JPH08511615A - 排ガス浄化方法及び装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 排ガス、特に化学蒸着装置及びプラズマ処理による蒸着装置及びエッチング装置から排出される排ガスを、毒性の有害物質から浄化する方法。ただ一つの反応室内において、熱分解及び酸化のような浄化の部分処理を、固形及びガス状の反応物の吸着、加水分解及び冷却と組み合わせて行う。炎で燃焼した排ガスの反応物を、直接燃焼室（１）内で、緻密に分布した流体を充填した空間を通過させる。この流体は、反応室のすべての部分及び内壁面で流体フィルムを形成する。バーナー（３）を備えた燃焼室（１）内で、上記流体の分布を噴霧装置により達成させる。毒性の有害物質の効果的な浄化、反応室の一部分の腐食化の低減、固形反応物による燃焼室の閉塞が回避される。排ガス燃焼時の二次的な毒性有害物質の発生は避けられる。

Description

【発明の詳細な説明】 排ガス浄化方法及び装置 本発明は、排ガス浄化方法及び装置に関し、特に化学蒸着（ＣＶＤ）装置及び プラズマ処理による侵食または析出装置から発生する排ガスの浄化方法及び装置 に関するものである。 この種の排ガスには、例えば窒素、アルゴンのような無害のガスのほかに毒性 の有害物質が含まれている。有害物質は、浄化方法により完全に除去され、或い は許容限界値まで低減せしめられる。浄化のため、排ガスは製造装置から排出し た直後、または複数の装置から集められた後、浄化装置を通される。 排ガス浄化のために多数の方法が知られている。非常に頻繁に用いられる方法 は、例えば酸化性水溶液中で有害物質を吸着させることにより浄化を行う方法で ある。このため排ガスは反応塔、噴霧塔、または他の洗浄装置内で有害物質と集 中的に接触せしめられる。このようにしても吸着されない有害物質、または効率 的に吸着されない有害物質は、加熱または燃焼による熱分解によって置換され、 排ガスから除去される。毒性の有害物質自体が可燃性でなければ、この種の有害 物質は酸素を過剰に 供給して火炎中で燃焼せしめられる。燃焼は、燃焼室でバーナーを用いて行われ る。燃焼室の壁には固形の燃焼物、例えばＳｉＯ₂が沈殿する。固形の反応物の 分離は完全に行われず、特に燃焼時に通常は二次的なガス状の有害物質が発生す るので、従来では多段階に作用する浄化方法が採用される。この多段階浄化方法 では浄化の部分処理、例えば熱分解または酸化、冷却、加水分解、吸着、及び固 形反応物の除去が順次行われる（欧州特許第８９１１０８７５号公報）。 このため排ガスは、燃焼室と洗浄原理に従って作用する少なくとも一つの装置 を貫流するように誘導される。また、構造的に一つのユニットを形成している燃 焼室と洗浄室とを貫流するように排ガスを誘導する排ガス浄化装置も提案された （欧州特許第８９１１０８７６号公報）。 燃焼室で有害物質を熱分解または酸化して固形反応物を形成することにより排 ガスを浄化する方法の欠点は、固形反応物が燃焼室の壁面に析出することである 。有害物質の処理量が大きい場合、壁面に厚い層が成長する。この堆積物は短時 間で分厚くなり、流動状態をかき乱すのでプロセス制御に多大な悪影響を与え、 しかも”増殖”によりプロセス制御を不可能にさせることがある。 他の欠点は、燃焼のガス状反応物の作用で壁面及び他の部材の素材が腐食する ことである。問題なのは、燃焼 した排ガスの高温度により、或いは排ガスが例えばハロゲン水素（ＨＣＬ，ＨＦ など）及び水蒸気を含んでいる場合に排ガスの成分により、腐食が強くなること である。 さらに、燃焼室から次の吸着室または吸着装置へ至る途上で燃焼した排ガスを 冷却する際に、二次的な毒性の有害物質、例えばダイオキシンが発生することも 不具合な結果をもたらす。 