JP4937998B2 - Ｈｃｄガスの除害方法とその装置 - Google Patents

Description

半導体製造においてＣＶＤ(Chemical Vapor Deposition)装置から排出されるデポジット用の六塩化二珪素（以下ＨＣＤという）混入排ガスの除害方法とその除害装置に関するものである。

シリコンウエハ(Silicon Wafer)の製造装置であるＣＶＤ装置からは各種排ガスが排出される。これら排ガスは爆発性のもの、有毒なものなどがあり大気放出する前に除害しておく必要がある。本除害装置は前記ＣＶＤ装置に接続して使用され、ＣＶＤ装置から排出された有害排ガスを無害化するための装置である。このような装置として特開平１１−３３３４５号に記載されたようなものがある。

前記ＣＶＤ装置で使用されるガスには、デポジット用、クリーニング用、エッチング用など各種のガスがあり、これらの中でも更に各種のガスが存在する。ＨＣＤはデポジット用のガスとして新たに開発されたものである。

ＨＣＤは化学式がＳｉ₂Ｃl₆で表される新規なデポジット用ガスで、常温で水と接触する加水分解反応によって爆発性のシリコシュウ酸（反応性シリカのことで化学式は(ＳｉＯＯＨ)₂である）が形成され、非常に危険である。
[化１]
Ｓｉ₂Ｃl₆＋４Ｈ₂Ｏ→(ＳｉＯＯＨ)₂＋６ＨＣｌ

一方、水の存在がない場合(以下、非水という。)で、加熱分解すると以下のような反応を示す。
(a) 非水・無酸素 ２Ｓｉ₂Ｃl₆→３ＳｉＣｌ₄＋Ｓｉ
(b) 非水・有酸素 Ｓｉ₂Ｃl₆＋２Ｏ₂→２ＳｉＯ₂＋３Ｃｌ₂
ここで、有酸素雰囲気でＳｉ₂Ｃｌ₆を加熱分解した場合、(b)に示すように塩素が生成され、除害装置(1)を腐食してしまう。塩素の発生を防ぐにはある程度の水分の存在が不可欠であるが、前述のように水分量が多いと爆発性のシリコシュウ酸が発生する。

特開平１１−３３３４５号

本発明の解決課題は、爆発性のシリコシュウ酸の発生や、有毒・腐食性の塩素ガスの発生もないＨＣＤの加熱分解方法とその装置を開発することにある。

請求項１は本発明の除害方法で、「六塩化二珪素を含む排ガス(L)を、水分を含ませることなく、六塩化二珪素の分解温度以上の温度の反応処理領域(K)に導入すると共に、六塩化二珪素の加熱分解時における塩素の発生を防止できる分量以上、シリコシュウ酸が発生する分量未満の水分を含む酸素含有ガス(G)を該反応処理領域(K)に供給し、反応処理領域(K)内にて少なくとも排ガス(L)中の六塩化二珪素を酸化分解する」ことを特徴とする。

請求項２は前記方法を実行するための除害装置(1)で、「六塩化二珪素を含む排ガス(L)を排出する半導体製造装置に接続され、水分を含ませることなく、排ガス(L)を加熱分解する、六塩化二珪素の分解温度以上の温度の反応処理領域(K)を有する反応塔(6)と、反応塔(6)の反応処理領域(K)に、六塩化二珪素の加熱分解時における塩素の発生を防止できる分量以上、シリコシュウ酸が発生する分量未満の水分および酸素含有ガス(G)を供給する湿潤有酸素ガス供給部(5)と、反応塔(6)から出た処理ガス(H)を水洗浄する洗浄塔(7)と、洗浄水(8)を回収する洗浄水槽(4)とを備える除害装置(1)であって、反応塔(6)は、外筒(2)と外筒(2)の内部に配設された内筒(3)とを備えており、外筒(2)の内面と内筒(3)の外面との間には空間が設けられており、水分および酸素含有ガス(G)は、内筒(3)の内部及び前記空間の一方を通って反応処理領域(K)に供給され、反応処理領域(K)から出た処理ガス(H)は、内筒(3)の内部及び前記空間の他方を通って反応塔(6)から排出される」ことを特徴とする。

本発明によれば、ＨＣＤの分解温度に保たれた反応処理領域(K)に、若干の水分を含む有酸素ガス(一般的には空気(G))とＨＣＤを含む排ガス(L)とを供給することにより、酸も塩素も発生することなく、ＨＣＤを反応処理領域(K)において塩酸と二酸化珪素および水に分解することができるので、ＨＣＤを含む排ガス処理を安全に進めることができるようになった。

