JPH0626634A - 有毒性排ガスの処理方法及び装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【構成】 支燃性ガス成分を含有する有毒性排ガスに、
該排ガス中の支燃性ガス成分を分解するに必要な量の反
応促進ガスを混合した後に、得られた混合ガスを燃焼反
応に付す。また、混合ガス形成のための混合部と燃焼の
ための燃焼部とを開放連結してなる装置。 【効果】 支燃性ガス成分を許容濃度（ＴＬＶ値）に減
少させた排出ガスが容易に得られる。また、混合部と燃
焼部とを一体化した、安価なコンパクトな構成の装置と
することができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、工業プロセスから排出
される支燃性特殊材料ガスを含有する有毒性排ガスの処
理方法及び装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】半導体製造工程からは、シラン（ＳｉＨ
₄）、ジシラン（Ｓｉ₂Ｈ₄）、ジボラン（Ｂ₂Ｈ₆）、ホ
スフィン（ＰＨ₃）、アルシン（ＡｓＨ₃）等の可燃性の
特殊材料ガス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。

【０００３】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、燃焼分解法が知られて
いる。即ち、有毒性排ガスを空気と反応させ燃焼させた
後、生成物（単体元素や酸化物の固体物質）をスクラバ
ー、バッグフィルター等で処理する方法である。ただ、
特殊材料ガス中には、シランのように二酸化珪素に表面
を包まれた気泡を発生し、気泡が破裂すると酸素と激し
く爆発的に反応するものとか、あるいはアルシンのよう
に許容濃度が極端に低い（０．０５ｐｐｍ）ものなどが
あり、また数種の特殊材料ガス成分が混合されて排出さ
れることが多いので、排出ガスを大気中にそのまま放出
できる程度にまで、特殊材料ガス成分を燃焼分解するこ
とはなかなか難しい。

【０００４】そこで、特殊材料ガス成分を含有する排ガ
スを効率良く燃焼分解する方法として、例えば排ガス導
入管のノズル先端周囲に可燃性ガスを供給燃焼させ火炎
バリヤを形成し、これにより火炎内に導入された特殊材
料ガスを火炎雰囲気のバリヤの先方で強制的に燃焼させ
る方法（特開平１−９５２１４号公報）や、燃焼炉内に
空気を乱流的に導入し、渦巻流を形成させ、同時に導入
排ガスを着火させ、着火された排ガスを渦巻流中で完全
燃焼させる方法及び装置（特開昭６２−２１８７２０号
公報）などが提案されている。これらの方法は、半導体
製造工程等からのシラン、フォスフィン等の可燃性特殊
材料ガスを含有する排ガスの処理に有用である。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところが、近年半導体
製造工程（成膜プロセス）における化学気相蒸着（いわ
ゆるＣＶＤ）装置で、チャンバー内クリーニングに三弗
化窒素ガスが使用されるようになってきた。しかし、三
弗化窒素のような支燃性の特殊材料ガスを含有する排ガ
スに対しては、前記のような燃焼方式による処理方法で
は充分な燃焼分解ができず、排気中に許容量（１０ｐｐ
ｍ）以上の三弗化窒素が残留する。

【０００６】なお、米国産業衛生協議会が設ける特殊材
料ガスの許容値（ＴＬＶ値）によると、支燃性ガスにつ
いては、次の表１に示されるようになっている。

【０００７】

【表１】

【０００８】このような支燃性の特殊材料ガスを含有す
る排ガスに対する処理方法としては、電熱ヒータで加熱
分解し、その後分解生成物（ＨＦ、Ｎ₂、Ｎｏｘ等）を
乾式吸着する方法が考えられる。ただ、ＣＶＤ装置中、
同じチャンバーでシラン等の可燃性特殊材料ガスと三弗
化窒素等の支燃性特殊材料ガスを使う場合、工程上の手
違いで、同じラインに可燃性特殊材料ガスと支燃性特殊
材料ガスが流れてくることも考えられる。前記加熱分解
による排ガス処理を採用した場合には、このような際
に、例えば排ガス処理装置中に残留シランガスがあっ
て、そこへ三弗化窒素ガスが流れ込むと、処理装置内で
爆発の危険がある。

