(57)【要約】【課題】半導体の製造工程で発生する排ガスを、冷却空気を大量に必要とせず、排ガスの温度を低下させる。【解決手段】処理装置Ａは、燃焼室１と、二次空気導入孔９と、燃焼排ガス排出路４と、燃焼室１の近傍に設けた熱交換器５とを有し、燃焼排ガス排出路４を熱交換器５の供給口に接続し、燃焼室１及び熱交換器５を収容容器６に収容する。燃焼室１は一端が閉鎖されると共に閉鎖された端部側に排ガス供給路２及びバーナー３が配置され、燃焼室１に供給された排ガスをバーナー３によって高温にして分解あるいは燃焼させ、二次空気導入孔９から導入される空気によって及び熱交換器５で温度を降下させて排出させる【００１１】【選択図】　　　　図１
2004092985.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃焼室と燃焼排ガス搬送通路とを有し、前記燃焼室は一端が閉鎖されると共に閉鎖された端部側に排ガスの供給路が配置されると共に所定位置にバーナーが配置され、燃焼室に供給された排ガスをバーナーによって高温にして分解あるいは燃焼させて排出させる排ガスの処理装置に於いて、前記燃焼室の近傍に熱交換器を設けると共に前記燃焼室の排出口と熱交換器の燃焼排ガス入口とを燃焼排ガス排出路を介して接続し、更に、燃焼室及び熱交換器を収容容器に収容して構成したことを特徴とする排ガスの処理装置。
【請求項２】
燃焼室の排出口の近傍に於ける燃焼排ガス排出路に空気の導入口を形成したことを特徴とする請求項１に記載した排ガスの処理装置。
【請求項３】
前記燃焼室の排出口には筒状の延長部材が配置され、該延長部材の端部は燃焼排ガス排出路に入り込んでいることを特徴とする請求項１又は２に記載した排ガスの処理装置。
【請求項４】
更に、熱交換器の排出側に該熱交換器から排出された燃焼排ガスに含まれる粉塵や有害な燃焼副生成ガス等を除去するスクラバーを設け、燃焼室及び熱交換器並びにスクラバー等を収容容器を介して一体的に構成したことを特徴とする請求項１乃至３の何れかに記載した排ガスの処理装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば半導体の製造工程で用いられ且つ排出される排ガスであって、可燃性ガス成分や支燃性ガス成分、環境に有害なガス成分を含有したガス等を含む排ガスを燃焼或いは熱分解させて除害処理するための排ガスの処理装置に関し、特に、高温下で燃焼，熱分解した燃焼排ガスを合理的に排出し得るように構成した排ガスの処理装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
半導体製造工程に於ける特定の工程から、シラン（ＳｉＨ４），ジシラン（Ｓｉ２Ｈ６），ジボラン（Ｂ２Ｈ６），ホスフィン（ＰＨ３），アルシン（ＡｓＨ３）、三フッ化窒素（ＮＦ３）等の有害な排ガスが生成することが知られている。このような有毒性排ガスは人体に対する毒性が高いため、大気への放出に際しては有毒性物質の完全な除去が要求されている。また半導体製造工程に於ける他の特定の工程から、四フッ化炭素（ＣＦ４）や六フッ化硫黄（ＳＦ６）など地球環境に悪影響を与えるフロンガスが排出される。このような排ガスは大気への放出に際して予め除害することが要求されている。
【０００３】
このため、上記の如き排ガスを燃焼させて除害した後、大気へ放出することで上記要求を満足させることが出来る有毒性排ガスの処理方法及び装置が提案されている（特開平６−２６６３４号公報、「特許第２９６３７９２号」）。この技術は、上記のような排ガスを一端が閉鎖された筒状の燃焼室に導入し、該燃焼室に配置されたバーナーにより水素，メタン，エタン，プロパン，ブタン等の燃料ガスが燃焼するとき生成する高温部で分解し、或いは助燃用空気の作用により燃焼することで除害し、その後、燃焼排ガス搬送通路を通って水スクラバーに供給し、該水スクラバーで冷却すると共に粉塵や有害な燃焼副生成ガス等を吸収し、所定の煙道を通して大気に排出するものである。
【０００４】
上記技術を実現する排ガスの処理装置は、燃焼室及び燃焼排ガス搬送通路が１台のキャビネットの内部に収容されており、該キャビネットに排ガスを導入すると共に除害して大気に排出している。そして排ガスを除害するにあたり、燃料ガスを燃焼させる際の支燃ガスとして空気を用いると共に、燃焼排ガスを冷却する冷却空気としても空気を用いている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、熱分解温度の高い四フッ化炭素（ＣＦ４）や六フッ化硫黄（ＳＦ６）等を含む排ガスを除害処理する場合、燃焼ガスの温度を約９００℃〜１５００℃の範囲まで上昇させることになる。この場合、燃焼排ガスを空気冷却するためには空気を大量に使用する必要が生じる。大量の空気の導入は、該空気を流通させるために断面積の大きいダクトやブロワが必要となり、コストの上昇、設置スペースの増大等の問題が生じる。
