(57)【要約】【課題】本発明は、真空下で実行される表面改質プロセスの広範な範囲で使用され得る、汚染物質を含むプロセス排ガスの熱処理装置に関する。本発明の目的は、燃焼室の内壁に対する粒子の粘着および加熱による変換に対する所望されない悪影響が少ない経費で防止される、汚染物質を含むプロセス排ガスを熱処理する方法を考案する事である。【解決手段】本発明による装置の燃焼室において、プロセス排ガス供給部と共に少なくとも１つのバーナがカバーの下に配置される。更に、燃焼室の内壁上に粒子の排出用膜を形成する洗浄液用供給部と、燃焼室の底に配置された排ガスおよび洗浄液用排出部とを備える。洗浄液用供給部は、カバーの直下に配置し、連続膜が重力のみによって燃焼室の内側面の全体に形成され得るように設計される。また、燃焼室の内部に向けられ、少なくとも１つのバーナを有するカバーの一部は洗浄液によって濡らされるべきでは無い。【選択図】図１
2005083745.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
プロセス排ガス供給部と共に少なくとも１つのバーナが配置されているカバーの下に位置する燃焼室と、前記燃焼室の内壁上に粒子の排出用膜を形成する洗浄液用供給部と、前記燃焼室の底に配置された排ガスおよび洗浄液用排出部とを備える、汚染物質を含むプロセス排ガスの熱処理装置であって、
前記洗浄液用供給部が、カバーの直下に配置され、連続膜が重力のみによって前記燃焼室の内側面の全体に形成され、燃焼室の内部に向くバーナを有するカバーの一部が洗浄液によって濡らされないように設計される、装置。
【請求項２】
前記カバーから排出部までに亘る前記燃焼室の内側面は、凸状に外へ湾曲した形状であり、前記燃焼室の縦軸について回転対称である、請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記洗浄液用供給部は、前記燃焼室の内部に向けられ、放射状に取り囲む環状流路と、オーバーフローエッジとを備え、前記オーバーフローエッジが前記内側面の上部エッジを形成する、請求項１または請求項２に記載の装置。
【請求項４】
洗浄液用の少なくとも１つの接線方向の供給線が前記環状流路に連結されている、請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の装置。
【請求項５】
パージガス用供給部が、前記カバーと前記洗浄液用供給部との間に配置され、前記カバーおよび／またはバーナを洗浄液から保護する、請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の装置。
【請求項６】
前記パージガス用供給部が、前記燃焼室において相互に別々に配置される放射状に取り囲む環状ギャップとして、または複数のギャップとして設計される、請求項１乃至請求項５のいずれかに記載の装置。
【請求項７】
燃料ガスが、少なくとも１つのバーナに供給される、請求項１乃至請求項６のいずれかに記載の装置。
【請求項８】
点火装置が、バーナまたは複数のバーナに存在する、請求項１乃至請求項７のいずれかに記載の装置。
【請求項９】
少なくとも１つのバーナが、プラズマトーチである、請求項１乃至請求項８のいずれかに記載の装置。
【請求項１０】
少なくとも１つのバーナが、アーク・プラズマまたはマイクロ波プラズマ源である、請求項１乃至請求項９のいずれかに記載の装置。
【請求項１１】
プロセス排ガスの少なくとも一部が、少なくとも１つのバーナに供給される、請求項１乃至請求項１０のいずれかに記載の装置。
【請求項１２】
プロセス排ガス供給部が、バーナの炎またはプラズマの方へ斜めに傾けられる角度で配向される、請求項１乃至請求項１１のいずれかに記載の装置。
【請求項１３】
バーナからの炎が、少なくとも１つの前記プロセス排ガス供給部に対して斜めに傾けられる角度で配向される、請求項１乃至請求項１２のいずれかに記載の装置。
【請求項１４】
前記複数のバーナおよび／またはプロセス排ガス供給部が、前記燃焼室の縦軸に関して対称的に配置される、請求項１乃至請求項１３のいずれかに記載の装置。
【請求項１５】
前記バーナが、少なくとも１つのプロセス排ガス供給部に関して放射状に外側に配置される、請求項１乃至請求項１４のいずれかに記載の装置。
【請求項１６】
前記燃焼室の内側面が連続的に湾曲している、請求項１乃至請求項１５のいずれかに記載の装置。
