JP2010016227A - 半導体製造装置および排気トラップ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は半導体製造装置および排気トラップ装置に関し、冷却コイルに生成した未反応ガスの堆積物によって排気ガス通過経路が閉塞することを防止する半導体製造装置および排気トラップ装置を提供することを目的とする。
【解決手段】本発明の排気トラップ装置は、ハウジングと、前記ハウジングの内部に排気ガスを導入する排気ガス導入口と、前記ハウジングの外部に排気ガスを導出する排気ガス導出口と、前記ハウジングの内部に設けられた冷却コイルと、前記冷却コイルに冷媒を供給する冷媒供給手段と、前記冷却コイルを加熱する加熱手段と、を備えることを特徴とするものである。
【選択図】図２

Description

本発明は半導体製造装置および排気トラップ装置に係り、特に、ＭＯＣＶＤ装置の反応炉から排出される未反応ガスを捕集するのに好適な半導体製造装置および排気トラップ装置に関する。

半導体装置の製造において、ＩｎＰ（インジウムリン） やＡｌＧａＩｎＰ（ アルミガリウムインジウムリン） などの膜は、ＭＯＣＶＤ（Ｍｅｔａｌ ＯｒｇａｎｉｃＣｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）装置により成膜される。上記の膜を成膜する際、ＭＯＣＶＤ装置の反応炉から排気ガスが排出される。この排気ガスは、フォスフィン等の未反応ガスを含んでいる。この未反応ガスは、排気トラップ装置により排気ガスから捕集される。

従来、未反応ガスを捕集する排気トラップ装置としては、特開２００６−３１４８６４号公報に開示された装置が知られている。この装置では、排気ガスを冷却コイルにより冷却して未反応ガスを凝固させ、排気ガスから未反応ガスを捕集している。

特開２００６−３１４８６４号公報

一方、上述した従来の排気トラップ装置においては、装置内の排気ガス通過経路において上流側が下流側よりも未反応ガスの濃度が高くなる。このため、冷却コイルにおいて、未反応ガスの濃度が高い箇所に集中して未反応ガスが堆積する。この結果、排気ガス通過経路が局所的に閉塞する。そして、排気ガス通過経路が局所的に閉塞する度に、排気トラップ装置を交換する作業を行う必要があった。

本発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、冷却コイルに生成した未反応ガスの堆積物によって排気ガス通過経路が閉塞することを防止する半導体製造装置および排気トラップ装置を提供することを目的とする。

また、第１の発明は、上記の目的を達成するための排気トラップ装置であって、ハウジングと、前記ハウジングの内部に排気ガスを導入する排気ガス導入口と、前記ハウジングの外部に排気ガスを導出する排気ガス導出口と、前記ハウジングの内部に設けられた冷却コイルと、前記冷却コイルに冷媒を供給する冷媒供給手段と、前記冷却コイルを加熱する加熱手段と、を備えることを特徴とするものである。

また、第２の発明は、上記の目的を達成するための半導体製造装置であって、リンを含む排気ガスを排出する反応炉と、ハウジングと、前記ハウジングの内部に前記排気ガスを導入する排気ガス導入口と、前記ハウジングの外部に前記排気ガスを導出する排気ガス導出口と、前記ハウジングの内部に設けられた冷却コイルと、前記冷却コイルに冷媒を供給する冷媒供給手段と、前記冷却コイルを加熱する加熱手段と、を備える排気ストラップ装置と、を備えることを特徴とするものである。

本発明により、排気トラップ装置において排気ガス内の未反応ガスを捕集する際に、冷却コイルに生成した未反応ガスの堆積物によって排気ガス通過経路が閉塞することを防止できる。

実施の形態１．
この実施の形態１はＭＯＣＶＤ装置の排気ガスに含まれる未反応ガスを冷却コイルにより捕集する半導体製造装置および排気トラップ装置に関するものである。この実施の形態１に係る排気トラップ装置は、冷却コイルに生成した未反応ガスの堆積物を溶融することにより、排気ガス通過経路が局所的に閉塞することを防止するものである。下記に、まず、この半導体製造装置について説明する。その後、排気トラップ装置に関して説明する。

