DD207157A1

DD207157A1 - Verfahren und vorrichtung zur reinigung halogenhaltiger plasma-prozessabgase

Info

Publication number: DD207157A1
Application number: DD23879782A
Authority: DD
Inventors: Hans-Juergen Tiller; Burkhard Langguth; Karin Dumke; Reinhard Voigt; Matthias Clauss; Reinhard Fendler; Martin Wenzel
Original assignee: Mikroelektronik Zt Forsch Tech
Priority date: 1982-04-07
Filing date: 1982-04-07
Publication date: 1984-02-22
Also published as: DD207157B1

Abstract

Die erfindungsgemaesse Loesung dient zur Reinigung von halogenhaltigen Plasma-Prozessabgasen. Ziel der Erfindung ist es, halogenhaltige Plasma-Prozessabgase zu reinigen, um Korrosionsschaeden bei den Vakuumpumpen und Gesundheitsschaeden des Bedienungspersonals zu vermeiden. Das Wesen der Erfindung besteht darin, dass die halogenhaltigen Plasma-Prozessabgase im Vakuum ueber einen eine ausreichende Kontaktflaeche besitzenden Feststoff bei erhoehter Temperatur gefuehrt und durch Reaktion mit diesem in eine feste Verbindung ueberfuehrt werden. Zwischen Plasmaaetzanlage und Vakuumpumpe ist eine mit Eisenspaenen versehene und beheizbare Reaktionskammer zur Vernichtung der Abgase angeordnet.

Description

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Verfahren und Vorrichtung zur Reinigung halogenhaltiger Plasma-Prozeßabgase

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die erfindungsgemäße Lösung eignet sich zur !Reinigung von lialoger haltigen Abgasen, insbesondere zur Reinigung von halogenhaltigen Plasma-Prozeßabgasen, die bei der Bearbeitung von Substraten für die Mikroelektronik entstehen.

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

Die Beseitigung halogenhaltiger Abgase aus Prozeßabprodukten stellt aus Gründen der Korrosion der verwendeten technischen Anlagen und aus Gründen des Umweltschutses ein wichtiges·, zu lösendes Problem dar. Abgasströme, die mit Überdruck oder Konvektion Anlagen verlassen, können durch Einleiten in geeignete flüssige Bäder, die hinreichend bekannt cind, von Cl-haltigen Beimengungen befreit werden, üiine weitere Möglichkeit besteht im Einsatz von Filtern, die über Adsorptions- und Reaktionsprozesse diese Komponenten aus dem Abgas entfernen.

Im Falle von Vakuuinprozessen gestaltet sich die Vernichtung diese Abgase schwieriger, da ein Durchleiten des Gases durch flüssige iJedien nicht möglich ist. Diese besitzen einen zu hohen Dampfdruc und würden bei Anwendung leistungsfähiger Pumpen sich stark abkühlen und in den festen und damit für den verwendeten Zweck unwirksamen Zustand übergehen.

Deshalb bleibt als Möglichkeit hier lediglich der Einsatz von Filtern. Diese reduzieren jedoch in der üblichen Form die Durchlaßfähigkeit des Strömungssystems und sind, wenn es sich nicht ug eine Spurenbeseitigung handelt, so, daß dieses Verfahren außerordentlich kostspielig ist.

Aia weiteres und beispielsweise in Plasmaätzanlagen angewandtes Verfahren besteht im Einbau von Kühlfallen in das Vakuumsystem

Dadurch v/erden, wenn diese mit flüssigem Stickstoff gekühlt sind,

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die halogenhaltigen Gasbeiraengungen in der Kühlfalle kondensiert und müssen in periodischen Abständen aus der Kühlfalle entfernt werden. Dazu wird die Kühlfalle erwärmt, und die Produkte werden nach Verdünnung mit Schleppgasen im Überschuß abgebbar. Eine Entfernung der halogenhaltigen Komponenten ist mit bekannten Verfahren möglich. Bei der Kondensation von Plasmaabgasen kommt es teilweise neben einer Kondensation auch zu exothermen Reaktionen in der Kühlfalle, die zu einer Erwärmung der Kondensatoberfläche und damit zu einer Verminderung der Effektivität der Kühlfalle, insbesondere gegenüber Komponenten wie Gl₀ und HCl, die eine besonders hohe Aggressivität besitzen, führen. : j

