JP6647073B2 - 除害装置及び除害方法 - Google Patents

Description

本発明は、除害装置及び除害方法に関する。

従来、半導体を用いた種々の製品を製造する半導体工場では、成膜やエッチングなどに使用した有害なガスを含むプロセスガスを無害化するため、除害剤を収容した除害塔を使用している。

除害塔では使用済みのプロセスガス中の有害なガスを除害剤と化学的に反応させて無害化する。

特開２００３−０８００２３号公報

しかしながら、プロセスガスによっては、除害剤の除害能力が予想以上に急激に低下することがある。

このような除害能力の急激な低下は、本願発明者の調査により、プロセスガス自体が反応して生じたエタノールが除害剤に蓄積されることに起因することが分かった。

本発明は、上述の問題点に鑑みて創作されたものであり、除害剤の除害能力が予想以上に急激に低下するのを防止することができる除害装置及び除害方法を提供するものである。

上記課題を解決するため、一観点によれば、有害なガスとアルコールを含む使用済みのプロセスガスから前記アルコールを除去するアルコール除去手段と、前記アルコール除去手段の下流に設けられ、前記プロセスガスを除害剤に接触させて前記有害なガスを無害化する除害塔とを有することを特徴とする除害装置が提供される。

また、他の観点によれば、有害なガスとアルコールを含む使用済みのプロセスガスから前記アルコールを除去し、次いで、前記プロセスガスを除害剤に接触させて前記有害なガスを無害化することを特徴とする除害方法が提供される。

本発明によれば、除害塔の上流に、有害なガスとアルコールを含む使用済みのプロセスガスから前記アルコールを除去するアルコール除去手段を有する。

したがって、プロセスガスからアルコールを除去した後に、有害なガスを含むプロセスガスを除害塔に導入できる。

これによって、除害塔内の除害剤にアルコールが蓄積されるのを防ぐことができるため、プロセスガス中の有害なガスに対する除害剤の除害能力が急激に低下するのを防止できる。

背景技術に係る除害装置の構成を示す図である。 （ａ）、（ｂ）は、それぞれ、エタノールと水について除害剤での含有率と除害剤の除害能力の関係を示すグラフである。 本発明の実施形態に係る除害装置を示す図である。 本発明の実施形態に係る除害装置を構成するスクラバを示す図である。 本発明の実施形態に係る除害装置を構成する水分除去装置を示す図である。

以下に、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。
（発明に至った経緯）
図1に示すように、プロセスガス6aとして、H₂Sと、B₂H₆と、(C₂H₅)₂Zn（DEZ（ジエチル亜鉛））を含む成膜ガスを用いてプロセス装置1で成膜した後、使用済みのプロセスガスを、除害塔2に導入して、H₂SやB₂H₆など有害なガスを除害している。除害塔2には、除害剤として、酸化銅、水酸化銅及び炭酸銅のいずれかがセットされている。

図１において、他の符号3は、プロセスガス6aをプロセス装置1に導くガス導入配管であり、符号4は、プロセス装置1から排出された使用済みのプロセスガスを除害塔2に導くガス通流配管であり、符号5は、除害塔2で無害化されたプロセスガス6bを排出するガス排出配管である。

この場合、時間が経つとH₂SやB₂H₆に対する除害能力が予想以上に急激に低下するとともに、除害塔2の後段の検知器（図示してはいない）がH₂SやB₂H₆の破過前でも発報することが多々あった。

調べてみると、これらの問題はすべてエタノールが除害剤に蓄積することに起因していること、また、エタノールは、プロセス装置１で使用したプロセスガス中のジエチル亜鉛が分解して生成されたものであることが分かった。

図２（ａ）は、エタノールにより除害能力が低下することを確認するための再現実験の結果を示すグラフである。

図２（ａ）のグラフは、次のようにして得られた。

すなわち、除害剤にエタノールを十分に蓄積させて、有害なガスに対する除害能力がゼロになったときの除害剤の重さを計る。

一方で、除害剤にある量のエタノールを蓄積させて除害剤の重さを計り、その除害剤を用いてその後の除害能力を調べた。この調査を、除害剤へのエタノールの蓄積量を種々変えて行った。

