半导体制造废气的处理装置

摘要

本发明的半导体制造废气的处理装置具备入口洗涤器(12)、气体处理炉(14)和出口洗涤器形成有气体处理空间(18b)的密闭筒状的主体(18a)的底面穿设有气体导入口(18c)；内筒(20)，其一端以包围气体导入口(18c)的方式装配在上述主体(18a)的内部底面，另一端开口并且以横穿气体处理空间(18b)的方式延伸设置至接近主体(18a)的顶面的位置；和电热加热器(22)，其从主体(18a)的顶部(18d)垂直设置、并且在内筒(20)的内部空间内配设有长条棒状的发热体(22a)。在气体导入口(18c)的跟前设有将通过入口洗涤器(12)后的废气(E)的流路的内径一口气缩小至气体导入口(18c)的口径以下的节流部(24)，并且在该节流部(24)中的废气流动方向上游侧端部的附近设有向废气(E)供给规定量(16)。气体处理炉(14)具备：外筒(18)，其在内部

权利要求

1.一种半导体制造废气的处理装置，具备：入口洗涤器(12)，其对从半导体制造工序排出的废气(E)进行液体清洗；气体处理炉(14)，其将通过该入口洗涤器(12)的所述废气(E)加热分解；和出口洗涤器(16)，其对在该气体处理炉(14)中加热分解了的所述废气(E)进行液体清洗，其特征在于，所述气体处理炉(14)具备：外筒(18)，其在内部形成有气体处理空间(18b)的密闭筒状的主体(18a)的底面穿设有气体导入口(18c)；内筒(20)，其一端以包围所述气体导入口(18c)的方式装配于所述主体(18a)的内部底面，另一端开口并且以横穿所述气体处理空间(18b)的方式延伸设置至接近所述主体(18a)的顶面的位置；和电热加热器(22)，其从所述主体(18a)的顶部(18d)垂直设置、并且在所述内筒(20)的内部空间内配设有长条棒状的发热体(22a)，在所述气体导入口(18c)的跟前设有将通过所述入口洗涤器(12)后的废气(E)的流路的内径一口气缩小至所述气体导入口(18c)的口径以下的节流部(24)，并且在所述节流部(24)中的废气流动方向上游侧端部的附近设有向所述废气(E)供给规定量的还原性气体(G)的还原性气体供给单元(26)。

2.根据权利要求1所述的半导体制造废气的处理装置，其特征在于，在所述废气(E)包含PFCs的情况下，相对于向所述气体处理炉(14)供给的所述废气(E)的流量100容量份，由所述还原性气体供给单元(26)供给的所述还原性气体(G)的流量为0.1‑5容量份的比例。

3.根据权利要求1或2所述的半导体制造废气的处理装置，其特征在于，所述还原性气体(G)为氢或氨。

说明书

半导体制造废气的处理装置

技术领域

[0001] 本发明涉及适用于包含PFCs(全氟化合物)、N2O等的难分解性的半导体制造废气的除害处理的处理装置。

背景技术

[0002] 在半导体器件、液晶显示器的制造过程中，作为清洁气体、蚀刻气体等，使用有各种类型的氟化合物的气体。这样的氟化合物被称为“PFCs”，作为代表，可列举出CF4、C2F6、C3F8、C4F8、C5F8等全氟碳化物，CHF3等氢氟碳化物，以及SF6、NF3等无机含氟化合物等。另外，在半导体器件等的制造过程中，作为氮化膜制造时的材料气体，使用N2O(一氧化二氮)等。然后，在半导体器件、液晶显示器的制造过程中使用的各种PFCs、N2O等与用作载气、净化气体(purge gas)的N2、Ar等一起作为废气排出。予以说明，在本说明书中，将该气体整体地称为“半导体制造废气”或简称为“废气”(排ガス)。另外，将半导体器件、液晶显示器的制造过程统称为“半导体制造工序”。

[0003] 其中，虽然该废气整体中的PFCs、N2O等所占的比例与N2、Ar等其他气体相比很少，但是该PFCs、N2O等的全球变暖系数(GWP)非常大，与CO2相比大至数千～数万倍，大气寿命与比CO2相比也长数千～数万年，因此即使少量排放到大气中，其影响也非常大。进而，已知以CF4、C2F6为代表的全氟碳化物的C‑F键稳定(键能大，为130kcal/mol)，因而不容易分解。因此，正在进行将使用完的PFCs、N2O等从废气中除害的各种技术的开发。

