KR102537741B1

KR102537741B1 - 배출 가스 처리 장치

Info

Publication number: KR102537741B1
Application number: KR1020180090309A
Authority: KR
Inventors: 가즈토모 미야자키; 데츠오 고마이; 세이지 가시와기
Original assignee: 가부시키가이샤 에바라 세이사꾸쇼
Priority date: 2017-08-03
Filing date: 2018-08-02
Publication date: 2023-05-26
Also published as: TW201911454A; CN109386833A; KR20190015139A; US20190041058A1; TWI754084B; US10557631B2; CN109386833B

Abstract

연소식 배출 가스 처리 장치에 있어서 수소를 포함하는 처리 가스를 처리할 때에, 처리 가스와 지연성 가스를 연소실의 내주면의 접선 방향을 향해서 취입하여, 연소실 내벽으로부터 부유한 이종 혼합의 원통형상 혼합 화염을 형성함으로써, 연소실의 열손상을 방지할 수 있는 배출 가스 처리 장치를 제공한다.
수소를 포함하는 처리 가스를 연소 처리하여 무해화하는 배출 가스 처리 장치로서, 수소를 포함하는 처리 가스를 연소하는 연소실(1)은, 원통형상의 연소실(1)로서 구성되고, 연소실(1)은, 처리 가스와 지연성 가스를 각각 연소실(1)의 내주면의 접선 방향을 향해서 취입하는 처리 가스용 노즐(3A)과 지연성 가스용 노즐(3B)을 구비하고, 처리 가스용 노즐(3A)과 지연성 가스용 노즐(3B)은, 연소실(1)의 축선에 직교하는 동일 평면상에 위치하고 있다.

Description

배출 가스 처리 장치{EXHAUST GAS TREATMENT APPARATUS}

본 발명은, 반도체 디바이스 등을 제조하는 제조 장치로부터 배출되는 배출 가스를 연소 처리하여 무해화하는 배출 가스 처리 장치에 관한 것으로, 특히 EUV(Extreme Ultra Violet) 노광 장치로부터 배출되는 배출 가스를 연소 처리하여 무해화하는 배출 가스 처리 장치에 관한 것이다.

MPU, DRAM 등의 반도체 집적 회로의 고집적화와 그것에 필요한 미세화는, 회로 패턴을 전사하는 노광 장치 광학계의 단파장화와, 액침, 멀티 패터닝 등의 기술에 의해서 실현되어 왔다.

광학계의 단파장화는 기술적 한계에 접근하고 있다고도 말해지지만, 최근 EUV(Extreme Ultra Violet : 극단 자외선) 노광 장치가 실용화되려고 하고 있다. EUV란, 지금까지 365 nm→248 nm→193 nm(현행)로 수십년을 걸쳐 단계적으로 진행되어 온 단파장화를, 단숨에 13.5 nm까지 진행시키는 기술이며, 그만큼 극복해야 하는 여러 가지의 기술적 장애물을 안고 있다.

그 하나에 장치 내의 오염 대책이 있다. EUV 노광 장치는 초정밀 기기이며, 특히 광학계로의 이물의 진입에 의해서 성능이 급격히 저하된다. EUV 노광 장치는 EUV를 발생시키는 광원부와, 광원부에서 발생시킨 EUV에서 웨이퍼의 노광을 행하는 노광부로 구성되고 있고, 광원부에서는 타겟으로의 레이저 조사에 의해서 생성하는 주석(Sn)의 산화물, 노광부에서는 감광성 물질(레지스트)로부터 이탈하는 유기 물질이, 각각 대표적인 오염원으로서 알려져 있지만, 이들은 장치의 운용상 필연적으로 발생하는 것이고, 발생 그 자체를 방지할 수는 없다.

이들에 대한 오염 대책으로서, 수소 가스를 이용하는 방법이 있다. 광원부에서는 수소 가스를 수백 L/분 사용하여 주석의 산화물을 가스형상의 수소화물로서 제거하고, 또한 노광부에서는 동일하게 수소 가스를 수십 L/분 사용하여 유기 물질을 가스화시켜 제거한다. 사용된 수소 가스는 대부분이 미반응이기는 하지만, 제거된 오염 물질의 캐리어로서 장치로부터 배출된다. 다만, 노광부 내를 진공으로 하는 동작 공정의 존재나, 광원부와 노광부는 어느 정도 독립적으로 동작하는 것, 또한 정기적인 메인터넌스라는 요인 때문에, 배출되는 수소 가스의 양은 크게 변동한다.

따라서 EUV 노광 장치로부터는 수백십∼수백 L/분이라는 변동폭을 갖는 수소가스를 포함하는 처리 가스(배출 가스)가 배출되게 된다.

