JP7331685B2

JP7331685B2 - スクラバー

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Publication number: JP7331685B2
Application number: JP2019231315A
Authority: JP
Inventors: 直人石橋; 友弘児玉; 章坂東; 麟平金田一
Original assignee: Hitachi Chemical Co Ltd; Showa Denko Materials Co Ltd; Resonac Corp
Current assignee: Resonac Corp
Priority date: 2019-12-23
Filing date: 2019-12-23
Publication date: 2023-08-23
Anticipated expiration: 2039-12-23
Also published as: JP2021098168A

Description

本発明は、スクラバーに関する。

化学気相成長（ＣｈｅｍｉｃａｌＶａｐｏｒＤｅｐｏｓｉｔｉｏｎ：ＣＶＤ）装置は、様々な層の成膜手段として広く用いられている。例えば、炭化ケイ素（ＳｉＣ）のエピタキシャル膜の成長にも、化学気相成長装置が利用されている。

ＣＶＤ装置を用いた成膜では、反応炉内に原料ガスを供給し、基板表面に結晶を成長させる。反応炉内に供給されたガスのうち、反応炉内で反応しなかったプロセスガスは排気配管から排気される。排気配管を流れるプロセスガスの中には、例えば水素化物系ガスとしてシラン、ジクロロシラン、トリクロロシラン、テトラクロロシラン等のシラン系ガスが含まれる場合がある。これらのシラン系ガスは空気中に放出すると、自然発火する恐れがある。また、ジクロロシラン、トリクロロシラン、テトラクロロシランは大気と反応すると、塩化水素を発生する恐れがある。そのため、これらのシラン系ガスを含むプロセスガスは、空気中に放出される前に無害化処理をされる必要がある。

特許文献１には、プロセスガスをアルカリ水溶液と接触させて、無害化処理するスクラバーのガスインレット部について開示されている。特許文献１に記載の発明は、水素化物系ガスと高濃度のアルカリ水溶液が急速に接触すると、析出物が生じるという事情を鑑みてなされた。特許文献１は、水素化物系ガスをアルカリ水溶液と直に接触するのではなく、濃度が低下した混合液の状態で接触するので、析出物の発生が抑制されると記載されている。

プロセスガスの無害化処理は、スクラバーで行われる。特許文献２には、燃焼室を備えるスクラバーが開示されている。特許文献２のスクラバーは、燃焼室にプロセスガスと大気と燃料ガスとを導入し、燃焼させることでプロセスガスを無害化処理することが開示されている。

特開２０１３－９１０２６号公報特開２０１２－７７９２４号公報

しかしながら、特許文献１に記載のように水素化物系ガスとアルカリ水溶液とが直に接触しない場合であっても、副生成物が発生する場合があった。例えば、特許文献２の方法では、燃焼室にプロセスガスを導入する管状のノズルの先端でプロセスガスによる副生成物が堆積し、さらにはノズルが閉塞してしまう。ノズルに堆積した副生成物を除去するためには、スクラバーの稼働を停止する必要があり、スループットが低減する。

本発明は上記問題を鑑みてなされたものであり、副生成物が発生することを抑制することができるスクラバーの排ガス導入管を提供することを目的とする。

本発明は、上記課題を解決するために、以下の手段を提供する。

（１）本発明の第１の態様にかかるスクラバーの排ガス導入管は、内部でＳｉＣ薄膜の気相成長を行うことが可能な反応炉から、排気配管を流れ、排出される第１ガスを除害することが可能なスクラバーの排ガス導入管であって、前記スクラバーのガス収容部に前記第１ガスを流す第１配管と、前記第１配管の径方向外側に配置され、前記第１配管と二重配管構造を形成する第２配管と、を有し、前記第２配管は、前記ガス収容部に前記第１ガスよりも高温の第２ガスを流す配管である。

（２）上記態様に係るスクラバーの排ガス導入管において、前記第２配管は、前記ガス収容部に６０℃以上４００℃以下の第２ガスを流す配管であってもよい。

（３）上記態様に係るスクラバーの排ガス導入管において、前記第２配管の、前記第１ガスの流れ方向における下流側の第２先端の内径は、前記第１配管の、前記第１ガスの流れ方向における下流側の第１先端の外径よりも大きく、前記第２先端の内径と前記第１先端の外径との差が２ｍｍ以上１０ｍｍ以下であってもよい。

（４）上記態様に係るスクラバーの排ガス導入管において、前記第２配管は、前記第２先端へ近づくに従い内径が小さくなる形状をしたテーパー部を有していてもよい。

（５）上記態様に係るスクラバーの排ガス導入管は、前記第１ガスの流れ方向において、前記第２配管の前記第２先端は、前記第１配管の前記第１先端よりも下流側に位置していてもよい。

（６）上記態様に係るスクラバーの排ガス導入管において、前記第２配管は、窒素、アルゴンから選ばれる少なくとも１つ以上のガスを流す配管であってもよい。

（７）本発明の第２の態様に係るスクラバーは、内部でＳｉＣ薄膜の気相成長を行うことが可能な反応炉から、排気配管を流れ、排出される第１ガスを除害することが可能なスクラバーであって、複数のガスが集合するガス収容部に、前記第１ガスを流す第１配管と、前記第１配管の径方向外側に配置され、前記第１配管と二重配管構造を形成する第２配管と、前記スクラバーの側壁に配置される第３配管と、を有し、前記第２配管は、前記ガス収容部に前記第１ガスよりも高温の第２ガスを流す配管であり、前記第３配管は、前記第１ガスの流れ方向に対して交差する向きに配置され、前記第３配管は、前記ガス収容部に大気を流す配管である。

