JP2012523314A - 廃物を処理する方法及び装置 - Google Patents
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Abstract
加工システム内で廃物を処理する方法及び装置を開示する。いくつかの実施形態では、廃物を処理するためのシステムが、加工容量を有するプロセスチャンバと、プロセスチャンバに結合されて加工容量から廃物を除去する排出管と、排出管に結合され、排出管に反応種を注入して廃物を処理する反応種生成器とを含み、反応種生成器が、一重項水素、水素イオン又は水素ラジカルのうちの少なくとも１つを含む反応種を生成する。いくつかの実施形態では、廃物を処理する方法が、加工システムの加工容量からの廃物を、加工容量に流体結合した排出管を通じて流すステップと、排出管内の廃物を、一重項水素、水素イオン又は水素ラジカルのうちの少なくとも１つを含む反応種で処理するステップと、処理した廃物を除害システムに流すステップとを含む。
【選択図】図１
【選択図】図１
Description
本発明の実施形態は、一般に廃物を処理する方法及び装置に関する。
例えば、半導体、ディスプレイ、ソーラー、又は発光ダイオード（ＬＥＤ）の製造過程で発生する廃物は、周囲に放出される前に処理を必要とする。例示的な廃物として、ペルフルオロカーボン及び窒素酸化物などを挙げることができる。例示的な廃物の処理として、メタン又はプロパンなどの燃料を使用した、廃物の燃焼処理及び／又は熱処理を挙げることができる。残念ながら、炭化水素燃料などの燃焼用燃料は安全上の問題を生じることがあり、火災又は爆発を引き起こすことがある。さらに、炭化水素燃料は、一酸化炭素（ＣＯ）又は二酸化炭素（ＣＯ2）などの燃焼に伴う副生物により、二酸化炭素排出量を不必要に増加させる恐れがある。また、このような製造過程が行われる特定の地域では、廃物の処理に必要な燃料の供給、保管、及び配送に関するインフラコストが非常に高くなり得る。
従って、当業では、廃物を処理するための改善された方法及び装置が必要とされている。
本明細書では、加工システム内で廃物を処理する方法及び装置を開示する。いくつかの実施形態では、廃物を処理するためのシステムが、加工容量を有するプロセスチャンバと、プロセスチャンバに結合されて、加工容量から廃物を除去する排出管と、排出管に結合され、排出管に反応種を注入して廃物を処理する反応種生成器とを含むことができ、反応種生成器は、一重項水素、水素イオン又は水素ラジカルのうちの少なくとも１つを含む反応種を生成する。
いくつかの実施形態では、廃物を処理する方法が、加工システムの加工容量からの廃物を、加工容量に流体結合した排出管を通じて流すステップと、排出管内の廃物を、一重項水素、水素イオン又は水素ラジカルのうちの少なくとも１つを含む反応種で処理するステップと、処理した廃物を除害システムに流すステップとを含むことができる。
上記の概要は、本発明を限定することを意図するものではない。以下、本出願の発明の詳細な説明の欄において、その他の及びさらなる実施形態について説明する。
添付図面に示す本発明の例示的な実施形態を参照することにより、上記で要約し以下でさらに詳述する本発明の実施形態を理解することができる。しかしながら、添付図面は本発明の代表的な実施形態を示すものにすぎず、本発明はその他の同等に効果的な実施形態も認めることができるので、これらの図面が本発明の範囲を限定すると見なすべきではない。
理解を容易にするために、複数の図に共通する同一の要素については可能な限り同一の参照数字を使用して示した。図は縮尺通りに示しておらず、明確にするために単純化していることがある。別途説明していなくても、１つの実施形態の要素及び特徴を他の実施形態に有利に組み込むことができる。
本明細書では、加工システム内で廃物を処理する方法及び装置を開示する。本発明の方法及び装置は、除害効率を有利に改善して二酸化炭素排出量を減少させる。
本発明の実施形態は、水素（又は局所的に生成したような現場水素）を使用して、加工廃物、ペルフルオロカーボン及びＮＦ3の除害を支援することに関する。排気物質、ペルフルオロカーボン（ＰＦＣ）、及びＮＦ3の熱分解を、従来の酸化よりも効率的かつ低い炉温で触媒する上で、一重項水素（Ｈ）及び／又は水素ラジカルの存在が有効であることを予想外に発見した。このことはＡＭＡＴ社のＲ＆Ｄ施設において実証され、ＰＦＣ除害装置に化学量論的に少ない量の水素を加えることで、ＰＦＣ又はその他の削減を要する化学種の破壊除去効率（ＤＲＥ）が、通常の予想に対して驚くほど高くなることが示された。
