JP2010058009A - Method of decomposing nitrogen trifluoride and device using this method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、三フッ化窒素を毒性が低くかつ温暖化係数の小さい物質に分解する処理方法および処理装置に関するものである。 The present invention relates to a treatment method and a treatment apparatus for decomposing nitrogen trifluoride into a substance having low toxicity and a small warming potential.
三フッ化窒素(NF3)は、代替フロンの一種のPFC(PerFluoro Compound)ガスの一つであり、半導体等の製造工程で、ドライエッチングにおけるプロセスガスやCVD(Chemical Vapor Deposition:気相化学成長)法による成膜装置のクリーニングガスとして使用されている。そして、これらの装置から排気されたガスには、未反応の三フッ化窒素が含まれている。 Nitrogen trifluoride (NF 3 ) is a kind of PFC (PerFluoro Compound) gas, which is a substitute for chlorofluorocarbons. It is a process gas for dry etching and chemical vapor deposition (CVD) in the manufacturing process of semiconductors. ) Method as a cleaning gas for a film forming apparatus. And the gas exhausted from these apparatuses contains unreacted nitrogen trifluoride.
三フッ化窒素は、四フッ化炭素(CF4)等の他のPFCガスと同様に温室効果ガスである(温暖化係数:10800)上、毒性があるため、三フッ化窒素を含む排ガスにおいては、三フッ化窒素を分離、回収して再利用したり、分解処理して無害化する必要がある。三フッ化窒素等のPFCガスの分解処理方法としては、触媒分解方式(特許文献1〜3)、燃焼方式(特許文献4,5)、およびプラズマ分解方式(特許文献6〜8)が開示されている。 Like other PFC gases such as carbon tetrafluoride (CF 4 ), nitrogen trifluoride is a greenhouse gas (global warming potential: 10800) and is toxic, so in exhaust gas containing nitrogen trifluoride It is necessary to separate, recover and reuse nitrogen trifluoride, or to make it harmless by decomposing it. As a method for decomposing PFC gas such as nitrogen trifluoride, a catalytic decomposition method (Patent Documents 1 to 3), a combustion method (Patent Documents 4 and 5), and a plasma decomposition method (Patent Documents 6 to 8) are disclosed. ing.
触媒方式においては、触媒として、活性炭や酸化アルミニウム(Al2O3)、ニッケル(Ni)や鉄(Fe)等の還元性金属触媒が用いられ、例えば、特許文献3に記載されている触媒方式においては、以下の反応式により、三フッ化窒素が加水分解される。
2NF3+3H2O→NO+NO2+6HF
In the catalyst system, a reducing metal catalyst such as activated carbon, aluminum oxide (Al 2 O 3 ), nickel (Ni) or iron (Fe) is used as the catalyst. For example, the catalyst system described in
2NF 3 + 3H 2 O → NO + NO 2 + 6HF
一方、燃焼方式およびプラズマ分解方式によれば、常温では非常に安定なPFCガスを、高い熱エネルギーや電気エネルギーで活性化して、温暖化係数の小さい物質に分解することができる。例えば、特許文献5に記載されているプロパン(C3H8)ガスによる燃焼処理を三フッ化窒素に適用すると、以下の反応式により、三フッ化窒素が分解される。
NF3+C3H8+O2→NO2+HF+CO2
On the other hand, according to the combustion method and the plasma decomposition method, PFC gas, which is very stable at room temperature, can be activated with high thermal energy or electrical energy and decomposed into a substance having a small warming coefficient. For example, when the combustion treatment with propane (C 3 H 8 ) gas described in Patent Document 5 is applied to nitrogen trifluoride, nitrogen trifluoride is decomposed by the following reaction formula.
NF 3 + C 3 H 8 + O 2 → NO 2 + HF + CO 2
特許文献6,7に記載されているプラズマ分解方式においては、プラズマトーチにキャリアガス等を供給してプラズマジェットを形成し、PFCガスに供給することにより、PFCガスを分解している。また、特許文献8に記載されているプラズマ分解方式においては、PFCガス雰囲気にプラズマを発生させることによりPFCガスを活性化して分解している。このようなプラズマによる三フッ化窒素の分解は、以下の反応式の通りである。
2NF3→N2+3F2
2NF 3 → N 2 + 3F 2
しかしながら、前記従来の方法のうち、触媒方式においては、前記反応式の加水分解の結果、フッ化水素(HF)と窒素酸化物(NOx)が大量に生成する。特に、加水分解においてフッ化水素は水(H2O)と共存するため、腐食性の非常に高いフッ化水素酸となり、排気配管やバルブ等に防食処理が必要となる。また、窒素酸化物は大気汚染原因物質であるので、別途、除害する必要がある。また、触媒方式は、数百℃から1000℃を超える高温で処理するが、三フッ化窒素は高温や高圧(大気圧近傍)下では爆発的な自己分解反応や還元反応を起こす性質があるため、処理において管理が困難である。さらに、活性炭を触媒に用いた場合は、毒性は低いがより安定な温室効果ガスであるCF4等のフッ化炭素を生成するため、フッ化炭素を分解する必要がある。 However, among the conventional methods, in the catalytic system, hydrogen fluoride (HF) and nitrogen oxides (NOx) are produced in large quantities as a result of hydrolysis of the reaction formula. In particular, since hydrogen fluoride coexists with water (H 2 O) in hydrolysis, it becomes highly corrosive hydrofluoric acid, and anticorrosion treatment is required for exhaust pipes and valves. Moreover, since nitrogen oxides are air pollutants, they need to be removed separately. In addition, the catalytic system is processed at a high temperature exceeding several hundred to 1000 ° C, but nitrogen trifluoride has the property of causing an explosive self-decomposition reaction or a reduction reaction at a high temperature or high pressure (near atmospheric pressure). It is difficult to manage in processing. Furthermore, when activated carbon is used as a catalyst, it is necessary to decompose the fluorinated carbon in order to produce fluorinated carbon such as CF 4 which is a less stable but more stable greenhouse gas.
