KR20180031685A - 저감 시스템 - Google Patents
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Abstract
벤투리 스크러버는 큰 범위의 유체로부터 미립자를 분리하기 위해 사용된다. 유체를 구동하고 미립자를 제거하는데 도움을 주기 위해 추가의 액체 및/또는 가스가 제공된다. 본 발명은 액체 링 펌프를 포함하며, 피처리 유체는 상기 액체 링 펌프를 먼저 통과한 다음 배출되고, 추가의 작업 유체는 미립자가 배출 유체로부터 분리될 수 있도록 벤투리 스크러버로 들어간다.
Description
본 발명은 프로세싱 챔버로부터 배기되는 배출 가스를 저감하기 위한 저감 시스템에 관한 것이다.
프로세싱 챔버로부터 배기되는 배출가스를 저감하기 위한 저감 시스템이 공지되어 있고, 배출가스 스트림 내의 각종 부식성 또는 유해 구성성분을 처리하도록 구성될 수도 있다. 예를 들면 반도체 웨이퍼들을 프로세싱할 때, 예를 들면 침착 및 에칭 단계에서는 상이한 구성성분들이 배출되고, 이 구성성분들은 적절히 처리되어야만 한다. 또한 프로세싱 단계들 사이에서 프로세싱 챔버를 세정할 때에는, 프로세싱 챔버로부터 추가의 구성성분들이 배출될 것이다. 추가로, 미립자들이 배출 스트림 내에 혼입될 수도 있고, 서브마이크론 미립자들을 포함할 수도 있는데, 이들 서브마이크론 미립자들은 저감 장치에 의해 수집되어야만 한다.
하기에 더욱 상세히 기술된 본 발명의 실시형태는 개선된 저감 시스템을 제공하려는 것이다.
본 발명은 프로세싱 챔버로부터 배기되는 배출 가스를 저감하기 위한 저감 시스템을 제공하는 것으로서, 상기 저감 시스템은:
프로세싱 챔버로부터 배기되는 가스를 압축 및 사전 스크러빙(pre-scrubbing)하기 위한 액체 링 펌프로서, 배기된 가스를 수용하는 가스 입구와, 펌프의 스테이터 내에서 로터가 회전할 때 상기 스테이터 내에 액체 링을 생성하기 위한 액체를 수용하는 액체 입구와, 가스와 액체를 가스/액체 비율로 배출하는 가스 및 액체 출구를 포함하는, 상기 액체 링 펌프와;
상기 액체 링 펌프로부터 가스와 액체의 혼합물을 수용하는 입구와, 가스와 액체의 혼합을 제공하기 위해 가스와 액체가 관통 운반되는 노즐과, 상기 노즐로부터 운반되는 액체를 수집하기 위한 액체 섬프와, 벤투리 스크러버로부터 가스를 배출하는 가스 출구를 포함하는 벤투리 스크러버를 포함하며,
상기 액체 링 펌프는 상기 벤투리 스크러버를 통해 가스와 액체를 구동하는 압력에서 가스와 액체를 배출하도록 구성된다.
본 발명의 다른 바람직한 및/또는 선택적인 양상은 첨부된 특허청구범위에 규정된다.
본 발명을 더욱 잘 이해하기 위하여, 예시로만 주어지는 여러 실시형태가 이하에서 첨부 도면을 참조하여 기술될 것이다. 도면에 있어서,
도 1은 제 1 저감 시스템을 개략적으로 도시하고,
도 2는 제 2 저감 시스템을 개략적으로 도시하고,
도 3은 제 3 저감 시스템을 개략적으로 도시하고,
도 4은 제 4 저감 시스템을 개략적으로 도시하고,
도 5은 제 5 저감 시스템을 개략적으로 도시한다.
도 1은 제 1 저감 시스템을 개략적으로 도시하고,
도 2는 제 2 저감 시스템을 개략적으로 도시하고,
도 3은 제 3 저감 시스템을 개략적으로 도시하고,
도 4은 제 4 저감 시스템을 개략적으로 도시하고,
도 5은 제 5 저감 시스템을 개략적으로 도시한다.
