JPH10216471A

JPH10216471A - 半導体製造排ガス除害装置

Info

Publication number: JPH10216471A
Application number: JP9038318A
Authority: JP
Inventors: Keiji Imamura; 啓志今村
Original assignee: Kanken Techno Co Ltd
Current assignee: Kanken Techno Co Ltd
Priority date: 1997-02-05
Filing date: 1997-02-05
Publication date: 1998-08-18
Anticipated expiration: 2017-02-05
Also published as: JP3625978B2

Abstract

(57)【要約】【課題】半導体製造排ガスの除害装置において、乱
流を発生させて排ガスと空気との混合を促進することに
より反応効率を向上させると共に、除害装置の粉塵堆積
を少なくして通気抵抗の高まりを防止し、粉塵除去作業
の頻度を少なくして生産性を向上させる。【解決手段】水溶性成分ガス又は加水分解成分ガスの少
なくともいずれか一方と熱分解成分ガスを含む半導体製
造排ガス中の水溶性成分ガス又は／及び加水分解成分ガ
スを除去する水スクラバ(11)と、水洗排ガス中の酸化熱
分解成分ガスを酸化熱分解する酸化加熱分解装置とを有
する。酸化加熱分解装置の反応筒(C)内に水洗排ガスを
下部より上方に向けて導入する導入管(A)の内面又は外
面の少なくともいずれか一方に沿って非接触状態で円周
状に移動する撹拌棒(D),(E)を備えている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は半導体の製造工程に
おいて排出される有毒性，可燃性，腐食性を有する半導
体製造排ガスを除害する装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】人体に対して有害、有毒にして且つ可燃
性、爆発性を有し、概ね金属に対しては腐食性の激しい
半導体製造排ガスは、大量の窒素ガスで希釈した後、排
ガス濃度が爆発下限界以下となるようにし、更に大過剰
の空気と混合してからそのまま大気に放出する方法がと
られていた。

【０００３】ところが、今般、環境保護に対する認識の
高まりと共に環境行政が厳しくなり、前述のような大気
放出方法は厳しく規制される方向となり、半導体製造排
ガスも積極的に除害しなければならなくなって来た。そ
こで、製造工程においてＣＶＤからの排ガスを大気中に
放出するに当たり、少なくとも有毒なガスの濃度を許容
値以下にまで低減化するために除害装置が用いられる。

【０００４】排ガスの代表例としては周期律表III，I
V，Ｖ族元素の水酸化物、例えばSiH₄，PH₃，B₂H₆等があ
り、また製造工程で使用されたが反応しなかったSiH₂Cl
₂，SiHCl₃，Si₂H₆，TEOS（テトラエトキシシラン）等の
Ｓｉ化合物も排ガスとなる。

【０００５】半導体製造工程における排ガスの処理方法
としては、湿式法、吸着法、加熱分解法，燃焼法の４種
の方法に大別することができるが、機能、イニシャルコ
スト、ランニングコスト、必要スペース、安全性等の全
ての点から完全といえる処理法はない。

【０００６】この中で、加熱分解法、特に電熱加熱酸化
分解法は作業現場のニーズによく合致し多く採用されて
いる。図２は電熱加熱酸化分解法による現在の排ガス除
害装置の概略断面図である。

【０００７】同図において、(11)は水スクラバで、工場
の半導体製造装置とはダクト(14)にて連結しており、半
導体製造工程において使用された残留ガス及び半導体製
造工程において使用され、諸々の化学変化を経た排ガス
の集合した半導体製造排ガス(F1)がここに導入される。

【０００８】水スクラバ(11)は、水タンク(12)上に立設
されており、その天井部には水を噴射するスプレーノズ
ルが備えられている。スプレーノズルから噴出された霧
状の高圧水により半導体製造排ガス(F1)内の水溶性成分
或いは加水分解成分はスプレー水に接して分解され或い
は溶解して除去される。これにより半導体製造排ガス(F
1)は水洗排ガス(F2)となる。

