JP6085203B2 - 過弗化物の処理装置および過弗化物の処理方法 - Google Patents
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Description
しかしながら、これらの過弗化物の中には、大気中に放出されると、地球環境に対し大きな影響を与えるものが多い。即ち、大気中で長期間安定に存在し、地球温暖化係数が大きい性質を有するため、地球温暖化の一因となり得る。そして、上述のように過弗化物は一般に安定であり、その影響は長期間続く場合が多い。
そこで、地球環境に影響を与えないために、使用された過弗化物を分解し、地球環境に対し無害な状態にして大気中に放出する必要がある。
また特許文献2には、触媒層が設けられて過弗化物を含む排ガスが供給され、過弗化物を分解する過弗化物分解装置と、過弗化物分解装置から排出された排ガスに含まれた酸性物質がCa塩と反応して生成される第1反応生成物を除去する酸性物除去装置とを備えていることを特徴とする過弗化物処理装置が開示されている。
さらに特許文献3には、水と反応して固形物を生成するガス成分を含み、かつPFCを含むガス流中のPFCを触媒で分解する方法であって、ガス流を水と接触させて固形物を生成させる固形物生成工程、生成した固形物を除去する固形物捕集工程、及びPFCの触媒分解工程を少なくとも有することを特徴とする触媒式PFC分解処理方法が開示されている。
即ち、本発明の目的は、前処理として過弗化物を含むガスを水またはアルカリ水溶液と接触させ固形分を生成させることで酸性ガスを除去する工程を必要とせず、多量の水の使用や排水処理を回避できるとともに、過弗化物を含むガスに過弗化物の他に水分が含まれていても、フィルタ等が閉塞しにくい過弗化物の処理装置を提供することにある。
また熱交換手段は、加熱手段に流入する前の過弗化物を含むガスに水を混合させることが好ましい。
さらに固形分除去手段は、固形分を除去するための第1のフィルタと第1のフィルタの交換を行うときに第1のフィルタの替わりに固形分を除去する第2のフィルタとを備えることが好ましく、過弗化物を含むガスの流通経路下流側に圧縮空気にて逆洗を行うための圧縮空気口を備えることが好ましい。
図1は、本実施の形態の過弗化物の処理装置が適用される半導体製造工場の全体構成について説明した図である。
図示するように本実施の形態の半導体製造工場は、半導体の製造を行う半導体製造設備1と、過弗化物を分解処理する過弗化物の処理装置2と、酸性ガスの捕集を行う酸スクラバ3とを備える。
半導体製造設備1は、通常はクリーンルームとなっており、図示する例では、半導体であるシリコン・ポリシリコンをエッチングするP−Siエッチャ11と、絶縁膜である酸化シリコン(SiO2)等の酸化膜をエッチングする酸化膜エッチャ12と、配線に使用するために金属膜をエッチングするメタルエッチャ13とを備える。
P−Siエッチャ11、酸化膜エッチャ12、メタルエッチャ13は、乾式エッチング(ドライエッチング)装置であり、例えば、プロセスチャンバ内で、反応性のエッチングガスを用いてエッチングを行う反応性イオンエッチング(RIE:Reactive Ion Etching)装置である。
なお図1には図示していないが、三方弁4の上流側において、半導体製造設備1から排出されるエッチング排ガス中に含まれる酸性ガスを捕集するアルカリスクラバを設けてもよい。
以後、過弗化物の処理装置2についてさらに詳しく説明を行う。
図2は、本実施の形態の過弗化物の処理装置2の概略構成について説明した図である。
図示するように過弗化物の処理装置2は、導入された装置入口排ガス(エッチング排ガス)を前処理する前処理ユニット21と、前処理ユニット21で前処理された装置入口排ガスに含まれる過弗化物を分解する過弗化物分解ユニット22と、過弗化物分解ユニット22で過弗化物を分解した際に生成されるHF(弗化水素)を含む分解ガスを吸着することで乾式除去するHF吸着ユニット23とを備える。そしてこれらの各ユニットにより装置入口排ガスを処理し無害化を行った後、排気ガスとして過弗化物の処理装置2外に排出する。
図2で説明したように過弗化物の処理装置2は、前処理ユニット21と、過弗化物分解ユニット22と、HF吸着ユニット23とを主として備える。また図示するように過弗化物の処理装置2は、制御ユニット24を備え、過弗化物の処理装置2に備えられた各機器およびバルブ(図示せず)等の制御を行う。
入口加熱器211は、予熱手段の一例であり、装置入口排ガスを加熱し、装置入口排ガスに含まれる液体の水である微小な水滴(ミスト)を蒸発させる。入口加熱器211は、装置入口排ガスが通過する配管の周囲にヒータ211aを備える。そして装置入口排ガスは、入口加熱器211を通過する際にヒータ211aにより加熱され、ミストが蒸発する温度でまで予熱される。このとき予熱される装置入口排ガスの温度は例えば、60℃とすることができる。これにより次のフィルタ212においてフィルタがミストにより閉塞することが抑制できる。
