説明

フッ素含有化合物ガスの除去方法

【課題】 本発明の目的は、除去剤を加熱してフッ素含有化合物ガスを除去する方法において、フッ素含有化合物ガスの単位処理量を高めたフッ素含有化合物ガスの除去方法を提供することである。
【解決手段】除去剤としてカルシウム化合物とアルミナとを含む混合物を用いてフッ素含有化合物ガスを除去する方法において、少なくとも、該混合物を除去剤として用いる第1除去工程と第2除去工程を有し、さらには、該混合物中のカルシウム原子とアルミニウム原子の和に対するアルミニウム原子の質量比(Al/(Al+Ca))が、第1除去工程の混合物(第1混合物)より第2除去工程の混合物(第2混合物)の方が大きく、
フッ素含有化合物ガスを含有するガスを、第1除去工程で第1混合物と接触させ、次に第2除去工程で第2混合物と接触させることを特徴とする、フッ素含有化合物ガスの除去方法。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、特に、半導体製造、液晶製造および太陽電池製造において、エッチングやクリーニングに使用され排出されるガス中のフッ素含有化合物ガスの除去剤による除去方法に関するものである。
【背景技術】
【0002】
四フッ化炭素フッ素(CF)ガスや六フッ化硫黄(SF)ガスといったフッ素含有化合物ガスは、半導体製造、液晶製造および太陽電池製造において、珪素やタングステンを除去するためのエッチングガスやクリーニングガスとして使用されている。
【0003】
これらフッ素含有化合物ガスには、オゾン破壊係数(ODP)や地球温暖化係数(GWP)が高いものが多く、近年国際的に大きな問題となっている。そのため、これらガスを使用する場合には、その残ガス等の排気の際にそれらを分解し除去することが常に必要となる。
【0004】
フッ素含有化合物ガスの多くは、大気中で極めて安定であり、水にもわずかしか溶解しないため、アルカリ薬剤を用いた除去装置や湿式スクラバーといった従来の分解除去技術では除去ができない。また、燃焼ガスを利用した分解による除去技術があるが、ガス分解はするものの未分解成分が残留することや、分解除去後においてHFやSiFといったフッ化物ガスの生成があり、さらにそれらを除去しなければならないといった問題が生じる。
【0005】
一方、フッ素含有化合物ガスは、除去剤を加熱して分解除去する方法が一部に採用されている。これら除去剤はCaO、CaCO、Ca(OH)等のカルシウム化合物を主成分としており、下記反応式(1)〜(3)式のようにフッ化カルシウム(CaF)として固定される。また、主成分以外にフッ素含有化合物ガスの分解を促進させるために触媒としてアルミナ(Al)を混合して用いる場合がある。この場合、カルシウム化合物がフッ化カルシウムとしてフッ素成分を固定すればアルミナの触媒としての活性は維持されるが、カルシウム化合物がフッ化カルシウムとなったあとは、アルミナ自体も、下記反応式(4)式のようにフッ素含有化合物ガスによりフッ化アルミニウム(AlF)が生成されたり、フッ素含有化合物ガスの分解によって生成されたフッ素成分と反応してもフッ化アルミニウム(AlF)を生成して被毒されて触媒としての効果は失われる。(特許文献1〜3)
CF+2CaO → 2CaF+CO(1)
CF+2CaCO→ 2CaF+3CO(2)
CF+2Ca(OH)→ 2CaF+CO+2H (3)
3CF+2Al → 4AlF+3CO(4)
これら除去剤を加熱して除去する方法においては、除去処理が進むにつれて、除去剤がフッ化カルシウム(CaF)やフッ化アルミニウム(AlF)に変換され、フッ素含有化合物ガスの除去能力が失われるため、定期的な除去剤の交換が必要となる。
【0006】
さらに、半導体製造、液晶製造、または太陽電池製造において、クリーニングやエッチングに使用されるフッ素含有化合物ガスは、ウエハーの大口径化や液晶サイズの大型化に伴い消費量が増大し、これらを含有する排出ガスも増大する。したがって、排出ガス中に含まれるフッ素含有化合物ガスの除去を、効率よく大量に行うことが必要になってきている。
【0007】
しかし、一般的に使用されているフッ素含有化合物ガスの除去剤では、除去剤の単位質量あたりに除去できるフッ素含有化合物ガスの量(単位処理量)が小さく、頻繁に除去剤を交換しなければならないといった問題がある。フッ素含有物ガスの除去剤の交換は、除去剤が充填された充填筒を排ガス除去装置から取り外し、充填筒ごとに開封し使用済みの除去剤を取り出し、未使用の除去剤を再充填するため、時間と労力を要する。
【0008】
これに対し、充填筒を大きくすることや、複数の充填筒を用いることで、除去剤の交換に要する時間、労力を軽減させることができる。しかしながら、これらの方法では、設備が大規模になることや複数の充填筒を要することで除去剤の使用量が増大する等、コスト増大の問題が発生する。すなわち充填筒を大きくした場合、それに伴い充填筒加熱ヒータも大型化し、消費電力も増大する。また複数の充填筒での除去では、複数に分離した充填筒およびそれに伴う複数の分離した充填筒加熱ヒータが必要となる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0009】
