JPH11319485A

JPH11319485A - 過弗化物の処理方法及びその処理装置

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Publication number: JPH11319485A
Application number: JP10323145A
Authority: JP
Inventors: Kazuyoshi Irie; 一芳入江; Toshihiro Mori; 俊浩森; Hisao Yokoyama; 久男横山; Takayuki Tomiyama; 高行富山; Toshihide Takano; 利英高野; Shin Tamada; 玉田　　慎; Shuichi Sugano; 周一菅野
Original assignee: Hitachi Engineering Co Ltd; Hitachi Ltd; Hitachi Kyowa Engineering Co Ltd
Current assignee: Hitachi Engineering Co Ltd; Hitachi Ltd; Hitachi Kyowa Engineering Co Ltd
Priority date: 1997-11-14
Filing date: 1998-11-13
Publication date: 1999-11-24
Anticipated expiration: 2018-11-13
Also published as: JP3217034B2

Abstract

(57)【要約】【課題】触媒層の閉塞を防止して過弗化物の分解反応を
向上する。【解決手段】過弗化物（ＰＦＣ）及びＳｉＦ₄が含まれ
る半導体製造装置の排ガスが、前置スプレー１１内に導
入されて水と接触され、ＳｉがＳｉＯ₂となって除去さ
れる。前置スプレー１１から排出された排ガスは、反応
水と混合され、加熱器１２によって７００℃の温度に加
熱される。その後、ＰＦＣを含む排ガスは、アルミナ系
触媒が充填された触媒層１４に導かれる。ＰＦＣは触媒
によってＨＦとＣＯ₂に分解される。触媒層１４から排
出されたＣＯ₂及びＨＦを含む高温の排ガスは、冷却装
置１６内で冷却される。その後、排ガスは除去装置１７
に導かれ、ＨＦが除去される。排ガス中のＳｉが除去さ
れるので、ＳｉＦ₄と反応水との反応で生成されるＳｉ
Ｏ₂によって触媒層１４が閉塞することを防止できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、過弗化物の処理方
法及びその処理装置に係り、特に半導体製造工場の排ガ
ス中に含まれる過弗化物（以下、ＰＦＣと称す）の処理
に適用するのに好適な過弗化物の処理方法及びその処理
装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】半導体製造プロセスでは、ドライエッチ
ング工程の場合はエッチングガスにＣＦ₄等、ＣＶＤ工
程の場合はクリーニングガスにＣ₂Ｆ₆等、人体に無害で
爆発性がなく取り扱いの容易なＰＦＣガスを使用してい
る。これらのＰＦＣガスはエッチング装置又はＣＶＤ装
置に導入後、高電圧のプラズマ放電によって電離され、
活性ラジカルの状態でウェーハのエッチング又はクリー
ニングを行う。しかし、実際にエッチングやクリーニン
グで消費されるガス量は数〜数十ｖｏｌ％で、残りは未
反応のまま系外に排出されている。

【０００３】弗素原子は原子半径が小さく結合力が強い
ため、その化合物であるＰＦＣは安定な物性を有する。
ＰＦＣは、塩素を含まないＦＣ(フルオロカーボン)やＨ
ＦＣ（ヒドロフルオロカーボン）のフロンと、三弗化窒
素（ＮＦ₃），六弗化硫黄（ＳＦ₆）などの過弗化物
で、表１に主なＰＦＣ名とその物性及び利用状況などを
示す。

【０００４】

【表１】

【０００５】ＰＦＣは塩素を含まず、分子構造がコンパ
クトで結合力も強いので、大気中に長時間安定に存在す
る。例えばＣＦ₄が５０,０００年、Ｃ₂Ｆ₆が１０,００
０年、ＳＦ₆が３,２００年と寿命が長い。しかし、温
暖化係数が大きく、ＣＯ₂と比較してＣＦ₄が６,５０
０倍、Ｃ₂Ｆ₆が９,２００倍、ＳＦ₆が２３,９００倍で
ある。このため、地球温暖化の原因として削減が求めら
れているＣＯ₂に比べて放出量は少ないものの、近い将
来の放出規制は必至とみられる。この場合、現状のＰＦ
Ｃ放出の大半を占める半導体製造工場での排気対策が重
要になる。

【０００６】現在の半導体製造工場では、例えばエッチ
ング工程による場合、チャンバーにエッチング用のＰＦ
Ｃガスを供給し、ＰＦＣにプラズマを印加してその一部
を腐食作用の高いフッ素原子に変えて、シリコンウェハ
ーのエッチングを行う。チャンバー内の排ガスは真空ポ
ンプで連続的に排気されるが、酸性ガスによる腐食を防
止する窒素ガスパージが行われている。このため、排ガ
スの組成の９９％が窒素で、残りの１％がエッチングに
使用されなかったＰＦＣである。真空ポンプを経由した
排ガスは、酸ダクトに導かれて酸性ガスを除去した後、
ＰＦＣを含んだまま大気中に放出されている。

【０００７】従来のＰＦＣの分解技術として、薬剤方式
と燃焼方式が実用されている。前者は特殊な薬剤を用い
ることにより、約４００〜９００℃でフッ素を化学的に
固定化する方法で、分解による酸性ガスの発生がないの
で排ガス処理が不要になる。後者はＰＦＣガスを燃焼器
に導き、ＬＰＧやプロパンを燃焼させた約１,０００℃
以上の火炎中で熱分解する。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】従来のＰＦＣの分解技
術で、薬剤方式は化学的にＰＦＣと反応した薬剤の再利
用ができないので、消耗品として消費される高価な薬剤
の交換が頻繁になり、運転コストが焼却方式の１０〜２
０倍となる。また、処理するＰＦＣガスに比例した薬剤
量が必要で、実用の装置規模は据付面積で約３〜５ｍ²
と大きい。

