JPS60241918A - アモルフアス・シリコン成膜プロセス中に副生成物として発生する粉塵の処理方法および装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 この発明はアモルファス・シリコン（以下ａ−Ｓｔと呼
ぶ）粉塵の処理方法および装置、とくにシラン−ガスを
多量に用い、光ＣＶ　Ｄ　（Ｃｈｅｍｉｃａｌ　Ｖａｐ
ｏｒＤｅｐｏａｌｔｌｏｎ　）法やプラスＴＣＶＤ法な
どによってａ−８ｔ膜を形成する際に発生する多量の粉
塵を処理する方法および装置に関する。

シラン・ガスをグロー放電によって分解して得られるａ
−８１の有用性が見出されて以来その応用や実用化の研
究開発が盛んに行なわれ、製品の性能向上には著しい進
歩が認められる。しかし、ａ−８ｌの生産の立場からみ
た場合、そこには重大な問題点が残されている。それら
の１つは生産性におけるデポジション速度（ｄａｐｏｍ
ｉｔｌｏｎ　ｒｊＬｔａ　）の向上の問題であるが、こ
の点は、本発明者らの特願昭５８−４０６３５号、特願
昭５８−４０６３６号および特願昭５８−１９６１１７
号に記述されているように、解決されている。

第２の問題点は、シラン−ガスのグロー放電による分解
によってａ−８１膜が生成される際に発生する多量の粉
塵の処理の問題である。従来は、なにふんにもａ−８１
そのものが未だ開発段階にあるので、一般にはその生成
は実験要素が多く多量のシラン・ガスを用いて工場規模
で生産を行なうことは未だ一般には極めて少なく、実験
の都度、発生する粉塵は小型の吸引式掃除器などによっ
て吸い取り、そのまま廃棄する程度のことしか行なわれ
ていないのが現状であると考えられる。しかし、ａ−８
１感光体を量産する場合には、この粉塵の処理は極めて
重要な課題となってくるのである。

それは、この粉塵の、以下に述べる特殊の性質によるか
らであり、この粉塵の処理方法が確立されない限りは１
−８１の生産は工業的基盤を持ち得ないことになるので
ある。この多量のシリコン粉塵発生の対策としては本発
明者らの特願昭５８−２０９１７４号に粉塵の１捕獲方
法”が述べられており、これらの捕獲手段によってａ−
８ｌ成膜そのものに関する問題点は解決しているわけで
あるが、最も重要な点はこれらの発生粉塵をどのように
”処理”すべきかという点に尽きる。この粉塵の極めて
特殊な性質とは次のごとくである。

イ）粉塵は極めて微細かつ軽量の粒子からなり、ふわふ
わしていて僅かな気流に遭っても直ちに浮遊、飛散して
環境を汚染したり、作業員の衛生管理上にも問題となる
。

口）　ａ−８１の粉塵はマツチ、たばこの火、スパーク
、鋲火花などの小さい火種でも容易に着火する。発生し
た粉塵はそれ自体は引火性はないが、ひとたび着火する
と、花火のように盛んに燃焼するし、周囲に飛散し易い
ので燃焼を誘発し易い。

粉塵が多量に存在する場合には火薬や花火のように全域
に瞬間的に燃え拡がるので、極めて危険である。

ハ）ひとたび着火すると、現在の技術では、完全に空気
の存在を遮断しない限り鎮火することは不可能である。

二）ａ−８１粉塵は水に対する親和性がなく、水中に分
散し得ず、常に水面に浮遊した状態のままであるから、
水による粉塵の処理は不可能である。

ホ）従って、ひとたび着火した粉塵は大気中では散水し
ても鎮火することはなく、水面に浮遊した状態で燃焼し
つづけ、また水が存在する場合には灼熱を発して激しく
燃える。従って、多量の粉塵が燃焼している個所へ散水
することは火に油を注ぐのと同じ結果になる。

へ）粉塵は水との親和性はないが、一般の有機溶剤には
親和し、液内に分散する。しかし、低級アルコールとは
反応して炭化水素系ガス、シラン拳ガス、水素ガスを発
生し、自然着火する場合がある。従って、可燃性有機溶
剤と混合することは危険であり禁物である。

））　ａ−８１粉塵の集合はあたかも液体のような流動
性を有していて、加圧しても単に周囲へ逃げてしまい、
圧縮プレスすることは極めて困難であるＯ チ）ａ−８１の成膜条件によっても異なるが、この粉塵
は全般に褐色を呈する。粉塵を燃焼させても、残滓は白
味がかった茶色の粉塵状のものとして残る。この残滓は
水との親和性が強く、水中に分散し、放置しておけば沈
澱する。この沈澱物は酸化シリコンであり、通常の土壌
と同質である。