【特許文献1】特許第3789277号公報
【特許文献2】特許第4156312号公報
【特許文献3】特許第4459648号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0010】
上記のとおり、除去剤を加熱してフッ素含有化合物ガスを除去する方法において、従来は設備面での対応により充填筒の除去剤の交換かかる時間や労力を削減しているが、これに伴いコスト増大の問題が発生する。
【0011】
そこでコスト増大を抑制できる時間や労力の削減のため、本発明は、除去剤を加熱してフッ素含有化合物ガスを除去する方法において、フッ素含有化合物ガスの単位処理量を高めたフッ素含有化合物ガスの除去方法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】
【0012】
本発明者は、かかる課題を解決すべく鋭意検討の結果、カルシウム化合物とアルミナの混合物を成分とするフッ素含有化合物ガスの除去剤を、加熱してフッ素含有化合物ガスを除去する方法において、その成分の混合質量比と単位処理量が、処理流量(除去剤に流通させるガス流量)の違いにより異なることを発見し、異なる混合質量比の除去剤を用いることにより除去剤全体の単位処理量を高めることを見出し本発明に至った。
【0013】
より具体的には、処理流量が小さいときに単位処理量が最大となる混合質量比と処理流量が大きいときに単位処理量が最大となる混合質量比に違いのあることが分かり、さらには、フッ素含有化合物ガスを含有するガスを、処理流量が小さいときに単位処理量が最大となる混合質量比の除去剤に流通した後、処理流量が大きいときに単位処理量が最大となる混合質量比の除去剤に流通することにより、同一の混合質量比の除去剤に流通した場合に比べ、単位処理量が大きくなることを見出した。
【0014】
すなわち本発明は、除去剤としてカルシウム化合物とアルミナとを含む混合物を用いてフッ素含有化合物ガスを除去する方法において、少なくとも、該混合物を除去剤として用いる第1除去工程と第2除去工程を有し、さらには、該混合物中のカルシウム原子とアルミニウム原子の和に対するアルミニウム原子の質量比(Al/(Al+Ca))が、第1除去工程の混合物(第1混合物)より第2除去工程の混合物(第2混合物)の方が大きく、フッ素含有化合物ガスを含有するガスを、第1除去工程で第1混合物と接触させ、次に第2除去工程で第2混合物と接触させることを特徴とする、フッ素含有化合物ガスの除去方法を提供するものである。
【0015】
さらには、第1混合物と第2混合物が共に、混合物中のカルシウム原子とアルミニウム原子の和に対するアルミニウム原子の質量比(Al/(Al+Ca))が、0.1以上、0.8以下の範囲内であることを特徴とするフッ素含有化合物ガスの除去方法を提供するものである。
【発明の効果】
【0016】
本発明により、単一の充填筒において乾式除去剤を高温に加熱して除去する方法において、使用する除去剤の単位処理量を大きくでき、除去剤の交換頻度を減少させることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【0017】
【図1】フッ素含有化合物ガスの除去の実験フローの概略図を示す。
【発明を実施するための形態】
【0018】
以下、本発明の内容を詳細に述べる。
【0019】
除去対象となるフッ素含有化合物ガスは、CF、SF、C、C、C、C、C、C、CHF、CHF、またはCH等が挙げられる。
【0020】
カルシウム化合物としては、Ca(OH)、CaCO、またはCaO等が挙げられる。
【0021】
アルミナ(Al)は、市販のものを用いることができ、または、ベーマイトAlO(OH)を500℃以上に加熱処理することにより(反応式:2AlO(OH)→2Al+HO)得られるものを用いることができる。
【0022】
本発明に用いられる第1および第2混合物は、カルシウム化合物とアルミナを混合するか、カルシウム化合物とアルミナに水分を加え混合し、造粒機で造粒後、乾燥して水分を除去することにより得ることができる。
【0023】
第1および第2混合物の平均粒径は、ガスの流通性と単位処理量の向上のため、φ2mm以上φ8mm以下のものが好ましく、より好ましくはφ4.5mm以上φ5.5mm以下である。φ2mm未満の場合は、圧力損失が大きくなりガスの通過が妨げられるおそれがある。φ8mmを超えると除去剤の内部まで反応が進行せず単位処理量が低下するおそれがある。
【0024】
