CN102257181B - 具有氟气发生装置的半导体制造设备 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种具有氟气发生装置的半导体制造设备，其包括氟气发生装置、以及使含有氟系气体的废气燃烧的除害装置。上述氟气发生装置通过在含有氟化氢的熔融盐的电解浴中电解氟化氢，在阳极侧产生主成分为氟气的主生成气体，并且在阴极侧产生主成分为氢气的副生成气体。上述半导体制造设备还包括将从氟气发生装置产生的副生成气体向上述除害装置引导的导出路径，上述除害装置具有将送至除害装置的副生成气体用作燃烧剂的机构。

Description

具有氟气发生装置的半导体制造设备
技术领域
本发明涉及一种利用电解来产生氟气的装置，优选利用半导体器件等的制造等中所使用的装置附近的电解来产生氟气的装置。 
背景技术
在半导体的制造中，在半导体晶圆、LCD基板等被处理基板上进行成膜、蚀刻、扩散等处理，该处理在被执行氟气等处理的处理室内进行。在该处理室内，进行例如硅膜、氧化硅膜等薄膜的蚀刻、处理室内的清洁等，在这些处理中使用从靠近该处理室的氟气发生装置(现场式氟气发生装置)导出的氟气的技术受到注目。 
关于该氟气发生装置，公知有使用电解槽的装置。在使用电解槽的装置中，通过在电解浴中从含有氟化氢的熔融盐电解出氟化氢，在阳极侧产生主成分为氟气的主生成气体，并且在阴极侧产生主成分为氢气的副生成气体。 
由于主成分为氢气的副生成气体具有可燃性、爆炸性，因此需要进行安全处理。例如，专利文献1公开了将产生的氢气利用惰性气体稀释后排出系统外的方法。此外，专利文献2公开了在含有氧气的气流中使氢气燃烧的方法。 
现有技术文献 
专利文献 
专利文献1：日本特开2005-97667号公报 
专利文献2：日本特开2005-224797号公报 
发明内容
由氟气发生装置副生成的氢气需要进行安全处理，但是若单纯地处理该氢气，则存在资源效率、能量效率不高的问题。本发明的目的在于提供一种能够有效利用以以往主要进行安全处理的氢气为主成分的副生成气体的方法，以及有效利用副生成气体的半导体制造设备。 
本发明的半导体制造设备包括：氟气发生装置；导出路径，其用于引导从上述发生装置产生的氟系气体；具有处理室的装置，其与上述导出路径相连结，该处理室用于进行上述主生成气体的处理；除害装置(detoxification device)，其用于使从上述具有处理室的装置排出的含有氟系气体的废气燃烧；其特征在于，上述氟气发生装置通过在含有氟化氢的熔融盐的电解浴中电解氟化氢，在阳极侧产生主成分为氟气的主生成气体，并且在阴极侧产生主成分为氢气的副生成气体，上述半导体制造设备还包括将从氟气发生装置产生的副生成气体向上述除害装置引导的导出路径，上述除害装置具有将送至除害装置的副生成气体用作燃烧剂的机构。 
导入到具有进行半导体的制造的处理室的装置、例如溅射、真空蒸镀等的物理气相沉积成膜装置、热CVD(化学气相蒸镀)装置、等离子CVD法装置等装置的处理室内的氟气是，在进行薄膜的蚀刻、处理室内的清洁等处理之后，转变为含有氟气的废气。由于需要将该废气进行无害化处理后向系统外排出，因此废气从上述处理室送至除害设备。 
在本发明中，为了利用废气的燃烧来进行除害并提高上述废气燃烧的效率，将以往只是单纯地进行了排气处理的、主成分为氢气的副生成气体向除害设备导出，作为燃烧剂。 
以往，在处理从溅射、CVD等半导体处理装置排出的废气 的除害设备中，作为主要的燃烧剂，使用了以甲烷为主成分的液化天然气(称作LNG气体)、以丙烷、丁烷等为主成分的液化石油气体(称作LPG气体)等烃类气体。 
作为燃烧剂，除上述LNG气体、LPG气体之外，还可列举氢气。由于与甲烷气体等天然气相比较，氢气的燃烧速度大10倍以上，火焰的点火特性等优良，因此氢气是优良的燃烧剂。 
