JPH0710335B2 - Nf3 排ガス処理方法および装置 - Google Patents

Nf3 排ガス処理方法および装置

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JPH0710335B2
JPH0710335B2 JP3054709A JP5470991A JPH0710335B2 JP H0710335 B2 JPH0710335 B2 JP H0710335B2 JP 3054709 A JP3054709 A JP 3054709A JP 5470991 A JP5470991 A JP 5470991A JP H0710335 B2 JPH0710335 B2 JP H0710335B2
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gas
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康次 岡安
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荏原インフィルコ株式会社
株式会社荏原総合研究所
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、半導体や液晶の製造な
どに伴い発生するNF3 排ガスを浄化して無害化する方
法およびその装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】NF3 は半導体や液晶のCVD装置のク
リーニングに使用されているが、50%程度は未反応の
まま排出される。
【0003】NF3 の除去法としては、加熱したシリコ
ン粒子と接触させて、NF3 をSiF4 に変換後、Si
4 を固定アルカリ剤で吸着する方法、加熱した炭素塊
状物と接触させてCF4に変換する方法などの方法があ
る。
【0004】これらの方法はいずれもNF3 処理だけに
効果があるものであるが、次のような欠点がある。シリ
コン粒子と接触させる方法は、排ガスの酸素が含有され
るとNOX が生成する。炭素塊と接触させる方法はフロ
ン系のCF4 が排出され、また、酸素が含有されると炭
素塊が酸素と反応して消耗する。
【0005】また、いずれの方法もクリーニング排ガス
中の他の有害成分(SiF4 、NOX )を処理するには
他の処理が必要で、ランニングコストが高くなる。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】SiH4 やTEOSな
どを用いるCVD排ガス処理に効果がある加熱酸化分解
装置でNF3 を用いるクリーニング排ガスも処理するこ
とにより設備費を低減することができる。NF3 を加熱
酸化分解すると、800℃以上で分解してF2 とNOX
になり、F2 およびクリーニング排ガス中のSiF4
水洗で除去されるが、NOX は水洗での除去率が低く、
排出されてしまう。NOX が生成することおよび洗浄水
が酸性になり腐食が発生することが問題である。
【0007】本発明の目的は、ランニングコストが低廉
で、NOX の除去と装置腐食を効果的に防止できるNF
3 排ガス処理方法およびその装置を提供することにあ
る。
【0008】
【課題を解決するための手段】本発明は、下記および
記載の方法および装置であり、これにより上記課題を
解決できる。 少なくともNF3 を含む排ガスを加熱酸化分解する
と共に少なくともNF3 の酸化分解生成物および/また
はその誘導体とNH3とを反応させることを特徴とする
NF3 排ガス処理方法。 少なくともNF3 を含む排ガスを加熱酸化分解する
と共に少なくともNF3 の加熱酸化分解生成物および/
またはその誘導体とNH3 とを反応させる反応部を有す
る加熱酸化分解装置から構成されることを特徴とするN
3 排ガス処理装置。
【0009】本発明において、NF3 を含む排ガス、即
ちNF3排ガス(以下、単に排ガスと言う)とは、NF
3 を含むガスならいかなるガスでもよいが、例えば、半
導体製造における少なくともNF3 を含むクリーニング
ガスを使用する装置における排ガスを意味し、プロセス
ガスの排ガスに加え、装置内を該クリーニングガスにて
クリーニング処理した結果生じた種々のNF3 と装置内
部に存在するクリーニングすべき物質との反応生成物を
も包含する意味である。従って、本発明においてNF3
を除害処理するとは、NF3 誘導体の除害処理をも包含
