ガス流の処理方法

专利摘要:
水素、亜酸化窒素若しくは炭化水素ガスなどの燃料ガスのみ又は燃料ガスと酸化ガスの両方を含むガス流を処理する方法が記載されている。前記ガス流は、複数のポンプ段階を有する真空ポンプ配列を介して運ばれる。最後のポンプ段階の直前又は直後に、ガス状の酸化剤を前記ガス流に加えて前記燃料ガスを酸化させる工程が行われる。このようにして前記ガス流を処理することにより、前記燃料ガスの制御不能な燃焼のリスクを最小限にすることができる。
公开号:JP2011509168A
申请号:JP2010538914
申请日:2008-12-02
公开日:2011-03-24
发明作者:ガレス；デイヴィッド スタントン；ジェイムズ；ロバート スミス
申请人:エドワーズ リミテッド；
IPC主号:B01D53-00

专利说明:

[0001] 本発明は、ガス流の処理方法及びガス流の処理用装置に関する。]
背景技術

[0002] 多くの半導体製造方法においては、可燃性のガスが用いられ又は発生する。例えば、プロセスチャンバー内で行われるエピタキシャル蒸着プロセスは、典型的には約８００〜１１００℃の高温水素雰囲気中、及び真空条件下で、シリコンソースガス、典型的にはシラン又はクロロシラン化合物の１種を用いることができる。薄膜を形成するためにプロセスチャンバーに供給されるガスの他の非限定的な例としては以下のものが挙げられる。
・窒化ケイ素膜の形成用のシラン及びアンモニア；
・ＳｉＯＮ膜形成用のシラン、アンモニア及び亜酸化窒素；
・酸化ケイ素膜形成用のＴＥＯＳ及び酸素若しくはオゾンのどちらか１種。]
[0003] 他の例として、燃料ガスを、誘電体膜をエッチングするのに用いるガス混合物に添加することも出来る。]
[0004] プロセスツールは通常複数のプロセスチャンバーを有し、その各々は蒸着プロセス、エッチングプロセス又は洗浄プロセスのそれぞれ異なる段階であってもよい。一般的に、プロセスチャンバーから排出されるガス流の組成には、前記プロセスの副生成物とともに、前記プロセスチャンバーに供給されたガスのうち残留したガスが含まれる。従って、加工（プロセス）中に、前記チャンバーから排出される混合ガスからなる廃物流は、様々な異なった組成を有していてもよい。]
[0005] 一般的に、前記プロセスチャンバーからの排ガスを排気するための排気システムは、各々が各プロセスチャンバーからガスを排気するためのものである複数の二次ポンプと、前記二次ポンプの下流にある少なくとも１つの一次ポンプとを有する。その結果として、前記プロセスチャンバーから排気された排ガス流は、前記排気システム中の多岐管（ｍａｎｉｆｏｌｄ）又は他の結合されたパイプ中で混ざり合う傾向があり、多くの異なるプロセス由来のプロセスガス及び副生成物を一つにする。これにより、排気システムのパイプ内で、１つのプロセス由来の燃料ガスと他のプロセス由来の酸化剤とが互いに混ざり合うことが出来る。前記排出ガスが爆発下限界（ＬＥＬ）を超えた場合、前記排気システム内のあらゆる発火源によって、該排気システムを介して移動する有害な火炎面が発生し得る。]
[0006] 発火源は、排気システムの真空ポンプによって発生し得る。一般に、真空ポンプ装置は、吸気口から排気口にガスを運ぶために、金属固定子と協調する金属回転子（ローター）を有する。これらの部品は、送り込まれているガスがポンプの吸気口の方に逆流することのないように、厳密な公差を有することが要求される。しかしながら、これら２つの部品の近接が発火源の発生をもたらし得るのであり、（腐食を介した）該部品の変形及び可動隙間（ｒｕｎｎｉｎｇ ｃｌｅａｒａｎｃｅｓ）内での堆積物の蓄積によって、該部品が激突し火花を発生させる可能性が増加し得る。]
