(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくともＳｉＦ4とＳＯ3とフッ素化合物とを含有する排ガスを処理する排ガス処理装置であって、
被処理ガス中のＳＯ3とＳｉＦ4の少なくともいずれかを分離するガス分離手段と、前記ガス分離手段を通過した被処理ガスに含まれる酸性ガスまたはケイ素化合物の少なくともいずれかを除去する湿式除去装置と、湿式除去装置を通過した被処理ガスに含まれるフッ素化合物を分解する触媒を備えたフッ素化合物分解装置とを有することを特徴とする排ガス処理装置。
【請求項２】
請求項１に記載された排ガス処理装置であって、前記ガス分離手段は、酸性ガスの除去材を備えた乾式除去装置であることを特徴とする排ガス処理装置。
【請求項３】
請求項２記載の排ガス処理装置であって、
前記乾式除去装置は、アルカリ金属，アルカリ土類金属を含有する化合物，活性炭，ゼオライト，メソポーラスシリカのいずれかを有することを特徴とする排ガス処理装置。
【請求項４】
請求項１に記載された排ガス処理装置であって、前記ガス分離手段で分離されたガスを湿式除去装置の後段で前記被処理ガスに混入させることを特徴とする排ガス処理装置。
【請求項５】
請求項１ないし４のいずれかに記載された排ガス処理装置であって、
前記フッ素化合物分解装置を通過した被処理ガスを冷却する冷却装置と、前記冷却された被処理ガスより、被処理ガス中の酸性ガスを除去する酸性ガス除去装置を有することを特徴とする排ガス処理装置。
【請求項６】
請求項５に記載された排ガス処理装置であって、前記ガス分離手段で分離されたガスは、前記湿式除去装置の後段で前記フッ素化合物分解装置の前段、または、前記フッ素化合物分解装置の後段で前記酸性ガス除去装置の前段で前記被処理ガスに混入させることを特徴とする排ガス処理装置。
【請求項７】
請求項１ないし６のいずれかに記載された排ガス処理装置であって、
前記フッ素化合物分解装置の前段には、ケイ素化合物捕捉材を設けたことを特徴とする排ガス処理装置。
【請求項８】
フッ素化合物を含有する排ガスを処理する排ガス処理装置であって、
ＳｉＦ4とＳＯ3を含む被処理ガスに含まれる酸性ガスまたはケイ素化合物の少なくともいずれかを除去する湿式除去装置と、前記湿式除去装置を通過した被処理ガスに含まれるＳＯ3ミストを除去するミスト除去装置と、前記ミスト除去装置を通過した被処理ガスに含まれるフッ素化合物を分解する触媒を備えたフッ素化合物分解装置とを有し、前記湿式除去装置はＳｉＦ4とＳＯ3との結合を解離させる手段を備えたことを特徴とする排ガス処理装置。
【請求項９】
請求項８に記載された排ガス処理装置であって、前記解離させる手段は温水を供給する手段であることを特徴とする排ガス処理装置。
【請求項１０】
少なくともＳｉＦ4とＳＯ3とフッ素化合物とを含有する排ガスの処理方法であって、ＳｉＦ4とＳＯ3とのいずれかを被処理ガスより分離するガス分離工程と、前記ガスが分離された被処理ガスと水とを接触させる湿式除去工程と、被処理ガスに含まれるフッ素化合物を触媒により分解するフッ素化合物分解工程とを有することを特徴とする排ガスの処理方法。
【請求項１１】
請求項１０に記載された排ガスの処理方法であって、前記湿式除去工程の後に、前記分離されたＳｉＦ4とＳＯ3とのいずれかのガスを被処理ガスに混合する工程を有することを特徴とする排ガスの処理方法。
【請求項１２】
請求項１０または１１に記載された排ガスの処理方法であって、
前記フッ素化合物分解工程の後段に、被処理ガスを冷却する冷却工程と、被処理ガス中の酸性ガスを除去する酸性ガス除去工程とを有することを特徴とする排ガスの処理方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、排ガス処理装置に関し、詳しくは、半導体，液晶製造工場等から排出されるパーフルオロコンパウンド等のフッ素化合物を含む排ガスを処理するための処理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体或いは液晶の製造プロセスでは、エッチング或いはクリーニングを行うにあたり、通常、フッ素化合物ガス、特にパーフルオロコンパウンド（Perfluorocoupound、以下ＰＦＣという）を用いる。ＰＦＣの一例を示すと、ＣＦ4，Ｃ2Ｆ6，Ｃ3Ｆ8，ＣＨＦ3，Ｃ4Ｆ8，ＳＦ6、及びＮＦ3等がある。ＰＦＣは二酸化炭素（ＣＯ2）の数千倍から数万倍の赤外線吸収度を持つ地球温暖化ガスであり、２００５年２月に発行された京都議定書で全世界的に排出が制限された。エッチング或いはクリーニング工程では、導入したＰＦＣの一部しか使用されず、大部分は排ガスとして排出される。このようなＰＦＣを含む排ガスは、ＰＦＣを排ガスから除去或いは分解した後に、大気に排出することが必要である。
