JP2004165584A

JP2004165584A - 半導体製造設備

Info

Publication number: JP2004165584A
Application number: JP2002364457A
Authority: JP
Inventors: Kazuhiro Senoo; 和洋妹尾
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2002-11-11
Filing date: 2002-11-11
Publication date: 2004-06-10

Abstract

【課題】高温希釈ガス５を排気配管３内部に投入して排気配管３を加熱する手法には以下の問題点がある。その１は効果範囲が短いこと。その２は、希釈ガス２７の流量を測定する流量計１２が必要であること。その３は排気配管３内部の温度を一定に制御しようとすると加熱装置４のヒータには低い電力のものを選定する必要があること。その４は加熱装置４は高温であるので設置しにくいこと。などがある。
【解決手段】排気配管３の回りに熱を良く伝える金属層を配置する。高温希釈ガス５の温度と電源装置８１が出力している電力を測定し、希釈ガス２７の流量を算出する。該ヒータの内部温度が高温になった時だけ該ヒータの許容最高温度で一定になるように制御する。加熱装置４の全体を金属ケースで覆う。
【選択図】図１

Description

【０００１】
（１）
【発明の属する技術分野】本発明は半導体デバイスを製造する半導体製造装置の排気配管とガス除害装置の改良に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】図１を用いて全体を説明する。反応性ガスを使用する半導体製造装置１から排出される未反応ガス７はまず真空排気ポンプ２によって排気され、加熱装置４から供給される高温希釈ガス５で希釈され、加熱される。加熱装置４には工場から流量計１２を介して希釈ガス２７が供給されている。希釈された未反応ガス７は排気配管３を通りガス除害装置６へ運ばれ処理される。
【０００３】
未反応ガス７には室温で固体になる物質例えば塩化アンモニウムなどが含まれているので、排気配管３を高温（塩化アンモニウムが昇華する温度、概ね１００℃）に加熱することが行われている。
【０００４】
排気配管３を加熱するために高温希釈ガス５を投入することで排気配管３を内側から加熱し、断熱材８で保温する方法もその一つである。尚通常この排気配管３は耐腐食性のステンレス管が使用される。
【０００５】
排気配管３を流れる未反応ガス７は流量が変わることがある。半導体製造装置１が稼動中には多く、停止中には少ない。このように未反応ガス７の流量が変化する場合、排気配管３の内部温度を測定する熱電対９によって希釈ガス５の温度を変えることにより排気配管３の内部温度を所定の温度に保つ制御方式が取られている。又図１には記載していないが、半導体製造装置１、真空ポンプ１が複数個配置され排気配管３、加熱装置４を共通にした組み合わせもある。
【０００６】
高温希釈ガス５を作る加熱装置４について図２を用いて説明する。加熱装置４は円筒状の本体２６の中に円柱状のヒータ２１が配置されている。通常図２のように本体２６の中心にヒータ２１の中心が配置されている。ヒータ２１は本体２６と固定金具２２でネジ締めして固定されるか、溶接等で固定されている。尚斜線部３２がヒータ２１の発熱部分である。金具２２が加熱されないように非発熱部を設けている。
【０００７】
常温の希釈ガス２７はガス取り入れ口２３を介して、本体２６に投入される。本体２６の内部のヒータ２１により室温であった希釈ガス２７は高温に加熱され、排出口２５から高温希釈ガス５として排出される。
【０００８】
高温希釈ガス５の温度は熱電対２４で検出している。尚温度範囲によって、温度計測用素子は熱電対以外に色々な種類の物が使われている。例えばダイオード等。
【０００９】
ヒター２１にはケーブル３０で電源を供給している。又熱電対２４からケーブル２９で温度信号を電源装置８１に取りこんでいる。
【００１０】
本体２６は温度の高いところでは３００℃を超える場合があるので断熱材３１で覆われている。
【００１１】
図２の加熱装置で使われるヒータ２１に付いて、図３を用いて説明する。有蓋円筒状の金属ケース４４の中に発熱体４２（通常はニクロム線）が絶縁材４５と共に封入されている。発熱体４２の温度を検出する熱電対２９が合わせて封されているヒータもある。通常は温度測定点は中央部分であって、図３のように先端にはない。発熱体４２は図３のように金属ケースの少し奥まった所までしか配置しないその理由は図２の様な加熱装置に棒状のヒータ２１を使用する場合、ヒータ２１全体が熱くなったり、冷えたりすると膨張と収縮が起こり、図２の固定金具２２にストレスがかかり、希釈ガス２７が漏れるためである。反対に図３のようなヒータであって、図２のように配置すれば発熱体４２の無い部分は常に室温の希釈ガス２７が当たるため加熱時であっても室温に近い温度のままであるので、ストレスが固定金具２２にはかからない。