【０００９】燃焼方式はＣ₂Ｆ₆の分解が１,０００℃以
上、ＣＦ₄の分解が１,１００℃以上の高温で行われる
ので、多量の熱エネルギーが必要で、高温燃焼によるＮ
Ｏｘや多量のＣＯ₂の発生もある。また、半導体製造プ
ロセスでのＰＦＣは、不活性のＮ₂ガスで希釈されて排
出されるため、失火ポテンシャルが高く、十分な運転管
理が求められる。

【００１０】半導体製造プロセスに対して燃焼方式の適
用を検討してみる。ＰＦＣはＮ₂ガスで希釈された数％
濃度の混合ガスとして排出されるので、この混合ガスの
燃焼に燃料ガスと共に多量の燃焼用空気が必要になり、
結果的に処理ガス量が増えるので、装置規模が大きく据
付面積で約０.７〜５ｍ²となる。

【００１１】例えば、半導体製造プロセスからの１００
リットル／min の排ガス中に１％のＣ₂Ｆ₆が含まれる場
合、熱分解温度の１,０００℃ 以上とするのに必要なＬ
ＰＧは１０リットル／min 、必要な空気量は過剰率を
１.５とすると約４００リットル／min となる。燃焼後
の全排ガス量は空気中の酸素が消費され、ＣＯ₂が３０
リットル／min 発生することから約５００リットル／mi
n となり、製造プロセスからのガス量の約５倍に増え
る。また、半導体製造工場はクリーンルームのためスペ
ースの制約が大きく、特に既設の工場で新たに処理装置
を配置するときのスペースの確保は容易ではない。

【００１２】一方、ＰＦＣと化学組成は類似している
が、オゾン破壊作用のあるＣＦＣ（クロロオフルオロカ
ーボン)やＨＣＦＣ(ヒドロクロロオフルオロカーボン）
のフロンに対しては、約４００℃で分解を開始する触媒
方式が実用されている。ＣＦＣやＨＦＣは組成中に原子
半径の大きい塩素を含むため、原子半径の小さいフッ素
や水素と結合した分子構造がいびつになり、このため比
較的低温での分解が可能になる。

【００１３】しかし、ＰＦＣは塩素を含まず分子構造が
コンパクトで結合力が強いので、その分解温度は約７０
０℃と高く、この触媒方式は適用できなかった。最近、
本発明者等は約７００℃の反応温度をもち、ＰＦＣの分
解にも適用可能なアルミナ系触媒の開発に成功し、先に
出願している(特願平9−4349号，特願平9−163717号)。
本発明は、この触媒を排ガス処理に適用してなされたも
のである。

【００１４】本発明の目的は、触媒を用いた上で分解反
応を向上できる過弗化物の処理方法及びその処理装置を
提供することにある。

【００１５】

【課題を解決するための手段】第１発明の特徴は、過弗
化物及びケイ素を含む排ガスからこのケイ素を除去し、
その後、水及び水蒸気のいずれかが添加された、過弗化
物を含む排ガスを、触媒が充填された触媒層に供給し、
過弗化物を触媒によって分解することにある。第１発明
は、触媒に供給する排ガスからケイ素が予め除去されて
いるので、排ガスに添加された水（または水蒸気）と排
ガス中のケイ素との反応によって生じる固体粒子が触媒
に形成されたポーラスを塞ぐことを防止できる。また、
第１発明は、固体粒子が触媒間に形成される間隙を閉塞
することも防止できる。このため、第１発明は、触媒の
表面積を有効に活用できるので、過弗化物の分解反応を
向上できる。第１発明は、過弗化物の分解効率を向上で
きる。

【００１６】第２発明の特徴は、加熱は前記排ガスの温
度が６５０℃以上になるように行う。好ましくは、アル
ミナ系触媒を用いるので、６５０〜７５０℃の反応温度
で過弗化物を効率良く容易に分解することができる。

【００１７】第３発明の特徴は、冷却された排ガスから
酸性ガスを除去することにある。これによって、排ガス
に含まれている酸性ガスが著しく低減される。

【００１８】第４発明の特徴は、排ガスからのケイ素の
除去は、第１ケイ素除去装置及び第２ケイ素除去装置を
用いて行われ、第１ケイ素除去装置から排出された排ガ
スを、第２ケイ素除去装置に供給し、第２ケイ素除去装
置内で水と排ガスとを接触させ、第１ケイ素除去装置内
で、排ガスと、第１ケイ素除去装置から排出された排
水、及び分解ガスを含む排ガスを冷却した冷却水の混合
水とを接触させることにある。

【００１９】第１ケイ素除去装置内で、第１ケイ素除去
装置から排出された排水及び分解ガスを含む排ガスと接
触された冷却水の混合水と、ケイ素を含む排ガスとを接
触させるので、排ガスに含まれるケイ素の一部が上記混
合水によって除去される。このため、第２ケイ素除去装
置内に供給される新しい水の量が減少するので、処理さ
れる排水量が減少する。また、排ガスに含まれるケイ素
が第１ケイ素除去装置及び第２ケイ素除去装置によって
除去されるので、排ガスに含まれるケイ素の除去効率が
向上する。

【００２０】好ましくは、加熱器，反応器及び冷却装置
を一体化構成とし、小型化と熱損失の低減を図る。ま
た、好ましくは、一体化構成で、これらが水平方向に配
置される横型とし、反応器の触媒層の上部に未分解の過
弗化物の流れを遮断するバッフル部材を設けたことにあ
る。これにより、時間の経過と共に触媒が下方に沈降し
て、触媒層の上部に生じる空隙を通過するガスを遮断で
きる。

