JPH08150317A - 排ガス処理装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 ランニングコストがかからず、安定した処理
能力を有する排ガス処理装置を提供することを目的とす
る。 【構成】 排ガス中に含まれているモノシラン等の有毒
性ガスを加熱分解し除去する排ガス処理装置において、
排ガス及び酸素（空気）が導入される加熱筒（５）と、
加熱筒（５）の内部を加熱するよう加熱筒（５）の外周
に配置された加熱源（６）と、加熱筒（５）の内部の出
口付近の温度を検出する温度センサー（１４）と、温度
センサー（１４）からの検出値に従って、加熱筒（５）
の内部の出口付近の温度を所定の範囲内に維持するよう
加熱源（６）を制御するコントローラー（１６）と、加
熱筒（５）の出口に接続された空冷式冷却装置（２）と
を備えることを特徴としている。化学式処理装置のよう
に金属酸化物や薬剤が不要であるので、ランニングコス
トが大幅に低減される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、半導体製造設備等から
排出される排ガスを除害処理するための排ガス処理装置
に関し、より詳細には、排ガス中に含まれるモノシラン
（ＳｉＨ₄ ）、ホスフィン（ＰＨ₃ ）、窒化水素（ＮＨ
₃ ）、フッ化窒素（ＮＦ₃ ）等の有害なガスを加熱酸化
分解して除去するための排ガス処理装置に関するもので
ある。

【０００２】

【従来の技術】半導体の製造においては、ＳｉＨ₄ 、Ｐ
Ｈ₃ 、ＮＨ₃ 、ＮＦ₃ 等の有毒性ガスが含まれた排ガス
が生ずる。そのため、このような排ガスが排出される場
所には排ガス処理装置を設置し、有毒性ガスを無害化
（許容濃度（Threshold Limit Value ：ＴＬＶ）を所定
値以下とすることを含む）した後に排出することが法令
（高圧ガス取締法）で義務付けられている。

【０００３】従来一般の排ガス処理装置としては、有毒
性ガスを金属酸化物やカセイソーダ（水酸化ナトリウ
ム）等の中和剤を用いて酸化反応ないしは中和反応させ
除去する化学反応式のもの、湿式スクラバーによるも
の、或いは、ガスバーナーを用いて排ガスを燃焼させる
燃焼式のもの等が知られている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
たような従来の排ガス処理装置には種々の問題がある。
即ち、化学反応式の処理装置では、薬剤や金属酸化物の
交換費用が高くつき、交換作業にも手間がかかる。ま
た、湿式スクラバーの場合、大量の洗浄水及び吸収液が
必要であり、排水処理設備も必要となる。更に、燃焼式
の処理装置の場合は、燃焼のために、水素、メタン等の
助燃剤及び大量の空気ないしは酸素が必要であり、排気
温度も高く、冷却のための水冷設備も必要となる。ま
た、燃焼反応器内に反応生成物等の付着物が付きやすい
という問題もある。

【０００５】そこで、本発明の目的は、上記問題を解決
し得る排ガス処理装置を提供することにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明によれば、排ガス中に含まれている有毒性の
ガスを加熱分解し除去する排ガス処理装置において、排
ガス及び酸素が導入される加熱筒と、加熱筒の内部を加
熱するよう加熱筒の外周に配置された加熱源と、加熱筒
の内部の出口付近の温度を検出する温度検出手段と、温
度検出手段からの検出値に従って、加熱筒の内部の出口
付近の温度を所定の温度範囲内に維持するよう加熱源を
制御する制御手段と、加熱筒の出口に接続された空冷式
冷却装置とを備えることを特徴としている。

【０００７】尚、前記所定の温度範囲は３５０℃〜５０
０℃であることが好ましい。

【０００８】

【作用】本発明の構成においては、加熱源により加熱筒
の内部が加熱されると、その熱により排ガス中のＳｉＨ
₄ 等の有毒性ガスが加熱分解される。この際、加熱筒に
導入される空気ないし酸素の量は、酸化分解性ガスの酸
化に見合った必要最小限の量ですむ。

【０００９】また、温度検出手段と制御手段による加熱
源の制御により、加熱筒の内部、特に出口付近の温度が
ほぼ一定に保たれるため、酸化分解反応が安定化され
る。

【００１０】加熱酸化分解後、加熱筒の出口から排出さ
れた処理済みのガスは、空冷式の冷却装置により所望の
温度まで冷却される。

【００１１】

【実施例】図１は、本発明による排ガス処理装置の一実
施例を示す概略説明図である。

【００１２】図示実施例における排ガス処理装置は、半
導体製造設備（図示しない）からの排ガス（主として窒
素ガス（Ｎ₂ ）から成る）中に含まれているＳｉＨ₄ を
処理し除去するためのものである。この排ガス処理装置
は、基本的には、排ガス及び空気を取り入れてＳｉＨ₄
を加熱酸化分解して無害な酸化ケイ素（ＳｉＯ₂ ）にす
るための加熱装置１と、この加熱装置１から排出された
処理済みガスを冷却する冷却装置２と、処理済みガス中
のＳｉＯ₂ を除去するための濾過装置３とを備えてい
る。また、何等かの原因で排ガス又は処理済みガスが外
部に放散されるのを防止するために、加熱装置１、冷却
装置２及び濾過装置３は筺体４内に収容されており、常
時換気されている。

