JP2007196204A - 半導体製造工程から発生する排ガスの処理装置及び方法 - Google Patents

Abstract

【課題】半導体製造工程またはＬＣＤ製造工程などから発生する排ガスに含まれた難分解性過フッ化化合物などを８００℃の以下で除去することができるようにし、触媒の充填量に応じて大容量及び／または高濃度の過フッ化化合物を含有した排ガスを処理することができる、半導体製造工程から発生する排ガスの処理装置及び方法の提供。
【解決手段】本発明の排ガス処理装置は、排ガスが流入される排ガス流入口と、前記排ガス流入口に連設され、空気を供給する空気注入口と、前記排ガス流入口に連設され、排ガス流入口を介して流入された排ガスを吸着処理する吸着層が備えられた吸着反応部と、前記吸着反応部に連設され、前記吸着反応部から排出されて流入された排ガスを触媒処理する触媒層が備えられた触媒反応部と、前記触媒反応部に流入される排ガスの移動経路に連設され、水を供給する水注入口とを含む。
【選択図】図１

Description

本発明は、半導体製造工程中に発生する排ガスを処理するための排ガス処理装置及び処理方法に係り、より詳しくは、吸着層が備えられた吸着反応部と触媒層が備えられた触媒反応部とを連設して排ガス処理装置を構成した後、前記排ガス処理装置に半導体製造工程からの排ガス及び空気を通過させ、排ガスに含まれた過フッ化化合物などの汚染物質を処理する排ガス処理装置及び処理方法に関する。

過フッ化化合物（ＰＦＣｓ）は、排出量が二酸化炭素の数千分の１程度であるが、地球温暖化指数は二酸化炭素より高く、未分解状態で大気中に長時間存在し、地球温暖化の主要原因物質として知られている。したがって、世界各国は、１９９２年６月にブラジル・リオのミッティングで気候変化協約を締結して過フッ化化合物を地球温暖化ガスと規定し、２００１年１１月１０日に京都議定書を採択し、この京都議定書に基づいて各国の過フッ化化合物の排出基準及び規制時期を決定した。米国、日本及びヨーロッパーなどの先進国は、過フッ化化合物排出低減目標基準を２０１０年まで１９９５年対比１０％減縮するように規定した。韓国は、２０１０年まで１９９７年対比１０％減縮するように規定し、台湾は、２０１０年まで１９９８年対比１０％減縮するように規定した。

一方、地球温暖化を発生させる過フッ化化合物のうち一部の物質は、悪臭などを伴って過フッ化化合物の発生源、例えば半導体製造工場などの周辺で生活している近隣住民の怨み発生原因を提供している。これを解決するために、前記悪臭原因過フッ化化合物の処理が切実に要求されている実情である。

特に、半導体製造工程中のエッチング工程ではウェーハの表面をエッチングするためにＢＣｌ_３、Ｃｌ_２、Ｆ_２、ＨＢｒ、ＨＣｌ、ＨＦなどの酸性ガス、及びＣＦ_-４、ＣＨＦ_３、Ｃ_２Ｆ_６、Ｃ_３Ｆ_８、Ｃ_４Ｆ_６、Ｃ_４Ｆ_８、Ｃ_５Ｆ_８ＮＦ_３、ＳＦ_６などの過フッ化化合物を使用し、ＣＶＤ(Chemical Vapor Deposition)工程中の蒸着段階ではウェーハの表面蒸着のためにＡｓＨ_３、ＮＨ_３、ＰＨ_３、ＳｉＨ_４、Ｓｉ_２Ｈ_２Ｃｌ_２などのガスを使用し、洗浄段階ではプラズマ存在の下でＮＦ_３、Ｃ_２Ｆ_６、Ｃ_３Ｆ_８などの過フッ化化合物を使用するので、これらを処理するための工程が必須的に要求される。

前述した過フッ化化合物を除去するための方法としては、直接燃焼法、間接加熱法、プラズマ法、触媒法などがある。前記直接燃焼法は、液化天然ガス（ＬＮＧ）または水素の燃焼の際に発生する１，４００〜１，６００℃の火炎を用いて過フッ化化合物を酸化させることにより、二酸化炭素、フッ素（Ｆ_２）及び／またはＨＦに転換させて除去する。

ところが、前記直接燃焼法は、液化天然ガスまたは水素などを燃料として用いるため、液化天然ガスまたは水素の供給設備がない既存のＦＡＢ(Fabrication)で使用することができず、火災や爆発などの問題に対応するための安全対策を必要とし、処理しようとする過フッ化化合物が１，４００〜１，６００℃の高温で処理されるのでその運転費用が増加するという問題点があるうえ、さらに高温で燃焼させることにより酸性雨、光化学スモッグの原因となるＮＯ_ｘが発生して２次大気汚染を発生させるという問題点などがある。

しかも、前記直接燃焼法は、高温燃焼のために多量の化石燃料を使用するため、地球温暖化の原因として知られている二酸化炭素を多量排出するという問題点があり、効果的な過フッ化化合物を処理するために広い範囲で高温の火炎を形成しなければならないが、これが難しいから、大容量の過フッ化化合物を含有した排ガスを処理することに限界がある。

一方、間接加熱法は、ヒーターを用いて間接に反応器の温度を上昇させることにより、直接燃焼法と同様に過フッ化化合物を酸化させて除去する方式であって、一般に１，１００〜１，２００℃の温度範囲で運転をするため、ＣＦ_４などの難分解性過フッ化化合物の除去が難しいうえ、高温加熱によってヒーターの寿命が短縮して連続的な操業が困難であるという問題点がある。

プラズマ法は、ＲＦ(Radio Frequency)または熱プラズマを用いて過フッ化化合物を分解、除去する方法であって、プラズマによって分解された過フッ化化合物が再結合して他の種類の過フッ化化合物に転換できるため、全体過フッ化化合物の除去効率が低いうえ、ＣＯＦ_２などの有毒性物質を生成するという問題点があり、プラズマ装置の特性上、真空度が高くてプラズマの活性化が高い半導体製造装置とポンプとの間に設置してプラズマ装置を運転することが理想的であるが、反応によって生成されたフッ素及びＨＦによるポンプの腐食が問題視となっている。

このような問題を解決するために、低真空度のポンプの後端にこれを使用することができる。ところが、この場合、プラズマの活性化が問題視となって高い除去効率を得ることができず、プラズマ装置の耐久性に対する経験的資料が足りないため、連続運転を必要とする半導体製造工程上の特徴を考慮すればその使用が非常に制限的であるといえる。

また、前述したプラズマ法は、プラズマ装置の構成が複雑でプラズマの安全性確保が困難であるため、高流量／高濃度の過フッ化化合物を除去することができないという問題点などがある。

最近は、直接燃焼法、間接加熱法及びプラズマ法の問題点を克服するために、触媒を用いた過フッ化化合物の除去方法が台頭している。

触媒を用いた過フッ化化合物の除去方法は、前記過フッ化化合物の分解活性化エネルギーを低めることができるため、ＣＦ_４などの難分解性過フッ化化合物を８００℃以下の低温で除去することができるようにし、触媒の充填量に応じて大容量及び／または高濃度の過フッ化化合物を含有した排ガスを処理することができ、地震及び／または断電などによって一時的にエネルギーが供給されなくても触媒または蓄熱剤の蓄熱作用により一定の時間過フッ化化合物を除去することができる。

一方、半導体製造工程中に発生する一般的な過フッ化化合物の処理方法を簡単に説明すると、半導体製造工程から発生する化学的に安定な過フッ化化合物をプラズマなどを用いて分解させ、前記分解の際に発生するフッ素を用いてエッチング工程中または反応器及び配管に存在する固体状の金属（Ｓｉなど）をＳｉＦ_４の形に転換させて除去し、未反応フッ素と未分解過フッ化化合物は排出する。

ここで、前記エッチング工程の場合、エッチングに使用された酸性ガス以外に、エッチングによって発生したＡｌＣｌ_３、ＡｌＦ_３、ＳｉＣｌ_４、ＳｉＦ_４などのガス及び未反応過フッ化化合物が共に排出される。

