KR20120053021A - 저감 배출물을 재생 및 재이용하는 저감 프로세스를 위한 방법들 및 장치 - Google Patents

저감 배출물을 재생 및 재이용하는 저감 프로세스를 위한 방법들 및 장치 Download PDF

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KR20120053021A
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안드레아스 노이베르
필 챈들러
클리포드 씨. 스토우
다니엘 오. 클라크
미하엘 키이퍼
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어플라이드 머티어리얼스, 인코포레이티드
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Abstract

본 명세서에서는 불화수소(HF)를 재생(recover)하기 위한 방법들 및 장치들이 제공된다. 몇몇 실시예들에서, 장치는 기판들을 프로세싱하기 위한 시스템을 포함하며, 이 시스템은 기판을 프로세싱하기 위한 프로세스 챔버; 상기 프로세스 챔버에 결합되어, 상기 프로세스 챔버에 불소(F2)를 제공하는 불소 생성기; 상기 프로세스 챔버에 결합되어, 상기 프로세스 챔버로부터 배출되는 불소-함유 배출물들(fluorine-containing effluents)을 저감(abate)시키고, 상기 불소-함유 배출물들의 적어도 일부를 불화수소(HF)로 변환시키는 저감 시스템(abatement system); 상기 저감 시스템에 의해 변환되는 상기 HF를 수집하거나, 정제(purify)하거나, 농축시키는 것 중에서 적어도 하나를 행하도록 구성되는 HF 재생 시스템; 및 재생된 불화수소(HF)를 불소 생성기 또는 제조 프로세스 내의 다른 애플리케이션에 제공하기 위한 도관을 포함한다.

Description

저감 배출물을 재생 및 재이용하는 프로세스 저감을 위한 방법들 및 장치{METHODS AND APPARATUS FOR PROCESS ABATEMENT WITH RECOVERY AND REUSE OF ABATEMENT EFFLUENT}
[0001] 본 발명의 실시예들은 일반적으로 기판들을 프로세싱하기 위한 장치에 관한 것이다.
[0002] 반도체, 평판(flat panel), 광전기력, 나노공정(nanomanufacturing), 유기 발광 다이오드(OLED), 및 기타 실리콘 또는 박막 프로세싱 시스템들에서, 시스템의 컴포넌트들은 일정 기간의 이용 후 세정을 필요로 한다. 예를 들어, 컴포넌트들은 프로세스 챔버, 배기 도관, 또는 이용 동안 프로세스 가스들 또는 프로세스 물질들이 증착될 수 있는 임의의 컴포넌트를 포함할 수 있다. 프로세스 챔버 및 배기 도관과 같은 시스템 컴포넌트들은, 예를 들어 불소-함유 가스, 그리고/또는 NF3 또는 불소(F2)와 같은 불소-함유 가스로부터 형성되는 플라즈마를 이용하여 세정될 수 있다. 플라즈마의 반응성 불소 종들(reactive fluorine species)은 일중항 불소(singlet fluorine)(F) 또는 불소 라디칼(fluorine radical)을 포함할 수 있다. 불소-함유 가스는 불소 생성기를 이용하여 현장에서(on site) 또는 국부적으로 생성될 수 있다. 전형적으로, POU(point of use) 불소 생성기는 불소(F2)를 생성하기 위한 불소 소스로서 불화수소(HF)를 이용할 수 있다. 일단 불소-함유 가스 및/또는 불소 반응 종들이, 예를 들어 프로세스 챔버로부터의 오염물들 등을 제거하도록 작용하면, 사불화실리콘(silicon tetrafluoride, SiF4)과 같은, 불소-함유 가스 및/또는 이로부터의 반응에 의해 형성되는 부산물들(by-products)이 챔버로부터 배출된다. 불행하게도, 배출되는 이러한 배출물들은 종종 유독성이거나, 부식성이거나, 또는 추가의 처리 그리고/또는 폐기(disposal)를 필요로 하는 지구 온난화 지수(global warming potential)를 제시한다. 또한, 불소 생성기에 연료를 공급하는 데에 이용되는 HF 또한 유독성이며, 예를 들어 불소 생성기에 연료를 재공급(re-fueling)하는 동안 적절한 처리를 필요로 한다.
[0003] 본 명세서에서는 불화수소(HF)를 재생(recover)하기 위한 방법들 및 장치들이 제공된다. 몇몇 실시예들에서, 장치는 기판들을 프로세싱하기 위한 시스템을 포함하며, 상기 시스템은 기판을 프로세싱하기 위한 프로세스 챔버; 프로세스 챔버에 결합되어, 프로세스 챔버에 불소(F2)를 제공하는 불소 생성기; 프로세스 챔버에 결합되어, 프로세스 챔버로부터 배출되는 불소-함유 배출물들(fluorine-containing effluents)을 저감(abate)시키고, 불소-함유 배출물들의 적어도 일부를 불화수소(HF)로 변환시키는 저감 시스템(abatement system); 저감 시스템에 의해 변환되는 HF를 수집(collect)하거나, 정제(purify)하거나, 농축(concentrate)시키는 것 중에서 적어도 하나를 행하도록 구성되는 HF 재생 시스템(HF recovery system); 및 재생된 불화수소(HF)를 불소 생성기 또는 자신에게 결합된 제 2 프로세스 챔버 중 적어도 하나에 제공하기 위한 도관을 포함한다.
[0004] 몇몇 실시예들에서, 불화수소(HF)를 재생하기 위한 방법은, 불소 생성기를 이용하여 불소(F2)를 생성하는 단계; 불소를 프로세스 챔버로 지향시키는 단계; 프로세스 챔버 내에서 수행되는 공정에서, 불소(F2)로부터 형성되는 반응성 불소 종들을 이용하는 단계; 프로세스 챔버에 결합된 저감 시스템 내에서, 불소-함유 배출물들을 불화수소(HF) 및 부산물 종들(byproduct species)로 변환하는 단계; 저감 시스템에 결합된 HF 재생 시스템에서, 부산물 종들로부터 HF를 분리함으로써 HF를 재생하는 단계; 및 불소(F2)의 생성을 연료로 공급하기 위해 불소 생성기에 재생된 HF를 제공하는 단계를 포함한다. 몇몇 실시예들에서, 상기 방법은 재생된 HF를 제 2 프로세스 챔버에 제공하는 단계를 더 포함한다. 몇몇 실시예들에서, 프로세스 챔버 내에서 수행되는 프로세스는 세정 프로세스이다. 몇몇 실시예들에서, 프로세스 챔버 내에서 수행되는 프로세스는 식각 프로세스이다. 몇몇 실시예들에서, 상기 방법은 프로세스 챔버에 결합된 배기 도관을 세정하기 위해 반응성 불소 종들을 제공하는 단계를 더 포함한다. 본 발명의 다른 및 추가 실시예들은 하기에서 설명된다.
[0005] 앞서 간략하게 요약되고 하기에서 보다 상세히 설명되는 본 발명의 실시예들은 첨부 도면들에 도시된 본 발명의 예시적인 실시예들을 참조하여 이해될 수 있다. 그러나, 본 발명이 다른 등가적인 유효 실시예들을 허용할 수 있기 때문에, 첨부되는 도면들은 단지 본 발명의 전형적인 실시예들을 예시하는 것이며, 따라서 본 발명의 범주를 제한하는 것으로 간주되지 않는다는 것을 주목해야 한다.
[0006] 도 1은 본 발명의 몇몇 실시예들에 따른 프로세싱 시스템을 개략적으로 도시한다.
[0007] 도 1a는 본 발명의 몇몇 실시예들에 따른, 도 1의 프로세싱 시스템의 하나의 변형을 도시한다.
[0008] 도 2는 본 발명의 몇몇 실시예들에 따른, 도 1의 프로세싱 시스템의 저감 시스템 및 HF 재생 시스템의 상세도를 도시한다.
[0009] 도 3은 본 발명의 몇몇 실시예들에 따라 HF를 재생하는 방법의 흐름도이다.
[0010] 이해를 돕기 위해, 도면들에서 공통적인 동일한 엘리먼트들을 지정하기 위해 가능한 동일한 참조 부호가 이용되었다. 도면들은 스케일대로 그려지지 않았으며, 명확성을 위해 단순화될 수 있다. 일 실시예의 엘리먼트들 및 피쳐들은 추가의 설명없이 다른 실시예들에 유익하게 통합될 수 있음이 고려된다.