[0004] 作为对包含这样的难分解性PFCs、N2O等废气进行除害的技术，例如，下述的专利文献1(日本特开2002‑188810号公报)中公开了一种废气处理装置，其在通过入口洗涤器除去有害废气中包含的粉尘等之后，通过具备电热加热器的废气处理塔对该废气进行加热分解，并通过湿式的出口洗涤器利用气液接触对分解后的气体进行除害。

[0005] 现有技术文献

[0006] 专利文献

[0007] 专利文献1：日本特开2002‑188810号公报

发明内容

[0008] 发明所要解决的课题

[0009] 但是，上述的以往技术中存在以下课题。即，在废气中的PFCs以难分解性CF4为主体的情况下，必须在1500℃以上这样的非常高的温度下使用电热加热器，但是这样的温度范围下的使用对于电热加热器的发热体材料的物理性质而言也接近极限，存在难以长时间行连续运转的问题。

[0010] 另外，2015年9月联合国峰会通过了“2030年可持续发展议程”，此后，关于今后的能源的有效利用等进行了各种讨论、研究。在这样的状况下，在具备上述以往的电热加热器(其作为加热时的能源消耗较多的电力)的废气处理装置中，也容易预想到高效率化以及与其相伴的节能化的需求日益提高。

[0011] 因此，本发明的主要课题在于提供一种半导体制造废气的处理装置，其以原样地(そのまま)具有采用现有的电热加热器的废气处理装置的优点，并且能够实现更高效地利用电力能源，能够显著地提高作为PFCs的以最难分解的CF4为主体的半导体制造废气的除害效率。

[0012] 用于解决课题的手段

[0013] 为了实现上述目的，在本发明中，例如如图1所示，半导体制造废气的处理装置10构成如下。

[0014] 即，半导体制造废气的处理装置10具备：入口洗涤器12，其对从半导体制造过程中排出的废气E进行液体清洗；气体处理炉14，其将通过入口洗涤器12的废气E加热分解；和出口洗涤器16，其对在气体处理炉14中分解了的上述废气E进行液体清洗。其中，上述气体处理炉14具备：外筒18，其在内部形成有气体处理空间18b的密闭筒状的主体18a的底面穿设有气体导入口18c；内筒20，其一端以包围上述气体导入口18c的方式装配于上述主体18a的内部底面，另一端进行开口并且以横穿上述气体处理空间18b的方式延伸设置至接近上述主体18a的顶面的位置；和电热加热器22，其从上述主体18a的顶部18d垂直设置，并且在上述内筒20的内部空间内配设有长条棒状的发热体22a。另外，在上述气体导入口18c的跟前设有将通过上述入口洗涤器12后的废气E的流路的内径一口气缩小至上述气体导入口18c的口径以下的节流部24。并且，在上述气体导入口18c的跟前，在上述节流部24中的废气流动方向上游侧端部的附近设有向上述废气E供给规定量的还原性气体G的还原性气体供给单元26。

[0015] 本发明例如实现以下的效果。

[0016] 由还原性气体供给单元26向通过入口洗涤器12后的经过了液体清洗的废气E供给的还原性气体G在通过节流部24时，其流速上升，同时与废气E中的除害(加热分解)对象成分即PFCs、N2O等的接触机会增加。接着，在流速提高的状态下经由气体导入口18c向气体处理炉14内供给的废气E和还原性气体G与配置在内筒20内的电热加热器22的发热体22a发生碰撞，从而产生乱流，由此进一步增加废气E中的PFCs、N2O等与还原性气体G的接触机会。并且，通过在该状态下加热，自由基化了的还原性气体G的作用叠加，废气E中的PFCs、N2O等被非常高效地加热分解。另外，被这样加热分解了的高温的废气E沿内筒20的外侧流下，此时能够发挥隔热效果使得内筒20内部的温度不下降。

[0017] 通过以上那样的协同作用，能够使PFCs中最难分解的CF4在比以往更低的加热温度下，例如1250℃～1350℃下分解99.9％以上。

[0018] 在本发明中，在上述废气E包含PFCs的情况下，优选相对于向上述气体处理炉14供给的废气E的流量100容量份，由上述还原性气体供给单元26供给的还原性气体G的流量为0.1～5容量份的比例。

