TW200415331A - Method and system for treating waste gas - Google Patents

Description

200415331 玖、發明說明： 【技術領域】 本發明係關於適用於例如製造半導體之時於蝕刻步驟等 發生之廢氣處理方法及處理系統。 【先前技術】 如於半導體或液晶顯示面才反之半導體製品之製造工程， 特別是於㈣步驟中’使用有如六i化硫（SF6)之全氣化合 物（PFC)與如氯氣之鹵素系氣體之組合原料氣體，再者，作 為副生成氣韓會產生氣（F2)、四氟化硫（SF4)、s〇F2、四氣 化石夕（SiF4)、氯切（Sicl4)等。由於這些原料氣體或副生 成氣體有毒，有必要讓其於製造步驟中排出之廢氣燃燒分 解而加以無害化。 右於廢氣中含有如SF6之硫化合物作為燃燒廢氣會產生 二氧化硫（s〇2)等之硫氧化物。s〇2等為有毒氣體，其容許 濃度被設低為2ppm。硫化物因於中性水中之溶解度低，過 去以使用如氫氧化鈉之鹼性水溶液而加以去除。但是，於 製造半導體製品之除塵室中，為防止由於鈉離子等造成之 半導體污染，而限制使用如氫氧化鈉等之鹼藥劑。因此， 將燃燒廢氣排出至除塵室外部之後，有必要使用鹼性藥劑 加以處理，且有產生排氣處理系統大型化之問題。 上述氯等之氧化性氣體或副生成氣體會有讓燃燒裝置之 燃燒爐或爐灶有腐蝕之危險。又，若將以匕等燃燒分解， 矽（Si〇2)等之固體會發生，會有阻塞燃燒爐或爐灶之氣體流 動通路之危險。

O:\87\87060.DOC -6 - 本發明之目的係提供 理系統。 /、上述問題之廢氣處理方法及處 【發明内容】 本务明之廢氣處理方法盆 燃燒生成含硫氧化物之心^ 讓含硫化物之廢氣 水難溶之固體驗化合物將燃燒廢氣於充填含於 JU ^ ^ ^ . 充真材料之濕式充填塔中，讓其 固體鹼化合物之水溶液接觸。 依本發明之方法，利用將 生成含so耸夕访〆 將sSF6荨之硫化物之廢氣燃燒而 ㈣化物之燃燒廢氣。於濕式充填塔中充填 =祕化合物㈣解於水而生絲性水錢，於其驗性 、、中接觸燃燒廢氣。因此’含於燃燒廢氣之硫氧化物 被吸收於其鹼性水溶液中。因硫氧化物於水中之溶解度 小’車父僅充填拉希環等—般充填材料之濕式充填塔具更優 ^放率可將硫氧化物從燃燒氣體中去除。而且，因其 固體鹼化合物難溶於水，可實質上防止污染半導體物質之 發生。 該固體鹼化合物以被選擇為碳酸鹽以及金屬氫氧化物中 之至少一者為佳。由於該固體驗化合物被選擇為碳酸鹽或 金屬氫氧化物，硫氧化物可作為亞硫酸鹽固定，可效率更 加地且優良地去除含於燃燒廢氣中之硫氧化物。 對於該固態驗化合物之水溶解度於25以0.2重量％以下 為佳。作為具體之固態驗化合物可舉例碳酸約、碳酸鎮、 氳氧化鈣、氫氧化鎂中之至少一種。其溶解度於25°C以0.02 重量。/〇以下較佳，於此情況下可使用碳酸鈣、碳酸鎂或氫

