JP2002143643A - ガスストリームからの有害物質の除去 - Google Patents

ガスストリームからの有害物質の除去

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Abstract

(57)【要約】 【課題】 効率的なガスストリームにおける有害物質の
燃焼的分解方法を提供すること。 【解決手段】 ガスストリームにおける有害物質の燃焼
的分解のための方法であって、ガスストリームを、その
中において実質的な完全燃焼を可能にするのに十分な酸
素を有する加熱チャンバーに注入することを含み、水素
が、また、チャンバー中に燃料ガスとして存在する方
法。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、ガスストリームか
らの有害物質の除去、より具体的には、燃焼手段により
半導体処理チャンバーから発出するガスストリームから
の非常に安定なフルオロカーボンの除去に関するもので
ある。
【０００２】
【従来の技術】半導体製造において用いられ、かかる製
造が行われるチャンバーから抽出される多くの物質は毒
性及び／又は環境的に有害であり、従って、それが大気
へ放出される前に排気ガスストリームからスクラビング
されなければならない。多くの異なるタイプの湿潤又は
乾燥化学物質洗浄反応器が提案されており、多くが半導
体工業において商業的に用いられている。例えば、我々
の特許出願明細書WO 89/11905には、特に第１段階の珪
素（排気ストリームが特に三弗化窒素を含む際には銅が
添加されていてもよい）及び第２段階の酸化カルシウム
（通常石灰形態）を含む、排気ストリームが通される粒
状物質の加熱パックチューブを含む、我々のBOC Edward
s Divisionにより販売されている乾燥化学反応器が開示
されている。そのような反応器は、そのような毒性物質
のスクラビングについて重要な商業的成功に適合してい
る。
【０００３】Alzeta Corporationの欧州特許出願第694
735号明細書、及び我々の先の欧州特許第0 802 370号明
細書から、問題のタイプの有害物質は燃焼により排気ス
トリームから除去することができることが知られてい
る。この先の明細書には、排気ガス及び添加燃料ガス
を、小孔(foraminous)ガスバーナーの出口表面によりラ
テラルに包囲される燃焼ゾーンへ注入すること、同時に
燃料ガス及び空気をバーナーへ供給して出口表面での燃
焼を達成すること（ここで、小孔ガスバーナーへ供給さ
れる燃料ガスの量は、ＢＴＵ基準に基づき、添加燃料ガ
スの量より多く、また、空気の量は、燃焼ゾーンに入る
全燃焼性物質の化学量論的要求量の過剰量である）、及
び燃焼ゾーンから緩和(remitting)燃焼生成物ストリー
ムを排出することを含む有害物質の燃焼的分解のための
方法が記載されている。
【０００４】これらの従来の燃焼方法の中心的特徴は、
排気ガスストリームと混合された燃料ガスをバーナーの
燃焼ゾーンへ供給する重大な必要性である。そのような
燃料ガスと排気ガスストリームの予備混合により、ペル
フルオロカーボンヘキサフルオロエタン（Ｃ2Ｆ6）の一
層高い及び十分なスクラビング(scrubbing)が可能とな
る。しかしながら、更に一層安定なペルフルオロカーボ
ン、テトラフルオロメタン（ＣＦ4）のスクラビングと
関連する幾つかの問題が存在する。上記従来の燃焼性ス
クラビング方法の大きな利点は、それが、本来的に、燃
焼チャンバー中において達成され得る最大温度を制限
し、それにより、別に形成され得るＮＯｘガス副産物の
形成が抑制されることである。しかしながら、これらの
従来の方法の後において、小孔ガスバーナーへのガスス
トリームの導入前における排気ガスストリームへの酸素
の添加により、一般に、特にはテトラフルオロメタン
（ＣＦ4）を含むペルフルオロカーボンガスのより効率
的な燃焼が可能となることが分かった。
【０００５】安定性ペルフルオロカーボン及び他の安定
性地球温暖化化合物、例えば三弗化窒素（ＮＦ3）及び
六弗化硫黄（ＳＦ6）が、これらの先の明細書に記載さ
れた燃焼タイプアベートメントシステム(combustion ty
pe abatement systems)において分解され得ることが知
られている。これらの先の明細書におけるアプローチの
基本的な原則は、アベートされるプロセスガス（実質的
には窒素だが、低い容量割合のペルフルオロ化合物を含
有する）、酸素及び炭化水素燃料の混合物から予備混合
されたフレームを形成することである。燃料及び酸素
