【手続補正書】
【提出日】平成16年4月30日(2004.4.30)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【書類名】  明細書
【発明の名称】  排ガス処理装置
【特許請求の範囲】
【請求項１】  半導体ウエーハの成膜プロセスにおいて排出されるＰＦＣガスを流入させるための容器を備えている、排ガス処理装置であって、
上記容器内に設けられた自己発熱性を有する電磁誘導用コイルと、
上記電磁誘導用コイルの内側に設けられたガス排出筒を兼ねた金属製の円筒と、を備えており、
上記容器内に流入したＰＦＣガスは、上記電磁誘導用コイルの自己発熱によって予備加熱されてから上記円筒内に導かれ、かつこの円筒は、上記電磁誘導用コイルの電磁誘導作用により発熱し、この発熱により上記ＰＦＣガスがさらに加熱されて熱分解されるように構成されていることを特徴とする、排ガス処理装置。
【請求項２】  上記容器は、その上部側面からＰＦＣガスが内部に流入するように構成されており、
上記ガス排出筒を兼ねた金属製の円筒の外側には、上記容器の上蓋に吊り下げ支持されて上底を有する金属製の追加の円筒が設けられて、この追加の円筒と上記円筒との間に第１の隙間が形成されており、
上記電磁誘導用コイルは、上記追加の円筒の外周壁に絶縁碍子を介して金属線を巻き付けて形成され、かつ上記容器との間に第２の隙間を形成するように設けられており、
上記容器内に流入したＰＦＣガスは、上記第２の隙間を下方に向けて通過することにより予備加熱された後に、上記第１の隙間をその下部から上方に向けて通過し、さらに上記ガス排出筒を兼ねた金属製の円筒の内部をその上部から下方に向けて通過することにより加熱されるように構成されている、請求項１に記載の排ガス処理装置。
【請求項３】  上記容器は、その下部側面からＰＦＣガスが内部に流入するように構成されており、
上記ガス排出筒を兼ねた金属製の円筒の外側には、上記容器の下蓋に溶接された金属製の追加の円筒が設けられており、
上記電磁誘導用コイルは、上記追加の円筒の外周壁に絶縁碍子を介して金属製を巻き付けて形成され、かつ上記容器との間に隙間を形成するように設けられており、
上記容器内に流入したＰＦＣガスは、上記隙間を上方に向けて通過することにより予備加熱された後に、上記ガス排出筒を兼ねた金属製の円筒の内部をその上部から下方に向けて通過することにより加熱されるように構成されている、請求項１に記載の排ガス処理装置。
【請求項４】  上記ガス排出筒を兼ねた金属製の円筒の内部には、上記電磁誘導用コイルの電磁誘導作用により発熱可能な金属製またはカーボンセラミック製の球体または多穴を開けた円柱加熱体が配されている、請求項１ないし３のいずれかに記載の排ガス処理装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体ウエーハの製造処理のドライエッチングプロセスにおいてエッチングガスやプラズマＣＶＤ装置等のクリーニングに使用されるＰＦＣガス（炭素とフッ素のみで構成されるフロンガス，ＮＦ3）を処理する排ガス処理装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体ドライエッチングプロセスにおいてエッチングガスやプラズマＣＶＤ装置等のクリーニングに使用されるＰＦＣガスやＮＦ3は、赤外線吸収量が大きいため、地球温暖化係数（ＧＷＰ）が炭酸ガスの数千倍と大きく、地球温暖化防止の観点から直接排気することは規制される。ＰＦＣガスとして、ＣＦ4，Ｃ2Ｆ6，ＳＦ6，ＮＦ3，ＣＨＦ3，Ｃ3Ｆ6の６種類を規定し、それらの排出削減と排出削減技術開発が要請されている。
【０００３】
半導体製造のドライ・エッチング工程、プラズマＣＶＤクリーニング工程では、Ｃ2Ｆ6，ＮＦ3が特に使われ、それらの使用量は年々増加する傾向にある。