第1および第2混合物の混合質量比Aは、カルシウム化合物中に含まれるカルシウム原子(Ca)の質量とアルミナ中に含まれるアルミニウム原子(Al)の質量を用いた式:A=Al/(Ca+Al)で求めた値を表す。混合質量比Aは、第1混合物より第2混合物のほうが大きい。さらには、混合質量比Aは0.1≦A≦0.8であることが好ましい。A<0.1ではフッ素含有化合物ガスとの反応速度が低くなりすぎるため単位処理量を高くすることができず、0.8<Aでは除去剤の成型品において粉化がおこりやすく、粉化によりガスの通過が妨げられるおそれがある。
【0025】
除去剤とフッ素含有化合物ガスを接触させるときの温度は、500℃以上900℃以下が好ましい。500℃未満では反応速度が充分得られず、その結果として未反応のフッ素含有化合物ガスが残留し出口ガスとして排出されるおそれがある。900℃を超えると充填筒の材質であるステンレスが、フッ素含有化合物ガスによる腐食のため、短期間でその強度が喪失するおそれがある。
【0026】
除去対象となるフッ素含有化合物ガスの濃度は限定されないが、フッ素含有化合物と除去剤の反応熱による、充填筒の材質や充填筒の温度制御への負荷を考慮すると、5vol%以下とするのが良く、好ましくは2vol%以下、さらに好ましくは1vol%以下になるように、ヘリウムガス、ネオンガス、アルゴンガス、窒素ガス等の不活性ガスで希釈することがよい。
【0027】
以下、実施例により本発明を具体的に説明する。
【実施例】
【0028】
図1に本例にもちいる実験フローの概略図を示す。除去対象ガスが充填されたボンベ1と窒素ガスが充填されたボンベ2(酸素濃度が1体積ppm未満の高純度窒素ガスである大陽日酸株式会社製のBグレード)より、それぞれの流量計(図中省略)により流量調整して所定の流量で窒素希釈ガスとして、充填筒加熱ヒータ4により600℃に加熱された充填剤の充填筒3(ステンレス製、内径30mm、長さ500mm、除去剤の全充填長さ300mm)の上部から導入して除去剤と接触させ、充填剤の充填筒3の下部より排出されるガスの一部をフーリエ変換式赤外線吸光分析計5(MIDAC社製(型式IGA−2000))にて、フッ素ガス含有化合物ガスを分析下限1ppmで分析する。この分析結果によりフッ素ガス含有化合物ガスの除去状態の確認が可能となる。式:(1−(排出ガス中の除去対象ガス濃度/導入した窒素希釈ガス中の除去対象ガス濃度))×100より求めた値を除去率(%)とし、除去率が99.9%以下となるまでに導入した除去対象ガスの全流量を、充填筒の処理量とした。
【0029】
除去対象ガスとなるフッ素含有化合物ガスは、CF、SF、C、C、C、C、C、C、CHF、CHF、またはCHを使用する(いずれのガスも大陽日酸株式会社製の純度99.9%以上のエッチング・クリーニング用半導体ガスを使用)。
【0030】
除去剤のカルシウム化合物とアルミナの混合物について、カルシウム化合物は、Ca(OH)(新見化学工業製の工業用消石灰)、CaCO(白石カルシウム株式会社製のソルトン3200)、またはCaOを使用した。CaOは、Ca(OH)(新見化学工業製の工業用消石灰)とアルミナを混合した後に800℃にて1時間加熱することにより水分を放出させ、CaOとした(Ca(OH)→CaO+HO)。アルミナは株式会社デーケーファイン製のAA100を使用した。
【0031】
カルシウム化合物とアルミナの混合物は、所定の混合質量比に相当する量のカルシウム化合物とアルミナを用い、全質量の30%の水分を加え混合し、造粒機(兵庫・三木トレーディングセンター製電動ミンサーG−50)にて造粒後、150℃にて2時間乾燥し水分を除去して得る。カルシウム化合物としてCaOの混合物を得るには、カルシウム化合物の原料としてCa(OH)を用い、温度を800℃にする以外は前記と同様にして得る。
【0032】
乾燥後、篩い分けにより平均粒径4.5mm以上5.5mm以下の粒状の除去剤を得た。
【0033】
所定の混合質量比の除去剤を上部と下部の2層に分けて充填筒3に充填されており、充填筒3に導入される窒素希釈ガスは、上部の除去剤と接触した後、下部の除去剤と接触する。
【0034】
[実施例1〜3、比較例1、2]
上記の実験フローにおいて、除去対象ガスとしてCFを用い、流量を0.01L/minに、窒素ガスを1L/minに調整して、窒素希釈ガスを充填筒3に供給した。除去剤としてはCaOとアルミナの混合物を使用し、上部には混合質量比Aが0.3、下部には混合質量比Aが0.5のものを用いた。充填長さ300mmのうち、上部充填長さを240(実施例1)、270(実施例2)、285mm(実施例3)、300mm(比較例1)、0mm(比較例2)と変化させ、下部充填長さもそれに応じて調整し、それぞれについて実験を行った。
【0035】
その結果を表1に示す。充填筒の処理量は、実施例1では5.70L、実施例2では5.95L、実施例3では5.55L、比較例1では4.95L、比較例1では4.30Lとなり、混合重量比A=0.3のみを充填した場合(比較例1)や混合重量比A=0.5のみを充填した場合(比較例2)と比べ、実施例1〜3の場合は充填筒1筒あたりの処理量が増大していることが確認できる。
【表1】

