(57)【要約】【課題】故障が抑制され、長寿命であり、かつ酸窒化処理工程の処理効率を維持しつつ、排ガスをモニターすることができるガス検出装置およびそれを備えた酸窒化処理設備を提供する。【解決手段】半導体の製造に用いる酸窒化処理設備１のガス検出装置３０において、排ガスを希釈するための希釈用ガスを搬送する希釈用ガス流路３３、および処理炉１０から排出された排ガスと希釈用ガスとを混合して混合ガスを生成する混合ガス流路３５を設ける。これにより、希釈用ガスにより排ガスを希釈して、窒素酸化物を検出するセンサ部３６に一定時間に導入される窒素酸化物や硝酸ガスの量を低減し、ガス検出装置の故障を抑制し、長寿命化を図り、かつ酸窒化処理工程の処理効率を維持しつつ、排ガスのモニターを可能にする。【選択図】      図１
2010217021.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
一酸化二窒素ガスを含む雰囲気中で半導体ウエハに酸窒化処理を施す処理炉から排出された排ガスに含まれる窒素酸化物をモニターするガス検出装置であって、
前記処理炉から排出された排ガスの一部を採取して搬送する採取ガス流路と、
前記排ガスを希釈するための希釈用ガスを搬送する希釈用ガス流路と、
前記採取ガス流路および希釈用ガス流路の下流側に接続されており、排ガスおよび希釈用ガスを所定の混合比で混合して混合ガスを生成する混合ガス流路と、
前記混合ガス流路の下流側に接続されており、この混合ガス流路で生成した混合ガス中の窒素酸化物を検出するセンサ部と
を備えていることを特徴とするガス検出装置。
【請求項２】
半導体の製造に用いる酸窒化処理設備であって、
一酸化二窒素ガスを含む雰囲気中で半導体ウエハに酸窒化処理を施す処理炉と、
前記処理炉の下流側に接続されており、前記排ガスを搬送する排ガス流路と、
前記排ガスに含まれる窒素酸化物をモニターするガス検出装置と
を備え、
前記ガス検出装置が請求項１に記載のガス検出装置であることを特徴とする酸窒化処理設備。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ガス検出装置およびそれを備えた酸窒化処理設備に関する。さらに詳しくは、半導体ウエハの表面の酸窒化処理工程で生じる排ガスをモニターするのに有用なガス検出装置およびそれを備えた酸窒化処理設備に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体は、半導体製造装置において、インゴットを円板状に切断して半導体ウエハを得る半導体ウエハ製造工程、この半導体ウエハの表面を処理して、集積回路を形成する半導体ウエハ処理工程および回路が形成された半導体ウエハを切断してチップを分離し、このチップをパッケージに封止する組立工程を行なうことにより製造されている。
【０００３】
前記半導体ウエハ処理工程では、半導体ウエハの表面に薄膜を形成する工程、半導体ウエハの表面に酸化膜を形成する工程、半導体ウエハに不純物原子からなるドーパントを導入する工程、半導体ウエハの表面に回路パターンを形成する工程などが行なわれている。
前記半導体ウエハ処理工程において、半導体ウエハの表面に酸化膜を形成する工程では、歩留まりを向上させるために、酸窒化処理設備の処理炉において、一酸化二窒素ガスを含む雰囲気中で、半導体ウエハを加熱することにより、半導体ウエハの表面に酸窒化処理を施して、酸窒化膜を形成することがある。そのため、前記酸窒化処理設備では、処理炉中で前記一酸化二窒素ガスが熱分解することにより、二酸化窒素などの窒素酸化物を含む排ガスが生じる。また、前記処理炉内に水分が残留している場合には、二酸化窒素と水とが反応して、硝酸ガスなどが発生することがある。
【０００４】
