KR20110065158A - Adsoption apparatus and method for removing pfcs and cl2 gas of semiconductor etching process - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 반도체 에칭 공정용 폐가스에서 PFCs 및 Cl2를 제거하기 위한 가스 제거 장치 및 이를 이용한 가스 제거 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 가스 처리 장치의 소형화, PFCs 가스와 Cl2 가스의 일괄처리 및 HCl 가스의 발생을 방지하여 메인덕트의 부식 및 가스 누출의 위험을 예방하는 반도체 에칭공정용 퍼플루오르화 화합물 및 염소 가스 제거 장치 및 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a gas removal apparatus for removing PFCs and Cl 2 from a waste gas for a semiconductor etching process, and a gas removal method using the same, and more particularly, to miniaturization of a gas processing apparatus, a batch treatment of PFCs gas and Cl 2 gas, and The present invention relates to a perfluorinated compound and a chlorine gas removal device and method for a semiconductor etching process that prevents the generation of HCl gas to prevent the risk of corrosion and gas leakage of the main duct.
현재 반도체 산업에서 퍼플루오르화 화합물(PFCs;Perfluorocompounds)은 화학기상증착 공정, 에칭 공정, 챔버 클리닝 공정 등에서 많이 사용되고 있다. 예를 들어, 반도체 에칭 공정에는 CF4, C2F6 가스가 주로 사용되고 있다. Currently, perfluorocompounds (PFCs) are widely used in chemical vapor deposition, etching, and chamber cleaning processes in the semiconductor industry. For example, CF 4 , C 2 F 6 gas is mainly used in the semiconductor etching process.
이러한 PFCs 가스는 대부분 매우 안정한 비활성기체로 대기중에서 체류시간이 매우 길고 지구에서 복사되는 적외선을 흡수하기 때문에 매우 높은 GWP(Global Warming Potential)를 가지고 있다. 이와 같은 PFCs의 특성에도 불구하고 반도체 산업에서 PFCs의 사용이 지속적으로 증가하고 있는 것이 현실이다.Most of these PFCs are very stable inert gases and have very high global warming potential (GWP) because they have a long residence time in the atmosphere and absorb infrared radiation from the earth. Despite the characteristics of PFCs, the use of PFCs in the semiconductor industry continues to increase.
또한 제품 생산 중 사용되는 Cl2 가스는 부식성이 강한 산성 가스로서, 특히 제품 생산 후 메인 덕트로 유입시 잔여 Cl2 가스와 미량의 수분이 반응할 경우 HCl 가스가 생성되어 메인 덕트 내부에 부식을 초래할 수 있다. 이러한 부식은 가스 누출사고와 생산장비의 셧다운을 발생시킬 수 있는 높은 위험성을 가지고 있다.In addition, Cl 2 gas used during the production of the product is a highly corrosive acid gas, especially when residual Cl 2 gas reacts with a small amount of water when it enters the main duct after the production of the product. Can be. This corrosion poses a high risk of gas leakage and production equipment shutdown.
특허 제719,371호에는 대형 흡착탑을 이용하여 흡탈착을 통해 저농도의 PFCs 가스로부터 고농도의 PFCs을 재생하는 흡착 설비 및 방법이 개시되어 있는데, 이 기술의 경우 대형 설비로서 많은 공간이 소요되며, PFCs 가스 제거 장치와 Cl2 가스 제거 장치를 별도로 설치해야하며, 흡착탑에 문제가 생길 경우 반도체 장비의 사용을 장시간 중단해야하는 문제가 있다.Patent No. 719,371 discloses an adsorption plant and method for regenerating high concentrations of PFCs from low concentrations of PFCs gas through adsorption and desorption using a large adsorption tower, which takes a lot of space as a large facility and removes PFCs gas. The device and the Cl 2 degassing device must be installed separately, and if there is a problem with the adsorption tower, there is a problem that the use of semiconductor equipment must be stopped for a long time.