액체 링 펌프는 가스 스트림으로부터 전형적인 입자 크기가 비교적 큰, 전형적으로 1 마이크론보다 큰(＞1㎛) 분진 입자들을 분리하는데 있어서 효율적인 것으로 보였다. 이 점에 있어서, 액체 링 펌프는 그들의 입자 수집 효율의 면에서, 포장된 습식 스크러버 타워와 필적한다. 한편 벤투리 스크러버는 적절한 액체/가스 비율로 그리고 벤투리 노즐(스로트)을 가로지른 비교적 높은 전압 강하에서작동시 서브마이크론 입자를 효율적으로 수집하기 위해 이용되었고, 실리카(SiO2) 퓸(fume)을 수집하는데 있어서의 그들의 용도가 잘 문서화되어 있다. 벤투리 스크러버는 연속적인 방식으로 쉽게 작동될 수 있지만, 백 필터(bag filter)와 같은 대안예는 비우거나 세정을 위해 주기적으로 오프라인으로 두어야 하며, 이것을 이중 설치(duplex installation)나 정지 시간(downtime)을 필요로 한다. 벤투리 스크러버는 댐프 슬러리(damp slurry)와 같이 유해할 수도 있는 미립자를 포획하여, 가스 스트림으로의 입자의 재혼입, 취급시의 오염 및 작업자에 의한 흡입의 위험을 감소시킨다. 그러나, 서브마이크론 입자들을 수집하기 위해서는, 벤투리 스크러버가 전형적으로 물의 대략 250cm의 압력 강하에 의해 구동되는 것이 필요하다. 그러한 압력 강하는 전형적으로 스크러버의 상류 및 하류에서 작동하는 팽창성의 루츠 송풍기(expansive roots blowers)에 의해 제공되었다.
프로세싱 챔버를 배기하기 위한 진공 시스템은 챔버에 연결된 건조 펌핑 구조물과, 건조 펌핑 구조물의 하류에 위치된 습식 스크러버 또는 연소기와 같은 저감 장치를 포함할 수도 있다. 벤투리 스크러버는 프로세싱 챔버로부터 배출되는 배출가스 스트림의 유동에 대해 상당한 저항을 제공하며, 따라서 그러한 가스 유동을 스크러빙하기에 통상은 적합하다고 생각되지 않는다. 송풍기는 벤투리 스크러버를 구동하는데 필요한 추가의 압력 변화를 제공하기 위해 사용될 수 있지만(하류가 흡입을 제공하거나 또는 상류가 압축을 제공함), 그러한 송풍기는 잠재적으로 고저항성의 배출 가스에 대해 저항력을 가지는 것이 필요할 것이며, 폭발성 및 가연성의 가스 혼합물과 함께 사용할 때 점화원을 제공하지 않도록 설계될 필요가 있을 것이다.
도 1을 참조하면, 예를 들면 건조 펌핑 구조물(도시되지 않음)에 의해 프로세싱 챔버로부터 배기되는 배출가스(11)를 저감하기 위한 저감 시스템(10)이 도시된다. 건조 펌핑 구조물은 1 mbar 내지 10-6 mbar의 영역에 있을 수도 있는 압력에서 가스를 배기하고 대기압의 구역에서의 압력으로 가스 스트림을 배출한다. 저감 시스템(10)은 프로세싱 챔버로부터 배기되는 가스를 압축하기 위한 액체 링 펌프(12)를 포함한다. 액체 링 펌프는 건조 펌핑 구조물로부터의 배기된 가스를 수용하기 위한 가스 입구(14)와, 펌프의 스테이터(20) 내에서 로터(22)가 회전할 때 스테이터(20) 내에서 액체 링을 생성하기 위해 액체원(18)으로부터 액체를 수용하기 위한 액체 입구(16)와, 가스와 액체를 가스/액체 비율로 배출하기 위한 가스 및 액체 출구(24)를 포함한다.
저감 장치는, 액체 링 펌프로부터 가스 및 액체 혼합물을 수용하기 위한 입구(28)와, 가스와 액체의 혼합을 제공하기 위해 가스와 액체가 관통 운반되는 노즐(스로트로도 알려짐: 30)과, 노즐을 통해 운반되는 액체를 수집하기 위한 액체 섬프(32)와, 벤투리 스크러버로부터 가스를 배출하기 위한 가스 출구(34)를 포함하는 벤투리 스크러버(26)를 추가로 포함한다.
