JPWO2011162023A1

JPWO2011162023A1 - ガス処理システム

Info

Publication number: JPWO2011162023A1
Application number: JP2012521366A
Authority: JP
Inventors: 泉中山; 高橋　克典; 克典高橋
Original assignee: EDWARDSJAPAN LIMITED
Current assignee: EDWARDSJAPAN LIMITED
Priority date: 2010-06-21
Filing date: 2011-04-27
Publication date: 2013-08-19
Also published as: US20130064730A1; KR20130086925A; WO2011162023A1; EP2584263A1; CN102612626A

Abstract

【課題】配管を含むガス処理システム全体の低価格化、コンパクト化、メンテナンス性の向上を図るのに好適なガス処理システムを提供する。【解決手段】ガス処理システム１は、半導体材料ガスであるシランや、プラズマＣＶＤ装置等の密閉チャンバＣ１、Ｃ２…Ｃｎ内を例えばプラズマでクリーニングする際のクリーニングガスとして使用するＮＦ３、ＣＦ４、Ｃ２Ｆ６、ＳＦ６、ＣＨＦ３、ＣＦ６等のガス状フッ化物を被処理ガスとし、これらの被処理ガスに対して燃焼分解及び洗浄集塵を行う水冷燃焼式除害装置２と、燃焼分解及び洗浄集塵後の処理ガスに対して電気集塵を行う電気集塵装置３と、電気集塵後の処理ガスを工場スクラバー設備５へ送る配管４と、を備えるものとする。【選択図】図１

Description

本発明は、シラン（ＳｉＨ_４）や３フッ化窒素（ＮＦ_３）等のガス状フッ化物を工場内で無害化（除害）するガス処理システムに関し、特に、配管を含むガス処理システム全体の低価格化、コンパクト化、メンテナンス性の向上を図れるようにしたものである。

図２は、従来の半導体製造工場やフラット・パネル・ディスプレイ工場やソーラー・パネル工場におけるガス処理システムの一例を示したシステム構成図である。この半導体製造工場では、それぞれの密閉チャンバＣ１、Ｃ２…Ｃｎ内で例えばＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）、エッチング等のプロセスが行われる。これらのプロセスで使用されたシラン等のプロセスガスや、プロセスで副次的に生成されるガス状物質は、ガス処理システム１へ送られ、無害化される。さらに、密閉チャンバＣ１、Ｃ２…Ｃｎのプラズマ自動クリーニングで使用される３フッ化窒素等のクリーニングガスもまた、同様にガス処理システム１へ送られ、無害化される。

前記ガス処理システム１は、密閉チャンバＣ１、Ｃ２…Ｃｎから排気されたガス（以下「被処理ガス」という）を燃焼式除害装置６にて燃焼分解させた後、燃焼分解後の処理ガスをバグフィルターＢＦへ送り、その処理ガス中の粉塵（燃焼分解されるガスがシランであるならシリカ（ＳｉＯ_２）粉末が粉塵になる）をバグフィルターＢＦで捕集し減容器ＢＦ１に回収する。粉塵捕集後の処理ガスは、工場内の配管４を通じて、工場スクラバー設備５へ移送され、シャワー水の噴霧による酸処理等の除害処理が行われる。

しかしながら、先に説明した従来のガス処理システムによりシランと３フッ化窒素を除害（無害化）する場合は、以下の問題点が生じる。

（１）バグフィルターＢＦ及び減容器ＢＦ１内にはシランの燃焼分解によって生じたシリカ粉末が存在すること、及び、３フッ化窒素の燃焼分解によって生じた大量のフッ酸（ＨＦ）がバグフィルターＢＦを通過することから、通過するフッ酸とバグフィルターＢＦや減容器ＢＦ１内のシリカ粉末とが反応し、４フッ化ケイ素ガス（ＳｉＦ_４）が生成される。そして、生成された４フッ化ケイ素ガスが配管４を通じて工場スクラバー設備５に流入する。このため、工場スクラバー設備５において、４フッ化ケイ素ガスとシャワー水とが反応することによってシリカ粉末のスラッジが大量に再生するので、そのスラッジを回収するメンテナンスが頻繁に必要となる。