また、ウェーハの表面蒸着過程で使用されるＡｓＨ_３、ＰＨ_３、ＳｉＨ_４、Ｓｉ_２Ｈ_２Ｃｌ_２などのガスは、触媒層で酸化してＡｓ_ｘＯ_ｙ、Ｐ_ｘＯ_ｙ、ＳｉＯ_２などの酸化物に転換され、エッチングまたは洗浄過程で発生したＡｌＣｌ_３、ＳｉＣｌ_４、ＳｉＦ_４などの塩化及びフッ化ガスも、触媒層で酸化してＡｌ_２Ｏ_３、ＳｉＯ_２などの固体酸化物に転換されて処理される。

ところが、前述した処理過程で発生する固体酸化物などは、触媒層で沈積されて触媒層の流路を塞ぐ現象を示すので、触媒層の圧力損失を増加させる原因として作用する。しかも、メタルエッチング(Metal Etching)工程で発生するＡｌＣｌ_３は、１２０℃以上の温度では気体として存在するが、それ以下の温度では固体状の粒子状物質に転換されるので、１２０℃以下に運転される触媒層に挿入される場合、圧力損失の原因として作用する問題点がある。排ガスに含有された酸性ガスは、除去されていない状態で触媒層に流入される場合、これらの酸性物質が触媒に吸着及び反応して非可逆的な触媒活性低下の原因となる問題点がある。

したがって、過フッ化化合物を含有した排ガスを触媒で除去する場合、触媒層に流入される前に、酸性ガス、蒸着ガス、並びにエッチング及び洗浄から発生する塩化及びフッ化金属を除去しなければならない。

前述した問題点を克服するために、特許文献１には、触媒層の前端に水またはアルカリ水を用いた湿式ガス洗浄装置を設置し、水溶性の酸性ガスと塩化及びフッ化金属を除去する方法を開示したが、前記水を用いて湿式ガス洗浄を行う場合、酸性ガスは、ＨＣｌまたはＨＦの形に転換されて水に溶解され除去される。

この際、前記ＨＣｌまたはＨＦを含有した水分は、腐食性が強いので、装置の腐食を招くおそれがあるうえ、前記ＨＣｌまたはＨＦを湿式ガス洗浄装置で完全に除去することができない場合に湿式ガス洗浄装置の後端部と触媒反応器間の配管ラインに沈積されて腐食を促進させる。かかる問題点を防止するために、酸性ガスに対して耐性を有する高価の材質からなる装置を構成するので、製造コストが上昇するという問題点などがある。ところが、現在まで前記高価の材質を用いて湿式ガス洗浄装置を構成するにも拘らず、酸性ガスを含む水分によって装置が腐食してしまうという問題が発生している実情である。

一方、半導体製造工程中の一つである金属エッチング工程の場合、ＡｌＣｌ_３などの物質によって配管ラインが詰まる現象を防止するために、配管ラインを約１２０℃で加熱して前記ＡｌＣｌ_３が固状に存在することができないようにする。ところが、このような場合、加熱された排ガスと湿式ガス洗浄用水とが反応して酸性ガス含有エアゾール状態のミスト(mist)が触媒層に流入されるという問題点などがある。

また、湿式ガス洗浄の際に水の代わりにアルカリ水を使用する場合、酸性物質をアルカリ水で浄化することにより、酸性物質を効果的に除去することができるが、触媒毒成分として作用するアルカリ水が触媒層に流入されて触媒活性を低下させる原因を提供するという問題点があり、酸性ガスとアルカリ水との反応によって中和された塩基性物質が酸によって酸性に変わって酸性物質の除去効率を低下させるため、持続的なアルカリ溶液の注入を必要として配管及び噴射ノズルの入り口に沈積が発生して詰まり現象を誘発させる。

そこで、前述した問題点を克服するために、特許文献１では、ＳｉＦ_４が触媒層で分解されて発生したＳｉＯ_２が触媒層に覆われて被毒原因として作用することを防止するために、触媒層の前端に湿式洗浄器を設置しているが、ＳｉＦ_４、水に対する溶解度の低いＡｓＨ_３、ＰＨ_３、ＳｉＨ_４などの物質を除去することができないので、これらを含むガスが触媒層に流入されて詰まり現象が発生するおそれがあるうえ、Ａｓなどの有害性の高い重金属が廃水中に含有されて２次汚染を発生させるという問題点などがある。
韓国特許公開第２００３−００２５７７７号明細書

本発明はこのような問題点に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、触媒層が備えられた触媒反応部の前端に、吸着層が備えられた吸着反応部を連設して排ガス処理装置を構成した後、前記排ガス処理装置に、半導体製造工程で発生する排ガス及び空気を順次通過させ、排ガスに含まれた汚染物質を処理する装置及び方法を提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明のある観点によれば、排ガスが流入される排ガス流入口と、前記排ガス流入口に連設され、空気を供給する空気注入口と、前記排ガス流入口に連設され、排ガス流入口を介して流入された排ガスを吸着処理する吸着層が備えられた吸着反応部と、前記吸着反応部に連設され、前記吸着反応部から排出されて流入された排ガスを触媒処理する触媒層が備えられた触媒反応部と、前記触媒反応部に流入される排ガスの移動経路に連設され、水を供給する水注入口とを含む、半導体製造工程から発生する排ガスの処理装置を提供する。

本発明の他の観点によれば、排ガス及び空気を、吸着層が備えられた吸着反応部を通過させ、排ガスに含まれた過フッ化化合物を処理する吸着処理段階と、前記吸着処理段階済みの排ガスに水を注入した後、触媒層を通過させ、排ガスに存在する未処理の過フッ化化合物を触媒処理する触媒処理段階とを含み、半導体製造工程から発生する排ガスの処理方法を提供する。

本発明に係る排ガスは、ＢＣｌ_３、Ｃｌ_２、Ｆ_２、ＨＢｒ、ＨＣｌ、ＨＦなどの酸性ガス、またはＣＦ_４、ＣＨＦ_３、Ｃ_２Ｆ_６、Ｃ_３Ｆ_８、Ｃ_４Ｆ_６、Ｃ_４Ｆ_８、Ｃ_５Ｆ_８ＮＦ_３、ＳＦ_６、ＮＦ_３などの過フッ化化合物、またはＡｓＨ_３、ＮＨ_３、ＰＨ_３、ＳｉＨ_４、Ｓｉ_２Ｈ_２Ｃｌ_２またはこれらの混合物を含む排ガス（排気ガス）を意味するものであって、前述した物質を含むガスであればいずれも本発明に係る排ガスに該当し、好ましくは半導体製造工程またはＬＣＤ製造工程などから排出される排ガスを意味する。

また、本発明に係る排ガスは、これを処理する排ガス処理装置で単独で処理されるのではなく、酸素と共に、好ましくは触媒反応部で酸素と共に反応して処理するので、前記排ガス処理装置に流入される排ガス、特に前記排ガス処理装置の触媒反応部に流入される排ガスには必然的に酸素を含まなければならず、通常、酸素のみを独立して使用することより空気中に含まれた酸素を用いて処理することが経済的な側面でより好ましいので、本発明に係る排ガス処理装置に流入されるガス、特定的に排ガスを触媒処理する触媒反応部に流入される排ガスは、排ガス及び空気の混合物からなる。

本発明に係る吸着反応部は、流入される排ガスまたは排ガス及び空気中に存在するＮＦ_３、ＳＦ_６などの過フッ化化合物、ＢＣｌ_３、ＢＦ_３、Ｂｒ_２、Ｃｌ_２、ＣＯＦ_２、Ｆ_２、ＨＢｒ、ＨＣｌ、ＨＦ、ＳｉＣｌ_４、ＳｉＦ_４、ＷＦ_６などの酸性ガス、及びＡｓＨ_３、ＮＨ_３、ＰＨ_３、ＳｉＨ_４、Ｓｉ_２Ｈ_２Ｃｌ_２などの蒸着ガスなどを吸着して除去するためのものであって、前述した物質を吸着して除去することができるものであればいずれも使用できるが、好ましくは、Ｃａ（ＯＨ）_２、ＣａＯ、ＣｕＯ、ＦｅＯ（ＯＨ）、Ｆｅ_２Ｏ_３、Ｆｅ_３Ｏ_４、ＭｎＯ_２、Ｓｒ（ＯＨ）_２、Ｓｒ_２Ｏ_３よりなる群から選択された少なくとも一つの物質からなる吸着剤が充填された形、さらに好ましくは前述した吸着剤をボール(Ball)、ペレット(Pellet)、タブレット(Tablet)またはハニーコーム(Honeycomb)状に成形して充填した形で使用されることが良い。

