JP2007196160A

JP2007196160A - 排ガスの処理装置

Info

Publication number: JP2007196160A
Application number: JP2006019332A
Authority: JP
Inventors: Katsumasa Suzuki; 克昌鈴木; Masaya Yamawaki; 正也山脇; Takayuki Sato; 貴之佐藤
Original assignee: Nippon Sanso Holdings Corp
Current assignee: Nippon Sanso Holdings Corp
Priority date: 2006-01-27
Filing date: 2006-01-27
Publication date: 2007-08-09
Also published as: IL193050A0; WO2007086283A1; KR20080097422A; TW200729285A; EP1977815A1; US20090047187A1; EP1977815A4

Abstract

【課題】半導体製造装置等のガス使用設備から排出される排ガス中のハロゲン含有化合物などの被除去化合物をプラズマ処理などの処理によって除去する際に、排ガス中に含まれる被除去化合物の種類、濃度などが変動しても、排ガス中に含まれるハロゲン含有化合物などの被除去化合物を完全に除去できるようにする。
【解決手段】ガス使用設備１にガス供給装置２から供給されるガスの種類、流量および供給時間が入力され、これらパラメータに基づいて、排ガスに添加する添加ガスの種類、流量および添加時間とプラズマ処理における印加電力とを算出する演算処理部３５と、この演算処理部３５からの指示信号に基づいて前記添加ガスの種類、流量および添加時間を制御して添加する添加ガス供給部３３と、前記演算処理部３５からの指示信号に基づいて印加電力を制御して印加する電源部３４３を備えた排ガスの処理装置。
【選択図】図１

Description

この発明は、半導体製造装置などのガス使用設備から排出される排ガス中のハロゲン含有化合物などの被除去化合物を除去する処理装置に関する。

半導体、フラットディスプレイ、太陽電池、磁性薄膜などを製造するガス使用設備にあっては、その製造プロセスに応じて、多種のガス、例えばＡｒ、ＣＦ_４、Ｈ_２、Ｏ_２、ＮＯｘなどが供給され、これらガスを使用して加工が行われ、このガス使用設備からは排ガスが排出される。

この排ガスには、上記供給ガスに由来するＣＦ_４、ＳｉＦ_４、Ｃ_２Ｆ_６などのハロゲン含有化合物を初めとして、Ａｒ、残余のＯ_２、Ｈ_２、ＮＯｘなどが含まれる。これらのうち、ハロゲン含有化合物にあっては、地球温暖化係数が高いため、これを分解、除去する除去処理が必要となる。
また、この排ガス中の、例えばＡｒを回収して再利用する場合があり、この場合には、ハロゲン化合物とともにＯ_２、Ｈ_２、ＮＯｘなどを除去する必要がある。

例えば、特開２００２−１５３７２９号公報には、この種の排ガスに、この排ガス中のハロゲン含有化合物の濃度に基づいて算出された所定量の水蒸気を混合し、この混合ガスを放電処理部に導入してハロゲン含有化合物を分解し、分解生成物を除去する方法が開示されている。

この処理方法では、排ガス中のハロゲン含有化合物の濃度を計測し、この濃度に基づいて水蒸気添加量を決定している。ところが、このような排ガス中に含まれる種々のガス成分の種類、濃度が変動するなどの理由により、ハロゲン含有化合物濃度に基づいて水蒸気添加量を定めると、水蒸気添加量が過剰となり、放電処理部における放電状態が変化し、分解率が変動し、ハロゲン含有化合物の除去が十分に行われない問題がある。

また、上記先行発明のように、ガス使用設備からの排ガス中の目的成分の濃度を計測し、この濃度に応じて水蒸気などの添加ガスを添加して目的成分と反応させて除去するものでは、目的成分毎の複数の濃度計測装置が必要になり、設備費用が嵩む不都合がある。
特開２００２−１５３７２９号公報