また、有害物質を排ガスから部分的に離隔させるようにした吸収または吸着方 法も採用される（特公昭５８−１２２０２５号公報、特公昭６２−３０５２５号 公報、特公昭６２−１３６２３０号公報）。 しかしながら、この方法の主な欠点は、毒素が除去されずに、同程度またはそ れ以上の有害物質の濃度で汚染された固形または液状の吸着剤が発生し、このよ うな吸着剤はごみ処理場に堆積させるしかないことである。 本発明の課題は、有害物質の熱分解または酸化のほかに吸着等の他の部分処理 をも行う方法及び装置を用いて、排ガスの浄化、特にＣＶＤ及びプラズマ処理に 基づく浄化の効果を向上させることである。また本発明の課題は、燃焼室の部材 の腐食を低減させて寿命を長くさせることである。さらに本発明の課題は、固形 反応物を除去するために、二つの清掃サイクルの間の装置の作動時間を著しく長 くさせることである。また本発明は、浄化の際に 二次的な毒性の有害物質が発生しないようにすることも課題とするものである。 上記の課題は、本発明によれば、請求項１に記載の方法及び請求項４に記載の 装置によって解決される。他の有利な構成は請求項２及び３、並びに請求項５， ６，７に記載されている。 本発明による方法の出発点とするところは、燃焼室内に火炎を発生させるため の燃焼ガスを供給すること、この火炎中に排ガスを供給することである。火炎中 で排ガスの有害物質の熱分解が行われる。有害物質を酸化させる必要がある場合 には、燃焼ガスまたは排ガスに付加的に酸素が混入される。燃焼した排ガスは、 有害物質の固形及び（または）ガス状の反応物を含んでいる。 本発明によれば、燃焼室に直接流体が送入され、この流体がバーナー及び燃焼 ガス炎の上方の空間を緻密に満たすように噴霧される。このように、熱分解過程 に加えて、その直後にしかも直接燃焼室内で排ガス浄化の一連の他の部分プロセ スが効果的に行われる。このため、燃焼した排ガス流は、緻密に分布した流体で 充填されている空間を貫流するように案内され、その後燃焼室から排出される。 流体として水を使用すると、例えばＳｉＯ₂のような反応物を洗い流すことがで きる。水はガス状または蒸気状の反応物（例えばＮＯ₂）の吸着、及び例え ばＨＣＩまたはＨＦの加水分解にも適しており、また燃焼した排ガス流を冷却す るためにも適している。水に反応性の、特に中和性の成分を添加しても良い。こ のようにして、酸の形成がすでに燃焼室内で阻止される。 燃焼した排ガスを燃焼室内部で流体と直接接触させることにより、排ガス浄化 の効果が決定的に向上する。固形反応物の形成は、実質的に燃焼室内で完全に行 われる。このようにして、付加的に吸着装置を接続させた場合にも吸着装置は汚 染されず、その作用を阻害することがない。 燃焼した熱い排ガスを冷たい流体と直接接触させることにより、水に溶けにく い二次的なガス状の毒性有害物質（例えばダイオキシン）の形成が阻止される。 これは、熱い排ガス流が大きな温度勾配で急冷されるからである。 燃焼室に噴霧された流体は、燃焼室の壁面に衝突して流体フィルムを形成する 。この流体フィルムは、ガス流が接触する流体にたいしてその有効限界面積を増 大させる。従って壁面上の流体フィルムは、燃焼した排ガスから出る固形及びガ ス状の反応物の吸着、二次有害物質との反応、及び冷却に寄与する。特に、この 水のフィルムにより、壁面に燃焼の固形反応物が析出することが阻止される。プ ロセス制御を阻害する厚い層の成長は防止される。 一方流体フィルムにより、燃焼した熱い排ガスと壁面との直接的な接触も避け られる。腐食成分は流体内での冷却及び吸着後に初めて壁面に作用し、よって小 さな濃度で作用する。これにより腐食は極度に減少し、燃焼室の部材の寿命が長 くなる。 流体フィルムは燃焼室の壁に沿って落下する。燃焼室の底部領域に搬出される 流体は、吸着された固形及びガス状の燃焼成分及び燃焼した排ガスの反応物をも 搬出する。 