[0011] 본 명세서에서는 불화수소(HF) 저감 배출물을 재생 및 재이용하기 위한 방법들 및 장치들이 제공된다. 본 발명의 장치는 프로세싱 시스템을 포함하는 바, 이러한 프로세싱 시스템은 유익하게는, 챔버 세정을 위해, HF의 적어도 일부의 저감 및 재생을 위해, HF의 적어도 일부의 분리 정제 및 농축을 위해, 정제된 수성(aqueous) HF의 적어도 일부를 무수 HF(anhydrous HF) 또는 불소화 화합물(fluorinated compound) ―상기 불소화 화합물은 챔버 세정 가스로서 이용될 불소(F2)의 형성을 위한 소스 물질일 수 있음―로 변환하기 위해, 완전한 화학적 라이프사이클 시스템(full chemical lifecycle system)을 제공한다. 유익하게는, 본 발명의 방법들 및 장치들은 세정 가스로서 이용되는 최초의 F2의 상당 부분을 재생하여 재이용한다. 본 발명의 장치는 대량의 유독성 물질들 및 배출물들(예를 들어, 불소-함유 배출물들)을 구매하고, 운반하고, 프로세싱하고, 불소 생성기에 연료를 공급하는 데에 이용되는 유독성 원료(raw) 물질들(예를 들어, HF)을 처리해야 하는 필요성을 감소시킨다. 본 발명의 방법들 및 장치들은 동일한 프로세스 챔버 그리고/또는 다른 프로세스 챔버 내에서, 예를 들어 세정 또는 식각 프로세스와 같은 다른 프로세스들에 대해, 재생된 HF를 이용하는 것을 더 포함할 수 있다. 또한, HF로부터의 F2의 전해 형성(electrolytic formation)으로 생성되는 수소(H2)와 같은 폐기물들(waste materials)은 유익하게는, 예를 들어 저감 프로세스에 대한 연료(fuel)로서 이용될 수 있다.
[0012] 도 1은 예시적인 반도체 프로세싱 시스템(100)을 개략적으로 도시한다. 반도체 프로세싱 시스템(100)은 기판을 프로세싱하기 위한 프로세스 챔버(102)를 포함하며, 이 프로세스 챔버(102)에는 불소 생성기(104)가 결합된다. 선택적으로, 불소 생성기(104)는 하기 설명되는 바와 같이 프로세스 챔버를 세정하거나 기판을 식각하기 위한 불소 라디칼들 등을 공급하도록, 원격 플라즈마 시스템(118)을 통해 프로세스 챔버(102)에 결합될 수 있다. 불소 생성기(104)는, 예를 들어 프로세스 챔버(102) 그리고/또는 다른 컴포넌트들을 세정하기 위해, 프로세스 챔버(102), 및 선택적으로 하기 설명되는 다른 컴포넌트들에 불소(F2)를 제공한다. 저감 시스템(106)이 프로세스 챔버(102)에 결합되어, 프로세스 챔버(102)로부터 배출되는 불소-함유 배출물을 저감시킨다. 저감 시스템(106)은 불소-함유 배출물의 적어도 일부를 불화수소(HF)로 변환시킨다.
[0013] 저감 시스템(106)에 의해 생성되는 HF를 재생하기 위해 HF 재생 장치(112)가 제공된다. HF 재생 장치(112)는 저감 시스템(106)에 의해 생성되는 HF를 수집, 정제, 또는 농축시키는 것 중에서 적어도 하나를 행하도록 구성된다. HF 재생 장치(112)는 저감 시스템(106)과 통합되거나, 저감 시스템(106)과 부분적으로 통합되거나, 또는 저감 시스템(106)과 분리될 수 있다. 도 1에 도시된 실시예에서, HF 재생 장치(112)는 저감 시스템(106)과 불소 생성기(104)를 결합시키는 도관(108)을 따라 배치된다.
[0014] 도관(108)은 저감 시스템(106)을 불소 생성기(104)에 결합시키며, 그리고 재생된 불화수소(HF)를 불소 생성기(104)에 제공하는 데에 이용된다. 재생된 HF는, 프로세스 챔버(102)에서 이용될 불소(F2)의 생성을 연료로 공급하기 위해 불소 생성기(104)에 의해 이용될 수 있다. 제어기(110)가 프로세스 챔버(102), 불소 생성기(104) 및 저감 시스템(106)에 결합되어, 이들 각각의 동작들을 제어한다. 대안적으로, 시스템(100)은 폐쇄 루프 시스템으로 제한될 필요는 없는 바, 예를 들어, 그리고 선택적으로, 도관(108)은 제 2 프로세스 챔버(109)에 추가로 결합되어, 제 2 프로세스 챔버(109)에 재생된 HF를 제공할 수 있다. 예를 들어, 재생된 HF는 제 2 프로세스 챔버(109) 내에서의 세정 또는 식각 프로세스에서 이용될 수 있다. 몇몇 실시예들에서는, 재생된 HF를 제 2 프로세스 챔버(109)에 제공하기 위해, 도관(108)이 제 2 프로세스 챔버(109)에 결합(그리고 불소 생성기(104)에는 결합되지 않음)될 수 있다(미도시).
[0015] 상기 설명한 반도체 프로세싱 시스템(100)은 단지 예시적인 것으로서, 다른 프로세싱 시스템들도 가능하며 예를 들어, 동일한 저감 시스템에 결합되는 2개 이상의 프로세스 챔버들, 다수의 저감 시스템들 ―각 저감 시스템은 특정의 배출물을 프로세싱하 나의 프로세스 챔버, 2개 이상의 프로세스 챔버들에 결합되어, 1개 이상의 저감 시스템들 그리고/또는 1개 이상의 HF 재생 시스템들로부터의 재생된 HF에 의해 연료를 공급받는 불소 생성기 또는 이와 유사한 것을 구비하는 프로세싱 시스템이 가능하다.
[0016] 프로세스 챔버(102)는 기판을 프로세싱하기 위한 임의의 적절한 챔버일 수 있다. 예를 들어, 프로세스 챔버(102)는 기상 또는 액상 프로세스들을 수행하도록 구성될 수 있다. 이러한 기상 프로세스들의 비한정적인 예들은, 화학 기상 증착, 물리 기상 증착, 건식 화학 식각, 플라즈마 식각, 플라즈마 산화, 플라즈마 질화, 급속 열 산화, 에피택셜 증착 등을 포함할 수 있다. 이러한 액상 프로세스들의 비한정적인 예들은 습식 화학 식각, 물리 기상 증착 등을 포함할 수 있다. 예시적인 프로세스 챔버(102)는, 예를 들어, 그 위에 기판(116)이 배치되어 있는 기판 지지체(114), 하나 이상의 프로세스 가스들(미도시)을 제공하기 위한 가스 패널(gas panel), 및 프로세스 챔버 내에 프로세스 가스들을 분배하기 위한 수단, 예를 들어 샤워헤드 또는 노즐(미도시)을 포함할 수 있다. 챔버는 그 안에 플라즈마를 제공하도록 구성될 수 있는 바, 이러한 플라즈마는, 이를 테면 용량성 결합, 유도성 결합 등과 같은, 임의의 방법으로 형성될 수 있다. 플라즈마는 (예를 들어, 프로세스 챔버(102) 내에서) 인시츄(in-situ)로 형성되거나, 또는 원격으로 형성되어 프로세스 챔버(102)로 지향될 수 있다. 프로세스 챔버(102)는, 예를 들어 급속 열 프로세스들(RTP), 에피택셜 증착 프로세스들, 화학 기상 증착 프로세스들 등을 위해 구성될 때, 하나 이상의 가열 램프들(heating lamps) 또는 기타 에너지원을 포함할 수 있다.
