JP3109480U

JP3109480U - 高効率パーフルオロ化合物廃ガスプラズマ処理装置

Info

Publication number: JP3109480U
Application number: JP2004007486U
Authority: JP
Inventors: 石治鄭
Original assignee: 華懋科技股▲ふん▼有限公司
Priority date: 2004-12-20
Filing date: 2004-12-20
Publication date: 2005-05-19
Anticipated expiration: 2010-12-20

Abstract

【課題】高効率パーフルオロ化合物廃ガスプラズマ処理装置の提供。
【解決手段】プラズマ発生装置１１２、反応室１１３、噴水器セット１２０、水槽、湿式洗浄タワー１５０を具え、導入した廃ガスと高温プラズマを直接作用させ、更に反応室内に導入して処理し、並びに反応室の出口部分に噴水器セットを設置し、廃ガスを噴水器セットで降温した後、更に湿式洗浄タワーに導入して処理してから排出する。この湿式洗浄タワーの循環用水は水槽１３０より供給する。
【選択図】図３

Description

本考案は一種のパーフルオロ化合物プラズマ処理装置に係り、特に、パーフルオロ化合物廃ガス処理の切迫した必要を鑑み、高エネルギー密度プラズマによる高温分解及び洗浄除害の設計原理により設計された高効率パーフルオロ化合物プラズマ処理装置であり、プラズマ発生装置、反応室、噴水器セット、水槽、湿式洗浄タワーを具え、導入した廃ガスと高温プラズマを直接作用させ、更に反応室内に導入して処理し、並びに反応室の出口部分に噴水器セットを設置し、廃ガスを噴水器セットで降温した後、更に湿式洗浄タワーに導入して処理してから排出する。この湿式洗浄タワーの循環用水は水槽より供給する。本考案の装置のＣ₂ Ｆ₆ の破壊除去率は９９．９％にも達し、環境保護における価値を非常に有し、また同時に多種類のパーフルオロ化合物廃ガスを処理でき、ＣＦ₄ 、Ｃ₂ Ｆ₆ 及びＮＦ₃ 等の有害廃ガスの化学結合を破壊、分解し、且つその除去効率は９９％以上に達する。

パーフルオロ化合物は地球温暖化の原因の一つであり、１９９７年の国際連合枠組条約京都議定書中に、各国は６種類の主要な温暖化ガス（ＣＯ₂ 、ＣＨ₄ 、Ｎ₂ Ｏ、ＳＦ₆ 、ＨＦＣｓ及びパーフルオロ化合物ＰＦＣｓの具体的減量方案及びタイムテーブルが定められた。六種類の地球温暖化ガス中、ＳＦ₆ 、ＨＦＣｓ及びパーフルオロ化合物ＰＦＣｓは人造のガス成分である。ＨＦＣｓ及びＰＦＣｓはオゾン層を破壊しないとはいえ、温室化を押し進めるガスであり、高い地球温暖化指数（ＧｌｏｂａｌＷａｒｍｉｎｇＰｏｔｅｎｔｉａｌ；ＧＷＰ）を有し、ＨＦＣｓ、ＰＦＣｓ、ＳＦ₆ のＧＷＰはそれぞれ１４０−１１７００、６５００−９２００、２３９００であり、大気層中に相当長時間停留し、極めて長いライフサイクルを有し、大気中の累積効果は不可逆的である。近年、半導体工程（ＣＶＤ堆積層に対するドライエッチング工程等）は広くＣＦ₄ 、Ｃ₂ Ｆ₆ 、ＮＦ₃ 等のパーフルオロ化合物（ＰＦＣ；Ｐｅｒｆｌｕｏｒｏｃｏｍｐｏｕｎｄ）を反応ガスとしており、これらのガスは少部分が使用され、残りの大部分（ＣＶＤで約９０％残る）が廃ガスとして排出され、地球温暖化効果の重要な原因となる。半導体産業が発達した各国はすでに将来ＰＦＣｓガスの排出を減少する法規を制定することを共同で認知及び協議している。台湾半導体産業もまたこの協議の約束を受けとっている。ただし現在の半導体設備装置の製造技術は日増しに精密となり、パーフルオロ化合物の使用量も半導体工程の進歩に伴い増加し、これにより、環境公害の発生を管理制御及び防止し、新たなＰＦＣｓ廃ガス処理システムを採用して将来の過酷な廃ガス排出基準に対応できるようにすることが必要である。

