JP4211227B2 - 過弗化物の処理方法及びその処理装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、過弗化物の処理方法及びその処理装置に係り、特に半導体製造装置から排出された過弗化物を分解するのに好適な過弗化物の処理方法及びその処理装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
過弗化物（Perfluorocompound）は、ＣＦ₄，ＣＨＦ₃，Ｃ₂Ｆ₆，ＣＨ₂Ｆ₂，Ｃ₃Ｆ₈，Ｃ₅Ｆ₈，ＳＦ₆，ＮＦ₃などの、塩素を含まない、カーボンとフッ素，カーボンと水素とフッ素，硫黄とフッ素、及び窒素とフッ素の化合物質の総称である。過弗化物（ＰＦＣという）は、ガスであり、半導体製造プロセスにおいてエッチング用ガス，クリーニング用ガスとして使用されている。ＰＦＣは、寿命が長く（Ｃ₂Ｆ₆で１０,０００年 ，ＳＦ₆で３,２００年）、温暖化係数が大きい地球温暖化ガスであり、大気放出の規制対象となっている。このため、ＰＦＣを分解する種々の方法が検討されている。その分解方法の１つが、特開平１１−７０３２２号公報及び特開平１１−３１９４８５号公報に記載されている。すなわち、ＰＦＣを、触媒を利用して加水分解し、ＰＦＣの分解によって生じる分解ガスを含む排ガスを、水（あるいはアルカリ溶液）で洗浄し、その後、その排ガスを、ブロワを用いて排気することが記載されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
半導体製造工場は、半導体製造装置を連続運転して半導体を製造している関係上、半導体製造にかかわる装置は高い信頼性が求められる。エッチング装置からの排ガス中に含まれているＰＦＣを処理する装置も、故障すると接続されている数台のエッチング装置が停止するためより高い信頼性が求められている。
【０００４】
本発明の目的は、装置に対する保守点検の頻度をより低減できる過弗化物の処理方法及びその処理装置を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成する本発明の特徴は、過弗化物の分解により生じた酸性ガスを含む排ガスを、噴射された気体の噴流により吸引して排出することにある。噴射された気体の噴流により吸引して排出するため、使用されるガス吸引装置は駆動部がなく、保守点検の頻度は著しく低減される。これは、過弗化物処理装置に対する保守点検頻度の著しい低減につながり過弗化物処理装置の稼働率を向上させる。特に、過弗化物を含む排ガスが半導体製造装置から排出される排ガスである場合には、過弗化物処理装置の保守点検頻度の低減は半導体製造装置の稼働率の向上につながり、半導体の製造効率を著しくアップする。ガス吸引装置としては、エゼクターを用いることが望ましい。
【０００６】
好ましくは、過弗化物の分解により生じた酸性ガスを含む排ガスを、水及びアルカリ溶液の一方に接触させるため、酸性ガスを簡単に排ガスから除去することができる。また、水及びアルカリ溶液の一方に接触により生じたミストを排ガスから分離することによって、下流側にあってその排ガスと接触する機器及び管路（またはダクト）の腐食を著しく低減できる。
【０００７】
好ましくは、酸性ガス除去装置及びミスト分離装置の下方に、酸性ガス除去装置から排出された水及びアルカリ溶液の一方を受入れるタンクを配置するとよい。酸性ガス除去装置から排出される水またはアルカリ溶液は、重力により簡単にタンク内に集めることができる。更には、ミスト分離装置で分離されたミストを排出管を通して重力により簡単にタンクに排出できる。水またはアルカリ溶液、及び分離されたミストの収集に動力が不要であり、過弗化物処理装置の構成が単純化できる。
【０００８】
過弗化物の分解を触媒を用いて行い、その触媒として、Ａｌ酸化物を含み、更にＺｎ，Ｎｉ，Ｔｉ，Ｆ，Ｓｎ，Ｃｏ，Ｚｒ，Ｃｅ，Ｓｉ及びＰｔから選ばれた少なくとも１つの酸化物を含んでいる触媒を用いることが望ましい。このような触媒を用いることによって、２００〜８００℃の低い温度で過弗化物を効率良く分解することができる。特に、触媒は、ＮｉＡｌ₂Ｏ₄，ＺｎＡｌ₂Ｏ₄のようにＡｌを含む複合酸化物の形態で用いることが望ましい。
【０００９】
【発明の実施の形態】
本発明の発明者等は、ＰＦＣを分解し、分解処理後の排ガスを処理し排気する一連の処理装置を開発している中で、処理後の排ガスを排気するブロワーが排ガス中に残存する酸性ガス（ＰＦＣの分解により発生）により腐食し易く、これが過弗化物処理装置（ＰＦＣ処理装置）の稼働率を向上する上で非常に重要であることを知った。上記ブロワーの腐食についての発明者等の検討結果を以下に説明する。
【００１０】
特開平１１−７０３２２号公報に記載されている触媒を用いてＰＦＣを分解すると、分解ガスが発生する。すなわち、ＣＦ₄ が分解するとＣＯ₂ 及びＨＦが発生し、ＳＦ₆ の分解によりＳＯ₃ 及びＨＦが発生し、ＮＦ₃ の分解によりＮＯｘ（ＮＯ，ＮＯ₂ ）及びＨＦが発生する。このように、ＰＦＣの分解により各種の酸性ガス(ＨＦ，ＳＯ₃，ＮＯｘ）が生成される。以上の分解反応が下記に（１）式，（２）式及び（３）式に示される。
【００１１】
ＣＦ₄ ＋ ２Ｈ₂Ｏ → ＣＯ₂ ＋ ４ＨＦ （１）
ＳＦ₆ ＋ ３Ｈ₂Ｏ → ＳＯ₃ ＋ ６ＨＦ （２）
２ＮＦ₃ ＋ ３Ｈ₂Ｏ → ＮＯ ＋ ＮＯ₂ ＋ ６ＨＦ （３）
