JP2002320822A - 排ガス処理装置及び処理方法 - Google Patents

排ガス処理装置及び処理方法

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JP2002320822A JP2002054297A JP2002054297A JP2002320822A JP 2002320822 A JP2002320822 A JP 2002320822A JP 2002054297 A JP2002054297 A JP 2002054297A JP 2002054297 A JP2002054297 A JP 2002054297A JP 2002320822 A JP2002320822 A JP 2002320822A
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リー ド−ヒー
Jin Gu Lee
リー ジン−グ
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キム テ−ウォン
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 半導体製造工程で発生する排ガスに含まれて
いる粒子状物質と水分を多孔性の機能性フィルターを用
いて同時に除去することにより、固形化物質により圧力
損失及びチャネルリング現象を最小化させることのでき
る排ガス処理装置及びその方法を提供する。 【解決手段】 本発明の排ガス処理装置は、排ガスが流
入する流入口（１）；前記流入口（１）に連設され、多
孔性の機能性フィルター（２）が充填された前処理反応
器（３）；前記前処理反応器（３）と配管（４）で連設
され、有毒性排ガス浄化用吸着剤（５）が充填されたド
ライスクラバー（６）；及び処理済みのガスを排出する
排出口（７）；から構成される。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は多孔性の機能性フィ
ルターを用いて半導体排ガスに含まれている粒子状物質
及び水分を除去する装置に係り、さらに詳しくは半導体
製造工程のうちＣＶＤ（Chemical Vapor Depositio
n）、ディフュ−ジョン（Diffusion）及びイオンインプ
ラント（Ion Implant）工程で発生する排ガスに含まれ
ている金属及び金属酸化物と水分を多孔性の機能性フィ
ルターを用いて同時に効果的に除去する装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】半導体製造工程でウェーハ（wafer）の
表面処理のために人体に有毒し腐食性の強いガス、例え
ばＣｌ2、ＢＣｌ3、ＨＦ、ＢＦ3, Ｆ2、ＧｅＦ4、Ｓｉ
Ｈ4、Ｓｉ2Ｈ6、ＳｉＨ2Ｃｌ2、ＮＨ3、ＰＨ3、ＡｓＨ3
などが用いられており、これら有毒ガスは工程中にその
一部が消費され、残留未反応ガスはそのまま外部に排出
される。ゆえに、これら未反応有毒ガスが処理せずに大
気中に放出されると人体および生態系に深刻な影響を及
ぼすことになる。
【０００３】従来は半導体製造工程で発生する有毒性排
ガス処理方法として燃焼式や湿式が多く用いられてい
た。燃焼式は工程で排出される有毒性排ガスを８００℃
以上の高温で燃焼し除去する方法であって、除去効率が
低く且つ年間運転費が結構かかるという短所がある。一
方、湿式工程は排出される有毒性排ガスに水を噴射し除
去する方法であって、除去効率が低く、且つ２次水質汚
染物質の廃水が発生しこの処理のために廃水処理場が別
に必要なので年間運転費が結構かかるという短所があ
る。
【０００４】このため、最近は既存の方法に比べて経済
的であり且つ２次汚染物質の発生抑制側面で環境親化的
でありしかも有毒性排ガスの除去効率の高いドライスク
ラバー（Dry Scrubber）を利用した吸着式除去方法が幅
広く用いられている。
【０００５】半導体製造工程のうちＣＶＤ、ディフュ−
ジョン及びイオンインプラント工程で排出される排ガス
には有毒性ガス以外に硼素、珪素、砒素、燐などの粒子
