JP3187937B2 - 廃ガス処理用吸着剤及びそれを使用する廃ガス処理方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、減圧（真空）下での排
気及び廃ガスの処理に適当な吸着剤、及びそれを使用す
る廃ガス処理方法に関する。さらに特定的には、本発明
は、インライン方式での半導体製造の様に真空下で操作
され、有害ガスを含む廃ガスを多量に真空ポンプで排気
する真空処理装置からの排出廃ガスの真空下での処理に
有用な吸着剤、及びその吸着剤を使用する廃ガス処理方
法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来この種のインライン装置からの廃ガ
ス処理システムは、図２に示される如く、排気用真空ポ
ンプの出口側に常圧下で運転される吸着剤充填処理ユニ
ットを設置してなるものであった。

【０００３】またインライン方式以外の分野において、
ある種の特定の有害ガスを含む廃ガスを少量発生する装
置からの廃ガスを処理するために、低ガス流量用の廃ガ
ス処理装置を排気用油回転ポンプの入口側に設けること
が稀に行われてきた。

【０００４】しかしながら、上記従来のインライン方式
装置からの廃ガス処理装置においては、廃ガス中に含ま
れる腐食性ガスによる腐食、固形物を形成する反応性ガ
スによる目詰まり等によって、真空ポンプか劣化した
り、機能低下しやすいという、欠点があった。

【０００５】また非インラインで使われる油回転ポンプ
用の従来装置は、廃ガス処理装置自体の到達圧力が不十
分で除害効率が低く、大流量の廃ガスを流すと圧力損失
が大きく、インラインで長時間に渡って多量のガスを処
理できないという欠点があった。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】上記の如き従来技術に
おける諸問題を解決し、長時間にわたりポンプの劣化及
びポンプの機能低下を防止し、かつ恕限度以下にまで廃
ガスを除害できる廃ガス処理方法、ならびにそれに適切
な吸着剤を提供することが、本発明の主要な目的であ
る。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明の廃ガス処理方法
では、有害ガスを含む廃ガスを発生させる真空処理装置
（例えばインライン方式の半導体製造のためのエッチン
グ処理装置）とその廃ガスを排出させる真空ポンプ装置
の間に第１の廃ガス処理装置を設置する。この第１の廃
ガス処理装置には、本発明の特徴の一つをなす特定の吸
着剤を充填する。この第１の廃ガス処理装置は真空下
（減圧下）で運転され、供給廃ガス中の有害ガスの一部
を除害する。第１の廃ガス装置で処理された後の残留有
害ガス含有廃ガスは、次いで真空ポンプ装置（例えば、
メカニカルブースターポンプ及び油回転ポンプを直列配
置）を経て、第２の廃ガス処理装置に導入され、ここで
常圧下で廃ガス中の有害ガスを恕限度以下まで除害され
る。

【０００８】かかる廃ガス装置システムにおける真空系
統内に設置される第１の廃ガス処理装置に充填されて使
用される吸着剤は、本発明の一特徴をなすものであり、 （イ）真空下で遊離（脱離）しない結晶水を持つ、アル
カリ金属化合物、アルカリ土類金属化合物または遷移金
属化合物； （ロ）遷移金属自体（例えばＦｅ，Ｃｕ，Ｃｏ等）；ま
たは （ハ）上記（イ）の化合物または（ロ）の金属を活性炭
またはゼオライトに含浸させたもの；の少なくとも１種
である。

【０００９】実用的には、上記吸着剤は、平均体積が
０．２〜１．５ｃｍ³ の粒状であり、且つ廃ガス処理装
置内の圧力でのガスの平均自由行程の０．１〜１０倍の
径の細孔を有するのが好ましい。

【００１０】

【作用】真空下で使用される第１の廃ガス処理装置で
は、真空ポンプの劣化に寄与する種類の活性なガスを吸
着剤に吸着させ、そのような活性ガス濃度の過半、例え
ば５０〜９９．９９９％を除害処理させ、このような処
理された廃ガスが真空ポンプに入るようにする。なかで
も真空ポンプの劣化に大きく影響する非常に活性なガス
は可及的に低減させるのが好ましい。但し、全ての種類
の有害ガスを恕限度以下にまで、第１の廃ガス処理装置
で除害することはしない。例えば真空ポンプの劣化に余
り影響を与えない有害ガスは第１の廃ガス処理装置で
は、余り吸着除害せずに、第２の廃ガス処理装置で吸着
除害するようにでき、このようにすることは第１及び第
２の処理装置の吸着負荷のバランスのため望ましい。

