(57)【要約】【課題】半導体装置の製造工程から排出されるＮＯｘ又はＮＨ３を含む排ガスの処理装置に用いる加熱ユニットについて、小型化且つ高速昇温を可能にして、装置全体の小型化と省エネ化を図る。【解決手段】半導体製造工程からの排ガス中のＮＯｘ又はＮＨ３を対象とし、排ガス又は排ガスに混合する希釈ガスの少なくとも一方を予熱する予熱部と、予熱した希釈ガスと排ガスを混合する混合部１１と、希釈された排ガスを触媒に接触させてＮＯｘ又はＮＨ３を除去する反応部１５とを備えた排ガス処理装置に用いられ、予熱部である加熱ユニット１２には、互い違いの階段状に複数設置された平板状のセラミックスヒータ又はセラミックスヒータを複数組み合わせたヒータユニット２０により排ガス又は希釈ガスのジグザグな流路が形成されている。【選択図】      図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体製造工程からの排ガス中のＮＯｘ又はＮＨ３の少なくとも一方を分解除去する排ガス処理装置であって、該排ガス又は該排ガスに混合する希釈ガスの少なくとも一方を予熱する予熱部と、予熱した希釈ガスと排ガスを混合する混合部と、希釈された排ガスを触媒に接触させてＮＯｘ又はＮＨ３を除去する反応部とを備えた前記排ガス処理装置の中で、前記予熱部には平板状のセラミックスヒータ又はセラミックスヒータを複数組み合わせたヒータユニットが互い違いの階段状に複数設置され、この複数のセラミックスヒータ又はヒータユニットにより予熱部内に排ガス又は希釈ガスのジグザグな流路が形成されていることを特徴とするＮＯｘ又はＮＨ３含有排ガスの処理装置用加熱ユニット。
【請求項２】
前記セラミックスヒータは、平板状のセラミックス基材と、セラミックス基材の表面又は内部に設けた発熱体とからなることを特徴とする、請求項１に記載のＮＯｘ又はＮＨ３含有排ガスの処理装置用加熱ユニット。
【請求項３】
前記セラミックス基材が、酸化アルミニウム、二酸化珪素、窒化アルミニウム、窒化珪素、炭化珪素、又はそれらの複合物からなることを特徴とする、請求項２に記載のＮＯｘ又はＮＨ３含有排ガスの処理装置用加熱ユニット。
【請求項４】
前記発熱体が、Ｗ、Ｍｏ、Ａｇ−Ｐｄ、Ａｇ、又はニクロムからなることを特徴とする、請求項２又は３に記載のＮＯｘ又はＮＨ３含有排ガスの処理装置用加熱ユニット。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体装置の製造工程からの排ガス、特に窒素酸化物ＮＯｘ又はアンモニアＮＨ３を含む排ガスの処理装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
半導体装置の製造工程には、半導体ウェハを処理して集積回路を形成するウェハ処理工程が含まれる。このウェハ処理工程では、ウェハ表面に絶縁膜、電極配線、半導体膜などを形成するため、薄膜形成工程、酸化処理工程、ドーピング工程、及びエッチング工程など、種々の処理が行われる。
【０００３】
これらの半導体製造工程では、酸素ガスや水素ガスのほか、多くの反応性ガスが使用され、それぞれ排ガスが発生する。例えば、亜酸化窒素ガスなどを用いてウェハに熱酸化膜を形成する工程では、窒素酸化物ＮＯｘが含まれる排ガスが発生する。また、窒化ガリウムのエピタキシャル工程では、ＮＨ３を含む排ガスが発生する。
【０００４】
これらのＮＯｘやＮＨ３などを含む排ガスは、そのまま外部に排出すると環境汚染を引き起こすため、その濃度を許容値以下にまで処理する必要がある。そのため、これらの排ガスをウォーターシャワー中に通過させてＮＯｘやＮＨ３などを除去する湿式吸着法、即ちスクラバー法を用いて、排ガスの処理を行う方法が検討された。しかしながら、このスクラバー法の場合、ＮＯｘやＮＨ３などを許容値以下の濃度にまで除去することは困難であった。
