JP6343120B2 - 過弗化物の処理装置、過弗化物の処理方法およびプログラム - Google Patents

Description

本発明は、例えば、過弗化物を分解して処理するために用いられる過弗化物の処理装置等に関する。

例えば、半導体デバイスや液晶デバイスの製造プロセスにおいて、微細パターンを形成するためエッチングやクリーニングを行うことがある。この際に過弗化物が使用される場合が多い。また、過弗化物は、一般に安定で、人体に対し無害なものが多いため、他にも例えば、エアコンの冷媒用などに使用されている。
しかしながら、これらの過弗化物の中には、大気中に放出されると、地球環境に対し大きな影響を与えるものが多い。即ち、大気中で長期間安定に存在し、地球温暖化係数が大きい性質を有するため、地球温暖化の一因となり得る。そして、上述のように過弗化物は一般に安定であり、その影響は長期間続く場合が多い。
そこで、地球環境に影響を与えないために、使用された過弗化物を分解し、地球環境に対し無害な状態にして大気中に放出する必要がある。

特許文献１には、ハロゲンとしてフッ素のみを含有するフッ素化合物を含むガス流を、水蒸気の存在下でＡｌとＮｉ、ＡｌとＺｎ、ＡｌとＴｉからなる触媒のようにＡｌを含んでなる触媒と約２００〜８００℃で接触させて、ガス流中のフッ素をフッ化水素に転化するフッ素含有化合物の分解処理方法が開示されている。
また特許文献２には、触媒層が設けられて過弗化物を含む排ガスが供給され、過弗化物を分解する過弗化物分解装置と、過弗化物分解装置から排出された排ガスに含まれた酸性物質がＣａ塩と反応して生成される第１反応生成物を除去する酸性物除去装置とを備えていることを特徴とする過弗化物処理装置が開示されている。

特開２００１−２２４９２６号公報 特開２００８−２４６４８５号公報

しかしながら、過弗化物を加水分解することで生成する分解ガスにはＨＦ等の酸成分が含まれる場合がある。そして酸成分を除去するのに薬剤を使用する場合、分解ガスから酸成分をより確実に除去するとともに、薬剤の消費量をより少なくすることが望ましい。

本発明は、従来の技術が有する上記の問題点に鑑みてなされたものであり、分解ガスから酸成分をより確実に除去するとともに、酸成分を乾式除去するための薬剤の消費量を少なくすることができる過弗化物の処理装置を提供することを目的とする。

かくして本発明によれば、過弗化物を含むガスおよび水を加熱するとともに、予め定められた触媒により過弗化物を加水分解して酸性ガスを含む分解ガスを生成する加熱手段と、加熱手段の前段および後段に配され、加熱手段に流入する前の過弗化物を含むガスおよび水と加熱手段から流出した後の分解ガスとの間で熱交換を行なう熱交換手段と、熱交換手段から流出した後の分解ガスから酸成分を薬剤により乾式除去する酸成分除去手段と、酸成分除去手段から流出した排気ガスに含まれる酸性ガスの濃度を検知する濃度検知手段と、濃度検知手段により検知された酸性ガスの濃度が予め定められた値以上になったときに、酸成分除去手段の内部から予め定められた量の薬剤を排出させるとともに酸成分除去手段の内部に予め定められた量の薬剤を新たに供給する制御を行なう制御手段と、を備えることを特徴とする過弗化物の処理装置が提供される。

ここで、酸成分除去手段の上方から薬剤を供給する薬剤供給手段と、酸成分除去手段の下方から薬剤を排出する薬剤排出手段とを更に備えることが好ましい。
また酸成分除去手段に導入する分解ガスは、酸成分除去手段の下方から導入するとともに、酸成分除去手段の上方から排出することが好ましく、酸成分除去手段の中の薬剤の上部位置を検出する検出手段をさらに備え、制御手段は、検出手段から取得した薬剤の上部位置を基にして薬剤を排出する量および薬剤を供給する量を制御することが好ましい。

また本発明によれば、過弗化物を含むガスおよび水を加熱するとともに、予め定められた触媒により過弗化物を加水分解して酸性ガスを含む分解ガスを生成する加熱工程と、加熱工程の前段および後段に配され、加熱工程に流入する前の過弗化物を含むガスおよび水と加熱工程から流出した後の分解ガスとの間で熱交換を行なう熱交換工程と、熱交換工程から流出した後の分解ガスから酸成分を薬剤により乾式除去する酸成分除去工程と、酸成分除去工程から流出した排気ガスに含まれる酸性ガスの濃度を検知する濃度検知工程と、濃度検知工程により検知された酸性ガスの濃度が予め定められた値以上になったときに、酸成分除去工程で使用する薬剤について予め定められた量を排出するとともに、予め定められた量を新たに供給する制御を行なう制御工程と、を備えることを特徴とする過弗化物の処理方法が提供される。

またさらに本発明によれば、コンピュータに、分解ガスから酸成分を薬剤により乾式除去する酸成分除去手段から流出した排気ガスに含まれる酸性ガスの濃度を検知する濃度検知手段から酸性ガスの濃度の情報を取得する機能と、酸成分除去手段中の薬剤の上部位置を検出する検出手段から上部位置の情報を取得する機能と、酸性ガスの濃度が予め定められた値以上になったときに、上部位置の情報を基に酸成分除去手段の内部から予め定められた量の薬剤を排出させるとともに酸成分除去手段の内部に予め定められた量の薬剤を新たに供給する機能と、を実現させるプログラムが提供される。

