专利名称：排气的处理方法及处理系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及例如适用于对制造半导体时的蚀刻工序等中产生的排气进行处理的排气的处理方法及处理系统。
背景技术：
半导体和液晶显示屏这类半导体制品的制造工序，特别是蚀刻工序中，采用了六氟化硫(SF6)这类全氟化合物(PFC)和氯气(Cl2)这类卤素气体组合而成的原料气体，作为副产气体产生了氟气(F2)、四氟化硫(SF4)、SOF2、四氟化硅(SiF4)、四氯化硅(SiCl4)等。这些原料气体及副产气体是有毒的，所以有必要对从该制造工序中排出的排气进行燃烧分解处理使其无毒化。
排气中如果含有SF6这类硫化合物，则会产生作为燃烧排气的二氧化硫(SO2)等硫氧化物。SO2等是有毒气体，其容许浓度被设定在2ppm的低值。由于硫氧化物在中性水中的溶解度较低，所以以往用氢氧化钠这类碱性水溶液将其除去。但是，在制造半导体制品的无尘室中，由于要防止钠离子等污染半导体，因此限制使用氢氧化钠等碱性试剂。为此，必须在将燃烧排气排出到无尘室的外部后再使用碱性试剂，这样就出现排气处理系统大型化的问题。
上述氯等氧化性气体和副产气体可能会使燃烧装置的燃烧室和炉体腐蚀。此外，如果燃烧分解SiF4等，则会产生二氧化硅(SiO2)等固形物，这样可能会对燃烧室和炉体中的气体流路造成堵塞。
本发明的目的是提供能够解决上述问题的排气处理方法及处理系统。
发明的揭示本发明的排气的处理方法的特征是，使含硫化合物的排气燃烧生成含硫氧化物的燃烧排气，在填充了含难溶于水的固形碱性化合物的填充材料的湿式填充塔中，使前述燃烧排气与该固形碱性化合物的水溶液接触。
利用本发明的方法，通过含SF6等硫化合物的排气的燃烧，生成含SO2等硫氧化物的燃烧排气。被填入湿式填充塔的固形碱性化合物溶于水而生成碱性水溶液，燃烧排气与该碱性水溶液接触。这样，燃烧排气中所含的硫氧化物被该碱性水溶液吸收。由于硫氧化物在水中的溶解度较小，所以与仅填充了拉西环等一般的填充材料的湿式填充塔相比，能够更有效地将硫氧化物从燃烧排气中除去。而且，由于该固形碱性化合物难溶于水，所以能够防止污染半导体的物质的实质性的产生。
该固形碱性化合物较好为碳酸盐及金属氢氧化物中的至少一种。该固形碱性化合物为碳酸盐或金属氢氧化物，能够使硫氧化物作为亚硫酸盐固定，可进一步有效地除去燃烧排气中所含的硫氧化物。
该固形碱性化合物在水中的溶解度于25℃时较好是在0.2重量％以下。具体的固形碱性化合物例如可使用碳酸钙、碳酸镁、氢氧化钙及氢氧化镁中的至少1种。其溶解度在25℃时更好是在0.02重量％以下，这种情况下，可使用碳酸钙、碳酸镁及氢氧化镁中的至少1种。这样可切实地防止污染半导体的物质的实质性的产生。
本发明的排气处理系统具备排气的燃烧装置及从该燃烧装置排出的燃烧排气的处理装置，该处理装置具有填充了含难溶于水的固形碱性化合物的填充材料的湿式填充塔，在该填充塔中，使燃烧排气与该固形碱性化合物的水溶液接触。利用本发明的排气处理系统可实施本发明的排气处理方法。
本发明的排气处理系统具备前处理装置，最好使被送入燃烧装置前的排气在该前处理装置中与吸收液接触。这样通过使燃烧前的排气与吸收液进行接触，能够吸收除去排气中所含的SF4、SOF2、SiF4、SiCl4等腐蚀性气体，能够大幅度减少流入燃烧装置中的燃烧室和炉体、设置于其下流的冷却部和湿式填充塔的腐蚀物质，能够大幅度提高这些部位的耐腐蚀性。此外，通过在燃烧前除去燃烧分解时会产生固形物的SiF4和SiCl4等，能够防止固形物对燃烧室、炉体、冷却部和湿式填充塔的堵塞。