【０００３】
排ガス中のＰＦＣを除去，分解する方法としては、触媒法，燃焼法，プラズマ法，薬剤法等が知られている。現在は簡便なメンテナンス，低ランニングコスト，高ＰＦＣ分解率の観点から、触媒法を用いたＰＦＣ分解方法が普及しつつある。
【０００４】
エッチングプロセスでは、半導体や液晶の基板であるシリコンウエハーを掘削するため、まず、供給されたＰＦＣガスにプラズマを照射させ、フッ素ラジカルを形成し、生成したフッ素ラジカルによりシリコンウエハーを掘削する。その際、副生成物としてＳｉＦ4やＨＦが生成する。生成したＳｉＦ4はエッチングガスとして未使用ＰＦＣと共にフッ素化合物除去装置に供給される。
【０００５】
特開２０００−１４０５７６（特許文献１），特開平１１−７０３２２（特許文献２）には、フッ素化合物を含有するガスの処理方法として、ＳｉＦ4，ＨＦ等のガスを除去した後、ＰＦＣなどのフッ素化合物を分解することが掲載されている。
【０００６】
【特許文献１】特開２０００−１４０５７６号公報
【特許文献２】特開平１１−７０３２２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上記のような処理のフッ素化合物を含有する排ガスの処理装置を長期間使用すると、触媒の性能の低下によりＰＦＣの分解率が低下した。触媒の性能が早期に低下すると、頻繁に触媒の交換等のメンテナンスが必要となる。そこで本願発明の目的は、触媒性能の低下を抑制し、長期間のメンテナンスを不要とするフッ素化合物を含有する排ガスの処理装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決する排ガス処理装置は、ＰＦＣガス，ＳＯ3、及びＳｉＦ4を含む被処理ガス中の水溶性ガスを除去する湿式除去装置と、湿式除去装置後段に前記ＰＦＣガスを分解するガス分解装置を備えたフッ素化合物を含有する排ガス処理装置であり、ガス分解装置前段でＳｉＦ4を除去する。
【０００９】
更に、本発明の特徴は、湿式除去装置の前段に、ＳＯ3のようなミスト形成ガスとＳｉＦ4のようなミスト付着ガスを分離する手段として乾式除去装置等のガス及び／又はミスト分離装置を設けたことにある。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、フッ素化合物処理装置の触媒の延命化が可能である。また、メンテナンス頻度が低下し、ランニングコストも削減できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
上述のように、従来のフッ素化合物を含有する排ガスの処理装置では、ＳｉＦ4，ＨＦ等の酸性ガスやエッチング工程で生成した固形物を湿式除去装置で除去し、その後ＰＦＣをフッ素化合物の分解触媒により除去する。しかし、発明者らは、種々の検討により、ある特定の条件下ではＰＦＣ分解触媒の性能の劣化が生じていることを突き止めた。その要因は、湿式除去装置でのＳｉＦ4除去性能の低下で、上記プロセスに則って排ガスが処理されず、分解触媒が被毒されることにあった。
【００１２】
従来、エッチング排ガスに含まれるＳｉＦ4以外の酸性ガスとして、ＨＦ，ＨＣｌ，ＨＢｒ，ＷＦ6，ＳＯ2，ＳＯＦ2，ＳＯ2Ｆ2，ＳＦ4，ＣＯＦ2等が知られている。これらのガスが共存する条件ではＳｉＦ4も湿式除去装置内で十分に除去することができる。しかし、発明者らは触媒被毒の原因を追求する中で、上記以外のガスがエッチング排ガス内に含まれる可能性を検討し、ＳＯ3ガスがエッチング排ガスに含まれることで湿式除去装置内においてＳｉＦ4が除去されないことを発見した。ＳＯ3は分析により同定が困難なガスであった。例えば、エッチング工程でＳＦ6ガスを用いると、ＳＦ6ガス分解によりＳＯ3ガスが生成する。湿式除去装置内でＳＯ3によりＳｉＦ4が除去できない原因としては、ＳＯ3ガスが湿式除去装置内で硫酸ミストになり、その硫酸ミスト中のＨ原子とＳｉＦ4中のＦ原子が水素結合により付着して、湿式除去装置で除去されず通過し、ＳｉＦ4が分解触媒に流入していると推測される（図１３参照）。