O:\87\87060.DOC 200415331 ^鎂之其中一種。基於此，可實質上確實防止污染半導 體物質之發生。 本發明之廢棄處理系統具備廢氣燃燒裝置、與從其裝置 ㈣之燃燒廢氣處理裝置，其處理裝置具有充填含與水難 、 ^鹼化合物之充填材料之濕式充填塔、於其充填塔 讓九、:I廢氣接觸於該固態驗化合物之水溶液中。利用 本毛明之廢氣處理系統，可實施本發明之廢氣處理方法。 ^發明之廢氣處理系統具備前處理裝置，以被送至該燃 燒裝置前之膺氣於該前處理裝置中與吸收液接觸者為佳。 基於此，讓燃燒前之廢氣與吸收液接觸，可吸收並除去含 於廢氣中之sf4、S0F2、SiF4、Sicl4等之腐錄氣體，可大 :削減腐蝕物質流入燃燒裝置中之燃燒爐或爐灶、設置於 下斿之Q部部、或濕式充填塔中，大幅提升此等部位之 耐蝕性。X ’由於於燃燒前去除於燃燒分解時發生之固態 物SiFdSiCU等，可防止於燃燒爐、爐灶、冷卻部、濕式 充填塔中由於固態物造所成之阻塞。 …二 本毛明之廢氣處理系統於具備上述之前處理裝置之情況 下，以具備將其固態鹼化合物之水溶液於上述前處理裝置 :作為吸收液而供給之方法為佳。基於此，由於上述充填 心中之燃燒廢氣與上述固態驗化合物之水溶液接觸而生成 亞石夂鹽’可讓含氧化性氣體之廢氣於其廢氣燃燒前與含 该亞硫酸鹽之上述固態鹼化合物之水溶液接觸。 、由於含亞硫酸鹽之固態驗化合物之水溶液具還原性，可 被活用作為被含於廢氣中之Cl2或Μ之於水難溶之氧化性

O:\87\87060.DOC 200415331 氣肢之吸收液。基於此’於廢氣燃燒前，因可吸收被含於 其廢氣中之氧化性氣體，可防止廢氣燃燒裝置之靠。 基於本發明’由於可將含於燃燒廢氣中之硫氧化物以簡 單構成除纟可圖廢氣處理系統之小型化。又於廢氣燃 k衣置中可有效地防止由於腐蝕性氣體造成之腐蝕、或防 止由於碎等物造成之閉s，可提升其燃燒裝置之運轉 操作性。 於圖1顯示之廢氣處理系統1係用於處理含有如sf6之 PFC、Cl2之-素系氣體、f2、Sf4、s〇f2、SiF4、Sicl4等於 半導體製造步驟中之含副生成氣體之廢氣者，因此具備廢 軋刖處理裝置2、廢氣燃燒裝置3、與從此燃燒裝置被排出 之燃燒廢氣處理裝置4。 此廢氣之前處理裝置2具備收容吸收液丨丨之前處理槽 12 ;於此前處理槽12内之吸收液丨丨中，導入從排氣發生源 開始經由配管1 〇被送來之廢氣之導入管13 ;與於前處理槽 12内被設置之為微細氣泡發生裝置之旋轉式喷霧器丨4。該 方疋轉式噴霧器14由於馬達14a被旋轉驅動之旋轉子i4b之旋 轉’將於吸收液11内被導入之廢氣微細氣泡化。旋轉式喷 霧器14可使用市販物。基於此，被送入燃燒裝置3中之前廢 氣可效率優良地與吸收液11接觸。又於此實施型態中，前 處理槽12内從水源40開始經由配管6供給之水藉由喷嘴i 5 被喷霧。 該廢氣燃燒裝置3具備财火物製之爐灶21、於此爐灶21 之上部被設置之點火部22、於該著火部22上被設置之引導

O:\87\87060.DOC 200415331

例如液化石油氣體（LPG)、液化 類之混合氣體。作為助燃氣體可使用空氣、或應空氣之需 § 16。作為該燃燒氣體，可使用 液化天然氣體（LNG)、氫氣或此 要添加氧之富氧氣體。 由於該導向燃燒器22a有火焰形成， 爐灶21内之廢氣與燃燒氣體於助燃性氣體之存在下被燃 燒。該廢氣之燃燒所生成之燃燒廢氣從爐灶21之下部開口 被排出。 此燃燒氣體之處理裝置4具備有冷卻液槽3 2與濕式充填 塔33。於此冷卻液槽32之上方被設置之燃燒廢氣導入口 中，爐灶21之下部開口經由引導筒31被接續。於此冷卻槽 32之上方被設置之燃燒廢氣排出口 3沘被接續有濕式填充 塔33。其引導筒3丨之内部周圍襯有陶瓷等耐火材料，外部 周圍則被覆有冷卻液夾套3ia。於幫浦35循環之冷卻液槽32 内之冷卻液36經由配管37被供給至冷卻液夾套3U。又，冷 部液夾套3 1 a内之冷卻液由於溢流，從引導筒3丨之内部周圍 開始向冷卻槽3 2内回流。 於冷卻液槽32内之冷卻液3 6之液面上方設置引導筒31之 下端開口。因此，從爐灶21被導入冷卻液槽32内之燃燒廢 氣由於與儲存停留於冷卻液槽32之冷卻液36接觸而被冷 卻’燃燒廢氣成分之一部分會被冷卻液36吸收。於冷卻液 槽32内’由幫浦35經配管7被循環之冷卻槽32内之冷卻液

