(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
有害成分として一般式ＣＨ２ＣＨ-ＳｉＲ３、ＣＨ２ＣＨ-Ｓｉ(ＯＲ)３、ＣＨ２ＣＨＣＨ２-ＳｉＲ３、またはＣＨ２ＣＨＣＨ２-Ｓｉ(ＯＲ)３（Ｒは飽和炭化水素または芳香族化合物）で表される有機ケイ素化合物を含む有害ガスを、活性炭に、臭素、ヨウ素、臭化金属、またはヨウ化金属を、活性炭に対する重量割合で０．１〜２０％添着させた浄化剤と接触させて浄化することを特徴とする有害ガスの浄化方法。
【請求項２】
有機ケイ素化合物が、ビニルトリメチルシラン、ビニルトリメトキシシラン、アリルトリメチルシラン、アリルトリメトキシシラン、またはアリルトリフェニルシランである請求項１に記載の有害ガスの浄化方法。
【請求項３】
臭化金属が、臭化リチウム、臭化ナトリウム、臭化カリウム、臭化マグネシウム、臭化カルシウム、臭化ストロンチウム、臭化マンガン、臭化鉄、臭化コバルト、臭化ニッケル、臭化銅、臭化亜鉛、臭化アルミニウム、または臭化錫である請求項１に記載の有害ガスの浄化方法。
【請求項４】
ヨウ化金属が、ヨウ化リチウム、ヨウ化ナトリウム、ヨウ化カリウム、ヨウ化マグネシウム、ヨウ化カルシウム、ヨウ化ストロンチウム、ヨウ化マンガン、ヨウ化鉄、ヨウ化コバルト、ヨウ化ニッケル、ヨウ化銅、ヨウ化亜鉛、またはヨウ化錫である請求項１に記載の有害ガスの浄化方法。
【請求項５】
有害成分として一般式ＣＨ２ＣＨ-ＳｉＲ３、ＣＨ２ＣＨ-Ｓｉ(ＯＲ)３、ＣＨ２ＣＨＣＨ２-ＳｉＲ３、またはＣＨ２ＣＨＣＨ２-Ｓｉ(ＯＲ)３（Ｒは飽和炭化水素または芳香族化合物）で表される有機ケイ素化合物を含む有害ガスの浄化剤であって、活性炭に、臭素、ヨウ素、臭化金属、またはヨウ化金属を、活性炭に対する重量割合で０．１〜２０％添着させたことを特徴とする有害ガスの浄化剤。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、有害成分として一般式ＣＨ２ＣＨ-ＳｉＲ３、ＣＨ２ＣＨ-Ｓｉ(ＯＲ)３、ＣＨ２ＣＨＣＨ２-ＳｉＲ３、またはＣＨ２ＣＨＣＨ２-Ｓｉ(ＯＲ)３（Ｒは飽和炭化水素または芳香族化合物）で表される有機ケイ素化合物を含む有害ガスの浄化方法及び浄化剤に関する。さらに詳細には半導体製造工程等から排出される前記有機ケイ素化合物を含む有害ガスの乾式浄化法による浄化方法及び浄化剤に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、アルミ膜あるいはアルミ合金膜の配線材料に代わる新たな配線材料として、低抵抗で高いＥＭ（electro migration）耐性を有する銅膜の配線材料が開発されている。銅の成膜方法としては、メッキ、スパッタリング、ＣＶＤ等による方法が実用化されているが、デバイスの三次元化や配線の多層化が進むにつれて、薄膜の平坦化に対する要求が高まってきており、ステップカバレッジ性が良好で、かつデザインルールが０．１３μｍ以下の要求に対して製造が可能なＣＶＤ法による成膜技術の進展が期待されている。
【０００３】
ＣＶＤ法による銅の成膜としては、各種の固体ＣＶＤ原料を用い、これを高温に保持し昇華して半導体製造装置へ気化供給する方法が研究されていたが、気化供給量が小さく成膜速度が遅い等の不都合のため実用化されなかった。しかし、近年に至りヘキサフルオロアセチルアセトン銅ビニルトリメチルシラン（（ＣＦ3ＣＯ）2ＣＨＣｕ・ＣＨ2ＣＨＳｉ（ＣＨ3）3）あるいはヘキサフルオロアセチルアセトン銅アリルトリメチルシラン（（ＣＦ3ＣＯ）2ＣＨＣｕ・ＣＨ2ＣＨＣＨ2Ｓｉ（ＣＨ3）3）等の液体のＣＶＤ原料が開発され、成膜速度が実用化可能までに改善されたため、これらのヘキサフルオロアセチルアセトン銅錯体を用いた銅の成膜が実施され始めている。
