(57)【要約】  半導体部品の製造プロセスの排ガスまたはプロセスガスを除去するための方法であって、前記排ガスまたはプロセスガスは以下の、a)硫黄(S)、b)セレン(Se)、c)テルル(Te)およびd)ポロニウム(Po)のうちの少なくとも1つを含有する少なくとも1つの水素化カルコゲン化合物を含み、前記水素化カルコゲン化合物は、前記プロセスガスを少なくとも1つの塩基の水溶液に導き、前記少なくとも1つの塩基を前記水溶液に供給し、流出排ガス流を前記水溶液から抽出することにより、ウェットスクラバー中で前記プロセスガスから除去され、供給される塩基の量は前記溶液のpH値が12超となるように制御されることを特徴とする方法。本発明による装置(1)および方法は、例えば光起電力モジュールなどの半導体部品の製造プロセスの排ガスからの、水素化カルコゲン化合物の効率的な除去を可能にする。
2010537800.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体部品の製造プロセスの排ガスまたはプロセスガスを除去するための方法であって、前記排ガスまたはプロセスガスは、以下の、
a)  硫黄(S)、
b)  セレン(Se)、
c)  テルル(Te)、および
d)  ポロニウム(Po)
のうちの少なくとも1つを含有する少なくとも1つの水素化カルコゲン化合物を含み、前記水素化カルコゲン化合物は、ウェットスクラバー中で、
-  前記プロセスガスを少なくとも1つの塩基の水溶液中に導き、
-  前記少なくとも1つの塩基を前記水溶液に供給し、
-  流出排ガス流を前記水溶液から抽出する
ことにより、前記プロセスガスから除去され、供給される塩基の量が、前記溶液のpH値が12超となるように制御されることを特徴とする方法。
【請求項２】
前記水溶液がカーボナートを含まない請求項１による方法。
【請求項３】
前記塩基の供給が、環境のpH値が13超となるように制御される先行する請求項のうちのいずれか１項による方法。
【請求項４】
前記塩基が、以下の、
a)  水酸化ナトリウム(NaOH)、および
b)  水酸化カリウム(KOH)
のうちの少なくとも1つを含む先行する請求項のうちのいずれか１項による方法。
【請求項５】
前記水溶液が循環される先行する請求項のうちのいずれか１項による方法。
【請求項６】
前記循環された水溶液が、少なくとも部分的に液滴として導入される請求項５による方法。
【請求項７】
少なくとも2つの径の液滴が導入される請求項６による方法。
【請求項８】
-  前記水溶液の一部を取出し、
-  この水溶液の一部のpH値を測定し、
-  このpH値に基づいて一の量の塩基を前記水溶液の一部に添加し、
-  前記水溶液の一部を、その後、前記水溶液の残部に再循環させる
先行する請求項のうちのいずれか１項による方法。
【請求項９】
酸素を含有するガスが、水性環境中に導入される先行する請求項のうちのいずれか１項による方法。
【請求項１０】
少なくとも1つの水素化カルコゲン化合物を含有するプロセスガスを用いて半導体部品を製造するための方法であって、前記プロセスガスの水素化カルコゲン化合物が、先行する請求項のうちのいずれか１項の方法によって除去される方法。
【請求項１１】
請求項１〜１０のうちのいずれか１項による方法によって、流入排ガス流から、半導体部品の製造プロセスの排ガスまたはプロセスガスを除去するための装置であって、水性環境のためのウェットスクラバーユニットを含み、前記水性環境のpH値を12超のレベルに制御するための手段(17)によって特徴付けられる装置(1)。
【請求項１２】
少なくとも1つのpHセンサー(16)と、前記塩基の溶液を前記水溶液に供給するためのポンプ(18)とをさらに含む請求項１１による装置(1)。
【発明の詳細な説明】
【発明の概要】
【０００１】
本発明の主題は、標準状態でガス状にある少なくとも1つの水素化カルコゲンを、流入ガス流から除去するための方法および装置である。本発明の使用に好ましい分野は、例えば太陽電池の製造のようなウェーハおよび/または半導体の製造において使用される排ガスもしくは生成物ガス(product gas)の除去である。
【０００２】
