JPS62134414A - 半導体製造排ガスの燃焼方法及び同燃焼装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は半導体製造工程などから排出されるシランガス
等の有毒成分を含む排ガスを無害化するための燃焼方法
とイのための燃焼装置に関するものである。

（従来の技術） 半導体製造装置からはシラン（ＳｉＨ４）、ジクロルシ
ラン（Ｓ！Ｈ２（Ｊ２）、ゲルマン（Ｇｅト］４）、ジ
ボラン（８２Ｈｅ　）　、アルシン（ＡｓＨ３）、ボス
フィン（ＰＨ３）等種々の成分ガスを含んだ排ガスが排
出されるが、これらの成分ガスは有毒なのでこれを燃焼
し安全化して排気することが要求される。そして、これ
らの成分ガスは自燃性であるか若しくは可燃性であるの
で、バーナを用いて燃焼処理されている。以下、図面を
用いてこれを説明する。

第５図は従来の半導体製造排ガスの燃焼装置の一例を示
す中央縦断面図で、１は燃焼室を形成する中空筒体で、
該中空筒体１の下方側部には空気導入部２が、また、頂
部には排気系（図示Ｉず）と連通ずる燃焼ガス排出部３
が設けられている。

そして、前記中空筒体１の底部からは同心二重管バーナ
４が上方に向けて１通して設けられ、該バーナ４の内管
４ａには排ガス流路５が、内管４ａと該管４ｂとの間に
は不活性ガス流路６がそれぞれ形成されている。なお、
７は空気導入部２から燃焼ガスリド出部３へ流れる空気
を整流するための整流板、８はフランジ間に耐熱ガラス
を介装した火炎監視窓である。

上述の如き燃焼装置において、まず空気導入部２から中
空筒体１内に導入した空気を燃焼ガス排出部３から排気
系に排出し、中空筒体１内に上向きの空気流を形成する
。次いで前記半導体製造工程からのシランガスを含む排
ガスを排ガス流路５に、また不活性ガスとして窒素ガス
を不活性ガス流路６にそれぞれ流ずと、シランガスは自
燃性なので空気に触れると直らに燃焼するが、窒素ガス
によるガスカーテン作用により若干燃焼が遅れ、第５図
の如く、バーナ４のノズルより若干上方にリフｉ〜せし
めてノズル口端より離して火炎９を形成して燃焼する。

そして燃焼により生成したガスは前記空気と共に燃焼ガ
ス排出部３から前記した排気系（図示せず）に排出され
、次工程にて更に処理されるものである。そして上記装
置での従来の燃焼方法では、シランガス燃焼に伴って生
ずる微少粒子の二酸化珪素が、一般に上方に上昇して浮
遊することから火炎を上方に生ずるよう上向きで燃焼す
るようにしており、そして又バーナ４の排ガス流路５の
ノズル口に二酸化珪素が付着し、該ノズルを閉鎖するの
を防止するため、火炎９がノズルより離れて形成される
よう不活性ガスを用いて火炎をリフトさせているのが実
情である。

〔発明が解決しようとする問題点〕

しかしながら、従来の燃焼装置には次のような問題点が
ある。

（１）　　シランガスの燃焼では、前記の如く火炎をリ
フトさせ燃焼に伴って生ずる二酸化珪素がバーナ４の排
ガス流路５のノズルに付着しないようにしているが、実
際には中空筒体１内の対流等により、時間の経過に伴っ
て徐々に該ノズルに付着す・る。そして一旦付着すると
次々に付着し、バーナが上向きであるため、ついには排
ガス流路５を閉塞し、暫時後剥離するという現象が繰り
返される。そして、該剥離に伴う排ガス流路の圧力変動
は半導体製造工程に悪影響を及ぼすだけでなく、バーナ
が上向きであるため剥離した二酸化珪素の塊りが排ガス
流路５内に落下して該流路５をせばめ、不完全燃焼を起
す原因ともなる。

