WO2010026708A1 - 排ガス処理方法および処理装置 - Google Patents

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Definitions

  • the present invention is an exhaust gas discharged from a manufacturing apparatus (hereinafter, collectively referred to as a semiconductor manufacturing apparatus in the present invention) provided with a thin film forming apparatus using a CVD reaction, such as a semiconductor manufacturing apparatus, a liquid crystal panel manufacturing apparatus, and a solar cell manufacturing apparatus.
  • a manufacturing apparatus hereinafter, collectively referred to as a semiconductor manufacturing apparatus in the present invention
  • a thin film forming apparatus using a CVD reaction such as a semiconductor manufacturing apparatus, a liquid crystal panel manufacturing apparatus, and a solar cell manufacturing apparatus.
  • the present invention relates to an exhaust gas treatment method and a treatment apparatus for removing harmful components therein.
  • FIG. 2 shows a conventional exhaust gas treatment apparatus of this type.
  • the semiconductor manufacturing apparatus 1 When the semiconductor manufacturing apparatus 1 is in the film forming process, from the semiconductor manufacturing device 1, exhaust gas containing SiH 4 is a residual raw material gas mainly is discharged. Further, the semiconductor manufacturing device 1 when in the cleaning step, the semiconductor manufacturing device 1, exhaust gas containing SiF 4 generated by NF 3 and cleaning a residual cleaning gas mainly is discharged.
  • the semiconductor manufacturing apparatus 1 is not limited to one, and a plurality of semiconductor manufacturing apparatuses 1 may be installed. Some of them may be in the film forming process and others may be in the cleaning process.
  • the exhaust gas from the semiconductor manufacturing apparatus 1 is sent to the combustion type abatement apparatus 3 by the vacuum pump 2.
  • exhaust gases from the plurality of semiconductor manufacturing apparatuses 1 are sent to the combustion-type abatement apparatus 3 by each vacuum pump 2.
  • the combustion-type abatement apparatus 3 sends the exhaust gas into a flame formed by a burner such as an air burner or an oxygen burner, and oxidizes and decomposes the harmful components in the exhaust gas.
  • a burner such as an air burner or an oxygen burner
  • SiH 4 contained in the exhaust gas in the combustion-type abatement apparatus 3 becomes SiO 2 and H 2 O.
  • NF 3 contained in the exhaust gas becomes HF and NO X
  • SiF 4 becomes SiO 2 and HF.
  • the exhaust gas discharged from the combustion-type abatement apparatus 3 contains SiO 2 and HF as substances to be removed.
  • This exhaust gas is then sent to a dust collector 4 such as a bag filter to collect SiO 2 as solid particles.
  • a dust collector 4 such as a bag filter to collect SiO 2 as solid particles.
  • the solid particles of SiO 2 are collected on the filter surface and accumulate as the exhaust gas flows. Since the exhaust gas contains HF, a part of the HF reacts with SiO 2 to generate a small amount of SiF 4 again.
  • Exhaust gas containing HF and SiF 4 from the dust collector 4 is sucked by the blower 5 is fed to the gas cleaning device 6.
  • This gas cleaning device 6 is also called a wet scrubber, and removes HF and SiF 4 which are acidic gases by bringing an alkaline cleaning liquid such as an aqueous sodium hydroxide solution into contact with exhaust gas in a gas-liquid contact.
  • the gas cleaning device 6 can be improved in removal as a two-stage configuration if necessary.
  • the exhaust gas discharged from the gas cleaning device 6 is confirmed to have harmful components below the regulation value, and is diffused into the atmosphere through the blower 7.
  • SiF 4 in the exhaust gas is hydrolyzed in the gas cleaning device 6 to generate SiO 2 and HF, and HF reacts with sodium in the alkaline cleaning liquid to become NaF. Since SiO 2 and NaF are solid, which gas scrubber 6 inside the filler adheres to the mist separator and the washing liquid circulation pump, is deposited, thereby cause clogging of the gas cleaning device 6, and causes of pump failure There is an inconvenience. For this reason, in the conventional apparatus, it was necessary to frequently disassemble and clean the gas cleaning device 6 body and the circulation pump.
