JP6553739B2 - Gas recovery apparatus, gas recovery method, and semiconductor cleaning system - Google Patents

Gas recovery apparatus, gas recovery method, and semiconductor cleaning system Download PDF

Info

Publication number
JP6553739B2
JP6553739B2 JP2017551875A JP2017551875A JP6553739B2 JP 6553739 B2 JP6553739 B2 JP 6553739B2 JP 2017551875 A JP2017551875 A JP 2017551875A JP 2017551875 A JP2017551875 A JP 2017551875A JP 6553739 B2 JP6553739 B2 JP 6553739B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
gas
separation
carbon dioxide
processing chamber
water vapor
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
JP2017551875A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JPWO2017086293A1 (en
Inventor
岡田 治
治 岡田
伸彰 花井
伸彰 花井
八里 清原
八里 清原
英晃 松尾
英晃 松尾
純弥 宮田
純弥 宮田
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Renaissance Energy Research Corp
Original Assignee
Renaissance Energy Research Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Renaissance Energy Research Corp filed Critical Renaissance Energy Research Corp
Publication of JPWO2017086293A1 publication Critical patent/JPWO2017086293A1/en
Application granted granted Critical
Publication of JP6553739B2 publication Critical patent/JP6553739B2/en
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01DSEPARATION
    • B01D53/00Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols
    • B01D53/22Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols by diffusion
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01DSEPARATION
    • B01D69/00Semi-permeable membranes for separation processes or apparatus characterised by their form, structure or properties; Manufacturing processes specially adapted therefor
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/04Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
    • H01L21/18Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic Table or AIIIBV compounds with or without impurities, e.g. doping materials
    • H01L21/30Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26
    • H01L21/302Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26 to change their surface-physical characteristics or shape, e.g. etching, polishing, cutting
    • H01L21/304Mechanical treatment, e.g. grinding, polishing, cutting

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Oil, Petroleum & Natural Gas (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Separation Using Semi-Permeable Membranes (AREA)
  • Cleaning Or Drying Semiconductors (AREA)
  • Carbon And Carbon Compounds (AREA)

Description

本発明は、二酸化炭素と不活性ガスを主成分とする混合ガスから、二酸化炭素と不活性ガスを個別に分離し、高純度の二酸化炭素及び高純度の不活性ガスを得ることのできるガス回収装置及びガス回収方法に関する。   The present invention separates carbon dioxide and an inert gas separately from a mixed gas containing carbon dioxide and an inert gas as a main component to obtain gas recovery capable of obtaining carbon dioxide of high purity and inert gas of high purity. The present invention relates to an apparatus and a gas recovery method.

半導体の製造工程では、基板上に洗浄ガスを吹き付け、汚物やパーティクルを除去している。洗浄ガスは、窒素やアルゴン、ヘリウム等の不活性ガスが主として用いられている。   In the semiconductor manufacturing process, cleaning gas is sprayed onto the substrate to remove dirt and particles. As the cleaning gas, an inert gas such as nitrogen, argon or helium is mainly used.

例えば、特許文献1及び2では、ヘリウムと二酸化炭素の混合ガスを洗浄に使用している。高圧の二酸化炭素ガスを真空中に吐出させ、断熱膨張によりガス温度がその沸点近傍にまで低下することで、二酸化炭素のナノクラスターが生成される。吹き付け時に生成される二酸化炭素のナノクラスターによって、基板上に存在するパーティクルを飛散させ、除去するものであり、混合するヘリウムガスの割合を変えることにより、ナノクラスターのエネルギーが調節される。   For example, in Patent Documents 1 and 2, a mixed gas of helium and carbon dioxide is used for cleaning. A high pressure carbon dioxide gas is discharged into a vacuum, and the adiabatic expansion lowers the gas temperature to near its boiling point to generate carbon dioxide nanoclusters. The nanoclusters of carbon dioxide generated at the time of spraying scatter and remove particles present on the substrate, and the energy of the nanoclusters is adjusted by changing the proportion of helium gas to be mixed.

特開2015−41646号公報JP2015-41646A 特開2014−72383号公報JP 2014-72383 A

上記のヘリウム等の不活性ガスや二酸化炭素ガスは、共に、上記の半導体製造分野に限られず、様々な産業用用途で用いられるガスである。半導体製造において、洗浄工程で利用したガスは、回収し、再利用されることが好ましい。   The above inert gas such as helium and carbon dioxide gas are both gases used in various industrial applications, not limited to the above-mentioned semiconductor manufacturing field. In semiconductor manufacturing, the gas used in the cleaning process is preferably recovered and reused.

近年、不活性ガスは年々高価になってきており、特にヘリウムガスの高騰が著しい。二酸化炭素ガスについても、ヘリウムガスと同様に高騰しているほか、地球温暖化の原因とされており、回収及び再利用の要請がある。   In recent years, the inert gas has become more expensive year by year, and the rise in helium gas is particularly remarkable. Carbon dioxide gas is also rising as well as helium gas, and is a cause of global warming, and there is a demand for recovery and reuse.

したがって、洗浄ガスの回収、再利用に加えて、再利用しようとするガスの回収率を向上させることが重要な課題となる。   Therefore, in addition to the recovery and reuse of the cleaning gas, it is important to improve the recovery rate of the gas to be reused.

また、半導体製造の洗浄工程のほか、工業用途としてのヘリウムガスの再利用を想定する場合、99%以上の純度が必要とされる。   In addition to the cleaning process of semiconductor manufacturing, in the case of assuming the reuse of helium gas for industrial use, a purity of 99% or more is required.

しかしながら、使用後の洗浄ガスからヘリウムガスを生成する場合、従来の圧縮・冷却を用いた方法では、大型の設備を要し、大電力を必要とする。ガスの純度を高めようとするほど、また回収率を上げようとするほど、設備が大型化し、大エネルギーが必要となり、コスト高要因となる。   However, when helium gas is generated from the used cleaning gas, the conventional method using compression / cooling requires a large facility and requires a large amount of power. The higher the purity of the gas and the higher the recovery rate, the larger the equipment, the greater the energy required, and the higher the cost.

そこで、本発明は、不活性ガスの高回収率、高純度化が可能で、且つ省エネルギーなガス回収装置及びガス回収方法を提供することをその目的とする。   Therefore, an object of the present invention is to provide a gas recovery apparatus and a gas recovery method capable of achieving a high recovery rate of inert gas, high purification, and energy saving.

また、本発明は、上記本発明のガス回収装置又はガス回収方法を用い、回収した不活性ガスを半導体装置の洗浄工程において洗浄ガスとして再利用することのできる半導体洗浄システムを実現することをその目的とする。   The present invention also provides a semiconductor cleaning system that can reuse the recovered inert gas as a cleaning gas in the cleaning process of a semiconductor device using the gas recovery apparatus or gas recovery method of the present invention. Objective.

上記目的を達成するため、本発明に係るガス回収装置は、
半導体装置の洗浄工程において洗浄ガスとして使用された後の不活性ガスと二酸化炭素ガスを含む第1被処理ガスから少なくとも前記不活性ガスを分離する第1分離部を備え、
前記第1分離部は、
前記第1被処理ガスが供給される第1処理室と、
第2処理室と、
前記第1処理室と前記第2処理室を隔てているとともに前記二酸化炭素の透過率が前記不活性ガスの透過率よりも高い第1分離膜と、を備えており、
前記第1被処理ガスが、前記第1被処理ガスより前記不活性ガスの純度が高く前記二酸化炭素ガスの純度が低い前記第1処理室内の第1分離ガスと、前記第2処理室内の第2分離ガスに分離されることを特徴とする。
In order to achieve the above object, a gas recovery apparatus according to the present invention comprises:
An inert gas after being used as a cleaning gas in the cleaning step of the semiconductor device, and a first separation unit separating at least the inert gas from a first gas to be processed containing carbon dioxide gas;
The first separation unit includes:
A first processing chamber to which the first gas to be processed is supplied;
A second processing chamber;
And a first separation membrane separating the first processing chamber and the second processing chamber and having a permeability of the carbon dioxide higher than that of the inert gas.
The first gas to be processed has a first separation gas in the first processing chamber in which the purity of the inert gas is higher than that of the first gas to be processed and the purity of the carbon dioxide gas is lower, and a first gas in the second processing chamber. It is characterized by being separated into two separated gases.

上記特徴の本発明に係るガス回収装置は、更に、
前記第1分離膜が、二酸化炭素と選択的に反応するキャリアが添加された促進輸送膜であることが好ましい。
The gas recovery apparatus according to the present invention having the above characteristics further includes:
It is preferable that the first separation membrane is a facilitated transport membrane to which a carrier that selectively reacts with carbon dioxide is added.

上記特徴の本発明に係るガス回収装置は、更に、
前記第1被処理ガスに水蒸気ガスを混合する水蒸気添加部を、さらに備えることが好ましい。
The gas recovery apparatus according to the present invention having the above characteristics further includes:
It is preferable to further include a water vapor addition unit that mixes water vapor gas with the first gas to be treated.

上記特徴の本発明に係るガス回収装置は、更に、前記第2処理室にスイープガスが流されていることが好ましい。   In the gas recovery apparatus according to the present invention having the above characteristics, it is preferable that a sweep gas is flowed into the second processing chamber.

上記特徴の本発明に係るガス回収装置は、更に、前記スイープガスに水蒸気ガスが含まれることが好ましい。   In the gas recovery apparatus according to the present invention having the above characteristics, it is preferable that the sweep gas further includes a water vapor gas.

上記特徴の本発明に係るガス回収装置は、更に、
前記第2分離ガスから少なくとも前記不活性ガスを分離する第2分離部を、さらに備え、
前記第2分離部は、
前記第2分離ガスが供給される第3処理室と、
第4処理室と、
前記第3処理室と前記第4処理室を隔てているとともに前記二酸化炭素の透過率が前記不活性ガスの透過率よりも高い第2分離膜と、を備えており、
前記第2分離ガスが、前記第2分離ガスより前記不活性ガスの純度が高く前記二酸化炭素ガスの純度が低い前記第3処理室内の第3分離ガスと、前記第4処理室内の第4分離ガスに分離されることが好ましい。
The gas recovery apparatus according to the present invention having the above characteristics further includes:
A second separation unit separating at least the inert gas from the second separation gas, further comprising:
The second separator is
A third processing chamber to which the second separation gas is supplied;
The fourth processing room,
And a second separation membrane separating the third processing chamber from the fourth processing chamber and having a permeability of the carbon dioxide higher than a permeability of the inert gas.
The second separation gas includes a third separation gas in the third processing chamber in which the purity of the inert gas is higher than that of the second separation gas and the purity of the carbon dioxide gas is lower, and a fourth separation in the fourth processing chamber. It is preferable to separate into gas.

上記特徴の本発明に係るガス回収装置は、更に、
前記第1被処理ガスに前記第4分離ガスの少なくとも一部が混合されて前記第1処理室に供給される、或いは、前記第2分離ガスに前記第4分離ガスの少なくとも一部が混合されて前記第3処理室に供給されることが好ましい。
The gas recovery apparatus according to the present invention having the above characteristics further includes:
At least a portion of the fourth separated gas is mixed with the first process gas and supplied to the first processing chamber, or at least a portion of the fourth separated gas is mixed with the second separated gas. And is preferably supplied to the third processing chamber.

上記特徴の本発明に係るガス回収装置は、更に、
前記第1分離ガスから少なくとも前記不活性ガスを分離する第3分離部を、さらに備え、
前記第3分離部は、
前記第1分離ガスが供給される第5処理室と、
第6処理室と、
前記第5処理室と前記第6処理室を隔てているとともに前記二酸化炭素の透過率が前記不活性ガスの透過率よりも高い第3分離膜と、を備えており、
前記第1分離ガスが、前記第1分離ガスより前記不活性ガスの純度が高く前記二酸化炭素ガスの純度が低い前記第5処理室内の第5分離ガスと、前記第6処理室内の第6分離ガスに分離されることが好ましい。
The gas recovery apparatus according to the present invention having the above characteristics further includes:
It further comprises a third separation part for separating at least the inert gas from the first separation gas,
The third separation unit includes
A fifth processing chamber to which the first separation gas is supplied;
The sixth processing room,
And a third separation membrane separating the fifth processing chamber from the sixth processing chamber and having a permeability of the carbon dioxide higher than that of the inert gas.
The first separation gas includes a fifth separation gas in the fifth processing chamber in which the purity of the inert gas is higher than that in the first separation gas and the purity of the carbon dioxide gas is lower, and a sixth separation in the sixth processing chamber. Preferably it is separated into gases.

上記特徴の本発明に係るガス回収装置は、更に、前記不活性ガスが、ヘリウムガスであることが好ましい。   In the gas recovery apparatus according to the present invention having the above characteristics, preferably, the inert gas is helium gas.

上記特徴の本発明に係るガス回収装置は、更に、
前記不活性ガスがヘリウムガスであり、
前記第2分離ガスから少なくとも前記二酸化炭素ガスを分離する第4分離部を、さらに備え、
前記第4分離部は、
前記第2分離ガスが供給される第7処理室と、
第8処理室と、
前記第7処理室と前記第8処理室を隔てているとともに前記ヘリウムガスの透過率が前記二酸化炭素ガスの透過率よりも高い第4分離膜と、を備えており、
前記第2分離ガスが、前記第2分離ガスより前記二酸化炭素ガスの純度が高く前記ヘリウムガスの純度が低い前記第7処理室内の第7分離ガスと、前記第8処理室内の第8分離ガスに分離されることが好ましい。
The gas recovery apparatus according to the present invention having the above characteristics further includes:
The inert gas is helium gas,
A fourth separation unit separating at least the carbon dioxide gas from the second separation gas, further comprising:
The fourth separator is
A seventh processing chamber to which the second separation gas is supplied;
The eighth processing room,
And a fourth separation membrane separating the seventh processing chamber from the eighth processing chamber and having a permeability of the helium gas higher than that of the carbon dioxide gas.
A seventh separated gas in the seventh processing chamber and a seventh separated gas in the seventh processing chamber, wherein the second separated gas has a purity of the carbon dioxide gas higher than that of the second separated gas and a purity of the helium gas, and an eighth separated gas in the eighth processing chamber It is preferable to be separated.

上記特徴の本発明に係るガス回収装置は、更に、
前記不活性ガスがヘリウムガスであり、
前記洗浄ガスとして使用された後の前記ヘリウムガスと前記二酸化炭素ガスを含む第2被処理ガスから少なくとも前記二酸化炭素ガスを分離する第5分離部を、さらに備え、
前記第5分離部は、
前記第2被処理ガスが供給される第9処理室と、
第10処理室と、
前記第9処理室と前記第10処理室を隔てているとともに前記ヘリウムガスの透過率が前記二酸化炭素ガスの透過率よりも高い第5分離膜と、を備えており、
前記第2被処理ガスが、前記第2被処理ガスより前記二酸化炭素ガスの純度が高く前記ヘリウムガスの純度が低い前記第9処理室内の第9分離ガスと、前記第10処理室内の第10分離ガスに分離され、
前記第10分離ガスが前記第1被処理ガスとして前記第1処理室に供給されることが好ましい。
The gas recovery apparatus according to the present invention having the above characteristics further includes:
The inert gas is helium gas;
And a fifth separation unit configured to separate at least the carbon dioxide gas from a second process gas containing the helium gas and the carbon dioxide gas after being used as the cleaning gas.
The fifth separator is
A ninth processing chamber to which the second processing gas is supplied;
A tenth processing chamber;
And a fifth separation membrane separating the ninth processing chamber from the tenth processing chamber and having a permeability of the helium gas higher than that of the carbon dioxide gas.
A ninth separated gas in the ninth processing chamber and a tenth separated gas in the ninth processing chamber, wherein the second gas to be treated has a purity of the carbon dioxide gas higher than that of the second gas to be treated and a purity of the helium gas is lower than that of the tenth treatment chamber. Separated into separation gas,
It is preferable that the tenth separation gas be supplied to the first processing chamber as the first process gas.

上記目的を達成するため、本発明に係るガス回収方法は、
半導体装置の洗浄工程において洗浄ガスとして使用された後の不活性ガスと二酸化炭素ガスを含む第1被処理ガスから少なくとも不活性ガスを分離する第1工程を備え、
前記第1工程で、前記第1被処理ガスを、前記二酸化炭素ガスの透過率が前記不活性ガスの透過率よりも高い第1分離膜に透過させることで、前記第1被処理ガスより前記不活性ガスの純度が高く前記二酸化炭素ガスの純度が低い前記第1分離膜を未透過の第1分離ガスと、前記第1分離膜を透過したガスを含む第2分離ガスに分離することを特徴とする。
In order to achieve the above object, a gas recovery method according to the present invention comprises:
An inert gas after being used as a cleaning gas in the cleaning step of the semiconductor device, and a first step of separating at least the inert gas from a first gas to be treated containing carbon dioxide gas;
In the first step, the first gas to be treated is allowed to pass through the first separation membrane, in which the permeability of the carbon dioxide gas is higher than the permeability of the inert gas, so that the first gas to be treated can be subjected to the first treatment gas. Separating the first separation membrane having a high purity of inert gas and a low purity of the carbon dioxide gas into a non-permeated first separation gas and a second separation gas containing a gas permeated through the first separation membrane; It features.

上記特徴の本発明に係るガス回収方法は、更に、
前記第1分離膜が、二酸化炭素と選択的に反応するキャリアが添加された促進輸送膜であることが好ましい。
The gas recovery method according to the present invention having the above characteristics further includes:
It is preferable that the first separation membrane is a facilitated transport membrane to which a carrier that selectively reacts with carbon dioxide is added.

上記特徴の本発明に係るガス回収方法は、更に、
前記第1工程で、前記第1被処理ガスに水蒸気ガスを混合することが好ましい。
The gas recovery method according to the present invention having the above characteristics further includes:
It is preferable to mix water vapor gas with the said 1st to-be-processed gas at a said 1st process.

