JPH11333247A - 半導体製造排ガスの除害方法及び除害装置 - Google Patents

半導体製造排ガスの除害方法及び除害装置

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JPH11333247A
JPH11333247A JP10147611A JP14761198A JPH11333247A JP H11333247 A JPH11333247 A JP H11333247A JP 10147611 A JP10147611 A JP 10147611A JP 14761198 A JP14761198 A JP 14761198A JP H11333247 A JPH11333247 A JP H11333247A
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 電熱ヒータを用いる半導体排ガスの除害方法
において、少ないエネルギーコストで、十分な高温状態
を達成することができるようにし、低いランニングコス
トで除害処理を安全かつ安定して実施できるようにす
る。 【解決手段】 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スクラバ(1)で水洗除去
し、その後に水洗排ガス中の熱分解成分ガスを電熱ヒー
タ(5)を備えた反応筒(4a)で加熱分解するに当たり、反
応筒(4a)で加熱分解する前段階で、H2,COを含む炭
化水素系燃料と空気とが混合されてなる燃料ガス(F5)を
水洗排ガス(F2)に混入する。

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,液晶等の
電子回路素子の製造において生じる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】半導体,液晶等の電子回路素子製造に使
用する原料はプロセスガスと呼称され、大別してデポジ
ット用ガスとエッチング用ガスに分類される。前者は代
表例としてSiH4,Si26,SiH2Cl2,TEO
S,PH3,B26,NH3,WF6,N2O,H2等があ
り、後者にはNF3,C26,CHF3,CF4,SF6
があり、いずれも有毒,可燃性(爆発性),腐食性のい
ずれか又は全てを有する危険性ガスである。
【0003】これらのガスは人体に対して直接の危険性
は勿論の事、地球規模的にも放出できないガスのため、
いずれかの手段によって除害が必要であり、種々の除害
方法が実用化されている。その代表例として、乾式吸
着,湿式スクラバ,電熱酸化分解,火炎燃焼除害があ
り、各々長所と問題点を有している。例えば乾式吸着は
取り扱いが簡便でエネルギー消費が少ないが、ユニット
あたりの処理容量が限られており、使用済みの吸着材の
廃棄にも問題を残し、かなりの費用を必要とする。湿式
スクラバは目標とするガス濃度にまで除害することが必
ずしも容易ではない。
【0004】火炎燃焼除害は処理対象ガスの適用分野が
広いが、稼働に当たっての安全性に不安を残しており、
除害において副生する粉塵及び腐食性ガスの処理にも課
題を残している。すなわち、石油系液体又は気体燃料を
使用した火炎燃焼方式除害においては、基本的に燃焼に
バーナーを使用し、その燃焼雰囲気に排ガスを導入して
酸化分解する方式であるので、(1)バーナーの先端詰ま
り,(2)何らかの原因により火炎消滅した場合の不安全
事態,(3)処理後のガスを集中スクラバで除塵,洗浄,
冷却するための装置全体の複雑化,巨大化、等の問題点
がある。
【0005】電熱酸化分解法は現在最も普及している除
害法であり、半導体を代表とする電子回路素子製造に使
用するプロセスガスの排ガスを除害するにあたり、処理
工程を制御しやすく、コンパクトな装置に組み立てるこ
とができ、安全に処理しやすい方法として電熱ヒータを
使用した酸化加熱分解方式の除害装置及び方法が提案さ
れている(特開平7-323211号)。
【0006】しかしながら、電熱ヒータはクリーンでは