특허문헌 1 : 일본 특허 공보 제4937886호

반도체 디바이스 등의 제조 장치로부터 배출되는 처리 가스(배출 가스)는, 통상, 배출 가스 처리 장치에 의해서 무해화 처리를 행한 후에 대기에 배출하고 있다. 이 무해화 처리 방법으로서는, 특허문헌 1 등에 개시되어 있는 바와 같이, 연료(연료 가스)와 지연성 가스(산소 함유 가스)를 혼합하여 연료를 연소시켜 화염을 형성하고, 화염에 처리 가스(배출 가스)를 혼합하여 처리 가스를 연소 처리하는 연소식 배출 가스 처리 장치가 널리 채용되고 있다.

그러나, EUV 노광 장치로부터 배출되는 처리 가스(배출 가스)에는 대량의 수소 가스가 포함되어 있기 때문에, 별도 연료를 공급하지 않고, 지연성 가스(산소 함유 가스)를 공급하는 것만으로 처리 가스를 연소 처리할 수 있을 가능성이 있다.

수소는 가연성 가스 중에서도 특히 연소 속도가 빠르고, 연소 범위가 넓은 (고농도라도 저농도라도 연소함) 특징을 갖는다. 그 때문에, 수소가 연소실 내에 유입한 직후 급속히 연소하여 국소적인 고온부가 형성되고, 연소실이 열손상될 가능성이 있다. 열손상의 가능성은 수소의 유입량이 많을수록 높아지지만, 일반적인 수법으로서 대량의 지연성 가스(공기)를 이용하여 연소시킴으로써, 열손상을 방지하는 것은 가능하다. 다만 이 경우, 대용적의 연소실이 필요하게 되고, 연소 가스량도 많아지기 때문에 장치가 대형화한다. 또한 지연성 가스량을 수소의 유량에 맞추어 조정할 필요가 생긴다. 이것은 대량의 지연성 가스에 대하여 소량의 수소 가스를 혼합하여 연소시키려고 한 경우, 연소 가능한 하한 농도(수소와 공기의 혼합기의 경우, 수소 농도가 4%)를 하회하면 연소하지 않게 되기 때문이다.

그런데 수소의 유량은 EUV 노광 장치의 운전 상태에 의존하여 변동하기 때문에, 수소의 유량에 추종하여 지연성 가스량을 조정하는 것은 곤란하다. 따라서 대량의 수소에 대하여 필요 최소한의 지연성 가스로 연소시킬 필요가 있고, 연소실의 열손상으로의 대책이 필요해진다.

본 발명자들은, EUV 노광 장치로부터 배출되는 대량의 수소를 포함하는 처리 가스(배출 가스)를 연소시킬 수 있고, 또한 연소실의 열손상을 방지할 수 있을 가능성이 있는 연소 방식으로서, 수소를 포함하는 처리 가스와 지연성 가스를 연소실의 내주면의 접선 방향을 향해서 취입함으로써, 연소실 내벽으로부터 부유한 이종 혼합의 원통형상 혼합 화염을 형성하는 단열 혼소(混燒) 방식을 착상한 것이다.

따라서, 본 발명은, 연소식 배출 가스 처리 장치에 있어서 수소를 포함하는 처리 가스를 처리할 때에, 처리 가스와 지연성 가스를 연소실의 내주면의 접선 방향을 향해서 취입하여, 연소실 내벽으로부터 부유한 이종 혼합의 원통형상 혼합 화염을 형성함으로써, 연소실의 열손상을 방지할 수 있는 배출 가스 처리 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

전술의 목적을 달성하기 위해서, 본 발명의 배출 가스 처리 장치의 일 양태는, 수소를 포함하는 처리 가스를 연소 처리하여 무해화하는 배출 가스 처리 장치로서, 수소를 포함하는 처리 가스를 연소하는 연소실은, 원통형상의 연소실로서 구성되고, 상기 연소실은, 처리 가스와 지연성 가스를 각각 연소실의 내주면의 접선방향을 향해서 취입하는 처리 가스용 노즐과 지연성 가스용 노즐을 구비하고, 상기 처리 가스용 노즐과 지연성 가스용 노즐은, 상기 연소실의 축선에 직교하는 동일 평면상에 위치하는 것을 특징으로 한다. 여기서, 동일 평면상에 위치하고 있다는 것은, 처리 가스용 노즐과 지연성 가스용 노즐의 연소실 내주면측의 개구의 일부가 동일 평면상에 위치하고 있는 것을 말한다.

