JP6874957B2 - 排ガス除害排出システム - Google Patents

Description

本発明は、半導体製造工程等から排出される排ガスを無害化して排出する除害装置を備えた排ガス除害排出システムに関する。

半導体デバイス、液晶ディスプレイデバイスなどの製造装置の反応チャンバ内では、多種類の有害あるいは引火性・爆発性のある危険度の高いガス、オゾンホールの原因となる等の地球環境を害するガスが使用されている。反応チャンバからの排ガスは、真空ポンプによって吸引し、排ガス除害装置（以下、単に、除害装置と呼ぶ。）に通して無害化した後に大気中に排出される。

特許文献１の図１に記載されているように、一般に、半導体製品等の製造工場においては、一般に、上の階に製造装置が設置され、下の階に真空ポンプおよび除害装置から構成される排ガス除害排出システムが設置される。上の階の製造装置の反応チャンバと下の階の真空ポンプの吸込口の間が配管接続され、下の階においては、真空ポンプの排気口と除害装置の吸気口との間が配管接続される。

除害装置としては、処理対象の排ガスの特性に応じて水などの液体を用いて処理する湿式、有害物質を吸着剤に吸着させる乾式、排ガスに燃料と酸素を混合し、燃焼炎を通して分解する燃焼式のものが知られている。また、排ガスをプラズマ空間に通してプラズマ分解処理を行うプラズマ式のものが知られている。特許文献２には、プラズマ式排ガス除害装置が提案されている。

真空ポンプとしては、ターボポンプ、メカニカルブースターポンプ、スクリューポンプ等が使用される。特性の異なる複数台の真空ポンプを直列に接続して使用する場合もある。例えば、メカニカルブースターポンプを、スクリュー式真空ポンプなどの粗引きポンプと組み合わせることにより、粗引きポンプの排気速度が落ち込む圧力領域において、排気速度を上げることができる。

特開２０１６−３３３６４号公報 特許第５３０７５５６号公報

排ガス除害排出システムにおいては、排ガスの通過経路内に、排ガスに含まれている異物、排ガスの反応生成物が付着して堆積する。放置すると管路が閉塞するので定期的なクリーニングが必要である。

特に、真空ポンプの排気側と除害装置の吸気側を繋ぐ配管内面に排ガスの反応生成物が付着堆積しやすい。配管内の生成物付着を回避あるいは抑制できるようにすることが望まれている。

また、排ガスの通過経路である真空ポンプ内、除害装置の内部に付着した異物、反応生成物を除去するためのポンプクリーニングおよび除害装置クリーニングを、簡単かつ効率良く行えることが望ましい。

さらに、半導体製品等の製品の製造工場においては、設置スペースの有効活用の観点から、階下に設置される真空ポンプおよび除害装置の設置スペースに対する削減要求が常にある。

本発明の課題は、このような点に鑑みて、真空ポンプと除害装置の間の排ガス通路が異物付着により閉塞することを回避あるいは抑制可能な排ガス除害排出システムを提供することにある。

また、本発明の課題は、真空ポンプと除害装置の間の排ガス通路の閉塞を回避あるいは抑制可能であり、かつ、設置面積が少なくて済む排ガス除害排出システムを提供することにある。

さらに、本発明の課題は、真空ポンプと除害装置の間の排ガス通路の閉塞を回避あるいは抑制可能であり、かつ、真空ポンプ内および除害装置内のクリーニングを簡単かつ効率良く行うことのできる排ガス除害排出システムを提供することにある。

上記の課題を解決するために、本発明の排ガス除害排出システムは、
処理対象の排ガスを無害化する排ガス処理部を備えた除害装置と、
前記排ガスを真空吸引して前記排ガス処理部に供給する真空ポンプと
を有しており、
前記真空ポンプは前記除害装置に内蔵されている内蔵真空ポンプであり、
前記内蔵真空ポンプとして、２軸スクリュー式真空ポンプを用いており、
前記除害装置の装置筐体の内部には、前記内蔵真空ポンプが、前記排ガス処理部の上側横方の位置において縦置き状態に配置され、
前記内蔵真空ポンプの吸気口は、当該内蔵真空ポンプのポンプケーシングの上端部に開口し、前記内蔵真空ポンプの排気口は、前記ポンプケーシングの下端部において横方に開口しており、
前記排ガス処理部の吸気口は、当該排ガス処理部の上端に位置しており、
前記内蔵真空ポンプの排気口は、前記排ガス処理部の吸気口と同一あるいは高い位置に配置されており、
前記内蔵真空ポンプの排気口と前記排ガス処理部の吸気口との間は、水平あるいは、前記排ガス処理部の吸気口に向けて下向きに配置した内部排ガス配管によって接続されている
ことを特徴としている。

