JP2010058063A - フッ化物ガスの分解処理方法、分解処理剤及び分解処理装置 - Google Patents

Abstract

【課題】フッ化物ガスの分解処理温度を低下させることができるフッ化物ガスの分解処理方法及び装置を提供する。
【解決手段】反応容器１０内に、酸化カルシウム、シリコン及びハロゲン化アルカリ金属からなる分解処理剤Ａが装填された反応室１４を設け、フッ化物を含む被処理ガスを前記反応室に供給するとともに、反応容器の周囲に設置された電気炉１７によって反応室を所定温度に加熱することによりフッ化物を分解処理し、処理ガスを排出する。
【選択図】図１

Description

本発明は、フッ化物ガスを分解するための分解処理方法、分解処理剤及び分解処理装置に関するものである。

フッ化物ガスは、産業上広く使用されているが、その中には地球環境に対する深刻な影響が指摘され、問題とされているものもある。例えば、半導体の製造工程においてエッチングガスや洗浄ガスとして利用されているパーフルオロカーボン（ＰＦＣ）は、高い温暖化係数を示し、温室効果ガスとして地球温暖化を招くことが知られている。そのため、半導体業界においてはこれらのＰＦＣの排出量を削減する動向であり、ＰＦＣを分解処理する技術の開発が求められている。

従来、フッ化物ガスの分解処理方法としては、焼成炉で熱分解する燃焼法やプラズマにより分解するプラズマ法が知られている。また、この他にも、特許文献１に開示されるような処理技術も知られている。特許文献１に開示される処理技術は、高温下にて、フッ化物ガスの分解処理剤としての石灰石又はドロマイトとフッ化物ガスとを接触させることによりフッ化物ガスを分解するというものである。
特開２００１−７９３４４号公報

ところが、従来の分解処理方法は、いずれの方法も高温状態で処理しなければならないという問題があった。具体的には、燃焼法においては１３００℃程度、プラズマ法においては６０００℃程度、特許文献１の方法においては８００〜１４００℃の高温状態を必要としている。そのため、高温状態に耐え得るような処理装置が必要となり、結果として処理コストの増加を招いていた。

この発明は、こうした従来の実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、フッ化物ガスの分解処理温度を低下させることができるフッ化物ガスの分解処理方法、分解処理剤及び分解処理装置を提供することにある。

上記の目的を達成するために請求項１に記載のフッ化物ガスの分解処理方法は、酸化カルシウム、シリコン及びハロゲン化アルカリ金属の存在下、フッ化物ガスを熱処理することを特徴とする。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、前記シリコンは、前記酸化カルシウムに対して０．７〜３．０モル当量配合されていることを特徴とする。
請求項３に記載のフッ化物ガスの分解処理剤は、酸化カルシウム、シリコン及びハロゲン化アルカリ金属を含有することを特徴とする。

請求項４に記載の発明は、請求項３に記載の発明において、前記シリコンは、前記酸化カルシウムに対して０．７〜３．０モル当量配合されていることを特徴とする。
請求項５に記載のフッ化物ガスの分解処理装置は、内部に反応室を有するとともに、該反応室内にフッ化物ガスを吸入する給気口及び前記反応室内にて処理された処理ガスを外部に排出する排気口が設けられた反応容器と、前記反応室を加熱する加熱部とを備えたフッ化物ガスの分解処理装置であって、前記反応室内には、酸化カルシウム、シリコン及びハロゲン化アルカリ金属からなる分解処理剤が装填され、前記フッ化物ガスの分解処理時において、前記加熱部は、前記反応室内における排気口側の領域に、前記ハロゲン化アルカリ金属から発生するアルカリ金属の蒸気圧を低くするための低温帯を形成しつつ前記反応室を加熱可能であることを特徴とする。

請求項６に記載の発明は、請求項５に記載の発明において、前記反応容器における前記排気口の位置を変更する切替手段を備え、該切替手段による前記排気口の位置変更に伴って、前記加熱部は、位置変更後の前記排気口側の領域に前記低温帯の形成位置を変更することを特徴とする。