【００１２】
図４によりガス除害装置について説明する。この例はシランガスの除害装置である（乾式除害装置とも呼ばれる）。シランガスを含んだ未反応ガス５１は大気５２と共にブロアー５６によって吸引されている。該未反応ガス５１に含まれるシランガスは大気５２と混ぜられ、水とＳｉＯ２になる。ＳｉＯ２はフィルター５４で取り除かれ、残留したシランガスは吸着材５５に吸着し無害化されたガス５７として外部に排出される。
【００１３】
（２）
【発明が解決しようとする課題】
図１を用いて説明する。高温希釈ガス５を投入して排気配管３を加熱する方法において、単に断熱材８を装着しても保温が難しく短い距離しか排気配管３を高温に保つことができない。そのため複数の加熱装置４を配置する必要がある。
【００１４】
既存の半導体装置１の中には希釈ガスを投入しない設備がある、また新たに加熱装置４を配管３に付加する場合もある。この様な場合には希釈ガス２７の流量を測定する流量計１２が新たに必要になってしまう。
【００１５】
前記０００５項のように排気配管３の内部温度を一定に保つ制御をする場合には、例えば未反応ガス７が急激に多くなると図２のヒータ２１に投入される電力は最大になる。もしこの状態で図３の発熱体４２が定格以上の温度になれば発熱体４２は断線してしまう。そこで通常はヒータに最大電力を投入しても断線事故が起こらない程度の電力しか供給できないような少電力の発熱体４２を選定する。しかし少電力の発熱体４２の場合図１の排気配管３の内部温度を早く高温にすることができない。
【００１６】
図１のガス除害装置６内部の配管は加熱又は断熱されていないので、未反応ガスの温度が著しく低下する。その結果該未反応ガスはガス除害装置６の内部で固化する。ガス除害装置６がいわゆる燃焼式除害装置の場合には、内部のセンサーや燃料を供給するノズル等に付着し、安定可動を妨げる。
【００１７】
大気の酸素と化合させてシランガスを除害するようなガス除害装置６（いわゆる乾式ガス除害装置）の場合には未反応ガス７を１％以下に希釈する。このため化合反応が発熱反応であっても次ぎの反応を十分加速する要因（化合する物質の温度上昇）にはならず、反応速度が遅いままである。そのため図４の化合室３を長くする必要がある。
【００１８】
加熱装置４にはケーブル２９、３０を接続する必要がある。このケーブル２９，３０はいずれも接続部分が弱いのでどこかで補強しなければすぐに断線事故になってしまう。
【００１９】
加熱装置４は半導体工場で使われる。しかし一方高性能な断熱材は、石綿のようにゴミ、ホコリを発散するものである。このため性能の低い断熱材しか使用することができないので、加熱装置４は大きくなってしまい排気配管３への取りつけが難しい。
【００２０】
（４）
【課題を解決するための手段】
前記００１３項を解決する手段としては、の排気配管３の外側に良く熱を伝える外皮（例えば銅）を設ける。そしてその外側に断熱層を設ける。
【００２１】
前記００１４項を解決する手段としては、図１の加熱装置４を制御する電源装置８１に希釈ガス流量を測定する機能を具備させる。具体的には加熱装置４のヒータに投入している電力と高温希釈ガス５の温度を測定することで希釈ガス２７の流量を算出する機能を電源装置８１に具備させる。
【００２２】
前記００１５項を解決する手段としては十分大きな電力を投入できる図２のヒータ２１であって、図３のように金属ケース４４内部の先端４６に熱電対２９を配置したヒータを用いる。先端４６の部分を測定するのは、先端４６の温度が加熱装置の中で最も高温となるからである。そしてヒータの発熱体４２の温度が低い場合には図１の熱電対９からのフィードバック信号を基に配管３の内部温度が所定の温度になるようにヒータ２１に投入する電力を制御する。他方ヒータ２１の内部の発熱体４２が許容最高温度に近くなった時にはヒータ２１内部に配置した熱電対２９からのフィードバック信号で発熱体４２の温度が許容最高温度になるようにヒータ２１に投入する電力を制御する。
【００２３】
前記００１６、００１７項を解決する手段としては、図１のガス除害装置６のガス取り入れ口１０の直前に図１の高温希釈ガス５を投入する。
【００２４】
前記００１８、００１９項を解決する手段としては加熱装置４を金属ケースで密閉し、内部に高性能の断熱材を装填する。更にケースにコネクタを付けて電力、信号用ケーブルはこのコネクタを介して配線する。
【００２５】
（５）
【実施例】
