JP3592923B2

JP3592923B2 - 排気装置

Info

Publication number: JP3592923B2
Application number: JP04888198A
Authority: JP
Inventors: 孝祐長谷川; 哲也花形
Original assignee: Tokyo Electron Ltd
Current assignee: Tokyo Electron Ltd
Priority date: 1998-02-13
Filing date: 1998-02-13
Publication date: 2004-11-24
Anticipated expiration: 2018-02-13
Also published as: JPH11233505A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、水蒸気を用いて被処理体に対して熱処理を行う反応容器に接続された排気装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体デバイスの絶縁膜であるシリコン酸化膜を形成する装置として例えば縦型熱処理装置が知られている。縦型熱処理装置は、加熱炉で囲まれた石英製の反応管内に、多数枚の半導体ウエハを棚状に保持したウエハボートを搬入すると共に酸化用のガスを導入してシリコンを酸化するものである。そして酸化処理の方法としては、水蒸気を用いるタイプのウェット酸化処理と水蒸気を用いずに酸素あるいはオゾンなどを用いるドライ酸化処理とがあり、ウェット酸化処理を行う場合には排気路中に水分が溜まって排気路を塞いでしまわないようにするために、図１０に示すように例えば反応管１０内を排気するための排気路１１の最も低い位置にドレイン管１２を接続し、このドレイン管１２を流れてきた水が容器１３に溜められるようになっている。この容器１３の底部には、例えば一端が工場排水側に接続された排水管１４の他端が接続されている。また排気路１１の先端側には排ガス中の水分を結露させるためのトラップ１５及び反応管１０内の圧力を調整するためのバタフライバルブ１６を介して、工場に設置された排気ダクトに接続されており、反応管１０内から排気されたガスは前記排気ダクトを通り、所定の処理がなされた後外気へ排出される。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところで酸化処理を行う場合には反応管１０内の圧力がバタフライバルブ１４により所定の値例えば−５ｍｍＨ_２Ｏに維持されるようにコントロールされるが、パターンの微細化による薄膜化に伴い、絶縁膜の膜質について厳しい要求がなされてきており、このためプロセス圧についても高い精度でコントロールすることが必要である。しかしながら上述の装置ではドレイン管１２から流れてきた水を開放された容器１３内に溜めるようにしているので、反応管１０内の処理ガスがドレイン管１２を通じて例えば工場内に漏洩してしまう。このようにガスの漏洩が起こると、環境衛生上好ましくないという問題がある。
【０００４】
一方前記容器１３を密閉すると、ドレイン管１２と排水管１４とが容器１３内の空間を介して連通するので、反応管１０内がドレイン管１２の背圧、つまり排水管１０の一端側の圧力の影響を受ける。なお排水管１４に設けられたバルブＶを閉じておくと、反応管１０内の圧力が容器１３内の水量に応じた容器１３内の圧力の影響を受ける。
【０００５】
更にまた上述の装置は、トラップ１５にて排ガス中の水分が結露するので、ここで圧力が大きく変動し、時間的に見れば排気路１１に設けられた図示しない圧力計の圧力検出値が頻繁に波を打つ格好になるので、バタフライ弁１６が小刻みに揺れる。こうしたことから反応管１０内の圧力を所定値に高い精度で維持することが困難であるという問題がある。
【０００６】
本発明は、このような事情の下になされたものであり、その目的は水蒸気を用いて被処理体に対して熱処理例えば酸化処理を行う場合に反応容器内の圧力を高い精度で制御することができ、例えば良質な酸化膜を得ることのできる排気装置を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明は、水蒸気を用いて被処理体に対して熱処理を行う反応容器に接続された排気装置において、
前記反応容器に接続された排気路部材と、
この排気路部材に設けられ、排気ガス中の水分を結露させるための結露手段と、
前記排気路部材における結露手段よりも下流側に設けられた圧力調整部と、