請求項７に記載の発明は、請求項５又は請求項６に記載の発明において、前記反応室内における排気口側の部位には、多孔質無機吸着剤が装填されていることを特徴とする。

本発明のフッ化物ガスの分解処理方法、分解処理剤及び分解処理装置によれば、フッ化物ガスの分解処理温度を低下させることができる。

以下、本発明を具体化したフッ化物ガスの分解処理剤の実施形態を詳細に説明する。
本実施形態のフッ化物ガスの分解処理剤は、酸化カルシウム、シリコン及びハロゲン化アルカリ金属を含有するものである。分解処理剤により分解処理されるフッ化物ガスとしては、例えば、クロロフルオロカーボン（ＣＦＣ）、ハイドロクロロフルオロカーボン（ＨＣＦＣ）、ハイドロフルオロカーボン（ＨＦＣ）、パーフルオロカーボン（ＰＦＣ）等のフロン類、六フッ化硫黄、三フッ化窒素が挙げられる。

分解処理剤に含有されるハロゲン化アルカリ金属は、周期表の１属のアルカリ金属と１７属のハロゲンとからなる塩である。このハロゲン化アルカリ金属としては、例えば、フッ化リチウム、フッ化ナトリウム、フッ化カリウム、フッ化セシウム、塩化リチウム、塩化ナトリウム、塩化カリウム、塩化セシウム等が挙げられる。

なお、ハロゲン化アルカリ金属の中でも、比較的低温条件（６００〜８００℃程度）におけるフッ化物ガスに対する分解率向上の観点から、フッ化カリウム、フッ化セシウム、塩化カリウム、塩化セシウムを用いることが好ましい。また、これらのハロゲン化アルカリ金属は、分解処理剤中に単独で配合してもよいし、２種以上を組み合わせて配合してもよい。

分解処理剤に含有される酸化カルシウム、シリコン及びハロゲン化アルカリ金属の配合比率は、モル比で、酸化カルシウム：シリコン：ハロゲン化アルカリ金属＝１：０．５〜４：１〜４であることが好ましい。とくに、フッ化物ガスに対する分解作用の持続時間向上（分解処理剤の劣化抑制）の観点から、シリコンが酸化カルシウムに対して０．７〜３．０モル当量配合されていることが好ましく、１．０〜２．０モル当量配合されていることがより好ましい。なお、本発明の目的を損なわない範囲において、分解処理剤中に、マグネシウムや塩素等の他の成分が配合されていてもよい。

また、分解処理剤の形状は、特に限定されないが、通気性やフッ化物ガスとの接触効率を多くするために、表面積が大きい形状が好ましい。例えば、粉末状、粒状（顆粒状、球状、円筒状）等が挙げられる。

次に、本実施形態の分解処理剤を使用したフッ化物ガスの分解処理方法について説明する。
フッ化物ガスの分解処理は、上記分解処理剤の存在下、フッ化物ガスを熱処理することにより行なわれる。具体的には、高温の温度条件下で、フッ化物ガスを、分解処理剤中に含有される酸化カルシウム、シリコン及びハロゲン化アルカリ金属に接触させることにより行なわれる。熱処理時の温度は、６００〜８５０℃の範囲であることが好ましく、７００〜８００℃の範囲であることがより好ましい。例えば、フッ化物ガスの中でも最も難分解性とされる四フッ化炭素に対しても、７５０℃でほぼ完全に分解することができる。熱処理時の温度が６００℃未満の場合には、フッ化物ガスを十分に分解処理することが困難になる。

また、分解処理されるフッ化物ガスは、フッ化物ガス単独の状態であってもよいし、窒素、アルゴン、酸素、空気、ヘリウム等のベースガス中に混合された状態であってもよい。その際、フッ化物ガスの濃度は、処理効率の観点から５．０容量％以下であることが好ましく、３．０容量％以下であることがさらに好ましい。なお、フッ化物ガスと分解処理剤との接触時間は、分解処理温度、フッ化物ガスの種類や濃度等によって異なるが、１〜８秒であることが好ましく、２〜５秒であることがより好ましい。

以下に、フッ化物ガスを本実施形態の分解処理剤に接触させることにより進行するフッ化物ガスの分解反応のオーバーオールの反応式及び素反応式を示す（一般式（１）〜（４））。ここでは、分解処理剤中に含有されるハロゲン化アルカリ金属としてフッ化カリウム（ＫＦ）を用いるとともに、フッ化物ガスとして四フッ化炭素（ＣＦ_４）を用いている。

［オーバーオールの反応式］
４ＫＦ（ｓ）＋Ｓｉ（ｓ）＋２ＣａＯ（ｓ）＋ＣＦ_４（ｇ）
→４ＫＦ（ｓ）＋２ＣａＦ_２（ｓ）＋ＳｉＯ_２（ｓ）＋Ｃ（ｓ） ・・・（１）
［素反応式］
４ＫＦ（ｓ）＋Ｓｉ（ｓ）→４Ｋ（ｇ）＋ＳｉＦ_４（ｇ） ・・・（２）
ＳｉＦ_４（ｇ）＋２ＣａＯ（ｓ）→２ＣａＦ_２（ｓ）＋ＳｉＯ_２（ｓ） ・・・（３）
４Ｋ（ｇ）＋ＣＦ_４（ｇ）→４ＫＦ（ｓ）＋Ｃ（ｓ） ・・・（４）
上記各反応式中（ｓ）は固体を示し、（ｇ）は気体を示す。