濃度検知手段により検知された酸性ガスの濃度が予め定められた値以上になったときに、酸成分除去手段の内部から予め定められた量の薬剤を排出させるとともに酸成分除去手段の内部に予め定められた量の薬剤を新たに供給する制御を行なうことで、酸成分を乾式除去するための薬剤の消費量を少なくすることができる。

酸成分除去手段の上方から薬剤を供給する薬剤供給手段と、酸成分除去手段の下方から薬剤を排出する薬剤排出手段とを備えることで、重力を利用して落とし込むという簡便なシステムにより、カルシウム塩の交換を行うことができる。

酸成分除去手段に導入する分解ガスは、酸成分除去手段の下方から導入するとともに、酸成分除去手段の上方から排出することで、未反応の薬剤がほとんど生じず、薬剤の無駄な消費量を少なくすることができる。

酸成分除去手段の中の薬剤の上部位置を検出する検出手段を備えることで、予め定められた量の薬剤の排出および供給を行いやすくなる。

濃度検知工程により検知された酸性ガスの濃度が予め定められた値以上になったときに、酸成分除去工程で使用する薬剤について予め定められた量を排出するとともに、予め定められた量を新たに供給する制御を行なう制御工程を備えることで、酸成分を乾式除去するための薬剤の消費量を少なくすることができる。

酸性ガスの濃度が予め定められた値以上になったときに、上部位置の情報を基に酸成分除去手段の内部から予め定められた量の薬剤を排出させるとともに酸成分除去手段の内部に予め定められた量の薬剤を新たに供給する処理をプログラムが行うことで、酸成分を乾式除去するための薬剤の消費量を少なくすることができる機能を、コンピュータにより実現できる。

本実施の形態の過弗化物の処理装置が適用される半導体製造工場の全体構成について説明した図である。 本実施の形態の過弗化物の処理装置の概略構成について説明した図である。 本実施の形態の過弗化物の処理装置を構成する各機器を示した図である。 反応温度と過弗化物の分解率との関係を説明した図である。 過弗化物の処理装置の動作について説明したフローチャートである。 実際に製造された過弗化物の処理装置を上方から見た図である。 実際に製造された過弗化物の処理装置を図６のＶＩＩ方向から見た図である。 図６のＸ−Ｘ断面図である。

以下、本発明を実施する形態について詳細に説明する。尚、本発明は、以下の実施の形態に限定されるものではなく、その要旨の範囲内で種々変形して実施することが出来る。また、使用する図面は本実施の形態を説明するためのものであり、実際の大きさを表すものではない。

＜半導体製造工場の全体構成の説明＞
図１は、本実施の形態の過弗化物の処理装置が適用される半導体製造工場の全体構成について説明した図である。
図示するように本実施の形態の半導体製造工場は、半導体の製造を行う半導体製造設備１と、過弗化物を分解処理する過弗化物の処理装置２と、酸性ガスの捕集を行う酸スクラバ３とを備える。
半導体製造設備１は、通常はクリーンルームとなっており、図示する例では、半導体であるシリコン・ポリシリコンをエッチングするＰ−Ｓｉエッチャ１１と、絶縁膜である酸化シリコン（ＳｉＯ_２）等の酸化膜をエッチングする酸化膜エッチャ１２と、配線に使用するために金属膜をエッチングするメタルエッチャ１３とを備える。
Ｐ−Ｓｉエッチャ１１、酸化膜エッチャ１２、メタルエッチャ１３は、乾式エッチング（ドライエッチング）装置であり、例えば、プロセスチャンバ内で、反応性のエッチングガスを用いてエッチングを行う反応性イオンエッチング（ＲＩＥ：Reactive Ion Etching）装置である。

Ｐ−Ｓｉエッチャ１１、酸化膜エッチャ１２、メタルエッチャ１３で用いるエッチングガスはそれぞれ異なるが、各装置で乾式エッチングを行った後に排気されるガスには、このエッチングガスに起因する種々の過弗化物（以下、ＰＦＣ（perfluorocompound）とも云う）やＣＨＦ_３などが含まれる。この過弗化物は、ＣＦ_４、Ｃ_２Ｆ_６、Ｃ_３Ｆ_８、Ｃ_４Ｆ_８、Ｃ_５Ｆ_８、ＳＦ_６等が例示される。そして過弗化物を含む排気されたガス、すなわちエッチング排ガスは、塩素（Ｃｌ_２）ガス等の有毒ガスが毒性ガス除害装置１４で除去された後、収集ダクト１５により半導体製造設備１外に排出される。本実施の形態では、半導体製造設備１外に排出されるエッチング排ガスは、例えば、キャリアガスとしてのＮ_２（窒素）ガス９９％に、過弗化物等を１％含むガスである。本実施の形態では、エッチング排ガスに含まれる過弗化物は、１％以下であることが好ましい。また排出されるエッチング排ガスの流量は、例えば、３０００Ｌ／ｍｉｎ〜３５００Ｌ／ｍｉｎである。

過弗化物の処理装置２は、詳しくは後述するが、半導体製造設備１から排出されるエッチング排ガス中に含まれる過弗化物を分解することで過弗化物を除害した後、排気ガスとして排出する。そのために半導体製造設備１の各設備から排出され、ダクトを介して集められたエッチング排ガスは、三方弁４を経由して過弗化物の処理装置２に導入される。過弗化物の処理装置２は、クリーンルーム内に設置する必要がなく、通常は半導体製造設備１の外側に設置される。

