JP2011121000A - ガス処理方法、ガス処理装置、およびガス処理剤 - Google Patents

Abstract

【課題】難分解性のフッ素含有化合物を含むガスを確実に、効率よく無害化することが可能な処理方法、装置およびガス処理剤を提供することを目的とする。
【解決手段】フッ素含有化合物を含むガスを、炭酸カリウムが充填されたフッ素含有化合物反応容器中に加熱しつつ通気してフッ素含有化合物を分解する（フッ素含有化合物分解工程）。このような方法によれば、難分解性のフッ素含有化合物を含むガスを効率よく分解処理することができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、難分解性のフッ素含有化合物を含むガスの処理方法、装置および処理剤に関する。

半導体分野では、エッチング剤、洗浄剤等としてＮＦ_３（三フッ化窒素）等のフッ素含有化合物のガスがよく用いられる。これらのフッ素含有化合物のガスは一般に毒性が高く、また地球温暖化効果を有するものも多いことが分かってきているため、使用後の排ガスを適切な方法で無害化処理することが重要な課題となっている。従来、フッ素含有化合物のガスを高温で燃焼させて酸化分解する技術、水蒸気または酸素・水素の存在下で加熱しつつ触媒に接触させることにより分解する技術等が提案されている（特許文献１参照）。

特開２００８−１５５０７０号公報

しかし、使用後の排ガスには、半導体材料であるシリコンとの副反応物であるＳｉＦ_４（四フッ化ケイ素）ガスが共存物質として含まれている。このＳｉＦ_４は極めて安定な物質であり、従来提案されているようなフッ素含有化合物のガスの分解技術では完全に分解することが困難である。

本発明は上記のような事情に基づいて完成されたものであって、難分解性のフッ素含有化合物を含むガスを確実に、効率よく無害化することが可能なガス処理方法、装置および処理剤を提供することを目的とする。

本発明のガス処理方法は、フッ素含有化合物を含むガスの処理方法であって、炭酸カリウムを含むフッ素含有化合物ガス処理剤を充填したフッ素含有化合物反応容器中に前記フッ素含有化合物を含むガスを加熱しつつ通気させて前記フッ素含有化合物を分解するフッ素含有化合物分解工程を含むものである。

また本発明のガス処理装置は、フッ素含有化合物を含むガスを処理するためのガス処理装置であって、内部にガスを通気可能であり、かつ炭酸カリウムを含むフッ素含有化合物ガス処理剤が充填されたフッ素含有化合物反応容器と、このフッ素含有化合物反応容器の内部に通気される前記ガスを加熱するための熱源と、を備えるものである。

さらに、本発明のフッ素含有化合物ガス処理剤は、有効成分として炭酸カリウムを含むものである。

本発明によれば、難分解性のフッ素含有化合物を含むガスを確実に、効率よく無害化処理することができる。

ＳｉＦ_４反応塔の概略断面図 Ｋ_２ＣＯ_３によるＳｉＦ_４の分解についての熱力学平衡計算結果を表すグラフ ＳｉＦ_４の加熱分解（水蒸気添加）についての熱力学平衡計算結果を表すグラフ

以下、本発明を具体化した実施形態について、図１〜図３を参照しつつ詳細に説明する。本実施形態では、半導体の製造工程で排出されるＳｉＦ_４を含むガスを処理する場合を例にとり説明する。

まず、本実施形態におけるガス処理に使用されるガス処理装置１について説明する。このガス処理装置１は、ＳｉＦ_４反応塔１０を備えている。ＳｉＦ_４反応塔１０の概略断面図を図１に示した。

ＳｉＦ_４反応塔１０は、ＳｉＦ_４反応管１１を備えている。このＳｉＦ_４反応管１１は全体として円筒状に形成され、その上部には処理対象となるガスを内部に導入するためのガス導入口１２、その下部には処理済みのガスを排出するガス排出口１３がそれぞれ設けられている。このＳｉＦ_４反応管１１の内部には、ＳｉＦ_４ガス処理剤（フッ素含有化合物ガス処理剤）として炭酸カリウムの顆粒１４が充填されている。また、ＳｉＦ_４反応管１１の周囲には、電気ヒータの発熱部１５が配され、この発熱部１５によってＳｉＦ_４反応管１１の内部を通過するガスを加熱できるようにされている。これらのＳｉＦ_４反応管１１および発熱部１５は、内側に断熱材１６を張ったケーシング１７の内部に収容されている。

次に、このように構成されたガス処理装置１を使用したガス処理方法について説明する。まず、電気ヒータのスイッチを入れて、ＳｉＦ_４反応管１１の内部を必要な分解温度にまで昇温させる。次に、ＳｉＦ_４を含むガスをＳｉＦ_４反応塔１０に送り、ガス導入口１２からＳｉＦ_４反応管１１の内部へ導入する。ＳｉＦ_４反応管１１の内部では、下記式（１）に示すようにＳｉＦ_４がＫ_２ＣＯ_３と反応し、ＳｉＯ_２とＫＦとが生成する（フッ素含有化合物分解工程）。

