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JP2004253699A - 排ガスの熱酸化分解式除害装置 - Google Patents

排ガスの熱酸化分解式除害装置 Download PDF

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JP2004253699A
JP2004253699A JP2003044214A JP2003044214A JP2004253699A JP 2004253699 A JP2004253699 A JP 2004253699A JP 2003044214 A JP2003044214 A JP 2003044214A JP 2003044214 A JP2003044214 A JP 2003044214A JP 2004253699 A JP2004253699 A JP 2004253699A
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gas
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reaction chamber
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Masanobu Ogawa
昌伸 小川
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Toshiba Corp
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Abstract

【課題】例えばSiH排ガスと、C、CF等のPFC排ガスの両方を、完全熱酸化分解させ、不完全熱酸化分解の際に生じるCOの発生を抑制しながら、一度に熱酸化分解処理して除害することができる排ガスの熱酸化分解式除害装置を提供する。
【解決手段】SiHと、C、CF等のPFCガスとが混合された混合排ガスを酸素と共に所定温度の反応器53内に導入し、該反応器53内で加熱して熱酸化分解させてから排出する装置で、反応器53が、排ガスの通流方向に隣接して順に配置した600℃〜700℃の温度の第1反応室54と、1100℃以上の温度の第2反応室55とを備えると共に、熱酸化分解により生成された生成ガスを中和する中和ガスのNHガスを第2反応室に導入する中和ガス導入部56を備えている。
【選択図】 図1

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば半導体装置製造過程のCVD工程等から排出される排ガスの熱酸化分解式除害装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
周知の通り、例えば半導体装置製造過程では、CVD、エッチングなどの工程で、SiHやC、CF等のPFCガスが使用されている。そして、工程からはこれらのガスが排ガスとして排出される。このため、これら排ガスを除害装置で処理し、無害化して工程外に排気される。また、こうした除害装置は、従来、以下図2乃至図4を参照して説明するように構成されていた。なお、図2はSiH排ガスの除害装置の構成図であり、図3はPFC排ガスの除害装置の構成図であり、図4はSiH、PFC排ガスの除害装置の構成図である。
【0003】
先ず、図2において、1はSiH排ガスの除害装置であり、除害装置1の装置本体2の下部には貯水部3が備えられていると共に、上部に排ガス導入室4、反応器5、排ガス排出室6が備えられており、それら排ガス導入室4、反応器5、排ガス排出室6は、それぞれの下部が貯水部3の上部空間7に開口している。
【0004】
排ガス導入室4は、その上部に排ガス導入口8が設けられており、この排ガス導入口8と、SiH排ガスの排ガス源9とは排ガス導入管10によって接続されている。また排ガス導入管10の中間部分には、窒素ガス供給管11が接続されていて、排ガス源9からのSiH排ガスに窒素ガス源12からの窒素ガスが混合され、混合ガスが排ガス導入室4に導入されるようになっている。さらに、排ガス導入室4には、上部の排ガス導入口8から内部流路を下方に流れる混合ガスに水をシャワー状にして降りかけ、ガス中の粉塵等のダスト分を貯水部3に流し落として除去する第1の水シャワー13が設けられている。
【0005】
これにより、排ガス導入室4に排ガス導入口8から窒素ガスが混合された状態で供給された排ガスは、途中、シャワー状の水が降りかけられるようにして下方に流れ、貯水部3の上部空間7の上流側空間7aへと流れる。
【0006】
