JP2014134350A - インレットノズル、及び除害装置 - Google Patents

Abstract

【課題】除害用チャンバの壁面に付着する堆積物の量を低減させ、メンテナンスの周期を長くするためのインレットノズル、及び当該インレットノズルを備える除害装置を提供する。
【解決手段】本発明の実施形態に係る除害装置に配設されるインレットノズルは、当該インレットノズルを経由して燃焼室を通過する除害ガス（排出ガス）などの気体、及び、燃焼分解により発生した微粒子ダストなどの粉体の流れを常に一定にする（即ち、燃焼室の中心を流れるようにする）ために、インレットノズルの筐体の内側に傾斜部を備える。この構成により、燃焼分解により発生する粉体を、燃焼室の内部壁面に付着させることなく、燃焼室の次の工程である冷却部の上流端まで飛ばすことが可能になる。
【選択図】図４

Description

本発明は、インレットノズル、及び除害装置に関する。詳しくは、内部に傾斜が設けられたインレットノズル、及び当該インレットノズルを備える除害装置に関する。

半導体や太陽電池、液晶などを製造する際の工程の１つである成膜のための装置では、Ｓｉ膜を生成するための真空チャンバ内でシランガス（ＳｉＨ₄）等のプロセスガスを使用する。
使用された後の排ガスは、半導体製造工程用の装置である真空チャンバに接続された真空ポンプの反応炉から外部に排気されるが、こうした排ガスには、上述したようなシランガスをはじめ、六フッ化タングステン（ＷＦ₆）、ジクロルシラン（ＳｉＨ₂Ｃｌ₂）など、成膜工程により様々な有毒ガスが含まれることが多い。そのため、真空ポンプの排気側には、こうした排ガスを酸化することで無害なガスとして排出するための除害装置が接続される。
この除害装置は、燃焼式やプラズマ式など様々な種類がある。例えば燃焼式除害装置の場合、燃やして空気（酸素）と反応させる酸化反応を起こすことで、有毒ガスを無害なガスに変えている。例えば、シランガス（ＳｉＨ₄）であれば、酸化反応の結果、無害な二酸化ケイ素；シリカ（ＳｉＯ₂）が発生する。
このシリカは固体・粉体であり、上述した酸化反応によって（シリカに）変化する際にエネルギーが与えられ、酸化反応を起こす空間である燃焼炉の空間を飛散する。つまり、まっすぐに落下せずに飛散するので、その多くが燃焼炉の壁面に付着し、時間の経過とともに堆積してしまう。
そのため、当該堆積物を取り除くために定期的なメンテナンス（オーバーホール）の実施が必要になる。一般的に、このメンテナンスは三ヶ月に一度程度の頻度で実施される。なお、運用面・費用面を鑑みたときに、当該メンテナンスから次のメンテナンスを行う迄の間隔（フリーメンテナンス期間）は長ければ長い方がよい。つまり、除害装置は、酸化反応によって生成される堆積物が付着しにくい構造であることが望ましい。

特開平１０−９５５１号公報

特許文献１には、燃焼式除害装置の燃焼室に接続された排ガス燃焼ノズルを用いて排ガスを燃焼する方法が記載されている。
より詳しくは、特許文献１の排ガス燃焼ノズルは、排ガス用ノズル、第１及び第２の燃焼ノズル、更に空気供給用のノズルを有し、ノズルの先端にシリカが付着・堆積するのを防止するために、完全な酸化反応がガスの下流側で起こるように構成されている。

しかしながら、特許文献１に記載の排ガス燃焼ノズルでは、大量のガスを使用しなければならない。すると、そのための装置を別途配設する必要が生じ、その分の設備コストやランニングコストが増大するという問題があった。
また、本来除害したいガス（有毒ガス）以外のガスを大量に流すため、本来除害したい有毒ガスの一定時間の流量は相対的に減る。その結果、有毒ガスの除害能力（性能）が低下（劣化）してしまうという問題があった。

