JP6410817B2 - ガス処理装置 - Google Patents

Description

本発明はガス処理装置に関し、実施形態は、例えばＳｉＯ₂等の固体粒子を含有するガスおよびＨＣｌ等の酸性ガスを処理するガス処理装置に関する。

ガス処理装置は知られており、このような装置は、エピタキシャル成膜方法から発生する排出ガスの処理に使用されている。エピタキシャル成膜方法は、シリコン半導体用および複合半導体用の両方の高速半導体デバイスに多く使用されている。エピタキシャル層は、注意深く成長される単結晶シリコン膜である。エピタキシャル成膜は、一般に、約８００〜１１００℃の高温および真空状態下の水素雰囲気中で、シランまたはトリクロロシランまたはジクロロシラン等のクロロシラン化合物の１つであるシリコン源ガスを使用する。エピタキシャル成膜方法は、しばしば、製造されるデバイスの必要に応じて、少量のホウ素、リン、ヒ素、ゲルマニウムまたはカーボンでドーピングされる。プロセスチャンバに供給されるエッチングガスとして、ＨＣｌ、ＨＢｒ、ＢＣｌ₃、Ｃｌ₂およびＢｒ₂等のハロゲン化物およびこれらを組合せたものがある。プロセス間のチャンバを浄化するのに、塩化水素（ＨＣｌ）またはＳＦ₆またはＮＦ₃等の他のハロゲン化物を使用できる。

このような方法では、プロセスチャンバに供給されるガスのごく少量がチャンバ内で消費され、したがって、チャンバに供給される多量のガスが、チャンバ内で生じるプロセスからの固形物およびガス状副生物と一緒にチャンバから排出される。一般にプロセスツールは複数のプロセスチャンバを有し、各プロセスチャンバは、成膜、エッチングまたは浄化プロセスにおいてそれぞれの異なる段階にある。したがって、加工中に、チャンバから排出されるガスの化合から形成される廃棄排ガス流は種々の異なる組成物を有している。

廃棄排ガス流は大気中に放出される前に処理され、選択されたガスおよび固形粒子が廃棄ガス流から除去される。一般に、ＨＦおよびＨＣｌ等の酸性ガスは充填型タワースクラバを用いてガス流から除去され、酸性ガスは、スクラバを通って流れるスクラビング液によりスクラバ内で溶液中に吸収される。シランは自然発火性を有するため、廃棄排ガス流がスクラバを通って搬送される前に、廃棄排ガス流を熱焼却炉を通して搬送し、廃棄ガス流中に存在するシランまたは他の自然発火性ガスを空気と反応させることは一般的な手法である。ＮＦ₃等の全ての過フッ化化合物は、焼却炉内でＨＦに変換することもできる。

シランが燃焼するとき、多量のシリカ（ＳｉＯ₂）粒子が発生される。これらの粒子の多くは充填型タワースクラバ内のスクラビング液により懸濁化されるが、スクラビング液による比較的小さい（例えば１μｍより小さい）サイズの粒子の捕捉は比較的劣る。このような観点から、スクラバの下流側に静電集塵装置を設けて、廃棄ガス流からこれらの小さい粒子を除去することが知られている。

このような装置は排ガス流の処理を行うものであるが、多くの欠点を有している。したがって、改善されたガス処理装置を提供することが望まれている。

第１態様によれば、ガススクラバチャンバを有し、該ガススクラバチャンバは、該ガススクラバチャンバ内でスクラビングすべき製造プロセスツールから由来する排ガス流を受入れて、スクラビングされたガス流を形成すべく作動でき、静電集塵チャンバを有し、該静電集塵チャンバは、該静電集塵チャンバ内で処理すべきスクラビングされたガス流を受入れるべく作動でき、ガススクラバチャンバおよび静電集塵チャンバの一方は第１チャンバを形成し、ガススクラバチャンバおよび静電集塵チャンバの他方は第２チャンバを形成し、第１チャンバは第２チャンバを包囲するように構成されたガス処理装置が提供される。

