阅读说明：本技术 废气的减压除害装置 (Pressure-reducing harm-removing device for waste gas ) 是由 前田昌志 吉田哲久 柳泽道彦 塚田勉 今村启志 于 2018-05-02 设计创作，主要内容包括：本发明提供能够使稀释用的氮气的使用极小化、能量的利用效率和经济性优异的废气的除害装置。即,本发明的废气的减压除害装置具有反应筒(16),该反应筒(16)将经由真空泵(14)从废气产生源(12)供给的废气(E)在形成于其内部的废气处理空间(16a)中通过电热加热器(18)或等离子体加热或激发而进行分解和/或反应处理。在该反应筒(16)的废气出口(20)侧连接有从上述真空泵(14)的排气口到上述反应筒(16)的内部进行减压的后级真空泵(22)。由水封泵构成该后级真空泵(22),并且设置用清洗水(W)对上述反应筒(16)的废气流路的下游端侧进行水洗的水洗部件(24)。然后,将从该水洗部件(24)供给的清洗水(W)作为上述后级真空泵(22)的密封水。(The invention provides a waste gas harm-removing device which can minimize the use of nitrogen for dilution and has excellent energy utilization efficiency and economical efficiency. Specifically, the device for reducing pressure and removing harmful substances in exhaust gas according to the present invention comprises a reaction cylinder (16), wherein the reaction cylinder (16) decomposes and/or reacts the exhaust gas (E) supplied from an exhaust gas generation source (12) via a vacuum pump (14) in an exhaust gas treatment space (16a) formed therein by heating or excitation by an electrothermal heater (18) or plasma. A post-stage vacuum pump (22) for reducing the pressure from the exhaust port of the vacuum pump (14) to the inside of the reaction cylinder (16) is connected to the exhaust gas outlet (20) side of the reaction cylinder (16). The latter stage vacuum pump (22) is constituted by a water seal pump, and a water washing means (24) for washing the downstream end side of the exhaust gas flow path of the reaction cylinder (16) with washing water (W) is provided. The washing water (W) supplied from the washing unit (24) is used as sealing water for the post-stage vacuum pump (22).)

废气的减压除害装置

技术领域

本发明主要涉及适合于从电子产业的制造工艺排出的可燃性气体、有毒气体、温室效应气体等有害的废气的处理的废气的除害装置。

背景技术

在制造半导体、液晶等的电子产业中，使用氮化硅膜CVD、氧化硅膜CVD、氮氧化硅膜CVD、TEOS氧化膜CVD、高介电常数膜CVD、低介电常数膜CVD及金属膜CVD等各种CVD工艺。

其中，例如在硅类薄膜的形成中，使用主要使用了具有***性、毒性的硅烷类气体的CVD法。该CVD法中使用的包含上述硅烷类气体的工艺气体在CVD工艺中被使用后，作为废气在下述专利文献1所记载那样的除害装置中被无害化，但以往以来，在该除害装置的近前，为了将废气中的硅烷类气体稀释至***界限以下而投入了大量的稀释用氮气。

在此，在典型的氮氧化硅膜CVD中使用SiH₄/NH₃/N₂O＝1slm/10slm/10slm(slm；standard liter per minute，1atm、以升表示0℃时的每1分钟的流量的单位)，但由于SiH₄的***范围为1.3％～100％，因此从CVD工艺排出的这样的气体需要立即用稀释用氮气稀释约76倍左右。如果进行该稀释，则能够利用以往的燃烧方式、大气压等离子体方式的热分解装置安全且可靠地进行除害处理。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开平11-333247号公报

发明内容

发明要解决的课题

但是，在上述的现有技术中存在如下的问题。

即，将如上述那样由氮气稀释了的包含硅烷类气体的废气整体加热至分解温度所需的能量需要仅加热包含稀释前的硅烷类气体的废气时的约76倍的能量。即，在以往的需要用氮气稀释的除害工艺中，不仅因伴随着大量的氮气的使用而导致成本上升，而且也不得不对与废气的除害没有直接关系的氮气进行加热，因此能量效率低，还导致电力或燃料等的成本上升。

