JP2000300956A - 半導体製造装置用除害装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 半導体製造装置用除害装置の小型化を図る。 【解決手段】 反応炉１から排ガスを排出する排ガス経
路６３に、該排ガス中の有害成分を除害処理する主除害
装置９１を設けるとともに、ベント経路６７に、該ベン
ト経路６７を経て排出される排ガス中の有害成分を除害
処理する副除害装置９３を設ける。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体製造装置用
除害装置に関し、詳しくは、半導体製造装置から排出さ
れる排ガス中の有害成分を除害処理するための装置に関
する。

【０００２】

【従来の技術】半導体製造工程では、毒性ガスや可燃性
ガス、腐食性ガス等を使用するため、半導体製造装置か
ら排出される排ガス中には、これらの有害成分が含まれ
ている。このため、通常の半導体製造装置には、排ガス
の除害処理を行うための除害装置が付設されている。

【０００３】図２は、窒化ガリウム系化合物半導体薄膜
を作製するＭＯＣＶＤ装置の一例を示す系統図である。
窒化ガリウム系化合物半導体薄膜は、有害なアンモニア
と、有機金属であるトリメチルガリウム、トリメチルイ
ンジウム、トリメチルアルミニウム等を原料として使用
する。

【０００４】図２の装置では、反応炉１に原料を供給す
る系統として、アンモニアを供給するアンモニア供給源
２と、二系統の有機金属供給源３，４とが設けられてい
る。薄膜作製時において、アンモニアは、弁２１、流量
調節器２２、弁２３を経て、水素供給源５から弁５１、
流量調節器５２を経て供給される水素と合流し、アンモ
ニア供給経路６１を通って反応炉１に供給される。ま
た、有機金属は、水素供給源５から弁５３，５４、流量
調節器５５，５６を経て供給されるキャリヤガスとして
の水素に同伴されて有機金属供給源３，４から導出し、
弁３１，４１を通り、水素供給源５から弁５７、流量調
節器５８を経て供給される水素と合流し、有機金属供給
経路６２を通って反応炉１に供給される。

【０００５】反応炉１の排ガス経路６３からは、原料と
して導入されたアンモニア、有機金属及びこれらの反応
生成物や水素を含む排ガスが流出する。この排ガスは、
最初に除害装置７１に導入されて有機金属が除去され、
次いで経路６４からアンモニア除害装置７２に導入され
てアンモニアが除去された後、排気経路６５から排出さ
れる。

【０００６】薄膜作製前の待機状態においては、各ガス
の流量を制御する流量調節器（マスフローコントローラ
ー）の動作を安定させるため、また、有機金属供給源に
おける有機金属原料の供給量を安定させるため、アンモ
ニア供給側では、弁２３を閉じて弁２４を開き、所定流
量に制御されたアンモニアをアンモニアベント経路６６
に流し、窒素供給源８から弁８１、流量調節器８２を経
て供給される窒素と合流させ、配管内に封じ込められて
いるアンモニアを追い出すようにしてアンモニア除害装
置７２に導入している。また、有機金属供給側では、弁
３１，４１を閉じて弁３２，４２を開き、所定流量に制
御された水素に同伴させた有機金属を有機金属ベント経
路６７に流し、窒素供給源８から弁８３、流量調節器８
４を経て供給される窒素と合流させて除害装置７１に導
入している。

【０００７】なお、窒素供給源８からの窒素は、除害装
置やベント経路への大気の流入を防止するため、常時所
定流量で供給されている。

【０００８】このような窒化ガリウム系化合物半導体薄
膜を作製するＭＯＣＶＤ装置では、有機金属の除害に
は、固体除害剤を筒内に充填した簡単な構造の除害装置
を使用しているが、可燃毒性ガスであるアンモニアは、
使用量が大量であることから、固体除害剤による除害装
置では固体除害剤を頻繁に交換しなければならず、非常
にコスト高となる。このため、アンモニアの除去には、
熱分解式アンモニア除害装置や触媒燃焼式除害装置が多
く用いられている。

【０００９】熱分解式アンモニア除害装置は、触媒を使
ってアンモニアを水素と窒素とに分解するものであり、
触媒燃焼式除害装置は、アンモニア及び水素を空気で希
釈した後、触媒を利用して約３５０℃と比較的低い温度
で燃焼によりアンモニアを窒素と水とに変換するもので
ある。

