JP2005098680A - Harmful gas cleaning facility - Google Patents

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JP2005098680A
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Takashi Shimada
孝 島田
Yasuhiko Koiso
保彦 小礒
Naoki Muranaga
直樹 村永
Hisafumi Kasatani
尚史 笠谷
Tomohisa Ikeda
友久 池田
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Japan Pionics Ltd
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a cleaning facility capable of stably removing a harmful gas discharged from a semiconductor manufacturing process in safety for a long time by inhibiting the lowering of a decomposition ratio of a treated harmful gas and the accumulation of powdered matter on a wall face of a decomposition chamber without using a large-scaled or complicated constitution. <P>SOLUTION: In this cleaning facility for removing the harmful gas discharged from the semiconductor manufacturing process by thermally decomposing the harmful gas by the combustion waste gas or flame obtained by burning the fuel, a side face of the thermal decomposition chamber is a wall having air permeability and heating insulating property, and the oxygen-containing gas is introduced into the thermal decomposition chamber through the wall. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

本発明は、半導体製造工程から排出される有害成分を含む有害ガスを除去するための浄化装置に関する。さらに詳細には、半導体製造工程から排出される有害ガスを、燃料を燃焼して得られる燃焼排ガスまたは火炎と、酸素の存在下、高温で接触させ、熱分解す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浄化装置に関するものである。   The present invention relates to a purification device for removing harmful gas containing harmful components discharged from a semiconductor manufacturing process. More specifically, harmful gases emitted from the semiconductor manufacturing process are brought into contact with combustion exhaust gas or flame obtained by burning fuel at a high temperature in the presence of oxygen, and are harmless by pyrolysis. The present invention relates to a purification device for changing to a substance that can be rendered harmless.

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浄化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浄化方法は、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浄化方法や湿式浄化方法と比較して効率的である。   With the development of the semiconductor industry in recent years, a great variety of gases have been used in the semiconductor manufacturing process. However, many of these gases are harmful to the human body and the environment, and it is essential to purify them before they are discharged outside the factory. Combustion-type purification methods that decompose these gases by burning them are convenient methods that can be applied regardless of the composition and physical properties of the exhaust gas. It is more efficient than the purification method.

燃焼式浄化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浄化装置は、有害ガスを燃焼するための燃焼室、処理対象の有害ガス成分を含む有害ガス、燃料ガス、空気等の酸素含有ガスを燃焼室へ導入するための各配管、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。   Hazardous gas treated by the combustion purification method is mixed with fuel gas such as propane, LPG, LNG, air or oxygen, and inert gas as necessary, and burns in the combustion chamber, harmless oxide or easily detoxified It becomes a material that can be processed. Conventional combustion purifiers used in the past introduce combustion chambers for burning harmful gases, hazardous gases containing harmful gas components to be treated, fuel gases, oxygen-containing gases such as air into the combustion chambers. Each pipe for carrying out, and the exhaust port for discharging | emitting the gas after combustion from a combustion chamber are comprised. In addition to these, there is a device in which a flame holder having a conical shape or a similar shape is installed to keep the flame in a stable state.

このような構成の燃焼式浄化装置で、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、一部は燃焼室内に粉化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。   In the combustion type purification apparatus having such a configuration, the harmful gas is burned and exhausted from the gas discharge port and released to the atmosphere or sent to the next processing apparatus. However, when the gas to be treated is a gas such as silane, phosphine, arsine, and diborane, solid particulate oxides of silicon, phosphorus, arsenic, and boron are generated by combustion, respectively, and most of them are in the combustion chamber. It passes through and is processed in a later process, but a part is accumulated as a pulverized product in the combustion chamber, causing problems as described below.

すなわち、上記のような粉化物は、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、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、処理対象の有害ガスの分解率の低下を生じるだけでなく、粉化物の堆積量が多大な場合は失火する恐れがある。   That is, the above-mentioned pulverized material is generated at the start of combustion of harmful gas and deposited on the inner wall of the combustion chamber, and the adhesion area and thickness increase with the passage of combustion time. As a result, uniform mixing of harmful gas and fuel gas, air, oxygen, etc. is hindered and complete combustion is hindered, resulting in not only lowering the combustion temperature and lowering the decomposition rate of harmful gases to be treated, but also If the amount of deposits of chemicals is large, there is a risk of misfire.

そのため、燃焼室内に、回転するとともに上下方向に往復運動するスクレーパー及び固定突起を設けて、堆積する粉化物を掻き取り除去できる装置(特開平11−193916号公報)、あるいは、燃料を理論空気量に近い混合組成下で燃焼させ、燃焼によって得られた熱エネルギー保有ガス中に半導体製造排ガスを導入して熱分解し、次いで別のセクションにて過剰空気を供給して酸化反応を完結させる浄化方法及び浄化装置(特開平11−211036号公報)等が提案されている。
特開平11−193916号公報 特開平11−211036号公報
Therefore, a scraper and a fixed projection that rotate and reciprocate in the vertical direction in the combustion chamber are provided to scrape and remove the accumulated dust (JP-A-11-193916), or the theoretical amount of fuel Purification method in which a semiconductor production exhaust gas is introduced into a thermal energy holding gas obtained by combustion and pyrolyzed by supplying the excess air in another section to complete the oxidation reaction. And a purifier (Japanese Patent Laid-Open No. 11-211036) have been proposed.
JP-A-11-193916 Japanese Patent Application Laid-Open No. 11-211036