  • the problem in the present invention is that when exhaust gas from a semiconductor manufacturing apparatus is sequentially sent to a combustion type detoxifying device, a dust collector, and a gas cleaning device for processing, solids adhere to and accumulate in the gas cleaning device. This is to prevent the occurrence of inconvenience such as blockage of the gas cleaning device.
  • a first aspect of the present invention is a method for introducing exhaust gas from a semiconductor manufacturing apparatus into a combustion-type abatement apparatus, then sending it to a dust collector, and further sending it into a two-stage gas cleaning apparatus for processing.
  • the two-stage gas cleaning apparatus includes a first-stage gas cleaning apparatus and a second-stage gas cleaning apparatus.
  • the first-stage gas cleaning apparatus performs gas cleaning using water as a cleaning liquid, and then the second-stage gas cleaning apparatus.
  • This is an exhaust gas treatment method in which gas cleaning is performed using an alkaline aqueous solution as a cleaning liquid in a cleaning device.
  • a second aspect of the present invention is a combustion-type abatement apparatus that burns and removes exhaust gas from a semiconductor manufacturing apparatus, a dust collector that removes solids in the exhaust gas from the combustion-type abatement apparatus, It has a two-stage gas cleaning device that cleans the exhaust gas from the dust collector,
  • the two-stage gas cleaning apparatus is an exhaust gas treatment apparatus including a first-stage gas cleaning apparatus in which the cleaning liquid is water and a second-stage gas cleaning apparatus in which the cleaning liquid is an alkaline aqueous solution.
  • HF and SiF 4 in the exhaust gas introduced into the first stage gas cleaning apparatus are water-soluble, they are well dissolved in the cleaning liquid composed of water.
  • the cleaning liquid becomes strongly acidic with a pH of 1 or less by dissolving HF. Therefore, SiO 2 where SiF 4 is produced is hydrolyzed is dissolved in strong acid washing solution, it is not to remain as a solid.
  • the exhaust gas discharged from the first stage gas cleaning apparatus and introduced into the second stage gas cleaning apparatus is accompanied by moisture (water vapor) in a saturated state, and this moisture contains a trace amount of HF.
  • This HF is neutralized by contact with a cleaning solution made of an alkaline aqueous solution in the second stage gas cleaning apparatus, and becomes a trace amount of NaF, but its generation amount is small. Therefore, solid matter adheres and accumulates in the first stage or second stage gas cleaning device or in the circulation pump, and these are less likely to be clogged, and the number of times of disassembly and cleaning can be reduced.
  • FIG. 1 shows an example of a gas processing apparatus of the present invention.
  • the gas cleaning apparatus has a two-stage serial configuration of a first-stage gas cleaning apparatus 6A and a second-stage gas cleaning apparatus 6B connected in series therewith.
  • the cleaning liquid of the stage gas cleaning apparatus 6A is water
  • the cleaning liquid of the second stage gas cleaning apparatus 6B is an alkaline aqueous solution.
  • a cylindrical cleaning tower body is filled with a filler. From the shower on the top of the filler, the cleaning liquid sent by the circulation pump is sprayed and flowed down, the exhaust gas is sent from the lower part of the filler to the filler by a blower, and both of them are in countercurrent gas-liquid contact with the filler. Is used.
  • Water such as room temperature city water or industrial water is used as the cleaning liquid of the first stage gas cleaning device 6A.
  • the city water means water managed by the Waterworks Bureau such as drinking water and tap water.
  • a normal temperature alkaline aqueous solution such as a 20-30 wt% sodium hydroxide aqueous solution is used.
  • the circulation flow rate of the cleaning liquid is appropriately determined according to the exhaust gas flow rate introduced, the HF concentration in the exhaust gas, and the SiF 4 concentration.