【０００９】酸化加熱分解装置(16)は熱交換器(13)の上
に一体的に設置されており、両者(13)(16)は水スクラバ
(11)に隣接し且つ水タンク(12)上に設置されている。熱
交換器(13)の一端は連通管(15)で水スクラバ(11)と連通
している。

【００１０】水洗排ガス(F2)は、熱交換器(13)を通って
加熱分解装置(16)の棒状ヒータが設置された加熱分解ゾ
ーンに排出され、空気供給管(17)より送られて来た空気
と混合して加熱分解されて熱分解排ガス(F3)となる。

【００１１】熱分解排ガス(F3) は、熱交換器(13)を通
って水タンク(12)内に流入し、水タンク(12)の天井部分
と水面との間の空間を通って、水洗され且つ熱を奪われ
て低温となり、排気ダクト(18)から清浄排ガス(F4)とし
て排出される。

【００１２】このように、水スクラバ(11)にて半導体製
造排ガス(F1)中の水溶性成分ガス又は／及び加水分解成
分ガスを除去する事ができ、酸化加熱分解装置(16)で水
洗排ガス(F2)中の熱分解成分ガスを熱分解することがで
き、半導体製造現場で発生するあらゆる種類の半導体製
造排ガスの除害に対応することができる。

【００１３】この加熱分解法の問題点は、操業上熱分解
装置において反応生成物としての粉塵が生成されるの
で、ある程度粉塵が溜まると一時停止して粉塵を取り除
く清掃作業をしなければならない点である。

【００１４】従来は例えば加熱分解装置の反応筒（電熱
加熱ゾーン）の中に直管状又はＵ字状の電気ヒータを複
数本設置し、排ガスと酸化燃焼用空気とを導入する。こ
の場合、排ガスと酸化燃焼用空気がヒータの存在を介し
て乱流を起こし撹拌混合の上、酸化分解により除害され
る。

【００１５】しかしながら酸化分解の結果生成する酸化
物の粉塵がヒータ表面やヒータ間の空間に堆積して通気
抵抗を高めることになる。その結果、除害効率が下が
り、過剰の電気エネルギーの付加が必要となる。

【００１６】よって、粉塵の堆積の程度によって除害装
置を一旦停止して解体し、粉塵を除去する必要がある。
このことは半導体製造の生産性を落とすことにつなが
り、生産コスト等の種々の点で不利となる。

【００１７】具体的にはSiH₄濃度1000ppmの半導体製造
排ガスを燃焼用空気と共に合計1000リットル/minの風量
で電気ヒータ表面温度750°に接触させて酸化分解させ
た場合、下記の式にしたがって、1分間あたり2.7gのSiO₂
粉塵が反応筒内で生成される。ＳｉＨ₄ ＋２Ｏ₂ → ＳｉＯ₂ ＋２Ｈ₂Ｏこの条件下で除害装置を稼働させると、反応筒内の粉塵
の除去は例えば２週間に１度程度の頻度で行う必要があ
る。

【００１８】ところで、半導体製造排ガスの加熱酸化除
害において反応を規制する要因として、供給空気量、反
応系内に付与されるエネルギー量（電熱ヒータの表面温
度）、反応筒内を移動するガスの容量速度（反応筒を通
過させる風量）があるが、それ以外に排ガスと空気との
乱流による混合の具合が影響する。すなわち、排ガスと
空気とが層流移動していると反応効率が下がるので、乱
流により両者を混合することが反応効率を高めるうえで
重要である。特に、電熱加熱酸化分解法では、ガス燃焼
法の場合のように火炎燃焼による強い乱流を得ることが
できないので、十分な気流撹拌のためには別途乱流を起
こさせる手段が必要となる。

【００１９】気体移動において乱流を起こすには通路に
障害物を配することが有効であるが、このような障害物
の存在は通気抵抗を高くしてしまうと共に、反応により
生成した粉塵を堆積しやすく、これにより通気抵抗が増
加するという悪循環を招くことになるので好ましくな
い。

