(57)【要約】【課題】リン成分の捕集能力を高めたリン捕集装置及びそれを備えた半導体製造装置を提供する。【解決手段】リン捕集装置内に流入するリン成分を含有するガスＴＧを、リン成分の融点以下に冷却することにより、ガスＴＧ中の気相リン成分を液化あるいは固化させると共に、その液化あるいは固化リン成分を凝縮させて捕集するリン捕集装置本体２の上流に、前記ガスＴＧ中に気相リン成分を液化あるいは固化させるための核となる核物質Ｃを添加するための核物質添加器３を設けた。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
リン捕集装置内に流入するリン成分を含有するガスを、前記リン成分の融点以下に冷却することにより、前記ガス中の気相リン成分を液化あるいは固化させると共に、前記液化あるいは固化リン成分を凝縮させて捕集するリン捕集装置であって、前記リン捕集装置の上流に、前記ガス中に気相リン成分を液化あるいは固化させるための核となる物質を添加するための核物質添加器を設けたことを特徴とするリン捕集装置。
【請求項２】
前記核物質が粒径１００μｍ以下の粉末であることを特徴とする請求項１記載のリン捕集装置。
【請求項３】
前記核物質が前記ガスの雰囲気温度で前記ガスに対して化学的に不活性であることを特徴とする請求項１又は２記載のリン捕集装置。
【請求項４】
前記リン捕集装置本体における冷却温度が、白燐の融点である４４℃以下であることを特徴とする請求項１〜３いずれか記載のリン捕集装置。
【請求項５】
少なくともリンを含有する原料が供給される反応炉と、その反応炉からの排気ガスを対象ガスとする請求項１〜４いずれか記載のリン捕集装置とを備えたことを特徴とする半導体製造装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、リン成分の捕集能力を高めたリン捕集装置及びそれを備えた半導体製造装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ヘテロバイポーラトランジスタやＨＥＭＴなどの電子素子や、ＬＥＤやＬＤなどの発光素子の製造に用いられるエピタキシャルウェハの作製には、有機金属気相成長法（ＭＯＶＰＥ法）がよく用いられているが、この有機金属気相成長法において使用される原料のなかにはリンを含有するものも多い。リンを含有する原料としては、ホスフィン（ＰＨ３）やターシャリーブチルホスフィン（ＴＢＰ）がある。
【０００３】
有機金属気相成長法では、リンを比較的多量（ここで比較的多量とは、結晶に含まれる割合が１０％を超えることをいう）に含む半導体結晶をエピタキシャル成長させるために、前記の原料あるいは前記と同様にリンを含む原料を他の元素を含む原料と混合した状態で、反応炉（チャンバ）内で４００℃以上の温度に制御された半導体基板ウェハ上に供給する。
【０００４】
リンを含む原料がウェハ上で熱分解し、リンを含む半導体結晶がウェハ上にエピタキシャル成長するが、全てのリンが半導体結晶としてウェハ上に残るのではなく、熱分解したまま、あるものは反応炉の内壁に付着し、あるものは気相として残存し、排気ガスの成分として反応炉の外へ排出される。
【０００５】
排気ガスは、有害物質を除かなくては大気放出できないので、前記のようにリンを比較的多量に含む半導体結晶をエピタキシャル成長させる場合、反応炉の外へ排出された排気ガスからリン成分を取り除く必要がある。
【０００６】
排気ガスに含まれるリン成分は、反応炉から排出された直後は気体として存在するが、排気配管内で熱を失うに従って固体になる。その固体は白燐（黄燐）を多く含む。
【０００７】
白燐は、容易に発火し、また、強い毒性を持つため、排気配管の所定箇所に集中的に凝縮させ、その箇所より上流にも下流にもできるだけ固着させない工夫が必要である。このように、リン成分を集中的に凝縮させる装置が図３に示した従来のリン捕集装置（コールドトラップ、リントラップとも言う）３１であり、一般に、６５℃以下の温度で対象ガスを冷却することで対象ガス中のリン成分を凝縮させる。
【０００８】
６５℃以下の温度で対象ガスを冷却する理由は、白燐の融点と白燐の蒸気圧の高さにある。白燐の融点が約４４℃（以下、４４℃と表記）であるため、この融点温度の近傍で液化あるいは固化させて捕集する。しかし、白燐は、常温での蒸気圧が約２０Ｐａと高いため、単に液化あるいは固化させただけでは、再び気化して排気ガス中に戻ってしまう。そこで、リン捕集装置の実際の運用においては、冷却温度を低く設定している。
【０００９】