この第１態様は、既存の装置に付随する問題が、処理すべき排ガスの増大する流量に応答して既存の装置の占拠する体積が非線形的に増大することおよび／またはこれらの排ガスの処理（一般に、処理されたガス流中に存在する固体粒子および／または酸性ガスの濃度の低下として表わされる）についての効率的条件が増大していることにあることを認識したものである。

したがってガス処理装置が提供され、該ガス処理装置には、製造プロセスツールに由来する排ガス流を受入れるガススクラバチャンバが設けられる。アウトプットとしてスクラビングされたガス流を発生させるためには、排ガス流はガススクラバチャンバ内でスクラビングにより処理されなくてはならない。装置には、スクラビングされたガス流を受入れる静電集塵チャンバも設けられる。静電集塵チャンバは、次に、スクラビングされたガス流を処理して、処理されたガス流を発生する。ガススクラバチャンバまたは静電集塵チャンバのいずれか一方が第１チャンバを形成し、他方が第２チャンバを形成する。第１チャンバは第２チャンバを包囲するように配置すなわち構成される。このようにして第１チャンバおよび第２チャンバは同じ体積を共有し、このため、従来の装置と比較して、任意の所与の流量または効率的条件について装置のサイズを小型化した非常にコンパクトな装置を提供できる。また、第１チャンバが第２チャンバを包囲する構成により、より少数の部品で済む簡易な組立体とすることができる。

一実施形態では、第２チャンバが第１チャンバ内に保持される。

一実施形態では、第１チャンバが第２チャンバを同心状に包囲する。

一実施形態では、第１チャンバは、環状にまたは周方向の少なくとも一方の態様で第２チャンバの周囲に延びている。

一実施形態では、第１チャンバおよび第２チャンバは共通壁を共有する。したがって共通壁は、第１チャンバを第２チャンバから分離するように構成される。

一実施形態では、共通壁の内面は第２チャンバの外側壁を形成し、共通壁の外面は第１チャンバの内側壁を形成する。したがって、共通壁の一方の面が第１チャンバの一部を形成し、共通壁の他方の面が第２チャンバの一部を形成する。

一実施形態では、第２チャンバは共通壁の内面により形成された細長いチャンバを有し、第１チャンバは共通壁の外面および包囲壁の内面により形成された細長い環状チャンバを有する。したがって、第１チャンバおよび第２チャンバは全体として円筒状の形状になる。第２チャンバは第１チャンバ内に入れ子式に配置できる。

一実施形態では、ガススクラビングチャンバは、該ガススクラビングチャンバの少なくとも一部を形成するヘッダタンクを有し、該ヘッダタンクは、受入れた液体のガススクラビングチャンバへの定常流を供給すべく作動する。したがって、ヘッダタンクは、ガススクラビングチャンバ内に堆積する粒子を除去すべくガススクラビングチャンバを通って流れる流体を供給するように構成できる。ヘッダタンクを設けることにより、ガススクラビングチャンバを通る液体の定常流を確保できる。

一実施形態では、静電集塵チャンバは、液体を放出して静電集塵チャンバ内で周方向に流れる液体を供給する出口を有する。したがって、静電集塵チャンバ内には、循環する液体カーテンすなわち堰も形成され、静電集塵チャンバ内に堆積した粒子の除去を補助する。

一実施形態では、静電集塵チャンバは第１チャンバを形成し、ガススクラビングチャンバは第２チャンバを形成する。したがって、ガススクラビングチャンバは静電集塵チャンバ内に設けられる。

一実施形態では、静電集塵チャンバは、共通壁の外面および包囲壁の内面の両方に沿って周方向に流れる液体カーテンを形成すべく液体を放出する出口を有している。したがって、静電集塵チャンバの効率を高めるため、静電集塵チャンバの対向面の両方に沿う液体カーテンすなわち堰を設けることができる。