Ziel der Erfindung

Ziel, der Erfindung ist es, halogenhaltige Plasma-Prozeßabgase zu reinigen, um Korrosionsschäden bei den Vakuumpumpen, Gesundheitsschäden-des Bedienpersonals und unzulässige Umweltbelastungen zu vermeiden.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Reinigung von halogenhaltigen Abgasen, die bei Vakuumprozessen, wie a. B. an Plasmaätzanlagen, anfallen, zu schaffen, welches es gestattet, ohne den Vakuumprozeß zu beeinflussen, bzw. ohne leistungsstärkere Vakuumpumpen zu benötigen, eine hinreichende Reinigung dieser schädlichen Abgase zu ermöglichen.

Urfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß die halogenhaltigen Plasma-Prozeßabgase im Vakuum über einen eine ausreichende Kontaktfläche besitzenden Feststoff bei erhöhter Temperatur geführt und durch Reaktion mit diesem in eine feste Verbindung überführt werden, die einen gegenüber dem Gesamtdruck vernachlässigbaren Partialdruck besitzt. Die Reaktion läuft bei Temperaturen über 400 ⁰G ab, wobei als Feststoff ein Metall verwendet wird. Erfindungsgemäß wird für die Vernichtung von Gl₂-haltigen !Verbindungen Eisen, vorzugsweise in Form von Eisenspänen, verwendet. Dabei läuft die Reaktion bei einer Temperatur von ca. 500 ⁰G ab.

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Der vorhandene Strömungswiderstand der Späne verändert sich durc die Ealogenidbildung im Verlauf der Reaktion. Srfindungsgemäß wird dieser Umstand dazu genutzt, um über den sich zeitlich ändernden Druckgradienten zwischen Bin- und Ausgang des mit Metall spänen gefüllten Reaktors dessen Zustand und damit seine Wirksam keit zu kontrollieren.

Bei Temperaturen oberhalb 450 ⁰G werden die meisten halogenhalti gen Verbindungen pyrolisiert und spalten die zu vernichtenden ha logenhaltigen Gruppen ab, die mit den Eisenspänen weiterreagiere Beicht die Pyrolysetemperatur nicht ε-.us, so wird das Abgas vor d Passieren der Sisenspäne einer Plasma-rTachverbrennung unterzogen wobei ein nahezu vollständiger Umsatz der halogenhaltigen Komponente in 01_o und HCl erfolgt. '

C.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens zeichnet sich dadurch aus, daß zwischen Plasmaätzanlage und Vakuumpumpe die mit den 'Sisenspänen versehene und beheizbaxe Heaictionskammer zur Vernichtung der halogenhaltigen Plasma-Prozeßabgase angeordnet ist. Vorzugsweise ist ein Teil der Vakuumabsaugleitung als Reaktionskammer ausgebildet. Nach einer weiterer Ausbildung der Vorrichtung ist vor der Reaktionskaamer ein Entladungsrohr für die Plasma-Nachverbrennung und nach der Reaktior kammer eine Kühleinrichtung angeordnet.

Um ein ausreichend großes Reservoir an Eisenspänen zu haben, sie die Erfindung einen separaten Vakuumbehälter als Reaktionswärme2 vor. Dieser Behälter ist topfförmig ausgebildet. Im Behälter is1 eine mit einem Heizelement versehene und mit Sisenspänen gefülH und/oder umgebene GasleiteiarichtungVangeordnet. Im unteren TeiJ des Behälters ist durch ein Sieb abgetrennt eine Kühleinrichtung angeordnet. In dieser als eine Art Sumpf ausgebildeten Kühleinrichtung sammeln sich die Rückstände des Reaktionsproduktes aus Sisenspänen und Prozeßabgas.