【００２０】

【発明が解決しようとする課題】そこで、半導体製造排
ガスの除害装置において、反応筒内で乱流を発生させて
排ガスと空気との混合を促進することにより反応効率を
向上させると共に、除害装置内の粉塵堆積を少なくして
通気抵抗の高まりを防止し、粉塵除去作業の頻度を少な
くして生産性を向上させることが望まれている。

【００２１】

【課題を解決するための手段】本発明の半導体製造排ガ
スの除害装置は、水溶性成分ガス又は加水分解成分ガス
の少なくともいずれか一方と熱分解成分ガスを含む半導
体製造排ガス中の水溶性成分ガス又は／及び加水分解成
分ガスを除去する水スクラバ(11)と、水洗排ガス中の熱
分解成分ガスを酸化熱分解する酸化加熱分解装置とを有
し、酸化加熱分解装置の反応筒(C)内に水洗排ガスを下
部より上方に向けて導入する筒状のガス導入管(A)の内
面又は外面の少なくともいずれか一方に沿って非接触状
態で円周状に移動する撹拌棒(D),(E)を備えていること
を特徴とする。

【００２２】更には、上記の半導体製造排ガス除害装置
において、撹拌棒(D),(E)は鉄合金製又はセラミック製
であり、撹拌棒(D),(E)の本数は１本以上６本以下であ
ることを特徴とすることを特徴とする。

【００２３】

【発明の実施の形態】図１は本発明の半導体製造排ガス
の除害装置の加熱分解装置の概略構成図である。水スク
ラバ等の基本構成は図２と同様の構成である。図１にお
いて(C)は反応筒であり、(1)，(2)は断熱材、(3)は電気
ヒータである。

【００２４】半導体製造過程で出されるガスは水可溶性
成分を随伴しているので、先述のように水スクラバでそ
れらを水洗除去して、水不溶性のＳｉＨ₄のような熱分
解性ガスを熱交換機能を有したガス導入管(A)より導入
させる。(4)はガス導入管(A)の導入口である。

【００２５】一方、空気導入口(B)より排ガスの濃度や
風量に対し理論的に酸化分解に要する量以上の過剰空気
を吹き込む。その結果、ガス導入管(A)の上端付近にお
いて熱分解性ガスと空気が混合し、酸化反応を起こす。
ここで、図２の場合と異なり、直接反応筒(C)内に空気
を吹き込んだのは、後述のように反応筒(C)内において
熱分解性ガスと空気を効率良く混合することができるた
め、あえて両者の接触距離を長くして混合させる必要が
ないからである。

【００２６】酸化反応の過程はガス導入管(A)の外側の
反応筒(C)空間にまで及び、反応により生成したＳｉＯ₂
等の粉塵がガス導入管(A)の上部や、反応筒(C)とガス導
入管(A)との間の空間に付着，堆積し、このまま放置す
れば先述のように通気抵抗が高くなる。

【００２７】そこで本発明では導入管(A)の内面又は外
面又はその両方に対し、僅かな間隔を持たせた撹拌棒
(D),(E)を配し、それぞれの撹拌棒(D),(E)の上端を装置
上部に備えられたモータ(6)と回転軸(7)を介して接続さ
れた回転板(8)に取り付けている。

【００２８】撹拌棒(D),(E)とガス導入管(A)との間隔は
適宜調整すればよいが、１ｍｍ〜２ｍｍが好適であっ
た。また、撹拌棒(D),(E)の材質もＳＵＳが好適である
が、耐熱性があり、十分な機械強度，熱衝撃強度の得ら
れる材質であれば他の材質、例えばアルミナ，ムライト
等のセラミック等を使用することができる。

【００２９】また、撹拌棒の配置や本数，長さ，形状等
はガス成分（組成）や濃度，風量等に応じて適宜変更す
ればよい。したがって、配置として導入管の内側の内側
撹拌棒のみを有する場合や、導入管の外側の外撹拌棒の
みを有する場合や、内側撹拌棒と外撹拌棒の両方を有し
ている場合がある。撹拌棒の回転に伴う乱流により空気
とガスとがすばやく混合される効果は、煙を導入した試
験で目視により確認することができた。

