JP2015112547A - ガスの処理装置及びガスの処理カートリッジ - Google Patents

Abstract

【課題】優れた処理能力を有するガスの処理装置を提供する。
【解決手段】処理室２４は、第１の処理部２４ａと、第２の処理部２４ｂと、第３の処理部２４ｃとを有する。第２の処理部２４ｂは、第１の処理部２４ａよりも排出口２３側に位置している。第３の処理部２４ｃは、第２の処理部２４ｂよりも排出口２３側に位置している。第１の処理部２４ａには、金属の酸化物、金属の水酸化物及び金属の炭酸塩から選ばれた少なくとも一種の無機化合物が配されている。第２の処理部２４ｂには、金属の酸化物、金属の水酸化物及び金属の炭酸塩から選ばれた少なくとも一種の無機化合物と、硫黄原子を有する還元剤とが配されている。第３の処理部２４ｃには、酸化硫黄を吸着する吸着剤及び酸化硫黄と反応する反応剤の少なくとも一方が配されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、ガスの処理装置及びガスの処理カートリッジに関する。

近年、排気ガスによる環境負荷を低減するために、排気ガスに対する規制が厳しくなってきている。これに伴い、排気ガスの処理方法が種々提案されている。例えば、特許文献１では、半導体装置においてエッチングが行われたときに排出される排気ガスを処理する方法が提案されている。具体的には、排気ガスを、充填塔内に充填された除害剤及び吸着剤としての活性炭を通過させることにより処理する方法が提案されている。

具体的には、特許文献１に記載の処理装置では、充填塔の上流側に、鉄化合物とマンガン化合物とを含む除害剤が配されており、下流側に、活性炭が配されている。

特開平６−３１９９４７号公報

ガスの処理装置の処理能力をさらに高めたいという要望がある。

本発明の主な目的は、優れた処理能力を有するガスの処理装置を提供することにある。

本発明に係るガスの処理装置は、容器を備える。容器は、導入口と、排出口と、処理室とを有する。導入口からは、被処理ガスが導入される。排出口からは、処理済みのガスが排出される。処理室は、導入口と排出口とに接続されている。処理室は、第１の処理部と、第２の処理部と、第３の処理部とを有する。第２の処理部は、第１の処理部よりも排出口側に位置している。第３の処理部は、第２の処理部よりも排出口側に位置している。第１の処理部には、金属の酸化物、金属の水酸化物及び金属の炭酸塩から選ばれた少なくとも一種の無機化合物が配されている。第２の処理部には、金属の酸化物、金属の水酸化物及び金属の炭酸塩から選ばれた少なくとも一種の無機化合物と、硫黄原子を有する還元剤とが配されている。第３の処理部には、酸化硫黄を吸着する吸着剤及び酸化硫黄と反応する反応剤の少なくとも一方が配されている。

本発明に係るガスの処理カートリッジは、容器を備える。容器は、導入口と、排出口と、処理室とを有する。導入口からは、被処理ガスが導入される。排出口からは、処理済みのガスが排出される。処理室は、導入口と排出口とに接続されている。処理室は、第１の処理部と、第２の処理部と、第３の処理部とを有する。第２の処理部は、第１の処理部よりも排出口側に位置している。第３の処理部は、第２の処理部よりも排出口側に位置している。第１の処理部には、金属の酸化物、金属の水酸化物及び金属の炭酸塩から選ばれた少なくとも一種の無機化合物が配されている。第２の処理部には、金属の酸化物、金属の水酸化物及び金属の炭酸塩から選ばれた少なくとも一種の無機化合物と、硫黄原子を有する還元剤とが配されている。第３の処理部には、酸化硫黄を吸着する吸着剤及び酸化硫黄と反応する反応剤の少なくとも一方が配されている。

本発明によれば、優れた処理能力を有するガスの処理装置を提供することができる。

第１の実施形態に係るガスの処理装置の模式的断面図である。 第２の実施形態に係るガスの処理装置の模式的断面図である。 第３の実施形態に係るガスの処理装置の模式的断面図である。

以下、本発明を実施した好ましい形態の一例について説明する。但し、下記の実施形態は、単なる例示である。本発明は、下記の実施形態に何ら限定されない。

また、実施形態等において参照する各図面において、実質的に同一の機能を有する部材は同一の符号で参照することとする。また、実施形態等において参照する図面は、模式的に記載されたものである。図面に描画された物体の寸法の比率などは、現実の物体の寸法の比率などとは異なる場合がある。図面相互間においても、物体の寸法比率等が異なる場合がある。具体的な物体の寸法比率等は、以下の説明を参酌して判断されるべきである。

