JP2686447B2

JP2686447B2 - 反応装置

Info

Publication number: JP2686447B2
Application number: JP63045060A
Authority: JP
Inventors: 昇布施; 禎男坂本
Original assignee: Tokyo Electron Ltd
Current assignee: Tokyo Electron Ltd
Priority date: 1988-02-26
Filing date: 1988-02-26
Publication date: 1997-12-08
Anticipated expiration: 2012-12-08
Also published as: JPH01218013A

Description

【発明の詳細な説明】［発明の目的］（産業上の利用分野）本発明は、反応装置に係わり、特に、反応によって生
成する副生成物を排気経路途中でトラップすることがで
きる反応装置に関する。

（従来の技術）この種の反応装置の一例として、半導体ウエハにシリ
コン膜を形成するためのシリコンエピタキシャル成長装
置を挙げることができる。

上記装置では、原料ガスとしてたとえばSiH2Cl2を加
熱下のプロセスチューブ内に導入し、この原料ガスをH2
と反応させて得たSiを、前記半導体ウエハに結晶成長さ
せるものである。

ここで、上述したプロセスチューブ内には、反応副生
成物としてHClが生成される。

そして、この生成物は前記プロセスチューブの排気経
路に真空ポンプ等を接続し、上記反応副生成物等を強制
排気するようになっている。

（発明が解決しようとする問題点）上述した従来の反応装置では、HCl等の腐蝕性ガスを
単に強制排気していたので、排気経路特に真空ポンプの
損傷が著しく、その寿命を大幅に縮めるという問題があ
った。

また、上述したシリコンエピタキシャル成長装置で
は、半導体ウエハに付着しないシリコンSiは、パウダー
状で排出されるため、排気経路途中を目詰まりさせ、あ
るいは真空ポンプの機能を故障させるという問題もあっ
た。

そこで、本発明の目的とするところは、上述した従来
の問題点を解決し、反応副生成物を排気経路途中でトラ
ップして、排気経路の腐蝕を防止し、真空ポンプ等の排
気駆動源の寿命を高めることができると共に、クリーン
プロセスを実現することができる反応装置を提供するこ
とにある。

［発明の構成］（問題点を解決するための手段）本発明は、減圧下で被処理体を反応処理する反応室
と、一端が前記反応室内と連通し、他端に真空ポンプが接
続された真空引き経路と、前記真空引き経路途中に接続されたバイパス経路と、前記バイパス経路途中に設けられ、前記反応室内の未
反応ガス又は反応副生成物を液体中にて発熱反応させて
トラップすると共に、冷却手段により冷却して気体の発
生を抑制する液体トラップ手段と、前記バイパス経路途中であって、前記液体トラップ手
段よりも排気方向上流側に設けられ、前記液体トラップ
手段より反応室側へと逆流する気体を冷却により液化し
て前記液体トラップ手段に戻すコールドトラップ手段
と、前記真空引き経路及びバイパス経路途中にそれぞれ開
閉可能に設けられ、前記反応室内での処理開始前は、前
記バイパス経路を閉鎖して前記真空引き経路のみを介し
て前記反応室内を真空引きさせ、前記反応室での処理開
始後の排気時には、前記バイパス経路を経由させて前記
反応室内を排気させるバルブ手段と、を有することを特徴とする。

（作用）反応室内で生成された反応副生成物は、その排気を行
う際に、排気経路途中で液体トラップ手段によって捕集
されるので、以降の排気経路には、反応副生成物が除去
され、もしくは大幅に低減された排気ガス等のみとなる
ので、たとえ反応副生成物としてHCl等の強酸が含まれ
ていたとしても、これを除去して排気することができる
ので、排気管の腐蝕を低減し、また、真空ポンプ等の排
気駆動源の劣化を低減できるので、その寿命を大幅に高
めることができる。

そして、液体トラップ手段は、HCl等の水溶性の副生
成物は水に溶かし込むことによってトラップでき、Si等
のプダー状の固体は沈澱によってトラップすることがで
き、この他、水との反応によってトラップすることも可
能となる。

さらに、液体トラップ手段では、冷却手段を有し、こ
の冷却手段により、冷却して気体の発生を抑制するよう
にしており、これによって反応室側に逆流しようとする
気体を減少させることができる。

