(57)【要約】【課題】太陽電池に用いられる薄膜シリコンを成膜するためのプラズマＣＶＤ装置から排出される排ガスを処理する装置を小型化する技術を提供する。【解決手段】太陽電池製造装置２０から排出された混合ガスをポンプ１２を用いてフィルタ部３０に送出し、フィルタ部３０で高次シランを除去した後、膜分離を利用した分離部４０を用いて混合ガスを水素とモノシランとに分離する。分離されたモノシランは、シランガス除害部５０により除害される。また、分離された水素は、水素ガス排気部６０により大気に放出される。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体製造装置から排出される水素およびモノシランを含む混合ガスを処理する排ガス処理装置であって、
前記半導体製造装置から排出された混合ガスから微粒子を除去するフィルタ部と、
水素とモノシランとを分離する分離膜により、前記フィルタ部によって前記微粒子が除去された混合ガスに含まれるモノシランを水素から分離する分離部と、
前記分離部によって分離されたモノシランを処理するシランガス処理部と、
前記分離部によって分離された水素を外部に処理する水素ガス処理部と、
を備えることを特徴とする排ガス処理装置。
【請求項２】
前記シランガス処理部は、前記モノシランを除害する請求項１に記載の排ガス処理装置。
【請求項３】
前記シランガス処理部は、前記モノシランを精製する請求項１に記載の排ガス処理装置。
【請求項４】
前記水素ガス処理部は、希釈された前記水素を外部に放出する請求項１乃至３のいずれか１項に記載の排ガス処理装置。
【請求項５】
前記水素ガス処理部は、前記水素を精製する請求項１乃至３のいずれか１項に記載の排ガス処理装置。
【請求項６】
前記分離部は複数の分離膜を有し、前記フィルタ部によって前記微粒子が除去された混合ガスを各分離膜に分配し、前記混合ガスに含まれるモノシランを水素から分離する請求項１乃至５のいずれか１項に記載の排ガス処理装置。
【請求項７】
半導体製造装置から排出される水素およびモノシランを含む混合ガスを除害処理する排ガス処理方法であって、
前記半導体製造装置から排出された混合ガスから微粒子を除去する工程と、
水素とモノシランとを分離する分離膜を用いて、前記微粒子が除去された混合ガスに含まれるモノシランを水素から分離する工程と、
分離されたモノシランを除害する工程と、
分離された水素を外部に排出する工程と、
を備えることを特徴とする排ガス処理方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体製造装置から排出される水素およびシランガスを含有する排ガスを処理する装置および方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体製造装置、特に、太陽電池に用いられる薄膜シリコンを成膜するためのプラズマＣＶＤ装置から排出される排ガスには、除害の必要がある少量のモノシラン、除害が不要な大量の水素、および微粒子（高次シラン）が混在している。従来の排ガス処理装置では、微粒子をフィルタを用いて除去した後、残存したモノシランおよび水素を含む混合ガス（水素／モノシラン＝２〜１００）に窒素を加えた後、除害装置を用いて処理が行われている。窒素の添加量は、粉体発生の観点からモノシラン濃度が２％以下になるように調節される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開昭６２−１３４４１４号公報
【特許文献２】特開平９−２３９２３９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
従来の排ガス処理装置では、少量のモノシランに対して大量の水素を含む混合ガスに対して除害が行われていたため、モノシランの除害に必要な設備、ひいては排ガス処理装置の大規模化を招いていた。また、モノシランを燃焼により除害する場合には、燃焼用のＬＰＧガスの消費量が多くなり、エネルギー効率が低下していた。
【０００５】
