(57)【要約】      （修正有）【課題】  黄燐の回収効率を高めることができるとともに、安全に黄燐を取り扱うことができる燐回収装置を提供する。【解決手段】  燐の原料としてのＰＨ3が原料ガスボンベ２から反応炉３に供給され、反応炉３において、原料ガスが熱分解され、図示しない基板上に燐を含む結晶のエピタキシャル成長が行われる。エピタキシャル成長に寄与しなかった蒸気圧の高い熱分解生成物である黄燐は、黄燐回収部６により４０〜５０℃に保持された黄燐回収部６の黄燐回収槽内に流入させられ、融点以上に保たれて液体状の黄燐として回収される。【選択図】    図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
燐を含むガスが熱分解されることにより生じた気体状の生成物から凝固点ｔsを有する黄燐を回収する燐回収装置において、
所定の体積を有する黄燐回収槽の内部を所定の温度ｔに保持する保持手段を備え、前記黄燐回収槽の内部に前記気体状の生成物を導入させることにより、前記気体状の生成物に含まれる気体状の燐を液体状の燐に変換して回収することを特徴とする燐回収装置。
【請求項２】
前記所定の温度ｔは、ｔｓ≦ｔ≦５０℃であることを特徴とする請求項１記載の燐回収装置。
【請求項３】
前記保持手段は、前記気体状の生成物が導入される前に前記黄燐回収槽の内部の温度を４０〜５０℃に保持し、前記気体状の生成物が導入された後に前記黄燐回収槽の内部の温度をｔｓ≦ｔ≦５０℃に保持することを特徴とする燐回収装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燐回収装置に関し、特に、黄燐の回収効率を高めることができるとともに、安全に黄燐を取り扱うことができる燐回収装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
化合物半導体は、直接遷移と呼ばれる光学特性があり、ＬＥＤ（発光ダイオード）やＬＤ（レーザダイオード）等の半導体発光素子の材料として使用される。化合物半導体としては、ＧａＡｓ（ガリウム砒素）、ＡｌＧａＡｓ（アルミニウムガリウム砒素）等の、Ａｓ（砒素）を含む化合物半導体の他に、ＩｎＧａＰ（インジウムガリウム燐）、ＡｌＧａＩｎＰ（アルミニウムガリウムインジウム燐）等の、Ｐ（燐）を含む化合物半導体が知られている。このような化合物半導体を基板上に成長させる方法として、ＭＯＶＰＥ（有機金属気相成長法、Ｍｅｔａｌｏｒｇａｎｉｃ  Ｖａｐｏｒ  Ｐｈａｓｅ  Ｅｐｉｔａｘｙ）法が知られている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００３】
図５は、特許文献１に記載のＭＯＶＰＥ法により半導体を製造する従来の半導体製造装置の概略構成を示す。この半導体製造装置３０は、加熱されて燐を遊離する原料ガスであるＰＨ3が充填された原料ガスボンベ３５と、原料ガスと混合されるキャリアガス、例えば窒素ガスが充填されたキャリアガスボンベ３７と、加熱された基板表面に原料ガスから遊離した燐をエピタキシャル成長させる反応炉３１と、エピタキシャル成長に寄与しなかった熱分解生成物を回収するフィルタ３２と、反応炉３１を所定の圧力に減圧する真空ポンプ３３と、未分解原料ガスを無害化する除害筒３４とを備える。
【０００４】
この半導体製造装置３０は、以下のような動作をさせることにより、廃ガスの処理を行うことができる。まず、燐の原料としてのＰＨ3が充填された原料ガスボンベ３５のバルブ３５ａおよび窒素が充填されたキャリアガスボンベ３７のバルブ３７ａをそれぞれを開栓し、ＰＨ3および窒素ガスを反応炉３１に供給する。反応炉３１の内部では、図示しない加熱手段により基板が加熱されており、真空ポンプ３３により所定の圧力に減圧されている。反応炉３１内でＰＨ3が燐と水素等に熱分解され、基板上に燐を含む結晶のエピタキシャル成長が行われる。
【０００５】
エピタキシャル成長に寄与しなかった蒸気圧の低い熱分解生成物は、赤燐を主成分とする燐であり、フィルタ３２内に導入される。赤燐は蒸気圧が低く、気化しにくいためフィルタ３２で回収することができる。
【０００６】
ここで、エピタキシャル成長に寄与しなかった蒸気圧の高い熱分解生成物である黄燐は、フィルタによる回収効率は低く、大気中で自然発火し、有害なＰ2Ｏ5（五酸化二燐）を生成するため、一般的にはガスを冷却することにより黄燐の蒸気圧を低下させて回収する方法が用いられる（例えば、特許文献２参照。）。
【０００７】
図６は、従来の燐回収装置を示す。この燐回収装置４０は、上流側の廃ガス流路３６Ａの途中に設けられ、黄燐を結晶化させて黄燐を回収する黄燐回収槽４２と、黄燐回収槽４２を冷却する冷却水管４１と、黄燐回収槽４２から脱燐ガス排出路４４を経て下流側の廃ガス流路３６Ｂに異物が流れないように設けられたフィルタ４３とを備える。
