JP2006170603A

JP2006170603A - 廃ガス処理装置

Info

Publication number: JP2006170603A
Application number: JP2005307244A
Authority: JP
Inventors: Tasho Zen; 太燮全; Kun-Su Lee; 根洙李; Daijun Kim; 大準金; Seitaku Hyaku; 盛宅百
Original assignee: Unisem Co Ltd
Current assignee: Unisem Co Ltd
Priority date: 2004-12-13
Filing date: 2005-10-21
Publication date: 2006-06-29
Anticipated expiration: 2025-10-21
Also published as: KR100647997B1; KR20060066299A; JP4153942B2

Abstract

【課題】効率的に廃ガスを処理し、廃ガスによる装置内ユニットの腐食とパウダーの蒸着を最小化した廃ガス処理装置を提供する。
【解決手段】廃ガス処理装置を、バーナー１１０、マニホールド１２０及びバーニングチャンバ１３０で構成される乾式ユニット１００と、精製/冷却ユニット２１０、凝縮ユニット２２０及び水処理塔２３０からなる湿式ユニット２００で構成する。そしてマニホールド１２０に導入された排ガスをブリーシング壁１３２を設けたバーニングチャンバ１３０に導入し、バーナー１１０で熱分解した後、湿式ユニット２００を通して冷却・排出する。
【選択図】図1

Description

本発明は乾湿式廃ガス処理装置に関し、具体的には当該装置において、廃ガスの処理時に発生するパウダーがバーニングチャンバを閉塞する問題を改善して、水溶性ガスの処理効率を向上させるための改良技術に関する。

半導体デバイスは、酸化、食刻、蒸着及びフォトリソグラフィー工程など様々な製造工程を経って製造されるが、これらの工程には有毒性化工薬品及び化学ガス等が利用される。このうち化学ガスとしては、例えばシラン、アンモニア、酸化窒素、アルシン、ホスフィン、ジボラン、ホウ素トリクロライド等を挙げることができる。
これらの化学ガスは、毒性が比較的強いとされているため、工程に利用された後にそのまま廃ガスとして大気中に放出されると、人体に致命的な影響を及ぼしたり、自然発火による火事が発生したり、又は環境問題を発生させる等の可能性がある。

そこで、このような問題を解決するために特許文献１及び２に示す如く、不要になった化学ガスの毒性を予め低下させてから排出する目的で、様々な形態の廃ガス処理装置が提案されている。
大韓民国公開特許２００３−８４４３０号公報大韓民国公開特許２００３−８４４３２号公報

しかしながら、従来の廃ガス処理装置においては以下の問題が存在する。
すなわち、乾湿式廃ガス処理装置における乾式ユニットでは、廃ガスによる装置内の腐食と、廃ガスの燃焼によって生じるパウダーが装置内に蒸着するという問題がある。これらの問題は装置の構成劣化を招くので、効率良く廃ガスを処理することの妨げとなり、優先的に解決すべき課題である。

また、当該装置に用いられる湿式ユニットについても、前記パウダーの蒸着防止の問題の他、廃ガスの水処理効率の向上も併せて要望されている。
本発明はこのような課題に鑑みてなされたものであって、効率的に廃ガスを処理し、廃ガスによる装置内ユニットの腐食とパウダーの蒸着を最小化した廃ガス処理装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明の乾湿式廃ガス処理装置は、廃ガスをバーニングチャンバに流入させるマニホールドと、前記マニホールド内部に設けられ、燃焼ガスと空気を流入させて点火させるバーナーと、前記バーナーの火炎を利用して、前記マニホールドから流入される廃ガスを燃焼処理又は熱分解するバーニングチャンバと、当該バーニングチャンバ内において、当該バーニングチャンバの外部より導入される不活性ガスの流通経路となる微細多孔が側壁に形成され、前記廃ガスの燃焼に伴い発生するパウダーの蒸着を防止する目的で、前記火炎の高熱を断熱するように設けられたブリーシング壁と、ダウンストリームに沿って、前記バーニングチャンバからの廃ガスに水を噴射して、精製及び冷却する精製/冷却ユニットと、前記精製された廃ガスを凝縮する凝縮ユニットと、前記廃ガスの進行通路となるパッキングスタックと、前記パッキングスタックに水を噴射するスプレーノズルを有する水処理モジュールが少なくとも一つ以上設けられ、アップストリームに沿って前記凝縮ユニットから流入される廃ガスを処理する水処理塔と、前記凝縮ユニットで凝縮された廃水及び前記水処理塔で処理された廃水を貯蔵する廃水処理槽とを含む構成とした。

