JP4673315B2 - 排ガス処理装置 - Google Patents
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Description
本発明は、配管構造物が塞がるのを防止するための装置及び方法に関する。本発明は、半導体産業又はフラットパネル表示産業に使用される湿式スクラバー又は他の装置の入口の詰まりを減ずる際に特定の適用を見いだしている。
多くの半導体加工は固形の凝縮性又は昇華化合物を使用し又は発生せる。例えば、低圧化学蒸着窒化珪素（ＬＰＣＶＤ窒化）法は、基板を絶縁する窒化珪素の均一な層を生じさせるために（ジクロロシラン又はトリクロロシランのような）クロロシラン及びアンモニアを使用する傾向がある。これらの方法は窒化珪素の大変厚い皮膜を生じさせる傾向があり、その結果、大変長い蒸着サイクル、典型的には、３ないし８時間を要する。その結果、この方法の副産物として沢山の粉末を発生させる。このような副産物は、複素アンモニア−クロロ−珪酸塩、例えば、大気圧で１２０℃で昇華するアンモニアヘキサクロロシリケートを含む。
これらの物質が湿式スクラバーの入口に入ると、かかる物質は冷えて、凝集し、湿式スクラバーから逆流する水蒸気と反応する。例えばアンモニウムヘキサクロロシリケートは、スクラバーの入口を内張りするガラス状付着物を形成することがある。もしも付着物の堆積を許して中断しないまま続けるならば、付着物の堆積は入口を完全に塞いで、停止時間及び生産損失を被る。例えば、殆どのプロセスツール製造業者（ＯＥＭｓ）は、固形付着物を中断しないで堆積させる、注入室オフラインを機械的に清掃する。
第１の側面では、本発明は、パイプの詰まりを減少させるための装置を提供し、この装置は、パイプの開口部に着脱自在に連結されるようになった開口端を有する本体と、本体内で該本体に対して移動できるシャフトと、シャフトの一端に取り付けられた掻き取り装置と、掻き取り装置をパイプの中へ押し入れてパイプ内に付着した粒状物を取り除き、且つ掻き取り装置をパイプから引き抜くためにシャフトを往復移動させるための手段と、粒状物の付着を抑制するために加熱圧縮ガスを本体の中へ注入するための、本体のまわりに延びた手段と、を含む。
かくして、本発明は、例えば、プロセスツールの排気と湿式スクラバー又は他の装置への入口との間のパイプ界面が実質的に妨害のないままである。これは、プロセスツールの有用性を高め、保守及び運転費を減ずる。
好ましくは５０℃ないし２００℃の範囲、最も好ましくは８０℃ないし１２０℃の範囲の温度で高温パージガスを本体に導入することにより、湿式スクラバーから逆流する水蒸気の分圧を増大させることができ、それにより、本体内での凝縮の危険を減ずる。これは、凝縮水蒸気がコールドスポットを形成し、本体内に物質の付着を促進するからである。その上、掻き取り装置の外面は高温且つ乾燥状態に保つことができ、不活性雰囲気を本体内に維持することができる。
原則として、どんな圧縮ガスも使用できる。普通入手できる２つのガスは清浄乾燥空気（ＣＤＡ）及び窒素である。窒素は、これがＣＤＡ中に存在する酸素と違って、パイプ内に典型的に存在する化学種と反応しないから好まれる。酸素は、水酸化珪素と反応して固形付着物、例えば、シラン、ジクロロ−シラン、及びトリクロロ−シランを形成する。
好ましくは、注入手段は、好ましくは、本体内に渦流を形成する危険を最小にするような方法でパージガスを本体に注入するための１つ以上のオリフィスからなり、このような渦流は固形物の形成を促進することがある。
装置は、好ましくは、本体の温度を５０℃ないし２００℃の範囲、好ましくは８０℃ないし１５０℃の範囲内に維持するための、本体のまわりに延びる加熱手段を有する。これはまた、「コールドフィンガー」が本体に入るのを、また付着速度を加速するのを防止するのを助けることができる。
機械的スクレーパ（掻き取り器）は、原則として、スクレーパをパイプ内で移動させるときパイプの壁から粒状物を取り除くどんな機械的装置でもよい。しかしながら、スクレーパが剛性であったとしたら、頑固な付着物はスクレーパを変形させてシャフトを損傷させてしまう事がある。したがって、好ましい実施形態は、本来的な可撓性及び頑固な付着物を取り除くための多面のために、螺旋コイルである。コイルは、具合のよいどんな形態でも取ることができるが、コイルをパイプの中を移動させるときパイプのどんな１つのセクション（区域）をも通るコイルの数が多ければ多いほど除去効率は高くなる。例えば、好ましい実施形態は、ほぼ１８mmのピッチ及び１１０以上の高さを有する螺旋コイルを使用する。掻き取り装置は好ましくは、ステンレススチールのような化学的に不活性で機械的に安定な固体物質で形成される。
