JPH10249143A - 排ガスの処理方法 - Google Patents

排ガスの処理方法

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JPH10249143A
JPH10249143A JP9059458A JP5945897A JPH10249143A JP H10249143 A JPH10249143 A JP H10249143A JP 9059458 A JP9059458 A JP 9059458A JP 5945897 A JP5945897 A JP 5945897A JP H10249143 A JPH10249143 A JP H10249143A
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昭彦 新田
Tadaharu Watanabe
忠治 渡辺
Yoshiaki Sugimori
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 シランと共にアルシン,ホスフィン,ジボラ
ン等のシラン以外の揮発性無機水素化物を含む排ガスを
効率よく安全に除害処理することができる排ガスの処理
方法を提供する。 【解決手段】 有害成分として、シランを含有するとと
もに、アルシン,ホスフィン,ジボラン等の揮発性無機
水素化物の少なくとも一種を含む排ガスの除害処理方法
であって、あらかじめシランを接触させてシランに対す
る除害能力を低下させた酸化第二銅を反応主成分とする
除害剤に前記排ガスを接触させた後、該排ガスをバーナ
ー火炎中に導入して燃焼処理を行う。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、排ガスの処理方法
に関し、詳しくは、有害成分として、多量のシランを含
有するとともに、アルシン,ホスフィン,ジボラン等の
揮発性無機水素化物の少なくとも一種を含む排ガスを無
害化するための排ガスの処理方法に関する。
【0002】
【従来の技術】半導体製造工程の各製造装置では、原料
ガスとしてシラン,アルシン,ホスフィン,ジボラン等
の有害な揮発性無機水素化物を使用しているため、各製
造装置からの排ガスを集合させてまとめて除害処理を行
ってから排出するようにしている。これらの揮発性無機
水素化物の中でも、シランの使用量が多いので、排ガス
中には、シランが多量に含まれており、これに、アルシ
ン,ホスフィン,ジボラン等が混合した状態になってい
る。
【0003】前記揮発性無機水素化物の除害処理として
は、酸化銅等の金属酸化物や水酸化銅等を反応主成分と
した固体除害剤を除害筒内に充填し、ここに前記排ガス
を流通させて固体除害剤と揮発性無機水素化物とを接触
させて除害する乾式除害法が知られている。
【0004】しかし、半導体製造工程では、多くの装置
で大量のシランが使われるため、その排出量も多く、シ
ラン濃度の高い排ガスを大量に処理しなければならな
い。前記乾式除害法は、設備と処理操作とが簡便ではあ
るが、シラン濃度の高い排ガスを処理しようとすると、
除害筒内の偏流や閉塞等の問題があり、また、大量の排
ガスを処理するために固体除害剤も頻繁に交換しなけれ
ばならず、それを回避するためには除害筒が巨大なもの
となってしまい、現実的ではなくなる。
【0005】このため、処理するシランの量が多く、そ
の濃度も高い排ガスを大量に除害処理する際には、排ガ
スを燃焼炉に導入してバーナー火炎中でシランを燃焼さ
せ、シランを無害な酸化ケイ素と水とに分解して除害す
る燃焼除害法が多く用いられている。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】前記燃焼除害法は、多
量の揮発性無機水素化物を処理することができ、特に、
多量のシランを含む排ガスを処理するには好適である
が、半導体製造工程から排出される排ガス中には、通
常、シランと共に少量のシラン以外の揮発性無機水素化
物も含まれているため、これをそのまま燃焼処理する
と、有害物質が生成することがある。例えば、多量のシ
ランに少量のアルシンを含む排ガスを燃焼処理すると、
有毒なヒ素の酸化物を生成するので、燃焼生成物の廃棄
にあたっては、さらに別の除害処理を行わなければなら
なかった。また、ホスフィンを含む排ガスの場合は、こ
れを燃焼処理すると吸湿性を有するリンの酸化物が生成
し、これが配管内やバグフィルター内に付着して正常な
運転に影響を与えるおそれがあった。
【0007】しかし、多くの半導体製造装置から排出さ
れる様々な排ガスを、含まれる有害成分毎に分別捕集