【００２１】さらに、好ましくは、反応器と冷却装置の
間に、分解ガスを含む排ガスと反応水との間で熱交換を
行う熱交換器を設けたことにある。これにより、加熱エ
ネルギーと冷却水量を半減できる。

【００２２】上記のＰＦＣ処理装置を、半導体製造工場
のドライエッチング工程またはCVDクリーニング工程後
の排ガスの処理装置として適用し、効率のよいＰＦＣの
分解処理が実現できる。また、ＰＦＣ処理装置の出口、
または入口と出口の排ガス中のＰＦＣの濃度を測定し、
処理状況を監視する管理手段を設け、処理の健全性や触
媒交換時期などをチエックする。更に、上記の一体化、
特に横型のＰＦＣ処理装置を半導体製造工場のダクトエ
リアに配置することで、既設工場に付設するときのスペ
ース問題を解決できる。

【００２３】なお、本発明でいうＰＦＣは、過弗化物
で、塩素を含まないＦＣ，ＨＦＣのフロンや三弗化窒素
（ＮＦ₃），六弗化硫黄（ＳＦ₆）などを含むが、実質的
には半導体製造工場で使用されている表１に示す過弗化
物を指す。

【００２４】

【発明の実施の形態】以下、本発明の触媒を用いたＰＦ
Ｃ処理装置について、半導体製造プロセスからの排ガス
処理に適用した複数の実施例を詳細に説明する。各実施
例の図面を通し、同等の構成要素には同一の符号を付し
てある。

【００２５】〔実施例１〕図１は、排ガス中からＣＦ₄
を分解，除去するＰＦＣ処理装置を示す。本実施例のＰ
ＦＣ処理装置１は、ドライエッチング工程を持つ半導体
製造プロセスからのエッチングガス（ＣＦ₄）を含む排
ガスに対し、不純物除去の注水を行う前置スプレー１
１，排ガスと水を導入して加熱する加熱器１２，触媒層
１４を充填しＣＦ₄を加水分解する反応器１３，分解ガ
スを冷却しＣＯ₂などを水に溶解させる冷却装置１６，
排気中の酸性ガスを除去する除去装置１７からなる。以
下では、加熱器１２，反応器１３及び冷却装置１６の処
理プロセスを、特にＰＦＣ分解処理部と呼ぶことがあ
る。

【００２６】半導体製造プロセスからの排ガスには、エ
ッチングプロセスで消費されなかった約１ｖｏｌ％のＣ
Ｆ₄と共に、エッチングで生成したＳｉＦ₄等が不純物
として含まれる。この不純物による触媒層１４の閉塞お
よび劣化を防止するために、真空ポンプ２１を経由した
排ガスは、配管３により前置スプレー(ケイ素除去器)１
１に導入される。配管３７から供給される水は、スプレ
ー２により前置スプレー１１の容器内に連続的に注水さ
れ、排ガス中のＳｉＦ₄は（１）式の反応によりＳｉＯ
₂とＨＦに分解される。

【００２７】ＳｉＦ₄＋２Ｈ₂Ｏ ⇒ ＳｉＯ₂＋４ＨＦ …（１）ＳｉＯ₂は、固体の微粒子であるので、生成と同時にス
プレーされた水により排ガスから除去される。ＨＦも、
水への溶解度が大きいので、同様に排ガスから除去でき
る。前置スプレー１１から排出されたＳｉＯ₂及びＨＦ
を含む排液は、配管７５を通って除去装置（酸性ガス除
去装置）１７の底部に導かれる、廃液として処理され
る。なお、排ガスに同伴している不純物の除去はスプレ
ーではなく、バブリング方式で水と接触させてもよい。

【００２８】不純物を除去した後のＣＦ₄を含む排ガス
は、配管３５から供給される反応用の水（または水蒸
気）と混合されて配管４にて加熱器１２に導入される。
排ガス中への水（または水蒸気）の供給は、触媒層１４
でのＣＦ₄の反応が、ＣＦ₄とＨ₂Ｏによる加水分解と
なるためである。反応水（または蒸気）の供給流量は、
ＣＦ₄の１モルに対し約２５倍となる。

【００２９】加熱器１２は、電気ヒータ３２による間接
加熱により、触媒層１４でＣＦ₄の分解が開始する約７
００℃の温度まで排ガスを加熱する。温度制御装置３０
は、反応器１３の入口に配置された温度計３１で計測し
た排ガス温度Ｔｅを基に電気ヒータ３２の電流を調整
し、触媒層１４での反応温度を維持するように温度制御
する。ＣＦ₄の場合は、約６５０〜７５０℃に加熱され
る。

【００３０】加熱されたＣＦ₄を含む排ガスは、触媒が
充填された反応器１３に供給される。触媒層１４には後
述のアルミナ（Ａｌ₂Ｏ₃）系の触媒が充填され、ＣＦ₄
はＨ₂Ｏと（２）式のように反応して、ＨＦとＣＯ₂に
分解される。

【００３１】ＣＦ₄＋２Ｈ₂Ｏ ⇒ ＣＯ₂＋４ＨＦ …（２）排ガス中に含まれているＰＦＣがＣ₂Ｆ₆の場合は、
（３）式のように反応して、ＣＯ₂とＨＦに分解する。

【００３２】Ｃ₂Ｆ₆＋２Ｈ₂Ｏ ⇒ ２ＣＯ₂＋６ＨＦ …（３）図２は、アルミナ系触媒によるＰＦＣの分解特性で、横
軸に反応温度，縦軸に分解率を示している。本特性は、
上記した先願の一実施例であり、使用した触媒の組成は
Ａｌ₂Ｏ₃が８０％，ＮｉＯ₂が２０％である。供試ガス
にはＣＨＦ₃，ＣＦ₄，Ｃ₂Ｆ₆及びＣ₄Ｆ₈の４種のＰＦ
Ｃを用いた。試験条件はＰＦＣガス濃度を０.５％，Ｓ
Ｖを１０００／ｈである。また、反応水として理論値の
約１０倍を加えた。図２に示すように、４種のＰＦＣと
も約７００℃の反応温度で１００％近い分解率が得られ
ている。ＣＦ₄及びＣＨＦ₃では約６５０℃で９５％以
上、Ｃ₂Ｆ₆及びＣ₄Ｆ₈でも約６７０℃で８０％以上の分
解率である。この触媒によれば約６５０〜７５０℃の反
応温度でＰＦＣの実用的な分解が可能となる。

