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TWI542830B
TWI542830B TW101129891A TW101129891A TWI542830B TW I542830 B TWI542830 B TW I542830B TW 101129891 A TW101129891 A TW 101129891A TW 101129891 A TW101129891 A TW 101129891A TW I542830 B TWI542830 B TW I542830B
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Nobuaki Watanabe
Kazunobu Shibuya
Masatsugu Niioka
Yusuke Oishi
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Taiyo Nippon Sanso Corp
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Description

燃燒除害裝置
本發明係關於一種燃燒除害裝置，詳細而言係關於一種進行自化合物半導體或太陽電池等之製造製程中排出之廢氣中所含之有害氣體成分的除害處理之燃燒除害裝置。
於自化合物半導體或太陽電池等之製造製程中排出之廢氣中含有製造製程中所使用之各種有害氣體成分，例如包含可燃性氣體成分或毒性氣體成分，因此，向大氣中排出廢氣前，必需進行該等有害氣體成分之除害處理。作為用以進行有害氣體成分之除害處理之裝置，廣泛使用燃燒除害裝置。於該燃燒除害裝置中，藉由向利用空氣等包含氧氣之氣體(氧化劑)而使烴系之燃料燃燒之高溫燃燒氣體中導入上述廢氣，使廢氣中之有害氣體成分燃燒或者熱分解，而自廢氣中去除有害氣體成分進行廢氣之除害處理。
另一方面，於近年來之化合物半導體或太陽電池等之製造製程中大量使用氫氣，故而會存在於來自製造製程之廢氣中含有大量之氫氣的情況。於處理如此含有大量之氫氣之廢氣的情形時，於一般之燃燒除害裝置中，因燃料之燃燒速度與氫氣之燃燒速度的關係等而會存在有害氣體成分之去除效率降低的情況。另一方面，作為進行包含氨氣作為可燃性氣體成分之廢氣之除害處理的燃燒除害裝置，提出有如下者： 於將廢氣導入至燃燒腔室內之廢氣導入噴嘴之外周呈環狀地配置氫氣導入噴嘴，並且於該氫氣導入噴嘴之外周呈環狀地配置將混合有烴系燃料與氧化劑之燃燒用氣體導入之燃燒用氣體導入噴嘴，向燃燒火焰中添加氫氣而以利用氫氣之燃燒所產生之熱使氨氣分解並燃燒(例如，參照專利文獻1)。
[先前技術文獻]
[專利文獻]
[專利文獻1]日本專利特開2008-540990號公報
然而，於專利文獻1所記載之裝置中，自廢氣導入噴嘴導入至腔室內之廢氣與氫氣之混合並不充分，進而，燃燒用氣體中之氧氣與燃燒速度較快之氫氣急劇反應，故而於普通大小之腔室內，無法以氫氣之燃燒熱充分加熱廢氣中之氨氣，從而無法充分發揮使燃燒速度較氫氣極其慢之氨氣燃燒之功能。
因此，本發明之目的在於提供一種能夠高效地對包含可燃性氣體成分作為有害氣體成分之廢氣等被處理氣體中之有害氣體成分進行除害處理的燃燒除害裝置。
