폐기 가스 스트림 처리 장치 및 방법, 및 처리 챔버 배기 시스템 document_id A220623050801

CF4, C2F6, NF3 및 SF6는 반도체 및 평면 패널 디스플레이 제조 산업, 예를 들어, 유전체 층 에칭 및 챔버 세척에 공통적으로 사용되고 있다. 제조 및 세척 공정 다음에, 상기 처리 툴로부터 펌핑된 폐기 가스 스트림에서의 잔류 PFC 내용물이 존재하게 된다. PFC는 폐기물로부터 제거하는 것이 어렵고, 주변 대기로 이들이 배출되어 바람직하지 않은데, 이것은 상대적으로 고도한 온실 효과를 가지고 있는 것으로 공지되어 있기 때문이다. 도 1에 도시된 바와 같이, 상기 처리 툴로부터 배출되는 가스를 처리할 수 있는 감소 처리 장치를 제공하는 것이 공지되어 있다. 도시된 실시예에 있어서, 감소 장치(200)는 각각 상기 처리 툴의 각각의 처리 챔버(202)를 배기하기 위한 하나 또는 그 이상의 배기 시스템으로부터 하류에 위치된다. 이 실시예에 있어서, 각각의 배기 시스템은, 루트 블로워(Roots brower)(204) 또는 처리 챔버(202)로부터 폐기 스트림을 흡인하는 다른 제 2 펌프를 포함하며, 상기 루트 블로워(204)는 대기압에서 또는 주변 압력에서 상기 감소 장치(200)로 폐기 스트림을 배출시키는 멀티 스테이지 드라이 펌프(206)에 의해 백킹(back)된다. 적절한 백킹 펌프(206)는 조합된 루트 및 노데이(Roots and Northey) "클로(claw)" 타입의 펌핑 장치를 포함한다. 감소의 목적은 폐기 스트림의 상대적으로 해로운 성분들을, 주위 환경에 대해 해가 덜한 화합물로, 및/또는 예를 들어, 감소 장치(200)의 하류에 위치된 습식 스크러버(wet scrubber)(미도시)에 의해 보다 용이하게 처리될 수 있는 화합물로 변환시키는 것이다. 통상적인 감소 장치는 소각, 플라즈마 감소 및 열 분해 장치를 포함한다. 반도체 제조 공정은 전형적으로 부산물로서 처리 챔버(202)로부터 배기 시스템에 의해 흡인되는 입자 또는 분말을 생성한다. 사용중 백킹 펌프(206)의 펌핑 메카니즘에 있어서는 펌핑 단계의 로터 부재와 고정자 부재 사이에 밀정한 공차가 유지되어야 하기 때문에, 질소와 같은 비활성 가스를 펌핑 메카니즘으로 분사하는 것이 통상적인 실무이다. 이 퍼지 가스는 백킹 펌프(206)의 부산물의 오염 수준을 감소시키는 역할을 한다. 그러나, 각각의 처리 툴(202)로부터 배출된 폐기 스트림의 유량(전형적으로 약 5slm)과 비교하여 상대적으로 높은 각각의 백킹 펌프(206)로의 퍼지 가스의 유량(전형적으로 약 40slm 내지 50slm)에 비추어, 하나 또는 그 이상의 백킹 펌프(206)로의 퍼지 가스의 분사는 감소 장치(200)의 동력 필요성을 상당히 증가시킨다. 그 이유는, 70% 내지 90%의 퍼지 가스를 포함한 폐기 스트림의 감소는 퍼지 가스를 포함하지 않는 폐기 스트림의 감소보다 훨씬 더 많은 동력을 필요로 하기 때문이다. 발명의 요약 본 발명의 바람직한 적어도 하나의 실시예의 목적은 처리 툴로부터 폐기 가스를 상대적으로 간단하고, 효율적으로 그리고 저비용으로 처리할 수 있는 기술을 제공하는 것이다. 