DD273009A1 - METHOD FOR CLEANING EXHAUST GASES FROM CVD PROCESSES - Google Patents

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Abstract

The invention relates to a process for purifying waste gases from CVD processes, in particular from installations for the chemical treatment of semiconductor substrates for the manufacture of microelectronic components by low-pressure processes. The process is characterised in that the waste gas to be purified is burned with an oxygen excess in a multi-walled reaction chamber and non-combustible constituents are scrubbed out in the same chamber. Advantages result in particular from the fact that both combustible constituents from vacuum installations and also toxic constituents from the CVD process can be eliminated simultaneously and effectively. The invention can be applied particularly in the semiconductor industry, but other fields of application are also possible.

Description

Verfahren zur Reinigung van Abgasen aus CVD-PrazessenProcess for purifying exhaust gases from CVD processes

Anwendungsgebiet der ErfindungField of application of the invention

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Reinigung von Abgasen aus CVD-ProHessen, insbesondere zur Reinigung von Abgasen' aus Anlagen zur chemischen Bearbeitung von Halbleitersubstraten für die Herstellung mikroelektronischer Bauelemente mittels Niederdruckprozessen.The invention relates to a process for the purification of exhaust gases from CVD ProHessen, in particular for the purification of exhaust gases from plants for the chemical processing of semiconductor substrates for the production of microelectronic devices by means of low-pressure processes.

Das Verfahren ist 'nrt einsetzbar, wo Abgase toxische Schadstoffe enthalten.The process can not be used where exhaust gases contain toxic pollutants.

Charakteristik des bekannten Standes der TechnikCharacteristic of the known state of the art

Es s;nd verschiedene Verfahren bekannt, mit denen Reaktionsabgase von Prozessen der chemischen Substratbearbeitung von toxischen Schadstoffen gereinigt werden können.Various methods are known for purifying reaction off-gases from chemical substrate processing processes of toxic pollutants.

In einem Verfahren ist beispielsweise beschrieben, bei dem Abgase von CVD-Reaktoren in intensiven Kentakt mit oxidierenden, wäßrigen Lösungen gebracht werden und damit insbesondere eine Reinigung des Abgases von Phosphor-, Arsen- und Borwasserstoffen erfolgt. Diesem Verfahren haftet aber der Mangel an, daß die Abgase von Niedqrdruckprozessen, die beständige Aerosole insbesondere durch die Anwesenheit der üldampfe darstellen, chemisch nur wenig beeinflußbar sind. Diese Nachteile sind bei allen bekannten Sprühwäschern, Venturi Wäschern und Waschtürmen vorhanden.In a method is described, for example, are brought in the exhaust gases of CVD reactors in intensive Kentakt with oxidizing, aqueous solutions and thus in particular a purification of the exhaust gas of phosphorus, arsenic and boron hydrides. But this method is liable to the lack of that the exhaust gases of Niedqrdruckprozessen that represent persistent aerosols in particular by the presence of üldampfe, are chemically very little influenced. These disadvantages are present in all known spray scrubbers, venturi scrubbers and wash towers.

In einer anderen Lösung wird ein System zur Abgasreinigung vorgestellt, bei dem jedoch öldämpfe aus dem Abgas ebenfalls nicht beseitigt werden können. Es sind Verfahren bekannt, bei denen Abgase, die brennbare Bestandteile enthalten, durch eine katalytische Nachverbrennung gereinigt werden. Diese Verfahren sind aber für die Reinigung des Abgases von Prozessen der chemischen Substratbearbeitung im Niederdruckbereich nicht geeignet, da durch die Bestandteile des Abgases, insbesondere durch Stäube und öldämpfe, der Katalysator unbrauchbar wird.In another solution, a system for exhaust gas purification is presented, in which, however, oil vapor from the exhaust gas can not be eliminated. Methods are known in which exhaust gases containing combustible components are purified by catalytic afterburning. However, these methods are not suitable for the purification of the exhaust gas from processes of chemical substrate processing in the low pressure range, since the catalyst is unusable by the constituents of the exhaust gas, in particular by dusts and oil vapors.

