等离子体洗涤装置的制作方法

本发明涉及一种等离子体洗涤装置，尤其涉及一种冷却包含大量粉末的高温的分解气体时不使用水的间接冷却方式的等离子体洗涤装置。

背景技术：

半导体元件通过氧化、蚀刻、沉积及光刻工序等多种制造工序制造，在这些工序中使用有毒化学药品和化学气体。

最近，正在制造千兆(giga)级半导体元件，这样的高度集成导致有毒的化学气体(例如，c2f4、cf4、c3f8、c4f10、nf3、sf6等过氟化合物或过氟化碳(perfluorocompound))的使用量增加，这些化学气体的毒性非常强，因此在直接释放到大气中的情况下，可能对人体产生致命的影响或者导致严重的环境问题。

因此，必须要经过将这些有害成分的含量降低到允许浓度以下的无害化处理过程再排放到大气中。

为了无害化处理过程，较多地应用无需额外的液化天然气及氧气的等离子体(plasma)方式的洗涤器，其优点在于能够利用1000℃以上的高热量的火焰处理有害气体。

以往，通常主要使用通过利用水直接对利用等离子体分解的高温的分解气体进行冷却的方法，对于这种方式而言，使用水而导致产生大量废水，从而存在废水泄露的风险。尤其，这被认为是环境污染的主要原因，因此需要可靠的废水管理。

并且，需要有效地冷却高温的分解气体，并收集分解气体中所包含的粉末，在该过程中，需要防止分解气体造成的部件腐蚀。

技术实现要素：

因此，本发明的目的在于提供一种在处理使从半导体粉末工序排出的有害气体燃烧而生成的高温的分解气体的过程中能够有效地收集分解气体中所包含的大量粉末的等离子体洗涤装置。

本发明的另一目的在于提供一种当冷却高温的分解气体时不使用水的间接冷却方式的等离子体洗涤装置。

本发明的另一目的在于提供一种能够防止由于高温的分解气体导致的腐蚀的等离子体洗涤装置。

所述目的通过如下的等离子体洗涤装置实现，其特征在于，包括：反应单元，将通过半导体工序排出的包含大量粉末的有害气体通过等离子体的高热量热解、离子化并燃烧而生成分解气体；粉末移送单元，对所述分解气体进行一次冷却并将所述大量粉末无堵塞地移送；粉末收集单元，收集与所述一次冷却后的分解气体一同被移送的粉末；冷却阱，对收集所述粉末后的分解气体进行二次冷却；以及最终冷却单元，对所述二次冷却后的分解气体进行最终冷却。

优选地，所述粉末移送单元包括：筒状的腔室；阻断板，在所述腔室的上端水平设置，并且形成有多个孔；多个管，一端固定于所述阻断板的各个孔，进而形成被独立划分的通路，使得高温的所述分解气体通过，其中，在邻近于所述管上端的位置设置有用于氮气脉冲或空气脉冲(pulsing)的流入管。

优选地，高温的所述分解气体中所包含的大量的粉末由于通过所述脉冲供应的氮气或空气而向下方被推动。

优选地，通过使所述管的长度可以短而使所述管的下端位于比所述腔室的下端高的位置而形成混合空间，所述混合空间使得从各个所述管的下端排出的分解气体相互混合并形成涡流。

优选地，所述粉末收集单元配备有：收集腔室，在上表面分别形成有气体流入口及气体流出口，所述气体流入口被所述粉末移送单元覆盖，所述气体流出口与所述冷却阱连通而被覆盖，所述收集腔室为双壁结构，冷却水在双壁结构之间流动，并且配备有：第一收集空间，连通于所述气体流入口；第二收集空间，连通于所述气体流出口；以及流动通路，在所述第一收集空间与第二收集空间之间连接所述第一收集空间与第二收集空间，所述流动通路布置有多个隔壁，进而通过所述收集腔室的侧壁与所述隔壁之间的间隔形成“之”字结构。

