JP2008506851A - ガス緩和装置及び方法 - Google Patents

Abstract

プロセスツールからの排気流体流を処理するための低コストの装置を開示する。一実施形態では、装置は、緩和装置(12)と、緩和装置(12)を少なくとも部分的に排気する液体リングポンプ(14)とを有している。使用中、緩和装置(12)は、排気流体流の１つ以上の成分、例えばＦ₄又はＰＦＣを、環境に対する有害性の低い１つ以上の液体溶解性成分、例えばＨＦに変換する。液体リングポンプ(14)は、排気流体流及び液体を受入れ、液体と排気ガス流の液体溶解性成分とからなる溶液を排出する。かくして、液体リングポンプ(14)は、ウェットスクラバ及び大気圧真空圧送段の両方の作用を行う。

Description

本発明は、ガスの緩和に関する。本発明は、プロセスツール、例えば半導体製造業又はフラットパネルディスプレイ製造業に使用されるプロセスツールからの排気ガスの緩和に特別な用途を見出すものである。

ＣＦ₄、Ｃ₂Ｆ₆、ＮＦ₃及びＳＦ₆は、半導体製造業及びフラットパネルディスプレイ製造業において、例えば、誘電層エッチング及びチャンバクリーニングに一般的に使用されている。製造プロセス又はクリーニングプロセスの後、一般に、プロセスツールから吸い出される排気ガス流中に残留ＰＦＣ含有物が存在する。ＰＦＣは、排気ガス流からの除去が困難であり、ＰＦＣの環境内への放出は、ＰＦＣが比較的高い温室効果活性を有するため好ましくない。

図１に示すように、プロセスツールからのこのような排気ガスを処理する緩和装置を設けることは知られている。図示の例では、緩和装置２００は、プロセスツールのそれぞれのプロセスチャンバ２０２を排気するための１つ以上の排気システムの下流側に配置されている。この例では、各排気システムは、プロセスチャンバ２０２から排気ガス流を吸引するルーツ（Roots）ブロワ２０４又は他の２次ポンプを有し、ルーツブロワ２０４は、大気圧又はほぼ大気圧で排気ガス流を緩和装置２００に排出する多段ドライポンプ２０６によりバックアップされている。適当なバックアップポンプ２０６は、ルーツ型ポンプ機構とノーゼイ（Northey）（爪）型ポンプ機構との組合せを有する。

緩和の目的は、排気ガス流の比較的有害な成分を、環境に対する有害性の小さい化合物に変換すること、及び／又は、例えば緩和装置２００の下流側に配置されるウェットスクラバ（図示せず）によって一層便利に廃棄できる化合物に変換することにある。従来の緩和装置として、焼却ツール、プラズマ緩和ツール及び熱分解ツールがある。

半導体製造プロセスは、一般に、副生成物として、排気システムによりプロセスチャンバ２０２から吸引される粒子又は粉末を生成する。バックアップポンプ２０６のポンプ機構は、使用中のロータ要素とステータ要素との間に厳密な公差を維持しなければならないため、窒素等の不活性パージガスを噴射することが一般的な手法である。このパージガスは、バックアップポンプ２０６の副生成物汚染レベルを低下させる機能を有する。しかしながら、各プロセスツール２０２からの排気ガス流の流量（一般に、約５ｓｌｍ（standard liter per minute））と比較して、各バックアップポンプ２０６内へのパージガスの流量（一般に、約４０〜５０ｓｌｍ）が比較的大きいことから、１つ以上のバックアップポンプ２０６内にパージガスを噴射すると、緩和装置２００の必要動力を大幅に増大させてしまう。なぜならば、７０％から９０％のパージガスを含有する排気ガス流の緩和は、パージガスを含有しない排気ガス流の緩和と比較してかなり大きい動力を必要とするからである。

欧州特許出願第１，２０５，７０７号明細書

本発明の好ましい実施形態の目的は、少なくとも、プロセスツールからの排気ガス流を処理するための比較的簡単で、効率的で低コストの技術を提供することにある。

第１の態様では、本発明は、プロセスツールからの排気ガス流を処理する装置であって、排気ガス流の成分を準大気圧で液体溶解性成分に変換する緩和装置と、緩和装置を少なくとも部分的に排気するポンプと、液体をポンプに搬送する手段とを有し、ポンプは、ポンプ機構と、緩和装置からの排気ガス流と液体搬送手段からの液体とを受入れる手段と、液体及びガス流の液体溶解性成分を含む溶液を排出する出口と有する装置を提供する。

一実施形態では、ポンプは液体リングポンプを有する。液体リングポンプは、環状ハウジング内で回転可能に取付けられたロータを有し、ロータ軸線はハウジングの中心軸線に対して偏心している。ロータは、それから半径方向外方に延びるブレードを有し、ブレードは、ロータの周囲で等間隔に配置されている。水等の一定量の圧送液体がハウジング内に維持される。本明細書において使用する「液体不溶性成分」とは、ポンプの液体（この液体は、一般に水である）中に溶解されない排気ガス流の成分を意味する。また、用語「液体溶解性成分」とは、ポンプの液体中に溶解できる排気ガス流の成分を意味する。このような液体不溶性成分の例として、ペルフルオロ化された化合物又はヒドロフルオロカーボン化合物、例えば、ＣＦ₄、Ｃ₂Ｆ₆、ＣＨＦ₃、Ｃ₃Ｆ₈及びＣ₄Ｆ₈があり、これらは、ポンプ内の溶液中に取り入れられるＣＯ₂及びＨＦに変換される。他の例としてＮＦ₃があり、ＮＦ₃はＮ₂、ＨＦ及びＳＦ₆に変換され、これらは更にＳＯ₂及びＨＦに変換される。