ＰＦＣの分解ガスである酸性ガス（ＳＯ₃，ＨＦ，ＮＯ，ＮＯ₂）は、排ガス洗浄塔内で水（またはアルカリ溶液）に吸収され、排ガスから除去される。しかし、発明者等の実験の結果、少量の酸性ガス以外に、酸性ガスのミストが排ガス洗浄塔から排ガスと共に排出されていることが確認された。例えば、ＳＦ₆を０.５％含む排ガスを６０リットル／min で触媒を充填した触媒カートリッジ内に供給してＳＦ₆を分解した場合には、触媒カートリッジからの排ガス（ＳＯ₃を含む）が供給される排ガス洗浄塔からは、約１５０ｃｃ／Ｈｒの水分（ＳＯ₃ ミスト）が排出された。酸性ガス成分は、その周囲に水分を付着させてミストしてキャリオーバーする。水分を伴ったＳＯ₃ ミストがブロワー内に導かれると、ブロワーのインペラー室内でこれらのＳＯ₃ ミストの凝縮がおこり、更にＳＯ₃ が水分に溶け込んで硫酸溶液となる。この硫酸溶液がブロワーを腐食させるのである。
ＰＦＣとしてＮＦ₃ が用いられた場合には、ブロワー内で硝酸溶液が生成され、ブロワーは硝酸溶液によって腐食される。このため、耐食性コーティングを施したブロワーを使用しても、ブロワーの軸受け部等は耐食化できず、ブロワーを長期間にわたって運転することができない。運転を停止してのブロワーの保守点検の頻度が多くなり、ＰＦＣ処理装置の稼働率が低くなる。
【００１２】
排ガス洗浄塔からブロワーへの、腐食の原因となる酸性ガスのミスト（酸性ガスミスト）の搬出を防止するために、ミスト分離装置を設置することが提案された。しかし、ミスト分離装置の設置によっても、酸性ガスミスト（硫酸ミスト，硝酸ミスト）を１００％除去することは困難であった。ミスト分離装置で取除かれなかった酸性ガスミストが、前述したように、ブロワーを腐食させる。
【００１３】
発明者等は、排ガス洗浄塔で除去されないで排出される酸性ガスだけでなく、酸性ガスミストがブロワーに導かれることが、ブロワーに腐食が生じる原因であることを新たに究明した。酸性ガスミストはミスト分離装置で完全に除去することが困難である。また、ブロワーの腐食は、半導体の製造に悪影響を与える、運転を停止したブロワーの点検，清掃，部品交換等の保守点検の頻度を増大させる。このために、発明者等は、ブロワーに替えて駆動部がないガス排出装置を設置する必要があるとの結論に達し、噴射された気体の噴流によりガスを吸引するガス排出装置（例えば、エゼクター）を適用することにした。
【００１４】
噴射された気体の噴流によりガスを吸引するガス排出装置を適用した、ＰＦＣ処理装置の具体例を以下に説明する。
【００１５】
まず、ＰＦＣ処理装置を適用した半導体製造施設の概略を、図２を用いて説明する。半導体製造施設は、半導体製造装置、及び半導体製造装置から排出される排ガスを処理する排ガス処理設備を備えている。半導体製造装置としては、例えば、エッチングチャンバー６８及び６９を備えたエッチング装置６７、及びエッチングチャンバー７１及び７２を備えたエッチング装置７０が設置される。排ガス処理設備としては、エッチングチャンバー６８，６９，７１及び７２から排出される、ＰＦＣを含む排ガスを処理するＰＦＣ処理装置１が用いられる。エッチングチャンバー６８，６９，７１及び７２のそれぞれに接続されるガス排出管７４Ａ，７４Ｂ，７４Ｃ及び７４Ｄは、１本の配管４０にまとめられる。ＰＦＣ処理装置１は、配管４０に接続され、配管４９によって排気ダクト７５に接続される。真空ポンプ７３Ａ，７３Ｂ，７３Ｃ及び７３Ｄが、ガス排出管７４Ａ，７４Ｂ，７４Ｃ及び７４Ｄに設置される。
【００１６】
エッチングガスであるＰＦＣガスが、真空に減圧されたエッチングチャンバー６８，６９，７１及び７２内にそれぞれ供給される。ＰＦＣガスはプラズマ化され、半導体の材料であるウエハーに対するエッチング処理をそれぞれ行っている。エッチングチャンバー６８，６９，７１及び７２の各々に供給されるＰＦＣガスの一部（１０〜３０％）は、各エッチングチャンバー内でのエッチング処理により消費される。真空ポンプ７３Ａ，７３Ｂ，７３Ｃ及び７３Ｄをそれぞれ駆動することにより、エッチングチャンバー６８，６９，７１及び７２のそれぞれからの排ガスは、ガス排出管７４Ａ，７４Ｂ，７４Ｃ及び７４Ｄを通って配管４０内で合流し、ＰＦＣ処理装置１内に供給される。その排ガスは、エッチングチャンバー６８，６９，７１及び７２内で消費されなかったＰＦＣガスを含んでいる。更に、その排ガスは、各エッチングチャンバー内でＰＦＣガスより副次的に発生したＨＦ、及びウエハーを削ることにより発生するＳｉＦ₄ 等も含んでいる。エッチングチャンバー６８,６９,７１及び７２内を負圧にする真空ポンプ７３Ａ，７３Ｂ，７３Ｃ及び７３Ｄ内に、軸受け部等を腐食性の酸性ガスであるＨＦから保護するために、Ｎ₂ ガスが軸受け部を通して供給される。このため、ＰＦＣ処理装置１に導かれる排ガス中のＰＦＣ濃度は、約０.５ ％である。そのＰＦＣガスは、ＰＦＣ処理装置１によって分解される。ＰＦＣ処理装置１から排出された排ガスは、配管４９を経て排気ダクト７５に排出される。ＰＦＣ処理装置１に供給される排ガス中のＰＦＣ濃度、及びＰＦＣ処理装置１から排出された排ガス中のＰＦＣ濃度が測定される。処理装置１から排出された排ガスのＰＦＣ濃度を監視し、その濃度が設定濃度を超えた場合には警報を発する。更に、ＰＦＣ処理装置１の入口側と出口側のＰＦＣ濃度による分解率から、触媒反応の健全性ないしは触媒劣化による交換時期をチエックする。
【００１７】
以下、半導体製造プロセスからの排ガス処理に適用したＰＦＣ処理装置の複数の実施例を、以下に詳細に説明する。各実施例の図面を通し、同等の構成要素には同一の符号を付してある。
【００１８】