図１は周知のパーフルオロ化合物電熱加熱箱処理装置を示す。廃ガスは電熱加熱箱１０に導入され、電熱線１１により加熱されて高温でパーフルオロ化合物が分解され、最後に煙突３０より排出される。ただし、電熱加熱を採用しているため、一方で電気エネルギーを非常に消耗しエネルギー効率が悪く、また一方で、加熱の最高温度が僅かに摂氏１２００度にしか達さず、一定の加熱反応時間を必要とし、ゆえに一般に処理風量が小さく、また、固体物が電熱加熱箱１０中に残留しやすい。

図２は周知のパーフルオロ化合物燃焼炉焼却処理装置である。典型的なものはガスを燃料として使用し、ガスを火焔ノズル４１に導入して点火し燃焼させてエネルギー密度が１〜３ＭＪ／ｋｇの火焔を形成し、更に廃ガスを燃焼炉４０内に導入して分解焼却を行ない、更に、風車５０で処理後のガスを煙突６０に送り大気中に排出する。この装置の長所は廃ガス処理量が大きく且つ温度は電熱のものより高いことである。しかし、近年、半導体工場は安全を考慮し、工場内にガス燃焼炉焼却処理装置を廃ガス処理装置として採用しないよう自己規定して危険を回避している。

本考案はパーフルオロ化合物廃ガス処理の切迫した必要を鑑み、高エネルギー密度のプラズマによる高温分解及び洗浄除害の設計原理に基づき、一種の高効率パーフルオロ化合物廃ガスプラズマ処理装置を提供するものである。

請求項１の考案は、プラズマ発生装置、反応室、噴水器セット、水槽、湿式洗浄タワーを具えた高効率パーフルオロ化合物廃ガスプラズマ処理装置において、
導入ガスに高温プラズマを直接作用させ、更に反応室内に導入して処理し、並びに反応室の出口部分に噴水器セットを設置し、廃ガスを噴水器セットで降温した後、更に湿式洗浄タワーに導入して処理してから排出し、この湿式洗浄タワーの循環用水は水槽より供給することを特徴とする、高効率パーフルオロ化合物廃ガスプラズマ処理装置としている。
請求項２の考案は、請求項１記載の高効率パーフルオロ化合物廃ガスプラズマ処理装置において、プラズマ発生装置は直流電力を供給して高温プラズマを発生する非伝送型直流プラズマ発生装置であることを特徴とする、高効率パーフルオロ化合物廃ガスプラズマ処理装置としている。
請求項３の考案は、請求項１記載の高効率パーフルオロ化合物廃ガスプラズマ処理装置において、反応室の内層材料が耐火断熱材料とされたことを特徴とする、高効率パーフルオロ化合物廃ガスプラズマ処理装置としている。
請求項４の考案は、請求項１記載の高効率パーフルオロ化合物廃ガスプラズマ処理装置において、噴水器セットの代わりに二組或いは二組以上の数量の噴水器が使用されたことを特徴とする、高効率パーフルオロ化合物廃ガスプラズマ処理装置としている。
請求項５の考案は、請求項１記載の高効率パーフルオロ化合物廃ガスプラズマ処理装置において、湿式洗浄タワーの後に風車が設置されたことを特徴とする、高効率パーフルオロ化合物廃ガスプラズマ処理装置としている。
請求項６の考案は、請求項１記載の高効率パーフルオロ化合物廃ガスプラズマ処理装置において、プラズマ発生装置と反応室に直立方式の配置が採用され、且つ配置されたプラズマ発生装置の火焔方向が廃ガス気流方向と相互に垂直であることを特徴とする、高効率パーフルオロ化合物廃ガスプラズマ処理装置としている。