【００３３】触媒層１４から排出された、分解ガスであ
るＣＯ₂及びＨＦを含む高温の排ガスは、冷却装置１６
のスプレー６及び７によって連続的に供給される水によ
って、温度を１００℃以下に冷却して、除去装置１７に
導入される。スプレー６及び７への冷却水の供給は、配
管３８及び３９によって行われる。スプレーによらず
に、水槽の中に高温の排ガスをバブリングして冷却して
もよい。また、スプレー６及び７からは、水の替りにア
ルカリ溶液を供給してもよい。なお、ＨＦの一部はスプ
レー６及び７から噴射される冷却水に吸収，除去され
る。冷却装置１６から排出された廃液は、配管８及び７
５により除去装置１７の底部に導かれる。

【００３４】除去装置１７は、排ガス中に約４ｖｏｌ％
含まれる高濃度のＨＦを除去するために、プラスチック
製のラヒシリングを詰めた充填層１０にスプレー３６か
ら水を連続的に供給し、水と分解ガスを十分に接触させ
ることで、ＨＦを４％から数ppm まで低減する。スプレ
ー３６への水の供給は、配管７６によって行われる。無
害化された分解ガスは、排風機２２を介して配管４３に
より系外に排出される。

【００３５】冷却装置１６及び除去装置１７の内部は排
風機２２によって負圧に維持され、排ガス中に含まれる
ＨＦ等が系外に漏洩するのを防止している。なお、除去
装置１７もバブリング方式が可能である。ただし、スプ
レー方式ないしは充填塔方式の方が圧力損失が少なく、
排気用の排風機を小さくできる。

【００３６】一方、前置スプレー１１，冷却装置１６，
除去装置１７から排出した不純物及びＨＦを含む廃液
は、排水ポンプ２３の駆動により配管４２を通して図示
していない中和処理装置へ導かれ、排水処理される。

【００３７】本実施例は、ケイ素除去器である前置スプ
レー１１において、排ガスに含まれるケイ素がＳｉＯ₂
として予め除去されるので、ＳｉＯ₂等の固体粒子が反
応器３の触媒層１４に持ちこまれない。前置スプレー１
１を設置しない場合には、配管３５から供給される水に
よって、配管４と配管３５との合流点より下流側で
（１）式の反応が生じ、ＳｉＯ₂が生成される。このＳ
ｉＯ₂が触媒層１４内に流入した場合には、以下の及
びの問題を生じる。ＳｉＯ₂が触媒に形成されたポ
ーラスを塞ぐ。触媒間に形成される間隙を閉塞する。
及びに起因して触媒の表面積が減少し、ＰＦＣの分
解反応が低下する。また、に起因して触媒間における
排ガスの流れが悪くなり、触媒と排ガスの接触が阻害さ
れる。これも、ＰＦＣの分解反応の低下につながる。本
実施例は、前置スプレー１１において強制的に（１）式
の反応を発生させて排ガスからＳｉＯ₂を事前に除去す
るので、上記の問題が生じなく、ＰＦＣの分解効率を向
上できる。本実施例は、触媒を用いて高効率でＰＦＣの
分解処理を実現でき、地球温暖化の原因ガスの一つであ
るＰＦＣの大気中への放出を回避できる。

【００３８】本実施例によれば、従来の燃焼方式より十
分に低い温度でＣＦ₄の分解が可能になり、熱エネルギ
ーや水などのユーティリティも少なくて済む。半導体工
場の場合、分解ガス温度の低いことは火災に対する安全
面からも有利である。また、触媒は寿命が長く再利用も
可能なので、薬剤方式に比べて運転コストを大幅に低減
できる。

【００３９】上記実施例は、半導体工場がエッチングプ
ロセスの処理ガスにＣＦ₄を採用する場合を対象とした
が、これに限られるものではない。例えば、ＣＶＤでク
リーニングガスにＣ₂Ｆ₆を採用する場合の排ガスも、同
様の構成で処理できる。その他、表１に示したＰＦＣに
対し、同様の構成と約７００℃前後の反応温度で処理が
可能である。

【００４０】〔実施例２〕図３に、実施例１のＰＦＣ分
解処理部を一体化構成にしたＰＦＣ分解処理部を示す。
加熱器１２，反応器１３，冷却装置１６及び熱交換室１
５が、フランジ部１２１，１３１及び１６１で一体的に
結合されている。加熱器１２，反応器１３及び熱交換室
１５は、保温材１２２，１３２，１５２をそれぞれ内装
している。このＰＦＣ分解処理部によれば、処理装置を
小型化でき、温度制御装置３０による制御の応答性も改
善できる。また、各機器間を配管接続する場合に比べて
熱損失が低減できる。なお、熱交換室１５を持たない一
体化構成でもよい。

【００４１】半導体製造工場内は建屋全体が空調管理さ
れたクリーンルームとなるので、工場全体の床面積を少
なくするために、機器の設置スペースを小さくすること
が望まれる。本実施例におけるＰＦＣ分解処理部によれ
ば、約１％のＣＦ₄を含む１００リットル／min 程度の
排気ガス処理能力を備えるＰＦＣガス処理装置で、据付
け面積が約０.４ｍ²になる。これは、燃焼方式及び薬剤
方式を採用すると仮定した場合の据付け面積の数分の１
〜１０分の１程度である。

