JPH10128039A - 排出ガス流のスクラビング方法並びに装置 - Google Patents

排出ガス流のスクラビング方法並びに装置

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JPH10128039A
JPH10128039A JP9202806A JP20280697A JPH10128039A JP H10128039 A JPH10128039 A JP H10128039A JP 9202806 A JP9202806 A JP 9202806A JP 20280697 A JP20280697 A JP 20280697A JP H10128039 A JPH10128039 A JP H10128039A
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JP
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exhaust gas
scrubbing
cathode
anode
hollow
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JP9202806A
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Michel John Thwaites
ジョン スウェイツ マイケル
Stephen William Kew
ウィリアム キュー スティーヴン
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BOC Group Ltd
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    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01DSEPARATION
    • B01D53/00Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols
    • B01D53/32Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols by electrical effects other than those provided for in group B01D61/00
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    • Y10TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10STECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 半導体装置加工からの有害な排出ガスの除去 【解決手段】 排出ガス流は中空陰極に通す事により、
排出ガス流から望ましくない物質をスクラビングする。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は排出ガス流のスクラ
ビングに関し、特に、半導体装置加工から発生する排出
流からの高反応性ガスのスクラビングに関する。
【従来の技術】半導体工業は、広い範囲の熱的、化学的
及びプラズマ駆動方法の使用に依って、シリコン及びそ
の他の基体に関する半導体装置を製造する。その様な方
法は、一般に、基体並びにその表面の構造体への材料の
沈殿及び材料の除去の両方を含むものである。
【0002】これらの方法に使用される装置の多くは、
その方法の操作中において加工室内の環境を調節する為
に真空ポンプを必要とする。それらの製造工程で使用さ
れる化学品の多くは極端に腐食性で化学的に反応性であ
り、望ましくない副生成物を形成し、これは、若し放出
されると環境にとって有害となり、且つ真空ポンプ及び
この方法の操作を調節する為に使用されるその他の装置
の破壊に繋がる。
【0003】例えば、多くの半導体工程は、高い反応性
ガス、例えば、シラン(SiH4)、アンモニア(NH4) 、
ホスフィン(PH3) 、ジボラン(B2 6 )及びテトラエ
チルオルトシリケート(TEOS)の使用を含む。その
様なガスは、半導体処理の関連部分の加工室から大気中
へポンプ輸送されなければならず、若しこれらが真空ポ
ンプ中で分解したならば、ポンプの破壊へとつながる。
いずれにしても、ガスそれ自身又はそれらの反応生成物
は大気中に放出されてはならない。多数の方法及び装置
が半導体加工からの排出ガスをスラビングする為に提案
されている。それらの従来方法は、様々な湿潤化学方法
を含み、排出流中の一種以上の有害種が有害性を与え
る。又、それらは、WO89/11905の特許明細書
に開示されている様な様々な乾燥方法を含み、有害種
は、例えば、シリコン粒子の第1段階及び酸化カルシウ
ムの第2段階から成る2段階加熱乾燥スクラバーで反応
される。両段階とも、通常ステンレススチール管で保持
されている。更に、或る種の燃焼室方法が提案されてお
り、特に、燃焼系、例えば、小孔バーナーで燃料及び酸
素と混合した排出流ガスの燃焼を含む方法が提案されて
いる。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】それらの幾つかの従来
方法/装置は有効に使用されているが、或る種の排出流
