(57)【要約】【課題】  本発明は、その中で大気圧プラズマを生成させる絶縁管を冷却するシステムを提供する。【解決手段】  半導体プロセス機器の排出口から再生ラインに使用済みプロセス流体を通流させ、前記半導体プロセス機器の排出口から前記使用済みプロセス流体を再生し、  前記再生ラインに接続された流体センサで前記使用済みプロセス流体の状態を測定し、前記流体センサから制御器へ前記プロセス流体の状態を表わす信号を送るとともに、該信号が所定範囲内にあることを設定し、前記信号が前記所定範囲内に入る場合は前記半導体プロセス機器に前記使用済みプロセス流体を回収し、また前記信号が前記所定範囲から外れる場合は前記使用済みプロセス流体の少なくとも一部をシステムドレインに流す。【選択図】    図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
特にガス状流体または流体混合物を処理するプラズマ処理システムを冷却する方法であって、
前記プラズマ処理システムは、
前記流体分子の化学結合の少なくともいくらかの破壊をもたらすプラズマを内部に発生させるために前記流体混合物にマイクロ波エネルギーの一部が伝搬されるように絶縁管(16)内に特にガス状流体混合物を通流させるマイクロ波電源(1)にカップリングする手段(7,8)を有し、前記絶縁管(16)は、冷却されるべき外周壁に熱的に接触するように冷媒を通流させることにより少なくとも部分的に冷却されるものであること、とを有し、
一方側において、前記絶縁管と熱的に接触する前記冷媒が前記絶縁管内にて前記ガス状流体または流体混合物と並行に流れ、他方側において、前記冷媒は、少なくとも１０個の炭素原子の炭素鎖を有する線状アルファ−オレフィン及び／又はパーフルオロカーボン液であって、比誘電率εが２．５より低く、タンゼントロスｔａｎδが１０-2から１０-4までの間にあり、かつ比熱Ｃｐが０．６ｇ．ｃａｌ／ｇ．℃未満にある、ことを特徴とするプラズマ処理システムの冷却方法。
【請求項２】
少なくとも１つの線状アルファ−オレフィンを用いて、好ましくは比誘電率ε＜２及び／又はタンゼントロスｔａｎδ＜１０-3及び／又は比熱Ｃｐ≦０．３ｇ．ｃａｌ／ｇ．℃を有するＣ14線状アルファ−オレフィンまたは１−テトラデセン及び／又はパーフルオロカーボン（PFC）液を用いることを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項３】
前記絶縁管内で処理される前記ガス状流体または流体混合物は、大気圧または大気圧に近い圧力で前記絶縁管内に注入されることを特徴とする請求項１または２のいずれか１項記載の方法。
【請求項４】
前記流体混合物及び／又は補助不活性ガスが渦巻き形状に注入されることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項記載の方法。
【請求項５】
前記被処理流体と前記冷媒を頂部から底部へ流すことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項記載の方法。
【請求項６】
ａ）流体及び／又はガスを注入する手段(19)と、
ｂ）前記流体及び／又はガスを受け入れる絶縁管(16)と、
ｃ）マイクロ波発生器(1)と、
ｄ）前記絶縁管(16)内にプラズマを生成するために前記流体及び／又はガスにマイクロ波をカップリングさせる手段(7,8)と、
ｅ）前記絶縁管(18)の外側に設けられ、冷媒(19)を用いて前記絶縁管を冷却する手段と、
ｆ）前記絶縁管の冷却手段に接続された線状アルファ−オレフィン及び／又はパーフルオロカーボン流体の供給源と、
ｇ）前記被処理流体または前記被処理流体の混合物と並行流となるように、好ましくは頂部から底部まで、前記冷媒を通流させる手段と、
を具備することを特徴とするプラズマ処理システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、特にガス状流体または流体混合物を処理するためのプラズマ処理システムを冷却するための方法に関する。このプラズマ処理システムは、流体分子の化学結合を少なくともいくらか破壊（分解）するプラズマを絶縁管内に生成するために流体混合物にマイクロ波エネルギーの一部を伝達するカップリング手段を通り過ぎて絶縁管内を流れる流体混合物、とりわけガス状流体混合物にマイクロ波源を結合する手段を有する。該絶縁管は、その外壁と熱的に接触する冷媒の流れにより冷却される。
【０００２】
