專利名稱：排氣的處理方法及處理系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及例如適用于對(duì)制造半導(dǎo)體時(shí)的蝕刻工序等中產(chǎn)生的排氣進(jìn)行處理的排氣的處理方法及處理系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
半導(dǎo)體和液晶顯示屏這類半導(dǎo)體制品的制造工序，特別是蝕刻工序中，采用了六氟化硫(SF6)這類全氟化合物(PFC)和氯氣(Cl2)這類鹵素氣體組合而成的原料氣體，作為副產(chǎn)氣體產(chǎn)生了氟氣(F2)、四氟化硫(SF4)、SOF2、四氟化硅(SiF4)、四氯化硅(SiCl4)等。這些原料氣體及副產(chǎn)氣體是有毒的，所以有必要對(duì)從該制造工序中排出的排氣進(jìn)行燃燒分解處理使其無(wú)毒化。
排氣中如果含有SF6這類硫化合物，則會(huì)產(chǎn)生作為燃燒排氣的二氧化硫(SO2)等硫氧化物。SO2等是有毒氣體，其容許濃度被設(shè)定在2ppm的低值。由于硫氧化物在中性水中的溶解度較低，所以以往用氫氧化鈉這類堿性水溶液將其除去。但是，在制造半導(dǎo)體制品的無(wú)塵室中，由于要防止鈉離子等污染半導(dǎo)體，因此限制使用氫氧化鈉等堿性試劑。為此，必須在將燃燒排氣排出到無(wú)塵室的外部后再使用堿性試劑，這樣就出現(xiàn)排氣處理系統(tǒng)大型化的問(wèn)題。
上述氯等氧化性氣體和副產(chǎn)氣體可能會(huì)使燃燒裝置的燃燒室和爐體腐蝕。此外，如果燃燒分解SiF4等，則會(huì)產(chǎn)生二氧化硅(SiO2)等固形物，這樣可能會(huì)對(duì)燃燒室和爐體中的氣體流路造成堵塞。
本發(fā)明的目的是提供能夠解決上述問(wèn)題的排氣處理方法及處理系統(tǒng)。
發(fā)明的揭示本發(fā)明的排氣的處理方法的特征是，使含硫化合物的排氣燃燒生成含硫氧化物的燃燒排氣，在填充了含難溶于水的固形堿性化合物的填充材料的濕式填充塔中，使前述燃燒排氣與該固形堿性化合物的水溶液接觸。
利用本發(fā)明的方法，通過(guò)含SF6等硫化合物的排氣的燃燒，生成含SO2等硫氧化物的燃燒排氣。被填入濕式填充塔的固形堿性化合物溶于水而生成堿性水溶液，燃燒排氣與該堿性水溶液接觸。這樣，燃燒排氣中所含的硫氧化物被該堿性水溶液吸收。由于硫氧化物在水中的溶解度較小，所以與僅填充了拉西環(huán)等一般的填充材料的濕式填充塔相比，能夠更有效地將硫氧化物從燃燒排氣中除去。而且，由于該固形堿性化合物難溶于水，所以能夠防止污染半導(dǎo)體的物質(zhì)的實(shí)質(zhì)性的產(chǎn)生。
該固形堿性化合物較好為碳酸鹽及金屬氫氧化物中的至少一種。該固形堿性化合物為碳酸鹽或金屬氫氧化物，能夠使硫氧化物作為亞硫酸鹽固定，可進(jìn)一步有效地除去燃燒排氣中所含的硫氧化物。
該固形堿性化合物在水中的溶解度于25℃時(shí)較好是在0.2重量％以下。具體的固形堿性化合物例如可使用碳酸鈣、碳酸鎂、氫氧化鈣及氫氧化鎂中的至少1種。其溶解度在25℃時(shí)更好是在0.02重量％以下，這種情況下，可使用碳酸鈣、碳酸鎂及氫氧化鎂中的至少1種。這樣可切實(shí)地防止污染半導(dǎo)體的物質(zhì)的實(shí)質(zhì)性的產(chǎn)生。
本發(fā)明的排氣處理系統(tǒng)具備排氣的燃燒裝置及從該燃燒裝置排出的燃燒排氣的處理裝置，該處理裝置具有填充了含難溶于水的固形堿性化合物的填充材料的濕式填充塔，在該填充塔中，使燃燒排氣與該固形堿性化合物的水溶液接觸。利用本發(fā)明的排氣處理系統(tǒng)可實(shí)施本發(fā)明的排氣處理方法。
