JPS62121621A - 気体吸着捕捉装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［９，明の分野１ 本発明は、三塩化ホウ素などの気体を吸着して捕捉する
気体吸着捕捉装置に関する。

［発明の背３；ｔ］ 近年、ＬＳＩなどの精密電子一部品は、アルミニウムな
どをドライエツチングして製造されることが多くなって
いる。最近は、アルミニウムなどをドライエツチングす
る際には、五塩化ホウ素、四塩化ケイ素、ハロゲン化）
Ｖ化水素（例、四ｎ工化）Ｒ素、トリクロルエタンおよ
び四ファ化炭素）および塩素ガスなどのハロゲンガスな
どが使用Ｓれている。特に最近はＥ　１１！化ホウ素を
不活性な窒素ガスなどで希釈ガスで希釈して使用するこ
とが多くなっている。

ドライエツチングに使用された後の廃ガスは、環境−に
の理由などから、このガス中に含有されている三塩化ホ
ウ素、四塩化ケイ素、ハロゲン化炭化水素および塩素ガ
スなどのハロゲンガスなど（以下、単に「吸着対象の気
体」と記載することもある）を気体吸着捕捉装置を用い
て除去した後、排出される。

このような吸着対象の気体の吸着除去に使用される気体
吸着捕捉装置は、一般に気体導入口と気体刊出目を有す
る容器に活性炭などの吸着剤層が設けられた構造を有す
る。そして、気体吸着捕捉装置には、装置の吸着対象の
気体に対する破過を検知する破過検知装置が、気体吸着
装置の気体排出【１に近接して設けられている。一般に
、破過検知装置には、三塩化ホウ素などのような酸性ガ
ス（水に溶解すると酸性を呈するガス）と接触すること
により色相が変化するフェノールレッドあるいはコンゴ
ーレッドなどのような酸性ガス検出剤が使用されている
。

気体吸着捕捉装置に使用されている活性炭などの吸着剤
は、使用する以前に既に相当−１４ｊ−の水分を吸着し
ているのが・般的である。

本発明者の検討によると、このようにして吸着されてい
る水分が、吸着対象の気体である一：、１１１化ホウ素
（水と接触してＪ１１化水素を生成する気体）と反応し
てｎ！化水素を生成し、生成した＋１４化水素が、気体
吸着捕捉装置が吸７１対象の気体に対して破過する以前
に吸着剤の１一部から流出し破過検知装置内に流入して
、あたかも気体吸１；　Ｊ＋Ｉｉ提装置が破過に至った
かのように検出剤の色相を変化させることがあることが
判明した。

すなわち、この段階では気体吸着捕捉装置は破過に至っ
ておらず、充分な吸７′１能カを有している。

このような現象は、三１１１化ホウ素を含有するドライ
エツチング廃ガスに限らず、水分と反応して塩化水素を
発生する他のガスを吸着捕捉する場合などにおいても見
られる。

［発明の［１的］ 本発明は、破過の時点を的確に判断することができる水
分との接触により塩化水素を発生する気体を含有する廃
ガスから該気体を吸着捕捉する気体吸着捕捉装置を提供
することを目的とする。

さらに本発明は、気体吸着捕捉装置の破過の時点を的確
に判断することができる三塩化ホウ素などを含むドライ
エツチング廃ガス中の吸着対象の気体の吸着除去に好適
な気体吸着捕捉装置を提供することを目的とする。

［発明の要旨］ 本発明は、水分との接触により塩化水素を発生する気体
を捕捉するための吸着剤層が、気体導入口と気体排出口
とを有する容器の内部に設けられてなる気体吸着捕捉装
置であって、該吸着剤層に対して気体排出口側にソーダ
ライムからなる塩化水素捕捉部が備えられていることを
特徴とする気体吸着捕捉装置にある。

［発明の効果］ 本発明の気体吸着捕捉装置は、廃ガス中に含有される三
塩化ホウ素などと吸着剤に含有される水分との接触によ
り発生する塩化水素をソーダライムからなる塩化水素捕
捉部で捕捉することができる構成を採ることにより、気
体吸着捕捉装置が破過に至る以前に１１１化水素楠提部
の１一部からｎ１化水素が流出することがない。従って
、気体吸着捕捉装置の破過以前に４１１化水素が破過検
知装置に流入することがないので、破過検知装置に充１
ｉｉされた検出剤の色相が破過以前に変化することがな
く、破過の時点を的確に判断することができる。