In einem weiteren Verfahren ist die Beseitigung von niederkalorischenIn another method is the elimination of low calorie

Gasgemischen beschrieben, bei dem das zu reinigende Gas auf 500...800° C vorgewärmt und anschließend mit Strahlungsheizung auf etwa 850. . . 14010° C erwärmt wird. Nachteilig an diesem Verfahren ist jedoch, daß Stäube aus dem Abqas nicht entfernt werden undGas mixtures described in which the gas to be cleaned preheated to 500 ... 800 ° C and then with radiation heating to about 850th. , 14010 ° C is heated. A disadvantage of this method is that dusts from the Abqas are not removed and

die Prozeßführung sehr kompliziert und aufwendig ist. In einer anderen Lösung ist ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Pl as.napyrolyse von Schad- und Giftstoffen beschrieben, bei dem zwar einerseits Schadstoffe beseitigt werden, aber andererseits infolge der hohen Temperaturen des Plasmabrenners neue Schadstoffe in Form von Stickoxiden entstehen. Außerdem erfordert äsr Betrieb eines Plasmabrenners einen hohen gerätetechnischen Aufwand. Hinzu kommt noch, daß die Stäube des Abgases nicht beseitigt werdenthe process control is very complicated and expensive. In another solution, a method and an apparatus for Pl as.napyrolyse of pollutants and toxins is described, in which on the one hand pollutants are eliminated, but on the other hand arise due to the high temperatures of the plasma torch new pollutants in the form of nitrogen oxides. Moreover äsr operation of a plasma torch requires a high equipment complexity. In addition, the dusts of the exhaust gas are not eliminated

Es sind auch Verfahren bekannt, bei denen brennbare Abgase in einer speziellen Brennkammer verbrannt werden. Dieses Verfahren ist aber für viele Abgase von Prozessen der chemisch&n Substratbearbeitung im Niederdruckbereich nicht anwendLio.^,, da diese Base des hohen N2 ~ Anteils nicht brennbar sind.There are also known methods in which combustible exhaust gases are burned in a special combustion chamber. However, this process is not applicable to many off-gases of low-pressure chemical and n-substrate processing, since these bases of high N 2 content are not combustible.

Ziel der ErfindungObject of the invention

Das Ziel der Erfindung besteht darin, das Reaktionsabgas vcn Prozessen der chemischen Substratbearbeitung im Niederdruckbereich von Schadstoffen zu befreien und die Belastung der Atmosphäre mit Schadstoffen zu reduzieren.The object of the invention is to liberate the reaction offgas vcn processes of chemical substrate processing in the low pressure range of pollutants and to reduce the pollution of the atmosphere with pollutants.

Darlegung des Wesens der ErfindungExplanation of the essence of the invention

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Verfahren zur Beseitigung von Schadsitoffen aus dem Reaktionsabgas von Prozessen der chemischen Substratbearbeitung im Niederdruckbereich anzugeben, bei dem die Prozeßführung der Substratbearbeitung nicht negativ beeinflußt wird.The object of the invention is to provide a method for removing harmful substances from the reaction offgas of processes of chemical substrate processing in the low pressure region, in which the process control of the substrate processing is not adversely affected.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß das mit Schadstoffen angereicherte Abgas aus dem Reaktor zur chemischen Bearbeitung von Halbleitersubstraten n'ch Passieren der zugehörigen Vakuumpumpeinheit in einen nachqeschalteten Reaktionsraum geleitet wird.According to the invention the object is achieved in that the pollutant-enriched exhaust gas from the reactor for chemical processing of semiconductor substrates n'ch passed the associated vacuum pump unit is passed into a nachqeschalteten reaction space.

Dieser Reaktionsraum ist vor dem Beginn der Abgasbehandlung durch das Zünden eines Knallgasqemisches für eine Verbrennung in Bereitschaft gebracht und das Abgas wird unter Beimischung von Sauerstoff (O2 ), das im Überschuß zugeführt wird, durch den Brenner des Reaktors geleitet und im Brennraum desselben in einer Brenngas-flarnme verbrannt bzw. oxidiert. Der Brenner ist vorzugsweise im unteren Bereich des vertikal angeordneten Reaktors vorgesehen und die oxidierten Gase werden aus dem Brennraum nach oben in eine nachgeschaltete lufttechnische Anlage r:leitet. Bevor die oxidierten Gase den Brennraum verlassen, werden sie durch einen über dem Brennraum angeordneten Spritzschutzkegel derart beeinflußt, daß die oxidierten Gase durch einen Ringspalt zwischen dem Spritzschutzkegel und der Brennraumwandung in einen dem Reaktor zugehörigen äußeren Raum geleitet und an dessen Wantung mit einem durch ein von oben über den Spritzschutzkegel gleichmäßig verteiltesThis reaction space is prepared for the start of the exhaust treatment by the ignition of a Knallgasqemisches for combustion and the exhaust gas is passed with the admixture of oxygen (O 2 ), which is supplied in excess, through the burner of the reactor and in the combustion chamber thereof in a Fuel gas flames burned or oxidized. The burner is preferably provided in the lower region of the vertically arranged reactor and the oxidized gases are passed from the combustion chamber upwards into a downstream ventilation system r :. Before the oxidized gases leave the combustion chamber, they are influenced by a arranged above the combustion chamber splash guard cone such that the oxidized gases passed through an annular gap between the splash guard and the combustion chamber wall in an outer space associated with the reactor and at its request with a by one of evenly distributed above the splash guard cone