【０００９】従って、本発明の目的は、三弗化窒素のよ
うな支燃性特殊材料ガス成分を含有する有毒性排ガス
を、燃焼分解方式によって、効率良く充分に分解するこ
とができる処理方法及びその実施に適した装置を提供す
ることにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明によれば、支燃性
ガス成分を含有する有毒性排ガスを燃焼分解する有毒性
排ガスの処理方法であって、前記排ガスに該排ガス中の
支燃性ガス成分を分解するに必要な量の反応促進ガスを
混合する混合工程と加熱部を有する燃焼炉で前記混合工
程で得られた混合ガスを燃焼分解する燃焼工程とからな
ることを特徴とする有毒性排ガスの処理方法が提供され
る。

【００１１】また、本発明によれば、支燃性ガス成分を
含有する有毒性排ガスを燃焼分解する排ガス処理装置で
あって、有毒性排ガス導入配管及び反応促進ガス導入配
管を備えた混合部と助燃性ガス導入口、着火手段及び燃
焼ガス排出口を備えた燃焼部とからなり、且つ前記混合
部の下流に前記燃焼部が開放連結されていることを特徴
とする有毒性排ガスの処理装置が提供される。

【００１２】即ち、本発明の支燃性ガス成分を含有する
有毒性排ガスの処理方法は、排ガスに該排ガス中の支燃
性ガス成分を分解するに必要な量の反応促進ガスを混合
した後に、該混合ガスを燃焼反応に付すという構成とし
たことから、支燃性ガス成分の燃焼反応が効率的に行な
われ、支燃性ガス成分を許容濃度（ＴＬＶ値）以下に減
少せしめた排出ガスを得ることができるものとなる。ま
た、本発明の装置は、支燃性ガス成分を含有する有毒性
排ガスと反応促進ガスとを混合する混合部と、得られた
混合ガスを燃焼分解する燃焼部とを開放連結させた構成
としたことから、混合部と燃焼部とを一体化した装置と
することが可能であり、従って簡単なコンパクトな構成
で且つ燃焼効率の高いものとなる。

【００１３】本発明で処理対象となる有毒性排ガスは、
支燃性の特殊材料ガス成分を含有するものである。この
支燃性の特殊材料ガスとしては、例えば三弗化窒素、一
酸化窒素、二酸化窒素、塩素、弗素等が挙げられる。な
お、支燃性ガスとは、水素、プロパン、メタン、シラ
ン、フォスフィン等の可燃性ガスを酸化、燃焼させるた
めのガスと定義されるものである。このような支燃性ガ
スは、前記したように、半導体製造工程等から排出され
る排ガス中に含まれる。なお、本発明によると、排ガス
中に支燃性ガス成分のみではなく、同時にシラン等の可
燃性特殊材料ガス成分が含まれるものであっても、爆発
等の危険性なしに安全に処理することができる。

【００１４】本発明においては、先ず混合工程で、有毒
性排ガスに該排ガス中の支燃性ガス成分を分解するに必
要な量の反応促進ガスが混合される。この反応促進ガス
は、三弗化窒素等の支燃性ガス成分と酸化反応する可燃
性ガスであり、例えば水素、メタン、エタン、プロパ
ン、ブタン等が挙げられるが、その中でも二酸化炭素の
発生を避ける意味で水素が最も好ましい。なお、この場
合の両ガスの混合割合は、排ガス中の支燃性ガス１部に
対し、体積比で反応促進ガス１〜１００部の範囲であ
る。支燃性ガスが三弗化窒素の場合は、三弗化窒素１部
に対し、体積比で水素５〜３０部とするのが好ましい。

