JP5004453B2 - 排ガスの処理方法及び処理装置 - Google Patents

Description

本発明は、フッ素含有化合物とケイ素含有化合物のような固形化すると触媒毒となる固形物を生成する化合物との両方を含む排ガス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の内面等をドライクリーニングする工程や、酸化膜等の各種成膜をエッチングする工程などで排出されるフッ素含有化合物とケイ素含有化合物の両方を含む排ガスを効率よく無害化処理する方法及び装置に関する。

半導体製造時のエッチング工程やＣＶＤ工程においては、ＣＦ_４，Ｃ_２Ｆ_６，Ｃ_３Ｆ_８，Ｃ_４Ｆ_８，Ｃ_５Ｆ_８，Ｃ_４Ｆ_６，ＳＦ_６，ＮＦ_３，ＣＨＦ_３，ＣＨ_２Ｆ_２，ＣＨ_３Ｆなどのフッ素含有化合物を含む排ガスが排出される。このようなフッ素含有化合物を含む排ガスを処理する装置として、従来から加熱酸化分解装置や触媒分解装置が用いられている（例えば、特許文献１参照）。

特許文献１に開示されている分解装置は、フッ素含有化合物とケイ素含有化合物の両方を含む排ガスを、予め前置スプレー（ケイ素除去器）に導入し、スプレーにより前置スプレーの容器内に連続的に注水し、排ガス中のケイ素含有化合物としてのＳｉＦ_４を式（１）の反応によりＳｉＯ_２とＨＦに分解している。（なお、前記「ＳｉＦ_４」はフッ素化合物でもあるが、本件明細書では「ケイ素含有化合物」とすることにする）
ＳｉＦ_４＋２Ｈ_２Ｏ → ＳｉＯ_２＋４ＨＦ ・・・・（１）
ＳｉＯ_２は、固体の微粒子であるので、生成と同時にスプレーされた水により排ガスから除去される。ＨＦも、水への溶解度が大きいので、同様に排ガスから除去される。

不純物を除去した後のＣＦ_４を含む排ガスは、配管から供給される反応用の水（又は水蒸気）と混合されて配管にて加熱器に導入される。排ガスへ水（又は水蒸気）を供給するのは、触媒層でのＣＦ_４の反応が、ＣＦ_４のＨ_２Ｏによる加水分解であるためである。ＣＦ_４の加水分解反応は、次のように表わされるとしている。
ＣＦ_４＋Ｈ_２Ｏ → ＣＯ_２＋４ＨＦ ・・・・（２）

特開平１１−３１９４８５号公報

しかしながら、上記の特許公報に開示された技術では、ケイ素含有化合物をＳｉＯ_２として分解析出するための前置スプレー（ケイ素除去装置）及びこれに水を供給するための水供給装置を設置する必要があり、さらに供給配管を別途設ける必要がある。このため、これらの付帯設備の設置によるイニシャルコストの増加や設置スペースの増加といった問題点があった。

また、一般に、排ガスに含まれるＳｉ分は反応槽内でＳｉＯ_２（固形物）となって装置の閉塞や触媒の性能低下を招くため、前処理部によりＳｉ分を排ガスから完全に除去することが必要とされる。しかしながら、実際には、前処理部からの排ガスには、処理しきれなかったＳｉ成分が水分と共に含まれるため、Ｓｉ分を完全に除去するために、前処理部の下流にデミスタを設け、排ガス中の水分（結果的にＳｉ分）を低減させることが行われている、このため、新たな（きれいな）水分を反応槽に供給する必要があった。
さらに、排ガスの加水分解処理においては、水と接触して固形物を生成する化合物としては、ＳｉＦ_４を代表とする化合物以外にもＢＣｌ_３、ＡｌＣｌ_３、ＷＦ_６のメタルエッチャー系の排ガス成分が触媒毒として該当する。

本発明は、このような従来の課題に鑑みてなされたものであり、前処理部によるケイ素含有化合物の水による析出、除去を必要とせず、排ガス中にケイ素含有化合物を存在させながら、排ガスに含まれるフッ素含有化合物を効率的かつ廉価に処理する方法及び装置を提供することを課題とする。