ロータが回転すると、ロータブレードが液体と係合して、液体をハウジング内で環状リングにする。このことは、ポンプの入口側では、隣接するロータブレード間に位置する圧縮領域内にあるガスはロータハブから離れて半径方向外方に移動するのに対し、ポンプの出口側では、ガスはロータハブに向かって半径方向内方に移動することを意味する。このため、ポンプを通るガスには、ピストン型の圧送作用が加えられる。

この好ましい実施形態では、ガス入口がポンプの入口側に設けられており、このため、液体溶解性種を含有する排気ガス流は隣接したロータブレード間の空間内に吸引され、ここで、液体を半径方向外方に移動させる。ハウジング内に液体リングを形成すべくハウジングに液体を同時に搬送する別の入口が、一般に、ポンプの入口側と出口側との間のハウジングの底部に設けられる。排気ガス流は圧送液体と接触するので、排気ガス流のあらゆる液体溶解性成分がポンピング液体中で洗い流され、従って、排気ガス流のあらゆる液体溶解性成分を排気ガス流から除去した後、排気ガス流を液体の溶液及び排気ガス流の液体溶解性成分と一緒に大気圧又はほぼ大気圧でポンプから排出させる。ポンプの出口は、溶液及びあらゆるガスを、ポンプから排出させることができる。

上記のように、ポンプには、液体を受入れるための別の入口が設けられる。変形例として、液体は、ガス入口から排気ガス流と一緒に流入させてもよく、この場合、液体は、その供給源からガス入口の上流側の排気ガス流中に搬送される。

他の実施形態では、ポンプは、スクリュウポンプ機構、好ましくは多ロータスクリュウ機構を有している。多ロータスクリュウ機構ポンプは、ガスと液体との混合物を圧送でき、従って、液体リングポンプの代わりに本発明に使用できる。多ロータスクリュウポンプ機構は、静止ステータ内に２つ以上の回転スクリュウを有し、流体は、スクリュウロータの噛合い歯により形成されるキャビティ内で軸線方向に搬送させられる。ポンプ機構を通る流体の移動方向は、スクリュウロータの回転方向に基づいて定められる。圧縮はポンプ自体の内部で行なわれるのではなく、しばしば、事実上大気圧にある出口に対する制限により行われる。

この実施形態では、ガス入口は、排気ガス流の入口のように、ポンプの入口端に設けられる。排気ガス流と同時に液体流をポンプ内に導入できるように、第２の入口を設けるのがよい。変形例として、液体を、ガス入口の上流側で排気ガス流中に搬送してもよく、これにより、液体はガス流と同時にポンプに流入する。液体リングポンプと同様、排気ガス流のあらゆる液体溶解性成分は液体流によって捕捉される。ポンプ出口は、ポンプからの液体流の排出を可能にする。

かくして、液体リングポンプ又はスクリュウ機構ポンプは、排気ガス流のためのウェットスクラバ及び大気圧真空圧送段の両方の作用を行う。緩和装置の下流側にポンプを配置した場合、従来のウェットスクラバはもはや不要であり、コストを低減できる。また、ルーツ型又はノーゼイ型ポンプ機構とは異なり、プロセスツールからのあらゆる粒子又は粉末の副生成排出物は、液体リングポンプのポンプ機構に悪い効果を与えることがなく、従って大気圧圧送段にパージガスを供給する必要性はもはや存在しない。従って、液体リングポンプが緩和装置の上流側又は下流側のいずれに配置されるかとは無関係に、緩和装置に流入するガスの量は、図１に示した既知の例と比較して大幅に低減される。

緩和装置は、排気ガス流の成分を種々の成分に変換するように構成されることが好ましい。例えば、緩和装置は、ＳｉＨ₄及び／又はＮＨ₃等の排気ガス流の１つ以上の成分を、Ｆ₂等の排気ガス流の他の成分との反応性が前記成分より小さい１つ以上の成分に変換するように構成されることが好ましい。このようなガスは、緩和装置が種々のプロセスツールからの排気ガス流を処理するように構成されている場合、又は種々のプロセスガスが異なる時点でプロセスツールに供給される場合に設けられる。ＳｉＨ₄ガス及びＮＨ₃ガスの予処理によって、排気ガス流中に反応性ガスが形成されることを防止できる。例えば、ＳｉＨ₄の予処理により、ＳｉＯ₂を形成できる。

好ましい実施形態では、ポンプは緩和装置の下流側に配置され、これにより、使用中、排気ガス流は準大気圧で緩和装置を通る。この構成により、緩和装置は、排気ガス流の成分を、ポンプの液体との反応性が前記成分より小さい成分に変換できる。例えば、Ｆ₂は水中に溶解できるが、水と反応してＯＦ₂のような不溶性成分を形成する。Ｆ₂のＨＦへの変換により、このような成分の形成が防止される。かくして、この構成によれば、緩和装置は、排気ガス流の１つ以上の成分を、ポンプの液体中に溶解できる成分に変換できる。

前述のように、排気ガス流の成分は、最初は、液体溶解性有するもの又は液体不溶性を有するものがある。液体不溶性を有する成分の例として、ＣＦ₄、Ｃ₂Ｆ₆、ＣＨＦ₃、Ｃ₃Ｆ₈、Ｃ₄Ｆ₈、ＮＦ₃及びＳＦ₆がある。

