4 校（責了）5 月 12 日ロータリーアトマイザー式…73頁目特集電子・情報関連電子情報関連ロータリーアトマイザー式排ガス処理装置 Rotary-Atomizer Type Exhaust Gas Processing Equipment 住友精化（株）ガス･エンジニアリング事業部溝川憲一中西隆一菱池通隆 Sumitomo Seika Chemicals Co., Ltd. Gas Engineering Div. Kenichi M IZOKAWA Takakazu N AKANISHI Michitaka H I S H I I K E The rotary-atomizer type exhaust emission processing equipment of SUMITOMO SEIKA CO., LTD. is the wet type exhaust gas processing equipment including a rotary atomizer which has a significant gas-liquid contact efficiency. This is high performance type gas-liquid contact equipment in which the micro and uniform bubbles generated by the high speed rotating rotary atomizer in the absorbing solution, and causes the high level gas-liquid contact efficiency to absorb and remove the harmful gas. The exhaust gas from a semiconductor manufacturing machine has harmful gas. The rotary atomizer type exhaust gas processing equipment continuously removes the harmful gas to a level which is lower than the Threshold Limit Value. Recently, because the exhaust gas from the semiconductor manufacturing process are increasing and diversified, the pipeline to the exhaust gas processing equipment frequently produces problems such as blockage. This blockage problem in pipelines is sometimes the main-cause of reduction in the productivity of semiconductors, and therefore a pipeline system dealing with this problem has also been constructed. 住友精化（株）の半導体用ガス関連機器事業一方、CVD（Chemical Vapor Deposition）工程や CVD 炉内のクリーニング、各種膜や金属配線等の住友精化（株）は半導体用ガスの製造・販売を行ってエッチング工程に用いられる機能性ガスには毒性の高いる。半導体用ガスにはアルシン AsH 3 やホスフィンいものが多い。又、これら工程において副生される PH 3 等毒性の非常に高いガスがあり、これらを取りガスにも毒性の高いものが多い。扱う上で安全対策は欠かせない。住友精化（株）がこれら毒性の高い半導体用ガスを製造することにより培わ半導体産業では、CF 4 、C 2 F 6 等に CH F 3 や N F 3 、 SF 6 を加え PFC（Perfluoro compounds）と総称されれた安全対策技術を商品化したものとして、ロータるガスも多用される。PFC は地球温室効果ガスとしてリーアトマイザー式半導体用ガス処理装置や、半導知られ、1997 年の地球温暖化防止京都会議（COP3）体用ガス漏洩検知警報装置がある。又、不純物の混で排出削減対象となったガスである。入を極限まで防止し、毒性の高いガスを安全で安定に半導体製造装置に供給する半導体用ガス供給シス第 1 表に半導体用ガスを用途別に分類した。