过氟化物处理装置以及过氟化物处理方法
【专利摘要】本发明提供作为预处理能够避免大量的水的使用和排水处理，并且能够除去含有过氟化物的气体中的固体成分，过滤器等难以堵塞的过氟化物处理装置等。一种过氟化物处理装置（2），其特征在于，具备：对装置入口排气进行预处理的预处理装置（21）；对装置入口排气以及水进行加热，并且利用催化剂水解过氟化物，生成含有酸性气体的分解气体的加热单元（第1加热器（221）、第2加热器（222））；配置于加热单元的前段以及后段，在装置入口排气以及水与分解气体之间进行热交换的热交换器（231）；和将酸成分干式除去的酸成分除去装置（232），预处理装置（21）具备：对装置入口排气进行加热，使装置入口排气中所含有的液体的水蒸发的入口加热器（211）；和从装置入口排气除去固体成分的过滤器（212、212a）。
【专利说明】过氟化物处理装置以及过氟化物处理方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及例如为了分解处理过氟化物而使用的过氟化物处理装置等。
【背景技术】
[0002] 例如，在半导体器件、液晶器件的制造工艺中，为了形成微细图案，有时进行蚀刻、 清洗（cleaning)。此时，使用过氟化物的情况较多。另外，过氟化物一般较稳定，大多对人 体无害，所以除此之外还被用于例如空调的制冷剂等。
[0003] 但是，在这些过氟化物中，当被释放到大气中时，对地球环境造成较大影响的过氟 化物较多。即，由于在大气中长时间稳定地存在，具有地球温室化系数大的性质，因此会成 为地球温室化的一个因素。并且，如上述那样，过氟化物一般较稳定，其影响长时间持续的 情况较多。
[0004] 因而，为了不对地球环境造成影响，需要分解所使用过的过氟化物，使其成为对地 球环境无害的状态而向大气中释放。
[0005] 在专利文献1中公开了一种含氟化合物的分解处理方法，S卩：在水蒸气的存在下 使包含作为卤素仅含有氟的氟化合物的气流与如由A1和Ni、Al和Ζη、Α1和Ti形成的催化 剂那样含有A1的催化剂在约200?800°C接触，将气流中的氟转化为氟化氢。
[0006] 另外，在专利文献2中公开了一种过氟化物处理装置，其特征在于，具备：过氟化 物分解装置，其设置有催化剂层，被供给含有过氟化物的排气(废气)，分解过氟化物；和酸 性物除去装置，其除去在从过氟化物分解装置排出的排气中所含有的酸性物质与Ca盐反 应而生成的第1反应生成物。
[0007] 此外，专利文献3公开了一种催化式PFC分解处理方法，其特征在于，是用催化剂 分解含有与水反应生成固形物的气体成分、并且含有PFC的气流中的PFC的方法，至少具 有：使气流与水接触，生成固形物的固形物生成工序；除去生成的固形物的固形物捕集工 序；以及PFC的催化分解工序。
[0008] 在先技术文献
[0009] 专利文献1 :日本特开2001-224926号公报
[0010] 专利文献2 :日本特开2008-246485号公报
[0011] 专利文献3 :日本特开2005-111423号公报
【发明内容】
[0012] 在从半导体器件、液晶器件的制造工艺排出的气体中，除了过氟化物之外还包含 固体成分和/或与水接触而生成固体成分的物质。而且，之外分解过氟化物之前的预处理， 有下述的以往方法：使气体与水或者碱水溶液接触，生成卤化硅之类的固体成分，由此除去 酸性气体。但是，该情况下，当为了除去生成的固体成分而使用过滤器等时，存在水分在过 滤器等中凝结、容易使过滤器等在短期间内堵塞的问题。
[0013] 本发明是鉴于现有技术存在的上述问题而完成的。
[0014] 即，本发明的目的在于提供一种过氟化物处理装置，其中，作为预处理，不需要通 过使含有过氟化物的气体与水或者碱水溶液接触而生成固体成分来除去酸性气体的工序， 能够避免多量的水的使用和排水处理，并且在含有过氟化物的气体中，除了过氟化物之外， 即使还含有水分，过滤器等也难以堵塞。
