DD237951A3 - DEVICE FOR CLEANING HALOGENOUS POLLUTANTS - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Reinigung halogenhaltiger Schadstoffe, insbesondere zur Reinigung von Abgasen aus Anlagen zum plasmachemischen Aetzen von Halbleitermaterialien fuer elektronische Bauelemente. Die Vorrichtung ist gekennzeichnet durch einen innerhalb einer im Abgasstrom zwischen einer Plasmaaetzanlage und deren Vakuumsystem angeordneten Reaktionskammer vorgesehenen heizbaren Feststoffkoerper, an dessen Wandung das Abgas zwangsweise vorbeigefuehrt wird, mit dieser reagiert und gereinigt die Reaktionskammer verlaesst. Die Reaktionskammer ist zylinderfoermig aufgebaut, weist eine Kuehleinrichtung sowie Mittel zur Zufuehrung von Spuel- und Reaktionsgas auf und ist ueber einen abnehmbaren Flanschdeckel servicefreundlich aufgebaut. Die Vorrichtung ist zur Reinigung chlorhaltiger Abgase einsetzbar, durch den Wechsel des Feststoffkoerpers koennen fluorhaltige Abgase gereinigt werden.The invention relates to a device for the purification of halogen-containing pollutants, in particular for the purification of exhaust gases from plants for the plasma-chemical etching of semiconductor materials for electronic components. The device is characterized by a heatable solid body provided within a reaction chamber arranged in the exhaust gas flow between a plasma etching system and its vacuum system, on the wall of which the exhaust gas is forcibly passed, reacts with it and leaves the reaction chamber cleanly. The reaction chamber is cylinder-shaped, has a cooling device and means for supplying spueline and reaction gas and is designed to be service-friendly via a removable flange cover. The device can be used for cleaning chlorine-containing exhaust gases, by changing the Feststoffkoerpers can be cleaned fluorine-containing exhaust gases.
Description
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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Reinigung halogenhaltiger Schadstoffe, insbesondere zur Reinigung von Abgasen aus Anlagen zum plasmachemischen Ätzen von Halbleitermaterialien.The invention relates to a device for the purification of halogen-containing pollutants, in particular for the purification of exhaust gases from plants for plasma-chemical etching of semiconductor materials.
Die Vorrichtung ist vorzugsweise in der Halbleiterindustrie einsetzbar, wobei deren Verwendung auf den technischen Gebieten möglich ist, in denen halogenhaltige Schadstoffe zum Schutz der Umwelt sowie zur Vermeidung von Korrosionsschäden beseitigt werden müssen.The device is preferably used in the semiconductor industry, wherein their use in the technical fields is possible in which halogen-containing pollutants must be removed to protect the environment and to prevent corrosion damage.
Bei der Herstellung von Halbleiterbauelementen werden durch verschiedene Verfahren dünne Schichten aufgetragen, durch nachgeordnete Verfahrensschritte in ihrer Eigenschaft verändert und während der Herstellung der Bauelementestrukturen an bestimmten Stellen durch chemische Prozesse wieder abgetragen. Während des Prozeßverlaufes entstehen zum Teil sehr giftige Abgase, die unter anderem Chlor- und Fluorverbindungen enthalten und nur in geringsten Mengen in die Atmosphäre abgegeben werden dürfen. Durch die schnelle Entwicklung der Mikroelektronik ist in zunehmendem Maße eine Steigerung der Produktion von Halbleiterbauelementen erforderlich, womit es notwendig wird, die anfallenden Abgase zu entgiften, um Schäden für die Menschen und die Umwelt zu vermeiden.In the manufacture of semiconductor devices, thin layers are applied by various methods, modified in their property by downstream process steps, and removed by chemical processes during production of the component structures at specific locations. During the course of the process, some very toxic exhaust gases are produced, which contain, among other things, chlorine and fluorine compounds and may only be released into the atmosphere in very small quantities. The rapid development of microelectronics increasingly requires an increase in the production of semiconductor devices, which makes it necessary to detoxify the resulting exhaust gases in order to avoid damage to humans and the environment.
