JPH08206445A

JPH08206445A - 排ガスの浄化方法

Info

Publication number: JPH08206445A
Application number: JP7292301A
Authority: JP
Inventors: Koichi Kitahara; 宏一北原; Takashi Shimada; 孝島田
Original assignee: Japan Pionics Ltd
Current assignee: Japan Pionics Ltd
Priority date: 1995-11-10
Filing date: 1995-11-10
Publication date: 1996-08-13
Anticipated expiration: 2012-07-23
Also published as: JP2633511B2

Abstract

(57)【要約】【課題】半導体製造工程などから排出されるシラン等
の有毒成分を含有する排ガスを効率よく浄化する方法を
提供すること。【解決手段】浄化剤として、（１）酸化第二銅、及び
（２）リチウム，マグネシウム，カルシウム，ストロチ
ウムあるいはバリウムの金属水酸化物を一定割合で配合
した組成物を成形してなる密度1.５〜3.５ｇ／ｍｌの成
形体を用いることによって、シラン等の有毒成分を含有
する排ガスを浄化する方法である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は排ガスの浄化方法に
関し、さらに詳細には半導体製造工程などから排出され
る有毒成分を含有する排ガスの浄化方法に関する。近
年、排ガス工業やオプトエレクトロニクス工業の発展と
ともに、アルシン，ホスフィン，シラン，ジボランおよ
びセレン化水素などの極めて毒性の強い水素化物の使用
量が増加している。これらの有毒成分は、シリコン半導
体や化合物半導体製造工業あるいは光ファイバー製造工
業などにおいて、原料あるいはドーピングガスとして不
可欠な物質である。半導体プロセスあるいは光ファイバ
ー製造プロセスなどから排出される排ガス中には、未反
応の有毒成分が含有される場合が多い。これらの成分は
それぞれ生物にとって極めて有毒であるから、環境を破
壊しないためにガスの排出に先立って除去する必要があ
る。

【０００２】

【従来の技術および発明が解決しようとする課題】これ
らの有毒成分を除去する方法としては、スクラバーで吸
収分解させる湿式法と吸着剤または酸化剤などの浄化剤
を充填した充填筒内を流して除去する乾式法とが知られ
ている。一般的に湿式法は、吸収液による腐食や後処理
などの困難性かあるため、装置の保守に費用を要すると
いう欠点がある。また、浄化剤を用いる方法としては、
硝酸銀などの硝酸塩類を多孔質担体に担持せしめたも
の、あるいは塩化第二鉄などの金属塩化物を多孔質担体
に含浸せしめたものを吸着剤として用い、ホスフィン，
アルシンを酸化的に除去する方法（特開昭５６−８９８
３７号公報）が知られている。しかしながら、この方法
は、湿式法におけるような諸欠点は解決されるが、ＣＶ
Ｄ（化学蒸着）プロセスなどの排ガスを、予め湿潤化処
理する必要があるため、装置が複雑になるという欠点を
有する。さらに、無機珪酸塩にアルカリ水溶液，酸化剤
水溶液またはアルカリと酸化剤との水溶液をそれぞれ含
浸させた三種の吸収剤を用いて、アルシン，ホスフィン
などを処理する方法（特公昭５９−４９８２２号公報）
も提案されている。この方法も前記した方法と同様に結
局は湿潤状態における処理であって湿式法と同様な欠点
を有している。

【０００３】アルシンを乾式で除去する方法として、化
学戦争においては活性炭を充填したガスマスクが用いら
れた。この活性炭の吸着力を利用し、さらに種々の物質
をこれに添加して、その能力向上をはかる試みは多い。
例えば活性炭を担体とし、それに、銅化合物とアルカリ
金属化合物、アルカリ土類金属化合物およびＡｌ，Ｔ
ｉ，Ｖ，Ｃｒ，Ｍｎ，Ｆｅ，Ｃｏ，Ｎｉ，Ｚｎ，Ｃｄ，
Ｐｂの化合物の一種以上とを含有させてなるアルシン吸
着剤も出願されている（特開昭５９−１６０５３５号公
報）。この方法は完全に乾式で行なえるので有利である
が、アルシンの除去能力が比較的低いとい欠点がある。
またアルシンを吸着させたあと、吸着剤が空気にふれる
と発熱し、条件によっては活性炭が発火する危険がある
ので、工業的に使用するにはその使用条件が限定され
る。シラン類を含有する排ガスを処理するには、例えば
特開昭５６−８４６１９号公報および特開昭５７−９４
３２３号公報に示されるように苛性ソーダなどのアルカ
リ性水溶液で洗浄して湿式除去する方法が採用されてき
た。しかしながら湿式処理では装置が大型化し、またア
ルカリ性水溶液の取り扱いが危険なため不便であった。
一方、特開昭５８−１２８１４６号公報で示されるよう
に、固形担体に苛性ソーダ水溶液を単独に、または過マ
ンガン酸カリウムのような酸化剤水溶液を同時に含浸さ
せてなる乾式吸収処理剤が提案されている。この処理剤
を用いた場合には半乾式であるから装置を小型化できる
メリットはあるが、苛性ソーダや過マンガン酸カリウム
が担体の表面に析出したり、潮解することを繰り返した
りするうちに充填筒の圧力損失が増大したり、場合によ
っては閉塞するトラブルなどを惹き起して、半導体製造
プロセス全体を停止する必要が生じるなどの欠点があ
る。