但是，与天然气相比较，氢气的燃烧范围广，燃烧速度也大，因此有爆炸的危险性。因此，在将氢气用作燃烧剂的情况下，与甲烷等天然气相比较，会增加对供给氢气的泵等的使用等维护作业负担，由于该理由，将氢气用作供给给除害设备的燃烧剂的例子极少。 
本发明具有如下优点：不将主成分为氢气的副生成气体系统外排出，而将其作为燃烧剂而有效利用，实现资源的效率化、能源的效率化，而且，无需在除害设备上设置维护作业负担较大的氢气用泵等就能够提高除害设备的燃烧效率。 
此外，本发明提供一种氟气发生装置的副生成气体的除害方法，该氟气发生装置通过在含有氟化氢的熔融盐的电解浴中电解氟化氢，在阳极侧产生主成分为氟气的主生成气体，并且在阴极侧产生主成分为氢气的副生成气体，其特征在于，该方法包括以下工序：将上述主生成气体导入到上述具有处理室的装置中的工序；向从上述具有处理室的装置排出的含有氟系气体的废气中加入上述副生成气体的工序；以及使上述废气和上述副生成气体一同燃烧的工序。 
此外，本发明提供一种具有氟气发生装置的半导体制造设备，其特征在于，该半导体制造设备包括：氟气发生装置，其通过在由含有氟化氢的熔融盐构成的电解浴中电解氟化氢，在阳极侧产生主成分为氟气的主生成气体，并且在阴极侧产生主 成分为氢气的副生成气体；第1导出路径，其用于引导从上述发生装置产生的含有氟气的主生成气体；具有处理室的装置，其与上述第1导出路径相连结，该处理室用于进行上述主生成气体的处理；第2导出路径，其用于引导从上述发生装置产生的含有氢气的副生成气体；纯化装置，其与上述第2导出路径相连结，并且用于降低上述副生成气体中的氟化氢浓度；第3导出路径，其设置于上述纯化装置，并用于引导纯化后的氢气；以及燃料电池设备，其与上述第3导出路径相连结，并且将上述纯化后的氢气用作燃料来发电；将由上述燃料电池设备发电的电力，用作氟气发生装置的电力源、或者与氟气发生装置一并设置而利用的半导体处理装置的电力源。 
此外，优选的是，上述纯化装置包括：湿式洗气器；以及脱水塔，其温度范围设定在氢气的沸点以上并且水的熔点以下。此外，优选的是，上述湿式洗气器具有至少一个使用碱溶液的湿式洗气器。 
附图说明
图1是表示半导体制造设备1的系统的主要部分的概略图； 
图2是表示用于说明除害设备4、洗气器5的例子的主要部分的图； 
图3是表示将氢气用作燃料电池的燃料的半导体制造设备的主要部分的概略图； 
图4是用于纯化氢气的纯化装置的概略图。 
具体实施方式
本发明的具有氟气发生装置的半导体制造设备向对从进行氟气等处理的处理室内排出的氟气进行除害化的设备导入一旦 与氟气接触就会产生危险的氢气，不将在氟气发生装置中产生的副生成气体向系统外排出，而将其作为燃烧剂有效利用，因此起到实现资源的效率化、能源的效率化的功效。 
使用附图说明本发明的半导体制造设备的优选例子。图1是表示本发明的半导体制造设备1的系统的主要部分的概略图。在氟气发生装置2中形成含有氟化氢的熔融盐的电解浴23。在电解浴23中插入未图示的阳极、阴极，通过这些进行电解，从而在阳极侧21生成主成分为氟气的主生成气体，在阴极侧22生成主成分为氢气的副生成气体。主生成气体和副生成气体被隔壁24隔开。 
作为形成电解浴23的熔融盐的例子，可列举酸式氟化钾等。主生成气体经由用于引导主生成气体的导出路径103导入到进行主生成气体处理的处理室3。在半导体的制造中，处理室3用于进行半导体晶圆、LCD基板等被处理基板的成膜、蚀刻、扩散等处理。在进行这些处理时，向处理室3导入上述主生成气体，从而进行例如硅膜、氧化硅膜等薄膜的蚀刻。此外，为了对处理室3进行清洁，也导入上述主生成气体。 
副生成气体经由向除害设备4引导副生成气体的导出路径104a被导入到除害设备4。从处理室3排出的含有氟系气体的废气经由导出路径104b被导入到除害设备4中，该导出路径104b用于向除害设备4引导从处理室3排出的含有氟系气体的废气。 