【請求項１７】
スプレーノズルが、前記燃焼室の底領域または洗浄液および排ガス用排出部に配置される、請求項１乃至請求項１６のいずれかに記載の装置。
【請求項１８】
前記スプレーノズルが、ガス／液体混合物用の２つの流体ノズルとして設計される、請求項１乃至請求項１７のいずれかに記載の装置。
【請求項１９】
前記燃焼室の内側面の表面が、１００乃至３００μｍの表面粗さを有する、請求項１乃至請求項１８のいずれかに記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、真空下で実行される表面改質プロセスの広範な範囲で使用または形成される、汚染物質を含むプロセス排ガスの熱処理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
この種類のプロセス排ガスは、大気に直接に排出出来ない有毒化合物または成分を含む。本発明によって、ＣＶＤまたはＰＶＤプロセスからのこの種類のプロセス排ガスに加えて、汚染物質を含む他のプロセスからの排ガスを処理することが可能である。
【０００３】
この文脈において、塩素、フッ素、ケイ素、ヒ素およびガリウムは勿論、これらの成分を含む化合物も特に危険である。
【０００４】
このような方法で改質された基板に対する需要の増加に伴って、排ガスが環境および健康に無害であることを保証するために処理されるべきプロセス排ガスの比率が増加している。
【０００５】
例えば、有害な成分および化合物を、適切な場合に分解し、そうでなければ、化学反応によって無害な化合物へ変換するという方法で、プロセス排ガスを熱処理することが以前より公知である。これによって、主に酸化物が形成される。
【０００６】
特許文献１は、この点におけるオプションを示し、また、更なる問題を言及した。この問題は、この種類の熱処理が粒子を形成し、この粒子がチャンバ壁上に沈着し、更にこの目的のために通常使われるバーナの機能に損傷を与える。
【０００７】
最近使用されており、今後とも使用され続けると目されるこの種の表面改質用の大型設備においては、粒子の量が多くなるにつれて、プロセス排ガスの流量が多くなる。
【０００８】
従って、この従来技術においては、処理火炎および燃焼火炎をチャンバに向けるバーナをチャンバのカバーに配置することが提案される。
【０００９】
粒子のチャンバの内壁への沈着および固着を防止するために、水の膜を内壁に生成する。この目的のために、水は側面からチャンバ内にスプレーされ、特許文献１で開示された好ましい実施形態においては、水はバーナの所までカバーの上方へさらにスプレーされる。
【００１０】
しかしながら、このようにして、内壁全体に常に連続される水膜を形成することは十分には可能でない。更に、水の一部が蒸発し、よって粒子の排出が完全に行われ得ない。尚、蒸発で温度が低下し、よって燃焼プロセスが妨害される。
【００１１】
また、燃焼に悪影響を与え得、濡らされたカバーに形成されてガス供給に妨害になれる蓄積物が生じやすい。
【特許文献１】米国特許第５，１３２，８３６号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
従って、本発明の目的は、燃焼室の内壁に対する粒子の粘着および加熱による変換に対する所望されない悪影響が少ない経費を防止するべく、汚染物質を含むプロセス排ガスを熱処理する方法を考案する事である。
【００１３】
本発明によれば、上記目的は、請求項１の特徴を有する装置によって達成される。有利な構成および改良は、従属項に記載されている特徴によって達成されることができる。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明による装置は、炎が燃焼室の内部の上部から下に向くように、その上部に配置されたカバーに少なくとも１つのバーナが位置する燃焼室を備える。更に、洗浄液用供給部が存在し、これによって燃焼室の内側面の全体に連続膜を形成し得る。本発明において、燃焼室の内部に配向されるバーナを有するカバーの一部が濡れる事は無い。
【００１５】
洗浄液は、純水であってよいが、洗浄液は、なるべく中和に関与する添加剤を含んでもよい。従って、洗浄液は、塩基を含み得る。
【００１６】
熱処理からの排ガスおよびコロイド形状の粒子を含む洗浄液用の排出部は、燃焼室の底に配置される。
【００１７】
