JP2642140B2 - 電子部品の製造に伴うガス状流出物の処理方法および該方法を実施するための焼却装置 - Google Patents

電子部品の製造に伴うガス状流出物の処理方法および該方法を実施するための焼却装置

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JP2642140B2 JP63150380A JP15038088A JP2642140B2 JP 2642140 B2 JP2642140 B2 JP 2642140B2 JP 63150380 A JP63150380 A JP 63150380A JP 15038088 A JP15038088 A JP 15038088A JP 2642140 B2 JP2642140 B2 JP 2642140B2
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    • B01D53/34—Chemical or biological purification of waste gases
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23G—CREMATION FURNACES; CONSUMING WASTE PRODUCTS BY COMBUSTION
    • F23G7/00—Incinerators or other apparatus for consuming industrial waste, e.g. chemicals
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23G—CREMATION FURNACES; CONSUMING WASTE PRODUCTS BY COMBUSTION
    • F23G2209/00—Specific waste
    • F23G2209/14—Gaseous waste or fumes
    • F23G2209/142—Halogen gases, e.g. silane

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、特に無機水素化物を含むガス状流出物を焼
却するための方法と、前記流出物を処理するための装置
に関する。
〔従来の技術および発明が解決しようとする課題〕
集積回路および電子部品の製造、特にケミカル・ベー
パー・デポシション（CVD）の技術を用いる分野におい
ては、汚染および火災を防止するために、使用するガス
及び／又は該技術により発生したガスの大気中への排出
を回避することが不可欠である。実際、ガス状流出物中
に含まれる或る種のガス状化合物は人間にとって有害で
ある。また、高温で空気と接触することにより燃焼し、
大気温度下であっても、空気等の何らかの酸化剤と接触
すれば即座に燃焼し燃え上がる。
処理されるべき流出物にはメタライゼーションガスの
みならず、デポシション反応または副反応により発生ま
たは派生する化合物、更にメタライジングガスとこれに
接触する物質（例えばポンプ油）の間の反応によって生
じる生成物が含まれる。
問題になるのは、金属水素化物、金属カルボニル化合
物、場合によってはハロゲン化無機化合物、有機可燃性
化合物またはガス状可燃性化合物である。
従って、特に処理されるべきガス状流出物を例示すれ
ば、就中SiH4,Si2H6,Si3H8のような水素化硅素、アルシ
ンAsHのような水素化砒素、B2H6のような水素化ホウ
素、GeH3のような水素化ゲルマニウム等の可燃性無機水
素化物である。また、SiHxCl4-xで示されるハロゲノシ
ラン、および製造原料に用いられ或いは製造原料中に含
まれるモリブデンのようなその他の金属の化合物が挙げ
られる。
金属カルボニルおよびハロゲン化無機化合物の中で
は、Ｗ（CO）6,Mo（CO）６、硅素，チタン，タングステ
ン，モリブデン又はタンタルのフッ化物またはヨウ化物
が挙げられる。
また、ポンプのからの排出物中に含まれるものとし
て、有機シラン及び／又はハロゲノシラン、ハロゲン化
水素、エッチングガスから派生する窒素を含むガス、ポ
ンプに由来する有機化合物等が挙げられる。
