JP3260825B2 - 有害ガスの浄化方法 - Google Patents

有害ガスの浄化方法

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【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は有害ガスの浄化方法に関
し、さらに詳細には加水分解性を有する弗化物系の有害
ガスが半導体製造工程などから排出されるガス中に含有
される場合やこれらのガスがボンベなどから急激に漏洩
したような場合に効率良く除去するための有害ガスの浄
化方法に関する。近年、半導体工業やオプトエレクトロ
ニクス工業の発展とともに四弗化珪素、六弗化タングス
テンなどの弗化物ガスの使用量が増加している。これら
のガスはシリコン半導体や化合物半導体製造工業などに
おいて、結晶性シリコン、アモルファスシリコンあるい
は酸化シリコン膜の生成や金属配線形成に用いられた
り、エッチングガスとして不可欠な物質であるが、いず
れも毒性が高く、人体および環境に悪影響を与えるの
で、これら毒性ガスを含むガスは半導体製造工程などに
使用した後は大気に放出するに先立って有害成分を除去
する必要がある。また、四弗化炭素、パーフルオロプロ
パン、六弗化硫黄などのように加水分解性や毒性が比較
的弱い弗化物ガスも半導体製造工程でシリコン膜や酸化
シリコン膜などのドライエッチングに使用されている
が、エッチング工程において排出されるガス中には、こ
れらのガスと前述の膜成分との反応やガスの分解によっ
て生じた四弗化珪素や弗素などの活性弗化物ガスが混入
する場合があり、これらの弗化物ガスを用いる工程から
排出されるガスついても充分注意して浄化しなければな
らない。
【0002】さらに、これらの弗素系の有害ガスは以下
に例示するように、容積が0.1〜47Lのガスボンベ
に純ガスまたは窒素などで希釈した状態で充填されて市
販されている。 (市販ガス充填ボンベの例) ガス名 ボンベ容量 濃 度 充填重量 (L) (%) (kg) SiF4 47 100 20 WF6 5.4 100 10 これらのボンベの使用に際しては、ガスが漏洩した場合
に直接外部の空気を汚染することを防止するため、通常
はボンベボックスと呼ばれる換気ダクトに接続されたボ
ンベ収納器内に収納された状態で半導体プロセスなどへ
のガスの供給配管に接続した形態で用いられる。しかし
ながら、ボンベボックス内に収納されていても思わぬ事
故などにより、例えば5〜10分程度の短時間でボンベ
が空になるような急激な漏洩が発生する危険性が皆無と
いえず、このような事故にも対処しうる万全の対策が強
く要望されている。
【0003】
【従来の技術】 ガス中に含有される六弗化タングステ
、三弗化硼素、三弗化塩素、弗素、弗化水素などの弗
化物ガスを除去する手段として、従来はスクラバーで吸
収分解させる湿式法と、アルカリ成分を活性炭などの多
孔質担体に含浸させた浄化剤、ソーダライムを有効成分
とする浄化剤を充填した充填筒に流して除去する乾式法
などが知られている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、湿式法
は一般的に後処理に困難性があり、装置の保守費用を要
するという欠点がある。一方、乾式法として活性炭など
の多孔質担体に水酸化ナトリウム、水酸化カリウムなど
を含浸させた浄化剤やソーダライムを有効成分とする浄
化剤では除去速度および除去容量が必ずしも十分とはい
えず、有害ガス濃度が高かったり、急激に漏洩したよう
な緊急時に対しては迅速に処理できないという問題点が
ある。また、活性炭を担体とする浄化剤は弗素など反応
性の高いガスでは発火性の物質を生ずることがあり、火
災の危険性がある。従って、有害ガスの処理容量が大き
く、ボンベの異常などで濃度は比較的低いが大量の有害
ガスおよび通常、半導体製造工程から排出される比較的
濃度の高い有害ガスのいずれに対しても除去性能が優