また、燃焼方式を三フッ化窒素に適用した場合も、酸素(O2)により前記反応式の通り、窒素酸化物が大量に生成する。さらに、温度や処理量の条件によっては、フッ化炭素が発生する場合があり、さらなる処理が必要となる。さらに、燃焼による高温で、反応が爆発的に進行する虞があり、処理において管理が困難である。同様に、プラズマ分解方式においては、中心付近の温度が約10000℃という高温のプラズマトーチを用いて形成されたプラズマジェットに接触させることにより、三フッ化窒素が1000℃以上の高温になる。また、三フッ化窒素がプラズマ化すると、フッ素ラジカル(F*)やフッ素イオン(F-,F+)のような腐食性の強い活性種が生成するため、反応室や排気配管等に耐食性が要求される。 Further, when the combustion method is applied to nitrogen trifluoride, a large amount of nitrogen oxide is generated by oxygen (O 2 ) as in the above reaction formula. Furthermore, depending on the conditions of temperature and processing amount, fluorocarbon may be generated, and further processing is required. Furthermore, the reaction may explosively proceed at a high temperature due to combustion, and it is difficult to manage the processing. Similarly, in the plasma decomposition method, nitrogen trifluoride is heated to a high temperature of 1000 ° C. or higher by bringing it into contact with a plasma jet formed using a high temperature plasma torch having a temperature near the center of about 10,000 ° C. Further, when the nitrogen trifluoride into a plasma, the fluorine radicals (F *) and fluoride ions (F -, F +) for corrosive active species such as to produce, corrosion resistance to the reaction chamber and the exhaust pipe or the like Required.
本発明は、前記問題点に鑑みてなされたものであり、三フッ化窒素を毒性が低くかつ温暖化係数の小さい物質に分解し、さらには腐食性の強い物質が生成せず、処理において管理が容易な三フッ化窒素の分解処理方法および分解処理装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above problems, and decomposes nitrogen trifluoride into a substance having low toxicity and a low global warming potential, and does not produce a highly corrosive substance. It is an object of the present invention to provide a nitrogen trifluoride decomposition treatment method and decomposition treatment apparatus that are easy to handle.
本発明者らは、減圧下で、別の物質をプラズマ化により活性化させて、三フッ化窒素に接触させることで、三フッ化窒素自体はプラズマ化させることなく分解することに想到した。そして、活性化させる物質を水素原子とすることで、比較的取り扱いの容易なアンモニアとフッ化水素として取り出せることを見出した。 The inventors of the present invention have come up with the idea that nitrogen trifluoride itself is decomposed without being converted into plasma by activating another substance under plasma and bringing it into contact with nitrogen trifluoride under reduced pressure. And it discovered that it can take out as ammonia and hydrogen fluoride which are comparatively easy to handle by making the substance to activate into a hydrogen atom.
すなわち、本発明に係る三フッ化窒素分解処理方法は、NF3が反応室で水素活性種と反応することにより前記NF3をNH3とHFとに分解する三フッ化窒素分解処理方法であって、水素原子を含有する気体分子をプラズマ化することにより前記水素活性種を生成させることを特徴とする。 That is, nitrogen trifluoride decomposition treatment method according to the present invention, there in nitrogen trifluoride decomposition treatment to decompose the NF 3 into NH 3 and HF by NF 3 reacts with hydrogen active species in the reaction chamber Then, the hydrogen active species are generated by converting gas molecules containing hydrogen atoms into plasma.
このように、水素原子を含有する気体分子をプラズマ化することにより反応性の高い水素活性種を得て、常温で非常に安定な三フッ化窒素を分解することができ、さらに、三フッ化窒素を構成するN,Fがそれぞれ水素原子(水素活性種)と結合するので、生成する物質が水溶性で処理の容易なアンモニアとフッ化水素となる。 In this way, hydrogen reactive species can be obtained by plasmaizing gas molecules containing hydrogen atoms, and nitrogen trifluoride that is extremely stable at room temperature can be decomposed. Since N and F constituting nitrogen are each bonded to a hydrogen atom (hydrogen active species), the produced substances are ammonia and hydrogen fluoride which are water-soluble and easy to process.
また、本発明に係る三フッ化窒素分解処理方法は、NF3とプラズマ化工程で生成された水素活性種とをいずれか一方から順次または同時に反応室に供給して、前記反応室で前記NF3が前記水素活性種と反応することにより前記NF3をNH3とHFとに分解する三フッ化窒素分解処理方法であって、前記プラズマ化工程は、水素原子を含有する気体分子をプラズマ発生室に供給する工程と、前記プラズマ発生室において前記気体分子をプラズマ化して、当該気体分子に含有される水素原子の少なくとも一部を解離して前記水素活性種とする工程と、を行うことを特徴とする。 In addition, the nitrogen trifluoride decomposition treatment method according to the present invention supplies NF 3 and the hydrogen active species generated in the plasma process to the reaction chamber sequentially or simultaneously from either one, and in the reaction chamber, the NF 3 is a method of decomposing nitrogen trifluoride by decomposing the NF 3 into NH 3 and HF by reacting with the hydrogen active species, wherein the plasma forming step generates gas molecules containing hydrogen atoms into plasma. A step of supplying to a chamber; and a step of converting the gas molecules into plasma in the plasma generation chamber to dissociate at least a part of hydrogen atoms contained in the gas molecules to form the hydrogen active species. Features.