あるが、エネルギーコストが高くつくという問題があ
る。又、1000℃以上の高温発生には発熱体及び保護管の
材料面から限界があり、更に大風量処理にも制限があっ
た。特に分解温度の高温化が必要とされるPFCの除害
に用いるのにはあまり適していないと思われる。
【0007】今日エッチング(クリーニング)用に使用
されるPFCにおいて代表例としてC26,CHF3
CF4等があるが、これらを単純にO2共存下で熱分解し
ようとすると、それら化合物中の結合エネルギーの弱い
箇所から切断分解するため、必要な温度序列はその結合
エネルギーの序列にしたがうことになる。
【0008】すなわち、C26<CHF3<CF4(結合
エネルギーは各々98,106,130(各kcal/mo
l))の順序で切断分解されることになる。又、C
26,CHF 3はそれの熱分解過程においてCF4の副生
をもたらし、結局PFCの熱分解除害においてはCF4
の除害達成技術が要求される。
【0009】かかる結合エネルギーを有するPFCを上
記の特開平7-323211号の装置を用いて単純熱分解させる
にはC26,CHF3,CF4各々において少なくとも10
00,1200,1400℃以上の温度を必要とする。ところが、
電熱ヒータ単独ではこのような高温雰囲気を形成するこ
とが必ずしも容易ではなく、且つ、エネルギーコストが
高価になり現実に実施するには問題がある。
【0010】したがって、上記した従来の除害法はいず
れも、(1)安全性,(2)作業安定性,(3)ランニングコス
ト,(4)除害性能(処理風量を含む)のいずれかの性能
が不十分であるといえる。
【0011】
【発明が解決しようとする課題】このような現状に鑑
み、除害処理を安全かつ安定して実施でき、最小限のエ
ネルギー使用によりランニングコストを抑え込みながら
排ガスをそのTLV(許容濃度)以下に消減せしめるこ
とが可能な除害手段が求められている。
【0012】そこで本発明は、電熱ヒータを用いる除害
方法において、少ないエネルギーコストで、十分な高温
状態を達成する手段を提供することを課題とする。
【0013】
【課題を解決するための手段】本発明は熱源を電熱ヒー
タとH2,COを含む炭化水素系燃料の2本立とするこ
とにより対処している。
【0014】請求項1の半導体製造排ガスの除害方法
は、半導体製造排ガスを、外部空気の存在下で高温酸化
分解する除害方法であって、加熱分解のための熱源とし
て電熱ヒータ(5)及びH2,COを含む炭化水素系燃料を
使用することを特徴とする。
【0015】請求項2の半導体製造排ガスの除害方法
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スク
ラバ(1)で水洗除去し、その後に前記水洗排ガス中の熱
分解成分ガスを電熱ヒータ(5)を備えた反応筒(4a)で加
熱分解する半導体製造排ガスの除害方法であって、反応
筒(4a)で加熱分解する前段階で、H2,COを含む炭化
水素系燃料と空気とが混合されてなる燃料ガス(F5)を水
洗排ガス(F2)に混入することを特徴とする。
【0016】請求項3の半導体製造排ガスの除害方法
は、請求項1又は請求項2記載の半導体製造排ガスの除
害方法において、反応筒(4a)内の電熱ヒータ(5)は燃料
ガス(F5)の着火用として用い、燃料ガス着火後に電熱ヒ
ータ(5)の通電を停止することを特徴とする。
【0017】請求項4の半導体製造排ガス除害装置は、
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水洗除去
するスクラバ(1)と、水洗排ガス(F2)中の熱分解成分ガ
スを加熱分解する反応筒(4a)と、前記スクラバ(1)と前
記反応筒(4a)の間のいずれかの過程で水洗排ガス(F2)に
2,COを含む炭化水素系燃料と空気とが混合されて
なる燃料ガス(F5)を混入するための燃料ガス供給管(2)
とを備えており、前記反応筒(4a)は電熱ヒータ(5)を有
していることを特徴とする。
【0018】本発明においては常時電熱ヒータを加熱し
た状態(例えばヒータ表面温度700℃)に保持し、その
