DE69829625T2

DE69829625T2 - Verfahren und Vorrichtung zur Behandlung von Perfluorkohlenstoff

Info

Publication number: DE69829625T2
Application number: DE69829625T
Authority: DE
Inventors: Kazuyoshi Hitachi-shi Irie; Toshihiro Naka-gun Mori; Hisao Hitachioota-shi Yokoyama; Takayuki 2-chome Tomiyama; Toshihide Takano; Shin Tamata; Shuichi Kanno
Original assignee: Hitachi Engineering Co Ltd; Hitachi Ltd; Hitachi Kyowa Engineering Co Ltd
Current assignee: Hitachi Engineering Co Ltd; Hitachi Ltd; Hitachi Kyowa Engineering Co Ltd
Priority date: 1997-11-14
Filing date: 1998-11-09
Publication date: 2005-09-15
Anticipated expiration: 2018-11-10
Also published as: EP0916388A3; US7141221B2; EP0916388A2; EP0916388B1; KR100509304B1; TW550112B; SG71863A1; KR19990045278A; US20060239869A1; DE69829625D1; US7641867B2; US20010031228A1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Behandeln von Perfluorkohlenstoffen sowie eine Vorrichtung dafür und insbesondere ein bevorzugtes Verfahren zum Behandeln von Perfluoridverbindungen (im folgenden PFC genannt, für Perfluoridcompound), die im Abgas einer Halbleiter-Herstellungsanlage enthalten sind, sowie eine Vorrichtung dafür.
Bei Halbleiter-Herstellungsprozessen werden PFC-Gase, die für den Menschen harmlos sind und nicht explosiv sowie leicht handzuhaben, etwa in der Form von CF₄ und dergleichen als Ätzmittel in Trockenätzprozessen und etwa in der Form von C₂F₆ und dergleichen als Reinigungsgas in CVD-Prozessen verwendet. Diese PFC-Gase werden durch eine Plasmaentladung unter hoher Spannung nach dem Einführen in die Ätzvorrichtung oder die CVD-Vorrichtung ionisiert und führen das Ätzen oder Reinigen der Wafer in einem aktiven Zustand als Radikale aus.
Die Menge an PFC-Gas, die beim Ätzen oder Reinigen jedoch tatsächlich verbraucht wird, beträgt nur eine wenige Volumenprozent bis einige zehn Volumenprozent.
Der Rest des PFC-Gases wird aus dem System abgeführt, ohne reagiert zu haben.
Da ein Fluoratom einen kleinen Atomradius und eine starke Bindungskraft besitzt, weist PFC, eine Verbindung mit Fluoratomen, stabile Eigenschaften auf. PFC umfaßt Flone wie FC (Fluorkohlenstoffe) und HFC (Flourkohlenwasserstoffe), die kein Chlor enthalten, und Perfluoridverbindungen wie Stickstofftrifluorid (NF₃) und Schwefelhexafluorid (SF₆). Die hauptsächlich verwendeten PFC-Materialien und ihre Eigenschaften sowie der jeweilige Hauptverwendungszweck sind in der Tabelle 1 aufgelistet.
PFC bleibt in der Atmosphäre für eine lange Zeit stabil, da es kein Chlor enthält, seine Molekülstruktur kompakt ist und seine Bindungskraft groß. Zum Beispiel beträgt die Lebensdauer von CF₄ bis zu 50.000 Jahren, die von C₂F₆ bis zu 10.000 Jahren und die von SF₆ bis zu 3200 Jahren. PFC weist jedoch einen großen Aufwärmungskoeffizienten auf. Im Vergleich zu CO₂ ist CF₄ 6500 mal effektiver, C₂F₆ 9200 mal und SF₆ 23.900 mal so wirkungsvoll. Auch wenn daher weniger PFC als CO₂ freigelassen wird, dessen Abgabe wegen des Aufwärmens der Erde verringert werden muß, wird angenommen, daß die Abgabe von PFC in naher Zukunft eingeschränkt wird.
In diesem Fall ist eine Gegenmaßnahme gegen die Abgabe des Abgases aus Halbleiter-Herstellungsanlagen, die die Hauptmenge von PFC abgeben, wichtig.
Tabelle 1
Bemerkungen:

1)

Lebensdauer in der Atmosphäre

2)

Flon 14

3)

Flon 116

4)

Stickstofftrifluorid

5)

Flon 23

6)

Flon C 318

7)

Flon 218

8)