【０００４】

【課題を解決するための手段】本発明者らは、これら従
来技術の欠点を補うべく鋭意検討した結果、（１）酸化
第二銅および（２）リチウム，マグネシウム，カルシウ
ム，ストロンチウムおよびバリウムなどのそれぞれの水
酸化物を配合した浄化剤に有毒成分を含有する排ガスを
接触させるとこれらの有毒成分が効率よく除去されるこ
とを見出し、さらに研究を続け本発明を完成した。すな
わち、本発明は、有毒成分としてシランを含有するガ
ス、または有毒成分としてシランとアルシン，ホスフィ
ン，ジボランおよびセレン化水素の一種以上とを含有す
るガスと、浄化剤とを接触させて当該ガスから有毒成分
を吸着除去する排ガスの浄化方法において、浄化剤とし
て（１）酸化第二銅、および（２）リチウム，マグネシ
ウム，カルシウム，ストロチウムおよびバリウムからな
る群から選ばれる少なくとも一種の金属水酸化物を配合
してなり、その組成が金属の原子比Ｍ／（Ｍ＋Ｃｕ）
〔式中、Ｃｕは銅の原子数を示し、ＭはＬｉ，Ｍｇ，Ｃ
ａ，ＳｒまたはＢａの原子数（これらの成分を二種以上
使用するときはそれらの原子数の合計）を示す〕で0.０
１〜0.７であり、かつその組成物を成形してなる密度1.
５〜3.５ｇ／ｍｌの成形体を用いることを特徴とする排
ガスの浄化方法である。本発明に使用する浄化剤は完全
に乾燥したガス中の有毒成分をも何等支障なく除去する
ことが可能なので、湿潤処理が不要となり、そのメリッ
トは大きい。また本発明で用いる浄化剤は、従来の浄化
剤に比べ、浄化剤の単位重量当たりに対する有毒成分の
除去量および除去速度が格段に大きいという利点を有す
る。本発明の浄化剤によれば、単なる吸着や吸収と異な
り、有毒ガスは浄化剤と反応して浄化剤に固定されるこ
とによって排ガスから除去される。更に本発明の浄化剤
は、使用後の浄化剤が空気にふれ発熱することはあって
も、発火に至ることはなく、安全性は高い。本発明は、
窒素ガス，水素ガスまたは空気などとシランを含有する
ガス、または窒素ガス，水素ガスまたは空気などとシラ
ンとアルシン，ホスフィン，ジボランおよびセレン化水
素からなる水素化物の一種以上を含有するガスに適用さ
れる。

【０００５】本発明で用いる浄化剤は、（１）酸化第二
銅、および（２）リチウム，マグネシウム，カルシウ
ム，ストロンチウムおよびバリウムからなる群から選ば
れる少なくとも一種の金属水酸化物を配合してなり、そ
の組成が金属の原子比Ｍ／（Ｍ＋Ｃｕ）〔式中、Ｃｕ
は銅の原子数を示し、ＭはＬｉ，Ｍｇ，Ｃａ，Ｓｒまた
はＢａの原子数（これらの成分を二種以上使用するとき
はそれらの原子数の合計）を示す〕で0.０１〜0.７、好
ましくは0.０３〜0.５５であり、かつその組成物を成形
してなる密度1.５〜3.５ｇ／ｍｌの成形体である。原子
比が0.０１より少ないと飽和浄化量が少ないばかりでな
く成形もできない。0.７より大きいと飽和浄化量が小さ
くなる。本明細書において飽和浄化量とは、浄化剤の最
大浄化能力（除去し得る有毒ガスの最大量）をその浄化
剤の重量または体積で割ったものである。浄化剤の調製
方法としては、種々の方法の適用が可能である。例え
ば、銅，リチウム，マグネシウム，カルシウム，ストロ
ンチウム，バリウムの硝酸塩，硫酸塩，塩化物，有機酸
塩などの塩に、苛性ソーダ，苛性カリウム，炭酸ナトリ
ウム，炭酸カリウム，重炭酸ナトリウム，重炭酸カリウ
ム，アンモニアなどのアルカリを加えて水酸化物または
塩基性の炭酸塩を沈殿させ、得られた沈殿物を焼成して
酸化第二銅とリチウム，マグネシウム，カルシウム，ス
トロンチウム，バリウムの水酸化物または塩基性炭酸塩
の混合物とし、これを特定組成となるようにする。