従って、発明者らは、励起した一重項水素及び水素ラジカルを入ってくる廃物と混合して優れた破壊除去／変換効率が得られるように、除害装置へのプラズマ水素注入口を使用することを提案した。化学種を含む廃物の流れに、励起したラジカル又は一重項水素の流れを、ポンプ前（ポンプ前ＤＲＥが得られる）、ポンプ位置、又はポンプ後のいずれかにおいて与えて混合する方法は様々である。
例えば、いくつかの実施形態では、内部搬送機関の内腔に存在する廃物、及び外部搬送機関を通じて導入される励起した反応物を（導管などの）同心環に与えることができる。直ぐ下流で混合が生じる。いくつかの実施形態では、内部搬送機関の内腔を通じて導入される励起した反応物、及び外部搬送機関を通じて導入される廃物を同心環に与えることができる。直ぐ下流で混合が生じる。いくつかの実施形態では、混合を促すために、反応物を廃物に接線方向に又は角度を付けて注入することができる。いくつかの実施形態では、混合を促すために、廃物を反応物に接線方向に又は角度を付けて注入することができる。これらの例では、様々な同心環の相対的長さを変化させることができる。いくつかの例では、最適な除害性能を与えて前記搬送機関の堆積又は浸食を最小限に抑えるために、内側環を外側環よりも短く又は長くすることができる。
いくつかの実施形態では、排出管の周囲に同心環スリーブを設けて、廃物と反応物の間に、両方の化学種が反応器内に入って物理的入口アセンブリからある距離だけ離れるまで不活性ガススリーブが与えられるようにすることができる。このような構成は、搬送装置の端部における堆積及び超高温を最小限に抑える。
利用可能な水素及び／又は水素／酸素源を作製する方法は様々である。例えば、いくつかの実施形態では、励起した一重項水素及び励起した水素ラジカルを与える１つの方法として（一例として、高電圧及びタングステン電極などの電極を使用する）原子水素溶接（ＡＨＷ）が挙げられる。ＡＨＷ装置は、廃物流と混合するための励起した水素をポンプ前、ポンプ内、又はポンプ後のいずれかで局所的に生成して、破壊除去又は変換効率を向上させることができる。いくつかの実施形態では、廃物の除害及びＧＷＰ（地球温暖化生成物）の削減を支援するために、容量性プラズマ、誘導性プラズマ、アークプラズマ、マイクロ波プラズマ、又は定在波プラズマを利用して水素又は水を解離し、励起したラジカルを形成することができる。
いくつかの実施形態では、効率的な除害を促すために、ブラウンガス（ＨＨＯガス）を利用して、選択的化学種を現場で生成することができる。ブラウンガス、酸素水素ガス、又はヒドロキシガスとしても知られているＨＨＯは、Ｈ2及びＯ2の炎の約３．８倍の見込まれる熱エネルギーを有し、１リットルの水が、各々１８６６リットルの可燃性ガスに膨張することができる。ＨＨＯは、メタン又はその他の除害燃料ガスの使用に取って代わることができ、環境に悪影響を及ぼさず、保管、輸送、又は使用の危険性がない。いくつかの実施形態では、電気エネルギーを利用して水素又は水素酸素混合物を局所的に生成することができ、従って容量及び輸送距離が最小限に抑えられる。このような方法及び装置は、大量又は高圧の可燃性ガスの使用に起因する火災のリスクを最小限に抑える。ブラウンガス生成器又は従来の電解装置は、水素を局所的に生成する装置の例である。
例えば、いくつかの実施形態では、燃料生成器が電気を使用して、水を使用点に近い純粋な水素と酸素に電気分解することができる。フィルタ及び圧力検出器を介して酸水素ガスを（逆火防止安全弁を有する）火炎装置へ送り、ノズルを通じてガスを反応器内の所望の除害位置において摂氏８００〜４０００度の温度に発火させることができる。逆火防止器、工学的設計、圧力勾配、温度制御、及びガス流速度を使用して、局所的可燃性の問題に対処することができる。
例示的な加工システム１００を図１に概略的に示す。加工システム１００は、排出管１０４を介して除害システム１０６に結合された、加工容量１０３を有するプロセスチャンバ１０２を含む。プロセスガス、反応種、又はエッチング副生物などの廃物を、加工容量１０３から除害システム１０６に排出することができる。例示的な廃物としては、以下に限定されるわけないが、ペルフルオロカーボン、三フッ化水素（ＮＦ3）、及び／又は窒素酸化物（ＮＯX）が挙げられる。排出管１０４には、例えば、廃物を周囲に排出するのに及び／又はさらに除害処理するのにより望ましい形に変換することによって廃物を処理する反応種を生成して排出管１０４へ送出するための反応種生成器１０８を結合することができる。その後、処理した廃物を除害システム１０６内で、例えば、燃焼、洗浄、又は別の好適な除害処理によってさらに処理することができる。反応種は、排出管１０４内の廃物流の流れの中で、又は搬送連結部１０４の外部で生成して、チャンバ後のポンプの前、後、又は中に注入することができる。