본 발명은 종래 기술의 상기 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 가스 처리 장치의 소형화, PFCs 가스와 Cl2 가스의 일괄처리 및 HCl 가스의 발생을 방지하여 메인덕트의 부식 및 가스 누출의 위험을 예방하는 반도체 에칭공정용 퍼플루오르화 화합물 및 염소 가스 제거 장치 및 방법을 제공함에 있다.The present invention has been made to solve the above problems of the prior art, the object of the present invention is to miniaturize the gas treatment device, batch processing of PFCs gas and Cl 2 gas and prevent the generation of HCl gas to prevent corrosion of the main duct and gas A perfluorinated compound and chlorine gas removal apparatus and method for a semiconductor etching process to prevent the risk of leakage.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 에칭공정용 폐가스로부터 PFCs 가스를 제거하기 위하여 상호 이격된 복수의 필터를 장착한 원뿔형 다단계 필터부; 상기 원뿔형 다단계 필터부를 통과한 가스로부터 염소 가스를 제거하기 위하여 혼합 반응 제거제가 충진되며, 상기 원뿔형 다단계 필터부의 하류측에 연통연결되는 혼합 반응기; 및 상기 혼합 반응기를 통과한 가스 및 수분의 응축을 방지하기 위하여 원통형 공기 흡입구 및 액츄에이터 밸브를 포함하며, 상기 혼합 반응기의 하류측에 연통연결되는 응축 방지 시스템을 포함하는 반도체 에칭공정용 퍼플루오르화 화합물 및 염소 가스 제거 장치를 제공한다.In order to achieve the above object, the present invention is a conical multi-stage filter unit equipped with a plurality of filters spaced apart from each other to remove the PFCs gas from the waste gas for etching process; A mixing reactor filled with a mixed reaction remover to remove chlorine gas from the gas passing through the conical multistage filter unit, and connected in communication with a downstream side of the conical multistage filter unit; And a cylindrical air inlet and an actuator valve to prevent condensation of the gas and water passing through the mixing reactor, and a condensation preventing system in communication with a downstream side of the mixing reactor. And a chlorine gas removal device.
본 발명의 일 양태에 따르면, 상기 원뿔형 다단계 필터부에는 제 1필터 내지 제 4필터가 장착된다.According to one aspect of the invention, the conical multi-stage filter unit is equipped with a first to fourth filters.
본 발명의 일 양태에 따르면, 상기 제 1필터 내지 제 4필터는 다수의 세공이 존재하는 디스크이며, 상기 디스크의 상부 및 하부에는 메쉬망이 설치되고, 상기 디스크의 상부와 상기 메쉬망 사이에는 PFCs 가스 제거제가 충진된다.According to an aspect of the present invention, the first filter to the fourth filter is a disk having a plurality of pores, a mesh network is provided on the upper and lower portions of the disk, PFCs between the upper and the mesh network of the disk The gas remover is filled.
본 발명의 일 양태에 따르면, 상기 혼합 반응기에는 20~30mesh 크기의 활성탄 분말과 제올라이트를 1:1로 혼합한 혼합물을 10mm의 펠렛 형태로 성형한 제 1단계 혼합 반응제와 상기 혼합물을 3mm의 펠렛 형태로 성형한 제 2단계 혼합 반응제가 충진된다.According to an aspect of the present invention, the mixing reactor is a mixture of a mixture of activated carbon powder of 20 to 30 mesh size and zeolite 1: 1 in the form of a pellet of 10mm pellets of the first stage mixed reactant and the mixture of 3mm pellets The second stage mixed reactant molded into the form is filled.
또한 본 발명은 반도체 에칭공정에 사용된 폐가스를 제 1필터, 제 2필터, 제 3필터 및 제 4필터를 포함하는 원뿔형 다단계 필터부를 통과시켜 PFCs 가스를 제거하는 제 1단계; 상기 원뿔형 다단계 필터부를 통과한 폐가스를 제 1단계 혼합 반응 제거제 및 제 2단계 혼합 반응 제거제가 충진된 혼합 반응제 충진부를 포함하는 혼합 반응기를 통과시켜 Cl2 가스를 제거하는 제 2 단계; 및 상기 혼합 반응기를 통과한 폐가스를 원통형 공기 흡입구 및 액츄에이터 밸브를 포함하는 응축 방지 시스템을 통과시켜 응축을 방지하는 제 3단계를 포함하는 반도체 에칭공정용 퍼플루오르화 화합물 및 염소 가스 제거 방법을 제공한다.The present invention also includes a first step of removing the PFCs gas by passing the waste gas used in the semiconductor etching process through a conical multi-stage filter unit including a first filter, a second filter, a third filter and a fourth filter; A second step of removing the Cl 2 gas by passing the waste gas passing through the conical multi-stage filter unit through a mixing reactor including a mixed reactant filler packed with a first stage mixed reaction remover and a second stage mixed reaction remover; And a third step of preventing the condensation by passing the waste gas passing through the mixing reactor through a condensation prevention system including a cylindrical air inlet and an actuator valve. .
