KR20050085492A - 반도체 제조 공정 배출 스트림으로부터 독성 가스 성분을감소시키기 위한 방법 및 장치 - Google Patents

반도체 제조 공정 배출 스트림으로부터 독성 가스 성분을감소시키기 위한 방법 및 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 반도체 제조 공정으로부터 유래되는 배출 스트림으로부터 하나 이상의 산 또는 수소화물 가스 성분, 또는 이의 부산물을 감소시키는 장치 및 방법에 관한 것으로, 산 또는 수소화물 가스 성분에 대해 고용량 흡착 친화성을 갖는 제 1 흡착층 물질, 동일한 가스 성분에 대해 높은 포획율 흡착 친화성을 갖는 제 2의 별도의 흡착층 물질, 및 배출물을 흡착층을 통하여 흐르게 하여 산 또는 수소화물 가스 성분을 감소시키도록 공정과 흡착층 물질과 연통하는 가스 흐름을 연결시키는 흐름 통로를 포함한다. 제 1 흡착층 물질은 바람직하게는 염기성 탄산 구리를 포함하며, 제 2 흡착층은 바람직하게는 하나 이상의 CuO, AgO, CoO, Co3O4, ZnO, MnO2 및 이들의 혼합물을 포함한다.

Description

반도체 제조 공정 배출 스트림으로부터 독성 가스 성분을 감소시키기 위한 방법 및 장치{METHOD AND APPARATUS FOR THE ABATEMENT OF TOXIC GAS COMPONENTS FROM A SEMICONDUCTOR MANUFACTURING PROCESS EFFLUENT STREAM}
본 발명은 반도체 공정으로부터 배출된 독성 가스 성분을 제거하는 방법 및 장치에 관한 것이다.
반도체의 제조에서, 수소화물 및 산 가스의 독성적이고 휘발성이고 부식성의 특성은 배기 시스템의 보존을 손상시키는 것 외에 상당한 건강상 및 환경적 위험을 초래하고 있다.
가스 물질, 예를 들어 BF3, AsH3 및 PH3는 이온 주입 공정에서 1차 도핑 가스로서 사용된다. 기타 가스, 예를 들어 SiF4, GeF4, (hfac)In(CH3)2 및 Br2Sb(CH3) 등이 또한 사용된다.
MOVPE/PECVD의 경우에, 가스, 예를 들어 SiH4, SiF4, NH3, AsH3 및 PH3는 전기적으로 절연된 조립체를 통하여 공정 챔버로 전달된다. AsH3 및 PH3는 증착 동안 특히 고속으로 흘러서 각각 GaAs 또는 GaP의 원자 As 또는 P를 제공한다. HCl은 GaN의 원자 Ga에 대한 전구체로서 GaCl을 제공하기 위하여 Ga 금속상에 흐를 수 있다. 엑피택셜 유전체는 SiH4로부터 증착된다.
HCl 및 HF는 플라즈마 스트림에서 라디칼을 생성시켜 챔버 스크러빙용으로 사용될 수 있는데, 이러한 라디칼은 과량의 필름이 축적되는 챔버 영역으로 흐른다. 라디칼은 증착된 필름과 반응하여 가스 부산물을 생성시킨다. 이후 부산물은 챔버로부터 제거되고 배출물로서 분출된다.
진행되고 있는 연구는 반도체 제조 공정의 배출물 폐스트림으로부터의 독성 가스의 방출 수준을 감소시키는데 초점을 맞추는 것으로, 감소 공정을 최적화시키는 것을 포함한다. 통상적인 공정은 다양한, 열적, 습식 및/또는 건식 스크러빙 작동을 포함한다.
열 스크러버(scruber)는 공정 배출 스트림에서 산화제(거의 항상 공기)와 표적 성분(예를 들어, AsH3, PH3 등)을 반응시켜 표적 성분의 산화종(예를 들어, As2O3, P2O5 등)을 생산한다. 이후 산화종은 스트림을 가스 흡착 컬럼(물 스크러버)과 접촉시킴으로써 배출 스트림으로부터 제거된다. 이러한 시스템의 단점은 (a) 많은 양의 전기 및/또는 연료, 예를 들어, H2 또는 CH4를 요구하는 점에서 에너지 소모적이며, (b) 물이 요구되며, (c) 비소 함유 화합물을 스크러빙하는 경우 수성의 유해 폐스트림을 생성시킨다는 것이다.
배출 스트림의 습식 스크러빙은 특정 공정으로부터의 배출 가스와 스크러빙액을 접촉시켜 요망되지 않는 배출 스트림 성분을 액체에 의해 흡수시키거나, 가스상으로부터 요망되지 않는 성분을 제거할 수 있는 액체(예를 들어, 산 가스 배출물과 접촉시키기 위한 부식성 용액)와 반응시킴을 포함한다. 종종 스크러빙 액체는 산화제, 예를 들어 칼륨 퍼망가네이트, 조절된 물질, 또는 나트륨 하이포클로리트를 포함하며, 이는 원하지 않는 침전 반응을 일으킨다. 또한, 습식 스크러빙 시스템은 현저한 양의 산화제의 소비를 요구하며, 오염된 수성 폐스트림을 생성시킨다.
건식 스크러빙은 요망되지 않는 성분과 화학 흡착하거나 반응하는 작용을 하여 이들의 제거에 효과적인 고형 물질을 배출 가스와 접촉시킴을 포함한다. 건식 스크러빙은 유해한 감소 성분을 농축시키고 이를 완전히 함유하며, 조작이 수동적이고, 이동 부분이 없고, 필요시에 작동시켜서, 가장 안전하고 가장 바람직한 방식의 감소 조작이다.
이온 주입 공정과 관련하여, 플루오린화된 산 가스가 거의 온전한 상태로 이온 주입 시스템을 통과할 것이나, 수소화물 소스(source) 가스는 단지 중간정도의 온전한 상태로 통과할 것으로 예측된다. 따라서, 본래의 산 가스 성분의 큰 흐름 속도 및 수소화물 가스 성분의 높은 독성 및 낮은 개인 노출 허용 수준 (예를 들어, AsH3에 대한 문턱한계값(TLV)은 0.05 ppm이거나 IDLH는 3 ppm이다)은 둘 모두의 가스 타입의 제거에 대한 고도로 효율적인 배출 스트림 처리 및/또는 감소를 요구한다.
이온 주입 시스템의 사용 및 조작에 부수되는 상기된 문제에 추가로, 이온 주입 공정 스트림의 실험적인 평가는 공정 시스템에서 소스 가스 펌프, 로핑 펌프(roughing pump), 및 초저온 펌프 재생 사이클로부터 상당한 양의 유해 가스가 방출됨을 나타내고 있다.
건식 스크러빙을 위한 경우에, 산 가스, 예를 들어 BF3 및 SiF4를 스크러빙하기 위한 화학적 요구는 수소화물 가스, 예를 들어 AsH3, PH3 및 GeH4를 스크러빙하기 위한 화학적 요구와는 전체적으로 다르다는 것을 인식하는 것이 중요하다.
화학적 기상 증착 (CVD) 공정과 관련하여, 산 가스 및/또는 수소화물 가스는 많은 양의 밸러스트(ballast) 또는 공정 가스(예를 들어, 수소)와 조합하여 사용될 수 있다. 이러한 공정으로부터 유래되는 배출 스트림의 건식 스크러빙은 2차 반응, 통상적으로 환원성 수소첨가반응이 대략 110℃ 내지 120℃ 온도에서 스크러빙 물질과 수소 사이에 발생할 수 있기 때문에 어렵다. 2차 반응이 일단 개시되면 "런어웨이(runaway)"상태를 일으킬 수 있으며, 여기서, 스크러빙 물질의 온도가 600℃에 도달한다.
산화 구리 (CuO), 수산화 구리 (Cu(OH)2), 및 탄산 구리 (CuCO3) 기재 물질이 반도체 배출 스트림으로부터 수소화물 화합물의 감소를 위해 수지 스크러빙 물질 중에 사용된다. 대부분의 구리 기재 수지는 수소화물과 발열적으로 반응하나, CuO 및 Cu(OH)2 물질은 많은 양의 수소의 존재하에서 110℃ 내지 120℃의 온도에서 격렬하게 발열될 수 있다.
예를 들어, 미국특허 제4,743,435호, 제4,910,001호 및 제4,996,030호에서는 CuO 기재 수지를 사용하여 MOCVD 적용으로부터의 수소화물 가스 종을 제거하는 방법을 기술하고 있다. 그러나, CuO 기재 물질의 성능은 구리 표면적으로 인해 제한적이며, CuO를 수지를 생성시키는데 사용되는 금속 산화물 혼합물에 첨가하여 아주 현저하게 CuO 함량을 증가시키는 경우, 표면적은 일반적이지 않게 떨어질 수 있다. 추가적으로, 물질은 수소화물 가스의 흡착 및 반응열로 인해 격렬하게 발열할 수 있으며, 대부분의 CVD 적용이 AsH3 및 PH3와 함께 담체 가스로서 많은 양의 H2를 사용하기 때문에, 약 110℃ 내지 120℃의 온도를 초과하면 H2에 의해 CuO 물질의 환원이 초래되어 500℃ 내지 600℃을 초과하는 격렬한 발열이 발생할 수 있으므로, CuO 물질의 온도가 중요하다.
