WO2000026592A1

WO2000026592A1 - Pfc type gas recovery method and device

Info

Publication number: WO2000026592A1
Application number: PCT/JP1999/005937
Authority: WO
Inventors: Junichi Hayakawa; Tetsuo Komai; Yoichi Mori
Original assignee: Ebara Corporation
Priority date: 1998-10-29
Filing date: 1999-10-27
Publication date: 2000-05-11
Also published as: US6374635B1; EP1052466A4; KR100616583B1; KR20010033683A; TW439101B; JP4139565B2; EP1052466A1

Description

明細書

P F C系ガス回収方法及び装置

技術分野

本発明は半導体製造工程、例えばエッチングプロセス工程で使用される PFC 系ガスを回収する P FC系ガス回収方法及び装置に関するものである。

背景技術

半導体製造工程のエッチングプロセス工程などで使用されるパーフッ素化合物及びフッ化炭化水素化合物のガスの幾つかは、温室効果を示すと共に、二酸化炭素の数倍〜数百倍という極めて長い安定状態保持年数を有し、長期間に亘つて分解せず、二酸化炭素の数千倍〜数万倍という極めて高い温暖化係数を有する。これらの極めて高い温暖化係数を有する温室効果ガスとしては、 CF₄、 C₂F₆、 C₃F₈、 C₂F₄、 CHF₃、C₄F₈、 N F ₃などが挙げられ、一般に P F C (Perfluoro Compound)系ガスと称され、その排出規制の必要性が叫ばれている。 1997年 12月に京都府で開催された京都 COP 3 (気候変動枠組条約締結会議)では、 2 010年までに炭酸ガス等のガスを 1 990年比 6%削減、 2010年までに P FC、 HFC、 SF₆を 1995年比 6 %削減という温室効果ガス規制が決議されている。

半導体製造工程で使用される P F C系ガスは C O ₂に比べ排出量がはるかに少ないことから地球温暖化、即ち温室効果に及ぼす影響は現状では小さいが、 PF C系ガスは大気中での寿命が長いため百年単位の地球温暖化係数が高い。そこで P F C系ガスの削減へのアプローチが検討されており、それには次のようなものがある。

即ち、循環サイクルなどによりプロセスの最適化をはかり P FC系ガスの使用量を減らす方法、 P FC系ガスを回収して再利用する方法、代替ガスの追求とそのプロセスの開発方法、分解し除害して処理する方法がある。

上記 PFC系ガスを回収する再利用方法には、膜分離法、吸着分離法、深冷分離法がある。膜分離法は気体分子膜が透過するときの透過速度の差を利用して分離する方法であり、この方法では、 P FC系ガス以外のガスを除去する装置の後に、 P F C系ガスの回収と濃縮のための装置が配置され、回収と濃縮が同時に行われる。また、吸着分離法はガスが吸着剤に吸着する際の圧力による吸着性能の違いを利用して分離する方法である。また、深冷分離法は、図 1に示すように、各ガスによつて気化曲線が異なることを利用、即ち各ガスの沸点の差を利用し、回収目的の P F C系ガスの沸点よりもやや低い温度のトラップで該 P F C系ガスを捕集し、該回収目的の P F C系ガスの沸点よりやや高い温度にトフップ温度を上昇させることにより、選択的に目的の P F C系ガスを分離する方法である。上記膜分離法は下記のような問題点がある。

①膜に供給するガスの圧力を高くしなくてはならない。従って、真空中では使用できない。

②エッチング等の少流量の P F C系ガスの回収 ·凝縮には不向きである。即ち濃縮すべき P F C系ガスが不純ガス透過側に逃げてしまう。特に供給側の P F C 系ガスの濃度が高いと、より多くの P F C系ガスが透過してしまう。そのため、何らかのガス（N ₂等）で P F C系ガスの濃度を下げ流量を確保する必要がある。 ③供給される P F C系ガスや〇₂、 N ₂の濃度変動や、流量の濃度変動によって濃縮 P F C系ガスの濃度、不純物の濃度が変動する。変動を抑えるには何らかのバックアツプ夕ンクなどが必要となる。

④膜に供給するガスは前処理として、酸性ガス等を除去することが必要で、これを怠ると膜が劣化してしまう。この前処理にコス卜がかかる。

⑤これらの事清で、強力で大きなコンプレッサ、大きなバッファ容器等を必要とするため、大きな設置スペースを必要とする大掛かりな装置となる。

また、深冷分離法も下記のような問題点がある。

①いくつかの成分の混合気体では P F C系ガスのみの凝集 ·気化はできず、なんらかの混合ガスの他の成分が混入してしまう。そのため濃縮するためには、ガスゃ液の分留と同じく複数段の分離再生システムを組む必要がある。従って装置が大掛かりとなる。

