JP2005003331A

JP2005003331A - 有害ガスの燃焼式除害装置

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Publication number: JP2005003331A
Application number: JP2003170203A
Authority: JP
Inventors: Naoki Muranaga; 直樹村永; Hisafumi Kasatani; 尚史笠谷; Yasuhiko Koiso; 保彦小礒
Original assignee: Japan Pionics Ltd
Current assignee: Japan Pionics Ltd
Priority date: 2003-06-16
Filing date: 2003-06-16
Publication date: 2005-01-06

Abstract

【課題】半導体製造工程等から排出される有害ガスの燃焼式除害装置において、固体粒子を発生する有害ガス成分を含む有害ガスを燃焼処理した場合であっても、装置が複雑になることなく、処理対象ガスの分解率の低下、不完全燃焼、あるいは失火の原因となるような固体付着物の堆積を抑制することができ、長時間にわたり安全で安定した燃焼状態が得られるような燃焼式除害装置を提供する。
【解決手段】固体付着物が堆積しやすい燃焼室壁面、保炎器上面に対して超音波振動を付与する手段を設けた燃焼式除害装置とする。
【選択図】図２

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、有害ガスの除害装置に関し、さらに詳細には半導体製造工程等で使用された後排出される有害ガスを、燃焼させることにより無害な物質、あるいは容易に無害化できる物質に変えるための燃焼式除害装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年の半導体工業の発展とともに、半導体製造工程においては非常に多種のガスが使用されるようになってきている。しかし、これらのガスは人体及び環境にとって有害な物質が多く、工場外へ排出するに先立って除害することが必須のこととなっている。これらのガスを燃焼させることにより分解処理する燃焼式除害方法は、排ガスの組成や物性によらず適用することができる便利な方法であり、特に高濃度、大流量の場合は乾式除害方法や湿式除害方法と比較して効率的である。
【０００３】
燃焼式除害方法により処理される有害ガスは、プロパン、ＬＰＧ、ＬＮＧ等の燃料ガス、空気または酸素、必要に応じ不活性ガスと燃焼室において混合、燃焼し、無害な酸化物あるいは容易に無害化できる物質となり処理される。従来から使用されている一般的な燃焼式除害装置は、処理対象の有害ガス成分を含む有害ガス、燃料ガス、空気または酸素等のガスを燃焼室へ導入するための各配管、有害ガスを燃焼するための燃焼室、燃焼ノズル、燃焼後のガスを燃焼室から排出するための排出口から構成されている。また、さらにこれらの他に火炎を安定した状態に維持するための円錐状またはそれに類似する形状の保炎器が設置されている装置がある。
【０００４】
このような構成の燃焼式除害装置で、有害ガスは燃焼処理されガスの排出口より排気されて大気に放出されるかあるいは次の処理装置へ送られる。しかし、処理対象ガスが、例えばシラン、ホスフィン、アルシン、ジボランのようなガスである場合は、燃焼により各々ケイ素、リン、ヒ素、ホウ素の固体粒子状酸化物が生成し、大部分は燃焼室内を通過し後工程で処理されるが、一部は燃焼室内に固体付着物として堆積し以下のような不具合を発生させるので問題となっている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
