特開 2025-4959 排ガス処理システム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2025004959

(43)【公開日】2025-01-16

(54)【発明の名称】排ガス処理システム

(51)【国際特許分類】

   B01D 53/74 20060101AFI20250108BHJP

   F27D 17/20 20250101ALI20250108BHJP

【ＦＩ】

B01D53/74 ZAB

F27D17/00 104G

【審査請求】有

【請求項の数】7

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023104880

(22)【出願日】2023-06-27

(71)【出願人】

【識別番号】320011650

【氏名又は名称】大陽日酸株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100128358

【弁理士】

【氏名又は名称】木戸 良彦

(74)【代理人】

【識別番号】100086210

【弁理士】

【氏名又は名称】木戸 一彦

(72)【発明者】

【氏名】大石 祐輔

(72)【発明者】

【氏名】川端 宏文

【テーマコード（参考）】

4D002

4K056

【Ｆターム（参考）】

4D002AA00

4D002AC10

4D002BA05

4D002GA02

4D002GA03

4D002GB04

4K056AA09

4K056CA18

4K056DB04

4K056DB07

(57)【要約】

【課題】複雑な制御を要せず、複数の除害装置に排ガスを分流可能とする排ガス処理システムを提供する。
【解決手段】排ガスを除害処理する排ガス処理システム１０は、排ガスが供給される集合配管Ｌ１に連結される入口圧力制御部３０と、該入口圧力制御部３０から分岐する複数の配管Ｌ３ａ，ｂ，ｃによって連結される複数の除害処理部４０ａ，ｂ，ｃとを有し、入口圧力制御部３０は、圧力センサー３２と、該圧力センサー３２の指示値が設定値となるように制御する自動制御弁３３とを備え、除害処理部４０ａ，ｂ，ｃは、除害装置４２ａ，ｂ，ｃと、除害装置の前段に設けられる真空発生器４３ａ，ｂ，ｃとを備えている。
【選択図】 図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

排ガス導入経路から導入される排ガスを除害処理する排ガス処理システムにおいて、
前記排ガス導入経路から分岐される複数の分岐配管によって連結される複数の除害処理部を有し、
前記除害処理部は、
除害装置と、該除害装置の前段に設けられる真空発生器とを備え
ていることを特徴とする排ガス処理システム。

【請求項2】

前記排ガス導入経路と前記分岐配管との間に入口圧力制御部を備え、
前記入口圧力制御部は、
圧力センサーと、
該圧力センサーの指示値が設定値となるように制御する自動制御弁とを備え
ていることを特徴とする請求項１記載の排ガス処理システム。

【請求項3】

前記入口圧力制御部は、前記圧力センサーの指示値が設定値となるように、圧力調整用ガスを前記圧力センサーの前段に導入する圧力調整用ガス導入経路を備えていることを特徴とする請求項２記載の排ガス処理システム。

【請求項4】

前記圧力調整用ガスは窒素、ドライエア、酸素のいずれかであることを特徴とする請求項３記載の排ガス処理システム。

【請求項5】

前記入口圧力制御部は、圧力逃し経路を備え、前記圧力センサーの指示値が設定値よりも大きい場合に、排ガスの流路を前記圧力逃し経路に切り替える三方弁を有していることを特徴とする請求項３記載の排ガス処理システム。

【請求項6】

前記真空発生器は、容積移送式多段ルーツ型の真空ポンプであることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか一項に記載の排ガス処理システム。

【請求項7】

前記真空発生器は、エゼクターであることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか一項に記載の排ガス処理システム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、排ガス処理システムに関し、詳しくは、複数の半導体などの各種電子デバイス製造装置から排出される排ガスを処理する排ガス処理システムに関する。

【背景技術】

【0002】

排ガス処理システムでは、半導体等の製造装置により排出される排ガスの流量に応じた除害装置を設置する必要がある。特に、排ガスの流量が大流量の場合、大型の除害装置を１台用いて対応するとなると、大型の除害装置は一般的に開発や製造にかかるコストが高く、標準的な除害装置を並列増設して設置することが好ましい。

【0003】

特に、複数の半導体製造装置が接続されている排ガス処理装置の排ガス流量は、稼働台数や稼働状況に応じて変動するため、効率的な装置の稼働をするために、複数の除害装置を併設し、排ガスを分流する排ガス処理装置が提案されている（特許文献１参照）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２０１０－２０７７７１号公報