よって、本発明における課題は、半導体製造装置などのガス使用設備から排出される排ガス中のハロゲン含有化合物などの被除去化合物をプラズマ処理などの処理によって除去する際に、排ガス中に含まれる被除去化合物の種類、濃度などが変動しても、排ガス中に含まれるハロゲン含有化合物などの被除去化合物を完全に、かつ低コストで除去できるようにすることにある。

かかる課題を解決するため、
請求項１にかかる発明は、ガス使用設備から排出される排ガスに添加ガスを添加して、排ガス中の被除去化合物と添加ガスとを反応させて、除去する装置であって、
ガス使用設備に供給されるガスの種類、流量および供給時間が入力され、これらパラメータに基づいて、添加ガスの種類、流量および添加時間を算出する演算処理部と、この演算処理部からの指示信号に基づいて、添加ガスの種類、流量および添加時間を制御して添加する添加ガス供給部を備えたことを特徴とする排ガスの処理装置である。

請求項２にかかる発明は、ガス使用設備から排出される排ガスに添加ガスを添加して、排ガス中のハロゲン含有化合物をプラズマ処理によって分解して除去する装置であって、
ガス使用設備に供給されるガスの種類、流量および供給時間が入力され、これらパラメータに基づいて、排ガスに添加する添加ガスの種類、流量および添加時間とプラズマ処理における印加電力とを算出する演算処理部と、この演算処理部からの指示信号に基づいて前記添加ガスの種類、流量および添加時間を制御して添加する添加ガス供給部と、前記演算処理部からの指示信号に基づいて印加電力を制御して印加する電源部を備えたことを特徴とする排ガスの処理装置である。

本発明によれば、ガス使用設備に供給されるガスの種類、流量および供給時間に基づいて、演算処理部が添加ガスの種類、流量および添加時間、さらにはプラズマ処理に必要な電力を算出しているため、必要かつ十分な添加ガス量とプラズマ分解電力量を与えることができ、ハロゲン含有化合物などの被除去化合物の除去が完全となる。

また、添加ガスあるいはプラズマ電力を過剰に与える必要がなくなり、無駄な添加ガスおよび電力が不要となってランニングコストが安価となる。さらに、排ガス中の微量なハロゲン含有化合物などの被除去化合物の濃度を計測する複数個の濃度計測装置が不要となる。

図１は、本発明の排ガス処理装置の一例を示すもので、排ガス中にハロゲン含有化合物が含まれ、これを除去するものである。
図１において、符号１は、半導体製造装置などのガス使用設備を示す。このガス使用設備１には、ガス供給装置２から、ガス使用設備１において使用される複数種のガス、例えばガス使用設備１において、ドライエッチングプロセスがなされる場合には、Ａｒ、ＣＦ_４、Ｏ_２などが所定の供給量で供給されるようになっている。

また、ガス供給装置２では、これら供給ガスの種類毎にその供給流量と供給時間が複数の流量調整器２Ａ、２Ｂ、２Ｃ・・・２Ｎによって計測され、その信号が排ガス処理装置３の演算処理部３５に入力されるように構成されている。なお、これらの流量調整器２Ａ、２Ｂ・・・は、従来のガス供給装置においても設置されているものであり、新たに設ける必要はない。

一方、ガス使用設備１からは半導体等の製造に伴って排ガスが排出される。この排ガスには、種々のガス、例えばドライエッチングプロセスでは、ＳｉＦ_４、ＣＦ_４、Ｃ_２Ｆ_６などのハロゲン含有化合物を初めとし、Ａｒ、Ｏ_２などが含まれている。

この排ガスは、排ガス処理装置３の吸引ポンプ３１、３４４によって、吸引され、減圧状態でＳｉＦ_４除去部３２のＳｉＦ_４除去筒３２１に送り込まれる。ＳｉＦ_４除去筒３２１には、その内部に水酸化カルシウム、酸化カルシウムなどからなる除害剤が充填されており、排ガス中のＳｉＦ_４を除去する。
ＳｉＦ_４は、大気圧状態で排ガス中の水分と反応してゲル状の高分子固体となって管路内に堆積することがあるので、このようにして減圧状態で、予めＳｉＦ_４を除去しておく。