[0017] 프로세서 챔버(102) 내에서 프로세싱되는 기판(116)은 반도체 프로세스 챔버, 또는 평판, 광전기력, 나노공정, 유기 발광 다이오드(OLED) 및 기타 실리콘 또는 박막 프로세싱을 위해 구성되는 것들과 같은, 다른 적절한 프로세스 챔버 내에서 프로세싱되는 임의의 적절한 기판일 수 있다. 기판(116)은, 이를 테면 결정질 실리콘(예를 들어, Si<100> 또는 Si<111>), 실리콘 산화물, 응력이 가해진 실리콘(strained silicon), 실리콘 게르마늄(silicon germanium), 도핑된 또는 도핑되지 않은 폴리실리콘, 도핑된 또는 도핑되지 않은 실리콘 웨이퍼들, 패터닝된 또는 패터닝되지 않은 웨이퍼들, 실리콘 온 인슐레이터(SOI), 탄소 도핑된 실리콘 산화물들, 실리콘 질화물, 도핑된 실리콘, 게르마늄, 갈륨 비소(gallium arsenide), 유리, 사파이어, 디스플레이 기판(이를 테면, 액정 디스플레이(LCD), 플라즈마 디스플레이, 전계 발광(EL) 램프 디스플레이 등), 태양 전지 어레이 기판, 발광 다이오드(LED) 기판 등과 같은, 프로세싱될 임의의 적절한 물질이 될 수 있다. 기판(116)은 다양한 치수들(dimensions), 예컨대 200mm 또는 300mm 직경의 웨이퍼들, 뿐만 아니라 직사각형 또는 정사각형 패널들을 가질 수 있으며, 이러한 직사각형 또는 정사각형 패널들은 이러한 패널들이 이용되고 있는 애플리케이션의 타입에 따라, 크기가 작은 것에서부터 큰 것의 범위에 이를 수 있다. 기판(116)의 프론트사이드 표면(frontside surface)은 친수성(hydrophilic)이거나, 소수성(hydrophobic)이거나, 또는 이들의 조합일 수 있다. 프론트사이드 표면은 패터닝되거나, 또는 포토마스크와 같은 하나 이상의 패터닝된 층들이 그 위에 배치될 수 있다.
[0018] 프로세스 챔버(102)는, 예를 들어 기판(116) 상에 물질의 층을 증착하도록, 또는 대안적으로는, 기판(116) 또는 이 기판(116) 상에 증착된 물질을 식각하도록 구성될 수 있다. 기판상에 증착되는 이러한 층들은, 반도체 디바이스 예컨대, 금속 산화물 반도체 전계 효과 트랜지스터(MOSFET) 또는 플래시 메모리 디바이스에서 이용하기 위한 층들을 포함할 수 있다. 이러한 층들은, 이를 테면 폴리실리콘, 실리콘 질화물, 실리콘 산화물, 실리콘 산질화물, 금속 실리사이드와 같은 실리콘 함유층들, 또는 대안적으로는, 이를 테면 구리, 니켈, 금과 같은 금속 함유층들, 또는 주석 함유층들, 또는 예를 들어 하프늄 산화물과 같은 금속 산화물층들을 포함할 수 있다. 다른 증착된 층들은, 예를 들어 식각 정지층들, 포토레지스트층들, 하드마스크층들 등과 같은 희생층들(sacrificial layers)을 포함할 수 있다.
[0019] 프로세스 챔버(102)는 임의의 적절한 프로세스 가스 그리고/또는 프로세스 가스 혼합물을 이용하여, 예를 들어 기판(116)의 상부(atop)에 층을 형성하거나, 기판(116)으로부터 물질을 제거하거나, 또는 그렇지 않으면 기판상에 노출된 물질층들과 반응하는 것 등을 할 수 있다. 이러한 프로세스 가스들은, 이를 테면 실란(SiH4), 디클로로실란(Cl2SiH2) 등과 같은 실리콘-함유 가스들; 그리고/또는, 이를 테면 유기 금속들(metalorganics), 금속 할라이드들(metal halides) 등과 같은 금속-함유 가스들을 포함할 수 있다. 다른 프로세스 가스들은, 이를 테면 헬륨(He), 아르곤(Ar), 질소(N2) 등과 같은 비활성 가스들; 그리고/또는, 이를 테면 할로겐-함유 가스들, 산소(O2), 불화수소(HF), 염화수소(HCl), 불소(F2), 염소(Cl2) 등과 같은 반응성 가스들을 포함할 수 있다. 다른 프로세스 가스들은 도펀트들, 또는 AsH3 또는 PH3와 같은 수소화물들을 포함할 수 있다.
[0020] 몇몇 실시예들에서, 불소 생성기(104)는 다수의 전극들, 예를 들어 전기 화학 용액의 배쓰(bath) 내에 배치되는 2개의 전극들을 갖는 전기 화학 셀을 포함할 수 있다. 이러한 전극들은, 예를 들어 NAFION
Figure pct00001
(술폰화된 테트라플루오로에틸렌(sulfonated tetrafluoroethylene) 기반 플루오로폴리머-코폴리머(fluoropolymer-copolymer)) 또는 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE) 멤브레인 등과 같은 반투과성 멤브레인(semi-permeable membrane)에 의해 분리될 수 있다. 전극들은, 예를 들어 흑연 전극들 등과 같이, 탄소를 포함할 수 있다. 전기 화학 용액은 불화 수소(HF), 물(H2O), 및 하나 이상의 전해질들, 예를 들어 염화나트륨(NaCl), 염화칼륨(KCl) 등을 포함할 수 있다. 동작에 있어서, DC 전력 공급부(power supply)는 다수의 전극들 사이에 전위를 제공하여, 하나의 전극 근처에서는 수소(H2)가 형성되게 하고, 다른 전극에서는 불소(F2)가 형성되게 한다. 반투과성 멤브레인은, 예를 들어 전해질 상의 대향 전극들에 형성되는 H2와 F2의 기상 상호작용(gas phase interaction)을 방지하는 기능을 할 수 있다. 멤브레인 내의 갈라진 틈(tear) 또는 새는 구멍(leak)은 H2와 F2의 상호작용 간에 반응을 야기할 수 있다. 이는, 예를 들어 상당량의 에너지를 방출하게 되는 화학 반응을 야기할 수 있는 바, 상기 화학 반응에서는 에너지가 방출되어, 동작 동안 안전상의 위험이 생기게 된다. 전형적으로, 불소 생성기에 의해 생성되는 H2는 대기로 배출될 수 있다. 몇몇 실시예들에서, 불소 생성기에 의해 생성되는 H2는 챔버(102) 또는 다른 챔버 내에서 수행되는 프로세스를 위해 폴리싱되어 이용되고, 그리고/또는 저감 시스템, 이를 테면 하기 설명되는 저감 시스템(106)의 수소화 반응기(hydrogenation reactor)(202) 내에서의 연료로서 이용될 수 있다(미도시). 대안적으로, 불소 생성기(104)는 HF를 CaF2로 변환하기 위한 (하기 설명되는) 하나 이상의 디바이스들을 포함할 수 있으며, 여기서 F2는 CaF2를 가열함으로써 발생될 수 있다.
[0021] 몇몇 실시예들에서, 불소 생성기(104)는 (도 1에 도시된) 원격 플라즈마 소스(118)를 통해 프로세스 챔버에 결합될 수 있다. 원격 플라즈마 소스(118)는 프로세스 챔버로부터 원격으로 플라즈마를 생성하기 위한 임의의 적절한 원격 플라즈마 소스일 수 있다. 동작에 있어서, 불소 생성기(104)에 의해 생성되는 불소(F2)는 원격 플라즈마 소스(118)에 의해, 예컨대 불소 이온들, 불소 라디칼들 등과 같은 반응 종들로 변환되고 후속적으로, 챔버를 세정하거나, 또는 프로세스 챔버(102) 내의 기판들을 식각하기 위해 제공된다.
[0022] 선택적으로, 원격 플라즈마 소스(118)는 프로세스 챔버(102)와 저감 시스템(106) 사이에 배치된 배기 도관(120)에 추가로 결합될 수 있다. 원격 플라즈마 소스(118)는, 예를 들어 배출되는 배출물과 반응하도록, 또는 배기 도관의 벽들 상에 증착된 물질들과 반응하도록, 반응 종들을 배기 도관(120)에 제공할 수 있다.