ここで、前記バーナーを一定間隔を置いて取り囲むシールドを有し、前記間隙にダウンストリームに沿って不活性ガスが供給される構成とすることができる。
また、前記ブリーシング壁は多孔性セラミックスを含む材料からなる構成とすることもできる。
さらに前記精製/冷却ユニットは、前記バーニングチャンバと連通され、廃ガスと面する側壁に水膜が形成されるものであって、前記側壁において、微細な水粒子を噴霧する複数のノズルの少なくともいずれかが互いに異なる高さに設けられた構成とすることもできる。

また、前記精製/冷却ユニットと水処理塔の間の凝縮ユニット部分は同心上の二重管で構成され、前記二重管の内側管を通じて前記処理されたガスを前記水処理塔に移動させ、前記二重管の外側管を通じて冷却水を通過させる構成とすることもできる。
さらに、前記廃水処理槽の内部には熱交換器を設けることも可能である。
また、前記水処理モジュールを通過させた廃ガスに乾燥外気を供給し、これにより乾燥させた当該ガスを排気ダクトから排出させる構成とすることもできる。

以上の構成を持つ本発明によれば、前記バーニングチャンバを設けることによって、当該チャンバの外側では、バーナーからマニホールドの内部空間に伝達される熱が遮断される。その結果、廃ガスの処理に伴い発生するパウダーが、装置内部に蒸着する現象の発生を最小化することができる。また、このようにパウダーの蒸着を防止することができるため、バーナーが廃ガスによって腐食するのを防止する効果も奏されることとなる。

さらに、精製/冷却ユニットの側壁に異なる高さでノズルを配設し、当該ノズルから水粒子を噴霧することで水膜を形成すれば、一次的に燃焼又は熱分解を行い、二次的に水処理を行うことを通じて、効率的に廃ガスが処理されることに加え、前記水膜によって前記パウダーが当該ユニットの内壁に蒸着されなくなる。そのため、腐食性の廃ガスから当該精製/冷却ユニットの側壁を保護することが可能となる。

また、前記凝集ユニット部分を二重管構造とし、廃ガスを冷却水で冷却したのち、当該冷却水を熱交換する構成とすれば、当該冷却水を再利用することが可能になるので効率的である。
また、廃ガスを予め水分除去してから排気ダクトより排出する構成とすれば、当該排気ダクトにガスが付着しにくくなり、その腐食を防止することができるようになるため望ましい。

以下、添付図面を参照して本発明の実施例を具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。
図１は本発明による廃ガス処理装置を示す構成図である。
当図に示されるように、本廃ガス処理装置は乾湿式のものであって、大別してバーナー１１０、マニホールド１２０及びバーニングチャンバ１３０で構成される乾式ユニット１００と、精製/冷却ユニット２１０、凝縮ユニット２２０及び水処理塔２３０で構成される湿式ユニット２００で構成される。

当該装置で処理可能な化学ガスの一例は以下の通りである。
熱分解可能なガスとしては、Ｈ_２、ＳｉＨ_４、Ｏ_３、ＴＥＯＳ[(Ｃ_２Ｈ_５Ｏ)_４Ｓｉ]、ＴＥＢ[Ｂ(Ｃ_２Ｈ_５)_３]、ＴＥＰＯ[Ｐ(ＯＣ_２Ｈ_５)_３]、ＴｉＣｌ_４、ＴＤＭＡＴ(Ｔｉ[Ｎ(ＣＨ_３)_２]_４)、ＴＣＥ(Ｃ_２ＨＣｌ_３)、ＤＣＳ(ＳｉＨ_２Ｃｌ_２)、ＮＨ_３、ＮＦ_３、ＮＯ、Ｎ_２Ｏ、ＰＨ_３、ＷＦ_６、ＡｓＨ_３、Ａｓ、ＶＯＣｓ等が挙げられる。