本发明的排气处理系统具备上述前处理装置时，最好具有将该固形碱性化合物的水溶液作为吸收液供给至前述前处理装置的手段。这样，通过该填充塔中的燃烧排气和前述固形碱性化合物的水溶液的接触生成亚硫酸盐，在排气燃烧前，可使含氧化性气体的排气与含该亚硫酸盐的前述固形碱性化合物的水溶液接触。由于含亚硫酸盐的固形碱性化合物的水溶液显现出还原性，所以可作为排气中所含的Cl2和F2等难溶于水的氧化性气体的合适的吸收液被使用。这样在排气燃烧前，可吸收该排气中所含的氧化性气体，能够防止排气的燃烧装置的腐蚀。
本发明通过简单的结构除去燃烧排气中所含的硫氧化物，能够实现排气处理系统的小型化，此外，能够有效防止排气的燃烧装置中的腐蚀性气体的腐蚀和二氧化硅等固形物的堵塞，可提高该燃烧装置的运行操作性。
对附图的简单说明
图1表示本发明的实施方式的排气处理系统的结构。
实施发明的最佳方式图1所示的排气处理系统1是用于处理包含SF6等PFC，Cl2等卤素气体，F2、SF4、SOF2、SiF4、SiCl4等半导体制造工序中的副产气体的排气的系统，该系统具备排气的前处理装置2、排气的燃烧装置3及从该燃烧装置3排出的燃烧排气的处理装置4。
该排气的前处理装置2具备收容吸收液11的前处理箱12、将从排气产生源通过配管10送来的排气导入该前处理箱12内的吸收液11内的导入管13、设置于该前处理箱12的作为微细气泡产生装置的旋转雾化器14。该旋转雾化器14通过由马达14a旋转驱动的转子14b的旋转，将被导入吸收液11中的排气微细气泡化。旋转雾化器14可采用市售品。这样可使被送入燃烧装置3之前的排气有效地与吸收液11接触。本实施方式中，在前处理箱12内藉由配管6从水源40供给的水通过喷嘴15被喷雾。
该排气的燃烧装置3具有耐火物制炉体21及设置于该炉体21的上部的点火部22，该点火部22中设置了引燃器22a。通过配管5将与前处理装置2的吸收液11接触过的排气导入炉体21内，然后通过未图示的配管导入燃料气体和助燃性气体。此外，为了将从前处理箱12被导入炉体21的排气中的水分除去，设置了湿气分离器16。作为燃料气体，例如可使用液化石油气(LPG)、液化天然气(LNG)、氢气或它们的混合气体等。该助燃性气体例如可使用空气或根据需要在空气中添加了氧的富氧空气等。利用该引燃器22a形成火焰，炉体21内在助燃性气体的存在下排气和燃料气体被燃烧。通过该排气的燃烧生成的燃烧排气从炉体21的下部开口被排出。
该燃烧排气的处理装置4具备冷却液箱32和湿式填充塔33。在该冷却液箱32的上部设置的燃烧排气导入口32a通过导筒31与炉体21的下部开口连接。设置于该冷却液箱32的上部的燃烧排气排出口32b与湿式填充塔33连接。该导筒31的内周利用陶瓷等耐火材料作衬里，外周被冷却液夹套31a包覆。利用泵35被循环的冷却液箱32内的冷却液36通过配管37被供给至该冷却液夹套31a。冷却液夹套31a内的冷却液通过溢流从导筒31的内周回流至冷却液箱32。
导筒31的下端开口被配置在冷却液箱32内的冷却液36的液面上方。这样，从炉体21被导入冷却液箱32内的燃烧排气通过与贮存在冷却液箱32的冷却液36接触而被冷却，燃烧排气的成分的一部分被冷却液36吸收。在该冷却液箱32内，利用泵35通过配管7被循环的冷却液箱32内的冷却液36被喷嘴38喷雾。
该湿式填充塔33具备筒体33a和被填入该筒体33a的填充材料33b。该筒体33a从冷却液箱32的燃烧排气排出口32b向上方延伸。该填充材料33b为难溶于水的固形碱性化合物，较好为碳酸盐及金属氢氧化物中的至少1种。该固形碱性化合物在水中的溶解度于25℃时较好是在0.2重量％以下，这种情况下，可使用碳酸钙、碳酸镁、氢氧化钙及氢氧化镁中的至少1种。其溶解度在25℃更好的是在0.02重量％以下，这种情况下，可使用碳酸钙、碳酸镁及氢氧化钙中的至少1种。