【０００６】
また上記の如き高温の燃焼排ガスを水で直接冷却する場合、燃焼排ガスが酸性でしかも温度が高いために、冷却装置である水スクラバーの内部が腐食し易くなってしまうという問題も生じる。
【０００７】
本発明の目的は、冷却空気を大量に必要とせず、排ガスの温度を低下させるようにした排ガスの処理装置を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために本発明に係る排ガスの処理装置は、燃焼室と燃焼排ガス搬送通路とを有し、前記燃焼室は一端が閉鎖されると共に閉鎖された端部側に排ガスの供給路が配置されると共に所定位置にバーナーが配置され、燃焼室に供給された排ガスをバーナーによって高温にして分解あるいは燃焼させて排出させる排ガスの処理装置に於いて、前記燃焼室の近傍に熱交換器を設けると共に前記燃焼室の排出口と熱交換器の燃焼排ガス入口とを燃焼排ガス排出路を介して接続し、更に、燃焼室及び熱交換器を収容容器に収容して構成したものである。
【０００９】
特に、熱分解温度の高い成分を含む排ガスを燃焼室に於いて高温域で熱分解させて除害した後、該燃焼室から排出される温度の高い燃焼排ガスを熱交換器に供給することで燃焼排ガスの温度を短時間で低下させることが出来る。このように、燃焼排ガスの冷却を熱交換器によって行うことで、冷却のための空気を大量に消費することがない。また温度の高い燃焼排ガスの温度を短時間で降下させることが出来る。
【００１０】
冷却空気の量を減少させたとき、高温の燃焼排ガスが燃焼排ガス排出路の内壁に当たり、壁面の部材を損傷する虞がある。この損傷を避けるためには、少量の冷却空気を燃焼排ガス排出路の内壁に沿うように導入し、これにより、壁面に対する燃焼排ガスの影響を緩和することが有効である。
【００１１】
従って、上記排ガスの処理装置（以下単に「処理装置」という）に於いて、燃焼室の排出口の近傍に於ける燃焼排ガス排出路に空気の導入口を形成することが好ましい。
【００１２】
上記処理装置では、燃焼排ガスの温度を少量の冷却空気及び熱交換器によって低下させることが出来るので、燃焼排ガスの冷却機能を持った水スクラバーを必ずしも燃焼室の近傍に設ける必要がなく、煙道の末端部位（屋外）に設けることが出来る。更に、スクラバーに導入される燃焼排ガスの温度が低いので、スクラバーを腐食させるようなことが少なくなる。
【００１３】
更に、燃焼室の排出口には筒状の延長部材が配置され、該延長部材の端部は燃焼排ガス排出路に入り込んでいることが好ましい。このように構成された処理装置では、燃焼室の長さを実質的に延長して燃焼反応の継続をはかることが出来る。
【００１４】
上記処理装置に於いて、熱交換器の排出側に該熱交換器から排出された燃焼排ガスに含まれる粉塵や有害な燃焼副生成ガスを除去するスクラバーを設け、燃焼室及び熱交換器並びにスクラバーを収容容器を介して一体的に構成することが好ましい。
【００１５】
処理装置をこのように構成することによって、排ガスを燃焼或いは熱分解させて除害し、燃焼排ガスの温度を降下させ、且つ粉塵や有害な燃焼副生成ガスも除去或いは吸収する全ての機能を持った処理装置を、収容容器を介して一体的に構成することが出来る。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、上記処理装置の好ましい実施形態について図を用いて説明する。図１は第１実施例に係る処理装置の構造を説明する図である。図２は燃焼室の構成を説明する図である。図３は第１実施例に係る処理装置を設置したときの排気系を説明する図である。図４は第２実施例に係る処理装置を設置したときの排気系を説明する図である。
【００１７】
図１に示す処理装置Ａは、半導体の製造工程から生成するシラン，ジシラン，ジボラン，ホスフィン，アルシンや、三フッ化窒素など毒性を持つ特殊材料ガスあるいは四フッ化炭素や六フッ化硫黄など地球環境に悪影響を与えるフロンガス等の排ガスを完全燃焼あるいは分解させて除害して排出する機能を有するものである。
【００１８】
