(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料ガスの燃焼によって排ガスを燃焼処理する排ガス除害装置において、燃焼バーナーと、該燃焼バーナーの燃焼部を囲って設けられ、底部の空気取り入れ孔からの空気供給量を調整して、燃料ガスの燃焼とともに排ガス中の有害成分を燃焼させる一次領域において燃料の理論空気量に対する空気比が０．６〜０．８となるように燃焼を行わせる、複数の空気導入孔を有する内筒と、外気取り入れ口とを備えた燃焼筒を、半導体製造工程で排出される排ガスの排出系統の数に応じて複数設けるとともに、各燃焼筒の排気口を排気用集合ダクトに連結してなることを特徴とする半導体製造工程排ガス除害装置。
【請求項２】
燃焼筒が水平となるか又は燃焼筒の排気口が水平より下向きとなるように、各燃焼筒を集合ダクトに横向きに接続したことを特徴とする請求項１記載の半導体製造工程排ガス除害装置。
【請求項３】
燃焼筒の傾斜度が、１０°以下となるように燃焼筒が集合ダクトに接続されている請求項２記載の半導体製造工程排ガス除害装置。
【請求項４】
各燃焼筒の燃焼バーナーに、半導体製造工程で排出される排ガスを供給するための各々の排ガス供給管の途中において、緊急時に排ガスを外部に放出するための緊急放出管を、排ガス供給管に対してＴ字状に分岐させて設けるとともに、緊急放出管からの排ガス放出方向に向かって排ガス希釈用の不活性ガスを供給する不活性ガス導入ノズルを設けたことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の半導体製造工程排ガス除害装置。
【請求項５】
不活性ガス導入ノズルが、不活性ガスをノズル部において音速以上の流速で導入する超音速ノズルである請求項４記載の半導体製造工程排ガス除害装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、可燃性ガスや有毒性ガス、或いは環境保護の観点から大気中に排出する際に除去したり濃度を低減させる必要のあるガス成分等が含まれる半導体製造工程において排出される排ガスを、燃焼分解して除害するための半導体製造工程排ガス除害装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体を製造する際の各種の工程において排出される排ガス中には半導体材料であるＳｉＨ4等の有害成分が含まれており、このような成分を含む排ガスはそのままでは大気中に排出することができない。そこで、このような有害成分を含む排ガスを大気中に排出するにあたって、半導体製造工程排ガス中の有害成分を燃焼分解して除害する排ガス除害装置が種々提案されている。
【０００３】
ところで、従来は半導体製造工程で排出される排ガス中の有害成分として、燃焼式の排ガス除害装置による処理の対象とされていたのは、主にＳｉＨ4 であったが、近年、半導体製造装置の大型化、枚葉式装置の普及に伴うマルチチャンバー化、製造プロセスの複雑化等によって、異なる経路で排出された大量の排ガスを同時に処理したり、同一経路に時間サイクルを変えて流される種類の異なる排ガスを同一の除害装置で処理することが必要な場合が生じ、高い燃焼効率を持つ排ガス除害装置が必要となってきた。
【０００４】
このような実情に鑑み、近年は一つの燃焼筒内に複数の燃焼バーナーを備え、各バーナーに異なる経路で排出された排ガスをそれぞれ供給して処理するようにした排ガス除害装置や、一つの燃焼筒内に大容量の燃焼バーナーを設け、このバーナーに異なる経路で排出された複数の排ガスを供給して処理するようにした排ガス除害装置が使用されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、一つの燃焼筒内に複数の燃焼バーナーを設けた装置では、排ガス供給系統の増加等により燃焼バーナーの数を増やす必要が生じた場合、その都度燃焼筒の大きさも設計しなおす必要があり、また燃焼筒内の燃焼バーナーの配置や燃焼筒内に取り入れた大気の筒内の流れによる燃焼効率への影響も大きく、設置前の調整に多大な時間を要するという問題があった。また一つの燃焼筒内に複数の燃焼バーナーを設けるためには、各燃焼バーナーへ接続する排ガス供給管等の配管系統が複雑となり、組み立て作業が煩雑となるという問題もあった。
