JP2007090276A - 排ガスの処理方法及び処理装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】固形化すると触媒毒となる固形物を生成する化合物とフッ素含有化合物を含む排ガスの処理方法であって、固形物が析出しない温度で排ガスを空間部に導入し、空間部にて排ガスを水蒸気及び酸素の存在下で固形物が析出しない温度以上の温度で加熱してフッ素含有化合物の一部を加熱分解し、空間部を通過した排ガスを触媒部で水蒸気及び酸素の存在下で加熱し、空間部で分解されなかったフッ素含有化合物を加水分解する排ガスの処理方法、及び装置。反応槽は、複数の迂流板が設置され、導入された水が加熱されて水蒸気化される温度領域に開口する導入管を有する排ガスを加熱する空間部を有する。
【選択図】図1
Description
SiF4+2H2O → SiO2+4HF ・・・・(1)
SiO2は、固体の微粒子であるので、生成と同時にスプレーされた水により排ガスから除去される。HFも、水への溶解度が大きいので、同様に排ガスから除去される。
CF4+H2O → CO2+4HF ・・・・(2)
さらに、排ガスの加水分解処理においては、水と接触して固形物を生成する化合物としては、SiF4を代表とする化合物以外にもBCl3、AlCl3、WF6のメタルエッチャー系の排ガス成分が触媒毒として該当する。
(1)固形化すると触媒毒となる固形物を生成する化合物とフッ素含有化合物を含む排ガスの処理方法であって、該固形物が析出しない温度で該排ガスを空間部に導入し、該空間部にて該排ガスを水蒸気及び酸素の存在下で該固形物が析出しない温度以上の温度で加熱して該フッ素含有化合物の一部を加熱分解し、該空間部を通過した該排ガスを触媒部で水蒸気及び酸素の存在下で加熱し、該空間部で分解されなかったフッ素含有化合物を加水分解することを特徴とする排ガスの処理方法。
(2)前記触媒部で加水分解を行った後、前記フッ素含有化合物の分解によって生じた分解ガスを含む排ガスを冷却する工程を含む前記(1)記載の排ガスの処理方法。
(3)前記排ガスの冷却が、水スプレー冷却又は後処理部の周壁からの間接冷却であることを特徴とする前記(2)記載の排ガスの処理方法。
(5)前記空間部で、更に一酸化炭素の酸化処理を行うことを特徴とする前記(1)乃至(4)のいずれか1項に記載の排ガス処理方法。
(6)前記空間部で水との反応により発生した二酸化ケイ素を接触補助手段にて一旦保持して前記触媒部に流入するのを防ぐとともに、前記排ガスに含まれる及び/又は前記フッ素含有化合物の加水分解の際に発生したフッ化水素と反応させ、前記二酸化ケイ素をフッ化ケイ素(SiF4)に化学変化させてから触媒部に導入することを特徴とする前記(4)に記載の排ガス処理方法。
(7)前記触媒部で水との反応により発生した二酸化ケイ素を、前記空間部からフッ化水素を供給して反応させ、フッ化ケイ素(SiF4)に化学変化させて触媒部を通過させる前記(6)に記載の排ガス処理方法。
(8)前記接触補助手段は、前記排ガスの迂流路を形成していることを特徴とする前記(6)又は(7)に記載の排ガス処理方法。
(9)前記加水分解は、加熱酸化分解及び/又は触媒による分解であることを特徴とする前記(1)記載の排ガスの処理方法。
(11)前記触媒部の次に触媒部から排出された分解ガスを含む排ガスを冷却する冷却部を有することを特徴とする前記(10)記載の排ガスの処理装置。
(12)前記空間部は、前記フッ素含有化合物の一部を分解したときに生成する固形物を保持する接触補助部材を備えたことを特徴とする前記(10)記載の排ガスの処理装置。
(13)前記接触補助部材は、前記排ガスの迂回路を形成する迂流板であることを特徴とする前記(12)記載の排ガスの処理装置。
(14)前記固形化すると触媒毒となる固形物を生成する化合物は、ケイ素含有化合物であることを特徴とする前記(10)〜(13)のいずれか1項に記載の排ガス処理装置。
(16)前記反応槽から排出される冷却排ガス中の酸性ガスの予備除去装置として、ファンスクラバー又は固形薬剤による乾式処理装置をミストトラップの前段に有することを特徴とする前記(15)記載の排ガスの処理装置。
(17)前記迂流板が複数あることを特徴とする前記(13)記載の排ガスの処理装置。
(18)前記複数の迂流板が、一ヶ所に切欠部又は切欠部から下方へ垂下する階段部を有する円板が、前記切欠部が対称的位置になるように上下に配置されて構成されていることを特徴とする前記(17)記載の排ガスの処理装置。
(19)前記空間部と前記触媒部との間に、前記固形物による触媒の被毒を防止する保護剤層を設けたことを特徴とする前記(10)〜(18)のいずれか1項記載の排ガスの処理装置。
(20)前記(10)〜(19)のいずれか1項記載の排ガスの処理装置の複数台について1台のハウススクラバーを連結し、前記ハウススクラバーより処理済みガスを大気中に放出するようにしたことを特徴とする処理装置。