미국특허 제5,853,678호에서는 유해 화합물을 결정성 수산화 구리와 접촉시켜 유해한 휘발성 무기 수소화물, 무기 할라이드 및 유기금속 화합물을 제거하는 방법을 기술하고 있다. 그러나, CuO 기재 물질과 유사하게, 결정성 수산화 구리 (Cu(OH)2) 기재 물질은 수소화물 가스와 반응하여 CuO과 거의 동일한 온도 체제에서 H2 환원 반응을 수행한다.
일본특허공보 JP1996059391A에서는 V족 종을 염기성 탄산 구리 (CuCO3·Cu(OH)2)와 접촉시켜 V족 종을 함유하는 배출물로부터 V족 종을 제거하는 방법을 기술하고 있다. 염기성 탄산 구리는 CuO 및 Cu(OH)2 둘 모두 보다 높은 온도에서 H2 환원 반응을 수행한다.
그러므로, 이는 당업계에서 현저하게 진보된 것이며, 따라서 본 발명의 목적은 산, 수소화물 및/또는 금속유기 가스를 처리할 수 있는 감소 시스템을 제공하는 것으로, 통상적인 CuO 및 Cu(OH)2 공정의 전술된 위험을 제거하거나 적어도 개선시킨다.
본 발명의 다른 목적은 100℃를 초과하는 가능한 작동 온도 체제를 갖는 산, 수소화물 및/또는 금속유기 가스 성분을 포함하는 배출 스트림의 처리를 위한 개선된 시스템을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 산, 수소화물 및/또는 금속유기 가스 성분을 포함하는 배출 스트림을 처리하기 위한 안전하고, 경제적이며, 고용량, 고효율의 시스템을 제공하는 것이다.
다른 목적 및 장점은 상세한 설명 및 첨부된 청구범위로부터 보다 충분히 명백하게 될 것이다.
발명의 요약
하나의 양태에서, 본 발명은 반도체 제조 공정으로부터 유래되는 배출 스트림으로부터 하나 이상의 독성 가스 성분 또는 이의 부산물을 감소시키기 위한 장치로서,
하나 이상의 독성 가스 성분에 대해 고용량 흡착 친화성을 갖는 제 1 흡착층 물질;
하나 이상의 독성 성분에 대해 높은 포획율의 흡착 친화성을 갖는 제 2의 별도의 흡착층 물질; 및
공정을 가스 흐름 연통식으로 흡착층 물질과 연결시켜, 배출 스트림을 제 1 흡착층 물질과 접촉시킨 다음, 제 2 흡착층 물질과 접촉시키므로써 배출 스트림으로부터의 하나 이상의 독성 가스 성분을 일부 또는 전부 제거하도록 하는 흐름 통로를 포함하는 장치에 관한 것이다.
하나의 양태에서, 본 발명은 반도체 제조 공정으로부터 유래되는 배출 스트림으로부터 하나 이상의 산 가스, 수소화물 가스 또는 이들의 부산물을 감소시키기 위한 장치로서,
하나 이상의 산 가스, 수소화물 가스 또는 이의 부산물에 대해 고용량 흡착 친화성을 갖는 제 1 흡착층 물질;
하나 이상의 산 가스, 수소화물 가스 또는 이들의 부산물에 대해 높은 포획율 흡착 친화성을 갖는 제 2의 별도의 흡착층 물질; 및
공정을 가스 흐름 연통식으로 흡착층 물질과 연결시켜, 배출 스트림을 제 1 흡착층 물질과 접촉시킨 다음, 제 2 흡착층 물질과 접촉시키므로써 배출 스트림으로부터의 하나 이상의 산 가스, 수소화물 가스 또는 이들의 부산물의 일부 또는 전부를 제거하도록 하는 흐름 통로를 포함하는 장치에 관한 것이다.
다른 양태에서, 본 발명은 산 가스 또는 수소화물 가스 또는 이들의 부산물을 감소시키기 위한 층상 건식 수지 흡착 시스템에 관한 것으로,
하나 이상의 산 가스 또는 수소화물 가스 성분에 대해 고용량 흡착 친화성을 갖는 제 1 흡착층 물질;
하나 이상의 산 또는 수소화물 가스 성분에 대해 높은 포획율의 흡착 친화성을 갖는 제 2의 별도의 흡착층 물질; 및
공정을 가스 흐름 연통식으로 흡착층 물질과 연결시켜, 배출 스트림을 제 1 흡착층 물질과 접촉시킨 다음, 제 2 흡착층 물질과 접촉시키므로써 배출 스트림으로부터의 하나 이상의 산 가스, 수소화물 가스 또는 이들의 부산물의 일부 또는 전부를 제거하도록 하는 흐름 통로를 포함하는 장치에 관한 것이다.
또 다른 양태에서, 본 발명은 하나 이상의 독성 가스 성분을 포함하는 반도체 공정 배출 스트림으로부터 하나 이상의 독성 가스 성분의 농도를 감소시키는 방법으로서,
배출물 중 독성 가스 성분의 일부 또는 전부를 보유하도록 반도체 공정 배출물을 제 1 흡착층 조성물과 접촉시키는 단계; 및
배출물 중 제 2 부분의 독성 가스 성분을 보유하도록 공정 배출물을 제 2 흡착층 조성물과 접촉시키는 단계를 포함하며,
제 1 흡착층이 독성 성분에 대해 고흡착 용량을 갖는 물질을 포함하며, 제 2 흡착층 물질이 독성 성분에 대해 높은 포획율의 흡착 친화성을 갖는 물질을 포함하는 방법에 관한 것이다.
본 발명의 다른 양태 및 특징은 상세한 설명 및 첨부된 청구범위로부터 더욱 충분히 명백하게 될 것이다.
도면의 간단한 설명
도 1A 내지 1C는 본 발명에서 유용한 서로 다른 흡착제 형태의 비교를 나타낸 것이다.
도 2는 본 발명의 하나의 구체예에 따른 흡착제 캐니스터(canister)의 개략도이다.
도 3은 본 발명의 하나의 구체예에 따른 화학적 기상 증착 스크러버 시스템의 개략도이다.
도 4는 본 발명의 하나의 구체예에 따른 배출 감소 시스템을 포함하는 박막 제작 설비의 개략도이다.
상세한 설명
본 발명은 반도체 제조 공정으로부터 유래되는 배출 가스 스트림에 존재하는 독성 가스 성분을 감소시키기 위한 장치 및 방법에 관한 것이다. 더욱 구체적으로, 본 발명은 III-V족 반도체 제조 공정으로부터의 배출 가스 스트림에 존재하는 하나 이상의 산 또는 수소화물 가스 성분 또는 이들의 부산물을 감소시키기 위한 장치 및 방법에 관한 것이다.
본 발명은 또한 반도체 제조 공정으로부터 유래되는 배출 가스 스트림에 존재하는 수소화물 및 산 가스 성분을 감소시키기 위한, 매우 높은 감소 효율이 요구되는 장치 및 방법에 관한 것이다.
본 발명의 발명자들은 특정 흡착제 기재 감소 시스템의 효율이 주층 (고용량) 흡착 물질의 막상에 폴리싱(polishing) 수지 (높은 포획율)의 막을 배치시킴으로서 2배 내지 4배 증가됨을 발견하였다.
하나의 구체예에서, 본 발명은 반도체 제조 공정으로부터 유래되는 배출 스트림으로부터 하나 이상의 독성 가스 성분 또는 이들의 부산물을 감소시키기 위한 장치로서,
하나 이상의 독성 가스 성분에 대해 고용량 흡착 친화성을 갖는 제 1 흡착층 물질;
하나 이상의 독성 가스 성분에 대해 높은 포획율 흡착 친화성을 갖는 제 2의 별도의 흡착층 물질; 및
공정을 가스 흐름 연통식으로 흡착층 물질과 연결시켜, 배출 스트림을 제 1 흡착층 물질과 접촉시킨 다음, 제 2 흡착층 물질과 접촉시키므로써 배출 스트림으로부터의 하나 이상의 독성 가스 성분의 일부 또는 전부를 제거하도록 하는 흐름 통로를 포함하는 장치에 관한 것이다.
바람직한 구체예에서, 반도체 제조 공정은 III-V족 공정이며, 배출 가스 스트림은 하나 이상의 산 또는 수소화물 가스 성분, 또는 이들의 부산물을 포함하며 제 2 흡착층과 접촉하기 전에 제 1 흡착층과 접촉한다.