本発明に係る吸着反応部は、常温で運転されることもできるが、特定的に２５０〜５００℃の温度でも運転できるので、特定の様態として排ガス中に存在する酸性ガス及び／または蒸着ガスなどを除去するために、吸着層に隣り合うように加熱手段が備えられ、前記吸着層を２５０〜５００℃の温度範囲で加熱するように構成することができる。

ここで、常温で運転するというのは、前記排ガスまたは排ガス及び空気中に存在するＮＦ_３、ＳＦ_６などを前記吸着反応部で処理せずにバイパス(by-pass)させ、その後端に連設された触媒反応部の触媒層で処理されるようにすることであって、前記吸着反応部が常温に維持されると、過フッ化化合物の一種であるＮＦ_３、ＳＦ_６を除去することができないが、２５０〜５００℃の温度範囲ではＮＦ_３、ＳＦ_６などを処理することができる。

特に、本発明に係る吸着反応部を常温に維持させてＮＦ_３、ＳＦ_６などを処理せずに、その後端に設置された触媒反応部に流入させる場合、前記触媒反応部に備えられた触媒層によってＮＦ_３、ＳＦ_６などが処理されるが、このような場合、前記触媒反応部では副生成物としてＦ_２、ＨＦ、Ｈ_２Ｓ、ＳＯ_２、ＳＯ_２Ｆ_２などが生成されるため、追ってこれを処理しなければならない。

必要に応じて、本発明に係る吸着反応部は、排ガスに含まれた粒子状物質、例えばＡｓ、Ｂ、Ｇａ、Ｇｅ、Ｓｉなどの金属及び／またはＡｓ_ｘＯ_ｙ、Ｂ_ｘＯ_ｙ、Ｇａ_２Ｏ_３、Ｇｅ_２Ｏ_３、Ｐ_ｘＯ_ｙ、ＳｉＯ_２などの酸化物を除去するためのフィルター部材をさらに備えることができる。使用可能なフィルター部材としては、前記粒子状物質を除去することが可能なフィルターであればいずれも使用できるが、好ましくは当業界で通常用いられるフィルターを使用することがよく、特に好ましくは多孔性フィルターを使用することがよい。

ここで、前記粒子状物質を除去するための多孔性フィルターの好適な様態は、粒子状物質の蓄積による詰り現象を防止するために比較的空隙率が高いことが好ましく、除去効率を増加させるために粒子状物質との有効接触面積が広いことが好ましいので、推薦するにはセラミックハニーコーム(Ceramic Honeycomb)、セラミックフォーム(Ceramic Foam)及びメタリックフォーム(Metallic Foam)が良いが、特にこれらに限定されるものではない。

本発明に係る触媒反応部は、前記吸着反応部で処理された排ガス中に存在する汚染物質、例えば過フッ化化合物を二酸化炭素、ＨＦ及び／または水などに転換させて処理するためのものである。このような目的を達成することが可能な触媒が充填されたものであればいずれも使用できるが、好ましくは当業界で通常用いられる過フッ化化合物を除去するための触媒を使用することがよく、推薦するにはガンマルミナ、セータアルミナ、エータアルミナなどのアルミナ、ベーマイトまたは擬ベーマイトから選択される少なくとも一つの担体にガリウム及び１Ａ族金属、例えばナトリウム、リチウム、カリウムまたはこれらの混合物をさらに担持させた触媒を使用することが良い。

この際、前記触媒を構成するガリウムは、全体触媒重量に対し１〜５０重量％を含み、１Ａ族金属であるナトリウム、リチウム、カリウムまたはこれらの混合物は、全体触媒重量に対し０．１〜５重量％を含むことが良い。

必要に応じて、本発明に係る触媒は、ガンマルミナ、セータアルミナ、エータアルミナなどのアルミナ、ベーマイトまたは擬ベーマイトから選択される少なくとも一つの担体にガリウム、及び１Ａ族金属であるナトリウム、リチウム、カリウムまたはこれらの混合物を担持させた触媒を硫黄処理して製造することができるところ、前記触媒を硫黄処理する方法は、前述した担体にガリウムないしナトリウム、リチウム、カリウムまたはこれらの混合物を担持させて製造した触媒を０．０１〜１Ｍ硫酸水溶液に含浸させた後、乾燥及び／または焼成し、或いは二酸化硫黄を前記触媒に持続的に流す。

次に、本発明に係る過フッ化化合物除去用触媒を製造する方法を一例として説明する。

まず、脱イオン交換水に硝酸ガリウム溶液、硫酸ナトリウム、硫酸リチウム、硫酸カリウムまたはこれらの混合物を添加して含浸溶液を作った後、ガリウムが全体触媒重量に対し１〜５０重量％、１Ａ族金属であるナトリウム、リチウム、カリウムまたはこれらの混合物が全体触媒重量に対し０．１〜５重量％で担体に含浸されるようにした後、約２４時間常温で乾燥させる。

その後、前記製造された触媒を約１２０℃で約４時間乾燥させた後、分当り約１０℃ずる昇温して約７００℃で約２時間焼成する。

ここで、焼成済みの触媒は、必要に応じて、無機バインダーを添加した後、ボール、ペレットまたはタブレット状に成形して使用することができる。この際、前記無機バインダーとして使用可能な物質としては、当業界で通常用いられる無機バインダーであればいずれも使用できるが、好ましくはアルミナゾルを使用することがよく、その使用量は全体触媒の担体重量に対し１〜１０重量％とすることが良い。

必要に応じて、本発明に係る触媒を硫黄処理する場合、前記焼成済みの触媒を０．０１〜０．１Ｍ硫酸水溶液に含浸させた後、約２４時間常温で乾燥させ、乾燥した触媒を約１２０℃で約４時間乾燥させた後、分当り約１０℃ずつ昇温させ、約７００℃で約２時間焼成して硫黄処理された触媒を製造する。この際、最終的に製造された触媒は、前述したように成形過程を経て所望の形態に製造して使用することができる。

一方、本発明に係る触媒層に流入される排ガスには、必須的に酸素を含んでいなければならないので、前記酸素の供給源として空気を使用する場合、空気を吸着層の備えられた吸着反応部に流入される排ガスに混合させて前記排ガスと共に供給することもでき、必要に応じて、前記吸着反応部に流入される排ガスと混合させず、触媒層が備えられた触媒反応部に流入される排がスの移動経路に空気注入口を備えさせて、前記空気注入口を介して別途に空気を触媒層に供給することもできる。

また、本発明に係る触媒層に流入される排ガスは水と混合されて触媒層に流入されなければならないので、吸着反応部から排出されて触媒層に流入される排ガス及び空気の移動経路に、水を供給することが可能な水注入口が備えられ、前記触媒層の周辺に加熱手段が隣り合うように備えられる。前記触媒層を４００〜８００℃の温度範囲で加熱する。この際、前記触媒反応部の温度は、少なくとも前記吸着反応部、または前記吸着反応部の後端に連設できる分解反応部の温度より高い温度を持つ。