[0015] 这样，根据本发明，提供一种过氟化物处理装置，其特征在于，具备：对含有过氟化 物的气体进行预处理的预处理单元；对含有过氟化物的气体以及水进行加热，并且利用预 先确定的催化剂水解过氟化物，生成含有酸性气体的分解气体的加热单元；配置于加热单 元的前段以及后段，在流入加热单元之前的含有过氟化物的气体以及水与从加热单元流出 后的分解气体之间进行热交换的热交换单元；和从自热交换单元流出后的分解气体干式除 去酸成分的酸成分除去单元，预处理单元具备：对含有过氟化物的气体进行加热，使含有过 氟化物的气体中所含有的液体的水蒸发的预热单元；和从利用预热单元使液体的水蒸发了 的含有过氟化物的气体除去固体成分的固体成分除去单元。
[0016] 在此，优选预热单元在含有过氟化物的气体的流通路径中配有翅片（翼片：fin)。 进而，优选：在预热单元和固体成分除去单元之间导入空气，并使被导入了空气的含有过氟 化物的气体在固体成分除去单元中通过。
[0017] 另外，优选：热交换单元使水混合到流入加热单元之前的含有过氟化物的气体中。
[0018] 进而，优选：固体成分除去单元具备：用于除去固体成分的第1过滤器、和在进行 第1过滤器的更换时代替第1过滤器来除去固体成分的第2过滤器；优选：在含有过氟化物 的气体的流通路径下游侧具备用于采用压缩空气进行反洗的压缩空气口。
[0019] 另外，根据本发明，提供一种过氟化物处理方法，其特征在于，具备：对含有过氟化 物的气体进行预处理的预处理工序；对含有过氟化物的气体以及水进行加热，并且利用预 先确定的催化剂水解过氟化物，生成含有酸性气体的分解气体的加热工序；配置于加热工 序的前段以及后段，在流入加热工序之前的含有过氟化物的气体以及水与从加热工序流出 后的分解气体之间进行热交换的热交换工序；和从自热交换工序流出后的分解气体干式除 去酸成分的酸成分除去工序，预处理工序具备：对含有过氟化物的气体进行加热，使含有过 氟化物的气体中所含有的液体的水蒸发的预热工序；和从通过预热工序使液体的水蒸发了 的含有过氟化物的气体除去固体成分的固体成分除去工序。
[0020] 通过预处理单元具备：对含有过氟化物的气体进行加热，使含有过氟化物的气体 中所含有的液体的水蒸发的预热单元；和从利用预热单元使液体的水蒸发了的含有过氟化 物的气体除去固体成分的固体成分除去单元，在含有过氟化物的气体中，除了过氟化物之 夕卜，即使还含有水分，固体成分除去单元也难以堵塞。
[0021] 通过在预热单元的含有过氟化物的气体的流通路径中配置翅片，含有过氟化物的 气体在预热单元内部被搅拌，能够将热充分传递到含有过氟化物的气体。
[0022] 通过在预热单元和固体成分除去单元之间导入空气，并使被导入了空气的含有过 氟化物的气体在固体成分除去单元中通过，在加热单元中能够抑制一氧化碳的生成，并且 对于空气中所含有的固体成分也能够除去。
[0023] 通过热交换单元使水混合到流入第1加热单元之前的含有过氟化物的气体中，由 此，能够使用于过氟化物的水解的水更均匀地混合到含有过氟化物的气体中。
[0024] 通过固体成分除去单元具备：用于除去固体成分的第1过滤器、和在进行第1过滤 器的更换时代替第1过滤器来除去固体成分的第2过滤器，即使是对第1过滤器进行更换 时，通过使用第2过滤器，也能够不停止装置的运行来进行更换。
[0025] 通过固体成分除去单元在含有过氟化物的气体的流通路径下游侧具备用于采用 压缩空气进行反洗的压缩空气口，能够不停止过氟化物的处理来继续运行，并且能够延长 过滤器等的更换时期。
[0026] 通过预处理工序具备：对含有过氟化物的气体进行加热，使含有过氟化物的气体 中所含有的液体的水蒸发的预热工序；和从通过预热单元使液体的水蒸发了的含有过氟化 物的气体除去固体成分的固体成分除去工序，在含有过氟化物的气体中，除了过氟化物之 夕卜，即使还含有水分，固体成分除去单元也难以堵塞。
