DE3854601T2

DE3854601T2 - Vorrichtung und Verfahren zum Fixieren gasförmiger Verbindungen von hochschmelzenden Metallen und eine die Vorrichtung enthaltende Anlage zum Pumpen von Gasen.

Info

Publication number: DE3854601T2
Application number: DE3854601T
Authority: DE
Inventors: Ikuo Hirase; Masamichi Matsuura; Denis Rufin; Tooru Sumiya
Original assignee: Air Liquide SA
Current assignee: Air Liquide SA
Priority date: 1987-11-30
Filing date: 1988-11-28
Publication date: 1996-04-04
Anticipated expiration: 2008-11-29
Also published as: NO885307D0; FR2623728A1; DK665488A; ATE129166T1; NO885307L; EP0319385A1; DK665488D0; FI885550A0; FR2623728B1; FI885550A7; EP0319385B1; US5084080A; JPH01304029A; DE3854601D1; KR890007772A

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Einfangen der gasförmigen Verbindungen hochschmelzender Metalle, sowie eine Pumpanlage, die eine solche Vorrichtung umfaßt.
Insbesondere in der Industrie der elektronischen Bauelemente sowie auch bei den Verfahren der Abscheidung aus der Gasphase werden zahlreiche Abscheidungen hochschmelzender Metalle und deren Silizide ausgehend von gasförmigen Verbindungen hochschmelzender Metalle, wie beispielsweise hauptsächlich in Fluoridverbindungen vorliegendem W, Mo und Ti, erzeugt.
Die gasförmigen Abfallprodukte dieser Verfahren enthalten insbesondere korrodierende gasförmige Verbindungen (HF, F&sub2;, ...) sowie nicht reagierte gasförmige Verbindungen wie beispielsweise Fluoridverbindungen hochschmelzender Metalle (WF&sub6;, ...)
Diese Abfallprodukte werden aus Anlagen wie beispielsweise solchen zur chemischen Abscheidung aus der Gasphase im allgemeinen durch Abpumpen in Vakuumpumpen, vor allem Ölpumpen, entfernt, die durch diese Abfallprodukte mechanisch beschädigt werden und deren Öl gleichfalls beeinträchtigt wird
Bis heute eingesetzte Vorrichtungen zum Waschen solcher mit gittigen Gasen angereicherter Abfallprodukte sowie zum Zerlegen der gasförmigen Verbindungen erwiesen sich als nicht zufriedenstellend.
Die DD-A-237951 beschreibt eine Vorrichtung mit einer Reaktionskammer, die mit einem elektrisch beheizten, hohlen Rohr versehen ist.
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Einfangen dieser gasförmigen Verbindungen mittels Thermolyse, die dadurch gekennzeichnet ist, daß sie zumindest einen langgestreckten, vertikal angeordneten, von einem zylindrischen Hohlkörper gebildeten Behälter umfaßt, der oben mittels eines ringförmigen Deckels und unten mittels eines hohlen Sammelbodens dicht verschlossen ist, daß der Behälter über den größten Teil der Höhe des Körpers mit einer wärmeleitenden Packung versehen ist, die in ihrem Inneren von oben nach unten vertikale Zwischenräume frei läßt; daß der Behälter eine Gaseintrittsöffnung unterhalb des unteren Endes der Packung sowie eine Gasaustrittsöffnung oberhalb der Packung umfaßt; daß der Behälter oben eine Gasaustrittsöffnung sowie unten eine Gaseintrittsöffnung umfaßt; und daß der Behälter mit Heizmitteln und gegebenenfalls mit Mitteln zur thermischen Isolation versehen ist
Eine solche Vorrichtung ist insbesondere nützlich zur Behandlung gasförmiger Abfallprodukte aus hochschmelzende Metalle einsetzenden Verfahren.
Daher betrifft die Erfindung gleichermaßen eine Anlage zum Pumpen dieser Gase, die eine Vorrichtung gemäß der Erfindung enthält
Die Erfindung wird nachstehend anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung näher beschrieben. Es zeigen
Fig. 1 eine vereinfachte Schnittansicht einer Vorrichtung gemäß der Erfindung;
Fig. 2 vereinfacht eine Anlage zur chemischen Abscheidung aus der Gasphase, die die erfindungsgemäße Vorrichtung sowie Mittel zur Analyse der gasförmigen Abfallprodukte vor und nach der erfindungsgemäßen Vorrichtung umfaßt; und
Fig. 3 bis 6 spektrometrische Analysen, die die Wirksamkeit der erfindungsgemäßen Vorrichtung aufzeigen.