すなわち、上記のような固体付着物は、有害ガスの燃焼開始とともに発生し燃焼室内の内壁に堆積していき、燃焼時間の経過とともにその付着面積、厚みが増加する。その結果、有害ガスと燃料ガス、空気、酸素等との均一な混合が妨げられて完全燃焼が阻害され、燃焼温度の低下、有害ガスである処理対象ガスの分解率の低下を生じるだけでなく、固体付着物の堆積量が多大な場合は失火する恐れがある。そのため、堆積する固体付着物を掻き取り除去する目的で、燃焼室内にスクレーパー及び固定突起を設ける装置（特開平１１−１９３９１６号公報）が提案されている。
【０００６】
スクレーパーは、燃焼室壁面に堆積した固体付着物を掻き取り除去するためのものであり、付着壁面に対応した形状のものが用いられている。また、保炎器が設置されている燃焼式除害装置では、燃焼室壁面の他に円錐形状の保炎器上面に堆積した固体付着物を掻き取り除去するためのΛ形状部分、ノズル側面に堆積した固体付着物を掻き取り除去するための一対の角状部分を有しているものもある。このような構成のスクレーパーを所定の速度で回転させると同時に所定の周期で回転軸方向に往復運動させることにより、燃焼室壁面、保炎器上面等に堆積する固体付着物を掻き取り除去している。また、固定突起は、スクレーパーの表面に堆積する固体付着物を掻き取り除去するものである。
【０００７】
しかしながら、このような燃焼式除害装置は、前記のようにスクレーパーを回転させるとともに回転軸方向に往復運動させるための駆動部が必要であり、装置が複雑になり高価なものになるいう不都合があった。また、スクレーパー及び固定突起を用いた場合の固体付着物の堆積状況は、これらを用いない場合よりはきわめて良好であるが、定期的な分解掃除は避けることができず、装置が複雑な構成なのでメンテナンスに多くの手間がかかるという不都合があった。
【０００８】
従って、本発明が解決しようとする課題は、これらの従来技術の欠点を解決し、装置が複雑になることなく、処理対象ガスの分解率の低下、不完全燃焼、あるいは失火の原因となるような固体付着物の堆積を抑制することができ、長時間にわたり安全で安定した燃焼状態が得られるような有害ガスの燃焼式除害装置を提供することである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、これらの課題を解決すべく鋭意検討した結果、前記のような燃焼式除害装置において、シラン、ホスフィン、アルシン、ジボラン等、固体付着物が生成するガスを処理する際に、固体付着物が堆積しやすい箇所に超音波振動を付与して固体付着物を落下させることにより、装置を複雑にすることなく、処理対象ガスの分解率の低下、不完全燃焼、あるいは失火の原因となるような固体付着物の堆積を抑制できることを見い出し、本発明の有害ガスの燃焼式除害装置に到達した。
【００１０】
すなわち本発明は、少なくとも、燃焼室、燃焼ノズル、有害ガスを該燃焼ノズルへ導入する配管、燃料ガスを該燃焼ノズルへ導入する配管、空気または酸素を該燃焼室へ導入する配管、及び燃焼後のガスを外部へ排出する排出口により構成される有害ガスの燃焼式除害装置であって、燃焼室壁面に対して超音波振動を付与する手段を設けたことを特徴とする有害ガスの燃焼式除害装置である。
【００１１】
また、本発明は、少なくとも、燃焼室、燃焼ノズル、有害ガスを該燃焼ノズルへ導入する配管、燃料ガスを該燃焼ノズルへ導入する配管、空気または酸素を該燃焼室へ導入する配管、燃焼後のガスを外部へ排出する排出口、及び保炎器により構成される有害ガスの燃焼式除害装置であって、燃焼室壁面及び／または保炎器上面に対して超音波振動を付与する手段を設けたことを特徴とする有害ガスの燃焼式除害装置でもある。
【００１２】
【発明の実施の形態】
本発明は、半導体製造工程等で使用された後、排出される有害ガスを、燃焼させることにより無害な物質、あるいは容易に無害化できる物質に変えるための燃焼式除害装置に適用される。
【００１３】