前記の課題を解決するために、本発明者等は鋭意研究を行い、フッ素含有化合物とケイ素含有化合物の両方を含有する排ガスを直接、反応槽の頂部の複数の迂流板が設置されている空間部に導入して加熱し、水を供給しても加熱された空間部内で水蒸気化される温度領域に開口部を有する導入管に供給することにより、空間部には水蒸気として導入するようにして、空間部で加熱された前記排ガスと接触させ、フッ素含有化合物を加水分解処理すれば、ＳｉＯ_２粉を析出することがなく、ケイ素含有化合物が常温近くの水と接触してＳｉＯ_２を析出する場合のような問題を避けることができて、上記の課題を解決できることを見出し、これを基礎として本発明を達成することができた。

本発明は下記の手段により上記の課題を解決することができた。
（１）水と接触すると固形物を生成する化合物であって、固形化すると触媒毒となる固形物を生成する化合物とフッ素含有化合物を含む排ガスの処理方法であって、該排ガスを該固形物を生成する化合物を除く前処理部を経由することなく、空間部に導入して７００〜９００℃に加熱し、水または水蒸気を１００℃以上に加熱して空間部に導入し、これらを該空間部にて接触させ、該フッ素含有化合物の一部を加熱分解し、該空間部を通過した該排ガスを触媒部で水蒸気及び酸素の存在下で加熱し、該空間部で分解されなかったフッ素含有化合物を加水分解することを特徴とする排ガスの処理方法。
（２）前記触媒部で加水分解を行った後、前記フッ素含有化合物の分解によって生じた分解ガスを含む排ガスを冷却する工程を含む前記（１）記載の排ガスの処理方法。
（３）前記排ガスの冷却が、水スプレー冷却又は後処理部の周壁からの間接冷却であることを特徴とする前記（２）記載の排ガスの処理方法。

（４）前記固形化すると触媒毒となる固形物を生成する化合物は、ケイ素含有化合物であることを特徴とする前記（１）乃至（３）のいずれか１項に記載の排ガス処理方法。
（５）前記空間部で、更に一酸化炭素の酸化処理を行うことを特徴とする前記（１）乃至（４）のいずれか１項に記載の排ガス処理方法。
（６）前記空間部で水との反応により発生した二酸化ケイ素を接触補助手段にて一旦保持して前記触媒部に流入するのを防ぐとともに、前記排ガスに含まれる及び／又は前記フッ素含有化合物の加水分解の際に発生したフッ化水素と反応させ、前記二酸化ケイ素をフッ化ケイ素（ＳｉＦ_４）に化学変化させてから触媒部に導入することを特徴とする前記（４）に記載の排ガス処理方法。
（７）前記触媒部で水との反応により発生した二酸化ケイ素を、前記空間部からフッ化水素を供給して反応させ、フッ化ケイ素（ＳｉＦ_４）に化学変化させて触媒部を通過させる前記（６）に記載の排ガス処理方法。
（８）前記接触補助手段は、前記排ガスの迂流路を形成していることを特徴とする前記（６）又は（７）に記載の排ガス処理方法。
（９）前記加水分解は、加熱酸化分解及び／又は触媒による分解であることを特徴とする前記（１）記載の排ガスの処理方法。

（１０）水と接触すると固形物を生成する化合物であって、固形化すると触媒毒となる固形物を生成する化合物とフッ素含有化合物を含む排ガスの処理装置であって、該排ガスを該固形物を生成する化合物を除く前処理部を経由することなく、導入する導入管と、水または水蒸気化された水の導入管を備え、前記排ガスを７００〜９００℃に加熱し、１００℃以上に加熱した水または水蒸気と接触させる空間部であって、該フッ素含有化合物の一部を加熱分解する空間部と、前記空間部で加熱された前記ガスが導入され、前記ガスに含まれる前記フッ素含有化合物を加水分解する触媒が充填された触媒部と、前記空間部及び前記触媒部を加熱する加熱装置とを有する反応槽から構成されたことを特徴とする排ガスの処理装置。
（１１）前記触媒部の次に触媒部から排出された分解ガスを含む排ガスを冷却する冷却部を有することを特徴とする前記（１０）記載の排ガスの処理装置。
（１２）前記空間部は、前記フッ素含有化合物の一部を分解したときに生成する固形物を保持する接触補助部材を備えたことを特徴とする前記（１０）記載の排ガスの処理装置。
（１３）前記接触補助部材は、前記排ガスの迂回路を形成する迂流板であることを特徴とする前記（１２）記載の排ガスの処理装置。
（１４）前記固形化すると触媒毒となる固形物を生成する化合物は、ケイ素含有化合物であることを特徴とする前記（１０）〜（１３）のいずれか１項に記載の排ガス処理装置。