【００１３】
従って、触媒によりＰＦＣを分解する排ガスの処理装置では、被処理ガス中にミスト形成ガスであるＳＯ3ガスが共存していると、湿式除去装置のみによる従来の前処理では触媒被毒物質であるＳｉＦ4を完全に除去できない。その結果、ＳｉＦ4により触媒が被毒・劣化するので触媒寿命が短命化する。本願ではＳＯ3のようなミスト形成ガスの存在下でも、フッ素化合物の分解触媒の前段の前処理工程でケイ素化合物を効率良く除去し、触媒を劣化させない手段を検討した。
【００１４】
発明者らは、前処理工程でのＳｉＦ4、及びＳＯ3の反応機構を種々検討した結果、以下の発明に至った。
【００１５】
図１は本発明の処理方法の一例を示したシステムフローである。本システムはガス分離工程，湿式除去工程，フッ素化合物分解工程，排ガス冷却工程，酸性ガス除去工程から構成される。半導体或いは液晶の製造プロセス等から排出されたＰＦＣ，ＳｉＦ4，ＳＯ3を含む被処理ガスは、まず、ガス分離工程に送られ、ミスト形成ガスであるＳＯ3とミスト付着ガスであるＳｉＦ4が分離される。その後、ガス分離工程から排出されたガスは湿式除去工程に送られ、ガス中に含まれる酸性ガス等が除去される。酸性ガスが除去されたガスはＰＦＣ分解工程に送られてＰＦＣが分解除去される。ＰＦＣ分解後の排ガスは排ガス冷却工程で冷却される。最後に、ＰＦＣ分解によって生成した酸性ガスは酸性ガス除去工程で除去され、無害化された後、大気に排出される。
【００１６】
ガス分離工程では、ＳＯ3とＳｉＦ4を分離することを目的とする。ガス分離工程では、いずれかのガス又は両ガス共を捕捉除去しても良い。少なくともいずれかのガスが存在していなければ、ＳｉＦ4ガス，ＳＯ3ガスは湿式除去装置を通過しない。
【００１７】
また、ガス分離工程でＳＯ3とＳｉＦ4ガスを機械的、又は化学的に分離した場合、いずれかのガスを湿式除去工程に流入させず、湿式除去工程の後段から再度系内に供給しても良い。その場合、ＳｉＦ4のようなミスト付着ガスではなく、ＳＯ3のようなミスト形成ガスを後段から供給することが望ましい。
【実施例１】
【００１８】
以下、実施例により詳細に説明する。図２は本発明の処理装置の一例を示す図である。本処理装置は、酸性ガスの除去材入りの乾式除去装置１００，湿式除去装置１１０，触媒式反応槽１２０，ガス冷却装置１３０，酸性ガス除去装置１４０、及び排気設備１５０から構成される。ＰＦＣ，ＳｉＦ4、及びＳＯ3を含有する処理対象ガスは、乾式除去装置１００に送られ、ＳＯ3が分離除去される。その後、ＳｉＦ4、およびＰＦＣ含有ガスは湿式除去装置１１０に送られ、水との接触によりＳｉＦ4が除去される。湿式除去装置１１０から排出されたガスは触媒式反応槽１２０に送られ、被処理ガス中のＰＦＣが分解除去される。その際、反応助剤として反応水２１，空気１１を供給する。ＰＦＣを分解すると、酸性ガスのＨＦ，ＳＯｘ及びＮＯｘが生成する。これらの酸性ガスはガス冷却装置１３０で冷却された後、酸性ガス除去装置１４０で除去される。処理対象ガスは、このように無害化された後、大気中に排出される。
【００１９】
本実施例ではＳＯ3とＳｉＦ4を分離する方法として酸性ガス吸収薬剤入り乾式除去装置１００を例示した。図２で乾式除去装置１００は固定層型を例示したが、移動層，流動層型乾式除去装置でも良い。また、バグフィルター方式もよい。酸性ガス除去剤としては、アルカリ金属，アルカリ土類金属の塩基性塩，炭酸塩、例えば水酸化カルシウム，水酸化ナトリウム，水酸化カリウム，水酸化マグネシウム，炭酸水素ナトリウム，炭酸ナトリウム，炭酸カルシウム，酸化カルシウムが使用できる。ハンドリング，価格等を勘案し、炭酸マグネシウム，炭酸カルシウム等が良い。
【００２０】
乾式除去装置１００に充填される上記薬剤に、ＳｉＦ4やＳＯ3を含有する排ガスを流通させると、ＳｉＦ4やＳＯ3は酸塩基反応によって吸収除去される。炭酸カルシウムとＳｉＦ4，ＳＯ3との反応式は下式のようになる。式右側に併せてギブスエネルギーΔＧを示す。
【００２１】
２ＣａＣＯ3＋ＳｉＦ4→ＣａＦ2＋ＳｉＯ2＋２ＣＯ2 
ΔＧ＝−１４９.６ｋＪ／mol（３００Ｋ）    （１）
ＣａＣＯ3＋ＳＯ3→ＣａＳＯ4＋ＣＯ2 
ΔＧ＝−２１６.３ｋＪ／mol（３００Ｋ）            （２）
