JPH0282012A

JPH0282012A - 有毒性ガス燃焼炉の圧力変動吸収装置

Info

Publication number: JPH0282012A
Application number: JP63231787A
Authority: JP
Inventors: Hidehiko Kudo; 英彦工藤; Noriyuki Yoneda; 則行米田; Norio Iwamoto; 岩本　憲男; Munekazu Nakamura; 宗和中村; Chiaki Kojima; 千秋小島; Kunio Kaneko; 金子　邦雄; Yoshifumi Mori; 森　芳文; Hideto Ishikawa; 石川　秀人
Original assignee: Sony Corp; Chiyoda Chemical Engineering and Construction Co Ltd; Chiyoda Corp
Current assignee: Sony Corp; Chiyoda Corp
Priority date: 1988-09-16
Filing date: 1988-09-16
Publication date: 1990-03-22
Anticipated expiration: 2013-04-28
Also published as: JP2745054B2

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】（技術分野）本発明は、燃焼炉の圧力変動吸収方法及び装置に関する
ものである。さらに詳しくは１本発明は、アルシン（Ａ
ｓｔｌｉ）、ホスフィン（ＰＨ３’）　、ジボラン（Ｂ
、Ｈｓ）、モノシラン（ＳｉＨ４）等で代表される有毒
性ガスを燃焼処理する燃焼炉における圧力の変動を吸収
し、炉内圧力を一定化するための圧力変動吸収方法及び
装置に関するものである。

（従来技術及びその問題点）半導体製造工程からは、前記した如きガス状の有毒性物
質を含む有毒性排ガスが生成する。このような有毒性排
ガスは人体に対する毒性が極めて高いので、その大気へ
の放出に際しては、それに含まれる有毒性物質の完全除
去が要求される。

排ガス中に含まれる有毒性物質を除去するための有効な
方法の１つとして、燃焼法が知られている（特開昭６２
−１３４４１４号、特開昭６２−１５２５１７号）、こ
の方法は、排ガス中の有毒性物質を燃焼条件で酸化分解
し、単体元素や酸化物の固体状物質に変換させて除去す
る方法である。

このような燃焼法においては、半導体製造工程からの排
ガスは、前記のように有毒性のものであるため、排ガス
燃焼炉は、半導体製造装置の近くに配設して、長い排ガ
スラインを介することなく連結されている。従って、こ
のような装置では。

燃焼炉の圧力変動が生じると、この圧力変動は直接半導
体製造装置に伝達され、その結果、半導体製造に悪影響
を及ぼすという問題がある。また。

燃焼炉における圧力変動は、燃焼炉自体の運転にも悪影
響を及ぼし、バーナの消炎や不完全燃焼等の不都合が生
じる。

従来、燃焼炉における圧力変動を減少させるためには、
（１）燃焼炉内への流体の流入及び流出量を弁により制
御する調節弁方式、（２）真空ポンプやブロアー等の回
転数を調節する回転数制御方式、（３）燃焼炉を大容積
のものとし、圧力変動を緩和する方式及びそれらの組合
せが行われている。

しかしながら、排ガスの燃焼により生じる燃焼炉の圧力
変動は、１秒以下の早い周期で数十ｍｍＨ，０程度の変
動と、５秒以下の周期で±５０ａｍＨ，Ｏ程度の変動と
からなり、しかもその圧力変動は不規則に生じる。従っ
て、このような圧力変動を、調節弁方式や回転数制御方
式で数ｍｍ８２０以下の圧力変動に制御することは、そ
の応答性の問題から困難である。一方、燃焼炉の容積を
大容量のものとする方式では、設置面積が大きくなるこ
とからコスト高になるので実用的ではない。

また、燃焼炉から半導体製造装置への圧力変動の直接伝
達を遮断するために両者の間を排ガスラインにより連結
し、この排ガスラインに圧力調節弁やブロアーを付設し
て燃焼炉かつ半導体製造装置へ伝達される圧力変動を緩
和するとともに、半導体製造装置内の圧力変動を制御す
ることも可能である。しかし、この方法では、燃焼炉か
ら半導体製造装置への圧力変動の直接伝達が回避された
にしても、排ガス中には半導体製造装置で生成する粉体
が含まれるため、その粉体によって調節弁やブロアーが
閉塞や作動不良を生じるおそれがあるので、好ましいも
のとは言えない。

