KR20190010979A - 반도체 드라이 스크러버 시스템 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 반도체의 박막 증착 공정이 이루어지는 증착 챔버와 연결되어, 증착 공정에서 발생되는 유해가스를 정화하는 박막 증착 스크러버부, 반도체의 세정 공정이 이루어지는 세정 챔버와 연결되어, 세정 공정에서 발생되는 유해가스를 정화하는 세정 스크러버부 및 반도체의 에칭 공정이 이루어지는 에칭 챔버와 연결되어, 에칭 공정에서 발생되는 유해가스를 정화하는 에칭 스크러버부를 포함하여 이루어지는 반도체 드라이 스크러버 시스템이다.

Description

반도체 드라이 스크러버 시스템{Semiconductor dry scrubber system}
본 발명은 반도체 제작 공정에서 발생되는 유해가스를 정화하여 외부로 배출시키는 스크러버에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 유해가스를 정화시키는 효율을 극대화시킴과 동시에 소비전력을 저하시키는 반도체 드라이 스크러버 시스템에 관한 것이다.
반도체를 제작하는 과정 중 박막 증착(Deposition), 세정(Cleaning) 및 식각(Etching)과 같은 공정에서는 인체에 유해한 다량의 가스가 발생된다. 예를 들어, 실란(TEOS)나 아르신(AsH3)와 같은 유해 가스는 발화성 및 독성이 매우 강하기 때문에 반드시 정화 과정을 거친 후에 외부의 대기로 배출하여야 한다.
또한 화학적 증착(CVD) 공정을 마친 후에 세정에 사용되는 삼불화질소(NF3)의 경우 또한 공기 중에서 농도가 높아질 경우에 폭발을 유발하는 매우 위험한 물질이기 때문에 관리가 무척 중요하다. 과불화화합물(PFC)의 일종인 삼불화질소(NF3)는 그 자체로 이산화탄소(CO2)보다 높은 온실가스 효과를 유발함과 동시에, 대기 중에 머무르는 시간이 이산화탄소(CO2)가 200년인데 반해 삼불화질소(NF3)의 경우는 740년에 달한다. 이러한 이유로 국제연합 산후 기수변화에 관한 국제 협의체(IPCC)는 강력한 규제를 요구하기에 반도체 공정에서 사용되는 삼불화질소(NF3)를 효율적으로 정화하는 기술은 반드시 필요하다.
이러한 문제를 해결하기 위하여 도 1에 도시된 바와 같이, 국내공개특허 제10-2000-0024455호에서는 반도체 공정에서 사용되는 상기한 유해가스들을 처리하는 스크러버에 대한 장치를 기재하였다. 반도체 및 LCD 제조 공정에 사용되는 공정용 가스의 열반응이 활발히 일어날 수 있도록 상기 가스를 예열하여 활성화시키는 예열부(1)와 상기 예열부(1)를 통과하면서 활성화된 공정용 가스를 고온의 반응 챔버 내부에서 가열하여 열반응시키는 열반응부(2), 그리고 열반응에 따라 생성된 고형 미립자를 포집하여 이 미립자를 가스와 분리하는 분리부(3)와 고형 미립자를 포집하는 집진부(4)를 포함하여 이루어진다.
그러나 이와 같이 많은 종류의 유해가스를 같이 정화시킴으로써 서로 상이한 유해 가스와의 접촉으로 인하여 발생할 수 있는 폭발에 대한 위험성이 존재할 수 있다. 예를 들어, 박막 증착(Deposition) 공정에서 발생하는 실란(TEOS)과 세정(Cleaning) 공정에서 발생하는 불소(F2)가스가 혼합됨으로 인하여 폭발 또는 2차 반응 부산물이 형성될 수 있다.
국내공개특허공보 제10-2000-0024455호 ("예열식 가스 활성화 시스템을 갖는 반도체 제조용 건식가스 스크러버")
본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 유해 가스의 처리효율을 높이고, 소비전력을 최소화하는 반도체 드라이 스크러버 시스템을 제공하는데 목적이 있다.
또한 폭발이나 2차 반응의 부산물을 최소화하고, 폐수나 질산화물(NOx) 또는 불화수소(HF)가 발생하지 않는 반도체 공정 시스템을 구축하는 데 목적이 있다.
본 발명은 반도체의 박막 증착 공정이 이루어지는 증착 챔버와 연결되어, 증착 공정에서 발생되는 유해가스를 정화하는 박막 증착 스크러버부, 반도체의 세정 공정이 이루어지는 세정 챔버와 연결되어, 세정 공정에서 발생되는 유해가스를 정화하는 세정 스크러버부 및 반도체의 에칭 공정이 이루어지는 에칭 챔버와 연결되어, 에칭 공정에서 발생되는 유해가스를 정화하는 에칭 스크러버부를 포함하여 이루어진다.
