(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
酸化加熱式の半導体製造排ガス除害機の加熱反応筒の前段階に取り付けられる火炎防止装置であって、
金網と、該金網の上方に備えられ該金網に向かって水を噴射する水噴射ノズルを有し、 該水噴射ノズルは、該金網よりも半導体製造排ガスの流れの上流側に配設されていることを特徴とする半導体製造排ガス除害機の火炎防止装置。
【請求項２】
金網は複数箇所に間隔を開けて配置されており、各金網配置部に配置される金網は１枚又は複数枚であり、各金網配置部の上方には水噴射ノズルが備えられていることを特徴とする請求項１記載の半導体製造排ガス除害機の火炎防止装置。
【請求項３】
金網はＮｉ−Ｃｒ系鉄合金製で線径が０．７mm以上１．７mm以下の線材よりなるＴｙｌｅｒメッシュ３以上８以下のものであり、該金網は１枚又は２枚以上５枚以下が積層もしくは１００mm間隔で1枚づつ配置され、金網配置箇部の上方には金網に向けて水を霧状に散布するための水噴射ノズルを有する
ことを特徴とする請求項１記載の半導体製造排ガス除害機の火炎防止装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
半導体製造に使用する各種ガスの無害化に当たり電熱式酸化加熱方式の除害機において排ガス導入前処理のために設置する安全装置としての火炎防止装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
ＣＶＤによる半導体製造においては、各種薄膜作成に当たりデポジット用ガス（例えば、ＳｉＨ4，Ｓｉ2Ｈ6，ＳｉＨ2Ｃｌ2，ＴＥＯＳ，ＰＨ3，Ｂ2Ｈ6，ＮＨ3，Ｎ2Ｏ等）を使用し、デポジット工程を終了した後にＣＶＤ内を清浄化するためにクリーニングガス（例えば、ＮＦ3，ＳＦ6，Ｃ2Ｆ6，ＣＦ4等）が通常使用される。
【０００３】
これらのガスは本来可燃性，爆発性，腐食性，有毒性等の諸々の危険要因を有している。そのため、大気放出の前に例えば酸化加熱のような手段を備えた除害機を使って除害（無毒化）しなければならない。
【０００４】
ＣＶＤ内では使用ガスに対して複雑な分解反応を起こし、その結果新たな分解生成物（例えば、Ｆ2，ＨＦ，ＨＣｌ，ＳｉＯX等）を発生し、それが未分解のデポジットガス及びクリーニングガスと随伴して排出される。
【０００５】
このような不測の混合ガスを熱源を有するゾーン（反応筒）に酸化のための外部空気の共存下で加熱酸化分解させる場合、例えばＳｉＨ4／Ｎ2Ｏ／Ｎ2混合系においてはＳｉＨ4濃度1.9〜87.1%の範囲内で、又、ＳｉＨ4／ＮＦ3／Ｎ2混合系においてはＳｉＨ4濃度0.66〜95.3%の領域で火源がある場合に爆発組成となり、実際に爆発現象を起こすことがある。
【０００６】
又、特開平7-323211号に記載のように、熱源を有するゾーンの前段階に水噴射設備を具備し、上記した分解生成物としての粉塵を随伴した排ガス等を洗浄する場合がある。この場合、例えばガス中にＳｉＨ2Ｃｌ2が存在すると
ＳｉＨ2Ｃｌ2＋４Ｈ2Ｏ→Ｓｉ（ＯＨ）4＋２ＨＣｌ＋２Ｈ2
のような加水分解反応が起こってＨ2ガスを発生する場合があり、それが外部空気との混合で爆発現象を起こすことがある。
【０００７】
これらの爆発が生じると、閉塞系の配管内で急激な圧力変動が起こり、ＣＶＤ装置にまで影響を及ぼすことになる。更に、局部的火炎の生成がＣＶＤに至る配管内の可燃性ガス（例えばＳｉＨ4等）に伝播し、事故に至るおそれがある。
【０００８】
かかる危険性を含んだ除害機において一般的な安全装置としてはガスを水中に放散して水を通過させる水封式安全器や、圧力，温度の異常現象をセンサーで検知してＮ2ガス等を除害機装置方向へ噴射する逆火防止器がある。
【０００９】
然し乍ら、水封式安全器は水封レベルの差位に制限があり、広範囲な爆発現象に対応するのが困難であり、又、逆火防止器はセンサーの検知時間の遅れに不安要因を残している。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