図６は、従来のインレットノズル１を説明するための図である。
図６（ａ）は、従来のインレットノズル１の軸線方向断面図を示した図であり、図６（ｂ）は、従来のインレットノズル１が配設されたインレットヘッド２を下（ガスが流れた場合の下流側）から見た図である。
図６（ａ）に示したように、従来のインレットノズル１の筐体部分の内径はどこも一定であり、ガスの上流側から下流側に向かってストレートな構造になっている。

本発明は、燃焼炉の壁面に付着する堆積物の量を低減させ、メンテナンスの周期を長くするためのインレットノズル、及び当該インレットノズルを備える除害装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、請求項１記載の本願発明では、除害されるガスを含む排出ガスを除害用チャンバへ案内するインレットノズルであって、前記インレットノズルの内側壁面の内周が、前記排出ガスを流した場合の上流側から下流側に向けて小さくなる傾斜部を有することを特徴とするインレットノズルを提供する。
請求項２記載の本願発明では、前記傾斜部は、前記インレットノズルの軸線方向において、前記下流側の前記内側壁面に形成されることを特徴とする請求項１に記載のインレットノズルを提供する。
請求項３記載の本願発明では、除害用チャンバと、請求項１又は請求項２に記載のインレットノズルと、前記インレットノズルを配設するための孔を複数有し、前記除害用チャンバと嵌合されるノズル固定部材と、を備えることを特徴とする除害装置を提供する。
請求項４記載の本願発明では、前記ノズル固定部材は、取り外しが可能であることを特徴とする請求項３に記載の除害装置を提供する。

本発明によれば、燃焼炉の壁面に付着する堆積物の量を低減させ、メンテナンスの周期を長くするためのインレットノズル、及び当該インレットノズルを備える除害装置を提供することができる。

本発明に係るインレットノズルを備える除害装置が配設されるシステム・レイアウトを説明するための概略構成例を示した図である。 本発明に係るインレットノズルを備える除害装置の概略構成例を示した図である。 本発明に係るインレットノズルを備える除害装置におけるインレットヘッド周辺を説明するための図である。 本発明に係るインレットノズルを説明するための図である。 本発明の変形例に係るインレットノズルを説明するための図である。 従来のインレットノズルを説明するための図である。

（ｉ）実施形態の概要
本発明の実施形態に係るインレットノズルは、インレットノズルの筐体の内側に傾斜部を備えており、この傾斜により、インレットノズルを通過する気体（除害ガス）及び粉体の流れを、燃焼室（燃焼炉）内部において常に一定にする。
より詳しくは、本発明の実施形態に係るインレットノズルには、除害ガス（排出ガス）などの気体、及び、燃焼分解により発生した微粒子ダストなどの粉体が燃焼室の中心を流れるように、内部に傾斜が設けられる。
この構成により、除害ガス導入用のインレットノズルの噴射方向を中心（即ち、燃焼炉の中心線）側に向け、燃焼室における当該中心線方向成分の気体の流れが増えるので、粉体が、燃焼室における内部壁面側へ飛散し、当該内部壁面に付着して堆積してしまう確率を減らすことができる。つまり、燃焼分解により発生する粉体を、燃焼室の内部壁面に付着させることなく、燃焼室の次の工程である冷却部の上流端まで飛ばすことが可能になる。
このような構成により、本発明の実施形態に係るインレットノズルを配設する除害装置は、燃焼室の主に側面に付着する堆積物を低減することができるので、メンテナンスの周期を長くすることができる。