첫 번째로, 본 발명은 처리 툴로부터 폐기 가스 스트림을 처리할 수 있는 장치로서, 이 장치는 대기보다 낮은 압력에서 폐기 가스의 성분을 액체 용해성 성분으로 변환시킬 수 있는 감소 장치, 상기 감소 장치를 적어도 부분적으로 배기하는 펌프 및 액체를 펌프로 이송시킬 수 있는 수단을 포함하는 장치를 제공하는 것이며, 상기 펌프는 펌핑 메카니즘, 상기 감소 장치로부터 상기 폐기 스트림을 수용하고 상기 액체 이송 수단으로부터 액체를 수용할 수 있는 수단 및 가스 스트림의 액체 용해성 성분 및 액체를 포함하는 용액을 배출할 수 있는 출구를 포함한다. 일 실시예에 있어서, 상기 펌프는 액체 링 펌프를 포함한다. 액체 링 펌프는 환형 하우징에 회전가능하게 설치된 로터를 포함하여 로터 축이 하우징의 중앙축에 대해 편심되도록 되어 있다. 상기 로터는 이것으로 반경방향으로 연장되어 있고 상기 로터 둘레로 등간격으로 이격된 블레이드를 구비하고 있다. 물과 같은 펌핑 액체가 일정량으로 상기 하우징 내에 일정하게 유지된다. 본원에서 사용된 바와 같이, 용어 "액체 불용성 성분"은 펌프의 액체에서 용해되지 않는 폐기 스트림의 성분을 의미하고, 이 액체는 전형적으로 물이며, 상기 용어 "액체-용해성 성분"은 액체 내에 용해될 수 있는 폐기 스트림의 성분을 의미한다. 이러한 예시의 액체 불용성 성분은 과불소화 화합물 또는 하이드로플루오로 화합물, 예컨대 CF4, C2F6, CHF3, C3F8 및 C4F8이며, 이것은 CO2 및 HF로 변환될 수 있으며, 이것은 펌프내의 용액에 취해질 수 있다. 다른 실시예로는 N2 및 HF로 변환될 수 있는 NF3이며, SO2 및 HF로 변환될 수 있는 SF6이다. 로터가 회전되면서, 로터 블레이드는 액체와 접촉되게 되고 이것을 하우징 내측의 환형 링으로 형성한다. 이것은 펌프의 유입 측면상에서 인접 로터 블레이드 사이에 위치된 압축 영역 내에 존재하는 반경 방향으로 외측으로, 로터 허브로부터 벗어나서 이동되고, 펌프의 배출 측 면상에서 상기 가스가 상기 로터 허브를 향해 반경방향으로 안쪽으로 이동된다는 것을 의미한다. 이러한 결과에 따라 펌프를 통해 통과되는 가스에 대해 피스톤 타입의 펌핑 작용한다. 바람직한 실시예에 있어서, 펌프의 유입부 측면에 가스 유입부가 제공되어, 액체 용해 종류를 포함하는 폐기 스트림이 액체가 반경방향으로 외향되어 이동되는 인접 로터 블레이드 사이의 공간으로 당겨지도록 한다. 하우징내의 액체 링을 형성할 수 있는 하우징 액체로 동시에 이송할 수 있는 추가의 유입부가 전형적으로, 펌프의 유입 및 유출부 측면 사이에서 하우징의 하부에 제공된다. 폐기 가스 스트림이 펌핑 액체와 접촉되면서, 폐기 스트림의 소정의 액체 용해성 성분이 펌핑 액체로 세척되고 이에 따라 가스가 대기압에서 또는 그 주위 압력에서 배출되기 전에 폐기 스트림으로부터 제거된다. 펌프 유출부는 펌프로부터 용액 및 소정의 가스가 배출되도록 한다. 상기 언급된 바와 같이, 액체를 수용할 수 있는 분리 유입부가 펌프에 구비될 수 있다. 선택적으로, 액체는 폐기 스트림과 같이 가스 유입부를 통해 펌프에 유입될 수 있으며, 액체는 이것의 소스로부터 가스 유입부의 상류의 폐기 스트림으로 이송된다. 다른 실시예에 있어서, 펌프는 스크류 펌핑 메카니즘, 바람직하게는 멀티 로터 스크류 메카니즘을 포함한다. 멀티-로터 스크류 메카니즘 펌프는 가스 및 액체의 혼합물을 펌핑할 수 있으며, 그리고 이에 따라 다른 선택예로서 본 발명의 액체 링 펌프로 사용될 수 있다. 