例えば、排出管１０４内に、加工容量１０３から廃物を除去し、排出管１０４を通じて廃物を除害システムへ流すためのポンプ１１０を配置することができる。図１に示すように、反応種生成器１０８は、プロセスチャンバ１０２とポンプ１１０の間、ポンプ１１０と除害システム１０６の間、又はポンプ１１０の位置で排出管１０４に結合することができる。さらに、図示してはいないが、反応種生成器１０８を除害システム１０６又は除害システム１０６の一部に結合することもできる。（除害システムの反応チャンバなどの）反応チャンバ又は反応チャンバへの入口に反応種生成器又は反応種注入器を直接結合することもできる。
プロセスチャンバ１０２には、その動作を制御するとともにシステム１００の動作をさらに制御するためのコントローラ１１２を結合することができる。或いは、図示してはいないが、除害システム１０６及び反応種生成器１０８に、又は除害システム１０６及び生成器１０８の個々のコントローラ（図示せず）に、これらのそれぞれの動作を制御するためのコントローラを結合することができる。上述した半導体加工システム１００は例示的なものに過ぎず、例えば、同じ除害システムに結合された２又はそれ以上のプロセスチャンバを有する加工システム、各々が特定の廃物を処理するように構成することができる複数の除害システムに結合されたプロセスチャンバを有する加工システムなどのその他の加工システムも可能である。
プロセスチャンバ１０２は、ペルフルオロカーボン（ＰＦＣｓ）、三フッ化窒素（ＮＦ3）、窒素酸化物、又は他のいずれかの有害性大気汚染物質（ＨＡＰＳ）を含む廃物が存在するいずれのチャンバであってもよい。いくつかの実施形態では、プロセスチャンバ１０２を、半導体、ディスプレイ、ソーラーパネル、又は発光ダイオード（ＬＥＤ）などを加工及び／又は製造するのに適したチャンバとすることができる（ただし、具体的には他の業界で利用されるプロセスチャンバ又は反応器が検討される）。例えば、プロセスチャンバ１０２を、気相又は液相プロセスを実施するように構成することができる。このような気相プロセスの非限定的な例として、ドライケミカルエッチング、化学蒸着、物理蒸着、プラズマエッチング、プラズマ酸化、プラズマ窒化、急速熱酸化、及びエピタキシャル成長などを挙げることができる。このような液相プロセスの非限定的な例として、ウェットケミカルエッチング、及び物理液体成長などを挙げることができる。例示的なプロセスチャンバ１０２は、例えば、基板支持体、１又はそれ以上のプロセスガスを供給するためのガスパネル、及びシャワーヘッド又はノズルなどの、プロセスチャンバ内のプロセスガスを分配する手段を含むことができる。このようなチャンバを、容量結合プラズマ、誘導結合プラズマ、又は遠隔プラズマをもたらすように構成することができる。このようなチャンバは、例えば急速加熱処理又はエピタキシャル成長プロセス用に構成された場合、１又はそれ以上の加熱ランプを含むことができる。単一のプロセスチャンバとして開示しているが、共通の排気部に連結された複数のプロセスチャンバ（クラスタ型又はスタンドアロン型）を有する加工システムを、本明細書で示す教示に基づいて修正することもできる。
プロセスチャンバ１０２内で加工される基板は、プロセスチャンバ内で加工されるいずれの好適な材料であってもよい。例えば、このような基板は、（Ｓｉ＜１００＞又は＜１１１＞などの）結晶シリコン、酸化シリコン、歪シリコン、シリコンゲルマニウム、ドープ又は非ドープポリシリコン、ドープ又は非ドープシリコンウェハ、パターン化又は非パターン化ウェハ、シリコンオンインシュレータ（ＳＯＩ）、カーボンドープ酸化シリコン、窒化シリコン、ドープシリコン、ゲルマニウム、ヒ化ガリウム、ガラス、サファイア、（液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）、フラットパネルディスプレイ（ＦＰＤ）、プラズマディスプレイ、又はエレクトロルミネセンス（ＥＬ）ランプディスプレイなどの）ディスプレイ基板、（太陽電池又はソーラーパネルなどの）太陽電池アレイ基板、（ＬＥＤ、ＯＬＥＤ、ＦＯＬＥＤ、又はＰＬＥＤなどの）発光ダイオード基板、有機薄膜トランジスタ、アクティブマトリクス、パッシブマトリクス、トップエミッション素子、ボトムエミッション素子などの、加工されるいずれの好適な材料であってもよい。これらの基板は、２００ｍｍ又は３００ｍｍの直径のウェハ、及び長方形又は正方形パネルなどの様々な寸法を有することができる。
プロセスチャンバ１０２は、例えば、基板上に材料の層を堆積させ、基板にドーパントを導入し、基板、又は基板上に堆積した材料をエッチングし、又は基板を別様に加工することなどを行うように構成することができる。基板上に堆積するこのような層として、例えば、金属酸化物半導体電界効果トランジスタ（ＭＯＳＦＥＴ）又はフラッシュメモリ素子などの半導体素子で使用するための層を挙げることができる。このような層として、ポリシリコン、窒化シリコン、酸化シリコン、酸窒化シリコン、金属ケイ化物などのシリコン含有層、或いは銅、ニッケル、金、又は錫含有層などの金属含有層、或いは例えば酸化ハフニウムなどの金属酸化物層を挙げることができる。他の堆積層として、例えば、エッチング停止層、フォトレジスト層、及びハードマスク層などの犠性層を挙げることができる。