前記反応容器の排気口と結露手段との間におけるこれらよりも低い位置にて排気路部材から分岐された第１の排水路部材と、
この第１の排水路部材を通って流れてきた水を溜めるようにその中に第１の排水路部材の下端が開口する密閉容器と、
この密閉容器内に一端が開口する第２の排水路部材と、を備え、
前記第２の排水路部材の一端は、第１の排水路部材の下端開口部よりも上方側の位置にて密閉容器内の水を吸い込めるように開口し、前記第１の排水路部材の下端開口部よりも上方側に水位が位置することによって、第１の排水路部材及び第２の排水路部材の各開口部間に液相が存在するように構成し、
排気路部材の下流側は、工場に設けられた排気ダクトに接続され、
前記排気路部材における圧力調整部よりも下流側からは主分岐路を、その分岐点よりも高いレベルを経由して密閉容器に接続されるように分岐させると共に、この主分岐路内の圧力を検出して排気ダクト内の圧力を監視する圧力監視部を設けたことを特徴とする。このように構成すれば、反応容器内の圧力制御を行うにあたって、第１の排水路部材の背圧の影響がなくなる。この場合密閉容器内の水位が第１の排水路部材の開口部よりも上に位置するように密閉容器内に液体を供給するための液体供給手段を設けるようにしてもよい。
【０００８】
この場合主分岐路から更に補助分岐路を分岐し、この補助分岐路に圧力監視部を設けることが好ましい。
【０００９】
請求項４の発明は、水蒸気を用いて被処理体に対して熱処理を行う反応容器に接続された排気装置において、
前記反応容器に接続された排気路部材と、
この排気路部材に設けられ、排気ガス中の水分を結露させるための結露手段と、
前記排気路部材における結露手段よりも下流側に設けられた圧力調整部と、
前記排気路部材における結露手段と圧力調整部との間の圧力を検出し、その検出値により前記圧力調整部が制御される圧力検出部と、
前記反応容器の排気口と結露手段との間におけるこれらよりも低い位置にて排気路部材から分岐された第１の排水路部材と、
前記排気路部材における結露手段の下流側から分岐して設けられた分岐路と、この分岐路に設けられ、前記結露手段における水分の結露による排気路部材内の圧力変動を吸収して前記圧力調整部の動作を安定化するための圧力変動吸収部と、を備え、
前記圧力変動吸収部は、外部に連通するように前記分岐路に形成された開口部と、この開口部を内側から塞ぐように抑制され、前記排気路部材内の圧力が低くなったときに、抑制力に抗して内部に引き寄せられて開口部を開く蓋体と、を備えたことを特徴とする。
【００１０】
このようにすれば、圧力変動が緩和されるので圧力調整部の動作が安定する。この場合圧力変動吸収部の蓋体は、前記排気路部材内の圧力が低くなったときに、抑制力に抗して内部に引き寄せられて開口部を開く代わりに、開口部を閉じたまま内部に引き寄せられように弾性膜により形成されたものとすることもできる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の排気装置について、縦型熱処理装置に適用した実施の形態を例にとって説明する。縦型熱処理装置は図１に示すようにヒータ２１に囲まれた反応容器例えば石英製の反応管２２内に、多数枚のウエハＷをウエハボート２３に棚状に保持して例えば下方側から搬入し、反応管２２の下端開口部をキャップ２０で閉じ所定の熱処理を行うものである。この熱処理の一つとしてシリコン膜を酸化する酸化処理があり、処理ガスとしては水蒸気（Ｈ_２Ｏ）と例えば塩化水素ガスとの混合ガスが用いられる。
【００１２】
本発明の実施の形態に係る排気装置は、図１を参照しながらその概略を述べると、前記反応管２２の排気口２４に接続された排気路部材をなす排気管３と、この排気管３から分岐された第１の排水路部材をなすドレイン管４と、このドレイン管４の下方に設けられたトラップをなす筒状の密閉容器４１と、排気管３におけるドレイン管４の分岐点よりも下流側に設けられた結露手段をなす冷却器５と、排気管３における冷却器５の下流側に設けられた圧力調製部をなすバタフライバルブ６とを備えている。
【００１３】
図２はこの排気装置１００が縦型熱処理装置の背面に取り付けられている状態を模式的に示す図である。図２中２５は外装体をなすほぼ直方体形状の筐体であり、この筐体２５の前面からウエハカセットが取り込まれ、背面側に設けられた炉体２０（断熱体、ヒータ２１及び反応管２２からなる）内にウエハが搬入されて熱処理される。この例では排気装置１００は上下の長さがおよそ３ｍ程度のユニットとして構成されており、排気管３の上端部３ａは図示しない配管を介して、工場内の排気ダクトに接続される。