一実施形態では、静電集塵チャンバは、共通壁の外面と包囲壁の内面との間に配置された細長い環状電極構造体を有している。したがって、全体として円筒状の電極構造体を静電集塵チャンバ内に設けることができる。

一実施形態では、細長い環状電極構造体は静電集塵チャンバに沿って軸線方向に延びている。

一実施形態では、細長い環状電極構造体は、共通壁の外面と包囲壁の内面との間で一定距離に配置されている。電極構造体を静電集塵チャンバの両壁間で壁から等距離に配置することにより、一定の電界を発生させて排ガス流からの粒子の除去を補助できる。

一実施形態では、細長い環状電極構造体は、共通壁の外面および包囲壁の内面を向いて延びている放電尖端を有している。

一実施形態では、共通壁の外面を向いて延びている放電尖端の数と、包囲壁の内面を向いて延びている放電尖端の数との比は、共通壁の外面の面積と包囲壁の内面の面積との比に比例する。これはまた、静電集塵チャンバ内に均一な電界を発生させることを補助する。

一実施形態では、ガススクラビングチャンバは排ガス流を受入れるための排ガス流入口を有し、静電集塵チャンバは処理されたガス流を供給するための処理されたガス流出口を有し、排ガス流入口および処理されたガス流出口は、ガススクラビングチャンバおよび静電集塵チャンバの両方の軸線方向長さに沿うガス流を生じさせるように配置されている。したがって、排ガス流がガススクラビングチャンバおよび静電集塵チャンバの両者の軸線方向長さに沿って移動するように構成されている。これにより、装置のプロセス長さは、有効にほぼ倍化される。

一実施形態では、ガススクラビングチャンバは、スクラビングされたガス流を、細長い環状電極構造体の懸架構造体から離れて配置された静電集塵チャンバの入口に搬送する導管を有している。スクラビングされたガス流を懸架構造体から遠位の位置に搬送することにより、スクラビングされたガス流は懸架構造体に到達する前に静電集塵チャンバによっても処理される。これにより、さもなければ絶縁破壊をもたらす虞のある懸架構造体上への何らかの堆積物の発生が低減される。

一実施形態では、入口は床に配置され、懸架構造体はスクラビングチャンバの天井に配置される。

他の特別な好ましい態様は、特許請求の範囲の記載の独立項および従属項に記載されている。従属項の特徴は、独立項の特徴および特許請求の範囲に明瞭に記載されたもの以外の特徴と適当に組合わせることができる。

装置の特徴が、機能を付与すべく作動できると説明されている箇所では、これは、当該機能を付与する装置の特徴または当該機能を付与できまたは付与できるように構成された装置の特徴を含むものであることを理解されたい。

添付図面を参照して本発明の実施形態を更に説明する。

本発明の一実施形態によるガス処理装置を通る外形図および断面図であり、ガス処理装置を通る排ガスの流れを示すものである。 本発明のガス処理装置の幾つかのコンポーネンツを示す分解図である。 本発明のガス処理装置を通る断面図である。 シーブ板の構造をより詳細に示す図面である。 内側堰を形成する構造を示す図面である。 外側堰を形成する構造を示す図面である。 電極構造体取付け装置をより詳細に示す図面である。 電極構造体をより詳細に示す図面である。 内側壁および外側壁の構造をより詳細に示す図面である。 ガス入口およびサンプの構造をより詳細に示す図面である。 シーブ板に供給すべく設けられた流体フィードを示す図面である。 テーパ状または円錐状の床セクションを有する外側壁の他の実施形態を示す図面である。

概要
実施形態をより詳細に説明する前に、最初に概要を説明する。実施形態は、ガススクラビングチャンバおよび静電集塵チャンバの両方が流体的に直列に連結されているが、一方が他方の内部に設けられるように同心状に配置された構造を提供する。換言すれば、一方のチャンバが他方のチャンバを入れ子式形態に包囲して、コンパクトな構造が得られるようにしている。両チャンバへの入口および出口の形状を制御することにより、チャンバ内の流れ距離を装置の長さの約２倍に延長できる。また、付加導管を用いることにより、両チャンバへの流れ距離および入口点を延長して、問題の多い残留物の堆積の低減を補助できる。このアプローチは、外側チャンバの少なくとも一部がその保持する内側チャンバにより形成されるため、部品数が大幅に減少されたよりコンパクトな装置を提供できる。

