JPH1038245A - ガス流から有害物質を除去する方法 - Google Patents

ガス流から有害物質を除去する方法

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Abstract

(57)【要約】 【課題】 ガス流から有害物質を除去する方法、特に、
半導体処理室から出るガス流から非常に安定な過フルオ
ロカーボンを燃焼によって除去する方法を提供すること
にある。 【解決手段】 ガス流から有害物質の燃焼分解方法は、
ガス流と添加した燃料ガスを混合物として、有孔ガスバ
ーナの出口面によって囲まれた燃焼帯域（４）に噴射
し、同時に、燃料ガスと空気／酸素混合物を有孔ガスバ
ーナに供給して出口面で燃焼を行わせ、生じた燃焼生成
物流を燃焼帯域から排出することからなり、酸素が、燃
焼帯域への混合物の導入前にガス流及び燃料ガスに添加
され、酸素／燃料ガス混合物が噴射箇所で燃焼すること
を特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する分野】本発明はガス流から有害物質を除
去する方法に関し、特に、半導体処理室から出るガス流
から非常に安定な過フルオロカーボンを燃焼によって除
去する方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】半導体装置の製造に使用され、且つかか
る製造が行われる室から抽出される多くの物質は有毒で
あり及び又は環境に有害であり、従って、排気ガス流が
大気に放出される前に該排気ガス流から洗浄されなけれ
ばならない。多数の異なるタイプの湿式又は乾式洗浄反
応器が提案されており、半導体産業に種々のものが商業
的に採用されている。例えば、我々の特許出願第ＷＯ８
９／１１９０５号には、我々のエドワードハイ バキュ
ーム国際部によって販売されている乾式化学反応器が開
示されており、該反応器は粒状物質の加熱充填チューブ
を有し、排気ガス流がこの粒状物に差し向けられ、そし
て粒状物質の加熱充填チューブは特に、シリコーンの第
１段階（排気ガス流が特に三フッ化窒素を含有するとき
銅の添加で）と、普通石灰の形態の酸化カルシウムの第
２段階とを含む。かかる反応器はかかる有毒物質の洗浄
について相当な商業的成功を納めた。
【０００３】アルゼタ コーポレーションの名前で所有
されている欧州特許第６９４，７３５号（その内容をこ
こに援用する）から、当該タイプの有害物質を排気ガス
流から燃焼によって除去することができることも知られ
ている。この先行特許には、排気ガス及び添加した燃料
ガスを有孔ガスバーナの出口面によって側方に囲まれた
燃焼帯域に噴射し、同時に、燃料ガス及び空気をバーナ
に供給して出口面で燃焼を行わせ、燃焼帯域から燃焼生
成物流を排出し、有孔ガスバーナに供給される燃料ガス
の量がＢＴＵベースで、添加した燃料ガスの量よりも多
く、空気の量は燃焼帯域に入るあらゆる可燃物の理論要
求よりも多い、有害物質の燃焼分解方法が記載されてい
る。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】先行の燃焼方法の中心
的な特徴は、排気ガス流と混合された燃料ガスをバーナ
の燃焼帯域へ供給する重要要求である。燃料ガスと排気
ガス流とのかかる予備混合により、過フルオロカーボン
の六フッ化エタン（Ｃ2 Ｆ6 ）の大変大きいそして効率
的な洗浄を可能にする。しかしながら、もっと安定な過
フルオロカーボンの四フッ化メタン（ＣＦ4 ）の洗浄と
関連した或る課題が残っている。上記の先行の燃焼洗浄
法の大きな利点は、それが燃焼室で達成することがで
き、それによって、形成されるＮＯx ガス副産物の形成
を抑制することができる最大温度を本質的に制限するこ
とである。しかしながら、比較的低い最大温度は最も安
定な過フルオロカーボンガス、特に四フッ化メタン（Ｃ
Ｆ4 ）の分解における制限要因になる。
【０００５】今、有孔ガスバーナへのガス流の導入前
に、排気ガス流に酸素を添加することにより、一般的に
は、四フッ化メタン（ＣＦ4 ）を含む過フルオロカーボ
ンガスのもっと効率的な燃焼を可能にすることが分かっ
た。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明によれば、ガス流
と添加した燃料ガスを混合物として、有孔ガスバーナの
出口面によって囲まれた燃焼帯域に噴射し、同時に、燃
料ガスと空気／酸素混合物を有孔ガスバーナに供給して
出口面で燃焼を行わせ、生じた燃焼生成物流を燃焼帯域
から排出し、酸素が、燃焼帯域への混合物の導入前にガ
ス流及び燃料ガスに添加され、酸素／燃料ガス混合物が
噴射箇所で燃焼する、ガス流から有害物質の燃焼分解方
法を提供する。一般には、酸素と燃料ガスが、燃焼帯域
