[发明专利]分离和回收过氟化合物气体的工艺方法和系统

说明书

本发明涉及气体分离的工艺方法，尤其是从气体混合物中分离和回收(或处理)过氟化合物气体的工艺方法。特别地，本发明涉及将诸如半导体制造过程(尤其是蚀刻和表面净化)的废气中所含有的过氟化合物气体的低浓度气体混合物增浓的方法。

当前的半导体工业在用到气体的半导体制造过程，尤其是在半导体制造过程的各蚀刻过程以及在半导体制造过程的器室净化过程中，广泛应用诸如CF₄、C₂F₆、C₃F₈、C₄H₁₀、CHF₃、SF₆、NF₃及类似的过氟化合物。或者采用这些过氟化合物的纯净气体或稀释后的气体(例如用空气或氮气或者其它惰性气体稀释)，或采用与其它过氟化合物气体的混合物或者与其它载气(例如惰性气体)的混合物。这些过氟化合物气体在制造过程中并不需要与其它物料反应：因此，当清洁或排空反应器以进行制造过程的其它操作时，不应将废气或气体混合物排放掉，即使废气或气体混合物被空气或任何其它气体如惰性气体大大稀释也不能将其排放掉。大多数过氟化合物(亦称为PFC_s)在大气中的寿命长达数千年并且是很强的红外吸收剂。在1994年6月7～8日于美国得克萨斯的Dallas举行的“Global Warming Symposium”上，四氟化碳(CF₄)、六氟乙烷(C₂F₆)、三氟化氮(NF₃)及六氟化硫(SF₆)被确认为是与半导体工业有关的温室气体。

这次会议上由Michael T. Mocella所做的题为“Perfluorocompound Emission Reduction From SemiconductorProcessing Tools：An Overview of Options And Strategies”的报告中，阐述了控制这些气体在大气层中排放量的多种可能的对策。

撇开使用非PFC_s的替代物的过程不谈，已知或正在开发的几种方法有：

·应用多种活化金属的化学热分解，其中必须对用完后的床层物料加以处理。即使该法极有发展前途，但目前仍认为它是未经工业验证的。

·基于燃烧的分解过程(或化学热过程)，采用火焰为分解过程提供热能和反应物。该过程存在一些与应用氢气或天然气燃料相关的安全问题且所有PFC_s物料均会产生燃烧产物HF(若温度足够高的话)，HF的排放量亦要考虑，也必须加以处理。可以用电阻加热器产生高温。

·基于等离子体的分解过程，它涉及应用诸如共轭射频系统的等离子体将C₂F₆部分分解，使90％以上的C₂F₆分解掉。然而此类系统仍未经工业验证。需要用氧气来促进生成非PFC_s产物的分解过程，HF也会产生出来，这必须在后续步骤加以处理。

·回收工艺，该法将PFC_s物料回收而不是将PFC_s物料分解，以将其用于再循环。由于该工艺被视为最新技术，因而此类工艺极令人感兴趣。根据其作者的说法，(“based on combinations ofadsorption or low temperature trapping of PFC_s”，有可能实现多种方案。然而仍存在多个难题、诸如与泵的输送操作相关的大量氮气的处理、CF₄和NF₃相近的沸点、多种工艺物流的混合和/或与吸附剂可能的反应。当设想采用再循环操作时，对于如何将此类混合物再循环存在着显而易见的问题。

另一个用于分解含有PFC_s物料的高氮气含量废气物流的燃烧系统在1994年6月7-8日的同一次会议上由Larry Anderson所作的题为“Vector Technology’s Phoenix Combustor”的论文中给出。该分解系统亦采用一气体火焰(天然气和空气或氢气和空气一起应用)，这也导致同样的问题：HF的生成和进一步的分解(外加任何燃烧过程所固有的NO_x、CO₂的生成)。