JP2004000960A

JP2004000960A - 含フッ素化合物分解装置およびこれを利用した含フッ素化合物処理システム

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Publication number: JP2004000960A
Application number: JP2003123806A
Authority: JP
Inventors: Seung-Ki Chae; 蔡　勝　基; Sang-Gon Lee; 李　相　坤; In-Ju Lee; 李　仁　珠; Kyoung-Hye Lee; 李　京　恵; Yong-Hee Lee; 李　龍　煕; Jin-Ok Jung; 鄭　鎮　玉; Young-Jo Shin; 申　英　照
Original assignee: FORHUMAN CORP; Samsung Electronics Co Ltd
Current assignee: FORHUMAN CORP; Samsung Electronics Co Ltd
Priority date: 2002-04-29
Filing date: 2003-04-28
Publication date: 2004-01-08
Anticipated expiration: 2023-04-28
Also published as: KR100459712B1; TWI222661B; KR20030085633A; US7976785B2; US20070212275A1; US20030201168A1; US7232552B2; JP4409203B2; TW200305919A

Abstract

【課題】排ガスダクトに直接付着して大量排出されるＰＦＣガスを含む混合された排ガスに常温常圧状態で直接電気的エネルギーを加えてＰＦＣガスを分解処理することによって維持管理が簡便であり、大容量処理が可能でかつ運転コストが低廉なＰＦＣ分解装置およびこれを利用したＰＦＣ処理システムを提供する。
【解決手段】含フッ素化合物ガスが流れるように内部空間を有して接地されている外部電極部３０と、外部電極部３０内の内部空間に挿入されており、外部電極部３０との間に反応空間を形成する内部電極部４０と、内部電極部４０から電子ビームを発生させ、前記反応空間内で前記含フッ素化合物ガスを分解できるように前記内部電極部４０に高周波高電圧を印加する高電圧供給部５０とを具備する含フッ素化合物分解装置。
【選択図】　　　　　　図４

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、含フッ素化合物分解装置およびこれを利用した含フッ素化合物処理システムに係り、より詳細には半導体集積回路または液晶表示装置などの製造工程中に排出される有害ガスである含フッ素化合物（ｐｅｒｆｌｕｏｒｉｎａｔｅｄ　ｃｏｍｐｏｕｎｄｓ；ＰＦＣ）ガスを効率的にかつ経済的に処理できるＰＦＣ分解装置およびこれを利用した処理システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体製造工程中に排出されるガスのうちＰＦＣガスはドライエッチング工程、化学的蒸着工程またはチャンバ洗浄工程などで一般的に使われるガスであり、その代表的なものにはＣＦ_４、Ｃ_２Ｆ_６、Ｃ_３Ｆ_８、ＣＨＦ_３、ＮＦ_３、ＳＦ_６などがある。このようなＰＦＣ系ガスは、その特有の結合性のために大気中に放出されれば、ほとんど分解されず、そのライフタイムが非常に長く、かつ地球温暖化指数（Ｇｒｏｂａｌ　Ｗａｒｍｉｎｇ　Ｐｏｔｅｎｔｉａｌ；ＧＷＰ）が二酸化炭素に比べて非常に安定した化合物である。このため、世界半導体協会（ＷＳＣ）で自発的にその排出量を減らすと決定されている。
【０００３】
半導体製造工程中に排出されるＰＦＣを処理するための従来技術として、特許文献１には排ガス中のフッ素をアルミニウムと反応させてＡｌＦ_３形態に除去する方法が開示されている。しかし、このような技術は、アルミニウムの追加によって経済性が悪化する、反応後に生成物質を除去するための付帯施設が必要になるなど、全体としての処理規模を増大させ、維持管理の困難性を増加させる。
【０００４】
最近注目されている処理方法には、アルカリ土類金属や強力な化学的還元剤を添加して処理する方法、高温で燃焼して除去する方法、排ガス中で粒子を除去して水素または水、酸素を添加して６００℃以上で熱分解する方法などが提案されている。また、温度１０，０００Ｋのプラズマ状態で処理ガスを露出させた後、急冷して除去するなどプラズマを応用してＰＦＣを除去する方法などが提示されているが、このような高温の熱プラズマ方式を採択する場合、処理ガスを最小６００℃以上の高温状態に加熱するか、あるいは維持せねばならないので追加的なエネルギー消耗が必須であり、投入された手間およびコストに比べて処理量とその性能はあまり優秀といえない。
【０００５】
また低温プラズマを応用した技術は、大部分が前記の特許文献と類似したアルカリ土類金属類または他の添加物を利用してＰＦＣを固相化して粒子として除去する方法を採用しており、この場合に前記のように添加物の維持管理コストおよび付帯施設が必要になるのでその経済性が低いと考えられる。