ギブスエネルギーΔＧは、値が負の方に大きいほど反応が進行し易いことを示している。上記の各式を比較すると、炭酸カルシウムとＳＯ3の反応の方が炭酸カルシウムとＳｉＦ4の反応よりもギブスエネルギーが小さく、反応がし易いことが判る。したがって、ＳｉＦ4とＳＯ3が同時に炭酸カルシウムと接触すると、ＳＯ3の方が優先的に反応すると推測される。
【００２２】
乾式除去装置が、ＳｉＦ4とＳＯ3がいずれも充分に除去できる程度の大きさを有していない場合には、ＳＯ3が優先的に反応し、ＳｉＦ4が除去されずに破過する可能性がある。そのような場合には、本実施例のように乾式除去装置１００の後段に湿式除去装置１１０を付設する。
【００２３】
湿式除去装置は、気液の接触が十分であることが望ましい。本実施例では湿式除去装置として充填塔型除去装置を例示している。充填塔型以外の湿式処理装置としては、スプレー型，棚段型気液接触装置，スクラバなどがある。湿式除去装置の内径が小さいと、装置内のガス線速度が大きくなり、ガスに同伴するミスト量も多くなる。したがって、湿式除去装置内のガス流速が１０ｍ／min以上１８ｍ／min以下となるように設計することが望ましい。湿式処理装置への流入水としては、水道水或いは装置内の循環水を使用することができる。ただし、循環水には被処理ガスに含まれる固形物や酸性成分が溶解しているため、ミストとしてこれらの固形物や酸性成分が湿式処理装置から排出される可能性がある。従って、充填塔やスプレー塔に循環水を用いる場合には、最後段（最上段）のノズルからは水道水を流入させ、ミストとして排出される酸性成分、及び固形物の濃度を低くすることができる。また、棚段，スクラバの場合には、水道水も流入させ、流入水中に溶解する酸性成分、固形物の濃度を低くすることが望ましい。また、流入水としては、水道水，循環水以外に、アルカリ水溶液等を用いてもよい。
【００２４】
本実施例の触媒式反応槽では、被処理ガスに含まれるＰＦＣは、フッ素化合物分解触媒上で加水分解される。下記に代表的なＰＦＣガスの加水分解反応を示す。
【００２５】
ＣＦ4＋２Ｈ2Ｏ→ＣＯ2＋４ＨＦ                              （３）
Ｃ2Ｆ6＋３Ｈ2Ｏ→ＣＯ＋ＣＯ2＋６ＨＦ                       （４）
Ｃ4Ｆ8＋４Ｈ2Ｏ→４ＣＯ＋８ＨＦ                            （５）
ＣＨＦ3＋Ｈ2Ｏ→ＣＯ＋３ＨＦ                               （６）
ＳＦ6＋３Ｈ2Ｏ→ＳＯ3＋６ＨＦ                              （７）
２ＮＦ3＋３Ｈ2Ｏ→ＮＯ＋ＮＯ2＋６ＨＦ                      （８）
式（４），（５），（６）の反応ではＣＯが生成するが、反応助剤として空気を供給することでＣＯ2となる。
【００２６】
ＰＦＣの分解に使用される触媒としては、加水分解用あるいは酸化分解用の触媒がある。例えばＡｌとＺｎ，Ｎｉ，Ｔｉ，Ｆｅ，Ｓｎ，Ｃｏ，Ｚｒ，Ｃｅ，Ｓｉ，Ｗ，Ｐｔ，Ｐｄから選ばれた少なくとも１種を含む触媒である。触媒成分は酸化物，金属，複合酸化物などの形で含まれる。特にＡｌとＮｉ，Ｚｎ，Ｔｉ，Ｗ，Ｃｏ，Ｐｄから選ばれた少なくとも１種との触媒が高いＰＦＣ分解性能を持つので好ましい。
【００２７】
ＰＦＣの加水分解に際して触媒式反応槽に添加される水蒸気の量は、加水分解に必要とされる理論水蒸気量の２〜５０倍、通常は３〜３０倍が好ましい。
【００２８】
ＰＦＣの加水分解温度は５００〜８５０℃が好ましい。ＰＦＣ濃度が高い場合には反応温度を高めにし、ＰＦＣ濃度が１％以下の場合には反応温度を低めにするのがよい。反応温度が８５０℃よりも高くなると触媒が劣化しやすくなり、反応塔材料も腐食しやすくなる。反対に反応温度が５００℃よりも低くなるとＰＦＣの分解率が低下する。
【００２９】
実施例１では触媒式反応槽１２０の下流にガス冷却装置１３０を設置している。本実施例のガス冷却装置１３０ではノズル１３１により水を噴霧してガス温度を所定温度に下げる。この方法の他、水冷方式あるいはガス冷却方式の一般的な熱交換器を使用してもよい。また、ガス中に圧縮空気などを導入して所定温度に制御してもよい。
【００３０】
