JP2012077924A - 除害装置および半導体製造装置 - Google Patents

Abstract

【課題】排ガスの燃焼する燃焼室内の温度を正確に測定ができる除害装置およびその除害装置を成膜装置に取り付けた半導体製造装置を提供する。
【解決手段】排ガス２を除害する除害装置１０を、排ガス２を内部で燃焼させる燃焼室１と、燃焼室１内に設けられ、燃焼室１内の温度を測定する熱電対７と、熱電対７を内部に配置する管状のカバー１５とを有して構成する。カバー１５には、カバー１５内部にブローガス１７を供給するガス供給路１６を接続する。ガス供給路１６からカバー１５内部へ供給されたブローガス１７は、熱電対７の先端から噴き出すように構成される。この除害装置１０を成膜装置３１に取り付けて、成膜装置３１からの排ガス２を除害するようにして半導体製造装置を構成する。
【選択図】図２

Description

本発明は、除害装置および半導体製造装置に関し、より詳しくは、排ガスの除害装置と、この除害装置を成膜装置に取り付けた半導体製造装置に関する。

半導体、液晶ディスプレイなどのフラットパネルディスプレイおよび太陽電池などにおける素子の製造工程では、化学気相反応を利用して成膜を行うＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）装置や反応性イオンエッチング装置などの各種ガスを用いた装置が使用される。したがって、これらの製造工程からは、シラン（ＳｉＨ_４）ガス、アルシン（ＡｓＨ_３）ガスおよびホスフィン（ＰＨ_３）ガスなどの燃焼性を有する有害ガスや、６フッ化タングステン（ＷＦ_６）および３フッ化窒素（ＮＦ_３）などの熱分解性を有する有害ガスなどが、排ガス中に含有されて排出されることがある。このような排ガスに対しては、有害成分を除去したり、あるいは、大気中に安全に排出できる化合物に変換したりする除害処理がなされる。

排ガスの除害処理方法としては、水や薬液を用いる方法、物理吸着や化学反応薬剤などの固体を用いる方法、または、熱分解や燃焼により処理する方法などがある。

燃焼による処理方法は、高効率な除害処理ができるうえ、装置の小型化と低コストでの処理が可能であることから、盛んに開発が進められている（例えば、特許文献１参照。）。以下、燃焼による処理方法について説明する。

特開２００３−５６８２８号公報

図５は、従来の除害装置の模式的な断面図である。

図５に示す除害装置１００は、排ガス１０２を燃焼により処理する方法（燃焼方式）に基づくものである。例えば、半導体製造装置に備わるエピタキシャル成膜装置などから排出される排ガス１０２を燃焼によって除害処理する。

図５に示すように、除害装置１００は、排ガス１０２を燃焼させる燃焼室１０１と、燃焼室１０１内に排ガス１０２を供給するための管状のノズル１０３とを有する。排ガス１０２とともに、燃料ガス１０４と空気１０５が燃焼室１０１に供給されると、燃焼室１０１内で火炎１０６が形成され、排ガス１０２中に含まれる有害成分は酸化（除害処理）される。その後、燃焼排ガス１０８は、燃焼室１０１から排出される。

燃焼室１０１内には、熱電対１０７が設けられている。この熱電対１０７は、燃焼室１０１内の温度をモニターする。除害装置１００では、熱電対１０７によって測定された温度に基づいて、燃料ガス１０４および空気１０５の流量が調整され、燃焼室１０１内で十分な燃焼状態が維持されるように制御される。

ところで、除害装置１００は、排ガス１０２を燃焼して酸化させる方式であるために、燃焼室１０１内で固形酸化物が生成する。すなわち、排ガス１０２にシランガス、アルシンガス、ホスフィンガスなどが含まれる場合、排ガス１０２の燃焼によって、酸化ケイ素、酸化ヒ素、酸化リン酸などの固形酸化物が形成され、図５に示すノズル１０３の先端や熱電対１０７の先端や燃焼室１０１の壁に付着するという問題があった。

こうした固形酸化物の付着と堆積は、燃焼室１０１内での熱電対１０７の温度測定の妨げとなる。すると、燃焼室１０１内に固設される熱電対１０７は、燃焼室１０１内の温度を正確に測定できなくなり、燃焼室１０１内において十分な排ガス１０２の燃焼状態が維持されなくなる。
したがって、燃焼方式の除害装置においては、排ガスが燃焼される燃焼室内での正確な温度測定を可能とする技術が求められている。

