【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はモノシラン燃焼処理装置および半導体排ガス処理システムに係り、特に、半導体製造プロセスで生じる排ガス（フロン（ＰＦＣ：Ｐｅｒｆｌｕｏｒｏｃｏｍｐｏｕｎｄｓ、 パーフルオロコンパウンズ）およびモノシラン（ＳｉＨ４ ）を含むガス）中に含まれるモノシランを、高温場において高効率で酸化させるモノシラン燃焼処理技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体製造プロセスから排出される排ガスには、フロンの他にもモノシランなどの有害な成分があり、燃焼炉内ではフロンを分解するとともに、モノシランなどの有害ガスも分解しなければならない。
【０００３】
燃焼分解後のガス中には、フロンガス分解で生成する弗化水素ＨＦとモノシランガス分解で生成するシリカ粉が共存することもある。従来の燃焼式排ガス処理装置では、９００℃〜１２００℃の高温の燃焼炉内で分解するものが一般的である（中には２０００℃の超高温式もある）。
【０００４】
その代表的システムでは、半導体排ガスを燃焼炉で燃焼分解し、その後流で冷却する。冷却部ではモノシランの分解で生成したシリカ粉末およびフロンガス分解で生成した弗化水素ＨＦの部分的な捕集除去も行われる。
【０００５】
さらにシリカ粉の捕集をサイクロンスクレーパ方式の集塵装置で行い、最終的には吸収塔で弗化水素ＨＦを完全除去し、ＨＦは酸化水として吸収され、有害成分を含まない処理ガスとして排気される。
【０００６】
高温場におけるモノシランガス（ＳｉＨ４ ）の酸化反応式（１）は、
ＳｉＨ４ ＋Ｏ２ →ＳｉＯ２ ＋２Ｈ２Ｏ −−−−−−（１）
である。
【０００７】
モノシランガスは、ＣＶＤ装置の中で式（１）の反応により、ＳｉＯ２ の薄膜をシリコンウエハに形成させる。そして余剰のＳｉＨ４ は酸化されてＳｉＯ２ の状態になるか、ＳｉＨ４ のガスのまま、Ｃ２Ｆ６ などの洗浄ガスによって系外へ排出される。
【０００８】
半導体排ガス処理システムは、これらのガスおよび粉を同時に分解除去するのが目的であり、この装置においては、これらのガスのうち、特にモノシランガスを安全に燃焼分解し、酸化反応で生成したシリカ粉（ＳｉＯ２ ）を安定に系外へ排出することが必要である。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、このシリカ粉の生成量は著しく、２００Ｌ／ｍｉｎの排ガス処理装置においても、Ｓｉ０２ の生成量は、３００ｇ／ｈになることもある。この粉は、気相で生成した細粒で、その粒子径はサブミクロンと細かいことから、気流に乗りやすく、またガスのよどみ領域には蓄積されやすい性質を有する。
【００１０】
モノシラン燃焼炉の内部は、このモノシラン濃度が最も高い領域であり、燃焼式排ガス処理装置においても、燃焼炉壁へのシリカ粉の堆積や付着問題が深刻であり、これらの現象によってガス流れが閉塞して連続運転できないトラブルが続出している。
【００１１】
この具体的な対応策としては、機械的に削ぎ落とすスクレーパ方式と、水スプレー方式があるが、いずれの方式もシリカの堆積を防止する方法としてあまり効果が無いのが現状である。
【００１２】
例えば、多孔質の燃焼管を使用して、外周から気体燃料と酸化剤（空気でも良い）とを予め混合して管内へ流入させ、管内表面にて火炎を形成させる方法は、スクレーパや、水スプレーと比較すると、管表面をガスが通過することから、原理的に粉が付着し難いと言えるが、実際は、管全域にわたり管内外差圧を一定に制御するのが難しく、粉の付着による差圧の偏差が発生して、さらなる粉の付着現象を誘引することになる。
【００１３】
結果的に、既存の方法では、粉の付着防止と除去を効果的に実施することはできない。これらの対策を行った場合においても、装置の点検が最長でも２週間に１回の頻度で必要になるというメンテナンス上の問題もある。
【００１４】
