(57)【要約】【課題】  半導体製造装置からの排ガスを簡便に処理する。【解決手段】  半導体製造装置から排出される被処理ガスに、ハロゲン元素及び水素を含むガスを混合し、得られた混合ガスを加熱する。これにより、大掛かりな設備を設けることなく、電気ヒータ等の簡素な装置を用いて達成可能な加熱温度のもとで効率的に排ガスを処理できる。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体製造装置から排出される被処理ガスに所定の添加ガスを混合して加熱する排ガス処理方法であって、
前記添加ガスはハロゲン元素及び水素を含んでいる排ガス処理方法。
【請求項２】
前記添加ガスはＨＣｌガスである請求項１記載の排ガス処理方法。
【請求項３】
前記被処理ガスは、フッ素化合物、又は水素を有する珪素化合物を含んでいる請求項１又は２記載の排ガス処理方法。
【請求項４】
前記フッ素化合物がＣ−Ｆ結合を有する請求項３記載の排ガス処理方法。
【請求項５】
半導体製造装置から排出される被処理ガスに所定の添加ガスを混合するガス混合手段と、
前記被処理ガス及び前記添加ガスを前記ガス混合手段から受け取る反応室と、
前記反応室の内部を加熱する手段と、
を備える排ガス処理装置であって、
前記添加ガスはハロゲン元素及び水素を含んでいる排ガス処理装置。
【請求項６】
前記反応室に接続されたスクラバをさらに備える請求項５記載の排ガス処理装置。
【請求項７】
半導体製造装置から排出される被処理ガスに所定の添加ガスを混合して加熱する排ガス処理方法であって、
前記被処理ガスは水素を有する珪素化合物を含んでおり、
前記添加ガスはハロゲン元素を含んでいる排ガス処理方法。
【請求項８】
前記添加ガスはＣｌ２またはＦ２である請求項７記載の排ガス処理方法。
【請求項９】
半導体製造装置から排出される被処理ガスに所定の添加ガスを混合するガス混合手段と、
前記被処理ガス及び前記添加ガスを前記混合手段から受け取る反応室と、
前記反応室の内部を加熱する手段と、
を備える排ガス処理装置であって、
前記被処理ガスは水素を有する珪素化合物を含んでおり、
前記添加ガスはハロゲン元素を含んでいる排ガス処理装置。
【請求項１０】
前記反応室に接続されたスクラバをさらに備える請求項９記載の排ガス処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、半導体製造装置から排出されるガスの処理に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体製造装置では、デポジション、エッチング、クリーニングの処理を行うためにチャンバー内に導入されたガスの一部または全てが未反応のまま排出される場合がある。
【０００３】
例えば、Ｃ−Ｆ結合を有するガスが未反応のまま半導体製造装置から排出される場合がある。Ｃ−Ｆ結合を有するガスは、主に半導体製造装置のクリーニングやエッチング工程に使用される。そのようなガスの例として、パーフルオロカーボン（ＰＦＣ）やハイドロフルオロカーボン（ＨＦＣ）が挙げられる。
【０００４】
これらのガスについて、近年、地球温暖化を防止する観点から、大気中への排出の規制が検討されている。ＰＦＣ、とくにＣＦ４はＣとＦの結合エネルギーが強く安定なため温暖化効果が高く、大気中に排出せずに分解又は回収することが重要となる。しかしこれらのガス、特にＣＦ４は分解が難しく、十分に加熱分解する場合は１７００℃程度の高温が必要となるため、Ｃａと反応させて固体のＣａＦ２として処理装置内に蓄積し、一定量蓄積されたら取り出し回収する方法が一般的である。ＣＦ４処理方法の例は、下記の特許文献１に開示されている。
【０００５】
また、水素を有する珪素化合物を含有するガスが未反応のまま半導体製造装置から排出される場合もある。このガスは、主に半導体製造装置に於けるデポジション（成膜）工程に使用される。そのようなガスの例として、ＳｉＨ４、ＴＥＯＳ{(Ｓｉ(ＯＣ２Ｈ５)４}、トリメチルシラン{(ＣＨ３)３ＳｉＨ}が挙げられる。
