KR20090051203A - 육불화황 재순환 시스템 및 육불화황 재순환 방법 - Google Patents

육불화황 재순환 시스템 및 육불화황 재순환 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 반도체 가공 방법과 같은 제조 공정의 폐가스로부터 육불화황(SF6)을 재순환시키기 위한 시스템 및 방법에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 추가의 SF6를 시스템 펌프용 퍼지 가스로 사용하고 다른 폐가스 가스 성분들로부터 SF6를 비교적 쉽게 분리해낼 수 있는 단순화된 시스템 및 방법을 제공한다.

Description

육불화황 재순환 시스템 및 육불화황 재순환 방법{SULFUR HEXAFLUORIDE RECYCLING SYSTEM AND METHOD FOR RECYCLING SULFUR HEXAFLUORIDE}
본 발명은 육불화황(SF6) 재순환 시스템 및 방법에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 반도체 가공 공정 예컨대 챔버 세정 공정에 사용되는 SF6를 재순환시키기 위한 시스템 및 방법에 관한 것이다.
가스들을 사용하는 많은 제조 공정들이 재생가능한 성분들을 함유할 수 있는 배기 스트림을 생성한다. 이들 가스들 중 다수가 고가여서 재순환시키는 경우에는 제조 비용을 상당히 절감할 수 있다. 또한 상기 배기 가스들은 독성 또는 반응성이거나 다루기 힘든 성분들을 종종 함유한다. 이는 제조 공정에서 고가의 위험한 가스들을 사용하는 반도체 소자들을 제조하는 경우에 특히 그러하다.
예컨대 반도체 제조 공정들은 종종 지구 온난화 가능성이 매우 높은 SF6를 사용하거나 생성하는데, 이를 재순환시키는 경우 환경적 문제를 전혀 야기하지 않으면서 이의 감소 또는 폐기와 관련한 총 비용을 또한 절감하게 될 것이다.
SF6을 비롯한 반도체 공정들로부터의 가공 가스들 대부분은 재순환되고 있지 않다. 오히려 상기 가공 가스들은 가공 챔버에서 사용 후 폐기된다. 위에서 살펴본 바와 같이 이들 가스들은 고가일 수 있으며 위험한 특성을 가질 수 있다. 또한 비교적 매우 과잉의 가공 가스들이 제조 단계에서 사용되는 것이 통상적이기 때문에 상기 가공 가스들의 대부분은 상기 제조 단계 중에 소비되지 않는다. 이는 매우 큰 비용과 위험을 초래한다. 상기 미사용된 가공 가스들을 단지 재순환시키는 것만으로도 제조 비용을 상당히 절감할 수 있을 것이다.
예컨대 도 1은 SF6을 가공 가스로 사용하는 종래 기술에 따른 반도체 공정 시스템의 개략도이다. 특히, 도 1의 시스템은 SF6의 공급원(10), O2의 공급원(20), 플라즈마 챔버(30), 펌프(40) 및 폐기물 처리 장치(50)를 포함한다. SF6 및 O2는 플라즈마 챔버(30) 예컨대 평판 디스플레이 구성요소, 태양 전지 등을 증착시키는 데 사용되는 PECVD 툴(tool)에 제공될 수 있다. 펌프(40)는 플라즈마 챔버(30)를 통해 가스를 흡인하여 상기 시스템 밖의 폐기물 처리 장치(50)로 배출한다. 이질적으로 증착된 재료들을 제거하기 위해 SF6와 O2의 혼합물이 약 10:1의 비율로 제공되고 플라즈마로 활성화되어 플라즈마 챔버(30) 내에서 가공을 시작한다. 그러나 연구에 따르면 SF6 이용률은 극도로 빈약하여 75% 초과의 SF6가 미반응된 상태에서 플라즈마 챔버(30) 및 펌프(40)로부터 배출된다고 한다. 이러한 작동에서 펌 프(40)를 떠나는 가스의 조성은 전형적으로 75% 초과의 SF6; Si, SiOx 및 SiNx와 F-의 반응으로부터의 SF4; SiOx(10 at%)와 SiNx(25 at%) 중의 H와 HF의 반응으로부터의 HF; O2 전구체와 SF6로부터 분해된 황의 반응으로부터의 SO3; 몇몇 미반응된 F2; 및 펌프 퍼지 가스 예컨대 N2로 구성된다.