しかしながら、特開平11−193916号公報に記載の浄化装置は、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と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。   However, the purification device described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 11-193916 requires a driving unit for rotating the scraper and reciprocating in the direction of the rotation axis, which is disadvantageous in that the device becomes complicated and expensive. there were. In addition, the deposition of solid deposits when using a scraper and fixed projections is much better than when they are not used, but periodic disassembly and cleaning cannot be avoided, and the equipment is complex. There was an inconvenience that a lot of labor was required for maintenance.

特開平11−211036号公報に記載の浄化装置は、半導体製造工程からの有害ガスを熱分解する際に火炎を用いないので失火する恐れがなく、またその際に酸素量をコントロールして固体粒子状酸化物の生成を抑制するので、分解室内の壁面に堆積する粉化物を少なくすることができるが、次の工程で酸化炉が必要であり装置が大型で複雑な構成になる不都合があった。   The purifying apparatus described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 11-211036 is free from the risk of misfiring because no flame is used when thermally decomposing harmful gases from the semiconductor manufacturing process. Since the generation of particulate oxide is suppressed, the amount of powdered material deposited on the wall in the decomposition chamber can be reduced. However, there is an inconvenience that an oxidation furnace is required in the next step, resulting in a large and complicated apparatus. .

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、大型あるいは複雑な構成を用いることなく、処理対象有害ガスの分解率の低下、及び分解室壁面における粉化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浄化ができるような有害ガスの浄化装置を提供することである。   Therefore, the problem to be solved by the present invention is to solve these drawbacks of the prior art, and to reduce the decomposition rate of the harmful gas to be treated without using a large or complicated structure, It is an object of the present invention to provide a harmful gas purification device capable of suppressing deposition and capable of performing safe and stable purification over a long period of time.

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、半導体製造工程から排出される有害ガスを、燃焼排ガスまたは火炎により熱分解(または燃焼)して浄化する浄化装置において、熱分解室の側面を通気性及び断熱性を有する壁とし、これを介して酸素含有ガスを熱分解室へ導入する構成とすることにより、大型あるいは複雑な構成を用いることなく、処理対象有害ガスを効率よく容易に分解することができるとともに、分解室壁面における粉化物の堆積を抑制することができ、しかも長時間にわたり安全で安定した浄化が可能なことを見い出し本発明の有害ガスの浄化装置に到達した。   As a result of intensive studies to solve these problems, the present inventors have conducted a thermal decomposition in a purifying apparatus that purifies harmful gases discharged from a semiconductor manufacturing process by thermal decomposition (or combustion) with combustion exhaust gas or flame. By making the side of the chamber a wall with air permeability and heat insulation, and introducing oxygen-containing gas into the pyrolysis chamber through this wall, it is possible to efficiently treat harmful gases without using a large or complicated structure. It has been found that it can be easily and easily decomposed, can suppress the accumulation of pulverized material on the wall of the decomposition chamber, and can be safely and stably purified over a long period of time, and reaches the harmful gas purification device of the present invention. did.

すなわち本発明は、半導体製造工程から排出される有害ガスを、燃料を燃焼して得られる燃焼排ガスまたは火炎により熱分解して浄化する浄化装置であって、少なくとも、有害ガスの熱分解室、燃焼排ガスまたは火炎を該熱分解室へ導入するノズル、有害ガスを該熱分解室へ導入するノズル、通気性の断熱壁を介して酸素含有ガスを側面から該熱分解室へ導入する手段、及び熱分解後のガスを外部へ排出する排出口を備えてなることを特徴とする有害ガスの浄化装置である。   That is, the present invention is a purifying device that thermally decomposes and purifies harmful gas discharged from a semiconductor manufacturing process by combustion exhaust gas or flame obtained by burning fuel, and includes at least a harmful gas pyrolysis chamber, combustion Nozzle for introducing exhaust gas or flame into the pyrolysis chamber, nozzle for introducing harmful gas into the pyrolysis chamber, means for introducing oxygen-containing gas into the pyrolysis chamber from the side through a breathable heat insulating wall, and heat 1. A harmful gas purification apparatus comprising a discharge port for discharging the decomposed gas to the outside.

本発明は、半導体製造工程から排出される有害ガスを、燃料を燃焼して得られる燃焼排ガスまたは火炎により熱分解して浄化する浄化装置に適用されるが、特に酸素と反応して粉化物を生成する有害成分を含むガスを処理する場合に、分解室壁面における粉化物の堆積を抑制することができる点で効果を発揮する。   The present invention is applied to a purification apparatus that purifies harmful gas discharged from a semiconductor manufacturing process by thermal decomposition with combustion exhaust gas or flame obtained by burning fuel, and particularly reacts with oxygen to remove pulverized material. When processing the gas containing the harmful | toxic component to produce | generate, an effect is exhibited at the point which can suppress the accumulation of the powdered material in a decomposition chamber wall surface.