本發(fā)明的排氣處理系統(tǒng)具備前處理裝置，最好使被送入燃燒裝置前的排氣在該前處理裝置中與吸收液接觸。這樣通過(guò)使燃燒前的排氣與吸收液進(jìn)行接觸，能夠吸收除去排氣中所含的SF4、SOF2、SiF4、SiCl4等腐蝕性氣體，能夠大幅度減少流入燃燒裝置中的燃燒室和爐體、設(shè)置于其下流的冷卻部和濕式填充塔的腐蝕物質(zhì)，能夠大幅度提高這些部位的耐腐蝕性。此外，通過(guò)在燃燒前除去燃燒分解時(shí)會(huì)產(chǎn)生固形物的SiF4和SiCl4等，能夠防止固形物對(duì)燃燒室、爐體、冷卻部和濕式填充塔的堵塞。
本發(fā)明的排氣處理系統(tǒng)具備上述前處理裝置時(shí)，最好具有將該固形堿性化合物的水溶液作為吸收液供給至前述前處理裝置的手段。這樣，通過(guò)該填充塔中的燃燒排氣和前述固形堿性化合物的水溶液的接觸生成亞硫酸鹽，在排氣燃燒前，可使含氧化性氣體的排氣與含該亞硫酸鹽的前述固形堿性化合物的水溶液接觸。由于含亞硫酸鹽的固形堿性化合物的水溶液顯現(xiàn)出還原性，所以可作為排氣中所含的Cl2和F2等難溶于水的氧化性氣體的合適的吸收液被使用。這樣在排氣燃燒前，可吸收該排氣中所含的氧化性氣體，能夠防止排氣的燃燒裝置的腐蝕。
本發(fā)明通過(guò)簡(jiǎn)單的結(jié)構(gòu)除去燃燒排氣中所含的硫氧化物，能夠?qū)崿F(xiàn)排氣處理系統(tǒng)的小型化，此外，能夠有效防止排氣的燃燒裝置中的腐蝕性氣體的腐蝕和二氧化硅等固形物的堵塞，可提高該燃燒裝置的運(yùn)行操作性。
對(duì)附圖的簡(jiǎn)單說(shuō)明

圖1表示本發(fā)明的實(shí)施方式的排氣處理系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)。
實(shí)施發(fā)明的最佳方式圖1所示的排氣處理系統(tǒng)1是用于處理包含SF6等PFC，Cl2等鹵素氣體，F(xiàn)2、SF4、SOF2、SiF4、SiCl4等半導(dǎo)體制造工序中的副產(chǎn)氣體的排氣的系統(tǒng)，該系統(tǒng)具備排氣的前處理裝置2、排氣的燃燒裝置3及從該燃燒裝置3排出的燃燒排氣的處理裝置4。
該排氣的前處理裝置2具備收容吸收液11的前處理箱12、將從排氣產(chǎn)生源通過(guò)配管10送來(lái)的排氣導(dǎo)入該前處理箱12內(nèi)的吸收液11內(nèi)的導(dǎo)入管13、設(shè)置于該前處理箱12的作為微細(xì)氣泡產(chǎn)生裝置的旋轉(zhuǎn)霧化器14。該旋轉(zhuǎn)霧化器14通過(guò)由馬達(dá)14a旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)的轉(zhuǎn)子14b的旋轉(zhuǎn)，將被導(dǎo)入吸收液11中的排氣微細(xì)氣泡化。旋轉(zhuǎn)霧化器14可采用市售品。這樣可使被送入燃燒裝置3之前的排氣有效地與吸收液11接觸。本實(shí)施方式中，在前處理箱12內(nèi)藉由配管6從水源40供給的水通過(guò)噴嘴15被噴霧。
該排氣的燃燒裝置3具有耐火物制爐體21及設(shè)置于該爐體21的上部的點(diǎn)火部22，該點(diǎn)火部22中設(shè)置了引燃器22a。通過(guò)配管5將與前處理裝置2的吸收液11接觸過(guò)的排氣導(dǎo)入爐體21內(nèi)，然后通過(guò)未圖示的配管導(dǎo)入燃料氣體和助燃性氣體。此外，為了將從前處理箱12被導(dǎo)入爐體21的排氣中的水分除去，設(shè)置了濕氣分離器16。作為燃料氣體，例如可使用液化石油氣(LPG)、液化天然氣(LNG)、氫氣或它們的混合氣體等。該助燃性氣體例如可使用空氣或根據(jù)需要在空氣中添加了氧的富氧空氣等。利用該引燃器22a形成火焰，爐體21內(nèi)在助燃性氣體的存在下排氣和燃料氣體被燃燒。通過(guò)該排氣的燃燒生成的燃燒排氣從爐體21的下部開(kāi)口被排出。