【００１１】第１の廃ガス処理装置を通過した低濃度の
残留有害ガスを含む廃ガスは、次に真空ポンプを経て第
２の廃ガス処理装置に入り、ここで常圧下に処理されて
恕限度以下にまで除害される。

【００１２】第２の廃ガス処理装置で使用される吸着剤
は従来技術の吸着剤であってよく、所望により本発明に
よる吸着剤を使用することもできる。

【００１３】第１の廃ガス処理装置及びその吸着剤につ
いて以下詳細に説明する。第１の廃ガス処理装置では完
全除害を行われないので、吸着剤の層高を大きくする必
要が無いため、ポンプの排気速度を損なわないコンダク
タンスで、実用可能な装置の大きさが実現でき、かつ使
用期間も長くとれる。また第１の処理装置により有害ガ
ス濃度を可成り低下させているため、第２の廃ガス処理
装置の破過までの使用期間もそれに応じて長くなり、か
つ第２の処理装置本体の寿命も大幅に延長される。

【００１４】第１の廃ガス処理装置に真空下に設置され
るため、それに充填される吸着剤の充分な脱気、脱水が
行われなければならない。またガスの通過時間が短いた
め、反応速度が大きくなければならない。

【００１５】真空中でも遊離しない結晶水を持つアルカ
リ金属、アルカリ土類金属又は、遷移金属の化合物は、
有害ガスと加水分解反応、中和反応、酸化還元反応等を
単独又は同時に起こし、除害を行う。

【００１６】第１の廃ガス処理装置で使用する吸着剤の
具体例としては、Ｋ₂ Ｏ・Ｈ₂ Ｏ、Ｎａ₂ Ｏ・Ｈ₂ Ｏ，
ＣａＯ・Ｈ₂ Ｏ、Ａｌ₂ Ｏ₃ ・３Ｈ₂ Ｏ、ＡｌＫ（ＳＯ
₄ ）₂ ・１２Ｈ₂ Ｏ、ＭｇＯ・Ｈ₂ Ｏ、ＣｏＳＯ₄ ・７
Ｈ₂ Ｏ、Ｆｅ₂ Ｏ₃ ・Ｈ₂ Ｏ、ＣｕＳＯ₄ ・Ｈ₂ Ｏ等；
Ｆｅ、Ｃｕ、Ｃｏ等の単体；あるいは上記化合物を活性
炭またはゼオライトに含浸、担持させたもの；等を挙げ
ることができる。特に好ましいものとして、結晶水をそ
れぞれ含むＫ₂ Ｏ、ＣａＯ及びＡｌ₂ Ｏ₃ の混合物を挙
げることができる。

【００１７】これらの材料を、真空下でガスを吸着しや
すくそして排気速度を損なわないような、構造にして第
１の廃ガス処理装置に充填する。排気速度の低下を防止
するため、ポンプの排気速度の０．１倍〜１０倍のコン
ダクタンス値となるよう、吸着剤の充填形状を選ぶ。コ
ンダクタンスが小さいと系の排気速度を大きく低下させ
るので、コンダクタンスは大きい方が好ましい。しかし
大きするためには装置寸法を大きくすることになる。上
記範囲のコンダクタンスを選ぶことで実用的装置とな
る。

【００１８】コンダクタンスは充填される吸着剤の粒の
形状によっても変化する。吸着剤の粒を大きくするとコ
ンダクタンスは大きくなるが、吸着速度及び吸着量は小
さくなる。充填密度が低下するためである。反対に吸着
剤の粒を小さくすると吸着速度、と吸着量は大きくなる
が、コンダクタンスの低下を招く。実用上の要求から吸
着剤の粒は、平均体積をほぼ０．２〜１．５ｃｍ³ とし
たものが一般的には最も適してる。