멀티 로터 스크류 펌핑 메카니즘은 고정식 고정자 내에 두개 또는 그 이상의 회전 스크류로 이루어지고, 여기서 유체는 스크류 로터의 그물형 치형(meshing teeth)에 의해 형성된 공동내로 축방향으로 운반된다. 메카니즘을 통한 유체 운동 방향은 스크류 로터의 회전 방향에 따라 좌우된다. 펌프 자체 내가 아니고 유출부에 제한되어 종종 단순한 대기 압력으로 압축이 제공된다. 이 실시예에 있어서, 펌프의 유입 단부에 가스 유입부가 제공되어 폐기 가스가 흐르게 된다. 폐기 가스가 흐름과 동시에 펌프로의 액체 스트림의 유입을 위한 제 2 유입부가 제공될 수 있다. 선택적으로, 액체는 가스 유입부로부터의 상류의 폐기 스트림으로 이송될 수 있으며, 액체는 가스 스트림과 동시에 펌프로 유입될 수 있다. 액체 링 펌프와 유사하게, 폐기 스트림의 소정의 액체 용해성 성분은 액체 스트림에 의해 비말 동반된다. 펌프 유출부는 펌프로부터 액체가 배출되도록 한다. 이에 따라, 액체 링 펌프 또는 스크류 메카니즘 펌프는, 폐기 가스 스트림을 위한 습식 스크러버 및 대기 진공 펌핑 스테이지를 모두 작용시킨다. 펌프가 감소 장치로부터 하류에 위치되는 곳에, 통상적인 습식 스크러버는 더 이상 필요하지 않아서 비용을 감소시킨다. 나아가, 루트 또는 노데이 펌핑 메카니즘과 달리, 수단으로부터의 소정의 입자 또는 분말 부산물 배출물은 액체 링 펌프의 펌핑 메카니즘 상에 해로운 작용을 갖지 않아서, 소정의 퍼지 가스를 대기 펌핑 스테이지에 제공할 필요성이 더 이상 없다. 이에 따라, 액체 링 펌프가 감소 장치로부터 상류 또는 하류에 위치되는 것과는 상관 없이, 상기 감소 장치에 유입되는 가스 양은 도 1에 도시된 공지된 실시예와 비교하여 상당하게 감소된다. 감소 장치는 폐기 스트림의 성분을 다른 성분으로 변환시키도록 배치되는 것이 바람직하다. 예를 들어, 감소 장치는 폐기 스트림의 하나 또는 그 이상의 성분, 예컨대 SiH4 및/또는 NH3를 폐기 스트림, 예컨대 F2의 다른 성분과 상기 성분 보다 반응성이 작은 하나 또는 그 이상의 성분으로 변환되도록 배치된다. 이러한 가스는, 감소 장치가 다른 처리 툴로부터 폐기 스트림 배출물을 처리하도록 배치되거나 또는 다른 공정 가스는 다른 시간에 처리 툴로 공급되는 곳에 존재한다. SiH4 및/또는 NH3 가스를 미리 처리하여, 폐기 스트림내의 반응성 가스 혼합물의 생성을 방지할 수 있다. 예를 들어, SiH4을 미리 처리하여 SiO2를 형성할 수 있다. 바람직한 실시예에 있어서, 감소 장치의 하류에 펌프가 배치되어 사용하는 동안 폐기 가스가 대기압 보다 낮은 압력에서 감소 장치를 통해 통과되도록 한다. 이러한 배치로, 감소 장치는 폐기 스트림의 성분을 상기 펌프의 액체와 상기 성분보다 반응성이 작은 성분으로 변환시킬 수 있다. 예를 들어, F2가 물로 용해되면서, 이것은 불용성 화합물, 예컨대 OF2을 형성하도록 물과 반응될 수 있다. F2에서 HF로 변환되어 이러한 성분의 형성을 방지할 수 있다. 이에 따라, 이러한 배치로 감소 장치는 하나 또는 그 이상의 폐기 스트림의 성분을 상기 펌프의 액체에서 용해되는 성분으로 변환될 수 있다. 상기 언급한 바와 같이, 폐기 스트림의 성분은 초기에는 액체 용해성을 가질 수 있거나 또는 액체 불용성이 될 수 있다. 