액체 링 펌프(LRP: 12)는 벤투리 스크러버를 통해 가스와 액체를 구동하는 압력에서 가스와 액체를 배출하도록 구성된다. 부식성 구성성분을 함유하는 배출 가스의 경우에, 액체 링 펌프는 부식성 및 가연성 가스 혼합물에 대해 저항을 갖도록 구성된다. 액체 링 펌프는 벤투리 내에서의 스크러빙을 증진하기 위해 벤투리 스크러버에 적합한 비율로 가스와 서비스 액체의 양자를 공동 배출한다. 가스와 액체의 혼합물이 액체 링 펌프에 의해서 압력으로 배출되고, 압축부(36)를 거쳐서 노즐(30)에 의해 제공되는 제한부를 통과한다. 액체 링 펌프에서 배출된 가스는 고효율 스크러버 자체에서 혼합물이 압축부(36)를 거쳐서 노즐(30)을 통해 가압될 때 서비스 액체와 재차 추가로 혼합된다. 이와 관련하여, 배출가스 스트림의 구성성분에 따라서, 부식성 구성성분이, 특히 노즐을 통해 생성된 난류 내에서 서비스 액체 내에 용해되거나 이와 다른 방식으로 서비스 액체와 반응한다. 혼합물이 노즐을 통과해서 팽창부(40)로 팽창할 때 가스와 액체의 속도에 있어서의 큰 차이는, 고속 가스 지지 입자가 고속 이동 액체 방울 상에 충돌하는 메카니즘을 통해 미립자의 포착을 돕는다. 특정 미립자를 포획하는데 필요한 물 방울의 크기는, 물 방울이 포획을 위해 필요로 하는 미립자의 크기에 비례하는데, 다시 말해서 보다 작은 미립자를 수집하기 위해서는 보다 미세한(작은) 물 방울이 필요하다. 액체 방울의 크기는, 액체가 압축부(36) 및 노즐(30)을 통해서 가속되는 속도, 및 그 후 팽창부(40)에서의 전단 작용에 의해 결정된다. 팽창부(40)는 가스를 액체로부터 분리하는 역할을 하여서, 액체는 섬프(32) 내에 보유되는 반면, 스크러빙된 가스는 출구(34)를 통해 스크러버로부터 배출된다. 압축부(36) 및 팽창부(40) 뿐 아니라 노즐(30)은 벤투리 스크러버로 진입하는 가스 액체 혼합물의 비율에 따라 구성된다. 벤투리 스크러버를 위한 중요 설계변수는 스로트 직경, 총 가스 유동, 액체 대 가스 비율, 및 노즐(30)을 가로지른 압력 강하이다. 노즐 직경, 총 가스 유동 및 액체 대 가스 비율은 결과적인 압력 강하에 영향을 미친다. 배출 입자 포획을 위해서는, 높은 압력 강하, 및 결과적인 가스 및 액체 속도에서의 큰 차이가 필요한 반면, 높은 가스 스크러빙 효율(예를 들면 산성 화합물의 포획)을 위해서는 액체와 배출 가스 사이의 접촉 시간을 증가시키기 위해서 보다 낮은 가스 및 액체 속도가 필요하다. 액체 링 펌프가 이미 효율적인 가스 스크러버로서의 역할을 하였기 때문에, 미립자 수집을 위해 압력 강하가 최적화된다. 캘버트 등(Calvert et al)(Yung, Barbarika, and Calvert, J. Air Pollut. Control Assoc., 27, 348, (1977))은 가스와 액체의 성질에 대한 지식과 벤투리 스크러버의 물리적 치수로부터 압력 강하가 계산될 수 있게 하는 방정식을 개발하였다. 이러한 방정식을 이용하여, 필요한 압력 강하를 달성하기 위해 가스 대 액체 비율 및 노즐 치수를 최적화하는 것이 가능하다. 우발적으로, LRP에 의해 방출된 가스 대 액체 비율은 고효율 미립자 포획에 최적이라고 여겨지는 값의 범위 내에 있는 대략 7 m3 liquid/1000 m3 가스 정도이다. 따라서 주어진 총 가스 부하에 대해 최적의 노즐 치수가 쉽게 결정될 수 있다.
공지된 벤투리 스크러버에 있어서, 액체는, 가스 입구를 통해 벤투리로 들어가는 가스와의 혼합을 위해, 액체원으로부터 스크러버의 액체 입구로 주입된다. 액체는 미립자 스크러빙을 증진시키기 위해 적절한 액체/가스 비율을 형성하도록 제어된 방식으로 주입된다. 이러한 방식으로의 액체 주입은, 주입된 액체의 양을 결정함과 아울러 액체를 스크러버로 실제로 주입하기 위해 추가의 장비를 필요로 한다. 현재의 구조물에 있어서는, 액체 링 펌프의 사용으로 인해, 가스 및 액체가 미립자 스크러빙을 증진하기 위한 적절한 비율로 함께 벤투리 스크러버로 들어간다. 일반적으로, 추가의 액체 주입 수단 또는 액체의 양을 결정하기 위한 수단이 필요하지 않지만, 가능한 예외는 제 2 및 후속 실시형태에 대해 벤투리 입구의 압력 안정화가 필요할 수도 있다는 것이다.
또한 벤투리 스크러버는 액체 링 펌프 설비에 전형적으로 사용되는 세퍼레이터 탱크를 대체하는, 가스와 물을 분리하기 위한 메카니즘을 제공한다. 일부 액체 링 펌프의 부식 저항성 설계는 농축 산의 사용을 허용하며, 따라서 서비스 액체는 재순환된 액체를 구비하여, 액체 소모를 감소시키고 폐기물 용적을 최소화시킬 수 있다.
도시된 구조물에 있어서, 배출 가스 스트림을 추가로 스크러빙하기 위해 선택적인 액체 스크러빙 타워(38)가 제공된다. 습식 스크러버(38)는 벤투리 스크러버의 배출구(34)로부터 가스를 수용하는 입구(42)를 갖는다. 신선한 액체가 액체 입구(44)를 통해 타워로 도입될 수 있으며, 스크러빙된 가스는 출구(46)를 통해 배출된다. 스크러빙된 액체는 타워(38)를 통해 포장 물질 위로 아래로 쏟아져서 액막을 형성하며, 이 액막 내로 가스 스트림 내의 미립자 및 임의의 용해가능한 물질이 포획된다.