【０００５】
半導体製造工程から排出される窒素酸化物を含む排ガスの処理技術として、特開平９−２１３５９６号公報には、ウェハ処理工程から発生するＮＯｘを含む排ガスを希釈ガスと混合する工程と、希釈化された排ガスを予熱する工程と、排ガス中のＮＯｘを選択接触還元反応により分解除去する除外工程とからなる処理方法及び装置が記載されている。この選択接触還元反応は、排ガスにアンモニア等の還元ガスを添加し、ＦｅやＭｎ等の金属複合体等からなる触媒に接触させることにより、窒素酸化物を窒素に還元するものである。
【０００６】
このＮＯｘ含有排ガスの処理装置は、図１に示すように、排ガス導入口１ａと希釈ガス導入口１ｂを有し、空気又は酸素と不活性ガスの混合ガスなどの希釈ガスを排ガスに混合する混合部１と、混合部１に接続された排ガスの予熱部２を備えている。この予熱部２はセラミックス粒子３が充填された筒状のケーシング２ａと、ケーシング２ａの外側に設けた筒状ヒータ４とを有し、希釈された排ガスを３８０〜４００℃の温度に予熱するようになっている。
【０００７】
予熱された排ガスは予熱部２から反応部５に流入すると共に、還元ガス導入管７からＮＨ３等の還元ガスが添加される。反応部５のケーシング５ａ内には触媒（図示せず）が充填され、ケーシング５ａの外側にコイル状ヒータ６が設けてある。このコイル状ヒータ６で反応部５内の温度を１８０〜２５０℃に保持することにより、排ガス中のＮＯｘと添加したＮＨ３を触媒上で反応させ、Ｎ２とＨ２Ｏとして除去するようになっている。また、過剰に添加されたＮＨ３は触媒上で空気中のＯ２と反応し、Ｎ２とＨ２Ｏとして除去する。反応部５で窒素酸化物が還元除去された排ガスは、冷却部８で８０℃以下の温度に冷却された後、排ガス出口８ａから外部に排出される。
【０００８】
しかし、このような構造の排ガスの処理装置では、予熱部２の筒状ヒータ４がケーシング２ａの外側に配置されているため、内部のセラミックス粒子３や排ガスが所定温度に加熱されるまでに時間がかかると共に、消費電力が大きくなるという欠点があった。また、予熱部２のケーシング２ａは内部にセラミックス粒子３を充填しているため、所定量の希釈された排ガスを流しながら加熱するには相応の大きさが必要となり、予熱部２及び装置全体が大掛かりになるという問題があった。
【０００９】
ＮＯｘの処理に使用する触媒は、３５０℃まではＮＯｘを分解する機能を有するが、接触還元による分解反応が発熱反応であるため、分解処理を続ける間に徐々に触媒自体の温度が上昇する。触媒の温度が高くなり過ぎると、還元ガスとして導入しているＮＨ３ガスとＯ２が反応してＮＯｘが発生する。
【００１０】
そこで、触媒の温度を低くするために、２５０℃程度に予熱した希釈ガスを供給することで、触媒の過熱を防いでいた。一方、触媒の温度が低い場合には、２５０℃程度に予熱した希釈ガスを供給して、触媒自体の加熱を補助していた。しかし、上記した従来の排ガス処理装置のように、ケーシングの外側に筒状ヒータを配置した予熱部では、希釈ガスや排ガスの温度制御レスポンスが遅いため、排ガスの処理量を増やすことや、装置自体の小型化が難しかった。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、このような従来の事情に鑑み、半導体装置の製造工程から排出されるＮＯｘ又はＮＨ３を含む排ガスからＮＯｘ又はＮＨ３を除去する排ガス処理装置について、排ガスを予熱する際に高速昇温ができると共に、全体に小型で省エネ化されたＮＯｘ又はＮＨ３含有排ガスの処理装置用加熱ユニットを提供することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明が提供するＮＯｘ含有排ガス処理装置用加熱ユニットは、半導体製造工程からの排ガス中のＮＯｘ又はＮＨ３の少なくとも一方を分解除去する排ガス処理装置であって、該排ガス又は該排ガスに混合する希釈ガスの少なくとも一方を予熱する予熱部と、予熱した希釈ガスと排ガスを混合する混合部と、希釈された排ガスを触媒に接触させてＮＯｘ又はＮＨ３を除去する反応部とを備えた前記排ガス処理装置の中で、前記予熱部には平板状のセラミックスヒータ又はセラミックスヒータを複数組み合わせたヒータユニットが互い違いの階段状に複数設置され、この複数のセラミックスヒータ又はヒータユニットにより予熱部内に排ガス又は希釈ガスのジグザグな流路が形成されていることを特徴とするものである。
【００１３】
上記本発明のＮＯｘ又はＮＨ３含有排ガスの処理装置用加熱ユニットにおいては、前記セラミックスヒータは、平板状のセラミックス基材と、セラミックス基材の表面又は内部に設けた発熱体とからなることを特徴とする。
【００１４】
更に、上記本発明のＮＯｘ又はＮＨ３含有排ガスの処理装置用加熱ユニットにおいては、前記セラミックス基材が、酸化アルミニウム、二酸化珪素、窒化アルミニウム、窒化珪素、炭化珪素、又はそれらの複合物からなることが好ましい。また、前記発熱体は、Ｗ、Ｍｏ、Ａｇ−Ｐｄ、Ａｇ、又はニクロムからなることが好ましい。
【００１５】
【発明の実施の形態】
本発明のＮＯｘ又はＮＨ３含有排ガスの処理装置用加熱ユニットにおいては、その処理装置の予熱部のケーシング内に、平板状のセラミックスヒータ又はヒータユニットが互い違いの階段状に複数設置してある。この複数のセラミックスヒータ又はヒータユニットによって、ケーシング内にジグザグなガスの流路が形成され、排ガス又は希釈ガスはジグザグな流路を流れる間に各セラミックスヒータ又はヒータユニットで直接加熱される。
【００１６】
上記ＮＯｘ又はＮＨ３含有排ガス処理装置用加熱ユニットの具体例を、図２に基づいて説明する。図２は半導体製造工程の排ガス中に含まれるＮＯｘを選択接触還元反応により還元除去するＮＯｘ含有排ガス処理装置であり、予熱部である加熱ユニット１２において排ガスに混合する希釈ガスを所定の温度に予熱する。尚、一般に半導体製造工程から排出される排ガスは温度が高いので、本処理装置ではエネルギー消費の低減を図るために、空気又は酸素と不活性ガスの混合ガス等の希釈ガスを予熱して、これを排ガスに混合する方式を採用している。
【００１７】
即ち、このＮＯｘ含有排ガス処理装置は、希釈ガス導入口１２ａから供給される希釈ガスを加熱するための加熱ユニット１２と、予熱した希釈ガスに排ガス導入口１１ａから導入される排ガスを混合する混合部１１と、希釈された排ガスを触媒（図示せず）に接触させて窒素酸化物ＮＯｘを還元除去する反応部１５とを備えている。反応部１５でＮＯｘが還元除去された排ガスは冷却部１８で冷却され、排ガス出口１８ａから外部に排出される。尚、反応部１５は、そのケーシング１５ａの外側にコイル状ヒータ１６を備えている。また、ＮＨ３のような還元ガスは、還元ガス導入管１７から反応部１５に供給される。
【００１８】
加熱ユニット１２のケーシング１３内には、平板状のセラミックスヒータ又はヒータユニット２０が互い違いの階段状に複数設置してある。具体的には、複数の平板状のセラミックスヒータ又はヒータユニット２０は、片端のみが互い違いにケーシング１３の内壁から開放されるように、それぞれ片端以外をケーシング１３の内壁に固定して段違いに配置されている。このように複数の平板状のセラミックスヒータ又はヒータユニット２０を設置してケーシング１３内を仕切ることにより、ケーシング１３内にジグザグなガスの流路が形成されている。尚、この流路の形成形態は、セラミックスヒータ又はヒータユニット２０の取り付け位置を変えることで、自由に変更することができる。