【０００６】
これらの珪素化合物含有ガスは有毒性や可燃性を有しているため、大気中への排出が規制されており、したがって種々の処理が施されている。例えば、ＳｉＯ２膜を成膜するためにＳｉＨ４ガスがＮ２Ｏ等の酸化剤と共にチャンバーに供給される場合、現在一般に実施されている熱による処理方法は、チャンバーからの排ガスを高温下に於いて空気（酸素）で燃やしてＳｉＯ２の粉にし安定化する。この粉を取り除くともに、過剰に加熱された排ガス処理装置および排気配管を冷却するため、例えば、反応室内に大量の空気を吹き込んでＳｉＯ２の粉を吹き飛ばし同時に冷却を行う方法や、水でＳｉＯ２の粉を流し、あわせて冷却を行う方法が使用されている。しかし、これらの方法はいずれも、空気供給配管、排気配管、排水配管、排水処理など各種大掛かりな設備を必要とする。なお、デポジションガスの処理方法の例は、下記の特許文献２に開示されている。
【特許文献１】特許第２７５５４７１号
【特許文献２】特開平１０−１６９９５９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、半導体製造装置からの排ガスを簡便に処理できる方法及び装置を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
一つの側面において、本発明は排ガス処理方法に関する。この方法は、半導体製造装置から排出される被処理ガスに所定の添加ガスを混合して加熱する。添加ガスには、ハロゲン元素及び水素が含まれている。
【０００９】
添加ガスは炭素を含まないことが好ましい。炭素が含まれていると、加熱によって単体の炭素が生成され、被処理ガスと添加ガスとの混合ガスを収容する装置（反応管等）の内壁に炭素が付着する可能性がある。その場合、一定期間毎に処理を停止し、付着した炭素を取り除く必要が生じる。
【００１０】
添加ガスとしては、特にＨＣｌガスが好ましい。ＨＣｌガスは安価で扱いが容易であり、特に不燃性であるため高温環境下でも安全である。したがってＨＣｌは本発明の排ガス処理方法に非常に適している。
【００１１】
被処理ガスがフッ素化合物、又は水素を有する珪素化合物を含んでいる場合に本発明は特に有効である。
【００１２】
フッ素化合物は半導体製造プロセスでのエッチング工程に用いられる。このようなフッ素化合物としては、ＣＦ４等のパーフルオロカーボン（ＰＦＣ）や、ハイドロフルオロカーボン（ＨＦＣ）など、Ｃ−Ｆ結合を有する化合物や、ＮＦ３、ＳＦ６等が代表的である。本発明はこれらのフッ素化合物のいずれを含有する被処理ガスに対しても有効である。
【００１３】
水素を有する珪素化合物は、半導体製造プロセスでのデポジション（成膜）工程に用いられる。このような珪素化合物としては、ＳｉＨ４、Ｓｉ２Ｈ６、ＴＥＯＳ{(Ｓｉ(ＯＣ２Ｈ５)４},トリメチルシラン{(ＣＨ３)３ＳｉＨ}などが代表的である。本発明はこれらの珪素化合物のいずれを含有する被処理ガスに対しても有効である。
【００１４】
被処理ガスがフッ素化合物を含んでいる場合、加熱によって被処理ガス及び添加ガス中の元素が個々に解離すると、被処理ガスから解離したＦは、添加ガスから解離したＨと優先的に結合する。これにより、ＨＦが生成される。これは、Ｈ−Ｆ結合の結合エネルギーが極めて高く、安定なためである。したがって、ＨＦが再び分解して元の結合に戻る可能性は低い。ＨＦであればスクラバの水に溶解させて回収することができる。このようにして効率よく被処理ガスが分解される。また、フッ素化合物のフッ素と結びついていた元素（例えばＣＦ４であればＣ）は、添加ガスから解離したハロゲン元素と結合し、それによってハロゲン化物が生成される。ハロゲン化物は、スクラバにて液体又は固体として回収できる。
【００１５】
被処理ガスに含まれるフッ素化合物は、Ｃ−Ｆ結合を有していてもよい。Ｃ−Ｆ結合を有するフッ素化合物は一般に分解が難しく、特にＣＦ４は極めて安定である。しかし、本発明はそのようなＣ−Ｆ結合を有するフッ素化合物をも簡素な設備を用いて分解・回収することができる。