への混合物の導入直前に混合されるべきである。これに
より、混合物の燃焼を、「フラッシュバック」の可能性
を少なくして最大にさせることができる。好ましくは、
混合は１つ又はそれ以上のパイプの中で行われ、パイプ
の端のノズルは、燃焼が起こる燃焼帯域に向かって混合
物の導入を行う。しかしながら、好ましくは、かかるノ
ズルはたった１つある。
【０００７】好ましくは、ガス流及び燃料ガスに添加さ
れる酸素は、燃焼帯域に噴射されるガス流全体のうちの
酸素濃度が１０乃至４０容量％、最も好ましくは、１５
乃至２５容量％であるような量である。好ましくは、
又、燃焼帯域に入るガス流のうちの燃料ガス濃度はガス
流に添加される酸素による燃焼に必要とされる理論量の
８０乃至１５０％である。燃料ガスと酸素の両方が、ガ
ス流が燃焼帯域に噴射される前に、ガス流に導入され
る。酸素については、これは酸素ランスによって排気ガ
ス流に導入されるのが好ましい。好ましくは、かかるラ
ンスのノズルは、排気ガス流を運ぶパイプ内に、燃焼帯
域へのガス流の噴射箇所の直前に位置決めされる。
【０００８】有利には、酸素ランスはガス流を運ぶパイ
プ内の同心の管からなる。有利には、又、酸素ノズルは
燃焼帯域へのガス流の噴射箇所の前でパイプの内径の
０．７乃至３倍の所に位置決めされる。燃料ガスについ
ては、これは燃焼帯域への流入前の任意都合のよい箇所
でガス流に添加することができる。しかしながら、特に
潜在的な燃焼性の理由で、酸素と燃料ガスの両方は燃焼
帯域への同時噴射前かなりの時間存在すべきではない。
酸素が上記の好ましい実施形態の上流でガス流に添加さ
れるならば、一般的には、燃料ガスが、排気ガス流を運
ぶパイプ内で終わり且つ燃焼帯域への排気ガス流の噴射
箇所の前でパイプの内径の０．７乃至３倍の所に位置決
めされガスノズルによってガス流に導入されるのが好ま
しい。
【０００９】ガス流に添加される（又は有孔バーナ操作
に使用される）燃料ガスは好ましくは、炭素系で、例え
ばメタン、プロパン、又はブタンもしくは少なくとも、
メタン、プロパン又はブタンを支配的に含有する混合物
である。ガス流用及びバーナ用の燃料ガスは同じである
のが好ましいが、適当ならば異なっていてもよい。有孔
バーナに供給される混合物は燃料ガスと空気の混合物で
あるのが好ましい。一般には、混合物は燃料ガスよりも
１０乃至８０％理論過剰の空気を有するのが好ましい。
本発明のより良い理解のために、本発明の方法において
使用されるガス流入口をもった炉を概略的に示す添付図
面を単なる例示として今参照する。
【００１０】
【発明の実施形態】図面は欧州特許第６９４，７３５号
に記載されたのと同じ一般的なタイプの炉、特に前記特
許の図３の炉を示す。炉は頂プレート２を有する実質的
に円筒係合のスチールシェル１を備え、セラミックマト
リックス及び又は金属繊維の支持付き密着多孔質層で作
られた円筒スクリーン３が頂プレート２から垂下して欧
州特許第６９４，７３５号に記載されたのと同じ一般的
なタイプの有孔バーナ４を形成する。従って、シェル１
とスクリーン３との間にプレナム容積５が形成され（そ
してこのプレナム容積は頂プレート２及び下環状プレー
ト６によって閉鎖される）、燃料／ガス混合物は１つ又
はそれ以上のノズル７からプレナム容積５に供給されて
有孔バーナの燃焼帯域に供給され、使用中、スクリーン
の内面に火炎が形成される。
【００１１】頂プレート２は、導入前に、燃料ガス及び
酸素と混合された排気ガス流をバーナ４に導入するため
の複数のパイプ８を密封的に収容する。パイプ８内に同
心的に位置決めされた酸素ランス９によって酸素
（Ｏ2 ）源から酸素の導入が行われる。ランス９は酸素
ガスをパイプ８の中へ導入することができるノズル１０
を有し、該ノズル１０はバーナ４への排気ガス流の噴射
箇所１１からパイプ８の直径の２倍の所に位置する。こ
の例では、排気ガス流への酸素の導入の上流で燃料とし
てメタンの排気ガス流への導入が行われ、供給源１２か
らパイプ系統１３を経てパイプ８にメタンが供給され
る。図面に示すタイプの炉と関連して本発明の方法の使
用を例示するために、燃料ガス／空気混合物をプレナム
容積５に供給し、スクリーン３の中に拡散した後、スク
リーン３の内面で、即ち多孔バーナ４内で着火した。
【００１２】洗浄すべき排気ガス流を、図面を参照して
上述した方法でバーナ４への導入前に、バーナの上流で
燃料ガスと混合し且つ酸素と混合した。表は本発明に従
ってガス流に加えられる燃料ガスとしてのメタン（ＣＨ
4 ）及び酸素の量を種々変えて、窒素キャリヤーガス中
の過フルオロカーボン（ＰＦＣ）を有するガス流から過
フルオロカーボンを洗浄する種々のテストの結果を示
し、過フルオロカーボンは四フッ化メタン（ＣＦ4 ）、
六フッ化硫黄（ＳＦ6 ）、三フッ化窒素（ＮＦ3)及び六