第 2 表に半導体用ガスの物性を示した 1）。テムの設計・製作も行っている。排ガス処理装置半導体用ガス第 2 表に示したように半導体用ガスは非常に毒性が半導体用ガス即ち半導体デバイスの製造に使用さ高いことから、半導体デバイスの製造工程の排ガスれるガスの種類は非常に多い。系内の空気遮断用ガス中に含まれる有害ガスは大気に放出する前に除害処や機能性ガスの希釈用ガスとして N 2 、He、Ar、H 2 が理しなければならない。半導体用ガスの殆どは高圧使われ、これらは殆ど毒性はない。ガス保安法の適用を受け、同法に除害すべきことが住友化学 2000 -I 73 4 校（責了）5 月 12 日ロータリーアトマイザー式…74頁目ロータリーアトマイザー式排ガス処理装置規定されている（一般高圧ガス保安規則第 5 5 条第第1表半導体用ガスの用途別分類 1 項第 21 号）。工程排ガス中に含まれる有害ガスを処理する方法につい対象物 CVD て第 3 表に示す。 SiH 4､ B 2H 6､ PH 3 （プラズマ） CVD炉内のクリーニング半導体産業の損益がサイクル軌道を描き、収益の Si きた。半導体製造工程の排ガス処理六法についても SiO 2 HCl､ HBr､ Cl 2､ CHF 3 CF 4､ CHF 3､ C 2F 6､ C 3F 8､ CO Si 3 N 4 HCl､ SF 6､ C 2F 6､ C 3F 8 配線等の Al BCl 3､ Cl 2､ CF 4､ CHF 3 エッチング各種膜や金属チング工程では乾式の吸着式排ガス処理装置が使用 HCl､ Cl 2､ C 2F 6､ C 3F 8､ NF 3 （ノンプラズマ） ClF 3 悪化の度に半導体の製造コストが厳しく検討されてコスト面から見直しが進められた。従来、殆どのエッ機能性ガス Mo CF 4､ SF 6 されていたが、総コスト比較の観点から、維持管理 W CF 4､ SF 6 費が廉価でありかつ処理能力の高いロータリーアトマ Ti BCl 3､ Cl 2 第2表物質名半導体用ガスの物性 1) 化学式分子量外観臭気 SiH 4 32.1 無色透明気体希薄時無臭濃い不快臭四フッ化ケイ素 SiF 4 104.1 無色の気体刺激臭ジクロロシラン SiH2Cl2 101.0 無色の気体液体は白色刺激臭シラン沸点 −111.9 水との反応性／溶解度反応しない純水には不溶可燃性毒性自然発火性 −75 激しく反応して 941mmHg 8.2 許容濃度湿式処理 ppm (注) 適用性性質 HFを生成腐食性毒性加水分解反応して HClを生成可燃性毒性腐食性 5 △ [ HF ] ○ [ HCl ] ○ アルシン AsH 3 77.9 無色透明気体不快臭ニンニク臭 −62.1 溶解 20ml／100ml aq at 20℃ 可燃性毒性 0.05 △ ホスフィン PH 3 34.0 無色の気体不快臭ニンニク臭 −87.0 溶解 20ml／100ml aq at 24℃ 可燃性毒性自然発火性 0.3 △ ジボラン B2H6 27.7 無色の気体不快臭ビタミン臭 −92.5 加水分解反応して 0.1 ○ 三塩化ホウ素 BCl 3 117.2 無色の気体刺激臭 12.5 加水分解反応して HClを生成不燃性毒性腐食性 [ HC l ] ○ 三臭化ホウ素六フッ化タングステンフッ素塩素 BBr 3 250.5 刺激臭 91.8 加水分解反応して HBrを生成不燃性毒性腐食性 1 ○ WF 6 297.8 無色の気体無色の気体黄色の液体刺激臭 17.5 加水分解反応して HFを生成不燃性毒性腐食性 [ HF ] ○ F2 38.0 淡黄色気体刺激臭 −188.1 1 ○ Cl 2 70.9 黄緑色気体刺激臭 −34.6 0.5 ○ 三フッ化塩素 ClF 3 92.5 無色の気体淡黄色液体刺激臭 11.8 0.1 ○ フッ化水素 HF 20.1 無色の気体刺激臭 19.5 腐食性毒性 3 ○ 塩化水素 HCl 36.5 無色の気体刺激臭 −84.9 溶解 82g／100ml aq at 0 ℃ 腐食性毒性 5 ○ 臭化水素 HBr 80.9 無色の気体刺激臭 −86.9 溶解 193g／100ml aq at 25℃ 腐食性毒性 3 ○ アンモニア NH 3 17.0 無色の気体刺激臭 −33.4 溶解 53g／100g aq at 20℃ 可燃性毒性腐食性 25 ○ 四フッ化メタン CF 4 88.0 無色の気体無臭 −128.0 溶解 0.0015 wt％ at 25℃ 不燃性六フッ化エタン C 2 F 6 138.0 無色の気体無臭 −78.7 71.0 無色の気体無臭 −129.1 