[0023] 배기 도관(120)은, 프로세스 챔버(102)로부터 저감 시스템(106)으로 배출물을 이동시키는 펌핑 시스템(미도시)을 포함하거나, 또는 이러한 펌핑 시스템에 결합될 수 있다. 펌핑 시스템은, 챔버 압력을 유지하거나, 챔버로부터 배출물을 배출하는 것 등을 행하기 위해, 배기 도관(120) 내에 배치되고, 그리고/또는 배기 도관(120)에 결합될 수 있다. 펌핑 시스템은, 예를 들어 터보분자 펌프(turbomolecular pump), 블로어(blower) 및 기계 펌프(mechanical pump)를 포함할 수 있다.
[0024] 대안적으로, 몇몇 실시예들에서, 불소 생성기(104)에 의해 생성되는 불소(F2)를 프로세스 챔버(102)에 흘려보내기 위해 불소 생성기(104)는 (도 1a에 도시된 바와 같이) 프로세스 챔버(102)에 결합될 수 있다. 플라즈마 소스(122)가 프로세스 챔버(102)에 결합되어, 불소(F2)로부터 플라즈마를 형성하고, 불소(F2)를 불소 이온들 또는 불소 라디칼들과 같은 반응 종들로 인시츄로 변환할 수 있다. 플라즈마 소스(122)는 프로세스 챔버 내에서 플라즈마를 형성하기 위한 임의의 적절한 플라즈마 소스일 수 있다. 예를 들어, 플라즈마 소스는 유도 결합 플라즈마(inductively coupled plasma), 용량 결합 플라즈마(capacitively coupled plasma) 등을 제공하도록 구성될 수 있다. 선택적으로, 불소 생성기는 프로세스 챔버(102)와 원격 플라즈마 소스(118) 모두에 결합될 수 있다(미도시). 예를 들어, 식각 레시피 동안, 단계들은 원격 플라즈마, 인시츄(in situ) 챔버 플라즈마, 또는 세정 프로세스와 같은 열 프로세스 중 하나 이상을 이용하여 수행될 수 있다.
[0025] 도 1을 다시 참조하면, 임의의 프로세스 가스 또는 액체, 프로세스 가스 또는 액체 혼합물, 기판, 증착된 물질들, 제거된 물질들, 또는 이들의 조합물들은 프로세스 챔버(102)로부터 배출되는 배출물을 형성하도록 포함 및/또는 결합될 수 있다. 배출물은, 기판을 프로세싱하거나, 챔버 그리고/또는 재이용가능한 프로세스 키트들(process kits) 또는 프로세스 키트 실드들(process kit shields)과 같은 챔버 컴포넌트들을 세정하는 데에 이용되는 프로세스 가스 또는 화학제(chemical agent)의 반응하지 않은(un-reacted) 또는 과잉(excess) 부분들을 포함할 수 있다. 이러한 프로세스들에서 생성되는 배출물은 상이한 조성들(compositions)의 가연성 그리고/또는 부식성 화합물들, 서브 미크론 크기의 프로세스 잔류물 입자들(process residue particulates) 및 기상 핵형성 물질들(gas phase nucleated materials), 및 기타 위험하거나, 또는 환경을 오염시키는 화합물들을 포함할 수 있다. 예를 들어, 배출물은 상이한 조성들의 할로겐 함유 가스들, PFC(perfluorocompound)들, CFC(chlorfluorocompound)들, HAP(hazardous air product)들, VOC(volatile organic compound)들 등을 포함할 수 있다. 몇몇 실시예들에서, 배출물들은, 예를 들어 불소 생성기(104) 및 플라즈마 소스(118)(또는 122)에 의해 생성되는 반응 종들, 그리고/또는 프로세스 챔버(102) 내에 존재하는 반응 종들 및 물질들과의 반응들에 의해 형성되는 화합물들을 포함하는, 불소-함유 배출물들이다. 예시적인 불소-함유 배출물들은 불소(F2), 일중항 원자 불소(singlet atomic fluorine)(F), 불소 라디칼들(F*), 사불화실리콘(SiF4), 삼불화질소(nitrogen trifluoride, NF3), 사불화탄소(carbon tetrafluoride, CF4), 옥시플루오로실리케이트들(oxyfluorosilicates), 실리콘 플루오로하이드라이드들(silicon fluorohydrides, SiFxH), PFC들, 또는 이들의 조합물을 포함한다.
[0026] (배기 도관(120)을 통해 배출되는) 프로세스 챔버로부터의 배출물은 저감 시스템(106)으로 지향된다. 저감 시스템(106)은 불소-함유 배출물들의 적어도 일부를 불화수소(HF)로 변환하도록 동작한다. 저감 시스템(106)은 또한 프로세스 챔버(102) 그리고/또는 저감 시스템(106)에 결합된 다른 프로세스 챔버들로부터의 다른 타입들의 배출물들을 프로세싱하는 데에 이용될 수 있다. 몇몇 실시예들에서, 저감 시스템(106)은 불소 생성기(104)로부터의 배출물 H2 시약(effluent H2 reagent)을, 배출물을 반응시켜 HF를 형성하기 위한 연료로서 이용할 수 있다. 불소 생성기(104)로부터의 H2의 연료 및 시약으로서의 가치(value)는 공장 내에서 다른 많은 대안적 용도들을 가질 수 있다.
[0027] 저감 시스템(106)은 반도체 프로세스 챔버, 예를 들어 프로세스 챔버(102)로부터 배출물을 수용하여 프로세싱하기 위한 임의의 적절한 저감 시스템일 수 있다. 저감 시스템(106)은 단일 프로세스 챔버 또는 툴, 또는 다수의 프로세스 챔버들 그리고/또는 툴들을 저감시키는 데에 이용될 수 있다. 저감 시스템(106)은, 예를 들어 열, 습식 스크러빙(wet scrubbing), 건식 스크러빙(dry scrubbing), 촉매, 플라즈마 그리고/또는 배출물을 처리하기 위한 유사한 수단 뿐 아니라, 배출물을 유독성이 덜한 형태들, 또는 불소 생성기(104) 내에서 시약으로서 이용될 HF와 같은 다른 형태들로 변환하기 위한 프로세스들을 이용할 수 있다. 저감 시스템(106)은 프로세스 챔버(102)로부터 특정 타입들의 배출물을 프로세싱하기 위한 다수의 저감 시스템들(미도시)을 더 포함할 수 있다. 예를 들어, 다수의 저감 시스템들중 하나는 구체적으로 불소-함유 배출물들을 불화수소(HF)로 변환하는 작업을 맡을 수 있으며, 제 2 저감 시스템은, 예를 들어 증착 프로세스로부터의 배출물을 저감시키는 데에 이용될 수 있다.
[0028] 예를 들어, 저감 시스템(106)은 (도 2에 도시된 바와 같이) 수소화 반응기(202), 열 반응기(204)(즉, 연소 반응기(combustion reactor)) 등 중에서 하나 이상을 포함할 수 있다. 도 2의 예는 직렬인 2개의 저감 디바이스들(예를 들어, 수소화 반응기(202) 및 열 반응기(204))을 나타낸다. 몇몇 실시예들에서, 2개의 저감 디바이스들(예를 들어, 수소화 반응기 및 열 반응기)는, 불소-함유 배출물들(예를 들어, 챔버 세정 프로세스로부터의 F2 그리고/또는 HF)를 (이를 테면, 수소화 반응기(202)와 같은) 하나의 저감 디바이스로 우회(divert)시키고, 프로세스(예를 들어, 증착) 배출물을 제 2 저감 디바이스(예를 들어, 열 반응기(204))로 우회시키기 위해 제공되는 스위칭 밸브들과 병렬로 배치될 수 있다(미도시). 몇몇 실시예들에서, 저감 시스템은 불소-함유 배출물들 중 적어도 일부를 불화수소(HF) 및 부산물 종들(byproduct species)로 변환하는 열 반응기 또는 수소화 반응기를 포함한다. 부산물 종들은, 예를 들어 HF로 변환되지 않은 불소-함유 배출물들의 일부분들을 포함할 수 있다. 부산물 종들은 고체 물질들, 예컨대 이산화실리콘(SiO2) 입자들, 또는 수용성 또는 반응성 물질들, 예컨대 용해된 실리카 종들(dissolved silica species), HF, HCl, NF3, CF4, SiH4, H2, CO, CO2, TMB(trimethylborate), TEOS(tetraethoxysilane), PH3, CH4, 인 산화물들(phosphorous oxides) 또는 붕소 산화물들(boron oxides)을 포함할 수 있다.
