JP2007061754A - 排ガス除害装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 半導体製造排ガス除害装置において、排ガス中の有害被処理成分の除害処理効率が高く、内部に可動部分や貫通孔を設けることなく、除害処理により生じる粉塵の堆積を少なくすることのできる加熱分解装置を提供する。
【解決手段】 排ガス除害装置(10)の、加熱分解装置(16)が、下部に排ガスを取り込む入口(50)を有する入口側チャンバ(46)と、上部において入口側チャンバ(46)上部と連通された出口側チャンバ(48)と、入口側チャンバ(46)と出口側チャンバ(48)とによって構成された、逆Ｕ字形のガス流路(B)内に配設されたヒータ(36)と、ガス流路(B)内に配設され、ヒータ(36)から受けた熱を蓄える蓄熱材(38)とで構成されていることにより、排ガス中の有害被処理成分の除害処理効率を向上させ、内部に可動部分や貫通孔を設けることなく、除害処理により生じる粉塵の堆積を少なくすることができる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、半導体製造装置から排出された排ガスの除害、特に、有害かつ爆発性を有する排ガスの除害に用いられる排ガス除害装置に関する。

ＣＶＤ装置やエッチャーなどの半導体製造装置で使用されるガスには、爆発性を有するシラン系ガス（例えば、ＳｉＨ_４やＳｉＨ_２Ｃｌ_２）や、毒性を有するリン系ガス（例えば、ＰＨ_３）、ヒ素系ガス（例えば、ＡｓＨ_３）、ホウ素系ガス（例えば、Ｂ_２Ｈ_６）などが使用されている。これらガスは、半導体製造装置に供給され、半導体ウェハーを処理した後、排ガスとして排出される。この排ガス内には、未反応ガスが残留しており、また、半導体製造装置内での反応によって新たに生成された有害成分が含まれている。したがって、この排ガスをそのまま大気放出することは非常に危険であり、近年では、排ガス除害装置（特許文献１参照）を用いて排ガスに除害処理を施すことによって、有毒ガスの濃度を許容値以下にまで低減するようにしている。

特許文献１に開示された従来の排ガス除害装置は、排ガス中の水溶性成分ガスを捕集する水スクラバと、排ガス中の有害被処理成分を分解する加熱分解装置とを備えており、加熱分解装置は、反応筒と、反応筒の内面に配設されたヒータと、反応筒内の中心部に配設され、上端部に排ガスを噴出する噴出口を有するガス導入管と、ガス導入管の内外面に沿って非接触で移動する撹拌棒とで構成されている。そして、水スクラバの出口と加熱分解装置の入口とがガス流路を介して連通されている。

排ガス除害装置を用いて排ガスを除害する際には、まず、排ガスが水スクラバに与えられ、排ガス中に含まれている水溶性成分ガスと、排ガスの種類によって発生する粉塵とがスプレー水によって捕集される。続いて、水分を含む排ガスが加熱分解装置へ与えられる。加熱分解装置では、ガス導入管の噴出口から反応筒の内部に排ガスが噴出され、この排ガスがヒータで加熱されることによって、排ガス中に含まれる有害被処理成分が加熱分解され、出口側の水スクラバを通って大気放出される。
特許第３６２５９７８号

従来の排ガス除外装置（特許文献１）では、加熱分解装置において、ヒータが反応筒の壁面内にのみ設けられているため、反応筒の内面近傍を通過する排ガスは十分に加熱されるが、ヒータが内蔵された壁面から遠い、ガス導入管の外面近傍を通過する排ガスは加熱不足となり、除害処理効率を低下させる原因となっていた。

また、攪拌棒が故障などにより停止した場合には、この攪拌棒が核となって、加熱分解の反応生成物として生じる粉塵の堆積が進行し、ガス流路が狭められることにより、操業が中断され、メンテナンスを行わなければならないということもあった。