プロセスチャンバ１０２は、例えば基板上に層を形成し、基板から材料を除去し、又は基板上に露出された材料層と別様に反応させることなどに適したあらゆるプロセスガス及び／又はプロセスガス混合物を使用することができる。このようなプロセスガスとして、シラン（ＳｉＨ4）、ジクロロシラン（Ｃｌ2ＳｉＨ2）などのシリコン含有ガス、及び／又は有機金属化合物、ハロゲン化金属などの金属含有ガスを挙げることができる。他のプロセスガスとして、ヘリウム（Ｈｅ）、アルゴン（Ａｒ）、窒素（Ｎ2）などの不活性ガス、及び／又はハロゲン含有ガス、酸素（Ｏ2）、フッ化水素（ＨＦ）、塩化水素（ＨＣｌ）、臭化水素（ＨＢｒ）、三フッ化窒素（ＮＦ3）などの反応性ガスを挙げることができる。
従って、いずれかのプロセスガス又は液体、プロセスガス又は液体の混合物、基板、堆積材料、除去材料、又はこれらの組み合わせが廃物を構成し、及び／又はこれらが結合して廃物を形成し、これをプロセスチャンバから排出することができる。廃物は、プロセスガス、又は基板の加工又はチャンバの清掃に使用する化学剤の未反応部分又は過剰部分、及び／又は再使用可能プロセスキット又はプロセスキットシールドなどのチャンバの構成要素を含むこともある。これらの過程で発生した廃物は、様々な組成の可燃性及び／又は腐食性化合物、サブミクロンサイズのプロセス残渣微粒子及び気相凝集物質、及びその他の有害な又は環境汚染性の化合物を含むことがある。例えば、廃物は、様々な組成のハロゲン含有ガス、ペルフルオロ化合物（ＰＦＣｓ）、クロロフルオロ化合物（ＣＦＣｓ）、有害性大気生成物（ＨＡＰｓ）、揮発性有機化合物（ＶＯＣｓ）、地球温暖化ガス（ＧＷＧｓ）、可燃性及び毒性ガスなどを含むことがある。
排出管１０４を介して放出される加工容量１０３からの廃物は、除害システム１０６に到達する前に処理することができる。例えば、ＰＦＣなどの廃物を水素ラジカルなどの反応種で処理することにより、廃物をより短鎖の分子、開裂したハロゲン、又はその他のこのような形態などの、除害システム１０６でさらに処理することができる、及び／又は周囲に放出することができる望ましい形に変換することができる。
反応種生成器１０８によって生成された反応種を排出管１０４内に注入することにより、廃物を処理することができる。例えば、反応種生成器１０８は、反応種を生成するための、容量結合プラズマ、誘導結合プラズマ、遠隔プラズマ、又は定在波プラズマの生成、或いは原子水素溶接などで使用されるアーク放電処理などのアーク放電処理、若しくは水トーチなどで使用される、或いはＨＨＯ又はブラウンガスを生成するための電解処理などの電解処理のうちの１又はそれ以上を行うことができる。反応種は、水素（Ｈ2）、酸素（Ｏ2）、水（Ｈ2Ｏ）、又はこれらの組み合わせなどの燃料から生成することができる。いくつかの実施形態では、燃料が水素（Ｈ2）である。いくつかの実施形態では、燃料が水（Ｈ2Ｏ）である。この燃料から生成される反応種は、水素（Ｈ2）、水素イオン（Ｈ+）、水素ラジカル、酸素（Ｏ2）、酸素イオン（Ｏ-）、酸素ラジカル、酸水素ガス（ＯＨ）、酸水素ラジカル、又は水（Ｈ2Ｏ）のうちの１又はそれ以上を含むことができる。
反応種を排出管１０４に注入して廃物を処理することができる。上述したように、反応種は、ポンプ１１０の上流、ポンプ１１０内、ポンプ１１０の下流、又は除害システム１０６内などの１又はそれ以上の箇所で注入することができる。任意に、又はこれに加えて、反応種を反応器（除害システム１０６）の入口で生成し又はこれに注入することができ、或いは任意に反応器（除害システム１０６）に直接注入することができる。
反応種は、反応種と廃物の効率的な混合を促すいずれかの好適な方法で注入することができる。例えば、反応種を排出管の中心位置に（例えば導管内で軸方向に）、中心の排気流を取り囲む環状シースとして（例えば、排気を取り囲む内腔又はシースとして）、或いは排出管内の他のいずれかの好適な位置における反応種の１又はそれ以上の流れとして導入することができる。反応種の導入又は生成点を含む排出管の部分の非限定的な例示的実施形態を図２Ａ〜図２Ｅに示す。これらの実施形態は、生成器１０８により生成された反応種と排出管内を流れる廃物の効率的な混合を促すことができる。