【０００４】
これらのＣＶＤ原料は、半導体製造工程で使用された後、ビニルトリメチルシラン、アリルトリメチルシラン等のビニル基の構造を有する有機ケイ素化合物として排出されるが、これらの有機ケイ素化合物は毒性が高いため、大気に放出するに先だって浄化する必要がある。しかし、これらの有機ケイ素化合物の浄化手段については、現在までに優れた方法は報告されていない。これらの有機ケイ素化合物を含む有害ガスの浄化方法としては、スクラバーで吸収分解させる湿式浄化法、活性炭や無機化合物系の多孔質吸着剤を使用する乾式浄化法、あるいはプロパン等の燃料の火炎に導入して燃焼させる燃焼浄化法が考えられるが、湿式浄化法、燃焼浄化法では次のような問題点があった。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
すなわち、湿式浄化法においては、装置が複雑で大型になるほか、有機ケイ素化合物が水溶性でないため有効な吸収液はなかった。また、燃焼浄化法においては、有害ガスを処理していない待機時にも燃焼状態を維持しなければならないため、エネルギーコストが高いほか、二酸化炭素を大量に放出するという不都合があった。
一方、乾式浄化法においては、湿式浄化法や燃焼浄化法に比べて装置が簡易であり、プロパン等の燃料も不要という長所があるが、優れた浄化能力（浄化剤単位量当たりの有機ケイ素化合物の浄化能力）を有する手段は開発されていなかった。
【０００６】
従って、本発明が解決しようとする課題は、ビニルトリメチルシラン等の一般式ＣＨ２ＣＨ-ＳｉＲ３、ＣＨ２ＣＨ-Ｓｉ(ＯＲ)３、ＣＨ２ＣＨＣＨ２-ＳｉＲ３、またはＣＨ２ＣＨＣＨ２-Ｓｉ(ＯＲ)３（Ｒは飽和炭化水素または芳香族化合物）で表される有機ケイ素化合物を含む有害ガスの浄化において、浄化能力が優れた乾式浄化法による浄化手段を提供することである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、これらの課題を解決すべく鋭意検討した結果、前記有機ケイ素化合物を含む有害ガスの乾式浄化において、活性炭に、臭素、ヨウ素、臭化金属、またはヨウ化金属を添着させた浄化剤が、優れた浄化能力を発揮することを見い出し本発明に到達した。
【０００８】
すなわち本発明は、有害成分として一般式ＣＨ２ＣＨ-ＳｉＲ３、ＣＨ２ＣＨ-Ｓｉ(ＯＲ)３、ＣＨ２ＣＨＣＨ２-ＳｉＲ３、またはＣＨ２ＣＨＣＨ２-Ｓｉ(ＯＲ)３（Ｒは飽和炭化水素または芳香族化合物）で表される有機ケイ素化合物を含む有害ガスを、活性炭に、臭素、ヨウ素、臭化金属、またはヨウ化金属を、活性炭に対する重量割合で０．１〜２０％添着させた浄化剤と接触させて浄化することを特徴とする有害ガスの浄化方法である。
【０００９】
また、本発明は、有害成分として一般式ＣＨ２ＣＨ-ＳｉＲ３、ＣＨ２ＣＨ-Ｓｉ(ＯＲ)３、ＣＨ２ＣＨＣＨ２-ＳｉＲ３、またはＣＨ２ＣＨＣＨ２-Ｓｉ(ＯＲ)３（Ｒは飽和炭化水素または芳香族化合物）で表される有機ケイ素化合物を含む有害ガスの浄化剤であって、活性炭に、臭素、ヨウ素、臭化金属、またはヨウ化金属を、活性炭に対する重量割合で０．１〜２０％添着させたことを特徴とする有害ガスの浄化剤でもある。
【００１０】
【発明の実施の形態】
