KR20080108992A

KR20080108992A - Ｈｃｄ 가스의 제해방법과 제해장치

Info

Publication number: KR20080108992A
Application number: KR1020087022793A
Authority: KR
Inventors: 히로시 이마무라; 히로아키 다케우치; 코지 이시카와; 히로시 스즈키; 아키라 모리야; 가츠요시 하라다
Original assignee: 칸켄 테크노 가부시키가이샤; 도아고세이가부시키가이샤
Priority date: 2006-03-07
Filing date: 2007-02-06
Publication date: 2008-12-16
Also published as: CN101384336B; US7976807B2; WO2007102288A1; US20090104100A1; EP2000195A4; EP2000195B1; EP2000195A2; TW200734032A; CN101384336A; JPWO2007102288A1; TWI448324B; KR101341360B1; JP4937998B2

Abstract

본 발명은 육염화인규소를 포함하는 배기가스(L)를 수분을 포함시키지 않고 반응 처리 영역(K)에 도입하여, 육염화이규소의 분해 온도로 유지된 반응 처리 영역(K)에 약간의 수분을 포함하는 유산소 가스(G)를 공급하는 것으로 육염화이규소를 염산과 이산화규소 및 물로 분해하여, 실리코옥살산도 염소도 발생시키지 않고 육염화이규소를 포함하는 배기가스 처리를 안전하게 행한다.

배기가스, 반응 처리 영역, 유산소 가스, 육염화인규소

Description

ＨＣＤ 가스의 제해방법과 제해장치{Method of making HCD gas harmless and apparatus therefor}

반도체 제조에 있어서 CVD(Chemical Vapor Deposition)장치로부터 배출되는 증착(deposit)용 육염화이규소(이하 HCD라고 함) 혼입 배기가스의 제해방법과 제해장치에 관한 것이다.

실리콘 웨이퍼(Silicon Wafer)의 제조장치인 CVD 장치로부터는 각종 배기가스가 배출된다. 이들 배기가스는 폭발성인 것, 유독성인 것 등이 있어 대기 방출하기 전에 제해시켜 둘 필요가 있다. 본 제해장치는 상기 CVD 장치에 접속하여 사용되고, CVD 장치로부터 배출된 유해 배기가스를 무해화하기 위한 장치이다. 이러한 장치로서 일본 공개특허공보 제(평)11-33345호에 기재된 것이 있다.

상기 CVD 장치에서 사용되는 가스에는 증착용, 크린용, 에칭용 등 각종의 가스가 있고, 이들 중에서도 또한 각종 가스가 존재한다. HCD는 증착용 가스로서 새롭게 개발된 것이다.

HCD는 화학식이 Si₂Cl₆로 나타내지는 신규 증착용 가스로, 상온에서 물과 접촉하는 가수 분해 반응에 의해서 폭발성 실리코옥살산(반응성 실리카로 화학식은 (SiOOH)₂임)이 형성되어 대단히 위험하다.

Si₂Cl₆+4H₂O →(SiOOH)₂+6HCl

한편, 물의 존재가 없는 경우(이하, 비수라고 함), 가열 분해하면 이하와 같은 반응을 나타낸다.

(a) 비수·무산소 2Si₂Cl₆→3SiCl₄+Si

(b) 비수·유산소 Si₂Cl₆+2O₂→2SiO₂+3Cl₂

여기에서, 유산소 분위기에서 Si₂Cl₆를 가열 분해한 경우, (b)에 도시하는 바와 같이 염소가 생성되고, 제해장치(1)를 부식하여 버린다. 염소의 발생을 막기 위해서는 어느 정도의 수분의 존재가 불가결하지만, 상술한 바와 같이 수분량이 많으면 폭발성 실리코옥살산이 발생한다.

특허문헌 1 : 일본 공개특허공보 제(평)11-33345호

본 발명의 해결 과제는 폭발성 실리코옥살산의 발생이나, 유독·부식성의 염소 가스의 발생도 없는 HCD의 가열 분해방법과 그 장치를 개발하는 것이다.

청구의 범위 제 1 항은 본 발명의 제해방법으로, 「육염화이규소를 포함하는 배기가스(L)를, 수분을 포함시키지 않고, 반응 처리 영역(K)에 도입하는 동시에 수분을 포함하는 산소 함유 가스(G)를 상기 반응 처리 영역(K)에 공급하고, 반응 처리 영역(K) 내에서 적어도 배기가스(L) 중의 육염화이규소를 산화분해하는」 것을 특징으로 한다.

