JP2010517769A

JP2010517769A - ガス流を処理する方法

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Publication number: JP2010517769A
Application number: JP2009549479A
Authority: JP
Inventors: ジェイムズロバートスミス; ゲアリーピーターナイト
Original assignee: エドワーズリミテッド
Priority date: 2007-02-14
Filing date: 2008-01-23
Publication date: 2010-05-27
Anticipated expiration: 2028-01-23
Also published as: EA200970762A1; KR20090110343A; ZA200904863B; JP5264784B2; US20100101414A1; TW200841925A; AU2008215944B2; BRPI0807585A2; AU2008215944A1; GB0702837D0; US8394179B2; EP2111283A1; CN101610829A; WO2008099206A1

Abstract

燃焼性ガス、例えば水素又は炭化水素ガスを含有するガス流を処理するための装置が記載される。該ガス流を液体環状ポンプ18に運び、そこにガス状酸化剤及び水を供給する。該水及びガス流をポンプ18から排出し、排出したガス流を続いて該液体から分離し、燃焼性ガス及び酸化剤を熱分解するための熱分解装置42に運ぶ。該ガス流内の全ての全ての粒子及び酸性化学種が水によって液体環状ポンプ内に保持され、熱分解装置42の腐食又は閉塞を抑制する。フィルター又は他の装置40も提供され、熱分解装置42に入る前に水を該ガス流から除去する。
【選択図】図１

Description

本発明はガス流を処理する方法及びそのための装置に関する。

多くの半導体製造方法は燃焼性ガスを用いるか生成する。例えば、処理チャンバー内で行われるエピタキシャル沈着方法は、ケイ素供給ガス、典型的にはシラン又はクロロシラン化合物の1種を水素雰囲気中の高温、典型的に約800-1100℃、及び真空条件下で用いる。シラン及びアンモニアがプロセスチャンバーに供給され、窒化ケイ素の薄いフィルムを基板上に形成する。別の例として、燃料ガスが誘電性フィルムをエッチングするのに用いられるガス混合物に加えられ得る。
方法ツールは典型的に複数のプロセスチャンバーを有し、それぞれは各々異なる段階で沈着、エッチング又は洗浄方法となり、チャンバーからいかなる所定の時間に排出されるガスも種々の異なる組成物を有し得る。そのような方法では、少量のみのガスが消費され、チャンバーに供給される大部分のガスはチャンバーから該方法からの固体及びガス状副生成物と共に排出される。

排出ガスをプロセスチャンバーから引き出すための排出システムは、ガスを各プロセスチャンバーから引き出すための複数の第二ポンプ、及び該第二ポンプの後ろにある少なくとも一つの第一ポンプを典型的に含む。結果、プロセスチャンバーから引き出される排出ガスは、排出システム内のマニフォールド又は他の接続されている配管の中で混合されることが多く、プロセスガス及び副生成物を共に複数の異なるプロセスから運び出す。
混合排出ガスはそれ自体で燃焼性ではないが、そのようなガスのポンピングは排出システムの漏れ保全性に高度の注意を必要とし、空気の入口がないことを保証している。排出ガスがその下限爆発限界(LEL)以上の場合、排出システム内のいかなる発火源も排出システムを通過する有害な火炎帯の生成を生じ得る。

燃焼性ガス流の発火を回避するのに用いられる一般的な技術は、該ガス流に過剰の不活性パージガス、典型的には窒素を導入することである。半導体処理チャンバーに接続される排出システムに用いられる真空ポンプは、歴史的にオイル充填ポンプ又は多段階乾燥ポンプのいずれかである。しかし、これらのポンプはさらなるパージガスをそれらの最終段階に取り込むのに限られた能力を有し、排出ガスの希釈を酸化性ガスが排出ガスに添加しても排出ガスをそのLEL以上に上げることのできない程度以下に容易にする。
装置が排出ガス内に含有されるいかなる燃焼性ガスも制御可能に熱分解するか或いは除去するための排出システムで提供されるが、排出ガス中の腐食性酸性化学種の存在が熱分解用装置の耐用年数及び効率を大きく減少させ得る。例えば、HF又はHClなどの酸性ガスが副生成物としてプロセスチャンバーで行われる方法から生成され、プロセスチャンバーに供給されるエッチングガスがHCl、HBr、BCl₃、Cl₂及びBr₂、及びそれらの組み合わせなどのハロゲン化化合物を含み得る。

