JP4182940B2

JP4182940B2 - エピタキシャルウェーハ製造装置向け排ガススクラバー装置

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Publication number: JP4182940B2
Application number: JP2004297531A
Authority: JP
Inventors: 安弘力久
Original assignee: Sumco Corp
Current assignee: Sumco Corp
Priority date: 2004-10-12
Filing date: 2004-10-12
Publication date: 2008-11-19
Anticipated expiration: 2024-10-12
Also published as: JP2006110408A; US20060075897A1; US7553356B2

Description

本発明は、エピタキシャルウェーハ製造装置で発生する排ガス成分を捕捉、分離して排ガスを洗浄するエピタキシャルウェーハ製造装置向け排ガススクラバー装置に関するものである。

半導体デバイスなどの基板として用いられるシリコンのエピタキシャルウェーハ製造装置は、エピタキシャル成長に必要なＳｉＨＣｌ_３ガスを含む塩素系排ガスが発生する。こうした塩素系排ガスは腐食性が強く、そのまま大気中に排出することはできず、排ガススクラバー装置によって排ガス中のＳｉＨＣｌ_３成分を捕捉し、排ガスを浄化して排出する。

こうした排ガススクラバー装置は、例えば、水などの洗浄水を噴霧した雰囲気中に排ガスを通して洗浄することによって、排ガス中の有害な成分を捕捉、除去するものである。このような排ガススクラバー装置は、排ガスと洗浄水とを接触させる工程で、接触部分となる排ガスを洗浄水雰囲気中に噴霧するノズルなどに、排ガスの成分と洗浄水とが化学反応して生成する生成物が付着、堆積することがしばしば起きる。

このような生成物を堆積したままにすると、排ガスの浄化効率が低下し、排ガスを噴射するノズル等が目詰まりを起こす原因となるので、堆積物を定期的に清掃、除去する必要がある。排ガスと洗浄水とを接触させる工程で生じる堆積物を除去する手段として、例えば、特許文献１には、インレット管の内部に堆積した堆積物を管外から棒などで機械的に掻き出して、堆積物を除去する排ガスの除害方法が記載されている。また、特許文献２には、インレット管の延長方向に沿って移動自在に形成された堆積物の掻き出し部材によって、管に付着した堆積物を除去するウェーハの製造装置が記載されている。
特開平９−１８６０９３号公報特開２００１−７０３４号公報

しかしながら、上述した特許文献１や特許文献２に示した排ガスの処理方法やその装置では、いずれも管内に生じた堆積物（生成物）を機械的に手動で除去するものであり、除去作業に時間がかかって、その間、排ガス装置を含む製造装置を停止させなければならず、生産性向上の障害になっていた。また、手動で取り除く方式であるため、堆積物が多くなると除去に手間がかかり、完全に堆積物を除去できないこともあった。更に、例えば、排ガス成分と洗浄水とが反応して発火性の堆積物などが生じる場合、手動で堆積物を除去することは安全性の面からも大きな懸念がある。また、排ガススクラバー装置の堆積物除去のための清掃頻度は２〜３日に１回程度行なう必要があり、その都度、エピタキシャルウェーハ製造装置と排ガススクラバー装置とを停止して作業を実施する必要があり、装置稼働率を下げ、生産性を低下させる要因のひとつでもあった。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであって、排ガスと洗浄水との接触工程で生じる堆積物を安全、かつ装置の稼働率を低下させることなく、効率的に除去することが可能なエピタキシャルウェーハ製造装置向け排ガススクラバー装置を提供することを目的とする。

上記の目的を達成するために、本発明によれば、エピタキシャルウェーハ製造装置から排出される排ガスが導入されるスクラバーインレット管と、前記スクラバーインレット管の内部に形成され、一端から前記スクラバーインレット管の内部に向けて洗浄水を噴射し、前記排ガスを洗浄集塵する洗浄管ユニットとを備えたエピタキシャルウェーハ製造装置向け排ガススクラバー装置であって、前記洗浄管ユニットは、不活性ガスを常時流通させる外管と、前記外管の内側に形成され不活性ガスを間欠的に流通させる中間管と、前記中間管の内側に形成され前記洗浄水および不活性ガスを交互に流通させる内管とから形成されることを特徴とするエピタキシャルウェーハ製造装置向け排ガススクラバー装置が提供される。

前記洗浄管ユニットを構成する前記外管、前記中間管、前記内管には、互いにその設置間隔の変動を防止するジョイントが更に形成されていればよい。また、前記洗浄管ユニットは、その延長方向に対して１５〜２５°の角度範囲で前記スクラバーインレット管の内部に前記洗浄水を噴射させればよい。