（発明の課題）本発明は、燃焼炉において、排ガスを燃焼処理する際に
生じる微細かつ周期の短い圧力変動を吸収し、炉内圧力
を均一化するための方法及び装置を提供することをその
課題とする。

（課題を解決するための手段）本発明者らは、前記課題を解決するために、鋭意研究を
重ねた結果、本発明を完成するに到った。

即ち、本発明の第１の方法によれば、炉内圧力を、伸縮
性部材で包囲した空間部Ｖを介して炉外の一定圧力空間
の圧力とバランスさせるとともに、該伸縮性部材で包囲
した空間部Ｖを、炉内に連絡させて、該炉内圧力が上昇
した時には該空間部Ｖを伸縮性部材とともに拡大させ、
一方、該炉内圧力が降下した時には該空間部Ｖを伸縮性
部材とともに縮小させることを特徴とする燃焼炉の圧力
変動吸収方法が提供される。

本発明の第１の装置によれば、前記第１の方法に用いら
れる装置で、燃焼炉の炉壁を開口し、該開口部に設置さ
れる圧力変動吸収装置であって、該装置は、伸縮性部材
で形成された一端開口した筒状又は袋状一体部と、該開
口端部に接続された中央部開口した支持部材とからなり
、該支持部材を介して該炉壁開口部に固定化支持されて
いることを特徴とする燃焼炉の圧力変動吸収装置が提供
される。

また１本発明の第２の方法によれば、炉内圧力を、伸縮
性部材で包囲した空間部■を介して炉外の一定圧力空間
の圧力とバランスさせるとともに、該伸縮性部材で包囲
した空間部■を、該炉外の一定圧力空間に連絡させて、
該炉内圧力が上昇した時には該空間部Ｖを伸縮性部材と
ともに縮小させ。

一方、該炉内圧力が降下した時には該空間部Ｖを伸縮性
部材とともに拡大させることを特徴とする燃焼炉の圧力
変動吸収方法が提供される。

本発明の第２の装置によれば、前記第２の方法に用いら
れる装置で、燃焼炉の炉壁を開口し、該開口部に設置さ
れる圧力変動吸収装置であって、該装置は、該炉壁開口
部に立設された筒体部と、該筒体内部に挿入された圧力
変動吸収部材と、該筒体を密封する蓋体部とからなり、
該圧力変動吸収部材は伸縮性部材で形成された一端開口
した筒状又は袋状体部と、該開口端に接続された中央開
口した支持部材とからなり、かつ該支持部材を介して該
筒体の端部と蓋体部との間で固定化され、さらに蓋体部
には開口を設け、一定圧力空間に開口する連結管を接続
したことを特徴とする燃焼炉の圧力変動吸収装置が提供
される。

次に、本発明を図面により説明する。

第１図は、本発明の第１の方法の実施説明図である。第
１図において、１′は炉壁を示し、４０はその炉壁開口
部に付設された圧力変動吸収装置を示す。

この装置は、伸縮性部材４２とその支持部材４１とから
構成される。伸縮性部材４２は一端開口した筒状又は袋
状に形成される。Ｖは伸縮性部材４２で包囲された空間
部を示し、この空間部Ｖは炉壁開口部を介して炉内空間
と連絡するが、炉外圧力空間とは伸縮性部材４２により
遮断されている。炉外圧力空間は一定圧力空間を設けて
もよいし、大気としてもよい。この場合、燃焼運転中の
炉内圧力Ｐ１は、燃焼反応により炉の設計圧力Ｐｏから
±ΔＰ変動するが、設計圧力Ｐｏと実質的に同等に設定
された炉外圧力空間の圧力Ｐ２は燃焼中も一定値を保持
するように構成する。

本発明の第１の方法によれば、炉内圧力Ｐ工が上昇した
時、この上昇変動圧は空間部Ｖの拡大によって、吸収さ
れる。即ち、第１図において、空間部Ｖは炉内空間と連
絡していることから、炉内圧力が上昇すると、この上昇
圧力は、空間部Ｖに伝達され、伸縮性部材４２を外方向
に膨張させて空間部Ｖは拡大する。そして、この空間部
Ｖの拡大によって炉内の圧力上昇分は相殺され、炉内圧
力は、炉外圧力Ｐ２とバランスする圧力Ｐ１に保持され
る。