該燃燒排氣的處理裝置4具備冷卻液箱32和濕式填充塔33。在該冷卻液箱32的上部設(shè)置的燃燒排氣導(dǎo)入口32a通過(guò)導(dǎo)筒31與爐體21的下部開(kāi)口連接。設(shè)置于該冷卻液箱32的上部的燃燒排氣排出口32b與濕式填充塔33連接。該導(dǎo)筒31的內(nèi)周利用陶瓷等耐火材料作襯里，外周被冷卻液夾套31a包覆。利用泵35被循環(huán)的冷卻液箱32內(nèi)的冷卻液36通過(guò)配管37被供給至該冷卻液夾套31a。冷卻液夾套31a內(nèi)的冷卻液通過(guò)溢流從導(dǎo)筒31的內(nèi)周回流至冷卻液箱32。
導(dǎo)筒31的下端開(kāi)口被配置在冷卻液箱32內(nèi)的冷卻液36的液面上方。這樣，從爐體21被導(dǎo)入冷卻液箱32內(nèi)的燃燒排氣通過(guò)與貯存在冷卻液箱32的冷卻液36接觸而被冷卻，燃燒排氣的成分的一部分被冷卻液36吸收。在該冷卻液箱32內(nèi)，利用泵35通過(guò)配管7被循環(huán)的冷卻液箱32內(nèi)的冷卻液36被噴嘴38噴霧。
該濕式填充塔33具備筒體33a和被填入該筒體33a的填充材料33b。該筒體33a從冷卻液箱32的燃燒排氣排出口32b向上方延伸。該填充材料33b為難溶于水的固形堿性化合物，較好為碳酸鹽及金屬氫氧化物中的至少1種。該固形堿性化合物在水中的溶解度于25℃時(shí)較好是在0.2重量％以下，這種情況下，可使用碳酸鈣、碳酸鎂、氫氧化鈣及氫氧化鎂中的至少1種。其溶解度在25℃更好的是在0.02重量％以下，這種情況下，可使用碳酸鈣、碳酸鎂及氫氧化鈣中的至少1種。
從填充塔33的上方作為吸收液從水源40通過(guò)配管8被供給的水利用噴嘴39被噴向該填充材料33b。藉此在填充塔33內(nèi)生成固形堿性化合物的堿性水溶液。從燃燒裝置3排出的燃燒排氣通過(guò)冷卻液箱32從下方被導(dǎo)入填充塔33，在填充塔33中與固形堿性化合物的水溶液接觸。與該固形堿性化合物的水溶液接觸過(guò)的燃燒排氣從填充塔33的上方通過(guò)填充材料33b被排出。該固形堿性化合物的水溶液從填充塔33流下至冷卻液箱32。這樣冷卻液箱32的冷卻液36中就包含了固形堿性化合物的水溶液。該冷卻液箱32的冷卻液36中所含的固形堿性化合物的水溶液利用泵35通過(guò)配管9作為吸收液被供給至前處理裝置2的前處理箱12。此外，冷卻液箱32和前處理箱12的溢流排水通過(guò)配管50被集中排出。
上述燃燒裝置3中，通過(guò)含SF6這類硫化合物的排氣的燃燒，生成含SO2等硫氧化物的燃燒排氣。在填充了難溶于水的固形堿性化合物的濕式填充塔33中，該燃燒排氣中所含的硫氧化物與該固形堿性化合物的堿性水溶液接觸。這樣燃燒排氣中所含的硫氧化物就被該堿性水溶液吸收。由于硫氧化物在水中的溶解度較小，所以與僅填充了拉西環(huán)等一般的填充材料的濕式填充塔相比，能夠更有效地將SO2等硫氧化物從燃燒排氣中除去。而且，由于該固形堿性化合物難溶于水，所以能夠防止污染半導(dǎo)體的物質(zhì)的實(shí)質(zhì)性的產(chǎn)生。該固形堿性合物為碳酸鹽或金屬氫氧化物，能夠?qū)O2等硫氧化物作為亞硫酸鹽固定，能夠更有效地除去燃燒排氣中所含的硫氧化物。作為固形堿性化合物例如使用碳酸鈣(CaCO3)時(shí)，通過(guò)與SO2反應(yīng)生成亞硫酸鈣(CaSO3)，藉此能夠使SO2固定化。其反應(yīng)式如下所示。