本発明の課題は、半導体排ガスの燃焼処理装置において、簡単かつ低コストな構造で、しかも装置内部に付着した凝集粒子群を高効率で剥離除去し、従来困難であったシリカの付着を防止することである。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明のモノシラン燃焼処理装置は、半導体製造プロセスの排ガスに含まれるモノシランを燃焼分解する金属製内筒を内部に有し、該内筒は燃焼部の後流に筒径が絞られた絞り部を有する構造であることを特徴とするものである。
【００１６】
本発明によれば、燃焼部の出口部が絞られているので、処理ガスが十分に混合される。また、前記内筒は、燃焼部の前流にベローズ構造を有することにより、内筒を十分に振動させることができる。また、前記内筒は、筒壁が多孔板であるので、Ｎ２ ガス等の不活性ガスを内筒内に流出させることにより、筒壁にシリカ粉末が堆積するのを防止できる。
【００１７】
また、前記内筒は振動可能に構成され、振動によって内筒内に付着したシリカ粉を剥離除去することにより、極めて効率的にシリカ粉を除去できる。また、前記内筒を加振する電磁式もしくは空気式のインパクタを、例えば、前記内筒を有する外筒の外周方向の複数箇所に配置し、インパクタの動作タイミングに、時間差を持たせることにより、シリカ粉堆積防止効果が向上する。
【００１８】
【発明の実施の形態】
本発明の実施形態の概要は、半導体製造プロセスから発生する排ガスを燃焼し、排ガス中に含まれるモノシランを燃焼分解処理するものである。そのために、排ガス燃焼炉３に加振装置３４を設置し、直接燃焼炉を揺らすのではなく、内筒３ａを加振するようにした（図２参照）。
【００１９】
また、基本的には、排ガス燃焼により生成するシリカ粉が、燃焼炉内筒壁に付着するのをできるだけ阻止するために、内筒壁面を多孔板で製作し、炉内へ向けて流体（不活性ガス）が染み出す構成とした。シリカ粒子は内壁への付着確率が低く、付着しにくい構造ではあるが、長時間運転の場合には次第に付着成長するので、定期的にもしくは随時に、シリカ粒子付着内筒を加振して付着粒子を剥離させ除去するようにしたものである。
【００２０】
以下、本発明になる半導体排ガス処理システムの一実施形態の全体構成を、図１を参照して説明する。モノシランなど半導体製造プロセスから排出されるガスは、複数の流路（少なくとも４以上）を経て、図１に示すモノシラン燃焼処理装置（燃焼炉）へ導入される。ここでは４本の排ガス処理配管が接続された場合を示す。これら複数の流路を通過するガス濃度は変動しているが、搬送ガス（キャリアガス）は、一定量供給される。
【００２１】
導入管１から導入された排ガスは、燃焼炉３でモノシランは酸化分解され、ＳｉＯ２ が気相で析出することになる。反応温度は最低でも３５０℃が必要とされることから、雰囲気温度の制御用に、バーナ２が設置される。さらに、モノシランを酸化するための空気（もしくは酸素）をバーナ用空気に加えて投入することになる。
【００２２】
この燃焼炉３では、モノシランの他にもＰＦＣ（フロン）も燃焼分解することを目的としている。燃焼炉の後流においては、燃焼ガスの冷却と、気相で生成したＳｉＯ２ （シリカ）の粒子の除去の目的で、スプレノズル５から冷却水を空塔部（冷却部４）へ噴射する構成とした。
【００２３】
冷却水は、その接触効率を考慮して、噴射するので余分な液はバッファタンク６へ回収されることになる。ここでは、液面を一定に制御する必要があることから、一定時間が経過すると、バッファタンク内部の水を全量系外へ排出する。
【００２４】
このため、当該設備においては、排水ポンプ１２を設けている。そして、液面レベルが低下した場合には外部からフレッシュな水を供給する。これらの動作は、タンク内部に設けたレベル計１１によって監視しながら行う。
【００２５】