【００１５】また、有毒性排ガスと反応促進ガスとの混
合に際しては、排ガス流に対し反応促進ガス流を、流速
０．００１〜１０ｍ／秒、好ましくは０．０１〜１ｍ／
秒、導入角度０〜１８０度で混合することができる。混
合部の形状は、混合が容易に行なえれば良く、円筒形等
任意の形状を採用することができる。当然、混合部は有
毒性排ガス導入配管、反応促進ガス導入配管を備え、且
つ燃焼部との開放連結口（混合ガス排出口）を有する装
置からなる。

【００１６】混合工程（混合部）で混合された有毒性排
ガス／反応促進ガス混合物（以下単に混合ガスと記す）
は、次に燃焼工程（焼燃部）に送入される。燃焼工程
は、加熱部を有する燃焼炉に前記混合ガスを導入し、支
燃性特殊材料ガス成分を燃焼分解する工程である。本工
程においては、シラン等の通常の可燃性特殊材料ガスを
含む排ガスを燃焼分解する処理と同様の処理が行なわれ
る。即ち、通常の排ガス燃焼法の場合と比べ、排ガスの
代わりに前記混合ガスが導入される点が異なるのみであ
る。従って、燃焼部は、混合部との開放連結口（混合ガ
ス導入口）、助燃ガス導入口、着火手段及び燃焼ガス排
出口を備えた装置からなる。

【００１７】上記したように、燃焼工程では、前記混合
ガスが原料ガスとして導入される以外は、通常のシラン
等の可燃性特殊材料ガスを含有する排ガスに対すると同
様の燃焼操作が行なわれるが、支燃性特殊材料ガスは可
燃性特殊材料ガスと比べ、完全燃焼が困難なので、燃焼
効率を高めるための燃焼方法を採用することは非常に好
ましい。

【００１８】例えば、前記混合ガスを火炎壁を通して助
燃性ガスの渦巻流中に導入し、滞留時間を充分とること
によって完全燃焼させるとか、排ガス導入管ノズルの先
端周囲に助燃性ガスを供給して火炎壁を形成させ、該火
炎内に導入された前記混合ガスを火炎壁の上流で強制的
に燃焼させる方法などを採用することができる。

【００１９】次に、本発明を図面により説明する。図１
は本発明方法を実施する場合の処理装置ないし本発明装
置の実施例を示す断面図であり、前記混合ガスを火炎壁
を通して助燃性ガスの渦巻流中に導入し、燃焼分解する
方式を採用した例である。

【００２０】図１において、本装置は混合部１と燃焼部
２とからなり、燃焼部２は燃焼域３と助燃性ガス流通域
４とからなっている。助燃性ガス流通域部分４は、両端
部が助燃ガス導入口５及び燃焼ガス排出口６を形成し、
この両端部の間に連結口７が存在する。この連結口７の
周囲に混合部１と連結する燃焼域部分３が垂直に取り付
けられていて、連結口７に付属する端部で開放されてい
る。燃焼域部分３はそのまま混合部１と接続し、その端
部も開放されている。なお、上記助燃性ガス流通域部分
４は、助燃性ガス導入口５から後記のバッフル１８付近
にかけての燃焼補助部分と、バッフル１８付近から燃焼
ガス排出口６付近にかけての冷却部分とから構成され
る。

【００２１】混合部１において、燃焼域部分３との連結
端は開放されているが、その反対端８は、蓋板９により
閉鎖されている。パイプ状の混合部１、燃焼域部分３及
び助燃性ガス流通域部分４並びに蓋板９は、何れも充分
な耐熱性を有する材料からなり、例えばステンレス鋼、
炭素鋼などが用いられる。燃焼域部分３の側壁を貫い
て、例えば白金先端を有する好ましくは複数のスパーク
プラグからなる着火装置１０が取り付けられている。上
記スパークプラグを用いる際には、着火補助用として水
素等の燃焼ガスを燃焼域部分３の側壁から供給すること
が好ましい。なお、着火装置１０はセラミックヒータの
ようなものでもよく、この場合、着火装置１０は燃焼域
部分３の側壁に取り付けることもできる。また、図中、
１１及び１２は温度を検出するための熱電対である。混
合部１の端部８には、支燃性ガスを含有する有毒性排ガ
スの導入口１３及び反応促進ガス導入口１４が設けられ
ていて、それらを介して排ガス及び反応促進ガスが混合
部１に導入され、そこで混合される。