また、本発明は、この化学分子を選択的に破壊するためのプラズマ処理システムを冷却する方法に関する。
【背景技術】
【０００３】
集積回路の作製中に、イオン注入、エッチング、および物理堆積法や化学堆積法（PVDまたはCVD）で半導体エレメントを生成し、および接続するための多くの工程において気体の状態での物質が用いられている。これら物質のうちのいくつかは「温室効果ガス」と呼んでもいいものであり、大気中に存在するとき地球温暖化の原因となると言われている。とりわけあるフッ素誘導体、そのなかでも特にパーフルオロカーボン（PFC）またはハイドロフルオロカーボン（HFC）ガス、あるいはこれらがある流体および特にある大気汚染ガスは、その存在が生命や健康をおびやかし、さらには毒性、腐食性、可燃性、自然発火性及び／又は爆発性のある危険なものであるかもしれない。
【０００４】
一般に、半導体の製造において、すべての堆積前駆体ガス、すべてのエッチングガス、すべてのリアクタ・クリーニングガスなどは、処理されるべき混合物および廃棄物の形態でリアクタの下流側で回収される。
【０００５】
他の用途において、平面スクリーンプラズマやＬＣＤ表示装置、あるいは太陽電池の製造などでは、再ガスおよび多くのガス状前駆体、または最初は固体または液体であったものが蒸気の形態で搬送された前駆体として用いられている。
【０００６】
他の用途において、エアガスの分離、空気分離プラントにおいてアルゴン蒸留塔の蒸留残留物から由来するかまたは帯水槽から直接抽出されるクリプトンやキセノンのようなガスの純化（浄化）において、その得られたガスは、例えば少量のＣＦ4またはＣ2Ｆ6のようなフッ化ガスが可能な限り純化すべきガスから除去されるべきである。
【０００７】
集積回路を製造する反応容器からの温室効果ガスや堆積前駆体ガスを分解することは公知であり、その公知文献として例えば欧州特許公報EP-A-874537がある。この文献には、ガス状プラズマを生成するためにガス混合物のなかに、ウェーブアプリケータに対して導波管のなかを伝わる極超短波（UHF）またはマイクロ波（MW）電磁波をカップリングすることにより生成された大気圧プラズマを用いることが記載されている。電磁波が一般の電話回線や軍の電話回線を妨害するおそれがあることから電磁波の使用が厳しく規制されるという事実を考慮すると、数少ないＵＨＦまたはマイクロ波の周波数帯のみが産業、科学技術および医療（ISM）で使用可能とされ認可されている。これらの分野ではプラズマの生成のために特別に2.45 GHz、915 MHzおよび434 MHzの周波数の使用が認められている。
【０００８】
廃ガス、特にエッチャーからのPFCまたはHFCエフルエントのようなものは、粗引き真空ポンプ内の窒素と組織的に拡散して混じり合うので、これらは危険である。大部分が窒素からなる上述の廃ガスを処理するか又は分解（破壊）するためにシステムのなかにガス混合物が供給される。
【０００９】
大きなエネルギーが要求され、大気圧で窒素のようなキャリアガスを用いるとき、該ガスがイオン化されるとともに窒素プラズマが維持される。
【００１０】
また、管用の種々の材料が耐えるべき困難な問題として温度に起因する問題があることから、セラミック管を用いる。この理由は、放電管が一端から他端までそのなかを流れる伝熱流体によって冷却され、前記管と外方との間の空間において、同軸の第２の管が前記液体を規定する。主に窒素または空気からなる気体に高電力を掛けている期間中に継続してプラズマ放電がたっているときに、セラミックの極めて優れた伝熱性が後者の物理化学特性が安定である温度を超える温度に絶縁冷媒の境界層と接触する外周面の温度を導く。このため、固態重合の開始は管壁上にみられ、連鎖反応効果を導き出す一般的な吸収マイクロ波が堆積を形成する。なぜならば、その吸収は一般的に温度を上昇させ、管をますます加熱することになるからである。これにより広範囲にわたり極めて高い過熱領域がつくり出される。これらの極めて高い熱ストレスは、構成材料の薄い肉厚のなかで起こり、管に割れを生じるか又は管が壊れるなどのようなことを引き起こす。絶縁伝熱流体は体積変化も受けるものであり、有害であると考えられる分解生成物が形成されるために濁って悪臭のあるものになる。絶縁伝熱流体の機能的特性（例えば、絶縁特性および伝熱特性）の劣化に関して推定することなく、廃生産物の危険性は工業プラントでは絶対に受け入れられないものである。例えば、ポリジメチルシロキサン（PDMS）のようなシリコーン流体は、その熱分解物の推定される危険性のためにその使用が停止された。