本考案の応用範囲は半導体及びその他の工業工程のパーフルオロ化合物等有害廃ガス処理、例えば、Ｃ₂ Ｆ₆ 、ＳｉＨ₄ 、ＣＦ₄ 、ＮＦ₃ 、ＣＨＦ₃ 等の廃ガス処理を包含する。本考案の基本の作業原理は以下のとおりである。直流プラズマ発生装置で高温（摂氏１０，０００度より高い）、高エネルギー密度（１０−８０ＭＪ／ｋｇ）のプラズマを発生し、廃ガス中のパーフルオロ化合物を熱分解、原子化、イオン化し、パーフルオロ化合物の化学結合を分離させて壊し、並びに水或いは酸素ガスと結合させ、簡単に処理できる分子或いは原子、例えば水素、一酸化炭素、二酸化炭素及びフッ化水素等を形成し、比較的大きな、或いは複雑な分子を形成する機会を無くす。これは一般の伝統的な熱燃焼炉では達成不能である。

本考案のパーフルオロ化合物プラズマ処理装置は、プラズマ発生装置、反応室、噴水器セット、水槽、湿式洗浄タワーを具え、導入した廃ガスと高温プラズマを直接作用させ、更に反応室内に導入して処理し、並びに反応室の出口部分に噴水器セットを設置し、廃ガスを噴水器セットで降温した後、更に湿式洗浄タワーに導入して処理してから排出する。この湿式洗浄タワーの循環用水は水槽より供給する。

本考案の応用範囲は半導体及びその他の工業工程のパーフルオロ化合物等有害廃ガス処理、例えば、Ｃ₂ Ｆ₆ 、ＳｉＨ₄ 、ＣＦ₄ 、ＮＦ₃ 、ＣＨＦ₃ 等の廃ガス処理を包含する。本考案の基本の作業原理は以下のとおりである。直流プラズマ発生装置で高温（摂氏１０，０００度より高い）、高エネルギー密度（１０−８０ＭＪ／ｋｇ）のプラズマを発生し、廃ガス中のパーフルオロ化合物を熱分解、原子化、イオン化し、パーフルオロ化合物の化学結合を分離させて壊し、並びに水或いは酸素ガスと結合させ、簡単に処理できる分子或いは原子、例えば水素、一酸化炭素、二酸化炭素及びフッ化水素等を形成し、比較的大きな、或いは複雑な分子を形成する機会を無くす。これは一般の伝統的な熱燃焼炉では達成不能である。例えばその反応方程式は以下のとおりである。
Ｃ₂ Ｆ₆ ＋４Ｈ₂ Ｏ→６ＨＦ＋２ＣＯ₂ ＋Ｈ₂
ＳｉＨ₄ ＋Ｏ₂ →ＳｉＯ₂ ＋２Ｈ₂
ただし、プラズマ処理後の廃ガス温度は極めて高く、並びにフッ化水素ガスを発生するため、プラズマ反応室出口部分に、噴水器セットを設置し、水霧を噴出させて、ガス温度を迅速に下げ、並びに一部のＨＦを溶解させる。ただし高温はガス溶解度に影響を与えるため、溶解度は高くなく、ゆえに廃ガスを水霧により冷却した後に、更に湿式洗浄タワーに導入する。該湿式洗浄タワーの内部には高表面積充填物を充填し、並びに噴水器セットを設けている。廃ガスがこの湿式洗浄タワーを通過する時、その付帯する固体微粒子、例えばシリコン粉末は洗浄除去され、またフッ化水素もここで吸収され、フッ化水素含有産物を処理する時、噴出する水霧にアルカリを加えてフッ化水素の酸性を中和する。現況では科学園區に廃水処理場が設けられている場合、通常フッ素含有廃水が廃水処理場で処理されているため、本考案の水槽の貯水は廃水処理場にバッチ排出或いは連続排出することができる。

