WO2001025679A1

WO2001025679A1 - Procede et dispositif de recueil et de recuperation de gaz

Info

Publication number: WO2001025679A1
Application number: PCT/JP2000/006738
Authority: WO
Inventors: Muneyuki Fukuoka; Yoshihiro Ibaraki; Takako Kimura
Original assignee: L'air Liquide, Societe Anonyme Pour L'etude Et L'exploitation Des Procedes Georges Claude
Priority date: 1999-10-01
Filing date: 2000-09-28
Publication date: 2001-04-12
Also published as: AU7448500A; JP2001104702A; TW436595B

Description

明細書

ガスの集合回収装置および方法技術分野

本発明は、複数のガス回収経路からガスを集合 · 回収するためのガスの集合回収装置および集合回収方法に関する。本発明は、特に半導体製造設備等の産業設備からの排ガスを集合，回収して、これを後処理や濃縮 · 再利用する際に有用である。

背景技術

近年、地球環境問題が特に重視されるようになり、半導体製造設備等の産業設備からの排ガスについても、これを回収した後に、分解、除害等の後処理や濃縮、再利用を行うのが望ましいとされている。従って、これらの後処理や濃縮等に関する特許出願も増加する傾向にある。

例えば特開平 1 0 — 1 9 6 5 3 2 号公報には、エッチング装置や化学気相成長（ C V D ) 装置等の半導体製造装置のプロセスチャンバ力ら排気したガスを、コールドトラップした後、加熱気化させて順次排出することで、排ガスから各成分を分離 · 回収する技術が開示されている。

また、特開平 9 一 1 0 3 6 3 3 号公報には、半導体製造装置の各種エッチング装置からの排ガスからパーフルォロ化合物を気体分離膜により濃縮して回収する技術が開示されている。この技術では、複数のプロセスチャンバカゝらの排ガスを合流して集合させ、これをまとめて濃縮 · 回収する方法が採用されてレ、る。し力しな力 S ら、一般的に個々のプロセスチャンバからの排ガスは、その流量や成分組成が経時的に変動し、また、各プロセスチヤンバ間でも排ガスの流量や成分組成が相違すると共にその変動の仕方も、各プロセスチャンバ間で異なることがある。このため、これらをまとめて後処理を行う場合、好適な条件で安定して処理を行うのが極めて困難であり、処理できても非常に効率が悪いものであった。即ち、排ガスの分解や除害を行う際に、使用する分解 · 除害デバイスには操作し得る供給ガスの流量 · 成分濃度に上限が存在する場合が多いため、分解効率や除害効率が低下し易いという問題があつた。また、ガス分離膜等を利用した濃縮を行う際にも、安定な運転や条件設定が困難となり、また回収率や純度も低下し易力つた。

そして、このような問題は、半導体製造装置のプロセスチヤンバからの排ガスに限らず、各種の産業設備からの複数種の排ガスを集合 · 回収して、後処理や再利用する際に、共通する課題である。

そこで、本発明の目的は、複数のガス源からのガスを実質的に均一化された流量で回収することができ、もってガスの後処理を容易にすることができるガスの集合回収装置および集合回収方法を提供することにある。

発明の開示

上記目的は、容積変化によりガスを実質的に一定の圧力で貯留する複数の容積可変型ガスホルダーと、該ガスホルダ一のそれぞれと流体連通し、ガス源力ゝらのガスを各ガスホルダ一に流入させるための複数のガス回収経路と、それぞれ各ガスホルダ一と流体連通し、該ガスホルダ一より下流側において集合経路に合流する複数のガス通路と、該排ガスを該ガスホルダーから該ガスガス通路を介して該集合経路に送出する排気装置を備えるガスの集合回収装置により達成される。

本発明において、ガス回収経路とは、排ガス源等のガス源 (例えば、半導体製造設備におけるプロセスチャンバ）とガスホルダーとを接続する経路を意味し、両者の中間に濃縮装置や除害装置等を設けることができる。