同様にして、炉内圧力が降下すると、この降下変動圧は
空間部Ｖの縮小によって吸収され、炉内圧力は炉外圧力
Ｐ２とバランスする圧力Ｐ１に保持される。尚、前記の
通り炉の設計圧力Ｐｏと炉外圧力空間の圧力Ｐ２は、は
ぼ同等であり、空間部Ｖは抵抗を受けることなく容易に
容積を変化させることができ、伸縮性部材４２により、
炉内の微小の圧力変動ΔＰを吸収するものである。これ
により、炉内圧力Ｐ□と炉外圧力空間圧力Ｐ２との差は
、定常状態で約数ｍｍＨ□０の範囲内に保持されるよう
になる。

第１図において、炉外に一定圧力空間を設置し、第２図
に示すように圧力変動吸収装置４０の全体を炉壁に立設
した密封筒体４５で包囲するとともに、その筒体内空間
を連絡管４４を介して圧力Ｐ２の一定圧力空間と連絡さ
せてもよい。この場合、一定圧力空間の圧力Ｐ２は大気
圧でもよいし、大気圧より高くても、また低くてもよい
が、空間部Ｖの容積変化を吸収し得るだけの大容量を有
する空間である必要がある。例えば、炉の設計圧力がＯ
ｍＩＩＩＨ，Ｏであるとき炉外一定圧力空間として大気
（Ｏｍｍｌ！２０）を用いればよい。

第３図は、本発明の第２の方法の実施説明図を示す。第
３図において、４５は炉壁１′の開口部に立設された筒
体で、その先端開口部は環状の支持面４６に形成されて
いる。この支持面４６と蓋体４３との間に伸縮性部材４
２に接続する支持部材４１をはさみ、伸縮性部材４２を
締付は固定する。蓋体４３の中央部には開口部が設けら
れ、この開口部には、連結管４４が付設され、伸縮性部
材４２で包囲される空間部■はこの連結管４４を介して
圧力Ｐ２の一定圧力空間に連絡している。このようにし
て構成された圧力変動吸収装置４０においては、伸縮性
部材４２で包囲された空間部Ｖは、炉外の圧力Ｐ２の一
定圧力空間に連絡するが、炉内空間とは伸縮性部材４２
により遮断されている。炉壁開口部及び蓋体開口部の前
面に、それぞれ金網５０．５１を配設するのが好ましい
。金網５０は伸縮性部材４２が炉内へ膨張するのを防ぎ
、金網５１は、伸縮性部材４２が連結管内へ吸引される
のを防ぐ。

第３図において、炉外の一定圧力空間として大気圧を用
いる時には、連結管４４を大気に開放するか、または伸
縮性部材４２で包囲される空間部Ｖを蓋体４３の開口部
を介して大気に連絡してもよい。

本発明の第２の方法によれば、炉内圧力Ｐ工が上昇した
時、この上昇変動圧は、空間部Ｖの縮小によって吸収さ
れる。即ち、第３図において、空間部■は、伸縮性部材
４２によって炉内空間と遮断されていることから、炉内
圧力が上昇すると、この上昇圧力は伸縮性部材４２の外
面に伝達され、これを収縮させて空間部■を縮小させる
。そして、この空間部Ｖの縮小によって炉内の上昇分の
圧力は相殺され、炉内圧力は、一定圧力空間の圧力Ｐ２
とバランスする圧力Ｐ１に保持される。同様にして、炉
内圧力が降下すると、この降下変動圧は、空間部Ｖの拡
大によって吸収され、炉内圧力は一定圧力空間の圧力Ｐ
２とバランスする圧力Ｐ０に保持される。