このように、プラズマを発生させる領域を三フッ化窒素が存在する反応室の外として、反応室で三フッ化窒素が水素活性種と反応するようにすることで、三フッ化窒素自体はプラズマ化されることがないので管理が容易となる。また、水素原子がプラズマ化されてから反応室に供給されるので、効率がよい。 In this way, the region where plasma is generated is outside the reaction chamber where nitrogen trifluoride is present, and nitrogen trifluoride reacts with the hydrogen active species in the reaction chamber, so that nitrogen trifluoride itself is plasma. Management is easy because it is not converted to Further, since hydrogen atoms are converted into plasma and then supplied to the reaction chamber, efficiency is high.
さらに、本発明に係る三フッ化窒素分解処理方法において、前記水素原子を含有する気体分子をプラズマ発生室に供給する工程は、当該供給された気体分子に含有される水素原子の数が合計で、反応室に供給されるNF3の分子の数の6倍以上となるように、気体分子を供給することが好ましい。このような量の気体分子を供給することで、反応室における三フッ化窒素のほとんどすべてを未反応で排出することなく、アンモニアとフッ化水素とに分解できる。 Furthermore, in the nitrogen trifluoride decomposition treatment method according to the present invention, the step of supplying the gas molecules containing hydrogen atoms to the plasma generation chamber includes the total number of hydrogen atoms contained in the supplied gas molecules. It is preferable to supply gas molecules so that the number of NF 3 molecules supplied to the reaction chamber is 6 times or more. By supplying such an amount of gas molecules, almost all of the nitrogen trifluoride in the reaction chamber can be decomposed into ammonia and hydrogen fluoride without being discharged unreacted.
さらに、本発明に係る三フッ化窒素分解処理方法は、前記水素原子を含有する気体分子を、減圧プラズマによりプラズマ化することが好ましい。減圧プラズマは低温処理であるため、三フッ化窒素に接触する水素活性種が高温にならず管理が容易となる。 Furthermore, in the nitrogen trifluoride decomposition treatment method according to the present invention, it is preferable that the gas molecule containing the hydrogen atom is turned into plasma by reduced pressure plasma. Since the low-pressure plasma is a low-temperature treatment, the hydrogen active species in contact with the nitrogen trifluoride does not become high temperature and management is easy.
さらに、本発明に係る三フッ化窒素分解処理方法において、NF3が水素活性種と反応する環境が、0.1〜10Torrに減圧されていることが好ましい。このような減圧状態とすることで、三フッ化窒素が過剰に反応することなく、分解処理において管理が容易となる。 Furthermore, in the nitrogen trifluoride decomposition treatment method according to the present invention, it is preferable that the environment in which NF 3 reacts with the hydrogen active species is reduced to 0.1 to 10 Torr. By setting it as such a pressure reduction state, nitrogen trifluoride does not react excessively, but management becomes easy in a decomposition process.
さらに、本発明に係る三フッ化窒素分解処理方法において、前記水素原子を含有する気体分子は、H2,CH4,C2H6,C3H8,C2H4,C2H2,NH3,H2Oのいずれかであることが好ましい。これらの気体分子は、工業用のガスとして取り扱いが容易である。 Further, in the nitrogen trifluoride decomposition treatment method according to the present invention, gas molecules containing hydrogen atoms, H 2, CH 4, C 2 H 6, C 3 H 8, C 2 H 4, C 2 H 2 , NH 3 , or H 2 O is preferable. These gas molecules are easy to handle as industrial gases.
また、本発明に係る三フッ化窒素分解処理装置は、NF3をNH3とHFとに分解する分解処理装置であって、前記NF3を含むガスを供給される反応室と、この反応室を減圧して圧力を保持し、かつ前記NH3とHFを含むガスを前記反応室から排出する真空排気手段と、前記反応室に接続されて水素活性種を供給するプラズマ発生室と、このプラズマ発生室に水素原子を有する気体分子を含む反応ガスを供給する反応ガス供給手段と、前記プラズマ発生室において前記気体分子をプラズマ化して、当該気体分子に含有される水素原子の少なくとも一部を解離して前記水素活性種とするプラズマ発生手段と、を備えることを特徴とする。 The nitrogen trifluoride decomposition treatment apparatus according to the present invention is a decomposition treatment apparatus for decomposing NF 3 into NH 3 and HF, and a reaction chamber to which a gas containing the NF 3 is supplied, and the reaction chamber A vacuum evacuation means for maintaining the pressure by reducing pressure and exhausting the gas containing NH 3 and HF from the reaction chamber, a plasma generation chamber connected to the reaction chamber and supplying hydrogen active species, and the plasma A reactive gas supply means for supplying a reactive gas containing gas molecules having hydrogen atoms to the generation chamber; and the gas molecules are converted into plasma in the plasma generation chamber to dissociate at least a part of the hydrogen atoms contained in the gas molecules. And a plasma generating means for using the hydrogen active species.
このように、三フッ化窒素の存在しないプラズマ発生室で水素原子を有する気体分子を含むガス雰囲気でプラズマを発生させることで管理が容易となり、また、プラズマ発生室で生成した水素活性種が反応室に供給されるため効率よく三フッ化窒素が分解されて、さらに、生成する物質が水溶性で処理の容易なアンモニアとフッ化水素となる。 In this way, plasma is generated in a gas atmosphere containing gas molecules having hydrogen atoms in a plasma generation chamber in which nitrogen trifluoride does not exist, thereby facilitating management, and active hydrogen species generated in the plasma generation chamber react. Since nitrogen trifluoride is efficiently decomposed because it is supplied to the chamber, the substance to be produced becomes water-soluble ammonia and hydrogen fluoride which are easily treated.