[0029] 챔버로부터 배출되는 불소-함유 배출물의 일부는, 예를 들어 불소(F2)를 포함할 수 있다. 불소-함유 배출물은 먼저, 할로겐들(예를 들어, F2)을 수소-함유 가스들(예를 들어, HF)로 변환하는 데에 이용될 수 있는 수소화 반응기(202)에 주입될 수 있다. 수소화 반응기(202)는 불소-함유 배출물을 프로세싱하는 것으로 제한되지 않는다.
[0030] 대안적으로, 또는 수소화 반응기(202)와 결합하여, 저감 시스템(106)은 열 반응기(204)를 더 포함할 수 있다. 예를 들어, 열 반응기(204)는, 예를 들어 실리콘 및 불소를 포함하는 배출물들(이를 테면, 사불화실리콘(SiF4))과 같은 불소-함유 배출물들의 일부를 프로세싱하는 데에 이용될 수 있다. 예를 들어, 불소-함유 배출물은 열 반응기(204) 내에 주입되어, 예를 들어 불소-함유 배출물(예를 들어, SiF4)을 수소-함유 가스(예를 들어, HF) 및 산소-함유 물질(예를 들어, SiO2)로 변환시킬 수 있다. 예시적인 열 반응기는, 예를 들어, 수증기(H20 vapor)와 같은 산소-함유 가스의 분위기에서 SiF4와 같은 배출물을 연소시켜, 불화수소(HF) 및 이산화실리콘(SiO2)을 형성할 수 있는 바, 이러한 불화수소(HF) 및 이산화실리콘(SiO2)은, 예를 들어 하기 설명되는 스크러버(scrubber)에 의해 분리될 수 있다.
[0031] 일단 불소-함유 배출물의 적어도 일부가 HF로 변환되면, HF 및 그와 함께 형성되는 부산물들(예를 들어, SiO2)은 HF 재생 시스템(112)으로 흘러들어가게 된다. (도 2에 상세히 도시된) HF 재생 시스템(112)에서, 재생된 HF가 도관(108)을 통해 불소 생성기(104)로 흘러들어가기 전에, 이러한 재생된 HF는 수집되거나, 정제되거나, 농축되는 것 중에서 적어도 하나로 처리된다. 상기 주목한 바와 같이, HF 재생 시스템(112)은 저감 시스템(106) 또는 다수의 저감 시스템들과 통합되거나, 부분적으로 통합되거나, 또는 완전히 분리될 수 있다.
[0032] 몇몇 실시예들에서, HF 재생 시스템(112)은 스크러버(206), 감압 증류 장치(vacuum distillation apparatus)(208), 또는 재생된 HF를 농축하기 위한 장치(210) 중에서 하나 이상을 포함할 수 있다. 몇몇 실시예들에서, 장치(210)는 (스크러빙 및 증류의 결합으로부터 재생되는) 30% 농도 HF를 무수 HF로 변환하는 데에 적절할 수 있다. 재생된 HF는 스크러버(206)와 감압 증류 장치(208)중 어느 하나 또는 둘 모두에 의해 수집 그리고/또는 정제될 수 있다. 재생된 HF는 장치(210)에 의해 상기 설명한 바와 같이 변환될 수 있다. HF 재생 시스템(112)은 예시적인 것이며, 이러한 시스템의 다른 변형들이 가능하다. 예를 들어, 몇몇 실시예들에서, 스크러버(206)는 저감 시스템(106)의 일부일 수 있다.
[0033] 동작에 있어서, 예를 들어, 재생된 HF 및 부산물 종들(예를 들어, SiO2)은 HF 재생 시스템(112)에 진입하여, 먼저 스크러버(206)에 의해 수집 및 제거될 수 있다. 스크러버(206)는 하이드로사이클론(hydrocyclone), 액체 입자 스크러버(liquid particulate scrubber), 또는 액체 스크러버(예를 들어, 워터 스크러버(water scrubber)) 등과 같은, 저감 프로세스들과 이용되는 임의의 적절한 스크러버일 수 있다. 예를 들어, 워터 스크러빙에 있어서, 재생된 HF 및 부산물 종들은, 수용성 종들을 제거하기 위해 워터 스프레이 등을 통해, 재생된 HF 및 부산물 종들을 버블링(bubbling)하는 것과 같은 방법들을 이용하여, 물과 접촉하게 된다. 물에서 용해될 수 있는 일부 물질들(예를 들어, 재생된 HF)은 스크러버에 의해 수집될 수 있다. 다른 물질들, 예를 들어 물에서 용해되지 않는 SiO2와 같은 부산물 종들은 스크러버(206)에 의해 제거될 수 있다. 만일 있는 경우, 재생된 HF 이외에, 수용성의 다른 부산물 종들 또한 스크러버에 의해 수집될 수 있다. 일 실시예에서, 스크러버는 하이드로사이클론이다.
[0034] 스크러빙 이후, 수용성 물질들, 예를 들어 재생된 HF 및 임의의 부가적인 수용성 부산물 종들은 스크러버(206)로부터 감압 증류 장치(208)로 흘러들어갈 수 있다. 감압 증류 장치(208)는, 수용성 부산물 종들로부터, 재생된 HF를 증류하기 위한 증류탑(distillation column) 또는 진공 증류탑을 포함할 수 있다. 예를 들어, 증류탑은 대기압 미만 압력으로 유지되어, 가장 휘발성인 화학 종들(예를 들어, 가장 낮은 끓는점들을 갖는 종들)이 첫 번째로 증발될 것이다. 이에 따라, 섭씨 약 20도의 끓는점을 갖는 불화수소(HF)가, 더 높은 끓는점들을 갖는 나머지 수용성 부산물 종들로부터 분리될 수 있다. 일 실시예에서, 감압 증류 장치(208)는 스크러버(206)로부터 흘러들어온 수용성 물질들로부터 약 30% 농도 HF를 재생시킨다.
[0035] 감압 증류 장치(208)로부터 재생된 물질들은 약 30% 농도 HF를 포함한다. 몇몇 실시예들에서, 재생되는 물질들은 약 1% 내지 약 35% 농도 HF의 범위일 수 있다. 하지만, 물 내에서의 HF의 농도는 불소 생성기(104)의 몇몇 실시예들에서 이용하기에 적절하지 않을 수도 있다. 예를 들어, 불소 생성기(104)에서 이용될 수 있는 셀들과 같은 전기 화학적인 F2 생성기 셀들은 전형적으로 고도로 농축된 무수 HF 공급(feed)을 필요로 한다. 따라서, 장치(210)는 약 30% 농도 HF(또는 상기 설명한 범위들 내에서의 임의의 퍼센트 농도의 HF)를 불소 생성기(104)의 셀들에 의해 이용될 무수 HF로 변환하는 데에 이용될 수 있다. 예를 들어, 몇몇 실시예들에서, 디바이스(210)는 퍼니스(furnace) 또는 하기 설명되는 다른 디바이스일 수 있는데, 여기서 30% 농도 HF는 무수 HF로 변환되며, 무수 HF는 도관(108)을 통해 제어된 방식으로 불소 생성기(104)로 흘러들어간다.
[0036] 대안적으로, 몇몇 실시예들에서, 감압 증류 장치(208)로부터 재생된 HF는 높은 표면적의 고체 펠릿들(solid pellets), 비드들(beads) 등으로서의 불화칼슘(CaF2)으로 변환되어, F2를 형성하는 데에 이용될 수 있다. CaF2는 또한 플루오라이트(fluorite) 또는 플루오스파(fluorspar)로서 공지되어 있다. 예를 들어, 약 30% 농도 HF를 CaF2로 변환하기 위해, 불소 생성기(104)는 CaF2, 이산화탄소(CO2) 및 H2O를 형성하기 위해 높은 표면적의 탄산칼슘(CaCO3) 상에 HF를 분무 건조(spray drying)하는 가열된 유동층 반응기(heated fluidized bed reactor) 또는 열 로터리 하소로(hot rotary calciner)일 수 있다. 몇몇 실시예들에서, 높은 표면적의 펠릿, 비드 등일 수 있는 CaCO3가 가열되어, CaF2를 형성할 수 있다. 이후, 형성된 CaF2의 높은 표면적의 펠릿들은, 이를 테면 하기 설명되는 드라이어(dryer)(124)에 의해 건조된 다음, (불소 생성기(104)의 일부일 수 있는) 제어된 고온 퍼니스에 공급되어, CaF2로부터의 F2 발생 속도(rate)를 제어할 수 있다. 재생된 F2가 발생되는 높은 표면적의 Ca 캐리어(carrier)는 국부적으로 또는 현장 밖에서(off site) 재활용(recycling)되어, 이후의 CaF2 생성 프로세스들을 위해 높은 표면적의 CaCO3로 개질된다.