本発明の第１実施例にかかる装置の概略構成図 本発明の第２実施例にかかる装置の概略構成図 本発明の第３実施例にかかる装置の概略構成図 本発明の第４実施例にかかる装置の概略構成図 図４の反応塔の横断面図

符号の説明

(L) 排ガス
(K) 反応処理領域
(G) 水分を含む酸素含有ガス
(H) 処理ガス
(1) 除害装置
(4) 洗浄水槽
(5) 湿潤有酸素ガス供給部
(6) 反応塔
(7) 洗浄塔
(8) 洗浄水

以下、本発明の除害装置を図示実施例に従って詳述する。図１は本発明に係る除害装置(1)の第１実施例の概略構造図、図２は第２実施例の概略構造図、図３は第３実施例の概略構造図で、ＣＶＤ装置(図示せず)の各処理プロセス(図示せず)から排出される排ガス(L)が排ガス配管(10)にて接続されている。第１実施例では、１乃至複数のヒータ(30)が内筒(3)の周囲に反応塔(6)の天井部から吊設(図示していないが、反応塔(6)の床面から内筒(3)の周囲に立設してもよい。)されている。これに対して、第２実施例と第３実施例とではヒータ(30)の代わりに内筒(3)がヒータを兼ねている。

図１のヒータ(30)はセラミックヒータ(図示せず)のようなものでもよいし、使用ガス(ここではＨＣＤガス)に合わせて、ニッケル製(ハステロイ(HASTELLOY)のようなニッケル合金でもよい)のシース(鞘管(30c))とシース内に配設されたニクロム線（ニッケルとクロムとの合金線材）のような発熱体(30a)と、シース内に充填された絶縁材(30b)とで構成されたシーズヒータ(Sheathed heater)のようなものでもよい。また、第２実施例と第３実施例とは水分を含む酸素含有ガス(G)の炉への流入経路が相違するだけである。なお、第１実施例の場合も第２および第３実施例と同様、水分を含む酸素含有ガス(G)の炉への流入経路を相違するようにしてもよい。その他の構造はほぼ同じであるから同一機能を有する部分は同一番号を付し、第１実施例を中心にして説明し、第２および第３実施例は相違する部分だけ説明する。第１実施例と同一部分は第２および第３実施例の説明に援用する。

除害装置(1)は、下部に設置された洗浄水槽(4)、洗浄水槽(4)の上面中央に立設された反応塔(6)、反応塔(6)に隣接して設けられた湿潤空気供給塔(5a)及び反応塔(6)を超えて湿潤空気供給塔(5a)の反対側に設けられた洗浄塔(7)で大略構成されている。

除害装置(1)の反応塔(6)の中心に内筒(3)が配置されており、その周囲を囲むように或いはこれに沿うようにヒータ(30)が反応塔(6)の頂部(6a)から吊設されている。(勿論、反応塔(6)内のガス流を阻害しない状態で洗浄水槽(4)の上面(4a)を反応塔(6)内に延出し、この延出床部(図示せず)から立設し、内筒(3)の周囲を囲むように或いは沿うようにしてもよい)。

内筒(3)はセラミック製(材質は例えばアルミナ(alumina)質又はムライト(mullite)質)或いはニッケル製又はハステロイのようなニッケル合金製の筒状のものや図２，３の拡大図に示すヒータ内蔵型のもの(3)（発熱体を(30a)で示し、絶縁材を(30b)で示し、鞘管に該当する内・外皮を(30c)で示す。）或いはそのものが筒状のセラミックヒータ(図示せず)で構成されたものがある。ヒータ内蔵型のもの(3)は内・外皮(30c)がアルミナ質又はムライト質又はニッケル又はハステロイのようなニッケル合金で構成され、内部にニクロム線のような発熱電線（＝発熱体(30a)）が配設され且つ絶縁材(30b)が充填されている。この内筒(3)は、反応塔(6)の底部から塔頂に向かって立設されており、上端部分が最も高温となるように設計されている。この部分を反応処理領域(K)という。

外筒(2)は内面がアルミナ質又はムライト質よりなるセラミックで形成されており、その外周全体が断熱材で覆われた断熱構造体となっている。また、外筒(2)の内面をニッケル製又はハステロイのようなニッケル合金製とし、その外周全体が断熱材で覆われた断熱構造体としてもよい。さらに、内面部分がセラミックスヒータタイプのもの(即ち、外筒(2)のセラミック部分がセラミックヒータ)やヒータ内蔵型(図示せず)のものとしてもよい。ヒータ内蔵型の場合、ニッケル製又はハステロイのようなニッケル合金製内皮とその外側に設けられた断熱材との間に絶縁材を充填し、更に該絶縁材内にニクロム線のような発熱体が充填された断熱構造体(図２および３の拡大図と同様の構造)で構成されている。