산, 수소화물 및/또는 금속유기 가스 성분을 사용하는 반도체 제조 공정은 이온 주입, 금속유기 화학적 기상 증착 (MOCVD) 및 플라즈마 강화된 화학적 기상 증착 (PECVD)을 포함한다. 이러한 공정에서 소비되고 유용하게 감소되는 통상적인 산, 수소화물 및/또는 금속유기 성분 및 공정 부산물은 AsH3, PH3, SbH3, BiH3, GeH4, SiH4, NH3, HF, HCl, HBr, Cl2, F2, Br2, BCl3, BF3, AsCl3, PCl3, PF3, GeF4, AsF5, WF6, SiF4, SiBr4, COF2, OF2, SO2, SO2F2, SOF2, WOF4, ClF3 (hfac)In(CH3)2 H2As(t-부틸), H2P(t-부틸) 및 Br2Sb(CH3)를 포함하나, 이에 제한되는 것은 아니다. 다른 유용한 감소 성분은 클로로실란, 예를 들어 SiHCl3, 및 SiH2Cl2를 포함한다.
하나의 구체예에서, 본 발명의 장치는 반도체 공정 설비의 III-V족 반도체 공정으로부터의 하나 이상의 산 가스 성분, 수소화물 가스 성분 또는 이들의 부산물을 감소시키기 위한 층상 건식 수지 흡착제 시스템으로서,
하나 이상의 산 가스, 수소화물 가스 또는 부산물 성분에 대해 고용량 흡착 친화성을 갖는 제 1 흡착층 물질;
하나 이상의 산, 수소화물 가스 또는 부산물 성분에 대해 높은 포획율 흡착 친화성을 갖는 제 2의 별도의 흡착층 물질; 및
공정을 가스 흐름 연통식으로 흡착층 물질과 연결시켜, 배출 스트림을 제 1 흡착층 물질과 접촉시킨 다음, 제 2 흡착층 물질과 접촉시키므로써 배출 스트림으로부터의 하나 이상의 산, 수소화물 가스 또는 부산물 성분의 일부 또는 전부를 제거하도록 하는 흐름 통로를 포함하는 층상 건식 수지 흡착제 시스템을 포함한다.
본 발명의 층상 흡착 시스템은 서로 다른 질량 전달 구역 (MTZ)을 갖는 하나 이상의 분리된 제 1 흡착층 및 제 2 흡착층을 포함한다. 통상적으로, 제 1 흡착 "슬로우"층은 "패스트" 제 2 흡착층 보다 큰 MTZ 및 더욱 고도의 고유 또는 이론적인 용량을 갖는다.
본 발명의 흡착 물질은 배출물 종의 요망되는 감소에 효과적이기 위해 요망되는 것으로서, 물리적 흡착제 및/또는 화학적 흡착제를 포함할 수 있다.
하기 정의는 본원에서 사용되는 용어에 대해 제공되는 것이다:
● "층"은 흡착 물품 중 관형태의 몸체로 정의되는 것으로, 지지되는 표면에 평행하게 놓여있으며, 이의 상부와 하부가 별개로 한정된다.
● "TLV"는 특정한 종의 문턱 한계값으로서 정의되며, 특정인이 불합리한 질병 또는 상처의 위험없이 경험할 수 있는 특정한 종에 노출되는 수준을 반영한다.
● "TLV 흡착 용량"은 흡착중지(breakthrough) 농도가 종의 TLV 값에 도달하는 경우, 흡착 물질 리터 당 흡착 물질에 의해 보유되는 가스 성분의 몰로서 정의된다.
● "질량 전달 구역"(MTZ)은 유입 농도 수준으로부터 흡착중지 수준으로서 정의된 수준(즉, 흡착층이 흡착하지 않는 농도 수준으로서, 통상적으로 특정 종의 TLV로서 선택된 농도 수준)까지 표적 오염물 (수소화물 가스, 산 가스 및/또는 이의 부산물)을 제거하기 위해 요구되는 흡착층의 길이로서 정의된다.
● "슬로우(slow)"는 제 1 흡착층 전체 두께의 25 내지 100%인 MTZ 두께를 갖는 것으로서 정의된다;
● "패스트(fast)"는 "슬로우" 흡착층의 MTZ 두께 미만의 MTZ 두께를 갖는 것으로서 정의된다.
"패스트" 흡착층이 보다 짧은 MTZ를 갖게 하기 위해서 "패스트" 흡착층 물질은 "슬로우"층 물질의 포획율 보다 큰 특정 표적 종에 대한 "포획율"을 지녀야 한다. 포획율은 모든 속도의 합계이다(예를 들어, 특징적인 질량 이동속도, 가스 흡착 속도, 및 흡착 물질과의 표적 종의 화학적 반응 속도).
"슬로우" 흡착 베드층의 MTZ 두께는 본질적으로 "패스트" 흡착 베드층의 MTZ 보다 두껍다. 제 1 흡착 베드층에 대한 MTZ의 두께는 바람직하게 제 1 층의 전체 두께에 10 내지 100%이다. 더욱 바람직하게는, 제 1 흡착 베드층의 MTZ 두께는 제 1 층의 전체 두께의 25 내지 75%이다. 가장 바람직하게는, 제 1 흡착 베드층의 MTZ 두께는 제 1 흡착 베드층의 전체 두께의 약 50%이다. 특정의 정류 상태 조건하에서, "슬로우" 흡착층의 MTZ 두께는 MTZ 두께가 시간에 따라 성장할 수 있기 때문에 층 두께의 100%를 초과할 수 있다. 긴 MTZ는 유리하게 흡착 물질과 표적 종 사이에 화학 반응을 발생시키는 열 발생을 확산시키는데 도움이 된다.
흡착 물질의 층상화는 "패스터(faster)" 높은 포획율 수지 물질의 하나 이상의 층의 상류에 하나 이상의 "슬로우어(slower)" 고용량 수지 물질의 층을 배치시키는 배열을 포함한다. "슬로우어", 고용량 수지 물질은 통상적으로 보다 긴 질량 전달 구역 (MTZ)을 요구한다. 반대로, "패스터(faster)" 높은 포획율 수지 물질은 종종 표적 가스에 대해 보다 낮은 흡착 용량을 가지나 높은 포획율 (보다 짧은 MTZ)을 갖는다.
도 1A 내지 1C는 본 발명에 유용한 서로 다른 흡착 배열을 비교한 것이다. "슬로우어" 고용량 흡착 물질에 대한 문턱 한계값(TLV) 돌파는 많은 흡착 물질이 소비되기 전에 발생한다 (도 1A). "패스터" 높은 포획율 흡착 물질(도 1B)을 "슬로우어" 수지 물질(도 1C)의 하류에 층상화시킴으로써, TLV는 보다 짧아지며, 높은 감소 효율을 달성하면서 "슬로우어" 수지 물질이 보다 높은 퍼센트로 소비된다.
"패스트" 흡착 베드층의 용량 보다 크게 되는 "슬로우" 흡착 베드층의 용량에 대해, 제 1 흡착 베드층 물질은 바람직하게 20 내지 100 중량% 활성 성분을 포함한다.
바람직하게는, "슬로우" 흡착층은 "패스트" 흡착 물질의 표면적 미만의 표면적을 갖는 물질을 포함하여, "슬로우" 흡착 물질은 오염 종과 보다 느리게 반응한다. "슬로우" 흡착 물질의 표면적은 약 0.5 내지 300.0 ㎡/g 일 수 있다. 보다 낮은 표면적 및 보다 느린 포획율은 MTZ를 증가시키며, 이는 반응 열을 분산시키는데 유리하게 도움을 준다.
"패스트" 흡착층의 MTZ 두께는 "슬로우" 흡착층의 MTZ 두께 이하이어야만 한다. 이러한 요건은 전반적으로 증가된 용량을 갖는 시스템을 야기시킨다. 하나의 구체예에서, "패스트" 흡착층의 MTZ 길이는 "슬로우" 흡착층의 MTZ 두께의 90% 이하, 더욱 바람직하게는 "슬로우" 흡착층의 MTZ 두께의 50% 이하, 가장 바람직하게는 "슬로우" 흡착층의 MTZ 두께의 10% 이하이다.
"패스트" 흡착 물질은 단일 조성물 또는 별도의 성분들의 혼합물을 포함할 수 있다. 하나의 구체예에서, "패스트" 흡착 물질은 탄소, 알루미나, 실리카, 규조토 또는 제올라이트와 같은 표면적이 큰 (예를 들어, 100 내지 1000 ㎡/g) 기본 흡착제 및 기본 흡착제 내에 주입되거나 이러한 흡착제 상에 코팅되는 활성 성분을 포함한다. 활성 성분의 양은 바람직하게 "패스트" 흡착 물질의 전체 중량의 약 0.1 내지 100 중량%, 더욱 바람직하게는 0.5 내지 50 중량%, 가장 바람직하게 약 1 내지 15 중량%를 차지한다.