청구의 범위 제 2 항은 상기 방법을 실행하기 위한 제해장치(1)로, 「육염화이규소를 포함하는 배기가스(L)를, 수분을 포함시키지 않고, 배출하는 반도체 제조장치에 접속되어, 배기가스(L)를 가열 분해하는 반응 처리 영역(K)을 갖는 반응탑(6)과, 반응탑(6)의 반응 처리 영역(K)에 수분 및 산소 함유 가스(G)를 공급하는 습윤 유산소 가스 공급부(5)와, 반응탑(6)으로부터 나온 처리가스(H)를 물세정하는 세정탑(7)과, 세정수(8)를 회수하는 세정수조(4)로 구성된」 것을 특징으로 한다.

본 발명에 의하면, HCD의 분해 온도로 유지된 반응 처리 영역(K)에, 약간의 수분을 포함하는 유산소 가스(일반적으로는 공기(G))와 HCD를 포함하는 배기가스(L)를 공급함으로써, 산도 염소도 발생하지 않고, HCD를 반응 처리 영역(K)에 있어서 염산과 이산화규소 및 물로 분해할 수 있기 때문에, HCD를 포함하는 배기가스 처리를 안전하게 진행시킬 수 있게 되었다.

도 1은 본 발명의 제 1 실시예에 관계되는 장치의 개략 구성도.

도 2는 본 발명의 제 2 실시예에 관계되는 장치의 개략 구성도.

도 3은 본 발명의 제 3 실시예에 관계되는 장치의 개략 구성도.

도 4는 본 발명의 제 4 실시예에 관계되는 장치의 개략 구성도.

도 5는 도 4의 반응탑의 횡단면도.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *

L : 배기가스

K : 반응 처리 영역

G : 수분을 포함하는 산소 함유 가스

H : 처리가스

1 : 제해장치

4 : 세정수조

5 : 습윤 유산소 가스 공급부

6 : 반응탑

7 : 세정탑

8 : 세정수

이하, 본 발명의 제해장치를 실시예에 따라서 상술한다. 도 1은 본 발명에 관계되는 제해장치(1)의 제 1 실시예의 개략 구조도, 도 2는 제 2 실시예의 개략 구조도, 도 3은 제 3 실시예의 개략 구조도로서, CVD 장치(도시하지 않음)의 각 처리 프로세스(도시하지 않음)로부터 배출되는 배기가스(L)가 배기가스 배관(10)으로 접속되어 있다. 제 1 실시예에서는 1 이상의 히터(30)가 내통(3)의 주위에 반응탑(6)의 천장부로부터 늘어뜨려 설치(도시하지 않았지만, 반응탑(6)의 상면에서 내통(3)의 주위에 입설하여도 좋음)되어 있다. 이것에 대하여, 제 2 실시예와 제 3 실시예에서는 히터(30) 대신에 내통(3)이 히터를 겸하고 있다.

도 1의 히터(30)는 세라믹 히터(도시하지 않음)와 같은 것이어도 좋고, 사용 가스(여기에서는 HCD 가스)에 맞추어, 니켈제(하스텔로이(HASTELLOY)같은 니켈합금이라도 좋다)의 쉬스(sheath(30c))와 쉬스 안에 배치된 니크롬선(니켈과 크롬의 합금선재)같은 발열체(30a)와, 쉬스안에 충전된 절연재(30b)로 구성된 쉬스 히터(Sheathed heater)같은 것이어도 좋다. 또한, 제 2 실시예와 제 3 실시예는 수분을 포함하는 산소 함유 가스(G)의 화로에 대한 유입 경로가 상위할 뿐이다. 또, 제 1 실시예의 경우도 제 2 및 제 3 실시예와 같이 수분을 포함하는 산소 함유 가스(G)의 화로에 대한 유입 경로를 상위하도록 하여도 좋다. 그 밖의 구조는 거의 같기 때문에 동일 기능을 갖는 부분은 동일번호를 붙이고, 제 1 실시예를 중심으로 하여 설명하고, 제 2 및 제 3 실시예는 상위하는 부분만 설명한다. 제 1 실시예와 동일 부분은 제 2 및 제 3 실시예의 설명에 원용한다.

제해장치(1)는 하부에 설치된 세정수조(4), 세정수조(4)의 상면 중앙에 입설된 반응탑(6), 반응탑(6)에 인접하여 설치된 습윤 공기 공급탑(5a) 및 반응탑(6)을 넘어 습윤 공기 공급탑(5a)의 반대측에 설치된 세정탑(7)으로 대략 구성되고 있다.

