(57)【要約】【課題】リン酸などの酸添着剤の流出による不具合を防止したアンモニア含有排ガスの処理装置を提供する。【解決手段】本発明は、アンモニアを含有する排ガスを中和反応処理する排ガス処理装置であって、酸を添着した多孔質体が充填されている中和反応処理層と酸除去剤が充填されている酸除去剤層とを有する処理槽と、該処理槽の中和反応処理層に被処理排ガスを導入する手段とを具備することを特徴とする排ガス処理装置に関する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
アンモニアを含有する排ガスを中和反応処理する排ガス処理装置であって、酸を添着した多孔質体が充填されている中和反応処理層と酸除去剤が充填されている酸除去剤層とを有する処理槽と、該処理槽の中和反応処理層に被処理排ガスを導入する手段とを具備することを特徴とする排ガス処理装置。
【請求項２】
前記中和反応処理層を支える多孔板を備えたことを特徴とする請求項１に記載の排ガス処理装置。
【請求項３】
アンモニアを含有する排ガスを中和反応処理する排ガス処理装置であって、酸を添着した多孔質体が充填されている中和反応処理槽と、酸除去剤が充填されている酸除去剤槽と、中和反応処理槽に被処理排ガスを導入する手段と、中和反応処理槽から排出される排ガスを酸除去剤槽に導入する手段とを具備することを特徴とする排ガス処理装置。
【請求項４】
中和反応処理槽において酸を添着した多孔質体の充填層を支える多孔板が備えられており、及び／又は、酸除去剤槽において酸除去剤の充填層を支える多孔板が備えられていることを特徴とする請求項３に記載の排ガス処理装置。
【請求項５】
前記酸は、リン酸、硫酸、硝酸のいずれかであること特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の排ガス処理装置。
【請求項６】
酸除去剤がアルカリ剤で構成される請求項１〜５のいずれかに記載の排ガス処理装置。
【請求項７】
アルカリ剤がＣａ(ＯＨ)２、Ｍｇ(ＯＨ)２又はソーダ石灰（ＣａＯ・ＮａＯＨ）である請求項６に記載の排ガス処理装置。
【請求項８】
アンモニアを含有する排ガスを、酸で中和反応処理し、前記酸の流出分を除去することを特徴とする排ガス処理方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、アンモニア（ＮＨ３）を含有する排ガスの処理方法に係り、特に半導体工業におけるＣＶＤ工程から排出されるＮＨ３を除去して無害化する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体工業においては、半導体製造工程の中で多種類の有害ガスが使用され、環境への汚染が懸念されている。ＣＶＤ工程の排ガスに含まれるＮＨ３は、許容濃度（ＡＣＧＩＨのＴＬＶ−ＴＷＡ値）が２５ppmで人体に有害であり、その除害システムの確立が急務とされている。従来からＮＨ３の除去方法として種々の方法が提案されている。
【０００３】
排ガスからのＮＨ３の除去方法としては、例えば、
１．水や酸性液による湿式処理；
２．硫酸鉄，ゼオライトや酸添着剤を用いる乾式処理；
３．触媒を用いる加熱分解処理；
などが一般的に知られている。
【０００４】
このうち、酸添着剤を用いる方法は、硫酸、リン酸、硝酸等の揮発性の低い酸を多孔質体（活性炭ないしシリカ等の無機物質）に添着した酸添着剤を用い、これにＮＨ３含有ガスを接触させてＮＨ３を中和することにより、ＮＨ３を安価で効率良く処理するとものであり、ＮＨ３含有排ガスの処理に広く用いられている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
半導体製造工場において、アンモニアの処理にリン酸を含む酸添着剤を容器に充てんして用いた場合、酸添着剤がこの容器から外気に流出するとクリーンルーム内に拡散し、リンで工場室内が汚染されるおそれがある。リンがウェハーに付着すると電子の移動に不具合が生じ、ウェハーの不良を招くといった重大なトラブルとなりかねない危険性がある。
【０００６】
リン酸添着剤を充填した容器にＮＨ３含有ガスを通ガスすると、被処理ガス流に同伴されて充填しているリン酸が容器から流出することがある。しかしながら、通常、酸添着剤は密閉容器内に充填され、容器の出口側はフレキシブルホース等の配管でダクトへつながれているため、処理中（装置の運転中）は容器から工場室内へ酸添着剤が流出することはない。しかし、酸添着剤はアンモニアの中和で消耗するため、新品の剤と容器毎交換する必要があるが、この剤の交換の際に、容器と配管とを取り外すことになるため、運転中に容器から流出した酸添着剤がフレキシブルホース付着していると、室内にこぼれるおそれがあった。したがって、ガスの処理中（装置の運転中）において、添着剤を充填した容器から添着剤が流出しないような手段を講じることが必要であった。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