［実施の形態１の半導体製造装置］
下記に、この実施の形態１に係る半導体製造装置について説明する。図１は、この半導体製造装置を示す図である。図１において、矢印の方向は、この半導体製造装置における排気経路の下流の方向を示す。この半導体製造装置はリン系化合物半導体を成膜する装置であり、反応炉１０を備える。反応炉１０は排気トラップ装置１２に接続している。排気トラップ装置１２はスロットバルブ１４を介し減圧ポンプ１６に接続している。また、この半導体製造装置は、減圧ポンプ１６よりも下流の位置にも排気トラップ装置１２を備えている。

この半導体製造装置においては、リン系化合物半導体を成膜する際の材料中の未反応ガスや反応生成物等（以下、単に「未反応ガス」という）が排気ガスとして反応炉１０から排出される。次に、排気ガスは排気トラップ装置１２に導入される。そして、排気トラップ装置１２において、排気ガス内の未反応ガスは捕集される。その後、排気ガスは減圧ポンプによって排気される。また、この排気経路では、減圧ポンプの下流に設けた排気トラップ装置１２によっても、排気ガス内の未反応ガスが捕集される。

以上のように、この半導体製造装置においては反応炉１０から排出された排気ガス内の未反応ガスを、排気トラップ装置１２により捕集することで排気ガスを無害化して排出する。また、減圧ポンプの下流にも排気トラップ装置１２を配置することで、捕集効率を上げている。

［実施の形態１の排気トラップ装置の構成］
続いて、上述した排気トラップ装置１２の構成について説明する。図２は、この排気トラップ装置１２の概略断面図である。図２に示すように、この排気トラップ１２はハウジング２０を備えている。このハウジング２０は、Ａ−Ａ´を中心軸とする円筒形状である。そして、ハウジング２０の上端はフランジ２２で閉じられている。ハウジング２４の下端はフランジ２４で閉じられている。ハウジング２０の側面には、排気ガス導入口２６が設けられている。また、ハウジング２０内部には、Ａ−Ａ´を中心軸とする導出管２８が設けられている。導出管２８はハウジング２０の上端付近から下端を通りハウジング２０外部にまで至っている。そして、導出管２８はハウジング２０の下端に設けられた排気ガス導出口３０に接続している。そして、ハウジング２０内部には、直径の異なる冷却コイル３２と冷却コイル３４が、導出管２８を取囲むように設けられている。

上述した、導出管２８、冷却コイル３２および冷却コイル３４の配置について詳細に説明する。導出管２８と内側の冷却コイル３２間の距離をｄ１、内側の冷却コイル３２と外側の冷却コイル３４間の距離をｄ２、外側の冷却コイル３４とハウジング２０の側面の距離をｄ３とする。この場合においては、ｄ１＜ｄ２＜ｄ３となるように、導出管２８、冷却コイル３２および冷却コイル３４を設ける。

次に、この排気トラップ装置１２において排気ガスを冷却するための冷却ユニットついて説明する。上述した冷却コイル３２および冷却コイル３４は一本の管で構成されている。そして、冷却コイル３２および冷却コイル３４を構成する管には、ハウジング２０の上端側に設けた冷却水導入口３６および冷却水導出口３８が接続している。以上のように排気ガスを冷却するための冷却ユニットは構成されている。このため、冷却水を冷却水導入口３６に導入することで、冷却コイル３２および冷却コイル３４の管内部に冷却水を循環させ、冷却水導出口３８から導出できる。また、冷却コイル３２、冷却コイル３４、冷却水導入口３６および冷却水導出口３８は、ハウジング２０の上端側のフランジ２２に固定されている。このため、このフランジ２２は、冷却コイル３２、冷却コイル３４、冷却水導入口３６および冷却水導出口３８とともに取り外すことが可能である。これにより、冷却コイル３２、冷却コイル３４のメンテナンスは容易にできる。

次に、上述した冷却ユニットで排気ガスが冷却されることで冷却コイルに生成する未反応物の堆積物を溶融する加熱ユニットについて説明する。この実施の形態１における加熱ユニットは、上述した冷却ユニットをそのまま適用するものである。具体的には、上述した冷却水導入口３６から温水を導入し、冷却コイル３２および冷却コイル３４の管内部に温水を循環させるものである。