そこで、ヒーターゾーンの前段階に水噴射設備を有する半導体排ガス除害機において、簡単な構成で火炎の伝播を防止することのできる安全機構としての火炎防止装置が求められている。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明の請求項１記載の半導体製造排ガス除害機の火炎防止装置は、酸化加熱式の半導体製造排ガス除害機の加熱反応筒の前段階に取り付けられる火炎防止装置であって、金網(2)と、該金網(2)の上方に備えられ該金網(2)に向かって水を噴射する水噴射ノズル(3)を有し、該水噴射ノズル(3)は、該金網(2)よりも半導体製造排ガスの流れの上流側に位置していることを特徴とする。
【００１２】
又、請求項２記載の火炎防止装置は、請求項１記載の火炎防止装置において、金網(2a)は複数箇所に間隔を開けて配置されており、各金網配置部に配置される金網(2a)は１枚又は複数枚であり、各金網配置部の上方には水噴射ノズル(3)が備えられていることを特徴とする。
【００１３】
本発明の火炎防止装置は、半導体製造排ガス除害処理における付帯装置に火炎伝播防止機能を付与したものである。排ガス処理に対してＣＶＤから除害機に導入される排ガス中にはＳｉＯ2を代表とした粉塵、及びＦ2，ＮＨ3，ＳｉＨ2Ｃｌ2等の水可溶性成分，加水分解成分が含まれており、これらの物質が酸化加熱分解処理を行う加熱反応筒に入ることはガス通過抵抗の増大、金属腐食トラブルの促進、ＮＯXのような望ましからざる副生成物の発生等の問題を起こすので出来る限り事前に除去しておくのが望ましく、そのために水スクラバによる水散布をもって処置している。この付帯設備である水スクラバに金網を設置することにより上記粉塵の除去以外に火炎防止の機能を有することを見い出した。
【００１４】
金網使用による逆火防止装置の基本原理は火炎の有するエネルギーを金網により冷却せしめ、火炎を排ガス導入の上流方向に出さないことである。それ故、網素材は耐熱性を有する金属とする必要がある。又、冷却効果を高めるためには網構造が密であり、火炎が網目から出ないことが望ましい。
【００１５】
然し乍ら、ＳｉＯ2を代表とする粉塵の目詰まりを無くし、全体としての通気抵抗を減らすことを必要とするが、このことは金網の消炎機能と矛盾する。その兼ね合いを見いだし、更に水噴射を加味することで冷却効果を高め、粉塵目詰まりを流出させる実態を確認した。
【００１６】
すなわち、本件火炎防止装置は(a)半導体排ガスの除害に当たっての事前洗浄、(b)金網細隙による消炎作用、(c)粉霧状水による金網冷却化と火炎自体の消滅、(d)水噴射での持ち込み粉塵除去による通気抵抗増加の改善の機能を有する。
【００１７】
火炎伝播速度は金網の目開きに反比例することが知られており、目開きが小さい（Ｔｙｌｅｒの場合はメッシュ数が大きい）程、消炎できる火炎速度は大となる。本発明の場合、代表的爆発現象のＨ2／空気混合系を想定すると、火炎伝播速度は２．８ｍ／Secであるので、これを消炎すべき金網の目開きは通常ＪＩＳで３，５００程度（Ｔｙｌｅｒメッシュ６相当）が好適である。
【００１８】
本発明においてＴｙｌｅｒメッシュ３〜８の金網を２〜５枚使用する。その場合複数枚の金網を積層するか間隔を開けて各金網を設置してもいずれでもよい。なお、使用枚数が５枚を超えると通気抵抗は増加するものの消炎効果の改善はあまり認められない。したがって、５枚以下が好適である。
【００１９】
本発明の火炎防止装置は角柱状でも円柱状でもよい。金網形状は火炎防止装置の断面形状に合わせる。例えば、角柱状の場合は２０ｃｍ角や２０×１５ｃｍ、円柱状の場合は直径２０ｃｍ等が例示できるが、これは一例であり、本発明は具体的な寸法に限定されるものではない。同様に高さは３０〜８０ｃｍを例示するが、これについても本発明は具体的な寸法に限定されるものではない。
【００２０】
この箱構造の少なくとも天井の中央にノズル１個を設置する。又、金網を１カ所以上５カ所まで設置する。この場合１カ所に１枚づつ設置してもよいし、複数枚積層して設置してもよい。複数枚の金網を間隔を開けて設置する場合には、金網間にノズルを設置してもよい。
【００２１】
使用するノズルはＳＵＳ３０４，ＳＵＳ３１６Ｌのように耐食性を有するＮｉ−Ｃｒ系鉄合金からなることが望ましい。
【００２２】
除害機で処理する排ガスが1000リットル/min迄の風量の場合、ノズルから放出する水量は合計で５〜５０リットル/min程度であり、水温は室温でよい。
【００２３】