Es sind bereits Vorrichtungen zur Entgiftung/Reinigung von Abgasen bekannt, die einerseits mit Hilfe einer Waschflüssigkeit und unter Zuhilfenahme von anderen Mitteln einen Reinigungsprozeß ermöglichen. Deren Einsatz ist jedoch wegen eines hohen technischen Aufwandes konstenungünstig und unterliegt wegen der Verwendung von Laugen zum anderen zusätzlichen Sicherheitsbestimmungen. Andererseits ist bekannt, daß das Abgas unter thermischer Einwirkung in einem Reaktionsgefäß behandelt und anschließend gereinigt abgeleitet wird.There are already known devices for detoxification / purification of exhaust gases, which enable a cleaning process on the one hand by means of a washing liquid and with the aid of other means. However, their use is konstenungünstig because of a high technical complexity and is subject to the use of other caution additional safety regulations. On the other hand, it is known that the exhaust gas is treated under thermal action in a reaction vessel and then discharged purified.
Dazu ist innerhalb eines Reaktionsgefäßes oder einer Reaktionskammer eine wendeiförmige Heizeinrichtung aus Eisen oder einer Eisenverbindung vorgesehen, die direkt über Widerstandserwärmung beheizt wird. Zur Erzielung eines optimalen Reaktionsprozesses weist die Wendel einen in Abgasströmungsrichtung über ihre Länge abnehmenden Querschnitt auf. Die Abgasführung erfolgt dabei durch einen in der Nähe der durch die Reaktionskammer geführten Wendel angeordneten Einlaßstutzen in die Kammer und durch einen von diesem entfernten und nach der Wendel angeordneten Auslaßstutzen zur weiteren Abführung des behandelten Abgases. Der Reinigungsprozeß erfolgt, wenn während der Abgasdurchführung die Wendel erwärmt ist, indem sich das im Abgas enthaltene Chlor mit dem Eisen verbindet. Das Reaktionsprodukt setzt sich als Eisenchlorid in der Reaktionskammer ab und kann dort während zyklischer Reinigungsprozesse entfernt werden. Diese vorgeschlagene Lösung ist für den industriellen Einsatz jedoch wenig geeignet, da die zur Verfügung stehende Reaktionsfläche gegenüber der zu reinigenden Gasmenge gering ist und sich zum anderen mit fortschreitender Betriebszeit des Reaktors verringert. Für die Realisierung einer derartigen Lösung ist des weiteren ein Hochstromtransformator und eine zusätzliche Regelung für den Heizstrom erforderlich, da durch den chemischen Abtrag der elektrische Widerstand der Wendel erhöht wird. Der chemische Abtrag wiederum erfordert das Auswechseln der gesamten Heizeinrichtung, womit die Vorrichtung kostenaufwendig und materialintensiv wird.For this purpose, a helical heater made of iron or an iron compound is provided within a reaction vessel or a reaction chamber, which is heated directly via resistance heating. To achieve an optimal reaction process, the helix has a decreasing in the exhaust gas flow direction over its length cross-section. The exhaust system is carried out by a arranged in the vicinity of the run through the reaction chamber helix inlet port into the chamber and a remote from this and arranged after the helix outlet for further discharge of the treated exhaust gas. The cleaning process takes place when the coil is heated during the exhaust passage, in that the chlorine contained in the exhaust gas connects to the iron. The reaction product settles as ferric chloride in the reaction chamber and can be removed there during cyclic cleaning processes. However, this proposed solution is not very suitable for industrial use, since the available reaction surface compared to the amount of gas to be purified is low and on the other hand decreases as the operating time of the reactor. For the realization of such a solution, further, a high-current transformer and an additional control for the heating current is required because of the chemical removal of the electrical resistance of the coil is increased. The chemical removal in turn requires the replacement of the entire heater, making the device costly and material intensive.
