CN110582340A - 排气的减压除害方法及其装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供能够最小化稀释用氮气的使用、能量的利用效率优异的排气的除害方法及其装置。即，本发明是排气的减压除害方法及其装置，其特征在于，将通过真空泵从发生源供给的排气保持在减压状态并利用高温等离子体的热进行分解处理。
Description
技术领域
本发明涉及一种排气的除害方法及其装置，其适用于处理主要从电子产业的制造过程中排放的可燃性气体、有毒气体和温室效应气体等有害气体。
背景技术
在制造半导体、液晶等的电子产业中，使用氮化硅膜CVD、氧化硅膜CVD、氮氧化硅膜CVD、TEOS氧化物膜CVD、高介电常数膜CVD、低介电常数膜CVD、和金属膜CVD等各种CVD工艺。
其中，例如，为了形成硅系薄膜，采用主要使用***性和有毒性的硅烷系气体的CVD法。在该CVD法中使用的含有上述硅烷系气体的工艺气体在CVD工艺中使用后，作为排气被下述专利文献1中记载那样的除害装置无害化，但是一直以来，在使用该除害装置之前，为了将排气中的硅烷系气体稀释至***界限以下，导入大量的稀释用氮气。
在此，在典型的氮氧化硅膜CVD中，使用SiH4/NH3/N2O＝1slm/10slm/10slm(slm：标准升/分钟，即，将1atm、0℃下每分钟的流量用升表示的单位)，但是由于SiH4的***范围为1.3％～100％，因此，从CVD工艺中排出的这种气体需要立即用稀释用氮气稀释约76倍。如果进行这样的稀释，可以使用以往的燃烧方式或者例如下述专利文献1(日本专利第4796733号公报)中所示的大气压等离子体式的热分解装置来安全而可靠地进行除害处理。
现有技术文献
专利文献1：日本专利第4796733号公报
发明内容
发明要解决的课题
然而，上述现有技术存在如下问题。
即，将含有如上所述用氮气稀释的硅烷系气体的全部排气加热至分解温度所需的能量必须是仅加热含有稀释前的硅烷系气体的排气时所需的能量的约76倍。即，在以往的需要用氮气稀释的除害工艺中，不仅随着大量氮气使用而成本增加，而且还必须加热与排气的除害没有直接关系的氮气，因而能量效率低，导致电力或燃料等的成本也增加。
另外，特别是对于以往的大气压等离子体方式的热分解装置来说，由于等离子体的生成是在大气压下，所以存在需要极高的电压、并且诸如失火等的麻烦也增多的问题。另外，还存在从排气处理空间的壁面上的散热多、能量损失大的课题。进而，还存在气体流速慢、排气处理空间内的粉体生长发展，结果需要频繁维护的问题。
因此，本发明的主要目的是，提供一种能够在不损害安全性的情况下最小化稀释用氮气的使用、能量效率优异且经济性高的排气的除害(除去/减少)方法及其装置。
解决课题的手段
为了实现上述目的，本发明通过在减压下进行排气的除害来处置。
即，本发明的第1发明是一种排气的减压除害方法，其特征在于，将通过真空泵14从排气发生源12供给的排气E保持在减压状态并通过高温等离子体22的热进行分解处理。
该第1发明例如起到以下作用。
由于将通过真空泵14从排气发生源12供给的排气E保持在减压状态并通过高温等离子体22的热进行分解处理，因此无需使用稀释用的氮气或使用极少量的稀释用氮气就足够了。
另外，由于如上所述无需使用氮气稀释或使用极少量的氮气稀释就足够了。因此高温等离子体22的几乎全部热可直接用于排气E的分解。此外，由于从排气E的发生源至处理部处于减压下，因而即使在排气E中含有对人体有毒的物质的情况下，也不必担心该排气E在用高温等离子体22的热进行加热分解处理之前泄漏到体系之外。
进而，在本发明中，由于“将排气E保持在减压状态并通过高温等离子体22的热进行分解处理”，换言之，由于“用作热分解处理的热源的高温等离子体22在减压下生成”，因此，与大气压相比，可以在低电压下生成高温等离子体22。结果，可以抑制失火，并且可以以低功率去除排气E。另外，可以减少从排气处理空间的壁面上的散热、改善能源效率，同时气体流速为大气压的约2～10倍，因此可以抑制作为反应产物的粉体在排气处理空间内的滞留和生长，并且可以延长维护周期。