例示の装置およびガス流
図１〜図３には、一実施形態によるガス処理装置（全体を参照番号１０で示す）の構造が示されている。図１は、外形図および装置を通る排ガスの流れを示すガス処理装置１０を通る断面図である。図２は、ガス処理装置１０の幾つかのコンポーネンツを示す分解図である。図３は、ガス処理装置１０を通る断面図である。

概略的には、ガス処理装置１０は、充填材（図示せず）が満たされた細長い円筒状のガススクラバチャンバ２０を有している。ガススクラバチャンバ２０は処理すべき排ガスを受入れる入口３０を有し、排ガスは、Ａ方向からＢ方向に流れ、シーブ（篩）板４０に向かって充填材を通って前進する。より詳細に説明するように、シーブ板４０は、ガススクラバチャンバ２０で充填材およびシーブ床５０を通って流れサンプ（図示せず）に戻る流体を形成する。

他の実施形態では、スクラビングチャンバ２０を通った排ガスがシーブ板４０の近傍でスクラバチャンバ２０を出る構造にすることもできるが、この構造は、周囲の静電集塵装置６０内に好ましくない堆積物を増大させる結果をもたらすことが判明しており、このため下降管７０を用いた構造が提供される。下降管７０は、ガススクラバチャンバ２０により処理された排ガスを受入れて、該排ガスを方向Ｃで示すようにガススクラバチャンバ２０の頂部からシーブ床５０およびガススクラバチャンバ２０の床の下に導き、静電集塵チャンバ６０の底部内に搬送する。

理解されようが、静電集塵チャンバ６０は、ガススクラバチャンバ２０を同心状に包囲する環状チャンバを有している。仕切り壁８０（図２には示されていない）は、ガス集塵チャンバ２０を形成する内面と、静電集塵チャンバ６０の内側面を形成する外面とを有している。外側壁９０は、静電集塵チャンバ６０の他方の面を形成する内面を有している。

外側壁９０と内側壁８０との間には電極構造体１００が配置され、該電極構造体１００は絶縁構造体１１０を用いて保持され、該絶縁構造体１１０は、静電集塵チャンバ６０の上端部に保持されかつ該上端部を包囲している頂板１２０内の細長い導体１７０を用いて電極構造体１００を保持している。電極構造体１００は全体として円筒状の構造からなりかつ支持板１３０を有している。支持板１３０からは１組の細長い電極１４０が周方向に配置されかつ静電集塵チャンバ６０の軸線方向長さに沿って軸線方向に延びている。

図１から理解されようが、下降管７０からの排ガスは、静電集塵チャンバ６０の下方部分に流入し、電極構造体１００を通ってＤ方向へと上方に流れかつ処理済みガスとして排出ポート１５０を通ってＥ方向に流出する。

静電集塵チャンバ６０の機能を遂行するため、内側壁８０の外面には、シーブ板４０の近傍から静電集塵チャンバ６０の床に向かって下方に流れる流体カーテンが形成される。同様に、外側壁９０の内面には、頂板１２０の近傍から静電集塵チャンバ６０の床に向かって下方にかつ周方向に流れる流体カーテンが形成される。

シーブ板
図４には、シーブ板４０の構造がより詳細に示されている。理解されようが、流体（一般的には水）は、下降管７０の周囲に配置された、流体をシーブ板４０に搬送するための流体供給導管７５を介し、シーブ板４０の下面を通して供給される。シーブ板４０は、孔４５を通ってスクラビングチャンバ２０内に流出する流体のヘッドを維持する。