이 실시예의 액체 불용성 성분은 CF4, C2F6, CHF3, C3F8, C4F8, NF3 및 SF6이다. 장치의 범주내의 소정의 하나는 폐기 가스의 성분을 분해하는데 사용될 수 있다. 예를 들어, 버너 등이, 이들 성분들을 열적으로 분해하도록 구비될 수 있다. 하나의 적절한 예시는 그 내용이 본원 출원인의 본원에 병합된 유럽 특허 출원 제 1, 205,707 호에 기재되어 있다. 선택적으로는, 플라즈마 생성기가 이들 성분들을 분해하는데 사용될 수 있다. 공지된 하나의 플라즈마 감소 기술에 있어서, 폐기 가스 스트림은 성분, 예컨대 PFC로부터 마이크로파 플라즈마를 생성하도록 마이크로파 라디에이션(radiation)을 사용하여 공진 공동으로 이송된다. 다른 공지된 기술은 폐기 스트림을 유전체 (dielectric) 튜브로 이송하며, 고도한 주파수 표면파 여자기(exiter)가 PFC를 해리하도록 튜브내에 플라즈마를 생성하는 표면파를 생성하는데 사용된다. 이 플라즈마는 약 580kHz, 13.56MHz, 27MHz, 915MHz 또는 2.45GHz의 주파수에서 라디에이션을 사용하여 생성될 수 있다. 선택적으로, 글로(glow) 방전이 생성되어 이들 성분을 분해하도록 한다. 널리 공지된 바와 같이, 글로 방전은 가스의 브레이크다운 전압보다 더 큰 전압을 가스에 인가함으로써 형성된 발광, 열 플라즈마이다. 이 성분은 글로 방전과는 다른 방전, 예를 들어 코로나 방전 또는 아크 방전에 의해 분해될 수 있다. 이러한 방전은 플라즈마 건을 사용하여 생성될 수 있어서, 전기 아크는 냉각 수 노즐(애노드)과 중앙 배치 캐소드 사이에 생성된다. 유체 스트림은 전기 아크를 통해 통과되고 이에 따라 해리된다. 노즐로부터 나오는 이온화된 유체 플라즈마는 오픈 옥시 아세틸렌 플레임(open oxy-acetylene flame)과 공통점이 있다. 또 다른 감소 기술로는, 폐기 스트림은 폐기 스트림내의 성분과 반응할 수 있도록 하는 반응물을 포함하는 스트림과 접촉된다. 예를 들어, 이들 성분이 PFC인 경우, 과열된 수증기 스트림은 PFC를 펌프의 용액으로 취해질 수 있는 성분, 예컨대 HF으로 변환되는데 사용될 수 있다. 반응성 종들이 폐기 스트림의 이러한 성분과 연속적으로 반응하도록 반응성 유체로부터 형성되는 방법을 제공함에 의해, 폐기 스트림의 성분을 파괴시키는데 요구되는 에너지 및 파괴 효율이 급격하게 개선되도록 하는 것이 발견되었다. 예를 들어, 물이 해리되어 형성된 H+ 및 OH- 이온은 예를 들어 주변 온도, 및 이에 따른 폐기 스트림으로 도입되기 전에 물이 이온화되지 않도록 하는 필요한 온도 보다 낮은 온도에서 폐기 스트림에 포함된 PFC와 반응할 수 있다. 또 다른 장점은, 비교적 저가이며 용이하게 입수 가능한 유체, 예컨대 수증기 또는 메탄 또는 알콜과 같은 연료가 H+ 및 OH- 이온을 생성하는데 사용될 수 있으며, 반응이 대기압 보다 낮은 압력 또는 대기압에서 일어날 수 있다는 것이다. 플라즈마를 사용하여 이온을 형성하는데는 다양한 기술이 사용될 수 있다. 제 1 기술로는, 플라즈마 스트림이 형성되고, 그리고 플라즈마 스트림을 챔버로 분사하기 전에, (이들 이온의 적절한 소스의 예시로서) 물이 스트림으로 이송되어 이들 이온을 포함하는 플레임이 내부에 폐기 가스 스트림을 감소하도록 분사되도록 한다. 