必要な清掃までの燃焼室の作動時間は何倍にも増大する。 本発明による方法を実施するための装置は、大体において、バーナーを備えた 、有利には回転対称な燃焼室と、毒性の有害物質を含んでいる排ガスと燃焼ガス とを供給する供給部から構成されている。場合によっては、燃焼ガスまたは排ガ スに付加的に酸素を点火しても良い。燃焼ガスとしては、例えば水素・酸素混合 物、または天然ガス・酸素混合物が使用される。バーナー上方には燃焼ガス炎が 形成される。加熱または燃焼された燃焼ガス及び排ガスは、燃焼室から、浄化し た排ガスを排出させるための空気技術装置のための接続部の方向へ流動する。本 発明によれば、装置の燃焼室上部領域に、流体用の噴霧装置が配置されている。 この噴霧装置は、中空円錐ノ ズルと中実円錐ノズルから成っている。両ノズルともバーナーの軸線上に固定さ れている。バーナーと中空円錐ノズルとの間隔は、燃焼ガス炎の形成に十分であ るように、且つ毒性の有害物質の完全な熱分解または酸化に十分であるように設 定される。中空円錐ノズルは上記の流体を、バーナーが配置されている軸線を中 心とした角度範囲が流体から自由に維持されるように噴霧する。この角度範囲は ５０°以上の角度２αに設定するのが好ましい。中空円錐ノズルによる流体の噴 霧により、バーナーと中空円錐ノズルとの間の空間に燃焼炎が形成され、しかも この燃焼炎が流体によって消火されず、他方流体の中空円錐部により、燃焼した 燃焼ガス及び排ガス流の一部が燃焼室内の部材、例えばノズルとか流体供給部に 接触することが回避され、しかもこれ以前に流体と接触することがない。中空円 錐ノズルと中実円錐ノズルとの軸方向における間隔は、燃焼室の半径よりも大き い。中実円錐ノズルにより、流体は９０°以上の角度２αで中実円錐部に噴霧さ れる。燃焼室の両ノズル間の空間を可能な限り完全に、緻密に分布した流体で満 たすには、９０°よりもかなり大きい角度が合目的である。 緻密に分布した流体の中空円錐部は、流体の滴で高密度であるため、燃焼室内 への流体の制御の効かない侵入を避けるために中実円錐部から噴霧される流体に たいし て作用する。 中空円錐ノズルの背面では、ガス流の方向に凸の面が効果を奏する。この面の 径はバーナーの径よりも大きいか等しい。これにより、流体が中実円錐ノズルか ら直接バーナーへ噴霧されないことが保証される。凸の面は噴射保護部として作 用する。凸の面から滴下する流体もバーナー面の外側に落ちる。従って、バーナ ー炎の形成と毒性の有害物質の燃焼とが中実円錐ノズルから噴霧される流体によ り阻害されることはない。 燃焼した燃焼ガスと毒性の有害物質との流動は、流体が緻密に分布している空 間を貫流するように案内される。ここでは排ガス浄化の前記非熱部分プロセスは 行われない。燃焼室に吸込管を介して付加的な吸着装置、例えば除湿装置、洗浄 装置、またはフィルタを接続するのが合目的である。このようにすれば、燃焼室 内で浄化される有害成分をもった排ガスを一層減少させることができる。付加的 な吸着装置の接続は、特に、燃焼室内で排ガスから除去されなかった有害物質に たいして吸着装置が選択的に作用する場合に好ましい。 燃焼室から排出される吸着剤（排ガス燃焼反応物、及び燃焼した排ガスと水と の反応の反応物を含んでいる）を吸着剤回収装置に回収して、吸着剤を循環作動 させると、吸着剤の消費量を著しく減少させることができる。 本発明による装置の他の合目的な構成の特徴は、両ノズル間の空間の一部に充 填体の層を挿入することにある。このようにすると、流体とガス流との接触面積 がそれ自体公知の態様で大きくなり、しかも燃焼したガス流が緻密に分布した流 体と当初において接触することを阻害しない。 中空円錐ノズルから噴霧された流体も、中実円錐ノズルから噴霧された流体も 燃焼室の壁面に沈殿する。沈殿した流体はこの壁面に流体フィルムを形成し、燃 焼室の底部のほうへ落下する。 