Wie aus Figur 1 ersichtlich ist, besteht ein vertikal angeordneter, aus einer Ni-Cr-Legierung bestehender zylinderförmiger Behälter (1) aus einem Hohlkörper (2) mit einem ringförmigen Deckel (4) und einem hohlen Sammelboden (5). Der ringförmige Deckel (4) schließt den durch den Hauptkörper (2) und einen hohlen, koaxialen Hilfskörper (3) begrenzten rohrförmigen Raum dicht ab.
Ein elektrischer Widerstand (6) ist im Innern des Hilfskörpers (3) angeordnet. Ein weiterer elektrischer Widerstand (?) ist um den Hauptkörper (2) gewickelt. Die elektrischen Widerstände (7) sind richtigerweise unter der Bezeichnung "Ribbon Heater" bekannt. Diese Widerstände besitzen eine elektrische Leistung von einigen kW. Die Mittel zur Versorgung dieser Widerstände sind nicht dargestellt.
Diese Widerstände ermöglichen, den Behälter auf Temperaturen von etwa 350ºC bis 850ºC zu bringen.
Eine Kupferfolie von 0,5mm Dicke, die so zusammengerollt ist, daß sie einen Zylinder mit einer Höhe von etwa 1m bildet, bildet die in dem durch die Körper (2, 3) begrenzten ringförmigen Raum angeordnete Packung (10). Die Kupferfolie ist so zusammengerollt, daß sie vertikale, ringförmige Zwischenräume mit einer Dicke von etwa 1mm zwischen den Lagen der Folie freiläßt.
Eine Gaseintrittsöffnung (8) ist unterhalb der Packung, und eine Gasaustrittsöffnung (11) ist oberhalb der Packung vorgesehen
Obwohl dies aus den Figuren nicht ersichtlich ist, kann der Behälter darüber hinaus mit Mitteln zur thermischen Isolation versehen sein, beispielsweise mit einem Glasfaser-Isoliermaterial, welches den gesamten Behälter in Form einer Ummantelung umgibt.
Außerdem ist in einer Ausführungsform der Boden (5), der den unteren Teil des Behälters dicht verschließt, abnehmbar.
In Figur 2 ist eine Anlage zur Abscheidung aus der Gasphase dargestellt, die eine Vorrichtung gemäß der Erfindung umfaßt.
Die Abfallprodukte einer Reaktionskammer (100) werden über eine Rohrleitung (112) zu der erfindungsgemäßen Vorrichtung (101) geleitet, die hier mit ihrer isolierenden Umhüllung sowie mit einem abnehmbaren Sammelboden (5) dargestellt ist. Sie werden durch die Zufuhröffnung (108) an der Unterseite des Behälters eingeleitet.
Nach dem Durchströmen der erfindungsgemäßen Vorrichtung (101) werden die Abfallprodukte über die Austrittsöffnung (111) wieder abgegeben und über eine Rohrleitung (113) in eine Ölfalle geleitet (102), die sie durchqueren, bevor sie über eine Rohrleitung (114) zu den nicht dargestellten Pumpvorrichtungen gelangen.
Ein Vierpol-Massenspektrometer (QMS) (103) entnimmt die Gase an einem vor der Vorrichtung (101) liegenden Punkt (106) der Rohrleitung (112) sowie an einem hinter der Vorrichtung (101) liegenden Punkt (107) der Rohrleitung (113).
Die der Reaktionskammer entstammenden Abfallgase werden auf den Kupferfolien der Packung bei einer Temperatur von etwa 500ºC zerlegt.
Die folgenden Reaktionen sind Beispiele für Reaktionen, die bei der in der Vorrichtung erreichten Temperatur (350ºC bis 850ºC) ablaufen können:
WF&sub6; (g) + 3H&sub2; (g) ----- W(f) + HF (g)
2WF&sub6; (g) + 3SiH&sub4; (g) ----- WSix (f) + 12HF (g)
SiH&sub4; (g) ----- Si (f) + 2H&sub2; (g)
2HF (g) + Cu (f) ----- CuF&sub2; (f) + H&sub2; (g)
Die Metalle und Feststoffe lagern sich auf dem Kupfer ab, während die Gase zur Außenseite hin abgepumpt werden.
Die Ablagerungen auf dem Kupfer können durch Vibrationen der Vorrichtung entfernt werden; sie fallen durch die Schwerkraft in die freien vertikalen Räumen zwischen den Folien der Packung und werden im Sammler gesammelt. Diejenigen, die von den Gasen mitgerissen werden, werden in den Feststoffallen eingefangen.
Wie aus den nachstehenden Beispielen ersichtlich wird, können die Fluoridverbindungen des Wolframs bei 999ºC durch die erfindungsgemäße Vorrichtung zerstört werden.