（第１の実施形態）
図１は、本実施形態に係るガスの処理装置の模式的断面図である。

図１に示される処理装置１は、より具体的には、例えば、アルミニウム膜等のドライエッチング装置から排出される、三塩化ホウ素などのハロゲン化合物と、塩素ガスなどのハロゲンガスとの両方を含むガスを処理するために好適に用いられる。

図１に示されるように、処理装置１は、筐体１０を備えている。筐体１０内には、処理カートリッジ２０が配されている。この処理カートリッジ２０によりガスの処理が行われる。

処理カートリッジ２０は、容器２１を有する。容器２１は、導入口２２と、排出口２３と、処理室２４とを有する。導入口２２及び排出口２３は、それぞれ、処理室２４に接続されている。処理対象である被処理ガスは、導入口２２から処理室２４に導入される。被処理ガスは、処理室２４において処理される。処理済みのガスは、排出口２３から排出される。本実施形態では、導入口２２は、容器２１の下部に設けられている。排出口２３は、容器２１の上部に設けられている。もっとも、本発明は、この構成に限定されない。容器の上部に導入口が設けられており、下部に排出口が設けられていてもよい。

処理室２４は、第１の処理部２４ａと、第２の処理部２４ｂと、第３の処理部２４ｃとを有する。第１の処理部２４ａは、導入口２２に接続されている。第２の処理部２４ｂは、第１の処理部２４ａよりも排出口２３側に配されている。第３の処理部２４ｃは、第２の処理部２４ｂよりも排出口２３側に配されている。このため、導入口２２から導入されたガスは、第１の処理部２４ａと、第２の処理部２４ｂと、第３の処理部２４ｃとをこの順番で経由した後に排出口２３に到る。

第１の処理部２４ａには、第１の処理剤３１が配されている。第１の処理剤３１は、第１の処理部２４ａに充填されている。第１の処理剤３１は、金属の酸化物、金属の水酸化物及び金属の炭酸塩から選ばれた少なくとも一種の無機化合物を含む。本実施形態では、第１の処理剤３１は、硫黄原子を有する還元剤を含まない。

第２の処理部２４ｂには、第２の処理剤３２が配されている。第２の処理剤３２は、第２の処理部２４ｂに充填されている。第２の処理剤３２は、金属の酸化物、金属の水酸化物及び金属の炭酸塩から選ばれた少なくとも一種の無機化合物と、硫黄原子を有する還元剤とを含む。

第１及び第２の処理剤３１，３２に含まれる、金属の酸化物、金属の水酸化物及び金属の炭酸塩から選ばれた少なくとも一種の無機化合物は、例えばハロゲン化合物等の、被処理ガスに含まれる処理しようとする成分、又は処理しようとする成分から生成した成分と反応する。

金属の酸化物、金属の水酸化物及び金属の炭酸塩から選ばれた少なくとも一種の無機化合物の具体例としては、例えば、鉄、亜鉛、銅及びマンガンからなる群から選ばれた少なくとも一種の金属の酸化物、水酸化物又は炭酸塩等が挙げられる。これらのうちの１種のみを用いてもよいし、複数種類を混合して用いてもよい。なかでも、金属の酸化物、金属の水酸化物及び金属の炭酸塩から選ばれた少なくとも一種の無機化合物としては、鉄及び亜鉛の少なくとも一方を含む酸化物が好ましく用いられる。第１の処理剤３１に酸化鉄が含まれており、第２の処理剤３２に酸化亜鉛が含まれていることがより好ましい。

硫黄原子を有する還元剤は、被処理ガスに含まれる処理しようとする成分、又は処理しようとする成分から生成した成分と反応する。

硫黄原子を有する還元剤の具体例としては、例えば、亜硫酸塩、亜二チオン酸塩、四チオン酸塩、チオ硫酸塩等が挙げられる。好ましく用いられる亜硫酸塩の具体例としては、例えば、亜硫酸ナトリウム、亜硫酸カリウム、亜硫酸アンモニウム等が挙げられる。好ましく用いられる亜二チオン酸塩の具体例としては、亜二チオン酸ナトリウム、亜二チオン酸カリウム等が挙げられる。好ましく用いられる四チオン酸塩の具体例としては、四チオン酸ナトリウム、四チオン酸カリウム等が挙げられる。好ましく用いられるチオ硫酸塩の具体例としては、チオ硫酸ナトリウム、チオ硫酸カリウム、チオ硫酸アンモニウム等が挙げられる。これらの還元剤の１種のみを用いてもよいし、複数種類を混合して用いてもよい。