②複数段の分留装置は真空配管途中にはスペース上配置できず、真空ポンプ出力側の大気圧状況で行われるため、強力な冷凍機と大きな分留装置が必要となる。

③前段階である程度の濃縮とガス量が必要で、そのための装置が必要となる。本発明は上述の点に鑑みてなされたもので、深冷分離法を採用し、多段の分留装置を用いることなく、冷却トラップの極低温化が容量の小さい冷凍装置で容易に達成でき、且つ高純度の P F C系ガスを回収できる P F C系ガス回収方法及び装置を提供することを目的とする。

発明の開示

上記課題を解決するため、請求項 1に記載の発明は、冷却卜ラップで真空処理室から排出される P F C系ガスを含む混合ガスを所定量凍結捕集した後、該冷却トラップの運転を停止し該凍結捕集体が気化して発生する再生混合ガスを、非 P F C系ガス除去装置に通して該再生混合ガスから P F C系以外のガスを除去し、高濃度 P F C系ガスを得て、該高濃度 P F C系ガスを回収することを特徴とする P F C系ガス回収方法にある。

上記のように真空処理室から排出される P F C系ガスを含む混合ガスを冷却トラップを用いて凍結補集する深冷分離法を用いることにより、冷却トラップの冷却温度を目的の P F C系ガスをトラップできる温度以下とすることにより、原理的には 1 0 0 %凝集できる。これに対して、膜分離法では濃縮過程で濃縮すべき P F C系ガスが逃げてしまい高効率で P F C系ガスの回収はできない。

また、請求項 2に記載の発明は、真空処理室から排出される P F C系ガスを含む混合ガスから P F C系ガスを回収する P F C系ガス回収装置であって、真空処理室の排気系に接続され該真空処理室から排出される混合ガスを凍結補集する冷却トラップと、該冷却トラップの運転を停止した後に該凍結捕集体が気化して発生する再生混合ガスから P F C系以外のガスを除去する非 P F C系ガス除去装置を設け、該非 P F C系ガス除去装置で P F C系以外のガスを除去して得られた高濃度 P F C系ガスを回収する回収手段を設けたことを特徴とする。

上記のように真空処理室の排気系に冷却トラップを接続すること、即ち真空側に冷却トラップを配置することにより、冷凍機の容量が小さくて済み、冷凍機の小型化及び極低温化が容易となる。また、冷却トラップの運転を停止した後に凍結捕集体が気化して発生する混合ガスから P F C系ガス以外のガス（S i F ₄、 C〇₂、 H F、 F ₂等：本明細書においてはこれらを非 P F C系ガスという）を非 P F C系ガス除去装置で除去するので、高濃度 P F C系ガスが得られる。また、請求項 3に記載の発明は、請求項 2に記載の PFC系ガス回収装置において、非 P F C系ガス除去装置から排出された高濃度 P F C系ガスを回収手段に供給するように構成すると共に、その高濃度 PFC系ガスの一部を冷却トラップに戻す第 1循環系を設け、該第 1循環系を通して該高濃度 P F C系ガスの一部を冷却トラップに供給することを特徴とする。

上記のように、第 1循環系を設けて、非 P FC系ガス除去装置から排出される高濃度 P F C系ガスを回収手段に供給する際に同時に第 1循環系を通して冷却卜ラップに送ることにより、高濃度 PFC系ガスによつて冷却トラップ内の再生混合ガスを迅速に非 P FC系ガス除去装置に送ることができる。

また、請求項 4に記載の発明は、請求項 3に記載の P FC系ガス回収装置において、非 PFC系ガス除去装置から排出された高濃度 PFC系ガスの一部を、非 PFC系ガス除去装置の吸い込み側に戻す第 2循環系を設け、常時該第 2循環系を通して高濃度 P F C系ガスを該非 P F C系ガス除去装置に送ることを特徴とする。

上記のように、第 2循環系を設け、常時高濃度 PFC系ガスを該第 2の循環系を通して非 P FC系ガス除去装置に送るようにすると、綴じ込め運転を防止できる。

また、請求項 5に記載の発明は、請求項 2に記載の装置において、非 P FC系ガス除去装置の吸い込み側に真空ポンプを設けたものである。このように非 P F C系ガス除去装置の吸い込み側に真空ポンプを設けて非 P F C系ガス除去装置側の圧を減圧状態とすると、冷却卜ラップの再生を減圧下で行うことができる。これにより、冷却トラップの再生温度を低くすることができ、再生ガスへの水蒸気の混入などの問題を防ぐと共に、再生終了後に再び冷却トラップを冷却トラップ温度にする際に必要なエネルギーを減少させることができる。