【０００６】
【特許文献１】
米国特許第Ｈ１７０１号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
本発明が解決しようとする技術的課題は、独立した生産装備ではないガスダクトに直接付着する形で設置して、排ガスダクトから大量排出されるＰＦＣガスを含む排ガスに直接電気的エネルギーを加えてＰＦＣガスを分解処理することによって、維持管理が簡便であり、大容量処理が可能でかつ運転コストが低廉なＰＦＣ分解装置およびこれを利用したＰＦＣ処理システムを提供するところにある。
【０００８】
本発明が解決しようとする他の技術的課題は、ＰＦＣガスの通路全体に高密度の高周波、高電圧を照射することによって電子ビームとプラズマ振動現象などによって処理効率が非常に高いＰＦＣ分解装置およびこれを利用したＰＦＣ処理システムを提供するところにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
前記本発明の技術的課題を達成するための本発明によるＰＦＣ分解装置は、ＰＦＣガスが流れるように内部空間を有して接地されている外部電極部と、前記外部電極部内の内部空間に挿入されており、前記外部電極部との間に反応空間を形成する内部電極部と、前記内部電極部から電子ビームを発生させ、前記反応空間内で前記ＰＦＣガスを分解できるように前記内部電極部に高周波高電圧を印加する高電圧供給部とを具備する。
【００１０】
前記内部電極部の電極の形状は四角形または八角形などの多角形、楕円形に形成できるが、均一な電界のためには望ましくは真円形に形成でき、前記外部電極部は円筒状に形成できる。
【００１１】
一方、前記内部電極部は、縁部に沿って一定の間隔で複数の突出した放電極が形成された複数の円形板と、前記各円形板間の間隔を一定に維持するように前記各円形板間に挿入される複数のガイドリングとが交互に組立てられて形成されることもあり、複数の円形板と複数のガイドリングとが組立てられたユニットが再び複数に組立てられて形成されることもある。
【００１２】
前記各円形板の縁部に沿って形成された放電極は基本的に先端が鋭く突出した針状であって、その数は３０ないし１１０の範囲、望ましくは７５とする。
【００１３】
一方、前記各円形板は隣接する円形板と一定の角度だけねじれるように組立てて効率を高めることができ、前記放電極の数が７５である場合に隣接する円形板の放電極が１．２゜ずつねじれながら組立てられる。一方、前記ＰＦＣガスの分解および除去を効率的に行うために、前記各ガイドリングの厚さは前記各円形板の厚さより２．５ないし３．５倍厚いことが望ましい。
【００１４】
一方、前記高電圧供給部は、前記内部電極部と前記外部電極部との距離が均一に維持されるように支持すると同時に前記内部電極部と電気的に連結された支持部と、前記支持部に高電圧を印加できるように高電圧を発生させる高電圧発生部とを具備する。
【００１５】
前記支持部は前記内部電極部を両側から支持するように構成され、望ましくは、前記内部電極部を両側から支持する支持部と連結され、前記内部電極部を貫通するシャフトがさらに備わる。
【００１６】
前記高電圧発生部は高電圧キャパシタの特性を利用したクローバー回路を利用でき、また前記高電圧発生部は急速充電のために直角波形の高電圧台電流パルスを用いたラインパルサ方式を使用できる。
【００１７】
一方、前記本発明の技術的課題を達成するための本発明によるＰＦＣ処理システムは、反応チャンバからＰＦＣガスをポンピングするポンピング手段と、前記ポンピング手段から供給されるＰＦＣガスに直接電気的エネルギーを加えてウェット処理が可能な化合物に分解するＰＦＣ分解装置と、前記ＰＦＣ分解装置で分解された前記ウェット処理が可能な化合物を処理するスクラバーとを具備する。
【００１８】
前記反応チャンバはＰＦＣガスを使用できるドライエッチングチャンバまたは化学的蒸着チャンバであり、ＰＦＣ分解装置は直列または並列に複数のセットに構成して容量を拡張できる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、添付した図面を参照して本発明の望ましい実施例を詳細に説明する。しかし、本発明は多くの相異なる形態に具現でき、ここで説明される実施例に限定されると解釈されてはならず、これら実施例はただその開示内容を完全にして発明の思想を当業者に十分に伝達するために提供されるものである。
【００２０】
図１は、本発明の一実施例によるＰＦＣ処理システムを示す概略図である。図１を参照すれば、ＣＦ_４、Ｃ_２Ｆ_６、Ｃ_３Ｆ_８、ＣＨＦ_３、ＮＦ_３、ＳＦ_６などのＰＦＣ系ガスを使用して半導体集積回路または液晶表示装置（ＬＣＤ）を製造するためのドライエッチング工程または化学的蒸着工程が行われる反応チャンバ１０からこれらＰＦＣガスをポンピングできるようにポンピング手段２０が備わっている。前記ポンピング手段２０によりポンピングされたＰＦＣガスを含む排ガスは本発明によるＰＦＣ分解装置を経てスクラバー６０で処理された後、大気中に排出される。