本発明の装置は、ガスホルダ一より上流側に、目的ガス成分をコールドトラップした後、加熱気化させる濃縮装置を備えることができる。

また、本発明の装置は、前記ガスホルダ一に貯留されるガスの体積を検出する検出部と、その検出部からの信号に基づいて、前記排気装置の排気動作を制御する制御装置を備えることができる。

本発明は、また、複数のガス回収経路からの各々のガスの少なくとも一部を、容積変化によりガスを実質的に一定の圧力で貯留する複数の容積可変型ガスホルダーに一時的に貯留しながら、その複数のガスホルダーからのガスを集合経路内に合流させて排気することによりガスを集合 · 回収するガスの集合回収方法を提供する。

本発明の方法において、予め前記ガスホルダーに一定量以上のガスを貯留した後、前記排気を開始することが好ましレ、。

本発明のガスの集合回収方法は、特に、半導体製造設備における複数のチャンバ一からの排ガスより、パ一フルォロ化合物を回収するのに有用である。

本発明のガスの集合 ' 回収装置において、排ガス源からの排ガスは、ガス回収経路を介して、容積変化によりガスを実質的に一定の圧力で貯留する容積可変型ガスホルダーに一時的に貯留される。したがって、ガスホルダー内で排ガスの濃度の均一化を図ることができる。また、流量変動に対してガスホルダーは容積変化しつつ、実質的に一定の流量でガスを排出することができる。そのため、 1 つのガス源からのガスの流量の変動は、このガスホルダ一により吸収され、流量の均一化を図ることができる。更に、ガスホルダーは各ガス回収経路に各々接続されており、それらのガス回収経路は 1 つの集合経路に合流し、ガスホルダー内のガスは、排気装置により、集合経路を介して回収される。そのため、複数のガス源間にガス濃度の相違があった場合でも、それらが合流することにより集合経路内のガス濃度、ひいては回収されるガスの濃度が均一化され得る。かくして、本発明によれば、複数のガス源からの排ガスを均一化された流量 z濃度で回収することができ、後処理が好適に行えるようになる。

装置が、ガスホルダーより上流側に、目的ガス成分をコ一ルドトラップした後、加熱気化させる濃縮装置を備える場合、トラップ部を複数設けて順次切り換え運転しても、当該濃縮装置から排出される濃縮ガスは、濃度が経時的に変化し易く、また、切り換え時に流量変動が起こる場合もある。その場合には、本発明の集合回収装置の上記ガス流量/濃度均一化作用が特に有効になる。

また、本発明の装置が、前記ガスホルダーに貯留されるガスの体積を検出する検出部と、その検出部からの信号に基づいて、前記排気装置の排気動作を制御する制御装置とを備える場合、検出部がガスホルダー内のガスの体積を検出して、それが適量か否か等に応じて、制御装置により排気装置の発停等を行うことができる。それにより、ガスホルダー内のガス体積が極端に大きい場合または小さい場合に生じる回収ガスの流量や濃度の変動などを好適に防止することができる。一方、予めガスホルダ一に一定量以上のガスを貯留してから、排気を開始することが可能となるため、流量や濃度が均一なガスを長時間安定して排気（回収）することができる。

一方、本発明のガスの集合回収方法は、複数のガス回収経路カゝらの各々のガスを上記の如き複数のガスホルダーに一時的に貯留しながら、それら複数の回収経路に連通する 1 つの集合経路で合流させて排気する。そのため、上記と同様の作用により、回収ガスの流量の均一化や濃度の均一化を図ることができ、後処理が好適に行えるようになる。

また、本発明の方法において、予めガスホルダーに一定量以上のガスを貯留した後、前記排気を開始する場合、予め各々のガスホルダー内で排ガスの濃度の均一化を図ることができ、またより多くのガスホルダーにガスを貯留した状態から排気が行えるため、ガスの混合による濃度の均一化がより確実に行えるようになる。

本発明は、半導体製造設備における複数のチャンバ一からの排ガスからパーフルォロ化合物を回収する際に特に有用である。そのような場合、特に、当該排ガスは流量や成分組成が経時的に大きく変動し、各チャンバ一間でも流量や成分組成が相違するが、本発明により、集合，回収の際の濃縮ガスの流量や濃度の均一化を図ることができる。