前記窒素酸化物のなかでも、一酸化窒素や二酸化窒素ガスは、環境への負荷が大きいため、処理炉から酸化膜が形成された半導体ウエハを取り出す際には、処理炉内における窒素酸化物の量が許容量以下になるように、窒素酸化物の除害が行なわれている（例えば、特許文献１を参照）。
このとき、前記酸窒化処理設備では、例えば、図４に示されるように、酸窒化処理設備１０１の処理炉１０２で生じ、排ガス流路１０３を通って、除害装置１０７に搬送される途中で採取した排ガス中の窒素酸化物を、ガス検出装置１０４で測定することにより、処理炉１０２内の窒素酸化物の量がモニターされている。このガス検出装置１０４においては、排ガス流路１０３から採取ガス流路１０５に取り込まれた排ガスが、センサ部１０６に直接導入される。前記センサ部１０６には、白金などからなる作用電極と、対極と、参照電極と、硫酸水溶液からなる電解液と、この電解液が入った容器とから構成され、前記作用電極が一定電位に保たれている定電位電解式ガスセンサなどが採用されている。この定電位電解式ガスセンサでは、一定電位に保たれた作用電極に窒素酸化物が接触したときに、作用電極に接触した窒素酸化物の量に比例して、電解液を介して作用電極と対極との間に電流が発生する。前記定電位電解式ガスセンサでは、前記電流の大きさに基づいて、窒素酸化物の濃度を検知することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平９−２１３５９６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、排ガスにおける窒素酸化物の濃度が高い場合には、センサ部１０６を構成する定電位電解式ガスセンサの作用電極に対して、一定時間に多量の窒素酸化物が接触することになる。そのため、電解液に高電流が流れて電解液中の電解質を多く消耗するため、電解液の変質が早まる。したがって、センサ部１０６における窒素酸化物の検知機能の劣化が早まり、ガス検出装置の短寿命化を招くことがある。
また、前記処理炉１０２内で硝酸ガスが発生し、排ガスとして排出された場合、排ガス中の硝酸ガスが、センサ部１０６に接触してセンサ部１０６を腐食し、センサ部の故障を招くことがある。一方、前記処理炉１０２内で硝酸ガスが発生した場合、処理炉１０２内を窒素ガスでパージすることが考えられる。しかしながら、窒素ガスによるパージは、長時間かかり、酸窒化処理工程の処理効率が低下するため、非現実的である。
【０００７】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、故障が抑制され、長寿命であり、かつ酸窒化処理工程の処理効率を維持しつつ、排ガスをモニターすることができるガス検出装置およびそれを備えた酸窒化処理設備を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明のガス検出装置は、一酸化二窒素ガスを含む雰囲気中で半導体ウエハに酸窒化処理を施す処理炉から排出された排ガスに含まれる窒素酸化物をモニターするガス検出装置であって、前記処理炉から排出された排ガスの一部を採取して搬送する採取ガス流路と、前記排ガスを希釈するための希釈用ガスを搬送する希釈用ガス流路と、前記採取ガス流路および希釈用ガス流路の下流側に接続されており、排ガスおよび希釈用ガスを所定の混合比で混合して混合ガスを生成する混合ガス流路と、前記混合ガス流路の下流側に接続されており、この混合ガス流路で生成した混合ガス中の窒素酸化物を検出するセンサ部とを備えていることを特徴としている。
【０００９】
本発明のガス検出装置では、前記処理炉から排出された排ガスは、混合ガス流路において、希釈用ガス流路より供給された希釈用ガスと混合され、生成した混合ガスがセンサ部に導入される。
上記のように構成されたガス検出装置では、排ガスが希釈用ガスと混合され、希釈されるため、希釈前の排ガスをそのままセンサ部に導入する従来のガス検出装置に比べて、一定時間にセンサ部に接触する窒素酸化物や硝酸ガスの量を低減することができる。