Schwefelhexafluorid

Zum Beispiel wird bei einem Ätzschritt in der Halbleiter-Herstellungsanlage zum Ätzen ein PFC-Gas in eine Kammer eingeleitet. Ein Teil des PFC-Gases wird durch Anwenden eines Plasmas in hoch korrosive Fluoratome umgewandelt. Die Fluoratome ätzen die Siliziumwafer. Das Abgas aus der Kammer wird kontinuierlich durch eine Vakuumpumpe abgepumpt. Um eine Korrosion durch das saure Gas zu verhindern, erfolgt ein Ausblasen des Abgases mit Stickstoffgas. Das Abgas enthält 99 % Stickstoff, und der Rest von 1 % ist PFC, das nicht beim Ätzen verbraucht wurde. Das von der Vakuumpumpe abgepumpte Abgas wird durch eine Leitung zum Entfernen des sauren Gases zu einer Säureentfernungsvorrichtung geführt und samt dem PFC in die Atmosphäre abgegeben.
Bei Halbleiter-Herstellungsanlagen wurden als Zersetzungsverfahren für PFC ein Reagenzmittelverfahren und ein Verbrennungsverfahren praktisch angewendet. Ersteres ist ein Verfahren, bei dem Fluor unter Verwendung eines speziellen Reagenzmittels bei etwa 400 bis 900 °C chemisch fixiert wird. Bei diesem Verfahren ist keine Abgasbehandlung erforderlich, da bei der Zersetzung kein saures Gas entsteht. Letzteres ist ein Verfahren, bei dem das PFC-Gas in eine Verbrennungsanlage eingeleitet und thermisch in einer Flamme bei mindestens 1000 °C zersetzt wird, wobei die Flamme durch die Verbrennung von Flüssiggas und Propangas erzeugt wird.
Bei dem Reagenzmittelverfahren kann das chemisch mit dem PFC reagierende Reagenzmittel nicht wiederverwendet werden, und das teure Reagenzmittel, das verbraucht wird, muß häufig nachgefüllt werden. Die Betriebskosten betragen das zehn- bis zwanzigfache von denen des Verbrennungsverfahrens. Da die Menge des Reagenzmittels etwa der Menge des zu behandelnden PFC-Gases entspricht, ist außerdem zur praktischen Ausführung des Reagenzmittelverfahrens eine große Anlagenfläche von etwa 3 bis 5 m² erforderlich.
Bei dem Verbrennungsverfahren erfolgt die thermische Zersetzung bei einer Temperatur von mindestens 1000 °C für C₂F₆ und mindestens 1100 °C für CF₄, so daß eine große Menge thermischer Energie erforderlich ist. Bei dem Verbrennungsverfahren wird außerdem durch die Verbrennung bei hoher Temperatur NOx und eine große Menge von CO₂ erzeugt. Da das PFC in einem Zustand abgegeben wird, in dem es stark mit inaktivem N₂-Gas verdünnt ist, ist die Gefahr des Versagens groß, so daß eine ausreichende Verfahrenssteuerung erforderlich ist.
Es wurde eine Anwendung des Verbrennungsverfahrens an den Halbleiter-Herstellungsprozeß untersucht. Das PFC wird als mit N₂-Gas verdünntes Mischgas in einer Konzentration von einigen % abgegeben. Zur Verbrennung des Mischgases ist daher zusätzlich zu dem Brennstoffgas eine große Menge Luft erforderlich. Da dadurch die Menge an zu behandelnden Gas zunimmt, vergrößert sich die Größe der Vorrichtung dafür, und die Installationsfläche für die Vorrichtung beträgt etwa 0,7 bis 5 m².
Wenn zum Beispiel in einem Abgas, das mit 100 Liter/min aus einem Halbleiter-Herstellungsprozeß abgegeben wird, 1 % C₂F₆ enthalten ist, beträgt die Menge an Flüssiggas, die zum Erzeugen der Temperatur von mindestens 1000 °C für die thermische Zerset zung erforderlich ist, 10 Liter/min und die notwendige Menge an Luft etwa 400 Liter/min bei einem Überschußverhältnis von 1,5. Die Gesamtmenge an Abgas nach der Verbrennung wird zu etwa 500 Liter/min, da der Sauerstoff in der Luft verbraucht wird und etwa 30 Liter/min CO₂ erzeugt wird. Die Gesamtmenge des Abgases steigt gegenüber dem aus dem Halbleiter-Herstellungsprozeß abgegebenen Abgas um fast das fünffache an. Eine Halbleiter-Herstellungsanlage weist eine starke Einschränkung hinsichtlich des zur Verfügung stehenden Raumes aus, da die Anlage ein Reinraum sein muß. Entsprechend ist es schwierig, die erforderliche Fläche für die Installation einer neuen Abgas-Behandlungsvorrichtung in einer bestehenden Halbleiter-Herstellungsanlage zu finden.
Andererseits wird bereits bei CFC (Chlorfluorkohlenstoffen) und HCFC (Chlorfluorkohlenwasserstoffen), die eine ähnliche chemische Zusammensetzung wie das PFC aufweisen und einen Ozon zerstörenden Effekt haben, ein katalytisches Verfahren angewendet, bei dem PFC bei etwa 400 °C zersetzt wird. Da CFC und HFC Chloratome mit einem großen Atomradius enthalten, sind die Molekülstrukturen durch das Verbinden von Fluoratomen und Wasserstoffatomen mit einem kleinen Atomradius damit verzerrt. CFC und HFC lassen sich deshalb bereits bei relativ geringen Temperaturen zersetzen.
In der JP-A-9-880 (1997)(= EP 748649 A1 ) ist ein Verfahren zum Zersetzen von CFC (oder HCFC) mit einem Katalysator beschrieben. Bei diesem Verfahren wird ein Mischgas aus aufgeheizter Luft als Trägergas, Dampf und CFC zu einer Katalysatorschicht geleitet. Die Temperatur der Katalysatorschicht beträgt etwa 430 °C, da CFC eine niedrige Zersetzungstemperatur aufweist. Das von der Katalysatorschicht abgegebene Abgas mit den zersetzten Gasen wird schnell mit Kühlwasser abgekühlt, um das Entstehen von Dioxin zu verhindern.
Die vorliegende Erfindung schafft ein Verfahren zum Behandeln eines eine Perfluoridverbindung und Siliziumverbindungen enthaltenden Abgases gemäß Patentanspruch 1 und eine Vorrichtung zum Behandeln eines solchen Abgases gemäß Patentanspruch 10.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren und der erfindungsgemäßen Vorrichtung kann das Verschließen von Poren am Katalysator durch die sich bei der Reaktion der Siliziumkomponenten im Abgas mit dem hinzugefügten Wasser oder Dampf bildenden festen Teilchen verhindert werden, da die in dem dem Katalysator zugeführten Abgas enthaltenen Siliziumkomponenten vorher entfernt werden. Entsprechend kann das Zusetzen von Zwischenräumen am Katalysator durch die festen Teilchen verhindert werden. Da die Oberfläche des Katalysators wirkungsvoll benutzt werden kann, verbessert sich die Zersetzungsreaktion der Perfluoridverbindung bei der vorliegenden Erfindung. Der Zersetzungs-Wirkungsgrad der Perfluoridverbindung wird dadurch mit der vorliegenden Erfindung erhöht.
Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung liegt in dem Schritt zum Entfernen von saurem Gas aus dem gekühlten Abgas. Erfindungsgemäß wird das saure Gas wirkungsvoll aus dem Abgas entfernt.
Da das Abwasser aus der zweiten Vorrichtung zum Entfernen von Siliziumkomponenten und das Kühlwasser, das mit dem Abgas in Kontakt kam, das das zersetzte Gas enthält, in der ersten Vorrichtung zum Entfernen von Siliziumkomponenten mit dem die Siliziumkomponenten enthaltenden Abgas in Kontakt kommt, wird mit dem Mischwasser aus dem Abwasser und dem Kühlwasser ein Teil der Siliziumkomponenten aus dem Abgas entfernt. Die Menge des der zweiten Vorrichtung zum Entfernen von Siliziumkomponenten zugeführten Frischwassers kann daher verringert werden, und die Menge des zu behandelnden Abwassers verringert sich ebenfalls. Da die im Abgas enthaltenen Siliziumkomponenten zweimal behandelt und in der ersten und der zweiten Vorrichtung zum Entfernen von Siliziumkomponenten entfernt werden, verbessert sich der Entfernungs-Wirkungsgrad für die Siliziumkomponenten entsprechend.
Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung liegt in der Verwendung eines Katalysators aus der Aluminiumoxidgruppe zum Zersetzen der Perfluoridverbindung.
Durch die Verwendung eines Katalysators aus der Aluminiumoxidgruppe läßt sich die Perfluoridverbindung wirkungsvoll und bequem bei einer Reaktionstemperatur im Bereich von 650 bis 750 °C zersetzen.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist ein Flußplan für ein Abgassteuersystem für eine Trockenätzvorrichtung in einer Halbleiter-Herstellungsanlage, bei der eine bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung angewendet wird, d.h. eine entsprechende Perfluorid-Behandlungsvorrichtung,
2 ist eine schematische Darstellung eines Reinraums mit der Trockenätzvorrichtung und der Perfluoridverbindung-Behandlungsvorrichtung der 1,
3 ist ein Flußplan für die Perfluoridverbindung-Behandlungsvorrichtung der 1 und 2,
4 ist ein schematischer vertikaler Querschnitt durch den in der 3 gezeigten Siliziumentferner,
5 ist ein detaillierter vertikaler Querschnitt durch die in der 3 gezeigte PFC-Zersetzungseinheit,
6 ist ein Diagramm zur Erläuterung der Zersetzungseigenschaften von verschiedenen PFC-Gasen durch einen Katalysator der Aluminiumoxidgruppe,
7 ist ein schematischer vertikaler Teil-Querschnitt zur Erläuterung des Austausches der in der 5 gezeigten Katalysatorpatrone,
8 ist ein Flußplan für eine andere Ausführungsform der Perfluorid-Behandlungsvorrichtung der 1,
9 ist ein schematischer vertikaler Querschnitt durch eine andere Ausführungsform der PFC-Zersetzungseinheit,
10 ist eine schematische Darstellung einer anderen Ausführungsform des Reinraums mit einer anderen Ausführungsform der Perfluoridverbindung-Behandlungsvorrichtung und der Trockenätzvorrichtung,
11 ist ein Flußplan für den Aufbau der Perfluoridverbindung-Behandlungsvorrichtung der 10,
12 ist ein schematischer Querschnitt in der Umgebung der in der 11 gezeigten Prallplatte,
13 ist ein schematischer vertikaler Querschnitt durch eine andere Ausführungsform der Perfluoridverbindung-Behandlungsvorrichtung der 1, und
14 ein Flußplan für den Aufbau einer weiteren Ausführungsform der Perfluoridverbindung-Behandlungsvorrichtung der 1.
GENAUE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
Anhand der 1, 2 und 3 wird im folgenden eine Perfluoridverbindung-Behandlungsvorrichtung (PFC-Gas-Behandlungsvorrichtung), d.h. eine bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschrieben, die auf das Abgassteuersystem einer Ätzvorrichtung in einer Halbleiter-Herstellungsanlage angewendet wird.
Da PFC kein Chlor enthält, ist seine Molekülstruktur kompakt, die Bindungsfestigkeit groß, und seine Zersetzungstemperatur liegt bei etwa 700 °C. Das katalytische Verfahren (in der JP-A-9-880 (1997) beschrieben), das bei CFC und HCFC angewendet wird, kann daher nicht auf PFC angewendet werden. Den Erfindern der vorliegenden Anmeldung ist es jedoch gelungen, einen Katalysator der Aluminiumoxidgruppe zu entwickeln, der eine Reaktionstemperatur von etwa 700 °C aufweist und der bei der Zersetzung von PFC anwendbar ist. Für diesen Katalysator wurden beim japanischen Patentamt die japanischen Patentanmeldungen Nr. Hei 9-4349 (eingereicht am 14. Januar 1997) (= EP 0 885 648 A1 , veröffentlicht am 23.12.1998) und Nr. Hei 9-163717 (eingereicht am 20. Juni 1997) eingereicht. Bei den vorliegenden Ausführungsformen wird dieser Katalysator zum Behandeln des Abgases verwendet.
Bei dem Abgassteuersystem für die Trockenätzvorrichtung sind die PFC-Behandlungsvorrichtungen 1, 1A, 1B mit den drei Trockenätzvorrichtungen 42, 42A, 42B verbunden, wie es in der 1 gezeigt ist. Jede der Trockenätzvorrichtungen 42, 42A, 42B umfaßt zwei Ätzbereiche 43A, 43B, die jeweils in der Vorrichtung abgeteilt sind.
In jedem der Ätzbereiche erfolgt durch die Zufuhr von CF₄, d.h. einem PFC-Gas, als Ätzgas an Wafern ein Ätzprozeß. Das Abgas aus den Ätzbereichen 43A, 43B wird durch Leitungen 44A, 44B, 29 mittels Vakuumpumpen 30A, 30B zu der PFC-Behandlungsvorrichtung 1 geführt. Das Abgas enthält etwa 1 % CF₄, das beim Ätzprozeß nicht verbraucht wurde, und SiF₄, das beim Ätzprozeß entsteht. Das Abgas wird nach der Behandlung in der PFC-Behandlungsvorrichtung 1 durch die Leitung 36 in die Leitung 45 abgegeben. Die Abgase von den anderen Trockenätzvorrichtungen 42 werden ebenfalls zu der Leitung 45 geführt.
Durch eine Probenentnahmeleitung 46A bzw. 46B wird Abgas aus der Leitung 29 und Abgas aus der Leitung 36 zu einem Gaschromatographen geführt. In der Probenentnahmeleitung 46A ist ein Säuregasfilter 47 vorgesehen. Mit dem Chromatographen 48 wird die Konzentration von CF₄ in den Abgasen bestimmt, die der PFC-Behandlungsvorrichtung 1 zugeführt und die aus der PFC-Behandlungsvorrichtung 1 abgeleitet werden. Die bestimmten Werte für die Konzentration von CF₄ im Abgas werden einer Überwachungseinrichtung 49 eingegeben. Wenn die Konzentration von CF₄ im Abgas in der Leitung 36 höher ist als ein erster vorgegebener Wert, erzeugt die Überwachungseinrichtung 49 einen Alarmton und läßt eine Warneinrichtung 51 für die entsprechende PFC-Behandlungsvorrichtung aufblitzen, um vor der Entstehung eines nicht normalen Zustands zu warnen. Wenn die Konzentration von CF₄ im Abgas in der Leitung 29 höher ist als ein zweiter vorgegebener Wert, erzeugt die Überwachungseinrichtung 49 einen Alarmton und läßt eine Warneinrichtung 50 für die entsprechende Trockenätzvorrichtung 42 aufblitzen, um vor der Entstehung eines nicht normalen Zustands zu warnen. Außerdem überwacht die Überwachungseinrichtung 49 den normalen Ablauf der katalytischen Reaktion im Reaktor 9, was später noch erläutert wird, und den Zeitpunkt für das Auswechseln des Katalysators anhand des Zustands des Katalysators auf der Basis des aus der Konzentration des CF₄ am Eingang und am Ausgang der PFC-Behandlungsvorrichtung 1 erhaltenen Zersetzungsverhältnisses.