【专利附图】
【附图说明】
[0027] 图1是对应用本实施方式的过氟化物处理装置的半导体制造车间的总体构成进 行说明的图。
[0028] 图2是对本实施方式的过氟化物处理装置的概略构成进行说明的图。
[0029] 图3是表示构成本实施方式的过氟化物处理装置的各设备的图，是对入口加热器 211的内部结构进行说明的图。
[0030] 图4 (a)?（b)是对入口加热器的内部结构进行说明的图。
[0031] 图5是说明反应温度与过氟化物的分解率的关系的图。
[0032] 图6是对过氟化物处理装置的动作进行说明的流程图。
[0033] 图7是从上方观察实际制造成的过氟化物处理装置的图。
[0034] 图8是从图7的VII方向观察实际制造成的过氟化物处理装置的图。
[0035] 附图标记说明
[0036] 1…半导体制造设备、2…过氟化物处理装置、3…酸洗涤器、21···预处理装置、22··· 过氟化物分解装置、23?"HF吸附装置、24···控制装置、211…入口加热器、211b···翅片、212、 212a…过滤器、212b···喷嘴、221…第1加热器、222…第2加热器、231…热交换器、232…酸 成分除去装置、233…排出器（ejector)
【具体实施方式】
[0037] 以下，对实施本发明的方式详细地说明。再者，本发明并不限于以下的实施方式， 能够在其主旨的范围内进行各种变形来实施。另外，使用的附图是用于说明本实施方式的 图，并不表示实际的大小。
[0038] <半导体制造车间的总体构成的说明>
[0039] 图1是对应用本实施方式的过氟化物处理装置的半导体制造车间的总体构成进 行说明的图。
[0040] 如图所示，本实施方式的半导体制造车间具备进行半导体的制造的半导体制造设 备1、分解处理过氟化物的过氟化物处理装置2、和进行酸性气体的捕集的酸洗涤器3。
[0041] 半导体制造设备1通常成为清洁室，在图示的例子中，具备：对作为半导体的硅、 多晶硅进行蚀刻的P-Si蚀刻器11 ;对作为绝缘膜的氧化硅（Si02)等氧化膜进行蚀刻的氧 化膜蚀刻器12 ;和为了用于布线而对金属膜进行蚀刻的金属蚀刻器13。
[0042] P-Si蚀刻器11、氧化膜蚀刻器12、金属蚀刻器13是干式蚀刻(干刻)装置，例如是 在处理室(工艺室：process chamber)内使用反应性的蚀刻气体进行蚀刻的反应性离子蚀 刻（RIE:Reactive Ion Etching)装置。
[0043] 在P-Si蚀刻器11、氧化膜蚀刻器12、金属蚀刻器13中使用的蚀刻气体分别不同， 但在用各装置进行干式蚀刻后排出的气体中包含起因于该蚀刻气体的各种过氟化物（以下 也称作 PFC (perfluorocompound))。该过氟化物，可例示出 CF4、C2F6、C3F8、C 4F8、C5F8、SF6、 CHF3等。而且，含有过氟化物的被排出的气体即蚀刻排气(蚀刻废气)，在用毒性气体消除 装置14除去了氯气（Cl 2)等的有毒气体之后，通过收集管道15被排出到半导体制造设备1 夕卜。在本实施方式中，被排出到半导体制造设备1外的蚀刻排气，例如是在作为载气的99% 的队（氮）气中含有1%的过氟化物等的气体。在本实施方式中，在蚀刻排气中所含有的过 氟化物优选为1%以下。另外，被排出的蚀刻排气的流量为例如3000L/min?3500L/min。
[0044] 过氟化物处理装置2在后面详细叙述，通过分解从半导体制造设备1排出的蚀刻 排气中所含的过氟化物来消除过氟化物后，作为排气被排出。因此，从半导体制造设备1的 各设备被排出并通过管道所收集的蚀刻排气，经由三通阀4被导入到过氟化物处理装置2。 过氟化物处理装置2不需要设置在清洁室内，通常被设置在半导体制造设备1的外侧。