半導体製造排ガスの除害機の場合、上記したような可燃性，爆発性のガス除害、加水分解によって二次的に生じた可燃性，爆発性ガス（例えばＨ2，エタノール等）の処、更にはＣＶＤ内部で行われた反応の結果、その過程が十分解明されない可燃性，爆発性の生成粉塵が除害機に持ち込まれる場合もあり、それらが除害機において酸化加熱分解させるために必要な外部空気と熱源を介して火炎を発生したとしても、金網と水噴射の存在によって火炎が伝播するのを防ぎ、事故に至らしめない。
【００２４】
請求項３記載の火炎防止装置は請求項１の火炎防止装置において、金網はＮｉ−Ｃｒ系鉄合金製で線径が０．７mm以上１．７mm以下の線材よりなるＴｙｌｅｒメッシュ３以上８以下のものであり、該金網は１枚又は２枚以上５枚以下が積層もしくは１００mm間隔で1枚づつ配置され、金網配置箇部の上方には金網に向けて水を霧状に散布するための水噴射ノズルを有することを特徴とする。
【００２５】
これは、排ガスの持ち込み粉塵の処理と共に火炎防止効果を十分とする上で好適な金網の構成を検討したものである。又、腐食性ガスによる耐食材としてＮｉ−Ｃｒ系鉄合金の線材を使用し、ガスの通過抵抗及び消炎効果の両面から考慮し、決定したものである。
【００２８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を好適な実施例を用いて説明する。
［実施例１］
図１は本実施例の火炎防止装置の概要を示した図であり、この火炎防止装置を具備した除害機を使用し、爆発組成範囲のＳｉＨ4ガスを除害した。
【００２９】
この場合、(1)は火炎防止装置の箱構造を形成する筒状体であり、実施例では断面２０ｃｍ角、高さ７０ｃｍの角柱状とした。(2)はＳＵＳ３０４からなる線径１．０２ｍｍにて作成されたＴｙｌｅｒメッシュ６の金網であり、筒状体(1)の底部付近に１枚に設置した。
【００３０】
又、筒状体(1)の頭部から１０ｃｍ下方の断面中央に水噴射ノズル(3)（株式会社いけうち製ノンコアフルコーンノズル３／８ＫＳＦＬ）を１個取り付け、水を１５リットル／minで噴射した。尚、実施例でフルコーンノズルを用いたのは、フルコーンノズルは広範囲に水滴を散布することができ、消炎を目的とした場合に、効率よく高温気体から水滴への熱移動を行わせることができる（冷却効率が高い）からである。
【００３１】
除害機は表面温度７００℃に設定した複数本の電気ヒータを備え、火炎防止装置を経由して１００％ＳｉＨ4が５リットル／min、Ｎ2が９５リットル／minの混合ガスを供給し、更に火炎防止装置を通過した場所で外部空気１７５リットル／minを除害ガスに混合してヒータの熱源に曝した。
【００３２】
その結果、５％濃度のＳｉＨ4ガスは除害機の排気部において０．１ｐｐｍ以下の濃度にまで除害された。ＳｉＨ4の導入時濃度はＳｉＨ4／Ｎ2系で５％、ＳｉＨ4／空気／Ｎ2系で１．８２％であり、ＳｉＨ4／空気／Ｎ2系の爆発下限組成値である１．３７％を越えているが、火炎防止装置を備えた本実施例では爆発を生じる事なく安全に除害することができた。又、金網面には粉塵の滞積はなかった。
［実施例２］
図２は本実施例の火炎防止装置の概要を示した図である。筒状体(1)は実施例１と同じものである。ＳＵＳ３１６Ｌ製で線径１．６３ｍｍのＴｙｌｅｒメッシュ３からなる金網(2a)５枚をガス通過方向（図面では上方）より２枚，２枚，１枚となるように３カ所に分けて計５枚設置した。各設置箇所の間隔はそれぞれ１０ｃｍとなるようにした。
【００３３】
実施例１で使用したのと同じ水噴射ノズル(3)３個を各金網設置箇所の上方５ｃｍの断面中央に設置した。噴射ノズルからは合計１０リットル／minの水量で水を散布した。
【００３４】
ヒーター表面温度７５０℃に設定した除害機に１００％ＳｉＨ2Ｃｌ2が４リットル／min、Ｎ2が９６リットル／minの混合ガス（ＳｉＨ2Ｃｌ2の濃度４％）を火炎防止装置上方より導入し、それを通過した箇所で外部空気を１００リットル／min混入してヒータの熱源に通した。
【００３５】
この場合、化学等量的に加水分解が進行したならば通過ガス体中のＨ2濃度はＨ2／空気の爆発下限値（ＬＥＬ）の４％になっている状況であるが、除害処理は安全且つ安定して進行し、除害機の排気部におけるＳｉＨ2Ｃｌ2濃度は全く実測されなかった。又、金網上には粉体乃至スラッジ状の固形物は存在しなかった。