本発明のエピタキシャルウェーハ製造装置向け排ガススクラバー装置によれば、３重構造の洗浄管ユニットからスクラバーインレット管の内壁に向けて不活性ガスと洗浄水とが噴射されることによって、スクラバーインレット管に堆積した堆積物が取り除かれる。エピタキシャルウェーハ製造装置から排ガス成分の堆積物を取り除くことによって、排ガススクラバー装置のスクラバーインレット管は堆積物が過剰に堆積して排ガスの浄化性能が低下することを防止する。

そして、こうしたスクラバーインレット管のクリーニングをエピタキシャル成長工程以外のタイミングで自動的かつ定期的に行うことによって、エピタキシャルウェーハ製造装置の生産性を低下させず、かつ安全に堆積物を取り除くことが可能になる。

以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。図１は、本発明のエピタキシャルウェーハ製造装置向け排ガススクラバー装置の概要を示す説明図である。排ガススクラバー装置１０は、エピタキシャルウェーハ製造装置５の結晶成長工程で使用されるガス、例えばＳｉＨＣｌ_３成分を含む排ガスを排出する排気管６に接続される。排ガススクラバー装置１０は、大別して排ガススクラバー管１１と、スクラバー室１２と、洗浄水プール１３と、洗浄水循環装置１４とから構成される。

エピタキシャルウェーハ製造装置５の排気管６から排出された排ガスは、まず排ガススクラバー管１１に導入される。そして、排ガスはスクラバー室１２で洗浄水循環装置１４から供給される洗浄水、例えば水に曝される。排ガスが洗浄水に曝されることで、排ガス成分の大半が除去され、排ガスは浄化される。そしてほぼ空気と同じ成分とされたガスが排気管１６より大気中に放出される。

洗浄水循環装置１４は、洗浄水プール１３に溜まった洗浄水を汲み上げて、こうしたスクラバー室１２と、後ほど詳述する排ガススクラバー管１１とに洗浄水を供給し、スクラバー室１２内に霧状の洗浄水を噴射させて排ガスを洗浄水に曝す役割りを果たす。洗浄水は、例えば、工業用水などの水、または特定成分の吸収剤を含む水などであればよく、限定されるものではない。

図２は、スクラバー室１２に形成される排ガススクラバー管１１の構造を示す断面図である。排ガススクラバー管１１は、エピタキシャルウェーハ製造装置５の排気管６から排出された排ガスを導入する導入管２１備えたスクラバーインレット管２２と、このスクラバーインレット管２２の内部に形成された洗浄管ユニット２３とを有している。スクラバーインレット管２２は、例えば、全体が金属で形成された内径Φが５０ｍｍ程度の管であり、内部に導入管２１から導入されたＳｉＨＣｌ_３成分を含む排ガスが、洗浄管ユニット２３の延長方向Ｌに向かって流れる。

こうしたスクラバーインレット管２２の内部に形成される洗浄管ユニット２３は、図３に示すように、不活性ガスを常時流通させ洗浄管ユニット２３先端部をシールする外管２４と、この外管２４の内側に形成されて不活性ガスを洗浄管ユニット２３動作中のみ流通させる中間管２５と、この中間管２５の内側に形成されて堆積物を除去するための洗浄水および不活性ガスを交互に流通させる内管２６との３重管構造で形成されている。

内管２６の先端には、内管２６から流出する洗浄水の噴射角度を制御するとともに、外管２４や中間管２５から流出する不活性ガスの噴射方向を制御する流出制御栓２７が取り付けられている。こうした流出制御栓２７は、内管２６から流出する洗浄水を、洗浄管ユニット２３の延長方向Ｌに対して１５〜２５°の角度θでスクラバーインレット管２２の内壁に向けて噴射されるように制御する。

また、流出制御栓２７は、外管２４や中間管２５を流れる不活性ガス、例えば窒素ガスをほぼ直角に屈曲させ、スクラバーインレット管２２の内壁に対して直角に当たるように制御する。

洗浄管ユニット２３を構成する外管２４、中間管２５および内管２６は、互いにその設置間隔の変動を防止するジョイント２８によって、互いの位置が固定されている。こうしたジョイント２８によって、洗浄管ユニット２３に洗浄水や不活性ガスを間欠的に流した際に生じる振動によって、互いの位置が変わって流量が変動することを防止する。

このような構成の洗浄管ユニット２３は、その先端位置Ｐ１をスクラバーインレット管２２の先端位置Ｐ２から距離Ｍだけ内側に後退させて取り付けられていればよい。距離Ｍは、例えば、スクラバーインレット管２２の内径Φが５０ｍｍに形成されたときに、１１５ｍｍ以上に設定されるのが好ましい。