さらに、攪拌棒の回転軸が反応筒の上面を貫通して設置されているため、この貫通部から排ガスが外部へ漏出するおそれがあるだけでなく、高温に保たれる反応塔の上面貫通部を完全にシールすることは技術的に困難であるという問題があった。

それゆえに、本発明の主たる課題は、従来例に増して除害処理効率を高めることができるとともに、反応塔の上面の攪拌棒貫通孔をなくすことにより、排ガスの漏出を防止できる排ガス除害装置を提供することである。

請求項１に記載した排ガス除害装置(10)は、「半導体製造排ガス(F1)を加熱することによって、半導体製造排ガス(F1)中の有害被処理成分を分解する加熱分解装置(16)を備える排ガス除害装置(10)であって、加熱分解装置(16)は、下部に半導体製造排ガス(F1)を取り込む入口(50)を有する入口側チャンバ(46)と、上部において入口側チャンバ(46)の上部と連通され、下部に半導体製造排ガス(F1)を排出する出口(52)を有する出口側チャンバ(48)と、入口側チャンバ(46)と出口側チャンバ(48)とによって構成された逆Ｕ字形のガス流路(B)内に配設されたヒータ(36)と、ガス流路(B)内に配設され、ヒータ(36)から受けた熱を蓄える蓄熱材(38)とを有すること」を特徴とする。

この発明では、ヒータ(36)から放散された熱の一部が蓄熱材(38)に蓄えられる。ガス流路(B)を流れる半導体製造排ガス(F1)が蓄熱材(38)にぶつかると、蓄熱材(38)の近辺で乱流が生じ、半導体製造排ガス(F1)の蓄熱材(38)付近での滞留時間が長くなって、蓄熱材(38)による半導体製造排ガス(F1)の加熱分解が促進されるので、単にヒータ(36)による加熱分解に比べて大幅に除害処理効率が向上する。

請求項２に記載した発明は、請求項１に記載した「排ガス除害装置(10)」において、「入口(50)および／または出口(52)に絞り部(54),(56)が形成されていること」を特徴とする。

この発明では、逆Ｕ字形のガス流路(B)の流路断面積が、入口(50)および／または出口(52)において、絞り部(54),(56)によって絞られているので、入口(50)および／または出口(52)の近傍で乱流が生じるだけでなく、ガス流路(B)内での半導体製造排ガス(F1)の滞留時間が長くなり、有害被処理成分の分解反応が促進される。

請求項３に記載した発明は、請求項２に記載した「排ガス除害装置(10)」において、「入口(50)に形成された絞り部(54)に、水スクラバ(40)を設けたこと」を特徴とする。

この発明では、入口(50)を通過する半導体製造排ガス(F1)に水スクラバ(40)から水を供給することができるので、その水の勢いで半導体製造排ガス(F1)を十分に攪拌することができるとともに、半導体製造排ガス(F1)中に含まれている水溶性成分ガスおよび排ガス中に残留している粉塵を、水によって更に捕集することができる。

請求項１〜３に記載した発明によれば、ヒータ(36)と蓄熱材(38)とによって半導体製造排ガス(F1)を加熱分解することができ、また、蓄熱材(38)によってガス流路(B)を流れる半導体製造排ガス(F1)に乱流を生じさせ、ガス流路(B)内での滞留時間を長くすることができる。したがって、従来例のような攪拌棒を設けることなく、換言すれば、反応塔の上面に貫通孔を設けることなく、排ガスを攪拌しながら、十分に加熱分解することができ、従来例に比べてより高い除害処理効率を得ることができる。

以下に、本発明の好適な実施例を図１に基づいて詳細に説明する。

図１は、本発明に係る排ガス除害装置(10)の概略構成図である。排ガス除害装置(10)は、水循環装置(12)、前段水スクラバ(14)、加熱分解装置(16)、および後段水スクラバ(18)により構成されており、水循環装置(12)の上部に確保された前段ガス流路(A)を介して、前段水スクラバ(14)と加熱分解装置(16)とが連通されており、水循環装置(12)の上部に確保された後段ガス流路(C)を介して加熱分解装置(16)と、後段水スクラバ(18)とが連通されている。