上記特徴の本発明に係るガス回収方法は、更に、
前記第2分離ガスを、前記二酸化炭素ガスの透過率が前記不活性ガスの透過率よりも高い第2分離膜に透過させることで、前記第2分離ガスより前記不活性ガスの純度が高く前記二酸化炭素ガスの純度が低い前記第2分離膜を未透過の第3分離ガスと、前記第2分離膜を透過したガスを含む第4分離ガスに分離する第2工程を、さらに備えることが好ましい。
The gas recovery method according to the present invention having the above characteristics further includes:
The purity of the inert gas is higher than that of the second separated gas by causing the second separated gas to pass through the second separation membrane in which the permeability of the carbon dioxide gas is higher than the permeability of the inert gas. It is preferable to further include a second step of separating the second separation membrane having low purity of carbon dioxide gas into a third separation gas which is not transmitted and a fourth separation gas containing a gas which has been transmitted through the second separation membrane. .

上記特徴の本発明に係るガス回収方法は、更に、
前記第1工程で、前記第1分離膜に透過させる前記第1被処理ガスに前記第4分離ガスの少なくとも一部を混合する、或いは、前記第2工程で、前記第2分離膜に透過させる前記第2分離ガスに前記第4分離ガスの少なくとも一部を混合することが好ましい。
The gas recovery method according to the present invention having the above characteristics further includes:
In the first step, at least part of the fourth separation gas is mixed with the first gas to be processed that is allowed to pass through the first separation membrane, or is allowed to pass through the second separation membrane in the second step. Preferably, at least a portion of the fourth separated gas is mixed with the second separated gas.

上記特徴の本発明に係るガス回収方法は、更に、前記不活性ガスがヘリウムガスであることが好ましい。   In the gas recovery method according to the present invention having the above characteristics, it is preferable that the inert gas is helium gas.

上記目的を達成するため、本発明に係る半導体洗浄システムは、
半導体装置の洗浄工程において洗浄ガスとして使用された後の不活性ガスと二酸化炭素ガスを含む排出ガスから少なくとも前記不活性ガスを分離して回収する上記特徴の本発明に係るガス回収装置と、前記ガス回収装置によって回収された前記不活性ガスに、二酸化炭素ガスを所定の混合比率で混合する混合部と、を備え、
前記混合部で混合されたガスが、前記洗浄ガスとして半導体洗浄装置に供給されてもよい。
In order to achieve the above object, a semiconductor cleaning system according to the present invention includes:
A gas recovery apparatus according to the present invention of the above-mentioned feature for separating and recovering at least the inert gas from the exhaust gas containing the inert gas and carbon dioxide gas after being used as the cleaning gas in the cleaning step of the semiconductor device; A mixing unit that mixes carbon dioxide gas at a predetermined mixing ratio with the inert gas recovered by the gas recovery device,
The gas mixed in the mixing unit may be supplied to the semiconductor cleaning apparatus as the cleaning gas.

上記特徴の本発明に係る半導体洗浄システムは、更に、
前記ガス回収装置が、前記排出ガスから前記二酸化炭素ガスを分離して回収するものであり、
前記混合部が前記ガス回収装置によって回収された前記不活性ガスに混合する前記二酸化炭素ガスに、前記ガス回収装置によって回収された前記二酸化炭素ガスの少なくとも一部が含まれていてもよい。
The semiconductor cleaning system according to the present invention having the above characteristics further includes:
The gas recovery apparatus separates and recovers the carbon dioxide gas from the exhaust gas,
The carbon dioxide gas mixed with the inert gas recovered by the gas recovery apparatus may include at least a part of the carbon dioxide gas recovered by the gas recovery apparatus.

本発明のガス回収装置及びガス回収方法に依れば、半導体装置の洗浄工程において排出される二酸化炭素と不活性ガスの混合ガスを再利用するに際し、第1分離膜を用いて排出ガス中の二酸化炭素を取り除くことで、純度の高い不活性ガスが得られる。第1分離膜は、二酸化炭素と選択的に反応するキャリアが添加された促進輸送膜が好ましい。   According to the gas recovery apparatus and the gas recovery method of the present invention, when the mixed gas of carbon dioxide and inert gas discharged in the cleaning process of the semiconductor device is reused, the first separation membrane is used to By removing carbon dioxide, an inert gas with high purity can be obtained. The first separation membrane is preferably a facilitated transport membrane to which a carrier that selectively reacts with carbon dioxide is added.

上記の膜透過によるガス回収装置は、高純度な分離ガスを得ようとするほど大きな膜面積が必要となるものの、それでも従来の圧縮・冷却による回収装置と比べると省エネルギーである。   Although the above-mentioned gas recovery device by membrane permeation requires a large membrane area so as to obtain a high-purity separation gas, it is still energy saving as compared with a conventional recovery device by compression / cooling.

一方で、促進輸送膜を利用する場合、高い透過速度を得るには水分の存在が不可欠であるため、排出ガスに水蒸気ガスを混合したガスを促進輸送膜に透過させることで、高温環境においても高選択性能で二酸化炭素ガスを透過させることができる。この結果、分離ガスに水蒸気ガスが混じることになるが、水蒸気ガスは冷却、或いは他の選択透過膜を用いて容易に除去される。   On the other hand, when using a facilitated transport film, the presence of water is essential to obtain a high permeation rate, so that the gas obtained by mixing the water vapor gas with the exhaust gas is allowed to pass through the facilitated transport film, even in a high temperature environment. Carbon dioxide gas can be permeated with high selective performance. As a result, the separation gas is mixed with the steam gas, but the steam gas is easily removed by cooling or using another selective permeation membrane.

本発明の第1実施形態に係るガス回収装置の要部構成を示す模式図The schematic diagram which shows the principal part structure of the gas recovery apparatus which concerns on 1st Embodiment of this invention. 本発明の第2実施形態に係るガス回収装置の要部構成を示す模式図The schematic diagram which shows the principal part structure of the gas recovery apparatus which concerns on 2nd Embodiment of this invention. 本発明の第3実施形態に係るガス回収装置の要部構成を示す模式図The schematic diagram which shows the principal part structure of the gas recovery apparatus which concerns on 3rd Embodiment of this invention. 本発明の第4実施形態に係るガス回収装置の要部構成を示す模式図The schematic diagram which shows the principal part structure of the gas recovery apparatus which concerns on 4th Embodiment of this invention. 本発明の第5実施形態に係るガス回収装置の要部構成を示す模式図The schematic diagram which shows the principal part structure of the gas recovery apparatus which concerns on 5th Embodiment of this invention. 本発明の第6実施形態に係るガス回収装置の要部構成を示す模式図The schematic diagram which shows the principal part structure of the gas recovery apparatus which concerns on 6th Embodiment of this invention. 本発明の第7実施形態に係るガス回収装置の要部構成を示す模式図The schematic diagram which shows the principal part structure of the gas recovery apparatus which concerns on 7th Embodiment of this invention. 促進輸送膜のヘリウムガスに対するCO選択性能を評価した結果を示す表Table showing the results of evaluating the CO 2 selective performance of the facilitated transport film for helium gas 促進輸送膜のヘリウムガスに対するCO選択性能を評価した結果を示す表Table showing the results of evaluating the CO 2 selective performance of the facilitated transport film for helium gas 高純度ヘリウムガスの回収に必要な促進輸送膜の膜面積を評価した結果を示す表A table showing the results of evaluating the area of the facilitated transport film required for recovery of high purity helium gas 本発明の一実施形態に係る半導体洗浄システムの要部を模式的に示す構成ブロック図The block diagram which shows typically the principal part of the semiconductor cleaning system which concerns on one Embodiment of this invention.

以下、本発明の実施の形態につき、詳細に説明する。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail.

図1に、本発明の第1実施形態に係るガス回収装置1の要部構成を模式的に示す。なお、図1の矢印は、ガスが流れる流路及び向きを簡略化して示したものであり、図1内に示される化学式は、概念的に図面内の矢印の向きに流れるガスに含まれる主たる成分を表している。またガス流路において必要となる3方弁や混合弁の記載は割愛している。以降で説明するガス回収装置の各要部構成図についても同様とする。また、各要部構成図において、同一の構成要素については、同一の符号を付すこととし、その説明を省略することがある。   The principal part structure of the gas recovery apparatus 1 which concerns on FIG. 1 at 1st Embodiment of this invention is shown typically. The arrows in FIG. 1 simply show the flow path and direction in which the gas flows, and the chemical formulas shown in FIG. 1 conceptually indicate the main components included in the gas flowing in the direction of the arrows in the drawing. Represents ingredients. Also, the description of the three-way valve and the mixing valve that are necessary in the gas flow path is omitted. The same applies to the configuration of the relevant parts of the gas recovery system described below. Moreover, in each principal part block diagram, the same code | symbol shall be attached | subjected about the same component and the description may be abbreviate | omitted.

ガス回収装置1は、第1処理室11、第2処理室12が設けられた第1分離部13を備える。第1分離部13の第1処理室11及び第2処理室12は、第1分離膜14によって隔てられている。ガス流路15を介して、少なくとも不活性ガスと二酸化炭素を含む第1被処理ガスの流れが、第1処理室11に供給される。第1分離膜14は、当該第1被処理ガスに含まれる二酸化炭素ガスを、不活性ガスの透過率よりも高い透過率で、選択的に第2処理室12側へ透過させる機能を有している。これにより、第1処理室11内のガスの二酸化炭素の純度は低下し、不活性ガスの純度は上昇する。一方、第2処理室12内のガスの二酸化炭素の純度は上昇する。   The gas recovery apparatus 1 includes a first separation unit 13 provided with a first processing chamber 11 and a second processing chamber 12. The first processing chamber 11 and the second processing chamber 12 of the first separation unit 13 are separated by a first separation film 14. A flow of a first process gas containing at least an inert gas and carbon dioxide is supplied to the first processing chamber 11 via the gas flow path 15. The first separation film 14 has a function of selectively permeating carbon dioxide gas contained in the first process gas to the second processing chamber 12 with a permeability higher than that of the inert gas. ing. Thereby, the purity of the carbon dioxide of the gas in the 1st processing chamber 11 falls, and the purity of an inert gas rises. On the other hand, the purity of carbon dioxide in the gas in the second processing chamber 12 increases.

ここで、ガスの純度とは、当該ガス成分の全ガスに対するモル濃度の比(つまり、全圧に対する当該ガス成分の分圧の比に等しい)を指すものとする。これは以降の説明においても同じとする。   Here, the purity of a gas refers to the ratio of the molar concentration of the gas component to the total gas (that is, the ratio of the partial pressure of the gas component to the total pressure). This is the same in the following description.

第1分離膜14は、促進輸送膜で構成されることが好ましい。促進輸送膜は、特定のガス分子(ここでは、二酸化炭素)と選択的に反応するキャリアを例えばゲル膜中に添加して形成された膜である。当該促進輸送膜の具体的な構成については、後述する。   The first separation membrane 14 is preferably composed of a facilitated transport membrane. The facilitated transport film is a film formed by, for example, adding a carrier that selectively reacts with a specific gas molecule (here, carbon dioxide) in a gel film. The specific configuration of the facilitated transport film will be described later.

上記のCO促進輸送膜では、COは溶解・拡散機構による物理透過に加えて、キャリアとの反応生成物としても透過するため透過速度が促進される。一方、キャリアと反応しないN、H等のガスは主として物理透過によって透過するため、これらのガスに対するCOの分離係数は極めて大きい。Ar、Heのような不活性ガスについても同様であり、キャリアと反応しないため、COと比較した透過性は極めて小さい。更に、COとキャリアの反応時に発生するエネルギーはキャリアがCO放出するためのエネルギーに利用されるため、外部からエネルギーを供給する必要がなく、本質的に省エネルギープロセスとなる。In the above CO 2 facilitated transport membrane, CO 2 permeates as a reaction product with the carrier in addition to physical permeation by the dissolution / diffusion mechanism, so that the permeation rate is promoted. On the other hand, gases such as N 2 and H 2 that do not react with the carrier permeate mainly by physical permeation, and therefore the separation coefficient of CO 2 for these gases is extremely large. The same applies to an inert gas such as Ar or He, and since it does not react with the carrier, the permeability compared with CO 2 is extremely small. Furthermore, since the energy generated when the CO 2 reacts with the carrier is used for the energy for the carrier to release CO 2 , there is no need to supply energy from the outside, which is an energy saving process in nature.

ここで「キャリア」とは、その物質が膜内に含有されることで、ある特定のガスの透過速度を速くする効果を有する物質である。   Here, the “carrier” is a substance having an effect of increasing the permeation rate of a specific gas by containing the substance in the membrane.

CO促進輸送膜は、省エネルギー効果が高いだけではなく、非常にコンパクトであり、量産化ができれば、現状の化学吸収法や更に高価なPSA法に比べ、はるかに低コストなCO分離・回収プロセスが構成できるため、前述の脱炭酸プロセスの他、発電排ガス、製鉄排ガス、セメント排ガス等からのCO回収、更に、CTL(Coal to Liquids: 石炭からの液体燃料製造)分野のような次世代型のエネルギープロセスや、既存の脱炭酸分野が適用できなかった小規模な化学プラントや設備にも適用でき、容易にCOを分離・回収できるようになるので、低炭素社会に大いに貢献できると期待されている。The CO 2 -promoting transport film is not only highly energy-saving, but also very compact, and if mass production is possible, CO 2 separation and recovery will be much cheaper than current chemical absorption methods and more expensive PSA methods. since the process can be constructed, other decarboxylation process described above, the power generation gas, steel gas, CO 2 recovered from a cement exhaust gas or the like, further, CTL: the next generation such as the field (coal-to liquids liquid fuel production from coal) Can be applied to small-scale energy plants and small-scale chemical plants and equipments to which existing decarbonation fields can not be applied, and it is possible to easily separate and recover CO 2, thereby contributing significantly to a low carbon society Expected.

第1分離膜14によって、不活性ガスと二酸化炭素ガスを含む第1被処理ガスは、第1被処理ガスより不活性ガスの純度が高く二酸化炭素ガスの純度が低い第1処理室11内の第1分離ガスと、第1被処理ガスよりも二酸化炭素ガスの純度が高く不活性ガスの純度が低い第2処理室12内の第2分離ガスに分離される。第1分離ガスは不活性ガスとして、第2分離ガスは二酸化炭素ガスとしての再利用が可能である。第1分離ガスはガス流路17を介して、第2分離ガスはガス流路18を介して、夫々回収される。   Due to the first separation film 14, the first gas to be treated containing the inert gas and the carbon dioxide gas has a higher purity of the inert gas than the first gas to be treated, and a low purity of the carbon dioxide gas in the first treatment chamber 11. The first separated gas is separated into the second separated gas in the second processing chamber 12 in which the purity of carbon dioxide gas is higher than that of the first process gas and the purity of inert gas is lower. The first separation gas can be reused as an inert gas, and the second separation gas as a carbon dioxide gas. The first separation gas is recovered via the gas flow path 17 and the second separation gas is recovered via the gas flow path 18.

ところで、第1分離膜14中に水分が無い場合には二酸化炭素の透過速度は一般に非常に小さいため、高い透過速度を得るには膜内の水分が不可欠である。第1分離膜14内に水分を維持する1つの方法として、ゲル層を保水性の高いハイドロゲルで構成することが挙げられる。これにより、分離機能層内の水分が少なくなる高温下においても、可能な限り膜内に水分を保持することが可能となり、例えば100℃以上の高温において高い選択透過性能を実現できる。   By the way, since the permeation rate of carbon dioxide is generally very small when there is no moisture in the first separation membrane 14, the moisture in the membrane is indispensable to obtain a high permeation rate. One way to maintain the water content in the first separation membrane 14 is to make the gel layer of a highly water-retaining hydrogel. As a result, even under high temperature where water content in the separation function layer decreases, it is possible to retain water in the film as much as possible, and high selective permeation performance can be realized at high temperature of 100 ° C. or higher, for example.

別の方法として、第1被処理ガスに水蒸気ガス(スチーム)を混合したガスを被処理ガスとし、第1処理室11に導入するとよい。水蒸気添加部19から供給される水蒸気ガスが第1被処理ガスと混合され、ガス流路15を介し、混合ガスが第1分離部13の第1処理室11に供給される。水蒸気分離部20aが、第1分離膜14を介して第2処理室12に透過した第2分離ガスから水蒸気ガスを除去し、二酸化炭素ガスが分離される。一方、水蒸気分離部20bが、第1分離ガスから水蒸気ガスを除去し、高純度の不活性ガスを得る。除去された水蒸気ガスを回収し、第1被処理ガスに混合して再利用することも可能である。   As another method, a gas obtained by mixing a steam gas (steam) with the first gas to be treated may be used as the gas to be treated and introduced into the first processing chamber 11. The water vapor gas supplied from the water vapor addition unit 19 is mixed with the first process gas, and the mixed gas is supplied to the first processing chamber 11 of the first separation unit 13 via the gas flow path 15. The water vapor separation unit 20a removes the water vapor gas from the second separated gas that has permeated into the second processing chamber 12 via the first separation membrane 14, and the carbon dioxide gas is separated. On the other hand, the water vapor separation unit 20b removes the water vapor gas from the first separation gas to obtain a high purity inert gas. It is also possible to recover the removed steam gas, mix it with the first treated gas, and reuse it.

水蒸気分離部20a、20bは、凝縮器を用いるものや、水蒸気透過膜を用いる公知の構成が利用可能である。水蒸気透過膜を用いる場合、水蒸気ガスは冷却された液体状態の水ではなく、気体状態で(潜熱を有した状態で)回収されるため、除去された水蒸気ガスをそのまま水蒸気添加部19に供給し、水蒸気添加部19を介して、第1被処理ガスに水蒸気ガスを導入することができる。   The water vapor separation units 20a and 20b may be those using a condenser or a known configuration using a water vapor permeable membrane. When the water vapor permeable membrane is used, the water vapor gas is not collected in the cooled liquid state, but is collected in the gas state (in the state of having latent heat), so the removed water vapor gas is supplied to the water vapor addition portion 19 as it is. The water vapor gas can be introduced into the first gas to be processed through the water vapor addition unit 19.

水蒸気ガスを混合した第1被処理ガスの相対湿度は、好ましくは30%〜100%、より好ましくは40%〜100%である。   The relative humidity of the first process gas mixed with the steam gas is preferably 30% to 100%, more preferably 40% to 100%.