【００２１】
前記ＰＦＣ分解装置は、接地されている外部電極部３０と、前記外部電極部３０の内側に配置された内部電極部４０と、前記内部電極部４０に高電圧を供給する高電圧供給部５０とよりなる。
【００２２】
本発明によれば、前記ポンピング手段２０によりポンピングされたＰＦＣガスを含む排ガスは、円筒状の外部電極部３０を常温、常圧下で流れ、この時、前記内部電極部４０に高電圧が印加されながら前記外部電極部３０と内部電極部４０との間の反応空間に強い電界が形成されて、前記内部電極部４０から高い電子ボルトを有する電子ビームや気体レーザーが放出される。これら電子ビームは、反応空間を流れるＰＦＣの結合構造を破壊してスクラバー６０でウェット処理が容易な化合物、例えば水や二酸化炭素に分解する。
【００２３】
図２は、本発明の一実施例によるＰＦＣ分解装置を示す斜視図であり、図３は、図２のＰＦＣ分解装置の垂直断面図を示す概略図であり、図４は、図３のＰＦＣ分解装置の側面図である。
【００２４】
図２ないし図４を参照すれば、ＰＦＣが流れる外部電極部３０は基本的に後述する内部電極部（図１の４０）に対向する対向電極であって、円筒状のハウジング１１０よりなる。各円筒状のハウジング１１０は基本的に真円形の円筒状をなし、例えばＳＵＳ材質の金属よりなり、図１のように接地される。また、ハウジング１１０の両側端には締結ホール１２０が多数形成されたフランジ１１８が形成され、これら締結ホール１２０を通じてハウジング１１０が直列に複数連結されることもある。
【００２５】
内部電極部４０の断面形状は四角形または八角形などの多角形にすることもあり、楕円形にすることもある。しかし、本実施例では前記真円形に形成された対向電極の外部電極部３０に対応して真円形に形成した。真円形に電極を配置する場合、内部電極部４０の各電極から放出される電気的エネルギーと、前記外部電極部３０と内部電極部４０との間の反応空間を通過するＰＦＣガスとの反応による熱的、物理的、化学的影響が各電極に均一に及び、長時間装置を駆動しても電極の配置および変形を最小化できる。また、軸２１０を経た電気的エネルギーも、内部電極部４０のあらゆる電極に均一に供給され、装置の安定な作動が確保されうる。
【００２６】
内部電極部４０の表面形状について説明すれば、負イオンを放出する電極は基本的に先端が鋭く突出した針状であって、電子を放出する電極の形態と大きさとによって放出される電気エネルギーの特性が変わり、そのエネルギーにより形成される反応領域での電気的特性も変わる。また、同じ大きさおよび同じ形態の電極であっても内部電極部４０の表面上に円形に複数配列する場合には、電極間の間隔および電極数はもちろん電極が円形に配列された時の半径の大きさによって消耗電力および放出エネルギーの強度が変わる。内部電極部４０に対向する対向電極の外部電極部３０の構成もＰＦＣの処理効率に敏感に作用するので、安定した処理特性が維持されるよう、熟考して設計せねばならない項目である。
【００２７】
多様な形態と大きさの電極を配列してＣＦ_４標準ガスに対する装置の処理性能を実験した結果、半導体集積回路の製造工程中に排出されるＰＦＣを多量含有する有害ガス処理においては、図３に示すように、電極の役割をする放電極２４４が円形板２４０の縁部に沿って一定の間隔をおいて均一に配列された形態が最も適した性能を有することが見出された。
【００２８】
放電極２４４が配列された円形板２４０の直径が小さい場合には、システム内に自己充電できる基本維持の電気エネルギーの量が少なく、ＣＦ_４などの有害物質を処理できるエネルギーが円滑に放出できずに処理性能が顕著に落ちる。一方で、円形板２４０の直径が大きい場合には、電力消耗量が多くなって非経済的であるだけでなく、長期使用のための耐久性が保証できない結果を得た。
【００２９】
また、図１０に示すように、装置を軽量化するために放電極２４４が形成された円形板２４０の内部を空円に処理すると、空円化しない時に比べて充電エネルギーが約２５％減少する現象が発生した。これを克服するために、本実施例では、空円化した円形板２４０の間にガイドリング２５０を挿入し、図１１に示したようにガイドリング２５０の厚さｔ２を放電極２４４が形成された円形板２４０の厚さｔ１の約２．５倍ないし３．５倍にして、前記充電エネルギーの不足という問題を解決した。
【００３０】
結論として、本実施形態では、多様な形状の電極と電極の数および付帯施設まで総合して実験した結果に基づいて放電極２４４の配列形態を円形とし、一円形板２４０当たり放電極２４４の数を７５と決定した。放電極２４４の数を７５より１．５倍（約１１０）以上増加配置する場合には、電極の過密によって装置の移動、設置中に電極の変形が発生する恐れがあり、電極の変形は装置の信頼性低下の主原因となる。放電極２４４の数が約３０以下である場合には電気的および化学的処理のための十分な量の電気的エネルギーが発生しない。
【００３１】
内部電極部４０の全体構造を、図４および図８ないし図１１を参照して説明する。図８は図３のＰＦＣ分解装置において内部電極部の一ユニットを示す側面図であり、図９は図８の内部電極部の一ユニットの側面図であり、図１０は図８の内部電極部の一ユニットの一部を示す分解斜視図であり、図１１は図１０において各円形板とガイドリングとの厚さ関係を図式的に示した図面である。
