JP2001332498A - ガス除害システム及び方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 流量調節用や濃度調節用、ポンプ保護用とし
て用いられる窒素量を低減して半導体製造コストの低減
が図れるガス除害システム及び方法を提供する。 【解決手段】 ガス除害装置１５から導出した除害処理
済みのガスの一部を除害装置１５における流量調節用や
濃度調節用あるいはポンプ保護用のガスとして循環使用
する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ガス除害システム
及び方法に関し、詳しくは、半導体製造工程で使用され
るシラン、塩化水素、アルシン、ホスフィン、ジクロル
シラン、アンモニア、その他の各種特殊材料ガスを含む
排ガスの除害処理を行うためのガス除害システム及び方
法に関する。

【０００２】

【従来の技術】シラン等の特殊材料ガスを使用する特殊
材料ガス使用装置、例えば半導体製造装置から排出され
るガス中には、原料として使用した特殊材料ガスや反応
生成物が含まれている。これらの特殊材料ガスや反応生
成物の多くは、人体に対して有害であることから、排ガ
スを除害装置で処理して無害化を行ってから大気に放出
するようにしている。ここで用いられる除害装置の処理
方式は多種多様であり、湿式スクラバー法、乾式除害剤
法、燃焼除害法、触媒分解法等の各方式が広く用いられ
ている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかし、いずれの処理
方式においても、処理するガスの流量や特殊材料ガスの
濃度を制御して各除害装置における最適条件で処理を行
うようにしている。すなわち、ガス流量については、多
すぎても少なすぎても除害効率が上がらないという不具
合を生じ、また、特殊材料ガス濃度が高すぎると十分な
除害処理が行えなくなったり、反応熱で除害装置に損傷
を与えたりするおそれがあった。したがって、ほとんど
の除害システムでは、除害装置上流側に窒素導入部を設
け、排ガスの流量調節や濃度調節を行うようにしてい
る。

【０００４】また、特殊材料ガスや反応生成物の中で、
例えばシランのように分解して粉状のシラン化合物を生
成するものが含まれている場合は、半導体製造装置と除
害装置とを結ぶ配管や、半導体製造装置から排出される
ガスを吸引して除害装置に導入するポンプに粉状生成物
等の閉塞物質が堆積し、配管の詰りやポンプの動作不良
を生じることがある。このよう場合は、配管やポンプに
大量の窒素を導入して閉塞物質の生成や堆積を防止する
ようにしている。

【０００５】このため、従来のガス除害システムでは、
流量調節用や濃度調節用、閉塞防止用（ポンプ保護用）
として大量の窒素を消費しており、この窒素のコスト
が、除害コストだけでなく、半導体製造コストにも影響
を与えていた。また、使用する窒素としては、高純度の
ものを必要としないにもかかわらず、半導体製造設備に
通常設置されている高純度窒素供給源からの高純度窒素
を使用しており、これもコスト上昇の一因となってい
る。

【０００６】そこで本発明は、流量調節用や濃度調節
用、ポンプ保護用として用いられる窒素量を低減して除
害コストだけでなく、半導体製造コストの低減も図れる
ガス除害システム及び方法を提供することを目的として
いる。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明のガス除害システムは、半導体製造装置等の
特殊材料ガス使用装置から排出されるガスの除害処理を
行う除害装置の上流側に、除害装置に流入するガス量を
所定流量に調節するための流量調節用窒素、あるいは、
除害装置に流入する除害対象ガスの濃度を所定濃度以下
に調節するための希釈用窒素を導入する窒素導入部を備
えたガス除害システムにおいて、前記ガス除害装置から
導出した除害処理済みのガスの一部を流量調節して前記
窒素導入部に循環させる循環経路を設けたことを特徴と
している。

【０００８】さらに、本発明のガス除害システムは、半
導体製造装置等の特殊材料ガス使用装置から排出される
ガスの除害処理を行う除害装置の上流側に、前記特殊材
料ガス使用装置から排出されるガスを吸引して除害装置
に導入するポンプが設けられるとともに、該ポンプには
ポンプ保護用窒素を導入する窒素導入部が設けられてい
るガス除害システムにおいて、前記ガス除害装置から導
出した除害処理済みのガスの一部を流量調節して前記窒
素導入部に循環させる循環経路を設けたことを特徴とし
ている。

【０００９】さらに、前記除害処理済みのガスは、除湿
処理、水素除去処理、パーティクル除去処理の少なくと
もいずれか一つの精製処理を行ってから循環すること、
除害処理済みのガスを窒素導入部に循環させるための手
段として、圧縮機、圧力調節器、バッファタンク、熱交
換器の少なくともいずれか一つを備えていることを特徴
としている。