請求項 6に記載の発明は、請求項 5に記載の装置において、非 P FC系ガス除去装置から排出される高濃度 P FC系ガスの一部を、真空ポンプのオイル拡散防止 ·希釈用ガスとして供給する循環系を設けたことを特徴とする。更に、請求項 7に記載の発明は、請求項 5又は 6に記載の装置において、非 PFC系ガス除去装置から排出された高濃度 PFC系ガスを回収手段に供給するように構成すると共に、その一部を冷却トラップに戻す第 1循環系を設け、該第 1循環系を通して該高濃度 P F C系ガスの一部を冷却トラップに供給することを特徴とする。また、請求項 8に記載の発明は、請求項 2乃至 7のいずれか 1に記載の P F C 系ガス回収装置において、冷却トラップを 2台設け、一方の冷却トラップで真空処理室から排出される P F C系ガスを含む混合ガスを凍結捕集している間に、他方の冷却トラップの運転を停止し、凍結捕集体が気化して発生する再生混合ガスから P F C系ガスを回収するように構成したことを特徴とする。

上記のように、冷却トラップを 2台設け、一方の冷却側の冷却トラップで真空処理室から排出される P F C系ガスを含む混合ガスを凍結捕集している間に、他方の冷却トラップの冷却運転を停止し、凍結捕集体が気化して発生する再生混合ガスから P F C系ガスを回収するように構成することにより、一方の冷却側の冷却トラップの捕集能力が衰え、該冷却トラップの再生を行う場合、他の冷却トラップを冷却側として真空処理室から排出される混合ガスを凍結捕集するから、真空処理室の処理を中断することなく、継続して処理を行うことができる。

以下、本発明の実施の形態例を図面に基づいて説明する。本実施形態例では半導体製造工程のエッチングチャンバ一から排出される P F C系ガスを回収する P F C系ガス回収方法及び装置を例に説明する。なお、以下の説明及び各図面においては、冷却トラップを 2台配置して並列運転を可能にした態様、即ち請求項 8 に規定する態様について説明する。

図面の簡単な説明

図 1は、各種ガスの気化曲線を示す図である。

図 2は、本発明の一態様に係る P F C系ガス回収装置の構成例を示す図である。図 3は、図 2の P F C系ガス回収装置の A点、 B点、 C点での排出ガス量の測定結果及びトラップ効率を示す図である。

図 4は、図 2の P F C系ガス回収装置の D点、 E点でのガス流量を測定した結果を示す図である。

図 5は、本発明の他の態様に係る P F C系ガス回収装置の構成例を示す図である。

図 6は、本発明の他の態様に係る P F C系ガス回収装置の構成例を示す図である。

図 7は、本発明の他の態様に係る P F C系ガス回収装置の構成例を示す図である。

図 8は、本発明の他の態様に係る P F C系ガス回収装置の構成例を示す図である。

図 9は、本発明の他の態様に係る P F C系ガス回収装置の構成例を示す図である。

図 1 0は、本発明において用いることのできる非 P F C系ガス除去装置の構成例を示す図である。

発明を実施するための最良の形態

図 2は本発明の一態様に係る P F C系ガス回収装置の構成例を示す図である。図 2において、 1はエッチングチャンバ一であり、該エッチングチャンバ一 1 にはドライポンプ 2及び有害ガス除去装置 3を配管 4で接続してなる排気系が設けられている。エッチングチャンバ一 1とドライポンプ 2の間には 2台の冷却卜ラップ 5と冷却トラップ 6が開閉弁 7、 8及び開閉弁 9、 1 0を介して並列に接続され、冷却トラップ 1 5と冷却トラップ 6は開閉弁 1 1で接続されている。また、 1 2はエッチングチャンバ一の排出口の圧力を検出する圧力センサ、 1 3は冷却トラップ 5の内部圧力を検出する圧力センサ、 1 4は冷却トラップ 6の内部圧力を検出する圧力センサ、 1 5はドライポンプ 2の吸込口側の配管 4に設けたハロゲン検知器、 1 6は圧力センサ、 1 7はドライポンプ 2の吐出口側の配管 4に設けたハロゲン検知器である。 1 8は開閉弁、 1 9は非 P F C系ガス除去装置、 2 0は開閉弁、 2 1は圧力センサである。

上記構成の P F C系ガス回収装置において、 2台の冷却卜ラップ 5、 6の内、一方の冷却トラップを冷却側とし冷却運転しエッチングチャンバ一 1から排出する P F C系ガスを含む混合ガスを凍結捕集し、その間は他方の冷却トラップは再生側として運転を停止し、該冷却トラップで捕集した混合ガスの凍結捕集体が気化して発生する再生混合ガスから P F C系ガス以外のガス（非 P F C系ガス）を除去し、 P F C系ガスを回収する。以下、冷却トラップ 5を冷却側として冷却運転して混合ガスの凍結補集を行い、冷却トラップ 6を再生側として運転を停止して P F C系ガスの回収を行う場合について説明する。