する意味で使用するものとする。
【0010】本発明は、排ガスを加熱酸化分解すること
により、プロセスガス由来の排ガスに含まれる有機部分
を主として水とCO2 にし、無機部分をSiO2 等の金
属酸化物微粒子とし、これを所望により水洗等により除
去すると共にNF3 等をNOX 、HF等としてこれとN
3 とを反応させてNF3 を除害し清浄なガスを得るも
のである。
【0011】本発明においてNH3 は、NF3 の加熱酸
化分解物質あるいはその誘導体と反応するが、それ以外
に加熱酸化分解処理において生成もしくは排ガスから残
留する他の任意のNH3 との反応性を有する物質、例え
ば、クリーニング排ガス中に存在するSiF4 のH2
との反応生成物等と反応できる。
【0012】また、NH3 ガスが過剰に使用されても、
NH3 は水洗等で除去されるために問題ない。安価なN
3 ガスを使用するだけで無害化できるので、防食を施
し、かつ後段でNOX を処理する場合と比較して設備費
が低減できると共に従来方式よりランニングコストが低
減できる。
【0013】本発明における排ガスを排出する装置とし
て、典型的にはCVD装置が挙げられ、該排ガスは、C
VD処理時のプロセスガス由来のCVD排ガスおよび/
またはクリーニング時のクリーニング排ガスとから構成
される。
【0014】該CVD排ガスを与えるプロセスガスを例
示すれば、無機原料としては、例えば、モノシラン、ジ
シラン、ジクロルシラン等、有機原料としては、例え
ば、TEOS(テトラエトキシシラン)、TMB(トリ
メトキシボラン)等があり、これらは1種以上単独また
は組み合わせて用いられる。これらの排ガスには、これ
らの未反応物あるいはその誘導体、反応分解物、例え
ば、H2 、CO、C2 5 OH等のアルコール、CH3
CHO等のアルデヒド、C2 4 等の炭化水素等の加熱
酸化分解性物質が含まれ、加熱酸化分解されることによ
り、主として、SiO2 等の金属酸化物、H2 OとCO
2 になる。ここで言う加熱酸化分解とは、分解不能のも
のの単なる酸化、例えば、水素、金属等の単体の酸化等
をも包含することは明らかである。
【0015】該クリーニング排ガスは、少なくともNF
3 とCVD装置内物質(未排気のCVD処理済物質等)
との反応物、例えば、SiF4 、NF3 誘導体等、およ
びクリーニングガスとクリーニングガスにより物理的に
クリーニングしたCVD内物質等からなる。
【0016】クリーニングガスとしては、他にCF4
2 6 、SF6 、ClF3 などが挙げられる。本発明
において、NH3 をNF3 の加熱酸化分解生成物および
/またはその誘導体と反応させるための手段は特に制限
されず、任意の方法を採用でき、上記のNOX あるいは
HFなどとNH3 との反応が完遂されればよい。具体的
には、排ガスの加熱酸化分解前に事前に排ガスにNH3
を添加混合し、これを反応部に放出して後加熱酸化反応
に供しても、排ガスの加熱酸化分解反応と同時もしくは
後にNH3 を添加しても、あるいはこれらの併用でもよ
い。
【0017】この場合のNH3 の添加形態は、NH3
スのみでも他の物質例えば、空気等との混合気体等でも
よい。また、NH3 の使用量は、NF3 の酸化分解生成
物および/またはその誘導体量に比例するが、通常、排
ガス含有NF3 の4倍モル以上が好ましい。
【0018】本発明における排ガス成分の加熱酸化分解
処理の反応条件、排ガスの導入条件等は、上記NH3
の反応を満足することが必要であるが、特に制限される
ものでなく、少なくとも酸素の共存下に排ガスに含有さ
れる加熱酸化分解性物質が加熱酸化分解されればよい。
従って、排ガスを反応部に導入する時、同時に酸素が反
応部に存在することが必要である。この酸素の存在方法
は任意であるが、該酸素は通常排ガスと共に酸素含有ガ
ス、例えば、空気等として導入することが好ましい。ま
た、加熱酸化分解の条件を調整するために任意のガスを
混在させることができる。例えば、窒素等の不活性ガス
を混在させ、該窒素ガスが排ガスを包みかつ酸素がこれ
らを包むような3層状態で加熱酸化分解装置の反応部に
導入されることが好ましく、加熱酸化分解装置にこれら
のガス導入部として同心状に管を3層構造にしたものを
配備することが好ましい。この場合、NH3 ガス導入部
に添加する場合、通常排ガスに添加されるが、他の、窒
素、あるいは空気などに添加してもよい。
【0019】また、加熱酸化分解処理における加熱手段
も任意であるが、好ましくは、電気的に温度制御可能な