そして、これらのデータから、除害剤中のエタノール含有率（％）に対する除害能力（％）の関係を求めた。図２（ａ）のグラフでは、横軸（エタノール含有率（％））と縦軸（除害能力（％））はともに任意の目盛りで示している。

確認実験の結果によれば、除害剤にエタノールが蓄積されるとともに除害能力が低下すること、しかも、除害剤中のエタノール含有率（％）に対する除害能力（％）の関係を表す線は、下に膨らんでおり、除害剤に蓄積されるエタノールの割合以上に、除害能力（％）が低下することが分かった。

このような経緯から、プロセス装置1から排出された使用済みのプロセスガスについて、除害塔2に導入する前に、使用済みのプロセスガスからエタノールを除去すればよいと考えた。

エタノールの除去方法として、第１に、エタノールが水に溶けやすい性質を利用してエタノールを含むプロセスガスを水と接触させる方法が考えられる。

この場合、エタノールを除去した後に、プロセスガスには水分が含まれることになる。ところが、水分でも、除害剤への蓄積による除害能力の低下について調査した結果、図２（ｂ）に示すように、エタノールと同じような傾向を示すことが分かった。

したがって、エタノールを含むプロセスガスを水と接触させて除去した後に、プロセスガスから水分を除去することが必要になる。

また、エタノールを除去する別の方法としては、上記の水と接触させる方法のほかに、乾式で行う方法が考えられる。

この場合は、プロセスガスは水分を含まないため、プロセスガスからエタノールを除去した後にプロセスガスをそのまま除害塔に導入することができる。

本願発明者は、このような観点から、以下に説明する発明に想到した。
（本発明の実施の形態）
（１）本実施形態の除害装置の構成の説明
図３は、本発明の実施形態に係る除害装置を示す図である。

除害装置は、プロセスガス16aを用いた成膜やエッチングなどを行うプロセス装置11の下流に、上流側から順次、スクラバ（アルコール除去装置（アルコール除去手段））17と、水分除去装置（水分除去手段）18と、除害塔12とが接続される。

プロセス装置11とスクラバ17は通流配管14aにより接続され、スクラバ17と水分除去装置18は通流配管14bにより接続され、水分除去装置18と除害塔12は通流配管14cにより接続されている。

本除害装置においては、導入配管13を通してプロセスガス16aがプロセス装置11に導入され、プロセス装置11で使用された後、使用済みのプロセスガスから、順次、スクラバ17でアルコールが除去され、水分除去装置18で水分が除去され、さらに、除害塔12でプロセスガス中に残る有害なガスが分解されて、ガス排出配管15から無害化されたプロセスガス16bが排出される。

本除害装置は、プロセスガス16aとして、前述した(C₂H₅)₂Zn（DEZ（ジエチル亜鉛））をはじめとするエチル基（C₂H₅）を含んだガス、メチル基（CH₃）を含んだガス、その他のアルキル基（CnH2n+1, CnH2n-1, CnH2n-3、…）を含むガスに対して有効である。

この場合は、それぞれ対応するアルキル基を含むアルコールが生成してプロセスガスに含まれることになる。そのアルコールは、上述の、プロセスガスを水と接触させるスクラバ17により除去することができる。また、スクラバ17によりアルコールを除去する際に、プロセスガスに含まれるようになる水分は、上述の水分除去装置18により除去することができる。

最初に、本実施形態のスクラバ17について説明する。

図４は、本発明の実施形態に係る除害装置を構成するスクラバを示す図である。

本実施形態のスクラバ17は、図４に示すように、密閉可能な容器19に、上部に空間ができるように水20が収容されている。

そして、容器19の中に、プロセス装置11から使用済みのプロセスガス16cをスクラバ17に導くガス通流配管14aの先端（ガス放出口）14dが差し入れられて、水中に浸漬される。