제해장치(1)의 반응탑(6)의 중심에 내통(3)이 배치되어 있고, 그 주위를 둘러싸도록 또는 이것을 따르도록 히터(30)가 반응탑(6)의 정상부(6a)로부터 늘어뜨려져 설치되어 있다(물론, 반응탑(6) 내의 가스류를 제해하지 않는 상태로 세정수조(4)의 상면(4a)을 반응탑(6)안으로 연장하고, 이 연장 마루부(도시하지 않음)로부터 입설하여, 내통(3)의 주위를 둘러싸도록 또는 따르도록 하여도 좋다).

내통(3)은 세라믹제(재질은 예를 들면 알루미나(alumina)질 또는 물라이트(mulite)질) 또는 니켈제 또는 하스텔로이와 같은 니켈합금제의 통 형상의 것이나 도 2, 3의 확대도에 도시하는 히터 내장형(3; 발열체를 30a로 도시하고, 절연재를 30b로 도시하고, 쉬스에 해당하는 내·외피를 30c로 도시함) 또는 그 자체가 통 형상의 세라믹 히터(도시하지 않음)로 구성된 것이 있다. 히터 내장형(3)은 내·외피(30c)가 알루미나질 또는 물라이트질 또는 니켈 또는 하스텔로이와 같은 니켈합금으로 구성되고, 내부에 니크롬선과 같은 발열전선(=발열체(30a))이 배치되고 또한 절연재(30b)가 충전되어 있다. 이 내통(3)은 반응탑(6)의 바닥부로부터 탑 정상을 향해서 입설되어 있고, 상단부분이 가장 고온이 되도록 설계되어 있다. 이 부분을 반응 처리 영역(K)이라고 한다.

외통(2)은 내면이 알루미나질 또는 물라이트질로 이루어지는 세라믹으로 형성되어 있고, 그 외주 전체가 단열재로 덮인 단열 구조체로 되어 있다. 또한, 외 통(2)의 내면을 니켈제 또는 하스텔로이와 같은 니켈합금제로 하고, 그 외주 전체가 단열재로 덮인 단열 구조체로 하여도 좋다. 또, 내면부분이 세라믹 히터 타입(즉, 외통(2)의 세라믹부분이 세라믹 히터)이나 히터 내장형(도시하지 않음)으로 하여도 좋다. 히터 내장형의 경우, 니켈제 또는 하스텔로이와 같은 니켈합금제 내피와 그 외측에 형성된 단열재의 사이에 절연재를 충전하고, 또 상기 절연재 내에 니크롬선과 같은 발열체가 충전된 단열 구조체(도 2 및 3의 확대도와 같은 구조)로 구성되어 있다.

이 경우에 있어서, 내통(3), 외통(2) 및 히터(30)는 상기 구성의 내통(3), 외통(2) 및 히터(30)의 각각을 모두 조합하여 사용할 수 있다. 이 중에서 외통(2)의 내면부분의 세라믹부분과 내통(3)이 함께 세라믹 히터 또는 외통(2)의 내면부분과 내통(3)과 발열체가 내장된 구조의 경우, 외통(2)과 내통(3)으로 둘러싸인 공간은 내외로부터 가열되게 되고, 내통(3)의 상단부 근방으로부터 내통(3)의 내부 상단 부분에 걸친 공간이 제해장치(1)의 작동시에 있어서 가장 고온이 되어, 배기가스(L)에 대한 열 전사, 열 전도의 효율이 극히 높은 반응 처리 영역(K)을 형성한다. 이 점은 제 2 및 제 3 실시예에도 적용 가능하다.

제해장치(1)의 세정탑(7)으로부터 도출된 방출관(13)의 하류에는 배기팬(14)이 설치되어 있고, 이 배기팬(14)의 작용에 의해 제해장치(1)안이 감압되고, CVD 장치의 각 처리 프로세스로부터의 배기가스(L)가 반응탑(6)의 정상부(6a)의 반응 처리 영역(K)에 도입된다. 또한, 세정탑(7)안에는 살수 노즐(16)이 형성되어 있어, 세정탑(7) 내에 물을 분무형으로 살수하도록 되어 있다.

습윤 유산소 가스 공급부(5)는 본 실시예에서는 습윤 공기 공급탑(5a)으로, 그 정상부에 스프레이(15)가 설치되어 있고, 습윤 공기 공급탑(5a) 내에 물을 분무형으로 살수하도록 되어 있고, 또한, 그 아래쪽에 외부 공기 도입관(11)이 설치되어 있고, 외부 공기 도입관(11)에 설치된 외기 도입 팬(12)에 의해 피처리가스(L)의 산화분해에 필요한 이론량보다 항상 2배 이상 과잉의 양의 외부 공기가 습윤 공기 공급탑(5a) 내에 도입되도록 되어 있다.

