JPH0545845B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は半導体製造工程などから排出されるシ
ランガス等の有毒成分を含む排ガスを無害化する
ための燃焼方法とそのための燃焼装置に関するも
のである。

〔従来の技術〕

半導体製造装置からはシラン（SiH₄）、ジクロ
ルシラン（SiH₂Cl₂）、ゲルマン（GeH₄）、ジボ
ラン（B₂H₆）、アルシン（AsH₃）、ホスフイン
PH₃）等種々の成分ガスを含んだ排ガスが排出さ
れるが、これらの成分ガスは有毒なのでこれを燃
焼し安全化して排気することが要求される。そし
て、これらの成分ガスは自燃性であるか若しくは
可燃性であるので、バーナを用いて燃焼処理され
ている。以下、図面を用いてこれを説明する。

第５図は従来の半導体製造排ガスの燃焼装置の
一例を示す中央縦断面図で、１は燃焼室を形成す
る中空筒体で、該中空筒体１の下方側部には空気
導入部２が、また、頂部には排気系（図示せず）
と連通する燃焼ガス排出部３が設けられている。
そして、前記中空筒体１の底部からは同心二重管
バーナ４が上方に向けて貫通して設けられ、該バ
ーナ４の内管４ａには排ガス流路５が、内管４ａ
と該管４ｂとの間には不活性ガス流路６がそれぞ
れ形成されている。なお、７は空気導入部２から
燃焼ガス排出部３へ流れる空気を整流するための
整流板、８はフランジ間に耐熱ガラスを介装した
火炎監視窓である。

上述の如き燃焼装置において、まず空気導入部
２から中空筒体１内に導入した空気を燃焼ガス排
出部３から排気系に排出し、中空筒体１内に上向
きの空気流を形成する。次いで前記半導体製造工
程からのシランガスを含む排ガスを排ガス流路５
に、また不活性ガスとして窒素ガスを不活性ガス
流路６にそれぞれ流すと、シランガスは自燃性な
ので空気に触れると直ちに燃焼するが、窒素ガス
によるガスカーテン作用により若干燃焼が遅れ、
第５図の如く、バーナ４のノズルより若干上方に
リフトせしめてノズル口端より離して火炎９を形
成して燃焼する。そして燃焼により生成したガス
は前記空気と共に燃焼ガス排出部３から前記した
排気系（図示せず）に排出され、次工程にて更に
処理されるものである。そして上記装置での従来
の燃焼方法では、シランガス燃焼に伴つて生ずる
微少粒子の二酸化珪素が、一般に上方に上昇して
浮遊することから火炎を上方に生ずるよう上向き
で燃焼するようにしており、そして又バーナ４の
排ガス流路５のノズル口に二酸化珪素が付着し、
該ノズルを閉鎖するのを防止するため、火炎９が
ノズルより離れて形成されるよう不活性ガスを用
いて火炎をリフトさせているのが実情である。

〔発明が解決しようとする問題点〕

しかしながら、従来の燃焼装置には次のような
問題点がある。

(1) シランガスの燃焼では、前記の如く火炎をリ
フトさせ燃焼に伴つて生ずる二酸化珪素がバー
ナ４の排ガス流路５のノズルに付着しないよう
にしているが、実際には中空筒体１内の対流等
により、時間の経過に伴つて徐々に該ノズルに
付着する。そして一旦付着すると次々に付着
し、バーナが上向きであるため、ついには排ガ
ス流路５を閉塞し、暫時後剥離するという現象
が繰り返される。そして、該剥離に伴う排ガス
流路の圧力変動は半導体製造工程に悪影響を及
ぼすだけでなく、バーナが上向きであるため剥
離した二酸化珪素の塊りが排ガス流路５内に落
下して該流路５をせばめ、不完全燃焼を起す原
因ともなる。