Anhand der 2 wird nun eine beispielhafte Anordnung für das obige Abgassteuersystem in den Reinräumen einer Halbleiter-Herstellungsanlage beschrieben. Im Gebäude 59 der Halbleiter-Herstellungsanlage befinden sich die Reinräume 53, 54 auf der Oberseite bzw. der Unterseite des Gitters 52. Die Luft für den Reinraum 54 wird durch Filter 55A, 55B gereinigt und mittels Lüftern 56A, 56B durch die Leitungen 57A, 57B zum Reinraum 53 geführt. Die Luft wird weiter durch den Filter 58 gereinigt. Der Reinraum 53 weist einen höheren Reinheitsgrad auf als der Reinraum 54. Die Trockenätzvorrichtungen 42, 42A und dergleichen sind im Reinraum 53 untergebracht, d.h. im Bereich für Herstellungsvorrichtungen. Die PFC-Behandlungsvorrichtungen 1, 1A und dergleichen und die Vakuumpumpen 30A, 30B befinden sich im Bereich für Hilfsvorrichtungen im Reinraum 54. Die Leitungen wie die Leitung 44A, die Leitung 45 und dergleichen sind im Leitungsbereich über dem Bereich für Hilfsvorrichtungen im Reinraum 54 untergebracht.
Anhand der 3 wird nun der Aufbau der PFC-Behandlungsvorrichtung erläutert. Der Aufbau der PFC-Behandlungsvorrichtungen 1A, 1B ist der gleiche wie der Aufbau der PFC-Behandlungsvorrichtung 1. Die PFC-Behandlungsvorrichtung umfaßt einen Siliziumentferner 2, eine Heizvorrichtung 3, einen Reaktor mit einer Katalysatorschicht 11, eine Kühlvorrichtung 22, eine Vorrichtung 98 zum Entfernen von saurem Gas, ein Gebläse 59, eine Abwasserpumpe 60 und eine Temperatursteuerung 62. Das vom Gebläse 30A abgegebene Abgas wird durch den Siliziumentferner 2, die Heizvorrichtung 3, den Reaktor, die Kühlvorrichtung 22, die Vorrichtung 98 zum Entfernen von saurem Gas und das Gebläse 59 zu der Leitung 45 geleitet. Die Heizvorrichtung 3, der Reaktor 9 und die Kühlvorrich tung 22 sind wie in der 5 gezeigt zu einem einheitlichen Körper zusammengefaßt und bilden eine PFC-Zersetzungseinheit 76.
In der 4 ist der genaue Aufbau des Siliziumentferners 2 gezeigt. Der Siliziumentferner 2 umfaßt einen Sprüher 26 und einen Diffusionsabschnitt 97, der im Behälter mit Füllmaterial gefüllt ist. Das Abgas, das CF₄, SiF₄ und dergleichen als Verunreinigungen enthält, wird durch die Leitung 29 in den Behälter des Siliziumentferners 2 geleitet. Der Abgasauslaß der Leitung 29 im Behälter ist nach unten gerichtet. Das Abgas strömt im Behälter nach oben und passiert den Diffusionsabschnitt 97, in dem es durch Diffusion im Behälter verteilt wird. Der Sprüher 26 versprüht von einer Wasserzuführleitung 38 zugeführtes Kühlwasser. Der Diffusionsabschnitt 97 erhöht das Kontaktverhältnis zwischen dem Sprühwasser und dem Abgas und verbessert die Reinigungswirkung hinsichtlich der Verunreinigungen, wie es später noch erläutert wird.
Durch den Kontakt des im Abgas enthaltenen SiF₄ mit dem Sprühwasser ergibt sich die durch die folgende Gleichung (1) ausgedrückte Reaktion, in der das im Abgas enthaltene SiF₄ zu SiO₂ und HF zersetzt wird. SiF₄ + 2 H₂O ⇒ SiO₂ + 4 HF (1)
Das erzeugte SiO₂ besteht aus feinen Festkörperteilchen und wird laufend bei seiner Entstehung durch das Sprühwasser aus dem Abgas entfernt. Das HF weist eine große Löslichkeit in Wasser auf und wird durch Lösen im Wasser aus dem Abgas entfernt. Das SiO₂ und HF enthaltende Abwasser wird durch die Leitung 35 zum Bodenabschnitt der Vorrichtung 98 zum Entfernen von saurem Gas geleitet. Die das Abgas begleitenden Verunreinigungen können nicht nur durch das Versprühen von Wasser, sondern auch durch das in-Kontakt-bringen mit Wasser im Blasenverfahren entfernt werden.
Da der Auslaß der Abgasleitung 29 nach unten gerichtet ist, gelangt kein Sprühwasser vom Sprüher 26 durch Verspritzen und Rückfließen in die Leitung 26. Der Behälter des Siliziumentferners 2 besteht aus Vinylchlorid, das gegenüber HF korrosionsfest ist, so daß der Behälter vor einer Korrosion durch das HF geschützt ist, das durch die mit der Gleichung (1) ausgedrückte Reaktion entsteht.
Am Abgasauslaßabschnitt des Siliziumentferners 2 ist ein Kugelventil 27 angeordnet. Das Kugelventil 27 befindet sich zwischen einem ringförmigen Vorsprung 28A und einem Vorsprung 28B. Der Siliziumentferner 2 aus Vinylchlorid ist damit gegen einen Wärmeschaden durch einen Rückfluß des heißen Gases von unten, d.h. aus der Heizvorrichtung 3, geschützt, wenn der Betrieb der PFC-Behandlungsvorrichtung 1 angehalten wird.
Das den Siliziumentferner 2 verlassende Abgas wird durch die Leitung 31 zu der PFC-Zersetzungseinheit 76 geleitet.
Der genaue Aufbau der PFC-Zersetzungseinheit 76 ist in der 5 gezeigt. Die PFC-Zersetzungseinheit 76 umfaßt eine Heizvorrichtung 3, einen Reaktor 9 und eine Kühlvorrichtung 22. Die Heizvorrichtung 3 und der Reaktor 9 teilen sich ein Gehäuse 6 und ein Innenrohr 7. Der Durchmesser des Innenrohrs 7 ist im oberen Abschnitt des Rohrs 7 kleiner als im unteren Abschnitt des Rohrs. Am oberen Ende des Gehäuses 6 ist ein Deckel 87 mit einer Verbindung zur Leitung 31 vorgesehen. Ein Flansch 12 am Innenrohr 7 ist mit Schrauben am Flansch 13 des Gehäuses 6 befestigt. Die Heizvorrichtung 3 und der Reaktor 9 bilden einen einheitlichen Körper. Der obere Endabschnitt des Innenrohrs 7 wird durch einen zylindrischen Abschnitt 14 am Deckel 87 daran gehindert, sich in horizontaler Richtung zu bewegen. Am Innenrohr 7 ist eine ringförmige Platte 8 angebracht.
Die Heizvorrichtung 3 umfaßt einen elektrischen Heizer 4, und oberhalb der ringförmigen Platte 8 ist ein thermisch isolierendes Material 5 angeordnet, das den Heizer abdeckt. Der Heizer 4 und das isolierende Material 5 sind zwischen dem Gehäuse 6 und dem Innenrohr 7 angeordnet. Zwischen dem Gehäuse 6 und der ringförmigen Platte 8 ist ein Zwischenraum 16 ausgebildet. Der Zwischenraum 16 verhindert, daß die Hitze des sich auf einer hohen Temperatur (700 °C) befindlichen Abgases über das Innenrohr 7 und die ringförmige Platte 8 zum Gehäuse 6 geleitet und über die Außenseite des Gehäuses 6 abgegeben wird. Das heißt, daß der Wärmeverlust des Abgases verringert wird. Der Aufbau der PFC-Behandlungsvorrichtung 1 kann durch das Ausbilden der Heizvorrichtung 3 und des Reaktors 9 als einheitlicher Körper vereinfacht werden.
Der Reaktor 9 ist unter der ringförmigen Platte 8 angeordnet. Der Reaktor 9 umfaßt eine Katalysatorpatrone 10 mit einer Katalysatorschicht 11, die durch Aufbringen eines Katalysators aus der Aluminiumoxidgruppe auf ein metallisches Gitter 16 gebildet wird. Der Katalysator aus der Aluminiumoxidgruppe ist ein Katalysator, der aus 80 % Al₂O₃ und 20 % NiO₂ besteht. Die Katalysatorpatrone 10 ist in das Innenrohr 7 eingesetzt. Durch Verbinden des Flansches 18 mit dem Flansch 13 wird ein Zylinder 17 am Gehäuse 6 befestigt. Der Flansch 63 der Katalysatorpatrone 10 wird in den Flansch 13 eingesetzt und vom Flansch 13 gehalten. Der Reaktor 9 umfaßt einen Heizer, der den Reaktor auf seiner Temperatur hält (in der Zeichnung nicht gezeigt) und der zwischen dem Gehäuse 6 und dem Innenrohr 7 angeordnet ist. Am Zylinder 17 ist ein Prallwandhalter 21 zum Halten einer Prallwand 20 befestigt. Die Kühlvorrichtung 22 ist unter dem Prallwandhalter 21 angeordnet und daran befestigt. Im Gehäuse der Kühlvorrichtung 22 sind Sprüher 25 und 24 vorgesehen.