排気ガス流の成分を分解するのに、一定範囲の機器のうちの１つを使用できる。例えば、例えば、バーナ等の機器を用いてこれらの成分を熱分解することができる。上記特許文献１（特許文献１の内容は本願に援用する）には、１つの適当な例が開示されている。変形例として、プラズマ発生器を用いて、これらの成分を分解することができる。１つの既知のプラズマ緩和技術では、排気ガス流が、マイクロ波放射を用いる共振キャビティ内に搬送され、ＰＦＣのような成分からマイクロ波プラズマを発生させる。他の既知の技術は、排気ガス流を誘電チューブ内に搬送し、高周波表面波励振器を使用して、ＰＦＣを解離させるプラズマをチューブ内に発生させる表面波を生じさせる。プラズマは、約５８０ｋＨｚ、１３．５６ＭＨｚ、２７ＭＨｚ、９１５ＭＨｚ又は２．４５ＧＨｚの周波数の放射を用いて発生させることができる。変形例として、グロー放電を発生させて、これらの成分を分解してもよい。良く知られているように、グロー放電は、当該ガスの破壊電圧より高い電圧をガスに印加することにより形成される明るい熱プラズマである。成分は、グロー放電以外の放電、例えばコロナ放電又はアーク放電によって分解されてもよい。このような放電を、水冷ノズル（アノード）と中央に配置されたカソードとの間に電弧を発生するプラズマガンを用いて発生させてもよい。流体の流れは電弧を通り、この電弧により解離される。ノズルから放出されるイオン化された流体のプラズマは、オープンオキシ−アセチレン炎に似ている。

他の緩和技術では、排出廃棄流は、廃棄流中の成分と反応する反応体を含有する流れと接触する。例えば、これらの成分がＰＦＣである場合、水蒸気の過熱流を用いて、ＰＦＣがＨＦ等の成分に変換され、かかる成分はポンプ内の溶液中に吸収される。反応性種が反応性流体から形成され、後で排気ガス流のこのような成分と反応される方法を提供することにより、排気ガス流中の成分の破壊を引起こすのに必要なエネルギ、従って破壊効率が顕著に改善されることが判明している。例えば、水の解離により形成されるＨ⁺イオン及びＯＨ^-イオンは、周囲温度で、従って、排気ガス流中に導入される前に水が予めイオン化されていない場合に必要とされる非常に低い温度で、排気ガス流中に含まれる例えばＰＦＣと反応できる。他の長所は、比較的安価で容易に利用できる流体、例えば水蒸気又は例えばメタン又はアルコール等の燃料を用いて、反応性種としてＨ⁺イオン及び／又はＯＨ^-イオンを発生できること、及び反応を準大気圧又は大気圧で行うことができることである。

プラズマガンを用いてイオンを形成するのに、種々の技術を使用できる。第１の技術では、プラズマ流が形成され、チャンバ内にプラズマ流を噴射する前に、水（これらのイオンの適当な供給源の一例）が流れ中に搬送され、これにより、これらのイオンを含む炎がチャンバ内に噴射されて、排気ガス流が緩和される。水は、源ガスとは別に、又は水蒸気及び源ガスの両方を含む流体混合物中で、プラズマ流に搬送される。第２の技術では、水及び排気ガス流の両方が、チャンバ内に別々に搬送される。水は炎により解離されて、チャンバ内で加熱されたイオンを形成し、該イオンは、後で、廃棄流のＰＦＣ成分と反応する。第３の技術では、排気ガス流は、反応チャンバ内に噴射する前にプラズマ流に搬送され、これにより、プラズマ流及びガス流の両者（これらはＰＦＣ及び／又は該ＰＦＣから発生されたラジカルを含むことがある）が反応チャンバ内に噴射される。水は、孔の上流側で、すなわち源ガス又は排気ガス流の１つと一緒に、又はこれらとは別にプラズマ流に搬送され、又はノズルの上流側のプラズマ流に搬送されるか、例えば直接反応チャンバに搬送される。この場合には、水はプラズマ流に衝突して、ＰＦＣ及び／又はＰＦＣラジカルと反応するチャンバ内で加熱されたイオンを形成し、及び／又はＰＦＣラジカルを緩和するチャンバ内でＰＦＣラジカルと直接反応できる。

好ましい実施形態では、単一プラズマガンを使用して、プラズマ流を反応チャンバ内に噴射する。しかしながら、このような複数のガンを使用して複数のプラズマ流を同じチャンバ内に噴射して、各ガンにより、共通のガス流又はそれぞれのガス流を緩和させてもよい。変形例として、複数のガス流を単一チャンバ（該チャンバ内には単一のプラズマ流が噴射される）に搬送してもよい。これにより、廃棄流の処理効率が更に改善される。これらのガンは、共通の動力源に連結されてもよいし、それぞれの動力源に連結されてもよい。

他の態様では、本発明は、プロセスツールから排気するシステムであって、プロセスツールからの排気流体流を吸引する真空ポンプと、ポンプからの排気流体流を受入れ且つ処理する前述の装置とを有している。このようなポンプは、排気流体流を、１０〜２００ミリバールの範囲内の圧力で排出する任意の便利なポンプで構成できる。例えば真空ポンプは、ターボ分子ポンプ、分子ポンプ又は多段ドライポンプで構成できる。このようなポンプは、ノーゼイ型ポンプ機構より大きい公差を有し、従って、ポンプ機構の運転公差内での固体副生成物の蓄積により固着されるおそれがない複数のルーツ型ポンプ機構で構成するのが好ましい。

更に別の態様では、本発明は、プロセスツールからの排気ガス流を処理する方法を提供し、この方法は、排気ガス流を、その成分を準大気圧で液体溶解性成分に変換するために緩和装置に搬送する段階と、排気ガス流を、緩和装置から、それを少なくとも部分的に排気するポンプに搬送する段階と、それと同時にポンプに液体を搬送する段階と、ガス流の液体溶解性成分を含有する液体をポンプから排出する段階とを有している。