本発明の浄化剤及び浄化方法は、窒素、アルゴン、ヘリウム、水素等のガス中に、有害成分として一般式ＣＨ２ＣＨ-ＳｉＲ３、ＣＨ２ＣＨ-Ｓｉ(ＯＲ)３、ＣＨ２ＣＨＣＨ２-ＳｉＲ３、またはＣＨ２ＣＨＣＨ２-Ｓｉ(ＯＲ)３（Ｒは飽和炭化水素または芳香族化合物）で表される有機ケイ素化合物を含む有害ガスの浄化に適用される。本発明の浄化剤は、活性炭に、臭素、ヨウ素、臭化金属、またはヨウ化金属を、活性炭に対する重量割合で０．１〜２０％添着させた浄化剤であり、本発明の浄化方法は、前記の有害ガスを、これらの浄化剤と接触させて浄化する方法である。
【００１１】
本発明における浄化対象ガスである一般式ＣＨ２ＣＨ-ＳｉＲ３で表される有機ケイ素化合物としては、例えば、ＣＨ２ＣＨ-Ｓｉ(ＣＨ)３、ＣＨ２ＣＨ-Ｓｉ(Ｃ２Ｈ５)３、ＣＨ２ＣＨ-Ｓｉ(Ｃ６Ｈ５)３を、一般式ＣＨ２ＣＨ-Ｓｉ(ＯＲ)３で表される有機ケイ素化合物としては、例えば、ＣＨ２ＣＨ-Ｓｉ(ＯＣＨ３)３、ＣＨ２ＣＨ-Ｓｉ(ＯＣ２Ｈ５)３、ＣＨ２ＣＨ-Ｓｉ(ＯＣ６Ｈ５)３、ＣＨ２ＣＨ-Ｓｉ(ＯＣ６Ｈ４Ｃｌ)３を挙げることができる。
【００１２】
また、一般式ＣＨ２ＣＨＣＨ２-ＳｉＲ３で表される有機ケイ素化合物としては、例えば、ＣＨ２ＣＨＣＨ２-Ｓｉ(ＣＨ３)３、ＣＨ２ＣＨＣＨ２-Ｓｉ(Ｃ２Ｈ５)３、ＣＨ２ＣＨＣＨ２-Ｓｉ(Ｃ６Ｈ５)３を、一般式ＣＨ２ＣＨＣＨ２-Ｓｉ(ＯＲ)３で表される有機ケイ素化合物としては、例えば、ＣＨ２ＣＨＣＨ２-Ｓｉ(ＯＣＨ３)３、ＣＨ２ＣＨＣＨ２-Ｓｉ(ＯＣ２Ｈ５)３、ＣＨ２ＣＨＣＨ２-Ｓｉ(ＯＣ６Ｈ５)３、ＣＨ２ＣＨＣＨ２-Ｓｉ(ＯＣ６Ｈ４Ｃｌ)３を挙げることができる。尚、１分子内におけるＲは互いに異なる種類の飽和炭化水素または芳香族化合物であってもよい。
【００１３】
本発明の浄化剤に用いられる活性炭としては、吸着性が高く、浄化剤として使用可能な粒径を有するものであれば特に限定されないが、通常はその比表面積が７００〜２５００ｍ２／ｇの範囲のものであり、篩目で４〜３２メッシュ程度の大きさのものが用いられる。活性炭の種類としては、石炭系活性炭、木炭系活性炭、ヤシ殻活性炭等が使用できるがヤシ殻活性炭が特に好適である。
【００１４】
本発明の浄化剤に用いられる臭化金属としては、臭化リチウム、臭化ナトリウム、臭化カリウム、臭化マグネシウム、臭化カルシウム、臭化ストロンチウム、臭化マンガン、臭化鉄、臭化コバルト、臭化ニッケル、臭化銅、臭化亜鉛、臭化アルミニウム、臭化錫等を例示することができる。また、ヨウ化金属としては、ヨウ化リチウム、ヨウ化ナトリウム、ヨウ化カリウム、ヨウ化マグネシウム、ヨウ化カルシウム、ヨウ化ストロンチウム、ヨウ化マンガン、ヨウ化鉄、ヨウ化コバルト、ヨウ化ニッケル、ヨウ化銅、ヨウ化亜鉛、またはヨウ化錫等を例示することができる。
【００１５】
本発明において、臭素、ヨウ素、臭化金属、またはヨウ化金属は、通常は単独で用いられるが、二種類以上を活性炭に添着させて使用することもできる。これらの添着量は、単独で用いた場合においても二種類以上を用いた場合においても、活性炭に対する重量割合で、通常は０．１〜２０％、好ましくは０．２〜１０％である。臭素、ヨウ素、臭化金属、またはヨウ化金属の添着量が、活性炭に対する重量割合で０．１％未満の場合は優れた浄化能力が得られず、２０％を越えても優れた浄化能力を得られるが、そのような浄化剤は製造が困難である。
【００１６】