본 발명에 따르면, 처리 가스와 지연성 가스를 연소실의 내주면의 접선 방향을 향해서 취입함으로써 원통형상 혼합 화염을 형성함으로써, 선회 원심력에 의해 원통형상 혼합 화염의 외측은 무겁고 온도가 낮은 미연의 이종 혼합 가스, 내측은 가볍고 온도가 높은 이종 혼합의 연소후 가스의 분포가 형성된다. 따라서, 원통형상 혼합 화염은, 온도가 낮은 미연의 이종 혼합 가스에 덮힌 자기 단열된 상태가 되기 때문에, 연소 화염이 직접 연소실의 내벽에 닿는 일은 없고, 연소실의 내벽이 열손상을 받기 어렵다.

본 발명의 바람직한 양태에 따르면, 상기 지연성 가스용 노즐에 냉각수 공급 배관을 접속하고, 상기 지연성 가스용 노즐로부터 지연성 가스를 냉각수와 함께 상기 연소실의 내주면의 접선 방향을 향해서 취입하도록 한 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따르면, 지연성 가스와 함께 연소실에 취입된 냉각수의 물방울은 가스보다 무겁기 때문에, 냉각수의 물방울은 원통형상 혼합 화염에 있어서의 미연의 이종 혼합 가스보다도 더욱 벽면 가장자리를 주회하고, 연소의 장해는 되지 않는다. 그리고, 냉각수의 물방울은 주회 중에 연소실의 내벽을 냉각한다. 이에 따라, 처리 가스 중에 수소가 다량으로 포함되는 경우라로도, 연소실 내에 국소적인 고온부가 형성되는 일이 없고, 가스 처리 성능을 확보하면서 연소실의 열손상을 방지하는 것이 가능하다.

본 발명의 바람직한 양태에 따르면, 상기 지연성 가스용 노즐 내를 흐르는 지연성 가스에 상기 냉각수 공급 배관으로부터 냉각수를 합류시킴으로써 냉각수를 세립화하고, 세립화한 냉각수를 포함하는 지연성 가스를 상기 연소실에 취입하도록 한 것을 특징으로 한다.

본 발명의 바람직한 양태에 따르면, 상기 연소실의 상부벽에, 냉각수를 공급하여 상기 상부벽을 냉각하는 냉각 자켓을 형성한 것을 특징으로 한다.

본 발명의 바람직한 양태에 따르면, 상기 냉각 자켓으로부터 배출된 냉각수를 상기 냉각수 공급 배관에 공급하도록 한 것을 특징으로 한다.

본 발명의 바람직한 양태에 따르면, 상기 지연성 가스용 노즐에 지연성 가스를 공급하는 지연성 가스 공급 라인에 체크 밸브를 설치하여, 상기 연소실 내의 처리 가스가 지연성 가스 공급 라인으로 역류하지 않도록 한 것을 특징으로 한다.

본 발명의 바람직한 양태에 따르면, 상기 냉각수 공급 배관에 체크 밸브를 설치하여, 상기 연소실 내의 처리 가스가 상기 냉각수 공급 배관으로 역류하지 않도록 한 것을 특징으로 한다.

본 발명의 바람직한 양태에 따르면, 상기 수소를 포함하는 처리 가스는, EUV 노광 장치로부터 배출되는 배출 가스인 것을 특징으로 한다.

본 발명의 일양태는, 수소를 포함하는 처리 가스를 연소 처리하여 무해화하는 배출 가스 처리 방법으로서, 수소를 포함하는 처리 가스를 연소하는 연소실은, 원통형상의 연소실로서 구성되고, 상기 연소실의 축선에 직교하는 동일 평면상에 위치하는 처리 가스용 노즐과 지연성 가스용 노즐로부터, 처리 가스와 지연성 가스를 각각 연소실의 내주면의 접선 방향을 향해서 취입하여, 처리 가스와 지연성 가스의 이종 혼합의 선회류를 형성하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 바람직한 양태에 따르면, 상기 지연성 가스용 노즐에 냉각수를 공급하고, 상기 지연성 가스용 노즐로부터 지연성 가스를 냉각수와 함께 상기 연소실의 내주면의 접선 방향을 향해서 취입하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 바람직한 양태에 따르면, 상기 지연성 가스용 노즐 내를 흐르는 지연성 가스에 냉각수를 합류시킴으로써 냉각수를 세립화하고, 세립화한 냉각수를 포함하는 지연성 가스를 상기 연소실에 취입하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 바람직한 양태에 따르면, 상기 연소실의 상부벽에 냉각수를 공급하여 상기 상부벽을 냉각하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 바람직한 양태에 따르면, 상기 연소실의 상부벽을 냉각한 후의 냉각수를 상기 지연성 가스용 노즐에 공급하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 바람직한 양태에 따르면, 상기 연소실에는, 처리 가스 및 지연성 가스의 취입 위치로부터 상기 연소실의 축선 방향으로 이격된 위치에서, 수공급 노즐로부터 물을 공급하고, 상기 연소실의 내주면상에 수막을 형성하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 바람직한 양태에 따르면, 상기 수공급 노즐로부터 물을 수저장부의 내주면의 접선 방향을 향해서 분출함으로써, 상기 수저장부에, 반경 방향 외측으로부터 내측을 향해서 기울어 아래쪽으로 경사진 수면을 갖는 선회류로 이루어지는 수막을 형성하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명에 따르면, 지연성 가스와 함께 연소실에 취입된 냉각수의 물방울은 가스보다 무겁기 때문에, 냉각수의 물방울은 원통형상 혼합 화염에 있어서의 미연의 이종 혼합 가스보다도 더욱 벽면 가장자리를 주회하고, 연소의 장해는 되지 않는다. 그리고, 냉각수의 물방울은 주회 중에 연소실의 내벽 근방을 냉각한다. 이에 따라, 처리 가스 중에 수소가 다량으로 포함되는 경우라도, 처리 가스 중의 수소가 급속히 연소하여 연소실 내에 국소적인 고온부가 형성되는 일이 없고, 연소실의 열손상을 방지하는 것이 가능하다.