저감 장치(10)는 수용성 및 가수분해성 가스의 고효율 스크러빙을 액체 링 펌프(12)의 형태로 제공하며, 서브마이크론 입자의 고효율 포획 수단을 벤투리 스크러버(26)의 형태로 제공한다. 액체 링 펌프에 의한 가스 스트림의 압축은 벤투리 스크러버의 노즐(30)을 가로지른 압력 강하를 극복하기 위한 필요 원동력을 가스에 제공한다. 이 실시형태에 있어서, 액체 링 펌프로부터 배출된 배출 가스/액체는 벤투리 스크러버의 상부에 접선방향으로 들어가서, 배출 유체의 액체 부분이 벤투리 노즐(30) 안으로 떨어지기 전에 절두원추형 벤투리 스크러버 부분(36)의 내측벽 둘레로 회전하도록 한다. 이러한 회전 작용은, 벤투리 스크러버의 내측에서 하향으로 연속적으로 밀려오는 물벽을 생성하는 액체 둑을 형성하도록, 벤투리 스크러버와 동심으로 벤투리 스크러버의 외측에 있는 채널 내로 액체 스트림을 주행시킴으로써 더욱 향상될 수 있다. 미립자 물질의 고효율 스크러빙을 보장하기 위해서, (250 cm 정도 물의) 비교적 큰 압력 강하가 만들어지도록 그리고 액체 링 펌프에 의해서 방출된 액체/가스 비율에 어울리도록 벤투리 노즐 사이즈가 선택될 수 있는 계산 및 실험이 행해졌다. (예를 들면 프로세스 가스 유동에서의 가능한 편차로 인해) 필요하다면, 가스 유동 및 소망하는 압력 강하와 관련하여 변화될 수 있는 벤투리 스크러버 입구로의 추가의 재순환 액체 공급을 사용하여 압력 강하의 제어가 이루어질 수 있다.
본 발명의 후속 실시형태에 있어서, 점화원 및 산화제 공급원을 포함하는 연소 섹션이 액체 링 펌프 배기부와 벤투리 스크러버 사이에 위치되며, 폐기 스트림의 가연성 부분(SiH4, H2 등)이 꾸준하고 안전하게 연소될 수 있도록 작동된다. 이러한 설계의 추가의 개선은, 전술한 바와 같이 연소 섹션이 물 둑 내에 동심으로 위치된다는 것이며, 물 둑은 액체 링 펌프에 의해서 배출된 물로부터 생성되고, 벤투리 스크러버 입구의 벽에서 하향으로 유동된다.
보다 상세히 말하면, 본 발명의 제 2 실시형태는, 질화규소(SiN) 층의 제조에 사용되는 실란-암모니아 혼합물의 저감에 적합한 벤투리 스크러버와 액체 링 펌프 및 연소 섹션의 조합을 개괄적으로 나타낸다. 암모니아를 사전 스크러빙하기 위해 벤투리 스크러버 상류에 액체 링 펌프를 이용하면, 종래의 대기압 플라즈마 또는 연소 저감 시스템에서 실란과 함께 암모니아의 연소에서 발생하는 NOx 생성의 문제가 해결된다. 스크러빙 효율을 개선하기 위해서, 액체 링 펌프에는 산(전형적으로는 황산)이 투여되어 암모니아를 추가로 격리시킬 수 있다. 액체 링 펌프의 하류의 가스 액체 유동에 임의의 산화물이 도입되기 때문에, 액체 링 펌프는, 연소 섹션의 하류에 위치된 경우 보다 큰 용량을 가져야 하는 일 없이, 건조 펌프로부터 배출되는 가스 스트림을 펌핑하도록 구성되는 것만이 필요하다.
도 2에 도시된 제 2 실시형태는 연소 섹션을 추가로 포함한다. 연소 섹션은, 벤투리 스크러버의 입구부로 산화제 유동을 공급하기 위해 제공된 산화제 입구(50), 및 벤투리 스크러버에 들어가는 배출가스를 점화하기 위해 제공되는 점화원(52)을 추가로 포함한다. 배출가스 스트림은 산화제의 유동과 혼합되고, 점화원에 의해서 점화되며, 따라서 배출가스 스트림은 연소된다. 점화원(52)은 예를 들면 마이크로웨이브 또는 직류 플라즈마원, 연료/산화제 버너, 또는 전기 가열된 표면일 수도 있다. 산화제는 예를 들면 공기 또는 산소일 수도 있다. 도시된 산화제 입구는 벤투리 스크러버 내에 형성되지만, 변형 구성에 있어서 입구는 벤투리 입구(28)의 상류 및 액체 링 펌프의 하류에 형성되어서, 연소 섹션에 들어가기 전에 배출가스와 산소의 잘 섞인 혼합물을 형성할 수도 있다. 설계에 대한 추가의 개선에 있어서, 점화원(52) 및 산화제 입구(50)에 의해서 도시된 바와 같이 벤투리의 상면에 형성, 및 벤투리 스크러버의 연소 섹션(36)의 연속적으로 밀려오는 액체 벽에 의해서 수직 주변부에 형성된 공간 내에서 연소가 발생한다. 따라서 연소 생성물은 벤투리 노즐(30) 내로 스쳐 지나가며, 연소 챔버(36)의 벽은 냉각 상태로 유지되며 항상 세정된다.