【０００６】
一方、一つの燃焼筒内に大容量の燃焼バーナーを設けた装置の場合、複数の燃焼バーナーを設ける装置に比べ、排ガス供給系統の増加等に容易に対応することができる。しかしながら、排ガス除害装置で処理する排ガス量や種類は、常に一定とは限らないため、大容量の燃焼バーナーを備えた除害装置の場合、大量の排ガスは効率良く処理できても、排ガスの処理量が少ない場合には単位燃料量に対する処理効率が悪くなる虞れがあった。また一つの燃焼バーナーに異なる排ガスを導入して処理する場合、可燃性ガスと支燃性ガスとを混合して燃焼バーナーに供給すると、両者の組み合わせや濃度によっては爆発等を生じる危険もあった。しかも一つの燃焼バーナーに複数の排ガス供給系統からの排ガスを供給して処理する除害装置の場合、一つの排ガス供給系統に異常が生じると他の排ガス供給系統から供給される全ての排ガスの処理も停止しなければならないという問題があった。
【０００７】
更に、排ガス中にＳｉＨ4 が含まれていると、その燃焼生成物であるＳｉＯ2 の粉末が燃焼筒の排気口付近に蓄積され易いが、従来の装置ではＳｉＯ2 粉末が一定量以上蓄積されると燃焼バーナー部に落下して燃焼効率に悪影響を及ぼすのみならず、甚だしい場合には火炎を消してしまう虞れがあった。このような問題を解決するために、燃焼バーナーを下向きに設けることも検討されているが、この場合、燃焼筒内で燃焼された排ガスは燃焼筒下方の排気口から排出されるため、燃焼筒の下側に排出された処理後の排ガスを、再び上方に排出するような構造の排気ダクトを設計する必要があり、排気ダクトの設置に大きなスペースを要するという問題があった。
【０００８】
更にまた、燃焼式の排ガス除害装置には、排気ファンの停止、燃焼火炎の立ち消え、燃焼筒からの排気ラインの閉塞等の異常が生じた場合に排ガスを燃焼筒に供給することなく速やかに外部へ放出するための緊急放出管が、燃焼筒に排ガスを供給する排ガス供給管の途中に設けられている。しかしながら、従来の装置では図３に示すように燃焼筒１に設けられた燃焼バーナー２に排ガスを供給する排ガス供給管３は、途中で直角に曲げられて燃焼バーナー２に接続されており、排ガス供給管３の延長方向となるように緊急放出管４が設けられた構成となっている。このため、通常時、排ガスは曲がった排ガス供給管３を通って燃焼バーナー２に供給され、排ガスの滞留を生じ易い。また、緊急時に緊急放出管４から排ガスを外部に放出する際に、排ガスを希釈するための不活性ガスを供給する不活性ガス供給管５が、緊急放出管４から排ガスを放出する向きに対して直行する方向から不活性ガスが供給される構造となっているため、緊急時の排ガスの放出が迅速に行い難いばかりか、不活性ガスの圧力によって排ガスの流れが妨げられる虞れもあった。
【０００９】
本発明は上記従来の排ガス除害装置の有する種々の問題を解決し得る、排ガス除害装置を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
即ち、本発明の半導体製造工程排ガス除害装置は、燃料ガスの燃焼によって排ガスを燃焼処理する排ガス除害装置において、燃焼バーナーと、該燃焼バーナーの燃焼部を囲って設けられ、底部の空気取り入れ孔からの空気供給量を調整して、燃料ガスの燃焼とともに排ガス中の有害成分を燃焼させる一次領域において燃料の理論空気量に対する空気比が０．６〜０．８となるように燃焼を行わせる、複数の空気導入孔を有する内筒と、外気取り入れ口とを備えた燃焼筒を、半導体製造工程で排出される排ガスの排出系統の数に応じて複数設けるとともに、各燃焼筒の排気口を排気用集合ダクトに連結してなることを特徴とする。
【００１１】