本発明の排ガス除害排出システムは、除害装置に内蔵した真空ポンプを備えている。すなわち、除害装置の装置筐体内に、プラズマ反応器などの排ガス処理部に加えて、真空ポンプが配置されている。真空ポンプと排ガス処理部の間は、装置筐体内に配置される内部配管によって接続される。

外付けされた真空ポンプを用いる場合に比べて、真空ポンプと除害装置の排ガス処理部の間を接続する配管の管長を大幅に短くできる。よって、配管内に反応生成物が付着堆積して管路が閉塞する可能性が大幅に低下する。また、除害装置と真空ポンプを別置きとする場合に比べて、真空ポンプの設置面積分だけ、双方を設置するために必要な設置面積を削減できる。さらに、除害装置の周囲に、真空ポンプとの間を繋ぐ配管を引き回すための配管スペースを確保する必要が無いので、これによっても、設置面積および設置スペースを大幅に削減できる。

除害装置としてプラズマ式除害装置を用いることができ、その排ガス処理部は、プラズマ反応器、および、その下側に配置された廃液回収・循環タンクを備えている。この場合においても、２軸スクリュー式真空ポンプの排気口を、プラズマ反応器の吸気口と同一あるいは高い位置に配置する。

スクリュー式真空ポンプの吸気口から洗浄液を流すと、洗浄液はスクリュー式真空ポンプ内部および除害装置内部の排ガス通過経路に沿って流れ落ちる。よって、これらの内部に付着した反応生成物等の異物の洗浄を、簡単かつ効率良く行うことができる。

なお、本発明において除害装置はプラズマ式に限定されるものではない。先に述べたように、除害装置として、湿式、乾式、燃焼式、プラズマ式などの各種の方式のものが知ら
れている。これらを用いることができることは勿論である。

本発明の排ガス除害排出システムは、その吸気側、すなわち、内蔵真空ポンプの吸気口を外付けの配管を介して、処理対象の排ガスの発生元である半導体製造装置等の装置の反応チャンバの排気口に接続して使用される。必要に応じて、排ガス除害排出システムには、排ガスの発生元と内蔵真空ポンプとの間に、前段側真空ポンプが接続される。前段側真空ポンプは、除害装置に外付けされている外付け真空ポンプとすることができる。

前段側に接続される上位ポンプである外付け真空ポンプとして、例えば、メカニカルブースターポンプ、ターボ分子ポンプなどの高真空ポンプを用いることができる。後段側に接続される粗引きポンプである内蔵真空ポンプとして、例えば、二葉式、ルーツ式、スクリュー式、ベーン式、水封式などの回転式真空ポンプを用いることができる。

一例として、粗引きポンプである内蔵真空ポンプとしてスクリュー式真空ポンプを使用し、上位ポンプである外付け真空ポンプとしてメカニカルブースターポンプを使用することができる。

また、上位ポンプである外付け真空ポンプを、直列接続された異なる形式の真空ポンプの組み合わせとすることができる。例えば、メカニカルブースターポンプとスクリュー式真空ポンプとを用いることができる。また、直列接続された同一形式の真空ポンプの組み合わせとすることもできる。例えば、２台のメカニカルブースターポンプを用いることができる。

さらに、直列に接続された複数台の真空ポンプ、すなわち、上位ポンプおよび粗引きポンプが、除害装置とは別置きとなっている従来の一般的な排ガス除害排出システムにおいて、その除害装置の代わりに、本発明による内蔵真空ポンプを備えた除害装置からなる排ガス除害排出システムを接続して用いることができる。既存の排ガス除害排出システムに対して、本発明のシステムを簡単に構築できる。

このように、従来の一般的な排ガス除害排出システムにおいて、その除害装置の代わりに、本発明のシステム、すなわち、内蔵真空ポンプを備えた除害装置（真空ポンプ内蔵型除害装置）を用いた場合には、外付けの真空ポンプと、本発明の除害装置における内蔵真空ポンプとの間を接続する配管内が、内蔵真空ポンプにより減圧される。よって、配管内の反応生成物付着を少なくすることができ、また、外付けの真空ポンプの消費電力を少なくすることができる。

本発明を適用した排ガス除害排出システムを示す説明図である。 内蔵真空ポンプの一例を示す説明図である。 本発明の排ガス除害排出システムのシステム構成例を示す説明図である。 一般的な排ガス除害排出システムに本発明を適用した例を示す説明図である。