為了達成上述目的，本發明之燃燒除害裝置之特徵在於：其係藉由燃燒火焰而對被處理氣體中所含之有害氣體成分 進行除害處理者，其包括：被處理氣體導入噴嘴，其向燃燒腔室內導入包含有害氣體成分之被處理氣體；氧化劑導入噴嘴，其自該被處理氣體導入噴嘴之燃燒腔室外周側向上述燃燒腔室內導入氧化劑；點火燃燒器，其對混合自上述被處理氣體導入噴嘴導入至燃燒腔室內之上述被處理氣體與自上述氧化劑導入噴嘴導入至燃燒腔室內之上述氧化劑的混合氣體點火；及氫氣導入部，其於向上述被處理氣體導入噴嘴供給上述被處理氣體之被處理氣體供給路徑內，導入成為燃燒用燃料之氫氣並使該氫氣與上述被處理氣體混合；並且將上述氧化劑導入噴嘴之噴嘴軸線配置於朝向上述被處理氣體導入噴嘴之噴嘴軸線之延長線上的方向上。
本發明之燃燒除害裝置對含有氨氣作為有害氣體成分之被處理氣體之燃燒除害處理特別地有效，又，上述燃燒腔室係由外筒、及配置於該外筒之內周且包含透氣性材料之內筒所形成，上述被處理氣體導入噴嘴及上述氧化劑導入噴嘴係以將被處理氣體及氧化劑導入至形成於上述內筒內之燃燒室內的狀態而設置，於上述內筒與上述外筒之間設置有自外筒外部供給透過上述內筒導入至燃燒室內之空氣之空氣室為較佳，且上述點火燃燒器使用藉由觸媒而使氫氣活化燃燒之燃燒器為較佳。
進而，本發明之燃燒除害裝置於上述被處理氣體為於步驟中一部分使用氫氣之製程所排出之廢氣的情形時，於上述製 程中之氫氣的使用量較少時，可自上述氫氣導入部導入製程中使用之氫氣之至少一部分作為燃燒用燃料之氫氣。
根據本發明之燃燒除害裝置，於向包含有害氣體成分之被處理氣體中導入混合氫氣之後將該等導入至腔室內，與氧化劑混合並燃燒，因此，可使有害氣體成分與氫氣充分接觸，而可高效地進行利用氫氣之燃燒熱來實現之有害氣體成分之分解。進而，藉由不使用烴系燃料而使氫氣燃燒並生成燃燒火焰，可大幅減少二氧化碳之產生量。尤其是於有害氣體成分為作為燃燒速度較慢之可燃性氣體成分的氨氣之情形時，可有效促進氨氣之分解、燃燒。
進而，藉由將腔室設為雙層構造而自外側之空氣室透過由透氣性材料成為之內筒將空氣導入至腔室之燃燒室內，從而可向燃燒室內導入足量之氧氣而獲得確實之燃燒狀態，並且藉由始終自外部向空氣室內供給空氣而可抑制內筒及外筒之溫度上升。又，藉由亦於點火燃燒器之燃料使用氫氣，而無需除氫氣以外之燃料，從而可提高氫氣之利用效率。
尤其是於進行自使用氫氣之製程中排出之廢氣之除害處理之情形時，於製程中之氫氣的使用量較少時，藉由自燃燒除害裝置之氫氣導入部導入作為製程用而準備之氫氣，而能以來自製程用之氫氣供給設備之氫氣進行廢氣中所含之有害氣體成分之除害處理。藉此，無需設置燃燒除害裝置用之 氫氣供給設備，從而可減少除害處理用之設備成本。又，於在製程中使用氫氣時，因於來自製程之廢氣中含有氫氣，故而即便減少來自氫氣導入部之氫氣導入量或者中止導入氫氣亦可獲得充分之燃燒狀態，因此，可繼續進行有害氣體成分之除害處理，且可削減自氫氣導入部導入之作為燃燒用燃料之氫氣使用量。
本形態例所示之燃燒除害裝置10係於使軸線朝向鉛垂方向之圓筒狀之燃燒腔室11之頂板部設置有用以向該燃燒腔室11內導入被處理氣體之被處理氣體導入噴嘴12、及呈同心圓狀地配置於該被處理氣體導入噴嘴12之外周之氧化劑導入噴嘴13，並且貫通燃燒腔室11之周壁而設置有點火燃燒器14。進而，於將被處理氣體供給至被處理氣體導入噴嘴12之被處理氣體供給路徑15中，設置有向該被處理氣體供給路徑15內導入成為燃燒用燃料之氫氣並使該氫氣與上述被處理氣體混合之氫氣導入部16。