そしてさらに、液体トラップ手段で抑制したにもかか
わらず発生した気体は、上流側のコールドトラップ手段
で液化して液体トラップ手段に戻すことで、反応室側へ
の気体の逆流をより確実に防止してクリーンプロセス、
クリーン排気を実現することができる。

また、減圧反応装置にあっては、真空引き経路とトラ
ップ手段の経路とを切り替えることにより、真空引き作
用をトラップ手段によって阻害されずに効率的に実行す
ることができる。

（実施例）以下、本発明をシリコン気相エピタキシャル成長（CV
D）装置に適用した一実施例について、図面を参照して
具体的に説明する。

横型のたとえば石英チューブから成るプロセスチュー
ブ１の一端にはガス導入口２が設けられ、その他端には
熱排気室４が形成され、このプロセスチューブ１内には
前記熱排気室４側よりボート５が搬入出可能となってい
て、このボート５上に所定距離の面間をとって垂直に立
て掛けられた複数枚の半導体ウエハ６が搭載されるよう
になっている。

前記ガス導入口２からは、反応前に導入される不活性
ガスたとえばN2ガス、反応に使用されるH2ガス及び原料
ガスとしてのたとえばSiCl4等が導入されるようになっ
ている。なお、前記原料ガスとしては、この他SiH4,SiH
2Cl2,SiH3Cl等を使用することもできる。また、前記プ
ロセスチューブ１の周囲には、加熱下で気相エピタキシ
ャル成長を実行するためのヒータ３が配置されている。

前記プロセスチューブ１の他端側に配置されている熱
排気室４には、前記プロセスチューブ１内を真空に引い
て減圧するためのバキューム経路７と、このバキューム
経路７に対してバイパスを構成する排気経路８とが接続
されている。なお、この種の経路を構成する配管として
は耐腐蝕性のあるたとえばステンレス管等が使用されて
いる。

そして、前記熱排気室４の直後の配管途中には第１の
バルブV1が、前記バキューム経路７途中であって前記バ
イパス接続端の間には第２のバルブV2がそれぞれ設けら
れている。

一方、前記排気経路８には、たとえば水を収容した、
生成物少なくとも腐蝕性生成物を捕集するトラップ手段
の一例としての液体トラップ10が配置され、この液体ト
ラップ10への排気導入端側にはコールドトラップ11及び
第３のバルブV3が、液体トラップ10からの排気導出端側
には第４のバルブV4がそれぞれ設けられている。なお、
上記第１〜第４のバルブV1〜V4は、プロセス工程に応じ
てCPUの指令に基づき開閉駆動が制御されるようになっ
ている。

また、前記バキューム経路７及び排気経路８の共通の
駆動源として、真空ポンプ20が配置されている。

次に、作用について説明する。

先ず、プロセスチューブ１をヒータ３によって加熱す
ると共に、このプロセスチューブ１内へボート５を搬入
する前にあっては、前記ガス導入口２より不活性ガスと
してのN2ガスを導入し、空気等を十分に排除しつつボー
ト５の搬入を実行する。

その後、プロセスチューブ１内の減圧を実行する。す
なわち、第1,第２のバルプV1,V2をオープンとし、第3,
第４のバルブV3,V4をクローズとし、バキューム経路７
のみを使用可能な状態として真空ポンプ20を駆動し、プ
ロセスチューブ１内を所定値の減圧下に設定する。な
お、必要に応じて、前記N2ガスの導入による空気の排除
作業と、真空引き作用とを繰り返し実行することもでき
る。

上述した前処理工程の終了後であって、かつ、プロセ
スチューブ１内の温度が所定の反応温度に設定された状
態で、前記プロセスチューブ１内にガス導入口２を介し
て水素ガスH2と原料ガスとしてのたとえばSiCl4を導入
する。

そうすると、加熱下にあるプロセスチューブ１内で
は、下記の熱反応が実行されることになる。

SiCl4＋H2→Si＋HCl そして、上記反応によって生成されたシリコンSiが、
Siエピタキシャル層として、前記ボート５上の各半導体
ウエハ６上に生成され、シリコンエピタキシャル成長が
実行されることになる。