本発明の装置の特徴に関連した特徴は、方法の特徴についても適用でき、逆に、方法の特徴を装置の特徴に適用できる。

以下、添付図面を参照して、本発明の好ましい特徴を説明する。

図２に示すように、それぞれのプロセスツールの１つ以上のプロセスチャンバ１０からの排気ガス流を処理する装置の第１の実施形態は、緩和装置１２及び液体リングポンプ１４を有している。緩和装置１２は、１つ以上の高容量２次ポンプ１６の下流側に配置されている（図２には２次ポンプ１６が３つ示されているが、任意適当な数の２次ポンプを設けることができる）。図示の実施形態では、各２次ポンプ１６は多段ドライポンプで構成され、各ポンプ段はルーツ型ポンプ機構により構成されている。変形例として、１つ以上の２次ポンプ１６は、それぞれのプロセスチャンバ（単一又は複数）１０のポンプ条件に基いて、ターボ分子ポンプ及び／又は分子ポンプで構成できる。

２次ポンプ１６は、プロセスチャンバ１０から排気ガス流を吸引し、且つ吸い出されたガス流を、準大気圧（一般に、５０〜２００ミリバールの範囲内の圧力）で且つ約５ｓｌｍの流量で緩和装置１２に排出する。緩和装置１２は、吸い出された排気ガス流を受入れて、その成分（例えばＳｉＨ₄及びＮＨ₃等）を、受入れられたガス流の他の成分と殆ど反応しない物質（例えばＦ₂）に変換し、且つこのような成分及び他の成分（例えばＰＦＣ及びＦ₂）を、液体リングポンプ１４内のポンプ液体によって容易に除去できる物質に変換する。

緩和装置１２は、例えば焼却、プラズマ緩和、熱分解、ガス添加物を用いた分解等の、準大気圧排気ガス流の緩和に適した任意の技術、又は排気ガスを反応させて上記物質を形成すべく選択されたイオンを含有するガス流の緩和に適した任意の技術を用いることができる。このような緩和装置１２の例を、図３から図７を参照して以下に説明する。

図３は、緩和装置１２へのガス供給を示す。排気ガス流は、導管２０により緩和装置１２の第１の入口１８に搬送され、且つ導管２４により緩和装置１２の出口２２から排出される。ＯＨ^-イオン及び／又はＨ⁺イオンの源（この例では水）が、導管３０によりこれらのイオン源２６から緩和装置１２の第２の入口２８に供給され、イオン化可能なプラズマ源ガス（この例では窒素）が、導管３６により、源３２から緩和装置１２の第３の入口に供給される。

図４に示すように、緩和装置１２は反応チャンバ４０を有し、反応チャンバ４０には、排気ガス流を受入れる第１の入口１８と、イオン源を受入れる第２の入口２８と、反応チャンバ４０から、緩和プロセスからの副生成物を含有する流体流及び緩和装置１２に流入する排気ガス流内に含まれる他の非緩和ガスを排出するための出口２２とを備えている。緩和装置１２は更に直流プラズマトーチ４２を有し、直流プラズマトーチ４２は、導管３６から窒素流を受入れ、且つプラズマトーチ４２の孔又はノズル４４から放出される炎の形態をなし且つ反応チャンバ４０内に噴射されるプラズマ流を発生させる。図４に示すように、プラズマトーチ４２はまた、全体を参照番号４６で示す導管システムを介してトーチ４２に出入りする水クーラントの流れを受入れる。

図５は、プラズマトーチ４２の一実施形態の構成をより詳細に示すものである。プラズマトーチ４２は端壁５０を備えた細長管状カソードすなわち電子エミッタ４８を有している。水クーラントは、プラズマトーチ４２の使用中に、電子エミッタ４８のボア５２を通って搬入される。電子エミッタ４８のボア５２は、電子エミッタ４８の端壁５０を包囲するスタートアノードすなわち電極５４に形成されたノズル４４と整列している。スタート電極５４は、電子エミッタ４８を包囲する絶縁ブロック５６内に取付けられる。絶縁ブロック５６に形成されたボアは、緩和装置の第３の入口３４を形成し且つプラズマ源ガスの流れを、電子エミッタ４８の端壁５０とスタート電極５４との間に配置されたキャビティ５８内に搬入する。

プラズマトーチ４２の作動に際し、パイロットアークが、電子エミッタ４８とスタート電極５４との間で最初に発生する。アークは、トーチ用電源に接続された発生器により一般的に供給される高周波・高電圧信号により発生する。この信号はキャビティ５８内を流れるプラズマ源ガス中にスパーク放電を誘起し、この放電が電流路を形成する。このようにして電極エミッタ４８とスタート電極５４との間に形成されるパイロットアークは、ノズル４４を通るプラズマ源ガスをイオン化し、イオン化された源ガスの高運動量プラズマ炎をノズル４４のチップから発生させる。炎は、ノズル４４から、該ノズル４４を包囲する２次アノード６０に向かって進み、プラズマ領域６２を形成する。２次アノード６０は反応チャンバ４０の壁の一部で形成するか、反応チャンバ４０内に挿入される別体部材で形成することもできる。後者の場合には、２次アノード６０に孔６４、６６を設けて、これらの孔６４、６６を反応チャンバ４０の入口１８、２８と整合させ、イオン源及び排気ガス流がプラズマ領域６２に搬送されるようにする。２次アノード６０の下方部分（図面で見て下方部分）は図５に示すような輪郭に形成して、プラズマ源ガスからプラズマ流を発生させるスタート電極５４の代わりに２次アノードを使用できるように構成できる。