【0036】
[実施例4〜33]
上記の実験フローにおいて、除去対象ガスとして、CFの代わりにSF(実施例4〜6)、C(実施例7〜9)、C(実施例10〜12)、C(実施例13〜15)、C(実施例16〜18)、C(実施例19〜21)、C(実施例22〜24)、CHF(実施例25〜27)、CHF(実施例28〜30)、CH(実施例31〜33)をそれぞれ用いる以外は、実施例1〜3と同様に行った。
【0037】
その結果を表2に示す。種々のフッ素含有化合物ガスを除去可能であることが確認できる。
【表2】

【0038】
[実施例34〜39]
上部と下部の除去剤のカルシウム化合物にCaOではなく、Ca(OH)(実施例34〜36)、CaCO(実施例37〜39)をそれぞれ使用する以外は、実施例1〜3と同様に行った。
【0039】
その結果を表3に示す。充填筒の処理量は、実施例34では5.75L、実施例35では5.90L、実施例36では5.55L、実施例37では5.50L、実施例38では5.94L、実施例39では5.54Lとなり、種々のカルシウム化合物について除去可能であることが確認でき、混合重量比A=0.3のみを充填した場合(比較例1)と比べ、実施例34〜39の場合は充填筒1筒あたりの処理量が増大していることが確認できる。
【0040】
[実施例40〜42]
用いるカルシウム化合物の種類を、上部にCaOと下部にCaCO(実施例40)、上部にCaCOと下部にCaO(実施例41)、上部にCaOと下部にCa(OH)(実施例42)とする以外は、実施例2と同様に行った。
【0041】
その結果を表3に示す。充填筒1筒あたりの処理量はそれぞれ、実施例40では5.93L、実施例41では5.90L、実施例42では5.92Lとなり、いずれもカルシウム化合物としてCaOだけを使用した実施例2の場合と同様な結果が得られた。上部と下部の除去剤において種類の異なるカルシウム化合物を使用しても、同様な効果が得られることが確認できる。
【表3】

【0042】
[実施例43、比較例3]
CFの流量を0.03L/min、窒素ガスの流量を3L/minとし、充填筒3中の全充填長さ300mmのうち、上部充填長さを180(実施例43)と300(比較例3)に変化させ、下部充填長さもそれに応じて調整する以外は実施例2と同様に行った。
【0043】
その結果を表4に示す。充填筒の処理量は、実施例43では3.70L、比較例3では3.45Lとなり、本例における流量においても、混合重量比A=0.3のみを充填した場合(比較例3)に比べ、実施例43の場合は充填筒1筒あたりの処理量が増大していることが確認できる。
【0044】
[実施例44、比較例4]
CFの流量を0.10L/min、窒素ガスの流量を10L/minとし、充填筒3中の全充填長さ300mmのうち、上部充填長さを60(実施例44)と300(比較例4)に変化させ、下部充填長さもそれに応じて調整する以外は実施例2と同様に行った。
【0045】
その結果を表4に示す。充填筒の処理量は、実施例44では2.40L、比較例4では0.90Lとなり、本例における流量においても、混合重量比A=0.3のみを充填した場合(比較例4)に比べ、実施例44の場合は充填筒1筒あたりの処理量が増大していることが確認できる。
【表4】