水蒸気ガスを混合した第1被処理ガスは、昇圧しても良く、昇温しても良い。昇圧することで透過の推進力である二酸化炭素ガスの分圧差を増加し、二酸化炭素の透過量を増加させることができる。また、昇圧によりスチームの分圧が増加することで、昇温により低下する相対湿度を増加させる効果もある。昇圧する場合、昇圧に要するエネルギーを考慮すると、好ましくは200kPa(A)〜1000kPa(A)、より好ましくは400kPa(A)〜1000kPa(A)である。温度は室温程度の温度であっても良いが、二酸化炭素の透過性能は、温度とともに上昇する傾向があるため、60℃〜160℃が好ましく、80℃〜120℃がより好ましい。   The first gas to be treated mixed with the water vapor gas may be increased in pressure or increased in temperature. By increasing the pressure, the partial pressure difference of carbon dioxide gas, which is the driving force of permeation, can be increased, and the permeation amount of carbon dioxide can be increased. In addition, the steam partial pressure increases due to the pressure increase, which also has the effect of increasing the relative humidity that decreases as the temperature rises. In the case of boosting, in consideration of the energy required for boosting, it is preferably 200 kPa (A) to 1000 kPa (A), more preferably 400 kPa (A) to 1000 kPa (A). The temperature may be around room temperature, but the permeability of carbon dioxide tends to increase with temperature, so 60 ° C. to 160 ° C. is preferable, and 80 ° C. to 120 ° C. is more preferable.

第2処理室12内は、透過側の二酸化炭素の分圧を低下させ、選択透過の推進力たる分圧差を得るために、スイープガスを流すことが好ましい。スイープガスは、ガス流路16より供給される。スイープガスは、水蒸気ガスを含むことが好ましい。当該水蒸気ガスは、水蒸気添加部19より供給される。スイープガスとして水蒸気ガスを供給することによって、供給側(第1処理室11)と透過側(第2処理室12)との間の水蒸気ガスの分圧差を小さくし、第1被処理ガス中の水蒸気ガスの透過量を減少させることで、第1被処理ガスの相対湿度の低下を抑制することができる。また、COの回収率が高いほど、透過側での水蒸気ガスの割合が小さくなるため第2処理室12内ガス(第2分離ガス)の相対湿度は低くなるが、スイープガスに含まれる水蒸気ガスの流量を増加させることで、相対湿度の低下を抑制できる。ただし、水蒸気ガスをスイープガスとして用いる場合は、透過側の圧力は使用する温度での飽和水蒸気圧以下になるように制御する必要が生じる。つまり、100℃未満の温度条件で水蒸気ガスのみをスイープガスとして用いる場合、透過側は減圧されている必要がある。In the second processing chamber 12, it is preferable to flow a sweep gas in order to lower the partial pressure of carbon dioxide on the permeation side and obtain a partial pressure difference which is a driving force for selective permeation. The sweep gas is supplied from the gas flow path 16. The sweep gas preferably contains water vapor gas. The water vapor gas is supplied from the water vapor addition unit 19. By supplying water vapor gas as the sweep gas, the partial pressure difference of the water vapor gas between the supply side (first processing chamber 11) and the permeation side (second processing chamber 12) is reduced, By reducing the permeation amount of the water vapor gas, it is possible to suppress the decrease in the relative humidity of the first process gas. In addition, the higher the CO 2 recovery rate, the lower the relative humidity of the gas in the second processing chamber 12 (second separation gas) because the ratio of the water vapor gas on the permeate side becomes lower, but the water vapor contained in the sweep gas. A decrease in relative humidity can be suppressed by increasing the flow rate of the gas. However, when water vapor gas is used as the sweep gas, it is necessary to control the pressure on the permeate side to be equal to or lower than the saturated water vapor pressure at the temperature to be used. That is, when only water vapor gas is used as a sweep gas under a temperature condition of less than 100 ° C., the permeation side needs to be depressurized.

ガス回収装置1を、半導体装置の製造工程において洗浄ガスとして使用された後に排出される排出ガスの再利用に用いる場合、当該排出ガスは、ヘリウムガスと二酸化炭素ガスを主成分とする混合ガスとなる。洗浄で生じたパーティクル等の油分や水分は、予め除去しておく。一般的に排出ガスは高々数ppm程度のN,O、及びCHガスを含み、その残りはヘリウム及び二酸化炭素ガスである。When the gas recovery apparatus 1 is used for reusing exhaust gas that is exhausted after being used as cleaning gas in a semiconductor device manufacturing process, the exhaust gas includes a mixed gas mainly composed of helium gas and carbon dioxide gas. Become. Oil and moisture such as particles generated by washing are removed in advance. In general, the exhaust gas contains at most several ppm of N 2 , O 2 and CH 4 gases, the rest being helium and carbon dioxide gases.

排出ガスを含む第1被処理ガスを第1処理室11に供給し、第1分離膜14を介して、第1被処理ガス中の二酸化炭素ガスを、ヘリウムガスよりも高い透過率で透過させることで、第1処理室11には第1被処理ガスよりも不活性ガスの純度が高く二酸化炭素純度の低い第1分離膜14を未透過のガス(第1分離ガス)が残り、第2処理室12内には二酸化炭素ガスを含むがヘリウムガスを殆ど含まない第1分離膜14を透過したガス(第2分離ガス)が得られる。第1分離ガスは純度の高いヘリウムガスとして、第2分離ガスは、スイープガス成分を取り除くことで、純度の高い二酸化炭素ガスとして利用が可能となる。   A first gas to be treated containing exhaust gas is supplied to the first treatment chamber 11, and carbon dioxide gas in the first gas to be treated is permeated through the first separation membrane 14 at a higher permeability than helium gas. As a result, in the first processing chamber 11, an unpermeated gas (first separation gas) remains through the first separation membrane 14 in which the purity of the inert gas is higher than that of the first gas to be processed and the purity of the carbon dioxide is lower. A gas (second separation gas) that passes through the first separation membrane 14 containing carbon dioxide gas but hardly containing helium gas is obtained in the processing chamber 12. The first separation gas can be used as high purity helium gas, and the second separation gas can be used as high purity carbon dioxide gas by removing the sweep gas component.

第1分離膜14の性能及び膜面積によっては、第1分離ガスであるヘリウムガスの純度が必ずしも工業用途に再利用できるほど高くない場合もあり得るが、第1分離ガス中のヘリウムガス以外の残りのガスは殆ど二酸化炭素ガスであり、その濃度も予測できる。したがって、第1分離ガスに二酸化炭素ガスを適度に混合することで、不活性ガスと二酸化炭素ガスの濃度比が洗浄ガスとしての利用に適した所定の割合になるようにして、半導体装置の製造工程で用いるための不活性ガスと二酸化炭素の混合ガスを生成することも容易である。   Depending on the performance of the first separation membrane 14 and the membrane area, the purity of the helium gas which is the first separation gas may not necessarily be high enough to be reutilizable for industrial use, but it is possible to use other than helium gas in the first separation gas. The remaining gas is almost carbon dioxide gas, and its concentration can be predicted. Therefore, by appropriately mixing the carbon dioxide gas with the first separated gas, the concentration ratio of the inert gas and the carbon dioxide gas is made to be a predetermined ratio suitable for use as the cleaning gas, thereby manufacturing the semiconductor device. It is also easy to generate a mixed gas of inert gas and carbon dioxide for use in the process.

なお、第1分離ガスの少なくとも一部を第1被処理ガスに混合することにより、より高純度の不活性ガスを第1処理室11内に得ることができる。   Note that an inert gas of higher purity can be obtained in the first processing chamber 11 by mixing at least a part of the first separation gas with the first process gas.

図2に、本発明の第2実施形態に係るガス回収装置2の要部構成を模式的に示す。図2に示す構成のガス回収装置2は、図1に示したガス回収装置1において、水蒸気添加部19より供給される水蒸気ガスと第2分離ガスの少なくとも一部とを混合した第1被処理ガスを、第1処理室11に供給する構成としたものである。これにより、第1分離膜14を意図せずに透過した第2分離ガス中の不活性ガスを第1被処理ガスに戻すようにして、不活性ガスの回収率を向上させることができる。   In FIG. 2, the principal part structure of the gas recovery system 2 which concerns on 2nd Embodiment of this invention is shown typically. The gas recovery apparatus 2 having the configuration shown in FIG. 2 is a first processing target in which the water vapor gas supplied from the water vapor addition unit 19 and at least a part of the second separation gas are mixed in the gas recovery apparatus 1 shown in FIG. Gas is supplied to the first processing chamber 11. Thus, the inert gas recovery rate of the inert gas in the second separated gas that has been unintentionally permeated through the first separation membrane 14 can be returned to the first gas to be treated, thereby improving the inert gas recovery rate.

図3に、本発明の第3実施形態に係るガス回収装置3の要部構成を模式的に示す。図3に示す構成のガス回収装置3は、第1処理室11と第2処理室12を備えた第1分離部13に加えて、第3処理室21と第4処理室22を備えた第2分離部23を備えてなり、第1分離部13により得られた第2分離ガスが、ガス流路18を介して、さらに第3処理室21に供給されるように構成されている。第2分離部23の第3処理室21及び第4処理室22は、第2分離膜24によって隔てられている。   The principal part structure of the gas recovery system 3 which concerns on FIG. 3 concerning 3rd Embodiment of this invention is shown typically. The gas recovery apparatus 3 configured as shown in FIG. 3 has a third processing chamber 21 and a fourth processing chamber 22 in addition to the first separation unit 13 including the first processing chamber 11 and the second processing chamber 12. A second separation unit 23 is provided, and the second separation gas obtained by the first separation unit 13 is configured to be further supplied to the third processing chamber 21 via the gas flow path 18. The third processing chamber 21 and the fourth processing chamber 22 of the second separation unit 23 are separated by a second separation film 24.

第2分離膜24は、第1分離膜14と同様の機能を有しており、第3処理室21に供給される第2分離ガスに含まれる二酸化炭素ガスを、不活性ガスの透過率よりも高い透過率で、選択的に第4処理室22側へ透過させる。これにより、第3処理室21内のガスの二酸化炭素の純度は低下し、不活性ガスの純度は上昇する。一方、第4処理室22内のガスの二酸化炭素の純度は上昇する。第2分離膜24は、促進輸送膜で構成されることが好ましい。この場合において、第2分離膜24は、第1分離膜14と同様の材料又は膜構造で構成されていてもよいし、されていなくてもよい。   The second separation membrane 24 has the same function as that of the first separation membrane 14, and the carbon dioxide gas contained in the second separation gas supplied to the third processing chamber 21 has a permeability of inert gas Also, the light is selectively transmitted to the fourth processing chamber 22 side with high transmittance. Thereby, the purity of the carbon dioxide of the gas in the 3rd processing chamber 21 falls, and the purity of an inert gas rises. On the other hand, the purity of carbon dioxide in the gas in the fourth processing chamber 22 increases. The second separation membrane 24 is preferably composed of a facilitated transport membrane. In this case, the second separation film 24 may or may not be made of the same material or film structure as the first separation film 14.

第2分離部23の第3処理室21には、第2分離ガスが供給される。これにより、第2分離ガスは、第2分離ガスより不活性ガスの純度が高く二酸化炭素ガスの純度が低い第3処理室21内のガス(第3分離ガス)と、第4処理室22内のガス(第4分離ガス)に分離される。第3分離ガスは不活性ガスとして再利用が可能であり、第1分離ガスと併せて不活性ガスの回収率を向上できる。第3分離ガスはガス流路26を介して水蒸気分離部20cに送られ、第3分離ガスから水蒸気ガスを除去し、高純度の不活性ガスを得る。一方、第4分離ガスは、二酸化炭素ガスを多く含むがヘリウムガスを殆ど含まないガスであり、スイープガス成分を取り除くことで、高純度の二酸化炭素ガスとして利用が可能である。第4分離ガスはガス流路27を介して水蒸気分離部20aに送られ、第4分離ガスから水蒸気ガスを除去し、高純度の二酸化炭素ガスを得る。水蒸気分離部20a、20b、20cで除去された水蒸気ガスを回収し、第1被処理ガスに混合して再利用することも可能である。   The second separation gas is supplied to the third processing chamber 21 of the second separation unit 23. Thereby, the second separation gas has a higher purity of inert gas than the second separation gas and a lower purity of carbon dioxide gas (third separation gas) in the third processing chamber 21 and in the fourth processing chamber 22. Is separated into the fourth gas (the fourth separated gas). The third separation gas can be reused as an inert gas, and the recovery rate of the inert gas can be improved together with the first separation gas. The third separated gas is sent to the water vapor separation unit 20c via the gas flow path 26, and the water vapor gas is removed from the third separated gas to obtain an inert gas of high purity. On the other hand, the fourth separated gas is a gas which contains a large amount of carbon dioxide gas but hardly contains a helium gas, and can be used as a high purity carbon dioxide gas by removing the sweep gas component. The fourth separated gas is sent to the water vapor separation unit 20a via the gas flow path 27, and the water vapor gas is removed from the fourth separated gas to obtain high purity carbon dioxide gas. It is also possible to collect the water vapor gas removed by the water vapor separation units 20a, 20b, and 20c, mix it with the first gas to be processed, and reuse it.

ガス回収装置1と同様、第2処理室12にはガス流路16を介してスイープガスが供給されている。さらに、ガス流路25を介して、第4処理室22にスイープガスを流すことができる。スイープガスとしては、水蒸気ガスが好ましい。   Similar to the gas recovery apparatus 1, the sweep gas is supplied to the second processing chamber 12 via the gas flow path 16. Further, the sweep gas can be flowed to the fourth processing chamber 22 through the gas flow channel 25. As the sweep gas, water vapor gas is preferable.

第2分離ガスは、第1分離膜14を透過した二酸化炭素を主成分とし、第1分離膜14を透過した不活性ガスを含むガスである。第2分離ガスを第3処理室21の第2分離膜24に通すことによって、第2分離ガス中の殆どの二酸化炭素は第2分離膜24を透過する一方、不活性ガスは透過せずに残る。したがって、第3分離ガスは、第1分離部13で分離できなかった不活性ガスを主成分とし、二酸化炭素を僅かに含むガスとなる。第3分離ガスに二酸化炭素ガスを適度に混合することで、不活性ガスと二酸化炭素ガスの濃度比が洗浄ガスとしての利用に適した所定の割合になるようにして、半導体装置の製造工程で用いるための不活性ガスと二酸化炭素の混合ガスを生成することも容易である。なお、第3分離ガスの少なくとも一部を第1被処理ガスに混合することで、より高純度の不活性ガスを第1処理室11内に得ることができる。   The second separation gas is a gas containing carbon dioxide that has permeated through the first separation membrane 14 as a main component and an inert gas that has permeated through the first separation membrane 14. By passing the second separation gas through the second separation membrane 24 of the third processing chamber 21, most of the carbon dioxide in the second separation gas permeates through the second separation membrane 24, while the inert gas does not permeate. Remain. Therefore, the third separated gas is a gas mainly composed of the inert gas that could not be separated in the first separation unit 13 and slightly containing carbon dioxide. By appropriately mixing the carbon dioxide gas with the third separation gas, the concentration ratio of the inert gas and the carbon dioxide gas is made to be a predetermined ratio suitable for use as the cleaning gas, and the manufacturing process of the semiconductor device is performed. It is also easy to generate a mixed gas of an inert gas and carbon dioxide for use. Note that an inert gas with higher purity can be obtained in the first processing chamber 11 by mixing at least a part of the third separation gas with the first process gas.

図4に、本発明の第4実施形態に係るガス回収装置4の要部構成を模式的に示す。図4に示す構成のガス回収装置4は、図3に示したガス回収装置3において、第4分離ガスの少なくとも一部を混合した第1被処理ガスを第1処理室11に供給する構成としたものである。これにより、第1分離膜14及び第2分離膜24を透過した第4分離ガス中の不活性ガスを第1被処理ガスに戻し、不活性ガスの回収率を向上させることができる。第2処理室12及び第4処理室22に流すスイープガスは、水蒸気ガスが好ましい。   In FIG. 4, the principal part structure of the gas collection | recovery apparatus 4 which concerns on 4th Embodiment of this invention is shown typically. The gas recovery apparatus 4 having the configuration shown in FIG. 4 has a configuration in which the first process gas in which at least a part of the fourth separated gas is mixed is supplied to the first processing chamber 11 in the gas recovery apparatus 3 shown in FIG. It is a thing. As a result, the inert gas in the fourth separation gas that has permeated through the first separation membrane 14 and the second separation membrane 24 can be returned to the first gas to be processed, and the recovery rate of the inert gas can be improved. The sweep gas flowing to the second processing chamber 12 and the fourth processing chamber 22 is preferably a steam gas.

なお、第4分離ガスの少なくとも一部を第1被処理ガスに混合する代わりに、第4分離ガスの少なくとも一部を第2分離ガスに混合して第2分離部23の第3処理室21に供給する構成としてもよい。   Note that, instead of mixing at least a part of the fourth separated gas with the first process gas, at least a part of the fourth separated gas is mixed with the second separated gas to form the third processing chamber 21 of the second separation unit 23. It is good also as a structure supplied to.

図5に、本発明の第5実施形態に係るガス回収装置5の要部構成を模式的に示す。図5に示す構成のガス回収装置5は、第1処理室11と第2処理室12を備えた第1分離部13に加えて、第5処理室61と第6処理室62を備えた第3分離部63を備えてなり、第1分離部13により得られた第1分離ガスが、ガス流路17を介して、さらに第5処理室61に供給されるように構成されている。第3分離部63の第5処理室61及び第6処理室62は、第3分離膜64によって隔てられている。   The principal part structure of the gas recovery apparatus 5 which concerns on FIG. 5 at 5th Embodiment of this invention is shown typically. The gas recovery apparatus 5 having the configuration shown in FIG. 5 has a fifth processing chamber 61 and a sixth processing chamber 62 in addition to the first separation unit 13 having the first processing chamber 11 and the second processing chamber 12. The third separation unit 63 is provided, and the first separation gas obtained by the first separation unit 13 is configured to be further supplied to the fifth processing chamber 61 via the gas flow path 17. The fifth processing chamber 61 and the sixth processing chamber 62 of the third separation unit 63 are separated by a third separation film 64.