在此，在上述第1发明中，上述减压状态优选在50Torr以上且400Torr以下的范围内。
当减压状态低于50Torr时，为了实现高度的真空环境，需要昂贵且大型的装置，相反，当减压状态高于400Torr时，与大气压的差减小，因而必须用大量的氮气来稀释排气E。
本发明的第2发明是用于实施上述排气的减压除害方法的装置，例如如图1和图2所示，排气的减压除害装置10如下构成。
即，本发明的排气的减压除害装置10具备：反应室18，其将通过真空泵14从排气发生源12供给的排气E利用高温等离子体22的热进行分解处理；等离子体生成单元20，其向上述反应室18内释放上述高温等离子体22；以及后段真空泵24，其将从上述真空泵14的排气口至上述反应室18进行减压。
在该第2发明中，在上述等离子体生成单元20中，优选地设置有等离子体生成用流体供给单元26，该等离子体生成用流体供给单元26供给选自氮、氧、氩、氦或水中的至少1种作为高温等离子体生成用的流体。
在大气压等离子体的情况下，如果添加除了单一气体以外的额外气体来作为高温等离子体生成用的流体(即工作气体)，则等离子体将变得不稳定。然而，在减压下生成高温等离子体22的本发明的排气的减压除害装置10中，由于该等离子体非常稳定，因而作为高温等离子体生成用的流体，除了添加成为主要工作气体的气体以外，也可以根据需要同时添加成为反应辅助气体的副成分气体。结果，可以根据目的生成多种多样的高温等离子体22。
另外，在第2发明中，在上述等离子体生成单元20中产生高温等离子体的方法优选为直流电弧放电法、电感耦合等离子体法或电容耦合等离子体法。
在这种情况下，作为等离子体生成单元20，可以直接使用以往的大气压等离子体方式的生成装置。
发明效果
根据本发明，能够提供一种能够在不损害安全性的情况下最小化稀释用氮气的使用、能量效率优异且经济性高的排气的除害(减除)方法及其装置。
附图说明
[图1]是表示本发明一实施方式的排气的减压除害装置的概要的图。
[图2]是表示本发明的排气的减压除害装置的反应筒的一例的局部截面正视图。
具体实施方式
以下，参照图1和图2说明本发明的一实施方式。
图1是表示本发明一实施方式的排气的减压除害装置10的概要的图。如图1所示，本实施方式的排气的减压除害装置10是用于将通过真空泵14从CVD装置等排气发生源12供给的排气E除害(除去)的装置，其构成大致包括具有反应室18和等离子体生成单元20的反应筒16、以及后段真空泵24。
在此，在图1的实施方式中，作为排气发生源12，示出了氮氧化硅膜CVD装置的一例。在典型的氮氧化硅膜CVD装置中，作为工艺气体，使用SiH4/NH3/N2O＝1slm/10slm/10slm，另外，作为清洁气体，使用NF3/Ar＝15slm/10slm。另外推测，作为清洁反应产物的SiF4被排出约10slm。将使用完的这些气体作为排气E通过真空泵14供给到减压除害装置10。予以说明，在氮氧化硅膜CVD这样的半导体器件的制造工艺中，作为真空泵14，主要使用干式泵。因此，供给到该真空泵14的N2(氮气)是用于密封该真空泵14的轴而供给的吹扫N2。
反应筒16由Hastelloy(注册商标)等耐腐蚀性优异的金属材料形成，并且具有基本上圆筒状的壳体16a，该壳体16a以轴朝向上下方向的方式设置(参照图2)。该壳体16a的内部空间成为分解处理排气E的反应室18，在该壳体16a的外周壁的上端部设置有通过管道30与真空泵14的排气口连通的排气入口32。另一方面，在该壳体16a的下部，连接有水平方向延伸的管道16c的基端部，在该管道16c的顶端设置有与后段真空泵24的吸气口直接连接的排气出口34。
另外，在该壳体16a的顶部穿设有开口16b，在该开口16b处安装有等离子体生成单元20(参照图2)。
等离子体生成单元20是用于生成由等离子弧或等离子流构成的高温等离子体22的装置，在本实施方式中，等离子体生成单元20具有采用直流电弧放电作为高温等离子体产生方法的等离子体射流炬36(参照图2)。