【０００６】また例えば酸化第二銅の粉末にリチウム，
マグネシウム，カルシウム，ストロンチウム，バリウム
の水酸化物を混合してニーダーで混練し、乾燥して特定
組成となるようにする。本発明で用いる浄化剤は組成物
をペレットなどに成形したものを用いるか、あるいはこ
の成形物を適当な大きさに粉砕するなどして用いる。成
形する方法としては、乾式法あるいは湿式法を用いるこ
とができる。また成形の際には必要に応じて、少量の
水，滑剤などを使用してもよい。成形体の形状には特に
制限はないが、球状，円柱状および筒状などが代表例と
して挙げられる。成形物大きさは、球形であれば直径２
ｍｍ〜１２ｍｍの範囲が良く、円柱形であれば直径２ｍ
ｍ〜１２ｍｍで、高さはやはり２ｍｍ〜１２ｍｍの範囲
が適当である。一般に充填筒では筒径の約１／１０より
も小さい粒径とする必要があるとされているので、その
範囲であれば偏流などがなく好都合である。本発明で用
いる浄化剤の粒の密度は1.５〜3.５ｇ／ｍｌ、好ましく
は２〜3.５ｇ／ｍｌの範囲である。本明細書において密
度とは、成形体（粒）の重さを成形体の幾何学的体積で
割ったものをいう。密度が1.５ｇ／ｍｌよりも小さい場
合には、成形体の強度が弱くなるばかりでなく、体積当
たりの浄化量が減少することになる。また密度が3.５ｇ
／ｍｌよりも大きい場合には、細孔容積の減少によると
みられる重量当たりの浄化量が減少する。このような重
い浄化剤が低温においても異常に大きい浄化能力を有す
ることは驚くべきことである。この理由は多分、浄化剤
と水素化物との反応が接触的な脱水素反応ではなく、水
を生成する反応によるためであると思われる。このこと
は水素化物から生成する活性水素が酸化物の格子酸素と
反応し、浄化剤に充分大きな孔かあくため、成形体の内
部にまで到達できるようになることを想像させる。

【０００７】本発明で使用される浄化剤は浄化筒内に充
填されて固定床として用いられる。しかし移動床，固定
床として用いることも可能である。有害成分を含有する
ガス（以下、被処理ガスと記す）はこの浄化筒内に流さ
れ、浄化剤と接触せしめられることにより、有毒成分で
ある各種水素化物が除去され、浄化される。本発明の浄
化方法が適用される被処理ガス中の水素化物の濃度およ
びガスの流速には特に制限はない。一般に濃度が高いほ
ど流速が小さくすることが好ましい。すなわち排ガスが
浄化筒内を通過する空筒線速度をａｃｍ／ｓｅｃ、有
毒成分の濃度をｂｖｏｌ％とするとき、操作パラメー
ターをｙとして、下式の範囲で操作するのが好ましい。 0.０００５＜ｙ＜２００ただしｙ＝ａ×ｂｙが0.０００５を下廻るような条件では、浄化筒の寸法
が大きくなりすぎて経済的に不利であるし、それが２０
０を上廻るときには、発熱量が大きくなって、冷却器な
どを用いる必要が生じる。例えば、被処理ガスが水素ベ
ースの場合には、含有される有毒ガスの濃度が１０％以
上で、流速が２０ｃｍ／ｓｅｃ以上になると発熱によっ
て浄化剤の水素による還元が生じ、活性が失われること
もあるので、このような場合には浄化筒を冷却するなど
の処置を講じて操作することが好ましい。