酸スクラバ３は、酸性ガスを捕集する。そして酸性ガスの捕集をした後の無害化したガスを半導体製造工場外に排出する。酸スクラバ３は、過弗化物の処理装置２で、過弗化物を完全に除去しきれなかった場合でも、過弗化物を捕集する役割を担う。また過弗化物の処理装置２に故障等が生じた場合でも、過弗化物の処理装置２のバックアップとしての役割を担う。つまり通常の状態では、過弗化物を含むガスは、三方弁４により過弗化物の処理装置２に導入され、過弗化物の処理装置２により過弗化物が分解され、処理される。しかし過弗化物の処理装置２に故障等が生じた場合は、三方弁４を切替え、過弗化物を含むガスを直接酸スクラバ３に導入されるようにする。
なお図１には図示していないが、三方弁４の上流側において、半導体製造設備１から排出されるエッチング排ガス中に含まれる酸性ガスを捕集するアルカリスクラバを設けてもよい。

＜過弗化物の処理装置の構成の説明＞
以後、過弗化物の処理装置２についてさらに詳しく説明を行う。
図２は、本実施の形態の過弗化物の処理装置２の概略構成について説明した図である。
図示するように過弗化物の処理装置２は、導入された装置入口排ガス（エッチング排ガス）を前処理する前処理ユニット２１と、前処理ユニット２１で前処理された装置入口排ガスに含まれる過弗化物を分解する過弗化物分解ユニット２２と、過弗化物分解ユニット２２で過弗化物を分解した際に生成されるＨＦ（弗化水素）を含む分解ガスを吸着することで乾式除去するＨＦ吸着ユニット２３とを備える。そしてこれらの各ユニットにより装置入口排ガスを処理し無害化を行った後、排気ガスとして過弗化物の処理装置２外に排出する。

図３は、本実施の形態の過弗化物の処理装置２を構成する各機器を示した図である。
図２で説明したように過弗化物の処理装置２は、前処理ユニット２１と、過弗化物分解ユニット２２と、ＨＦ吸着ユニット２３とを主として備える。また図示するように過弗化物の処理装置２は、制御手段の一例としての制御ユニット２４を備え、過弗化物の処理装置２に備えられた各機器およびバルブ（図示せず）等の制御を行う。

前処理ユニット２１は、装置入口排ガスの予熱を行う入口加熱器２１１と、微粒子の除去を行うフィルタ２１２とを備える。
入口加熱器２１１は、装置入口排ガスを予熱することにより装置入口排ガス中に含まれる微小な水滴（ミスト）を蒸発させる。入口加熱器２１１は、装置入口排ガスが通過する配管の周囲にヒータ２１１ａを備える。そして装置入口排ガスは、入口加熱器２１１を通過する際にヒータ２１１ａにより加熱され、ミストが蒸発する温度でまで予熱される。このとき予熱される装置入口排ガスの温度は例えば、６０℃とすることができる。これにより次のフィルタ２１２においてフィルタがミストにより閉塞することが抑制できる。

フィルタ２１２は、装置入口排ガスに含まれる固形分としての微粒子の除去を行う。半導体製造設備１では、上述した、乾式エッチングを行う際に削られた酸化シリコン等の微粒子が生じる。そしてこの微粒子が装置入口排ガスに混入するため、フィルタ２１２により除去を行う。フィルタ２１２は、装置入口排ガスを通過させるとともに微粒子を捕集することができるものであれば特に限定されることはないが、例えば、メッシュフィルタなどを用いることができる。

なお本実施の形態では、入口加熱器２１１とフィルタ２１２との間で空気を導入する。次の過弗化物分解ユニット２２において一酸化炭素の生成を抑制するために、酸素が必要となる場合があり、そのためこの段階で空気を装置入口排ガスと混合する。
また本実施の形態では、詳しくは後述するが、フィルタ２１２を通過した後の装置入口排ガスは、いったん熱交換器２３１に入る。そして熱交換器２３１における熱交換により装置入口排ガスが加熱される。さらにこのとき次の過弗化物分解ユニット２２において過弗化物を分解するための反応に必要な水が液体の状態で添加される。この水は、熱交換器２３１において装置入口排ガスとともに加熱され気体の水蒸気となる。そして装置入口排ガスと混合しつつ移送される。本実施の形態では、水として純水を使用し、添加量は、後述の反応式に見合った量であり、例えば、３５０ｍＬ／ｍｉｎである。また、この水はあらかじめ加熱して水蒸気として熱交換器２３１に添加しても良い。

過弗化物分解ユニット２２は、装置入口排ガスおよび水を加熱するとともに、予め定められた触媒により過弗化物を加水分解して酸性ガスを含む分解ガスを生成する加熱手段の一例である。そして過弗化物分解ユニット２２は、第１加熱器２２１と第２加熱器２２２の２つの加熱器を備える。

第１加熱器２２１は、内部にヒータ２２１ａが配されており、このヒータ２２１ａにより装置入口排ガス、および熱交換器２３１で添加され水蒸気となった水を加熱する。第１加熱器２２１を通過した後の装置入口排ガスは、例えば、４５０℃〜５００℃となっている。本実施の形態では、第１加熱器２２１を装置入口排ガスの流路が水平方向となる横型の加熱器としている。

第２加熱器２２２は、上方から装置入口排ガスを導入し、まず内部に備えられたヒータ２２２ａにより、装置入口排ガスおよび水蒸気をさらに加熱する。これにより装置入口排ガスは、例えば、７５０℃に加熱される。
そしてさらに加熱された装置入口排ガスは、第２加熱器２２２の下方に配された触媒層２２２ｂにおいて、装置入口排ガスに混合していた水（水蒸気）と反応し、分解される。
このときの分解反応として、過弗化物として、ＣＦ_４、ＣＨＦ_３、Ｃ_２Ｆ_６およびＳＦ_６の場合を例に採り、下記に反応式を示す。