酸性ガス除去装置としては一般的な湿式及び乾式除去装置を使用することができる。湿式の例としてはスプレー塔のほか、充填塔，スクラバ，棚段型気液接触装置がある。また、乾式の例として、酸性ガス除去剤による固定層，移動層，流動層型乾式除去装置がある。また、バグフィルター方式もよい。酸性ガス除去剤としては、アルカリ金属，アルカリ土類金属の塩基性塩、例えば水酸化カルシウム，水酸化ナトリウム，水酸化カリウム，水酸化マグネシウム，炭酸水素ナトリウム，炭酸ナトリウム，炭酸カルシウム，酸化カルシウムが使用できる。
【００３１】
多流量のＰＦＣを処理する際はできるだけ線速度を大きくすることが望ましい。本実施例の酸性ガス除去装置の後段には排気設備１５０を設置した。線速度を大きくする為にガス流量を増やすことも可能であるが、装置内の圧力損失が大きくなる。排気設備としては一般的なエジェクタ、及びブロアが使用できるが、これ以外でも装置系内を負圧に保てるものであればどのような方法でもよい。
【００３２】
触媒層を通過させるガスの線速度は２−１５ｍ／minとすることが望ましい。更に望ましくは２−１０ｍ／minとすることがよい。多流量のＰＦＣを処理するとき、触媒層を通過するガスの線速度を２ｍ／min以上に設定すると高い耐久性能を有する。なお、線速度を上げすぎるとレイノルズ数が大きくなり、偏流が生じる可能性がある。また、線速度を上げる為にガス量を増加させると装置系内の圧力損失が上昇するので、ガス量は維持するほうが安全な運転が容易である。
【実施例２】
【００３３】
図３は本発明の他の処理装置の一例を示した図である。本処理装置は、ガス分離装置２００，湿式除去装置２１０，触媒式反応槽２２０，ガス冷却装置２３０，酸性ガス除去装置２４０、及び排気設備２５０から構成される。ＰＦＣ，ＳｉＦ4、及びＳＯ3を含有する処理対象ガスは、ガス分離装置２００に送られ、処理対象ガス中のＳＯ3が分離される。その後、ＳｉＦ4及びＰＦＣを含有する処理対象ガスは湿式除去装置２１０に送られ、ＳｉＦ4が除去される。湿式除去装置２１０から排出されたＰＦＣを含有する処理対象ガスと、ガス分離手段により分離されたＳＯ3は、湿式除去装置の後段で混合される。その後処理対象ガスは触媒式反応槽２２０に送られ、被処理ガス中のＰＦＣが分解除去される。その際、反応助剤として反応水２１，空気１１を供給する。ＰＦＣを分解すると、酸性ガスであるＨＦ，ＳＯｘ及びＮＯｘが生成する。これらの成分を含む処理対象ガスはガス冷却装置２３０で冷却された後、酸性ガス除去装置２４０で酸性ガスが除去され、無害化された後に排出される。
【００３４】
ガス分離手段は物理的、或いは化学的に二種以上のガスを分離できる装置であれば何でもよい。たとえば圧力変化を利用したガス分離装置である吸着型（ＰＳＡ：Pressure Swing Adsorption）方式や多孔質材料を利用した分子篩い方法などが使える。その他、活性炭，ゼオライト，メソポーラスシリカのような吸着材を備えたガス吸着装置も使える。
【００３５】
本実施例ではＳＯ3，ＳｉＦ4を含有するガス中からＳＯ3を分離して湿式除去装置の後段から流入させるという例を示した。ＳＯ3を湿式除去装置の後段から流入させると湿式除去装置から同伴したガス中に含まれる水分と反応して硫酸ミストを形成し、配管、或いは後段の反応器の腐食を引き起こす可能性がある。その場合は必要に応じサイクロン，電気集塵機等のミスト除去装置を設置することが望ましい。また、本実施例では湿式除去装置の後段、触媒式反応槽の前段にＳＯ3を流入させたが、触媒式反応槽の後段、酸性ガス除去装置の前段に流入させても良い。そうすれば酸性ガス除去装置によってＳＯ3も除去される。
【００３６】
（試験例１）
上記実施例１，２の構成は、ＳＯ3とＳｉＦ4とが結合してケイ素の流出が生じるという本願発明者らの知見に基づく。本試験例では湿式除去装置であるスプレー塔にＳＯ3とＳｉＦ4を流通させ、スプレー塔でのＳｉＦ4除去性能を評価した結果を説明する。
【００３７】