内側堰Ｗ _i
シーブ板４０により保持された流体はまた、内側壁８０の表面を下方に流れる流体カーテンすなわち内側堰Ｗ_iを形成する。図５に示すように、流体は小さいギャップを通ってギャラリ４７内に流入し、該ギャラリ４７の下面から出て、内側壁８０の外面に沿って下方に流れる。

外側堰Ｗ _o
図６には、外側堰Ｗ_oを形成する構造が示されている。頂板１２０には、該頂板１２０により保持されるリングを形成するように配置される複数の堰セクション１２５が連結されている。各リングセクションは、流体を供給するカップリング１２９を受入れる多数の入口１２３を有している。各入口１２３は導管１２１を介して出口１２７と流体的に連結されており、該出口１２７は、外側壁９０の内面に沿って下方に流れる外側堰Ｗ_oを形成すべく、流体を堰セクション１２５から接線方向に噴射するように配置されている。

電極構造体アタッチメント
図７には、電極構造体アタッチメント装置がより詳細に示されている。理解されようが、電極構造体１００は、頂板１２０の上面から延びているハウジング１６０により保持された導体１７０により保持されている。

電極構造体１００をガス処理装置１０の残部から絶縁するための絶縁体１１０が設けられている。絶縁体１１０は一般にガラスから作られ、処理された排ガスが絶縁体１１０の近傍に濃縮することを低減させるためガスパージ装置が設けられている。ガスパージ装置は、さもなければ絶縁体の機能を損なう虞のある堆積物が絶縁体上に堆積することを防止する補助をなす。前述のように、下降管７０を設けたことにより、絶縁体１１０の近傍の処理されたガスはガススクラバチャンバ２０および静電集塵チャンバ６０の両者により完全に処理され、したがってこのような堆積物を生じさせる可能性は殆どない。

電極構造体
図８には、電極構造体１００の構造がより詳細に示されている。また、図８の下方部分には、内側壁８０および外側壁９０に対する電極構造１００の関係を示す概略図が示されている。理解されようが、同心状に配置された多数の細長い電極１４０が設けられており、各電極１４０には、内側壁８０または外側壁９０のいずれかの方向を向いて半径方向に延びているスパイク１５０が設けられている。これらの電極スパイク１５０により形成される放電尖端の均一密度を維持するため、外側壁９０を向いて延びる電極スパイク１５０の数と、内側壁８０を向いて延びる電極スパイク１５０の数との比は、外側壁９０の面積と内側壁８０の面積との比に比例する。

同心状構造
図９には、内側壁８０および外側壁９０の構造がより詳細に示されている。理解されようが、内側壁８０は外側壁９０内に保持されている。

ガス入口およびサンプ
図１０には、ガス入口およびサンプの構造がより詳細に示されている。理解されようが、処理すべき排ガスは、入口２００を通って受入れられ、サンプ構造体２１０内に流入し、入口３０を通ってガススクラバチャンバ２０の下方部分内に供給される。また、サンプ構造体２１０内には、排ガスがスクラビングチャンバ２０および静電集塵チャンバ６０の両方の内部で処理されるときに排ガスから抽出された汚染物質を含有する流体が存在する。ガススクラビングチャンバ２０からの流体は入口３０を通ってサンプ構造体２１０内に流入し、一方、静電集塵チャンバ６０からの流体は導管２２０を通ってサンプ構造体２１０内に流入する。

シーブ板への流体供給
図１１には、シーブ板４０に供給される流体の供給が示されている。入口２３０は流体供給源に連結され、かつ流体を、導管２４０を介して、シーブ板４０に流体を供給する供給導管７５とのカップリングに搬送する。

テーパ状の床
図１２は、他の実施形態による外側壁９０Ａを示し、この実施形態は、静電集塵チャンバ６０の床上へのいかなるスラッジの堆積をも防止することを補助するテーパ状すなわち円錐状の床セクション９５を有している。

以上から、ガススクラバチャンバ２０および静電集塵チャンバ６０の同心状配置により、従来可能であったよりも非常にコンパクトな形態で排ガスの一連の処理を遂行できるようにした本発明のガス処理装置が提供されることが理解されよう。これにより、同体積の装置でより大きい流量の排ガス処理を可能にするより小さい装置を提供できる。