燃燒腔室11係藉由密閉之金屬製之外筒17、與配置於該外筒17之內周之由透氣性材料成為之內筒18而形成雙層筒構造，於內筒18之內周側形成有燃燒室19，於外筒17與內筒18之間形成有空氣室20。於外筒17之周壁設置具備用以調整自裝置外向空氣室20內供給之空氣量的風門21之空氣供給口22，且以如下方式形成：藉由自空氣供給口 22向空氣室20內自外部供給空氣，而透過由多孔板或金屬網等透氣性材料所形成之內筒18向燃燒室19內導入空氣。
又，於燃燒腔室11之下端處開口之燃燒氣體排氣口連接設置有使軸線朝向水平方向之冷卻筒23。於該冷卻筒23之一端，隔著風門25而設置有用以冷卻燃燒廢氣之冷卻用空氣之導入口24，於冷卻筒23之另一端開口，可視需要經由冷卻手段或固體成分分離手段而連接排氣管(未圖示)。
上述被處理氣體導入噴嘴12係使噴嘴軸線12a朝向腔室軸線方向而配置，且以沿腔室軸線利用下降流導入被處理氣體之方式所形成。另一方面，上述氧化劑導入噴嘴13係於被處理氣體導入噴嘴12之外周之一個同心圓上排列著有多數個噴嘴口者，且該氧化劑導入噴嘴13中之各噴嘴口之噴嘴軸線13a係以如下方式配置，即：以上述被處理氣體導入噴嘴12之噴嘴軸線之延長線上之一點作為焦點，於朝向該焦點之方向導入氧化劑。
所以，進行燃燒除害處理之被處理氣體成為如下狀態，即：該被處理氣體於在位於被處理氣體導入噴嘴12之基部之被處理氣體供給路徑15內與自氫氣導入部16導入之氫氣充分混合的狀態下自被處理氣體導入噴嘴12導入至燃燒腔室11內，並於被自氧化劑導入噴嘴13導入至燃燒腔室11內之氧化劑包圍的狀態下朝向下方流過燃燒腔室11內。
上述點火燃燒器14係對氫氣混合狀態之被處理氣體與氧 化劑混合之部分形成火種者，且藉由該火種而使被處理氣體中之氫氣與氧化劑中之氧氣產生反應從而形成燃燒火焰。於該點火燃燒器14亦可使用採用化石燃料之普通之點火燃燒器，但藉由使用採用對氫氣而言活性較高之觸媒的氫氣點火燃燒器，而可將燃燒用燃料之氫氣之一部分用於形成火種，故而可省略供給火種形成用之燃料之設備。
當利用點火燃燒器14之火種使燃燒用燃料之氫氣與氧化劑反應而燃燒時，成為自氫氣導入部16導入之氫氣被混合於被處理氣體中的狀態，故而可有效地利用氫氣之燃燒熱加熱被處理氣體中所含之有害氣體成分，且即便為燃燒速度較慢之有害氣體成分亦可充分加熱，從而可使各種有害氣體成分熱分解、或者與氧化劑反應或者燃燒而確實地進行除害處理。
進而，藉由使自裝置外向空氣室20內供給之空氣透過內筒18而導入至燃燒室19內，可將多於在燃燒室19內之燃燒所必需之氧氣量的氧氣均一地供給至燃燒室19之整體，因此，可於燃燒室19內獲得更確實之燃燒狀態。又，藉由一直自外部向空氣室20內供給空氣，而可抑制外筒17及內筒18之溫度上升。
圖2係表示對使用氫氣與氨氣作為製程氣體之半導體製造裝置(MOCVD，Metal Organic Chemical Vapor Deposition，有機金屬化學氣相沈積)30組入上述燃燒除害裝 置10的半導體製造設備之一例。再者，於以下之說明中，對與上述形態例所示之燃燒除害裝置之構成要素相同之構成要素標註相同之符號並省略詳細之說明。又，對點火燃燒器14使用採用對氫氣活性較高之觸媒之氫氣點火燃燒器。
半導體製造裝置30係以有機金屬化合物及氨氣作為原料氣體、以氫氣及氮氣作為載氣，於基板表面使化合物半導體薄膜氣相沈積而製造LED(Light Emitting Diode，發光二極體)等化合物半導體或太陽電池者，且於半導體製造裝置30之氣體入口側，除來自氨氣供給源之氨氣供給路徑31、來自氫氣供給源之氫氣供給路徑32以外，還設置有未圖示之有機金屬化合物供給路徑及氮氣供給路徑等。又，於半導體製造裝置30之氣體出口側，設置具備使用氮氣作為密封氣體之乾燥防護型真空泵33之廢氣路徑34。