[0045] 酸洗涤器3捕集酸性气体。而且，将进行了酸性气体的捕集之后的无害化了的气 体排出至半导体制造车间外。酸洗涤器3,在用过氟化物处理装置2未完全除去过氟化物的 情况下也担负捕集过氟化物的作用。另外，在过氟化物处理装置2发生故障等的情况下，还 担负着作为过氟化物处理装置2的后备(后援：back up)的作用。也就是说，在通常的状态 下，含有过氟化物的气体通过三通阀4被导入到过氟化物处理装置2中，利用过氟化物处理 装置2分解、处理过氟化物。但是，在过氟化物处理装置2发生故障等的情况下，切换三通 阀4,将含有过氟化物的气体直接导入到酸洗涤器3中。
[0046] 再者，虽然在图1中未图示，但也可以在三通阀4的上游侧设置捕集从半导体制造 设备1排出的蚀刻排气中所含的酸性气体的碱洗涤器。
[0047] <过氟化物处理装置的构成的说明>
[0048] 以下对过氟化物处理装置2进一步详细地说明。
[0049] 图2是对本实施方式的过氟化物处理装置2的概略构成进行说明的图。
[0050] 如图所示，过氟化物处理装置2具备：预处理装置21，其对被导入的装置入口排气 (蚀刻排气)进行预处理；过氟化物分解装置22,其对在预处理装置21中被预处理了的装置 入口排气中所含的过氟化物进行分解；和HF吸附装置23,其通过吸附在过氟化物分解装置 22中分解过氟化物时所生成的含有HF(氟化氢)的分解气体来将其干式除去。而且，利用所 述的各装置来处理装置入口排气进行无害化后，作为排气排出到过氟化物处理装置2外。
[0051] 图3是表示构成本实施方式的过氟化物处理装置2的各设备的图。
[0052] 如在图2中说明的那样，过氟化物处理装置2主要具备预处理装置21、过氟化物分 解装置22、和HF吸附装置23。另外，如图所示，过氟化物处理装置2具备控制装置24,该控 制装置24进行过氟化物处理装置2中所具备的各设备以及阀(未图示）等的控制。
[0053] 预处理装置21是对装置入口排气进行预处理的预处理单元的一例。预处理装置 21具备进行装置入口排气的预热的入口加热器211、和进行微粒子的除去的过滤器212、 212a。
[0054] 入口加热器211是预热单元的一例，对装置入口排气进行预热而使在装置入口排 气中所含的液体的水即微小的水滴(雾)蒸发。入口加热器211在装置入口排气通过的配管 的周围具备加热器211a。而且，装置入口排气在通过入口加热器211时被加热器211a加 热，被预热到雾蒸发的温度。此时，被预热的装置入口排气的温度可设为例如60°C。由此， 在接下来的过滤器212中能够抑制过滤器被雾堵塞。
[0055] 图4的（a)?（b)是对入口加热器211的内部结构进行说明的图。
[0056] 在本实施方式中，入口加热器211呈圆筒形状。而且，从图中的上部导入装置入口 排气。然后，装置入口排气向图中的下方向流通，从图中的下部排出。而且，在入口加热器 211中，在装置入口排气的流通路径中配置有翅片211b。
[0057] 在图4 (a)所图示的例子中，在入口加热器211中配有多个圆盘状的翅片211b。 该圆盘状的翅片211b，在其中心部的孔部贯穿有保持构件211c。而且，在该孔部中，翅片 211b和保持构件211c通过焊接等接合着。由此，翅片211b，在图中的上下方向上以相互大 致平行且大致等间隔排列成一列。
[0058] 另外，在图4(b)所图示的例子中，翅片211b，通过焊接等而接合于入口加热器211 的内壁。该情况下，翅片211b在图中的上下方向上相互大致平行地排列，在上下方向上排 列成为交错状。