図３は本考案の高効率パーフルオロ化合物廃ガスプラズマ処理装置の好ましい実施例を示す。本考案の実行性と優越性をご理解いただけるように、以下にその原理及び運転方式について説明する。

本考案は高エネルギー密度プラズマで高温分解及び洗浄除害の設計原理に基づいて創作された高効率パーフルオロ化合物廃ガスプラズマ処理装置である。その特徴は、廃ガスを導入して高温プラズマと直接作用させ、更に反応室内で処理し、並びに反応室出口に噴水器セットを設けて、廃ガス温度を噴水器セットにより下げ、更に湿式洗浄タワーに導入して処理した後に排出する。この湿式洗浄タワーの循環用水は水槽より供給する。本考案の運転は以下のとおりである。プラズマ反応器１１０は廃ガス入口１１１、プラズマ発生装置１１２、反応室１１３の三つの部分を具え、そのうち該反応室内部は耐火断熱材料で構築され、プラズマ発生装置の加熱下で、高温環境を形成する。パーフルオロ化合物廃ガスは廃ガス入口１１１よりプラズマ反応器１１０中に進入し、プラズマ発生装置１１２の極高温（摂氏１０，０００度）のプラズマビーム流を通過し、パーフルオロ化合物廃ガスがプラズマ発生装置１１２と反応室１１３中で、瞬間的に熱分解され、原子化或いはイオン化し、パーフルオロ化合物の化学結合が解離し、処理が簡単な分子或いは原子、例えば、水素、一酸化炭素、二酸化炭素及びフッ化水素等を形成し、比較的大きな、或いは複雑な分子を形成する機会を無くす。これは一般の伝統的な熱燃焼炉では達成不能である。ただし、プラズマ反応器１１０で処理後の廃ガス温度は非常に高く、並びにフッ化水素ガスを発生するため、プラズマ反応器１１０の反応室１１３出口部分に噴水器セット１２０が設置される。噴水器セット１２０には水量制御弁１２１が設けられて噴水量を制御して噴水ヘッド１２２より水霧を噴出させ、この水により熱量を吸収させて廃ガス温度を急速に下げ、並びに一部のフッ化水素（ＨＦ）を溶解させる。ただし高温はガス溶解度に影響を与えるため、溶解度は高くなく、ゆえに廃ガスを水霧により冷却した後に、更に湿式洗浄タワー１５０に導入する。該湿式洗浄タワー１５０の内部には高表面積充填物を充填し、並びに噴水器セット１５１が設けられている。噴水器セット１５１の水源はポンプ１４０により水槽１３０の水が吸い上げられて供給される。ポンプ１４０の前に濾過器１４１が設置されて不純物及び固体物が除去される。廃ガスはこの湿式洗浄タワー１５０を通過する時、その付帯する固体微粒子、例えばシリコン粉末は洗浄除去され、またフッ化水素もここで吸収され、フッ化水素含有産物を処理する時、噴出する水霧にアルカリを加えてフッ化水素の酸性を中和する。但し現況では科学園區に廃水処理場が設けられている場合、通常フッ素含有廃水が廃水処理場で処理されているため、本考案の水槽の貯水は廃水処理場にバッチ排出或いは連続排出することができる。廃ガスソースの提供する気流静圧が不足する時、本考案の湿式洗浄タワー１５０後端には風車１６０を設置可能でこれにより静圧を補足し、順調に設計された風量値を排出できるようにする。本考案はプラズマ反応器１１０を採用したことにより周知の処理方式例えば燃焼法のエネルギー密度より高く、これにより、パーフルオロ化合物の分解効率が高く、効率が大幅に向上され、Ｃ₂ Ｆ₆ の破壊除去率は９９．９％に達し、環境保護価値を非常に有している。また同時に多種類のパーフルオロ化合物廃ガスを処理でき、ＣＦ₄ 、Ｃ₂ Ｆ₆ とＮＦ₃ 等有害廃ガスの化学結合を破壊して分解し且つ除去効率は９９％以上に達することが実証された。本考案実験時のプラズマ発生装置には直流電力供給により高温プラズマを発生する非伝送型直流プラズマ発生装置が採用される。現存の半導体業廃ガス処理設備評価に対して、メタルエッチ工程後の乾式洗浄タワーのＨＣｌ、ＢＣｌ₃ 、及びＣＣｌ₄ の処理効率は９９％に達するが、フッ素含有化合物処理効果は不良であり、特にそのＰＦＣｓ類化合物（例えばＣＦ₄ ）に対してはほぼ処理効果がない。制御式熱分解酸化器（ＣＤＯ）処理設備はＮＨ₃ 、ＳｉＦ₄ に対して９９％以上の極めて良好な処理効率を有するが、ＳＨ₄ 、Ｎ₂ Ｏ、ＮＦ₃ 等ガスに対する処理効率はいずれも３０％以下であり、これによっても本考案の優れ性能が十分に分かる。