さらに、容器19の中に、スクラバ17で処理されたプロセスガス16dを水分除去装置18に導くガス配管14bの先端（ガス受入口）14eが差し入れられて、容器19内の上部の空間に置かれる。

以上の構成により、プロセス装置11から排出された使用済みのプロセスガス16cを水中でバブリングして水と接触させ、これにより、プロセスガス16c中のアルコールが水に溶解してプロセスガス16cから除かれる。

その後、水との接触により水分を含んだプロセスガス16dは、水分除去装置18に導かれる。

次に、本実施形態の水分除去装置18について説明する。

図５は、本発明の実施形態に係る除害装置を構成する水分除去装置を示す図である。

本実施形態の水分除去装置は、図５に示すように、温度調節媒体22を収容して温度調節媒体22の温度を調節しながら装置21内で温度調節媒体22を循環させることが可能な循環装置21と、循環装置21内の温度調節媒体22に浸漬された容器23とを有する。

温度調節媒体として、エタノール又はエチレングリコールを用いる。温度調節媒体の温度は、−２０℃〜＋３０℃に調節される。

容器23は密閉されて内部空間がコールドトラップとして機能する。容器23内に、スクラバ17で処理された水分を含むプロセスガス16dを水分除去装置18に導くガス配管14bの先端（ガス放出口）14fと、水分除去装置18で処理されて水分が除かれたプロセスガス16eを除害塔12に導くガス配管14cの先端（ガス受入口）14gとが差し入れられている。

また、容器23内には、溜まった水を容器23の外に導く排水管24aの一端（受水口）24cが差し入れられている。排水管24aの他方端には、開閉バルブ25を介して排水管24bが接続される。開閉バルブ25は、容器23内に水が溜まるまで閉めておき、容器23内に相当の水が溜まったときに開く。そして、図示しないポンプなどにより排水管24a, 24bを通して排水口24dから水26を排出する。

水分除去装置18では、以上の構成により、温度調節媒体22の温度を調節して０℃より低く保ち、容器23内に導入したプロセスガス16d中の水分を凍らせてプロセスガス16dから除去し、容器23内に氷の状態で収容する。

次いで、温度調節媒体22の温度を調節して室温前後に保ち、温度調節媒体22に浸した容器23内の氷を溶解して水26を生成し、その水26を容器23の外に排出する。

次に、本実施形態の除害塔12について説明する。

除害塔12内には除害剤が収納されている。除害剤として酸化銅、水酸化銅及び炭酸銅のいずれかを備えている。

除害塔12の下部のガス導入口より、使用済みのプロセスガス16eを導入する。

プロセスガス16eが除害剤を通るときに、プロセスガス中の有害なガス成分が除害剤と化学的に反応して分解され、プロセスガスが無害化される。

そして、無害化されたプロセスガスは除害塔12の上部のガス排出口より排出される。

このような除害装置により、除害剤の除害能力が予想以上に急激に低下するのを防止しつつ、プロセスガス16aを有効に無害化することができる。

（２）本実施形態の除害方法の説明
次に、図３〜図５を参照しながら、除害方法について説明する。

H₂Sと、B₂H₆と、(C₂H₅)₂Zn（DEZ（ジエチル亜鉛））を含む成膜ガス（プロセスガス）16aを、プロセス装置11に導入し、基板上に亜鉛を含む薄膜を形成する。

このとき、未反応の成膜ガスや、反応した成膜ガスの残りの成分が、プロセス装置11から、順次、排出される。

また、成膜ガス中の(C₂H₅)₂Zn（DEZ（ジエチル亜鉛））が大気中の水分や酸素と反応して、エタノールが生成され、成膜ガス中に含まれるようになったとする。

プロセス装置11から排出された、H₂SやB₂H₆などの有害なガスと、エタノールとを含む使用済みの成膜ガス16cは、通流配管14aを通り、スクラバ17に導入される。スクラバ17では、成膜ガス16cが水を通過することにより、成膜ガス16cに含まれるエタノールが水に溶解して成膜ガス16cから除去される。