以下に、図面を参照して、本発明を適用した排ガス除害排出システムの実施の形態を説明する。

図１は本実施の形態に係る排ガス除害排出システムを示す説明図である。排ガス除害排出システム１は、例えば、半導体製品の製造工場において、半導体製造装置２が設置されているクリーンルーム３のある上の階４と下の階５に設置され、半導体製造装置２の真空排気系を構成する。

半導体製造装置２には、半導体ウエハの成膜、エッチングその他のプロセスを行うプロセスチャンバ６が設けられている。排ガス除害排出システム１は、プロセスチャンバ６の排気を行う上位ポンプとして用いるメカニカルブースターポンプ１１（外付け真空ポンプ）を備えている。また、排ガス除害排出システム１は、下の階５に設置されたプラズマ式除害装置１２を備えている。メカニカルブースターポンプ１１の排気口１１ａと、プラズマ式の除害装置１２の吸込口１２ａの間は、上の階４から下の階５に引き出された排ガス配管１３によって接続されている。

下の階５に設置されているプラズマ式の除害装置１２は、例えば直方体形状の装置筐体１４を備えている。装置筐体１４内には、プラズマ式の排ガス処理部１５が内蔵されていると共に、粗引きポンプとして用いる真空ポンプ１６（内蔵真空ポンプ）が内蔵されている。排ガス処理部１５の吸気口１５ａと真空ポンプ１６の排気口１６ｂとの間は、内部排ガス配管１７によって接続されている。プラズマ式の排ガス処理部１５は、プラズマ反応器１８、出口スクラバ１９、これらの下側に配置した廃液回収・循環タンク２０等を備えている。

排ガス除害排出システム１の制御系は、除害装置１２の制御盤２１と、メカニカルブースターポンプ１１および真空ポンプ１６を集中制御するポンプ集中制御盤２２とを中心に構成されている。除害装置１２の制御盤２１は、装置筐体１４に組み付けられており、ポンプ集中制御盤２２は、メカニカルブースターポンプ１１が搭載されているポンプラック２３に搭載されている。

このように、排ガス除害排出システム１は、除害装置１２と、この除害装置１２に内蔵された真空ポンプ１６と、外付けのメカニカルブースターポンプ１１とを備えている。半導体製造装置２のプロセスチャンバ６からメカニカルブースターポンプ１１によって真空吸引された排ガスは、排ガス配管１３を通って、除害装置１２に内蔵の真空ポンプ１６に吸引され、ここを介して、排ガス処理部１５のプラズマ反応器１８に送り込まれる。

プラズマ反応器１８において、排ガスはプラズマにより酸化熱分解されて無害化される。次に、排ガスは出口スクラバ１９でシャワーリングされて、そこに含まれているプラズマ反応器１８で分解生成された副生成物が除去されると共に冷却される。次に、排ガスは、不図示の排気ファンを介して、大気中に放出される。プラズマ反応器１８の内壁は水壁となっており、通過する排ガス、その反応生成物が直接にプラズマ反応器１８に接触しないので、排ガス通過部分の閉塞、腐食劣化が防止される。

排ガス除害排出システム１では、除害装置１２に内蔵の真空ポンプ１６と、除害装置１２に外付けのメカニカルブースターポンプ１１とを用いて、排ガスを真空吸引して除害装置１２の排ガス処理部１５に供給している。内蔵の真空ポンプ１６とプラズマ反応器１８との間の常圧側の内部排ガス配管１７の管長は極めて短い。排ガスの反応生成物が付着堆積して内部排ガス配管１７が閉塞してしまうことを回避あるいは抑制できる。

また、装置筐体１４に真空ポンプ１６が内蔵されているので、双方のポンプを除害装置１２とは別に配置する場合に比べて、排ガス除害排出システム１の所要設置面積が少なくて済む。これに加えて、除害装置１２の外側に、除害装置１２と真空ポンプ１６とを接続する排ガス配管を引き回す場合には、当該排ガス配管の設置スペースが必要である。本例では、装置筐体１４内に内部排ガス配管１７を配置すればよいので、排ガス配管の引き回しスペースを除害装置１２の外側に確保する必要がない。これによっても、排ガス除害排出システム１の設置スペースを従来に比べて少なくできる。

