[發(fā)明專利]氣態(tài)流出物的常壓等離子體處理

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 200580023515.2
• 申請日: 2005-07-08
• 公開（公告）號: CN101065182A
• 公開（公告）日: 2007-10-31
• 發(fā)明（設(shè)計）人: Y·卡保齊;M·穆瓦桑;J－C·羅斯坦;D·介朗;H·迪爾菲;P·穆瓦內(nèi);V·洛朗;B·迪佩特
• 申請（專利權(quán)）人: 喬治洛德方法研究和開發(fā)液體空氣有限公司
• 主分類號: B01J19/08
• 分類號: B01J19/08;B01D53/70
• 代理公司: 北京市中咨律師事務(wù)所
• 代理人: 林柏楠;劉金輝

本發(fā)明涉及將第一氣體或氣體混合物轉(zhuǎn)化為可能含有由該轉(zhuǎn)化產(chǎn)生的液體和/或固體產(chǎn)物的第二氣體或氣體混合物的方法，該第一氣體或氣體混合物包含至少一些在構(gòu)成分子的兩個原子之間含有至少一個鍵的分子，其中在對所述第一氣體或氣體混合物施加的電場和/或磁場的作用下，所述分子的兩個原子之間的至少一個鍵斷裂。

用于破壞流出物的這種方法特別可從US-A-5,965,786獲知。

等離子體特別用于從制造半導(dǎo)體的薄層沉積和蝕刻過程排出的排放物中去除污染。這些流出物(氟化氣體、腐蝕性鹵化化合物、氣態(tài)氫化物、有機金屬前體，等等)在每個泵15至60升氮的流量下以相對較高的濃度存在于主真空泵的廢氣中。為了轉(zhuǎn)化這些大量有害分子中的大部分，常壓微波放電優(yōu)于其它方法，因為其能夠誘發(fā)大量離解的非彈性碰撞的高電子密度(10¹²至10¹⁵厘米^-3)。

常壓微波等離子體的一個特征是重粒子(中性粒子和離子)吸收相對較高的平均能量。在含有排放物的介電室的中軸區(qū)中，氣體溫度可以實際達到3000至7000K。該室(例如介電管)的壁應(yīng)該保持在與其物理完整性相容的最低溫度。還優(yōu)選通過與其接觸的載熱介電流的循環(huán)來將其冷卻。因此存在從中軸向邊緣遞減的徑向溫度梯度。當(dāng)溫度降低時，氣體密度提高，電離較不可能，并促進帶電粒子的再結(jié)合。由此，隨著溫度從中軸向邊緣遞減，電子密度降低。視覺上，發(fā)現(xiàn)排放物的發(fā)光強度隨著其進一步遠離中軸而衰減。在一些情況下，對于小于管半徑的軸向位置，電子密度變得非常低，且排放物不再填滿后者的橫截面。于是排放物被稱為已經(jīng)收縮。

電子密度朝邊緣的這種徑向分布的形式特別取決于等離子體的操作參數(shù)：氮氣中各種污染氣體的性質(zhì)和濃度，總流速和微波功率。其還取決于之前的固定參數(shù)，例如放電管的內(nèi)徑及其制造材料的性質(zhì)(特別通過導(dǎo)熱率)。

可以理解的是，電子強度和氣體溫度的徑向分布影響氣態(tài)介質(zhì)和管壁之間的熱交換關(guān)系，并因此影響后者的穩(wěn)定性。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，氮含量中大約1％的一些氣體(例如氦氣和氫氣)具有促進排放物的徑向膨脹并因此提高管壁附近的氣體溫度的作用。由此，熱效應(yīng)引起的管壁老化加重。

還發(fā)現(xiàn)，一些氣體具有相反影響并促進排放物的徑向收縮。在這種情況下，通常觀察到，等離子體不會保持始終集中在中軸上，而是在管的橫截面中無規(guī)移動。當(dāng)?shù)入x子體偏離中心并接近管壁時，其暫時暴露在非常高的氣體溫度以及具有更高能量的脫離熱力學(xué)平衡的電子作用下。該極限情況在于，當(dāng)?shù)入x子體作為一種或多種非常致密的單絲存在時，它們?nèi)绻c壁接觸足夠長的時間，就會對后者產(chǎn)生極端的局部應(yīng)力。因此存在通過熱機械過載、由高能氟化物質(zhì)造成的管壁點腐蝕以及介電冷卻流在等離子體在壁上的接觸點背面的管壁外表面上的碳化而破壞壁的危險。

這種問題的第一解決方案包括使用由非常高性能的材料(例如氮化鋁)制成的管，使用該管，這種劣化現(xiàn)象變得極其罕見，而非不可能預(yù)見其發(fā)生。特別地，通常通過可以利用各種鹵化氣體、plasmogenic氣體(例如氬氣)和各種添加劑，例如氦氣、氫氣或其它化學(xué)添加劑，或甚至重稀土氣體(所有這些均以通常未知的非常不定的比例存在)的使用方法的特征設(shè)定控制收縮現(xiàn)象和成絲的參數(shù)。

此外，等離子體與壁之間的接觸現(xiàn)象本身是完全隨機的，因此非常難以防止這些現(xiàn)象，其引發(fā)危害操作并因此危害裝置安全性的風(fēng)險。

此外，等離子體的徑向密度梯度的存在還極大地限制了流出物破壞系統(tǒng)的性能。實際上，該室的邊緣區(qū)域較冷且電子衰減。因此，與中心區(qū)域相比，在這一邊緣區(qū)域較不可能發(fā)生污染物分子的離解，并促進它們由它們的片段重組(由于存在相對較高的絕對濃度)。從該低能邊緣區(qū)域通過該室的污染物氣體分子，與在中軸附近通過相比具有低得多的離解可能。可以相像到，所述分子在其通過過程中由于擴散、對流或湍流而移向較熱的中心區(qū)域。然而，在氮氣中，如果考慮到離開主泵的氮氣總流量，等離子體柱相對較短且通過速度相對較高，那么這些用于材料交換的方法幾乎沒有時間完成。

本發(fā)明還涉及通過例如NF₃的分子在等離子體中的裂化獲得例如氟F₂的氣體的發(fā)生器。以本申請人的名義在2005年6月29日提交的國際專利PCT/FR05/01652中描述了這種方法和相關(guān)發(fā)生器，該專利的內(nèi)容經(jīng)此引用并入本申請。

本發(fā)明特別能夠針對室中、特別是管中的微波等離子體引起的問題：

-一方面，通過對抗直徑和等離子體的無規(guī)軸向偏心的變動，改進放電管的耐久性和可靠性，