JP4430758B2

JP4430758B2 - 微細気泡発生装置

Info

Publication number: JP4430758B2
Application number: JP20290399A
Authority: JP
Inventors: 隆一中西; 章博吉▲高▼; 朝海丸山; 建三細中
Original assignee: Sumitomo Seika Chemicals Co Ltd
Current assignee: Sumitomo Seika Chemicals Co Ltd
Priority date: 1999-07-16
Filing date: 1999-07-16
Publication date: 2010-03-10
Anticipated expiration: 2019-07-16
Also published as: JP2001025651A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体製造装置から排出される排ガス等に含まれる有害成分の除去などに用いられる微細気泡発生装置に関する。さらに詳しくは該微細気泡発生装置の改良に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、半導体製造装置から排出される排ガス等に含まれる有害成分の除去方法としては、該ガスを水あるいは薬液と接触させて、有害成分を吸収あるいは加水分解して除去する、いわゆる湿式法が知られている。このような湿式法では、気液を十分に接触させることが必要であり、充填塔方式、微細気泡発生方式等、各種方式の気液接触装置が提案されている。
【０００３】
例えば、微細気泡発生方式の装置として、特開昭６１−３５８３２号公報には、「上端有蓋または上下両端有蓋中空の円筒体の上面に放射状の羽根翼と、その外周側面に中心線に平行な縦縞状の畝を植設した回転子を設けると共に、該回転子をその中心線を軸として高速回転させて生ずる旋回渦流の起きる吸気管を備え、該吸気管の上端は液面上に開口し、液中におけるその開放端の下方に前記回転子を沈設し、該吸気管の開口部より吸引した気体を前記回転子に供給し、液中で微細気泡となすことを特徴とする自吸式微細気泡発生装置」が開示されている。
【０００４】
ところで、現在の半導体製造産業では、シリコンウェハーのドライエッチングやチャンバークリーニング等の工程において、エッチングガスとして、CF₄、 CHF₃、C₂F₆、SF₆、Ｃｌ₂、BCｌ₃、HCｌ、HBｒ、CｌF₃等の各種ガスが使用されている。これらの工程から排出される排ガス中には、上記のエッチングガスが未反応で排出されたもの、エッチングに使用された後、HF、 SiF₄、SiCl₄等の分解生成物に変化したもの等、各種成分が含まれている。これらの成分はいずれも有害であるため、除去装置により有害成分を除去した後、大気中に放出しなければならない。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
例えば、湿式法における気液接触装置として上記自吸式微細気泡発生装置を用いた場合、液面上にある吸気管の上部に排ガス導入配管が接続され、高速で回転する回転子によって生じる負圧によって、排ガスは吸気管内に吸引される。吸引された排ガスは、回転子によって放射旋廻状に液中に供給され微細気泡となって、気液接触されるのであるが、吸気管の液中に設けられた開放端（吸引ガス出口）は激しい渦流状の水または薬液から構成される吸収液と常に接触する状態となる。このとき、吸収液の一部は渦巻き状に開放端から巻き上がり、あるいはハネ上がって吸気管の内壁を湿らせることとなる。
【０００６】
一方、排ガス中には前記したように各種成分が含まれているが、中でもSiF₄、BCｌ₃は下記の反応式に従ってSiO₂、B₂O₃を生成する。
【０００７】
【化１】

【０００８】
上記反応は水分の存在下で直ちに起こるため、前記、吸収液によって湿った吸気管の内壁には、上記反応式に従って生成したSiO₂、B₂O₃が結晶固体となって付着する。あるいはこれら以外の若干の固形物も付着して、微細気泡発生装置を長期に亘って使用すると固形物の付着量が増えて堆積し、排ガスの流入を妨げ、ついには吸気管を閉塞させる事態となる。