次に、本発明を方法の１実施例及び図面に図示した装置の１実施例に関して詳 細に説明する。添付の図は本発明による装置の縦断面図である。 本発明による装置は、大体において、不銹性鋼板からなる筒状の燃焼室１から 構成されている。燃焼室１は直径が１８ｃｍで、高さが６０ｃｍである。燃焼室 １の、円錐状に形成された底部２の領域には、バーナー３が配置されている。バ ーナー３には、燃焼ガスであるＨ₂とＯ₂が供給管４を介して供給される。バーナ ー３の直径は２５ｍｍである。 開口部５を介して燃焼ガス炎６が形成される。毒性の有害物質を含んだ排ガス は、供給管７を介してバーナー３に供給される。穴８を通って排ガスは燃焼ガス 炎６の 中心に侵入する。燃焼室９内では有害物質の熱分解または酸化が行われる。矢印 １０は、燃焼した燃焼ガス及び排ガスの流動方向を示す。底部２から約４０ｃｍ または５５ｃｍの間隔で中空円錐ノズル１１と中実円錐ノズル１２が軸方向に相 前後して配置され、使用される吸着剤としての水の供給管１３または１４に固定 されている。中空円錐ノズル１１は、角度範囲１５（２α≒８０°）がほとんど 水滴を発生させずにほぼ中空円錐状の空間１６を細かい霧で満たすように水を噴 霧する。中実円錐ノズル１２から放射される水は、両ノズルの間の全空間１７（ ２β≒１８０°）を霧状に満たす。空間１６及び１７において噴霧された水はバ ーナー３の内壁面にあたり、流体フィルム１８を形成する。水は壁面に沿って、 円錐状に形成された底部２へ流れ、底部２において排出管１９を介して燃焼室１ から排出される。 中空円錐ノズル１１の背面は、半径が４０ｍｍの球欠体２０として形成され、 この球欠体２０の径は６０ｍｍである。 浄化された排ガスは、接続部２１を通って空気技術装置へ排出される。 本発明による浄化装置には補助装置として、燃焼ガス炎の点火装置と、燃焼ガ ス及び水の流れを制御するコントロール装置と、プロセスの精度を向上させるた めのセ ンサ及びアクチュエーターが設けられる。 以下に、本発明による方法の１実施例を説明する。 燐光ガスを蒸着するためのＣＶＤ装置においては、ウェーハー上に層を蒸着さ せる場合も、また処理室の浄化を現場で行う場合にも、それぞれ５５ｌ／ｍｉｎ の排ガスが発生する。蒸着時の排ガスには、有害物質としてのＳｉＨ₄，ＰＨ₃と 、これらの有害物質の酸化物とが含まれる。処理室の浄化を現場で行う場合の排 ガスには、有害物質としてＣ₂Ｆ₆が含まれている。Ｃ₂Ｆ₆は熱分解可能で、その 後加水分解可能である。上記に二つの処理にとって重要な排ガス成分（好ましく は９０−９５％）は窒素である。 排ガスは、排ガス管を通って浄化装置に供給される。浄化装置の燃焼室１内で は、バーナー３を介して１５ｌ／ｍｉｎの水と、１０ｌ／ｍｉｎの酸素を供給す ることにより一定の燃焼炎が維持される。水素が完全に燃焼した後も燃焼炎には まだ過剰の加熱された酸素が残っている。バーナー３の軸線上に排ガスが供給さ れる。排ガスは加熱され、有害物質ＳｉＨ₄，ＰＨ₃は二酸化珪素と五酸化燐及び 水に酸化する。Ｃ₂Ｆ₆はＨＦとＣＯ₂に分解される。 燃焼室１の上三分の一は水滴で充填されている。このためほぼ１０ｌ／ｍｉｎ の水が燃焼室１に送入され、噴 霧される。燃焼室１の内壁面に水滴が発生すると、内壁面に水のフィルム１８が 形成される。水は壁面に沿って落下する。水は燃焼室１の底部２の領域に集めら れ、排出される。ほぼ１０００℃の熱い燃焼された燃焼ガス及び排ガスは、バー ナー３から垂直に、水滴で充填された空間１６を貫流する。固形の二酸化珪素は コロイド状に水に溶解する。五酸化燐は水と反応して燐酸になり、ＨＦは弗化水 素酸になる。浄化された排ガスは、燃焼室１のカバー面から排出される。熱い燃 焼された燃焼ガス及び排ガスが液滴に衝突すると、５０℃以下に冷却される。反 応物は水滴に吸着され、水滴とともに燃焼室から搬出される。