於氨氣供給路徑31及氫氣供給路徑32中，分別設置有氣體供給閥31V、32V及流量計31F、32F，根據來自控制裝置35之指令而分別開關氣體供給閥31V、32V，藉此，控制朝向半導體製造裝置30之氨氣或氫氣之供給狀態。
又，自氫氣供給路徑32之氫氣供給源側分支有與燃燒除害裝置10之氫氣導入部16連接之除害裝置用氫氣供給路徑36、及向點火燃燒器14供給火種形成用之氫氣之點火燃燒器用氫氣供給路徑37。於除害裝置用氫氣供給路徑36設置有藉由來自上述控制裝置35之指令而進行開關控制之氣體 供給閥36V與流量計36F，根據半導體製造裝置30之運轉狀態而調節導入至燃燒除害裝置10之氫氣量。
如圖3(A)所示，於半導體製造裝置30中，於使化合物半導體薄膜氣相沈積之一步驟中供給氣體量發生變化，自步驟開始(t0)起經過預熱等預備階段至氣相沈積開始(t1)，相對於氨氣(NH3)而氫氣(H2)之供給量較多，若於步驟中間開始向基板之氣相沈積，則氫氣(H2)之供給量變少並且氨氣(NH3)之供給量增大。進而，若於靠近步驟結束成為氣相沈積結束(t2)而結束對基板氣相沈積，則成為大量供給氫氣(H2)之狀態並且成為氨氣(NH3)之供給量大致減半之狀態。又，氮氣(N2)係自步驟開始(t0)至步驟結束(t3)以固定量被連續地供給。
於以上述方式對來自氫氣之供給量發生變化之半導體製造裝置30之廢氣進行除害處理之情形時，對燃燒除害裝置10之點火燃燒器用氫氣供給路徑37連續供給為形成火種所必需之量之氫氣，供給至除害裝置用氫氣供給路徑36之氫氣量根據廢氣中之氫氣量而發生變化。
即，如圖3(B)所示，由於自步驟開始(t0)至氣相沈積開始(t1)之間之廢氣係於廢氣中含有氫氣之狀態，故而僅對點火燃燒器用氫氣供給路徑37供給少量(L1)之氫氣即可，由於自氣相沈積開始(t1)至氣相沈積結束(t2)之間，廢氣中之氫氣量變少，故而除點火燃燒器用氫氣之流量(L1)以外，還自除 害裝置用氫氣供給路徑36向氫氣導入部16供給可獲得充分之燃燒狀態之相對大量(L2)之氫氣，由於自氣相沈積結束(t2)至步驟結束(t3)之間，廢氣中之氫氣量增加，故而即便不自氫氣導入部16導入氫氣亦可獲得充分之燃燒狀態，僅供給點火燃燒器用之少量(L1)之氫氣即可。
如此，藉由以將燃燒除害裝置10組入半導體製造裝置30並形成根據半導體製造裝置30之運轉狀態對燃燒除害裝置10供給燃燒用之氫氣的方式，不設置作為燃燒除害裝置用之氫氣供給設備亦可確實地進行燃燒速度較慢之氨氣之除害處理。又，當於製程中使用氫氣時，由於廢氣中含有氫氣，故而即便不自氫氣導入部16供給燃燒用之氫氣亦可連續形成燃燒火焰，從而可提高氫氣之利用效率。
10‧‧‧燃燒除害裝置
11‧‧‧燃燒腔室
12‧‧‧被處理氣體導入噴嘴
12a‧‧‧噴嘴軸線
13‧‧‧氧化劑導入噴嘴
13a‧‧‧噴嘴軸線
14‧‧‧點火燃燒器
15‧‧‧被處理氣體供給路徑
16‧‧‧氫氣導入部
17‧‧‧外筒
18‧‧‧內筒
19‧‧‧燃燒室
20‧‧‧空氣室
21‧‧‧風門
22‧‧‧空氣供給口
23‧‧‧冷卻筒
24‧‧‧導入口
25‧‧‧風門
30‧‧‧半導體製造裝置
31‧‧‧氨氣供給路徑
31V‧‧‧氣體供給閥
32‧‧‧氫氣供給路徑
32V‧‧‧氣體供給閥
33‧‧‧乾燥防護型真空泵
34‧‧‧廢氣路徑
35‧‧‧控制裝置
36‧‧‧除害裝置用氫氣供給路徑