【０００８】
原料ガスのうち、黄燐を主成分とする燐は、上流側の廃ガス流路３６Ａを経て２０℃に冷却された黄燐回収槽４２内に流入される。流入した黄燐は、黄燐回収槽４２内で冷却され、黄燐の結晶を析出する。この析出した結晶は、適宜方法により捕集して回収していた。
【０００９】
なお、未分解のＰＨ3ガスや水素等は、金属酸化物を主成分とする除害剤を用いる除害筒３４で除害処理され、残りの窒素は、廃ガスとしてそのまま排出する。
【特許文献１】特開２００３−５９８４７号公報（図１）
【特許文献２】特開平１０−９２７５１号公報（図３）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかし、従来の燐回収装置によると、黄燐の回収効率が低い場合、黄燐の気体が下流側に流れてしまい、下流側の廃ガス流路である配管内に黄燐の結晶が析出し、結晶の量が多くなると配管が閉塞するという問題がある。また、配管が閉塞すると生産を中断しなければならず、生産性が低下してしまう。また、配管の閉塞を取り除くため配管を取り外す時に、配管内に大気が混入してしまうと自然発火し、有毒である五酸化二燐を発生してしまい、黄燐の取り扱いに危険が伴うという問題点もあった。
【００１１】
従って、本発明の目的は、黄燐の回収効率を高めることができるとともに、安全に黄燐を取り扱うことができる燐回収装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明は、上記目的を達成するため、燐を含むガスが熱分解されることにより生じた気体状の生成物から凝固点ｔsを有する黄燐を回収する燐回収装置において、所定の体積を有する黄燐回収槽の内部を所定の温度ｔに保持する保持手段を備え、前記黄燐回収槽の内部に前記気体状の生成物を導入させることにより、前記気体状の生成物に含まれる気体状の燐を液体状の燐に変換して回収することを特徴とする燐回収装置を提供する。
【００１３】
前記所定の温度ｔは、ｔｓ≦ｔ≦５０℃であることが好ましい。
【００１４】
前記保持手段は、前記気体状の生成物が導入される前に前記黄燐回収槽の内部の温度を４０〜５０℃に保持し、前記気体状の生成物が導入された後に前記黄燐回収槽の内部の温度をｔｓ≦ｔ≦５０℃に保持することが好ましい。
【発明の効果】
【００１５】
本発明の燐回収装置によれば、所定の体積を有する黄燐回収槽を所定の温度に保持された状態で気体状の生成物を黄燐回収槽に導入させ、気体状の生成物に含まれる気体状の燐を液体状の燐に変換するため、黄燐の回収効率が高まり、また、液体状の燐として回収するので空気に触れることなく回収することが容易となり、取り扱いが安全となるとともに、配管に燐の結晶が析出しないので、配管が閉塞することがない。そのため、配管交換作業が不要となり、生産性が向上する。
【００１６】
本発明の燐回収装置によれば、黄燐回収槽の内部の温度が凝固点以上５０℃以下に保持されているため、黄燐の回収効率が高まり、取り扱いが安全となるとともに、配管に黄燐の結晶が析出しないので、配管が閉塞することがない。そのため、配管交換作業が不要となり、生産性が向上する。
【００１７】
本発明の燐回収装置によれば、黄燐回収槽の内部の温度を４０〜５０℃に保持しておき、燐を含む気体状の生成物が流入したときに、黄燐回収槽の内部の温度を凝固点以上５０℃以下に保持するため、黄燐の回収効率が高まり、取り扱いが安全となるとともに、配管に黄燐の結晶が析出しないので、配管が閉塞することがない。そのため、配管交換作業が不要となり、生産性が向上する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
図１は、本発明の実施の形態に係る燐回収装置を適用したＭＯＶＰＥ法により半導体を製造する半導体製造装置の概略構成を示す。この半導体製造装置１は、加熱されて燐を遊離する原料ガスであるＰＨ3が充填された原料ガスボンベ２と、原料ガスと混合されるキャリアガス、例えば窒素ガスが充填されたキャリアガスボンベ１１と、加熱された基板表面にＰＨ3から遊離した燐をエピタキシャル成長させる反応炉３と、エピタキシャル成長に寄与しなかった蒸気圧の低い熱分解生成物である赤燐を回収するフィルタ４と、反応炉３を所定の圧力に減圧する真空ポンプ５と、エピタキシャル成長に寄与しなかった蒸気圧の高い熱分解生成物である黄燐を回収する黄燐回収部６と、未分解のＰＨ3を金属酸化物を使用して無害化する除害筒７とを備える。各部の間は、原料ガスやガス状の熱分解生成物が移動する廃ガス流路６０により連結されている。
【００１９】