使用に際し、イオン源（この例では水）は、トーチプラズマ４２のノズル４４から放射されるプラズマ炎により解離され、プラズマ領域６２内にＨ⁺イオン及びＯＨ^-イオンを形成する。これらのイオンは、その後に、反応チャンバ４０に流入する排気ガス流のＰＦＣ成分（単一又は複数）と反応チャンバ４０内で反応する。反応により生じた副生成物及び反応チャンバ４０に流入する排気ガス流内に含まれる、緩和されない全ての貴ガスが、反応チャンバ４０から出口２２を通って排出され、その後に液体リングポンプ１４に搬送される。

反応チャンバ４０内で生じる反応の幾つかの例を以下に説明する。

〔例１〕
反応流体は、Ｈ⁺イオン及びＯＨ^-イオンの源、例えば水蒸気であり、排気ガス流はペルフルオロ化合物、例えばＣＦ₄を含有する。プラズマ炎は、水蒸気をＨ⁺イオンとＯＨ^-イオンとに解離する。
Ｈ₂Ｏ→Ｈ⁺＋ＯＨ^- （式１）
これらのイオンは、ＣＦ₄と反応して、副生成物として二酸化炭素及びＨＦを形成する。
ＣＦ₄＋２ＯＨ^-＋２Ｈ⁺→ＣＯ₂＋４ＨＦ （式２）

プロセスツール内で誘電層エッチングを行う場合の一般的なガス混合物には、ガスＣＨＦ₃、Ｃ₃Ｆ₈、Ｃ₄Ｆ₈又は他のペルフルオロ化ガス又はヒドロフルオロカーボンガスの異なる特性を含む。Ｈ⁺イオン及びＯＨ^-イオンと廃棄ガス流のこれらの成分との化学反応は細部で異なっているが、その一般的形態は上記スキームの通りである。

〔例２〕
反応流体はこの場合もＨ⁺イオン及びＯＨ^-イオンの源、例えば水蒸気であり、廃棄流はＮＦ₃を含んでいる。プロセスツール製造業者は、ＰＥＣＶＤリアクタを選択するときのチャンバ洗浄ガスとしてＮＦ₃を積極的に採用している。一方、洗浄プロセスでのＮＦ₃の使用量はＣＦ₄又はＣ₂Ｆ₆の使用量より遥かに多く、生成される副生成物はかなり強い反応性を有し、従ってＮＦ₃の野放図な放出は潜在的に非常に危険である。プラズマ内では、ＮＦ₃は解離してＮ₂、Ｆ₂及びＮ₂Ｆ₄を形成する。
４ＮＦ₃→Ｎ₂＋４Ｆ₂＋Ｎ₂Ｆ₄ （式３）
排気ガス流のＮ₂Ｆ₄成分は、後で、プラズマフレア上での水蒸気の衝突から生じるＨ⁺イオン及びＯＨ^-イオンと反応する。
Ｎ₂Ｆ₄＋２Ｈ⁺＋２ＯＨ^-→Ｎ₂＋４ＨＦ＋Ｏ₂ （式４）

上記例で示すように、同じイオンを使用して、ガス流から種々の異なる成分を除去できる。従って、本発明の緩和装置は、同じプロセスツール又は異なるプロセスツールの両プロセスツールから複数のガス流を受入れ且つこれらのガス流の同じ成分又は異なる成分を、液体リングポンプ１４の液体内に溶解できる種に変換するのに適している。例えば図６に示すように、本発明の緩和装置には、導管２０ａを介して付加ガス流を受入れるための付加入口を設けることができ、また、付加ガス流をプラズマ領域６２に搬送できるように、２次アノード６０に付加孔６４ａを設けることができる。

上記例１では、イオンは反応チャンバ４０に流入する排気ガス流のＣＦ₄成分と反応するため、排気ガス流を、イオンと反応する前にプラズマフレアに通してＣＦ₄を分解することは重要ではない。これに対し、上記例２では、プラズマ流を通して排気ガス流を搬送し、ＮＦ₃を、イオン源により発生されるイオンとの反応性が高い種に解離することが望ましい。図４〜図６に示した例では、排気ガス流は、プラズマ領域６２の近くで反応チャンバ４０内に搬送し、ＰＦＣがプラズマ領域を通るように構成される。図７には、プラズマトーチ８０の一例が示されており、このプラズマトーチ８０では、排気ガス流とプラズマフレアとの接触が最大化される。この例では、排気ガス流は、反応チャンバ４０ではなく、プラズマトーチ８０に直接搬送される。図７に示すように、排気ガス流は、緩和装置の第１の入口１８から電子エミッタ４８のボア５２内に搬送される。排気ガス流は、電子エミッタ４８の開端部８２から、電子エミッタ４８とプラズマトーチ８０のスタート電極５４との間のキャビティ５８内に導かれる。キャビティ５８はまた、電子エミッタ４８及びスタート電極５４の両方を包囲する電気絶縁ブロック５６に形成された第３の入口３４を通って緩和装置に流入するプラズマ源ガスの流れを受入れる。