（２）３フッ化窒素の燃焼分解によって生じた大量のフッ酸は、最終的に工場スクラバー設備５にて酸処理されるので、配管４等、燃焼式除害装置６から工場スクラバー設備５までの配管系全体やバグフィルターＢＦに耐食処理が必要になる（この種の耐食処理については、例えば特許文献１を参照）。

（３）シラン燃焼分解後の処理ガス中に含まれているシリカ粉末をバグフィルターＢＦまで搬送するため、及び、燃焼分解後の処理ガスの温度低下のため、燃焼式除害装置６から工場スクラバー設備５までの配管系全体（配管４を含む）の送風量を大風量（例えば約６０ｍ^３／ｍin）にする必要や、その大風量に対応するために配管系全体を大径でかつステンレス等の金属で丈夫なものにする必要や、或いは配管内部を耐腐食コーティングする必要性が生じ、処理能力の大きい大型の工場スクラバー設備５を採用する必要があり、工場スクラバー設備５を含むガス処理システム全体が大型で高額にならざるを得ない。

特開２００７−２３２３０８号公報

本発明は、前記問題点を解決するためになされたものであり、その目的は、配管を含むガス処理システム全体の低価格化、コンパクト化、メンテナンス性の向上を図るのに好適なガス処理システムを提供することである。

前記目的を達成するために、本発明は、被処理ガスを工場内で無害化するガス処理システムであって、前記ガス処理システムは、前記被処理ガスに対して燃焼分解及び洗浄集塵を行う水冷燃焼式除害装置と、前記燃焼分解及び洗浄集塵後の処理ガスに対して電気集塵を行う電気集塵装置と、前記電気集塵後の処理ガスを前記工場に既設のスクラバー設備へ送る配管と、を備えてなることを特徴とする。

前記本発明において、前記配管は、内面に耐食処理を施していないステンレスその他の金属からなる金属パイプ、又は、塩化ビニルその他の樹脂からなる樹脂パイプからなる構成を採用することができる。

前記本発明において、上記ガス処理システムは、排気ポンプを備えてもよい。この構成の場合、被処理ガスは排気ポンプから排気されるものとしてもよい。

被処理ガスとしては、例えば、半導体材料ガスであるシランや、プラズマＣＶＤ装置等の密閉チャンバ内を例えばプラズマでクリーニングする際のクリーニングガスとして使用するＮＦ_３、ＣＦ_４、Ｃ_２Ｆ_６、ＳＦ_６、ＣＨＦ_３、ＣＦ_６等、ガス状フッ化物を含む。

本発明にあっては、上記構成の採用により、例えばシランや３フッ化窒素を被処理ガスとして工場内で無害化する場合は、燃焼分解による生成物としてシリカ粉末やフッ酸が発生するが、配管の上流にある水冷燃焼式除害装置での洗浄集塵によりフッ酸の捕集が行われることにより、配管に流入するフッ酸の濃度はＴＬＶ値（許容濃度）以下に抑えられるので、配管の内面に耐食処理を施す必要がない。また、水冷燃焼式除害装置での洗浄集塵により、燃焼分解後の処理ガスは冷却されるので、配管内の送風量は小で済み、大径でかつ丈夫な配管を採用する必要がない。従って、内面に耐食処理を施していないステンレスその他の金属からなる小径の金属パイプや、塩化ビニルその他の樹脂からなる小径の樹脂パイプ等、小径かつシンプルな構造で安価な配管を採用することが可能になる。更に、配管内の風量が小で済むので、その風量に合わせて工場スクラバー設備を小型化することもでき、配管を含むガス処理システム全体の低価格化、コンパクト化を図ることができる。