Das Ziel der Erfindung besteht darin, die beim plasmachemischen Ätzen von Halbleitersubstraten entstehenden gasförmigen Schadstoffe so zu reinigen, daß keine chlor- und fluorhaltigen Abgase Schaden verursachen.The object of the invention is to purify the gaseous pollutants formed in the plasma-chemical etching of semiconductor substrates so that no chlorine and fluorine-containing exhaust gases cause damage.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zu schaffen, die es ermöglicht, die beim plasmachemischen Ätzen von Halbleitersubstraten anfallenden Abgase so zu reinigen, daß ein hoher Gasdurchlaß bei geringem Energieverbrauch möglich wird.The invention has for its object to provide a device which makes it possible to purify the exhaust gases accumulating in the plasma-chemical etching of semiconductor substrates so that a high gas passage with low energy consumption is possible.
Die erfindungsgemäße Aufgabe wird dadurch realisiert, daß der Feststoffkörper der Reaktionskammer einer Plasmaätzanlage zur Herstellung von Halbleiterbauelementstrukturen als ein axial einseitig verschlossener Hohlkörper ausgebildet und im Gasstrom innerhalb der Reaktionskammer angeordnet ist. Innerhalb des Feststoffkörpers ist eine Heizeinrichtung vorgesehen, mit der der Feststoffkörper über elektrische Widerstandsheizung erwärmbar ist. Um den Feststoffkörper herum ist ein demselben angepaßter Strahlenschutz abstandsweise angeordnet, der wiederum von einem Stützkörper umgeben und der mit dem Gehäuse der Reaktionskammer axial verbunden ist.The object of the invention is realized in that the solid body of the reaction chamber of a plasma etching for the production of semiconductor device structures is formed as a hollow body axially closed on one side and disposed in the gas stream within the reaction chamber. Within the solid body, a heating device is provided, with which the solid body can be heated by electrical resistance heating. Around the solid body around a matched radiation shield is arranged in a spaced-apart manner, which in turn surrounded by a support body and which is axially connected to the housing of the reaction chamber.
Im Inneren des Feststoffkörpers ist eine Öffnung für die Zuführung eines Spülgases und im Bereich der Gaszuführung ist eine Rohrleitung für ein Reaktionsgas vorgesehen.Inside the solid body is an opening for the supply of a purge gas and in the region of the gas supply, a pipe for a reaction gas is provided.
Die Gaseinlaßöffnung der Reaktionskammer ist axial, die Gasauslaßöffnung radial angeordnet vorgesehen.The gas inlet opening of the reaction chamber is provided axially, the gas outlet opening arranged radially.
Der Boden des Feststoffkörpers ist der inneren Öffnung des Gaseinlaßstutzens zugewandt und der offene Teil ist gegenüber einem die Reaktionskammer abdichtenden Flanschdeckel in einem geringen Abstand vorgesehen. Der Abstand zwischen dem Feststoffkörper, dem Strahlenschutz und dem Stützkörper ist mittels innerer und äußerer Stützen realisiert.The bottom of the solid body faces the inner opening of the gas inlet nozzle and the open part is provided at a small distance from a flange sealing the reaction chamber. The distance between the solid body, the radiation protection and the support body is realized by means of inner and outer supports.
Letztlich ist der Abgasstutzen für das gereinigte Prozeßgas an einer Position der Reaktionskammer angeordnet, die der durch den Stützkörper sowie den Strahlenschutz gebildeten, zylindrischen Gasauslaßöffnung am weitesten entfernt liegt.Finally, the waste gas outlet for the purified process gas is arranged at a position of the reaction chamber which is the furthest away from the cylindrical gas outlet opening formed by the support body and the radiation protection.