【００１４】
以下にこの排気装置について詳述すると、排気管３は図１〜図３に示すように排気口２４から例えば水平に伸びた後、下方側に屈曲してほぼ真下に向かい更に上方側に向けてほぼ鉛直に伸びている。排気管３の下端部はほぼＵ字状に屈曲しており、その屈曲部３１にてドレイン管４が分岐している。前記屈曲部３１は内部に通気路３２が形成された通気路ユニット３３により構成されており、この通気路３２は排気管３の一部及びドレイン管４の分岐点をなしている。また排気口２４と屈曲部３１との間において排気管３内の圧力を検出して反応管２２内の圧力を監視する圧力監視部３４（図１参照）とバルブ３５とが設けられている。
【００１５】
前記冷却器５は、図４に示すように排気ガスが通る筒状体５１と、この筒状体５１の外側に上下に形成された冷却水通路５２と、筒状体５１内に所定の間隔をおいて長さ方向に設けられ交互に左と右とに配置された、筒状体５１内の断面形状に対応する半円形の邪魔板５３とを備えている。排気ガス中に残っている水分は冷却器５内を通ったときに邪魔板５３による衝突と冷却水による冷却とによって、結露し、結露した水が排気管３及びドレイン管４を伝わって密閉容器４１内に落ちていく。また排気ガスはこの冷却器５によって冷却される。
【００１６】
前記密閉容器４１内にはドレイン管４の下端の開口部が密閉容器４１の底部付近に位置するようにドレイン管４が上部から突入されていると共に、第２の排水路部材である排水管４２が下方側から突入されている。排水管４２の一端（上端）の開口部はドレイン管４の下端開口部よりも例えば６〜８ｃｍ程度上方に位置しており、排水管４２の他端は例えば外部の排水路側に接続され、結露水を排水している。４３はバルブである。
【００１７】
密閉容器４１内に溜められた水は排水管４２により排出され、ウエハの酸化処理中は水蒸気が排気管３内及び冷却器５内にて結露して水が流れ落ちるため密閉容器４１内の水位は排水管４２の一端開口部の高さに維持される。この結果ドレイン管４及び排水管４２の各開口部の間に液相が介在し、互いの連通が阻止されるので、排水管４２側の圧力つまりドレイン管４の背圧が反応管２２内に及ぼす影響はない。排水管４２は密閉容器４１の下方側から突入される代りに側面から水平に突入され、一端開口部が横を向いていてもよい。
【００１８】
図５は上述のトラップに対する比較例であり、この比較例のようにドレイン管４の下端開口部よりも排水管４２の一端（上端）開口部を下方に位置した場合にはドレイン管４及び排水管４２が互いに連通し、ドレイン管４の背圧の変動による反応管２２内の圧力変動が大きい。
【００１９】
またこの例では、図１に示すように反応管２２の下端開口部をキャップ２０でシールしたときに反応管２２の下端のフランジ部とキャップ２０との間をシール用排気管２６により吸引しており、その排気ガス中の水分は、シール用排気管２６から分岐したドレイン管２７を通じて密閉容器４１内に流れ落ちるようになっている。
【００２０】
ここで水蒸気を用いずに例えば酸素ガスやオゾンガスを用いてドライ酸化を行う場合には、このままでは密閉容器４１内の水が蒸発して排気管３内を介して排気されるので減少し、ドレイン管４及び排水管４２が連通してしまう。またドライ酸化から水蒸気を用いたウェット酸化に切り替えたときにも、初期のうちは密閉容器４１内の水が不足して同様のことが起こる。このため本実施の形態では図１及び図３に示すように前記通気路ユニット３３の通気路３２の途中に、液体例えば水を供給するための給水管７１を接続し、給水源７２からの水を流量調整部７３で僅かな流量（例えば一筋の細い流れが形成される程度の流量）に調整して、ドレイン管４を通じて密閉容器４１内に常時水を溜めておくようにしている。
【００２１】
前記排気管３における冷却器５の下流側には、図１に示すように夫々分岐路を介して圧力検出部である圧力センサ５４及び圧力監視部５５が設けられている。圧力センサ５４はその検出値により前記バタフライバルブ６の開度を制御して反応管２２内の圧力を調整するためのものであり、圧力監視部５５は冷却器５の下流側の排気管３内の圧力を監視するためのものである。これら圧力センサ５４及び圧力監視部５５は、冷却器５により水分が除去された後の排気ガスの圧力を測定するものであるから、計器内に水分が侵入することが防止される。
【００２２】