上記各反応式に示されるように、まず、ハロゲン化アルカリ金属であるフッ化カリウム（ＫＦ）とシリコン（Ｓｉ）とが反応することにより、高活性なカリウムガス（Ｋ）が発生する。次いで、発生したカリウム（Ｋ）ガスと、フッ化物ガスである四フッ化炭素（ＣＦ_４）とが反応することにより、四フッ化炭素（ＣＦ_４）がフッ化カリウム（ＫＦ）及び炭素（Ｃ）に分解される。また、カリウム（Ｋ）ガスの発生に伴って生成された四フッ化珪素（ＳｉＦ_４）ガスは、酸化カルシウム（ＣａＯ）と反応することにより、ニフッ化カルシウム（ＣａＦ_２）と二酸化珪素（ＳｉＯ_２）に分解される。そして、分解処理時に生成されるフッ化カリウム（ＫＦ）は残存するシリコン（Ｓｉ）と反応して再びカリウムガス（Ｋ）を発生させ、再度、四フッ化炭素（ＣＦ_４）を分解する。なお、最終的な分解産物であるフッ化カリウム（ＫＦ）、ニフッ化カルシウム（ＣａＦ_２）、二酸化珪素（ＳｉＯ_２）及び炭素（Ｃ）は全て固体として生成される。

次に、上記本実施形態の分解処理方法を用いてフッ化物ガスを分解処理するための分解処理装置１を図１に基づいて説明する。
反応容器１０は、耐食性及び耐熱性を有する材料（例えば、金属材料）からなる円筒状をなす筒部１１と、同じく耐食性及び耐熱性を有する材料からなるとともに、筒部１１の両端部を閉塞する一対の蓋部１２、１３とから構成されている。蓋部１２、１３には、反応容器１０内に形成される反応室１４に連通される第１給排口１２ａ及び第２給排口１３ａがそれぞれ形成されている。

反応容器１０内の反応室１４には、その両端部に反応室１４内の温度を測定するための温度センサ１５が配置されるとともに、その中央部に、分解処理剤Ａが充填されたカートリッジ１６が収容されている。カートリッジ１６は中空円筒状の部材であるとともに、その壁面には、内外へのガスの通過を可能にするための孔が複数形成されている（図示略）。なお、反応室に収容されたカートリッジ１６は交換可能となっており、装置の使用に伴ってフッ化物ガスに対する分解処理能力が低下した場合には新しいカートリッジ１６に交換できるように構成されている。

また、反応容器１０の周囲には、加熱部としての電気炉１７が配置されている。この電気炉１７は、反応容器１０の軸方向において、反応室１４内の温度を局所的に異なるようにしつつ加熱することができるように構成されている。具体的には、電気炉１７は、反応室１４を所定温度に加熱しつつも、第１給排口１２ａ側或いは第２給排口１３ａ側のいずれかの領域を同所定温度よりも温度の低い状態（低温状態）となるように加熱することができる。以下では、反応室１４内に形成される局所的な低温状態の領域を低温帯Ｔとして説明する。なお、温度センサ１５及び電気炉１７は図示しない制御部に接続されるとともに、この制御部によって反応室１４内の温度状態が制御されている。

また、各蓋部１２、１３に形成される第１給排口１２ａ及び第２給排口１３ａは、切替部２１を介して、フッ化物ガスの供給源であるガス発生部２２、及び処理された処理ガスを排出するための排出部２３に接続されている。切替部２１は、ガス発生部２２及び排出部２３と、第１給排口１２ａ及び第２給排口１３ａとの接続状態を切替可能に構成されている。すなわち、ガス発生部２２と第１給排口１２ａとを接続するとともに排出部２３と第２給排口１３ａとを接続する状態（図１（ａ）参照）、及びガス発生部２２と第２給排口１３ａとを接続するとともに排出部２３と第１給排口１２ａとを接続する状態（図１（ｂ）参照）を切り替えることが可能である。