[0037] 대안적으로, CaF2 결정기(crystallizer)들을 포함하는 액체 유동층(liquid fluidized bed)이, 스크러버(206)에 생존하는 HF 및 임의의 다른 수용성 불소-함유 배출물들과 같은 불화물들(fluorides)을 재생하는 데에 이용될 수 있다. 예를 들어, 스크러빙된 배출물들은 유동층을 통과하게 되며, 이러한 유동층에서 불소-함유 배출물들 중 임의의 하나 또는 그 이상은 결정기들과 상호작용하여, CaF2를 형성한다. 유동층은 실리콘 샌드 기판(silicon sand substrate) 등을 포함할 수 있다. 몇몇 실시예들에서, 불소-함유 배출물들로부터 재생되는 불화물들의 양은 약 80% 내지 약 97%의 범위일 수 있다. 예를 들어, (예컨대 전기 화학 셀을 갖는 불소 생성기에서 이용하기 위한) CaF2로부터 HF를 생성하기 위해, CaF2는 황산(H2SO4)과 반응하여, 기체의 HF 및 고체 황산칼슘(CaSO4)을 형성할 수 있다. 몇몇 실시예들에서, 기체의 HF는, F2 또는, 몇몇 실시예들에서는 F2 및 H2를 생성하기 위해 전기화학 셀에 흘러들어가기 전에, 정제되어, 예를 들어 물 등이 제거될 수 있다. 또한, 상기 설명한 황산의 HF로의 변환은 또한 CaCO3로부터 형성되는 CaF2에도 이용될 수 있다.
[0038] 대안적으로, 불소 생성기(104)는 30% 농도 HF를 칼슘-함유 전구체와 반응시켜 높은 표면적의 CaF2를 형성하는 반응 용기(reaction vessel)일 수 있는데, 이러한 높은 표면적의 CaF2는 이후 건조 및 가열되어 F2를 발생시킬 수 있으며, 이 F2는 상기 설명한 바와 같이 원격 플라즈마 소스(118)에 공급될 수 있다.
[0039] 대안적으로, 감압 증류 장치(208)로부터의 재생된 물질들, 예를 들어 약 1 내지 약 35% 농도 범위인 HF는, 다른 프로세스들, 프로세싱 시스템들 등, 예컨대 솔러 기술들을 위해 구성된 프로세스 챔버들 또는 다른 반도체 프로세스 챔버들, 또는 습식 화학 프로세스들, 또는 약 1 내지 약 35% 농도 범위인 HF가 유용할 수 있는 임의의 적절한 프로세스 또는 프로세스 챔버에서, 수집되고 이용될 수 있다.
[0040] 재생된 HF를 농축시키기 위한 장치(210)는, 예를 들어 멤브레인, 전기적으로 보조되는 멤브레인(electrically assisted membrane), 이온 교환 멤브레인, 또는 재생된 HF를 농축시키기 위한 프리징(freezing) 장치 중에서 하나 이상을 포함할 수 있다.
[0041] 도 1을 다시 참조하면, 제어기(110)가 프로세스 챔버(102)에 결합되어, 이 프로세스 챔버의 동작을 제어할 수 있다. 제어기(110)는 시스템(100) 또는 시스템의 일부분들을 동작시키기 위한 제어기이거나, 또는 개별적인 제어기일 수 있다. 일반적으로, 제어기(110)는 중앙 처리 장치(CPU), 메모리, 및 CPU에 대한 지원 회로들(미도시)을 포함한다. 제어기(110)는 (예를 들어, 디지털 제어기 카드를 통해) 프로세스 챔버(102)를 직접 제어하거나, 또는 특정 프로세스 챔버와 관련된 컴퓨터들(또는 제어기들) 그리고/또는 지원 시스템 컴포넌트들을 통해 프로세스 챔버(102)를 제어할 수 있다. 제어기(110)는 다양한 챔버들 및 서브-프로세서들을 제어하기 위한 산업적 셋팅(industrial setting)에서 이용될 수 있는 임의의 형태의 범용 컴퓨터 프로세서 중 하나일 수 있다. 메모리, 또는 CPU의 컴퓨터-판독가능한 매체는, 이를 테면 랜덤 액세스 메모리(RAM), 판독 전용 메모리(ROM), 플로피 디스크, 하드 디스크, 플래시, 또는 로컬 또는 원격의, 임의의 다른 형태의 디지털 저장장치(digital storage)와 같은 쉽게 이용가능한 메모리 중 하나 이상일 수 있다. 예를 들어, 본 명세서에서 개시되는 방법들을 수행하기 위한 명령들은 CPU의 메모리에 저장될 수 있으며, 실행될 때, 이러한 방법을 수행한다. 지원 회로들이 CPU에 결합되어, 통상의 방식으로 프로세서를 지원한다. 이러한 회로들은 캐시, 전력 공급장치들, 클럭 회로들, 입/출력 회로 및 서브시스템들 등을 포함할 수 있다.
[0042] 몇몇 실시예들에서, 적어도 하나의 F2로부터 물(H2O)을 제거하기 위해 드라이어가 제공될 수 있다. 예를 들어, 드라이어(124)는 (도 1 및 1a에 도시된 바와 같이) 불소 생성기(104)에 결합될 수 있다. 드라이어(124)는 유화성 드라이어(emulsive dryer), 압력 순환 흡착(pressure swing adsorption, PSA) 베드(bed), 분자체 드라이어(molecular sieve)의 세트, 또는 몰 시이브 순환 드라잉 베드들(mole sieve swing drying beds)(예를 들어, 하나가 불소 생성기에 의해 생성된 F2를 건조하는 동안, 다른 하나는 재생된다) 등 일 수 있다. 예를 들어, 드라이어(124)는, 예를 들어 (도 1 및 1a에 도시된 바와 같이) 불소 생성기(104)가 HF를 F2로, 또는 CaF2를 F2로 변환한 후, 습윤된(wet) 불소(F2)를 건조시키도록 구성될 수 있다. 대안적으로, 또는 결합하여, 드라이어(124)는, HF가 불소 생성기(104)에 들어가기 전에, 습식 HF를 건조하도록 구성될 수 있다(미도시).
[0043] 선택적으로, 시스템(100)은 도 1 및 1a에 도시된 것들에 대한 대안적인 구성들을 가질 수 있다. 예를 들어, 몇몇 실시예들에서, 도 1 및 1a에 도시된 바와 같이 불소 생성기 및 감압 증류 장치는 프로세스 챔버(102)에 인접하게 배치될 수 있다. 대안적으로, 몇몇 실시예들에서, 불소 생성기 및 감압 증류 장치는 프로세스 챔버(102)의 위치로부터 분리된, 또는 원격의 위치에 배치될 수 있다. 예를 들어, 분리된 위치는 다른 룸 내에 있거나, 또는 이를 테면 분리된 빌딩 내에 있거나, 바깥쪽에 있는 등과 같이, 제조 라인의 외부에 있을 수 있다. 몇몇 실시예들에서, 불소 생성기, 감압 증류 장치, CaF2, 또는 CaCO3 프로세싱은 프로세스 챔버(102)로부터 원격으로 위치되거나, 또는 예를 들어 안전상의 문제들(safety concerns)로, 적절한 시험실(proof housing) 내에 배치될 수 있다. 예를 들어, 안전상의 문제들은 불소 생성기의 멤브레인 갈라진 틈(tear)을 포함할 수 있는데, 이러한 갈라진 틈은 폭발 또는 유사한 이벤트를 유도할 수 있다. 시스템(100)의 부가적인 대안들은 단일의 통합된 시스템으로서 통합된 저감 시스템(106) 및 HF 재생 시스템(112)을 포함한다.