（１５）前記冷却された排ガス中の酸性ガスの除去装置として、ミストトラップを有することを特徴とする前記（１０）〜（１４）のいずれか１項記載の排ガス処理装置。
（１６）前記反応槽から排出される冷却排ガス中の酸性ガスの予備除去装置として、ファンスクラバー又は固形薬剤による乾式処理装置をミストトラップの前段に有することを特徴とする前記（１５）記載の排ガスの処理装置。
（１７）前記迂流板が複数あることを特徴とする前記（１３）記載の排ガスの処理装置。
（１８）前記複数の迂流板が、一ヶ所に切欠部又は切欠部から下方へ垂下する階段部を有する円板が、前記切欠部が対称的位置になるように上下に配置されて構成されていることを特徴とする前記（１７）記載の排ガスの処理装置。
（１９）前記空間部と前記触媒部との間に、前記固形物による触媒の被毒を防止する保護剤層を設けたことを特徴とする前記（１０）〜（１８）のいずれか１項記載の排ガスの処理装置。
（２０）前記（１０）〜（１９）のいずれか１項記載の排ガスの処理装置の複数台について１台のハウススクラバーを連結し、前記ハウススクラバーより処理済みガスを大気中に放出するようにしたことを特徴とする処理装置。

本発明によれば、排ガス中の固形化すると触媒毒となる固形物を生成する化合物、例えばＳｉＦ_４などのケイ素含有化合物を、固形物、例えばＳｉＯ_２として分解析出するための前処理部としての前置スプレー（具体的にはケイ素除去装置）及びこのための水供給装置などの付帯設備を設置する必要がないため、イニシャルコストを低減でき、かつ設置スペースも小さくすることができる。また、排ガス中に前記の固形物を生成する化合物、例えばケイ素含有化合物を共存させたまま、排ガス中に含まれるフッ素含有化合物を効率良く、しかも経済的に処理することができる。

以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら、半導体製造プロセスからの排ガス処理を例にとって詳細に説明する。以下においては、排ガス中の固形化すると触媒毒となる固形物を生成する化合物がケイ素含有化合物の場合である。
図１は、本発明に係る排ガス中からケイ素含有化合物の共存下にフッ素含有化合物を分解、除去する排ガスの処理装置の概略図である。

図１に示すように、排ガス処理装置は、排ガス中に含まれるフッ素含有化合物を加水分解させる反応槽４と、加水分解によって生じたＨＦ等の酸性ガスを排ガスから除去する冷却部７と、冷却部７で完全に除去されなかったＳｉＦ_４を除去するためのファンスクラバー２３と、加水分解によって生じたＨＦや残留するＳｉＦ_４等の酸性ガスを排ガスから完全に除去するミストトラップ１０と、反応槽４及びミストトラップ１０に供給される水を貯留する循環タンク３とを備えている。

図１に示すように、反応槽４は、空間部（加熱酸化部）５と、空間部５の下流側に位置するケイ素含有化合物による触媒の被毒を防止する保護剤層１４と、保護剤層１４の下流側に位置する触媒部６と、触媒部６の下流に位置する触媒が下方に滑落することを防止するために支持材を充填した支持剤層１５と、支持剤材層１５の下流部に位置する後処理部（冷却部）７とから構成されている。空間部５、保護剤層１４及び触媒部６の周囲にはヒータ８が配置され、空間部５と触媒部６が主ヒータ８によって好ましくは７００〜９００℃、更に好ましくは７５０〜８５０℃に加熟される構造となっている。空間部５には、排ガスと、加水分解に用いられる水蒸気と酸素との接触効率を高めるための接触補助手段としての複数の迂流板９が設置されている。これらの迂流板９は熱伝導性の良好な材料から形成されており、排ガスの迂流路が形成されるように配置されている。この迂流路で排ガスの温度が上昇するよう予熱される。迂流板９を複数配置することで、伝熱面積の増加及び乱流の発生による伝熱効率の向上が図られる。