本考案は高エネルギー密度プラズマによる高温分解と洗浄除害の設計原理により考案された高効率パーフルオロ化合物廃ガスプラズマ処理装置であり、それは新規性と実行性及び優越性を具えている。

周知のパーフルオロ化合物電熱加熱箱処理装置表示図である。周知のパーフルオロ化合物燃焼炉焼却処理装置表示図である。本考案の高効率パーフルオロ化合物廃ガスプラズマ処理装置の表示図である。

符号の説明

１０電熱加熱箱１１電熱線
２０風車
３０煙突
４０燃焼炉４１火焔ノズル
５０風車
６０煙突
１１０プラズマ反応器１１１廃ガス入口
１１２プラズマ発生装置１１３反応室
１２０噴水器セット１２１水量制御弁
１２２噴水ヘッド
１３０水槽
１４０ポンプ１４１濾過器
１５０湿式洗浄タワー１５１噴水器セット
１６０風車

Claims

プラズマ発生装置、反応室、噴水器セット、水槽、湿式洗浄タワーを具えた高効率パーフルオロ化合物廃ガスプラズマ処理装置において、
導入ガスに高温プラズマを直接作用させ、更に反応室内に導入して処理し、並びに反応室の出口部分に噴水器セットを設置し、廃ガスを噴水器セットで降温した後、更に湿式洗浄タワーに導入して処理してから排出し、この湿式洗浄タワーの循環用水は水槽より供給することを特徴とする、高効率パーフルオロ化合物廃ガスプラズマ処理装置。
請求項１記載の高効率パーフルオロ化合物廃ガスプラズマ処理装置において、プラズマ発生装置は直流電力を供給して高温プラズマを発生する非伝送型直流プラズマ発生装置であることを特徴とする、高効率パーフルオロ化合物廃ガスプラズマ処理装置。
請求項１記載の高効率パーフルオロ化合物廃ガスプラズマ処理装置において、反応室の内層材料が耐火断熱材料とされたことを特徴とする、高効率パーフルオロ化合物廃ガスプラズマ処理装置。
請求項１記載の高効率パーフルオロ化合物廃ガスプラズマ処理装置において、噴水器セットの代わりに二組或いは二組以上の数量の噴水器が使用されたことを特徴とする、高効率パーフルオロ化合物廃ガスプラズマ処理装置。
請求項１記載の高効率パーフルオロ化合物廃ガスプラズマ処理装置において、湿式洗浄タワーの後に風車が設置されたことを特徴とする、高効率パーフルオロ化合物廃ガスプラズマ処理装置。
請求項１記載の高効率パーフルオロ化合物廃ガスプラズマ処理装置において、プラズマ発生装置と反応室に直立方式の配置が採用され、且つ配置されたプラズマ発生装置の火焔方向が廃ガス気流方向と相互に垂直であることを特徴とする、高効率パーフルオロ化合物廃ガスプラズマ処理装置。