본 발명에서 유용한 "패스터" 대 "슬로우어" 흡착 물질의 퍼센트 비는 물질의 화학적 및 물리학적 성질, 예를 들어, 표면적, 다공도, 입자 형태, 입자 크기 등에 의존하며, 당업자에 의해 용이하게 측정될 수 있다. 하나의 구체예에서, 본 발명의 시스템은 "패스트" 흡착층 대 "슬로우" 흡착층을 약 1:20 내지 1:1의 부피비로 포함한다.
제 1층 및 제 2층은 최종 적용 분야 및 III-IV족 반도체 공정에 수반되는 특정 배출 가스 혼합물에 적합한 임의의 적절한 조성, 크기, 형태 및 구조의 흡착 물품을 포함할 수 있다. 흡착 물품은 활성 성분 및 비활성 성분을 포함할 수 있으며, 미세하게 분할된 형태, 예를 들어 비드, 구체, 고리, 토로이드(toroidal) 형태, 불규칙한 형태, 로드, 실린더, 박편, 필름, 입방체, 다각형 기하학적 형태, 시트(sheet), 섬유, 코일, 나선형, 메시(mesh), 소결된 다공성 덩어리, 과립, 펠렛, 정제, 분말, 미립자, 압출물, 클로쓰(cloth) 또는 웹 형태 물질, 벌집 매트릭스 모놀리(monolith), (흡착 물품과 기타 성분의) 복합물, 또는 상기 구조의 분쇄되거나 압착된 형태일 수 있다.
하나의 구체예에서, "슬로우" 및 "패스터" 흡착층은 약 0.1 mm 내지 1.5 cm의 크기를 갖는 미립자를 포함한다. 바람직하게는 "슬로우" 흡착층은 약 1.0 mm 내지 15 mm, 더욱 바람직하게는 약 0.8 mm 내지 7.5 mm, 가장 바람직하게는 약 1.5 mm 내지 5.0 mm의 크기를 갖는 미립자를 포함하며, 바람직하게는 "패스트" 흡착층은 약 0.1 mm 내지 7.5 mm, 더욱 바람직하게는 약 0.5 mm 내지 5.0 mm, 가장 바람직하게는 약 0.5 mm 내지 4.0 mm의 크기를 갖는 미립자를 포함한다.
제 1 흡착층 및 제 2 흡착층은 단일 격납 시스템 또는 별개의 격납 시스템에 하우징될 수 있다. 바람직하게는, 흡착층은 단일 격납 시스템에 하우징되며, 산 및/또는 수소화물 가스 성분을 포함하는 배출 스트림은 제 2 흡착층 물질과 접촉하기 전에 제 1 흡착층 물질과 접촉한다.
하나의 구체예에서, 제 1 흡착층 및 제 2 흡착층은 별도의 용기에 하우징되며, 제 1 "슬로우" 흡착층을 포함하는 하나 이상의 용기는 하나 이상의 "패스트" 흡착층을 포함하는 단일 용기 또는 폴리셔(polisher)에 결합되어 있다. "슬로우" 흡착제를 포함하는 용기는 배출 공정 스트림으로부터 동일하거나 다른 독성 성분을 스크러빙할 수 있는 동일하거나 유사한 흡착제를 포함할 수 있다. 또한, "슬로우" 흡착제를 포함하는 용기는 동일하거나 다른 툴(tool)에 작용할 수 있다. 이중 "슬로우" 용기가 동일한 공정 툴에 연관된 경우, 캐니스터사이에 자동-스위칭 능력이 존재한다. 폴리셔는 또한 본원에서 기술된 주요 감소 장치에 대한 예비 감소 시스템으로서 기능할 수 있다.
도 2는 본 발명의 하나의 구체예에 따른 III-V족 배출 가스의 처리에 사용될 수 있는 흡착 캐니스터 유닛 (200)의 개략도이다.
흡착 캐니스터 유닛 (200)은 유입구 (208)에 폐가스 스트림 공급 통로 (206)와 연통되고, 배출구 (212)에서 스크러빙된 가스 배출 통로 (210)와 연통되는 내부 용기 용적 (204)을 둘러싸는 용기 (202)를 포함한다. 용기 (202)의 각각의 유입구 및 배출구 말단에는 스크린 또는 그리드 부재 (214, 216)가 각각 제공된다. 이러한 다공성 부재는 용기의 내부 용적내에 흡착 매질의 베드(211)를 함유하는 기능을 하여, 시스템의 사용시에 고형물 마모가 발생되지 않는데, 이는 폐가스가 흡착 매질의 베드를 통해서 유입구(206)로부터 배출구(212)로 유동하기 때문이다.
흡착 매질의 베드(211)는 상이한 흡착 물질(218 및 220)의 다수의 분리된 영역 또는 층들을 포함할 수 있다. 흡착 물질(218 및 220)은 배합되어 균일한 혼합물 또는 이의 모노리스(monolith)를 제공하는 상이한 물질의 조성물을 추가로 포함할 수 있다.
따라서, 상이한 흡착 물질이 바람직하게는 특정의 폐가스 종에 대해서 상이한 물리적 친화성을 지니는 흡착 물질을 포함할 수 있는 층 또는 분리된 베드 영역에 사용된다. 예를 들어, 한가지 그러한 물질 층(218)은 이온 주입 및/또는 PECVD와 같은 공정으로부터의 배출 가스 스트림중의 산 가스 성분에 대해 선택적인 고용량 흡착제를 포함할 수 있으며, 제 2층(220)은 배출 가스 스트림중의 산 가스 성분에 대해 또한 선택적인 높은 포획율의 흡착제를 포함할 수 있다.
추가로, 각각의 층은 흡착제 물질들의 배합된 혼합물을 포함할 수 있으며, 이러한 각각의 물질은 상이한 폐가스 종의 제거에 선택적이다. 예를 들어, 한 가지 그러한 흡착 물질은 배출 가스 스트림중의 산 가스 성분에 고도로 선택적일 수 있으며, 다른 흡착 물질은 배출 가스 스트림중의 수소화물 가스 종에 고도로 선택적일 수 있다.
본 발명의 바람직한 조성적 구체예에서, 신규의 스크러빙 조성물이 배출 가스 스트림중의 산 가스 및 수소화물 가스 성분의 동시 제거를 제공하도록 사용된다.
본 발명은 특정의 가스 종의 흡착에 대해 특정 용량 및 포획율을 지니는 두 흡착제 물질이 가스 종이 고용량 "슬로우" 흡착 물질과 먼저 접촉되게 한 다음 높은 포획율 "패스트" 흡착 물질과 접촉되게 하는 방식으로 시스템에 배열되는 경우에, 시스템내의 특정의 가스 종의 감소에 대한 효율이 두 물질 사이의 상승효과의 결과로서 증가될 것이라는 발견을 근거로 한다.
본 발명에 유용한 고용량 "슬로우" 흡착 물질은 바람직하게는 구리의 산화된 형태를 포함하며, 이로 한정되는 것은 아니지만, 수산화구리, Cu(OH)2; 산화 구리, CuO; 탄산 구리, CuCO3, 염기성 탄산 구리, CuCO3·Cu(OH)2, 및 이의 조합물을 포함한다. 바람직하게는 고용량 "슬로우" 흡착 물질은 CuCO3·Cu(OH)2를 포함한다.
CuCO3 기재 흡착제는 H2 환원 반응에 대해서 180℃를 초과하는 온도에 이르기까지 내성이 있다. 반면에, CuO 및 Cu(OH)2는 각각 약 110℃ 내지 120℃의 온도에서 H2 환원 반응을 시작한다. 대부분의 PECVD 및 MOCVD 공정(예를 들어, 도핑된 폴리실리콘 및 실리콘 게르만)은 V족 물질의 증착을 위해 과도한 양의 H2 밸러스트 기체를 사용하기 때문에, 관련된 감소 시스템에 CuCO3 기재 흡착제를 사용하는 것이 바람직하다. 이와 같이, 본 발명은 H2 환원 반응에 내성을 지닐 수 있는 제 1 흡착층을 사용함으로써 H2 및 오염물 종이 공정 배출 스트림에 존재하는 감소 시스템을 열적으로 조작하는데 유용하다.
본 발명의 흡착 물질은 흡착 매질의 제조(예를 들어, 압출)에 도움을 주며 어떠한 상황에서는 흡착 매질이 분해(예를 들어, Cu(OH)2→CuO + H2O)되는 것을 방지하는 안정화 물질와 함께 사용될 수 있다. 유용한 안정화제에는 이로 한정되는 것은 아니지만 원소 Be, Mg, 및 V, Mo, Co, Ni, Cu, Zn, B, Al, Si, Pb, Sb, Bi로부터 선택된 전이금속 및 이들의 산화물, 수산화물, 탄산수소염, 황산수소염, 인산수소염, 황화물, 퍼옥사이드, 할라이드, 카르복실레이트 및 옥시 산이 포함된다.