【０００４】
例えば、Ｃ2Ｆ6ガスは、ドライ・エッチング装置へ導入され、高周波放電によりプラズマ化され、エッチング種を発生させ、半導体基板シリコン酸化膜等のエッチングを行なう。その場合、反応生成物としてＳｉＦ4，ＣＯＦ2等ができる。それら反応生成物やＣ2Ｆ6ガスのプラズマ化度は小さいため、分解することなく８０％以上の未反応ガスとして残ったＣ2Ｆ6ガスは、ポンプにより反応室外へ排気され、反応生成物は活性炭やゼオライト等に吸着させて除害を行う。未反応Ｃ2Ｆ6ガスは、化学的に安定であり吸着されないため、ＬＰＧ，ＣＨ4ガスによる直接燃焼分解、電熱ヒーター加熱による熱酸化分解、吸着材や触媒の加熱による吸着回収、プラズマ分解等を行ってＣ2Ｆ6等のＰＦＣの除害を行っている。
【０００５】
ガスによる直接燃焼分解は、水素ガスやプロパンガスを燃焼させることにより、Ｃ2Ｆ6を８５０度〜１０００℃に加熱し、 Ｃ2Ｆ6＋１１Ｏ2＋２Ｃ3Ｈ8→１０ＣＯ2＋１２ＨＦ＋１２Ｈ2Ｏに分解する。電熱ヒーターによる熱酸化分解等の除害手段は、Ｃ2Ｆ6を９００℃〜１１００℃に加熱し、ＨＦを発生させる。
【０００６】
主にＨＦに分解された高温ガスについては、冷却後に、後段の水スクラバーで水に吸収させ、ＮＦ３をＴＬＶ値以下に下げてそのガスを排気させている。弗酸水は集中水処理漕で中和処理する。
【０００７】
しかしながら、ドライ・エッチング装置において半導体基板シリコン酸化膜等のプラズマエッチングを行なったり、プラズマＣＶＤや減圧ＣＶＤのチャンバークリーニング工程においてプラズマクリーニングを行なうと、反応生成物として、ＳｉＦ4，ＣＯＦ2等ができる。ＳｉＦ4は、ドライ・エッチング装置やプラズマＣＶＤから除害装置を結ぶ配管、ポンプ等をＳｉＯ2となって詰まらせる。ＳｉＯ2粉、未粉化のＳｉＦ4は、除害装置のＰＦＣの加熱バーナーや電熱ヒーター部において燃焼し、シリカとなって堆積し、燃焼、加熱効率を不安定にする。そのため、加熱部分、ヒーター部のメンテナンスが必要となっている。
【０００８】
水素ガスやプロパンガスによる直接燃焼分解方式は、燃焼ガスを用いるため、ガス漏れや着火不良等の安全上厳重な設備、機能等、爆発防止の対策が必要であり、燃料ガス等のランニングコストがかかる。また、この方式は、燃料ガス燃焼に伴うＣＯ2の発生があるため好ましくなく、地球温暖化防止のためには、ＣＯ2発生量が少ないものが良い。電熱ヒーターによる熱酸化分解方式も、ヒーター加熱効率が悪いため、加熱準備に数時間かかる等の欠点を有している。
【０００９】
吸着剤加熱による吸着回収方式は、常温においてＰＣＦが吸着材に吸着しにくいので、吸着材を４００℃〜６００℃に熱して活性化させてＰＦＣを吸着させる。この方式では、吸着材のランニングコストがかかるのと、吸着後の吸着材の産業廃棄物処理費用がかかるという欠点を持つ。
【００１０】
ＰＦＣのプラズマ分解は、ポンプの手前に設置して処理できる利点はある。ただし、現時点では、処理量が少ないので全体的に見て効率は良くない。また、ポンプ前段での粉体発生があり、ポンプに噛み込みが生じたり、電力コストが大きい等の問題がある。常圧コロナ放電プラズマは、ポンプ後段に置き、低エネルギー、低温処理が出来るので、省エネルギー除害装置であるが、ＣＶＤ装置で使用するクリーニングガス量に対応できない欠点がある。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
ＰＦＣガスは、極めて安定な元素であるために、簡単に吸着、分解が出来ない。そのため、大気中にＰＦＣがそのまま放出されると、地球温暖化という地球環境に大きな影響を与える。このようなことから、ＰＦＣガスを大気中に直接に放出しないようにする除害処理装置が必要となる。通常、処理効率の面からは、ＰＦＣガスを燃焼させ、炭酸ガスと水とハロゲン化物に分解させる燃焼方式が使われているが、ＰＦＣガスが安定なため、８００℃〜１０００℃の高温分解熱を必要とする。これでは、燃焼ガスを用いるために安全性に問題があり、工場内での管理が極めて神経質に行なわれているのが現状である。