상술한 바와 같이, 본 발명에 따르면 에칭 공정에서 사용되는 PFCs 가스와 Cl2 가스를 한 번에 제거하는 가스 제거 장치를 제공함으로써, 대기오염 및 지구 온 난화 예방효과가 있으며, 가스 제거 장치의 소형화, PFCs 가스와 Cl2 가스의 일괄처리 및 HCl 가스의 발생을 방지하여 메인덕트의 부식 및 가스 누출의 위험성을 예방할 수 있다.As described above, according to the present invention, by providing a gas removal device for removing the PFCs gas and Cl 2 gas used in the etching process at once, there is an effect to prevent air pollution and global warming, miniaturization of the gas removal device, By preventing the batching of PFCs and Cl 2 gas and the generation of HCl gas, the risk of corrosion of main duct and leakage of gas can be prevented.
이하 첨부 도면을 참조하여 본 발명을 상세하게 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
원뿔형Conical 다단계 Multilevel 필터부Filter part
본 발명에 따른 원뿔형 다단계 필터부(10)에는 복수의 필터가 장착된다.The conical
본 발명의 일양태에 따르면 상기 원뿔형 다단계 필터부(10)에는 4개의 필터가 장착될 수 있다.According to one aspect of the present invention, the conical
이하, 도 2를 참조하면, 상기 원뿔형 다단계 필터부(10)의 가스 유입구(11)에는 입자상 물질을 제거할 수 있는 제 1 필터(12)가 위치한다. 예컨대 상기 제 1 필터는 스테인리스 재질로서 다수의 세공이 존재하는 디스크형태가 될 수 있다.Hereinafter, referring to FIG. 2, a
상기 제 1 필터(12)의 아래쪽에는 제 2 필터(13)가 소정 간격을 두고 위치한다. 상기 제 2 필터(13)의 직경은 상기 제 1 필터(12)의 직경보다 크다. 예컨대 상기 제 2 필터(13)는 스테인리스 재질로서 다수의 세공이 존재하는 디스크형 이중 세공판이 될 수 있다. 상기 세공판의 상부에는 볼 형태의 PFCs 가스 제거제가 충진될 수 있으며, 상기 PFCs 가스 제거제의 이탈을 방지하기 위하여 상기 세공판의 상부 및 하부에 메쉬망이 고정된다. 상기 PFCs 가스 제거제는 니켈 및 크롬을 함유한 복합 금속 산화물 성분을 포함할 수 있다.The
상기 제 2 필터(13)의 아래쪽에는 제 3 필터(14)가 소정 간격을 두고 위치한다. 상기 제 3 필터(14)의 직경은 상기 제 2 필터(13)의 직경보다 크다. 예컨대 상기 제 3 필터(14)는 스테인리스 재질로서 다수의 세공이 존재하는 디스크형 이중 세공판이 될 수 있다. 상기 세공판의 상부에는 볼 형태의 PFCs 가스 제거제가 충진될 수 있으며, 상기 PFCs 가스 제거제의 이탈을 방지하기 위하여 상기 세공판의 상부 및 하부에 상단 및 하단부에 메쉬망이 고정된다. 상기 PFCs 가스 제거제는 니켈 및 크롬을 함유한 복합 금속 산화물 성분을 포함할 수 있다.The