  • the exhaust gas from the dust collector 4 is introduced into the first stage gas cleaning device 6A through the blower 5, where it is cleaned with a cleaning liquid made of water, and then arranged in series with the first stage gas cleaning device 6A.
  • the gas is introduced into the second stage gas cleaning device 6B, where it is cleaned with a cleaning solution made of an alkaline aqueous solution, and then diffused into the atmosphere through the blower 7.
  • HF and SiF 4 in the exhaust gas introduced into the first stage gas cleaning device 6A are water-soluble, they are well dissolved in the water cleaning solution.
  • the cleaning liquid becomes strongly acidic with a pH of 1 or less by dissolving HF.
  • SiO 2 produced by hydrolysis of SiF 4 is dissolved in a strongly acidic cleaning solution and does not remain as a solid.
  • the exhaust gas discharged from the first stage gas cleaning device 6A and introduced into the second stage gas cleaning device 6B is accompanied by moisture in a saturated state, and this moisture contains a trace amount of HF.
  • This HF is neutralized by contacting with the alkaline cleaning liquid in the second stage gas cleaning device 6B, and becomes a very small amount of NaF, but its production amount is small. Therefore, solid matter adheres and accumulates in the first-stage or second-stage gas cleaning devices 6A and 6B and in the circulation pump, and these are less likely to be clogged, and the number of times of disassembly and cleaning can be reduced.
  • the exhaust gas from the semiconductor manufacturing apparatus 1 was processed using the exhaust gas processing apparatus shown in FIG.
  • SiH 4 is introduced into the semiconductor manufacturing apparatus 1 at a flow rate of 10 liters / minute to perform the film forming operation.
  • the semiconductor manufacturing apparatus A cleaning operation was performed by introducing NF 3 into 1 at a flow rate of 15 liters / minute.
  • the exhaust gas from the semiconductor manufacturing apparatus 1 was sequentially introduced into the combustion type abatement apparatus 3 and the dust collector 4 for processing, and further introduced into the second stage gas cleaning apparatus 6B from the first stage gas cleaning apparatus 6A.
  • the processing air volume of each of the first stage gas cleaning device 6A and the second stage gas cleaning device 6B was set to 200 m 3 / min.
  • a normal-temperature tap water was circulated and used for the cleaning liquid of the first stage gas cleaning apparatus 6A, and a 25 wt% sodium hydroxide aqueous solution at a normal temperature was circulated and used for the cleaning liquid of the second-stage gas cleaning apparatus 6B.
  • batch processing was performed by pH control
  • the second stage gas cleaning device 6B batch processing was performed according to the amount of cleaning liquid used.
  • the exhaust gas treatment apparatus was operated under the above operating conditions. As a result, the frequency of disassembly cleaning of the first stage gas cleaning device 6A was once every 12 months.
  • gas treatment was performed under the same operating conditions using a 25 wt% sodium hydroxide aqueous solution as the cleaning liquid of the gas cleaning apparatus 6. As a result, the frequency of disassembly cleaning of the gas cleaning device 6 was once a month.

