JP2006212583A - 有害ガスの浄化装置と浄化方法 - Google Patents

Abstract

【課題】過熱水蒸気を用いることにより減酸素雰囲気で熱が短時間に伝わり処理対象有害ガスの分解・無害化を効率よく安全に行え、長時間にわたって安定した浄化ができる有害ガスの浄化手段を提供する。
【解決手段】過熱水蒸気発生装置１は、パイプ本体２の外周面に高周波コイル３が巻装され、その中空内部に発熱体４が設けられ、当該発熱体４の隣りに処理室５を備えて成る。過熱水蒸気発生装置１に送り込まれた水７が、発熱体４を通過して処理室５内で過熱水蒸気８となっており、そこに半導体製造工程から排出された有害ガス２０が送り込まれ過熱水蒸気８に接触して分解され無害化可能である。
【選択図】 図１

Description

本発明は、有害ガスの浄化装置と浄化方法に属し、さらに言えば、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、過熱水蒸気により無酸素又は減酸素雰囲気で分解・無害化して浄化する手段の技術分野に関する。

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。

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。

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。

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。

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

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個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。

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で失火する虞れがなく、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。

したがって、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、分解室壁面における粉化物の堆積を抑制できる上、火炎でなく過熱水蒸気を用いることにより減酸素雰囲気で熱が短時間に伝わり処理対象有害ガスの分解・無害化を効率よく安全に行え、長時間にわたって安定した浄化ができる有害ガスの浄化装置と浄化方法を提供することにある。

請求項１記載の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２０を、過熱水蒸気８により分解して無害化する有害ガス２０の浄化装置であって、
過熱水蒸気発生装置１は、パイプ本体２の外周面に高周波コイル３が巻装され、その中空内部に発熱体４が設けられ、当該発熱体４の隣りに処理室５を備えて成り、前記過熱水蒸気発生装置１に送り込まれた水７が、発熱体４を通過して前記処理室５内で過熱水蒸気８となっており、そこに半導体製造工程から排出された前記有害ガス２０が送り込まれ前記過熱水蒸気８に接触して分解され無害化可能に構成されていることを特徴とする。

請求項２記載の発明の有害ガスの浄化装置は、前記過熱水蒸気発生装置１が、筐体１５内に設置され、パイプ本体２の外周面に高周波コイル３が巻装され、前記高周波コイル３に対応するパイプ本体２の中空内部に発熱体４が設けられ、当該発熱体４につづく処理室５には、半導体製造工程から排出された前記有害ガス２０を筐体１５の外から送り込む排ガス導入管９の先端口１０が接続され、前記処理室５の先端に、処理ガス２１を排気する排気管１１を備えて成り、前記過熱水蒸気発生装置１に送り込まれた水７が、発熱体４を通過して前記処理室５内で過飽和状態の過熱水蒸気８となっている中に、前記筐体１５の外部から排ガス導入管９を通じて処理室５内に送り込まれた前記有害ガス２０が接触して分解され、無害化可能に構成されていることを特徴とする。

請求項３記載の発明の有害ガスの浄化装置は、前記過熱水蒸気発生装置１の先端の排気管１１が、トラップ１２に接続されており、当該トラップ１２に接続された排出管１３を介して筐体１５の外に処理ガス２１が排出自在に構成されていることを特徴とする。

請求項４記載の発明の有害ガスの浄化装置は、前記過熱水蒸気発生装置１の発熱体４が、円筒状セラミック製の発熱コアに形成されていることを特徴とする。

請求項５記載の発明の有害ガスの浄化装置は、前記過熱水蒸気発生装置１の発熱体４と高周波コイル３が、縦列状態で２層又は多層連接されていることを特徴とする。

請求項６記載の発明の有害ガスの浄化方法は、
ａ） 水タンク６に接続されたパイプ本体２の外周面に高周波コイル３を巻装し、前記高周波コイル３に対応するパイプ本体２の中空内部に発熱体４を設け、その発熱体４の隣りに処理室５を備えると共に、当該処理室５には、有害ガス２０を送り込む排ガス導入管９の先端口１０を接続して成る過熱水蒸気発生装置１を、半導体製造装置の近傍に設置すること、
ｂ） 前記過熱水蒸気発生装置１に水タンク６から送り込まれた水７を、高周波コイル３内の発熱体４を通過して前記処理室５内で過飽和状態の過熱水蒸気８とすること、
ｃ） 半導体製造装置により半導体を製造する工程から排出された有害ガス２０を、前記排ガス導入管９を通じて処理室５へ送り込み、前記処理室５内で過飽和状態となっている過熱水蒸気８に接触させ分解して無害化した後、外部に排出すること、とより成ることをそれぞれ特徴とする。

