JP2009170505A

JP2009170505A - 半導体製造装置

Info

Publication number: JP2009170505A
Application number: JP2008004385A
Authority: JP
Inventors: Masakazu Omura; 雅一大村
Original assignee: Hitachi Cable Ltd
Current assignee: Hitachi Cable Ltd
Priority date: 2008-01-11
Filing date: 2008-01-11
Publication date: 2009-07-30

Abstract

【課題】分解されずに除害筒まで到達するＡｓＨ₃、ＰＨ₃の量を減らし、除害筒の負担を軽減することで、従来よりも低コストで有害ガスを除去可能な半導体製造装置を提供する。
【解決手段】基板が収容された反応炉２にＡｓＨ₃やＰＨ₃などの原料ガスを供給し、反応炉２から排出された未反応のＡｓＨ₃またはＰＨ₃などの有害物質を含む排出ガスから有害物質を除去する排出ガス処理装置３を備えた半導体製造装置において、排出ガス処理装置３に、排出ガスを３００℃から１０００℃に加熱し、排出ガス中のＡｓＨ₃およびＰＨ₃などの有害物質を熱分解させる分解チャンバ４を備えたものである。
【選択図】図１

Description

本発明は、化合物半導体結晶の製造工程で使用された排ガス中の有害物質を除去するための装置を有する半導体製造装置に関する。

気体原料を用いて結晶成長を行う半導体製造方法においては、各種の有害ガスを使用して半導体の製造を行う。これらのガスは、安全性、環境汚染または地球温暖化などの観点から、そのまま大気中に放出するには問題がある。したがって、半導体の製造に使用されたガスは使用後に所定の処理を施して排気することになっている。

例えば、III−Ｖ族化合物半導体結晶をエピタキシャル成長させる際には、加熱された基板上に、必要とするIII族原料ガス、Ｖ族原料ガス、キャリアガスおよびドーパント原料ガスを供給して基板上に化合物半導体を積層する。このとき、原料ガスとして、強い毒性を有するＡｓＨ₃（アルシン）やＰＨ₃（ホスフィン）を使用する。

従来技術における、これらの有害物質の除害過程を図５に示す。ＡｓＨ₃、ＰＨ₃は原料ガスとして反応炉５２内に導入され、結晶成長に必要な温度に加熱されて分解し、ＡｓやＰとして基板上や炉内の治具表面、炉壁に結晶成長または析出する。これらの炉内の治具表面や炉壁に析出した析出物は、トラップ５３ａとフィルタ５３ｂとからなる粉塵除去装置５３によって取り除かれる。

この段階では、排出ガスの中には未反応のままのＡｓＨ₃やＰＨ₃が残っている。この排出ガスは、ポンプ５４を通った後、コールドトラップ５５で−１０℃から５０℃に冷却される。この過程でさらに単体のＰが析出され、除去される。

また、上述の過程でも分解されず、除去しきれなかったＡｓＨ₃やＰＨ₃は、さらに除害筒（吸着筒）５６に輸送され、吸着剤に吸着させることによって直接除去される。また、結晶成長の際に使用するキャリアガスが水素の場合は、最後に希釈ブロア５７によって安全な濃度に希釈してから大気中に放出する。

その他の化合物半導体結晶の製造過程で使用された有害ガスの除害装置としては、特許文献１，２に示すものがある。

特開２００１−３５３４２０号公報特開２００６−１５６７９２号公報

前述した従来のＡｓＨ₃、ＰＨ₃の除去過程では、分解せずに除害筒５６まで到達する有害ガスの量が多かった。未分解で除害筒５６に到達する有害ガスの割合は、成長炉内での流速と温度設定にもよるが、導入した有毒ガスに対して４０％から８０％にもなる。これらは全て除害筒５６の吸着剤によって直接吸着することで除去されていた。

しかしながら、吸着剤が消耗する度に除害筒５６の交換が必要になるため、従来、吸着剤の激しい消耗とそれによる除害筒５６の頻繁な交換がコストを圧迫し、ＡｓＨ₃、ＰＨ₃といった有害ガスの除去にかかるコスト全体が高くなることが問題となっていた。

そこで、本発明の目的は、上記課題を解決し、分解されずに除害筒まで到達するＡｓＨ₃、ＰＨ₃の量を減らし、除害筒の負担を軽減することで、従来よりも低コストで有害ガスを除去可能な半導体製造装置を提供することにある。