【０００９】
また、液面上にある吸気管上部に排ガス導入配管が接続されるのであるが、その接続部近傍の吸気管の内壁にも、固形物が付着することもある。
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
上記したように、固形物による閉塞の問題は単に排ガスの処理設備だけの問題ではなく、半導体製造装置自体の稼動にまで影響を及ぼすため、日常のメンテナンスが重要であり、定期的にあるいは、固形物がある程度堆積した時点で、前記微細気泡発生装置の運転を停止して人の手でそれらを除去するという煩雑な操作が必要であった。
【００１１】
本発明は上記した状況に鑑みてなされたものであって、前記排ガス導入部近傍あるいは開放端の上部等、吸気管の内壁に付着したSiO₂、B₂O₃等の固形物を除去するために吸気管に水供給手段を設け、水の持つ溶解力、水勢等を利用して、簡単に固形物を除去できる微細気泡発生装置を提供しようとするものである。
【００１２】
【発明の開示】
上記課題を解決するため、本発明では、次の技術的手段を講じている。
【００１３】
すなわち、本発明によれば、液中に配設される回転インペラと、この回転インペラを高速回転させたときに生じる負圧を利用して処理ガスを吸引する吸気管と、この吸気管の上部に液面上方で接続された処理ガス導入配管とを備え、前記回転インペラは液中における該吸気管の開放端の下方に位置しており、吸引した処理ガスを高速回転する前記回転インペラで微細気泡として液中に分散させる装置であって、該吸気管の開放端よりも上方に水供給手段を備えた微細気泡発生装置が提供される。
【００１４】
回転インペラは、通常数千ｒｐｍの高速で回転されるのであるが、その駆動部は微細気泡発生装置の下方に設けても、また上方に設けてもよい。具体的には、下部駆動式の場合、回転インペラの中心軸（以下、シャフトということもある。）は液の漏洩がないように底部の軸封装置を通じてその下方に設けられた駆動部に接続される。また上部駆動式の場合、吸気管の上方に固定された駆動部に軸封装置を通じてシャフトが接続され、またシャフトは吸気管の中を貫通して、開放端の下方で回転インペラと接続される。
【００１５】
また、このとき用いられる回転インペラの形状としては、例えば、上端有蓋または上下両端有蓋中空の円筒体の上面に放射状の羽根翼と、その外周側面に中心線に平行な縦縞状の畝を植設したもの、あるいは中空の円筒体の内部に放射状に羽根翼を設けたもの等が挙げられ、特に限定されるものではない。
【００１６】
上記したように下部駆動式の場合、シャフトは軸封装置を通じてその下方にある駆動部と接続されているため、吸気管の内部は中空であるのに対し、上部駆動式の場合は、吸気管の中をシャフトが通っているため、シャフトの周囲の空間が吸引された排ガスの通路となる。
【００１７】
従って、吸気管に水供給手段を設ける場合、下部駆動式の場合は水供給配管を吸気管内部に挿入し、そこから１以上の水供給手段を取り出すことができる。また、水供給手段の形状は特に限定されず、先を絞ったノズルとしてもよいし、複数の水吹き出し口を持ったスプレイとしてもよい。一方、上部駆動式の場合、上記のように吸気管の中をシャフトが貫通しているため、水供給手段は吸気管と排ガス導入配管の接続部よりも上方に設け、そこから水を供給する構造とする。
【００１８】
吸気管の材質としては、特に限定されず、プラスチックス、ステンレス鋼、強化ガラス等が用いられる。しかし、排ガスの成分中には水に溶解して酸性を示す成分が多いことから、ポリ塩化ビニル、ポリエチレン、ポリプロピレン等のプラスチックスを用いると好適な結果が得られる場合が多い。また、吸気管の内面をテフロンでコーティングをすると生成したSiO₂、B₂O₃等の固形物が付着し難いという点でさらに好ましい。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態について図面を参照しつつ説明する。
【００２０】