使用に際し、図５に示した例と同様に、パイロットアークは、高周波・高電圧信号をハフニウムインサート８４に供給することにより電子エミッタ４８とスタート電極５４との間に最初に発生される。このようにして電極エミッタ４８とスタート電極５４との間に形成されたパイロットアークは、第３の入口３４からキャビティ５８に流入するプラズマ源ガスをイオン化して、ノズル４４のチップからのイオン化された源の高運動量プラズマ炎を発生させる。排気ガス流が電子エミッタ４８の開端部８２からキャビティ５８に流入すると、排気ガス流はキャビティ５８内でプラズマ源ガスと混合し、プラズマ流と一緒にノズル４４からプラズマ領域６２内に放出される。プラズマ領域６２には、第２の入口２８（該第２の入口２８も、この例ではトーチ４２の絶縁ブロック５６に形成されている）から水が供給される。水は、プラズマ流により分解されてＨ⁺イオン及びＯＨ^-イオンを形成し、これらのイオンは、反応チャンバ内で、ＰＦＣ及び／又は該ＰＦＣの解離から形成された種と反応する。

図２に戻ると、液体リングポンプ１４は、緩和装置１２から排気ガスを吸引する。液体リングポンプの圧送液体（液体は、通常、水又は他の水性溶液である）中に溶解されるガス流のあらゆる成分は、ガスが液体リングポンプ１４を通るときに圧送液体中に溶解され洗い流される。従って、液体リングポンプ１４は、排気ガス流のウェットスクラバ及び大気圧真空圧送段の両方の作用を行う。

図８に示すように、液体リングポンプ１４はロータ９０を有し、ロータ９０は、ロータ軸線９４が環状ハウジング９２の中心軸線９６に対して偏心して、ハウジング９２内で回転可能に取付けられている。ロータ９０は、それから半径方向外方に延び且つロータ９０の周囲で等間隔に配置されたブレード９８を有している。ロータ９０の回転により、ブレード９８は、入口１００からハウジング９２内に流入する液体と係合して、液体を、ハウジング９２内で環状リング１０２に整列させる。再び図２に戻ると、液体は、液体源１７、例えば水タンク又は他のリザーバに連結された導管システム１５により液体リングポンプ１４に搬送される。

排気ガス流は、ガス入口１０４を通って液体リングポンプ１４に流入し、且つ隣接ブレード９８間の空間内に引き入れられる。排気ガス流のあらゆる液体溶解性成分（例えばＨＦ）は、排気ガス流と同時に液体リングポンプ１４に流入する液体によりポンプ１４内に形成される環状リング１０２内に捕捉される。液体リングポンプ１４の出口側には排出口１０８が設けられており、排出口１０８は、ポンプ１４から、環状リング１０２からの液体及び排気ガス流の液体溶解性成分と、排気ガス流に残留するあらゆるガス状種とを含む液体溶液の液体−ガス混合物を排出する。液体が排出口１０８から搬送されると、環状リング１０２は、入口１００を介して新しい液体をハウジング９２に供給することにより補充される。液体リングポンプ１４からの液体−ガス混合物流排出物は、後で、液体リングポンプ１４の排出口１０８から下流側に配置された排出物セパレータ（図示せず）内で分離される。ガスは大気中に排出され、且つ液体は収集されて安全に廃棄される。変形例として、液体は、再使用のために処理されて、源１７に戻される。

図９には、それぞれのプロセスツールの１つ以上のプロセスチャンバからの排気ガス流排出物を処理する装置の第２実施形態が示されている。この第２実施形態の装置は、第１実施形態の液体リングポンプ１４が、スクリュウ型ポンプ機構を備えたポンプ１１０に置換されている点を除き、第１実施形態の装置と同じである。ポンプ１１０は、図１０により詳細に示されている。

第１の入口１１２（入口１１２を通って排気ガス流がポンプ１１０のハウジング１１４に流入する）がポンプ１１０の入口側に配置されている。ポンプ１１０は第２の入口１１６を有し、ポンプハウジング１１４をフラッシングする液体が第２の入口１１６を通って流入する。この実施形態では液体は水であるが、他の水性溶液を使用することもできる。ポンプ１１０は、第１のシャフト１１８と、それから間隔を隔て且つそれに対して平行な第２のシャフト１２０とを有している。両シャフト１１８、１２０は、ハウジング１１４内で、長手方向軸線の回りで互いに逆方向に回転できる。第１のシャフト１１８は駆動モータ１２２に連結されており、両シャフト１１８、１２０は、使用時に同速度で且つ逆方向に回転するようにタイミングギヤ１２４により相互連結されている。第１のロータ１２６が、チャンバ１１４内で回転運動するように第１のシャフト１１８に取付けられており、同様に第２のロータ１２８が第２のシャフト１２０に取付けられている。両ロータ１２６、１２８の各々は、全体として円筒状の形状を有し且つその外面にはそれぞれへリカルベーン又はねじが設けられ、ねじは図示のように噛合う。

使用に際し、排気ガス流は第１の入口１１２を通ってポンプ１１０に流入し、ガスは噛合いするロータ１２６、１２８の間のキャビティ１３０内に導入される。排気ガス流の液体溶解性成分は、第２の入口１１６を介してポンプ１１０に流入する液体内に捕捉される。ポンプ１１０の出口側には排出口１３２が設けられており、排出口１３２は、ポンプ１１０から、それに供給される液体及び排気ガス流の液体溶解性成分を有する液体溶液と、排気ガス流に残留するあらゆるガス状種との液体−ガス混合物を排出する。液体は排出口１３２から搬送されるので、ポンプ１１０内の液体は、入口１１６を介してハウジング１１４に新しい液体を供給することにより補充される。ポンプ１１０からの液体−ガス混合物流排出物は、後で、排出口１３２から下流側に位置する排出物セパレータ（図示せず）内で分離される。ガスは大気中に排出され、且つ液体は収集されて安全に廃棄される。変形例として、液体は、再使用のために処理されて、源１７に戻される。

