JP2006150281A - 半導体製造装置の排ガス除害装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 粉塵の捕集と水溶性成分の除去性能を低下させることなく、入口スクラバ本体に粉塵の堆積が発生しないという半導体製造装置の排ガス除害装置の開発をその課題とする。
【解決手段】
(a) 半導体製造装置(2)のチャンバ(1)に接続され、該チャンバ(1)から排出された排ガス(F)を洗浄する入口スクラバ(40)と、
(b) 入口スクラバ(40)にて洗浄された排ガス(F)を加熱分解処理する排ガス処理塔(20)と、
(c) 入口スクラバ(40)と排ガス処理塔(20)とが立設されている薬液タンク(60)とを備えた半導体製造装置(2)の排ガス除害装置(10)であって、
(d) 入口スクラバ(40)の排ガス通路(42)が直管状に形成されており、
(e) 薬液タンク(60)内の排ガス通路(42)に散水ノズル(68)が設置されていることを特徴とする。
【選択図】 図１

Description

本発明は半導体製造装置の入口スクラバにおいて粉塵の堆積がないにも拘らず粉塵の排ガス処理塔への移行が非常に少ない排ガス除害装置に関する。

集積回路や液晶などの半導体製造に当たって、半導体製造装置(2)から多量の粉塵を含んだ有害な排ガス(F)が排出されるが、排ガス処理を行うに当たってこの粉塵が排ガス処理を困難なものとしている。そこで、排ガス処理を行う排ガス処理塔の前工程として入口スクラバ(4)を設け、ここでシャワーリングを行い、微細液滴により、排ガス(F)中の粉塵の捕集と水溶性成分の除去とを行っている。

従来の入口スクラバ(4)では、入口スクラバ(4)内での排ガス(F)の乱流を生じさせ、入口スクラバ(4)中での排ガス(F)の滞留時間と気−液接触時間をできるだけ長く保って粉塵の捕集と水溶性成分の除去の向上を図るため、スクラバ本体(4イ)を屈曲させていた。屈曲部分を(4ロ)で示す。

スクラバ本体(4イ)を屈曲させることにより、粉塵の捕集と水溶性成分の除去の向上を狙い通り達成することができたが、屈曲部分(4ロ)に粉塵が次第に堆積し、スクラバ本体(4イ)内の通流面積を次第に減じ、スクラバ本体(4イ)の管抵抗が次第に増大してしまうという問題があった。前記堆積箇所を(T)で示す。なお、入口スクラバ(4)中での排ガス(F)の滞留時間と気−液接触時間とをできるだけ長く保つべく、スクラバ本体(4イ)内にジャマ板などを設け、入口スクラバ(4)における排ガス(F)の通流経路を複雑にした場合にも同様の問題が生じていた。

本発明は、このような問題点に鑑みてなされたもので、粉塵の捕集と水溶性成分の除去性能を低下させることなく、スクラバ本体に粉塵の堆積が発生しないという半導体製造装置の排ガス除害装置の開発をその課題とする。

「請求項１」は本発明の半導体製造装置の排ガス除害装置(10)に関し、
(a) 半導体製造装置(2)のチャンバ(1)に接続され、該チャンバ(1)から排出された排ガス(F)を洗浄する入口スクラバ(40)と、
(b) 入口スクラバ(40)にて洗浄された排ガス(F)を加熱分解処理する排ガス処理塔(20)と、
(c) 入口スクラバ(40)と排ガス処理塔(20)とが立設されている薬液タンク(60)とを備えた半導体製造装置(2)の排ガス除害装置(10)であって、
(d) 入口スクラバ(40)の排ガス通路(42)が直管状に形成されており、
(e) 薬液タンク(60)内の排ガス通路(42)に散水ノズル(68)が設置されていることを特徴とする。

「請求項２」は散水ノズル(68)に関し「散水ノズル(68)が薬液タンク(60)の内壁に散水して内壁面(65)に水膜(68a)を形成する」ことを特徴とする。

「請求項１」に記載の発明にあっては、「入口スクラバ(40)が薬液タンク(60)に立設され、薬液タンク(60)内の排ガス通路(42)に散水ノズル(68)が設置されている」ので、水スクラバ(40)から薬液タンク(60)への流入部分(42a)が大きく折れ曲がっており、ここで大きな乱流が発生し、そこに散水ノズル(68)からの散水があり、粉塵の効果的な捕集がなされる。その結果、入口スクラバ(40)の排ガス通路(42)を直管状に形成することができるようになった。

また、「請求項２」に記載の発明にあっては、「散水ノズル(68)が薬液タンク(60)の内壁に散水して内壁面(65)に水膜(68a)を形成する」ようになっているので、排ガス(F)に腐食性成分が含有されていたとしても、水膜(68a)によって内壁面(65)が保護され、内壁面(65)の腐食を抑制することができる。