第3分離膜64は、第1分離膜14と同様の機能を有しており、第5処理室61に供給される第1分離ガスに含まれる二酸化炭素ガスを、不活性ガスの透過率よりも高い透過率で、選択的に第6処理室62側へ透過させる。これにより、第5処理室61内のガスの二酸化炭素の純度は低下し、不活性ガスの純度は上昇する。一方、第6処理室62内のガスの二酸化炭素の純度は上昇する。第3分離膜64は、促進輸送膜で構成されることが好ましい。この場合において、第3分離膜64は、第1分離膜14と同様の材料又は膜構造で構成されていてもよいし、されていなくてもよい。   The third separation film 64 has the same function as that of the first separation film 14, and the carbon dioxide gas contained in the first separation gas supplied to the fifth processing chamber 61 is determined by the permeability of the inert gas. Also, the light is selectively transmitted to the sixth processing chamber 62 side with high transmittance. As a result, the purity of carbon dioxide in the gas in the fifth processing chamber 61 is reduced, and the purity of the inert gas is increased. On the other hand, the purity of carbon dioxide in the gas in the sixth processing chamber 62 increases. The third separation membrane 64 is preferably composed of a facilitated transport membrane. In this case, the third separation membrane 64 may or may not be made of the same material or membrane structure as the first separation membrane 14.

第3分離部63の第5処理室61には、第1分離ガスが供給される。これにより、第1分離ガスは、第1分離ガスより不活性ガスの純度が高く二酸化炭素ガスの純度が低い第5処理室61内のガス(第5分離ガス)と、第6処理室62内のガス(第6分離ガス)に分離される。第5分離ガスはガス流路66を介して水蒸気分離部20bに送られ、第5分離ガスから水蒸気ガスを除去し、極めて高純度の不活性ガスを得る。一方、第2分離ガス及び第6分離ガスのそれぞれは、スイープガス成分を取り除くことで、二酸化炭素ガスとして利用が可能である。第2分離ガスはガス流路18を介して水蒸気分離部20aに送られ、第2分離ガスから水蒸気ガスを除去し、二酸化炭素ガスを得る。第6分離ガスはガス流路67を介して水蒸気分離部20dに送られ、第6分離ガスから水蒸気ガスを除去し、二酸化炭素ガスを得る。水蒸気分離部20a、20b、20dで除去された水蒸気ガスを回収し、第1被処理ガスに混合して再利用することも可能である。   The first separation gas is supplied to the fifth processing chamber 61 of the third separation unit 63. As a result, the first separation gas has a higher inert gas purity than the first separation gas and a low carbon dioxide gas purity in the fifth processing chamber 61 and the sixth processing chamber 62. Is separated into the first gas (sixth separated gas). The fifth separated gas is sent to the water vapor separation unit 20b via the gas flow path 66, and the water vapor gas is removed from the fifth separated gas to obtain an inert gas of extremely high purity. On the other hand, each of the second separation gas and the sixth separation gas can be used as a carbon dioxide gas by removing the sweep gas component. The second separation gas is sent to the water vapor separation unit 20a via the gas flow path 18, and the water vapor gas is removed from the second separation gas to obtain carbon dioxide gas. The sixth separation gas is sent to the water vapor separation unit 20d through the gas flow channel 67, and the water vapor gas is removed from the sixth separation gas to obtain carbon dioxide gas. It is also possible to collect the water vapor gas removed by the water vapor separators 20a, 20b, and 20d, mix it with the first gas to be processed, and reuse it.

ガス回収装置1と同様、第2処理室12にはガス流路16を介してスイープガスが供給されている。さらに、ガス流路65を介して、第6処理室62にスイープガスを流すことができる。スイープガスとしては、水蒸気ガスが好ましい。   Similar to the gas recovery apparatus 1, the sweep gas is supplied to the second processing chamber 12 via the gas flow path 16. Furthermore, the sweep gas can be flowed to the sixth processing chamber 62 through the gas flow channel 65. As the sweep gas, water vapor gas is preferable.

なお、図5に示すガス回収装置5において、第2分離ガスの少なくとも一部を第6処理室62に供給してもよい。ただし、図5に示すガス回収装置5のように、第2分離ガスを水蒸気分離部20aに送って二酸化炭素ガスを得る構成にすると、第5処理室61及び第6処理室62における二酸化炭素ガスの分圧差を大きくして第3分離膜64における二酸化炭素ガスの透過率を向上させることで、第5分離ガスにおける不活性ガスの純度を高めることができるため、好ましい。   In the gas recovery apparatus 5 shown in FIG. 5, at least a part of the second separated gas may be supplied to the sixth processing chamber 62. However, when the second separated gas is sent to the water vapor separation unit 20a to obtain carbon dioxide gas as in the gas recovery apparatus 5 shown in FIG. 5, carbon dioxide gas in the fifth processing chamber 61 and the sixth processing chamber 62 is obtained. It is preferable to increase the purity of the inert gas in the fifth separation gas by increasing the carbon dioxide gas permeability in the third separation film 64 by increasing the partial pressure difference in the above.

図6に、本発明の第6実施形態に係るガス回収装置6の要部構成を模式的に示す。図6に示す構成のガス回収装置6は、第1処理室11と第2処理室12を備えた第1分離部13に加えて、第7処理室71と第8処理室72を備えた第4分離部73を備えてなり、第1分離部13により得られた第2分離ガスが、ガス流路18を介して、さらに第7処理室71に供給されるように構成されている。第4分離部73の第7処理室71及び第8処理室72は、第4分離膜74によって隔てられている。   In FIG. 6, the principal part structure of the gas collection | recovery apparatus 6 which concerns on 6th Embodiment of this invention is shown typically. A gas recovery apparatus 6 having a configuration shown in FIG. 6 includes a seventh processing chamber 71 and an eighth processing chamber 72 in addition to the first separation unit 13 including the first processing chamber 11 and the second processing chamber 12. A fourth separation unit 73 is provided, and the second separation gas obtained by the first separation unit 13 is configured to be further supplied to the seventh processing chamber 71 via the gas flow path 18. The seventh processing chamber 71 and the eighth processing chamber 72 of the fourth separation unit 73 are separated by a fourth separation film 74.

第4分離膜74は、第1分離膜14とは異なる機能を有しており、第7処理室71に供給される第2分離ガスに含まれる不活性ガスを、二酸化炭素ガスの透過率よりも高い透過率で、選択的に第8処理室72側へ透過させる。これにより、第7処理室71内のガスの不活性ガスの純度は低下し、二酸化炭素ガスの純度は上昇する。一方、第8処理室72内のガスの不活性ガスの純度は上昇する。   The fourth separation membrane 74 has a function different from that of the first separation membrane 14, and the inert gas contained in the second separation gas supplied to the seventh processing chamber 71 is determined by the permeability of carbon dioxide gas. Also, it is selectively transmitted to the eighth processing chamber 72 side with high transmittance. Thereby, the purity of the inert gas of the gas in the 7th processing chamber 71 falls, and the purity of carbon dioxide gas rises. On the other hand, the purity of the inert gas in the eighth processing chamber 72 is increased.

このガス回収装置6では、第4分離部73に、化学透過をさせ難い不活性ガスが透過し易く二酸化炭素ガスが透過し難い第4分離膜74が必要である。例えば、膜への溶解性や膜中での拡散性の違いに基づいてガスの分離を行う第4分離膜74が必要である。そのため、不活性ガス及び二酸化炭素ガスの選択性をできるだけ高める観点から、二酸化炭素ガスの分子径よりも十分に小さい分子径を有する不活性ガスを使用すると、好ましい。具体的に、不活性ガスとしてヘリウムガスを使用すると、好ましい。この場合、例えば、国際公開第2014/007140号で提案されているような、α−アルミナ多孔質体からなる基部と、Ni元素を含むγ−アルミナ多孔質部とその連通孔の内壁に配されたシリカ膜部とを有しており基部と接合されたガス分離部とを備えたヘリウム分離材を用いて、第4分離膜74を構成してもよい。なお、これは一例に過ぎず、高分子からなる分離材などの周知のヘリウムガス分離材を用いて、第4分離膜74を構成することができる。   In the gas recovery device 6, the fourth separation part 73 needs the fourth separation film 74 which is easily permeable to the inert gas which is difficult to cause chemical permeation and which is not easily permeable to the carbon dioxide gas. For example, the fourth separation membrane 74 is required to perform gas separation based on the difference in the solubility in the membrane and the diffusivity in the membrane. Therefore, from the viewpoint of enhancing the selectivity of the inert gas and the carbon dioxide gas as much as possible, it is preferable to use an inert gas having a molecular diameter sufficiently smaller than the molecular diameter of the carbon dioxide gas. Specifically, it is preferable to use helium gas as the inert gas. In this case, for example, as proposed in WO 2014/007140, it is disposed on the base made of an α-alumina porous body, the γ-alumina porous portion containing Ni element, and the inner wall of the communicating hole. The fourth separation membrane 74 may be configured using a helium separation material having a silica membrane portion and a gas separation portion joined to the base portion. This is merely an example, and the fourth separation membrane 74 can be configured using a known helium gas separation material such as a separation material made of a polymer.

第4分離部73の第7処理室71には、第2分離ガスが供給される。これにより、第2分離ガスは、第2分離ガスより二酸化炭素ガスの純度が高く不活性ガスの純度が低い第7処理室71内のガス(第7分離ガス)と、第8処理室72内のガス(第8分離ガス)に分離される。第7分離ガスは、二酸化炭素ガスとして再利用が可能である。第7分離ガスはガス流路76を介して水蒸気分離部20eに送られ、第7分離ガスから水蒸気ガスを除去し、高純度の二酸化炭素ガスを得る。一方、第8分離ガスは、不活性ガスを多く含むガスであり、スイープガス成分を取り除くことで不活性ガスとして利用が可能であり、第1分離ガスと併せて不活性ガスの回収率を向上できる。第8分離ガスはガス流路77を介して水蒸気分離部20fに送られ、第8分離ガスから水蒸気ガスを除去し、不活性ガスを得る。水蒸気分離部20b、20e、20fで除去された水蒸気ガスを回収し、第1被処理ガスに混合して再利用することも可能である。   The second separation gas is supplied to the seventh processing chamber 71 of the fourth separation unit 73. Thereby, the second separation gas has a higher carbon dioxide gas purity than the second separation gas and a lower inert gas purity (the seventh separation gas) in the seventh processing chamber 71 and the eighth processing chamber 72. (The eighth separated gas) is separated. The seventh separated gas can be reused as carbon dioxide gas. The seventh separated gas is sent to the water vapor separation unit 20e through the gas flow path 76, and the water vapor gas is removed from the seventh separated gas to obtain carbon dioxide gas of high purity. On the other hand, the eighth separation gas is a gas containing a large amount of inert gas, and can be used as an inert gas by removing the sweep gas component, and improves the recovery rate of the inert gas together with the first separation gas. it can. The eighth separated gas is sent to the water vapor separation unit 20f via the gas flow path 77, and the water vapor gas is removed from the eighth separated gas to obtain an inert gas. It is also possible to collect the water vapor gas removed by the water vapor separators 20b, 20e, and 20f, mix it with the first gas to be processed, and reuse it.

ガス回収装置1と同様、第2処理室12にはガス流路16を介してスイープガスが供給されている。さらに、ガス流路75を介して、第8処理室72にスイープガスを流すことができる。スイープガスとしては、水蒸気ガスが好ましい。   Similar to the gas recovery apparatus 1, the sweep gas is supplied to the second processing chamber 12 via the gas flow path 16. Further, the sweep gas can be flowed to the eighth processing chamber 72 through the gas flow path 75. As the sweep gas, water vapor gas is preferable.

なお、第8分離ガスに二酸化炭素ガスを適度に混合することで、不活性ガスと二酸化炭素ガスの濃度比が洗浄ガスとしての利用に適した所定の割合になるようにして、半導体装置の製造工程で用いるための不活性ガスと二酸化炭素の混合ガスを生成することも容易である。なお、第8分離ガスを第1被処理ガスに混合することで、より高純度の不活性ガスを第1処理室11内に得ることができる。   Incidentally, by appropriately mixing carbon dioxide gas with the eighth separated gas, the concentration ratio of the inert gas and the carbon dioxide gas is made to be a predetermined ratio suitable for use as the cleaning gas, thereby manufacturing a semiconductor device. It is also easy to generate a mixed gas of inert gas and carbon dioxide for use in the process. Note that an inert gas with higher purity can be obtained in the first processing chamber 11 by mixing the eighth separation gas with the first process gas.

図7に、本発明の第7実施形態に係るガス回収装置7の要部構成を模式的に示す。図7に示す構成のガス回収装置7は、第1処理室11と第2処理室12を備えた第1分離部13に加えて、第9処理室81と第10処理室82を備えた第5分離部83を備えてなる。第5分離部83の第9処理室81及び第10処理室82は、第5分離膜84によって隔てられている。ただし、ガス回収装置7では、上述のガス回収装置1〜6とは異なり、排出ガスを含む第2被処理ガスがガス流路85を介して第9処理室81に供給される。また、第10処理室82内のガスが、第1被処理ガスとしてガス経路88を介して第1処理室11に供給される。   The principal part structure of the gas recovery system 7 which concerns on FIG. 7 at 7th Embodiment of this invention is shown typically. The gas recovery apparatus 7 having the configuration shown in FIG. 7 has a ninth processing chamber 81 and a tenth processing chamber 82 in addition to the first separation unit 13 having the first processing chamber 11 and the second processing chamber 12. 5 separation part 83 is provided. The ninth processing chamber 81 and the tenth processing chamber 82 of the fifth separation unit 83 are separated by a fifth separation film 84. However, in the gas recovery device 7, unlike the above-described gas recovery devices 1 to 6, the second process gas including the exhaust gas is supplied to the ninth processing chamber 81 via the gas flow path 85. In addition, the gas in the tenth processing chamber 82 is supplied to the first processing chamber 11 via the gas path 88 as the first gas to be processed.

第5分離膜84は、第4分離膜74(図6参照)と同様の機能を有しており、第9処理室81に供給される第2被処理ガスに含まれる不活性ガスを、二酸化炭素ガスの透過率よりも高い透過率で、選択的に第10処理室82側へ透過させる。これにより、第9処理室81内のガスの不活性ガスの純度は低下し、二酸化炭素ガスの純度は上昇する。一方、第10処理室82内のガスの二酸化炭素の純度は上昇する。第5分離膜84には、周知の不活性ガス分離材(例えば、上述の第4分離膜74の説明において例示したヘリウムガス分離材)を用いることができる。   The fifth separation film 84 has the same function as the fourth separation film 74 (see FIG. 6), and oxidizes the inert gas contained in the second process gas supplied to the ninth processing chamber 81 by The gas is selectively permeated to the tenth processing chamber 82 side with a permeability higher than the permeability of carbon gas. Thereby, the purity of the inert gas of the gas in the ninth processing chamber 81 is decreased, and the purity of the carbon dioxide gas is increased. On the other hand, the purity of carbon dioxide in the gas in the tenth processing chamber 82 increases. For the fifth separation membrane 84, a known inert gas separation material (for example, the helium gas separation material exemplified in the description of the fourth separation membrane 74 described above) can be used.

第5分離部83の第9処理室81には、第2被処理ガスが供給される。これにより、第2被処理ガスは、第2被処理ガスより二酸化炭素ガスの純度が高く不活性ガスの純度が低い第9処理室81内のガス(第9分離ガス)と、第10処理室82内のガス(第10分離ガス)に分離される。第9分離ガスは、二酸化炭素ガスとして再利用が可能である。第9分離ガスはガス流路87を介して水蒸気分離部20gに送られ、第9分離ガスから水蒸気ガスを除去し、高純度の二酸化炭素ガスを得る。一方、第10分離ガスは、第1処理室11に供給される。水蒸気分離部20a、20b、20gで除去された水蒸気ガスを回収し、第2被処理ガスに混合して再利用することも可能である。   The second processing gas is supplied to the ninth processing chamber 81 of the fifth separation unit 83. As a result, the second gas to be processed is a gas in the ninth processing chamber 81 (the ninth separation gas) in which the purity of the carbon dioxide gas is higher and the purity of the inert gas is lower than that of the second gas to be processed, and the tenth processing chamber. It is separated into the gas in 82 (the tenth separated gas). The ninth separated gas can be reused as carbon dioxide gas. The ninth separated gas is sent to the water vapor separation unit 20 g through the gas flow path 87, and the water vapor gas is removed from the ninth separated gas to obtain high purity carbon dioxide gas. On the other hand, the tenth separated gas is supplied to the first processing chamber 11. It is also possible to collect the water vapor gas removed by the water vapor separation units 20a, 20b, and 20g, mix it with the second gas to be processed, and reuse it.

ガス回収装置1と同様、第2処理室12にはガス流路16を介してスイープガスが供給されている。さらに、ガス流路86を介して、第10処理室82にスイープガスを流すことができる。スイープガスとしては、水蒸気ガスが好ましい。   Similar to the gas recovery apparatus 1, the sweep gas is supplied to the second processing chamber 12 via the gas flow path 16. Further, a sweep gas can be flowed into the tenth processing chamber 82 via the gas flow path 86. Steam gas is preferable as the sweep gas.

なお、第1分離ガスを第2被処理ガスに混合することで、より高純度の不活性ガスを第9処理室81内に得ることができる。   A higher purity inert gas can be obtained in the ninth processing chamber 81 by mixing the first separation gas with the second process gas.

上記のガス回収装置1〜7を用いることで、不活性ガスの高回収率化、高純度化、且つ省エネルギー化を実現できる。   By using the above gas recovery devices 1 to 7, it is possible to realize high recovery rate of inert gas, high purification, and energy saving.