[0019] 在相对于向气体处理炉14供给的废气E的流量100容量份所供给的还原性气体G的流量小于0.1容量份的情况下，无法充分地发挥还原性气体G的添加效果，相反，在相对于向气体处理炉14供给的废气E的流量100容量份所供给的还原性气体G的流量超过5容量份的情况下，虽然充分发挥还原性气体G的添加效果，但是添加效果达到极限、结果使还原性气体G徒劳无益地燃烧(浪费地燃烧)。因此，通过将还原性气体G相对于向气体处理炉14供给的废气E的添加比例设在上述范围内，能够使还原性气体G的添加带来的废气E中的PFCs的加热分解效率最大化。

[0020] 另外，在本发明中，上述还原性气体G优选为氢或氨。

[0021] 在该情况下，能够减少废气E加热分解处理后向大气中排出时的二氧化碳的量。另外，在废气E中的除害对象成分包含N2O的情况下，也能够显著地降低在该N2O的加热分解后排出的NOX(氮氧化物)的量。

[0022] 发明效果

[0023] 根据本发明，可提供原样地具有采用现有的电热加热器的废气处理装置的优点，并且能够实现电力能源的更高效的利用，能够显著地提高作为PFCs以最难分解CF4为主体的半导体制造废气的除害效率的半导体制造废气的处理装置。

附图说明

[0024] 图1是示出本发明的一个实施方式的半导体制造废气的处理装置的一例的概要截面图。

具体实施方式

[0025] 以下，参照附图对本发明的半导体制造废气的处理装置的实施方式进行说明。

[0026] 图1是示出本发明的一个实施方式的半导体制造废气的处理装置10的一例的概要截面图。该半导体制造废气的处理装置10是将从排放源(半导体制造工序)(未图示)排出的包含PFCs、N2O等的废气E加热分解从而进行除害处理的装置，大致由入口洗涤器12、气体处理炉14和出口洗涤器16构成。

[0027] 入口洗涤器12是除去导入气体处理炉14的废气E中所含的灰尘、水溶性成分等的湿式洗涤器，在本实施方式中，其具有直管型洗涤器主体12a，和设置在该洗涤器主体12a内部的顶部附近、以喷雾状喷洒水等药液的喷嘴12b。该入口洗涤器12经由排气管道28与半导体制造装置等的废气产生源(未图示)连通。

[0028] 另外，入口洗涤器12直立设置在药液罐30上(参照图1)、或者与药液罐30分开配设并且两者通过配管连接，从而废液可送入至药液罐30(未图示)。并且，在喷嘴12b和药液罐30之间设置有循环泵32，以使药液罐30内的贮存药液上升至(上扬至)喷嘴12b。

[0029] 此外，在图1所示的本实施方式中，不仅入口洗涤器12的废液，而且液体清洗后的废气E也被送入至药液罐30，将该药液罐30的液面与顶面之间的空间(上部空间)用作废气流通路。其中，图1中的附图标记30a“分隔壁”，其进行划分以使得在入口洗涤器12中液体清洗了的废气E不会不经由气体处理炉14而向出口洗涤器16流入。

[0030] 气体处理炉14是使用电热加热器22将废气E中的PFCs、N2O等加热分解的装置，大致由外筒18、内筒20和电热加热器22构成。

[0031] 在外筒18中，至少其内表面由浇注料等耐火性材料构成，在内部具有形成有气体处理空间18b的密闭圆筒状的主体18a。而且，如图1所示，该主体18a直立设置以使得在使用时(主体18a的)平面部分朝向顶和底(天地を向く)，并且在底面穿设有气体导入口18c。另外，在该主体18a的顶部18d的与上述气体导入口18c相对置的位置，穿设有用于插入电热加热器22的插入口18e。

[0032] 另外，本实施方式中示出了将外筒18形成为密闭圆筒状的情况，但该外筒18的形状可以是任何已知的形状，只要是两端密闭的筒状即可，例如也可以是密闭方筒状等。

[0033] 另外，在图示实施方式的情况下，在主体18a的底面中央部穿设有气体导入口18c，并且在主体18a的底面的接近气体导入口18c的位置穿设有用于将在主体18a内部的气体处理空间18b中加热分解了的废气E排出的气体排出口18f。

[0034] 内筒20由浇注料等耐火性材料、或者耐热耐蚀镍基合金(Hastelloy)(ヘインズ会社注册商标)、不锈钢等金属材料等构成，是长度方向两端面开口(开放)的圆筒状的部件。该内筒20的长度方向的一端以包围上述气体导入口18c的方式装配于(连接于)外筒18的主体18a的内部底面。并且，该内筒20以横穿外筒18的气体处理空间18b的方式延伸设置，并且其长度方向的另一端配置于与外筒18的主体18a的顶面接近的位置。