【００３２】
一枚の円形板２４０の縁部には７５個の放電極２４４が配列され、本実施形態によるＰＦＣ分解装置では図４および図９に示したように１０枚の円形板２４０が組立てられて一ユニットを構成し、図４に示した本実施例の分解装置には１０個のユニットが共に組立てられている。したがって、本実施例の分解装置１台当り放電極２４４の総数は７５００となる。
【００３３】
内部電極部４０の組立て状態をより具体的に説明すれば、図８ないし図１０に示したように１０枚の円形板２４０とその間に一つずつ挿入される９個のガイドリング２５０が各々対応して形成された締結ホール２４２ａないし２４２ｄを通じて締結ボルト２４６により一つに組立てられる。一ユニットで各円形板２４０はいずれも中央部が空いている空円状に形成できるが、図８および図９に示したように、各ユニットの最初と最後の円形板２４０の場合には中央に六角形の軸ホール２１０ｂだけ形成されたものを使用できる。
【００３４】
ここで７５個の放電極２４４が形成された各円形板２４０を一つのユニットに組立てる時、それぞれの円形板２４０を１．２゜ずつねじれた状態で組立ると、高い処理効率を得ることができる。円形板２４０を１．２゜ずつねじれるように締結するためには図１０に示したように、円形板２４０およびガイドリング２５０を固定する締結ホール２４２ａないし２４２ｄを、次の円形板２４０を組立てる度に９０゜ずつ回転させつつ組立てれば、全体円形板２４０が各々１．２゜ずつねじれて隣接する円形板２４０の放電極２４４の間が１．２゜ずつねじれるように組立てられる。すなわち、図１０に示したように、最初の円形板２４０の締結ホール２４２ａには次の隣接した円形板２４０の締結ホール２４２ｂが結合される形に組立てられる。これを商用化する場合に、組立てを容易にするために、１０枚の円形板２４０を一ユニットとして予め組立て、運搬、設置および管理を円滑にしてもよい。
【００３５】
一方、図１１に関して前述したようにＰＦＣガスのうちＮＦ_３やＣ_３Ｆ_８などの比較的安定した非反応性物質を分解および除去するためには、ガイドリング２５０の厚さｔ２を放電極２４４が形成された円形板２４０の厚さｔ１より約２．５ないし３．５倍以上厚く製作する。円形板２４０の厚さとガイドリング２５０の厚さとが同じか、あるいはガイドリング２５０がより薄い場合には、所望の処理効率を得るのが困難である。より具体的には、ガイドリング２５０の厚さが円形板２４０の厚さの２．５ないし３．５倍である場合に最大効率を得ることができ、ガイドリング２５０の厚さが円形板２４０の厚さの３．５ないし５．５倍以上である場合には前記最大効率の約３０％程度効率が低下し、ガイドリング２５０の厚さが円形板２４０の厚さの１倍以下である場合にも最大効率の約３０％以下に効率が低下し、ガイドリング２５０の厚さが円形板２４０の厚さの２倍以下である場合に最大効率の約５０％以下に効率が低下することが分かった。
【００３６】
次いで、図４に示したように、１０個のユニットはその中央部を貫通する六角形状の軸２１０に一体に組立てられる。すなわち、個々のユニットがユニット間に補助ガイドリング２６０を挿入しつつ一つに組立てられる。これらユニットが軸２１０に全部組立てられれば、図７に示したように軸２１０の両側端からユニットを密着支持しながら、同時に各円形板２４０の内側に有害ガスが流れることを遮断するガス遮断板２３０が、その中央に形成された軸ホール２１０ａを通じて軸２１０の両側端に締結ナット２１２により組立てられる。
【００３７】
次に前記内部電極部４０を外部電極部３０内に設置する方法について説明する。
【００３８】
図４ないし図７を参照すれば、内部電極部４０を構成する各円形板２４０を貫通する軸２１０の両端は、支持部２１４と連結されて外部電極部３０のハウジング１１０に固定される。より具体的に、前記支持部２１４の一端は軸２１０の両端と結合され、他端は絶縁性の固定部２１８を貫通して締結ナット２１６により結合される。前記固定部２１８は、図４に示したようにハウジングの突出した部分に固定され、その上に蓋部１１２が締結要素１１４により設置される。図６に示したように、支持部２１４の他端には高電圧発生部（図１の５０）と電気的に連結された導線２２０がウォッシャ２２４と締結ボルト２２２とにより連結され、蓋部に設置されたホール１１６を通じて外部に延びる。
【００３９】
図１２は、本発明のＰＦＣ分解装置の反応空間２７０を示す部分斜視図である。図１２を参照すれば外部電極部３０を構成する円筒状のハウジング１１０と内部電極部４０を構成する円形板２４０の各放電極２４４との間には、一定の間隔を有する反応空間２７０が形成される。前記反応空間２７０は常温、常圧に維持され、前記反応空間２７０内で、気体レーザーと電子ビーム、低温プラズマ、プラズモン、プラズマ振動および紫外線照射工法などによりＰＦＣを含む有害ガスの結合構造が破壊されて分解処理される。
【００４０】