제 2 실시형태에 있어서, 하나 이상의 호환가능한 배출가스 스트림은 예를 들면 SiN 층의 제조에 사용되는 암모니아-실란 혼합물을 함유하지만 이것에 제한되지 않는다. 물을 서비스 액체로서 사용하고 스크러빙 효율을 향상시키기 위해 어쩌면 황산과 같은(그러나 이 황산에 제한되지는 않음) 화학물질이 투여되는 액체 링 펌프(12)가 유입 가스 스트림을 사전 스크러빙하여, 암모니아-실란 혼합물의 경우에는, 가스 스트림이 연소섹션에 들어가기 전에 기상(gas phase) 암모니아 농축을 대폭 감소시킨다. 특히 황산이 투여된 연소 섹션 상류에 있어서의 액체 링 펌프의 설비는 가스 스트림을 함유하는 암모니아의 연소 중 보통 관찰되는 NOx의 형성을 대폭 감소시킨다.
본 발명을 위한 적용의 다른 예는 실란 층, 예를 들면 태양 전지 내에 사용되는 비정질 또는 미정질 실리카(Amorphous or microcrystalline silica)의 침착이다. 이 프로세스는, 고 폭발성 및 가연성 배기 가스 스트림을 발생시키는 실란, 수소 및 각종 도펀트(PH3, GeH3 등)의 혼합물을 종종 사용한다. 제조 프로세스에 사용된 툴(tool)은 3불화질소(NF3)와 같은 가스를 함유하는 불소로 주기적으로, 그리고 때로는 독립적으로 세척되는 다중 챔버를 가진다. 이것은 불소 F2, 4불화규소 SiF4 및 약간의 잔여 NF3의 높은 산화 혼합물을 함유하는 폐기 가스 스트림을 발생시킨다. 침착 가스 스트림은 폭발 및 화재의 위험 때문에 세정 단계 가스 스트림과의 혼합이 방지되어야 한다.
본 발명의 제 3 실시형태에 있어서, 복수의 액체 링 펌프(54, 56, 58)[생산 툴(66)의 챔버(60, 62, 64) 당 하나]는 단일의 벤투리 스크러버를 공급한다. 이 예에 있어서는, 3개의 액체 링 펌프가 생산 툴의 3개의 챔버와 연관된다. 다수의 펌프를 포함할 수도 있는 건조 핌핑 구조물(68)이 각각의 처리 챔버로부터 배출 가스 유동(70, 72, 74)을 운반 또는 진공배기하는 역할을 한다. 벤투리 스크러버(26) 및 습식 스크러빙 타워(38)가 도 2에 도시되고 도 2와 관련하여 토론된 것과 동일 방식(또는 적절하다면 연소 섹션 없이 도 1에 도시된 것과 동일 방식)으로 배열된다. 액체 링 펌프의 각각은 각각의 배출 가스 유동(70, 72, 74)을 펌핑 및 스크러빙하기 위해 구성될 수 있고, 예를 들면 펌프의 서비스 액체는 배출 가스 유동을 스크러빙하기 위해 적절히 선택될 수 있고, 및/또는 전술한 바와 같이 황산과 같은 적절한 투여제가 투여될 수도 있다. 도 3에 있어서, 액체 링 펌프(54, 56, 58)는 각각의 챔버(60, 62, 64)와 평행하게 연결되어, 각각의 챔버로부터 배출된 배출 가스가 펌핑 및 스크러빙을 위한 전용의 액체 링 펌프를 가질 수도 있도록 한다. 다른 구조에 있어서는, 하나 이상의 액체 링 펌프가 예를 들면 어느 하나의 챔버에 스위치되어, 하나의 액체 링 펌프가 프로세싱 중 하나의 챔버(60)로부터 배출 가스(예를 들면 72)를 펌핑하도록 배열되고, 다른 액체 링 펌프가 세척중 그 챔버(60)로부터 배출 가스(예를 들면 74)를 펌핑하도록 배열될 수 있게 한다. 이것은, 세척 단계 가스(예를 들면 F2 및 SiF4)가 벤투리 스크러버로 들어가기 전에 사전 스크러빙될 수 있게 하며, 따라서 비호환성 가스 스트림 혼합의 가능성을 제거한다. 이 실시형태의 추가 이점은, 액체 링 펌프를 사용하면, 종래의 건조 펌프의 배출 라인에서 감압이 발생되어서, 그들의 동력 소모가 감소되고 시스템을 통한 수소의 펌핑 속도가 개선된다는 것이다. 이와 관련하여, 건조 펌프 또는 펌프들은 대기압 미만의 압력에서 배출되도록 배열될 수도 있고, 각각의 액체 링 펌프가 벤투리 스크러버를 예를 들면 250cm 의 물로 구동하기에 충분하게 펌핑된 가스의 압력을 증가시키도록 배열된다. 동일한 효율 절감이 본 명세서에 기술된 모든 실시형태들에 적용될 수 있다.