상기 박막 증착 스크러버부는 박막 증착 후에 생성되는 탄화수소 화합물을 제거하는 증착 스크러버와 상기 증착 스크러버와 상기 증착 챔버 사이에 형성되어 고형의 미립자를 제거하여 상기 증착 스크러버의 약제를 보호하는 증착 콜드트랩을 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 증착 스크러버의 약제는 제올라이트를 사용하여 상기 탄화수소 화합물을 흡착 제거하는 것을 특징으로 한다.
상기 세정 스크러버부는 세정 공정 후에 생성되는 불소(F2)가스를 제거하는 제1세정 스크러버와 삼불화질소(NF3)가스를 제거하는 제2세정 스크러버를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 제2세정 스크러버의 공간은 190 ~ 210℃의 온도로 형성되는 것을 특징으로 한다.
상기 에칭 스크러버부는 에칭 후에 생성되는 불소(F2) 및 사플루오린화규소(SiF4)가스를 제거하는 제1에칭 스크러버, 상기 제1에칭 스크러버와 상기 에칭 챔버 사이에 형성되어 고형의 미립자를 제거하여 상기 제1에칭 스크러버의 약제를 보호하는 에칭 콜드트랩, 상기 제1에칭 스크러버에서 제거되지 않은 과불화화합물(PFCs)을 분해 흡착하여 제거하는 제2에칭 스크러버 및 상기 제1에칭 스크러버와 제2에칭 스크러버 사이에 형성되어 상기 제2에칭 스크러버에서 분해되는 가스의 온도를 상승시키는 열공급부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 제1에칭 스크러버의 약제는 수산화칼슘(Ca(OH)2)을 사용하여 상기 불소(F2) 및 사플루오린화규소(SiF4)가스를 제거하는 것을 특징으로 한다.
상기 열공급부는 상기 제2에칭 스크러버(330)에 열을 공급하여 내부 공간을 380 ~ 420℃로 형성하여 과불화화합물(PFCs)를 분해 흡착하는 반응을 촉진시키는 것을 특징으로 한다.
또한 유해가스가 생성되지 않는 반도체 공정과 연계되어, 외부로 가스를 배출시키는 배기관을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 스크러버 시스템을 사용함으로써, 유해가스의 정화효율을 95%이상으로 최대화할 수 있음과 동시에, 종래 장치에서 발생되었던 전력에 비하여 현저하게 작은 소비전력을 얻게 되어 경제적인 스크러버 시스템을 구출할 수 있다.
또한 폐수 및 질산화물(NOx)과 불화수소(HF)의 발생을 억제하고, 수분과 더스트의 발생을 최소화하여 보다 더 환경 친화적인 반도체 공정을 실현할 수 있다.
도 1은 종래의 스크러버 시스템을 도시한 예시도이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 증착 스크러버부 및 세정 스크러버부를 도시한 예시도이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 에칭 스크러버부를 도시한 예시도이다.
이하, 본 발명의 기술적 사상을 첨부된 도면을 사용하여 더욱 구체적으로 설명한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.
따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 변형 예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
이하, 본 발명의 기술적 사상을 첨부된 도면을 사용하여 더욱 구체적으로 설명한다. 첨부된 도면은 본 발명의 기술적 사상을 더욱 구체적으로 설명하기 위하여 도시한 일예에 불과하므로 본 발명의 기술적 사상이 첨부된 도면의 형태에 한정되는 것은 아니다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 증착 스크러버부(100) 및 세정 스크러버부(200)를 도시한 예시도이다. 도 2에 도시된 바와 같이, 박막 증착(Deposition) 공정에서 발생되는 가스와 세정(Cleaning) 공정에서 발생되는 가스를 서로 독립적인 공간에서 정화시킴으로 인하여, 증착 공정에서 발생될 수 있는 실란(TEOS)과 세정 공정에서 발생될 수 있는 불소(F2)가스를 따로 정화시킨다.
박막 증착(Deposition) 공정에서는 하기와 같은 반응식에 따른 화학반응이 발생한다.
<화학식 1>
Figure pat00001
증착은 웨이퍼 위에 생성된 박막에 전기적인 특성을 갖게 하는 과정으로써, 현재 대표적으로 사용되는 기법은 화학기상증착법(CVD)가 사용된다. 이 때, 박막에 실란가스를 분사하는 형태로 공정이 이루어지기 때문에, 증착 공정이 이루어지는 챔버 내에 기상의 실란(TEOS)이 존재할 수 있다.