本発明の好適な一実施例であるＰＦＣ処理装置を、図１を用いて説明する。本実施例のＰＦＣ処理装置１は、ケイ素除去装置，反応器２，冷却室６，排水タンク１２，排ガス洗浄塔１３，サイクロン１６及びエゼクター２４を備える。ケイ素除去装置は、入口充填塔８及びスプレイ塔１０を有する。入口充填塔８は内部にラヒシリングのような充填物を充填した充填層９を有する。スプレイ塔１０はスプレイ１１を内部に備えている。配管４０は入口充填塔８の充填層９よりも下方の空間に連絡される。入口充填塔８の充填層９よりも上方の空間は、配管４１によってスプレイ塔１０に接続される。反応器２は、内部に、触媒カートリッジ３及び加熱空間５を有する。触媒カートリッジ３は、内部に触媒が充填された触媒層を有する。使用された触媒は、Ａｌの酸化物であるＡｌ₂Ｏ₃を８０％，Ｎｉ酸化物であるＮｉＯを２０％含んでいるアルミナ系触媒である。加熱空間５は、触媒カートリッジ３の上流側に形成される。加熱器４が、加熱空間５の位置で反応器２の外側に設けられる。反応器２に連絡される冷却室６は、内部にスプレイ７を有し、触媒カートリッジ３の下方に位置する。配管４２はスプレイ塔１０と加熱空間５を接続する。水（または水蒸気）を供給する配管４３、及び空気を供給する配管４４が、それぞれ加熱空間５に接続される。
【００１９】
酸性ガス除去装置である排ガス洗浄塔１３は、内部で、上方にスプレイ１５を配置し、スプレイ１５の下方にプラスチック製のラヒシリングを充填した充填層１４を配置している。排ガス洗浄塔１３に連絡される排水タンク１２が、排ガス洗浄塔１３の下方に位置する。排水タンク１２は、配管４５によって冷却室６に連絡される。入口充填塔８の充填層９よりも下方の空間に連絡される配管５７は、図７に示すように、上方より排水タンク１２内に挿入されている。配管５７の排水タンク１２内の部分には、水封構造を構成するフロート座５８，フロート５９及びフロートストッパ６０が備えられている。環状のフロート座５８は、配管５７内でその下端部に設けられる。目の粗い金網であるフロートストッパ６０は、フロート座５８よりも上方で配管５７内に設けられる。配管５７内においては、フロート座５８とフロートストッパ６０との間に、フロート５９が配置される。排水ポンプ８０を備えた排水管４６が、排水タンク１２の底部に接続される。配管６６は、排水ポンプ８０の下流側で排水管４６に接続され、更に、入口充填塔８の充填層９よりも上方の空間に連絡される。入口充填塔８の充填層９よりも下方で入口充填塔８の底部に接続される配管５７が、排水タンク１２内に挿入される。
【００２０】
ミスト分離装置であるサイクロン１６の構成を図３及び図４を用いて説明する。サイクロン１６は、内部に仕切り部７で仕切られた下部室１９及び上部室２０を有する。排ガス供給部３８が、下部室１９の内面の接線方向に伸びている。排ガス供給部３８内の流路３９は、下部室１９に向かって絞られている。排ガス洗浄塔１３の上端部に接続される配管４７は、排ガス供給部３８に接続される。仕切り部７を貫通する通路１８が、下部室１９と上部室２０とを連絡する。下部室１９の下端部に形成されるドレン口２３にはドレン配管５３が接続され、ドレン配管５３は排水タンク１２に接続される。上部室２０に形成されるドレン口２２は、ドレン配管５４によって排水タンク１２に連絡される。ミスト分離装置としては、サイクロン以外に、フィルタ，電機集塵機，活性炭吸着塔の使用が可能である。
【００２１】
エゼクター２４は、図５に示すように、エゼクターボディー２５，噴射ノズル２７及び排出ノズル３４を備える。エゼクターボディー２５は、内部空間２６を内部に形成する。噴射ノズル２７は、ノズル部２８を有する。噴射部２９は、図６に示すように、ノズル部２８の先端部にねじ込まれている。内径が約２mmである噴射口３０が噴射部２９の内部に形成される。噴射部２９は高耐食性でかつ高耐久性の金属またはセラミックで作られる。排出ノズル３４は、内部に、排出通路３５を有する。噴射ノズル２７は、パッキング７６を介してエゼクターボディー２５の一端に対向して配置される。噴射ノズル２７のノズル部２８の先端は、エゼクターボディー２５内に挿入されて、内部空間２６内に位置する。噴射口３０は、ノズル部２８内に形成される流路３１、及び内部空間２６に連絡される。排出ノズル３４は、パッキング３７を介してエゼクターボディー２５の他端に対向して配置される。排出ノズル３４の排出通路３５が、ノズル部２８にねじ込まれた噴射部２９と対向する。排出通路３５の入口が内部空間２６に連絡される。排出通路３５は、内部に流路断面積が最小になっているスロート部７７を有する。排出通路３５は、スロート部７７から入口に向かって流路断面積が拡大し、スロート部７７から排出口７８に向かって流路断面積が拡大する。後者の流路断面積が拡大する度合は、前者のその度合よりも小さい。流入口３３を有する押え板３２がパッキング３６を介して噴射ノズル２７に対向して配置される。押え板３２，噴射ノズル２７，エゼクターボディー２５及び排出ノズル３４が、この順に配置され、ボルト７８及びナット７９によって結合される。押え板３２，噴射ノズル２７の噴射部２９以外の部分、エゼクターボディー２５及び排出ノズル３４は、耐食性に優れているプラスチック、例えば塩化ビニル樹脂（またはフッ素樹脂等）で作られている。
【００２２】
エゼクターボディー２５に取り付けられる配管４８は、上部室２０に形成された排出口２１に連絡される。配管４８は、エゼクターボディー２５内の内部空間２６に連絡される。排気ダクト７５に接続される配管４９は、排出ノズル３４の排出口７８側に接続される。配管４９に接続される凝縮水ドレン配管５５は、排水タンク１２に連絡される。水供給管５０はスプレイ１５に接続される。水供給管５１が、スプレイ１１に接続される。水供給管５２がスプレイ７に接続される。水供給管５１及び５２は水供給管５０に接続される。