【００４２】更に、本実施例では、反応器１３から排出
された約７００℃の排ガスの熱を有効利用する熱交換室
１５が、反応器１３と冷却装置１６の間に設けられてい
る。熱交換室１５内には、反応水を供給する配管３５に
接続された伝熱管１５１が設置されている。反応水は伝
熱管１５１内で水蒸気となり、この水蒸気は配管153に
より加熱器１２の入口側に導かれる。

【００４３】図４は、図３に示す一体化構成のＰＦＣ分
解処理部適用されたＰＦＣ処理装置１Ｃを示している。
伝熱管１５１の入口には低温の反応水（配管３５で供
給）が流入する。この反応水は、熱交換室１５内で約７
００℃の排ガスと熱交換され、１００℃以上の水蒸気と
なって配管１５３により加熱器１２に導入される。一
方、排ガスはその熱交換によって約３００℃以下に冷却
されて、冷却装置１６に導かれる。反応水と高温の分解
ガスとの間で熱交換が行われるので、熱エネルギーの回
収が可能になり、加熱に必要なエネルギーや冷却に必要
な水量をそれぞれ半減できる。

【００４４】〔実施例３〕図５は、ＰＦＣ処理装置１を
適用した半導体製造工場の排気管理システムを示す。３
台のドライエッチング装置５にＰＦＣ処理装置１をそれ
ぞれ接続している。ガスクロマトグラフ４０は、各ＰＦ
Ｃ処理装置１の入口側及び出口側から採取した排ガス中
のＰＦＣ、例えばＣＦ₄などの濃度を測定し、各測定値
を監視装置４５に伝送している。なお、入口側からのガ
ス採取管４６Ａには酸性ガス除去フィルタ４１が設けら
れている。

【００４５】このシステムを具体的に説明する。各ドラ
イエッチング装置５は、内部にPFCガスの１種であるＣ
Ｆ₄をエッチングガスとして供給してウェハーに対する
エッチング処理をそれぞれ行っている。各ドライエッチ
ング装置５の排ガスは、真空ポンプ２１Ａ，２１Ｂの駆
動により、配管４４Ａ，４４Ｂを通って配管２９に達
し、該当するＰＦＣ処理装置１に導かれる。その排ガス
は、エッチング処理で消費されなかった約１ｖｏｌ％の
ＣＦ₄、及びエッチングで生成されたＳｉＦ₄を含んで
いる。排ガスは、ＰＦＣ処理装置１で処理された後、配
管４３を通って酸ダクト（排気ダクト）２５に排気され
る。配管３内の排ガスの一部はガス採取管４６Ａ，酸性
ガスフィルタ４７によって、それぞれガスクロマトグラ
フ４０に導かれる。配管４３内の排ガスもガス採取管４
６Ｂによって、それぞれガスクロマトグラフ４０に導か
れる。各ＰＦＣ処理装置１に供給される排ガス、及び各
PFC処理装置１から排出された排ガス内のＣＦ₄濃度
が、ガスクロマトグラフ４０によって測定される。監視
装置４５は、ガスクロマトグラフ４０からＣＦ₄濃度の
測定値を入力する。監視装置４５は、ある配管４３内の
ＣＦ₄濃度が第１設定値よりも高いとき、異常発生の通
知のために該当するＰＦＣ処理装置１の警報器５１を点
滅させながら警報音を発生させる。監視装置４５は、あ
る配管２９内のＣＦ₄濃度が第２設定値よりも高いと
き、異常発生の通知のために該当するドライエッチング
装置５の警報器５０を点滅させながら警報音を発させ
る。

【００４６】本実施例は、ＰＦＣ処理装置１に供給され
る排ガス中のＰＦＣ濃度と、その出口から未分解により
排出されるＰＦＣ濃度が各装置５毎に測定される。この
結果より、監視装置４２は処理装置１の出口排気のＰＦ
Ｃ濃度を監視し、目標値を満たしていない場合に表示あ
るいは警報を出力する。さらに、ＰＦＣ処理装置１の入
口側と出口側のＰＦＣ濃度による分解率から、触媒反応
の健全性ないしは触媒劣化による交換時期をチエックす
る。

【００４７】〔実施例４〕図６は、半導体製造工場のレ
イアウトを示している。半導体製造工場の建屋５９は、
グレーチング５２より上方及び下方ともクリーンルーム
５３，５４となっている。クリーンルーム５４内の空気
は、ブロア５５Ａ，５５Ｂの駆動により、フイルタ５５
Ａ，５５Ｂで浄化されて配管５７Ａ，５７Ｂでクリーン
ルーム５３に導かれる。この空気は、フイルタ５８で再
度浄化される。クリーンルーム５３はクリーンルーム５
４よりもクリーン度が高い。ドライエッチング装置５
は、製造装置エリアであるクリーンルーム５３に設置さ
れる。クリーンルーム５４は、真空ポンプ２１Ａ，２１
Ｂ等が設置される補機エリア１０３，配管及びダクト類
を通す配管ダクトエリア１０２となっている。

【００４８】本実施例は、２台のＰＦＣ処理装置１′を
ダクトエリア１０２に配置している。ダクトエリア１０
２には酸ダクト２５が設置され、酸性ガスを含む排ガス
は酸ダクト２５によって酸性ガス処理装置（図示せず）
に導かれて処理される。従って、本実施例のＰＦＣ処理
装置１′は、上記したＰＦＣ処理装置１の最後段の除去
装置１７を省略し、冷却後のＨＦなどを含む排ガスを、
直接、酸ダクト（排気ダクト）２５に排気する。