硫黄原子を有する還元剤は、Ｎａ_２Ｓ_２Ｏ_３・５Ｈ_２Ｏなどの水和物であることが好ましい。

第３の処理部２４ｃには、第３の処理剤３３が配されている。第３の処理剤３３は、第３の処理部２４ｃに充填されている。第３の処理剤３３は、酸化硫黄（ＳＯ_Ｘ）を吸着する吸着剤、及び酸化硫黄（ＳＯ_Ｘ）と反応する反応剤の少なくとも一方が配されている。

酸化硫黄を吸着する吸着剤の具体例としては、ゼオライト、活性炭、活性白土、シリカ、アルミナ等が挙げられる。これらのうちの１種のみを吸着剤として用いてもよいし、複数種類を吸着剤として用いてもよい。

酸化硫黄と反応する反応剤の具体例としては、重曹、消石灰、水酸化マグネシウム等が挙げられる。これらのうちの１種のみを反応剤として用いてもよいし、複数種類を反応剤として用いてもよい。

処理装置１の作用について、三塩化ホウ素ガスと、塩素ガスとを含む被処理ガスが処理装置１に導入された場合を例に挙げて説明する。なお、ここでは、第１の処理剤３１が酸化亜鉛又は酸化鉄を含み、第２の処理剤３２が酸化亜鉛又は酸化鉄とチオ硫酸ナトリウムとを含むものとする。

第１及び第２の処理剤３１，３２が酸化亜鉛を含む場合は、被処理ガスに含まれる三塩化ホウ素ガスは、以下の反応式（１）及び反応式（２）により、第１及び第２の処理剤３１，３２によって処理される。

ＢＣｌ_３＋３Ｈ_２Ｏ＝３ＨＣｌ＋Ｈ_３ＢＯ_３ ……… （１）
２ＨＣｌ＋ＺｎＯ＝ＺｎＣｌ_２＋Ｈ_２Ｏ ……… （２）
一方、第１及び第２の処理剤３１，３２が酸化鉄を含む場合は、被処理ガスに含まれる三塩化ホウ素ガスは、以下の反応式（１）、反応式（３）及び反応式（４）により、第１及び第２の処理剤３１，３２によって処理される。

ＢＣｌ_３＋３Ｈ_２Ｏ＝３ＨＣｌ＋Ｈ_３ＢＯ_３ ……… （１）
６ＨＣｌ＋Ｆｅ_２Ｏ_３＝２ＦｅＣｌ_３＋３Ｈ_２Ｏ ……… （３）
２ＢＣｌ_３＋Ｆｅ_２Ｏ_３＝２ＦｅＣｌ_３＋Ｂ_２Ｏ_３ ……… （４）
第２の処理剤３２が酸化亜鉛を含む場合は、被処理ガスに含まれる塩素ガスは、以下の反応式（５）により、第２の処理剤３２により処理される。

４Ｃｌ_２＋Ｎａ_２Ｓ_２Ｏ_３・５Ｈ_２Ｏ＋５ＺｎＯ＝２ＮａＣｌ＋３ＺｎＣｌ_２＋２ＺｎＳＯ_４＋５Ｈ_２Ｏ ……… （５）
特許文献１に記載の処理装置では、上流側に配された鉄化合物等により、三塩化ホウ素ガス等のハロゲン化物が処理される。一方、塩素ガス等のハロゲンガスは、上流側に配された鉄化合物等によっては処理されない。ハロゲンガスは、活性炭により吸着される。ここで、鉄化合物とハロゲン化物との反応は発熱反応である。このため、鉄化合物とハロゲン化物との反応により活性炭の吸着能が低下する。さらに、鉄化合物とハロゲン化物との反応により生じた水が活性炭に吸着されることにより、活性炭のハロゲン化物の吸着可能量が少なくなる。従って、特許文献１に記載の処理装置の、ハロゲン化物とハロゲンガスとを含む被処理ガスに対する処理能力は、必ずしも十分に高いとはいえない場合もある。

本実施形態の処理装置１における第１の処理剤３１とハロゲン化物との反応も発熱反応である。このため、第２の処理部２４ｂが第１の処理剤３１により加熱される。第２の処理剤３２とハロゲン化物、ハロゲンガスとの反応は、高温になるほど進行しやすくなる。このため、第１の処理剤３１とハロゲン化物との反応により、第２の処理剤３２によるハロゲン化物及びハロゲンガスの処理も促進される。従って、処理装置１は、ハロゲン化物とハロゲンガスとを含む被処理ガスに対して高い処理能力を有する。