ＣＦ_４＋２Ｈ_２Ｏ→ＣＯ_２＋４ＨＦ …（１）
ＣＨＦ_３＋（１／２）Ｏ_２＋Ｈ_２Ｏ→ＣＯ_２＋３ＨＦ …（２）
Ｃ_２Ｆ_６＋３Ｈ_２Ｏ＋（１／２）Ｏ_２→２ＣＯ_２＋６ＨＦ …（３）
ＳＦ_６＋３Ｈ_２Ｏ→ＳＯ_３＋６ＨＦ …（４）

上記（１）式〜（４）式からわかるように、過弗化物は加水分解反応により、酸成分であるＨＦ（弗化水素）を含む分解ガスとなる。またこの場合ＨＦは、分解ガスに含まれる酸性ガスとして捉えることもできる。

図４は、反応温度と過弗化物の分解率との関係を説明した図である。
ここでエッチング排ガスに含まれる過弗化物として、ＣＦ_４、ＣＨＦ_３、Ｃ_２Ｆ_６、Ｃ_３Ｆ_８、Ｃ_４Ｆ_８、Ｃ_５Ｆ_８、ＳＦ_６、ＮＦ_３を例示している。また過弗化物ではないが、半導体製造設備１から排出されるガス中に含まれる成分としてＣＯについても併せて図示している。
図示するように何れの成分も７５０℃近辺においてほぼ１００％の分解率となるため、７５０℃の温度で反応させることで、過弗化物等がほぼ除去できることになる。

また触媒層２２２ｂを構成する触媒としては、本実施の形態では、Ａｌ_２Ｏ_３（酸化アルミニウム）にＺｎ（亜鉛）、Ｎｉ（ニッケル）、Ｔｉ（チタン）、Ｆ（弗素）、Ｓｎ（スズ）、Ｃｏ（コバルト）、Ｚｒ(ジルコニウム)、Ｃｅ（セリウム）、Ｓｉ（ケイ素）等の酸化物を含むものを使用することができる。より具体的には、例えば、Ａｌ_２Ｏ_３（酸化アルミニウム）が８０重量％、ＮｉＯ（酸化ニッケル）２０重量％の組成からなるものを使用することができる。

第２加熱器２２２で過弗化物が分解された後のＨＦを含む分解ガスは、第２加熱器２２２の下方から排出され、次のＨＦ吸着ユニット２３に送られる。なおこのとき第２加熱器２２２から排出される分解ガスの温度は、６００℃〜７００℃程度である。

ＨＦ吸着ユニット２３は、第１加熱器２２１と第２加熱器２２２の前段および後段に配され第１加熱器２２１に流入する前の装置入口排ガスと第２加熱器２２２から流出した後の分解ガスとの間で熱交換を行なう熱交換手段の一例である熱交換器２３１と、熱交換器２３１から流出した後の分解ガスから酸成分を薬剤であるカルシウム塩により乾式除去する酸成分除去手段の一例としての酸成分除去装置２３２と、酸成分除去装置２３２により酸成分が乾式除去された後の排気ガスを排出する排気ガス排出手段の一例としてのエゼクタ２３３とを備える。

またＨＦ吸着ユニット２３は、酸成分除去装置２３２の上方からＨＦを乾式除去するための薬剤であるカルシウム塩を供給する薬剤供給手段の一例である薬剤供給装置２３４と、酸成分除去装置２３２の下方から使用済みのカルシウム塩を排出する薬剤排出手段の一例である薬剤排出装置２３５と、酸成分除去装置２３２から流出した排気ガスに含まれるＨＦの濃度を検知する濃度検知手段の一例としてのＨＦ濃度センサ２３６と、ＨＦ濃度センサ２３６とエゼクタ２３３との間に配され、酸成分除去装置２３２にて生じた固形分を除去する粉末トラップ２３７とをさらに備える。

熱交換器２３１は、第２加熱器２２２から排出された後の高温の分解ガスと第１加熱器２２１に導入される前の前述した低温の装置入口排ガスとの間で熱交換を行う。これにより分解ガスの温度は低下するとともに、第１加熱器２２１に導入される前の装置入口排ガスの温度は上昇する。また前述の通り、熱交換器２３１に添加された水は蒸発し水蒸気となる。
熱交換器２３１を通過した後の分解ガスは、温度が３００℃〜５００℃程度まで低下し、熱交換器２３１を通過した後の装置入口排ガスは、温度が２００℃〜３００℃程度まで上昇する。

熱交換器２３１としては、特に限られるものではなく、２枚のプレートを交互に配置し、そのプレート間に流路を構成し、装置入口排ガスと分解ガスとの熱交換を行うプレートタイプの熱交換器や、シェル（円筒）と多数のチューブ（伝熱管）の中に、それぞれ装置入口排ガスや分解ガスを通し、相互間で熱交換を行うシェルアンドチューブタイプの熱交換器が使用できる。また二重管構造にして内管に高温の分解ガスを流し、外管に低温の装置入口排ガスを流す二重管式熱交換器であってもよい。また装置入口排ガスと分解ガスとは対向して流してもよく、並行して流してもよい。本実施の形態では、二重管式熱交換器を使用し、装置入口排ガスと分解ガスとは対向して流している。