処理装置Ａは、一方の端部側から供給された排ガスを分解、燃焼させる燃焼室１と、燃焼室１の一方の端部側に配置され処理すべき排ガスが供給される排ガス供給路２と、燃焼室１に設けたバーナー３と、燃焼室１の他方の端部に接続される燃焼排ガス排出路４と、燃焼室１に隣接して配置され燃焼排ガス排出路４と接続された熱交換器５と、を有して構成されており、前記燃焼室１〜熱交換器５は収容容器６に一体的に収容されている。
【００１９】
図２に示すように、燃焼室１は耐火材料によって形成された円筒状の筒体を用いて構成されており、一端が蓋体７によって閉鎖され、他端が燃焼排ガス排出路４に接続されている。燃焼室１の蓋体７の所定位置には排ガス供給路２が接続されており、この排ガス供給路２よりも下流側に１又は複数のバーナー３が配置されている。
【００２０】
燃焼室１の排出口に於ける燃焼排ガス排出路４との接続部位に、円筒状の延長部材８が配置されている。この延長部材８は、燃焼排ガス排出路４の内部に入り込んだ状態で形成されており、この延長部材８によって燃焼室１の長さを実質的に延長し得るように構成されている。
【００２１】
延長部材８の周囲、即ち、燃焼室１の排出口の近傍には、二次空気導入孔９が形成されており、燃焼室１から排出された燃焼排ガスの流れによって空気を吸引し得るように構成されている。そして延長部材８と二次空気導入孔９との周辺に燃焼ガス冷却室１０が形成される。
【００２２】
燃焼ガス冷却室１０に吸引された空気は、燃焼ガス排出路４及び延長部材８の面に沿って流れ、一部が燃焼ガス排出路４の壁面を冷却して該壁面の熱損傷を緩和することが可能である。また吸引される空気の他の一部は、燃焼室１を通過した高温の燃焼排ガスに対し燃焼ガス冷却室１０で新たな空気として供給されて二次燃焼を促進し、これにより、より完全な熱分解及び完全燃焼を実現することが可能となり、例えば、燃焼生成物である一酸化炭素の低減をはかることが可能である。
【００２３】
尚、燃焼ガス冷却室１０の形状や寸法は特に限定するものではなく、処理すべき排ガスの種類やバーナー３で燃焼させるガスの種類等の条件に応じて適宜設定することが可能である。
【００２４】
排ガス供給路２は、図示しない排ガス発生部位（例えば半導体の製造工程を構成するプロセス機器類）に接続され、該排ガス発生部位で発生した排ガスを燃焼室１に供給する機能を有する。排ガス供給路２の所定位置には図示しない温度センサーが設けられており、該排ガス供給路２の温度を常に監視することによって、排ガス導入温度を監視すると共に逆火現象の発生を監視し得るように構成されている。
【００２５】
バーナー３は、燃料ガスである水素ガスやＬＮＧ（液化天然ガス），ＬＰＧ（液化石油ガス）、都市ガスなどを選択的に供給し、酸素や空気等の支燃性ガスを添加し、点火することで火炎を形成し、この火炎によって排ガスを燃焼させ、或いは高温にして熱分解している。
【００２６】
バーナー３の数は特に限定するものではなく、１本或いは複数本のバーナーを配置することが可能である。特に、複数本のバーナー３を燃焼室１の中心軸に向けて指向させることで、各バーナー３を点火したとき、火炎が燃焼室１の中心軸上で合流して一つのまとまった火炎を形成する。これによって排ガスが火炎の脇をすり抜けて通ることを防止でき、高い除害率を実現することが可能である。
【００２７】
またバーナー３は、燃焼室１の中心軸に対し、１０度〜９０度の範囲の角度で取り付けることが可能である。
【００２８】
燃焼排ガス排出路４は、燃焼室１に於いて分解し、燃焼し、或いは燃焼ガス冷却室１０で二次燃焼或いは分解した燃焼排ガスを流通させて、該燃焼排ガス排出路４の下流側に接続した熱交換器５に供給する機能を有しており、該燃焼排ガス排出路４には図示しない温度センサーが設けられている。
【００２９】
熱交換器５は、燃焼室１，燃焼ガス冷却室１０で燃焼した燃焼排ガスを更に冷却する機能を有するものであり、この機能を有するものであれば、その構造は特にこれに限定するものではない。
【００３０】
熱交換器５は燃焼室１に隣接して配置されると共に燃焼排ガス排出路４を介して接続され、収容容器６の内部に一体的に収容されている。このため、処理装置Ａの構成をコンパクトにすることが可能となり、該処理装置Ａを設置する際に位置の自由度を向上させることが可能となる。
【００３１】
本実施例に於いて、熱交換器５は、屈曲して形成すると共に多数の熱交換用のフィンを設けた複数のベンド管を並列させて構成した冷却管を円筒状のケーシングの内部に配置し、該ケーシングの下端側に燃焼排ガス排出路４を接続し、上端側に煙道１２（図３，４参照）に接続される排気管１１が設けられている。熱交換器５と燃焼排ガス排出路４及び煙道１２との接続構造は特に限定するものではなく、フランジ継手等の継手を介して接続されている。