환경적 및 비용 절감 측면에서 SF6의 재순환이 바람직하다. 다양한 SF6 재순환 방법이 제안되었다. 예컨대 황을 시스템에 첨가하여 배기 가스들(예: SiF4, HF, F2, SO2, SO3, SOF2, SO2F2 등)과 반응시켜 SF6로 전환되도록 할 수 있다. 그러나 이러한 시스템은 비교적 복잡하고 다량의 황을 500℃ 초과의 온도에서 사용할 것을 요구한다.
SF6의 재순환을 개선할 필요가 당해 분야에 여전히 남아 있다.
발명의 개요
본 발명은 특히 반도체 가공 방법으로부터 SF6의 재순환을 위한 단순화된 방법 및 시스템을 제공한다.
도 1은 종래 기술의 반도체 가공 시스템의 개략도이다.
도 2는 본 발명의 하나의 실시양태에 따른 시스템의 개략도이다.
본 발명은 특히 반도체 가공 방법으로부터 SF6의 재순환을 위한 단순화된 방법 및 시스템을 제공한다. 특히, 도 2는 본 발명에 따른 시스템을 나타내는 개략도로서 재순환된 SF6의 공급원(110) 및 O2의 공급원(120)이 플라즈마 챔버(130)로 상기 가스의 혼합물을 제공한다. SF6의 새로운 공급원(150)이 공정 펌프(140)의 퍼지 입구에서 SF6를 도입하도록 제공되기 때문에 퍼지 가스 예컨대 N2를 별도로 제공할 필요가 없다. SF6 공급원(150)의 양은, 가공 중에 사용된 재순환된 SF6 공급원(110)으로부터 제공된 재순환 SF6 양의 최대 100%이다. 바람직하게는 새로운 SF6의 양은 3 slm(standard liters per minute) 내지 50 slm이다. 대부분의 상용 펌프는 상기 퍼지를 통해 50 slm 초과일 수 있는 첨가 유량을 쉽게 처리할 수 있다. 그러나 상기 기준을 만족시키는 펌프(140)가 선택되어야 한다. 바람직하게는 펌프(140)는 건식 펌프이지만 오일 펌프와 같은 다른 유형의 펌프가 사용될 수 있다.
위에서 살펴본 바와 같이, 재순환 SF6(110)의 최대 25%가 전형적으로는 챔버(130)에서 증착된 규소 또는 규소계 절연체와 같은 재료들과 반응할 것이다. 세정 가스들이 재순환되는 공정에서는 반응하는 가스가 보충될 필요가 있다. 특히, 플라즈마 챔버(130) 내로 흐르는 SF6 가스의 전체 유량은 비교적 일정하게 조절되어야 한다. 본 발명에서는 이를, 새로운 SF6 공급원(150)으로부터 펌프(140)의 퍼지 입구 내로 흐르는 SF6 가스 유량의 조절에 의해 달성한다. 예컨대 질량 흐름 제어기가 새로운 SF6의 유량을 측정하고 전자 제어 시스템에 전형적인 신호를 제공할 수 있다.
정제된 스트림의 SF6을 제공하기 위해서는 도 2에 도시된 바와 같이 펌프(140)에서 배출되는 가스를 가성(caustic) 습식 스크러버(160)를 통과시켜 스크러빙하여 SF6와 챔버 증착물 간의 플라즈마 반응으로부터 생성되는 SiF4, HF, 황 산화물 및 다른 가스 화합물들을 제거한다. 이어서 잔류 가스를 제무기(demister)(170)에서 제무하고 건조기(180)에서 건조하여 재순환될 수 있는 SF6 스트림을 생성한다. 본 발명의 방법 및 시스템은 반도체 가공 가스로 재사용하기에 충분한 99.9% 초과의 순도를 갖는 SF6 재순환 스트림을 생성한다.
선택적으로 가스 완충 장치로 작용하는 가스 축적기(190)를 재순환 라인에 포함시킬 수 있다. 이러한 축적기는 SF6 가스의 순간적인 수요와 순간적인 공급 사이를 완충시키는 데 필요할 수 있다. 예컨대 하나의 간단한 형태의 축적기로는 진공 펌프 또는 보조 콤프레샤(compresssor)에 의해 가압될 수 있는 탱크가 있다.
본 발명은 에칭 공정 예컨대 챔버 세정, FPD 에칭, MEMS 에칭 공정 및 Si 웨이퍼 박화(thinning)에 특히 유용하다. 본 발명은 종래 기술에 공지된 시스템 및 방법들에 비해 다수의 이점을 제공한다. 특히, SF6의 단순화된 재순환을 가능하게 하는 시스템 및 방법을 제공함으로써 폐기량을 상당량 제거할 수 있다. 위에서 살펴본 바와 같이 이는 환경적 및 경제적 관점에서 유익하다.
본 발명의 다른 실시양태 및 변형들이 이상의 상세한 설명으로부터 당업자들에게 용이하게 명백할 것임이 예상되고 이러한 실시양태 및 변형들 역시 첨부된 청구범위에 개시된 바와 같은 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 의도된다.