本発明の浄化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、パーフルオロカーボン、ヒドロフルオロカーボン等のハロゲン化炭素を例示することができる。
また、燃料ガスとしては、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用いられる。
Examples of harmful gas components that can be treated by the purification apparatus of the present invention include hydride gases such as arsine, phosphine, silane, disilane, dichlorosilane, diborane, hydrogen selenide, and germane, boron trifluoride, boron trichloride, and tetrafluoride. Acid gases such as silicon, silicon tetrachloride, titanium tetrachloride, aluminum chloride, germanium tetrafluoride, tungsten hexafluoride, basic gases such as ammonia, monomethylamine, dimethylamine, trimethylamine, hydrazine, perfluorocarbon, hydrofluorocarbon, etc. Can be exemplified.
Moreover, propane gas, natural gas, etc. can be used as fuel gas. These gases are used together with an inert gas such as nitrogen as necessary.

以下、本発明の排ガスの浄化装置を、図1及び図2に基づいて詳細に説明するが、本発明はこれらにより限定されるものではない。
図1は、本発明の有害ガスの浄化装置の例を示す縦断面図である。図2は、本発明の浄化装置における通気性の断熱壁の部分拡大平断面図である。
本発明の有害ガスの浄化装置は、図1に示すように、少なくとも、有害ガスの熱分解室1、燃焼排ガスまたは火炎を熱分解室へ導入するノズル2、有害ガスを熱分解室へ導入するノズル3、酸素含有ガスの導入口4、通気性の断熱壁5、及び熱分解後のガスを外部へ排出する排出口17を備え、導入口4から装置内に供給された酸素含有ガスが、通気性の断熱壁5を介して側面から熱分解室へ導入されるように構成された浄化装置である。本発明において、通気性の断熱壁を介して酸素含有ガスを側面から熱分解室へ導入する手段は、酸素含有ガス導入口と酸素含有ガスの流路からなり、酸素含有ガスの流路が、通気性の断熱壁の外周全体にわたり設けられる。
Hereinafter, although the purification apparatus of the waste gas of this invention is demonstrated in detail based on FIG.1 and FIG.2, this invention is not limited by these.
FIG. 1 is a longitudinal sectional view showing an example of the harmful gas purification apparatus of the present invention. FIG. 2 is a partially enlarged plan sectional view of a breathable heat insulating wall in the purification apparatus of the present invention.
As shown in FIG. 1, the purification apparatus for harmful gas of the present invention introduces at least a thermal decomposition chamber 1 for harmful gas, a nozzle 2 for introducing combustion exhaust gas or flame into the thermal decomposition chamber, and introduces harmful gas into the thermal decomposition chamber. A nozzle 3, an oxygen-containing gas introduction port 4, a breathable heat insulating wall 5, and a discharge port 17 that discharges the pyrolyzed gas to the outside. The oxygen-containing gas supplied from the introduction port 4 into the apparatus is The purification device is configured to be introduced into the thermal decomposition chamber from the side surface through the breathable heat insulating wall 5. In the present invention, the means for introducing the oxygen-containing gas into the thermal decomposition chamber from the side surface through the breathable heat insulating wall includes an oxygen-containing gas inlet and an oxygen-containing gas channel, and the oxygen-containing gas channel is It is provided over the entire outer periphery of the breathable insulating wall.

本発明の有害ガスの浄化装置において、有害ガスの熱分解室1の側面には、円筒、角筒、多角筒、またはこれらに類似する筒状の形状からなる通気性の断熱壁5が設けられる。本発明においては、熱分解室で有害ガスが高温度の燃焼排ガスまたは火炎に接触するとともに、熱分解室側面の断熱壁5から供給される空気等の酸素含有ガスと接触して、有害ガスに含まれる有害成分が熱分解される。その際、有害成分の種類によっては粉化物が生成するが、図1において矢印で示すような酸素含有ガスの流れにより、粉化物の熱分解室壁面への堆積を抑制することができる。   In the harmful gas purification apparatus of the present invention, a breathable heat insulating wall 5 having a cylindrical shape, a rectangular tube, a polygonal tube, or a similar cylindrical shape is provided on the side surface of the noble gas pyrolysis chamber 1. . In the present invention, harmful gases come into contact with high-temperature combustion exhaust gas or flame in the pyrolysis chamber, and also come into contact with oxygen-containing gas such as air supplied from the heat insulating wall 5 on the side of the pyrolysis chamber. The contained harmful components are pyrolyzed. At this time, although a pulverized product is generated depending on the type of harmful component, accumulation of the pulverized product on the wall of the pyrolysis chamber can be suppressed by the flow of the oxygen-containing gas as shown by an arrow in FIG.