本発明は、第一及び第二のガス状成分を含むガス流を処理する方法であって、
該ガス流を液体環状ポンプに運ぶ工程、
該ポンプに液体環を該ポンプ中に形成し且つ該第一のガス状成分を該ガス流から除去するための液体を供給する工程、
該液体及び該ガス流を該ポンプから排出する工程、
該ガス流を該液体から分離する工程、及び
それに続いて該第二のガス状成分を該ガス流から除去する工程、
を含む方法を提供している。

ガス状成分を該ガス流から除去するための装置の腐食又は閉塞は、液体環状ポンプ内における液体によってガス流内に存在する全ての粒子及びガス状酸性化学種の保持によって抑制することができる。ガス流に存在し得る酸性化学種の例は、硫黄含有化学種、例えばSO₂、及びハロゲン含有化学種、例えばHF、HCl、BCl₃、HBr、Cl₂及びBr₂を含む。液体環をポンプ中に形成し且つガス状酸性化学種を該ガス流から除去するための好適な液体の例は、水、水溶液、チオ硫酸塩溶液及び苛性ソーダ溶液を含む。従って、有害又は燃焼性ガスをガス流から除去するためのポンプから下流にある装置の使用は、そのような粒子及び酸性化学種の存在からの衝撃をそのような装置の耐用年数及び効率に与えることなく認識され得る。
さらに、多段階真空ポンプ及びオイル充填ポンプと比較して液体感情ポンプの増加したガス容量が、より多くの流量の希釈用パージガスをガス流に加えることができる。

熱分解装置は、液体から分離されるガス流に存在する燃焼性ガスを熱分解するのに用いられ得る。燃焼性ガスはいかなる燃焼性ガスでよく、例えば炭化水素、例えばC₂H₂、C₂H₄、CH₂F₂及びCH₃F、CO、H₂、NH₃を含む。フィルター、サイクロン又は他のガス処理装置が、液体からの分離に続いて全ての水をガス流から除去するために提供され、ガス流に存在する全ての水分がそれとは別に熱分解装置の成分を汚染又は侵食し得る。例えば、熱分解装置は熱分解触媒、例えばMolecular ProductsからのHopcaliteを含み、これは少なくとも最初は加熱されて熱分解装置内での水の凝縮を抑制し得る。熱が装置内で燃焼性ガスの熱分解中にガス流内において生成されると、装置の外部加熱の程度がガス流の処理中に徐々に減少するか除去される。あるいは、熱分解装置は加熱された高表面積材料、又は熱分解を行うのに好適な他の加熱された装置を含み得る。

変形として熱分解装置に加え、プラズマ処理装置、燃焼装置、ガス反応器カラム、又はいかなる他のガス処理装置も、液体環状ポンプから排出されるガス流のガス状成分を除去するために提供され得る。このガス状成分は燃焼性ガスでもよく、又はペルフルオロ化合物、例えばCF₄、又は液体によって液体環状ポンプ内で除去されない他のガスでよい。
空気などのパージガスの流れをガス流に加えると、大量のガス状酸化剤を燃焼性ガスとの反応のためのガス流に導入され、該ガス流をその後の燃焼又は爆発からの安全性を与えることができる。このガス状酸化剤は熱分解及び/又はプラズマ処理装置に直接供給してよく、又は該ガス流にこの装置の上流で供給してもよい。例えば、該ガス状酸化剤は液体環状ポンプの注入口に供給され得る。

本発明のガス流を処理するための装置10の実施態様を説明する図。

本発明の好ましい実施態様は燃焼性ガスを含有するガス流の処理を目的としており、本発明は燃焼性ガスを含有するガス流を処理する方法であって、
該ガス流を液体環状ポンプに運ぶ工程、
該ポンプに液体環を該ポンプ内に形成するための液体を供給する工程、
該液体及び該ガス流を該ポンプから排出する工程、
該ガス流を該液体から分離する工程、及び
該燃焼性ガスを該液体から分離された該ガス流内で熱分解する工程、
を含む方法を提供する。

本発明は、第一及び第二のガス状成分を含有するガス流を処理するための装置であって、
該ガス流を受け取るための液体環状ポンプ、
該ポンプに液体環を該ポンプ内に形成し且つ該第一のガス状成分を該ガス流から除去するための液体を供給するための手段、該ポンプは該液体及び該ガス流を該ポンプから排出するための排出口を含む、
該ガス流を該ポンプから排出される液体から分離するための分離手段、及び
該第二のガス状成分を該ガス流から除去するための該分離手段から下流に位置する手段、
を含む装置も提供する。