【特許文献2】特許第５９５８６４５号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

しかしながら、特許文献１に示されるような排ガス処理装置で、複数の除害装置に分流しようとすると、複雑な制御が必要であった。より詳述すると、各除害装置は処理対象ガスの外部漏洩を防止するため、系内の負圧条件での使用を基本設計にしている。分流を実施する場合には、各除害装置の入口圧力の圧力差にて流量の分配を制御することが考えられるが、もともとのガス圧力が微圧であり、明確な圧力差を生じさせることが難しく、圧力センサーも高精度なものが要求される。また、半導体製造装置からの排ガスについては、成膜の種類や工程に応じて、腐食性ガス、粉体等が含まれており、配管・センサーへの粉付着により、指示値にズレが生じ、圧力による分流制御は難しい。

【0006】

特に、特許文献１の図１のような排ガス処理装置において、各除害装置に負圧を確保する排気ファンなどが設置されている場合、除害装置５２ａの負圧が除害装置５２ｂに比べて低くなることで、除害装置５２ｂからの吸引が生じ加熱部の熱気を逆流させてしまうことが考えられる。逆止弁を設置することが対策として考えられるが、粉体閉塞での固着等が考えられる為、実運用上、許容されるものではない。同様の理由で排気配管に流量計を設置し、流量制御をすることは粉体・腐食性ガスによる故障が生じやすい為、困難である。また、排気ファンが設置されていない場合であっても、装置の立ち上げ初期は配管圧損等を加味し設備設計を実施していたとしても、時間経過による配管内閉塞などにより、各除害装置への排ガスの分流の流量が均一になされないといった問題が生じる。

【0007】

特許文献２のように、許容処理量に十分なマージンが取れる場合は、逆流したとしても処理可能なので、並列設置することは可能であるが、上述のように大型の除害装置を用意することになるので、装置コストの観点から好ましくない。

【0008】

このように、特に大気圧から微負圧における排ガスの分流は、複雑な制御が求められるため、現実的には実施が困難であった。

【0009】

よって、本発明は、複雑な制御を要せず、複数の除害装置に排ガスを分流可能とする排ガス処理システムを提供することを目的としている。

【課題を解決するための手段】

【0010】

上記課題を解決するために、本発明の排ガス処理システムは、排ガス導入経路から導入される排ガスを除害処理する排ガス処理システムにおいて、前記排ガス導入経路から分岐される複数の分岐配管によって連結される複数の除害処理部を有し、前記除害処理部は、除害装置と、該除害装置の前段に設けられる真空発生器とを備えていることを特徴としている。さらに、前記排ガス導入経路と前記分岐配管との間に入口圧力制御部を備え、前記入口圧力制御部は、圧力センサーと、該圧力センサーの指示値が設定値となるように制御する自動制御弁とを備えていることを特徴としている。

【0011】

また、前記入口圧力制御部は、前記圧力センサーの指示値が設定値となるように、圧力調整用ガスを前記圧力センサーの前段に導入する圧力調整用ガス導入経路を備えており、前記圧力調整用ガスは窒素、ドライエア、酸素のいずれかであることを特徴としている。

【0012】

さらに、前記入口圧力制御部は、圧力逃し経路を備え、前記圧力センサーの指示値が設定値よりも大きい場合に、排ガスの流路を前記圧力逃し経路に切り替える三方弁を有していることを特徴としている。

【0013】

また、前記真空発生器は、容積移送式多段ルーツ型の真空ポンプ、又は、エゼクターであることが好ましい。

【発明の効果】

【0014】

本発明によれば、除害処理部の除害装置の前段に真空発生器が設けられているので、他の除害処理部の真空発生器が排ガスを吸引しても、相互に逆流が生じることはない。また、入口圧力制御部で、圧力センサーの指示値が設定値となるように自動制御弁で制御されるから、排ガスを発生させる半導体製造装置等の系統にも影響を与えないようにすることができる。