优选地，所述冷却阱包括：冷却腔室，配备为双壁结构，并且在侧面设置有与所述双壁之间的空间连接的冷却水流入口及冷却水流出口，在所述冷却腔室的内部水平地排列有与所述双壁结构之间的空间连通的多个冷却管，从而沿竖直方向流动的所述分解气体与所述冷却管接触。

优选地，布置于所述冷却腔室下部的冷却管与布置于上部的冷却管可以相互构成直角。

优选地，所述最终冷却单元包括：冷却腔室，在上端及下端分别设置有气体流入口及气体流出口，在侧面形成有冷却水流入口及流出口；阻断板，邻近于所述冷却腔室的上端及下端而水平地设置，并且分别形成有多个孔；以及冷却管，两端固定于各个所述孔，进而形成被独立划分的通路。

根据本发明，在使从半导体粉末工序排出的有害气体燃烧而生成的高温的分解气体中包含大量的粉末的情况下，能够冷却高温的分解气体，并有效地收集粉末。

并且，当冷却高温的分解气体时不使用水而进行间接冷却，从而不会产生废水，因此能够防止环境污染。

并且，通过依次应用多个冷却单元，能够有效地将高温的分解气体冷却到期望的温度。

附图说明

图1是示出根据本发明的实施例的等离子体洗涤装置的构成图。

图2的(a)及(b)分别是反应单元的竖直剖视图和等角剖视图。

图3的(a)至(c)分别是示出粉末移送单元的立体图、竖直剖视图和等角剖视图。

图4的(a)至(c)分别是示出粉末收集单元的竖直剖视图、水平剖视图和等角剖视图。

图5的(a)及(b)分别是冷却阱的外观图和等角剖视图。

图6的(a)及(b)分别是最终冷却单元的竖直剖视图和等角剖视图。

符号说明

100：反应单元200：粉末移送单元

300：粉末收集单元400：冷却阱

500：最终冷却单元

具体实施方式

需要注意在本发明中使用的技术术语仅用于说明特定的实施例，并非意图限定本发明。并且，在本发明中使用的技术术语，除非在本发明中特别定义为其他的含义，否则应该解释为在本发明所属技术领域中具有通常知识的技术人员通常理解的含义，不应被解释为过度概括的含义或者过度缩小的含义。

以下，参照附图，对本发明的具体实施例进行详细说明。

图1是示出根据本发明的实施例的等离子体洗涤装置的构成图。

等离子体洗涤装置包括：反应单元100，通过等离子体的高热量将有害气体热解、离子化并燃烧而排出分解气体；粉末移送单元200，将高温的分解气体冷却至150℃，并没有堵塞地移送粉末；粉末收集单元300，收集与冷却后的分解气体一同被移送的粉末；冷却阱400，将高温的分解气体冷却至80℃；以及最终冷却单元500，将分解气体冷却至50℃。在最终冷却单元500后连接用于将处理后的分解气体排出的排出单元。

本发明的等离子体洗涤装置可以设置于使用水的中间洗涤装置的前端而进一步提高处理效率。

以下，对各个单元的构成进行详细说明。

图2的(a)及(b)分别是反应单元的竖直剖视图和等角剖视图。

反应单元100配备有反应腔室110，使有害气体流入的有害气体流入口120形成于反应腔室110的侧面，在反应腔室110的上侧设置有具有用于施加高电压的负极和正极的等离子体炬130，诸如氮气等等离子体生成气体被供应到等离子体炬。

如上所述，在半导体蚀刻等工序等中产生的有害气体包含过氟化合物，因此对人体极其有害且腐蚀性强。

因此，通过有害气体流入口120流入的有害气体形成涡流并被等离子体炬产生的等离子体弧热解、离子化并燃烧而产生分解气体。

通过使冷却水pcw以夹套方式在反应腔室110的外壁流动，从而阻断热量向外部排出，并且在反应腔室110内部应用铬镍铁合金插座(inconelsocket)，因此能够防止反应腔室110本身由于高温或腐蚀气体受到损伤，并且易于替换。