Zur Durchführung des Reinigungsprozesses wird der zu reinigende Gasstrom mittels einer Vakuumerzeugungseinrichtung aus einer Anlage zum plasmachemischen Ätzen abgesaugt und durch den Gaseinlaßstutzen in deren Innenraum befördert. Durch die axiale Anordnung des Stützkörpers sowie des abstandsweise dazu angeordneten Strahlenschutzes wird das Abgas zwangsweise um den beheizten Feststoffkörper geführt, nachdem es mit dessen der Gaseinlaßöffnung zugewandter Bodenfläche in Berührung kam. Durch die Länge und Anordnung des Stützkörpers und Strahlenschutzes wird die volle Länge des Feststoffkörpers ausgenutzt und das Abgas wird an der Flanschdeckelseite in seiner Strömungsrichtung umgelenkt und aus dem entfernt angeordneten Abgasstutzen abgesaugt. Zur Vermeidung von Korrosionsschäden an der Heizeinrichtung ist der Innenraum des Feststoffkörpers mit Argon gespült, zur Erhöhung des Reaktionseffektes wird dem Abgas im Bereich des Gaseinlasses Sauerstoff zugeführt. Das im Abgas enthaltene Chlor reagiert unter Wärmeeinwirkung mit dem Eisen der Wandung des Feststoffkörpers und setzt sich an der gekühlten Innenfläche der Reaktionskammer als Eisenchlorid ab.To carry out the cleaning process, the gas stream to be cleaned is sucked off by means of a vacuum generating device from a plant for plasma-chemical etching and conveyed through the gas inlet pipe into the interior thereof. Due to the axial arrangement of the support body and the distance-wise arranged radiation protection, the exhaust gas is forcibly guided around the heated solid body, after it came into contact with the gas inlet opening facing the bottom surface. Due to the length and arrangement of the support body and radiation protection, the full length of the solid body is utilized and the exhaust gas is deflected at the flange cover side in its flow direction and sucked from the remote exhaust port. To avoid corrosion damage to the heater, the interior of the solid body is purged with argon, to increase the reaction effect, the exhaust gas in the region of the gas inlet oxygen is supplied. The chlorine contained in the exhaust gas reacts under heat with the iron of the wall of the solid body and settles on the cooled inner surface of the reaction chamber as iron chloride.
Die Zufuhr von Sauerstoff dient dem Abbau des bei der temperaturabhängigen anteiligen Zersetzung von CCL4 entstehenden Kohlenstoffes. Das in fester Form vorliegende Abprodukt ist durch Öffnen des Flanschdeckels leicht zu entfernen. Die Vorrichtung ermöglicht die vollständige Umsetzung des Chloranteiles im Abgas, während bei Einsatz eines Quarzglasfeststoffkörpers fluorhaltige Abgase gereinigt werden können.The supply of oxygen serves to reduce the resulting in the temperature-dependent proportionate decomposition of CCL 4 carbon. The solid product can easily be removed by opening the flange cover. The device allows the complete conversion of the chlorine content in the exhaust gas, while using a quartz glass solid body fluorine-containing exhaust gases can be cleaned.
Die Erfindung wird anhand eines Ausführungsbeispieles und einer Zeichnung, die den Schnitt durch die erfindungsgemäße Vorrichtung zeigt, näher erläutert.The invention will be explained in more detail with reference to an embodiment and a drawing showing the section through the device according to the invention.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung besteht im wesentlichen aus einem im Abgasstrom einer Plasmaätzanlage zwischen der Anlage und dem Vakuumpumpsystem angeordneten, als Reaktionskammer 1 ausgebildeten, zylinderförmigen Hohlkörper, der an einer Stirnseite einen Boden 1.1 mit einer darin axial angeordneten Gaseinlaßöffnung 2 aufweist. Die Wandung der Reaktionskammer 1 ist doppelt ausgebildet und für ein Kühlmedium vorgesehen, das über einen Zufluß 4 dem Kühlraum zugeführt wird. Zur Erzielung einer ausreichenden Kühlung ist der Abfluß 4.1 an einer dem Zufluß 4 gegenüberliegenden und am weitestens entfernten Position angeordnet. Gegenüber dem Boden 1.1 ist die Reaktionskammer 1 mit einem Flanschdeckel 10 mittels Dichtring 13 und