断熱壁5の構成材料としては、有害成分に対する耐腐食性、熱分解温度に耐えられる耐熱性、及び断熱性があれば特に限定されることはないが、好ましい構成材料としては、セラミックを挙げることができる。セラミックの中では、アルミナ、シリカ、チタニア等が、耐腐食性、耐熱性、及び断熱性の点で好ましい。また、断熱壁5の形態としては、有害成分の熱分解に必要な流量の酸素含有ガスを、実質的に粉化物が飛来する壁面全体から熱分解室1に長時間安定して供給することができる構成を有する必要がある。   The constituent material of the heat insulating wall 5 is not particularly limited as long as it has corrosion resistance against harmful components, heat resistance capable of withstanding a thermal decomposition temperature, and heat insulating properties, but a preferable constituent material is ceramic. Can do. Among ceramics, alumina, silica, titania and the like are preferable in terms of corrosion resistance, heat resistance, and heat insulation. Moreover, as a form of the heat insulating wall 5, an oxygen-containing gas having a flow rate necessary for the thermal decomposition of harmful components can be stably supplied to the thermal decomposition chamber 1 for a long time from the entire wall surface on which the powdered material comes. It is necessary to have a configuration that can.

断熱壁5の表面の形態としては、例えば図2に示すような構成を挙げることができる。図2(a)(b)は針孔を有するセラミックの壁の部分拡大平断面図であり、その孔径(直径)は、通常は0.01〜3.0mm、好ましくは0.02〜1.0mmである。尚、孔18は円形に限られず、そのような場合の孔の大きさは、前記の孔径に相当する大きさである。孔の配列も縦横に規則的に配置したり、ランダムに配置したものを用いることができる。図2(c)は線状の間隙19を有する壁の部分拡大平断面図であり、その間隙は、通常は0.005〜2.0mm、好ましくは0.01〜1.0mmである。図2(d)は格子窓状の間隙20を有する壁の部分拡大平断面図であり、その間隙は正方形に換算した場合の一辺の長さとして、通常は0.01〜3.0mm、好ましくは0.02〜1.0mmである。また、断熱壁5の表面の形態は、これらに限られるものではなく、例えばこれらのほかに、細孔を有する多孔質セラミック、多数の繊維状セラミックが積層された積層体、多数の粒子状セラミックが積層された積層体等の形態を挙げることができる。   As a form of the surface of the heat insulation wall 5, a structure as shown, for example in FIG. 2 can be mentioned. 2 (a) and 2 (b) are partially enlarged plan sectional views of a ceramic wall having needle holes, and the hole diameter (diameter) is usually 0.01 to 3.0 mm, preferably 0.02 to 1.. 0 mm. The hole 18 is not limited to a circular shape, and the size of the hole in such a case is a size corresponding to the above-mentioned hole diameter. The holes can be arranged regularly and vertically or randomly. FIG. 2 (c) is a partially enlarged plan sectional view of a wall having a linear gap 19. The gap is usually 0.005 to 2.0 mm, preferably 0.01 to 1.0 mm. FIG. 2 (d) is a partially enlarged plan sectional view of a wall having a lattice window-like gap 20. The gap is usually 0.01 to 3.0 mm, preferably as a side length when converted to a square. Is 0.02 to 1.0 mm. Further, the form of the surface of the heat insulating wall 5 is not limited to these. For example, in addition to these, a porous ceramic having pores, a laminate in which a large number of fibrous ceramics are stacked, and a large number of particulate ceramics The form of the laminated body etc. which were laminated | stacked can be mentioned.

尚、断熱壁の孔、間隙が前記の範囲より大きい場合は、熱分解室への酸素含有ガスの流れが偏り、ガスの流量が多い部分と少ない部分が生じる虞があり、ガスの流量が少ない部分では粉化物が堆積する虞がある。また、前記の範囲より小さい場合は、短時間で孔、間隙が粉化物等により閉塞する虞がある。さらに、断熱壁の通気性部分は、いずれの形態においても、好ましくは空隙率あるいは気孔率が50〜90%程度となるようにされる。空隙率あるいは気孔率が50%未満の場合は、粉化物が壁面に堆積する虞があり、空隙率あるいは気孔率が90%を越える場合は、断熱壁の強度が低下する虞がある。
また、断熱壁の厚さは、熱分解室の大きさ、有害ガスの分解条件、断熱壁の構成材料等により一概に特定することはできないが、セラミックを用いた場合、通常は2〜50mm、好ましくは5〜30mmである。
If the holes and gaps of the heat insulating wall are larger than the above ranges, the flow of oxygen-containing gas to the pyrolysis chamber is biased, and there may be a portion where the gas flow rate is high and a portion where the gas flow rate is high, and the gas flow rate is low. There is a possibility that powdered material accumulates in the part. Moreover, when smaller than the said range, there exists a possibility that a hole and a gap | block may be obstruct | occluded by powdered material etc. in a short time. Further, the air-permeable portion of the heat insulating wall is preferably made to have a porosity or porosity of about 50 to 90% in any form. When the porosity or porosity is less than 50%, there is a possibility that the powdered material is deposited on the wall surface. When the porosity or porosity exceeds 90%, the strength of the heat insulating wall may be reduced.
In addition, the thickness of the heat insulating wall cannot be generally specified by the size of the thermal decomposition chamber, the decomposition conditions of harmful gas, the constituent material of the heat insulating wall, etc., but when using ceramic, usually 2-50 mm, Preferably it is 5-30 mm.

