TW201900264A - 排氣之減壓除害方法及其裝置 - Google Patents

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Abstract

本發明是為了提供一種排氣之除害方法及其裝置，能使稀釋用氮氣的使用極小化而具有優異的能量利用效率。 　　亦即，本發明的排氣之減壓除害方法及其裝置，其特徵在於，將透過真空泵而由產生源所供給的排氣，保持減壓狀態並藉由火焰的燃燒熱進行分解處理。

Description

排氣之減壓除害方法及其裝置
本發明主要是關於適用於電子產業之製造程序所排出之可燃性氣體、有毒氣體、溫室氣體等的有害氣體的處理之排氣之除害方法及其裝置。
在製造半導體、液晶等的電子產業，是使用氮化矽膜CVD、氧化矽膜CVD、氮氧化矽膜CVD、TEOS氧化膜CVD、高介電常數膜CVD、低介電常數膜CVD及金屬膜CVD等之各種CVD程序。 　　其中，例如為了形成矽系薄膜，主要採用使用了具有爆炸性、毒性之矽烷系氣體之CVD法。在該CVD法所使用之包含上述矽烷系氣體的程序氣體，當在CVD程序被使用後，是成為排氣而藉由下述專利文獻1所記載般的除害裝置實施無害化，以往，在該除害裝置的前方，為了將排氣中的矽烷系氣體稀釋到爆炸極限以下而投入大量的稀釋用氮氣。 　　在此，在典型的氮氧化矽膜CVD，是使用SiH4 /NH3 / N2 O=1slm/10slm/10slm(slm：standard liter per minute，將1atm、0℃下之每1分鐘的流量用升表示的單位)，因為SiH4 的爆炸範圍為1.3%~100%，從CVD程序排出之這樣的氣體，必須立刻用稀釋用氮氣稀釋成約76倍左右。只要進行該稀釋，就能利用例如下述專利文獻1所示之習知的燃燒方式、大氣壓電漿方式的熱分解裝置安全且確實地進行除害處理。
專利文獻1：日本特開平11-333247號公報
發明所欲解決之問題
然而，在上述的習知技術存在以下的問題。 　　亦即，如上述般為了將包含用氮氣稀釋後的矽烷系氣體之排氣全體加熱到分解溫度所需的能量，必須為僅將包含稀釋前的矽烷系氣體之排氣加熱的情況之約76倍的能量。亦即，以往之必須用氮氣進行稀釋的除害程序，不僅隨著使用多量的氮氣而造成成本增加，且與排氣的除害沒有直接關係之氮氣也必須加熱，因此能量效率低，還導致電力或燃料等的成本增加。
有鑑於此，本發明的主要目的是為了提供一種排氣之除害方法及其裝置，可不減損安全性而使稀釋用氮氣的使用極小化，具有優異的能量效率且經濟性良好。 解決問題之技術手段
為了達成上述目的，本發明所採用的對策，是將排氣的除害在減壓下進行。 　　亦即，本發明中之第1發明，是一種排氣之減壓除害方法，其特徵在於，將透過真空泵14而由排氣產生源12所供給的排氣E，保持減壓狀態並藉由火焰22的燃燒熱進行分解處理。
該第1發明例如發揮以下的作用。 　　將透過真空泵14而由排氣產生源12所供給的排氣E，保持減壓狀態並藉由火焰22的燃燒熱進行分解處理，因此稀釋用的氮氣變得不需要或是極少量就足夠了。 　　此外，因為如此般利用氮氣的稀釋變得不需要或是極少量就足夠了，火焰22的燃燒熱幾乎全部都能直接利用於排氣E的分解，又因為從排氣E的產生源到處理部都是在減壓下，縱使是排氣E中含有對人體有毒的氣體的情況，仍不會有在藉由火焰22的燃燒熱進行加熱分解處理之前使該排氣E往系統外漏出的疑慮。 　　再者，作為加熱分解處理的熱源是使用火焰22還具有以下的優點，亦即，能將目前的排氣除害裝置之主流方式之一、即大氣壓燃燒方式的實績暨經驗就那樣利用，能將該方式的排氣除害裝置中之附屬配管等的許多既存設備就那樣轉用。此外，能夠減少電力消耗而謀求運轉費用的降低。