또한 증착 공정이 이루어지고 난 후에 세정(Cleaning) 공정을 수행하게 되는데, 이 때 하기와 같은 반응시게 다른 화학반응이 발생한다.
<화학식 2>
Figure pat00002
세정을 할 때, 삼불화질소(NF3)는 웨이퍼에 박막을 입힌 후에 남아있는 이산화규소(SiO2)와 같은 불순물과 반응하여 사플루오린화규소(SiF4)로 내부를 세척한다. 이 때 역시 이산화규소(SiO2)와 반응하지 않는 삼불화질소(NF3)가 존재할 수 있다.
이로써 각각 증착 공정과 세정 공정이 이루어지는 챔버 내에 실란(TEOS)와 삼불화질소(NF3)가 존재할 수 있고, 이는 인체에 유해한 가스로써 외부 대기에 배출하기 전에 반드시 스크러버와 같은 별도의 장치를 통한 정화작용이 수행되어야 한다.
상기 증착 공정과 세정 공정에서 생성되는 가스를 처리하는 스크러버는 도 2에 도시된 바와 같이, 증착 스크러버부(100)와 세정 스크러버부(200)로 별도의 장치로 구성함으로써, 실란(TEOS)과 삼불화질소(NF3)가 접촉하는 현상을 미연에 방지한다.
또한 증착 스크러버부(100)는 실란(TEOS)의 반응 부산물인 탄화수소 화합물을 흡착하여 제거하는 증착 스크러버(110)가 형성되고, 상기 증착 스크러버(110)에서 탄화수소 화합물을 흡착시키는 약제를 보호하기 위하여 상기 증착 스크러버(110)에 유해가스가 투입되기 전에 고형의 미립자를 제거하는 제1콜드트랩(120)이 더 포함될 수 있다. 이 때 상기 증착 스크러버(110)의 약제는 제올라이트를 사용하여 탄화수소 화합물의 흡착 효율을 최대화할 수 있다.
상기 세정 스크러버부(200)는 도 2와 같이 제1세정 스크러버(210)와 제2세정 스크러버(220)로 분할하여 형성된다. 상기 제1세정 스크러버(210)에서는 불소(F2)가스를 제거하고, 상기 제2세정 스크러버(220)에서는 상기 제1세정 스크러버(210)에서 흡착이 이루어지지 않아 제거되지 않은 삼불화질소(NF3)가스를 분해 흡착함으로써 제거한다.
이 때, 상기 제1세정 스크러버(210)에서 불소(F2)가스는 수산화칼슘(Ca(OH)2)에 의해서 제거될 수 있고, 상기 제2세정 스크러버(220) 공간은 190 ~ 210℃로 형성되어 삼불화질소(NF3)의 정화효율을 극대화한다. 이는 산화메탈(MO)의 혼합물인 수산화칼슘(Ca(OH)2)이 산화메탈의 촉매 작용을 활성화하기 위한 최적의 온도이며, 이보다 더 높은 고온의 환경에서는 흡착작용을 방해한다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 에칭 스크러버부(300)를 도시한 예시도이다. 우선 식각(Etching) 공정이 발생되는 챔버 내부에서는 하기와 같은 화학반응이 일어난다.
<화학식 3>
Figure pat00003
도 3에 도시된 바와 같이, 상기 에칭 스크러버부(300)는 제1에칭 스크러버(310), 제2콜드트랩(320), 제2에칭 스크러버(330) 및 열공급부(340)로 형성될 수 있다.
먼저 제2콜드트랩(320)은 에칭 공정이 이루어지는 챔버와 연결되어 상기 제1에칭 스크러버(310)로 유해가스가 유입되기 전에 지나가는 공간으로써, 상기 증착 스크러버부(100)에 형성되는 상기 제1콜드트랩(120)과 마찬가지로 고형의 미립자를 제거한다. 이는 상기 제1에칭 스크러버(310)의 약제를 보호하기 위한 목적으로 구성될 수 있다.
상기 제2콜드트랩(320)을 거쳐간 가스는 상기 제1에칭 스크러버(310)로 유입된다. 상기 제1에칭 스크러버(310) 내부에는 사플루오린화규소(SiF4)나 불소(F2)가스와 같은 물질을 제거하는 약제가 형성됨으로써 제거할 수 있다. 이 때 상기 약제는 수산화칼슘(Ca(OH)2)를 사용함으로써 상기와 같은 유해가스를 제거할 수 있다.