【００４９】これによれば、スペースの確保に困難のあ
る既設の半導体製造工場においても、ＰＦＣ処理装置の
設置が容易になる。この場合、ダクトエリア１０２は一
般に高さ寸法が小さいので、ＰＦＣ処理装置１′を図示
のように横向きに細長くできれば、ダクトエリア１０２
への配置がより容易になることが多い。

【００５０】図７に、横型のＰＦＣ処理装置１′の構造
を示す。図３の縦型構造に対し、各機器を水平方向に並
べて一体化した構造としている。前置スプレー１１と冷
却装置１６のスプレーの流れを上から下に行えば、横型
配置によっても機能的には変わるところがない。ただ
し、触媒層１４を横向きとした場合、時間が経つと触媒
が僅かに沈降して触媒層１４の上部に空隙を生じ、この
空隙を未分解の処理対象ガス（ＰＦＣガス）が通過して
しまう恐れがある。そこで、触媒層１４の上部にじゃま
板１４１が設けられている。更に、反応器１３の入口側
及び出口側には、触媒の横移動を押える多孔板の押え板
１４２，１４３が設置される。図７（ｂ）に示すよう
に、円筒上の触媒層１４の上部に扇形のじゃま板１４１
が配置され、扇形の高さは沈下による最大空隙幅をカバ
ーできるものとする。このじゃま板１４１により、運転
中に触媒層１４上部に空隙が生じても、そこを通り抜け
るガスを遮断でき、処理対象ガスは全て触媒層１４を通
過して分解される。

【００５１】本実施例によれば、機器の配置スペースに
余裕のない既設の半導体工場において、配管ダクトエリ
ア１０２を利用することでＰＦＣ処理装置の設置を容易
にし、地球温暖化防止のための近い将来の排気ガス規制
に対応することができる。なお、ＰＦＣ処理装置の縦型
（図３）と横型（図７）は、適用場所のスペースの事情
に応じて適宜選択される。

【００５２】〔実施例５〕本発明の他の実施例であるＰ
ＦＣ処理装置１Ｂを、図８に示す。ＰＦＣ処理装置１Ｂ
は、ＰＦＣ処理装置１の前置スプレー１１を前置スプレ
ーであるケイ素除去装置１１Ａに替え、戻り配管６０を
新たに備えたものである。ケイ素除去装置１１Ａは、ケ
イ素除去器１１Ｂ及び１１Ｃを備える。ケイ素除去器１
１Ｂは、スプレー２Ａを容器内に設置する。ケイ素除去
器１１Ｃは、スプレー２Ｂ、及び充填物を敷き詰めた拡
散部５９を容器内に設置する。ケイ素除去器１１Ｂ及び
11Ｃの容器は、ＨＦによる腐食を防止するために、耐食
性がある塩化ビニールで構成される。戻り配管６０は、
排水ポンプ２３の下流側で配管４２に接続され、しか
も、スプレー２Ｂに接続される。配管３７がスプレー２
Ａに接続される。

【００５３】ＣＦ₄及びＳｉＦ₄等が不純物として含ま
れる排ガスが、配管３によりケイ素除去器１１Ｃの容器
内に排出される。排ガスは、容器内を上昇して拡散部５
９を通過して容器内を拡散して流れるようになる。排水
ポンプ２３から吐出された一部の排水が、戻り配管６０
を経てスプレー２Ｂから噴射される。排水ポンプ２３か
ら吐出された排水中のＦイオン及びＳｉイオンの濃度
は、数十ppm 以下である。この排水は、Ｓｉ及びＨＦの
除去性能を十分に有している。排ガスに含まれる一部の
ＳｉＦ₄とスプレーされた排水との接触によって、
（１）式の反応が生じる。生成されたＳｉＯ₂は排水に
より排ガスから除去される。また、ＨＦは排水に溶解す
る。

【００５４】ケイ素除去器１１Ｃから排出された排ガス
は、ケイ素除去器１１Ｂに導かれる。配管３７から供給
される新しい水が、スプレー２Ａからケイ素除去器１１
Ｂ内に噴射される。ケイ素除去器１１Ｂでは、排ガス中
に残留しているＳｉＦ₄とスプレーされた水との接触に
よって、（１）式の反応が生じる。ＳｉＯ₂及びＨＦを
含むケイ素除去器１１Ｂの排液は、ケイ素除去器１１Ｃ
に導かれ、スプレー２Ｂから噴射された排液と共に配管
４１を通って除去装置１７の底部に導かれる。ＰＦＣ処
理装置１Ｂの他の部分での処理は、ＰＦＣ処理装置１で
の処理と同じである。

【００５５】ＰＦＣ処理装置１ＢのＰＦＣ分解処理部
は、ＰＦＣ処理装置１のＰＦＣ分解処理部を一体化した
構成を有する。ＰＦＣ処理装置１ＢのＰＦＣ分解処理部
の構成を図９を用いて説明する。

【００５６】本実施例におけるＰＦＣ分解処理部は、加
熱器１２，反応器１３及び冷却装置１６を一体化したも
のである。ケーシング６２及び内管６３は、加熱器１２
及び反応器１３で共有される。内管６３の内径は下部よ
りも上部で小さい。内管６３のフランジ６６がボルトで
ケーシング６２のフランジ６８に固定される。加熱器１
２と反応器１３は一体構造である。環状板６４が内管６
３の上部に設置される。加熱器１２は、環状板６４より
も上方に位置し、電気ヒータ３２及びこれを覆う断熱材
１２２を有する。ギャップ７３がケーシング６２と環状
板６４との間に形成される。ギャップ７３は、高温（７
００℃）の排ガスの熱が内管６３及び環状板６４からケ
ーシング６２に伝わり、外部に放出されることを防止す
る。すなわち、排ガスのヒートロスが減少できる。