本発明は、こうした点に鑑みてなされたものである。すなわち、本発明の目的は、排ガスを燃焼する燃焼室内の温度を正確に測定できる除害装置およびこの除害装置を成膜装置に取り付けて構成された半導体製造装置を提供することにある。

本発明の他の目的および利点は、以下の記載から明らかとなるであろう。

本発明の第１の態様は、排ガスを除害する除害装置であって、
排ガスを燃焼させる燃焼室と、
燃焼室の内部に配置されて温度測定に用いられる熱電対と、
その熱電対を内部に配置する管状のカバーとを有し、
カバーには、そのカバーの内部にガスを供給するガス供給路が接続しており、
ガス供給路から供給されたガスは、熱電対の先端から噴き出すよう構成されたことを特徴とするものである。

本発明の第１の態様において、ガス供給路へガスを供給するタイミングと、温度測定を行うタイミングとを制御する制御部を有することが好ましい。

本発明の第１の態様において、ガスは窒素ガスであることが好ましい。

本発明の第２の態様は、成膜装置と除害装置とを備えた半導体製造装置であって、
除害装置は、成膜装置からの排ガスを内部で燃焼させる燃焼室と、
燃焼室の内部に配置されて温度測定に用いられる熱電対と、
その熱電対を内部に配置する管状のカバーとを有し、
カバーには、そのカバーの内部にガスを供給するガス供給路が接続しており、
ガス供給路から供給されたガスは、前記熱電対の先端から噴き出すよう構成されたことを特徴とするものである。

本発明の第２の態様において、ガス供給部へガスを供給するタイミングと、温度測定を行うタイミングとを制御する制御部を有することが好ましい。

本発明の第１の態様によれば、排ガスを燃焼する燃焼室内の温度を正確に測定でき、メンテナンスサイクルを長くすることができる除害装置が提供される。

本発明の第２の態様によれば、排ガスを燃焼する燃焼室内の温度を正確に測定でき、メンテナンスサイクルを長くすることができる除害装置を成膜装置に取り付けて、その成膜装置からの排ガスを除害できるよう構成された半導体製造装置が提供される。

本実施の形態の除害装置に用いられる熱電対とカバーの構造を示す模式的断面図である。 本実施の形態の除害装置の構造を説明する模式的な断面図である。 本実施の形態の除害装置での熱電対のガスブローと温度測定のタイミングを模式的に説明するチャートである。 本実施の形態の除害装置を成膜装置に取り付けた半導体製造装置の構成を説明する構成図である。 従来の除害装置を示す模式的な断面図である。 従来の除害装置の有する熱電対の問題点を説明する図である。

燃焼方式の除害装置では、シラン（ＳｉＨ_４）ガスなどを含む排ガスを燃焼室内で燃焼して除害処理する。この際、上述の固形酸化物が形成されて燃焼室内の各部分に付着し、徐々に堆積する。この除害装置では、一定時間の使用によって、燃焼室内に固設された熱電対が固形酸化物により覆われてしまうという問題を有する。

図６は、従来の除害装置の有する熱電対の問題点を説明する図である。

図６は、除害装置１００の燃焼室１０１内における排ガスの燃焼によって熱電対１０７やノズル１０３近傍に付着する固形酸化物１０９の様子を模式的に示したものである。

図６に示すように、排ガス１０２の燃焼によって固形酸化物１０９が熱電対１０７や近傍の燃焼室１０１の壁に付着すると、熱電対１０７の近傍に堆積するようになる。そして、一定時間の使用により、熱電対１０７は固形酸化物１０９で覆われるようになる。

熱電対１０７は、燃焼室１０１内での排ガス１０２の燃焼状態をモニターするため、ノズル１０３先端部分近傍の温度を測定できるように設置されている。したがって、熱電対１０７が固形酸化物１０９により覆われてしまうと、燃焼温度を正確に測定することができなくなる。その結果、除害装置１００は、排ガス１０２の燃焼状態の管理を正確に行うことができなくなる。

そこで、本実施の形態においては、燃焼室内の温度測定を行うための熱電対にカバーを設けることにより、燃焼によって発生する固形酸化物が熱電対に付着して堆積するのを抑制する。その結果、熱電対は燃焼室内で正確な温度測定をすることができる。