状の金属及びＢ2Ｏ3、ＳｉＯ2、Ａｓ2Ｏ3、Ａｓ2Ｏ5、
Ｐ2Ｏ3、Ｐ2Ｏ5などの前記金属の酸化物、そして水分が
含まれている。前記粒子状金属及び／又はこれらの酸化
物は吸着剤に浸漬され吸着剤間の空隙を閉鎖するばかり
でなく、水分により吸着剤の上層部において吸着剤と粒
子状物質、粒子状物質と粒子状物質が互いに凝集し固い
塊状の固形化物質を形成する。また、粒子状物質及び水
分により形成された前記固形化物質は圧力損失を起こす
のみならず、排ガスの流れを阻害しガスが一方向に偏る
チャネルリング（Channeling）現象を起こして吸着剤の
吸着機能を低下させる。このように固形化物質による圧
力損失及びチャネルリング現象は工程の頻繁なシャット
ダウン（Shut-down）の主要原因として作用し、連続運
転に大きな支障をもたらす。
【０００６】最近はかかる問題点を改善するために吸着
剤より大きい粒子のセラミックボール状のフィルターを
吸着剤前端に設置し粒子状の金属及び金属酸化物を除去
しているが、粒子状物質及び水分により生成された固形
状物質による圧力損失及びチャネルリング現象に対する
改善効果はあまり大きくない。すなわち、この場合にも
セラミックボールとボール間の空隙に粒子状物質が容易
に蓄積され、しかも水分によりセラミックボールと粒子
状物質、及び粒子状物質と粒子状物質が互いに絡み合っ
て固形化が進み、圧力損失及びチャネルリング現象を起
こすようになる。一方、前記問題点を改善するために大
粒子のセラミックボール状のフィルターを使う場合は、
バイパス効果（By-pass Effect）により粒子状物質がセ
ラミックボールとボールとの間の空隙を容易に通過し吸
着剤層に蓄積され、しかも水分によりセラミックボール
と粒子状物質、吸着剤と粒子状物質、及び粒子状物質と
粒子状物質が互いに絡み合って固形化が進み、圧力損失
及びチャネルリング現象を起こすようになる。
【０００７】一方、日本国特公平１−３１７５２０号及
び米国特許第６、０９９、８０８号には、繊維状フィル
ターを用いて排ガスに含まれている粒子状物質を除去す
る前処理装置に関するものが提示されている。ところ
が、この方法が排ガスに含まれている粒子状物質を除去
する面においては効果的であると認められるが、除去さ
れた粒子状物質が繊維状フィルターの空隙を選択的に閉
鎖し排ガスの流れに影響を及ぼし、これにより短時間内
に圧力損失を引き起こし工程の頻繁なシャットダウンの
原因として作用される。特に米国特許第６，０９９，８
０８号では、水分による繊維状フィルター層における粒
子状物質間の凝集による固形化を防止するために繊維状
フィルター層の前端に水分除去層（Mist Eliminator）
が設けられているが、水分によるフィルター層の詰まり
現象が効果的に改善されていない。このため、半導体製
造会社では排ガスに含まれている粒子状物質と水分を同
時に除去し、固形化物質による圧力損失及びチャネルリ
ング現象を効果的に防止できる多孔性の機能性フィルタ
ーに対する要求が高まっている。
【０００８】したがって、本発明者らは前述した従来技
術の問題点を解消するために持続的な研究を重ねた結
果、本発明を完成するに至った。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は半導体
製造工程で発生する排ガスに含まれている粒子状物質と
水分を多孔性の機能性フィルターを用いて同時に除去す
ることにより、固形化物質により圧力損失及びチャネル
リング現象を最小化させることのできる排ガス処理装置
を提供することにある。
【００１０】また、本発明の目的は本発明の排ガス処理
装置を用いて排ガスに含まれている粒子状物質と水分を
多孔性の機能性フィルターを用いて同時に除去する排ガ
ス方法を提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】前記目的を達成するため
の本発明の排ガス処理装置は、排ガスが流入する流入口
１；前記流入口１に連設され、多孔性の機能性フィルタ
ー２が充填された前処理反応器３；前記前処理反応器３
と配管４で連設され、有毒性排ガス浄化用吸着剤５が充
填されたドライスクラバー６；及び処理済みのガスを排