上記態様に係るスクラバーの排ガス導入管によれば、副生成物が発生することを抑制することができる。

本発明の一態様に係る化学気相成長装置の模式図である。本発明の一態様に係るスクラバーの一部を示す断面模式図である。本発明の効果を説明するための比較例に係るスクラバーの一部を示す断面模式図である。本発明の一態様に係るスクラバーの一部を示す断面模式図である。本発明の一態様に係るスクラバーの一部を示す断面模式図である。本発明の一態様に係るスクラバーの一部を示す断面模式図である。本発明の一態様に係るスクラバーの一部を示す断面模式図である。本発明の一態様に係るスクラバーの一部を示す断面模式図である。

以下、本発明の好ましい実施形態について、図を適宜参照しながら詳細に説明する。以下の説明で用いる図面は、本発明の特徴をわかりやすくするために便宜上特徴となる部分を拡大して示している場合があり、各構成要素の寸法比率などは実際とは異なっていることがある。以下の説明において例示される材料、数、配置、寸法等は一例であって、本発明はそれらに限定されるものではなく、本発明の効果を奏する範囲で適宜変更して実施することが可能である。

［化学気相成長装置］
図１は、第１実施形態にかかる化学気相成長装置１００の構成を概略的に示す模式図である。化学気相成長装置１００は、反応炉１０と、排気配管２０と、フィルタ３０と、排気ポンプ４０と、スクラバー５０と、を備えている。反応炉１０と、排気配管２０と、フィルタ３０と、排気ポンプ４０と、は、公知のものを用いることができる。

図１は、便宜上、反応炉１０に供給されたプロセスガスＧｐの流れる向きが示されている。プロセスガスＧｐは、図１に示される通り、排気配管２０、フィルタ３０、排気ポンプ４０、スクラバー５０を流れる。プロセスガスＧｐとは、反応炉１０に供給されるガスのことをいう。

化学気相成長装置１００において、プロセスガスＧｐが反応炉１０に流入すると、反応炉１０の内部ではＳｉＣ薄膜の気相成長が行われる。ＳｉＣ薄膜とは、例えばＳｉＣエピタキシャルウェハである。以下、ＳｉＣエピタキシャルウェハを成長する場合を例に本実施形態を説明する。プロセスガスＧｐは、反応炉１０、排気配管２０、フィルタ３０等で消費される。消費されなかったプロセスガスＧｐは、スクラバー５０の排ガス導入管１を通りスクラバー５０内に流れ、スクラバー５０で無害化処理され、大気に放出される。

まず、方向について定義する。スクラバーの排ガス導入管１において、プロセスガス（第１ガス）Ｇｐが流れる方向をｚ方向とする。以下、本明細書では説明の便宜上スクラバー５０内へ導入されるプロセスガスを第１ガスＧ１という。ｚ方向は、第１方向の一例である。また、ｚ方向に対して垂直で、スクラバー５０の中心から広がる方向を径方向とする。図２は、スクラバー５０の中心軸に沿う任意の断面で切断した断面図である。

＜第１実施形態＞
図２は、本実施形態にかかるスクラバー５０の断面の一部を示す断面模式図である。図２では、説明の便宜上、排ガス導入管１の中心線と、排ガス導入管１からスクラバー５０内へ導入される第１ガスＧ１および第２ガスＧ２をあわせて図示した。図２に示す例ではスクラバー５０の中心軸と排ガス導入管１の中心軸とが一致している。以下、説明の便宜上、スクラバー５０内へ導入されるプロセスガスを第１ガスＧｐという。

スクラバー５０は、第１ガスＧ１を無害化処理する装置である。スクラバー５０は、排ガス導入管１を有する。第１ガスＧ１は、排ガス導入管１を流れて、スクラバー５０内に導入される。また、スクラバー５０のプロセスガスの流れ方向において、反応炉１０に近い端を上端５１と、上端５１と接する側壁５２と、を有する。

排ガス導入管１は、径方向内側から第１配管１Ａと、第２配管１Ｂと、で形成される二重配管構造を有する。第１配管１Ａおよび第２配管１Ｂは、配管として用いられる任意の材料を用いることができる。第１配管１Ａおよび第２配管１Ｂは、例えばＳＵＳ３０４やＳＵＳ３１６等のステンレス製の配管である。尚、可燃性ガスがプロセスガスＧｐに含まれない場合、第１配管１Ａおよび第２配管１Ｂは上述した例に加え、塩化ビニル等を用いてもよい。第１配管１Ａおよび第２配管１Ｂは、基本的にはＳＵＳ３０４で問題ないが、特にプロセスガスＧｐに腐食性のあるガスが含まれる場合は、ＳＵＳ３１６等の耐食性に優れた材料が用いられることが好ましい。第２配管１Ｂは、第１配管１Ａよりも熱伝導率が高い配管を用いてもよい。

第２配管１Ｂの径方向外側に断熱材をさらに備えていてもよい。断熱材は、第２配管１Ｂの径方向外側に、第１方向の全域に亘って配置されていてもよいが、部分的に配置されていてもよい。例えば、第１ガスＧ１の流れ方向において、上端５１よりも下流側のみに配置されていてもよい。