이후에 상기 열공급부(340)에서 380 ~ 420℃의 열을 공급하여 상기 제2에칭 스크러버(320) 내부에서 다양한 과불화화합물(PFCs)을 분해 흡착하여 제거할 수 있다. 이는 상기 제2세정 스크러버(220)에서의 내부 온도를 제한하는 것과 같은 이유에서 비롯된다.
또한 도 3에 도시된 것처럼 증착(Deposition), 세정(Cleaning) 및 식각(Etching) 공정 외의 다른 반도체 제작 공정에 있어서, 인체나 외부 대기에 유해한 가스가 유발되지 않는 공정에는 정화장치인 별도의 스크러버를 연결하지 않고 외부 대기로 바로 배출시키는 배기관(400)을 통하여 배출할 수 있다.
이는 정화가 필요한 가스의 용량을 줄임으로써 스크러버 전체에 소모되는 전력효율을 증대시킬 수 있다.
1 : 예열부 2 : 열반응부
3 : 분리부 4 : 집진부
100 : 증착 스크러버부
110 : 증착 스크러버 120 : 증착 콜드트랩
200 : 세정 스크러버부
210 : 제1세정 스크러버 220 : 제2세정 스크러버
300 : 에칭 스크러버부
310 : 제1에칭 스크러버 320 : 에칭 콜드트랩
330 : 제2에칭 스크러버 340 : 열공급부
400 : 배기관

Claims (9)

  1. 반도체의 박막 증착 공정이 이루어지는 증착 챔버와 연결되어, 증착 공정에서 발생되는 유해가스를 정화하는 박막 증착 스크러버부(100);
    반도체의 세정 공정이 이루어지는 세정 챔버와 연결되어, 세정 공정에서 발생되는 유해가스를 정화하는 세정 스크러버부(200); 및
    반도체의 에칭 공정이 이루어지는 에칭 챔버와 연결되어, 에칭 공정에서 발생되는 유해가스를 정화하는 에칭 스크러버부(300);
    를 포함하여 이루어지는 반도체 드라이 스크러버 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 박막 증착 스크러버부(100)는
    박막 증착 후에 생성되는 탄화수소 화합물을 제거하는 증착 스크러버(110)와 상기 증착 스크러버(110)과 상기 증착 챔버 사이에 형성되어 고형의 미립자를 제거하여 상기 증착 스크러버(110)의 약제를 보호하는 증착 콜드트랩(120)을 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 드라이 스크러버 시스템.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 증착 스크러버(110)는
    제올라이트로 상기 탄화수소 화합물을 흡착 제거하는 것을 특징으로 하는 반도체 드라이 스크러버 시스템.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 세정 스크러버부(200)는
    세정 공정 후에 생성되는 F2가스를 제거하는 제1세정 스크러버(210)와 NF3가스를 제거하는 제2세정 스크러버(220)를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 드라이 스크러버 시스템.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 제2세정 스크러버(220)의 공간은
    190 ~ 210℃의 온도로 형성되는 것을 특징으로 하는 반도체 드라이 스크러버 시스템.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 에칭 스크러버부(300)는
    에칭 후에 생성되는 F2 및 SiF4가스를 제거하는 제1에칭 스크러버(310), 상기 제1에칭 스크러버(310)과 상기 에칭 챔버 사이에 형성되어 고형의 미립자를 제거하여 상기 제1에칭 스크러버(310)의 약제를 보호하는 에칭 콜드트랩(320), 상기 제1에칭 스크러버(310)에서 제거되지 않은 PFCs를 분해 흡착하여 제거하는 제2에칭 스크러버(330) 및 상기 제1에칭 스크러버(310) 및 제2에칭 스크러버(330) 사이에 형성되어 상기 제2에칭 스크러버(330)에서 분해되는 가스의 온도를 상승시키는 열공급부(340)를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 드라이 스크러버 시스템.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 제1에칭 스크러버(310)는
    Ca(OH)2로 상기 F2 및 SiF4가스를 제거하는 것을 특징으로 하는 반도체 드라이 스크러버 시스템.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 열공급부(340)는
    상기 제2에칭 스크러버(330)에 열을 공급하여 공간을 380 ~ 420℃로 형성하여 PFCs를 분해 흡착하는 반응을 촉진시키는 것을 특징으로 하는 반도체 드라이 스크러버 시스템.
  9. 제1항에 있어서,
    유해가스가 생성되지 않는 반도체 공정과 연계되어, 외부로 가스를 배출시키는 배기관(400)을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 드라이 스크러버 시스템.
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