冷却側となる冷却卜ラップ 5は予め冷却運転され所定の低温度に保持運転しており、開閉弁 7及び 8を開き、開閉弁 9、 1 0、 1 1を閉じる。再生側となる冷却トラップ 6の冷凍機（図示せず）は停止し、冷却トラップ 6の温度を上昇させる。そして開閉弁 1 8は運転を停止している再生側の冷却トラップ 6に接続されている。冷却運転中の冷却トラップ 5に接続されている開閉弁 1 8 ' は閉じる。エッチングチャンバ一 1から排出される P F C系ガスを含む混合ガスは開閉弁 7を通り、冷却側の冷却トラップ 5に達して捕集され凍結する。冷却トラップ 5 を通った排ガスはドライポンプ 2を通って、有害ガス除去装置 3に送られ排出される。排ガスがドライポンプ 2を通ることで、該ドライポンプ 2の潤滑油の拡散防止と反応性ガスの希釈を目的とした窒素（N₂ ) ガスを導入することにより、排ガスは薄められる。また、有害ガス除去装置 3で危険な反応性ガスは除去される。冷却トラップ 5の混合ガスの捕集（トラップ）の限界はハロゲン検知器 1 5、 1 7、冷却トラップ 5に取り付けた温度センサ（図示せず）、圧力センサ 1 2、圧力センサ 1 6の出力により判定する。即ち、冷却トラップ限界は P F C系ガスが捕集できなくなった時、ハロゲン検知器 1 5或いは 1 7の出力変化、冷却トラップ 5の温度上昇、冷却トラップ 5の入口側と出口側の圧力上昇や圧力差によつて判定する。

再生側の冷却トラップ 6で捕集した混合ガスの凍結補集体から P F C系ガスを回収しょうとする場合は、冷却トラップ 6の入口側の開閉弁 9と出口側の開閉弁 1 0を閉じるがその前に、これから使用する冷却トラップ 5の入口側の開閉弁 7 と出口側の開閉弁 8を開き、エッチングチヤンバー 1から流れてくる混合ガスの流れが止まらないようにする。その後、開閉弁 9及び 1 0を閉じる。この時開閉弁 1 1及び開閉弁 1 8は既に閉じている。

冷却トラップ 6の冷凍機（図示せず）の運転を停止することにより、冷却トラップ 6の温度上昇が開始する。開閉弁 1 8を境にして、冷却トラップ 6の側と非 P F C系ガス除去装置 1 9側で圧力が違っており、冷却トラップ 6の側は負圧である。非 P F C系ガス除去装置 1 9側からのガスの逆流を防ぐため、冷却トラップ 6側の圧力を高める必要がある。そこでまず冷却トラップ 6の温度を上昇させる。冷却トラップ 6の温度上昇により該冷却トラップ 6に捕集されていた混合ガスの凍結捕集体は気化し冷却トラップ 6側の圧力が除々に上昇する。

冷却トラップ 6側の圧力が非 P F C系ガス除去装置 1 9側と等しいか、それ以上になったら開閉弁 1 8を開く。その圧力状況は圧力センサ 1 4及び圧力センサ 2 1によって判断する。冷却トラップ 6の温度上昇は冷凍機などの冷却手段を完全に停止し、温度コントロールなしで行う力、、冷却トラップ 6に取り付けたヒー夕と冷凍機等の冷却手段により、温度上昇の仕方や、適当な温度での温度キープといった温度コントロールを行いながら行うかどちらの方法もとり得る。

冷却トラップ 6内で混合ガスの凍結捕集体の気化により発生した P F C系ガスを含む再生混合ガスは非 P F C系ガス除去装置 1 9に入り、 P F C系ガス以外のガスを除去し、高純度の P F C系ガスとなって排出される。混合ガスの凍結捕集体の気化による再生の状況は圧力センサ 1 4及び 2 1の出力、冷却トラップ 6の温度センサ（図示せず）の出力から監視する。

混合ガスの再生が終了したら冷却トラップ 6の冷却準備を行う。この冷却に関しては冷却トラップ 6内の圧力を下げてから冷却を行うか、圧力を下げずに冷却をただちに行うかの 2通りがあり、どちらの方法も行い得る。前者の場合は開閉弁 1 1を使用するが、後者は開閉弁 1 1を使用しない。ここでは開閉弁 1 1を使用している。