又、燃焼可能なガスとしては、ＮＦ_３、ＣＦ_４、Ｃ_２Ｆ_６、Ｃ_３Ｆ_８、ＣＨＦ_３、ＳＦ_６、ＶＯＣｓ等が挙げられる。
さらに水溶性ガスとしては、ＨＣｌ、ＤＣＳ(ＳｉＨ_２Ｃｌ_２)、ＮＨ_３、ＣｌＦ_３、ＳｉＦ_４、Ｆ_２、ＨＦ、ＳｉＣｌ_４、ＷＦ_６、ＴｉＣｌ_４、ＮＨ_４Ｃｌ、ＴＤＭＡＴ(Ｔｉ[Ｎ(ＣＨ_３)_２]_４)、ＡｌＣｌ_３、Ｃｌ_２、ＴＣＡ(Ｃ_１０Ｈ_４Ｃｌ_６Ｏ_４)、ＢＣｌ_３、ＨＢｒ、ＳＯ_２、Ｂ、ＢＦ_３、ＴＥＯＳ((Ｃ_２Ｈ_５Ｏ)_４Ｓｉ)、ＴｉＦ_４等が挙げられる。

次に、乾式ユニット１００に対して具体的に説明する。乾式ユニット１００は、外部より導入された廃ガスを加熱して一次的に処理するものである。
マニホールド１２０は、外部より供給される廃ガスをバーニングチャンバ１３０に流通させるための流入口１２２を備えている。ここで図１のように、流入口１２２をマニホールド１２０の上部側面に配設すると、供給される廃ガスがサイクロン運動し、バーナー１２０から放出される火炎に集中させることができるので望ましい。

マニホールド１２０は、バーニングチャンバ１３０に対して所謂トップ-ダウン(top-down)構造をなすように結合されている。これによって廃ガス処理時に発生するパウダーがバーニングチャンバ１３０に円滑に誘導され、当該パウダーがマニホールド１２０に溜まることを最小化することができる。
図２は本発明に適用されるバーナーの構成を詳細に示す断面図である。

マニホールド１２０の上部において、バーナー１１０が中央部に配設され、さらに当該バーナー１１０を取り囲むように、燃焼ガスと空気とをそれぞれマニホールド内１２０に供給するための供給口１１１、１１２が設けられている。さらに、供給口１１１、１１２の外側には、前記供給された燃焼ガス及び空気に点火するための点火器１１３と、当該着火の有無をチェックする着火センサー１１４が設けられている。

このマニホールド１２０の望ましい構成としては、図２に示すように、バーナー１１０の外側から一定間隙を置いて、前記バーナーを取り囲むシールド１１６を設けることができる。そしてバーナー１１０とシールド１１６との間の間隙にはダウンストリームで不活性ガス、例えば、窒素を供給するようにする。
このようにシールド１１６を設けることで、バーナー１１０内部からマニホールド１２０の内部空間に伝達される高熱を断熱でき、廃ガスに含まれるパウダーが装置内部に蒸着するのを最小化することができる。これにより、廃ガスの化学的影響によるバーナー１１０の腐食を防止することができるようになる。

バーニングチャンバ１３０は、バーナー１１０の火炎を利用して、マニホールド１２０から導入される廃ガスを一次的に燃焼処理又は熱分解するものである。
バーニングチャンバ１３０の内部には、微細多孔が側壁に形成された円筒状のブリーシング壁１３２が配設されている。このブリーシング壁１３２を設けることで、バーナー１１０の火炎による１３００℃程度の高熱がバーニングチャンバ１３０の側壁まで伝達されるのを断熱することができる。

又、バーニングチャンバ１３０の側壁に設けられた空気流入口１３４によって、外部より空気や窒素がバーニングチャンバ１３０内に取り込まれ、さらに前記微細多孔を通じてブリーシング壁１３２内部に流通する。この流通の動きにより、燃焼処理又は熱分解された廃ガスに伴うパウダーが、装置内部に蒸着するのを防止することができ、バーニングチャンバ１３０の側壁を良好に腐食防止することが可能となる。

又、微細多孔を通じて空気や窒素がブリーシング壁１３２内に流通されることで、燃焼又は熱分解処理される廃ガスが当該ブリーシング壁１３２の中心部に集中され、当該ガスの流れが円滑化される効果も奏される。廃ガスはバーニングチャンバ１３０を通じて加熱処理され、熱分解若しくは燃焼された後、高温状態で下流の湿式ユニット２００へと流通される。

尚、ブリーシング壁１３２の材料としては、多孔性セラミックスを利用することが望ましい。
以下、湿式ユニット２００に対して詳細に説明する。湿式ユニット２００は、前記加熱処理したガスを水溶性ガスとして処理するものである。
図３は図１のＡにおける精製/冷却ユニット２１０の構成を示す拡大断面図である。

