JP5335423B2 - Method for plasma treatment of gas effluent - Google Patents

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Description

本発明は半導体の製造の間、特に材料の薄膜堆積の間、または堆積リアクターのプラズマ洗浄の間、およびデバイスの幾何パターンを規定するための薄膜のプラズマエッチングの間に放出されるガス流出物を処理する技術に関する。   The present invention provides a gas effluent that is released during semiconductor manufacturing, particularly during thin film deposition of materials, or during plasma cleaning of deposition reactors, and during plasma etching of thin films to define device geometry. It relates to processing technology.

エッチングおよび堆積リアクターを洗浄する方法は、大気中に放出された場合、温室効果を増大させることによって地球温暖化に著しく寄与するかもしれない過フッ化ガス(C、および/またはc−C、および/またはC、および/またはNFおよび/またはCFおよび/またはSF)およびヒドロフルオロカーボン(例えばCHF)ガスを使用することがある。一般に、これらはプロセス中において完全に消費されるわけではない。 Method of cleaning etch and deposition reactors, when released into the atmosphere, perfluorinated gases that might significantly contribute to global warming by increasing the greenhouse effect (C 2 F 6, and / or c- C 4 F 8 , and / or C 3 F 8 , and / or NF 3 and / or CF 4 and / or SF 6 ) and hydrofluorocarbon (eg, CHF 3 ) gas may be used. In general, they are not completely consumed during the process.

これらのガスの大気放出を減じるための1つの有利な方法は、これらを或る添加ガスの存在下でプラズマに変換し、化学的に活性な種(酸性フッ素化物)に変換することである。その後、これらは通常の方法例えば固体アルカリ媒体(乾式スクラバー)上での反応性吸着またはガススクラバー(湿式スクラバー)中での溶液による吸収によって容易に非可逆的に除去することができる。   One advantageous way to reduce the atmospheric emissions of these gases is to convert them to plasma in the presence of certain additive gases and to chemically active species (acid fluorides). They can then be easily and irreversibly removed by conventional methods such as reactive adsorption on solid alkaline media (dry scrubbers) or absorption by solutions in gas scrubbers (wet scrubbers).

低真空を維持するための手段の下流にプラズマを配置し、プロセス装置またはポンプの動作と相互作用することを避けることは有利である。低真空ポンプの排気での総流量および汚染物質濃度の条件における最大効率は、高電子密度のプラズマ例えばマイクロ波プラズマにより得られる。   It is advantageous to place the plasma downstream of the means for maintaining a low vacuum and avoid interacting with the operation of the process equipment or pump. Maximum efficiency at conditions of total flow rate and pollutant concentration at low vacuum pump exhaust is obtained with high electron density plasma such as microwave plasma.

この点で、表面波マイクロ波プラズマおよびマイクロ波プラズマトーチが使用されている。   In this respect, surface wave microwave plasmas and microwave plasma torches are used.

表面波プラズマによる解決策は、エッチング工程のための流出物の処理によく適合し、すなわち、デバイス中で固体の形成を起こすことができないガス流出物を生じさせる。   The surface wave plasma solution is well suited to the treatment of effluents for the etching process, i.e., produces gas effluents that cannot cause solids to form in the device.

リアクターの堆積工程および洗浄工程からのガス流出物を処理するために、導波管つきマイクロ波プラズマトーチバーナーによって支援された軸方向注入の使用が提案されており、例えばM.Moisan et al.による論文(「導波管ベースの単数および複数ノズルプラズマトーチ:TIAGOコンセプト」、Plasma Sources Sci. Tech.,10,2001,p.387〜394)に記載されている。   The use of axial injection assisted by a microwave plasma torch burner with a waveguide has been proposed to treat gas effluents from the reactor deposition and cleaning processes, for example M.M. Moisan et al. ("Waveguide-based singular and multi-nozzle plasma torches: TIAGO concept", Plasma Sources Sci. Tech., 10, 2001, p. 387-394).

ガスを閉じ込め、それらを下流の排気ラインに集めるためのチャンバー中で、トーチは自由に終端する。固体粒子は、トーチノズルの下流の炎およびプラズマプルーム中で形成され、それゆえにそれらがトラップされて或る距離まで運ばれ、チャンバー中で不定の蓄積を防ぐのならば、その動作を妨げない。この目的のための標準の解決策は、トーチチャンバーの出口に可能な限り近接して導入されたガススクラバーである。   The torch terminates freely in a chamber for trapping gases and collecting them in the downstream exhaust line. Solid particles are formed in the flame and plasma plume downstream of the torch nozzle and therefore do not interfere with their operation if they are trapped and carried to a distance to prevent indefinite accumulation in the chamber. A standard solution for this purpose is a gas scrubber introduced as close as possible to the exit of the torch chamber.

マイクロ波プラズマ中のPFC変換の原理は、高エネルギー放電電子によって引き起こされる非弾性衝突で最初の分子を解離し、前記最初の分子より小さなフラグメント、すなわち原子およびラジカルを作ることにある。これらのフラグメントは互いに反応し、脱励起され、再結合および/または再配列して、最初のPFCとは異なる新たな化合物を生じる。より正確には、この目的は入ってくるPFCの大部分を例えばF、HF、COF、SO、SOFなどの酸性フッ素化物に変換することである。それらは、生命および身体に直ちに危険なガスであることは否定できないが、反応性が高く、固体または液体による通常の中和の方法によって決定的かつ非可逆的に除去することが可能である。 The principle of PFC conversion in microwave plasma is to dissociate the first molecule in inelastic collisions caused by high energy discharge electrons, creating smaller fragments, ie atoms and radicals, than the first molecule. These fragments react with each other, are de-excited, recombine and / or rearrange, yielding new compounds that are different from the original PFC. More precisely, the aim is to convert the majority of the incoming PFC example F 2, HF, acidified fluoride such as COF 2, SO 2 F 2, SOF 4. Although they cannot be denied to be immediately dangerous gases for life and the body, they are highly reactive and can be removed decisively and irreversibly by conventional methods of neutralization with solids or liquids.

一般に、PFC変換反応の実施は添加ガスの投入を要する。これは、窒素中で希釈されたPFC分子がプラズマ中で孤立していると、解離は効果的だが、一旦それらが放電ゾーンを出ると、フラグメントが互いに反応し、単純に最初の分子を再形成する傾向があることを意味している。   In general, the PFC conversion reaction requires the addition of an additive gas. This is because dissociation is effective if the PFC molecules diluted in nitrogen are isolated in the plasma, but once they exit the discharge zone, the fragments react with each other and simply reshape the first molecule It means that there is a tendency to.

添加ガスの選択は、PFC分解法の最適化のために重要である。   The choice of additive gas is important for optimizing the PFC decomposition process.

第1に、この選択は変換効率自体に影響し得る。   First, this choice can affect the conversion efficiency itself.

事実、放電中に添加ガスの解離によって生じたフラグメントは、ガスが放電ゾーンを離れるときPFCが再形成する時間を過ごす前に、多かれ少なかれ容易かつ迅速に、PFC解離フラグメントと安定な腐食性フッ素化物を形成する性質を有するであろう。   In fact, the fragments generated by the dissociation of the additive gas during the discharge are more or less easily and quickly the PFC dissociated fragments and the stable corrosive fluoride before the PFC spends time to re-form when the gas leaves the discharge zone. Will have the property of forming

さらに、腐食性フッ化反応生成物は、前記添加ガスのタイプによって異なる。この事実は、他よりむしろ特殊な反応生成物を好適に形成するために利用され、ガス流出物流から前記腐食性フッ素化物を決定的かつ非可逆的に除去するために選択される後処理の解決策に依存する。   Further, the corrosive fluorination reaction product varies depending on the type of the additive gas. This fact is utilized to favor the formation of special reaction products rather than others, and is a post-treatment solution chosen to decisively and irreversibly remove the corrosive fluoride from the gas effluent stream. Depends on your strategy.