Sorptionsmittel intensiv in Kontakt gebracht werden. Das Sorptionsmittel bewirkt das Binden der im Abgas und durch die Oxidation vorhandenen testen Bestandteile, die mit dem Sorptionsmittel an der Wandung nach unten gespült und aus dem Reaktionsraum gefahrlos abgeleitet werden. I>er untere Rand des Spritzschutzkegels ist vorzugsweise? mit einem bürstenähnlichen Rand versehen, wobei die Borsten gleichmäßig auf den Umfang verteilt und mit der Xnnenwandung des äußt-ren Mantel körpers in Verbindung sindSorbent be brought into intense contact. The sorbent causes binding of the test components present in the exhaust gas and by the oxidation, which are flushed downwards with the sorbent on the wall and are safely discharged from the reaction space. I> he lower edge of the splash guard is preferable? provided with a brush-like edge, wherein the bristles are uniformly distributed over the circumference and with the Xnnenwandung the äußt-ren mantle body in conjunction

Als Sorptionsmittel wird Wasser eingesetzt, das durch eine über dem Spritzschutzkege) vorgesehene Düse kegelförmig nach unten gesprüht wird. The sorbent used is water that is sprayed conically downwards through a nozzle provided above the splash guard cone.

Durch das erfindungsgemäße Verfahren ist es möglich, das aus den Abgasen von chemischen Substratbearbeitungsverfahren resultierende SiH^, PH3, B2H^, öldämpfe und ähnliche toxische Stoffe zu oxidieren und die festen Oxidatijnsororiukte, wie S1Ü2, F'2^5' ^2Qt; sowie nichtoxidierbare Bestandteile des Abgases, wie HCl und NH3, durch das Sorptionsmittel gefahrlos auszuwaschen.By the method according to the invention it is possible to oxidize the SiH ^, PH3, B2H ^, oil vapors and similar toxic substances resulting from the exhaust gases of chemical substrate processing and the solid oxidant compounds such as SiO2, F'2 ^ 5 '^ 2 Qt; as well as non-oxidizable constituents of the exhaust gas, such as HCl and NH 3 , by the sorbent safely wash out.

Ausf ührungsbei spi elExecution with spi el

In einer Niederdruckanlage für chemische Gasphasenabst_neidung soll Phosphorglas au·* Si-Scheiben abgeschieden werden. Die Abscheidetemperatur beträjt 450° C und der Arbeitsdruck 100 PaIn a low-pressure system for chemical vapor deposition, phosphorus glass is to be deposited on aluminum discs. The deposition temperature is 450 ° C and the working pressure 100 Pa

In das Reaktionsrohr der Anlage werden SiH^, PH3, N2O und N2 eingespeist. Außerdem werden noch N2 zur Druckreglung in den Pumpenstutzen und N2 zur Pumpenspülung eingespeist. Die gesamte Abgasmenge, die die Pumpe verläßt, beträgt ca. 10 l/min, wobei der Haupte.ntei 1 des Abgases N2 ist. Zusätzlich sind S1H4, PH3 und N2O in Abgas vorhanden, da der Untersetzungsgrad kleiner als 100 Prozent ist. Dazu kommen noch verschiedene Oxidationsstufen dieser Medien, öldämpfe sowie Stäube (SiO2). Dieses Aerosol wird in das Zentrum eines Knallgasbrenners der Abgasreinigungsanlage geleitet, der mit O2-UbSrschuß betrieben wird und in der Flamme oxidiert. Der Basverbrauch des Brenners beträgt etwa. 5 l/min H2 und 3 l/min 02· Das Bas durchströmt die Brennkammer, die senkrecht angeordnet ist, und verläßt sie im oberen Teil. über der Brennkammer befindet sich eine Spritzdüse, aus der Wasser kegelförmig in den Innenraum und gegen die Innenwandung des äußeren Mantel körpers gesprüht wird. Das Gas durchdringt den Sprühkegel, wobei es gekühlt und von weiteren Oxidationsprodukten gereinigt wird, verläßt ei; ^ Abgasreinigung&einrichtung und gelangt in die lufttechnische Anlage. Das Wasser des Sprühkegels spritzt gegen ein konzentrisch zur Brennkammer angeordnetes Rohr und läuft in einem gleichmäßigen Wasserfilm nach unten ab. Ein Teil des Wassers fließt im unteren Teil in die Brennkammer und spült Oxidationsprodukte aus der Brennkammer. Der Gesamtwasserdurchsatz beträgt etwa 3 l/minIn the reaction tube of the system SiH ^, PH3, N 2 O and N2 are fed. In addition, N2 are also fed to the pump port for pressure regulation and N2 for pump flushing. The total amount of exhaust gas leaving the pump is about 10 l / min, with the main number 1 of the exhaust gas being N2. In addition, S1H4, PH 3 and N 2 O present in the exhaust gas, as the reduction degree is less than 100 percent. In addition, there are various oxidation states of these media, oil vapors and dusts (SiO 2 ). This aerosol is directed into the center of a detonating gas burner of the flue gas cleaning plant, which is operated with O 2 impulse and oxidized in the flame. The base consumption of the burner is about. 5 l / min H 2 and 3 l / min 0 2 · The base flows through the combustion chamber, which is arranged vertically, and leaves it in the upper part. is located above the combustion chamber, a spray nozzle from which water is sprayed in a cone shape into the interior and against the inner wall of the outer shell body. The gas penetrates the spray cone, being cooled and cleaned of other oxidation products, leaving the egg; ^ Exhaust gas cleaning & installation and enters the ventilation system. The water of the spray cone sprays against a tube arranged concentrically to the combustion chamber and runs down in a uniform film of water. Part of the water flows in the lower part of the combustion chamber and rinses oxidation products from the combustion chamber. The total water flow rate is about 3 l / min