なお、ハロゲンガスに対する処理能力を高める観点から、第１の処理剤にも硫黄原子を含む還元剤を含有させることも考えられる。しかしながら、硫黄原子を含む還元剤とハロゲンガスとの反応も発熱反応である。このため、第１の処理剤にまで硫黄原子を含む還元剤を添加してしまうと、第２の処理剤の温度が高くなりすぎる場合がある。よって、処理室において水分が欠乏してしまう場合がある。水分が欠乏すると、式（１）〜（４）から理解される通り、ハロゲン化物及びハロゲンガスの処理が進行しにくくなる。従って、ハロゲン化物及びハロゲンガスの処理能力がかえって低下してしまう。本実施形態のように、第１及び第２の処理剤３１，３２のそれぞれに、金属の酸化物、金属の水酸化物及び金属の炭酸塩から選ばれた少なくとも一種の無機化合物を含ませ、硫黄原子を有する還元剤は第１の処理剤３１に含有させず、第２の処理剤３２に含有させることにより、ハロゲン化物とハロゲンガスとを含む被処理ガスに対する高い処理能力を実現させることができる。

上記観点からは、処理装置の処理能力をさらに向上させるために、第３の処理剤を設けず、第１及び第２の処理剤のみを設けることも考えられる。しかしながら、本発明者らは、鋭意研究の結果、第１及び第２の処理剤のみを設けた場合は、排出口２３や排出口２３に接続された配管が腐食することがあることを見出した。排出口２３等が腐食する原因としては、定かではないが、被処理ガスの処理時に、硫黄原子を有する還元剤から酸化硫黄（ＳＯ_Ｘ）が発生していることが考えられる。

本発明者らは、上記知見に基づき、第２の処理剤３２の下流側に、酸化硫黄を吸着する吸着剤及び酸化硫黄と反応する反応剤のうちの少なくとも一方を含む第３の処理剤３３を配することに想到した。第３の処理剤３３を配することにより、第２の処理剤３２において酸化硫黄が発生した場合であっても、その酸化硫黄は第３の処理剤３３により吸着される。従って、排出口２３や、排出口２３に接続された配管等に腐食性のガスや液体が流入することが抑制される。

なお、第３の処理剤３３に吸着剤が含まれる場合、その吸着剤の吸着能は、高温になるほど低下する。しかしながら、発生する酸化硫黄は、被処理ガスに含まれるハロゲンガス等と比較して非常に少量であるため、吸着剤が高温になり、吸着剤の吸着能が低下しても、酸化硫黄の処理にそれほど大きな影響は発生しない。

また、例えばハロゲンガスに対して第２の処理剤３２が破過した場合であっても、第２の処理部２４ｂを通過したハロゲンガスは、第３の処理剤３３に吸着剤が含まれる場合は、その吸着剤により吸着される。従って、ハロゲンガスが排出口２３から排出されることを抑制することができる。

以下、本発明の好ましい実施形態の他の例について説明する。以下の説明において、上記第１の実施形態と実質的に共通の機能を有する部材を共通の符号で参照し、説明を省略する。

（第２の実施形態）
図２は、第２の実施形態に係るガスの処理装置の模式的断面図である。

本実施形態に係る処理装置２は、第３の処理部２４ｃを冷却する冷却機構４０を有する点で、第１の実施形態に係る処理装置１と異なる。冷却機構４０を設けることにより、第３の処理部２４ｃに配された吸着剤の温度が上昇することを抑制することができる。従って、吸着剤の吸着能の低下を抑制することができる。よって、酸化硫黄をより確実に吸着させることができる。

本実施形態では、冷却機構４０は、容器２１の外表面から突出する突起部によって構成されている。突起部は、図２に示されるように、容器２１の周方向に沿って延びていてもよいし、容器２１の高さ方向に沿って延びていてもよい。

本発明において、冷却機構は、突起部以外により構成されていてもよい。冷却機構は、例えば、ペルチェ素子などにより構成することもできるし、クーラントが供給される配管により構成することもできる。