上記ガス状流出物を浄化し、これら有毒で危険な成分
を除去する従来の方法は、真空ポンプのような一つ以上
のポンプを用いてCVD装置からガス状流出物を吸引し、
次いでこれらのガス状流出物を一つ以上の吸収塔または
カラムに通し、そこで固体または液体の吸収剤に接触さ
せるものである。こうして有害なガス状成分の全部また
は一部を吸収された後、除去さるべき残りの成分の性質
に応じ、ガス状流出物はバブリング又は他の吸収処理に
よって処理される。
しかしながら、この従来の方法では使用する吸収剤が
速やかに汚染および／または消費されてしまうから、所
定の浄化効果を確保するためには吸収剤を頻繁に取替え
なければならない。更に、上記の用途に用いる吸収剤は
高価で且つ再生できないものが多いから、吸収剤の取替
えが必要であることは、工業的な連続プロセスに殆ど適
合しない。
ガス状流出物が装置を出たときにこれを燃焼させる別
の方法は、可燃性流出物の変動レベルを許容範囲に維持
するのが困難であるため、危険である。即ち、可然性物
質の放出が止まれば燃焼は停止する。放出が再開された
とき、燃焼が維持されていなければ可燃性ガスが蓄積
し、CVD装置にまで広がる爆発の危険を生じることにな
る。
燃焼を維持するために注意を払ったとしても、CVD装
置にまで広がる爆発の危険は無くならない。例えば、CV
D装置から燃焼部位までのパイプにリーク箇所が発生す
ると、装置内の放出圧が低下したときに該リーク箇所か
ら空気が侵入するため、爆発の危険が生じることにな
る。
〔課題を解決するための手段〕
本発明は、上記に定義したガス状流出物を処理する方
法に関し、次の構成によって特徴付けられる。即ち、こ
の方法は流出ガスを不活性のキャリアガスによって吸引
し、次いで予め加熱された酸化性ガスと良く混合した
後、充分な温度において焼却に充分な時間だけ両者を接
触させておく。続いて、凝縮物が得られるまで熱交換に
より酸化生成物を冷却し、固体の酸化生成物を集めると
共に、残りのガスを洗浄する。この方法においては、ガ
スの流れに沿って連続的な圧力低下を生じさせるのが望
ましい。
本発明において用いる酸化性ガスとしては、酸素、空
気、オゾン等が挙げられる。
酸化性ガスの余熱温度は、酸化すべき物質の種類によ
っても異なる。酸化性ガスとして空気を用いる場合の余
熱温度は、例えば被酸化物質がシランのときで最低550
℃（好ましくは650℃〜1100℃）、水素のときで最低100
0℃である。
本発明において、焼却のための充分な滞留時間は温度
に依存する。例えば、被処理物質がシランの場合、650
℃において必要とされる最低滞留時間は１秒、1100℃に
おいて必要とされる最低滞留時間は0.3秒である。
本発明によって焼却された化合物、即ち、温度に応じ
て酸化されるに充分な時間だけ焼却室内に滞留された化
合物は、続いてコールドウオールを有する熱交換器内で
冷却され、酸化物の形で凝縮される。
シリコンの酸化物（シリカ）および主な金属の酸化物
は固体の粒子であり、例えば濾過および／または遠心分
離のような機械的な分離手段によって残余ガスから分離
される。
残余ガスは、好ましくはアルカリ溶液中で洗浄される
ことにより、例えばHFやHCl等の酸をトラップされ、次
いで大気中に放出される。
本発明による方法の第一の利点は、望ましくない元素
が固体の形に酸化されるため、より高い信頼性で且つ容
易にこれをトラップできることである。
ガス流に沿って圧力低下の連鎖が実現されるという本
発明の特徴は、火炎の戻りまたは酸化剤の逆流による爆
発の危険を回避できるという利点をもたらす。
最初の圧力低下はエジェクター装置によって達成され
る。エジェクター装置としては、例えば窒素等の不活性
なガスとキャリアガスとしたアスピレータを用いること
ができる。この中ではベンチュリ効果により、不活性ガ
スがCVD装置の出口で流出ガスをポンピングし又は吸引
する。このポンピング装置は機械的な装置ではないた
め、例えばファン等の機械的な装置に比べると、腐蝕に
よる故障の心配がない。
本発明の方法は焼却を含んでいるが、処理すべきガス
が連続的に放出されることを必要としない。従って、ガ
ス流出が停止したり停止したりしても不都合を生じな
い。
本発明はまた、無機水素化物、ハロゲン化無機化合