【００３２】
上記熱交換器５は、煙道１２に排出する燃焼排ガスの温度を２００℃以下に降下させるような熱交換効率を有している。また熱交換器５は、冷却管の内部に冷却水を流通させて燃焼排ガスとの熱交換を行うため、該燃焼排ガスに直接水が作用することがない。このため、燃焼排ガスに含まれる成分が水に溶解して熱交換器５を腐食させるような障害が発生することがない。
【００３３】
収容容器６は、燃焼室１，熱交換器５を収容すると共に、処理装置Ａの作動を制御する制御部を収容しており、表面には操作盤１３が構成されている。この操作盤１３は、各温度センサーによる検出温度や処理装置Ａの作動状態等を表示する表示部や各バーナー３の点火制御を行う操作スイッチ等が配置されて構成されている。
【００３４】
上記の如く構成された処理装置Ａでは、燃焼室１と熱交換器５が互いに接近して配置されると共に収容容器６に収容されていることから、排ガス供給路２から燃焼室１に供給された排ガスを燃焼或いは熱分解し、更に、燃焼ガス冷却室１０で燃焼ガスの温度を下げ、燃焼排ガス排出路４から熱交換器５に供給して更に温度を降下させる。
【００３５】
熱交換器５から排出された燃焼排ガスは温度が十分に降下しており、煙道１２を通過する際に、該煙道１２の周囲空気との熱交換が生じることはほとんどない。このため、図３に示すように、処理装置Ａを室内に設置する場合、設置位置の自由度を向上することが可能である。
【００３６】
図４は、第２実施例に係る処理装置Ｂについて説明する図である。本実施例では、第１実施例の処理装置Ａを基本とし、熱交換器５の排気管１１にスクラバー１４を接続して構成されている。
【００３７】
上記処理装置Ｂでは、熱交換器５に対し、排気管１１を介してスクラバー１４が接続されるため、全体をコンパクトに構成することが可能となり、且つ煙道１２を流通する燃焼排ガスの温度をより低温度に降下させることが可能である。
【００３８】
【発明の効果】
以上詳細に説明したように本発明に係る処理装置では、燃焼室の近傍に熱交換器を設け、且つ燃焼室と熱交換器を一つの収容容器に収容して構成したので、場所をとらないコンパクトな処理装置として構成することが出来る。特に、熱分解温度の高い成分を含む排ガスを燃焼室に於いて高温域で熱分解させて除害した後の燃焼排ガスを直ちに熱交換器に供給することで燃焼排ガスの温度を短時間で低下させることが出来る。
【００３９】
このように、燃焼排ガスの冷却を熱交換器によって行うことで、冷却のための空気を大量に消費することがない。また燃焼排ガスの温度を熱交換器によって低下させるので、必ずしもスクラバーを燃焼室の近傍に設ける必要がなく、屋外に設けることも出来る。更に、スクラバーに導入される燃焼排ガスの温度が低いので、スクラバーを腐食させるようなことが少なくなる。
【００４０】
また熱交換器の排出側にスクラバーを設け、燃焼室及び熱交換器並びにスクラバーを収容容器を介して一体的に構成することによって、排ガスを燃焼或いは熱分解させて除害し、燃焼排ガスの温度を降下させ、且つ粉塵を集塵する全ての機能を持った処理装置を、収容容器を介して一体的に構成することが出来る。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１実施例に係る処理装置の構造を説明する図である。
【図２】燃焼室の構成を説明する図である。
【図３】第１実施例に係る処理装置を設置したときの排気系を説明する図である。
【図４】第２実施例に係る処理装置を設置したときの排気系を説明する図である。
【符号の説明】
Ａ，Ｂ　　　　　　　　処理装置
１　　　　　　　　　　燃焼室
２　　　　　　　　　　排ガス供給路
３　　　　　　　　　　バーナー
３ａ　　　　　　　　　バルブ
４　　　　　　　　　　燃焼排ガス排出路
５　　　　　　　　　　熱交換器
６　　　　　　　　　　収容容器
７　　　　　　　　　　蓋体
８　　　　　　　　　　延長部材
９　　　　　　　　　　二次空気導入孔
１０　　　　　　　　　燃焼ガス冷却室
１１　　　　　　　　　排気管
１２　　　　　　　　　煙道
１３　　　　　　　　　操作盤
１４　　　　　　　　　スクラバー
【図１】
2004092985.tif 000003
【図２】
2004092985.tif 000004
【図３】
2004092985.tif 000005
【図４】
2004092985.tif 000006