ＳｉＦ_４除去筒３２１を出た排ガスは、ＳｉＦ_４除去筒３２１の下流に配されたＳｉＦ_４モニター３２２に流入し、ＳｉＦ_４濃度が測定され、その濃度が許容値以内であることを確認したのち、無害処理部３４に送られる。なお、ＳｉＦ_４除去筒３２１では、ＳｉＦ_４以外にＨＦなども除去される。

ＳｉＦ_４除去筒３２１は、通常図２に示すように、２基の除去筒３２１Ａ、３２１Ｂを並列的に配置し、一方の除去筒３２１ＡでのＳｉＦ_４と除害剤との反応が進み、反応効率が低下したことをＳｉＦ_４モニター３２２で検知し、この時点で、他方の除去筒３２１Ｂに排ガスを流すようになっている。一方の除去筒３２１Ａでは、この間に内部の除害剤が新しいものと交換される。

しかし、この除去筒の配置形態では、いずれかの除去筒の反応効率が低下した際には、微量ではあるがＳｉＦ_４が下流に流れ、管路の閉塞を招く怖れがある。
このため、図３に示すような除去筒の配置形態を採用することが好ましい。

このものでは、ガス使用設備１からの排ガスを一方の除去筒３２１Ａに導入し、この除去筒３２１Ａからの排ガスをＳｉＦ_４モニター３２２に導入し、ＳｉＦ_４濃度を測定した後、他方の除去筒３２１Ｂに導入し、この除去筒３２１Ｂから排出するようにし、一方の除去筒３２１ＡでのＳｉＦ_４の除去性能が低下したことをＳｉＦ_４モニター３２２が検知すると、排ガスの流れを他方の除去筒３２１Ｂに切替え、この除去筒３２１Ｂからの排ガスをモニター３２２を経て一方の除去筒３２１Ａに流すようにする。

このような形態では、いずれかの除去筒の除害能力が完全になくなるまで、これを使用することができ、しかもＳｉＦ_４処理部３２の下流の管路にＳｉＦ_４が流れ込むことがなく、管路の閉塞の怖れもない。

ＳｉＦ_４処理部３２からの排ガスは、ついで無害処理部３４に送られるが、その途中において、添加ガス供給部３３から供給される添加ガスが添加、混合される。添加ガス供給部３３は、Ｏ_２、Ｈ_２、水蒸気などからなる添加ガスを所定量排ガスに添加するするものであって、この添加ガスの種類、添加量は、後述する演算処理部３５によって決定されるようになっている。

添加ガスは、次段でのプラズマ分解時に、ハロゲン含有化合物がプラズマ分解されて生成した分解生成物に対して、酸化剤または還元剤として反応し、分解生成物を安定化して処理しやすい化学種とするためのものである。

添加ガスが混合された排ガスは、無害処理部３４の放電部３４１に導入され、ここでプラズマ放電によってＣＦ_４などのハロゲン含有化合物が分解される。このプラズマ放電による分解の際に、酸素、水素などの添加ガスが共存することで、ハロゲン含有化合物が解離して生じた構成原子を処理しやすい化学種に変化させることになる。例えば、ＣＦ_４が解離して生じた活性なＣとＦは、酸素、水素の存在によりＣＯまたはＣＯ_２とＨＦとなる。

放電部３４１は、通常のプラズマ放電を励起させるための高周波電流が印加される電極を有するものであり、この電極には、高圧電源部３４３から周波数２．０〜２．４ＧＨｚ、出力２〜３ｋＷの電力が印加されるようになっている。
さらに、この印加電力の値は、後述する演算処理部３５によって決定されるようになっている。

放電部３４１から排出される排ガスにはハロゲン含有化合物の分解生成物が含まれており、この排ガスは次段のガス反応筒４３２に導入される。ガス反応筒４３２は、その内部に酸化カルシウム、水酸化カルシウムなどの反応剤が充填されており、ここで上記分解生成物が反応剤と反応して除去される。