活性炭に臭素、ヨウ素、臭化金属、またはヨウ化金属を添着する方法は、これらを活性炭に均一に添着できる方法であれば特に限定されない。例えば、これらを水または有機溶媒に溶解して活性炭に含浸させた後乾燥する方法、あるいは活性炭をかき混ぜながらこれらの溶液を振りかけて乾燥させる方法等がある。尚、浄化剤は乾燥状態で優れた浄化能力を発揮するが、浄化剤全量に対して５ｗｔ％以下の量であれば水分を含んでいてもよい。
【００１７】
浄化剤は、通常は有害ガスの浄化筒に充填され、固定床として用いられるが、移動床として用いることも可能である。浄化剤を浄化筒に充填したときの充填密度は、浄化剤の形状及び調製方法により異なるが、０．４〜２．０ｇ／ｍｌ程度である。浄化処理は、通常は有害成分として前述の有機ケイ素化合物が含まれる有害ガスを、浄化剤が充填された浄化筒内に流通し、浄化剤と接触させることにより行なわれる。
【００１８】
本発明の浄化方法においては、浄化するために特に加熱や冷却を必要としないことから、浄化剤と処理対象ガスとの接触温度は、通常は１００℃以下であり、好ましくは室温付近の温度（１０〜５０℃）で操作される。尚、浄化開始後は反応熱により１０〜４０℃程度の温度上昇が見られることもあるが、異常な発熱を生じたりする虞はない。
また、浄化時の圧力にも特に制限はないが、通常は常圧で行なわれるほか、減圧乃至０．１ＭＰａ／ｃｍ２Ｇのような加圧下で操作することも可能である。
また、本発明が適用される処理対象ガスは乾燥状態であってもまた湿度の高い状態であっても結露を生じない程度であればよい。
【００１９】
本発明の浄化方法が適用される処理対象ガス中に含まれる有機ケイ素化合物の濃度及び流速には特に制限はないが、一般的に濃度が高いほど流速が小さく設定される。有機ケイ素化合物の濃度は通常は１％以下であるが、これよりも高濃度の有機ケイ素化合物の処理も可能である。尚、本発明における処理対象ガスは、通常は窒素、アルゴン、ヘリウム、水素等のベースガスに有機ケイ素化合物を含むものであるが、ベースガスに水素が含まれる場合は、処理対象ガス中の水素濃度は、通常は５０％以下、好ましくは２０％以下となるように設定される。水素濃度が５０％を越える場合は、浄化剤との接触の際に臭化水素あるいはヨウ化水素が発生する虞がある。
【００２０】
また、浄化筒は処理対象ガスの量、有機ケイ素化合物の濃度などに応じて設計されるが、通常は有機ケイ素化合物の濃度が０．１％以下のような比較的低濃度では、空筒線速度（ＬＶ）は０．５〜５０ｃｍ／ｓｅｃ、有機ケイ素化合物の濃度が０．１〜１％程度では、ＬＶは０．０５〜２０ｃｍ／ｓｅｃ、有機ケイ素化合物の濃度が１％以上のような高濃度では、ＬＶは１０ｃｍ／ｓｅｃ以下の範囲で設計される。
【００２１】
【実施例】
次に、本発明を実施例により具体的に説明するが、本発明がこれらにより限定されるものではない。
【００２２】
実施例１
（浄化剤の調製）
臭化銅１０ｇを水１０００ｍｌに溶解した溶液を、活性炭（武田薬品工業（株）製、白鷺Ｇ２Ｃ）１０００ｇに均一に含浸させた後、５０℃で１６時間乾燥して浄化剤を調製した。（臭化銅の活性炭に対する重量割合１．０ｗｔ％）尚、浄化剤中の水分含有率は１．２ｗｔ％であった。
【００２３】
（浄化試験）
この浄化剤を内径２０ｍｍの石英ガラス製の浄化筒に３１．４ｍｌ充填し、乾燥窒素中に有害成分としてビニルトリメチルシラン４２００ｐｐｍを含有するガスを２０℃、常圧下で４７０ｍｌ／ｍｉｎ（空筒線速度２．５ｃｍ／ｓｅｃ）の流量で流通させた。この間、浄化筒の出口ガスの一部をサンプリングし、赤外吸収スペクトル測定装置（検知下限１ｐｐｍ）を用いて、ビニルトリメチルシランが検知されるまでの時間（有効処理時間）を測定し、浄化剤１Ｌ（リットル）当たりに対するビニルトリメチルシランの除去ガス量（Ｌ）（浄化能力）を求めた。その結果を表１に示す。