出する排出口７；から構成されることを特徴とする（図
１参照）。
【００１２】本発明の他の実施態様としての排ガス処理
装置は、排ガスが流入する流入口１；前記流入口１に連
設され、上層部には多孔性の機能性フィルター２が充填
され下層部には吸着剤５が充填されたドライスクラバー
６；及び処理済みのガスを排出する排出口７；から構成
去れることを特徴とする（図２参照）。
【００１３】前記多孔性の機能性フィルターとしてはセ
ラミックハニカム（Ceramic Honeycomb）、セラミック
フォーム（Ceramic Foam）、メタリックフォーム（Meta
llicfoam）等を用いることができ、これを別途の前処理
反応器或いはガス流れ方向に対して吸着剤上層部に不規
則に充填することにより、排ガスに含まれている粒子状
物質及び水分と機能性フィルターとの接触面積及び接触
時間を増加させ粒子状物質及び水分を効果的に除去しう
るばかりでなく、ガス流れの乱流化が引き起こされ残留
ガスが吸着剤層に均一に分散し、吸着剤の吸着機能を向
上させることができる。
【００１４】また、前記多孔性の機能性フィルターに水
分吸着の可能な物質を１つ以上、例えばゼオライト、粘
土、シリカゲル、アルミナ、シリカ−アルミナ、水酸化
マグネシウム、マグネシア、水酸化カルシウム、酸化カ
ルシウム又は活性炭のいずれか１つ以上を合浸またはウ
ォッシュ塗り（Washcoating）するか、水分吸着の可能
な物質を１つ以上混合しハニカム状に押出成形して粒子
状物質と水分を同時に除去することにより、圧力損失と
チャネルリング現象の原因として作用する固形化物質の
生成を効果的に防止し、工程の連続運転性を向上させる
ことができる。
【００１５】また、前記ドライスクラバーに充填された
吸着剤としては通常金属酸化物、金属水酸化物の混合物
などの使用が可能であるが、排ガスを吸着除去するもの
ならいずれでもよい。
【００１６】
【発明の実施の形態】以下、前述した構成及び説明に基
づいて本発明の一実施例に係る作用を添付図を参照して
詳細に説明する。
【００１７】図１は半導体製造工程で排出される排ガス
に含まれている粒子状物質及び水分除去装置を示す構成
図であり、図２は本発明の他の実施例に係る排ガスに含
まれている粒子状物資及び水分除去装置を示す図であっ
て、共に説明する。
【００１８】図１によれば、半導体製造工程のうちＣＶ
Ｄ、デフュージョン及びイオンインプラント工程で排出
される金属粒子、これらの金属酸化物及び水分の含まれ
ている有毒性ガスは流入口１を通して多孔性の機能性フ
ィルター２が不規則に充填されている前処理反応器３を
透過する。この際、有毒性排ガスに含まれている金属粒
子、これらの金属酸化物及び水分は多孔性の機能性フィ
ルター２を通過しながら物理的及び化学的吸着により除
去され、金属、これらの金属酸化物及び水分が結合し形
成された微量の大粒子の物質は重力により前処理反応器
３の下端部に下降する。一方、前処理反応器３で処理さ
れた排ガスは配管４を通して有毒性排ガス除去用吸着剤
５の充填されたドライスクラバー６を通過しながら完全
に除去され、浄化された排ガスは排出口７を通して大気
中に排出される。
【００１９】図２は本発明の他の実施態様であって、半
導体製造工程のうちＣＶＤ、デフュージョン及びイオン
インプラント工程で排出される金属粒子、これらの金属
酸化物及び水分の含まれている有毒性排ガスが流入口１
を通して多孔性の機能性フィルター２に流入し、有毒性
排ガスに含まれている金属粒子、これらの金属酸化物及
び水分を除去し、前記物質が除去された排ガスは多孔性
の機能性フィルター２の下層に積層されている吸着剤５
を通過しながら有毒性排ガスが除去されるようになって
いる。一方、浄化された排ガスは吸着剤５の下端に設け
られている排出口７を通して大気中に排出される。
【００２０】以上前述したように、本発明の多孔性の機
能性フィルターを用いると、ＣＶＤ、デフュージョン及
びイオンインプラント工程で排出される排ガスに含まれ
ている粒子状の金属、金属酸化物及び水分を同時に除去
することができるので、頻繁な工程シャットダウンの主