ヒータ加熱方式が望ましく、通常反応部の壁内に設ける
ことができる。また、反応温度は、800〜1000℃
の範囲が好ましい。
【0020】本発明において、加熱酸化分解および/ま
たはNH3 との反応処理された排ガス(以下、処理ガス
という)はその組成に応じて環境に放出するか、更に他
の任意の処理を加えることができる。
【0021】特に、本発明においては処理ガスを水と接
触させること、即ち、水洗処理に供することが好まし
く、これにより、該分解処理により生成したSiO2
の金属酸化物微粒子の巻き込みによる除去、SiF4
2 等の水溶性化合物等の可溶化による反応生成物とN
3 との中和反応による除去、処理ガスの冷却等を行う
ことができる。この水洗処理の方法は任意であるが、噴
霧状に処理ガスと接触させることが好ましい。
【0022】該処理ガスの水洗処理手段は、本発明の加
熱酸化分解装置以外にも設置できるが、本発明における
加熱酸化分解装置に一体的に具備されていることが好ま
しく、該反応部は、上述の排ガスの加熱酸化分解のため
の気体反応部とこの後段に配備されるNH3 との中和反
応ができる水洗部とから構成することが極めて好まし
い。
【0023】この水洗処理された処理ガスは、環境に放
出もしくは更に所望により他の任意の処理、例えば、公
知の吸着処理等を施すことができ、任意の排気手段、例
えば、排気管等を用いることができる。また、水洗排水
は排水管等の排水手段により系外に排出されるが、この
排水に更に処理を加えることができる。これら排出手段
は加熱酸化分解装置に一体的に設けることができる。
【0024】本発明における加熱酸化分解方式は高温下
で排ガスを酸化分解すると共にNH3 と反応させるため
に短時間で処理ができるためにCVD排ガスが大量であ
ってもNF3 を含めて除害効率が高く、また、加熱のた
めの電気、空気、NH3 、窒素、冷却用水(洗浄水を兼
ねる)等があれば効率よく処理できるので乾式吸着法よ
りランニングコストが低廉である。
【0025】本発明の排ガス処理装置は、上記処理工程
が一連のものとして連続的かつ自動的に行われるように
かつ所望処理条件を適宜選定できるように制御装置を具
備することができる。この制御装置は、通常種々の検出
装置、例えば、温度、圧力、水位等のセンサーと連絡さ
れ、常に安全でしかも最適処理が行えるように構成され
る。
【0026】
【作用】加熱酸化分解装置にNF3 が流入すると、酸化
分解反応によりNOX とF2 が生成する。
【0027】 NF3 + O2 → NOX + 1.5F2 (1) NOX はNH3 と反応してN2 、H2 Oとなり、無害化
される。 NO + NH3 + 0.25O2 → N2 + 1.5H2 O(2) 6NO2 +8NH3 →7N2 + 12H2 O (3) また、NF3 の加熱酸化分解成分のF2 はNH3 がない
とH2 Oに溶解してその誘導体HFを生成して酸性にな
るが、NH3 があると中和される。
【0028】 F2 + H2 O → 2HF + 0.5O2 (4) HF + NH3 → NH4 F (5) クリーニング排ガスに含まれるSiF4 も水に溶解して
酸性を示すが、NH3 で中和される。
【0029】 3SiF4 +4H2 O →SiO2 ・2H2 O+2H2 SiF6 (6) 2NH3 + H2 SiF6 → (NH4 2 SiF6 (7) 従って、モル比でNF3 の4倍以上およびSiF4 の4
/3倍のNH3 がないと洗浄水は酸性になる。
【0030】また、(1)、(2)、(3)の反応は9
00℃以上で非常に速いが、1000℃以上になるとN
3 の一部が酸化されてしまうため、900℃以上10
00℃以下で処理するのが効果的である。
【0031】
【実施例】以下、本発明の具体的実施例を説明するが、
本発明はこれに限定されない。本発明の具体的な排ガス
処理装置は、図1に示したように、排ガスを処理する加
熱酸化分解装置1からなる。加熱酸化分解装置1は、排
ガス導入部2、反応部3、排出部4から概略構成され
る。
【0032】排ガス導入部2は、排ガス流入管5、窒素
流入管6および空気流入管7を同心状に構成した3層構
造であり、NH3 流入管8が排ガス流入管5に連絡され
ている。
【0033】反応部3は、気相反応部9と水洗部10か
ら構成され、気相反応部9は、ガス導入部から放出され
るこれら混合ガス中の排ガスを加熱酸化分解するための
熱源であるセラミックヒータ11を外壁に有すると共に
熱電対12、13を配備し、気相反応部9の後段に水洗