図３のリン捕集装置３１は、対象ガス配管４から流入する対象ガスＴＧを４４℃以下に冷却することにより、対象ガスＴＧ中の気相リン成分を液化あるいは固化させると共にその液化あるいは固化リン成分を凝集させて捕集するもので、リン捕集済みガスＥＧを排出配管５から排出する。
【００１０】
【特許文献１】特開２００５−３５３７９１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
従来、リン捕集装置の冷却温度を上げすぎるとリン成分を十分に捕集できず、逆に過冷却であると、理由は不明であるが、リン成分が微細なリン粉末となってリン捕集装置で捕獲できずに通過してしまう。このように、実際にはリン捕集装置の冷却温度設定のみでは捕集効率の安定確保が困難であることから、複数台のリン捕集装置を直列に繋いで冗長な性能を与える措置も講じられてきたが、それにもかかわらず捕集能力は不十分であり、さらに後段に設けられた除害装置に少なからず負担をかけていた。
【００１２】
そこで、本発明の目的は、前記課題を解決し、リン成分の捕集能力を高めたリン捕集装置及びそれを備えた半導体製造装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
前記目的を達成するために本発明のリン捕集装置は、リン捕集装置内に流入するリン成分を含有するガスを、前記リン成分の融点以下に冷却することにより、前記ガス中の気相リン成分を液化あるいは固化させると共に、前記液化あるいは固化リン成分を凝縮させて捕集するリン捕集装置であって、前記リン捕集装置の上流に、前記ガス中に気相リン成分を液化あるいは固化させるための核となる物質を添加するための核物質添加器を設けたものである。
【００１４】
前記核物質が粒径１００μｍ以下の粉末であってもよい。
【００１５】
前記核物質が対象ガスの雰囲気温度で対象ガスに対して化学的に不活性であってもよい。
【００１６】
前記リン捕集装置本体における冷却温度が、白燐の融点である４４℃以下であってもよい。
【００１７】
また、本発明の半導体製造装置は、少なくともリンを含有する原料が供給される反応炉と、その反応炉からの排気ガスを対象ガスとする請求項１〜４いずれか記載のリン捕集装置とを備えたものである。
【発明の効果】
【００１８】
本発明は次の如き優れた効果を発揮する。
【００１９】
（１）リン成分の捕集能力を高めることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下、本発明の一実施形態を添付図面に基づいて詳述する。
【００２１】
図１に示されるように、本発明に係るリン捕集装置１は、リン捕集装置１内に流入する対象ガスＴＧをリン成分の融点以下に冷却することで対象ガスＴＧ中の気相リン成分を液化あるいは固化させると共に、その液化あるいは固化リン成分を凝縮させて捕集するリン捕集装置本体２の上流に、前記対象ガスＴＧ中に液化あるいは固化の核となる核物質Ｃを添加する核物質添加器３を設けたものである。
【００２２】
リン捕集装置本体２は、従来技術によるリン捕集装置３１の本体にほかならない。このリン捕集装置本体２には、対象ガス配管４から対象ガスＴＧが供給されるようになっている。また、リン捕集装置本体２には、リン捕集済みガスＥＧを排出する排出配管５が接続されている。排出配管５の下流には、リン捕集済みガスＥＧから、そのリン捕集済みガスＥＧに気体として含まれる毒物を除くための除害装置（図示せず）が設けられ、その下流で大気放出を行うようになっている。
【００２３】
核物質Ｃは粉末である。従って、核物質添加器３にはキャリアガス配管６からキャリアガスＣＧが供給される。核物質添加器３と対象ガス配管４とを繋ぐ核物質配管７が設けられ、この核物質配管７により核物質Ｃが搬送されて対象ガス配管４中の対象ガスＴＧに添加されるようになっている。
【００２４】
図１のリン捕集装置１の動作とその原理を説明する。
【００２５】
リン捕集装置１は、リン成分を含む対象ガスＴＧに核物質Ｃを添加することにより、気相リン成分の液化あるいは固化（リン滴又はリン固体の生成）を促進させると共に核物質Ｃの影響で比較的大きなリン滴又はリン固体が生成されるため、その液化あるいは固化リン成分の凝縮をも促進させることになり、リン捕集装置本体２における捕集能力を向上させるものである。すなわち、対象ガスＴＧがリン捕集装置本体２に流入されるよりも上流側で対象ガスＴＧ中に核物質Ｃを混入させておき、この対象ガスＴＧがリン捕集装置本体２に流入した際、あらかじめ混入した核物質Ｃが核となって液化あるいは固化が促進されるものである。
【００２６】