本発明は、燃焼性ガスを含有するガス流を処理するための装置であって、
該ガス流を受け取るための液体環状ポンプ、
該ポンプに液体環を該ポンプ内に形成するための液体を供給するための手段、該ポンプは該液体及び該ガス流を該ポンプから排出するための排出口を含む、
該ガス流を該ポンプから排出される液体から分離するための分離手段、及び
該燃焼性ガスを該ガス流内で熱分解するための分離手段から下流に位置する手段、
を含む装置をさらに提供する。

好ましい実施態様では、第一のガス注入口が液体環状ポンプの注入側に備えられ、燃焼性ガスを含有するガス流が近接する回転ブレードの間に引き込まれ、そこで該液体が放射状に外へ動く。第二のガス注入口が、該ガス状酸化剤を該ポンプの筐体に運ぶためのポンプの注入側に備えられ得る。液体環を該筐体内に形成するための液体を供給するためのさらなる注入口が、該ポンプの注入及び排出側の間にある筐体の底部に備えられ得る。
本発明の方法に関連する上記特徴は、該装置略図と同様及び逆に適用可能である。

ここで、本発明が、例証としてのみ、ガス流を処理するための装置10の実施態様を説明する添付図面を参照して記載される。この実施態様では、装置10を用いて、プロセスツールの一つ以上のプロセスチャンバーから排出されるガス流を処理する。簡潔にするだけの目的で、二つのプロセスチャンバー12が図面で説明されているが、装置10を用いて、いくつのプロセスチャンバー12から排出されるガス流を処理してもよい。使用中、プロセスガスを、チャンバー12内に配置されている基板の加工のため、又は加工工程間のチャンバー洗浄のためのプロセスチャンバーに供給される。これらのプロセスは、例えば半導体、フラットパネルディスプレー又はソーラー装置の形成中の基板上で行われる沈着及びエッチング方法を含み得る。

異なる方法又は洗浄方法がチャンバー12内で任意の所定時間行われると、チャンバー12から多段階乾燥ポンプ又は分子ポンプでよい第二の真空ポンプ14によって排出される排出ガスが、消費されていないプロセスガス及び洗浄ガスから構成される変化する成分、及びチャンバー12内で起こる反応からの副生成物を有し得る。これらの排出ガスは1種以上の燃焼性ガス、例えば炭化水素、例えばC₂H₂、C₂H₄、CH₂F₂又はCH₃F、CO、H₂、又はNH₃を含み、それ自体がプロセスガス又は他のプロセスガスのためのキャリアガスとしてチャンバー12に供給される。排出ガスは、プロセスチャンバー12内で生成される固体粒子、例えばSiO₂粒子を、消費されていないプロセスガス又はプロセスチャンバー12で行われる加工からの副生成物のいずれかであり得る腐食性酸性ガス、例えばSO₂又はハロゲン化化学種HF、HCl、BCl₃、HBr、Cl₂及びBr₂の1種も含み得る。

第二の真空ポンプ14から排出されるガス流は、マニフォールド16で混合されて装置10に運ばれる。図面に説明されているように、装置10は第一の注入口20を有する液体環状ポンプ18を含み、それを介して混合ガス流が液体環状ポンプ18に入る。液体環状ポンプ18は、液体環状ポンプ18の注入側における第一の注入口20に近接して配置される第二の注入口22を含む。ガス状酸化剤の供給源24は第二の注入口22に導管システム26によって接続され、これは酸化剤を液体環状ポンプ18に供給する。供給源24は都合良くは空気の供給源を含み、ガス状酸化剤として酸素を含有する。酸化剤を含有するガス流がポンプ18に供給され、第一の注入口20における圧力が好ましくは50〜500mbar、さらに好ましくは80〜120mbarである。

液体環状ポンプ18は第三の注入口28をさらに含み、それを介して液体環をポンプ18内に形成するための液体が導管システム30によって運ばれる。この実施態様では液体が水であるが、いかなる水溶液を用いてもよい。公知なように、液体環状ポンプ18は環状筐体に回転自在に搭載された回転子を含み、回転子軸が筐体の中心軸と偏っている。回転子はそこから放射状に外に伸びるブレードを有し、回転子の周囲に等間隔である。回転子の回転により、ブレードは液体とかみ合い、それを筐体内の環状リングに形成する。液体環状ポンプ18に第一の注入口20を介して入る排出流、及び液体環状ポンプ18に第二の注入口22を介して入る空気流が隣接したブレード間の隙間に引き込まれ、ポンプ18によりポンプ排出口32に運ばれる。