れ、かつ、浄化の際に火災などの危険性がなく安心して
実施できる浄化方法の出現が望まれてきた。
【0005】
【課題を解決するための手段】 本発明者らは、これら
の問題点を解決するべく鋭意検討を重ねた結果、ソーダ
ライムに銅(II)化合物を担持させた浄化剤を用いる
ことによって、半導体製造工程などの排ガス中の弗素系
の有害ガスや空気中などに漏洩した高濃度の有害ガスを
極めて効率良く除去しうることを見い出し、本発明を完
成した。すなわち本発明は、有害成分となる六弗化タン
グステン、三弗化硼素、三弗化塩素、弗素、及び弗化水
素から選ばれる1種または2種以上の弗化物を含有する
ガスを、ソーダライムに銅(II)化合物を担持させて
なる浄化剤と接触させて、該有害成分を除去することを
特徴とする有害ガスの浄化方法である。
【0006】 本発明は空気、窒素および水素中などに
含有される六弗化タングステン、三弗化塩素、三弗化硼
素、弗素、弗化水素から選ばれる1種または2種以上の
弗化物に適用できる。特に、前記したようなボンベから
急激に漏洩するなどで有害ガスによって汚染されたガス
(通常は空気)の迅速な浄化のみらなず、半導体製造工
程から排出される一般的に濃度の高い有害ガスなど従来
の方法では除去が困難であった条件においても優れた効
果が得られる。
【0007】本発明において使用されるソーダライム
は、通常、ソーダ石灰と呼ばれるものであり、理化学辞
典(岩波書店 1983年 761頁)に記載されてい
るように、通常、生石灰を水酸化ナトリウムの濃厚溶液
に浸し、加熱してつくった強い塩基性の白色粒状の固形
物質である。ソーダライムは試薬としても日本工業規格
K8603に規定されている。ソーダライムの化学成分
は水酸化カルシウムが主であり、これに少量の水酸化ナ
トリウムが含有されている物質であり、ソーダライムの
名称で市販もされている。これらの市販のソーダライム
は不定形の粒状や顆粒状であり、100〜200℃で遊
離される水分を19%以下含んでいる。本発明では、こ
の水分を蒸発させて用いても良いが、弗化物ガスの浄化
能力の点からみるとそのまま水分を保たせる方が好まし
い。ソーダライムの粒の大きさは、通常1号品として市
販されているものは約1.5〜3.5mm、2号品は約
3.5〜5.5mm、3号品は5.5〜7.0mm、元
素分析用は約1.5〜2.5mmでありこれらのいずれ
を用いてもよい。
【0008】本発明でソーダライムに担持させる銅(I
I)化合物としては、酸化銅、水酸化銅および塩基性炭
酸銅などであり、これらの一種または二種以上の混合物
である。酸化銅としては本来の酸化銅であるCuOと、
水和酸化銅と呼ばれるCuO・nH2 Oという化合物群
が知られているが、これら両者ともに有効である。銅
(II)化合物は、それぞれの化合物の従来公知の種々
の方法によって調製することができる。例えば硫酸銅、
硝酸銅、塩化銅または酢酸銅などの銅(II)塩と水酸
化アルカリとの中和反応によって調製される水酸化銅、
および水酸化銅と炭酸アルカリとの中和反応によって生
成される塩基性炭酸銅、あるいはこのようにして調製さ
れた水酸化銅または塩基性炭酸銅を焼成して調製される
酸化銅などである。また、銅(II)化合物の担持量
が、ソーダライムに対しCuとして5%程度の場合に
は、出発物質として硫酸銅、硝酸銅、塩化銅または酢酸
銅などを水溶液の形でソーダライムに含浸させて前記の
銅(II)化合物をソーダライム上に析出させることは
可能である。しかし、この方法よりも前述したような酸
基を中和して得られる化合物を別途合成してから担持さ
せる方が種々の担持量に調整できる点で好ましい。
【0009】これら銅(II)化合物は、ソーダライム
に対し、Cuとしての担持量は通常は0.1%〜50
%、好ましくは1%〜30%とされる。銅としての担持
量が0.1%よりも少ない場合には、浄化剤の能力はソ
ーダライムのみの場合と大差がなく低くなり、また50
