DD200980A1

DD200980A1 - Verfahren und vorrichtung zur abgasentgiftung bei plasmachemischen aetzprozessen

Info

Publication number: DD200980A1
Application number: DD23490681A
Authority: DD
Inventors: Andreas Gross; Juergen Geissler; Volkmar Lampert; Gerhard Klein; Peter Ullmann; Friedemann Erbe; Manfred Voigt
Original assignee: Andreas Gross; Juergen Geissler; Volkmar Lampert; Gerhard Klein; Peter Ullmann; Friedemann Erbe; Manfred Voigt
Priority date: 1981-11-17
Filing date: 1981-11-17
Publication date: 1983-06-29
Also published as: DD200980B1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Abgasentgiftung bei plasmachemischen Aetzprozessen zur Strukturierung von Halbleiterbauelementen. Das Ziel der Erfind ist es, die Belastung der Umwelt mit toxischen fluor- und/oder chlorcarbonhaltigen Abgasen zu vermeiden. Erfindungsgemaess wird die Aufgabe dadurch geloest, dass das aus dem Rezipienten einer plasmachemischen Aetzanlage austretende Abgas gespeichert wird und anschliessend, nach dem es von den enthaltenden Oelbestandteilen getrennt wurde, mittels eines Aerosol, bestehend aus 5-40 % Kaliumhydroxidloesung, die mit 5-40 % Methanol versetzt sein kann, in einem geeigneten Reaktionsgefaess entgiftet wird. Bei der Erfindung bilden sich in Kaliumhydroxidloesung loesbar Salze und/oder Ester

Description

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Verfahren und Vorrichtung zur Abgasentgiftung bei plasmachemischen Ätzprozessen

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Entgiftung toxischer fluor- und chlorcarbonhaltiger Abgase,- wie sie bei der Strukturierung von Halb!eiterelernenten' durch plasmachemische Ätzprozesse entstehen und eine Vorrichtung zur Durchfiihrung des Verfahrens.

Charakteristik der bekannten technischen lösungen

Die Erzeugung kleiner Strukturen in verschiedenen Materialien,' wie Silizium, Siliziumoxid, Siliziumnitrid oder Aluminium, bei der Herstellung von Halbleiterbauelementen erfolgt in großem "umfang durch plasmachemische Ätzprozesse.

Dabei werden unter dem Einfluß einer hochfrequenten Entladung aus fluor- und/oder Chlorcarbonen reaktive Ätzmedien erzeugt.·

Die entstehenden Reaktionsprodukte enthalten einen hohen Anteil toxischer Substanzen, die über ein Abgassystem an die Umwelt abgegeben werden. Die dabei auftretenden Konzentrationen können weit über, den MIS Werten liegen. "

S¹Ur die bei plasmachemischen Ätzprozessen zur Strukturierung von Halbleiterbauelementen auftretenden t'oxi-

sehen Abgase sind nach Stand der Technik Iceine Verfahren und Torrichtungen zur Entgiftung bekannt. Es ist aber bekannt, mit toxischen Stoffen behaftete Gasströme in P-einigungstürmen mit Hilfe einer geeigneten Waschflüssigkeit zu entgiften. Im Reinigungsturm wird die Waschflüssigkeit und der Gasstrom im Gegenstrom geführt.

Durch den Einsatz von Püllkörpern im Reinigungsturm wird eine große Reaktionsoberfläche erreicht und bei entsprechend langer Verweilzeit des Gases ein hoher Umsetzungsgrad, d., h. eine große Entgiftungswirkung erzielt.

Da plasmachemische Ätzprozesse im Vakuum verlaufen, treten, durch die Anwendung von Vakuumpumpen, Ölnebel zusammen mit dem toxischen Abgas aus dem Rezipienten aus. Diese Ölnebel wurden sich auf den Süllkö'rpern niederschlagen und die Reaktionsoberfläche verringern und damit den Umsetzungsgrad herabsetzen.

Ziel der Erfindung

Ziel der Erfindung ist es, die Belastung der Umwelt mit toxischen fluor- und/oder chlorcarbonhaltigen Abgasen* zu vermeiden.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren und eine Vorrichtung zu schaffen, die die Abgabe der bei plasmachemischen Ätzprozessen zur Strukturierung von Halbleiterbauelementen auftretenden toxischen fluor- und/oder chlorcarbonhaltigen'Abgase an die Umwelt vermeidet. Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß der aus dem Rezipienten austretende und von Ölbestandteilen getrennte Abgasstrom mittels eines Kaliumhydroxidaerosols, das mit einem Alkanol versetzt sein kann, in einem geeigneten Reaktionsgefäß bei Normaldruck und Raumtemperatur

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entgiftet wird. Bei der Entgiftungsreaktion "bilden sich in Kaliumhydroxidlösung lösbare Salze und/oder Ester.