因此，本发明的主要目的在于，提供一种能够在不损害安全性的情况下使稀释用的氮气的使用极小化、能量的利用效率和经济性优异的废气的除害装置。

用于解决课题的技术方案

为了实现上述目的，本发明通过在减压下进行废气的除害来应对。即，本发明例如如图1及图2所示，如下那样地构成废气的减压除害装置。

本发明的废气的减压除害装置具有反应筒16，该反应筒16在形成于其内部的废气处理空间16a中利用电热加热器18或等离子体对经由真空泵14从废气产生源12供给的废气E加热或激发而进行分解和/或反应处理。在该反应筒16的废气出口20侧连接有从上述真空泵14的排气口到上述反应筒16的内部进行减压的后级真空泵22。该后级真空泵22由水封泵构成，并且设置用清洗水W对上述反应筒16的废气流路的下游端侧进行水洗的水洗部件24。然后，将从该水洗部件24供给到上述反应筒16的废气流路的下游端侧的清洗水W作为上述后级真空泵22的密封水。

本发明例如起到如下的作用。

将经由真空泵14从废气产生源12供给的废气E保持为减压状态，利用电热加热器18进行加热而进行分解、反应处理，因此在反应中产生的热变得稀薄，不会产生急剧的温度上升、***反应。因此，不需要稀释用的氮气或以极少量即可。另外，由于这样不需要利用氮气稀释或以极少量即可，因此能够将从电热加热器18供给的热能几乎全部直接用于废气E的分解、反应。此外，由于从废气E的产生源到处理部处于减压下，因此，即使在废气E中包含对人体有毒的物质的情况下，也不用担心在由电热加热器18进行加热分解/反应处理之前该废气E漏出到系统外。

另外，由于设置有利用清洗水W对反应筒16的废气流路的下游端侧进行水洗的水洗部件24，因此能够利用清洗水W对通过废气E的加热/分解反应处理而副反应生成的、堆积在反应筒16的废气流路的下游端侧的粉尘进行冲洗。

而且，由水封泵构成后级真空泵22，并且将从水洗部件24供给至反应筒16的废气流路的下游端侧的清洗水W作为后级真空泵22的密封水，因此，能够减少废气E的除害所涉及的用水消耗单位。

在本发明中，优选设置分解/反应辅助剂供给部件26，该分解/反应辅助剂供给部件26向上述反应筒16的内部供给选自由水分、空气、O₂、H₂或碳化氢气体构成的组中的至少1种作为分解/反应辅助剂。

在该情况下，即使在废气E中SiH₄、NF₃等这样的可燃性的物质、有害的物质为主体且大量地含有的情况下，通过添加上述的分解/反应辅助剂，也能够容易地将这些物质分解至稳定的状态或通过反应进行无害化。

另外，在本发明中，优选在上述反应筒16的内部设置掸落要堆积的粉尘的粉尘掸落部件28。

在该情况下，粉尘掸落部件28和上述的水洗部件24协作，能够更有效地从反应筒16内去除通过废气E的加热分解/反应处理而副反应生成的粉尘。

另外，在本发明中，优选还设置在减压气氛中对导入上述反应筒16的废气E进行水洗的湿式的入口洗涤器50。

在该情况下，除了能够预先对导入反应筒16的废气E进行水洗而去除粉尘、水溶性成分以外，与水洗后的废气E一起被带入反应筒16内的水分作为分解/反应助剂起作用。

而且，如上所述，在本发明的废气的减压除害装置中设置入口洗涤器50的情况下，优选利用循环泵54使在该入口洗涤器50中使用的洗涤器水SW循环，并且将循环的洗涤器水SW的一部分作为清洗水W向上述水洗部件24供给。

在该情况下，能够使用水的利用效率极大化，能够削减用水消耗单位。

发明效果

根据本发明，能够提供能够在不损害安全性的情况下使稀释用的氮气的使用极小化、能量的利用效率和经济性优异的废气的除害装置。

附图说明

图1是表示本发明的一实施方式(第一实施方式)的废气的减压除害装置的概要的结构图。

图2是表示本发明的废气的减压除害装置的反应筒的一例的主视局部剖视图。

图3是表示本发明的其他的实施方式(第二实施方式)的废气的减压除害装置的概要的结构图。

图4是表示本发明的其他的实施方式(第三实施方式)的废气的减压除害装置的概要的结构图。

具体实施方式

以下，通过图1以及图2对本发明的一个实施方式(第一实施方式)进行说明。

图1是表示本发明的一实施方式的废气的减压除害装置10的概要的图。如该图所示，本实施方式的废气的减压除害装置10是用于对从CVD装置等废气产生源12经由真空泵14供给的废气E进行除害的装置，具有反应筒16和后级真空泵22。