[0044] 상기 설명한 시스템(100)은 몇 개의 이유들로 인해 유익하다. 예를 들어, 폐쇄 루프 구성은, 챔버 세정들을 위해 전형적으로 PFC들을 이용하는 것과 비교하여, 감소된 온실 가스 방출들을 제공한다. 또한, 이는 유익하게는 요구/소모될 때에 F2를 생성함으로써 현장에서의 F2의 최소의 저장을 허용한다. F2는 시스템 내에서의 F2 가스의 볼륨을 최소화하는 챔버에 비교적 아주 근접하여 생성된다. 이 시스템(100)은 또한 육로들 또는 항로들 상에서 많은 양의 HF 또는 NF3(또는 다른 PFC들 또는 온실 가스들)를 이송해야 하는 필요성을 최소화한다. 또한, 시스템(100)은, 단일 패스(single pass) 챔버 세정 기술들에 의해 전형적으로 생성되는 불화물(CaF2)의 폐기물 양을 최소화한다. 시스템(100)은 저압(예를 들어, 약 20psi)에서 동작하며, 폐쇄 루프 구성으로 인해 일반적으로 더 낮은 시스템 폭 볼륨(system wide volume)으로 결합되어, 유익하게는, 예를 들어 프로세스 가스들을 공급하거나 배출물들을 배출하는 도관들과 같은 챔버 컴포넌트들 내에서의 누설(leak) 또는 파괴(break) 가능성을 감소시킨다. 또한, 불소 생성기는 HF로부터 F2를 전해 형성하는 동안 폐기물 수소(H2)를 더 생성할 수 있는데, 이는 재활용되어, 로컬 저감 장비 또는 유리 플랜트 제조(glass plant manufacturing)에서의 연료로서의 가치(fuel value)로 이용될 수 있다.
[0045] 도 3은 본 발명의 몇몇 실시예들에 따라 HF를 재생하는 방법의 흐름도를 도시한다. 예를 들어, 이 방법은, 챔버가 아이들(idle) 상태에 있을 때(예를 들어, 기판들을 프로세싱하지 않을 때) 수행되는 챔버 세정 프로세스의 일부일 수 있다. 방법(100)은 도 1과 관련하여 하기에서 설명되지만, 이 방법은 상기 설명한 시스템(100)의 임의의 실시예들과도 이용될 수 있다.
[0046] 방법은, 302에서, 불소 생성기(104)가 결합되어 있는 프로세스 챔버(102)를 제공함으로써 시작된다. 프로세스 챔버(102)는 아이들 모드(idle mode)에 있으며 세정 프로세스를 준비하고 있거나, 또는 기판을 식각하기 위해 활성 모드(active mode)에 있을 수 있다. 기판(116)은 기판 지지체(114)를 보호하기 위해 또는 식각되기 위해 존재하거나, 또는 대안적으로는 어떠한 기판들도 존재하지 않을 수도 있다.
[0047] 304에서, 불소 생성기(104)는 HF의 전기분해로부터 또는 CaF2의 가열로부터 불소(F2)를 생성한다. 불소(F2)는 원격 플라즈마 소스(118)에 진입하기 전에 드라이어(124)에 의해 건조될 수 있다. 또한, 그리고 선택적으로, 프로세스 챔버 내에서의 F2 흐름의 제 1 사이클 동안, F2는, 이를 테면 가스 패널에 결합되는 불소 가스 소스 등과 같이, 불소 생성기(104)와 관계없는 소스(미도시)에 의해 제공될 수 있다. 대안적으로, HF가 불소 생성기(104)에 제공되어, 프로세스 챔버 내에서의 제 1 사이클을 시작할 수 있다. 예를 들어, HF는 HF 소스로부터 제공되거나, 또는 대안적으로는, 다른 프로세스 시스템으로부터의 재생된 HF일 수 있다.
[0048] 306에서, 반응성 불소 종들이 원격 플라즈마 소스(118)에 의해 불소(F2)로부터 형성된다. 이러한 반응성 불소 종들은, 예를 들어 일중항 불소(F), 불소 이온들, 불소 라디칼 등을 포함할 수 있다. 대안적으로, F2는 아마도 챔버(102)로 직접 흘러들어갈 것이며, 챔버(102) 내에서 플라즈마 소스(122)에 의해 플라즈마가 형성될 수 있다. 대안적으로, F2는 챔버(102)에 직접 흘러들어갈 수 있으며, 예를 들어 열 세정 또는 유사한 프로세스 동안 어떠한 플라즈마도 형성되지 않을 수도 있다.
[0049] 308에서, 반응성 불소 종들은 프로세스 챔버(102) 내에서, 예를 들어 챔버 세정 프로세스의 일부로서 이용된다. 반응성 불소 종들은, 이를 테면 프로세스 가스들, 기판 물질들 등으로부터 형성되는 것들과 같은, 프로세스 챔버 내에 존재하는 오염물들과 반응할 수 있다. 이러한 오염물들은 불소-함유 배출물로 변환되어, 배기 도관(120)에서 프로세스 챔버로부터 배출된다. 대안적으로, 또는 결합하여, 반응성 불소 종들은 원격 플라즈마 소스(118)로부터 배기 도관(120)으로 직접 흘러들어가서, 배기 도관(120) 내에 존재하는 오염물들을 불소-함유 배출물들로 변환시킬 수 있다.
[0050] 310에서, 불소-함유 배출물들은 프로세스 챔버(102)로부터 배출되어, 저감 시스템(106)으로 흘러들어간다.
[0051] 312에서, 불소-함유 배출물들은, 수소화 프로세스와 열 연소(thermal combustion)중 어느 하나 또는 둘 모두에 의해, HF 및, 예를 들어 불용성 및 가용성 부산물 종들과 같은 부산물 종들로 변환된다.
[0052] 314에서, HF 및 부산물 종들은 HF 재생 시스템(112)을 이용하여 분리된다. 예를 들어, HF 및 수용성 부산물들은 스크러버(206)에 의해 불용성 부산물들로부터 분리되고, HF는 감압 증류 장치(208)에 의해 수용성 부산물로부터 분리된다.
[0053] 316에서, 재생된 HF는 불소 생성기에 제공되며, 불소 생성기에서, 이러한 재생된 HF로부터 F2가 생성되어, 원격 플라즈마 소스(118)에 제공된다(또는 프로세스 챔버(102)에 직접 제공된다). 상기 설명한 바와 같이, 몇몇 실시예들에서, 재생된 HF는 HF 재생 시스템에서 무수 HF로 변환되며, 불소 생성기(104)의 하나 이상의 전기 화학 셀들에 제공되며, 불소 생성기(104)는 원격 플라즈마 소스(118)에 공급될 F2를 생성한다. 대안적으로, 몇몇 실시예들에서, 그리고 앞서 설명된 것에서, 재생된 HF는 CaF2로 변환되고 가열되어, F2를 발생시키며, F2는 원격 플라즈마 소스(118)에 공급될 수 있다(또는, 프로세스 챔버(102)에 직접 공급될 수 있다). 재생된 HF가 무수 HF 또는 CaF2 중 하나로 변환된 후, 방법(300)은 프로세싱이 완료될 때까지 일반적으로 사이클 내에서 계속될 수 있다. 예를 들어, 방법(300)은 하나 이상의 사이클 동안 반복되어, 예를 들어 오염물들의 프로세스 챔버(102)를 충분히 세정하거나, 또는 대안적으로는, 세정 프로세스의 종료점(endpoint)에 이를 때 까지 반복될 수 있다. 예를 들어, 종료점은 배출되는 배출물들이 본질적으로 불소(F2), 불소 이온들, 불소 라디칼들, 또는 이들의 조합들 만을 포함하는 시점(point)을 포함할 수 있다. 대안적으로, 또는 결합하여, 재생된 HF는 상기 설명한 바와 같이 제 2 프로세스 챔버(109)에 제공될 수 있다. 예를 들어, 재생된 HF는 세정, 식각 등과 같은 프로세스에서 이용될 수 있다. 또한, 불화물들을 재생하기 위해 앞서 설명된 Ca, CaSO4, H2SO4 및 기타 물질들과 같은 물질들은 재활용되고 재이용될 수 있다. 부가적으로, 재생 프로세스의 하나 이상의 스테이지들에서 생성되는 열 에너지는, 예를 들어 건조, 예열, 감압 증류 등과 같이, 열을 필요로 하는 재생 프로세스의 다른 스테이지들에서 이용될 수 있다.
