DD230790A1

DD230790A1 - Verfahren und vorrichtung zur beseitigung ungesaettigter halogenkohlenstoffe

Info

Publication number: DD230790A1
Application number: DD25472283A
Authority: DD
Inventors: Hans-Juergen Tiller; Roland Goebel; Sabine Rottmeyer; Kerstin Gurtschke; Thomas Kloss; Sabine Ustinowa
Original assignee: Univ Schiller Jena
Priority date: 1983-09-12
Filing date: 1983-09-12
Publication date: 1985-12-11

Abstract

Das Verfahren und die Vorrichtung zur Beseitigung ungesaettigter Halogenkohlenstoffe ist vornehmlich fuer die Vernichtung von Schadstoffen aus Plasma-Prozessabgasen, die z. B. in Plasma-Aetzanlagen fuer Aufgaben der Mikroelektronik entstehen, geeignet. Die Erfindung verfolgt das Ziel der sicheren und schnellen Beseitigung derartiger z. T. hochtoxischer Verbindungen. Das Ziel wird dadurch erreicht, dass die Halogenkohlenstoffe durch Einwirkung eines anisothermen Plasmas in gesaettigte, vorzugsweise niedermolekulare und hochmolekulare Produkte ueberfuehrt werden. Die Plasmaentladung kann eine r.-f. Entladung oder eine Gleichspannungsentladung sein. Die ausreichende anisothermische Verfahrensbedingung kann durch Wahl des Entladungsdruckes gewaehrleistet werden. Zweckmaessig ist die Verwendung einer Vorrichtung, die in einem Stroemungsrohr Elektroden zur Erzeugung und Aufrechterhaltung einer Plasmaentladung der erforderlichen Laenge enthaelt.

Description

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Beseitigung organischer Verbindungen, insbesondere ungesättigter Halogenkohlenstoffe, also vornehmlich von Schadstoffen aus Plasma-Prozeßabgasen, die z. B. in Plasma-Ätzanlagen für Aufgaben der Mikroelektronik entstehen.

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

Ungesättigte Halogene — insbesondere F-Kohlenstoffe sind teilweise hochtoxische Verbindungen, die beispielsweise bei Plasmaätzprozessen und bei der Bearbeitung und Pyrolyse von Teflon entstehen und vernichtet werden müssen. Dazu wurden in der Vergangenheit eine Reihe von Vorschlägen unterbreitet, wie ein Umsatz mit KOH in einer Sprühanlage (DD-PS 200980), sowie durch Feststoffreaktion DD-PS 216637). Beide Prozesse vernichten die genannten Verbindungen in Prozessen, die durch lange Reaktionszeiten gekennzeichnet sind.

Werden die genannten Verbindungen in Vakuumprozessen, wie sie Plasmaätzprozesse darstellen, gebildet, so ist ein Einsatz der oben genannten Methoden nicht, bzw. im Fall der Feststoffreaktion nur mit erheblichen technischen Aufwand möglich, so daß die genannten toxischen Verbindungen über die Vakuumpumpe gehen, dort im Pumpenöl akkumuliert werden und teilweise auch zu einer Verschlechterung der Eigenschaften des Pumpenöls führen.

Aus diesem Grunde ist ein wirksamer Vernichtsprozeß in der Vakuumpumpe selbst erstrebenswert.

Ziel der Erfindung

Ziel der Erfindung ist die sichere und vor allem schnelle Beseitigung der genannten toxischen Verbindungen. Darlegung des Wesens der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, toxische Bestandteile von Plasma-Prozeßabgasen, die als organische Verbindungen, insbesondere als Halogen-Kohlenstoffe vorliegen, zu beseitigen. Die Lösung dieser Aufgabe gelingt mit einem Verfahren erfindungsgemäß dadurch, daß die Halogen-Kohlenstoffe durch Einwirkung eines anisothermen Plasmas in gesättigte, vorzugsweise niedermolekulare und hochmolekulare Produkte überführt werden. Bei der Pyrolyse von Halogenkohlenstoffen entstehen bekanntermaßen ungesättigte Verbindungen. Diesen Effekt beobachtet man auch bei der Umsetzung solcher Verbindungen in Plasmen, d.h. auch in sogenannten nichtisothermen Plasmen, die durch hohe Energien des Elektronengases und eine niedrige Gastemperatur gekennzeichnet sind. Wird in die Entladung beispielsweise CF₄ eingebracht, so bilden sich teilweise ungesättigte hochtoxische Verbindungen wie das Per-Fluorisobuten u.a. Die Bildung derartiger Verbindungen wird begünstigt, wenn dem CF₄ H₂ zugemischt wird, bzw. beispielsweise CHF₃ als Ausgangsverbindung eingesetzt wird, wie das für das Ätzen von verschiedenen Schichten in der Mikroelektroniktechnologie erforderlich ist. Auch F-konsumierende Ätzprozesse erhöhen die Bildung solcher Verbindungen.