雰囲気下の反応筒に被処理排ガスを導入すると共に外部
空気をキャリヤーガスとして、その中にH2,COを含
む所定濃度の炭化水素系燃料を混合した燃料ガスを導入
する。
【0019】この場合、燃料ガスは通常使用されるバー
ナー構造の装置を使用することなく、単に排ガス導入と
混合されて反応筒に供給され、反応筒内に備えられた電
熱ヒータの加熱により着火される。したがって、バーナ
ーは不要であり、バーナー先端詰まりの問題は生じな
い。
【0020】反応筒の中では炭化水素系燃料が直ちに熱
分解すると共にキャリヤーガスとして共存する外部空気
により酸化分解すると共にその過程で燃焼熱を発生して
電熱ヒータの発熱量と共に希望雰囲気温度を形成するこ
とができる。
【0021】すなわち、熱源として電気エネルギーと燃
料ガスの両方を利用することにより課題を解決してい
る。これにより、電気エネルギー単独使用の場合と比べ
てエネルギーコストの上昇が大幅に抑えられ、1000℃以
上の高温域形成も容易となり、処理可能な排ガスの範囲
も広くなる。
【0022】更に、異種エネルギー源を使用しているの
で、除害装置の稼働中に停電等で電気ヒータが発熱停止
したような場合でも、燃料ガスの燃焼により処理温度を
保持することができるので、安全性が高い。
【0023】電熱ヒータは燃料ガスの着火源として用
い、そのガス着火後は電流を遮断して燃料ガスの燃焼の
みで加熱するようにしても良い。
【0024】電熱ヒータを固定してその周囲に被処理ガ
スを流し、熱エネルギーを付与する場合、分解に対して
滞留時間が必要となるため処理ガス風量に比例して処理
温度が左右される。しかしながら、本発明のように被処
理ガスと発熱燃料ガスを同時導入する場合は、両者ガス
の攪拌効果が加味されるので風量による滞留時間の影響
が少なく、処理ガス風量が多い場合でも十分な分解を行
うことができる。
【0025】本発明で使用するH2,COを含む炭化水
素系燃料としては石油系が代表例であるが、炭化水素を
主体とするガス等でも良い。例えば、LPG(液化天然ガ
ス),都市ガス,灯油,軽油,重油等があるが、これら
に限定されるものではない。
【0026】電気発熱体及びその保護筒、反応筒を構成
する材料は少なくとも1000℃以上の耐熱性を必要とす
る。よって、構成成分としてはセラミックが好適であ
り、発熱体もSiCを代表として非金属系耐熱素材が好
適であるが、耐熱性を有する限り金属製素材も使用でき
る。
【0027】尚、上記特開平7-323211号で提案されてい
る装置と同様に、装置の下部に貯水槽を置き、反応筒を
中央に設けて、その前後に各々スクラバ装置を設ける
と、排ガスとして持ち込まれる水溶性乃至加水分解性成
分、例えばF2,SiF4のような成分は前段のスクラバ
装置により大部分が除害され、反応筒内に導かれる量を
大幅に削減させることができる。よって、その分だけ反
応筒内における除害の負荷を軽減することができる。
又、分解処理後の排ガスを後段のスクラバで洗浄すると
共に冷却することで大気放出ガスを浄化することができ
る。これによりコンパクトな装置でも加熱酸化分解しに
くいPFCの除害が可能となる。
【0028】
【発明の実施の形態】以下、本発明を好適な実施例を用
いて説明する。
【0029】図1は本実施例の除害装置の概要を示した
図である。図1において、(1)は入口側に設けられたス
クラバであり、半導体製造装置とはダクト(14)にて連結
しており、半導体製造排ガス(F1)がここに導入される。
【0030】この入口側のスクラバ(1)は、水タンク(1
2)上に立設されており、スプレーノズル(1a)と筒状部(1
b)とを有している。筒状部(1b)の下部は前記水タンク(1
2)の貯留水(12a)に浸漬されている。スプレーノズル(1
a)は天井部分に設置されており、下方に向かって水を噴
射するようになっている。
【0031】スプレーノズル(1a)と水タンク(12)との間
には循環水ポンプ(10)が設置されており、水タンク(12)
内の貯留水(12a)をスプレーノズル(1a)に揚水するよう