【発明の概要】
【００１１】
本発明は、管、とくにその中で大気圧プラズマを生成させる絶縁管を冷却するシステムであって、従来のシステムとは異なるシステムを提供することにより前述した種々の課題を解決することを目的とするものである。
【００１２】
本発明では、一方側において、前記絶縁管と熱的に接触する前記冷媒が前記絶縁管内にて前記ガス状流体または流体混合物と並行に流れ、他方側において、前記冷媒は、少なくとも１０個の炭素原子の炭素鎖を有する線状アルファ−オレフィンのなかから選ばれた少なくとも１つの油及び／又はパーフルオロカーボン液であって、比誘電率εが２．５より低く、タンゼントロスｔａｎδが１０-2から１０-4までの間にあり、かつ比熱Ｃｐが０．６ｇ．ｃａｌ／ｇ．℃未満にある。
【００１３】
多くの絶縁管が管の局部過熱のために早期に壊れてしまった後に、本発明者らは継続的に実証を積み重ねた多数の結果から本発明を導きだした。とくに、伝熱冷媒の流れ（上向き流）に対向して被処理流体混合物を流す（下向き注入）ときに、それが一般的に認められ、技術を磨くことにより、対向流が流体間の熱交換に最適であることに到達し、本発明者らがセラミック管に対して次の伝熱流体のなかの気泡の存在を証明した。これらの気泡のゆえに管壁に接する冷却油の膜が連続したものにならない。これらの気泡は溶存空気ガスおよび気化した油からなるものである。これらの効果は、セラミック管の屈折率の変化を観察することにより確かめられた。まったく予期せぬことに、油の流れる方向とは逆に（流体混合物と並行に流れるために、すなわち、本実施例において、頂部から底部に）、より良い冷却を行うためにセラミック／油の界面を考慮して、この同じ界面で気化した油の膜の形成が停止する。
【００１４】
また、線状アルファ−オレフィン、とくにＣ14線状アルファ−オレフィンが従来の伝熱液体（特に水のようなもの）よりもかなり良好になったという結果が得られるという知見を得た。パーフルオロカーボン（PFC）液の使用は、とくに以下の特性をもつ流体において明りょうに改善された結果が再び得られた。
【００１５】
比誘電率ε＜２．５、好ましくはε＜２．０
１０-4＜ｔａｎδ＜１０-2、好ましくはｔａｎδ＜１０-3
比熱Ｃｐ：Ｃｐ≦０．６、好ましくはＣｐ≦０．３
加えて、これらの生成物は、Ｃ14線状アルファ−オレフィンより３倍ほど大きい非常に高い密度を有している。同じカロリー数を除去するために必要な液体の流量を明確に少なくし、その上、伝熱流体の流量を約３０％減らしてもよい。
【００１６】
さらにまた、これらパーフルオロ化した生成物の熱安定性を大幅に高め、本発明システムの運転をより安全にするものである。
【００１７】
好ましくは、少なくとも１つの線状アルファ−オレフィンを用いて、より好ましくは比誘電率ε＜２及び／又はタンゼントロスｔａｎδ＜１０-3及び／又は比熱Ｃｐ≦０．３ｇ．ｃａｌ／ｇ．℃を有するＣ14線状アルファ−オレフィンまたは１−テトラデセン及び／又はパーフルオロカーボン（PFC）流体を用いる。
【００１８】
他の好ましい実施の形態によれば、流体混合物は、大気圧または大気圧に近い圧力で前記絶縁管内に注入される。
【００１９】
他の好ましい実施の形態によれば、流体混合物及び／又は補助不活性ガスが渦巻き形状に注入される。
【００２０】
他の好ましい実施の形態によれば、被処理流体と前記冷媒を頂部から底部へ流す。
【００２１】
また、本発明に係るプラズマ処理システムは、
流体及び／又はガスを注入する手段と、
前記流体及び／又はガスを受け入れる絶縁管と、
マイクロ波発生器と、
前記絶縁管内にプラズマを生成するために前記流体及び／又はガスにマイクロ波をカップリングさせる手段と、
前記絶縁管の外側に設けられ、冷媒を用いて前記絶縁管を冷却する手段と、
前記絶縁管の冷却手段に接続された線状アルファ−オレフィン及び／又はパーフルオロカーボン流体の供給源と、
前記被処理流体または前記被処理流体の混合物と並行流となるように、好ましくは頂部から底部まで、前記冷媒を通流させる手段と、
を具備する。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】図１は本発明に係るプラズマ処理システムの概要を示す図である。
【図２ａ】図２ａは、図１のプラズマ処理システムに好適な渦巻き生成流体注入ヘッドの縦断面図である。
【図２ｂ】図２ｂは、図１のＡ−Ａ線に沿った断面図である。