また、反応器5は、その貯水部3の上部空間7に開口する下部と反応器5内部とを、排ガス導入室4側に上流室5a、排ガス排出室6側に下流室5bを形成するようにして区画する隔壁14が、反応器5内上部に排ガスの通流方向が反転するガス反転部15を形成するようにして、貯水部3の水中から上方に向けて設けられている。さらに、反応器5には、上流室5a内と下流室5b内に酸化ガスとして空気を供給するための酸化ガス供給室16が設けられており、この酸化ガス供給室16には酸化ガス供給管17を介して空気源18から空気が供給できるようになっている。またさらに、反応器5の上流室5aと下流室5bには、各室5a,5b内が排ガスのSiHを熱酸化分解するのに必要な所定の温度600℃以上、例えば700℃となるよう維持するためのヒータ19が備えられている。なお、20はヒータ19の保持部である。
【0007】
これにより、排ガス導入室4から貯水部3の上流側空間7aを通じて反応器5の上流室5aに流れ込んだ排ガスは、上流室5a内の内部流路を上方に流れてガス反転部15に至り、さらに、そこから下流室5b内の内部流路を下方に流れ、貯水部3の上部空間7の下流側空間7bへと流れる。そして、排ガスは、所定温度に維持された上流室5a内と下流室5b内を流れる間に、供給された空気中の酸素によって熱酸化分解される。
【0008】
また、排ガス排出室6には、その上部に排ガス排出口21が設けられており、この排ガス排出口21には、間に排気ファン22を設けるようにして、排出側が大気開放された排気スクラバ23が排ガス排出管24を介して接続されている。さらに、排ガス排出室6には、上部の排ガス排出口21に向けて内部流路を貯水部3の上部空間7から上方に流れる排ガスに水をシャワー状にして降りかけ、熱酸化分解により生成された排ガス中の粉塵、例えばSiO等を貯水部3に流し落として除去する第2の水シャワー25が設けられている。
【0009】
これにより、反応器5の下流室5bから貯水部3の下流側空間7bを通じて排ガス排出室6の下部に流れ込んだ熱酸化分解後の排ガスは、途中、シャワー状の水が降りかけられるようにして上方に流れ、上部の排ガス排出口21へと流れる。そして、排ガスは、排気ファン22により排ガス排出口21から排ガス排出管24を介して排気スクラバ23に送出され、装置外の大気中に排気される。
【0010】
なお、第2の水シャワー25では、循環ポンプ26と水配管27により形成された循環路28を設けることによって、貯水部3の貯溜水が循環使用されるようになっている。なおまた、貯水部3の貯溜水は、定水位機構29によって、常時所定の水位に保たれるようになっており、定水位を越えて溢れ出た貯溜水については酸排水部30に溜められるようになっている。さらに、貯水部3の貯溜水は、バルブ31を備えた排水管32を通じて酸排水部30に流し出すことができるようになっている。
【0011】
一方、図3において、35はC、CF等のPFC排ガスを処理する除害装置であり、上記のSiH排ガスの除害装置1と略同様に構成されていて、除害装置35の装置本体36の下部には貯水部3が備えられている。また、除害装置35には、その上部に排ガス導入室37、反応器38、排ガス排出室6が備えられていて、それら排ガス導入室37、反応器38、排ガス排出室6は、それぞれの下部が貯水部3の上部空間7に開口している。
【0012】
排ガス導入室37は、その上部の排ガス導入口8とPFC排ガスの排ガス源39とは排ガス導入管10によって接続されている。また排ガス導入管10の中間部分には、窒素ガス供給管11を介して窒素ガスが導入され、排ガス源39からのPFC排ガスと窒素ガスとの混合ガスが、排ガス導入口8から排ガス導入室37内に導入されるようになっている。さらに、排ガス導入室37には、第1の水シャワー13より下流の内部流路に中和ガスのNHガスを導入するよう中和ガス導入部40が設けられていて、ダスト除去後の排ガスに、さらに中和ガス源41から中和ガス供給管42を介してNHガスが混合されて流れるようになっている。
【0013】
これにより、排ガス導入室4に排ガス導入口8から窒素ガスが混合された状態で供給された排ガスは、途中、シャワー状の水が降りかけられるようにして下方に流れ、さらにNHガスが混合されて貯水部3の上部空間7の上流側空間7aへと流れる。
【0014】
また、反応器38は、その貯水部3の上部空間7に開口する下部と反応器38内部とが、隔壁14によって排ガス導入室37側に上流室38a、排ガス排出室6側に下流室38bを形成するように区画されている。さらに、上流室38a内と下流室38b内には、酸化ガス供給室16から空気が供給できるようになっている。またさらに、上流室38aと下流室38bには、各室38a,38b内が排ガスのPFC排ガスを熱酸化分解するのに必要な所定の温度、Cの場合には1000℃以上、CFの場合には1100℃以上であるので、例えば1200℃となるよう維持するためのヒータ43が備えられている。