［比較例１］
火炎防止装置を取り外した以外は実施例１で用いたのと同じ除害機を用いて、同じ条件で比較試験を行った。
【００３６】
その結果、ＳｉＨ4／Ｎ2混合ガスが外部空気と接触する箇所で異常な音が発生すると共に、系内の圧力変動が起こり、除害機の安全操業制御機構が作動し、ガス供給系の緊急停止信号が働き、ヒータの通電も停止に至った。すなわち、何らかの異常燃焼を起こしたことになる。
［実施例３］
図３は本実施例の構成の概要を示した図である。図中(5)は排ガスの流れの上流側の径が小さくなるように絞られた火炎遮断ノズルであり、本実施例では筒状体(4)に２個設けられている。実施例では各火炎遮断ノズル(5)の形状は絞り部(5a)の径が10mmφ，開放部(5b)の径（筒状体(4)の内径）が100mmφである。又、火炎遮断ノズル(5)相互の間隔は100mmとした。尚、(5c)は火炎遮断ノズル(5)の絞り部(5a)の上流側に設けられた湾曲面を有する整流部である。この整流部(5c)は後述する水噴射ノズル(6)から噴射された水滴を受けると共に、排ガスが流れる際の通気抵抗を減らすために設けられている。
【００３７】
(6)は実施例１で用いたのと同じ水噴射ノズル（フルコーンノズル）であり、２個の火炎遮断ノズルの中間、すなわち最下段（最下流側）の火炎遮断ノズルの上部（上流側）に設けられ、最下段（最下流側）の火炎遮断ノズルに向かって水を噴射することができる。この水噴射ノズル(6)は、水圧0.5kgf／cm2，水噴出量30リットル／minで稼働させた。
【００３８】
尚、排ガスを反応筒(7)に導く排ガス導入管が火炎遮断ノズル(5)や水噴射ノズル(6)を収納可能な径を有している場合には、この排ガス導入管をそのまま筒状体(4)として使用することができる。
【００３９】
排ガスとして100%Ｈ2１０リットル，希釈用Ｎ2190リットル／min（混合ガス中のＨ2濃度５％）を上記ノズル設置部を経由して反応筒(7)に導入した。反応筒(7)は電熱ヒータを備え、雰囲気温度を700℃に設定した。
【００４０】
他方、外部空気を75リットル／minの流量で直接反応筒(7)に供給し、排ガスのＨ2と混合の上、燃焼除害せしめた。その結果、処理ガス放出孔側のガス中Ｈ2濃度は1000ppmを示し、計算上の除害率は９８％となった。そして、火炎遮断ノズル(5)より排ガス導入側に火炎が来た形跡はなかった。尚、水噴射後の貯水槽水温は５５℃となった。
【００４１】
尚、本実施例では火炎遮断ノズルは２個としたが、１個又は３個以上としても良い。又、本実施例では最下段（最下流側）の火炎遮断ノズルの上流側にのみ水噴射ノズルを設けたが、火炎遮断ノズルが複数ある場合には、他の火炎遮断ノズルの上流側にも水噴射ノズルを設けてもよい。
［比較例２］
火炎遮断ノズル(5)や水噴射ノズル(6)を設置しない以外は実施例３と同様の装置を用いて比較を行った。ガス供給条件（組成，風量，濃度）は実施例３と同一にして混合排ガスを700℃雰囲気の反応筒に供給し、更に実施例３同様に外部空気を反応筒へ直接導入した。
【００４２】
その結果、反応筒内で起こった燃焼が爆発現象を伴って一部は反応筒に設けられた放爆口を突破し、他部は排ガス導入管側へ逆火伝播を起こした。逆火焔は1000℃以上となった。
【００４３】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明によりヒーターゾーンの前段階に水噴射設備を有する半導体排ガス除害機において、簡単な構成で火炎の伝播を防止することのできる安全機構としての火炎防止装置を提供することができた。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施例１の構成の概要を示した図。
【図２】実施例２の構成の概要を示した図。
【図３】実施例３の構成の概要を示した図。
【符号の説明】
(1) 筒状体
(2) 金網
(3) 水噴射ノズル
(5) 火炎遮断ノズル
(6) 水噴射ノズル
【図１】
0003862862.tif 000002
【図２】
0003862862.tif 000003
【図３】
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