この後処理の解決策はコストの理由または特定のユーザーに特有の他の理由のために強いられるかもしれない。それゆえに、顧客との間に生じる種々の状況に最適に適合させ得ることは重要である。例えば、ガススクラバーと共に操作することが決定している場合には、酸素を添加ガスとして使用することは問題外である。これは実際本質的に、例えばCOF(フッ化炭素に関して)、またはSOおよびSOF(SFに関して)、および、いずれにせよ相当量のFを発生し、これはその水または苛性ソーダ水溶液との反応によってOFを発生することがある。これは非常に有毒なガス(労働者の法定連続暴露限度は50体積ppb)であり、一般にその使用者はだれも構内における痕跡量の存在にも耐えられないであろう。 This post-processing solution may be forced for cost reasons or other reasons specific to a particular user. It is therefore important to be able to optimally adapt to the various situations that occur with customers. For example, if it is decided to operate with a gas scrubber, it is not a problem to use oxygen as the additive gas. This in effect essentially produces, for example, COF 2 (with respect to fluorocarbons), or SO 2 F 2 and SOF 4 (with respect to SF 6 ), and in any case a substantial amount of F 2 OF 2 may be generated by reaction with an aqueous caustic soda solution. This is a very toxic gas (worker's statutory continuous exposure limit is 50 volume ppb) and generally its users will not tolerate the presence of trace amounts on the premises.

現在まで、酸素Oは添加ガスとして使用されており、半導体プラントの圧縮空気分配ネットワークから取り出された乾燥空気の形態で注入される。 To date, oxygen O 2 has been used as an additive gas and is injected in the form of dry air taken from the compressed air distribution network of the semiconductor plant.

この解決策は、固体吸着床上の反応性吸着による腐食性フッ素化物の後処理の解決策とともに、一般に添加Oを使用する乾式変換化学の生成物、例えばF、COF、SO、SOFを好適にトラップするように設計されたユニットを使用する技術的選択に相当する。 This solution, together with a solution for post-treatment of corrosive fluorides by reactive adsorption on a solid adsorbent bed, generally results in products of dry conversion chemistry using added O 2 , such as F 2 , COF 2 , SO 2 F 2. This corresponds to the technical choice of using a unit designed to trap SOF 4 suitably.

本発明の第1の目的は、工業プロセスからの廃棄流出物、特にマイクロ波大気圧プラズマ中のPFCのための新規な変換化学を見出すことにある。   The primary objective of the present invention is to find a novel conversion chemistry for waste effluents from industrial processes, especially PFCs in microwave atmospheric plasmas.

この問題は、腐食性フッ素化副生物としてのHFの形成を促進するPFC流出物の場合にも起こり、大気中に流出物流を放出する前に、これらの副生物を非可逆的にトラップするための手段として、ソーダ石灰ベースの顆粒状固体吸着床またはガススクラバーの有利な使用を可能にする。   This problem also occurs in the case of PFC effluents that promote the formation of HF as corrosive fluorinated by-products because they irreversibly trap these by-products before releasing the effluent stream into the atmosphere. As a means, an advantageous use of a soda-lime based granular solid bed or gas scrubber is possible.

本発明のさらなる目的は、この代替の化学の実施によって変換収率を向上させることである。   A further object of the present invention is to improve the conversion yield by carrying out this alternative chemistry.

発明の概要
本発明は第1に、実質的に大気圧でガス流出物をプラズマ処理する方法に関し、
−処理される流出物をプラズマソースに注入し、
−水蒸気をプラズマの上流および/または下流で、ならびに任意にプラズマ自体に注入する
ことを含む。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention first relates to a method of plasma treating a gas effluent at substantially atmospheric pressure,
Injecting the effluent to be treated into a plasma source;
-Injecting water vapor upstream and / or downstream of the plasma and optionally into the plasma itself.

流出物の圧力は、例えば0.8〜1.3barである。   The pressure of the effluent is, for example, 0.8 to 1.3 bar.

水蒸気は、通常は窒素であるキャリアーガス中に100ppm〜5%の濃度で注入されるであろう。   The water vapor will be injected at a concentration of 100 ppm to 5% in a carrier gas, usually nitrogen.

その温度は20〜300℃、好ましくは50〜200℃であろう。   The temperature will be 20-300 ° C, preferably 50-200 ° C.

処理される流出物は、半導体処理工程からの流出物、例えば過フッ化ガスおよび/またはヒドロフルオロガスと、窒素との混合物であろう。 The effluent to be treated will be a effluent from a semiconductor processing process, such as a mixture of perfluorinated gas and / or hydrofluoro gas and nitrogen .

プラズマソースは好ましくは表面波タイプであり、より具体的にはマイクロ波励起プラズマソースである。   The plasma source is preferably of the surface wave type, more specifically a microwave excited plasma source.

本発明は、実質的に大気圧でガス流出物をプラズマ処理するためのデバイスにも関し、プラズマ発生手段と混合ゾーンに水蒸気を注入する手段とを含む。   The present invention also relates to a device for plasma processing a gas effluent at substantially atmospheric pressure, including plasma generating means and means for injecting water vapor into the mixing zone.

水蒸気を注入する手段は、プラズマ形成ゾーンの上流に設置されるか、またはプラズマ形成ゾーンの下流に設置される。   The means for injecting water vapor is installed upstream of the plasma formation zone or downstream of the plasma formation zone.

1つの実施形態によれば、水蒸気を注入する手段は、温度制御手段をもつ気化器を含む。   According to one embodiment, the means for injecting water vapor includes a vaporizer with temperature control means.

本発明は大気圧プラズマにおいて、フッ素化副生物として特にHFのみを発生するPFC湿式変換化学の実施を提供する。水蒸気は室温でのその蒸気圧下以外でプラズマに加えられる。   The present invention provides for the implementation of PFC wet conversion chemistry that generates only HF as a fluorinated byproduct in atmospheric pressure plasma. Water vapor is added to the plasma except under its vapor pressure at room temperature.

本発明の他の態様によれば、分子が少なくとも1つの水素原子を含んでいる少なくとも1つの化合物を好ましくはプラズマ出口で、または早くても、プラズマ中であるがプラズマ流出物の出口に近接して注入し、実質的にフッ化水素酸を発生させ、その後これは水(または任意の還元液体系)に溶解し、フッ化水素酸を除去する「乾式」スクラビングシステムの使用を必要としない(これにも関わらず、ユーザーは予防策として「乾式」システムを追加で使用することを好むであろう)。   According to another aspect of the invention, at least one compound whose molecule contains at least one hydrogen atom is preferably at the plasma outlet or at the earliest in the plasma but close to the outlet of the plasma effluent. Do not require the use of a “dry” scrubbing system that dissolves in water (or any reducing liquid system) and removes hydrofluoric acid (substantially generating hydrofluoric acid). Despite this, users will prefer to use an additional “dry” system as a precaution).

本発明の他の態様によれば、WFのような生成物がリアクター中に存在する場合、このガスが部分還元成分または水素化成分を伴ってプラズマを通過することは、管の壁上でのWの堆積をもたらし、それによって殆ど直ちにこれを破損させることがわかっている。 According to another aspect of the invention, when a product such as WF 6 is present in the reactor, this gas passing through the plasma with a partial reducing or hydrogenating component is Has been found to cause the deposition of W, thereby almost immediately breaking it.

第1の化学種が、金属堆積物を発生し得る特にWFのようなフッ素化金属誘導体を含む場合、およびプラズマが誘電体管中で発生する場合、水素化添加剤の使用によって起こるこの問題を解決するためには、少なくとも1つの水素化成分をプラズマの下流で好ましくはまさにその出口で注入し、その結果この水素化成分が可及的速やかに、PFCを含んだ混合物をベースとするプラズマ中で発生した第1の化学種と反応し、それによって第2の化学種を発生することが重要である(あるいは、この水素化成分および/または還元成分を、PFCまたはHFC分子が既に「分裂」しているか、または部分的に「分裂」している場所において、好ましくはプラズマ放電後(post discharge)ゾーンと呼ばれるゾーンにおいて、プラズマ自体に注入してもよい)。 This problem caused by the use of hydrogenation additives when the first species comprises a fluorinated metal derivative, such as WF 6 , that can generate metal deposits, and when the plasma is generated in a dielectric tube. In order to solve this, at least one hydrogenation component is preferably injected downstream of the plasma, preferably just at its outlet, so that this hydrogenation component is as quickly as possible a plasma based on a mixture containing PFC. It is important that it reacts with the first species generated in it, thereby generating a second species (or this hydrogenated component and / or reducing component is already split by the PFC or HFC molecule. ”Or partially“ split ”, preferably in a zone called the post discharge zone. It may be injected itself into Zuma).