必要に応じて、本発明に係る排ガス処理装置は、吸着反応部と触媒反応部との間に、分解反応部材が備えられた分解反応部を連設して使用することができるので、前記分解反応部材は、吸着反応部で未だ処理していない未処理物質、例えばＡｓＨ_３、ＰＨ_３、ＳｉＣｌ_４、ＳｉＦ_４、ＳｉＨ_２Ｃｌ_２などが触媒層において固体状粒子、例えばＡｓ_ｘＯｙ、Ｐ_ｘＯ_ｙ、ＳｉＯ_２などの粒子に転換されて物理的に触媒の気孔を塞ぐことを防止するためのものである。このような目的を達成するために、当業界で通常用いられるものであればいずれも使用できるが、好ましくはＡｓＨ_３、ＰＨ_３、ＳｉＣｌ_４、ＳｉＦ_４、ＳｉＨ_２Ｃｌ_２などが含まれた排ガスを３００〜５５０℃の温度範囲で加熱してこれらをＡｓ、Ｐ、Ｓｉに分解することにより、フィルター上に添着させて処理するものであればいずれも使用できるが、特に好ましくは吸着反応部のフィルター部材で用いられた多孔性フィルターを使用することが良い。

ここで、前記分解反応部は、その内部に備えられた分解反応部材の周辺に隣り合うように加熱手段が備えられ、前記分解反応部材を３００〜５５０℃の温度範囲で加熱することができ、前記加熱手段は、少なくとも前記吸着反応部の温度より高い温度範囲を持つように加熱する。

本発明に係る排ガス処理装置は、前記触媒反応部の後端に洗浄部をさらに設置して触媒反応部の触媒層を通過し、処理された空気中に存在するフッ素及びＨＦなどを洗浄することができる。前記先浄部として使用可能なものは、当業界で通常用いられる洗浄装置であればいずれでもよいが、湿式洗浄器を使用することが好ましい。この際、前記湿式洗浄器は、その内部に水を持続的に供給することにより、処理された空気中に存在するフッ素またはＨＦなどを洗浄することができるが、必要に応じて、塩基性化合物、または水とＣａ（ＯＨ）_２、ＮａＯＨなどの塩基性化合物との混合物を用いて汚染物質を処理することができる。

ここで、前記湿式洗浄器を使用する場合、必要に応じて、湿式洗浄器で処理されていない微量のＨＦ及び使用された水を処理し得るように、前記湿式洗浄器の後端にトラップをさらに連設してもよい。この際、前記トラップは、その内部にモレキュラーシーブ(molecular sieve)、シリカ、アルミナ、ゼオライト、活性炭またはこれらの組み合わせよりなる群から選択された物質を充填した形に構成する。

一方、本発明に係る排ガス処理装置は、吸着反応部の後端及び触媒反応部の後端の空気移動経路に熱交換機をそれぞれ設置し、設置されたそれぞれの熱交換機を互いに連設することにより、触媒反応部の排出ガスから熱を回収して吸着反応部から排出されるガス、すなわち排ガスの移動経路に設置された熱交換機に回収熱を供給し、吸着反応部からの排出ガスを予熱することができる。

前述した構成を持つ本発明に係る排ガス処理装置の排ガス処理方法は、排ガス及び空気を吸着層の備えられた吸着反応部を通過させ、排ガスに存在する過フッ化化合物などを処理する吸着処理段階、及び前記吸着処理段階済みの排ガス及び空気に水を注入した後、触媒層を通過させ、排ガスに存在する未処理の過フッ化化合物を触媒処理する触媒処理段階を含む。

この際、前記空気は、吸着反応部に流入される排ガスと共に流入されず、触媒反応部に移動する排ガスの移動経路に注入されても構わず、前記吸着処理段階は、常温または２５０〜５００℃の温度範囲で行われることがよく、前記触媒処理段階は、４００〜８００℃の温度範囲で行われることが良い。

ここで、前記吸着処理段階を常温で行う場合、前記排ガス含有のＮＦ_３及びＳＦ_６などが吸着剤に吸着されず、その後端に連設された触媒反応部の触媒層に流入されて処理されるようにすることができる。ところが、前記触媒反応部に備えられた触媒層によってＮＦ_３、ＳＦ_６などが処理される場合、前記触媒反応部では、副生成物としてＨＦ、Ｈ_２Ｓ、ＳＯ_２、ＳＯ_２Ｆ_２などが生成されるため、追ってこれを処理しなければならない。

反面、前記吸着処理段階が２５０〜５００℃の温度範囲に維持されると、前記排ガスに含まれたＮＦ_３、ＳＦ_６などが吸着反応部の吸着層に吸着されて処理できる。

本発明に係る排ガス処理方法は、特定の様態として、前記吸着処理段階と前記触媒処理段階との間に、触媒層において固体状粒子に転換できる物質、好ましくは未処理物質を粒子状に転換させて処理する分解処理段階をさらに含むことができる。

他の特定の様態として、本発明に係る排ガス処理方法は、触媒処理段階の後工程として、処理された空気中に存在する二酸化炭素、フッ素、ＨＦまたは水を洗浄する洗浄段階をさらに含むことができる。

別の特定の様態として、本発明に係る排ガス処理装置が、順次連設された吸着反応部、分解反応部、触媒反応部及び洗浄部から構成される場合を一例としてその処理方法を説明すると、次の通りである。

その処理方法は、ｉ）排ガス及び空気が２５０〜５００℃の温度に維持されるフィルター部材及び吸着剤を順次通過し、前記排ガスに存在する粒子状物質、ＮＦ_３、ＳＦ_６、酸性ガス及び／または蒸着ガスを除去する吸着処理段階と、ii）段階ｉ）で処理された排ガス及び空気を３００〜５５０℃の温度に維持される分解反応部材を通過し、前記処理された排ガス中に存在する触媒層で固体状粒子に転換できる物質を粒子状に転換させて除去する分解処理段階と、iii ）段階ii）で処理された排ガスの移動経路に水を供給して混合する段階と、iv）段階iii ）で混合された水、排ガス及び空気が４００〜８００℃の温度に維持される触媒層を通過し、前記水を含む排ガス混合物に存在する過フッ化化合物を二酸化炭素、フッ素、ＨＦまたは水に転換させる触媒処理段階と、ｖ）段階iv）で処理された排ガスが洗浄部を通過し、前記処理された排ガス中に存在する二酸化炭素、フッ素、ＨＦまたは水を洗浄する洗浄段階と、vi）洗浄済みのガスを外部に排出する段階とを含む。

ここで、段階ｖ）の洗浄段階は、具体的に湿式洗浄によって行うことができ、前記湿式洗浄を用いて洗浄段階を行う場合、必要に応じて、湿式洗浄の後工程として、処理された空気中に含まれた微量のＨＦ及び使用された水を除去する段階をさらに含むことができる。

また、前記段階ｉ）と段階ii）との間、及び段階iv）と段階ｖ）との間の空気移動経路に熱交換機を設置して熱を回収し、回収された熱を段階ｉ）によって処理された排ガスの移動経路に設置される熱交換機に供給してガスを予熱する段階をさらに含むことができる。

一方、本発明に係る排ガス処理方法において、段階ｉ）の排ガスに空気を混合させない場合、前記空気は、段階iii ）の水供給段階の前／後に別途に空気を供給する段階をさらに備えることができる。

本発明は、半導体製造工程またはＬＣＤ製造工程などから発生する排ガスに含まれた難分解性過フッ化化合物などを８００℃の以下で除去することができるようにし、触媒の充填量に応じて大容量及び／または高濃度の過フッ化化合物を含有した排ガスを処理することができる。

以下に添付図面を参照しながら、本発明について詳細に説明する。ところが、下記の説明は、本発明を具体的に説明するためのもので、本発明の範囲を限定するものではない。

図１は本発明に係る排ガス処理装置の構成図、図２は本発明に係る排ガス処理装置の他の様態を示す構成図、図３は本発明に係る排ガス処理装置の別の様態を示す構成図である。

図１〜図３に示すように、本発明に係る排ガス処理装置は、巨視的な観点から、排ガスまたは排ガス及び空気中に存在する粒子状物質、酸性ガス、蒸着ガスなどを処理する吸着反応部４、及び排ガスに存在する過フッ化化合物を処理するための触媒層１８が備えられた触媒反応部６から構成されており、より具体的には、排ガスが流入される排ガス流入口２、前記排ガス流入口２に連設され、空気を供給する空気注入口３２、流入された排ガスを吸着処理する吸着層１４が備えられた吸着反応部４、前記吸着反応部４に連設され、吸着反応部４から排出されて流入された排ガス及び空気を触媒処理する触媒層１８が備えられた触媒反応部６、及び前記触媒反応部６に流入される排ガス及び空気の移動経路に連設され、排ガス及び空気に水を供給する水注入口２６から構成される。