【００１６】
被処理ガスがＣ−Ｆ結合を有するフッ素化合物を含む場合、添加ガスから解離したハロゲン元素とフッ素化合物から解離したＣとが結合することにより化合物（例えばＣＣｌ４）が生成される。これにより、Ｃ単体の存在割合が極めて低くなるため、加熱が行われる設備（反応管等）の内壁にカーボンが付着することを防ぐことができる。
【００１７】
一方、被処理ガスが水素を有する珪素化合物を含み、添加ガスがハロゲン元素としてＣｌを含んでいる場合、加熱によって被処理ガス及び添加ガス中の元素が個々に解離すると、被処理ガスから解離したＳｉは、添加ガスから解離したＣｌと優先的に結合する。これにより、Ｓｉ−Ｃｌ結合を有する化合物、例えばＳｉＣｌｘ（ｘ＝１〜４）が生成される。これはＳｉ−Ｃｌ結合のエネルギーがＳｉ−Ｈ結合のエネルギーより遥かに高いからである。したがって、Ｓｉ−Ｃｌ結合を有する化合物がＳｉＨ４等、水素を有する珪素化合物に再び戻る可能性は低い。ＳｉＣｌｘはハロゲン化物質でありスクラバにて回収できる。
【００１８】
別の側面において、本発明は、排ガス処理装置に関する。この装置は、半導体製造装置から排出される被処理ガスに所定の添加ガスを混合するガス混合手段と、被処理ガス及び添加ガスをガス混合手段から受け取る反応室と、反応室の内部を加熱する手段と、を備えている。添加ガスには、ハロゲン元素及び水素が含まれている。
【００１９】
本発明の排ガス処理装置は、反応室に接続されたスクラバをさらに備えていてもよい。
【００２０】
本発明の他の排ガス処理方法は、半導体製造装置から排出される被処理ガスに所定の添加ガスを混合して加熱する。被処理ガスは、水素を有する珪素化合物を含んでいる。添加ガスはハロゲン元素を含んでいる。添加ガスは、Ｃｌ２またはＦ２が好ましい。
【００２１】
本発明の他の排ガス処理装置は、半導体製造装置から排出される被処理ガスに所定の添加ガスを混合するガス混合手段と、被処理ガス及び添加ガスをガス混合手段から受け取る反応室と、反応室の内部を加熱する手段と、を備えている。被処理ガスは水素を有する珪素化合物を含んでいる。添加ガスはハロゲン元素を含んでいる。この排ガス処理装置は、反応室に接続されたスクラバをさらに備えていてもよい。
【発明の効果】
【００２２】
本発明によれば、半導体製造装置から排出されるガスを、ハロゲン元素及び水素を含むガスと混合して加熱するという簡便な手順で処理できる。
【００２３】
また、被処理ガスがフッ素化合物、特に処理の難しいＣＦ４を含む場合であっても、ハロゲン元素及び水素を含む添加ガスを被処理ガスに混合することにより、１５００℃以下、例えば１２００℃程度の温度下での加熱でも被処理ガスを十分に分解できる。
【００２４】
さらに、本発明は、被処理ガスがフッ素化合物を含有するエッチングガスやクリーニングガスであっても、水素を有する珪素化合物（ＳｉＨ４等）を含有するデポジションガスであっても、処理することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
以下、添付図面を参照しながら本発明の実施形態を詳細に説明する。なお、図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。
【００２６】
図１は、本実施形態の排ガス処理装置１を示す概略図である。排ガス処理装置１は、半導体製造装置３から排出される排ガス３０を処理するためのものである。排ガス処理装置１は、半導体製造装置３のガス排出口に排気ポンプ２を介して接続されている。半導体製造装置３は、例えば、ＣＶＤ装置、ドライエッチング装置、これらを組み合わせて接続・配置されたマルチチャンバー型の半導体製造装置等である。
【００２７】
排ガス処理装置１は、反応管１０、ガス供給源１２、ポンプ１４、スクラバ１６およびヒータ１８を含んでいる。
【００２８】