上記の空間部５には、頂部に排ガス１を導入するための導入管と、水が加熱された空間部５内で水蒸気化される温度領域、具体的には１００℃以上に加熱される位置に開口部を有する導入管２ａが頂部から挿入されて、排ガスに水又は水蒸気が混合される。排ガスが１００℃以下の温度において水又は水蒸気と接触すると、ケイ素含有化合物であるＳｉＦ_４が接触してＳｉＯ_２（固形物）として析出することが起こりやすいので、排ガスが１００℃以上の温度において接触されるようにされる。それによりケイ素含有化合物であるＳｉＦ_４が接触してＳｉＯ_２（固形物）として析出することを防止できるように考慮されている。
空間部５では、排ガスの予熱という役割以外にも排ガス成分と水蒸気との接触効率を高め（迂流板の設置）、この部分で積極的にＰＦＣ（ＰＦ_４，ＳＦ_６以外のＰＦＣ、例えばＣ_４Ｆ_８，Ｃ_４Ｆ_６、ＣＨＦ_３等）の加水分解処理やＣＯの酸化処理を行うためである。さらに、この部分でＰＦＣの加水分解処理を行うことで、その分解生成物としてＨＦが発生する。これが触媒層でのＳｉＯ_２の蓄積を抑制（ＳｉＯ_２＋ＨＦ→ＳｉＦ_４＋２Ｈ_２Ｏ）する作用に使われ、被毒抑制に必要なＨＦの供給源となる。

また迂流板９は、複数の迂流板が、１ヶ所に切欠部又は切欠部から下方へ垂下する階段部を有する円板が、前記切欠部が対照的な位置になるように上下方向に配置されている。そして円板の直径は、空間部５の内径と同一である必要はなく、熱膨張により空間部５の内壁と接触するような寸法に選べば良い。さらに、迂流板の表面に触媒作用を有する表面処理剤をコーティングすることも好ましい方策である。なお、迂流板９の構造としては、螺旋状の構造としても差し支えないが、機械工作上製作が難しくなるので、前記のように円板を並列とした構造のものとして示している。

このような迂流板９が設置された空間部５を有する反応槽４においては、ＳｉＦ_４を含む排ガスを直接反応槽に導入した場合、排ガスが１００℃以上となった条件下で水又は水蒸気と接触しても、水は水蒸気の状態で排ガスと接触する関係のためか、ＳｉＦ_４の加水分解によるＳｉＯ_２が直接触媒層に堆積することが極めて少ないか、ほとんどないないことが確認された。
これは、水蒸気と接触する空間部でＳｉＦ_４の加水分解によりＳｉＯ_２が生成しても、迂流板があることでＳｉＯ_２が直接触媒層に堆積することなく、次の様なメカニズムでＳｉＦ_４がガス体のまま触媒層に到達し、少なくともＳｉＯ_２の粉による閉塞は避けられることが考えられる。

ＳｉＦ_４は、加水分解により一旦は空間部でＳｉＯ_２の粉が生成して、これが迂流板上に堆積しても、排ガス中のＨＦ（ＰＦＣガスや他の酸性ガスの分解ガスとして生成）により、式（３）に示すように再度ＳｉＦ_４のガスになる。
ＳｉＯ_２＋４ＨＦ → ＳｉＦ_４＋２Ｈ_２Ｏ ・・・（３）

保護剤層１４には、空間部５を流過して排出されたＳｉＦ_４が触媒部６に達すると、ここでＳｉＦ_４の加水分解反応が起こり、生成したＳｉＯ_２による触媒の被毒が懸念されるため、ＳｉＦ_４の除去剤（例えば、γ―アルミナ）を保護剤として充填し、メインの過フッ化物（ＦＦＣ）分解触媒の活性低下を防止することが可能である。
また、保護剤層１４は、空間部で前記式（３）により発生したＳｉＯ_２を、この部分で一旦捕集し、触媒層にＳｉＯ_２が到達することを防止するとともに、空間部で生成したＨＦと反応させることで、ＳｉＯ_２を蓄積させないようにする役割がある。ただし、保護剤層は、必ずしも必須ではなく、接触補助手段（迂流板）でＳｉＯ_２の触媒層への到達を十分に防げていれば、必ずしも設けなくてもよい。