さて、燃焼後の排ガスは、冷却された後、シリカの粒子と、ＰＦＣを分解した後のＨＦ（フッ化水素）とを含んでいることから、これらの捕集と吸収を目的として、充填層１０を有する吸収塔７を設けている。ここでＨＦとシリカ粉の除去を行った後、さらに微粒のシリカ粉をバグフィルタ８で除去する。ただし、ここでは、シリカ粉は、ほとんど残留していないことから、半導体製造ライン側の要求によっては、バグフィルタが不要な場合もある。
【００２６】
図２は、図１で示した全体図システムのうち、燃焼炉３の構造で、本発明部分である。炉頂部分に設けたバーナ２は、気体燃料を用いた予混合バーナである。モノシランが酸化反応する場合は、バーナ２からの未燃焼ガスと接触混合するのは望ましくなく、燃焼後の高温ガスとの混合が望ましい。なぜならば、モノシランは酸化反応速度が極めて大きく、炭化水素等と高温で反応して、複雑な反応生成物が副生する。
【００２７】
ＳｉＯ２ の純粋な粉であれば水に分散しやすく、排水処理が容易であるが、有機物が結合すると、疎水性となることが分かっており、回収が難しいだけでなく、粉が白色でないことから、有価物としての価値が少なくなる欠点を有する。
【００２８】
バーナ２の詳細構造を図３に示す。図の（ａ）は構成図、（ｂ）は詳細図である。バーナ中心部には、火炎検知器１４を設けて失火時には燃料を遮断する。ガス燃料１７と燃焼用空気１６は、バーナ内部で混合し、イグナイタ１８で着火して、火炎形成する予混合バーナ構造である。火炎は保炎部１９で安定着火する。モノシランを含む半導体排ガスは、導入管１を経てノズル２１からバーナ中心部に向けて噴射混合する。この際、モノシランの燃焼に必要な空気は、シリカ燃焼用空気１５として炉内へ投入する。
【００２９】
ここで、図２で示した燃焼炉全体の構成について説明する。モノシランは排ガス供給ライン（導入管１）から炉内へ供給され、高温の燃焼排ガスと混合し酸化してＳｉＯ２ の気相析出型の粉となる。ＳｉＯ２ 酸化に必要な空気と温度条件は揃っているが、炉内の混合が十分とはいえないので、ＳｉＯ等の未反応ガスが排出される可能性もある。
【００３０】
この対策として、燃焼炉３の内筒３ａの燃焼部３５の後流に絞り部３１を設けて、炉内でのガスの混合を促進する。さらに内筒３ａに金属性の多孔板を採用して、外周から炉内へ燃焼用空気もしくは不活性ガスが流入する構成とした。
【００３１】
内筒は網構造ではなく、機械強度が保たれる構造体であることが必要である。したがって、導入口３２から不活性ガス等の流体が炉内へ導入されるが、壁への粒子付着を完全に阻止することは期待できない。このための対策として内筒を外部から加振できる構造とした。
【００３２】
すなわち、内筒３ａは、その上部にベローズ、すなわちエキスパンション３３（蛇腹）部分を設けており、円筒部分は丈夫であるが、容易に半径方向に変位できる構造体とした。具体的な加振装置としては、図中に示したノッカ（インパクタ）３４が望ましく。その駆動源は、電気もしくは圧縮性の流体（空気もしくは、窒素）とする。また、ノッカ３４を焼却炉外周の複数箇所に配置し、その動作タイミングに時間差を持たせると効率がよい。
【００３３】
加振によるシリカ粉の除去効果について図４に示す。この図は、燃焼炉部分に付着したシリカ粉が原因で、当該燃焼炉部分の圧力の経時変化を示している。モノシランを燃焼すると、シリカ粉が燃焼炉の内壁に付着成長することから、ガスの流路が狭まり、ガス流速が早くなるとともに、この部分における圧力損失が増大して、結果的に火炉の絶対圧力が増加する。したがって、火炉の絶対圧の経時変化から、粉の付着状態を推察することができる。
【００３４】
この図では、数値は示していないが、時間と共に火炉圧力が増加する傾向があることが分かる。圧縮空気のノズルを炉内へ挿入して定期的に噴射した場合と、本発明になるノッカによる加振で払い落とした場合の効果の差を評価してみた。
【００３５】
いずれの場合も、払い落としを行った時刻に圧力の低下現象が見られるも、エアの場合は、十分なる低減効果が期待できないことが分かる。一方、ノッカの場合には、払い落としで火炉圧が低下して、その後、炉圧の増加現象が見られるものの、さらに払い落とし操作で前回の圧力に回復することが分かる。
【００３６】