【0015】

さらに、圧力調整用ガス導入経路や圧力逃し経路を設けることで、排ガスの流量が不足している場合や一時的に過剰な場合も適切に対応できる。

【図面の簡単な説明】

【0016】

【図1】本発明の排ガス処理システムの一形態例を示す説明図である。

【発明を実施するための形態】

【0017】

以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。なお、すべての図面において、同様な構成要素には同様の符号を付し、詳細な説明は適宜省略する。図１は、本発明の排ガス処理システムの一形態例を示す説明図である。

【0018】

本形態例における排ガス処理システム１０は、複数の半導体製造装置２０ａ，２０ｂ，２０ｃ，２０ｄ，２０ｅ・・・（以下、まとめて「半導体製造装置２０」と称する場合がある。）から排出する排ガスを無害化処理するシステムである。

【0019】

複数の半導体製造装置２０ａ，２０ｂ，２０ｃ，２０ｄ，２０ｅ・・・から排出された排ガスは、それぞれドライポンプ２１ａ，２１ｂ，２１ｃ，２１ｄ，２１ｅ・・・（以下、まとめて「ドライポンプ２１」と称する場合がある。）に吸引され、集合配管Ｌ１（本発明の排ガス導入経路）に合流する。

【0020】

排ガス処理システム１０は、集合配管Ｌ１に連結する入口圧力制御部３０と、複数の除害処理部４０ａ，４０ｂ，４０ｃ・・・と、入口圧力制御部３０と複数の除害処理部４０ａ，４０ｂ，４０ｃ・・・を連結する分岐配管Ｌ３ａ，Ｌ３ｂ，Ｌ３ｃとで、概略構成されている。

【0021】

入口圧力制御部３０は、集合配管Ｌ１と三方弁３１を介して経路Ｌ２が接続されている。また、三方弁３１の一方には、圧力逃し経路Ｌ４が接続されている。圧力逃し経路Ｌ４には、集合スクラバー（図示せず）等の処理設備が設けられている。経路Ｌ２には、圧力を検出する圧力センサー３２と、該圧力センサー３２の圧力指示値が所定の設定値になるように、開度の絞りを制御する自動制御弁３３が設けられている。

【0022】

また、排ガス流量が少なく、自動制御弁３３の開度を下限まで絞ったとしても、圧力センサー３２の圧力指示値が設定値まで到達しない場合に備えて、圧力調整用ガスとして窒素ガスを経路Ｌ２に導入する圧力調整用ガス供給経路Ｌ５が設けられている。

【0023】

圧力調整用ガス供給経路Ｌ５には、圧力センサー３２の圧力指示値が設定値となるように圧力調整用ガスの流量を調整するマスフローコントローラ３４と、弁３５が設けられている。また、圧力調整用ガス供給経路Ｌ５の閉塞防止のために、マスフローコントローラ３４の上流側から分岐して、ニードル弁３６を備えた常時パージラインＬ６が設けられている。

【0024】

入口圧力制御部３０の自動制御弁３３から送出された排ガスは、分岐配管Ｌ３ａ，Ｌ３ｂ，Ｌ３ｃ・・・を介して、複数の除害処理部４０ａ，４０ｂ，４０ｃ・・・に導入される。

【0025】

除害処理部４０ａは、分岐配管Ｌ３ａと仕切弁４１ａを介して接続される経路Ｌ７ａに、いわゆる水冷加熱分解式の除害装置４２ａが設けられている。さらに、仕切弁４１ａと除害装置４２ａの間に、ドライポンプ４３ａを備えている。除害処理部４０ｂ，４０ｃ・・・も同様の構成となっている。本形態例では、ドライポンプ４３ａは、除害装置４２ａの除害許容能力に対応した容積移送式の多段ルーツ型の真空ポンプを採用している。

【0026】

次に、本発明の排ガス処理システムを用いた排ガス処理のプロセスを説明する。ここで、除害装置４２ａ，４２ｂ，４２ｃは、それぞれ装置１台当たり半導体製造装置２０の５台分の排ガスの除害許容能力を有しているものとする。したがって、半導体製造装置２０ａ，２０ｂ，２０ｃ，２０ｄ，２０ｅの５台が稼働している場合、除害装置４２ａ及びドライポンプ４３ａを運転させて、排ガスの除害処理がなされる。

