TWI448324B - Pesticide Removal Method and Its Device for Zinc Chloride - Google Patents
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Description
關於在半導體製造中，從CVD排出的沈積(deposit)用的六氯化二矽(以下作為HCD)混入排放氣體的除害方法和其除害裝置。
從矽晶圓的製造裝置之CVD會排出各種排放氣體。這些排放氣體係有爆炸性之物、有毒物等而在排放至大氣之前有先除害的必要，本除害裝置係連接於前述CVD而使用，係為了將從CVD排出的有害排放氣體無害化的裝置。作為如此的裝置有如記載於日本特開平11-33345號之物。
在前述CVD使用的氣體，係有沈積(deposit)用、清潔用、蝕刻用等各種的氣體，這些之中更存在各種氣體。HCD係作為沈積(deposit)用的氣體而新開發之物。
HCD係以化學式Si2
Cl6
表示的新規格的沈積用氣體，因在常溫與水接觸的加水分解反應而形成爆炸性的矽草酸(silicoxalic acid)(在反應性矽之狀況，化學式為(SiOOH)2
)，非常危險。
[化1]Si2
Cl6
+4 H2
O→(SiOOH)2
+6HCl
一方面，若在無水存在的情況(以下，稱無水。)加熱分解則顯示如以下的反應。
(a)無水．無氧 2Si2
Cl6
→3SiCl4
+Si
(b)無水．有氧 Si2
Cl6
+2O2
→2SiO2
+3Cl2
在此，在有氧氣氛下加熱分解Si2
Cl6
的情況，如在(b)所示產生氯，腐蝕除害裝置(1)。而為了防止氯的產生，存在有某種程度的水分係為不可欠缺，但如前述地，若水分量多則產生爆炸性的矽草酸。
[專利文獻1]日本特開平11-33345號
本發明的解決課題係於開發：不產生爆炸性的矽草酸、或有毒、腐蝕性的氯氣之HCD的加熱分解方法和其裝置。
申請專利範圍第1項係本發明的除害方法，以「將含有六氯化二矽的排放氣體不含水分地而導入至500℃以上之溫度的反應處理區域，並且將包含有水分的含氧氣之氣體供給於該反應處理區域，於前述反應處理區域內至少氧化分解排放氣體中的六氯化二矽，前述包含有水分的含氧氣之氣體，係在藉由從被作了氧化分解之前述排放氣體而來之熱而被作了加熱後，被供給至前述反應處理區域中。」作為特徵。
申請專利範圍第2項係用以實行前述方法的除害裝
置，將「具備有：反應塔，係被連接於排出含有六氯化二矽的排放氣體之半導體製造裝置，並且具有並不含有水分地而加熱分解排放氣體的500℃以上的溫度之反應處理區域；和濕潤有氧氣體供給部，係於前述反應塔的反應處理區域，供給水分及含氧氣之氣體；和洗淨塔，係水洗淨從反應塔所排出的處理氣體；和洗淨水槽，係回收洗淨水，前述反應塔，係具備有外筒、和被配設於前述外筒之內部的內筒，在前述外筒的內面和前述內筒的外面之間，係被設置有空間，前述水分以及含氧氣之氣體，係通過前述內筒之內部以及前述空間的其中一方，而被供給至前述反應處理區域，從前述反應處理區域而排出之前述處理氣體，係通過前述內筒之內部以及前述空間的另外一方，而被從前述反應塔排出。」作為其特徵。
藉由本發明，因為係於保持在排放氣體(L)中的HCD分解溫度之反應處理區域(K)供給含有若干水分的有氧氣體(一般而言為空氣(G))與含有HCD的排放氣體(L)，因此在反應處理區域(K)內的反應係矽草酸和氯均不產生，而分解為鹽酸和二氧化矽及水，成為可安全地進行含有HCD的排放氣體處理。
以下，將本發明的除害裝置按照圖示實施例而詳述。
第1圖為關於本發明的除害裝置(1)之第1實施例的概略構造圖、第2圖為第2實施例的概略構造圖、第3圖為第3實施例的概略構造圖，從CVD(無圖示)的各處理程序(無圖示)排出的排放氣體(L)以排放氣體配管(10)連接。第1圖係將1至複數的加熱器(30)於內筒(3)的周圍從反應塔(6)的天花板部吊設(無圖示但從反應塔(6)的床面立設於內筒(3)的周圍亦佳)的例子，對於此，第2圖與第3圖係取代加熱器(30)而內筒(3)兼任加熱器的例子。