し、別々に除害処理するのは配管系も複雑となり、除害
設備も多くなって不経済である。
【0008】そこで本発明は、シランと共にアルシン,
ホスフィン,ジボラン等のシラン以外の揮発性無機水素
化物を含む排ガスを効率よく安全に除害処理することが
できる排ガスの処理方法を提供することを目的としてい
る。
【0009】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明の排ガスの処理方法は、有害成分として、シ
ランを含有するとともに、アルシン,ホスフィン,ジボ
ラン等の揮発性無機水素化物の少なくとも一種を含む排
ガスの除害処理方法であって、あらかじめシランを接触
させてシランに対する除害能力を低下させた酸化第二銅
を反応主成分とする除害剤に前記排ガスを接触させた
後、該排ガスをバーナー火炎中に導入して燃焼処理を行
うことを特徴としている。さらに、本発明は、前記除害
剤が、アルミナ担体に前記酸化第二銅を70重量%以上
担持させたものを含むことを特徴としている。
【0010】本発明者らの考究結果によれば、揮発性無
機水素化物に対して除害作用を有する酸化第二銅は、揮
発性無機水素化物の中でもシランに対しては特異な反応
性を示すことが判明した。まず、酸化第二銅は、シラン
以外の揮発性無機水素化物に対しては優れた除害効果を
有しているものの、シランに対しては処理量が少なく、
除害効果が劣ること、また、排ガス中にシランとシラン
以外の揮発性無機水素化物が混在している場合、酸化第
二銅は、シランを優先的に除害してシラン以外の揮発性
無機水素化物の除害効果を低下させることが判った。
【0011】すなわち、酸化第二銅をアルミナ担体に担
持させた除害剤を充填した充填筒に、有害成分としてシ
ランやシラン以外のアルシン,ホスフィン,ジボラン等
の揮発性無機水素化物を含有する各種ガスを導入し、充
填筒から導出するガスをモニターして各有害成分濃度が
急上昇する時点を破過点として破過挙動を調べたとこ
ろ、以下に示す特異な現象が観察された。
【0012】図2は、シラン及びアルシンをそれぞれ単
独に1%ずつ含むガスを前記除害剤を充填した充填筒に
導入したときの出口ガスのシラン及びアルシンの濃度変
化(破過曲線)を示すものである。この図から、アルシ
ンの破過(アルシン破過点)までの時間に比べて、シラ
ン破過点までの時間が短いことが分る。すなわち、この
酸化第二銅を反応成分とする除害剤は、アルシンに対し
ては十分な除害能力を有しているが、シランに対する除
害能力が劣っていることが判る。この原因は、アルシン
は除害剤の内部まで反応が進むが、シランは除害剤の表
面のみでしか反応せず、除害剤内部まで反応が進まない
ためであろうと考えられる。なお、図示は省略するが、
ホスフィンやジボランもアルシンと同程度の破過時間が
得られる。
【0013】次に、図3は、ガス中にシラン1%とアル
シン1%とを含むガスの場合の破過曲線を示すものであ
る。シランの破過曲線は、アルシンを含まないときとほ
とんど変わらず、アルシンの共存の影響は無い。しか
し、アルシンの破過時間は、シランの共存によって大幅
に短くなっていることが判る。これは、シランが酸化銅
と選択的に反応するとともに、その反応熱による温度上
昇のためにアルシンの処理能力が低下するものと推察さ
れる。
【0014】そこで、シランとの反応が起こらないよう
に、シランが破過した後の酸化第二銅からなる除害剤を
充填した充填筒に、シラン1%とアルシン1%とを含む
ガスを導入したところ、図4の破過曲線に示すように、
アルシンの破過時間は、アルシン単独のときと同じ程度
までとなった。
【0015】これらの現象から、酸化第二銅は、初期に
はシランを優先的に除害するが、その処理量は少ないこ
と、シランの除害処理を行った後の酸化第二銅は、本質
的にアルシンの処理能力に影響を与えないことが判明し
た。さらに、アルシンの他、ホスフィンやジボランにつ
いても同様の結果が得られた。
【0016】したがって、酸化第二銅は、これをそのま
ま用いてシランを含むガスの除害処理を行うと、シラン
以外の有害成分に対する除害能力が低下してしまうが、
あらかじめ少量のシランを用いてシランに対する除害能
力を破過させておくと、シランに対してはもはや反応し
ないが、アルシン等に対する除害能力は有するものとな
る。すなわち、多量のシランと少量のシラン以外の揮発
性無機水素化物とを含むガスを酸化第二銅に接触させる
と、シラン以外の揮発性無機水素化物を除害処理(分離
除去)してシランのみを含むガスが得られることにな
り、このシランのみを含むガスを燃焼処理することによ
