JP2002253928A

JP2002253928A - フッ素系化合物ガス分解装置

Info

Publication number: JP2002253928A
Application number: JP2001053169A
Authority: JP
Inventors: Yoshihiro Yuu; 喜裕由宇
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 2001-02-27
Filing date: 2001-02-27
Publication date: 2002-09-10

Abstract

(57)【要約】【課題】フッ素系化合物ガスを含む排ガスの濃縮性能を
高めて、フッ素系化合物ガスを効率よく分解できるフッ
素系化合物ガス分解装置を提供する。【解決手段】少なくとも１種のフッ素系化合物ガスを含
有する複数種のガスからなる被処理ガスを系内に供給
し、系内のガス分離フィルタ４にて前記フッ素系化合物
ガス以外のガスのみを選択的に透過、分離して、前記フ
ッ素系化合物ガスを濃縮するガス濃縮器２と、ガス濃縮
器２にて濃縮されたフッ素系化合物ガスを分解するガス
分解器３とを備えたフッ素系化合物ガス分解装置におい
て、ガス分解器３が加熱した状態で使用されるととも
に、ガス分解器３で発生した熱にてガス分離フィルタ４
を加温する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する分野】本発明は、ガス分離方法に関し、
より具体的には、ガス混合物からのフッ素系化合物ガス
を濃縮して分解するフッ素系化合物ガス分解装置の改良
に関する。

【０００２】

【従来技術】一般にフロンガスと称されるパーフルオロ
化合物（ＰＦＣｓ）ガス、ハイドロフルオロカーボン類
（ＨＦＣｓ）ガス等のフッ素系化合物ガスは地球温暖化
係数が高く、大気に放出することにより、地球の温暖化
を促進することが懸念され、大気汚染、オゾン層破壊、
地球温暖化抑制のためにはフッ素系化合物ガスを分解処
理により無害化することが必要であることから、１９９
７年の京都会議では２００８年までに排出量を１９９０
年排出量に対し、６％削減する目標が掲げられている。

【０００３】一方、半導体等の製造時のエッチング工程
におけるエッチング剤や薄膜形成工程等におけるプラズ
マ洗浄剤として、例えば、ＳＦ₆、ＮＦ₃等のフッ素系化
合物ガスが使用されており、このような工程によって発
生する数１００ｐｐｍ〜数１０％程度の薄い濃度のフッ
素系化合物ガスを含んだ多量の排ガスを処理する方法が
検討されている。

【０００４】例えば、特開２０００−１４０５７６号公
報では、フッ素系化合物ガスを含む排ガスを一旦ガス濃
縮器内にて濃縮し、該濃縮されたフッ素系化合物ガスを
分解剤の存在下にて高温に加熱することによって熱分解
した後、生成したＨＦ（フッ化水素）等の分解生成物を
吸着剤やスクラバーにて吸収させることにより無害化す
る方法が提案されている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記方
法によれば、ガス濃縮器のガス分離性能が充分に満足で
きるものではなく、多量の排ガスを処理しようとすると
ガス濃縮器が大型化し装置全体として大型化したり、フ
ッ素系化合物ガスのガス分離効率が低下してしまい、ガ
ス分離効率のさらなる向上が求められていた。

【０００６】本発明は、上記課題を解決するためになさ
れたもので、その目的は、フッ素系化合物ガスを含む排
ガスの濃縮性能を高めて、フッ素系化合物ガスを効率よ
く効率よく分解できるフッ素系化合物ガス分解装置を提
供することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明者は、上記課題に
ついて検討した結果、フッ素系化合物ガスの分解処理に
て発生した熱によってガス分離フィルタを加温すること
によって、別途エネルギーを消費することなくガス分離
フィルタのガス分離性能（フッ素系化合物ガスの濃縮性
能）を高めることができ、フッ素系化合物ガスの熱分解
における分解効率を高めることができることを知見し
た。

【０００８】すなわち、本発明のフッ素系化合物ガス分
解装置は、少なくとも１種のフッ素系化合物ガスを含有
する複数種のガスからなる被処理ガスを系内に供給し、
系内のガス分離フィルタにて前記フッ素系化合物ガス以
外のガスのみを選択的に透過、分離して、前記フッ素系
化合物ガスを濃縮するガス濃縮器と、該ガス濃縮器にて
濃縮されたフッ素系化合物ガスを加熱分解するガス分解
器とを備えたものであって、前記ガス分解器で発生した
熱にて前記ガス分離フィルタを加温することを特徴とす
るものである。

【０００９】ここで、前記ガス分離フィルタが無機質材
料からなること、前記ガス分離フィルタの加温温度が１
００〜２５０℃であること、前記ガス分解器にて発生し
た水蒸気を配管にて前記ガス濃縮器の近傍に流通させて
加温すること、前記水蒸気を前記配管内で循環させるこ
とが望ましい。