以上のように、ａ−８１粉塵は粉末状態では極めて危険
であり、取り扱い困難であり、従って工場での量産を行
なう場合の排出物としての粉塵は単に集塵するだけでは
問題の解決にはならず、粉塵の処理が不適切である場合
には公害上の問題のみならず、周囲の破壊につながる危
険がある。ここでは主としてアモルファス−シリコン感
光体の製造を対象として発明を記述するが、シラン・ガ
スのグロー放電分解法を採る限りは共通の問題点なので
ある。

従来は、反応室へシラン・ガスを給送し、反応室内へは
高周波電力（ＲＦ）を印加してグロー放電によってｈ−
８１のデポジションを行ない、その際にこの反応室内に
発生した粉塵を単にロータリ争ポンプ（ＲＰ）などの吸
引装置によって集塵したものを廃棄する程度のことしか
行なわれていなかったのである。従来、「シラン−ガス
」の危険性に関する対策は種々なされてきているが、シ
リコンの「粉塵」に関する対策は比較的に等開祖されて
きたきらいがある。しかし、本発明者はこの粉塵の危険
性のほうが遥かに重大であることを認識している。

この発明は、プラズマＣＶＤ法などによるシランを含む
ガス体硅素化合物をグロー放電で分解を行なってａ−８
１や多結晶Ｓ１を成膜し、太陽電池や感光体その他の機
能素子を作成する際に副生物として発生する粉塵の処理
方法および装置に関するものであるが、かかる膜の生成
の方法、手段、装置はすでに各種のものが提案されてお
り、ここに逐一記述することはせず、単に１つの具体例
を示すにとどめる。

ここには上記したようにアモルファス・シリコンを用い
た感光ドラムの製造の場合について述べるＯ この感光ドラムの製造装置の概略を第１図に示すが、同
図において参照符号１はａ−８１成膜のための基体ドラ
ムであり、均一の成膜を実現するためにこの基体ドラム
１は回転モータ７に連結したマンドレル３に装着されて
いる。このマンドレル内には基体温度１ＩＩｌｆＩＢ用
のヒータを付加してもよい。

２は円筒形の金網状電極で、高周波電源５に接続されて
基体ドラム１との間にグロー放電を生ぜしめる。４は下
部にコロのついた真空式反応室であり、ベース昏プレー
ト８と着脱自在に構成されている。６はシランなどの原
料ガス供給源であり、Ｎ３やＮ２その他のドーピング・
ガスを含む容器（ボンベ）に設けた弁（図示せず）によ
ってその流量が調節され、反応室４内へ符号１１で示さ
れるガス噴出用細孔を有するとともにガス供給源６に接
続された吹出し管から、グロー放電中に導入される。９
は真空排気手段であって、反応室４内の作動圧力を一定
に保つように構成されており、ｒ過機能を有する集塵槽
１０を介して反応室４へ接続されている。

上記した構成の成膜装置において、シランなどの原料ガ
スはグロー放電によって分解され、その一部分はドラム
１の表面にａ−８１膜として成膜し、また気中で固化し
たものは反応室４のあらゆる内壁面及び反応室中の吹出
し管１１の周囲に付着し、他は排気管Ｓを通過してｆ過
集塵槽１０内に捕獲される。成膜作業の終了後、次の成
膜作業に備えて、これらの付着および捕獲粉塵を清掃処
理するのである。

第２図は、反応室４をペース−プレート８から外して別
のクリーニング機能を有する清掃手段１２へ移動設置し
た状態を示し、モータＭに接続された回転・往復可能な
ノズル１３から例えばＮ２などの安定な不活性ガスを反
応室４内へ吹きつけて、この反応室内の壁面に付着した
粉塵を吹き飛ばしながら吸引管Ｓ′を介して反応室外へ
排出する。

第３図は、反応室４からマンドレル３、ドラム１、金網
状電極２及び吹出し管１１を図示しない密Ｍ室内におい
てＭｔＢさせ、各吸引ノスル１４を左右に移動させなが
ら電極２や吹出し管１１に付着した粉塵を完全に除去す
る態様を示す。この室は図示しないが室の上部から底部
へ不活性ガス気流が設けられて、底部から捕獲容器内へ
管を経て排出されるように構成されている。