O:\87\87060.DOC -10- 200415331 36，經喷霧嘴38被噴霧。 濕式充填塔33具有筒體33a、被充填於筒體之充填材 料33b。筒體33a從冷卻槽32之燃燒廢氣排出口 321)開始向上 延伸。充填材33b係於水難溶之固態鹼化合物，以碳酸鹽及 孟屬氫氧化物中之至少一者為佳。固態鹼化合物之對水溶 解度以於25°C下，0.2重量％以下為佳，於此情況下可使用 碳酸鈣、碳酸鎂、氫氧化鈣、及氫氧化鎂中之至少一者。 其溶解度以於25它下，0.2重量％以下為佳，於此情況下可 使用碳酸鈣：碳酸鎂、及氫氧化鎂中之至少一者。 從充填塔33上方開始作為充填材料331)之吸收液，從水源 40開始經由配管8被供給之水經由喷霧嘴39被喷霧。因此， 於充填塔33内生成固態鹼化合物之鹼性水溶液。從燃燒裝 置3開使被排出之燃燒廢氣經由冷卻槽32從充填塔33之下 方被導入，於充填塔33中與固態鹼化合物之水溶液接觸。 與固態鹼化合物之水溶液接觸過之燃燒廢氣從充填塔33之 上方經由充填材料33b被排出。固態鹼化合物之水溶液從充 填塔33開始流入充填槽32。因此，冷卻槽32之冷卻液36中 含有固態驗化合物之水溶液。被含於冷卻槽3 2之冷卻液3 6 中之固態驗化合物水溶液，由於幫浦3 5經由配管9於前處理 裝置2之前處理槽12中作為吸收液11而被供給。又，冷卻槽 33與前處理槽12之溢流排水由於配管50被整理而排出。 於上述燃燒裝置3中，由含如SF6之硫化物廢氣燃燒生成 含S〇2等硫氧化物之燃燒廢氣。被含於燃燒廢氣中之硫氧化 物於充填於水難溶之固態驗化合物之濕式充填塔3 3中，與 O:\87\87060.DOC -11- 200415331 固態鹼化合物之鹼性水溶液接觸。因此，被含有燃燒廢氣 之硫氧化物被鹼性水溶液吸收。硫氧化物因於水中之溶解 度小，較拉希環等一般之充填材料於被充填之濕式充填塔 中，效率更為優良，可將s〇2等之硫氧化物從燃燒氣體中除 去。且，固態鹼化合物因於水中難溶，可實質地阻止污染 半V體物質之發生。將固態驗氧化物以碳酸鹽或金屬氫氧 化物之心式存在，可將S〇2等硫氧化物以亞硫酸鹽之形式固 疋，可更一層地高效率地除去含於燃燒廢氣中之硫氧化 物。作為固離鹼化合物，例如於使用碳酸鈣（CaC〇3)之情況 下’與s〇2反應生成亞硫酸鈣（CaS〇3)而將s〇2固定。其反應 式如下。