さらに、本発明に係る三フッ化窒素分解処理装置において、前記反応室は、上流からNF3を含むガスを供給され、下流に真空排気手段が接続されて配管を構成し、前記プラズマ発生室は、上流に反応ガス供給手段が接続され、下流に反応室の側部が接続されて前記配管に対する支管を構成することが好ましい。または、本発明に係る三フッ化窒素分解処理装置において、前記反応室と前記プラズマ発生室は二重管を構成し、前記反応室は、上流からNF3を含むガスを供給され、下流に真空排気手段が接続されて前記二重管の内管を構成し、前記プラズマ発生室は、前記二重管の外管を構成し、前記内管の周面に形成された1つ以上の貫通孔で前記反応室に接続されていることが好ましい。 Further, in the nitrogen trifluoride decomposition treatment apparatus according to the present invention, the reaction chamber is supplied with a gas containing NF 3 from the upstream, and a vacuum exhaust means is connected downstream to constitute a pipe, and the plasma generation chamber is It is preferable that a reaction gas supply means is connected upstream and a side portion of the reaction chamber is connected downstream to constitute a branch pipe for the pipe. Alternatively, in the nitrogen trifluoride decomposition treatment apparatus according to the present invention, the reaction chamber and the plasma generation chamber constitute a double tube, and the reaction chamber is supplied with a gas containing NF 3 from the upstream and is vacuumed downstream. One or more through-holes formed in the peripheral surface of the inner pipe, the exhaust means being connected to constitute the inner pipe of the double pipe, the plasma generation chamber constituting the outer pipe of the double pipe And is preferably connected to the reaction chamber.
これらのように構成することで、三フッ化窒素を含む排ガスを排出する装置の排気系に容易に接続でき、かつ小型化された分解処理装置となる。 By configuring as described above, it is possible to easily connect to an exhaust system of an apparatus for exhausting exhaust gas containing nitrogen trifluoride, and to obtain a downsized decomposition treatment apparatus.
さらに、本発明に係る三フッ化窒素分解処理装置において、前記プラズマ発生手段は、誘導結合プラズマを発生させることが好ましい。誘導結合プラズマであれば、減圧下で高密度のプラズマを発生させることが容易である。 Furthermore, in the nitrogen trifluoride decomposition processing apparatus according to the present invention, it is preferable that the plasma generating means generates inductively coupled plasma. If it is inductively coupled plasma, it is easy to generate high-density plasma under reduced pressure.
本発明に係る三フッ化窒素分解処理方法によれば、CF4等の別の温室効果ガスやNOx等の有害物質、さらにはF2のような反応性、腐食性の強い物質が生成せず、生成物の処理および管理が容易に三フッ化窒素を分解、除害することができる。また、本発明に係る三フッ化窒素分解処理装置によれば、特別な設備によらず前記の処理方法を実現することができる。 According to the method for decomposing nitrogen trifluoride according to the present invention, another greenhouse gas such as CF 4 , a harmful substance such as NOx, and a highly reactive and corrosive substance such as F 2 are not generated. The treatment and management of the product can easily decompose and detoxify nitrogen trifluoride. Moreover, according to the nitrogen trifluoride decomposition processing apparatus which concerns on this invention, the said processing method is realizable irrespective of a special installation.
以下、本発明に係る三フッ化窒素分解処理方法および装置を実施するための最良の形態について説明する。
図1は、本発明に係る三フッ化窒素分解処理装置(以下、分解処理装置という)の構成を示すブロック図である。なお、図1において、分解処理装置は、CVD装置を接続した状態で示す。
CVD装置10は半導体等の製造工程に適用される公知の装置であり、本実施形態では、チャンバ(真空処理室)12内をクリーニングするために三フッ化窒素(NF3)が導入管11から供給される。CVD装置10のチャンバ12をクリーニングする方法の一例として、チャンバ12の圧力を1.5TorrとしてNF3を流量500sccmで導入し、チャンバ12内にRF周波数13.56MHzのRF電力1200Wを供給して平行平板方式でプラズマを生成する。プラズマの発生方式にもよるが、一般にこのプラズマでのNF3の分解効率は100%となることはなく、通常、10%以上のNF3が未反応の状態でチャンバ12内に残留することが知られている。クリーニング完了後、この未反応のNF3が含まれている雰囲気ガス(以下、NF3含有ガスという)は真空排気手段であるドライポンプPにより排出管13から排出される。
Hereinafter, the best mode for carrying out the nitrogen trifluoride decomposition method and apparatus according to the present invention will be described.
FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of a nitrogen trifluoride decomposition treatment apparatus (hereinafter referred to as a decomposition treatment apparatus) according to the present invention. In FIG. 1, the decomposition processing apparatus is shown with a CVD apparatus connected thereto.