본 발명의 제 3 실시형태 및 후속 실시형태들은, 서로 비호환성일 수도 있는 가능성이 있는 다수의 가스 스트림(72, 74, 76)의 저감에 관련된다. 가스 스트림의 비호환성은 각각의 액체 링 펌프에 의한 사전 스크러빙에 의해 회피된다. 예를 들면 실리콘 층의 제조에 있어서는, 실란, 수소 및 각종 도펀트(dopents)[예를 들면 포스핀(Phosphine) 및 게르만(Germane)]를 함유하는 가스 혼합물이 실제의 침착화학 작용에 사용되지만, 종종 다수의 독립적으로 제어되는 챔버(60, 62, 64)를 갖는 생산 툴은 또한 불소 함유 가스(예를 들면 3불화질소)의 혼합물을 주기적으로 사용해서 챔버를 플라즈마 세정한다. 이러한 세정 단계는, 다른 것 중에서도 특히, 불소, 4불화규소 및 잔여 3불화질소를 함유하는 고산화 폐기가스 스트림을 유리시킨다. 고가연성 침착 화학물질(예를 들면 실란, 수소)을 세정 단계 가스 및 그들의 반응 부산물과 혼합하는 것은 화재 및 폭발의 명백한 위험으로 인해 방지되어야 한다. 그 목적을 위해, 본 발명의 제 3 실시형태에 있어서는 드라이 펌프(68)로부터 방출된 각각의 프로세싱 챔버 폐기가스 스트림(72, 74, 76)이 독립적인 사전스크러빙을 위해, 분리된 액체 링 펌프로 들어간다. 실리콘 층 침착을 위해 전술된 예에 있어서, 액체 링 펌프는 연소 섹션으로 들어가기 전에 (3불화질소를 제외한) 불소 함유 종을 스크러빙하고, 그래서 비호환성 가스 스트림의 혼합을 방지한다. 또한 액체 링 펌프에 의한 추가의 펌핑은 분자 수소 함유 가스 스트림의 펌핑 속도를 개선하고 드라이 펌프의 동력 소모를 감소시킨다.
본 발명의 제 4 실시형태에 있어서는 2개의 액체 링 펌프가 이용된다. 전방선 밸브 및 파이프구조를 이용하여, 제 1 액체 링 펌프가 침착 가스를 펌핑하도록 배열되고, 제 2 액체 링 펌프가 세정 단계 가스를 펌핑하도록 배열되어, 세정 및 침착 가스를 적절한 제 1 및 제 2 액체 링 펌프로 지향시킨다. 그 때 이들 2개의 액체 링 펌프가 단일 벤투리 스크러버를 공급한다. 벤투리 스크러버(26) 및 선택적인 스크러빙 타워(38)는 도 1, 2 또는 3에서 이미 기술한 것과 같다.
이것은, 연소 섹션 및 벤투리 스크러버로 들어가기 전에 세정 단계 가스 스트림(예를 들면 F2 및 SiF4)이 사전스크러빙될 수 있게 하여, 비호환성 가스 스트림 혼합의 가능성을 제거한다. 제 3 실시형태와 유사하게, 액체 링 펌프의 사용은, 종래의 건조 링 펌프의 배출라인에 있어서 감소된 압력을 발생시켜서, 그들의 동력 소모를 감소시키고 수소 펌핑 속도를 증가시킨다.