前記伸縮性部材４２で包囲される空間部Ｖの容積は、炉
内変動圧に見あった容積変化を生じる大きさであればよ
い。

本発明において、炉内圧力を大気圧より高い又は低い圧
力に保持して燃焼炉を運転する場合、円筒体の内部空間
部Ｖ’（第２図）や、伸縮性部材で包囲された空間部Ｖ
（第３図）に連絡させる炉内圧力と同等の大気圧より高
い又は低い一定圧力空間としては、内部空間部または空
間部の変動を十分吸収できる大容量の加圧装置系又は排
気装置系の空間を用いるのがよい。また伸縮性部材４２
が破壊されて炉内有毒性ガスが放出する恐れがある場合
は、大気圧または大気圧以下あるいは以上にかかわらず
有毒性ガスを吸収除去することの可能な空間、例えば、
大容量のスクラバー内の空間を用いることが好ましい。

本発明で用いる伸縮性部材４２の形状としては、筒体状
又は袋体状等の内部に空間部Ｖが形成されるような形状
であればよい。さらに、空間部Ｖが炉内圧力Ｐ１の微小
の圧力変動によって形状を容易に変え、容積変化を起し
、炉外圧力Ｐ２とバランスするものであればよい、この
場合、伸縮性部材の材料としては、例えば、軟質天然ゴ
ム、ネオプレンゴム、ニトリルゴム、シリコーンゴム、
フッ素系ゴム等のゴム質材料、あるいは、テフロン、ポ
リ塩化ビニル、ポリエチレン等の合成樹脂材料が挙げら
れる。この場合、ゴム質材料はそれ自体伸縮性を有する
ので、伸縮性部材として好適である。

その厚さは、通常、０．１〜２ｍｍ程度である。薄すぎ
ると破れが生じたり、ガス透過が生じるようになるので
好ましくない。一方、厚すぎると圧力変動に追従して伸
縮するのがむつかしくなる。また伸縮性部材の材料自体
を波形又は蛇腹構造として伸縮性を向上させることがで
きる。

伸縮性部材４２に接続する支持部材４１は、厚手の板状
体により形成され、その材質としては、プラスチックや
ゴム、金属板等が使用可能である。支持部材４１は、シ
リコーンゴム等のバッキング部材で形成するのが好まし
い。支持部材４１をこのようなバッキング部材で形成す
る時には、特別のバッキング部材を用いることなく、炉
壁面等に気密的に固定化させることが容易である。

次に、第４図に本発明の炉内圧力変動装置（第３図のも
の）を組込んだ燃焼炉の１つの実施例についての説明断
面図を示す。

この燃焼炉において、燃焼炉本体１は筒状体からなり、
その天井部には燃焼バーナ５が配設され、その底部には
燃焼ガス排出管１３が配設されている。

燃焼バーナ５は、導管９を介して有毒性ガスを発生する
装置５例えば、半導体製造装置に連絡されている。

炉内上端部には、水噴射ノズル（図示されず）が配設さ
れ、その噴射方向は筒状体１の周方向（接線方向）自向
けである。この水噴射ノズルから、導管７からの圧縮ガ
ス（空気）と導管１２からの水との混合物が噴射される
。この噴射水は旋回流となって炉内壁面に供給され、こ
れにより、炉内壁面には上端部から下部へ向けて流下す
る水膜１１が形成される。この水膜１１は有毒性ガスの
燃焼処理に際して副生じた有毒性の固体微粉末を捕捉吸
収するためのものである。燃焼炉の下部壁にスプレーノ
ズル３０が配設されている。このスプレーノズル３０は
、炉内に水滴を噴射し、燃焼ガスに衝突させて。

燃焼ガスを急冷するとともに、炉内壁水膜と併せて燃焼
ガス中の固体微粉末を除去するために設けられたもので
ある。即ち、燃焼ガスを急冷することにより、ガス中の
水蒸気が、固体微粉末を核として凝縮して水滴化し、固
体微粉末を水滴中に取込み除去するものであり、また、
固体微粉末と噴射水滴とが衝突することにより、固体微
粉末が水滴中に取込まれ除去される。この水滴噴射は炉
内を水膜と共に、炉内における固体微粉末の除去を高効
率で行うことができる。

本発明の炉内圧力変動吸収装置４０は、燃焼炉の非加熱
部の炉壁に設置されるが、加熱の恐れがある場合は、冷
却水をその装置の設置された炉壁部にスプレーする。

第４図に示した燃焼炉を用いて有毒性ガスを燃焼処理す
るには、スプレーノズル３０から水滴を炉内に噴射し、
さらに導管１２から圧縮空気及び導管７から水を圧入し
、空気／水混合物を炉内の周方向に噴射し、炉壁面に水
膜１１を形成する。

