[发明专利]一种改进的分离和回收全氟化合物气体的方法和系统

说明书

本发明涉及的是气体分离方法，具体地说，涉及的是，从气体混合物中，分离和回收(或处理)全氟化合物气体。更具体地说，本发明涉及浓缩包括全氟化合物气体的低浓度气体混合物，例如那些在半导体生产过程，尤其是蚀刻和清洗工序的废气中出现的全氟化合物气体。

半导体工业在使用气体的半导体生产过程中，具体地说在该半导体生产过程的各种蚀刻工序，及在该生产过程的容器清洗工序中，使用全氟化合物，如CF₄、C₂F₆、C₃F₈、C₄F₁₀、CHF₃、SF₆、NF₃等等。这样的全氟化合物气体以纯的或者稀释的方式使用，例如用空气或氮气或其它惰性气体稀释，或者掺入其它全氟化合物气体或其它载运气体(例如惰性气体)。所有这些全氟化合物气体在生产过程中必须不与其它物质反应。此外，在清洗和排空反应器来进行该生产过程的其他工序时，即使废气或气体混合物用空气或任何其它气体如惰性气体进行大量稀释，最好也不要将它们不排出。须测定大多数全氟化合物(也称“PFC_s”在大气中存在的时间为几千年，且它们还是红外线的强吸收剂。1994年6月7-8日在美国Dalles，Texas召开的“全球变暖学术讨论会”(“Global WarmingSymposium”)上，把四氟化碳(CF₄)、六氟乙烷(C₂F₆)、三氟化氮(NF₃)和六氟化硫(SF₆)确定为与半导体工业有关的“温室气体”(“green housegases”)。

在上述学术讨论会上，由Michael T.Mocella所作的题为“PerfluorocompoundEmission Reduction From Semiconductor Processing Tools：An Overview of Options AndStrategies”的报告中，提出了各种控制这些气体排入大气的可能策略。

除了用非PFC_s替代的方法外，已经知道或正在开发几种方法：

—用不同活性金属的化学一热分解，其中必须处理用过的床层材料。目前有人认为该方法有商业前景，但技术上未证实。

—利用火焰来提供热能和为分解提供反应剂的以燃烧为基础的分解方法(或化学—热过程)。这里，存在一些与使用氢或天然气燃料有关的安全问题，且所有PFC_s将产生氢氟酸(HF)作为一种燃烧产物(如果温度足够高)，还必须减少氢氟酸的散发。有人建议还可以用电阻加热器来产生分解温度。

—以等离子体为基础的分解方法，该方法包括使用一种等离子体来部分分解C₂F₆，如无线电频率耦合系统，可分解90％以上的C₂F₆。但是，这样的系统尚未在商业上得到证实。通常需要用氧促进向非PFC产物的分解，且可能会出现HF的问题。

—回收方法，其中不用分解PFC_s，而代之以回收PFC_s，以便再循环。这种方法很有价值，因为据认为这是对环境有利的方法。现已经提出了不同的方案，如可能的“基于吸附结合或PFC_s低温截留”。但是存在的问题例如有处理与泵操作有关的大量氢气，CF₄和NF₃的沸点接近，各种废气流的混合，和/或可能与吸收剂发生反应。在提出再循环时，所存在的显著问题是混合物的再循环。

另一个消除由PFC_s组成的高含氮量废气流的燃烧系统也公布于1994年6月7-8日的同一学术讨论会上由Larry Anderson所作的题为“Vector Techoloogy’sPhoenix Combustor”的论文中。该消除系统还使用一种气体火焰(天然气或带有空气的氢气)，这就导致了产生HF的相同问题，以及需要进一步消除的问题(外加任何燃烧方法固有的NO_x、CO₂的产生)。