本発明は上記目的を達成するために創案されたものであり、請求項１の発明は、基板が収容された反応炉にＡｓＨ₃やＰＨ₃などの原料ガスを供給し、前記反応炉から排出された未反応のＡｓＨ₃またはＰＨ₃などの有害物質を含む排出ガスから有害物質を除去する排出ガス処理装置を備えた半導体製造装置において、前記排出ガス処理装置に、前記排出ガスを３００℃から１０００℃に加熱し、前記排出ガス中のＡｓＨ₃およびＰＨ₃などの有害物質を熱分解させる分解チャンバを備えた半導体製造装置である。

請求項２の発明は、前記分解チャンバは、前記反応炉の直後に配置される請求項１記載の半導体製造装置である。

請求項３の発明は、前記排出ガス処理装置は、前記排出ガス中の粉塵を除去する第１粉塵除去装置、前記排出ガスを冷却して析出物を除去する第１コールドトラップ、前記排出ガス中のＡｓＨ₃およびＰＨ₃を吸着剤で吸着して除去する除害筒を順次配置して構成され、前記分解チャンバは、前記第１コールドトラップと前記除害筒との間に配置される請求項１記載の半導体製造装置である。

請求項４の発明は、前記反応炉と前記第１粉塵除去装置と前記第１コールドトラップとを結ぶ排気ラインを複数配置し、各排気ラインの第１コールドトラップを前記分解チャンバに接続する請求項３記載の半導体製造装置である。

請求項５の発明は、前記分解チャンバと前記除害筒との間に、第２粉塵除去装置と第２コールドトラップとを配置する請求項３または４記載の半導体製造装置である。

本発明によれば、吸着剤の消耗を軽減し、除害筒の交換頻度を少なくできる。

以下、本発明の好適な実施形態を添付図面にしたがって説明する。

図１は、本発明の好適な第１の実施形態を示す半導体製造装置の模式図である。

図１に示すように、第１の実施形態に係る半導体製造装置１は、基板が収容され、ＡｓＨ₃（アルシン）やＰＨ₃（ホスフィン）などの原料ガスを供給して基板上に化合物半導体結晶を成長させる反応炉２と、反応炉２から排出された未反応のＡｓＨ₃またはＰＨ₃などの有害物質を含む排出ガスから有害物質を除去する排出ガス処理装置（除害装置）３とを備える。

反応炉２は、有機金属気相成長法（ＭＯＶＰＥ法）により基板上に化合物半導体結晶をエピタキシャル成長させるものである。

排出ガス処理装置３は、反応炉２からの排出ガスを加熱し、排出ガス中のＡｓＨ₃およびＰＨ₃などの有害物質を熱分解する分解チャンバ（加熱チャンバ）４を備える。第１の実施形態では、分解チャンバ４は反応炉２の直後に配置される。

また、排出ガス処理装置３は、排出ガス中の粉塵を除去する第１粉塵除去装置５と、反応炉４内を減圧する吸引ポンプ６と、排出ガスを冷却して析出物を除去する第１コールドトラップ７と、排出ガス中のＡｓＨ₃およびＰＨ₃を吸着剤で吸着して除去する除害筒８と、排出ガス中の水素を希釈する希釈ブロア９とを備える。

排出ガス処理装置３は、上流から下流にかけて、分解チャンバ４、第１粉塵除去装置５、吸引ポンプ６、第１コールドトラップ７、除害筒８、希釈ブロア９を順次配置して構成される。

分解チャンバ４の温度は、３００℃から１０００℃に設定される。これは、分解チャンバ４の温度が３００℃未満であると、排出ガス中のＡｓＨ₃やＰＨ₃が分解されず、１０００℃を超えると、分解チャンバ４の周囲の冷却が困難となるためである。望ましくは、ＡｓＨ₃およびＰＨ₃を熱分解する効果が最も高い８５０℃に設定するとよい。

分解チャンバ４内には、分解チャンバ４内に排出ガスが滞在する時間を長くするため、仕切板を設けるとよい。仕切板は、例えば、分解チャンバ４内で排出ガスの流路を遮るように、分解チャンバ４内の入口と出口との間に設けられる。