도 1은, 본 발명의 배출 가스 처리 장치의 연소실의 구성예를 나타내는 모식적 단면도이다.
도 2는, 도 1의 II-II선 단면도이다.
도 3은, 지연성 가스에 냉각수를 주입하는 구성을 구비한 연소실을 나타내는 모식적 단면도이다.
도 4는, 도 3의 A부의 확대도이다.
도 5는, 도 3의 V-V선 단면도이다.
도 6은, 연소실의 상부판에 냉각 자켓을 구비한 실시예를 나타내는 모식적 단면도이다.
도 7은, 도 1에 나타내는 배출 가스 처리 장치의 지연성 가스 공급 라인에 체크 밸브를 설치한 실시형태를 나타내는 모식적 단면도이다.
도 8은, 도 3에 나타내는 배출 가스 처리 장치의 지연성 가스 공급 라인 및 냉각수 공급 라인에 각각 체크 밸브를 설치한 실시형태를 나타내는 모식적 단면도이다.
도 9는, 도 6에 나타내는 배출 가스 처리 장치의 지연성 가스 공급 라인 및 냉각수 공급 라인에 각각 체크 밸브를 설치한 실시형태를 나타내는 모식적 단면도이다.

이하, 본 발명에 관하는 배출 가스 처리 장치의 실시형태에 관해서 도 1 내지 도 9를 참조하여 설명한다. 도 1 내지 도 9에 있어서, 동일 또는 상당하는 구성 요소에는, 동일한 부호를 붙여 중복된 설명을 생략한다. 실시형태에 있어서는, EUV 노광 장치로부터 배출되는 배출 가스를 연소 처리하여 무해화하는 배출 가스 처리 장치를 설명한다.

도 1은, 본 발명의 배출 가스 처리 장치의 연소실의 구성예를 나타내는 모식적 단면도이다. 연소실(1)은, 일단(도시예에서는 상단)이 폐색되고 타단(도시예에서는 하단)이 개구한 원통 용기형상의 연소실로서 구성되어 있다. 원통 용기형상의 연소실(1)에는, 폐색 단부 근방에서 처리 가스(배출 가스)와 지연성 가스(산소 함유 가스)가 취입되도록 되어 있다.

연소실(1)의 폐색 단부에는, 점화용겸 불씨 공급용의 파일럿 버너(2)가 설치되어 있고, 파일럿 버너(2)에는 연료와 공기가 공급되도록 되어 있다. 또, 도 1에 있어서는, 연소실(1)의 아래쪽에 있는 세정부 등은 도시를 생략하고 있다.

도 2는, 도 1의 II-II선 단면도이다. 도 2에 나타내는 바와 같이, 처리 가스(배출 가스)를 취입하는 처리 가스용 노즐(3A)과, 지연성 가스(산소 함유 가스)를 취입하는 지연성 가스용 노즐(3B)이 연소실(1)의 내주면의 접선 방향을 향해서 설치되어 있다. 도 2에 나타내는 예에 있어서는, 처리 가스용 노즐(3A)과 지연성 가스용 노즐(3B)은 각 2개씩 설치되어 있지만, 각 노즐(3A, 3B)의 갯수는, 연소실의 사이즈나 설치 스페이스 등에 따라서 적절하게 변경 가능하다. 처리 가스를 취입하는 처리 가스용 노즐(3A)과, 지연성 가스를 취입하는 지연성 가스용 노즐(3B)은, 원통형상의 연소실(1)의 축선에 직교하는 동일 평면상에 위치하고 있다. 여기서, 동일 평면상에 위치하고 있다는 것은, 처리 가스용 노즐(3A)과 지연성 가스용 노즐(3B)의 연소실 내주면측의 개구의 일부가 동일 평면상에 위치하고 있는 것을 말한다.