【００１９】
本発明に係わるセラミックスヒータは、平板状のセラミックス基材と、セラミックス基材の表面又は内部に設けた金属の発熱体とからなる。好ましいセラミックスヒータとしては、図３に示すように、１枚のセラミックス基材２２ａの表面上に所定パターンの発熱体２３を設け、その上に同種のセラミックス基材２２ｂを積層した構造のセラミックスヒータ２１がある。このように高耐食性のセラミックス基材２２ａ、２２ｂで発熱体２３を挟むことにより、発熱体２３の腐食を防止することができる。
【００２０】
また、本発明で用いるヒータユニット２０は、上記したセラミックスヒータ２１を平板状に複数組み合わせたものである。例えば、図４に示すように、４枚のセラミックスヒータ２１を並列に並べて枠体２４に取り付け、支持部材２５で固定してヒータユニット２０とする。尚、図４における符号２６は、各セラミックスヒータ２１に通電するためのリード線である。これ以外にも、排ガスとの接触面積を大きくするために、セラミックスヒータ２１の取り付け位置を変えることで立体的にすることも可能である。
【００２１】
このような構造を有するセラミックスヒータ又はヒータユニットは、通電により発熱体で発生したジュール熱を高熱伝導率のセラミックス基材を介して希釈ガスに伝えることができ、しかもセラミックス基材を薄くすることによって、急速昇温及び急速降温が可能である。従って、ヒータの昇温にかかるスタンバイ時間が短くなると共に、通電時間を短縮することができるので消費電力を削減することができる。
【００２２】
上記セラミックスヒータの製造方法は、薄いセラミックス基材の表面上に印刷等の手法でヒータ回路を形成した後、焼き付けて発熱体とする。次に、このセラミックス基材の発熱体を設けた表面上に、接着層を介して別のセラミックス基材を接合する。また、別の方法として、２枚のグリーンシート間にヒータ回路を形成した後、焼成することにより発熱体を焼き付けると同時にセラミックス基材を接合することもできる。尚、セラミックス基材の発熱体を設けた表面上に、セラミックス基材を積層する代りに、セラミックス基材と熱膨張率がほぼ等しいガラスをコーティングしてもよい。
【００２３】
上記セラミックス基材としては、高熱伝導率で且つ耐食性に優れる材料、例えば、酸化アルミニウム、二酸化珪素、窒化アルミニウム、窒化珪素、炭化珪素、又はそれらの複合物からなることが好ましい。また、発熱体としては、耐熱性と適度な抵抗値を有する金属、例えば、Ｗ、Ｍｏ、Ａｇ−Ｐｄ、Ａｇ、又はニクロムからなることが好ましい。
【００２４】
上記した本発明のＮＯｘ含有排ガス処理装置用加熱ユニットにおいては、図２に示すように、加熱ユニット１２の希釈ガス導入口１２ａから連続的に導入された希釈ガスは、ケーシング１３内のジグザグな流路を流れる間に、平板状のセラミックスヒータ又はヒータユニット２０の表面に接触し又は輻射熱によって加熱されるため、少ないスペースで希釈ガスを効率良く加熱することができる。尚、図２の装置では加熱ユニットで希釈ガスを加熱する例を示したが、半導体製造工程から排出される排ガスを直接加熱するのに用いることもできる。
【００２５】
加熱ユニットに用いるセラミックスヒータは高速昇温が可能であるため、消費電力の削減による省エネ化を図ることができる。また、セラミックスヒータは昇降温を迅速にできることから、排ガス又は希釈ガスの温度制御レスポンスが向上し、反応部の温度もこれらの排ガス又は希釈ガスを用いて制御できるため、排ガスの処理量を増やすことができると共に、装置自体の小型化が可能である。しかも、セラミックスヒータ又はヒータユニットの数や希釈ガスとの接触面積を増やすことにより、排ガス又は希釈ガスへの熱伝達率を一層向上させることができる。しかも、加熱ユニットを従来よりも小さくできるため、装置全体の小型化を図ることができる。