物、ガス状で可燃性の有機化合物を含有するガス状流出
物の混合物を焼却するための装置に関する。この装置
は、空気入口、バーナーおよび熱空気出口を備えた少な
くとも一つの空気余熱室と、酸化性の熱ガスとガス状流
出物との混合室であって、酸化性の熱ガス入口、ガス状
流出物の注入口、混合を誘発する手段および混合物のた
めの出口開口を具備した混合室と、前記混合物の入口を
具備した焼却室と、焼却からの流出物を排気する手段を
備えた冷却および固体物質収集のための領域とを具備し
ている。なお、ガスの流れ方向に連続的な圧力低下を起
こさせるための手段を具備させるのが望ましい。
以下、図面を参照して本発明をより詳細に説明する。
第１図において、CVD装置１の流出ガスはパイプ11を
通り、ポンプ２により吸引されることにより、パイプ12
を通ってエジェクター３に導入される。エジェクター３
は、化学実験室等で用いられる通常のアスピレータと同
様に構成を有している。但し、エジェクターを駆動する
ためのキャリガスとして、例えば窒素等の不活性なガス
を用いる。このキャリアガスはパイプ14を通してエジエ
クター３に導入され、その流れはベンチュリ効果によっ
てCVD装置からの流出ガスを随伴させる。従って、流出
物はベンチュリ効果により吸引され、キャリアガスによ
り稀釈および随伴される。
また、エジェクタ３はCVD装置側へのガスの逆流を防
止する上で極めて有効である。従って、爆発の危険を回
避できるのみならず、装置保守の観点からも極めて有用
である。例えば、装置を停止している間に水分が装置側
に侵入した場合、内部に残存する反応性ガスと水とが反
応して腐蝕性のガスを発生し、パイプに腐蝕孔を生じ
る。これはリークの原因となり、既述した爆発の危険を
生じる。このような事態は、装置の停止中でもエジェク
ター３に不活性ガスを流しておくことにより、略完全に
防止できる。
エジエクター３でキャリアガスに稀釈され、同伴され
た流出物はパイプ14を通って予備混合室４に達し、パイ
プ16を通って供給される不活性ガスでシースされて予備
混合室内に入る。バーナー17で燃焼された可燃性ガス
は、パイプ18を通過する空気流を予備混合室４に入る前
に加熱する。ここでは、パイプ14及び18から来るガス
が、渦効果によって焼却室５に達する前に良好に混合さ
れる。使用される酸化性ガスは空気であるが、酸素また
は他の酸化剤を添加した空気を用いてもよい。滞留の期
間は、可燃性物が確実に酸化物に転化されるに充分な時
間である。熱交換器６内では酸化物が凝縮され、パイプ
19を通ってフィルター７に導入され、ここで酸化物の粒
子はトラップされる。残余ガスは湿潤媒体を満した洗浄
塔または洗浄槽８を通り、ファンエクストラクター９に
より装置から引出された後、パイプ22を通って大気中に
排出される。
安全装備として設けたパイプ14,15中のバルブ24,25
は、吸収剤のカートリッジ10へガス流をバイパスするこ
とを可能とする。これにより、焼却装置4,5,6が一時的
に停止した場合にも流出ガスの洗浄が行なわれる。
第２図は、本発明による焼却装置の一実施例を示して
いる。この装置には、円筒状の予備混合室34が設けられ
ている。予備混合質34の一部には余熱された空気を供給
するパイプ31が設けられ、他部にはシース用の不活性ガ
ス源（図示せず）に接続された二重パイプが設けられて
いる。二重パイプ32の内部パイプ33は、稀釈された流出
物の供給源に接続されている。
シーシングが達成されることにより、可燃性ガスが注
入される際の可燃性ガスの酸化が防止される。これによ
り、可燃性ガスの酸化物で流入口が閉塞され、注入が停
止される事態が回避される。
これらパイプ32,33は予備混合室34の主軸に対して平
行に設けられているが、該主軸に一致してはいない。パ
イプ31は、予備混合室34の主軸に直行する方向に設けら
れているが、該軸から偏位した方向に設けられている。
この構成は、渦効果による酸化剤と流出混合物との良好
な混合を可能とする。スロットルネック38によって、予
備混合室34はこれよりも容積の大きい焼却室35から分離
される。なお、二重パイプ32,33も、予備混合室34の主
軸に直行し且つ該軸から偏位した方向に設けてもよい。
スロットルネック39によって、焼却室35は水で冷却さ