になっている。また、前記循環水ポンプ(10)には市水が
供給されるようになっていて、水タンク(12)の貯留水(1
2a)と前記市水とを混合して揚水する。
【0032】加熱分解装置(4)は熱交換器(3)の上に一体
的に設置されており、両者(3)(4)は入口側のスクラバ
(1)に隣接し且つ水タンク(12)上に設置されている。
【0033】熱交換器(3)は、円筒状ケーシング(3a)と
円筒状ケーシング(3a)内部に収納される熱交換本体(3b)
並びに円筒状ケーシング(3a)の外周に巻設された断熱材
(13)とで構成されており、熱交換器具本体(3b)が連通管
(15)でスクラバ(1)の筒状部(1b)と連通している。
【0034】加熱分解装置(4)は、反応筒(4a)と、反応
筒(4a)内に設置されている電熱ヒータ(5)並びに反応筒
(4a)の外周に巻設された断熱材(13)とで構成されてお
り、前記熱交換器本体(3b)の上端開口部分が電熱ヒータ
(5)の設置場所の中心部分に開口しており、予熱された
水洗排ガス(F2)が電熱ヒータ(5)設置部分の加熱分解ゾ
ーンに排出されるようになっている。反応筒(4a)の内部
空間容積は約30リットルであり、その内部はアルミナ
系耐火材料で覆われている。電熱ヒータ(5)としては、
アルミナ系セラミックチューブに例えばSiCの如き非
金属系(又は金属系)発熱体を装填した電気ヒータを、
例えば6本使用する。
【0035】粉塵排出装置(6)は、高圧ガス源(又は高
圧水源)に接続されたノズル状のもので、その開口部か
ら高圧噴出ガス(又は高圧水)(16)が噴出するようにな
っている。粉塵排出装置(6)の設置場所は、本実施例で
は加熱分解装置(4)の天井部分、中間部分と熱交換器(3)
の底面開口部分並びにスクラバ(7)の入り口であり、下
向きに圧縮噴出ガス(16)を噴出するようになっている。
粉塵排出装置(6)の設置場所は、前記の位置に限られ
ず、必要箇所に必要な数だけ設置出来るようになってい
る。
【0036】出口側のスクラバ(7)は、水タンク(12)の
天井部分に設置されており、熱交換器(3)の底面開口か
ら水タンク(12)内に流入した加熱分解排ガス(F3)が水タ
ンク(12)の天井部分と水面との間の空間を通って流入す
るようになっている。スクラバ(7)は、例えば多数の邪
魔板(7b)とスプレーノズル(7a)とが内蔵された構造とな
っている。
【0037】出口側スクラバ(7)の出口には排気ダクト
(9)が設置されており、その途中に排気ファン(8)が設置
されている。
【0038】しかして、半導体製造設備から排出された
半導体製造排ガス(F1)をダクト(14)を介して導入部に導
入し、スプレーノズル(1a)から噴出された霧状の高圧水
にて洗浄する。スプレーノズル(1a)から噴出された高圧
水は、半導体製造排ガス(F1)と効果的に気液接触がなさ
れ、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。
【0039】水タンク(12)に対しては、常に新しい水
(市水)を循環水ポンプ(10)に供給しつつ、排水ダクト
(11)から同量の処理水を水タンク(12)からオーバーフロ
ー又は底部から排除する。
【0040】スクラバ(1)の筒状部(1b)に形成した保守
扉(18)から連通管(15)を通して熱交換器(3)の熱交換器
本体(3b)に燃料ガス供給管(2)を挿入し、空気供給ポン
プ(22)にて酸化加熱分解に必要な空気を洗浄排ガスに供
給して混合する。(21)は外部空気を少なくとも200〜
300℃に予熱する予熱部であり、予熱された空気に燃
料供給部(20)から供給される炭化水素系燃料が混合さ
れ、燃料ガス(F5)が形成される。燃料ガス(F5)の混合に
より洗浄排ガス(F2)の濃度は爆発の許容濃度以下に薄め
られる。
【0041】前記燃料ガス供給管(2)は、実線で示すよ
うに熱交換器本体(3b)の入り口部分迄挿入してもよい
し、仮想線で示すように熱交換器本体(3b)を貫通して配
設してもよいし、逆に連通管(15)乃至筒状部(1b)の部分
で空気を混入するようにしてもよい。洗浄排ガス(F2)と