は、別々に、逆火(flashing back)の可能性を最小限と
するために燃焼チャンバー中へそれらを導入する直前を
除いて混合を防止するような方法で添加される。これ
は、優先的に、燃料又は酸素のいずれかとプロセス排気
ガスとを予備混合すること及びガスがそれを通して燃焼
チャンバーに入るノズル内に同心的にマウントされたや
り(lance)を介して他の成分を添加することにより達成
される。燃焼チャンバー自体は、小孔ガスバーナーの出
口表面から形成される。これは、（表面燃焼により）先
に記載した予備混合フレーム内におけるペルフルオロ化
合物の燃焼をサポートするための必要な熱的及び化学的
環境を提供する。
【０００６】より安定性の低い化合物、例えば水素化物
及び酸ハロゲン化物等のアベートメントについて、中温
（５００〜８００℃）で操作する金属構造の部分的に電
気加熱されるチャンバーを用いるアベートメントシステ
ムが通常用いられる。このタイプの装置におけるペルフ
ルオロ化合物の分解は、プロセス排気ガスを伴う反応チ
ャンバーへの燃料及び酸素の共添加(co-addition)によ
り説明される。実質的に上昇された操作温度（約１００
０℃）は、受け入れ可能な分解速度を提供する必要性を
証明する。しかしながら、このアプローチの欠点として
は、多量の窒素酸化物（ＮＯx）の生成及び特に腐食性
環境内における高温での長期操作の結果としての低減さ
れた成分寿命が挙げられる。
【０００７】
【発明の実施の形態】本発明により、ガスストリームに
おける有害物質の燃焼的分解のための方法であって、ガ
スストリームを、その中において実質的な完全燃焼を可
能にするのに十分な酸素を有する加熱チャンバーに注入
することを含み、水素が、また、チャンバー中に燃料ガ
スとして存在する方法を提供する。好ましい態様におい
て、本発明の方法は、ガスストリームにおける有害物質
の燃焼的分解のための方法であって、ストリームがそれ
を通して加熱燃焼チャンバーへ排出される１又はそれよ
り多くのノズル（一般には各プロセス排気ストリームに
ついて１つ）を含む方法を提供する。好ましくは、チャ
ンバーは、加熱金属チューブ、例えば、銅又はステンレ
ス鋼のものを含む。チャンバーの加熱は、好ましくは、
電気的手段、即ち、チャンバーの外面を絶縁するために
提供される手段を有するチャンバー周辺に置かれた電気
抵抗性ヒーターにより行われる。
【０００８】燃料ガス及び酸素の両方を、ガスストリー
ムがチャンバーへ導入される前にストリームへ導入する
ことが重要である。得られる可燃性混合物は、点火の起
因となり、一般には、ノズルの末端に隣接（“固着”）
する実質的に結合した予備混合フレームを生じる。これ
により、燃焼混合物内に存在するペルフルオロカーボン
ガスの分解がなされる。燃焼ガスチャンバーのバックグ
ラウンド温度により、初期点火源及びフレームの先端か
らの輻射熱損失を最小にする手段が提供され、従って、
所定の燃料投入についての分解効率が最大化される。入
口ノズル(inlet nozzle)の表面は、有利には、ノズル上
でのフレームの後方移動を防止するのに十分であるが、
フレームがノズルの末端をリフトオフ(liftoff)するほ
ど高くはない平均前方ガス速度を提供するように設計さ
れる。これは、典型的には、燃料、酸素及び希釈ガスの
予備混合濃縮物についての特徴燃焼速度の２〜５倍の前
方ガス速度を生じさせることにより達成される。このア
レンジメントについて起こり得る効率は、別の反応性成
分が混合及びその後の加熱燃焼チャンバー内にサポート
されていない燃焼の起因となる場合に典型的に観察され
るものとは著しく異なる。
【０００９】好ましくは、酸素は、酸素やりによりガス
ストリームへ導入される。好ましくは、そのようなやり
のノズルは、加熱チャンバーへのガスストリームの注入
時点の実質的直前にガスストリームへ酸素を導入するよ
うに位置付けられる。燃料ガスについて、これは、加熱
チャンバーへのガスストリームの導入前の都合の良い辞
典でガスストリームに添加することができる。しかしな
がら、特には引火性の理由から、酸素及び燃料ガスの両
方が共に、加熱チャンバーへのそれらの同時注入前に感
知可能な時間存在しないべきである。全体的に、燃料ガ
スについて、酸素の注入時点前の上流のガスストリーム
へ注入されることが望ましい。得られるガス混合物は、
加熱チャンバーへ注入され、燃料ガス及び酸素（又は空
気）を含む。有利には、混合物は、燃料ガス中に１０％
〜１５０％化学量論過剰の酸素、より有利には８０％〜
１５０％を有するべきである。多孔性セラミックバーナ