上述のとおり、本実施形態によれば、燃焼炉内筒に振動を与え、重力によって内筒に付着した凝集粒子群を剥離除去するものであることから、簡単な構造とすることが可能であり、装置の故障を少なくできる。また内筒はシール空気で常に冷却されていることから、１０００℃を超える領域は存在せず、比較的安価な材質で装置構成が可能となる点も効果として上げられる。以上により、従来困難であったシリカの付着防止が可能となった。その結果、モノシラン燃焼処理装置の連続運転可能時間が、従来の２週間から２月までに延長できた。
【００３７】
ここで、半導体排ガス処理システムの一参考例を図５示す。半導体排ガスは排ガス入口４１から燃焼炉４２に導入され燃焼分解する。その後流には燃焼ガスを冷却する冷却部４３があり、そこではモノシランの分解で生成したシリカ粉末およびフロンガス分解で生成した弗化水素ＨＦの部分的な捕集除去も行われる。
【００３８】
さらにシリカ粉の捕集をサイクロンスクレーパ方式の集塵装置４４で行い、最終的には吸収塔４５で弗化水素ＨＦを完全除去し、有害成分を含まないガスは処理ガス出口４７から排気される。ＨＦを吸収した酸化水は出口４６から排水される。
【００３９】
図６にモノシラン燃焼部分におけるシリカ粉の付着防止構造例を示す。この例では、内周壁４９が多孔板となっている燃焼管を使用して、外周から気体燃料と、酸化剤（空気でも良い）を予混合燃料ガス４８として管内へ流入させ、管内表面にて、火炎を形成させる構造となっている。
【００４０】
これは、スクレーパや、水スプレーと比較すると、管表面をガスが通過することから、原理的に粉が付着し難いと言えるが、実際は、管全域にわたり、管内外差圧を一定に制御するのが難しく、粉の付着による、差圧の偏差が発生して、さらなる粉の付着現象を誘引することになる。
【００４１】
【発明の効果】
前述のとおり本発明によれば、半導体排ガスの燃焼処理装置において、簡単かつ低コストな構造で、しかも装置内部に付着した凝集粒子群を高効率で剥離除去し、従来困難であったシリカの付着を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明になる半導体排ガス処理システムの一実施形態の構成図。
【図２】本発明におけるモノシラン高効率燃焼炉の構造図。
【図３】燃焼炉バーナ部の一例を示し、（ａ）は構成図、（ｂ）は詳細図。
【図４】燃焼炉内部の圧力の経時変化を示す図。
【図５】燃焼式半導体排ガス処理システムの一参考例の構成図。
【図６】図５の燃焼炉部分の構造図。
【符号の説明】
１ 処理ガス導入管
２ バーナ
３ 燃焼炉
３ａ 燃焼炉内筒
４ 冷却部
５ スプレノズル
１５ ＳｉＨ４ 燃焼用空気
１６ 燃焼用空気
１７ ガス燃料
１８ イグナイタ
１９ 保炎部
２０ 火炎
２１ 処理ガス導入ノズル
３１ 絞り部
３２ 不活性ガス導入口
３３ エキスパンション
３４ ノッカ（加振機）
３５ 内筒内燃焼部[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a monosilane combustion treatment apparatus and a semiconductor exhaust gas treatment system, and more particularly, to monosilane contained in exhaust gas (gas containing Freon (PFC: Perfluorocompounds, perfluorocompounds) and monosilane (SiH 4 )) generated in a semiconductor manufacturing process. To a monosilane combustion treatment technique for oxidizing methane with high efficiency in a high temperature field.