核となる物質によって、気体が液体あるいは固体に凝縮することが促進される現象は、身近な自然現象に見られる。例えば、０℃でも凍らない数μｍ径の水滴（微水滴又は雲水）を豊富に含んだ過冷却の雲に氷晶が供給されると水滴が凝縮し、水滴の径が増大した結果、降雨が生じる。人工雨は、その現象を利用して、ドライアイスやヨウ化銀などの核物質を撒いて氷晶を発生させて降雨を得るものである。
【００２７】
本発明においては、前記の現象を利用して、対象ガスＴＧに核物質Ｃを添加したうえ、対象ガスＴＧをリン成分の融点以下、好適には白燐の融点４４℃に冷却する。さらに好ましくは、リン融点より過冷却する。処理するリンの総量やリン捕集装置本体２のサイズにもよるが、実際上は３０℃〜−１０℃の範囲に設定することが最も好ましい。ただし、常圧における液化によって液相リン成分を捕集することも考えられるので、６５℃以下であれば、本発明の効果は期待できる。
【００２８】
さらに、本発明によれば、核物質Ｃを中心にリン成分の液化あるいは固化が生じるため、過冷却であっても［発明が解決しようとする課題］に述べたようなリン成分が微細なリン粉末となってリン捕集装置で捕獲できずに通過してしまうような現象は起こらない。したがって、複数台のリン捕集装置を直列に繋ぐような措置は最初から考える必要がなく、これは本発明の非常に大きな利点である。
【００２９】
なお、核物質Ｃは、気体中でなるべく長い時間浮遊し続けることができるものがよく、したがって、粒径が１００μｍ以下の粉末であることが望ましい。また、対象ガスの雰囲気温度範囲で対象ガスの構成物質（リン、水素などのキャリアガス、原料の残ガスなど）に対して化学的に不活性であるか、もしくは不都合（リン捕集装置を腐食させるおそれがあったり、爆発性がある反応生成物が生じるなど）が生じない程度の反応性に留まるものが望ましい。さらに、核物質Ｃは、工業的見地から安価なものが望ましい。核物質Ｃとして石英が一例に挙げられるが、核物質Ｃに使用できる物質は極めて多種あり、ここに網羅できないことは言うまでもない。
【００３０】
次に、本発明の他の実施形態を説明する。
【００３１】
図２に示したリン捕集装置２１は、核物質Ｃをリン捕集装置本体２に導入するべく、核物質添加器３とリン捕集装置本体２とを繋ぐ核物質配管８を設けたもので、その他は図１のリン捕集装置１と同じである。
【００３２】
図３は、従来のリン捕集装置を参考として示したものであり、同じリン捕集装置本体２を２段直列に配置したものである。
【００３３】
本発明のリン捕集装置１，２１は、半導体発光素子用のウェハを製造するべく、リンを比較的多量に含む半導体結晶を有機金属気相成長法によりエピタキシャル成長させる半導体製造装置において排気処理を行うのに好適である。すなわち、本発明の半導体製造装置（図示せず）は、少なくともリンを含む原料が供給される反応炉と、その反応炉からの排気ガスを対象ガスとするリン捕集装置１，２１とを備えたものである。
【実施例】
【００３４】
本発明の実施例として、有機金属気相成長法を用いてホスフィン（ＰＨ３）を原料としてインジウムリン（ＩｎＰ）基板上にアンドープインジウムリン（ｕｎ−ＩｎＰ）を１００μｍ成長した場合（本発明のリン捕集装置の効果を調べるための結晶成長であるので、エピタキシャル結晶層の結晶性は全く問題にせず、膜厚のみ確認できる程度のものであればよい）に、本発明のリン捕集装置を取り付けた場合と、同じ反応炉の状態で同じ結晶成長をさせて従来のリン捕集装置（図３）を取り付けた場合とを比較した。
【００３５】
本発明の核物質Ｃとして粒径５μｍ以下に粉砕した石英粉末を用い、リン捕集装置の冷却温度は本発明、従来装置ともに１０℃に設定した。
【００３６】
結晶成長後に、２つのリン捕集装置の捕集能力を調べたところ、従来のリン捕集装置３１では投入したリンの６．２％しか捕集されなかったのに対し、本発明のリン捕集装置１では９．８％が捕集され、本発明の効果が実証された。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】本発明の一実施形態を示すリン捕集装置の構成図である。
【図２】本発明の他の実施形態を示すリン捕集装置の構成図である。
【図３】従来のリン捕集装置の構成図である。
【符号の説明】
【００３８】
１，２１，３１  リン捕集装置
２  リン捕集装置本体
３  核物質添加器
４  対象ガス配管
５  排出配管
６  キャリアガス配管
７，８  核物質配管
【図１】
2008300399.tif 000003
【図２】
2008300399.tif 000004
【図３】
2008300399.tif 000005