液体環状ポンプ18に入るガス流内に含有される全ての固体粒子は、ポンプ18内部の液体内で同伴する。さらに、腐食性酸性ガスのこのガス流内における多くの割合が溶液中に該液体によって取り込まれ、ガス流内におけるこれらのガスの量を大きく減少させる。例えば、ポンプ18に供給される液体として水を用いる代わりに、苛性ソーダ溶液をポンプ18に供給し、液体環をポンプ内に形成し且つCl₂及び/又はBr₂をガス流から除去する。あるいは、チオ硫酸塩溶液をポンプ18に供給し、液体環をポンプ内に形成することとガス状成分をガス流から除去することの二重の役割を行う。

酸性で微粒子を含有する液体が未溶解のガスと共にポンプ18から排出口32を介して排出され、これはポンプ18に供給されるガス状酸化剤及びポンプ18に第一の注入口20を介して入ったガス流内に含有される燃焼性ガスを含む。ガス及び液体のこの混合物が導管システム34によって流体貯蔵器36に運ばれ、これはガス流を液体から分離する。ガスが貯蔵器36から排出口38を介して排出され、回収された液体を液体環状ポンプ18の第三の注入口28まで導管システム30によって戻すことができる。フィルター(示さず)などを用いて固体粒子を液体から除去してもよく、イオン交換装置などを備えて液体環状ポンプ18に戻す前に酸性成分を液体から除去してもよい。流体貯蔵器36をこの実施例に用い、ガス流を液体から分離するのに好適ないかなる他の分離装置も用いてよい。

続いて貯蔵器36から排出されるガス流がガス処理装置40に運ばれ、水分をガス流から除去する。この装置40は1種以上のフィルター又はサイクロン分離器によって提供され得る。ガス流が続いて燃焼性ガスをガス流から除去するための装置42に運ばれる。この実施例では、この装置が燃焼性ガス及びガス状酸化剤をガス流内で熱分解するための熱分解装置42である。熱分解装置42は熱分解触媒、例えばMolecular ProductsからのHopcaliteを含み、これは少なくとも最初は加熱器44によって加熱され、熱分解装置内の水の凝縮を抑制し得る。熱が装置42内で燃焼性ガスの熱分解中にガス流内において生成されると、装置42の外部加熱の程度が制御器46によってガス流の処理中に徐々に減少するか除去される。あるいは、熱分解装置は加熱された高表面積材料、又は熱分解を行うのに好適な他の加熱された装置を含み得る。装置42は、燃焼性ガスの熱分解のためのガス状酸化剤を受け取るためのガス注入口を有し、この場合は酸化剤の液体環状ポンプへの供給が減少するか除去され得る。

熱分解装置に加えて、変形としてプラズマ処理装置、燃焼装置、ガス反応器カラム又は他のガス処理装置が、ガス状成分を液体環状ポンプ18から排出されるガス流から除去するために提供され得る。このガス状成分は燃焼性ガスであるか、ガス流から液体環状ポンプ内の液体によって除去されない別のガス、例えばCF₄などのペルフルオロガスでよい。