【００１０】これらのアンモニア除害装置では、上述の
ように触媒を使用してアンモニアの除害を行っているた
め、触媒毒となる有機金属をアンモニア除害装置の前段
で除去する必要があり、このため、有機金属用除害装置
とアンモニア除害装置とを連設する必要があった。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】ところが、このような
ＭＯＣＶＤ装置では、毎分数十リットルから数百リット
ルという大量の原料ガス（アンモニア、水素、有機金
属）を反応炉に供給するため、反応炉からは略同程度の
大量のガスが排出されることになる。このため、有機金
属を除去するための除害装置は、触媒毒となる有機金属
を十分に除去する必要上、非常に大型のものとなる。し
かし、固体除害剤を充填した筒が大型化すると、ガスを
均一に流すことが困難になり、ガスの流れやすいパスが
でき、設計通りの除害性能を得ることが困難になるなど
の問題を生じる。

【００１２】そこで、本発明者らは、触媒毒となる有機
金属を効率よく十分に除去することができ、装置の小型
化も図れる除害装置を開発するために鋭意研究を重ね
た。その結果、有機金属は、炉内での反応で大部分が消
費され、反応炉から排出されるガス中には少量しか含ま
れていないこと、この少量の有機金属を除去するだけな
らば小型の筒に固体除害剤を充填しても十分な除去が行
えることを知見した。

【００１３】

【課題を解決するための手段】本発明の半導体製造装置
用除害装置は、上記知見に基づいて成されたものであっ
て、半導体原料の供給源と、該供給源から反応炉へ半導
体原料を供給する原料供給経路と、供給源から反応炉を
通らずに半導体原料物質を排出するベント経路とを備え
た半導体製造装置から排出される排ガスの除害処理を行
う除害装置において、前記反応炉から排ガスを排出する
排ガス経路に、該排ガス中の有害成分を除害処理する主
除害装置を設けるとともに、前記ベント経路に、該ベン
ト経路を経て排出される排ガス中の有害成分を除害処理
する副除害装置を設けたことを特徴としている。

【００１４】さらに、本発明の半導体製造装置用除害装
置は、半導体原料である有機金属をキャリヤガスに同伴
させて供給する有機金属供給源と、該有機金属供給源か
らキャリヤガスに同伴された有機金属を反応炉に供給す
る有機金属供給経路と、有機金属供給源から反応炉を通
らずにキャリヤガスに同伴された有機金属を排出する有
機金属ベント経路と、半導体原料であるアンモニアを供
給するアンモニア供給源と、該アンモニア供給源からア
ンモニアを反応炉に供給するアンモニア供給経路と、ア
ンモニア供給源から反応炉を通らずにアンモニアを排出
するアンモニアベント経路とを備えた半導体製造装置か
ら排出される排ガスの除害処理を行う除害装置におい
て、前記反応炉から排ガスを排出する排ガス経路に、該
排ガス中の有機金属を除害処理する主除害装置とアンモ
ニアを除害するアンモニア除害装置とをこの順で連設
し、該アンモニア除害装置に前記アンモニアベント経路
を接続するとともに、前記有機金属ベント経路に、該有
機金属ベント経路を経て排出される排ガス中の有機金属
を除害処理する副除害装置を設けたことを特徴としてい
る。

【００１５】すなわち、従来の装置構成では、反応炉か
らの大量の排ガスと、有機金属ベント経路からの大量の
有機金属とを、一つの有機金属用除害装置で除害処理す
るようにしていたため、大量の固体除害剤を必要とし、
装置の大型化を招いていたが、本発明では、ガス量が多
くても有機金属量が少ない反応炉からの排ガスと、有機
金属量は多くてもガス量が少ないベント経路のガスとを
別個に除害処理するように形成し、それぞれに最適な除
害装置を設けるようにしたものである。

【００１６】なお、本発明は、前述のようなＭＯＣＶＤ
装置用の除害装置として最適なものであるが、単一の原
料ガスを用いるＣＶＤ装置であっても、例えば、反応炉
に原料ガスとともに水素や窒素等のキャリヤガスや希釈
ガスを大量に導入するものでは、反応炉からの排ガス
は、有害成分（原料や反応生成物）の含有量は少ないが
ガス量が大量になり、ベント経路は希釈ガス等が無い
分、ガス量は少ないが有害成分は高濃度となっている。
したがって、このような場合も、ガス量が多く有害成分
が少ない経路と、ガス量が少なく有害成分が多い経路と
に、それぞれ最適な設計を行った主副一対の除害装置を
設置することにより、全体としての小型化や処理効率の
向上が図れる。また、主副の除害装置は、ガス量及び有
害成分量に応じて異なった除害装置を用いることもで
き、例えば、大量のガスを処理するものには、燃焼処理
やスクラバー処理等を使用し、少量のガスの処理に固体
除害剤を用いるようにしてもよい。