ーについて一般的には適切な燃料ではない水素が、先に
記載した方法において注入燃料としての使用に適するも
のであることが分かり、それは、容易に利用できる。更
に、水素及び酸素注入は、好ましくは、ペルフルオロカ
ーボンガスが存在しアベートされるべき時にのみ必要と
される。ペルフルオロカーボンを含まないガスストリー
ムは、そのような注入を必ずしも必要としない。
【００１０】水素源は、純粋又は実質的に純粋なガスで
あってもよく、又は、容量で４５％のＨ2、４５％のＣ
Ｏ、残部のＮ2、ＣＯ2及びＣＨ4を有する典型組成を有
する、高温で炭質を有するストリームの相互作用により
形成される“合成ガス”又は“水ガス”等の水素混合物
であってもよい。あるいはまた、水素及び窒素の混合
物、例えば、７５％のＨ２で残部の実質的窒素（容量）
のものを使用することができる。その方法中に存在する
水素自体の量は、好ましくは、燃焼される種に関して、
少なくとも化学量論量（容量）である。例えば、フッ素
化合物の場合には、水素の量は、好ましくは、遊離及び
配位フッ素に関して、少なくとも化学量論量である。フ
ッ素（Ｆ2）自体の場合には、少なくとも同一の容量の
フッ素及び水素（Ｈ2）が必要とされるであろう。三弗
化窒素（ＮＦ3）の場合には、ＮＦ3の各容量について水
素１．５容量であろう。ペルフルオロカーボンヘキサフ
ルオロエタン（Ｃ2Ｆ6）の場合には、各Ｃ2Ｆ6容量につ
いて、少なくとも水素３容量であろう。存在する水素の
量は、有益には、燃焼される種に関して、化学量論容量
の少なくとも２倍又は３倍、又は更には５倍又は１０倍
である。
【００１１】好ましい態様において、本発明の方法が行
われる装置は、処理チャンバー、例えば半導体チャンバ
ーから放出されるガスストリームが、チャンバー内に含
まれる処理手段と接触してモニターし、それにより、本
発明を行うための装置の加熱チャンバーへ注入及び前方
へうながされる、通常はバキュームポンプを介してチャ
ンバーから撤退する及びチャンバーを離れるガスストリ
ーム中にペルフルオロカーボンガスが存在する時を確認
することができるように適合させることができる。この
モニターにより、これらのガスの注入はペルフルオロカ
ーボンを含まないガスが存在する時には止められ得るの
で、燃料ガス及び酸素の実質的に低減された使用量、及
び間接的な費用の削減がもたらされる。本発明により、
加熱反応器により提供される熱的環境内におけるガスス
トリーム／酸素／燃料ガス混合物の発生により、とるに
足らないＮＯx生成で先に開示されたものより一般的に
は実質的に低い温度でのペルフルオロ化合物の分解がも
たらされ得る。これは、特には、ガス性炭化水素燃料源
を容易には利用できない状況下で有用である。熱的環境
は、好ましくは、電気的に提供されるべきである。
【００１２】本発明をより理解するために、単になる例
示である、本発明の方法を行うための装置を図示する添
付図を参照する。図について、全体的に円筒型の装置を
示しており、それは、固定手段３により互いに固定（及
びシール）された低本体部１及び高本体部２を含む。ス
ペーサリング４により低本体部１に中心的に保持されて
いるのは、良好な熱伝導性を有するチューブ状壁部材５
である。円筒型で銅又はステンレス鋼からなる反応チャ
ンバー６が提供され、それは、それが壁部材５に密接に
固着し、かつ、その上端７が壁部材５ないから高本体部
２の内へ伸びるようなサイズを有する。電気抵抗ヒータ
ー８は、低本体部１と壁部材５の間の環状スペースに存
在し、壁部材５及び従って反応チャンバー６の効率的加
熱のために適合させられる。４つの入口ノズル９（その
うちの２つが図に示され、残りの２つは後ろに隠れてい
る）が、高本体部２において確実に固定（シール）され
ており、その下端１０は、反応チャンバー６の上端７の
境界へと伸びる。
【００１３】４つのプロセスガス入口チューブが存在
し、それは、４つの中間チャンバー１２の１つを介し
て、それらの各入口ノズル９へ連絡しており、各入口チ
ューブ１１と入口ノズル９の間に４つのシールされた通
路を形成する。各入口チューブ１１のトップに向けて、
チューブ１１の実質的にセンターラインへ伸びる酸素注
入部１３がある。燃料ガス注入部１４は、チャンバー１
２を通り、入口ノズル９のトップ領域へと伸びるやり１
５を有する各中間チャンバー１２内に存在する。装置の
使用の際、例えば、半導体処理チャンバーからの排気ガ
スストリームは、例えば、入口チューブ１１の１つの中
にバキュームポンプシステムにより入れられ、その後、
反応チャンバー６の境界へ注入される。酸素（又は空