反応管１０は、酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）から構成されている。反応管１０の両端には、ガス流入口１０ａおよびガス排出口１０ｂが設けられている。ガス流入口１０ａには、排ガス流入管２０の一端が接続されている。排ガス流入管２０の他端は排気ポンプ２に接続されている。したがって、排ガス流入管２０には半導体製造装置３から排出された排ガス３０が流れる。
【００２９】
排ガス流入管２０には、添加ガス供給管２１を介してガス供給源１２が接続されている。ガス供給源は、添加ガス３２を供給する。排ガス流入管２０、ガス供給管２１およびガス供給源１２は、排ガス３０に添加ガス３２を混合するための手段である。これにより、排ガス流入管２０内で排ガス３０と添加ガス３２とが混合される。ヒータ１８は反応管１０の外側面を取り囲むように配置されており、反応管１０を外側から加熱する。なおここでは加熱方法としてヒータ１８を用いた例を示しているが、火炎による加熱方法を採用してもよい。また、本実施形態では、反応管１０の内部に、温度計測用の熱電対１９が設置されている。
【００３０】
混合ガス３４は、ガス流入口１０ａを通じて反応管１０に入り、ヒータ１８によって加熱される。熱反応による生成物を含むガス３６は、ポンプ１４によってガス排出口１０ｂから排出され、スクラバ１６に送られる。
【００３１】
反応管１０内に供給されるガスは、排ガスと添加ガスのみであり、空気（酸素）等の供給は不要である。すなわち、反応管１０内では、少なくとも意図的には空気（酸素）を混入しない状態で排ガスと添加ガスの混合ガスが加熱される。
【００３２】
以下では、排ガス処理装置１を用いて半導体製造装置３からの排ガスを処理する例を説明する。ここでは、ガス供給源１２から供給される添加ガスとして、ハロゲン化水素であるＨＣｌを用いる。他にＨＩ，ＨＢｒ等を用いてもよい。ハロゲン化水素に換えて、ハロゲン元素ガス及び水素ガスを添加ガスとしてもよいが、ハロゲン化水素は水素を有し、かつ不燃性で取り扱いも容易であるため、より好ましい。ただし、ハロゲン化水素のうちＨＦは添加ガスとして適当ではない。Ｈ−Ｆの結合エネルギーが高いため、ＨＦは安定であり、したがって加熱による分解が難しいからである。
【００３３】
本実施形態では、反応管１０の内圧は大気圧とし、内部温度は１４５０℃とした。反応管１０の内部温度は、好ましくは１２００℃以上である。
【００３４】
まず、半導体製造装置３より排出される排ガス３０、即ち被処理ガスにＣＦ４が含まれる場合について説明する。ＣＦ４はエッチングやクリーニングで使用されるフッ素化合物の一つである。
【００３５】
排ガス流入管２０には、ポンプ２によって半導体製造装置３から排気されたＣＦ４を含む排ガス３０と、ガス供給源１２から供給されるＨＣlガス３２とが流れ込む。これにより、排ガス３０とＨＣｌガス３２とが排ガス流入管２０内で混合され、混合ガス３４が生成される。混合ガス３４は、ガス流入口１０ａを通じて反応管１０に入り、ヒータ１８によって加熱される。
【００３６】
混合ガス３４は、ヒータ１８によって与えられた熱エネルギーにより励起される。これに応じて、ＣＦ４のＣ−Ｆ結合はＨＣｌによって水素化され、より高い結合エネルギーのＨ−Ｆ結合を有するＨＦになり安定化する。一方、ＣＣｌ、ＣＨなど、他の結合を有する物質も生成されるが、これらの結合は不安定である。
【００３７】
一般に、半導体製造装置３から排出される排ガスは窒素ガスで希釈されており、その中に含まれるＣＦ４の濃度は１％程度と低い。ＨＦ以外の不安定な結合を有する物質は、不安定ゆえに反応管１０の内壁に付着しやすい性質を持つが、窒素の割合が高いため、ほとんどは付着せずに窒素の流れに乗って下流に流される。
【００３８】
下流のスクラバ１６では、流れてきたガスに対しシャワー状に水が掛けられる。その結果ＨＦ等の水に溶ける物質は水に溶け、水に溶けない物質もほぼ全て液体または固体として水中に混在する。その結果、スクラバ１６からこの水を取り出すことにより、ＣＦ４の分解により生じたＨＦおよび他の物質が水とともに回収される。