請求項１〜６記載の本発明は、過熱水蒸気発生装置のパイプ本体の外周面に高周波コイルが巻装され中空内部に発熱体が設けられ、隣りに処理室を備えて成り、当該過熱水蒸気発生装置に送り込まれた水が、発熱体を通過して処理室内で過熱水蒸気となっている状態に、半導体製造工程から排出された前記有害ガスを送り込むことにより、前記過熱水蒸気に有害ガスが接触して分解され無害化可能に構成されているので、燃焼排ガス又は火炎の代替として有害ガスを効果的に分解・無害化して浄化できる。

また、本発明の過熱水蒸気発生装置はコンパクト設計であり、大型あるいは複雑な構成を用いることなく、分解室壁面における粉化物の堆積の虞れもない。しかも、火炎でなく過熱水蒸気を用いることにより減酸素雰囲気で熱が短時間に伝わり処理対象有害ガスの分解・無害化を効率よく行えて消費電力も低減でき、作業性、安全性、経済性に優れる上、長期保存可能な過熱水蒸気により長時間にわたって安定した浄化ができる信頼性にも優れている。

以下、本発明の有害ガスの浄化装置の好適な実施形態を、図面にしたがって説明する。但し、本発明はこれらにより限定されるものではない。

図１に、本発明の有害ガスの浄化装置の概念図を示した。本発明は、半導体製造工程から排出される有害ガス２０を、過熱水蒸気８により分解して浄化する浄化装置（又は浄化方法）に適用される。

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。

図中、符号１は過熱水蒸気発生装置を示しており、半導体製造装置（図示は省略）の近傍位置の筐体１５内に設置される。なお、符号１４は強制的に排気可能な換気口である。

この過熱水蒸気発生装置１は、円筒状で非磁性体のパイプ本体２の外周面に、図示を省略した高周波電源に接続された高周波コイル３が巻装され、その高周波コイル３に対応するパイプ本体２の中空内部に発熱体４が設けられている。

発熱体４は、アルミナ等のセラミックや、シリコンカーバイト、窒化ホウ素等の合金により円筒状の発熱コアとして形成されている。水７の衝突を考慮した場合、熱効率がよいセラミック製が好適であるが、これに限定されるものではなく、ニクロムやモリブデン金属等を使用する形態で実施してもよい。前記の発熱体４と高周波コイル３は、図示例のように、縦列状態で２層（又は多層）に連接する実施形態が好ましい。

前記の発熱体４につづいて、中空な処理室５が設けられており、パイプ本体２の外周に前記高周波コイル３がやはり巻装されている。また、この処理室５には、半導体製造工程から排出された前記有害ガス２０を筐体１５の外から送り込む排ガス導入管９の先端口１０が接続されている。

さらに、この処理室５は先にいくに従って絞り込まれ、その細長い先端が、処理ガス２１を排気する排気管１１に形成されている。そして、前記排気管１１がトラップ１２に接続されており、当該トラップ１２に接続された排出管１３が、筐体１５の外に処理ガス２１を排出自在に構成されている。

したがって、筐体１５内に配設した水タンク６の水７が、前記過熱水蒸気発生装置１の中に送り込まれると、その送り込まれた水７は、高周波コイル３内の発熱体４を通過するに従って過熱水蒸気８に生成されていく。そして最終的に処理室５内で過飽和状態の乾いたガス状の過熱水蒸気８が生成され、水７の分子の振動と衝突エネルギーを使って１５００℃まで加熱上昇される。

すなわち、過飽和になった水７の分子がガス状に加熱されている状態の処理室５の中に、前記筐体１５の外部から排ガス導入管９を通じて処理室５内に送り込まれた例えばパーフルオロカーボン（以下、ＰＦＣという）等の有害ガス２０が接触して分解され、無害化される。その際、処理する有害ガス２０の量に応じて、水７が過飽和で供給される。