【００１０】また、本発明のガス除害方法は、半導体製
造装置等の特殊材料ガス使用装置から排出されるガスの
除害処理を行う除害装置から導出した除害処理済みのガ
スの一部を、該除害装置の上流側に、流量調節用窒素、
希釈用窒素、ポンプ保護用窒素の少なくともいずれか一
つとして所定流量で循環させることを特徴としている。

【００１１】

【発明の実施の形態】図１は本発明のガス除害システム
を含む半導体製造設備の概略を示す系統図である。この
半導体製造設備は、特殊材料ガスを使用するＣＶＤ装置
等の半導体製造装置１１と、該半導体製造装置１１に原
料ガスやキャリヤーガス、パージガスを供給するための
シリンダーを収納したシリンダーキャビネット１２と、
半導体製造装置１１のパージガスや排ガスの流量調節等
に使用する窒素を供給するための空気分離装置や液化窒
素貯槽のような高純度窒素供給源１３と、半導体製造装
置１１に供給するガスの精製処理を行う精製装置１４
と、半導体製造装置１１からの排出ガスを吸引して除害
装置１５に導入するポンプ１６と、除害装置１５で除害
処理が行われた除害処理済みのガスの最終処理を行う水
スクラバー等の集中スクラバー１７とを備えている。

【００１２】特殊材料ガスを含む原料ガス、水素等のキ
ャリヤーガス、高純度窒素等のパージガスは、シリンダ
ーキャビネット１２及び高純度窒素供給源１３から精製
装置１４を通りあるいは通らずに半導体製造装置１１に
導入される。半導体製造装置１１から排出されるガス
（排ガス）は、ポンプ１６に吸引されて除害装置１５に
送り込まれ、所定の除害処理が行われる。除害装置１５
から導出した除害処理済みのガスは、集中スクラバー１
７を経て大気中に放出される。

【００１３】このような構成の半導体製造設備において
は、ポンプ１６を閉塞物質から保護するためのポンプ保
護用窒素を導入するポンプ保護用窒素導入部２１と、除
害装置１５に導入する排ガスの流量調節用や濃度調節用
としての窒素（希釈用窒素）を導入する希釈用窒素導入
部２２とが設けられており、高純度窒素供給源１３から
窒素経路２３を介して各導入部２１，２２に高純度窒素
を所定流量でそれぞれ供給するようにしている。なお、
ポンプ保護用窒素や希釈用窒素に用いる窒素として、安
価な低純度窒素を使用することもできるが、窒素供給源
としての窒素貯槽や窒素製造装置が別途必要になり、設
備コストが大幅に上昇するため、ほとんどの設備では、
高純度窒素を希釈用窒素等として使用している。

【００１４】そして、本形態例では、除害装置１５から
排ガス経路２４に導出した除害処理済みのガスの一部
を、精製処理手段２５及び流量調節手段２６ａ，２６ｂ
を介して前記ポンプ保護用窒素導入部２１と希釈窒素導
入部２２とに循環させる循環経路２７ａ、２７ｂが設け
られている。

【００１５】ここで、除害装置１５から導出した除害処
理済みのガスの組成は、半導体製造装置１１で使用する
原料ガス（特殊材料ガス）、キャリヤーガス、パージガ
スの種類や流量によって異なってくるが、その大部分
は、ポンプ保護用及び希釈用として導入された窒素であ
り、例えば除害装置１５として触媒分解方式を用いた場
合、除害処理済みのガスの組成は、一般的に、窒素に対
して、少量の水分と、キャリヤーガスとして用いられ
た、あるいは除害反応で発生した少量の水素とを含むも
のとなる。

【００１６】一方、ポンプ保護用窒素や希釈用窒素は、
前述のように、半導体製造装置１１に導入する窒素のよ
うに高純度である必要はなく、ポンプ１６や除害装置１
５の運転に支障がなければよい。したがって、除害処理
済みのガスの組成に応じて精製処理手段２５で水分や水
素を除去する精製処理を必要に応じて行うことにより、
ポンプ保護用窒素や希釈用窒素として十分に使用可能な
状態のガスとなる。

【００１７】例えば、除害装置１５として湿式スクラバ
ーを用いた場合は、除害処理済みのガスに大量の水分が
含まれているので、このような場合は、精製処理手段２
５で除湿処理を行い、経路内やポンプ１６内で凝縮しな
い程度まで水分を除去してから循環させるようにすれば
よい。除湿処理の方法としては、一般的に用いられてい
る各種方法を使用することができ、例えば圧縮機でガス
を圧縮することにより水分を凝縮させて脱水する方法、
シリカゲルやゼオライト、アルミナ等の脱水剤を使用す
る方法、金属により水分を吸着する方法等を採用するこ
とができる。