無臭 −56.6 溶解 0.54ml／100g aq （昇華）三フッ化窒素六フッ化硫黄 NF 3 SF 6 146.1 無色の気体 H2 を生成可燃性毒性自然発火性激しく反応して溶解 HFを生成支燃性毒性腐食性 0.3g/100ml aq at 20℃ 支燃性毒性腐食性激しく反応して HFを生成支燃性毒性腐食性任意に溶解 × 僅かに溶解する不燃性僅かに溶解する支燃性毒性 1.4＊10−5mol／mol aq × 不燃性 10 × 1000 × (注) 許容濃度は定められていないが、[ ] 内のガスと同等の毒性として対処すべきもの第3表有害ガスの処理方法分類除害能力流量許容濃度以下小中中∼大小∼中許容濃度以下大低大小∼中許容濃度以下小低中小∼中化学吸着法 1 エッチング側近 ○ CVD用ガス、無機ハロゲン系ガス 2 工場集合スクラバー ○ ○ CVD用ガス、無機ハロゲン系ガス 1 各プロセス側近 2 緊急除害 CVD用ガス、無機ハロゲン系ガス ○ 許容濃度以下大低中燃焼分解法 CVD用ガス、PFC 許容濃度以下中∼大中∼高中∼大直火使用ヒーター加熱法 CVD用ガス、PFC 触媒分解法 PFC 許容濃度以下中∼大中∼高中∼大直火なしプラズマ法新しい、長期実績はこれから湿式法吸着法乾熱式分法解法 74 物理吸着法対象ガス PFC 用途濃度スペースランニングコスト中∼大大大新しい、長期実績はこれから住友化学 2000 -I 4 校（責了）5 月 12 日ロータリーアトマイザー式…75頁目ロータリーアトマイザー式排ガス処理装置イザー式排ガス処理装置が注目されてきた。本報で以下に、各項の特性と実例を説明する。はロータリーアトマイザー式排ガス処理装置について記述する。吸着法や燃焼法については各種報告書があるのでそれらを参照されたい 2,3）。（1 ）気泡径ロータリーアトマイザーにより生成する気泡は非常に微細で均一であり、気液の接触面積が格段に大きい。ロータリーアトマイザーと多孔板の気泡径分布ロータリーアトマイザー式排ガス処理装置を第 2 図に示す。ロータリーアトマイザー（ローター 1．ロータリーアトマイザー周速度＝ 11.7 m／s）の気泡径は、第 2 図よりガス空ロータリーアトマイザーは、1964 年頃当時東北大学教授の堀省一郎博士が亜硫酸塩の空気酸化反応用と塔速度 U G ＝ 3 ∼ 4 cm／s の時、0.7 mmφであり、多孔板の気泡 6.5 mmφに対し約 10 分の 1 であった。して考案された高性能気液接触装置である。弊社はこの装置の実施権を得て、ロータリーアトマイザーを組第2図み込んだ排ガス処理装置を半導体製造装置の排ガス気泡径分布図 10 処理用として商品化し、半導体工場に多数納入している。 5 多孔版孔径 6.37mm 純水−空気系アトマイザーローター周速度 12.6 m／s 純水−空気系 4 2．ロータリーアトマイザーの原理及び構造 3 を示す。液中でカップ状の回転体（ローター）を高速で回転させ、そのカップ内にガスを送り込み、カップ下端からガスを溢流させる。溢流したガスと液体との比重差に基づく遠心効果によってローター表面にガス膜層を形成する。このガス膜層とローターの廻りの液との間には相対速度差があり、この間の摩擦によりガス膜層は引きちぎられ微細な気泡となり液中気泡径 D（mm）第 1 図に代表的なロータリーアトマイザーの原理図ローター周速度 19.2m／s 純水−空気系 2 1.0 ローター周速度 11.7m／s 硫安水溶液−空気系 0.5 0.4 0.3 ガス空塔速度に分散する。 UG ＝3 ∼4 cm／s 0.2 第1図ロータリーアトマイザーの原理図 0.1 0.01 液 0.1 1.0 10 50 90 99 9.99 積算容量 Sv（Vol ％）気泡（ 2 ）ホールドアップ回転円筒ロータリーアトマイザーにより生成する気泡が非常に微細で均一であることにより、気泡の上昇速度が遅くなり、よって気液接触時間が増大する。ロータガス気体膜リーアトマイザーと多孔板のガスホールドアップを第 3 図に示す。第 3 図よりガス空塔速度 U G ＝ 1 . 4 5 軸封装置 cm／s の時、ロータリーアトマイザーのガスホールドアップが7 ％に対し、多孔板（0.5 ∼40 mmφ）では 4 ％であり、ロータリーアトマイザーの方が 75 ％高かった。 3．ロータリーアトマイザーの特性 4,5）ロータリーアトマイザーは、汎用的な気液接触装置液性因子の影響も認められ、この例として硫酸ナトリウムを添加した時のホールドアップを第 4 図に示す。