これにより、処理炉から排出された排ガスにおける窒素酸化物の濃度が高い場合であっても、一定時間にセンサ部に接触する窒素酸化物の量を低減することができるため、電解液中の電解質の消耗を抑制し、電解液の変質の進行を抑制することができる。したがって、センサ部における窒素酸化物の検知機能の劣化を抑制することができるため、ガス検出装置の長寿命化を図ることができる。
また、本発明のガス検出装置では、処理炉内で硝酸ガスが発生し、排ガスとして排出された場合であっても、一定時間にセンサ部に接触する硝酸ガスの量を低減することができるため、センサ部の腐食を抑制することができる。したがって、本発明のガス検出装置では、センサ部の故障を抑制することができる。
さらに、本発明のガス検出装置では、前述のように、排ガスが希釈用ガスにより希釈されているので、処理炉内で硝酸ガスが発生した場合であっても、処理炉内を窒素ガスでパージする必要がなく、処理炉において、酸窒化処理工程を継続して行なうことができる。したがって、本発明のガス検出装置によれば、酸窒化処理工程の処理効率を維持しつつ、排ガスをモニターすることができる。
【００１０】
本発明の酸窒化処理設備は、半導体の製造に用いる酸窒化処理設備であって、一酸化二窒素ガスを含む雰囲気中で半導体ウエハに酸窒化処理を施す処理炉と、前記処理炉の下流側に接続されており、前記排ガスを搬送する排ガス流路と、前記排ガスに含まれる窒素酸化物をモニターするガス検出装置とを備え、前記ガス検出装置が前述したガス検出装置であることを特徴としている。
本発明の酸窒化処理設備は、前述したガス検出装置を備えているため、本発明のガス検出装置と同様の作用効果を奏する。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、ガス検出装置の故障を抑制し、長寿命化することができ、かつ酸窒化処理工程の処理効率を維持しつつ、排ガスをモニターすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の一実施形態に係る酸窒化処理設備の要部構成を示すブロック図である。
【図２】本発明の一実施形態に係るガス検出装置の要部構成を示すブロック図である。
【図３】図２に示されるガス検出装置のセンサ本体の要部構成を示すブロック図である。
【図４】従来の酸窒化処理設備の要部構成を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
〔酸窒化処理設備の構成〕
まず、添付図面を参照しつつ、本発明の一実施形態に係る酸窒化処理設備を詳細に説明する。図１は、本発明の一実施形態に係る酸窒化処理設備の要部構成を示すブロック図である。
図１に示すように、酸窒化処理設備１は、半導体ウエハの表面に酸窒化処理を施す処理炉１０と、排ガスを搬送する排ガス流路２０と、窒素酸化物を検出するガス検出装置３０とを備えている。
【００１４】
処理炉１０の上流側には、酸窒化処理を行なうためのプロセスガスを供給するガス供給源１１と、酸窒化処理を行なうためのプロセスガスを処理炉１０に搬送するプロセスガス流路１２が接続されている。
ガス供給源１１は、プロセスガス流路１２を介して、窒素ガス、アルゴンガス、酸素ガス、水素ガス、一酸化二窒素ガスなどのプロセスガスを処理炉１０に供給する。
処理炉１０の外周には、処理炉１０内に配置された半導体ウエハを加熱するヒータ１３が設けられている。
【００１５】
処理路１０の下流側には、排ガスを搬送する排ガス流路２０が接続されている。
この排ガス流路２０には、ノーマルオープン状態のエアバルブ２１、排ガスの一部を採取してガス検出装置３０に搬送する採取ガス流路３１、排ガス流路２０内の圧力を測定する圧力計２２、排ガスの状態に応じて手動で開閉して排ガスの搬送を調節する手動バルブ２３が設けられている。そして、これらの下流には、排ガスを除害する除害装置２４が接続されている。