前記反応空間２７０内で起きる現象を説明すれば、反応空間２７０内での高電圧放出現象によって生成した輻射線が、反応部をなしている金属表面に吸着された分子に入射される時、金属物質の電磁気特性と輻射線の電磁気的成分との相互作用により、ラマン散乱された輻射線の電磁気場が大きく増幅する。
【００４１】
輻射線がシステム内の反応空間２７０から放出散乱される時、散乱される光の波長によって分類される、レイリー散乱とラマン散乱とが生じる。レイリー散乱は、システムの反応空間２７０で輻射線が散乱される時に入射光と同じ波長に散乱される現象である。この時に散乱される光の強度は、粒子の大きさ、入射光の波長、試料の偏極率により変わるが、散乱光の波長は粒子の特性に関係なく入射光と同一である。一方、ラマン散乱は、試料に走査された入射光の波長と異なる波長の光が散乱される現象であって、１９２８年インドの物理学者であるＣ．Ｖ．Ｒａｍａｍ博士により初めて報告された。ラマン散乱の科学的な重要性と科学および技術への応用可能性が高く評価されて、１９３０年にラマン博士にノーベル物理学賞が授与され、その現象がラマン散乱と命名された。
【００４２】
本発明の分解装置の反応空間２７０内で、高電圧条件下で発生する現象に対して最も広く認定されている理論的モデルは、局地的に分布されたプラズモン粒子モデルであり、これはマクスウェルの式に基づいた解釈である。
【００４３】
高周波高電圧トランスから印加されたエネルギーによりシステム内部に非常に高い数十ｋＶの電圧と数ｋＨｚの周波数とが形成されてイオン、電子または中性原子および分子が、正電荷と負電荷とが均衡をなして均一に分布されているプラズマ状態になる。
【００４４】
また、全体的には中性であるが、互いに反対の電荷を有する粒子が混ざって局部的にイオンと電子との分離により電気場が形成され、また電荷の流れにより電流および磁場が発生し、電荷の分布が一時的に変わって電磁気体が規則的に波動を描きながら周期的に振動することをプラズマ振動という。プラズマ振動がおきている状態で振動中に量子化したエネルギーをプラズモンといい、内部プラズモンと表面プラズモンとに区分できる。
【００４５】
分子の振動電子遷移双極子モーメントが放電極２４４の表面と放電極２４４の鋭い断面との間に存在すれば分子の吸光、蛍光などの光学的特性が変わり、これにより共鳴ラマンの特性も変わる。
【００４６】
ラマン散乱の強度変化に影響を及ぼすシステム内の反応空間２７０での電磁気場の表面特性は次の通りである。第１に、高電圧の放出現象によって電磁気場における入射光の反射は電磁気場の強度を増幅する。第２に、紫外線光の散乱により発生する双極子は局地的に電磁気場の強度を変える。第３に、鋭い金属表面のプラズマと散乱光の増幅干渉または共鳴効果が散乱領域の電磁気場の強度を増幅する。
【００４７】
また、システム内部の放電極２４４の表面に存在する分子の散乱特性により増幅された局地電磁気場の影響は次の通りである。第１に、反射される入射光が作った電磁気場により吸光係数などの遷移振動強度が強まる。第２に、入射光により励起されたエネルギーバンドがより大きくなる。第３に、振動双極子の周波数に微細な変移が起こる。
【００４８】
放電極の配置が円形板の表面と垂直に配列された場合、一般ラマン散乱の強度は、局地的な電磁気場の増幅効果により約３０倍程度増幅することが知られている。この場合に、システム内で元素材として使われたＳＵＳ材質の金属内部の電子と振動双極子との相互共鳴により散乱強度が増幅される。
【００４９】
ＳＵＳ金属が有している電磁気場が入射散乱光により直接エネルギーが高い状態に励起されれば、反応部内の電極金属表面で局地的に電磁気場の強度が非常に大きく増幅されうる。システムの元素材である金属性分と入射光の電磁気場との共鳴が、表面のプラズモンにより誘発される。最もエネルギーが低い領域の金属プラズモンはラマン散乱で主に使用する輻射線の波長と共鳴状態にあり、かつ金属表面に限って発生する現象であるため、局地的表面プラズモンという。このような局地的表面プラズモンの具体的な形態は、システム内部の反応部分の対向電極金属の表面に沿って動く電子線による電磁気波で説明できる。
【００５０】
エネルギーを供給するトランスは、ネガティブ電位を有する高周波高電圧で負極電子が放出される電界場であるために、システム内部の反応区間において、広範囲なネガティブの電子線が放出される電磁気波の発生区間となる。この状態でこの反応部内には新しいいろいろな化学的／物理的変化が起きる。
【００５１】
アセトン分子を例とすれば、アセトン分子は電子対をとりもつ、強固な結合を有する。このような結合の大部分は、炭素−炭素結合である。しかし、アセトン分子が電子を必要とする電極に移動すれば電子は分子から離れる。ここで十分なエネルギーが与えられれば炭素−炭素結合をなす電子対のうち一つの電子は広域の電磁力線が交差する波長内で互いに所望の波に残り、また一つの電子は離脱する。この時、ただ一つの電子を有する炭素−炭素結合は容易に離れてメチル陽イオンとなる。
【００５２】
また、放電極の鋭い部分に高電圧を放出しようとする時に形成される波長のうち互いに反発する波内で電子は不安定に結合される。それにより結合は離れ、電子対は分離される。
【００５３】