すなわち、気体吸着捕捉装置の吸着能力を充分に活用す
ることができる。

［発明の詳細な記述］ 以下、添付した図面を参照しながら本発明の気体吸着捕
捉装置を利用して三１１１化ホウ素を含むドライエツチ
ング廃ガスを処理する方法を例にとって本発明を説明す
る。

第１図は、本発明の気体吸着捕捉装置が気体発生装置と
破過検出装置との間に配置された例を模式的に示す図で
ある。

本発明の気体吸着捕捉装置ｌは、基本的には、気体導入
口２と気体７１’　ｉｌｌ　Ｉ＋　３とを有する容器の
内部に吸着剤が充填されている吸着剤層４からなる。こ
のような気体吸着捕捉装置１には、気体排出ＩＴＩ　３
に近接してこの吸着剤層４と直列に破過検知装置５が備
えられている。

本発明の気体吸着捕捉装置ｌの吸着剤層４と破過検知装
置５との間には、気体導入口２から吸着剤層４に導入さ
れた気体中の三塩化ホウ素が吸着剤中に含有される水分
と接触することにより生成して流出する塩化水素を捕捉
するソーダライムからなる塩化水素捕捉部６が設けられ
ている。

吸着剤層４を形成する吸着剤は、通常使用されている吸
着剤から適宜選択して使用することができる。吸着剤の
例としては、活性炭、活性アルミナ、シリカゲル、二酸
化チタン、ベントナイト、酸性白土、ケイソウ士および
炭酸カルシウムを挙げることができ、これらを単独であ
るいは混合して使用することができる。特に好ましい吸
着剤は活性炭である。なお、」−記の吸着剤は、公知の
技術に従って表面処理が施されたものあるいは他の成分
が加えられたものであってもよい。

このような吸着剤は、水分の含有率（吸着している水分
量）の低減を「Ｉ的として加熱処理が施されているのが
一般的である。しかし、このような処理後、すなわち保
存中あるいは気体吸着捕捉装置に充填する際などに空気
と接触することにより、吸着剤の使用時には相当−１４
の水分を吸着している。一般に気体吸着捕捉装置が使用
される時点で吸着剤に吸着されている水分の量は１０重
量％以下（通常はｏ、ｔ−ｔｏ型重量％の範囲内）であ
る。

本発明の気体吸着捕捉装置ｌの形状、容量などはに特に
制限はなく、通常のものを用いることができる。形状の
例として、吸着塔型のものを挙げることができる。

第１図において６は、水と接触して塩化水素を生成する
気体と−Ｉ―記の吸着剤に吸着されている水分との反応
により生成して吸着剤層４の−に部から流出する塩化水
素が破過検知装′／１５に流入しないように捕捉するソ
ーダライム・からなる塩化水素捕捉部である。水分との
接触によりＪ１１化水素を発生する気体との代表的な例
としては三塩化ケイ素を挙げることができ、その他にド
ライエツチングに使用される四塩化ケイ素および塩素等
も同様の挙動を示す。

ソーダライムは、強い塩基化を示し、本発明においては
、主にソーダライムが塩基であることを利用して、気体
吸着捕捉装置１の破過以前に三塩化ホウ素と活性炭など
の吸着剤に含有される水分と反応して流出する塩化水素
を捕捉し、検出剤の色相が変化するのを防止するもので
ある。

ソーダライムは、廃ガスがソーダライムからなる塩化水
素捕捉部６を通過する際の圧力損失および廃ガスとの接
触面積などを考慮して粒状のものを使用することが好ま
しい。このようなソーダライムは、一般には炭酸ガスの
捕捉等に利用されており、本発明においては通常このよ
うな用途に利用されているソーダライムを使用すること
ができる。

このようなソーダライムは、塩化水素あるいは水分（吸
着剤中に吸着されていた水分および空気中に含有される
水分）を吸収してもこの形状が変化することが少ない。

加えて、水酸化すトリウムのように潮解性を有していな
いので、粒子同士が融着して装置を閉塞することかない
。また、ソーダライムは他の塩基性を示す物質と比較し
て非常に安価であるので、ソーダライムを用いることに
より吸着対象の気体の吸着除去のコストを低減すること
ができる。