第２図および第３図の各機能を第１図の反応室へ直接に
組み入れてよいことは言うまでもない。

第４図において、第１図のｒ過集塵槽１０内に捕獲され
た粉塵ａや、第２図および第３図において捕集した粉塵
は粉塵流路りを経てダスト・ホッパ１５内に集められる
。１６はパケットで、フロン液源１８にダンパーなど適
当の手段によって取り外し可能に接続されていて予しめ
フロン（（４Ｃｔｓ　Ｆｓ　）液が充填されているとと
もに、その頚口部はダスト・ホッパ１５の底部へ連通し
ていてホッパ内の粉塵が自重によってパケット１６内へ
落下流入するようになっている。１７は適宜の動力で系
外から作動させ得る攪拌手段であって、パケット内の粉
塵をフロン液と混合させて泥状１′にする。

第５図はフロン液回収手段を示し、粉塵がフロン液で泥
状になったものが入っているパケット１６をホッパ１５
から取りはずして、適当な加熱手段１９によって８０Ｃ
以下の適温に加熱してフロンのみを蒸発させ、熱部管２
０を経て冷却手段２１によって冷却されフロン回収容器
１８′内へフロン液となって回収される。上記泥状の粉
塵ａ′は、加熱によってフロンが完全に蒸発すると画境
ａ“となり、第６図に示すようになる。これらを適当な
容器、例えば袋２２に入れて焼却処理する。焼却後の粉
塵は通常の土壌となんら異なることはないので、廃棄も
容易である。また、この粉塵は水素を多量に含む、水素
化アモルファス・シリコンであるから、上記のごとく面
域化した粉塵をさらに整形したりプレス固形化して、保
存のためのみならず固体水素化シリコンの半導体材料と
して再利用することもできる。とくに、この発明で述べ
たように、外部との接触を避け、不純物のない状態で固
形化されるので、真空蒸着材料やスパッタ材料などとし
て有効に利用できる。また、上記した水素を多量に含む
シリコンは水を分解して水素を発生させる。粉末状のま
までは有効な利用方法を取りにくいが、水中で固形状の
ものに光や電気刺激を加えて活性化すると、極めて有効
にＨ，ガスを発生するので、水素エネルギ活用上からも
極めて有用である。

以上を要約すると以下のごとくである。すなわち１ （１）ａ−引成膜工程中に発生した粉塵は系外へ出るこ
となく、集塵容器内へ集約される。従って、周囲への飛
散が生じないので、粉塵公害や作業員の衛生上の問題も
起らない。また、粉塵は安全なパイプ拳ラインなどによ
って連絡され、系外との接触がないので、着火燃焼の危
険がない。また、反応室内への吹きつけを窒素ガスなど
の不活性ガスで行なえば燃焼のおそれは全くなくなり、
一層安全である。さらに、系に関連する電気系は安全の
ために防爆構造にされる。

（２）粉体輸送によってダスト・ホッパ内へ集塵するの
であるが、これらには不活性ガスを充填しておく。一定
量の粉塵が溜ったら、ダンパを開口してフロン容器内へ
取り出す。従って、危険な粉塵を系外へ飛散・分散しな
いので安全である。

（３）粉塵はフロン液との親和性が良好であり、泥状と
なる。フロンは粉塵と反応することはなく、またフロン
自体も不燃性なので、自然着火はしない。この泥状のも
のは着火しにくいが、ひとたび着火すると燃焼して有毒
なハロゲン系ガスを噴出するので、周囲の火気には注意
を要する。しかし、泥状となっているので、粉塵として
周囲に飛散することはない。

（４）フロン回収手段を用いてフロン液のみを回収でき
る。このフロン液は再度粉塵処理に使用できるので、フ
ロンの自然消失分だけの補充で足り、経済的効果が大き
い。また、フロン自体も排出されないので公害上の問題
はない。

（５）フロンが完全に蒸発したあとでは固形状、面域状
のシリコン粒が形成される。これらは塊りであるから、
飛散のおそれはなく、取り扱いが容易である。固形状に
なったものでも火を付ければ燃焼するが、粉塵の際のよ
うな爆発的燃焼は生ぜず、比較的に穂かに燃焼する。ま
た、粉塵のような飛散がないので、誘発のおそれがなく
、粉塵状態のものよりも遥かに安全である。さらに、燃
焼後は石炭ガラのようになり、廃棄が容易である。

（６）以上のごとき方法で固形化した場合、同量の粉塵
は体積比が１／１ｏ〜１／２ｏに減少し、処理容積とし
ては極めて有利である。

以上のごとく、取り扱いが困難で危険な粉塵が比較的に
簡単な方法によって取り扱い易くかつ安全な固形にする
ことができる。

従来では、粉塵の回収そのものが極めて危険な状態にあ
り、処理も単に粉塵を直接に燃焼させるために、燃焼の
制御が行なえず、極めて危険であり、また燃焼処理後も
粉塵として残っていた。このような危険性のために、従
来では集めた粉塵を高級アルコールや界面活性剤を溶解
した水に混入して親水化したうえで水に分散させること
も行なわれているが、この場合には分散するのに可成り
の時間を要するとともに、場合によっては化学反応を起
して有毒ガスを発生することがある。さらに、この液そ
のものの処理も困難であり、過大な排水処理設備を要し
、ランニング・フストが大であった。この発明ではこれ
らの不都合はすべて解決されるわけである。