Die Vorrichtung zur Abgasentgiftung bei plasmachemischen Ätzprozessen besteht aus einem Speicherbehälter, der an die Ätzanlage angeschlossen ist. Über eine mit einem Reduzierventil versehene Leitung ist der Speicherbehälter mit dem nachfolgenden Ölabscheider verbunden» Der Ölabscheider ist mit einem Reaktionsgefäß verbunden. Die Verbindungsleitung vom Ölabscheider' mündet am Kopf des Reaktionsgefäßes. Ausgehend vom luß des Reaktionsgefäßes ist eine Steigleitung zu einem Vorratsbehälter, der oberhalb des Reaktionsgefäßes angebracht ist und mit einer Vakuumpumpe verbunden ist, angebracht. Der Vorratsbehälter ist über eine leitung mit Absperrventil und Drosselventil mit der am Kopf des Reaktionsgefäßes angeordneten Zerstäuberdüse verbunden. Am iuß des Reaktionsgefäßes ist eine Absaugleitung angebracht. Die Vorrichtung befindet sich in einem absaugbaren Behältnis.

Das Verfahren wird in der dazugehörigen Vorrichtung, wie im folgenden beschrieben, realisiert. Der Rezipient einer plasmächemischen Ätzanlage wird mittels Vakuumpumpen, wodurch Ölnebel im Abgas auftreten, diskontinuierlich nach jedem abgeschlossenen Ätzprozeß ausgepumpt. Das Abgas wird in einen, an die Ätzanlage anschließenden Speicherbehälter eingeleitet, mit dessen Hilfe der stoßweise Anfall des Abgases ausgeglichen wird. Anschließend wird das Abgas in einen nachfolgend angeordneten Ölabscheider geleitet. Danach wird das von seinen Ölbestandteilen befreite Abgas am Kopf des nachfolgend angeordneten Reaktionsgefäßes eingeleitet. Durch eine Trennwand im unteren Drittel ist das Reaktionsgefäß in einen Reaktionsraum und einen Vorratsbehälter (unteres Drittel) geteilt. Beide Räume sind durch ein in der Trennwand befindliches Verbindungsrohr

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verbunden.. Am Kopf des Reaktionsraumes wird, mittels einer Zerstäuberdüse und Druckluft KaliumhydrOXidlös'ung versprüht. Im Reaktionsraum erfolgt nun die chemische: Umsetzung der toxischen Bestandteile des Abgases. Das Kaliumhydroxidaerosol, das entgiftete Abgas und die Reaktionsprodukte des Entgiftungsprozesses gelangen über das Verbindungsröhr in den mit Kaliumhydroxidlösung gefüllten Torratsbehälter. Das sich zwischen Losungsoberfläche und Trennwand sammelnde entgiftete Abgas wird über eine Absaugleitung an die Umwelt abgeführt.

Die Kaliumhydroxidlösung wird durch Schließen des Absperrventils und Einschalten.der Vakuumpumpe vom Vorratsbehälter über die Steigleitung in den Hochbehälter gebracht. Nach Öffnen des Absperrventils und Abschalten der Vakuumpumpe wird das Zerstäuben der Kaliumhydroxidlösung fortgesetzt. Ist der Flüssigkeitsspiegel im Hochbehälter bis auf einen bestimmten Stand gesunken, wiederholt sich das Hochpumpen der Kaliumhydroxidlösung.

Die so im Kreislauf geführte Kaliumhydroxidlösung mit den darin gelösten Reaktionsprodukten wird zyklisch erneuert.

Die Vorrichtung zur Abgasentgiftung ist in einem geschlossenen Behältnis angeordnet. Mittels einer Vakuumpumpe werden die- an Verbindungsstellen der Vorrichtung austretenden Abgase aus dem Behältnis abgesaugt. Mit der erfindungsgemäßen lösung wird es ermöglicht, das bei plasmachemischen Ätzprozessen stoßweise auftretende toxische und mit Ölbestandteilen behaftete Abgas zu entgiften.

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Attsführungsbeispie1

Bei plasmachemischen,Ätzprozsssen zur Strukturierung von Halbleiterbauelementen werden axs Atzgas vor allem Tetrachlormethan, Tetrafluormethan'und Trifluormethan eingesetzt* .

Die Abgase, die aus den Rezipienten, in denen die Atzprozesse ausgeführt werden, abgepumpt werden, enthalten zumeist fluorwasserstoff, Fluorphosgen und SHiziumtetrafluorid, Außerdem enthalten die Abgase Ölbestandteile, die durch Vakuumpumpen, die zum Auspumpen der Rezipienten eingesetzt werden, hervorgerufen werden.