【００１７】

【発明の実施の形態】図１は本発明の半導体製造装置用
除害装置を、前述の窒化ガリウム系化合物半導体薄膜を
作製するＭＯＣＶＤ装置に適用した一形態例を示す系統
図である。なお、前記図２に示した装置の構成要素と同
一の構成要素には、同一符号をそれぞれ付して詳細な説
明は省略する。

【００１８】この半導体製造装置用除害装置は、反応炉
１の下流に連設された有機金属除去用の主除害装置９１
及びアンモニア除害装置９２と、有機金属ベント経路６
７に設けられた有機金属除去用の副除害装置９３とによ
り形成されている。

【００１９】主除害装置９１及び副除害装置９３には、
有機金属の除去処理が可能な除害剤、例えば、酸化銅や
水酸化第二銅を反応主成分とした固体除害剤を筒内に充
填した、いわゆる除害筒を使用することができ、除害対
象成分の種類に応じて最適なものを選択することがで
き、複数の機器を組み合わせることもできる。

【００２０】例えば、窒化ガリウム系化合物半導体薄膜
を作製するＭＯＣＶＤ装置の反応炉１からの排出ガス中
に含まれる有機金属量を測定すると、反応炉１に導入し
た有機金属の９０％以上が炉内で反応分解し、排ガス中
の量は導入量の１／１０以下になる。したがって、主除
害装置９１においては、筒長を１／１０程度に縮小して
も十分に有機金属の除去を行うことが可能であり、筒径
を細くすることも可能である。一方、副除害装置９３に
おいては、ガス量が少なく、一般に反応炉１からの排出
量に比べて大幅に少なく、毎分数リットル程度なので、
筒径の細いものを使用しても十分な除去能力を得ること
ができる。

【００２１】本形態例では、副除害装置９３から排出さ
れるガスを経路６８を介してアンモニア除害装置９２に
導入するようにしているが、この排出ガスにはアンモニ
アが含まれていないので、そのまま排出するようにして
もよい。

【００２２】なお、アンモニア除害装置９２には、従来
と同様の熱分解式アンモニア除害装置や触媒燃焼式除害
装置を使用することができ、他のアンモニア除害手段や
回収手段を組み合わせることができる。

【００２３】

【実施例】実施例１ 図１に示す構成の装置を使用し、反応炉圧力を１気圧、
成長温度を１０５０℃、アンモニア供給量を毎分３２リ
ットル、トリメチルガリウム供給量を毎分１７６μｍｏ
ｌ又は３５２μｍｏｌ、水素供給量を毎分４８リット
ル、窒素供給量を毎分１１２リットルとし、各ベント経
路の窒素流量を毎分５リットルとしてＧａＮ膜を成長さ
せ、排ガス中のトリメチルガリウム量を測定した。

【００２４】主除害装置には、筒長が２００ｍｍで、筒
径が３００ｍｍの除害筒を使用し、酸化銅を反応主成分
とした除害剤を充填した。この除害筒は、従来の有機金
属用除害筒に比べて筒長が１／６となっている。また、
副除害装置には、筒長が３００ｍｍで、筒径が１００ｍ
ｍの除害筒を使用した。

【００２５】その結果、主除害装置からアンモニア除害
装置に送られる排ガス中のトリメチルガリウム量は、ト
リメチルガリウム供給量が毎分１７６μｍｏｌのときで
１３ｐｐｂ、３５２μｍｏｌのときで１５ｐｐｂであっ
た。この数値は、図２に示す従来装置と略同じ値であ
る。したがって、反応炉から排出されるガス中のトリメ
チルガリウムは、筒長を１／６とした除害筒で十分に除
去できることが分かる。

【００２６】また、待機時に、有機金属ベント経路から
副除害装置に導入され、副除害装置の除害筒で処理した
ガス中のトリメチルガリウム量は、トリメチルガリウム
供給量が毎分１７６μｍｏｌのときで１４ｐｐｂ、３５
２μｍｏｌのときで１６ｐｐｂであった。したがって、
小型の除害筒でも十分にトリメチルガリウムを除去でき
ることが分かる。なお、有機金属ベント経路には、毎分
５リットルの窒素を常時流している。