成分を処理出来る別の系に対する要望、特に、排出流が
真空排出系又は、多段階真空ポンプの各段階間又は2つ
の分離真空ポンプの間に入る前に排出流成分を洗浄する
事の出来る低圧で操作出来る系に対する要望が存在す
る。本発明は、一般にそれらの要望に合致する方法及び
装置を提供する事に関する。
【0005】
【課題を解決するための手段】本発明によれば、排出ガ
ス流を中空陰極に通して流す事を含む排出ガス流から望
ましくない物質をスクラビングする方法が提供される。
【発明の実施の態様】中空陰極効果は、陰極と陽極との
間で交流(AC)又は直流(DC)のいずれかを陰極に
適用し、前者の場合には、広範囲の励起周波数、例え
ば、50HZ(主)周波数からラジオ周波数を使用する
事によって達成出来る。AC給電は直接に適用しても良
く、或いは、例えば、高リアクタンストランスフォーマ
ーからの全波ブリッジ(full wave bridge)を介しての
整流AC給電であっても良い。
【0006】例えば、真空での通常のDCプラズマで
は、陰極と陽極との間に幾つかの構造プラズマバンドが
存在する。最も近い陰極は、「クルックダークスペー
ス」(Crook's dark space)と「陰極グロー」(negative
glow) である。本発明で必要とされるタイプの中空陰極
は、2 つの陰極が一緒に接近して配置され、陰電気がそ
の2つの陰極重複部分から発せられる時に形成される。
その様な中空陰極では、いずれかの陰極と衝突するプラ
ズマイオン、例えばアルゴンイオンの結果として第2の
電子放出によって生成した電子は、その陰極から離れ
て、陰極グローによって、順次今一方の陰極の方向へと
加速される。然しながら、電子が今一方の陰極に近づく
につれて、電子は、陰極グローによって、元の陰極方向
へ押し戻す反撥力に遭遇する。
【0007】その結果、電子は、振動軌道に沿って移動
する事となり、電子の増加通過点軌道(increased path
length trajectory)の結果として、高度のプラズマガス
イオン化/励起状態になる。中空陰極効果をつくり出す
為の2つの平行板陰極の使用に代えて、中空円筒管を使
用する事が好ましい。その場合、管自身は負に帯電して
陰極を形成し、特にその内径及び長さに関しては、パラ
メーターを操作する方法においては、管の内側部分が、
クルックダークスペース/陰極グロー特性、即ち中空陰
極特性を示す大きさである。上述の方法の中空陰極の半
径を制限する必要性で特に問題となる本発明の方法での
排出ガス流処理量に関する制限を解消する為に、この方
法を実施する為の装置は、排出ガス流が平行な陰極を通
過する様な配列に配置した複数の中空陰極を有利に含
む。
【0008】その様な有利な実施態様では、陰極は平行
に、一緒に結合されても良い。然しながら、最も有利な
陰極管は、固体導電体、例えばステンレススチール又は
銅又はその他の金属又は合金の固体導電体の複数の内腔
(bore) として形成される。本発明の方法において、排
出ガス流成分の反応の完全性を期する為には、排出ガス
流が直列で各配列を通過する様に、2以上の中空陰極の
配列を採用する事が可能であり且つ好ましい。本発明の
より良い理解の為に、一例として、添付図面が例示され
る。添付図面において、図1では本発明方法を実施する
為の装置が示される。加工室1では、半導体加工が行わ
れ、排出ダクト2、3は、1つ以上の真空ポンプ、一般
にはタンデムで作動する別々のメカニカルドライポンプ
を備えたターボモレキュラーポンプから成る真空ポンプ
系4に連結する。
【0009】排出ダクト2、3の間には、本発明方法を
実施する為のスクラビング装置5が配置される。スクラ
ビング装置5は、図2で詳細に示される。スクラビング
装置5は、多数片からなる外殻6を有する実質的に円筒
体から成り、多数片の外殻6の中に、非導電性多数片の
内殻7が存在する。内殻7は4つの円筒形ステンレスス
チールブロック8、9、10、11を支持する。4つの
ステンレススチールブロック8、9、10、11のそれ
ぞれは、図3の更なる断面で一層明確に示される様に、
軸方向に複数の、109の内腔を形成する。各ブロック
8、9、10、11は、直径100mm、長さ50mm
を有し、直径10mmの、両末端が開口している各内腔
を持つ。環状断熱要素12、13、14は、ブロック
8、9、10、11間の更なる断熱を用意する。
【0010】又、断熱内殻7は、内殻7の内径と略同じ
外径と約5mmの厚さを有する、実質的に環状形状の陽
極15を支持する。多数の陽極ポイント16は、ブロッ
ク8のほぼ平らな面の外周の方向に陽極15から延びて
いる。その様な陽極ポイントはプラズマの維持を助け、
内腔のそれぞれにおける中空陰極効果を助ける事が出来
る。殻6、7は、その中にガス入口17及びガス出口1
8を有する。出力源19は、陰極(負)電位に、そして
陽極(陽)電位に、各ブロック8、9、10、11を帯
電させる為に用意される。
【0011】
【実施例】図面で示された装置を使用して行った本発明
方法では、アルゴンガスは、加工室1とスクラビング装
置5との間のダクト2に、30〜40の標準cm3/分の
速度で導入され、真空ポンプ系4の操作によって、スク
ラビング装置5へと送られた。この流量は、数リットル
のオーダー、例えば2〜3リットル/分とする事も出来
る。変動電圧は、アークが持続されない様に高リアクタ
ンストランスフォーマーから、全波ブリッジを介して、
整流AC給電の形で、出力源19から用意される。0.