図１に、本発明の好適な実施形態にかかる下部駆動式の微細気泡発生装置を示す。吸気管１は、透明塩化ビニル製（例えば、内径６０ｍｍ、全長９６０ｍｍ）で、例えば、内径４００ｍｍの吸収液槽２中で底面から所定の高さ（例えば、２２５ｍｍ）に開放端３が位置するように、吸収液槽２に固定される。吸収液４は、水またはアルカリ性の水等の薬液から構成され、一定時間排ガスの処理を行い吸収能がなくなった時点で新しい吸収液と交換するか、常に一定量の吸収液を供給してそれに見合う量の排ガスを吸収した吸収液をオーバーフローさせる。回転インペラ５は周知の軸封装置７を通して、シャフト６により、その下方に設けられたモータと歯車類から構成される駆動部８に接続される。回転インペラ５は吸気管１の開放端３の直下に配設され、回転インペラ５と開放端３の間は、高速回転する回転インペラ５により一定の負圧が発生するよう、数ｍｍの間隔に調節する。
【００２１】
図示しない半導体製造装置からの排ガス９は、排ガス導入配管１０から、吸気管１と排ガス導入配管の接続部（排ガス導入部）１１を経て、回転インペラ５の高速回転によって生じる負圧によって吸気管１内に導入され、開放端３から吸収液中に微細気泡として分散される。このとき、窒素導入管１３からは常に一定量の窒素ガス１２が排ガス９とともに吸気管１内に導入される。この窒素ガス１２は、半導体製造装置側、あるいは微細気泡発生装置側のトラブルにより発生する不測の事態に備えて、吸収液４が半導体製造装置側に逆流しないように、常に、吸気管内を正圧に保つ保安用の役目を果たしている。さらに窒素ガス１２は、後述するように吸気管１の乾燥用としても利用される。処理された排ガスは処理ガス出口２１から大気中に放出される。
【００２２】
前記したように、微細気泡発生装置の運転を長時間行うと、SiO₂、B₂O₃等の固形物の付着が、吸気管１における排ガス導入部１１近傍および開放端３の上部に主として発生する。このとき、固形物を除去するための水１４は、水供給配管(ステンレス鋼製)１５から供給されるのであるが、水供給手段を１ケ所に設ける場合は、排ガス導入部１１よりも上方に設ける。この場合、排ガス導入部１１近傍に付着した固形物を溶解したり、あるいは水勢で除去した後の水１４は吸気管１内を流下して開放端３の上部に至り、そこでも同様に作用して固形物を除去するためである。窒素ガス１７は水供給配管１５の乾燥に用いられる。この窒素ガス１７は前記保安用および吸気管１の乾燥用窒素ガスとは図示の実施形態のように別のラインとしてもよいし、同一ライン（図示せず）としてもよい。
【００２３】
図１は、水供給配管１５を吸気管１内に引き込み、排ガス導入部１１の上方と開放端３から例えば、３００〜５００ｍｍの上方の位置との２ケ所に水供給手段１６、１６’を設けた場合を示し、各水供給手段は、それぞれ複数のノズルを設けてスプレイ状に水を噴射できる構造にしたものである。このように、２ケ所で分離して水を噴射する場合には各個所で効率よく、簡単に固形物を除去することができる。
【００２４】
以下、図１を参照して、SiO₂、B₂O₃等の固形物を除去する操作について説明する。先ず、微細気泡発生装置の運転を止め、吸収液も抜いて固形物を除去する場合は、排ガス開閉弁１８を閉として排ガス９の導入を停止した後、水−窒素切替弁２０を操作して水供給手段１６および１６’に水を供給する。このとき、通常、開となっている窒素ガス開閉弁１９はそのままの状態にして、水供給手段１６から供給した水１４が排ガス配管１０に進入することのないよう圧力を保ちながら水１４を供給する。SiO₂、B₂O₃等の固形物が水に溶解したり水勢によって除去されたら、水の供給を停止し，その後、吸気管１および水供給配管１５の乾燥を行う。吸気管１の乾燥は、窒素ガス１２により行うが、短時間での乾燥を希望する場合、窒素ガス開閉弁１９の開度を調節して、保安用の量よりも大量の窒素ガスを流すことにより行う。水供給配管１５の乾燥は、水−窒素切替弁２０を切替えて水供給配管１５に窒素ガス１７を流し、水供給手段１６および１６’から窒素ガスをパージすることにより行う。
【００２５】