(2) また、シランガス燃焼時に生成される微少の
二酸化珪素等の粉塵をそのまま大気中に排気す
るのは公害、衛生面で不適当なので燃焼ガス中
の該粉塵を除去する必要があるが、例えばバグ
フイルタで除去するには、燃焼ガスは高温なの
で予め冷却する必要がある。そしてこの場合、
従来の燃焼装置での燃焼では燃焼火炎を上向き
に形成しているため、該燃焼装置内に冷却設備
を設けることはできず、該燃焼装置と連結して
外部に別途冷却設備を設けているのが実情であ
る。また、他の除去方法として燃焼ガス中の粉
塵を水で捕捉する方法があるが、この場合で
も、従来の燃焼装置では燃焼ガスを水と混合さ
せるため水混合装置を該燃焼装置外に設けなけ
れならず、設置面積及び費用の点で不都合であ
る。

(3) 更に前記の如く、燃焼ガスは高温なので中空
筒体１自体も高温になり、例えば火炎監視窓８
から火炎９を監視する場合に、危険である。そ
こで中空筒体１の温度上昇を抑制するため該中
空筒体１に断熱材を施すか、または中空筒体１
に注水する必要がある。

(4) また、従来の燃焼装置では、中空筒体１内を
上方に向つて流れる空気流により、中空筒体１
内壁面への二酸化珪素の付着を防止している
が、防止効果は充分ではなく、該内壁面に二酸
化珪素が付着してしまう。そして特に火炎が上
向きであるため、二酸化珪素は中空筒体１の上
方に多く付着し、ある程度の付着量になると、
中空筒体１内の対流及び自重により剥離して落
下し、バーナ４に衝突して燃焼を阻害する恐れ
がある。

本発明は、上記の不都合に鑑みて種々考究した
結果なされたもので、燃焼火炎を下向きに発生せ
しめて、ノズル口に生成付着したり、又燃焼装置
内壁に付着する二酸化珪素が剥離して落下した際
ノズル口内に入つて流路を閉塞するのを防止し
て、常に安定した状態で燃焼を遂行せしめ、又燃
焼に当つて装置内で水噴射することを可能とし
て、装置の冷却と共に、それ以後の水処理を容易
にすると共に、水処理に必要な水処理設備を燃焼
装置外に別途に設けることを省略して設置装置の
設置空間の縮減と費用の低減化を図ることを目的
とする。

〔問題点を解決するための手段〕 そしてその特徴とするところは、第１発明は、
半導体製造排ガスの燃焼にあたつて、上方より下
方に空気を流通せしめた装置内で、中心から順に
半導体製造排ガス流路、不活性ガス流路、一次空
気流路、二次空気流路を形成してなる同心四重管
により、それぞれの上記気体を下向きに流出せし
めて燃焼火災を形成すると共に、前記装置内に上
方より下方に流通する空気を0.5ｍ／sec以上の流
速で流し、また、前記バーナの一次空気の流速を
２〜10ｍ／sec、二次空気の流速を該一次空気の
流速と同等以上にして燃焼させることを特徴とす
る半導体製造排ガスの燃焼方法であり、 又これを実施するための第２発明は、上部に空
気導入部を、底部に排気系と連通する燃焼ガス排
出部とを有する中空筒体内に、中心から順に半導
体製造排ガス流路、不活性ガス流路、一次空気流
路、二次空気流路を形成して下向きに開口する同
心四重管バーナを設けることを特徴とする半導体
製造排ガスの燃焼装置に係り、 第３発明は、第２発明において、前記同心四重
管バーナの開口部下方に水スプレー管を設けたこ
とを特徴とする半導体製造排ガスの燃焼装置であ
る。