【０００８】本発明の浄化方法を適用し得る被処理ガス
は、通常は乾燥状態であるが、湿潤状態であっても、浄
化筒内で結露するほど湿っていなげればよい。被処理ガ
スと浄化剤との接触温度（入口ガス温度）は１５０℃以
下、好ましくは０〜１００℃である。特に水素をガスの
ベース（雰囲気ガス）として用いる場合には１００℃以
下とするのが好ましい。通常は常温乃至室温でよく、特
に加熱や冷却をする必要はない。被処理ガスの圧力は常
圧，減圧，加圧のいずれでもよいが、通常は２０ｋｇ／
ｃｍ²ａｂｓ以下であり、好ましくは0.００１〜１０ｋ
ｇ／ｃｍ²ａｂｓの範囲である。本発明では湿潤化処理
（通常浄化筒の前に設けたバブラーによる処理）が不要
なので、被処理ガスを吸引する真空ポンプの上流側に本
浄化剤の浄化筒を設置することができ、その場合には減
圧下で処理することが可能となる。このようにすること
により、有毒ガスが除去された後に真空ポンプを通過す
ることになり、ポンプのオイルが有毒ガスにより汚され
ないのでメインテナンスが容易になる。本発明の浄化方
法によれば、半導体製造工程から排出される各種水素化
物を有毒成分として含有するガスを、乾燥状態で効率よ
く浄化しうる。

【０００９】

【実施例】

実施例１〜２硫酸銅と硝酸カルシウムをそれぞれ原子比Ｃａ／（Ｃａ
＋Ｃｕ）が0.１，0.５の割合になるように混合したそれ
ぞれの混合物をイオン交換水に２０重量％になるように
それぞれ溶解した。他方、これらの水酸化物を得るた
め、化学量論量の苛性ソーダを２０重量％の水溶液とし
た。それぞれの硝酸塩混合溶液を攪拌槽中で攪拌しなが
ら、前記の苛性ソーダ溶液を滴下して水酸化銅と水酸化
カルシウムとの沈殿物をそれぞれ生成させた。これらの
沈殿物を濾過、洗浄した後、１２０℃で１０時間乾燥し
て焼成して酸化第二銅と水酸化カルシウムとの割合が異
なる二種類の混合物をそれぞれ得た。これらの混合物を
それぞれ６ｍｍφｘ６ｍｍＨのペレットに打錠成形し
た。このものの粒の密度は2.８ｇ／ｍｌであった。この
ものの充填密度は1.８ｋｇ／リットルであった。これを
破砕し、ふるいにかけ、１２〜２８ｍｅｓｈとしたもの
を浄化剤として用いた。内径１３ｍｍφｘ２００ｍｍＨ
の硬質ポリ塩化ビニル製の浄化筒内に、前記の浄化剤約
１ｇを充填し（充填高さ約４ｍｍ）、この浄化筒に被処
理ガスとしてアルシン１ｖｏｌ％を含有せしめた２０
℃、１ａｔｍの窒素ガスを３リットル／ｈｒ（空塔線速
度0.６３ｃｍ／ｓｅｃ）の速度で流して、それぞれの浄
化剤を充填した場合について飽和浄化量を測定した。結
果を第１表に示す。

【００１０】比較例１活性アルミナ（商品名ネオビードＤ４、６〜１０メッシ
ュ）５６ｇ（１００ｍｌ）に塩化第二鉄の２０重量％水
溶液２０ｇをスプレーで噴霧し、そのまま吸収剤とし
た。この吸収剤はアルミナ１ｇ当たり鉄を金属として0.
２５ｇ含んでいた。得られた吸収剤１ｇを実施例１の浄
化剤１ｇのかわりに用い実施例１と同様にして飽和浄化
量を測定した。結果を第１表に示す。

【００１１】比較例２活性アルミナ（商品名ネオビードＤ４、６〜１０メッシ
ュ）５６ｇ（１００ｍｌ）に過マンガン酸カリウムの５
重量％水溶液２０ｇをスプレーで噴霧し１２０℃で乾燥
させる操作を４回繰り返して吸収剤を調製した。この吸
収剤はアルミナ１ｇ当たりマンガンを金属として0.０２
５ｇ含んでいた。得られた吸収剤１ｇを実施例１の浄化
剤１ｇのかわりに用い実施例１と同様にして飽和浄化量
を測定した。結果を第１表に示す。

【００１２】

【表１】

【００１３】実施例３実施例１で用いたと同様な条件で、窒素ガスを水素ガス
に変更してアルシンの飽和浄化量を測定した。結果を第
２表に示す。

【００１４】

【表２】

【００１５】実施例４〜７窒素ガスにホスフィン，シラン，シボランまたはセレン
化水素をそれぞれ単独に１％含有させたガスをそれぞれ
実施例１と同様な条件で流して、飽和浄化量を測定し
た。結果を第３表に示す。