【手続補正書】特許法第１８４条の８ 【提出日】１９９５年６月２７日 【補正内容】 「分処理、例えば熱分解または酸化、冷却、加水分解、吸着、及び固形反応物の 除去が順次行われる（欧州特許公開第０３４７７５４号公報）。燃焼室を出た後 排ガスは別個の反応室へ搬送され、そこで吸着剤と集中的に接触せしめられる。 このため排ガスは、燃焼室と洗浄原理に従って作用する少なくとも一つの装置 を貫流するように誘導される。また、構造的に一つのユニットを形成している、燃焼室を備えた装置と、洗浄原理に従って洗浄室を備えた他の少なくとも一つの 装置 とを貫流するように排ガスを誘導する排ガス浄化装置も提案された（欧州特 許公開第０３４７７５３号公報）。燃焼室と外側の別個の反応室とは、内側の壁 によって仕切られている。 燃焼室で有害物質を熱分解または酸化して固形反応物を形成することにより排 ガスを浄化する方法の欠点は、固形反応物が燃焼室の壁面に析出することである 。有害物質の処理量が大きい場合、壁面に厚い層が成長する。この堆積物は短時 間で分厚くなり、流動状態をかき乱すのでプロセス制御に多大な悪影響を与え、 しかも“増殖”によりプロヤス制御を不可能にさせることがある。 他の欠点は、燃焼のガス状反応物の作用で壁面及び他の部材の素材が腐食する ことである。問題なのは、燃焼した排ガスの高温度により、或いは排ガスが例え ばハロ ゲン水素（ＨＣＬ，ＨＦなど）及び水蒸気を含んでいる場合に排ガスの成分によ り、腐食が強くなることである。 さらに、燃焼室から次の吸着室または吸着装置へ至る途上で燃焼した排ガスを 冷却する際に、二次的な毒性の有害物質、例えばダイオキシンが発生することも 不具合な結果をもたらす。 また、有害物質を排ガスから部分的に離隔させるようにした吸収または吸着方 法も採用される（特公昭５８−１２２０２５号公報、特公昭６２−３０５２５号 公報、特公昭６２−１３６２３０号公報）。」 「 請求の範囲 １．特にＣＶＤ処理及びプラズマ処理から出る排ガスを燃焼室と燃焼ガス炎を発 生させるバーナーとを用いて熱的に分解及び（または）酸化させて浄化する方法 において、流体を燃焼室に直接供給し、バーナー及び燃焼ガス炎の上方の空間を 緻密に満たすように噴霧すること、燃焼した排ガス流を、緻密に分布した流体で 充填されている前記燃焼室を通過させ、その後燃焼室から排出させること、前記 流体が燃焼室の壁面において流体フィルムを形成し、壁面から落下する流体を燃 焼室の底部の領域において排出することを特徴とする方法。 ２．流体として水を使用することを特徴とする、請求項１に記載の方法。 ３．流体として、反応成分を含んだ水、例えば苛性ソーダ溶液を使用することを 特徴とする、請求項１に記載の方法。 ４．燃焼室に吸い出し管を介して付加的な吸着装置または付加的なフィルタを接 続することを特徴とする、請求項１から３までのいずれか１つに記載の方法。 ５．燃焼室に排出管を介して吸着剤回収装置を接続し、吸着剤を循環作動させる ことを特徴とする、請求項 １から４までのいずれか１つに記載の方法。 ６．燃焼ガスと排ガスの供給部を備えたバーナーと燃焼室を有する、請求項１に 記載の方法を実施するための装置において、燃焼室（１）の上部領域に、流体の 噴霧装置がバーナー（３）の軸線上に配置されていること、噴霧装置が、中空円 錐ノズル（１１）と中実円錐ノズル（１２）とを有していること、中空円錐ノズ ル（１１）と中実円錐ノズル（１２）とが、軸線方向においてガス流の方向とは 逆の方向に相前後して配置されていること、 中空ノズル（１１）が、バーナー（ ３）を配置した角度範囲（２α）、有利には５０°以上の角度範囲（２α）で流 体から自由である中空円錐部に流体を噴霧すること、中実円錐ノズル（１２）が 、有利には９０°以上の角度で流体を中実円錐部に噴霧すること、中空円錐ノズ ル（１１）の背面で、排ガスの流動方向において凸の面が作用し、この面の径が バーナー（３）の径よりも大きいか等しいことを特徴とする装置。 ７．両ノズルの間の空間（１７）の一部において充填体の層が担持体格子上に送 入されていることを特徴とする、請求項６に記載の装置。 ８．燃焼室（１）に排出管（１９）を介して吸着剤回収装置が接続されているこ とを特徴とする、請求項６ または７に記載の装置。」