〔実施例〕

以下、第１図乃至第４図を用いて本発明の一実
施例を説明する。

第１図は本発明に係る燃焼装置の中央縦断面
図、第２図は第１図の−線断面図、第３図は
本燃焼装置に使用するバーナの縦断面図で、特に
ノズル付近の拡大図である。

第１図乃至第３図において、１１は燃焼室を形
成する中空筒体で、該中空筒体１１の上部側方に
は空気導入部１２が、また、底部には排気系（図
示せず）に連通する燃焼ガス排出部１３が設けら
れている。次に１４は前記中空筒体１１の頭部か
ら下方に向けて貫通させて設けた同心四重管バー
ナで、該バーナ１４の内管１４ａには排ガス路１
５が、該内管１４ａとその外側の第２の内管１４
ｂとの間には不活性ガス流路１６が、該第２の内
管１４ｂとその外側の第３の内管１４ｃとの間に
は一次空気流路１７が、更に該第３の内管１４ｃ
と外管１４ｄとの間には二次空気流路１８がそれ
ぞれ形成されている。そして更に、内管１４ａの
端部は第３図の如く第２の内管１４ｂの端部より
若干内側に位置して形成されている。

このように、本発明ではバーナ１４を同心四重
管としたので、シランガスを中空筒体１１内で下
向きに、かつバーナ１４の下端部より下方に少し
離して火炎を形成し、かつ効率良く燃焼させるこ
とが出来る。即ち、前記第５図に例示した従来の
燃焼装置をただ単に天地を逆にして使用して本発
明の如き下向き火炎を形成するようにすると、火
炎はそれ自体の浮力により煽られて末広がり（ブ
ロード）の不安定な火炎となり、又火炎の温度が
低下して不完全燃焼を惹起する。

このようなことより本発明においては、前記の
如くバーナ１４の構造を同心四重管として一次、
二次空気流路１７，１８に流れる空気量をそれぞ
れ適切に調整することによつて常時安定した火炎
を保持し得るようにしたものである。

次に１９は空気導入部１２より導入された空気
を整流する整流板で、例えばパンチングプレート
の如き多孔板で形成され、該整流板１９に前記下
向きバーナ１４を貫通させることにより該バーナ
１４の保持にも兼用される。また、２０は常時着
火しておくパイロツトバーナの如き点火源で、前
記バーナ１４の各ノズルの下方の適宜位置に火炎
が位置するように１本、またはそれ以上配置され
ている。

次に２１はバーナ１４により該バーナ１４の下
方に形成される火炎の下方に位置するように配置
された水スプレー管で、第２の如く「コの字状」
を水平に配置してなり、該水スプレー管２１の相
対向する「コの字状」の内側には水平方向に複数
の水噴出ノズル２２が設けられている。

上述の如く構成した本発明に係る燃焼装置は次
の通り操作、運転される。

まず、パイロツトバーナ２０にプロパン等の燃
料ガスを供給して着火すると共に、空気導入部１
２からの空気を燃焼ガス排出部１３を介して排気
系（図示せず）に排出し中空筒体１１内に下向き
の空気流を形成する。

なお、該空気流の筒内流速は0.5ｍ／sec以上に
するのが望ましく、これ以下の流速だと微少の二
酸化珪素が軽く吹上げられて中空筒体１１内を舞
上がつてしまい装置外への排出が困難となる。

次いで半導体製造工程からの排ガスを排ガス流
路１５に、窒素ガスを不活性ガス流路１６に、空
気を一次、二次空気流路１７，１８にそれぞれ流
すと、それぞれのガスは各ノズルから平行に噴出
し排ガスはパイロツトバーナ２０からの火炎によ
り着火するが第１図の如く不活性ガス流路１６か
らの窒素ガスによるガスカーテン作用によりバー
ナ１４の各ノズルの下端部より若干下がつた位置
で燃焼し火炎２３が形成される。