[0054] 따라서, 본 명세서에서는 불화수소(HF) 저감 배출물을 재생 및 재이용하기 위한 방법들 및 장치들이 제공되었다. 본 발명의 장치는, 유익하게는 폐쇄-루프 시스템을 제공하는 프로세싱 시스템을 포함하는 바, 상기 폐쇄-루프 시스템은 불소-함유 배출물을 저감시키고, 불소-함유 배출물의 적어도 일부를 HF로 변환하고, 재생된 HF를 F2 생성기에 연료를 공급하기 위한 무수 HF 또는 F2를 발생시키기 위해 가열될 수 있는 CaF2 중 하나로 변환하며, 그리고 챔버들을 세정하고 그리고/또는 기판들을 식각하기 위한 반응성 종을 생성하기 위해 원격 플라즈마 소스에서 F2를 이용하기 위한 것이다. 본 발명의 장치는 높은 지구 온난화 또는 유독성 배출물(예를 들어, 불소-함유 배출물들)의 단일 패스 프로세싱 및 불소 생성기에 연료를 공급하기 위해 이용되는 유독성 원료 물질들(예를 들어, HF)을 취급해야 하는 필요성을 줄인다.
[0055] 전술한 바는 본 발명의 실시예들에 관한 것이지만, 본 발명의 다른 실시예들 및 추가적인 실시예들이 하기 청구항들에 의해 결정되는 본 발명의 기본 범주를 벗어나지 않고 고안될 수 있다.

Claims (15)

  1. 기판들을 프로세싱하기 위한 시스템으로서,
    기판을 프로세싱하기 위한 프로세스 챔버;
    상기 프로세스 챔버에 결합되어, 상기 프로세스 챔버에 불소(F2)를 제공하는 불소 생성기;
    상기 프로세스 챔버에 결합되어, 상기 프로세스 챔버로부터 배출되는 불소-함유 배출물(fluorine-containing effluents)을 저감(abate)시키고, 상기 불소-함유 배출물의 적어도 일부를 불화수소(HF)로 변환시키는 저감 시스템(abatement system);
    상기 저감 시스템에 의해 생성되는 상기 HF를 수집(collect)하고, 정제(purify)하고, 농축(concentrate)하는 것 중 적어도 하나를 행하기 위한 HF 재생 시스템(HF recovery system); 및
    재생된 불화수소(HF)를 상기 불소 생성기 또는 자신에게 결합된 제 2 프로세스 시스템중 적어도 하나에 제공하기 위한 도관;
    을 포함하는,
    기판들을 프로세싱하기 위한 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 프로세스 챔버에 결합된 플라즈마 소스를 더 포함하며, 상기 플라즈마 소스는 상기 불소 생성기에 의해 생성되는 불소(F2)를 반응성 불소 종들(reactive fluorine species)로 변환하고, 상기 플라즈마 소스는 상기 프로세스 챔버를 상기 저감 시스템에 결합시키는 배기 도관에 선택적으로 추가로 결합되어, 상기 반응성 불소 종들을 상기 배기 도관에 선택적으로 제공하는,
    기판들을 프로세싱하기 위한 시스템.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 저감 시스템은,
    상기 불소-함유 배출물들의 적어도 일부를 불화수소(HF) 및 부산물 종들(byproduct species)로 변환하기 위한 열 연소 장치 또는 수소 주입 장치 중에서 적어도 하나;
    를 더 포함하는,
    기판들을 프로세싱하기 위한 시스템.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 HF 재생 시스템은,
    상기 불화수소(HF)를 가용화(solubilizing)시킴으로써 상기 부산물 종들의 적어도 일부로부터 상기 불화수소(HF)를 분리하기 위한 스크러버(scrubber); 및
    상기 부산물 종들의 나머지 부분으로부터 상기 가용화된 불화수소(HF)를 분리하기 위한 감압 증류 장치(vacuum distillation apparatus);
    를 더 포함하는,
    기판들을 프로세싱하기 위한 시스템.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 불화수소(HF) 재생 시스템은,
    상기 가용화된 HF를 무수(anhydrous) HF로 변환하기 위한 디바이스;
    를 더 포함하는,
    기판들을 프로세싱하기 위한 시스템.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 불소 생성기는,
    상기 무수 HF를 F2로 변환하기 위한 하나 이상의 전기화학 셀들(electrochemical cells);
    을 더 포함하는,
    기판들을 프로세싱하기 위한 시스템.
  7. 제 4 항에 있어서,
    상기 불소 생성기는,
    상기 가용화된 HF를 불화칼슘(CaF2)으로 변환하기 위한 유동층 반응기(fluidized bed reactor), 로터리 하소로(rotary calciner), 또는 반응 용기(reaction vessel)중 적어도 하나; 및
    상기 CaF2로부터 F2를 발생시키기 위한 퍼니스(furnace);
    를 더 포함하는,
    기판들을 프로세싱하기 위한 시스템.
  8. 불소를 재생하기 위한 방법으로서,
    프로세스 챔버 내에서 수행되는 프로세스에서 반응성 불소 종들을 이용하는 단계;
    상기 프로세스 챔버에 결합된 저감 시스템 내에서, 상기 프로세스의 결과로서 생기는 불소-함유 배출물들을 불화수소(HF) 및 부산물 종들로 변환하는 단계;
    상기 저감 시스템에 결합된 HF 재생 시스템에서, 상기 부산물 종들로부터 상기 HF를 분리함으로써 상기 HF를 재생하는 단계; 및
    불소(F2)의 생성을 연료로 공급하기 위해 불소 생성기에 재생된 HF를 제공하는 단계;
    를 포함하는,
    불소를 재생하기 위한 방법.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 불소 생성기로부터 생성되는 불소를 상기 프로세스 챔버와 제 2 프로세스 챔버 중 적어도 하나로 지향시키는 단계를 더 포함하는,
    불소를 재생하기 위한 방법.
  10. 제 8 항에 있어서,
    상기 불소 생성기로부터 폐기물(waste) 수소(H2)를 재생하는 단계; 및
    상기 불소-함유 배출물들을 HF로 변환하기 위해 상기 폐기물 수소를 이용하는 단계를 더 포함하는,
    불소를 재생하기 위한 방법.
  11. 제 8 항에 있어서,
    상기 불소-함유 배출물들은 불소(F2), 불소-함유 이온들, 불소-함유 라디칼들, 일중항 원자 불소(singlet atomic fluorine)(F), 불화수소(HF), 사불화실리콘(SiF4), 삼불화질소(NF3), 사불화탄소(CF4) 중에서 적어도 하나를 포함하는,
    불소를 재생하기 위한 방법.
  12. 제 8 항 내지 제 11 항 중의 어느 한 항에 있어서,
    상기 불소-함유 배출물들을 HF 및 부산물 종들로 변환하는 단계는,
    열 산화 또는 수소화(hydrogenation) 프로세스 중 적어도 하나에 의해, 상기 불소-함유 배출물들을 HF 및 부산물 종들로 변환하는 단계;
    를 더 포함하는,
    불소를 재생하기 위한 방법.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 HF를 재생하는 단계는,
    물(H2O) 내에서 상기 HF, 및 상기 부산물 종들의 가용성 부분을 용해시키는 단계; 및
    상기 가용성 부분으로부터 상기 HF를 분리하기 위해, 상기 HF, 및 상기 부산물 종들의 상기 가용성 부분을 증류하는 단계;
    를 더 포함하는,
    불소를 재생하기 위한 방법.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 HF를 재생하는 단계는,
    무수 HF를 형성하기 위해, 증류된 HF로부터 H2O를 제거하는 단계; 및
    상기 무수 HF의 적어도 일부분을 F2로 변환하는 단계;
    를 더 포함하는,
    불소를 재생하기 위한 방법.
  15. 제 13 항에 있어서,
    상기 재생된 HF를 불소 생성기에 제공하는 단계는,
    불화칼슘(CaF2)을 형성하기 위해, 상기 증류된 HF를 탄산칼슘(CaCO3)과 반응시키는 단계; 및
    F2를 생성하기 위해, 상기 CaF2를 가열하는 단계;
    를 더 포함하는,
    불소를 재생하기 위한 방법.
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