原因として作用する固形化物質の形成による圧力損失及
びチャネルリング現象を効果的に防止することができ
る。
【００２１】本発明の多孔性の機能性フィルターを不規
則に吸着剤の上層部に設置することにより、排ガスに含
まれている粒子状物質及び水分と機能性フィルタとの接
触面積及び時間を増加させ、粒子状物質及び水分を効果
的に除去できるばかりでなく、ガス流れの乱流化が引き
起こされ残留ガスが吸着剤層に均一に分散して吸着剤の
吸着機能を向上させることができる。
【００２２】本発明と従来技術との効果を比較するため
に次のように比較実験を行った。
【００２３】＜比較例＞ゼオライトＮａＸ（Zeolite Na
X、AEKYUNG PQ ADVANCED MATERIALS CO.,LTD）５６０ｇ
と ベントナイト(Bentonite, DEOKSAN薬品工業）３２０
ｇ、蒸留水９２０ｇを混合器に入れて攪拌した後、真空
押出成形機でゼオライト含有のセラミックハニカム（横
５ｍｍ、縦５ｍｍ、長さ７ｍｍ； ３００cpsi）を製造
した後、これを室温で乾燥及び６００℃で４時間焼成さ
せた。製造されたゼオライト含有のセラミックハニカム
１．８Ｌを前処理反応器に不規則に充填した後、前処理
反応器の出口を有毒性排ガス除去用吸着剤、すなわち金
属酸化物、金属水酸化物の混合物が充填されたドライス
クラバーの入口に連結した。そして、イオンインプラン
ト工程で排出される金属、金属酸化物及び水分の含まれ
ている有毒性排ガスを流し出しながらこれらによる圧力
損失を測定した。その次、入口圧力と出口圧力との差が
＋５０ｍｍＨ2Ｏ以上が５秒間続くと非常ランプが点灯
しながらブザーが鳴る排ガス入口圧力異常感知用インタ
ーロック（Interlock）を設置した後、排ガスをドライ
スクラバーに流入させて圧力異常警報発生までの所要時
間を測定した。
【００２４】また、本発明と従来技術との効果を比較す
るためにセラミックボール（粒子寸法；５〜８ｍｍ、Pr
ocatalyse）を前処理反応器に設置した後、上記と同じ
方法で実験を行った。同実験結果を表１に示したとこ
ろ、本発明の多孔性の機能性フィルターを用いた場合、
空隙率は２倍以上増加し、フィルター容積当たりの表面
積は３．６倍以上増加し、インターロック警報発生時ま
での所要時間は２．７倍遅延したことがわかる。
【００２５】
【表１】
【００２６】この際、空隙率及びフィルたー容積当たり
の表面積を各々数式１及び数式２で計算した。
【００２７】
【数１】
【００２８】
【数２】
【００２９】
【発明の効果】以上説明したように、本発明は半導体製
造工程で発生する排ガスに含まれている粒子状物質と水
分を多孔性の機能性フィルターを用いて同時に除去する
ことにより、固形化物質による圧力損失及びチャネルリ
ング現象を最小化させることのできる排ガス処理装置に
関する有用な発明である。
【図面の簡単な説明】
【図１】半導体製造工程で排出される排ガスに含まれて
いる粒子状物質及び水分の除去装置を示す構成図であ
る。
【図２】本発明の他の実施例に係る排ガスに含まれてい
る粒子状物質及び水分の除去装置を示す図である。
【符号の説明】
１ 流入口 ２ 多孔性の機能性フィルター ３ 前処理反応機 ４ 配管 ５ 吸着剤 ６ ドライスクラバー ７ 排出口
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｂ０１Ｄ 53/34 ＺＡＢ Ｂ０１Ｄ 53/34 ＺＡＢ 53/46 １３４Ｃ 53/58 １２０Ａ １３１ (72)発明者 ヘー−キュン パク 大韓民国，137−801，ソウル，ソチョ− グ，バンポ−ドン，30−18，サムホガーデ ン ３チャ，ラドン 602 (72)発明者 ド−ヒー リー 大韓民国，422−803，キョンギ−ド，ブチ ョン−シ，ソサ−グ，グェアン−ドン 114−10 (72)発明者 ジン−グ リー 大韓民国，356−806，チュンチョンナム− ド，ソサン−シ，ウムネ−ドン，624−５, ブーヨン アパートメント，624−５ (72)発明者 テ−ウォン キム 大韓民国，136−821，ソウル，ソンブク− グ，ソンブク ２−ドン，63−49 Ｆターム(参考） 4D002 AA13 AA18 AA22 AA23 AA26 AA27 AA40 AC10 BA04 BA14 CA07 DA05 DA06 DA11 DA12 DA41 DA45 DA46 EA02 EA03 HA01 4D019 AA01 BA02 BA05 BB03 BB10 BB13 BC05 BD06 CA01 CB02 4D052 AA00 CE00 HA01 HA02 HA03 HA05 HA06 HA21 HA24 HB05 HB06