試験装置の概略図を図４に示す。本試験装置はガス（ＳＯ3，ＳｉＦ4，Ｎ2）供給ライン，スプレー塔１，スプレーノズル２、及びデミスタ３から構成される。ガス供給ラインからＮ2１００Ｌ／min，ＳＯ3１００ppm，ＳｉＦ4２０００ppmとなるように調整したガスをスプレー塔に供給する。スプレーノズル２からは水を総量６Ｌ／minで供給し、供給ガス中のＳｉＦ4、及びＳＯ3を除去する。スプレー塔上部にはデミスタを設置し、径の大きいミスト及びスプレー塔内で生成した固形物を除去して塔外にガスを排出する。スプレー塔から排出されたガスは気体用ＦＴ−ＩＲ装置４に送られ、スプレー塔から流出したＳｉＦ4を定量した。定量分析の結果、スプレー塔から排出したＳｉＦ4濃度は１４０ppmとなり、スプレー塔でＳｉＦ4が完全に除去されずに流出していることが分かった。ＳＯ3ミストは径が０.４〜１.０μｍと非常に微細なため、ミスト除去構造のスプレー塔でも除去できずに排出されたと考えられる。ＳｉＦ4はＳＯ3ミスト中のＨ2Ｏだけでなく、スプレー噴霧により発生するＨ2Ｏミストにも付着すると考えられるが、スプレーノズルからのＨ2Ｏミスト径は４０〜１０００μｍであり、ＳＯ3ミストよりも十分に大きいため、スプレー塔及び後段のデミスタ槽で十分に除去できたと推測される。
【００３８】
（試験例２）
試験例２では試験例１との比較として、スプレー塔におけるＳｉＦ4除去工程でＳＯ3が共存しない場合の結果を示す。試験装置図、及び試験条件は試験例１と同様とする。スプレー塔におけるＳｉＦ4除去反応においてＳＯ3を供給しなかった場合は、スプレー塔出口におけるＳｉＦ4濃度は０ppmであり、完全に除去できることが分かった。
【００３９】
（試験例３）
試験例３では試験例１との比較として、スプレー塔におけるＳｉＦ4除去工程で、ＳＯ3ではなく、同じＳＯｘガスであるＳＯ2を共存させた場合の結果を示す。ＳＯ3はミスト形成ガスであるが、ＳＯ2は水と接触してもミストを形成しない。ミスト共存の有無によるＳｉＦ4除去性能を比較した。試験装置図、及び試験条件は試験例１と同様とする。結果、ＳＯ2とＳｉＦ4を同時にスプレー塔に供給しても、出口排ガス中のＳｉＦ4濃度は０ppmであり、同じＳＯｘガスでもミスト未形成ガスであるＳＯ2はＳｉＦ4除去性能に影響を与えないことが分かった。
【００４０】
（試験例４）
本試験例４ではＳｉＦ4，ＳＯ3共存ガスをアルカリ薬剤に通気させ、いずれか、又は両ガスがアルカリ薬剤によって除去できるかどうかを評価した結果である。試験方法としては、固定層式反応管に薬剤を充填し、ＳｉＦ4，ＳＯ3ガスを薬剤層に通気し、出口ガス中のＳｉＦ4ガス濃度を測定した。供給ガス組成は、Ｎ2１０Ｌ／min，ＳｉＦ4１０００ppm，ＳＯ3１００ppmとした。試験はまず、ＳｉＦ4のみを薬剤に供給し、その後ＳＯ3も供給して、ＳｉＦ4のみの場合と、ＳｉＦ4＋ＳＯ3の場合での除去性能の違いを評価した。アルカリ薬剤としてはＣａ(ＯＨ)2を用いた。
【００４１】
図５に本試験例４の試験結果を示す。Ｃａ(ＯＨ)2にＳｉＦ4のみを供給した場合は、薬剤通過ガス中のＳｉＦ4濃度は１ppm以下であったが、ＳＯ3を供給すると２０〜６０ppmのＳｉＦ4が検出された。これは、式（１），（２）のＣａＣＯ3の反応におけるギブスエネルギーと同様にＣａ(ＯＨ)2でもＳｉＦ4との反応よりもＳＯ3との反応の方がギブスエネルギーが小さいため、ＳＯ3との反応が優先的に進行するため、ＳｉＦ4が反応せずに薬剤を通過したものと推測される。本試験例４の結果から、薬剤設置のみの乾式除去方式ではＳｉＦ4とＳＯ3が同時に存在下の場合、ＳｉＦ4の除去性能が低下することが考えられる、したがって、ＳＯ3とＳｉＦ4がガス中に共存する場合は、乾式除去工程の後段に湿式除去工程を設置する等の複合策が必須となる。
【００４２】
（試験例５）
本試験例ではＣａ化合物による乾式除去とスプレー塔による湿式除去を組み合わせた系で、ＳｉＦ4，ＳＯ3共存状態におけるＳｉＦ4除去性能を評価した結果である。試験装置の構成を図６に示す。装置の概要、及び試験条件は試験例１と同様で、スプレー塔前段に固定層式乾式除去装置５を設置した。乾式除去装置５に充填する薬剤としてはＣａ(ＯＨ)2，ＣａＣＯ3，ＣａＯを選定した。各薬剤はいずれも２〜４mmの粒径に整粒したものを使用した。
【００４３】
図７に本実施例の試験結果を示す。スプレー塔前段にＣａ化合物を設置しない場合は平均約１４０ppmのＳｉＦ4がスプレー塔出口ガスから検出された。Ｃａ化合物を設置するといずれのＣａ化合物を設置した条件でも薬剤設置無しの条件よりもスプレー塔出口ガス中のＳｉＦ4検出濃度は低下していた。中でもＣａ(ＯＨ)2を設置した場合はＳｉＦ4検出濃度は１ppm以下となり、もっとも高い性能を示すことが分かった。
【００４４】