%より多く担持させると銅(II)化合物のソーダライ
ムからの剥離が起こり易くなり浄化剤の能力が低下する
恐れがある。
【0010】銅(II)化合物をソーダライムに担持さ
せるには乾式法と湿式法が可能でありどちらも有効であ
るが、乾式法の方が工業的には幾分有利である。乾式法
の一例としては酸化銅、塩基性炭酸銅などの銅(II)
化合物の粉末をソーダライムに添着することによって容
易に調製することができる。また、湿式法の一例として
は、銅(II)化合物のペーストをソーダライムに添着
する方法がある。この湿式法では、銅(II)化合物を
ソーダライムに添着しながら乾燥させる必要があるの
で、工業的には不利な点があるが弗素系ガスの除去能力
に関しては乾式法と同様な効力を有する。浄化剤は主成
分がソーダライムの水酸化カルシウムと銅(II)化合
物であるため、ソーダライム単独のものに比べて加水分
解作用が強く、除去能力が大巾に増加するとともにソー
ダライムを単独で用いた場合とは異なり、潮解すること
がない。このため浄化操作中に結晶の再析出などによる
充填筒の閉塞の虞もなくなるのでこの点からも有利であ
る。
【0011】本発明においてソーダライムに銅(II)
化合物を担持させてなる浄化剤は固定床として用いられ
る他、移動床、流動床として用いることも可能である。
通常は浄化剤は浄化筒内に充填され弗化物ガスを含有す
るガスはこの浄化筒内に流され、浄化剤と接触させるこ
とにより、有害成分であるハロゲン化物が除去され、弗
化物ガスが除去される。
【0012】本発明の浄化方法が適用される処理対象ガ
ス中に含有される弗化物ガスの流速には特に制限はない
が、一般に濃度が高い程流速を小さくすることが望まし
い。除去可能な有害ガスの濃度は通常は1%以下である
が、流量が比較的小さい場合にはさらに高濃度の弗化物
ガスの処理も可能である。浄化筒は有害ガス濃度、処理
対象ガス量などに応じて設計されるが有害ガス濃度が
0.1%以下のような比較的低濃度では空筒線速度(L
V)は0.3〜1.0m/sec 、有害ガス濃度が0.1
〜1%程度ではLVは0.05〜0.3m/sec 、1%
を超えるような高濃度ではLVは0.05/sec 以下
の範囲で設計することが好ましい。従って、例えば有害
ガスがボンベから急激に漏洩し、多量の空気などで希釈
されるような場合にはLVは0.3〜1.0m/sec 、
半導体製造工程から定常的に排出される濃度の高い有害
ガスのような場合には0.05〜0.3/sec が一般
的である。接触温度は、通常は0〜90℃、好ましくは
常温(10〜50℃)で操作される。なお、接触開始後
は反応熱により若干の温度上昇を示すこともあるが、通
常の処理条件では冷却設備などは必要としない。接触時
の圧力は通常は常圧であるが、減圧乃至1kg/cm2
Gのような加圧下で操作することも可能である。
【0013】本発明において、例えばボンベボックス内
における有害ガスの急激な漏洩を想定する場合は、図1
のフローシートで示したように浄化筒1を、ガスボンベ
2が収納されたボンベボックス3内の空気を連続的に吸
引換気するためのブロアー4に接続された換気ダクト5
に介在させた状態でおこなわれる。このような設備では
有害ガスの急激な漏洩が生じても空気と混合することに
よって、その濃度が1%以下に希釈されるに充分なブロ
アーが設けられているのが通常である。具体的には、換
気容量が5〜200m3 /min程度のブロアーが設置
されているのが一般的であり、例えば前記の表で示した
ような市販のガスボンベが5〜10分で空になるような
漏洩が生じた場合の空気中などの有害ガスの含有量は、
50〜1000ppm程度であると想定される。浄化筒
内の浄化剤の充填長はガスの流量および有害ガスの濃度
などによって異なり一概に特定はできないが、実用上通
常は、50〜500mm程度とされ、浄化筒の内径は筒
内を流れるガスの空筒線速度(LV)が0.3〜1.0
m/sec程度となる大きさに設計される。一般的には