好ましくは、移動させる手段は、シャフトの他端に取り付けられたピストンからなり、ピストンはシリンダ内で往復移動できる。種々の空気シリンダが商業的に入手でき（例えば、戻りバネの付いた又は付いていない、固定又は回転シャフトを有する）単動又は複動空気シリンダ）、その全てを使用してもよい。好ましい実施形態は、回転シャフト、磁気ピストン及びクッション付端ストップを有する複動空気シリンダを使用する。戻りバネの付いていない複動アクチェータの利点は、それを引っ込み位置へ駆動することができ、且つそれが、流入するプロセスガスによってスクレーパに及ぼされる力に容易に打ち勝つことができ、伸長又は引っ込み中力の損失がなく、回転シャフトは、螺旋コイルが大変硬い付着物を切り離すことを可能にする。
磁気ピストンは、リードスイッチのような位置指示器がシリンダの位置（伸長又は引っ込み）を確認することを可能にし、この情報を制御装置にフィードバックして装置が最適に働いていることを保証する。
空気クッション付端ストップを設けることは、アクチェータシャフトの端の損傷を防止することができる。アクチェータシャフトは、曲がり又は他の機械的損傷を防止するのに十分な機械的強度を持つべきである。好ましい実施形態では、固体の１２mm直径のステンレススチールシャフトが使用されるが、原則としてシャフトはどんなサイズ及び材料ででも形成することができる。
好ましい実施形態では、アクチェータ行程は、スクレーパの端がスクラバー液体によって濡らされないで入口パイプの端を清掃するに十分であり且つ入口パイプの中を通るガス流から掻き取り装置を少なくとも実質的に完全に引っ込めるのに十分である。かくして、掻き取り装置は、シャフトが完全に引っ込んだ位置にあるとき、本体内に、好ましくは少なくとも部分的に、最も好ましくは実質的に収容される。スクレーパがガス流内にとどまったとしたら、スクレーパは、パイプ妨害に対する触媒として作用することがある。例えば、１２０mmと２５０mmの行程を本発明の異なる実施形態において使用する。
空気圧力の選択は他の重要なファクターである。アクチェータは、硬くて頑固な付着物を、他のデリケートな構成部品を損傷させることなく除去するのに十分な力を供給すべきである。理論的には、どんな正圧をも、例えば０−１０バールのゲージ圧が許容されるが、実際には、２−４バールのゲージ圧が十分であることが分かった。
正常運転中、スクレーパを（クーラー）パイプの中へ移動させるとアクチェータシャフトに固形物質が堆積することがある。従って、装置は好ましくは、シャフトがパイプから引き抜かれる時シャフトに付着した粒状物が、移動させる手段の中へ引き込まれるのを防止するための手段を有する。例えば、装置は、シャフトの移動中シャフトから粒状物を掻き取るための、シャフトの通る環状シールのような掻き取り手段を有する。追加のスクレーパシールがないと、これらの付着物はアクチェータのノーズシールを通して引き戻されることがある。原則として、どんなシール材をも使用することができる。今日まで、我々は、ＰＥＥＫ（登録商標）（ポリ−エーテル−エーテル−ケトン）が高い運転温度に耐えながらシャフトの摩耗を最小にするための最も効率的な物質であることが分かった。
上記のように、装置は、湿式スクラバー又は他の接触装置との入口パイプを清掃するときの特定な用途を見いだす。従って、第２の側面では、本発明は、湿式スクラバーとの入口パイプの詰まりを減少させるための装置を提供し、この装置は、パイプの開口部に着脱自在に連結されるようになった開口端を有する本体と、本体内で該本体に対して移動できるシャフトと、シャフトの一端に取り付けられた掻き取り装置と、掻き取り装置をパイプの中へ押し入れてパイプ内に付着した粒状物を取り除き、且つ掻き取り装置をパイプから引き抜くためにシャフトを往復移動させるための手段と、粒状物の付着を抑制するために加熱圧縮ガスを本体の中へ注入するための、本体のまわりに延びた手段と、を含む。