本発明の第１の形態の燃焼式除害装置は、燃焼室、燃焼ノズル、有害ガスを燃焼ノズルへ導入する配管、燃料ガスを燃焼ノズルへ導入する配管、空気または酸素を燃焼室へ導入する配管、及び燃焼後のガスを外部へ排出する排出口を有する燃焼式除害装置であって、燃焼室壁面に対して超音波振動を付与する手段を設けた燃焼式除害装置である。
【００１４】
また、本発明の第２の形態の燃焼式除害装置は、燃焼室、燃焼ノズル、有害ガスを燃焼ノズルへ導入する配管、燃料ガスを燃焼ノズルへ導入する配管、空気または酸素を燃焼室へ導入する配管、燃焼後のガスを外部へ排出する排出口、及び保炎器を有する燃焼式除害装置であって、燃焼室壁面及び／または保炎器上面に対して超音波振動を付与する手段を設けた燃焼式除害装置である。
【００１５】
本発明の燃焼式除害装置で処理できる有害ガス成分としては、アルシン、ホスフィン、シラン、ジシラン、ジクロロシラン、ジボラン、セレン化水素、ゲルマン等の水素化物ガス、三フッ化ホウ素、三塩化ホウ素、四フッ化珪素、四塩化珪素、四塩化チタン、塩化アルミニウム、四フッ化ゲルマニウム、六フッ化タングステン等の酸性ガス、アンモニア、モノメチルアミン、ジメチルアミン、トリメチルアミン、ヒドラジン等の塩基性ガスを例示することができる。
【００１６】
また、その他に、テトラｉｓｏ−プロポキシチタン、テトラｎ−プロポキシチタン、テトラｔｅｒｔ−ブトキシジルコニウム、テトラｎ−ブトキシジルコニウム、テトラメトキシバナジウム、トリメトキシバナジルオキシド、ペンタエトキシニオブ、ペンタエトキシタンタル、トリメトキシホウ素、トリｉｓｏ−プロポキシアルミニウム、テトラエトキシケイ素、テトラエトキシゲルマニウム、テトラメトキシスズ、トリメトキシリン、トリメトキシホスフィンオキシド、トリエトキシヒ素、トリエトキシアンチモン、トリメチルアルミニウム、ジメチルアルミニウムハイドライド、トリｉｓｏ−ブチルアルミニウム、ヘキサフルオロアセチルアセトン銅ビニルトリメチルシラン、ヘキサフルオロアセチルアセトン銅アリルトリメチルシラン、ビス（ｉｓｏ−プロピルシクロペンタジエニル）タングステンジハライド、テトラジメチルアミノジルコニウム、ペンタジメチルアミノタンタル、ペンタジエチルアミノタンタル、テトラジメチルアミノチタン、テトラジエチルアミノチタン等の有機金属化合物、テトラヒドロフラン等の有機溶媒を例示することができる。
【００１７】
これらの有害ガス成分の中では、ケイ素化合物、リン化合物、ヒ素化合物、ホウ素化合物、チタン化合物、タングステン化合物、ゲルマニウム化合物、アルミニウム化合物、ガリウム化合物、またはインジウム化合物等、固体の酸化物が発生する有害ガス成分を含む有害ガスの処理に特に効果を発揮することができる。
また、燃料ガスとしては、水素ガス、プロパンガス、天然ガス等を使用することができる。これらのガスは、必要に応じ窒素等の不活性ガスと共に燃焼室へ導入される。
【００１８】
以下、本発明の有害ガスの燃焼式除害装置を、図１及び図２に基いて説明するが、本発明がこれらにより限定されるものではない。
本発明の第１の形態の有害ガスの燃焼式除害装置は、図１に示すように、燃焼室１、燃焼ノズル２、有害ガスを燃焼ノズルへ導入する配管３、燃料ガスを燃焼ノズルへ導入する配管４、空気または酸素を燃焼室へ導入する配管５、及び燃焼後のガスを外部へ排出するための排出口６を有する除害装置であり、燃焼室壁面８に対して超音波振動を付与する手段１０（超音波振動子等）を設けた除害装置である。
【００１９】
また、本発明の第２の形態の有害ガスの燃焼式除害装置は、図２に示すように、燃焼室１、燃焼ノズル２、有害ガスを燃焼ノズルへ導入する配管３、燃料ガスを燃焼ノズルへ導入する配管４、空気または酸素を燃焼室へ導入する配管５、燃焼後のガスを外部へ排出するための排出口６、及び保炎器７を有する除害装置であり、燃焼室壁面８及び／または保炎器上面９に対して超音波振動を付与する手段１０（超音波振動子等）を設けた除害装置である。
【００２０】