また、ハウジング２０内部にある導出管２８の入口である導出管入口４０は、冷却コイル３２および冷却コイル３４よりもハウジング２０の上端側のフランジ２２に近い位置に配置されている。このため、冷却コイル３２および冷却コイル３４の堆積物が、上述した加熱ユニットにより溶融された場合に、導出管入口４０の中に入ることはない。一方、この排気トラップ装置１２はハウジング２０の下端側のフランジ２４上に集積容器４２を備える。このため、上述した加熱ユニットによって溶融された堆積物は集積容器４２に集積される。また、集積容器４２は、フランジ２４とともに取り外し可能である。

次に、この排気トラップ装置１２において、排気ガスの流れを制御する機構について説明する。この排気トラップ装置１２は、外側の冷却コイル３４の外周と、ハウジング２０の上端の隙間を塞ぐ仕切り板４４を備えている。また、導出管入口４０は冷却コイル３２の中央に位置している。そして、上述したように、導出管入口４０は冷却コイル３２および冷却コイル３４よりもハウジング２０の上端側に位置している。

ここで、図２に、排気トラップ装置１２に導入された排気ガスが流れる方向を矢印で示す。この矢印に示すように、上述した機構によって、排気ガス導入口２６から導入された排気ガスは仕切り板４４のために、まず、冷却コイル３４の外周に沿うようにハウジング２０の下端側に流れる。その後、排気ガスはハウジング２０の下端側から上端側の導出管入口４０の方に流れる。

［実施の形態１の排気トラップ装置における未反応ガスの捕集］
続いて、この排気トラップ装置１２により排気ガス内の未反応ガスが捕集されるプロセスについて以下に説明する。上述した半導体製造装置の反応炉１０から排気ガスが排出される。この排気ガスは排気ガス導入口２６から排気トラップ装置１２に導入される。

排気トラップ装置１２に導入された排気ガスは、上述したように、まず、冷却コイル３４の外周を沿うようにハウジング２０の下端側に流れる。次に、排気ガスは、ハウジング２０の下端側から上端側に向かって流れる。この際、排気ガスは、導出管２８と冷却コイル３２の間、冷却コイル３２と冷却コイル３４の間を流れる。そして、上端側に流れた排気ガスは、導出管入口４０に入り導出管２８内を通って排気ガス導出口３６から排出される。

排気トラップ装置１２の内部を排気ガスが上述したように流れる際には、上述した冷却ユニットにより、冷却水導入口３６から冷却水を導入して冷却コイル３２および冷却コイル３４に冷却水を循環させる。これにより、冷却コイル３２および冷却コイル３４によって排気ガスは冷却される。そして、排気ガス内の未反応ガスが融点以下の温度となり凝固する。未反応ガスの凝固物が冷却コイル３２および冷却コイル３４上に堆積する。この結果、排気ガス内の未反応ガスは捕集される。そして、排気ガス導出口３６から排出される排気ガスは無害化されたものとなる。

一方で、この未反応ガスの捕集運転を続け、冷却コイル３２および冷却コイル３４に未反応ガスの凝固物が堆積していくことで、冷却コイル３２および冷却コイル３４の冷却効率は低下する。また、この未反応ガスの濃度は排気ガス通過経路の上流側が高くなるため、冷却コイル３２および冷却コイル３４の下端側（図２に示す、Ｈ１、Ｈ２の領域）に集中して未反応ガスの凝固物が堆積する。この結果、Ｈ１、Ｈ２の領域において排気ガス通過経路が局所的に閉塞する。

そこで、この問題が生じた場合には、上述した加熱ユニットにより、冷却水導入口３６から温水を導入して、冷却コイル３２および冷却コイル３４に温水を循環させる。これにより、冷却コイル３２および冷却コイル３４の堆積物は融点以上となり溶融する。この結果、堆積物は除去され冷却効率を初期の状態にまで戻すことができる。また、排気ガス通過経路の局所的な閉塞も解消できる。