상기 제 3 필터(14)의 아래쪽에는 제 4 필터(15)가 소정 간격을 두고 위치한다. 상기 제 4 필터(15)의 직경은 상기 제 3 필터(14)의 직경보다 크다. 예컨대 상기 제 4 필터(15)는 스테인리스 재질로서 다수의 세공이 존재하는 디스크형 이중 세공판이 될 수 있다. 상기 세공판의 상부에는 볼 형태의 PFCs 가스 제거제가 충진될 수 있으며, 상기 PFCs 가스 제거제의 이탈을 방지하기 위하여 상기 세공판의 상부 및 하부에 상단 및 하단부에 메쉬망이 고정된다. 상기 PFCs 가스 제거제는 니켈 및 크롬을 함유한 복합 금속 산화물 성분을 포함할 수 있다.The
상기 원뿔형 다단계 필터부의 가스 유출구(16)는 상광하협의 호퍼형태가 될 수 있으며, 상기 가스 유출구(16)의 직경은 상기 가스 유입구(11)의 직경보다 큰 것이 바람직하다.The
혼합 반응기Mixing reactor
이하 도 3을 참조하여 본 발명에 따른 혼합 반응기(20)를 설명한다. 상기 혼 합 반응기(20)는 원통형이다. 가스의 균일한 분배를 위하여, 상기 혼합 반응기(20)의 상단부와 하단부에는 세공판(22, 26)이 위치한다. 상기 세공판(22, 26)은 가스 유입구(21) 및 가스 유출구(27)와 각각 일정 거리를 두고 장착된다. 상기 가스 유입구(21)는 상기 원뿔형 다단계 필터부(10)의 가스 유출구(16)와 연통연결된다.Hereinafter, the
상기 혼합 반응기(20) 내부에는 제 1단계 혼합 반응제와 제 2단계 혼합 반응제가 충진되는 혼합 반응제 충진부(24)가 존재한다. 상기 제 2단계 혼합제는 상기 제 1단계 혼합 반응제의 위쪽에 적층식으로 충진된다.Inside the
응축 방지 시스템Condensation Prevention System
이하 도 4를 참조하여 본 발명에 따른 응축 방지 시스템(30)을 설명한다. 상기 응축 방지 시스템(30)의 하단부에는 가스 유입구(31)가 형성된다. 상기 가스 유입구(31)는 상기 혼합 반응기(20)의 가스 유출구(27)와 연통연결된다. 상기 응축 방지 시스템(30)의 상단부에는 원통형 공기 흡입구(33)가 설치된다. Hereinafter, a
상기 원통형 공기 흡입구(33)는 상기 가스 유입구(31)를 통해 가스가 유입될 경우 외부 공기를 흡기하여 캐리어 가스 및 가스 분해과정의 부생성물로 생성될 수 있는 수분의 온도 변화를 방지함으로써 상기 캐리어 가스 및 수분의 응축을 방지한다. 통상적으로 상기 혼합 반응기(20)를 빠져나온 가스의 온도는 22~23℃ 이므로, 약 22~23℃의 공기를 흡기하는 것이 바람직하다. The
상기 원통형 공기 흡입구(33)에는 외부 공기를 흡기하기 위한 팬이 장착될 수 있다. 상기 응축 방지 시스템 안으로 흡기된 외부 공기는 상기 가스 유입구(31)를 통해 유입된 가스와 함께 상기 가스 유출구(27)를 통해 메인 덕트(40)로 빠져나 간다. The
상기 원통형 공기 흡입구(33)의 아래쪽에는 액츄에이터 밸브(32)가 위치한다. 상기 액츄에이터 밸브(32)는 외부 공기와 내부 가스와의 온도차가 소정의 범위를 초과할 경우 외부 공기를 자동으로 차단한다. 상기 액츄에이터 밸브 아래쪽에는 가스 유출구(34)가 위치하며, 상기 가스 유출구(34)는 메인 덕트(40)로 연통연결된다.An
PFCsPFCs 및 And ClCl 22 가스의 제거 효율 Gas removal efficiency
상술한 가스제거장치를 다음과 같이 제작하여 PFCs 및 Cl2 가스의 제거 효율을 측정하였다. The above-described degassing apparatus is manufactured as follows to form PFCs and Cl 2 The removal efficiency of the gas was measured.