In der Leitung 31 werden mit der Wasserzuführleitung 32 zugeführtes Reaktionswasser oder zugeführter Dampf und mit der Luftzuführleitung 41 zugeführte Luft vermischt. Das Wasser wird in das Abgas eingeführt, weil die durch die später noch erläuterte Gleichung (2) ausgedrückte chemische Reaktion eine Hydrolysereaktion ist. Das Wasser oder der Dampf wird in einer Menge von etwa dem 25-fachen pro Mol CF₄ zugeführt. Das Wasser, Luft und CF₄ enthaltende Abgas wird während des Durchströmens des Weges 15 in der Heizvorrichtung 3 durch den elektrischen Heizer 4 indirekt aufgeheizt und in Dampf umgewandelt. Das Abgas wird durch den elektrischen Heizer 4 auf etwa 700 °C aufgeheizt, d.h. auf eine Temperatur, bei der die Zersetzung von CF₄ in der Katalysatorschicht abläuft. Die Temperatursteuerung 62 steuert den durch den elektrischen Heizer 4 fließen den Strom so, daß die Temperatur Te des Abgases, die mit dem Thermometer 61 am Einlaßabschnitt 94 des Reaktors 9 bestimmt wird, einen festgelegten Temperaturwert annimmt. Diese Temperatursteuerung wird in den folgenden Ausführungsformen verwendet. Die Temperatur der Katalysatorschicht 11 kann durch diese Temperatursteuerung auf der Reaktionstemperatur gehalten werden. Im Falle von CF₄ wird die Temperatur im Bereich von etwa 650 bis 750 °C gehalten.
Das CF₄ enthaltende, aufgeheizte Abgas wird dem mit dem Katalysator gefüllten Reaktor 9 zugeführt. Das CF₄ im Abgas reagiert mit H₂O und zerfällt durch die Wirkung des Katalysators der Aluminiumoxidgruppe in der Katalysatorschicht 11 in HF und CO₂, wie es die folgende Gleichung (2) ausdrückt: CF₄ + 2 H₂O ⇒ CO₂ + 4 HF (2)
Im Falle von C₂F₆, einem PFC-Gas, im Abgas zerfällt das C₂F₆ durch die in der folgenden Gleichung (3) ausgedrückte Reaktion in CO₂ und HF: C₂F₆ + 2 H₂O ⇒ 2 CO₂ + 6 HF (3)
Die 6 ist ein Diagramm für die Zersetzungseigenschaften von PFC mit einem Katalysator der Aluminiumoxidgruppe, wobei die Abszisse die Zersetzungstemperatur und die Ordinate die Zersetzungsrate anzeigt. Der bei der Messung verwendete Katalysator der Aluminiumoxidgruppe hatte die oben genannte Zusammensetzung. Es wurden vier Arten von PFC getestet, nämlich CHF₃, CF₄, C₂F₆ und C₄F₈. Hinsichtlich der Testbedingungen betrug die Konzentration an dem jeweiligen PFC 0,5 %, SV war 1000/h. Das Reaktionswasser wurde in einer Menge von etwa dem zehnfachen der theoretischen Menge hinzugefügt. Wie die 6 zeigt, erreichten alle vier PFCs bei einer Reaktionstemperatur von etwa 700 °C eine Zersetzungsrate von nahezu 100 %. Die Zersetzungsrate von CF₄ und CHF₃ bei etwa 650 °C ist gleich oder höher als 95 %, und die Zersetzungsrate von C₂F₆ und C₄F₈ bei etwa 670 °C ist gleich oder höher als 80 %. Mit dem obigen Katalysator wird so eine Zersetzung des PFC im Bereich von etwa 650 bis 750 °C praktisch möglich.
Das sich auf einer hohen Temperatur befindende Abgas, das die Zersetzungsgase wie CO₂ und HF enthält, die von der Katalysatorschicht 11 abgegeben werden, wird durch die Prallwand 20 zum Kühlbereich 23 in der Kühlvorrichtung 22 geleitet.
Das durch die Wasserzuführleitungen 39 und 40 zugeführte Kühlwasser wird von den Sprühern 24 und 25 kontinuierlich in den Kühlbereich 23 gesprüht. Das sich auf einer hohen Temperatur befindende Abgas wird durch das Sprühwasser auf 100 °C oder weniger abgekühlt. Durch Lösen im Kühlwasser wird ein Teil des HF aus dem Abgas entfernt. Das Abkühlen des Abgases von der hohen Temperatur kann nicht nur durch Sprühen, sondern auch durch Sprudeln des Gases in einem Wassertank erreicht werden. Das Sprühwasser wird durch die Leitungen 34 und 35 zu dem unteren Abschnitt der Vorrichtung 98 zum Entfernen von saurem Gas geleitet. Aufgrund der eingebauten Prallwand 20 verläuft der Weg für das abgeleitete Abgas vom Prallwandhalter 21 zur Kühlvorrichtung 22 Zickzack, und es wird ein Rückfluß von verspritztem Kühlwasser aus den Sprühern 24 und 25 in die Katalysatorschicht 11 verhindert. Es wird dadurch verhindert, daß sich die Katalysatorschicht 11 durch Spritzwasser abkühlt, so daß die Abgabe von nicht zersetztem PHC vermieden wird.
Das von der Kühlvorrichtung 22 mit einer niedrigen Temperatur abgegebene Abgas, das die Zersetzungsgase (CO₂ und HF) enthält, wird durch die Leitung 33 zu der Vorrichtung 98 zum Entfernen von saurem Gas geleitet. Die Vorrichtung 98 zum Entfernen von saurem Gas umfaßt eine fest gepackte Schicht 95, die mit Raschig-Ringen aus Kunststoff gefüllt ist, und einen inneren Sprüher 27 zum Entfernen des HF, das im Zersetzungsgas in einer hohen Konzentration wie etwa 4 Volumen-% enthalten ist. Der Sprüher 27 ist über der fest gepackten Schicht 95 angeordnet. Das durch die Wasserzuführleitung 70 zugeführte Kühlwasser wird durch den Sprüher 27 versprüht. Das Kühlwasser fließt durch die fest gepackte Schicht 95 nach unten. Das Abgas kommt mit dem Kühlwasser in der fest gepackten Schicht 95 ausreichend in Kontakt, damit der Großteil des im Abgas enthaltenen HF sich im Kühlwasser lösen kann. Der Gehalt an HF im Abgas kann mit der Vorrichtung 98 zum Entfernen von saurem Gas von 4 Volumen-% bis auf wenige ppm verringert werden.
Das Abgas, dessen Gehalt an saurem Gas erheblich reduziert ist, wird mittels des Gebläses 59 durch die Leitung 36 zur Leitung 45 geführt und aus dem System abgeleitet. In der Kühlvorrichtung 22 und der Vorrichtung 98 zum Entfernen von saurem Gas wird durch den Betrieb des Gebläses 59 ein negativer Druck aufrechterhalten. Ein Entweichen des gefährlichen HF im Abgas aus dem System kann so verhindert werden. Bei der Vorrichtung 98 zum Entfernen von saurem Gas kann auch das Blasenverfahren angewendet werden. Beim Sprühverfahren ist jedoch der Druckabfall kleiner als beim Blasenverfahren, so daß die Leistung des Gebläses 59 klein gehalten werden kann.
Das an der Vorrichtung 2 zur Entfernung von Silizium, der Kühlvorrichtung 22 und der Vorrichtung 98 zum Entfernen von saurem Gas anfallende Abwasser wird im unteren Teil der Vorrichtung 98 zum Entfernen von saurem Gas gesammelt. Das Abwasser enthält Verunreinigungen wie SiO₂, HF und anderes. Das Abwasser wird durch die Leitung 37 mittels einer Abwasserpumpe 60 zu einer Neutralisationsvorrichtung (in der Zeichnung nicht gezeigt) geführt und dort behandelt. Bei der vorliegenden Ausführungsform gelangen feste Teilchen wie das SiO₂ nicht in die Katalysatorschicht 11 im Reaktor 3, da die im Abgas enthaltenen Siliziumkomponenten bereits vorher durch den Siliziumentferner 2 als SiO₂ entfernt werden. Ohne den Siliziumentferner 2 wird durch die mit der Gleichung (1) ausgedrückte Reaktion mit dem von der Wasserzuführleitung 32 zugeführten Wasser nach dem Verbindungspunkt der Leitung 31 mit der Wasserzuführleitung 32 SiO₂ erzeugt. Wenn das SiO₂ in die Katalysatorschicht 11 gelangt, ergeben sich die folgenden Probleme (1) und (2):

