JPH0817911B2 - 排ガス処理方法 - Google Patents

排ガス処理方法

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JPH0817911B2
JPH0817911B2 JP2414719A JP41471990A JPH0817911B2 JP H0817911 B2 JPH0817911 B2 JP H0817911B2 JP 2414719 A JP2414719 A JP 2414719A JP 41471990 A JP41471990 A JP 41471990A JP H0817911 B2 JPH0817911 B2 JP H0817911B2
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gas
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silicon
exhaust gas
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邦夫 柏田
寿治 蓮本
純一 鳥巣
実 小西
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、三弗化窒素および/ま
たは活性弗化物を含む有害ガスを窒化ケイ素と接触反応
させることにより三弗化窒素と前記弗化物中の弗素をシ
リコン弗化物として固定し、該シリコン弗化物をアルカ
リ水溶液で洗浄除去することにより三弗化窒素および/
または活性弗化物を含む有害ガスを無害化する方法に関
する。
【0002】
【従来の技術】近年、LSIは微細化の一途をたどりド
ライエッチングに用いられるガスもそれに応じフロンガ
ス類( CF4、C2F6、C3F8、 CClF3、CHF3、CH2F2 、CH
3F、CF3Br C2ClF5 等)その他の弗素系ガス等種々用い
られるようになってきた。最近になり超LSI用ドライ
エッチングガスとして注目されてきたのが三弗化窒素
(NF3 )である。NF3 はフロン系エッチングガスと異な
り分子中に炭素を含まないので半導体基板上への炭素汚
染がなく、また、比較的低エネルギーでプラズマ状態を
つくることができるので半導体基板上に与えるダメージ
も少なく微細エッチングに適しているといわれている。
【0003】またNF3 はプラズマ及びCVD装置のクリ
ーニング用ガスとして注目され、例えばCVD装置の石
英反応管内壁に堆積した多結晶シリコンや酸化シリコン
等をプラズマエッチングで取除くことができ今後の需要
の伸びが期待される有用なガスである。しかしながら、
NF3 は許容濃度10ppm (TWA−TLV)の毒性ガス
であり、AMES試験において変異原性が認められた。
【0004】しかも常温では物理的、化学的に安定で分
解しにくいガスであるので上記のような有用な用途に用
いる際、排ガス中に含まれる残存NF3 を効果的に無害化
処理する方法が環境上極めて重要な課題となってきてい
る。
【0005】また、ドライエッチング排ガス中には更に
有害な活性弗化物、例えばN2F2、N2F4、 NF2、N2F6、 N
OF、 OF2、COF2、 ClF、ClF3、 SF4、F2等が含まれる場
合もあるのでNF3 に限らずこれら活性弗化物も含めて無
害化処理できる簡便で安全、経済的な方法が熱望されて
いるのが現状である。従来、これらの有害な活性弗化物
はバーナー炎で燃焼するか、或は大過剰の不活性ガス等
で許容濃度以下まで希釈し、アルカリ水溶液等で洗浄す
る方法がとられていた。しかし、これらの方法は運転管
理上および公害対策上最善の方法といえるものではなか
った。
【0006】また、NF3 の除害については金属ハロゲン
化物と反応させる方法(特開昭61−35830)が報
告されているが、この方法はハロゲン交換反応により塩
素ガス等が副生し、ひきつづきこれらの処理を必要とす
ること、使用する金属ハロゲン化物(例えば塩化アルミ
ニウムなど)が分解しやすいものが多く取扱いが不便な
ことおよび生成する金属弗化物が高沸点であり、生成物
が反応器内に蓄積すること等において問題がある。これ
を解決すべくNF3 と金属シリコンを反応させる方法(特
開昭63−12322)が報告されているが、この方法
はエッチングガスとしてNF3 に混合して酸素、亜酸化窒
素を含むガスを使用した場合さらにエッチングチャンバ
ー内の残留空気の排気など酸素、亜酸化窒素により金属
シリコン表面が酸化され、NF3 を分解するための反応温
度が極端に上がり、NOx が発生する等において問題があ
った。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記の事情
を考慮し簡便で安全、経済的な三弗化窒素および/また
は活性弗化物の無害化方法の提供を目的としている。
【0008】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
検討を重ねた結果、本発明者らは三弗化窒素および/ま
たは活性弗化物を含む有害ガスを窒化ケイ素と接触反応
させることにより、三弗化窒素および/または活性弗化
物中の弗素をシリコン弗化物として固定し、該シリコン
弗化物をアルカリ水溶液で洗浄することによりきわめて
効率よく三弗化窒素および/または活性弗化物を含む有
害ガスを環境上問題のない程度まで無害化できることを
見出し本発明を完成した。
【0009】すなわち、本発明の要旨は三弗化窒素およ
び/または活性弗化物を含む有害ガスを窒化ケイ素と2
00〜500℃の温度で接触、反応させ三弗化窒素およ
び/または活性弗化物中の弗素をシリコン弗化物として
固定し、害シリコン弗化物をアルカリ水溶液好ましくは
アルカリ源としてアンモニウム塩水溶液を用いて洗浄、
除去することを特徴とする三弗化窒素および/または活
性弗化物の無害化方法にある。
【0010】シリコン弗化物としては、種々知られてい
るが本発明の方法で生成するのは主に四弗化シリコン
