PFC Abatement in the Semiconductor Industry 2009

44 Pages·2009·0.33 MB·English

by  Joe Van Gompel

PFC Abatement in the 
Semiconductor Industry 2009
Joe Van Gompel
Glade Consulting, LLC
SESHA 31st International Symposium, Scottsdale AZ
May 19 – 22, 2009
Overview
PFCs are stable and difficult to abate
(cid:122)
Reactions and thermodynamics
(cid:122)
Approaches to abatement of PFCs
(cid:122)
Burn‐wet
(cid:122)
Plasma
(cid:122)
Catalytic
(cid:122)
The HF Question
(cid:122)
Commercial Solutions
(cid:122)
Applied Materials / Metron “Marathon”
(cid:122)
Centrotherm CT‐BW 
(cid:122)
DAS Escape
(cid:122)
Edwards Atlas, TPU, Sirius, ERIX
(cid:122)
Guild Trinity
(cid:122)
Glade Consulting, LLC
Founded 2008, Austin TX
(cid:122)
Joe Van Gompel, President
(cid:122)
PhD, physical organic chemistry, University of Illinois
(cid:122)
12 years as POU abatement specialist at (BOC) Edwards
(cid:122)
5 Years, FTIR Specialist at (Thermo) Mattson/Nicolet
(cid:122)
Subfab operability consulting
(cid:122)
Fabwide abatement strategies
(cid:122)
PFC emissions reduction strategies
(cid:122)
POU abatement – recommendations, uptime
(cid:122)
Vacuum pumps
(cid:122)
Emissions testing
(cid:122)
PFC emissions audits
(cid:122)
Training seminars
(cid:122)
PFC Gases in the Semiconductor Industry
The semiconductor industry phased in PFCs to replace 
(cid:122)
chlorinated ODSs in the 1980s
PFCs were nontoxic and didn’t deplete ozone
(cid:122)
PFCs were heavily used in chamber cleans since the 
(cid:122)
early 1990s
Primarily C F and CF mostly phased out in favor of NF
(cid:122)
2 6 4, 3
Still a global warmer, but well‐utilized in chamber, so effect 
(cid:122)
is minimized
Significant PFC consumption in etch, especially CF and CHF
(cid:122)
4 3
Etch is major emission component in most modern fabs
(cid:122)
Difficult to optimize – need proper ratio of C, H, O, and F for 
(cid:122)
anisotropic etch
Why PFCs are Such Potent Global Warming Gases
Infrared spectrum of the atmosphere
NF
3
SF
6
C F
3 8
C F
2 6
CF , C F , C F
4 2 6 3 8
CO
H O CO H O
2
2 2 2
10 µ, 10,000 nm 5 µ, 5,000 nm 3.3 µ, 3,333 nm
5
Visible light ‐ red 0.7 u, violet 0.36 u
Relative Stabilities of PFCs
Lifetimes and Stabilities
Fluorinated Gas Lifetime (years)
CF 50,000
4
C F 10,000
2 6
SF 3200
6
C F 2600
3 8
c‐C F 3200
4 8
NF 740
3
CHF 270
3
CH F 4.9
2 2
This is closely related to ease of abatement
PFC Gases are Very Stable Compounds
Carbon‐fluorine bond is strongest single bond in all of 
(cid:122)
chemistry
Multiple C‐F bonds on the same carbon enhance stability
(cid:122)
C‐C or C‐H bonds are weaker and decrease stability
(cid:122)
S‐F bond is strong too
(cid:122)
Stability is reflected in atmospheric lifetimes
(cid:122)
Stability is closely related to ease of abatement
(cid:122)
CF
(cid:122)
4
C F , SF
(cid:122)
2 6 6
C F , c‐C F , NF
(cid:122)
3 8 4 8 3
CHF , CH F , CHF , C F , C F
(cid:122)
3 2 2 3 5 8 4 6
Thermodynamics in Chemistry
Chemical reactions proceed
(cid:122)
preferentially “downhill” to lower
energy products
These are exothermic reactions – they liberate
(cid:122)
heat
Products
Chemical reactions can be forced to
(cid:122)
H < 0 
proceed “up hill”, where the products
Starting 
(Endothermic)
have more energy than the reactants
Materials
y
– energy or heat have to be put into
g
r
them e
n
These are endothermic reactions – they E H > 0 
(cid:122)
absorb heat (get cold) (Exothermic)
Thermodynamics simply tell if a
(cid:122)
Products
reaction is favored or not.
Thermodynamics are not always
indicative of how fast a reaction will
proceed (kinetics)
Bond Strengths
BOND kcal/mol kJ/mol
F C – F  130 543
(CF , Freon 14)
3
4
F C‐CF – F  127 531
(C F , Freon116)
3 2 
2 6
H C – F 
3
108
452
F C – H 
(Freon 23)
3
106
444
H C – H
(methane)
3
105