第1圖的加熱器(30)係如陶瓷加熱器(無圖示)之物亦佳、如配合使用氣體(在此係HCD氣體)，以如鎳製(如赫史特合金(hastelloy alloy)般的鎳合金亦可)的鞘(sheath)(鞘管(30c))與配設於鞘(sheath)內的鎳鉻合金線般的發熱體(30a)、和填充於鞘內的絕緣材料(30b)構成之鞘加熱器之類者亦佳。另外，第2圖與第3圖係只有包含水分的含氧氣之氣體(G)的向爐之流入路徑不同。在第1圖的情況亦與第2、3圖相同，作到將含有水分的含氧氣之氣體(G)的向爐之流入路徑不同亦佳。此外的構造因為亦大略相同所以具有相同機能的部分係附上相同號碼，將第1圖作為中心而說明，第2、3圖只說明差異的部分。與第1圖相同部分援用於第2、3圖的說明。
除害裝置(1)係以：設置於下部的洗淨水槽(4)、立設於洗淨水槽(4)的上面中央的反應塔(6)、鄰接於
反應塔(6)而設置的濕潤空氣供給塔(5a)及超過反應塔(6)而設置於濕潤空氣供給塔(5a)的相反側的洗淨塔(7)而大略構成。
於除害裝置(1)的反應塔(6)的中心配置內筒(3)，以包圍其周圍或以沿著該內筒的方式，加熱器(30)從反應塔(6)的天花板部(6a)吊設。(當然，以不阻礙反應塔(6)內的氣體流的狀態將洗淨水槽(4)的上面(4a)延出至反應塔(6)內，從此延出床部(無圖示)立設，作到以包圍或沿著內筒(3)的周圍亦佳)。
內筒(3)係有陶瓷製(材質例如為氧化鋁質或高鋁紅柱石(mullite)質)或鎳製或如赫史特合金(hastelloy alloy)般的鎳合金製的筒狀之物或表示於第2、3圖的放大圖之加熱器內藏型之物(3)(將發熱體以(30a)表示、絕緣材料以(30b)表示、相當於鞘管之內、外皮以(30c)表示。)或該物為筒狀的陶瓷加熱器(無圖示)而構成之物。加熱器內藏型之物(3)係內、外皮(30c)為以氧化鋁質或高鋁紅柱石(mullite)或鎳或如赫史特合金(hastelloy alloy)般的鎳合金構成，於內部配設如鎳鉻合金線般的發熱電線(=發熱體(30a))而且填充絕緣材料(30h)。此內筒(3)係從反應塔(6)的底部朝向塔頂而立設，以上端部分成為最高溫的方式設計。將此部分作為反應處理區域(K)。
外筒(2)係內面為由氧化鋁質或高鋁紅柱石
(mullite)質所構成的陶瓷形成，其外周全體為以隔熱材料被覆的隔熱構造體或內面為鎳製或如赫史特合金(hastelloy alloy)般的鎳合金製，其外周全體有以隔熱材料被覆的隔熱構造體之物，更內面部分有陶瓷加熱器式之物(亦即，外筒(2)的陶瓷部分為陶瓷加熱器)或加熱器內藏型(無圖示)之物。在加熱器內藏型的情況，在鎳製或如赫史特合金(hastelloy alloy)般的鎳合金製內皮與設置於其外側的隔熱材料之間填充絕緣材料，更以於該絕緣材料內填充如鎳鉻合金線般的發熱體之隔熱構造體(與第2、3圖之放大圖相同的構造)構成。
在此情況，內筒(3)、外筒(2)、及加熱器(30)係可全部組合使用前述構成的內筒(3)、外筒(2)、加熱器(30)之各個。在此之中在外筒(2)的內面部分的陶瓷部分與內筒(3)為一起成為陶瓷加熱器或於外筒(2)的內面部分與內筒(3)內藏發熱體的情況，因為成為在內外加熱，所以導入於反應塔(6)的反應處理區域(K)的排放氣體(L)之熱輻射、熱傳導的效率非常高。從前述內筒(3)的上端部附近到內筒(3)的內部上端部分的空間作動時，成為最高溫，此部分形成前述反應處理區域(K)。此點亦可適用於第2、3圖。
於從除害裝置(1)的洗淨塔(7)導出之放出管(13)的下流係設置排氣風扇(14)，藉由此排氣風扇(14)的工作而除害裝置(1)內被減壓，從CVD的各處理程序的排放氣體(L)被導入至反應塔(6)的頂部
(6a)之反應處理區域(K)。另外，於洗淨塔(7)內設置灑水噴嘴(16)，於洗淨塔(7)內將水噴灑至霧狀。