（ａ　また、シランガス燃焼時に生成される微少の二酸
化珪素等の粉即をそのまま大気中に排気するのは公害、
衛生面で不適当なので燃焼ガス中の該粉塵を除去する必
要があるが、例えばバグフィルタで除去するには、燃焼
ガスは高温なので予め冷却する必要がある。そしてこの
場合、従来の燃焼装置での燃焼では燃焼火炎を上向きに
形成しているため、該燃焼装置内に冷却設備を設けるこ
とはできず、該燃焼装置と連結して外部に別途冷却設備
を設けているのが実情である。また、他の除去方法とし
て燃焼ガス中の扮、鹿を水で捕捉する方法があるが、こ
の場合でも、従来の燃焼装置では燃焼ガスを水と混合さ
せるため水混合装置を該燃焼装置外に設（プなけれなら
ず、設置面積及び費用の点で不都合である。

（３）　　更に前記の如く、燃焼ガスは高温なので中空
筒体１内体も高温になり、例えば火炎監視窓８から火炎
９を監視する場合に、危険である。そこで中空筒体１の
温度上昇を抑制するため該中空筒体１に断熱材を施すか
、または中空筒体１に注水する必要がある。

（４）　　また、従来の燃焼装置では、中空筒体１内を
上方に向って流れる空気流により、中空筒体１内壁面へ
の二酸化珪素の付着を防止しているが、防止効果は充分
でなく、該内壁面に二酸化珪素が付着してしまう。そし
て特に火炎が上向きであるため、二酸化珪素は中空筒体
１の上方に多く付着し、ある程度の付着量になると、中
空筒体１内の対流及び自重により剥離して落下し、バー
ナ４に衝突して燃焼を阻害する恐れがある。

本発明は、上記の不都合に鑑みて種々考究した結果なさ
れたもので、燃焼火炎を下向きに発生せしめて、ノズル
口に生成付着したり、又燃焼装置内壁に付着する二酸化
珪素が剥離して落下した際ノズル口内に入って流路を閉
塞するのを防止して、常に安定した状態で燃焼を遂行せ
しめ、又燃焼に当って装置内で水噴射することを可能と
して、装置の冷却と共に、それ以後の水処理を容易にす
ると共に、水処理に必要な水処理設備を燃焼装置外に別
途に設けることを省略して設置装置の設置空間の縮減と
費用の低減化を図ることを目的とする。

〔問題点を解決するための手段〕

そしてその特徴とするところは、第１発明は、半導体製
造排ガスの燃焼にあたって、上方より下方に空気を流通
せしめた装置内で、中心から順に半導体製造排ガス流路
、不活性ガス流路、一次空気流路、二次空気流路を形成
してなる同心四重管により、それぞれの上記気体を下向
きに流出せしめて燃焼火炎を形成すると共に、前記装置
内に上方より下方に流通する空気を０．５　ｍ／ｓｅｃ
以上の流速で流し、また、前記バーナの一次空気の流速
を２〜１０ｍ／ｓｅｃ　、二次空気の流速を該一次空気
の流速と同等以上にして燃焼させることを特徴とする半
導体ＨＵ排ガスの燃焼方法であり、又これを実施するた
めの第２発明は、上部に空気導入部を、底部に排気系と
連通ずる燃焼ガス排出部とを有する中空筒体内に、中心
から順に半導体製造排ガス流路、不活性ガス流路、一次
空気流路、二次空気流路を形成して下向きに開口する同
心四重管バーナを設けることを特徴とする半導体製造排
ガスの燃焼装置に係り、 第３発明は、第２発明において、前記同心四重管バーナ
の開口部下方に水スプレー管を設けたことを特徴とする
半導体製造排ガスの燃焼装置である。

〔実施例） 以下、第１図乃至第４図を用いて本発明の一実施例を説
明する。

第１図は本発明に係る燃焼装置の中央縦断面図、第２図
は第１図の■−■線断面図、第３図は本燃焼装摺に使用
するバーナのｆｆｌ断面図で、特にノズル付近の拡大図
である。