第１粉塵除去装置５は、排出ガス中の粉塵をとらえる第１トラップ５ａと第１フィルタ５ｂとからなる。

分解チャンバ４から第１コールドトラップ７に至る配管の壁面の温度は、Ｐの析出による配管の閉塞を防ぐために、少なくとも５０℃以上、望ましくは６０℃以上の温度に設定される。

第１コールドトラップ７の温度は、−１０℃から５０℃に設定するとよい。これは、第１コールドトラップ７の温度が−１０℃未満では排出ガス中のＰ析出の効果が変わらず不経済であり、５０℃を超えるとＰが析出しないためである。

除害筒８には、排出ガス中のＡｓＨ₃およびＰＨ₃を吸着する吸着剤が充填される。

次に、第１の実施形態に係る半導体製造装置１の動作を説明する。

まず、反応炉２に基板を収容すると共に、反応炉２にＡｓＨ₃やＰＨ₃などの原料ガスを供給して、基板上に化合物半導体結晶を成長させる。第１の実施形態では、キャリアガスとして水素を供給した。

反応炉２から排出された未反応のＡｓＨ₃またはＰＨ₃などの有害物質を含む排出ガスは、吸引ポンプ６により分解チャンバ４に導入される。この分解チャンバ４で排出ガス中のＡｓＨ₃およびＰＨ₃などの有害物質を熱分解する。

分解チャンバ４で排出ガスを熱分解することにより生じた析出物は、第１粉塵除去装置５の第１トラップ５ａと第１フィルタ５ｂで除去される。

第１粉塵除去装置５を通過した排出ガスは、吸引ポンプ６を通過し、第１コールドトラップ７に至る。この第１コールドトラップ７で排出ガスを冷却して排出ガス中のＰを析出させ、析出したＰを除去する。

第１コールドトラップ７でＰを除去した後、排出ガス中に残留したＡｓＨ₃およびＰＨ₃を除害筒８の吸着剤で吸着して除去する。

その後、希釈ブロア９で排出ガス中の水素を安全な濃度まで希釈し、排出ガスを大気中に放出する。

排出ガス中のＡｓＨ₃、ＰＨ₃以外の有害物質については、従来技術で十分に除害できるためここでは説明を省略する。

第１の実施形態の効果を説明する。

第１の実施形態に係る半導体製造装置１は、排出ガスを３００℃から１０００℃に加熱し、排出ガス中のＡｓＨ₃およびＰＨ₃などの有害物質を熱分解させる分解チャンバ４を備えている。

分解チャンバ４で排出ガス中のＡｓＨ₃およびＰＨ₃などの有害物質を熱分解することにより、分解されずに除害筒８まで到達するＡｓＨ₃およびＰＨ₃の量を大幅に減らすことができる。

これにより、除害筒８の吸着剤の消耗を軽減でき、除害筒８の交換頻度を少なくすることができる。よって、従来よりもＡｓＨ₃、ＰＨ₃を低コストで除去することができる。

また、除害筒８の内部が空気に触れると急激に反応するおそれがあるため、除害筒８を交換する際には細心の注意が必要となる。半導体製造装置１では、除害筒８の交換頻度を低減することができるので、除害筒８の交換に伴うリスクも低減することができる。

さらに、半導体製造装置１では、反応炉２の直後に分解チャンバ４を配置しているため、分解チャンバ４で熱分解により生じた析出物を粉塵除去装置５で除去することができる。

また、半導体製造装置１では、分解チャンバ４内に仕切板を設けているため、分解チャンバ４内に排出ガスが滞在する時間が長くなり、分解チャンバ４内で熱分解されるＡｓＨ₃、ＰＨ₃の量が多くなる。よって、分解されずに除害筒８まで到達するＡｓＨ₃、ＰＨ₃の量を低減できる。

次に、第２の実施形態を説明する。

図２に示すように、第２の実施形態に係る半導体製造装置２１は、基本的に図１の半導体製造装置１と同じ構成であり、排出ガス処理装置２２を備えた点で異なる。

排出ガス処理装置２２は、図１の排出ガス処理装置３において、第１コールドトラップ７と除害筒８との間に、分解チャンバ４、第２粉塵除去装置２３、第２コールドトラップ２４を順次配置したものである。

