(57)【要約】  ガスを燃焼させる方法は、ガスを燃焼チャンバ（４４）に連結された燃焼ノズル（４２）に運ぶステップと、燃焼ノズルの回りに口火を形成するためにガスをチャンバ（４４）に供給するステップと、を含む。口火を形成するために、水素を燃焼ノズルの回りに延びる第１の複数の開口（５６）を通してチャンバに供給し、酸化剤を燃焼ノズルの回りに延びる第２の複数の開口（６８）を通して水素とは別々にチャンバに供給する。
2009543014.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
可燃性ガスを燃焼させる方法であって、
前記ガスを、燃焼チャンバに連結された燃焼ノズルに運ぶステップと、
燃焼ノズルの回りに口火を形成するためにガスを前記チャンバに供給するステップと、を含み、
前記口火を形成するために、水素と酸化剤を別々に前記チャンバ内に注入する、
ことを特徴とする方法。
【請求項２】
前記水素を、前記燃焼ノズルの回りに延びる第１の複数の開口を通して前記チャンバ内に注入し、前記酸化剤を、前記燃焼ノズルの回りに延びる第２の複数の開口を通して前記チャンバ内に注入する、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
ガスを燃焼させる方法であって、
前記ガスを、燃焼チャンバに連結された燃焼ノズルに運ぶステップと、
燃焼ノズルの回りに口火を形成するためのガスを前記チャンバに供給するステップと、を含み、
前記口火を形成するために、水素を前記燃焼ノズルの回りに延びる第１の複数の開口を通して前記チャンバ内に供給し、酸化剤を前記水素とは別々に前記燃焼ノズルの回りに延びる第２の複数の開口を通して前記チャンバ内に供給する、
ことを特徴とする方法。
【請求項４】
前記第１の複数の開口は、前記第２の複数の開口と同心である、請求項２又は請求項３に記載の方法。
【請求項５】
前記水素を、前記燃焼ノズルの回りに延びる第１のプレナムチャンバから前記第１の複数の開口に供給し、前記酸化剤を、前記燃焼ノズルの回りに延びる第２のプレナムチャンバから前記第２の複数の開口に供給する、請求項２から請求項４の何れか１項に記載の方法。
【請求項６】
前記酸化剤は酸素を含む、請求項１から請求項５の何れか１項に記載の方法。
【請求項７】
ガスを燃焼させるための装置であって、
燃焼チャンバと、
燃焼される前記ガスがそれを通して前記燃焼チャンバに入る燃焼ノズルと、
前記燃焼ノズルの回りに口火を形成するためにガスを前記チャンバに供給する手段と、を含み、
前記ガス供給手段は、前記燃焼ノズルの回りに延びる第１の複数の開口と、水素を前記第１の複数の開口に供給する手段と、前記燃焼ノズルの回りに延びる第２の複数の開口と、酸化剤を前記第２の複数の開口に供給する手段と、を備える、
ことを特徴とする装置。
【請求項８】
前記第１の複数の開口は、前記第２の複数の開口と同心である、請求項７に記載の装置。
【請求項９】
前記第１の複数の開口に水素を供給する前記手段は、前記燃焼ノズルの回りに延びる第１のプレナムチャンバを含み、前記第２の複数の開口に酸化剤を供給する前記手段は、前記燃焼ノズルの回りに延びる第２のプレナムチャンバを含む、請求項７又は請求項８に記載の装置。
【請求項１０】
プロセスチャンバと、
前記プロセスチャンバに水素を供給するための水素供給系と、
前記プロセスチャンバにアンモニアを供給するためのアンモニア供給系と、
前記プロセスチャンバから排出されるガスを処理するための、請求項１から請求項９の何れか１項に記載の装置と、を備える
ことを特徴とする化学気相成長装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、限定的ではないが可燃性ガスの燃焼に用いることのできる、ガスを燃焼させるための装置及び方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体デバイスの製造における主要なステップは、蒸気前駆体の化学反応により半導体基板上に薄膜を形成することである。基板上に薄膜を蒸着させるための一つの既知の技法は化学気相成長（蒸着）（ＣＶＤ）である。この技法においては、プロセスガスが基板を収容するプロセスチャンバに供給され、反応して基板表面上に薄膜を形成する。
【０００３】