本発明はこうした課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、太陽電池に用いられる薄膜シリコンを成膜するためのプラズマＣＶＤ装置から排出される排ガスを処理する装置を小型化する技術の提供にある。また、本発明の他の目的は、太陽電池に用いられる薄膜シリコンを成膜するためのプラズマＣＶＤ装置から排出される排ガスを効率よく処理する技術の提供にある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明のある態様は、排ガス処理装置である。当該排ガス処理装置は、半導体製造装置から排出される水素およびモノシランを含む混合ガスを処理する排ガス処理装置であって、半導体製造装置から排出された混合ガスから微粒子を除去するフィルタ部と、水素とモノシランとを分離する分離膜により、前記フィルタ部によって微粒子が除去された混合ガスに含まれるモノシランを水素から分離する分離部と、分離部によって分離されたモノシランを処理するシランガス処理部と、分離部によって分離された水素を外部に処理する水素ガス処理部と、を備えることを特徴とする。
【０００７】
この態様によれば、微粒子を取り除いた後の混合ガスを分離膜を用いて分離することにより、除害の必要なモノシランと除害の不必要な水素とが分離される。分離後の水素とモノシランとをそれぞれ処理することにより、処理設備の規模を小さくでき、ひいては排ガス処理装置をコンパクトにすることができる。
【０００８】
上記態様の排ガス処理装置において、シランガス処理部は、モノシランを除害してもよい。また、シランガス処理部は、モノシランを精製してもよい。また、水素ガス処理部は、希釈された前記水素を外部に放出してもよい。また、水素ガス処理部は、水素を精製してもよい。
【０００９】
上記態様の排ガス処理装置において、分離部は複数の分離膜を有し、フィルタ部によって微粒子が除去された混合ガスを各分離膜に分配し、混合ガスに含まれるモノシランを水素から分離してもよい。
【００１０】
本発明の他の態様は、排ガス処理方法である。当該排ガス処理方法は、半導体製造装置から排出される水素およびモノシランを含む混合ガスを除害処理する排ガス処理方法であって、半導体製造装置から排出された混合ガスから微粒子を除去する工程と、水素とモノシランとを分離する分離膜を用いて、微粒子が除去された混合ガスに含まれるモノシランを水素から分離する工程と、分離されたモノシランを除害する工程と、分離された水素を外部に排出する工程と、を備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、太陽電池に用いられる薄膜シリコンを成膜するためのプラズマＣＶＤ装置から排出される排ガスを処理する装置を小型化することができる。また、太陽電池に用いられる薄膜シリコンを成膜するためのプラズマＣＶＤ装置から排出される排ガスを効率よく処理することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】実施の形態１に係る排ガス処理装置の概略を示す系統図である。
【図２】分離部の具体的な構成を示す概略図である。
【図３】実施の形態２に係る排ガス処理装置の概略を示す系統図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
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、適宜説明を省略する。
【００１４】
（実施の形態１）
図１は、実施の形態１に係る排ガス処理装置の概略を示す系統図である。
【００１５】
太陽電池製造装置２０は、太陽電池に用いられる薄膜シリコンを成膜するためのプラズマＣＶＤ装置である。太陽電池製造装置２０によって製造される太陽電池は、より具体的には、少なくともアモルファスシリコン（ａ−Ｓｉ：Ｈ）と微結晶シリコン（μｃ−Ｓｉ：Ｈ）とポリシリコン（ｐｏｌｙ−Ｓｉ）などの珪素を含む化合物の組み合わせで構成される。なお、太陽電池製造装置２０は、半導体製造装置の一例である。
【００１６】
太陽電池製造装置２０から排出される混合ガス（排ガス）は、除害が必要なモノシラン、除害が不要な水素および微量不純物を含む。微量不純物として、ジシラン、トリシランなどのSiを複数含む高次シラン、ＰＨ３、Ｂ２Ｈ６（それぞれ０．０１〜１％）、窒素（５％以下）が挙げられる。本実施の形態では、水素とモノシランの比（水素／モノシラン）は、２〜１００である。