第３の側面では、本発明は、パイプの詰まりを減少させるための方法を提供し、該方法は、本体と、本体内で該本体に対して移動できるシャフトと、シャフトの一端に取り付けられた掻き取り装置と、を有し、シャフトを往復動させて掻き取り装置をパイプの中へ押し入れてパイプ内に付着した粒状物を取り除き、且つ掻き取り装置をパイプから引き抜き、加熱圧縮ガスを本体の中へ注入して本体内での粒状物の付着を抑制することを含む。
第４の側面では、本発明は、湿式スクラバーとの入口パイプの詰まりを減少させるための方法を提供し、該方法は、本体と、本体内で該本体に対して移動できるシャフトと、シャフトの一端に取り付けられた掻き取り装置と、を有し、シャフトを往復動させて掻き取り装置を入口パイプの中へ押し入れて入口パイプ内に付着した粒状物を取り除き、且つ掻き取り装置を入口パイプから引き抜き、加熱圧縮ガスを本体の中へ注入して本体内での粒状物の付着を抑制することを含むアタチメントを入口パイプの開口部に着脱自在に連結することを含む。
本発明の装置の観点に関して上で説明は、発明の方法の観点に等しく適用でき、またその逆もしかりである。
本発明の好ましい特徴を今添付図面を参照して説明する。
図１に図示されているように、装置は、湿式スクラバーに対するパイプ入口のフランジ付端１２とのアタチメント１０の形態をなしているが、アタチメント１０は、頻繁な取り外しを必要とする他のパイプの端に取り付けられてもよい。アタッチメント１０は、適当な手段でパイプ１４のフランジ付端１２に着脱自在に連結できるフランジ開口端１８を有するスリーブ１６を含む。例えば、図示されているように、Ｏリングを収容する中心リング及びフランジを互いに保持するクランプからなるＮＷシステム１９を使用するのがよい。このような管継手はスリーブ１６のパイプ入口１４に対する向きの完全な調整をもたらすことができる。変形例として、一本以上のボルトを使用してスリーブ１６をパイプ入口１４に連結してもよい。パイプ入口１４は好ましくは、８０℃ないし２５０℃の範囲で、好ましくは１２０℃ないし１７０℃の範囲で高い熱安定性を有するプラスチック材料から形成される。適当な材料は、限られるわけではないが、ポリプロピレン、ポリテトラフルオロエチレン、ポリスルホン、ポリエーテルスルホン、ポリエーテルイミド、及びポリ二弗化ビニールを含む。
ヒータ２０がスリーブ１６の外側に延びていて、使用中、スリーブ１６内の温度を、５０℃ないし２００℃の範囲内、好ましくは、８０℃ないし１５０℃の範囲内に維持する。
スリーブ１６の他端には円筒状のフランジ付取付部品２２が設けられている。取付部品２２は、供給源（図示せず）から典型的には標準リットル／分（ｓｌｐｍ）の速度で注入される窒素又は清浄な乾燥空気のような高温の圧縮パージガスの流れを受けるためのノズル２４を備えている。
ガスは、５０℃ないし２００℃の範囲、好ましくは８０℃ないし１２０℃の範囲の温度で注入される。取付部品２２の内ボアのまわりに配置された螺旋溝２６と流体連通している。バージガスは螺旋溝２６の基部において受け入れられ、そしてスリーブ１６の外側で螺旋溝２６を螺旋状に上昇する。螺旋溝２６の頂において、パージガスは、スリーブ１６に形成された１つ以上のオリフィス２８からスリーブ１６に入る。複数のオリフィス２８がスリーブ１６のまわりに円周方向に間隔を隔てられるが、任意適当な数（即ち１つ以上）のオリフィスを要求に応じて設けてもよい。
ガスは、５０℃ないし２００℃の範囲、好ましくは８０℃ないし１２０℃の範囲の温度で注入される。取付部品２２の内ボアのまわりに配置された螺旋溝２６と流体連通している。バージガスは螺旋溝２６の基部において受け入れられ、そしてスリーブ１６の外側で螺旋溝２６を螺旋状に上昇する。螺旋溝２６の頂において、パージガスは、スリーブ１６に形成された１つ以上のオリフィス２８からスリーブ１６に入る。複数のオリフィス２８がスリーブ１６のまわりに円周方向に間隔を隔てられるが、任意適当な数（即ち１つ以上）のオリフィスを要求に応じて設けてもよい。
スリーブ内に高温乾燥不活性環境を作ることにより、スリーブ内の粒状物付着の見込みを最小にすることができる。ガス注入はまた、湿式スクラバーから逆流する水蒸気の分圧を増大させ、それによって、スリーブ内の凝縮の危険を減じ、かつまたスリーブ内の粒状物の付着を防止する。