从填充塔33的上方作为吸收液从水源40通过配管8被供给的水利用喷嘴39被喷向该填充材料33b。藉此在填充塔33内生成固形碱性化合物的碱性水溶液。从燃烧装置3排出的燃烧排气通过冷却液箱32从下方被导入填充塔33，在填充塔33中与固形碱性化合物的水溶液接触。与该固形碱性化合物的水溶液接触过的燃烧排气从填充塔33的上方通过填充材料33b被排出。该固形碱性化合物的水溶液从填充塔33流下至冷却液箱32。这样冷却液箱32的冷却液36中就包含了固形碱性化合物的水溶液。该冷却液箱32的冷却液36中所含的固形碱性化合物的水溶液利用泵35通过配管9作为吸收液被供给至前处理装置2的前处理箱12。此外，冷却液箱32和前处理箱12的溢流排水通过配管50被集中排出。
上述燃烧装置3中，通过含SF6这类硫化合物的排气的燃烧，生成含SO2等硫氧化物的燃烧排气。在填充了难溶于水的固形碱性化合物的湿式填充塔33中，该燃烧排气中所含的硫氧化物与该固形碱性化合物的碱性水溶液接触。这样燃烧排气中所含的硫氧化物就被该碱性水溶液吸收。由于硫氧化物在水中的溶解度较小，所以与仅填充了拉西环等一般的填充材料的湿式填充塔相比，能够更有效地将SO2等硫氧化物从燃烧排气中除去。而且，由于该固形碱性化合物难溶于水，所以能够防止污染半导体的物质的实质性的产生。该固形碱性合物为碳酸盐或金属氢氧化物，能够将SO2等硫氧化物作为亚硫酸盐固定，能够更有效地除去燃烧排气中所含的硫氧化物。作为固形碱性化合物例如使用碳酸钙(CaCO3)时，通过与SO2反应生成亚硫酸钙(CaSO3)，藉此能够使SO2固定化。其反应式如下所示。
此外，使燃烧前的排气与前处理装置2的吸收液11接触，能够吸收排气中所含的SF4、SOF2、SiF4、SiCl4等，可大幅度减少炉体21、引燃器22a和填充塔33等中的腐蚀物质，大幅度提高这些部位的耐腐蚀性。此外，通过在燃烧前除去燃烧分解时会产生固形物的物质SiF4或SiCl4等，能够防止固形物堵塞炉体21、引燃器22a和填充塔33等。另外，在填充塔33中通过燃烧排气和固形碱性化合物的水溶液的接触生成亚硫酸盐，含该亚硫酸盐的固形碱性化合物的水溶液可作为前处理装置2的吸收液11供给。这样能够在排气燃烧前使含Cl2或F2等氧化性气体的排气与含亚硫酸盐的固形碱性化合物的水溶液接触。由于含亚硫酸盐的固形碱性化合物的水溶液显现还原性，所以可作为排气中所含的Cl2或F2等难溶于水的氧化性气体的合适的吸收液使用。藉此在排气燃烧前能够吸收该排气中所含的氧化性气体，所以能够防止燃烧装置3的腐蚀。例如，含有作为亚硫酸盐的亚硫酸钙的情况下，能够利用以下的反应吸收Cl2和F2。
实施例1利用上述实施方式的排气处理系统1进行排气处理。
在内径200mm的不锈钢内侧实施厚25mm的氧化铝系浇铸形成炉体21。冷却液箱32由内周涂布了四氟乙烯(PTFE)树脂的不锈钢制成。填充塔33由内径300mm、高500mm的内周涂布了PTFE树脂的不锈钢制成。填充了作为填充材料33b的粒径10mm～20mm的碳酸钙石。前处理箱12由内径300mm、高500mm的内周涂布了PTFE树脂的不锈钢制成。旋转雾化器14的转子14b的直径为100mm，高为100mm。从上方由喷嘴39以10L/min的速度向填充塔33供给水。利用泵35以7L/min的速度向前处理箱12供给冷却液箱32内的冷却液。作为燃料气体导入丙烷，将炉体21内的温度控制在1100℃，使排气处理系统1启动后，从导入管13以150L/min的速度将作为排气的含2％的SF6和1％的Cl2的以氮气为主的气体导入前处理箱12中。
用傅里叶变换式红外分析法(FT-IR)测定填充塔33的出口气体中所含的SF6、SO2、HF，其结果是，SF6在5ppm以下，SO2为20ppm，HF在3ppm以下。此外，用检测管对填充塔33的出口气体中所含的Cl2和HCl进行测定的结果是，Cl2在0.5ppm以下，HCl在1ppm以下。另外，对湿气分离器16的出口排气进行分析的结果是，Cl2为110ppm，SO2为75ppm。