図６を用いて、００２０項の実施例を説明する。排気配管３を熱を良く伝える金属でできた管に挿入して、その外側に断熱材８を設ける。排気配管３と該管はなるべく密着させた構造とする。又排気配管３の周囲に熱を良く伝える金属でできたテープ状の物を巻きつけても良い。この形態の作用について同じく図６を用いて説明する。高温未反応ガス１１が排気配管３の内部を通過する。そのとき熱が排気配管３に伝わり排気配管３の温度を上げる。通常排気配管３は高温未反応ガス１１が投入される上流側より排出される下流側の方が温度は低い。排気配管３に伝わった熱は断熱材８を通過して矢印７４の方向（外部）へ漏れ出すものと、排気配管３を伝わって矢印７５の方向へ伝わるものとに別れる。排気配管３は通常耐腐食性のあるステンレス製であるため熱を伝えにくいので配管の下流側へ熱が伝わりにくい。しかし本発明では熱を良く伝える外皮７３が装着されているので、排気配管３から漏れ出した熱は外皮７３に伝わり、外皮７３を伝わって下流側へ伝わっていく。そして再度排気配管３を加熱する作用をする。
【００２６】
図７を用いて、００２１項の実例を説明する。この図７は従来の加熱装置４とそれを制御する電源装置８１の接続関係を示した模式図である。希釈ガス２７はヒータ２１で加熱され高温希釈ガス５として排出される。高温希釈ガス５の温度は熱電対２４で計測され温度調節器８４へ送られる。温度調節器８４は測定された温度と設定温度の差を検出しリレー８３をＯＮ／ＯＦＦすることで高温希釈ガス５の温度が設定温度になるよう制御する。この制御は通常ＰＩＤ制御で行われる。ＰＩＤ制御はまずサイクル時間が決められている。例えば該サイクル時間を１０秒とする。そして１０％を出力したい場合には１０秒の最初の１秒間だけリレー８３をＯＮし、残りの９秒間をＯＦＦする。この動作を連続すれば最大出力の１０％がヒータ２１に投入され続けることになる。１００％出力時の投入電力は電源８２とヒータ２１の定格によって決まっている。例えば電源２をＡＣ１００Ｖとし、ヒータの抵抗を１００オームとすれば１００Ｗが１００％出力に相当する。一方希釈ガス２７と高温希釈ガス５との温度差をＴ、とすると次式が成り立つ。
投入電力＝流量^＊密度^＊比熱^＊Ｔ
ただしここで流量、密度、比熱は希釈ガス２７の物性である。これから容易に希釈ガス２７の流量を算出することができる。従って例えば出力を１０％に固定して、高温希釈ガス５の温度を測定すれば希釈ガス７の流量を測定する事ができる。又運転時は高温希釈ガス５は一定温度になるので、投入電力を観測すれば希釈ガス２７の流量を測定できる。
【００２７】
図８を用いて、００２２項の実施例を説明する。排気配管３の内部の高温未反応ガス１１の温度は熱電対９で計測され温度調節器８４へ送られる。ヒータ２１の内部の温度は熱電対４３で計測され温度調節器８５へ送られる。温度調節器８４には高温未反応ガス１１を何℃にするかの設定をする。温度調節器８５にはヒータ２１の内部の許容最高温度を設定しておく。そして温度調節器８４ではリレー８３を制御させ、温度調節器８５ではリレー８６を制御させる。従来は温度調節器８５、リレー８６、熱電対４３は無かった。この形態の作用に付いて同じく図８を用いて説明する。運転開始状態ではヒータ２１も本体２６も温度が低いので高温未反応ガス１１も低い温度である。そのため温度調節器８４は１００％出力しようとする。つまりリレー８３はＯＮしたままとなる。又ヒータ２１の内部温度も低いので温度調節器８５も１００％出力しようとする。ここでもしヒータ２１の定格が非常に大きい場合には、運転開始から短時間でヒータ２１の内部温度だけが上昇する。それに対し本体２６やヒータ２１の表面温度は未だ温度が低いままとなる。その結果高温未反応ガス１１の温度も上がらず温度調節器８４は運転開始状態のまま１００％の出力を出そうとする。ヒータ２１の内部温度はやがて温度調節器８５に設定した温度（ヒータ２１の内部の許容最高温度）付近に到達する。すると温度調節器８５はヒータ２６の内部温度を設定値にしようとし、リレー８６を制御し始める。このためヒータ２１の内部温度は許容最高温度を維持する。又ヒータ２１の内部は許容最高温度になっているので最も早い速度で高温未反応ガス１１の温度を上げる作用がある。このような過渡状態は負荷に当たる未反応ガス７が急激に増加した場合にも発生する。
【００２８】
図９を用いて、００２３項の実施例を説明する。加熱装置４をガス除害装置６のガス取り入れ口直前に取りつける。尚ここではガス除害装置６の外に配置しているが、該装置の内部に組みこんでも良い。この形態の作用について説明する。高温未反応ガス１１は排気配管３の内部をガス除害装置６に向かって移動する。移動する間に断熱材３を介して熱が逃げていくために温度が低下する。低い温度になった高温未反応ガス１１に再度高温希釈ガスを投入する。このことで高温未反応ガス１１の温度が再度上昇し、ガス除害装置６には高温の状態で高温未反応ガス１１が投入され、ガス除害装置６の内部配管も加熱される作用がある。
【００２９】