도 1에 나타내는 바와 같이, 연소실(1)에는, 처리 가스와 지연성 가스가 취입되는 위치보다 약간 아래쪽의 위치에, 연소실(1)의 내벽면상에 젖은 벽(수막)을 형성하기 위한 물을 공급하는 수공급 노즐(5)이 설치되어 있다. 수공급 노즐(5)은, 연소실(1)의 측벽으로부터 반경 방향 외측으로 넓어지고 있는 수저장부(6)에 설치되어 있다. 수저장부(6)는, 연소실(1)의 측벽으로부터 반경 방향 외측으로 연장되어 수저장부(6)의 바닥면을 형성하는 고리형상의 바닥판(6a)과, 바닥판(6a)의 외주단로부터 대략 수직 방향으로 연장되어 수저장부(6)의 측벽을 형성하는 원통형상의 측판(6b)으로 구성되어 있다. 수공급 노즐(5)은 측판(6b)에 고정되어 있다. 수공급 노즐(5)은 수저장부(6)의 내주면의 접선 방향을 향해서 물을 분출하도록 배치되어 있다. 수공급 노즐(5)로부터 물을 수저장부(6)의 내주면의 접선 방향을 향해서 분출함으로써, 수저장부(6)에는, 반경 방향 외측으로부터 내측을 향해서 기울어 아래쪽으로 경사진 수면을 갖는 선회류로 이루어지는 수막이 형성된다. 그리고, 경사진 수면을 갖는 선회류(수막)의 하단 또한 반경 방향 내단, 즉 수저장부(6)의 바닥판(6a)의 반경 방향 내단으로부터 수막은 연소실(1)의 내벽을 따라서 흘러 떨어지고, 연소실(1)의 내벽에 젖은 벽(수막)이 형성된다.

다음에, 도 1 및 2에 나타내는 바와 같이 구성된 연소실(1)에 있어서, 처리 가스용 노즐(3A)과 지연성 가스용 노즐(3B)로부터, 처리 가스와 지연성 가스를 연소실(1)의 내주면의 접선 방향을 향해서, 화염의 연소 속도 이상의 유속으로 취입한다. 이에 따라, 연소실(1)의 내벽으로부터 부유한 이종 혼합의 원통형상 혼합 화염이 형성된다. 원통형상 혼합 화염은 연소실(1)의 축선 방향을 따라서 형성된다. 이종의 가스를 함께 접선 방향으로 취입함으로써 선회 원심력에 의해 원통형상 혼합 화염의 외측은 무겁고 온도가 낮은 미연의 이종 혼합 가스, 내측은 가볍고 온도가 높은 이종 혼합의 연소후 가스의 분포가 형성된다. 따라서, 원통형상 혼합 화염은, 온도가 낮은 미연의 이종 혼합 가스에 덮힌 자기 단열된 상태가 되기 때문에, 연소 화염이 직접 연소실(1)의 내벽에 닿는 일은 없고, 연소실의 내벽이 열손상을 받기 어렵다. 또한, 원통형상 혼합 화염은, 이 자기 단열된 상태이므로, 방열에 의한 온도 저하가 없고, 연소 효율이 높은 가스 처리가 행해진다. 또한, 처리 가스는 통상 N₂ 가스 등에 의해 희석되어 배출 가스 처리 장치로 유입하기 때문에, 이 N₂ 가스를 포함하는 처리 가스를 지연성 가스와 혼소함으로써, 완만한 연소가 되어, 국소적인 고온부가 형성되지 않기 때문에, NOx의 발생이 억제된다.

전술한 바와 같이, 본 발명에 따르면, 연소실(1)의 내벽으로부터 부유한 이종 혼합의 원통형상 혼합 화염에 의한 자기 단열 효과에 의해, 연소실(1)의 내벽은 열손상을 받기 어렵게 되고 있지만, 처리 가스 중에 300 L/min 이상의 수소가 포함되어 있는 경우, 처리 가스와 지연성 가스의 이종 혼합의 원통형상 혼합 화염이라도, 연소실(1) 내에 국소적인 고온부가 형성되어, 연소실(1)이 열손상에 이를 가능성이 있다. 이러한 경우는, 지연성 가스에 냉각수를 적량 주입함으로써, 가스 처리성능을 확보하면서 연소실(1)의 열손상을 방지하는 것이 가능하다. 이하, 이 구성에 관해서 설명한다.

도 3은, 지연성 가스에 냉각수를 주입하는 구성을 구비한 연소실을 나타내는 모식적 단면도이다. 도 3에 나타내는 바와 같이, 지연성 가스에 냉각수를 합류시키고, 냉각수의 물방울을 포함하는 지연성 가스를 연소실(1)에 취입하도록 하고 있다. 냉각수에는, 수돗물을 이용하지만, 알칼리수(수산화나트륨, 수산화칼륨 등의 수용액)를 이용해도 좋다.