【００１９】吸着剤の表面状態によっても、吸着力、吸
着量が変化する。第１の廃ガス処理装置無圧力でのガス
の平均自由行程のほぼ０．１倍〜１０倍の径の細孔を吸
着剤に持たせると吸着性能の大幅な改善が見られる。

【００２０】真空装置の到達圧力に影響する要因として
吸着剤のガス放出量がある。ガス放出量を、装置の到達
圧力に影響しない程度に小さく抑えるように吸着剤の脱
ガス処理を行うべきである。本発明による上記吸着剤
は、第１の廃ガス処理装置への充填の前または後に充分
に脱ガス処理を行うことができるから、廃ガスの吸引排
出のための真空ポンプによる到達圧力にほとんどまたは
全く影響しない程度のガス放出量に低減できる。

【００２１】

【実施例】以下、添付図を参照して、本発明を具体的実
施例によりさらに説明する。図１は、本発明をドライエ
ッチング装置に適応した場合の実施例フローシートであ
る。システムの構成を先ず述べる。ガス導入口１から、
ＣＦ₄とＯ₂ガスがドライエッチング装置２に導入され、
物理的及び化学的作用によって、エッチングが起こり、
ＨＦ、Ｆ₂等の有害ガスが生成される。これらを含んだ
廃ガスは第１の廃ガス処理装置３を通してメカニカルブ
ースターポンプ４、油回転ポンプ５によって排気され
る。ポンプから排出されたガスは第２の廃ガス処理装置
６により恕限度以下まで除害され、大気放出される。な
お第２の廃ガス処理装置６は特願昭６１−２７８３４９
号明細書に記載の装置を使用した。

【００２２】次に、第１の廃ガス処理装置の条件及び詳
細構成を述べる。第１の廃ガス処理装置内の圧力は、ガ
スを流さないとき約１０^-5トール、ガスを流した状態
で、１トール付近のとき、その圧力損失は０．５０〜
０．０１トールの結果を得た。このために、吸着剤形状
は、平均で直径２ｍｍ長さ１０ｍｍの細長柱状でその表
面に０．１ｍｍ以下の多数の細孔を持つポーラス構造と
し、充填層の形状は、直径３００ｍｍ高さ２００ｍｍと
した。

【００２３】結晶水を含むアルカリ土類金属酸化物の
（ＣａＯ・Ｈ₂ Ｏ）を吸着剤として使用した。

【００２４】ガス放出量は上記薬剤の脱ガス処理を行
い、１０^-4ｓｃｃｍ以下にできた。

【００２５】上記実施例装置により、インラインのエッ
チング装置にて３ヶ月の使用に耐え得る結果を得た。表
１に運転初期及び３月経過後に、図１中の位置Ａ、Ｂ及
びＣにおいて実施したガス分析（Ｆ₂及び酸性物質）に
基づく廃ガス処理性能試験結果を示す。ここに示すよう
に、位置Ｂ（第１廃ガス処理装置３出口）において恕限
度以下まで除害することは困難であるが、同位置におい
ては３月後であっても、有害ガスの５０％以上を除害処
理することができ、下流の第２の廃ガス処理装置６まで
の経路の途中にあるメカニカルブースターポンプ４、油
回転ポンプ５、配管等の保護のために効果的である。

【００２６】比較の目的で上記と同一の装置を用い、同
一の条件の下で、但し第１の廃ガス処理装置用吸着剤と
して結晶水を含まないＣａＯを用いて試験を繰り返した
ところ、吸着性能は半分以下に低減した。

【００２７】

【００２８】吸着剤として、真空下で脱離しない結晶水
を含むその他のアルカリ金属化合物、アルカリ土類金属
化合物、遷移金属化合物；これらを活性炭、ゼオライト
に含浸、担持させたもの；を用いて上記の実験を繰返し
たときにＣａＯ・Ｈ₂ Ｏ吸着剤と同様な吸着性能及び寿
命が得られた。

【００２９】かくして本発明によれば、従来の廃ガス処
理方法及び装置と比較して、排気用真空ポンプの性能劣
化により、そのメインテナンスが必要になるまでの期間
を大幅に延長できる。

