气态流出物的常压等离子体处理制造技术

本发明专利技术涉及气体或气体混合物、特别是氟化气态流出物的转化方法。根据本发明专利技术，在对气体或气体混合物施加的电场和／或磁场的影响下，气体或气体混合物的至少一个分子的两个原子之间的至少一个键断裂。以非直线方式将气体或气体混合物注射通过电场和／或磁场，以增大气体分子运行通过该场的距离，并由此提高气体或气体混合物分子的转化效力。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及将第一气体或气体混合物转化为可能含有由该转化产生的液体和/或固体产物的第二气体或气体混合物的方法，该第一气体或气体混合物包含至少一些在构成分子的两个原子之间含有至少一个键的分子，其中在对所述第一气体或气体混合物施加的电场和/或磁场的作用下，所述分子的两个原子之间的至少一个键断裂。用于破坏流出物的这种方法特别可从US-A-5,965,786获知。等离子体特别用于从制造半导体的薄层沉积和蚀刻过程排出的排放物中去除污染。这些流出物(氟化气体、腐蚀性卤化化合物、气态氢化物、有机金属前体，等等)在每个泵15至60升氮的流量下以相对较高的浓度存在于主真空泵的废气中。为了转化这些大量有害分子中的大部分，常压微波放电优于其它方法，因为其能够诱发大量离解的非弹性碰撞的高电子密度(1012至1015厘米-3)。常压微波等离子体的一个特征是重粒子(中性粒子和离子)吸收相对较高的平均能量。在含有排放物的介电室的中轴区中，气体温度可以实际达到3000至7000K。该室(例如介电管)的壁应该保持在与其物理完整性相容的最低温度。还优选通过与其接触的载热介电流的循环来将其冷却。因此存在从中轴向边缘递减的径向温度梯度。当温度降低时，气体密度提高，电离较不可能，并促进带电粒子的再结合。由此，随着温度从中轴向边缘递减，电子密度降低。视觉上，发现排放物的发光强度随着其进一步远离中轴而衰减。在一些情况下，对于小于管半径的轴向位置，电子密度变得非常低，且排放物不再填满后者的横截面。于是排放物被称为已经收缩。电子密度朝边缘的这种径向分布的形式特别取决于等离子体的操作参数氮气中各种污染气体的性质和浓度，总流速和微波功率。其还取决于之前的固定参数，例如放电管的内径及其制造材料的性质(特别通过导热率)。可以理解的是，电子强度和气体温度的径向分布影响气态介质和管壁之间的热交换关系，并因此影响后者的稳定性。已经发现，氮含量中大约1％的一些气体(例如氦气和氢气)具有促进排放物的径向膨胀并因此提高管壁附近的气体温度的作用。由此，热效应引起的管壁老化加重。还发现，一些气体具有相反影响并促进排放物的径向收缩。在这种情况下，通常观察到，等离子体不会保持始终集中在中轴上，而是在管的横截面中无规移动。当等离子体偏离中心并接近管壁时，其暂时暴露在非常高的气体温度以及具有更高能量的脱离热力学平衡的电子作用下。该极限情况在于，当等离子体作为一种或多种非常致密的单丝存在时，它们如果与壁接触足够长的时间，就会对后者产生极端的局部应力。因此存在通过热机械过载、由高能氟化物质造成的管壁点腐蚀以及介电冷却流在等离子体在壁上的接触点背面的管壁外表面上的碳化而破坏壁的危险。这种问题的第一解决方案包括使用由非常高性能的材料(例如氮化铝)制成的管，使用该管，这种劣化现象变得极其罕见，而非不可能预见其发生。特别地，通常通过可以利用各种卤化气体、plasmogenic气体(例如氩气)和各种添加剂，例如氦气、氢气或其它化学添加剂，或甚至重稀土气体(所有这些均以通常未知的非常不定的比例存在)的使用方法的特征设定控制收缩现象和成丝的参数。此外，等离子体与壁之间的接触现象本身是完全随机的，因此非常难以防止这些现象，其引发危害操作并因此危害装置安全性的风险。此外，等离子体的径向密度梯度的存在还极大地限制了流出物破坏系统的性能。实际上，该室的边缘区域较冷且电子衰减。因此，与中心区域相比，在这一边缘区域较不可能发生污染物分子的离解，并促进它们由它们的片段重组(由于存在相对较高的绝对浓度)。从该低能边缘区域通过该室的污染物气体分子，与在中轴附近通过相比具有低得多的离解可能。可以相像到，所述分子在其通过过程中由于扩散、对流或湍流而移向较热的中心区域。