精製/冷却ユニット２１０は、バーニングチャンバ１３０の後端に結合され、バーニングチャンバ１３０から排出される高温の廃ガスに水を噴射して冷却すると共に、廃ガスに含まれた粉塵を集めて精製し、水溶性ガスを溶解させるものである。
この動作をなすため、精製/冷却ユニット２１０の側壁には複数の微細ノズル２１３が設けられ、流入口２１２に窒素と水とを同時に供給受けてこれを噴射することで、水が霧粒子の如く微細粒子として噴射される。これにより廃ガス処理時に発生するパウダーが装置内壁に蒸着する前に水とともに落下するので、廃ガスにより精製/冷却ユニット２１０の側壁が化学的に腐食してしまうのを回避できるようになっている。

ここで、前記複数の微細ノズル２１３は、前記水噴射による水膜２１４形成を前記側壁の全体領域にわたり確保するため、少なくとも一部以上が互いに異なる高さに配設されている。
さらに、精製/冷却ユニット２１０の側壁では図３に示すように水膜２１４を形成することで、前記パウダーの付着をより一層防止されるようになっている。具体的に水膜２１４を形成するためには、例えば、バーニングチャンバ１３０と精製/冷却ユニット２１０の結合部分に間隙を形成し、当該間隙から水を供給する方法が採れる。

続いて、精製/冷却ユニット２１０の下に配設される凝縮ユニット２２０は、図１に示すように水処理塔２３０と連結される長い円筒状として形成される。その両端側壁には、それぞれ噴射ノズル２２２、２２４が設けられ、噴射ノズル２２２、２２４から噴射される水粒子によって廃ガスに伴うパウダーを取り込ませる。そして当該パウダーを含んだ水粒子を互いに凝縮させ、これをドレーン管３２０、３３０を通じて廃水処理槽３００にドレーンさせる構成となっている。

ところで精製/冷却ユニット２１０から排出される廃ガスは、この段階では約２００℃の温度を持つので、安全に排出するにあたり予め冷却することが必要である。このため本実施例では、精製/冷却ユニット２１０と水処理塔２３０との間の凝縮ユニット部分を同心上の二重管の構造とする。
これにより駆動時には、前記二重管の内側管を通じて高温の前記廃ガスを水処理塔２３０に移動させるとともに、前記二重管の外側管を通じて冷却水を水処理塔２３０へと流通させることで、前記内側管を通る廃ガスが効果的に冷却される構成となっている。

水処理塔２３０は、アップストリームに沿って導入させた廃ガスを、水処理モジュールを利用して２次処理するものである。
水処理モジュールは、図１に示すように、廃ガスの流通通路であるパッキングスタック２３２、２３２ａと、当該パッキングスタック２３２、２３２ａに対して水を噴射するスプレーノズル２３４、２３４ａで構成される。パッキングスタック２３２、２３２ａは、数百個のパッキングが堆積された構成を有し、各パッキングの間に形成されるガスの流通経路が長く、且つ、ガスとの接触面積が大きくなるよう構成されている。これにより、廃ガスが前記パッキングスタック２３２、２３２ａ中の流通経路を流通する間において、パッキングスタック２３２、２３２ａの表面上でスプレーノズル２３４、２３４ａによって噴射された水と良好な接触面積及び接触時間で接触され、短時間で急速に冷却されることとなり、優れた冷却効率が確保される。

なお、本実施例では、図１において二つの水処理モジュールが上下に設けられた水処理塔２３０の構成について例示したが、本発明はこの構成に限定するものではない。すなわち、水処理モジュールを通過した後において、処理されたガスが外気供給口２３６から供給される外気と触れ、充分に乾燥された状態で排気される構成であればよい。これにより、水分を未だ含んだ廃ガスが排気ダクト２３８に触れることで、当該排気ダクト２３８が腐食するのを回避できる。

また、水処理塔２３０は、前記腐食による影響を最小化するために、内側壁をテフロン（登録商標）でコーティングしたステンレススチールで製作することができる。
一方、廃水処理槽３００には、凝縮ユニット２２０から凝縮された廃水や粉塵と結合された廃水、水処理塔２３０から処理された廃水を流入して貯蔵し、望ましくは、リサイクリングのために適正な温度を維持するように内部に熱交換器を設けることができる。