ガス反応筒４３２から排出される排ガスには、ハロゲン含有化合物などの有害物質は含まれておらず、この排ガスは排気ポンプ３４４に吸引されて系外に排出される。

演算処理部３５では、ガス供給装置２からガス使用設備１に供給される各種ガスの種類と流量と供給時間のデータが入力され、これらデータに基づいてガス使用設備１から排出される排ガスの総ガス量、排ガス中のハロゲン含有化合物流量および濃度、酸素などの酸化剤流量および濃度、水素などの還元剤流量および濃度が算出される。ついで、これらのデータから、添加ガスの最適添加量およびプラズマ放電処理に必要かつ十分な最適印加電力を算出する。

図４は、演算処理部３５の内部構成の一例を示すもので、ガス供給装置２の流量調整器２Ａ、２Ｂ・・・からの流量アナログ信号は、ガスの種類に応じた多チャンネルのＡ／Ｄコンバータ３５１に入力され、デジタル信号に変換されてメモリー３５２に記憶される。また、演算プログラムがメインメモリー３５４に記憶されており、上記流量デジタル信号がプロセッサー３５３に入力されると、上記演算プログラムがメモリー３５２からプロセッサー３５３に参照されて、演算処理が行われ、最適添加ガス量および最適プラズマ放電印加電力が算出される。

上記演算プログラムは、予め作成されたデータベースを有しており、このデータベースには、ガス使用設備１に供給されるガスの種類流量および供給時間とガス使用設備１から排出されるガスの種類およびその流量および濃度との相関関係を実験等によって求めておいたものが用いられる。また、ガス使用設備１からの排ガス中のガスの種類およびその流量および濃度と添加ガス量およびプラズマ放電印加電力との相関関係を記憶したデータベースも備えており、これによって上述の最適添加ガス量および最適プラズマ放電印加電力が算出される。

このようにして求められた最適添加ガス量および最適プラズマ放電印加電力は、Ｄ／Ａコンバータ３５５によってアナログ信号とされ、添加ガス供給部３３および高圧電源部３４３に送られる。
添加ガス供給部３３では、この信号に基づいて添加ガスを排ガスに添加する。また、高圧電源部３４３では、この信号に基づいた出力値のプラズマ放電印加電力を放電部３４１に印加する。

また、図４にあるように、添加ガス供給部３３において、実際に添加した添加ガスの流量の電気信号を演算処理部３５のＡ／Ｄコンバータ３５６に送ってデジタル信号化し、これをプロセッサー３５３に入力する。プロセッサー３５３では、この信号と添加ガス供給部３３に指示した最適添加ガス量の信号とを比較し、実際の添加ガス量が指示通りであるかを監視して、制御の精度を高めている。

このようにして最適量の添加ガスを添加し、さらに最適のプラズマ放電印加電力を印加しているので、添加ガス量が過剰になることがなく、これによってプラズマ放電状態が変化して、ハロゲン含有化合物の分解率が変動することがない。
また、排ガス中のハロゲン含有化合物の量に応じた印加電力を定めることができるので、プラズマ放電を過不足なく適切に発生させることができ、過剰な電力を加えることがなくなり、しかもハロゲン含有化合物のプラズマ分解が不十分となることもない。

また、従来のように、排ガス中のハロゲン含有化合物の濃度、流量を測定して水蒸気などの添加ガス量を決定するものでは、排ガス中に添加ガスと同様の機能を果たすガス、例えばＯ_２、Ｈ_２などが含まれる場合には、このガスの存在が無視されて、添加ガス量が決められるので、最適な添加ガス量を定めることができず、この結果ハロゲン含有化合物を完全に除去できないことが生じるが、本発明では、このような排ガス中の酸素、水素の存在を加味して添加ガス量を決定できるため、完全な除去が可能である。