図１は、本実施の形態の除害装置に用いられる熱電対とカバーの構造を示す模式的断面図である。

本実施の形態の除害装置は、熱電対７と、熱電対７を内部に配置する管状のカバー１５とを有する。このカバー１５は、一方の先端が開口し、開口部１８を形成している。開口部１８からは、熱電対７の先端部分が露出している。カバー１５の側壁部分には、ガス供給路１６が接続しており、カバー１５の内部にガスを供給できるようになっている。

カバー１５の内部に供給されるガスは、後述するように、排ガスの燃焼によって発生する固形酸化物が熱電対７に付着するのを抑制し、さらに、付着した固形酸化物を脱落させるのに好適なブローガス１７として機能する。ブローガス１７は、難燃性のガスであることが好ましく、例えば、窒素ガスが好ましく用いられる。カバー１５の内部に供給されたブローガス１７は、カバー１５先端の開口部１８から噴出する。

このように、本実施の形態の除害装置では、熱電対７がカバー１５の内部に配置され、カバー１５の先端の開口部１８からは、ブローガス１７が噴き出すよう構成されている。これにより、熱電対７の先端部分に固形酸化物が付着し難く、また、固形酸化物が熱電対７の先端に付着しても容易に脱落させることができる。したがって、この除害装置によれば、熱電対７に固形酸化物が堆積するのを効果的に抑制することができる。

図２は、本実施の形態の除害装置の構造を説明する模式的な断面図である。

本実施の形態の除害装置１０は、半導体製造装置などからの排ガス２を燃焼させる燃焼室１と、燃焼室１内に排ガス２を供給するノズル３と、燃焼室１内の温度をモニターする熱電対７と、熱電対７を内部に配置する管状のカバー１５とを有する。ノズル３は、燃焼室１の上部の壁に貫設されている。熱電対７も同様に、燃焼室１の上部の壁に貫設されている。また、除害装置１０は、燃焼室１内での排ガス２の燃焼状態を制御するための制御部２０を有し、熱電対７は制御部２０に接続している。

燃焼室１のノズル３の下流側には、燃焼室１内に燃料ガス４を供給する燃料ガス供給管１１と、空気５を供給する空気供給管１２とが接続されている。また、燃焼室１の下部には、燃焼室１内から燃焼排ガス８を排出する燃焼排ガス排出管１３が接続されている。

燃料ガス４と空気５は、燃料ガス供給管１１と空気供給管１２とを介して、ノズル３からの排ガス２の供給とともに、燃焼室１内に供給される。燃焼室１内では、火炎６が形成され、排ガス２中に含まれる有害成分は酸化されて除害処理される。

熱電対７は、燃焼室１内の温度をモニターするよう、燃焼室１内に設けられる。そして、ノズル３先端部分近傍の燃焼位置の温度測定をするように配置されている。除害装置１０では、熱電対７での温度測定結果に基づいて、燃焼室１内での排ガス２の燃焼状態がモニターされ、制御部２０によって燃焼状態が制御される。

本実施の形態の除害装置１０に用いられる熱電対７とカバー１５は、図１に示す構造を有する。この図に示すように、カバー１５は管状であって、カバー１５の内部には熱電対７が配置される。また、カバー１５は先端が開口しており、この開口部１８からは、熱電対７の先端部分が露出している。そして、カバー１５の側壁部分には、ガス供給路１６が接続されている。

図２に示すように、ガス供給路１６は、例えば、窒素ガスボンベ（図示されない）を有するガス供給制御部１９に接続している。ガス供給制御部１９は、制御部２０により制御され、所定のタイミングと所定の流量が選択されて、ガス供給路１６にブローガス１７を供給する。そして、ガス供給路１６からカバー１５内に供給されたブローガス１７は、カバー１５内を通過して、カバー１５先端の開口部１８から噴出する。

本実施の形態によれば、燃焼室１内における排ガス２の燃焼で固形酸化物が発生しても、ガス供給路１６からのブローガス１７の供給（以下、ガスブローとも言う。）によって、熱電対７の先端部分への固形酸化物の付着は抑制される。また、熱電対７の先端部分に固形酸化物が付着しても、ガス供給路１６からのガスブローが、付着の進行と堆積を抑制する。したがって、この構造によれば、熱電対７に固形酸化物が堆積し、温度測定が妨げられる現象を抑制できる。

本実施の形態では、熱電対７での正確な温度測定が、ガス供給路１６からカバー１５内へのブローガス１７の供給によって妨げられないよう、ガスブローと温度測定のタイミングを制御することが好ましい。