一方で、水を通過した成膜ガス16dは、水分を含み、スクラバ17から、排出される。

スクラバ17から排出された、水分を含む成膜ガス16dは、通流配管14bを通り、水分除去装置18の容器23内に導入される。

水分除去装置18では、温度調節媒体22が０℃より低い温度に冷却されている。この温度調節媒体22により容器23内の雰囲気も０℃より低い温度に冷却されている。

このため、容器23内に導入された成膜ガス16d中の水分が凍って氷が生成し、容器23内に収容される。これにより、成膜ガス16dから水分が分離して除去される。なお、氷は、装置18内に成膜ガス16dが導入されないときに、温度調節媒体22の温度を室温程度に上げて、液化させる。そして、生成した水26を、図示しないポンプにより容器23の外に排出する。

水分が除かれた、H₂SやB₂H₆などの有害なガスを含む使用済みの成膜ガス16eは、通流配管14cを通り、除害塔12に導入される。

除害塔12では、成膜ガス16eが除害剤を通るときに、成膜ガス16e中のH₂SやB₂H₆などの有害なガスが除害剤と化学的に反応して分解され、成膜ガス16eが無害化される。

このとき、導入された成膜ガス16eは、エタノールと水分が除去されているため、エタノールや水分の除害剤への蓄積による急激な除害能力の低下は起こらない。

無害化された成膜ガス16bはガス排出配管15を通り、排出される。

以上のように、本実施形態によれば、除害塔12の上流に、エタノールを含む使用済みの成膜ガス16cを水に接触させてエタノールを除去するスクラバ17と、水分を含む使用済みの成膜ガス16dから水分を除去する水分除去装置18を有する。

したがって、使用済みの成膜ガス16cを除害塔12に導入する前に、成膜ガス16c中に生じたエタノールを除去し、さらに、エタノールを除去して水分を含むようになった成膜ガスから水分を除去している。

したがって、エタノールや水分を含まない成膜ガス16eを除害塔12に導入できる。

これによって、除害塔12内の除害剤にエタノールや水分が蓄積されるのを防ぐことができるため、成膜ガス16e中の有害なガスに対する除害剤の除害能力が急激に低下するのを防止できる。

以上、実施の形態によりこの発明を詳細に説明したが、この発明の範囲は上記実施の形態に具体的に示した例に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の上記実施の形態の変更はこの発明の範囲に含まれる。

たとえば、上述の実施の形態では、エタノールを除去する装置として水を収容したスクラバ17を用いたが、乾式のエタノール除去装置を用いてもよい。この場合は、水分除去装置18を省略し、エタノール除去装置を直に除害塔に接続できる。

また、プロセスガス16aとして、前述した(C₂H₅)₂Zn（DEZ（ジエチル亜鉛））の代わりに、ほかのエチル基（C₂H₅）を含んだガス、メチル基（CH₃）を含んだガス、又は、その他のアルキル基（CnH2n+1, CnH2n-1, CnH2n-3、…）を含むガスを用いた場合も、本発明を適用できる。

また、水分除去手段として、温度調節媒体により水分を凍らせる装置を用いたが、シリカゲル等の乾燥剤により水分を吸収する装置や、加熱により水蒸気を発生させ、その水蒸気をトラップする装置などを用いてもよい。