触媒部６には、フッ素含有化合物を分解させる触媒が充填されている。触媒としては、γアルミナ、またはアルミナジルコア複合酸化物にタングステン酸化物を担持させたものが用いられる。後処理部７内にはスプレー７ａが配置されており、このスプレー７ａから冷却水１７が上方に向けて噴出される。冷却水１７は循環タンク３から送水ポンプ２１によりスプレー７ａに送られる。後処理部７に溜まった冷却水１７は排水２２として循環タンク３に戻される。なお、触媒部６の周囲には、ヒータ８の代わりに保温材を設けてもよい。これにより、ヒータ面積が小さくなり、電気使用量が少なくなる。
触媒部では、空間部で処理されなかったＰＦＣ（主としてＣＦ_４、ＳＦ_６等）を加水分解処理するためにある。空間部や保護剤部から排出されるＳｉＦ_４が、触媒層に混入した場合、空間部で発生したＨＦの存在によりＳｉＯ_２は常時ＨＦと反応し（ＳｉＯ_２＋４ＨＦ→ＳｉＦ_４＋２Ｈ_２Ｏ）、ＳｉＦ_４のまま触媒層を通り抜けることになる。
また、前記触媒部では、水との反応により発生した二酸化ケイ素を、前記空間部からフッ化水素を供給して反応させ、フッ化ケイ素（ＳｉＦ_４）に化学変化させて触媒部を通過させるようにすることができる。

ミストトラップ１０の内部には下スプレー１１及び上スプレー１３が配置されている。上スプレー１３は下スプレー１１の上方に位置しており、上スプレー１３からは市水（真水）１８が噴出される。下スプレー１１には送水ポンプ２１によって循環タンク３から水が送られ、下スプレー１１から洗浄水１６として噴出されるようになっている。また、ミストトラップ１０内にはデミスタ（図示省略）が配置されている。このデミスタは、下スプレー１１と上スプレー１３との間に位置しており、通過する排ガスに乱流を生じさせるような構造を有している。本実施形態では、デミスタとして交互に配置された複数の板状部材が使用されている。ミストトラップ１０で処理された後の排ガスは、排出配管３２を通って大気中に放出される。

下スプレー１１及び上スプレー１３から噴出された洗浄水１６及び市水（真水）１８は、配管を通ってファンスクラバー２３中へ入り、その底部から配管を通って循環タンク３に流入する。循環タンク３からポンプ２１によって冷却部７に向かう水は分岐装置によって２つの流れに分岐され、一つは冷却水１７としてスプレー７ａに流れ込み、もう一つは洗浄水１６として下スプレー１１に流れ込むようになっている。
この冷却部では、排ガスの冷却の他に、触媒層から流出してくるＨＦ、ＳｉＦ_４の有毒ガスを水に吸収させて、除去する役割がある。

上記の構成よりなる排ガス処理装置において、ＳｉＦ_４の混入により触媒部６に充填された触媒層でのＳｉＦ_４の排出能力が徐々に低下する場合には、水又は水蒸気の導入量を定期的に増量して、触媒表面の残存ＳｉＯ_２を洗い流すこともできる。
触媒部６からＨＦやＳｉＦ_４を含む高温の排ガスが排出されるが、これを冷却する外にこれら酸性ガスの除去も併せ行うために水スプレー７ａによる直接冷却を本実施態様においては採用しているが、冷却部（後処理部）７の周壁からの間接冷却も併せ行うこともできる。

更に、反応槽４へＳｉＦ_４を含む排ガス１を直接導入することにより反応槽４でのＳｉＦ_４の処理負荷が増大するが、反応槽４の冷却部から排出される排出ガスのＳｉＦ_４は従来のミストセパレータでは除去しきれない。そのために酸性ガスの処理性能の高いファンスクラバー２３を冷却部７とミストトラップ１０の間に介在させて酸性ガス処理能力を高めることが好ましい。ただし、冷却部７で水スプレー７ａによる直接冷却を行わないで、間接冷却法による酸性ガスの冷却だけを行う場合には、固形薬剤による乾式処理法を採用することもできる。

上記した事項に加えて、排ガスの流量や反応槽４の処理温度の上昇によって排ガス処理装置内の圧カが高くなると、排ガスがリークするなどの不具合が発生するおそれがある。そこで、本実施形態では、図１に示すように、排ガス処理装置内の圧力を調整する空気エジェクター２７がミストトラップ１０の下流側に設けられている。この空気エジェクター２７には空気（パージエア１２）（例えば１００リットル／ｍｉｎ程度）が吹き込まれ、これにより排ガス処理装置内の圧力が０〜−１０ｋＰａに保たれるようになっている。また、ミストトラップ１０の下流側には、処理済みの排ガス中の成分濃度を分析する分析装置（図示省略）が設けられている。この分析装置によって、排ガスが許容レベルにまで処理されているか否かが監視される。