ＳｉＦ_４＋２Ｋ_２ＣＯ_３→ＳｉＯ_２＋４ＫＦ＋２ＣＯ_２ …（１）

ここで、ＳｉＦ_４の分解について、発明者が市販の熱力学平衝計算ソフト「FactSage（GTT-Technologies社）」を用いて熱力学平衡計算を行った結果を示す。図２には、Ｋ_２ＣＯ_３によるＳｉＦ_４の分解についての熱力学平衡計算結果を表すグラフを、図３には、ＳｉＦ_４の加熱分解（水蒸気添加）についての熱力学平衡計算結果を表すグラフを示した。図２、図３より、加熱分解（水蒸気添加）の場合には１５００Ｋを越えてもＳｉＦ_４を完全に分解することは困難であるのに対し、Ｋ_２ＣＯ_３と反応させた場合にはより低温でＳｉＦ_４を完全に分解することができると言える。

なお、ＳｉＦ_４反応管１１の内部温度（ＳｉＦ_４の分解温度）は４００℃〜７００℃程度が適切と考えられる。

反応生成物のうち、ＫＦおよびＳｉＯ_２は、上記ＳｉＦ_４反応管１１の内部温度のもとでは固体であるから、ＳｉＦ_４反応管２１の内部に残留する。一方、ＣＯ_２は、上記ＳｉＦ_４反応管１１の内部温度のもとでは気体であるため、ガス排出口１３から排出される。

分解処理が終了したら、ＳｉＦ_４反応管１１の内部の残留物を水に溶解する。ＳｉＦ_４反応管１１の内部では、上記式（１）に示した反応により、ＳｉＯ_２およびＫＦが生成している。ここで、ＫＦは水溶性であるため水に溶解し、ＳｉＯ_２は水に不溶であるため沈殿物として残る。これを利用し、ろ過等により水溶液と沈殿物とを分離することにより、ＫＦとＳｉＯ_２を分離回収することができる（分離工程）。回収されたＫＦとＳｉＯ_２とは、それぞれ工業原料等として再利用することができる。

以上のように本実施形態によれば、ＳｉＦ_４を含むガスを確実に無害化することができる。また、生成するＳｉＯ_２とＫＦとはＳｉＦ_４反応管１１の内部に残留し、水に溶解後、濾過等を行うことで容易に分離回収可能である。このため、従来のように粉塵による装置トラブル等に悩まされることなく、効率的に無害化処理を行うことができる。さらに、このように反応生成物の分離回収が容易であることから、得られた反応生成物を再資源化することが可能となり、資源の有効利用にも資する。

なお、詳細には図示しないが、発明者は、上記した熱力学平衝計算ソフト「FactSage（GTT-Technologies社）」を用い、Ｋ_２ＣＯ_３による四フッ化炭素、および六フッ化硫黄の分解についての熱力学平衡計算を行った。その結果、ＳｉＦ_４の場合と同様に、従来よりも低温で四フッ化炭素、および六フッ化硫黄を完全に分解することができることが分かった。

＜他の実施形態＞
本発明は上記記述及び図面によって説明した実施形態に限定されるものではなく、例えば次のような実施形態も本発明の技術的範囲に含まれる。
（１）上記実施形態では、反応塔にヒータを設けてガスの加熱を行ったが、例えば反応管を電気炉中に設置して加熱を行うことも可能である。
（２）フッ素含有化合物ガス処理剤は、炭酸カリウムの他に、ＳｉＦ_４の分解を阻害しない範囲で添加剤等を含んでいても構わない。
（３）上記実施形態では、ＳｉＦ_４の分解を例にとり説明したが、本発明によれば、四フッ化炭素、および六フッ化硫黄も同様に処理することができる。また、ＨＦＣ（ハイドロフルオロカーボン）についても同様に処理可能である。

１…ガス処理装置
１１…ＳｉＦ_４反応管（フッ素含有化合物反応容器）
１５…発熱部（熱源）

Claims (4)

1. フッ素含有化合物を含むガスの処理方法であって、
   炭酸カリウムを含むフッ素含有化合物ガス処理剤を充填したフッ素含有化合物反応容器中に前記フッ素含有化合物を含むガスを加熱しつつ通気させて前記フッ素含有化合物を分解するフッ素含有化合物分解工程を含むガス処理方法。
2. 前記フッ素含有化合物が、ケイ素、炭素、窒素、硫黄、アルミニウム、およびリンのうち少なくとも１つとフッ素とを含む化合物であり、
   前記フッ素含有化合物分解工程において前記ガスを通気した後の前記フッ素含有化合物反応容器の内容物を水に溶解して前記フッ素含有化合物分解工程により得られた反応生成物を分離する分離工程を含む、請求項１に記載のガス処理方法。
3. フッ素含有化合物を含むガスを処理するためのガス処理装置であって、
   内部にガスを通気可能であり、かつ炭酸カリウムを含むフッ素含有化合物ガス処理剤が充填されたフッ素含有化合物反応容器と、
   このフッ素含有化合物反応容器の内部に通気される前記ガスを加熱するための熱源と、
   を備えるガス処理装置。
4. 有効成分として炭酸カリウムを含む、フッ素含有化合物ガス処理剤。

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