本発明の有害ガスの浄化装置においては、通常は前記のような通気性の断熱壁の外周全体にわたり、酸素含有ガスの流路6が設けられる。酸素含有ガスの流路の幅は、通常は5〜200mm、好ましくは10〜100mmである。有害ガスを処理する際には熱分解室の温度は500〜1200℃の高温になり、このような構成とすることにより、熱分解室の熱が外部に拡散することを防止できる。尚、酸素含有ガスの流路の外壁は、断熱壁5の形状と合ったものであり、通常は円筒、角筒、多角筒、またはこれらに類似する筒状の形状である。   In the harmful gas purification apparatus of the present invention, the oxygen-containing gas flow path 6 is usually provided over the entire outer periphery of the air-permeable heat insulating wall as described above. The width of the flow path of the oxygen-containing gas is usually 5 to 200 mm, preferably 10 to 100 mm. When processing harmful gas, the temperature of the thermal decomposition chamber becomes a high temperature of 500 to 1200 ° C. With such a configuration, it is possible to prevent the heat of the thermal decomposition chamber from diffusing outside. In addition, the outer wall of the flow path of the oxygen-containing gas matches the shape of the heat insulating wall 5, and is usually a cylinder, a rectangular tube, a polygonal cylinder, or a similar cylindrical shape.

本発明の有害ガスの浄化装置においては、熱分解室の直前で燃料と酸素含有ガスが混合され、燃焼するように設定される。燃料の燃焼の際には、火炎7の先端が熱分解室に入っても良いし入らなくても良い。また、図1に示すように、有害ガスを熱分解室へ導入するノズル3は、通常は、燃焼排ガスまたは火炎7を熱分解室へ導入するノズル2の外周側に設置される。このような構成とすることにより、燃焼排ガスにより有害ガスを熱分解する場合に、燃焼排ガスを高温度に維持しながら熱分解室へ供給することができる。尚、熱分解室へ導入される際の燃焼排ガスの温度は、通常は1000〜1500℃程度である。また、熱分解室のガス圧力についても特に制限されることはなく、通常は常圧であるが、10KPa(絶対圧力)のような減圧あるいは0.5MPa(絶対圧力)のような加圧下で処理することも可能である。   In the harmful gas purification apparatus of the present invention, the fuel and the oxygen-containing gas are mixed and burned immediately before the pyrolysis chamber. When the fuel is burned, the tip of the flame 7 may or may not enter the pyrolysis chamber. As shown in FIG. 1, the nozzle 3 for introducing harmful gas into the thermal decomposition chamber is usually installed on the outer peripheral side of the nozzle 2 for introducing combustion exhaust gas or flame 7 into the thermal decomposition chamber. With such a configuration, when the harmful gas is pyrolyzed by the combustion exhaust gas, the combustion exhaust gas can be supplied to the thermal decomposition chamber while maintaining a high temperature. The temperature of the combustion exhaust gas when introduced into the pyrolysis chamber is usually about 1000 to 1500 ° C. Further, the gas pressure in the pyrolysis chamber is not particularly limited, and is usually a normal pressure, but is treated under a reduced pressure such as 10 KPa (absolute pressure) or a pressurized pressure such as 0.5 MPa (absolute pressure). It is also possible to do.

熱分解処理された後のガスは、大気に放出されるか、あるいは次の処理工程に送られるが、次の処理工程に送られるような場合、本発明の有害ガスの浄化装置においては、このような処理工程を実施するための設備を併せて装備することも可能である。
図1の水槽12及びスクラバーの設備は、本発明の有害ガスの浄化装置により処理した有害ガスについて、処理後のガスに含まれる粉化物の除去、及び新たに生成した有害成分(容易に無害化できる成分)の除去を行なうためのものであり、本発明においては必須の設備ではないが、これらの設備を備えることが好ましい。すなわち、熱分解室の排出側に、粉化物の除去部及び/または酸性ガスの除去部を設けた有害ガスの浄化装置が好ましい。
The pyrolyzed gas is released into the atmosphere or sent to the next processing step. In the case of being sent to the next processing step, the harmful gas purification apparatus of the present invention uses this gas. It is also possible to equip equipment for carrying out such processing steps.
The water tank 12 and scrubber equipment shown in FIG. 1 are provided for the harmful gas treated by the harmful gas purification apparatus of the present invention, removal of pulverized substances contained in the treated gas, and newly produced harmful components (easily detoxified). Component), which is not essential equipment in the present invention, but it is preferable to provide these equipment. In other words, a harmful gas purification device in which a pulverized product removal unit and / or an acid gas removal unit is provided on the discharge side of the thermal decomposition chamber is preferable.