[0002]
[Prior art]
Exhaust gas discharged from a semiconductor manufacturing process contains harmful components such as monosilane in addition to chlorofluorocarbons. In a combustion furnace, chlorofluorocarbons must be decomposed, and harmful gases such as monosilane must be decomposed.
[0003]
In the gas after combustion decomposition, hydrogen fluoride HF generated by decomposition of chlorofluorocarbon gas and silica powder generated by decomposition of monosilane gas may coexist. Conventional combustion type exhaust gas treatment apparatuses generally decompose in a combustion furnace at a high temperature of 900 ° C to 1200 ° C (an ultra-high temperature type of 2000 ° C is also available).
[0004]
In a typical system, semiconductor exhaust gas is decomposed in a combustion furnace and then cooled in a subsequent stream. In the cooling unit, silica powder generated by decomposition of monosilane and hydrogen fluoride HF generated by decomposition of chlorofluorocarbon gas are also partially collected and removed.
[0005]
Further, the silica powder is collected by a cyclone scraper type dust collector, and finally the hydrogen fluoride HF is completely removed in an absorption tower, and the HF is absorbed as oxidized water and exhausted as a processing gas containing no harmful components. Is done.
[0006]
The oxidation reaction formula (1) of monosilane gas (SiH 4 ) in a high temperature field is
SiH 4 + O 2 → SiO 2 + 2H 2 O (1)
It is.
[0007]
The monosilane gas causes a thin film of SiO 2 to be formed on a silicon wafer by the reaction of the formula (1) in a CVD apparatus. Then, the excess SiH 4 is oxidized to be in a state of SiO 2 , or is discharged out of the system by a cleaning gas such as C 2 F 6 while keeping the SiH 4 gas.
[0008]
The purpose of a semiconductor exhaust gas treatment system is to simultaneously decompose and remove these gases and powders. In this device, among these gases, monosilane gas, in particular, is safely burned and decomposed, and silica powder generated by an oxidation reaction ( It is necessary to stably discharge SiO 2 ) out of the system.
[0009]
[Problems to be solved by the invention]
However, the production amount of this silica powder is remarkable, and even in an exhaust gas treatment device of 200 L / min, the production amount of SiO 2 may be 300 g / h. This powder is a fine particle generated in the gas phase and has a particle diameter as small as submicron, so that it has a property that it is easy to get into an air current and is easily accumulated in a gas stagnation region.
[0010]
The inside of the monosilane combustion furnace is the region where the concentration of monosilane is the highest, and even in the combustion type exhaust gas treatment equipment, the problem of deposition and adhesion of silica powder on the combustion furnace wall is serious, and these phenomena block the gas flow. Trouble that cannot be operated continuously.
[0011]
As concrete countermeasures, there are a scraper method of mechanically scraping off and a water spray method, but none of these methods is very effective as a method of preventing silica deposition.
[0012]
For example, using a porous combustion tube, a gas fuel and an oxidizing agent (or air) may be mixed in advance from the outer periphery and flow into the tube to form a flame on the inner surface of the tube. Compared to spraying, gas can pass through the pipe surface, so it can be said that powder does not easily adhere in principle.However, in practice, it is difficult to control the pressure difference between the inside and outside of the pipe uniformly over the entire area of the pipe. A pressure deviation will occur, which will lead to further powder sticking phenomena.
[0013]
As a result, existing methods cannot effectively prevent and remove powder adhesion. Even when these countermeasures are taken, there is also a maintenance problem that inspection of the device is required at most once every two weeks.