本発明において、後処理は、集合されたガスに対する濃縮、除害、粉体除去等の処理を含む。

図面の簡単な説明

図 1 は、本発明の 1 つの態様によるガスの集合回収装置を示す概略構成図、

図 2 は、他の態様の集合回収装置の一例を示す概略構成図、図 3 は、他の態様の集合回収装置の一例を示す概略構成図、図 4 Aおよび図 4 B は、それぞれ、他の態様のガスホルダ

—の一例を示す概略構成図、および

図 5 は、ガスホルダー内のガス体積を検出する検出部を示す概略構成図。

発明を実施するための最良の形態

以下、本発明を図面を参照しながら説明する。

図 1 に示す態様は、半導体製造設備における各種エツチング装置の排ガスからパーフルォロ化合物（以下、 P F C という）をコールドトラップして濃縮した後、集合 · 回収してボンべに充填する例である。

図 1 に示す本発明のガスの集合回収装置は、容積変化によりガスを実質的に一定の圧力で貯留する複数の（図 1 に示す例では 3 つの）容積可変型ガスホルダー 2 a 〜 2 c を備える。各ガスホルダーには、それぞれ、ガス回収経路 L 1 a〜 L 1 c が接続され、ガス回収経路し 1 3 〜し 1 (；の上流端は、それぞれ、エッチングチャンバ A〜 C に接続されている。

ガスホルダー 2 a〜 2 c は、ナイロン、ポリエステル等の基布にク口口プレン等のガス難透過性のゴムをコ一ティングしたシート地を用いて、円柱状、球状、または箱状等に形成した容積可変型容器であり、各種のものが市販されている。中でも、ジャバラ形状を有し、したがって一方向の伸縮により容積変化するものが、容積変化を検出し易いため好ましい。ガス回収経路 L 1 a〜 L 1 c には、ガスホルダ一 2 a〜 2 c より上流側に、各チャンバ一 A〜 Cからの排ガスに含まれている目的ガス成分（ P F C ) をコールドトラップした後、加熱気化させる濃縮装置 3 a〜 3 c と、有害成分等を除去するための除害装置 4 a〜 4 c とが設けられている。

濃縮装置 3 a〜 3 c は、冷却機能を有する一対のトラップ装置 T を備え、各々のトラップ部 Tが排気経路と再生経路とを交互に往復動することで、 P F Cのコールドトラップとカロ熱気化とを交互に行うように構成したものである。このような濃縮装置（トラップ装置）は、それ自体当該分野で既知のものであり、例えば特開平 1 0 — 1 9 6 5 3 2 号に記載されている。すなわち、濃縮装置 3 a〜 3 c は、それぞれ、トラップ室 3 al〜 3 clとその下側の再生室 3 a2〜 3 c2を有する _c トラップ室 3 al〜 3 clは、ガス回収経路内に設けられ、その下流側で排出ライン L e Xに接続されている。他方、再生室 3 a 2〜 3 c2は、その上流側で再生ガス（例えば N 2 ) の導入ライン L inに接続され、下流側でガス回収経路に接続されている。各トラップ部 Tは、例えば液体窒素や冷却空気のような冷媒で冷却される複数のバッフル板を備えることができる。各トラップ部 Tは、例えば図示しないエアシリンダ一によりトラップ室と再生室との間を上下方向に往復移動される。トラップ部 T力 S トラップ室において排気経路に配置される時は、チャンバ一 A〜 C力、らの排ガス中の P F C力 S トラップ部丁によりコールドトラップされ、残りはライン L exを介して系外に排出される。そしてコールドトラップが飽和する前に、トラップ部 Tは再生室 3 a2〜 3 c2 (再生経路）に移動され、ラィン L inを介して導入される比較的高温のキヤリァガス（再生ガス）により P F Cが加熱気化されて、 P F Cが濃縮された状態で下流側の除害装置 4 a 〜 4 c に送られる。