【００１８】また、除害処理済みのガスに水素が含まれ
ている場合は、水素を含有したガスが循環することによ
り、循環経路２７ａ、２７ｂを含む循環部分に水素が濃
縮されることがあるので、水素含有量が燃焼下限界の
４．１％未満になるように精製処理手段２５で水素を除
去するべきである。ガス中から水素を除去する方法とし
ては、パラジウム膜や有機膜によって水素を分離する方
法、吸着剤を使用して分離する方法を採用することがで
きる。このとき、窒素経路２３から適量の窒素を導入し
て水素濃度を制御することも可能である。

【００１９】さらに、循環させるガス中にパーティクル
が含まれている場合は、ガスフィルターを設けてパーテ
ィクルを除去しておくようにする。

【００２０】また、経路２４から循環経路２７ａ、２７
ｂを介して各導入部２１，２２にガスを安定して循環さ
せるため、各部の圧力に応じて圧縮機や圧力調節器、バ
ッファタンク等を適宜な位置に設置しておくことが好ま
しい。さらに、必要に応じて、温度上昇したガスを冷却
するための熱交換器や、流量計、分析計を設けておくこ
ともできる。また、流量調節手段２６ａ，２６ｂとして
は、精密な流量調節を行えるマスフローコントローラー
を使用することが好ましい。

【００２１】いずれにしても、循環させるガスの精製処
理は、排ガスの組成だけでなく、ポンプ１６の有無及び
除害装置１５の方式に応じて設定すればよく、ガスを循
環させるためのポンプ（圧縮機）を循環経路２７ａ、２
７ｂに設置するだけでよいこともあり、除湿、脱水素、
パーティクル除去等の複数の精製処理を必要とする場合
もある。

【００２２】また、半導体製造装置１１が青色ＬＥＤを
製造するＧａＮ−ＭＯＣＶＤ装置の場合は、原料ガスと
して大量のアンモニアを使用するが、その大部分は、反
応に寄与することなく排ガスとして半導体製造装置１１
から排出されている。このアンモニアの無害化を行う除
害装置１５としては、触媒による分解処理が有効な方法
として実用化されているが、この除害処理では、１分子
のアンモニアから１／２分子の窒素が生成する。このよ
うに、除害装置１５での除害処理で窒素が生成される場
合は、分解生成物である窒素を、希釈用窒素等として有
効利用することができる。

【００２３】除害装置１５で除害処理を行った除害処理
済みのガスを、精製処理手段２５や流量調節手段２６
ａ，２６ｂを備えた循環経路２７ａ、２７ｂを介して所
定流量でポンプ保護用窒素導入部２１や希釈用窒素導入
部２２に循環導入することにより、高純度窒素供給源１
３から窒素経路２３を介して各導入部２１，２２に導入
する高純度窒素量を大幅に削減あるいは不要とすること
ができるので、高純度窒素の消費量が大幅に減少して窒
素コストを大幅に低減できる。

【００２４】また、高純度窒素供給源１３となる空気分
離装置や液化窒素貯槽の小型化が図れるので、設備コス
トの削減が図れるとともに、集中スクラバー１７におけ
る処理量が減少するため、負荷の低下による小型化やメ
ンテナンス周期の延長が図れ、全体としてのイニシャル
コストやランニングコストの低減によって半導体製造コ
ストの低減も図れる。

【００２５】

【実施例】比較例 図１に示す構成の半導体製造設備において、半導体製造
装置１１から、アンモニア１．０Ｌ／ｍｉｎを含む５０
Ｌ／ｍｉｎの窒素ベースのガスが排出され、ポンプ保護
用窒素導入部２１からポンプ保護用窒素を２０Ｌ／ｍｉ
ｎで導入しながらポンプ１６で吸引し、希釈用窒素導入
部２２から希釈用窒素を３０Ｌ／ｍｉｎで導入して触媒
分解方式の除害装置１５に導入した。除害装置１５で
は、アンモニアが分解した窒素が０．５Ｌ／ｍｉｎ、水
素が１．５Ｌ／ｍｉｎ生成し、除害装置１５から導出し
たガス１０２Ｌ／ｍｉｎを集中スクラバー１７を通して
放出した。

【００２６】実施例１ 比較例と同じ条件において、除害装置１５から排ガス経
路２４に導出したガスの内、３０Ｌ／ｍｉｎを循環経路
２７ｂを通して希釈用窒素導入部２２に循環させ、残り
の７２Ｌ／ｍｉｎは集中スクラバー１７を通して放出し
た。これにより、窒素経路２３から希釈用窒素導入部２
２への高純度窒素の供給を停止でき、高純度窒素消費量
を３０Ｌ／ｍｉｎ相当量削減でき、窒素コストを低減で
きた。また、集中スクラバー１７の処理量も３０Ｌ／ｍ
ｉｎ少なくなった。