第１図乃至第３図において、１１は燃焼室を形成する中
空筒体で、該中空筒体１１の上部側方には空気導入部１
２が、また、底部には排気系（図示せず）に連通ずる燃
焼ガス排出部１３が設けられている。次に１４は前記中
空筒体１１の頭部から下方に向けて貫通させて設けた同
心四重管バーナで、該バーナ１４の内管１４ａには排ガ
ス流路１５が、該内管１４ａとその外側の第２の内管１
４ｂとの間には不活性ガス流路１６が、該第２の内管１
４ｂとその外側の第３の内管１４ｃとの間には一次空気
流路１７が、更に該第３の内管１４Ｃと外管１４ｄとの
間には二次空気流路１８がそれぞれ形成されている。そ
して更に、内管１４ａの端部は第３図の如く第２の内管
１４ｂの端部より若干内側に位置して形成されている。

このように、本発明ではバーナ１４を同心四重管とした
ので、シランガスを中空筒体１１内で下向きに、かつバ
ーナ１４の下端部より下方に少し離して火炎を形成し、
かつ効率良く燃焼させることが出来る。即ち、前記第５
図に例示した従来の燃焼装置をただ単に天地を逆にして
使用して本発明の如き下向き火炎を形成するようにする
と、火炎はそれ自体の浮力により煽られて末広がり（ブ
ロード）の不安定な火炎となり、又火炎の温度が低下し
て不完全燃焼を惹起する。

このようなことより本発明においては、前記の如くバー
ナ１４の構造を同心四重管として一次。

二次空気流路１７．１８に流れる空気量をそれぞれ適切
に調整することによって常時安定した火炎を保持し得る
ようにしたちのｐある。

次に１９は空気導入部１２より導入された空気を整流す
る整流板で、例えばパンチングプレートの如き多孔板で
形成され、該整流板１９に前記下向きバーナ１４を貫通
させることにより該バーナ１４の保持にも兼用される。

また、２０は常時着火しておくパイロットバーナの如き
点火源で、前記バーナ１４の各ノズルの下方の適宜位置
に火炎が位置するように１木、またはそれ以上配冒され
ている。

次に２１はバーナ１４により該バーナ１４の下方に形成
される火炎の下方に位置するように配置された水スプレ
ー管で、第２の如く「コの字状」を水平に配置してなり
、該水スプレー管２１の相対向する「コの字状」の内側
には水平方向に複数の水噴出ノズル２２が設けられてい
る。

上述の如く構成した本発明に係る燃焼装置は次の通り操
作、運転される。

まず、パイロットバーナ２０にプロパン等の燃料ガスを
供給して着火すると共に、空気導入部１２からの空気を
燃焼ガス排出部１３を介して排気系（図示せず）に排出
し中空筒体１１内に下向きの空気流を形成する。

なお、該空気流の筒内流速は０　、５　ｌ／ｓｅｃ以上
にするのが望ましく、これ以下の流速だと微少の二酸化
珪素が軽く吹上げられて中空筒体１１内を舞上がってし
まい、装置外への排出が困何となる。

次いで半導体製造工程から排ガス流路１５に、窒素ガス
を不活性ガス流路１６に、空気を一次。

二次空気流路１７．１８にそれぞれ流すと、それぞれの
ガスは各ノズルから平行に噴出し排ガスはパイロットバ
ーナ２０からの火炎により着火するが第１図の如く不活
性ガス流路１６からの窒素ガスによるガスカーテン作用
によりバーナ１４の各ノズルの下端部より若干下がった
位置で燃焼し火炎２３が形成される。