本実施の形態では、入口加熱器211は、円筒形状をなす。そして図中上部から装置入口排ガスを導入する。そして装置入口排ガスは、図中下方向に流通し、図中下部から排出される。そして入口加熱器211には、装置入口排ガスの流通経路にフィン211bが配される。
また図4(b)に図示した例では、フィン211bは、入口加熱器211の内壁に溶接等により接合している。この場合、フィン211bは、図中上下方向に互いにほぼ平行に配列するが、上下方向において千鳥状となり配列する。
また本実施の形態では、詳しくは後述するが、フィルタ212を通過した後の装置入口排ガスは、いったん熱交換器231に入る。そして熱交換器231における熱交換により装置入口排ガスが加熱される。さらにこのとき次の過弗化物分解ユニット22において過弗化物を分解するための反応に必要な水が液体の状態で添加される。この水は、熱交換器231において装置入口排ガスとともに加熱され気体の水蒸気となる。そして装置入口排ガスと混合しつつ移送される。本実施の形態では、水として純水を使用し、添加量は、後述の反応式に見合った量であり、例えば、350mL/minである。また、この水はあらかじめ加熱して水蒸気として熱交換器231に添加しても良い。
そしてさらに加熱された装置入口排ガスは、第2加熱器222の下方に配された触媒層222bにおいて、装置入口排ガスに混合していた水(水蒸気)と反応し、分解される。
このときの分解反応として、過弗化物として、CF4、CHF3、C2F6およびSF6の場合を例に採り、下記に反応式を示す。
CHF3+(1/2)O2+H2O→CO2+3HF …(2)
C2F6+3H2O+(1/2)O2→2CO2+6HF …(3)
SF6+3H2O→SO3+6HF …(4)
ここでエッチング排ガスに含まれる過弗化物として、CF4、CHF3、C2F6、C3F8、C4F8、C5F8、SF6、NF3を例示している。また過弗化物ではないが、半導体製造設備1から排出されるガス中に含まれる成分としてCOについても併せて図示している。
図示するように何れの成分も750℃近辺においてほぼ100%の分解率となるため、750℃の温度で反応させることで、過弗化物等がほぼ除去できることになる。
熱交換器231を通過した後の分解ガスは、温度が300℃〜500℃程度まで低下し、熱交換器231を通過した後の装置入口排ガスは、温度が200℃〜300℃程度まで上昇する。
Ca(OH)2+2HF→CaF2+2H2O …(6)
図6は、過弗化物の処理装置2の動作について説明したフローチャートである。
以後、図5および図6を使用して過弗化物の処理装置2の動作について説明を行う。
まず装置入口排ガスは、前処理ユニット21の入口加熱器211を通過し、予熱が行われる(ステップ101)。これにより装置入口排ガス中に含まれるミストが蒸発する。
次に予熱された装置入口排ガスに空気を導入し、前処理ユニット21のフィルタ212により微粒子が除去される(ステップ102)。
フィルタ212を交換する作業が終了すると、装置入口排ガスの流路を元のフィルタであるフィルタ212の側に切替える(ステップ106)。
一方、フィルタ212を交換する必要がない場合(ステップ103でNo)、次のステップ107に進む。なおフィルタ212を交換する必要があるか否かの判断は、前回フィルタ212を交換してから過弗化物の処理装置2を動作させた時間で判断してもよく、また目視等で判断してもよい。
熱交換器231を通過した装置入口排ガスは、第1加熱器221によりまず加熱され(ステップ109)、さらに第2加熱器222により過弗化物の分解に必要な温度にまでさらに加熱される(ステップ110)。そして第2加熱器222の触媒層222bを通過するときに過弗化物が分解し、装置入口排ガスは、HFを含む分解ガスとなる(ステップ111)。
(i)触媒層222bを利用して過弗化物の分解を行うため、大量のエッチング排ガスを処理することができるとともに運転コストを低減することができる。
(ii)分解ガス中に含まれるHFをカルシウム塩との吸着反応により乾式除去することで、従来の水にHFを溶解させてHFを除去する方法に対し、HFを含む排水が生じない。また吸着反応後に生成するCaF2は、無害であるとともにハンドリングが容易である。さらにCaF2は、HFを製造する原料となるため、有価物である。つまり地球環境に有害なエッチング排ガスから有価物であるCaF2を製造することができる。