图3的(a)至(c)分别是示出粉末移送单元的立体图、竖直剖视图和等角剖视图。

粉末移送单元200的主要功能是冷却高温的分解气体并使得从半导体粉末工序排出的有害气体中包含的大量粉末顺畅地移送到粉末收集单元300而不阻塞配管。

粉末移送单元200配备有例如圆筒的腔室210，在腔室210的上端水平地设置有形成有多个孔252的阻断板250。

各个孔252插入有圆形管240，进而形成被独立划分的通路242，在邻近于各个圆形管240上端的位置形成有入口241，进而连接有用于氮气(n2)脉冲(pulsing)的流入管230。

如上所述，从反应单元100排出的分解气体仅通过阻断板250的孔252流入，从而在沿管240内部的通路242流动的过程中，由于分解气体中包含有大量的粉末，因此可能累积在管240的内表面。

根据一实施例，如图3的(a)的虚线箭头所示，供应到流入管230的氮气或空气由于强压经过入口241在各个管240的内部向下方流动，因此防止粉末累积在管240的内表面。

并且，在冷却水通过冷却水流入口220被供应并通过冷却水流出口221排出的过程中，冷却水在管240的外表面与腔室210的内表面之间流动，因此与通过管240流动的分解气体间接接触而能够冷却分解气体，同时冷却水填充管240的外表面与腔室210的内表面之间的空间，从而能够防止热量通过腔室210的外壁释放到外部。

通过使管240的长度短而使管240的下端位于比腔室210的下端高的位置，进而形成混合空间214，因此从管240的下端排出的分解气体在腔室210内相互混合并形成涡流，从而能够减小流速。

结果，在下一步骤中，分解气体所包含的粉末由于自重而下落，从而能够充分从分解气体分离而被收集。

如本实施例所述，腔室210包括独立的两个腔室211、212，且各个腔室211、212形成有单独的冷却水流入口及流出口，从而能够提高冷却效率。

流入粉末移送单元200的500～600℃左右的分解气体被冷却至150℃以下的温度，进而排出到粉末收集单元300。

在腔室210的内表面或管240的内表面等与高温的分解气体接触的面可以形成有耐高温腐蚀能力强的ni-hp涂层。

图4的(a)至(c)分别是示出粉末收集单元的竖直剖视图、水平剖视图和等角剖视图。

粉末收集单元300执行收集分解气体中所包含的大量粉末的功能，为此，提供能够充分减小从粉末移送单元200流入的分解气体的流速并装载粉末的充分空间。

粉末收集单元300配备有方盒形状的收集腔室310，在上表面分别形成有气体流入口及气体流出口，气体流入口被粉末移送单元200的基座215覆盖，气体流出口与后述的冷却阱400的冷却腔室410连通而被覆盖。

收集腔室310为双壁结构，冷却水以夹套方式在其之间流动，从而防止分解气体的热量从收集腔室310释放到外部。

收集腔室310配备有连通于气体流入口的收集空间320以及连通于气体流出口的收集空间321，在其之间形成有流动通路322而连接各个收集空间320、321。

流动通路322以如下方式形成：与收集腔室310相比高度相同且宽度较窄的隔壁331、332、333在各个侧壁交替布置而形成，从而由于收集腔室310的侧壁与各个隔壁331、332、333之间的间隔而形成为“之”字结构，如图4的(b)中箭头所示。

根据这样的结构，从粉末移送单元200向下方流入的分解气体碰到收集空间320的底部而使体积相对较大的粉末累积于底部，之后，改变方向而在流动通路322沿水平流动并进入收集空间321。

流动通路322的长度由于隔壁331、332、333而增加，因此分解气体通过流动通路322而减小流速，从而分解气体所包含的粉末由于自重而累积于流动通路322的底部与隔壁331、332、333的壁面。