必要に応じて、本発明に係る排ガス処理装置は、触媒反応部６に備えられた触媒層１８で固体状粒子に転換できる物質を粒子状に転換させて処理する分解反応部８が前記吸着反応部４と触媒反応部６との間に連設でき、前記触媒反応部６からの排ガスを処理する洗浄部３０が前記触媒反応部６の後端に連設できる。

本発明に係る吸着反応部４は、排ガスまたは排ガス及び空気中に存在する粒子状物質、例えばＡｓ、Ｂ、Ｇａ、Ｇｅ、Ｓｉなどの金属、及び／またはＡｓ_ｘＯ_ｙ、Ｂ_ｘＯ_ｙ、Ｇａ_２Ｏ_３、Ｇｅ_２Ｏ_３、Ｐ_ｘＯ_ｙ、ＳｉＯ_２などの酸化物、及び／または室温で固体に変化する物質、例えばＡｌＣｌ_３などを除去するためのフィルター部材１２、好ましくは多孔性フィルター部材１２と、ＮＦ_３、ＳＦ_６などの過フッ化化合物、ＢＣｌ_３、ＢＦ_３、Ｂｒ_２、Ｃｌ_２、ＣＯＦ_２、Ｆ_２、ＨＢｒ、ＨＣｌ、ＨＦ、ＳｉＣｌ_４、ＳｉＦ_４、ＷＦ_６などの酸性ガス、及びＡｓＨ_３、ＮＨ_３、ＰＨ_３、ＳｉＨ_４、Ｓｉ_２Ｈ_２Ｃｌ_２などの蒸着ガス等を吸着して除去するための吸着層１４とが、排ガスまたは排ガス及び空気の流れ方向に対して順次連設されており、必要に応じて前記フィルター部材１２及び吸着層１４と隣り合うように加熱手段１０が備えられるため、フィルター部材１２及び吸着層１４の温度を２５０〜５００℃に加熱することができる。

この際、前記フィルター部材１２を吸着層１４の前方に設置することは、排ガスまたは排ガス及び空気中に存在するＳｉＦ_４、ＷＦ_６などが吸着剤と反応して、粒子状物質であるＳｉＯ_２またはＷＯ_３を生成することができないように、前記ＳｉＦ_４、ＷＦ_６などを除去するために使用される。空気を排ガスと共に吸着反応部２へ供給することは、前記排ガスに存在するＳＦ_６などの物質が吸着層１４を構成する吸着剤と反応して生成される硫黄などの副生成物が、排ガスの移動経路を提供する管（図示せず）などに蓄積され、排ガス処理装置に圧力差を発生させることを抑制するために使用される。

ここで、前記フィルター部材１２の下端には必要に応じてサイクロンなどを設置し、粒子状物質を容易に除去することもできる。前記吸着層１４は、ＮＦ_３、ＳＦ_６、酸性ガス及び／または蒸着ガスなどを吸着して除去することができるものであればいずれも使用でき、好ましくはＣａ（ＯＨ）_２、ＣａＯ、ＣｕＯ、ＦｅＯ（ＯＨ）、Ｆｅ_２Ｏ_３、Ｆｅ_３Ｏ_４、ＭｎＯ_２、Ｓｒ（ＯＨ）_２、Ｓｒ_２Ｏ_３よりなる群から選択された少なくとも一つの物質をボール、ペレット、タブレットまたはハニーコーム状に成形して使用することが良い。

特に、本発明に係る吸着反応部４の流入口２には、必要に応じて、空気流れの駆動力を提供する空気ポンプ（図示せず）を設置し、排ガス処理の際に発生する圧力差を相殺することができるうえ、流入口２の一側に排ガス処理装置の圧力増加をチェックするための圧力計を共に設置することもできる。

本発明に係る触媒反応部６は、前記吸着反応部４、より具体的には吸着反応部４から排出される排ガスの移動経路（図示せず）に連設され、吸着反応部４からの排ガスまたは排ガス及び空気中に存在する過フッ化化合物などを処理するためのものであって、前記吸着反応部４から排出される排ガスの移動経路に、水を供給して水、排ガス及び空気を混合し得るようにする水注入口２６が別途に設置され、前記水と排ガスと空気との混合物に存在する過フッ化化合物を除去するための触媒層１８、及び前記触媒層１８と隣り合うように備えられ、触媒層１８の温度を４００〜８００℃に維持するための加熱手段１０から構成される。

ここで、前記触媒層１８は、過フッ化化合物を処理するために使用される触媒が充填されたものであればいずれも使用でき、好ましくは当業界で通常用いられる触媒を使用することがよく、特に好ましくは、ガンマルミナ、セータアルミナ、エータアルミナなどのアルミナ、ベーマイトまたは擬ベーマイトから選択される少なくとも一つの担体にガリウムが全体触媒重量に対し１〜５０重量％、１Ａ族金属であるナトリウム、リチウム、カリウムまたはこれらの混合物が全体触媒重量に対し０．１〜５重量％含浸された触媒を使用することが良い。

前記過フッ化化合物を処理する触媒は必要に応じて硫黄処理して使用することができるので、前記触媒を硫黄処理する方法は、触媒に硫黄を処理するために使用されるいずれの処理方法でも構わないが、好ましくは、前述したガンマルミナ、セータアルミナ、エータアルミナなどのアルミナ、ベーマイトまたは擬ベーマイトから選択される少なくとも一つの担体にガリウムが全体触媒重量に対し１〜５０重量％、１Ａ族金属であるナトリウム、リチウム、カリウムまたはこれらの混合物が全体触媒重量に対し０．１〜５重量％含浸された触媒を０．０１〜１Ｍ硫酸水溶液に含浸させた後、乾燥及び／または焼成する方法または二酸化硫黄を前記触媒に持続的に流す方法を使用することが良い。

必要に応じて、本発明に係る排ガス処理装置は、分解反応部８を吸着反応部４と触媒反応部６との間に連設することができるので、前記分解反応部８は、前記吸着反応部４で未だ処理されずに排出され、触媒層で固体状粒子、例えばＡｓ_ｘＯ_ｙ、Ｐ_ｘＯ_ｙ、ＳｉＯ_２などに転換できる物質であるＡｓＨ_３、ＰＨ_３、ＳｉＣｌ_４、ＳｉＦ_４、ＳｉＨ_２Ｃｌ_２などを処理することが可能な分解反応部材１６が備えられており、前記分解反応部材１６と隣り合うように加熱手段１０が備えられているため、分解反応部材１６を３００〜５５０℃の温度範囲に維持されるようにする。

また、本発明に係る排ガス処理装置は、必要に応じて、触媒反応部６の後端に洗浄部３０を連設することができるので、前記洗浄部３０は、前記触媒反応部６から排出される空気を洗浄するものであって、当業界で通常用いられる洗浄装置であればいずれも使用できるが、好ましくは湿式洗浄器２０を使用することが良い。

ここで、前記湿式洗浄器２０に使用される溶液は、触媒反応部６で処理され、生成されたＨＦ、Ｈ_２ＳＯ_４及びＳＯ_ｘなどを除去しながら水を中和させることが可能なアルカリ物質、具体的にＣａ（ＯＨ）_２またはＮａ（ＯＨ）を使用することが好ましく、前記湿式洗浄器２０を用いて洗浄部３０を構成する場合、必要に応じて、前記湿式洗浄器２０の後端に、湿式洗浄部３０からの排出空気中に含まれた微量のＨＦ及び使用された水を処理するためのトラップ２２をさらに設置することができる。