次に、本発明の効果について説明する。図４は本発明の廃ガス処理装置によるＮＦ_３ガスの処理効率を説明するグラフである。
スクラバーインレット側のＮＦ_３の濃度とスクラバーアウトレット側のＮＦ_３の濃度を見ると、ＮＦ_３がほとんど検出されないことが分かる。即ち、ＮＦ_３ガスは熱分解が可能であり水溶性ガスとして水処理によって除去されて、微量のＨＦガスのみが検出され、処理効率はほとんど９９.９%に至ることが分かる。

この実験例で流量比はそれぞれＮＦ_３が２１ｐｍ、窒素が１５０１ｐｍ、そして燃焼ガス(ＬＮＧ)が１５１ｐｍである。
続いて、図５は本発明の廃ガス処理装置によるＮＨ_３の水処理効率を示すグラフである。
当図から、それぞれの流量比に対して除去効率はほとんど９９．９５％以上であることが分かる。これにより、本発明の有効な効果が確認できる。

本発明の実施例の廃ガス処理装置を示す構成図である。本発明の実施例のバーナーを詳細に示す断面図である。本発明の実施例の精製/冷却ユニットを示す断面図である。本発明の実施例の廃ガス処理装置によるＮＦ_３ガスの処理効率を説明するグラフである。本発明の実施例の廃ガス処理装置によるＮＨ_３の水処理効率を示すグラフである。

符号の説明

１００乾式ユニット
１１０バーナー
１１６シールド
１２０マニホールド
１３０バーニングチャンバ（burning chamber）
１３２ブリーシング壁（breathing wall）
２００湿式ユニット
２１０精製/冷却ユニット
２１３微細ノズル
２１４水膜
２２０凝縮ユニット
２３０水処理塔
２３２、２３２ａパッキングスタック

Claims

廃ガスをバーニングチャンバに流入させるマニホールドと、
前記マニホールド内部に設けられ、燃焼ガスと空気を流入させて点火させるバーナーと、
前記バーナーの火炎を利用して、前記マニホールドから流入される廃ガスを燃焼処理又は熱分解するバーニングチャンバと、
当該バーニングチャンバ内において、当該バーニングチャンバの外部より導入される不活性ガスの流通経路となる微細多孔が側壁に形成され、前記廃ガスの燃焼に伴い発生するパウダーの蒸着を防止する目的で、前記火炎の高熱を断熱するように設けられたブリーシング壁と、
ダウンストリームに沿って、前記バーニングチャンバからの廃ガスに水を噴射して、精製及び冷却する精製/冷却ユニットと、
前記精製された廃ガスを凝縮する凝縮ユニットと、
前記廃ガスの進行通路となるパッキングスタックと、前記パッキングスタックに水を噴射するスプレーノズルを有する水処理モジュールが少なくとも一つ以上設けられ、アップストリームに沿って前記凝縮ユニットから流入される廃ガスを処理する水処理塔と、
前記凝縮ユニットで凝縮された廃水及び前記水処理塔で処理された廃水を貯蔵する廃水処理槽と
を含む構成であることを特徴とする乾湿式廃ガス処理装置。
さらに、前記バーナーを一定間隔を置いて取り囲むシールドを有し、前記間隙にダウンストリームに沿って不活性ガスが供給される構成である
ことを特徴とする請求項１に記載の乾湿式廃ガス処理装置。
前記ブリーシング壁は多孔性セラミックスを含む材料からなる構成である
こと特徴とする請求項１に記載の乾湿式廃ガス処理装置。
前記精製/冷却ユニットは、前記バーニングチャンバと連通され、廃ガスと面する側壁に水膜が形成されるものであって、
前記側壁において、微細な水粒子を噴霧する複数のノズルの少なくともいずれかが互いに異なる高さに設けられた構成である
ことを特徴とする請求項１に記載の乾湿式廃ガス処理装置。
前記精製/冷却ユニットと水処理塔の間の凝縮ユニット部分は同心上の二重管で構成され、前記二重管の内側管を通じて前記処理されたガスを前記水処理塔に移動させ、前記二重管の外側管を通じて冷却水を通過させる構成である
ことを特徴とする請求項１に記載の乾湿式廃ガス処理装置。
前記廃水処理槽の内部に熱交換器が設けられた構成である
ことを特徴とする請求項１に記載の乾湿式廃ガス処理装置。
前記水処理モジュールを通過させた廃ガスに乾燥外気を供給し、これにより乾燥させた当該ガスを排気ダクトから排出させる構成である
ことを特徴とする請求項１に記載の乾湿式廃ガス処理装置。