（ｉｉ）実施形態の詳細
以下、本発明の好適な実施の形態について、図１から図５を参照して詳細に説明する。
図１は、本発明の実施形態に係るインレットノズル４０を備える除害装置４００が配設されるシステム・レイアウトを説明するための概略構成例を示した図である。
なお、上述した本発明の実施形態では、インレットノズル４０が配設される除害装置４００は、一例として燃焼式の除害装置とする。しかし、本発明の実施形態に係るインレットノズル４０が配設される除害装置４００は燃焼式に限定されることはなく、例えば、他に、プラズマ式やガソリンエンジン式の除害装置４００などに配設することができる。
クリーンルーム２００内に設置されるウェハ成膜装置などのプロセス装置（プロセスチャンバ）１００は、真空配管５００を介してドライポンプ３００と連結される。そして、ドライポンプ３００は、排気配管６００を介して除害装置４００と連結される。
除害装置４００の外装体を形成するケーシングは、略円筒状の形状であり、上下端には蓋部としてインレットヘッド４０３（図２）が構成されている。なお、ケーシングは必ずしも略円筒状で有る必要はなく、内部が空間且つ外部から隔離されている構成であればよい。

図２は、本発明の実施形態に係るインレットノズル４０が配設される除害装置４００の概略構成例を示した図であり、図中の矢印Ｇは除害ガスを含むガスの流れを示している。
プロセス装置１００から排出された有毒ガスを含む排出ガスは、真空配管５００を通ってドライポンプ３００を経由し、排気配管６００を通って除害装置４００へ運ばれる。
そして、インレット三方弁４０１により、可燃排気ダクトに排出されるガスとコンバスタ（燃焼炉）４０４へ送られるガスとに分かれる。
本発明の実施形態は、コンバスタ４０４へ向かう排出ガスの流れを追って説明する。
当該排出ガスは、インレット配管４０２を通ってインレットヘッド（ガス導入部）４０３を経由し、コンバスタ４０４へ運ばれる。
コンバスタ４０４は、有毒ガスを含む除害ガスを燃焼処理する空間であり、内部温度は約８００℃前後である。
本発明の実施形態に係る除害装置４００は、燃焼炉であるコンバスタ４０４とガス温度冷却部であるクエンチ４０５とを備えている。
コンバスタ４０４は、半導体製造工程の図示していないＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ：化学気相成長法）装置から真空ポンプ（図示しない）を介して排出される、可燃性ガスやクリーニングガスの処理対象ガスを、インレット配管４０２を介して、除害装置４００の導入口であり、コンバスタ４０４の上流端に配設されたインレットヘッド４０３から導入して高温で燃焼分解する。
なお、可燃性ガスは、無色の気体で有毒なシランガス（ＳｉＨ₄）、無色（黄色）の毒性高圧ガスの六フッ化タングステン（ＷＦ₆）、ジクロルシラン（ＳｉＨ₂Ｃｌ₂）などであり、クリーニングガスはアンモニア（ＮＨ₃）などである。
本発明の実施形態では、真空ポンプから排気され、インレットヘッド４０３から導入された排出ガスをコンバスタ４０４で燃焼分解する。この燃焼分解によって、排出ガスに含まれていた有毒ガスが無害化される。
この燃焼分解によって生じた排出ガスは、ガス温度冷却部であるクエンチ４０５で約８００℃から約８０℃に冷却される。なお、排出ガスの冷却は冷却水を使用している。
そして、冷却済みの排出ガスや燃焼分解によって生じた微粒子ダストが、コンバスタ４０４の排出口（下流端）から排出され、粉体除去部であるサイクン４０６を経由し、湿式除害部であるパックドタワー４０７へ導入される。フッ化水素（ＨＦ）や塩化水素（ＨＣｌ）などの水溶性ガスは、この部分で溶解される。
なお、本実施形態では、サイクン４０６及びパックドタワー４０７はポリプロピレンで製造されている。