본 발명에 유용한 "슬로우" 고용량 흡착제의 조성물은 바람직하게는 약 15 내지 80중량%, 더욱 바람직하게는 약 20 내지 70중량%, 가장 바람직하게는 약 30 내지 65중량%의 구리를 포함한다. 한 가지 구체예에서, "슬로우" 고용량 흡착제의 조성물은 50.5중량%의 구리를 포함한다.
바람직한 구체예에서, "패스트" 흡착층 물질은 적절한 중량%로 하기 조성물으로부터 선택된 조성물을 포함한다.
1. 산화구리(Cu 6%); 산화은(Ag 0.1%); 산화아연(Zn 6.0%); 산화몰리브덴(Mo 2.5%); 트리에틸렌디아민(TEDA 3.5%); 및 활성탄; 및
2. 산화망간(Mn 22%); 산화구리(Cu 23%); 산화코발트(Co 10%); 산화은(Ag 3.5%); 및 산화알루미늄(Al 2.6%).
본 발명의 높은 포획율의 "패스트" 흡착제의 조성물은 바람직하게는 "슬로우" 흡착층과의 표적 종 상호작용/감소 동안에 생성된 부산물로서, 이로 한정되는 것은 아니지만, H2O 및/또는 CO2를 포함한 부산물에 내성이 있다. 바람직하게는, "패스트" 흡착층의 조성물은 탄소, CuO, Cu2O, MnOx(여기서, x는 1 내지 2이다), AgO, Ag2O, CoO, Co3O4, Cr2O3, CrO3, MoO2, MoO3, TiO2, NiO, LiOH, Ca(OH)2, CaO, NaOH, KOH, Fe2O3, ZnO, Al2O3, K2CO3, KHCO3, Na2CO3, NaHCO3, NH3OH, Sr(OH)2, HCOONa, BaOH, KMnO4, SiO2, ZnO, MgO, Mg(OH)2, Na2O3S2, 트리에틸렌디아민(TEDA) 및 이의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상의 활성 성분을 포함한다. 더욱 바람직하게는, "패스트" 흡착층의 조성물은 CuO, AgO, CoO, Co3O4, ZnO, MnO2 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상의 성분을 포함한다. 활성 성분에 추가로, "패스트" 흡착층의 조성물은 안정화제를 추가로 포함하거나, 활성성분은 흡착 기재에 주입되거나 그 흡착 기재상에 코팅될 수 있다.
본 발명의 높은 캡처율 "패스트" 흡착제 조성물은 산 가스에 대한 특정의 흡착제의 감소 속도(kinetics)를 증가시키는 강염기, 예컨대, KOH를 포함한다.
추가의 양태에서, 본 발명은 "패스트" 흡착 물질의 층을 포함하는 연마후 감소 시스템에 관한 것이며, 상기 층은 건식, 습식 도는 열 감소 시스템중 어느 한 감소 시스템을 포함할 수 있는 일차 감소 시스템의 하류에 위치한다. 바람직하게는, "패스트" 흡착층의 조성물은 탄소, CuO, Cu2O, MnOx(여기서, x는 1 내지 2이다), AgO, Ag2O, CoO, Co3O4, Cr2O3, CrO3, MoO2, MoO3, TiO2, NiO, LiOH, Ca(OH)2, CaO, NaOH, KOH, Fe2O3, ZnO, Al2O3, K2CO3, KHCO3, Na2CO3, NaHCO3, NH3OH, Sr(OH)2, HCOONa, BaOH, KMnO4, SiO2, ZnO, MgO, Mg(OH)2, Na2O3S2, 트리에틸렌디아민(TEDA) 및 이의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상의 활성 성분을 포함한다. 더욱 바람직하게는, "패스트" 흡착층의 조성물은 CuO, AgO, CoO, Co3O4, ZnO, MnO2 및 이의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상의 성분을 포함한다.
표 1은 하류에서 사용된 "패스트" 흡착 폴리싱 시스템이 사용되거나 사용되지 않는 건식 수지 감소 시스템을 비교하고 있다. 표적 종 구성물의 농도 및 선형 속도는 각각 칼럼 4 및 5에 기재되어 있다. 모든 경우에 있어서, 폴리싱 층은 표적 종 구성물의 TLV 용량을 증가시킨다. 본 발명은 특정의 가스 성분에 대한 TLV 용량을 100%까지 증가시키는 수단을 제공한다(이하 시험 번호 12 및 13 참조).
표 1: 본 발명의 이중층 시스템에 유용한 다양한 조성물의 비교
폴리시(polish)의 최적의 양은 흡착 베드의 전체 길이에 대한 질량 전달 영역의 비율(MTZ/LOB)을 기준으로 할 것이라는 것이 자명할 것이다. 즉, 주요 수지 베드내의 질량 전달 영역의 상대적인 길이는 사용되는 최적의 폴리싱 양을 나타낼 것이다.
도 3은 주베드 "슬로우" 흡착 시스템으로서 염기성 탄산구리, CuCO3·Cu(OH)2를 사용하는 감소 시스템에 대한 "패스트" 흡착 폴리싱 층의 두께의 함수로서 TLV 용량을 나타낸다. 도시된 바와 같이, 최적의 폴리싱 층 두께는 7 내지 9 인치의 전체 베드 높이의 경우에 전체 베드 길이의 약 30%이다. 베드 높이가 증가함에 따라, 최적의 폴리싱 량은 전체 베드 용적의 함수로서 감소한다.
또 다른 구체예에 있어서, 본 발명은 반도체 제조 시설의 III-V족 반도체 공정으로부터의 산 가스, 수소화물 가스 및/또는 이들의 부산물을 감소시키기 위한 층상 건식 수지 흡착 시스템을 포함하며, 이러한 층상 흡착 시스템은 염기성 탄산 구리를 필수성분으로 포함하는 조성물을 지닌 "슬로우(slow)" 흡착 물질로 이루어진 제 1층, 및 산화 구리 (Cu 6%); 산화 은 (Ag 0.1%); 산화 아연 (Zn 6.0%); 산화 몰리브덴 (Mo 2.5%); 트리에틸렌디아민 (TEDA 3.5%); 및 활성탄을 필수성분으로 포함하는 조성물을 지닌 "패스트(fast)" 흡착 물질로 이루어진 제 2층을 포함하며, 상기 흡착 시스템은 1cm/sec에서 수지 리터 당 3.67몰 또는 수지 kg 당 102 리터 AsH3의 아르신에 대한 TLV 흡착 용량을 지닌다.
또 다른 구체예에 있어서, 본 발명은 수소화물 가스, 산 가스 또는 부산물 종을 함유하는 III-V족 반도체 공정 배출 스트림으로부터 수소화물 가스, 산 가스 또는 부산물 종 중 하나 이상의 농도를 감소시키기 위한 방법에 관한 것이며, 이러한 방법은,
상기 배출물에 함유된 가스 종의 일부 또는 전부를 보유하도록 상기 반도체 공정 배출물을 제 1의 흡착층 조성물과 접촉시키는 단계; 및
상기 배출물에 함유된 가스 종의 제 2 부분을 보유하도록 상기 반도체 공정 배출물을 제 2의 흡착층 조성물과 접촉시키는 단게를 포함하며, 상기 제 1의 흡착층은 상기 가스 종에 대해 높은 흡착 용량을 지니는 물질을 포함하고, 상기 제 2의 흡착층은 가스 종에 대해 높은 포획율의 흡착 친화성을 지니는 물질을 포함한다. 바람직하게는, 본 발명의 방법은 시스템이 개개의 흡착층의 용량을 합친 것 보다 높게 특정 가스 종을 보유하는 용량을 지닐 수 있게 해준다.
더욱 상세하게는, 본 발명은 수소화물 또는 산 가스 종을 포함하는 반도체 제조 공정 배출 가스 스트림으로부터 수소화물 또는 산 가스 종 중 하나 이상의 농도를 감소시키는 방법에 관한 것이며, 이러한 방법은 가스 종의 농도가 감소된 배출 가스 스트림을 생성하도록 하나 이상의 가스 성분을 산화 구리, 수산화 구리 및 염기성 탄산 구리 중 하나 이상을 포함하는 제 1의 고체상 흡착 물질과 접촉시키고; 수소화물 또는 산 가스 종 중 하나 이상에 대해 TLV 보다 낮은 가스 종의 농도 (예를 들어, 아르신에 대해 50 ppb)를 지니는 배출 가스 스트림을 생성하도록 가스 종의 농도가 감소된 배출 가스 스트림을 적어도 산화 구리를 포함하는 제 2의 고체상 흡착 물질과 접촉시킴으로써 수행된다.