在导出路径103的路径区域，也可以根据需要配置泵、压力和流量调整阀、压力计、纯化装置等。此外，在导出路径104a的路径区域，也可以根据需要配置泵、压力和流量调整阀、压力计等，在导出路径104b的路径区域，也可以根据需要配置泵、压力和流量调整阀等。 
由于根据电解浴中含有的氟化氢的蒸气压，在主生成气体、 副生成气体中分别含有氟化氢气体，因此也可以在导出路径103、104a的路径区域配置用于捕捉氟化氢的设备、例如NaF吸收管等。 
在除害设备4中，通过使含有氟系气体的废气燃烧来进行除害。图2示出用于说明除害设备4的例子的主要部分。此外，图2还一并示出洗气器5的例子的主要部分。另外，作为在这里能够处理的含有氟系气体的废气的例子，可列举含有F2等卤素、SiF4等氟化硅、BF3等氟化硼、TiF4等氟化钛、WF6等氟化钨、GeF4等氟化锗、CF4等氟化碳、AsF5等氟化砷、PF5等氟化磷、SF6等氟化硫、NbF5等氟化铌、SeF6等氟化硒、MoF4等氟化钼等的废气。 
含有氟系气体的废气经由导出路径104b(在图2中示出含有氟系气体的废气的导入路径408a～408b)被导入到除害设备4中。利用压力传感器407、阀411等对含有氟类气体的废气导入除害设备的导入量进行调节。 
另一方面，主成分为氢气的副生成气体经由导出路径104a(在图2中示出副生成气体的导入路径402)被导入到除害设备4中。燃烧剂从燃烧气体的导入路径401、导入路径402导入到除害设备4中。如图2所示，由含有氟系气体的废气的导入路径408a～408b、燃烧气体的导入路径401、副生成气体的导入路径402形成燃烧器。利用导入路径401导入燃烧剂，在燃烧室403内点火并形成火焰。在图2的例子中，像上述那样形成的燃烧器和燃烧室403相当于将副生成气体用作燃料剂的机构。在点火时，也可以利用导入路径402导入上述副生成气体。此外，也可以仅利用导入路径402导入上述副生成气体，将其作为燃料剂进行点火。 
在形成火焰后，含有氟系气体的废气从导入路径408a～ 408b导入到除害设备4中，进行该废气的燃烧。在进行该废气的燃烧的期间，根据来自压力传感器407、温度传感器409、pH传感器410等的指示，对各气体的导入量进行调节。也可以以从导入路径401导入的燃烧剂作为用于燃烧的主剂，以从导入路径402导入的上述副生成气体作为助燃剂，进行本发明的设备的作业。 
作为利用导入路径401导入的燃烧剂的例子，可列举甲烷气体、乙烷气体、丙烷气体、丁烷气体、乙炔气体、氢气等。而且，也可以使用这些气体的混合物。 
在燃烧室403的燃烧中，氢气和氧气反应生成水，氟气和氢气反应生成氟化氢，生成氟酸水溶液。优选的是，该水溶液在进行除害化之后排出系统外。优选的是，该水溶液经由导出路径105导入到洗气器5中。 
图2所示的洗气器包括液罐501、液面传感器502、液漏传感器503。根据来自这些传感器的指示，从供液路径504导入水等补给液。此外，从供液路径505导入氢氧化钾等碱性溶液，中和液罐501内的溶液，从导出路径506向系统外排出废液。也可以在导出路径上设置pH传感器，根据该传感器的指示，对来自路径505的碱性溶液的导入量进行调节。 
在上述中，对将作为副生成气体的氢气用作进行燃烧除害的燃料的实施方式(以下，称作第1实施方式)进行了说明，但也可以将作为副生成气体的氢气用作燃料来发电，有效利用副生成气体。 
在现有的利用电解法来产生氟气的氟气发生装置中，存在氟气发生装置的电力消耗大的问题。 
因此，本发明人得出如下见解：将在电解工序中附带生成的氢气作为燃料，用于发电而获得电力，可将所获得的电力用 于氟气发生装置。 