この場合において、内筒(3)、外筒(2)及びヒータ(30)は前記構成の内筒(3)、外筒(2)及びヒータ(30)のそれぞれを全て組み合わせて使用する事が出来る。この中で外筒(2)の内面部分のセラミック部分と内筒(3)とが共にセラミックヒータ或いは外筒(2)の内面部分と内筒(3)とに発熱体が内蔵された構造の場合、外筒(2)と内筒(3)とで囲まれた空間は、内外から加熱されることになり、内筒(3)の上端部近傍から内筒(3)の内部上端部分にかけての空間が除害装置(1)の作動時において最も高温となり、排ガス(L)への熱輻射、熱伝導の効率が極めて高い反応処理領域(K)を形成する。この点は第２および第３実施例にも適用可能である。

除害装置(1)の洗浄塔(7)から導出された放出管(13)の下流には排気ファン(14)が設置されており、この排気ファン(14)の働きにより除害装置(1)内が減圧され、ＣＶＤ装置の各処理プロセスからの排ガス(L)が反応塔(6)の頂部(6a)の反応処理領域(K)に導入される。また、洗浄塔(7)内には散水ノズル(16)が設けられており、洗浄塔(7)内に水を霧状に散水するようになっている。

湿潤有酸素ガス供給部(5)は本実施例では湿潤空気供給塔(5a)であり、その頂部にスプレー(15)が設置されており、湿潤空気供給塔(5a)内に水を霧状に散水するようになっており、且つ、その下方に外部空気導入管(11)が設置されており、外部空気導入管(11)に設置された外気導入ファン(12)により被処理ガス(L)の酸化分解に必要な理論量より常に２倍以上過剰の量の外部空気が湿潤空気供給塔(5a)内に導入されるようになっている。

洗浄水槽(4)は内部に洗浄水(8)が蓄えられており、前記洗浄水槽(4)の上面(4a)と洗浄水(8)との間にスペース(9a)(9b)が設けられている。そして、反応塔(6)の内筒(3)の底部には湿潤空気供給塔(5a)側のスペース(9a)と、洗浄塔(7)側のスペース(9b)を隔てる隔壁(17)が設置されており、その下端は洗浄水(8)中に没している。図から分かるように隔壁(17)の下端は洗浄水槽(4)の底部に達しておらず、スペース(9a)(9b)内の洗浄水(8)は互いに通流することができるようになっている。

前記湿潤空気供給塔(5a)のスプレー(15)および洗浄塔(7)の散水ノズル(16)には、いずれも洗浄水槽(4)から揚水ポンプ(18)にて揚水された水が供給されている。また、洗浄水槽(4)には必要に応じて(或いは常時)清浄な市水が供給され、供給量に応じて汚れた洗浄水(8)が排出されるようになっている。

このように構成された除害装置(1)において、ヒータ(30)に通電して反応処理領域(K)及び内筒(3)の上部の表面接触温度を所定温度（５００〜８００℃）まで昇温させた後、或いはこれと同時に、外気導入ファン(12)及び処理ガス排気ファン(14)をおよび揚水ポンプ(18)を作動させる。

これにより、湿潤空気供給塔(5a)内において、導入された外気(勿論、外気に限られず、酸素を含有するガスであればよい。)に水を散布して水分を与え、湿潤空気としてスペース(9a)に送り出す。一方、スペース(9b)側では処理ガス排気ファン(14)の排気作用により負圧状態となり、湿潤空気供給塔(5a)→スペース(9a)→内筒(3)→反応処理領域(K)→外筒(2)と内筒(3)の間の空間→スペース(9b)→洗浄塔(7)という通路を通って除害装置(1)内の気体がスムーズに流れるようになる(図１；第１実施例参照)。この流れが定常状態となったところで排ガス配管(10)から、ＨＣＤを含む排ガス(L)を反応塔(6)の上部に供給する。

図２の第２実施例の場合は、前述の場合において、内筒(3)がヒータ内蔵或いはセラミックヒータそのもので構成されている場合で、基本的には第１実施例と同じである。従って、前述と同様の手順によって稼動される。即ち、湿潤空気供給塔(5a)→スペース(9a)→外筒(2)と内筒(3)の間の空間→反応処理領域(K)→内筒(3)→スペース(9b)→洗浄塔(7)という通路を通って除害装置(1)内の気体がスムーズに流れ、この流れが定常状態となったところで排ガス配管(10)から、ＨＣＤを含む排ガス(L)を反応塔(6)の上部に供給する。図３の第３実施例の場合、流れが若干相違し、湿潤空気供給塔(5a)→スペース(9a)→外筒(2)と内筒(3)の間の空間→反応処理領域(K)→内筒(3)→スペース(9b)→洗浄塔(7)という通路を通って除害装置(1)内の気体がスムーズに流れ、この流れが定常状態となったところで排ガス配管(10)からＨＣＤを含む排ガス(L)を反応塔(6)の上部に供給する。