取付部品２２に形成された螺旋溝２６の中を通るパージガスの高温により、取付部品２２は好ましくは、ＰＥＥＫ（登録商標）（ポリエーテル−エーテル−テトン）で形成されるからパージガスから取付部品への熱の伝達速度は比較的低い。これは、パージガスの熱損失と取付部品２２の外面の温度の両方を減ずる。
取付部品２２のボアはステンレススチールの可動アクチェータシャフト３０を受け入れる。シャフト３０の一端３２には、ステンレススチールの螺旋コイルの形態のスクレーパ３４が取り付けられている。例えば、図１に示すように、コイルの一端は、シャフト３０のフランジ部分とシャフト３０の端３２に螺合されたナット３８との間にクランプされる。
シャフト３０は、スクレーパ３６をスリーブ１６に対して移動させるために設けられた空気シリンダ４０の一部をなしている。シリンダ４０は、シャフト３０が通るボアを備えたフランジ付端４２を備えている。シリンダ４０のフランジ付端４２は、適当な手段で取付部品２２のフランジ付端４４に取り付けられる。例えば、図示されているように、Ｏリングを収容する中心リング及びフランジを互いに保持するクランプからなるＮＷシステム４５を使用するのがよい。変形例として、一本以上のボルトを使用してシリンダ４０を取付部品４２に連結してもよい。
周知のように、空気シリンダ４０は、チャンバー４８に注入される圧縮空気の圧力により円筒チャンバー４８内で移動されるピストン４６を含む。アクチュエータシャフト３０の他端はピストン４６に連結されている。図１及び２に示す例では、空気シリンダ４０は戻りバネ５０を有する単動空気シリンダである。圧縮空気又は窒素がチャンバー４８に注入されてピストン４６をバネ５０の力に抗して下方に（図示されているように）押し、かくしてシャフト３０を移動させてスクレーパ３４を入口パイプ１４に向かって押す。空気圧力が除かれる時、バネ５０はピストン４６を休止位置まで押し戻し、かくして、シャフト３０を図１に示す引っ込み位置まで上方に（図示されているように）移動させる。図３に示す例では、空気ジリンダ４０ａは複動シリンダである。空気シリンダへの圧縮空気又は窒素がピストン４６の上側（図示されているように）でチャンバー４８に注入されてピストン４６を入口パイプ１４に向かって下方に（図示されているように）押し、圧縮空気又は窒素がピストンの反対側でチャンバー４８に注入されてピストンを入口パイプ１４から押し離す。
例えば、複動空気シリンダが使用される場合で、空気シリンダ４０が磁気ピストンを含む場合、図１は、空気シリンダ内の磁気ピストンの位置を指示する信号を、空気シリンダ４０の作動を制御するための制御装置５４への供給のために発生させるリードスイッチ５２を空気シリンダ４０の外側に設けるのがよい。
使用中、制御装置５４は空気シリンダ４０を作動してシャフト３０を移動させ、スクレーパ３４を入口パイプ１４の中へ押し込み、入口パイプ１４内に付着した粒状物を取り除き、且つコイルを入口パイプ１４からスリーブ１６の中へ引き戻し、プロセスツールから入口パイプ１４に流入する、５６で指示したプロセスガスから遠ざける。アタチメントを、規則正しい「予めプログラムされた」タイマー（３０秒毎ないし週一度の範囲、最適には、３時間毎）で、或いは遠隔トリガーから作動することができる。作動頻度は、パイプ入口１４内の付着速度、シャフト３０及びスクレーパ３４の機械的損傷、掻き取り機構の端における付着物の堆積に関して最適にすることができる。
作動中、固形付着物がスクレーパ３４に堆積することがあり、これはパイプを一時的に塞いで生産損失に至ることがある。プロセスツールが休んでいるときに機械的な清掃が起こりさえすればこれを除去することができる。図１に示すように、空気シリンダ４０のフランジ付端のボア内に、（移動する）アクチュエータシャフト３０の表面から粒状物を掻き取る環状ＰＥＥＫ（登録商標）スクレーパシール５８を設けることができる。
空気バルブがアクチュエータの作動を制御するのがよい。多形態が利用できる。
要約すると、湿式スクラバー又は他の装置への入口パイプのためのアタチメントは、入口パイプのフランジ付端に着脱自在に連結されるようになった開口端を有するスリーブを含む。シャフトがスリーブ内で移動でき、スクレーパがシャフトの一端に取り付けられる。シャフトは、該シャフトの他端に取り付けられた空気シリンダの一部を成す。使用中、シャフトを往復移動させてスクレーパがパイプ内に付着した粒状物を取り除く。窒素又は乾燥空気のような加熱ガスをスリーブに注入して洗浄液体がスリーブ内で凝縮するのを防止し、かくして、スリーブ内での粒状物の付着を抑制する。