WFのような成分がプラズマの入口でリアクターオフガス中に存在する場合は、これはこの生成物がプラズマ中で分解するのを防ぐのに役立つ。しかしながら、WFから生じた第1の化学種は、次にプラズマ出口において下流で注入された還元種と反応し、タングステン金属、または他の固体タングステン化合物たとえば酸化物またはオキシフッ化物の堆積物をライン内で、一般にはプラズマ出口に位置する金属を生じ、それによってプラズマシステムの動作に何の問題も起こさない。 If a component such as WF 6 is present in the reactor off gas at the plasma inlet, this helps to prevent this product from decomposing in the plasma. However, the first species generated from WF 6 then reacts with the reducing species injected downstream at the plasma outlet, line tungsten metal, or other solid tungsten compound such as oxide or oxyfluoride deposits. Within this, metal is generally located at the plasma outlet, thereby causing no problems in the operation of the plasma system.

特にガス状の水素化剤および/または還元剤のソースとして、HO、H、CH、NH、アルコール例えばメタノール、エタノールなど、グリコール、炭化水素、水素化物、または任意の水素化化合物を使用することができる。 In particular as a source of gaseous hydrogenating agents and / or reducing agents, H 2 O, H 2 , CH 4 , NH 3 , alcohols such as methanol, ethanol, glycols, hydrocarbons, hydrides, or any hydride compounds Can be used.

事実、こうして作られた第2の化学種(水素化添加剤を使用する)は、無水の添加剤、特に酸素タイプのものを使用した場合よりもはるかに多くのフッ化水素酸HFを含むことがわかっている。さらに、WF(または類似の生成物)が、ポンプの上流に設置されたリアクターから発生する、処理される流出物中にランダムに存在する場合、水素化生成物の下流注入(すなわち、プラズマの下流)は、プラズマの下流に位置するライン、通常はステンレス鋼またはプラスチックからなるライン中にW(またはWから派生した生成物)の堆積物を生じ、明らかに非常に薄いこのような堆積物は全く問題にならない。 In fact, the second species thus created (using hydrogenation additives) contains much more hydrofluoric acid HF than using anhydrous additives, especially those of the oxygen type. I know. In addition, if WF 6 (or similar product) is randomly present in the effluent to be processed, generated from a reactor installed upstream of the pump, downstream injection of hydrogenated product (ie, plasma Downstream) produces deposits of W (or products derived from W) in lines located downstream of the plasma, usually lines made of stainless steel or plastic, and such deposits are clearly very thin It doesn't matter at all.

しかしながら、水素化化合物が単に専らプラズマの下流で注入され、上流ではガス流出物に何も添加しない場合、得られる解決策は完全に満足なものであるわけではない。事実、この場合に得られる分解効率は、他の全てのことが同じならば、同量の水素化添加ガス、例えば水蒸気をプラズマの上流で導入することによって得られるものよりも低い。   However, if the hydride compound is injected exclusively downstream of the plasma and does not add anything to the gas effluent upstream, the resulting solution is not completely satisfactory. In fact, the decomposition efficiency obtained in this case is lower than that obtained by introducing the same amount of hydrogenation additive gas, for example water vapor, upstream of the plasma if all else is the same.

発明者は、プラズマに最初に導入されるPFCのかなりの部分は、それらの分解フラグメントが下流で導入された水素化化合物と反応し得る前に、おそらくは再構成されると考えている。こうして再構成されたPFCは、プラズマが存在するゾーンを離れる前に、もはや再び解離することができない。   The inventor believes that a significant portion of the PFC that is initially introduced into the plasma is probably reconstituted before those cracked fragments can react with the hydrogenated compounds introduced downstream. The reconstructed PFC can no longer dissociate again before leaving the zone where the plasma is present.

上述した2つの問題を同時に解決するために、好ましい実施形態によれば、本発明は、プラズマの上流または遅くともその中に、金属元素たとえばAl、Wなど(それらがプラズマ中に存在する場合)と反応しやすい水素原子または他の元素を含まない、好ましくはガス状の含酸素化合物を注入し、一方で水素化化合物をプラズマの下流でプラズマ中での化学変換によって発生した第1のガス化学種の混合物に注入し(プラズマから生じた第1のガス化学種の温度は150℃以上のままである)、その結果これらの水素化化合物は第1の化学種と反応する、ことにある。   In order to solve the above two problems at the same time, according to a preferred embodiment, the present invention provides for the upstream or at the latest of the plasma to contain metallic elements such as Al, W, etc. (if they are present in the plasma). A first gas species generated by chemical conversion in the plasma downstream of the plasma by injecting a reactive oxygen atom or other oxygen-free, preferably gaseous, oxygenated compound (The temperature of the first gas species generated from the plasma remains above 150 ° C.) so that these hydride compounds react with the first species.

あらゆる特定の理論に拘束されることを望まないが、発明者は、無水の、特に含酸素の添加剤、例えば酸素または空気をプラズマの上流で注入する場合、前記添加剤は解離および/または励起され、そのフラグメントはPFCおよび/またはHFCの解離フラグメントと非常に容易に反応し、腐食性フッ素化物たとえばF、COF、SO、SOF(第1の化学種)を生じると考えている。これらの化合物は、マイクロ波プラズマ中のガスの高温で非常に安定であり、一旦形成されると、それらが再び解離する可能性はほとんど無い。特に、それらは殆どPFCに再変換されない。F、COF、SO、SOFのようなこれらの無水の腐食性フッ素化物は、PFCよりもかなり反応性が高い。水素化化合物が注入される場合、プラズマ出口において、温度はまだ十分に高く、それらは多かれ少なかれ完全に水素化添加剤と反応して、無水の腐食性フッ素化物よりも熱的にはるかに安定なHFを実質的に生じる。他方で、プラズマによって変換されていないPFCは、プラズマ出口でこれらの水素化添加剤と殆ど反応しないであろう。したがって、PFCの変換収率は、添加剤としてプラズマの上流で注入される単数または複数の非水素化化合物、特に含酸素化合物を使用する汚染制御工程のものと実質的に同じである。 Without wishing to be bound by any particular theory, the inventor believes that when an anhydrous, especially oxygenated additive, such as oxygen or air, is injected upstream of the plasma, the additive is dissociated and / or excited. And that fragment reacts very easily with the dissociated fragment of PFC and / or HFC, resulting in corrosive fluorides such as F 2 , COF 2 , SO 2 F 2 , SOF 4 (first species). ing. These compounds are very stable at the high temperature of the gas in the microwave plasma, and once formed, there is little possibility that they will dissociate again. In particular, they are hardly reconverted to PFC. These anhydrous corrosive fluorides such as F 2 , COF 2 , SO 2 F 2 , SOF 4 are much more reactive than PFC. When hydride compounds are injected, at the plasma outlet, the temperature is still high enough that they react more or less completely with the hydrogenation additive and are much more thermally stable than anhydrous corrosive fluorides. HF is substantially produced. On the other hand, PFCs that have not been converted by the plasma will hardly react with these hydrogenation additives at the plasma outlet. Thus, the conversion yield of PFC is substantially the same as that of a pollution control process using one or more non-hydrogenated compounds, especially oxygenates, injected upstream of the plasma as an additive.

特定の実施形態の詳細な概要
本発明の例示的な実施形態を、ここに図1Aおよび1Bと関連して示す。
Detailed Overview of Specific Embodiments Exemplary embodiments of the present invention are now presented in connection with FIGS. 1A and 1B.

