 측면에 따른 공정 가스의 배기 방법은 먼저 기판이 수용된 반응 챔버 내부로 상기 기판을 처리하기 위한 공정 가스를 제공한다. 그리고, 상기 공정 가스를 이용하여 상기 기판에 대한 처리 공정을 수행한다. 다음에, 상기 반응 챔버 내부로부터 미반응 가스와 반응 부산물을 포함하는 배기 가스를 배출시킨다. 상기 배기 가스에 포함된 미반응 가스의 농도를 희석시키기 위한 희석 가스를 제공하여 상기 농도를 자연 발화 한계점 이하로 감소시킨다. 마지막으로, 상기 희석된 배기 가스를 정화시켜 대기 중으로 배출시킨다.A method of evacuating a process gas according to an aspect of the present invention for achieving the first object first provides a process gas for treating the substrate into a reaction chamber in which the substrate is accommodated. Then, the processing gas is performed on the substrate using the process gas. Next, the exhaust gas containing the unreacted gas and the reaction by-product is discharged from the inside of the reaction chamber. A diluent gas is provided to dilute the concentration of unreacted gas contained in the exhaust gas to reduce the concentration below the spontaneous ignition threshold. Finally, the diluted exhaust gas is purified and discharged to the atmosphere.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 공정 가스는 실란(SiH4) 가스이고 상기 희석 가스는 불활성 가스이며, 상기 공정 가스의 유량에 대한 상기 희석 가스의 유량비는 100 내지 150 정도이다.According to one embodiment of the invention, the process gas is a silane (SiH 4 ) gas and the diluent gas is an inert gas, the flow rate ratio of the dilution gas to the flow rate of the process gas is about 100 to 150.

상기 제2 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 측면에 따른 공정 가스의 배기 방법을 수행하기 위한 기판 가공 장치는 기판에 대한 처리 공정을 수행하기 위한 반응 챔버와, 상기 공정을 수행하기 위한 공정 가스를 제공하기 위한 공정 가스 제공부와, 상기 반응 챔버로부터 미반응 가스 및 반응 부산물을 포함하는 배기 가스를 배출시키기 위한 배기부와, 상기 배기부에 연결되고 상기 배기 가스 내의 미반응 가스의 농도가 자연 발화 한계점 이하로 감소되도록 희석 가스를 제공하는 희석 가스 제공부와, 상기 희석 가스에 의해 희석된 배기 가스를 정화시키기 위한 가 스 스크러버를 포함한다.A substrate processing apparatus for performing a process gas exhaust method according to another aspect of the present invention for achieving the second object is a reaction chamber for performing a processing process for the substrate, and a process gas for performing the process A process gas providing section for providing, an exhaust section for exhausting an exhaust gas containing unreacted gas and reaction by-products from the reaction chamber, and a concentration of unreacted gas in the exhaust gas connected to the exhaust section A dilution gas providing unit for providing a dilution gas to be reduced below the threshold, and a gas scrubber for purifying the exhaust gas diluted by the dilution gas.

본 발명의 다른 실시예에 따르면, 상기 공정 가스 제공부는 상기 공정 가스의 유량을 설정시키기 위한 제1 질량 유량계를 포함하고, 상기 희석 가스 제공부는 상기 희석 가스의 유량을 설정하기 위한 제2 질량 유량계를 포함한다.According to another embodiment of the present invention, the process gas providing unit includes a first mass flow meter for setting the flow rate of the process gas, and the dilution gas providing unit includes a second mass flow meter for setting the flow rate of the dilution gas. Include.

또한, 상기 희석 가스 제공부는 상기 제2 질량 유량계와 병렬로 연결되어 상기 제2 질량 유량계의 작동 불량시 상기 희석 가스의 유량을 수동으로 희석시키기 위한 수동 밸브를 더 포함할 수 있다.The dilution gas providing unit may further include a manual valve connected in parallel with the second mass flow meter to manually dilute the flow rate of the dilution gas when the second mass flow meter is not operated.