除害装置 4 a 〜 4 c は、加熱によりトラップ部 Tカゝら P F C と共に気化した H F 、 S i F ₄、 F ₂、 C O F ₂等の有害成分等を除去する。除害装置としては、例えば、活性炭等の吸着剤や金属酸化物系の触媒を充填した乾式の充填塔、または、スクラバーのような湿式の充填塔を利用することが可能である。なお、そのような除害装置は、濃縮装置 3 a 〜 3 c の排気経路にも設けてもよい。

ガスホルダー 2 a 〜 2 c には、ガス通路 L 2 a 〜 L 2 各々連通しており、それらガス通路 L 2 a 〜 L 2 c は、 1 つの集合経路 L conに合流する。この集合経路 L conの合流部より下流側には、集合された排ガス中の粉体を除去するためのフイノレタが設けられてレ、る。図 1 に示す例では、フィルタは 2 個（ 6 a および 6 b ) 設けられており、これら 2 個のフィルタ 6 a および 6 b は、交互に切り替えて動作させることができる。

フィルタ 6 a ， 6 b の下流側には、排気装置 5 が設けられている。排気装置 5 としては、例えば、ガス充填を行うための圧縮機を使用することができる。圧縮機 5 は、ピストン 5 p iおよび 5 p 2を有する。

ガスホルダ一 2 a 〜 2 c には、貯留されるガスの体積が一定範囲内であるか否かを検出するための検出部が設けられている。この検出部は、例えばそれぞれレバーからなる一対のリミットスイッチにより構成することができる。

図 5 に示すように、ガスホルダー（図 5 において、上記ガスホルダー 2 a 〜 2 c は、一括して符号 2 で示されている）は、載置台 5 1 上に載置され、フレーム 5 2 により囲まれてレヽる。フレーム 5 2 には、一対のリミットスィッチ 5 3 a および 5 3 b が設置されてレ、る。ガスホルダー 2 の上には、板部材 5 4 を介して重り 5 5 が載置されている。板部材 5 4 は、ガスホルダーの容積変化に基づいて変位する変位面（ガスホルダ一の上面）と共に変位（上下動）し、その端部がリミツトスイッチ 6 a または 6 b と接角虫し、スィッチ 6 a または 6 b の位置に対応するガスホルダー 2 の容積を検出する。

力、くして、一対のリミットスィッチ 6 a ， 6 b は、各々のガスホルダー 2 が貯留するガスの体積が上限値以下または下限値以上であるか否かを出力することができ、その信号に基づいて、制御器 5 5 が排気装置 5 の排気動作を制御する。排気動作は、例えば、ガスホルダー 2 a 〜 2 c の何れか上限体積値を超えた場合に排気を開始し、ガスホルダ一 2 a 〜 2 c の全てまたは何れかが下限体積値より少なくなつた場合に排気を停止するように制御することができる。

ガスホノレダ一 2 a 〜 2 c 内やガス通路 L 2 a 〜 L 2 c 内の圧力（静圧）は、ほとんど同じであるため、排気装置 5 で排気を行うと、ガス通路 L 2 a 〜 L 2 c の圧損が略同じであれば、各々のガスホルダー 2 a 〜 2 c から略同量のガスが排気される。従って、各々のガス回収経路し 1 & 〜し 1 。の総流量（稼動時間流量）が同じ場合には、ガスホルダ一 2 a 〜 2 c の体積は略同じ程度に大きくなり、略同じ程度で排気される。一方、各々のガス回収経路 L 1 a 〜 L 1 c の総流量（稼動時間流量）が異なる場合、各々のガス通路 L 2 a 〜 L 2 c に径の異なるオリフィス等の流量調節装置を設けることで何れかのガスホルダー 2 a 〜 2 c だけが先に排気されるのをある程度防止することができる。また、それぞれのガスホルダー 2 a 〜 2 c に貯留されるガス濃度が異なる場合でも、ォリフィス等を使用して回収装置にガス供給する際に最適なガス濃度に混合して供給することも可能になる。

排気装置 5 である圧縮機でガスを圧縮すると水分等が凝縮し易いため、圧縮機のバイパス経路 L 3 には、それを除去するためのコアレッサー 8 a とセパレータ 7 a とが設けられている。同様に圧縮機 5 の下流側経路 L 4 にもコアレッサ一 8 b とセパレータ 7 b とが設けられてレ、る。その下流側にはバッファ一タンク 9 が設けられており、ノくッファータンク 9 力ら経路 L 5 を介して充填装置 1 0 により、回収したガスがボンべ 1 1 に充填される。