上述したＣＶＤ装置で使用される上述したプロセスガスを燃焼分解すると、微粒子ダストとして粉体が発生する。例えば、シランガス（ＳｉＨ₄）やジクロルシラン（ＳｉＨ₂Ｃｌ₂）を燃焼分解すると二酸化ケイ素；シリカ（ＳｉＯ₂）が発生し、六フッ化タングステン（ＷＦ₆）を燃焼分解すると酸化タングステン（Ｗ₂Ｏ₃）が発生する。
これらの粉体がコンバスタ４０４の壁面に付着するのを防止するために、本発明の実施形態では、インレットヘッド４０３に配設されるインレットノズル４０の内部に傾斜が設けられている（傾斜についての詳細は後述する）。
本発明の実施形態では、インレットノズル４０の内部に設けられた傾斜によって、インレットノズル４０を通過するガスや粉体の流れを、コンバスタ４０４内部において常に一定にする。より詳しくは、気体（排出ガス・除害ガス）や粉体（微粒子ダスト）が、コンバスタ４０４の中心軸線上を流れるように、インレットノズル４０の内部に傾斜を設ける。この構成により、コンバスタ４０４の内部壁面側へ粉体が飛散し、当該内部壁面に粉体が付着して堆積してしまう確率を減らすことができる。つまり、燃焼分解により発生する粉体を、コンバスタ４０４の内部壁面に付着させることなく、クエンチ４０５の上流端まで飛ばす構成になっている。

図３は、本発明の実施形態に係るインレットノズル４０を備える除害装置４００におけるインレットヘッド４０３周辺を説明するための図である。
図３（ａ）は、図２α部（インレット配管４０２、インレットヘッド４０３、コンバスタ４０４、後述するスクレイパ４０８）の拡大図であって軸線方向の断面図を示し、図３（ｂ）は、図２α部（インレットノズル４０、インレットヘッド４０３）をガスの流れの上流側からみた場合の図を示している。
本発明の実施形態では、一例として、インレットヘッド４０３には、インレットノズル４０が配設される導入孔４０９が４つ設けられた構成にしているが、この導入孔４０９の数は、必要に応じて６つや８つ等と適宜変更することが可能である。
なお、本発明の実施形態に係るインレットヘッド４０３の材料は、一例として、ステンレススチールが望ましい。
インレットノズル４０内部には、インレットノズル４０の下流側（コンバスタ４０４側）の端に付着した粉体を除去するためのスクレイパ４０８が配設される。

図４は、本発明の実施形態に係るインレットノズル４０を説明するための図であり、本発明に係るインレットノズル４０の軸線方向の断面図を示している。
なお本実施形態では、便宜上、気体が流れる方向を「軸線方向」、当該軸線方向と垂直な方向を「径（直径・半径）」として説明する。
また、本発明の実施形態に係るインレットノズル４０の材料は、一例として、ニッケル基超合金であるＩｎｃｏｎｅｌ：インコネル（登録商標）や、ハステロイ（耐食性のあるもの）が望ましい。
本発明の実施形態に係るインレットノズル４０は、除害装置４００においてインレット配管４０２とインレットヘッド４０３とを連通させる部品であり、内部に空洞を有する略筐体であり、フランジ部４１、筐体側部４２、傾斜部４３、底部４４などにより構成される。
フランジ部４１は、インレットノズル４０の軸線方向上側（即ち、流れる気体の上流側）に位置し、インレット配管４０２と嵌合される。
筐体側部４２はインレットノズル４０の側面を構成し、本実施形態では円筒体の筐体であり、インレットヘッド４０３に設けられた導入孔４０９に嵌合される。本発明の実施形態では、筐体側部４２の内側（即ち、インレットノズル４０の内部）の一部に、傾斜部４３が形成されている。傾斜部４３は略テーパ状であり、軸線方向下側（即ち、流れる気体の下流側）には、筐体側部４２と平行な側面を有する底部４４が形成されている。