[0059] 通过设置这样的翅片211b，装置入口排气的流动产生紊乱。因此，装置入口排气在 入口加热器211内部被搅拌，能够将加热器211a所产生的热充分传递到装置入口排气。另 夕卜，特别是在图4 (b)所图示的结构中，加热器211a所产生的热，通过翅片211b而进一步 传热，因此更容易对装置入口排气进行加热。而且，通过设置翅片211b，装置入口排气会碰 触翅片211b，而且在该碰触的部位水分凝结，由此也具有除去雾的效果。再者，此时，凝结了 的水分有时向入口加热器211的下部落下，并积存于入口加热器211的底部。因此，在本实 施方式中，在入口加热器211的底部设置了阀211d。而且，定期地打开阀211d，排出积存于 入口加热器211的下部的水。
[0060] 回到图3,过滤器212从利用入口加热器211使雾蒸发了的装置入口排气进行作为 固体成分的微粒子的除去。在半导体制造设备1中，产生上述的、进行干式蚀刻时削掉的氧 化硅等的微粒子。而且，该微粒子混入到装置入口排气中，因此利用过滤器212进行除去。 过滤器212,如果是能够使装置入口排气通过、并且捕集微粒子的过滤器，就没有特别限定， 例如，能够使用网式过滤器（mesh filter)等。
[0061] 另外，在本实施方式中，除了过滤器212之外，还具备作为辅助过滤器的过滤器 212a，在该过滤器212和过滤器212a之间，装置入口排气的流路被切换。过滤器212a具有 与过滤器212等同的性能，但相比于过滤器212为小型，能够使用的期间短。而且，在进行 过滤器212的更换等时，代替过滤器212,而向过滤器212a流通装置入口排气来除去固体成 分。由此，能够不停止过氟化物处理装置2的运行就进行过滤器212的更换。在本实施方 式中，利用作为第1过滤器的过滤器212和作为第2过滤器的过滤器212a构成固体成分除 去单元。
[0062] 再者，在本实施方式中，在入口加热器211与过滤器212之间导入空气。然后，使 被导入了空气的装置入口排气在过滤器212或者过滤器212a中通过。为了在接下来的过 氟化物分解装置22中抑制一氧化碳的生成，有时需要氧，因此在该阶段将空气与装置入口 排气混合。
[0063] 另外，在本实施方式中，在后面详细叙述，通过过滤器212后的装置入口排气暂且 进入到热交换器231。然后，通过热交换器231中的热交换，装置入口排气被加热。进而，以 液体的状态添加此时用于在接下来的过氟化物分解装置22中分解过氟化物的反应所需要 的水。该水在热交换器231中与装置入口排气一起被加热，变成气体的水蒸气。然后，一边 与装置入口排气混合一边被移送。在本实施方式中，作为水使用纯水，添加量是与后述的反 应式相称的量，为例如350mL/min。另外，该水也可以预先加热作为水蒸气而添加到热交换 器231中。
[0064] 另外，在本实施方式中，过滤器212,在装置入口排气的流通路径下游侧具备用于 采用压缩空气进行反洗的作为压缩空气口的一例的喷嘴212b。而且，通过从该喷嘴212b喷 射压缩空气，来除去沉积于过滤器212的表面的固体成分。
[0065] 在本实施方式中，在喷嘴212b上连接有供给压缩空气的配管，在该配管的途中设 有阀212e。而且，在本实施方式中，设有：检测装置入口排气通过过滤器212之前和之后的 压力差的差压计212c。而且，在差压计212c检测到的压力差达到了规定的值以上时，打开 阀212e，从喷嘴212b喷射压缩空气，来除去沉积于过滤器212的表面的固体成分。再者，该 处理也能够自动地进行。即，利用控制装置24等监视差压计212c测到的压力差，而且在检 知差压计212c测到的压力差达到了规定的值以上时，送出打开阀212e的控制信号，喷射压 缩空气。另外，该情况下，在预先确定的时间后送出关闭阀212e的控制信号，停止压缩空气 的喷射。
[0066] 通过如以上那样喷射压缩空气进行反洗，过滤器212的装置入口排气导入侧的表 面上的固体成分被除去，能够使差压降低。而且，通过进行该反洗，能够不停止过氟化物的 处理而继续运行，并且能够延长过滤器212的更换时期。