【0015】
これにより、排ガス導入室37から貯水部3の上流側空間7aを通じて反応器38の上流室38aに流れ込んだ排ガスは、上流室38a内の内部流路を上方に流れてガス反転部15に至り、さらに、そこから下流室38b内の内部流路を下方に流れ、貯水部3の上部空間7の下流側空間7bへと流れる。そして、排ガスは、所定温度に維持された上流室38a内と下流室38b内を流れる間に、供給された空気中の酸素によって熱酸化分解されて、COとHFが発生し、HFについてはNHにより中和され、NHFが生成される。なお、この時、熱酸化分解が不完全である場合には、COが発生する。
【0016】
また、上記のSiH排ガスの除害装置1と同一構成の排ガス排出室6では、反応器38の下流室38bから貯水部3の下流側空間7bを通じて熱酸化分解後の排ガスが下部に流れ込み、排ガス排出室6を上方に流れる。またこの時、排ガスからは、粉塵等と共に熱酸化分解、中和によって生成された排ガス中のNHFが、第2の水シャワー25の水に溶けて貯水部3に流し落とされ除去される。その後、排ガスは、上部の排ガス排出口21へと流れ、排気ファン22により排ガス排出管24を介して排気スクラバ23に送出され、装置外の大気中に排気される。
【0017】
しかしながら、上記の各除害装置1,35では、個々のSiH排ガス、C、CF等のPFC排ガスを処理することしかできず、CVD装置で使用されるSiH排ガスと、C、CF等のPFC排ガスの両方を処理する場合には、図4に示すように、SiH排ガス及びC、CF等のPFC排ガスの排ガス源45に対しては、両除害装置1,35を排ガスの通流方向に直列に接続し、排ガス源45をSiH排ガスの除害装置1の排ガス導入口8に接続し、先ず排ガス中のSiHを熱酸化分解して除害し、その後、PFC排ガスの除害装置35で、PFCを熱酸化分解して除害する必要があった。
【0018】
すなわち、SiH排ガスを除害処理する際に、1000℃以上の高熱で熱酸化分解した場合には、生成される粉塵の粒子サイズが小さく細かいものとなるため、水シャワーを素通りしてしまい、十分な処理できなくなってしまう。このため、SiH排ガスの処理の際には、700℃以下で分解しなければならず、SiH排ガスとPFC排ガスのそれぞれを別の加熱条件で熱酸化分解する装置が必要になる。
【0019】
【発明が解決しようとする課題】
上記のような状況に鑑みて本発明はなされたもので、その目的とするところは、例えばSiH排ガスと、C、CF等のPFC排ガスの両方を、完全熱酸化分解させ、不完全熱酸化分解の際に生じるCOの発生を抑制しながら、一度に両排ガスを熱酸化分解処理して除害することができる排ガスの熱酸化分解式除害装置を提供することにある。
【0020】
【課題を解決するための手段】
本発明の排ガスの熱酸化分解式除害装置は、排ガスを酸化ガスと共に所定温度の反応器内に導入し、該反応器内で加熱して熱酸化分解させてから排出する排ガスの熱酸化分解式除害装置において、前記反応器が、前記排ガスの通流方向に隣接して順に配置した第1の温度の第1反応室と、前記第1温度と異なる第2の温度の第2反応室とを備えると共に、前記第2反応室に熱酸化分解により生成された生成ガスを中和する中和ガスを導入する中和ガス導入部を備えていることを特徴とするものであり、
さらに、前記排ガスが、SiHと、C、CF等のPFCガスとが混合された混合排ガスであって、前記酸化ガスが、酸素であり、中和ガスが、NHガスであることを特徴とするものであり、
さらに、前記排ガスを窒素ガスとの混合ガスとしてから通流させるようにしたことを特徴とするものであり、
さらに、前記第1の温度を600℃〜700℃、前記第2の温度を1100℃以上としたことを特徴とするものであり、
さらに、第1反応室より上流の前記排ガスの流路に、水シャワーを設けたことを特徴とするものであり、
さらに、第2反応室より下流の前記排ガスの流路に、水シャワーを設けたことを特徴とするものである。
【0021】
【発明の実施の形態】
以下本発明の一実施形態を、図1に示すSiH及びPFC排ガスの除害装置の構成図を参照して説明する。なお、従来と同一部分には同一符号を付して説明を省略し、従来と異なる本発明の構成について説明する。
【0022】
図1において、51はSiH及びPFC排ガスの除害装置であり、除害装置51の装置本体52の下部には貯水部3が備えられていると共に、上部に排ガス導入室4、反応器53、排ガス排出室6が備えられており、それら排ガス導入室4、反応器53、排ガス排出室6は、それぞれの下部が貯水部3の上部空間7に開口している。