なお、図１（ａ）に示す接続状態においては、第１給排口１２ａが給気口として機能するとともに、第２給排口１３ａが排気口として機能する。そして、図１（ｂ）に示す接続状態においては、第１給排口１２ａが排気口として機能するとともに、第２給排口１３ａが給気口として機能する。切替部２１は図示しない制御部に接続されるとともに、この制御部によって、ガス発生部２２及び排出部２３と、第１給排口１２ａ及び第２給排口１３ａとの接続状態の切り替えが制御されている。本実施形態では、切替部２１が切替手段として機能する。

また、本実施形態の分解処理装置１は、反応室１４内の温度状態に応じて、電気炉１７の加熱状態及び切替部２１の接続状態を切り替える切替制御手段が設けられている。この切替制御手段は、温度センサ１５、電気炉１７、切替部２１及び制御部（図示略）から構成されている。上記制御部は、反応室１４内に形成される低温帯Ｔの温度が予め設定された規定温度を超えた場合に、切替部２１の接続状態を、ガス発生部２２及び排出部２３がそれぞれ第１給排口１２ａ及び第２給排口１３ａに接続される状態から、それぞれ第２給排口１３ａ及び第１給排口１２ａに接続される状態、或いはその逆方向に接続状態が切り替えるように切替部２１を制御する。同時に、上記制御部は低温帯Ｔの形成位置を、第１給排口１２ａ側から第２給排口１３ａ側、或いは第２給排口１３ａ側から第１給排口１２ａ側に変更するように電気炉１７を制御する。

次に、本実施形態の分解処理装置１を用いてフッ化物ガスを分解する態様について説明する。
本実施形態の分解処理装置１を使用する場合、まず、電気炉１７により反応室１４内が６００〜８５０℃に加熱される。このとき、図１（ａ）に示すように、電気炉１７は、反応室１４内における第２給排口１３ａ側の領域に低温帯Ｔが形成されるように制御される。低温帯Ｔの設定温度は、分解処理剤中に含有されるハロゲン化アルカリ金属の種類及び反応室１４内の圧力状態等によって異なるが、分解処理剤から発生するアルカリ金属の蒸気圧が低くなるような温度に設定される。例えば、分解処理剤から発生するアルカリ金属がリチウムである場合には、低温帯Ｔは５００〜１１００度、好ましくは６００〜９００度に設定される。分解処理剤から発生するアルカリ金属がナトリウムである場合には、低温帯Ｔは３００〜８００度、好ましくは４００〜６００度に設定される。分解処理剤から発生するアルカリ金属がカリウムである場合には、低温帯Ｔは２００〜７００度、好ましくは３００〜５００度に設定される。分解処理剤から発生するアルカリ金属がセシウムである場合には、低温帯Ｔは１００〜６００度、好ましくは２００〜４００度に設定される。

反応室１４内が設定温度に加熱された後、上記制御部は、第１給排口１２ａとガス発生部２２とを接続するとともに、第２給排口１３ａと排出部２３とを接続するように切替部２１を制御する。つまり、第１給排口１２ａが給気口として機能するとともに、第２給排口１３ａが排気口として機能するように接続される。

そして、ガス発生部２２から反応室１４内へフッ化物ガスの供給が開始される。その際、フッ素ガスは、接触時間１〜８秒、好ましくは２〜５秒程度の流速で反応室１４内へ供給される。そして、反応室１４内において、供給されたフッ化物ガスとカートリッジ１６内の分解処理剤Ａとが接触することによりフッ化物ガスの分解処理が行なわれる。分解処理された処理ガスは速やかに第２給排口１３ａを介して排出部２３へ排出される。

このとき、反応室１４内において、分解処理剤Ａから発生したアルカリ金属ガスは、フッ化物ガスの流れに伴って、下流側、すなわち排気口として機能する第２給排口１３ａ側に向かって流れていく。そして、第２給排口１３ａ側に流入したアルカリ金属ガスは、第２給排口１３ａ側に形成された低温帯Ｔにて冷却されて液体状或いは固体状となり、反応室１４内に捕集される。これにより、アルカリ金属ガスが処理ガスとともに反応室１４外に流出することを抑制している。

また、反応室１４内へのフッ化物ガスの供給を開始した後に所定時間が経過すると、高温状態のアルカリ金属ガスが低温帯Ｔ側に多量に流入することにより、低温帯Ｔの温度が上昇する。そして、低温帯Ｔの温度が予め設定された規定温度を超えると、切替制御手段が作動して電気炉１７の加熱状態及び切替部２１の接続状態が切り替えられる（図１（ａ）の状態から図１（ｂ）の状態）。