ここで、上述した熱反応では、Siの他にその反応副生
成物として強酸であるHClが生成されている。また、反
応によって生成したSiは全てSiエピタキシャル層として
使用されるわけではなく、その一部はSiのパウダー状固
体としてプロセスチューブ１内に残留することになる。
また、プロセスチューブ１内には未反応の前記原料ガス
及びH2ガスが残留している。

そこで、上述したシリコンエピタキシャル成長終了後
に、プロセスチューブ１内を強制排気している。このた
め、本実施例では熱排気室４に接続されているバキュー
ム経路７をバイパスして排気経路８のみを使用して排気
を実行している。この切り替えは、第２のバルブV2をク
ローズとし、第3,第４のバルブV3,V4をオープンとする
ことで達成できる。

この切り替え動作終了後、真空ポンプ20を駆動する
と、前記プロセスチューブ１内の残留ガス等は熱排気室
４及び排気経路８を介して液体トラップ10に導入される
ことになる。

この液体トラップ10では、下記のようなトラップ作用
を実行することになる。

先ず、反応副生成物であるHClは水溶性であるので、
前記液体トラップ10を通過させることにより、これを水
に溶かし込むことによってHClの捕集が可能となる。こ
のように、強酸であるHClを排気経路途中で捕集するこ
とによって、以降の排気経路８には有毒ガスであるHCl
が排出されることが大幅に低減され、特に金属で構成さ
れて腐蝕性ガスの耐久性に乏しい真空ポンプ20の損傷を
著しく低減することができるので、その寿命を従来より
も高めることが可能となる。

また、上述した液体トラップ10を設置することで、上
記反応副生成物以外のトラップをも可能である。

すなわち、シリコンエピタキシャル成長に供されなか
ったSiは、パウダー状の固体として排出されることにな
るが、このパウダー状の固体が前記液体トラップ10を通
過することによって、トラップ容器の底に沈澱してこれ
を捕集することができる。このように、パウダー状のSi
を捕集することによって、配管途中及び真空ポンプ10で
の目詰まりを解消することができ、配管，真空ポンプの
メインテナンスが簡易化される。

さらに、未反応の原料ガスであるSiCl4が前記液体ト
ラップ10を通過すると、下記の反応によってシリカSiO2
と塩酸HClに分解されて液体トラップ10に捕集されるこ
とになる。

SiCl4＋H2O→SiO2＋HCl なお、上記反応は発熱反応であるので、液体トラップ
10を冷却するように構成することもできる。

このように、本実施例によれば排気経路８途中に液体
トラップ10を配置することで、副生成物等をトラップす
ることができるので、従来のように副生成物をそのまま
排気していたものに比べれば、排気経路の寿命を高め、
メインテナンスの頻度を少なくすることができる。

ここで、上述した減圧装置では、液体トラップ10で発
生する水蒸気がプロセスチューブ１内に逆流し、反応に
阻害を与える危惧があるため、本実施例では液体トラッ
プ10の前段にコールドトラップ11を設け、水蒸気を液化
して液体トラップ10に戻すように構成している。

また、上記実施例のように、バキューム経路７をバイ
パスさせて液体トラップを行っている理由は、バキュー
ム経路７途中に液体トラップ10を配置した場合には、真
空引きの際の排気抵抗が大きくなってその効率が悪化す
るからであり、このようにバイパスさせることで副生成
物のトラップと真空引き作用とを共に効率よく実施する
ことができる。

次に、本発明の他の実施例として、縦型のシリコンエ
ピタキシャル成長装置について第２図を参照して説明す
る。

第２図では、プロセスチューブ31を垂直軸に沿って立
て、たとえばその上端にガス導入口32を形成し、下側に
熱排気室34を配置し、縦型用ボート35に半導体ウエハ６
を水平状態で配列支持して、下側の熱排気室34側よりプ
ロセスチューブ31内に搬入出可能としている。

そして、上記熱排気室34に接続されるバキューム経路
７及び排気経路８等の構成は、上述した第１実施例と同
様になっている。

ここで、このような縦型のシリコンエピタキシャル成
長装置でも、プロセスチューブ１内での反応による副生
成物の生成は同様であるので、これを排気経路途中でト
ラップする必要があり、上記の構成により、第１実施例
とまったく同様にして副生成物等のトラップが可能であ
る。

