废气处理方法和处理系统技术方案

本发明专利技术涉及一种处理从刻蚀或清洗步骤排放的含有氟气或卤素氟化物气体的废气的方法，包括使该废气在燃烧室中燃烧，该燃烧室具有在其表面上形成的氟化物钝化膜。该方法用于处理从半导体制造工艺中排放的含有高浓度或大量氟气或卤素氟化物气体的废气，该方法是安全和节能的，并能以提高的效率进行废气的预处理。（*该技术在2023年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及废气处理方法和处理装置。更具体地说，本专利技术涉及用于处理含有氟气或卤素氟化物气体的废气的方法和装置，这些气体是从半导体制造工艺的刻蚀或清洗步骤中排放的，和涉及利用该方法和装置的半导体器件制造工艺。
技术介绍
从半导体制造中的各个步骤中排放的废气含有一些气体，如半导体材料气体、刻蚀气体或清洗气体，而这些气体常常是有害的。它们有时包括环境上不友好的气体，所以含有此类组分的废气不能直接排放到大气中。废气处理的方法是广为人知的，包括(1)湿消除方法，其中中和剂如苛性苏打(氢氧化钠)用于氧化反应或中和反应，(2)使用催化剂床的反应性分解方法，(3)以吸附到氧化物或类似物上为基础的干消除方法，(4)引入电热器的热分解方法，和(5)燃烧消除方法，和根据所希望的特征来使用这些方法。近年来，在从半导体制造工艺以及显著更大尺寸的硅晶片和液晶板和相应较大的制造装置中排放的废气中所含有的有害组分的多样性已经增加，导致了在该制造工艺中所使用的气体的体积更大。另外，由于用于片材进给装置的多腔室的更多使用和相应制造工艺的更大复杂性，常常有必要同时处理大体积的来自不同途径的废气，或安全地处理废气，这些废气在同一通路中流动，同时改变时间周期，对于使用相同的消除系统有非常不同的性能。因此，近年来，各种热处理型消除方法，如燃烧型或热分解型方法，已经被考察作为消除方法，其中通过将易燃性燃料气体或类似物在高温下燃烧而将废气中含有的有毒组分或环境不友好的废气组分转化成无害的物质，或将它们转化成易于处理的物质。然而，尤其对于燃烧型消除系统，从半导体制造工艺中排放的废气在高温下与燃料气体如城市煤气、LPG(液化石油气)、甲烷或类似物和与承载气体如空气和氧气一起进行燃烧处理，而这导致从废气中的元素氮或空气中的氮气产生作为副产物的NOx气体。NOx气体常常在燃烧的废气中以1-30％的非常高的浓度产生，这取决于所使用的装置和燃烧条件，已经考察了几种方法将浓度限制到TLV(25ppm的NO，3ppm的NO2)。例如，日本未经审查的专利出版物No.2001-193918描述了燃烧室形状和喷管形状的研究以便减少NOx的产生。然而，当燃烧的废气含有NF3气体(它大量用于刻蚀和清洗步骤)时，NOx的产生是特别高的，这需要改进。另一方面，清洗也可以在半导体制造工艺中使用氟气或卤素氟化物气体或它们的混合物作为显示较高性能的清洗气体等进行。例如，J.Appl.Phys.，p.2939，56(10)，No.15,1984报道了研究结果，表明氟气和卤素氟化物气体的清洗性能比NF3气体更优异。尽管如此，氟气或卤素氟化物气体是具有高化学反应性的高活性强氧化剂，因此常常与氧化性物质在常温下反应，导致着火，同时它们也对装置材料是高度腐蚀性的。因此该装置材料必须严格地选自特定的高度耐腐蚀性的金属，并且不含油和水；而且，广泛用作半导体制造装置的高度耐腐蚀性树脂的四氟乙烯树脂常常不适合于给定的使用条件。作为氟气或卤素氟化物气体如三氟化氯的消除系统，可以使用湿吸收系统，它借助于使用碱水溶液如苛性苏打或苛性钾的洗涤器来完成中和吸收；或干消除系统，它利用固体吸附剂如活性矾土或苏打石灰来完成吸收除去。然而，所有这些方法都有一个缺点，即它们无法实现含有高浓度氟气或卤素氟化物气体的废气的处理。当对于较大体积的氟气或卤素氟化物气体的情况而使用湿消除系统如碱洗涤器时所遇到的附加问题是，吸收塔的尺寸必须增大，吸收溶液的废物处理变得复杂，并且运行费用是较高的。对于干式分解消除系统或吸附除去消除系统，不仅难以安装大的流动消除系统，而且固体分解剂和吸收剂的置换频率较高，这导致操作成本急剧增加，同时所添加的维护程序倾向于导致安全管理问题。