第１配管１Ａは、排気配管２０を介して反応炉１０とつながっている。第１配管１Ａは、第１ガスＧ１を流す配管である。第１配管１Ａの第１ガスＧ１の流れ方向における上流側の先端を第１根本１１Ａといい、下流側の先端を第１先端１２Ａという。第２配管１Ｂは、反応炉１０とつながっていない。そのため、第２配管１Ｂと第１配管１Ａとの間にはプロセスガスが流れない。第２配管１Ｂは、第１ガスＧ１よりも高温の第２ガスＧ２を流す配管である。第２配管１Ｂの第２ガスＧ２の流れ方向における上流側の先端を第２根本１１Ｂといい、下流側の先端を第２先端１２Ｂという。

本明細書では、説明の便宜上、第１根本１１Ａと第２根本１１Ｂをあわせて根本１１という場合がある。また、第１先端１２Ａと第２先端１２Ｂをあわせて先端１２という場合がある。

第１配管１Ａの内径Ｒ_Ａは、例えば３０ｍｍ以上６０ｍｍ以下であり、４０ｍｍ以上５０ｍｍ以下であることが好ましい。また、第２配管１Ｂの内径Ｒ_Ｂは、例えば４０ｍ以上７５ｍｍ以下であり、４５ｍｍ以上６５ｍｍ以下であり、５０ｍｍ以上６０ｍｍ以下であることが好ましい。尚、ここでいう第１配管１Ａの内径ＲＡおよび、第２配管１Ｂの内径ＲＢは、それぞれ、第１配管１Ａおよび第２配管１Ｂの第１ガスＧ１の流れ方向における下流側の先端の内径のことをいう。すなわち第１配管１Ａの内径Ｒ_Ａとは、第１先端１２Ａの内径のことをいい、第２配管１Ｂの内径Ｒ_Ｂとは第２先端１２Ｂの内径のことをいう。

第１配管１Ａの外径（Ｒ_Ａ＋Ｗ_Ａ）は、例えば４０ｍｍ以上６５ｍｍ以下であり、４５ｍｍ以上５５ｍｍ以下であることが好ましい。また、第２配管１Ｂの外径（Ｒ_Ｂ＋Ｗ_Ｂ）は、例えば４５ｍｍ以上８０ｍｍ以下であり、５５ｍｍ以上６５ｍｍ以下であることが好ましい。尚、ここでいう第１配管１Ａの外径および、第２配管１Ｂの外径は、それぞれ、第１配管１Ａおよび第２配管１Ｂの第１ガスＧ１の流れ方向における下流側の先端の外径のことをいう。すなわち第１配管１Ａの外径（ＲＡ＋ＷＡ）とは、第１先端１２Ａの外径のことをいい、第２配管１Ｂの外径（ＲＢ＋ＷＢ）とは、第２先端１２Ｂの外径のことをいう。

また、第２配管１Ｂの内径Ｒ_Ｂと第１配管１Ａの外径（Ｒ_Ａ＋Ｗ_Ａ）との差は、例えば、２ｍｍ以上１０ｍｍ以下であり、３ｍｍ以上７ｍｍ以下であることが好ましく、３ｍｍ以上５ｍｍ以下であることがより好ましい。

第１配管１Ａの厚さ（肉厚）ＷＡおよび第２配管１Ｂの厚さ（肉厚）ＷＢは、例えば２ｍｍ以上３ｍｍ以下にすることができる。厚さＷＡは、第１ガスＧ１を第２ガスＧ２であたためる観点から、薄い方が好ましい。一方、厚さＷＡが薄すぎると、第１ガスＧ１および第２ガスＧ２が混ざる恐れや強度が脆くなってしまう恐れがあるため、適度に厚いことが好ましい。厚さＷＢについても、強度が脆くならないよう、薄すぎない方が良い。

第２配管１Ｂの厚さ（肉厚）は、第１配管１Ａよりも厚くてもよい、薄くてもよい。しかしながら、第２配管１Ｂの厚さ（肉厚）ＷＢは、第２ガスＧ２を断熱する観点から、第１配管１Ａよりも厚い方が好ましい。

第２ガスＧ２として流すことのできるガスは、第１ガスＧ１よりも高温のガスである。第２ガスＧ２は、第１ガスＧ１との反応性が低いガスであることが好ましい。第２ガスＧ２としては、例えば、窒素、希ガスから選ばれる１種以上のガスであることが好ましい。希ガスとしては、コストの観点からアルゴンが好ましく用いられる。

第１ガスＧ１は、第２ガスＧ２により加熱される。第１ガスＧ１および第２ガスＧ２は、スクラバー５０内部のガス収容部Ｒに流れる。ガス収容部Ｒとは、第１先端１２Ａおよび第２先端１２Ｂよりも下流側の領域のことをいう。ガス収容部Ｒには、第１配管１Ａから流れたガスおよび第２配管１Ｂを流れたガスが集合する。

本実施形態にかかるスクラバーの排ガス導入管１は、第１先端１２Ａ周辺でも第１ガスＧ１の温度を高温にすることができる。また、第１ガスＧ１の外側に第２ガスＧ２を流すことで、先端１１周辺でシランガスとスクラバー雰囲気中の水分が反応することを抑制することができる。従って、先端１２周辺に第１ガスＧ１による副生成物の堆積を抑制することができる。例えば、第１配管１Ａの内側や、第１配管１Ａと第２配管１Ｂとの間に副生成物が堆積することを抑制することができる。すなわち、第１配管１Ａの閉塞や第１配管１Ａと第２配管１Ｂとの間の領域の閉塞を抑制することができる。以下、その理由について比較例を用いて説明する。