り、有害物質を生成させずにシランの除害処理を行える
ことになる。
【0017】このことから、シランを含有するととも
に、アルシン,ホスフィン,ジボラン等の揮発性無機水
素化物の少なくとも一種を含む排ガスの除害処理を行う
にあたっては、前述のように、あらかじめシランを破過
させるシラン処理を行った酸化第二銅を反応主成分とす
る除害剤に排ガスを接触させてシラン以外の揮発性無機
水素化物を除去した後、ガス中に残存するシランを燃焼
処理によって除害することにより、シランと共にシラン
以外の揮発性無機水素化物を含む排ガスを効率よく安全
に除害処理することができる。
【0018】また、除害剤の主成分となる酸化第二銅
は、任意の状態,形状で使用することができるが、酸化
第二銅をアルミナ担体に70重量%以上担持させたもの
を用いることにより、比表面積の増大等によって処理効
率を大幅に向上させることができる。
【0019】
【実施例】
実施例1 実験装置として、図1に示す構成の除害装置を作成し
た。この除害装置は、内径43mmのステンレス製の充
填筒1と、内径151mmの燃焼炉2の上部にバーナー
3を配設した燃焼除害装置4とを備えている。充填筒1
の出口側には、ガス検知器(日本酸素製HD−1)5と
ガスクロマトグラフィー(島津製作所製GC−8A)6
とを設置し、充填筒1から導出したガスの組成を測定し
た。燃焼除害装置4の下流側には、燃焼生成物を搬送し
て捕捉するためのポンプ7とバグフィルター8とを設置
した。また、バーナー3には、燃料及び支燃性ガスとし
て管9からプロパンを毎分0.3リットル、管10から
空気を毎分41リットルの割合でそれぞれ供給し、形成
された燃焼火炎の中央部に試験ガスを毎分15〜20リ
ットルの割合で噴出させるようにした。
【0020】市販のアルミナ担体に酸化第二銅を70重
量%担持させて直径約5mmのペレットからなる除害剤
を作成し、この除害剤380gを前記充填筒1内に充填
した。このときの充填高さは200mmになった。
【0021】最初に、前処理として、シラン1%を含む
窒素ガスを、管11から毎分2.6リットルの流量で充
填筒1内に導入し、充填筒1の出口側の管12に導出さ
れたガスのシラン濃度を前記ガス検知器5でモニターし
た。ガス導入後、4時間50分で出口ガス中のシラン濃
度が5ppmとなり、シランに対する除害能力が破過し
たのでシラン含有窒素ガスの導入を止めた。
【0022】上記前処理(シラン処理)を行った後、窒
素ガスのみを24時間流して充填筒1内をパージした。
次に、窒素ガス中にシラン1%とアルシン5000pp
mとを含む試験ガスを充填筒1に導入するとともに、充
填筒1から導出したガスを管12を介して燃焼除害装置
4に導入し、バーナー3の火炎により燃焼処理を行っ
た。
【0023】充填筒1の出口ガスをガスクロマトグラフ
ィー6で測定した結果、シランはガス導入直後から略1
%の濃度を示し、充填筒1内では処理されていないこと
が判った。また、アルシンは、36時間処理した後に
0.03ppmの濃度に上昇して破過状態となった。こ
のときのアルシンの処理量は、除害剤1kg当たり75
リットルであった。一方、燃焼除害装置4の出口側の管
13に導出したガス及びバグフィルター8で捕捉した固
形物を分析したが、アルシンが破過するまでの間、これ
らのいずれにもヒ素は検出されなかった。さらに、バグ
フィルター8から管14に導出されたガスからは、シラ
ン,アルシンの両者共、検出されなかった。
【0024】なお、図1中、符号15は燃焼除害装置4
におけるパージガス導入用の管、16は燃焼ガス冷却用
空気を導入するための管である。
【0025】比較例1 実施例1において、前処理(シラン処理)を行わなかっ
た以外は実施例1と同様の操作を行った。その結果、8
時間10分後に、充填筒1から導出されるガス中にアル
シンが検出された。このときのアルシンの処理量は、除
害剤1kg当たり17リットルであった。また、これ以
降は、燃焼除害装置4の出口側でヒ素が検出された。
【0026】実施例2 実施例1において、アルミナ担体に担持させる酸化第二
銅の量を、40重量%,50重量%,60重量%とし
て、それぞれにおける除害剤1kg当たりのアルシンの
処理量を測定した。その結果を以下に示す。 酸化第2銅の担持量[重量%] 40 50 60 アルシンの処理量[リットル] 30 38 51
【0027】実施例3 試験ガスとして、窒素ガス中にシラン1%とホスフィン
5000ppmとを含むガスを使用した以外は、実施例
1と同様に操作を行った。充填筒の出口ガスには、試験
ガス導入直後から略1%のシランが検出され、ホスフィ