이 물은 소스 가스로부터 분리하여 플라즈마 스트림으로 또는 수증기 및 소스 가스의 양자를 포함하는 유체 혼합물 내로 이송될 수 있다. 제 2 기술에 있어서, 물 또는 폐기 가스 스트림은 챔버로 분리되어 이송된다. 이 물은 챔버내의 가열된 이온을 형성하도록 플레임에 의해 해리되며, 이온은 이어서 폐기 스트림의 PFC 성분과 반응한다. 제 3 기술로는, 폐기 가스 스트림은 반응 챔버로 분사하기 전에 플라즈마 스트림으로 이송되어, 플라즈마 스트림 및 가스 스트림 양쪽은, PFC 및/또는 PFC로부터 생성된 라디컬을 포함하고, 반응 챔버로 분사되도록 한다. 물은 구멍으로부터 상류의 플라즈마 스트림으로, 즉 소스 가스 또는 폐기 가스 스트림 중 하나와 함께 또는 이들로부터 분리하여 이송될 수 있거나 또는 노즐로부터의 하류의 플라즈마 스트림으로, 예를 들어 반응 챔버로 직접 이송될 수도 있다. 이 경우, 물은 PFC 및/또는 PFC 라디컬과 반응할 수 있는 챔버내에서 가열된 이온을 형성하도록 플라즈마 스트림상에 충돌될 수 있거나 및/또는 이것의 축소를 위해 챔버내의 PFC 라디컬과 직접 반응할 수 있다. 바람직한 실시예에서, 플라즈마 스트림을 반응 챔버로 분사하는데 단일 플라즈마 건이 사용된다. 그러나 이러한 복수 개의 건이, 각각 공통 또는 각각의 가스 스트림을 감소시킬 수 있도록 복수 개의 플라즈마 스트림을 동일 챔버로 분사하기 위해 구비될 수 있다. 선택적으로, 복수 개의 가스 스트림이 단일 챔버로 이송될 수 있으며, 이것으로 단일 플라즈마가 분사된다. 이것은 폐기 스트림의 처리 효율을 추가로 개선시킬 수 있다. 이들 건은 공통 동력 소스 또는 각각의 소스에 연결될 수 있다. 또 다른 예시로, 본 발명은 처리 툴을 배기하기 위한 시스템을 제공하며, 이 시스템은 진공 펌프로부터 폐기 스트림 배출물질을 수용하고 처리할 수 있도록 전술한 바와 같이 수단 및 장치로부터 폐기 유체 스트림을 흡인하는 진공 펌프를 포함한다. 이러한 펌프는 10mbar 내지 200mbar 범위의 압력으로 폐기 스트림을 배기하는 소정의 통상적인 펌프를 포함할 수 있다. 예를 들어, 진공 펌프는 터보분자(turbomolecular) 펌프, 분자 드래그(molecular drag) 펌프, 또는 멀티 스테이지 드라이 펌프를 포함할 수 있다. 이러한 펌프는 바람직하게는 복수 개의 루트 타입의 펌핑 스테이지로 이루어질 수 있으며, 이러한 펌핑 메카니즘은 노데이 타입 메카니즘 보다 공차가 더 커서, 펌핑 메카니즘의 가동 클리어런스내에서 고체 부산물의 축적으로 인해서 포획될 경향이 적다. 또 다른 예시로, 본 발명은 처리 툴로부터 폐기 가스 스트림을 처리하는 방법을 제공하는 것으로서, 이 방법은 폐기 스트림의 성분을 대기보다 낮은 압력에서 액체 용해성 성분으로 변환하도록 폐기 스트림을 감소 장치로 이송하는 단계, 감소 장치를 적어도 부분적으로 배기하도록 폐기 스트림을 감소 장치로부터 펌프로 이송시키는 이송 단계, 동시에 펌프에 액체를 이송하는 단계, 및 가스 스트림의 액체 용해성 성분을 포함하는 액체를 펌프로부터 배출하는 배출단계를 포함한다. 본 발명의 장치와 관련하여 상기 언급된 바와 같은 특징은 역으로 방법에도 동시에 적용된다. 본 발명의 바람직한 특징은 첨부된 도면과 관련하여 기술할 것이다.