具体地说，是如下方法：纯化在电解工序中生成的含有氢气的副生成气体，将纯化后的氢气用作燃料电池的燃料，将由燃料电池发电的电力用作氟化氢发生装置的电力。 
以下，对将作为副生成气体的氢气用于发电而有效利用副生成气体的实施方式(以下，称作第2实施方式)进行说明。 
图3示出将在氟气发生装置中作为副生成气体产生的氢气用作燃料电池的燃料的本发明的半导体制造设备的主要部分的概略。 
参照图3，对本发明的第2实施方式的半导体制造设备200进行说明。以下，以与上述第1实施方式的不同点为中心进行说明，对与第1实施方式相同的结构标注相同的附图标记，省略其说明。 
半导体制造设备200将由氟气发生装置2生成的氢气供给到燃料电池设备6中，将氢气用作燃料，将由燃料电池设备6发电的电力用作氟气发生装置2的电力源。 
氟气发生装置2可适用与上述的氟气发生装置2相同的装置。 
在氟气发生装置2中的电解浴23的阳极侧21连接有引导含有氟气的主生成气体的导出路径103，并且在其下游设置有进行主生成气体处理的处理室3。 
在氟气发生装置2中的电解浴23的阴极侧22连接有引导含有氢气的副生成气体的导出路径104a，在其下游设置有纯化装置50，该纯化装置50用于去除含有氢气的副生成气体中的不纯物，纯化氢气。而且，在纯化装置50上设置有导出路径104c，该导出路径104c用于引导在纯化装置50中进行纯化处理后的氢气，在导出路径104c的下游设置有燃料电池设备6，被供给 纯化后的氢气。 
燃料电池设备6连接于氟气发生装置2中的电解槽的电力源(未图示)。此外，燃料电池设备6也可以连接于进行CVD、溅射等的半导体制造的处理室3的电力源。 
接着，对纯化装置50进行说明。 
由于根据在电解浴中含有的氟化氢的蒸气压，在氟气发生装置中作为副生成气体而产生的氢气中含有氟化氢，因此需要去除氢气中的氟化氢。纯化装置50是用于分离并去除氢气中含有的不纯物、特别是氟化氢的装置。 
作为去除氢气中的氟化氢的方法，只要是能够去除氟化氢气体的方法，就没有特别的限定，可列举采用使用了水、碱溶液的湿式洗气器(排气处理装置)的方法、采用填充氟化钠(NaF)等作为吸附氟化氢的药剂的吸收塔的方法等。 
采用湿式洗气器的方法、采用填充有NaF等药剂的吸收塔的方法中的任意一种方法都可以适用于本发明的第2实施方式，在采用湿式洗气器的方法中，由于用于处理气体的溶液为液体，因此与使用NaF等的固体药剂的情况相比，药剂的交换频率小，能够处理更多量的气体，因此优选使用湿式洗气器。 
以下，对采用湿式洗气器作为纯化装置的纯化装置进行说明。 
图4是用于纯化作为副生成气体而产生的氢气的纯化装置的概略图。以下，参照图4对纯化装置50进行说明。 
在用于引导含有氢气的副生成气体的导出路径104a的下游，作为湿式洗气器，在第1段设置水洗气器51，在第2段设置碱洗气器52、而且在其后段设置脱水塔53。 
虽然欲充分地去除副生成气体中的氟化氢，优选的是，作为湿式洗气器，在水洗气器51的后段设置碱洗气器52，但也可 以只使用碱洗气器52进行纯化。 
作为湿式洗气器中使用的碱溶液，可使用氢氧化钾、(KOH)溶液、氢氧化钠(NaOH)溶液等，在使用NaOH溶液的情况下，随着中和处理的进行，析出氟化钠(NaF)，有时导致洗气器溶液不容易循环，因此优选使用KOH溶液。 
优选的是，脱水塔53内的温度设定为氢气的沸点(-252.78℃)以上并且水的熔点(0℃)以下。 
关于脱水塔53内的温度调节，只要能够调节脱水塔53内的温度，就没有特别的限定，例如，可列举利用液体氩或液体氮来冷却的方法、使用干冰的方法、使用载热体或制冷剂的加热冷却装置的方法等。 
而且，也可以在脱水塔53的下游设置在内部收容有分子筛的吸收塔(未图示)。此外，在吸收塔的内部，除分子筛之外，也可以在配置分子筛的上游配置供微量的氟化氢附着的氧化钙(CaO)、活性氧化铝(Al2O3)等。 