The CVD apparatus 10 is a known apparatus applied to a manufacturing process of semiconductors and the like. In this embodiment, nitrogen trifluoride (NF 3 ) is introduced from the introduction pipe 11 in order to clean the inside of the chamber (vacuum processing chamber) 12. Supplied. As an example of a method of cleaning the chamber 12 of the CVD apparatus 10, the pressure of the chamber 12 is 1.5 Torr, NF 3 is introduced at a flow rate of 500 sccm, and RF power of 1200 W with an RF frequency of 13.56 MHz is supplied into the chamber 12 in parallel. Plasma is generated by a flat plate method. Although it depends on the plasma generation method, the decomposition efficiency of NF 3 in this plasma generally does not become 100%, and usually 10% or more of NF 3 may remain in the chamber 12 in an unreacted state. Are known. After the cleaning is completed, the atmospheric gas containing unreacted NF 3 (hereinafter referred to as NF 3 -containing gas) is discharged from the
本実施形態においては、CVD装置10のチャンバ12とドライポンプPとの間すなわち排出管13に分解処理装置20が接続されている。分解処理装置20には、CVD装置10から排出されるNF3含有ガス以外に、水素原子を含有する気体分子(以下、適宜、気体分子という)を含む反応ガスが供給される。そして、NF3含有ガスは、分解処理装置20により下記のNF3分解処理を施された後、水スクラバ30へ排出される。水スクラバ30に導入された分解処理後のガスは、水溶性の成分は十分な量の水に溶解して廃液として廃液処理装置で処理され、それ以外の成分は排ガスとして系外へ排出される。
In the present embodiment, a
次に、本発明に係る分解処理装置の様式とこの分解処理装置による本発明に係るNF3の分解処理方法を、図1および図2を参照して説明する。
図2は、本発明の第1の実施形態に係る三フッ化窒素分解処理装置におけるNF3の分解処理を模式的に説明する要部断面図である。分解処理装置20は、CVD装置10とドライポンプPとを導入口21、排出口23で接続する配管である反応室22を備える。さらに分解処理装置20は、プラズマ発生室25と、プラズマ発生室25にプラズマを発生させるプラズマ源(プラズマ発生手段)27と、プラズマ発生室25に反応ガスを供給するマスフローコントローラ(反応ガス供給手段)24(図1参照)と、反応室22の側部にプラズマ発生室25を接続する水素活性種供給口26と、を備える。したがって、第1の実施形態に係る分解処理装置20の側面視形状は、図2に示すように逆T字型である。なお、分解処理装置20の真空排気手段は、CVD装置10の真空排気手段であるドライポンプP(図1参照)により兼用される。
Next, the mode of the decomposition processing apparatus according to the present invention and the NF 3 decomposition processing method according to the present invention by the decomposition processing apparatus will be described with reference to FIGS.
FIG. 2 is a cross-sectional view of an essential part for schematically explaining the decomposition process of NF 3 in the nitrogen trifluoride decomposition apparatus according to the first embodiment of the present invention. The
マスフローコントローラ24は、反応ガスをその量(流量)を制御してプラズマ発生室25に供給するものであり、公知のマスフローコントローラを適用できる。プラズマ発生室25は、供給された反応ガスに含まれる気体分子をプラズマ化させるための領域であり、上流側にマスフローコントローラ24、下流側に水素活性種供給口26で反応室22を接続される。プラズマ源27は、反応ガスにおける気体分子をプラズマ化するためのプラズマを発生させる装置であり、プラズマの種類は限定されないが、減圧プラズマが好ましい。具体的には、例えば、誘導結合プラズマ(Inductively Coupled Plasma:ICP)や、マイクロ波、容量結合プラズマ(Capacitively Coupled Plasma:CCP)等の方式を適用できる。本実施形態のICP方式のプラズマ源27の場合は、図2に示すように、プラズマ発生室25の周囲に巻回されたコイルにRF電源で電力を印加することにより、減圧状態のプラズマ発生室25に高密度のプラズマを発生させることができる。
The
第1の実施形態に係る分解処理装置20は、このような構成とすることで、プラズマ発生室25に上流から供給された反応ガスを流通させながら、当該反応ガスの気体分子をプラズマ化して、後記の反応により生成した水素活性種を水素活性種供給口26から下流の反応室22へ連続的に供給することができる。さらに、分解処理装置20は、マスフローコントローラ24により反応ガスを流通させながらプラズマを発生させるため、反応室22側からNF3含有ガスがプラズマ発生室25へ流入することを防止できる。
With the
本実施形態においては、気体分子は、例えば水素分子(H2、水素ガス)とする。プラズマ発生室25において、反応ガスに含まれる気体分子(水素分子)は、プラズマ化により、下式(1)に示すように、水素原子を水素活性種H*として解離する。このような気体分子のプラズマ化により生成した水素活性種H*は、高い運動エネルギーを有し、反応性の高い状態である。ここで、水素活性種H*は、水素ラジカル、水素イオン、または原子状水素である。
H2→2H* ・・・式(1)
In the present embodiment, the gas molecule is, for example, a hydrogen molecule (H 2 , hydrogen gas). In the
H 2 → 2H *・ ・ ・ Formula (1)
一方、分解処理装置20に供給されたNF3含有ガスに含まれるNF3は、以下のように分解処理される。CVD装置10の排出管13から導入口21を経て反応室22に流入したNF3は、水素活性種供給口26から流入した水素活性種H*と接触することで、下式(2)の反応を生じる。
NF3+6H*→NH3+3HF ・・・式(2)
On the other hand, NF 3 contained in the NF 3 containing gas supplied to the
NF 3 + 6H * → NH 3 + 3HF Formula (2)
このように、反応性の高い水素活性種H*と同じ系(反応室22)に導入されることで、常温で非常に安定なNF3は分解されて、容易に処理可能なアンモニア(NH3)とフッ化水素(HF)とを生成する。また、式(2)の反応は高エネルギーを発生させるため、さらにこの反応が促進されて自発的に進行するので、反応効率がよい。一方、式(2)により生成したNH3,HFは、共に水溶性であるが、分解処理装置20(反応室22)内は無水環境であるため、気体状態で排出口23から排出される。したがって、分解処理装置20においては、HFが水に溶解してフッ化水素酸とならないため、反応室22等に強い防食処理を施す必要がない。