【００３０】撹拌棒の形状は円柱状，角柱状，板状等が
考えられる。撹拌棒の本数は１〜６本程度が好適であ
る。本数が多いほど、ガスの通過空間を狭めることにな
ると共に、熱歪による変形によりガス導入管壁との接触
の危険性も増すからである。

【００３１】モータ(6)を駆動させると回転体(8)に取り
付けられた各撹拌棒(D),(E)が同心円状に回転する。す
なわち、内側撹拌棒(D)は筒状のガス導入管(A)の内面に
対し約１〜２ｍｍの間隔を保ちつつガス導入管(A)内側
で内面に沿って回転し、外側撹拌棒(E)は導入管(A)の外
面に対し約１〜２ｍｍの間隔を保ちつつガス導入管(A)
外側で外面に沿って回転する。

【００３２】撹拌棒(D),(E)の回転により乱流が生じて
熱分解性ガスと空気が混合され、反応が効率よく行われ
る。また、各撹拌棒(D),(E)がガス導入管(A)上部の内外
面に付着した粉塵を掻き落とすため、ガス導入管(A)上
部における粉塵の堆積を抑制し通気抵抗の増大を防止す
ることができる。掻き落とされた粉塵は、ガス排出口
(5)等を通って下部の水タンク(12)内に落ち、循環水の
排水とともに排水口から外部に排出される。

【００３３】以下、本発明を好適な実施例を用いてより
具体的に説明する。［実施例１］概要は上記した通りであるが、本実施例で
は内側撹拌棒(D)と外側撹拌棒(E)の両方を備えている。
内側撹拌棒(D)はガス導入管(A)の内面に対し約２ｍｍの
間隔を持たせて配され、外側撹拌棒(E)はガス導入管(A)
の外面に対し約２ｍｍの間隔を持たせて配されている。
内側撹拌棒(D)と外側撹拌棒(E)の本数は各２本とした。

【００３４】撹拌棒はＳＵＳ３０４製の１０ｍｍφの円
柱よりなり、内側撹拌棒(D)の長さは３００ｍｍ、外側
撹拌棒(E)の長さは６００ｍｍとした。モータ(6)による
撹拌棒(D),(E)の回転速度は３０ｒｐｍとした。

【００３５】本装置を稼働させて効果を調べた。シリン
ダー状の反応筒内壁表面温度を７００℃に設定した状態
で、中心部に設置したガス導入管(A)を通して濃度１０
００ｐｐｍのＳｉＨ₄，残部Ｎ₂からなる混合ガス１００
０リットル／ｍｉｎを下方から上方に向けて導入した。

【００３６】一方、空気導入口(B)から空気を３５リッ
トル／ｍｉｎを導入し、ガス導入管(A)の上端で熱分解
性ガスと空気とを接触させた。同時に撹拌棒の回転によ
りガス導入管(A)上部の内外層において熱分解性ガスと
空気とを混合撹拌し、乱流下でＳｉＨ₄は酸化分解さ
れ、ＳｉＯ₂を発生した。処理後の放出ガス中にはＳｉ
Ｈ₄は検知されなかった。

【００３７】ガス導入管(A)上部においてＳｉＯ₂粉塵は
１０分当たり２７ｇ生成したが、その間に通気抵抗を測
定した結果、ガス導入前の段階で６ｍｍＡｑ（mmH₂O)、
除害作業経過５時間後で１０ｍｍＡｑであり、除害作業
の前後においてあまり変化はなかった。

【００３８】装置稼働１０時間経過後に加熱を停止して
降温させ、ガス導入を停止した後に装置を解体して内部
を目視観察したところ、ガス導入管上部を中心にＳｉＯ
₂粉塵は極く薄く白色を示す程度であり、堆積状態は認
められなかった。

【００３９】［実施例２］アルミナ製の８ｍｍφの円柱
よりなり、長さ２００ｍｍの内側撹拌棒(D)３本を導入
管(B)内壁から２ｍｍの間隔を開けて配した。外側撹拌
棒(E)は使用しなかった。