このようなデバイスを、薄膜の堆積または半導体材料の処理のための装置の出口に、例えば0.7または0.8、ないしは1.3または1.5barの実質的に大気圧にて、一般に窒素でガス流出物を輸送するために使用されるポンプの後方に導入することができる。これらの流出物は、C、および/またはc−C、および/またはNFおよび/またはCFおよび/またはSFのような過フッ素化物を含む。 Such a device is generally discharged at the outlet of an apparatus for the deposition of thin films or processing of semiconductor materials, for example at a substantially atmospheric pressure of eg 0.7 or 0.8, or 1.3 or 1.5 bar. Can be introduced behind the pump used to transport the gas effluent. These effluents include perfluorinated compound, such as C 2 F 6, and / or c-C 4 F 8, and / or NF 3 and / or CF 4 and / or SF 6.

使用されるプラズマソースは、Microwave Excited Plasmas,eds,M.Moisan and J.Pelletier,chap.5,Elsevier,Amsterdam,1992におけるM.MoisanおよびZ.Zakrzewskiの記述のような表面波タイプである。   The plasma source used is Microwave Excited Plasma, eds, M .; Moisan and J.M. Pelletier, chap. 5, Elsevier, Amsterdam, 1992; Moisan and Z.M. It is a surface wave type as described by Zakrzewski.

参照符号2は、AlN内側管6および石英外側管8を含むプラズマ管4を示す。   Reference numeral 2 indicates a plasma tube 4 including an AlN inner tube 6 and a quartz outer tube 8.

プラズマは高圧イニシエーター10によって発生するであろう。   The plasma will be generated by the high pressure initiator 10.

処理されるガス混合物、例えばPFCと窒素との混合物は混合ゾーン12に輸送されるであろう。   The gas mixture to be treated, for example a mixture of PFC and nitrogen, will be transported to the mixing zone 12.

ガス状の水は、気化手段14を使用して注入される。これらの手段14は、例えば液体状の水を電熱気化炉18に供給する定量ポンプ16を含む。   Gaseous water is injected using the vaporization means 14. These means 14 include a metering pump 16 that supplies, for example, liquid water to the electrothermal vaporizer 18.

水蒸気は、ガス流出物中に100ppm〜5%の水蒸気濃度を供給する流速で注入される。したがって条件は、必ずしも室温における水蒸気凝集閾値(2.3%)より低いままである必要はない。   Water vapor is injected at a flow rate that provides a water vapor concentration of 100 ppm to 5% into the gas effluent. Thus, the conditions do not necessarily have to remain below the water vapor aggregation threshold at room temperature (2.3%).

制御された量の水をガス状に変換するために、脱イオン水を定量ポンプ16によって制御された量でリザーブ26から取り出すことができる。   Deionized water can be withdrawn from the reserve 26 in a controlled amount by the metering pump 16 to convert the controlled amount of water into a gaseous state.

炉の例示的な実施形態を図2に示す。この炉はFIREWORD(600W)タイプのカートリッジヒーター40と、ロックウールジャケット32と、コイル34と、液体状の水の入口チャネル30とを持つ。   An exemplary embodiment of a furnace is shown in FIG. This furnace has a FIREWORD (600 W) type cartridge heater 40, a rock wool jacket 32, a coil 34, and a liquid water inlet channel 30.

水は、カートリッジヒーターを包むステンレス鋼の本体24内にあるコイル22中(図1A)を流れ、完全に気化される。   The water flows through the coil 22 (FIG. 1A) in the stainless steel body 24 that encloses the cartridge heater and is completely vaporized.

このカートリッジヒーターは、温度コントローラー24に接続されてもよい。後者は、およそ200ないし300℃になるように、熱電対28を使用して、システムを離れる水の温度を制御し、混合物を調製する。   This cartridge heater may be connected to the temperature controller 24. The latter uses thermocouple 28 to control the temperature of the water leaving the system and prepare the mixture so that it is approximately 200-300 ° C.

最後の炉18は、濃度を考慮した場合に、ガスが放電限界に達する前に再凝集が起こらないような温度で、しばしば流出物のキャリアーガスとして使用される例えば窒素中で運ばれる水蒸気20を注入する。   The last furnace 18 contains water vapor 20 carried in, for example, nitrogen, which is often used as a carrier gas for the effluent at a temperature where re-agglomeration does not occur before the gas reaches the discharge limit when concentration is considered. inject.

高温のキャリアーガスもまた、加工チャンバー中のSiFまたはWFのような薄膜エッチング生成物の加水分解に由来する固体(例えばシリカまたはタングステン酸化物)の堆積を防ぐ。 The hot carrier gas also prevents the deposition of solids (eg silica or tungsten oxide) resulting from hydrolysis of thin film etch products such as SiF 4 or WF 6 in the processing chamber.

このような堆積は、プラズマ入口に障害を引き起こすかもしれない。   Such deposition may cause damage to the plasma inlet.

この方法によって供給される水素の量は、良好な変換効率を保証するのに役立つ。好ましくは、それは少なくとも反応の化学量論比に関連する(すなわち、全ての導入したフッ素に対して十分な水素元素は、HFしか形成しない)。実際、システムの化学反応性に依存して、PFCの最大変換速度を得るために必要な水の量はより多くなるであろう。それは関連するPFCのタイプにも依存するであろう。   The amount of hydrogen supplied by this method helps to ensure good conversion efficiency. Preferably, it is at least related to the stoichiometric ratio of the reaction (ie, sufficient elemental hydrogen for all introduced fluorine forms only HF). In fact, depending on the chemical reactivity of the system, more water will be required to obtain the maximum PFC conversion rate. It will also depend on the type of PFC involved.

ガス流出物の混合物に注入された後の水蒸気の濃度が2%以下の場合、あらゆる場合で再凝集は起こらないであろう。なぜならば、条件は室温における水蒸気の凝集閾値(2.3%)より低いままだからである。   If the concentration of water vapor after injection into the gas effluent mixture is 2% or less, reagglomeration will not occur in all cases. This is because the condition remains below the water vapor aggregation threshold at room temperature (2.3%).

しかしながら、放出されるPFCの量は、20ないし100slmの窒素希釈流においてエッチングリアクターについて数十sccm程度、ないしはCVDリアクター洗浄の間は数百sccm程度であって、低真空ポンプの技術的特性に依存する。例えば、50sccmのCFについては、少なくとも100sccmのHOが供給され、専らHFを形成する。少なくとも200sccmのHOを伴うためには、反応速度を考慮に入れなければならない。500sccmのCについて、少なくとも1500sccmのHOが必要である。ゆえに、これは数千ppmv以上(例えば2000ppmv)ないし数%以上(例えば3%または5%)の水蒸気を、窒素または流出物の混合物中に与える。 However, the amount of PFC released is about tens of sccm for the etch reactor in a nitrogen dilution flow of 20 to 100 slm, or about several hundred sccm during CVD reactor cleaning, depending on the technical characteristics of the low vacuum pump To do. For example, for 50 sccm of CF 4 , at least 100 sccm of H 2 O is supplied to form HF exclusively. In order to involve at least 200 sccm of H 2 O, the reaction rate must be taken into account. For 500 sccm C 2 F 6 , at least 1500 sccm H 2 O is required. Thus, this provides from several thousand ppmv or more (eg 2000 ppmv) to several% or more (eg 3% or 5%) of water vapor into the nitrogen or effluent mixture.

これは、これらの条件下の飽和蒸気圧のため、大気圧および室温を得ることは不可能であろうことが観察されるはずである。巨視的な滴または液状フィルムの形状で系中で再凝集するであろう水は、変換反応に殆ど寄与しないであろう。さらに、このレベルの水の存在は、満足のいく放電の動作と両立し得ないだろう(特に、水がマイクロ波を吸収するであろうから)。   It should be observed that due to the saturated vapor pressure under these conditions, it may not be possible to obtain atmospheric pressure and room temperature. Water that will re-agglomerate in the system in the form of macroscopic drops or liquid films will contribute little to the conversion reaction. Furthermore, the presence of this level of water will not be compatible with satisfactory discharge operation (especially because water will absorb microwaves).

しかしながら、本発明はこれらの欠点の回避に役立つ。20〜300℃の温度、特に50〜200℃での水蒸気の注入は、PFCの効率的な変換を達成するのに満足な条件をつくるのに役立つ。100℃を上回る温度はさらに、先に説明したような固体堆積物を生むような或る生成物の加水分解を防止するであろう。   However, the present invention helps to avoid these drawbacks. The injection of water vapor at a temperature of 20-300 ° C., especially 50-200 ° C., helps to create satisfactory conditions to achieve an efficient conversion of PFC. Temperatures above 100 ° C will further prevent the hydrolysis of certain products that produce solid deposits as previously described.