In this way, by being introduced into the same system (reaction chamber 22) as the highly reactive hydrogen active species H * , NF 3 that is very stable at room temperature is decomposed and can be easily treated with ammonia (NH 3 ) And hydrogen fluoride (HF). Moreover, since the reaction of Formula (2) generates high energy, this reaction is further promoted and proceeds spontaneously, so that the reaction efficiency is good. On the other hand, NH 3 and HF generated by the formula (2) are both water-soluble, but since the interior of the decomposition treatment apparatus 20 (reaction chamber 22) is an anhydrous environment, it is discharged from the
また、前記したように、プラズマ発生室25の下流に反応室22が配置されてNF3が供給される構造としてプラズマ発生室25にNF3含有ガスが流入しないようにすることで、NF3自体がプラズマ化されて活性化することがない。さらにドライポンプPにより反応室22が減圧されていることで、NF3は爆発的な自己分解反応を起こさないので、管理が容易である。なお、反応室22の圧力は、0.1〜10Torr(≒13.3〜1333Pa)が好ましい。この範囲の圧力であれば、分解反応の効率を高く保持しつつ、容易に分解処理を管理できる。また、NF3含有ガスは反応室22に供給される前に、公知の分配方法でNF3以外の成分を除いてもよいし、また、アルゴン(Ar)等の希ガスを混合してNF3を希釈してもよい。
In addition, as described above, the
なお、反応ガスに含まれて供給される気体分子は、水素原子を含有する構造であれば特に限定されず、水素(H2)の他に、例えば、CH4,C2H6,C3H8,C2H4,C2H2のような炭化水素系ガス、アンモニア(NH3)、水(H2O)が挙げられ、これらを単独でも二種以上を混合してもよい。さらに、Ar等の希ガスで希釈して供給してもよい。なお、メタン(CH4)等の炭化水素系ガスを適用する場合は、反応ガスにO2等の酸素原子を含む気体分子を混合することが好ましい。これは、炭素(C)が反応室22に流入してFと結合してCF4等のフッ化炭素を生成しないように、Cをより結合し易いOと結合させるためである。この場合は、プラズマ発生室25においてプラズマ化により、下式(3)に示すようにCO2等が生成して、そのまま排出口23から排出される。また、H2O,O2等を供給する場合は、供給量によっては反応室22で水(H2O)が存在(生成)するため、反応室22等にフッ化水素酸に対応した防食処理を施すことが好ましい。
CH4+O2→CO2+4H* ・・・式(3)
The gas molecules supplied in the reaction gas are not particularly limited as long as they contain a hydrogen atom. In addition to hydrogen (H 2 ), for example, CH 4 , C 2 H 6 , C 3 Examples thereof include hydrocarbon gases such as H 8 , C 2 H 4 and C 2 H 2 , ammonia (NH 3 ), and water (H 2 O). These may be used alone or in combination of two or more. Further, it may be supplied diluted with a rare gas such as Ar. When applying the hydrocarbon gas such as methane (CH 4), it is preferable to mix the gaseous molecules containing oxygen atoms such as O 2 in the reaction gas. This is because C is bonded to O, which is easier to bond, so that carbon (C) does not flow into the
CH 4 + O 2 → CO 2 + 4H * Formula (3)
式(2)に示すように、1個のNF3分子は、6個の水素活性種H*と反応して分解する。したがって、反応室22に存在するNF3の分子の数に対して6倍以上の数の水素原子がプラズマ発生室25に存在するように、CVD装置10から供給されるNF3含有ガスにおけるNF3の量に応じて、プラズマ発生室25に供給する反応ガスの流量をマスフローコントローラ24(図1参照)で調整することが好ましい。これにより、反応室22においてほとんどすべてのNF3が分解される。
As shown in Formula (2), one NF 3 molecule reacts with six hydrogen active species H * and decomposes. Thus, as more than six times the number of hydrogen atoms relative to the number of molecules of NF 3 present in the
図1を参照して説明したように、反応室22で生成したNH3,HFを含む排ガス(NH3,HF含有ガス)は、ドライポンプPにより排出口23から排出され、水スクラバ30に導入される。前記した通り、NH3,HFは共に水溶性であるため、水スクラバ30で十分な量の水に溶解されて、廃液として公知の廃液処理装置で適正に処理される。また、水スクラバ30で溶解されない成分のガスは、必要に応じて処理を施した後、系外へ排気される。
As described with reference to FIG. 1, the exhaust gas containing NH 3, HF produced in reaction chamber 22 (NH 3, HF-containing gas) is discharged from the
図3は、本発明の第2の実施形態に係る三フッ化窒素分解処理装置におけるNF3の分解処理を模式的に説明する要部断面図である。第1の実施形態と同じ要素については、同じ符号を付し、説明を省略する。
図3に示すように、分解処理装置20Aは、反応室22とプラズマ発生室25Aとで二重管を構成する。反応室22は二重管の内管であり、第1の実施形態と同様に、CVD装置10とドライポンプPとを導入口21、排出口23で接続する配管である。プラズマ発生室25Aは二重管の外管であり、第1の実施形態と同様に反応ガスを供給されるためのマスフローコントローラ24(図1参照)を接続する。そして、反応室22とプラズマ発生室25Aの間の隔壁(反応室22を形成する周面)を貫通する複数の水素活性種供給孔26Aが形成されている。また、プラズマ源27は、二重管のさらに外周に設置されて、第1の実施形態と同様に、プラズマ発生室25Aの周囲に巻回されたコイルによりプラズマ発生室25Aにプラズマを発生させる。
FIG. 3 is a cross-sectional view of an essential part for schematically explaining the decomposition process of NF 3 in the nitrogen trifluoride decomposition apparatus according to the second embodiment of the present invention. The same elements as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals and description thereof is omitted.