必要に応じて、本発明に係る排ガス処理装置は、前記吸着反応部４の後端及び触媒反応部６の後端の処理ガスが移動する経路に第１熱交換機２８及び第２熱交換機２８’をそれぞれ設置し、設置された前記第１熱交換機２８と前記第２熱交換機２８’とを互いに連設し、前記触媒反応部６からの排出ガスの熱を第２熱交換機２８’に回収して、前記第２熱交換機２８’に連設された第１熱交換機２８へ供給することにより、第１熱交換機２８を通過する吸着反応部４からの排出ガスを予熱させることができるように構成することができる。

特定の様態として、本発明に係る排ガス処理装置は、前記吸着反応部４の一側に備えられる排ガス流入口２、及び排ガス流入口２に連設された空気注入口３２を介して排ガスまたは排ガス及び空気が流入される。流入された排ガスまたは排ガス及び空気は、分解反応部８、触媒反応部６及び洗浄部３０を順次通過した後、前記洗浄部３０の一側に備えられる排出口２４を介して処理空気が排出されるように構成される。前記吸着反応部４、分解反応部８及び触媒反応部６は、それぞれの装置に設置された加熱手段１０によって温度が調節されるので、排ガスの移動経路に沿って吸着反応部４、分解反応部８及び触媒反応部６の温度は順次増加されるように構成される。

ここで、前記空気注入口３２は、必要に応じて、触媒反応部６に流入される排ガスの移動経路に備えられ、空気を排ガスと混合させて触媒反応部６に流入させることにより、吸着反応部４に流入される排ガスと空気との混合を省略することができる。

次に、このような構成を持つ本発明に係る排ガス処理装置の作用を説明する。

特定の様態として、吸着反応部４と触媒反応部６から構成された本発明に係る排ガス処理装置を一例としてその作用について説明すると、まず、半導体製造工程またはＬＣＤ製造工程などから発生した排ガスを空気と混合させた、例えば酸素と排ガスに含まれた過フッ化化合物の混合比を３：１で混合させた後、吸着反応部４の一側に備えられた流入口２を介して、常温または２５０〜５００℃に維持される吸着反応部４の内部に流入させる。

その後、前記吸着反応部４に流入された排ガス及び空気は、前記吸着反応部４に備えられた吸着層１４を通過し、ＮＦ_３、ＳＦ_６と酸性ガス及び／または蒸着ガスなどが前記吸着層１４に吸着されて除去される。

ここで、前記吸着反応部４の吸着層１４の前端にフィルター部材１２を設置した場合、前記吸着反応部４に流入された排ガス及び空気は、フィルター部材１２を通過し、排ガスに存在する粒子状物質が除去された後、前記フィルター部材１２に連設された吸着層１４に流入される。

その後、前記吸着層１４で処理された排ガス及び空気の移動経路に、加水分解反応を促進させるために水を注入し、好ましくは水／過フッ化化合物のモル比１〜１００、好ましくは５〜５０で注入する。

次いで、前記水と混合された排ガス及び空気を４００〜８００℃に維持される触媒反応部６の触媒層１８を通過させ、前記排ガス及び空気中に存在する過フッ化化合物を二酸化炭素、フッ素、ＨＦ及び水に転換させて除去した後、外部に排出する。

ここで、前記排ガスと混合される空気は、吸着反応部４に流入される排ガスと混合されず、触媒反応部６に流入される排ガスと混合できる。

また、前記吸着反応部４の後端及び触媒反応部６の後端のガス移動経路に第１熱交換機２８及び第２熱交換機２８’をそれぞれ設置し、設置された前記第１熱交換機２８と前記第２熱交換機２８’とを互い連設して、前記触媒反応部６からの排出ガスの熱を第２熱交換機２８’に回収した後、前記第２熱交換機２８’に連設された第１熱交換機２８へその熱を供給することにより、第１熱交換機２８を通過する吸着反応部４からの排出ガスを予熱させることができる。

別の特定の様態として、本発明に係る排ガス処理装置が吸着反応部４、分解反応部８、触媒反応部６及び洗浄部３０から構成された場合を一例としてその作用を説明すると、半導体製造工程またはＬＣＤ製造工程などで発生した排ガスを空気と混合させた後、吸着反応部４の一側に備えられた流入口２を介して、常温または２５０〜５００℃に維持される吸着反応部４の内部に流入させる。

その後、前記吸着反応部４に流入された排ガス及び空気は、前記吸着反応部４に備えられたフィルター部材１２を通過し、排ガスまたは排ガス及び空気中に存在する粒子状物質が除去された後、前記フィルター部材１２に連設された吸着層１４を通過し、ＮＦ_３、ＳＦ_６と酸性ガス及び／または蒸着ガスなどが前記吸着層１４に吸着されて除去される。

次いで、前記吸着層１４で処理された排ガス及び空気は、３００〜５５０℃に維持される分解反応部８に流入され、前記分解反応部８に備えられた分解反応部材１６を通過し、触媒層１８で粒子状物質、例えばＡｓ_ｘＯ_ｙ、Ｐ_ｘＯ_ｙ、ＳｉＯ_２などに転換できる物質であるＡｓＨ_３、ＰＨ_３、ＳｉＣｌ_４、ＳｉＦ_４、ＳｉＨ_２Ｃｌ_２などが除去される。

その次、前記分解反応部８で処理された排ガス及び空気の移動経路に水を注入、好ましくは水／過フッ化化合物のモル比１〜１００、好ましくは５〜５０で注入する。

その後、前記水と混合された排ガス及び空気を４００〜８００℃に維持される触媒反応部６の触媒層１８を通過させ、前記排ガスまたは排ガス及び空気中に存在する過フッ化化合物を二酸化炭素、フッ素、ＨＦ及び水に転換させて除去する。

次いで、前記触媒反応部６で過フッ化化合物が除去された排ガスは、洗浄部３０に流入されて湿式洗浄された後、外部に排出される。

この際、前記湿式洗浄の場合、必要に応じて、その後端にトラップ２２を設置し、湿式洗浄の際に処理できない微量のＨＦ及び使用された水を除去した後、処理された排ガスを外部に排出する。

ここで、前記排ガスと混合される空気は、吸着反応部４に流入される排ガスと混合されず、触媒反応部６に流入される排ガスと混合できる。

また、前記吸着反応部４の後端及び触媒反応部６の後端の空気移動経路に第１熱交換機２８及び第２熱交換機２８’をそれぞれ設置し、設置された前記第１熱交換機２８と第２熱交換機２８’とを互いに連設して、前記触媒反応部６からの排出ガスの熱を第２熱交換機２８’に回収した後、前記第２熱交換機２８’に連設された第１熱交換機２８へその熱を供給することにより、第１熱交換機２８を通過する吸着反応部４からの排出ガスを予熱させることができる。

以下、実施例によって本発明を具体的に説明する。ところが、これらの実施例は、本発明を具体的に説明するためのもので、本発明の範囲を限定するものではない。

＜実施例１＞
触媒の製造
脱イオン交換水２０ｍＬに硝酸ガリウム溶液（Ｇａ（ＮＯ_３）_３）［ＭＣＰ製、英国］２２ｍＬ及び硝酸ナトリウム（ＮａＮＯ_３）［Ｓｉｇｍａ−Ａｌｄｒｉｃｈ製、米国］３．５ｇを添加して含浸溶液を作った後、これをアルミナ［Ｓａｓｏｌ、米国］にガリウム及びナトリウムがそれぞれアルミナ重量に対し４０重量％及び１重量％で含浸されるようにした後、２４時間常温で乾燥させて触媒を製造した。

その後、前記製造された触媒を１２０℃で４時間乾燥させた後、分当り１０℃ずつ昇温させ、７００℃で約２時間焼成した。

次いで、焼成された触媒を０．２Ｍ硫酸［ＤＵＫＳＡＮ製、韓国］水溶液９２ｍＬに含浸させた後、２４時間常温で乾燥させた。

その後、前記乾燥物を１２０℃で４時間乾燥させた後、分当り１０℃ずつ昇温させて７００℃で２時間焼成し、本発明に係る硫酸処理された触媒を製造した。

その次、無機バインダーとしてアルミナゾル［Ａｌｕｍｉｎａ Ｓｏｌ １００、日産化学製、日本］を用いて前記アルミナゾルをアルミナ全体重量に対し５重量％で混練してタブレット状の触媒を製造した。