[0014]
SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a semiconductor exhaust gas combustion treatment apparatus having a simple and low-cost structure, and efficiently removing and removing aggregated particles adhering to the inside of the apparatus, thereby preventing the conventionally difficult adhesion of silica. That is.
[0015]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above problems, the monosilane combustion treatment apparatus of the present invention has a metal inner cylinder for burning and decomposing monosilane contained in exhaust gas of a semiconductor manufacturing process inside, and the inner cylinder is provided downstream of the combustion section. It is characterized in that it has a structure having a narrowed portion with a narrowed tube diameter.
[0016]
According to the present invention, since the outlet of the combustion section is restricted, the processing gas is sufficiently mixed. Further, the inner cylinder has a bellows structure upstream of the combustion section, so that the inner cylinder can be sufficiently vibrated. In addition, since the inner wall of the inner cylinder is a perforated plate, the inert gas such as N 2 gas is allowed to flow into the inner cylinder, thereby preventing the silica powder from depositing on the cylinder wall.
[0017]
Further, the inner cylinder is configured to be vibrable, and the silica powder adhered to the inner cylinder by vibration is separated and removed, so that the silica powder can be removed very efficiently. Also, electromagnetic or pneumatic impactors that vibrate the inner cylinder, for example, are arranged at a plurality of locations in the outer circumferential direction of the outer cylinder having the inner cylinder, by giving a time difference to the operation timing of the impactor, The effect of preventing silica powder deposition is improved.
[0018]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
An outline of an embodiment of the present invention is to combust exhaust gas generated from a semiconductor manufacturing process, and to subject monosilane contained in the exhaust gas to combustion decomposition treatment. For this purpose, a vibration device 34 is installed in the exhaust gas combustion furnace 3 so that the inner cylinder 3a is vibrated instead of directly shaking the combustion furnace (see FIG. 2).
[0019]
Basically, in order to prevent silica powder generated by exhaust gas combustion from adhering to the inner wall of the combustion furnace as much as possible, the inner cylinder wall is made of a perforated plate, and a fluid (non- Active gas). Silica particles have a low probability of adhering to the inner wall and have a structure that is difficult to adhere to.However, in the case of long-time operation, they adhere and grow gradually. The particles are peeled and removed.
[0020]
Hereinafter, an overall configuration of an embodiment of a semiconductor exhaust gas treatment system according to the present invention will be described with reference to FIG. Gas discharged from a semiconductor manufacturing process such as monosilane is introduced into a monosilane combustion processing apparatus (combustion furnace) shown in FIG. 1 through a plurality of flow paths (at least four or more). Here, a case where four exhaust gas treatment pipes are connected is shown. Although the gas concentration passing through the plurality of flow paths fluctuates, a constant amount of the carrier gas (carrier gas) is supplied.
[0021]
In the exhaust gas introduced from the introduction pipe 1, monosilane is oxidatively decomposed in the combustion furnace 3, and SiO 2 is deposited in a gas phase. Since a reaction temperature of at least 350 ° C. is required, a burner 2 is provided for controlling the ambient temperature. Further, air (or oxygen) for oxidizing monosilane is added to the air for the burner and then charged.
[0022]
The purpose of the combustion furnace 3 is to burn and decompose PFC (fluorocarbon) in addition to monosilane. In the downstream side of the combustion furnace, a configuration in which cooling water is injected from the spray nozzle 5 to the empty tower (cooling unit 4) for the purpose of cooling the combustion gas and removing particles of SiO 2 (silica) generated in the gas phase. And
[0023]
Since the cooling water is jetted in consideration of the contact efficiency, excess liquid is collected in the buffer tank 6. Here, since the liquid level needs to be controlled to be constant, the entire amount of water in the buffer tank is drained out of the system after a certain period of time.
[0024]
Therefore, a drain pump 12 is provided in the facility. When the liquid level decreases, fresh water is supplied from outside. These operations are performed while monitoring with a level meter 11 provided inside the tank.