【００１３】加熱装置１は、円筒形の加熱筒５と、この
加熱筒５の周囲を取り囲むように配置された円筒状の電
気ヒーター（加熱源）６とから構成されている。加熱筒
５は筺体４内に縦置き、即ちその軸線が鉛直方向に向く
ようにして設置されており、その上端の入口ノズル７に
は、半導体製造設備からの排ガスを導入するための排ガ
ス導入管８が接続されている。この排ガス導入管８に
は、排ガス中のＳｉＨ₄を酸化するのに必要な酸素を含
む空気を加熱筒５内に導入するための空気導入管９が接
続されている。空気導入管９中には流量調整弁１０が介
設されており、この流量制御弁１０を制御することで排
ガス中のＳｉＨ₄ の酸化に見合った量の空気を加熱筒５
に供給できるようにしている。

【００１４】更に、この実施例では、窒素ないしは空気
が加圧状態で詰められた払い落とし用ガスヘッダー１１
が払い落とし用ガス導入管１２を介して排ガス導入管８
に接続されている。この払い落とし用ガスヘッダー１１
は、圧縮窒素等を払い落とし用ガスとして加熱筒５内に
瞬間的に送り込み、加熱筒５の内壁面に付着した酸化生
成物等を払い落とすために設けられたものである。

【００１５】加熱筒５の内部の上部及び下部にはそれぞ
れ温度センサー（温度検出手段）１３，１４が配置され
ており、電気ヒーター６の内面にも温度センサー１５が
取り付けられている。これらの温度センサー１３，１
４，１５はコントローラー（制御手段）１６に接続され
ている。コントローラー１６は、これらの温度センサー
１３，１４，１５からの検出信号を受け取り、ＳｉＨ₄
の加熱酸化分解が適正に行われるよう電気ヒーター６及
び流量調整弁１０を制御するようになっている。

【００１６】加熱筒５の下端の出口ノズル１７には冷却
装置２が接続されている。この冷却装置２は空冷式であ
り、加熱筒５の出口ノズル１７に接続された空冷フィン
付きの管（以下、「空冷フィン管」という）１８と、こ
の空冷フィン管１８のフィンに強制的に空気を当てるた
めのファン１９とから構成されている。この実施例で
は、空冷フィン管１８の出口部分の内部に温度センサー
２０が設けられており、この温度センサー２０からの検
出信号によって、空冷フィン管１８及びファン１９の異
常を検出する。

【００１７】空冷フィン管１８の出口端には濾過装置３
が接続されている。この濾過装置３は、処理済みガス中
に含まれているＳｉＯ₂ 等の微粒子を濾過して除去する
ものであり、通常はバグフィルターが用いられている
が、その他のサイクロン等の除塵設備も使用可能であ
る。

【００１８】更に、この実施例では、濾過装置３の後段
に最終処理用の除害装置２１及び排気用ブロワー２２が
接続されている。これらは筺体４内に収容してもよい
が、任意的な装置であるため、図示のように、別の筺体
２３内に収容して別ユニットとすることも可能である。

【００１９】除害装置２１はいわゆる乾式の化学式処理
装置であり、適当な薬剤を用いて処理済みガスに残留し
た極めて微量の有害ガスを処理し完全に除去しようとす
るものである。また、濾過装置３と除害装置２１との間
の配管２４には、排ガス導入管８から分岐して延びるバ
イパス管２５が接続されている。従って、排ガス導入管
８中の弁２６及びバイパス管２５中の弁２７を制御する
ことで、排ガスを除害装置２１に直接導くことも可能と
なっている。また、加熱装置１のトラブル発生時のバッ
クアップも兼ねている。

【００２０】除害装置２１の出口には排気用ブロワー２
２が接続され、その吐出口から延びる排気管２８の終端
は筺体２３の外部にて開放されている。この排気用ブロ
ワー２２の存在により、図示の排ガス処理系全体が負圧
となり、酸化用空気をボンベ等から導入せずとも、大気
からの吸引により加熱筒５内に導入することも可能とな
る。