図５を用いて、００２４項の実施例を説明する。まず半円筒形の金属ケース６５と６６で加熱装置全体を覆う。希釈ガス２７の取り入れ口、高温希釈ガス２８の排出口は２つの金属ケース６５、６６で図５のように挟みこむようにすることで、隙間なく希釈窒素供給源全体を覆うことができる。次ぎに金属ケース６５と６６の両端には蓋を取りつける特に蓋６４にはコネクタ６２を装着し、コネクタ６２を介して電源装置と接続する。金属カバー６５と６６を本体２６に固定する方法は本体２６に支柱６８を溶接し、その支柱にボルト等で固定する。尚支柱６８は本体２６の温度の低い部分に配置する。金属ケース６５、６６と本体２６との隙間には断熱材６３を充填する。この形態の作用について説明する金属ケースで加熱装置を完全に覆ってしまうので、断熱材６３に石綿のような粉塵を出すような物を使っても外部に漏れ出さない作用がある。又本体２６の低温部分に金属ケース６５、６６が固定されるので金属ケース６５、６６は高温にならない作用がある。コネクタ６２を介して電源装置と接続できるので、ケーブル２９、３０には外部から力が加わらない作用がある。
【００３０】
（６）
【発明の効果】
発明の効果を図１を用いて説明する。００２５項で示した作用により、排気配管３は高温希釈ガス５を投入した場所からより離れた場所でも高温に保たれるので加熱装置４を多く配置しなくても排気配管３全体を高温に保つ事ができるので、設置費用を低くすることができる。００２６項で示した作用により、新たに加熱装置４を取りつける場合であっても、希釈ガス２７の流量を測定するための流量計を設置する必要がなくなり、加熱装置４を取りつける設置費用を低くすることができる。００２７項で示した作用により、排気配管３を早く高温にできるので、半導体生産ラインの停止時間を短くすることができる。又未反応ガス７の流量が急激に増加しても早く配管３の温度を上昇できるので、配管３が目詰まりを起こさない。応答速度が遅いと加熱される前に目詰まりしてしまいそこに高温希釈ガス５が到達できない（ブロア５６で引けなくなる）ので、目詰まりを解消できない。００２８項で示した作用により、ガス除害装置６がいわゆる燃焼式の場合には投入される高温未反応ガス１１は完全なガスで、かつ高温であるので、ガス除害装置の内部も加熱される。そのため未反応ガスは固体に戻ることがなく、ガス除害装置のセンサーや燃料供給部分に付着することもない。結果としてガス除害装置を安定稼動させることができる。又ガス除害装置がいわゆる乾式除害装置の場合には未反応ガス１１の温度が高くなるので、反応速度が速くなる。その結果図４の化合室３を短くすることができる。００２９項で示した作用により、高性能な断熱材（石綿を含んだようなもの）であっても、ホコリを嫌う半導体工場で使用することができる。また断熱材が高性能であるので、ケースを含んだ加熱装置４全体を小さくすることができる。その結果排気配管３の入り組んだ狭い場所であっても設置することができる。又ケース外壁が低い温度であるため運転中も安全である。更にコネクタを介して外部配線を行うので、断線事故が起こらない。
【００３１】
【図面の簡単な説明】
【図１】従来の半導体製造装置と加熱装置と排気配管とガス除害装置の配置関係を示す模式図
【図２】従来の加熱装置の模式図
【図３】本発明に係る加熱装置のヒータの内部構造を示す模式図
【図４】いわゆる乾式除害装置の模式図
【図５】本発明に係る加熱装置に金属ケースを付加した外観図と断面図
【図６】本発明に係る排気配管の断面図
【図７】従来の加熱装置と電源装置の接続関係を示した模式図
【図８】本発明に係る加熱装置とその電源装置の接続関係を示した模式図
【図９】本発明に係るガス除害装置の入り直前に加熱装置を取りつけた状態を示した模式図
【符号の説明】
１・・・半導体製造装置
２・・・真空排気ポンプ
３・・・排気配管
４・・・加熱装置
５・・・高温希釈ガス
６・・・ガス除害装置
７・・・未反応ガス
８・・・断熱材
９・・・熱電対
１０・・・ガス取り入れ口
１１・・・高温未反応ガス
１２・・・流量計
２１・・・ヒーター
２２・・・ヒータ固定金具
２３・・・希釈ガス投入口
２４・・・熱電対
２５・・・高温希釈ガス排出口
２６・・・本体
２７・・・希釈ガス
２９・・・ケーブル
３０・・・ケーブル
３１・・・断熱材
３２・・・ヒータ発熱部
４２・・・発熱体
４３・・・熱電対
４４・・・金属ケース
４５・・・絶縁材
４６・・・先端
５１・・・未反応ガス
５２・・・大気
５３・・・化合室
５４・・・フィルター
５５・・・吸着材
５６・・・ブロアー
５７・・・排気
６１・・・ボルト
６２・・・コネクタ
６３・・・断熱材
６４・・・蓋
６５・・・金属カバー
６６・・・金属カバー
６７・・・ボルト
６８・・・支持金具
７３・・・外皮
７４・・・熱
７５・・・熱
８１・・・電源装置
８２・・・電源
８３・・・リレー
８４・・・温度調節器
８５・・・温度調節器
８６・・・リレー