本発明の実施形態に係るインレットノズル４０では、一例として、インレットノズル４０全体の軸線方向の長さＬ１を約７６．６ミリ、底部４４を除いた軸線方向の長さＬ２を７１．６ミリ、底部４４の軸線方向の長さＬ３を５ミリ、フランジ部４１の端先（インレット配管４０２側）から傾斜部４３の傾斜が始まる部分迄の軸線方向の長さＬ４を３０ミリ、傾斜部４３の軸線方向の長さＬ５を４１．６ミリ、フランジ部４１の軸線方向の長さＬ６を６ミリとして構成した。
また、本発明の実施形態に係るインレットノズル４０では、一例として、インレットノズル４０のフランジ部４１の外径ｄ１を３３ミリ、フランジ部４１の内径（インレットノズル４１の筐体上部の内径）ｄ２を２４ミリ、筐体側部４２と底部４４とで囲まれる空間の直径ｄ３を１２ミリ、筐体側部４２の外径ｄ４を２６．７ミリとして構成した。

本発明の実施形態に係るインレットノズル４０には、インレットノズル４０の内側の壁面（筐体側部４２の内壁）に、傾斜部４３として、内部を通過する気体（排出ガス・除害ガス）の上流側から下流側へ向かってインレットノズル４０の内径を徐々に小さくするスロープ構造が、当該壁面の軸線方向の中央付近から下流側に向かって形成されている。つまり、インレットノズル４０を構成する筐体（円筒体）の内壁の一部にすべり台のような構造が形成されている。
なお、当該スロープ構造のテーパ角度θは、一例として８．２１度として構成されている。このテーパ角度（傾斜角度）θは、スクレイパ４０８との兼ね合いを鑑み、最大傾斜角度は１５°程度であることが望ましい。
なお、本実施形態では、スクレイパ４０８は弾性体（バネ）の構成としたが、これに限られることはない。例えば、スクレイパを棒状、刃状、へら状の構成にしてもよい。

図４の矢視Ａ図は、同図に図示された本発明の実施形態に係るインレットノズル４０を矢印Ａ方向から（即ち、インレット配管４０２側から）見た図である。
図４の矢視Ｂ図は、同図に図示された本発明の実施形態に係るインレットノズル４０を矢印Ｂ方向から（即ち、コンバスタ４０４側から）見た図である。
図４の断面Ｃ図は、同図に図示された本発明の実施形態に係るインレットノズル４０の矢印Ｃ方向断面図を示した図である。つまり、傾斜部４３が形成されていない部分の断面図である。
矢視Ａ図、矢視Ｂ図、及び断面Ｃ図に示したように、本発明の実施形態に係るインレットノズル４０の傾斜部４３は、インレットノズル４０を構成する筐体（円筒体）の内壁における全内周にわたってスロープ構造が形成されている構成ではなく、インレットノズル４０の軸線方向の長さの半分から上（インレット配管４０２側）の部分の内周は同径であり、半分から下の部分であり、且つ、片面（内周の半分）にスロープ構造が形成されている構成である。
このように、本発明の実施形態に係る除害装置４００は、排出ガスに含まれ、除害する対象となるガス（有毒ガス：シランガス、六フッ化タングステン、ジクロルシランなど）が流れるインレットノズル４０に傾斜部４３を設けている。
また、本発明の実施形態に係るインレットノズル４０は、傾斜部４３を設ける位置、即ち、スロープ構造を形成しはじめる位置を、インレットノズル４０の軸線方向の長さの略中央の位置からに設定したが、これに限られることはない。例えば、傾斜部４３として、インレットノズル４０の最上部、即ち、フランジ部４１の内径の一部からスロープ構造を形成しはじめても良いし、或いは、インレットノズル４０の軸線方向中央の位置よりも下側（コンバスタ４０４側）の一部からスロープ構造を形成し始める構成にしてもよい。
なお、最良の実施形態としては、Ｌ４：（Ｌ５＋Ｌ３）の比は６：４くらいが望ましく、また、ｄ２：ｄ３の直径の比は２：１くらいが望ましい。
更に、本発明の実施形態では、溶接にてインレットノズル４０の内壁に傾斜部４３を形成したが、傾斜部４３の形成方法はこれに限られることはなく、例えば、削りだし、或いは鋳物などの方法で形成してもよい。