【００２２】反応の実施に当っては、助燃性ガス導入口
５が燃焼を維持する乱流ガスの源となる。燃焼ガス排出
口６は、通常フランジ１５を介してスクラバーに結合さ
れている。スクラバーからの吸引作用により、助燃性ガ
ス（通常空気、酸素富化空気等）をその導入口５から吸
引して、助燃性ガス流通域部分４中を乱流的に通す。

【００２３】一方、三弗化窒素等の支燃性特殊材料ガス
を含有する有毒性排ガスは、通常極めて低圧の層流で排
ガス導入配管１３から、また同時に水素等の反応促進ガ
スが反応促進ガス導入配管１４から、混合部１中に導入
され、混合される。半導体製造工程において、三弗化窒
素等に付加される圧力は、大気圧より極く僅か高い程度
であるので、排ガスはそれと殆ど同一圧力で導入配管１
３に流入し、上向きの背圧を避けるようにしなければな
らない。

【００２４】導入配管１３から層流状で導入された排ガ
ス及び導入配管１４から導入された反応促進ガスは、層
流状で混合部１内を流れ、更に燃焼域部分３へ導かれ
る。一方、助燃性ガス流通域部分４中を流れる高速の助
燃性ガス流が連結口７に達すると、該ガス流は燃焼域部
分３において、低速の混合ガスと遭遇する。従って、助
燃性ガスの一部は連結口７に入り、点１６で燃焼域部分
３の側壁に衝突し、矢印１７の方向に遠心的渦巻状に流
れる。

【００２５】燃焼域部分３において、着火装置１０によ
り火炎の壁が形成され、そこへ層流状の混合ガスが流れ
てきて燃焼を開始する。燃焼域部分３内で燃焼が進み、
そこで渦巻状火炎がおこる。次に、この渦巻状火炎は矢
印１７の方向で助燃性ガス流通域部分４の下流に向けら
れる。図中、１８は火炎指向のためのバッフルである。
燃焼ガス排出口６を通過する燃焼ガスは、通常１００℃
以下であって、スクラバーで完全に処理される。

【００２６】

【実施例】以下、実施例により本発明を更に詳細に説明
するが、本発明はこれらに限定されるものではない。

【００２７】実施例１〜４ 三弗化窒素と窒素との混合ガスを調製して原料ガスと
し、反応促進ガスとして水素を用い、図１に示す装置に
より、白金先端を有するスパークプラグを２個使用し、
燃焼域部分３の側壁から着火補助用燃焼ガスとして水素
を１５lit／分流し、更に助燃性ガスとして空気を燃焼
ガス排出口６に接続するポンプで７ｍ³／分吸引するこ
とによって、燃焼実験を行ない、排出ガス出口濃度を測
定した。その結果を表２に示す。なお、表２中の炉内温
度及び出口温度は、それぞれ熱電対１１と１２により測
定した。

【００２８】

【表２】

【００２９】比較例１〜５ 三弗化窒素又はそれと窒素との混合ガスを調製して原料
ガスとし、反応促進ガスを用いなかった点及び着火補助
用燃焼ガスとして水素を３５lit/分流した点以外は、実
施例と同様にして燃焼実験を行なった。その結果を表３
に示す。

【００３０】

【表３】

【００３１】

【発明の効果】本発明の有毒性排ガスの処理方法は、排
ガスに該排ガス中の支燃性ガス成分を分解するに必要な
量の反応促進ガスを混合した後に、該混合ガスを燃焼反
応に付すという構成としたことから、支燃性ガス成分の
燃焼反応が効率的に行なわれ、支燃性ガス成分を許容濃
度（ＴＬＶ値）以下に減少した排出ガスを得ることがで
きる。