002kg/cm2 (2mbar)のスクラビング装置
5の操作圧では、ブロック8、9、10、11に対する
出力はゆっくりと増加され、電圧/電流特性が測定され
た。ブロック8、9、10、11(陽極16は、アース
電位にある)に対する約100vでは、プラズマは個々
の内腔において観察された。供給出力の更なる増加は、
実質的に、連続的に増加する電流を伴って電圧飽和へ導
かれた。これは、中空陰極効果の始まりであった。
【0012】電流/電圧(I/V)特性は、使用された
特殊ガス、この場合アルゴンに対する比較的に高い電流
で、約250vの飽和電圧を示している図4において示
される。望ましくない排出ガス成分のスクラビングを例
示する為に、メタンガスを加工室から流し、ブロック
8、9、10、11の個々の内腔にアルゴン/メタンガ
ス混合物を導入する為のアルゴンと混合し、飽和電圧の
開始を400v以上まで移動し、中空陰極内腔内でガス
混合物のメタン成分を黒鉛粉に分解した。スクラビング
系の長期間使用で、メタンの分解及び内腔での黒鉛粉の
形成による汚れが発生する。これは、内腔が垂直であ
り、それによって、その様な粒子を内腔から排出させ、
そして装置及びその後に続く集塵にとって容易な除去の
為の幾つかの形態のコレクターを必要とする様なブロッ
ク8、9、10、11の配向を必要とするかも知れな
い。
【0013】本発明の上記例示でのメタンの使用は、強
力に結合した分子(メタン中のC−H結合は特に強力で
ある)の効果的なスクラビングを証明するものである。
図面でもって上で説明した装置に加えて、本発明の方法
は単純な形態の装置、例えば、適当な陽極と一緒に絶縁
体中に保持され、系を横断する電位を維持し、陰極ブロ
ックの内腔で中空陰極効果を形成する為にDC給電又は
ACか整流AC給電を受ける為に適合される、導電性物
質の単一陰極ブロックを有する装置で実施しても良い。
陰極は、特に図2で示し且つ説明したものに類似のもの
である。本発明の方法は、半導体加工で使用される全て
のガスではないにしても、その殆どで良好な効果で使用
出来ると考えられ、特に、硼素、アルミニウム、シリコ
ン、リン、ガリウム及びヒ素元素と塩素、クロロ−、フ
ルオロ−及びクロロ−フルオロ炭素とのガス状化合物で
良好な効果で使用出来ると考えられ。これらのガスとし
ては、塩素、四塩化珪素、塩化銅(CuCl)、塩化ア
ルミニウム(例えば、AlCl3)、四フッ化珪素(Si
4 )、トリフルオロメタン(CHF3)、フッ化カルボ
ニル(COF2)、塩化カルボニル(COCl2)、三塩化
硼素(BCl3)、三臭化硼素(BBr3)、塩化水素(H
Cl)、四塩化炭素(CCl4)、シラン(SiH4)、ジクロ
ロシラン(SiCl2H2)、テトラエチルオルトシリケート(S
i(OC 2H5)4)、ジボラン(B2H6)、トリメチルボレート(B(O
CH3)3)、ホスフィン(PH3) 、アンモニア(NH3) 、トリメ
チルホスフィット(P(OCH3)3)、水素化ヒ素(AsH3)、トリ
メチルホスフィット(TMP) 、トリメチルボレート(TMB)
及びトリメチルアルミニウム(TMA) が挙げられる。
【0014】本発明方法で使用する為の装置は、単独装
置として、或いは導入装置として、又は真空ポンプと組
み合わせて使用する為の特殊構成部分として、例えば、
その様なポンプの入口付近での使用の為に、或いは多段
ポンプの各段階間での使用の為に、或いは、実際に2つ
の異なる真空ポンプの間での使用の為に有利に使用する
事が出来る。装置は低圧で操作する為に、そして低圧で
操作されなければならない為に設計されているという事
実は、全体として、真空ポンプ系からのガス流の最後の
排出前に、幾つかのポイントで使用するのに特に適して
いる事を意味する。
【図面の簡単な説明】
【図1】加工室、本発明方法で使用するスクラビング装
置の断面、及び真空排出系から成る半導体加工系の配置
を示す。
【図2】図1で示したスクラビング装置の断面の詳細を
示す。
【図3】図1及び2の装置の、特に、図2のIII-III の
線に沿った断面を更に示す。
【図4】図2で示した装置のI/V特性を示す。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 スティーヴン ウィリアム キュー イギリス ウェスト サセックス アール エイチ17 5イーアール クックフィール ド バローフィールド 20

Claims (8)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】排出ガス流から望ましくない物質をスクラ
    ビングする方法であって、排出ガス流を中空陰極に通す
    事を含む事を特徴とする方法。
  2. 【請求項2】中空陰極が中空円筒管である、請求項1記
    載の方法。
  3. 【請求項3】該方法が、排出ガス流が平行に陰極を通過
    する様な配列で配置されている複数の中空陰極を含む装
    置で実施される、請求項1又は2記載の方法。
  4. 【請求項4】陰極管が固体導電体において複数の内腔と
    して形成されている、請求項2記載の方法。
  5. 【請求項5】導電体がステンレススチールである、請求
    項4記載の方法。
  6. 【請求項6】導電体が銅である、請求項4記載の方法。
  7. 【請求項7】中空陰極の1つの配列が採用される、請求
    項3〜6のいずれか1項記載の方法。
  8. 【請求項8】中空陰極の2つ以上の配列が採用され、排
    出ガス流が直列で各配列を通過する、請求項3〜6のい
    ずれか1項記載の方法。
JP9202806A 1996-07-29 1997-07-29 排出ガス流のスクラビング方法並びに装置 Pending JPH10128039A (ja)

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