図示の実施形態では、緩和装置１２はポンプ１４、１１０から上流側に配置され、これにより、ＰＦＣ等の排気ガス流のあらゆる液体不溶性成分はＨＦ等の液体溶解性成分に変換され、液体溶解性成分は、ポンプ１４、１１０の液体内に溶解されて洗い流される。別の構成として、緩和装置１２は、ポンプ１４、１１０から下流側に配置される。この形態では、ガス流からＨＦ等の物質を除去するのに付加ウェットスクラバ等を必要とするが、緩和装置１２は大気圧で作動できる。いずれの構成でも、排気システム内へのパージガスの噴射が全く存在しないということは、緩和装置１２が、各プロセスチャンバ１０から約５ｓｌｍの流量で排気ガスの流れ（単一又は複数）を緩和すべく機能することを意味する。このため、図１に示す従来技術の例におけるように７０〜９０％のパージガスを含有するガス流の緩和よりかなり少ない動力で済む。

前述のように、緩和装置１２は、準大気圧の排気ガス流の緩和に適した任意の技術、例えば焼却、プラズマ緩和、熱分解、ガス添加物を用いた分解を使用できる。適当な燃焼装置は、本件出願人の所有する上記特許文献１（特許文献１を本願に援用する）に開示されている。図１１には、別のプラズマ緩和装置１２が示されている。この装置１２は、マイクロ波共振キャビティ１４０を有している。キャビティ１４０内には、マイクロ波を透過する例えばＰＴＦＥで形成された誘電インサート１４２が設けられている。インサート１４２は円形の内部断面を有し、このため、ガス入口１４４を通ってキャビティ１４０に流入するガスは接線方向の速度成分を有する。インサート１４２はまた、キャビティ１４０を気密性にするシールとしても機能する。キャビティ１４０は、２．４５ＧＨｚマイクロ波発生器に連結されたときにマイクロ波エネルギを伝達する寸法を有する導波管（図示せず）に連結されている。キャビティ１４０内には、対向して配置された１対の電界増強電極１４６、１４８が取付けられており、電界増強電極１４６、１４８は、発生されたプラズマをキャビティ１４０内に閉じ込める。電界増強電極１４６は、その周囲に冷却水を導くことができるチャネルを有している。使用に際し、排気ガス流は、緩和装置に流入する前に、水飽和される。水飽和された排気ガス流排出物は、入口１４４を通ってキャビティ１４０に流入し、両電極１４６、１４８間のギャップ１５０に流入する前に電極１４６、１４８の周囲を旋回する。ここで排気ガス流排出物は、誘電インサート１４２を通ってキャビティ１４０に流入するマイクロ波によりギャップ１５０内に発生される電界により付勢される。ギャップ１５０内の排気ガス流を付勢することによりプラズマが形成され、ここで、ＣＦ₄を含有する排気ガス流について上記式（２）の反応が生じる。反応により生じる副生成物すなわちＣＯ₂及びＨＦは、電極１４８内の軸線方向通路１５２を通ってキャビティ１４０を出て、次にポンプ１４、１１０により受入れられる。

複数のプロセスチャンバの排気を行う従来技術のシステムを示す図面である。 排出廃棄流を処理する本発明の装置の第１実施形態を示す図面である。 図２の装置のプラズマ緩和装置の一例への流体供給を示す図面である。 図３のプラズマ緩和装置をより詳細に示す図面である。 図４の装置に使用するのに適したプラズマトーチの一実施形態を示す図面である。 緩和装置に流入する複数のガス流に図５のトーチを使用するところを示す図面である。 図４の装置に使用するのに適したプラズマトーチの第２実施形態を示す図面である。 図２の装置に使用するのに適した液体リングポンプの一例を概略的に示す図面である。 排出廃棄流の処理装置の第２実施形態を示す図面である。 図９の装置に使用するのに適したスクリュウ真空ポンプの一例を概略的に示す図面である。 図２又は図９の装置に使用するのに適したプラズマ緩和装置の他の例を示す図面である。

Claims (39)