关于本发明中使用的燃料电池，只要是将氢气用作燃料的类型，就没有特别的限定，例如，可列举固体高分子形燃料电池、磷酸型燃料电池等。 
利用燃料电池获得的电力不仅可以用作氟气发生装置的电力源，还可以用作与氟气发生装置一并设置而利用的半导体处理装置、例如CVD、溅射等的电力源。 
根据以上的实施方式，发挥以下所示的作用效果。 
根据本发明的第2实施方式，由于在氟气发生装置中设置有纯化作为副生成气体而产生的氢气的纯化装置、将纯化后的氢气用作燃料的燃料电池设备，因此能够不将附带生成的氢气向系统外排出，而有效利用于燃料电池设备的燃料，生成电力。 
而且，将由燃料电池设备发电的电力用作氟气发生装置、与氟气发生装置一并设置而利用的半导体处理装置的电力源，从而能够提供有效利用从氟气发生装置产生的氢气的半导体制造设备。
附图标记说明
1、200半导体制造设备；2氟气发生装置；21阳极侧；22阴极侧；23电解浴；24隔壁；3进行主生成气体处理的处理室；4除害设备；50纯化装置；6燃料电池设备；51水洗气器；52碱洗气器；53脱水塔；103用于导出主生成气体的导出路径；104a用于向除害设备4引导副生成气体的导出路径。 

Claims (5)

1.一种半导体制造设备，包括：
氟气发生装置；
导出路径，其用于引导从上述发生装置产生的含有氟系气体的主生成气体；
具有处理室的装置，其与上述导出路径相连结，该处理室用于进行上述主生成气体的处理；以及
除害装置，其用于使从上述具有处理室的装置排出的含有氟系气体的废气燃烧；其特征在于，
上述氟气发生装置通过在含有氟化氢的熔融盐的电解浴中电解氟化氢，在阳极侧产生主成分为氟气的主生成气体，并且在阴极侧产生主成分为氢气的副生成气体，
上述半导体制造设备还包括将从氟气发生装置产生的副生成气体向上述除害装置引导的导出路径，
上述除害装置具有将送至除害装置的副生成气体用作燃烧剂的机构。
2.一种氟气发生装置的副生成气体的除害方法，该氟气发生装置通过在含有氟化氢的熔融盐的电解浴中电解氟化氢，在阳极侧产生主成分为氟气的主生成气体，并且在阴极侧产生主成分为氢气的副生成气体，其特征在于，
该方法包括以下工序：
将上述主生成气体导入到上述具有用于处理主生成气体的处理室的装置中的工序；
向从上述具有处理室的装置排出的含有氟系气体的废气中加入上述副生成气体的工序；以及
使上述副生成气体作为燃烧剂，同上述废气一同燃烧的工序。
3.一种半导体制造设备，其特征在于，该半导体制造设备包括：
氟气发生装置，其通过在由含有氟化氢的熔融盐构成的电解浴中电解氟化氢，在阳极侧产生主成分为氟气的主生成气体，并且在阴极侧产生主成分为氢气的副生成气体；
第1导出路径，其用于引导从上述发生装置产生的含有氟气的主生成气体；
具有处理室的装置，其与上述第1导出路径相连结，该处理室用于进行上述主生成气体的处理；
第2导出路径，其用于引导从上述发生装置产生的含有氢气的副生成气体；
纯化装置，其与上述第2导出路径相连结，并且用于降低上述副生成气体中的氟化氢浓度；
第3导出路径，其设置于上述纯化装置，并用于引导纯化后的氢气；以及
燃料电池设备，其与上述第3导出路径相连结，并且将上述纯化后的氢气用作燃料来发电；
将由上述燃料电池设备发电的电力，用作氟气发生装置的电力源、或者与氟气发生装置一并设置而利用的半导体处理装置的电力源。
4.根据权利要求3所述的半导体制造设备，其特征在于，
上述纯化装置包括：
湿式洗气器；以及
脱水塔，其温度范围设定在氢气的沸点以上并且水的熔点以下。
5.根据权利要求4所述的半导体制造设备，其特征在于，
上述湿式洗气器具有至少一个使用碱溶液的湿式洗气器。
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