本試験例では乾式除去装置にＣａ化合物を充填した場合の例であるが、他のアルカリ系化合物でも良い。アルカリ化合物を乾式除去装置に充填すると、ＳｉＦ4，ＳＯ3を始めとするエッチング排ガス中の酸性ガスと反応し、中和熱を発する。そこで、本試験例のようなシステムを適用する際は、乾式除去装置にチラー等の熱交換器を備え付けるシステムにすることが望ましい。
【００４５】
（試験例６）
本試験例は試験例５との比較として、湿式除去装置であるスプレー塔の後段に乾式除去装置を備えて、ＳｉＦ4，ＳＯ3共存状態におけるＳｉＦ4除去性能を評価した結果である。試験装置の構成を図８に示す。装置の概要、及び試験条件は試験例１と同様で、スプレー塔後段に固定層式乾式除去装置５を設置した。乾式除去装置５に充填する薬剤としては試験例５で効果のあったＣａ(ＯＨ)2を選定した。
【００４６】
図９に本試験例の試験結果を示す。スプレー塔前段にＣａ(ＯＨ)2を設置した場合（試験例５）ではスプレー塔出口におけるＳｉＦ4検出量は１ppm以下であったのに対し、スプレー塔後段に設置した場合には、薬剤充填なしの条件と同等のＳｉＦ4が検出された。したがって、ミストに付着した状態でＣａ(ＯＨ)2に接触してもＳｉＦ4の吸収は起こらないことが判った。ミストに付着する前、つまり湿式除去装置の前段でＳＯ3とＳｉＦ4を分離する必要がある。
【００４７】
（試験例７）
本試験例では、湿式除去装置であるスプレー塔の上部にミスト除去装置として電気集塵式ミスト除去装置６を設置してスプレー塔内で生成したＳｉＦ4付着ＳＯ3ミストの除去効果を評価した結果である。試験装置図を図１０に示す。装置の概要、及び試験条件は試験例１と同様である。電気集塵式ミスト除去装置６の後段で気体用ＦＴ−ＩＲによりガス中のＳｉＦ4濃度を測定した結果、ＳｉＦ4濃度は１ppm以下となり、ＳｉＦ4除去率９９.９％が得られることを確認した。
【実施例３】
【００４８】
本実施例はミスト除去装置を備えたシステム構成の一例である。システム構成図を図１１に示す。本システムはスプレー式湿式除去装置３１０，フィルター式ミスト除去装置３２０，触媒式反応槽３３０，ガス冷却装置３４０，スプレー式酸性ガス除去装置３５０、及び排ガス吸引装置３６０から構成される。ＰＦＣ含有ガス１０，ＳｉＦ4、及びＳＯ3が湿式除去装置３１０に流入するとＳＯ3ミストが生成し、ＳｉＦ4がミストに付着して湿式除去装置３１０から排出する。ＳｉＦ4が付着したＳＯ3ミストはフィルター式ミスト除去装置３２０に送られてミストがフィルターに吸着除去される。ＳＯ3ミストがフィルターで吸着除去されたガスは触媒式反応槽３３０に送られて被処理ガス中のＰＦＣが分解除去される。その際、反応助剤として反応水２１，空気１１を供給する。ＰＦＣを分解すると、酸性ガスのＨＦ，ＳＯｘ及びＮＯｘが生成する。これらのガスはガス冷却装置３４０で冷却された後、酸性ガスが酸性ガス除去装置３５０で除去され、無害化された後排出される。
【００４９】
フィルター式ミスト除去装置は二段以上で設置することが望ましい。通常使用時は一段のみ使用し、経時に伴い、フィルターの目穴が閉塞し、系内差圧が上昇してきたら他方の装置にバルブ３０によって切り替える。
【００５０】
フィルター式ミスト除去装置はヒーター機能が搭載されたものが望ましい。フィルターの目穴に詰まったミストを、熱をかけることによって除去しやすくするためである。また、その際、圧縮空気等で通気させながらミストを除去することが望ましい。図１１に記載のようにバルブ３１によって圧縮空気を送り込む装置を変えられるようにしておき、ミスト除去装置の後段にもバルブ３２を設置し、系内とバイパスとを切り替えられるようにしておくことが望ましい。
【００５１】
ミスト除去装置後段のバルブ３２はバイパスラインと繋いでも良いが、酸性ガス除去装置３５０に流入するようなシステムにすることが更に好ましい。そうすれば、フィルターに付着したＳｉＦ4やＳＯ3等の酸性ガスが系外に漏れることなく除去できるからである。
【００５２】
（試験例８）
湿式除去装置内にＳＯ3とＳｉＦ4が流入し、ＳｉＦ4がＳＯ3ミストに付着した場合、ＳＯ3ミストに熱等のエネルギーを加えることにより、容易にＳｉＦ4はＳＯ3ミストから脱着すると考えられる。ＳｉＦ4はＳＯ3ミスト中のＨ2Ｏに結合力の弱い水素結合で付着しているためである。本試験例では図４に示すスプレー式湿式除去装置でノズルから供給する水の温度を９０℃に設定して、ＳｉＦ4の除去性能を評価した。結果、ノズルからの供給水温度が常温（２０℃）の場合に比べてＳｉＦ4除去性能は６０％となり、温水噴霧の効果が確認された。