本発明装置において、燃焼筒が水平となるか又は燃焼筒の排気口が水平より下向きとなるように、各燃焼筒を集合ダクトに横向きに接続することにより、ＳｉＨ4を含む排ガスを処理した際に生じるＳｉＯ2粉末による燃焼障害を防止することができる。また各燃焼筒の燃焼バーナーに、半導体製造工程で排出される排ガスを供給するための各々の排ガス供給管の途中において緊急時に排ガスを外部に放出するための緊急放出管を、排ガス供給管に対してＴ字状に分岐させて設けるとともに、緊急放出管からの排ガス放出方向に向かって排ガス希釈用の不活性ガスを供給する不活性ガス導入ノズルを設けることにより、通常時は燃焼バーナーへの排ガスの供給を円滑に行うことができるとともに、緊急時には排ガスを円滑かつ迅速に放出することができる。
【００１２】
【実施例】
以下、本発明の実施例を図面に基づき説明する。
図１は本発明の排ガス除害装置の一実施例を示し、図１において１は燃焼筒で、各燃焼筒１内には、それぞれ図２に示すように燃焼バーナー２が設けられている。図中、３は排ガス供給管、４は緊急放出管、５は不活性ガス供給管、６は排気用集合ダクトである。本発明の排ガス除害装置は、図１に示すように排気用集合ダクト６に各燃焼筒１の排気口７がそれぞれ連結され、各燃焼筒１内の燃焼バーナー２には、異なる系統からの排ガスが、排ガス供給管３によって供給されるように構成されている。
【００１３】
本発明の排ガス除害装置の特徴の一つは、燃焼バーナー２を備えた燃焼筒１を、排ガス供給系統の数に応じて必要な複数設けた点にあるが、更に好ましくは燃焼筒１を横向きにして排気用集合ダクト６に接続することである。燃焼筒１を横向きにすることにより、排ガス中にＳｉＨ4が含まれていても、その燃焼生成物であるＳｉＯ2の粉末による燃焼バーナー２の燃焼障害が生じ難い。燃焼筒１は集合ダクト６に水平に接続しても良いが、排気口７をやや下向きに傾斜させた横向きに接続すると、ＳｉＯ2粉末による燃焼バーナー２の燃焼障害発生をより効果的に防止することができる。燃焼筒１を傾斜させる場合、傾斜角：αは、１０°以下とすることが好ましいが、装置全体のレイアウト等を考慮して、特に５°前後に設定することが好ましい。燃焼筒１を横向きにして排気用集合ダクト６に接続する場合、排気用集合ダクト６は下方から上方に排気するように垂直ないし斜めに上方に向けて設ける。
【００１４】
燃焼筒１の内側の燃焼バーナー２には、特に図示しないが、排ガスの排出方向に沿った回転軸を有し、排ガス流によって回転する自由回転羽根を設けることもできる。このような自由回転羽を設けておくと、排ガス中に含まれるＳｉＨ4 の燃焼生成物であるＳｉＯ2 粉末の排気口７付近への付着蓄積を防止できる。
【００１５】
本発明の排ガス除害装置において、図２に示すように燃焼バーナー２の燃焼部を囲う内筒８を燃焼筒１内に設けてある。本発明者等の研究によれば、排ガス中の有害成分を効率良く燃焼分解するためには、適切な空気を供給して燃料ガスの燃焼とともに排ガス中の有害成分を燃焼させる一次領域（図中、ａの符号を付した領域）、燃焼によって生じたＣＯ、Ｈ2を更に燃焼させるために段階的に少量の空気を供給する二次領域（図中、ｂの符号を付した領域）、及び大量の空気を供給して燃焼処理した排ガスの温度を低下させるとともに、排ガスを希釈する希釈領域（図中、ｃの符号を付した領域）の各工程を適切に行うことが必要であることが判明した。
【００１６】
燃焼バーナー２に供給される燃料ガス中には、予め空気が混合されているが、排ガス中の有害成分を効率良く燃焼させるには更に火炎の外側から外気を供給する必要がある。従来のこの種の排ガス除害装置では、上記内筒８に相当するものがないため、燃焼筒内に導入された外気は直接燃焼バーナーに供給される。しかしながら、燃焼筒に導入した外気をそのまま燃焼バーナーに供給すると、過剰な空気を供給して燃焼バーナー付近の温度低下をきたす虞れがあったが、上記したように燃焼筒１内に、燃焼バーナー２の燃焼部を囲む内筒８を設け、内筒８の底部に空気取り入れ孔９を設け、該空気取り入れ孔９の孔径を調整するようにして一次領域ａにおける空気供給量を調整することにより、一次領域ａにおいて最適な燃焼が行えるように調整することができる。