リン酸を含む酸添着剤を半導体工場で使用しようとすると、先に述べたリン汚染の不具合が懸念されるため、これの対策を講ずる必要があった。この目的を達成するために、本発明では、酸添着剤を容器（処理槽）に充填して使用する場合に、同じ容器内に、酸と中和反応することによって流出した酸を除去する酸除去剤を充填することにより、リンの流出に起因する問題点を解決した。つまり、容器内で、排ガスの流入側に酸添着剤を充てんし、排ガスの流出側に酸除去剤を充てんすることにより、リン酸の容器（カラム）からの流出を防ぐことができる。
【０００８】
即ち、本発明の一態様は、アンモニアを含有する排ガスを中和反応処理する排ガス処理装置であって、リン酸を添着した多孔質体が充填されている中和反応処理層とリン酸除去剤が充填されているリン酸除去剤層とを有する処理槽と、該処理槽の中和反応処理層に被処理排ガスを導入する手段とを具備することを特徴とする排ガス処理装置に関する。
【０００９】
酸添着剤としてリン酸を含んだ剤を用い、アンモニアを含むガスと接触させると、アンモニアは次の反応で中和除去される。
【式１】
【００１０】
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【００１１】
リン酸を含んだ酸添着剤が、中和反応処理層（酸添着剤層）から流出して排ガス流出側の酸除去剤層に達すると、例えば酸除去剤としてＣａ(ＯＨ)２を用いた場合、次の反応によりリン酸が中和除去される。
【式２】
【００１２】
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【００１３】
本発明において用いることのできる酸添着剤としては、リン酸や硫酸などの酸性液を、多孔質体、例えば活性炭やシリカゲル等の無機多孔質体に含浸させて添着したものを挙げることができる。
【００１４】
また、本発明において用いることのできる酸除去剤としては、例えばアルカリ剤を挙げることができ、具体的には、アルカリ金属類やアルカリ土類金属類からなる、例えばＣａ(ＯＨ)２、Ｍｇ(ＯＨ)２、ソーダ石灰（ＣａＯ・ＮａＯＨ）などを挙げることができる。
【００１５】
剤の形状は、酸添着剤、酸除去剤のいずれにおいても、粒状，棒状等、操作性が良ければ特に限定されない。また、これらの剤の粒度は、排ガスの通過時に通気抵抗が上昇しない範囲であれば、接触面積を大きくとるためには細かい方がよい。酸添着剤としては３mm程度の径の円柱状ペレット、酸除去剤としては０.５〜１.６８mmの粒状が望ましい。
【００１６】
容器内に充填する酸添着剤と酸除去剤の充填容積の比率としては、酸添着剤層から流出するリン酸を中和するために必要な酸除去剤の量が確保されておればよく、酸除去剤を過剰に充填する必要はない。好ましくは、比率として酸添着剤１容積部に対して酸除去剤を０.１〜０.２容積部とすることが好ましい。
【００１７】
これら薬剤の充填構成は、容器（カラム）の排ガスの流入側に酸添着剤を充填した酸添着剤層を形成し、排ガスの流出側に酸除去剤を充填した酸除去剤層を形成することが好ましい。排ガスを容器に通ガスする向きは、上向流及び下向流のいずれでも良い。
【００１８】
本発明に係る排ガス処理装置においては、酸除去剤層から流出する処理ガスを受容してダクト等を介して外部に誘導する配管を接続することが好ましい。
なお、上記では、酸添着剤としてリン酸を添着した多孔質体を用いる場合を説明しているが、酸添着剤として硫酸や硝酸を添着した多孔質体を用いる場合においても、本発明によって中和反応処理槽から流出する硫酸や硝酸を除去することができる。かかる形態も本発明の範囲内に含まれる。アンモニア処理剤として硫酸や硝酸を用いる場合にも、硫酸や硝酸が半導体工場内に漏れることによる汚染の問題があると共に、大気中に硫酸や硝酸が放出されることによる環境汚染も問題となる。本発明によれば、このようにアンモニア処理剤として硫酸や硝酸を用いる場合においても、酸の流出に起因する問題を回避することができる。
【００１９】