さらに、本発明にあっては、水冷燃焼式除害装置での洗浄集塵により排水中にシリカ粉末を溶かし込んで回収する方式を採ったので、工場スクラバー設備へ流入するシリカ粉末の量が大幅に低減すること、及び、水冷燃焼式除害装置での洗浄集塵によりフッ酸の捕集も行われることから、工場スクラバー設備内においてフッ酸とシリカ粉末とが反応して４フッ化ケイ素ガスが生成されたり、生成された４フッ化ケイ素ガスが水と反応してシリカ粉末が工場スクラバー設備で再生したりすることもなく、工場スクラバー設備のメンテナンスが容易になる。

本発明の一実施形態であるガス処理システムを半導体製造工場に適用した例のシステム構成図。従来の半導体製造工場やフラット・パネル・ディスプレイ工場やソーラー・パネル工場におけるガス処理システムの一例を示したシステム構成図。

以下、本発明を実施するための最良の形態について、添付した図面を参照しながら詳細に説明する。

図１は、本発明の一実施形態であるガス処理システムを半導体製造工場に適用した例のシステム構成図である。

図１の半導体製造工場においては、それぞれの密閉チャンバＣ１、Ｃ２…Ｃｎ内で例えばＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）、エッチング等のプロセスが行われる。これらのプロセスで使用されたシラン等のプロセスガスや、プロセスで副次的に生成されるガス状物質は、密閉チャンバＣ１、Ｃ２…Ｃｎに接続された図示しない排気ポンプにより密閉チャンバＣ１、Ｃ２…Ｃｎの外部へ排気される。さらに、密閉チャンバＣ１、Ｃ２…Ｃｎのプラズマ自動クリーニングで使用される３フッ化窒素等のクリーニングガスも、同様に密閉チャンバＣ１、Ｃ２…Ｃｎの外部へ排気される。このように密閉チャンバＣ１、Ｃ２…Ｃｎから排気ポンプにより排気された被処理ガスは、工場内のガス処理システム１で無害化される。

ガス処理システム１は、前記密閉チャンバＣ１、Ｃ２…Ｃｎから排気された被処理ガスに対して燃焼分解及び洗浄集塵を行う水冷燃焼式除害装置２と、燃焼分解及び洗浄集塵後の処理ガスに対して電気集塵を行う電気集塵装置３と、電気集塵後の処理ガスを工場スクラバー設備５（工場に既設のスクラバー設備）へ送る配管４と、を備えている。

水冷燃焼式除害装置２は、密閉チャンバＣ１、Ｃ２…Ｃｎから排気された前記被処理ガスが流入する燃焼室２０Ａを備えた燃焼炉２０と、燃焼炉２０に内蔵の水スクラバー処理室（以下「燃焼炉内蔵水スクラバー処理室２０Ｂ」という）と、燃焼炉２０の下流に設けた水スクラバー装置２１と、燃焼炉内蔵水スクラバー処理室２０Ｂや水スクラバー装置２１からの排水を回収・貯留する排水タンク２２とを備えており、密閉チャンバＣ１、Ｃ２…Ｃｎから排気された前記被処理ガスは、燃焼室２０Ａ、燃焼炉内蔵水スクラバー処理室２０Ｂ、排水タンク２２、水スクラバー装置２１を順に通って前記電気集塵装置３へ移行するように構成してある。

燃焼室２０Ａでは、密閉チャンバＣ１、Ｃ２…Ｃｎから排気された前記被処理ガスを高温で燃焼分解する。燃焼分解後の処理ガスは燃焼炉内蔵水スクラバー処理室２０Ｂに流入するように構成してある。

燃焼炉内蔵水スクラバー処理室２０Ｂでは、シャワー水が噴霧されていて、このシャワー水噴霧領域に燃焼分解後の処理ガスを通すことにより、処理ガス中の粉塵（例えばシランの燃焼分解によって生じるシリカ粉末等）をシャワー水で捕獲したり、処理ガス中の水に溶け易いガス成分（例えば密閉チャンバＣ１、Ｃ２…Ｃｎのクリーニングガスとして使用した３フッ化窒素の燃焼分解で発生するフッ酸）をシャワー水で捕集したりする等、燃焼分解後の処理ガス中から有害成分を除去する。除去した有害成分はシャワー水の排水とともに排水タンク２２に流入する。また、この燃焼炉内蔵水スクラバー処理室２０Ｂはシャワー水によって燃焼分解後の処理ガスを冷却する冷却手段としても機能する。