例えば、本発明の有害ガスの浄化装置により、アルシン、ホスフィン、シラン、ジボラン等の水素化物を処理した場合は、燃焼により各々ヒ素、リン、ケイ素、ホウ素等の固体粒子状酸化物が生成する。また、三フッ化ホウ素、三塩化ホウ素、四フッ化珪素、四塩化珪素、C等のハロゲン化物を処理した場合は、新たに塩化水素、フッ化水素等の酸性ガス(容易に無害化できる成分)が生成する。図1の浄化装置においては、粉化物は主にスプレーノズル9からの散水、及び多孔板14における捕捉により除去することが可能である。また、塩化水素、フッ化水素等は、主に充填材15により除去することが可能である。また、デミスター16により水分も併せて除去することができる。尚、図1において、8は冷却配管、10はフローメーター、11はポンプ、13は配水管、17は熱分解後のガスを外部へ排出する排出口を表わす。 For example, when a hydride such as arsine, phosphine, silane, diborane or the like is processed by the harmful gas purifying apparatus of the present invention, solid particulate oxides such as arsenic, phosphorus, silicon, and boron are generated by combustion. In addition, when a halide such as boron trifluoride, boron trichloride, silicon tetrafluoride, silicon tetrachloride, or C 2 F 6 is treated, a new acidic gas such as hydrogen chloride or hydrogen fluoride (which is easily harmless) Component) that can be converted into In the purification apparatus of FIG. 1, the powdered material can be removed mainly by watering from the spray nozzle 9 and trapping in the perforated plate 14. Further, hydrogen chloride, hydrogen fluoride, and the like can be mainly removed by the filler 15. Further, the demister 16 can also remove moisture. In FIG. 1, 8 is a cooling pipe, 10 is a flow meter, 11 is a pump, 13 is a water distribution pipe, and 17 is a discharge port for discharging the pyrolyzed gas to the outside.

本発明の有害ガスの浄化装置は、半導体製造工程から排出される有害ガスを、燃料を燃焼して得られる燃焼排ガスまたは火炎と、酸素の存在下、高温で接触させ、有害ガスを熱分解して浄化する浄化装置であって、熱分解室の側面を通気性及び断熱性を有する壁とし、これを介して酸素含有ガスを熱分解室へ導入する構成を有するものである。このような構成により、熱分解室からの熱拡散が防止でき、酸素含有ガスの流れにより分解室壁面に粉化物が堆積しにくくなる。従って、本発明の有害ガスの浄化装置は、小型で簡単な構成の装置であり、処理対象有害ガスを効率よく容易に分解することができるとともに、分解室壁面における粉化物の堆積を抑制することができ、しかも長時間にわたり安全で安定した浄化が可能である。また、メンテナンスの手間を大幅に軽減することができる。   The toxic gas purification apparatus of the present invention makes toxic gas discharged from a semiconductor manufacturing process come into contact with combustion exhaust gas or flame obtained by burning fuel at a high temperature in the presence of oxygen, and thermally decomposes the toxic gas. In the purification apparatus, the side surface of the thermal decomposition chamber is a wall having air permeability and heat insulation properties, and the oxygen-containing gas is introduced into the thermal decomposition chamber through the wall. With such a configuration, thermal diffusion from the thermal decomposition chamber can be prevented, and powdered materials are less likely to accumulate on the decomposition chamber wall surface due to the flow of the oxygen-containing gas. Accordingly, the harmful gas purification device of the present invention is a small and simple device that can efficiently and easily decompose the harmful gas to be treated and suppress the accumulation of pulverized substances on the wall of the decomposition chamber. In addition, safe and stable purification is possible for a long time. In addition, maintenance work can be greatly reduced.

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。   EXAMPLES Next, although an Example demonstrates this invention concretely, this invention is not limited by these.

(浄化装置の製作)
図1に示すような外壁がステンレス鋼(SUS316)製の高さ2000mmの浄化装置を製作した。熱分解室の側面の断熱壁としては、図2(b)に示すような微多孔を有するアルミナ製の円筒を用いた。この断熱壁は、直径300mm、長さ600mm、厚さ25mmであり、直径10〜100μmに相当する微多孔を有するものであった。さらにその外側の外壁は、直径480mm、厚さ3mmのステンレス鋼製の円筒を用いた。また、燃焼排ガスを熱分解室へ導入するノズルの内径は32mm、有害ガスを熱分解室へ導入するノズルの内径は44mmであり、長さは共に200mmであった。
(Production of purification equipment)
As shown in FIG. 1, a purification device having an outer wall made of stainless steel (SUS316) and having a height of 2000 mm was manufactured. As the heat insulating wall on the side surface of the pyrolysis chamber, a cylinder made of alumina having micropores as shown in FIG. 2B was used. The heat insulating wall had a diameter of 300 mm, a length of 600 mm, and a thickness of 25 mm, and had micropores corresponding to a diameter of 10 to 100 μm. Further, a stainless steel cylinder having a diameter of 480 mm and a thickness of 3 mm was used for the outer wall on the outside. Further, the inner diameter of the nozzle for introducing combustion exhaust gas into the thermal decomposition chamber was 32 mm, the inner diameter of the nozzle for introducing harmful gas into the thermal decomposition chamber was 44 mm, and the length was 200 mm.

浄化装置の下部には、縦1000mm、横600mm、高さ500mmの水槽を設置し、浄化装置の右部には、多孔板、ポリプロピレン樹脂を主材とする充填材、及びデミスターを有するスクラバーを設置した。また、スプレーノズル、フローメーター、ポンプ等を接続し、浄化装置を完成した。   A water tank with a length of 1000 mm, a width of 600 mm, and a height of 500 mm is installed at the bottom of the purification device, and a scrubber having a porous plate, a filler mainly made of polypropylene resin, and a demister is installed on the right side of the purification device. did. In addition, a spray nozzle, flow meter, pump, etc. were connected to complete the purification device.