図５は、本発明の処理装置の他の例を示すもので、ガス使用設備１において酸化プロセスが行われる例である。なお、図１に示す構成要素と同一のものには、同一符号を付してその説明を省略する。
ガス供給装置２からは、ガス使用設備１に対してＡｒ、Ｏ_２、Ｈ_２などのガスが供給され、ガス使用設備１からはＡｒ、残余のＯ_２、Ｈ_２などを含む排ガスが排出される。

ガス供給装置２からガス使用設備１に送られるガスの種類、流量、供給時間は、先の例と同様に排ガス処理装置３の演算処理部３５に送られる。
ガス使用設備１から排出される排ガスは、排気ポンプ３１により吸引され、排ガス処理装置３の触媒筒３６に送り込まれるが、その途中において、添加ガス供給部３３から供給されるＨ_２が添加される。

触媒筒３６内には、白金、パラジウムなどの貴金属からなる触媒が充填されており、この触媒筒３６内において排ガス中のＯ_２が添加されたＨ_２と反応してＨ_２Ｏとなって除去される。
そして、添加ガス供給部３３から添加されるＨ_２量は、演算処理部３５からの指示信号によって最適量となるように制御される。

この例での演算処理部３５は、先の図５に示したものと同様の構成および機能を備えたものである。プロセッサ３５３では、これに入力されたガス供給装置２から送られた供給ガスの種類、流量および添加時間の信号に基づいて、添加ガス供給部３３が添加する最適Ｈ_２量を算出する。この算出にあたっては、ガス使用設備１に供給されたＨ_２量が考慮される。
添加ガス供給部３３での実際のＨ_２添加量の監視も先の例と同じである。

また、ガス供給装置２からガス使用設備１に供給されたＯ_２を含む排ガスが触媒筒３６に到着するまでにはある時間を要する。この遅延時間を予め実験により求めておいて、演算処理部３５でこの遅延時間に対応した適切なタイミングで添加指示信号を発して、排ガスの遅延に対しても適切なＨ_２の添加が行われるようにすることも可能である。

このような処理装置にあっては、排ガス中に含まれるＯ_２量に対して過不足なくＨ_２を添加でき、Ｏ_２量の変動に対してもＨ_２を適切量添加できる。このため、排ガス中のＯ_２を完全に除去することができるとともにＨ_２量が過剰になることがなく、未反応のＨ_２を後段で処理する必要もなくなる。

本発明の排ガスの処理装置の一例を示す概略構成図である。本発明の排ガスの処理装置におけるＳｉＦ_４除去部の構成を示す図である。本発明の排ガスの処理装置におけるＳｉＦ_４除去部の構成の他の例を示す図である。本発明における演算処理部の構成を示す図である。本発明の排ガスの処理装置の他の例を示す概略構成図である。

符号の説明

１・・・ガス使用設備、２・・・ガス供給装置、３５・・・演算処理部、３３・・・添加ガス供給部、３４３・・・高圧電源部

Claims

ガス使用設備から排出される排ガスに添加ガスを添加して、排ガス中の被除去化合物と添加ガスとを反応させて、除去する装置であって、
ガス使用設備に供給されるガスの種類、流量および供給時間が入力され、これらパラメータに基づいて、添加ガスの種類、流量および添加時間を算出する演算処理部と、この演算処理部からの指示信号に基づいて、添加ガスの種類、流量および添加時間を制御して添加する添加ガス供給部を備えたことを特徴とする排ガスの処理装置。
ガス使用設備から排出される排ガスに添加ガスを添加して、排ガス中のハロゲン含有化合物をプラズマ処理によって分解して除去する装置であって、
ガス使用設備に供給されるガスの種類、流量および供給時間が入力され、これらパラメータに基づいて、排ガスに添加する添加ガスの種類、流量および添加時間とプラズマ処理における印加電力とを算出する演算処理部と、この演算処理部からの指示信号に基づいて前記添加ガスの種類、流量および添加時間を制御して添加する添加ガス供給部と、前記演算処理部からの指示信号に基づいて印加電力を制御して印加する電源部を備えたことを特徴とする排ガスの処理装置。