なお、ソーダライムは、通常、生石灰を水酸化ナトリウ
ムの濃溶液に侵清し、これを熱し更に粒状にすることに
より製造される。

ソーダライムからなる１１４化水素捕捉部６は、吸着剤
層４に対して気体ｌノｌｌ　ＩＩＩ　Ｉ’＋　３側に備
えられている。

一般には、吸着剤層４を通過した気体全量がソーダライ
ムにより構成される層を通過するように吸着剤層４上に
層状に配置する。

使用するソーダライムの７７ｊ−は、吸着剤に吸着され
ている水分の量を測定し、この水分と反応して生成する
塩化水素の量を算用して設定することができる。ただし
、ソーダライムと塩化水素との反応は、一般にはソーダ
ライムの表面近傍で進行するので、この点を考慮して充
填するソーダライムのにを設定する。

ソーダライムの吸着剤に対する量は、重量比で通常１：
ｌ〜１：１０の範囲内（ソーダライム：吸着剤）とする
。活性炭などの吸着剤の上にソーダライムを層状に配置
する場合には、通常ソーダライムにより構成される層と
吸着剤により構成される層との厚さの比を０．６：１〜
０．６：１０の範囲内とする。

また、塩化水素捕捉部６は、例えば別に用意した円筒容
器にソーダライムを充填して形成した塩化水素捕捉部と
することも可能である。

気体吸着捕捉装置ｌに接続されている破過検知装置５に
は、三塩化ホウ素、四塩化ケイ素、塩素ガス、塩化水素
などの酸性ガスに対して感応性を有するコンゴーレッド
、フェニールスルホフタレン（フェニールレッド）など
の酸性ガス検出剤が充填されている。

このような検出剤は、通常４１１体にＪＱ持された状態
で酸性ガスの検Ｉ該使用される。担体としては、担体自
体が灰白色乃至白色または透明のものを使用することが
！１ｆましい。カーボンブラックのように明度の低い１
１１体は、検出剤の色相の変化を判断することができな
いので実質的に使用することができない。使用すること
がでｙる担体の例としては、α−アルミナ］１（体、シ
リカ１１１体およびシリカアルミナ担体などの触媒４１
１体として通常使用されているものを挙げることができ
る。担体の形状に特に制限はなく、例えば、球状、粒状
、破砕粒状のものなどを使用することができる。

上記のような担体に１０持された検出剤は、酸性ガスと
の接触前は、たとえばコンゴーレッドの場合には赤色で
あり、酸性ガスと接触することにより青色に変化する。

このような検出剤は、通常０、ｌｐｐｍ以］−の酸性ガ
スを検出することができる。

このような気体吸着捕捉装置は通常法のようにして使用
される。

気体吸着捕捉装置１は、通常気体導入口２にで気体発生
装置７と接続している。そして、気体吸着捕捉装置１の
気体排出口３には破過検知装置５が接続している。そし
て、一般に破過検知装置５は、気体吸着捕捉装置ｌが破
過に至った後、気体吸着捕捉装置１を交換するまでの間
に配管中に残存する吸着対象の気体を除去ためにアルカ
リスクラバー８に接続している。

気体発生装置７は、例えばドライエツチング装量などで
ある。気体発生装置から廃ガスとして排出される気体は
、三塩化ホウ素のような水分との接触により塩化水素を
生成する気体を含有する。

これ以外にも、塩化水素を生成する気体として四塩化ケ
イ素、塩素を含むものであってもよく、さらにこれらの
気体以外にも四塩化炭素、トリクロルエチレンなどのハ
ロゲン化炭化水素類を含むものであってもよい。ドライ
エツチングの廃ガスの場合、これらの気体は通常は窒素
などの不活性ガスなどで希釈Ｘれている。

なお、気体発生装置は、ドライエツチング装置に限定さ
れるものではなく、例えば１！１素の置換反応を行なう
反応装置などであってもよい。従って、上記の吸着対象
の気体がその装置から発生する他の気体で希釈された状
態のもの、あるいは他の気体との混合気体であってもよ
い。

気体発生装置（例、ドライエツチング装置）７から排出
された酸性ガスを含む吸着対象の気体および希釈ガスは
、気体導入口２から吸着剤層４に導入される。

吸着剤層４に導入された三塩化ホウ素をはじめとする吸
着対象の気体およびぶ釈ガスのうち、吸着対象の気体は
、吸着剤で吸着除去されて、希釈ガスが吸着剤層４の上
部から１ノ１出される。ただし吸着剤に水分が吸着され
ている場合には、その水分と三塩化ホウ素などの反応性
気体とが反応して塩化水素が発生し、その塩化水素の少
なくとも一部が吸着剤上部から流出する。