具体的には、上記制御部は、図１（ｂ）に示すように、第２給排口１３ａとガス発生部２２とを接続するとともに、第１給排口１２ａと排出部２３とを接続するように切替部２１を制御する。つまり、第１給排口１２ａが給気口として機能するとともに、第２給排口１３ａが排気口として機能するように接続される。これにより、反応容器１０の下端部（図１（ａ）参照）から反応容器１０の上端部（図１（ｂ）参照）に排気口の位置が変更されることになる。また、同時に、上記制御部は、切替後に排気口として機能するようになる第１給排口１２ａ側に低温帯Ｔが形成されるように電気炉１７を制御する。このように切替部２１及び電気炉１７が制御されることにより、反応室１４内におけるフッ化物ガスの流れる方向が変更されるとともに、変更後におけるその下流側に低温帯Ｔの形成位置が変更される。また、低温帯Ｔの温度が上記規定温度を超える毎に切替手段が作動して、図１（ａ）に示す状態と図１（ｂ）に示す状態との切り替えが行われる。なお、上記規定温度は、低温帯Ｔの設定温度と同一温度、或いはそれよりも僅かに高い温度に設定される。

次に本実施形態における作用効果について、以下に記載する。
（１）本実施形態の分解処理方法では、酸化カルシウム、シリコン及びハロゲン化アルカリ金属を含有する分解処理剤を用いている。これにより、６００〜８００℃程度の比較的低温の熱処理条件でフッ化物ガスを高い分解率で分解処理することができる。そのため、高温状態（例えば、１０００℃以上）に耐え得るような特殊な処理装置を必要とすることはなく、処理コストを抑制することができる。また、処理装置を高温状態に曝すことに起因する処理装置の早期の劣化を抑制でき、処理装置の寿命を延ばすことができる。

（２）分解処理剤中に含有される酸化カルシウム、シリコン及びハロゲン化アルカリ金属のうち、シリコンの配合比率を酸化カルシウムに対して１〜２モル当量とした場合には、フッ化物ガスに対する分解作用の持続時間を長くすることができる。

（３）本実施形態の分解処理方法によれば、フッ化物ガスの分解処理時にフッ化水素等の酸性ガスが発生することがなく、酸性ガスを処理するための装置は不要である。また、本実施形態の分解処理方法によれば、フッ化物ガスの分解処理時に生成される最終的な分解産物は全て固体として生成される。そのため、分解処理に伴って有害なガス等が発生することが抑制される。

（４）本発明の分解処理方法を用いてフッ化物ガスの分解処理を行なった場合、分解処理された処理ガスの排出に伴って、分解処理剤から発生したアルカリ金属ガスが系外に排出されることがある。このアルカリ金属ガスはフッ化物ガスを直接分解する作用を有する物質であるため、アルカリ金属ガスの系外への排出は、分解処理作用の低下等を招くことになる。

このような問題に対して、本実施形態の分解処理装置１では、反応室１４内における排気口側の領域に、アルカリ金属の蒸気圧を低くするため低温帯Ｔを形成しつつ反応室１４を加熱可能となるように電気炉１７を構成している。これにより、処理ガスとともに排気口側に流れたアルカリ金属ガスは、排気口側に形成された低温帯Ｔにて冷却されて固体状或いは液体状となる。よって、アルカリ金属ガスは反応室１４内に捕集され、アルカリ金属ガスの反応室１４外への排出が抑制される。

（５）本実施形態の分解処理装置１は、第１給排口１２ａと第２給排口１３ａとの間で排気口の位置を変更する切替部２１を備えている。また、電気炉１７は、切替部２１による排気口の位置変更に伴って、切り替え後に排気口として機能するようになる第１給排口１２ａ側又は第２給排口１３ａ側に低温帯Ｔを形成するように制御されている。

長時間連続してフッ化物ガスの分解処理を行なうと、高温に熱せられた処理ガスの排出に伴って低温帯Ｔの温度が上昇し、アルカリ金属ガスの捕集効率が低下する場合がある。このような場合にも、排気口及び低温帯Ｔの形成位置を変更することにより、アルカリ金属ガスの反応室１４外への排出を抑制することができる。

（６）本実施形態の分解処理装置１では、制御部が反応室１４内の温度状態に応じて、排気口及び低温帯Ｔの形成位置の位置変更を制御するように構成している。これにより、低温帯Ｔの温度が予め設定された規定値を超えた場合に自動的に排気口及び低温帯Ｔの形成位置が変更されるようになり、低温帯Ｔの温度上昇によるアルカリ金属ガスの反応室１４外への排出を抑制しつつも、連続的に多量のフッ化物ガスを分解処理することが可能となる。