【００２１】このような構成において、排ガス処理装置
が通常の運転状態にあるとき、排気用ブロワー２２が駆
動されているため、排ガス及び空気がそれぞれ排ガス導
入管８及び空気導入管９を経て加熱筒５内に吸引され
る。排ガス中のＳｉＨ₄ は空気に触れると酸化を生じる
ため、加熱筒５上部の温度センサー１３による検出温度
から、排ガス及び空気が導入されたことを知ることがで
きる。この際、検出温度が所定値を越えた場合、排ガス
中のＳｉＨ₄ の濃度が規定以上に増したと判断できるの
で、危険を回避するために、装置から供給側へ危険信号
を出す。尚、加熱筒５内に導入されるべき空気の量は、
ガスバーナー等を用いる燃焼式の処理装置とは異なり、
排ガス中に含まれるＳｉＨ₄ を加熱酸化分解するのに必
要な量だけでよい。

【００２２】加熱筒５内は電気ヒーター６により加熱さ
れているので、加熱筒５内に導入された排ガス中のＳｉ
Ｈ₄ と空気中の酸素との酸化反応は促進される。そし
て、加熱筒５の下部、出口部分付近に設けられた温度セ
ンサー１４により検出された温度が３５０℃以上である
場合、排ガス中のＳｉＨ₄ はほぼ１００％分解され、加
熱筒５から排出される処理済みガス中に残留しているＳ
ｉＨ₄ の濃度は１ｐｐｍ以下となる。これは、法令で定
められているＴＬＶ値（５ｐｐｍ）を大幅に下回る優れ
た数値である。

【００２３】ここで、加熱筒５を備える排ガス処理装置
を用いて実際に排ガスを加熱酸化分解した際の実験結果
を図２に示す。この実験では、ＳｉＨ₄ の濃度が０．５
８％及び０．６１％の２種類の排ガスを用いた。また、
ＳｉＨ₄ の濃度が０．５８％の排ガスについては、その
流量を２１５〜２２５リットル／ｍｉｎとした場合と、
８５〜１１０リットル／ｍｉｎとした場合とで、それぞ
れ実験を行った。ＳｉＨ₄ の濃度が０．６１％の排ガス
については、流量２１５〜２２５リットル／ｍｉｎの場
合のみで実験した。図２から理解されるように、加熱筒
５の出口部分の温度が２５０℃の場合には、いずれの場
合も、ＳｉＨ₄ の分解率は８０％程度、３５０℃以上で
は１００％近い分解率を示した。別言するならば、加熱
筒５内の出口部分の温度を３５０℃で維持するならば、
流量や濃度によらず、排ガス中のＳｉＨ₄ はほぼ完全に
分解され、無害化されることとなる。

【００２４】一方、出口温度が１０００℃以上となる
と、排ガス及び空気中の窒素が酸化してＮＯ_X を生じて
しまう。また、冷却装置２での冷却効率を上げるために
は、加熱筒５から排出されるガスの温度は可能な限り低
いことが好ましい。

【００２５】従って、コントローラー１６は温度センサ
ー１４からの検出信号を受け取り、加熱筒５内の出口部
分の温度を３５０℃〜５００℃の範囲内に維持するよう
に、電気ヒーター６を制御することとしている。この
際、温度センサー１５からの検出信号によりフィードバ
ックがかけられるので、迅速な温度調整が行われる。

【００２６】このようにして、加熱酸化分解された排ガ
スは加熱筒５の出口ノズル１７から排出され、冷却装置
２の空冷フィン管１８内に導入される。この空冷フィン
管１８内を流れていく間に、処理済みガスはファン１９
からの空気により冷却される。空冷フィン管１８の出口
部分に達した処理済みガスの温度が所定温度よりも高い
場合には、ファン１９の異常と判断し、警報信号を発生
する。尚、空冷フィン管１８から熱を受け取り高温とな
った空気は、筺体４の上部に設けられた換気用ダクト２
９から外部に排出される。

【００２７】この後、冷却された処理済みガスは濾過装
置３内に導入され、加熱酸化分解により生成されたＳｉ
Ｏ₂ 等の微粒子が除去される。濾過装置３を通過した処
理済みガス中のＳｉＨ₄ の濃度は１ｐｐｍ以下であるの
で、この処理済みガスを外部雰囲気に排出することも可
能である。しかし、図示実施例では排ガス処理の完全を
期すために除害装置２１が濾過装置３の後段に接続され
ているので、処理済みガス中に残留した極めて微量のＳ
ｉＨ₄ はこの除害装置２１内で酸化反応され完全に除去
される。このようにして排ガス処理が完了したガスは、
排気用ブロワー２２から排気管２８を通して筺体２３の
外部に放出される。