[0025]
Now, the exhaust gas after combustion contains silica particles after cooling, and HF (hydrogen fluoride) after decomposing PFC. An absorption tower 7 having 10 is provided. After the removal of HF and silica powder, finer silica powder is further removed by the bag filter 8. However, here, since silica powder hardly remains, a bag filter may not be necessary depending on the request of the semiconductor manufacturing line.
[0026]
FIG. 2 shows the structure of the combustion furnace 3 in the overall view system shown in FIG. 1, which is a part of the present invention. The burner 2 provided at the furnace top is a premix burner using gaseous fuel. When the monosilane undergoes an oxidation reaction, it is not desirable to mix with the unburned gas from the burner 2 but to mix with the high-temperature gas after combustion. This is because monosilane has an extremely high oxidation reaction rate and reacts with hydrocarbons at a high temperature to produce a by-product of a complicated reaction.
[0027]
Pure powder of SiO 2 is easy to disperse in water and drainage is easy, but it is known that it becomes hydrophobic when organic matter is combined, and it is not only difficult to recover, but the powder is not white. Therefore, there is a disadvantage that the value as a valuable resource is reduced.
[0028]
The detailed structure of the burner 2 is shown in FIG. (A) of the figure is a configuration diagram, and (b) is a detailed diagram. A flame detector 14 is provided at the center of the burner to shut off fuel when a misfire occurs. The gas fuel 17 and the combustion air 16 are mixed in the burner, ignited by the igniter 18, and have a premixed burner structure in which a flame is formed. The flame ignites stably in the flame holding section 19. The semiconductor exhaust gas containing monosilane is injected and mixed from the nozzle 21 toward the center of the burner through the introduction pipe 1. At this time, air necessary for burning the monosilane is introduced into the furnace as silica combustion air 15.
[0029]
Here, the configuration of the entire combustion furnace shown in FIG. 2 will be described. Monosilane is supplied into the furnace from an exhaust gas supply line (introduction pipe 1), mixed with high-temperature combustion exhaust gas, and oxidized to form SiO 2 gas phase deposition type powder. Although the air and temperature conditions necessary for the oxidation of SiO 2 are uniform, the mixing in the furnace is not sufficient, and there is a possibility that unreacted gas such as SiO may be discharged.
[0030]
As a countermeasure, a throttle 31 is provided downstream of the combustion section 35 of the inner cylinder 3a of the combustion furnace 3 to promote gas mixing in the furnace. Further, a metal perforated plate is used for the inner cylinder 3a, so that combustion air or inert gas flows into the furnace from the outer periphery.
[0031]
It is necessary that the inner cylinder is not a net structure but a structure that maintains mechanical strength. Therefore, a fluid such as an inert gas is introduced into the furnace from the inlet 32, but it cannot be expected to completely prevent the particles from adhering to the wall. As a countermeasure for this, the inner cylinder has a structure that can be vibrated from outside.
[0032]
That is, the inner cylinder 3a is provided with a bellows, that is, an expansion 33 (bellows) portion at an upper portion thereof. The cylindrical portion has a strong structure, but can be easily displaced in the radial direction. As a specific vibration device, the knocker (impactor) 34 shown in the figure is desirable. The driving source is an electric or compressible fluid (air or nitrogen). In addition, it is efficient to arrange the knockers 34 at a plurality of locations on the outer periphery of the incinerator and to provide a time difference in the operation timing.
[0033]
FIG. 4 shows the effect of removing the silica powder by the vibration. This figure shows the change over time in the pressure in the combustion furnace part due to the silica powder attached to the combustion furnace part. When monosilane is burned, the silica powder adheres and grows on the inner wall of the furnace, narrowing the gas flow path, increasing the gas flow velocity, and increasing the pressure loss in this area, resulting in the absolute pressure of the furnace. Increase. Therefore, the state of powder adhesion can be inferred from the change over time in the absolute pressure of the furnace.