【００１７】
排ガス処理装置１０は、太陽電池製造装置２０から排出された混合ガスを処理する。排ガス処理装置１０は、ポンプ１２、フィルタ部３０、分離部４０、シランガス除害部５０、および水素ガス排気部６０を備える。
【００１８】
ポンプ１２は、太陽電池製造装置２０から排出された混合ガスを吸引し、窒素とともにフィルタ部３０に送出する。ポンプ１２にて添加される窒素は５％以下である。
【００１９】
フィルタ部３０は、高次シランを選択的に除去する微粒子捕捉フィルタである。太陽電池製造装置２０から排出された混合ガスはフィルタ部３０を通過する。これにより、混合ガスから高次シランが除去される。
【００２０】
分離部４０は、水素を選択的に透過させる半透膜である。半透膜は、たとえば、水素を選択的に透過させる緻密層と、緻密層を支持する多孔質性の基材とを含む。半透膜の形状としては、平膜、スパイラル膜、中空糸膜が挙げられるが、このうち、中空糸膜がより好ましい。
【００２１】
緻密層に用いられる材料としては、ポリイミド、ポリシロキサン、ポリシラザン、アクリロニトリル、ポリエステル、セルロースポリマー、ポリスルホン、ポリアルキレングリコール、ポリエチレン、ポリブタジエン、ポリスチレン、ポリビニルハライド、ポリビニリデンハライド、ポリカーボネートおよびこのうちのいずれかの繰り返し単位を有するブロックコポリマーが挙げられる。
【００２２】
基材に用いられる材料としては、ガラス、セラミック、燒結金属などの無機材料、および多孔質性の有機材料が挙げられる。多孔質性の有機材料としては、ポリエーテル、ポリアクリロニトリル、ポリエーテル、ポリ（アリーレンオキシド）、ポリエーテルケトン、ポリスルフィド、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリブテン、ポリビニルなどが挙げられる。
【００２３】
半透膜に供給される混合ガスの圧力は、たとえば、大気圧〜０．５ＭＰａである。混合ガスの温度は、たとえば、室温（外気温度）〜１００℃である。
【００２４】
図２は、分離部４０の具体的な構成を示す概略図である。図２に示すように、分離部４０は、加熱部４２、および分離膜４４ａ〜ｄを有する。
【００２５】
加熱部４２は、混合ガスを室温（たとえば２０℃〜１００℃）に加熱する。加熱された混合ガスは各分離膜４４ａ〜ｄに分配して供給される。各分離膜４４ａ〜ｄの出口には分離膜内のガスを吸引するポンプ（図示せず）がそれぞれ設けられている。
【００２６】
本実施の形態では、分離膜４４ａ〜ｄに半透膜として中空糸膜状のポリイミド（宇部興産社製、内径５０．８ｍｍ、長さ２３５ｃｍ）が用いられる。
【００２７】
下記分離条件１〜４について、ポンプを用いて各カラム出口を吸引しながら、モノシランと水素とを含む混合ガスを分離膜４４ａ〜ｄに同時に導入した。カラム出口から排出されるガスについてフーリエ変換赤外分光光度計（ＦＴ−ＩＲ）で分析した。本実施の形態の分離部４０のように、混合ガスを分離膜４４ａ〜ｄに分配してモノシランと水素とを分離することにより、分離部４０における単位時間当たりの混合ガスの分離能力を高めることができる。
（分離条件１）
分離条件：水素／モノシラン＝１０、反応温度４０℃、供給圧力０．０５ＭＰａＧ
分離結果：分離後の水素濃度９９．８％、水素回収率７９．６％
（分離条件２）
分離条件：水素／モノシラン＝２０、反応温度４０℃、供給圧力０．０５ＭＰａＧ
分離結果：分離後の水素濃度９９．９％、水素回収率８８．２％
（分離条件３）
分離条件：水素／モノシラン＝５０、反応温度４０℃、供給圧力０．０５ＭＰａＧ
分離結果：分離後の水素濃度９９．９％、水素回収率９１．４％
（分離条件４）
分離条件：水素／モノシラン＝５０、反応温度２０℃、供給圧力０．０５ＭＰａＧ
分離結果：分離後の水素濃度９９．９％、水素回収率９３．４％
（分離条件５）
分離条件：水素／モノシラン＝５０、反応温度６０℃、供給圧力０．０５ＭＰａＧ
分離結果：分離後の水素濃度９９．７％、水素回収率８０．１％
（分離条件６）
分離条件：水素／モノシラン＝５０、反応温度４０℃、供給圧力０．１０ＭＰａＧ
分離結果：分離後の水素濃度９９．７％、水素回収率９５．３％
（分離条件７）
分離条件：水素／モノシラン＝５０、反応温度４０℃、供給圧力０．２０ＭＰａＧ