【００２３】
圧縮空気供給装置８１が、押え板３２に取り付けられる。圧縮空気供給装置８１は、図１に示すように、空気供給管５６，圧力調整弁６３及び空気供給弁６４を備える。空気供給管５６は、押え板３２に接続され、流入口３３に連絡される。圧力調整弁６３は空気供給管５６に設置され、空気供給弁６４は圧力調整弁６３の上流側で空気供給管５６に設置される。空気供給管５６は、図示していないコンプレッサに接続される。６５は安全インターロック用の圧力スイッチである。
【００２４】
次に、本実施例のＰＦＣ処理装置１におけるＰＦＣの処理について説明する。ＰＦＣ処理装置１に供給される排ガスに含まれるＰＦＣは、半導体製造装置で製造される半導体の種類、あるいは半導体製造メーカーによって異なっている。半導体の素材である該当するウエハーの加工のために、１種類のＰＦＣを使用する場合、複数のＰＦＣを使用する場合がある。本実施例では、半導体製造のために、ＰＦＣとしてＳＦ₆ 及びＣ₂Ｆ₆を用いた場合を例にとって説明する。
【００２５】
真空ポンプ７３Ａ，７３Ｂ，７３Ｃ及び７３Ｄの駆動によりエッチングチャンバー６８，６９，７１及び７２から排出された、ＰＦＣであるＳＦ₆ 及びＣ₂Ｆ₆，ＳｉＦ₄ 及びＨＦを含む排ガスは、配管４０を介してケイ素除去装置の入口充填塔８に供給される。排ガスは充填層９内を上昇し、配管４１を介してケイ素除去装置のスプレイ塔１０内に供給される。水供給管５１により供給される新しい水が、スプレイ１１よりスプレイ塔１０内に噴射される。このスプレイ水は、配管４１に排出され、入口充填塔８に導かれる。入口充填塔８には、排水タンク１２内の排水が排水ポンプ８０の駆動により、排水管４６及び配管６６を経て供給される。この排水とスプレイ水は、充填層９内を下降する。
【００２６】
排ガスに含まれたＳｉＦ₄ は、入口充填塔８内で水（排水、及びスプレイ塔１０内に噴射されたスプレイ水）と接触することにより（４）式の反応を生じ、ＳｉＯ₂とＨＦとに分解される。
【００２７】
ＳｉＦ₄ ＋ ２Ｈ₂Ｏ → ＳｉＯ₂ ＋ ４ＨＦ …（４）
入口充填塔８に供給された排ガスに含まれたＨＦ及び（４）式の反応で生成されたＨＦは、入口充填塔８内で水に吸収され、排ガスから除去される。固形分であるＳｉＯ₂ もその水によって洗い流される。充填層９は、上昇する排ガスと下降する水の接触効率を増加させ、（４）式の反応効率及びＨＦの水への吸収効率を増大させる。ＳｉＯ₂ を含みＨＦを吸収した水は、配管５７を通って、入口充填塔８よりも下方に位置する排水タンク１２内に導かれる。排ガスに含まれた他の不純物も、入口充填塔８及びスプレイ塔１０内で水によって除去される。
【００２８】
入口充填塔８内で水に吸収されなかったＨＦは、排ガスと共にスプレイ塔１０内に導かれ、そこで噴射されたスプレイ水に吸収される。入口充填塔８からスプレイ塔１０内に導かれる排ガス中に残存するＳｉＦ₄ は、スプレイ塔１０内でスプレイ水と接触することにより、（４）式の反応を生じる。この反応で発生したＨＦは、スプレイ水に吸収される。発生したＳｉＯ₂ も、スプレイ水によって洗い流されて、入口充填塔８及び配管５７へと排出される。
【００２９】
スプレイ塔１０から配管４２内に排出された、ＳＦ₆ 及びＣ₂Ｆ₆を含む排ガスは、６０リットル／min の流量で反応器２の加熱空間５内に供給される。この排ガスは、ＨＦ，ＳｉＦ₄ 、及び（１）式の反応で生成されたＳｉＯ₂ を含んでいない。加熱空間５内には、配管４３により水（または水蒸気）が供給され、配管４４により空気が供給される。触媒の作用によるＰＦＣの分解反応が加水分解であるため、この反応に必要な水（または水蒸気）が供給されるのである。排ガスは、水及び空気と共に、触媒の作用によりＳＦ₆ 及びＣ₂Ｆ₆の分解が開始される７５０℃の温度に、加熱器４によって加熱される。ＰＦＣの種類によって異なるが、約６５０〜７５０℃に加熱される。水は、水蒸気となる。水蒸気，空気，ＳＦ₆ 及びＣ₂Ｆ₆を含んで７５０℃に加熱された排ガスは、触媒カートリッジ３内に供給される。
【００３０】
触媒カートリッジ３内のアルミナ系触媒の作用によって、ＳＦ₆ 及びＣ₂Ｆ₆とＨ₂Ｏとによる前述の（２）式及び下記の（５）式の反応が促進され、ＳＦ₆
ＳＦ₆ ＋ ３Ｈ₂Ｏ → ＳＯ₃ ＋ ６ＨＦ （２）
Ｃ₂Ｆ₆ ＋ ３Ｈ₂Ｏ ＋ 空気(Ｏ₂) → ２ＣＯ₂ ＋ ６ＨＦ （５）
はＳＯ₃ とＨＦに分解され、Ｃ₂Ｆ₆はＣＯ₂ とＨＦに分解される。（２）式及び(５）式の反応は水蒸気の存在下で行われる。ＳＦ₆及びＣ₂Ｆ₆は１００％分解される。空気、特に酸素が触媒カートリッジ３内に供給されない場合には、Ｃ₂Ｆ₆とＨ₂Ｏ との反応によって有害なＣＯが生成される。空気の供給により、空気に含まれた酸素がＣＯを無害なＣＯ₂ に変換するため、（５）式に示すようにＣＯが発生しない。空気の替りに、酸素を供給してもよい。
【００３１】
Ａｌ₂Ｏ₃を８０％及びＮｉＯを２０％含む触媒を用いることによって、７５０℃になる触媒カートリッジ３内で、ＳＦ₆及びＣ₂Ｆ₆は１００％分解される。
Ａｌ₂Ｏ₃を８０％及びＮｉＯを２０％含む触媒以外でも、特開平１１−70322号公報の「課題を解決するための手段」及び「発明の実施の形態」の各項に記載された種種の触媒（Ａｌ酸化物を含み、Ｚｎ，Ｎｉ，Ｔｉ，Ｆ，Ｓｎ，Ｃｏ，Ｚｒ，Ｃｅ，Ｓｉ及びＰｔから選ばれた少なくとも１つの酸化物を含む触媒）を用いてもＰＦＣを分解できる。
【００３２】