【００１６】

【表３】

【００１７】実施例８〜１１実施例１の硝酸カルシウムの代わりに硝酸リチウム、硝
酸マグネシウム，硝酸ストロンチウム，硝酸バリウムを
用いてＭ／（Ｍ＋Ｃｕ）の原子比がそれぞれ0.０７であ
る酸化第二銅とＬｉ，Ｍｇ，ＳｒまたはＢａの水酸化物
の混合物を得た。これらの混合物を６ｍｍφｘ６ｍｍＨ
のペレットに打錠成形した。得られた粒の密度は2.８ｋ
ｇ／リットルであった。また充填密度は1.８ｋｇ／リッ
トルであった。これを破砕し、ふるいにかけ１２〜２８
ｍｅａｈとしたものを浄化剤として用いた。活性テスト
は実施例１と同様にした（ガス組成はＮ₂＋Ａｓ
Ｈ₃）。結果を第４表に示す。

【００１８】

【表４】

【００１９】実施例１２〜１６実施例１で使用した浄化剤と同じ寸法の石英製の浄化筒
内に、実施例１，８〜１１で用いたのと同じ浄化剤をそ
れぞれ３６ｇ（充填容積約２０ｍｌ）充填し、窒素ガス
中に１％のアルシンをそれぞれ２５リットル／ｈｒ（空
塔線速度5.３ｃｍ／ｓｅｃ）の空塔線速度で通過させ、
それぞれのガスが破過するまでの時間を測定した。なお
破過の検知は次に示す検知管を用いて行った。アルシン：ガステック社製Ｎｏ．１９Ｌ，検知下限値 0.０５ｐｐｍ結果を第５表に示す。

【００２０】

【表５】

【００２１】実施例１７実施例１２において、アルシンの濃度を窒素ガス中１０
０ｐｐｍに変更し、他は同一の条件で、破過までの時間
を測定した。結果を第６表に示す。

【００２２】

【表６】

【００２３】比較例３１６〜２４メッシュの活性炭に硝酸銅水溶液および水酸
化カリウム水溶液を順次含浸，乾燥させ、窒素ガス中で
３００℃で３０分焼成して吸着剤を調製した。調製した
吸着剤は活性炭１ｇ当たり金属として銅を0.０６３ｇ、
カリウムを0.０７８ｇ含んでいた。この添着炭１２ｇ
（充填容積約２０ｍｌ）を実施例１２と同じ反応条件で
破過するまでの時間を測定した。結果を第７表に示す。

【００２４】比較例４比較例１と同様にして調製した吸収剤１５ｇ（充填容積
約２０ｍｌ）を比較例３と同じ条件で破過時間を測定し
た。結果を第７表に示す。

【００２５】比較例５比較例２と同様にして調製した吸収剤１５ｇ（充填容積
約２０ｍｌ）を比較例３と同じ条件で破過時間を測定し
た。結果を第７表に示す。

【００２６】

【表７】

【００２７】

【発明の効果】本発明の浄化方法は、下記のような優れ
た特徴を有しており、工業的に極めて有用である。（１）浄化剤の単位体積当たりに対する有毒成分の除去
量および除去速度が大きい。（２）各種水素化物をその濃度とは関係なく完全に除去
することができる。（３）常温乃至室温で浄化操作を行うことができ、特に
加熱や冷却を必要としない。（４）浄化剤に水分などが実質的に含有されていないた
め、常に安定した浄化性能が得られる。

───────────────────────────────────────────────────── 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 53/64 Ｂ０１Ｊ 20/06 ＢＢ０１Ｄ 53/34 １２０Ｄ１３６Ｚ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】有毒成分としてシランを含有するガス、
または有毒成分としてシランとアルシン，ホスフィン，
ジボランおよびセレン化水素の一種以上とを含有するガ
スと、浄化剤とを接触させて当該ガスから有毒成分を吸
着除去する排ガスの浄化方法において、浄化剤として
（１）酸化第二銅、および（２）リチウム，マグネシウ
ム，カルシウム，ストロチウムおよびバリウムからなる
群から選ばれる少なくとも一種の金属水酸化物を配合し
てなり、その組成が金属の原子比Ｍ／（Ｍ＋Ｃｕ）
〔式中、Ｃｕは銅の原子数を示し、ＭはＬｉ，Ｍｇ，Ｃ
ａ，ＳｒまたはＢａの原子数（これらの成分を二種以上
使用するときはそれらの原子数の合計）を示す〕で0.０
１〜0.７であり、かつその組成物を成形してなる密度1.
５〜3.５ｇ／ｍｌの成形体を用いることを特徴とする排
ガスの浄化方法。