冷却トラップ 6の圧力を負圧にするために、開閉弁 1 1を開くと、冷却トラップ 6のガスは開閉弁 1 1を通り冷却トラップ 5に流れ、該冷却トラップ 5で再凍結捕集される。開閉弁 1 1は単純に開閉する場合と、システムに応じて該開閉弁 1 1の前後に固定もしくは可変オリフィスを具備する場合と、冷却トラップ 5側のトラップ温度や圧力センサ 1 3、ハロゲン検知器 1 5、 1 7と連動した開度可変のオリフィスや開度可変の開閉弁を設ける場合もある。ここでは単純に開閉する開閉弁 1 1を用いている。開閉弁 1 1を閉じるタイミングは圧力センサ 1 4で冷却トラップ 6の内圧を見て判断する。

なお、冷却卜ラップ 5の運転を停止し、捕集した混合ガスの再生を行うには、開閉弁 1 8 ' を、上記において開閉弁 1 8に関して説明したものと同様の手順で開放して、冷却トラップ 5と非 P F C系ガス除去装置 1 9とを接続する。上記構成の P FC系ガス回収装置において、エッチングチャンバ一 1から排出され冷却側の冷却トラップ 5で凍結捕集されるガス量を調べるために、図 2中の A点と B点での排出ガス量を測定する。その測定結果を図 3に示す。 A点と B点のガス流量（s c cm) の差が冷却トラップ 5で捕集されたガス量で、冷却トラップ 5に入ってきたガスに対して凍結補集したガスの割合を「トラップ効率（％；)」として示している。

図 3に示すように、 P F C系のガスである C F ₄が 95 %と高いトラップ効率で凍結捕集され、 PFC系以外のガスで蒸気圧温度がCF₄ょり高ぃC0₂、 S i F ₄、 HF (図 1参照）はそれぞれ 85%、 90%、 98 %と高いトラップ効率で凍結捕集される。蒸気圧温度が C F₄より低い C〇、 F₂、 0₂はそれぞれ 4%、 10%、 3%とトラップ効率が低い。

また、有害ガス除去装置 3で危険な反応ガスは除害されるが、その状況を図 2 中の C点のガス流量（s c cm)、（濃度 p pm) で判断する。図 3には C点のガス流量（s c cm)、（濃度 p pm) を示す。図 3から明らかなように、有害ガス除去装置 3で S i F₄、 F₂、 HF等の危険なガスは除去されている。ここで、希釈1^₂流量は 1800 s c c mである。また、 C点でのガス中の P F C系ガスの濃度は 160 p pm程度と微量であるので、このまま大気中に廃棄して差し支えない。

一方、再生側の冷却トラップ 6から排出されるガスの種類は図 2の D点で測定することにより分かる。その結果を図 4に示す。図 4に示すように、 PFC系のガス CF₄、 PFC系以外のガス CO、 C0₂、 S i F_5、 F₂、 HF、〇₂が排出される。ここではエッチングチャンバ一で 25枚の 8インチウェハ（直径 200 mm) を処理した場合のトラップガス量、 CF₄= 2700、 C〇=20、 C〇₂ = 2 100、 S i F₄= 2 16 , F₂=67、 HF=940、〇₂=5 (m l ) であり、非 P F C系ガス除去装置 1 9を通った後の図 2の E点のガス流量は C F₄ = 2700 (m l ) であるのに対して、その他のガスは 0であった。従って、冷却トラップ 6で凍結補集された C F ₄は約 100 %回収することができたことが分かる。

図 5は請求項 3に係る P F C系ガス回収装置の構成例を示す図である。ここでは、コンプレッサ 2 2を非 P F C系ガス除去装置 1 9の後に配置し、該コンプレッサ 2 2の吐出側と冷却トラップ 6を開閉弁 2 4を介して接続する第 1循環系 2 3を設けている。このようにコンプレッサ 2 2を設けて、開閉弁 2 0を開いた回収時に回収側（精製側）へ非 P F C系ガス除去装置 1 9を出た高濃度 P F C系ガスを圧送する。また、第 1循環系 2 3は再生時に開閉弁 2 4を開いて、高濃度 P F C系ガスを再生側の冷却トラップ 6に送る。これにより、冷却トラップ 6内の再生ガスを非 P F C系ガス除去装置 1 9へ速やかに移送することができる。なお、図 5に示す態様では、非 P F C系ガス除去装置 1 9の後にコンプレッサ 2 2を配置しているが、これは、高濃度 P F C系ガスを冷却トラップ 6に戻す際のガスの圧力を、冷却トラップ内の圧力よりも高めて、戻りガスの供給をスムーズにするために配置しているものであり、必ずしも必須のものではない。また、このようにコンプレッサを非 P F C系ガス除去装置の後に配置する以外にも、戻り配管 2 3中に当業者に周知の任意の適当な圧力調節手段を配置するなどの手段によって、冷却トラップ 6へ戻されるガスの流れをスムーズにすることができる。これは、以下において説明する本発明の更に他の態様においても同様である。