である多孔板に比べ、（ア）気泡が微細である、（イ）ガスホールドアップが大きく、気液接触時間が長い、（ウ）物質移動度たる容積係数が大きい、等の特徴がある。住友化学 2000 -I （ 3 ）容量係数ローターの高速回転による気液の激しい流動は、気中及び液中の拡散速度を速め、これによりガスは気液界面から液本体中への拡散が速められる。気泡分散相における物質移動抵抗は主として液側にある 75 4 校（責了）5 月 12 日ロータリーアトマイザー式…76頁目ロータリーアトマイザー式排ガス処理装置第3図として液側容量係数又は液側物質移動係数 K L a がガスホールドアップ実測されている。容量係数に関するロータリーアトマイザーと多孔板の比較結果を第 5 図に示す。ガスホールドアップ（％） 30 多孔版ロータリーアトマイザーローター径 214φ 回転数 1120rpm 20 O 2 -Na 2 SO 3 酸化反応における液側物質移動係数 KLa は、ガス空塔速度 U G ＝ 1.45cm／s の時、ロータリーアトマイザーが 1,500 1／h に対し、多孔板（0.5 ∼ 40mmφ）では 400 1／ h であり、ロータリーアトマ 10 イザーの方が約 3.7 倍大きい値となった。アトマイザー 112 0 rpm 多孔版孔径 3φ 〃 0.5φ 〃 1.0φ 〃 4∼40φ 5 4 3 2 0.5 1 2 3 5 10 又、所要動力と容量係数の相関について、ロータリーアトマイザーと一般の通気撹拌翼との比較結果を第 6 図に示す。第6図ガス空塔速度（cm／s）所要動力と容量係数の相関 5 O2−Na2 SO3 酸化反応第4図ガスホールドアップ容量係数 KLa（1／h） 2 30 ガスホールドアップ（％） Na2 SO4 1.5wt ％− 空気系 20 純水−空気系 10 103 ロータリーアトマイザー通気量 UG＝36 m／h 5 通気撹拌翼 2 5 ロータリーアトマイザー 4 ローター径 130φ 3 回転数 1750rpm 102 0.05 0.1 0.2 0.5 1.0 2 5 2 単位動力（kW／m ） 2 0.5 1 2 3 5 10 ガス空塔速度（cm／s） 4．ロータリーアトマイザー式排ガス処理装置半導体製造工程の排ガスは反応性の小さいガスも多く、且つ粉塵等も同時に排出される。本排ガス処第5図液側容量係数のロータリーアトマイザーと多孔板の比較 2 接触の特性を持ち、更に粉塵による目詰まり等の弊害も受けない耐久性があり、また、コストが小さい 103 容量係数 KLa（1／h）理装置はロータリーアトマイザーの非常に優れた気液等数々の利点を有する排ガス処理装置である。ロータリーアトマイザー 5 ロータリーアトマイザーによる吸収データ及びその応用塔径 600mm 2 多孔板塔孔径 4∼40mm 2 10 優れたロータリーアトマイザーを半導体製造工程の塔径 301mm 塔径 152mm 5 前章に示す様に、気液接触装置として基本特性の排ガス処理装置に採用することにより、他の吸収装置では見られない高い吸収効率が得られる。有害ガスの湿式法による除害反応式を第 4 表に示す。また、 2 処理対象ガスと吸収液及び吸収効率の関係を第 5 表 10 10 2 5 102 2 5 ガス空塔速度（m／h） 76 103 12 に、各種ロータリーアトマイザーの概略仕様を第 6 表に示す。以下に各種ガスの吸収処理の実例を示す。住友化学 2000 -I 4 校（責了）5 月 12 日ロータリーアトマイザー式…77頁目ロータリーアトマイザー式排ガス処理装置第4表湿式法による反応式 10AsH 3 ＋ 16KMnO 4 → 5K 3 AsO 4 ＋ 2Mn 3（ AsO 4 ）2 ＋ 9Mn（OH）2 ＋ 6H 2 O 4AsH 3 ＋ 6KMnO 4 → 3Mn 2 O 2（ OH）2 ＋ 2As 2 O 3 ＋ 6KOH ＋ etc AsH 3 ＋2KMnO 4 → K 2 HAsO 4 ＋ Mn 2 O 3 ＋ H 2 O −（ 1 ） −（ 2 ） −（ 3 ） 3PH 3 ＋4KMnO 4 ＋8H 2 O → 3H 3 PO 4 ＋ 4MnO 2 ＋4KOH＋H 2 −（ 4 ） SiH 4 ＋2NaOH＋H 2 O → Na 2 SiO 3 ＋ 4H 2 −（ 5 ） B 2 H 6 ＋ 6H 2 O → 2H 3 BO 3 ＋ 6H 2 −（ 6 ） B 2 H 6 ＋2NaOH＋ 2H 2 O → 2NaBO 2 ＋ 6H 2 −（ 7 ） 3SiF 4 ＋ 4NaOH ＋（x−2）H 2 O → 2Na 2 SiF 6 ＋ SiO 2 ・xH 2 O −（ 8 ） SiF 4 ＋ 4NaOH ＋（x−2）H 2 O → 2NaF ＋ SiO 2 ・xH 2 O −（ 9 ） 3SiF 4 ＋ 3H 2 O → 2H 2 SiF 6 ＋ H 2 SiO 3 − （10） BCl 3 ＋ 3H 2 O → H 3 BO 3 ＋ 3HCl − （11） BCl 3 ＋ 3／2 H 2 O → 1／2 B 2 O 3 ＋ 3HCl − （12） B 2 O 3 ＋ 3H 2 O → 2H 3 BO 3 反応が不充分な場合、溶解度の低い無水ホウ酸 B 2 O 3 が生成：式（12） − （13） Cl 2 ＋ NaOH → NaCl＋NaOCl − （14） Cl 2 ＋ 2NH 4 OH → NH 4 Cl＋ NH 2 Cl ＋ 2H 2 O − （15） → Cl 2 ＋ H 2 O → → HCl＋HOCl − （16） 2Cl 2 ＋ 2CaCO 3 CaCl 2 ＋ Ca（ OCl）2 ＋ CO 2 ↑ − （17） SiCl 4 ＋ 2H 2 O → SiO 2 ＋4HCl − （18） SiH 2 Cl 2 ＋ 2H 2 O → SiO 2 ＋2HCl＋H 2 − （19）第5表あり、その代表的な酸化剤は FeCl 3 や KMnO 4 である。処理対象ガスと吸収液シンターグラス付きガス洗浄瓶を用いた実験結果を吸収液ガス種 NaOH H2 SO4 KMnO4 AsH 3 ○ ＞99.99 PH 3 ○ ＞99.99 と推定される。 90 SiH 4 ○ SiF 4 ○ 99 B 2H 6 ○ ○ 99.9 BCl 3 ○ ○ ＞99.9 Cl 2 ○ ○ ＞99.9 HCl ○ ＞99.9 HBr ○ ＞99.9 NH 3 ○ 第7図 0.8 FeCl3＋NaAc 各種ロータリーアトマイザー仕様インペラ型 ← 90 72 ← 120 1700 ← ← 1.0∼500 1.5 3.0 6.0 20∼5000 20 45 90 カップ型ローターサイズ mmφ 40 カップ型 65∼400 回転数 600∼2400 3 処理ガス量 Nm／H 0.12∼0.60 吸収槽容量 rpm 2000∼3000 3 CuSO4 0.4 500 自吸型 Na2S RA-3 RA-6 ← 押込み型ローター形状 RA-1.5 ← 押込み型ガス導入方式 0.6 実装置 TOPCA-L-1 RSC-B-1∼500 型式 1000 ＞99.9 ○ 実験機各種吸収剤によるAsH3の吸収効率 1.0 吸光度（−）第6表結果より式（1）∼（3）の反応が複合的に起こっている 1．アルシン（AsH3）／ホスフィン（PH3） AsH3濃度（換算値 ppm）水第 7 図に示す。第 4 表に反応式を示しているが、実験吸収効率％ 0.2 NaOCl KMnO4 0.0 0.01 0 0.1 1.0 10 吸収液の濃度（％）この酸化剤を使った多孔板や充填塔の湿式排ガス AsH 3 はシリコン半導体の 5 価のドーピング材ヒ素の処理装置では吸収効率は不十分であるが、気液接原料としてかなり古くから使用されている。その毒性触効率の優れたロータリーアトマイザーを使うことにが極めて強いため、吸収処理法について多く検討されより、実用化ベースの吸収処理が可能となった。ローてきた。その主要な処理法は酸化反応によるものでタリーアトマイザーによる A s H 3 の吸収実験結果を住友化学 2000 -I 77 4 校（責了）5 月 12 日ロータリーアトマイザー式…78頁目ロータリーアトマイザー式排ガス処理装置第8図 AsH3 吸収効率第9図 100 TYPE ：RA-6 Rev ：2000−2500 rpm Soln. ：2.0 wt％ KMnO4 液量：3.0 L 全ガス流量：2−10 L／min 空塔速度：0.35−1.75 cm／s 3 2 80 SiH4 吸収効率（％）未吸収AsH3濃度（ppm） 4 SiH4の吸収効率 60 40 1 0 1 10 100 1000 10000 0 100000 2 wt％ NaOH 5 wt％ NaOH 2 wt％ KMnO4 TYPE RA-6 SiH4∼1700ppm 20 0 2 4 6 8 10 12 吸収処理ガス流量（m3／h）入口 AsH3 濃度（ppm）第 8 図に示す。入口濃度が 2 ％までの AsH 3 に対し度が 0.1ppm 以下まで吸収処理できることを確認して出口濃度はいずれも 0.5 ppm 以下になっている。更いる。に処理風量 1 0 N m 3／h のロータリーアトマイザーを用いた実験では入口濃度が 1,000 ppm までの場合出口濃度は許容濃度である 0.05 ppm 以下であることが確認された。 