このように、火炎２３をバーナ１４の各ノズルから下方
に離すのは排ガス中のシランガス燃焼時に生ずる二酸化
珪素の微粉末が各ノズルに付着しないようにするためで
、上記の如く火炎を形成し、かつ安定して燃焼するため
には、排ガス流路１５を流れる排ガスの成分及び流速に
応じて一次空気の流速を２〜１０ｎｅ／ｓｅｃ　、二次
空気の流速を一次空気の流速以上とする。更に詳述する
と、一次空気の流速を２　ｍ／ｓｅｃ以下にすると火炎
の形状は火炎自体の浮力の影響で末広がり（ブロード）
になり火炎が不安定となると共に火炎の温度が低下して
不完全燃焼を起こすこととなる。また、一次空気の流速
を１０　ｍ／ｓｅｅ以上にすると排ガス量が少ないとき
に火炎が吹き飛んで燃焼を阻害する不都合が生ずる。

次に二次空気は火炎２３の形状を棒状にして高温を継持
して燃焼させる作用をし、このためには二次空気の流速
を一次空気の流速と同等以上とし、かつ２，５倍以内と
するのが良い。これは、二次空気の流速を一次空気の流
速より遅くすると、火炎の形状を安定して継持すること
が困難となり、また、二次空気の流速を一次空気の２．
５倍以上とすｇと排ガス量が少ないときに火炎が吹き飛
んでしまうからである。

上述の如く形成された火炎２３による燃焼により生じた
高温の燃焼ガスは前記空気流と共に下方に向かい、この
途中において、水スプレー管２１からの水により冷却さ
れ、気液二相状態になって燃焼ガス排出部１３から排気
系に流れる。

尚、上記説明において、パイロットバーナ２０を設けた
のは半導体製造工程からの排ガス中のシランガス濃度が
種々変化しても常に安定した火炎が維持されるようにし
たもので、常に排ガス中にシランガスが常時自燃する程
度に含まれている場合には特に設けなくても良いが、実
際の排ガスではシランガスの濃度が高低し、自燃する濃
度以下になることもあるので設けておいた方が望ましい
。

また、本実施例ではスプレー管２１の形状を「コの字状
」としたが、排ガス燃焼に伴う火炎２３の直下方向をさ
ける適宜の形状、例えばリング状等でも良く、そしてス
プレー管２１に設ける水噴出ノズルの設置位置は限定さ
れないが、水平に噴出するようにすれば、水が中空筒体
１１の内周面に接触し流下するので該内周面に対して洗
浄作用が生じ、この結果、該内周面への二酸化珪素の付
着が防止されメンテナンスに便利である。更にバーナ１
４の取り付けは垂直に限定せず、適宜斜めに傾けても良
い。

次に、上述の如く火炎を下向きに、かつ安定して燃焼す
るためのバーナの他の実施例を第４図により説明する。

第４図はバーブのノズル付近を拡大した中央縦断面図で
内管３０．第２の内管３１．第３の内管３２及び外管３
３の同心四重管で、基本的には前記した第３図のバーナ
と類似の構成であるが、第３図のバーナと異なる点は第
３の内管３２と外管３３である。即ち第３の内管３２の
開口端部は第２の内管３１及び外管３３の開口端部より
内側に位置させるように形成し、また外管３３の開口端
部３４はバーナの中心方向に向けて絞り込んだ形状とし
たものである。このように第４図のようなバーナ形状と
すると、前記第３図のバーナでは、排ガス、窒素ガス、
一次、二次空気が各ノズルからそれぞれ平行に噴出して
いたのを二次空気が火炎をバーナの中心方向に向って包
み込むように作用することとなり、前記第３図のバーナ
を用いた場合に比べ火炎が小さくなり、かつ高温を維持
し易くなって、より効果的な燃焼を行なうことができる
。以上、第３図、第４図のバーナにおいて、排ガス流路
のノズル及び不活性ガス流路のノズル部を形成する管を
鋭角にすると二酸化珪素が付着しにくく、かつ付着して
も容易に剥離するので効果的である。