ここで、除害装置１２に内蔵された粗引きポンプとして用いる真空ポンプ１６として、ドライポンプを用いることができる。例えば、図２に示すように、相互にかみ合っている一対のスクリューロータを備えた２軸スクリュー式真空ポンプを用いることができる。この場合には、装置筐体１４の内部において、プラズマ反応器１８の上側の位置に、スクリュー式真空ポンプ１６Ａを縦置き状態に設置することが望ましい。具体的には、吸気口１６ａが上端に位置するようにスクリュー式真空ポンプ１６Ａを縦置き状態に設置する。また、排気口１６ｂが、プラズマ式の排ガス処理部１５の吸気口１５ａと同一あるいは、それよりも高い位置となるようにする。

２軸スクリュー式真空ポンプ１６Ａは、ポンプケーシング３１内に形成したポンプ室３２に、相互にかみ合っている一対のスクリューロータ３３、３４を備えている。ポンプケーシング３１の上端に吸気口１６ａが開口しており、ポンプケーシング３１の下端部には横方に開口する排気口１６ｂが開口している。排気口１６ｂにはほぼ水平、あるいは僅かに下向きに内部排ガス配管１７が接続されている。内部排ガス配管１７の他端は、プラズマ反応器１８の上端に形成されている吸気口１５ａに接続されている。プラズマ反応器１８は、垂直に配置された筒状の反応器であり、吸気口１５ａから流れ込む排ガスはプラズマ反応器１８を上から下に向けて流れる。

縦置きのスクリュー式真空ポンプ１６Ａを用いた場合において、その内部の洗浄は、上端の吸気口１６ａから洗浄液を流すことによって行われる。洗浄液は、上端の吸気口１６ａからポンプ室３２内を上から下に流れ落ちて付着物等を洗い流し、下端の排気口１６ｂから内部排ガス配管１７に流れ出る。そして、内部排ガス配管１７からプラズマ反応器１８の上端の吸気口１５ａからプラズマ反応器１８に流れ込み、その中を流れ落ちて、内部排ガス配管１７の内周面等に付着している異物を洗い流す。プラズマ反応器１８を流れ落ちた洗浄液は、その下側に配置されている廃液回収・循環タンク２０に回収されるので、ここから外部に排出させることができる。このように、スクリュー式真空ポンプ１６Ａの内部、内部排ガス配管１７およびプラズマ反応器１８の内部の洗浄を、吸気口１６ａから洗浄液を流すことによって、簡単に行うことができる。

図３は、本発明の排ガス除害排出システムのシステム構成例を示す説明図である。図３（ａ）に示すシステム構成例１Ａは図１に示す排ガス除害排出システム１の場合を示し、真空排気系を構成する真空ポンプとして、上位ポンプとして用いる外付けのメカニカルブースターポンプ１１と、粗引きポンプとして用いる除害装置１２に内蔵の真空ポンプ１６とを備えている。

図３（ｂ）に示すシステム構成例１Ｂでは、真空ポンプとして、上位ポンプとして用いる直列接続された２台のメカニカルブースターポンプ１１Ａ、１１Ｂと、粗引きポンプとして用いる除害装置１２に内蔵の真空ポンプ１６とを備えている。外付けの真空ポンプとして、メカニカルブースターポンプ以外の真空ポンプを複数台配置することも可能である。

図３（ｃ）に示すシステム構成例１Ｃでは、真空ポンプとして、上位ポンプとして用いる直列接続されたメカニカルブースターポンプ１１Ｃおよびスクリュー式真空ポンプ１１Ｄと、粗引きポンプとして用いる除害装置１２に内蔵の真空ポンプ１６とを備えている。外付けの真空ポンプとして、メカニカルブースターポンプとスクリュー式真空ポンプの組み合わせ以外の異種形式の真空ポンプの組み合わせを用いることもできる。

なお、図３（ｄ）に示すシステム構成例１Ｄに示すように、場合によっては、外付けの真空ポンプを用いることなく、真空ポンプ１６が内蔵されている除害装置１２を、直接に、排ガス発生元である半導体製造装置などの装置のプロセスチャンバ６に接続して用いることも可能である。なお、半導体製造装置などの装置内に、ターボ分子ポンプ（ＴＭＰ）が配置され、プロセスチャンバ６の真空引きが、ターボ分子ポンプおよび真空ポンプ１６を介して行われることもある。