以下、本発明を図示実施例に従って詳述する。図１は例えば１チャンバ型半導体製造装置(2)［勿論、複数チャンバ型でもよい。］に対応する１チャンネル型排ガス除害装置(10)［勿論、多チャンネル型でもよい。］の正面及び平面概念図である。本発明装置(10)は大略入口スクラバ(40)、これとチャンバ(1)とを接続する配管(6)、排ガス処理塔(20)、出口スクラバ(50)及び薬液タンク(60)で形成されている。

図中、(2)はＣＶＤのような半導体製造装置であり、(1)は半導体製造装置(2)に備えられたチャンバである。そして、チャンバ(1)内の排ガス(F)は排気ポンプ(3)により排ガス導入用配管(6)に排出され、前記排ガス導入用配管(6)は入口スクラバ(40)に接続されている。

入口スクラバ(40)及び排ガス処理塔(20)は薬液タンク(60)の上にこの順で設置されており、出口スクラバ(50)は下流側にて薬液タンク(60)とは別に配置され、スクラバ本体(53)はその薬液槽(51)上に設置されている。図示していないが、勿論、薬液タンクと前記薬液槽とを一体とし、薬液タンク内の水と薬液槽内の水とを薬液槽から薬液タンクにオーバーフローにより給水可能な仕切壁にて仕切るようにしておいてもよい。

入口スクラバ(40)には水を噴射するスプレーノズル(41)が備えられており、スプレーノズル(41)から噴出された霧状の高圧水により排ガス(F)中に大量に含まれているＳｉＯ₂のような粉塵やＳｉＦ₄、Ｆ₂のような水加水分解性物質、水可溶成分が水洗除去される。入口スクラバ(40)の排ガス通路(42)はストレートな直管で、薬液タンク(60)の上面に立設されており、その底面は薬液タンク(60)に開口しており、水洗除去成分はそのまま薬液タンク(60)に落下する。

薬液タンク(60)は矩形箱状のもので、また、薬液タンク(60)内にはオーバーフロー升(63)が設置されており、薬液タンク(60)内の水位が一定となるようになっている。オーバーフロー升(63)からオーバーフローした水はオーバーフロー出口(66)から排出されるようになっている。薬液タンク(60)の底面側面には排水口(67)が設けられており、底に溜まった粉塵ヘドロの排出が簡単に行われるように、底面(64)は排水口(67)に向かって傾斜するように形成されている。

また、薬液タンク(60)内には１乃至複数の撒水ノズル(68)が配置されており、薬液タンク(60)内を通流する排ガス(F)に向かって散水すると同時に薬液タンク(60)の内壁に散水して薬液タンク(60)の内壁に水膜(68a)を形成し、排ガス(F)中の腐蝕成分から薬液タンク(60)を保護するようにしている。

また、入口スクラバ(40)及び薬液タンク(60)の内面その他の部分で、本実施例の処理塔本体(21)を除く部分には、半導体排ガス(F)に含まれる、或いは排ガス(F)の分解によって生じるフッ酸などの腐食性成分による腐蝕から各部を守るため、FRP、塩化ビニル、ポリエチレン、不飽和ポリエステル樹脂およびフッ素樹脂(例えば４フッ化エチレン)などによる耐蝕性のライニングやコーティングが施されている。

排ガス処理塔(20)は、大略、ケーシングを構成する処理塔本体(21)と円筒状発熱体(30)とで構成されており、前記入口スクラバ(40)は前述の薬液タンク(60)を通って円筒状発熱体(30)に接続されている。

円筒状発熱体(30)としては円筒状部材内に発熱体が埋設されたものや円筒状セラミックヒータが使用される。

処理塔本体(21)の概略構造は、スチール製で円筒状の外皮ジャケット(21a)と、ハステロイのような耐熱・耐食性内張部材(21b)と、前記外皮ジャケット(21a)と内張部材(21b)との間に充填された断熱耐火材(21c)とで構成されており、内張部材(21b)の内部に排ガス分解処理室(R)が形成されている。この内張部材(21b)は排ガス分解処理室(R)の内周全面を覆っており、内張部材(21b)が熱分解された排ガス(F)に直接接触するようになっている。

排ガス処理塔本体(21)の底面には、底部(22)が一体的に取り付けられており、締結具で底部(22)両者が着脱可能に取り付けられている。そして、排ガス処理塔本体(21)の底には冷却部(23)が設けられて冷却水(24)が貯留されている。冷却水(24)は冷却部(23)の側面に設けられた給水管(25)により供給され、螺旋水流が冷却部(23)の外壁部分である朝顔状(下窄まりの円錐台状)冷却壁(23a)に沿ってグルグル旋回しつつ流下するようになっている。冷却壁(23a)はハステロイのようなものが好ましいが、常に前記螺旋水流の水膜で覆われているため、表面がFRP層その他前記樹脂層で覆われた耐食性ステンレス鋼板のようなものでもよい。