また、上記のガス回収装置1〜7は、矛盾なき限り部分的に組み合わせて実施することが可能である。例えば、上記のガス回収装置3,5を組み合わせて、第1分離部13、第2分離部23及び第3分離部63を備えるガス回収装置を構成してもよい。この場合、第2分離部23及び第3分離部63が並列に配置され、第1分離部13の第1分離ガスが第3分離部63の第5処理室61に供給されるとともに、第1分離部13の第2分離ガスが第2分離部23の第3処理室21に供給される。また例えば、上記のガス回収装置3,6を組み合わせて、第1分離部13、第2分離部23及び第4分離部73を備えるガス回収装置を構成してもよい。この場合、第2分離部23及び第4分離部73が並列に配置され、第1分離部13の第2分離ガスが第2分離部23の第3処理室21及び第4分離部73の第7分離室71のそれぞれに供給される。また例えば、上記のガス回収装置3,7を組み合わせて、第1分離部13、第2分離部23及び第5分離部83を備えるガス回収装置を構成してもよい。この場合、第5分離部83、第1分離部13及び第2分離部23が直列に配置され、第5分離部83の第10分離ガスが第1分離部13の第1処理室11に供給されるとともに、第1分離部13の第2分離ガスが第2分離部23の第3処理室21に供給される。なお、これらは一例に過ぎず、上記の例にならって第1〜第5分離部13,23,63,73,83を任意に並列または直列に組み合わせて配置してもよい。   Moreover, said gas collection | recovery apparatuses 1-7 can be implemented combining partially as long as there is no contradiction. For example, the above gas recovery devices 3 and 5 may be combined to constitute a gas recovery device including the first separation unit 13, the second separation unit 23, and the third separation unit 63. In this case, the second separation unit 23 and the third separation unit 63 are arranged in parallel, and the first separation gas of the first separation unit 13 is supplied to the fifth processing chamber 61 of the third separation unit 63. The second separation gas of the separation unit 13 is supplied to the third processing chamber 21 of the second separation unit 23. Further, for example, the above gas recovery devices 3 and 6 may be combined to constitute a gas recovery device including the first separation unit 13, the second separation unit 23, and the fourth separation unit 73. In this case, the second separation unit 23 and the fourth separation unit 73 are arranged in parallel, and the second separation gas of the first separation unit 13 is transferred to the third processing chamber 21 of the second separation unit 23 and the fourth separation unit 73 of the fourth separation unit 73. It is supplied to each of the seven separation chambers 71. Further, for example, the above gas recovery devices 3 and 7 may be combined to constitute a gas recovery device including the first separation unit 13, the second separation unit 23, and the fifth separation unit 83. In this case, the fifth separation unit 83, the first separation unit 13, and the second separation unit 23 are arranged in series, and the tenth separation gas of the fifth separation unit 83 is supplied to the first processing chamber 11 of the first separation unit 13. At the same time, the second separation gas of the first separation unit 13 is supplied to the third processing chamber 21 of the second separation unit 23. Note that these are merely examples, and the first to fifth separation units 13, 23, 63, 73, 83 may be arbitrarily combined in parallel or in series and arranged according to the above example.

以下に、第1〜第3分離膜14,24,64の構成、及び製造方法を具体的に説明する。   Below, the structure of the 1st-3rd separation film 14, 24, 64 and a manufacturing method are demonstrated concretely.

〈膜構造〉
第1〜第3分離膜14,24,64は、CO促進輸送膜であり、前述の通り、ゲル膜中にCOと選択的に反応するキャリアを含有させた構造になっている。COキャリアとしては、例えば、炭酸セシウム若しくは炭酸水素セシウム、又は、炭酸ルビジウム若しくは炭酸水素ルビジウム等のアルカリ金属の炭酸塩又は重炭酸塩が挙げられる。同様に、水酸化セシウム又は水酸化ルビジウム等のアルカリ金属の水酸化物も、二酸化炭素と反応して炭酸塩や重炭酸塩が生成されるため、等価物といえる。他には、2,3‐ジアミノプロピオン酸塩(DAPA)、グリシンといったアミノ酸が、高いCO選択透過性能を示すことが知られている。
<Film structure>
First to third separation membrane 14,24,64 is CO 2 -facilitated transport membrane, as described above, has a structure which contains a carrier which selectively reacts with CO 2 in the gel film. Examples of the CO 2 carrier include cesium carbonate or cesium hydrogen carbonate, or carbonates or bicarbonates of alkali metals such as rubidium carbonate or rubidium hydrogen carbonate. Similarly, hydroxides of alkali metals such as cesium hydroxide or rubidium hydroxide can be said to be equivalent because they react with carbon dioxide to form carbonates and bicarbonates. In addition, amino acids such as 2,3-diaminopropionate (DAPA) and glycine are known to exhibit high CO 2 permeation performance.

より具体的に、CO促進輸送膜は、上記のキャリアをゲル膜内に含んで構成されたゲル層を、親水性又は疎水性の多孔膜に担持させてなるものとすることができる。ゲル膜を構成する膜材料としては、例として、ポリビニルアルコール(PVA)膜、ポリアクリル酸(PAA)膜、又は、ポリビニルアルコール−ポリアクリル酸(PVA/PAA)塩共重合体膜が挙げられる。ここで、当業者において、ポリビニルアルコール−ポリアクリル酸塩共重合体は、ポリビニルアルコール−ポリアクリル酸共重合体と呼ばれることもある。More specifically, CO 2 facilitated transport membrane, the above carrier gel layer that is configured to include in the gel film, it can be made by supporting the hydrophilic or hydrophobic porous membrane. Examples of the film material constituting the gel film include a polyvinyl alcohol (PVA) film, a polyacrylic acid (PAA) film, and a polyvinyl alcohol-polyacrylic acid (PVA / PAA) salt copolymer film. Here, in those skilled in the art, the polyvinyl alcohol-polyacrylate copolymer may be referred to as a polyvinyl alcohol-polyacrylic acid copolymer.

上記構成のCO促進輸送膜は、高いCO選択透過性能を示すことが知られている。It is known that the CO 2 -facilitated transport membrane of the above configuration exhibits high CO 2 selective permeation performance.

もっとも、かかるCO促進輸送膜は、膜内に水分が無い場合には二酸化炭素の透過速度は一般に非常に小さいため、高い透過速度を得るには膜内の水分が不可欠となる。このため、ゲル膜は、ハイドロゲル膜であることが好ましい。ゲル膜を保水性の高いハイドロゲル膜で構成することにより、ゲル膜内の水分が少なくなる環境下(例えば、100℃以上の高温)においても、可能な限り膜内に水分を保持することが可能となり、高いCOパーミアンスを実現できる。上述の例において、ポリビニルアルコール−ポリアクリル酸(PVA/PAA)塩共重合体膜は、ハイドロゲル膜である。However, such a CO 2 -facilitated transport membrane, the permeation rate of carbon dioxide if the water is not in the film is generally very small, moisture in the film is essential to obtain a high permeation rate. For this reason, the gel membrane is preferably a hydrogel membrane. By constituting the gel film with a hydrogel film having high water retention, it is possible to retain moisture in the film as much as possible even in an environment where the moisture in the gel film is reduced (for example, at a high temperature of 100 ° C. or higher). It becomes possible, and high CO 2 permeance can be realized. In the above-described example, the polyvinyl alcohol-polyacrylic acid (PVA / PAA) salt copolymer film is a hydrogel film.

なお、ハイドロゲルは、親水性ポリマーが化学架橋あるいは物理架橋により架橋することで形成された三次元網目構造物であり、水を吸収することで膨潤する性質を有する。   The hydrogel is a three-dimensional network structure formed by crosslinking a hydrophilic polymer by chemical crosslinking or physical crosslinking, and has a property of swelling by absorbing water.

さらに、COキャリアとCOとの反応を速める触媒が膜内に含有されていても良い。そのような触媒として、炭酸脱水酵素やオキソ酸化合物を含むことが好ましく、特に、第14族元素、第15族元素、及び、第16族元素の中から選択される少なくとも1つの元素のオキソ酸化合物を含んで構成されることが好ましい。或いは、当該触媒は、亜テルル酸化合物、亜セレン酸化合物、亜ヒ酸化合物、及び、オルトケイ酸化合物の内の少なくとも何れか1つを含んで構成されることが好ましい。Furthermore, a catalyst that accelerates the reaction between the CO 2 carrier and the CO 2 may be contained in the membrane. Such a catalyst preferably contains a carbonic anhydrase or an oxo acid compound, and in particular, an oxo acid of at least one element selected from the group 14 element, group 15 element, and group 16 element It is preferable that the composition includes a compound. Alternatively, it is preferable that the catalyst comprises at least any one of a telluric acid compound, a selenite compound, an arsenous acid compound, and an orthosilicic acid compound.

本実施形態において、促進輸送膜は、膜材料の一例として、ポリビニルアルコール−ポリアクリル酸(PVA/PAA)塩共重合体を使用し、二酸化炭素キャリアとして炭酸セシウム(CsCO)を使用する。また、CO促進輸送膜は、二酸化炭素キャリアを含有するPVA/PAAゲル膜と、それを担持する多孔膜で構成されている。なお、CO促進輸送膜の膜構造としては、この具体例に限られるものではなく、例えば円筒形状の多孔質支持体の外周側面或いは内周側面にキャリアを含んだゲル膜を形成したものであっても構わない。In this embodiment, the facilitated transport film uses polyvinyl alcohol-polyacrylic acid (PVA / PAA) salt copolymer as an example of a film material, and cesium carbonate (Cs 2 CO 3 ) as a carbon dioxide carrier. . The CO 2 -facilitated transport film is composed of a PVA / PAA gel film containing a carbon dioxide carrier and a porous film supporting the same. The film structure of the CO 2 -facilitated transport film is not limited to this specific example. For example, a gel film including a carrier is formed on the outer peripheral side surface or the inner peripheral side surface of a cylindrical porous support. It does not matter.

〈膜の製造方法〉
以下に、CO促進輸送膜の製造方法について説明する。
<Method of producing membrane>
Hereinafter, a method for manufacturing the CO 2 facilitated transport membrane.

先ず、PVA/PAA塩共重合体とキャリア(ここでは、CsCO)を含む水溶液からなる製膜液を作製する(工程1)。より詳細には、PVA/PAA塩共重合体(例えば、住友精化製のSSゲル)を2g、CsCOを4.67g、サンプル瓶に秤取し、これに水80gを加えて室温で4日間攪拌して溶解させてキャスト溶液を得る。次に、工程1で得た製膜液をPTFE多孔膜(例えば、住友電工製HP−010−60)の面上に、アプリケータでキャストする(工程2)。その後、室温で半日程度乾燥させ、製膜液をゲル化させゲル層を形成する(工程3)。First, a membrane-forming solution is prepared, which is composed of an aqueous solution containing a PVA / PAA salt copolymer and a carrier (here, Cs 2 CO 3 ) (Step 1). More specifically, 2 g of PVA / PAA salt copolymer (for example, SS gel manufactured by Sumitomo Seika Chemicals Co., Ltd.) and 4.67 g of Cs 2 CO 3 are weighed into a sample bottle, and 80 g of water is added thereto to obtain a room temperature And stirring for 4 days to dissolve to obtain a cast solution. Next, the membrane-forming solution obtained in step 1 is cast on the surface of a porous PTFE membrane (for example, HP-010-60 made by Sumitomo Electric Co., Ltd.) with an applicator (step 2). Then, it is dried at room temperature for about half a day to gelate the membrane forming solution to form a gel layer (Step 3).

〈性能評価結果〉
以下に、上記の製造方法で製膜されたCO促進輸送膜のヘリウムガスに対する選択性の評価結果を示す。なお、以下では、図1に示したガス回収装置1における第1分離膜14にCO促進輸送膜を適用した場合における評価結果を例示する。
<Performance evaluation result>
Hereinafter, the evaluation results of the selectivity for helium gas which film has been CO 2 -facilitated transport membrane by the above manufacturing method. Hereinafter, an evaluation result in the case where a CO 2 facilitated transport membrane is applied to the first separation membrane 14 in the gas recovery apparatus 1 shown in FIG. 1 will be exemplified.

CO促進輸送膜を構成するCOキャリアとして、上記のCsCOに代えてグリシンを用いた膜(以下、「膜A」と称する)と、CsCOを用いた膜(以下、「膜B」と称する)を用意した。さらに、膜A及び膜Bともに、ハイドロゲル膜としてPVA/PAA塩共重合体にCOキャリアを添加した膜とした。ただし、グリシンやDAPA等のアミノ酸をCOキャリアとして利用する場合、COはNH と反応せず、フリーのNHと反応することによって、COが促進輸送されることが知られている。このため、COキャリアとしてグリシンを用いる膜Aの場合、グリシン(NH−CH−COOH)のアミノ基がプロトン化したNH をNHに変換するための脱プロトン化剤を、アミノ基に対して好ましくは同モル数以上、上記製膜液中に添加する必要がある。当該脱プロトン化剤は、プロトン化したNH からプロトンを奪い、NHに変換できるだけの強塩基性を有するものであれば良く、アルカリ金属元素の水酸化物または炭酸塩を好適に利用できる。ここでは、脱プロトン化剤としてグリシンと同モルのCsOHを製膜液に加え、膜Aを作製し、ガス回収装置1の第1分離膜14とした。また、膜Bでは、COキャリアとCOとの反応を速める触媒として亜テルル酸カリウムを製膜液に加え、膜Bを作製し、ガス回収装置1の第1分離膜14とした。As a CO 2 carrier constituting the CO 2 facilitated transport film, a film using glycine instead of the above Cs 2 CO 3 (hereinafter referred to as “film A”), and a film using Cs 2 CO 3 (hereinafter referred to as “film”). (Referred to as “film B”). Further, both membrane A and membrane B were hydrogel membranes obtained by adding a CO 2 carrier to a PVA / PAA salt copolymer. However, when using amino acids such as glycine or DAPA as CO 2 carrier, CO 2 does not react with NH 3 +, by reacting the free NH 2 of, it is known that CO 2 is facilitated transport There is. For this reason, in the case of membrane A using glycine as a CO 2 carrier, a deprotonating agent for converting NH 3 + in which the amino group of glycine (NH 2 —CH 2 —COOH) is protonated into NH 2 is used as an amino acid. It is necessary to add to the said film-forming solution preferably the same mole number or more with respect to the group. The deprotonating agent may be any one as long as it removes a proton from protonated NH 3 + and has a strong basicity enough to convert it to NH 2, and a hydroxide or carbonate of an alkali metal element can be suitably used. . Here, CsOH of the same mole as glycine is added to the membrane-forming solution as a deprotonating agent to prepare a membrane A, which is used as the first separation membrane 14 of the gas recovery device 1. Further, in the membrane B, potassium tellurite was added to the membrane-forming solution as a catalyst for accelerating the reaction between the CO 2 carrier and the CO 2 to produce the membrane B, which was used as the first separation membrane 14 of the gas recovery device 1.

〈性能評価条件−1〉
先ず、温度及び供給側(第1処理室11側)圧力(全圧)を一定とし、被処理ガスのCOとHeの分圧比を変えた3つの条件で膜Aの評価を行った結果を示す。下記の3つの条件では、処理温度を50℃とし、被処理ガスの全圧を大気圧とし、第1処理室11に供給する水蒸気ガスの分圧を一定としながら、第1被処理ガス中のCOとHeの分圧を変化させた。また、透過側(第2処理室12側)に供給するスイープガスの組成として、アルゴンガスと水蒸気ガスの混合ガスを用いた。スイープガスは、第1被処理ガスと同様、全圧を大気圧とした。
<Performance evaluation condition-1>
First, evaluation results of the film A under three conditions where the temperature and the pressure on the supply side (the first processing chamber 11 side) (total pressure) were constant and the partial pressure ratio of CO 2 to He of the gas to be processed were changed Show. Under the following three conditions, the processing temperature is set to 50 ° C., the total pressure of the processing target gas is set to atmospheric pressure, and the partial pressure of the water vapor gas supplied to the first processing chamber 11 is kept constant. The partial pressure of CO 2 and He was changed. Further, a mixed gas of argon gas and water vapor gas was used as a composition of the sweep gas supplied to the permeation side (second processing chamber 12 side). The sweep gas has a total pressure of atmospheric pressure, as in the case of the first treated gas.

以下に、3つの条件における第1被処理ガス及びスイープガスの組成比(分圧比)を示す。スイープガスの組成比は、3つの条件において同じである。なお、このときの第1被処理ガス及びスイープガスの相対湿度は、共に58%となる。
・第1被処理ガス組成:
条件1−1: CO:He:HO=43.6:49.0:7.4
(CO:He=47.1:52.9)
条件1−2: CO:He:HO=23.1:69.5:7.4
(CO:He=25.0:75.0)
条件1−3: CO:He:HO=9.3:83.3:7.4
(CO:He=10.0:90.0)
・スイープガス組成:
条件1−1〜1−3共に、Ar:HO=92.6:7.4
The composition ratios (partial pressure ratios) of the first gas to be treated and the sweep gas under the three conditions are shown below. The composition ratio of the sweep gas is the same under the three conditions. The relative humidity of the first gas to be treated and the sweep gas at this time is 58%.
・ First gas composition:
Condition 1-1: CO 2 : He: H 2 O = 43.6: 49.0: 7.4
(CO 2 : He = 47.1: 52.9)
Condition 1-2: CO 2 : He: H 2 O = 23.1: 69.5: 7.4
(CO 2 : He = 25.0: 75.0)
Condition 1-3: CO 2 : He: H 2 O = 9.3: 83.3: 7.4
(CO 2 : He = 10.0: 90.0)
・ Sweep gas composition:
Ar: H 2 O = 92.6: 7.4 for all of the conditions 1-1 to 1-3

図8に、上記の条件で促進輸送膜のHeに対するCO選択性能を評価した結果を示す。なお、条件1−1では、Heパーミアンスが非常に小さいため、第1分離膜14を透過した第2分離ガス中のHeの濃度が低すぎてガスクロマトグラフィーによるHeの検出ができず、パーミアンスを算出できなかった。Figure 8 shows the results of evaluation of the CO 2 selective performance for He of facilitated transport membranes under the above conditions. Under the condition 1-1, since the He permeance is very small, the concentration of He in the second separation gas having permeated through the first separation membrane 14 is too low to detect He by gas chromatography, and the permeance It could not be calculated.