【００１０】

【発明の実施の形態】本発明のフッ素系化合物ガス分離
装置について、そのフローチャートである図１に基づい
て説明する。本発明のフッ素系化合物ガス分解装置は、
フッ素系化合物ガスを含む複数種のガスからなる被処理
ガスからフッ素系化合物ガス以外の分子径が小さいガス
のみを選択的に透過して分離することによりフッ素系化
合物ガスを濃縮することができるガス濃縮器２と、ガス
濃縮器２にて濃縮されたフッ素系化合物ガスを加熱分解
することができるガス分解器３とからなる。

【００１１】ガス濃縮器２は、図２に示すように、内部
にガス分離フィルタ４を具備し、かつ被処理ガスを系内
に供給するための被処理ガス供給口５と、透過したガス
を系外へ排出するための透過ガス排出口６と、フッ素系
化合物ガスを含む残部ガスを系外へ排出するための残部
ガス回収口７とを具備するガス濃縮器２が配設された構
造からなる。、また、残部ガス回収口７とガス分解器３
とは配管８を介して連結し、フッ素系化合物ガスを加熱
分解するとともに、分解生成物を大気中へ揮散させる
か、または吸着剤にて吸収する、後処理によってさらに
分解、無害化するための部品を具備してなる。

【００１２】また、本発明によれば、ガス分解器３の近
傍には熱交換器９が配設され、熱交換器９によってボイ
ラー１０を加熱し、ボイラー１０にて発生した熱を配管
１１によってガス濃縮器２の近傍にまわしてガス濃縮器
２を加温する構成からなることが大きな特徴であり、こ
れによって、ガス濃縮器２のガス分解性能（フッ素系化
合物ガスの濃縮性能）を高めることができることから、
ガス分解器３におけるフッ素系化合物ガスの分解効率を
高めることができ、コンパクトな装置で多量の排ガスを
効率よく処理することができる。

【００１３】なお、本発明におけるフッ素系化合物ガス
とは、パーフルオロ化合物、ハイドロフルオロカーボン
類、ＳＦ₆およびＮＦ₃の群から選ばれる少なくとも１種
を指し、被処理ガス中のそれ以外のガスとしては、エッ
チング装置やＣＶＤ装置中に残存するフッ素系化合物ガ
スを装置外に除去する際に用いられる窒素、ヘリウム、
アルゴン等の不活性ガスが含有されることが望ましく、
また、それ以外にも水蒸気、酸素、二酸化炭素、炭化水
素系ガス等が含有されていることもあるが、本発明によ
れば、フッ素系化合物ガス以外のガスとしては、分子径
がフッ素系化合物ガスの分子径よりも小さいものである
場合に特に有効である。

【００１４】さらに、本発明によれば、ガス分離フィル
タを一定温度に加温するために、配管１１内を流通する
熱媒体として水蒸気を用いることが望ましい。

【００１５】また、上記ガス濃縮器２の具体的な構造に
ついて、その一例についての概略断面図である図２を基
に説明する。図２によれば、ガス濃縮器２は、筒状のハ
ウジング１３内に、多孔質体からなる長尺円筒管状のガ
ス分離フィルタ４を複数本収束したフィルタ収束体１４
が装着されている。また、ハウジング１３の壁面には、
被処理ガスを系（ガス濃縮器２）内に供給するための被
処理ガス供給口５と、ガス分離フィルタ４を透過したガ
スを系外へ排出するための透過ガス排出口６と、残部ガ
スを回収する残部ガス回収口７とが形成されている。

【００１６】そして、ガスの経路としては、フッ素系化
合物ガスを含む被処理ガスを被処理ガス供給口５から所
望の圧力で系内へ供給して、ガス分離フィルタ４の内面
または外面のうちの一方の表面側に接触させ、被処理ガ
スのうち、フッ素系化合物ガス以外のより分子径の小さ
いガスはガス分離フィルタ４内部を選択的に他方の表面
側に透過し、透過ガス排出口６を経由して系外へ排出さ
れる。また、ガス分離フィルタ４を透過しないフッ素系
化合物ガスが濃縮された残部ガスは残部ガス回収口７か
ら排出される。

【００１７】ここで、本発明によれば、ガス濃縮器のガ
ス分離性能を高めるため、ガス分離フィルタ４へ水分が
吸着することを防止するために、ガス濃縮器２内のガス
分離フィルタの加温温度が１００〜２５０℃、特に１５
０〜２００℃であることが望ましく、さらに、ガス分離
フィルタ４としては耐熱性の点で無機質材料からなるこ
と、さらに、耐熱性に加えて耐薬品性の点でセラミック
スからなることが望ましい。