여기서, 상기 공정 가스는 실란(SiH4) 가스를 포함하고, 상기 희석 가스는 불활성 가스를 포함하며, 상기 희석 가스 제공부는 상기 희석 가스의 유량을 상기 공정 가스의 유량에 대하여 100배 내지 150배로 조절하기 위한 제어부를 포함할 수 있다.Here, the process gas includes a silane (SiH 4 ) gas, the diluent gas includes an inert gas, and the dilution gas providing unit adjusts the flow rate of the dilution gas to 100 times to 150 times the flow rate of the process gas. It may include a control unit for.

상술한 본 발명에 의하면, 반응 챔버 내부로 제공되는 인화성 공정 가스의 유량에 따라, 상기 공정 가스 배기시 필요로 하는 희석 가스의 유량을 제공할 수 있다. 따라서, 상기 인화성 가스가 인화 한계점 이상의 농도로 배기되어 자연 발화하는 문제점을 미연에 방지할 수 있다.According to the present invention described above, according to the flow rate of the flammable process gas provided into the reaction chamber, it is possible to provide the flow rate of the dilution gas required for exhausting the process gas. Therefore, it is possible to prevent the flammable gas from being exhausted at a concentration above the flammable limit and spontaneously ignite.

이하, 본 발명에 따른 실시예들을 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명하면 다음과 같다. 그러나, 본 발명은 하기의 실시예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구현될 수도 있다. 여기서 소개되는 실시예들은 개시된 내용이 보다 완전해질 수 있도록 그리고 당업자에게 본 발명의 사상과 특징이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공된다. 도면들에 있어서, 각 구성 요소는 본 발명의 명확성을 기하기 위하여 과장되게 도시되었으며, 또한 각 구성 요소는 본 명세서에서 설명되지 아니한 다양한 부가 장치들을 구비할 수 있다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. However, the present invention is not limited to the following embodiments and may be implemented in other forms. The embodiments introduced herein are provided to make the disclosure more complete and to fully convey the spirit and features of the invention to those skilled in the art. In the drawings, each component is shown to be exaggerated for clarity of the invention, and each component may have a variety of additional devices not described herein.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 공정 가스의 배기 방법을 설명하기 위한 개략적인 순서도이다.1 is a schematic flowchart illustrating a method of evacuating a process gas according to an embodiment of the present invention.

도 1을 참조하면, 먼저 반도체 기판을 반응 챔버에 로딩한다(S100). 예를 들면, 상기 반응 챔버는 화학 기상 증착 공정을 수행하기 위한 공간을 제공하는 종형의 퍼니스이다.Referring to FIG. 1, first, a semiconductor substrate is loaded into a reaction chamber (S100). For example, the reaction chamber is a longitudinal furnace that provides space for performing a chemical vapor deposition process.

상기 반응 챔버 내부로 상기 기판을 처리하기 위한 공정 가스를 제공한다(S110). 예를 들면, 상기 공정 가스는 상기 반도체 기판 상에 실리콘층을 형성하기 위한 실란(SiH4) 가스를 포함하며, 상기 반응 챔버의 일측에 구비된 공급 라인을 통해 상기 반응 챔버 내부로 제공된다.Provides a process gas for processing the substrate into the reaction chamber (S110). For example, the process gas includes a silane (SiH 4 ) gas for forming a silicon layer on the semiconductor substrate, and is provided into the reaction chamber through a supply line provided at one side of the reaction chamber.

이어서, 상기 공정 가스를 이용하여 상기 기판에 대한 처리 공정을 수행한다(S120). 상기 실란 가스는 소정의 온도에서 실리콘(Si) 성분 및 수소(H2)로 분해되는데, 실리콘 성분은 상기 반도체 기판 상에 증착되고, 수소는 가스 형태로 형성된다.Subsequently, a process of treating the substrate is performed using the process gas (S120). The silane gas is decomposed into silicon (Si) component and hydrogen (H 2 ) at a predetermined temperature, wherein the silicon component is deposited on the semiconductor substrate, and hydrogen is formed in gaseous form.