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Abstract

本発明の排ガス処理方法は、半導体製造装置からの排ガスを燃焼式除害装置に導入し、ついで集塵装置に送り、さらに２段構成のガス洗浄装置に送り込んで処理する方法であって、前記２段構成のガス洗浄装置は、第１段ガス洗浄装置と第２段ガス洗浄装置とから構成され、第１段ガス洗浄装置で水を洗浄液としてガス洗浄し、ついで、第２段ガス洗浄装置でアルカリ水溶液を洗浄液としてガス洗浄する。

Description

排ガス処理方法および処理装置
この発明は、半導体製造装置、液晶パネル製造装置、太陽電池製造装置などのＣＶＤ反応による薄膜形成装置を備えた製造装置（以下、本発明ではまとめて半導体製造装置と呼ぶ。）から排出される排ガス中の有害成分を除去する排ガス処理方法とその処理装置に関する。
本願は、２００８年９月８日に、日本に出願された特願２００８－２３００９３号に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。
図２は、従来のこの種の排ガス処理装置を示すものである。
半導体製造装置１が製膜工程にあるときには、半導体製造装置１からは、残余の原料ガスであるＳｉＨ４を主に含む排ガスが排出される。また、半導体製造装置１がクリーニング工程にあるときには、半導体製造装置１からは、残余のクリーニングガスであるＮＦ３とクリーニングによって生成したＳｉＦ４を主に含む排ガスが排出される。
半導体製造装置１は、１基に限らず複数基設置されている場合もあり、その一部が製膜工程にあり、その他がクリーニング工程にあることがある。
半導体製造装置１からの排ガスは真空ポンプ２により燃焼式除害装置３に送られる。半導体製造装置１及び真空ポンプ２が複数設置されている場合には、複数の半導体製造装置１からの排ガスは各真空ポンプ２により燃焼式除害装置３に送られる。
燃焼式除害装置３は、空気バーナ、酸素バーナなどのバーナによって形成された火炎中に前記排ガスを送り込んで、排ガス中の上記有害成分を酸化、分解するものである。
半導体製造装置１が製膜工程であるとき、燃焼式除害装置３において排ガス中に含まれるＳｉＨ４はＳｉＯ２とＨ２Ｏとになる。また、半導体製造装置１がクリーニング工程であるとき、燃焼式除害装置３において、排ガス中に含まれるＮＦ３はＨＦとＮＯＸになり、ＳｉＦ４はＳｉＯ２とＨＦとになる。
したがって、燃焼式除害装置３から排出される排ガスには、除去対象物質として、ＳｉＯ２とＨＦが含まれることになる。この排ガスはついでバグフィルターなどの集塵装置４に送り込まれて固形粒子であるＳｉＯ２が捕集される。
集塵装置４でのＳｉＯ２の捕集の際に、固体粒子のＳｉＯ２はフィルター表面に捕集されて排ガスの流入に伴って堆積してゆく。排ガスにはＨＦが含まれているので、このＨＦの一部がＳｉＯ２と反応して、少量のＳｉＦ４が再度生成されることになる。
集塵装置４からのＨＦとＳｉＦ４を含む排ガスは、ブロア５により吸引されてガス洗浄装置６に送り込まれる。このガス洗浄装置６は湿式スクラバーとも呼ばれるものであり、水酸化ナトリウム水溶液などのアルカリ洗浄液と排ガスとを気液接触させて、酸性ガスであるＨＦとＳｉＦ４を除去するものである。このガス洗浄装置６は、必要に応じて２段構成として除去を高めるようにすることもできる。
ガス洗浄装置６から排出される排ガスは、有害成分が規制値以下となっていることが確認されて、ブロア７を経て大気中に放散される。
ところで、このような処理方法にあっては、ガス洗浄装置６において排ガス中のＳｉＦ４が加水分解してＳｉＯ２とＨＦが生成し、ＨＦはアルカリ洗浄液のナトリウムと反応してＮａＦとなる。ＳｉＯ２とＮａＦは固形物であるので、これがガス洗浄装置６内部の充填材、ミストセパレータや洗浄液循環ポンプ内に付着、堆積し、これによりガス洗浄装置６の閉塞の原因、ポンプ故障の原因となる不都合がある。