在此，在前述第1發明中，前述減壓狀態較佳為1Torr以上且400Torr以下的範圍內，更佳為100±50 Torr的範圍內。 　　當減壓狀態為未達1Torr的情況，為了實現高度真空環境必須採用高價且大規模的裝置，相反的，當減壓狀態為超過400Torr的情況，因為與大氣壓的差異變小，必須將排氣E用多量的氮氣進行稀釋。
本發明中的第2發明，是用於實施上述排氣之減壓除害方法的裝置，例如圖1至圖3所示般，排氣之減壓除害裝置10是如以下般構成。 　　亦即，本發明的排氣之減壓除害裝置10，其特徵在於，係具備反應室18、燃燒室20及後段真空泵24，反應室18是將透過真空泵14而由排氣產生源12所供給的排氣E藉由火焰22的燃燒熱進行分解處理；燃燒室20是保持為大致大氣壓，且朝向上述反應室18內放出上述火焰22；後段真空泵24，是將從上述真空泵14的排氣口到上述反應室18全都進行減壓。 　　在減壓下的反應室18內，氣體分壓低，要讓燃料燃燒而獲得火焰22變困難。於是，在本發明，是在保持為大致大氣壓之燃燒室20讓燃料燃燒而生成火焰22，並將該火焰22朝向反應室18內放出，藉此可利用火焰22之燃燒熱來進行減壓下的排氣E之分解處理。
在該第2發明中，較佳為設置分解暨反應輔助劑供給手段26，該分解暨反應輔助劑供給手段26是對前述反應室18供給作為分解暨反應輔助劑之選自由水分、空氣、O2 、H2 及烴系氣體所構成群中之至少1種。 　　在此情況，縱使在排氣E中多量地含有主體為SiH4 、NF3 等之可燃性物質或有害物質的情況，藉由加入上述的分解暨反應輔助劑，能夠將該等物質輕易地分解成穩定的狀態、或進行反應而使其無害化。
此外，在第2發明中較佳為，在前述燃燒室20之火焰出口20b設置：讓前述火焰22穩定化之火焰穩定化噴嘴28。 　　在此情況，可防止反應室18內之排氣E流所致之火焰22的不發火等，能更穩定地藉由火焰22的燃燒熱進行排氣E的分解處理。 發明的效果
依據本發明，能夠提供一種排氣之除害方法及其裝置，可不減損安全性而使稀釋用氮氣的使用極小化，具有優異的能量效率且經濟性良好。
以下，針對本發明的一實施形態，參照圖1至圖3做說明。 　　圖1係顯示本發明的一實施形態的排氣之減壓除害裝置10之概要圖。如圖1所示般，本實施形態的排氣之減壓除害裝置10，係用於將從CVD裝置等之排氣產生源12透過真空泵14所供給的排氣E予以除害之裝置，大致是由：具有反應室18及燃燒室20之反應筒16、以及後段真空泵24所構成。
在此，在圖1的實施形態，作為排氣產生源12係顯示氮氧化矽膜CVD裝置的例子。在典型的氮氧化矽膜CVD裝置，作為程序氣體是使用SiH4 /NH3 /N2 O=1slm/ 10slm/10slm，作為清洗氣體(cleaning gas)是使用NF3 /Ar= 15slm/10slm，作為清洗反應的生成物之SiF4 可視為被排出約10slm左右。使用完畢後的該等氣體以排氣E的形式透過真空泵14往減壓除害裝置10供給。在像氮氧化矽膜CVD那樣的半導體元件的製造程序，作為真空泵14主要是使用乾式泵。因此，供給到該真空泵14的N2 (氮氣)，是為了該泵14的軸封所供給的沖洗(purge)N2 。