濕潤有氧氣體供給部(5)係在本實施例為濕潤空氣供給塔(5a)，於其頂部設置噴霧器(15)，於濕潤空氣供給塔(5a)內成為將水噴灑至霧狀，而且，於其下方設置外部空氣導入管(11)，藉由設置於外部空氣導入管(11)的外氣導入風扇(12)而成為永遠導入被處理氣體(L)的氧化分解必要的理論量之2倍以上過剩的量之外部空氣至塔(5a)內。
洗淨水槽(4)係於內部積蓄洗淨水(8)，於前述洗淨水槽(4)的上面(4a)與洗淨水(8)之間設置空間(9a)、(9b)。然後，於反應塔(6)的內筒(3)的底部係設置隔開濕潤空氣供給塔(5a)側的空間(9a)、與洗淨塔(7)側的空間(9b)之隔壁(17)，其下端沒入洗淨水(8)中。如由圖所了解，隔壁(17)的下端係不到達洗淨水槽(4)的底部，空間(9a)(9b)內的洗淨水(8)成為可相互地流通。
於前述濕潤空氣供給塔(5a)的噴霧器(15)及洗淨塔(7)的灑水噴嘴(16)，都從洗淨水槽(4)以抽水幫浦(18)供給被抽取的水。另外，於洗淨水槽(4)係按照必要(或經常)供給清淨的自來水，按照供給量而排出已弄髒的洗淨水。
在如此構成的除害裝置(1)，於對加熱器(30)通電而使反應處理區域(K)及內筒(3)的上部的表面接觸
溫度昇溫至特定溫度(500~800℃)之後，或與此同時使外氣導入風扇(12)及排氣風扇(14)以及抽水幫浦(18)動作。
藉由此，在濕潤空氣供給塔(5a)內，於被導入的外氣(當然，不限於外氣，如為含有氧的氣體亦佳。)散布水而給予水分，作為濕潤空氣而送出至空間(9a)。一方面，在空間(9b)側係藉由處理氣體排氣風扇(14)的排氣作用而成為負壓狀態，通過：濕潤空氣供給塔(5a)→空間(9a)→內筒(3)→反應處理區域(K)→外筒(2)與內筒(3)之間的空間→空間(9b)→洗淨塔(7)之通路而除害裝置(1)內的氣體成為平順地流動(第1圖：參照實施例1)。在此流動成為穩定狀態時，從排放氣體配管(10)將含有HCD的排放氣體(L)供給於反應塔(6)的上部。
在第2圖的實施例2的情況，係在前述的情況，以內筒(3)為加熱器內藏或是以陶瓷加熱器本身構成的情況，基本上為與實施例1相同。因而，以與前述相同的次序而運轉。也就是，通過：濕潤空氣供給塔(5a)→空間(9a)→外筒(2)與內筒(3)之間的空間→反應處理區域(K)→內筒(3)→空間(9b)→洗淨塔(7)之通路而除害裝置(1)內的氣體平順地流動，在此流動成為穩定狀態時，從排放氣體配管(10)將含有HCD的排放氣體(L)供給於反應塔(6)的上部。在第3圖的實施例3的情況，流動有若干不同，通過：濕潤空氣供給塔(5a)→
空間(9a)→外筒(2)與內筒(3)之間的空間→反應處理區域(K)→內筒(3)→空間(9b)→洗淨塔(7)之通路而除害裝置(1)內的氣體平順地流動，在此流動成為穩定狀態時，從排放氣體配管(10)將含有HCD的排放氣體(L)供給於反應塔(6)的上部。
在從反應塔(6)的頂部(6a)的內部到內筒(3)的上部之高溫區域(將此部分稱為反應處理區域(K)。)，係保持在對含有HCD(六氯化二矽；Si2
Cl6
)氣體之排放氣體(L)的氧化分解為必要之溫度，在濕潤空氣的存在下分解為水和二氧化矽。
[化2]Si2
Cl6
+4 H2
O→(SiOOH)2
+6HCl
[化3]2(SiOOH)2
+O2
→2H2
O+4SiO2
HCD從350℃開始分解，在800℃完全分解，不產生矽草酸的最適溫度為500℃以上。因而，除害裝置(1)的反應處理區域的溫度係設定在500℃以上。
二氧化矽係以細微的粉塵而產生，第1、2圖的情況係從反應處理區域(K)到外筒(2)與內筒(3)之間的空間內，在第3圖的情況係從反應處理區域(K)到內筒(3)內，通過空間(9b)而到洗淨塔(7)內，藉由從灑水噴嘴(16)噴霧的液滴而冷卻、同時被捕集，落下回收於空間(9b)內的洗淨水(8)內。與此同時，被包含於處理氣體之各種水溶性氣體或加水分解性氣體等亦被洗淨
除去。而後，如此進行而被清淨化的處理氣體(H)係藉由排氣風扇(14)而被放出至大氣中。