れたコールドウオールを有する冷却室36から分離され
る。このコールドウオールを有する熱交換器の中で冷却
される間に、焼却室から出されたサブミクロン寸法の粒
子は凝集し、フィルターで容易に捕捉され得る数ミクロ
ン程度の大きさに達する。収集器４には排出パイプ37が
設けられている。該排出パイプ37は、図示しない粒子フ
ィルター、ガス洗浄器およびファンエクストラクターに
導かれる。
〔実施例〕
上述した装置を、CVD装置の化学反応器および／また
は主ポンプから出される排出物の焼却に適用した。酸化
性ガスとしては空気を用いた。
エジェクターにおいて、駆動流体N2の流速は標準状態
で２〜3m3/hr、圧力は約1Kg/cm2である。エジエクター
３の中で発生した次の特性で表わされるベンチュリ効果
によって、CVD装置の排出が吸引される。
シースガスおよび予備混合室で発生する渦は、酸化物
粒子の形成および該粒子が混合室の壁に付着して蓄積す
るのを防止する効果をも有し、これによって予備混合室
の動作が停止する危険が回避される。
バーナーは空気／プロパンの火炎を生じ、これによっ
て1000℃、最高1400℃の温度にまで空気を余熱する。こ
のバーナーは10,000kcal/hrの熱パワーを発揮する。
火炎ガスの流速は、何れも標準状態でプロパンが0.2
〜0.3m3/hr、空気が6m3/hrである。これによって、温度
約1100℃、最高1200℃のチャンバー内に、その接線方向
に注入される標準状態で6m3/hrの空気を余熱できる。
予備混合室において、標準状態で2m3/hrのシース窒素
は、標準状態で１〜５/minの処理さるべき流出物を随
伴している。
酸化物の形成を可能とする焼却室内の滞留時間は約５
秒で、酸化物は約800℃の温度で発生する。
熱交換器は約600℃の入口温度および約110℃の出口温
度（最高温度は夫々800℃及び180℃）を有し、これによ
って5mmH2Oの圧力低下がもたらされる。
フィルターとしては、ゴルテックス（gortex）の名前
で知られるPTFEフィルターを用いた。このフィルター
は、ミクロン寸法の粒子を捕捉することができ、また操
作温度（180℃未満）および酸に対して耐性を有する。
冷却器とフィルターとの間、およびフィルターの洗浄
槽との間のパイプは、水の凝縮を回避するために100℃
を超える温度に維持した。
残余ガスから得に酸をトラップするために適用される
洗浄槽には、３％の洗濯ソーダを用いた。
洗浄槽の下流に配置され、残余ガスを大気中に排出す
る前に低圧を与えるファンエクストラクターは、2m3/mi
nの流速を有し、500mmH2Oの圧力低下をもたらす。
装置全体を通してのシール性、特に焼却装置における
シール性は、銅またはアスベスト製のシール部材を用い
ることにより確保した。
金属製の部材または壁には、316L型のステンレス鋼を
用いた。特に予備混合室および焼却室に用いた絶縁材料
は、耐火材料Al2O3−SiO2である。
上記のプロセス及び装置で処理することにより、排出
ガス中における問題の化学物質含有量は、工業上の基準
である許容値よりも低い値に押えられた。これらの濃度
は、排出ガスの環境下において一日８時間で週５日の
間、何等の影響もなく作業することを可能とするもので
あった。
【図面の簡単な説明】
第１図は本発明の方法を実施するための装置の構成を示
すフローチャート、第２図は本発明による焼却装置を模
式的に示す断面図である。 １……CVD装置、２……ポンプ、３……エジェクター、
４……混合室、５……焼却室、６……熱交換器、７……
フィルター、８……洗浄槽、９……ファンエクストラク
ター、10……吸収カートリッジ、11〜23……パイプ、2
4,25……バルブ、31……余熱空気供給パイプ、32……二
重管、33……内管、34……予備混合室、35……焼却室、
36……冷却室、37……排出パイプ、38,39……スロット
ルネック
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭49−54268（ＪＰ，Ａ)

Claims (14)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】酸化され得るガス状流出物を不活性なキャ
    リアガスによって吸引する工程と、この吸引されたガス