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Ausführungsbeispiele ;

Die Erfindung wird an Hana einer Zeichnung näher erläutert. In der Zeichnung zeigt %

Fig. Λ ι Vakuumabsaukleitung als Reaktionskammer

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Fig. 3? separate Reaktionskainmer. . / '^; Das aus der Plasmaätzanla^e 1 durch die Vakuumpumpe 2 abgesaugte halogenhaltig© Plasma™Pröseßäbgas wird bei erhöhter Temperatur im Valmum über einen metallischen Peststoff geführt. Als Feststoff werden über 450 ⁰C erhitzte Eisenspäne verwendet. Dabei kommt es bei richtiger Dimensionierung von Spanraenge und Abgasmenge zu einem vollständigen Umsata der Halogenverbindungen mit den Sisenspänen, deren Wirksamkeit bis zum vollständigen Umsatz erhalten bleibt. Bei Temperaturen oberhalb 450 ⁰C werden die meisten halogenhaltigen Verbindungen pyrolisiert und spalten die zu vernichtenden ,halogenhaltigen Gruppen ab, die mit den Bisenspänen weiter reagieren.

Falls die Zusammensetzung des Prozeßgases so beschaffen ist, daß die Pyrolysetemperatur nicht ausreicht, so wird das Prozeßabgas vor der Reaktion in einem Entladungsrohr einer Plasma-Nachverbrennung unterzogen, wobei ein nahezu vollständiger Umsatz der halogenhaltigen Komponenten in CIp und HGl erfolgt.

Die Effektivität von Eisenspänen ist so hoch, daß man die Packung der Späne so wählen kann, daß der Strömungswiderstand so gering ist, daß keine aufwendigen Nachrüstungen im Vakuumsystem erforderlich sind.

Die einfachste Form einer /orrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist in Fig. 1 dargestellt. Ein Stück der Vakuumabsaugleitung 3 ist mit Eisenspänen 5 versehen und wird mittels eines Heizelementes 10 erhitzt. Somit ist zwischen Plasmaätzanlage 1 und Vakuumpumpe 2 eine Beaktionskammer 4 zur Reinigung des Prozeßabgases geschaffen. Die Rückstände des Reaktionsproduktes werden nach dem vollständigen Umsatz der Bisenspäne aus dem als Keaktionskamrner 4 ausgebildeten Stück der Vakuumabsaugleitung

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entfernt. Als Material für die Reaktionskanimer 4 eignet sich Quars oder Keramik, und abhängig von den Temperaturen sowie von den au vernichtenden Abgasen in beschränktem Maße auch Metall.

In der Fig. 2 ist vor der Reaktionskammer 4 ein als Hohlkathode ausgebildetes Entladungsrohr 6 angeordnet, welches in Abhängigkeit vom Druck und Gasart mit einer Spannung von 100 bis 1QÖ0 V beaufschlagt wird. Der Reaktionskammer 4 schließt sich eine Kühleinrichtung 7 an, die mit Wasseranschlüssen 8 versehen ist. Das Entladungsrohr 6 ist mittels Isolatoren 9 isoliert zwischen äer Absaugleitung 3 und Reaktionskammer 4 angeordnet.

Um ein ausreichend großes Reservoir aa Eisenspänen zu· haben, empfiehlt es sich entsprechend 3?ig. 3 einen separaten Vakuumbehälter 11 vorzusehen. Dieser topfförmige Behälter 11 ist zwischen der Plasmaätzanlage und Vakuumpumpe 2 in der Vakuumabsaugleitung 3 eingebunden. Im Behälter 11 ist die als Reaktionskammer ausgebildete Gasleiteinrichtung 17 angeordnet. Diese ist von dem Heizelement 10 umgeben und mit Eisenspänen 5 gefüllt und/oder um- geben. Der untere Teil des Behälters 11 ist durch ein Sieb 14, durch welches die Bisenspäne gehalten werden,.abgetrennt und bildet somit als eine Art Sumpf die Kühleinrichtung 7· In der Kühleinrichtung 7 sammeln sich die Rückstände 16 des Reaktionsproduktes aus Eisenspänen und Proaeßabgas. ;

Damit die Sisenspäne in die Gasleiteinrichtung 17 eingebracht werden können, ist der Behälter 11 mit einen Deckel 12 und die Gasleiteinrichtung 17 mit einen Deckel 15 versehen. Der Boden ist zum Zwecke der Entfernung der Rückstände 16 lösbar am Behälter 11 befestigt.