【００１２】
本発明の目的は、半導体製造工程で安全面と環境面とコスト面から見てＰＦＣガスを処理する有意な処理装置を提供することにある。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
以上の目的を達成するために提案される本発明に係る排ガス処理装置の特徴は、次の通りである。
【００１４】
すなわち、本発明に係る排ガス処理装置は、半導体ウエーハの成膜プロセスにおいて排出されるＰＦＣガスを流入させるための容器を備えている、排ガス処理装置であって、上記容器内に設けられた自己発熱性を有する電磁誘導用コイルと、上記電磁誘導用コイルの内側に設けられたガス排出筒を兼ねた金属製の円筒と、を備えており、上記容器内に流入したＰＦＣガスは、上記電磁誘導用コイルの自己発熱によって予備加熱されてから上記円筒内に導かれ、かつこの円筒は、上記電磁誘導用コイルの電磁誘導作用により発熱し、この発熱により上記ＰＦＣガスがさらに加熱されて熱分解されるように構成されていることを特徴とする。
【００１５】
本発明の好ましい実施の形態においては、上記容器は、その上部側面からＰＦＣガスが内部に流入するように構成されており、上記ガス排出筒を兼ねた金属製の円筒の外側には、上記容器の上蓋に吊り下げ支持されて上底を有する金属製の追加の円筒が設けられて、この追加の円筒と上記円筒との間に第１の隙間が形成されており、上記電磁誘導用コイルは、上記追加の円筒の外周壁に絶縁碍子を介して金属線を巻き付けて形成され、かつ上記容器との間に第２の隙間を形成するように設けられており、上記容器内に流入したＰＦＣガスは、上記第２の隙間を下方に向けて通過することにより予備加熱された後に、上記第１の隙間をその下部から上方に向けて通過し、さらに上記ガス排出筒を兼ねた金属製の円筒の内部をその上部から下方に向けて通過することにより加熱されるように構成されている。
【００１６】
本発明の好ましい実施の形態においては、上記容器は、その下部側面からＰＦＣガスが内部に流入するように構成されており、上記ガス排出筒を兼ねた金属製の円筒の外側には、上記容器の下蓋に溶接された金属製の追加の円筒が設けられており、上記電磁誘導用コイルは、上記追加の円筒の外周壁に絶縁碍子を介して金属製を巻き付けて形成され、かつ上記容器との間に隙間を形成するように設けられており、上記容器内に流入したＰＦＣガスは、上記隙間を上方に向けて通過することにより予備加熱された後に、上記ガス排出筒を兼ねた金属製の円筒の内部をその上部から下方に向けて通過することにより加熱されるように構成されている。
【００１７】
本発明の好ましい実施の形態においては、上記ガス排出筒を兼ねた金属製の円筒の内部には、上記電磁誘導用コイルの電磁誘導作用により発熱可能な金属製またはカーボンセラミック製の球体または多穴を開けた円柱加熱体が配されている。
【００１８】
本発明の好ましい実施の形態においては、ＰＦＣガス量に応じて、ＰＦＣガスが確実に１０００℃以上の発熱体で作られた熱酸化分解高温ゾーンを通過出来るように、また、燃焼ガスであるＬＰＧ（Ｃ3Ｈ8）やＣＨ4を燃焼させずに急速に且つ安定した高温分解雰囲気を作れる様に電磁誘導加熱を用いる。
【００１９】
本発明の好ましい実施の形態においては、電磁誘導用コイル自身の熱によりガスを予備加熱し、次のガス通路に当たる所に、ガスとより広く接触を行い得る様に金属板成形体を設けて、電磁誘導加熱により、ＰＦＣガスが分解する温度８００〜１１００℃まで昇温させる。