比较例1与实施例1的结构相同的排气处理系统1中，在填充塔33中作为填充材料未填充固形碱性化合物，而仅填入了1/2英寸的拉西环。其它条件与实施例1相同，以150L/min的速度对含2％的SF6和1％的Cl2的以氮气为主的气体进行处理，进行与实施例1同样的测定。
填充塔33的出口气体中所含的SF6在5ppm以下，SO2为850ppm，HF在3ppm以下，Cl2为1.5ppm，HCl在1ppm以下。对湿气分离器16的出口的排气进行分析的结果是，Cl2为440ppm，SO2为780ppm。
实施例2在实施例1的排气处理系统1中，利用阀门(未图示)阻断利用泵35从冷却液箱32向前处理箱12供给冷却液，利用新的配管(未图示)以5L/min的速度由水源40直接向前处理箱12供水。其它条件与实施例1相同，以150L/min的速度对含2％的SF6和1％的Cl2的以氮气为主的气体进行处理，进行与实施例1同样的测定。
填充塔33的出口气体中所含的SF6在5ppm以下，SO2为28ppm，HF在3ppm以下，Cl2为0.9ppm，HCl在1ppm以下。对湿气分离器16的出口的排气进行分析的结果是，Cl2为1500ppm。
从上述实施例及比较例可确认，通过在填充塔33中填充难溶于水的固形碱性化合物，能够有效除去SO2和Cl2。此外，使燃烧前的气体与含有在填充塔33生成的亚硫酸盐的水溶液接触，能够更有效地除去Cl2。
本发明并不仅限于上述实施方式和实施例。例如，不一定全部的填充材料33b都为难溶于水的固形碱性化合物，可以一部分为难溶于水的固形碱性化合物，其余为拉西环等一般的填充材料。此外，排气中所含的硫化合物也不限定为SF6，只要是使排气燃烧而生成含硫氧化物的燃烧排气的硫化合物就能够应用于本发明。含有在填充塔生成的亚硫酸盐的水溶液也可以不通过冷却液箱32而是使其直接回流至前处理装置。前处理装置中的微细气泡产生装置不不是必须的，只要能够使燃烧前的排气与吸收液接触即可。另外，含有在填充塔生成的亚硫酸盐的水溶液不回流至前处理装置时，也可以由干式填充塔和其它吸收装置构成前处理装置。
权利要求
1.排气的处理方法，其特征在于，使含硫化合物的排气燃烧生成含硫氧化物的燃烧排气，在填充了含难溶于水的固形碱性化合物的填充材料的湿式填充塔中，使前述燃烧排气与该固形碱性化合物的水溶液接触。
2.如权利要求1所述的排气的处理方法，其特征还在于，该固形碱性化合物为碳酸盐及金属氢氧化物中的至少一种。
3.如权利要求2所述的排气的处理方法，其特征还在于，通过该填充塔中的燃烧排气和前述固形碱性化合物的水溶液的接触生成亚硫酸盐，在该排气燃烧前，使含氧化性气体的排气和含该亚硫酸盐的前述固形碱性化合物的水溶液接触。
4.如权利要求1～3中任一项所述的排气的处理方法，其特征还在于，该固形碱性化合物在水中的溶解度于25℃时在0.2重量％以下。
5.排气处理系统，其特征在于，具备排气的燃烧装置及从该燃烧装置排出的燃烧排气的处理装置，该处理装置具有填充了含难溶于水的固形碱性化合物的填充材料的湿式填充塔，在该填充塔中，使燃烧排气与该固形碱性化合物的水溶液接触。
6.如权利要求5所述的排气处理系统，其特征还在于，具备排气的前处理装置，使被送入燃烧装置前的排气在该前处理装置中与吸收液接触。
7.如权利要求6所述的排气处理系统，其特征还在于，具有将该固形碱性化合物的水溶液作为吸收液供给至前述前处理装置的手段。
全文摘要
排气的处理方法中，使含硫化合物的排气燃烧生成含硫氧化物的燃烧排气。在填充了含难溶于水的固形碱性化合物的填充材料33b的湿式填充塔33中，使前述燃烧排气与该固形碱性化合物的水溶液接触。
文档编号B01D53/34GK1668365SQ0381634
公开日2005年9月14日 申请日期2003年7月29日 优先权日2002年8月9日
发明者菱池通隆, 高田吉则, 永田贤治 申请人:住友精化株式会社