図２は、黄燐回収部６を示す。この黄燐回収部６は、黄燐回収部６の上流側に設けられた廃ガス流路６０Ａの途中に設けられ、黄燐を液化し、液化した黄燐を水中に捕集する捕集部６４に捕集して回収する黄燐回収槽６２と、黄燐回収槽６２を４０〜５０℃の範囲に加温または冷却する加温水管６１と、黄燐回収槽６２から脱燐ガス排出路６６を経て黄燐回収部６の下流側に設けられた廃ガス流路６０Ｂに異物が流れないように設けられたフィルタ６３とを備える。黄燐排出口６５は、捕集部６４で捕集した黄燐を水とともに黄燐回収槽６２の外に排出するものである。
【００２０】
この半導体製造装置１は、以下のような動作を行うことにより、廃ガスの処理を行うことができる。燐の原料としてのＰＨ3が充填された原料ガスボンベ２のバルブ２ａおよび窒素が充填されたキャリアガスボンベ１１のバルブ１１ａをそれぞれ開栓し、ＰＨ3および窒素ガスを反応炉３に供給する。反応炉３の内部では、図示しない加熱手段により基板が加熱されており、真空ポンプ５により所定の圧力に減圧されている。反応炉３内でＰＨ3が燐と水素等に熱分解され、図示しない基板上に燐を含む結晶のエピタキシャル成長が行われる。
【００２１】
エピタキシャル成長に寄与しなかった蒸気圧が低く気化し難い熱分解生成物である赤燐は、フィルタ４に捕集される。
【００２２】
また、エピタキシャル成長に寄与しなかった蒸気圧が高く気化しやすい熱分解生成物である黄燐は、黄燐回収部６により回収される。すなわち、黄燐、ＰＨ3あるいは窒素は、廃ガス流路６０Ａを経て４０〜５０℃に保持されている黄燐回収槽６２内に流入される。このとき、黄燐は、気体状で流入され、黄燐回収槽６２内で黄燐が液化している温度（４４．１〜５０℃）に保たれる。この液体状の黄燐を黄燐回収槽６２の下部の捕集部６４に溜めた水中に滴下させ、この水と一緒に黄燐排出口６５から黄燐を排出し、密封容器等に収容することで空気に接することなく回収する。黄燐が除去された残りの廃ガスであるＰＨ3および窒素等のガスは、フィルタ６３により異物を除去し、脱燐ガス排出路６６に排出し、さらに廃ガス流路６０Ｂを介して次の工程に送られる。
【００２３】
なお、未分解のＰＨ3ガスや水素等は、固体金属酸化物、固体金属炭酸塩、固体金属水素化物の何れか１種以上を主成分とする除害剤を用いる除害筒７に通気することにより除害処理され、残りの窒素は、廃ガスとしてそのまま排出する。
【００２４】
図３は、使用したＰＨ3と回収した黄燐の量の関係を示す図である。ここで、従来例の燐回収装置４０の温度は２０℃であり、固化した黄燐を回収している。これに対し、本発明の実施の形態に係る黄燐回収部６の黄燐回収槽６２内の温度は黄燐の融点４４．１℃よりも高温の４５℃に保持し、液体状態の黄燐を回収している。これによれば、従来例のように黄燐を固化して回収するよりも、液体として回収する方がより効率よく回収できることがわかる。
【００２５】
図４は、黄燐回収部６の黄燐回収槽６２内の温度と黄燐回収量の関係を示す図である。ここで流したＰＨ3の量は、２０ｍ3である。これによれば、黄燐の融点４４．１℃付近の４０〜５０℃で黄燐の回収量が増えることが分かる。この黄燐回収槽６２内に流れ込むガスは高温であるため、例えば、黄燐回収槽６２内の温度を４０℃に保ってもガス温度は４０℃以上になってしまう。すなわち、本発明の最適温度が黄燐の融点４４.１℃以下の４０℃から５０℃になっているのは黄燐回収槽６２内に流れ込むガスが高温であることに起因すると考えられる。
【００２６】
なお、黄燐回収槽を形成しなくても二重管の外側に黄燐の融点以上の温度の加温水を流し、その内側に気体状の黄燐を流して、黄燐を凝縮させて液化させてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明の実施の形態に係る黄燐回収部を適用した半導体製造装置の概略構成を示す図である。
【図２】本発明の実施の形態に係る黄燐回収部を示す図である。
【図３】使用したＰＨ3と回収した黄燐の量の関係を示す図である。
【図４】黄燐回収部の黄燐回収槽内の温度と黄燐回収量の関係を示す図である。
【図５】従来の半導体製造装置の概略構成を示す図である。
【図６】従来の燐回収装置を示す図である。
【符号の説明】
【００２８】
１  半導体製造装置
２，３５  原料ガスボンベ
２ａ，１１ａ，３５ａ，３７ａ  バルブ
３  反応炉
４  フィルタ
５  真空ポンプ
６  黄燐回収部
７  除害筒
１１，３７  キャリアガスボンベ
３０  半導体製造装置
３１  反応炉
３２  フィルタ
３３  真空ポンプ
３４  除害筒
３６，３６Ａ，３６Ｂ  廃ガス流路
４０  燐回収装置
４１  冷却水管
４２  黄燐回収槽
６０，６０Ａ，６０Ｂ  廃ガス流路
６１  加温水管
６２  黄燐回収槽
６３  フィルタ
６４  捕集部
６５  黄燐排出口
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
2005200251.tif 000007
【図６】
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