添付図面を参照して本発明の例示実施形態を開示したが、本発明は正確な実施形態に限定されるものではなく、当業者ならば、特許請求の範囲の記載およびその均等物により定められた本発明の範囲から逸脱することなく種々の変更をなし得ることは理解されよう。

１０ ガス処理装置
２０ ガススクラバチャンバ（ガススクラビングチャンバ）
４０ シーブ板
６０ 静電集塵チャンバ（静電集塵装置）
７０ 下降管
８０ 内側壁（仕切り壁）
９０、 ９０Ａ 外側壁
９５ 床セクション
１００ 電極構造体
１１０ 絶縁構造体
１２０ 頂板
１４０ 電極
１７０ 導体
２１０ サンプ構造体
Ｗ_i 内側堰
Ｗ_o 外側堰

Claims (4)

1. ガススクラバチャンバ（２０）を有し、該ガススクラバチャンバは、該ガススクラバチャンバ内でスクラビングすべき製造プロセスツールから由来する排ガス流を受入れて、スクラビングされたガス流を形成すべく作動でき、
   静電集塵チャンバ（６０）を有し、該静電集塵チャンバは、該静電集塵チャンバ内で処理すべきスクラビングされたガス流を受入れるべく作動でき、前記静電集塵チャンバは第１チャンバを形成し、前記ガススクラバチャンバは第２チャンバ（２０）を形成し、第１チャンバは第２チャンバを同心状に包囲するように構成されており、
   前記第１チャンバおよび第２チャンバは共通壁（８０）を共有し、
   前記共通壁の内面は第２チャンバの外側壁を形成し、共通壁の外面は第１チャンバの内側壁を形成し、
   前記第２チャンバ（２０）は共通壁（８０）の内面により形成された細長いチャンバを有し、第１チャンバ（６０）は前記共通壁（８０）の外面および包囲壁（９０）の内面により形成された細長い環状チャンバを有し、
   前記静電集塵チャンバは、前記共通壁（８０）の外面と前記包囲壁（９０）の内面との間に配置された細長い環状電極構造体（１００）と、前記共通壁の外面および前記包囲壁の内面の両方に沿って周方向に流れる液体カーテンを形成すべく液体を放出する出口と、を有し、
   前記ガススクラビングチャンバはヘッダタンクを有し、該ヘッドタンクは前記ガススクラビングチャンバの少なくとも一部を形成し、かつ、シーブ板（４０）を有し、該ヘッダタンクは、受入れた液体のガススクラビングチャンバへの前記シーブ板（４０）を通る定常流を供給すべく作動し、前記共通壁（８０）の外面を流れ落ちる前記液体カーテンを供給し、
   前記ガススクラビングチャンバは排ガス流を受入れるための排ガス流入口と、スクラビングされたガス流を、前記細長い環状電極構造体のための懸架構造体から離れて配置された前記静電集塵チャンバの入口に搬送する導管（７０）と、を有し、
   前記静電集塵チャンバは、処理されたガス流を供給するための処理されたガス流出口を有し、排ガス流入口および処理されたガス流出口は、ガススクラビングチャンバおよび静電集塵チャンバの両方の軸線方向長さに沿うガス流を生じさせるように配置されている、ことを特徴とするガス処理装置。
2. 前記細長い環状電極構造体は、共通壁の外面と包囲壁の内面との間で一定距離に配置されていることを特徴とする請求項１記載のガス処理装置。
3. 前記細長い環状電極構造体は、共通壁の外面および包囲壁の内面を向いて延びている放電尖端を有していることを特徴とする請求項１又は２記載のガス処理装置。
4. 前記共通壁の外面を向いて延びている放電尖端の数と、包囲壁の内面を向いて延びている放電尖端の数との比は、共通壁の外面の面積と包囲壁の内面の面積との比に比例することを特徴とする請求項３記載のガス処理装置。

Images