〔発明の効果〕

（１）　　本発明に係る燃焼方法によれば、バーナを下
向きにして火炎を下方に形成するようにしたので、たと
えバーナノズルに燃焼により生じた二酸化珪素が部分的
に付着してもノズルからのガス圧及び自重により自然落
下し、ノズルを閉塞することがないので連続燃焼でき、
また、これによりノズル部で圧力変動が起きないので半
導体製造工程からの排ガスの燃焼処理に好適であり実施
効果が大きい。

（２）　　また、本燃焼装置では火炎を下向きに燃焼さ
せるに当り、同心四重管バーナを用いて、一次。

二次空気の流速を適宜調節して燃焼するので、安定した
火炎が保持出来るとともに効果的な燃焼が可能である。

（３）　　更に本発明では燃焼火炎を下向きに形成する
ようにできたので、火炎を阻害することなく装置内に水
スプレー管を設けることができる。

この結果、 （Ｄ　　燃焼ガス冷却が燃焼室内ででき、別途の燃焼ガ
ス冷却設備は不要であり、 ０）　燃焼ガスを水と混合した後、該燃焼ガス中の固型
酸化物を水中で捕捉して除去する方法に使用した場合、
中空筒体内で水と燃焼ガスを混合でき、別途の水混合装
置は不要となる。

０　燃焼ガス冷部時に中空筒体自体も冷却できるので、
中空筒体に断熱材を設けなくて済み、また、中空筒体冷
却のための別途の注水設備は不要である。

（へ）　スプレー管からの水が中空筒体内壁面に接触し
て流れるようにすれば、該内壁面内に二酸化珪素が付着
することがなく、該内壁の清掃などメンテナンスが楽に
なる。また、例え水の接触しない中空筒体上方に二酸化
珪素が付着し、剥離し落下しても、本燃焼装置運転上何
ら支障がなく、燃焼にあたっての安定性が著しく向上す
る。

等の効果を生ずる。

【図面の簡単な説明】

第１図乃至第３図は、本発明の一実施例を示すもので、
第１図は一燃焼装置の中央縦断面図、第２図は第１図の
■−■線断面図、第３図はバーナのノズル付近を拡大し
て示す縦断面図、第４図は本発明のバーナの他の実施例
を示すノズル付近を拡大した縦断面図、第５図は従来の
燃焼装置の縦断面図である。 １１・・・中空筒体　　　１２・・・空気導入部１３・
・・燃焼排ガス排出部　　　１４・・・バーナ１５・・
・半導体製造排ガス流路　　１６・・・不活性ガス流路
　　１７・・・−数字気流路　　１８・・・二次空気流
路　　２０・・・パイロットバーナ　　２１・・・水ス
プレー管

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、半導体製造排ガスの燃焼にあたって、上方より下方
   に空気を流通せしめた装置内で、中心から順に半導体製
   造排ガス流路、不活性ガス流路、一次空気流路、二次空
   気流路を形成してなる同心四重管により、それぞれの上
   記気体を下向きに流出せしめて燃焼火炎を形成すると共
   に、前記装置内に上方より下方に流通する空気を０．５
   ｍ／ｓｅｃ以上の流速で流し、また、前記バーナの一次
   空気の流速を２〜１０ｍ／ｓｅｃ、二次空気の流速を該
   一次空気の流速と同等以上にして燃焼させることを特徴
   とする半導体製造排ガスの燃焼方法。 ２、上部に空気導入部を、底部に排気系と連通する燃焼
   ガス排出部とを有する中空筒体内に、中心から順に半導
   体製造排ガス流路、不活性ガス流路、一次空気流路、二
   次空気流路を形成して下向きに開口する同心四重管バー
   ナを設けることを特徴とする半導体製造排ガスの燃焼装
   置。 ３、上部に空気導入部を、底部に排気系と連通する燃焼
   ガス排出部とを有する中空筒体内に、中心から順に排ガ
   ス流路、不活性ガス流路、一次空気流路、二次空気流路
   を形成し下向きに開口する同心四重管バーナを設けると
   ともに前記同心四重管バーナの開口部下方に水スプレー
   管を設けたことを特徴とする半導体製造排ガスの燃焼装
   置。