次に、バーナ５の先端からライン９からの有毒性ガスを
噴射し、これを支燃ガス（空気又は酸素）とともに燃焼
させる。このようにして有毒性ガスを燃焼処理すると、
副生物として固体微粉末が生成されるが、この固体微粉
末は、炉壁に形成された水膜に捕捉吸収されるとともに
、スプレーノズル３０から噴射される水滴によっても捕
捉吸収される。

そして、固体微粉末を捕捉吸収した水は、炉底部の排出
管１３を通って燃焼ガスとともに排出される。

本発明で−は、有毒性ガスの燃焼処理に際して起る炉内
圧力の微細かつ周期の短い圧力変動は、前記した原理に
より、圧力変動吸収装置４０に吸収され、炉内圧力はほ
ぼ均一の圧力に保持される。

前記の如き燃焼処理の対象となる有毒性ガスの代表例と
しては、アルシン、ホスフィン、ジボラン、セレン化水
素、モノシラン、クロロシラン、トリメチルガリウム、
トリメチルインジウム、トリメチルアルミニウム等の周
期律表■族〜■族の元素の化合物であり、常温で気体状
態を示すものが挙げられる。このような有毒性ガスは、
半導体製造工程や、新素材製造工程、光フアイバー製造
工程等の反応工程から生成される排ガス中に含まれる。

このような排ガスにおいて、有毒性ガス含有量は、容量
％で、０．０１〜５０％であり、残部は、その排ガスの
種類に対応して、水素ガスや、窒素。

アルゴン等のガスからなる。

また、排ガス中に可燃成分が少なく火炎形成の不十分な
ときは、排ガスに、水素、メタン等の可燃性ガスを混合
してもよい。

前記のような有毒性ガスを燃焼処理すると、固体微粉末
を生成する。例えば、アルシンを燃焼処理すると、砒素
（Ａｓ）や砒素醸化物（Ａｓ、　０．　）、ホスフィン
を燃焼処理すると、燐（Ｐ）、リン酸化物（Ｐ２Ｏ３）
、シランを燃焼させると、硅素（Ｓｉ）、硅素酸化物（
Ｓｉｎ、　５ｕｎ２）等の固体微粉末がそれぞれ生成す
る。第４図に示した燃焼炉においては、この燃焼処理に
より生成した固体微粉末は、炉壁内面を流下する水膜や
スプレーノズルから噴霧される水滴によって捕捉される
。

（実施例）次に本発明を実施例によりさらに詳細に説明する。

実施例１第４図に示す燃焼炉を用いて半導体製造装置からの有毒
性排ガス（ホスフィン５ｖｏｆ１％と水素９５ｖｏＱ％
との混合物）を炉内圧力が大気圧となるように処理条件
を設定し、燃焼処理した。この場合、圧力変動吸収袋＠
４０における伸縮性部材４２及び支持部材４１としては
、軟質天然ゴムシートを用いた。また、連結管４４の先
端は大気に開口させ、炉内圧力は大気圧とバランスさせ
た。

この燃焼処理においては、燃焼排ガス中にはホスフィン
は全く検出されなかった。また、圧力の変動は、炉内部
で±８ｍｍ１２０、バーナ入口部において±４ｍｍＨ，
Ｏ程度であり、著しく減少されたものであった。

実施例２圧力変動吸収装置における伸縮性部材４２及び支持部材
４１として、ネオプレンゴムを用いた以外は実施例１と
同様にして実験を行った。この場合にも、圧力の変動は
、炉内部で±１０＋ｍｍ）Ｉ２０、バーナ入口部で±５
０１１１８．Ｏであった。燃焼排ガス中にはホスフィン
は全く検出されなかった。

実施例３実施例１において、炉内圧力を一７０ｍｍＨ，Ｏとした
燃焼条件で圧力変動装置における連結管４４の先端を、
−７０ｍｍＨ，Ｏで操作される排気用スクラバーに接続
した以外は同様にして実験を行った。