混合ゾーンは、流速がおよそ20ないし100 l/minかつ平均で50 l/minの最初の混合物(または最初の流出物、例えばN + PFC)と、例えばおよそ1 l/minの水蒸気との間の接触に関連する。 The mixing zone is between the first mixture (or the first effluent such as N 2 + PFC) with a flow rate of approximately 20 to 100 l / min and on average 50 l / min and, for example, approximately 1 l / min water vapor. Related to contact.

さらにガス状の水は窒素によって、プラズマの近くに位置し、およそ2500ないし7000Kの温度の混合ゾーンに運ばれる。これは再凝集のあらゆるリスクと同様に、エッチング工程の潜在的な副生物との早い段階での望まれない反応を除く。   Furthermore, gaseous water is carried by nitrogen to the mixing zone, which is located near the plasma and has a temperature of approximately 2500-7000K. This removes unwanted reactions at an early stage with potential by-products of the etching process, as well as any risk of reaggregation.

この混合ゾーンに到達する前に、液体状で最初にユニットに供給される水は、先に説明したような炉を使用して実施される気化工程を受ける。   Prior to reaching this mixing zone, the water initially supplied in liquid form to the unit is subjected to a vaporization process carried out using a furnace as described above.

水蒸気は、好ましくは可能な限りプラズマと近接したレベルで最初の流出混合物と混合され、実際のプロセス流の処理の場合は、工程の或る生成物と水蒸気との早い段階での相互作用を避ける。   The water vapor is mixed with the initial effluent mixture, preferably at a level as close as possible to the plasma, and in the case of actual process stream processing, avoid early interaction of certain products with the water vapor. .

第1の実施形態(図1A)によれば、気化器14の出口はプラズマ4の非常に近くに位置している。   According to the first embodiment (FIG. 1A), the outlet of the vaporizer 14 is located very close to the plasma 4.

結果として、水はプラズマの上流で、鉛直かつ処理される混合物(ここではPCF−窒素)の到達物に対して垂直に注入される。   As a result, the water is injected upstream of the plasma and perpendicular to the arrival of the mixture to be treated (here PCF-nitrogen).

他の手順(図1B)は、ここではプラズマの下流かつ可能な限りその限界に近接させて水蒸気を注入することである。   Another procedure (FIG. 1B) is here to inject water vapor downstream of the plasma and as close to its limits as possible.

図1Bにおいて、ただ炉18だけを示しているが、それは実際、図1Aにおける構成に関連して先に記述した要素16、19、24、26、28全てを伴う。   In FIG. 1B, only the furnace 18 is shown, but it actually involves all the elements 16, 19, 24, 26, 28 described above in connection with the configuration in FIG. 1A.

実際の放電ゾーンの出口には、当然、帯電した粒子(イオンや電子)は存在しない。しかしながら、これは中性化学種が全て最終的に安定な形状であるということも、それらの基礎的なエネルギー状態であるということも意味しない。大気圧マイクロ波プラズマは熱力学的平衡から大きくかけ離れているわけではなく、ここでの重い粒子(電子と対照的に)の温度は中心軸上で典型的に2500ないし7000Kである。   Of course, there are no charged particles (ions or electrons) at the exit of the actual discharge zone. However, this does not mean that all neutral species are ultimately in a stable shape, nor are they in their basic energy state. Atmospheric microwave plasma is not far from thermodynamic equilibrium, where the temperature of heavy particles (as opposed to electrons) is typically 2500-7000K on the central axis.

一般に高速度のガスにより(径方向収縮によるプラズマの小特性径(small characteristic diameter))、ガスは、それらの解離フラクションからPFC分子の再形成が非常に起こりやすくなる以前に、或る距離の間は非常に熱いままであろう。   In general, due to the high velocity of the gas (small characteristic diameter of the plasma due to radial contraction), the gas may be separated for a certain distance before it becomes very prone to re-form PFC molecules from their dissociated fractions. Will remain very hot.

さらに、準安定な高エネルギー状態も、連続的な脱励起がほぼ放電後(near post discharge)における反応速度論にも役割を果たしているような或る化学種について存在するであろう。   Furthermore, metastable high energy states may also exist for certain chemical species where continuous deexcitation plays a role in the kinetics of near post discharge.

図1Bにおけるような、このほぼ放電後における水蒸気の注入は、それゆえに良好な効率でPFCをHFに変換するのにも役立つ。   This almost post-discharge water vapor injection, as in FIG. 1B, therefore also helps to convert PFC to HF with good efficiency.

表面波の場合は、水蒸気は下流の流体継手から注入される(したがって、セラミック放電管6の下流端の後方、かつその結果として放電の下流の限界から数cmである)。   In the case of surface waves, water vapor is injected from the downstream fluid coupling (thus behind the downstream end of the ceramic discharge tube 6 and consequently a few centimeters from the downstream limit of the discharge).

プラズマの下流で、注入はそれゆえに、水平かつプラズマを離れるガスに対して垂直に行われる。   Downstream of the plasma, the injection is therefore performed horizontally and perpendicular to the gas leaving the plasma.

本発明による方法の実施によるHFの形成および向上したPFCの変換効率を証明するために、以下のPFC類、SFおよびCFについて各々試験をすることができる。既知の方法において、特にこれらCFについては、PFC族の中で最も破壊するのが難しい。 The following PFCs, SF 6 and CF 4 , can each be tested to demonstrate HF formation and improved PFC conversion efficiency by carrying out the method according to the invention. In the known method, in particular these CF 4 are the most difficult to destroy in the PFC family.

実験的な試験は第1にOでなされた。PFCを破壊するために、以下の混合物、PFC + N + Oが使用された。ここでNはキャリアーガスであり、Oはその後に固体吸着床上の活性吸着(例えば、CS Clean Systemによる市販のシステムである)によって処理される安定な腐食性フッ素化副生物を形成させる添加ガスである。 Experimental testing was first done with O 2 . The following mixture, PFC + N + O 2, was used to destroy the PFC. Where N is a carrier gas and O 2 is an additive gas that subsequently forms a stable corrosive fluorinated byproduct that is processed by active adsorption on a solid adsorbent bed (eg, a commercial system by CS Clean System). It is.

例えばPFCの濃度は、総流量およそ50 l/minにおいて1000ppm〜1%で変動する。   For example, the concentration of PFC varies from 1000 ppm to 1% at a total flow rate of approximately 50 l / min.

酸素の量は、一般に最適な破壊速度となるためにPFCの濃度よりも1.5倍高く、窒素は十分量存在し、安全上の理由から、それらが低真空ポンプを離れる前に窒素の大量の流の中で意図的に希釈される実際のガス流出物中で常に主要な成分である。   The amount of oxygen is generally 1.5 times higher than the concentration of PFC to achieve an optimum destruction rate, and there is a sufficient amount of nitrogen, and for safety reasons, a large amount of nitrogen before they leave the low vacuum pump It is always a major component in the actual gas effluent that is intentionally diluted in the stream.

これら3つのガスは、均一かつ安定な混合物を保証するループを含むガス分配パネルを使用して混合される。それは、放電管の流体連通の1つの要素である、絶縁アルミナ継手を経由してプラズマサーファガイド(surfaguide)ソース4に到達する。   These three gases are mixed using a gas distribution panel that includes a loop that ensures a uniform and stable mixture. It reaches the plasma surfguide source 4 via an insulated alumina joint, which is one element of the fluid communication of the discharge tube.

本発明による代替の化学工程において、この混合物はOの代わりに(または一緒に)HOを気相で加えることによって変更される。 In an alternative chemical processes according to the invention, the mixture is changed by adding in place of O 2 (or together) of H 2 O in the gas phase.

ガスは同じ混合工程に入らない。一部としてPFC、窒素および酸素、しかしむしろPFC + 窒素が、他の部分として水蒸気が、図1Aおよび1Bと関連して先に見たように、他の位置で独立して導入される。   Gas does not enter the same mixing process. PFC, nitrogen and oxygen as part, but rather PFC + nitrogen, and water vapor as another part, are independently introduced at other locations as previously seen in connection with FIGS. 1A and 1B.