次に、このような構成の排ガススクラバー管を備えた排ガススクラバー装置の作用を洗浄管ユニットの効果を中心に説明する。図１に示すエピタキシャルウェーハ製造装置５の排気管６から排出されたＳｉＨＣｌ_３成分を含む排ガスは、導入管２１を介してスクラバーインレット管２２内に導入され、図２に示す洗浄管ユニット２３の延長方向Ｌに向けて流れる。

一方、図１に示すスクラバー室１２内には、洗浄水が噴射され、スクラバーインレット管２２を流れるＳｉＨＣｌ_３成分を含む排ガスは、洗浄水と接触し、浄化される。この過程で、の排ガスＳｉＨＣｌ_３成分は、洗浄水と接触すると化学反応を起こし、酸化シリコン（ＳｉＯｘ）が生じる。図４に示すように、排ガス３１と洗浄水３２とが接触して生成したＳｉＯｘ堆積物３３は、スクラバーインレット管２２の出口付近に堆積する。

こうした排ガス３１と洗浄水３２との接触によって生じるＳｉＯｘ堆積物３３がスクラバーインレット管２２の出口付近に堆積すると、スクラバーインレット管２２の出口の径が狭められたり、あるいは詰まったりして、排ガスのスクラバー処理効率が低下する。このため、こうしたＳｉＯｘ堆積物３３は迅速に除去される必要がある。従来はこうしたＳｉＯｘ堆積物は、例えば棒などを用いて手動で掻き落としていたが、ＳｉＯｘの中には摩擦や静電気によって発火する性質のものもあり、安全上の懸念もあった。また、こうしたＳｉＯｘ堆積物を手動で掻き出す場合には、掻き出し棒への再付着があり、結果としてスクラバーインレット部を開放して清掃する必要があるため相当の時間エピタキシャルウェーハ製造装置を停止させなければならず、生産性の向上の障害になっていた。

本発明の排ガススクラバー装置１０では、スクラバーインレット管２２の中に形成された洗浄管ユニット２３を用いて、こうしたＳｉＯｘ堆積物３３を定期的かつ自動的に除去することを可能にする。具体的には、例えば、エピタキシャルウェーハ製造装置５がエピタキシャル成長工程に入る前のエッチング反応工程の時間を利用して、ＳｉＯｘ堆積物３３の除去工程（スクラバーインレット管クリーニング）が実施される。

図５に示すタイミングチャートは、本発明の排ガススクラバー装置１０におけるＳｉＯｘ堆積物３３の除去工程（クリーニングモード）での洗浄管ユニット２３を構成する各管の動作の一例を示したものである。エピタキシャルウェーハ製造装置５がエッチング反応工程（ＨＩＥＴ）に入ると、排ガススクラバー装置１０の制御装置（図示せず）には、エピタキシャルウェーハ製造装置５からＨＩＥＴ信号が入力される。ＨＩＥＴ信号がＯＮになると、排ガススクラバー装置１０は堆積物のクリーニングモードに入る。

このクリーニングモードにおいては、洗浄管ユニット２３の内管２６からは、スクラバーインレット管２２に向けて窒素ガスと洗浄水とが交互に噴出される。内管２６からは、例えば、窒素ガスが２秒間噴射されたあと洗浄水が１秒間噴射されるといったサイクルが５回繰り返されればよい。窒素ガスと洗浄水とは、スクラバーインレット管２２の内壁に向けて、例えば２０度の角度で噴射される。

また、中間管２５からは、このクリーニングモードの間だけスクラバーインレット管２２に向けて窒素ガスが噴射される。この中間管２５から噴射される窒素ガスは、例えば５〜６０リットル／分程度の流量であればよい。なお、外管２４からは、シールガスとして、常に１０リットル／分程度の流量の窒素ガスがスクラバーインレット管２２に向けてＨＩＥＴ時のみならず常時噴射され続ける。

図６に示すように、３重構造の洗浄管ユニット２３からスクラバーインレット管２２の内壁に向けて窒素ガスと洗浄水とが噴射されることによって、スクラバーインレット管２２の端部付近に堆積したＳｉＯｘ堆積物３３は取り除かれる。エピタキシャルウェーハ製造装置５がエピタキシャル成長工程に入る前に自動的にＳｉＯｘ堆積物３３を取り除くことによって、排ガススクラバー装置１０のスクラバーインレット管２２は堆積物が過剰に堆積して排ガスの浄化性能が低下することを防止する。