ウェーハ、および特にソーラーモジュールを製造する場合、しばしば、例えば硫化水素(H2S)またはセレン化水素(H2Se)のような生成ガスが、ウェーハ基板にドナーイオンを提供するための生成物ガスとして使用される。このような製造現場の排ガスは、例えば、除去される必要がある硫化水素またはセレン化水素などの毒性化合物を含有する。通常、硫化水素および/またはセレン化水素を含有する排ガスは、例えば、過酸化水素(H2O2)および/または次亜塩素ナトリウム(NaOCl)などの酸化剤を添加した水酸化ナトリウム(NaOH)などの苛性溶液によって処理される。これらの酸化剤は、硫化水素と水酸化ナトリウム(NaOH)の反応のうちの一つの生成物、例えば硫化ナトリウム(Na2S)を、該Na2Sを硫酸ナトリウム(Na2SO4)に変換することによって変換する。
【０００３】
これは、これらの水素化カルコゲンを製造プラントの排ガスから除去するためには、例えば水酸化ナトリウム、過酸化水素および/または次亜塩素酸ナトリウムのようないくつかの化合物を使用し、かつ貯蔵する必要があることを意味する。該化合物および特に過酸化水素のような酸化剤は、例えば酸素の生成、および起こり得るタンクの腐食について制御された条件下で貯蔵される必要がある。さらに、いくつかの化合物の在庫には管理が必要である。さらに、在庫の確保および費用はそれ故に増大する。
【０００４】
これに基づいて、特に少ない種類の化合物を用いる点で、先行技術の問題を少なくとも部分的に解決することが本発明の一つの目的である。
【０００５】
これらの目的は、独立請求項の特徴を有する方法および装置によって達成される。各従属請求項は、方法および装置の改良に向けられる。
【０００６】
半導体部品の製造プロセスの排ガスまたはプロセスガスを除去するための方法であって、前記排ガスまたはプロセスガスは、以下の、
a)  硫黄(S)、
b)  セレン(Se)、
c)  テルル(Te)、および
d)  ポロニウム(Po)
のうちの少なくとも1つを含有する少なくとも1つの水素化カルコゲン化合物を含み、前記水素化カルコゲン化合物は、ウェットスクラバー中で、
-  前記プロセスガスを少なくとも1つの塩基の水溶液中に導き、
-  前記少なくとも1つの塩基を前記水溶液に供給し、
-  前記水溶液から流出排ガス流を抽出する
ことにより、前記プロセスガスから除去される。
【０００７】
本発明によれば、供給される塩基の量は、溶液のpH値が12超となるように制御される。
【０００８】
この文献中で標準状態という表現が使われる場合、例えば298.15 K(ケルビン)の温度かつ1 barの圧力などの、標準の周囲温度かつ圧力であると理解される。カルコゲンは、元素周期の表のうち、周期表の16族(かつてのVIA族)の元素であると理解される。カルコゲンおよびその族は、具体的には酸素、硫黄、セレン、テルル、ポロニウムおよびウンウンヘキシウムの元素からなる。「水素化カルコゲン化合物」という語は、具体的には硫化水素、セレン化水素および/またはテルル化水素を含むものと理解される。水素化カルコゲン化合物は、具体的にはカルコゲニドである。標準状態でガス状にある水素化カルコゲン化合物は、具体的には水を例外として、全てが水素化カルコゲニドである。
【０００９】
本発明による方法は、具体的にはいわゆるウェットスクラバー中で実行される。具体的には、流入排ガス流は、塩基を含有する洗浄液としての水溶液に、ガスを洗浄液と共にスプレーすることによって、ガスを強制的に洗浄液のプールに通すことによって、または他の接触方法によって接触させられる。流入排ガス流は、強制的に水溶液のプールに通されることが好ましい。
【００１０】
例として、水素化カルコゲン化合物である硫化水素(H2S)についての化学反応、
【化１】
2010537800.tif 000003
【００１１】
が与えられる。
【００１２】
該化学反応は、11超のpH値については式(2.1)および(2.2)に従うが、11未満のpH値については式(1.1)および(1.2)に従う。それぞれ他の水素化カルコゲン化合物についての反応は類似している。本発明による水溶液のpH値を制御する場合、もしそれが12超であるならば、反応(2.1)は実質的に抑制されることがわかった。それ故に、酸化剤などのさらなる化合物を添加せずに、反応(2.1)の逆反応を抑制することが可能である。これは、水酸化ナトリウムなどの塩基である化合物を1つだけ用いることによって、流入排ガス流から水素化カルコゲン化合物を完全に除去することが可能であることを意味する。水素化カルコゲン化合物の完全な除去のもとでは、99重量%超、特に99.9重量%、さらには99.99重量%超の水素化カルコゲン化合物が、流入排ガス流から除去されると理解される。在庫を確保する必要も、酸化剤のなどのさらなる化合物の在庫を管理する必要もなくなる。これは、この方法を使用した場合に、流入排ガス流から水素化カルコゲン化合物を除去する手順を容易にし、かつ費用を削減する。