【００２４】
実施例２〜４
実施例１の浄化剤の調製における臭化銅の添着量を、各々２．５ｇ、５．０ｇ、５０ｇに変えたほかは実施例１の浄化剤と同様にして、３種類の浄化剤を得た。尚、これらの浄化剤中の水分含有率は、いずれも０．５〜１．５ｗｔ％の範囲内であった。実施例１の浄化試験における浄化剤を、これらの浄化剤に替えたほかは実施例１と同様にして浄化試験を行なった。その結果を表１に示す。
【００２５】
実施例５〜７
実施例１の浄化試験におけるビニルトリメチルシランの濃度を、各々２００ｐｐｍ、１０００ｐｐｍ、９０００ｐｐｍに変えたほかは実施例１と同様にして浄化試験を行なった。その結果を表１に示す。
【００２６】
実施例８〜３３
実施例１の浄化剤の調製における臭化銅を、各々臭化リチウム、臭化ナトリウム、臭化カリウム、臭化マグネシウム、臭化カルシウム、臭化ストロンチウム、臭化マンガン、臭化鉄、臭化コバルト、臭化ニッケル、臭化亜鉛、臭化アルミニウム、臭化錫、ヨウ化リチウム、ヨウ化ナトリウム、ヨウ化カリウム、ヨウ化マグネシウム、ヨウ化カルシウム、ヨウ化ストロンチウム、ヨウ化マンガン、ヨウ化鉄、ヨウ化コバルト、ヨウ化ニッケル、ヨウ化銅、ヨウ化亜鉛、またはヨウ化錫に替えたほかは実施例１の浄化剤と同様にして２６種類の浄化剤を得た。これらの浄化剤中の水分含有率は、いずれも０．５〜１．５ｗｔ％の範囲内であった。実施例１の浄化試験における浄化剤を、各々これらの浄化剤に替えたほかは実施例１と同様にして浄化試験を行なった。その結果を表１に示す。
【００２７】
実施例３４〜３５
実施例１の浄化剤の調製における臭化銅を各々臭素またはヨウ素に替え、溶媒をエタノールに替えたほかは実施例１の浄化剤と同様にして２種類の浄化剤を得た。これらの浄化剤中の水分含有率は、いずれも０．５〜１．５ｗｔ％の範囲内であった。実施例１の浄化試験における浄化剤を、各々これらの浄化剤に替えたほかは実施例１と同様にして浄化試験を行なった。その結果を表１に示す。
【００２８】
実施例３６〜３９
実施例１の浄化試験における有害成分を、各々ビニルトリメトキシシラン、アリルトリメチルシラン、アリルトリメトキシシラン、またはアリルトリフェニルシランに変えたほかは実施例１と同様にして浄化試験を行なった。その結果を表１に示す。
【００２９】
比較例１
実施例１の浄化試験における浄化剤を、無添着の活性炭（武田薬品工業（株）製、白鷺Ｇ２Ｃ）に替えたほかは実施例１と同様にして浄化試験を行なった。その結果を表１に示す。
【００３０】
比較例２〜５
実施例１の浄化試験における浄化剤を、無添着の活性炭（武田薬品工業（株）製、白鷺Ｇ２Ｃ）に替え、さらに有害成分を、各々ビニルトリメトキシシラン、アリルトリメチルシラン、アリルトリメトキシシラン、またはアリルトリフェニルシランに変えたほかは実施例１と同様にして浄化試験を行なった。その結果を表１に示す。
【００３１】
【表１】
0004493824.tif 000002
【００３２】
【発明の効果】
本発明の有害ガスの浄化方法及び浄化剤により、有害成分として一般式ＣＨ２ＣＨ-ＳｉＲ３、ＣＨ２ＣＨ-Ｓｉ(ＯＲ)３、ＣＨ２ＣＨＣＨ２-ＳｉＲ３、またはＣＨ２ＣＨＣＨ２-Ｓｉ(ＯＲ)３（Ｒは飽和炭化水素または芳香族化合物）で表される有機ケイ素化合物を含む有害ガスを、乾式浄化法を用いて実用上浄化することが可能となった。