Die Vorteile der erfindungsgemäßen Lösung ergeben sich insbesondere aus der mit der Vernichtung der toxischen Schadstoffe gleichzeitig stattfindende Verbrennung der Pumpenölrückstände, die durch die kompakte Bauweise der das Verfahren ermöglichenden Vorrichtung erzielt werden. The advantages of the solution according to the invention result in particular from the combustion of the pump oil residues taking place simultaneously with the destruction of the toxic pollutants, which are achieved by the compact design of the device enabling the method.

Claims (2)

Patentanspruchclaim 1. Verfahren zur Reinigung von Abgasen aus CVD-Prozessen, insbeson-dere zur Reinigung von Abgasen aus Anlagen zur chemischen Bearbeitung von Halbleitersubstraten für die Herstellung mikroelektronischer Bauelemente mittels Niederdruckprozessen, bei dem die zu reinigenden Abgase in einem separaten Reaktionsraum einer Nachbehandlung unterzogen werrio?n, gekennzeichnet dadurch, daß das mit Schadstoffen angereicherte Abgas aus dem Reaktor zur chemischen Bearbeitung von Halbleitersubstraten nach Verlassen der zugehörigen Vakuumpumpeinheit in einen nt.>chgeschal teten, vertikal angeordneten und mit einer lufttechnischen Anlage verbundenen Reaktionsraum durch einen in diesem im unteren Bereich angeordneten Brenner geleitet und mittels einer Brenngasflamme unter Sauer— stoff Überschuß in einer Brennkammer verbrannt wird, daß nachfolgend das verbrannte Abgas im obaren Be reich der Brennkammer aus einem durch einen abstandsweise über der Brennkammer angeordneten Spritzschutzkegel gebildeten Ringspalt derart aus der Brennkammer herausgeführt wird, daß das verbrannte Abgas in einem außerhalb der Brennkammer vorgesehenen äußeren Reaktionsraum mit einem Sorptionsmittel, vorzugsweise mit Walser, intensiv in Kontakt gebracht wird, wobei das Wasser aus einer abstandsweise zentrisch über dem Spritzschutz kegel angeordneten Düsenanordnung kegelförmig gegen die Wandung und gegen die ßasströmungsrichtung gesprüht wird und daß schließlich das gereinigte Abgas über die lufttechnische Anlage abgeleitet wird.1. A process for the purification of exhaust gases from CVD processes, in particular for the purification of exhaust gases from plants for the chemical processing of semiconductor substrates for the production of microelectronic devices by means of low pressure processes, in which the exhaust gases to be cleaned in a separate reaction space aftertreated werrio n , characterized in that the pollutant-enriched exhaust gas from the reactor for chemical processing of semiconductor substrates after leaving the associated vacuum pump unit in a nt.> Chgeschal ended, vertically arranged and connected to an air conditioning system reaction chamber passed through a arranged in this lower burner and is burnt by means of a fuel gas flame oxygen excess in a combustion chamber, that subsequently the combusted exhaust gas in obaren Be rich the combustion chamber from a structure arranged by a distance above the combustion chamber splash guard th ring gap is led out of the combustion chamber such that the burned exhaust gas is brought in an outside of the combustion chamber outer reaction space with a sorbent, preferably with Walser, in intensive contact, the water of a distance centric about the spray protection cone arranged nozzle assembly conically against the wall and against the ßasströmungsrichtung is sprayed and that finally the purified exhaust gas is discharged through the ventilation system. 2. Verfahren gemäß Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß das Sorptionsmittel so geführt wird, daß die Oxidationsprodukte aus den Reaktionsraum geschwemmt werden.2. The method according to claim 1, characterized in that the sorbent is conducted so that the oxidation products are washed out of the reaction space.
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