Claims

238797 5 s Erf indungsanspru.cn

1. Verfahren zur Reinigung halogenhaltiger Plasma-Prozeßabgase, die bei der Bearbeitung von Substraten für die Mikroelektronik, wie z. B. in Plasmaätzanlagen entstehen, gekennzeichnet dadurch, daß die halogenhaltigen Plasma-Prozeßabgase im Vakuum über einen eine ausreichende Kontaktfläche besitzenden Feststoff bei erhöhter Temperatur geführt und durch Reaktion mit diesem in eine feste Verbindung überführt werden, die einen gegenüber dem Gesamtdruck vernachlässigbaren Partialdruck besitst.

2. Verfaliren zur Reinigung halogenhaltiger Plasma-Prozeßabgase nach Punkt 1., gekennzeichnet dadurch, daß die Reaktion bei Temperaturen über 400 ⁰G abläuft und als Feststoff ein Metall eingesetzt wird.

3. Verfahren zur Reinigung halogenhaltiger Plasma-Prozeßabgase nach Punkt 1., gekennzeichnet dadurch, daß für die Vernichtung von Clo-haltigen Verbindungen Bisen, vorzugsweise in PoSm von Eisenspänen verwendet wird und die Reaktion bei einer Temperatur von ca. 500 ⁰O abläuft.

4. Verfahren zur Reinigung halogenhaltiger Plasma-Prozeßabgase nach Punkt 1., gekennzeichnet dadurch, daß das durch die Reaktion gebildete Produkt in der Reaktionskammer verbleibt und der sich dadurch verändernde Strömungswiderstand des Vakuumsystems als Maß für den Umsatz des Feststoffes dient.

5. Verfahren zur Reinigung halogenhaltiger Plasma-Prozeßabgase nach Punkt 1., gekennzeichnet dadurch, daß das Abgas vor der Reinigung einer Plasma-Nachverbrennung zum Zwecke der vollständigen Umsetzung der halogenhaltigen Komponente in Gl₂ und HGl unterzogen wird.

6. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Punkt 1., gekennzeichnet dadurch, daß zwischen Plasmaätzanlage (1) und Vakuumpumpe (2) die mit Eisenspänen (5) versehene und beheizbare Reaktionskammer (4) zur Vernichtung der halogenhaltigen Plasma-Prozeßabgase angeordnet ist.

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7. Vorrichtung nach Punkt 6., gekennzeichnet dadurch, daß ein Φ der Valcuumabsaugleitung (3) als Reaktionskanimer (4·) ausgebil·

' -ist.. ·. . - ." . ' - · . .. '· ·'.. ' '. ;. .} ' .'

8. Vorrichtung nach Punkt 6,, gekennzeichnet dadurch, daß vor d< ßeaktionskaramer (4) ein Entladungsrohr (6) und nach der ßeaktionskararaer (4) eine Kühleinrichtung·.(7) angeordnet ist.

9. Vorrichtung nach Punkt 6., gekennzeichnet dadurch, daß die
Reaktionskammer (4·) als .topfförmig-er Behälter (11) ausgebild· ist, in dem eine mit einem Heizelement (10) versehene und mi: Eisenspänen (5) gefüllte und/oder umgebene Gasleiteinrichtuni (17) angeordnet ist, wobei im unteren Teil des Behälters (11 durch ein Sieb (14) abgetrennt als eine Art Sumpf die Kühleil richtung (7) angeordnet ist. ^! .

Hierzu 2 Seiten Zeichnungen