【００５７】反応器１３は、環状板６４よりも下方に位
置する。反応器１３は、金網７４上にアルミナ系触媒を
充填してなる触媒層１４を有する触媒カートリッジ６５
を備える。アルミナ系触媒はＡｌ₂Ｏ₃８０％，ＮｉＯ₂
２０％を含む触媒である。触媒カートリッジ６５は内管
６３内に挿入されている。円筒７０は、フランジ６９を
フランジ６８に結合することによって、ケーシング６２
に取り付けられる。触媒カートリッジ６５はフランジ６
７をフランジ６８に係合することによってケーシング６
２に保持される。反応器１３は、ケーシング６２と内管
６３との間に設置された保温用ヒータ（図示せず）を有
する。バッフル７２を有するバッフル保持部材７１が、
円筒７０に取り付けられる。冷却装置１６は、バッフル
保持部材７１の下方に位置し、これに取り付けられる。
空気が配管６１によって加熱器１２内に供給される。

【００５８】本実施例における加熱器１２，反応器１３
及び冷却装置１６は、ＰＦＣ処理装置１のそれらと同じ
機能を発揮する。

【００５９】ＰＦＣ処理装置１ＢはＰＦＣ処理装置１で
得られる効果を生じる。ＰＦＣ処理装置１Ｃは、給水配
管３８から供給される新しい水の量が減少するので、中
和処理装置（図示せず）に導かれる排水量が減少する。
また、(１)式の反応がケイ素除去器２及び７２の二個所
で生じるので、排ガスに含まれるＳｉＦ₄等のＳｉ成分
の除去効率が向上する。また、バッフル７２の設置によ
って、バッフル保持部材７１内から冷却装置１６内に排
ガスを導く通路が蛇行するので、スプレー６及び７から
噴射された冷却水の飛沫が触媒層１４に達することを防
止できる。このため、その飛沫による触媒層１４の温度
低下が防止できるので、未分解のＰＨＣの排出がなくな
る。

【００６０】図８の構成において、戻り配管６０を、配
管４２ではなく、除去装置１７の底部に直接接続しても
よい。この場合には、スプレー２Ｂに廃液を供給するた
めのポンプを、戻り配管６０に設置する必要がある。こ
のような構成においても、図８の構成と同じ効果を得る
ことができる。

【００６１】

【発明の効果】第１発明によれば、触媒の表面積を有効
に活用できるので、過弗化物の分解反応を向上でき、過
弗化物の分解効率を向上できる。

【００６２】第２発明によれば、６５０℃以上（好まし
くは、６５０〜７５０℃）の反応温度で温暖化効果の大
きい過弗化物を効率良く容易に分解することができ、地
球温暖化を抑制できる。

【００６３】第３発明によれば、排ガスに含まれている
酸性ガスが著しく低減でき、大気中に放出される酸性ガ
ス（例えばＨＦ）の量が著しく減少する。

【００６４】第４発明によれば、ケイ素の除去に用いら
れる新しい水の量が減少するので、処理する排水の量を
減少できる。また、第１ケイ素除去装置及び第２ケイ素
除去装置によってケイ素を除去するので、排ガスに含ま
れるケイ素の除去効率が著しく向上する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の好適な一実施例であるＰＦＣ処理装置
の構成図である。

【図２】アルミナ系触媒によるＰＦＣの分解率を示す特
性図である。

【図３】一体化構造のＰＦＣ分解処理部の一例（縦型）
を示す構成図である。

【図４】図３のＰＦＣ分解処理部を適用した本発明の他
の実施例であるＰＦＣ処理装置の構成図である。

【図５】図１のＰＦＣ処理装置を適用した半導体製造装
置の排気管理システム構成図である。

【図６】図７のＰＦＣ処理装置を配置した半導体製造工
場の概略のレイアウトを示す説明図である。

【図７】本発明の他の実施例であるＰＦＣ処理装置の構
成を示し、（ａ）はＰＦＣ処理装置の概略縦断面図、
（ｂ）は（ａ）のじゃま板１４１付近でのＰＦＣ処理装
置の軸方向に直行する方向における縦断面図である。