在此，在图1的实施方式中，作为废气产生源12示出了氮氧化硅膜CVD装置的例子。在典型的氮氧化硅膜CVD装置中，作为工艺气体，使用SiH₄/NH₃/N₂O＝1slm/10slm/10slm，另外，作为清洁气体，使用NF₃/Ar＝15slm/10slm，另外，作为清洁反应的生成物，SiF₄约10slm程度被排出。使用完毕的这些气体作为废气E经由真空泵14向减压除害装置10供给。另外，在氮氧化硅膜CVD那样的半导体器件的制造工艺中，作为真空泵14主要使用干式泵。因此，向该真空泵14供给的N₂(氮气)是为了该真空泵14的轴密封而供给的吹扫N₂。

反应筒16是由HASTELLOY(注册商标)等耐腐蚀性优异的金属材料等形成，以其轴朝向上下方向的方式立设的圆筒状的管体(参照图2)。在该反应筒16的外周壁上端部，设置有经由配管30与真空泵14的排气口连通的废气入口32。另外，配设在图2的配管30上的附图标记42是测量反应筒16内部的真空度的真空计。

另外，在反应筒16的内部形成有废气处理空间16a，并且作为热源安装有后述的电热加热器18。

而且，在该反应筒16中的废气流路的下游端、即反应筒16的下端部，一体地连续设置有水洗部件24。

水洗部件24是用于利用清洗水W冲洗在废气处理空间16a内由于废气E的加热分解/反应处理而副反应生成的、堆积在反应筒16的下端部的粉尘的部件，与反应筒16同样，由HASTELLOY(注册商标)等耐腐蚀性优异的金属材料等形成，具有：壳体34，具有内径从与反应筒16的下端相同的大小向下方变窄的形成为漏斗状的倾斜部34a；以及清洗水供给喷嘴36，被安装于该倾斜部34a的上端部，沿着该倾斜部34a的内表面以螺旋状流下的方式供给清洗水W。

在该水洗部件24中的壳体34的外周壁下端部，连接有通向废气出口20的配管38，在该配管38的下游端即废气出口20直接连结有后级真空泵22的吸气口。因此，从水洗部件24供给的清洗水W与加热/分解处理后的废气E一起经由废气出口20向后级真空泵22供给。

在连接设置有这样的水洗部件24的反应筒16下端的相反侧即反应筒16的上部，在废气入口32的附近，根据需要而安装有喷嘴40(参照图2)，该喷嘴40用于将选自以下的组中的至少1种分解/反应辅助剂导入废气处理空间16a内，该组由从分解/反应辅助剂供给部件26供给的水分、空气、O₂、H₂或碳化氢气体构成。

另外，在反应筒16的顶板16b的中央部贯穿设置有加热器***孔16c，借助该加热器***孔16c，在反应筒16内设置电热加热器18。

电热加热器18用于将废气处理空间16a内加热至废气E(尤其是除害对象成分)的热分解温度以上(具体而言为600℃～1300℃左右)的规定的温度，使废气E加热分解，具有发热体18a和保护管18b。

发热体18a利用电而发热至废气E的热分解温度以上的温度，成为电热加热器18的发热源，例如，能够列举出由碳化硅构成的实心或者中空的棒状的结构、将镍铬合金线、坎瑟尔线等金属线在其长度方向中心部C对折而使该金属线彼此相互大致平行之后，进一步卷绕成螺旋状而成的结构等。而且，该发热体18a的外周被保护管18b保护。

保护管18b是由氧化铝(Al₂O₃)、二氧化硅(SiO₂)以及氮化硅(Si₃N₄)等陶瓷或者HASTELLOY(注册商标)等耐腐蚀性优异的金属材料等构成的有底筒状的容器体。

后级真空泵22是用于从真空泵14的排气口到反应筒16的内部减压至规定的真空度，并且吸引并排出在反应筒16进行了除害处理后的废气E的泵。在本发明中，作为该后级真空泵22使用水封泵。所谓“水封泵(＝水封式真空泵)”，是向壳体内加入适当量的密封水而使叶轮旋转的构造的泵，是利用由离心力按压于壳体内壁的密封水和叶轮所包围的空间的变化来进行吸入/排出作用的真空泵。在本发明中，作为该水封泵的密封水，使用从水洗部件24供给的清洗水W。因此，在反应筒16内被进行了除害处理后的废气E在通过水封泵的内部以前与之后要成为密封水的清洗水W之间充分地进行气液接触。因此，通过除害处理而副反应生成的废气E中的水溶性成分的大部分溶解于密封水中而从废气E中被去除。即，不需要出口洗涤器等水洗装置。