このため、従来装置では、ガス洗浄装置６本体や循環ポンプを頻繁に分解清掃する必要があった。
特開２００４－１８８４１１号公報 特開２００５－３３４７５５号公報
よって、本発明における課題は、半導体製造装置からの排ガスを燃焼式除害装置、集塵装置、ガス洗浄装置に順次送り込んで処理する際に、ガス洗浄装置においてその内部に固形物が付着、堆積することを防止し、ガス洗浄装置の閉塞などの不都合が生じないようすることにある。
かかる課題を解決するため、
本発明の第１の態様は、半導体製造装置からの排ガスを燃焼式除害装置に導入し、ついで集塵装置に送り、さらに２段構成のガス洗浄装置に送り込んで処理する方法であって、
前記２段構成のガス洗浄装置は、第１段ガス洗浄装置と第２段ガス洗浄装置とから構成され、第１段ガス洗浄装置で水を洗浄液としてガス洗浄を行い、ついで、第２段ガス洗浄装置でアルカリ水溶液を洗浄液としてガス洗浄を行う排ガス処理方法である。
本発明の第２の態様は、半導体製造装置からの排ガスを燃焼して除害する燃焼式除害装置と、この燃焼式除害装置からの排ガス中の固形分を除去する集塵装置と、この集塵装置からの排ガスを洗浄する２段構成のガス洗浄装置を備え、
前記２段構成のガス洗浄装置が、洗浄液が水である第１段ガス洗浄装置と、洗浄液がアルカリ水溶液である第２段ガス洗浄装置とから構成される排ガス処理装置である。
本発明によれば、第１段ガス洗浄装置に導入される排ガス中のＨＦ、ＳｉＦ４は水溶性であるので、水からなる洗浄液によく溶解する。洗浄液はＨＦが溶解することでｐＨ１以下の強酸性となる。このため、ＳｉＦ４が加水分解されて生成するＳｉＯ２は強酸性の洗浄液に溶解し、固形物として残ることがない。
第１段ガス洗浄装置から排出されて第２段ガス洗浄装置に導入される排ガスは、水分（水蒸気）が飽和状態で同伴されており、この水分には微量のＨＦが含まれている。このＨＦは第２段ガス洗浄装置におけるアルカリ水溶液からなる洗浄液と接触して中和され、微量のＮａＦとなるがその生成量はわずかなものとなる。
したがって、第１段あるいは第２段ガス洗浄装置内部や循環ポンプ内部に固形物が付着、堆積して、これらが閉塞することが少なくなり、分解清掃の回数を減らすことができる。
本発明の排ガス処理装置の例を示す概略構成図である。 従来の排ガス処理装置を示す概略構成図である。
図１は、この発明のガス処理装置の例を示すもので、図２に示した従来のガス処理装置と同一構成部分には同一符号を付してその説明を省略する。
この例のガス処理装置にあっては、ガス洗浄装置が第１段ガス洗浄装置６Ａとこれに直列に接続された第２段ガス洗浄装置６Ｂとの２段直列構成となっており、第１段ガス洗浄装置６Ａの洗浄液が水であり、第２段ガス洗浄装置６Ｂの洗浄液がアルカリ水溶液である点が従来装置と異なるところである。
第１段ガス洗浄装置６Ａおよび第２段ガス洗浄装置６Ｂには、筒状の洗浄塔本体内に充填材が充填される。この充填材上部のシャワーから、循環ポンプにより送液された洗浄液を噴霧、流下させ、充填材下部から送風機により排ガスを充填材に向けて送り、充填材において両者を向流気液接触させる形式などが用いられる。
第１段ガス洗浄装置６Ａの洗浄液には、常温の市水、工業用水などの水が用いられる。なお、市水とは、飲料水や水道水などの水道局で管理されている水を意味する。
第２段ガス洗浄装置６Ｂの洗浄液には、濃度２０～３０ｗｔ％の水酸化ナトリウム水溶液などの常温のアルカリ水溶液が用いられる。
洗浄液の循環流量は、導入される排ガス流量、排ガス中のＨＦ濃度、ＳｉＦ４濃度に応じて適宜決められる。