[0034]
Although no numerical values are shown in this figure, it can be seen that the furnace pressure tends to increase with time. An evaluation was made of the difference between the effect when the nozzle of compressed air was inserted into the furnace and periodically injected and the effect when the nozzle was shaken off by the knocker according to the present invention.
[0035]
In any case, although a pressure drop phenomenon is observed at the time when the cleaning is performed, it can be seen that a sufficient reduction effect cannot be expected in the case of air. On the other hand, in the case of the knocker, the furnace pressure decreases due to the removal, and the furnace pressure thereafter increases. However, it can be seen that the pressure recovers to the previous pressure by the removal operation.
[0036]
As described above, according to the present embodiment, since a vibration is applied to the inner cylinder of the combustion furnace to separate and remove the aggregated particles attached to the inner cylinder by gravity, a simple structure can be achieved. In addition, device failure can be reduced. Further, since the inner cylinder is always cooled by the seal air, there is no region exceeding 1000 ° C., and the device can be configured with a relatively inexpensive material. As described above, it has become possible to prevent the adhesion of silica, which was conventionally difficult. As a result, the continuous operable time of the monosilane combustion treatment device could be extended from the conventional two weeks to February.
[0037]
Here, FIG. 5 shows one reference example of the semiconductor exhaust gas treatment system. Semiconductor exhaust gas is introduced into a combustion furnace 42 from an exhaust gas inlet 41 and is decomposed by combustion. In the downstream stream, there is a cooling unit 43 for cooling the combustion gas, in which silica powder generated by decomposition of monosilane and hydrogen fluoride HF generated by decomposition of chlorofluorocarbon gas are also partially collected and removed.
[0038]
Further, the collection of the silica powder is performed by a cyclone scraper type dust collector 44, and finally, the hydrogen fluoride HF is completely removed by the absorption tower 45, and the gas containing no harmful components is exhausted from the processing gas outlet 47. . The oxidized water having absorbed the HF is discharged from the outlet 46.
[0039]
FIG. 6 shows an example of a structure for preventing the adhesion of silica powder in the monosilane burning portion. In this example, a gaseous fuel and an oxidizing agent (or air) are allowed to flow from the outer periphery into the tube as a premixed fuel gas 48 by using a combustion tube having an inner peripheral wall 49 formed of a perforated plate. , A flame is formed.
[0040]
This is because gas passes through the pipe surface compared to a scraper or a water spray, so it can be said that powder adheres in principle.However, in practice, the pressure difference between the inside and outside of the pipe is controlled to be constant over the entire pipe. This is difficult, and a deviation of the differential pressure occurs due to the adhesion of the powder, which causes a further adhesion phenomenon of the powder.
[0041]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, in a combustion processing apparatus for semiconductor exhaust gas, a simple and low-cost structure is used, and a group of agglomerated particles adhering to the inside of the apparatus is efficiently separated and removed, thereby adhering silica which has conventionally been difficult. Can be prevented.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a configuration diagram of an embodiment of a semiconductor exhaust gas treatment system according to the present invention.
FIG. 2 is a structural diagram of a monosilane high-efficiency combustion furnace according to the present invention.
FIGS. 3A and 3B show an example of a combustion furnace burner, wherein FIG. 3A is a configuration diagram and FIG. 3B is a detailed diagram.
FIG. 4 is a diagram showing a change over time in pressure inside a combustion furnace.
FIG. 5 is a configuration diagram of a reference example of a combustion type semiconductor exhaust gas treatment system.
FIG. 6 is a structural diagram of a combustion furnace part of FIG. 5;
[Explanation of symbols]
Reference Signs List 1 processing gas introduction pipe 2 burner 3 combustion furnace 3a combustion furnace inner cylinder 4 cooling unit 5 spray nozzle 15 SiH 4 combustion air 16 combustion air 17 gas fuel 18 igniter 19 flame holding unit 20 flame 21 processing gas introduction nozzle 31 throttle unit 32 Inert gas inlet 33 Expansion 34 Knocker (vibrator)
35 Inner cylinder combustion part