【図面の簡単な説明】

第１図ないし第４図はこの発明に係るシリコン粉塵捕獲
および処理方法を実施するための一連の系を示し、第１
図は粉塵捕獲手段を設けた、一部を断面にしたａ−８１
成膜用装置の一例を示す。 第２図及び第３図は第１図の装置を分解後、それぞれ別
形式の粉塵捕獲手段により反応室及びその内部構成部品
の残留粉塵を清掃する状態を示す概略断面図である。 第４図は捕獲された粉塵の処理機構を示す説明図である
。 第５図はフロン回収ならびに粉塵捕獲手段の１例を示す
説明図である。 第６図は画境化した粉塵を収納した袋を示す図である。 １・・・基体ドラム；２・・・金網状電極；６・・・マ
ンドレル：４・・・反応ｍ；７．Ｍ・・・モータ；８・
・・ベース・プレート；９・・・真空排気手段；１０・
・・ｒ過集塵槽；１１・・・吹出し管；１２・・・清掃
手段；１３・・・吹き付はノズル；１４・・・吸引ノズ
ル；１５・・・ダスト轡ホッパ；１６・・・パケット：
１８・・・フロン液源；２１・・・冷却手段：２２・・
・袋。 特許出願人：スタンレー電気株式会社 第５図 手続補正書（方式） ％式％ ■、事件の表示　特願昭５９−９６６５３号２、発明　
の名称　アモルファス・シリコン成膜プロセス中に副生
成物として発生する粉塵の 処理方法および装置 ４．４＃−代理人　〒１０５東京都港区新橋５−１９５
、補正命令の日付　昭和５９年　７月３１日７、補正の
内容 （１）委任状を別紙添付の通り補充する。 （２）明細書箱１６項１４行目の「系を示し、」をｒ系
の各構成部分を示し、Ｊに訂正する。 （３）図面中、第１図乃至第４図を別紙添付の通り訂正
する。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）　シラン・ガスを主成分とする原料ガスを分解して
   アモルファス・シリコンの成膜を行なうプロセスにおい
   て、上記成膜プロセス中に副生成物として発生する粉塵
   を捕獲して処理する方法であって、上記粉塵の捕獲を上
   記成膜を行なう系の外部に上記粉塵を飛散させることな
   く行なうとともに捕獲された粉塵をシリコンに対して親
   和性を有する加熱蒸溜可能゛な不燃性の液体と混和して
   泥状化し、さらにこの泥状混合物を加熱蒸溜してその中
   に含まれる上記液体をほぼ完全に蒸溜して回収するとと
   もにこの蒸溜によって固形化ないし面域化した粉塵を回
   収し、ともにこれらを再利用することを含む上記処理方
   法。 ２）前記蒸溜可能な不燃性の液体はフロン液であること
   を特徴とする特ＩＩ！Ｆｎ求の範囲第１項に記載の処理
   方法。 ３）前記粉塵の捕獲において、粉塵は連結されたパイプ
   ・ラインによって強制排出ないし吸引されて輸送され集
   中的に捕獲集合され、従って前記系外へ飛散しないこと
   を特徴とする特許請求の範囲第１項に記載の処理方法。 ４）前記原料ガスの分解は密閉反応室内においてプラズ
   マＣＶＤ法または光ＣＶＤ法にヨッて行なわれることを
   特徴とする特許請求の範囲第１項に記載の処理方法。 ５）　シラン・ガスを主成分とする原料ガスを分解して
   アモルファス・シリコンの成膜を行う際に発生する粉塵
   を捕獲して処理する装置であって、上記発生した粉塵を
   成膜部署から吸引排出するために成膜部署へ連結された
   真空式吸引手段と、この真空式吸引手段へ連結された粉
   塵捕獲部署と、この捕獲部署へ連結されていて捕獲され
   た粉塵を受け入れるためのダスト・ホッパ部と、このダ
   スト・ホッパ部の底部に設けたダンパ手段へ取りはずし
   可能に連結されていてこのダンパ手段から流入スる粉塵
   を混和して泥状化するための加熱熱部可能な液体が充填
   されている混合手段と、この混合手段を上記ダンパから
   取りはずして該混合手段を加熱して上記液体を熱部して
   この混合手段内に固形化ないし面域化された粉塵を残す
   ための加熱熱部手段と、を含むことを特徴とする、上記
   粉塵の捕獲・処理装置。