（第３の実施形態）
図３は、第３の実施形態に係るガスの処理装置の模式的断面図である。

本実施形態に係る処理装置３は、サンプリングポート５１を有する。サンプリングポート５１は、第２の処理部２４ｂと第３の処理部２４ｃとの間のガスをサンプリングする。サンプリングされたガスは、サンプリングポート５１が接続された検知器５２に供給される。検知器５２は、ハロゲン化物及びハロゲンガスのうち、少なくともハロゲンガスの検知を行う。

本実施形態では、第３の処理剤３３は、酸化硫黄のみならずハロゲンガスを吸着する吸着剤を含む。

第２の処理剤３２がハロゲンガスに対して破過をした場合、検知器５２によって破過が検知される。破過が検知されたとしても、第２の処理剤３２を通過したハロゲンガスは、第３の処理剤３３により吸着される。このため、ハロゲンガスが排出口２３から排出されるようになる前に、第２の処理剤３２のハロゲンガスに対する破過を確実に検知することができる。

１，２，３：処理装置
１０：筐体
２０：処理カートリッジ
２１：容器
２２：導入口
２３：排出口
２４：処理室
２４ａ：第１の処理部
２４ｂ：第２の処理部
２４ｃ：第３の処理部
３１：第１の処理剤
３２：第２の処理剤
３３：第３の処理剤
４０：冷却機構
５１：サンプリングポート
５２：検知器

Claims (10)

1. 被処理ガスが導入される導入口と、処理済みのガスが排出される排出口と、前記導入口と前記排出口とに接続された処理室とを有する容器を備え、
   前記処理室は、
   第１の処理部と、
   前記第１の処理部よりも前記排出口側に位置する第２の処理部と、
   前記第２の処理部よりも前記排出口側に位置する第３の処理部と、
   を有し、
   前記第１の処理部には、金属の酸化物、金属の水酸化物及び金属の炭酸塩から選ばれた少なくとも一種の無機化合物が配されており、
   前記第２の処理部には、金属の酸化物、金属の水酸化物及び金属の炭酸塩から選ばれた少なくとも一種の無機化合物と、硫黄原子を有する還元剤とが配されており、
   前記第３の処理部には、酸化硫黄を吸着する吸着剤及び酸化硫黄と反応する反応剤の少なくとも一方が配されている、ガスの処理装置。
2. 前記無機化合物が、鉄及び亜鉛の少なくとも一方を含む酸化物である、請求項１に記載のガスの処理装置。
3. 前記第１の処理部には、酸化鉄が配されており、
   前記第２の処理部には、酸化亜鉛と前記硫黄原子を有する還元剤とが配されている、請求項２に記載のガスの処理装置。
4. 前記硫黄原子を有する還元剤は、亜硫酸塩、亜二チオン酸塩、四チオン酸塩及びチオ硫酸塩から選ばれた少なくとも一種である、請求項１〜３のいずれか一項に記載のガスの処理装置。
5. 前記吸着剤が、ゼオライト、活性炭、活性白土、シリカ及びアルミナからなる群から選ばれた少なくとも一種である、請求項１〜４のいずれか一項に記載のガスの処理装置。
6. 前記第２の処理部を冷却する冷却機構をさらに備える、請求項５に記載のガスの処理装置。
7. 前記第２の処理部と前記第３の処理部との間のガスをサンプリングするサンプリングポートを有する、請求項５又は６に記載のガスの処理装置。
8. 前記反応剤が、重曹、消石灰及び水酸化マグネシウムからなる群から選ばれた少なくとも一種である、請求項１〜７のいずれか一項に記載のガスの処理装置。
9. ハロゲン化物と、ハロゲンガスとを含む被処理ガスが導入される、請求項１〜８のいずれか一項に記載のガスの処理装置。
10. 被処理ガスが導入される導入口と、処理済みのガスが排出される排出口と、前記導入口と前記排出口とに接続された処理室とを有する容器を備え、
    前記処理室は、
    第１の処理部と、
    前記第１の処理部よりも前記排出口側に位置する第２の処理部と、
    前記第２の処理部よりも前記排出口側に位置する第３の処理部と、
    を有し、
    前記第１の処理部には、金属の酸化物、金属の水酸化物及び金属の炭酸塩から選ばれた少なくとも一種の無機化合物が配されており、
    前記第２の処理部には、金属の酸化物、金属の水酸化物及び金属の炭酸塩から選ばれた少なくとも一種の無機化合物と、硫黄原子を有する還元剤とが配されており、
    前記第３の処理部には、酸化硫黄を吸着する吸着剤及び酸化硫黄と反応する反応剤の少なくとも一方が配されている、ガスの処理カートリッジ。
    

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