一方、溶融され冷却コイル３２および冷却コイル３４から剥離した堆積物は集積容器４２に回収される。また、集積容器４２には上述した溶融プロセス複数回分の堆積物を溜めることができる。このため、排気トラップ装置１２は集積容器４２の限度まで堆積物が溜まるまでは交換する必要がなくなる。従って、排気トラップ装置１２の交換周期を２倍以上に伸ばすことがきる。

［実施の形態１の効果］
以上のように、この実施の形態１に係る排気トラップ装置１２では、冷却コイル３２および冷却コイル３４の冷却効率の低下および、排気ガス通過経路の局所的な閉塞を防止できる。また、排気トラップ装置１２の交換周期を２倍以上に伸ばすことができる。

［実施の形態１の変形例］
この実施の形態１に係る排気トラップ装置１２において、未反応ガスを冷却するプロセスと、未反応ガスの堆積物を加熱するプロセスを制御する方法は、人がマニュアルで制御する方法でも、自動制御する方法でも構わない。

実施の形態２．
この実施の形態２は、ＭＯＣＶＤ装置の排気ガスに含まれる未反応ガスを冷却コイルにより捕集する排気トラップ装置に関するものである。下記に、この実施の形態２に係る排気トラップ装置に関して、実施の形態１とは異なる点のみを説明する。

［実施の形態２の排気トラップ装置の構成］
まず、この実施の形態２に係る排気トラップ装置の構成に関して説明する。図３に、この実施の形態２に係る排気トラップ装置４６の概略断面図を示す。この排気トラップ装置４６においては、冷却コイル４８、冷却コイル５０の直径がフランジ２４側に近づくほど大きくなっている。あわせて、導出管２８と冷却コイル４８間の距離がフランジ２４側に近づくに従い大きくなっている。他の構成に関しては、実施の形態１と同じなので説明を省略する。

［実施の形態２の排気トラップ装置における未反応ガスの捕集］
続いて、この排気トラップ装置４６における未反応ガスの捕集に関して説明する。排気トラップ装置４６には実施の形態１と同様に排気ガスが排気ガス導入口２６から導入される。実施の形態１においても述べたように、排気トラップ装置４６に導入された排気ガスにおける未反応ガスの濃度は排気ガス通過経路の上流側が高くなる。図３に、排気トラップ装置４６に導入された排気ガスが流れる方向を矢印で示す。この矢印に示されるように、排気ガスは排気ガス導入口２６からハウジング２０の下端側のフランジ２４の方向に流れる。その後、排気ガスはハウジング２０の下端側から、導出管２８と冷却コイル４８間、冷却コイル４８と冷却コイル５０間を通り、ハウジング２０の上端側に流れる。このように、冷却コイル４８と冷却コイル５０においてはフランジ２４側の箇所（図３に示す、Ｈ１、Ｈ２の領域）が排気ガス通過経路の上流となる。従って、Ｈ１、Ｈ２の領域における未反応ガスの濃度は高いので、この領域に集中して未反応ガスの凝固物が堆積する。従って、仮に、冷却コイル４８と冷却コイル５０が実施の形態１と同一形状であるとすると、Ｈ１、Ｈ２の領域において導出管２８と冷却コイル４８間が局所的に閉塞することになる。

ところが、この排気トラップ装置４６では、上述のように導出管２８と冷却コイル４８間の距離は、フランジ２４側に近づくほど大きくなっている。したがって、Ｈ１、Ｈ２の領域においては、実施の形態１と比較して、導出管２８と冷却コイル４８間の距離が大きい。このため、未反応ガスがＨ１、Ｈ２の領域に集中して堆積しても、導出管２８と冷却コイル４８間での閉塞は起こりづらくなる。従って、この排気トラップ装置４６では、排気ガス通過経路に局所的な閉塞が生じるまでの時間を稼ぐことができる。この結果、排気ガスの捕集に使用できる時間を長くできる。

［実施の形態２の効果］
以上のように、この実施の形態２に係る排気トラップ装置４６では、排気ガスの捕集に使用できる時間を長くできる。このため、この排気トラップ装置４６を使用する半導体製造装置の稼働率を高くすることができる。