【0023】
排ガス導入室4は、その上部に排ガス導入口8が設けられており、この排ガス導入口8と、SiH排ガス及びC、CF等のPFC排ガスの排ガス源44とは排ガス導入管10によって接続されている。また排ガス導入管10の中間部分には、窒素ガス供給管11が接続されていて、排ガス源45からのSiH排ガス及びC、CF等のPFC排ガスが混合している混合排ガスに窒素ガス源12からの窒素ガスがさらに混合され、混合ガスが排ガス導入室4に導入されるようになっている。さらに、排ガス導入室4には、内部流路を下方に流れる混合ガス中の粉塵等のダスト分を除去する第1の水シャワー13が設けられている。
【0024】
これにより、排ガス導入室4に排ガス導入口8から窒素ガスが混合された状態で供給された排ガスは、途中、シャワー状の水が降りかけられるようにして貯水部3の上流側空間7aへと流れる。
【0025】
また、反応器53には、その貯水部3の上部空間7に開口する下部を上流側と下流側とに区画すると共に、反応器5内上部に排ガスの通流方向が反転するガス反転部15を形成する隔壁14を貯水部3の水中から上方に向けて設けることによって、排ガス導入室4側に上流側となる第1反応室54が形成され、排ガス排出室6側に下流側となる第2反応室55が形成されている。さらに、反応器53には、第1反応室54内と第2反応室55内に酸化ガスの酸素を供給するための酸化ガス供給室16が設けられており、さらにまた、反応器53には、第2反応室55内に中和ガスのNHを供給する中和ガス導入部56が設けられている。
【0026】
酸化ガス供給室16には、酸化ガス供給管17を介して酸素源57から酸素が供給できるようになっている。そして、酸化ガス供給室16に供給された酸素は、酸化ガス供給室16と第1反応室54間の側壁に形成された第1の供給孔58から第1反応室54内に供給され、さらにガス反転部15を介して第2反応室55にも流れ、供給される。一方、中和ガス導入部56は、第2反応室55との間に第2の供給孔59が形成された側壁を設けるようにして中和ガス供給室60が備えられており、中和ガス供給室60内には、中和ガス源41からNHガスが中和ガス供給管42を介して供給され、さらにNHガスは、第2の供給孔59から第2反応室55内に供給される。
【0027】
また、第1反応室54と第2反応室55には、それぞれ棒状の第1のヒータ61と第2のヒータ62が、各反応室54,55の天井部分から垂設されている。なお、63は両ヒータ61,62の保持部である。そして、第1のヒータ61を通電することによって、第1反応室54内を排ガス中のSiHを熱酸化分解するのに必要な所定の第1の温度600℃〜700℃、例えば700℃とし、この温度が維持されるようになっている。また第2のヒータ62を通電することによって、第2反応室55内を排ガス中のPFC排ガスを熱酸化分解するのに必要な所定の第2の温度、例えばCの場合には1000℃以上、CFの場合には1100℃以上であるので1200℃以上とし、この温度が維持されるようになっている。
【0028】
これにより、排ガス導入室4から貯水部3の上流側空間7aを通じて反応器53の第1反応室54に流れ込んだ排ガスは、例えば700℃の第1の温度となっている第1反応室54内の内部流路を上方に流れ、この間に排ガス中のSiHが熱酸化分解され、SiOとHOが生成される。また、この時の反応式は、
2SiH+3O2→2SiO+2HO (1000℃以上)
となる。
【0029】
続いて、ガス反転部15から第2反応室55に流れ込んだ排ガスは、例えば1200℃以上の第2の温度となっている第2反応室55内の内部流路を下方に流れ、この間に排ガス中のPFCガスが熱酸化分解され、COとHFが生成される。さらに、PFCガスの熱酸化分解で生成されたHFは、、中和ガス源41から第2反応室55内に供給されたNHガスによって中和され、NHFが生成される。その後、排ガスは、貯水部3の上部空間7の下流側空間7bへと流れる。
【0030】
なお、第2反応室55での反応式は、先ず、SiHの熱酸化分解で生成された水については、
2HO→2H+O (1000℃以上)
となり、PFCガスがCの場合の反応式は、
+3H+2O→2CO+6HF (1000℃以上)
となり、PFCガスがCFの場合の反応式は、
CF+2H+O→CO+4HF (1100℃以上)
となる。そして、いずれの場合においても生成されたHFの中和についての反応式は、
HF+NH→NH
となる。
【0031】
また、ガス排出室6には、その上部に排ガス排出口21が設けられ、下部の貯水部3の上部空間7から上部の排ガス排出口21に向けての内部流路の中間部には、内部流路を上方へと流れる排ガスに水をシャワー状にして降りかける第2の水シャワー25が設けられている。また、排ガス排出口21には、間に排気ファン22を設け、さらに、要すれば図示しない除害されているか否かを確認するガス検知器が挿入されているガス排出管24を介し、排出側が大気開放された排気スクラバ23が接続されている。