Claims

半導体製造装置から排出される未反応ガスをガス除害装置に導くために設けられた排気配管内に、加熱した希釈ガス（窒素ガス又は希ガス又二酸化炭素）を直接投入することによって該排気配管内部から加熱する加熱手段を設けた該排気配管であって、内管、外皮の２重層で形成し、内管は通常使われる耐腐食性のステンレスで形成し、外皮を熱を伝えやすい材質で形成することを特徴とする排気配管。
半導体製造装置から排出される未反応ガスをガス除害装置に導くために設けられた排気配管内に、加熱した希釈ガスを直接投入することによって、該排気配管内部から該排気配管を加熱する加熱装置に電力を供給する電源装置であって、該希釈ガスを加熱する手段を利用して該希釈ガスの流量を測定する機能を有することを特徴とした電源装置。
前項でいう希釈ガスを加熱するために設けられた電源装置であって排気配管内部の温度を検出し、それに基づいて該排気配管内部を所定の温度に制御する該電源装置であって、負荷にあたる該排気配管内部を流れるガスが急激に増えた場合又は該電源装置に電源を投入してから該排気管内部の温度が所定の温度付近に上昇するまで、該希釈ガスを加熱するヒータの内部温度が該ヒータの許容最高温度で一定になる制御機能を具備した電源装置と該ヒータの先端部分の温度を測定することを特徴としたヒータ。
半導体製造装置から排出される未反応ガスをガス除害装置に導くために設けられた排気配管の特にガス除害装置の該未反応ガスの取り入れ口直前に、高温の希釈ガスを投入することを特徴とする排気配管設備。
半導体製造装置から排出される未反応ガスを処理するガス除害装であって、処理（例えば燃焼、空気との混合等）する直前に高温の希釈ガスを該未反応ガスに混入させることを特徴とするガス除害装置。
希釈ガスを加熱するために設けられた加熱装置であって、該加熱装置に金属カバーを設けることを特徴とした加熱装置。
請求項６の加熱装置であって、金属カバー内部に断熱材を充填した加熱装置。