【００２０】
本発明の好ましい実施の形態においては、電磁誘導コイル内側の円筒内部に電磁誘導加熱体となり得る金属材料あるいは炭素・セラミックス複合材料で形成したガス加熱体をＰＦＣガスが分解する温度８００〜１１００℃まで昇温させる。
【００２１】
本発明の好ましい実施の形態においては、電磁誘導コイルはニッケル系インコネル合金、コバルト系ハステロイ合金等の耐熱高温耐酸化性に優れた金属で構成し、電磁誘導用コイルの内側のガス排出筒を兼ねた円筒は耐熱衝撃性、機械強度を備えた炭化珪素等のセラミック等でも良く、金属コイルとの間に碍子を介するなら耐熱高温耐酸化性に優れた金属でも良い。
【００２２】
本発明の好ましい実施の形態においては、半導体ウエーハのプラズマエッチングやプラズマＣＶＤ装置等のプラズマクリーニング処理工程で排出する未反応ＰＦＣガス，反応生成ガスＳｉＦ4、流通配管内で生成したＳｉＯ2粉等をフィルターと吸着材を通過させ、粉体とＳｉＦ4を除去させた後にＰＦＣを流入させる。
【００２３】
本発明の好ましい実施の形態においては、ＰＦＣガス量に応じて、ＰＦＣガスが確実に１０００℃以上の発熱体で作られた熱酸化分解高温ゾーンを通過出来るように、また、燃焼ガスであるＬＰＧ（Ｃ3Ｈ8）やＣＨ4を燃焼させずに急速に高温分解雰囲気を作るために電磁誘導加熱を用いる。
【００２４】
好ましくは、本発明に係る排気ガスの処理装置は、ＰＦＣガスとＳｉＦ４の混合ガスと除害装置へのイン側配管で発生する堆積物ＳｉＯ2の混合物から、ＳｉＯ2とＳｉＦ４をフィルターや吸着材で分離する装置と、ＰＦＣガスの電磁誘導加熱分解処理室と、分解高熱ガス冷却部と、分解ガス捕捉剤の供給部と、分解ガス捕捉部とを有している。
【００２５】
好ましくは、本発明の排ガス処理装置は、ガス検知部信号制御、分解ガス捕捉剤の供給部制御、高速応答性放射温度計によるインバーター電磁誘導加熱部の温度制御、バルブの開閉制御、水位等の位置制御、ペーハー電位による制御等はコンピュータにより一元的に行われる。
【００２６】
【作用】
本発明は、ＰＦＣガスの排ガス処理において、電磁誘導加熱により発熱体を加熱し、クリーニングガスやエッチングガスとして反応せずに送り込まれたＰＦＣガスを速やかに熱分解し、分解ガスは反応生成物を形成するために導入した物質と反応させ反応生成物を捕捉する。
【００２７】
【発明の実施の形態】
図１に示す実施形態の排ガス処理装置は、ＰＦＣガス分解室を構成する筒部１１を備えている。この筒部１１は、最外周壁がステンレスで形成されており、その上部には、ステンレス製のＰＦＣガス導入口９が設けられている。この筒部１１の上フランジには上蓋部１２が連結されている。上蓋部１２の中心位置には、この上蓋部１２との間に絶縁材を挟んで金属円筒１６が宙吊り状で取り付けられている。
【００２８】
電磁誘導用コイル１４は、金属円筒１６の外周に碍子を介在させて巻かれており、上蓋部１２のコイル入力端子１３と接合し、またこの電磁誘導用コイル14の上端部は上蓋部１２のコイル入力端子１０と接合している。これに代えて、電磁誘導用コイル14の下端を金属円筒１６に接合させ、この金属円筒１６の上部にコイル入力端子１３が取り付けられた構成でもよい。筒部１１の下蓋部の中心部の貫通穴には、金属円筒１７が挿入され、かつ全周溶接が施されて固定されている。電磁誘導加熱用コイル１４は、発熱体でもあり、耐高温酸化性に優れたニッケル系、コバルト系の合金により形成されている。
【００２９】
図１において、符号１は、ガス入口である。２は、除外ガス排気口である。３は、給水口である。４は、排水口である。５は、ドレイン排水口である。８は、放射温度計窓である。２３は、冷却ゾーンである。２４は、ガス冷却用ブロワである。２５は、水位レベルセンサである。２６は、バブリング筒である。２７は、水シャワーである。