排ガス処理装置に大量の排ガスが導入されたり、排ガス中に含まれる粉体によりガス流路が閉塞されると、排ガス処理装置内の圧力が上昇し、排ガスが装置外部に漏れたり、装置の破損を招く場合がある。その場合には、排ガス１の導入配管内の圧力センサによりモニターし、圧力が上昇して予め設定されている警報点を超えた場合には、導入配管内に開放弁を設置し、この弁を開いて排ガス処理装置の圧力を開放、低下するようにすればよい。

排ガスの流量がある程度低下すると、反応槽４の空間部５や触媒部６の温度が低下し、反応槽４内での排ガスの処理が良好に行われなくなるおそれがある。そこで、空間部５及び触媒部６の温度を監視するために、温度センサを空間部５及び触媒部６の内部にそれぞれ設け、これらの温度センサを図示しない警報機に接続、温度センサの示す値が警報点よりも下がった場合には、警報機に異常警報を発出させるように構成すればよい。温度センサとしては熱電対が好適に用いられる。

次に、上記のように構成された排ガス処理装置の作用について説明する。
フッ素含有化合物とケイ素含有化合物の両方を含む排ガスは、反応槽４の頂部に設置された導入管を通り、反応槽４に導入される。反応槽４に導入された排ガスは、まず空間部５に流入し、ここで、排ガス中のフッ素含有化合物の加水分解処理が行われる。すなわち、空間部５に流入した排ガスは、迂流板９によって形成された迂流路を通過する際にヒータ８によって７００〜９００℃、好ましくは７５０〜８５０℃に加熱され、これにより、排ガス中のフッ素含有化合物が、導入管２ａから空間部５の中間部に導入された水分（Ｈ_２Ｏ、水蒸気）と排ガス中の酸素との存在下で加熱酸化される。このように、反応槽４においては、水蒸気だけでフッ素含有化合物の加水分解処理が行われる。その結果、排ガス中に含まれるＳｉＦ_４はＳｉＯ_２として析出することがない。
なお、上記の排ガス中には、ＳｉＯ_２以外にもＣｘＦｙポリマーのような固形物やＳｉＯ_２を含まない固形物が混入していることがあるため、これらの固形物をフィルター等で物理的に除去する粉体トラップを排ガス導入管の前段に設置することが好ましい。なお、粉体トラップでは、ガス状のＳｉＦ_４を除去できないことは言うまでもない。

空間部５を通過した排ガスは触媒部６に流入し、ここで、空間部５で処理しきれなかったフッ素含有化合物が触媒によって分解される。具体的には、排ガス中のフッ素含有化合物が、水分と酸素との存在下で触媒と接触することにより加水分解される。排ガス中の触媒部６を通過した排ガスは後処理部７に流入し、ここで、スプレー７ａから噴出された冷却水１７により冷却される。反応槽４で処理された排ガスは、接続配管２６を介してファンスクラバー２３に導入されて予備酸性ガス処理を行ってからミストトラップ１０に導入される。このミストトラップ１０では、上方に向かって流れる排ガスに対向するように洗浄水１６及び市水１８が下スプレー１１及び上スプレー１３から下方に噴出され、加水分解反応によって生じたＨＦなどの酸性ガスが排ガスから除去される。具体的には、反応槽４を通過したＳｉＦ_４をＨ_２Ｏと反応させてＨＦを生成し、このＨＦをさらに洗浄水１６及び市水１８に溶解させて除去する。このようなＨＳｉＦ_４やＨＦの処理は下スプレー１１のみでも行えるか、上スプレー１３を設けることにより更に除去効率を向上させることができる。また、上スプレー１３から供絵される市水１８は、デミスタやミストトラップ１０の内面に付着したＳｉＯ_２などの生成物を洗い流すことができる。