図1は、本発明に係る排ガス中からケイ素含有化合物の共存下にフッ素含有化合物を分解、除去する排ガスの処理装置の概略図である。
空間部5では、排ガスの予熱という役割以外にも排ガス成分と水蒸気との接触効率を高め(迂流板の設置)、この部分で積極的にPFC(PF4,SF6以外のPFC、例えばC4F8,C4F6、CHF3等)の加水分解処理やCOの酸化処理を行うためである。さらに、この部分でPFCの加水分解処理を行うことで、その分解生成物としてHFが発生する。これが触媒層でのSiO2の蓄積を抑制(SiO2+HF→SiF4+2H2O)する作用に使われ、被毒抑制に必要なHFの供給源となる。
これは、水蒸気と接触する空間部でSiF4の加水分解によりSiO2が生成しても、迂流板があることでSiO2が直接触媒層に堆積することなく、次の様なメカニズムでSiF4がガス体のまま触媒層に到達し、少なくともSiO2の粉による閉塞は避けられることが考えられる。
SiO2+4HF → SiF4+2H2O ・・・(3)
また、保護剤層14は、空間部で前記式(3)により発生したSiO2を、この部分で一旦捕集し、触媒層にSiO2が到達することを防止するとともに、空間部で生成したHFと反応させることで、SiO2を蓄積させないようにする役割がある。ただし、保護剤層は、必ずしも必須ではなく、接触補助手段(迂流板)でSiO2の触媒層への到達を十分に防げていれば、必ずしも設けなくてもよい。
触媒部では、空間部で処理されなかったPFC(主としてCF4、SF6等)を加水分解処理するためにある。空間部や保護剤部から排出されるSiF4が、触媒層に混入した場合、空間部で発生したHFの存在によりSiO2は常時HFと反応し(SiO2+4HF→SiF4+2H2O)、SiF4のまま触媒層を通り抜けることになる。
また、前記触媒部では、水との反応により発生した二酸化ケイ素を、前記空間部からフッ化水素を供給して反応させ、フッ化ケイ素(SiF4)に化学変化させて触媒部を通過させるようにすることができる。
この冷却部では、排ガスの冷却の他に、触媒層から流出してくるHF、SiF4の有毒ガスを水に吸収させて、除去する役割がある。
触媒部6からHFやSiF4を含む高温の排ガスが排出されるが、これを冷却する外にこれら酸性ガスの除去も併せ行うために水スプレー7aによる直接冷却を本実施態様においては採用しているが、冷却部(後処理部)7の周壁からの間接冷却も併せ行うこともできる。
フッ素含有化合物とケイ素含有化合物の両方を含む排ガスは、反応槽4の頂部に設置された導入管を通り、反応槽4に導入される。反応槽4に導入された排ガスは、まず空間部5に流入し、ここで、排ガス中のフッ素含有化合物の加水分解処理が行われる。すなわち、空間部5に流入した排ガスは、迂流板9によって形成された迂流路を通過する際にヒータ8によって700〜900℃、好ましくは750〜850℃に加熱され、これにより、排ガス中のフッ素含有化合物が、導入管2aから空間部5の中間部に導入された水分(H2O、水蒸気)と排ガス中の酸素との存在下で加熱酸化される。このように、反応槽4においては、水蒸気だけでフッ素含有化合物の加水分解処理が行われる。その結果、排ガス中に含まれるSiF4はSiO2として析出することがない。
なお、上記の排ガス中には、SiO2以外にもCxFyポリマーのような固形物やSiO2を含まない固形物が混入していることがあるため、これらの固形物をフィルター等で物理的に除去する粉体トラップを排ガス導入管の前段に設置することが好ましい。なお、粉体トラップでは、ガス状のSiF4を除去できないことは言うまでもない。
なお、本発明は、ケイ素含有化合物以外の水と接触して固形物を生成する化合物にも適用でき、例えばBCl3、AlCl3、WF6等の加水分解性のガスにも適用可能である。
エッチング工程では、処理用のガスとしてPFCガス及びCOガスが混合したものが利用され、エッチング装置30のあるチャンバーに供給される。そしてプラズマを印加し、その一部を腐食性の高いガスに変え、シリコンウエハーのエッチングを行う。チャンバーには各々真空ポンプが接続され、連続的に排気される。真空ポンプから排気された排ガスは、複数台のエッチング装置30に対し、1台の排ガス処理装置31が接続され、処理を行う場合が多い。1台の排ガス処理装置につき何台のエッチング装置が接続されるかは、排ガスの量と濃度に依存するので、工程の性質に応じて適切な台数が接続される。通常は、1台の排ガス処理装置に10数台のエッチング装置が接続されていることが多い。
2 水蒸気
2a 導入管
3 循環タンク
4 反応槽
5 空間部(加熱酸化部)
6 触媒部
7 後処理部(冷却部)
7a スプレー
8 ヒータ
9 迂流板
10 ミストトラップ
11 下スプレー
12 パージエア
13 上スプレー
14 保護剤層