すなわち、排出ガス処理装置２２は、上流から下流にかけて、第１粉塵除去装置５、吸引ポンプ６、第１コールドトラップ７、分解チャンバ４、第２粉塵除去装置２３、第２コールドトラップ２４、除害筒８、希釈ブロア９を順次配置して構成される。第２粉塵除去装置は、第２トラップ２３ａと第２フィルタ２３ｂとからなる。

半導体製造装置２１では、第１コールドトラップ７を通過した排出ガス中のＡｓＨ₃およびＰＨ₃を分解チャンバ４で熱分解し、熱分解による析出物を第２粉塵除去装置２３の第２トラップ２３ａおよび第２フィルタ２３ｂで除去し、第２コールドトラップ２４でさらにＰを除去した後に、排出ガスを除害筒８に導入している。このため、除害筒８まで到達するＡｓＨ₃およびＰＨ₃の量をさらに減らすことができ、第１の実施形態と同様の効果が得られる。

次に、第３の実施形態を説明する。

図３に示すように、第３の実施形態に係る半導体製造装置３１は、基本的に図２の半導体製造装置２１と同じ構成であり、複数（図３では３つ）の反応炉２を備える点と、排出ガス処理装置３２を備える点で異なる。

排出ガス処理装置３２は、各反応炉２の下流側に、各反応炉２に対応する第１粉塵除去装置５、吸引ポンプ６、第１コールドトラップ７を順次配置して複数（図３では３つ）の上流側排気ライン３３を形成し、各上流側排気ライン３３の最下流に配置された第１コールドトラップ７を分解チャンバ４に接続して構成される。

半導体製造装置３１では、複数の反応炉２からの排出ガスを１つの分解チャンバ４でまとめて熱分解させることができる。

次に、第４の実施形態を説明する。

図４に示すように、第４の実施形態に係る半導体製造装置４１は、基本的に図２の半導体製造装置２１と同じ構成であり、排出ガス処理装置４２を備える点で異なる。排出ガス処理装置４２は、図２の排出ガス処理装置２２において、分解チャンバ４直前の第１コールドトラップ７を除いたものである。

第４の実施形態では、排出ガス中のＰの析出による配管の閉塞を防ぐため、反応炉２から第２コールドトラップ２４までの配管壁面を少なくとも５０℃以上に設定する必要がある。しかし、図２の半導体製造装置２１と比較して、第１コールドトラップ７を省ける分経済的であり、省スペース化が可能となる。

（実施例１）
図１の半導体製造装置１を用い、ＭＯＶＰＥ法により、ＡｓＨ₃、ＰＨ₃を含む原料ガスを用いて、ＧａＡｓ基板上にＩｎＧａＡｌＰをエピタキシャル成長させた。原料ガスは、反応炉２で結晶成長に用いた後、８５０℃に加熱した分解チャンバ４、第１トラップ５ａ、第１フィルタ５ｂ、吸引ポンプ６、第１コールドトラップ７、除害筒８、キャリアガスの水素を希釈するための希釈ブロア９を通じて大気中に放出した。また、分解チャンバ４内には仕切板を設置した。

反応炉２を抜けた原料ガスは、本発明の特徴である８５０℃に加熱した分解チャンバ４により未反応のＡｓＨ₃、ＰＨ₃を熱分解し、分解チャンバ４により分解された析出物を第１トラップ５ａ、第１フィルタ５ｂ、および第１コールドトラップ７によって除去した。第１トラップ５ａ、第１フィルタ５ｂ、吸引ポンプ６を通過させる工程は、Ｐの析出による配管の閉塞を防ぐために配管壁面を６０℃以上にして行った。また、第１コールドトラップ７の壁面は−１０℃から５０℃に設定した。最後に、ここまでの過程で未分解のＡｓＨ₃およびＰＨ₃を除害筒８によって吸着し、キャリアガスの水素を希釈するための希釈ブロア９を通じて大気中に放出した。

（実施例２）
図２の半導体製造装置２１を用い、ＡｓＨ₃、ＰＨ₃を含んだ原料ガスを反応炉２で結晶成長に用いた後、第１トラップ５ａ、第２フィルタ５ｂ、吸引ポンプ６、第１コールドトラップ７を通過させ、その後８５０℃に加熱した分解チャンバ４、第２トラップ２３ａ、第２フィルタ２３ｂ、第２コールドトラップ２４、除害筒８、キャリアガスの水素を希釈するための希釈ブロア９を通じて大気中に放出した。