该等离子体射流炬36具有由黄铜等金属材料制成的炬主体36a。在该炬主体36a的端部(图2中的下端)连接有阳极38，在该阳极38的内部安装有棒状的阴极40。
阳极38是由铜、铜合金、镍或钨等具有高导电性的高熔点金属够成的、在内部的凹处设置有离子体产生室38a的圆筒状的喷嘴电极。在该阳极38的下表面的中心部，穿设有喷出孔38b，其用于喷出在上述等离子体产生室38a内生成的由等离子流构成的高温等离子体22。
阴极40是由混入有钍或镧的钨等构成的、其外径朝着尖端呈纺锤状缩小的端部配设在上述等离子体产生室38a中的棒状的电极部件。
予以说明，在阳极38和阴极40之间设置四氟乙烯树脂或陶瓷等绝缘材料(未图示)，以防止它们之间经由炬主体36a而通电(短路)。另外，在阳极38和阴极40的内部，设置冷却水通道(未图示)以冷却这些部件。
在如上所述构成的等离子体射流炬36的阳极38和阴极40上连接有电源单元42，该电源单元42施加规定的放电电压以在该阳极38和阴极40之间产生电弧。予以说明，作为该电源单元42，优选为所谓的开关式的直流电源装置。
另外，在如上所述构成的等离子体生成单元20中设置有等离子体生成用流体供给单元26。
该等离子体生成用流体供给单元26将选自氮、氧、氩、氦或水中的至少1种作为高温等离子体生成用的流体输送到阳极38的等离子体产生室38a内，尽管未图示，但具有存储这些流体的储罐、以及将该储罐和阳极38的等离子体产生室38a连通的管道***。予以说明，在该管道***中安装有质量流量控制器等流量控制装置。
后段真空泵24是用于将从真空泵14的排气口至反应筒16的反应室18减压至规定的真空度，同时将用反应室18进行了除害处理的排气E抽吸而排出的泵。在本实施方式中，作为该后段真空泵24，使用水封泵。因此，在后段真空泵24的排气口侧，根据需要安装有气液分离聚结器等这样的分隔器44以将从该后段真空泵24以混合状态排出的处理过的排气E和密封水分离(参照图1)。
在此，通过后段真空泵24产生的、从真空泵14的排气口至反应室18的排气流通区域的减压状态优选在50Torr以上且400Torr以下的范围内，更优选在100±40Torr的范围内。当减压状态低于50Torr时，为了实现高度的真空环境，需要昂贵且大型的装置。相反，当减压状态高于400Torr时，与大气压的差减小，因而必须用与大气压下同等程度的大量氮气来稀释排气E。
予以说明，在本实施方式的排气的减压除害装置10中，虽然未图示，但不用说，具备在等离子体生成单元20中产生高温等离子体22和操作后段真空泵24等所需的各种检测装置、控制装置、和电源等。
接着，说明使用如上所述构成的排气的减压除害装置10的排气E的减压除害方法。
从排气发生源12排出的排气E通过真空泵14被输送到反应筒16。在此，通过操作后段真空泵24，排气E被保持在规定的减压状态而被导入反应室18中，在该反应室18内通过从等离子体生成单元20释放的高温等离子体22的热进行分解处理。
根据本实施方式的排气的减压除害方法，排气E被保持在减压状态而通过高温等离子体22的热进行分解处理，因此无需使用稀释用的氮气或使用极少量的稀释用氮气就足够了。另外，由于如上所述无需使用氮气稀释或使用极少量的氮气稀释就足够了，因此高温等离子体22的几乎全部热可直接用于排气E的分解和反应。因此，这两种作用相组合，使得排气E的除害装置可以成为非常紧凑的构成。
进而，由于从排气的发生源至处理部处于减压下，因此，即使在排气E中含有对人体有毒的物质的情况下，也不必担心在用高温等离子体22的热进行分解处理之前，该排气E泄漏到体系之外。
予以说明，上述实施方式可以按如下所述变更。
在上述实施方式中，作为安装在反应筒16上的等离子体生成单元20的高温等离子体的产生方法，示出了使用直流电弧放电的情况，但只要该等离子体生成单元20是能够释放出可以使排气E热分解的高温等离子体的装置，该高温等离子体的产生方法可以是任何方法，除了上述方法以外，例如，也适宜使用利用电感耦合等离子体或电容耦合等离子体的方法等。