図２Ａには、本発明のいくつかの実施形態による排出管２００を示している。排出管２００は、プロセスチャンバ１０２の加工容量１０３と除害システム１０６との間に廃物を排出するための第１の導管２０２を含む。第１の導管２０２に第２の導管２０４が入り込み、これを第１の導管２０２と実質的に平行に向けることができる。第２の導管２０４は、第２の導管の第１の端部２０３において生成器１０８に結合される。第２の導管は、第１の導管２０２内に配置された逆側端部２０５をさらに備え、これを利用して第１の導管２０２内に反応種を供給する。第１及び第２の導管は、同軸状に配置することができる。例えば、第２の導管２０４の部分２０７を、第１の導管２０２内に同軸状に配置することができる。図２Ａに示すように、第２の導管２０４の部分２０７は、第２の導管２０４の逆側端部２０５を含む。
図２Ｂには、本発明のいくつかの実施形態による排出管２１０を示している。排出管２１０は、第２の導管２１４内に廃物を排出する第１の導管２１２を含む。第１の導管２１２は、プロセスチャンバ１０２に結合された第１の端部２１１と、第２の導管２１４に廃物を供給する逆側端部２１３とを含む。第２の導管２１４は、第１の導管２１２の第１の端部２１１からの廃物を受け入れる第１の端部２１５と、除害システム１０６に結合された逆側端部２１６とを含む。いくつかの実施形態では、図２Ｂに示すように第１及び第２の導管を平行かつ同軸状とすることができ、この場合、第１の導管２１２の逆側端部２１３を含む第１の導管２１２の部分２１８が、第２の導管２１４の第１の端部２１５を含む第２の導管２１４の部分２１９内に同軸状に配置される。反応種を排出管２１０に注入するために、生成器１０８を第２の導管２１４において、例えば図２Ｂに示すように第２の導管２１４の第１の端部２１５の近くで排出管２１０に結合することができる。第２の導管２１４は、第２の導管２１４の逆側端部２１６において除害システム１０６に結合することができる。
図２Ｃには、本発明のいくつかの実施形態による排出管２２０を示している。排出管２２０は、プロセスチャンバ１０２の加工容量１０３と除害システム１０６との間に廃物を流す第１の導管２２２を含む。第２の導管２２４を使用して反応種を注入することができる。第２の導管２２４は、生成器１０８に結合された第１の端部２２３と、第１の導管２２２の壁２２６において第１の導管２２２に結合された逆側端部２２５とを含む。第２の導管２２４は、第１の導管２２２に対して角度を付けて配置することができる。この角度は、第１の導管２２２の中心軸（図示せず）に対して約０〜約１８０度などの、反応種と廃物の混合を促すのに適したいずれかの角度とすることができる。いくつかの実施形態では、第２の導管２２４を、第１の導管２２２の表面に対して接線方向に配置して、例えば導管内に渦流を生成し易くして反応種と廃物の混合が改善されるように促すことができる。
第２の導管２２４は、第１の導管２２２に対して２つの方向に沿って傾斜することもできる。例えば、第１の導管２２２の中心軸、及び第２の導管２２４と第１の導管２２２の交点を含む第１の基準面、及び第１の基準面に直交し、やはり第１の導管２２２の中心軸を含む第２の基準面という２つの基準面を定めることができる。この結果、第１の基準面上に投影される第１の導管２２２の中心軸と第２の導管２２４との間の第１の角度、及び第２の基準面に沿った第１の導管２２２の中心軸と第２の導管２２４の中心軸との間の第２の角度によって２つの角度を定めることができる。
図２Ｄには、本発明のいくつかの実施形態による排出管２３０を示している。排出管２３０は、生成器１０８を除害システム１０６に結合する第１の導管２３２を含む。第１の導管２３２は、生成器１０８に結合する第１の端部２３１と、除害システム１０６に結合する逆側端部２３３とを含む。第２の導管２３４を使用して廃物を注入することができ、この場合、第２の導管２３４が、プロセスチャンバ１０２の加工容量１０３を第１の導管２３２に結合する。例えば、第２の導管２３４は、プロセスチャンバ１０２に結合された第１の端部２３５と、第１の導管２３２の壁２３８において第１の導管２３２に結合された逆側端部２３６とを含む。第１及び第２の排出管２３２、２３４は、図２Ｃに対応する実施形態に関して上述したものと同様に構成することができる。例えば、図２Ｄに示すように、第２の導管２３４を第１の導管２３２に対して角度を付けて配置することができる。
図２Ｅには、本発明のいくつかの実施形態による排出管２４０を示している。排出管２４０は、例えば、プロセスチャンバ１０２の加工容量１０３を除害システム１０６に結合することができる中央導管２４２を含むことができる。中央導管２４２の一部の周りには、環状の第２の導管２４４を放射状に配置することができる。例えば、第２の導管２４４は、生成器１０８からの（或いはＨ２ガス又は水蒸気などの燃料又は反応物供給源からの）反応種を中央導管２４２に注入するための複数のポート２４６を含むことができる。或いは、中央導管２４２の周りの個々のポート位置に複数の第２の導管を設けることができる。