As shown in FIG. 3, in the decomposition processing apparatus 20A, a
プラズマ発生室25Aにおいて、反応ガスに含まれる気体分子は、プラズマ発生室25Aの周囲に巻回されたコイルにより、プラズマ発生室25Aの外周側における気体分子からプラズマ化される。さらにマスフローコントローラ24(図1参照)により反応ガスがプラズマ発生室25Aに供給されるため、プラズマ化により第1の実施形態と同様に気体分子から解離した水素活性種H*は、プラズマ発生室25Aの内周面(反応室22との間の隔壁)に形成された水素活性種供給孔26Aを通って反応室22へ流入する。したがって、第1の実施形態と同様に、反応室22側からNF3含有ガスがプラズマ発生室25Aへ流入することを防止できる。一方、NF3含有ガスに含まれるNF3は、第1の実施形態と同様に、反応室22に供給されて水素活性種供給孔26Aから流入した水素活性種H*と式(2)の反応を生じて、NH3,HFに分解する。その他詳細は、第1の実施形態と同様であるため説明を省略する。
In the
本実施形態では、プラズマ源27により外管(プラズマ発生室25A)の反応ガスの気体分子のみがプラズマ化し、内管(反応室22)のNF3がプラズマ化しないようにする必要がある。ここで、プラズマ源27(コイル)に近い外管に気体分子のプラズマ(水素プラズマ)が発生している状態では、プラズマ源27による誘導電流はインピーダンスの小さい当該水素プラズマのみに流れるので、内管のNF3がプラズマ化することはない。したがって、本実施形態では、NF3含有ガスの反応室22への供給を開始する前に、プラズマ発生室25Aで水素プラズマを発生させるように制御する。
In the present embodiment, it is necessary that only the gas molecules of the reaction gas in the outer tube (
以上、本発明を実施するための形態について述べてきたが、以下に、本発明の効果を確認した実施例を、本発明の要件を満たさない比較例と対比して具体的に説明する。なお、本発明はこの実施例によって制限を受けるものではなく、請求項に示した範囲で適切に変更を加えて実施することも可能であり、それらはいずれも本発明の技術的範囲に包含される。 As mentioned above, although the form for implementing this invention has been described, the Example which confirmed the effect of this invention is demonstrated concretely compared with the comparative example which does not satisfy | fill the requirements of this invention below. It should be noted that the present invention is not limited by this embodiment, and can be implemented with appropriate modifications within the scope of the claims, all of which are included in the technical scope of the present invention. The
第1の実施例として、プラズマ源27にプラズマ発生室25を内包する構造のICPソースLG3000(株式会社ランドマークテクノロジー製)を、反応室22としての配管の側部に接続して、図2に示す構成の分解処理装置20とした。配管(反応室22)の下流(排気側)には、図1に示すようにドライポンプPを接続して処理後のガスを吸引し、さらにその排気側にFT−IR(フーリエ変換赤外分光光度計)を接続して、処理後のガスの成分分析を行った。この分解処理装置20を用いて、NF3含有ガスに代えてNF3を供給して分解処理を行い、また反応ガスにはH2を使用した。
As a first example, an ICP source LG3000 (manufactured by Landmark Technology Co., Ltd.) having a structure in which the
反応室22にNF3の流量を300sccmに制御して供給し、一方、プラズマ源27には周波数2MHzのRF電力2500Wを印加しながら、H2の流量を変化させてプラズマ発生室25に供給した。このとき、反応室22の上流(導入口21)における圧力が、約1.2Torrとなるようにした。そして、FT−IRにて処理後のガスにおけるNF3濃度を測定した。NF3濃度からNF3分解率を算出し、H2流量に対するグラフとして、図4に示す。なお、NF3分解率は、NF3のみを流量300sccmで供給して、H2を供給せず、かつプラズマ源にRF電力を印加しない状態で測定されたNF3濃度4512ppmを基準として算出した。
The
図4に示すように、H2流量が、100sccmからNF3流量の3倍の900sccmまでは、H2流量の増大に伴いNF3分解率が上昇した。さらにH2流量が1200sccmにおいては、処理後のガスのNF3濃度は15ppm以下で、ほぼFT−IRの検出限界以下であった。H2流量が1500,2000sccmにおいても、わずかに減少するものの100%に近い良好なNF3分解率を得られた。このように、H2流量がNF3流量の3倍以上、すなわちH2の分子数がNF3の分子数の3倍以上、H原子数に換算して6倍以上とすることで、NF3のほぼすべてを分解することができた。 As shown in FIG. 4, H 2 flow rate, from 100sccm up to three times the 900sccm of NF 3 flow, NF 3 decomposition rate with the flow rate of H 2 increased rises. Furthermore, when the H 2 flow rate was 1200 sccm, the NF 3 concentration of the treated gas was 15 ppm or less, which was almost below the detection limit of FT-IR. Even when the H 2 flow rate was 1500, 2000 sccm, a good NF 3 decomposition rate close to 100% was obtained although it decreased slightly. Thus, H 2 flow rate NF 3 flow rate of 3 times or more, i.e., that the number of molecules H 2 three times or more the number of molecules of NF 3, and 6 times or more in terms of the number of H atoms, NF 3 Was able to disassemble almost everything.