なお、本実施形態は、次のように変更して具体化することも可能である。
・ 本実施形態の分解処理装置１では、反応室１４内における排気口側の領域のみに低温帯Ｔを形成するように構成していたが、排気口側の領域にさえ形成されていれば、同領域に加えて反応室１４内における他の領域に低温帯Ｔを形成してもよい。

・ 本実施形態の分解処理装置１では、低温帯Ｔの温度が規定温度を超えたときに、切替制御手段を作動させていたが、切替制御手段の作動条件はこれに限られるものではない。例えば、所定時間経過毎に切替制御手段を作動させる構成としてもよいし、排気口付近にフッ化物ガス又はアルカリ金属ガスの検出器を配置し、フッ化物ガス又はアルカリ金属ガスが所定値以上検出された場合に切替制御手段を作動させる構成としてもよい。また、切替制御手段を手動により作動させる構成としてもよい。

・ 本実施形態の分解処理装置１では、切替制御手段によって、排気口の位置及び低温帯Ｔの形成位置の両方を変更するように構成していたが、排気口の位置のみを変更するように構成してもよい。このように構成した場合には、例えば、反応室１４内において、排気口となり得る部位の周辺領域の全てに低温帯Ｔを常時形成しておくことにより、排気口の位置及び低温帯Ｔの形成位置の両方を変更する構成と同様の効果を得ることができる。

・ 切替制御手段を設けない構成としてもよい。この場合、切替部２１を設ける必要は無く、第１給排口１２ａ及び第２給排口１３ａを直接ガス発生部２２及び排出部２３にそれぞれ接続すればよい。また、低温帯Ｔは第２給排口１３ａ側にのみ形成されるように電気炉１７を構成すればよい。

・ 本実施形態の分解処理装置１では、加熱部として電気炉１７を採用していたが加熱部の構成はこれに限られるものではない。例えば、ガス等による燃焼装置を加熱部として採用してもよい。

・ 本実施形態の分解処理装置１では、加熱部としての電気炉１７を、反応容器１０の外側に配置していたが、電気炉１７の配置位置はこれに限られるものではない。例えば、電気炉１７を反応容器１０の内部や反応室１４内に配置してもよい。

・ 本実施形態の分解処理装置１では、分解処理剤Ａをカートリッジ１６に装填するとともにそのカートリッジ１６を反応室１４内に収容していたが、分解処理剤Ａの装填方法はこれに限られるものではない。例えば、分解処理剤Ａを反応室１４内に直接装填してもよい。

・ 反応室１４内において、第１給排口１２ａ側及び第２給排口１３ａのうち少なくとも排気口として使用される側の部位（領域）に多孔質無機吸着剤を装填又は配置した構成としてもよい。この多孔質無機吸着剤としては、例えば、多孔質酸化アルミニウム（活性アルミナ）、多孔質酸化ジルコニウム等が挙げられる。このように構成した場合、反応室１４内における排気口側の部位にて、多孔質無機吸着剤によって未反応のアルカリ金属ガスを捕捉することができ、同アルカリ金属ガスの反応室１４外への排出をより効果的に抑制することができる。これにより、フッ化物ガスに対する分解処理効率を高めることができる。

次に、実施例及び比較例を挙げて前記実施形態の分解処理剤をさらに具体的に説明する。
以下に示す各試験では、本発明の分解処理剤中に含有されるハロゲン化アルカリ金属としてフッ化カリウムを用いるとともに、フッ化物ガスとして四フッ化炭素ガスを用いている。

まず、各試験に使用した試験装置を図２に基づいて説明する。磁製管からなる電気炉３１内部に円筒状をなすＳＵＳ製の反応容器３２が配置されている。反応容器３２の内部には試験試料としての分解処理剤Ａが充填されている。また、反応容器３２の上流側の端部は除湿カラム３３を介してフッ化物ガス供給源としてのガス発生部３４に接続されている。そして、反応容器３２の下流側の端部は、順にガス吸収瓶３５及び水分除去瓶３６を介して排出部３７に接続されている。ガス吸収瓶３５内には、未反応のアルカリ金属ガスを捕集するためのイオン交換水が充填されるとともに、水分除去瓶３６内には、ガス中に含まれる水分を除去するためのガラスビーズが充填されている。