在上述实施方式中，作为上述的后段真空泵24，示出了使用水封泵的情况。然而，在排气E的除害处理后的分解产物无需水洗的情况等下，可以使用干式泵等来代替该水封泵。
在上述实施方式中，示出了将上述真空泵14和反应筒16的排气入口32用管道30连接的情况，然而，该真空泵14的排气口和排气入口32也可以直接连接。此外，在上述实施方式中，示出了反应筒16的排气出口34和后段真空泵24的吸气口直接连接的情况，然而，反应筒16的排气出口34和后段真空泵24也可以通过管道来连接。
除此以外，当然，可以在本领域技术人员可想定的范围内对上述实施方式进行各种变更。
附图标记说明
10：排气的减压除害装置，12：排气发生源，14：真空泵，16：反应筒，18：反应室，20：等离子体生成单元，22：高温等离子体，24：后段真空泵，26：等离子体生成用流体供给单元，E：排气
权利要求书(按照条约第19条的修改)
1.排气的减压除害方法，其特征在于，将通过真空泵从排气发生源供给的排气保持在减压状态并利用高温等离子体的热进行分解处理，所述高温等离子体通过采用直流电弧放电的大气压等离子体式的等离子体生成单元生成。
2.权利要求1所述的排气的减压除害方法，其特征在于，上述减压状态在50Torr以上且400Torr以下的范围内。
3.排气的减压除害装置，其特征在于，具备：
反应室(18)，其将通过真空泵(14)从排气发生源(12)供给的排气(E)利用高温等离子体(22)的热进行分解处理；
等离子体生成单元(20)，其是向上述反应室(18)内释放上述高温等离子体(22)的采用直流电弧放电的大气压等离子体式的等离子体生成单元；和
后段真空泵(24)，其将从上述真空泵(14)的排气口至上述反应室(18)进行减压。
4.权利要求3所述的排气的减压除害装置，其特征在于，在上述等离子体生成单元(20)中设置有等离子体生成用流体供给单元(26)，该等离子体生成用流体供给单元(26)供给选自氮、氧、氩、氦或水中的至少1种作为高温等离子体生成用的流体。
说明或声明(按照条约第19条的修改)
1、在权利要求1中将“高温等离子体”限定为“通过采用直流电弧放电的大气压等离子体方式的等离子体生成单元生成”，相应地，将权利要求3中的“等离子体生成单元(20)”限定为“采用直流电弧放电的大气压等离子体式的”，其依据为权利要求5。
2、通过上述修改，将本发明明确为能够提供一种能够在不损害安全性的情况下最小化稀释用氮气的使用、能量效率优异且经济性高的排气的除害(除去/减少)方法及其装置。
3、与此相比，作为等离子体的生成方法和装置，在各个对比文献中只公开了在高频下激发等离子体的低压等离子式的方法和装置，而上述的本发明的特征和方案没有被现有技术文献公开或暗示。
4、权利要求2和4保持不变，相应地删除权利要求5。
Claims (5)
1.排气的减压除害方法，其特征在于，将通过真空泵从排气发生源供给的排气保持在减压状态并利用高温等离子体的热进行分解处理。
2.权利要求1所述的排气的减压除害方法，其特征在于，上述减压状态在50Torr以上且400Torr以下的范围内。
3.排气的减压除害装置，其特征在于，具备：
反应室(18)，其将通过真空泵(14)从排气发生源(12)供给的排气(E)利用高温等离子体(22)的热进行分解处理；
等离子体生成单元(20)，其向上述反应室(18)内释放上述高温等离子体(22)；和
后段真空泵(24)，其将从上述真空泵(14)的排气口至上述反应室(18)进行减压。
4.权利要求3所述的排气的减压除害装置，其特征在于，在上述等离子体生成单元(20)中设置有等离子体生成用流体供给单元(26)，该等离子体生成用流体供给单元(26)供给选自氮、氧、氩、氦或水中的至少1种作为高温等离子体生成用的流体。
5.权利要求3或4所述的排气的减压除害装置，其特征在于，在上述等离子体生成单元(20)中产生高温等离子体的方法为直流电弧放电、电感耦合或电容耦合。
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