１つの実施形態では、例えば反応剤を局所的に生成するために、中央導管２４２内に、互いに又はその他の好適なアーク放電面にごく接近させて１又はそれ以上の電極（２つの電極２４８を図示）を配置することができる。図２Ｅに示す実施形態では、２つの電極２４８が径方向に位置合わせされて互いに向かい合い、これらのそれぞれの先端間に間隙２５０が配置される。間隙２５０は、電極２４８間に（又は１つの電極とアーク放電面との間に）アークを維持するのに適したいずれのサイズであってもよい。例えば、いくつかの実施形態では、間隙を約０．２５インチとすることができる。同様に、他の間隙サイズ及び電極構成を利用することもできる。電極は、非限定的な例として、タングステン及び窒化シリコンなどのあらゆる適切な材料で作製することができる。動作中、電極を電源（図示せず）に結合して、電極間にアークを形成することができる。入口２５２を介し、ポート２４６を通じて中央導管２４２内に反応剤前駆体ガス（Ｈ２ガス又は水蒸気）を供給することができ、この場合、反応剤前駆体ガスを励起してプラズマ化し、一重項水素、水素ラジカル、ヒドロキシルラジカル、一重項酸素、又は酸素イオンなどの１又はそれ以上を生成することができる。
上述した図２Ｅの構成を、加工システムからの廃物排出管に沿って（例えば、プロセスチャンバ１０２と除害システム１０６の間に導管に沿って）配置することができる。これとは別に、或いはこれと組み合わせて、図２Ｅに示す排出管２４０を単独で配置し、これを利用して、上述した実施形態の１又はそれ以上によって反応剤を生成して導入することができる。例えば、中央導管２４２の「１０２から」と示す部分に蓋をかぶせ、代わりに中央導管の「１０６へ」と示す部分を、例えば図２Ａ〜図２Ｄに関して上述したような反応種を供給する導管につなぐことができる。
いくつかの実施形態では、爆発防止装置を設けることができる。例えば、反応剤供給搬送システム内に、又は注入点の近くに（逆火防止器などの）爆発防止装置を配置することができる。爆発防止装置は、爆発の危険を防ぐのに適したいずれの装置又は装置の組み合わせであってもよい。また、これらの装置は、不要な燃焼を検知したら、上流に不活性ガスを注入して炎の伝搬を止める技術のものとすることができる。この装置は、前記炎の伝搬から十分な熱を単純に除去して不要な反応を消滅させる技術であってもよい。他の例では、爆発防止装置を、逆火防止器、逆止弁、遮断弁、又はその他の何らかの単方向流装置の少なくとも１つとすることができる。また同様に、或いはこれとは別に、工学的設計、圧力勾配、温度制御、及びガス流速を使用して、排出管及び除害システムの一方又は両方における局所的可燃性の問題に対処することもできる。
上述した図２Ａ〜図２Ｅに示した排出管の実施形態を個別に又は組み合わせて使用して、反応種と廃物の混合が改善されるように促すことができる。いくつかの実施形態では、排出管が、排出管に不活性ガスを注入するための不活性ガス管（図示せず）をさらに含むことができる。不活性ガスは、導管壁及び／又はポンプ又はその他の表面に廃物が堆積するのを最小限に抑えるように促すことができ、廃物の温度を加工容量の近くに低下させるようにさらに促すことができる。
除害システム１０６は、プロセスチャンバ１０２などのプロセスチャンバからの廃物を受け入れて処理するのに適したいずれの除害システムであってもよい。１つの例示的な除害システム１０６は、カリフォルニア州サンタクララのＡｐｐｌｉｅｄ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ社から入手できるＭａｒａｔｈｏｎ除害システムである。他の除害ユニットを利用することもできる。除害システム１０６を使用して、単一のプロセスチャンバ又はツール、或いは複数のプロセスチャンバ及び／又はツールを除害することができる。例えば、除害システム１０６は、廃物を処理するための、熱手段、湿式洗浄手段、乾式洗浄手段、触媒手段、プラズマ手段及び／又は同様の手段、並びに廃物をより無害な形に変換するための処理を使用することができる。除害システム１０６は、プロセスチャンバ１０２からの特定の種類の廃物を処理する複数の除害システムをさらに含むことができる。
例示的な除害システムは、洗浄器、熱反応器（すなわち燃焼反応器）、水素化反応器などの１又はそれ以上を含むことができる。例えば、エッチング加工用に構成されたチャンバから放出された廃物は、塩素（Ｃｌ2）、三フッ化窒素（ＮＦ3）、及び／又はペルフルオロ化合物（ＰＦＣｓ）などのハロゲン及び／又はハロゲン含有分子、及びエチレン（Ｃ2Ｈ4）又はプロピレン（Ｃ3Ｈ6）などの不飽和炭化水素を含むことがある。上述したような排出管１０４内で廃物を処理して、例えば廃物を削減してより望ましい形に変えることができ、或いは反応種生成器１０８を除害システム１０４に結合して、廃物が除害システム１０４に入ってくると同時にこれを処理することができる。