吸着剤層４の上部から出た希釈ガスおよび流出した塩化
水素等は、次にソーダライムからなる塩化水素捕捉部６
に導入される。

そして、ソーダライムからなる塩化水素捕捉部６にて、
塩化水素はソーダライム粒子と接触することにより反応
して捕捉される。

一般に、ソーダライムも５〜１５重量％重量％水分を含
有しているが、ソーダライムからなる塩化水素捕捉部６
により捕捉される塩化水素の絶対量が極少量であり、ソ
ーダライムと塩化水素とが反応する際には極僅かに発熱
するに過ぎないので、この発熱によりソーダライム中に
含有される水分がソーダライムからなる塩化水素捕捉部
６の１一部から流出することはない。従って、ソーダラ
イムからなる塩化水素捕捉部の上部からの塩化水素も吸
着剤が吸着対象の気体を吸着し尽くすまでは流出しない
。

そして、吸着剤が吸着対象の気体を吸着し尽くした時点
で吸着対象の気体は、ソーダライムからなる塩化水素捕
捉？ＪＡ６に浸入する。ここでソーダライムと吸着対象
の気体中の三塩化ホウ素などの酸性ガスとが反応して、
一部除去されるが、この反応によりソーダライムからな
る塩化水素捕捉部６の温度が−１−、Ｊｌシてｊム工化
水素捕捉部］一部から水分と共に塩化水素が流出し、通
常はこの塩化水素が破過検知装置５に流入する。流入し
た１１目し水素は検出剤とコンゴーレッドを使用した場
合には、この色相を赤色から古色に変化させるので、こ
の色相の変化を、肉眼であるいは光学的測定手段などに
より検出することにより気体吸着捕捉装置１の破過を検
知することができる。

これに対して、ソーダライムからなる塩化水素捕捉部６
を設けずにｒｉに活性炭などにアルカリ性成分を含有（
例えばＪｌ−！持）させた吸着剤を使用した場合には、
吸着対象の気体が吸着される際の吸着熱の他に、吸着対
象の気体の中の三ｎ１化ホウ素がアルカリ性成分と反応
する際の反応熱も加わり、吸着剤自体の温度が？、’＋
　４’ｌ　＋μなどをｒｌを独で使用した場合よりも高
くなるので吸着剤のＩ一部からの塩化水素の流出量が増
加することがある。

また、吸着剤を使用することなくソーダライムからなる
塩化水素捕捉部のみを配置した場合にも、ソーダライム
と三塩化ホウ素との反応による発熱の為にソーダライム
中に含有される水分および生成した塩化水素が流出し、
本発明の目的を達成することはできない。

検知剤が発色した時点で気体吸着捕捉装置ｌおよび破過
検知装置５を交換する。

なお、吸着対象の気体が除去された気体は、通常アルカ
リスクラバー８に導入され、微量に含有されることもあ
る塩化水素、塩素ガスおよびその他の吸着対象の気体を
完全に除去した後、大気中に放出される。

次に本発明の実施例および比較例を示す。

［実施例１］ 気体導入口と気体排出口とを有する縦３００ｍｍ、横４
００　ｍ　ｍ、高さ７００ｍｍのステンレス（ＳＵＳ−
３１６）製気体吸着捕捉装置に活性炭（形状二柱状、平
均短軸長：４ｍｍ、平均長軸長：５ｍｍ、クラレケミカ
ル■製、商品名＝４ＧＳ）９ｋｇを充填した。この活性
炭の水分含有率は３．０重量％であった。

上記活性炭の上部にソーダライム（和光純薬輛製、商品
名：ソーダライム１号）４．５ｋｇを充填し、ソーダラ
イムからなるＪｉ１化水素捕捉部を形成した。

コンゴーレッドをアルミナに担持させた酸性気体検出剤
をガラス容器に入れた破過検知装置を、第１図に示され
ているように気体Ｉ：出［」３に接続管を介して配置し
た。

気体吸着捕捉装置１と検出剤を充填した破過検知装置５
との間の接続管には気体吸着捕捉装置ｌから排出される
ガスの分析を行なうための試料を採取するサンプリング
孔が設けられている。