然而，在氮气中，如果考虑到离开主泵的氮气总流量，等离子体柱相对较短且通过速度相对较高，那么这些用于材料交换的方法几乎没有时间完成。本专利技术还涉及通过例如NF3的分子在等离子体中的裂化获得例如氟F2的气体的发生器。以本申请人的名义在2005年6月29日提交的国际专利PCT/FR05/01652中描述了这种方法和相关发生器，该专利的内容经此引用并入本申请。本专利技术特别能够针对室中、特别是管中的微波等离子体引起的问题-一方面，通过对抗直径和等离子体的无规轴向偏心的变动，改进放电管的耐久性和可靠性，-另一方面，通过迫使污染物气体分子在等离子体密集区中沿着明显更长的路径前进，更好地利用在该系统中平均供应的过量活性物类，以及提高相对于注入功率的转化效率。本专利技术的方法的特征在于，将气体或气体混合物流以非直线方式注射通过电场和/或磁场，以增大气体分子运行通过所述场的距离并因此提高气体或气体混合物分子的破坏效力。优选地，将气体或气体混合物如下注入场中其中气体或气体混合物的切向运动的量大于所述气体或气体混合物的轴向运动的量，此外，切向运动的量远大于轴向运动的量。根据本专利技术的一个特征，将至少一部分气体或气体混合物在受到电场和/或磁场作用之前以具有切向分速度的方式注入空腔，优选管腔。优选地，通过包括切向分量的多个注射注入气体或气体混合物。根据优选方案，切向注射规则地分布在圆周上。各种不同的实施方案是可行的，特别是注射或气体混合物均位于相同平面中；或注射位于不同平面中。位于相同平面上的注射规则分布在该平面中。根据一个实施方案至少一个平面仅有一个注射；和/或至少一个平面有两个呈180°的注射；和/或至少一个平面有三个呈120°的注射；和/或至少一个平面有四个呈90°的注射。一般而言，注射平面与受到场作用的管或空腔的轴垂直。然而，根据本专利技术的一个变体，至少一个注射通过下述孔进行——确定该孔的方向，以产生与气体流向或流入空腔的所需流向平行的注射气体速度分量。例如，在气体注射到空腔、特别是管腔(其通常在其使用过程中垂直放置)中且气体向下流动的情况下，有时优选不水平地进行这种注射，而是以相对于空腔的垂直轴以在0°至90°、优选20°至70°之间变动的角度、更优选以大约45°向下倾斜的方向进行注射。位于蚀刻和沉积反应器的泵出口处的等离子体器件的操作条件(在大气压或接近大气压下)应该，一般而言，使其能够在来自数个蚀刻室的废气同时连接到去污染装置上并同时操作时在入口处吸收大于80升/分钟(slm)的总流量。气体主要由氮气构成。为了获得最稳定分子、例如PFCs的良好转化效率，必需的总功率通常应该大于3kW，并对空腔、特别是放电管的外壁提供冷却。本专利技术的实施通常能够建立下述流体动力系统——其趋于保持该系统的轴对称并防止随机干扰、特别是具有电磁或热性质的随机干扰使等离子体偏离轴位置。在本专利技术的优点中，可以指出-降低壁平均温度，由此能够进一步延长进行放电管的预防性维护操作的时间间隔，-保护等离子体远离空腔(例如，管)壁，以防止该壁温度的局部升高，这可能达到大约1000℃。通过优选使流体产生螺旋运动(当使用轴对称的空腔时)以及通过具有高的和低的等离子体能量的区域之间的湍流促进材料交换，本专利技术的流体流能够相当大地延长气体在活性区中的路程。在实践中，特别是在需要保持螺旋运动时，优选遵循一些限制条件。优选地-必须首先保持器件的紧凑性，如果可以，不在器件中添加与根据本专利技术注射气体无关的任何明显的补充本文档来自技高网...

【技术保护点】
将第一气体或气体混合物转化为可能含有由该转化产生的液体和／或固体产物的第二气体或气体混合物的方法，该第一气体或气体混合物包含至少一些在构成分子的两个原子之间含有至少一个键的分子，其中，在对所述第一气体或气体混合物施加的电场和／或磁场的作用下，所述分子的两个原子之间的至少一个键断裂，该方法的特征在于将气体或气体混合物流以非直线方式注射通过电场和／或磁场，以增大气体分子运行通过所述场的距离，并因此提高气体或气体混合物分子的键的断裂效力。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：Y卡保齐，M穆瓦桑，JC罗斯坦，D介朗，H迪尔菲，P穆瓦内，V洛朗，B迪佩特，
申请(专利权)人：乔治洛德方法研究和开发液体空气有限公司，
类型：发明
国别省市：FR[法国]