(1) Die Poren des Katalysators werden durch das SiO₂ verschlossen.
(2) Zwischenräume am Katalysator verstopfen.

Aufgrund der Probleme (1) und (2) nimmt die Oberfläche des Katalysators ab und damit die Zersetzungsreaktion des PFC.
Wegen des Problems (2) nimmt der Fluß des Abgases im Katalysator ab, und der Kontakt des Katalysators mit dem Abgas wird geringer. Auch dadurch nimmt die Zersetzungsreaktion des PFC ab. Bei der vorliegenden Ausführungsform wird jedoch das SiO₂ bereits vorher durch die mit der Gleichung (1) ausgedrückte Reaktion am Siliziumentferner 2 entfernt, so daß die obigen Probleme nicht entstehen und der Zersetzungswirkungsgrad des PFC besser ist.
Bei der vorliegenden Ausführungsform wird unter Verwendung des Katalysators eine hoch wirksame Zersetzungsbehandlung am PFC erhalten, und die Freigabe von PFC, das eines der Gase ist, die eine Erwärmung der Erde bewirken, in die Atmosphäre wird vermieden. Außerdem wird bei der Zersetzung von CF₄ entstehendes CO, das nicht reagiert hat, durch die Mischung von Luft mit dem Abgas am Katalysator in harmloses CO₂ umgewandelt.
Bei der vorliegenden Ausführungsform wird das CF₄ bei einer erheblich niedrigeren Temperatur zersetzt als bei dem herkömmlichen Verbrennungsverfahren. Die erforderliche Wärmeenergie, die erforderliche Wassermenge und dergleichen sind daher geringer. Auch unter dem Gesichtspunkt der Sicherheit vor Feuergefahren ist die Anwendung der vorliegenden Ausführungsform auf eine Halbleiter-Herstellungsanlage vorteilhaft, da die Temperatur des Zersetzungsgases niedrig ist. Der Katalysator hat eine lange Lebensdauer, und es ist eine Wiederverwendung des Katalysators möglich. Die Betriebskosten für die Anlage können daher im Vergleich zum Reagenzmittelverfahren wesentlich gesenkt werden.
Wenn das Ende der Lebensdauer des Katalysators erreicht ist, wird die Katalysatorpatrone 10 durch eine neue Katalysatorpatrone ersetzt. Der Austauschvorgang wird im folgenden anhand der 7 erläutert. Die Katalysatorpatrone 10 wird dadurch vom Flansch 13 gehalten, daß ein Vorsprung 64 am Flansch 63 in eine Nut 65 im Flansch 13 eingesetzt wird. Zum Abnehmen und Anbringen der Katalysatorpatrone 10 wird eine Patronenabnahme- und Anbringungsvorrichtung 66 verwendet. Die Patronenabnahme- und Anbringungsvorrichtung 66 umfaßt eine Hebevorrichtung 68, eine drehbar an der Hebevorrichtung 68 angebrachte drehbare Basis 67 und einen drehbaren Handgriff 69.
Nach der Abnahme des Zylinders 17, des Prallwandhalters 21 und der Kühlvorrichtung 22 vom Gehäuse 6 wird die Patronenabnahme- und Anbringungsvorrichtung 66 unter die Katalysatorpatrone 10 gesetzt. Die drehbare Basis 67 wird durch die Hebevorrichtung 68 angehoben, bis die an der Oberfläche der drehbaren Basis angebrachte Gummiplatte mit dem Flansch 63 in Kontakt kommt. Dann wird die drehbare Basis durch Betätigen des drehbaren Handgriffs 69 gedreht. Die Drehkraft wird dabei über die Gummiplatte auf die Katalysatorpatrone 10 übertragen. Wenn sich der Vorsprung 64 in eine bestimmte Stellung bewegt hat, wird die Bewegung der drehbaren Basis 67 gestoppt und die Hebevorrichtung abgesenkt. Der Vorsprung 64 kommt so von der Nut 65 frei, und die Katalysatorpatrone 10 löst sich vom Flansch 13 und wird aus dem Innenrohr 7 entfernt.
Dann wird eine neue Katalysatorpatrone 10 auf die drehbare Basis 67 aufgesetzt. Durch den umgekehrten Vorgang wie bei der Abnahme wird die neue Katalysatorpatrone 10 in das Innenrohr 7 eingesetzt und am Flansch 13 befestigt. Der Vorsprung 64 der neuen Katalysatorpatrone 10 wird durch Drehen der drehbaren Basis 67 in die oben bezeichnete Stellung gebracht. Nach einem geringfügigen Anheben der Hebevorrichtung 68 wird der Vorsprung 64 durch entgegengesetztes Drehen der drehbaren Basis 67 mit dem drehbaren Handgriff 69 in die Nut 65 eingesetzt. Der Zylinder 17, der Prallwandhalter 21 und die Kühlvorrichtung 22 werden wieder am Gehäuse 6 angebracht. Die PFC-Zersetzungsbehandlung mit der PFC-Zersetzungseinheit 76 kann dann fortgeführt werden.
Mit der Patronenabnahme- und Anbringungsvorrichtung 66 läßt sich der Austausch der Katalysatorpatrone 10 einfach durchführen. Da kein Bediener die heiße verbrauchte Katalysatorpatrone 10 berühren muß, können sie sich auch nicht verbrennen. Da die heiße verbrauchte Katalysatorpatrone 10 leicht abgenommen werden kann, ist die für den Austausch der Katalysatorpatrone 10 erforderliche Zeit gering. Da der Austauschvorgang auch kein Verteilen von Katalysatorteilchen und keine Erzeugung von Staub mit sich bringt, kann der Austauschvorgang im Reinraum ausgeführt werden.
Die vorliegende Ausführungsform kann zum Zersetzen der verschiedenen in der Tabelle 1 angegebenen Substanzen wie CF₄, CHF₃, C₂F₆ und C₄F₈ verwendet werden. Diese Substanzen können bei einer Reaktionstemperatur von etwa 700 °C unter Verwendung eines Katalysators der Aluminiumoxidgruppe zersetzt werden. Die vorliegende Ausführungsform kann außer zum Zersetzen von PFC im Abgas einer Trockenätzvorrichtung in einer Halbleiter-Herstellungsanlage auch zum Zersetzen von C₂F₆ verwendet werden, das im Abgas einer CVD-Vorrichtung enthalten ist, und zum Zersetzen von PFC, das im Abgas einer Ätzvorrichtung für Flüssigkristalle enthalten ist.
Im folgenden wird ein Abgassteuersystem für eine Trockenätzvorrichtung bei der Halbleiterherstellung beschrieben, wobei eine andere Ausführungsform einer PFC-Behandlungsvorrichtung Anwendung findet. Das Abgassteuersystem der vorliegenden Ausführungsform ist genau so aufgebaut wie das in den 1 und 2 gezeigte System, mit der Ausnahme, daß die PFC-Behandlungsvorrichtungen 1, 1A undsoweiter durch eine PFC-Behandlungsvorrichtung 1C ersetzt sind, wie es in der 8 gezeigt ist. Die PFC-Behandlungsvorrichtung 1C hat den gleichen Aufbau wie die PFC-Behandlungsvorrichtung 1, mit der Ausnahme, daß der Siliziumentferner 2 in der PFC-Behandlungsvorrichtung 1 durch eine Vorrichtung 71 zur Entfernung von Silizium ersetzt ist und eine Rückleitung 75 neu vorgesehen ist. Die Vorrichtung 71 zum Entfernen von Silizium umfaßt Siliziumentferner 2 und 22. Der Siliziumentferner 72 umfaßt einen Sprüher 73 und einen Diffusionsabschnitt 74, dessen Behälter mit Packmaterial gefüllt ist. Der Siliziumentferner 72 hat den gleichen Aufbau wie der Siliziumentferner 2 der 4. Im Siliziumentferner 72 ist der Auslaß der Leitung 29 nach unten gerichtet. An der Auslaßseite des Siliziumentferners 72 ist kein Kugelventil 27 vorgesehen. Die Rückleitung 75 ist nach der Abwasserpumpe 60 an die Leitung 37 angeschlossen. Der Behälter des Siliziumentferners 72 besteht aus korrosionsfestem Vinylchlorid, um eine Korrosion durch das HF zu verhindern.
Das CF₄, SiF₄ und dergleichen enthaltende Abgas wird durch die Leitung 29 in den Behälter des Siliziumentferners 72 geleitet. Das Abgas steigt im Behälter hoch und strömt durch Diffusion durch den Diffusionsabschnitt 74. Ein Teil des von der Abwasserpumpe 60 abgepumpten Abwassers wird durch die Rückleitung 75 zum Sprüher 73 geführt und von diesem versprüht. Die Konzentration an F-Ionen und Si-Ionen in dem vom der Abwasserpumpe 60 abgepumpten Abwasser beträgt weniger als einige zehn ppm. Das Abwasser kann daher das Si und HF ausreichend entfernen. Ein Teil des SiF₄ im Abgas reagiert beim Kontakt mit dem versprühten Abwasser wie in der Gleichung (1) angegeben. Das erzeugte SiO₂ wird mit dem Abwasser aus dem Abgas abgeführt. Das HF löst sich im Abwasser.
Das vom Siliziumentferner 72 abgegebene Abgas wird zum Siliziumentferner 2 geführt. Der Sprüher 26 des Siliziumentferners 2 versprüht Frischwasser, das durch die Wasserzuführleitung 38 zugeführt wird. Beim Kontakt des im Abgas enthaltenen Rests des SiF₄ mit dem Sprühwasser erfolgt im Siliziumentferner 2 die in der Gleichung (1) angegebene Reaktion. Das SiO₂ und HF enthaltende Abwasser wird zum Siliziumentferner 72 geführt und mit dem Abwasser vom Sprüher 73 vermischt. Das vermischte Abwasser wird durch die Leitung 35 zum unteren Teil der Vorrichtung 98 zum Entfernen von saurem Gas geführt. Die Prozesse an den anderen Abschnitten der PFC-Behandlungsvorrichtung 1C sind die gleichen wie in der PFC-Behandlungsvorrichtung 1.
Die PFC-Behandlungsvorrichtung 1C weist die gleichen Vorteile wie die PFC-Behandlungsvorrichtung 1 auf. Die zusätzlichen Vorteile der PFC-Behandlungsvorrichtung 1C sind die folgenden. Da die Menge des durch die Wasserzuführleitung 38 zugeführen Frischwassers bei der PFC-Behandlungsvorrichtung 1C kleiner ist, nimmt auch die Menge des der Neutralisationsvorrichtung (in der Zeichnung nicht gezeigt) zugeführten Abwassers ab. Da die durch die Gleichung (1) ausgedrückte Reaktion an zwei Stellen in den Siliziumentfernern 2 und 72 abläuft, ist der Entfernungswirkungsgrad für die im Abgas enthaltenen Si-Komponenten wie SiF₄ und dergleichen größer.