【００４０】ＳｉＨ₄が８００ｐｐｍ，ＰＨ₃が２０ｐｐ
ｍ，Ｂ₂Ｈ₆が１０ｐｐｍ，残部がＮ₂からなる混合ガス
を６００リットル／ｍｉｎでガス導入管の下方から上方
に向けて導入した。また、空気を３０リットル／ｍｉｎ
の割合で供給した。

【００４１】反応筒内壁温度は７２０℃とし、モータに
よる撹拌棒(D)の回転数は２５ｒｐｍとした。

【００４２】処理後の放出ガス中の残存量はＳｉＨ₄が
１ｐｐｍが確認されたが、ＰＨ₃とＢ ₂Ｈ₆は検出可能値
以下であった。

【００４３】また、通気抵抗はガス導入前は６ｍｍＡq
であったが、除害処理５時間後は８ｍｍＡqであり、ほ
とんど変化がなかった。また、装置稼働１０時間経過後
に加熱を停止して降温させ、ガス導入を停止した後に装
置を解体して内部を目視観察したところ、ガス導入管上
部を中心にＳｉＯ₂粉塵は極く薄く白色を示す程度であ
り、堆積状態は認められなかった。

【００４４】［比較例］撹拌機構(6),(7),(8),(D),(E)
を使用しない以外は実施例１と同一条件で除害装置を稼
働させてＳｉＨ₄の除害試験を行った。その間における
放出ガス中の残存ＳｉＨ₄は３〜８ｐｐｍに達した。通
気抵抗はガス導入前の段階で６ｍｍＡｑ、除害作業経過
５時間後で４５ｍｍＡｑであり、除害作業の前後におい
て大きく増えていることがわかる。

【００４５】装置稼働１０時間経過後に加熱を停止して
降温させ、ガス導入を停止した後に装置を解体して内部
を目視観察したところ、ガス導入管(A)上部は殆どＳｉ
Ｏ₂粉塵の堆積で詰まっており、ガス導入管の外側と反
応筒内壁との間の空間にもＳｉＯ₂粉塵が綿菓子状に付
着していた。逆に、下部の水タンクからの排水は粉塵に
より濁った程度の状態に止まった。

【００４６】

【発明の効果】以上述べたように本発明により、半導体
製造排ガスの除害装置において、反応筒のガス導入管内
外で乱流を発生させて排ガスと空気との混合を促進する
ことにより反応効率を向上させると共に、除害装置の粉
塵堆積を少なくして通気抵抗の高まりを防止し、粉塵除
去作業の頻度を少なくして生産性を向上させることがで
きた。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の構成の概要を示した図。

【図２】電熱加熱酸化分解法による現在の排ガス除害装
置の概略断面図。

【符号の説明】

(A) ガス導入管 (B) 空気導入口 (C) 反応筒 (D) 内側撹拌棒 (E) 外側撹拌棒 (1) 断熱材 (2) 断熱材 (3) 電気ヒーター (4) ガス導入管の導入口 (5) ガス排出口 (6) モータ (7) 回転軸 (8) 回転体 (11) 水スクラバ (F1) 半導体製造排ガス (F2) 水洗排ガス (F3) 熱分解排ガス (F4) 清浄排ガス

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】水溶性成分ガス又は加水分解成分ガスの
少なくともいずれか一方と酸化熱分解成分ガスを含む半
導体製造排ガス中の水溶性成分ガス又は／及び加水分解
成分ガスを除去する水スクラバと、水洗排ガス中の酸化
熱分解成分ガスを酸化熱分解する酸化加熱分解装置とを
有する半導体製造排ガス除害装置であって、酸化加熱分解装置の反応筒内に水洗排ガスを下部より上
方に向けて導入する筒状のガス導入管の内面又は外面の
少なくともいずれか一方に沿って非接触状態で円周状に
移動する撹拌棒を備えていることを特徴とする半導体製
造排ガス除害装置。
【請求項２】撹拌棒は鉄合金製又はセラミック製であ
り、撹拌棒の本数は１本以上６本以下であることを特徴
とする請求項１の半導体製造排ガス除害装置。