以上、実施の形態により説明した事項を、以下に付記としてまとめる。
（付記１）
有害なガスとアルコールを含む使用済みのプロセスガスから、前記アルコールを除去するアルコール除去手段と、
前記アルコール除去手段の下流に設けられ、前記プロセスガスを除害剤に接触させて前記有害なガスを無害化する除害塔と
を有することを特徴とする除害装置。
（付記２）
前記アルコール除去手段は、前記プロセスガスを水と接触させて前記アルコールを前記水に溶解する装置であることを特徴とする付記１に記載の除害装置。
（付記３）
前記アルコール除去手段と前記除害塔の間に、前記プロセスガスから水分を除去する水分除去手段をさらに有することを特徴とする付記２に記載の除害装置。
（付記４）
前記水分除去手段は、温度調節媒体を用いて前記プロセスガスを冷却し、前記プロセスガス中の水分を凍らせて前記プロセスガスから分離する装置を有することを特徴とする付記３に記載の除害装置。
（付記５）
前記水分除去手段は、凍らせた前記水分を、前記温度調節媒体を用いて液化し、前記水分除去手段の外に排出する装置をさらに有することを特徴とする付記４記載の除害装置。
（付記６）
前記温度調節媒体は、温度を−２０℃以上、＋３０度以下に調節することができるエタノール又はエチレングリコールであることを特徴とする付記４記載の除害装置。
（付記７）
前記水分除去手段は、乾燥剤により水分を吸収する装置であることを特徴とする付記３に記載の除害装置。
（付記８）
前記除害剤は、酸化銅、水酸化銅及び炭酸銅のいずれかであることを特徴とする付記１記載の除害装置。
（付記９）
有害なガスとアルコールを含む使用済みのプロセスガスから前記アルコールを除去し、
次いで、前記プロセスガスを除害剤に接触させて前記有害なガスを無害化することを特徴とする除害方法。
（付記１０）
前記プロセスガスから前記アルコールを除去するため、前記プロセスガスを水と接触させて前記アルコールを前記水に溶解することを特徴とする付記９に記載の除害方法。
（付記１１）
前記プロセスガスを水と接触させた後、前記プロセスガスを除害剤に接触させる前に、前記プロセスガスから水分を除去することを特徴とする付記１０に記載の除害方法。
（付記１２）
前記プロセスガスから水分を除去するために、前記プロセスガスを冷却し、前記プロセスガス中の水分を凍らせて前記プロセスガスから分離することを特徴とする付記１１記載の除害方法。

1, 11…プロセス装置、2, 12…除害塔、3, 13…ガス導入配管、4, 14a, 14b, 14c…ガス通流配管、 5, 15…ガス排出配管、6a, 16a…未使用のプロセスガス、6b, 16b…除害済みのプロセスガス、14d, 14f…ガス放出口、14e, 14g…ガス受入口、16c…使用済みのプロセスガス、16d…スクラバで処理済みのプロセスガス、16e…水分除去装置で処理済みのプロセスガス、17…スクラバ（アルコール除去装置（アルコール除去手段））、18…水分除去装置（水分除去手段）、19, 23…容器、20…水、21…循環装置、22…温度調節媒体、24a, 24b…排水管、24c…受水口、24d…排水口、25…開閉バルブ、26…水。

Claims (3)

1. 有害なガスとアルコールを含む使用済みのプロセスガスから、前記アルコールを除去するアルコール除去手段と、
   前記プロセスガスから水分を除去する水分除去手段と、
   前記アルコール除去手段の下流に設けられ、前記プロセスガスを除害剤に接触させて前記有害なガスを無害化する除害塔と
   を有し、
   前記アルコール除去手段は、前記プロセスガスを水と接触させて前記アルコールを前記水に溶解する装置であり、前記水分除去手段は、温度調節媒体を用いて前記プロセスガスを冷却し、前記プロセスガス中の水分を凍らせて前記プロセスガスから分離する装置を有することを特徴とする除害装置。
2. 前記除害剤は、酸化銅、水酸化銅及び炭酸銅のいずれかであることを特徴とする請求項１記載の除害装置。
3. 有害なガスとアルコールを含む使用済みのプロセスガスから乾式のエタノール除去装置により前記アルコールを除去し、
   次いで、前記プロセスガスを除害剤に接触させて前記有害なガスを無害化することを特徴とする除害方法。
   

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