【００２７】実施例２ 除害装置１５に塩基性水溶液を使用した湿式スクラバー
方式を採用し、排ガス、ポンプ保護用窒素、希釈用窒素
の条件は比較例と同じとした。湿式スクラバーでは、排
ガス中のアンモニアが塩基性水溶液に吸収され、代わり
に水分が飽和状態となるため、排ガス量は１０３Ｌ／ｍ
ｉｎとなった。除害装置１５から導出したガスの一部を
除湿器に通して露点−１０℃まで除湿した後、ポンプ保
護用窒素として循環経路２７ａからポンプ保護用窒素導
入部２１へと循環させた。その結果、ポンプ１６は通常
通り問題なく運転でき、窒素経路２３からポンプ保護用
窒素導入部２１への高純度窒素の供給が不要となり、集
中スクラバー１７の処理量も減少した。

【００２８】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
除害装置における流量調節用、濃度調節用に使用してい
た高純度窒素や、ポンプ保護用に使用していた高純度窒
素を、従来は放出していたガスで代替するようにしたの
で、これらへの高純度窒素の供給量を大幅に削減あるい
は不要にすることができ、空気分離装置や液化窒素貯槽
のような窒素供給源の小型化が図れ、また、除害装置下
流に設けられている集中スクラバー等の小型化やメンテ
ナンス周期の延長も図れる。これにより、半導体製造設
備のイニシャルコストの低減やランニングコストの低減
が図れ、半導体の製造コストも削減することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明のガス除害システムを含む半導体製造
設備の概略を示す系統図である。

【符号の説明】

１１…半導体製造装置、１２…シリンダーキャビネッ
ト、１３…高純度窒素供給源、１４…精製装置、１５…
除害装置、１６…ポンプ、１７…集中スクラバー、２１
…ポンプ保護用窒素導入部、２２…希釈用窒素導入部、
２３…窒素経路、２４…排ガス経路、２５…精製処理手
段、２６ａ，２６ｂ…流量調節手段、２７ａ、２７ｂ…
循環経路

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 小関 修一 東京都港区西新橋１−16−７ 日本酸素株 式会社内 (72)発明者 中島 晶子 東京都港区西新橋１−16−７ 日本酸素株 式会社内 (72)発明者 万行 大貴 東京都港区西新橋１−16−７ 日本酸素株 式会社内 Ｆターム(参考） 5F045 AA04 AB14 AC12 BB08 EG09

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 半導体製造装置等の特殊材料ガス使用装
   置から排出されるガスの除害処理を行う除害装置の上流
   側に、除害装置に流入するガス量を所定流量に調節する
   ための流量調節用窒素を導入する窒素導入部を備えたガ
   ス除害システムにおいて、前記ガス除害装置から導出し
   た除害処理済みのガスの一部を流量調節して前記窒素導
   入部に循環させる循環経路を設けたことを特徴とするガ
   ス除害システム。
2. 【請求項２】 半導体製造装置等の特殊材料ガス使用装
   置から排出されるガスの除害処理を行う除害装置の上流
   側に、除害装置に流入する除害対象ガスの濃度を所定濃
   度以下に調節するための希釈用窒素を導入する窒素導入
   部を備えたガス除害システムにおいて、前記ガス除害装
   置から導出した除害処理済みのガスの一部を流量調節し
   て前記窒素導入部に循環させる循環経路を設けたことを
   特徴とするガス除害システム。
3. 【請求項３】 半導体製造装置等の特殊材料ガス使用装
   置から排出されるガスの除害処理を行う除害装置の上流
   側に、前記特殊材料ガス使用装置から排出されるガスを
   吸引して除害装置に導入するポンプが設けられるととも
   に、該ポンプにはポンプ保護用窒素を導入する窒素導入
   部が設けられているガス除害システムにおいて、前記ガ
   ス除害装置から導出した除害処理済みのガスの一部を流
   量調節して前記窒素導入部に循環させる循環経路を設け
   たことを特徴とするガス除害システム。
4. 【請求項４】 前記除害処理済みのガスは、除湿処理、
   水素除去処理、パーティクル除去処理の少なくともいず
   れか一つの精製処理を行ってから循環することを特徴と
   する請求項１，２又は３記載のガス除害システム。
5. 【請求項５】 除害処理済みのガスを窒素導入部に循環
   させるための手段として、圧縮機、圧力調節器、バッフ
   ァタンク、熱交換器の少なくともいずれか一つを備えて
   いることを特徴とする請求項１，２又は３記載のガス除
   害システム。
6. 【請求項６】 半導体製造装置等の特殊材料ガス使用装
   置から排出されるガスの除害処理を行う除害装置から導
   出した除害処理済みのガスの一部を、該除害装置の上流
   側に、流量調節用窒素、希釈用窒素、ポンプ保護用窒素
   の少なくともいずれか一つとして所定流量で循環させる
   ことを特徴とするガス除害方法。