また、排ガス処理塔本体(21)の底部(22)には、円筒状発熱体(30)の下端部を囲繞するハステロイ或いは前述のような表面がFRP層で覆われた耐食性ステンレス鋼板で形成された円筒状発熱体保護壁(27)が囲繞しており、円筒状発熱体保護壁(27)と冷却壁(13)との間に前記冷却水(24)が溜まるようになっている。前記冷却水(24)は円筒状発熱体保護壁(27)をオーバーフローして排気筒(62)に流れ込む。(61)は薬液タンク(60)を排ガス供給側ゾーン(X)と排気側ゾーン(W)を２分する隔壁で、その上端は薬液タンク(60)に天井面から内側面全体に気密的に溶接接合されており、その下端は薬液中に浸漬されて前述のように薬液タンク(60)を排ガス供給側ゾーン(X)と排気側ゾーン(W)を２分する。

また、排ガス処理塔本体(21)の天井部分にはモータ(M)に接続された回転アーム(35)が垂設されており、４本に枝分かれした粉塵払い落としアーム(36)により、円筒状発熱体(30)の内外面に付着した粉塵を払い落とすようになっている。粉塵は極く微細な綿埃状のもので、回転する粉塵払い落としアーム(36)に軽く接触するだけで落下する。なお、円筒状発熱体(30)の内面は上下ストレートの直管であるので、前記粉塵の大部分は途中でひっかかることなく薬液タンク(60)内に落下する。

薬液タンク(60)の排気側ゾーン(W)に対応する排ガス処理塔本体(21)の底部(22)に、排気筒(62)が底部(22)から薬液タンク(60)の粉塵溜まり(64a)内に向かってストレートに設けられている。そして、この排気筒(62)の側面に排気連通管(69)が接続されており、出口スクラバ(50)の薬液槽(51)の上部に接続されている。また、薬液槽(51)の底部には薬液タンク(61)の水位以上の部分或いは薬液槽(51)の水位が薬液タンク(60)の水位以上の場合には水位以下において通水管(52)が接続されており、汚れの少ない薬液槽(51)の水を薬液タンク(61)に供給するようになっている。

出口スクラバ(50)は、加熱分解処理された排ガス(F)中の有害成分を最終的に除害するためのものであり、その下端に薬液槽(51)が設置されており、その上に直管型のスクラバ本体(53)が接続されている。このスクラバ本体(53)内にて垂直方向に間隔を隔てて複数（本実施例では２段）設置された穿孔プレート(54)と、前記穿孔プレート(54)の下面に向けて薬液を噴霧する上向きのスプレーノズル(55)と、最上部の穿孔プレート(54)の直上部に取り付けられ、半導体排ガス(F)の通流方向に対向するように上方から洗浄水(或いは薬液)を噴霧する下向きのスプレーノズル(56)とで構成されている。

ここで穿孔プレート(54)は、スクラバ本体(53)内部空間の全面を横切るように取り付けられた板状の部材であり、その表面には半導体排ガス(F)を通流させるための小さなガス通流孔が多数穿設されている。なお、この穿孔プレート(54)としては、パンチングメタルや網などが好適である。

また、最下部に取り付けられたスプレーノズル(56)の下側には、穿孔プレート(54)のガス通流孔(54a)よりも小さな開口を有する網状部材(57)がスクラバ本体(53)内部空間の全面を横切るように取り付けられている。

この出口スクラバ(50)は、洗浄水(或いは薬液)を貯留する薬液槽(51)上に立設されており(或いは図示していないが、別個に配設された薬液槽とを配管で接続してもよい。)、スプレーノズル(56)から噴霧された洗浄水(又は薬液)が、排気連通管(69)を経由して送り込まれる排ガス(F)に気−液接触して薬液槽(51)に送り込まれるようになっている。

なお、スプレーノズル(56)には薬液槽(51)内の循環薬液ではなく、新水などの新しい洗浄水(又は薬液)が供給されている。そして出口スクラバ(50)の頂部出口は処理済み排ガス(F)を大気中へ放出する排気ファン(70)に接続されている。

次に、図１の実施例の作用に付いて説明する。半導体製造プロセス、特にＣＶＤ（化学的気相成長法）プロセスでは、前述のようにＳｉＨ_４のようなデポジットガスによるデポジット終了後、ＣＶＤチャンバをクリーニングするため、Ｃ_２Ｆ_４、ＣＦ_４およびＣＨＦ_３のようなパーフルオロカーボン（以下、「ＰＦＣ」という。）、ＮＦ_３のような炭素を含まないフッ素化合物などのクリーニングガスによるクリーニングが行われ、粉塵を大量に含む排ガス(F)が排出される。