Claims

第一及び第二のガス状成分を含むガス流を処理する方法であって、
該ガス流を液体環状ポンプに運ぶ工程、
該ポンプに液体環を該ポンプ中に形成し且つ該第一のガス状成分を該ガス流から除去するための液体を供給する工程、
該液体及び該ガス流を該ポンプから排出する工程、
該ガス流を該液体から分離する工程、及び
それに続いて該第二のガス状成分を該ガス流から除去する工程、
を含む方法。
前記第一のガス状成分が前記ガス流の酸性成分である、請求項１記載の方法。
前記酸性化学種が硫黄含有化学種又はハロゲン含有化学種を含む、請求項２記載の方法。
前記ハロゲン含有化学種が、HF、HCl、BCl₃、HBr、Cl₂及びBr₂の1種を含む、請求項３記載の方法。
前記第二のガス状成分が燃焼性ガスである、請求項１〜４のいずれか１項に記載の方法。
前記燃焼性ガスが、炭化水素、CO、H₂、NH₃の1種を含む、請求項５記載の方法。
前記炭化水素が、C₂H₂、C₂H₄、CH₂F₂及びCH₃Fの1種を含む、請求項６記載の方法。
前記第二のガス状成分が、前記ガス流から熱分解によって除去される、請求項１〜７のいずれか１項に記載の方法。
前記燃焼性ガスが熱分解触媒を用いて熱分解される、請求項８記載の方法。
前記燃焼性ガスが加熱された装置を用いて熱分解される、請求項８又は９記載の方法。
前記ガス流がプラズマ処理装置で処理され、前記第二のガス状成分を該ガス流から除去する、請求項１〜１０のいずれか１項に記載の方法。
ガス状酸化剤が前記ガス流に前記第二のガス状成分との反応のために供給され、前記第二のガス状成分を該ガス流から除去する、請求項１〜１１のいずれか１項に記載の方法。
前記ガス状酸化剤が酸素を含む、請求項１２記載の方法。
前記ガス状酸化剤が前記ポンプに空気流内で供給される、請求項１３記載の方法。
前記ガス状酸化剤が前記ポンプに供給される、請求項１２〜１４のいずれか１項に記載の方法。
前記液体が水又は水溶液を含む、請求項１〜１５のいずれか１項に記載の方法。
前記ガス流を前記液体から分離する工程に続き、該ガス流を液体を該ガス流から除去するためのガス処理装置に運ぶ、請求項１〜１６のいずれか１項に記載の方法。
前記ガス処理装置が、フィルター及びサイクロン分離器の1種を含む、請求項１７記載の方法。
燃焼性ガスを含有するガス流を処理する方法であって、
該ガス流を液体環状ポンプに運ぶ工程、
該ポンプに液体環を該ポンプ内に形成するための液体を供給する工程、
該液体及び該ガス流を該ポンプから排出する工程、
該ガス流を該液体から分離する工程、及び
該燃焼性ガスを該液体から分離された該ガス流内で熱分解する工程、
を含む方法。
第一及び第二のガス状成分を含有するガス流を処理するための装置であって、
該ガス流を受け取るための液体環状ポンプ、
該ポンプに液体環を該ポンプ内に形成し且つ該第一のガス状成分を該ガス流から除去するための液体を供給するための手段、該ポンプは該液体及び該ガス流を該ポンプから排出するための排出口を含む、
該ガス流を該ポンプから排出される液体から分離するための分離手段、及び
第二のガス状成分を該ガス流から除去するための該分離手段から下流に位置する手段、
を含む装置。
前記第二のガス状成分を前記ガス流から除去するための手段が熱分解装置を含む、請求項２０記載の装置。
前記熱分解装置が熱分解触媒を含む、請求項２１記載の装置。
前記熱分解装置を加熱してそこでの水の凝縮を抑制するための手段を含む、請求項２１又は２２記載の装置。
前記第二のガス状成分を前記ガス流から除去するための手段がプラズマ処理装置を含む、請求項２０〜２３のいずれか１項に記載の装置。
液体を前記ガス流から除去するための前記分離手段から下流に位置する手段を含む、請求項２０〜２４のいずれか１項に記載の装置。
液体を前記ガス流から除去するための手段がフィルターを含む、請求項２５記載の装置。
液体を前記ガス流から除去するための装置がサイクロンを含む、請求項２５記載の装置。
ガス状酸化剤を前記ガス流に、前記第二のガス状成分との反応のために該第二のガス状成分を該ガス流から除去するための前記手段において供給するための手段を含む、請求項２０〜２７のいずれか１項に記載の装置。
前記酸化剤供給手段を設置して、空気流を前記ガス流に供給する、請求項２８記載の装置。
前記酸化剤供給手段を設置して、前記ガス状酸化剤を前記ポンプに供給する、請求項２８又は２９記載の装置。
燃焼性ガスを含有するガス流を処理するための装置であって、
該ガス流を受け取るための液体環状ポンプ、
該ポンプに液体環を該ポンプ内に形成するための液体を供給するための手段、該ポンプは該液体及び該ガス流を該ポンプから排出するための排出口を含む、
該ガス流を該ポンプから排出される液体から分離するための分離手段、及び
該燃焼性ガスを該ガス流内で熱分解するための該分離手段から下流に位置する手段、
を含む装置。