[0007] 可燃性ガス流の発火を避けるために用いられる一般的な技術は、過剰量の不活性パージガス、通常は窒素を、前記ガス流に導入することである。半導体プロセスチャンバーと結合した排出システムに用いられる真空ポンプは、歴史的に、オイルの満たされたポンプ又は多段式乾燥ポンプのいずれかであった。しかしながら、これらのポンプでは、追加的にパージガスを最終段階に加えることによって、酸化ガスを燃料ガスに加えてもガス流がその爆発下限界（ＬＥＬ）を超えることの出来ないレベルにまでガス流を希釈する能力に限界がある。]
[0008] 本発明は、燃料ガスを含むガス流の処理方法であって、以下の工程を有する方法を提供する：
複数のポンプ段階を有する真空ポンプ配列を介して前記ガス流を運ぶ工程；及び
最後のポンプ段階の直前若しくは直後に、前記ガス流にガス状の酸化剤を加えて前記燃料ガスを酸化させる工程。]
[0009] ガス流中のガスの反応性は、該ガス流の圧力の影響を受ける。大気圧よりも有意に低い圧力、例えば約１００ｍｂａｒでは、可燃性ガス混合物の燃料ガス及び酸化剤成分は、迅速なクエンチングのために事実上不活性になる。従って、ガス状の酸化剤を前記ガス流に加えて、前記燃料ガスを酸化させる工程は、最後のポンプ段階の直前（すなわち、前記ガス流の圧力が２０〜９００ｍｂａｒの範囲内にある可能性が高いとき）又は最後のポンプ段階の直後（すなわち、前記ガス流の圧力が９００〜１２００ｍｂａｒの範囲内にある可能性が高いとき）に意図的に行われる。最後のポンプ段階の付近でこれらの工程を行うことにより、前記燃料ガスの制御不能な燃焼のリスクを最小限にすることができる。]
[0010] 前記燃料ガスを酸化させるために、酸化装置を用いてもよい。このガスは、例えば、Ｃ2Ｈ2、Ｃ2Ｈ4、Ｃ10Ｈ16又はＣ3Ｈ6などの炭化水素であってもよく、ＴＥＯＳ、ＣＯ、Ｈ2又はＮＨ3などの非炭化水素であってもよい。前記酸化装置は、モレキュラープロダクト社製（Ｍｏｌｅｃｕｌａｒ Ｐｒｏｄｕｃｔｓ）のホプカライト（Ｈｏｐｃａｌｉｔｅ）などの好適な酸化触媒を有していてもよく、このＨｏｐｃａｌｉｔｅは該酸化装置中の水の凝縮を抑制するために少なくとも最初に加熱されてもよい。前記ガス流中に含まれる可燃性ガスが酸化される間に前記装置の中で熱が発生すると考えられるため、該装置の外部加熱の程度は前記ガス流を処理する間に徐々に減少又は消滅する。あるいは、前記酸化装置は、加熱された大きな表面積の物質を有していてもよく、酸化を行うのに好適な他の加熱された装置を有していてもよい。]
[0011] 前記酸化装置の代わりにあるいは該酸化装置に加えて、プラズマ低減装置、燃焼装置、ガス炉カラム、熱分解装置又は他のガス処理装置を、前記燃料ガスを酸化させるために設けてもよい。前記燃料ガスを酸化させるための装置の好ましい一例は、パイロットバーナーであり、これは放射バーナー（ｒａｄｉａｎｔ ｂｕｒｎｅｒ）であっても直火バーナー（ｏｐｅｎ ｆｌａｍｅ ｂｕｒｎｅｒ）であってもよい。熱分解装置は、一例として、マグネシウム系スピネル化合物などの好適な熱分解触媒を有していてもよい。前記ガス流は、前記ガス状の酸化剤が前記酸化装置に添加される前に、この熱分解触媒に通される。]
[0012] 空気の流れを前記ガス流に加えることにより、前記燃料ガス又は熱分解生成物との反応に用いられるのに十分な酸化剤を該ガス流に導入することが出来る。このガス状の酸化剤は、酸化装置及び／又はガス処理装置に直接供給されてもよく、この装置の上流の前記ガス流に供給されてもよく、熱分解装置の場合は、このガス状の酸化剤は酸化装置中の熱分解装置の下流に供給されてもよい。]
[0013] 本発明の好ましい特徴は、添付図面を参照して、ほんの一例として以下に記載される。]
図面の簡単な説明