集塵装置４からの排ガスはブロア５を介して第１段ガス洗浄装置６Ａに導入され、ここで水からなる洗浄液により洗浄され、ついで第１段ガス洗浄装置６Ａに対して直列に配された第２段ガス洗浄装置６Ｂに導入され、ここでアルカリ水溶液からなる洗浄液により洗浄されたのち、ブロア７を経て大気に放散される。
このような処理方法によれば、第１段ガス洗浄装置６Ａに導入された排ガス中のＨＦ、ＳｉＦ４は水溶性であるので、水の洗浄液によく溶解する。洗浄液はＨＦが溶解することでｐＨ１以下の強酸性となる。このため、ＳｉＦ４が加水分解されて生成するＳｉＯ２は強酸性の洗浄液に溶解し、固形物として残ることがない。
第１段ガス洗浄装置６Ａから排出されて第２段ガス洗浄装置６Ｂに導入された排ガスは、水分が飽和状態で同伴されており、この水分には微量のＨＦが含まれている。このＨＦは第２段ガス洗浄装置６Ｂにおけるアルカリ洗浄液と接触して中和され、微量のＮａＦとなるがその生成量はわずかなものとなる。
したがって、第１段あるいは第２段ガス洗浄装置６Ａ、６Ｂ内部や循環ポンプ内部に固形物が付着、堆積して、これらが閉塞することが少なくなり、分解清掃の回数を減らすことができる。
以下、具体例を示す。
図１に示した排ガス処理装置を用いて、半導体製造装置１からの排ガスを処理した。
半導体製造装置１が製膜工程にある場合、半導体製造装置１にＳｉＨ４を流量１０リットル／分で導入して製膜操作を実施し、半導体製造装置１がクリーニング工程にある場合、半導体製造装置１にＮＦ３を流量１５リットル／分で導入してクリーニング操作を実施した。
半導体製造装置１からの排ガスを順次燃焼式除害装置３、集塵装置４に導入して処理を行い、さらに第１段ガス洗浄装置６Ａから第２段ガス洗浄装置６Ｂに導入した。
第１段ガス洗浄装置６Ａおよび第２段ガス洗浄装置６Ｂのそれぞれの処理風量は２００ｍ３／分とした。第１段ガス洗浄装置６Ａの洗浄液には常温の水道水を循環使用し、第２段ガス洗浄装置６Ｂの洗浄液には常温の濃度２５ｗｔ％水酸化ナトリウム水溶液を循環使用した。
第１段ガス洗浄装置６ＡではｐＨ管理によるバッチ処理を行い、第２段ガス洗浄装置６Ｂでは洗浄液の使用量によるバッチ処理を行った。
以上の操作条件によって排ガス処理装置の運転を行った。
その結果、第１段ガス洗浄装置６Ａの分解清掃の頻度は１２ヶ月に１回であった。
これに対して、図２に示した従来のガス処理装置では、ガス洗浄装置６の洗浄液として濃度２５ｗｔ％の水酸化ナトリウム水溶液を使用して、同様の操作条件にてガス処理を行った。その結果、ガス洗浄装置６の分解清掃の頻度は１ヶ月に１回であった。
１・・半導体製造装置、３・・燃焼式除害装置、４・・集塵装置、６Ａ・・第１段ガス洗浄装置、６Ｂ・・第２段ガス洗浄装置

Claims (2)

  1. 半導体製造装置からの排ガスを燃焼式除害装置に導入し、ついで集塵装置に送り、さらに２段構成のガス洗浄装置に送り込んで処理する方法であって、
    前記２段構成のガス洗浄装置は、第１段ガス洗浄装置と第２段ガス洗浄装置とから構成され、第１段ガス洗浄装置で水を洗浄液としてガス洗浄を行い、ついで、第２段ガス洗浄装置でアルカリ水溶液を洗浄液としてガス洗浄を行う排ガス処理方法。
  2. 半導体製造装置からの排ガスを燃焼して除害する燃焼式除害装置と、この燃焼式除害装置からの排ガス中の固形分を除去する集塵装置と、この集塵装置からの排ガスを洗浄する２段構成のガス洗浄装置を備え、
    前記２段構成のガス洗浄装置が、洗浄液が水である第１段ガス洗浄装置と、洗浄液がアルカリ水溶液である第２段ガス洗浄装置とから構成される排ガス処理装置。
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