更に、本発明はかかる装置を用いてアンモニアを含有する排ガスを処理する方法にも関する。即ち、本発明の他の態様は、アンモニアを含有する排ガスを、酸で中和反応処理し、前記酸の流出分を除去することを特徴とする排ガス処理方法に関する。
【００２０】
図１は、本発明に係る排ガス処理装置の一構成例を示す概念図である。処理槽（反応カラム）１内に、酸添着剤を充填した酸添着剤層（中和反応処理層）２と、酸除去剤を充填した酸除去剤層３とが配置されている。酸添着剤層２の排ガス流入側には、酸添着剤を支持するための多孔板４が設置され、また、酸添着剤層２と酸除去剤層３との間には、両剤が混合しないように仕切りとしてネット５が設置されている。排ガス流入側には、被処理排ガスを酸添着剤層２に導入するための配管を接続することができ、処理ガス流出側には、処理された排ガス（処理ガス）をダクトなどに誘導するための配管を接続することができる。
【００２１】
また、本発明においては、酸添着剤と酸除去剤とを一つの処理槽内に充填するのに代えて、酸添着剤を充填した酸添着剤槽と、酸除去剤を充填した酸除去剤槽とを設け、これらを直列に接続することによっても、本発明に係る排ガス処理装置を構成することができる。即ち、本発明の他の態様は、アンモニアを含有する排ガスを中和反応処理する排ガス処理装置であって、酸を添着した多孔質体が充填されている中和反応処理槽と、酸除去剤が充填されている酸除去剤槽と、中和反応処理槽に被処理排ガスを導入する手段と、中和反応処理槽から排出される排ガスを酸除去剤槽に導入する手段とを具備することを特徴とする排ガス処理装置に関する。
【００２２】
図２に、酸添着剤１２を充填した層を有する第一の処理槽（酸添着剤槽）１４と、酸除去剤２０を充填した層を有する第二の処理槽（酸除去剤槽）１８を具備する本発明の他の態様に係る排ガス処理装置を示す。処理対象の排ガスが導入ライン１１を通して第一の処理槽１４に導入され、充填されている酸添着剤１２によって中和処理される。その後、被処理ガスは、接続ライン１５を通して第二の処理槽１８に導入され、充填されている酸除去剤２０によって流出した酸が除去された後に、排気ライン１９を通って排出される。第一の処理槽、第二の処理槽は、酸添着剤又は酸除去剤を支える多孔板１３，２１をそれぞれの薬剤の下部に備えて、上流側への薬剤の流出を防ぐ。処理槽を別個にすることによりそれぞれの薬剤の交換が個々に可能になる。具体的方法は、酸添着剤を交換する際には、バルブ１６を閉じて配管１５内に滞留する処理槽１４から流出した酸を大気に開放することを防ぐ。酸除去剤２０を交換する際には、バルブ１７を閉じて同様に配管１５内に滞留する処理槽１４から流出した酸を大気に開放することを防ぐ。
【００２３】
図３に、本発明に係る排ガス処理装置を含む全体フローを示す。プロセスチャンバ３０から排出された排ガスを真空ポンプ３１が引き、最終的には大気に開放する。大気開放前に排ガス中の有害成分を除去する為、排ガス処理装置３４を設ける。排ガス処理装置３４の通常の運転時においては、流入側弁３２及び流出側弁３７が開となっており、バイパス弁３６が閉となっている。真空ポンプにより引かれた排ガスは、配管３９を通り、開の流入側弁３２を通過して流入管３３を通って排ガス処理装置３４に流入し、有害成分が除去された排ガスが開の流出側弁３７を通過して流出管３８より工場内ダクトへ排出される。工場内ダクトは負圧に設定されており、排ガスは吸引される。排ガス処理装置３４が異常の際には、流入側弁３２及び流出側弁３７を閉とし、バイパス弁３６を開とする。配管３９を通った排ガスはバイパス管３５と開のバイパス弁３６を通過して流出管３８を通って工場内ダクトに引かれる。このようにする理由は、プロセスチャンバのプロセスを停めない為である。排ガス処理装置３４の異常時とは、具体的には、例えば排ガス処理装置３４の処理剤に排ガス粉体成分が過多に付着して内部圧力が高くなり真空ポンプ３１の運転が停止するような場合などである。
【００２４】
図４に、本発明の一態様に係る排ガス処理装置の構造を示す。排ガス処理装置５６は、プロセスチャンバから排出された排ガスの流入管５５と流入側弁４５、流入管４４を備え、各々を通過した排ガスは反応槽４９に流入する。前記反応槽４９で有害成分を除去された排ガスは、流出管４８、流出側弁５７、流出管５３を通過して工場内ダクトに引かれる。前記反応槽４９の異常時には、流出側弁４５及び流出側弁５７を閉とし、バイパス弁４７を開とする。プロセスチャンバから排出された排ガスは、流入管５５を通過後、バイパス管４６、バイパス弁４７を通過して流出管５３を通り、工場内ダクトに引かれる。
【００２５】