上記の制御の例では、予めガスホルダー 2 a 〜 2 c の何れかに一定量以上のガスを貯留した後、排気を開始し、ガスホルダ一 2 a 〜 2 c の全てまたは何れかが一定量以下になった場合に排気を停止し、この操作を繰り返して、ボンべ 1 1 への充填を行う。

なお、充填を終了して圧縮機を停止した後、再起動させる際、圧縮ガスを逃す必要がある場合には、弁 1 2 を開いて経路 L 6 により圧縮ガスをガスホルダー 2 b に戻すことができる。

上記第 1 の態様では、コールドトラップによる濃縮装置を各々のガス回収経路に設ける例を示したが、図 2 に示すように本発明のガスの集合回収装置の後段に設けた膜分離濃縮装置により、 P F C を濃縮した後、ボンベに充填 ' 回収してもよい。

即ち、図 2 に示すガスの集合回収装置は、複数のチャンバ一 D 〜 E からのガス回収経路 L 1 d 〜 L 1 e に各々接続された、上述のガスホルダーと同様の複数のガスホルダー 2 d 〜 2 e を備える。その上流側には上述の除害装置と同様の除害装置 4 d 〜 4 e を備える。ガスホノレダー 2 d 〜 2 e には、ガス通路 L 2 d 〜 L 2 e が各々連通しており、ガス通路 L 2 d 〜し 2 e は、 1 つの集合経路 L e o nに合流する。そして、集合経路 L c o nの合流部より下流側には、上述の排気装置と同様の排気装置 5 a が設けられており、膜分離濃縮装置 1 2 に適した圧力までガスの加圧を行う。膜分離濃縮装置 1 2 は、目的とするガスに対して選択性を有する膜 1 2 a を備える。そのような膜 1 2 a としは、それ自体既知のポリマー膜例えばポリイミド膜を使用することができる。

加圧されたガスは、膜分離濃縮装置 1 2 に供給され、ポリマ一膜 1 2 a により P F Cが濃縮される。膜分離濃縮装置 1 2 で濃縮された濃縮ガス（ P F C リッチガス）は、例えば非透過物流として得られ、圧縮機 5 b により圧縮され、前述の第 1 の態様と同様にしてボンべ 1 1 への充填が行われる。透過物流は、ライン L O を介して系外に排出される。

前記第 1 の態様と同様の制御を行う場合、予めガスホルダ一 2 d 〜 2 e の何れかに一定量以上のガスを貯留した後、排気を開始し、ガスホルダー 2 d 〜 2 e の何れかが一定量以下になった場合に排気を停止するが、この操作の繰り返しにあわせて膜分離濃縮装置 1 2 を運転することにより、常に膜分離濃縮装置 1 2 の原料ガスの流量や濃度が均一化されているため、安定な運転や条件設定が容易になり、回収率や回収された P F C の濃度をより高く維持することができる。

次に、上記第 1 の態様では、 P F C を濃縮した後、ボンべに充填 · 回収する例を示したが、図 3 に示すように本発明のガスの集合回収装置の後段に設けた膜分離濃縮装置により濃縮した P F C を、半導体製造設備にそのままリサイクルしてもよい。

なお、図 3 に示す装置では、複数のチャンバ一 F 〜 Gからのガス回収経路 L 1 f 〜 L 1 g に複数のガスホルダー 2 f 〜 2 g を各々接続し、その下流側に除害装置 4 f 〜 4 g を設けているが、排ガス中に腐食性ガスを含まないか、またはガスホルダ一 2 f 〜 2 g が耐食性材料よりなる場合には、この順序で配置するのが有効である。除害装置 4 f 〜 4 g には、供給ガス量（処理能力）の上限が定められているものが多く、上記の配置により、供給ガス量や供給圧を均一化することができるカゝらである。