なお、図 5及び以下に説明する図 6〜 9によって示される態様に係る P F C系ガス回収装置においても、図 2に示される装置と同様に、冷却運転側の冷却トラップ 5も、開閉弁を介して、非 P F C系ガス除去装置 1 9などから構成される再生ラインと、冷却トラップ 6と同様に接続されており、冷却トラップ 5の冷却運転を停止して捕集ガスの再生を行う際には、これらの開閉弁を操作して冷却トラップ 5と非 P F C系ガス除去装置 1 9等から構成される再生ラインとを接続し、捕集ガスの再生、非 P F C系ガスの除去及び P F C系ガスの濃縮 ·回収等の操作を行うのであるが、図 5〜図 9においては、便宜上、冷却トラップ 5と再生ラインとの接続は記載を省略している。

図 6は、請求項 4に示す本発明の他の態様に係る P F C系ガス回収装置の構成例を示す図である。ここでは、コンプレッサ 2 2の吐出側と非 P F C系ガス除去装置 1 9の吸い込み側を定流量弁 2 5を介して接続する第 2循環系 2 6を設けている。該第 2循環系は、一般にコンプレッサ 2 2は綴じ込み運転が好ましくないために、これを防止するため常時ガスを循環させるために設けたものである。これにより、冷却トラップ 6を速やかに真空に引くことができる。

図 7は、請求項 5に示す本発明の他の態様に係る P F C系ガス回収装置の構成例を示す図である。ここでは、非 P F C系ガス除去装置 1 9の吸い込み側に真空ポンプ 2 7を設置している。真空ポンフ ° 2 7としては、ドライポンプが好ましく用いられる。このように非 P F C系ガス除去装置の吸い込み側に真空ポンプを配置すると、非 P F C系ガス除去装置側の圧を減圧状態とすることができるので、冷却トラップ 6の再生操作を減圧下で行うことができ、冷却トラップ 6の再生温度を低く保持することが可能になる。このため、例えば、冷却トラップの再生時に室温程度にまで昇温させた場合に再生ガス中に水蒸気が混入するなどといった問題点を回避することができ、更に、再生が完了した冷却トラップ 6を再び冷却運転に戻す際には、冷却トラップ 6は再生工程中も低温に保持されているので、所定の冷却温度に冷却するのに必要なエネルギー量が減少する。また、真空ボンプ 2 7は、冷却トラップ 6の再生完了後に、冷却運転に供するために冷却トラップ 6を速やかに減圧するためにも用いることができる。

図 8は、請求項 6に示す本発明の他の態様に係る P F C系ガス回収装置の構成例を示す図である。ここでは、図 7に示される P F C系ガス回収装置の非 P F C 系ガス除去装置 1 9から排出される高濃度 P F C系ガスの一部を、ドライポンプのオイル拡散防止 ·希釈用ガスとして、ドライポンプ 2 7に供給する。図 8に示す態様では、非 P F C系ガス除去装置 1 9の後にコンプレッサ 2 2を設けて、コンプレッサ 2 2から吐き出される高濃度 P F C系ガスを循環系 2 6及び定流量弁 2 5を通してドライポンプ 2 7のオイル拡散防止 ·希釈用ガスとして供給している。なお、このコンプレッサ 2 2は必ずしも必須ではなく、更には、コンプレツサを配置する代わりに、他の圧力調節手段を用いることができることは、上記において説明した通りである。図 8に示すように、高濃度 P F C系ガスの一部をドライポンプ 2 7にオイル拡散防止 ·希釈用ガスとして供給すると、再生された P F C系ガスを希釈することなく非 P F C系ガス除去装置に送ることができる。しかしながら、用いるドライポンプがオイル拡散防止 ·希釈用ガスを必要としない場合には、この構成は必要ない。また、回収する P F C系ガスの用途が、例えば窒素の混入を問題としないような場合には、高濃度 P F C系ガスの一部を循環する代わりに、外部から N₂ガスをオイル拡散防止 ·希釈用ガスとして

プに供給することができる。

図 7及び図 8に示す態様の装置においても、図 5によって示される態様と同様に、非 P FC系ガス除去装置から排出された高濃度 P FC系ガスの一部を冷却卜ラップ 6に循環させるように構成することができる。その具体例として、図 9に、非 P FC系ガス除去装置から排出された高濃度 PFC系ガスの一部を、ドライポンプに供給する第 2循環系を設けると共に、冷却トラップ 6に循環させる第 1循環系を設けた P F C系ガス回収装置を示す。

上記構成の PFC系ガス回収装置において、冷却トラップ 5、 6に用いる冷凍装置は、回収目的の PFC系ガスの全てが凝縮する温度に冷却できることが必要である。回収目的となる P F C系ガスのうち、蒸気圧線図上で最低の温度蒸気圧線をもつものが C F₄である。 CF₄の単体ガスでの 0. l To r rオーダでの凝縮温度は— 2 0 (TCぐらいであるが、 C0₂や A rなどのガスが混合する場合は - 230°Cぐらいの温度を実現できる冷却装置を用いるのが望ましい。