酸成分除去装置２３２は、内部にカルシウム塩からなる薬剤層２３２ａが充填されており、分解ガス中に含まれるＨＦは、このカルシウム塩と吸着反応することで乾式除去される。カルシウム塩としてはＣａＣＯ_３（炭酸カルシウム）、Ｃａ（ＯＨ）_２（水酸化カルシウム）、ＣａＯ（酸化カルシウム）等を使用することができる。またカルシウム塩の形状としては、粉末状でもよいが、ハンドリングの容易さから円柱形状または球状等に成型されたペレットとすることが好ましい。本実施の形態では、例えば、Ｃａ（ＯＨ）_２とＣａＣＯ_３との混合物であってＣａＣＯ_３：Ｃａ（ＯＨ）_２＝５０重量％〜８０重量％：２０重量％〜５０重量％のものを使用する。この場合成型性がよく、ペレットとしたときに粉化することが抑制できる。また本実施の形態では、この混合物を、底面の直径が３ｍｍ程度、高さが８ｍｍ程度の円柱形状のペレットにして使用している。

このときの吸着反応として、カルシウム塩としてＣａＣＯ_３やＣａ（ＯＨ）_２を使用した場合を例に採り、下記に反応式を示す。

ＣａＣＯ_３＋２ＨＦ→ＣａＦ_２＋ＣＯ_２＋Ｈ_２Ｏ …（５）
Ｃａ（ＯＨ）_２＋２ＨＦ→ＣａＦ_２＋２Ｈ_２Ｏ …（６）

上記（５）式〜（６）式からわかるように、ＨＦはカルシウム塩と反応し、ＣａＦ_２（弗化カルシウム（蛍石））、ＣＯ_２（二酸化炭素）、およびＨ_２Ｏ（水）が生じる。

エゼクタ２３３には、圧縮空気を流入させる圧縮空気配管が接続され、この圧縮空気を高速で流すことで生じる負圧により、排気ガスを吸引し、圧縮空気とともに過弗化物の処理装置２外に排出する。これにより排気ガスは、さらに温度が低下し、排出される。酸成分除去装置２３２から排出された後の排気ガスは、例えば、２００℃程度であるが、エゼクタ２３３から排出される排気ガスは、例えば、１００℃以下となる。

また分解ガスは、酸成分除去装置２３２の下方から導入するとともに、酸成分除去装置２３２の上方から排出する。そして分解ガスは、酸成分除去装置２３２の下方から上方へ流動する間に上記（５）式〜（６）式で例示したＨＦとカルシウム塩との反応が生じ、ＨＦが乾式除去される。このときカルシウム塩は、ＣａＦ_２となり、これ以上の反応は生じないため、順次交換を行う必要がある。

そのため本実施の形態では、カルシウム塩を酸成分除去装置２３２に供給する薬剤供給装置２３４と、使用済みのカルシウム塩を酸成分除去装置２３２から排出する薬剤排出装置２３５を設けている。

本実施の形態では、ＨＦ濃度センサ２３６によりＨＦの濃度を監視し、ＨＦの濃度が、例えば、１００ｐｐｍに達したときは、カルシウム塩の交換時期になったと判断する。そして薬剤排出装置２３５に設けられたロータリーバルブ（図示せず）等の開閉を行い、所定量の使用済みのカルシウム塩を排出する。また使用済みのカルシウム塩を排出した後は、薬剤供給装置２３４に設けられたロータリーバルブ（図示せず）等の開閉を行い、排出した分の新たなカルシウム塩を供給する。このようにして薬剤排出装置２３５内のカルシウム塩は、順次交換される。なおこの一連の手順は、制御ユニット２４が、ＨＦ濃度センサ２３６から送られるＨＦの濃度に関する情報を取得し、そしてＨＦの濃度が、例えば、１００ｐｐｍに達したときに、薬剤供給装置２３４や薬剤排出装置２３５に設けられたロータリーバルブの開閉の制御を行うことで自動的に行われる。

またこのときカルシウム塩は、全て交換してもよいが、通常は一部のみ交換が行われる。カルシウム塩の交換量としては、例えば、４０ｋｇ／ｈである。この交換量の制御も制御ユニット２４が行う。実際には、酸成分除去装置２３２の中のカルシウム塩の上部位置を検出する検出手段の一例としてのレベルメータを設け、このレベルメータから取得したカルシウム塩の上部位置を基にしてカルシウム塩を排出する量およびカルシウム塩を供給する量を制御する。つまり制御ユニット２４は、まず薬剤排出装置２３５に設けられたロータリーバルブを開きカルシウム塩を排出していく。そしてレベルメータから取得したカルシウム塩の上部位置が所定の位置まで下がったところで薬剤排出装置２３５に設けられたロータリーバルブを閉じる。次に制御ユニット２４は、薬剤供給装置２３４に設けられたロータリーバルブを開きカルシウム塩を供給していく。そしてレベルメータから取得したカルシウム塩の上部位置が所定の位置まで上がったところで薬剤供給装置２３４に設けられたロータリーバルブを閉じる。これにより酸成分除去装置２３２の中に充填されるカルシウム塩の一部が交換される。

粉末トラップ２３７は、カルシウム塩の交換の際などに酸成分除去装置２３２で生じたカルシウム塩の粉末等を除去するために設けられる。粉末トラップ２３７としては、金属メッシュフィルタ等を使用することができる。

＜過弗化物の処理装置の動作の説明＞
図５は、過弗化物の処理装置２の動作について説明したフローチャートである。
以後、図３および図５を使用して過弗化物の処理装置２の動作について説明を行う。
まず装置入口排ガスは、前処理ユニット２１の入口加熱器２１１を通過し、予熱が行われる（ステップ１０１）。これにより装置入口排ガス中に含まれるミストが蒸発する。
次に予熱された装置入口排ガスに空気を導入し、前処理ユニット２１のフィルタ２１２により微粒子が除去される（ステップ１０２）。