＜比較実施例１＞
実施例１と同様にして行うが、焼成した触媒を硫酸水溶液に含浸することを省略することにより、硫酸処理をしていない触媒を製造した。

＜比較実施例２＞
実施例１と同様にして行うが、硝酸ガリウム溶液２２ｍＬの代わりに硝酸ニッケル（Ｎｉ（ＮＯ_３）２６Ｈ_２Ｏ）［Ｓｉｇｍａ−Ａｌｄｒｉｃｈ製、米国］６５ｇを用いて触媒を製造した。

＜比較実施例３＞
脱イオン交換水１５ｍＬにリン酸二アンモニウム（（ＮＨ_３）_２ＨＰＯ_４）［Ｓｉｇｍａ−Ａｌｄｒｉｃｈ製、米国］０．３ｇを溶解させた後、これをアルミナ［Ｓａｓｏｌ製、米国］２０ｇにアルミナ全体重量に対し２０重量％でリンが含浸されるようにして２４時間常温で乾燥させた。

その後、前記製造された触媒を１２０℃で４時間乾燥させた後、分当り１０℃ずつ昇温して７００℃で２時間焼成した。

＜実施例２＞
図１に示すように、多孔性フィルター［Ｚｅｂｅｎｔ Ｆｉｌｔｅｒ、ＫＯＣＡＴ製、韓国］を設置した後、前記多孔性フィルターの上端にＣａ（ＯＨ）_２［矢橋マインパルク製、日本］粉末をペレット状に成形した吸着剤を８ｃｍ^３充填して設置した後、前記多孔性フィルターと吸着剤の外周面に加熱ヒーターを設置して吸着反応部を構成した。

その後、反応器に、実施例１に応じて製造された触媒を１０〜１４メッシュで８ｃｍ^３だけ充填した後、反応器の外周面に加熱ヒーターを設置して触媒反応部を構成し、前記吸着反応部と前記触媒反応部とを管で連結した。

その次、前記ガスの移動経路として提供される管に水を供給することが可能な水注入口を設置した後、メータリングポンプ［ＳＰ３２０Ｄ、ＹＯＵＮＧ ＬＩＮ機器製、韓国］を水注入口に連設して水を触媒反応器に定量注入した。

次いで、湿式洗浄器を前記触媒反応部に連設した後、前記湿式洗浄器の下端に水トラップを連設した。

その後、排ガスを含むガスをシミュレーションするために、ＣＦ_４、ＮＦ_３、ＳＦ_６、Ｎ_２及びＯ_２を質量流速制御器［ＦＣ−２６０、Ｍｙｋｏｌｉｓ製、米国］を用いて混合した後、第１処理部の多孔性フィルターへ供給した。ここで、前記多孔性フィルターへ供給される排ガスを含むシミュレーションガスの性状及び触媒の使用量などは表１に示し、吸着反応部の温度は約４５０℃、分解反応部の温度は約５００℃、触媒反応部の温度は約７００℃にそれぞれ維持した。

また、全体反応条件として、空間速度を４，５００ｈ^−１として実験を行った。

一方、洗浄部から排出される空気は、ＩＲ［４００１、ＭＩＤＡＣ製、米国］に１０ｃｍのガスセル(gas cell)を用いて測定し、過フッ化化合物（ＣＦ_４、ＮＦ_３、ＳＦ_６）の除去効率は下記数式１で計算した。

その計算結果を図４に示した。

図４に示すように、温度が増加するにつれて、ＮＦ_３が相対的に低温で除去され、ＣＦ_４及びＳＦ_６は７００℃で９７％以上の転換率を示した。

＜比較実施例４＞
実施例２と同様にして行うが、実施例１によって製造された触媒の代わりに、比較実施例２によって製造された触媒を使用し、排ガスとして過フッ化化合物ＣＦ_４のみを酸素と混合して実施した。

その結果を図５に示した。

＜比較実施例５＞
実施例２と同様にして行うが、実施例１によって製造された触媒の代わりに、比較実施例３によって製造された触媒を使用し、排ガスとして過フッ化化合物ＣＦ_４のみを酸素と混合して実施した。

その結果を図５に示した。

＜比較実施例６＞
実施例２と同様にして行うが、実施例１によって製造された触媒の代わりに、比較実施例３によって製造された触媒を使用し、排ガスとして過フッ化化合物ＣＦ_４のみを酸素と混合して実施した。

その結果を図５に示した。

図５に示すように、比較実施例４〜比較実施例６によるＣＦ_４転換率より実施例２によるＣＦ_４の転換率が優れている。

＜比較実施例７＞
実施例２と同様にして行うが、排ガスまたは排ガス及び空気を吸着反応部及び分解反応部を通過させず、直接触媒反応部に供給して処理した。

その結果を表２に示した。

表２に示すように、実施例２と比較実施例７のＣＦ_４転換率は同一であった。ところが、ＮＦ_３、ＳＦ_６転換率の場合、実施例２が比較実施例７より高かったが、これは実施例２による触媒層の前端に設置された吸着反応部でＮＦ_３及びＳＦ_６を除去し、除去されていない未反応ＮＦ_３及びＳＦ_６を触媒反応器で除去するためである。

したがって、実施例２に係る転換率は、触媒反応器のみでＮＦ_３及びＳＦ_６を除去する比較実施例７より転換率が高いことが分かる。また、実施例２と同様に吸着剤を使用する場合、ＮＦ_３、ＳＦ_６が触媒層に流入される前に相当部分を除去して、触媒でＮＦ_３及びＳＦ_６の分解によるＨＦ発生量を減らすことにより、触媒の耐久性を充填させることができる。

一方、実施例２の場合には、副生成物であるＮＯ、ＮＯ_２、Ｎ_２Ｏが発生しないが、比較実施例７の場合には、ＮＯ、ＮＯ_２、Ｎ_２Ｏが発生することが分かった。

以上述べたように、本発明の属する技術分野における通常の知識を有する者は、本発明がその技術的思想または必須的特徴を変更することなく、他の具体的な形態で実施できることを理解することができるであろう。したがって、以上述べた一実施例は、全ての側面で例示的なもので、限定的なものではないと理解しなければならない。本発明の範囲は、前記詳細な説明よりは特許請求の範囲の意味及び範囲とその等価概念から導出される全ての変更または変形された形態が本発明の範囲に含まれるものと解釈されるべきである。

本発明は、半導体製造工程またはＬＣＤ製造工程などから発生する排ガスに含まれた難分解性過フッ化化合物などを８００℃の以下で除去することができるようにし、触媒の充填量に応じて大容量及び／または高濃度の過フッ化化合物を含有した排ガスを処理することができる。

本発明に係る排ガス処理装置の構成図である。 本発明に係る排ガス処理装置の他の様態を示す構成図である。 本発明に係る排ガス処理装置の別の様態を示す構成図である。 本発明に係る実施例の転換率を示す図である。 本発明に係る実施例及び比較実施例のＣＦ_４転換率を示す図である。

符号の説明

２ 流入口
４ 吸着反応部
６ 触媒反応部
８ 分解反応部
１０ 加熱手段
１２ フィルター部材
１４ 吸着層
１６ 分解反応部材
１８ 触媒層
２０ 湿式洗浄器
２２ トラップ
２４ 排出口
２６ 水注入口
２８ 第１熱交換機
２８’ 第２熱交換機
３０ 洗浄部
３２ 空気注入口

Claims (26)