4．四フッ化ケイ素（SiF4） SiF 4 は、ポリシリコンのエッチング工程の排ガス中に含まれている。SiF 4 は H 2 O や NaOH 水溶液と速や PH 3 については、KMnO 4 水夜液を用いると AsH 3 かに反応する。NaOH 水溶液を吸収液としロータリ以上の効率で吸収除去できる。P H 3 の許容濃度がーアトマイザーを用いた吸収実験では 99 ％以上の吸 0.3ppm であり、この濃度以下に吸収除去する場合、収効率とが得られた。更に、排ガス中の S i F 4 及び AsH 3 の処理可能風量に対し約 1.5 倍の風量まで処理 SiF 4 の分解生成物である HF は 0.3ppm 以下であった。可能である。（HF の許容濃度： 3ppm）ロータリーアトマイザーは AsH 3 や PH 3 の排ガス処理装置としての納入実績を持つ。しかし、これら酸化剤の取り扱いが半導体工場に不向きであることから、 5．三塩化ホウ素（BCl3） BCl 3 は H 2 O と容易に反応し HCl と H 3 BO 3 を生成最近では殆ど使用されなくなった。（専ら化学吸着式する。一般的な気泡塔や充填塔では加水分解反応が使用されている）が不充分であるが、ロータリーアトマイザーでは殆ど加水分解反応が進行する。清水を吸収液とした吸収 2．シラン（SiH4） SiH 4 の吸収実験結果を第 9 図に示す。当初使用ガス実験では入口濃度 2.5 ％で、出口ガス中の BCl 3 濃度が 0.5ppm 以下であることを確認している。量の少ない頃に湿式排ガス処理装置としてロータリーアトマイザーが使用されたが、使用ガス量が増加する 6．塩素（Cl2）に伴い、現在では大量の SiH 4 除害に対応できるヒー Cl 2 は通常 NaOH 水溶液で吸収処理される。吸収ター加熱法や燃焼分解法の排ガス処理装置が使用され速度は速く、一般的な充填塔で吸収は可能である。ている。しかし、半導体製造工場ではデバイスへの影響を懸念して、ナトリウム等のアルカリ金属化合物の使用 3．ジボラン（B2H6） B 2 H 6 と H 2 Oは容易に反応する。この反応を利用して B 2 H 6 の濃度分析を行う事がよく知られている。しを避ける場合がある。その際は吸収液として半導体工場で使用されていて供給可能な NH 3 水溶液を使用する。第 10 図には清水による Cl 2 の吸収特性を示す。かし、充填塔などの液分散型の気液接触装置では吸引された Cl 2 はローターにより高分散され、ほぼ気許容濃度（0.1ppm）以下まで除去することは困難で液平衡値まで達している。また、第 11 図には吸収液ある。ロータリーアトマイザーを用いた実験で、入口 pH と出口ガス中の Cl 2 濃度との関係を示す。濃度が 1,000ppm 以下の場合、出口ガス中の B 2 H 6 濃 78 アルカリ性水溶液の使用が困難な場合は水を使用住友化学 2000 -I 4 校（責了）5 月 12 日ロータリーアトマイザー式…79頁目ロータリーアトマイザー式排ガス処理装置第 10 図第 11 図 Cl2 の吸収性 103 100 RA-3 データ 1800 rpm 吸収水量 4.0 L／min、20℃ 全ガス量 50 ／min 添字は pH TYPE RA-3 （3.5） N2 ＝50 L／min 出口ガス中のCl2 濃度（ppm）出口 Cl2 濃度（ppm）吸収液 pHと出口Cl2 濃度の関係（3.8） 102 実測値平衡値 101 100 0 10 （7.0） 101 102 103 10 Cl2：1.0 L／min Cl2：0.2 L／min 1 0.1 4 5 6 7 吸収水Cl2濃度（ppm） 8 9 10 11 吸収液のpH（−）することになるが、この場合は一般的な充填塔ではよる吸収実験においても BCl 3 濃度が高い場合、長 Cl 2 は殆ど吸収除去できないため、ロータリーアトマイ時間稼動においてカップ内の気液混合が不充分であザーと粒状 CaCO 3 を充填剤とした湿式充填塔を組みる事やガス流量の脈動によりカップ内に固形物の付着合わせた排ガス処理装置により、水による Cl 2 の処理が観察された。が可能となった。そこで、カップ型ローターからインペラーを付加した新型ローターの採用により閉塞問題を解決した。 7．その他のガス新型ロータによるガス吸収機構は第 12 図の原理図に H 2 O あるいはアルカリ性水溶液等の吸収液による示す。