다음에, 상기 반응 챔버 내부로부터 미반응 가스 및 반응 부산물을 포함하는 배기 가스를 배출시킨다(S130). 상기 증착 공정이 수행되는 과정 또는 상기 공정이 완료된 후에 상기 기판과 미반응하거나 또는 분해되지 않은 실란 가스 및 수소 가 스 등 상기 증착 공정의 반응 부산물이 상기 반응 챔버에 잔류하게 된다. 상기 반응 부산물 및 미반응 가스는 상기 반응 챔버의 타측에 구비된 배기 라인을 통해 펌핑되어 배출된다.Next, the exhaust gas containing the unreacted gas and the reaction by-product is discharged from the inside of the reaction chamber (S130). After the deposition process is performed or after the process is completed, reaction by-products of the deposition process, such as silane gas and hydrogen gas, which are not reacted or decomposed with the substrate, remain in the reaction chamber. The reaction by-products and unreacted gas are pumped out through an exhaust line provided at the other side of the reaction chamber.

상기 배기 가스에 포함된 미반응 가스의 농도를 희석시키기 위한 희석 가스를 제공하여 상기 농도를 자연 발화 한계점 이하로 감소시킨다(S140). 상술한 바와 같이 상기 반응 챔버로부터 배출되는 상기 배기 가스 내에는 인화성이 강한 미반응 가스가 존재하게 된다. 그러므로, 상기 배기 가스 내부에 포함된 미반응 가스의 농도를 발화 한계점 이하로 감소시키는 것이 필수적이다. 이를 위하여, 상기 배기 라인으로 펌핑되는 상기 배기 라인에 희석 가스를 공급할 수 있다. 상기 희석 가스로는 질소(N2), 아르곤(Ar) 또는 헬륨(He) 가스와 같은 불활성 가스를 이용하는 것이 바람직하다. 이 때 상기 희석 가스의 유량은 상기 미반응 가스의 발화 한계점 및 상기 반응 챔버 내부로 제공되는 공정 가스의 유량에 따라 달라질 수 있다.By providing a diluting gas for diluting the concentration of the unreacted gas contained in the exhaust gas, the concentration is reduced below the spontaneous ignition threshold (S140). As described above, an unreacted gas having a high flammability exists in the exhaust gas discharged from the reaction chamber. Therefore, it is essential to reduce the concentration of unreacted gas contained in the exhaust gas below the ignition threshold. To this end, diluent gas may be supplied to the exhaust line pumped to the exhaust line. As the diluent gas, it is preferable to use an inert gas such as nitrogen (N 2 ), argon (Ar) or helium (He) gas. At this time, the flow rate of the dilution gas may vary depending on the ignition threshold of the unreacted gas and the flow rate of the process gas provided into the reaction chamber.

예를 들면, 실란 가스가 제1 유량으로 반응 챔버로 공급되는 경우, 질소 가스를 상기 제1 유량보다 100배 내지 150배 큰 제2 유량으로 공급하여 상기 배기 가스에 포함된 실란 가스의 농도를 낮출 수 있다. 이는 실란 가스의 자연 한계 발화점은 약 1.0%이고, 상기 펌핑되는 미반응 가스의 유량은 상기 제1 유량보다 적어도 크지 않기 때문이다.For example, when silane gas is supplied to the reaction chamber at a first flow rate, nitrogen gas is supplied at a second flow rate 100 times to 150 times greater than the first flow rate to lower the concentration of silane gas contained in the exhaust gas. Can be. This is because the natural limit flash point of the silane gas is about 1.0% and the flow rate of the pumped unreacted gas is not at least greater than the first flow rate.

마지막으로, 상기 희석된 배기 가스를 정화시켜 대기 중으로 배출시킨다(S150). 실란 가스와 같은 인화성이 강한 가스는 독성이 강하므로, 대기 중으로 배 출되기 위해서는 스크러버(scrubber)와 같은 정화 장치를 통해 정화되어야 한다. 상기 배기 가스에 포함된 미반응 가스의 농도는 상기 S140단계에서 자연 발화점 이하로 감소되므로, 대기 중으로 배출되더라도 자연 발화 또는 폭발의 위험성이 용이하게 제거될 수 있다.Finally, the diluted exhaust gas is purified and discharged to the atmosphere (S150). Highly flammable gases, such as silane gases, are highly toxic and must be purified by a scrubber such as a scrubber to be released into the atmosphere. Since the concentration of unreacted gas contained in the exhaust gas is reduced below the natural ignition point in step S140, even if discharged into the atmosphere, the risk of spontaneous ignition or explosion can be easily removed.