【図２ｃ】図２ｃは、図２ａのＢ−Ｂ線に沿った水平断面図である。
【図３】図３は実施形態の渦巻き生成注入ヘッドを示す図である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
本発明は、以下の実施の形態に用いられ、よりよく理解されるものであるが、これらに例えば図面に限定されるものではない。
【００２４】
図１において、ガスを処理するためのプラズマ処理システムＡは、欧州特許EP-A-874537号公報に記載された表面ガイド・フィールドアプリケータ１、熱交換器Ｂ、湿式スクラビング手段Ｃおよび乾式スクラビング手段Ｄ（必要に応じてスクラビング手段ＣとＤを入れ替えることができる）を有している。
【００２５】
システムＡは、プラズマを衝突させるために用いられるガスが弁Ｖｄを介して供給され、及び／又は被処理ガスが弁Ｖｆを介して供給されるようになっている。被処理ガスは、弁Ｖ１，Ｖ２，Ｖ３，…Ｖｎを介して反応器ＣＶＤ１，ＣＶＤ２，ＣＶＤ３，…ＣＶＤｎのうちの１つからそれぞれ送り出されるようになっている。これらのガスは、半導体や平面スクリーン表示装置あるいは太陽電池の光学繊維の製造に用いられた反応器から出てきた使用済みガスである。
【００２６】
また、システムＡは、伝熱流路１９を有する冷却システムにより周囲を取り囲まれた絶縁管１６を有している。流路１９は、プラズマを維持し適用可能に残存させるための電力のために十分に弱いマイクロ波流体を吸収し、かつシリカ外管１７と絶縁管１６とで規定された空間１８に流体が流れるようになっている。流路１９の入口はシステムＡの底部１３に設けられている。流路の出口２０は、流体が管１６を冷却した後に流体が出て行くように、システムＡの頂部２４に設けられている。絶縁管１６はフィールドアプリケータ１の縮小中央部３を貫通している。矩形断面形状の中空導波管の短辺の高さは標準の導波管の高さと比べて小さい。冷媒は空間１８を取り囲むシリカ管１７のなかを流れる。
【００２７】
電気伝導ジャケット７，８は、電磁シールドとして動作し、上述した管の頂部および底部の周囲にそれぞれ設けられている。ジャケット７の底部と絶縁管とは、マイクロ波に干渉するジャケットが介在することなしに、導波管と前記管との間のカップリングを最大化するために最適半径距離をもって離れている。
【００２８】
ジャケット８の頂部と前記アプリケータ１の底部の次の前記管とは、前記最適半径距離と同じ距離に離れている。これらの他端において、ジャケット７，８は前記頂部２４および底部１３にそれぞれ隣接している。
【００２９】
中空矩形導波管から形成されたフィールドアプリケータ１は、入口／出口２，４における標準の断面積に対して小さい縮小断面積をもつ中央部３を有している。入口／出口２，４は、この中央部３の両側に配置されている。マイクロ波電力は、システムが稼動しているときには、中央部３に向けて側部２から伝達される。マイクロ波は中央部において集中し、前記管に沿ってマイクロ波の全伝播長を超えるエネルギでそれが準備されることにより前記管１６内にプラズマを生成するために、フィールドアプリケータの中央部３の両側から前記管１６に沿って進む。
【００３０】
このプラズマは、システムＡの頂部９の上方に配置されたサポート１０に取り付けられた電極２３を用いて打ち出される。電極２３は、実質的に絶縁管１６の軸に沿って保持され、高圧電源またはイグニッションコイルに接続されている。
【００３１】
プラズマを打ち出すプラズマ・ストライキング・システムは、弁Ｖｎに接続され、本質的に２つに分岐している。一方の分岐は流量制御器（マスフローコントローラ）および弁ＶArを介してアルゴン（Ａｒ）源に接続され、他方の分岐は流量制御器および弁ＶN2を介して窒素源に接続されている。
【００３２】
熱交換器Ｂは、冷却されるべきシステムＡのプラズマから出てきたホットガスを受け入れ、高々約１５０℃の温度で、湿式スクラバＣおよび乾式スクラバＤ（または逆に）に流す。
【００３３】
図２に渦巻きの形態でガス（プラズマを打つためのガスまたは処理のためのガスの両方）を注入するためのガス注入装置を示す。ガス及び／又は流体注入ダクトは、垂直ダクト５４にて接するように達し、注入したガス及び／又は流体内に渦巻き効果を生じさせるために、前記絶縁管１６に延び出している。
【００３４】