基板上に一般的に蒸着させる材料の一例は窒化ガリウム（ＧａＮ）である。ＧａＮ及び関連する材料合金（例えばＩｎＧａＮ、ＡｌＧａＮ及びＩｎＧａＡｌＮなど）は、緑色、青色及び白色発光デバイス（例えばＬＥＤ及びレーザダイオードなど）並びに電源デバイス（例えばＨＢＴ及びＨＥＭＴなど）の製造に用いられる化合物半導体である。通常これらの化合物半導体は、通常ＭＯＣＶＤ（有機金属化学気相成長）として知られるＣＶＤの方式を用いて形成される。概説すれば、このプロセスは、ＩＩＩ族金属Ｇａ、Ｉｎ、及び／又はＡｌの揮発性有機金属源、例えばトリメチルガリウム（ＴＭＧ）、トリメチルインジウム（ＴＭＩ）及びトリメチルアルミニウム（ＴＭＡ）などとアンモニアを一緒に高温で反応させて、適切な基板材料（例えばＳｉ、ＳｉＣ、サファイア又はＡｌＮなど）のウェハ上に材料の薄膜を形成するステップを含む。一般には水素ガスも存在し、有機金属前駆体及び他のプロセスガスの搬送ガスとして働く。
【０００４】
プロセスチャンバ内で実施される蒸着プロセスの後、典型的に、プロセスチャンバから排出されたガス中には、プロセスチャンバに供給されたガスの残留量が含まれる。アンモニア及び水素のようなプロセスガスは、大気中に排出されると非常に危険であり、このため、排ガスが大気中に排出される前に、排ガスを処理して排ガスの有害成分を、例えば従来の洗浄法により排ガスから容易に除去できる及び／又は大気中に安全に排出できる種に変換させるための除害装置が設けられる。
【０００５】
アンモニアと水素の混合物は本質的に可燃性であり、それゆえ燃焼チャンバ内での制御された酸化により都合よく処理することができる。燃焼チャンバは、処理される排ガスを受け入れるための燃焼ノズルを有する。燃焼ノズルは複数の小口径ノズルで囲まれ、この小口径ノズルは、燃料と空気の気体混合物を受け入れて燃焼チャンバ内に口火を作る。口火の目的は、排ガスの確実な点火源を与えることである。気体混合物は典型的には、メタンの空気に対する比が約１：１４から１：１６までのメタンと空気の混合物であり、これが燃焼ノズルの回りのプレナムチャンバに供給され、そこから気体混合物が小口径ノズルに供給される。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
従って、気体混合物を作成するのに、メタンの別個の供給系が必要である。ＭＯＣＶＤプロセスに用いるための水素の供給源の存在を考えれば、気体混合物中のメタンを水素で置き換えることが望ましい。しかし、単純にメタンを水素で置き換えることは、チャンバ内での排ガスの燃焼熱によりプレナムチャンバの温度が水素と空気の混合物の自動発火温度以上の温度に上昇する可能性があるので、重大な危険性をもたらす。これはプレナムチャンバ内での燃焼を引き起こす可能性があり、火炎前面が供給パイプに沿って伝わる危険性がある。燃料のみの気体を用いて口火を生成し、それにより自動発火の危険性を除去してもよいが、燃料のみから生成される口火は、燃焼チャンバ内への排ガスの、変動する流量により消えやすくなる傾向を有する。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
第１の態様において、本発明は可燃性ガスを燃焼させる方法を提供し、この方法は、ガスを、燃焼チャンバに連結された燃焼ノズルに運ぶステップと、燃焼ノズルの回りに口火を形成するためにガスをチャンバに供給するステップとを含み、口火を形成するように、水素と酸化剤を別々にチャンバ内に注入する。
【０００８】
かくして、口火を形成するために、燃料と酸化剤の混合物を燃焼チャンバ内に供給する従来の供給系は、口火を形成するために、水素と、酸素のような酸化剤とを別々に燃焼チャンバ内に供給する供給系に置き換えられる。燃焼チャンバ内へのガスの流量の全範囲にわたって、燃焼されるガスとは独立した制御可能な空気供給があるために、酸化剤の供給は口火を安定化させ、一方、水素と酸素の別々の供給は、ガス供給パイプがガス燃焼中にガスの加熱により出火する危険性を減らす。
【０００９】