도 2는 도 1에 도시된 공정 가스의 배기 방법을 수행하기 위한 기판 가공 장치를 설명하기 위한 개략적인 단면도이다.FIG. 2 is a schematic cross-sectional view for describing a substrate processing apparatus for performing the method of evacuating the process gas shown in FIG. 1.

도 2를 참조하면, 본 실시예에 따른 기판 가공 장치(100)는 기판 처리 공정을 수행하는 반응 챔버(110), 상기 공정을 수행하기 위한 공정 가스를 제공하는 공정 가스 제공부(120), 상기 반응 챔버(110)로부터 미반응 가스 및 반응 부산물을 포함하는 배기 가스를 배출시키기 위한 배기부(130), 상기 배기부(130)에 연결되고 상기 배기 가스 내의 미반응 가스의 농도가 자연 발화 한계점 이하로 감소되도록 희석 가스를 제공하는 희석 가스 제공부(140) 및 상기 희석된 배기 가스를 정화시키는 가스 스크러버(150)를 포함하여 구성될 수 있다.Referring to FIG. 2, the substrate processing apparatus 100 according to the present exemplary embodiment may include a reaction chamber 110 performing a substrate processing process, a process gas providing unit 120 providing a process gas for performing the process, and An exhaust unit 130 for discharging the exhaust gas containing the unreacted gas and the reaction by-product from the reaction chamber 110, connected to the exhaust unit 130, and the concentration of the unreacted gas in the exhaust gas is below the spontaneous ignition threshold And a gas scrubber 150 for purifying the diluted exhaust gas and a dilution gas providing unit 140 for providing a dilution gas so as to be reduced.

예를 들면, 상기 반응 챔버(110)는 수직 방향으로 연장된 반응 튜브(112) 및 상기 반응 튜브를 감싸는 가열부(미도시)를 포함한다. 상기 반응 튜브(112)는 열전도도가 높은 석영(quartz) 재질로 이루어지며, 보트(boat)(114)를 수용하기 위한 공간을 제공한다. 상기 보트(114)에는 다수 매의 반도체 기판들(W)이 복층 형태로 수납된다.For example, the reaction chamber 110 includes a reaction tube 112 extending in a vertical direction and a heating unit (not shown) surrounding the reaction tube. The reaction tube 112 is made of a quartz material having high thermal conductivity, and provides a space for accommodating the boat 114. A plurality of semiconductor substrates W are accommodated in the boat 114 in the form of a multilayer.

상기 반응 튜브(112)의 상부는 돔(dome) 형태로 밀폐되어 있으며, 그 하부는 개방되어 있다. 상기 반응 튜브(112)의 일측에는 상기 개방된 하부를 통해 상기 반도체 기판(W) 상에 소정의 막을 형성하기 위한 공정 가스를 제공하는 공정 가스 제공부(120)가 구비된다. 반면, 상기 반응 챔버(110)의 타측에는 상기 반응 챔버(110) 내부에 잔류하는 다양한 가스를 배출시키기 위한 배기부(130)가 구비된다.The upper portion of the reaction tube 112 is sealed in the shape of a dome, and the lower portion thereof is open. One side of the reaction tube 112 is provided with a process gas providing unit 120 for providing a process gas for forming a predetermined film on the semiconductor substrate (W) through the open lower portion. On the other hand, the other side of the reaction chamber 110 is provided with an exhaust unit 130 for discharging various gases remaining in the reaction chamber 110.