本発明の微細気泡発生装置では、駆動部の回転は停止するが吸収液は抜かないままで吸気管１の内部の固形物を除去することも可能である。この場合、回転インペラ５の回転がないと、吸収液の液面は吸気管１の内部へ上昇する。そのため、排ガス開閉弁１８を閉として排ガス９の導入を停止した後、液面を下げるため、必要ならば、窒素ガス開閉弁１９の開度を調節して窒素ガス１２を吸気管１の内部に圧入し、液面を押し下げたままの状態で水−窒素切替弁２０を操作して水供給手段１６および１６’に水を供給する。SiO₂、B₂O₃等の固形物が除去されたら、上記と同様にして吸気管１および水供給配管１５の乾燥を行う。
【００２６】
図２に、本発明にかかる上部駆動式の微細気泡発生装置を示す。吸気管３１は、透明塩化ビニル製（例えば、内径６０ｍｍ、全長９６０ｍｍ）で、上部フランジ部分にモータと歯車類から構成された駆動部３８が固定されている。回転インペラ３５は、周知の軸封装置３７を通してシャフト３６により、駆動部３８に接続される。吸気管３１は、その開放端３３の直下に回転インペラ３５が位置するように前記フランジ部分で結合され、開放端３３と回転インペラ３５の間は回転インペラ３５が高速回転したとき一定の負圧が発生するよう、数ｍｍの間隔に予め調節されている。
【００２７】
上記した駆動部３８、吸気管３１、回転インペラ３５が一体構造となった装置は、例えば、内径４００ｍｍの吸収液槽３２中で底面からの高さ（例えば、２２５ｍｍ）に開放端３３が位置するよう、吸収液槽３２に固定される。吸収液３４は、水またはアルカリ性の水等の薬液から構成され、一定時間排ガスの処理を行い吸収能がなくなった時点で新しい吸収液と交換するか、常に一定量の吸収液を供給してそれに見合う量の排ガスを吸収した吸収液をオーバーフローさせる。
【００２８】
上部駆動式の微細気泡発生装置は、吸気管３１の中をシャフトが貫通しているため、水供給配管（ステンレス鋼製）４５を吸気管３１の内部に引き込むことは困難である。そのため図２に示すように、排ガス導入配管４０と吸気管３１の接続部（排ガス導入部）４１よりも上部に水供給配管４５を接続し、その先端を水供給手段４６とする。
【００２９】
以下図２を参照して動作を説明する。図示しない半導体製造装置からの排ガス３９は、排ガス導入配管４０から、吸気管３１と排ガス導入配管４０との接続部（排ガス導入部）４１を経て、回転インペラ３５の高速回転によって生じる負圧により、吸気管３１内に導入され、開放端３３から吸収液中に微細気泡として分散される。このとき、窒素導入配管４３からは常に一定量の窒素ガス４２が排ガス３９とともに吸気管３１内に導入される。この窒素ガス４２は、半導体製造装置側、あるいは微細気泡発生装置側のトラブルにより発生する不測の事態に備えて、吸収液３４が半導体製造装置側に逆流しないように、常に、吸気管内を正圧に保つ保安用の役目を果たしている。さらに窒素ガス４２は、後述するように吸気管３１の乾燥用としても利用される。処理された排ガスは処理ガス出口５１から大気中に放出される。
【００３０】
前記したように、微細気泡発生装置の運転を長時間行うと、SiO₂、B₂O₃等の固形物の付着が、排ガス導入部４１近傍および開放端３３の上方に主として発生する。このとき、固形物を除去するための水４４は、水供給配管４５から、排ガス導入部４１よりも上部に設けられた水供給手段４６へ供給される。供給された水は、排ガス導入部４１近傍に付着した固形物を溶解したり、あるいは水勢により除去した後、吸気管３１内を流下して開放端３３の上方に至り、そこでも同様に作用して固形物を除去した後、開放端３３から放出される。窒素ガス４７は、水供給配管４５の乾燥に用いられる。この窒素ガス４７は前記保安用および吸気管３１の乾燥用窒素ガスとは図示の実施形態のように別のラインとしてもよいし、同一ライン（図示せず）としてもよい。
【００３１】