水素は、燃焼ノズルの回りに延びる第１の複数の開口を通してチャンバ内に注入されることが好ましく、酸化剤は、燃焼ノズルの回りに延びる第２の複数の開口を通してチャンバ内に注入されることが好ましい。従って、本発明の第２の態様において、ガスを燃焼させる方法が提供され、この方法は、ガスを、燃焼チャンバに連結された燃焼ノズルに運ぶステップと、燃焼ノズルの回りに口火を形成するためにガスをチャンバに供給するステップとを含み、口火を形成するために、水素を燃焼ノズルの回りに延びる第１の複数の開口を通してチャンバ内に供給し、酸化剤を燃焼ノズルの回りに延びる第２の複数の開口を通して、水素とは別にチャンバ内に供給する。
【００１０】
第１の複数の開口は、第２の複数の開口と同心であることが好ましい。水素を燃焼ノズルの回りに延びる第１のプレナムチャンバから第１の複数の開口に供給することが好ましく、酸化剤を燃焼ノズルの回りに延びる第２のプレナムチャンバから第２の複数の開口に供給することが好ましい。
【００１１】
第３の態様において、本発明はガスを燃焼させるための装置を提供し、この装置は、燃焼チャンバと、燃焼されるガスがそれを通して燃焼チャンバに入る燃焼ノズルと、燃焼ノズルの回りに口火を形成するためにガスをチャンバに供給するための手段とを含み、ガス供給手段は、燃焼ノズルの回りに延びる第１の複数の開口と、水素を第１の複数の開口に供給する手段と、燃焼ノズルの回りに延びる第２の複数の開口と、酸化剤を第２の複数の開口に供給する手段と、を備える。
【００１２】
本発明はまた、プロセスチャンバと、水素をプロセスチャンバに供給するための水素供給系と、アンモニアをプロセスチャンバに供給するためのアンモニア供給系と、プロセスチャンバから排出されるガスを処理するための前述の装置と、を備えた化学気相成長装置を提供する。
【００１３】
本発明の方法の態様に関する上記の特徴は、本発明の装置の態様にも均等に適用でき、逆も同様である。
以下に、本発明の好ましい特徴を添付の図面を参照しながら説明する。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】燃焼装置に連結されたプロセスチャンバを示す図である。
【図２】図１の燃焼装置の部分の断面図である。
【図３】燃焼チャンバ内に口火を作るためのガスを供給するための、図２の燃焼ノズルの回りの開口の配置を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
まず図１を参照すると、例えば半導体デバイス、フラットパネルディスプレイ装置、又はソーラーパネル装置を加工するためのプロセスチャンバ１２から排出されるガスを処理するための燃焼装置１０が設けられている。チャンバ１２は、チャンバ内での加工を実施するのに用いる種々のプロセスガスを受け入れる。この例においては、ＧａＮのような材料層のＭＯＣＶＤ（有機金属化学気相成長）がプロセスチャンバ１２内で実施される。ＩＩＩ族金属Ｇａ、Ｉｎ及び／又はＡｌの有機金属源、例えば、トリメチルガリウム（ＴＭＧ）、トリメチルインジウム（ＴＭＩ）及びトリメチルアルミニウム（ＴＭＡ）など、アンモニア、及び水素を含むガスが、それぞれの供給源１４、１６、１８からプロセスチャンバに運ばれ、高温において適当な基板材料（例えばＳｉ、ＳｉＣ、サファイア又はＡｌＮなど）のウェハ上に材料の薄膜を形成する。
【００１６】
プロセスチャンバへのプロセスガスの供給は、それぞれガス供給ライン２６、２８、３０内に配置されたガス供給弁２０、２２、２４の開閉によって制御される。ガス供給弁の動作は、供給弁コントローラ３２により制御され、このコントローラは、所定のガス送出シーケンスに従って弁を開閉させる制御信号３４をガス供給弁に送る。
【００１７】
排ガスがプロセスチャンバ１２の出口から、ポンプシステムによって排出される。図１に示されるように、ポンプシステムは、プロセスチャンバから排ガスを排出するための、典型的にはターボ分子ポンプの形式の二次ポンプ３６を備えることができる。ターボ分子ポンプ３６は、プロセスチャンバ１２内に少なくとも１０-3ｍｂａｒの真空を生成することができる。ガスは、通常、ターボ分子ポンプ３６から約１ｍｂａｒの圧力で排出される。このため、ポンプシステムはまた、ターボ分子ポンプ３６から排出されるガスを受け取り、そのガスの圧力を大気圧付近の圧力まで上昇させる一次ポンプ又は補助ポンプ３８を備える。
【００１８】