分離結果：分離後の水素濃度９９．３％、水素回収率９６．９％
【００２８】
上述のように、いずれの分離条件においても、分離後の水素濃は９９％以上であり、モノシランと水素とを含む混合ガスを連続して分離することが可能であることが確認された。
【００２９】
シランガス除害部５０は、分離部４０によって分離され、窒素で希釈されたモノシラン（モノシラン２％以下、窒素９８％以上）を除害する。シランガス除害部５０によるモノシランの除外の方式としては、燃焼による除害（燃焼除害）、吸着剤による除害（乾式除害）などが挙げられる。燃焼除害の場合には、除害装置内でＬＰＧガスなどの可燃ガスをバーナーで燃焼させ、モノシランが燃焼処理される。燃焼ガスは、フィルタにより粉塵等が除去された後、排気される。乾式除害の場合には、たとえば、酸化銅を主成分とする処理剤を用いることによりモノシランが除害される。
【００３０】
水素ガス排気部６０は、分離部４０によって分離され、窒素で希釈された水素（水素４％以下、窒素９６％以上）を外部（大気）に放出する。
【００３１】
以上説明した排ガス処理装置１０によれば、微粒子（高次シラン）を取り除いた後の混合ガス（モノシランおよび水素を含有）を分離膜を用いて分離することにより、除害の必要なモノシランと除害の不必要な水素とが分離される。水素は窒素希釈後、大気に放出される。また、モノシランは窒素希釈後、モノシラン除害部にて除害される。モノシランのみをモノシラン除害部で処理することにより、除害設備の規模を小さくでき、ひいては排ガス処理装置をコンパクトにすることができる。また、モノシランを燃焼により除害する場合、燃料用のＬＰＧガスの消費量を少なくすることができる。
【００３２】
（実施の形態２）
図３は、実施の形態２に係る排ガス処理装置の概略を示す系統図である。実施の形態２に係る排ガス処理装置は、以下の点で実施の形態１と共通する。すなわち、太陽電池製造装置２０から排出された混合ガスをポンプ１２を用いてフィルタ部３０に送出し、フィルタ部３０で高次シランを除去した後、分離部４０を用いて混合ガスを水素とモノシランとに分離する。
【００３３】
本実施の形態では、シランガス精製部７０および水素ガス精製部８０を備える点で、実施の形態１と相違する。
【００３４】
シランガス精製部７０は、吸着剤を用いて分離部４０により分離されたモノシランを精製する。吸着剤としては、ゼオライトが挙げられる。シランガス精製部７０により精製されたモノシランは、原料として再利用が可能である。
【００３５】
水素ガス精製部８０は、吸着剤を用いて分離部４０により分離された水素を精製する。吸着剤としては、酸化銅が挙げられる。水素ガス精製部８０により精製された水素は、原料として再利用が可能である。
【００３６】
水素を再利用する場合、精製された水素の純度により下記のように用途を分けることができる。
【００３７】
純度９９．９９％以上の場合・・・水素ステーション、燃料電池用の燃料ガス、精製水素
純度９９．９９９％以上の場合・・・成膜原料
本実施の形態によれば、排ガス処理装置をコンパクトに保ちつつ、排ガスに含まれるモノシランおよび水素を再利用することができる。
【００３８】
本発明は、上述の各実施の形態に限定されるものではなく、当業者の知識に基づいて各種の設計変更等の変形を加えることも可能であり、そのような変形が加えられた実施の形態も本発明の範囲に含まれうるものである。
【００３９】
たとえば、実施の形態１に係る排ガス処理装置と実施の形態２に係る排ガス処理装置とを組み合わせ、モノシランおよび水素のいずれか一方を精製する構成としてもよい。
【００４０】
また、分離されたモノシランおよび水素の少なくとも一方を、弁切り換えなどにより、必要に応じて精製できるような構成としてもよい。
【符号の説明】
【００４１】
１０  排ガス処理装置、１２  ポンプ、２０  太陽電池製造装置、３０  フィルタ部、４０  分離部、５０  シランガス除害部、６０  水素ガス排気部、７０  シランガス精製部、８０  水素ガス精製部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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