【００３０】本発明によれば、第１の廃ガス処理装置で
の有害ガスの除害は、排気真空ポンプの劣化を有意に遅
延させるような部分的なものであればよいから、第１の
廃ガス処理装置にバイパスライン、パージライン等を取
り付けて、廃ガス流の一部分が第１の廃ガス処理装置に
供給されない状態で本発明方法を有効に実施することが
可能である。また図１に示したような実施例において
は、第１の廃ガス処理装置３をメカニカルプースタポン
プ４と油回転ポンプ５との間に設置しても同等な効果が
期待できる。この場合は、その設置場所での使用圧力に
応じて、前記実施例に記載の諸条件を考慮しつつ適化す
ることにより、実施してより良い効果が得られよう。

【００３１】従来の技術では腐食性あるいは活性の高い
ガスがそのまま排気用真空ポンプ内に直接に吸気され、
真空ポンプ油が激しく劣化したり、場合によっては、活
性の強いガス（例えばフッ素等）が真空ポンプ油と瞬間
的に反応し、爆発を生じる危険もあった。本発明によれ
ばそのような有害ないし危険なガスは、第１の廃ガス処
理装置で予め安全な低濃度にまで除害される。

【００３２】さらには、従来の技術では真空ポンプに使
用されているガスケットが有害ガスによって劣化し、油
漏れの原因にもなったが、本発明によればそのようなガ
スケットの寿命が大幅に延長される。

【００３３】さらに従来の技術では、排気用真空ポンプ
の出口側に設置された廃ガス処理装置に高濃度の有害、
活性ガスが供給されるために温度が上昇し、それにより
腐食や損傷が一段と進行した。しかるに本発明では第１
及び第２の廃ガス処理装置の間で処理負荷が分担される
ので、高温度の発生を有効に防ぐことができる。

【００３４】

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明方法の実施例フローシート

【図２】従来方法のフローシート

【符号の説明】

１ ガス導入ライン ２ 半導体製造ドライエッチング装置 ３ 第１の廃ガス処理装置 ４ メカニカルブースターポンプ ５ 油回転真空ポンプ ６ 第２の廃ガス処理装置 Ａ，Ｂ及びＣ ガス分析試料採取場所 １１ ガス導入ライン １２ 廃ガス発生真空処理装置 １３ 真空ポンプ １４ 排ガス処理装置

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 定方 孝之 神奈川県川崎市中原区上小田中1015番地 富士通株式会社内 (72)発明者 高橋 宏 福島県会津若松市門田町工業団地４番地 株式会社富士通東北エレクトロニクス 内 (72)発明者 吉田 功 群馬県渋川市金井425番地 関東電化工 業株式会社研究開発センター内 (72)発明者 後藤 誠 群馬県渋川市金井425番地 関東電化工 業株式会社研究開発センター内 (72)発明者 吉原 稔 群馬県渋川市1497番地 関東電化工業株 式会社渋川工場内 (72)発明者 福島 守之 群馬県渋川市1497番地 関東電化工業株 式会社渋川工場内 (72)発明者 茂木 栄作 群馬県渋川市1497番地 関東電化工業株 式会社渋川工場内 (56)参考文献 特開 平５−314908（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) B01J 20/00 - 20/34

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 （イ）真空下で遊離しない結晶水を持
   つアルカリ金属化合物、アルカリ土類金属化合物または
   遷移金属化合物、（ロ）遷移金属単体、（ハ）前記
   （イ）の化合物または（ロ）の金属を活性炭またはゼオ
   ライトに含浸させたもの；から選択される少なくとも１
   種の物質からなる減圧下で用いるための腐食性ガス吸着
   剤。
2. 【請求項２】 ０．２〜１．５ｃｍ³ の平均体積；及び
   廃ガス処理装置内圧力での平均自由行程の０．１〜１０
   倍の細孔径；を有することを特徴とする請求項１の吸着
   剤。
3. 【請求項３】 半導体製造装置等のような真空下での処
   理装置からの廃ガスを処理するために排気用真空ポンプ
   で廃ガスを廃ガス処理装置に供給して処理する方式のシ
   ステムにおいて、該真空処理装置と排気用真空ポンプと
   の間に、請求項１に記載の吸着剤を充填した第１の廃ガ
   ス処理装置を設置し、更に真空ポンプの出口側に別の第
   ２の廃ガス処理装置を設置して実施することを特徴とす
   る廃ガス処理方法。