先に説明した2つの構成、すなわちプラズマの上流および下流において、PFCの分解によって作られたHFおよび副生物の形成、並びに変換収率も観察し比較することができる。   The formation of HF and by-products produced by the decomposition of PFC and the conversion yield can also be observed and compared in the two configurations described above, upstream and downstream of the plasma.

試験
本発明による方法の実施によるHFの形成および向上した変換収率を証明するために、分解試験をSF(1000ppmおよび5000pm)およびCF(5000ppm)で行った。
Testing In order to demonstrate the formation of HF and the improved conversion yield by carrying out the method according to the invention, degradation tests were performed with SF 6 (1000 ppm and 5000 pm) and CF 4 (5000 ppm).

実験の条件は以下のとおりである。   The experimental conditions are as follows.

−マイクロ波発生器:周波数2.45GHzで4〜6kWの出力
−窒化アルミニウム管:長さ l = 350mm、内径 I = 8mm、外径 I = 12mm
−総流量:Qtotal = 50 l/min
−SFについてP = 4000W、CFについてP = 4500W
マイクロ波プラズマによるPFCの破壊によって作られる副生物を同定するために、フーリエ変換赤外分光(FTIR)分析が、プラズマによる処理の後に以下の条件でFTIR分光器(「Thermo Nicolet Avatar 360」)を使用してなされた。
- The microwave generator: Frequency 2.45GHz in 4~6kW output - aluminum nitride tube: length l = 350 mm, an inner diameter I d = 8 mm, an outer diameter I D = 12 mm
-Total flow rate: Q total = 50 l / min
For -SF 6 P = 4000W, for CF 4 P = 4500W
In order to identify by-products created by the destruction of PFC by microwave plasma, Fourier transform infrared spectroscopy (FTIR) analysis is performed after treatment with plasma using an FTIR spectrometer ("Thermo Nicolet Avatar 360") under the following conditions: Made using.

−セル長 l = 10cm
−ZnSe窓
−サンプリング条件:大気圧かつ室温
−分析についてサンプルした流速 =3 l/min
全ての実験的な条件が規定され、プラズマの上流でガスを注入した結果が提供される。最初にSFの分解、次にCFの分解である。
-Cell length l = 10cm
-ZnSe window -Sampling conditions: atmospheric pressure and room temperature -Flow rate sampled for analysis = 3 l / min
All experimental conditions are defined and the results of injecting gas upstream of the plasma are provided. First, the decomposition of SF 6 and then the decomposition of CF 4 .

各々の分子について、プラズマ分解によって作られた副生物のスペクトルが得られ、PFC変換収率が決定された。   For each molecule, a spectrum of by-products created by plasma decomposition was obtained and the PFC conversion yield was determined.

−O有り、かつHO無し
−HO有り、かつO無し
−HO有り、かつO有り
この方法は、PFC分解工程においてこれら各々の分子の影響および役割を明確に観察するのに役立つ。
-O 2 there, and H 2 O without -H 2 O there, and O 2 without -H 2 O there, and O 2 there this method clearly observe the effect and role of each of these molecules in the PFC decomposition step To help.

SFの分解の場合
プラズマの上流でのO注入の場合、以下の条件が使用された。
In the case of SF 6 decomposition For the O 2 injection upstream of the plasma, the following conditions were used.

−SF:濃度1000ppm
−窒素流速:= 49.5 l/min
−SF流速:= 0.05 l/min
−酸素流速:= 0.075 l/min
図3に示すように(IR分析の結果)、O有り(HO無し)のSF分解によって作られた副生物は以下のとおりである:HF、SO、SOF
-SF 6: concentration 1000ppm
-Nitrogen flow rate: = 49.5 l / min
-SF 6 flow rate: = 0.05 l / min
-Oxygen flow rate: = 0.075 l / min
As shown in FIG. 3 (IR analysis results), the by-products produced by the decomposition of SF 6 with O 2 (without H 2 O) are as follows: HF, SO 2 F 2 , SOF 4 .

次に、水を以下の条件で加えた。   Next, water was added under the following conditions.

−SF:濃度1000ppm
−窒素流速:= 49.9 l/min
−SF流速:= 0.05 l/min
−酸素流速:= 0.075 l/min
−水流速: 0.4 l/min
IR分析の結果を図4に示す。
-SF 6: concentration 1000ppm
-Nitrogen flow rate: = 49.9 l / min
-SF 6 flow rate: = 0.05 l / min
-Oxygen flow rate: = 0.075 l / min
-Water flow rate: 0.4 l / min
The result of IR analysis is shown in FIG.

Oの取り込みは、O有りまたは無しで、同じ副生物(HF、SO)を生じる。しかしながら、HFの量はHOの添加により多くなり、SO、SOFのような腐食性化合物は消失し、SOに置き換えられる。 Incorporation of H 2 O yields the same by-products (HF, SO 2 ) with or without O 2 . However, the amount of HF increases with the addition of H 2 O, and corrosive compounds such as SO 2 F 2 and SOF 4 disappear and are replaced with SO 2 .

これらの生成物の後処理は、スクラバーまたはソーダ石灰カートリッジに何の問題も起こさない。   The post-treatment of these products does not cause any problems with the scrubber or soda lime cartridge.

ライン材料を選択し、特に大過剰の水を導入した場合には、上流回路および湿った大気中で硫酸が形成されるのを避ける事前予防をすることもまた可能である。   It is also possible to take precautions to avoid the formation of sulfuric acid in the upstream circuit and in the humid atmosphere, especially when line materials are selected and a large excess of water is introduced.

が定量されていないが、同様の場合の類推によって、実際はSOおよびSOFとして消失していることが推測される。したがって、スクラバーでの後処理の間にOFが発生するリスクは無い。 Although F 2 is not quantified, it is presumed that it has actually disappeared as SO 2 F 2 and SOF 4 by analogy in the same case. Therefore, there is no risk of generating OF 2 during post-processing with a scrubber.

結果として、プラズマの上流で行われるHO添加試験について、顕著な利点が実際上観察され得る。すなわち、
−「湿式スクラバー」、またはソーダ石灰での中性化後処理に適合しない腐食性フッ素化副生物が効果的に消失し、事実上HFに置き換えられる。
As a result, significant advantages can be observed in practice for the H 2 O addition test performed upstream of the plasma. That is,
-Corrosive fluorinated by-products that are not compatible with "wet scrubbers" or post-neutralization treatment with soda lime effectively disappear and are effectively replaced by HF.

−加えて、変換収率の見地からは分解速度が顕著に向上する。   In addition, the decomposition rate is significantly improved from the standpoint of conversion yield.

図5および図6は、それぞれ加えたガス流速(水蒸気)の関数としての各々SFの分解におけるOおよびHOの影響を示す。 FIGS. 5 and 6 show the effect of O 2 and H 2 O, respectively, on the decomposition of SF 6 as a function of the gas flow rate (water vapor) added, respectively.

図5は、加えたガス流速の関数としての、4kWで、1000ppmのSFの分解速度を示す。 FIG. 5 shows the degradation rate of 1000 ppm SF 6 at 4 kW as a function of applied gas flow rate.

曲線5−Iは、水無しでOのみ、曲線5−IIはO無しでHOのみ、および曲線5−IIIはHOと0.075 l/minの流速でOとを加えた場合を表す。 Curve 5-I shows only O 2 without water, curve 5-II shows no O 2 and only H 2 O, and curve 5-III shows H 2 O and O 2 at a flow rate of 0.075 l / min. The case where it added is shown.

これらの曲線は、O無しでHOのみ加えた曲線5−IIの場合において分解速度(DRE(%))が大きいことを示す。この速度は、Oが存在する状態における70%から、HO有りの状態で88%まで増大する。 These curves show that the decomposition rate (DRE (%)) is large in the case of curve 5-II in which only H 2 O is added without O 2 . This rate increases from 70% in the presence of O 2 to 88% in the presence of H 2 O.