さらに、上記各態様では、ガスホルダ一 2 とガス回収経路 L l 、ガス通路 L 2 (上記ガス回収経路を一括して L 1 で示し、上記ガス通路を一括して L 2 で示す）とを図 1 に示すような接続形態としたが、例えば、図 4 Aまたは図 4 B に示すような接続形態にしてもよい。

図 4 Aに示す接続形態では、ガスホルダ一 2 へのガス回収経路 L 1 からのガスの導入およびガス通路 L 2 を介するガス排出が 1 つのライン 4 1 を介してガスホルダ一 2 の底部にて行われる。この構成によれば、ガスホルダー 2 自体の構造が簡易になる。

他方、図 4 B に示す接続形態では、ガス回収経路 L 1 およびガス通路 L 2 がいずれも、独立に、ガスホルダー 2 の底部に接続されている。この構成によれば、ガスホルダー 2 内でのガスの混合作用が大きく、ガスの不均一な滞留がより生じにくくなる。

また、上記第 1 の態様では、一対のトラップ部を備え、各々のトラップ部が排気経路と再生経路とを交互に往復動することで、コールドトラップと加熱気化とを交互に行う濃縮装置を設ける例を示したが、複数のトラップ部に対しガス流路を切り替えることで、コールドトラップと加熱気化とを交互に行う濃縮装置を採用してもよい。なお、冷却方式としては、目的ガスの種類に応じたコールドトラップ温度に冷却できる方式が採用されるが、 P F Cに対しては、ヘリウム冷凍機、パルス冷凍機、液体窒素冷却などが採用される。

さらに、上記各態様では、半導体製造設備における各種ェツチング装置の排ガスから P F C を回収する例を示したが、本発明は、エキシマレーザー照射装置の排ガスからネオンを回収する場合にも有効である。本発明はこれらに限らず、各種の産業設備からの複数種の排ガスを集合 · 回収して、後処理ゃ再利用する際に有効である。

さらにまた、上記各態様では、常時、ガス回収経路からの排ガスを導入する例を示したが、排ガス供給源の工程の種類や稼動状態に応じて、ガス回収経路からの排ガスの導入を停止するようにしてもよい。その場合、一時的にガスホルダ一への排ガスの供給が停止するが、先に貯留したガスの排気により、流量や濃度の不均一化を防ぐことができる。

Claims

請求の範囲

1 . 容積変化によりガスを実質的に一定の圧力で貯留する複数の体積可変型ガスホルダーと、該ガスホルダーのそれぞれと流体連通し、ガス源からのガスを各ガスホルダーに流入させるための複数のガス回収経路と、各ガスホルダーとそれぞれ流体連通し、該ガスホルダーより下流側において集合経路に合流する複数のガス導出経路と、該排ガスを該ガスホルダ一から該集合経路に送出する排気手段を備えるガスの集合回収装置。

2 . 前記ガスホルダ一より上流側に、目的ガスをコールドトラップした後、加熱気化させる濃縮装置を備える請求項 1 記載のガスの集合回収装置。

3 . 前記ガスホルダーに貯留されるガスの体積を検出する検出部と、その検出部からの信号に基づいて、前記排気装置の排気動作を制御する制御装置とを備える請求項 1 に記載のガスの集合回収装置。

4 . 前記ガスホルダーに貯留されるガスの体積を検出する検出部と、その検出部からの信号に基づいて、前記排気装置の排気動作を制御する制御装置とを備える請求項 2 に記載のガスの集合回収装置。

5 . 複数のガス回収経路力ゝらの各々のガスの少なくとも一部を、容積変化によりガスを実質的に一定の圧力で貯留する複数の容積可変型ガスホルダーに一時的に貯留しながら、その複数のガスホルダーからのガスを集合経路内に合流させて排気することによりガスを集合 ·回収するガスの集合回収方法。

6 .予め前記ガスホルダーに一定量以上のガスを貯留した後、前記排気を開始する請求項 5 に記載のガスの集合回収方法。

7 . 半導体製造設備における複数のチャンバ一からの排ガスより、パーフルォロ化合物を回収するものである請求項 5 に記載のガスの集合回収方法。