Claims (27)

  1. 제조 시스템의 가공 챔버로부터 폐가스 스트림을 인취(drawing)하고;
    상기 폐가스 스트림을 습식 스크러빙(scrubbing)하여 비(非)-SF6 가스 성분들을 제거하면서 스크러빙된 가스 스트림을 생성하고;
    상기 스크러빙된 가스 스트림으로부터 수증기를 제거하여 SF6의 건조 가스 스트림을 생성함
    을 포함하는, 제조 시스템의 폐가스 스트림으로부터의 SF6 회수 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 폐가스 스트림을 인취하는 것이 펌프에 의한 인취를 포함하는, 방법.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 펌프가 진공 펌프인, 방법.
  4. 제 2 항에 있어서,
    상기 펌프가 건식 진공 펌프인, 방법.
  5. 제 2 항에 있어서,
    상기 건조 가스 스트림이 상기 제조 시스템의 가공 챔버로 재순환되는, 방법.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 가공 챔버로의 재순환 전의 상기 건조 가스 스트림으로 SF6 보충물이 첨가되는, 방법.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 SF6 보충물이 상기 건조 가스 스트림의 재순환 루프로 첨가되는, 방법.
  8. 제 6 항에 있어서,
    상기 SF6 보충물이 상기 펌프에 퍼지(purge) 가스로서 첨가되는, 방법.
  9. 제 6 항에 있어서,
    상기 가공 챔버로 흐르는 SF6의 유량을 제어하여 일정 유량으로 유지하는 것을 추가로 포함하는, 방법.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 제조 시스템이 반도체 제조 시스템인, 방법.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 가공 챔버가 플라즈마 챔버인, 방법.
  12. 펌프를 사용하여 제조 시스템의 가공 챔버로부터 폐가스 스트림을 인취하고;
    상기 펌프의 퍼지 측부(side)로 SF6 가스를 제공하여 SF6 가스와 폐가스의 혼합물을 생성하고;
    상기 혼합물을 습식 스크러빙하여 비-SF6 가스 성분들을 제거하면서 스크러빙된 혼합물을 생성하고;
    상기 스크러빙된 혼합물로부터 수증기를 제거하여 SF6의 건조 가스 스트림을 생성함
    을 포함하는, 제조 시스템의 폐가스 스트림으로부터의 SF6 회수 방법.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 비-SF6 가스 성분들이 SF4, HF 및 황 산화물을 포함하는, 방법.
  14. 제 12 항에 있어서,
    상기 수증기를 제거하는 것이 상기 혼합물을 제무하고 건조하는 것을 포함하는, 방법.
  15. 제 12 항에 있어서,
    상기 건조 가스 스트림이 상기 제조 시스템의 가공 챔버로 재순환되는, 방법.
  16. 제 12 항에 있어서,
    상기 SF6 가스를 제공하는 것이 상기 가공 챔버에서 소비된 SF6의 양과 같은 양의 SF6을 제공하는 것을 포함하는, 방법.
  17. 제 1 항에 있어서,
    상기 건조 가스 스트림을 축적시키는 것을 추가로 포함하는, 방법.
  18. 하나 이상의 입구 및 하나 이상의 출구를 갖는 가공 챔버;
    상기 가공 챔버의 하나 이상의 입구와 연통되는 재순환된 SF6 가스의 공급원;
    상기 가공 챔버의 하나 이상의 출구, 퍼지 가스 입구 및 출구와 연통되는 입구를 갖는 펌프;
    상기 펌프의 퍼지 가스 입구와 연통되는 새로운 SF6 가스의 공급원;
    상기 펌프의 출구와 연통되는 스크러버(scrubber); 및
    상기 스크러버 및 상기 재순환된 SF6 가스의 공급원과 연통되는 건조 수단
    을 포함하는, 제조 시스템.
  19. 제 18 항에 있어서,
    상기 스크러버가 가성(caustic) 습식 스크러버인, 시스템.
  20. 제 18 항에 있어서,
    상기 제조 시스템이 반도체 가공 시스템인, 시스템.
  21. 제 18 항에 있어서,
    상기 가공 챔버가 플라즈마 챔버인, 시스템.
  22. 제 18 항에 있어서,
    상기 펌프가 진공 펌프인, 시스템.
  23. 제 18 항에 있어서,
    상기 펌프가 건식 진공 펌프인, 시스템.
  24. 제 18 항에 있어서,
    상기 재순환된 SF6 가스의 공급원이 축적기인, 시스템.
  25. 제 24 항에 있어서,
    상기 축적기가 완충 탱크인, 시스템.
  26. 제 18 항에 있어서,
    상기 건조 수단이 제무기(demister) 및 건조기를 포함하는, 시스템.
  27. 제 18 항에 있어서,
    상기 가공 챔버로 흐르는 SF6 가스의 유량을 일정하게 유지하는 제어 수단을 추가로 포함하는, 시스템.
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