空気の混合を十分に行わせるためには、筒状部(1b)側で
混合するのがよいが、安全性の面から考えれば熱交換器
本体(3b)を貫通して配設するのが望ましい。
【0042】入口側のスクラバ(1)で洗浄された水洗排
ガス(F2)は連通管(15)を経由して、熱交換器(3)の熱交
換器本体(3b)内に入る。ここで、前述のように燃料ガス
と混合されると共に装置上部にある加熱分解装置(4)で
高温加熱により酸化分解された高温分解ガス(F3)と熱交
換器本体(3b)の器壁を介して熱エネルギーの授受が行わ
れ、予熱昇温した状態で熱交換器本体(3b)の上端開口か
ら排出されて加熱分解装置(4)の酸化加熱分解ゾーンに
入る。
【0043】処理される洗浄排ガス(F2)は電熱ヒータ
(5)の表面に沿って降下して熱分解される。
【0044】酸化処理された高温分解排ガス(F3)は大量
の粉塵(17)を発生させ、これが電熱ヒータ(5)の外周や
電熱ヒータ(5)の下方に設置されている熱交換器本体(3
b)の外周に堆積する事になるので、粉塵排出装置(6)で
堆積粉塵(17)を除去する。
【0045】水洗排ガス(F2)は、酸化処理の進行と共に
大量の粉塵(17)を発生させながら加熱分解装置(4)から
熱交換器(3)に向かって降下し、熱交換器本体(3b)の器
壁を通して外周から熱交換器本体(3b)内を上昇している
水洗排ガス(F2)を加熱する。このようにして熱交換を終
えた加熱分解排ガス(F3)は、熱交換器(3)の下面開口部
から水タンク(12)内に入り、水タンク(12)の天井面と水
面との間の空間を通って出口側のスクラバ(7)内に導入
される。このスクラバ(7)への分解排ガス(F3)の導入
は、排気ファン(8)の吸引作用によって行われる。
【0046】前記粉塵(17)の一部は、電熱ヒータ(5)や
熱交換器(3)内に付着堆積するが、大部分は高温分解排
ガス(F3)と共に降下し、その大部分は水タンク(12)内の
貯留水(12a)上に降り注ぎ沈んで行く。
【0047】出口側のスクラバ(7)に導入された粉塵(1
7)を含む分解排ガス(F3)は、スプレーノズル(7a)からの
散水と邪魔板(7b)によって効果的に水洗され且つ熱を奪
われて低温となり、清浄低温排ガス(F4)となって排気ダ
クト(9)から大気放出される事になる。
【0048】水タンク(12)内の貯留水(12a)の一部は排
水ダクト(11)を通して水タンク(12)外に排出される。こ
の場合、必要に応じて排水ダクト(11)の前にフィルタ
(図示せず)を設置し、粉塵を固形物として除去するよ
うにしてもよい。
【0049】また、本発明装置では、熱交換器(3)の設
置により水洗排ガス(F2)を予熱する事ができて熱回収が
可能となり、電熱ヒータ(5)にかかる熱エネルギ負担を
更に低減させることができる。 [実施例1]CF4ガスを濃度2000ppmでN2ガスキャリ
ヤーにより50リットル/minで除害装置に導入した。
【0050】SiC発熱体電熱ヒータ(5)は表面温度700
℃に保持し、その雰囲気下の反応筒(4a)にLPG(プロ
パン10%,ブタン90%)を15.6リットル/minと300℃に
予熱した外部空気500リットル/minを混合せしめて導入
した。
【0051】LPGは反応筒(4a)内で熱分解発熱し、空
間温度は徐々に昇温し、30分後1400℃に到達した。その
温度に到達した時点で排ガス中のCF4濃度は30ppmであ
った。つまり、導入ガス濃度を基にして98.5%の除害率
で処理することができた。 [実施例2]実施例1と同様の除害機構において、C2
6ガスを濃度4000ppmでN2キャリヤーのもと100リット
ル/minで導入した。
【0052】そして、SiCヒータは表面温度700℃に
保持して、その雰囲気下の反応塔に13A都市ガス(メ
タン88%含有)を3.7リットル/minと250℃に予
熱した外部空気420リットル/minを混合せしめて導入し
た。
【0053】都市ガスは反応塔内で熱分解,発熱し、空
間温度は徐々に昇温し30分後1200℃に到達した。その
温度に達した時点で排ガス中のC26の濃度を測定した