36V‧‧‧氣體供給閥
37‧‧‧點火燃燒器用氫氣供給路徑
圖1係表示本發明之燃燒除害裝置之一形態例之說明圖。
圖2係表示將本發明之燃燒除害裝置組入半導體製造裝置之半導體製造設備之一例之說明圖。
圖3(A)係表示半導體製造裝置中之氣體導入量之變化狀態之圖。圖3(B)係表示燃燒除害裝置中之氣體導入量之變化狀態之圖。
10‧‧‧燃燒除害裝置
11‧‧‧燃燒腔室
12‧‧‧被處理氣體導入噴嘴
12a‧‧‧噴嘴軸線
13‧‧‧氧化劑導入噴嘴
13a‧‧‧噴嘴軸線
14‧‧‧點火燃燒器
15‧‧‧被處理氣體供給路徑
16‧‧‧氫氣導入部
17‧‧‧外筒
18‧‧‧內筒
19‧‧‧燃燒室
20‧‧‧空氣室
21‧‧‧風門
22‧‧‧空氣供給口
23‧‧‧冷卻筒
24‧‧‧導入口
25‧‧‧風門

Claims (9)

  1. 一種燃燒除害裝置，其係藉由燃燒火焰對被處理氣體中所含之有害氣體成分進行除害處理者，其包括：被處理氣體導入噴嘴，其向燃燒腔室內導入包含有害氣體成分之被處理氣體；氧化劑導入噴嘴，其自該被處理氣體導入噴嘴之燃燒腔室外周側向上述燃燒腔室內導入氧化劑；點火燃燒器，其對混合有自上述被處理氣體導入噴嘴導入至燃燒腔室內之上述被處理氣體與自上述氧化劑導入噴嘴導入至燃燒腔室內之上述氧化劑的混合氣體點火；及氫氣導入部，其於向上述被處理氣體導入噴嘴供給上述被處理氣體之被處理氣體供給路徑內，導入成為燃燒用燃料之氫氣並使該氫氣與上述被處理氣體混合；並且，上述氧化劑導入噴嘴係於上述被處理氣體導入噴嘴之外周之一個同心圓上排列有多數個噴嘴口者，將上述氧化劑導入噴嘴各噴嘴口之噴嘴軸線配置於以上述被處理氣體導入噴嘴之噴嘴軸線之延長線上之一點作為焦點而朝向該焦點的方向上。
  2. 如申請專利範圍第1項之燃燒除害裝置，其中，上述被處理氣體含有氨氣作為有害氣體成分。
  3. 如申請專利範圍第1項之燃燒除害裝置，其中，上述燃燒腔室係由外筒、及配置於該外筒之內周之由透氣性材料構成之內筒所形成，上述被處理氣體導入噴嘴及上述氧化劑導入噴嘴係以將被處理氣體及氧化劑導入至形成於上述內筒 內之燃燒室內的狀態而設置，於上述內筒與上述外筒之間設置有自外筒外部供給透過上述內筒導入至燃燒室內之空氣之空氣室。
  4. 如申請專利範圍第2項之燃燒除害裝置，其中，上述燃燒腔室係由外筒、及配置於該外筒之內周之由透氣性材料構成之內筒所形成，上述被處理氣體導入噴嘴及上述氣化劑導入噴嘴係以將被處理氣體及氧化劑導入至形成於上述內筒內之燃燒室內的狀態而設置，於上述內筒與上述外筒之間設置有自外筒外部供給透過上述內筒導入至燃燒室內之空氣之空氣室。
  5. 如申請專利範圍第1項之燃燒除害裝置，其中，上述點火燃燒器係藉由觸媒而使氫氣活化燃燒之燃燒器。
  6. 如申請專利範圍第2項之燃燒除害裝置，其中，上述點火燃燒器係藉由觸媒而使氫氣活化燃燒之燃燒器。
  7. 如申請專利範圍第3項之燃燒除害裝置，其中，上述點火燃燒器係藉由觸媒而使氫氣活化燃燒之燃燒器。
  8. 如申請專利範圍第4項之燃燒除害裝置，其中，上述點火燃燒器係藉由觸媒而使氫氣活化燃燒之燃燒器。
  9. 如申請專利範圍第1至8項中任一項之燃燒除害裝置，其中，上述被處理氣體係使用氫氣之製程所排出之廢氣，於上述製程中之氫氣之使用量較少時，自上述氫氣導入部導入製程中使用之氫氣之至少一部分作為燃燒用燃料之氫氣。
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