このように、火炎２３をバーナ１４の各ノズル
から下方に離すのは排ガス中のシランガス燃焼時
に生ずる二酸化珪素の微粉末が各ノズルに付着し
ないようにするためで、上記の如く火炎を形成
し、かつ安定して燃焼するためには、排ガス流路
１５を流れる排ガスの成分及び流速に応じて一次
空気の流速を２〜10ｍ／sec、二次空気の流速を
一次空気の流速以上とする。更に詳述すると、一
次空気の流速を２ｍ／sec以下にすると火炎の形
状は火炎自体の浮力の影響で末広がり（ブロー
ド）になり火炎が不安定となると共に火炎の温度
が低下して不完全燃焼を起こすこととなる。ま
た、一次空気の流速を10ｍ／sec以上にすると排
ガス量が少ないときに火炎が吹き飛んで燃焼を阻
害する不都合が生ずる。

次に二次空気は火炎２３の形状を棒状にして高
温を継持して燃焼させる作用をし、このためには
二次空気の流速を一次空気の流速と同等以上と
し、かつ2.5倍以内とするのが良い。これは、二
次空気の流速を一次空気の流速より遅くすると、
火炎の形状を安定して継持することが困難とな
り、また、二次空気の流速を一次空気の2.5倍以
上とすると排ガス量が少ないときに火炎が吹き飛
んでしまうからである。

上述の如く形成された火炎２３による燃焼によ
り生じた高温の燃焼ガスは前記空気流と共に下方
に向かい、この途中において、水スプレー管２１
からの水により冷却され、気液二層状態になつて
燃焼ガス排出部１３から排気系に流れる。

尚、上記説明において、パイロツトバーナ２０
を設けたのは半導体製造工程からの排ガス中のシ
ランガス濃度が種々変化しても常に安定した火炎
が維持されるようにしたもので、常に排ガス中に
シランガスが常時自燃する程度に含まれている場
合には特に設けなくても良いが、実際の排ガスで
はシランガスの濃度が高低し、自燃する濃度以下
になることもあるので設けておいた方が望まし
い。

また、本実施例ではスプレー管２１の形状を
「コの字状」としたが、排ガス燃焼に伴う火炎２
３の直下方向をさける適宜の形状、例えばリング
状等でも良く、そしてスプレー管２１に設ける水
噴出ノズルの設置位置は限定されないが、水平に
噴出するようにすれば、水が中空筒体１１の内周
面に接触し流下するので該内周面に対して洗浄作
用が生じ、この結果、該内周面への二酸化珪素の
付着が防止されメンテナンスに便利である。更に
バーナ１４の取り付けは垂直に限定せず、適宜斜
めに傾けても良い。

次に、上述の如く火炎を下向きに、かつ安定し
て燃焼するためのバーナの他の実施例を第４図に
より説明する。

第４図はバーナのノズル付近を拡大した中央縦
断面図で内管３０、第２の内管３１、第３の内管
３２及び外管３３の同心四重管で、基本的には前
記した第３図のバーナと類似の構成であるが、第
３図のバーナと異なる点は第３の内管３２と外管
３３である。即ち第３の内管３２の開口端部は第
２の内管３１及び外管３３の開口端部より内側に
位置させるように形成し、また外管３３の開口端
部３４はバーナの中心方向に向けて絞り込んだ形
状としたものである。このようように第４図のよ
うなバーナ形状とすると、前記第３図のバーナで
は、排ガス、窒素ガス、一次、二次空気が各ノズ
ルからそれぞれ平行に噴出していたのを二次空気
が火炎をバーナの中心方向に向つて包み込むよう
に作用することとなり、前記第３図のバーナを用
いた場合に比べ火炎が小さくなり、かつ高温を維
持し易くなつて、より効果的な燃焼を行なうこと
ができる。以上、第３図、第４図のバーナにおい
て、排ガス流路のノズル及び不活性ガス流路のノ
ズル部を形成する管を鋭角にすると二酸化珪素が
付着しにくく、かつ付着しても容易に剥離するの
で効果的である。