또 다른 구체예에 있어서, 본 발명은 이중 캐니스터(canister)를 포함하는 III-V족 공정 감소 처리를 위한 고용량 시스템에 관한 것으로서, 하나의 캐니스터는 온라인이고 나머지 하나는 오프라인으로서 첫 번째 캐니스터가 소정의 용량에 도달하는 경우에 자동-스위칭을 위해 이용가능하고, 상기 시스템은 반도체 제조 시설의 III-V족 반도체 공정으로부터의 산 가스, 수소화물 가스 및/또는 이들의 부산물의 감소를 위한 층상 건식 수지 흡착 시스템을 포함하며, 상기 층상 흡착 시스템은 "슬로우" 흡착 물질의 제 1층 및 "패스트" 흡착 물질의 제 2층을 포함한다.
본 발명은 III-V족 공정의 멀티-툴(multi-tool) 배출물 감소를 제공하며, 여기서 1 내지 4개의 공정 툴은 III-V족 반도체 공정 배출 스트림으로부터 III-V족 가스 종을 제거하기 위해 하나의 감소 시스템으로 합쳐진다.
하기 논의에서의 참조의 용이함을 위해, 일반화된 설명이 도 4로부터 하기 제시되며, 도 4는 본 발명의 한 가지 구체예에 따른 배출물 감소 시스템 (402)을 포함하는 박막 제조 시설 (400)의 개략도이다.
본 명세서에서 사용되는 흡착 조성물은 광의로 해석되도록 의도되며, 또한 언급된 특정 성분 또는 이러한 조성물에 대해 장차 구체적으로 확인되는 요소를 포함하거나, 이들로 구성되거나, 이들을 필수성분으로 포함할 수 있다. 또한, 이러한 조성물은 요망되는 경우에 본 명세서에서 명시적으로 확인되지 않은 성분 또는 요소는 포함될 수 없는 것으로 이해될 것이다.
본 발명의 시스템은 배출 가스 스트림을 화학흡착 조성물과 접촉시키고, 배출 가스 스트림의 바람직하지 못한 성분을 제거하기 위한 화학흡착 스크러버 조성물의 용량의 고갈에 대한 방법을 결정하기 위해 화학흡착 스크러버 조성물을 연속 모니터링함으로써, 비가역적 화학흡착에 의해 배출 가스 스트림 중의 사용되지 않은 산 및 수소화물 가스 및 이들의 부산물의 수집을 조절한다.
화학적 기상 증착 (CVD) 시스템은 화학적 기상 증착 조작을 위한 소스 가스의 공급 소스 (404)를 포함하며, 이는 AsH3와 같은 증착 가스를 함유하는 소스 가스 저장 및 분배 용기를 포함할 수 있다 (도시되지 않음). 용기로부터, 가스원은 라인 (406)을 통해 라인 (424)를 포함하는 가스 분배 매니폴드 어셈블리 (408)로 유동하고, 이를 통해 분배된 가스는 화학적 기상 증착 장치 (426)로 유동한다. 동시에, 요망되는 경우, 아르곤, 헬륨, 수소 등과 같은 캐리어 가스는 캐리어 가스원 (420)으로부터 라인 (422)을 통해 분배 매니폴드 어셈블리 (408)로 유동한다. 이와 같이 캐리어 가스는 가스원을 동반하고, 가스원 혼합물을 형성한다.
가스원 혼합물은 라인 (424)을 통해 분배 매니폴드 어셈블리 (408)로부터 CVD 반응기 (426)로 유동하며, 여기서 반응기의 내부 용적내로 분배된다. 이로써, 이러한 가스원 혼합물은 가열 엘리먼트 (436)에 의해 가열된 서셉터(susceptor) (434)상에 위치한 웨이퍼 기판 (432)으로 유도되어 이러한 기판상에 충돌한다. 웨이퍼 기판은 전구체 기상 혼합물의 분해 및 웨이퍼 기판의 표면상의 전구체의 요망되는 성분의 화학적 기상 증착을 일으키기에 충분히 상승된 온도에서 유지된다.
폐가스 및 분해 부산물을 포함하는 배출물은, 함유된 오염물(들)의 제거 및 정제된 배출 가스 스트림의 라인 (446)을 통한 이의 다운스트림 처리부 또는 최종 폐기부로의 배출을 위해, 반응기 (426)으로부터 배출되어, 라인 (438)을 통해 물리적 흡착제(들) 및/또는 화학적 흡착제(들)을 포함할 수 있는 흡착 물질의 층상 흡착 시스템 (444)을 포함하는 배출물 감소 시스템 (402)으로 유동한다.
화학적 기상 증착 반응기 (426)로부터의 배출 가스는 또한 제 2 라인 (468)내로 배출되고, 함유된 바람직하지 못한 가스 스트림의 제거를 위해 제 2의 층상 흡착 시스템 (452)을 포함하는 감소 시스템 (402)으로 유동하여, 정제된 가스 스트림을 생성시키며, 이는 감소 시스템으로부터 라인 (448)을 통해 배출되어 추가 처리 또는 다른 폐기 단계로 전달된다.
감소 시스템 (402)은 도시된 바와 같이 한 쌍으로 제공될 수 있으며, 시스템 중 하나는 백업(backup) 스크러빙 및/또는 바이-패스(by-pass) 유닛이고 라인 (438 및 468)은 이러한 중복 기능을 조절하기 위한 적합한 밸브장치 및 기계장치를 함유하여, 층들 중의 하나는 초기에 가동중에 있어서 화학적 기상 증착 반응기 (426)로부터 배출 가스 스트림을 활발하게 스크러빙하는 반면 나머지 하나는 대기 모드 상태가 된다.
흡착층 (444 및 452)의 배출 단부에서는, 배출물 탭(tap) 라인 (460 및 464)이 존재하며, 이는 하기 보다 상세히 설명되는 바와 같이 배출 가스의 측부 스트림을 종점 검출기 (462)로 전달한다.
종점 검출기 (462)는, 모니터되는 배출물 중의 하나 이상의 종의 흡착중지 또는 초기 흡착중지의 검출시에, 제어 신호를 발생시키며, 이러한 신호는 전송 라인 (464)을 통해 중앙 처리 유닛 (CPU) (466)으로 전송되어, 중앙 처리 유닛이 시설에서 상응하는 기능을 수행하도록 작동 준비될 수 있다.
예를 들어, 본 발명의 시스템은 종점 검출기에 의한 초기 브레이크쓰루 검출시에, 배출 흐름이 제 2의 흡착층으로 전환되거나 흡착층의 재생이 수행될 때까지 체류되도록 보유 (서지(surge)) 용기로 전환된다.
대안적으로 또는 추가적으로, 이러한 종점 브레이크쓰루 검출은 재생 순서를 개시하고, 후속 가동 조작을 위해 고갈된 흡착층을 갱신시키도록 사용될 수 있다.
대안적으로, 두 개의 스크러버층 (444 및 452)은 동시에 동작할 수 있고, 각각 화학적 기상 증착 장치의 동작중에 생성된 다양한 배출 스트림을 처리할 수 있다. 예를 들어, 이러한 감소 시스템 중의 하나는 화학적 기상 증착 장치로부터의 주 배출 가스 스트림을 처리할 수 있는 반면, 나머지 하나는 예를 들어 배출 처리 시스템 중의 펌프 누출 가스로부터 유래되는 부 배출 스트림을 처리할 수 있다.
감소 시스템은 화학적 기상 증착 장치에 대한 전체 시스템 및 화학적 기상 증착 장치의 공급 소스의 별도의 구별되는 장치 부품으로서 배치될 수 있다
도 4에 도시된 시스템을 참조하면, 화학적 기상 증착 장치 (예를 들어, 화학적 기상 증착 챔버)로부터 배출되는 공정 가스는 배출 가스 스트림에서 감소시키려는 화학적 기상 증착 가스에 대해 특이적인 분리된 층들에서 둘 이상의 건식 스크러빙 흡착 조성물을 함유하는 용기(들)로 배출된다. 건식 스크러빙 조성물은 폐가스 종을, 이의 스크러빙 처리 후에 최종 배출되는 공정 배출물의 최대 오퍼레이터 안전도 및 환경 수용도까지, 스크러빙 매질에 비가역적으로 결합시킴으로써 화학흡착에 의해 배출물 (예를 들어, 화학적 기상 증착 챔버 배출물)로부터 폐가스를 제거한다.
도 1에 도시된 반도체 제조 시설의 특징 및 설계는 특성에 맞는 예시적인 것에 불과하며, 임의의 그 밖의 적합한 특징, 장치 및 조작이 유리하게 사용될 수 있다.