この燃焼処理においては、燃焼排ガス中にはホスフィン
は全く検出されなかった。また、圧力変動は、炉内部で
±１０ｍ＋ｎｔ（２０（即ち−６０−８０ｍｍ８．０）
、バーナ入口部で±５ｍｍ）Ｉ２０であった。なお、排
気用スクラバー自身の圧力変動は、±１〜２ｍｍ１１２
０であった。

比較例圧力変動吸収装置を設置しない以外は実施例１と同様に
して実験を行った。

この燃焼処理においては、燃焼排ガス中にはホスフィン
は全く検出されなかったが、圧力変動は、炉内部及びバ
ーナ入口部ともに±５０　ｍ　ｍ　０□０程度と高いも
のであった。

（発明の効果）本発明によれば、燃焼炉内の圧力変動を簡単にかつ効率
よく減少させることができ、従来の燃焼炉に見られた炉
内圧力の変動に起因する問題を解決することができる。

例えば、半導体製造装置等に燃焼炉を連結してその装置
からの有毒性排ガスを燃焼処理する場合に、燃焼炉から
半導体製造装置への圧力変動の伝達による半導体製造に
おける圧力条件の大巾の変動を防止することができる。

また、燃焼炉自体におけるバーナの消炎や不完全燃焼の
問題も解決される。

【図面の簡単な説明】

第１図〜第２図は、本発明の第１の方法の実施説明図を
示す。第３図は、本発明の第２の方法の実施説明図を示す。第４図は、圧力変動吸収装置を付設した燃焼炉の説明断
面図を示す。１′・・・炉壁、４０・・・圧力変動吸収装置、４１・
・・支持部材、４２・・・伸縮性部材、４３・・・蓋体
部、４４・・・連結管。４５・・・円筒体、５０．５１・・・金網、５３・・・
押圧部材。第１図第２図第４図

Claims

【特許請求の範囲】

（１）炉内圧力を、伸縮性部材で包囲した空間部Ｖを介
して炉外の一定圧力空間の圧力とバランスさせるととも
に、該伸縮性部材で包囲した空間部Ｖを、炉内に連絡さ
せて、該炉内圧力が上昇した時には該空間部Ｖを伸縮性
部材とともに拡大させ、一方、該炉内圧力が降下した時
には該空間部Ｖを伸縮性部材とともに縮小させることを
特徴とする燃焼炉の圧力変動吸収方法。
（２）炉内圧力を、伸縮性部材で包囲した空間部Ｖを介
して炉外の一定圧力空間の圧力とバランスさせるととも
に、該伸縮性部材で包囲した空間部Ｖを、該炉外の一定
圧力空間に連絡させて、該炉内圧力が上昇した時には該
空間部Ｖを伸縮性部材とともに縮小させ、一方、該炉内
圧力が降下した時には該空間部Ｖを伸縮性部材とともに
拡大させることを特徴とする燃焼炉の圧力変動吸収方法
。
（３）該炉外の一定圧力空間が、大気である請求項１又
は２の方法。
（４）該炉外の一定圧力空間が、大気より低い又は高い
圧力空間である請求項１又は２の方法。
（５）該伸縮性部材がゴム質材料からなる請求項１〜４
のいずれかの方法。
（６）燃焼炉の炉壁を開口し、該開口部に設置される圧
力変動吸収装置であって、該装置は、伸縮性部材で形成
された一端開口した筒状又は袋状体部と、該開口端部に
接続された中央部開口した支持部材とからなり、該支持
部材を介して該炉壁開口部に固定化支持されていること
を特徴とする燃焼炉の圧力変動吸収装置。
（７）燃焼炉の炉壁を開口し、該開口部に設置される圧
力変動吸収装置であって、該装置は、該炉壁開口部に立
設された筒体部と、該筒体内部に挿入された圧力変動吸
収部材と、該筒体を密封する蓋体部とからなり、該圧力
変動吸収部材は伸縮性部材で形成された一端開口した筒
状又は袋状体部と、該開口端に接続された中央開口した
支持部材とからなり、かつ該支持部材を介して該筒体の
端部と蓋体部との間で固定化され、さらに蓋体部には開
口を設け、一定圧力空間に開口する連結管を接続したこ
とを特徴とする燃焼炉の圧力変動吸収装置。
（８）該伸縮性部材がゴム質材料からなる請求項６又は
７の装置。