更に排気管３における圧力監視部５５の下流側には、図１及び図６に示すように分岐路８１を介して圧力変動吸収部８が設けられている。この圧力変動吸収部８は、外部（大気圧）に連通するように分岐路８１に形成された開口部８２と、この開口部８２の内側周縁部に形成された水平な保持面８３の上に当該開口部８２を塞ぐように載置された蓋体８４とからなる。圧力変動吸収部８の役割りについて述べると、排ガス中の水蒸気が冷却器５で結露するため、その下流側の圧力が図７の実線（１）で示すように細かく頻繁に変動する。このため圧力センサ５４の検出値が変動するのでバタフライバルブ６が微動し、反応管２２内の圧力が不安定になる。そこで圧力変動吸収部８を設ければ、図８（ａ）に示すようにある圧力値までは蓋体８４が開口部８２を塞いでいるが、圧力が低くなり過ぎると蓋体８４が自重に抗して内部に引き寄せられ、つまり上に持ち上がって開口部８２が開き、圧力が上昇する。この結果冷却器５の下流側の圧力は図７の点線（２）で示すようにその変動が滑らかになり、バタフライバルブ６の開閉動作が安定し、従って反応管２２内の圧力が安定する。
【００２３】
この例は蓋体８４が開口部８２を塞ぐ抑制力として蓋体８４の自重を用いているが、例えばバネを組み合わせて蓋体８４が常時開口部８２を塞ぐように抑制されているものであってもよいし、あるいはまた図９に示すように弾性膜例えばゴム膜よりなる蓋体８５で開口部８２を塞ぎ、排気管３内の圧力が低いときには蓋体８５が開口部８２を閉じたまま内部に引き寄せられるような構成としてもよい。
【００２４】
そして例えば停電により工場内の排気ダクトの排気が停止したときには、蓋体８４と分岐路８１の内面との隙間から排気ガスが漏洩するおそれがあるので、分岐路８１の途中にバルブ８６を設け、停電などが起こったときにはバルブ８６を閉じるようにしている。
【００２５】
更に図１および図３に示すように排気管３におけるバタフライバルブ６の下流側にはバルブ９１を介して通気路ユニット９２が設けられており、排気管３はこの通気路ユニット９２内の水平な通気路９３を介して上方に伸びており、その先端は図示しない工場内の排気ダクトに接続されている。また水平な通気路９３から主分岐管６１が分岐している。この主分岐管６１は通気路９３から一旦上方に向かった後、Ｕ字状に屈曲して下方側に伸び、前記密閉容器４１内におけるドレイン管４の下端よりも下方位置にて開口している。この主分岐管６１の途中からは補助分岐管６２が分岐し、その先端部に圧力監視部６３が設けられている。この圧力監視部６３は、工場内の排気ダクト内の圧力を監視し、停電等による排気が停止したときにバルブ８６、９１を遮断するためのものである。
【００２６】
主分岐管６１は排気管３から分岐して、分岐点よりも高い位置を経由して配管されているため、工場内排気ダクト側から水が流れてきたとしても主分岐管６１内には侵入しにくく、更にこの主分岐管６１から補助分岐管６２を介して圧力監視部６３を設けているためこの圧力監視部６３内に水が入るおそれはない。なお主分岐管６１内に水が入り込んだ場合には、流れ落ちて前記密閉容器４１内に溜められる。
【００２７】
このような排気装置の全体の動作について述べると、反応管２２内の水蒸気を含むガスは、工場内の排気ダクトの吸引力によって排気管路３１内に排気され、圧力センサ５４の圧力検出値に基づいてバタフライバルブ６の開度が調整され、以って反応管２２内の圧力が調整される。そしてガス中の水分は排気管路３１内を通るときに一部が結露し、残存している水分も冷却器５内にて結露し、その結露水は密閉容器４１内に流れ落ちて溜められる。
【００２８】
密閉容器４１内の水は排水管４２により排出されるが、排水管４２とドレイン管４とは水によって互いの連通が阻止されているので、反応管２２内の圧力はドレイン管４の背圧の影響を受けない。また冷却器５にて排ガス中の水分が結露するのでその下流側の圧力は小刻みに変動しようとするが、圧力変動吸収部８にて圧力変動を吸収して滑らかにしているためバタフライバルブの微動が抑えられる。従って反応管２２内の圧力を高い精度で制御することができる。
【００２９】
更に給水管７１によって密閉容器４１内には常時水が溜められているので、水蒸気を用いないドライ酸化を行う場合にもドレイン管４と排水管４２との連通が阻止されているので安定した圧力制御を行うことができる。なお本発明ではドライ酸化を行うときにのみ給水管から密閉容器４１内へ給水するようにしてもよいが、上述のように常時わずかながら給水していれば、オペレータが、給水操作し忘れた場合のリスクを回避することができる。
【００３０】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば水蒸気を用いて熱処理を行う場合に反応容器内の圧力を高い精度で制御することができ、例えば良質な酸化膜を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態の全体構成を示す構成図である。