ところ40ppmであった。これは、導入ガス濃度を基にし
て99%の除害率となる。又、処理後のガス中にCF4
は存在しなかった。 [比較例1]実施例と同じ700℃に保持した電熱ヒータ
のみでLPGと外部空気を導入せず、酸化用外部空気を
4リットル/minと2000ppm濃度CF450リットル/minの
ガスを反応筒に導入して排出ガス中のCF4濃度を測定
したところ、1900ppmの残留を示し、殆ど除害されてい
ないことが明らかとなった。 [比較例2]比較例1において、SiC発熱体を昇温せ
しめ、ヒータチューブの表面温度を1350℃迄加熱し
た。CF4ガス及び酸化用外部空気を比較例1と同じ条
件とし、排出ガス中のCF4濃度を測定したところ、550
ppmの残留を示し、導入ガス濃度を基にして72.5%の除害
率であった。しかしながら、SiCヒータの温度保持が
不安定となり、3日間の継続使用が不可となった。
【0054】
【発明の効果】以上述べたように本発明により、電熱ヒ
ータを用いる除害方法において、少ないエネルギーコス
トで、十分な高温状態を達成することができるようにな
るので、除害処理を安全かつ安定して実施でき、最小限
のエネルギー使用によりランニングコストを抑え込みな
がら排ガスをそのTLV以下に消減せしめることが可能
となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本実施例の除害装置の概要を示した図。
【符号の説明】
(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 (F5) 燃料ガス (1) スクラバ(入口側) (2) 燃料ガス供給管 (3) 熱交換器 (4) 加熱分解装置 (4a) 反応筒 (5) 電熱ヒータ (6) 粉塵排出装置 (7) スクラバ(出口側) (8) 排気ファン (9) 排気ダクト (10) 循環水ポンプ (11) 排水ダクト (12) 水タンク (14) ダクト (15) 連通管 (16) 高圧噴出ガス (17) 粉塵 (20) 燃料供給部 (21) 外部空気予熱部 (22) 外部空気供給ポンプ

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 半導体製造排ガスを、外部空気の存在下
    で高温酸化分解する除害方法であって、加熱分解のため
    の熱源として電熱ヒータ及びH2,COを含む炭化水素
    系燃料を使用することを特徴とする半導体製造排ガスの
    除害方法。
  2. 【請求項2】 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
    ガスをスクラバで水洗除去し、その後に前記水洗排ガス
    中の熱分解成分ガスを電熱ヒータを備えた反応筒で加熱
    分解する半導体製造排ガスの除害方法であって、反応筒
    で加熱分解する前段階で、H2,COを含む炭化水素系
    燃料と空気とが混合されてなる燃料ガスを水洗排ガスに
    混入することを特徴とする半導体製造排ガス除害方法。
  3. 【請求項3】 反応筒内の電熱ヒータは燃料ガスの着火
    用として用い、燃料ガス着火後に電熱ヒータの通電を停
    止することを特徴とする請求項1又は請求項2記載の半
    導体製造排ガスの除害方法。
  4. 【請求項4】 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
    ガスを水洗除去するスクラバと、水洗排ガス中の熱分解
    成分ガスを加熱分解する反応筒と、前記スクラバと前記
    反応筒の間のいずれかの過程で水洗排ガスにH2,CO
    を含む炭化水素系燃料と空気とが混合されてなる燃料ガ
    スを混入するための燃料ガス供給管とを備えており、前
    記反応筒は電熱ヒータを有していることを特徴とする半
    導体製造排ガス除害装置。
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