排出ガスを第１トラップ５ａ、第１フィルタ５ｂ、吸引ポンプ６を通過させる工程においては配管壁面を６０℃以上に設定し、第１コールドトラップ７、第２コールドトラップ２４の壁面の温度は−１０℃から５０℃に設定した。

（実施例３）
図３の半導体製造装置３１を用い、ＡｓＨ₃、ＰＨ₃を含んだ原料ガスを３つの反応炉２で結晶成長に用いた後、それぞれの反応炉２に対し第１トラップ５ａ、第１フィルタ５ｂ、吸引ポンプ６、第１コールドトラップ７を設置し、ＡｓＨ₃、ＰＨ₃の除害を行った。その後、３つの排気ライン３３を１つに結合し、それぞれの未分解のＡｓＨ₃、ＰＨ₃を８５０℃に加熱した分解チャンバ４、第２トラップ２３ａ、第２フィルタ２３ｂ、第２コールドトラップ２４によって同時に除去した。最後に、除害筒８、キャリアガスの水素を希釈するための希釈ブロア９を通じて大気中に放出した。

排出ガスを第１トラップ５ａ、第１フィルタ５ｂ、吸引ポンプ６を通過させる工程においては配管壁面を６０℃以上に設定し、第１コールドトラップ７および第２コールドトラップ２４の壁面の温度は−１０℃から５０℃に設定した。

（実施例４）
図４の半導体製造装置４１を用い、８５０℃に加熱した分解チャンバ４の直前の第１コールドトラップ７を配置せず、その他の条件は実施例２と同じにしてＡｓＨ₃、ＰＨ₃の除害を行った。

実施例４では、ポンプ６の後、８５０℃に加熱した分解チャンバ４、第２トラップ２３ａ、第２フィルタ２３ｂを経て第２コールドトラップ２４までの配管壁面を少なくとも５０℃以上に設定する必要がある。しかし、実施例１と比べ、第１コールドトラップ７を省ける分経済的で省スペースという利点があった。

実施例１〜３においては、同量のＡｓＨ₃、ＰＨ₃の使用量に対し、吸着剤の消耗は従来の７分の１程度に抑えることができた。実施例４においては、効果は実施例１〜３に比べ３分の１ほどであったが、第１コールドトラップ７を省いているので、レイアウトスペースなどの都合により使い分けることが望ましい。

本発明の好適な第１の実施形態に係る半導体製造装置の模式図である。第２の実施形態に係る半導体製造装置の模式図である。第３の実施形態に係る半導体製造装置の模式図である。第４の実施形態に係る半導体製造装置の模式図である。従来の半導体製造装置の模式図である。

符号の説明

１半導体製造装置
２反応炉
３排出ガス処理装置
４分解チャンバ

Claims

基板が収容された反応炉にＡｓＨ₃やＰＨ₃などの原料ガスを供給し、前記反応炉から排出された未反応のＡｓＨ₃またはＰＨ₃などの有害物質を含む排出ガスから有害物質を除去する排出ガス処理装置を備えた半導体製造装置において、
前記排出ガス処理装置に、前記排出ガスを３００℃から１０００℃に加熱し、前記排出ガス中のＡｓＨ₃およびＰＨ₃などの有害物質を熱分解させる分解チャンバを備えたことを特徴とする半導体製造装置。
前記分解チャンバは、前記反応炉の直後に配置される請求項１記載の半導体製造装置。
前記排出ガス処理装置は、前記排出ガス中の粉塵を除去する第１粉塵除去装置、前記排出ガスを冷却して析出物を除去する第１コールドトラップ、前記排出ガス中のＡｓＨ₃およびＰＨ₃を吸着剤で吸着して除去する除害筒を順次配置して構成され、
前記分解チャンバは、前記第１コールドトラップと前記除害筒との間に配置される請求項１記載の半導体製造装置。
前記反応炉と前記第１粉塵除去装置と前記第１コールドトラップとを結ぶ排気ラインを複数配置し、各排気ラインの第１コールドトラップを前記分解チャンバに接続する請求項３記載の半導体製造装置。
前記分解チャンバと前記除害筒との間に、第２粉塵除去装置と第２コールドトラップとを配置する請求項３または４記載の半導体製造装置。