〔発明の効果〕

(1) 本発明に係る燃焼方法によれば、バーナを下
向きにして火炎を下方に形成するようにしたの
で、たとえバーナノズルに燃焼により生じた二
酸化珪素が部分的に付着してもノズルからのガ
ス圧及び自重により自然落下し、ノズルを閉塞
することがないので連続燃焼でき、また、これ
によりノズル部で圧力変動が起きないので半導
体製造工程からの排ガスの燃焼処理に好適であ
り実施効果が大きい。

(2) また、本燃焼装置では火炎を下向きに燃焼さ
せるに当り、同心四重管バーナを用いて、一
次、二次空気の流速を適宜調節して燃焼するの
で、安定した火炎が保持出来るとともに効果的
な燃焼が可能である。

(3) 更に本発明では燃焼火炎を下向きに形成する
ようにできたので、火炎を阻害することなく装
置内に水スプレー管を設けることができる。

この結果、 (i) 燃焼ガス冷却が燃焼室内ででき、別途の燃
焼ガス冷却設備は不要であり、 (ii) 燃焼ガスを水と混合した後、該燃焼ガス中
の固型酸化物を水中で捕捉して除去する方法
に使用した場合、中空筒体内で水と燃焼ガス
を混合でき、別途の水混合装置は不要とな
る。

(iii) 燃焼ガス冷却時に中空筒体自体も冷却でき
るので、中空筒体に断熱材を設けなくて済
み、また、中空筒体冷却のための別途の注水
設備は不要である。

(iv) スプレー管からの水が中空体内壁面に接触
して流れるようにすれば、該内壁面内に二酸
化珪素が付着することがなく、該内壁の清掃
などメンテナンスが楽になる。また、例え水
の接触しない中空筒体上方に二酸化珪素が付
着し、剥離し落下しても、本燃焼装置運転上
何ら支障がなく、燃焼にあたつての安定性が
著しく向上する。

等の効果を生ずる。

【図面の簡単な説明】

第１図乃至第３図は、本発明の一実施例を示す
もので、第１図は燃焼装置の中央縦断面図、第２
図は第１図の−線断面図、第３図はバーナの
ノズル付近を拡大して示す縦断面図、第４図は本
発明のバーナの他の実施例を示すノズル付近を拡
大した縦断面図、第５図は従来の燃焼装置の縦断
面図である。 １１……中空筒体、１２……空気導入部、１３
……燃焼排ガス排出部、１４……バーナ、１５…
…半導体製造排ガス流路、１６……不活性ガス流
路、１７……一次空気流路、１８……二次空気流
路、２０……パイロツトバーナ、２１……水スプ
レー管。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 半導体製造排ガスの燃焼にあたつて、上方よ
   り下方に空気を流通せしめた装置内で、中心から
   順に半導体製造排ガス流路、不活性ガス流路、一
   次空気流路、二次空気流路を形成してなる同心四
   重管により、それぞれの上記気体を下向きに流出
   せしめて燃焼火炎を形成すると共に、前記装置内
   に上方より下方に流通する空気を0.5ｍ／sec以上
   の流速で流し、また、前記バーナの一次空気の流
   速を２〜10ｍ／sec、二次空気の流速を該一次空
   気の流速と同等以上にして燃焼させることを特徴
   とする半導体製造排ガスの燃焼方法。 ２ 上部に空気導入部を、底部に排気系と連通す
   る燃焼ガス排出部とを有する中空筒体内に、中心
   から順に半導体製造排ガス流路、不活性ガス流
   路、一次空気流路、二次空気流路を形成して下向
   きに開口する同心四重管バーナを設けることを特
   徴とする半導体製造排ガスの燃焼装置。 ３ 上部に空気導入部を、底部に排気系と連通す
   る燃焼ガス排出部とを有する中空筒体内に、中心
   から順に排ガス流路、不活性ガス流路、一次空気
   流路、二次空気流路を形成し下向きに開口する同
   心四重管バーナを設けるとともに前記同心四重管
   バーナの開口部下方に水スプレー管を設けたこと
   を特徴とする半導体製造排ガスの燃焼装置。