另外，在后级真空泵22的排气口侧，根据需要而安装有使在混合的状态下从该后级真空泵22被排出的处理完毕的废气E与密封水分离的气液分离聚结器等那样的分离器45(参照图1)。

在此，由后级真空泵22形成的从真空泵14的排气口到反应筒16的内部的废气流通区域的减压状态优选为1Torr以上且700Torr以下的范围内，更优选为15Torr以上且685Torr以下的范围内，进一步优选为100±50Torr的范围内。在减压状态不足1Torr的情况下，为了实现高度的真空环境而需要高价且大型的装置，相反，在减压状态超过700Torr的情况下，与大气压之差变小，因此，不得不用与大气压下相同程度的大量的氮气来稀释废气E。

在本实施方式的废气的减压除害装置10中，进一步在反应筒16安装有粉尘掸落部件28。

该粉尘掸落部件28由配设在反应筒16的正下方的马达44、与该马达44连接，朝向反应筒16的内部立设的旋转臂46、和由该旋转臂46的前端分支出而沿着电热加热器18的外周向反应筒16的上方延伸的粉尘掸落臂48构成，掸落附着在反应筒16的内周面及电热加热器18的外周面的粉尘。粉尘是非常微细的棉尘状的粉尘，仅与旋转的粉尘掸落臂48轻轻地接触而落下。

另外，在本实施方式的废气的减压除害装置10中，虽然未图示，但当然具备电热加热器18、后级真空泵22、粉尘掸落部件28等工作所需的各种检测设备、控制设备及电源等。

对使用如上那样构成的废气的减压除害装置10的废气E的减压除害方法进行说明，从废气产生源12排出的废气E经由真空泵14向反应筒16输送。在此，通过使后级真空泵22工作，将废气E保持为规定的减压状态并向反应筒16内的废气处理空间16a导入，利用在该废气处理空间16a中由电热加热器18产生的热进行分解/反应处理。

根据本实施方式的废气的减压除害装置10，将废气E保持为减压状态并由电热加热器18加热而进行分解/反应处理，因此在反应中产生的热变得稀薄，不会产生急剧的温度上升、***反应。因此，不需要稀释用的氮气或以极少量即可。另外，由于这样不需要用氮气稀释或以极少量即可，因此能够将从电热加热器18供给的热能几乎全部直接用于废气E的分解/反应。因此，这两个作用相互结合，能够使废气E的除害装置成为非常紧凑的结构。

而且，由于从废气产生源12到处理部处于减压下，因此，即使在废气E中包含对人体有毒的物质的情况下，也不用担心在由电热加热器18进行加热分解/反应处理之前该废气E漏出到系统外。

接着，对图3所示的本发明的其他的实施方式(第二实施方式)进行说明。与上述的第一实施方式的废气的减压除害装置10的不同点主要在于，在经由真空泵14从废气产生源12供给的废气E的流通路径上的反应筒16的上游侧设置有入口洗涤器50及其附带设备。除此以外的部分与上述的第一实施方式的废气的减压除害装置10相同，因此援用上述第一实施方式的说明来代替本实施方式的说明。

入口洗涤器50是在减压气氛中对导入反应筒16的废气E中所含的粉尘、水溶性成分进行水洗的湿式的洗涤器，具备直管型的洗涤器本体50a和设置于该洗涤器本体50a的内部、将洗涤器水SW等药液呈喷雾状进行喷洒的一个或多个喷雾嘴50b。其中，洗涤器本体50a以其中心轴朝向铅垂方向的方式立设，并且在其下端部形成有积存洗涤器水SW的积存部50c。在该积存部50c的下部侧周面连通连接有用于从该积存部50c抽出洗涤器水SW的配管52的上游端，该配管52的下游端与循环泵54的吸入口连接。

循环泵54是用于使洗涤器水SW循环的泵，在其喷出口连接有用于将洗涤器水SW向各处输送的配管56的上游端。该配管56的下游端与洗涤器本体50a内的喷雾嘴50b连接。另外，该配管56在中途分支出而形成有分支管58，该分支管58的下游端与清洗水供给喷嘴36连接。因此，被循环泵54循环的洗涤器水SW的一部分被用作上述水洗部件24中的清洗水W。

另外，在比洗涤器本体50a下部的积存部50c液面靠上的位置，开设有用于向洗涤器本体50a内导入废气E的废气导入口50d。

并且，洗涤器本体50a的积存部50c与水洗部件24的壳体34下部的积存清洗水W的部分经由配管60连通。因此，经由分支管58向水洗部件24供给的清洗水W中的、除了被用作后级真空泵22的密封水以外的清洗水经由该配管60返回至积存部50c，并通过循环泵54再次作为洗涤器水SW或清洗水W进行循环。