水循環装置(12)は、前段水スクラバ(14)および後段水スクラバ(18)等へ水を供給するとともに、これらで使用された水を回収するものであり、水を貯留する水タンク(20)と、水の流路を構成する配管(22)と、前段水スクラバ(14)および後段水スクラバ(18)等へ水を圧送する水循環ポンプ(24)と、水タンク(20)へ水を供給する給水バルブ(26)と、水タンク(20)内の水を排水する排水バルブ(28)とによって構成されている。

そして、水タンク(20)には、所定量の水が貯められており、水タンク(20)の内部における水面より上方にガス流路(A)および(C)が確保されており、水タンク(20)の上面に前段水スクラバ(14)、加熱分解装置(16)、および後段水スクラバ(18)が組み付けられている。

前段水スクラバ(14)は、半導体製造排ガス(F1)に含まれる水溶性成分ガス、および排ガスの種類によって発生する粉塵を水によって捕集する装置であり、水タンク(20)の前段ガス流路(A)と連通された塔状のケーシング(14a)と、ケーシング(14a)の内部において水を噴射するスプレーノズル(30)とによって構成されており、ケーシング(14a)の上端部には、半導体製造排ガス(F1)を取り込む入口(14b)が形成されており、スプレーノズル(30)には、水循環ポンプ(24)からの高圧水を通す配管(22)が接続されている。

前段水スクラバ(14)においては、半導体製造排ガス(F1)に含まれる水溶性成分ガスおよび粉塵が除去され、水分を含んだ半導体製造排ガス(F1)が得られる。そして、この半導体製造排ガス(F1)が、水タンク(20)の前段ガス流路(A)を通して加熱分解装置(16)へ与えられる。

加熱分解装置(16)は、半導体製造排ガス(F1)を加熱することにより該排ガス中の有害被処理成分を加熱分解するものであり、略直方体状のケーシング(34)、ヒータ(36)、蓄熱材(38)、中段水スクラバ(40)、および粉塵排出用の窒素供給管(42)により構成されている。

ケーシング(34)は、ヒータ(36)による加熱に耐え得るように、鉄板内に内張された耐熱性材料によって形成されており、ケーシング(34)の内部空間は、仕切り壁(44)によって入口側チャンバ(46)と出口側チャンバ(48)とに二分されている。そして、入口側チャンバ(46)の下部には、前段ガス流路(A)から半導体製造排ガス(F1)を取り込む入口(50)が形成されており、出口側チャンバ(48)の下部には、後段ガス流路(C)へ半導体製造排ガス(F1)を排出する出口(52)が形成されており、入口側チャンバ(46)と出口側チャンバ(48)とは、それらの上部において連通されている。つまり、ケーシング(34)の内部には、入口側チャンバ(46)と出口側チャンバ(48)とによって、逆Ｕ字形のガス流路(B)が構成されている。また、仕切り壁(44)の下端部は、水タンク(20)に貯められた水の中まで延ばされており、これにより、入口(50)から取り込まれる半導体製造排ガス(F1)と出口(52)から排出された半導体製造排ガス(F1)とが混ざらないように、上流側の前段ガス流路(A)と下流側の後段ガス流路(C)とに二分されている。また、入口(50)および出口(52)には、絞り部(54)および(56)が形成されており、絞り部(54)および(56)において、ガス流路(B)が狭められている。

なお、ケーシング(34)の形状は、略直方体状に限定されるものではなく、例えば円筒状のチャンバを２本組み合わせたものであってもよい。また、絞り部は、入口(50)または出口(52)のいずれか一方にのみ形成されてもよいが、入口(50)のみに形成される方が好適である。ヒータ(36)により加熱される前に、半導体製造排ガス(F1)に乱流を生じさせることにより、ガス流路(B)内でのガスの滞留時間が長くなり、除害処理効率を高めることができるからである。