도 4는, 도 3의 A부의 확대도이다. 도 5는, 도 3의 V-V선 단면도이다. 도 4에 나타내는 바와 같이, 지연성 가스용 노즐(3B)에는, 냉각수 공급 배관(10)이 접속되어 있고, 지연성 가스에 냉각수를 합류시켜, 냉각수의 물방울을 포함하는 지연성 가스를 연소실(1)에 취입하도록 하고 있다. 지연성 가스용 노즐(3B)과 냉각수 공급 배관(10)이 합류하는 합류부에서의 지연성 가스의 유속은 수십 m/s이며, 이 지연성 가스의 흐름에 냉각수가 합류할 때에, 냉각수는 미세한 물방울이 되고(분무와 동일한 원리에 의한), 물방울은 연소실 내의 가스의 선회류를 타고 지연성 가스 포트 주변의 벽면과 연소실의 상부판의 하면을 흐른다.

도 3 및 도 4에 나타내는 바와 같이, 냉각수의 물방울을 포함하는 지연성 가스와, 처리 가스를 연소실(1)의 내주면의 접선 방향을 향해서 취입하면, 연소실(1)의 내벽으로부터 부유한 이종 혼합의 원통형상 혼합 화염이 형성된다. 원통형상 혼합 화염은 연소실(1)의 축선 방향을 따라서 형성된다. 이종의 가스를 함께 접선 방향으로 취입함으로써 선회 원심력에 의해 원통형상 혼합 화염의 외측은 무겁고 온도가 낮은 미연의 이종 혼합 가스, 내측은 가볍고 온도가 높은 연소후 가스의 분포가 형성된다. 따라서, 원통형상 혼합 화염은, 온도가 낮은 미연의 이종 혼합 가스에 덮힌 자기 단열된 상태가 되기 때문에, 연소 화염이 직접 연소실(1)의 내벽에 닿는 일은 없고, 연소실의 내벽이 열손상을 받기 어렵다. 또한, 원통형상 혼합 화염은, 이 자기 단열된 상태이므로, 방열에 의한 온도 저하가 없고, 연소 효율이 높은 가스 처리가 행해진다.

한편, 냉각수의 물방울은 가스보다도 무겁기 때문에, 도 5에 나타내는 바와 같이, 냉각수의 물방울은 원통형상 혼합 화염에 있어서의 미연의 이종 혼합 가스보다도 더욱 벽면 가장자리를 주회하고(도 5에 있어서 점선의 원으로 나타냄), 연소의 장해는 되지 않는다. 그리고, 냉각수의 물방울은 주회 중에, 연소실(1)의 내벽 근방을 냉각한다. 이에 따라, 처리 가스 중에 수소가 다량으로 포함되는 경우라도, 처리 가스 중의 수소가 급속히 연소하여 연소실(1) 내에 국소적인 고온부가 형성되는 일이 없고, 연소실(1)의 열손상을 방지하는 것이 가능하다.

도 6은, 연소실의 상부판에 냉각 자켓을 구비한 실시예를 나타내는 모식적 단면도이다. 도 6에 나타내는 바와 같이, 연소실(1)은 상부판의 내부에 냉각 자켓(11)을 구비하고 있고, 냉각 자켓(11)에는 냉각수가 공급되어 상부판이 간접 냉각되도록 되어 있다. 냉각 자켓(11)으로부터 배출된 냉각수는, 냉각수 공급 배관(10)에 공급되어 연소실(1) 내에 취입된다(도 4 참조). 즉, 냉각수는, 연소실 상부판의 간접 냉각에 이용한 후에 연소실 내에 취입되고, 연소실의 상부 내벽 근방을 냉각한다.

본 발명자들은, 도 6에 나타내는 배출 가스 처리 장치를 이용하여, 수소 가스의 처리 시험을 행했다. 처리 시험은, 지연성 가스만을 공급하는 경우(냉각수 없는 경우)와 지연성 가스와 냉각수를 공급하는 경우(냉각수 있는 경우)에 행하고, 가스 처리 중의 연소실의 외벽의 온도를 열전대(12)에 의해 측정했다.

우선 시험을 행함에 있어서, 배출 가스 처리 장치에 유입하는 처리 가스를 EUV 노광 장치의 배출 가스로 상정하고, 그 조성과 유량을 이하의 표 1과 같이 설정했다.

표 1의 조건의 수소 최대시에 대하여 필요 최소한의 지연성 가스량(공기량)을 설정하고, 그 지연성 가스량(공기량)을 고정한 채로도 수소 최소시에 연소 가능한 농도가 되는지 어떤지의 시산(試算)을 행한 결과가 표 2이다.