図３は、本実施の形態の除害装置において、熱電対のガスブローと温度測定の各タイミングを模式的に示す図である。

図３に示すように、カバー１５内のガスブローは、ガス供給制御部１９によって制御され、ある所定期間毎に所望の時間行われる。本実施の形態では、例えば、５分間に１回、０．２秒間のガスブローを行うことができる。

熱電対７による温度測定についても、ガスブローに対応して、測定のタイミングが選択される。すなわち、ガスブローの開始に伴って、所定の期間は温度測定が停止される一方、それ以外の期間では温度測定を行うようにする。例えば、ガスブローの開始に伴って、９０秒間温度測定が停止されることが好ましい。そして、所定の停止期間を終えると、熱電対７による温度測定は再開され、燃焼室１内における排ガス２の燃焼の温度モニターも継続される。

上記のようなガス供給制御部１９における制御、すなわち、ガスブローの制御と熱電対７による温度測定の制御は、制御部２０によって行うことができる。ガスブローのタイミングを適宜制御することにより、熱電対７への固形酸化物の付着を効果的に防止できる。また、温度測定のタイミングを制御し、ガスブロー開始後に適当な測定停止期間を設けることで、温度測定に対するガスブローの影響を排除することができる。

以上の構成を有する除害装置１０では、熱電対７により、排ガス２の燃焼の温度測定を正確にすることができ、排ガス２の燃焼状態の管理を正確に行うことができる。したがって、除害装置１０は、熱電対７によって測定された温度に基づいて、燃料ガス４および空気５の流量を調整し、燃焼室１内で十分な排ガス２の燃焼状態が維持されるように制御できる。

除害装置１０では、燃焼室１内での排ガス２の燃焼により燃焼排ガス８が発生する。この燃焼排ガス８は、燃焼排ガス排出管１３を介して、燃焼室１の外へと排出される。

尚、除害装置１０では、カバーを内管とそれを覆う外管とからなる二重管構造とすることも可能である。その場合、内管の内部に熱電対を配置することが好ましい。そして外管にはガス供給路を接続し、外管の内部にガスを供給できるようにする。外管と内管はそれぞれ先端が開口し、内管内の熱電対はその開口部から露出している。そして、外管内に供給されたガスが、内管内に配置された熱電対の先端から噴き出すよう構成される。このとき、熱電対を内管内に配置することにより、熱電対がガスと接触する部分は少ない。したがって、温度測定におけるガスブローの影響を小さくすることができる。

また、図２に示す除害装置１０では、ノズル３が１個設けられているだけであるが、複数個設けることも可能である。すなわち、本実施の形態の除害装置は、少なくとも１個のノズル３を有すればよい。したがって、例えば、ノズル３が２個〜６個、またはそれ以上の個数で設けられていてもよい。

さらに、本実施の形態の除害装置１０においては、燃焼排ガス排出管１３の下流側に、他の方式の二次除害装置をさらに接続することもできる。そして、それらとともに一つの除害装置を形成することも可能である。二次除害装置としては、例えば、水や薬液を用いた洗浄装置、物理吸着や化学反応薬剤などの固体を用いる方式による除害装置などを接続することができる。

次に、本実施の形態の除害装置を成膜装置に取り付けた半導体製造装置について、図４を用いて説明する。

図４に示すように、本実施の形態の半導体製造装置３０は、成膜装置３１と、本実施の形態の除害装置１０と、これらを接続するように設けられたポンプシステム３２とを有する。

成膜装置３１は、エピタキシャル成膜装置であり、ウェハなどの基板上にエピタキシャル膜を成膜する成膜室（図示されない）を有する。この成膜室内には、エピタキシャル膜の成膜に用いる種々の反応ガスや希釈ガスが供給される。反応ガスとしては、シラン（ＳｉＨ_４）、ジクロロシラン（ＳｉＨ_２Ｃｌ_２）またはトリクロロシラン（ＳｉＨＣｌ_３）などの珪素のソースガスや、プロパン（Ｃ_３Ｈ_８）やアセチレン（Ｃ_２Ｈ_２）などの炭素のソースガスや、希釈ガスとしての水素ガスなどがある。

成膜装置３１でのエピタキシャル膜の成膜では、供給された反応ガスの一部が消費される。そのため、成膜装置３１からの排ガス２は、反応ガスのほか、成膜室内での成膜による副生成物などを含む。

成膜装置３１からの排ガス２は、ポンプシステム３２によって成膜室から排出される。この排ガス２は、このポンプシステム３２によって除害装置１０に送られる。

ポンプシステム３２は、成膜装置３１の成膜室内から排ガス２を排出するための、高い真空度を実現できるポンプと、このポンプから排ガス２を受け取り、その排ガス２の圧力を大気圧付近の圧力まで上昇させる補助ポンプとから構成されることが好ましい。