洗浄液用供給部は、カバーの直下に配置される。洗浄液用供給部は、洗浄液が重力のみによって燃焼室の内側面に連続膜を形成するように、即ち、洗浄液を燃焼室内に圧入させるいかなる圧力もなく、洗浄液が半径方向全体に側面に沿って下に単に一様に流れるように設計される。
【００１８】
更に、燃焼室の内側面は、凸状に外へ湾曲し、燃焼室の縦軸について回転対称である形状に設計される事が適当であり、よって燃焼室内の幅員がカバーから始まって最大の幅員に至るまでできる限り連続的に増加した後、連続的に減少する。
【００１９】
しかし、洗浄液と内側面の表面との間の界面条件を考慮すると、燃焼室の形状は、連続膜が表面全体に維持される事が保証されるべきである。
【００２０】
また、燃焼室の内側面と洗浄液膜との間の界面条件は、内側面の表面によって影響され得る。この表面は、１００から３００μｍまでの範囲の表面粗さを有するべきである。
【００２１】
内側面の形状は、燃焼室壁の成形によって予め決定され得る。しかし、燃焼室の外部配置が内側面の形状と独立して選択される事も可能である。例えば、燃焼室の外側に断熱材を配置する事が可能である。この断熱材により、異なる形状、例えばシリンダ型を採用してもよい。
【００２２】
凸状の湾曲が燃焼室のカバーから底まで一定の半径を有する事が必須ではないが、突然の段差変化は避けられる事がより好ましい。例えば、内側面は、パラボラ形状に湾曲されてよい。
【００２３】
好ましい実施形態において、洗浄液用供給部は、燃焼室を放射状に取り囲み、外部からの洗浄液が十分に多くて、予め決定し得る流量で供給される環状流路を有し得る。環状流路においては、燃焼室の内部に配向される、洗浄液を流させるオーバーフローエッジが存在する。この場合、オーバーフローエッジにより、内側面の上部エッジが形成される。
【００２４】
オーバーフローエッジは、少なくとも略一定の流量が外周全体に対して流れて、内側面上に膜を形成し得るように、外周全体に対して水平に導かれるべきである。供給された洗浄液の流量がオーバーフローエッジを通して流れる流量と一致するべきである事は明らかである。
【００２５】
洗浄液は、低い流速の流れが環状流路において生成されるように、少なくとも１つの接線方向の供給線を経由して環状流路に導入されるべきである。しかし、１つの環状流路には、２つの対角線上にある接線方向の供給線を提供する事が妥当である。しかし、できる限り一定の角間隔で配置される２つ以上の供給線を提供する事も可能である。
【００２６】
しかし、また、複数の供給線は、洗浄液が同じ流れの方向に環状流路に導入されるという方式で配向されるべきである。
【００２７】
環状流路における洗浄液の接線方向の流れは、燃焼室の内側面全体に対して連続膜を形成するように、環状流路において十分に高いレベルを保証する作業を実行する。
【００２８】
しかし、この種類の流れによって、オーバーフローエッジおよび／または環状流路における蓄積物および沈着物の形成を防止することが可能である。
【００２９】
環状流路の上部は開放され得、および／またはオーバーフローエッジは、放射状に取り囲む環状ギャップによって形成され得る。
【００３０】
更に、燃焼室内のカバー、バーナ、およびプロセス排ガスが洗浄液から保護し、パージガスの流れによって濡らされ得ないようにパージガス用供給部が存在する。
【００３１】
また、パージガスの流れは、この領域における凝縮物の形成を予防するか、または少なくとも遅らせる事ができる。
【００３２】
更に、固形の沈着物をもたらす所望されない化学反応が防止される。それでも尚形成される固形物は乾燥されて、パージガスの流れによって吹き飛ばされ得、その結果、燃焼室の内部に面するカバーの当該部分が綺麗なまま維持され得る。
【００３３】
その結果、カバーの直径を減少させる事が可能である。
【００３４】
窒素のような不活性ガスがパージガスとして使用され得る事が好ましい。
【００３５】
燃焼室へのパージガスの供給は、別々に配置されたノズルまたはノズル・スロットの環状配置として、または連続的に取り囲む環状ギャップとして設計されてよい。パージガス用の排気口は、洗浄液用供給部の近くに配置されるべきである。パージガスの圧力は、保護される領域および部分の濡れを予防するのに十分であるべきである。
【００３６】
少なくとも１つのバーナに燃料ガスが供給され得る。燃料ガスの組成は、熱処理に好適な十分な高温および化学量論的な条件が火炎において達成され得るように、処理されるプロセス排ガスの各組成を考慮して選択されてよい。