1. プロセスツールからの排気ガス流を処理する装置であって、
   排気ガス流の成分を準大気圧で液体溶解性成分に変換する緩和装置と、
   前記緩和装置を少なくとも部分的に排気するポンプと、
   液体をポンプに搬送する手段と、を有し、
   前記ポンプは、ポンプ機構と、前記緩和装置からの排気ガス流と液体搬送手段からの液体とを受入れる手段と、液体と排気ガス流の液体溶解性成分とを含む溶液を排出する出口と、を有する装置。
2. 前記緩和装置は、排気ガス流の成分を液体溶解性成分に変換するように構成され、前記液体溶解性成分と排気ガス流の他の成分との反応性が、排気ガス流の前記成分とその他の成分との反応性よりも小さい、請求項１記載の装置。
3. 前記緩和装置は、排気ガス流の成分を液体溶解性成分に変換するように構成され、前記液体溶解性成分とポンプの液体との反応性が、排気ガス流の前記成分と前記ポンプの液体との反応性よりも小さい、請求項１又は２記載の装置。
4. 前記緩和装置は、排気ガス流の成分を分解する手段を有する、請求項１〜３のいずれか１項記載の装置。
5. 前記緩和装置は、排気ガス流の成分を分解するためにプラズマを発生させるためのプラズマ緩和装置を有する、請求項４記載の装置。
6. 前記緩和装置は、排気ガス流の成分と反応する反応性流体を受入れるための手段を有する請求項１〜５のいずれか１項記載の装置。
7. 前記緩和装置は、排気ガス流の成分と反応する反応性種を形成すべく、前記反応性流体と衝突するイオン化された流体流を発生させる手段を有する、請求項６記載の装置。
8. 前記緩和装置は、反応チャンバと、イオン化された流体流を反応チャンバ内に噴射する手段と、を有し、前記イオン化された流体流は、排気ガス流の成分と反応する反応性種を含有する、請求項１〜７のいずれか１項記載の装置。
9. 前記緩和装置は、反応性種を形成するために反応性流体を熱分解する手段を有する、請求項８記載の装置。
10. 前記緩和装置は、排気ガス流の成分を熱分解する手段を有する、請求項１〜９のいずれか１項記載の装置。
11. 前記緩和装置は、排気ガス流の液体不溶性成分を液体溶解性成分に変換するように構成される、請求項１〜１０のいずれか１項記載の装置。
12. 前記緩和装置は、ペルフルオロ化された化合物又はヒドロフルオロカーボン化合物を、ポンプの液体中に溶解される物質に変換するように構成される、請求項１１記載の装置。
13. 前記化合物は、ＣＦ₄、Ｃ₂Ｆ₆、ＣＨＦ₃、Ｃ₃Ｆ₈、Ｃ₄Ｆ₈、ＮＦ₃及びＳＦ₆の１つを含む、請求項１２記載の装置。
14. 前記液体は水を有する、請求項１〜１３のいずれか１項記載の装置。
15. 前記ポンプは液体リングポンプを有する、請求項１〜１４のいずれか１項記載の装置。
16. 前記ポンプ機構は噛合いロータを有する、請求項１〜１４のいずれか１項記載の装置。
17. 前記ポンプ機構はスクリュウ型ポンプ機構を有する、請求項１６記載の装置。
18. プロセスチャンバから排気するためのシステムであって、
    プロセスチャンバから排気流体流を吸引する真空ポンプと、
    前記真空ポンプからの排気流体流を受入れ且つ処理するための請求項１〜１７のいずれか１項記載の装置と、を有するシステム。
19. 前記真空ポンプは、排気流体流を、１０〜２００ミリバールの範囲内の圧力で排出する、請求項１８記載のシステム。
20. 前記真空ポンプは多段ドライポンプを有する、請求項１８又は１９記載のシステム。
21. プロセスツールからの排気ガス流を処理する方法であって、
    排気ガス流の成分を準大気圧で液体溶解性成分に変換するために、排気ガス流を緩和装置に搬送する段階と、
    前記緩和装置を少なくとも部分的に排気するために、排気ガス流を前記緩和装置からポンプに搬送する段階と、
    排気ガス流を前記ポンプに搬送する前記段階と同時に、液体を前記ポンプに搬送する段階と、
    排気ガス流の液体溶解性成分を含有する液体をポンプから排出する段階と、を有する方法。
22. 排気ガス流の成分を前記緩和装置によって液体溶解性成分に変換し、前記液体溶解性成分と排気ガス流の他の成分との反応性が、排気ガス流の前記成分とその他の成分との反応性よりも小さい、請求項２１記載の方法。
23. 排気ガス流の成分を前記緩和装置によって液体溶解性成分に変換し、前記液体溶解性成分とポンプの液体との反応性が、排気ガス流の前記成分と前記ポンプの液体との反応性よりも小さい、請求項２１又は２２記載の方法。
24. 排気ガス流の成分を前記緩和装置によって分解する、請求項２１〜２３のいずれか１項記載の方法。
25. 前記緩和装置内にプラズマを発生させて、排気ガス流の成分を分解する、請求項２４記載の方法。
26. ２つの電極間に電界を発生させ、２つの前記電極間に排気ガス流を搬送することによって、前記プラズマを発生させる、請求項２５記載の方法。
27. 反応性流体を、排気ガス流の成分との反応のために前記緩和装置によって受入れる、請求項２１〜２６のいずれか１項記載の方法。
28. イオン化された流体流を前記緩和装置によって発生させ、反応性種を形成し、排気ガス流の成分と反応させる、請求項２７記載の方法。
29. 前記緩和装置は反応チャンバを有し、排気ガス流の成分と反応する反応性種を含有する流体流が反応チャンバ内に搬送される、請求項２１〜２８のいずれか１項記載の方法。
30. 前記流体流はイオン化された流体流である、請求項２９記載の方法。
31. 前記反応性流体を緩和装置内で熱分解し、排気ガス流の成分と反応する反応性種を形成する、請求項２１〜３０のいずれか１項記載の方法。
32. 前記排気ガス流の成分を緩和装置内で熱分解する、請求項２１〜３１のいずれか１項記載の方法。
33. 排気ガス流の液体不溶性成分を緩和装置によって液体溶解性成分に変換する、請求項２１〜３２のいずれか１項記載の方法。
34. ペルフルオロ化された化合物又はヒドロフルオロカーボン化合物を、ポンプの液体中で溶解される物質に緩和装置によって変換する、請求項３３記載の方法。
35. 前記化合物は、ＣＦ₄、Ｃ₂Ｆ₆、ＣＨＦ₃、Ｃ₃Ｆ₈、Ｃ₄Ｆ₈、ＮＦ₃及びＳＦ₆の１つを含む、請求項３４記載の方法。
36. 前記液体は水を有する、請求項２１〜３５のいずれか１項記載の方法。
37. 前記ポンプは液体リングポンプを有する、請求項２１〜３６のいずれか１項記載の方法。
38. 前記ポンプ機構は噛合いロータを有する、請求項２１〜３５のいずれか１項記載の方法。
39. 前記ポンプ機構はスクリュウ型ポンプ機構を有する、請求項３８記載の方法。

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