CO/He選択性は、Heパーミアンスに対するCOパーミアンスの比として表すことができる。図8より、膜Aは、50℃の比較的低温においても、少なくとも400を超えるCO/He選択性を有していることが分かる。CO 2 / He selectivity can be expressed as the ratio of CO 2 permeance to He permeance. From FIG. 8, it can be seen that the membrane A has a CO 2 / He selectivity exceeding 400 at a relatively low temperature of 50 ° C.

注目すべき点は、条件1−1〜1−3では被処理ガスのCO分圧を異ならせているが、CO分圧が低いほどCOパーミアンスは高くなることである。ここで、COパーミアンスは、COFlux(膜を透過したCOガス流量を膜面積で割った値)を透過側と供給側の分圧差で割った値である。したがって、CO分圧の低下に伴ってCOパーミアンスが増加しているということは、膜透過の推進力である分圧差がある所定の割合A%だけ減少したとしても、透過COFluxの減少量はA%未満にとどまることを意味する。図8では、条件1−2では条件1‐1と比べて分圧差が1/2近くまで減少し、条件1−3では条件1‐1と比べて分圧差が1/5近くまで減少しているが、これに対してCOFluxの減少量は小さく抑えられている。It should be noted that the CO 2 partial pressure of the gas to be treated is varied under the conditions 1-1 to 1-3, but the lower the CO 2 partial pressure, the higher the CO 2 permeance. Here, the CO 2 permeance is a value obtained by dividing CO 2 Flux (value of CO 2 gas flow rate permeating the membrane divided by the membrane area) by the partial pressure difference between the permeation side and the supply side. Therefore, the fact that the CO 2 permeance increases with a decrease in the CO 2 partial pressure means that even if the partial pressure difference, which is the driving force of the membrane permeation, is reduced by a predetermined percentage A%, the transmitted CO 2 flux The amount of decrease means staying below A%. In FIG. 8, the partial pressure difference decreases to almost half under condition 1-2 compared to condition 1-1, and the partial pressure difference decreases to near 1/5 under condition 1-3 compared to condition 1-1. However, the decrease in CO 2 Flux is kept small.

選択的に透過するガスに対するこのような分圧依存性は、促進輸送膜特有の現象である。ガス回収装置において、ガス流路15から第1処理室11内へ供給された被処理ガスは、第1分離膜14と接触することによってCOが除去され、第1分離ガスとなってガス流路17へ流れ込む。このとき、第1処理室11内のガスのCO分圧は、入口側(ガス流路15の近傍)で高く、出口側(ガス流路17の近傍)で低くなり、第1分離膜14上の位置に応じてCO分圧に分布が生じる。He等の不活性ガスの回収率が高いほど、つまりはCO除去率が高いほど、出口側(ガス流路17の近傍)の位置でのCO分圧が低下するが、促進輸送膜は、特に低いCO分圧条件下での透過性能に優れている。Such partial pressure dependence on the selectively permeated gas is a phenomenon unique to facilitated transport membranes. In the gas recovery apparatus, the to-be-treated gas supplied from the gas flow path 15 into the first processing chamber 11 is removed from CO 2 by coming into contact with the first separation membrane 14 and becomes a first separated gas. It flows into the road 17. At this time, the CO 2 partial pressure of the gas in the first processing chamber 11 is high on the inlet side (near the gas flow path 15) and low on the outlet side (near the gas flow path 17). Distribution occurs in the CO 2 partial pressure according to the upper position. As the recovery rate of inert gas such as He is higher, that is, as the removal rate of CO 2 is higher, the partial pressure of CO 2 at the position on the outlet side (in the vicinity of the gas flow path 17) is lowered. In particular, the permeation performance under low partial pressure of CO 2 is excellent.

〈性能評価条件−2〉
次に、供給側(第1処理室11側)圧力(全圧)、相対湿度、被処理ガス中のCOとHeの比率を一定とし、処理温度を変えながら、膜A及び膜Bの透過性能を評価した結果を示す。ここでは、半導体洗浄装置から排出された洗浄ガスを昇温、昇圧して被処理ガスとして供給する場合を想定し、被処理ガスの全圧を900kPa(A)とした。また、処理温度として100℃、110℃、120℃の3つの条件を考慮した。処理温度を100℃以上としているのは、一般的に促進輸送膜は100℃〜160℃程度の温度領域において透過性能に優れるためである。また、圧力を900kPa(A)としたのは、膜透過の推進力である分圧差を稼ぐためである。また、透過側(第2処理室12側)に供給するスイープガスとして、アルゴンガスと水蒸気ガスの混合ガスを用いた。スイープガスは、全圧を大気圧とし、相対湿度が一定となるように、温度に応じて水蒸気ガスの分圧を変化させた。
<Performance evaluation condition-2>
Next, the pressure (total pressure) on the supply side (the first processing chamber 11 side), the relative humidity, the ratio of CO 2 to He in the gas to be treated are made constant, and the permeation of the membrane A and the membrane B while changing the processing temperature The results of evaluating the performance are shown. Here, assuming that the cleaning gas discharged from the semiconductor cleaning apparatus is heated and increased in pressure and supplied as the processing gas, the total pressure of the processing gas is set to 900 kPa (A). Moreover, three conditions of 100 degreeC, 110 degreeC, and 120 degreeC were considered as process temperature. The treatment temperature is set to 100 ° C. or higher because the facilitated transport film generally has excellent permeation performance in a temperature range of about 100 ° C. to 160 ° C. The reason why the pressure is set to 900 kPa (A) is to obtain a partial pressure difference which is a driving force for permeation of the membrane. A mixed gas of argon gas and water vapor gas was used as the sweep gas supplied to the permeation side (second processing chamber 12 side). The sweep gas has a total pressure of atmospheric pressure, and the partial pressure of the water vapor gas is changed according to the temperature so that the relative humidity is constant.

以下に、3つの条件における処理温度、第1被処理ガス及びスイープガスの組成比(分圧比)を示す。下記において、第1被処理ガス及びスイープガスの相対湿度は、温度に依らず、夫々、58%及び50%となっている。
・第1被処理ガス組成:
条件2−1: CO:He:HO=23.3:70.1:6.6
(CO:He=25.0:75.0)
条件2−2: CO:He:HO=22.7:68.0:9.3
(CO:He=25.0:75.0)
条件2−3: CO:He:HO=21.8:65.4:12.8
(CO:He=25.0:75.0)
・スイープガス組成:
条件2−1: Ar:HO=49.3:50.7
条件2−2: Ar:HO=28.4:71.6
条件2−3: Ar:HO=0:100
・処理温度:
条件2−1、2−2、2−3の順に、100℃、110℃、120℃
Below, the composition ratio (partial pressure ratio) of the process temperature, the 1st to-be-processed gas, and sweep gas in three conditions is shown. In the following, the relative humidity of the first gas to be processed and the sweep gas is 58% and 50%, respectively, regardless of the temperature.
・ First gas composition:
Condition 2-1: CO 2 : He: H 2 O = 23.3: 70.1: 6.6
(CO 2 : He = 25.0: 75.0)
Condition 2-2: CO 2 : He: H 2 O = 22.7: 68.0: 9.3
(CO 2 : He = 25.0: 75.0)
Condition 2-3: CO 2 : He: H 2 O = 21.8: 65.4: 12.8
(CO 2 : He = 25.0: 75.0)
・ Sweep gas composition:
Condition 2-1: Ar: H 2 O = 49.3: 50.7
Condition 2-2: Ar: H 2 O = 28.4: 71.6
Condition 2-3: Ar: H 2 O = 0: 100
Processing temperature:
100 ° C., 110 ° C., 120 ° C. in the order of conditions 2-1, 2-2, 2-3

図9に、上記の条件で膜A及び膜BのHeに対するCO選択性能を評価した結果を示す。なお、条件2−1〜2−3で第1被処理ガスのCO分圧が異なるが、数%程度の差である。したがって、図9において高温ほどCOパーミアンスが増加しているが、CO分圧の差による影響は軽微であり、COパーミアンスの増加は、主として温度の影響によるといえる。Figure 9 shows the results of evaluation of the CO 2 selective performance for He membrane A and membrane B under the above conditions. Although CO 2 partial pressure of the first gas to be treated under the conditions 2-1 to 2-3 are different, a difference of a few percent. Accordingly, in FIG. 9, the CO 2 permeance increases as the temperature rises, but the effect due to the difference in CO 2 partial pressure is slight, and it can be said that the increase in CO 2 permeance is mainly due to the effect of temperature.

〈必要膜面積〉
上述した条件1‐2、条件2−1〜2−3の膜性能評価結果をもとに、He純度が99%以上のガスを得るために必要な膜面積を計算した結果を図10に示す。図10では、上記各条件における被処理ガス組成、スイープガス組成、及び透過性能をシミュレータに代入し、膜面積及びスイープガスの流量を変えながら、水蒸気ガスを除いた第1分離ガスのHe純度が99%以上で、且つ、被処理ガス及びスイープガスの相対湿度が膜のどの領域においても40%以上を維持することのできる最小の膜面積を求めた。なお、第1処理室11に供給する被処理ガスの流量は、水蒸気ガスを除いたCOガスとHeガスの混合ガス(供給ドライガス)の流量が30l/minとなるようにした。
Required membrane area
FIG. 10 shows the result of calculating the film area required to obtain a gas with a He purity of 99% or more, based on the film performance evaluation results of conditions 1-2 and conditions 2-1 to 2-3 described above. . In FIG. 10, the target gas composition, the sweep gas composition, and the permeation performance under each of the above conditions are substituted in the simulator, and the He purity of the first separated gas excluding the water vapor gas is changed while changing the membrane area and the flow rate of the sweep gas. The minimum film area that was 99% or more and the relative humidity of the gas to be processed and the sweep gas could be maintained at 40% or more in any region of the film was determined. The flow rate of the processing gas supplied to the first processing chamber 11 was set such that the flow rate of the mixed gas (supply dry gas) of CO 2 gas and He gas excluding the water vapor gas was 30 l / min.

また、COパーミアンスは膜の領域に依らず一定値(図8又は図9に示された値)とした。しかしながら、上述の通り、促進輸送膜は供給側(第1処理室11側)と透過側(第2処理室12側)のCO分圧差が低いほどCOパーミアンスが高くなるという特徴がある。このため、実際は、第1処理室11内CO分圧の膜上の分布によって、膜の入口側(ガス流路15の近傍)から膜の出口側(ガス流路17の近傍)に近づくほどCOパーミアンスは高くなる。したがって、促進輸送膜を用いる場合、実際に必要な膜面積は、図10に示された膜面積よりも少なくて済むと考えられる。Further, the CO 2 permeance was set to a constant value (the value shown in FIG. 8 or FIG. 9) regardless of the membrane region. However, as described above, the facilitated transport film is characterized in that the CO 2 permeance increases as the difference in partial pressure of CO 2 on the supply side (the first processing chamber 11 side) and the permeation side (the second processing chamber 12 side) decreases. For this reason, in fact, due to the distribution on the membrane of the partial pressure of CO 2 in the first processing chamber 11, the closer to the outlet side of the membrane (near the gas channel 17) from the inlet side of the film (near the gas channel 15) CO 2 permeance is higher. Therefore, when the facilitated transport film is used, it is considered that the actually required film area is smaller than the film area shown in FIG.

図10より、条件1−2の場合に必要な膜面積は120mであり、条件2−1〜2−3と比較して、COパーミアンスが小さいことから比較的大面積を必要とする。しかしながら、複数の膜モジュールを組み合わせることで、ガス回収装置1として十分実現可能である。From FIG. 10, the required membrane area in the case of condition 1-2 is 120 m 2 , and a relatively large area is required because the CO 2 permeance is smaller compared to conditions 2-1 to 2-3. However, the gas recovery device 1 can be sufficiently realized by combining a plurality of membrane modules.

これに対し、条件2−1〜2−3の場合には、膜A及び膜Bを用いる場合のどちらであっても、必要な膜面積は高々4〜8m程度の小面積であり、一般的な膜モジュール1つだけを用いてガス回収装置1を容易に実現でき、回収装置の小型化が可能である。一般に、分離膜を用いるガス回収方法は、化学吸収法等の他の方法と比べてコンパクトであるという利点が挙げられるが、特に、条件2−1〜2−3の促進輸送膜を用いた回収装置は、半導体製造工場のような設置スペースが限られる場所での使用に適している。On the other hand, in the case of conditions 2-1 to 2-3, the required film area is a small area of at most about 4 to 8 m 2 regardless of whether the film A or the film B is used. The gas recovery device 1 can be easily realized using only one typical membrane module, and the recovery device can be miniaturized. In general, the gas recovery method using a separation membrane has an advantage of being more compact than other methods such as a chemical absorption method, but in particular, recovery using a facilitated transport membrane under conditions 2-1 to 2-3 The device is suitable for use in places where installation space is limited, such as semiconductor manufacturing plants.

以上、上記のガス回収装置及びガス回収方法に依れば、不活性ガスの高回収率、高純度化が可能であり、且つ省エネルギーを実現できる。   As described above, according to the above gas recovery apparatus and gas recovery method, high recovery rate and high purification of inert gas can be achieved, and energy saving can be realized.

〈半導体洗浄システム〉
以下に、上記のガス回収装置及びガス回収方法を半導体装置の製造で用いられた洗浄ガスの再利用のために用いる例を示す。本発明の一実施形態に係る半導体洗浄システム100は、図11の構成ブロック図に示すように、上述のガス回収装置1〜7の何れか(ここでは、ガス回収装置1)と、ガス回収装置によって分離回収された不活性ガスに二酸化炭素ガスを混合する混合部52を備えてなる。
<Semiconductor cleaning system>
Hereinafter, an example in which the gas recovery apparatus and the gas recovery method described above are used for reuse of the cleaning gas used in the manufacture of the semiconductor device will be described. As shown in the block diagram of FIG. 11, the semiconductor cleaning system 100 according to an embodiment of the present invention includes any one of the gas recovery devices 1 to 7 described above (here, the gas recovery device 1) and a gas recovery device. And a mixing unit 52 for mixing carbon dioxide gas with the inert gas separated and collected by

複数の半導体製造装置50a〜50cの夫々において洗浄ガスとして使用された後の排出ガスが、混合され、混合された排出ガスをガス回収装置1の第1被処理ガスとする。洗浄ガスは、不活性ガスと二酸化炭素ガスの混合ガスが用いられているが、夫々の半導体製造装置中で実行中の具体的な洗浄工程に応じて、不活性ガスと二酸化炭素ガスの濃度比率が異なり得る。混合された排出ガスは、二酸化炭素ガス及び不活性ガスを主成分とするガスである。   The exhaust gas after being used as the cleaning gas in each of the plurality of semiconductor manufacturing apparatuses 50 a to 50 c is mixed, and the mixed exhaust gas is used as a first process gas of the gas recovery apparatus 1. Although a mixed gas of an inert gas and a carbon dioxide gas is used as the cleaning gas, the concentration ratio of the inert gas to the carbon dioxide gas is determined according to the specific cleaning process being performed in each semiconductor manufacturing apparatus. Can be different. The mixed exhaust gas is a gas mainly composed of carbon dioxide gas and an inert gas.

ガス回収装置1によって、上述の通り、混合された排出ガスは、不活性ガスの純度がより高く二酸化炭素ガスの純度がより低い不活性ガスを主成分とするガス(第1分離ガス)と、二酸化炭素ガスの純度がより高く不活性ガスの純度がより低い二酸化炭素ガスを主成分とするガス(第2分離ガス)に分離回収される。水蒸気ガスを取り除いたうえで、第1分離ガスは不活性ガスとして、第2分離ガスは二酸化炭素ガスとしての再利用が可能である。   As described above by the gas recovery apparatus 1, the mixed exhaust gas is a gas mainly composed of an inert gas having a higher purity of the inert gas and a lower purity of the carbon dioxide gas (first separated gas), The carbon dioxide gas is separated and recovered into a gas (second separation gas) mainly composed of carbon dioxide gas having a higher purity of the carbon dioxide gas and a lower purity of the inert gas. After removing the steam gas, the first separated gas can be reused as an inert gas and the second separated gas can be reused as a carbon dioxide gas.

混合部52は、第1分離ガスから得られる不活性ガスを主成分とするガスに、二酸化炭素ガスを所定の混合比率で混合し、二酸化炭素ガスと不活性ガスの混合ガスを生成する。   The mixing unit 52 mixes carbon dioxide gas at a predetermined mixing ratio with a gas mainly composed of an inert gas obtained from the first separation gas, thereby generating a mixed gas of carbon dioxide gas and inert gas.

上記第1分離ガスから得られるガスは、高純度の不活性ガスであり、残りのガスは略二酸化炭素ガスである。したがって、混合部52の混合比率を調整することで、所望の濃度比率の二酸化炭素ガスと不活性ガスの混合ガスを得ることができる。   The gas obtained from the first separation gas is a high-purity inert gas, and the remaining gas is substantially carbon dioxide gas. Therefore, by adjusting the mixing ratio of the mixing unit 52, it is possible to obtain a mixed gas of carbon dioxide gas and an inert gas with a desired concentration ratio.

さらに、混合部52で混合する二酸化炭素ガスとして、第2分離ガスから得られる二酸化炭素ガスを主成分とするガスを用いることができる。上記第2分離ガスから得られるガスは、高純度の二酸化炭素ガスであり、残りのガスは不活性ガスであるので、混合部52の混合比率を調整することで、所望の濃度比率の二酸化炭素ガスと不活性ガスの混合ガスを得ることができる。   Furthermore, as the carbon dioxide gas mixed in the mixing unit 52, a gas containing carbon dioxide gas obtained from the second separated gas as the main component can be used. Since the gas obtained from the second separated gas is a carbon dioxide gas of high purity and the remaining gas is an inert gas, carbon dioxide of a desired concentration ratio can be adjusted by adjusting the mixing ratio of the mixing unit 52. A mixed gas of gas and inert gas can be obtained.

混合部52によって、不活性ガスと二酸化炭素ガスの混合ガスは、半導体製造装置50a〜50cの各洗浄工程に応じた所望の濃度比率になるように調整され、半導体製造装置50a〜50cに洗浄ガスとして供給される。   The mixed gas of the inert gas and the carbon dioxide gas is adjusted by the mixing unit 52 to have a desired concentration ratio corresponding to each cleaning process of the semiconductor manufacturing devices 50a to 50c, and the cleaning gas is supplied to the semiconductor manufacturing devices 50a to 50c. Supplied as

〈別実施形態〉
以下に、別実施形態について説明する。
Another Embodiment
Another embodiment will be described below.