【0046】
[実施例45〜47、比較例5、6]
CFの流量を0.005L/min、窒素ガスの流量を1L/minとし、充填筒3中の全充填長さ300mmのうち、上部充填長さを60(実施例45)、30(実施例46)、15(実施例47)、300(比較例5)、0mm(比較例6)と変化させ、下部充填長さもそれに応じて調整する以外は実施例2と同様に行った。
【0047】
その結果を表5に示す。充填筒の処理量は、実施例45では5.71L、実施例46では5.94L、実施例47では5.55L、比較例5では4.95L、比較例6では4.29Lとなり、本例における流量においても、混合重量比A=0.3のみを充填した場合(比較例5)や混合重量比A=0.5のみを充填した場合(比較例6)と比べ、実施例45〜47の場合は充填筒1筒あたりの処理量が増大していることが確認できる。
【表5】

【0048】
[実施例48〜50、比較例7、8]
CFの流量を0.015L/min、窒素ガスの流量を1L/minとし、充填筒3中の全充填長さ300mmのうち、上部充填長さを60(実施例48)、30(実施例49)、15(実施例50)、300(比較例7)、0mm(比較例8)と変化させ、下部充填長さもそれに応じて調整する以外は実施例2と同様に行った。
【0049】
その結果を表6に示す。充填筒の処理量は、実施例48では5.12L、実施例49では5.34L、実施例50では4.95L、比較例7では4.36L、比較例8では3.75Lとなり、本例における流量においても、混合重量比A=0.3のみを充填した場合(比較例7)や混合重量比A=0.5のみを充填した場合(比較例8)と比べ、実施例48〜50の場合は充填筒1筒あたりの処理量が増大していることが確認できる。
【表6】

【0050】
[比較例9〜11]
上部と下部の除去剤の混合重量比Aを逆に上部より下部の方が小さくなるようにして、それぞれ混合重量比Aを上部について0.5、下部について0.3とする以外は実施例1〜3と同様に行った。
【0051】
その結果を表7に示す。充填筒1筒あたりの処理量は、上部充填長さが240mmのとき(比較例9)に4.25L、上部充填長さが270mmのとき(比較例10)に4.26L、上部充填長さが285mmのとき(比較例11)に4.21Lとなり、実施例1〜3の上部と下部の除去剤の混合重量比Aがそれぞれ混合重量比Aが上部では0.3、下部では0.5の除去剤を充填した場合と比べ、充填筒1筒あたりの処理量が小さいことが確認できる。
【表7】

【産業上の利用可能性】
【0052】
本発明は、特に、半導体製造、液晶製造および太陽電池製造において、エッチングやクリーニングに使用され排出されるガス中のフッ素含有化合物ガスの除去剤として有用である。
【符号の説明】
【0053】
1・・・ボンベ(除去対象ガス)
2・・・ボンベ(窒素ガス)
3・・・除去剤の充填筒
4・・・充填筒加熱ヒータ
5・・・フーリエ変換式赤外線吸光分析計

【特許請求の範囲】
【請求項1】
除去剤としてカルシウム化合物とアルミナとを含む混合物を用いてフッ素含有化合物ガスを除去する方法において、
少なくとも、該混合物を除去剤として用いる第1除去工程と第2除去工程を有し、
さらには、該混合物中のカルシウム原子とアルミニウム原子の和に対するアルミニウム原子の質量比(Al/(Al+Ca))が、第1除去工程の混合物(第1混合物)より第2除去工程の混合物(第2混合物)の方が大きく、
フッ素含有化合物ガスを含有するガスを、第1除去工程で第1混合物と接触させ、次に第2除去工程で第2混合物と接触させることを特徴とする、フッ素含有化合物ガスの除去方法。
【請求項2】
第1混合物と第2混合物が共に、混合物中のカルシウム原子とアルミニウム原子の和に対するアルミニウム原子の質量比(Al/(Al+Ca))が、0.1以上、0.8以下の範囲内であることを特徴とする、請求項1に記載のフッ素含有化合物ガスの除去方法。

【図1】
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【公開番号】特開2012−5929(P2012−5929A)
【公開日】平成24年1月12日(2012.1.12)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2010−142189(P2010−142189)
【出願日】平成22年6月23日(2010.6.23)
【出願人】(000002200)セントラル硝子株式会社 (1,198)
【Fターム(参考)】