[0067] 过氟化物分解装置22,是对装置入口排气以及水进行加热，并且利用预先确定的 催化剂水解过氟化物而生成含有酸性气体的分解气体的加热单元的一例。而且，过氟化物 分解装置22具备第1加热器221和第2加热器222这两个加热器。
[0068] 第1加热器221在内部配置有加热器221a，通过该加热器221a对装置入口排气以 及在热交换器231中被添加而成为水蒸气的水进行加热。通过第1加热器221后的装置入 口排气，变为例如450°C?500°C。在本实施方式中，将第1加热器221设为装置入口排气 的流路成为水平方向的卧式的加热器。
[0069] 第2加热器222从上方导入装置入口排气，首先利用在内部具备的加热器222a对 装置入口排气和水蒸气进一步加热。由此，装置入口排气被加热到例如750°C。
[0070] 然后，被进一步加热了的装置入口排气，在配置于第2加热器222的下方的催化剂 层222b中与混合在装置入口排气中的水(水蒸气）发生反应，被分解。
[0071] 作为此时的分解反应，采取作为过氟化物的CF4、CHF3、C 2F6和SF6的情况为例，以下 示出反应式。
【权利要求】
1. 一种过氟化物处理装置，其特征在于，具备： 预处理单元，其对含有过氟化物的气体进行预处理； 加热单元，其对含有过氟化物的气体以及水进行加热，并且利用预先确定的催化剂水 解过氟化物，生成含有酸性气体的分解气体； 热交换单元，其配置于所述加热单元的前段以及后段，在流入该加热单元之前的含有 过氟化物的气体以及水与从该加热单元流出后的分解气体之间进行热交换；和 酸成分除去单元，其从自所述热交换单元流出后的分解气体干式除去酸成分， 所述预处理单元具备： 预热单元，其对含有过氟化物的气体进行加热，使含有过氟化物的气体中所含有的液 体的水蒸发；和 固体成分除去单元，其从利用所述预热单元使液体的水蒸发了的含有过氟化物的气体 除去固体成分。
2. 根据权利要求1所述的过氟化物处理装置，其特征在于，所述预热单元在含有过氟 化物的气体的流通路径中配有翅片。
3. 根据权利要求1或者2所述的过氟化物处理装置，其特征在于，在所述预热单元与所 述固体成分除去单元之间导入空气，并使被导入了空气的含有过氟化物的气体在该固体成 分除去单元中通过。
4. 根据权利要求1或者2所述的过氟化物处理装置，其特征在于，所述热交换单元使所 述水混合到流入所述加热单元之前的含有过氟化物的气体中。
5. 根据权利要求1或者2所述的过氟化物处理装置，其特征在于，所述固体成分除去单 元具备： 用于除去固体成分的第1过滤器；和 第2过滤器，其在进行该第1过滤器的更换时代替该第1过滤器来除去固体成分。
6. 根据权利要求1或者2所述的过氟化物处理装置，其特征在于，所述固体成分除去单 元在含有过氟化物的气体的流通路径下游侧具备用于采用压缩空气进行反洗的压缩空气 □。
7. -种过氟化物处理方法，其特征在于，具备： 预处理工序，该工序对含有过氟化物的气体进行预处理； 加热工序，该工序对含有过氟化物的气体以及水进行加热，并且利用预先确定的催化 剂水解过氟化物，生成含有酸性气体的分解气体； 热交换工序，该工序配置于所述加热工序的前段以及后段，在流入该加热工序之前的 含有过氟化物的气体以及水与从该加热工序流出后的分解气体之间进行热交换；和 酸成分除去工序，该工序从自所述热交换工序流出后的分解气体干式除去酸成分， 所述预处理工序具备： 预热工序，该工序对含有过氟化物的气体进行加热，使含有过氟化物的气体中所含有 的液体的水蒸发；和 固体成分除去工序，该工序从通过所述预热工序使液体的水蒸发了的含有过氟化物的 气体除去固体成分。
【文档编号】B01D53/75GK104056536SQ201410102944
【公开日】2014年9月24日 申请日期:2014年3月19日 优先权日:2013年3月19日
【发明者】鸟巢纯一, 早坂裕二, 加藤健一 申请人:昭和电工株式会社