In der 9 ist eine weitere Ausführungsform der PFC-Zersetzungseinheit gezeigt. Die PFC-Zersetzungseinheit 76A der vorliegenden Ausführungsform umfaßt eine Heizvorrichtung 3A und einen Reaktor 9A. Der Zylinder 17, der Prallwandhalter 21 und die Kühlvorrichtung 22 der PFC-Zersetzungseinheit 76 werden auch bei der PFC-Zersetzungseinheit 76A verwendet und sind in der genannten Reihenfolge am Flansch 13 im Gehäuse 6 angeordnet. Der Reaktor 9A umfaßt einen Bodenabschnitt 83 in einem Innenrohr 79. Am Bodenabschnitt 83 ist verschiebbar eine Bodenplatte 82 vorgesehen. Die Katalysatorschicht 11, die mit dem Katalysator der Aluminiumoxidgruppe gefüllt ist, ist im Innenrohr 79 an der Bodenplatte 82 und dem Bodenabschnitt 83 ausgebildet. Der Katalysator der Aluminiumoxidgruppe besteht zu 80 % aus Al₂O₃ und zu 20 % aus NiO₂. Am Flansch 13 ist ein Flansch 81 des Innenrohrs 79 befestigt.
Die Heizvorrichtung 3A umfaßt ein Innenrohr 77, den elektrischen Heizer 4 und das den elektrischen Heizer 4 abdeckende isolierende Material 5. Der elektrische Heizer 4 und das isolierende Material 5 sind zwischen dem Innenrohr 77 und dem Gehäuse 6 angeordnet. Der Flansch 78 des Innenrohrs 77 ist am Flansch 80 befestigt. Zwischen dem Gehäuse 6 und den Flaschen 78 und 81 ist ein Zwischenraum 16 vorgesehen.
Der Katalysator kann am Ende seiner Lebensdauer dadurch aus dem Innenrohr 79 entfernt werden, daß der Zylinder 17, der Prallwandhalter 21 und die Kühlvorrichtung 22 abgenommen und die Bodenplatte 82 entfernt wird. Die Funktionen der Heizvorrichtung 3A und des Reaktors 9A sind die gleichen wie bei der Heizvorrichtung 3 und dem Reaktor 9 der PFC-Zersetzungseinheit 76. Mit der PFC-Zersetzungseinheit 76A werden die gleichen Vorteile erhalten wie bei der PFC-Zersetzungseinheit 76.
Anhand der 10, 11 und 12 wird nun ein Abgassteuersystem für die Trockenätzvorrichtung einer Halbleiter-Herstellungsanlage beschrieben, bei dem die andere Ausführungsform der PFC-Behandlungsvorrichtung der vorliegenden Erfindung angewendet wird. Bei der vorliegenden Ausführungsform des Abgassteuersystems sind in einem Reinraum 54 mehrere PFC-Behandlungsvorrichtungen 1D angeordnet. Dieser Teil unterscheidet sich von den in den 1 und 2 gezeigten Ausführungsformen. Jede der PFC-Behandlungsvorrichtungen 1D ist an eine eigene Leitung 29 angeschlossen.
In der 11 ist der genaue Aufbau der PFC-Behandlungsvorrichtung 1D gezeigt. Die PFC-Behandlungsvorrichtung 1D ist vom horizontalen Typ und umfaßt den Siliziumentferner 2 und die PFC-Zersetzungseinheit 76B. Der Siliziumentferner 2 ist mit der Leitung 29 verbunden. Die PFC-Zersetzungseinheit 76B umfaßt die Heizvorrichtung 3, einen Reaktor 9B und die Kühlvorrichtung 22. Die PFC-Zersetzungseinheit 76B enthält keine Vorrichtung 98 zum Entfernen von saurem Gas. Bei der vorliegenden Ausführungsform ist die Vorrichtung 98 zum Entfernen von saurem Gas an der Leitung 45 vorgesehen. Bei der Heizvorrichtung 3 der PFC-Zersetzungseinheit 76B sind die Heizvorrichtungen 3 der PFC-Zersetzungseinheit 76 nur in horizontaler Richtung angeordnet. Der Reaktor 9B umfaßt mehrere Halteplatten 84 und 85, die mit einer großen Anzahl von kleinen Löchern perforiert sind, im Innenrohr 7. Die Katalysatorschicht 11 entsteht durch Packen und Halten des Katalysators der Aluminiumoxidgruppe (mit 80% Al₂O₃ und 20 % NiO₂) zwischen der Halteplatte 84 und der Halteplatte 85. Über der Katalysatorschicht 11 ist wie in der 12 gezeigt eine Prallplatte 86 angeordnet, die an der Innenseite des Innenrohrs 7 angebracht ist. Die Prallplatte 20 befindet sich in der Kühlvorrichtung 22. Die Funktionen der Heizvorrichtung 3, des Reaktors 9B und der Kühlvorrichtung 22 der vorliegenden Ausührungsform sind die gleichen wie bei der Heizvorrichtung 3, dem Reaktor 9 und der Kühlvorrichtung 22 der PFC-Zersetzungseinheit 76.
Die PFC-Behandlungsvorrichtung 1D weist die gleichen Vorteile auf wie die PFC-Behandlungsvorrichtung 1, mit der Ausnahme des Beitrags zur Vorrichtung 98 zum Entfernen von saurem Gas. Die PFC-Behandlungsvorrichtung 1D kann kompakt ausgebildet werden, da sie in horizontaler Richtung angeordnet ist und die Vorrichtung 98 zum Entfer nen von saurem Gas nicht enthält. Entsprechend kann die PFC-Behandlungsvorrichtung 1D auch in einer bereits fertigen Halbleiter-Herstellungsanlage untergebracht werden, in der kaum Platz für neue Geräte sein dürfte. Die PFC-Behandlungsvorrichtung 1D kann nämlich im Bereich für die Leitungen über dem Reinraum 54 untergebracht werden. Die PFC-Behandlungsvorrichtung 1D benötigt nur wenig Platz zur Installation.
Der Katalysator in der Katalysatorschicht 11 sinkt mit der Zeit etwas ab. Deshalb entsteht zwischen der Oberseite der Katalysatorschicht 11 und der Innenseite des Innenrohrs 7 ein kleiner Zwischenraum. Aufgrund der Prallplatte 86 in der Katalysatorschicht 11 wird ein Abströmen von nicht zersetztem PFC-Gas durch den kleinen Zwischenraum zu der Kühlvorrichtung 22 verhindert. Das PFC-Gas durchströmt mit Sicherheit die Katalysatorschicht 11 und wird zersetzt.
Im folgenden wird eine weitere Ausführungsform eines Abgassteuersystems für die Trockenätzvorrichtung einer Halbleiter-Herstellungsanlage beschrieben. Bei dem Abgassteuersystem der vorliegenden Ausführungsform werden die PFC-Behandlungsvorrichtungen im Abgassteuersystem der 1 und 2 durch die in der 13 gezeigte PFC-Behandlungsvorrichtung 1E ersetzt. Die PFC-Behandlungsvorrichtung 1E umfaßt den Siliziumentferner 2, eine PFC-Zersetzungseinheit 76C und eine Vorrichtung 98 zum Entfernen von saurem Gas, die in der 13 nicht gezeigt ist. Bei der PFC-Behandlungsvorrichtung 1E ist die PFC-Zersetzungseinheit 78 der PFC-Behandlungsvorrichtung 1 durch die PFC-Zersetzungseinheit 76C ersetzt.
Im folgenden wird der genaue Aufbau der PFC-Zersetzungseinheit 76C beschrieben. Die PFC-Zersetzungseinheit 76C unterscheidet sich im Aufbau des Gehäuses und des Innenrohrs von der PFC-Zersetzungseinheit 76. Die PFC-Zersetzungseinheit 76C umfaßt ein Gehäuse 88, eine Heizvorrichtung 3B zum Aufheizen eines Innenrohrs 77 und einen Reaktor 9B mit einem Gehäuse 89 und einem Innenrohr 90. Die Heizvorrichtung 9B umfaßt den elektrischen Heizer 4 und das zwischen dem Gehäuse 88 und dem Innenrohr 77 angeordnete isolierende Material 5. Bei dem Reaktor 9B ist die Katalysatorpatrone 10 mit der Katalysatorschicht 11 in das Innenrohr 90 eingesetzt. Die Katalysatorpatrone 10 ist am unteren Ende des Gehäuses 89 auf die gleiche Weise wie bei der PFC-Zersetzungseinheit 76 an den Flansch angesetzt. Die Katalysatorschicht 11 ist mit dem oben beschriebenen Katalysator der Aluminiumoxidgruppe gefüllt. Der Prallwandhalter 91 mit der Prallwand 20 verbindet den Reaktor 9B mit der Kühlvorrichtung 22. Die Flansche des Gehäuses 88, des Innenrohrs 77 und des Gehäuses 89 sind mit Schrauben verbunden.
Die PFC-Behandlungsvorrichtung 1E weist die gleichen Vorteile auf wie die PFC-Behandlungsvorrichtung 1. Durch Abnehmen der Verbindung der genannten Flansche kann die Heizvorrichtung 3B einfach vom Reaktor 9B abgenommen werden. Der Ausbau der Katalysatorpatrone 10 kann auf die gleiche Weise erfolgen wie bei der PFC-Zersetzungseinheit 76.
Im folgenden wird eine weitere Ausführungsform eines Abgassteuersystems für die Trockenätzvorrichtung einer Halbleiter-Herstellungsanlage beschrieben. Bei dem Abgas steuersystem der vorliegenden Ausführungsform werden die PFC-Behandlungsvorrichtungen im Abgassteuersystem der 1 und 2 durch die in der 14 gezeigte PFC-Behandlungsvorrichtung 1F ersetzt. Bei der PFC-Behandlungsvorrichtung 1F ist die PFC-Zersetzungseinheit 76 der PFC-Behandlungsvorrichtung 1C durch die PFC-Zersetzungseinheit 76C ersetzt. Bei der PFC-Zersetzungseinheit 76C ist zwischen dem Reaktor 9 und dem Zylinder 17 der PFC-Zersetzungseinheit 76 ein Wärmetauscher 93 angeordnet. Im Wärmetauscher 93 befindet sich ein Wärmeleitrohr 92. Die Leitung 32 ist an die Eingangsseite des Wärmeleitrohrs 92 angeschlossen. Die an die Auslaßseite des Wärmeleitrohrs 92 angeschlossene Leitung 32A ist mit der Leitung 31 an einer Stelle oberhalb des Verbindungspunktes der Leitung 31 mit der Luftzuführleitung 41 verbunden.
Bei der vorliegenden Ausführungsform wird das von der Leitung 32 zugeführte Reaktionswasser durch das Abgas aufgeheizt, das mit etwa 700 °C aus der Katalysatorschicht 11 abgegeben wird, und beim Durchfließen des Wärmeleitrohrs 92 in Dampf verwandelt. Der Dampf wird durch die Leitung 32A in die Leitung 31 eingeführt. Das Dampf, Luft und CF₄ als PFC-Gas enthaltende Abgas wird über die Heizvorrichtung 3 zu der Katalysatorschicht 11 geführt. In der Katalysatorschicht 11 findet die in der Gleichung (2) angegebene Reaktion statt.
Die PFC-Behandlungsvorrichtung 1F weist die gleichen Vorteile auf wie die PFC-Behandlungsvorrichtung 1C. Bei der vorliegenden Ausführungsform wird außerdem die Wärme des Abgases von etwa 700 °C, das von der Katalysatorschicht 11 abgegeben wird, im Wärmetauscher 93 wiedergewonnen. Die Heizkapazität der Heizvorrichtung 3 und die Menge des den Sprühern 25 und 26 der Kühlvorrichtung 23 zugeführten Kühlwassers können somit verringert werden. Bei der vorliegenden Ausführungsform ist die Menge des der Neutralisationsvorrichtung zugeführten Abwassers kleiner als bei der PFC-Behandlungsvorrichtung 1C.