1000ppmでは、HOそれだけでDREを18%向上させることが認められる。しかしながら、Oを導入してもしなくとも、分解速度に殆ど全く影響がない。 At 1000 ppm, H 2 O alone is observed to improve the DRE by 18%. However, whether or not O 2 is introduced has almost no effect on the decomposition rate.

図6は、加えたガス流速の関数としての、4kWで、5000ppmのSFの分解速度(%)を示す。 FIG. 6 shows the decomposition rate (%) of 5000 ppm SF 6 at 4 kW as a function of applied gas flow rate.

曲線6−Iは、水無しでOのみ、曲線6−IIはO無しでHOのみ、および曲線6−IIIはHOと0.25 l/minの流速でOとを加えた場合を表す。 Curve 6-I shows only O 2 without water, curve 6-II shows no O 2 and only H 2 O, and curve 6-III shows H 2 O and O 2 at a flow rate of 0.25 l / min. The case where it added is shown.

5000ppmでは、水はSFの分解にあまり影響しないことが認められる(速度は70%から80%に上昇しただけである)。しかしながら、酸素(O)の影響は同じである。水蒸気の影響は混合物中のSF濃度に依存し、酸素の変換化学の場合ではみられない。 At 5000 ppm, it can be seen that water does not significantly affect the degradation of SF 6 (the rate has only increased from 70% to 80%). However, the effect of oxygen (O 2 ) is the same. Effect of water vapor depends on the SF 6 concentration in the mixture, not seen in the case of oxygen conversion chemistry.

CFの分解の場合
CFの場合、Oを最初にプラズマの上流で注入し、以下の実験条件が用いられた。
For the case of decomposition of CF 4 CF 4, and O 2 was first injected upstream of the plasma, the following experimental conditions were used.

−CF:濃度5000ppm
−出力:4000W
−総流量:=50 l/min
−酸素流速:=0.375 l/min
図7に示すように(IR分析の結果)、O有り(HO無し)のCFの分解によって作られた副生物は以下のとおりである:HF、COF、CO、FNO、FNO
-CF 4: concentration 5000ppm
-Output: 4000W
-Total flow rate: = 50 l / min
-Oxygen flow rate: = 0.375 l / min
As shown in FIG. 7 (IR analysis results), by-products produced by the decomposition of CF 4 with O 2 (without H 2 O) are as follows: HF, COF 2 , CO 2 , FNO, FNO 2.

次に水が以下の条件で加えられた。   Then water was added under the following conditions.

−CF:濃度5000ppm
−総流量:=50 l/min
−HO流速:=0.6 l/min
−出力:4000W
IR分析の結果を図8に示す。
-CF 4: concentration 5000ppm
-Total flow rate: = 50 l / min
-H 2 O flow rate: = 0.6 l / min
-Output: 4000W
The result of IR analysis is shown in FIG.

Oの取り込みは、O有りまたはO無しで、同じ副生物(HF、COおよびNO)を生じる。しかしながら、HFの量はHOの添加でより多くなり、COF、CO、FNO、FNOのような生成物は消失しており、COおよびNOに置き換えられる。 Of H 2 O uptake, O 2 with or without O 2, produces the same products (HF, CO and NO). However, the amount of HF increases with the addition of H 2 O, and products such as COF 2 , CO 2 , FNO, FNO 2 have disappeared and are replaced by CO and NO.

図9は、加えたガス流速の関数としての4.5kWで、5000ppmのCFの分解速度を示す。 FIG. 9 shows the decomposition rate of 5000 ppm CF 4 at 4.5 kW as a function of applied gas flow rate.

曲線9−Iは、水無しでOのみ、曲線9−IIはO無しでHOのみ、および曲線9−IIIはHOと0.2 l/minの流速でOとを加えた場合を表す。 Curve 9-I shows only O 2 without water, curve 9-II shows no O 2 and only H 2 O, and curve 9-III shows H 2 O and O 2 at a flow rate of 0.2 l / min. The case where it added is shown.

5000ppmでは、CF + N混合物にHOを加えることは、SFの場合よりも影響が少ない。分解速度は56%から64%に上昇する。しかしながら、CFの場合は、1000ppmと5000ppmとでHOの影響は同じである。 At 5000 ppm, adding H 2 O to the CF 4 + N 2 mixture has less impact than with SF 4 . The degradation rate increases from 56% to 64%. However, in the case of CF 4 , the influence of H 2 O is the same at 1000 ppm and 5000 ppm.

プラズマの下流での水の注入
試験において、明らかに、酸素が上流で過剰量加えられていない限りは、破壊効率は先の場合よりも低いことがわかった。
In the water injection test downstream of the plasma, it was clear that the destruction efficiency was lower than in the previous case, unless oxygen was added in excess upstream.

これは実際、SFまたはCF解離フラグメントがプラズマカラムを離れる際に、水蒸気と接触することができ、それと反応して安定な腐食性フッ素化副生物を形成する前に、互いに著しく反応してPFC分子を再形成する時間があるという事実によって説明される。変換率はゼロではない。なぜならば、ガスはこのレベルで未だ非常に高温で、温度はおよそ700ないし1700Kだからである(したがって、下流に熱交換器が存在する)。しかしながら、この温度はプラズマカラム(2000Kよりもはるかに高い)よりも低く、さらに解離効率において役割を果たす平衡外のより高度に励起した状態の個数が実質的に減少している。 This is in fact the fact that SF 6 or CF 4 dissociated fragments can come into contact with water vapor as they leave the plasma column and react significantly with each other before reacting to form a stable corrosive fluorinated byproduct. Explained by the fact that there is time to reform the PFC molecules. The conversion rate is not zero. This is because the gas is still very hot at this level and the temperature is around 700-1700K (thus there is a heat exchanger downstream). However, this temperature is lower than the plasma column (much higher than 2000K) and the number of more highly excited states out of equilibrium that play a role in dissociation efficiency is substantially reduced.

その実施形態に関わらず、流出物流を大気に放出する前にプラズマ反応の副生物を非可逆的にトラップする手段として、本発明はソーダ石灰顆粒ベースの固体吸着床、またはガススクラバーを使用することができる。   Regardless of its embodiment, as a means of irreversibly trapping by-products of the plasma reaction before releasing the effluent stream to the atmosphere, the present invention uses a soda lime granule based solid adsorbent bed, or gas scrubber. Can do.

真空下で動作する半導体製造リアクター(図10には示していない)はポンプに接続されているが、図10(ここで説明する)は出口2において大気圧で流出物を運ぶ低真空ポンプ1を示しているだけである。   A semiconductor manufacturing reactor (not shown in FIG. 10) operating under vacuum is connected to a pump, but FIG. 10 (described here) shows a low vacuum pump 1 carrying effluent at atmospheric pressure at outlet 2. It only shows.

種々のリアクターに接続される複数のポンプ1は並列に接続され、異なる工程の段階(堆積、エッチング、リアクター洗浄など)を実行するであろうリアクターから生じる流出物を同時に処理する。   A plurality of pumps 1 connected to the various reactors are connected in parallel to simultaneously process the effluents coming from the reactors that will perform different process steps (deposition, etching, reactor cleaning, etc.).

これらのガスの5を介したプラズマシステム6(流出物の分解のための任意のプラズマシステム、特にUS−A−5 965 786に記載されたような)への導入の前に、第1の粒子フィルター4が設けられる。   Before introduction of these gases into the plasma system 6 via 5 (optional plasma system for effluent decomposition, in particular as described in US Pat. No. 5,965,786), the first particles A filter 4 is provided.

プラズマシステム6の出口に、処理されるガスを冷却する熱交換器9が設置され、これらの手段9の下部に、これらの手段9において凝縮されるあらゆる液体、もしくは上流または手段9において形成されるあらゆる固体を回収する手段16が設置される。   At the outlet of the plasma system 6 there is installed a heat exchanger 9 for cooling the gas to be treated, and at the bottom of these means 9 any liquid condensed in these means 9 or formed upstream or in means 9. A means 16 for collecting any solids is installed.