【００１６】
採取ガス流路３１には、ノーマルクローズ状態とされたエアバルブ３２が設けられている。このエアバルブを開くことにより、排ガス流路２０で搬送される排ガスの一部の排ガスが採取され、ガス検出装置３０に搬送される。
【００１７】
ガス検出装置３０では、窒素酸化物を検出し、窒素酸化物の濃度を検知することができる。かかるガス検出装置３０は、排ガスにおける窒素酸化物の濃度が一定濃度以上であるときに、アラーム警告を発するように構成されていてもよい。
【００１８】
酸窒化処理設備１では、ガス供給源１１から供給されたプロセスガスが、プロセスガス流路１２を介して、処理炉１０に供給される。そして、処理炉１０内に配置された半導体ウエハは、ヒータ１３で加熱され、プロセスガス雰囲気中で維持される。これにより、半導体ウエハに酸窒化処理が施される。処理炉１０内で酸窒化処理が行なわれることにより生じた排ガスは、排ガス流路２０で搬送され、最終的に、除害装置２４で除害され、放出される。
また、排ガス流路２０で搬送される排ガスの一部は、排ガス流路２０の途中に設けられた採取ガス流路３１を介して、ガス検出装置３０に導入される。そして、ガス検出装置３０により、この排ガスにおける窒素酸化物の濃度を検知する。
【００１９】
〔ガス検出装置の構成〕
つぎに、添付図面を参照しつつ、本発明の一実施形態に係るガス検出装置を詳細に説明する。図２は、本発明の一実施形態に係るガス検出装置の要部構成を示すブロック図である。
図２に示すように、ガス検出装置３０は、採取ガス流路３１と、排ガスを希釈するための希釈用ガスとしての空気を搬送する希釈用ガス流路３３と、排ガスおよび希釈用ガスの混合ガスを搬送する混合ガス流路３４と、混合ガス中の窒素酸化物を検出するセンサ部３６とを備えている。
【００２０】
希釈用ガス流路３３は、希釈用ガスとしての空気を吸気し、その下流に搬送する流路である。なお、本発明においては、希釈用ガスとして、空気に代えて、窒素ガス、不活性ガスなどの化学的に不活性または安定なガスを用いることができる。
【００２１】
混合ガス流路３４は、採取ガス流路３１および希釈用ガス流路３３の下流側に接続されている。この混合ガス流路３４には、採取ガス流路３１および希釈用ガス流路３３が接続しているガス混合部３５が設けられている。
そして、前記混合ガス流路３４の下流側には、センサ部３６が接続されている。
【００２２】
ガス混合部３５では、採取ガス流路３１と希釈用ガス流路３３とが合流して１つの流路を形成した２分岐型構造の流路が形成されている。これにより、採取ガス流路３１で搬送された排ガスと希釈用ガス流路３３で搬送された空気とが、ガス混合部３５で混合される。
また、ガス混合部３５において、排ガスの流量および空気の流量は、それぞれ、採取ガス流路３１に設けられた流量計４１および希釈用ガス流路３３に設けられた流量計４２によりモニターされている。
ガス混合部３５では、排ガスと空気との混合比〔排ガス／空気（体積比）〕は、通常、１／２〜１とされている。
【００２３】
センサ部３６は、混合ガス中の窒素酸化物を検出し、混合ガスにおける窒素酸化物の濃度を測定するセンサ本体５１と、排ガスにおける窒素酸化物の濃度を算出する演算部５２とを備えている。また、センサ本体５１は、混合ガス流路３４の下流側に接続されている。このセンサ本体５１は、例えば、定電位電解セル６０と制御部７０とからなる（図３参照）。
【００２４】
定電位電解セル６０は、混合ガスを透過する膜からなるガス透過性隔膜６１と、ガス透過性隔膜６１を介して混合ガスが入るように構成した電解槽６２と、この電解槽６２に収容した硫酸水溶液からなる電解液６３と、電解槽６２中に設けられ、電解液６３と接触している白金からなる作用電極６４と、銀からなる参照電極６５と、白金からなる対極６６とを備えている（図３参照）。なお、前記ガス透過性隔膜６１に用いられる膜としては、例えば、多孔質のシリコーン樹脂膜が用いられる。また、作用電極６４および対極６６を構成する材料として、白金に代えて、パラジウム、金、銀等を用いることもできる。さらに、参照電極６５を構成する材料として、銀に代えて、白金、金、パラジウム等を用いることもできる。
