JP2006175317A - 半導体製造プロセスからの排気ガスの処理装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 半導体製造プロセスからのフロンガスを含む排気ガスを，廉価な装置で，且つ，高い稼働率で低公害に処理する。
【解決手段】 半導体製造プロセスからの排気ガスのガス供給口１１を上部に及びガス排出口１２を下部に備えた加熱炉８と，この加熱炉をその外側から加熱する電磁誘電コイル１６等の加熱手段とから成り，前記ガス出口からの排出ガスを水洗浄装置３にて水と直接接触するように構成する一方，前記加熱炉８に，水蒸気を当該加熱炉内に直接噴出供給するようにした水蒸気供給手段１３を設けて，前記排気ガスを，前記加熱炉において，これに水蒸気を混合した状態で高い温度に加熱して，熱分解したのち，水洗浄する。
【選択図】 図２

Description

本発明は，例えば，半導体製造プロセスにおいて排気される所謂ＰＦＣガス（パー・フルオロ・カーボン）等のようにフロンガスを含む排気ガスを，無公害に処理するための装置に関するものである。

半導体製造プロセスにおいて排気されるＰＦＣガス等の排気ガスには，例えば，ＮＦ₃ ，ＣＦ₄ 又はＣ₂ Ｆ₆ 等のように地球温暖化係数（ＧＷＰ）が二酸化炭素よりも遥かに大きいフロンガス及びＳｉＦ₄ 等のフッ素化合物を含んでいる。

そこで，先行技術としての特許文献１は，前記ＰＦＣガス等の排気ガスを，高周波誘電体加熱による加熱炉内に導入して，高温に加熱することにより，地球温暖化係数の大きいフロンガス及びフッ素化合物を，地球温暖化係数の小さいフッ素化合物に熱分解し，次いで，水洗浄装置に導いて水洗浄することによって、フッ素化合物を除去したのち，大気中に放出するという処理装置を提案している。
特開２００２−５６９６１号公報

しかし，この先行技術の処理装置は，排気ガス中のフロンガス及びフッ素化合物を，高温に加熱することによって熱分解するものであることにより，この熱分解に際しては，きわめて高い腐食性を有するラジカルが発生することになる。

このために，前記加熱炉においては，ラジアルに対してきわめて耐腐食性の高い材料製にしなければならないから，装置が著しく高価になるばかりか，前記加熱炉内における熱分解が，水分が極く少ない状態での熱分解であることにより，再度の結合がし易くて，分解率が低くなるから，排気ガスの分解処理を十分に達成することができないという問題があった。

しかも，熱分解したあとにおいて水に接触する部分における内壁面に，分解後において水との接触による反応生成物が付着堆積して，この部分を詰まらせることになるから，装置を頻繁に清掃しなければならず，稼働率が低いという問題もあった。

また，本発明は，これらの問題を解消した排気ガスの分解処理装置を提供することを技術的課題とするものである。

この技術的課題を達成するため本発明の請求項１は
「半導体製造プロセスからの排気ガスのガス供給通路を上部に及びガス排出口を下部に備えた加熱炉と，この加熱炉をその外側から加熱する電磁誘電コイル等の加熱手段とから成り，前記ガス出口からの排出ガスを水洗浄装置にて水と直接接触するように構成する一方，前記加熱炉に，水蒸気を当該加熱炉内に直接噴出供給するようにした水蒸気供給手段を設ける。」
ことを特徴としている。

また，本発明の請求項２は，
「前記請求項１の記載において，前記加熱炉への排気ガスのガス供給通路に，小径にした絞り口を設ける。」
ことを特徴としている。

半導体製造プロセスからの排気ガスは，加熱炉内にその上部におけるガス供給口から導入されて高い温度に加熱される一方，これに水蒸気供給手段から噴出供給される水蒸気が混合される。

換言すると，前記加熱炉内における排気ガスは，これに水蒸気が混合された状態のもとで，高い温度に加熱されることにより，当該排気ガスのうち地球温暖化係数の大きいフロンガス及びフッ素化合物は，熱分解して，直ちに，水蒸気における酸素及び水素と反応して，地球温暖化係数の小さいフッ素化合物になる。

そして，前記加熱炉の下部におけるガス出口からの排出ガスは，水洗浄装置において，水との直接接触にて，フッ素化合物が水に溶解するように除去され，且つ，冷却されるとともに，粉末状の固形成分が水洗浄によって除かれたのち大気中に放出される。