そして装置入口排ガスは、熱交換器２３１による熱交換により加熱される（ステップ１０３）。またこのとき過弗化物の分解反応に必要な水が添加される（ステップ１０４）。
熱交換器２３１を通過した装置入口排ガスは、第１加熱器２２１によりまず加熱され（ステップ１０５）、さらに第２加熱器２２２により過弗化物の分解に必要な温度にまでさらに加熱される（ステップ１０６）。そして第２加熱器２２２の触媒層２２２ｂを通過するときに過弗化物が分解し、装置入口排ガスは、ＨＦを含む分解ガスとなる（ステップ１０７）。

分解ガスは、再び熱交換器２３１に入り、前述の装置入口排ガスとの間で熱交換を行う（ステップ１０８）。

そして分解ガスは、酸成分除去装置２３２においてカルシウム塩と反応し、ＨＦが乾式除去される（ステップ１０９）。またこのとき制御ユニット２４は、ＨＦ濃度センサ２３６により取得されたＨＦ濃度が所定の値以上になったか否かを判断する（ステップ１１０）。そして所定の値以上になったとき（ステップ１１０でＹｅｓ）は、薬剤排出装置２３５と薬剤供給装置２３４を動作させ、カルシウム塩の交換を行う（ステップ１１１）。また所定の値未満であったとき（ステップ１１０でＮｏ）は、カルシウム塩の交換は行わず、次のステップ１１２に進む。

ＨＦが乾式除去された後の排気ガスは、粉末トラップ２３７により粉末が除去された後（ステップ１１２）、エゼクタ２３３により過弗化物の処理装置２外に排出される（ステップ１１３）。

以上詳述した過弗化物の処理装置２では、以下のような特徴点を有する。
（i）触媒層２２２ｂを利用して過弗化物の分解を行うため、大量のエッチング排ガスを処理することができるとともに運転コストを低減することができる。
(ii)分解ガス中に含まれるＨＦをカルシウム塩との吸着反応により乾式除去することで、従来の水にＨＦを溶解させてＨＦを除去する方法に対し、ＨＦを含む排水が生じない。また吸着反応後に生成するＣａＦ_２は、無害であるとともにハンドリングが容易である。さらにＣａＦ_２は、ＨＦを製造する原料となるため、有価物である。つまり地球環境に有害なエッチング排ガスから有価物であるＣａＦ_２を製造することができる。
（iii）熱交換器２３１により装置入口排ガスと分解ガスとの間で熱交換を行うことで、エネルギーの利用効率が上昇する。また従来の分解ガスを水により冷却する方式に比べ、排水が生じない。そのため排水処理工程が不要となり過弗化物の処理装置２の運転コストを低減することができる。
(iv)酸成分除去装置２３２の上方に配される薬剤供給装置２３４と下方に薬剤排出装置２３５を有する薬剤層２３２ａを組み込むことで、単に弁を開くだけで重力を利用して落とし込むという簡便なシステムにより、カルシウム塩の交換を行うことができる。また本実施の形態では、分解ガスを下方から導入し、上方から排気するとともに、ＨＦ濃度センサ２３６を設け、ＨＦの濃度を監視することでカルシウム塩の交換時期の判断を行う。これにより薬剤層２３２ａの上層部は排出されず、下層部の反応済みのカルシウム塩のみが排出されるので、未反応のカルシウム塩がほとんど生じず、カルシウム塩の無駄な消費量を少なくすることができる。
(v)また本実施の形態では、ＨＦ濃度センサ２３６によりＨＦの濃度を監視し、ＨＦの濃度が、予め定められた濃度以上に達したときは、カルシウム塩の交換を行う。これにより分解ガスからＨＦをより確実に除去することができ、過弗化物の処理装置２の外にＨＦが排出されることを抑制できる。

＜実際の過弗化物の処理装置の説明＞
図６は、実際に製造された過弗化物の処理装置２を上方から見た図である。また図７は、実際に製造された過弗化物の処理装置２を図６のＶＩＩ方向から見た図である。さらに図８は、図６のＸ−Ｘ断面図である。即ち図７、図８は、過弗化物の処理装置２を水平方向から見た図となる。
図示するように実際の過弗化物の処理装置２は、上方から見た場合矩形領域の内部にほぼ全ての機器が配置されている。なお制御ユニット２４については、矩形領域の外部に配置されている。なお本実施の形態における矩形とは、長方形が基本形であるが、長方形に近い台形や平行四辺形や楕円形なども本実施の形態の特徴を逸脱しない範囲で矩形に含めることができる。

次に図６〜図８における過弗化物の処理装置２の各機器の説明を行う。なお以後、制御ユニット２４が設置されている位置を上方から見たときに過弗化物の処理装置２の左下側であるとして説明を行う。

装置入口排ガスは、過弗化物の処理装置２の左下側から導入される。そして複数の配管を経由して図６中右方向に流され、過弗化物の処理装置２の下側に設置された入口加熱器２１１を通過する。そしてこのときに入口加熱器２１１に配されたヒータ２１１ａ（図３参照）により予熱が行われる。これにより装置入口排ガスに含まれるミストが蒸発する。また入口加熱器２１１を通過した装置入口排ガスは、さらに図６中右方向に流され、フィルタ２１２に導入され、装置入口排ガス中に含まれる微粒子が除去される。また図示はしていないが、入口加熱器２１１を通過した後の装置入口排ガス中に空気が導入される。