本実施例は、ケイ素除去装置内で（４）式の反応を発生させて、排ガスにＳｉＦ₄ 等の化合物の形態で含まれているケイ素を除去するため、触媒によるＰＦＣの分解効率を向上できる。ケイ素を含む排ガスが反応器２内に供給された場合、配管４３によって供給される水(または水蒸気）により(４）式の反応が加熱空間５内で生じ、生成されたＳｉＯ₂ が触媒カートリッジ３内に流入する。この場合には、以下の▲１▼及び▲２▼の問題を生じる。▲１▼ＳｉＯ₂ が触媒に形成されたポーラスを塞ぐ。▲２▼触媒間に形成される間隙を閉塞する。▲１▼及び▲２▼により触媒の表面積が減少し、ＰＦＣの分解反応が低下する。また、▲２▼に起因して触媒間における排ガスの流れが悪くなり、触媒と排ガスの接触が阻害される。これも、ＰＦＣの分解反応の低下につながる。本実施例は、ケイ素除去装置においてＳｉＯ₂ を事前に除去しているので、上記の問題が生じなくＰＦＣの分解効率が向上する。
【００３３】
ＳＦ₆ 及びＣ₂Ｆ₆の各々の分解ガスであるＳＯ₃，ＣＯ₂及びＨＦを含む排ガスは、触媒カートリッジ３から冷却室６内に供給される。水供給管５２によって供給される水は、スプレイ７から冷却室６内にスプレイされる。その排ガスは、スプレイされた水との接触によって冷却されるため、排ガス温度が１００℃以下に低下する。これにより、反応器２よりも下流側の機器（冷却室６，排ガス洗浄塔１３，サイクロン１６及びエゼクター２４）、及び機器間を連絡する各配管（配管４５，４７，４８及び４９，排水管４６，ドレン配管５３及び５４、及び凝縮水ドレン配管５５）を耐食性の優れたプラスチックである塩化ビニル樹脂（またはフッ素樹脂等）構成できる。なお、配管５７及び６６も塩化ビニル樹脂で構成される。排ガスに含まれているＨＦの一部はスプレイされた水に吸収される。スプレイされた水及び排ガスは、配管４５を通って冷却室６から排水タンク１２内の液面６１よりも上方の空間に導かれる。水は排水タンク１２内に一時的に貯蔵される。排水ポンプ８０の駆動により、排水タンク１２内の水は、排水管４６内に排出され、図示されていない建屋側の排水処理設備に導かれる。
【００３４】
入口充填塔８から排出された水が配管５７内を流れている場合には、排水タンク１２内の配管５７の部分で、フロート５９がフロート座５８よりも上方に浮き上がっているので、その水はフロートストッパ６０及びフロート座５８を通過し、配管５７の開放端を通して排水タンク１２内に供給される。フロート５９はフロートストッパ６０に妨げられてそれよりも上方に移動しない。入口充填塔８において排ガスが配管５７内に流入したとき、その排ガスは配管５７内に流れて配管５７の排水タンク１２内の部分に達する。配管５７の開放端付近では配管５７内の水が押し出されて排ガスの雰囲気となる。フロート５９は、排ガス雰囲気中では浮き上がらずフロート座５８の開口を封鎖する。このため、入口充填塔８から配管５７への排ガスの流入が停止する。
【００３５】
分解ガスを含む排ガスは、排水タンク１２から排ガス洗浄塔１３内に導かれる。水供給管５０によって供給される水が、スプレイ１５より噴射される。この水は、上方より、充填層１４内を下降して排水タンク１２内に落下する。排ガスは、充填層１４内を上昇する。排ガスに含まれた酸性ガスであるＳＯ₃ 及びＨＦは、噴射された水に吸収され、排ガスから分離される。しかし、少量の酸性ガス、及び水分を伴った酸性ガスミスト（ＳＯ₃ ミスト）が、排ガス洗浄塔１３から配管４７に排出され、サイクロン１６の排ガス供給部３８内の流路３９に供給される。水の替りにアルカリ水溶液（ＮａＯＨ水溶液またはＫＯＨ水溶液）をスプレイ１５から噴射してもよい。
【００３６】
排ガスは、流路３９を通ってサイクロン１６の下部室１９内に供給され、通路１８の周囲を旋回しながら下降する。排ガスに含まれる酸性ガスミストは、排ガスの旋回により排ガスから分離されて外側に飛ばされ、下部室１９の側面に付着し、その側面に沿って下部室１９の底部に向かって流下する。分離された酸性ガスミストは、ドレン口２３よりドレン配管５３を経て排水タンク１２内に排出される。下部室１９内の排ガスの旋回流は、旋回しながら通路１８内を上昇し、上部室２０に達する。上部室２０内でも排ガスは旋回しているので、排ガスに同伴している酸性ガスミストは、分離され、上部室２０の側面に沿って流下する。分離された酸性ガスミストは、ドレン口２２及びドレン配管５４を経て排水タンク１２内に排出される。酸性ガスミストの含有量が著しく低下した排ガスは、排出口２１より配管４８内に排出され、その後、エゼクター２４内に流入する。
【００３７】
コンプレッサ（図示せず）で圧縮された圧縮空気は、空気供給弁６４を開くことによって空気供給管５６内を流れてエゼクター２４内に供給される。この圧縮空気は、エゼクター２４の駆動ガスである。圧縮空気の圧力は、圧力調整弁６３の開度を調節することによって設定圧力に制御される。反応器２に供給される排ガスの流量とほぼ同じ流量、すなわち約６０リットル／min〜８０リットル／minの圧縮空気が、約０.１Ｍｐａ の圧力でエゼクター２４内に供給される。駆動ガスとしては、圧縮空気の替りにＮ₂ガスまたはＨｅガスを用いてもよい。
【００３８】
圧縮空気は、流入口３３よりノズル部２８の流路３１内に供給され、噴射口３０より排出ノズル３４の排出通路３５内に向かって音速以上の速度で噴射される。噴射口３０からの圧縮空気の噴射流は、排出通路３５のスロート部７７付近で負圧を発生させる。この負圧の作用によって、配管４８内の排ガスは、内部空間２６を経て排出通路３５内に吸引され、配管４９内に排出される。この排ガスは、配管４９により酸性ガス系の排気ダクト７５へと導かれる。エゼクター２４から排出された排ガスに含まれている凝縮水は、凝縮水ドレン配管５５により排水タンク１２内に導かれる。エゼクター２４による排ガスの吸引作用によって、冷却室６，排水タンク１２及び排ガス洗浄塔１３内は負圧に維持され、排ガス中に含まれるＳＯ₃及びＨＦ等が系外に漏洩するのを防止している。