도 4에 도시된 바와 같이, 제 4 실시형태에 있어서, 프로세싱 챔버(60, 62, 64) 당 하나의 개별적인 액체 링 펌프 또는 액체 링 펌핑 스테이지에 대한 필요는, 3방 밸브의 뱅크 - 프로세싱 챔버 당 (또는 프로세싱/세정 단계 또는 스테이지 당)하나 - 를 사용하여, 도 4에 도시한 바와 같은 3개의 챔버/단계를 위해 프로세스 유동을 보다 적은 수의 액체 링 펌프 또는 2개의 액체 링 펌프 중 하나로 지향시킴으로써 회피된다. 도시된 바와 같은 벤투리 스크러버(26) 및 타워(38)는 도 2에 도시하고 도 2와 관련하여 기술한 바와 같다(또는 적절하다면 연소 섹션 없이 도 1에 도시한 바와 같다). 하나의 액체 링 펌프(78)는 침착 폐기가스 스트림(82)을 수용하도록 배열되고, 하나의 액체 링 펌프(80)는 세정 가스 폐기 스트림(84)을 수용하도록 배열된다. 더욱 상세하게, 바람직하게는 적어도 3방 밸브인 3개의 밸브(86, 88, 90)가 챔버로부터의 가스를 액체 링 펌프(78, 80) 중 선택된 하나로 이송하도록 제공된다. 예를 들면 프로세싱 단계 중 챔버(60)로부터 배출된 배출가스는 밸브(86)에 의해 액체 링 펌프(78)로 이송되고, 챔버 세정 단계중 액체 링 펌프(80)로 이송된다. 액체 링 펌프(78, 80)는 프로세싱 가스 배출 스트림 및 세정 가스 배출 스트림을 처리하도록 각기 구성될 수도 있다. 변형예로서, 하나의 액체 링 펌프(78)가 제 1 프로세스 단계 중, 예를 들면 침착 단계 중 배출된 배출 가스를 처리하도록 구성될 것이지만, 제 2 액체 링 펌프(80)는 제 2 프로세싱 단계 중, 예를 들면 에칭 단계 중 배출된 가스를 처리하도록 구성될 수도 있다. 그 때 침착 폐기가스 스트림은 제 2 실시형태에서 개괄적으로 설명한 바와 같이 또는 연소 섹션 내로 지향될 수 있거나, 또는 제 5 실시형태에서 후술하는 바와 같이 점화원으로 직접 지향될 수 있을 것이다.
제 3 및 제 4 양자의 실시형태에 있어서, 침착 가스 스트림은 액체 링 펌프(54, 56, 58; 78, 80)를 통해서 이송된다. 침착 스트림의 전형적인 구성요소는 물과 반응하거나 물 내에서 용해되지 않지만, 가스 스트림에는 종종 입자가 쌓인다. 입자의 실질적인 부분 - 특히 마이크론 크기 또는 그 이상의 입자 - 은 액체 링 펌프를 통과함으로써 제거되어서, 그러한 입자 축적 가스 스트림이 잠재적으로 폐색을 야기하는 연소 섹션 상의 부담을 경감시킨다.
본 발명의 제 5 실시형태에 있어서, 전방선 밸브 및 파이프 구조는 세정 단계 가스를 사전 스크러빙을 위해 단일 액체 링 펌프로 지향시키고 침착 가스를 단일 벤투리 스크러버 내의 연소 섹션으로 직접 지향시킨다.
도 5에 도시된 제 5 실시형태에 있어서, 제 4 실시형태에 기술한 것과 같은 3방 밸브(86, 88, 90)의 뱅크는 챔버(60, 62, 64)로부터의 배출 가스(82, 84)를 복수의 액체 링 펌프(78, 80)중 하나로 선택적으로 이송하기 위해 사용된다. 하나의 구조예에 있어서, 세정 및 침착 단계 배출가스 스트림은 사전스크러빙을 위해 각각의 액체 링 펌프로 이송되어, 세정 및 프로세싱 단계 배출 가스 스트림이 액체 링 펌프에 의한 사전 스크러빙 전에 혼합되지 않도록 한다. 사전스크러빙은 배출 가스 스트림을 조정해서, 가스 스트림을 혼합하는 것과 관련된 잠재적인 위험을 감소시킨다. (가스 및 서비스 액체를 포함하는) 침착 폐기 가스 스트림은 액체 링 펌프 내에서의 사전 스크러빙 및 압축 후 가스 및 액체 세퍼레이터(92)로 이송된다. 기상 부분(94)은 사전 연소를 위해 연소 섹션의 산화제 공급 노즐(50)로 이송된다. 사전 스크러빙된 침착 폐기가스 스트림의 액체 부분(96)은 벤투리 스크러버(26)의 입구(28)로 유출된다. 세정 단계 배출가스 스트림은 세퍼레이터(92)를 통과함이 없이 벤투리 스크러버(26)의 입구(28)로 이송된다. 이러한 구조는 세정 단계 폐기가스로부터 침착 폐기가스의 분리 정도를 증가시켜서 동작의 안전성을 향상시킨다. 세정단계 폐기가스 스트림을 이미 사전연소된 침착 폐기가스 스트림과 혼합시키면, 액체 링 펌프에서의 스크러빙 후에 가스 스트림에 잔류하는 불소 함유 종 - 특히 잔여 3불화질소 - 의 파괴가 향상된다.