【００３７】
例えば、火炎のスパーク点火を可能にする点火装置がバーナに存在してもよい。
【００３８】
しかし、燃料ガスをもって作動されるバーナは勿論、プラズマトーチを使用する事も可能である。プラズマトーチは、アークまたはマイクロ波プラズマ源であってよい。処理されるプロセス排ガスの特定の流量を考慮して適切な選択が行われ得る。例えば、比較的多い流量の場合には、アーク・プラズマ源が好ましい。
【００３９】
処理されるプロセス排ガスは、少なくとも部分的にはプラズマトーチに直接に導入されてプラズマの形成に使用され得る。適切であれば、追加の燃料ガスの供給を省略するか、またはガスの供給を減らす事が可能である。
【００４０】
本発明は、燃焼室の内壁に蓄積物を生成させる事無く、処理の際に発生される粒子の完全な排出、および熱処理自体のための良好な条件を達成する事を可能にする。後者の場合、内側面の幾何学的な配置が、熱の事項（燃焼温度、冷却）および燃焼室の流動状態に関して有利である。
【００４１】
本発明による装置は、欠陥なく、更に長い間の維持補修なく動作し得る。本発明の装置を異なる種類の処理されるプロセス排ガスに適用させる事が容易である。例えば、対応するバーナとプロセス排ガス供給装置とを異なって構成したカバーを使用するか、または様々なカバーへと変える事が可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４２】
以下、発明の実施の形態を通じて本発明を説明するが、以下の実施形態は特許請求の範囲にかかる発明を限定するものではなく、また実施形態の中で説明されている特徴の組み合わせの全てが発明の解決手段に必須であるとは限らない。
【００４３】
図１は、本発明による装置の例を概略的に示す。燃焼室１の室壁は、上部に配置されたカバー３から底まで、凸状に外側へ放射状に湾曲されている。その結果、内側面の対応する形状を有する。
【００４４】
燃焼室の内側表面は、１００から３００μｍまでの範囲の表面粗さを有する事が好ましい。
【００４５】
その形状は、燃焼室１の縦軸（一点鎖線）に対して回転対称になるように設計されている。
【００４６】
カバー３の直下に洗浄液用供給部２が配置されており、これを通して内側面全体に連続膜１１を形成するように洗浄液がオーバーフローする。その結果、内部へ配向されるカバー３の該当部分は、乾いたままであり、洗浄液によって濡らされない。
【００４７】
この効果は、更にパージガスの流れによって増大される。パージガスは、供給部７を経由して燃焼室１内に導入される。この場合、パージガス用供給部は、洗浄液用供給部２とバーナ４およびプロセス排ガス供給部８を有するカバー３との間に配置されて、これらの要素を洗浄液から保護し、乾燥状態を維持し得るようにする。
【００４８】
本願明細書において示される実施例は、燃焼室１の縦軸からある距離をおいて放射状に外側へ配置される複数のバーナ４を使用する。複数のバーナ４の間に、即ち縦軸の近傍に、少なくとも１つ、本例においては複数のプロセス排ガス供給部８が配置される。処理されるプロセス排ガスは、プロセス排ガス供給部８を通して燃焼室１内に導入され、熱処理に必要であるか、または熱処理を促進する付加のガスまたはガス混合物と、図示されない形式で予混合されてよい。
【００４９】
また、例えば、燃料ガスとプロセス排ガスとの予混合ガスがバーナ４に提供され得る。
【００５０】
図１から明らかなように、バーナ４は、中央に配置された燃焼室１の縦軸へ斜めに傾いた角度で配向される。その結果、処理されるプロセス排ガスは、バーナ４の火炎の中に直接に流れ、必然的にバーナの影響を受ける領域に入る。
【００５１】
燃焼室１の内側面の形状は、カバーから始まって幅員が最大に至るまでその幅の連続的な増加に現れる。この最大の幅は、例えば、燃焼室１のカバー３と底との間で中間に位置してもよい。この位置から幅員は、底の方において再び減少される。
【００５２】
粒子および熱処理された排ガスを含む洗浄液用の排出部５は、底に存在する。
【００５３】
本願明細書において示される実施例において、スプレー噴射が燃焼室１の縦軸に対して直角に向けられるスプレーノズル１０が、排出部５に更に存在する。しかし、スプレー噴射は、垂直にまたは斜めに上方へ傾いて向けられてもよい。
【００５４】
スプレーノズル１０は、液体／ガス混合物用の２つの流体ノズルとして設計される事が好ましい。