此外，使燃燒前的排氣與前處理裝置2的吸收液11接觸，能夠吸收排氣中所含的SF4、SOF2、SiF4、SiCl4等，可大幅度減少爐體21、引燃器22a和填充塔33等中的腐蝕物質(zhì)，大幅度提高這些部位的耐腐蝕性。此外，通過(guò)在燃燒前除去燃燒分解時(shí)會(huì)產(chǎn)生固形物的物質(zhì)SiF4或SiCl4等，能夠防止固形物堵塞爐體21、引燃器22a和填充塔33等。另外，在填充塔33中通過(guò)燃燒排氣和固形堿性化合物的水溶液的接觸生成亞硫酸鹽，含該亞硫酸鹽的固形堿性化合物的水溶液可作為前處理裝置2的吸收液11供給。這樣能夠在排氣燃燒前使含Cl2或F2等氧化性氣體的排氣與含亞硫酸鹽的固形堿性化合物的水溶液接觸。由于含亞硫酸鹽的固形堿性化合物的水溶液顯現(xiàn)還原性，所以可作為排氣中所含的Cl2或F2等難溶于水的氧化性氣體的合適的吸收液使用。藉此在排氣燃燒前能夠吸收該排氣中所含的氧化性氣體，所以能夠防止燃燒裝置3的腐蝕。例如，含有作為亞硫酸鹽的亞硫酸鈣的情況下，能夠利用以下的反應(yīng)吸收Cl2和F2。
實(shí)施例1利用上述實(shí)施方式的排氣處理系統(tǒng)1進(jìn)行排氣處理。
在內(nèi)徑200mm的不銹鋼內(nèi)側(cè)實(shí)施厚25mm的氧化鋁系澆鑄形成爐體21。冷卻液箱32由內(nèi)周涂布了四氟乙烯(PTFE)樹(shù)脂的不銹鋼制成。填充塔33由內(nèi)徑300mm、高500mm的內(nèi)周涂布了PTFE樹(shù)脂的不銹鋼制成。填充了作為填充材料33b的粒徑10mm～20mm的碳酸鈣石。前處理箱12由內(nèi)徑300mm、高500mm的內(nèi)周涂布了PTFE樹(shù)脂的不銹鋼制成。旋轉(zhuǎn)霧化器14的轉(zhuǎn)子14b的直徑為100mm，高為100mm。從上方由噴嘴39以10L/min的速度向填充塔33供給水。利用泵35以7L/min的速度向前處理箱12供給冷卻液箱32內(nèi)的冷卻液。作為燃料氣體導(dǎo)入丙烷，將爐體21內(nèi)的溫度控制在1100℃，使排氣處理系統(tǒng)1啟動(dòng)后，從導(dǎo)入管13以150L/min的速度將作為排氣的含2％的SF6和1％的Cl2的以氮?dú)鉃橹鞯臍怏w導(dǎo)入前處理箱12中。
用傅里葉變換式紅外分析法(FT-IR)測(cè)定填充塔33的出口氣體中所含的SF6、SO2、HF，其結(jié)果是，SF6在5ppm以下，SO2為20ppm，HF在3ppm以下。此外，用檢測(cè)管對(duì)填充塔33的出口氣體中所含的Cl2和HCl進(jìn)行測(cè)定的結(jié)果是，Cl2在0.5ppm以下，HCl在1ppm以下。另外，對(duì)濕氣分離器16的出口排氣進(jìn)行分析的結(jié)果是，Cl2為110ppm，SO2為75ppm。
比較例1與實(shí)施例1的結(jié)構(gòu)相同的排氣處理系統(tǒng)1中，在填充塔33中作為填充材料未填充固形堿性化合物，而僅填入了1/2英寸的拉西環(huán)。其它條件與實(shí)施例1相同，以150L/min的速度對(duì)含2％的SF6和1％的Cl2的以氮?dú)鉃橹鞯臍怏w進(jìn)行處理，進(jìn)行與實(shí)施例1同樣的測(cè)定。
填充塔33的出口氣體中所含的SF6在5ppm以下，SO2為850ppm，HF在3ppm以下，Cl2為1.5ppm，HCl在1ppm以下。對(duì)濕氣分離器16的出口的排氣進(jìn)行分析的結(jié)果是，Cl2為440ppm，SO2為780ppm。