【００１７】
一次領域ａにおいて燃焼処理が施された排ガス中には、ＣＯやＨ2 等が含まれているが、二次領域ｂにおいて大量の空気を供給するとこれらの物質の完全燃焼が妨げられる。このため二次領域ｂにおいては内筒８に空気取り入れ孔１０を設け、該空気取り入れ孔１０の数、孔間隔及び孔径の調節によって二次領域ｂへの空気供給量を調節する。通常、一次領域では燃焼効率や燃焼排出ガス等から燃料の理論空気量に対する空気比が０．６〜０．８になるように燃焼を行わせる。このため二次領域ｂでは完全燃焼に必要な残りの空気量を導入するようにし、筒内の平均空気流速から必要な空気孔面積を計算し、孔径を決定する。二次領域ｂにおける空気孔の位置は、筒内流速等から経験的に決められる。但し、この際、空気孔は同一断面積で対向する位置に設け、流入空気の攪拌を促進するようにする。また，空気孔数は１２〜３６個が好ましく、特に２４個とすることが好ましい。
【００１８】
二次領域ｂを通過後の排ガスの温度を速やかに低下させるために、希釈領域ｃには大量の希釈用空気を導入する必要がある。このため内筒８の希釈領域ｃ部分には、前記二次領域ｂにおける空気取り入れ孔１０よりも多くの開口面積を持つ取り入れ孔１１を設ける。希釈領域ｃへの希釈用空気導入量は、空気取り入れ孔１１の数や孔間隔、孔径によって調節する。希釈領域ｃへの流入空気量は、燃焼筒に導入した外気量から前述の一次領域ａ、二次領域ｂにおいて内筒ｂに導入した空気量を差し引いた量となる。従って、希釈領域ｃにおいて最も留意する点は、一次領域ａ、二次領域ｂへの流入空気に影響がないよう、燃焼筒１の排気口７の断面積よりも、この領域での空気取り入れ孔総面積を大きくとる必要がある。またその数は希釈領域ｃの同一平断面内で４〜８個とし、他の平断面では空気孔の上下位置が重ならないように千鳥状に設けて内筒８内での空気混合を促進させることが好ましい。希釈領域ｃにおける空気孔の径は、孔の総面積、配列と設置スペース等から決定される。尚、燃焼筒１内へは外気取り入れ口１２から外気を取り入れることができるようになっており、燃焼筒１内に導入された外気は、一部は燃焼用に残りは排ガスの排気用に利用される。外気取り入れ口１２からの外気取り入れ量は、ダンパ１３の開き度を変化させることによって調整される。
【００１９】
本発明の装置において、各燃焼筒１の燃焼バーナー２に排ガスを供給する排ガス供給管３は、各々ストレートに燃焼バーナー２と接続されるように構成することが好ましい。一方、各排ガス供給管３の途中に、緊急時に排ガスを外部に放出するための緊急放出管４を、排ガス供給管３に対してＴ字状に分岐させて設けるとともに、緊急放出管４からの排ガス放出方向に向かって、不活性ガス供給管５から供給される排ガス希釈用の不活性ガスを供給する不活性ガス導入ノズル１４を設けることが好ましい。このように排ガス供給管３、緊急放出管４、不活性ガス導入ノズル１４を配置すると、通常時（燃焼バーナー２による排ガスの燃焼処理時）は排ガスが矢印Ａ方向に滞留なく円滑に供給される。一方、燃焼中に異常等が生じたような場合には、緊急放出管４の弁１５を開くとともに、不活性ガス導入ノズル１４から不活性ガスを供給することにより、排ガスは緊急放出管４を経て円滑且つ迅速に外部に放出される（矢印Ｂ）。
【００２０】
不活性ガス導入ノズル１４としては、不活性ガスをノズル部において音速以上の流速で導入することのできる超音速ノズルが好ましい。不活性ガスを超音速ノズルから導入すると、ノズル先端のごく近傍ではガスの動圧増加に伴い静圧が低下するため、不活性ガスが排ガス供給管３中のノズル先端付近に存在するガスを吸収して同伴する効果が得られ、緊急時に緊急放出管４から排ガスを放出する際の排ガスの滞留等を防止できる効果がある。超音速ノズルとしてはラバール管の構造を持つものが好ましいが、ノズル部における流速を音速以上とすることができるものであれば、その構造については特に限定されない。
【００２１】