【００１８】セラミックスからなるガス分離フィルタ４
としては、例えば、長尺円筒管状からなり、かつ、アル
ミナ、シリカ、ジルコニア、チタニアなどの平均細孔径
０．１〜１０μｍの多孔質支持体の表面に、例えば、ア
ルミナ、シリカ、ジルコニア、チタニアなどの平均細孔
径３〜３０ｎｍ、特に３．５〜５ｎｍのフッ素系化合物
ガス以外のガスのみが細孔内を透過可能な多孔質セラミ
ック分離膜を被着形成したものが好適である。

【００１９】また、図２によれば、ガス濃縮器２のハウ
ジング１３の外周には配管１１が巻き付けられており、
配管１１の内部にはボイラー１０にて加熱された熱媒体
を充填して循環させることによってガス濃縮器２および
ガス分離フィルタ４を加温する。ここで、ガス濃縮器２
の内部またはハウジング１３の外壁面に熱電対（図示せ
ず。）を設けて、温度を制御することもでき、また、ガ
ス濃縮器２の温度を一定に保つために、配管１１の外側
に断熱材１２を配設したり、配管１１を配設する部分に
補助ヒータ（図示せず。）等を設けることもできる。

【００２０】さらに、配管１１内部の熱媒体はガス濃縮
器２とボイラー１０との間を循環させて使用することに
より、より効率よくガス濃縮器２を加温することができ
る。

【００２１】また、図２によれば、ガス分離フィルタ４
は、例えば３０本以上収束されてフィルタ収束体１４を
なし、その両端が支持板１５および弾性治具１６によっ
てハウジング１３内に支持されている。

【００２２】さらに、図２によれば、ガス分離フィルタ
４が長尺円筒管状をなすものであったが、本発明はこれ
に限定されるものではなく、ガス分離フィルタが平板状
であってもよい。

【００２３】本発明によれば、上述したガス濃縮器２に
よって、フッ素系化合物ガスの濃度が数１００ｐｐｍ〜
１０％と薄い被処理ガスを、例えば、フッ素系化合物ガ
スの濃度を１０倍以上に高めるとともに、ガス分解器３
に供給するガス量を１／１０以下に低減することができ
ることから、ガス分解器３でのガス分解性能および時間
等のガス分離効率を高めることができる。（ガス分解器
３）また、ガス濃縮器２の残部ガス回収口７から回収さ
れ、フッ素系化合物ガスが濃縮されたガスは配管８を経
由してガス分解器３内に供給される。本発明によれば、
ガス分解器３でのガス分解効率を高めるためには、ガス
濃縮器２にて濃縮されたフッ素系化合物ガスを温度が高
い状態のまま、あるいはさらに該ガスを加温した状態で
ガス分解器３内へ供給することが望ましく、このために
配管８の外周をも配管１１および／または断熱材１２等
にて覆うことが望ましい。

【００２４】そして、ガス分解器３内では、所望によ
り、触媒を存在させた状態で、フッ素系化合物ガスを６
００〜１５００℃に加熱することによってフッ素系化合
物ガスを無害な他のガスに分解する。なお、分解された
他のガスのうち、ＨＦ、Ｆ₂、ＣＯ、ＣＯ₂、Ｈ₂、ＮＯ_x
等のガスが発生する場合があり、このうち有毒なガス
は、スクラバーやＮＯ_x分解装置にて後処理をする。

【００２５】

【実施例】（実施例１）まず、アルミナ質多孔質支持体
に膜厚０．２μｍのアモルファスＳｉＯ₂質ガス分離膜
を被着形成したセラミックガス分離フィルタを３７本収
束したフィルタ収束体（ガス分離膜の比表面積が０．１
ｍ²）を作製し、ハウジング内に挿入するとともに、ハ
ウジングおよび残部ガス回収口とガス分解器とを連結す
る配管の外周部には外径１５ｍｍ、内径１０ｍｍの銅製
の配管を隙間なく螺旋状に巻着付けるとともに、該配管
の外周に断熱材を巻きつけた図２の構成からなるガス濃
縮器を作製した。

【００２６】また、疑似排ガスとして、表１に示す濃度
のフッ素系化合物ガスを含んだ被処理ガスをマスフロー
コントローラーにて、流速４６００ｍｌ／分、供給圧力
０．７ＭＰａに調整した状態で被処理ガス供給口からガ
ス濃縮器内へ供給した。そして、ガス濃縮器の残部ガス
回収口から排出されたガスについて、その流量（Ｌ₁）
およびフッ素系化合物ガスの濃度（Ｍ₁）を、石鹸膜流
量計およびガスクロマトグラフィにて測定し、表１に示
した。