本発明において、燃焼室壁面８を超音波振動により振動させる場合、第１の形態の燃焼式除害装置であっても、第２の形態の燃焼式除害装置であっても、通常は燃焼室壁面８の裏側に超音波振動子が設置される。また、超音波振動子を冷却するための手段を用いることが好ましい。尚、超音波振動子を燃焼室の表側に設置した場合は、固体付着物が生成するガスを処理する際に、超音波振動子に固体粒子が付着することを防止するための手段を設ける必要がある。燃焼室壁面のうちでは、全体的に効率よく超音波振動を伝達できる点で、燃焼室壁面の中央部に超音波振動子を設置することが好ましいが、燃焼室の上部は高温であるため、冷却手段により充分な冷却効果が得られない場合は燃焼室壁面の下部に設置することが好ましい。
【００２１】
また、本発明において、保炎器上面９を超音波振動により振動させる場合は、通常は保炎器の下方に超音波振動子が設置される。超音波振動子の設置位置は、保炎器上面９に近いほど効率よく超音波振動を伝達できるが、保炎器は高温であるため、通常は燃焼室の下部に設置される。また、超音波振動子近辺には、固体粒子の付着を防止するための手段、超音波振動子を冷却するための手段を用いることが好ましい。このような手段としては、例えば図２に示すように遮蔽板１１を設けることにより、超音波振動子に固体粒子が付着することを防止できる。また、超音波振動子の周辺に冷却水を流通することにより、超音波振動子を冷却することができる。
【００２２】
本発明の有害ガスの燃焼式除害装置において、燃焼室壁面、保炎器上面に対して超音波振動を付与する手段としては、好ましくはランジュバン型超音波振動子が用いられる。超音波振動子から発生する振動の周波数及び出力については、特に制限されることはない。振動の周波数は、生成する固体粒子の種類、大きさ等により異なり、一概に決めることはできないが、通常は１０ｋＨｚ〜５００ｋＨｚである。また、振動の出力も、燃焼室、保炎器等の大きさ、超音波振動子の設置位置等により異なり、一概に決めることはできないが、通常は１００ｗ以上である。
【００２３】
本発明の有害ガスの燃焼式除害装置、例えば図１、図２に示す除害装置により、有害ガスを処理する際には、配管３から有害ガスが、配管４から燃料ガスが、燃焼ノズル２を経由して燃焼室へ導入され、配管５から空気または酸素が燃焼室へ導入される。有害ガスが固体粒子を発生する有害ガス成分を含む場合、燃焼室壁面８、保炎器上面９の表面（図１、図２の斜線部）には、固体粒子が付着するが、超音波振動子１０を振動させて燃焼室壁面８、保炎器上面９に対して超音波振動を付与し、これらを落下させることにより、固体付着物の堆積を防止することができる。
【００２４】
【実施例】
次に、本発明を実施例により具体的に説明するが、本発明がこれらにより限定されるものではない。
【００２５】
実施例１
図２に示すようなの構造を有する燃焼式除害装置（燃焼室の内径：２００ｍｍ、燃焼室の高さ：３５０ｍｍ、燃焼ノズルの内径：８５ｍｍ、保炎器の最大径：１７０ｍｍ）において、図２に示すような位置にランジュバン型超音波振動子を設置した。尚、超音波振動子の近辺に冷却水を流すことができる配管を配置した。
この燃焼式除害装置の配管４からプロパンガスを２２Ｌ／ｍｉｎ、Ｎ_２を２００Ｌ／ｍｉｎの流量で燃焼室へ導入するとともに、燃焼ノズル側の配管５から空気を１００Ｌ／ｍｉｎの流量で、燃焼室壁面側の配管５から空気を６５０Ｌ／ｍｉｎの流量で燃焼室へ導入してプロパンガスを燃焼させた。また、前記の配管に冷却水を流して超音波振動子を冷却した。
【００２６】
上記のような条件で連続運転されている燃焼式除害装置において、ランジュバン型超音波振動子により燃焼室壁面、保炎器上面に対して超音波振動を付与させた後、配管３からＳｉＨ_４を４Ｌ／ｍｉｎの流量で燃焼室へ導入して燃焼処理を行なった。燃焼処理は１日８時間ずつ連続で行ない、これを１０日間継続した。