下流(その放電ライン)からのプラズマを分離するのに役立つ弁10を通過した後、必要ならば、低温ガスはライン11を通過し、追加トラップ13(任意であって、方法に依存する)に至り、任意で廃生成物を凝集するか、または15で除去されるあらゆる固体をトラップする一方で、残留するガス流出物はライン12を経由してガス生成物のための乾式または湿式トラップ手段14に流れる(手段は当業者に既知である)。   After passing through the valve 10 which serves to separate the plasma from downstream (its discharge line), if necessary, the cold gas passes through the line 11 and into an additional trap 13 (optional and method dependent). And optionally coagulate the waste product or trap any solids removed at 15, while the remaining gas effluent is routed via line 12 to dry or wet trap means 14 for the gas product. (Means are known to those skilled in the art).

本発明によれば、酸化成分以外の成分はプラズマ6の上流のポイントA(7)および/またはプラズマ6の下流のBで注入されるが、少なくとも酸化成分は、先に説明したように任意に(必ずしも必要なわけではない)プラズマ手段6中に注入される。   According to the present invention, components other than the oxidizing component are injected at the point A (7) upstream of the plasma 6 and / or B downstream of the plasma 6, but at least the oxidizing component is arbitrarily selected as described above. It is injected into the plasma means 6 (not necessarily required).

ライン5中の流出物が、プラズマを通過することによってプラズマが生じるチャンバーの壁上に堆積しがちな金属のガス状化合物、例えばWFを含んでいない場合、酸素および水素の両方を含んだ生成物を含む任意の水素化ガス生成物および/または還元性ガス生成物を、プラズマ発生手段6における金属堆積のリスク無しでプラズマの上流で注入することができる。専らプラズマから生じる水素化剤および/または還元剤の注入は、維持、減少、または除外されるであろう。 If the effluent in line 5 does not contain a gaseous gaseous compound of metal, such as WF 6 , that tends to deposit on the walls of the chamber where the plasma is generated by passing through the plasma, it will contain both oxygen and hydrogen. Any hydrogenated gas product and / or reducing gas product, including product, can be injected upstream of the plasma without the risk of metal deposition in the plasma generating means 6. Injection of hydrogenating agent and / or reducing agent exclusively originating from the plasma will be maintained, reduced or eliminated.

しかしながら、流出物が少なくとも1つの金属の少なくとも1つのガス化合物(例えばWF)を含む場合、少なくとも1つの無水の含酸素成分(酸素、空気、窒素)が専らプラズマの上流で、処理される流出物に注入され、一方で少なくとも1つの水素化および/または還元添加生成物は、好ましくはプラズマの下流で(もしくは早くともプラズマ中、または放電後ゾーン中)、作られた第1の化学種の混合物中に注入される(この注入に関して不確かな場合は、この第2の解決策を用いるのが好ましい)。 However, if the effluent contains at least one gaseous compound of at least one metal (eg WF 6 ), the effluent is processed at least one anhydrous oxygenate component (oxygen, air, nitrogen) exclusively upstream of the plasma. While at least one hydrogenation and / or reduction additive product is preferably injected downstream of the plasma (or at least in the plasma or in the post-discharge zone) of the first species created It is injected into the mixture (when this injection is uncertain, it is preferable to use this second solution).

この場合、例えばHO、H、CH、NH、アルコール例えばメタノール、エタノール、グリコール、炭化水素、水素化物および/または水素化成分のような少なくとも1つの還元添加剤をプラズマの下流で注入することができる。 In this case, at least one reducing additive such as, for example, H 2 O, H 2 , CH 4 , NH 3 , alcohols such as methanol, ethanol, glycols, hydrocarbons, hydrides and / or hydrogenation components is added downstream of the plasma. Can be injected.

ポイントB(8)におけるプラズマの下流にて、冷却前に酸化添加剤を任意で加えてもよい(必要なならば)。   An oxidizing additive may optionally be added prior to cooling downstream of the plasma at point B (8) (if necessary).

図1Aは、本発明によるデバイスの選択肢を示す。FIG. 1A shows device options according to the present invention. 図1Bは、本発明によるデバイスの選択肢を示す。FIG. 1B shows device options according to the present invention. 図2は炉の構造を示す。FIG. 2 shows the structure of the furnace. 図3は種々の条件における本発明による方法の実施の間の測定結果を示す。FIG. 3 shows the measurement results during the performance of the method according to the invention under various conditions. 図4は種々の条件における本発明による方法の実施の間の測定結果を示す。FIG. 4 shows the measurement results during the performance of the method according to the invention under various conditions. 図5は種々の条件における本発明による方法の実施の間の測定結果を示す。FIG. 5 shows the measurement results during the performance of the method according to the invention under various conditions. 図6は種々の条件における本発明による方法の実施の間の測定結果を示す。FIG. 6 shows the measurement results during the performance of the method according to the invention under various conditions. 図7は種々の条件における本発明による方法の実施の間の測定結果を示す。FIG. 7 shows the measurement results during the performance of the method according to the invention under various conditions. 図8は種々の条件における本発明による方法の実施の間の測定結果を示す。FIG. 8 shows the measurement results during the performance of the method according to the invention under various conditions. 図9は種々の条件における本発明による方法の実施の間の測定結果を示す。FIG. 9 shows the measurement results during the performance of the method according to the invention under various conditions. 図10は誘電管のあらゆる破損を避ける例示的な実施形態を示す。FIG. 10 illustrates an exemplary embodiment that avoids any breakage of the dielectric tube.

Claims (8)

実質的に大気圧で半導体処理工程からのガス流出物、このガス流出物はSiF 4 またはWF 6 と窒素との混合物である、をプラズマ処理する方法であって、
−処理される流出物をプラズマソースに注入し、
−水蒸気を100〜300℃の温度で、プラズマの上流および下流の両方から注入して、固体堆積物を生むような或る生成物の加水分解を防止することを含む方法。
A method of plasma treating a gas effluent from a semiconductor processing process at substantially atmospheric pressure, the gas effluent being a mixture of SiF 4 or WF 6 and nitrogen,
Injecting the effluent to be treated into a plasma source;
A method comprising injecting water vapor at a temperature of 100-300 ° C. from both upstream and downstream of the plasma to prevent hydrolysis of certain products to produce solid deposits.
流出物の圧力が0.8〜1.3barである、請求項1に記載の方法。   The process according to claim 1, wherein the pressure of the effluent is from 0.8 to 1.3 bar. 水蒸気を100ppm〜5%の濃度で注入する、請求項1又は2に記載の方法。 The method according to claim 1 or 2 , wherein water vapor is injected at a concentration of 100 ppm to 5%. プラズマソースが表面波タイプである、請求項1ないしの1項に記載の方法。 Plasma source is a surface-wave type, the method according to one of claims 1 to 3. 実質的に大気圧で半導体処理工程からのガス流出物、このガス流出物はSiF 4 またはWF 6 と窒素との混合物である、をプラズマ処理するデバイスであって、プラズマトーチ手段(4、6、8、10)と、混合ゾーン(12、21)に水蒸気を100〜300℃の温度で注入する手段(14、16、18、24、26)を含むデバイスであって、
前記水蒸気を注入する手段がプラズマ形成ゾーンの上流及びプラズマ形成ゾーンの下流の両方に設置されているデバイス。
A device for plasma processing a gas effluent from a semiconductor processing step at substantially atmospheric pressure, the gas effluent being a mixture of SiF 4 or WF 6 and nitrogen, comprising plasma torch means (4, 6, 8, 10) and means (14, 16, 18, 24, 26) for injecting water vapor into the mixing zone (12, 21) at a temperature of 100-300 ° C,
A device in which the means for injecting the water vapor is installed both upstream of the plasma formation zone and downstream of the plasma formation zone.
プラズマ発生手段が表面波ソースを含む、請求項に記載のデバイス。 The device of claim 5 , wherein the plasma generating means comprises a surface wave source. 水蒸気を注入する手段が温度制御手段(24、28)をもつ気化器を含む請求項又はに記載のデバイス。 7. Device according to claim 5 or 6 , wherein the means for injecting water vapor comprises a vaporizer with temperature control means (24, 28). さらにプラズマ反応生成物を非可逆的にトラップする手段を含む請求項ないしのいずれか1項に記載のデバイス。 The device according to any one of claims 5 to 7 , further comprising means for irreversibly trapping the plasma reaction product.
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