따라서, 건식 스크러빙 흡착 조성물은 공정에 의해 생성된 배출 가스 스트림(들)을 처리하기 위해 근접하게 배치되며 환경에 수용되는 배출 스트림을 생성시키는 캐니스터내에 제공될 수 있다. 이러한 캐니스터는 통상적인 컨넥터 장치를 사용하는 연결 배관 및 밸브장치로부터 이를 분리하고 소모된 흡착 매질의 캐니스터를 신선한 매질의 상응하는 캐니스터로 대체함으로써 용이하게 교환될 수 있다.
폐가스 처리를 위한 이러한 1회용 캐니스터에 사용되는 스크러빙 매질의 양은 특정 공정 툴내의 이용가능한 데드 볼륨 (dead volume)에 의해 결정될 것이다. 화학적 기상 증착 및/또는 이온 주입과 관련하여, 캐니스터가 시스템 하우징의 내측에 위치하거나 시스템 하우징에 근접하게 외측에 위치하는 경우, 사용되는 스크러빙 매질의 양은 이러한 특정 시스템에 대한 도핑 가스의 공급 소스의 전달가능한 용량에 의해 결정될 것이다. 공급 소스 부피는 바람직하게는 시스템 처리량에 매칭될 수 있어서, 소스 가스 용기의 용량은 시스템에 배치되는 폐가스 감소용 캐니스터(들)의 제거 용량을 초과하지 않는다.
두 개의 캐니스터 유닛을 포함하는 것으로 예시적으로 도시되어 있지만, 감소 시스템은 실제로 직렬로 다양하게 연결된 다수의 흡착층, 레이어(layer), 바이패스 및/또는 병렬(매니폴드) 장치를 포함하는 다중층 장치일 수 있다.
본 발명이 특정한 특징 및 예시적 구체예를 참조로 본 명세서에 설명되었지만, 본 발명의 유용성은 이에 제한되지 않고, 본 명세서의 기재 및 예시적 교시내용을 기초로 하여 당업자에게 용이하게 시사되는 그 밖의 특징, 변형 및 대안적 구체예에 미치며 이들을 포함하는 것으로 인식될 것이다. 따라서, 하기 청구의 범위는 본 발명의 사상 및 범위내의 그러한 모든 특징, 변형 및 대안적 구체예를 포함하는 것으로 해석되어야 한다.

Claims (43)

  1. 반도체 제조 공정으로부터 유래되는 배출 스트림으로부터 하나 이상의 독성 가스 성분 또는 이의 부산물을 감소시키는 장치로서,
    하나 이상의 독성 가스 성분에 대해 고용량의 흡착 친화성을 갖는 제 1 흡착층 물질;
    하나 이상의 독성 가스 성분에 대해 높은 포획율을 갖는 제 2의 별도의 흡착층 물질; 및
    공정을 가스 흐름 연통식으로 흡착층 물질과 연결시켜, 배출 스트림을 제 1 흡착층 물질과 접촉시킨 다음, 제 2 흡착층 물질과 접촉시키므로써 배출 스트림으로부터의 하나 이상의 독성 가스 성분을 일부 또는 전부 제거하도록 하는 흐름 통로를 포함하는 장치.
  2. 제 1항에 있어서, 반도체 제조 공정이 제 III족 내지 제 V족 공정과 관련된 장치.
  3. 제 1항에 있어서, 반도체 제조 공정이 이온 주입, 금속 유기 화학적 기상 증착 및 플라즈마 강화된 화학적 기상 증착으로 구성된 군으로부터 선택되는 장치.
  4. 제 1항에 있어서, 독성 가스 성분이 AsH3, PH3, SbH3, BiH3, GeH4, SiH4, NH3, HF, HCl, HBr, Cl2, F2, Br2, BCl3, BF3, AsCl3, PCl3, PF3, GeF4, AsF5, WF6, SiF4, SiBr4, COF2, OF2, SO2F2, SOF2, WOF4, ClF3, (hfac)In(CH3)2, H2As(t-부틸), H2P(t-부틸), Br2Sb(CH3), SiHCl3, 및 SiH2Cl2로 구성된 군으로부터 선택되는 장치.
  5. 제 1항에 있어서, 독성 가스 성분이 AsH3, PH3, SbH3, BiH3, GeH4, SiH4, NH3, H2As(t-부틸), H2P(t-부틸), Br2Sb(CH3), SiHCl3, 및 SiH2Cl2로 구성된 군으로부터 선택되는 장치.
  6. 제 1항에 있어서, 독성 가스 성분이 HF, HCl, HBr, Cl2, F2, Br2, BCl3, BF3, AsCl3, PCl3, PF3, GeF4, AsF5, WF6, SiF4, SiBr4, COF2, OF2, SO2, SO2F2, SOF2, WOF4, ClF3, (hfac)In(CH3)2 및 Br2Sb(CH3)로 구성된 군으로부터 선택되는 장치.
  7. 반도체 제조 공정으로부터 유래되는 배출 스트림으로부터 하나 이상의 산 가스, 수소화물 가스 또는 이들의 부산물을 감소시키기 위한 장치로서,
    하나 이상의 산 가스, 수소화물 가스 또는 이들의 부산물에 대해 고용량 흡착 친화성을 갖는 제 1 흡착층 물질;
    하나 이상의 산 가스, 수소화물 가스 또는 이들의 부산물에 대해 높은 포획율 흡착 친화성을 갖는 제 2의 별도의 흡착층 물질; 및
    공정을 가스 흐름 연통식으로 흡착층 물질과 연결시켜, 배출 스트림을 제 1 흡착층 물질과 접촉시킨 다음, 제 2 흡착층 물질과 접촉시키므로써 배출 스트림으로부터의 하나 이상의 산 가스, 수소화물 가스 또는 이들의 부산물을 일부 또는 전부 제거하도록 하는 흐름 통로를 포함하는 장치.
  8. 산 가스 또는 수소화물 가스, 또는 이들의 부산물을 감소시키기 위한 층상 건식 수지 흡착 시스템으로서,
    하나 이상의 산 또는 수소화물 가스 성분에 대해 고용량 흡착 친화성을 갖는 제 1 흡착층 물질;
    하나 이상의 산 또는 수소화물 가스 성분에 대해 높은 포획율 흡착 친화성을 갖는 제 2의 별도의 흡착층 물질; 및
    공정을 가스 흐름 연통식으로 흡착층 물질과 연결시켜, 배출 스트림을 제 1 흡착층 물질과 접촉시킨 다음, 제 2 흡착층 물질과 접촉시키므로써 배출 스트림으로부터의 하나 이상의 산 가스, 수소화물 가스 또는 이들의 부산물을 일부 또는 전부 제거하도록 하는 흐름 통로를 포함하는 시스템.
  9. 제 8항에 있어서, 수소화물 성분이 AsH3, PH3, SbH3, BiH3, GeH4, SiH4, NH3, H2As(t-부틸), H2P(t-부틸), Br2Sb(CH3), SiHCl3, 및 SiH2Cl2로 구성된 군으로부터 선택되는 장치.
  10. 제 8항에 있어서, 산 가스 성분이 HF, HCl, HBr, Cl2, F2, Br2, BCl3, BF3, AsCl3, PCl3, PF3, GeF4, AsF5, WF6, SiF4, SiBr4, COF2, OF2, SO2, SO2F2, SOF2, WOF4, ClF3, (hfac)In(CH3)2 및 Br2Sb(CH3)로 구성된 군으로부터 선택되는 장치.
  11. 제 8항에 있어서, 제 1 및 제 2 흡착층이 환원성 수소첨가반응이 자동 촉매적으로 되는 온도에 의해 달라지는 장치.
  12. 제 8항에 있어서, 제 2 흡착층이 제 1 흡착층보다 높은 포획율을 갖는 장치.
  13. 제 8항에 있어서, 흡착층 물질이 비드, 구체, 고리, 토로이드 형태, 불규칙한 형태, 로드, 실린더, 박편, 필름, 입방체, 다각형 기하학적 형태, 판, 섬유, 코일, 나선형, 그물, 소결된 다공성 덩어리, 입자, 펠렛, 정제, 분말, 미립자, 압출물, 옷감 형태 물질, 직물 형태 물질, 벌집 매트릭스 기둥, 매트릭스 기둥, (기타 성분을 지닌 흡착 물품의) 복합물, 또는 상기 구조의 분쇄되거나 압착된 형태로 구성된 군으로부터 선택된 물품을 포함하는 장치.
  14. 제 8항에 있어서, 흡착층 물질이 0.1 mm 내지 1.5 cm의 크기를 갖는 미립자를 포함하는 장치.
  15. 제 8항에 있어서, 흡착층 물질이 물리적 흡착제 및 화학적 흡착제로 구성된 군으로부터 선택되는 장치.
  16. 제 8항에 있어서, 제 1 막 및 제 2 막이 단일 차폐 시스템에 하우징된 장치.
  17. 제 8항에 있어서, 제 1 막 및 제 2 막이 개별적인 차폐 시스템에 하우징된 장치.