［実施の形態２の変形例］
この実施の形態２に係る排気トラップ装置４６においては、図３に示したように、冷却コイル４８の直径および冷却コイル５０の直径が、同一比率で、フランジ２４側に近づくに従い大きくなっている。この実施の形態２は、これに限定されない。冷却コイル５０の直径の方が、冷却コイル４８の直径と比較して大きい比率で、フランジ２４側に近づくに従い大きくなっていくようにしても構わない。この場合には、フランジ２４側に近づくに従い、冷却コイル４８と冷却コイル５０間の距離も大きくなる。このため、冷却コイル４８と冷却コイル５０間における局所的な閉塞も防止できる。この結果、この排気トラップ装置４６を使用する半導体製造装置の稼働率をより高くすることができる。

実施の形態３．
この実施の形態３は、ＭＯＣＶＤ装置の排気ガスに含まれる未反応ガスを冷却コイルにより捕集する排気トラップ装置に関するものである。下記に、この実施の形態３に係る排気トラップ装置に関して、実施の形態１とは異なる点のみを説明する。

［実施の形態３の排気トラップ装置の特徴］
図４に、この実施の形態３に係る排気トラップ装置５２の概略断面図を示す。この排気トラップ装置５２には、実施の形態１とは異なり、ハウジング２０の外周にヒーター５４が設けられている。そして、この排気トラップ装置５２の冷却コイル３２と冷却コイル３４に未反応ガスの堆積物が生成した場合に、冷却コイル３２および冷却コイル３４を冷却する冷却ユニットを停止して、ヒーター５４によりその堆積物を加熱し溶融する。

［実施の形態３の効果］
以上のように、この実施の形態３に係る排気トラップ装置５２では、冷却コイル３２および冷却コイル３４に温水を流すことなく未反応ガスの堆積物を溶融することができる。これにより、冷却コイル３２および冷却コイル３４の冷却効率の低下および局所的な閉塞を防止できる。また、排気トラップ装置５２の交換周期を２倍以上に伸ばすことができる。

［実施の形態３の変形例］
この実施の形態３に係る排気トラップ装置５２において、冷却コイル３２および冷却コイル３４に温水を流すことなく未反応ガスの堆積物を溶融して剥離する方法は、ヒーター５４で加熱する方法に限られない。ヒーター５４で加熱するのではなく、例えば、排気ガス導入口２６から高温ガスを導入し高温ガスの熱により堆積物を溶融する方法をとってもよい。

また、この実施の形態３に係るこの排気トラップ装置５２においては、未反応ガスを捕集する際にのみ、冷却コイル３２および冷却コイル３４に冷却水を循環させることにしてもよい。そして、未反応ガスの捕集を行う必要の無い排気ガスを導入する際には冷却水の循環を停止することで、冷却コイル３２および冷却コイル３４に生成された未反応ガスの堆積物を、排気ガスの熱自体により溶融させる方法をとってもよい。

実施の形態４．
この実施の形態４は、ＭＯＣＶＤ装置の排気ガスに含まれる未反応ガスを冷却コイルにより捕集する排気トラップ装置に関するものである。下記に、この実施の形態４に係る排気トラップ装置に関して、実施の形態１とは異なる点のみを説明する。

［実施の形態４の排気トラップ装置の構成］
まず、この実施の形態４に係る排気トラップ装置の構成に関して説明する。図５に、この実施の形態４に係る排気トラップ装置５６の概略断面図を示す。実施の形態１とは異なり、この排気トラップ装置５６にはハウジング５８の下端側にフランジおよび集積容器が設けられていない。その代わり、ハウジング５８の底部が円錐状になっており、ハウジング５８の底部に切離しタンク６０が設けられている。この切離しタンク６０は、ハウジング５８の底部から切離すことが可能である。また、この切離しタンク６０とハウジング５８の底部の接続部分には、バルブ６２およびバルブ６４が設けられている。バルブ６２、バルブ６４を開くことにより、未反応ガスの堆積物が溶融したものをハウジング５８側から切離しタンク６０内に集積することができる。バルブ６２、バルブ６４を閉じることで、ハウジング５８を密閉できる。