Schrauben 14 verschließbar. Im Innern der Reaktionskammer 1 ist ein weiterer zylinderförmiger Hohlkörper axial angeordnet, der als Feststoffkörper 7 ausgebildet und einseitig mit einem Boden 1.1 verschlossen ist. Der Boden 1.1 befindet sich zum Zweck der Abgasreinigung gegenüber der inneren Öffnung der Gaseinlaßöffnung 2, während seine offene Seite in einem Abstand von dem Flanschdeckel 10 angeordnet ist. Im Innenraum des Feststoffkörpers 7 ist eine Heizeinrichtung 9 vorgesehen, deren Wendel in der Nähe des Bodens 1.1 des Feststoffkörpers 7 liegt, die Durchführungen für die elektrischen Anschlüsse befinden sich im Flanschdeckel 10, so daß beim Öffnen desselben die Heizeinrichtung 9 komplett aus dem Feststoffkörper 7 entfernt werden kann. Des weiteren ist in dem Flanschdeckel 10 eine Rohrleitung 11.2 vorgesehen, deren eine Öffnung 11.1 innerhalb des Feststoffkörpers 7 angeordnet ist, während durch die andere Seite eine Verbindung mit einer Einrichtung zur Zuführung eines Spülgases 11 hergestellt wird. Die Befestigung des Feststoffkörpers 7 erfolgt innerhalb der Reaktionskammer 1 derart, daß sich um den Feststoffkörper 7 ein als Strahlenschutz 6 ausgebildeter Hohlzylinder mittels innerer Stützen 8 auf der Wandung des Feststoffkörpers 7 abstandsweise abstützt und dieser Hohlzylinder des Strahlenschutzes 6 an seiner Außenwand und, den inneren Stützen 8 gegenüberliegend, äußere Stützen 8.1 aufweist, die mit einem weiteren Zylinder korrespondieren, der als Stützkörper 5 ausgebildet und mit der Wandung des Bodens 1.1 der Reaktionskammer 1 fest verbunden ist. Im Bereich der Gaseinlaßöffnung 2 oder direkt in dessen Gaseinlaßstutzen 2.1 ist eine weitere Öffnung vorgesehen, durch dieThe device according to the invention essentially consists of a cylinder-shaped hollow body arranged as a reaction chamber 1 in the exhaust gas flow of a plasma etching system between the system and the vacuum pump system, which has a bottom 1.1 with an axially arranged gas inlet opening 2 on one end face. The wall of the reaction chamber 1 is formed twice and provided for a cooling medium, which is supplied via an inlet 4 to the cooling space. In order to achieve sufficient cooling, the drain 4.1 is disposed at a position opposite to the inlet 4 and at the furthest remote position. Compared to the bottom 1.1, the reaction chamber 1 with a flange 10 by means of sealing ring 13 and screws 14 can be closed. In the interior of the reaction chamber 1, a further cylindrical hollow body is arranged axially, which is formed as a solid body 7 and is closed on one side with a bottom 1.1. The bottom 1.1 is located for the purpose of exhaust gas purification with respect to the inner opening of the gas inlet opening 2, while its open side is arranged at a distance from the flange cover 10. In the interior of the solid body 7, a heater 9 is provided, the coil is in the vicinity of the bottom 1.1 of the solid body 7, the bushings for the electrical connections are located in the flange 10, so that upon opening the heater 9 completely removed from the solid body 7 can be. Furthermore, a pipe 11.2 is provided in the flange cover 10, one opening 11.1 of which is arranged inside the solid body 7, while a connection to a device for supplying a flushing gas 11 is produced by the other side. The attachment of the solid body 7 is carried out within the reaction chamber 1 such that around the solid body 7 designed as a radiation protection 6 hollow cylinder by means of inner supports 8 on the wall of the solid body 7 is supported by distance and this hollow cylinder of radiation protection 6 on its outer wall and, the inner supports 8 opposite, outer supports 8.1, which correspond to a further cylinder which is formed as a support body 5 and fixedly connected to the wall of the bottom 1.1 of the reaction chamber 1. In the region of the gas inlet opening 2 or directly in the gas inlet nozzle 2.1, a further opening is provided through which
über eine Rohrleitung 12.1 ein Reaktionsgas 12 dem Abgas zugeführt werden kann.Via a pipe 12.1, a reaction gas 12 can be supplied to the exhaust gas.