以下、SiO₂、B₂O₃等の固形物を除去する操作について説明する。先ず、微細気泡発生装置の運転を止め、吸収液も抜いて固形物を除去する場合は、排ガス開閉弁４８を閉として排ガス３９の導入を停止した後、水−窒素切替弁５０を操作して水供給手段４６に水４４を供給する。このとき、通常、開となっている窒素ガス開閉弁４９はそのままの状態にして、水供給手段４６から供給した水４４が排ガス導入配管４０に進入することのないように圧力を保ちながら水４４を供給する。SiO₂、B₂O₃等の固形物が水に溶解したり水勢によって除去されたら、水の供給を停止した後、吸気管３１および水供給配管４５の乾燥を行う。吸気管３１の乾燥は、窒素ガス４２により行うが、短時間での乾燥を希望する場合、窒素ガス開閉弁４９の開度を調節して、保安用の量よりも大量の窒素ガスを流すことにより行う。水供給配管４５の乾燥は、水−窒素切替弁５０を切替えて水供給配管４５に窒素ガス４７を流し、水供給手段４６から窒素ガスをパージすることにより行う。
【００３２】
次に、駆動部の回転は停止するが吸収液は抜かないままで吸気管３１の内部の固形物を除去する場合、回転インペラ３５の回転がないと、吸収液の液面は吸気管３１の内部へ上昇する。そのため、排ガス開閉弁４８を閉として排ガス３９の導入を停止した後、液面を下げるため、必要ならば、窒素ガス開閉弁４９の開度を調節して窒素ガス４２を吸気管３１の内部に圧入し、液面を押し下げたままの状態で水−窒素切替弁５０を操作して水供給手段４６に水を供給する。SiO₂、B₂O₃等の固形物が除去されたら、上記と同様にして吸気管３１および水供給配管４５の乾燥を行う。
【００３３】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明によれば、吸気管の内部に設けられた１以上の水供給手段から供給される水の溶解力、あるいは水勢により、簡単に、効率的に固形物を除去することができるという優れた効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の１実施態様である下部駆動式微細気泡発生装置を示す概略図である。
【図２】本発明の１実施態様である上部駆動式微細気泡発生装置を示す概略図である。
【符号の説明】
１，３１吸気管
３，３３開放端
４，３４吸収液
５，３５回転インペラ
８，３８駆動部
９，３９排ガス
１０，４０排ガス導入配管
１２，４２窒素ガス
１４，４４水
１６，１６’ 水供給手段
４６水供給手段
１７，４７窒素ガス
２１，５１処理ガス出口

Claims

液中に配設される回転インペラと、この回転インペラを高速回転させたときに生じる負圧を利用して処理ガスを吸引する吸気管と、この吸気管の上部に液面上方で接続された処理ガス導入配管とを備え、前記回転インペラは液中における該吸気管の開放端の下方に位置しており、吸引した処理ガスを高速回転する前記回転インペラで微細気泡として液中に分散させる装置であって、該吸気管の開放端よりも上方に水供給手段を備え、該水供給手段に水を供給する水供給配管に窒素ガス供給配管が接続されたことを特徴とする、微細気泡発生装置。
液中に配設される回転インペラと、この回転インペラを高速回転させたときに生じる負圧を利用して処理ガスを吸引する吸気管と、この吸気管の上部に液面上方で接続された処理ガス導入配管とを備え、前記回転インペラは液中における該吸気管の開放端の下方に位置しており、吸引した処理ガスを高速回転する前記回転インペラで微細気泡として液中に分散させる装置であって、該吸気管の開放端よりも上方に水供給手段を備え、処理ガス導入配管に窒素ガス供給配管が接続されたことを特徴とする、微細気泡発生装置。
水供給手段が吸気管と処理ガス導入配管との接続部よりも上方に設けられた、請求項１または２に記載の微細気泡発生装置。
回転インペラが該回転インペラの下方に設けられた駆動部により高速回転されるものであり、水供給手段が吸気管の内部に引き込まれている、請求項１または２に記載の微細気泡発生装置。
水供給手段が開放端よりも上方で吸気管と処理ガス導入配管との接続部よりも下方および吸気管と処理ガス導入配管との接続部よりも上方の２箇所に設けられている、請求項４に記載の微細気泡発生装置。
回転インペラが該回転インペラの上方に設けられた駆動部により高速回転されるものであり、水供給手段が吸気管と処理ガス導入配管との接続部よりも上方に設けられた、請求項１または２に記載の微細気泡発生装置。