【００２７】これにより、除害筒の全体積を従来の１９
％程度まで小さくすることができ、除害筒を２個設けて
も装置全体を大幅に小型化できることが分かる。

【００２８】比較例１ 図２に示す構成の装置を使用して実施例１と同じ条件で
操作を行った。除害装置の除害筒は、筒長を１２００ｍ
ｍ、筒径を３００ｍｍとした。その結果、薄膜生成時に
おいて除害装置から導出されるガス中のトリメチルガリ
ウム量は、トリメチルガリウム供給量が毎分１７６μｍ
ｏｌのときで１３ｐｐｂ、３５２μｍｏｌのときで１４
ｐｐｂであった。

【００２９】また、待機時におけるトリメチルガリウム
流出量は、トリメチルガリウム供給量が毎分１７６μｍ
ｏｌのときで１４ｐｐｂ、３５２μｍｏｌのときで１６
ｐｐｂであった。

【００３０】比較例２ 図２に示す構成の装置において、除害装置の除害筒を実
施例１と同じものとした。除害装置からのトリメチルガ
リウム流出量は、薄膜生成時は略同じ値であったが、待
機時においては、トリメチルガリウム供給量が毎分１７
６μｍｏｌのときで７００ｐｐｂ、３５２μｍｏｌのと
きで１２００ｐｐｂとなった。

【００３１】実施例２ 図１に示す構成の装置を使用し、反応炉圧力を１気圧、
成長温度を１０５０℃としてＡｌＧａＮ（１μｍ）／Ｉ
ｎＧａＮ（０．２μｍ）／ＧａＮ（１μｍ）／基板の構
造を持つ膜を成長させた。除害装置には実施例１と同じ
ものを使用した。

【００３２】反応炉圧力は１気圧、成長温度は１０５０
℃とし、最初の２０分間は、アンモニア供給量を毎分３
２リットル、トリメチルガリウム供給量を毎分３５２μ
ｍｏｌ、水素供給量を毎分６４リットル、窒素供給量を
毎分１３２リットルとしてＧａＮを成長させた。このと
き、有機金属ベント経路には、次に供給されるトリメチ
ルインジウムが毎分１７６μｍｏｌで、毎分５リットル
の窒素とともに流れている。

【００３３】このとき、アンモニア除害装置入口部にお
けるトリメチルガリウム量は１３ｐｐｂ、トリメチルア
ルミニウム量は２ｐｐｂ、トリメチルインジウム量は６
ｐｐｂであった。

【００３４】次の３０分間は、アンモニア供給量を毎分
２４リットル、トリメチルガリウム供給量を毎分８８μ
ｍｏｌ、トリメチルインジウム供給量を毎分１７６μｍ
ｏｌ、窒素供給量を毎分１５６リットルとしてＩｎＧａ
Ｎを成長させた。なお、水素の供給は行っていない。こ
のとき、有機金属ベント経路には、余剰のトリメチルガ
リウムが毎分２６４μｍｏｌで、次に供給されるトリメ
チルアルミニウムが毎分３５．２μｍｏｌで、毎分５リ
ットルの窒素とともに流れている。

【００３５】このとき、アンモニア除害装置入口部にお
けるトリメチルガリウム量は１３ｐｐｂ、トリメチルア
ルミニウム量は７ｐｐｂ、トリメチルインジウム量は４
ｐｐｂであった。

【００３６】最後の３０分間は、アンモニア供給量を毎
分１６リットル、トリメチルガリウム供給量を毎分１７
６μｍｏｌ、トリメチルアルミニウム供給量を毎分３
５．２μｍｏｌ、水素供給量を毎分８９リットル、窒素
供給量を毎分１７６リットルとしてＡｌＧａＮを成長さ
せた。このとき、有機金属ベント経路には、余剰のトリ
メチルガリウムが毎分１７６μｍｏｌで、毎分５リット
ルの窒素とともに流れている。

【００３７】このとき、アンモニア除害装置入口部にお
けるトリメチルガリウム量は１２ｐｐｂ、トリメチルア
ルミニウム量は３ｐｐｂ、トリメチルインジウム量は４
ｐｐｂであった。