そして、ケーシング(34)における入口側チャンバ(46)および出口側チャンバ(48)の内部中央にヒータ(36)が設けられており、出口側チャンバ(48)の内面に蓄熱材(38)が設けられており、入口(50)に形成された絞り部(54)に中段水スクラバ(40)が設けられている。また、ケーシング(34)の上面に粉塵排出用の窒素供給管(42)が設けられている。

ヒータ(36)は、半導体製造排ガス(F1)を加熱するための直管状の電気ヒータであり、ケーシング(34)の上面を貫通して、上下方向へ延びて取り付けられている。出口側チャンバ(48)に配設されたヒータ(36)は、蓄熱材(38)を加熱することによって、半導体製造排ガス(F1)を直接的および間接的に加熱する機能を有しており、このヒータ(36)と蓄熱材(38)との位置関係は、ヒータ(36)から発せられた熱を蓄熱材(38)へ有効に伝達し、半導体製造排ガス(F1)を均一に加熱する観点から設定されている。

蓄熱材(38)は、ヒータ(36)からの熱を蓄えることのできる材質で構成されており、本実施例では、中実のセラミック製丸棒を出口側チャンバ(48)の内部で井桁状に複数段組み合わせることによって構成されている。なお、蓄熱材(38)の態様は、ガス流路(B)を流れる半導体製造排ガス(F1)に乱流を生じさせることのできる態様であればよく、本実施例の井桁状に限定されるものではない。

中段水スクラバ(40)は、半導体製造排ガス(F1)に含まれる水溶性成分ガスおよび粉塵を水によって捕集する装置であり、入口(50)を通る半導体製造排ガス(F1)に噴水する噴水口を有するスプレーノズルによって構成されている。

窒素供給管(42)は、入口側チャンバ(46)および出口側チャンバ(48)の内部に付着した粉塵を排出するために、ガス流路(B)の方向が変わる反転部(58)に窒素ガスを噴射するものである。排ガスの種類によっては、加熱分解反応により綿糸状の粉塵が生じ、ヒータ(36)からの熱により焼き固められることによってガス流路(B)に詰まりを生じさせるからである。

加熱分解装置(16)においては、半導体製造排ガス(F1)に含まれる排ガス中の有害被処理成分が加熱分解され、加熱分解された半導体製造排ガス(F1)が、水タンク(20)の後段ガス流路(C)を通して後段水スクラバ(18)へ与えられる。

後段水スクラバ(18)は、半導体製造排ガス(F1)に含まれる水溶性成分ガスおよび加熱分解によって生じた粉塵を水によって捕集する装置であり、水タンク(20)の後段ガス流路(C)と連通された塔状のケーシング(18a)と、ケーシング(18a)の内部において水を噴射するスプレーノズル(60)とによって構成されている。また、ケーシング(18a)の上端部には、清浄排ガス(F2)を排出する出口(18b)が形成されており、スプレーノズル(60)には、水循環ポンプ(24)からの高圧水を通す配管(22)が接続されている。そして、出口(18b)には、排気ダクト(62)が接続されており、この排気ダクト(62)には、排気ファン(64)が取り付けられている。

排ガス除害装置(10)を使用する際には、前段水スクラバ(14)の入口(14b)にダクトを介して半導体製造装置が接続される。そして、半導体製造装置から排出された半導体製造排ガス(F1)が、前段水スクラバ(14)、加熱分解装置(16)および後段水スクラバ(18)へこの順に与えられ、これらにおいて除害される。