세정수조(4)는 내부에 세정수(8)가 축적되어 있고, 상기 세정수조(4)의 상면(4a)과 세정수(8)의 사이에 스페이스(9a, 9b)가 형성되어 있다. 그리고, 반응탑(6)의 내통(3)의 바닥부에는 습윤 공기 공급탑(5a)측의 스페이스(9a)와, 세정탑(7)측의 스페이스(9b)를 사이를 막는 격벽(17)이 설치되어 있고, 그 하단은 세정수(8) 중에 잠겨 있다. 도면으로부터 알 수 있는 바와 같이 격벽(17)의 하단은 세정수조(4)의 바닥부에 도달하지 않고, 스페이스(9a, 9b) 내의 세정수(8)는 서로 통류할 수 있도록 되어 있다.

상기 습윤 공기 공급탑(5a)의 스프레이(15) 및 세정탑(7)의 살수 노즐(16)에는 모두 세정수조(4)로부터 양수 펌프(18)로 양수된 물이 공급되어 있다. 또한, 세정수조(4)에는 필요에 따라서(또는 상시) 청정한 수돗물(市水)이 공급되고, 공급량에 따라서 더러워진 세정수(8)가 배출되도록 되어 있다.

이와 같이 구성된 제해장치(1)에 있어서, 히터(30)에 통전하여 반응 처리 영역(K) 및 내통(3)의 상부의 표면 접촉 온도를 소정 온도(500 내지 800℃)까지 승온시킨 후, 또는 이것과 동시에, 외기 도입 팬(12) 및 처리가스 배기팬(14)을 및 양 수 펌프(18)를 작동시킨다.

이것에 의해, 습윤 공기 공급탑(5a) 내에서, 도입된 외기(물론, 외기에 한정되지 않고, 산소를 함유하는 가스이면 좋음)에 물을 살포하여 수분을 주고, 습윤 공기로서 스페이스(9a)에 보낸다. 한편, 스페이스(9b)측에서는 처리가스 배기팬(14)의 배기작용에 의해 부압(負厭)상태가 되고, 습윤 공기 공급탑(5a)→스페이스(9a)→내통(3)→반응 처리 영역(K)→외통(2)과 내통(3)의 사이의 공간→스페이스(9b)→세정탑(7)이라는 통로를 통해 제해장치(1)안의 기체가 매끄럽게 흐르게 된다(도 1; 제 1 실시예 참조). 이 흐름이 정상상태가 된 부분에서 배기가스 배관(10)으로부터, HCD를 포함하는 배기가스(L)를 반응탑(6)의 상부에 공급한다.

도 2의 제 2 실시예의 경우는 상술한 경우에 있어서, 내통(3)이 히터 내장 또는 세라믹 히터 자체로 구성되어 있는 경우에, 기본적으로는 제 1 실시예와 같다. 따라서, 상술한 바와 같은 순서에 따라서 가동된다. 즉, 습윤 공기 공급탑(5a)→스페이서(9a)→외통(2)과 내통(3)의 사이의 공간→반응 처리 영역(K)→내통(3)→스페이스(9b)→세정탑(7)이라는 통로를 통해 제해장치(1) 내의 기체가 매끄럽게 흐르고, 이 흐름이 정상상태가 된 부분에서 배기가스 배관(10)으로부터, HCD를 포함하는 배기가스(L)를 반응탑(6)의 상부에 공급한다. 도 3의 제 3 실시예의 경우, 흐름이 약간 상위하여, 습윤 공기 공급탑(5a)→스페이스(9a)→외통(2)과 내통(3)의 사이의 공간→반응 처리 영역(K)→내통(3)→스페이서(9b)→세정탑(7)이라는 통로를 통해 제해장치(1) 내의 기체가 매끄럽게 흐르고, 이 흐름이 정상상태가 된 부분에서 배기가스 배관(10)으로부터 HCD를 포함하는 배기가스(L)를 반응탑(6) 의 상부에 공급한다.

반응탑(6)의 정상부(6a)의 내부로부터 내통(3)의 상부에 이를 때까지의 고온 영역(즉 반응 처리 영역(K))에서는 HCD(육염화이규소; Si₂Cl₆) 가스를 포함하는 배기가스(L)의 산화분해에 필요한 온도로 유지되어 있고, 습윤 공기의 존재하에서 물과 이산화규소로 분해한다.