そして、この試験装置を使用する場合には、電気炉３１により反応容器３２内を所定温度に加熱した状態で、ガス発生部３４内のフッ化物ガスを反応容器３２内に供給することにより、反応容器３２内でフッ化物ガスの分解処理が行なわれる。そして、分解処理された処理ガスは、ガス吸収瓶３５及び水分除去瓶３６を通過して排出部３７へ排出される。

＜分解処理剤の分解処理作用に関する試験＞
本発明の分解処理剤のフッ化物ガスに対する分解処理作用を評価した。本試験で用いる分解処理剤の試験試料として、フッ化カリウム（純正化学社製）、酸化カルシウム（和光純薬社製）及びシリコン（純正化学社製）を表１に示す配合比率にて配合したものを用意し、これを実施例１とした。また、酸化カルシウム（和光純薬社製）のみを含有するものを用意し、これを比較例１とした。なお、表１に示す配合比率はモル比を示している。

そして、実施例１又は比較例１を反応容器３２内に充填し、四フッ化炭素の分解処理を行なった。本試験においては、四フッ化炭素は、窒素中に３容量％の濃度で配合したものを使用するとともに、これを反応容器３２内に供給した。また、四フッ化炭素と分解処理剤の接触時間は４秒又は７秒とした。なお、分解処理時における反応容器３２内の温度は６００、７００、８００、９００℃とした。

そして、除湿カラム３３と反応容器３２との間のＸ点、及び水分除去瓶３６の下流のＹ点において、それぞれガスの採取を行なうとともに、採取したガス中に含まれる四フッ化炭素濃度を四重極型ガスクロマトグラフ質量分析計（島津製作所社製）にて測定した。得られた測定結果を基に、実施例１及び比較例１の各温度における四フッ化炭素の分解率を算出した。その結果を図３に示す。

図３に示すように、分解処理剤として酸化カルシウムのみを含有する比較例１は、四フッ化炭素を分解することは可能であるものの、その際に８００℃以上という高温での熱処理を必要とする。これに対して、実施例１は６００〜８００℃という比較的低い温度での熱処理で、十分に四フッ化炭素を分解可能であることが確認された。

＜分解処理剤に含有される成分の配合比率と分解処理作用との相関に関する試験＞
分解処理剤に含有されるフッ化カリウム、酸化カルシウム、シリコンの配合比率をそれぞれ異ならせたものを用意し、これらを実施例２〜５とした。実施例２〜５における各成分の配合比率を表２に示す。なお、表２に示す配合比率はモル比を示している。

そして、実施例２〜５を反応容器３２内に充填し、四フッ化炭素の分解処理を行なった。本試験においては、四フッ化炭素は、窒素中に約３容量％の濃度で配合したものを使用し、これを反応容器３２内に導入した。また、四フッ化炭素と分解処理剤の接触時間は４秒とした。なお、分解処理時における反応容器３２内の温度は７００℃とした。

そして、Ｘ点及びＹ点の各点において、それぞれガスの採取を経時的に行なうとともに、採取したガス中に含まれる四フッ化炭素濃度を四重極型ガスクロマトグラフ質量分析計にて測定した。得られた測定結果を基に、経過時間に対する実施例２〜５の単位時間当たりの四フッ化炭素分解量を算出した。その結果を図４に示す。

図４に示すように、シリコンを多く配合する実施例３は、各成分が略同量ずつ配合される実施例２と比較して、単位時間当たりの四フッ化炭素分解量の低下が緩やかに進行した。フッ化カリウムを多く配合する実施例４は、単位時間当たりの四フッ化炭素分解量の低下が実施例２と略同様に進行した。酸化カルシウムを多く配合する実施例５は、実施例２と比較して単位時間当たりの四フッ化炭素分解量の低下が速やかに進行した。これらの結果から、分解処理作用の持続時間には、酸化カルシウムとシリコンの配合比率が影響することが示唆される。上記反応式（１）によれば、シリコンに対して２モル当量の酸化カルシウムが必要と考えられる。しかしながら、実施例の結果からは、逆にシリコンの比率を高めることが、分解処理作用の持続時間を長くする上でより好適であることが確認された。具体的には、酸化カルシウムに対してシリコンが１〜２モル当量配合されていることが好ましく、２モル当量配合されていることがより好ましいことが確認された。

＜多孔質無機吸着剤に関する試験＞
反応容器３２内における下流側の部位に多孔質無機吸着剤として活性アルミナを充填した試験装置を用意し、この試験装置を用いて、本発明の分解処理剤のフッ化物ガスに対する分解処理作用を評価した。本試験では、分解処理剤として上記実施例２を用いるとともに、四フッ化炭素は、窒素中に約０．２〜４．０容量％の濃度で配合したものをそれぞれ使用した。なお、分解処理時における反応容器３２内の温度は７５０℃とするとともに、四フッ化炭素と分解処理剤の接触時間は４秒とした。