【００３８】実施例３ 主除害装置の除害筒を、筒長４００ｍｍ、筒径２００ｍ
ｍとし、副除害装置の除害筒を、筒長１５０ｍｍ、筒径
１００ｍｍとした以外は実施例１と同じ構成の装置を使
用した。成長温度を１０００℃とし、有機金属ベント経
路における窒素量を毎分１０リットルとした以外は、実
施例３と同様の操作を行ってＡｌＧａＮ（１μｍ）／Ｉ
ｎＧａＮ（０．２μｍ）／ＧａＮ（１μｍ）／基板の構
造を持つ膜を成長させた。

【００３９】各工程において、アンモニア除害装置入口
部におけるトリメチルガリウム量、トリメチルアルミニ
ウム量及びトリメチルインジウム量を測定した。その結
果、ＧａＮ成長時のトリメチルガリウム量は１５ｐｐ
ｂ、トリメチルアルミニウム量は２ｐｐｂ、トリメチル
インジウム量は６ｐｐｂであり、ＩｎＧａＮ成長時のト
リメチルガリウム量は１７ｐｐｂ、トリメチルアルミニ
ウム量は６ｐｐｂ、トリメチルインジウム量は３ｐｐｂ
であり、ＡｌＧａＮ成長時のトリメチルガリウム量は１
７ｐｐｂ、トリメチルアルミニウム量は４ｐｐｂ、トリ
メチルインジウム量は４ｐｐｂであった。

【００４０】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の半導体製
造装置用除害装置によれば、ガス量と有害成分濃度とに
応じて最適な除害装置を主副組み合わせて使用するの
で、除害効率の向上が図れ、除害装置全体としての大幅
な小型化が図れる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の半導体製造装置用除害装置を窒化ガ
リウム系化合物半導体薄膜を作製するＭＯＣＶＤ装置に
適用した一形態例を示す系統図である。

【図２】 従来の半導体製造装置用除害装置の一例を示
す系統図である。

【符号の説明】

１…反応炉、２…アンモニア供給源、３，４…有機金属
供給源、５…水素供給源、８…窒素供給源、６１…アン
モニア供給経路、６２…有機金属供給経路、６３…排ガ
ス経路、６６…アンモニアベント経路、６７…有機金属
ベント経路、９１…主除害装置、９２…アンモニア除害
装置、９３…副除害装置

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 遠藤 文誉 東京都港区西新橋１−16−７ 日本酸素株 式会社内 (72)発明者 小関 修一 東京都港区西新橋１−16−７ 日本酸素株 式会社内 Ｆターム(参考） 4D002 AA13 AA40 AC10 BA03 BA06 CA07 CA13 CA20 DA11 DA23 EA02 GA01 GA02 GA03 GB01 GB02 GB03 GB04 GB20 5F045 AA04 AB14 AB17 AC08 AC12 AD14 AE29 DA52 EG08

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 半導体原料の供給源と、該供給源から反
   応炉へ半導体原料を供給する原料供給経路と、供給源か
   ら反応炉を通らずに半導体原料物質を排出するベント経
   路とを備えた半導体製造装置から排出される排ガスの除
   害処理を行う除害装置において、前記反応炉から排ガス
   を排出する排ガス経路に、該排ガス中の有害成分を除害
   処理する主除害装置を設けるとともに、前記ベント経路
   に、該ベント経路を経て排出される排ガス中の有害成分
   を除害処理する副除害装置を設けたことを特徴とする半
   導体製造装置用除害装置。
2. 【請求項２】 半導体原料である有機金属をキャリヤガ
   スに同伴させて供給する有機金属供給源と、該有機金属
   供給源からキャリヤガスに同伴された有機金属を反応炉
   に供給する有機金属供給経路と、有機金属供給源から反
   応炉を通らずにキャリヤガスに同伴された有機金属を排
   出する有機金属ベント経路と、半導体原料であるアンモ
   ニアを供給するアンモニア供給源と、該アンモニア供給
   源からアンモニアを反応炉に供給するアンモニア供給経
   路と、アンモニア供給源から反応炉を通らずにアンモニ
   アを排出するアンモニアベント経路とを備えた半導体製
   造装置から排出される排ガスの除害処理を行う除害装置
   において、前記反応炉から排ガスを排出する排ガス経路
   に、該排ガス中の有機金属を除害処理する主除害装置と
   アンモニアを除害するアンモニア除害装置とをこの順で
   連設し、該アンモニア除害装置に前記アンモニアベント
   経路を接続するとともに、前記有機金属ベント経路に、
   該有機金属ベント経路を経て排出される排ガス中の有機
   金属を除害処理する副除害装置を設けたことを特徴とす
   る半導体製造装置用除害装置。