これらは充填層の圧力損失、ガスの接触効率および有害
ガスの濃度などによって定められる。
【0014】実施例1〜 硫酸銅と水酸化ナトリウムのそれぞれの15wt%水溶
液を混合して水酸化銅の沈澱を生成させた。次いでよく
洗浄し、乾燥させた後、110℃で15時間焼成して酸
化銅(II)を調製した。この酸化銅を市販の1号ソー
ダライムに8%担持させ浄化剤とした。
【0015】この浄化剤28.4mlを内径19mm、
長さ200mmの石英ガラス製の浄化筒に100mm充
填(充填密度0.92g/ml)した。これに半導体製
造工程から排出される濃度の高い排ガスを想定し、各種
の弗化物ガスを1vol%含有する窒素を20℃、常圧
下で、850ml/min(空筒線速度LV=5cm/
sec)の流量で流通させた。浄化剤の出口ガスの一部
をサンプリングし、ガステック社製の弗素系ガス用の検
知管を用いて測定し、浄化筒が破過するまでの時間(有
効処理時間)を測定した。結果を表1に示す。
【0016】
【表1】
【0017】実施例 次に、ボンベボックス内で
有害ガスが急激に漏洩した場合のような大量のガスを想
定し、各種の弗化物ガスを1000ppm含有する窒素
について、それぞれ実施例1〜と同様の浄化筒に20
℃、常圧下で、10.22L/min(LV=60cm
/sec)の流量で流通して浄化実験をおこなった。結
果を表2に示す。
【0018】
【表2】
【0019】比較例1〜 市販の1号ソーダライム単
独を浄化剤として使用し、実施例におけると同様にして
六弗化タングステンの除去実験をおこなった。結果を表
3に示す。
【0020】
【表3】
【0021】比較例 担体に活性炭を使用し、これに水酸化ナトリウムを40
wt%含浸させ、120℃で含水率10wt%まで乾燥
させた浄化剤を用い実施例におけると同様にして六弗化
タングステンの除去実験をおこなった。結果を表4に示
す。
【0022】
【表4】
【0023】
【発明の効果】 本発明のガスの浄化方法によれば、比
較的高濃度で大量の六弗化タングステン、三弗化硼素な
どの弗化物ガスを含有する有害ガスを効率よく、しかも
極めて迅速に除去することができるので、半導体製造工
程などから排出される高濃度の有害ガスの浄化に優れた
効果が得られるだけでなく、例えば、ガスボンベから急
激に漏洩するなど緊急時における大量の有害ガスの浄化
に対しても優れた効果が得られる。
【0024】
【図面の簡単な説明】
【図1】有害ガスの浄化方法を示すフローシートであ
る。
【符号の説明】
1 浄化筒 2 ガスボンベ 3 ボンベボックス 4 ブロアー 5 換気ダクト
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平3−12219(JP,A) 特開 昭62−152515(JP,A) 特開 昭63−130124(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) B01D 53/68

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 有害成分となる六弗化タングステン、三
    弗化硼素、三弗化塩素、弗素、及び弗化水素から選ばれ
    る1種または2種以上の弗化物を含有するガスを、ソー
    ダライムに銅(II)化合物を担持させてなる浄化剤と
    接触させて、該有害成分を除去することを特徴とする有
    害ガスの浄化方法。
  2. 【請求項2】 銅(II)化合物が酸化銅、水酸化銅、
    及び塩基性炭酸銅から選ばれる1種または2種以上であ
    る請求項1に記載の浄化方法。
  3. 【請求項3】 ソーダライムに対する銅(II)化合物
    の担持量がCuとして0.1%〜50%である請求項1
    に記載の浄化方法。
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