上記の低温を簡単に実現できる方法は GMサイクルやソルベーサイクル、ス夕ーリングサイクル、 J T弁サイクル等を駆動する小型の低温冷凍機を利用する方法であり、もう一つの方法は液体窒素の利用である。

しかし、液体窒素の利用する方法は、液体窒素の沸点が一 1 96°Cであり、上記— 200°Cや一 230°Cに及ばないため、全ての種類の P FC系ガスを捕集することができない。また、常時液体窒素を供給する必要があるため、研究室レべルではともかく、大規模な生産設備ではそのための大きな設備を必要とするため必ずしも簡便な方法とはいえない。

また、上記 GMサイクルやソルべ一サイクル、スターリングサイクル、 J T弁サイクル等の小型の低温冷凍機を利用する方法はヘリゥムを冷媒とし、小型で強力なコンプレッサと低温冷凍機部分をもつ極低温冷凍機である。ここでは、単段の GMサイクル冷凍機を使用した。

非 PFC系ガス除去装置 1 9の目的は、再生側の冷却トラップ 6内で再生されたガスから非 P FC系ガスを除去して高濃度の P FC系ガスを得ることである。除去すべき非 P FC系ガスは、回収ガスの用途における要求によって異なり、それに応じて非 PFC系ガス除去装置 1 9の構成をどのようにするかは、当業者が容易に理解することができるものである。ここでは、特に、以下の 3カテゴリーのガスを除去する場合について説明する。

①酸性ガス： S i F₄、 F₂、 HF、 C〇₂等

②還元性ガス： CO等

③支燃性ガス： o₂等

図 8は非 PFC系ガス除去装置 1 9の構成例を示す図である。非 PFC系ガス除去装置 19は図 8に示すように第一筒 1 9一 1と第二筒 1 9— 2を具備する。第一筒 19一 1と第二筒 19一 2は開閉弁 19一 3を介して接続され、第二筒 1 9一 2の吐出口には開閉弁 19一 4が接続されている。

第一筒 1 9一； Iには上記酸性ガスを中和するアルカリ剤 1 9一 1 a、 H₂0を吸着する吸湿剤 19一 1 b、 COを C0₂にする金属酸化剤 1 9— 1 c、 C〇₂を中和するアルカリ剤 19一 1 dが充填されている。また、第二筒 19— 2には O

₂を除去する脱酸素剤 19一 2 aが充填されている。

再生側の冷却トラップ 6内で再生され排出されるガスは CF₄、〇₂、 S i F₄、

F₂、 C〇₂、 C〇、 HFの混合ガスであり、第一筒 19 _ 1ではこれらの混合ガスから 0₂以外のガス、即ち S i F₄、 F₂、 C〇₂、 C〇、 HF等を除去する。第一筒 19一 1から排出された混合ガスは第二筒 1 9一 2で 0₂が除去され、残つた CF₄ガスが第二筒 19一 2から排出される。第二筒 19一 2で〇₂が飽和吸着した後、該第二筒 1 9— 2のみを外し（或いは開閉弁 19— 3及び 19— 4を閉じてその場で）、 H₂の導入とヒー夕加熱により、 0₂を再放出することにより、脱酸素剤 19一 2 aの繰り返し使用が可能である。

上記において既に説明したように、非 PFC系ガス除去装置の構成は、回収ガスの用途において、どの非 P F C系ガスを除去すべきかという要求によって異なる。例えば、回収された P F C系ガスを、 0₂の混入が問題とならない（即ち、回収された P F C系ガス中に 0₂が混入していても何ら問題とならない）用途に用いる場合には、上記の脱酸素剤 1 9一 2 aは必要ない。

また、冷却運転中の冷却トラップ 5から排出されるガスから反応性の危険なガスを除去するために用いられる有害ガス除去装置 3としては、上記に説明した非 PFC系ガス除去装置 19と同様の構成を採用することができる。

なお、上記例では P F C系ガスの代表例として C F₄を回収する例を説明した、 PFC系ガスとしてはこれ以外に C₂F₆、 C₃F₈、 C₂F₄、 CHF₃、 C₄ F₈などがあり、これらのガスを再生 ·回収する場合も本発明は適用できる。また、半導体製造工程の真空処理室から排出される PFC系ガス以外のガスとしては S i F₄、 F₂、 C0₂の他に A rや HFがあるが、非 PFC系ガス除去装置において用いる薬剤を適宜選択することによって、これらと P F C系ガスの混合ガスを冷却トラップで凍結補集して、再生工程で凍結捕集体を気化させ発生する再生混合ガスから、 P FC系ガスを回収する場合にも本発明は適用できる。