【００５３】
（試験例９）
本試験例では、触媒反応槽前段において前処理工程で除去できなかったＳｉＦ4を除去するためにケイ素化合物捕捉材を設置した例である。ＳｉＦ4をＰＦＣ分解触媒を充填した反応管に流入させ、ケイ素化合物捕捉剤をＰＦＣ分解触媒の上部に設置し、共存ガス中のＰＦＣの分解率を測定した。試験装置の構成を図１２に示す。
【００５４】
Ｎ2，Ａｉｒ，ＳｉＦ4及びＰＦＣとしてＣＦ4をマスフローコントローラーで調節して反応管４０に供給した。供給量は、ＣＦ4を約０.４８vol％とし、ＡｉｒはＯ2濃度が約２.１２vol％となるようにした。ＳｉＦ4はＳｉ濃度として２０００mg／ｍ3となるように調節して供給した。また、純水を反応管４０の上部へマイクロチューブポンプ５１を用いてＣＦ4加水分解反応当量比の２５倍となるように供給した。この反応ガスをＰＦＣ分解触媒４４と空間速度１２３０毎時で接触させた。反応管４０は電気炉４１により捕捉材４５，ＰＦＣ分解触媒４４が約７００℃となるように加熱した。反応管４０は内径３２mmのインコネル製である。Ｓｉ捕捉剤４５としては粒径１.０−３.０mmの粒状活性アルミナを用いた。また、充填量はＰＦＣ分解触媒充填量の２５％とした。ＰＦＣ分解触媒によって分解されたガス中にはフッ化水素が含まれるため、水８００mlを入れた排ガス洗浄槽６０によってフッ化水素を除去したのち、ミストキャッチャ７０を通過させてミスト分を除去した。ミストキャッチャ７０の後段にガス採取口８０を設け、排ガスの一部を採取し、排ガス中のＣＦ4量を測定した。ＣＦ4の分解率はＴＣＤガスクロマトグラフにより次式で求めた。
【００５５】
分解率（％）＝１−（出口のＣＦ4量／供給したＣＦ4量））×１００
５時間連続通気した後のＣＦ4分解率は９０.７５％であった。また、試験後の珪素化合物捕捉材に含有するＳｉ量を分析したところ、捕捉材に流入Ｓｉ量の約７０％が付着しており、Ｓｉ捕捉材の設置効果が確認された。
【００５６】
Ｓｉ捕捉材としては、高比表面積を有し、高加水分解性能を有するものがよい。高比表面積を有する材料としてはアルミナ，シリカ，カーボンなどがある。アルミナのうち、活性アルミナであるγ形態のものは、高比表面積を有し、他成分との混合により、高加水分解性能を持つ為、極めて好適な材料である。活性アルミナに混合する他成分としては、捕捉材の固体酸性質を向上させるものがよく、例えばジルコニウム，コバルト，鉄，チタン，ニッケル，セリウム，スズ，銅，マグネシウム，タングステンなどがある。これらのうち、少なくとも１種をアルミナと混合したものを捕捉材として推奨する。
【産業上の利用可能性】
【００５７】
本発明により、半導体や液晶工場でのエッチング排ガス中のミスト形成ガスとミスト付着ガスを効率良く除去することができ、触媒の被毒を抑制し、触媒の延命化を図れる。
【図面の簡単な説明】
【００５８】
【図１】本発明の処理方法の一例を示すシステムフロー図である。
【図２】本発明の処理装置の一例を示すシステム構成図である。
【図３】本発明の処理装置の一例を示すシステム構成図である。
【図４】（試験例１）に使用した試験装置図である。
【図５】（試験例４）の試験結果である。
【図６】（試験例５）に使用した試験装置図である。
【図７】（試験例５）の試験結果である。
【図８】（試験例６）に使用した試験装置図である。
【図９】（試験例６）の試験結果である。
【図１０】（試験例７）に使用した試験装置図である。
【図１１】本発明の処理装置の一例を示すシステム構成図である。
【図１２】（試験例８）に使用した試験装置図である。
【図１３】ＳｉＦ4が付着した硫酸ミストの図である。
【符号の説明】
【００５９】
１  スプレー塔
２，１１１  スプレーノズル
３  デミスタ
４  気体用ＦＴ−ＩＲ
１００  乾式除去装置
１１０  湿式除去装置
１２１，３２１  電気炉
１２３  ＰＦＣ分解触媒
１４０  酸性ガス除去装置
１５０  排気設備
２４０  バグフィルター式酸性ガス除去装置
３２０  フィルター式ミスト除去装置
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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