本発明が対象とする排ガスとは、可燃性成分や有毒成分を含むもの、或いは環境保護の観点から大気中に排出する際に除去したり濃度を低減させる必要のある成分等を含む排ガスであり、例えば半導体を製造する際の各種の工程において排出される、ＳｉＨ4 、ＳｉＨ2 Ｃｌ2 、ＧｅＨ4 、Ｂ2 Ｈ6 、ＡｓＨ3 、ＰＨ3 、ＮＦ3 、又はＣ2 Ｆ6 等を含むガスが挙げられる。
【００２２】
また、燃焼バーナー２に供給する燃料ガスとしては、水素、メタン、プロパン、ブタン、エチレン、天然ガス、或いはこれらの混合ガスを主燃料とし、これに必要に応じて空気や酸素富化された空気等を助燃ガスとして混合したものが用いられる。
【００２３】
【作用】
本発明の除害装置は、燃焼バーナー２を備えた燃焼筒１を複数有し、排ガスの排出系統の数の増加に応じ、燃焼筒１の数を増加させるように構成する。排ガス系統が増加した場合には、燃焼バーナー２を備えた燃焼筒１を増設することにより、排ガス系統の増加に対応し得るような大容量の燃焼バーナーを備えていなくても、排ガス系統の増加に対応できる。
【００２４】
【発明の効果】
本発明の半導体製造工程排ガス除害装置は、内部に燃焼バーナーを備えた燃焼筒を、半導体製造工程で排出される排ガスの供給系統の数に応じて複数設け、排ガス供給系統が増加した場合には、新たに増加した系統から排出される排ガスを燃焼させるための燃焼筒を増設するように構成したものであるため、一つの燃焼筒内に複数の排ガス供給系統から排出される排ガスを燃焼させるための複数の燃焼バーナーを備えた装置に比べ、排ガス系統の増加に対する対応が容易である。また排ガス系統毎に独立した燃焼筒内で排ガスを燃焼させるため、排ガスを燃焼させて排出するために必要な外気の取り入れ量を、排ガスの種類に応じた最適量となるように調整することが可能となる。更に、一つの燃焼筒内に大容量の燃焼バーナーを一つ設け、この燃焼バーナーによって全ての排ガスを一括して処理する装置に比べ、排ガス処理量が少ない場合でも、効率の良い処理が可能である。また、いずれかの系統の排ガスを処理する燃焼筒内の燃焼バーナー等に不具合が生じたとしても、その他の系統の排ガス処理には全く影響を及ぼすことがなく、通常通りの処理が行える等の効果を有する。また燃焼筒内に、底部の空気取り入れ孔からの空気供給量を調整して一次領域において燃料の理論空気量に対する空気比が０．６〜０．８となるように燃焼を行わせる、空気導入孔を複数設けた内筒を燃焼バーナーの燃焼部を囲って設けたことにより、排ガスの燃焼処理を更に効果的に行うことができる。
【００２５】
また燃焼筒を水平としたり燃焼筒の排気口が水平より下向きとなるように、燃焼筒を集合ダクトに横向きに接続することにより、排ガス中にＳｉＨ4等が含まれていても、その燃焼によって生成したＳｉＯ2粉末によって燃焼バーナーの燃焼が妨げられる虞れがなく、効率良く排ガスの燃焼処理を行うことができる。
【００２６】
更に、排ガス供給管の途中に、緊急時に排ガスを外部に放出するための緊急放出管を、排ガス供給管に対してＴ字状に分岐させて設けるとともに、緊急放出管からの排ガスの放出方向に向かって排ガス希釈用の不活性ガスを供給する不活性ガス導入ノズルを設けることにより、通常時には燃焼バーナーに供給する排ガスを滞留なく円滑に行えるとともに、緊急時には不活性ガスによって円滑且つ迅速に排ガスを外部に放出することができる等の効果を有する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の排ガス除害装置の一例の概略を示す略図である。
【図２】本発明の排ガス除害装置における燃焼筒内の構成を示す縦断面略図である。
【図３】従来の排ガス除害装置の構成の概略を示す略図である。
【符号の説明】
１  燃焼筒
２  燃焼バーナー
３  排ガス供給管
４  緊急放出管
６  排気用集合ダクト
７  排気口
８  内筒
１２  外気取り入れ口
１４  不活性ガス導入ノズル
【図１】
0003866808.tif 000002
【図２】
0003866808.tif 000003
【図３】
0003866808.tif 000004