원뿔형 다단계 필터부(10)에는 설치된 제 1 필터 내지 제 4 필터의 직경은 각각 50mm, 100mm, 150mm, 200mm 였다. 상기 제 2 필터(13)에는 니켈, 크롬을 함유한 직경 3mm의 볼 형태의 PFCs 가스 제거제 2L를 충진하였다. 상기 제 3 필터(14)에는 니켈, 크롬을 함유한 직경 5mm의 볼 형태의 PFCs 가스 제거제 4L를 충진하였다. 상기 제 4 필터(15)에는 니켈, 크롬을 함유한 직경 8mm의 볼 형태의 PFCs 가스 제거제 10L를 충진하였다.The diameters of the first to fourth filters provided in the conical
혼합 반응기(20)의 크기는 직경 320mm, 높이 400mm이다. 차압 발생을 최소화하고 Cl2 가스 반응을 극대화하기 위하여, 상기 혼합 반응기(20)의 혼합 반응제 충진부에는 활성탄 분말과 제올라이트가 1:1로 혼합된 혼합물을 10mm의 펠렛 형태로 성형한 제 1단계 혼합 반응제 및 상기 혼합물을 3mm의 펠렛 형태로 성형한 제 2단 계 혼합 반응제를 충진하였다. 상기 제 1단계 혼합 반응제 및 상기 제 2단계 혼합 반응제의 충진량은 각각 30L 및 40L 이다. 상기 활성탄 분말과 제올라이트의 사이즈는 20~30mesh 이다. The size of the mixing
응축 방지 시스템(30)의 전체 높이는 200mm이며, 공기 흡입구의 직경은 80mm이다. 상기 원뿔형 다단계 필터부(10)의 가스 유입구(11)를 통해 N2 캐리어 가스 500sccm, CF4, C4F8, C5F8 PFCs 가스 2sccm을 각각 1% 농도로 공급하였다. 다음, 상기 PFCs 가스의 제거 효율을 FT-IR 분석기(MIDAC, 미국)를 이용하여 각각 측정하였다.The overall height of the
다음, N2 캐리 가스 500sccm과 Cl2 가스 2sccm을 1% 농도로 공급하고, 가스 검지관(가스텍, 일본)을 이용하여 Cl2 가스의 제거 효율을 측정하였다. Next, 500 sccm of N 2 carry gas and 2 sccm of Cl 2 gas were supplied at a concentration of 1%, and the removal efficiency of Cl 2 gas was measured using a gas detector tube (Gastech, Japan).
결과를 표 1 및 표 2에 나타내었다.The results are shown in Table 1 and Table 2.
(sccm)flux
(sccm)
(mm)Remover size
(mm)
(%)Inflow concentration
(%)
(mm)Remover size
(mm)
(%)Removal efficiency
(%)
CF4
CF 4
C4F8
C 4 F 8
C5F8
C 5 F 8
Cl2
Cl 2
상기 결과에 따르면, 본 발명에 따른 반도체 에칭공정용 퍼플루오르화 화합물 및 염소 가스 제거 장치는 기존의 장치에 비하여 소형이면서도 CF4, C4F8, C5F8 및 Cl2가스의 제거 효율이 우수함을 확인할 수 있다.According to the above results, the perfluorinated compound and the chlorine gas removal device for a semiconductor etching process according to the present invention have a smaller removal efficiency than CF 4 , C 4 F 8 , C 5 F 8 and Cl 2 gases compared to conventional devices. It can be confirmed that excellent.
도 1은 본 발명에 따른 반도체 에칭공정용 퍼플루오르화 화합물 및 염소 가스 제거 장치를 개략적으로 나타내는 전체적인 구성도,1 is an overall configuration diagram schematically showing a perfluorinated compound and a chlorine gas removal device for a semiconductor etching process according to the present invention,
도 2는 본 발명에 따른 원뿔형 다단계 필터부의 내부 구성도,Figure 2 is an internal configuration of the conical multi-stage filter unit according to the present invention,
도 3은 본 발명에 따른 혼합 반응기를 나타내는 단면도,3 is a cross-sectional view showing a mixing reactor according to the present invention,
도 4는 본 발명에 따른 응축 방지 시스템의 개략도이다.4 is a schematic diagram of a condensation prevention system according to the invention.
*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명** Description of the symbols for the main parts of the drawings *
10: 원뿔형 다단계 필터부 11, 21, 31: 가스 유입구10: conical
12: 제 1 필터 13: 제 2 필터12: First filter 13: Second filter
14: 제 3 필터 15: 제 4 필터14: third filter 15: fourth filter
16, 27, 34: 가스 유출구 20: 혼합 반응기 16, 27, 34: gas outlet 20: mixing reactor
22, 26: 세공판 24: 혼합 반응제 충진부22, 26: pore plate 24: mixed reagent filler
30: 응축 방지 시스템 32: 엑츄에이터 밸브 30: anti-condensation system 32: actuator valve
33: 공기 흡입구 40: 메인 덕트33: air intake 40: main duct
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CN109296942A (en) * | 2018-10-25 | 2019-02-01 | 江苏威尔安智能科技有限公司 | One kind letting out chlorine automated processing system |
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- 2009-12-09 KR KR1020090122031A patent/KR20110065158A/en not_active Application Discontinuation
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