[0035] 此外，本实施方式中示出了将内筒20形成为圆筒状的情况，但该内筒20的形状可以是任何形状，只要是两端开口的筒状即可，例如也可以是方筒状等。

[0036] 电热加热器22是对气体处理炉14内的气体处理空间18b进行加热的热源，具有长条棒状的发热体22a。该发热体22a使用对于处理对象即废气E中的PFCs的加热分解而产生(副产)的HF(氟化氢)具有耐腐蚀性、并且能够在高温下进行发热的发热体，具体而言，可列举出碳化硅(SiC)、二硅化钼(MoSi2)和铬酸镧(LaCrO3)等陶瓷制的发热体、在氧化铝等陶瓷制或Hastelloy(ヘインズ会社注册商标)等金属制的保护管的内部螺旋状地卷绕有镍铬耐热合金线、铬钴铝耐热合金钢(Kanthal)(サンドビックAB会社注册商标)线等作为发热电阻体的金属线而得到的发热体等。

[0037] 该电热加热器22从设于外筒18的顶部18d的规定位置的插入口18e将发热体22a插入主体18a的内部空间，从而可拆卸地装配。因此，该电热加热器22从外筒18的主体18a的顶部18d垂设(垂直设置)，并且长条棒状的发热体22a配设在内筒20的内部空间内。

[0038] 在如上所述构成的气体处理炉14中，虽未图示，例如装配有检测气体处理空间18b的温度的热电偶等温度测量单元，并且由该温度测量单元检测出的温度数据(温度信号)经由信号线提供给由CPU(Central Processing Unit；中央处理装置)、存储器、输入装置以及显示装置等构成的控制单元。另外，在该控制单元上还连接有未图示的电源单元等。

[0039] 另外，如以上所述构成的气体处理炉14配设在药液罐30上，并且具有与气体导入口18c大致相同的内径的短管24a的上端连通连接至该气体导入口18c、该短管24a的下端连接为与药液罐30内的通过入口洗涤器12后的废气E的流通区域相连通。因此，该短管24a作为将通过入口洗涤器12后的废气E的流路的内径一口气缩小至气体导入口18c的口径以下的“节流部(絞り部)24”发挥功能。

[0040] 而且，在药液罐30的顶部的该短管24a连接部位的附近、即节流部24的废气流通方向上游侧端部的附近，设有还原性气体供给单元26，该还原性气体供给单元26向经由节流部24向气体处理炉14内输送的废气E供给规定量的还原性气体G。

[0041] 还原性气体供给单元26由还原性气体输送配管26a和流量调整单元26b等构成，其中，还原性气体输送配管26a的前端在药液罐30的顶部的短管24a连接部位的附近与药液罐30内部空间连通，基端与贮藏还原性气体G的罐或高压瓶这样的贮藏源26c连接，流量调整单元26b设置于该还原性气体输送配管26a上、对向药液罐30内供给的还原性气体G的量进行调整。

[0042] 作为由该还原性气体供给单元26供给的还原性气体G，可列举出氢、一氧化碳、氨、烃等，其中，若使用氢或氨作为还原性气体G，则能够降低在废气E的加热分解处理后向大气中排出时的二氧化碳的量。另外，在废气E中的除害对象成分包含N2O的情况下，可以通过供给与该N2O大致等量的氢或氨从而显著地降低在N2O的加热分解后排出的NOX的量。

[0043] 另一方面，若使用例如CH4(甲烷)等烃作为还原性气体G，则能够将含PFCs废气处理装置10整体的初始成本、运行成本抑制地低廉。

[0044] 在此，由还原性气体供给单元26供给的还原性气体G的流量例如在废气E包含PFCs的情况下，相对于向气体处理炉14供给的该废气E的流量200升/分钟，优选为0.2～10升/分钟，即，相对于向气体处理炉14供给的废气E的流量100容量份，还原性气体G的流量为0.1～5容量份的比例，更优选在0.5～2.5容量份的范围内。

[0045] 另外，在使用氨作为还原性气体G时，作为其供给源，可以使用尿素、尿素水。

[0046] 出口洗涤器16是对通过了气体处理炉14的加热分解后的废气E进行冷却、并且将由于加热分解而生成(副产)的粉尘、水溶性成分等最终从废气E中除去的湿式的洗涤器，在本实施方式中，由直管型的洗涤器主体16a、穿孔板16b、和向下的喷嘴16c构成，其中，直管型的洗涤器主体16a经由排出配管34与设于气体处理炉14的主体18a底面的气体排出口18f连通，穿孔板16b在该洗涤器主体16a内沿垂直方向空出间隔地设置的多个(在本实施方式中为4段)，向下的喷嘴16c装配在最上部的穿孔板16b的正上方、以与废气E的流通方向相对置的方式从上方喷射水等药液。该出口洗涤器16直立设置在药液罐30上，构成为将废水送入至药液罐30。