反応塔(6)の頂部(6a)の内部から内筒(3)の上部にかけての高温領域（すなわち反応処理領域(K)）では、ＨＣＤ(六塩化二珪素；Ｓｉ₂Ｃｌ₆)ガスを含む排ガス(L)の酸化分解に必要な温度に保たれており、湿潤空気の存在下で水と二酸化珪素に分解する。
[化２]
Ｓｉ₂Ｃｌ₆＋４Ｈ₂Ｏ→(ＳｉＯＯＨ)₂＋６ＨＣｌ
[化３]
２(ＳｉＯＯＨ)₂＋Ｏ₂→２Ｈ₂Ｏ＋４ＳｉＯ₂

ＨＣＤは３５０℃から分解を始め、８００℃で完全に分解される。一方、シリコシュウ酸が生成されない最適温度は５００℃以上である。従って、除害装置(1)の反応処理領域の温度は５００℃以上に設定される。

二酸化珪素は微細な粉塵として生成され、第１および第２実施例の場合は反応処理領域(K)から外筒(2)と内筒(3)の間の空間内、第３実施例の場合は反応処理領域(K)から内筒(3)内、スペース(9b)を通って洗浄塔(7)内に至り、散水ノズル(16)から噴霧された液滴により冷却されると共に捕集され、スペース(9b)内の洗浄水(8)内に落下回収される。これと同時に処理ガスに含まれている各種水溶性ガスや加水分解性ガスなども洗浄除去される。そしてこのようにして清浄化された処理ガス(H)は、排気ファン(14)により大気放出される。

図４、５は本発明に係る除害装置(1)の他の実施例（第４実施例）を示しており、当該実施例は反応塔(6)の上部に周囲から複数の排ガス配管(10)が外筒(2)の接線方向にて接続されている（図５参照）。これにより複数の処理プロセスからの排ガス(L)を複数の排ガス配管(10)から除害装置(1)内に受け入れて排ガス処理を行うことができる。また、第４実施例では、湿潤有酸素ガス供給部(5)としての湿潤空気供給塔(5a)が設けられておらず、直接、湿潤有酸素ガス供給部(5)としての蒸気配管(5b)から水蒸気が反応塔(6)の下部に供給されるようになっている(勿論、前述通り湿潤空気供給塔(5a)を設けてもよい。)。

なお、第４実施例では、洗浄水槽(4)の上面(4a’)により外筒(2)の下端が閉塞されており、この部分が第１ないし第３実施例における隔壁(17)に相当する。以上の点以外は第１ないし第３実施例と同じであるので、第１ないし第３実施例の説明を援用して第４実施例の説明に代える。

本発明によれば、新たに発明されたデポジットガスであるＨＣＤを含む排ガスを安全に分解することができるようになり、半導体製造の更なる発展に寄与することができた。

Claims (2)

1. 六塩化二珪素を含む排ガスを、水分を含ませることなく、六塩化二珪素の分解温度以上の温度の反応処理領域に導入すると共に、六塩化二珪素の加熱分解時における塩素の発生を防止できる分量以上、シリコシュウ酸が発生する分量未満の水分を含む酸素含有ガスを前記反応処理領域に供給し、前記反応処理領域内にて少なくとも排ガス中の六塩化二珪素を酸化分解する除害方法であって、
   前記水分を含む酸素含有ガスは、酸化分解された前記排ガスからの熱により加熱された後、前記反応処理領域に供給される除害方法。
2. 六塩化二珪素を含む排ガスを排出する半導体製造装置に接続され、水分を含ませることなく、排ガスを加熱分解する、六塩化二珪素の分解温度以上の温度の反応処理領域を有する反応塔と、前記反応塔の反応処理領域に、六塩化二珪素の加熱分解時における塩素の発生を防止できる分量以上、シリコシュウ酸が発生する分量未満の水分および酸素含有ガスを供給する湿潤有酸素ガス供給部と、前記反応塔から出た処理ガスを水洗浄する洗浄塔と、洗浄水を回収する洗浄水槽とを備える除害装置であって、
   前記反応塔は、外筒と前記外筒の内部に配設された内筒とを備えており、
   前記外筒の内面と前記内筒の外面との間には空間が設けられており、
   前記水分および酸素含有ガスは、前記内筒の内部及び前記空間の一方を通って前記反応処理領域に供給され、
   前記反応処理領域から出た前記処理ガスは、前記内筒の内部及び前記空間の他方を通って前記反応塔から排出される除害装置。

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