【００３９】
次に、半導体製造装置３より排出される排ガス３０、即ち被処理ガスにＳｉＨ４が含まれる場合について説明する。ＳｉＨ４は、デポジションで使用される、水素を有する珪素化合物の一つである。ＳｉＨ４は毒性、可燃性を有しているため、大気への排出は規制されている。
【００４０】
排ガス流入管２０には、ポンプ２によって半導体製造装置３から排気されたＳｉＨ４を含む排ガス３０と、ガス供給源１２から供給されるＨＣｌガス３２とが流れ込む。これにより、排ガス３０とＨＣｌガス３２とが排ガス流入管２０内で混合され、混合ガス３４が生成される。混合ガス３４は、ガス流入口１０ａを通じて反応管１０に入り、ヒータ１８によって加熱される。
【００４１】
混合ガス３４は、ヒータ１８によって与えられた熱エネルギーにより励起される。これに応じて、ＳｉＨ４中のＳｉがハロゲン元素であるＣｌと反応して、より高い結合エネルギーのＳｉ−Ｃｌ結合を有する化合物（ＳｉＣｌ４等）となり安定化する。また、ＳｉＨ４中のＨ同士が結合して、より高い結合エネルギーのＨ−Ｈ結合を有する物質（Ｈ２）になり安定化する。一方、他の結合を有する物質も生成されるがこれらの結合は不安定である。
【００４２】
前述のように、一般に半導体製造装置３から排出される排ガスは窒素ガスで希釈されており、その中に含まれるＳｉＨ４の濃度は１％程度と低い。不安定な結合を有する物質は、不安定ゆえに反応管１０の内壁に付着しやすい性質を持つが、窒素の割合が高いため、ほとんどは付着せずに窒素の流れに乗って下流に流される。
【００４３】
下流のスクラバ１６では、流れてきたガスに対しシャワー状に水が掛けられる。その結果、水に溶ける物質は水に溶け、水に溶けない物質もほぼ全て液体又は固体として水中に混在する。ここではＳｉＣｌｘはＳｉＯ２とＨＣｌになり、ＳｉＯ２は固体として水中に混在し、ＨＣｌは水に溶解する。その結果、スクラバ１６からこの水を取り出すことにより、ＳｉＨ４の分解により生じた物質が水とともに回収される。なおＨ２はスクラバでは回収されずそのまま大気へ放出される。
【００４４】
また、ＳｉＨ４等の水素を有する珪素化合物に加えＮ２Ｏ、Ｏ２、Ｏ３等の酸化剤をチャンバー内へ導入する場合や、ＴＥＯＳ等の有機シランの如く珪素化合物自体が酸素を有している場合は、排ガス中に酸素が含まれる。この酸素は上記の反応管１０内における加熱により、排ガス３０中の珪素化合物や添加ガス３２に含まれる水素と結合し、無害なＨ２Ｏに変わる。
【００４５】
このように、本発明により、大掛かりな設備を設けることなく、電気ヒータ等の簡素な装置を用いて達成可能な加熱温度のもとで効率的に排ガスを処理できる。
【００４６】
また、排ガスに含まれる未反応ガスが、エッチングガスやクリーニングガスとして使用されるフッ素化合物でも、デポジションガスとして使用される、水素を有する珪素化合物でも、あるいは双方が混在していても、ハロゲン元素及び水素を含む添加ガスを排ガスと混合し加熱することによって排ガスを処理することができる。
【００４７】
なお、被処理ガスが、水素を有する珪素化合物を含み、フッ素化合物を含まないのであれば、被処理ガスに混合される添加ガスに水素は含まれていなくてもよい。この場合、ハロゲン元素単体のガス、例えばＣｌ２、Ｆ２を被処理ガスに混合して加熱しても、被処理ガスを分解・回収して排ガス処理を行える。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】実施形態の排ガス処理装置を示す概略図である。
【符号の説明】
【００４９】
１…排ガス処理装置、２…排気ポンプ、３…半導体製造装置、１０…反応管、１０ａ…ガス流入口、１０ｂ…ガス排出口、１２…ガス供給源、１４…ポンプ、１６…スクラバ、１９…熱電対、２０…排ガス流入管、２１…添加ガス供給管、３０…半導体製造装置からの排ガス、３２…添加ガス、３４…排ガスと添加ガスの混合ガス、３６…熱反応による生成物を含むガス。
【図１】
2005218911.tif 000003