【００３９】
従来のエゼクターは一般的に高真空を発生させる装置として使用されている。このため、従来のエゼクターはブロワーのように吸引風量を多くとることができなく、ブロワーの替りに用いることができない。従来のエゼクターは、図８において破線で示すように、駆動用の圧縮空気の圧力によりエゼクターの吸引力が大きく変化し、また吸引されるガス容量が増加すると急激に吸引力が低下する。このように一般的に使用されている真空発生（吸引力発生）用のエゼクターをブロワーの替りに用いるにはその特性が余りにも違いすぎる。
【００４０】
これに対し、本実施例に用いられるエゼクター２４は、図８に実線で示すような排気特性を有する。エゼクター２４からの排ガスの排気流量が増加しても、エゼクター２４の吸引力の低下度合が小さい。このエゼクター２４は発明者等が開発したものである。エゼクター２４は、ブロワーの排気特性（図８の一点鎖線参照）とほぼ同等の排気特性を有する。エゼクター２４に供給される駆動用の圧縮空気の圧力を変えても、例えば０.１Ｍｐａ，０.１２Ｍｐａにしても、排気流量の増加に対する吸引力の低下度合はあまり変わらない。このため、エゼクター２４は大きな排気流量を得ることができる。
【００４１】
また、エゼクター２４の特性として、駆動用の圧縮空気の圧力増加に比例して排ガスの吸引力が増大する。圧力調整弁６３の故障によってエゼクター２４に供給される圧縮空気の圧力が設定圧力を超え、これに起因する高真空に基づいてエゼクター２４が損傷する危険性がある。圧力スイッチ６５は、圧力調整弁６３よりも下流側の空気供給管５６内の圧力を検出して、この圧力が設定圧力より大きくなった場合に空気供給弁６４を閉鎖するとともにコンプレッサ（図示せず）を停止させる。
【００４２】
エゼクター２４に導かれる排ガスは、少量の酸性ガスミストを含んでいるが、耐食性に優れたプラスチックで製作されているエゼクター２４はその酸性ガスミストに接触するが腐食しない。本実施例は、分解ガスを含む排ガスの排出装置であるエゼクター２４において、分解ガスに起因する腐食が発生しないため、その排ガス排出装置（気体を噴射してガスを吸引する装置）の点検，部品交換等のメンテナンス作業は、ほとんど不要になり、ブロワを用いた場合に比べて保守点検頻度が著しく少なくなる。ＰＦＣ処理装置１の稼働率が著しく向上する。また、音速以上の排ガスを噴出する噴射口３０を有する噴射部２９は、高耐食性でかつ高耐久性のセラミックで作られているので、音速の排ガスによる磨耗も著しく少ない。これも、エゼクター２４の保守点検頻度の減少に貢献する。このようなエゼクター２４は、長時間の運転に十分に耐えられる。
【００４３】
ミスト分離装置であるサイクロン１６を用いているので、エゼクター２４を経て排気ダクト７５に導かれる酸性ガスミストの量が少なくなる。このため、排気ダクト７５内で凝縮するミスト量が減少し、排気ダクト７５の腐食が著しく軽減される。ミスト量の低減は、エゼクター２４の寿命を更に延ばすことになる。
【００４４】
排水タンク１２は、最も低い位置に配置されているので、入口充填塔８及びスプレイ塔１０より排出された水、冷却室６及び排ガス洗浄塔１３内で噴射されたスプレイ水、及びサイクロン１６で分離されたドレン水は、重力により排水タンク１２内に流入する。このため、それらの水を排水タンク１２に移送するポンプが不要であり、ＰＦＣ処理装置１の構成がコンパクト化される。
【００４５】
本実施例のＰＦＣ処理装置１は、ＳＦ₆ 及びＣ₂Ｆ₆以外であっても、ＰＦＣであればどれでも分解することができる。
【００４６】
図１に示すＰＦＣ処理装置１により、ＳＦ₆ を含む模擬ガスを用いてＳＦ₆ 分解の処理試験を行った。模擬ガスは、ＳＦ₆ を窒素ガスで希釈したものであり、ＳＦ₆を０.５％濃度含んでいる。この模擬ガスを６０リットル／min の流量でＰＦＣ処理装置１の反応器２に供給した。反応器２に、空気を１５リットル／min 、水を２０ミリリットル／min で供給した。電気ヒーターにて加熱空間５内で、水，空気を含む模擬ガスを電気ヒーターにて７５０℃に加熱した。この模擬ガスを触媒カートリッジ３内へ供給してＳＦ₆ を分解した。触媒カートリッジ３内に充填された触媒は、ＮｉＯ及びＡｌ₂Ｏ₃を含む触媒である。
【００４７】
模擬ガスの触媒に対する空間速度を、１０００／ｈにしてＳＦ₆ の処理を行った。反応器２から排出されたＳＦ₆ の分解ガスを含むガスは、冷却室６で冷却され、排ガス洗浄塔１４を通り、流速約２０ｍ／ｓの速度でサイクロン１６内に導入された。サイクロン１６にて分離除去された酸性ガスミストは、サイクロン１６の底部よりドレン配管５３を通って排水タンク１２に排出される。サイクロン１６から排出されたガスは、０.１Ｍｐａ の圧縮空気で駆動されるエゼクター２４によって吸引される。エゼクター２４に供給される圧縮空気の流量は、約７０リットル／min である。
【００４８】
サイクロン１６の上流側（配管４７内）と下流側（配管４８内）において、ガス中のＳＯ₃ 濃度を測定して、サイクロン１６によるミスト除去率を把握した。ＳＯ₃ ミストはＳＯ₃ が核となって周囲に水分子を吸着して形成されるため、配管４７内のＳＯ₃の濃度と配管４８内のＳＯ₃の濃度の比により、サイクロン１６によるミスト除去率を算出できる。ＳＯ₃ 濃度は、液体捕集法で測定したＳＯｘ濃度から、ガスクロマトグラフで測定したＳＯ₂ 濃度を差し引いて算出した。その結果、サイクロン１６の上流側ではＳＯ₃ 濃度は１４００ppm であったが、サイクロン１６通過後にはその濃度は２８０ppm となった。サイクロン１６において８０％のミストが除去された。