Si₂Cl₆+4H₂O →(SiOOH)₂+6HCl

2(SiOOH)₂+O₂ →2H₂O+4SiO₂

HCD는 350℃부터 분해를 시작하여, 800℃에서 완전히 분해된다. 한편, 실리코옥살산이 생성되지 않는 최적 온도는 500℃ 이상이다. 따라서, 제해장치(1)의 반응 처리 영역의 온도는 500℃ 이상으로 설정된다.

이산화규소는 미세한 분진으로서 생성되고, 제 1 및 제 2 실시예의 경우는 반응 처리 영역(K)부터 외통(2)과 내통(3)의 사이의 공간 안, 제 3 실시예의 경우는 반응 처리 영역(K)부터 내통(3)안, 스페이스(9b)를 통해 세정탑(7)안에 도달하여, 살수 노즐(16)로부터 분무된 액적에 의해 냉각되는 동시에 포집되어, 스페이스(9b)안의 세정수(8)안에 낙하 회수된다. 이것과 동시에 처리가스에 포함되어 있는 각종 수용성 가스나 가수 분해성 가스 등도 세정 제거된다. 그리고 이렇게 하여 청정화된 처리가스(H)는 배기팬(14)에 의해 대기 방출된다

도 4 및 도 5는 본 발명에 관계되는 제해장치(1)의 다른 실시예(제 4 실시예)를 도시하고 있고, 상기 실시예는 반응탑(6)의 상부에 주위로부터 복수의 배기가스 배관(10)이 외통(2)의 접선방향에서 접속되어 있다(도 5 참조). 이것에 의해 복수의 처리 프로세스로부터의 배기가스(L)를 복수의 배기가스 배관(10)으로부터 제해장치(1)안에 받아들여 배기가스 처리를 할 수 있다. 또한, 제 4 실시예에서는 습윤 유산소 가스 공급부(5)로서의 습윤 공기 공급탑(5a)이 형성되지 않고, 직접, 습윤 유산소 가스 공급부(5)로서의 증기 배관(5b)으로부터 수증기가 반응탑(6)의 하부에 공급되도록 되어 있다(물론, 상술한 바와 같이 습윤 공기 공급탑(5a)을 형성하여도 좋음).

또, 제 4 실시예에서는 세정수조(4)의 상면(4a′)에 의해 외통(2)의 하단이 폐색되어 있고, 이 부분이 제 1 내지 제 3 실시예에 있어서의 격벽(17)에 상당한다. 이상의 점 이외에는 제 1 내지 제 3 실시예와 같기 때문에, 제 1 내지 제 3 실시예의 설명을 원용하여 제 4 실시예의 설명으로 바꾼다.

본 발명에 의하면, 새롭게 발명된 증착 가스인 HCD를 포함하는 배기가스를 안전하게 분해할 수 있게 되고, 반도체 제조의 더욱 발전에 기여할 수 있었다.

Claims

육염화이규소를 포함하는 배기가스를, 수분을 포함시키지 않고, 고온의 반응 처리 영역에 도입하는 동시에 수분을 포함하는 산소 함유 가스를 상기 반응 처리 영역에 공급하고, 상기 반응 처리 영역 내에서 적어도 배기가스 중의 육염화이규소를 산화분해하는 제해방법으로서,

상기 수분을 포함하는 산소 함유 가스는 산화분해된 상기 배기가스로부터의 열에 의해 가열된 후, 상기 반응 처리 영역에 공급되는 제해방법.
육염화이규소를 포함하는 배기가스를 배출하는 반도체 제조장치에 접속되어, 수분을 포함시키지 않고, 배기가스를 가열 분해하는 고온의 반응 처리 영역을 갖는 반응탑과, 상기 반응탑의 반응 처리 영역에 수분 및 산소 함유 가스를 공급하는 습윤 유산소 가스 공급부와, 상기 반응탑으로부터 나온 처리가스를 수세정하는 세정탑과, 세정수를 회수하는 세정수조를 구비하는 제해장치로서,

상기 반응탑은 외통과 상기 외통의 내부에 배치된 내통을 구비하고 있고,

상기 외통의 내면과 상기 내통의 외면의 사이에는 공간이 형성되어 있고,

상기 수분 및 산소 함유 가스는 상기 내통의 내부 및 상기 공간의 한쪽을 통해 상기 반응 처리 영역에 공급되고,

상기 반응 처리 영역으로부터 나온 상기 처리가스는 상기 내통의 내부 및 상기 공간의 다른쪽을 통해 상기 반응탑으로부터 배출되는 제해장치.