[0047] 另外，在本实施方式的出口洗涤器16中，与上述的入口洗涤器12不同，向喷嘴16c供给新水等新的药液(参照图1)，但也可以将该喷嘴16c连通连接至循环泵42的排放侧(吐出侧)以使得药液罐30内的贮存药液上扬至喷嘴16c。

[0048] 并且，在该出口洗涤器16的出口连接有将处理完的废气E向大气中放出的排气扇36。

[0049] 此外，在本实施方式的半导体制造废气的处理装置10中的除了气体处理炉14以外的其他部分，为了保护各部分不受废气E中包含的、或者由于该废气E的加热分解而产生的氢氟酸等腐蚀性成分引起的腐蚀，实施了采用氯乙烯、聚乙烯、不饱和聚酯树脂和氟树脂等的耐腐蚀性的衬套、涂层。

[0050] 接着，在使用如上构成的半导体制造废气的处理装置10进行废气E的除害处理时，首先，将该处理装置10的运转开关(未图示)接通，使气体处理炉14和电热加热器22工作，开始对气体处理炉14内的气体处理空间18b进行加热。

[0051] 然后，当气体处理空间18b内的温度处于800℃～1400℃的范围内、且达到与处理对象的废气E的种类相对应的规定的温度时，排气扇36工作，开始向处理装置10导入废气E。此时，废气E依次通过入口洗涤器12、气体处理炉14以及出口洗涤器16，废气E中的除害对象成分(即PFCs、N2O等)被除害。另外，通过未图示的控制单元，控制向气体处理炉14的电热加热器22供给的电力量，以使得气体处理空间18b内的温度保持规定的温度。

[0052] 根据本实施方式的半导体制造废气的处理装置10，由还原性气体供给单元26对通过入口洗涤器12后的液体清洗了的废气E供给的还原性气体G在通过节流部24时，其流速上升，同时与废气E中的除害(加热分解)对象成分即PFCs、N2O等的接触机会增加。接着，在流速提高的状态下经由气体导入口18c供给至气体处理炉14内的废气E和还原性气体G与配设在内筒20内的电热加热器22的发热体22a碰撞，从而产生乱流，由此废气E中的PFCs、N2O等与还原性气体G的接触机会进一步增加。并且，在该状态下在内筒20内利用电热加热器22进行加热，从而自由基化了的还原性气体G的作用叠加，废气E中的PFCs、N2O等被非常高效地加热分解。另外，这样地被加热分解的高温的废气E沿内筒20的外侧流下，此时能够发挥隔热效果，使得内筒20内部的温度不下降。

[0053] 通过以上那样的协同作用，能够使PFCs中最难分解的CF4在比以往更低的1250℃～1350℃的加热温度下分解99.9％以上。

[0054] 予以说明，在上述实施方式中，示出了经由短管24a使设在气体处理炉14的外筒18的气体导入口18c和通过入口洗涤器12液体清洗了的废气E流通的药液罐30的上部空间连通的情况，但也可以不使用这样的短管24a，而是将外筒18的气体导入口18c与药液罐30的上部空间直接连接。在该情况下，外筒18的气体导入口18c的气体流通方向跟前侧端缘自身作为节流部24发挥功能。

[0055] 另外，如上述的实施方式那样，在经由短管24a使气体处理炉14的气体导入口18c与药液罐30的上部空间(液体清洗后的废气流通路)连通的情况下，优选在该短管24a与上述的排出配管34之间设有热交换器(未图示)，即，优选将在排出配管34流通的废气E的废热提供给在短管24a流通的废气E、对其进行预热。在该情况下，能够更进一步高效地利用能源。

[0056] 附图标记说明

[0057] 10 半导体制造废气的处理装置

[0058] 12 入口洗涤器

[0059] 14 气体处理炉

[0060] 16 出口洗涤器

[0061] 18 外筒

[0062] 18a 主体

[0063] 18b 气体处理空间

[0064] 18c 气体导入口

[0065] 18d 顶部

[0066] 20 内筒

[0067] 22 电热加热器

[0068] 22a 发热体

[0069] 24 节流部

[0070] 26 还原性气体供给单元

[0071] E 废气

[0072] G 还原性气体