第2の実施例として、プラズマ源27にプラズマ発生室25(25A)を内包する構造のICPソースLG3000(株式会社ランドマークテクノロジー製)に、反応室22としての内管を貫入させて二重管構造にし、図3に示す構成の分解処理装置20Aとした。また、前記内管には水素活性種供給孔26Aとして孔径1mmの貫通孔を形成し、反応室22−プラズマ発生室25A間の開口面積率は40%とした。第1の実施例と同様に、内管(反応室22)の下流(排気側)には、図1に示すようにドライポンプPを接続して処理後のガスを吸引し、さらにその排気側にFT−IR(フーリエ変換赤外分光光度計)を接続して、処理後のガスの成分分析を行った。この分解処理装置20Aを用い、第1の実施例と同様に、反応室22にNF3を流量300sccmで供給し、プラズマ発生室25Aに反応ガスとしてH2を流量1200sccmで供給した。その結果、処理後のガスのNF3濃度は15ppm以下で、ほぼFT−IRの検出限界以下であり、第1の実施例と同様に、良好なNF3分解率が得られた。また、このとき、反応室22の上流(導入口21)で測定された圧力は、1.33Torrであった。
As a second embodiment, an ICP source LG3000 (manufactured by Landmark Technology Co., Ltd.) having a structure in which the plasma generation chamber 25 (25A) is included in the
比較例として、第1の実施例で使用した図2に示す構成の分解処理装置20において、プラズマ源27に代えて、ヒーターにより1800℃に加熱したタングステン触媒を具備したアルミナ管を設置して、プラズマ発生室25のH2を加熱し、熱分解により水素活性種を生成し、反応室22のNF3に供給した。第1の実施例と同様に、NF3の流量は300sccm、H2の流量は100〜2000sccm、反応室22の圧力は1.2Torrとした。排気されたガスをFT−IRで分析した結果、H2流量に関わらず、NF3濃度は4000ppm以上であり、NF3は分解されていなかった。これは、熱分解により生成した水素活性種は低エネルギーで、式(2)の反応を生じさせるための高エネルギーを有していないことを示している。
As a comparative example, in the
10 CVD装置
20,20A 分解処理装置(三フッ化窒素分解処理装置)
22 反応室
24 マスフローコントローラ(反応ガス供給手段)
25,25A プラズマ発生室
27 プラズマ源(プラズマ発生手段)
P ドライポンプ(真空排気手段)
10
22
25, 25A
P Dry pump (evacuation means)
Claims (10)
前記プラズマ化工程は、水素原子を含有する気体分子をプラズマ発生室に供給する工程と、前記プラズマ発生室において前記気体分子をプラズマ化して、当該気体分子に含有される水素原子の少なくとも一部を解離して前記水素活性種とする工程と、を行うことを特徴とする三フッ化窒素分解処理方法。 NF 3 and hydrogen active species generated in the plasma process are supplied to the reaction chamber sequentially or simultaneously from either one, and the NF 3 reacts with the hydrogen active species in the reaction chamber. 3 is a nitrogen trifluoride decomposition treatment method for decomposing 3 into NH 3 and HF,
In the plasma forming step, a gas molecule containing hydrogen atoms is supplied to the plasma generation chamber, and the gas molecules are converted into plasma in the plasma generation chamber, so that at least a part of the hydrogen atoms contained in the gas molecules is converted. Dissociating it into the hydrogen active species, and performing a nitrogen trifluoride decomposition treatment method.
前記NF3を含むガスを供給される反応室と、この反応室を減圧して圧力を保持し、かつ前記NH3とHFを含むガスを前記反応室から排出する真空排気手段と、前記反応室に接続されて水素活性種を供給するプラズマ発生室と、このプラズマ発生室に水素原子を有する気体分子を含む反応ガスを供給する反応ガス供給手段と、前記プラズマ発生室において前記気体分子をプラズマ化して、当該気体分子に含有される水素原子の少なくとも一部を解離して前記水素活性種とするプラズマ発生手段と、を備えることを特徴とする三フッ化窒素分解処理装置。 A nitrogen trifluoride decomposition treatment apparatus for decomposing NF 3 into NH 3 and HF,
A reaction chamber to which a gas containing NF 3 is supplied; a vacuum exhaust means for maintaining the pressure by reducing the pressure of the reaction chamber and discharging the gas containing NH 3 and HF from the reaction chamber; A plasma generation chamber connected to the plasma generation chamber for supplying active hydrogen species, a reaction gas supply means for supplying a reaction gas containing gas molecules having hydrogen atoms to the plasma generation chamber, and the gas molecules are converted into plasma in the plasma generation chamber. And a plasma generating means for dissociating at least a part of the hydrogen atoms contained in the gas molecules into the hydrogen active species.
前記プラズマ発生室は、上流に前記反応ガス供給手段が接続され、下流に前記反応室の側部が接続されて前記配管に対する支管を構成することを特徴とする請求項7に記載の三フッ化窒素分解処理装置。 The reaction chamber is supplied with a gas containing the NF 3 from the upstream, and the vacuum evacuation means is connected downstream to constitute a pipe,
8. The trifluoride according to claim 7, wherein the plasma generation chamber is connected to the reaction gas supply means upstream and a side portion of the reaction chamber is connected downstream to constitute a branch pipe for the pipe. Nitrogen decomposition treatment equipment.
前記反応室は、上流から前記NF3を含むガスを供給され、下流に前記真空排気手段が接続されて前記二重管の内管を構成し、
前記プラズマ発生室は、前記二重管の外管を構成し、前記内管の周面に形成された1つ以上の貫通孔で前記反応室に接続されていることを特徴とする請求項7に記載の三フッ化窒素分解処理装置。 The reaction chamber and the plasma generation chamber constitute a double tube,
The reaction chamber is supplied with the gas containing NF 3 from the upstream, and the vacuum exhaust means is connected downstream to constitute an inner pipe of the double pipe,
The plasma generation chamber constitutes an outer tube of the double tube, and is connected to the reaction chamber by one or more through holes formed in a peripheral surface of the inner tube. The nitrogen trifluoride decomposition treatment apparatus according to 1.
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