【００５５】
スプレー噴射を用いて、排ガスから流れ下る洗浄液によって予め捕獲されていない粒子を除去し、示すようにそれらをウェット・セパレータに供給する事が可能である。更に、処理の際に生成される蒸気は、圧縮されて洗浄液と共に排出される事が出来る。
【００５６】
粒子によって汚染される洗浄液は、図示されない形で固形物セパレータに送られ、粒子のない場合には、上記過程に戻る。
【００５７】
添付の図面において、同一の要素は、図１において使用する要素と同じ参照番号によって示される。
【００５８】
図２は、洗浄液用供給部２を有する装置の外側上部エッジの拡大抜粋図を示す。
【００５９】
洗浄液を供給する取り囲み型の環状流路２’がカバー３の直下に存在する。従って、装置の作動の際、この流路は、環状流路２’に存在する取り囲み型のオーバーフローエッジ２”によって全外周において洗浄液が流れ下り得、よって洗浄液に加わる重力のみで燃焼室１の内側面全体に連続膜１１を形成し得る事を保証するように常に十分に満たされる。
【００６０】
また、図２は、パージガス用供給部７を示す。供給部７は、同様に、パージガスが洗浄液用供給部２とカバー３との間で流れるように、放射状に外側に配置される。従って、カバー３およびその他の要素が洗浄液によって濡らされる事を防止する。
【００６１】
この場合、パージガスの膜がカバー３の内側へ配向される部分に沿って形成されるように、パージガスは、取り囲み型の環状ギャップを通してカバー３の直下に配置された環状の燃焼室１へ入る。これにより、粒子または他の固形物が燃焼室に付着する事を防止するか少なくとも遅らせ、かつ燃焼室に付着する固形物の一部を吹き飛ばし得る。
【００６２】
使用するパージガスは、窒素または圧縮空気である事が好ましい。
【００６３】
図３は、バーナ４およびプロセス排ガス供給部８が採り得る他の配置を示す。この場合、バーナ４は、燃焼室１の縦軸上の中心に配置される。更に、半径方向の外側へ、２つまたは２つ以上のプロセス排ガス供給部８は、バーナ４からある距離をおいて配置される。配置は、対称であるべきである。
【００６４】
この場合、プロセス排ガス供給部８、即ち燃焼室１に導入されるプロセス排ガスの流れの方向は、燃焼室１の縦軸側へ斜めに、即ちバーナ４の火炎へ向けられる。
【００６５】
図４および５は、複数のバーナ４およびプロセス排ガス供給部８の採り得る配置を明示する事を意図する。
【００６６】
この場合、合計４つのバーナ４は、４つのプロセス排ガス供給部８と同様にその周囲において準環状の配置を形成する。即ち、互い違いに星形に配置される。複数のバーナ４およびそれらの各々の火炎は、下方および内側に斜めに向く。その結果、火炎が「環」を形成し、処理されるプロセス排ガスおよび熱処理に要求されるか熱処理を促進する付加ガスは、燃焼室１の火炎の環内に導入されて必然的に火炎の影響領域に入る。
【００６７】
バーナ４およびプロセス排ガス供給部８は、相互に一定の角間隔を置いて相互に等距離で配置される。
【００６８】
図５は、洗浄液用の２つの供給線６の配置および方向設定方法を示す。これにより、洗浄液が環状流路２’に流れて、その全外周に対して環状流路２’をほぼ一定に満たす事を達成し得る。
【００６９】
図６は、プラズマトーチと、図３に示されるような複数のプロセス排ガス供給部８とが配置され、配向される実施例を示す。
【図面の簡単な説明】
【００７０】
【図１】本発明による装置の例を概略的に示す。
【図２】洗浄液用供給部の拡大抜粋図を示す。
【図３】バーナを中心設備とする装置の一部を示す。
【図４】放射状に外側へ配置される複数のバーナを有する装置の一部を示す。
【図５】プロセス排ガス用供給部と共に複数のバーナの装置を概略的に示す。
【図６】プラズマトーチを有する装置を示す。
【符号の説明】
【００７１】
１：燃焼室
２：洗浄液用供給部
２’：環状流路
２”：オーバーフローエッジ
３：カバー
４：バーナ
５：排出部
６：供給線
７：パージガス用供給部
８：プロセス排ガス供給部
１０：スプレーノズル
１１：連続膜
【図１】
2005083745.tif 000003
【図２】
2005083745.tif 000004
【図３】
2005083745.tif 000005
【図４】
2005083745.tif 000006
【図５】
2005083745.tif 000007
【図６】
2005083745.tif 000008