【図２】本発明の実施の形態に係る排気装置が縦型熱処理装置の背面に取り付けられている様子を示す斜視図である。
【図３】上記排気装置を示す側面図である。
【図４】冷却器の一例を示す一部切り欠き側面図である。
【図５】トラップをなす密閉容器内の構造の比較例を示す断面図である。
【図６】圧力変動吸収部を示す断面図である。
【図７】冷却器の下流側の圧力変動の様子を模式的に示す特性図である。
【図８】圧力変動吸収部の動作を示す説明図である。
【図９】圧力変動吸収部の他の例を示す説明図である。
【図１０】従来の排気装置を示す構成図である。
【符号の説明】
２２反応管
２４排気口
３排気管
４ドレイン管
４１密閉容器
４２排水管
５冷却器
６バタフライバルブ
６１主分岐管
６２補助分岐管
６３圧力センサ
７１給水管
８圧力変動吸収部
８１分岐管
８２開口部
８４蓋体

Claims

水蒸気を用いて被処理体に対して熱処理を行う反応容器に接続された排気装置において、
前記反応容器に接続された排気路部材と、
この排気路部材に設けられ、排気ガス中の水分を結露させるための結露手段と、
前記排気路部材における結露手段よりも下流側に設けられた圧力調整部と、
前記反応容器の排気口と結露手段との間におけるこれらよりも低い位置にて排気路部材から分岐された第１の排水路部材と、
この第１の排水路部材を通って流れてきた水を溜めるようにその中に第１の排水路部材の下端が開口する密閉容器と、
この密閉容器内に一端が開口する第２の排水路部材と、を備え、
前記第２の排水路部材の一端は、第１の排水路部材の下端開口部よりも上方側の位置にて密閉容器内の水を吸い込めるように開口し、前記第１の排水路部材の下端開口部よりも上方側に水位が位置することによって、第１の排水路部材及び第２の排水路部材の各開口部間に液相が存在するように構成し、
排気路部材の下流側は、工場に設けられた排気ダクトに接続され、
前記排気路部材における圧力調整部よりも下流側からは主分岐路を、その分岐点よりも高いレベルを経由して密閉容器に接続されるように分岐させると共に、この主分岐路内の圧力を検出して排気ダクト内の圧力を監視する圧力監視部を設けたことを特徴とする排気装置。
密閉容器内の水位が第１の排水路部材の開口部よりも上に位置するように密閉容器内に液体を供給するための液体供給手段を設けたことを特徴とする請求項１記載の排気装置。
主分岐路から更に補助分岐路を分岐し、この補助分岐路に圧力監視部を設けたことを特徴とする請求項１または２記載の排気装置。
排気路部材における圧力調整部よりも下流側にバルブを設け、圧力監視部により工場側の排気が停止したことを検出したときに、前記バルブを閉じることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか一に記載の排気装置。
水蒸気を用いて被処理体に対して熱処理を行う反応容器に接続された排気装置において、
前記反応容器に接続された排気路部材と、
この排気路部材に設けられ、排気ガス中の水分を結露させるための結露手段と、
前記排気路部材における結露手段よりも下流側に設けられた圧力調整部と、
前記排気路部材における結露手段と圧力調整部との間の圧力を検出し、その検出値により前記圧力調整部が制御される圧力検出部と、
前記反応容器の排気口と結露手段との間におけるこれらよりも低い位置にて排気路部材から分岐された第１の排水路部材と、
前記排気路部材における結露手段の下流側から分岐して設けられた分岐路と、この分岐路に設けられ、前記結露手段における水分の結露による排気路部材内の圧力変動を吸収して前記圧力調整部の動作を安定化するための圧力変動吸収部と、を備え、
前記圧力変動吸収部は、外部に連通するように前記分岐路に形成された開口部と、この開口部を内側から塞ぐように抑制され、前記排気路部材内の圧力が低くなったときに、抑制力に抗して内部に引き寄せられて開口部を開く蓋体と、を備えたことを特徴とする排気装置。
圧力変動吸収部の蓋体は、前記排気路部材内の圧力が低くなったときに、抑制力に抗して内部に引き寄せられて開口部を開く代わりに、開口部を閉じたまま内部に引き寄せられように弾性膜により形成されたものであることを特徴とする請求項５記載の排気装置。
排気路部材における圧力調整部よりも下流側にバルブを設けると共に前記分岐路にバルブを設け、排気ダクト内の圧力の監視結果により工場側の排気が停止したことを検出したときに、これらバルブを閉じることを特徴とする請求項５または６記載の排気装置。