[0014] 図１は、複数のプロセスチャンバーからのガス流を処理するのに用いられる装置の実施態様を示す図である。
図２は、図１の装置をより詳細に示す図である。
図３は、単一のチャンバーからガス流を排気するための装置に設置された図１の装置を示す図である。
図４は、チャンバーからのガス流を排気するための装置内における、図１の装置の代替設置場所を示す図である。] 図１ 図２ 図３ 図４
[0015] 図１は、プロセスツールの複数のプロセスチャンバー１２からのガスを排気する装置を図示している。簡潔にするべく、２つのプロセスチャンバー１２を図中に示す。使用中、前記チャンバー１２中に置かれた基板を加工するために、複数の加工工程間に行われるチャンバー洗浄のために、プロセスチャンバーにプロセスガスを供給する。これらの加工には、例えば半導体、フラットパネルディスプレイ又はソーラー装置の形成中に、基板上で行われる蒸着プロセス及びエッチングプロセスが含まれていてもよい。] 図１
[0016] この実施態様において、前記プロセスチャンバー１２からガスを排気する装置は、複数の二次ポンプ１４を有し、複数の二次ポンプはそれぞれ各プロセスチャンバー１２からガスを排気する。これらの二次ポンプ１４は多段真空ポンプであってもよく、例として多段ターボ分子ポンプや噛合ローターを有する多段乾燥真空ポンプが挙げられる。]
[0017] 二次真空ポンプ１４から排出されたガス流は多岐管１６で合流し、ポンプ配列の最後のポンプ段階を提供する一次ポンプ１８に運ばれる。一次ポンプ１８は液封ポンプ及び他の単段階真空ポンプを有していてもよい。]
[0018] 所定期間、チャンバー１２中で、異化プロセス（ｄｉｓｓｉｍｉｌａｒ ｐｒｏｃｅｓｓｅｓ）又は洗浄プロセスを行ってもよいため、二次真空ポンプ１４によりチャンバー１２から排気された排ガスは、消費されなかったプロセスガス及び洗浄ガス、並びにチャンバー１２中で起こる反応の副生成物から構成される、様々な成分を有してもよい。これらの排ガスは、それ自体がプロセスガスとして又は他のプロセスガス用のキャリアガスとしてチャンバー１２に供給される、１種以上の燃料ガス及び１種以上の酸化剤を含んでいてもよい。例えば、Ｃ2Ｈ2、Ｃ2Ｈ4若しくはＣ3Ｈ6などの炭化水素、ＴＥＯＳ、ＣＨ3Ｆ、ＣＯ、Ｈ2又はＮＨ3などの燃料ガス、並びに、Ｆ2、Ｏ2、Ｎ2Ｏ及びＮＦ3などの酸化剤が挙げられる。]
[0019] 前記排ガス中の燃料ガスの制御不能な発火を抑制するために、装置２０が該燃料ガスを酸化させるために設けられる。可燃性ガス混合物は、１００ｍｂａｒ未満の圧力では事実上不活性である傾向があるため、燃料ガスの酸化は最後のポンプ段階の直前（すなわち、前記ガス流の圧力が２０〜９００ｍｂａｒの範囲内にある可能性が高いとき）又は最後のポンプ段階の直後（すなわち、前記ガス流の圧力が９００〜１２００ｍｂａｒの範囲内にある可能性が高いとき）に行われる。最後のポンプ段階の付近でこれらの工程を行うことにより、前記燃料ガスの制御不能な燃焼のリスクを最小限にすることができる。図１に示した例において、前記装置２０は一次ポンプ１８の直前に配置されており、この例では該一次ポンプ１８は単段真空ポンプである。] 図１
[0020] 酸化剤をガス流に添加するために、ガス状の酸化剤の供給源２２は、多岐管１６と一次ポンプ１８との間に伸びた導管２４とつながっている。都合よくは、前記供給源２２は、前記ガス状の酸化剤として酸素を含む空気供給源を有する。前記ガス状の酸化剤は、装置２０から上流の導管２４に供給されてもよく、装置２０に直接供給されてもよい。熱分解装置の場合、前記ガス状の酸化剤は、酸化装置２０中の熱分解装置の下流に供給されてもよい。]
[0021] 図２は、導管２４を通る排ガス中に含まれる燃料ガスを酸化させるための好適な装置２０の例をより詳細に図示するものである。図示されている通り、プロセスチャンバー１２からの排ガスが装置２０を通るように、該装置２０は導管２４の一部を形成してもよく、導管２０の周囲に広がっていてもよい。この例においては、装置２０はパイロットバーナーの形式である。装置２０は、メタン又はプロパンなどのバーナー燃料ガスを受け取る第一のガス吸気口２８と、前記供給源２２からのガス状の酸化剤を受け取る第二のガス吸気口３０とを有する筺体２６を有する。導管２４に存在するガス中での圧力低下、並びにバーナー燃料ガス及び酸化剤の圧力は、これらのガスを装置２０に流入させるのに役立ち、図示されたバルブはポンプ失調の場合に装置２０を分離するのに役立ち得る。] 図２
[0022] 前記筐体２６は環状多孔質膜３２及び放射バーナー３４を有し、環状多孔質膜３２及び放射バーナー３４は各々、排ガスが装置２０を通過するための流路の周囲に広がっている。放射バーナー３４は、焼結金属又は金属塩を有するセラミックで形成されてもよい。筐体２６に流入する酸化剤の一部は環状多孔質膜３２を通って排ガス中に放出され、その結果、該排ガスは、排ガス中に含まれる燃料ガスとの反応に十分な量の酸化剤を含むことになる。酸化剤の残りは、第一のガス吸気口２８を通って筐体２６に流入するバーナー燃料ガスと混ざり合い、環状放射バーナー３４用の、バーナー燃料ガスと酸化剤との混合物を形成する。該放射バーナーに着火するために、着火用パイロットバーナー３６が設けられている。パイロットバーナー３６は、前記放射バーナー３４に供給される前記バーナー燃料ガスと酸化剤との混合物に火をつけるためのスパークプラグを有する従来型のものであってもよい。パイロットバーナー３６は単にこのガス混合物に着火する目的で設けられており、着火した後はなくてもよい。着火すると、前記バーナー燃料ガスと酸化剤との混合物は、放射バーナー３４の放射状最内表面、つまり出口面で、可視炎なしに燃焼し、該チャンバーからの排ガス中に含まれる燃料ガスを酸化させるための制御された点火源を提供するであろう。装置２０のすぐ下流側に伸びる導管２４の一部３８は反応帯を提供し、この反応帯中で、燃料ガスとガス状酸化剤との反応が、排ガスが一次ポンプ１８に流入する前に実質的に完了できる。]
[0023] 図３に図示されるように、装置２０は、単一のプロセスチャンバーからの排ガスを処理するために用いられてもよい。図４は、装置２０が一次ポンプ１８のすぐ下流に設置される代替的配置を図示すものである。] 図３ 図４