【００２７】次に、ガス濃縮器の残部ガス回収口から排
出されたガスはステンレス製の配管を経由してガス分離
器内に供給された。また、ガス分解器は、内壁がアルミ
ナからなる容器内にシリカゲルを触媒として収容したも
のを用い、このガス分離器内を１０００℃に加熱した状
態でフッ素系化合物ガスの分解を行った。

【００２８】また、ガス分解器の側端に熱交換器、およ
び該熱交換器と連結するボイラーを配して、該ボイラー
にて表１に示す温度の０．５ＭＰａの水蒸気を発生さ
せ、発生した水蒸気を１０Ｌ／分の流量でガス濃縮器に
巻き付けた配管に循環させて、セラミックガス分離フィ
ルタの温度を表１の温度に制御した。

【００２９】そして、ガス分解器から排出されたガスに
ついて上記同様にしてフッ素系化合物ガスの流量
（Ｌ₂）と濃度（Ｍ₂）を測定し、ガスの分解効率（Ｌ₁
Ｍ₁−Ｌ₂Ｍ₂）／Ｌ₁Ｍ₁×１００（％）を算出した。結
果は表１に示した。

【００３０】（比較例１）実施例のフッ素系化合物ガス
分解装置に対して、ガス濃縮器を配さない以外は実施例
と同じようにフッ素系化合物ガス分解装置を作製し、同
様に測定した。結果は表１に示した（試料Ｎｏ．１
０）。

【００３１】（比較例２）実施例のフッ素系化合物ガス
分解装置に対して、ガス濃縮器の外周に配管を配さずガ
ス濃縮器を加温しない以外は実施例と同じようにフッ素
系化合物ガス分解装置を作製し、同様に測定した。結果
は表１に示した（試料Ｎｏ．１１）。

【００３２】

【表１】

【００３３】表１の結果から明らかなように、ガス濃縮
器を配さない試料Ｎｏ．１０ではフッ素系化合物ガスの
分解効率が悪く、ガス濃縮器を加温しない試料Ｎｏ．１
１ではフッ素系化合物ガスの濃縮が充分でなく、ガス濃
縮器におけるフッ素系化合物ガスの分解効率が低いもの
であった。

【００３４】これに対して、本発明に従いガス濃縮器を
配するとともに、該ガス濃縮器をガス分解器にて発生し
た熱を利用して加温した試料Ｎｏ．１〜９では、いずれ
もガス分解効率９７％以上の高い分解効率を有するもの
であった。

【００３５】

【発明の効果】以上詳述した通り、本発明のフッ素系
化合物ガス分離装置によれば、フッ素系化合物ガスの分
解処理にて発生した熱によってガス分離フィルタを加温
することによって、別途エネルギーを消費することなく
ガス分離フィルタのガス分離性能（フッ素系化合物ガス
の濃縮性能）を高めることができ、フッ素系化合物ガス
の熱分解においても分解効率を高めることができる。

【００３６】また、ガス濃縮器とガス分解器との間を連
結する配管を断熱または加温することにより、より効率
よくフッ素系化合物ガスの分解を行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のフッ素系化合物ガス分解装置について
のフローチャートである。

【図２】本発明のフッ素系化合物ガス分解装置における
ガス分離フィルタを具備するガス濃縮器の一例を示す概
略断面図である。

【符号の説明】

１フッ素系化合物ガス分解装置２ガス濃縮器３ガス分解器４ガス分離フィルタ５被処理ガス供給口６透過ガス排出口７残部ガス回収口８、１１配管９熱交換器１０ボイラー１２断熱材１３ハウジング１４フィルタ収束体１５支持板１６弾性治具

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】少なくとも１種のフッ素系化合物ガスを含
有する複数種のガスからなる被処理ガスを系内に供給
し、系内のガス分離フィルタにて前記フッ素系化合物ガ
ス以外のガスのみを選択的に透過、分離して、前記フッ
素系化合物ガスを濃縮するガス濃縮器と、該ガス濃縮器
にて濃縮されたフッ素系化合物ガスを加熱分解するガス
分解器とを備えたフッ素系化合物ガス分解装置であっ
て、前記ガス分解器で発生した熱にて前記ガス分離フィルタ
を加温することを特徴とするフッ素系化合物ガス分解装
置。
【請求項２】前記ガス分離フィルタが無機質材料からな
ることを特徴とする請求項１記載のフッ素系化合物ガス
分解装置。
【請求項３】前記ガス分離フィルタの加温温度が１００
〜２５０℃であることを特徴とする請求項１または２記
載のフッ素系化合物ガス分解装置。
【請求項４】前記ガス分解器にて発生した水蒸気を配管
にて前記ガス濃縮器の近傍に流通させて加温することを
特徴とする請求項１乃至３のいずれか記載のフッ素系化
合物ガス分解装置。
【請求項５】前記水蒸気を前記配管内で循環させること
を特徴とする請求項４記載のフッ素系化合物ガス分解装
置。