そして、このように縦型でシリコンエピタキシャル成
長装置を構成した場合のメリットとしては、下記に示す
通りである。

横型炉の場合は基本的にはプロセスチューブ内をボー
トが接触して移動し、ウエハの装填、取り出しを行なう
炉の内部、すなわちプロセスチューブの内部には熱処理
によって堆積物が付着しているのでボートがプロセスチ
ューブに対して接触して移動すると堆積物に接触し、こ
れが不純物として半導体ウエハに付着してしまうという
問題がある。

縦型炉では、半導体ウエハ６を搭載するボート35の搬
入方向が自重方向と一致するので、ボート35とプロセス
チューブ31とを非接触で搬入出可能であるので、パーテ
ィクルの発生がなく半導体ウエハ６の歩留まりを向上す
ることができる。

また、特に半導体ウエハの反応炉ではクリーンルーム
内の単位面積あたりのコストが高いので省スペース化の
要請があるが、縦型炉とすれば縦方向にスペースを擁す
るので設置面積は横型炉よりも大幅に縮小され、プロセ
スチューブ31の周囲の加熱手段33の構造上の径の制約も
ないので大口径化が可能となる。

さらに、横型炉は自動化，大口径化が困難であるばか
りか、炉内対流によりウエハの上下で温度差が生ずるた
め歩留まりが悪く、外部O2の巻き込みが多いので不要な
酸化膜が生じ、膜圧の制御が困難である等の問題があ
る。これに対して縦型炉の場合には、横型炉に比べれば
半導体ウエハ６の全面に対する温度，ガスの均一性が向
上し、かつ、外部O2の巻き込みも少ないので、この意味
からも歩留まりを向上することが可能となる。

以上、本発明の実施例について説明したが、本発明は
上記実に限定されるものではなく、本発明の要旨の範囲
内で種々の変形実施が可能である。

たとえば、上述した各実施例は共にシリコンエピタキ
シャル成長装置について説明したが、反応室内で反応を
実施し、かつ、副生成物を排気する他の種々の反応装置
に適用可能であることはいうまでもない。

さらに、液体トラップは水以外の液体であっても、副
生成物を溶かし込むことが可能であるか、あるいは反応
によって捕集可能であるものでもよい。また、一段での
トラップでは十分な効果が得られない場合には、同一又
は異種のトラップ手段を複数段に配置し、各トラップ手
段で段階的に副生成物等を捕集することもでき、結果と
して最終的に排気される副生成物を所望な量まで低減す
ることもできる。

［発明の効果］以上説明したように、本発明によれば反応室内で生成
された副生成物を、排気経路途中でトラップすることが
できるので、副生成物の排出に起因する従来の腐蝕等の
問題を解消することができ、排気経路及び排気駆動源の
寿命を高めると共に、そのメインテナンスの頻度を従来
よりも大幅に低減することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の一実施例である横型のシリコンエピ
タキシャル成長装置を説明するための概略説明図、第２図は、本発明の他の実施例である縦型のシリコンエ
ピタキシャル成長装置を説明するための概略説明図であ
る。 1,31……プロセスチューブ、 5,35……ボート、６……半導体ウエハ、７……バキューム経路、８……排気経路、 10……トラップ手段、 11……コールドトラップ、 V1〜V4……バルブ。

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】減圧下で被処理体を反応処理する反応室
と、一端が前記反応室内と連通し、他端に真空ポンプが接続
された真空引き経路と、前記真空引き経路途中に接続されたバイパス経路と、前記バイパス経路途中に設けられ、前記反応室内の未反
応ガス又は反応副生成物を液体中にて発熱反応させてト
ラップすると共に、冷却手段により冷却して気体の発生
を抑制する液体トラップ手段と、前記バイパス経路途中であって、前記液体トラップ手段
よりも排気方向上流側に設けられ、前記液体トラップ手
段より反応室側へと逆流する気体を冷却により液化して
前記液体トラップ手段に戻すコールドトラップ手段と、前記真空引き経路及びバイパス経路途中にそれぞれ開閉
可能に設けられ、前記反応室内での処理開始前は、前記
バイパス経路を閉鎖して前記真空引き経路のみを介して
前記反応室内を真空引きさせ、前記反応室での処理開始
後の排気時には、前記バイパス経路を経由させて前記反
応室内を排気させるバルブ手段と、を有することを特徴とする反応装置。