수소 최소시라도 수소 농도는 연소 가능한 하한 농도인 4%를 상회하고 있고, 이미 알려진 데이터 상에서는 수소의 양이 변동해도, 지연성 가스량을 고정한 채로 연소 가능한 것을 알 수 있었다.

다음에 실제의 배출 가스 처리 장치에 표 2의 조건으로 처리 가스와 지연성 가스를 공급하고, 안정된 연소가 가능한 것과, 연소실 온도가 안전한 온도로 유지되는 것을 검증했다. 검증 결과를 표 3에 나타낸다.

표 3부터 알 수 있듯이, 냉각수 없는 경우라도 원통형상 혼합 화염에 의한 자기 단열 효과에 의해 연소실 온도 상승은 상당히 억제되지만, 수소 최대 시(620 L/min)에는 원통형상 혼합 화염에 의한 자기 단열 효과에 더하여 냉각수 있는 경우가 바람직하다.

도 7은, 도 1에 나타내는 배출 가스 처리 장치의 지연성 가스 공급 라인에 체크 밸브를 설치한 실시형태를 나타내는 모식적 단면도이다. 도 7에 나타내는 바와 같이, 지연성 가스용 노즐(3B)에 지연성 가스를 공급하는 지연성 가스 공급 라인(L1)에 체크 밸브(CV1)를 설치함으로써, 연소실(1) 내의 미연소의 처리 가스가 지연성 가스 공급 라인(L1)으로 역류하지 않도록 하고 있다.

도 8은, 도 3에 나타내는 배출 가스 처리 장치의 지연성 가스 공급 라인 및 냉각수 공급 라인에 각각 체크 밸브를 설치한 실시형태를 나타내는 모식적 단면도이다. 도 8에 나타내는 바와 같이, 지연성 가스용 노즐(3B)에 지연성 가스를 공급하는 지연성 가스 공급 라인(L1)에 체크 밸브(CV1)를 설치함과 함께 지연성 가스용 노즐(3B)에 냉각수를 공급하는 냉각수 공급 라인(L2)에 체크 밸브(CV2)를 설치함으로써, 연소실(1) 내의 미연소의 처리 가스가 지연성 가스 공급 라인(L1) 및 냉각수 공급 라인(L2)으로 역류하지 않도록 하고 있다.

도 9는, 도 6에 나타내는 배출 가스 처리 장치의 지연성 가스 공급 라인 및 냉각수 공급 라인에 각각 체크 밸브를 설치한 실시형태를 나타내는 모식적 단면도이다. 도 9에 나타내는 바와 같이, 지연성 가스용 노즐(3B)에 지연성 가스를 공급하는 지연성 가스 공급 라인(L1)에 체크 밸브(CV1)를 설치함과 함께 냉각 자켓(11)으로부터 지연성 가스용 노즐(3B)에 냉각수를 공급하는 냉각수 공급 라인(L2)에 체크 밸브(CV2)를 설치함으로써, 연소실(1) 내의 미연소의 처리 가스가 지연성 가스 공급 라인(L1) 및 냉각수 공급 라인(L2)으로 역류하지 않도록 하고 있다.

도 7 내지 도 9에 나타내는 실시형태에서 사용되는 체크 밸브(CV1, CV2)는, 관로 내의 흐름을 일방향만 허용하는 목적으로 이용되는 밸브로, 밸브체는 그 상류측과 하류측의 압력차에 의한 힘을 받아 작동하고, 압력차가 정류인 경우와는 반대가 되면 밸브체가 밸브 시트에 신속하게 가압되어 역류를 방지하는 밸브이며, 평판상의 밸브체가 스윙하는 스윙식 체크 밸브나 볼형상의 밸브체가 왕복 운동하는 볼식 체크 밸브가 바람직하다.

지금까지 본 발명의 실시형태에 관해서 설명했지만, 본 발명은 전술의 실시형태에 한정되지 않고, 그 기술사상의 범위 내에 있어서, 여러 가지의 상이한 형태로 실시되어도 좋은 것은 물론이다.

