JPS6341637B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 この発明はアモルフアス・シリコン（以下ａ−
Si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CVD（Chemical
Vapor Deposition）法やプラズマCVD法などに
よつてａ−Si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つて分解して得
られるａ−Si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
−Si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
おけるデボジシヨン速度（deposition rate）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（特開昭59−193265号）、特願昭
58−40636号（特開昭59−193266号）および特願
昭58−196117号（特開昭60−88955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
よる分解によつてａ−Si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
にぶんにもａ−Si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つて吸
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−Si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問題となつてくるのであ
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ａ−Si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（特開昭60−101544号）に粉塵の“捕獲
方法”が述べられており、これらの捕獲手段によ
つてａ−Si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つても直ちに
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。

(ロ) ａ−Si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。

(ニ) ａ−Si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) 従つて、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。従つて、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。

(ヘ) 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・ガス、水素ガスを発生し、自然着火する場
合がある。従つて、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。

(ト) ａ−Si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。

(チ) ａ−Siの成膜条件によつても異なるが、この
粉塵は全搬に褐色を呈する。粉塵を燃焼させて
も、残滓は白味がかつ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−Si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、従つて工場
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アス・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
電によつてａ−Siのデポジシヨンを行ない、その
際にこの反応室内に発生した粉塵を単にロータ
リ・ポンプ（RF）などの吸引装置によつて集塵
したものを廃棄する程度のことしか行なわれてい
なかつたのである。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閑視
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
行なつてａ−Siや多結晶Si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
逐次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アス・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。

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−Si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
ヤンドレル３に装着されている。このマンドレル
内には基体温度調節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・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、H₂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）によつてそ
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つて、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、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つて分解され、その
一部分はドラム１の表面にａ−Si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をベース・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１
２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
密閉室内において露出させ、各吸引ノズル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Ｄを経てダスト・ホツ
パ１５内に集められる。１６はバケツトで、フツ
素化炭化水素（例えば、C₂Cl₃F₃）液源１８にダ
ンパーなど適当の手段によつて取り外し可能に接
続されていて予じめフツ素化炭化水素液が充填さ
れているとともに、その頚口部はダスト・ホツパ
１５の底部へ連通していてホツパ内の粉塵が自重
によつてバケツト１６内へ落下流入するようにな
つている。１７は適宜の動力で系外から作動させ
得る撹拌手段であつて、バケツト内の粉塵をフツ
素化炭化水素液と混合させて泥状a′にする。

第５図はフツ素化炭化水素液回収手段を示し、
粉塵がフツ素化炭化水素液で泥状になつたものが
入つているバケツト１６をホツパ１５から取りは
ずして、適当な加熱手段１９によつて80℃以下の
適温に加熱してフツ素化炭化水素のみを蒸発さ
せ、蒸溜管２０を経て冷却手段２１によつて冷却
されフツ素化炭化水素回収容器１８′内へフツ素
化炭化水素液となつて回収される。上記泥状の粉
塵a′は、加熱によつてフツ素化炭化水素が完全に
蒸発すると固塊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
フアス・シリコンであるから、上記のごとく固塊
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液水素化シリコンの
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
蒸着材料やスパツ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H₂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) ａ−Si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。従つ
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・ラインなどによつて連絡さ
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) 粉体輸送によつてダスト・ホツパ内へ集塵す
るのであるが、これらには不活性ガスを充填し
ておく。一定量の粉塵が溜つたら、ダンパを開
口してフツ素化炭化水素容器内へ取り出す。従
つて、危険な粉塵を系外へ飛散・分散しないの
で安全である。

(3) 粉塵はフツ素化炭化水素液との親和性が良好
であり、泥状となる。フツ素化炭化水素は粉塵
と反応することはなく、またフツ素化炭化水素
自体も不燃性なので、自然着火はしない。こ泥
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
状となつているので、粉塵として周囲に飛散す
ることはない。

(4) フツ素化炭化水素回収手段を用いてフツ素化
炭化水素液のみを回収できる。このフツ素化炭
化水素液は再度粉塵処理に使用できるので、フ
ツ素化炭化水素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、フツ素化炭化
水素自体も排出されないので公害上の問題はな
い。

(5) フツ素化炭化水素が完全に蒸発したあとでは
固形状、固塊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。固形状になつたもので
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、比較的に穏かに燃焼す
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１／10〜１／20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つ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つていた。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、場合によつては化学反
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・コストが大で
あつた。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
系の各構成部分を示し、第１図は粉塵捕獲手段を
設けた、一部を断面にしたａ−Si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
ツ素化炭化水素回収ならびに粉塵固塊化手段の１
例を示す説明図である。第６図は固塊化した粉塵
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；３……
マンドレル；４……反応室；７，Ｍ……モータ；
８……ベース・プレート；９……真空排気手段；
１０……過集塵槽；１１……吹出し管；１２…
…清掃手段；１３……吹き付けノズル；１４……
吸引ノズル；１５……ダスト・ホツパ；１６……
バケツト；１８……フツ素化炭化水素液源；２１
……冷却手段；２２……袋。

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
   してアモルフアス・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つ
   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つて固形化ないし固塊化
   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ツ素化炭化
   水素液であ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。 ３ 前記粉塵の捕獲において、粉塵は連結された
   パイプ・ラインによつ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、従つて前記系
   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法によつて行われ
   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
   してアモルフアス・シリコンの成膜を行なう際に
   発生する粉塵を捕獲して処理する装置であつて、
   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・ホツパ部と、このダス
   ト・ホツ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
   入する粉塵を混和して泥状化するための加熱蒸溜
   可能な不燃性の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蒸溜してこの混
   合手段内に固形化ないし固塊化された粉塵を残す
   ための加熱蒸溜手段と、を含むことを特徴とす
   る、上記粉塵の捕獲・処理装置。 ６ 前記加熱蒸溜可能な不燃性の液体はフツ素化
   炭化水素液であることを特徴とする、特許請求の
   範囲第５項に記載の捕獲・処理装置。