【００３０】
この排ガス処理装置では、ＰＦＣガスがＰＦＣガス導入口９から筒部１１と電磁誘導用コイル１４との隙間（ロ）に流入し、その下部に向けて進行する。このとき、電磁誘導用コイル１４の自己発熱により、ＰＦＣガスが予備加熱される。
【００３１】
電磁誘導用コイル１４の誘導加熱により、金属円筒１７は、その金属表面温度が９００〜１１００°Ｃに加熱される。ＰＦＣガスは、その後金属円筒１６，１７の隙間（ハ）を通過してから金属円筒１７の内部（ニ）にその上部から流入し、下方に向けて進行する。一方、電磁誘導用コイル１４の誘導加熱により、金属円筒１７は、その金属表面温度が９００〜１１００°Ｃに加熱される。この熱により、ＰＦＣガスはさらに加熱され、熱分解される。
【００３２】
図２に示す排ガス処理装置においては、筒部１１の下部のＰＦＣガス導入口９からＰＦＣガスが筒部１１内に導入される。このＰＦＣガスは、筒部１１と電磁誘導用コイル１４との隙間（ロ）を上向きに進行した後に、金属円筒１７の内部（ニ）にその上部から流入し、下方に向けて進行する。この装置においても、図１の場合と同様に、ＰＦＣガスは電磁誘導用コイル１４により予備加熱がなされてから金属円筒１７による加熱によって熱分解される。
【００３３】
図３に示す構成においては、上記した符号（ハ），（ニ）に相当するＰＦＣガスの通過部分に、耐熱耐酸化性に優れた金属またはカーボンセラミックで成形した球体１８や、多穴を開けた円柱加熱体１９を配置させている。円柱加熱体１９どうしの間には、リング状の加熱体スペーサー２０が配されている。隣り合う円柱加熱体１９の穴は、互いに位置ずれしており、１つの穴を通過したガスは、円柱加熱体１９の穴以外の面に当たるようになっている。
【００３４】
このような構成によれば、ＰＦＣガスが電磁誘導可能な加熱体に広く接触するため、その分解効率を上げることができる。
【００３５】
流入ＰＦＣガスは、高温発熱体に触れて、以下のように分解され、２Ｃ2Ｆ6＋３Ｏ2＋６Ｈ2Ｏ→４ＣＯ2＋１２ＨＦ となる。
【００３６】
ＨＦに分解されたガスは、８０°Ｃ以下に冷却する冷却ゾーン２３に吸引される。高温ガスの冷却用にガス冷却用ブロワ２４から送風された空気を混合させ、ＰＶＣ、ＦＲＰ樹脂等の熱劣化しない温度まで冷却された分解ガスは、樹脂製水槽に送られてバブリング筒２６を通して水中捕捉されて希弗酸水、炭酸水になり、樹脂製ドレイン配水管５で集中水処理槽に送られ、水酸化カルシウムＣa（ＯＨ）2と反応させてＣaＣＯ3，ＣaＦ2として処理される。ＰＦＣガスを除害して得られた排ガスは排気口２から排気される。
【００３７】
あるいは、冷却した反応生成ガスをペレット状の水酸化カルシウムを充填したリアクタータンク内に導入し、Ｃa（ＯＨ）2に反応させてＣaＣＯ3，ＣaＦ2として処理し、ＰＦＣガスを除害した排ガスを排ガス処理装置から排気する。
【００３８】
排ガスの温度降下方法として、水冷却と乾式の何れを用いてもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る排ガス処理装置の一例を示す全体図である。
【図２】本発明に係る排ガス処理装置の他の例を示す全体図である。
【図３】本発明に係る排ガス処理装置の他の例を示す要部概略図である。
【符号の説明】
９     ガス導入口
１１   筒部
１２   上蓋
１４   電磁誘導加熱用コイル
１６   金属円筒
１７   金属円筒
【手続補正２】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図１】
2002058961.tif 000001
【手続補正３】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図２】
2002058961.tif 000002