1: 연소실, 2: 파일럿 버너, 3A: 처리 가스용 노즐, 3B: 지연성 가스용 노즐, 5: 수공급 노즐, 6: 수저장부, 6a: 바닥판, 6b: 측판, 10: 냉각수 공급 배관, 11: 냉각 자켓, 12: 열전대, L1: 지연성 가스 공급 라인, L2: 냉각수 공급 라인, CV1: 체크 밸브, CV2: 체크 밸브

Claims

수소를 포함하는 처리 가스를 연소 처리하여 무해화하는 배출 가스 처리 장치로서,
수소를 포함하는 처리 가스를 연소하는 연소실은, 원통형상의 연소실로서 구성되고,
상기 연소실은, 처리 가스와 지연성 가스를 각각 연소실의 내주면의 접선 방향을 향해서 취입하는 처리 가스용 노즐과 지연성 가스용 노즐을 구비하고,
상기 처리 가스용 노즐과 지연성 가스용 노즐은, 상기 연소실의 축선에 직교하는 동일 평면상에 위치하며,
상기 지연성 가스용 노즐에 냉각수 공급 배관을 접속하고, 상기 지연성 가스용 노즐로부터 지연성 가스를 냉각수와 함께 상기 연소실의 내주면의 접선 방향을 향해서 취입하도록 한 것을 특징으로 하는 배출 가스 처리 장치.
제1항에 있어서,
상기 지연성 가스용 노즐 내를 흐르는 지연성 가스에 상기 냉각수 공급 배관으로부터 냉각수를 합류시킴으로써 냉각수를 세립화하고, 세립화한 냉각수를 포함하는 지연성 가스를 상기 연소실에 취입하도록 한 것을 특징으로 하는 배출 가스 처리 장치.
제1항에 있어서,
상기 연소실의 상부벽에, 냉각수를 공급하여 상기 상부벽을 냉각하는 냉각 자켓을 형성한 것을 특징으로 하는 배출 가스 처리 장치.
제3항에 있어서,
상기 냉각 자켓으로부터 배출된 냉각수를 상기 냉각수 공급 배관에 공급하도록 한 것을 특징으로 하는 배출 가스 처리 장치.
제1항에 있어서,
상기 지연성 가스용 노즐에 지연성 가스를 공급하는 지연성 가스 공급 라인에 체크 밸브를 설치하여, 상기 연소실 내의 처리 가스가 지연성 가스 공급 라인으로 역류하지 않도록 한 것을 특징으로 하는 배출 가스 처리 장치.
제1항에 있어서,
상기 냉각수 공급 배관에 체크 밸브를 설치하여, 상기 연소실 내의 처리 가스가 상기 냉각수 공급 배관으로 역류하지 않도록 한 것을 특징으로 하는 배출 가스 처리 장치.
제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 수소를 포함하는 처리 가스는, EUV 노광 장치로부터 배출되는 배출 가스인 것을 특징으로 하는 배출 가스 처리 장치.
수소를 포함하는 처리 가스를 연소 처리하여 무해화하는 배출 가스 처리 방법으로서,
수소를 포함하는 처리 가스를 연소하는 연소실은, 원통형상의 연소실로서 구성되고,
상기 연소실의 축선에 직교하는 동일 평면상에 위치하는 처리 가스용 노즐과 지연성 가스용 노즐로부터, 처리 가스와 지연성 가스를 각각 연소실의 내주면의 접선 방향을 향해서 취입하여, 처리 가스와 지연성 가스의 이종 혼합의 선회류를 형성하며,
상기 지연성 가스용 노즐에 냉각수를 공급하고, 상기 지연성 가스용 노즐로부터 지연성 가스를 냉각수와 함께 상기 연소실의 내주면의 접선 방향을 향해서 취입하는 것을 특징으로 하는 배출 가스 처리 방법.
제8항에 있어서,
상기 지연성 가스용 노즐 내를 흐르는 지연성 가스에 냉각수를 합류시킴으로써 냉각수를 세립화하고, 세립화한 냉각수를 포함하는 지연성 가스를 상기 연소실에 취입하는 것을 특징으로 하는 배출 가스 처리 방법.
제8항에 있어서, 상기 연소실의 상부벽에 냉각수를 공급하여 상기 상부벽을 냉각하는 것을 특징으로 하는 배출 가스 처리 방법.
제10항에 있어서, 상기 연소실의 상부벽을 냉각한 후의 냉각수를 상기 지연성 가스용 노즐에 공급하는 것을 특징으로 하는 배출 가스 처리 방법.
제8항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 수소를 포함하는 처리 가스는, EUV 노광 장치로부터 배출되는 배출 가스인 것을 특징으로 하는 배출 가스 처리 방법.
제8항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 연소실에는, 처리 가스 및 지연성 가스의 취입 위치로부터 상기 연소실의 축선 방향으로 이격된 위치에서, 수공급 노즐로부터 물을 공급하고, 상기 연소실의 내주면상에 수막을 형성하는 것을 특징으로 하는 배출 가스 처리 방법.
제13항에 있어서,
상기 수공급 노즐로부터 물을 수저장부의 내주면의 접선 방향을 향해서 분출함으로써, 상기 수저장부에, 반경 방향 외측으로부터 내측을 향해서 기울어 아래쪽으로 경사진 수면을 갖는 선회류로 이루어지는 수막을 형성하는 것을 특징으로 하는 배출 가스 처리 방법.
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