また、静電気的現象において一定距離に帯電されている電極では高度の紫外線が放出されているが、発生する紫外線光は非特異的に電子を活性化させる。紫外線光は電子対の分裂に効果的なエネルギーを与えて電子対に衝撃を加える。すると電子は突然に分子の他の部分にある互いに反発する波に移される。
【００５４】
アセトン分子にしばらく紫外線を照射すれば、炭素−炭素結合の電子のうち一つは炭素−炭素結合の電子に反発する波に移ることがある。そうすると、不対電子だけで結合されている炭素−炭素結合は容易に離れるようになる。
【００５５】
以上述べたように前記反応空間２７０内では、常温、常圧下で高い電気的エネルギーを有する電子ビームが高密度でかつ効率的に発生してＰＦＣガスの堅い結合構造を破壊し、後続のウェットスクラバー（図１の６０）で処理できるフッ化水素、水または二酸化炭素に分解する。
【００５６】
次に、ＰＦＣガスを処理するための高電圧供給部（図１の５０）について説明する。
【００５７】
本実施例では、ＰＦＣガスを処理するための高圧電流素子としてＨＶキャパシタが利用されるが、これは圧力膨脹の役割をし、小規模のユニットを直列および並列に複数接続できるだけでなく、固有の特性を補完して汎用の大電流発生装置として多く使われる。また、ＨＶキャパシタと応用部品とを結合すればトリガ時間を変化させ、かつ非常に複雑な電流波形も得ることができる。図１３Ａは一般的な高周波電圧キャパシタ（ＨＶキャパシタ）を使用した大電流発生装置の回路図であり、図１３Ｂはその負荷電流波形図である。図１３ＡでＣ_０はコンデンサ、Ｒは充電抵抗、ＳＷは起動スイッチ、Ｒ_０は合成抵抗、Ｌ_０はインダクタンス、Ｒ_１は負荷抵抗、Ｌ_１は負荷インダクタンスであり、ｉは負荷に流れる電流をそれぞれ示す。
【００５８】
一方、ＨＶキャパシタＣ_０にエネルギーを蓄積させ、本発明において考案されたシステムを適用すれば、この回路はクローバー回路と呼ばれる等価回路に変わり、この構成はＰＦＣ処理システムのエネルギー供給装置となる。ここでシステム反応器の電気的インピダンスが抵抗であれば指数学的に減衰する波形となり、インダクタンスであれば振動する波形となる。
【００５９】
図１４Ａは一般的なクローバー回路の基本回路図であり、図１４Ｂは負荷電流波形図である。図１４Ａに示したように従来のクローバー回路は駆動ギャップとクローバースイッチギャップとよりなっているが、負荷電流波形図においてｉはクローバーを行った時の電流を、ｉ_０はクローバーを行わない場合の電流を示す。
【００６０】
一方、波長を長くする必要がある時にはＨＶキャパシタの容量や負荷の抵抗値を大きくすればよいが、装置が大きくなって電流値が下がる。したがって、考案された等価回路図のようにクローバー回路が多く使われる。クローバー回路においては先ずコンデンサＣのエネルギーを負荷インダクタンスに放出する。図１５Ａは本発明のＰＦＣ分解装置を適用した等価回路図であり、図１５Ｂは負荷電流波形図である。
【００６１】
一方、インダクタンスの電流が最大になった時、すなわち、ＨＶキャパシタのエネルギーがほとんど放出された時にシステム内部には過度充電現象が起き、過度充電現象直前の時点で電流波形は回路のインダクタンスおよび抵抗によって決まる時定数に減衰する波形となり、図１５Ｂに示したような波形を得ることができる。
【００６２】
大電流を得るためには前述したように複数のＨＶキャパシタを直列および並列に接続せねばならず、この時にＨＶキャパシタの分担電圧を均一にせねばならない。
【００６３】
図１７は本発明のＰＦＣ分解装置を複数設置した高周波電圧供給装置の等価回路図であり、図１８は本発明のＰＦＣ分解装置を複数並列に設置した概略的な斜視図であり、図１９は本発明のＰＦＣ分解装置を複数直列および並列に設置した概略的な斜視図である。図１７において”Ｎ”は本発明によるＰＦＣ分解装置の設置数を示す。
【００６４】
本発明によるＰＦＣ処理システムは図１７および図１８に示したように、高効率、かつ大容量でＰＦＣガスを処理するためのものであり、本発明の処理システム内部に安定的に必要量のエネルギーを充電せねばならないが、金属と平衡距離を維持する対向電極で構成された場合には初期充電時間が延びる恐れがあり、使用中に一定量が放出される場合にこれをシステム内部に急速充電して持続させねばならない問題がある。これを解決するためにはエネルギー供給波形および電流供給を制御せねばならないが、本発明のシステムは大容量処理のために直列および並列を混用した装置であるため、これを短時間に最高点まで充電することは非常に難しい。
【００６５】
この問題を解決するための方法には、本発明による高電圧供給部５０において急上昇時間を有する直角波形の高電圧台電流パルスが必要である。直角波の発生にはラインパルサ方式を使用する。インダクタンスＬを直列に、静電容量Ｃを並列にして複数接続した回路を直角波電流の発生に使用するが、本発明の高電圧供給部５０で作動する電気的特性を見る時にこの動作原理はラインパルサと同一である。
【００６６】
図１６Ａは本発明のシステムに急速充電をするための直角波形原理を説明するための立体等価図であり、図１６Ｂはその等価回路図であり、図１６Ｃは波形図である。
