JP4157328B2

JP4157328B2 - 膜分離装置

Info

Publication number: JP4157328B2
Application number: JP2002156696A
Authority: JP
Inventors: 昭彦新田; 由章杉森; 修一小関; 大貴万行; 修康富田
Original assignee: Taiyo Nippon Sanso Corp
Current assignee: Taiyo Nippon Sanso Corp
Priority date: 2002-05-30
Filing date: 2002-05-30
Publication date: 2008-10-01
Anticipated expiration: 2022-05-30
Also published as: JP2003340230A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、膜分離装置に関し、特に、半導体工業プロセスにおいてＣＶＤのチャンバークリーニングやエッチングの際に用いられるＰＦＣ（パーフルオロコンパウンド）やＨＦＣ（ハイドロフルオロカーボン）等のフッ素化合物を排ガス中から再利用可能な状態で回収するためのＰＦＣ回収工程におけるＰＦＣ濃縮操作に用いるのに好適な膜分離装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体工業プロセス、例えば、半導体製造装置やＬＣＤ製造装置から排出される排ガス中には、地球温暖化等の環境に対して悪影響を及ぼす四フッ化メタン、六フッ化エタンのようなフッ素化合物（ＰＦＣ：パーフルオロカーボン、パーフルオロコンパウンド）が含まれている。このようなＰＦＣ類は、大気中に放出することが好ましくないため、高温で分解することも行われているが、近年は、排ガス中に含まれているＰＦＣ類を濃縮、精製して再利用する手法が環境に優しいという観点で注目され、そのシステムが数多く提案されている。
【０００３】
排ガス中のＰＦＣ類を再利用可能な状態に回収するためには、まず、排ガス中に含まれていてＰＦＣ類の濃縮や精製に悪影響を及ぼす各種不純物、例えばハロゲン化物、パーティクル、水分、二酸化炭素等を前処理装置で除去し、ＰＦＣ類と共存する成分を窒素、酸素、水素等のガス成分とした後、ＰＦＣ濃縮装置によってＰＦＣ類を濃縮し、さらに、ＰＦＣ精製装置によってＰＦＣ純度を９９．９９％以上に精製する各工程を行う必要がある。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、排ガス中のＰＦＣ類を回収する場合、排ガス発生元の状態、例えば半導体製造装置の運転状況によって排ガスの流量が変化するだけでなく、排ガス中の各種成分の濃度が大きく変化するため、前処理装置、ＰＦＣ濃縮装置、ＰＦＣ精製装置では、これらの濃度変化に対応した最適な運転状態に制御して効率よくＰＦＣ類を回収できるようにする必要がある。
【０００５】
前記ＰＦＣ濃縮装置としては、一般的に膜分離装置が用いられているが、濃縮対象となるガスの濃度が変化すると、膜モジュールにおける分離濃縮性能が低下し、所望の濃縮率が得られなくなるだけでなく、濃縮後のガス組成も不安定になってしまうという問題があった。
【０００６】
特に、半導体製造装置から排出されるＰＦＣ類の濃度は、半導体製造工程のサイクル毎に一定間隔で濃度が鋭敏に変化してしまうため、想定した高い濃縮回収能力を発揮することができず、一定濃度のＰＦＣ濃縮ガスを得ることが困難であった。さらに、最終的なＰＦＣ精製装置としては、ＰＦＣ類の高純度化を図れる点からみると深冷液化分離法が最適であるが、この深冷液化分離法では、原料ガスとして蒸留塔に導入するガスの組成が変動すると、十分な精製処理を行うことができなくなり、精製後のＰＦＣ類の純度も変化してしまうという問題がある。
【０００７】
そこで本発明は、半導体製造プロセスから排出される排ガスに含まれるフッ素化合物を膜モジュールを用いて分離濃縮する際に、濃縮後のガスの組成を安定化できるとともに、フッ素化合物の高濃度化も図ることができる膜分離装置を提供することを目的としている。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明の膜分離装置は、半導体製造プロセスから排出される排ガスに含まれるフッ素化合物を膜モジュールを用いて分離濃縮する膜分離装置において、前記膜モジュールの前段に、前記排ガス中のフッ素化合物の濃度変動を緩和するためのバッファタンクを設けるとともに、該バッファタンク内に、前記フッ素化合物の吸着能力を有する吸着剤を充填したことを特徴としている。
【００１０】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明の膜分離装置を、半導体製造装置から排出される排ガス中のＰＦＣ類を回収して精製するＰＦＣ精製設備に組み込んだ一形態例を示す概略系統図である。このＰＦＣ精製設備は、半導体製造装置１１から排出されたＰＦＣ含有排ガスを、バッファタンク１２、圧縮機１３及び膜モジュール１４を備えた膜分離装置に導入し、この膜分離装置で濃縮したＰＦＣ類をガス精製装置、例えば深冷液化分離法によるガス精製装置１５に導入して高純度に精製するように形成されている。
【００１１】