部10が配備され、冷却水14が供給される。
【0034】排出部4は、水洗排水を排出する排水管1
5、処理ガスを排気する排気管16とから構成される。
尚、17は流入ガス採取管、18は流出ガス採取管であ
る。上記装置のよる本発明の排ガス処理を以下説明す
る。
【0035】排ガス流入管5内のNF3 を含有する排ガ
スはNH3 流入管からNH3 ガスを添加されて、窒素流
入管6からの窒素、空気流入管7からの空気と共に気相
反応部9に放出され、排ガス中の加熱酸化分解性物質は
加熱酸化分解され、特にNF3 からのNOX はNH3
反応し、窒素と水に無害化され、残部のSiO2 等の微
粒子、NH3 、F2 、SiF4 等は、反応部3後段の水
洗部10からの冷却水により、固体にあっては巻き込み
による物理的除去、水反応性気体にあっては溶解、NH
3 と反応、中和され、排水管15より排出される。ま
た、無害化された処理ガスは排気管16から排出され
る。
【0036】実施例1 図1に示した加熱酸化分解装置を使用して処理試験を行
った。N2 ガスで希釈してNF3 濃度を5,000pp
mにしたガスを排ガス流入管に20L(リットル)/分
で流し、NH3 を段階的に添加して処理した結果を表1
に示す。また、加熱酸化分解装置に流した空気、N2
冷却水はそれぞれ10L/分、10L/分、4L/分
で、気相反応部の温度は950℃とした。洗浄排水はN
3 が20,000ppm以上では弱アルカリ性となっ
た。
【0037】
【表1】
【0038】実施例2 CVDのプロセスガスがTEOS、クリーニングガスが
NF3 の枚葉式CVD装置の排ガス処理結果を表2に示
す。
【0039】排ガス流量は20L/分で、NH3 を2
0,000ppmになるようにした。他の処理条件は実
施例1と同様にした。洗浄水のpHは7.0〜10.5
の範囲であった。
【0040】
【表2】
【0041】
【発明の効果】枚葉式のCVD装置の場合は、CVD排
ガスと、クリーニング排ガスとが、完全に分離されずに
排出されずに排出される傾向があるが、本発明では、両
排ガスを同一の装置で処理するので、常に良好な処理が
できる。
【0042】枚葉式では排ガス中のNF3 濃度は、大幅
に変動し、本発明の方法では最高濃度に対応したNH3
を常に添加する必要があり、NH3 が過剰になるが、過
剰なNH3 は水洗で吸収、除去されて加熱酸化分解装置
の排ガスにはふくまれなくなる。また、洗浄液は弱アル
カリ性になるが、腐食の問題はなくなる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の具体的実施例の排ガス処理装置を説明
するための図である。
【符号の説明】
1 加熱酸化分解装置 2 ガス導入部 3 反応部 4 排出部 5 排ガス流入管 6 窒素流入管 7 空気流入管 8 NH3 流入管 9 気相反応部 10 水洗部 11 セラミックヒータ 12 熱電対 13 熱電対 14 冷却水 15 排出管 16 排気管 17 流入ガス採取管 18 流出ガス採取管
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 B01D 53/56 B01D 53/34 129 B ZAB

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 少なくともNF3 を含む排ガスを加熱酸
    化分解すると共に少なくともNF3 の酸化分解生成物お
    よび/またはその誘導体とNH3 とを反応させることを
    特徴とするNF3 排ガス処理方法。
  2. 【請求項2】 少なくともNF3 を含む排ガスを加熱酸
    化分解すると共にNF3 の加熱酸化分解生成物および/
    またはその誘導体とNH3 とを反応させる反応部を有す
    る加熱酸化分解装置から構成されることを特徴とするN
    3 排ガス処理装置。
JP3054709A 1991-03-19 1991-03-19 Nf3 排ガス処理方法および装置 Expired - Lifetime JPH0710335B2 (ja)

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CN115233187B (zh) * 2022-07-22 2023-09-08 北京北方华创微电子装备有限公司 气体处理装置和半导体工艺设备

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