CaC03 + S〇2+l/2H20^ CaS03 · 1/2H20+C02 又’由於將燃燒前之廢氣與前處理裝置2之吸收液丨丨接 觸，可吸收於廢氣中含有之SI、SOL、Sicl4等，可讓於爐 灶21、引導燃燒爐22a、填充塔33等中之腐蝕物質大幅削 減’而大幅地提升此等部位之耐儀性。又，由於讓為於燃 燒分解時發生之固態物質Sib或SiCh等於燃燒前除去，可 防止爐灶21、引導燃燒爐22a、填充塔33等因固態物而造成 之阻塞。再者，於填充塔33中，由於燃燒廢氣與固態鹼化 合物之水溶液接觸生成亞硫酸鹽，含亞硫酸鹽之固態驗化 合物水溶液可作為前處理裝置2之吸收液11而被供給。因 此’可讓含CL或F2等氧化性氣體於廢氣燃燒前與含亞硫酸 鹽之固態鹼化合物水溶液接觸。含亞硫酸鹽之固態鹼化合 物水溶液因顯示有還原性，可作為於廢氣中含有之ci2或F2 O:\87\87060.DOC -12- 200415331 等之於水難溶之氧化性氣體形式之吸收液而被活用。因 此’於廢氣燃燒前因可吸收被含於廢氣中之氧化性氣體， 防止燃燒裝置3之腐蝕。例如作為亞硫酸鹽，於含亞硫酸鈣 之情況下，CL與F2可依以下之反應而被吸收。

Cl2+CaS03+H20— CaS04+HCl F2+CaS03+H20-> CaS04+2HF 【實施方式】 實施例1 依上述貫碎型恶之廢氣處理系統1進行廢氣之處理。 爐灶21係於内徑200 nm鋼之内側施行厚25 mm之鋁系鑄 塑而形成者。冷卻液槽32係於内部周圍由被覆四氟乙烷 (PTFE)樹脂之鋼而製成者。充填塔33於内徑3〇〇 mm、高500 mm之内部周圍由被覆打叩樹脂之鋼而製成。作為充填材料 33b充填有粒徑1〇 mm〜20 mm之碳酸鈣石。前處理槽12於 内徑300 mm、高500 mm之内部周圍，由被覆ptfL·樹脂之 鋼而製成。旋轉喷霧器14之旋轉子14b之直徑為100 mm、高 為100 mm。從充填塔33上方利用喷嘴39以10 L/min之流量 供給水。利用幫浦35將冷卻槽32内之冷卻液以7 L/min供給 於前處理槽12中。作為燃料氣體導入丙烷，控制爐灶21之 内溫度為1100°C而讓排廢氣處理系統1動作後，作為廢氣將 含2%之8?6與1%之Cl2之氮器底座之氣體150 L/min，由導入 管13導入前處理槽12。 含於充填塔33之出口氣體SF6、S02、HF利用傅利葉轉換 式紅外分析法（FT-IR)而加以測定。其結果係SF6於5 ppm以 O:\87\87060.DOC -13- 200415331 下、S〇2於20 ppm以下、HF於3 ppm以下。又，含於充填塔 33之出口氣體eh與HC1經由檢測管測定之結果，ci2於0.5 ppm以下、HC1於1 ppm以下。再者，分析煙霧分離器16之 出口廢氣之結果CI2為110 ppm，而S〇2為75 ppm。 比較例1 於與實施例1之相同構成之廢氣處理系統中，作為充填塔 33中之充填材料，並非充填固態驗化合物，而僅充填1/2英 口寸之拉希環。於其他方面在與實施例相同之條件下處理含 2°/〇 SF6與1% eh之氮器底座之氣體150 L/min，進行與實施 例1相同之測定。 含於充填塔33之出口氣體SF6於5 ppm以下、S02於850 ppm、HF於 3 ppm以下、Cl2於 1.5 ppm、HC1 於 lppm以下。 分析煙霧分離器16之出口廢氣之結果(312為440 ppm、而S02 為 780 ppm 0 實施例2 於實施例1之廢氣處理系統中，利用閥遮斷冷卻液之供 給’其係藉由幫浦25由冷卻液槽32輸送至前處理槽12，從 水源40將水經由新配管（圖示省略）直接以5 L/min之流量供 給入前處理槽12中。此外，與實施例1於相同條件下，處理 含2% SH6與1% Ch之氮器底座之氣體15〇 L/min，與實施例 1進行相同之測定。含於填充塔33之出口氣體之SF6於5 ppm 以下、802於28 ppm、HF於 3 ppm以下、Cl2於 0_9 ppm、HC1 於1 ppm以下。分析煙霧分離器16之出口廢氣之結果cl2為 1 500 ppm 〇