この間、燃焼状態の変化を確認するために、保炎器内に設置した温度センサーにより燃焼室内部の温度を測定するとともに、燃焼室出口のガスをサンプリングしてＳｉＨ_４の濃度を測定した。尚、ＳｉＨ_４の濃度の測定には、バイオニクス（株）社製ＴＧ−４０００ＸＡ（検出下限１．５ｐｐｍ）を用いた。
【００２７】
その結果、実験期間中、保炎器内の温度は６４０〜６５０℃を維持し、燃焼室出口からサンプリングされたガスにはＳｉＨ_４が検出されなかった。また、実験終了後における固体付着物の状況は、燃焼室壁面、保炎器上面に若干堆積している程度であった。これらのことから、１０日間の実験期間中ＳｉＨ_４は完全に燃焼していたことが確認された。
【００２８】
比較例１
超音波振動子を使用しなかった以外は実施例１と同様にしてＳｉＨ_４の燃焼処理を行なった。その結果、１６時間（８時間×２日間）を経過した時点で、保炎器内の温度が８０℃低下し、燃焼室出口からサンプリングされたガスからＳｉＨ_４が検出されるようになった。その後、その濃度が高くなる傾向が測定されたので、実験を２４時間（８時間×３日間）で中止した。実験終了後、燃焼室を点検したところ、燃焼室壁面及び保炎器上面には多量の固体付着物が堆積していた。
これらのことから、時間の経過とともに燃焼室壁面及び保炎器上面に堆積するＳｉＯ_２の量が多くなり、これが燃料ガスと空気の均一な混合を阻害し、燃焼温度を下げ、ＳｉＨ_４の分解効率を下げたと推定された。
【００２９】
【発明の効果】
本発明の有害ガスの燃焼式除害装置により、固体粒子を発生する有害ガス成分を含む有害ガスを燃焼処理した場合においても、装置の構成を複雑にすることなく、燃焼室壁面、保炎器上面への固体付着物の堆積を抑制することができるようになった。その結果、燃焼処理の際には長時間にわたり安全で安定した燃焼状態が得られるとともに、メンテナンスは手間がかからず容易に行なうことが可能となった。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の有害ガスの燃焼式除害装置（第１の形態）の例を示す断面図
【図２】本発明の有害ガスの燃焼式除害装置（第２の形態）の例を示す断面図
【符号の説明】
１燃焼室
２燃焼ノズル
３有害ガスを燃焼ノズルへ導入する配管
４燃料ガスを燃焼ノズルへ導入する配管
５空気または酸素を燃焼室へ導入する配管
６燃焼後のガスを外部へ排出するための排出口
７保炎器
８燃焼室壁面
９保炎器上面
１０超音波振動を付与する手段（超音波振動子）
１１遮蔽板

Claims

少なくとも、燃焼室、燃焼ノズル、有害ガスを該燃焼ノズルへ導入する配管、燃料ガスを該燃焼ノズルへ導入する配管、空気または酸素を該燃焼室へ導入する配管、及び燃焼後のガスを外部へ排出する排出口により構成される有害ガスの燃焼式除害装置であって、燃焼室壁面に対して超音波振動を付与する手段を設けたことを特徴とする有害ガスの燃焼式除害装置。
少なくとも、燃焼室、燃焼ノズル、有害ガスを該燃焼ノズルへ導入する配管、燃料ガスを該燃焼ノズルへ導入する配管、空気または酸素を該燃焼室へ導入する配管、燃焼後のガスを外部へ排出する排出口、及び保炎器により構成される有害ガスの燃焼式除害装置であって、燃焼室壁面及び／または保炎器上面に対して超音波振動を付与する手段を設けたことを特徴とする有害ガスの燃焼式除害装置。
超音波振動を発生させる手段として、ランジュバン型超音波振動子を用いた請求項１または請求項２に記載の有害ガスの燃焼式除害装置。
超音波振動子の周辺に、該超音波振動子を冷却するための手段を設けた請求項１または請求項２に記載の有害ガスの燃焼式除害装置。
超音波振動子の周辺に、該超音波振動子に固体粒子が付着することを防止するための手段を設けた請求項１または請求項２に記載の有害ガスの燃焼式除害装置。
有害ガスが、有害ガス成分として、ケイ素化合物、リン化合物、ヒ素化合物、ホウ素化合物、チタン化合物、タングステン化合物、ゲルマニウム化合物、アルミニウム化合物、ガリウム化合物、またはインジウム化合物を含むガスである請求項１または請求項２に記載の有害ガスの燃焼式除害装置。