このように，本発明は，排気ガスを，これに水蒸気を混合した状態で高い温度に加熱しての処理であることにより，熱分解から水蒸気における酸素及び水素との反応が瞬時に行われるから，腐食性の高いラジカルの発生が殆どなく，従って，前記加熱炉及び水洗浄装置としては，さほど高い耐腐食性を有する材料にする必要がなく，装置の価格を大幅に低減できるとともに，分解したフッ化合物の再結合が極めて少なくなるから、分解性能を大幅に向上できる。

ところで，前記排気ガス中にフロンガスの一緒に含まれているＳｉＦ₄ 等のフッ素化合物の一部は，この排気ガスに対する水蒸気の噴出供給によって粉末状の化合物になって析出することにより，この排気ガスへの水蒸気の噴出供給を，当該排気ガスを加熱炉内に導入する前において行うことは，この部分に水蒸気の供給によって発生した前記粉末状の化合物が付着堆積して，前記加熱炉へのガス供給通路が詰まることになるから，前記粉末状の化合物を除去するための清掃作業を頻繁に行うようにしなければならないことになる。

そこで，本発明においては，排気ガスに対する水蒸気の噴出供給を，加熱炉内に対して直接に行うことにしたものであり，これにより，前記加熱炉へのガス供給通路に，水蒸気の噴出供給によって詰まりが発生することを確実に回避できて，清掃作業の回数を大幅に少なくできるから，稼働率を高くできる。

特に，請求項２に記載した構成にすることにより，排気ガスがガス供給通路から加熱炉内に流入するときの速度を早くすることができ，これによって，前記加熱炉内に発生する粉末状の化合物が，前記絞り口を越えてその上流側のガス供給通路に逆流することを確実に阻止できるから，前記加熱炉へのガス供給通路に詰まりが発生することを更に低減できる利点がある。

以下，本発明の実施の形態を，図１〜図３の図面について説明する。

この実施の形態における排気ガス処理装置は，図１に示すように，洗浄水を入れた水タンク１と，その上面に立設した加熱反応装置２と，及び水洗浄装置３とによって構成されている。

前記水タンク１内に溜められている洗浄水は，循環ポンプ４にて汲み出したのち複数個の噴出口５から再び前記水タンク１内に戻すという循環を行うことによって攪拌されており，適宜高さの部位に設けた排出口６から排出するように構成され，また，前記水タンク１内への噴出口５の一つには，溜めた水に対して超音波を付与するための空気供給管７が接続されている。

前記加熱反応装置２は，図２に示すように，縦型の円筒形にした加熱炉８と，その外側に被嵌した中間筒体９と，更にその外側に被嵌した外側筒体１０との三重筒型に構成されている。

前記加熱炉８には，その上部に，半導体製造プロセスからの排気ガスのうちフロンガス及びＳｉＦ₄ 等を含むエッチングガスを，当該加熱炉８内に導入するためのガス供給通路１１が，その下部に，前記水タンク１内へのガス出口管１２が各々設けられている。

前記ガス供給通路１１が，前記加熱炉８内に開口する部分は，内径Ｄ１よりも小径Ｄ２にした絞り口１１ａに構成されている。

更に，前記加熱炉８内のうち上部には，水蒸気を下向きに噴出するようにした水蒸気供給ノズル１３が設けられているほか，前記加熱炉８の内部には，その内周面との間で，軸線方向に沿ってジクザク通路１４を形成するようにした部材１５が設けられている。

前記加熱炉８と，その外側の中間筒体９との間に隙間には，前記加熱炉８を約１２００℃程度の温度に加熱するための加熱手段としての電磁誘電コイル１６が設けられ，前記外側筒体１０の外側面は，断熱材２９にて被覆されている。

また，前記中間筒体９に被嵌した外側筒体１０の下部は，前記水タンク１内に連通しており，この外側筒体１０には，その上部に，当該外側筒体１０と前記中間筒体９との間の環状室１７内に，半導体製造プロセスからの排気ガスのうちＣＶＤガスを導入するためのガス供給口１８が，その下部に，前記環状室１７内に水を噴出するための複数個の水供給口１９が各々設けられている。