(浄化装置の評価)
水槽に深さが350mmになるまで水を注入した後、ポンプ等を稼動してスプレーノズルから水を噴出させた。また、プロパン(流量30L/min)と空気(流量715L/min)を混合し燃焼させて得られた燃焼排ガスを、ノズルから熱分解室に導入するとともに、空気を200L/minの流量で側面から断熱壁を介して熱分解室に導入した。次に、有害ガスとしてのシラン(流量10L/min)を含む窒素ガス(流量490L/min)をノズルから熱分解室に導入して熱分解処理を行なった。
(Evaluation of purification equipment)
After water was poured into the water tank until the depth reached 350 mm, the pump was operated to eject water from the spray nozzle. In addition, combustion exhaust gas obtained by mixing and burning propane (flow rate 30 L / min) and air (flow rate 715 L / min) is introduced into the thermal decomposition chamber from the nozzle, and air is flowed from the side at a flow rate of 200 L / min. It was introduced into the pyrolysis chamber through an insulating wall. Next, nitrogen gas (flow rate: 490 L / min) containing silane (flow rate: 10 L / min) as a harmful gas was introduced from the nozzle into the thermal decomposition chamber, and thermal decomposition treatment was performed.

シランの熱分解処理は120時間行ない、この間シランの燃焼状態の変化を確認するために、分解室内に設置した温度センサーにより分解室内部の温度を測定するとともに、排出口から排出するガスの一部をサンプリングし、シランの濃度を測定した。尚、シランの濃度の測定には、バイオニクス(株)杜製TG−4000XA(検出下限1、5ppm)を用いた。結果を表1に示す。(表1中のNDは検出できなかったことを示すものである。)実験終了後における固体付着物の状況は、燃焼室の壁面に若干堆積している程度であった。また、燃焼室温度の測定結果、及び燃焼室出口のシラン濃度の測定結果から、シランは完全に燃焼したことが確認された。   The thermal decomposition treatment of silane is performed for 120 hours. During this time, in order to confirm the change in the combustion state of silane, the temperature in the decomposition chamber is measured by a temperature sensor installed in the decomposition chamber, and a part of the gas discharged from the discharge port Were sampled and the concentration of silane was measured. Note that TG-4000XA (detection lower limit 1, 5 ppm) manufactured by Bionics Co., Ltd. was used for measurement of the silane concentration. The results are shown in Table 1. (ND in Table 1 indicates that it could not be detected.) The state of solid deposits after the experiment was only slightly deposited on the wall of the combustion chamber. Moreover, it was confirmed from the measurement result of combustion chamber temperature, and the measurement result of the silane density | concentration of a combustion chamber exit that silane burned completely.

比較例1
実施例1の浄化装置の製作において、熱分解室の側面の断熱壁として非通気性のアルミナ製の円筒(直径300mm、長さ500mm、厚さ25mm)を用い、断熱壁の上部100mmの空間から酸素含有ガスを熱分解室に導入できる構成としたほかは、実施例1と同様にして浄化装置を製作した。
この浄化装置を用いて、実施例1と同様にしてシランを熱分解し評価した結果を表1に示す。実験終了後における固体付着物の状況は、燃焼室の壁面に多量に堆積している状態であった。また、燃焼室出口のシラン濃度の測定結果から、シランは時間の経過とともに分解率が低下したことが確認された。
Comparative Example 1
In the manufacture of the purification apparatus of Example 1, a non-breathable alumina cylinder (diameter 300 mm, length 500 mm, thickness 25 mm) was used as the heat insulating wall on the side surface of the pyrolysis chamber, and from the space 100 mm above the heat insulating wall. A purification device was manufactured in the same manner as in Example 1 except that the oxygen-containing gas could be introduced into the thermal decomposition chamber.
Table 1 shows the results of thermal decomposition and evaluation of silane using this purification device in the same manner as in Example 1. The state of solid deposits after the experiment was in a state where a large amount was deposited on the wall of the combustion chamber. Moreover, from the measurement result of the silane concentration at the outlet of the combustion chamber, it was confirmed that the decomposition rate of silane decreased with time.

Figure 2005098680
Figure 2005098680

本発明の有害ガスの浄化装置の例を示す縦断面図The longitudinal cross-sectional view which shows the example of the purification apparatus of the noxious gas of this invention 本発明の浄化装置における通気性の断熱壁の部分拡大平断面図Partially enlarged plan sectional view of a breathable heat insulating wall in the purification apparatus of the present invention