［実施の形態４の排気トラップ装置の切離しタンク］
続いて、この排気トラップ装置５６における切離しタンク６０に関して説明する。この排気トラップ装置５６においては、冷却コイル３２および冷却コイル３４に生成した未反応ガスの堆積物を溶融させて切離しタンク６０に集積できる。そして、切離しタンク６０に堆積物が限度まで溜まった時点で、バルブ６２、バルブ６４を閉じ、切離しタンク６０のみを交換する。この切離しタンク６０の交換を行う際には、バルブ６２、バルブ６４を閉じている。このため、排気ガス等を流出させることなく、未反応ガスの捕集運転を続けることができる。

［実施の形態４の効果］
以上のように、この実施の形態４に係る排気トラップ装置５６では、切離しタンク６０のみを交換することで未反応ガスの堆積物を廃棄できる。このため、排気トラップ装置５６の交換作業が不要となる。これにより、排気トラップ装置５６を使用する半導体製造装置の稼働率を高くすることができる。

実施の形態１における半導体製造装置の排気経路を示す図である。 実施の形態１における排気トラップ装置の概略断面図である。 実施の形態２における排気トラップ装置の概略断面図である。 実施の形態３における排気トラップ装置の概略断面図である。 実施の形態４における排気トラップ装置の概略断面図である。

符号の説明

１０ 反応炉
１２；４６；５２；５６ 排気トラップ装置
２０；５８ ハウジング
２２，２４ フランジ
２６ 排気ガス導入口
２８ 導出管
３０ 排気ガス導出口
３２；４８，３４；５０ 冷却コイル
３６ 冷却水導入口
３８ 冷却水導出口
４０ 導出管入口
４２ 集積容器
４４ 仕切り板
５４ ヒーター
６０ 切離しタンク
６２，６４ バルブ

Claims (7)

1. ハウジングと、
   前記ハウジングの内部に排気ガスを導入する排気ガス導入口と、
   前記ハウジングの外部に排気ガスを導出する排気ガス導出口と、
   前記ハウジングの内部に設けられた冷却コイルと、
   前記冷却コイルに冷媒を供給する冷媒供給手段と、
   前記冷却コイルを加熱する加熱手段と、
   を備えることを特徴とする排気トラップ装置。
2. 前記加熱手段が前記冷却コイルに加熱媒体を供給するものであることを特徴とする請求項１記載の排気トラップ装置。
3. 前記ハウジングの内面が第一の底面、第二の底面および側面から構成され、
   前記冷却コイルの第一の端部が前記第一の底面に対向し、
   前記冷却コイルの第二の端部が前記第二の底面に対向し、
   前記排気ガス導入口が前記側面に設けられ、
   前記排気ガス導出口が前記第二の底面に設けられ、
   前記冷却コイルと前記第一の底面の間の隙間を塞ぐ仕切り板と、
   前記排気ガス導出口から前記冷却コイルの前記第二の端部を経て前記第一の端部まで前記冷却コイル内部を通って伸び、前記第一の端部より前記第一の底面側に設けられた口に至る管路と、
   を備えることを特徴とする請求項２記載の排気トラップ装置。
4. 前記冷却コイルの直径が、前記第二の底面に近づくに従い大きくなることを特徴とする請求項３記載の排気トラップ装置。
5. 前記第二の底面に設けられた集積容器を備えることを特徴とする請求項１乃至請求項４記載の排気トラップ装置。
6. 前記集積容器が取り外し可能であることを特徴とする請求項５記載の排気トラップ装置。
7. リンを含む排気ガスを排出する反応炉と、
   ハウジングと、前記ハウジングの内部に前記排気ガスを導入する排気ガス導入口と、前記ハウジングの外部に前記排気ガスを導出する排気ガス導出口と、前記ハウジングの内部に設けられた冷却コイルと、前記冷却コイルに冷媒を供給する冷媒供給手段と、前記冷却コイルを加熱する加熱手段と、を備える排気ストラップ装置と、
   を備えることを特徴とする半導体製造装置。

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