例えば、処理済みの廃物を最初に熱反応器又は燃焼器に注入して、排出可能な又は処理可能な形にさらに単純化することができる。次に、燃焼器で処理した廃物を液体洗浄機（すなわち水洗浄機）などの洗浄機に流し込むことができる。例えば、水洗浄では、散水などを通じて廃物を泡立てるような方法を使用して廃物を水と接触させる。水に溶解する一部の廃物を洗浄機によって除去することができる。例えば、ＨＣｌなどの廃物を水に溶解させて廃物流から除去することができる。いくつかの実施形態では、例えば廃物が泡立った場合、洗浄機に化学添加剤を与える必要が生じ得る。泡立ちは、廃物の効果的な除去を制限する場合がある。このような化学添加剤は、以下で図２に関して詳述する本発明の送出装置１０６によって与えることができる。例えば、脱じん塔で使用する化学添加剤として、Ｄｏｗ Ｃｏｒｎｉｎｇ ａｎｔｉ−ｆｏａｍｅｒ １４１０などの消泡剤を挙げることができる。
洗浄機によって除去されない飽和炭化水素などの廃物は、熱反応器（すなわち燃焼反応器）に流し込むことができる。或いは、廃物が水素化又は洗浄を必要としない実施形態では、プロセスチャンバから熱反応器に直接廃物を流すことができる。例示的な熱反応器は、例えば、飽和炭化水素などの廃物を酸素（Ｏ2）などの酸素含有ガスの雰囲気内で燃焼して、周囲に放出できる二酸化炭素（ＣＯ2）又は水（Ｈ2Ｏ）を生成することができる。
上述した除害システムは例示に過ぎず、他の除害システムも、本明細書で説明した発明方法及び装置から恩恵を受けることができる。例えば、触媒式除害システムを洗浄機などと組み合わせて使用することができる。廃物を触媒反応器に流し込む前又は後に洗浄機を使用して、触媒反応器を損傷する、又はその効果を低減させる可能性のある廃物のガス状成分又は粒子状成分を除去することができる。触媒反応器は、廃物を、環境的に安全な物質、又は洗浄機又は燃焼反応器などによって除去できる物質のいずれかに変換する反応を触媒する触媒表面を有することができる。触媒表面は、触媒材料で作製した又は細分された触媒を支持する構造、発泡体又はペレットの床、又は触媒反応器の壁又は部品上のコーティングの形をとることができる。触媒表面は、例えば、コージライト、Ａｌ2Ｏ3、炭化シリコン、窒化シリコンなどのセラミック材料を含む支持構造上に存在することができる。
いくつかの実施形態では、システム内で１又はそれ以上のエネルギー回収装置を利用して、システム全体の全体的効率を高めるとともに二酸化炭素排出量をさらに削減することもできる。使用できるエネルギー回収装置の例として、除害後の熱エネルギーを相互交換し、その回収した熱エネルギーを使用して、反応剤を注入する前、又は廃物を除害システムに注入する前にプロセスチャンバの廃物を予熱するものが挙げられる。或いは、この回収したエネルギーを使用してチャンバ排出ラインを加熱し、搬送システム、真空ポンプ、及び／又は送風機内でのプロセスチャンバ副生物の凝縮を最小限に抑えることができる。他の熱エネルギー回収の例として、熱エネルギーを相互交換回収し、このエネルギーを使用して吸収式冷凍機にad orを供給し、冷水ループにおけるエネルギー要件を最小限に抑え、又は廃熱を使用してスターリング式エネルギー回収エンジンを駆動することが挙げられる。廃熱を使用して蒸気を発生させ、又はタービンを駆動することもできる。
図３は、本発明のいくつかの実施形態による、廃物を処理する方法３００のフロー図である。方法３００は、図１及び図２Ａ〜図２Ｅで説明した加工システム１００の実施形態と併せて利用することができる。方法３００は、３０２においてプロセスチャンバ１０２の加工容量１０３から廃物を流すステップを含む。次に３０４において、水素ガス（Ｈ2）又は水（Ｈ2Ｏ）のうちの少なくとも１つから生成された反応種で廃物を処理することができる。３０６において、処理した廃物を除害システム１０６に流し込み、又はプロセスチャンバ１０２の排出システムから別様に除去することができる。
本明細書で説明した発明方法及び装置は、例えば加工システムの排出管内で反応種を局所的に生成できるという利点を有する。本発明の方法及び装置は除害効率を改善することができ、いくつかの実施形態では、除害効率を予想できない程に改善する。例えば、本発明者らは、加工廃物を上述したように除害する場合、上述の水素燃料除害システム及びプロセスが、除害燃料としてメタンを使用する従来の除害と比較して約４倍の効率を実現できることを発見した。さらに、水素（Ｈ2）又は水（Ｈ2Ｏ）などの燃料を使用することにより、プロセス全体の二酸化炭素排出量が有利に削減される。さらに、このような燃料によって生成された反応種は、窒素酸化物（ＮＯX）をさらに有利に削減することができる。