1. 排ガスが流入される排ガス流入口と、
   前記排ガス流入口に連設され、空気を供給する空気注入口と、
   前記排ガス流入口に連設され、排ガス流入口を介して流入された排ガスを吸着処理する吸着層が備えられた吸着反応部と、
   前記吸着反応部に連設され、前記吸着反応部から排出されて流入された排ガスを触媒処理する触媒層が備えられた触媒反応部と、
   前記触媒反応部に流入される排ガスの移動経路に連設され、水を供給する水注入口とを含む、半導体製造工程で発生する排ガスの処理装置。
2. 前記空気注入口は、排ガス流入口に連設される代わりに、触媒反応部に流入される排ガスの移動経路に連設され、空気を供給することを特徴とする、請求項１に記載の排ガス処理装置。
3. 前記吸着反応部と前記触媒反応部との間に設けられ、吸着反応部からの排ガスに含まれた触媒反応部で固体状粒子に処理される物質を分解する分解反応部をさらに含むことを特徴とする、請求項１に記載の排ガス処理装置。
4. 前記触媒反応部に連設され、触媒反応部から排出される空気に含まれた未処理の過フッ化化合物を除去するための洗浄部をさらに含むことを特徴とする、請求項１に記載の排ガス処理装置。
5. 前記排ガスは、ＢＣｌ_３、Ｃｌ_２、Ｆ_２、ＨＢｒ、ＨＣｌ、ＨＦなどの酸性ガス、またはＣＦ_４、ＣＨＦ_３、Ｃ_２Ｆ_６、Ｃ_３Ｆ_８、Ｃ_４Ｆ_６、Ｃ_４Ｆ_８、Ｃ_５Ｆ_８ＮＦ_３、ＳＦ_６、ＮＦ_３などの過フッ化化合物、またはＡｓＨ_３、ＮＨ_３、ＰＨ_３、ＳｉＨ_４、Ｓｉ_２Ｈ_２Ｃｌ_２、またはこれらの混合物からなることを特徴とする、請求項１〜４のいずれか１項に記載の排ガス処理装置。
6. 前記吸着層は、Ｃａ（ＯＨ）_２、ＣａＯ、ＣｕＯ、ＦｅＯ（ＯＨ）、Ｆｅ_２Ｏ_３、Ｆｅ_３Ｏ_４、ＭｎＯ_２、Ｓｒ（ＯＨ）_２およびＳｒ_２Ｏ_３よりなる群から選択された少なくとも一つの物質からなる吸着剤が充填されたことを特徴とする、請求項１〜４のいずれか１項に記載の排ガス処理装置。
7. 前記触媒層は、ガンマアルミナ、セータアルミナ、エータアルミナ、ベーマイトまたは擬ベーマイトから選択される少なくとも一つの担体にガリウムが全体触媒重量に対し１〜５０重量％含浸され、ナトリウム、リチウム、カリウムまたはこれらの混合物が全体触媒重量に対し０．１〜５重量％含浸された触媒が充填されたことを特徴とする、請求項１〜４のいずれか１項に記載の排ガス処理装置。
8. 前記触媒層は、ガンマルミナ、セータアルミナ、エータアルミナ、ベーマイトまたは擬ベーマイトから選択される少なくとも一つの担体にガリウムが全体触媒重量に対し１〜５０重量％含浸され、ナトリウム、リチウム、カリウムまたはこれらの混合物が全体触媒重量に対し０．１〜５重量％含浸された触媒を０．０１〜１Ｍ硫酸水溶液に含浸させた後、乾燥、焼成、または乾燥及び焼成し、あるいは二酸化硫黄を触媒に持続的に流して製造された触媒が充填されたことを特徴とする、請求項１〜４のいずれか１項に記載の排ガス処理装置。
9. 前記吸着反応部は、排ガスが流入される移動経路に沿って順次設置され、排ガスを処理するフィルター部材、吸着層、及び前記フィルター部材と前記吸着層の温度を上昇させるために前記フィルター部材及び前記吸着層と隣り合うように設置される加熱手段から構成されたことを特徴とする、請求項１〜４のいずれか１項に記載の排ガス処理装置。
10. 前記触媒反応部は、排ガス含有空気が流入されて触媒処理される触媒層、及び前記触媒層の温度を上昇させるために触媒層と隣り合うように設置される加熱手段から構成されたことを特徴とする、請求項１〜４のいずれか１項に記載の排ガス処理装置。
11. 前記分解反応部は、吸着反応部から排出された排ガス中に含まれた触媒反応部で固体状粒子に処理される物質を除去する分解反応部材、及び前記分解反応部材の温度を上昇させるために前記分解反応部材と隣り合うように設置される加熱手段から構成されたことを特徴とする、請求項３に記載の排ガス装置。
12. 前記洗浄部が湿式洗浄器からなることを特徴とする、請求項４に記載の排ガス処理装置。
13. 前記湿式洗浄器は、水、塩基性化合物またはこれらの混合物を持続的に供給することを特徴とする、請求項1２に記載の排ガス処理装置。
14. 前記湿式洗浄器の後端に連設され、湿式洗浄部から排出されるガスの中に含まれた微量のＨＦ及び使用された水を処理するためのトラップをさらに含むことを特徴とする、請求項１２に記載の排ガス処理装置。
15. 前記トラップは、モレキュラーシーブ、シリカ、アルミナ、ゼオライト、活性炭またはこれらの混合物が充填されていることを特徴とする、請求項１４に記載の排ガス処理装置。
16. 前記吸着反応部の後端及び前記触媒反応部の後端の空気移動経路に第１熱交換機及び第２熱交換機をそれぞれ設置し、設置された前記第１熱交換機と前記第２熱交換機とを互いに連設し、前記触媒反応部から排出される空気の熱を前記第２熱交換機に回収して、前記第２熱交換機に連設された第1熱交換機へ供給することにより、第１熱交換機を通過する吸着反応部からの排出空気を予熱させるようにしたことを特徴とする、請求項３または４に記載の排ガス処理装置。
17. 排ガス及び空気を吸着層の備えられた吸着反応部を通過させ、排ガスに含まれた過フッ化化合物を処理する吸着処理段階と、前記吸着処理段階済みの排ガスに水を注入した後、触媒層に通過させ、排ガスに存在する未処理の過フッ化化合物を触媒処理する触媒処理段階とを含むことを特徴とする、半導体製造工程から発生する排ガスの処理方法。
18. 前記吸着反応部を通過する空気を流入される排ガスと混合させる代わりに、触媒処理段階の前に注入することを特徴とする、請求項１７に記載の排ガス処理方法。
19. 前記排ガスは、ＢＣｌ_３、Ｃｌ_２、Ｆ_２、ＨＢｒ、ＨＣｌ、ＨＦなどの酸性ガス、またはＣＦ_４、ＣＨＦ_３、Ｃ_２Ｆ_６、Ｃ_３Ｆ_８、Ｃ_４Ｆ_６、Ｃ_４Ｆ_８、Ｃ_５Ｆ_８ＮＦ_３、ＳＦ_６、ＮＦ_３などの過フッ化化合物、またはＡｓＨ_３、ＮＨ_３、ＰＨ_３、ＳｉＨ_４、Ｓｉ_２Ｈ_２Ｃｌ_２、またはこれらの混合物からなることを特徴とする、請求項１７に記載の排ガス処理方法。
20. 前記吸着処理段階と前記触媒処理段階との間に、触媒処理段階で固体状粒子に転換できる物質を粒子状に転換させて除去する分解処理段階をさらに含むことを特徴とする、請求項１７に記載の排ガス処理方法。
21. 前記触媒処理段階の後工程として、処理された排ガス中に存在する二酸化炭素、フッ素、ＨＦまたは水を洗浄する洗浄段階をさらに含むことを特徴とする、請求項１７に記載の排ガス処理方法。
22. 前記洗浄段階が湿式洗浄であることを特徴とする、請求項１７に記載の排ガス処理方法。
23. 前記湿式洗浄の後工程として、前記湿式洗浄によって処理された排ガス中に含まれた微量のＨＦ及び使用された水を除去する段階をさらに含むことを特徴とする、請求項２２に記載の排ガス処理方法。
24. 前記吸着処理段階から排出されるガス、及び前記触媒処理段階から排出されるガスの移動経路に熱交換機を設置して熱を回収する段階をさらに含むことを特徴とする、請求項１７に記載の排ガス処理方法。
25. 前記吸着処理段階は常温または２５０〜５００℃で、前記触媒処理段階は４００〜８００℃で行われることを特徴とする、請求項１７に記載の排ガス処理方法。
26. 前記分解処理段階は３００〜５５０℃で行われることを特徴とする、請求項２０に記載の排ガス処理方法。

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