【００２５】
前記定電位電解セル６０では、混合ガス流路３４で生成した混合ガスが、ガス透過性隔膜６１を通って、一定電位に保たれた作用電極６４に接触する。このとき、作用電極６４では、前記混合ガス中の窒素酸化物の酸化反応又は還元反応が引き起こされる。そして、電解液６３を介して作用電極６４と対極６６との間において、作用電極６４に接触した混合ガス中の窒素酸化物の量に比例して、電子の授受が行なわれ、電流が発生する。この電流の大きさに基づいて、混合ガス中の窒素酸化物の量を検知することができる。
【００２６】
制御部７０は、作用電極６４を一定電位に保つように、作用電極６４と参照電極６５との電位をモニターして制御するとともに、作用電極６４と対極６６との間に流れる電流をモニターするものである。この制御部７０は、演算部５２に接続されており、作用電極６４と対極６６との間に流れる電流の情報を演算部５２に出力する。
【００２７】
演算部５２には、流量計４１および流量計４２から送られた排ガスの流量の情報および空気の流量の情報が入力されるとともに、センサ本体５１から制御部７０を介して送られた作用電極６４と対極６６との間に流れる電流の情報が入力される。
そして、演算部５２では、排ガスの流量の情報および空気の流量の情報から、混合ガス流路３４で生成された混合ガスにおける排ガスの希釈率が算出される。また、演算部５２では、混合ガスにおける窒素酸化物の濃度の情報から、混合ガスにおける窒素酸化物の濃度が算出される。その後、演算部５２では、算出された前記排ガスの希釈率と、算出された前記混合ガスにおける窒素酸化物の濃度の情報とに基づき、処理炉１０より排出された排ガスにおける窒素酸化物の濃度が算出される。
【００２８】
なお、ガス検出装置３０では、演算部５２は、前述のように、流量計４１および流量計４２より入力された排ガスの流量の情報および空気の流量の情報に基づいて処理炉１０より排出された排ガスにおける窒素酸化物の濃度を算出するものに代えて、濃度が既知である校正ガスを測定した場合の電流の情報に基づいて、混合ガスにおける窒素酸化物の濃度を校正し、算出するように構成されていてもよい。
【００２９】
以上のように、ガス検出装置３０は、処理炉１０から排出された排ガスの一部の排ガスを採取して搬送する採取ガス流路３１と希釈用ガス流路３３とが合流して１つの流路を形成した２分岐型の流路が形成されているガス混合部３５を備えているため、ガス混合部３５において排ガスを希釈することができる。したがって、ガス検出装置３０によれば、一定時間にセンサ部３６に接触する窒素酸化物や硝酸ガスの量が低くなり、センサ部３６の劣化が抑制され、長寿命となるとともに、このセンサ部３６の故障が抑制される。
また、このガス検出装置３０を備えた酸窒化処理設備では、処理炉１０において、安全を見た長時間の窒素ガスによるパージを行なわなくても、当該ガス検出装置３０において、一定時間にセンサ部３６に接触する窒素酸化物や硝酸ガスの量を低減することができるため、酸窒化処理工程を継続して行なうことができ、酸窒化処理工程の処理効率を維持しつつ、排ガスをモニターすることができる。
【符号の説明】
【００３０】
１      酸窒化処理設備
１０    処理炉
２０    排ガス流路
３０    ガス検出装置
３１    採取ガス流路
３３    希釈用ガス流路
３４    混合ガス流路
３６    センサ部
【図１】
2010217021.tif 000003
【図２】
2010217021.tif 000004
【図３】
2010217021.tif 000005
【図４】
2010217021.tif 000006