上述した構成により、本発明の実施形態に係るインレットノズル４０が配設された除害装置４００では、インレット配管４０２から導入される排出ガスは、インレットノズル４０を通り抜けるときに、４つの導入孔４０９に配設されたインレットノズル４０の内部に形成されたそれぞれの傾斜部４３によって進行方向が常に一定方向になるように制御される。より詳しくは、インレット配管４０２から導入される排出ガスは、コンバスタ４０４の内部中央を通過するように制御される。
インレットノズル４０に形成された傾斜部４３による上述した制御により、本発明の実施形態に係るインレットノズル４０が配設された除害装置４００は、インレット配管４０２から導入された排出ガスがインレットノズル４０を通過後にコンバスタ４０４で燃焼分解されて発生する粉体が、コンバスタ４０４の内部壁面側へ飛散して内部壁面に付着してしまう前に、クエンチ４０５の上流端まで飛ばすことが可能になる。
このように、粉体がコンバスタ４０４の内部壁面側に飛散する確率を減らすことができるので、コンバスタ４０４の内部壁面に粉体が付着して形成される堆積物の量を低減させることができ、その結果、除害装置４００のメンテナンス周期を長くすることができるという効果を得られる。

（ｉｉｉ）変形例
本実施形態では、インレットノズル４０の傾斜部４３の下流側に底部４４を設け、更にその一部がワイヤカットにより加工されて半円状となる構成としたが、インレットノズル４０の傾斜部４３の下流側は、この形状に限定される必要はない。
図５は、本発明に係るインレットノズル４０の変形例を説明するための図である。
なお、図１から図４と同じ構成については同じ番号を付して説明を省略する。
図５は、本発明の実施形態の変形例に係るインレットノズル５０が配設されたインレットヘッド４０３を下（即ち、排出ガスが流れた場合の下流側）から見た図である。
本発明の実施形態の変形例に係るインレットノズル５０には、傾斜部４３の下流側に、筐体側部４２と平行な側面を有する底部４４（図４）は設けられていない。その代わり、傾斜部４３の延長上に、当該傾斜部４３の底面と一致する底部５４を有する。
このように、本発明の実施形態に係るインレットノズル４０（５０）の底部４４（５４）は、様々な形状にすることが可能である。

本発明の実施形態に係る除害装置４００では、インレットヘッド４０３は、コンバスタ４０４に対して取り外し可能な構成としたが、インレットヘッド４０３とコンバスタ４０４とを一体型に構成してもよい。

１ インレットノズル（従来）
２ インレットヘッド（従来）
４０ インレットノズル
４１ フランジ部
４２ 筐体側部
４３ 傾斜部
４４ 底部
５０ インレットノズル
５４ 底部
１００ プロセス装置
２００ クリーンルーム
３００ ドライポンプ
４００ 除害装置
４０１ インレット三方弁
４０２ インレット配管
４０３ インレットヘッド
４０４ コンバスタ
４０５ クエンチ
４０６ サイクン
４０７ パックドタワー
４０８ スクレイパ
４０９ 導入孔
５００ 真空配管
６００ 排気配管

Claims (4)

1. 除害されるガスを含む排出ガスを除害用チャンバへ案内するインレットノズルであって、
   前記インレットノズルの内側壁面の内周が、前記排出ガスを流した場合の上流側から下流側に向けて小さくなる傾斜部を有することを特徴とするインレットノズル。
   
2. 前記傾斜部は、前記インレットノズルの軸線方向において、前記下流側の前記内側壁面に形成されることを特徴とする請求項１に記載のインレットノズル。
   
3. 除害用チャンバと、
   請求項１又は請求項２に記載のインレットノズルと、
   前記インレットノズルを配設するための孔を複数有し、前記除害用チャンバと嵌合されるノズル固定部材と、
   を備えることを特徴とする除害装置。
   
4. 前記ノズル固定部材は、取り外しが可能であることを特徴とする請求項３に記載の除害装置。

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