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 リッター ロータル ドイツ連邦共和国 デー・01109 ドレー スデン バイム グレープヒェン ４ (72)発明者 ラープス ルツ ドイツ連邦共和国 デー・01324 ドレー スデン エリーザベトシュトラーセ ７ (72)発明者 ゲームリヒ コンラート ドイツ連邦共和国 デー・01099 ドレー スデン バウツェナー シュトラーセ 129 (72)発明者 ヘントリヒ ミヒャエル ドイツ連邦共和国 デー・01109 ドレー スデン ゲーレナー ヴェーク 15 (72)発明者 フィルカート ギュンター ドイツ連邦共和国 デー・01159 ドレー スデン マルターシュトラーセ 54 (72)発明者 ヘニヒ フォルクマル ドイツ連邦共和国 デー・01157 ドレー スデン シュールベルク ５ (72)発明者 シューベルト マティーアス ドイツ連邦共和国 デー・01109 ドレー スデン アレクサンダー・ヘルツェン・シ ュトラーセ 58

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．特にＣＶＤ処理及びプラズマ処理から出る排ガスを燃焼室と燃焼ガス炎を発 生させるバーナーとを用いて熱的に分解及び（または）酸化させて浄化する方法 において、流体を燃焼室に直接供給し、バーナー及び燃焼ガス炎の上方の空間を 緻密に満たすように噴霧すること、燃焼した排ガス流を、緻密に分布した流体で 充填されている前記燃焼室空間を通過させ、その後燃焼室から排出させること、 前記流体が燃焼室の壁面において流体フィルムを形成し、壁面から落下する流体 を燃焼室の底部の領域において排出することを特徴とする方法。 ２．流体として水を使用することを特徴とする、請求項１に記載の方法。 ３．流体として、反応成分を含んだ水、例えば苛性ソーダ溶液を使用することを 特徴とする、請求項１に記載の方法。 ４．燃焼室に吸い出し管を介して付加的な吸着装置または付加的なフィルタを接 続することを特徴とする、請求項１から３までのいずれか１つに記載の方法。 ５．燃焼室に排出管を介して吸着剤回収装置を接続し、吸着剤を循環作動させる ことを特徴とする、請求項 １から４までのいずれか１つに記載の方法。 ６．燃焼ガスと排ガスの供給部を備えたバーナーと燃焼室を有する、請求項１に 記載の方法を実施するための装置において、燃焼室（１）の上部領域に、流体の 噴霧装置がバーナー（３）の軸線上に配置されていること、噴霧装置が、中空円 錐ノズル（１１）と中実円錐ノズル（１２）とを有していること、中空ノズル（ １１）が、バーナー（３）を配置した角度範囲（２α）、有利には５０°以上の 角度範囲（２α）で流体から自由である中空円錐部に流体を噴霧すること、中実 円錐ノズル（１２）が、有利には９０°以上の角度で流体を中実円錐部に噴霧す ること、中空円錐ノズル（１１）の背面で、排ガスの流動方向において凸の面が 作用し、この面の径がバーナー（３）の径よりも大きいか等しいことを特徴とす る装置。 ７．両ノズルの間の空間（１７）の一部において充填体の層が担持体格子上に送 入されていることを特徴とする、請求項６に記載の装置。 ８．燃焼室（１）に排出管（１９）を介して吸着剤回収装置が接続されているこ とを特徴とする、請求項６または７に記載の装置。