Das stoßweise anfallende Abgas wird gespeichert und nachfolgend von den enthaltenen Ölbestandteilen getrennt.

Die anschließend erfolgende Entgiftung, wird bei Normaldruck und Raumtemperatur mittels eines Aerosols, bestehend aus einer 15/^igen wäßrigen Kaliumhydroxidlösuzig durchgeführt» Dabei laufen folgende Reaktionen ab:

COP₂ + 4K0H β- 2KB¹ + 2H₃O ,

HP + KOH *- H +

+ 4Κ0Η β- 2KB¹ +

+ 6Κ0Η *- 4Ki¹ +

Bei der Aluminiumstrukturierung entstehen im Abgas HCl, COCl₂ und A1C1-, die mittels einer 15$igen wäßrigen Kaliumhydrozidlösung entgiftet werden.- Dabei kommt es zu folgenden Reaktionen:

HCl + . KOH »~ KCl + H₂O

COCl₀ + 4K0H »-2EC1 + K₀CO₃₊ 2H_o0

AlCl, + 6K0H *- 3KCl + K_ Al(OH)₁-

j pe.

Ätzt man sauerstofffreie Substrate mit Trifluormethan, so befindet sich im Abgas neben Siliziumtetrafluorid und fluorwasserstoff auch Perfluorisobuten.

Das so zusammengesetzte Abgas wird mit einem aus 15 Kaliumhydroxidlösung und 20 i> Methanol bestehenden Aerosol folgendermaßen entgiftet:

₄ + 6E0H 4Eff + HF + EOH «*- -EP +

Ci¹ Ci¹

^O⁷= CE- + CH-OH *- "^C - CI¹- ~ 0 - CP-

OT- 2.3 Cl, ' ^{2 3}

Perfluorisobutylester

Die bei den Entgiftungsreaktionen gebildeten Salze sind in der Ealiumhydroxidlösung löslich.

Die "Vorrichtung zur Abgasentgiftung bei plasmachemischen Ätzprozessen soll nachstehend an Hand ihrer Wirtaingsweise näher erläutert werden. Die dazugehörige Zeichnung zeigt eine Torrichtung zur Entgiftung der bei plasmachemischen Atzprozessen zur Strukrturierung von Halbleiterbauelementen auftretenden toxischen Abgase.

lach Abschluß des plasmachemischen Atzprozesses wird der Rezipient der Ätzanlage mittels Valcuumpumpen entleert» Die diskontinuierlich anfallenden toxischen Abgase werden zusammen mit den durch die Anwendung von Vakuumpumpen auftretenden Ölnebein in einen Speicherbehälter 1 eingeleitet. Durch den Speicherbehälter 1, an dessen Fuß sich zu Heinigungszwecken eine Verschlußschraube 18 befindet, wird eine stoßweise Belastung des Reaktionsgefäßes 4 -vermieden. In der Leitung, die den Speicherbehälter 1 mit dem nachfolgend angeordneten Ölabscheider 3 verbindet, befindet sich ein Reduzierventil 2. Mit dem Reduzierventil 2 wird die Gasbelastung des folgenden Entgiftungsprozesses eingestellt. Nach Durchlaufen des Ölabscheider 3 tritt das Abgas am

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Kopf des Reaktionsgefäßes 4 in den Reaktionsraum 5 ein.

Das Reaktionsgefäß 4- ist durch, eine Trennwand ΙΟ, SiGh im unteren Drittel, des Reaktionsgefäßes 4 befindet, in einen Reaktionsraum 5 und einen Vorratsbehälter 11 geteilt.

Mittels Druckluft und einer Zerstäuberdüse 6, die am Kopf des Reaktionsgefäßes 4 angeordnet ist, wird im Reaktionsraum 5 ein Aerosol aus Kaliumhydroxidlösung gebildet.

Die der Zerstäuberdüse 6 zugeleitete Kaliumhydroxidlösung wird über ein Drosselventil 8, das in der Zuleitung angebracht ist, reguliert.

Im Reaktionsraum 5 werden aus den toxischen Bestandteilen des' Abgases,durch die oben beschriebenen chemischen Reaktionen ungiftige Ester und/oder in Kaliumhydroxid lösliche Salze gebildet.

Über ein Verbindungsrohr 9, das den Reaktionsraum 5 mit dem Vorratsbehälter 11 verbindet und zentrisch in der Trennwand angebracht ist, gelangen Aerosol, entgiftetes Abgas und die Reaktionsprodukte in den Vorratsbehälter 11.. Das Verbindungsrohr 9 taucht in die Kaliumhydroxidlösung ein. Zwischen Trennwand 10 und der Oberfläche der im Vorratsbehälter 11' befindlichen Kaliumhydroxidlösungsammelt sich das entgiftete Abgas und wird über die Absaugleitung 12 abgeführt.