図２ａはプラズマシステムＡの頂部９，２４の縦断面図である。４つのガス注入ダクト(57,51),(58,62),(59,53),(60,64)は、図１中に線Ａ−Ａに沿って断面を示した図２ｂに全てを示しているが、ダクト54に生成されるべき渦巻きを受け入れる。電極２３のホルダ１０は頂部９（２４）に取り付けられている。４つの注入ダクトは、水平面視野において互いに９０°に振り分けられて配置されていることが好ましく、垂直面視野において水平にまたは下方に向かってのいずれかの方位の配置としてもよい。図２ｃに示すようにダクト(70,72)と(71,73)は、中央ダクト５４に接線状に接して接続され、かつ互いに１８０°振り分けられて配置するようにしてもよい。図２ｃは図２ａ中の線Ｂ−Ｂに沿う水平断面図である。これら２つのダクトは、面Ａ−Ａに配置された４つの注入器により注入されたガス流では渦巻きを維持するのに不十分であるときに、注入されるべき追加のガス（例えば窒素）を受け入れる。このような渦巻きは絶縁管の管壁との熱交換を減らし、プラズマと同絶縁管との間の直接的な接触を防止し、かつ絶縁管を損傷させる高温が到達して温度が高くなり過ぎるのを防止する。
【００３５】
図３は、プラズマ内に被処理ガスを注入し、効果的な渦巻きを達成する注入ヘッド９の実施の形態を示す図である。他の図に示したので、同じ構成要素には同じ参照符号を付す。この注入ヘッド９は、被処理ガスを導入するための入口(11)を有する。被処理ガスは、周縁の溝に向かって入口１１と同軸のチャネル８０を介して流れる。注入ヘッドの連続部８１，８２，８３，８４は、断面を図示したように、中実中央部８５の周囲に連続するチャネルとして巻きつき、すなわち中央カラム８５の周囲を取り巻くらせん階段のような構造をなしている。
【００３６】
この中実中央部８５は、絶縁管１６に生成されたプラズマを打ち込むための電極として作用する円錐底部８６を有する導体からなることが好ましい。軸８５から突出する中実部８７，８８，８９，９０，９１は、ガス溝を規定する軸８５の周囲にらせん状にある中実部である。中央部８５の上方の頂部９２は、着脱可能な部品９３のなかに入り込んでいる。着脱可能な部品９３は、中央据付部と真空シールとして用いるＯリング９４を保持している。好ましくは、図３に示したように、絶縁管１６内に渦巻きを生じさせるためにガスが流れる溝８１，８２，…，は、おおよそ２５°と３５°との間の角度に水平に対して傾斜する軸を有し、より好ましくは約３０°である。
【実施例】
【００３７】
図２と図３に示した渦巻きシステムを用いた場合および用いない場合の両方について、種々の冷却油を図１に示したシステムに使用した。より良く証明された冷却としては、図２または図３の装置に用いて渦巻きの形態で被処理ガスを注入する。下表１に示す油が絶縁管の冷却のために最も十分であった。
【表１】
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【００３８】
ＦＣ７０油をＣ14油の代わりに用いた場合、生成物ｄ×Ｃｐが０．５から０．３８までに低下し、このことは同じ性能で流量を３０％だけ減少させてもよいことが示唆されている。
【００３９】
本発明においてＮＦ3のようなガスは、フッ素と窒素の混合物に変換され、絶縁管を冷却するＰＦＣ油の使用が大いに安全である。ただし、フッ化ポリマーおよびフッ化エレストマーはＰＦＣ油に対する結合に使用することができないという１つの条件が付けられる。
【符号の説明】
【００４０】
２…入口、３…中央部、４…出口、
７，８…ジャケット、
９…注入ヘッド、
１３…底部、
１６…絶縁管、
２３…電極、
２４…頂部。
【図１】
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【図２ａ】
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【図２ｂ】
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【図２ｃ】
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【図３】
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【国際調査報告】
2011522691.tif 000009
2011522691.tif 000010
2011522691.tif 000011
2011522691.tif 000012
2011522691.tif 000013
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