Bei der Untersuchung der Umsetzung von Halogen-Kohlenstoffverbindungen konnte beobachtet werden, daß der oben beschriebene Zersetzungsprozeß stark zeitabhängig ist und bei ausreichender Zersetzungszeit wieder zu einem Abbau der ungesättigten Verbindungen führt, wobei letztlich gesättigte Verbindungen und hochmolekulare Produkte — beispielsweise in Form von genannten Glimmpolymerschichten — entstehen.

Damit ergibt sich erfindungsgemäß die Möglichkeit durch einen nachgeschalteten Plasmaprozeß geeigneter Dauer die gebildeten ungesättigten Verbindungen wieder zu vernichten, bzw. in ihrer Konzentration stark zu reduzieren. Die notwendige Reaktionszeit hängt in starkem Maße von den Plasmabedingungen, wie Leistungsdichte, Oberflächen-Volumenverhältnis; Wandmaterial und Druck ab und muß dem jeweiligen Anwendungsfall angepaßt werden.

Während bei Pyrolyseprozessen bekanntermaßen in erhöhtem Maße Phosgen auftritt, ist unter den Bedingungen des nichtisothermen Plasmas eine geringe Stabilität des Phosgens zu beobachten, so daß als Endprodukte CO, CO₂ und Halogen auftreten. Verbleibende Phosgenspuren können bekanntermaßen durch einen Hydrolyseprozeß vernichtet werden. Während die Disproportionierung der ungesättigten Verbindungen im Plasma in die gesättigten und hochmolekularen Verbindungen über mehrere Reaktionsschritte abläuft und für die im Beispiel 1 angegebenen Bedingungen eine Reaktionszeit von ca. 20s bis zur Einstellung einer stationären Verteilung benötigt, wird diese Reaktionszeit durch Zumischung von O₂ auf ca. 5s reduziert. Eine große Bedeutung innerhalb des Disproportionierungsmechanismus spielen Rekombinatipnsreaktionen der Radikale, die entweder zu den Ausgangsprodukten zurückführen oder die Abscheidung der hochmolekularen Verbindungen bewirken. Hierfür ist der Oberflächenzustand und die Wandtemperatur ebenso bedeutungsvoll wie insgesamt das Oberflächen-Volumenverhältnis des Reaktors. Die Anpassung dieser Parameter'hat deshalb erfindungsgemäß unter diesen Gesichtspunkten zu erfolgen.

Die notwendigen Aufenthaitszeiten lassen sich durch Verwendung eines großvolumigen Reaktors mit geeigneter Gaszu- und abführung verlängern und damit den erforderlichen Gasdurchsätzen anpassen.

Ausführungsbeispie!

Das Wesen der Erfindung soll an dem im folgenden beschriebenen Ausführungsbeispiel näher erläutert werden.

In einem Entladungsrohr mit einem Durchmesser von 30 mm und einer Länge von 50 cm wird eine r.f—Entladung von 2,75MHz mit Außenelektroden gezündet.

Claims

Erfindungsanspruch:

1. Verfahren zur Beseitigung ungesättigter organischer Verbindungen insbesondere Halogen-Kohlenstoffe, dadurch gekennzeichnet, daß die Halogen-Kohlenstoffe durch Einwirkung eines anisothermen Plasmas in gesättigte, vorzugsweise niedermolekulare und hochmolekulare Produkte überführt werden.
2. Verfahren nach Punkt 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Plasma-Entladung eine r.-f. — Entladung verwendet wird.
3. Verfahren nach Punkt 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Plasma-Entladung eine Gleichspannungsentladung verwendet wird.
4. Verfahren nach den Punkten 2 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß durch die Wahl des Entladungsdruckes ρ zu ρ < 15 Pa eine hinreichende Anisothermie der Plasma-Entladung gewährleistet wird.
5. Vorrichtung zur Beseitigung ungesättigter organischer Verbindungen, insbesondere Halogen-Kohlenstoffe, dadurch gekennzeichnet, daß in einem Strömungsrohr Elektroden zur Erzeugung und Aufrechterhaltung einer r.f.-Gleichspannungsentladung der erforderlichen Länge angeordnet sind.