＜比較例＞
図３は、比較例に係るスクラバー５０Ｈの一部を示す断面模式図である。スクラバー５０Ｈは、本発明に含まれない。スクラバー５０Ｈの上端を上端５１Ｈという。スクラバー５０Ｈは、排ガス導入管１Ｈを有する。排ガス導入管１Ｈは、排気配管を介して反応炉に接続している。比較例１に係るスクラバー５０Ｈは、排ガス導入管１Ｈが一重構造である点がスクラバー５０と異なる。

排ガス導入管１Ｈは、プロセスガス（第１ガス）Ｇ１をスクラバー５０Ｈ内部へ導入する。排ガス導入管１Ｈの両端のうち、第１ガスの流れ方向における上流側の端を根本１１Ｈといい、下流側の端を先端１２Ｈという。

第１ガスＧ１は、根本１１Ｈから先端１２Ｈへ近づくに従い、温度が低下する。温度が低下すると副生成物が生成されやすくなる。スクラバー５０Ｈを用いると、温度が低下し、先端１２Ｈの周辺に副生成物が堆積し、閉塞してしまう。この副生成物は、例えばプロセスガス中のＳｉ系ガスが、スクラバー１内雰囲気中の水分により加水分解反応等を起こして生成する。

第１ガスＧ１を加熱する方法としては、第１ガスＧ１の流れ方向において、排ガス導入管１Ｈのうち、スクラバー５０Ｈの上端５１Ｈより上流側の部分をヒータで加熱する手段がある。ヒータとしては、例えば、リボンヒータなどが用いられる。しかしながら、用いるヒータの種類や設定温度にもよるが、この方法では、先端１２Ｈ周辺での、第１ガスＧ１による副生成物の堆積を抑制することができず、排ガス導入管１Ｈが閉塞する場合もあった。

また、第１ガスＧ１を加熱する方法としては、第１ガスＧ１に高温の窒素を混ぜ、同じ管から流す手段もある。窒素は、特開２０１３－２３５９４５号公報に記載のような公知の流体の加熱装置などを用いて加熱し、流すことができる。排ガス導入管１Ｈの径の大きさには限りがある。反応炉から排出されるプロセスガスの流量は、ＳｉＣエピタキシャルウェハの成長に最適化されたものである。排ガス導入管１Ｈから流すことのできるガスの総流量は、配管により限界がある。プロセスガスの流量が多い場合、高温の窒素を流すことのできる量は少なくなる。すなわち、排ガス導入管１Ｈを流れるガスの総流量のうち、プロセスガスの比率が高まる。排ガス導入管１Ｈの中では、大量のプロセスガスと高温の窒素とが混ざる。高温の窒素は、プロセスガスと混ざると冷やされてしまう。この現象は、大量のプロセスガスが流される場合に顕著であり、高温の窒素は急激に冷やされてしまう。そのため、この方法では、先端１２Ｈ周辺での副生成物の堆積を抑制することができなかった。第１ガスＧ１をより高温に温める方法としては、排ガス導入管１Ｈの径を大きくし高温の窒素の流量を増やし、高温の窒素の比率を増やす方法もあるが、効率が悪く、コストも多くかかってしまう。

これに対し、第１実施形態にかかるスクラバー５０の排ガス導入管１は、排ガス導入管１が二重配管構造をしている。そのため、第１ガスＧ１の流路と第２ガスＧ２の流路とを分けることができる。第１ガスＧ１は第１配管１Ａの内側を流れ、第２ガスＧ２は第１配管１Ａの外側かつ第２配管１Ｂの外側を流れる。上端５１からの第２配管１Ｂの長さは、上端５１からの第１配管１Ａの長さと同じ長さであり、先端１２周辺でも第１ガスＧ１を加熱することができる。第１ガスＧ１は、第１配管１Ａを介して第２ガスＧ２にあたためられる。第２ガスＧ２は、第１ガスＧ１と直接触れないため、第２ガスＧ２は冷やされづらい。従って、効率的に第１ガスＧ１をあたためることができる。また第２ガスＧ２が第１ガスＧ１の径方向外側を流れることで、第１ガスとスクラバー雰囲気中の水分が反応することを抑制できる。そのため、先端１２周辺で副生成物が発生することおよび排ガス導入管１Ｈが閉塞することを抑制できる。

尚、図２では排ガス導入管１が１つの場合を示したが、本実施形態にかかるスクラバー５０はこの例に限定されない。排ガス導入管１の数は用途に応じて、適宜選択することができる。例えば、スクラバー５０において、排ガス導入管１は、例えば２つ以上設けられてもよいし、４つ以上設けられてもよい。複数の排ガス導入管１を有する場合、例えば、複数のチャンバーから排気される排ガスをスクラバー内に導入することができる。

尚、図２では、第１ガスＧ１の流れ方向における第１先端１２Ａと第２先端１２Ｂとの位置が同じ場合を示した。しかしながら、本実施形態にかかるスクラバーの排ガス導入管１は、この例に限定されない。具体的には、第１ガスＧ１の流れ方向において、第２先端１２Ｂが、第１先端１２Ａよりも下流側に位置していてもよい。