回転インペラーにより吸引されたガスは、高速処理が容易な H C l や H B r 、N H 3 はロータリーアト回転しているローターにより引きちぎられ均一な微細マイザーでの吸収効率が確認されており、納入実績気泡となり吸収液中に高分散する。こうしてガス吹も多い。更に、今後需要が見込まれる ClF 3 や F 2 等非込み部から激しい気液混合が形成され、BCl 3 は第 4 常に危険なガスに対しても吸収効率やハンドリング表の反応式（1 1 ）に従い溶解度の高いオルトホウ酸に関するデータを収集している。ロータリーアトマイザー式排ガス処理装置の改良第 12 図改良型ロータリーアトマイザーの原理処理ガス入口 1．ロータリーアトマイザーのローター形状の改良 SiF 4 や BCl 3 の吸収反応において溶解度の低い固形物が生成し、配管やローターの気液界面に析出しこミストセパレーター排ガス出口れによりガス流路が閉塞し、排ガス処理装置の長期稼働が出来ないトラブルが発生した。種々検討の結果、ローター形状等の改良により閉塞トラブルを解消することができ、排ガス処理装置の長期安定稼働が可能となった。6,7）（ 1 ）BCl 3 吸収処理の場合 BCl3 は水と容易に反応し HCl と H3BO3 を生成する。廃液ローター一般的な気泡塔や充填塔では加水分解反応が不充分であるため、ガス吹込みノズル付近で固形物の無水ホウ酸（B 2 O 3 ）が生成・析出しノズル部に閉塞をきたす。カップ型ローターを使ったロータリーアトマイザーに住友化学 2000 -I 給液モーター 79 4 校（責了）5 月 12 日ロータリーアトマイザー式…80頁目ロータリーアトマイザー式排ガス処理装置（H 3 BO 3 ）まで速やかに加水分解され吸収水中に完全ており、配管へのこれら固形物の付着が多くなり閉溶解する。この結果、ガス吹込み部の閉塞といった塞トラブルもきたすことがあり、重大な問題となってトラブルが解消された。いる。また新型ローターの利点として、カップ型ロータこれを解決する方法として、リーアトマイザーでは液深による圧力損失をカバーす（ア）配管を析出物質の固化温度以上に加熱する、るためにガス入口部にブロアーを設置しガスを押し込（イ）析出する物質の排ガス中における分圧を下げる、んでいたが、新型ローターではローター部が負圧となにより配管内の析出を防止する対策システムを確立しり吸引能力を持つためブロアーが不要となり排ガス処実用化した。8）この対策を施したロータリーアトマイ理装置のコンパクト化が可能となった。インペラー型ザー式排ガス処理装置の納入も増加している。ローターの吸引特性を第 13 図に示す。第 14 図にエッチング排ガス中の AlCl 3 の配管閉塞防当該の改良されたロータリーアトマイザーを用いた止対策例を示す。各エッチング装置には真空ポンプ水による吸収実験でも、入口ガス中の BCl 3 濃度 2.5 ％が設置されていて、排ガス処理装置との間は配管で結に対し出口ガス中の BCl 3 濃度が 0.5ppm 以下であるばれている。この配管に AlCl 3 の固形物が析出する。ことを確認している。そこで、エッチング装置の真空ポンプから排ガス処理装置までの配管を 120 ℃に加熱する。又は、排ガス処理装置直前に真空ポンプを設置し、ここまでの配第 13 図ガス吸引特性管を 8 0 ℃に加熱し、この下流を 1 2 0 ℃に加熱する。 200 これらの方法により A l C l 3 の配管内での析出がほぼ RA-3 データ 1800 rpm 0 完全に防止できる。吸引圧力（mmH2O） −200 半導体排ガス処理装置の今後の展開 −400 −600 1．半導体排ガス処理装置の今後の展開 −800 半導体製造工程から排出されるガス成分については −1000 現在の所あまり解明されていない。従って、排ガス処理装置としては半導体製造に使用されるガスから排 −1600 出されるガス成分や組成を類推し有害成分の処理を −1800 −2000 行っている。半導体デバイスの高集積化や超微細化 0 1.0 2.0 3.0 4.0 ガス吸引量（Nm3／h）の技術革新、製造の効率化の観点からも半導体製造装置内の反応機構の解明が熱心に進められており、この一環として排出されるガスの分析も徐々に行われてきている。弊社は、このような知見に基づき、より（2 ） SiF 4 の場合 SiF 4 は H 2 O や NaOH 水溶液と速やかに反応するが、効率的な排ガス処理装置とすべく鋭意改良、開発を進めている。反応生成物として極めて溶解度の低い Na2SiF6 や SiO2 又、地球温暖化やオゾン層破壊の防止対策面から等を作り、これらが配管やローターの気液界面に析フロン系ガスに対しても今後排出管理・規制が強化さ出することによる閉塞が問題となった。