Beispiel:

Man läßt in der erfindungsgemäßen Vorrichtung Gemische von WF&sub6;, H&sub2; und SiH&sub4;, deren Zusammensetzung den nachstehenden Tabellen entnehmbar ist, strömen.
Die entsprechenden spektrometrischen Analysen von WF&sub5; + (A bis F) und von SiH&sub4; + (G, H) sind in den Fig. 3 bis 6 dargestellt. Spektrum Empfindlichkeit vorher Empfindlichkeit nachher
In den Versuchen A-B und C-D werden mehr als 99% des eingeleiteten WF&sub6; in Form von W (f) eingefangen.
In den Versuchen E-F werden 99% des gasförmigen WF&sub6; in Form von Wsix (f) eingefangen.
In den Versuchen G-H werden 20% des SiH&sub4; in Form von Si (f) eingefangen.
Mit gewöhnlichem Mineralöl versorgte Rotationspumpen wurden in einem Verfahren zur chemischen Abscheidung aus der Gasphase von W bzw. WSix über zwei Jahre am Ausgang eines Kaltwand-Reaktors eingesetzt, ohne daß das Öl ausgewechselt werden mußte.

Claims

1. Vorrichtung zum Einfangen gasförmiger Verbindungen hochschmelzender Metalle mittels Thermolyse, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung zumindest einen langgestreckten, vertikal angeordneten, von einem zylindrischen Hohlkörper (2) gebildeten Behälter (1) umfaßt, der oben mittels eines ringförmigen Deckels (4) und unten mittels eines hohlen Sammelbodens (5) dicht verschlossen ist, daß der Behälter über den größten Teil der Höhe des Körpers mit einer wärmeleitenden Packung (10) versehen ist, die in ihrem Inneren von oben nach unten vertikale Zwischenräume frei läßt daß der Behälter eine Gaseintrittsöffnung (8) unterhalb des unteren Endes der Packung sowie eine Gasaustrittsöffnung (11) oberhalb der Packung umfaßt, und daß der Behälter mit Heizmitteln (6, 7) versehen ist, während der Sammelboden (5) unterhalb der Öffnung (8) angeordnet ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Packung (10) aus zumindest einer zusammengerollten Metallfolie besteht, die einen zu dem Körper des Behälters (1) parallelen Zylinder mit einem Außendurchmesser bildet, der im wesentlichen gleich dem Innendurchmesser des Körpers (2) ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Packung ein Hohlzylinder ist, und daß der Behälter einen zylindrischen hohlen Hilfskörper (3) umfaßt, der unten im wesentlichen in Höhe der Packung verschlossen und achsgleich zu dem Behälter im freien Raum der zylindrischen Packung (10) angeordnet ist, wobei der ringförmige Deckel (4) des Behälters diesen dicht verschließt.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Packung aus einer Kupferfolie besteht.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Höhe der Packung näherungsweise 1m, der Innendurchmesser des Behälters näherungsweise 0,20m und der Durchmesser des Hilfskörpers etwa 0,08m betragen.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Kupferfolie näherungsweise 0,5mm dick ist, und daß die freien Zwischenräume zwischen den Folien etwa einen Millimeter breit sind.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Heizmittel aus einem in dem Hilfskörper angeordneten elektrischen Widerstand (3) und/oder einem außen um den Hauptkörper gewickelten elektrischen Widerstand (7) bestehen.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der hohle Boden (5) des Behälters abnehmbar ist.

9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Behälter (1) aus einer Ni-Cr- Legierung besteht.

10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Behälter mit Mitteln zur thermischen Isolierung versehen ist.

11. Anlage zum Pumpen von Gasen im Zusammenhang mit einem mit gasförmigen Verbindungen hochschmelzender Metalle arbeitenden Verfahren, insbesondere einem Verfahren zur chemischen Abscheidung aus der Dampfphase, dadurch gekennzeichnet, daß die Anlage eine Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10 umfaßt.

12. Verfahren zum Einfangen gasförmiger Verbindungen hochschmelzender Metalle, dadurch gekennzeichnet, daß man die gasförmigen Verbindungen an der Unterseite eines langgestreckten, vertikal angeordneten, von einem zylindrischen Hohlkörper gebildeten und mit einer wärmeleitenden Packung versehenen Behälters einleitet, die gasförmigen Verbindungen in Kontakt mit der Packung bringt, die Temperatur des Behälters auf einen Wert zwischen 350ºC und 850ºC bringt, und die erhaltenen Abgase über eine oberhalb der Packung angeordnete Öffnung abführt.

13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Packung aus zumindest einer Kupferfolie besteht.

14. Verfahren nach einem der Ansprüche 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, daß die die gasförmigen Verbindungen bildenden hochschmelzenden Metalle W, Mo und Ti sind.

15. Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß die gasförmigen Verbindungen Fluoride von W, Mo oder Ti sind.

16. Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß man die Abgase in eine Ölfalle einleitet.