すなわち、上端５１から第１先端１２Ａまでの長さと第２先端１２Ｂまでの長さをそれぞれ長さＬＡ、長さＬＢとすると、長さＬＢが長さＬＡよりも長くてもよい。

尚、排ガス導入管１は、スクラバー５０の一部である。本実施形態では、ガスは、排ガス導入管１を流れて、スクラバー５０内に導入される等の記載をしているが、ここでいうスクラバー５０内とは、第１ガスＧ１の流れ方向において、スクラバー５０のうち先端１２よりも下流側の領域のことをいう。第２ガスＧ２についての同様な表現についても同様である。

＜変形例１＞
図４は、変形例１にかかるスクラバー５０Ｘの一部を示す断面模式図である。スクラバー５０Ｘは、排ガス導入管１Ｘの第２配管１ＢＸが、テーパー部１３を有する点がスクラバー５０と異なる。テーパー部１３は、第２先端１２ＢＸへ近づくに従い、内径が小さくなる形状をしている。すなわち、テーパー部１３は、第２ガスＧ２の流れ方向において下流側ほど窄んでいる。スクラバー５０と同一の構成は、同一の符号を付し、説明を省略する。

第２配管１ＢＸにおけるテーパー部１３の配置は、任意に選択することができる。すなわち、テーパー部１３の角度θやテーパー部１３の長さは、任意に選択することができる。尚、第２配管１ＢＸの内径ＲＢとは、本変形例においても、第２先端１２Ｂの内径のことをいう。第２配管１ＢＸの内径と第１配管１Ａの外径との差とは、径方向における第２先端１ＢＸと第１配管１Ａとの距離である。

変形例１に係るスクラバー５０Ｘを用いた場合であっても、第１実施形態に係るスクラバー５０を用いた場合と同様な効果を得ることができる。また、変形例１に係るスクラバー５０Ｘを用いた場合、第２ガスＧ２を第１先端１２Ａの近傍に集束することができる。そのため、第１ガスＧ１が第１先端１２Ａの近傍で低温になることを効果的に抑制することができる。従って、第１先端１２Ａ近傍における副生成物の堆積を効果的に抑制することができる。

＜変形例３＞
図５は、変形例３にかかるスクラバー５０´の一部を示す断面模式図である。スクラバー５０´は、排ガス導入管１´の第１配管１Ａ´および第２配管１Ｂ´の配置が、スクラバー５０と異なる。第１配管１Ａの第１先端１２Ａ´および第２配管１Ｂの第２先端１２Ｂ´は、上端５１に位置する。すなわち、長さＬ_ＡおよびＬ_Ｂは、０である。スクラバー５０と同一の構成は、同一の符号を付し、説明を省略する。

変形例３に係るスクラバー５０´を用いた場合であっても、第１実施形態に係るスクラバー５０を用いた場合と同様な効果を得ることができる。先端１２を上端５１と同じ高さに配置し、かつ第２配管１Ｂ´の外側に断熱材を巻いた場合、先端１２周辺における保温効果が一層高まり、以下で詳述する第３ガスのような保安排気などで冷却される影響を低減することができる。

＜第２実施形態＞
図６は、第２の実施形態に係るスクラバー５０Ｙの一部を示す断面模式図である。スクラバー５０Ｙは、第３配管６を有する点が第１実施形態に係るスクラバー５０と異なる。スクラバー５０と同一の構成は、同一の符号を付し、説明を省略する。

第３配管６は、スクラバー５０Ｙの側壁５２に、第１ガスＧ１の流れ方向に対して交差する向きに配置される。ここでいう、第１ガスＧ１の流れ方向に対して交差する向きに配置されるとは、スクラバー５０Ｙと角度αで接続される。第３配管６とスクラバー５０Ｙと角度αで配置されることをいう。角度αは、例えば３０°以上９０°以下であり、４５°以上９０°以下であることが好ましく、６０°以上９０°以下であることがより好ましい。

第３配管６は、スクラバー５０Ｙのガス収容部Ｒに第３ガスＧ３を流す配管である。第３ガスＧ３は、第３排気口６０からスクラバー５０Ｙへ導入される。第３排気口６０は、スクラバー５０Ｙの側壁５２に設けられる。第３排気口６０は、上端５１に近い第１端６０Ｔと、上端５１から離れた第２端６０Ｂと、を有する。第３排気口６０は、ｚ方向において任意の位置に設けることができる。また、第３排気口６０と第２先端１２Ｂとは、第１ガスＧ１の流れ方向において、同じ位置に配置されること好ましい。すなわち、第１ガスＧ１の流れ方向において、上端５１から第２先端１２Ｂの長さは、上端５１から第１端６０Ｔの長さより大きいことが好ましく、上端５１から第２端６０Ｂの長さより小さいことが好ましい。第１端６０Ｔと第２端６０Ｂとの中点と、先端１２と、の上端５１からの距離が等しくなるように配置されていることがより好ましい。

第３ガスＧ３は、保安排気ガスである。第３ガスＧ３は、例えば、大気、窒素およびその他不活性ガスから選択される少なくとも一種以上のガスである。本実施形態においてガス収容部Ｒとは、第１先端１２Ａおよび第２先端１２Ｂよりも、第１ガスＧ１の流れ方向において下流側の領域であり、ことをいう。ガス収容部Ｒには、排ガス導入管１を流れたガスが集合する。すなわち、第１ガスＧ１と、第２ガスＧ２と、第３ガスＧ３と、が集合する。