【００２８】以上は通常の処理状態であるが、何等かの
原因により加熱装置１等に異常が生じた場合、コントロ
ーラー１６からの指令により弁２６が閉鎖され、弁２７
が開放される。このような場合でも、排ガスは除害装置
２１に導入されるので、排ガス中のＳｉＨ₄ は化学的に
除去されることとなる。また、加熱酸化分解に適しない
ガスが排ガス中に混入した場合等にも、弁２６，２７を
制御して除害装置２１に直接排ガスを送るようにするこ
とも可能である。

【００２９】加熱筒５は単純な円筒形状であり、内壁面
に凹凸がないため、酸化生成物等が加熱筒５の内壁面に
付着しにくい。しかし、長期間にわたり排ガスの処理を
続けた場合には、加熱筒５の内壁面に酸化生成物が付着
することがある。かかる場合には、弁３０を開け、払い
落とし用ガスヘッダー１１から多量の圧縮窒素ないしは
圧縮空気を瞬間的に加熱筒５内に供給することで、加熱
筒５の内壁面上の付着物を瞬時に除去することができ
る。

【００３０】上記実施例の排ガス処理装置は、排ガス中
のＳｉＨ₄ を除去するためのものとしているが、処理で
きるガスはＳｉＨ₄ に限定されず、ＰＨ₃ 、ＮＨ₃ 、Ｎ
Ｆ₃、ＴＥＯＳ、ＴＭＢ、Ｃ₂ Ｆ₆ 等の有毒性ガスにも
適用可能である。このように他のガスを処理する場合に
は、各ガスに応じて加熱筒５内の出口部分の温度を制御
する必要があることは容易に理解されよう。

【００３１】また、完全に分解処理できないガスの場合
であっても、実施例のように化学式処理装置と組み合わ
せることによって、完全処理を行うことができる。

【００３２】

【発明の効果】以上からも明らかであろうが、本発明
は、次に示すような数多くの効果を奏するものである。

【００３３】（１）外部に設けられた電気ヒーター等の
加熱源により加熱筒の内部を加熱し、その熱により排ガ
ス中の有毒性ガスを加熱酸化分解することとしているの
で、従来の化学式処理装置におけるような薬剤や金属酸
化物等が不要であり、湿式スクラバーにおけるような洗
浄水及び吸収液も不要である。また、ガスバーナー等を
用いる燃焼式処理装置とは異なり、燃焼用の燃料及び冷
却水が不要である。よって、これらの従来の処理装置に
比して本発明による排ガス処理装置のランニングコスト
は大幅に低減されることとなる。

【００３４】（２）加熱筒の構造は単純であるので、脱
着分解が容易であり、メンテナンスが容易である。

【００３５】（３）構造上、加熱筒内には酸化生成物等
が不着しにくく、長期間にわたり連続運転が可能であ
る。

【００３６】（４）加熱源が排ガスに接しないので、加
熱源の消耗が少ない。

【００３７】（５）加熱筒の出口部分での排ガスの温度
を一定範囲内に保つように制御するため、分解反応は安
定している。

【００３８】（６）ガスバーナー等を用いた場合には多
量の空気が必要となるが、本発明の排ガス処理装置では
酸化用空気の量は有毒性ガスの分解に必要な最少量でよ
い。従って、空気導入に要する動力が少なくてすむ。

【００３９】（７）処理済みの排ガスは空冷式の冷却装
置により冷却されるので、冷却媒体として水等を必要と
しない。従って、水等の供給及び処理設備も不要で、単
純な構造とすることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による排ガス処理装置の一実施例を示す
概略説明図である。

【図２】本発明による排ガス処理装置を用いての実験結
果を示すグラフである。

【符号の説明】

１…加熱装置、２…冷却装置、３…濾過装置、５…加熱
筒、６…電気ヒーター、８…排ガス導入管、９…空気導
入管、１３，１４，１５…温度センサー、１６…コント
ローラー、１８…空冷フィン管、１９…ファン、２１…
除害装置、２２…排気用ブロワー。

───────────────────────────────────────────────────── 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 53/68 Ｂ０１Ｄ 53/34 １３１ １３４ Ｃ

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 排ガス中に含まれている有毒性のガスを
   加熱分解し除去する排ガス処理装置において、 前記排ガス及び酸素が導入される加熱筒と、 前記加熱筒の内部を加熱するよう前記加熱筒の外周に配
   置された加熱源と、 前記加熱筒の内部の出口付近の温度を検出する温度検出
   手段と、 前記温度検出手段からの検出値に従って、前記加熱筒の
   内部の出口付近の温度を所定の温度範囲内に維持するよ
   う前記加熱源を制御する制御手段と、 前記加熱筒の出口に接続された空冷式冷却装置と、を備
   える排ガス処理装置。
2. 【請求項２】 前記所定の温度範囲は３５０℃〜５００
   ℃である請求項１記載の排ガス処理装置。