【0027】

ドライポンプ４３ａが運転開始し、集合配管Ｌ１から排ガスが除害装置４２ａに吸引されると、圧力センサー３２の指示値が真空側に大きくなるため、設定値である－１ｋＰａＧ～－３ｋＰａＧとなるように、自動制御弁３３の開度の絞りを制御する。

【0028】

仮に自動制御弁３３を備えていないとすると、ドライポンプ４３ａの吸引によって、集合配管Ｌ１も高真空状態となってしまう。したがって、半導体製造装置２０の下段側のドライポンプ２１の仕事量は減少することとなり、ドライポンプ２１があまり発熱せず、ドライポンプ２１が排ガスの粉体等によって閉塞してしまう可能性がある。

【0029】

なお、圧力センサー３２の設定値を－１ｋＰａＧ～－３ｋＰａＧとしているのは、本発明の除害処理システムが導入されていない通常の除害システムでは、ドライポンプ２１ａ，２１ｂ，２１ｃ，２１ｄ，２１ｅと集合配管Ｌ１の間は、外部にガスが漏れないように微負圧状態であることから、本システムでも同程度になるようにしているためである。

【0030】

また、半導体製造装置２０からの排気ガス総量が少ない場合は、上述のように、圧力調整用ガス供給経路Ｌ５から圧力調整用ガスを導入し、圧力センサー３２の指示値が設定値となるように制御する。

【0031】

一方、半導体製造装置２０からの排ガス総量が一時的に大流量になる場合や、除害処理部４０ａの処理能力が低下して、圧力センサー３２の指示値が設定値以上となる場合、三方弁３１を介して、半導体製造装置２０からの排ガスを圧力逃し経路Ｌ４に送出する。

【0032】

ここで、６台目となる半導体製造装置２０ｆが稼働した場合、除害装置４２ａの除害許容能力を超えてしまうので、除害処理部４０ｂの除害装置４２ｂ及びドライポンプ４３ｂを遠隔起動させる。そして、半導体製造装置２０からの排ガスは、分岐配管Ｌ３ａ、Ｌ３ｂを介して、除害処理部４０a，４０ｂに分配されて送られる。同様に、１１台目となる半導体製造装置２０が稼働した場合には、除害処理部４０ｂの除害装置４２ｃ及びドライポンプ４３ｃを遠隔起動させ、排ガスが、分岐配管Ｌ３ａ、Ｌ３ｂ，Ｌ３ｃを介して、除害処理部４０a，４０ｂ，４０ｃに分配されて送られる。

【0033】

除害装置４２ａの上流側にはドライポンプ４３ａが設けられているので、ドライポンプ４３ｂを運転しても、経路Ｌ７ａ内の排ガスが逆流することはない。同様に、配管Ｌ７ｂ内の排ガスが逆流することもない。よって、複雑な制御機構がなくとも、排ガスを複数の除害装置に分流する制御が容易に可能となっている。

【0034】

このように複数の除害装置を併設し、分流制御することが可能となっていることから、１台の大型の除害装置を常に用いる場合と比較して、効率的な除害装置の稼働が可能になるとともに、装置コストの大幅な減少が可能となる。１台の大型の除害装置の場合、安定的な除害処理のためには、バックアップ機を少なくとも１台確保する必要があり、２台の大型の除害装置が設備に必要となる。一方、大型機の２０％程度の小型の除害装置を用いて同様の処理能力を求める場合、本発明の処理システムであれば、通常稼働する５台とバックアップ１台の除害装置を用意すればよい。したがって、バックアップ不要時の余剰能力が１００％に対して、２０％であり経済的な設備構築が可能となる。

【0035】

また、既存の設備において、半導体製造装置を増設し、それに対応する除害装置も増設しなければならない場合、本発明の排ガス処理システムであれば、増設される半導体製造装置の後段側の排ガスの配管を集合配管Ｌ１に連結し、それに対応する除害処理部も、分岐配管を増設して連結すればよく、設備内の排気配管を効率よく設計できる。例えば、除害処理部の設置箇所を集約することで、バックアップとなる除害装置を共有することもできる。また、分岐配管のレイアウトによって、除害処理部の設置箇所を半導体製造装置のクリーンルーム外とすることも容易であり、クリーンルーム内のスペースを有効活用できるなど、設計の自由度が高い。