上述したように、本発明によれば、フッ素含有化合物とケイ素含有化合物の両方を含む排ガスを、予めケイ素含有化合物を前処理部で水に接触させて除去する必要がなく、両方を含んだ排ガスを直接反応槽の迂流板を備えた空間部に導入し、水蒸気とのみ接触させることにより固形物であるＳｉＯ_２を析出することなく、フッ素含有化合物を加水分解することができるので、排ガスに含まれるフッ素含有化合物を効率良く、しかも経済的に処理することができる。
なお、本発明は、ケイ素含有化合物以外の水と接触して固形物を生成する化合物にも適用でき、例えばＢＣｌ_３、ＡｌＣｌ_３、ＷＦ_６等の加水分解性のガスにも適用可能である。

次に、図２を用いて本発明を半導体製造工場で使用する態様について説明する。本発明の排ガス処理装置は、主にＣＶＤ工程やエッチング工程で排出される排ガスを処理するために適用されるが、図２では、エッチング装置の場合を例に挙げて説明する。
エッチング工程では、処理用のガスとしてＰＦＣガス及びＣＯガスが混合したものが利用され、エッチング装置３０のあるチャンバーに供給される。そしてプラズマを印加し、その一部を腐食性の高いガスに変え、シリコンウエハーのエッチングを行う。チャンバーには各々真空ポンプが接続され、連続的に排気される。真空ポンプから排気された排ガスは、複数台のエッチング装置３０に対し、１台の排ガス処理装置３１が接続され、処理を行う場合が多い。１台の排ガス処理装置につき何台のエッチング装置が接続されるかは、排ガスの量と濃度に依存するので、工程の性質に応じて適切な台数が接続される。通常は、１台の排ガス処理装置に１０数台のエッチング装置が接続されていることが多い。

本発明の排ガス処理装置によれば、ファンスクラバーを除去したことにより、省スペース化が図られるので、工場のレイアウトにも余裕を持たすことができる。排ガス処理装置で処理されて排出されたガスは、前述のように水で冷却されてから、屋外に設置したハウススクラバー３２に集められる。１台のハウススクラバーには、複数台の排ガス処理装置が接続されるのが普通である。複数台のエッチング装置に１台の排ガス処理装置が接続され、複数の排ガス処理装置に１台のハウススクラバーが接続されることになる。ハウススクラバーでは、排ガス処理装置から排出された処理済のガスに対し、処理を行うは、排ガス処理装置の不具合等によりリークする有害ガスを含めて、完全処理を行うとする。ハウススクラバーを通ったガスは、最終的に大気中に放出される。このように無害化されたガスが放出されるので、フッ素含有化合物によるオゾン層破壊の防止に資することとなる。

本発明の排ガスの処理方法及びその処理装置は、排ガス中にフッ素含有化合物とケイ素含有化合物の両方を含む半導体製造工場の排ガス処理に大きな利用可能性を有する。

本発明の排ガス処理装置の一実施態様を説明する概略図である。 排ガス処理装置のレイアウトを示す。

符号の説明

１ 排ガス
２ 水蒸気
２ａ 導入管
３ 循環タンク
４ 反応槽
５ 空間部（加熱酸化部）
６ 触媒部
７ 後処理部（冷却部）
７ａ スプレー
８ ヒータ
９ 迂流板
１０ ミストトラップ
１１ 下スプレー
１２ パージエア
１３ 上スプレー
１４ 保護剤層
１５ 支持剤層
１６ 洗浄水
１７ 冷却水
１８ 市水（真水）
２１ 送水ポンプ
２２ 排水
２３ ファンスクラバー
２４ ファン
２５ 回転軸
２６ 接続配管
２７ エジェクター
２８ 処理済みガス
３０ エッチング装置
３１ 排ガス処理装置
３２ ハウススクラバー

Claims (20)