そして、こうしたスクラバーインレット管２２のクリーニングをエピタキシャルウェーハ製造装置５のエッチング反応工程（ＨＩＥＴ）を利用して定期的かつ自動的に行うことによって、エピタキシャルウェーハ製造装置５の生産性を低下させず、かつ安全にＳｉＯｘ堆積物３３を取り除くことが可能になる。
なお、本実施形態では洗浄管ユニット２３を三重管として構成したが、洗浄ユニット先端部に、堆積物を除去するための洗浄水および不活性ガスを交互に前述の噴射角度で噴射する内ノズルと、内ノズルの噴射方向後ろ側からノズルの軸線に対して略直交するようにノズル全周にわたって不活性ガスを洗浄ユニット動作中のみ流通させる中ノズルと、これら内ノズルと中ノズルとをシールするための不活性ガスを中ノズルの噴射方向後ろ側から常時流通させる外ノズルとを有する構成であれば、他の構成も可能である。
これにより、外ノズルからのシールガスによりノズル先端を常に排ガスから保護しつつ、さらに、中ノズルからの第２シールガスによりノズル動作時に排ガスがノズル先端部で洗浄水と反応してノズル先端部に堆積物が付着することを防止しながら、所定の間隔でスクライバーインレット管の出口に付着する堆積物を安全に除去し、エピタキシャルウェーハ製造装置における排気処理の安定性と作業効率とを向上することができる。

本願発明者は、本発明の排ガススクラバー装置のスクラバーインレット管における堆積物の増加によって大きくなる引圧の経時変化を検証した。検証に当たっては、上述した実施形態ような、クリーニング機能を有する本発明の排ガススクラバー装置と、こうしたスクラバーインレット管のクリーニング機能を持たない従来の排ガススクラバー装置を用いて、一定量の排ガスをそれぞれ流し続け、その引圧の変動を測定した。

こうした検証結果として、図７に従来の排ガススクラバー装置を用いた比較例を、図８に本発明の排ガススクラバー装置を用いた本発明例をそれぞれ示す。図７および図８によれば、比較例の排ガススクラバー装置では引圧の変動幅が大変大きく、時間が経過するにつれて徐々に引圧が低下していった。詰まり状態になると引圧が低下し、引圧変動も大きくなる。一方、本発明の排ガススクラバー装置では、引圧の変動幅が小さく、かつ時間が経過しても引圧は一定で低下することが無かった。これにより、本発明の排ガススクラバー装置では、常に排ガス処理能力を一定に保って、効率的に排ガスの浄化が出来ることが確認された。

図１は、本発明の排ガススクラバー装置を示す模式図である。図２は、スクラバーインレット管の構造を示す断面図である。図３は、洗浄管ユニットの構造を示す断面図である。図４は、本発明の排ガススクラバー装置の作用を示す断面図である。図５は、クリーニングモードでの洗浄管ユニットを構成する各管の動作の一例を示すタイミングチャートである。図６は、本発明の排ガススクラバー装置の作用を示す断面図である。図７は、比較例の検証結果を示すグラフである。図８は、本発明の検証結果を示すグラフである。

符号の説明

５エピタキシャルウェーハ製造装置
１０排ガススクラバー装置
２２スクラバーインレット管
２３洗浄管ユニット
２４外管
２５中間管
２６内管
２８ジョイント

Claims

エピタキシャルウェーハ製造装置から排出される排ガスが導入されるスクラバーインレット管と、前記スクラバーインレット管の内部に形成され、一端から前記スクラバーインレット管の内部に向けて洗浄水を噴射し、前記スクラバーインレット管内部の付着物を洗浄する洗浄管ユニットとを備えたエピタキシャルウェーハ製造装置向け排ガススクラバー装置であって、
前記洗浄管ユニットは、不活性ガスを常時流通させる外管と、前記外管の内側に形成され不活性ガスを間欠的に流通させる中間管と、前記中間管の内側に形成され前記洗浄水および不活性ガスを交互に流通させる内管と、から形成されることを特徴とするエピタキシャルウェーハ製造装置向け排ガススクラバー装置。
前記洗浄管ユニットを構成する前記外管、前記中間管、前記内管には、互いにその設置間隔の変動を防止するジョイントが更に形成されていることを特徴とする請求項１記載のエピタキシャルウェーハ製造装置向け排ガススクラバー装置。
前記洗浄管ユニットは、その延長方向に対して１５〜２５°の角度範囲で前記スクラバーインレット管の内部に前記洗浄水を噴射させることを特徴とする請求項１または２に記載のエピタキシャルウェーハ製造装置向け排ガススクラバー装置。