すなわち、前段水スクラバ(14)では、スプレーノズル(30)から噴出された霧状の高圧水により、半導体製造排ガス(F1)内の水溶性成分あるいは粉塵が捕集される。

加熱分解装置(16)では、入口(50)および出口(52)に設けられた絞り部(54)および(56)によって半導体製造排ガス(F1)が乱流となり、ガス流路(B)内での滞留時間が長くなるので、有害被処理成分の除害処理効率が向上する。また、絞り部(54)に設けられた中段水スクラバ(40)からの噴射水によって半導体製造排ガス(F1)の攪拌がさらに促進されるとともに、前段水スクラバ(14)で除去できなかった水溶性成分あるいは粉塵が捕集される。

そして、ガス流路(B)内では、ヒータ(36)および蓄熱材(38)からの熱によって半導体製造排ガス(F1)が加熱分解される。このとき、反応生成物として生成された粉塵は、半導体製造排ガス(F1)の流れが反転部(58)において切り替わる過程において、半導体製造排ガス(F1)から分離される。そして、分離された粉塵は、重力により入口(50)または出口(52)を通して水タンク(20)まで落下し、そこに貯められた水によって捕集される。

出口側チャンバ(48)においては、蓄熱材(38)が設けられているため、半導体製造排ガス(F1)は、ヒータ(36)から直接受ける熱だけでなく、蓄熱材(38)から受ける熱によっても加熱され、蓄熱材(38)において乱流が生じることと相俟って、加熱分解が促進される。

後段水スクラバ(18)では、スプレーノズル(60)から噴出された霧状の高圧水により、半導体製造排ガス(F1)内の水溶性成分、および加熱分解により生じた粉塵が捕集される。

蓄熱材(38)の態様としては、図３に示すように、複数の棒状蓄熱材(38)を壁面から突出させたものであってもよく、図４に示すように、壁面から突出させた棒状蓄熱材(38)の端面に、板状の蓄熱材(66)を取り付けたものであってもよい。このように板状の蓄熱材(66)を棒状蓄熱材(38)の端面に取り付けることにより、ガス流路(B)の断面積を狭くすることなく、多くの蓄熱材(38)を設置することができるとともに、ヒータ(38)からの熱の一部が、板状の蓄熱材(66)の表面で反射することにより、半導体製造排ガス(F1)へ与える熱をより均一にすることができる。さらに、これらの形状をそれぞれ組み合わせたものであってもよい。そして、蓄熱材(38)および(66)の材料はセラミックの他、半導体製造排ガス(F1)の加熱分解温度に耐えられるものであって蓄熱性のよいものを適宜選択して用いることができる。

本発明に係る半導体製造排ガス除害装置の概略構成図である。 図１における、II-II断面図である。 本発明における蓄熱材の他の実施例を示す断面図である。 本発明における蓄熱材の他の実施例を示す断面図である。

符号の説明

(10)・・・排ガス除害装置
(12)・・・水循環装置
(14)・・・前段水スクラバ
(16)・・・加熱分解装置
(18)・・・後段水スクラバ
(36)・・・ヒータ
(38)・・・蓄熱材
(F1)・・・半導体製造排ガス
(F2)・・・清浄排ガス

Claims (3)

1. 半導体製造排ガスを加熱することによって、半導体製造排ガス中の有害被処理成分を分解する加熱分解装置を備える排ガス除害装置であって、
   前記加熱分解装置は、
   下部に前記半導体製造排ガスを取り込む入口を有する入口側チャンバと、
   上部において前記入口側チャンバの上部と連通され、下部に前記半導体製造排ガスを排出する出口を有する出口側チャンバと、
   前記入口側チャンバと前記出口側チャンバとによって構成された逆Ｕ字形のガス流路内に配設されたヒータと、
   前記ガス流路内に配設され、前記ヒータから受けた熱を蓄える蓄熱材とを有することを特徴とする、排ガス除害装置。
2. 前記入口および／または前記出口に絞り部が形成されていることを特徴とする、請求項１に記載の排ガス除害装置。
3. 前記入口に形成された前記絞り部に、水スクラバを設けたことを特徴とする、請求項２に記載の排ガス除害装置。

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