权利要求:

請求項1
以下の工程を有する、燃料ガスを含むガス流の処理方法：複数のポンプ段階を有する真空ポンプ配列を介して前記ガス流を運ぶ工程；及び最後のポンプ段階の直前若しくは直後に、前記ガス流にガス状の酸化剤を加えて前記燃料ガスを酸化させる工程。
請求項2
前記真空ポンプ配列が、少なくとも１つのポンプ段階を有する二次真空ポンプと、二次真空ポンプの下流に設置され最後のポンプ段階を有する一次真空ポンプとを有し、前記酸化剤が前記ガス流に加えられ、前記燃料ガスが前記一次ポンプのすぐ上流で酸化されることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
請求項3
前記ガス流が２０〜９００ｍｂａｒの範囲内の圧力にあるときに、前記酸化剤がガス流に加えられ、前記燃料ガスが酸化されることを特徴とする、請求項２に記載の方法。
請求項4
前記真空ポンプ配列が複数のポンプ段階を有する真空ポンプを有し、該複数のポンプ段階が前記最後のポンプ段階を有し、前記酸化剤が前記ガス流に加えられ、前記燃料ガスが前記真空ポンプのすぐ下流で酸化されることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
請求項5
前記ガス流が９００〜１２００ｍｂａｒの範囲内の圧力にあるときに、前記酸化剤がガス流に加えられ、前記燃料ガスが酸化されることを特徴とする、請求項２に記載の方法。
請求項6
前記燃料ガスが、炭化水素、ＳｉＨ4、ＣＯ、Ｈ2、ＮＨ3及びオルトケイ酸テトラエチルの１つを含むことを特徴とする、請求項１〜５のいずれか１項に記載の方法。
請求項7
前記炭化水素がＣ2Ｈ2、Ｃ2Ｈ4、Ｃ10Ｈ16及びＣ3Ｈ6の１つを含むことを特徴とする、請求項６に記載の方法。
請求項8
前記酸化剤が酸素を含むことを特徴とする、請求項１〜７のいずれか１項に記載の方法。
請求項9
前記酸化剤が、空気の流れの中で前記ガス流に供給されることを特徴とする、請求項８に記載の方法。
請求項10
前記燃料ガスがパイロットバーナーを用いて酸化されることを特徴とする、請求項１〜９のいずれか１項に記載の方法。
請求項11
前記燃料ガスが酸化触媒を用いて酸化されることを特徴とする、請求項１〜９のいずれか１項に記載の方法。
請求項12
前記燃料ガスが加熱された装置の中で酸化されることを特徴とする、請求項１〜９のいずれか１項に記載の方法。
請求項13
前記燃料ガスがプラズマ低減装置の中で酸化されることを特徴とする、請求項１〜９のいずれか１項に記載の方法。
請求項14
前記燃料ガスが熱分解装置を有する装置の中で酸化されることを特徴とする、請求項１〜９のいずれか１項に記載の方法。