【００４９】
サイクロン１６の出口において、ミストの粒径分布を測定した。サイクロン１６から排出されたガスに含まれていたミストは、ほぼ１ミクロンより小さい粒径であった。１ミクロン以上の粒径を有するミストは、サイクロン１６で除去されていた。所定期間の処理運転後に、エゼクター２４を分解して観察したところ、エゼクター２４の内部は腐食されていなく、またエゼクター２４の出口側の配管４９内にも凝縮水は観察されなかった。
【００５０】
前述のＳＦ₆を含む模擬ガスの代わりにＮＦ₃ を含む模擬ガスを用いて、ＳＦ₆を含む模擬ガスを用いた場合と同様の試験を実施した。硝酸ミストは、硫酸ミストに比べて粒径が小さいこともあり、ミスト除去装置での除去効率は２０〜３０％と低かったが、ＳＦ₆ での試験結果と同様にエゼクターでの腐食等は確認されなかった。
【００５１】
本発明の他の実施例であるＰＦＣ処理装置１Ａを、図９を用いて説明する。図１の実施例と同一構成には同一符号を付している。ＰＦＣ処理装置１Ａは、サイクロン１６を削除した点でＰＦＣ処理装置１と異なっている。このため、配管４７が、排ガス洗浄塔１３の上端部とエゼクター２４の内部空間２６とを連絡する。本実施例は、エゼクター２４の吸引作用によって、排ガス洗浄塔１３内の排ガスが配管４７によって吸引され、配管４９に排出される。
【００５２】
本実施例は、サイクロン１６が設置されていない分、ＰＦＣ処理装置１に比べて構成が単純化される。本実施例は、ＰＦＣ処理装置１Ａに供給されるＰＦＣ濃度が低く、排ガス洗浄塔１３から排出される排ガスに同伴する酸性ガスミストが少ない場合に、適用することが望ましい。
【００５３】
ＰＦＣ処理装置に供給されるＰＦＣ濃度が低い場合には、図１の実施例において排ガス洗浄塔１３を削除してもよい。この場合には、サイクロン１６に接続された配管４７が、排水タンク１２の液面６１より上方の空間に連絡される。
【００５４】
半導体製造施設においては、金属配線を有するウエハーをエッチングする場合がある。例えば、図１０に示す半導体製造施設において、エッチング装置６７のエッチングチャンバー６８及び６９で金属配線を有するウエハーをエッチングしている。このエッチングによって、金属配線に起因する多量の付着性の副生成物が発生する。この副生物、ＨＦ及びＳｉＦ₄ を含む残存ＰＦＣは、エッチングチャンバー６８及び６９から排出され、真空ポンプ７３Ａ，７３Ｂに供給されるＮ₂ ガスと共に、活性炭が充填された前処理装置８２に供給される。付着性の副生成物は、前処理装置８２によって除去される。前処理装置８２から排出された排ガスは、配管４０によってＰＦＣ処理装置１に導かれる。このように、前処理装置８２で付着性の副生成物を除去することによって、ＰＦＣを触媒カートリッジ３で効率良く分解できる。
【００５５】
また、エッチングガスとしてＰＦＣガス以外に塩素ガス，塩化水素ガス，臭化水素ガス（ＨＢｒ）等を使用する場合がある。塩素ガス，塩化水素ガスまたは臭化水素ガスはＰＦＣガスと混合してエッチングチャンバーに供給される。また、エッチング処理によっては、塩素ガス，塩化水素ガスまたは臭化水素ガスは、ＰＦＣガスによるエッチングが終了した後にエッチングチャンバー内に供給される。ケースによっては塩素ガス，塩化水素ガスまたは臭化水素ガスによるエッチング処理がＰＦＣガスによるエッチング処理の前に実施される場合もあるが、この場合には塩素ガス，塩化水素ガスまたは臭化水素ガスのエッチングチャンバー内への供給は、ＰＦＣの供給よりも前に行われる。塩素ガス，塩化水素ガス及び臭化水素ガスはＨＦと同じ酸性ガスである。
【００５６】
エッチングチャンバー内に塩素ガス及びＰＦＣガスを供給した場合について説明する。エッチングチャンバーから排出された塩素ガス及びＰＦＣガス、及び真空ポンプから供給されたＮ₂ ガスを含む排ガスが、配管４０より図１に示されたＰＦＣ処理装置１に供給される。ＰＦＣ処理装置１によるＰＦＣの分解処理は、前述の図１の実施例で説明したように行われる。塩素ガスのＰＦＣ処理装置１内における挙動について説明する。
【００５７】
Ｎ₂を含みＣｌ₂ガスの濃度が１％の模擬ガスをＰＦＣ処理装置１に供給した。Ｃｌ₂ ガスは入口充填塔８及びスプレイ塔１０を通過し、配管４２を経て反応器２内に達する。触媒の温度は７５０℃である(模擬ガス流量６０リットル／min )。Ｃｌ₂ ガスは入口充填塔８及びスプレイ塔１０ではほとんど除去されなかった。反応器２内には、１０リットル／min の空気、及び１５ミリリットル／min の反応水を供給した。Ｃｌ₂ ガスは、（６）式の反応により触媒カートリッジ３内の触媒にて酸化されてＨＣｌガスに変わる。
【００５８】
２Ｃｌ₂ ＋ ２Ｈ₂Ｏ → ２ＨＣl ＋ Ｏ₂ （６）
ＨＣｌガスは、水に溶けやすいために、排ガス洗浄塔１３内でスプレイされた水に吸収されて模擬ガスから除去される。排ガス洗浄塔１３から排出された模擬ガス中のＣｌ₂濃度は１００ppm で９９％のＣｌ₂ が除去された。その模擬ガスからはＨＣｌは検出されなかった。エゼクター２４はＣｌ₂ ガスによっても腐食されなかった。
【００５９】
【発明の効果】