【００６７】
インダクタンスＬと静電容量Ｃとが一定であり、損失のない線路であれば波形の減衰や歪曲のないパルスを発生させる。電圧Ｖで充電させた後スイッチＳを閉じれば、前記等価回路図１６Ａで分かるように負荷抵抗Ｒに発生する電圧ｅは、
ｅ＝ＲＶ／（Ｚ＋Ｒ）
である。Ｒ＝Ｚ（整合）とすれば図１６Ｃのように電圧Ｖ／２、幅２Ｔのパルスが発生する。ここでＴは線路の電波時間であり、波の進行速度をｖとすればＴ＝Ｌ／ｖである。このような方式を通じて本発明によるＰＦＣ処理システム内部を短時間内に最高点まで充電して必要なエネルギーを供給できる。
【００６８】
半導体製造工程で発生するＰＦＣガスを常温、常圧下で処理する本発明による処理システムにおいてその低減効率の性能評価を行った結果を表１に示す。
【００６９】
【表１】

【００７０】
本性能評価で使用した処理システムは単一ユニットで構成して、処理量は１０ｍ^３／ｍｉｎとし、ユニットを並列連結してテストされた総処理量５０ｍ^３／ｍｉｎを１台に構成し、全体エネルギー供給装置の１次消費電力は３Φ、２２０Ｖ、６０Ａ以下とした。処理効率の分析は本発明の処理システムの前、後端に赤外線分光器（ＦＴＩＲ）を設置してオンライン分析を実施し、１０Ｍのセルを使用した。赤外線分光器はＦ_２、Ｃｌ_２のように単一二重結合体の分析は不可能であるが、世界的にＰＦＣ排ガスの分析に広く使われている。
【００７１】
表１に示したように、本発明の処理システムは、化学的蒸着工程のチャンバ洗浄用として最も多く使われているＣ_３Ｆ_８およびＮＦ_３、ならびにＣ_３Ｆ_８で洗浄する時に付加生成物として発生するＣＦ_４ガスのいずれもに関して、９０％以上の処理効率を有していた。
【００７２】
一方、本発明では図１８および図１９に示したように、より高い処理効率を確保するためにユニットを直列にさらに連結してもよく、処理容量をさらに増大させるためにユニットを並列にさらに連結してもよい。処理効率および処理容量に合わせて、ユニットの数を変更することが可能である。
【００７３】
一方、本発明によれば、半導体製造ラインの排気ダクトに直接連結して使用でき、半導体生産ラインの建物外部に設置することによって面積が足りない既存生産ラインでも容易に設置できる。
【００７４】
以上、本発明の実施例について詳細に説明したが、本発明の技術範囲は前記実施例の形態に限定されず、本発明の趣旨を外れない範囲内で変更されうる。
【００７５】
【発明の効果】
本発明によれば、常温、常圧下で高電圧が印加されて電子ビームを放出できる放電極が形成された内部電極部とこれに対向して形成された外部電極部との間の反応空間にＰＦＣガスを流すと同時に前記内部電極部の放電極に高周波高電圧を供給することによって、前記放電極から放出された高い電気的エネルギーを有する電子ビームがＰＦＣの結合構造を破壊してウェット処理が可能な水や二酸化炭素などの化合物に分解し、後続のスクラバーでこれら有害ガスをウェット処理できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態によるＰＦＣ処理システムを示す概略図である。
【図２】本発明の一実施形態によるＰＦＣ分解装置を示す斜視図である。
【図３】図２のＰＦＣ分解装置の概略的な垂直断面図である。
【図４】図３のＰＦＣ分解装置の側面図である。
【図５】図２のＰＦＣ分解装置の内部電極部を概略的に示す斜視図である。
【図６】図５において内部電極部に高周波電圧を印加するための支持部を概略的に示す分解斜視図である。
【図７】図６の支持部と結合されるガス遮断板を示す斜視図である。
【図８】図３のＰＦＣ分解装置において内部電極部の一ユニットを示す側面図である。
【図９】図８の内部電極部の一ユニットの側面図である。
【図１０】図８の内部電極部の一ユニットの一部を示す分解斜視図である。
【図１１】図１０において各円形板とガイドリングとの厚さ関係を図式的に示す図面である。
【図１２】本発明のＰＦＣ分解装置の反応空間を示す部分斜視図である。
【図１３】図１３Ａは、一般的な高周波電圧キャパシタ回路の基本回路図であり、図１３Ｂは、負荷電流波形図である。
【図１４】図１４Ａは、一般的なクローバー回路の基本回路図であり、図１４Ｂは、負荷電流波形図である。
【図１５】図１５Ａは、本発明のＰＦＣ分解装置を適用した回路図であり、図１５Ｂは、負荷電流波形図である。
【図１６】図１６Ａは、本発明のＰＦＣ分解装置を適用した立体等価図であり、図１６Ｂは、その等価回路図であり、図１６Ｃは、その波形図である。
【図１７】本発明のＰＦＣ分解装置を複数設置した高周波電圧供給装置の等価回路図である。
【図１８】本発明のＰＦＣ分解装置を複数並列に設置した概略的な斜視図である。
【図１９】本発明のＰＦＣ分解装置を複数直列および並列に設置した概略的な斜視図である。
【符号の説明】
１０　　反応チャンバ、
２０　　ポンピング手段、
３０　　外部電極部、
４０　　内部電極部、
５０　　高電圧供給部、
１１０　　ハウジング、
１１２　　蓋部、
１１４　　締結要素、
１１６　　ホール、
２１０　　軸、
２１２　　締結ナット、
２１４　　支持部、
２１８　　固定部、