〈1〉上記実施形態のガス回収装置1〜7及びガス回収方法では、CO促進輸送膜が平膜である場合を想定しているが、必ずしもこれに限られるものではなく、円筒形状の多孔膜の内側面又は外側面にキャリアを含むゲル層を担持した曲面形状や、或いは中空糸状の膜であってもよい。同様に、本発明は各分離部内の処理室の配置に依存するものではなく、軸心を共通にする円筒形状の複数の処理室がCO促進輸送膜又は透過膜で分離された構成や、軸心の延長方向に各処理室が直列的に配置される構成を考えることができる。<1> In the gas recovery devices 1 to 7 and the gas recovery method according to the above embodiment, it is assumed that the CO 2 facilitated transport film is a flat film, but the present invention is not necessarily limited thereto. It may be a curved shape in which a gel layer containing a carrier is supported on the inner side surface or the outer side surface of the membrane, or a hollow fiber membrane. Similarly, the present invention does not depend on the arrangement of the processing chambers in each separation unit, but a configuration in which a plurality of cylindrical processing chambers having a common axial center are separated by a CO 2 promoting transport film or a permeable film, A configuration can be considered in which the processing chambers are arranged in series in the extension direction of the axial center.

〈2〉また、上記実施形態では、CO促進輸送膜の材料としてポリビニルアルコール−ポリアクリル酸塩共重合体により構成されたゲル膜を利用したが、これは一例であり、CO選択分離能力を発揮する同様の親水性ポリマーの採用が可能である。また、COキャリアについても、実施形態で挙げた材料に限られず、所望のCO選択透過性能を有する限り、他の材料膜を採用してよい。<2> In the above embodiment, the polyvinyl alcohol as the material of the CO 2 facilitated transport membrane - but using a gel film constituted by polyacrylic acid salt copolymers, this is an example, CO 2 selective separation ability It is possible to employ similar hydrophilic polymers that exert Further, the CO 2 carrier is not limited to the materials mentioned in the embodiments, and other material membranes may be adopted as long as it has desired CO 2 selective permeation performance.

〈3〉図1に示すガス回収装置1において、スイープガスとして水蒸気ガスを用いているが、第1分離部13の第2処理室12内に流すスイープガスとしては、水蒸気ガスに限られるものではない。例えば、スイープガスは、窒素ガスやアルゴンガス等であってもよい。しかしながら、第2分離ガス中に当該ガスが含まれることとなるため、第2分離ガスを二酸化炭素ガスとして再利用するには当該ガスを分離する工程が必要となる。また、図2に示すガス回収装置2のような第2分離ガスの少なくとも一部を第1処理室11内に循環させる構成では、第1分離ガスにスイープガスが含まれることとなるため、第1分離ガスを不活性ガスとして再利用するには当該ガスを分離する工程が必要となる。   <3> In the gas recovery apparatus 1 shown in FIG. 1, water vapor gas is used as the sweep gas, but sweep gas flowing into the second processing chamber 12 of the first separation unit 13 is limited to water vapor gas Absent. For example, the sweep gas may be nitrogen gas or argon gas. However, since the gas is contained in the second separation gas, a step of separating the gas is required to reuse the second separation gas as carbon dioxide gas. Further, in the configuration in which at least a part of the second separated gas is circulated into the first processing chamber 11 as in the gas recovery apparatus 2 shown in FIG. 2, the sweep gas is included in the first separated gas. In order to reuse one separated gas as an inert gas, a step of separating the gas is required.

この点で、第2処理室12内に流すスイープガスは、第1分離ガス中の不活性ガス、及び第2分離ガス中の二酸化炭素ガスから容易に分離できるものであることが好ましく、水蒸気ガスが好適である。第2分離ガスの一部に水蒸気ガスを混合し、混合ガスをスイープガスとして再利用してもよい。   In this respect, it is preferable that the sweep gas flowed into the second processing chamber 12 can be easily separated from the inert gas in the first separated gas and the carbon dioxide gas in the second separated gas, and the steam gas Is preferred. Steam gas may be mixed with a part of the second separation gas, and the mixed gas may be reused as a sweep gas.

同様に、図3に示すガス回収装置3において、第4処理室22内に流すスイープガスは、水蒸気ガス以外の他のガスであってもよいが、第4分離ガス中の二酸化炭素ガスから容易に分離できるものが好ましい。また、図4に示すガス回収装置4において、第2処理室12及び第4処理室22内に流すスイープガスは、第4分離ガス中の二酸化炭素ガスのほか、第1及び3分離ガス中の不活性ガスから容易に分離できるものが好ましい。この点で、水蒸気ガスが好適である。第2分離ガスの少なくとも一部と水蒸気ガスを混合した混合ガスを第2処理室12に供給するスイープガスとして、又は第4分離ガスの少なくとも一部と水蒸気ガスを混合した混合ガスを第2処理室12又は第4処理室22に供給するスイープガスとして再利用してもよい。さらに、図5〜図7に示すガス回収装置5〜7も同様であり、スイープガスとして水蒸気ガスを用いると好ましく、第2,第6,第7分離ガスの少なくとも一部と水蒸気ガスを混合した混合ガスを第2処理室12又は第6処理室62に供給するスイープガスとして再利用してもよい。   Similarly, in the gas recovery apparatus 3 shown in FIG. 3, the sweep gas flowing into the fourth processing chamber 22 may be another gas other than the steam gas, but it is easy from the carbon dioxide gas in the fourth separated gas Those that can be separated are preferred. Further, in the gas recovery apparatus 4 shown in FIG. 4, the sweep gas flowing into the second processing chamber 12 and the fourth processing chamber 22 is not only carbon dioxide gas in the fourth separation gas but also the first and third separation gases. Those that can be easily separated from the inert gas are preferred. Steam gas is preferred in this respect. As a sweep gas for supplying a mixed gas obtained by mixing at least a part of the second separation gas and water vapor gas to the second processing chamber 12, or a mixed gas obtained by mixing at least a part of the fourth separation gas and water vapor gas in the second process. It may be reused as a sweep gas supplied to the chamber 12 or the fourth processing chamber 22. Furthermore, the same applies to the gas recovery devices 5 to 7 shown in FIGS. 5 to 7, and it is preferable to use a steam gas as the sweep gas, and at least a part of the second, sixth, and seventh separation gases are mixed with the steam gas. The mixed gas may be reused as a sweep gas supplied to the second processing chamber 12 or the sixth processing chamber 62.

〈4〉また、上記実施形態では、半導体製造で用いられた洗浄ガスの再利用のために、本発明に係るガス回収装置及びガス回収方法を利用するものであるが、本発明によって分離された二酸化炭素ガス及びヘリウムガスは、その純度次第で他の工業的用途にも再利用することが可能である。   <4> Further, in the above embodiment, the gas recovery apparatus and the gas recovery method according to the present invention are used to reuse the cleaning gas used in the semiconductor manufacturing, but they are separated according to the present invention Carbon dioxide gas and helium gas can be reused for other industrial applications depending on their purity.

〈5〉図6に示したガス回収装置6と図7に示したガス回収装置7は、不活性ガスを選択的に透過する分離膜を備えた分離部(第4分離部43、第5分離部53)と二酸化炭素ガスを選択的に透過する分離膜を備えた分離部(第1分離部13)の両方を備えているという点では共通しているが、両者の位置は異なっている。具体的に、図6に示したガス回収装置6では、第1分離部13の下流側に第4分離部43が設けられているが、図7に示したガス回収装置7では、第1分離部13の上流側に第5分離部53が設けられている。ここで、一般的に濃度が薄い方のガスを選択的に除去する方が膜面積を小さくすることができるということや、CO促進輸送膜を用いた場合は供給側における二酸化炭素ガスの分圧が低くても十分な透過性能を発揮することができること(図8参照)を考慮すると、分離対象のガスにおける不活性ガスの純度の方が大きい場合は、図6に示したガス回収装置6(第1分離部13が上流側)を採用すると、好ましい。<5> The gas recovery unit 6 shown in FIG. 6 and the gas recovery unit 7 shown in FIG. 7 are provided with a separation unit (fourth separation unit 43, fifth separation) including a separation membrane that selectively transmits inert gas. It is common in that both of the part 53) and the separation part (first separation part 13) provided with the separation membrane that selectively transmits the carbon dioxide gas are common, but the positions of both are different. Specifically, in the gas recovery device 6 shown in FIG. 6, the fourth separation unit 43 is provided on the downstream side of the first separation unit 13, but in the gas recovery device 7 shown in FIG. 7, the first separation is performed. A fifth separation unit 53 is provided on the upstream side of the unit 13. Here, in general, it is possible to reduce the film area by selectively removing the gas having a smaller concentration, or when using a CO 2 -facilitated transport film, the amount of carbon dioxide gas on the supply side. In view of the fact that sufficient permeation performance can be exhibited even when the pressure is low (see FIG. 8), when the purity of the inert gas in the gas to be separated is larger, the gas recovery apparatus 6 shown in FIG. It is preferable to adopt (the first separation unit 13 is on the upstream side).

〈6〉 図1〜7に示したガス回収装置1〜7において、得られたガスをフィードバックする構成を採用する場合(例えば、図2に示すガス回収装置2において第2分離ガスを第1処理室11に供給する場合や、図4に示すガス回収装置4において第4分離ガスを第1処理室11に供給する場合など)、フィードバックすべきガスの濃度及び流量の少なくとも一方に基づいてフィードバックするガスの流量を制御してもよい。これにより、ガス回収装置1〜7の各部におけるガスの濃度や流量のゆらぎを抑制することが可能になる。なお、この場合、フィードバックすべきガスの濃度及び流量の少なくとも一方を測定するためのセンサや、フィードバックするガスの流量を制御するコントローラが必要である。   <6> In the case of adopting a configuration in which the obtained gas is fed back in the gas recovery devices 1 to 7 shown in FIGS. 1 to 7 (for example, in the gas recovery device 2 shown in FIG. In the case of supplying to the chamber 11, or in the case of supplying the fourth separated gas to the first processing chamber 11 in the gas recovery apparatus 4 shown in FIG. 4, etc.), feedback is performed based on at least one of concentration and flow rate of gas to be fed back. The gas flow rate may be controlled. Thereby, it becomes possible to suppress the fluctuation of the concentration or flow rate of the gas in each part of the gas recovery devices 1 to 7. In this case, a sensor for measuring at least one of the concentration and flow rate of the gas to be fed back, and a controller for controlling the flow rate of the feedback gas are required.

本発明は、二酸化炭素と不活性ガスを主成分とする混合ガスから、二酸化炭素と不活性ガスを個別に分離し、高純度の二酸化炭素及び高純度の不活性ガスを得るガス回収装置及びガス回収方法に利用可能である。具体的に、半導体製造で用いられる洗浄ガスを再利用するための半導体洗浄システムとしての利用が可能である。   The present invention separates carbon dioxide and an inert gas separately from a mixed gas containing carbon dioxide and an inert gas as a main component, and obtains a gas recovery apparatus and gas that obtain carbon dioxide of high purity and inert gas of high purity. It can be used for recovery methods. Specifically, it can be used as a semiconductor cleaning system for reusing a cleaning gas used in semiconductor manufacturing.

1〜7: ガス回収装置
13: 第1分離部
11: 第1処理室
12: 第2処理室
14: 第1分離膜
15〜18: ガス流路
19: 水蒸気添加部
20a〜20g: 水蒸気分離部
23: 第2分離部
21: 第3処理室
22: 第4処理室
24: 第2分離膜
25〜27: ガス流路
50a〜50c:半導体製造装置
52: 混合部
63: 第3分離部
61: 第5処理室
62: 第6処理室
64: 第3分離膜
65〜67: ガス流路
73: 第4分離部
71: 第7処理室
72: 第8処理室
74: 第4分離膜
75〜77: ガス流路
83: 第5分離部
81: 第9処理室
82: 第10処理室
84: 第5分離膜
85〜88: ガス流路
100: 半導体洗浄システム
1 to 7: Gas recovery apparatus 13: First separation unit 11: First treatment chamber 12: Second treatment chamber 14: First separation film 15 to 18: Gas flow passage 19: Water vapor addition unit 20a to 20 g: Water vapor separation unit 23: second separation unit 21: third processing chamber 22: fourth processing chamber 24: second separation film 25 to 27: gas flow path 50a to 50c: semiconductor manufacturing apparatus 52: mixing unit 63: third separation unit 61: 5th processing chamber 62: 6th processing chamber 64: 3rd separation membrane 65-67: Gas flow path 73: 4th separation part 71: 7th processing chamber 72: 8th processing chamber 74: 4th separation membrane 75-77 Gas flow path 83: fifth separation unit 81: ninth processing chamber 82: tenth processing chamber 84: fifth separation membrane 85 to 88: gas flow path 100: semiconductor cleaning system

Claims (20)