NaOH 水溶れていく。この様な環境の変化に対応するために弊液を吸収液としロータリーアトマイザーを用いた吸収社としても既存技術の改良と化学処理技術を駆使実験では、カップ型ロ-ター内部に Na 2 SiF 6 や SiO 2 等し、新種のガスに対応する処理技術の構築とその商の結晶が析出し閉塞に至った。品開発に取り組んでいる。具体的には CF 4 、C 2 F 6 、（ 1 ）項に示した改良装置を使用することにより、 3,000ppm までの SiF 4 を 99 ％以上の効率で、閉塞す SF 6 、CO 等のガスを対象とした分解処理装置の開発を進めている。ることなく連続処理が可能となった。 2．半導体製造工程の排ガス処理装置のコンセプト 2．排ガス処理装置までの配管内閉塞防止対策システムアルミニウム合金等メタル配線等のエッチング工程排ガス処理装置を開発するに当たってのコンセプトは次の 3 点である。からは AlCl 3 等が排出される。蒸気圧の低い AlCl 3 等 1 排ガス処理装置の長期安定稼働により、半導体はエッチング装置から排ガス処理装置までの配管に析製造装置の連続運転を可能とし半導体の生産性出する。最近、この機能性ガスの使用量が増えてきを向上させること、 80 住友化学 2000 -I 4 校（責了）5 月 12 日ロータリーアトマイザー式…81頁目ロータリーアトマイザー式排ガス処理装置第 14 図排ガス処理装置までの配管内閉塞防止対策システム 1）従来の配管システム窒素ドライエッチャー集合スクラバーヘ真空ポンプドライエッチャー窒素真空ポンプ以降の操作条件：常温、常圧 → AlCl3 が析出する窒素ドライエッチャーポンプ導入窒素：30 SLM×3台＝90 SLM 排ガス処理装置 2）改良型配管システム（配管加熱方式）窒素（配管ヒーター）ドライエッチャー集合スクラバーヘ真空ポンプドライエッチャー窒素真空ポンプ以降の操作条件：120℃、常圧 → AlCl3が析出しにくいドライエッチャー窒素ポンプ導入窒素：30 SLM×3台＝90 SLM 排ガス処理装置 3）改良型配管システム（真空方式）窒素（新規真空系）（配管ヒーター）窒素ドライエッチャー集合スクラバーヘ窒素真空ポンプ以降の操作条件：120℃、15 kPa → AlCl3が析出しないポンプ窒素が削減可ドライエッチャー窒素ポンプ導入窒素：15 SLM×3台＋ 30 SLM×1 台＝ 75 SLM 排ガス処理装置ドライエッチャー真空ポンプ 2 安全重視のシステム化への対応、引用文献 3 排ガス処理装置のイニシャルコストとランニング 1）原田満:半導体製造用ガス材料の安全対策, Semi- コストの低減、 con NEWS, p.28（1990）であり、これらのコンセプトを満足した装置を開発 2）ULSI 生産技術緊急レポート編集委員会： ULSI 生しユーザーの要望に対応できることを常に念頭におい産技術緊急レポート濃度：No.3, 半導体特殊材料ている。第 15 図ロータリーアトマイザー式排ガス処理装置の系統図︵バッ乾ク式アッ処プ理用︶フローシートガス流路切換弁 AV-1 処理ガス入口 PIA H L AV-2 N2ガス流量計 N2ガス入口圧力調整器排ガス出口ミストセパレーター遮断弁 FIA L 冷却水流量計除害液（水）入口 FIA L LA H ガス処理槽（ロータリーアトマイザー）住友化学 2000 -I 廃液出口モーター M 81 4 校（責了）5 月 12 日ロータリーアトマイザー式…82頁目ロータリーアトマイザー式排ガス処理装置ガスの除害対策の実態と今後の処理方式,（株）サイエンスフォーラム（1996） 3）兵庫県高圧ガス協会編集：特殊材料ガス保安教育テキスト, p.70（1996） 4）日本産業技術（株）： TOPCA-L -1 技術資料 5）高橋直之, 川岡孝義：ケミカルエンジニアリング, Vol.30, No.6, p.49（1985） 6）特許 1473552（特開昭 61-35832） 7）特許 1195153（特開昭 56-133018） 8）実用新案 2574816 号 PROFILE 溝川憲一 Kenichi M IZOKAWA 菱池通隆 Michitaka H ISHIIKE 住友精化株式会社ガス・エンジニアリング事業部部長住友精化株式会社ガス・エンジニアリング事業部部長付中西隆一 Takakazu N AKANISHI 住友精化株式会社ガス・エンジニアリング事業部主幹 82 住友化学 2000 -I