상기 공정 가스 제공부(120)는 공정 가스 탱크(124), 공정 가스 공급 라인(122) 및 상기 공정 가스 공급 라인(122) 상에 설치된 제1 질량 유량계(mass flow controller)(126)를 포함한다. 예를 들면, 상기 공정 가스 제공부(120)는 상기 반도체 기판(W) 상에 폴리실리콘과 같은 실리콘층을 형성하기 위한 실란 가스(SiH4)를 제공한다. 이 때, 상기 실란 가스는 상기 제1 질량 유량계(126)에 의해 제1 유량으로 설정되어 제공될 수 있다.The process gas provider 120 includes a process gas tank 124, a process gas supply line 122, and a first mass flow controller 126 installed on the process gas supply line 122. . For example, the process gas providing unit 120 provides silane gas (SiH 4 ) for forming a silicon layer such as polysilicon on the semiconductor substrate (W). In this case, the silane gas may be provided to be set to the first flow rate by the first mass flow meter 126.

상기 배기부(130)는 상기 반응 챔버(110)의 내부로부터 연장된 배기 라인(132) 및 상기 배기 라인(132) 상에 설치된 펌프(136)를 포함한다. 즉, 상기 배기부(130)는 상기 실란 가스에 의한 실리콘 증착 공정이 진행되는 과정에서 상기 반응 챔버(110) 내부에 잔류하는 미반응 가스 및 반응 부산물을 포함하는 배기 가스를 외부로 배출시킨다. 구체적으로, 상기 펌프(136)에 의한 펌핑 작용에 의해 상기 잔류하는 배기 가스가 상기 배기 라인(132)을 통해 배출되기 시작한다. 상기 배기 가스는 인화성 및 유독성이 강한 미반응 가스, 즉 실란 가스를 포함하고 있으므로 이를 정화시키기 위한 가스 스크러버(150)를 통해 대기 중으로 배출된다.The exhaust unit 130 includes an exhaust line 132 extending from the inside of the reaction chamber 110 and a pump 136 installed on the exhaust line 132. That is, the exhaust unit 130 discharges the exhaust gas including the unreacted gas and the reaction by-product remaining in the reaction chamber 110 to the outside during the silicon deposition process by the silane gas. Specifically, the remaining exhaust gas begins to be discharged through the exhaust line 132 by the pumping action by the pump 136. Since the exhaust gas contains a highly flammable and toxic unreacted gas, that is, silane gas, the exhaust gas is discharged to the atmosphere through the gas scrubber 150 for purification.

상기 희석 가스 제공부(140)는 희석 가스를 상기 펌프(136)와 인접한 상기 배기 라인(132)으로 제공함으로써 상기 배기 가스에 포함된 실란 가스의 농도를 희석시키기 위하여 제공된다. 이는 상술한 것처럼 상기 실란 가스를 포함하는 배기 가스가 희석되지 않은 상태에서 상기 가스 스크러버(150)로 전달되어 대기와 접촉하게 되면 자연 발화될 수 있기 때문이다.The dilution gas providing unit 140 is provided to dilute the concentration of silane gas included in the exhaust gas by providing the dilution gas to the exhaust line 132 adjacent to the pump 136. This is because, as described above, when the exhaust gas containing the silane gas is transferred to the gas scrubber 150 in an undiluted state, the exhaust gas may be spontaneously ignited.

상기 희석 가스 제공부(140)는 희석 가스 탱크(144), 희석 가스 라인(142a), 상기 희석 가스 라인(142a) 상에 구비되는 제2 질량 유량계(146), 보조 라인(142b) 및 상기 보조 라인(142b) 상에 설치되는 수동 밸브(148) 등을 포함한다. 상기 희석 가스의 예로는 질소 가스(N2), 아르곤 가스(Ar), 헬륨 가스(He) 등의 불활성 기체가 있다. 상기 희석 가스 라인(142a)은 상기 배기 라인(132)과 연결된다. 예를 들면, 상기 펌프(136) 및 상기 가스 스크러버(150) 사이의 배기 라인(132)에 연결될 수 있다. 특히, 상기 배기 가스가 상기 가스 스크러버(150)에 도달하기 전에 충분히 희석시키기 위한 시간 및 공간이 확보되도록 상기 펌프(136)의 후단에 구비되는 것이 바람직하다.The dilution gas providing unit 140 may include a dilution gas tank 144, a dilution gas line 142a, a second mass flow meter 146, an auxiliary line 142b, and the auxiliary line provided on the dilution gas line 142a. Manual valve 148 or the like installed on line 142b. Examples of the diluent gas include an inert gas such as nitrogen gas (N 2 ), argon gas (Ar), helium gas (He), and the like. The dilution gas line 142a is connected to the exhaust line 132. For example, it may be connected to an exhaust line 132 between the pump 136 and the gas scrubber 150. In particular, the exhaust gas is preferably provided at the rear end of the pump 136 so as to secure a time and space for sufficiently diluting before reaching the gas scrubber 150.