(昇華温度−96℃)である。反応で生じる四弗化シリ
コンはただちに気化するので反応中窒化ケイ素表面に弗
化物層が形成されることなく、常に新しい表面が露出さ
れるため、反応の効率は非常によく、窒化ケイ素を有効
に利用することができる。本発明の方法における反応例
を以下に記す。 4NF3 +Si34 →3SiF4 +4N2 (I) 処理される弗化物が前述の活性弗化物の場合も(I)式
と類似の反応が進行し活性弗化物中の弗素をシリコン弗
化物として固定することができる。
【0011】本発明で使用される窒化ケイ素は通常の市
販品(純度97〜98%)でよく、また形状も球状、粒
状等操作性がよければ特に限定されず特殊な処理、加工
等は必要でない。接触反応に際し接触表面積が大きくな
るように工夫すれば反応効率面で一層良好となる。反応
の方法は特に限定されるものではないが通常の流通式が
装置も簡便で操作も容易である。三弗化窒素および/ま
たは活性弗化物と窒化ケイ素の反応温度は200〜50
0℃、特に350〜450℃が好ましい。200℃以下
の温度では反応速度が遅く反応効率の面から経済的では
ない。また、500℃以上の高温では反応器の材質面、
エネルギー的な面から経済的とはいえない。
【0012】三弗化窒素および/または活性弗化物と窒
化ケイ素の反応で生成するガス状のシリコン弗化物はア
ルカリ水溶液等による洗浄にて除去することができる。
通常、半導体工場などでは、アルカリ金属、アルカリ土
類が忌避されるのでアルカリ源としては炭酸アンモニウ
ム、重炭酸アンモニウムのようなアンモニウム塩水溶液
を用いるのが好ましい。
【0013】例えば、炭酸アンモニウム水溶液を用いる
場合、そのpHは8〜10に調整される。濃度は0.1〜
2 mol/lに調整される。これらの範囲は厳密なもので
はなく状況に応じ最も適した条件を選べばよく、またア
ルカリ水溶液の種類も例示したものに何ら限定されるも
のではない。洗浄方法は通常の方法でなんら支障なく、
洗浄温度も室温以上であれば問題はない。
【0014】処理されるガス組成物中の三弗化窒素およ
び/または活性弗化物の濃度は特に範囲を限定されるも
のではなく、本発明の方法により容易に許容濃度以下ま
で三弗化窒素および/または活性弗化物の濃度を減じ該
ガス組成物を無害化することができる。三弗化窒素およ
び/または活性弗化物を含むガス組成物中に共存するガ
ス成分としては、窒素、ヘリウム、アルゴン、キセノン
等の不活性ガス、通常のドライエッチングに使用される
フロン類或はHF等これらのガスのうち、一種或は複数
種が共存しても何らさしつかえることなく、該ガス組成
物を無害化することができる。
【0015】
【実施例】以下に実施例を示し本発明を具体的に説明す
る。 実施例1 内径140mmのニッケル製反応管に粒径2〜5mmの粒状
窒化ケイ素(純度98%)を約1000g充填し外部か
らヒーターにより反応管を450℃に保持した。三弗化
窒素ガス(純度99.9%以上)20 vol%、窒素80
vol%の組成を有する混合ガスを420l/hrの流量に
て導入し10時間連続処理を行なった。生成ガスは縦1
60mm、横160mm、高さ1500mmの洗浄塔に導き塔
頂より炭酸アンモニウム水溶液(pH9)を5l/Mで供
給し向流によって洗浄した。排出ガスを経時的に分析し
た結果、連続処理時間中の排ガスの主成分は窒素であ
り、三弗化窒素は検出されなかった。
【0016】実施例2 実施例1と同様のニッケル製反応管およびアルカリ洗浄
塔を用い、充填窒化ケイ素量、アルカリ洗浄液も同様の
条件にて400℃に保持した。三弗化窒素1 vol%、フ
ロン23(CHF3)1 vol%、窒素98 vol%の組成を有
する混合ガスを420l/hrの流量にて導入し8時間連
続処理を行ない、洗浄塔排出ガスを経時的に分析した。
処理時間中排出ガス成分は窒素とフロンガスであり三弗
化窒素は検出されなかった。
【0017】実施例3 実施例1と同様のガス処理装置を用い反応温度350℃
に保持した。三弗化窒素1 vol%、二弗化二窒素1 vol
%、窒素98 vol%の組成を有する混合ガスを420l
/hrの流量にて導入し5時間連続処理を行ない、洗浄塔
排出ガスを経時的に分析した。処理時間中排出ガスの主
成分は窒素であり三弗化窒素および二弗化二窒素は検出
されなかった。
【0018】実施例4 実施例1と同様のガス処理装置を用い反応温度300℃
に保持した。弗素3 vol%、窒素97 vol%の組成を有
する混合ガスを420l/hrの流量にて導入し2時間連
続処理を行なった。洗浄塔排出ガスを経時的に分析した
結果、処理時間中排出ガスの主成分は窒素であり弗素は
検出されなかった。
【0019】
【発明の効果】以上述べたように本発明は三弗化窒素お
よび/または活性弗化物中の弗素を窒化ケイ素と反応さ
せ、シリコン弗化物として固定し、これをアルカリ水溶
液で洗浄除去することにより、きわめて効率よくしかも
簡便、安全、経済的に三弗化窒素および/または活性弗
化物を無害化処理する方法を提供するものである。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 B01D 53/34 ZAB (72)発明者 小西 実 神奈川県川崎市川崎区扇町5番1号 昭和 電工株式会社 川崎工場内 (56)参考文献 特開 平2−245223(JP,A) 特開 昭61−204025(JP,A)

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 三弗化窒素および/または活性弗化物を
    含むガスを窒化ケイ素と、200℃以上の温度で接触さ
    せ、前記の三弗化窒素および/または活性弗化物中の弗
    素をシリコン弗化物として固定し、該シリコン弗化物を
    アルカリ水溶液で洗浄、除去することを特徴とする排ガ
    ス処理方法。
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