Die zur Entgiftung verwendete Kaliumhydroxidlösung wird im Kreislauf geführt. Dazu wird in durch den füllstand des Hochbehälters 7 bestimmten- Zyklen durch Schließen des Absperrventils 14 mittels einer über eine Saugleitung 13 angeschlossenen Wasserstrahlpumpe ein Vakuum erstellt, wodurch die Kaliumhydroxidlösung vom Vorratsbehälter 11 über die Steigleitung 15 in den Hochbehälter gelangt. Nach Öffnen des Absperrventils 14 und Abschalten der Wasserstrahlpumpe wird der Entgiftungsprozeß, wie oben beschrieben, fortgesetzt.

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Die Ealiumhydroxidlösung wird nach mehreren Entgiftungszyklen über das Ablaßventil 16 und die Abflußleitung 19 aus dem Vorratsbehälter 11 entfernt.

Über den Einfüllstutzen 17 wird anschließend reine Saliumhydroxidlösung in den Vorratsbehälter 11 eingebracht.

Die. "Vorrichtung zur Abgasentgiftung bei plasmachemischen Ätzprozessen ist in einem absaugbaren Behältnis angeordnet.

Die an Verbindungsstellen der Vorrichtung austretenden Abgase werden mittels einer Vakuumpumpe abgesaugt, sodaß keine Belastung des Arbeitsraumes mit dem toxischen Abgas auftreten kann.

Claims

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Erfindungsanspruch

T. ^erfahren zur- Abgasentgiftung bei plasmachemischen Ätzprozessen, gekennzeichnet dadurch, daß das Abgas nach "Verlassen des Rezipienten gespeichert wird, daß es anschließend von enthaltenen (^!bestandteilen getrennt wird und daß es danach mit- einem alkalischen Aerosol, insbesondere aus einer 5 - 40$igen Kaliumhydroxidlösung bestehend, entgiftet wird.
2. Verfahren nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß das Aerosol mit 5 - 40 $ Methanol versetzt wird- .
3. Vorrichtung zur Abgasentgiftung bei plasmachemischen Ätzprozessen, insbesondere zur Durchführung des Verfahrens nach Punkt 1 - 2, gekennzeichnet dadurch, daß einer.plasmachemischen Ätzanlage ein Speicherbehälter nachfolgend angeordnet ist, der über eine mit einem Reduzierventil versehenen Leitung mit einem Ölabscheider verbunden ist, daß dem Ölabscheider nachfolgend ein Reaktionsgefäß angeordnet ist, an dessen Kopf die Verbindungsleitung zum Ölabscheider angebracht ist, daß eine Steigleitung, ein Vorratsbehälter, ein Absperrventil und eine Vakuumpumpe, insbesondere eine Wasserstrahlpumpe, so angeordnet sind, daß eine Entgiftungsmitte 113 sung vom Ihiß des Reaktionsgefäßes ausgehend im Kreislauf geführt wird, daß am Kopf des Reaktionsgefäßes eine Zerstäuberdüse mit einem vorgeschaltetem Drosselventil angebracht ist, und daß das Reaktionsgefäß mit einer Absaugleitung verbunden ist.
4. Vorrichtung nach Punkt 3, gekennzeichnet dadurch, daß der Ölabscheider und das Reaktionsgefäß über eine gemeinsame Abflußleitung mit einem Ablaßventil verbunden sind.

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5· Vorrichtung nach Punkt 3 und 4, gekennzeichnet· dadurch, daß am Puß des Reaktionsgefäßes ein Einfüllstutzen angebracht ist.
6. Vorrichtung nach Punkt 3 bis 5» gekennzeichnet dadurch, daJ3 im unteren Drittel des Reaktionsgefäßes oberhalb der Anschlüsse der Steigleitung, des Sinfüllstutzens, der Absaugleitung und der Abflußleitung eine Trennwand mit Verbindungsrohr angebracht ist.
7. Vorrichtung nach Punkt 6, gekennzeichnet dadurch, daß das Verbindungsrohr unterhalb der Einmündung der ' Steigleitung endet.
8. Vorrichtung nach Punkt 3_r gekennzeichnet dadurch,

daß am Puß des 'Speicherbehälters eine Verschlußschraube angebracht ist.
9. Vorrichtung nach Punkt 3, gekennzeichnet dadurch, daß ein absaugbares Behältnis die Vorrichtung umschließt.

Hierzu 1 Seite Zeichnung