여기서, 상기 희석 가스의 유량(제2 유량)은 상기 제2 질량 유량계(146)에 의해 설정되는데, 상기 제2 질량 유량계(146)는 상기 제1 질량 유량계(126)와 제어부(150)에 의해 연결되어 있다. 구체적으로, 상기 제어부(145)는 상기 제1 질량 유량계(126)의 설정 유량에 따라 상기 제2 질량 유량계(146)를 제어하여 희석 가스의 제2 유량을 설정하게 된다. 예를 들면, 상기 공정 가스는 실란(SiH4) 가스이고, 상기 희석 가스는 불황성 가스일 때, 상기 희석 가스 제공부(140)는 상기 제2 유량을 상기 공정 가스의 제1 유량에 대하여 100배 내지 150배로 조절하는 것이 바람직하다. 왜냐하면, 상기 반응 챔버(110)로부터 펌핑되는 미반응 실란 가스는 상기 제1 유량보다 같거나 작으므로, 상기 제2 유량이 상기 제1 유량에 대하여 100배 미만이면 상기 실란 가스가 자연 발화될 가능성이 있다. 그리고, 상기 희석 가스의 제2 유량이 상기 제1 유량보다 150배 이상이면 상기 희석 가스를 지나치게 낭비시키는 결과를 가져온다. 따라서, 상기 실란 가스의 경우에 상술한 바와 같이 배기 가스 내에서 1.0% 이하의 농도를 갖도록 하기 위해서는 상기 제2 유량은 상기 제1 유량의 100배 내지 150배정도인 것이 바람직하다.Here, the flow rate of the diluent gas (second flow rate) is set by the second mass flow meter 146, the second mass flow meter 146 is the first mass flow meter 126 and the control unit 150 It is connected. Specifically, the controller 145 controls the second mass flow meter 146 according to the set flow rate of the first mass flow meter 126 to set the second flow rate of the dilution gas. For example, when the process gas is a silane (SiH 4 ) gas and the diluent gas is an inert gas, the diluent gas providing unit 140 sets the second flow rate to 100 with respect to the first flow rate of the process gas. It is preferable to adjust the fold to 150 times. Because the unreacted silane gas pumped from the reaction chamber 110 is less than or equal to the first flow rate, the silane gas may spontaneously ignite if the second flow rate is less than 100 times the first flow rate. have. When the second flow rate of the dilution gas is 150 times or more than the first flow rate, the dilution gas is excessively wasted. Therefore, in order to have a concentration of 1.0% or less in the exhaust gas as described above in the case of the silane gas, the second flow rate is preferably about 100 to 150 times the first flow rate.

여기서, 상기 제2 유량은 상기 공정 가스의 종류에 따라서 그 발화 한계점에 맞게 제어될 수 있음은 자명하다.Here, it is apparent that the second flow rate may be controlled according to the ignition threshold according to the type of the process gas.

한편, 상기 희석 가스 제공부(140)는 상기 제2 질량 유량계(146)와 병렬로 연결되어 상기 제2 질량 유량계(146)의 작동 불량시 상기 희석 가스의 제2 유량을 수동으로 희석시키기 위한 수동 밸브(148)를 포함할 수 있다. 구체적으로, 상기 수동 밸브(148)는 상기 제2 질량 유량계(146) 양 단의 상기 희석 가스 라인(142a)으로 각각 분기되는 보조 라인(142b) 상에 구비될 수 있다. 또한, 상기 보조 라인(142b) 상에는 상기 희석 가스의 유량을 측정하기 위한 유량 측정계(149a) 및 압력계(149b)가 더 구비될 수 있다.On the other hand, the dilution gas providing unit 140 is connected in parallel with the second mass flow meter 146 to manually dilute the second flow rate of the dilution gas when the operation failure of the second mass flow meter 146 Valve 148 may be included. Specifically, the manual valve 148 may be provided on the auxiliary line 142b branched to the dilution gas line 142a at both ends of the second mass flow meter 146. In addition, the auxiliary line 142b may be further provided with a flow meter 149a and a pressure gauge 149b for measuring the flow rate of the diluent gas.