本実施形態に係るスクラバー５０Ｙは、第１実施形態に係るスクラバー５０を用いた場合と同様な効果を得ることができる。スクラバー５０Ｙは、第３ガスＧ３として、例えば大気を用いた場合であっても、第２ガスＧ２が第１ガスＧ１の径方向外側に流れるため、大気中の水分と第１ガスＧ１とが反応することを抑制できる効果が大きい。また、第２実施形態にかかるスクラバー５０Ｙを用いた場合、第３配管から導入する第３ガスＧ３により、第１ガスＧ１の流路を制御し、乱流を抑制することができる。

＜変形例３＞
図７は、変形例３に係るスクラバー５０Ｚの一部を示す断面模式図である。スクラバー５０Ｚは、排ガス導入管１Ｚの構造がスクラバー５０Ｙと異なる。スクラバー５０Ｙと同一の構成は、同一の符号を付し、説明を省略する。

排ガス導入管１Ｚの第１配管１ＡＺの第１先端１２ＡＺおよび第２配管１ＢＺの第２先端１２ＢＺは、径方向に対して傾斜している。具体的には、第１ガスＧ１の流れ方向における上端５１からの長さが第１先端１２ＡＺよりも第２先端１２ＢＺの方が長くなるように傾斜している。図７において排ガス導入管１Ｚは、先端１２Ｚが一直線上になるように、配置されている。しかしながら、変形例３にかかるスクラバー５０Ｚは、この例に限定されず、例えば、第１先端１２ＡＺの形成する直線の方が、第２先端１２ＢＺの形成する直線よりも上端５１側に位置していてもよい。

径方向と排ガス導入管１Ｚの先端１２Ｚとの角度βは、任意に選択することができる。角度βは、任意に選択できるが、例えば０°以上６０°以下や、０°以上４５°以下等である。

スクラバー５０Ｚでも、スクラバー５０Ｙと同様の効果を得ることができる。また、排ガス導入管１Ｚは、先端１２Ｚが径方向に対して傾斜しており、かつ、第３排気口６０から第３ガスＧ３を導入することで、第１ガスＧ１の流速を効果的に高めることができる。

なお、第３排気口６０がスクラバー１Ｚの断面５３と平行になるようにスクラバー５０Ｚの形状が制御されていてもよい。すなわち、第３排気口６０から第３ガスＧ３がスクラバー５０Ｚ内部に直線的に流れるように配置されていてもよい。

＜ＳｉＣエピタキシャルウェハの製造方法＞
本実施形態にかかるＳｉＣエピタキシャルウェハの製造方法は、上記実施形態にかかる化学気相成長装置１００を用いて、ＳｉＣエピタキシャルウェハを製造する。本実施形態にかかるＳｉＣエピタキシャルウェハの製造方法は、排ガス導入管１を介してスクラバー５０内へ第１ガスＧ１および第２ガスＧ２を導入する工程と、スクラバー５０で第１ガスＧ１を無害化処理する工程と、を有する。

本実施形態に係るＳｉＣエピタキシャルウェハの製造方法は、上記実施形態に係るスクラバーを用い、スクラバー５０の排ガス導入管１の第２配管１Ｂに第２ガスＧ２を流す点以外は、公知の方法でＳｉＣエピタキシャルウェハを製造することができる。

第１ガスＧ１は、排ガス導入管１の第１配管１Ａを通り、スクラバー５０内へ導入される。また、第２ガスＧ２は、排ガス導入管１の第２配管１Ｂを通り、スクラバー５０内へ導入される。尚、第２ガスＧ２の流路は、第１配管１Ａと第２配管１Ｂとの間の隙間である。

第１ガスＧ１は、例えば、排ガス導入管１の内部や先端１２等で反応し、副生成物を形成する場合がある。第１ガスは、例えば、「Ｓｉ系ガス」、「Ｃ系ガス」、「Ｃｌ系ガス」、「ドーパントガス」、「その他のガス」に区分される５種類のガスが用いられる。

「Ｓｉ系ガス」は、ガスを構成する分子の構成元素としてＳｉが含まれるガスである。例えばシラン（ＳｉＨ_４）、ジクロロシラン（ＳｉＨ_２Ｃｌ_２）、トリクロロシラン（ＳｉＨＣｌ_３）、テトラクロロシラン（ＳｉＣｌ_４）等が該当する。本実施形態では、これらのＳｉとＣｌとのいずれも含むガスをシラン系ガスという。Ｓｉ系ガスは、原料ガスの一つとして用いられる。

「Ｃ系ガス」は、ガスを構成する分子の構成元素としてＣが含まれるガスである。例えば、プロパン（Ｃ_３Ｈ_８）等が該当する。Ｃ系ガスは、原料ガスの一つとして用いられる。

「Ｃｌ系ガス」は、ガスを構成する分子の構成元素としてＣｌが含まれるガスである。例えば、塩化水素（ＨＣｌ）、ジクロロシラン（ＳｉＨ_２Ｃｌ_２）、トリクロロシラン（ＳｉＨＣｌ_３）、テトラクロロシラン（ＳｉＣｌ_４）等が該当する。ここで、ジクロロシラン（ＳｉＨ_２Ｃｌ_２）、トリクロロシラン（ＳｉＨＣｌ_３）、テトラクロロシラン（ＳｉＣｌ_４）は、上記のＳｉ系ガスでもある。これらのガスのように、「Ｃｌ系ガス」であり、「Ｓｉ系ガス」であるという場合もある。Ｃｌ系ガスは、原料ガス又はエッチングガスとして用いられる。