Für das vorliegende Ausführungsbeispiel besteht der Feststoffkörper 7 aus Eisen, als Spülgas 11 wird Argon und als Reaktionsgas 12 Sauerstoff eingesetzt. Das Spülgas 11 ist als Abschirmung für die frei im Feststoffkörper 7 angeordnete Heizwendel der Heizeinrichtung 9 zur Vermeidung von Korrosionsschäden an derselben vorgesehen. Es ist vorteilhaft, wenn zur Vermeidung von Temperaturverlusten das Spülgs 11 vorgewärmt dem Feststoffkörper 7 zugeführt wird. Die Abführung des behandelten Abgases 3 erfolgt über einen an der Wandung der Reaktionskammer 1 angeordneten Abgasstutzen 3.1. Im Rahmen erforderlicher zylindrischer Reinigungs- und Außerbetriebsetzungsmaßnahmen wird der Flanschdeckel 10 durch Lösen der Schrauben 14 gelöst und das Eisenchlorid kann mühelos von der Wandung im Innenraum der Reaktionskammer entfernt werden. Dazu kann ebenfalls der lose mittels der Stützen 8; 8.1 im Stützkörper 5 eingelegte Feststoffkörper 7 mit dem Strahlenschutz 6 entfernt werden. An dem Feststoffkörper 7 ist deutlich die Reaktion des Chlores mit dem Eisen nachweisbar, woraus der Zeitpunkt des Austausches und die Erneuerung des Feststoffkörpers 7 abgeleitet und durchgeführt werden kann. Ebenso ist es möglich, den Verbrauch des Feststoffkörpers 7 während des Betriebes mittels Sensoren rechtzeitig signalisieren zu lassen oder den aus der Vorrichtung abgeführten Abgasstrom durch entsprechende Meßeinrichtungen zu kontrollieren. Bei einem Nachweis von Chlor oder Chloranteilen ist demzufolge der Feststoffkörper 7 verbraucht und muß zwingend ersetzt werden.For the present embodiment, the solid body 7 consists of iron, as the purge gas 11 is argon and 12 used as the reaction gas oxygen. The purge gas 11 is provided as a shield for the freely arranged in the solid body 7 heating coil of the heater 9 to prevent corrosion damage to the same. It is advantageous if, in order to avoid temperature losses, the purge gas 11 is fed to the solids body 7 preheated. The discharge of the treated exhaust gas 3 via a arranged on the wall of the reaction chamber 1 exhaust port 3.1. In the context of required cylindrical cleaning and decommissioning measures, the flange 10 is released by loosening the screws 14 and the iron chloride can be easily removed from the wall in the interior of the reaction chamber. This can also loose by means of the supports 8; 8.1 inserted in the support body 5 solid body 7 are removed with the radiation protection 6. On the solid body 7, the reaction of the chlorine with the iron is clearly detectable, from which the time of replacement and renewal of the solid body 7 can be derived and carried out. It is also possible to have the consumption of the solid body 7 signaled in good time by means of sensors during operation or to control the exhaust gas flow discharged from the device by means of corresponding measuring devices. In the case of a detection of chlorine or chlorine fractions, consequently, the solid body 7 is consumed and must necessarily be replaced.
Die Vorteile der Vorrichtung ergeben sich insbesondere dadurch, daß das Chlor im Abgas von Plasmaätzanlagen vollständig umgesetzt wird und somit keine schädigenden Anteile aus den Abgasanlagen in die Umwelt abgegeben, Personen belästigt oder geschädigt und Korrosionsschäden verursacht werden. Weiterhin ist eine Standzeiterhöhung der Vakuumpumpen möglich, da das Pumpenöl bedeutend länger eingesetzt werden kann und keine hochwertigen, chlorbeständigen Öle eingesetzt werden müssen.The advantages of the device result in particular from the fact that the chlorine in the exhaust gas of plasma etching is completely implemented and thus no harmful components released from the exhaust systems in the environment, harassed or damaged persons and corrosion damage caused. Furthermore, an increase in the service life of the vacuum pumps is possible because the pump oil can be used much longer and no high-quality, chlorine-resistant oils must be used.
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| ENJ | Ceased due to non-payment of renewal fee |