1. 水と接触すると固形物を生成する化合物であって、固形化すると触媒毒となる固形物を生成する化合物とフッ素含有化合物を含む排ガスの処理方法であって、該排ガスを該固形物を生成する化合物を除く前処理部を経由することなく、空間部に導入して７００〜９００℃に加熱し、水または水蒸気を１００℃以上に加熱して空間部に導入し、これらを該空間部にて接触させ、該フッ素含有化合物の一部を加熱分解し、該空間部を通過した該排ガスを触媒部で水蒸気及び酸素の存在下で加熱し、該空間部で分解されなかったフッ素含有化合物を加水分解することを特徴とする排ガスの処理方法。
2. 前記触媒部で加水分解を行った後、前記フッ素含有化合物の分解によって生じた分解ガスを含む排ガスを冷却する工程を含む請求項１記載の排ガスの処理方法。
3. 前記排ガスの冷却が、水スプレー冷却又は後処理部の周壁からの間接冷却であることを特徴とする請求項２記載の排ガスの処理方法。
4. 前記固形化すると触媒毒となる固形物を生成する化合物は、ケイ素含有化合物であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の排ガス処理方法。
5. 前記空間部で、更に一酸化炭素の酸化処理を行うことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の排ガス処理方法。
6. 前記空間部で水との反応により発生した二酸化ケイ素を接触補助手段にて一旦保持して前記触媒部に流入するのを防ぐとともに、前記排ガスに含まれる及び／又は前記フッ素含有化合物の加水分解の際に発生したフッ化水素と反応させ、前記二酸化ケイ素をフッ化ケイ素（ＳｉＦ_４）に化学変化させてから触媒部に導入することを特徴とする請求項４に記載の排ガス処理方法。
7. 前記触媒部で水との反応により発生した二酸化ケイ素を、前記空間部からフッ化水素を供給して反応させ、フッ化ケイ素（ＳｉＦ_４）に化学変化させて触媒部を通過させる請求項６に記載の排ガス処理方法。
8. 前記接触補助手段は、前記排ガスの迂流路を形成していることを特徴とする請求項６又は請求項７に記載の排ガス処理方法。
9. 前記加水分解は、加熱酸化分解及び／又は触媒による分解であることを特徴とする請求項１記載の排ガスの処理方法。
10. 水と接触すると固形物を生成する化合物であって、固形化すると触媒毒となる固形物を生成する化合物とフッ素含有化合物を含む排ガスの処理装置であって、該排ガスを該固形物を生成する化合物を除く前処理部を経由することなく、導入する導入管と、水または水蒸気化された水の導入管を備え、前記排ガスを７００〜９００℃に加熱し、１００℃以上に加熱した水または水蒸気と接触させる空間部であって、該フッ素含有化合物の一部を加熱分解する空間部と、前記空間部で加熱された前記ガスが導入され、前記ガスに含まれる前記フッ素含有化合物を加水分解する触媒が充填された触媒部と、前記空間部及び前記触媒部を加熱する加熱装置とを有する反応槽から構成されたことを特徴とする排ガスの処理装置。
11. 前記触媒部の次に触媒部から排出された分解ガスを含む排ガスを冷却する冷却部を有することを特徴とする請求項１０記載の排ガスの処理装置。
12. 前記空間部は、前記フッ素含有化合物の一部を分解したときに生成する固形物を保持する接触補助部材を備えたことを特徴とする請求項１０記載の排ガスの処理装置。
13. 前記接触補助部材は、前記排ガスの迂回路を形成する迂流板であることを特徴とする請求項１２記載の排ガスの処理装置。
14. 前記固形化すると触媒毒となる固形物を生成する化合物は、ケイ素含有化合物であることを特徴とする請求項１０〜１３のいずれか１項に記載の排ガス処理装置。
15. 前記冷却された排ガス中の酸性ガスの除去装置として、ミストトラップを有することを特徴とする請求項１０〜１４のいずれか１項記載の排ガス処理装置。
16. 前記反応槽から排出される冷却排ガス中の酸性ガスの予備除去装置として、ファンスクラバー又は固形薬剤による乾式処理装置をミストトラップの前段に有することを特徴とする請求項１５記載の排ガスの処理装置。
17. 前記迂流板が複数あることを特徴とする請求項１３記載の排ガスの処理装置。
18. 前記複数の迂流板が、一ヶ所に切欠部又は切欠部から下方へ垂下する階段部を有する円板が、前記切欠部が対称的位置になるように上下に配置されて構成されていることを特徴とする請求項１７記載の排ガスの処理装置。
19. 前記空間部と前記触媒部との間に、前記固形物による触媒の被毒を防止する保護剤層を設けたことを特徴とする請求項１０〜１８のいずれか１項記載の排ガスの処理装置。
20. 請求項１０〜１９のいずれか１項記載の排ガスの処理装置の複数台について１台のハウススクラバーを連結し、前記ハウススクラバーより処理済みガスを大気中に放出するようにしたことを特徴とする処理装置。

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