気）は、それが注入部１３によりチューブ１１を通過す
るときにガスストリームへ導入され、また、燃料ガス
は、それが、やり１５により入口ノズル９を通過すると
きに酸素含有ガスストリームへ導入される。入口チュー
ブの１つ又はそれより多くが、適切に、１つ又はそれよ
り多くの処理チャンバーから放出されるガスストリーム
へ連絡していてもよい。
【００１４】使用の際、反応チャンバー６は、ヒーター
８により加熱されて、チャンバー内及び中に所望の温度
を生じさせる。酸素の燃料ガスの存在により、一般に
は、フレーム１６が、チャンバー６内の点線により示さ
れたように、入口ノズル９の末端１０に現れる。ウェッ
トスクラバーを含む補充スクラバー手段が、反応チャン
バー６の出口１７に結合していてもよい。本発明による
装置内における処理試験では、４つの入口チューブ１１
の１つを、半導体処理チャンバーからバキュームポンプ
の排気部(exhaust)へ連絡させた。ポンプには、ペルフ
ルオロカーボン化合物の流量をモニターしかつ全窒素流
を変動させるための設備を備えさせた。水素燃料ガス及
び酸素の注入物は示したように導入した。他の３つの入
口チューブ１１は、それぞれ、５０ｓｌ／分で窒素減と
連絡させて、３つの他のバキュームポンプからの排気量
をシミュレートした。反応チャンバーを７５０℃のチュ
ーブ温度まで加熱した。結果を表１に記載する。
【００１５】表Ｉ
【００１６】これらの結果において、ＮＯx放出は、最
大３〜６ｐｐｍであった。更に、処理試験を、再び、７
５０℃の反応チャンバー（内部）温度を有する、図に示
した装置において行った。三弗化窒素の定量は、“Ｖ
Ｇ”マススペクトロメーターを用いて行った。水素、酸
素及び反応性ガス（ＮＦ3、Ｆ2）の流量を、Tylan流量
コントローラーを用いて行った。窒素パージ流はロタメ
ーターを用いて測定した。結果を表ＩＩに記載する。
【００１７】表ＩＩ 0 第１入口チューブ１１（５０ｓｌ／分Ｎ2各他の３つ
の入口提供）。
【００１８】〜ｓラなる試験を、同様の手段において、
フッ素のレベル及びアベートメントを測定して行った。
フッ素は、ドレーガーチューブを用いて測定した。結果
を表ＩＩＩに記載する。
【００１９】表ＩＩＩ これらの結果は、三弗化窒素の良好な分解を示し、正当
な量の水素を有するフッ素が必要とされる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を行うための装置を示す。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 4D002 AA22 AC10 BA02 BA05 BA12 BA13 CA01 CA20 DA35 DA54 DA70 EA02 GA01 GB02 GB08 HA03

Claims (9)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 ガスストリームにおける有害物質の燃焼
    的分解のための方法であって、ガスストリームを、その
    中において実質的な完全燃焼を可能にするのに十分な酸
    素を有する加熱チャンバーに注入することを含み、水素
    が、また、チャンバー中に燃料ガスとして存在する方
    法。
  2. 【請求項２】 チャンバーが加熱金属チューブを含む請
    求項１に記載の方法。
  3. 【請求項３】 チャンバーが電気的手段により加熱され
    る請求項１又は２に記載の方法。
  4. 【請求項４】 水素及び酸素が、スチームがチャンバー
    に注入される前に、ガスストリームに導入される請求項
    １〜３のいずれか１項に記載の方法。
  5. 【請求項５】 混合物が、燃料ガス中に１０〜１５０％
    の化学量論過剰の酸素を有する請求項１〜４のいずれか
    １項に記載の方法。
  6. 【請求項６】 混合物が、燃料ガス中に８０〜１５０％
    の化学量論過剰の酸素を有する請求項５に記載の方法。
  7. 【請求項７】 水素が、燃焼される種に関して容量で少
    なくとも化学量論量で存在する請求項１〜６のいずれか
    １項に記載の方法。
  8. 【請求項８】 水素が、燃焼される種に関して容量で化
    学量論量の少なくとも２倍で存在する請求項７に記載の
    方法。
  9. 【請求項９】 水素が、燃焼される種に関して容量で化
    学量論量の少なくとも５倍で存在する請求項７又は８に
    記載の方法。
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