入口スクラバ(40)に供給された排ガス(F)はスプレーノズル(41)にて洗浄され、更に入口スクラバ(4)に対応する排ガス供給側ゾーン(X)を通って円筒状発熱体(30)に排ガス(F)に至る。前記入口スクラバ(40)内では排ガス(F)中の粉塵がスプレーノズル(41)から散布された霧状の薬液(アルカリ液、酸性液又は水)に接触してある程度捕捉され薬液タンク(60)に送り込まれる。換言すれば、入口スクラバ(4)の排ガス通路(42)がストレートの直管状のものであるため、すばやく通過して十分な除塵が行われない。なお、これと同時に排ガス(F)中の水溶性成分も薬液中に吸収除去される。

排ガス供給側ゾーン(X)では散水ノズル(68)により排ガス供給側ゾーン(X)の内面に常に水が吹き付けられて水膜(68a)が形成されており、腐食性の排ガス(F)が排ガス供給側ゾーン(X)の内面に接触してこれを腐食することを防止している。また、垂直に立設された入口スクラバ(4)に対して排ガス供給側ゾーン(X)は水平に伸びているので、排ガス(F)が入口スクラバ(4)から排ガス供給側ゾーン(X)に流入する際に通流方向が変わり、乱流を生ずると同時に前記散水ノズル(68)からの噴霧により排ガス(F)中の粉塵が効率よく捕集され噴霧と共に薬液タンク(60)に落下していく。

前記排ガス供給側ゾーン(X)を通過した低温湿潤排ガス(F)は円筒状発熱体(30)内を上昇し、ここで上昇中に酸化分解されるのであるが、排ガス(F)中にＳiＨ₄（シラン）が含まれている時は、円筒状発熱体(30)の中程から上の400〜600℃に加熱されている部分で主に分解されて大量の粉塵を発生させる。

発生した粉塵、例えばＳｉＯ₂は回転アーム(35)の粉塵払い落としアーム(36a)又は(36b)にて自動的に払い落とされ、薬液タンク(60)内に落下して集まる。また、ガス種によっては円筒状発熱体(30)内の加熱酸化分解により新たにＦ₂、ＨＦその他の生成物が発生する。

円筒状発熱体(30)はそれ自体で分解温度より若干高い温度迄発熱するので、円筒状発熱体(30)内の反応空間となる細い通流孔内雰囲気を分解温度以上に昇温させる。排ガス(F)はこの円筒状発熱体(30)の細い反応空間となる通流孔内を通過する間に直接加熱されて酸化分解され熱ロスなく無害化される。

また、円筒状発熱体(30)の外周面からも放熱があり、排ガス処理塔本体(21)の天井部分近傍部分(21H)に高温ゾーンが形成され、円筒状発熱体(30)から出た排ガス(F)中に未分解成分が残留しておれば、この高温ゾーンにて最終的に分解される。

以上のように円筒状発熱体(30)および高温ゾーンにて処理されたガスは大気放出ファン(70)により吸引されて出口スクラバ(50)の薬液槽(51)内に導かれる。本実施例では薬液槽(51)は１つであり、排ガス処理塔本体(21)から排出された処理済み排ガス(F)はここで集合する。なお、ＳｉＨ₄の酸化用にＯ₂を必要とするが、通常は外部空気を使用して円筒状発熱体(30)の上部に導入する。

集合した処理済み排ガス(F)は共通の出口スクラバ(50)を通過する際に洗浄とガス冷却される。出口スクラバ(50)を通過した処理済み排ガス(F)は大気放出ファン(70)を経て大気に放出される。

本発明装置の第１、２実施例の概略概念図 従来例の概略概念図

符号の説明

(F)…排ガス
(H)…発熱体
(1a)(1b)(1c)…チャンバ
(2)…半導体製造装置
(6a)(6b)(6c)…配管
(10)…排ガス除害装置
(20)…排ガス処理塔
(21)…処理塔本体
(30)…円筒状発熱体
(40)…入口スクラバ
(50)…出口スクラバ

Claims (2)

1. (a) 半導体製造装置のチャンバに接続され、該チャンバから排出された排ガスを洗浄する入口スクラバと、
   (b) 入口スクラバにて洗浄された排ガスを加熱分解処理する排ガス処理塔と、
   (c) 入口スクラバと排ガス処理塔とが立設されている薬液タンクとを備えた半導体製造装置の排ガス除害装置において、
   (d) 入口スクラバの排ガス通路が直管状に形成されており、
   (e) 薬液タンク内の排ガス通路に散水ノズルが設置されていることを特徴とする半導体製造装置の排ガス除害装置。
2. 散水ノズルが薬液タンクの内壁に散水して内壁面に水膜を形成することを特徴とする請求項１に記載の半導体製造装置の排ガス除害装置。

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