産業上の利用の可能性

以上説明したように、本発明によれば、下記のような優れた効果が得られる。本発明によれば、冷却トラップにおいて高いトラップ効率で凍結捕集体となつた混合ガスを再生し、非 P F C系ガス除去装置で該再生混合ガスから P F C系以外のガスを除去し、高濃度 PFC系ガスを得てから、高効率で高濃度 PFC系ガスを回収できる P F C系ガス回収方法を提供できる。

また、本発明によれば、真空処理室の排気系に接続され該真空処理室から排出される混合ガスを凍結捕集する冷却トラップと、該冷却卜ラップの運転を停止した後に該凍結捕集体が気化して発生する再生混合ガスから P F C系以外のガスを除去する非 P FC系ガス除去装置を設け、該非 P FC系ガス除去装置で P FC系以外のガスを除去して得られた高濃度 PFC系ガスを回収するので、高効率で高濃度 P F C系ガスを回収できる P F C系ガス回収装置を提供できる。

また、本発明の他の態様によれば、冷却トラップを 2台設け、一方の冷却トラップで真空処理室から排出される P F C系ガスを含む混合ガスを凍結捕集している間に、他方の冷却トラップの運転を停止し、凍結補集体が気化して発生する混合ガスから P FC系ガスを回収するように構成するので、真空処理室の処理を中断することなく、 P FC系ガスの回収が可能な P FC系ガス回収装置を提供できる。

Claims

請求の範囲

1. 冷却トラップで真空処理室から排出される PFC系ガスを含む混合ガスを所定量凍結捕集した後、該冷却トラップの運転を停止し該凍結捕集体が気化して発生する再生混合ガスを非 P FC系ガス除去装置に通して該再生混合ガスから P FC系以外のガスを除去し、高濃度 P FC系ガスを得て、該高濃度 PFC系ガスを回収することを特徴とする P FC系ガス回収方法。

2. 真空処理室から排出される P F C系ガスを含む混合ガスから P F C系ガスを回収する P FC系ガス回収装置であって、

前記真空処理室の排気系に接続され該 5真空処理室から排出される混合ガスを凍結補集する冷却トラップと、該冷却トラップの運転を停止した後に該凍結捕集体が気化して発生する再生混合ガスから P F C系以外のガスを除去する非 P F C系ガス除去装置を設け、該非 P FC系ガス除去装置で P FC系以外のガスを除去して得られた高濃度 P FC系ガスを回収する回収手段を設けたことを特徴とする P FC系ガス回収装置。

3. 請求項 2に記載の P F C系ガス回収装置において、

前記非 P F C系ガス除去装置から排出された高濃度 P F C系ガスを前記回収手段に供給するように構成すると共に、前記高濃度 P FC系ガスの一部を前記冷却トラップに戻す第 1循環系を設け、該第 1循環系を通して該高濃度 P F C系ガスの一部を前記冷却卜ラップに供給することを特徴とする P F C系ガス回収装置。

4. 請求項 3に記載の P FC系ガス回収装置において、

前記非 P F C系ガス除去装置から排出された高濃度 P F C系ガスの一部を前記非 P FC系ガス除去装置の吸い込み側に戻す第 2循環系を設け、常時該第 2循環系を通して高濃度 P FC系ガスを該非 P FC系ガス除去装置に供給することを特徴とする PFC系ガス回収装置。

5. 請求項 2に記載の P F C系ガス回収装置において、

前記非 P FC系ガス除去装置の吸い込み側に真空ポンプを配置することを特徴とする P FC系ガス回収装置。

6. 請求項 5に記載の P F C系ガス回収装置において、前記非 P F C系ガス除去装置から排出された高濃度 P F C系ガスの一部を、前記真空ポンプにオイル拡散防止 ·希釈用ガスとして供給する循環系を設けることを特徴とする P F C系ガス回収装置。

7 . 請求項 5又は 6に記載の P F C系ガス回収装置において、

前記非 P F C系ガス除去装置から排出された高濃度 P F C系ガスの一部を前記冷却トラップに戻す循環系を設け、該循環系を通して該高濃度 P F C系ガスの一部を前記冷却トラップに供給することを特徴とする P F C系ガス回収装置。

8 . 請求項 2乃至 7のいずれか 1に記載の P F C系ガス回収装置において、前記冷却トラップを 2台設け、一方の冷却トラップで前記真空処理室から排出される P F C系ガスを含む混合ガスを凍結捕集している間に、他方の冷却トラップの運転を停止し、前記凍結補集体が気化して発生する再生混合ガスから P F C 系ガスを回収するように構成したことを特徴とする P F C系ガス回収装置。