チャンバ内での加工中に、プロセスガスの一部分だけが消費されることになるので、排ガスは、チャンバに供給されたプロセスガスと、チャンバ内での加工による副生成物との混合物を含むことなる。ＧａＮ  ＭＯＣＶＤプロセスからの排ガスは、例えば、水素とアンモニアを含む可能性があり、従って本質的に可燃性であり得る。これらのガスは、ポンプシステムから排出されるガスを、その内部でガスが制御可能に酸化される燃焼装置１０の入口４０に運ぶことによって都合よく除害することができる。
【００１９】
図２を参照すると、入口４０は、燃焼装置１０の燃焼チャンバ４４に連結された少なくとも１つの燃焼ノズル４２を備える。各燃焼ノズル４２は、排ガスを受け入れるための入口４６と、排ガスがそこから燃焼チャンバ４４に入る出口４８とを有する。図２は排ガスを受け入れるための２つの燃焼ノズルを図示しているが、入口は任意の適切な個数の、例えば４個、６個又はそれ以上の、排ガスを受け入れる燃焼ノズル４２を備えることができる。好ましい実施形態において、入口は４個の燃焼ノズル４２を備える。
【００２０】
燃焼ノズルの回りに口火を形成するためのガスは、燃焼チャンバ４４に供給される。口火の目的は、燃焼チャンバ４４に入る排ガスの確実な点火源を与えることである。口火を形成するためのガスは、水素と、酸素のような酸化剤とを含み、これを空気流により燃焼チャンバ４４まで運ぶことができる。以下に詳述するように、水素及び酸化剤は別々に燃焼チャンバ４４に供給される。
【００２１】
各燃焼ノズル４２は、口火を形成するための水素を受け入れる入口５４と、水素がそこから燃焼チャンバ４４に入る開口の形態の複数の出口５６とを有する第１の環状プレナムチャンバ５２の中に設けられる。図３に示すように、各燃焼ノズル４２からの出口４８は、第１のプレナムチャンバ５２からの複数の出口５６によって囲まれる。
【００２２】
プロセスチャンバ１２の中で実施されるプロセス用の水素の供給源１８は、口火を形成するための水素源を都合よくもたらすことができる。図１に示すように、水素供給ライン５８を水素供給源１８と入口５４の間に連結して、水素を燃焼チャンバ４４に供給することができる。弁６０を、水素供給ライン５８内に配置して、コントローラ３２により送られる信号６２に応答して燃焼チャンバ４４への水素の供給を制御することができる。代替として、別の燃焼装置コントローラにより弁６０の開閉を制御することができる。
【００２３】
再び図２を参照すると、第１のプレナムチャンバ５２は、燃焼チャンバ３６内に口火を形成するための酸化剤を受け入れる入口６６を有する第２の環状プレナムチャンバ６４の上方に配置される。第２のプレナムチャンバ６４は、燃焼ノズル４２及び第１のプレナムチャンバの一部分が第２のプレナムチャンバによって囲まれるように形作られる。第２のプレナムチャンバ６４は、開口の形態の複数の出口６６を備え、この出口を通して酸化剤が水素の近傍で燃焼チャンバ内に入り、水素と結合して口火を作る。図３に示すように、各燃焼ノズル４２からの出口４８はまた、第２のプレナムチャンバ６４からの複数の出口６８により囲まれ、これらの出口６８は第１のプレナムチャンバ５２からの複数の出口５６と実質的に同心であり且つそれらに囲まれる。
【００２４】
図１に示すように、酸化剤供給ライン７０を酸化剤供給源７２と入口６６との間に接続して、酸化剤を燃焼チャンバ４４に供給することができる。弁７４を酸化剤供給ライン７０内に配置して、コントローラ３２により送られる信号に応答して燃焼チャンバ４４への酸化剤の供給を制御することができる。代替として、燃焼装置コントローラにより弁７４の開閉を制御することができる。
【００２５】
燃焼チャンバ３６内での排ガスの燃焼による副生成物を、図１に示すように、洗浄装置、固体反応媒体、又は他の二次除害装置８０に運ぶことができる。除害装置８０を通過した後、排ガスは安全に大気中に排出することができる。
【００２６】
ＭＯＣＶＤ装置から排出されるガスの処理に関連して上述のように説明したが、燃焼装置１０は任意の可燃性ガスの処理に用いるのに適している。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【国際調査報告】
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2009543014.tif 000007
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