第4、5圖為本發明裝置(1)的其他實施例，係於反應塔(6)的上部從周圍複數的排放氣體配管(10)以外筒(2)的切線方向連接之例。由此成為可以複數的處理程序的排放氣體處理。另外，在此情況係不設置作為濕潤有氧氣體供給部(5)之濕潤空氣供給塔(5a)，成為直接從作為濕潤有氧氣體供給部(5)之蒸氣配管(5b)供給水蒸氣於反應塔(6)的下部(當然，按照前述設置濕潤空氣供給塔(5a)亦佳。)。
而且，在第4圖的情況，藉由洗淨水槽(4)的上面(4a’)閉塞外筒(2)的下端，此部分相當於實施例1~3的隔壁(17)。在以上之點以外的部分係因為與實施例1~3相同，所以援用實施例1~3的說明而取代實施例4的說明。
藉由本發明，成為可安全地分解含有新發明的沈積氣體之HCD的排放氣體，可有助於半導體製造的更加發展。
(1)‧‧‧除害裝置
(L)‧‧‧排放氣體
(K)‧‧‧反應處理區域
(G)‧‧‧含氧氣之氣體
(6)‧‧‧反應塔
(5)‧‧‧濕潤有氧氣體供給部
(H)‧‧‧處理氣體
(7)‧‧‧洗淨塔
(8)‧‧‧洗淨水
(4)‧‧‧洗淨水槽
(10)‧‧‧排放氣體配管
(3)‧‧‧內筒
(30)‧‧‧加熱器
(30c)‧‧‧鞘管
(30a)‧‧‧發熱體
(30b)‧‧‧絕緣材料
(5a)‧‧‧濕潤空氣供給塔
(6a)‧‧‧天花板部
(4a)‧‧‧上面
(2)‧‧‧外筒
(14)‧‧‧排氣風扇
(13)‧‧‧放出管
(16)‧‧‧灑水噴嘴
(15)‧‧‧噴霧器
(11)‧‧‧外部空氣導入管
(12)‧‧‧外氣導入風扇
(9a)‧‧‧空間
(9b)‧‧‧空間
(17)‧‧‧隔壁
(18)‧‧‧抽水幫浦
(5b)‧‧‧蒸氣配管
(4a’)‧‧‧上面
[第1圖]有關本發明的第1實施例的裝置之概略構成圖。
[第2圖]有關本發明的第2實施例的裝置之概略構成圖。
[第3圖]有關本發明的第3實施例的裝置之概略構成圖。
[第4圖]有關本發明的第4實施例的裝置之概略構成圖。
[第5圖]第4圖的反應塔的橫剖面圖。
30‧‧‧加熱器
30a‧‧‧發熱體
30b‧‧‧絕緣材料
30c‧‧‧鞘管
1(1a)‧‧‧除害裝置
5(5a)‧‧‧濕潤有氧氣體供給部(濕潤空氣供給塔)
11‧‧‧外部空氣導入管
12‧‧‧外氣導入風扇
15‧‧‧噴霧器
4‧‧‧洗淨水槽
9a‧‧‧空間
G‧‧‧含氧氣之氣體
K‧‧‧反應處理區域
L‧‧‧排放氣體
10‧‧‧排放氣體配管
6‧‧‧反應塔
6a‧‧‧天花板部
2‧‧‧外筒
3‧‧‧內筒
30‧‧‧加熱器
17‧‧‧隔壁
H‧‧‧處理氣體
14‧‧‧排氣風扇
13‧‧‧放出管
7‧‧‧洗淨塔
16‧‧‧灑水噴嘴
4a‧‧‧上面
9b‧‧‧空間
8‧‧‧洗淨水
18‧‧‧抽水幫浦
Claims (2)
- 一種除害方法，其特徵為：將含有六氯化二矽的排放氣體不含水分地而導入至500℃以上之溫度的反應處理區域，並且將包含有水分的含氧氣之氣體供給於該反應處理區域，於前述反應處理區域內至少氧化分解排放氣體中的六氯化二矽，前述包含有水分的含氧氣之氣體，係在藉由從被作了氧化分解之前述排放氣體而來之熱而被作了加熱後，被供給至前述反應處理區域中。
- 一種除害裝置，其特徵為，具備有下述構成：反應塔，係被連接於排出含有六氯化二矽的排放氣體之半導體製造裝置，並且具有並不含有水分地而加熱分解排放氣體的500℃以上的溫度之反應處理區域；和濕潤有氧氣體供給部，係於前述反應塔的反應處理區域，供給水分及含氧氣之氣體；和洗淨塔，係水洗淨從反應塔所排出的處理氣體；和洗淨水槽，係回收洗淨水，前述反應塔，係具備有外筒、和被配設於前述外筒之內部的內筒，在前述外筒的內面和前述內筒的外面之間，係被設置有空間，前述水分以及含氧氣之氣體，係通過前述內筒之內部以及前述空間的其中一方，而被供給至前述反應處理區域， 從前述反應處理區域而排出之前述處理氣體，係通過前述內筒之內部以及前述空間的另外一方，而被從前述反應塔排出。
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