「ドーパントガス」は、ドナー又はアクセプター（キャリア）となる元素を含むガスである。Ｎ型を成長するための窒素、Ｐ型を成長させるためのトリメチルアルミニウム（ＴＭＡ）やトリエチルアルミニウム（ＴＥＡ）などがドーパントガスとして用いられる。

「その他のガス」は、上記の４つの区分のガスに該当しないガスである。例えば、Ａｒ、Ｈｅ、Ｈ_２等が該当する。これらのガスは、ＳｉＣエピタキシャルウェハの製造のサポートをするガスである。例えばこれらのガスは、原料ガスがＳｉＣウェハまで効率的に供給するためにガスの流れをサポートする。

Ｓｉガスは、加水分解すると副生成物を生み出す場合がある。この副生成物は堆積物となる。尚、この副生成物の粘性は、Ｓｉガスがシラン系ガスであると、高くなる。

第１ガスＧ１の流量は、任意に選択することができる。例えば、３０（Ｌ／ｍｉｎ）以上３００（Ｌ／ｍｉｎ）以下であり、１００（Ｌ／ｍｉｎ）以上２００（Ｌ／ｍｉｎ）以下であることが好ましい。第１ガスＧ１の流速は、第１ガスＧ１流量、第１配管１Ａの大きさに応じて決定される。

第２ガスＧ２は、第１ガスＧ１より高温のガスが用いられる。そのため、第２ガスＧ２により第１ガスＧ１を加熱することができる。第２ガスＧ２は、例えば、窒素、希ガスなどが好ましく用いられる。第２ガスＧ２は、第１ガスＧ１の先端１２周辺における温度が、排気配管２０の設定温度と同じになるように第１ガスＧ１を加熱することが好ましい。

第２ガスＧ２の流量は、任意に選択することができる。例えば、１０（Ｌ／ｍｉｎ）以上１５０（Ｌ／ｍｉｎ）以下であり、２０（Ｌ／ｍｉｎ）以上５０（Ｌ／ｍｉｎ）以下であることが好ましい。第２ガスＧ２の流速は、第２ガスＧ２流量、第２配管１Ｂと第１配管１Ａとの隙間の大きさに応じて決定される。第２ガスＧ２の流速は、例えば、０．５（Ｍ／Ｓ）以上３（Ｍ／Ｓ）以下であり、１（Ｍ／Ｓ）以上２（Ｍ／Ｓ）以下であることが好ましい。第２ガスＧ２の流速を当該範囲に設定することで、副生成物が形成されることをより効果的に抑制できる。

第２ガスＧ２は、公知の方法で加熱される。例えば、図示しないヒートビームシリンダ等を用いて加熱される。第２ガスＧ２の温度は、例えば、先端１２周辺での第１ガスＧ１の温度が、排気配管２０の設定温度と同じになるように設定される。第２ガスＧ２の温度は、第１ガスＧ１より高温であり、例えば、６０（℃）以上４００（℃）以下であることが好ましく、１００（℃）以上３５０（℃）以下であることがより好ましく、２００（℃）以上３００（℃）以下であることがさらに好ましい。当該範囲にすることで、プロセスガスが液化しない程度に温めることができ、効果的に堆積を抑制できる。高温すぎると、配管を設置するために用いられるシール部材が劣化してしまう恐れがある。

スクラバー５０内へ導入された第１ガスＧ１は、公知の方法で無害化処理される。この例に限定されるものではないが、例えば、水との気液接触により無害化処理される。また、気液接触をした後、さら燃焼除害等を行ってもよい。尚、気液接触する具体的な構成については図示を省略しているが、公知の手法をとることができる。

上述のように、本実施形態にかかる化学気相成長装置１００によれば、第１ガスＧ１を加熱することができ、副生成物が堆積することを抑制できる。また、排ガス導入管１が閉塞してしまうことを抑制できる。その結果、化学気相成長装置１００の稼働時間が長くなり、化学気相成長装置１００のスループットが高まる。

＜実施例１＞
排ガス導入管１Ｚを４本備えたスクラバー５０Ｊを用いてシミュレーションを行った。説明の便宜上、４本の排ガス導入管１Ｚをそれぞれ、１Ｚ１、１Ｚ２、１Ｚ３、１Ｚ４とする。４本の排ガス導入管１Ｚは、スクラバー５０Ｊの中心軸に対して点対称に配置されている。また、排ガス導入管１Ｚ１と排ガス導入管１Ｚ４および排ガス導入管１Ｚ２と排ガス導入管１Ｚ３は、それぞれ排ガス導入管６に対して対称に配置されている。４本の排ガス導入管１Ｚ１、１Ｚ２、１Ｚ３及び１Ｚ４は、何れも同じ規格の第１配管および第２配管を用いた。図８は、シミュレーションを行ったスクラバー５０Ｊの要部を示す断面模式図である。

このシミュレーションは、ＡＮＳＹＳ社製の流体解析ソフト「ＦＬＵＥＮＴ」を用いて行った。当該シミュレーションは、実際の実験結果と高い相関を有することが確認されている。シミュレーションは、以下の条件で行った。尚、以下の条件における符号は、図示した構成との対応の理解をわかりやすくするために便宜上記載されたものであり、上記実施形態は以下の数値に限定されるものではない。排ガス導入管１Ｚ１、１Ｚ２、１Ｚ３及び１Ｚ４からは、いずれも同じ条件で第１ガスＧ１および第２ガスＧ２が流れていることを想定している。第２ガスＧ２としてはＮ_２を想定している。対称性の観点から、排ガス導入管１Ｚ１および排ガス導入管１Ｚ４、排ガス導入管１Ｚ２および排ガス導入管１Ｚ３は、それぞれ同じ結果が得られる。そのため、以下では排ガス導入管１Ｚ３と排ガス導入管１Ｚ４とについての結果についての記載を省略する。