實(shí)施例2在實(shí)施例1的排氣處理系統(tǒng)1中，利用閥門(mén)(未圖示)阻斷利用泵35從冷卻液箱32向前處理箱12供給冷卻液，利用新的配管(未圖示)以5L/min的速度由水源40直接向前處理箱12供水。其它條件與實(shí)施例1相同，以150L/min的速度對(duì)含2％的SF6和1％的Cl2的以氮?dú)鉃橹鞯臍怏w進(jìn)行處理，進(jìn)行與實(shí)施例1同樣的測(cè)定。
填充塔33的出口氣體中所含的SF6在5ppm以下，SO2為28ppm，HF在3ppm以下，Cl2為0.9ppm，HCl在1ppm以下。對(duì)濕氣分離器16的出口的排氣進(jìn)行分析的結(jié)果是，Cl2為1500ppm。
從上述實(shí)施例及比較例可確認(rèn)，通過(guò)在填充塔33中填充難溶于水的固形堿性化合物，能夠有效除去SO2和Cl2。此外，使燃燒前的氣體與含有在填充塔33生成的亞硫酸鹽的水溶液接觸，能夠更有效地除去Cl2。
本發(fā)明并不僅限于上述實(shí)施方式和實(shí)施例。例如，不一定全部的填充材料33b都為難溶于水的固形堿性化合物，可以一部分為難溶于水的固形堿性化合物，其余為拉西環(huán)等一般的填充材料。此外，排氣中所含的硫化合物也不限定為SF6，只要是使排氣燃燒而生成含硫氧化物的燃燒排氣的硫化合物就能夠應(yīng)用于本發(fā)明。含有在填充塔生成的亞硫酸鹽的水溶液也可以不通過(guò)冷卻液箱32而是使其直接回流至前處理裝置。前處理裝置中的微細(xì)氣泡產(chǎn)生裝置不不是必須的，只要能夠使燃燒前的排氣與吸收液接觸即可。另外，含有在填充塔生成的亞硫酸鹽的水溶液不回流至前處理裝置時(shí)，也可以由干式填充塔和其它吸收裝置構(gòu)成前處理裝置。
權(quán)利要求
1.排氣的處理方法，其特征在于，使含硫化合物的排氣燃燒生成含硫氧化物的燃燒排氣，在填充了含難溶于水的固形堿性化合物的填充材料的濕式填充塔中，使前述燃燒排氣與該固形堿性化合物的水溶液接觸。
2.如權(quán)利要求1所述的排氣的處理方法，其特征還在于，該固形堿性化合物為碳酸鹽及金屬氫氧化物中的至少一種。
3.如權(quán)利要求2所述的排氣的處理方法，其特征還在于，通過(guò)該填充塔中的燃燒排氣和前述固形堿性化合物的水溶液的接觸生成亞硫酸鹽，在該排氣燃燒前，使含氧化性氣體的排氣和含該亞硫酸鹽的前述固形堿性化合物的水溶液接觸。
4.如權(quán)利要求1～3中任一項(xiàng)所述的排氣的處理方法，其特征還在于，該固形堿性化合物在水中的溶解度于25℃時(shí)在0.2重量％以下。
5.排氣處理系統(tǒng)，其特征在于，具備排氣的燃燒裝置及從該燃燒裝置排出的燃燒排氣的處理裝置，該處理裝置具有填充了含難溶于水的固形堿性化合物的填充材料的濕式填充塔，在該填充塔中，使燃燒排氣與該固形堿性化合物的水溶液接觸。
6.如權(quán)利要求5所述的排氣處理系統(tǒng)，其特征還在于，具備排氣的前處理裝置，使被送入燃燒裝置前的排氣在該前處理裝置中與吸收液接觸。
7.如權(quán)利要求6所述的排氣處理系統(tǒng)，其特征還在于，具有將該固形堿性化合物的水溶液作為吸收液供給至前述前處理裝置的手段。
全文摘要
排氣的處理方法中，使含硫化合物的排氣燃燒生成含硫氧化物的燃燒排氣。在填充了含難溶于水的固形堿性化合物的填充材料33b的濕式填充塔33中，使前述燃燒排氣與該固形堿性化合物的水溶液接觸。
文檔編號(hào)B01D53/34GK1668365SQ0381634
公開(kāi)日2005年9月14日 申請(qǐng)日期2003年7月29日 優(yōu)先權(quán)日2002年8月9日
發(fā)明者菱池通隆, 高田吉?jiǎng)t, 永田賢治 申請(qǐng)人:住友精化株式會(huì)社