Claims (14)
- 프로세싱 챔버로부터 배기되는 배출 가스를 저감하기 위한 저감 시스템에 있어서,
프로세싱 챔버로부터 배기되는 가스를 압축 및 사전 스크러빙(pre-scrubbing)하기 위한 액체 링 펌프로서, 배기 가스를 수용하는 가스 입구와, 펌프의 스테이터 내에서 로터가 회전할 때 상기 스테이터 내에 액체 링을 생성하기 위한 액체를 수용하는 액체 입구와, 가스와 액체를 가스/액체 비율로 배출하는 가스 및 액체 출구를 포함하는, 상기 액체 링 펌프와;
상기 액체 링 펌프로부터 가스와 액체의 혼합물을 수용하는 입구와, 가스와 액체의 혼합을 제공하기 위해 가스와 액체가 관통 운반되는 노즐과, 상기 노즐로부터 운반되는 액체를 수집하기 위한 액체 섬프와, 벤투리 스크러버로부터 가스를 배출하는 가스 출구를 포함하는 벤투리 스크러버를 포함하며,
상기 액체 링 펌프는 상기 벤투리 스크러버를 통해 가스와 액체를 구동하는 압력에서 가스와 액체를 배출하도록 구성되는
저감 시스템. - 제 1 항에 있어서,
상기 액체 링 펌프로부터 배출되는 배출 가스 스트림의 가스/액체비는 상기 벤투리 스크러버에 의한 스크러빙을 증진하도록 구성되는
저감 시스템. - 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 가스 스트림이 상기 벤투리 스크러버의 노즐을 통과하기 전에 상기 액체 링 펌프로부터 배출되는 배출 가스를 연소시키도록 위치된 연소기를 포함하는
저감 시스템. - 제 3 항에 있어서,
상기 연소기는 상기 벤투리 스크러버의 입구부로 산화제 유동을 공급하기 위한 산화제 입구와, 상기 배출 가스 스트림을 연소시키기 위해 상기 산화제 유동 내에서 상기 벤투리 스크러버로 들어가는 배출 가스를 점화시키도록 위치된 점화원을 포함하는
저감 시스템. - 제 4 항에 있어서,
상기 벤투리 스크러버 내에서 배출가스를 연소시키기 위해, 상기 산화제 입구는 상기 벤투리 스크러버 내에 형성되고, 상기 점화원은 상기 벤투리 스크러버 내로 연장되는
저감 시스템. - 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
각각의 프로세싱 챔버로부터 배출되는 배출 가스를 압축 및 사전스크러빙하도록 배열된 복수의 상기 액체 링 펌프를 포함하고,
상기 액체 링 펌프는 상기 챔버에 의해 배출된 각각의 배출 가스 스트림을 위해 구성되는
저감 시스템. - 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
하나 또는 그 이상의 챔버 내에서 각각의 프로세싱 및 세정 단계중 배출되는 배출가스를 압축 및 사전 스크러빙하도록 배열된 복수의 상기 액체 링 펌프를 포함하고,
상기 액체 링 펌프는 프로세싱 및 세정 단계중 배출되는 각각의 배출 가스 스트림을 위해 구성되는
저감 시스템. - 제 6 항 또는 제 7 항에 있어서,
상기 복수의 액체 링 펌프는 배출 가스 및 액체 혼합물을 상기 벤투리 스크러버로 배출하는
저감 시스템. - 제 6 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 배출가스가 발생되는 도중에 프로세싱 챔버 내에서 수행되는 단계에 따라, 상기 프로세싱 챔버로부터 상기 액체 링 펌프들중 선택된 하나의 액체 링 펌프로 배출되는 배출 가스를 운반하기 위해, 상기 프로세싱 챔버와 상기 복수의 액체 링 펌프 사이에 위치된 적어도 하나의 밸브를 포함하는
저감 시스템. - 제 9 항에 있어서,
상기 밸브는 3방 밸브(three way valve)이고, 제 1 상기 액체 링 펌프로의 프로세스 단계 중 발생되는 배출 가스와, 제 2 상기 액체 링 펌프로의 세정 단계 중 발생되는 배출 가스를 운반하는
저감 시스템. - 제 9 항 또는 제 10 항에 있어서,
배출가스가 발생되는 도중에 프로세싱 챔버 내에서 수행되는 단계에 따라, 상기 프로세싱 챔버로부터 상기 액체 링 펌프들중 선택된 하나의 액체 링 펌프로 배출되는 배출 가스를 운반하기 위해, 각각의 프로세싱 챔버와 상기 액체 링 펌프 사이에 위치된 복수의 밸브를 포함하는
저감 시스템. - 제 11 항에 있어서,
상기 밸브는 3방 밸브(three way valve)이고, 제 1 상기 액체 링 펌프로의 프로세스 단계 중 각각의 프로세스 챔버 내에서 발생되는 배출 가스와, 제 2 상기 액체 링 펌프로의 세정 단계 중 발생되는 배출 가스를 운반하는
저감 시스템. - 제 1 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 벤투리 스크러버는 상기 노즐의 상류에 대체로 원추형의 입구부를 포함하고, 상기 벤투리 스크러버의 입구는 상기 원추형 입구부에 접선으로 상기 가스와 액체의 혼합물을 운반하도록 배열되어, 상기 혼합물의 액체 부분이 상기 벤투리 스크러버 부분의 내벽 둘레로 회전할 수 있게 하는
저감 시스템. - 제 1 항 내지 제 13 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 벤투리 스크러버로부터 배출된 습식 스크러빙 가스를 위해 벤투리 스크러버의 하류에 위치된 습식 스크러버를 포함하는
저감 시스템.
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