    状流出物に、予め加熱された酸化性ガスを混合する工程
    と、この混合ガスを焼却に充分な温度において充分な時
    間だけ両者を接触させて酸化する工程と、酸化生成物を
    熱交換器で冷却することにより凝縮させる工程と、固体
    状に凝縮した酸化生成物を集める工程と、残りのガスを
    洗浄する工程とを具備したことを特徴とする酸化可能な
    ガス状流出物を連続的に処理する方法。
  2. 【請求項２】前記吸引の前においても、前記ガス状流出
    物に不活性のキャリアガスを混入することを特徴とする
    請求項１に記載の方法。
  3. 【請求項３】ガス流に沿った連続的な圧力低下を実現す
    ることとを特徴とする請求項１または２に記載の方法。
  4. 【請求項４】前記ガス状流出物と酸化剤との混合が、ガ
    スの渦によって達成されることを特徴とする請求項１〜
    ３の何れか１項に記載の方法。
  5. 【請求項５】前記吸引されたガス状流出物と酸化剤とを
    混合する際、流出ガスを不活性ガスでシースした状態で
    混合することを特徴とする請求項１〜４の何れか１項に
    記載の方法。
  6. 【請求項６】前記酸化剤と混合される前に、前記ガス状
    流出物がキャリアガス流によって稀釈され随伴されるこ
    とを特徴とする請求項１〜５の何れか１項に記載の方
    法。
  7. 【請求項７】無機水素化物、ハロゲン化無機化合物、ガ
    ス状で可燃性の有機化合物を含有するガス状流出物の混
    合物を焼却するための装置であって、酸化性ガス入口、
    バーナーおよび酸化性熱ガス出口を備えた酸化性ガスの
    ための少なくとも一つの余熱室と、酸化性熱ガス入口、
    ガス状流出物を注入するためのノズル、混合を誘発する
    手段および混合物のための出口を備えた酸化性熱ガスと
    ガス状流出物とを混合するための予備混合室と、この予
    備混合室で形成された混合物のための入口を備えた焼却
    室と、焼却室からの流出物を冷却するための領域と、排
    気手段を備えた固体物質収集器とを具備したことを特徴
    とする装置。
  8. 【請求項８】前記予備混合室の上流に、ガスの逆流を防
    止するための手段を具備したことを特徴とする請求項７
    に記載の装置。
  9. 【請求項９】前記予備混合室に至る前のガス流路をバル
    ブを介して分岐し、この分岐した流路に、吸収剤を充填
    した処理室をバックアップシステムとして設けたことを
    特徴とする請求項７又は８に記載の装置。
  10. 【請求項１０】ガスの流れ方向に沿って連続的な圧力低
    下を起こさせるための手段を具備したことを特徴とする
    請求項７〜９の何れか１項に記載の装置。
  11. 【請求項１１】前記圧力低下を生じるための手段が、特
    に予備混合室と焼却室との間および焼却室と冷却領域と
    の間に設けたスロットルを含むことを特徴とする請求項
    10に記載の装置。
  12. 【請求項１２】前記予備混合室がガス状の渦を形成する
    手段を備えていることを特徴とする請求項７〜11の何れ
    か１項に記載の装置。
  13. 【請求項１３】前記予備混合室が筒状で、酸化性熱ガス
    の入口パイプの方向が前記ガス状流出物を注入するため
    のノズルに対して実質的に直行しており、ノズルの注入
    方向が予備混合室の軸に平行で且つ両者は一致しておら
    ず、また前記パイプの方向は予備混合室の軸に交差しな
    いことを特徴とする請求項７〜12の何れか１項に記載の
    装置。
  14. 【請求項１４】前記冷却領域が、コールドウオールを有
    する熱交換器であることを特徴とする請求項７〜13の何
    れか１項に記載の装置。
JP63150380A 1987-06-19 1988-06-20 電子部品の製造に伴うガス状流出物の処理方法および該方法を実施するための焼却装置 Expired - Lifetime JP2642140B2 (ja)

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