つまり、前記ＰＦＣの場合、殆んどがＣ（炭素）とＦ（フッ素）で構成されているので、過熱水蒸気８によって分解されると、Ｃ（炭素）は煤に、Ｆ（フッ素）はＨＦに生成される。この新たに生成されたＨＦはウェットスクラバーで後処理して浄化できる。また、不要な粉化物は散水や多孔板における捕捉により、塩化水素やフッ化水素等は充填剤により、それぞれ除去することができる（図示は省略）。

かくして、前記トラップ１２で後処理され、排気許容濃度以下となって浄化された処理ガス２１が、排出管１３を通じて、筐体１５の外部へと排出される。

有害ガスの浄化装置を示した概念図である。

符号の説明

１ 過熱水蒸気発生装置
２ パイプ本体
３ 高周波コイル
４ 発熱体
５ 処理室
６ 水タンク
７ 水
８ 過熱水蒸気
９ 排ガス導入管
１０ 先端口
１１ 排気管
１２ トラップ
１３ 排出管
１５ 筐体
２０ 有害ガス
２１ 処理ガス

Claims (6)

1. 半導体製造工程から排出される有害ガスを、過熱水蒸気により分解して無害化する有害ガスの浄化装置であって、
   過熱水蒸気発生装置は、パイプ本体の外周面に高周波コイルが巻装され、その中空内部に発熱体が設けられ、当該発熱体の隣りに処理室を備えて成り、前記過熱水蒸気発生装置に送り込まれた水が、発熱体を通過して前記処理室内で過熱水蒸気となっており、そこに半導体製造工程から排出された前記有害ガスが送り込まれ前記過熱水蒸気に接触して分解され無害化可能に構成されていることを特徴とする有害ガスの浄化装置。
2. 過熱水蒸気発生装置は、筐体内に設置され、パイプ本体の外周面に高周波コイルが巻装され、前記高周波コイルに対応するパイプ本体の中空内部に発熱体が設けられ、当該発熱体につづく処理室には、半導体製造工程から排出された前記有害ガスを筐体の外から送り込む排ガス導入管の先端口が接続され、前記処理室の先端に、処理ガスを排気する排気管を備えて成り、前記過熱水蒸気発生装置に送り込まれた水が、発熱体を通過して前記処理室内で過飽和状態の過熱水蒸気となっている中に、前記筐体の外部から排ガス導入管を通じて処理室内に送り込まれた前記有害ガスが接触して分解され、無害化可能に構成されていることを特徴とする、請求項１に記載した有害ガスの浄化装置。
3. 過熱水蒸気発生装置の先端の排気管が、トラップに接続されており、当該トラップに接続された排出管を介して筐体の外に処理ガスが排出自在に構成されていることを特徴とする、請求項１又は２に記載した有害ガスの浄化装置。
4. 過熱水蒸気発生装置の発熱体が、円筒状セラミック製の発熱コアに形成されていることを特徴とする、請求項１〜３のいずれか１項に記載した有害ガスの浄化装置。
5. 過熱水蒸気発生装置の発熱体と高周波コイルが、縦列状態で２層又は多層連接されていることを特徴とする、請求項１〜４のいずれか１項に記載した有害ガスの浄化装置。
6. ａ） 水タンクに接続されたパイプ本体の外周面に高周波コイルを巻装し、前記高周波コイルに対応するパイプ本体の中空内部に発熱体を設け、その発熱体の隣りに処理室を備えると共に、当該処理室には、有害ガスを送り込む排ガス導入管の先端口を接続して成る過熱水蒸気発生装置を、半導体製造装置の近傍に設置すること、
   ｂ） 前記過熱水蒸気発生装置に水タンクから送り込まれた水を、高周波コイル内の発熱体を通過して前記処理室内で過飽和状態の過熱水蒸気とすること、
   ｃ） 半導体製造装置により半導体を製造する工程から排出された有害ガスを、前記排ガス導入管を通じて処理室へ送り込み、前記処理室内で過飽和状態となっている過熱水蒸気に接触させ分解して無害化した後、外部に排出すること、
   とより成ることをそれぞれ特徴とする有害ガスの浄化方法。
   

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