次に、図４は、一般的な排ガス除害排出システムに対して、本発明を適用して構築した排ガス除害排出システムを示す説明図である。排ガス除害排出システム１Ｅは、排ガス発生元の半導体製造装置などの製造装置が設置される階４の下の階５に設置された除害装置１２と、別置きの真空ポンプ１１Ｅとを備えている。除害装置１２には真空ポンプ１６が内蔵されている。真空ポンプ１１Ｅは、直列接続されたメカニカルブースターポンプ４１および真空ポンプ４２から構成されている。なお、半導体製造装置等の装置内に、ターボ分子ポンプが配置され、ターボ分子ポンプを介して、装置内のプロセスチャンバと別置きの真空ポンプ１１Ｅとが接続される構成の場合もある。

この構成の排ガス除害排出システム１Ｅは、既存の除害装置の代わりに、本発明による真空ポンプ内蔵型の除害装置１２を用いることにより構築できる。また、真空ポンプ４２と除害装置１２との間を接続している排ガス配管１３Ｅの内部は、除害装置１２に内蔵の真空ポンプ１６により減圧される。したがって、反応生成物の配管内での生成を少なくすることができ、排ガス配管１３Ｅの保守点検作業が軽減される。また、真空ポンプ１１Ｅの消費電力を少なくすることができる。

１ 排ガス除害排出システム
１Ａ、１Ｂ、１Ｃ、１Ｄ システム構成
１Ｅ 排ガス除害排出システム
２ 半導体製造装置
３ クリーンルーム
４ 上の階
５ 下の階
６ プロセスチャンバ
１１、１１Ａ、１１Ｂ、１１Ｃ、４１ メカニカルブースターポンプ
１１Ｅ、４２ 真空ポンプ
１１ａ 排気口
１２ 除害装置
１２ａ 吸込口
１３、１３Ｅ 排ガス配管
１４ 装置筐体
１５ 排ガス処理部
１５ａ 吸気口
１６ 真空ポンプ
１６Ａ スクリュー式真空ポンプ
１６ａ 吸気口
１６ｂ 排気口
１７ 内部排ガス配管
１８ プラズマ反応器
１９ 出口スクラバ
２０ 廃液回収・循環タンク
２１ 制御盤
２２ ポンプ集中制御盤
２３ ポンプラック
３１ ポンプケーシング
３２ ポンプ室
３３、３４ スクリューロータ

Claims (6)

1. 処理対象の排ガスを無害化する排ガス処理部を備えた除害装置と、
   前記排ガスを真空吸引して前記排ガス処理部に供給する真空ポンプと
   を有しており、
   前記真空ポンプは前記除害装置に内蔵されている内蔵真空ポンプであり、
   前記内蔵真空ポンプとして、２軸スクリュー式真空ポンプを用いており、
   前記除害装置の装置筐体の内部には、前記内蔵真空ポンプが、前記排ガス処理部の上側横方の位置において縦置き状態に配置され、
   前記内蔵真空ポンプの吸気口は、当該内蔵真空ポンプのポンプケーシングの上端部に開口し、前記内蔵真空ポンプの排気口は、前記ポンプケーシングの下端部において横方に開口しており、
   前記排ガス処理部の吸気口は、当該排ガス処理部の上端に位置しており、
   前記内蔵真空ポンプの排気口は、前記排ガス処理部の吸気口と同一あるいは高い位置に配置されており、
   前記内蔵真空ポンプの排気口と前記排ガス処理部の吸気口との間は、水平あるいは、前記排ガス処理部の吸気口に向けて下向きに配置した内部排ガス配管によって接続されていることを特徴とする排ガス除害排出システム。
2. 請求項１において、
   前記除害装置はプラズマ式の除害装置であり、前記排ガス処理部は、プラズマ反応器、および、その下側に配置された廃液回収・循環タンクを備えており、
   前記内蔵真空ポンプの吸気口から流し込まれ、当該内蔵真空ポンプのポンプ室および前記内部排ガス配管を介して前記排ガス処理部に流れ落ちる洗浄液が、当該排ガス処理部の前記廃液回収・循環タンクに回収されるようになっている排ガス除害排出システム。
3. 請求項１または２において、さらに、
   前記排ガスを真空吸引して前記内蔵真空ポンプに供給する前段側の真空ポンプを有しており、
   前記前段側の真空ポンプは、前記除害装置に外付けされている外付け真空ポンプである排ガス除害排出システム。
4. 請求項３において、
   前記外付け真空ポンプとして、直列に接続された複数台の真空ポンプを備えている排ガス除害排出システム。
5. 請求項４において、
   前記外付け真空ポンプとして、メカニカルブースターポンプとスクリュー式真空ポンプとを備えている排ガス除害排出システム。
6. 請求項４において、
   前記外付け真空ポンプとして、複数台のメカニカルブースターポンプを備えている排ガス除害排出システム。

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