半導体装置の洗浄工程において洗浄ガスとして使用された後の不活性ガスと二酸化炭素ガスを含む第1被処理ガスから、前記不活性ガスと前記二酸化炭素ガスを各別に分離して回収するガス回収部を備え、
前記ガス回収部は、前記第1被処理ガスから少なくとも前記不活性ガスを分離する第1分離部と、前記第1被処理ガスに水蒸気ガスを混合する水蒸気添加部と、を備え、
前記第1分離部は、
前記第1被処理ガスが供給される第1処理室と、
第2処理室と、
前記第1処理室と前記第2処理室を隔てているとともに前記二酸化炭素の透過率が前記不活性ガスの透過率よりも高い、二酸化炭素と選択的に反応するキャリアが添加された促進輸送膜である第1分離膜と、を備えており、
前記第1被処理ガスが、前記第1被処理ガスより前記不活性ガスの純度が高く前記二酸化炭素ガスの純度が低い前記第1処理室内の第1分離ガスと、前記第2処理室内の第2分離ガスに分離され
前記ガス回収部で回収された前記不活性ガスと前記水蒸気ガスとを含む第1混合ガスから、水蒸気を分離して除去する第1水蒸気分離部と、
前記第1水蒸気分離部で前記第1混合ガスから水蒸気を除去した後の前記不活性ガスと、二酸化炭素ガスを、洗浄ガスとして使用するための所定の混合比率で混合する混合部と、を更に備えていることを特徴とするガス回収装置。
A gas recovery unit that separates and recovers the inert gas and the carbon dioxide gas separately from the first gas to be processed that contains the inert gas and carbon dioxide gas after being used as cleaning gas in the cleaning process of the semiconductor device Equipped with
The gas recovery unit includes a first separation unit that separates at least the inert gas from the first gas to be processed, and a water vapor addition unit that mixes a water vapor gas with the first gas to be processed .
The first separation unit includes:
A first processing chamber to which the first gas to be processed is supplied;
The second processing room,
Facilitated transport added with a carrier selectively reacting with carbon dioxide , which separates the first processing chamber and the second processing chamber and has a higher carbon dioxide permeability than the inert gas permeability. A first separation membrane that is a membrane ,
The first gas to be processed has a first separation gas in the first processing chamber in which the purity of the inert gas is higher than that of the first gas to be processed and the purity of the carbon dioxide gas is lower, and a first gas in the second processing chamber. Separated into two separated gases ,
A first water vapor separation unit that separates and removes water vapor from a first mixed gas containing the inert gas and the water vapor gas recovered by the gas recovery unit;
The inert gas after the water vapor is removed from the first mixed gas in the first water vapor separation unit, and a mixing unit that mixes carbon dioxide gas at a predetermined mixing ratio for use as a cleaning gas. It includes optionally gas recovery apparatus according to claim Rukoto.
前記ガス回収部で回収された前記二酸化炭素と前記水蒸気ガスとを含む第2混合ガスから、水蒸気を分離して除去する第2水蒸気分離部を、更に備え、  It further comprises a second water vapor separation unit for separating and removing water vapor from a second mixed gas containing the carbon dioxide and the water vapor gas recovered by the gas recovery unit,
前記混合部に供給される前記二酸化炭素ガスが、前記第2水蒸気分離部で前記第2混合ガスから水蒸気を除去した後の前記二酸化炭素ガスの少なくとも一部を含むことを特徴とする請求項1に記載のガス回収装置。  The carbon dioxide gas supplied to the mixing unit includes at least a part of the carbon dioxide gas after the water vapor is removed from the second mixed gas in the second water vapor separation unit. The gas recovery device described in 1.
前記第2処理室にスイープガスを供給するガス流路を備えることを特徴とする請求項1または2に記載のガス回収装置。 Gas recovery apparatus according to claim 1 or 2, characterized in that it comprises a gas flow path for supplying a sweep gas into the second processing chamber. 前記スイープガスに水蒸気ガスが含まれることを特徴とする請求項に記載のガス回収装置。 The gas recovery apparatus according to claim 3 , wherein the sweep gas contains a water vapor gas. 前記ガス回収部が、前記第2分離ガスから少なくとも前記不活性ガスを分離する第2分離部を、さらに備え、
前記第2分離部は、
前記第2分離ガスが供給される第3処理室と、
第4処理室と、
前記第3処理室と前記第4処理室を隔てているとともに前記二酸化炭素の透過率が前記不活性ガスの透過率よりも高い、二酸化炭素と選択的に反応するキャリアが添加された促進輸送膜である第2分離膜と、を備えており、
前記第2分離ガスが、前記第2分離ガスより前記不活性ガスの純度が高く前記二酸化炭素ガスの純度が低い前記第3処理室内の第3分離ガスと、前記第4処理室内の第4分離ガスに分離されることを特徴とする請求項1〜の何れか一項に記載のガス回収装置。
The gas recovery unit further includes a second separation unit that separates at least the inert gas from the second separated gas,
The second separator is
A third processing chamber to which the second separation gas is supplied;
A fourth processing chamber;
Accelerated transport added with a carrier selectively reacting with carbon dioxide , which separates the third processing chamber and the fourth processing chamber and has a higher carbon dioxide permeability than the inert gas permeability. A second separation membrane that is a membrane ,
The second separation gas includes a third separation gas in the third processing chamber in which the purity of the inert gas is higher than that of the second separation gas and the purity of the carbon dioxide gas is lower, and a fourth separation in the fourth processing chamber. The gas recovery apparatus according to any one of claims 1 to 4 , which is separated into gas.
前記第1被処理ガスに前記第4分離ガスの少なくとも一部が混合されて前記第1処理室に供給される、或いは、前記第2分離ガスに前記第4分離ガスの少なくとも一部が混合されて前記第3処理室に供給されることを特徴とする請求項に記載のガス回収装置。 At least a portion of the fourth separated gas is mixed with the first process gas and supplied to the first processing chamber, or at least a portion of the fourth separated gas is mixed with the second separated gas. The gas recovery apparatus according to claim 5 , wherein the gas is supplied to the third processing chamber. 前記第1被処理ガスに前記第2分離ガスの少なくとも一部が混合されて前記第1処理室に供給されることを特徴とする請求項1〜の何れか一項に記載のガス回収装置。 The gas recovery system according to any one of claims 1 to 6 , wherein at least a part of the second separated gas is mixed with the first gas to be treated and supplied to the first processing chamber. . 前記ガス回収部が、前記第1分離ガスから少なくとも前記不活性ガスを分離する第3分離部を、さらに備え、
前記第3分離部は、
前記第1分離ガスが供給される第5処理室と、
第6処理室と、
前記第5処理室と前記第6処理室を隔てているとともに前記二酸化炭素の透過率が前記不活性ガスの透過率よりも高い、二酸化炭素と選択的に反応するキャリアが添加された促進輸送膜である第3分離膜と、を備えており、
前記第1分離ガスが、前記第1分離ガスより前記不活性ガスの純度が高く前記二酸化炭素ガスの純度が低い前記第5処理室内の第5分離ガスと、前記第6処理室内の第6分離ガスに分離されることを特徴とする請求項1〜の何れか一項に記載のガス回収装置。
The gas recovery unit further includes a third separation unit that separates at least the inert gas from the first separation gas,
The third separation unit includes
A fifth processing chamber to which the first separation gas is supplied;
A sixth processing chamber;
With separating said sixth processing chamber and the fifth processing chamber, said higher than the transmittance of the transmittance the inert gas carbon dioxide, facilitated transport carrier of selectively reacting with carbon dioxide is added A third separation membrane that is a membrane ,
The first separation gas includes a fifth separation gas in the fifth processing chamber in which the purity of the inert gas is higher than that in the first separation gas and the purity of the carbon dioxide gas is lower, and a sixth separation in the sixth processing chamber. The gas recovery apparatus according to any one of claims 1 to 7 , which is separated into gas.
前記不活性ガスが、ヘリウムガスであることを特徴とする請求項1〜の何れか一項に記載のガス回収装置。 The gas recovery device according to any one of claims 1 to 8 , wherein the inert gas is helium gas. 前記不活性ガスがヘリウムガスであり、
前記ガス回収部が、前記第2分離ガスから少なくとも前記二酸化炭素ガスを分離する第4分離部を、さらに備え、
前記第4分離部は、
前記第2分離ガスが供給される第7処理室と、
第8処理室と、
前記第7処理室と前記第8処理室を隔てているとともに前記ヘリウムガスの透過率が前記二酸化炭素ガスの透過率よりも高い第4分離膜と、を備えており、
前記第2分離ガスが、前記第2分離ガスより前記二酸化炭素ガスの純度が高く前記ヘリウムガスの純度が低い前記第7処理室内の第7分離ガスと、前記第8処理室内の第8分離ガスに分離されることを特徴とする請求項1〜の何れか一項に記載のガス回収装置。
The inert gas is helium gas,
The gas recovery unit further includes a fourth separation unit that separates at least the carbon dioxide gas from the second separated gas,
The fourth separator is
A seventh processing chamber to which the second separation gas is supplied;
An eighth processing chamber;
And a fourth separation membrane separating the seventh processing chamber from the eighth processing chamber and having a permeability of the helium gas higher than that of the carbon dioxide gas.
The second separation gas is a seventh separation gas in the seventh processing chamber in which the purity of the carbon dioxide gas is higher than that of the second separation gas and the purity of the helium gas is lower, and an eighth separation gas in the eighth processing chamber. The gas recovery apparatus according to any one of claims 1 to 9 , wherein the gas recovery apparatus is separated.
前記不活性ガスがヘリウムガスであり、
前記ガス回収部が、前記洗浄ガスとして使用された後の前記ヘリウムガスと前記二酸化炭素ガスを含む第2被処理ガスから少なくとも前記二酸化炭素ガスを分離する第5分離部を、さらに備え、
前記第5分離部は、
前記第2被処理ガスが供給される第9処理室と、
第10処理室と、
前記第9処理室と前記第10処理室を隔てているとともに前記ヘリウムガスの透過率が前記二酸化炭素ガスの透過率よりも高い第5分離膜と、を備えており、
前記第2被処理ガスが、前記第2被処理ガスより前記二酸化炭素ガスの純度が高く前記ヘリウムガスの純度が低い前記第9処理室内の第9分離ガスと、前記第10処理室内の第10分離ガスに分離され、
前記第10分離ガスが前記第1被処理ガスとして前記第1処理室に供給されることを特徴とする請求項1〜1の何れか一項に記載のガス回収装置。
The inert gas is helium gas;
The gas recovery unit further includes a fifth separation unit that separates at least the carbon dioxide gas from the second treated gas containing the helium gas and the carbon dioxide gas after being used as the cleaning gas;
The fifth separator is
A ninth processing chamber to which the second processing gas is supplied;
The tenth processing room,
And a fifth separation membrane separating the ninth processing chamber from the tenth processing chamber and having a permeability of the helium gas higher than that of the carbon dioxide gas.
A ninth separated gas in the ninth processing chamber and a tenth separated gas in the ninth processing chamber, wherein the second gas to be treated has a purity of the carbon dioxide gas higher than that of the second gas to be treated and a purity of the helium gas is lower than that of the tenth treatment chamber. Separated into separation gas,
Gas recovery apparatus according to any one of claims 1 to 1 0, characterized in that said tenth separation gas is supplied to the first processing chamber as said first gas to be treated.
前記混合部が、前記不活性ガスと前記二酸化炭素ガスを、洗浄ガスとして使用するための複数の異なる所定の混合比率で混合することを特徴とする請求項1〜11の何れか一項に記載のガス回収装置。  The mixing unit according to any one of claims 1 to 11, wherein the mixing unit mixes the inert gas and the carbon dioxide gas at a plurality of different predetermined mixing ratios for use as a cleaning gas. Gas recovery equipment. 半導体装置の洗浄工程において洗浄ガスとして使用された後の不活性ガスと二酸化炭素ガスを含む第1被処理ガスから、前記不活性ガスと前記二酸化炭素ガスを各別に分離して回収するガス回収工程を備え、
前記ガス回収工程は、前記第1被処理ガスから少なくとも不活性ガスを分離する第1工程を備え、
前記第1工程で、前記第1被処理ガスに水蒸気ガスを混合し、前記第1被処理ガスを、前記二酸化炭素ガスの透過率が前記不活性ガスの透過率よりも高い、二酸化炭素と選択的に反応するキャリアが添加された促進輸送膜である第1分離膜に透過させることで、前記第1被処理ガスより前記不活性ガスの純度が高く前記二酸化炭素ガスの純度が低い前記第1分離膜を未透過の第1分離ガスと、前記第1分離膜を透過したガスを含む第2分離ガスに分離し、
前記ガス回収工程で回収された前記不活性ガスと前記水蒸気ガスとを含む第1混合ガスから、水蒸気を分離して除去する第1水蒸気分離工程と、
前記第1水蒸気分離工程で前記第1混合ガスから水蒸気を除去した後の前記不活性ガスと、二酸化炭素ガスを、洗浄ガスとして使用するための所定の混合比率で混合する混合工程と、を更に備えていることを特徴とするガス回収方法。
A gas recovery step of separating and recovering the inert gas and the carbon dioxide gas separately from the first gas to be treated containing the inert gas and the carbon dioxide gas after being used as the cleaning gas in the semiconductor device cleaning step. Equipped with
The gas recovery step includes a first step of separating at least an inert gas from the first process gas,
In the first step, water vapor gas is mixed with the first gas to be treated , and the first gas to be treated is selected as carbon dioxide having a permeability of the carbon dioxide gas higher than that of the inert gas. The first separation membrane, which is a facilitated transport membrane to which a reactive carrier is added , permeates the first separation gas so that the purity of the inert gas is higher than that of the first gas to be processed and the purity of the carbon dioxide gas is lower. Separating the separation membrane into a first separation gas which has not been permeated and a second separation gas which contains the gas which has permeated the first separation membrane ,
A first water vapor separation step of separating and removing water vapor from a first mixed gas containing the inert gas and the water vapor gas recovered in the gas recovery step;
A mixing step of mixing the inert gas after removing water vapor from the first mixed gas in the first water vapor separation step and carbon dioxide gas at a predetermined mixing ratio for use as a cleaning gas; gas recovery method according to features characterized Rukoto.
前記ガス回収工程で回収された前記二酸化炭素と前記水蒸気ガスとを含む第2混合ガスから、水蒸気を分離して除去する第2水蒸気分離工程を、更に備え、  The method further comprises a second water vapor separation step of separating and removing water vapor from a second mixed gas containing the carbon dioxide and the water vapor gas recovered in the gas recovery step;
前記混合工程で使用される前記二酸化炭素ガスに、前記第2水蒸気分離工程で前記第2混合ガスから水蒸気を除去した後の前記二酸化炭素ガスの少なくとも一部が含まれていることを特徴とする請求項13に記載のガス回収方法。  The carbon dioxide gas used in the mixing step includes at least a part of the carbon dioxide gas after removing the water vapor from the second mixed gas in the second water vapor separation step. The gas recovery method according to claim 13.
前記ガス回収工程が、前記第2分離ガスを、前記二酸化炭素ガスの透過率が前記不活性ガスの透過率よりも高い、二酸化炭素と選択的に反応するキャリアが添加された促進輸送膜である第2分離膜に透過させることで、前記第2分離ガスより前記不活性ガスの純度が高く前記二酸化炭素ガスの純度が低い前記第2分離膜を未透過の第3分離ガスと、前記第2分離膜を透過したガスを含む第4分離ガスに分離する第2工程を、さらに備えることを特徴とする請求項13または14に記載のガス回収方法。 The gas recovery step is a facilitated transport film to which a carrier selectively reacting with carbon dioxide is added , wherein the second separated gas has a permeability of the carbon dioxide gas higher than that of the inert gas. A second separation membrane which is impermeable to the second separation membrane by passing through the second separation membrane, the purity of the inert gas being higher than that of the second separation gas, and the purity of the carbon dioxide gas being lower, and the second separation membrane The gas recovery method according to claim 13 or 14 , further comprising a second step of separating into a fourth separated gas containing the gas that has permeated the separation membrane. 前記第1工程で、前記第1分離膜に透過させる前記第1被処理ガスに前記第4分離ガスの少なくとも一部を混合する、或いは、前記第2工程で、前記第2分離膜に透過させる前記第2分離ガスに前記第4分離ガスの少なくとも一部を混合することを特徴とする請求項1に記載のガス回収方法。 In the first step, at least part of the fourth separation gas is mixed with the first gas to be processed that is allowed to pass through the first separation membrane, or is allowed to pass through the second separation membrane in the second step. gas recovery method of claim 1 5, characterized by mixing at least a portion of said fourth separation gas to the second separation gas. 前記第1工程で、前記第1分離膜に透過させる前記第1被処理ガスに前記第2分離ガスの少なくとも一部を混合することを特徴とする請求項13〜1の何れか一項に記載のガス回収方法。 In the first step, in any one of claims 13 to 1 6, which comprises mixing at least a portion of the second separation gas to the first gas to be treated is transmitted into the first separation membrane The gas recovery method as described. 前記不活性ガスが、ヘリウムガスであることを特徴とする請求項13〜1の何れか一項に記載のガス回収方法。 The gas recovery method according to any one of claims 13 to 17 , wherein the inert gas is helium gas. 前記混合工程において、前記不活性ガスと前記二酸化炭素ガスを、洗浄ガスとして使用するための複数の異なる所定の混合比率で混合することを特徴とする請求項13〜18の何れか一項に記載のガス回収方法。  19. The mixing step according to any one of claims 13 to 18, wherein the inert gas and the carbon dioxide gas are mixed at a plurality of different predetermined mixing ratios for use as a cleaning gas. Gas recovery method. 求項1〜12の何れか一項に記載のガス回収装置を備え、
前記混合部で混合されたガスが、前記洗浄ガスとして前記半導体装置の前記洗浄工程を行う装置に供給されることを特徴とする半導体洗浄システム。
Bei give a gas recovery apparatus according to any one of Motomeko 1-12,
Semiconductor cleaning system the mixed gas in the mixing section, as the cleaning gas, characterized in that it is supplied to the apparatus for performing the cleaning process of the semiconductor device.
JP2017551875A 2015-11-16 2016-11-15 Gas recovery apparatus, gas recovery method, and semiconductor cleaning system Active JP6553739B2 (en)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2015223893 2015-11-16
JP2015223893 2015-11-16
PCT/JP2016/083765 WO2017086293A1 (en) 2015-11-16 2016-11-15 Gas recovery device, gas recovery method, and semiconductor washing system

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JPWO2017086293A1 JPWO2017086293A1 (en) 2018-05-24
JP6553739B2 true JP6553739B2 (en) 2019-07-31

Family

ID=58718912

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2017551875A Active JP6553739B2 (en) 2015-11-16 2016-11-15 Gas recovery apparatus, gas recovery method, and semiconductor cleaning system

Country Status (2)

Country Link
JP (1) JP6553739B2 (en)
WO (1) WO2017086293A1 (en)

Families Citing this family (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2019013861A (en) * 2017-07-03 2019-01-31 住友化学株式会社 Gas separation membrane element, gas separation membrane module, and gas separation device
CN111094725B (en) * 2017-09-07 2022-08-26 株式会社新生能源研究 Power generation system
JP7515151B2 (en) * 2020-02-28 2024-07-12 株式会社Jccl Carbon dioxide recovery device and carbon dioxide recovery method
CN113491929B (en) * 2020-04-08 2023-04-11 中国石油化工股份有限公司 Strengthening process for capturing carbon dioxide in flue gas by membrane separation method
JP7407351B2 (en) * 2021-01-07 2024-01-04 パナソニックIpマネジメント株式会社 Carbon dioxide separation and recovery equipment
WO2023026783A1 (en) * 2021-08-25 2023-03-02 日東電工株式会社 Gas separation system and method for separating mixed gas

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2010136860A (en) * 2008-12-11 2010-06-24 Sharp Corp Washing machine
US8673067B2 (en) * 2009-05-21 2014-03-18 Battelle Memorial Institute Immobilized fluid membranes for gas separation
KR101330336B1 (en) * 2010-12-24 2013-11-15 가부시키가이샤 르네상스 에너지 리서치 Gas separation device, membrane reactor, hydrogen production device, gas separation method, hydrogen production method
WO2013180218A1 (en) * 2012-05-30 2013-12-05 東レ株式会社 Carbon-dioxide-separating membrane
AU2013284661B2 (en) * 2012-07-03 2018-03-08 Japan Fine Ceramics Center Helium gas separator material and method for producing the same
US9724652B2 (en) * 2012-10-22 2017-08-08 Sumitomo Chemical Company, Limited Copolymer and carbon dioxide gas separation membrane

Also Published As

Publication number Publication date
JPWO2017086293A1 (en) 2018-05-24
WO2017086293A1 (en) 2017-05-26

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP6553739B2 (en) Gas recovery apparatus, gas recovery method, and semiconductor cleaning system
Simons et al. Gas–liquid membrane contactors for CO2 removal
Rajabzadeh et al. CO2 absorption by using PVDF hollow fiber membrane contactors with various membrane structures
KR101330336B1 (en) Gas separation device, membrane reactor, hydrogen production device, gas separation method, hydrogen production method
Mansourizadeh et al. CO2 stripping from water through porous PVDF hollow fiber membrane contactor
US7318854B2 (en) System and method for selective separation of gaseous mixtures using hollow fibers
Simons Membrane technologies for CO2 capture
Teramoto et al. Separation and concentration of CO2 by capillary-type facilitated transport membrane module with permeation of carrier solution
JP6294304B2 (en) CO2-facilitated transport membrane, production method thereof, resin composition used in the production method, CO2 separation module, CO2 separation method and apparatus
US11247169B2 (en) Combustion system
JP5796136B2 (en) CO2 facilitated transport membrane, production method thereof, and CO2 separation method and apparatus
Younas et al. Post-combustion CO2 capture with sweep gas in thin film composite (TFC) hollow fiber membrane (HFM) contactor
WO2003008070A1 (en) Improved membrane separation of carbon dioxide
Lee et al. Temperature and pressure dependence of the CO2 absorption through a ceramic hollow fiber membrane contactor module
Scholes et al. Asymmetric composite PDMS membrane contactors for desorption of CO2 from monoethanolamine
CN104418303B (en) The process of carbon dioxide in a kind of membrance separation removing conversion gas
JP2008200589A (en) Method and apparatus for separation of gas
Atlaskin et al. Evaluation of the absorbing pervaporation technique for ammonia recovery after the Haber process
Medrano et al. Membranes utilization for biogas upgrading to synthetic natural gas
Kartohardjono et al. Effects of absorbent flow rate on CO2 absorption through a super hydrophobic hollow fiber membrane contactor
Akan et al. Post-combustion CO2 capture and recovery by pure activated methyldiethanolamine in crossflow membrane contactors having coated hollow fibers
JP2008104953A (en) Gas separation method and gas separator
CN109906111B (en) Combined acid gas capture and water extraction process
Lv et al. Review on membrane technologies for carbon dioxide capture from power plant flue gas
JP2009297655A (en) Separation method and system of carbon dioxide gas

Legal Events

Date Code Title Description
A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20180130

A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20180130

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20190402

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20190702

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20190704

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 6553739

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250