２３０　　遮断板、
２４６　　締結ボルト、
２６０　　補助ガイドリング。

Claims

含フッ素化合物ガスが流れるように内部空間を有して接地されている外部電極部と、
前記外部電極部内の内部空間に挿入されており、前記外部電極部との間に反応空間を形成する内部電極部と、
前記内部電極部から電子ビームを発生させ、前記反応空間内で前記含フッ素化合物ガスを分解できるように前記内部電極部に高周波高電圧を印加する高電圧供給部とを具備する含フッ素化合物分解装置。
前記外部電極部は円筒状に形成されたことを特徴とする請求項１に記載の含フッ素化合物分解装置。
前記内部電極部は、
縁部に沿って一定の間隔で複数の突出した放電極が形成された複数の円形板と、前記各円形板間の間隔を一定に維持するように前記各円形板間に挿入される複数のガイドリングとが交互に組立てられて形成されたことを特徴とする請求項２に記載の含フッ素化合物分解装置。
前記各円形板の縁部に沿って形成された放電極の数は３０ないし１１０の範囲内であることを特徴とする請求項３に記載の含フッ素化合物分解装置。
前記各円形板の縁部に沿って形成された放電極の数は７５であることを特徴とする請求項４に記載の含フッ素化合物分解装置。
前記各円形板は隣接する円形板とその放電極とが１．２゜ずつねじれながら組立てられたことを特徴とする請求項５に記載の含フッ素化合物分解装置。
前記各ガイドリングの厚さは前記各円形板の厚さより２．５ないし３．５倍厚いことを特徴とする請求項３に記載の含フッ素化合物分解装置。
前記外部電極部および内部電極部はＳＵＳ金属材質で形成されたことを特徴とする請求項１に記載の含フッ素化合物分解装置。
前記高電圧供給部は、
前記内部電極部と前記外部電極部との距離が均一に維持されるように支持すると同時に前記内部電極部と電気的に連結された支持部と、
前記支持部を通じて前記放電極に高電圧を印加できるように高電圧を発生させる高電圧発生部とを具備することを特徴とする請求項１に記載の含フッ素化合物分解装置。
前記支持部は前記内部電極部を両側から支持することを特徴とする請求項９に記載の含フッ素化合物分解装置。
前記高電圧発生部は高電圧キャパシタの特性を利用したクローバー回路を利用することを特徴とする請求項９に記載の含フッ素化合物分解装置。
前記高電圧発生部は急速充電のために直角波形の高電圧台電流パルスを用いたラインパルサ方式を使用することを特徴とする請求項９に記載の含フッ素化合物分解装置。
反応チャンバから含フッ素化合物ガスをポンピングするポンピング手段と、
前記ポンピング手段から供給される含フッ素化合物ガスに直接電気的エネルギーを加えてウェット処理が可能な化合物に分解する含フッ素化合物分解装置と、前記含フッ素化合物分解装置で分解された前記ウェット処理が可能な化合物を処理するスクラバーとを具備する含フッ素化合物処理システム。
前記反応チャンバは含フッ素化合物ガスを使用できるドライエッチングチャンバまたは化学的蒸着チャンバであることを特徴とする請求項１３に記載の含フッ素化合物処理システム。
含フッ素化合物分解装置は直列または並列に複数が連結されたことを特徴とする請求項１３に記載の含フッ素化合物処理システム。
前記含フッ素化合物分解装置は、
前記ポンピング手段から供給される含フッ素化合物ガスが流れるように内部空間を有して接地されている外部電極部と、
前記外部電極部内の内部空間に挿入されており、前記外部電極部との間に反応空間を形成する内部電極部と、
前記内部電極部から電子ビームを発生させ、前記反応空間内で前記含フッ素化合物ガスを分解できるように前記内部電極部に高周波高電圧を印加する高電圧供給部とを具備することを特徴とする請求項１３に記載の含フッ素化合物処理システム。
前記外部電極部は円筒状に形成され、
前記内部電極部は、縁部に沿って一定の間隔で複数の突出した放電極が形成された複数の円形板と、前記各円形板間の間隔を一定に維持するように前記各円形板間に挿入される複数のガイドリングとが交互に組立てられて形成されたことを特徴とする請求項１６に記載の含フッ素化合物処理システム。
前記各円形板の縁部に沿って形成された放電極の数は７５であり、前記各円形板は隣接する円形板とその放電極とが１．２゜ずつねじれながら組立てられたことを特徴とする請求項１７に記載の含フッ素化合物処理システム。
前記各ガイドリングの厚さは前記各円形板の厚さより２．５ないし３．５倍厚いことを特徴とする請求項１７に記載の含フッ素化合物処理システム。
前記高電圧供給部は、
前記内部電極部と前記外部電極部との距離が均一に維持されるように前記内部電極部を両側から支持すると同時に前記内部電極部と電気的に連結された支持部と、
前記支持部に高電圧を印加できるように高電圧を発生させる高電圧発生部とを具備することを特徴とする請求項１６に記載の含フッ素化合物処理システム。
前記高電圧発生部は高電圧キャパシタの特性を利用したクローバー回路を利用することを特徴とする請求項２０に記載の含フッ素化合物処理システム。
前記高電圧発生部は急速充電のために直角波形の高電圧台電流パルスを用いたラインパルサ方式を使用することを特徴とする請求項１６に記載の含フッ素化合物処理システム。