反応槽４９や配管４４、４８等から漏れ出した排ガスは、配管５４を通じて工場内ダクトに引かれる。排ガス処理装置５６の筐体により、前記漏れ出した排ガスは外気に開放されることがない。
【００２６】
前記反応槽４９の異常時を検知する方法は、第一の方法として、流入管５５に圧力計５８を備え、これにより反応槽４９の内部圧力を計測することにより行うことができる。反応槽４９の内部圧力が所定値を超えたときには、異常信号が操作表示パネル４３に現れ、流入側弁４５、流出側弁５７が自動的に閉じ、バイパス弁４７が開になる。或いは、反応槽４９はこの時点で既に過圧状態なので、排ガスは自然にバイパス管４６、バイパス弁４７を通過するため、流入側弁４５、流出側弁５７は開のままでもよい。第二の方法としては、反応槽４９の表面温度を計測することによって異常を検知することができる。反応槽４９の表面に熱電対５０を備える。熱電対５０によって測定される反応槽４９の表面温度が所定値を超えると、操作表示パネル４３に異常信号が現れ、流入側弁４５、流出側弁５７が自動的に閉じ、バイパス弁４７が開になる。なお、反応槽４９の表面温度は反応槽表面温度表示計４１に常に表示される。第三の方法として、処理剤を含む反応槽４９の重量を計測することにより異常の検知を行うことができる。反応槽４９の重量の計測は、反応槽４９を支える車輪５１の下にロードセル５２を設け、このロードセルにより計測を行うことができる。排ガス処理が進行すると、処理剤に排ガス除去成分が多く付着し、処理剤を含む反応槽４９の重量が増大する。この反応槽４９の重量は反応槽重量計４２に常に表示され、これが所定値を超えたときに、操作表示パネル４３に異常信号が現れ、流入側弁４５、流出側弁５７が自動的に閉じ、バイパス弁４７が開になる。
【実施例】
【００２７】
本発明の一実施形態の実施例として、図１に示す構成の排ガス処理を用いて酸添着剤の流出実験を行った。処理槽１として、ＳＵＳ製円筒状実機カラム（内容積５５Ｌ、径３５０ｍｍ，高さ６００ｍｍ）を用いた。酸添着剤２として、シリカゲルにリン酸２５ｗｔ％を含浸させ、水分量３０ｗｔ％となるように調製した後、３ｍｍ径の円柱状ペレットに成形したものを５０Ｌ充填した。酸除去剤３として、ＣａＯとして７２．５ｗｔ％以上の純度のＣａ（ＯＨ）２で、粒径０．５〜１．６８ｍｍの顆粒状のものを５Ｌ充填した。酸添着剤２の排ガス流入側には、本剤を支持するための多孔版４（ＳＵＳ製の径３５０ｍｍで穴径２ｍｍ）を配置し、酸添着剤２と酸除去剤３とが混合しないように、仕切りとしてネット５（樹脂製の径３５０ｍｍφ、穴径１ｍｍ）を設置した。
【００２８】
処理槽１に、排ガス流入側からＮ２ガスを流量６０Ｌ／ｍｉｎで連続して送気し、出口ガス中にリン酸が流出するかどうかを次の方法で調べた。出口ガスの一部（約１．５Ｌ／ｍｉｎ）を、純水を各々２００ｍＬ注入したインピンジャー２本に直列で通し、ここに出口ガス中のリン酸を溶解吸収させた。インピンジャーに送気したガスの総量は湿式ガスメーターで測定し、吸収後の溶液中のリン濃度は、ＩＣＰ−ＡＥＳ法（誘導結合プラズマ原子発光分光法）により、セイコー電子工業製のＳＰＳ−７７００で分析した。
【００２９】
Ｎ２ガスを２００時間連続して処理槽１に送気し、その出口ガスをインピンジャーに導入した。約２００時間通ガス時点（通ガス量は１８．６１ｍ３であった）において、溶液中のリン濃度は不検出（０．２ｍｇ／Ｌ以下）であり、これより出口ガス中のリン濃度を求めると０．００３７ｍｇ／ｍ３以下であった。
【００３０】
比較例として、酸除去剤３を充填せず、酸添着剤２を５０Ｌ充てんしたカラムに、同様にＮ２ガスを流量６０Ｌ／ｍｉｎで導入して、上記と同様にリンの流出の有無を確認したところ、約２００時間通ガスした時点で、出口ガス中濃度に換算して０．６８ｍｇ／ｍ３のリンが検出された。
【産業上の利用可能性】
【００３１】
本発明によれば、半導体工場内でのリンや硫酸、硝酸による汚染を懸念することなく、酸添着剤を用いて、安価で効率の良いアンモニアを含む排ガスの処理を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】本発明に係る排ガス処理装置の一構成例を示す図である。
【図２】本発明の他の態様に係る排ガス処理装置の構成例を示す図である。
【図３】本発明に係る排ガス処理装置を含む全体フローの一例を示す図である。
【図４】本発明の一態様に係る排ガス処理装置の構造を示す図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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