이에 따라, 상기 수동 밸브(148) 및 상기 제2 질량 유량계(146)는 선택적으로 사용될 수 있다. 즉, 상기 제2 질량 유량계(146)가 정상일 경우에는 상기 수동 밸브(148)는 닫힌 상태로 둔다. 반면에, 상기 제2 질량 유량계(146)가 비정상적으 로 작동할 경우에는 상기 수동 밸브(148)를 오픈(open)하고, 상기 제2 질량 유량계(146)를 오프(off)시킨다. 그러면, 상기 희석 가스 탱크(144)로부터 공급되는 희석 가스는 상기 보조 라인(142b)을 통해 흐르게 되며, 상기 압력계(149b)에 의해 압력이 일정하게 유지된다. 이 때 상기 희석 가스의 유량은 상기 유량 측정계(149a)에 의해 측정되므로, 작업자는 상기 측정된 희석 가스의 유량에 따라 수동 밸브(148)를 조작하여 상기 희석 가스의 유량을 적절히 조절할 수 있다.Accordingly, the manual valve 148 and the second mass flow meter 146 may optionally be used. That is, when the second mass flow meter 146 is normal, the manual valve 148 is left closed. On the other hand, when the second mass flow meter 146 operates abnormally, the manual valve 148 is opened and the second mass flow meter 146 is turned off. Then, the dilution gas supplied from the dilution gas tank 144 flows through the auxiliary line 142b, and the pressure is kept constant by the pressure gauge 149b. At this time, since the flow rate of the dilution gas is measured by the flow rate meter 149a, the operator can appropriately adjust the flow rate of the dilution gas by operating the manual valve 148 according to the measured flow rate of the dilution gas.

상술한 바와 같이, 상기 실란 가스와 같은 공정 가스는 상기 반응 챔버(110) 내부에 제공되는 유량 및 공정 가스의 종류에 관계없이 대기 중으로 배출되기 전에는 항상 인화 한계점 이하의 농도로 감소될 수 있다.As described above, the process gas, such as the silane gas, may be always reduced to a concentration below the flammable limit before being discharged into the air regardless of the flow rate and the type of the process gas provided in the reaction chamber 110.

상기와 같은 본 발명의 공정 가스 배기 방법 및 이를 수행하는 장치에 의하면, 반응 챔버로부터 인화성 가스를 포함하는 배기 가스를 배출할 때, 상기 배기 가스의 농도를 인화 한계점 이하로 자동으로 조절하여, 상기 인화성 가스에 의한 발화 사고를 용이하게 감소시킬 수 있다. 따라서, 인화성 가스의 발화로 인한 작업자의 인명 피해 및 반도체 제조 설비 파손을 미연에 방지할 수 있다.According to the process gas exhaust method and the apparatus for performing the same of the present invention as described above, when exhaust gas containing the flammable gas from the reaction chamber, the concentration of the exhaust gas is automatically adjusted to below the flammable limit, the flammability It is possible to easily reduce the ignition accident caused by the gas. Therefore, it is possible to prevent workers' lives and damage to semiconductor manufacturing equipment due to ignition of flammable gas.

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 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.Although described above with reference to a preferred embodiment of the present invention, those skilled in the art will be variously modified and changed within the scope of the invention without departing from the spirit and scope of the invention described in the claims below I can understand that you can.