【0032】
これにより、反応器53の第2反応室55から貯水部3の下流側空間7bを通じてガス排出室6の下部に流れ込んだ熱酸化分解後の排ガスは、内部流路を上方へと流れる間に、第2の水シャワー25により水がシャワー状にして降りかけられ、第1反応室54での熱酸化分解により生成されたSiO等の粉塵が貯水部3に流し落とされ、また第2反応室55で生成されたNHFが、水に溶けて貯水部3に流し落とされ除去される。そして、SiO等の粉塵、NHFが除去された排ガスは、排ガス排出口21から排気ファン22によりガス排出管24を介して排気スクラバ23に送出され、装置外の大気中に排気される。
【0033】
以上の通り構成することで、SiH排ガスと、C、CF等のPFC排ガスの混合した排ガスを処理する場合に、1つの装置によって除害処理することができ、個々の排ガスの除害装置であるSiH排ガスの除害装置と、PFC排ガスの除害装置とをそれぞれ直列接続することなどで、処理装置コストを高いものとしてしまうことなく、確実に一度に除害処理することができる。
【0034】
また、除害処理の際、SiH排ガスを処理することで生成される粉塵のSiOについては、粒子サイズが1200℃以上でも変わらないことから、先ずSiH排ガスを700℃以下の所定の温度で処理することで、生成されるSiOの粒子サイズも小さいものとならないですみ、さらに、1200℃以上の所定の温度でPFC排ガスを後で処理することで、この際にSiOの粒子サイズが小さくならず、第2の水シャワー25で除去することができ、装置外に排出することがない。
【0035】
またさらに、第2の水シャワー25では、PFC排ガスの熱酸化分解で生成されるNHFも除去し、装置外に排出することがなく、また酸化ガスとして酸素を供給するようにしたので、PFC排ガスを完全熱酸化分解することができ、不完全熱酸化分解の際に生じる有毒なCOの発生を抑制することができる。
【0036】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明によれば、例えばSiH排ガスとPFC排ガスの両方の排ガスを、1つの装置によりCOの発生を抑制しながら完全熱酸化分解させ、一度に確実に処理し除害することができる等の効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施形態を示すSiH及びPFC排ガスの除害装置の構成図である。
【図2】従来技術に係るSiH排ガスの除害装置の構成図である。
【図3】従来技術に係るPFC排ガスの除害装置の構成図である。
【図4】従来技術におけるSiH、PFC排ガスの除害装置の構成図である。
【符号の説明】
4…排ガス導入室
6…排ガス排出室
13…第1の水シャワー
25…第2の水シャワー
41…中和ガス源
45…排ガス源
53…反応器
54…第1反応室
55…第2反応室
56…中和ガス導入部
57…酸素源
61…第1のヒータ
62…第2のヒータ

Claims (6)

  1. 排ガスを酸化ガスと共に所定温度の反応器内に導入し、該反応器内で加熱して熱酸化分解させてから排出する排ガスの熱酸化分解式除害装置において、前記反応器が、前記排ガスの通流方向に隣接して順に配置した第1の温度の第1反応室と、前記第1温度と異なる第2の温度の第2反応室とを備えると共に、前記第2反応室に熱酸化分解により生成された生成ガスを中和する中和ガスを導入する中和ガス導入部を備えていることを特徴とする排ガスの熱酸化分解式除害装置。
  2. 前記排ガスが、SiHと、C、CF等のPFCガスとが混合された混合排ガスであって、前記酸化ガスが、酸素であり、中和ガスが、NHガスであることを特徴とする請求項1記載の排ガスの熱酸化分解式除害装置。
  3. 前記排ガスを窒素ガスとの混合ガスとしてから通流させるようにしたことを特徴とする請求項1記載の排ガスの熱酸化分解式除害装置。
  4. 前記第1の温度を600℃〜700℃、前記第2の温度を1100℃以上としたことを特徴とする請求項1記載の排ガスの熱酸化分解式除害装置。
  5. 第1反応室より上流の前記排ガスの流路に、水シャワーを設けたことを特徴とする請求項1記載の排ガスの熱酸化分解式除害装置。
  6. 第2反応室より下流の前記排ガスの流路に、水シャワーを設けたことを特徴とする請求項1記載の排ガスの熱酸化分解式除害装置。
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