そして、Ｘ点及びＹ点の各点において、それぞれガスの採取を経時的に行なうとともに、採取したガス中に含まれる四フッ化炭素濃度を四重極型ガスクロマトグラフ質量分析計にて測定した。得られた測定結果を基に単位時間当たりの四フッ化炭素分解量を算出するとともに、単位時間当たりの四フッ化炭素分解量が低下を始めるまでの時間を求め、これを分解処理剤の１００％処理可能時間とした。また、多孔質無機吸着剤を充填していない試験装置を用いて同様の試験を行い、これを比較対照とした。四フッ化炭素の濃度と上記１００％処理可能時間との関係をグラフ化したものを図５に示す。

図５に示すように、多孔質無機吸着剤を充填した試験装置を用いた場合には、多孔質無機吸着剤を充填していない試験装置を用いた場合と比較して、分解処理剤の１００％処理可能時間が２倍程度高い値を示した。この結果から、反応容器３２内における下流側の部位に多孔質無機吸着剤を充填することにより、分解処理剤の分解処理作用を１００％発揮することのできる時間を長くすることができることが確認された。

次に、上記実施形態から把握できる技術的思想について記載する。
○ 前記反応容器は給気・排気兼用の第１給排口及び第２給排口を備え、前記切替手段は、前記第１給排口及び第２給排口のうちの一方が給気口となるとき他方が排気口となるように、互いの機能を切替可能であり、前記切替手段による前記第１給排口及び第２給排口の機能の切り替えに伴って、前記加熱部は、前記第１給排口及び第２給排口のうちの排気口として機能する一方側の領域に前記低温帯の形成位置を変更することを特徴とするフッ化物ガスの分解処理装置。

（ａ）、（ｂ）は本実施形態の分解処理装置を示す概略断面図。 試験装置を示す概略断面図。 熱処理温度に対する分解率の変化を示すグラフ。 経過時間に対する分解処理剤の単位時間当たりの分解量の変化を示すグラフ。 多孔質無機吸着剤の有無における四フッ化炭素ガスの導入濃度に対する分解処理剤の処理可能時間の変化を示すグラフ。

符号の説明

Ａ…分解処理剤、Ｔ…低温帯、１…分解処理装置、１０…反応容器、１２ａ…第１給排口、１３ａ…第２給排口、１４…反応室、１７…加熱部としての電気炉、２１…切替手段としての切替部。

Claims (7)

1. 酸化カルシウム、シリコン及びハロゲン化アルカリ金属の存在下、フッ化物ガスを熱処理することを特徴とするフッ化物ガスの分解処理方法。
2. 前記シリコンは、前記酸化カルシウムに対して０．７〜３．０モル当量配合されていることを特徴とする請求項１に記載のフッ化物ガスの分解処理方法。
3. 酸化カルシウム、シリコン及びハロゲン化アルカリ金属を含有することを特徴とするフッ化物ガスの分解処理剤。
4. 前記シリコンは、前記酸化カルシウムに対して０．７〜３．０モル当量配合されていることを特徴とする請求項３に記載のフッ化物ガスの分解処理剤。
5. 内部に反応室を有するとともに、該反応室内にフッ化物ガスを吸入する給気口及び前記反応室内にて処理された処理ガスを外部に排出する排気口が設けられた反応容器と、前記反応室を加熱する加熱部とを備えたフッ化物ガスの分解処理装置であって、
   前記反応室内には、酸化カルシウム、シリコン及びハロゲン化アルカリ金属からなる分解処理剤が装填され、
   前記フッ化物ガスの分解処理時において、前記加熱部は、前記反応室内における排気口側の領域に、前記ハロゲン化アルカリ金属から発生するアルカリ金属の蒸気圧を低くするための低温帯を形成しつつ前記反応室を加熱可能であることを特徴とするフッ化物ガスの分解処理装置。
6. 前記反応容器における前記排気口の位置を変更する切替手段を備え、
   該切替手段による前記排気口の位置変更に伴って、前記加熱部は、位置変更後の前記排気口側の領域に前記低温帯の形成位置を変更することを特徴とする請求項５に記載のフッ化物ガスの分解処理装置。
7. 前記反応室内における排気口側の部位には、多孔質無機吸着剤が装填されていることを特徴とする請求項５又は請求項６に記載のフッ化物ガスの分解処理装置。

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