一方，水洗浄装置３は，図３に示すように，下端が，前記水タンク１内に開口する縦型の筒体２０を備えて，この筒体２０内に，ラシヒリング等の充填材による第１充填層２１と，同じくラシヒリング等の充填材による第２充填層２２とを設けて，その両充填層２１，２２の各々に，当該充填層に対する水散布ノズル２３，２４を設ける一方，前記筒体２０の頂部に，ガス吸引用の送風機２５を設け，この送風機２５によって，前記筒体２０内頂部におけるガスを，粉末状の固形物及びミストを分離するためのサイクロン２６を経てしたのち，煙突ダクト２７から大気中に放出する一方，前記サイクロン２６において分離した粉末状の固形物及びミストを，ダウンパイプ２８を介して前記水タンク１内における洗浄水中にに導くように構成している。

この構成において，フロンガス及びＳｉＦ₄ 等を含むエッチングガスは，前記加熱反応装置２における加熱炉８内に，その上部におけるガス供給通路１１及び絞り口１１ａを介して導入され，これに水蒸気が，水蒸気供給ノズル１３より噴出供給され，この水蒸気を含んだ状態で，ジクザク通路１４を下部におけるガス出口１２から水タンク１内に向かって流れるとき，この加熱炉８の外側における電磁誘電コイル１６等の加熱手段によって，約１２００℃の高い温度に加熱される。

つまり，エッチングガスは，これに水蒸気が混合された状態のもとで，高い温度に加熱されることにより，当該エッチングガスのうち地球温暖化係数の大きいフロンガス及びフッ素化合物は，熱分解して，直ちに，水蒸気における酸素及び水素と反応して，地球温暖化係数の小さいガス状及び粉末状のフッ素化合物になり，下部におけるガス出口１２から水タンク１内に排出される。

この場合において，前記ガス供給通路１１には，小径Ｄ２にした絞り口１１ａが設けられていることにより，この絞り口１１ａにおける流速が早くなっているから，前記加熱炉８内におけるガスが，前記絞り口１１ａを越えてその上流側に逆流することを確実に阻止できる。

一方，前記外側筒体１０と中間筒体９との間の環状室１７内にガス供給口１８から供給されるたＣＶＤガスは，その内側における前記電磁誘電コイル１６等の加熱手段による加熱にて熱分解し，次いで，各水供給口１９から供給される洗浄水にて洗浄されたのち，洗浄水と一緒に前記水タンク１２内に排出される。

このように，水タンク１内に排出されたガスは，前記水洗浄装置３に至り，ここで，二段の充填層２１，２２において水洗浄され，サイクロン２６において粉末状の固形物及び水のミストが除去れたのち，送風機２５及び煙突ダクト２７より大気中に放出される。

なお，前記水タンク１には，前記加熱反応装置２から当該水タンク１内に排出されるガス等に対して，洗浄水を噴霧するためのシャワーノズル３０が設けられている。

また，前記外側筒体１０と中間筒体９との間の環状室１７には，当該環状室１７内において熱分解にて生成した粉末状の固形物を，前記水タンク１内に向かって吹き飛ばすようにした複数個の空気ノズル３１が設けられている。

更にまた，前記水タンク１においては，その洗浄水に対して，これに循環によって攪拌することに加えて，空気供給管７にて超音波を付与することにより，当該洗浄水への溶解を促進するように構成している。

本発明の実施の形態を示す一部切欠正面図である。 前記実施の形態における加熱反応装置の縦断正面図である。 前記実施の形態における水洗浄装置の縦断正面図である。

符号の説明

１ 水タンク
４ 循環ポンプ
２ 加熱反応装置
８ 加熱炉
１１ 排気ガス通路
１１ａ 絞り口
１２ ガス出口
１３ 水蒸気供給ノズル
１６ 加熱手段としての電磁誘電コイル
３ 水洗浄装置
２１，２２ 充填層
２３，２４ 水散布ノズル
２５ 送風機
２６ サイクロン
２７ 煙突ダクト

Claims (2)

1. 半導体製造プロセスからの排気ガスのガス供給通路を上部に及びガス排出口を下部に備えた加熱炉と，この加熱炉をその外側から加熱する電磁誘電コイル等の加熱手段とから成り，前記ガス出口からの排出ガスを水洗浄装置にて水と直接接触するように構成する一方，前記加熱炉に，水蒸気を当該加熱炉内に直接噴出供給するようにした水蒸気供給手段を設けることを特徴とする半導体製造プロセスからの排気ガスの処理装置。
2. 前記請求項１の記載において，前記加熱炉への排気ガスのガス供給通路に，小径にした絞り口を設けることを特徴とする半導体製造プロセスからの排気ガスの処理装置。

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