反應筒16具有大致圓筒狀的殼體16a，殼體16a是由赫史特合金(HASTELLOY，註冊商標)等之耐蝕性優異的金屬材料所形成，且以其軸朝向上下方向的方式豎設(參照圖2)。該殼體16a之內部空間成為將排氣E進行分解處理的反應室18，在該殼體16a的頂面設置：透過配管30而與真空泵14的排氣口連通之排氣入口32。另一方面，該殼體16a的下部是與朝水平方向延伸之管路16c的基端部連接，在該管路的前端設置：與後段真空泵24之吸氣口直接連結之排氣出口34。 　　此外，在殼體16a之排氣入口32附近安裝有噴嘴36，其係按照必要而將分解暨反應輔助劑供給手段26所供給之水分等的分解暨反應輔助劑導入殼體16a內之反應室18。 　　而且，在該殼體16a之側周壁(內周壁)，以在該殼體16a之周方向及上下方向呈多段多列的方式安裝複數個燃燒室20。 　　圖2中的符號16b表示覆蓋殼體16a之外周之隔熱材。
燃燒室20是形成在由赫史特合金(HASTELLOY，註冊商標)等之耐熱性及耐蝕性優異的金屬材料所形成之腔室20a的內部。該腔室20a的內部保持為大致大氣壓，在該內部、即燃燒室20讓燃料燃燒而產生火焰(火炎)22，並將所產生的火焰22往反應室18內放出。
如圖3所示般，形成燃燒室20之該腔室20a的一面，是成形為沿著殼體16a之壁面的形狀，且以構成殼體16a壁面之一部分的方式與該殼體16a組裝成一體。此外，在組裝於殼體16a之腔室20a的一面開設有火焰出口20b，在該火焰出口20b，可按照需要而安裝拉瓦噴嘴(Laval Nozzle)形狀等的火焰穩定化噴嘴28。而且，該腔室20a，係與朝向內部的燃燒室20供給烴系氣體等的可燃性燃料氣體之燃料供給配管38、及朝向其內部供給氧氣、空氣等的氧化氣體之氧化氣體供給配管40連接，且安裝有：用於讓該等氣體燃燒而產生火焰22之點火器42。
後段真空泵24，是用於將從真空泵14之排氣口到反應筒16之反應室18全都減壓到既定的真空度，且將在反應室18進行除害處理後的排氣E予以吸引並排出。在本實施形態，作為該後段真空泵24是使用水封泵。因此，在後段真空泵24之排氣口側可按照需要而裝設有：用於讓從該後段真空泵24以混合狀態排出之處理完畢的排氣E和水封液分離之氣液分離聚結器(coalescer)等的分離器44(參照圖1)。
在此，由後段真空泵24所造成之從真空泵14的排氣口到反應室18之排氣流通區域的減壓狀態，較佳為1Torr以上且400Torr以下的範圍內，更佳為100±50Torr的範圍內。當減壓狀態為未達1Torr的情況，為了實現高度真空環境必須採用高價且大規模的裝置，相反的，當減壓狀態為超過400Torr的情況，因為與大氣壓的差異變小，必須將排氣E用與大氣壓下相同程度之多量的氮氣進行稀釋。
在本實施形態的排氣之減壓除害裝置10，雖未圖示出，當然具備有：為了在燃燒室20之火焰22的生成、後段真空泵18等的作動所必要之各種檢測機器、控制機器及電源等。
接下來說明，使用了如以上般構成的排氣之減壓除害裝置10的排氣E之減壓除害方法。 　　從排氣產生源12排出之排氣E，透過真空泵14往反應筒16供給。在此，藉由使後段真空泵24作動，排氣E被導入保持為既定的減壓狀態之反應室18，在該反應室18藉由從燃燒室20放出之火焰22的燃燒熱而進行分解處理。
依據本實施形態的排氣之減壓除害方法，因為將排氣E保持減壓狀態並藉由火焰22的燃燒熱進行分解處理，稀釋用的氮氣變得不需要或是極少量就足夠了。此外，因為如此般利用氮氣的稀釋變得不需要或是極少量就足夠了，火焰22的燃燒熱幾乎全部都能直接利用於排氣E的分解暨反應。因此，因此，這2個作用相輔，能夠使排氣E之除害裝置成為非常緊湊的構造。 　　再者，因為從排氣E的產生源到處理部都是在減壓下，縱使是排氣E中含有對人體有毒的氣體的情況，仍不會有在藉由火焰22的燃燒熱進行分解處理之前使該排氣E往系統外漏出的疑慮。