Claims (12)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】排ガスが流入する流入口（１）；前記流入
    口（１）に連設され、多孔性の機能性フィルター（２）
    が充填された前処理反応器（３）；前記前処理反応器
    （３）と配管（４）で連設され、有毒性排ガス浄化用吸
    着剤（５）が充填されたドライスクラバー（６）；及び
    処理済みのガスを排出する排出口（７）；から構成され
    ることを特徴とする排ガス処理装置。
  2. 【請求項２】前処理反応器（３）を除去し、ドライスク
    ラバー（６）の上層部には多孔性の機能性フィルター
    （２）を充填し下層部には吸着剤（５）を充填すること
    を特徴とする請求項１記載の排ガス処理装置。
  3. 【請求項３】多孔性の機能性フィルター（２）がセラミ
    ックハニカム、セラミックフォーム、メタリックフォー
    ムから選択されることを特徴とする請求項１または請求
    項２のいずれかに記載の装置。
  4. 【請求項４】セラミックハニカム、セラミックフォー
    ム、メタリックフォームが部分切断または破砕形態を有
    することを特徴とする請求項３記載の装置。
  5. 【請求項５】多孔性の機能性フィルター（２）が水分吸
    着物質を含有することを特徴とする請求項１または請求
    項２のいずれかに記載の装置。
  6. 【請求項６】水分吸着物質を多孔性の機能性フィルター
    （２）と機械的に混合しハニカム状に押出成形して製造
    することを特徴とする請求項５記載の装置。
  7. 【請求項７】前記吸着物質として、ゼオライト、粘土、
    シリカゲル、アルミナ、シリカ−アルミナ、水酸化マグ
    ネシウム、マグネシア、水酸化カルシウム、酸化カルシ
    ウムまたは活性炭のいずれか１つ以上が選択されること
    を特徴とする請求項５記載の装置。
  8. 【請求項８】多孔性の機能性フィルター（２）が１つ以
    上の水分吸着物質をセラミックハニカム、セラミックフ
    ォーム、メタリックフォームに合浸またはウォッシュ塗
    り（Washcoating）して製造することを特徴とする請求
    項１または請求項２のいずれかに記載の装置。
  9. 【請求項９】請求項１または請求項２に係る排ガス処理
    装置を用いて半導体製造工程で排出される排ガスに含ま
    れている粒子状金属、これらの酸化物及び水分と機能性
    フィルターとの間の接触除去面積及び時間を増進させ、
    粒子状物質と水分を効果的に除去し、且つ排ガスの流れ
    を乱流化させ、排ガスが吸着剤層に均一に流れるように
    誘導することを特徴とする排ガス処理方法。
  10. 【請求項１０】粒子状金属及びこれらの酸化物が水分と
    結合し形成された微量の大粒子の物質は重力により前処
    理反応器（３）の下端部に下降し浸漬されることを特徴
    とする請求項９記載の方法。
  11. 【請求項１１】前記半導体製造工程がＣＶＤ、ディフュ
    ージョンまたはイオンインプラント工程であることを特
    徴とする請求項９記載の方法。
  12. 【請求項１２】前記粒子状の金属及びこれらの酸化物が
    各々硼素、珪素、砒素、燐及び、Ｂ2Ｏ3、ＳｉＯ2、Ａ
    ｓ2Ｏ3、Ａｓ2Ｏ5、Ｐ2Ｏ3、Ｐ2Ｏ5であることを特徴と
    する請求項９記載の方法。
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