除害装置１０では、ポンプシステム３２によって送られてくる排ガス２が、ノズル３に供給される。そして、ノズル３の先端を通って、燃焼室内に排ガス２が供給され、上述した除害処理がなされる。その後、除害装置１０を通過して除害された排ガス２は、安全に大気中に排出される。

以上述べたように、本実施の形態の除害装置は、燃焼室内の温度測定に用いられる熱電対と、その熱電対を内部に配置する管状のカバーとを有する。カバーには、ガス供給路が接続しており、カバー内にガスを供給することが可能となっている。そして、カバーは燃焼室内にある一方の先端が開口するともに、この開口部から熱電対の先端部分が露出している。カバー内に供給されたガスはカバー内をブローし、熱電対の先端から噴出する。したがって、熱電対では固形酸化物が付着し難く、また、固形酸化物が付着しても脱落しやすい。その結果、固形酸化物が熱電対に堆積するのを効果的に抑制することができ、排ガスを燃焼する燃焼室内の温度を正確に測定することが可能となる。

また、本発明の半導体製造措置によれば、排ガスを燃焼する燃焼室内の温度を正確に測定できる除害装置を成膜装置に取り付けるので、成膜装置からの排ガスを効率良く除害することができる。
さらに、本発明の半導体製造装置によれば、温度を長期に正確に測定できるため、除害装置のメンテナンスサイクルを長くすることができる。その結果、メンテナンス費用が低減でき、また、停止回数も低減できる。

尚、本発明は、上記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲内で種々変形して実施することが可能である。

例えば、上記実施の形態では、本発明による除害装置を半導体製造装置に適用する例について説明した。しかしながら、本発明はこれに限られるものではなく、例えば、フラットパネルディスプレイの製造装置や、太陽電池パネルの製造装置などにこの除外装置を適用し、フラットパネルディスプレイ製造装置や太陽電池パネル製造装置とすることも可能である。すなわち、排ガスが燃焼する燃焼室内の温度を正確に測定できる除害装置を、所定の成膜装置に取り付けて、フラットパネルディスプレイ製造装置や太陽電池パネル製造装置とすることもできる。

１、１０１ 燃焼室
２、１０２ 排ガス
３、１０３ ノズル
４、１０４ 燃料ガス
５、１０５ 空気
６、１０６ 火炎
７、１０７ 熱電対
８、１０８ 燃焼排ガス
１０、１００ 除害装置
１１ 燃料ガス供給管
１２ 空気供給管
１３ 燃焼排ガス排出管
１５ カバー
１６ ガス供給路
１７ ブローガス
１８ 開口部
１９ ガス供給制御部
２０ 制御部
３０ 半導体製造装置
３１ 成膜装置
３２ ポンプシステム
１０９ 固形酸化物

Claims (5)

1. 排ガスを除害する除害装置であって、
   前記排ガスを燃焼させる燃焼室と、
   前記燃焼室の内部に配置されて温度測定に用いられる熱電対と、
   前記熱電対を内部に配置する管状のカバーとを有し、
   前記カバーには、前記カバーの内部にガスを供給するガス供給路が接続しており、
   前記ガス供給路から供給されたガスは、前記熱電対の先端から噴き出すよう構成されたことを特徴とする除害装置。
2. 前記ガス供給路へガスを供給するタイミングと、前記温度測定を行うタイミングとを制御する制御部を有することを特徴とする請求項１に記載の除害装置。
3. 前記ガスは窒素ガスであることを特徴とする請求項１または２に記載の除害装置。
4. 成膜装置と除害装置とを備えた半導体製造装置であって、
   前記除害装置は、前記成膜装置からの排ガスを内部で燃焼させる燃焼室と、
   前記燃焼室の内部に配置されて温度測定に用いられる熱電対と、
   前記熱電対を内部に配置する管状のカバーとを有し、
   前記カバーには、前記カバーの内部にガスを供給するガス供給路が接続しており、
   前記ガス供給路から供給されたガスは、前記熱電対の先端から噴き出すよう構成されたことを特徴とする半導体製造装置。
5. 前記ガス供給部へガスを供給するタイミングと、前記温度測定を行うタイミングとを制御する制御部を有することを特徴とする請求項４に記載の半導体製造装置。

Images