O:\87\87060.DOC -14- 200415331 從上述之實施例及比較例，利用填充與水難溶之固態鹼 化合物於充填塔33中，被確認可效率優良地除去s〇2、Cl2。 再者’於含有於填充塔3 3中被生成之亞硫酸鹽之水溶液 ，由於讓燃燒前之廢氣接觸，被確認可更效率優良地除 去 Cl2。 本發明亚非被限定於上述實施型態或實施例。例如，填 充材料33b並非有必要全部均為於水難溶之固態鹼化合 物，亦可只讓其一部分為於水難溶之固態鹼化合物，而殘 存者為拉希ί裒等一般之填充材料。又，含於廢氣中之硫化 物亚非限定為SF0，只要是讓廢氣燃燒且生成含硫氧化物之 燃燒廢氣者均可適用於本發明。又，含於廢氣之硫化物並 疋為SF0八要疋讓廢氣燃燒而生成含硫氧化物之燃燒 $氣者均可適詩本發明。於前處理裝置巾，並不需經由 1。卩液槽32，只需讓含於填充塔中生成之亞硫酸鹽水溶液 回机即可。於丽處理裝置中並非必須有微細氣泡發生裝 置^只要能讓燃燒前之廢氣接觸於吸收液即彳。再者，於 讓a有生成於填充i合中之亞硫酸鹽水溶液於前處理裝置 中回流之情況下，亦可由乾式填充塔或其他吸收裝置構成 前處理裝置。 【圖式簡單說明】 圖1係顯示本發明實施型態之廢氣處理系統之構成。 【圖式代表符號說明】 1 廢氣處理系統 2 、， 前處理裝置

O:\87\87060.DOC -15- 200415331 3 廢氣燃燒裝置 4 燃燒廢氣處理裝置 5, 6, 7, 8, 9, 10, 37, 50 配管 11 吸收液 12 前處理槽 13 導入管 14 旋轉喷霧器 14a 馬達 14b 旋轉子 15 - 喷嘴 16 煙霧分離器 21 爐灶 22 點火咅P 22a 引導燃燒爐 31 引導筒 31a 冷卻液夾套 32 冷卻液槽 32a 燃燒廢氣導入口 32b 燃燒廢排出口 33 濕式填充塔 33a 筒體 33b 填充材料 35 幫浦 36 冷卻液 38, 39 喷嘴 40 水源 O:\87\87060.DOC -16-

Claims (1)

1. 200415331 拾、申請專利範園： 1. 種廢氣處理方法，其係利用燃燒含硫黃化合物之廢氣 生成含硫氧化物之燃燒廢氣，並於充填有含與水難溶之 固態鹼化合物之填充材料之濕式填充塔中，使該燃燒廢 氣與該固態驗化合物接觸者。 2. 如申請專利範圍第i項之廢氣處理方法，其中固態驗化合 物為被酸鹽及金屬氫氧化物中之至少一種。 3·如申請專利範圍第2項之廢氣處理方法，其中由於該填充 塔中之燃緣廢氣與前述㈣驗化合物之水溶液接觸生成 亞硫酸鹽，讓含氧化性廢氣之廢氣於其廢氣燃燒前，與 含亞硫酸鹽之前述固態鹼化合物之水溶液接觸。 4.如中請專利範圍第卜3項中任—項之廢氣處理方法，其 中該固態水化合物之對水之溶解度於抑下為〇 2重量％ 以下者。 5 · —種廢氣處理系統，其特徵為具備： 廢氣之燃燒裝置及與從其燃燒裝置被排放出之燃燒廢 氣之處理裝置； 此處理裝置具備充填有含與水難溶之固態驗化合物之 填充材料之濕式充填塔， 於此充填塔中讓燃燒廢氣與該固態驗化合物之水溶液 接觸。 6 · ’其具備廢氣之前 之廢氣於此前處理

   如申請專利範圍第5項之廢氣處理系統 處理裝置，其讓被送於該燃燒裝置前 裝置中與吸收液接觸。 O:\87\87060.DOC 200415331 7.如申請專利範圍第6項之廢氣處理系統，其具備將該固態 鹼化合物之水溶液作為吸收液以供給於前述前處理裝置 之方法。 O:\87\87060.DOC