本発明によれば、過弗化物処理装置に対する保守点検頻度の著しい低減につながり過弗化物処理装置の稼働率を向上できる。また、排ガスに含まれている凝縮水は、凝縮ドレン配管により排水タンクに導かれ、エゼクターによる排ガスの吸引作用によって、排水タンク等は負圧に維持され、排ガス中に含まれるＳＯ ₃ 及びＨＦ等が系外に漏洩するのを防止できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の好適な一実施例である過弗化物処理装置の構成図である。
【図２】図１の過弗化物処理装置が適用された半導体製造施設の構成図である。
【図３】図１に示すサイクロンの縦断面図である。
【図４】図３のIV−IV断面図である。
【図５】図１に示すエゼクターの縦断面図である。
【図６】図５のVI部の拡大断面図である。
【図７】図１に示す排水タンクの縦断面図である。
【図８】図７のエゼクターの排気特性を示す説明図である。
【図９】本発明の他の実施例である過弗化物処理装置の構成図である。
【図１０】過弗化物処理装置が適用された半導体製造施設の他の実施例の構成図である。
【符号の説明】
１…過弗化物処理装置、２…反応器、３…触媒カートリッジ、４…加熱器、６…冷却室、７，１１，１５…スプレイ、８…入口充填塔、１０…スプレイ塔、１２…排水タンク、１３…排ガス洗浄塔、１６…サイクロン、１９…下部室、２０…上部室、２４…エゼクター、２５…エゼクターボディー、２７…噴射ノズル、２８…ノズル部、２９…噴射部、３０…噴射口、３４…排出ノズル、３５…排出通路、４６…排水管、５０，５１，５２…水供給管、５６…空気供給管、６３…圧力調整弁、６７，７０…エッチング装置、７３Ａ，７３Ｂ，７３Ｃ，７３Ｄ…真空ポンプ、８１…圧縮空気供給装置、８２…前処理装置。

Claims (12)

1. 過弗化物を含むガスに含まれるその過弗化物を分解し、前記過弗化物の分解により生じた酸性ガスを含む排ガスを酸性ガス除去装置で水及びアルカリ溶液の一方に接触させることにより前記排ガスから前記酸性ガスを除去し、前記酸性ガス除去装置から排気管に排出された前記排ガスに含まれるミストを分離し、そのミストが分離された前記排ガスを噴射された気体の噴流により吸引して前記酸性ガス除去装置を負圧に維持し、吸引された前記排ガスを配管を介して排気ダクトへ排出し、該配管に接続された凝縮水ドレン配管により前記酸性ガス除去装置より下方に位置して前記水及び前記アルカリ溶液の一方を受入れるタンクに導くとともに、分離された前記ミストを、前記排気管とは別の排出管により、前記タンクに導くことを特徴とする過弗化物の処理方法。
2. 前記過弗化物の分解に触媒を用いる請求項１に記載の過弗化物の処理方法。
3. 前記排ガスを、噴射された気体の噴流により吸引して排出することが、エゼクターにより行われる請求項１または請求項２に記載の過弗化物の処理方法。
4. 過弗化物を含み半導体製造装置から排出された排ガスに含まれるその過弗化物を分解し、前記過弗化物の分解により生じた酸性ガスを含む排ガスを酸性ガス除去装置で水及びアルカリ溶液の一方に接触させることにより前記排ガスから前記酸性ガスを除去し、前記酸性ガス除去装置から排気管に排出された前記排ガスに含まれるミストを分離し、ミストが分離された前記排ガスを噴射された気体の噴流により吸引して前記酸性ガス除去装置を負圧に維持し、吸引された前記排ガスを配管を介して排気ダクトへ排出し、該配管に接続された凝縮水ドレン配管により前記酸性ガス除去装置より下方に位置して前記水及び前記アルカリ溶液の一方を受入れるタンクに導くとともに、分離された前記ミストを、前記排気管とは別の排出管により、前記タンクに導くことを特徴とする半導体製造装置の排ガス処理方法。
5. 前記過弗化物の分解に触媒を用いる請求項４に記載の過弗化物の処理方法。
6. 前記排ガスを、噴射された気体の噴流により吸引して排出することが、エゼクターにより行われる請求項４または請求項５に記載の半導体製造装置の排ガス処理方法。
7. 過弗化物を含むガスが供給され、前記過弗化物を分解する過弗化物分解装置と、前記過弗化物の分解により生成された酸性ガスを含む排ガスと水及びアルカリ溶液の一方とを接触させて、前記排ガスから前記酸性ガスを除去する酸性ガス除去装置と、前記酸性ガス除去装置に接続された排気管に設けられ、前記酸性ガス除去装置内の排ガスから、ミストを分離するミスト分離装置と、該ミストを分離された排ガスを、噴射された気体の噴流により吸引して排出し、前記酸性ガス除去装置を負圧に維持するガス吸引装置と、前記酸性ガス除去装置及び前記ミスト分離装置の下方に配置されて前記酸性ガス除去装置から排出された前記水及びアルカリ溶液の一方を受入れるタンクと、前記ミスト分離装置で分離されたミストを前記タンクに導く、前記排気管とは別の排出管と、前記ガス吸引装置の凝縮水ドレンを前記タンクに導く凝縮水ドレン配管とを備えたことを特徴とする過弗化物の処理装置。
8. 前記ミスト分離装置がサイクロンである請求項７に記載の過弗化物の処理装置。
9. 前記過弗化物分解装置が前記過弗化物の分解に作用する触媒を充填している請求項７または請求項８に記載の過弗化物の処理装置。
10. 前記触媒が、Ａｌ酸化物を含み、更にＺｎ，Ｎｉ，Ｔｉ，Ｆ，Ｓｎ，Ｃｏ，Ｚｒ，Ｃｅ，Ｓｉ及びＰｔから選ばれた少なくとも１つの酸化物を含んでいる請求項９に記載の過弗化物の処理装置。
11. 前記ガス吸引装置が、エゼクターである請求項７ないし請求項１０のいずれかに記載の過弗化物の処理装置。
12. 前記エゼクターに供給される駆動用ガスの圧力が設定圧力を越えたとき前記エゼクターへの前記駆動用ガスの供給を停止させる手段を備えた請求項１１記載の過弗化物の処理装置。

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