ンは、29時間30分後に0.3ppmとなった。この
ときのホスフィンの処理量は、除害剤1kg当たり60
リットルであった。また、ホスフィンが破過するまでの
間、燃焼除害装置の出口側のガスからはリンは検出され
なかった。
【0028】比較例2 実施例3において、シラン処理を行わなかった以外は実
施例3と同様の操作を行った。その結果、7時間20分
後に、充填筒から導出されるガス中にホスフィンが検出
された。このときのホスフィンの処理量は、除害剤1k
g当たり15リットルであった。また、これ以降は、燃
焼除害装置の出口側でリンが検出された。
【0029】実施例4 試験ガスとして、窒素ガス中にシラン5000ppm,
アルシン2000ppm,ホスフィン3000ppm,
ジボラン50ppmを含むガスを使用した以外は、実施
例1と同様に操作を行った。その結果、充填筒の出口ガ
スからは、試験ガス導入直後から略1%のシランが検出
されたが、その他のガスは検出されなかった。また、燃
焼除害装置の出口側のガスからは、ヒ素,リン,ホウ素
は検出されなかった。
【0030】
【発明の効果】以上説明したように、本発明の排ガスの
処理方法によれば、半導体製造工程から排出される各種
揮発性無機水素化物を含む排ガスを効率よく安全に低コ
ストで除害処理することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 実施例で使用した実験装置の系統図である。
【図2】 シラン及びアルシンをそれぞれ単独で含むガ
スを除害処理したときの破過曲線を示す図である。
【図3】 シランとアルシンとを含むガスを除害処理し
たときの破過曲線を示す図である。
【図4】 前処理としてシラン処理を行った後に、シラ
ンとアルシンとを含むガスを除害処理したときの破過曲
線を示す図である。
【符号の説明】
1…充填筒、2…燃焼炉、3…バーナー、4…燃焼除害
装置、5…ガス検知器、6…ガスクロマトグラフィー、
7…ポンプ、8…バグフィルター

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 有害成分として、シランを含有するとと
    もに、アルシン,ホスフィン,ジボラン等の揮発性無機
    水素化物の少なくとも一種を含む排ガスの除害処理方法
    であって、あらかじめシランを接触させてシランに対す
    る除害能力を低下させた酸化第二銅を反応主成分とする
    除害剤に前記排ガスを接触させた後、該排ガスをバーナ
    ー火炎中に導入して燃焼処理を行うことを特徴とする排
    ガスの処理方法。
  2. 【請求項2】 前記除害剤は、アルミナ担体に酸化第二
    銅を70重量%以上担持させたものを含むことを特徴と
    する請求項1記載の排ガスの処理方法。
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2000060286A1 (fr) * 1999-04-06 2000-10-12 Shin-Etsu Chemical Co., Ltd. Bruleur et four a combustion de combustion et d'hydrolyse a la flamme, et procede de combustion correspondant
US6962677B2 (en) 2001-04-20 2005-11-08 Nec Lcd Technologies, Ltd. Method and apparatus for combustion harmfulness-elimination of PFC gas

Cited By (2)

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WO2000060286A1 (fr) * 1999-04-06 2000-10-12 Shin-Etsu Chemical Co., Ltd. Bruleur et four a combustion de combustion et d'hydrolyse a la flamme, et procede de combustion correspondant
US6962677B2 (en) 2001-04-20 2005-11-08 Nec Lcd Technologies, Ltd. Method and apparatus for combustion harmfulness-elimination of PFC gas

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