【００１３】
本発明による方法は、先述した元素のうちの一つを含む水素化化合物を除去するために特に有利である。具体的には、半導体産業においてプロセスガスとしてしばしば使用される硫黄およびセレンの水素化カルコゲン化合物である硫化水素およびセレン化水素の除去が、非常に高い除去レベルをもって達成された。
【００１４】
本発明による方法の改良によれば、水溶液はカーボナートを含まない。
【００１５】
カーボナートを含まないということは、具体的にはカーボナートが水溶液中に導入されないものと理解される。
【００１６】
本発明による方法のさらなる改良によれば、塩基の供給が、環境のpH値が13超となるように制御される。
【００１７】
水素化カルコゲン化合物の非常に高い除去レベルをもたらすので、水性環境内で常に13超のpH値にすることが好ましい。
【００１８】
本発明による方法のさらなる改良によれば、塩基は、以下の、
a)  水酸化ナトリウム(NaOH)、および
b)  水酸化カリウム(KOH)
のうちの少なくとも1つを含む。
【００１９】
これらの塩基、具体的には水酸化ナトリウムは、pH値を13超、特に13.5超に制御することができる。これらの塩基、特にこれらの塩基の少なくとも2つの混合物は、流入排ガス流からの水素化カルコゲン化合物の完全な除去を容易に可能にする。
【００２０】
さらなる改良によれば、水溶液が循環される。
【００２１】
これは、水溶液の一部が残部から取出され、その後、水溶液の残部に再び導入されることを意味する。
【００２２】
本発明のさらなる改良によれば、循環された水溶液は、少なくとも一部が液滴として導入される。
【００２３】
これは、液滴を導入するために別個のノズルを使用することによって為され得る。良好な程度の塩基と水溶液の残部との混合物が得られるような方法で、循環水溶液を導入することが特に好ましい。
【００２４】
本発明のさらなる改良によれば、少なくとも2つの径の液滴が導入される。
【００２５】
水溶液が2段階で供給されることが好ましい。第1の段階において第1の径の液滴が導入され、その後の第2の段階において、より小さな径の第2の径の液滴が導入され得る。より大きな液滴は、残部から取出された水溶液が、取出された水溶液が導入される水溶液の残部の一部よりも増大したpH値を持つ場合、pH値の大きな増大の可能性を有し、水性環境に対していくぶん大量の塩基を供給することを可能にする一方で、より小さな液滴は、水性環境と均一に混合される。
【００２６】
本発明の更なる改良によれば、
-  水溶液の一部を取出し、
-  この水溶液の一部のpH値を測定し、
-  このpH値に基づいて一の量の塩基を水溶液の一部に添加し、
-  水溶液の一部を、その後、水溶液の残部に再循環させる。
【００２７】
水溶液の残部に再循環する前に、水溶液の一部にだけ塩基を導入することは、pH値の非常に安定な制御を可能にする。
【００２８】
本発明による方法のさらなる改良によれば、酸素を含有するガスが水性環境中に導入される。
【００２９】
酸素を含有するガスは周囲空気、純酸素または酸素と少なくとも1つのガス、例えば窒素などとの混合物であり得ると理解される。酸素を導入することによって、酸素がセレン化水素の、赤い無定形セレンへの酸化を促進させるので、特にセレン化水素の除去が向上する。酸素を含有するガスの導入は、塩基の導入と独立であると理解され得る。
【００３０】
本発明の他の側面によれば、標準状態でガス状にある少なくとも1つの水素化カルコゲン化合物を含有するプロセスガスを用いた半導体部品の製造のための方法が提案され、ここでプロセスガスの水素化カルコゲン化合物は本発明の方法によって除去される。
【００３１】
半導体部品は、具体的にはウェーハ、光起電力回路および/または薄膜光起電力回路を含む。
【００３２】
本発明の他の側面によれば、半導体部品の製造プロセスの排ガスまたはプロセスガスを流入排ガス流から除去するための装置であって、水性環境のためのスクラバーユニットを含み、水性環境のpH値を12超の水準に制御するため手段を含む装置が提案される。装置は、具体的には本発明の方法により操作され得る。
【００３３】
本発明による装置の改良によれば、装置は、少なくとも1つのpHセンサーと、塩基の溶液を水溶液に供給するためのポンプとをさらに含む。
【００３４】
装置のさらなる改良によれば、少なくとも1つの塩基の供給を制御するための手段は、少なくとも1つのノズルを含む。
【００３５】