符号の説明Explanation of symbols

1 有害ガスの熱分解室
2 燃焼排ガスまたは火炎を熱分解室へ導入するノズル
3 有害ガスを熱分解室へ導入するノズル
4 酸素含有ガスの導入口
5 通気性の断熱壁
6 酸素含有ガスの流路
7 火炎
8 冷却配管
9 スプレーノズル
10 フローメーター
11 ポンプ
12 水槽
13 排水配管
14 多孔板
15 充填材
16 デミスター
17 熱分解後のガスを外部へ排出する排出口
18 孔
19 線状の間隙
20 格子窓状の間隙
1 Noxious gas pyrolysis chamber 2 Nozzle for introducing combustion exhaust gas or flame into the pyrolysis chamber 3 Nozzle for introducing noxious gas into the pyrolysis chamber 4 Oxygen-containing gas inlet 5 Breathable heat insulating wall 6 Oxygen-containing gas flow Road 7 Flame 8 Cooling piping 9 Spray nozzle 10 Flow meter 11 Pump 12 Water tank 13 Drainage piping 14 Perforated plate 15 Filler 16 Demister 17 Exhaust port for discharging the pyrolyzed gas to the outside 18 Hole 19 Linear gap 20 Grid window Gap

Claims (9)

半導体製造工程から排出される有害ガスを、燃料を燃焼して得られる燃焼排ガスまたは火炎により熱分解して浄化する浄化装置であって、少なくとも、有害ガスの熱分解室、燃焼排ガスまたは火炎を該熱分解室へ導入するノズル、有害ガスを該熱分解室へ導入するノズル、通気性の断熱壁を介して酸素含有ガスを側面から該熱分解室へ導入する手段、及び熱分解後のガスを外部へ排出する排出口を備えてなることを特徴とする有害ガスの浄化装置。   A purification device for thermally decomposing and purifying harmful gas discharged from a semiconductor manufacturing process by combustion exhaust gas or flame obtained by burning fuel, comprising at least a thermal decomposition chamber, combustion exhaust gas or flame of harmful gas A nozzle for introducing into the pyrolysis chamber, a nozzle for introducing harmful gas into the pyrolysis chamber, means for introducing an oxygen-containing gas into the pyrolysis chamber from the side through a breathable heat insulating wall, and a gas after pyrolysis A harmful gas purification device comprising a discharge port for discharging to the outside. 通気性の断熱壁が、円筒、角筒、多角筒、またはこれらに類似する筒状の形状である請求項1に記載の有害ガスの浄化装置。   The harmful gas purification device according to claim 1, wherein the breathable heat insulating wall has a cylindrical shape, a rectangular tube, a polygonal tube, or a cylindrical shape similar thereto. 通気性の断熱壁を介して酸素含有ガスを側面から熱分解室へ導入する手段は、酸素含有ガス導入口と酸素含有ガスの流路からなり、酸素含有ガスの流路が、通気性の断熱壁の外周全体にわたり設けられた請求項1に記載の有害ガスの浄化装置。   The means for introducing the oxygen-containing gas into the thermal decomposition chamber from the side through the breathable heat insulating wall comprises an oxygen-containing gas inlet and an oxygen-containing gas flow path, and the oxygen-containing gas flow path is a breathable heat insulating wall. The harmful gas purification device according to claim 1, which is provided over the entire outer periphery of the wall. 通気性の断熱壁が、セラミックで構成された請求項1に記載の有害ガスの浄化装置。   The harmful gas purification device according to claim 1, wherein the breathable heat insulating wall is made of ceramic. 通気性の断熱壁が、針孔を有するセラミック、線状の間隙を有するセラミック、格子窓状の間隙を有するセラミック、多孔質セラミック、多数の繊維状セラミックの積層体、または多数の粒子状セラミックの積層体で構成された請求項1に記載の有害ガスの浄化装置。   Breathable thermal insulation wall is made of ceramic with needle holes, ceramic with linear gaps, ceramic with lattice window gaps, porous ceramics, multiple fibrous ceramic laminates, or multiple particulate ceramics The harmful gas purification device according to claim 1, which is configured of a laminate. 有害ガスを熱分解室へ導入するノズルが、燃焼排ガスまたは火炎を熱分解室へ導入するノズルの外周側に設置された請求項1に記載の有害ガスの浄化装置。   The harmful gas purification apparatus according to claim 1, wherein the nozzle for introducing the harmful gas into the thermal decomposition chamber is installed on the outer peripheral side of the nozzle for introducing the combustion exhaust gas or flame into the thermal decomposition chamber. 半導体製造工程から排出される有害ガスが、酸素と反応することにより粉化物を生成する有害成分を含むガスである請求項1に記載の有害ガスの浄化装置。   The harmful gas purification apparatus according to claim 1, wherein the harmful gas discharged from the semiconductor manufacturing process is a gas containing a harmful component that reacts with oxygen to produce a powdered product. 半導体製造工程から排出される有害ガスが、酸性ガスを生成する有害成分を含むガスである請求項1に記載の有害ガスの浄化装置。   The harmful gas purification apparatus according to claim 1, wherein the harmful gas discharged from the semiconductor manufacturing process is a gas containing a harmful component that generates an acidic gas. 熱分解室の排出側に、粉化物の除去部及び/または酸性ガスの除去部を設けた請求項1に記載の有害ガスの浄化装置。
The harmful gas purification apparatus according to claim 1, wherein a pulverized product removal unit and / or an acid gas removal unit is provided on a discharge side of the thermal decomposition chamber.
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