【0036】

なお、上記形態例では、ドライポンプ４３ａ，４３ｂ，４３ｃとして、容積移送式の多段ルーツ型の真空ポンプを採用している。容積移送式であれば、後段側への移送量に限度があるものの、個別のフィードバック制御等を用いることなく、複数の除害処理部への分流を可能とする。さらに、多段ルーツ型であれば、各段のクリアランスが狭く設計されており、ドライポンプ４３ａが動力停止した場合でも流路抵抗が大きく急激な逆流が生じづらいため、好ましい。

【0037】

上述のように、容積移送式の多段ルーツ型の真空ポンプが好ましいが、除害装置に排ガスを吸引し、一次側と二次側に圧力を設けて逆流を防ぐことができる機器であればよいので、真空ポンプだけでなくエゼクターや排気ブロワといった各種の真空発生器が適用できる。例えば、エゼクターを採用した場合、二次側の排ガス量が増加してしまうというデメリットがあるが、駆動流体の流量を制御することで負圧制御が可能なメリットを有することもできる。

【0038】

また、上記形態例において、圧力調整用ガスとして窒素を適用しているが、ガスの種類は限定されるものではない。排ガスの成分や除害装置の形式によって、各種のガスを適用することができる。例えば、排ガスにＳｉＨ_４、Ｈ_２等の可燃ガスが含まれていなければ、圧力調整用ガスとしてドライエアを使用してもよい。また、除害処理の反応性が高まる場合には、酸素を圧力調整用ガスとして導入することも可能である。

【0039】

また、圧力センサー３２の設定値も大気圧から微負圧が好ましいが、上記形態例に限定されるものではない。さらに、自動制御弁３３についても、ドライポンプ４３ａ，４３ｂ、４３ｃの回転数で制御することも可能である。

【0040】

除害処理部４０ａ，４０ｂ，４０ｃは、仕切弁４１ａ，４１ｂ，４１ｃを閉じることによって、それぞれの除害処理部のメンテナンスが可能となる。

【0041】

除害装置４２ａ，４２ｂ，４２ｃは水冷加熱分解式に限らず、ヒーター式やプラズマ式のもの等、排ガスの有害成分を無害化処理できる公知のものを採用してもよい。

【0042】

なお、複数の半導体製造装置２０は、それぞれが必ずしも同じ装置である必要はなく、半導体製造用のプロセスチャンバに限らず、各種電子デバイスを製造する装置であって、成膜の種類や工程に応じて、様々なガスが使用され、そのガスに応じた排ガスが排出されるものであってもよい。排ガスの種類によって、配管に粉体、混触が発生する可能性がある場合には、ドライポンプ２１の下流側にフィルターやスクラバを設けてもよい。本発明の排ガス処理システムは、半導体製造装置が複数ではなく単数の場合の排ガス処理等にも適用可能であるし、化学プラントの排ガス処理等にも応用可能である。

【0043】

以上、本発明の排ガス処理システムについて、形態例に基づいて説明したが、本発明は上記形態例に記載した構成に限定されるものではなく、上述のように、その趣旨を逸脱しない範囲において適宜その構成を変更することができるものである。

【符号の説明】

【0044】

１０…排ガス処理システム、２０（２０ａ，２０ｂ，２０ｃ，２０ｄ，２０ｅ，２０ｆ）…半導体製造装置、２１（２１ａ，２１ｂ，２１ｃ，２１ｄ，２１ｅ，２１ｆ）…ドライポンプ、３０…入口圧力制御部、３１…三方弁、３２…圧力センサー、３３…自動制御弁、３４…マスフローコントローラ、３５…弁、３６…ニードル弁、４０（４０ａ，４０ｂ，４０ｃ）…除害処理部、４１ａ，４１ｂ，４１ｃ…仕切弁、４２ａ，４２ｂ，４２ｃ…除害装置、４３ａ，４３ｂ，４３ｃ…ドライポンプ、
Ｌ１…集合配管、Ｌ２…経路、Ｌ３ａ，Ｌ３ｂ，Ｌ３ｃ…分岐配管、Ｌ４…圧力逃し経路、Ｌ５…圧力調整用ガス供給経路、Ｌ６…常時パージライン、Ｌ７ａ，Ｌ７ｂ…経路

【図1】