まず、半導体製造装置１１から排出されたＰＦＣ含有排ガス（ＥＧ）は、必要に応じてフィルターや吸着器、除害装置等の前処理装置に導入され、ハロゲン化物、パーティクル、水分、二酸化炭素等の膜モジュール１４での分離操作に悪影響を与える成分を除去された後、バッファタンク１２に導入される。このバッファタンク１２は、前記混合ガスの組成、流量、圧力の変動を緩和するためのものであって、特に、排ガス（混合ガス）中の有用ガス成分であるＰＦＣ類の濃度変動を緩和し、略一定濃度にできる緩衝能力が得られるように形成されている。
【００１２】
また、バッファタンク１２は、バルーン等の空洞体を用いてもよいが、筒内に有用ガス成分のＰＦＣ類をある程度吸着する能力を備えた吸着剤を充填する。吸着剤としては、例えば、活性炭、アルミナ、シリカゲル、ゼオライト等を使用することができる。このような吸着剤を充填することにより、混合ガス中のＰＦＣ濃度が高いときにはＰＦＣ類の一部が吸着剤に吸着し、ＰＦＣ濃度が低いときには吸着剤に吸着しているＰＦＣ類が脱着することにより、バッファタンク１２から流出する混合ガス中のＰＦＣ濃度を略一定にすることができ、また、バルーン等を使用した場合に比べて緩衝能力が向上するのでバッファタンク１２の小型化も図れる。
【００１３】
前記バッファタンク１２でＰＦＣ濃度の平準化が図られた混合ガスは、前記圧縮機１３で圧縮されて膜モジュール１４に供給される。ＰＦＣ類を濃縮するための膜モジュールには、従来から用いられているものをそのまま使用することが可能であり、前記混合ガス中のＰＦＣ類と、これ以外の窒素、酸素、水素等のガス成分とをある程度分離できるものならば、各種の膜モジュールを使用することができる。具体的には、ポリイミド、ポリスルホン、ポリシリコン、ポリエーテル、ポリウレタン、ポリフェノール等のポリマーあるいはこれらの共重合体からなるポリマー膜、ＳｉＯ_２，Ａｌ_２Ｏ_３，ＴｉＯ_２，ＺｒＯ_２等のセラミック又はこれらの混合物からなるセラミック膜、前記ポリマー膜を高温で焼成したカーボン膜等を使用することができる。
【００１４】
この膜モジュール１４においては、前段のバッファタンク１２でＰＦＣ濃度が略一定とされた混合ガス中のＰＦＣ類を分離濃縮するので、安定した状態でＰＦＣ類と他の窒素、酸素、水素等のガス成分と分離することができる。結果として、膜モジュール１４から導出される濃縮ガス（ＣＧ）中のＰＦＣ濃度が一定になるだけでなく、分離効率の向上によってより高濃度にＰＦＣ類を濃縮することが可能となり、同時に分離排ガス（ＷＧ）中に排出されるＰＦＣ量も減少するので、ＰＦＣ類の回収効率も向上させることができる。
【００１５】
そして、このように高濃度で、かつ、略一定濃度のＰＦＣ濃縮ガスをガス精製装置１５に導入して精製することにより、他のガス成分（ＳＧ）との分離操作を安定した状態で効率よく行うことができ、高純度のＰＦＣ精製ガス（ＰＧ）を高収率で得ることが可能となる。
【００１６】
なお、膜モジュールで濃縮後のガスの用途、供給先は任意であり、濃縮ガスをガス容器に充填してから使用先に供給することもできる。
【００１７】
【実施例】
ＣＦ_４及びＣＨＦ_３を含む窒素ガス（平均流量毎分２０リットル）を混合ガスとして使用し、膜モジュール１４の前段に、活性炭を充填した容積７リットルのバッファタンク１２を設置した場合と、バッファタンク１２が無い場合とにおいて、膜モジュール１４に供給される混合ガス中のＣＦ_４及びＣＨＦ_３の濃度変化をそれぞれ測定した。なお、バッファタンク１２の有無以外は全て同じ条件としている。図２はバッファタンク１２が無い場合の濃度変化を示し、図３はバッファタンク１２を設置した場合の濃度変化を示している。
【００１８】
また、バッファタンク１２が無い場合、すなわち、バッファタンク１２を通らない混合ガスを膜モジュール１４で濃縮したときの濃縮ガスにおけるＣＦ_４及びＣＨＦ_３の濃度変化と、バッファタンク１２を設置しての濃度が平準化された混合ガスを膜モジュール１４で分離濃縮したときの濃縮ガスにおけるＣＦ_４及びＣＨＦ_３の濃度変化とを図４にそれぞれ示す。
【００１９】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の膜分離装置によれば、バッファタンクで濃度変動を緩和してから膜モジュールで分離濃縮を行えるので、半導体製造プロセスから排出される排ガス中のフッ素化合物の濃度変化が激しい場合でも、濃縮後のガス組成の安定化やフッ素化合物の高濃度化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の膜分離装置をＰＦＣ精製設備に組み込んだ一形態例を示す概略系統図である。
【図２】実施例において、バッファタンクが無い場合の膜モジュールに供給される混合ガスのＣＦ_４及びＣＨＦ_３の濃度変化を示す図である。
【図３】実施例において、バッファタンクを設置した場合の膜モジュールに供給される混合ガスのＣＦ_４及びＣＨＦ_３の濃度変化を示す図である。
【図４】実施例において、膜モジュールで分離濃縮した濃縮ガス中のバッファタンクの有無によるＣＦ_４及びＣＨＦ_３の濃度変化を示す図である。
【符号の説明】
１１…半導体製造装置、１２…バッファタンク、１３…圧縮機、１４…膜モジュール、１５…ガス精製装置

Claims

半導体製造プロセスから排出される排ガスに含まれるフッ素化合物を膜モジュールを用いて分離濃縮する膜分離装置において、前記膜モジュールの前段に、前記排ガス中のフッ素化合物の濃度変動を緩和するためのバッファタンクを設けるとともに、該バッファタンク内に、前記フッ素化合物の吸着能力を有する吸着剤を充填したことを特徴とする膜分離装置。