水スクラバー装置２１は、筒状スクラバー外装ケース２１Ａの内側に、シャワー水領域部２１Ｂと、表面積の増大を考慮したリング状充填物を設けたガス接触領域部２１Ｃとを有するとともに、燃焼室２０Ａ及び燃焼炉内蔵水スクラバー処理室２０Ｂで処理されたガス（燃焼分解及び洗浄集塵後の処理ガス）が、筒状スクラバー外装ケース２１Ａの下部から内部に流入するように構成してある。シャワー水領域部２１Ｂのシャワー水はガス接触領域部２１Ｃにも滴下により供給される。以上のように筒状スクラバー外装ケース２１Ａ内に流入した燃焼分解及び洗浄集塵後の処理ガスは、ガス接触領域部２１Ｃを通って上方のシャワー水領域部２１Ｂに流入する。この際、処理ガス中の粉塵は、ガス接触領域部２１Ｃの表面積の増大を考慮したリング状充填物を設けた部分やシャワー水領域部２１Ｂのシャワー水との接触によって捕獲される。また、この水スクラバー装置２１は、シャワー水によって燃焼分解及び洗浄集塵後の処理ガスを更に冷却する冷却手段としての機能も有する。

排水タンク２２は、燃焼炉内蔵水スクラバー処理室２０Ｂの排水と水スクラバー装置２１の排水が流入する構造、及び、その排水タンク２２内の水面上をガス流路とする構造になっている。燃焼炉内蔵水スクラバー処理室２０Ｂで処理された処理ガスは、排水タンク２２内の水面上を通って前記水スクラバー装置２１へ移行する際に、水面からの冷気で冷却されるように構成してある。つまり、この排水タンク２２も処理ガスを冷却する冷却手段として機能する。

電気集塵装置３は、集塵筒３０の内側中心部に設けた金属棒３１とその集塵筒３０の内面３０Ａとの間に電位差が生じる構造、集塵筒３０の内面３０Ａに水流の膜が形成される構造、並びに、水冷燃焼式除害装置２で処理されたガス（燃焼分解及び洗浄集塵後の処理ガス）が集塵筒３０の上部から内部に導入される構造を採用したものである。集塵筒３０の内部に流入した処理ガス中の粉塵は、電位差により集塵筒３０の内面３０Ａに引き寄せられ、内面を流れる水流の膜により捕獲及び洗い流され、集塵筒３０下部の排水タンク３２に流入するように構成してある。このような電気集塵による粉塵除去後の処理ガスは、排水タンク３２内の水面上を通って配管４内に流入する。つまり、この電気集塵装置３の排水タンク３２も、水冷燃焼式除害装置２の排水タンク２２と同じく、処理ガスの冷却手段として機能する。また、集塵筒３０の内側空間はその内面を流れる水流により冷気の雰囲気となるので、この集塵筒３０もまた、処理ガスの冷却手段として機能する。

配管４については、塩化ビニルその他の樹脂からなる小径の樹脂パイプ、または、内面に耐食処理を施していないステンレスその他の金属からなる小径の金属パイプなど、小径かつシンプルな構造で安価に入手できるものを採用することができる。その理由は後述する。

配管４内に湿り気があると、電気集塵装置３で捕集できなかった微量の粉塵が配管４の内面に付着し堆積するため、その堆積物を除去する配管４のメンテナンスを頻繁に行う必要性が生じる。そこで、本実施形態では、配管４の入口付近にブロアー送風機４Ａで乾燥エアーを供給することにより、配管４内が常に一定の湿り度以下となる構成を採用している。

次に、前記ガス処理システムのガス処理動作について説明する。尚、以下のガス処理動作説明では、シランと３フッ化窒素を例に挙げ、これらのガスを除害（無害化）する場合について説明する。また、これらのガスは排気ポンプにより密閉チャンバＣ１、Ｃ２…Ｃｎから水冷燃焼式除害装置２に流入されるものとする。