另外，通过循环泵54被循环、再利用的洗涤器水SW以及清洗水W作为后级真空泵22的密封水而减少溢出的量，但通过从与配管52的下游端侧连结的供水配管62补给溢出量的新水而取得装置整体的水量的平衡。

并且，洗涤器本体50a的上端构成为经由配管30与反应筒16的废气入口32连通。

根据如以上那样构成的本实施方式的废气的减压除害装置10，除了前述的作用、效果之外，还能够通过利用配管60连通洗涤器本体50a的积存部50c和水洗部件24的壳体34下部的积存清洗水W的部分，通过循环泵54使积存于水洗部件24的壳体34的下部的清洗水W也循环。其结果，能够增加从水洗部件24的清洗水供给喷嘴36喷出的清洗水W的量，能够提高水洗部件24的清洗能力。

对图4所示的本发明的其他的实施方式(第三实施方式)进行说明。该第三实施方式的废气的减压除害装置10与上述的第二实施方式相同，在废气E的流通路径上的反应筒16的上游侧设置有入口洗涤器50，但特别是循环泵54及供水配管62的设置场所与第二实施方式不同。此外，关于除此以外的部分，与上述的第一实施方式及第二实施方式的废气的减压除害装置10相同，因此援用上述第一实施方式以及第二实施方式的说明来代替本实施方式的说明。

在本实施方式的循环泵54中，在其吸入口不仅连接有用于抽出积存部50c的洗涤器水SW的配管52的下游端，还连接有用于抽出积存于水洗部件24的壳体34下部的清洗水W的配管64的下游端。因此，在本实施方式的废气的减压除害装置10中，不设置如第二实施方式那样将洗涤器本体50a的积存部50c与水洗部件24的壳体34下部连通的配管60。

另外，本实施方式的供水配管62以直接向洗涤器本体50a的积存部50c供给新水的方式安装。

根据本实施方式的废气的减压除害装置10，积存于水洗部件24的壳体34下部的清洗水W经由配管64直接向循环泵54的吸入部供给，因此与上述的第二实施方式相比，能够进一步增加从水洗部件24的清洗水供给喷嘴36喷出的清洗水W的量，能够进一步提高水洗部件24的清洗能力。

此外，上述的各实施方式能够以如下方式进行变更。

作为用于在反应筒16内使废气E加热分解的热源，示出了使用电热加热器18的情况，但也可以取而代之，使用(未图示的)直流电弧等离子体、电感耦合等离子体或电容耦合等离子体等等离子体。

另外，作为水洗部件24，示出了由规定形状的壳体34和清洗水供给喷嘴36构成的部件，但该水洗部件24只要是能够利用清洗水W对反应筒16的废气流路的下游端侧进行水洗的部件，则可以是任何方式，并不限定于上述的方式。

另外，作为从分解/反应辅助剂供给部件26供给的分解/反应辅助剂，列举了选自由水分、空气、O₂、H₂或碳化氢气体构成的组的至少1种的分解/反应辅助剂，除此以外，例如在废气E中大量含有NF₃那样的PFCs(全氟化合物)，且在生成大量HF作为分解/反应生成物那样的情况下，优选添加KOH水溶液或NaOH水溶液等碱水溶液作为中和剂(分解/反应辅助剂)。

另外，作为根据需要而安装的粉尘掸落部件28，示出了由马达44、旋转臂46和粉尘掸落臂48构成的结构，但该粉尘掸落部件28只要能够掸落要堆积在反应筒16的内部的粉尘，则可以是任何方式，并不限定于上述方式。

并且，示出了利用配管30将真空泵14与反应筒16的废气入口32连结的情况，但也可以将该真空泵14的排气口与废气入口32直接连结。另外，示出了将反应筒16的废气出口20与后级真空泵22的吸气口直接连结的情况，但也可以将反应筒16的废气出口20与后级真空泵22经由配管连接。

此外，当然能够在本领域技术人员能够想到的范围内进行各种变更。

附图标记说明

10：废气的减压除害装置、12：废气产生源、14：真空泵、16：反应筒、16a：废气处理空间、18：电热加热器、20：废气出口、22：后级真空泵、24：水洗部件、26：分解/反应辅助剂供给部件、28：粉尘掸落部件、50：入口洗涤器、54：循环泵、E：废气、W：清洗水、SW：洗涤器水。