なお本実施の形態では、フィルタとしてフィルタ２１２のみではなく、予備フィルタ２１２ａを備えている。即ち、フィルタ２１２が閉塞する等の理由で交換が必要になった場合、フィルタ２１２に接続されている配管に設けられたバルブ等を操作することで、装置入口排ガスが流通する配管を切替え、予備フィルタ２１２ａに装置入口排ガスが流入するようにする。これによりフィルタ２１２の交換作業中に予備フィルタ２１２ａにより微粒子の除去が可能となり、過弗化物の処理装置２の運転を停止することなくフィルタ２１２の交換作業が可能となる。

フィルタ２１２を通過した後の装置入口排ガスは、配管Ｐ１により矢印Ａ方向に流れ、過弗化物の処理装置２の上側に設置された熱交換器２３１に入る。そして装置入口排ガスは、熱交換器２３１による熱交換により加熱される。また図示はしていないが、このとき熱交換器２３１には水が添加され、この水は水蒸気となって装置入口排ガスとともに運ばれる。

熱交換器２３１から排出された装置入口排ガスは、配管Ｐ２により矢印Ｂ方向に流れ、過弗化物の処理装置２の右下側に設置された第１加熱器２２１に入る。第１加熱器２２１は、横型の加熱器であり、図６中左側より装置入口排ガスが流入し、図６中右側より装置入口排ガスが排出される。そして第１加熱器２２１は、内部にヒータ２２１ａ（図３参照）が配され、装置入口排ガスが第１加熱器２２１内部を左側から右側に移動する際に、加熱が行われる。

次に第１加熱器２２１から排出された装置入口排ガスは、配管Ｐ３により矢印Ｃ方向に流れ、過弗化物の処理装置２の右上側に設置された第２加熱器２２２に入る。第２加熱器２２２は縦型の加熱器であり、上方にヒータ２２２ａ（図３参照）が配され、下方に触媒層２２２ｂ（図３参照）が配される。そして装置入口排ガスは、第２加熱器２２２の上方から流入し、ヒータ２２２ａにより過弗化物の分解温度にまで加熱されつつ、第２加熱器２２２の下方に流れる。そして触媒層２２２ｂにおいて、過弗化物は、装置入口排ガスと混合していた水（水蒸気）と反応し、分解される。そして分解後の生成物であるＨＦを含む酸性の分解ガスとなり、第２加熱器２２２の下方から排出される。

そして第２加熱器２２２から排出された分解ガスは、配管Ｐ４により矢印Ｄ方向に流れ、再び熱交換器２３１に入る。そして熱交換器２３１において、高温の分解ガスと低温の装置入口排ガスとの間で熱交換が行われる。

熱交換器２３１から排出された分解ガスは、配管Ｐ５により矢印Ｅ方向（図６中左方向）に流れ、過弗化物の処理装置２の上側に設置された酸成分除去装置２３２に入る。このとき分解ガスは、図８からわかるように酸成分除去装置２３２の下方から流入し、酸成分除去装置２３２の上方に流れる。そしてこのときにカルシウム塩からなる薬剤層２３２ａ（図３参照）において分解ガスに含まれるＨＦが吸着反応を起こし、乾式除去される。そして無害化された排気ガスとなり、酸成分除去装置２３２の上方から排出される。

また酸成分除去装置２３２には、酸成分除去装置２３２の上部に薬剤供給装置２３４が設けられ、酸成分除去装置２３２の下部に薬剤排出装置２３５が設けられている。そしてＨＦ濃度センサ２３６により検知されるＨＦの濃度が予め定められた濃度以上になったときは、制御ユニット２４が、薬剤排出装置２３５に設けられたロータリーバルブＲ２の開閉を行い、所定量の使用済みのカルシウム塩を排出する。さらに使用済みのカルシウム塩を排出した後は、制御ユニット２４が、薬剤供給装置２３４に設けられたロータリーバルブＲ１の開閉を行い、排出した分の新たなカルシウム塩を供給する。

酸成分除去装置２３２から排出された排気ガスは、配管Ｐ６により矢印Ｆ方向（図６中左方向）に流れ、過弗化物の処理装置２の左上側に設置された粉末トラップ２３７に入る。そして粉末トラップ２３７により、カルシウム塩の粉末等が除去される。なお配管Ｐ６の途中には、ＨＦ濃度センサ２３６が配されており、排気ガス中に含まれるＨＦの濃度を測定する。また配管Ｐ６は、本実施の形態では、比較的長尺として、周囲に放熱フィンを備えている。これは酸成分除去装置２３２に接続され、エゼクタ２３３へ向かう配管Ｐ６は、矩形領域の他方の長辺側に沿って配され、排気ガスを冷却する放熱フィンを備えると言い換えることもできる。これにより排気ガスの温度をさらに低下させることができる。

そして粉末トラップ２３７から排出された排気ガスは、最後に過弗化物の処理装置２の左上側に設置されたエゼクタ２３３により吸引され、配管Ｐ７により矢印Ｇ方向（図６中上方向）に流れ、装置外部に排出される。

なお以上説明した過弗化物の処理装置２による過弗化物の処理方法は、装置入口排ガスおよび水を加熱するとともに、予め定められた触媒により過弗化物を加水分解して酸性ガスを含む分解ガスを生成する加熱工程と、加熱工程の前段および後段に配され、加熱工程に流入する前の装置入口排ガスおよび水と加熱工程から流出した後の分解ガスとの間で熱交換を行なう熱交換工程と、熱交換工程から流出した後の分解ガスから酸成分を薬剤により乾式除去する酸成分除去工程と、酸成分除去工程から流出したガスに含まれる酸性ガスの濃度を検知する濃度検知工程と、濃度検知工程により検知された酸性ガスの濃度が予め定められた値以上になったときに、酸成分除去工程で使用する薬剤について予め定められた量を排出するとともに、予め定められた量を新たに供給する制御を行なう制御工程と、を備えることを特徴とする過弗化物の処理方法として捉えることもできる。