  18. 제 8항에 있어서, 제 1 흡착층 물질 및 제 2 흡착층 물질이 흡착 물질의 배합된 혼합물을 포함하는 장치.
  19. 제 8항에 있어서, 약 1:20 내지 1:1의 "패스트(fast)" 흡착층 대 "슬로우(slow)" 흡착층의 부피비를 갖는 장치.
  20. 제 8항에 있어서, 고용량 흡착 물질이 구리의 산화된 형태를 포함하는 장치.
  21. 제 8항에 있어서, 고용량 흡착 물질이 수산화 구리, Cu(OH2); 산화 구리, CuO; 탄산 구리, CuCO3; 염기성 탄산 구리, CuCO3·Cu(OH)2 및 이의 조합물로 구성된 군으로부터 선택되는 장치.
  22. 제 8항에 있어서, 고용량 흡착 물질이 CuCO3·Cu(OH)2을 포함하는 장치.
  23. 제 8항에 있어서, 고용량 흡착 물질이 180℃ 초과의 온도까지 H2 환원반응을 억제하는 장치.
  24. 제 8항에 있어서, 고용량 흡착 물질이 약 20 내지 100 중량% 활성 성분을 포함하는 장치.
  25. 제 8항에 있어서, 높은 포획율 흡착 물질이 탄소, CuO, Cu2O, MnOx (여기서, x는 1 내지 2를 포함한다), AgO, Ag2O, CoO, Co3O4, Cr2O3, CrO3, MoO2, MoO3, TiO2, NiO, LiOH, Ca(OH)2, CaO, NaOH, KOH, Fe2O3, ZnO, Al2O3, K2CO3, KHCO3, Na2CO3, NaHCO3, NH4OH, Sr(OH)2, HCOONa, BaOH, KMnO4, SiO2, ZnO, MgO, Mg(OH)2, Na2O3S2, 트리에틸렌디아민 (TEDA) 및 이들의 혼합물로 구성된 군으로부터 선택된 하나 이상의 성분을 포함하는 장치.
  26. 제 25항에 있어서, 높은 포획율 흡착 물질이 추가로 Be, Mg, V, Mo, Co, Ni, Cu, Zn, B, Al, Si, Pb, Sb, Bi, 옥시드, 히드록시드 수소 카보네이트, 수소 설페이트, 수소 포스페이트, 설피드, 퍼옥시드, 할라이드, 카르복실레이트 및 이들의 옥시산으로 구성된 군으로부터 선택된 안정화제를 포함하는 장치.
  27. 제 8항에 있어서, 높은 포획율 흡착 물질이 탄소, NaOH, KOH, LiOH, Ca(OH)2 및 NH4OH로 구성된 군으로부터 선택된 하나 이상의 성분을 포함하는 장치.
  28. 제 8항에 있어서, 높은 포획율 흡착 물질이
    (1) 산화 구리, (Cu 6%); 산화 은, (Ag 0.1%); 산화 아연, (Zn 6.0%); 산화 몰리브데늄, (Mo 2.5%); 트리에틸렌디아민, (TEDA 3.5%); 및 활성탄; 및
    (2) 산화 망간, (Mn 22%); 산화 구리, (Cu 23%); 산화 코발트, (Co 10%); 산화 은 (Ag 3.5%); 및 산화 알루미늄, (Al 2.6%)으로 구성된 군으로부터 선택된 조성물을 포함하는 장치.
  29. 제 8항에 있어서, 높은 포획율 흡착 물질이 산화 구리, (Cu 6%); 산화 은, (Ag 0.1%); 산화 아연, (Zn 6.0%); 산화 몰리브데늄, (Mo 2.5%); 트리에틸렌디아민, (TEDA 3.5%); 및 활성탄을 포함하며, 흡착 시스템이 1 cm/sec 에서 수지 리터 당 3.67 몰 또는 수지 kg 당 102 리터 AsH3의 아르신에 대한 TLV 흡착 용량을 갖는 장치.
  30. 제 8항에 있어서, 1 cm/sec에서 수지 리터 당 3.67 몰 또는 수지 kg 당 102 리터 AsH3의 아르신에 대한 TLV 흡착 용량을 갖는 장치.
  31. 제 28항에 있어서, 1 cm/sec에서 수지 리터 당 3.67 몰 또는 수지 kg 당 102 리터 AsH3의 아르신에 대한 TLV 흡착 용량을 갖는 장치.
  32. 제 8항에 있어서, 추가로 배출용 흡착 물질을 모니터링하는 수단을 포함하는 장치.
  33. 독성 가스 성분을 함유하는 반도체 공정 배출 스트림으로부터 하나 이상의 독성 가스 성분의 농도를 감소시키는 방법으로서,
    배출물 중 독성 가스 성분의 적어도 일부를 보유하도록 반도체 공정 배출물을 제 1 흡착층 조성물과 접촉시키는 단계; 및
    배출물 중 다른 독성 가스 성분을 보유하도록 공정 배출물을 제 2 막 흡착 조성물과 접촉시키는 단계를 포함하며,
    제 1 흡착층이 독성 성분에 대해 높은 흡착 용량을 갖는 물질을 포함하며, 제 2 흡착층 물질이 독성 성분에 대해 높은 포획율 흡착 친화성을 갖는 물질을 포함하는 방법.
  34. 제 33항에 있어서, 반도체 제조 공정이 이온 주입, 금속 유기 화학적 기상 증착 및 플라즈마 강화된 화학적 기상 증착으로 구성된 군으로부터 선택되는 방법.
  35. 제 33항에 있어서, 독성 가스 성분이 AsH3, PH3, SbH3, BiH3, GeH4, SiH4, NH3, HF, HCl, HBr, Cl2, F2, Br2, BCl3, BF3, AsCl3, PCl3, PF3, GeF4, AsF5, WF6, SiF4, SiBr4, COF2, OF2, SO2F2, SOF2, WOF4, ClF3, (hfac)In(CH3)2, H2As(t-부틸), H2P(t-부틸), Br2Sb(CH3), SiHCl3, 및 SiH2Cl2로 구성된 군으로부터 선택되는 방법.
  36. 제 1항에 있어서, 독성 가스 성분이 AsH3, PH3, SbH3, BiH3, GeH4, SiH4, NH3, H2As(t-부틸), H2P(t-부틸), Br2Sb(CH3), SiHCl3, 및 SiH2Cl2로 구성된 군으로부터 선택되는 방법.
  37. 제 33항에 있어서, 독성 가스 성분이 HF, HCl, HBr, Cl2, F2, Br2, BCl3, BF3, AsCl3, PCl3, PF3, GeF4, AsF5, WF6, SiF4, SiBr4, COF2, OF2, SO2, SO2F2, SOF2, WOF4, ClF3, (hfac)In(CH3)2 및 Br2Sb(CH3)로 구성된 군으로부터 선택되는 장치.
  38. 제 33항에 있어서, 제 1 흡착층 및 제 2 흡착층의 용량을 합친 것 보다 큰 전반적인 용량을 갖는 방법.
  39. 제 33항에 있어서, 고용량 흡착 물질이 하나 이상의 산화 구리, 수산화 구리, 탄산 구리 및 염기성 탄산 구리를 포함하는 방법.
  40. 제 33항에 있어서, 높은 포획율 흡착 물질이 탄소, CuO, Cu2O, MnOx (여기서, x는 1 내지 2를 포함한다), AgO, Ag2O, CoO, Co3O4, Cr2O3, CrO3, MoO2, MoO3, TiO2, NiO, LiOH, Ca(OH)2, CaO, NaOH, KOH, Fe2O3, ZnO, Al2O3, K2CO3, KHCO3, Na2CO3, NaHCO3, NH4OH, Sr(OH)2, HCOONa, BaOH, KMnO4, SiO2, ZnO, MgO, Mg(OH)2, Na2O3S2, 트리에틸렌디아민 (TEDA) 및 이들의 혼합물로 구성된 군으로부터 선택된 하나 이상의 성분을 포함하는 방법.
  41. 제 33항에 있어서, 높은 포획율 흡착 물질이 추가로 Be, Mg, V, Mo, Co, Ni, Cu, Zn, B, Al, Si, Pb, Sb, Bi, 옥시드, 히드록시드 수소 카보네이트, 수소 설페이트, 수소 포스페이트, 설피드, 퍼옥시드, 할라이드, 카르복실레이트 및 이들의 옥시산으로 구성된 군으로부터 선택된 안정화제를 포함하는 방법.
  42. 제 33항에 있어서, 높은 포획율 흡착 물질이 탄소, NaOH, KOH, LiOH, Ca(OH)2 및 NH4OH로 구성된 군으로부터 선택된 하나 이상의 성분을 포함하는 방법.
  43. 제 33항에 있어서, 산 가스의 농도가 아르신에 대해 50 ppb 미만으로 감소되는 방법.
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