【００３２】また、本発明の装置は、支燃性ガス成分を
含有する有毒性排ガスと反応促進ガスとを混合する混合
部と、得られた混合ガスを燃焼分解する燃焼部とを開放
連結させた構成としたことから、混合部と燃焼部とを一
体化した装置とすることが可能であり、従って簡単なコ
ンパクトな装置で且つ燃焼効率も高く、工業的に有用な
ものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明方法を実施する場合の処理装置ないし本
発明装置の実施例を示す断面図である。

【符号の説明】 １ 混合部 ２ 燃焼部 ３ 燃焼域 ４ 助燃性ガス流通域 ５ 助燃性ガス導入口 ６ 燃焼ガス排出口 ７ 連結口 ８ 混合部端 ９ 蓋板 １０ 着火装置 １１ 熱電対 １２ 熱電対 １３ 排ガス導入配管 １４ 反応促進ガス導入配管 １５ フランジ １６ 助燃性ガス衝突点 １７ 助燃性ガス流進路 １８ バッフル

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 支燃性ガス成分を含有する有毒性排ガス
   を燃焼分解する有毒性排ガスの処理方法であって、前記
   排ガスに該排ガス中の支燃性ガス成分を分解するに必要
   な量の反応促進ガスを混合する混合工程と加熱部を有す
   る燃焼炉で前記混合工程で得られた混合ガスを燃焼分解
   する燃焼工程とからなることを特徴とする有毒性排ガス
   の処理方法。
2. 【請求項２】 前記燃焼炉が、（イ）一端が前記混合工
   程と開放連結され、他端が後記助燃性ガス流通域部分と
   開放連結されている燃焼域部分、（ロ）助燃性ガス導入
   口及び燃焼ガス排出口を両端部に有し、且つ中間部に燃
   焼域部分との連結口を有する助燃性ガス流通域部分、及
   び（ハ）燃焼域部分に配置された着火装置、からなる構
   成を有し、且つ（ニ）助燃性ガス流をその導入口から助
   燃性ガス流通域部分に乱流状で導入し、次にこの乱流ガ
   ス流を遠心的渦巻状に連結口から燃焼域部分に流入さ
   せ、且つ同部分から前記連結口を通って流出させ、同時
   に燃焼域部分に導入された前記混合ガスを該部分で着火
   させ、燃焼分解させ、次いで乱流ガス流を燃焼ガス排出
   口から排出させることを特徴とする請求項１記載の有毒
   性排ガスの処理方法。
3. 【請求項３】 支燃性ガス成分を含有する有毒性排ガス
   を燃焼分解する排ガス処理装置であって、有毒性排ガス
   導入配管及び反応促進ガス導入配管を備えた混合部と助
   燃性ガス導入口、着火手段及び燃焼ガス排出口を備えた
   燃焼部とからなり、且つ前記混合部の下流に前記燃焼部
   が開放連結されていることを特徴とする有毒性排ガスの
   処理装置。
4. 【請求項４】 前記燃焼部が、（イ）一端が前記混合部
   と開放連結され、他端が後記助燃性ガス流通域部分と連
   結されている燃焼域部分、（ロ）助燃性ガス導入口及び
   燃焼ガス排出口を両端部に有し、且つ中間部に燃焼域部
   分との連結口を有する助燃性ガス流通域部分、（ハ）燃
   焼域部分に配置された着火装置、及び（ニ）助燃性ガス
   流をその導入口から助燃性ガス流通域部分に乱流状で導
   入し、次にこの乱流ガス流を遠心的渦巻状に連結口から
   燃焼域部分に流入させ且つ同部分から前記連結口を通っ
   て流出させ、次いで乱流ガス流を燃焼ガス排出口から排
   出させるための装置、からなることを特徴とする請求項
   ３記載の有毒性排ガスの処理装置。