上記内容は本発明の実施形態に関するものであるが、本発明の基本的な範囲から逸脱することなく本発明のその他の及びさらなる実施形態を考案することができる。
１００ 加工システム
１０２ プロセスチャンバ
１０３ 加工容量
１０４ 排出管
１０６ 除害システム
１０８ 反応種生成器
１１０ ポンプ
１１２ コントローラ
１０２ プロセスチャンバ
１０３ 加工容量
１０４ 排出管
１０６ 除害システム
１０８ 反応種生成器
１１０ ポンプ
１１２ コントローラ
Claims (15)
- 廃物を処理するためのシステムであって、
加工容量を有するプロセスチャンバと、
前記プロセスチャンバに結合されて、前記加工容量から廃物を除去する排出管と、
前記排出管に結合され、該排出管に反応種を注入して前記廃物を処理する反応種生成器と、
を備え、前記反応種生成器が、一重項水素、水素イオン又は水素ラジカルのうちの少なくとも１つを含む反応種を生成する、
ことを特徴とするシステム。 - 前記排出管の逆側端部に結合された、前記処理した廃物を受け入れるための除害システムと、
前記排出管内に配置された、前記排出管を通る前記廃物の流れを促すための真空ポンプと、
をさらに備え、前記反応種生成器が、前記排出管の、前記プロセスチャンバと前記真空ポンプの間に、前記真空ポンプに、又は前記真空ポンプと前記除害システムの間に結合される、
ことを特徴とする請求項１に記載のシステム。 - 前記反応種生成器を前記排出管に結合する第２の導管をさらに備え、該第２の導管が、前記反応種生成器に結合された第１の端部と、前記排出管内に配置されて前記排出管に前記反応種を供給する逆側端部とを有する、
ことを特徴とする請求項２に記載のシステム。 - 前記第２の導管の前記逆側端部を含む前記第２の導管の部分が、前記排出管内に同軸状に配置される、
請求項３に記載のシステム。 - 前記排出管が、
前記プロセスチャンバに結合された第１の端部を有する第１の導管と、
前記第１の導管の逆側端部からの前記廃物を受け入れるための第２の導管と、
をさらに備え、前記第２の導管が、前記第１の導管からの前記廃物を受け入れるための第１の端部と、前記除害システムに結合された逆側端部とを有し、前記反応種生成器が前記第２の導管に結合される、
ことを特徴とする請求項２に記載のシステム。 - 前記第１の導管の前記逆側端部を含む前記第１の導管の部分が、前記第２の導管の前記第１の端部を含む前記第２の導管の部分の内部に同軸状に配置される、
ことを特徴とする請求項５に記載のシステム。 - 前記反応種生成器を前記排出管に結合する第２の導管をさらに備え、前記第２の導管が、前記反応種生成器に結合された第１の端部と、前記排出管の壁において前記排出管に結合されて前記排出管に前記反応種を提供する逆側端部とを有する、
ことを特徴とする請求項２に記載のシステム。 - 前記排出管が、
前記反応種生成器に結合された第１の端部と、前記除害システムに結合された逆側端部とを有する第１の導管と、
前記プロセスチャンバに結合された第１の端部と、前記第１の導管の壁において前記第１の導管に結合された逆側端部とを有する第２の導管と、
をさらに備えることを特徴とする請求項２に記載のシステム。 - 前記第２の導管が、前記排出管に前記反応種を前記除害システムに向かう方向に供給するために、前記第１の導管に角度を成して配置される、
ことを特徴とする請求項７から請求項８のいずれかに記載のシステム。 - 前記排出管の周りに放射状に配置されて前記排出管内に前記反応種を注入する複数のポートをさらに備える、
ことを特徴とする請求項２のシステム。 - 前記排出管が、前記排出管の一部の周りに放射状に配置されて前記複数のポートに結合された第２の導管をさらに備える、
ことを特徴とする請求項１０に記載のシステム。 - 前記排出管内に延びる先端を有し、前記電極とアーク放電面の間に間隙を形成するように配置された電極をさらに備え、前記間隙が、前記電極にエネルギーが印加された際にアークを維持するのに適している、
ことを特徴とする請求項１０に記載のシステム。 - 前記アーク放電面が、前記排出管内に配置された第２の電極である、
ことを特徴とする請求項１２に記載のシステム。 - 廃物を処理する方法であって、
加工システムの加工容量から、該加工容量に流体連結する排出管を通じて廃物を流すステップと、
前記排出管内の前記廃物を、一重項水素、水素イオン、又は水素ラジカルのうちの少なくとも１つを含む反応種で処理するステップと、
前記処理した廃物を除害システムに流すステップと、
を含むことを特徴とする方法。 - 前記反応種が、水素ガス又は水の少なくとも一方から生成される、
ことを特徴とする請求項１４に記載の方法。
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