(iii)熱交換器231により装置入口排ガスと分解ガスとの間で熱交換を行うことで、エネルギーの利用効率が上昇する。また従来の分解ガスを水により冷却する方式に比べ、排水が生じない。そのため排水処理工程が不要となり過弗化物の処理装置2の運転コストを低減することができる。
(iv)酸成分除去装置232の上方に配される薬剤供給装置234と下方に薬剤排出装置235を有する薬剤層232aを組み込むことで、単に弁を開くだけで重力を利用して落とし込むという簡便なシステムにより、カルシウム塩の交換を行うことができる。また本実施の形態では、分解ガスを下方から導入し、上方から排気するとともに、HF濃度センサ236を設け、HFの濃度を監視することでカルシウム塩の交換時期の判断を行う。これにより薬剤層232aの上層部は排出されず、下層部の反応済みのカルシウム塩のみが排出されるので、未反応のカルシウム塩がほとんど生じず、カルシウム塩の無駄な消費量を少なくすることができる。
(v)前処理ユニット21として入口加熱器211と、フィルタ212、212aとを備えることで、前処理工程において多量の水の使用や排水処理を回避できる。なお装置入口排ガス中に酸性ガスが含まれる場合でも、本実施の形態では、酸成分除去装置232が存在するため、酸性ガスが装置の外部に排出されることは少ない。
図7は、実際に製造された過弗化物の処理装置2を上方から見た図である。また図8は、実際に製造された過弗化物の処理装置2を図7のVII方向から見た図である。即ち図8は、過弗化物の処理装置2を水平方向から見た図となる。
図示するように実際の過弗化物の処理装置2は、上方から見た場合でも水平方向から見た場合でも矩形領域の内部にほぼ全ての機器が配置されている。なお制御ユニット24については、矩形領域の外部に配置されている。なお本実施の形態における矩形とは、長方形が基本形であるが、長方形に近い台形や平行四辺形や楕円形なども本実施の形態の特徴を逸脱しない範囲で矩形に含めることができる。
Claims (7)
- 過弗化物を含むガスを前処理する前処理手段と、
過弗化物を含むガスおよび水を加熱するとともに、予め定められた触媒により過弗化物を加水分解して酸性ガスを含む分解ガスを生成する加熱手段と、
前記加熱手段の前段および後段に配され、当該加熱手段に流入する前の過弗化物を含むガスおよび水と当該加熱手段から流出した後の分解ガスとの間で熱交換を行なう熱交換手段と、
前記熱交換手段から流出した後の分解ガスから酸成分を乾式除去する酸成分除去手段と、
を備え、
前記前処理手段は、
過弗化物を含むガスを加熱し、過弗化物を含むガスに含まれる液体の水を蒸発させる予熱手段と、
前記予熱手段により液体の水を蒸発させた状態の過弗化物を含むガスから固形分を除去するフィルタからなる固形分除去手段と、
を備えることを特徴とする過弗化物の処理装置。 - 前記予熱手段は、過弗化物を含むガスの流通経路にフィンが配されることを特徴とする請求項1に記載の過弗化物の処理装置。
- 前記予熱手段と前記固形分除去手段との間で空気を導入し、空気が導入された過弗化物を含むガスを当該固形分除去手段に通すことを特徴とする請求項1または2に記載の過弗化物の処理装置。
- 前記熱交換手段は、前記加熱手段に流入する前の過弗化物を含むガスに前記水を混合させることを特徴とする請求項1乃至3の何れか1項に記載の過弗化物の処理装置。
- 前記固形分除去手段は、固形分を除去するための第1のフィルタと当該第1のフィルタの交換を行うときに当該第1のフィルタの替わりに固形分を除去する第2のフィルタとを備えることを特徴とする請求項1乃至4の何れか1項に記載の過弗化物の処理装置。
- 前記固形分除去手段は、過弗化物を含むガスの流通経路下流側に圧縮空気にて逆洗を行うための圧縮空気口を備えることを特徴とする請求項1乃至5の何れか1項に記載の過弗化物の処理装置。
- 過弗化物を含むガスを前処理する前処理工程と、
過弗化物を含むガスおよび水を加熱するとともに、予め定められた触媒により過弗化物を加水分解して酸性ガスを含む分解ガスを生成する加熱工程と、
前記加熱工程の前段および後段に配され、当該加熱工程に流入する前の過弗化物を含むガスおよび水と当該加熱工程から流出した後の分解ガスとの間で熱交換を行なう熱交換工程と、
前記熱交換工程から流出した後の分解ガスから酸成分を乾式除去する酸成分除去工程と、
を備え、
前記前処理工程は、
過弗化物を含むガスを加熱し、過弗化物を含むガスに含まれる液体の水を蒸発させる予熱工程と、
前記予熱工程により液体の水を蒸発させた状態の過弗化物を含むガスから固形分をフィルタにより除去する固形分除去工程と、
を備えることを特徴とする過弗化物の処理方法。
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