フッ化エタン（Ｃ2 Ｆ6 ）のうちの１つである。
【００１３】
【表１】 表 テスト PFC CH4流 N2流 PFC 流 O2流 ％ 番号 ガス (slpm)* (slpm)* (slpm)* (slpm)* 分解 １ CF4 ０ ５０ １ ０ ０ ２ CF4 ９ ５０ １ ０ ０ ３ CF4 ０ ５０ １ １４ ０ ４ CF4 ９ ５０ １ １４ ９５ ５ SF6 ０ ５０ １ ０ ０ ６ SF6 ９ ５０ １ ０ ４５ ７ SF6 ９ ５０ １ １４ １００ ８ NF3 ０ ５０ １ ０ ６９ ９ NF3 ６ ５０ １ １０ １００ 10 C2F6 ０ ５０ 1.６ ０ ０ 11 C2F6 ９ ５０ 1.６ ０ ５４ 12 C2F6 ９ ５０ 1.６ １４ １００ 表に示す結果は、四フッ化メタン（ＣＦ4 ）、六フッ化
硫黄（ＳＦ6 ）、三フッ化窒素（ＮＦ3)及び六フッ化エ
タン（Ｃ2 Ｆ6 ）では、窒素ガス流からのこれらの有害
物質の少なくとも９５％の分解レベルが、バーナへのガ
ス流の導入前に燃料ガス、即ちメタン（ＣＦ4 ）と酸素
の両方の組み合わせでガス流の中に存在する場合にのみ
達成された。これは特に、ＰＦＣガスのうち最も安定な
もの、即ち四フッ化メタンを洗浄する際に本発明の有用
性を確認した。
【００１４】好結果のテストはすべてガス流中の酸素濃
度が少なくとも９５％であり、そしてガス流に加えられ
る酸素に必要とされる燃料ガス（メタン）濃度が約１３
０％の理論量であった（後者の数字は理論燃焼のための
各メタン分子に必要とされる２酸素分子に基づかれ
る）。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の方法において使用されるガス流入口を
もった炉を概略的に示す断面図である。
【符号の説明】
４ バーナ ７ ノズル ８ パイプ ９ 酸素ランス １０ ノズル １１ 噴射箇所
フロントページの続き (72)発明者 アンドリュー ジェームズ シーリー イギリス ブリストル ビーエス８ １ビ ーエヌ クリフトン クリフトン ヒル ５ フラット ５

Claims (11)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 ガス流と添加した燃料ガスを混合物とし
    て、有孔ガスバーナの出口面によって囲まれた燃焼帯域
    に噴射し、同時に、燃料ガスと空気／酸素混合物を有孔
    ガスバーナに供給して出口面で燃焼を行わせ、生じた燃
    焼生成物流を燃焼帯域から排出し、酸素が、燃焼帯域へ
    の混合物の導入前にガス流及び燃料ガスに添加され、酸
    素／燃料ガス混合物が噴射箇所で燃焼する、ガス流から
    有害物質の燃焼分解方法。
  2. 【請求項２】 ガス流及び燃料ガスに添加される酸素
    は、燃焼帯域に噴射されるガス流全体のうちの酸素濃度
    が１０乃至４０容量％であるような量である、請求項１
    に記載の方法。
  3. 【請求項３】 ガス流及び燃料ガスに添加される酸素
    は、燃焼帯域に噴射されるガス流全体のうちの酸素濃度
    が１５乃至２５容量％であるような量である、請求項２
    に記載の方法。
  4. 【請求項４】 燃焼帯域に入るガス流のうちの燃料ガス
    濃度はガス流に添加される酸素による燃焼に必要とされ
    る理論量の８０乃至１５０％である、以上の請求項の任
    意の１つに記載の方法。
  5. 【請求項５】 酸素は酸素ランスによって排気ガス流に
    導入される、以上の請求項の任意の１つに記載の方法。
  6. 【請求項６】 ランスのノズルは、排気ガス流を運ぶパ
    イプ内に、燃焼帯域へのガス流の噴射箇所の直前に位置
    決めされる、請求項５に記載の方法。
  7. 【請求項７】 酸素ノズルは燃焼帯域への排気ガス流の
    噴射箇所の前でパイプの内径の０．７乃至３倍の所に位
    置決めされる、請求項６に記載の方法。
  8. 【請求項８】 燃料ガスが、排気ガス流を運ぶパイプ内
    で終わり且つ燃焼帯域への排気ガス流の噴射箇所の前で
    パイプの内径の０．７乃至３倍の所に位置決めされガス
    ノズルによって排気ガス流に導入される、請求項６又は
    ７に記載の方法。
  9. 【請求項９】 排気ガス流は窒素キャリヤーガス中に少
    なくとも１つの有害物質を有する、以上の請求項の任意
    の１つに記載の方法。
  10. 【請求項１０】 混合物のうちの燃料ガスは炭化水素で
    ある、以上の請求項の任意の１つに記載の方法。
  11. 【請求項１１】 燃料ガスがメタン、プロパン又はブタ
    ンのうちの１つである、請求項９に記載の方法。
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