本発明による方法について開示された詳細および利点は本発明の装置に移転ならびに適応され得、その逆もまた然りである。以下で本発明は、本発明による装置を模式的に表示する一つの添付図を参照した例によってさらに説明される。
【００３６】
一つの図は、標準状態でガス状にある水素化カルコゲンを流入排ガス流から除去するための装置1を模式的に表示する。この装置1は、ウェットスクラバーであると理解され得る。流入排ガス流は排ガス入口2で装置1に入り、排ガス流入ライン3を通って第1の除去チャンバー4に至る。この第1の除去チャンバー4中で、少なくとも1つの塩基を含む水溶液が第1のノズル5を介して導入される。第1の除去チャンバー4および第2の除去チャンバー6は、流入排ガスが導入される水性環境を含む。第1のノズル5は、いくぶん多量の水溶液が、具体的には液滴の形態で供給され得るように設計される。
【００３７】
水溶液は装置1内を循環され、第1の除去チャンバー4を通って第2の除去チャンバー6に至る。第2の除去チャンバー6中で、水酸化ナトリウムなどの少なくとも1つの塩基を含む水溶液が第2のノズル7を介して導入される。これにより、第1のノズル5よりも少ない量での供給および第2のノズル7を介して供給された塩基と、第2の除去チャンバー6中に既に存在する水性環境との均一な混合が可能となる。
【００３８】
第2の除去チャンバー6を通過した後、排ガスを含む水溶液は、充填床反応器9を含む第3の除去チャンバー8に入る。水溶液は第3のノズル10を介して第3の除去チャンバー8に導入される。
【００３９】
第3のノズル10を介して導入された水溶液は、好ましくは、例えばビーズ、リングおよび/または球体などの特に大きな表面積を持つ、プラスチックで作られた部品の床を含む充填床反応器9を通って流れる。特に、例えば、Pall rings、Ralu rings、Raschig rings、berl saddlesなどの商標名でRaschig AGから市販されている部品が、充填床反応器9のために有利に使用され得る。
【００４０】
水溶液はその後、第3の除去チャンバー8の汚水溜め11中に収集される。再循環ポンプ12を用いて、汚水溜め11から水溶液が抽出される。再循環ライン13中に配置されたこの再循環ポンプ12は、除去チャンバー4、6、8を通る水溶液、および、それにより水溶液がノズル5、7、10に供給される供給ラインシステム14中の水溶液の流れを維持する。再循環ライン13および再循環ポンプ12によって、制御ライン15内の水溶液のpH値を制御するpHセンサー16を含む制御ライン15を通して水溶液の流を動かす供給ラインシステム14の中に圧力差が作られる。pHセンサー16は、pH値を制御するための手段17に接続される。これらの手段17は、水酸化ナトリウムの溶液をリザーバー19から制御ライン15に供給するための供給ポンプ18にさらに接続される。これにより、水溶液のpH値は本発明に従って12.5超、特に13超に制御され得る。
【００４１】
制御ライン15は、さらに、制御ライン15中の流量を予め設定された上限値未満に抑えるための流量制限器20を含む。装置1は、装置1を通る水溶液の流量を制御するために使用され得るいくつかのバルブ21をさらに含む。洗浄された排ガス流は、流出ライン22を介して装置から放出される。廃液溜め11はドレーンライン23を介して空にされる。
【００４２】
本発明による装置1および方法は、例えば光起電力モジュールなどの、半導体部品の製造プロセスの排ガスからの、水素化カルコゲンの効率的な除去を可能にする。
【００４３】
参照番号
1  排ガスから水素化カルコゲン化合物を除去するための装置
2  排ガス入口
3  排ガス流入ライン
4  第1の除去チャンバー
5  第1のノズル
6  第2の除去チャンバー
7  第2のノズル
8  第3の除去チャンバー
9  充填床反応器
10  第3のノズル
11  廃液溜め
12  再循環ポンプ
13  再循環ライン
14  供給ラインシステム
15  制御ライン
16  pHセンサー
17  pH値を制御するための手段
18  供給ポンプ
19  リザーバー
20  流量制限器
21  バルブ
22  流出ライン
23  ドレーンライン
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】
【図１】
2010537800.tif 000004
【国際調査報告】
2010537800.tif 000005
2010537800.tif 000006
2010537800.tif 000007