Claims (6)

기판이 수용된 반응 챔버 내부로 상기 기판을 처리하기 위한 공정 가스를 제공하는 단계;Providing a process gas for processing the substrate into a reaction chamber containing the substrate; 상기 공정 가스를 이용하여 상기 기판에 대한 처리 공정을 수행하는 단계;Performing a treatment process on the substrate using the process gas; 상기 반응 챔버 내부로부터 미반응 가스와 반응 부산물을 포함하는 배기 가스를 배출시키는 단계;Exhausting the exhaust gas containing the unreacted gas and the reaction by-product from inside the reaction chamber; 상기 배기 가스에 포함된 미반응 가스의 농도를 희석시키기 위한 희석 가스를 제공하여 상기 농도를 자연 발화 한계점 이하로 감소시키는 단계; 및Providing a diluent gas for diluting the concentration of unreacted gas contained in the exhaust gas to reduce the concentration below the spontaneous ignition threshold; And 상기 희석된 배기 가스를 정화시켜 대기 중으로 배출시키는 단계를 포함하는 공정 가스의 배기 방법.Purifying the diluted exhaust gas and venting it to the atmosphere. 제1항에 있어서, 상기 공정 가스는 실란(SiH4) 가스이고 상기 희석 가스는 불활성 가스이며, 상기 공정 가스의 유량에 대한 상기 희석 가스의 유량비는 100 내지 150인 것을 특징으로 하는 공정 가스의 배기 방법.The exhaust gas of claim 1, wherein the process gas is a silane (SiH 4 ) gas, the dilution gas is an inert gas, and the flow rate ratio of the dilution gas to the flow rate of the process gas is 100 to 150. Way. 기판에 대한 처리 공정을 수행하기 위한 반응 챔버;A reaction chamber for performing a treatment process on the substrate; 상기 공정을 수행하기 위한 공정 가스를 제공하기 위한 공정 가스 제공부;A process gas providing unit for providing a process gas for performing the process; 상기 반응 챔버로부터 미반응 가스 및 반응 부산물을 포함하는 배기 가스를 배출시키기 위한 배기부;An exhaust unit for exhausting an exhaust gas containing unreacted gas and reaction by-products from the reaction chamber; 상기 배기부에 연결되고, 상기 배기 가스 내의 미반응 가스의 농도가 자연 발화 한계점 이하로 감소되도록 희석 가스를 제공하는 희석 가스 제공부; 및A dilution gas providing unit connected to the exhaust unit and providing a dilution gas such that the concentration of unreacted gas in the exhaust gas is reduced below a spontaneous ignition threshold; And 상기 희석 가스에 의해 희석된 배기 가스를 정화시키기 위한 가스 스크러버를 포함하는 기판 가공 장치.And a gas scrubber for purifying exhaust gas diluted by the dilution gas. 제1항에 있어서, 상기 공정 가스 제공부는 상기 공정 가스의 유량을 설정시키기 위한 제1 질량 유량계를 포함하고, 상기 희석 가스 제공부는 상기 희석 가스의 유량을 설정하기 위한 제2 질량 유량계를 포함하는 것을 특징으로 하는 기판 가공 장치.The method of claim 1, wherein the process gas providing unit includes a first mass flow meter for setting a flow rate of the process gas, and the dilution gas providing unit includes a second mass flow meter for setting a flow rate of the dilution gas. The substrate processing apparatus characterized by the above-mentioned. 제4항에 있어서, 상기 희석 가스 제공부는 상기 제2 질량 유량계와 병렬로 연결되어 상기 제2 질량 유량계의 작동 불량시 상기 희석 가스의 유량을 수동으로 희석시키기 위한 수동 밸브를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 기판 가공 장치.The method of claim 4, wherein the dilution gas providing unit is connected in parallel with the second mass flow meter further comprises a manual valve for manually diluting the flow rate of the dilution gas in the event of malfunction of the second mass flow meter. Substrate processing equipment. 제1항에 있어서, 상기 공정 가스는 실란(SiH4) 가스를 포함하고, 상기 희석 가스는 불활성 가스를 포함하며, 상기 희석 가스 제공부는 상기 희석 가스의 유량을 상기 공정 가스의 유량에 대하여 100배 내지 150배로 조절하기 위한 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 기판 가공 장치.The process gas of claim 1, wherein the process gas comprises a silane (SiH 4 ) gas, the diluent gas comprises an inert gas, and the dilution gas providing unit 100 times the flow rate of the dilution gas with respect to the flow rate of the process gas. Substrate processing apparatus comprising a control unit for adjusting from 150 to 150 times.
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