≪シランの除害≫
水冷燃焼式除害装置２に流入したシランは、最初に燃焼炉２０で燃焼分解される。燃焼分解によるシランの除害時に生成物としてシリカ粉末が発生する。この発生したシリカ粉末は、燃焼分解によって生じたガス（処理ガス）とともに燃焼炉内蔵水スクラバー処理室２０Ｂに流入し、シャワー水で捕集され、その水流によって水冷燃焼式除害装置２の排水タンク２２に流れ込む。

水冷燃焼式除害装置２の排水タンク２２内に移行した処理ガス中には、燃焼炉内蔵水スクラバー処理室２０Ｂで捕獲できなかったシリカ粉末が含まれている。このようなシリカ粉末を含む処理ガスは、排水タンク２２内の水面上を通過することにより冷却されながら、水スクラバー装置２１内に流入し、かつ、ガス接触領域部２１Ｃとシャワー水領域部２１Ｂを通って電気集塵装置３へ移行する。その際、処理ガス中のシリカ粉末は、主としてシャワー水との接触により捕集される。この捕集されたシリカ粉末も、シャワー水の水流によって排水タンク２２に流れ込む。

電気集塵装置３に移行した燃焼分解及び洗浄集塵後の処理ガスの中には、燃焼炉内蔵水スクラバー処理室２０Ｂやシャワー水領域部２１Ｂ等で捕集されなかったシリカ粉末が含まれている。このような処理ガス中のシリカ粉末は、電位差により集塵筒３０の内面に引き寄せられ、内面を流れる水流の膜により捕獲及び洗い流され、集塵筒３０下部の排水タンク３２に流れ込む。

水冷燃焼式除害装置２の燃焼炉内蔵水スクラバー処理室２０Ｂや水スクラバー装置２１、及び電気集塵装置３から排水タンク２２、３２に流れ込んで回収されるシリカ粉末は、粒径が１μ程度であるため、排水タンク２２内の水中に浮遊して沈殿しない。

≪３フッ化窒素の除害≫
水冷燃焼式除害装置２に流入した３フッ化窒素、或いはプラズマにより形成されたＦ_２も、先に説明したシランと同じく、最初に燃焼炉２０で燃焼分解される。燃焼分解による３フッ化窒素の除害時に生成物としてフッ酸が発生する。発生したフッ酸は、燃焼炉内蔵水スクラバー処理室２０Ｂを通過して排水タンク２２内に流入するが、シャワー水へのフッ酸の溶け込みにより、排水タンク２２内に流入するフッ酸の濃度は、大きく低下する。このため、排水タンク２２にフッ酸が流入しても、排水タンク２２内に回収されているシリカ粉末とフッ酸とが反応することはない。尚、フッ酸が溶け込んだシャワー水（酸排水）は排水タンク２２に流れ込む。

排水タンク２２内に流入した残りのフッ酸（燃焼炉内蔵水スクラバー処理室２０Ｂのシャワー水に溶け込まなかった分）は、排水タンク２２内の水面上を通過することにより冷却されながら、水スクラバー装置２１内に流入する。流入したフッ酸は、ガス接触領域部２１Ｃとシャワー水領域部２１Ｂを通って電気集塵装置３へ移行する。その際、フッ酸の大部分がシャワー水領域部２１Ｂのシャワー水との接触によりシャワー水に溶け込むことで、フッ酸の濃度は大きく低下する。このフッ酸が溶け込んだシャワー水（酸排水）も排水タンク２２に流れ込む。また、フッ酸は電気集塵装置３の流水中にも溶け込むことで捕集される。フッ酸が溶け込んだ流水（酸排水）は電気集塵装置３の排水タンク３２に流れ込む。

燃焼炉内蔵水スクラバー処理室２０Ｂ、シャワー水領域部２１Ｂ、及び、電気集塵装置３において除去できなかった微量のフッ酸は、排水タンク３２内の水面上を通って配管４に流入し、配管４内を通って工場スクラバー設備５へ移行する。工場スクラバー設備５では、そのような微量なフッ酸に対してシャワー水を噴霧することにより、フッ酸をシャワー水に溶け込ませて除害する。