さらに本実施の形態における制御ユニット２４が行なう処理は、ソフトウェアとハードウェア資源とが協働することにより実現される。即ち、制御ユニット２４に設けられた制御用コンピュータ内部の図示しないＣＰＵが、制御ユニット２４の各機能を実現するプログラムを実行し、これらの各機能を実現させる。

よって制御ユニット２４が行なう処理は、コンピュータに、分解ガスから酸成分を薬剤により乾式除去する酸成分除去装置２３２から流出した排気ガスに含まれる酸性ガスの濃度を検知するＨＦ濃度センサ２３６から酸性ガスの濃度の情報を取得する機能と、酸成分除去装置２３２中の薬剤の上部位置を検出するレベルメータから上部位置の情報を取得する機能と、酸性ガスの濃度が予め定められた値以上になったときに、上部位置の情報を基に酸成分除去装置２３２の内部から予め定められた量の薬剤を排出させるとともに酸成分除去装置２３２の内部に予め定められた量の薬剤を新たに供給する機能と、を実現させるプログラムとしてとして捉えることもできる。

また上述した例では、半導体製造工場において排出されるエッチング排ガス中に含まれる過弗化物を処理する場合について説明したが、これに限られるものではないことはもちろんである。例えば、液晶製造工場等から排出されるエッチング排ガスやクリーニング排ガス中に含まれる過弗化物を処理する場合であってもよい。

１…半導体製造設備、２…過弗化物の処理装置、３…酸スクラバ、２１…前処理ユニット、２２…過弗化物分解ユニット、２３…ＨＦ吸着ユニット、２４…制御ユニット、２１１…入口加熱器、２１２…フィルタ、２２１…第１加熱器、２２２…第２加熱器、２３１…熱交換器、２３２…酸成分除去装置、２３３…エゼクタ、２３４…薬剤供給装置、２３５…薬剤排出装置、２３６…ＨＦ濃度センサ

Claims (5)

1. 過弗化物を含むガスおよび水を加熱するとともに、予め定められた触媒により過弗化物を加水分解して酸性ガスを含む分解ガスを生成する加熱手段と、
   前記加熱手段の前段および後段に配され、当該加熱手段に流入する前の過弗化物を含むガスおよび水と当該加熱手段から流出した後の分解ガスとの間で熱交換を行なう熱交換手段と、
   前記熱交換手段から流出した後の分解ガスから酸成分を薬剤により乾式除去する酸成分除去手段と、
   前記酸成分除去手段から流出した排気ガスに含まれる酸性ガスの濃度を検知する濃度検知手段と、
   前記濃度検知手段により検知された酸性ガスの濃度が予め定められた値以上になったときに、前記酸成分除去手段の内部から一部の薬剤を下方から排出させるとともに当該酸成分除去手段の内部に排出した量の薬剤を上方から新たに供給する制御を行なう制御手段と、
   を備え、
   前記酸成分除去手段に導入する分解ガスは、当該酸成分除去手段の下方から導入するとともに、当該酸成分除去手段の上方から排出することを特徴とする過弗化物の処理装置。
2. 前記酸成分除去手段の上方から前記薬剤を供給する薬剤供給手段と、当該酸成分除去手段の下方から当該薬剤を排出する薬剤排出手段とを更に備えることを特徴とする請求項１に記載の過弗化物の処理装置。
3. 前記酸成分除去手段の中の前記薬剤の上部位置を検出する検出手段をさらに備え、
   前記制御手段は、前記検出手段から取得した前記薬剤の上部位置を基にして前記薬剤を排出する量および当該薬剤を供給する量を制御することを特徴とする請求項１または２に記載の過弗化物の処理装置。
4. 過弗化物を含むガスおよび水を加熱するとともに、予め定められた触媒により過弗化物を加水分解して酸性ガスを含む分解ガスを生成する加熱工程と、
   前記加熱工程の前段および後段に配され、当該加熱工程に流入する前の過弗化物を含むガスおよび水と当該加熱工程から流出した後の分解ガスとの間で熱交換を行なう熱交換工程と、
   前記熱交換工程から流出した後の分解ガスから酸成分を、薬剤が充填された薬剤層の下方から上方に流動させることで乾式除去する酸成分除去工程と、
   前記酸成分除去工程から流出した排気ガスに含まれる酸性ガスの濃度を検知する濃度検知工程と、
   前記濃度検知工程により検知された酸性ガスの濃度が予め定められた値以上になったときに、前記酸成分除去工程で使用する薬剤について一部を下方から排出するとともに、排出した量を上方から新たに供給する制御を行なう制御工程と、
   を備えることを特徴とする過弗化物の処理方法。
5. コンピュータに、
   過弗化物を加水分解して生成した酸性ガスを含む分解ガスから酸成分を、薬剤が充填された薬剤層の下方から上方に流動させることで乾式除去する酸成分除去手段から流出した排気ガスに含まれる酸性ガスの濃度を検知する濃度検知手段から当該酸性ガスの濃度の情報を取得する機能と、
   前記酸成分除去手段中の前記薬剤の上部位置を検出する検出手段から当該上部位置の情報を取得する機能と、
   前記酸性ガスの濃度が予め定められた値以上になったときに、前記上部位置の情報を基に前記酸成分除去手段の内部から一部の薬剤を下方から排出させるとともに当該酸成分除去手段の内部に排出した量の薬剤を上方から新たに供給する機能と、
   を実現させるプログラム。

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