本专利技术的公开鉴于这一背景，本专利技术的目的是提供消除方法和系统，该系统能够处理从半导体制造工艺中排放的含有高浓度或大量氟气或卤素氟化物气体的废气，而且它是安全和能量有效率的并以更高效的方式完成消除。如上所述，当氟气或卤素氟化物气体用于半导体制造工艺中时，该废气单独通过特殊的消除系统来处理，但是本专利技术的方法通过提高半导体器件尺寸和复杂性并为其提供多重功能来克服上述问题，同时减少了该消除系统的安装空间。作为针对解决上述问题的努力研究的结果，本专利技术人已基于以下发现完成本专利技术上述问题可以通过使用一种处理方法来解决，其中从刻蚀或清洗步骤中排放的含有氟气或卤素氟化物气体的废气被引入到装有燃烧室的燃烧装置中，该燃烧室具有在其表面上形成的氟化物钝化膜。换句话说，本专利技术提供一种废气处理方法，包括在燃烧室中燃烧从刻蚀或清洗步骤中排放的含有氟气或卤素氟化物气体的废气，该燃烧室具有在其表面上形成的氟化物钝化膜。该氟化物钝化膜优选是由氟化镍组成。氟气或卤素氟化物气体的浓度优选是不大于5体积％。燃烧之后在废气中氮氧化物的含量优选是低于5体积ppm。本专利技术进一步提供一种废气处理系统，它装有废气引入口、燃料引入口、预燃室、燃烧室、空气引入口和排风管，并且具有在至少该燃烧室表面上形成的氟化物钝化膜。根据优选的实施方案，该燃烧室是由选自镍、富镍合金和蒙乃尔合金中的至少一种类型的材料所形成，和氟化物钝化膜是在该材料的表面上形成。根据另一个优选的实施方案，该燃烧室是由选自不锈钢和钢材料中的至少一种类型的材料所形成，其中材料的表面具有由镍、镍合金电镀层、电熔镀覆层或镍合金化学镀覆层组成的薄膜或由矾土或氮化铝组成的陶瓷薄膜，和在该薄膜表面上形成的氟化物钝化膜。本专利技术进一步提供一种半导体器件制造工艺，包括采用氟气或卤素氟化物气体作为刻蚀气体或清洗气体的刻蚀或清洗步骤和其中使在前面步骤中排放的含有氟气或卤素氟化物气体的气体燃烧的消除步骤，该消除步骤是在燃烧室中进行，所述燃烧室具有在其表面上形成的氟化物钝化膜。该氟化物钝化膜优选是由氟化镍组成。附图简述附图说明图1是示意图，显示了用于进行本专利技术废气处理方法的处理系统的一个实例。在这一示意图中，1是工艺废气，2是稀释气体，3是承载气体，4是用于燃烧的可燃气体，5是空气，6是大气排放气体，7是预燃室，8是燃烧室，9是燃烧气体冷却装置，10是碱洗涤器和11是抽风机。进行本专利技术的最佳方式现在详细说明本专利技术的优选实施方案。在本专利技术的废气处理方法中，从刻蚀或清洗步骤中排放的含有氟气或卤素氟化物气体的废气是在燃烧室中燃烧，该燃烧室具有在其表面上形成的氟化物钝化膜。也就是说，本专利技术包括在规定温度下的处理，以使得从半导体制造工艺中排放的包含氟气或卤素氟化物气体以及用作成膜气体的气体(例如SiH4)或其它气体的废气变得无害。本专利技术的处理方法可以显著地减少作为从消除系统中排放的分解副产物的二氧化碳和NOx气体的量，这通过让充分无害化的处理在减少燃料供给和更低燃烧温度(与不存在氟气或卤素氟化物气体时的普通燃烧条件相比)的条件下进行，或换句话说，它允许对于易于无害化的化合物进行处理，使得该操作可在此类合适条件下进行。根据本专利技术，燃烧型消除系统用于以下气体的同时消除处理成膜气体如SiH4、SiH2Cl2、NH3、PH3、WF6、Si(OC2H5)4、NF3、H2、B2H6、CH4、C2H2和类似物，在半导体制造工艺中排放的并在半导体各制造步骤中常用的清洗气或其它气体组分，以及该氟气本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种废气处理方法，包括在燃烧室中燃烧从刻蚀或清洗步骤中排放的含有氟气或卤素氟化物气体的废气，该燃烧室具有在其表面上形成的氟化物钝化膜。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：田口裕康，星野恭之，朴炳涉，金炳哲，
申请(专利权)人：昭和电工株式会社，小池酸素工业株式会社，
类型：发明
国别省市：JP[日本]