15 支持剤層
16 洗浄水
17 冷却水
18 市水(真水)
21 送水ポンプ
22 排水
23 ファンスクラバー
24 ファン
25 回転軸
26 接続配管
27 エジェクター
28 処理済みガス
30 エッチング装置
31 排ガス処理装置
32 ハウススクラバー
Claims (20)
- 固形化すると触媒毒となる固形物を生成する化合物とフッ素含有化合物を含む排ガスの処理方法であって、該固形物が析出しない温度で該排ガスを空間部に導入し、該空間部にて該排ガスを水蒸気及び酸素の存在下で該固形物が析出しない温度以上の温度で加熱して該フッ素含有化合物の一部を加熱分解し、該空間部を通過した該排ガスを触媒部で水蒸気及び酸素の存在下で加熱し、該空間部で分解されなかったフッ素含有化合物を加水分解することを特徴とする排ガスの処理方法。
- 前記触媒部で加水分解を行った後、前記フッ素含有化合物の分解によって生じた分解ガスを含む排ガスを冷却する工程を含む請求項1記載の排ガスの処理方法。
- 前記排ガスの冷却が、水スプレー冷却又は後処理部の周壁からの間接冷却であることを特徴とする請求項2記載の排ガスの処理方法。
- 前記固形化すると触媒毒となる固形物を生成する化合物は、ケイ素含有化合物であることを特徴とする請求項1乃至3のいずれか1項に記載の排ガス処理方法。
- 前記空間部で、更に一酸化炭素の酸化処理を行うことを特徴とする請求項1乃至4のいずれか1項に記載の排ガス処理方法。
- 前記空間部で水との反応により発生した二酸化ケイ素を接触補助手段にて一旦保持して前記触媒部に流入するのを防ぐとともに、前記排ガスに含まれる及び/又は前記フッ素含有化合物の加水分解の際に発生したフッ化水素と反応させ、前記二酸化ケイ素をフッ化ケイ素(SiF4)に化学変化させてから触媒部に導入することを特徴とする請求項4に記載の排ガス処理方法。
- 前記触媒部で水との反応により発生した二酸化ケイ素を、前記空間部からフッ化水素を供給して反応させ、フッ化ケイ素(SiF4)に化学変化させて触媒部を通過させる請求項6に記載の排ガス処理方法。
- 前記接触補助手段は、前記排ガスの迂流路を形成していることを特徴とする請求項6又は請求項7に記載の排ガス処理方法。
- 前記加水分解は、加熱酸化分解及び/又は触媒による分解であることを特徴とする請求項1記載の排ガスの処理方法。
- 固形化すると触媒毒となる固形物を生成する化合物とフッ素含有化合物を含む排ガスの処理装置であって、該固形物が析出しない温度で排ガスを導入する導入管と、導入された水が加熱されて水蒸気化される温度の区域に開口する水の導入管を備え、前記排ガスを水蒸気及び酸素の存在下に加熱して該フッ素含有化合物の一部を加熱分解する空間部と、前記空間部で加熱された前記ガスが導入され、前記ガスに含まれる前記フッ素含有化合物を加水分解する触媒が充填された触媒部と、前記空間部及び前記触媒部を加熱する加熱装置とを有する反応槽から構成されたことを特徴とする排ガスの処理装置。
- 前記触媒部の次に触媒部から排出された分解ガスを含む排ガスを冷却する冷却部を有することを特徴とする請求項10記載の排ガスの処理装置。
- 前記空間部は、前記フッ素含有化合物の一部を分解したときに生成する固形物を保持する接触補助部材を備えたことを特徴とする請求項10記載の排ガスの処理装置。
- 前記接触補助部材は、前記排ガスの迂回路を形成する迂流板であることを特徴とする請求項12記載の排ガスの処理装置。
- 前記固形化すると触媒毒となる固形物を生成する化合物は、ケイ素含有化合物であることを特徴とする請求項10〜13のいずれか1項に記載の排ガス処理装置。
- 前記冷却された排ガス中の酸性ガスの除去装置として、ミストトラップを有することを特徴とする請求項10〜14のいずれか1項記載の排ガス処理装置。
- 前記反応槽から排出される冷却排ガス中の酸性ガスの予備除去装置として、ファンスクラバー又は固形薬剤による乾式処理装置をミストトラップの前段に有することを特徴とする請求項15記載の排ガスの処理装置。
- 前記迂流板が複数あることを特徴とする請求項13記載の排ガスの処理装置。
- 前記複数の迂流板が、一ヶ所に切欠部又は切欠部から下方へ垂下する階段部を有する円板が、前記切欠部が対称的位置になるように上下に配置されて構成されていることを特徴とする請求項17記載の排ガスの処理装置。
- 前記空間部と前記触媒部との間に、前記固形物による触媒の被毒を防止する保護剤層を設けたことを特徴とする請求項10〜18のいずれか1項記載の排ガスの処理装置。
- 請求項10〜19のいずれか1項記載の排ガスの処理装置の複数台について1台のハウススクラバーを連結し、前記ハウススクラバーより処理済みガスを大気中に放出するようにしたことを特徴とする処理装置。
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