Claims

Verfahren zum Behandeln eines eine Perfluoridverbindung und Siliziumverbindungen enthaltenden Abgases, wobei SiF₄ und dergleichen aus dem die Perfluoridverbindung und SiF₄ und dergleichen enthaltenden Abgas durch den Kontakt des Abgases mit Wasser entfernt wird, Wasser und/oder Dampf zu dem die Perfluoridverbindung enthaltenden Abgas hinzugefügt wird, das die Perfluoridverbindung enthaltende Abgas zusammen mit dem Wasser und/oder Dampf aufgeheizt wird, das aufgeheizte Abgas einer mit einem Katalysator befüllten Katalysatorschicht zugeführt wird, um die in dem Abgas enthaltene Fluoridverbindung durch den Kontakt mit dem Katalysator zu zersetzen, das das zersetzte Gas enthaltende Abgas, das durch die Zersetzung der Perfluoridverbindung erzeugt wurde, gekühlt wird, und das gekühlte Abgas abgeführt wird.
Verfahren zum Behandeln eines eine Perfluoridverbindung und Siliziumverbindungen enthaltenden Abgases nach Anspruch 1, wobei das der Katalysatorschicht zuzuführende Abgas kontrolliert auf eine bestimmte Temperatur aufgeheizt wird.
Verfahren zum Behandeln eines eine Perfluoridverbindung und Siliziumverbindungen enthaltenden Abgases nach Anspruch 2, wobei die bestimmte Temperatur im Bereich von 650°C bis 750°C liegt.
Verfahren zum Behandeln eines eine Perfluoridverbindung und Siliziumverbindungen enthaltenden Abgases nach Anspruch 1, wobei säurehaltiges Gas aus dem gekühlten Abgas entfernt wird.
Verfahren zum Behandeln eines eine Perfluoridverbindung und Siliziumverbindungen enthaltenden Abgases nach Anspruch 1, wobei das das zersetzte Gas enthaltende Abgas durch Wärmeaustausch des Abgases mit einem Kühlwasser gekühlt wird.
Verfahren zum Behandeln eines eine Perfluoridverbindung und Siliziumverbindungen enthaltenden Abgases nach Anspruch 5, wobei beim Entfernen von SiF₄ und dergleichen das die Perfluoridverbindung und SiF₄ und dergleichen enthaltende Abgas mit Abwasser aus einer zweiten Siliziumkomponenten-Entfernungsvorrichtung und mit dem Kühlwasser in Kontakt gebracht wird, das mit dem das zersetzte Gas enthaltenden Abgas in einer ersten Siliziumkomponenten-Entfernungsvorrichtung in Kontakt gebracht wurde, das Abgas aus der ersten Siliziumkomponenten-Entfernungsvorrichtung der zweiten Siliziumkomponenten-Entfernungsvorrichtung zugeführt wird, und das Abgas in der zweiten Siliziumkomponenten-Entfernungsvorrichtung mit Wasser in Kontakt gebracht wird.
Verfahren zum Behandeln eines eine Perfluoridverbindung und Siliziumverbindungen enthaltenden Abgases nach Anspruch 1, wobei der Dampf durch Wärmeaustausch von Wasser mit dem aus der Katalysatorschicht ausgelassenen Abgas erzeugt wird.
Verfahren zum Behandeln eines eine Perfluoridverbindung und Siliziumverbindungen enthaltenden Abgases nach Anspruch 1, wobei der Katalysator aus einem Aluminiumoxidgruppe-Katalysator besteht.
Verfahren zum Behandeln eines eine Perfluoridverbindung und Siliziumverbindungen enthaltenden Abgases nach Anspruch 1, wobei das Abgas ein aus einer Halbleiterherstellungsvorrichtung abgelassenes Abgas ist.
Vorrichtung zum Behandeln eines eine Perfluoridverbindung und Siliziumverbindungen enthaltenden Abgases, mit einer Siliziumkomponenten-Entfernungsvorrichtung zum Entfernen von SiF₄ und dergleichen aus einem eine Perfluoridverbindung und SiF₄ und dergleichen enthaltenden Abgas mit Wasser, einer Heizvorrichtung zum Aufheizen des die Perfluoridverbindung enthaltenden Abgases, zu dem Wasser und/oder Dampf nach dem Auslassen aus der Siliziumkomponenten-Entfernungsvorrichtung hinzugefügt wird, einer mit einem Katalysator befüllten Katalysatorschicht zum Zersetzen der Perfluoridverbindung, die in dem aus der Heizvorrichtung ausgelassenen Abgas enthalten ist, und mit einer Kühlvorrichtung zum Kühlen des aus der Katalysatorschicht ausgelassenen Abgases.
Vorrichtung zum Behandeln eines eine Perfluoridverbindung und Siliziumverbindungen enthaltenden Abgases nach Anspruch 10, ferner mit einem Temperaturdetektor zum Erfassen der Temperatur des aus der Katalysatorschicht ausgelassenen Abgases, und mit einer Steuereinheit zum Steuern der Heizvorrichtung auf der Grundlage der von dem Temperaturdetektor erfaßten Temperatur.
Vorrichtung zum Behandeln eines eine Perfluoridverbindung und Siliziumverbindungen enthaltenden Abgases nach Anspruch 10, ferner mit einer Entfernungsvorrichtung zum Entfernen von säurehaltigem Gas, das in dem aus der Kühlvorrichtung ausgelassenen Abgas enthalten ist.
Vorrichtung zum Behandeln eines eine Perfluoridverbindung und Siliziumverbindungen enthaltenden Abgases nach Anspruch 10, wobei die Siliziumkomponenten-Entfernungsvorrichtung eine Sprühvorrichtung zum Sprühen von Wasser aufweist.
Vorrichtung zum Behandeln eines eine Perfluoridverbindung und Siliziumverbindungen enthaltenden Abgases nach Anspruch 13, wobei die Kühlvorrichtung eine Sprühvorrichtung zum Sprühen von Kühlwasser zum Kühlen des Abgases enthält.
Vorrichtung zum Behandeln eines eine Perfluoridverbindung und Siliziumverbindungen enthaltenden Abgases nach Anspruch 14, wobei die Siliziumkomponenten-Entfernungsvorrichtung eine erste Siliziumkomponenten-Entfernungsvorrichtung und eine zweite Siliziumkomponenten-Entfernungsvorrichtung umfaßt, der das Abgas aus der ersten Siliziumkomponenten-Entfernungsvorrichtung zugeführt wird, eine erste Sprühvorrichtung zum Sprühen von Wasser innerhalb der zweiten Siliziumkomponenten-Entfernungsvorrichtung angeordnet ist, und eine zweite Sprühvorrichtung zum Sprühen des von der ersten Sprühvorrichtung gesprühten Wassers und des von der Sprühvorrichtung der Kühlvorrichtung gesprühten Wassers vorgesehen ist.
Vorrichtung zum Behandeln eines eine Perfluoridverbindung und Siliziumverbindungen enthaltenden Abgases nach Anspruch 10, wobei ein Absperrventil zum Verhindern, daß Abgas von der Heizvorrichtung zurück in die Siliziumkomponenten-Entfernungsvorrichtung strömt, in dem Pfad angeordnet ist, der das Abgas von der Siliziumkomponenten-Entfernungsvorrichtung zu der Heizvorrichtung leitet.
Vorrichtung zum Behandeln eines eine Perfluoridverbindung und Siliziumverbindungen enthaltenden Abgases nach Anspruch 10, wobei die Heizvorrichtung, die Katalysatorschicht und die Kühlvorrichtung als einheitlicher Körper in der oben angegebenen Reihenfolge ausgebildet sind.
Vorrichtung zum Behandeln eines eine Perfluoridverbindung und Siliziumverbindungen enthaltenden Abgases nach Anspruch 17, wobei der einheitliche Körper dadurch ausgebildet wird, daß die Heizvorrichtung, die Katalysatorschicht und die Kühlvorrichtung in horizontaler Richtung angeordnet werden und ein Prallelement zum Stören einer Strömung einer unzersetzten Perfluoridverbindung in einem Abschnitt über der Katalysatorschicht angeordnet wird.
Vorrichtung zum Behandeln eines eine Perfluoridverbindung und Siliziumverbindungen enthaltenden Abgases nach Anspruch 10, wobei ein Wärmetauscher zwischen der Katalysatorschicht und der Kühlvorrichtung vorgesehen ist, um Wärme zwischen dem aus der Katalysatorschicht ausgelassenen Abgas und Wasser auszutauschen und um Dampf zu erzeugen.
Vorrichtung zum Behandeln eines eine Perfluoridverbindung und Siliziumverbindungen enthaltenden Abgases nach Anspruch 10, ferner mit einer Patrone, innerhalb der die Katalysatorschicht ausgebildet ist, und mit einem Gehäuse, in dem die Patrone abnehmbar angebracht ist, wobei die Heizvorrichtung, das Gehäuse und die Kühlvorrichtung als einheitlicher Körper in der oben angegebenen Reihenfolge ausgebildet sind.
Vorrichtung zum Behandeln eines eine Perfluoridverbindung und Siliziumverbindungen enthaltenden Abgases nach Anspruch 20, ferner mit einem Reaktor, der die Patrone, ein Innenrohr zur Aufnahme der Patrone und das Gehäuse aufweist, wobei das Gehäuse des Reaktors gleichzeitig das Gehäuse der Heizvorrichtung ist.
Vorrichtung zum Behandeln eines eine Perfluoridverbindung und Siliziumverbindungen enthaltenden Abgases nach Anspruch 13, wobei sich ein Abgaseinlaßbereich zum Zuführen des eine Perfluoridverbindung und SiF₄ und dergleichen enthaltenden Abgases zu der Siliziumkomponenten-Entfernungsvorrichtung in die Siliziumkomponenten-Entfernungsvorrichtung erstreckt, und eine Gasauslaßöffnung des Abgaseinlaßbereichs an einer Position unterhalb der Sprühvorrichtung vorgesehen ist und die Gasauslaßöffnung in der Siliziumkomponenten-Entfernungsvorrichtung nach unten gerichtet ist.
Vorrichtung zum Behandeln eines eine Perfluoridverbindung und Siliziumverbindungen enthaltenden Abgases nach Anspruch 22, wobei ein Diffusionsbereich zum Verteilen von Sprühwasser aus der Sprühvorrichtung innerhalb der Siliziumkomponenten-Entfernungsvorrichtung zwischen der Sprühvorrichtung und dem Abgaseinlaßbereich angeordnet ist.
Vorrichtung zum Behandeln eines eine Perfluoridverbindung und Siliziumverbindungen enthaltenden Abgases nach Anspruch 10, wobei die Siliziumkomponenten-Entfernungsvorrichtung an eine Halbleiterherstellungsvorrichtung zum Entfernen von SiF₄ und dergleichen aus dem Abgas angeschlossen ist, das die Perfluoridverbindung und SiF₄ und dergleichen enthält und aus der Halbleiterherstellungsvorrichtung ausgelassen wurde.
Vorrichtung zum Behandeln eines eine Perfluoridverbindung und Siliziumverbindungen enthaltenden Abgases nach Anspruch 24, wobei die Heizvorrichtung, die Katalysatorschicht und die Kühlvorrichtung als einheitlicher Körper in der oben angegebenen Reihenfolge ausgebildet sind, und der einheitliche Körper aus der Heizvorrichtung, der Katalysatorschicht und der Kühlvorrichtung in dem Gebäude installiert ist, in dem die Halbleiterherstellungsvorrichtung installiert ist.