【００２６】
【実施例】
図２に示すＮＯｘ含有排ガス処理装置、即ち、希釈ガス導入口１２ａから供給される希釈ガスを加熱するための加熱ユニット１２と、予熱した希釈ガスに排ガス導入口１１ａから導入される高温の排ガスを混合する混合部１１と、希釈された排ガスを触媒に接触させて窒素酸化物を還元除去する反応部１５と、窒素酸化物が還元除去された排ガスを冷却して排ガス出口１８ａから外部に排出する冷却部１８とを備えた排ガス処理装置を作製した。尚、上記反応部１５と冷却部１８については、図１に示す従来の処理装置とほぼ同様に構成されている。
【００２７】
この加熱ユニット１２は、内部が４３０ｍｍ×４３０ｍｍ×高さ６１０ｍｍのＳＵＳ製のケーシング１３を備え、そのケーシング１３内には４２０ｍｍ×３００ｍｍ×厚さ５ｍｍの平板状のヒータユニット２０が、互い違いの階段状になるように相互に９０ｍｍの間隔を隔てて６枚設置してある。各ヒータユニット２０は、図４に示すように、４枚のセラミックスヒータ２１を平板状に組み合わせて枠体２４と支持部材２５で固定した構造のものである。また、４枚のセラミックスヒータ２１は、図３に示すように、ＡｌＮからなる２枚の平板状のセラミックス基材２２ａ、２２ｂの内部にＰｄ−Ａｇの発熱体２３を有している。
【００２８】
希釈ガス導入口１２ａから加熱ユニット１２に希釈ガスとして室温の空気を２０００リットル／分にて連続的に導入しながら、ヒータユニット２０に７〜２０ｋＷの通電を行った。その結果、ヒータユニット２０の温度は約１０００秒で最高温度４００℃に達し、加熱ユニット１２の出口付近での希釈ガス温度を約１５０℃に加熱することができた。この予熱した空気を混合部１１で半導体製造工程からのＮＯｘを含む排ガスと混合し、更に反応部１５においてＮＨ３を導入しながら触媒と接触させることにより、ＮＯｘを許容値以下にまで除去することができた。
【００２９】
【発明の効果】
本発明によれば、半導体装置の製造工程から排出されるＮＯｘ又はＮＨ３含有排ガスの処理装置について、小型で且つ高速な昇降温が可能な加熱ユニットを用いることによって、装置自体を小型化すると共に、排ガスの処理量を増やすことができ、且つ消費電力を低減して省エネ化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来の半導体装置の製造工程から排出されるＮＯｘ含有排ガスの処理装置を示す概略の断面図である。
【図２】本発明による半導体装置の製造工程から排出されるＮＯｘ含有排ガスの処理装置の具体例を示す概略の断面図である。
【図３】本発明のＮＯｘ又はＮＨ３含有排ガス処理装置の加熱ユニットに用いるセラミックスヒータの具体例を一部切欠いて示した概略の斜視図である。
【図４】本発明のＮＯｘ又はＮＨ３含有排ガス処理装置の加熱ユニットに用いるヒータユニットの具体例を示す概略の平面図である。
【符号の説明】
１、１１      混合部
１ａ、１１ａ      排ガス導入口
２      予熱部
１２      加熱ユニット
１２ａ      希釈ガス導入口
３      セラミックス粒子
４      筒状ヒータ
５、１５      反応部
６、１６      コイル状ヒータ
７、１７      還元ガス導入管
８、１８      冷却部
２０      ヒータユニット
２１      セラミックスヒータ
２２ａ、２２ｂ      セラミックス基材
２３      発熱体
２４      枠体
２５      支持部材
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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