なお、排水タンク２２、３２の酸排水は、例えば、熱交換器による熱除去、ＰＨの調整処理、及び、フィルタによるシリカ粉末の回収処理を行った後、補給水として排水タンク２２、３２に供給されるようにしてもよい。

以上説明した本ガス処理システム１によると、配管４は、内面に耐食処理を施していないステンレスその他の金属からなる金属パイプや、塩化ビニルその他の樹脂からなる樹脂パイプ等、小径かつシンプルな構造で安価な配管を採用することができる。その理由は以下の通りである。

（１）配管４の上流にある水スクラバー装置２１のシャワー水領域部２１Ｂと燃焼炉内蔵水スクラバー処理室２０Ｂとにおいてフッ酸の捕集が行われることにより、配管４に流入するフッ酸の濃度はＴＬＶ値以下に抑えられるので、配管４の内面に耐食処理を施す必要がない。

（２）配管４の上流にある水冷燃焼式除害装置２の水スクラバー装置２１、燃焼炉内蔵水スクラバー処理室２０Ｂ、排水タンク２２、並びに、電気集塵装置３の集塵筒３０や、その排水タンク３２において、燃焼分解後の処理ガスは冷却されるので、配管内の風量は９ｍ^３／ｍin程度で済み、大径の配管を採用する必要がない。

また、本ガス処理システム１によると、先に説明したように配管４内の風量が少量で済むので、その風量に合わせて工場スクラバー設備５の小型化も図れる。

さらに、本ガス処理システム１では、水冷燃焼式除害装置２の排水タンク２２や電気集塵装置３の排水タンク３２の排水中にシリカ粉末を溶かし込んで回収するため、工場スクラバー設備５側へ流入するシリカ粉末の量が大幅に低減すること、及び、工場スクラバー設備５の上流にある水スクラバー装置２１のシャワー水領域部２１Ｂと燃焼炉内蔵水スクラバー処理室２０Ｂとにおいてフッ酸の捕集が行われるので、工場スクラバー設備５においてフッ酸とシリカ粉末とが反応して４フッ化ケイ素ガスが生成されることや、生成された４フッ化ケイ素ガスがシャワー水と反応してシリカ粉末が再生したりすることもないため、工場スクラバー設備５のメンテナンスが容易になる。

本発明に係るガス処理システムは、図１の半導体製造工場以外の他の工場、例えばフラット・パネル・ディスプレイ工場やソーラー・パネル工場のガス処理システムとして採用することもできる。

１ガス処理システム
２水冷燃焼式除害装置
２０燃焼炉
２０Ａ燃焼室
２０Ｂ燃焼炉内蔵水スクラバー処理室
２１水スクラバー装置
２１Ａ筒状スクラバー外装ケース
２１Ｂシャワー水領域部
２１Ｃガス接触領域部
２２排水タンク
３電気集塵装置
３０集塵筒
３０Ａ集塵筒の内面
３１金属棒
３２排水タンク
４配管
４Ａブロアー送風機
５工場スクラバー設備
６燃焼式除害装置
Ｃ１、Ｃ２…Ｃｎ密閉チャンバ
ＢＦバグフィルター

Claims

被処理ガスを工場内で無害化するガス処理システムであって、
前記ガス処理システムは、
前記被処理ガスに対して燃焼分解及び洗浄集塵を行う水冷燃焼式除害装置と、
前記燃焼分解及び洗浄集塵後の処理ガスに対して電気集塵を行う電気集塵装置と、
前記電気集塵後の処理ガスを前記工場に既設のスクラバー設備へ送る配管と、を備えてなること
を特徴とするガス処理システム。
前記配管は、内面に耐食処理を施していないステンレスその他の金属からなる金属パイプ、又は、塩化ビニルその他の樹脂からなる樹脂パイプからなること
を特徴とする請求項１に記載のガス処理システム。
上記ガス処理システムは、排気ポンプを備えたことを特徴とする、請求項１又は２に記載のガス処理システム。