上述したように、本発明を、湿式スクラバーへの入口パイプの内面を清掃する際の使用を参照して説明したけれども、プロセスガスによって粒状物が望ましくなく付着し易い接触装置又は他の装置の適当な表面を清掃するのに使用することができる。
半導体工程システムに加えて、プロセスガスによって化学粒状物が付着し易い表面がある他のタイプの化学的工程システムの一部として本装置を使用することができる。
湿式スクラバー入口と関連して、半導体金属エッチ工程は副産物として塩化アルミニウムを生成する。塩化アルミニウム自体は水と大変急速に反応して固形副産物（酸化アルミニウム）及び酸性ガス（塩化水素）を生成する。湿と乾の界面を制御することは固形物の堆積及び液体酸を防止するのに重要である。濃縮した酸性溶液は、いつかは、金属パイプ構造物を腐食させ、その結果、生産損失をもたらし、且つ一般管理費の増加をもたらす。再び、高温ガスパージは水蒸気の凝縮及び液体プールが形成されるのを防止する。
ポリ塩化ビニール（ＰＶＣ）は、その化学的な機械加工及び溶着性のために、湿式スクラバー入口のための選定材料であった。不幸にして、ＰＶＣ機械的強度は６０℃でひどく低下する。ヒータの導入でガス温度を６０℃以上に上昇させると、製造業者は入口温度を下げるために冷却導管を加えなければならなかった。これは、機械加工及び運転費を増加させる。単一の欠陥条件では、冷却損失は入口に熱応力を加えてこれを損傷させる。この結果、機械を強制的に停止させ、ユニットの運転費を増加させてしまう。
典型的には、８０℃ないし２５０℃の範囲で、好ましくは、１２０℃ないし１７０℃の範囲で高い熱安定性（融点）をもつプラスチックを使用することにより、この冷却溝の必要性を取り除き、入口が著しく高い温度で機能することを可能にし、付着速度を減じ、保守と保守の間の時間を長くする。例えば、本体は、ポリプロピレン、ポリテトラフルオロエチレン、ポリスルホン、ポリエーテルスルホン、ポリエーテルイミド、及びポリ二弗化ビニールのうちの１つで形成されるのがよい。
Claims (12)
- 湿式スクラバーへの入口パイプの詰まりを減少させるための装置であって、パイプの開口部に着脱自在に連結されるようになった開口端を有する本体と、本体内で該本体に対して移動できるシャフトと、シャフトの一端に取り付けられた掻き取り装置と、掻き取り装置をパイプの中へ押し入れてパイプ内に付着した粒状物を取り除き、且つ掻き取り装置をパイプから引き抜くためにシャフトを往復移動させるための手段と、粒状物の付着を抑制するために加熱圧縮ガスを本体の中へ注入するための、本体のまわりに延びた手段と、を含み、前記掻き取り装置が螺旋コイルからなる、前記装置。
- 注入手段は、本体の内面に配置された１つ以上のオリフィスからなる、請求項１に記載の装置。
- ガスは、８０℃ないし１２０℃の範囲の温度で注入される、請求項１又は２に記載の装置。
- 前記ガスは乾燥空気又は窒素からなる、請求項１ないし３のいずれか１項に記載の装置。
- 本体内の温度を８０℃ないし１５０℃の範囲内に維持するための、本体のまわりに延びる加熱手段を有する、請求項１ないし４のいずれか１項に記載の装置。
- 掻き取り装置は、ステンレススチールで形成される、請求項１ないし５のいずれか１項に記載の装置。
- 移動させる手段は、シャフトの他端に取り付けられたピストンからなり、ピストンはシリンダ内で往復移動できる、請求項１ないし６のいずれか１項に記載の装置。
- 移動させる手段は、掻き取り装置をパイプ内で回転させるためにシャフトを回転させるように構成されている、請求項１ないし７のいずれか１項に記載の装置。
- パイプから完全に引き抜かれた時、掻き取り装置は、パイプ内のガスに曝されないように本体内に実質的に収容される、請求項１ないし８のいずれか１項に記載の装置。
- シャフトがパイプから引き抜かれる時粒状物が移動させる手段に引き込まれるのを防止するための手段を有する、請求項１ないし９のいずれか１項に記載の装置。
- シャフトの移動中シャフトから粒状物を掻き取るための掻き取り手段を有する、請求項１０に記載の装置。
- 掻き取り手段はシャフトの通る環状シールからなる、請求項１１に記載の装置。
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