【図８】本発明の他の実施例であるＰＦＣ処理装置の構
成図である。

【図９】図８のＰＦＣ分解処理部の詳細構成図である。

【符号の説明】

１，１′，１Ｃ，１Ｂ…ＰＦＣ処理装置、２，２Ａ，２
Ｂ，６，７，３６…スプレー、５…ドライエッチング装
置、１１…前置スプレー、１１Ａ…ケイ素除去装置、１
１Ｂ，１１Ｃ…ケイ素除去器、１２…加熱器、１３…反
応器、１４…触媒層、１５…熱交換室、１６…冷却装
置、１７…除去装置、２１…真空ポンプ、２２…排風
機、２３…排水ポンプ、２５…酸ダクト、３０…温度制
御装置、３１…温度計、３２…電気ヒータ、４０…ガス
クロマトグラフ、４１…酸性ガス除去フィルタ、６０…
戻り配管、７２…バッフル戻り配管、１０１…製造装置
エリア、１０２…配管ダクトエリア、１０３…補機エリ
ア、１４１…じゃま板、１５１…伝熱管。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者森俊浩茨城県日立市大みか町三丁目18番１号茨城日立情報サービス株式会社内 (72)発明者横山久男茨城県日立市幸町三丁目２番１号日立エンジニアリング株式会社内 (72)発明者富山高行茨城県日立市弁天町三丁目10番２号日立協和エンジニアリング株式会社内 (72)発明者高野利英茨城県日立市幸町三丁目１番１号株式会社日立製作所日立工場内 (72)発明者玉田慎茨城県日立市幸町三丁目１番１号株式会社日立製作所日立工場内 (72)発明者菅野周一茨城県日立市大みか町七丁目１番１号株式会社日立製作所日立研究所内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】過弗化物及びケイ素を含む排ガスからこの
ケイ素分を除去し、その後、水及び水蒸気のいずれかが
添加された、前記過弗化物を含む排ガスを、加熱して、
触媒が充填された触媒層に供給し、前記排ガスに含まれ
た前記過弗化物を前記触媒によって分解し、前記過弗化
物の分解によって生じた分解ガスを含む排ガスを冷却し
て排気する過弗化物の処理方法。
【請求項２】前記加熱は前記排ガスの温度が６５０℃以
上になるように行う請求項１の過弗化物の処理方法。
【請求項３】前記排ガスが６５０℃〜７５０℃の範囲に
加熱される請求項２の過弗化物の処理方法。
【請求項４】前記冷却された排ガスから酸性ガスを除去
する請求項１または請求項２の過弗化物の処理方法。
【請求項５】前記排ガスからのケイ素の除去は、前記ケ
イ素を含む排ガスと水とを接触させることにより行う請
求項１の過弗化物の処理方法。
【請求項６】前記分解ガスを含む排ガスの冷却は、前記
排ガスと冷却水との接触によって行う請求項５の過弗化
物の処理方法。
【請求項７】前記排ガスからのケイ素の除去は、第１ケ
イ素除去装置及び第２ケイ素除去装置を用いて行われ、
前記第１ケイ素除去装置から排出された前記排ガスを、
前記第２ケイ素除去装置に供給し、前記第２ケイ素除去
装置内で水と前記排ガスとを接触させ、前記第１ケイ素
除去装置内で、前記排ガスと、前記第１ケイ素除去装置
から排出された排水及び前記分解ガスを含む排ガスを冷
却した前記冷却水の混合水とを接触させる請求項６の過
弗化物の処理方法。
【請求項８】前記水蒸気は、前記触媒層から排出された
前記排ガスと水との熱交換によって生成される請求項１
の過弗化物の処理方法。
【請求項９】前記触媒がアルミナ系触媒である請求項１
の過弗化物の処理方法。
【請求項１０】前記排ガスは半導体製造装置から排出さ
れた排ガスである請求項１乃至請求項９のいずれかの過
弗化物の処理方法。
【請求項１１】過弗化物及びケイ素を含む排ガスからこ
のケイ素分を除去するケイ素除去装置と、前記ケイ素除
去装置の排出後に水及び水蒸気のいずれかが添加された
前記過弗化物を含む排ガスを、加熱する加熱装置と、前
記加熱装置から排出された前記排ガスに含まれた過弗化
物を分解する触媒が充填された触媒層と、前記触媒層か
ら排出された前記排ガスを冷却する冷却装置とを備えた
過弗化物処理装置。
【請求項１２】前記触媒層から排出された前記排ガスの
温度を検出する温度検出器と、この温度検出器の測定温
度に基づいて前記加熱装置を制御する制御装置とを備え
た請求項１１の過弗化物処理装置。
【請求項１３】前記冷却装置から排出された前記排ガス
に含まれた酸性ガスを除去する酸性ガス除去装置を備え
た請求項１１の過弗化物処理装置。
【請求項１４】前記ケイ素除去装置は、前記排ガス中に
水をスプレーするスプレー装置を備えている請求項１１
の過弗化物処理装置。
【請求項１５】前記冷却装置は、前記排ガスの冷却を行
う冷却水をスプレーするスプレー装置を備えている請求
項１４の過弗化物処理装置。
【請求項１６】前記ケイ素除去装置は、供給された前記
排ガス中に水をスプレーする第１スプレーを有する第１
ケイ素除去装置、及び前記第１ケイ素除去装置から供給
された前記排ガス中に水をスプレーする第２スプレーを
有する第２ケイ素除去装置を含んでおり、前記第１ケイ
素除去装置から排出された水、及び前記冷却装置から排
出された水を前記第１スプレーに導く水供給手段を備え
た請求項１５の過弗化物処理装置。
【請求項１７】前記加熱器，前記触媒層を内蔵する反応
器及び前記冷却装置をこの順に一体構造にした請求項１
１の過弗化物処理装置。
【請求項１８】前記一体構造は、前記加熱器，前記反応
器及び前記冷却装置を水平方向に配置する横型となし、
前記触媒層の上部に未分解の過弗化物の流れを遮断する
バッフル部材を設けた請求項１７の過弗化物処理装置。
【請求項１９】前記触媒層から排出された排ガスと水と
の間で熱交換を行い、かつ前記水蒸気を生成する熱交換
器を、前記触媒層と前記冷却装置との間に設けた請求項
１１の過弗化物処理装置。
【請求項２０】前記触媒層に充填された前記触媒がアル
ミナ系触媒である請求項１１乃至請求項１９のいずれか
の過弗化物処理装置。
【請求項２１】半導体製造装置から排出された、過弗化
物及びケイ素分を含む排ガスから、このケイ素を除去す
るケイ素除去装置と、前記ケイ素除去装置の排出後に水
及び水蒸気のいずれかが添加された前記過弗化物を含む
排ガスを、加熱する加熱装置と、前記加熱装置から排出
された前記排ガスに含まれた過弗化物を分解する触媒が
充填された触媒層と、前記触媒層から排出された前記排
ガスを冷却する冷却装置とを備えた半導体製造装置の排
ガス処理装置。
【請求項２２】前記加熱器，前記触媒層を内蔵する反応
器及び前記冷却装置をこの順に一体構造とし、一体構造
にされた前記加熱器，前記反応器及び前記冷却装置を、
前記半導体製造装置が設置される建屋内に設置した請求
項２１の半導体製造装置の排ガス処理装置。