上述實施形態可如以下般變更。 　　作為前述反應筒16，雖顯示在殼體16a的側周壁(內壁)之周方向及上下方向將複數個燃燒室20呈多段多列安裝的情況，但如果藉由從1個燃燒室20放出之火焰22就能將排氣E充分進行熱分解的話，安裝於反應筒16之燃燒室20亦可為1個。此外，殼體16a上之燃燒室20的安裝部位並不限定於上述者。
作為從前述分解暨反應輔助劑供給手段26所供給的分解暨反應輔助劑雖舉出水分，當例如排氣E中含有多量的像NF3 那樣的PFCs(全氟化合物)，作為分解暨反應生成物是生成多量HF的情況，較佳為添加作為中和劑(分解暨反應輔助劑)之KOH水溶液、NaOH水溶液等的鹼性水溶液。此外，進行氧化處理的情況還包含：添加空氣、氧氣的情況，或是加入還原性的H2 、CH4 等之烴系氣體的情況。
雖顯示作為前述後段真空泵24是使用水封泵的情況，但當排氣E除害處理後之分解生成物不須實施水洗的情況，可取代該水封泵而使用乾式泵等。
雖是顯示將前述真空泵14和反應筒16的排氣入口32用配管30連結的情況，但將該真空泵14的排氣口和排氣入口32直接連結亦可。此外，雖是顯示將反應筒16的排氣出口34和後段真空泵24的吸氣口直接連結的情況，但將反應筒16的排氣出口34和後段真空泵24透過配管來連接亦可。
當然可進行其他之在所屬技術領域具有通常知識者所能想像的範圍內之各種變更。
10‧‧‧排氣之減壓除害裝置
12‧‧‧排氣產生源
14‧‧‧真空泵
16‧‧‧反應筒
18‧‧‧反應室
20‧‧‧燃燒室
20b‧‧‧火焰出口
22‧‧‧火焰(火炎)
24‧‧‧後段真空泵
26‧‧‧分解暨反應輔助劑供給手段
28‧‧‧火焰穩定化噴嘴
E‧‧‧排氣
圖1係顯示本發明的一實施形態的排氣之減壓除害裝置之概要圖。 　　圖2係顯示本發明的排氣之減壓除害裝置之反應筒的一例之前視局部剖面圖。 　　圖3係顯示本發明的排氣之減壓除害裝置之反應筒的主要部分之說明圖。

Claims (5)

  1. 一種排氣之減壓除害方法，其特徵在於， 　　係將透過真空泵而由排氣產生源所供給的排氣，保持減壓狀態並藉由火焰的燃燒熱進行分解處理。
  2. 如請求項1所述之排氣之減壓除害方法，其中， 　　前述減壓狀態是在1Torr以上且400Torr以下的範圍內。
  3. 一種排氣之減壓除害裝置，其特徵在於， 　　係具備反應室(18)、燃燒室(20)及後段真空泵(24)， 　　該反應室(18)是將透過真空泵(14)而由排氣產生源(12)所供給的排氣(E)藉由火焰(22)的燃燒熱進行分解處理； 　　該燃燒室(20)是保持為大致大氣壓，且朝向上述反應室(18)內放出上述火焰(22)； 　　該後段真空泵(24)，是將從上述真空泵(14)的排氣口到上述反應室(18)全都進行減壓。
  4. 如請求項3所述之排氣之減壓除害裝置， 　　其係設置分解暨反應輔助劑供給手段(26)， 　　該分解暨反應輔助劑供給手段(26)，是對前述反應室(18)供給作為分解暨反應輔助劑之選自由水分、空氣、O2 、H2 及烴系氣體所構成群中之至少1種。
  5. 如請求項3或4所述之排氣之減壓除害裝置，其中， 　　在前述燃燒室(20)之火焰出口(20b)設置：用於讓前述火焰(22)穩定化之火焰穩定化噴嘴(28)。
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