另外，在收集腔室310的一侧可以形成有简易pm端口312，从而去除累积于收集空间320的粉末。

在收集腔室310的内表面或隔壁331、332、333的壁面等的与分解气体接触的面可以形成有耐高温腐蚀能力强的ni-hp涂层。

图5的(a)及(b)分别是冷却阱的外观图和等角剖视图。

冷却阱400配备有冷却腔室410，并且在冷却腔室410的上端形成有气体流出口414。

冷却腔室410配备为双壁结构，且在一侧设置有冷却水流入口421及冷却水流出口431，从而通过冷却水流入口421流入的冷却水在填充双壁结构之间之后通过冷却水流出口431流出。

在冷却腔室410的内部水平地排列有与双壁之间的空间连通的多个冷却管420、430，观察图5的(b)，冷却管420在下部布置为沿长度方向延伸，冷却管430在上部布置为沿宽度方向延伸，从而冷却管420与冷却管430相互垂直。

由于各个冷却管420、430与双壁之间的空间连通，因此冷却水经过各个冷却管420、430而流动。

从粉末收集单元300排出的分解气体在冷却腔室410的内部向上方流动而通过各个冷却管420、430之间，在该过程中，与流过各个冷却管420、430的冷却水间接接触而被冷却。并且，在冷却腔室410中，冷却水以夹套方式在双壁之间流动，从而防止分解气体的热量从冷却腔室410释放到外部。

如本实施例所述，将冷却腔室410构成为独立的两个腔室411、412，并且在各个腔室411、412形成有单独的冷却水流入口及流出口，从而能够提高冷却效率。

尤其，在各个腔室411、412使冷却管420、430的排列方向不同，从而能够防止腔室411、412侧面的温度集中于一侧。

流入到冷却阱400的150℃左右的分解气体被冷却至80℃以下的温度而向最终冷却单元500排出。

在冷却腔室410的内表面或冷却管420、430的外表面等与高温的分解气体接触的面可以形成有耐高温腐蚀能力强的ni-hp涂层。

图6的(a)及(b)分别是最终冷却单元的竖直剖视图和等角剖视图。

由于在之前的步骤中，除了冷却阱400之外，主要以收集粉末为目的，因此冷却效果可能比较弱，因此最终冷却单元500在排出分解气体之前执行最终冷却。

最终冷却单元500在上端及下端分别设置有气体流入口512及气体流出口514，并在侧面配备有形成有冷却水流入口及流出口的冷却腔室510。

邻近于冷却腔室510的上端及下端而形成有多个孔552、562的阻断板550、560沿水平设置。

各个孔552、562插入有圆形管520，进而形成被独立划分的通路522。

根据这样的结构，在冷却水通过冷却水流入口被供应并通过冷却水流出口排出的过程中，冷却水可以在管520的外表面与冷却腔室510的内表面之间流动，因此从冷却腔室510的气体流入口512朝向气体流出口514而向上方流动的分解气体通过管520并与冷却水间接接触而被冷却，同时冷却水填充管520的外表面与冷却腔室510的内表面之间的空间，从而能够防止热量通过冷却腔室510的外壁释放到外部。

流入到最终冷却单元500的80℃左右的分解气体被冷却至50℃以下的温度而通过排出单元排出。

在冷却腔室510的内表面或冷却管520的内表面等的与分解气体接触的面可以形成有耐腐蚀能力强的ni涂层。

如上所述，根据本发明，当冷却高温的分解气体时不使用水而进行间接冷却，从而不会产生废水，因此能够防止环境污染。

并且，通过依次应用多个冷却单元，能够有效地将高温的分解气体冷却到期望的温度。

并且，在从半导体粉末工序排出的高温的分解气体中包含大量的粉末的情况下，能够冷却高温的分解气体，同时有效地收集粉末。

以上，以本发明的实施例为中心进行了说明，但是显然可以在本领域技术人员的水平上对本发明施加多样的变形。因此，本发明的权利范围不能被限定于上述实施例而被解释，其应当根据权利要求书的范围而被解释。