排ガス導入管１Ｚの第１配管の内径：４３．０（ｍｍ）
排ガス導入管１Ｚの第１配管の外径：４８．６（ｍｍ）
排ガス導入管１Ｚの第２配管の内径：５４．９（ｍｍ）
排ガス導入管１Ｚの第２配管の外径：６０．５（ｍｍ）
第１根本１１ＡＺ１および第１根本１１ＡＺ２近傍における第１ガスＧ１の温度：６０（℃）
第１ガスＧ１の内訳：Ｈ_２＝９２２００（ｓｃｃｍ）、Ａｒ＝３１５５０（ｓｃｃｍ）、ＳｉＨＣｌ_３＝４７１（ｓｃｃｍ）、Ｃ_３Ｈ_８＝１８０．６（ｓｃｃｍ）、
ＨＣｌ＝１８８４（ｓｃｃｍ）、Ｎ_２＝３４３００（ｓｃｃｍ）
第２根本１１ＢＺ１および第２根本１１ＢＺ２近傍における第２ガスＧ２の温度：６０（℃）
第２ガスの流速：２．１（ｍ／ｓ）
第３ガスＧ３の流量：４１．５（ｍ^３／ｍｉｎ）

上記シミュレーションを行ったところ、排ガス導入管１Ｚ１の第１配管における先端１２Ｚ１近傍における温度Ｔ１は５６．０（℃）で、排ガス導入管１Ｚ２の第１配管における先端１２Ｚ２近傍における温度Ｔ２は５７．０（℃）であった。実施例１では、第１配管１Ａとして４０（Ａ）の配管を用い、第２配管１Ｂとして５０（Ａ）の配管を用いた。

＜実施例２～実施例６＞
実施例２～実施例６は、第２ガスの流量を実施例１から変更した。それぞれの実施例で第２ガスの流量の変更にともない、第２ガスの流速が変化したので併せて記載しておく。その他の条件は、実施例１と同様とした。排ガス導入管１Ｚ１の第１配管における先端１２Ｚ１近傍における温度Ｔ１、および、排ガス導入管１Ｚ２の第１配管における先端１２Ｚ２近傍における温度Ｔ２の結果を表１に示す。便宜上、表１には、実施例１の条件および結果も併せて記載する。

＜比較例１～比較例９＞
比較例１は、排ガス導入管を第１配管のみからなる構成に変更した。すなわち、実施例１の排ガス導入管１Ｚ１および１Ｚ２の第２配管を取り除いた。第１配管としては、実施例１と同じ配管を用いた。また、第１配管からは、実施例１で流した第１ガスＧ１に加えて、高温のＮ_２を流した。比較例２～比較例９も同様にして行った。比較例１～比較例９における、高温のＮ_２の温度および流量と、その結果を表２および表３に示す。尚、表中に示すＮ_２の温度とは、根本１１Ｈ近傍における温度である。

実施例１～６は、比較例１～９と比べて、第１ガスＧ１を温めるために導入するガスの温度が低いにも関わらず、第１ガスＧ１をより高温にすることができる。例えば、実施例４の第２ガスの流量と比較例２、５、８のＮ_２の流量とは、同じであり、比較例２、５、８の方が高温のＮ_２を流したが、実施例４の方が第１ガスを高温に加熱することができた。また、実施例５の第２ガスの流量と比較例１、４、７のＮ_２の流量とは同じであり、比較例１，４，７の方が高温のＮ_２を流したが、実施例５の方が第１ガスを高温に加熱することができた。そのため、実施例１～６の方が、比較例１～９よりも配管に副生成物が発生することを抑制できる。

以上、本発明の好ましい実施形態について詳述したが、本発明は特定の実施の形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲内に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。

１：排ガス導入管
１Ａ：第１配管
１Ｂ：第２配管
１０：反応炉
１１：根本
１１Ａ：第１根本
１１Ｂ：第２根本
１２：先端
１２Ａ：第１先端
１２Ｂ：第２先端
２０：排気配管
３０：フィルタ
４０：排気ポンプ
５０：スクラバー
６：第３配管
６０：第３排気口
１００：化学気相成長装置
Ｒ：ガス収容部
Ｇｐ：プロセスガス
Ｇ１：第１ガス
Ｇ２：第２ガス

Claims

内部でＳｉＣ薄膜の気相成長を行うことが可能な反応炉から、排気配管を流れ、排出される第１ガスを除害することが可能なスクラバーであって、
複数のガスが集合するガス収容部に、前記第１ガスを流す第１配管と、
前記第１配管の径方向外側に配置され、前記第１配管と二重配管構造を形成する第２配管と、
前記スクラバーの側壁に配置される第３配管と、を有し、
前記第２配管は、前記ガス収容部に前記第１ガスよりも高温の第２ガスを流す配管であり、
前記第３配管は、前記第１ガスの流れ方向に対して交差する向きに配置され、
前記第３配管は、前記ガス収容部に大気を流す配管である、スクラバー。