上記の気体吸着捕捉装置ｌの気体導入口２から窒素ガス
で希釈した吸着対象のガスを導入して、この気体吸着捕
捉装２ｔ１の破過の検知操作を行なった。

吸着対象のガスは、窒素で希釈した三塩化ホウ素（Ｂ　
Ｃｌ　３　）および塩素ガスを使用した。なお、窒素ガ
ス、酸性ガスおよび塩素ガスの流量は次の通りである。

三塩化ホウ素　２５８ｍ１／分　　２．４８容量％塩素
ガス　　　５４　ｍ文／分　　０．５２容量％窒素ガス
　　　　１０文／分　　９７．００容量％」１記混合ガ
スを３時間導入したのち、３時間窒素ガスを単独で導入
する操作を繰り返し、３時間ごとにサンプリング孔から
ガスを採取して含有成分の含有率を測定した。

なお、塩化水素及び塩素の測定は、検知管（北沢産業輛
製検知管、分析限界、塩化水素０．Ｏ５ｐｐｍ、塩素０
．０２ｐｐｍ）を用いて行ない、ホウ素の測定は、試料
を水と接触させてホウ素化合物を吸収させた後、ＩＣＰ
（誘導プラズマ発光分析装置、分析限界０．０５ｐｐｍ
）により行なった。

ガスを導入してから７０時間経過した時点で検出剤の色
相が赤色から青色に変化した。

色相が変化した直後、サンプリング孔から試料を採取し
て分析を行なったところ、塩化水素が０、ｌｐｐｍ検出
され、塩素およびホウ素は検出されなかった。

この時点における気体吸７１装置に導入されて、吸着さ
れた気体のｊＩＬは、：、ｌｉｊ化ホウ素５５３す（２
、ｇ９ｋｇ）　、　Ｉｌｘ、＋：ガス１１７党（０，３
７ｋｇ）であった。

［比較例１］ 実施例１において、ソーダライムを使用しなかった以外
は同様に操作して酸性ガスの吸着除去を行なった。

ガスの導入を開始してから２５時間３０分経過した時点
で検出剤の色相が赤色から青色に変化した。

色相が変化した直後、サンプリング孔から試料を採取し
て分析を行なったところ、ｎ１化水素が０．５ｐｐｍ検
出された。

この時点における気体吸着装置に導入されて、吸着され
た気体のｔｌｌ、は、三Ｊｉ１化ポウ素２０７文（１，
０８ｋｇ）、１１！素ガス４４立（０，１４ｋｇ）であ
った。

検出剤の色相が変化した後も更にＬ記のガスの導入を続
けたところ、気体吸着捕捉装置が三１１１化ホウ素に対
して破過に至ったのは気体の導入から・６１時間３０分
後であった。この時点における気体吸着装置に導入され
て、吸着された気体の量は、三塩化ホウ素４８４見（２
，５３ｋｇ）、塩素ガス１０２文（ｏ、３２ｋｇ）であ
った。

ただし、三塩化ホウ素の破過に至るまでに最大１ｌ１０
０ｐｐの塩化水素が検出された。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の気体吸着捕捉装置を気体発生装置と
破過検知装置との間に接続した配置例を模式的に示す図
である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、水分との接触により塩化水素を発生する気体を捕捉
   するための吸着剤層が、気体導入口と気体排出口とを有
   する容器の内部に設けられてなる気体吸着捕捉装置であ
   って、該吸着剤層に対して気体排出口側にソーダライム
   からなる塩化水素捕捉部が備えられていることを特徴と
   する気体吸着捕捉装置。 ２、塩化水素捕捉部が粒状に成形されたソーダライムか
   らなることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の気
   体吸着捕捉装置。 ３、吸着剤層が活性炭からなることを特徴とする特許請
   求の範囲第１項記載の気体吸着捕捉装置。 ４、吸着剤層が１０重量％以下の水分を吸着している活
   性炭からなることを特徴とする特許請求の範囲第３項記
   載の気体の吸着捕捉装置。 ５、水分との接触により塩化水素を発生する気体が三塩
   化ホウ素、四塩化ケイ素および塩素からなる群より選ば
   れる少なくとも一種の気体であることを特徴とする特許
   請求の範囲第１項もしくは第２項記載の気体吸着捕捉装
   置。