(57)【要約】【課題】  該捕集手段において効率良く所定の成分を捕集することができる半導体製造装置を提供する。【解決手段】  半導体製造装置は、チャンバ１と、チャンバ１内に処理ガスを導入して半導体基板７の処理プロセスを行なう処理手段と、チャンバ１内のガスを排気する排気手段とを備え、排気手段は、排気ポンプとしてのドライスクロールポンプ２と、ドライスクロールポンプ２を介してチャンバ１と接続され、排気手段によって排気されるガス中に含まれる所定の成分（たとえばリンなど）を捕集する捕集手段としての排気トラップ５（５ａ，５ｂ）とを備える。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
チャンバと、
前記チャンバ内に処理ガスを導入して半導体基板の処理プロセスを行なう処理手段と、
前記チャンバ内のガスを排気する排気手段とを備え、
前記排気手段は、排気ポンプと、該排気ポンプを介して前記チャンバと接続され、前記排気手段によって排気されるガス中に含まれる所定の成分を捕集する捕集手段とを備えた半導体製造装置。
【請求項２】
複数の前記捕集手段を並列に接続した、請求項１に記載の半導体製造装置。
【請求項３】
前記捕集手段は前記チャンバからの排出ガスを冷却する冷却手段を有する、請求項１または請求項２に記載の半導体製造装置。
【請求項４】
前記排気手段は前記チャンバと前記捕集手段との間に加熱手段をさらに備える、請求項１から請求項３のいずれかに記載の半導体製造装置。
【請求項５】
前記半導体基板の薄膜形成プロセスまたは結晶成長プロセスに用いる、請求項１から請求項４のいずれかに記載の半導体製造装置。
【請求項６】
前記処理ガスはリンを含む、請求項１から請求項５のいずれかに記載の半導体製造装置。
【請求項７】
チャンバと、
前記チャンバ内に処理ガスを導入して半導体基板の処理プロセスを行なう処理手段と、
前記チャンバ内のガスを排気する排気ポンプと、
前記排気ポンプによる前記ガスの排気経路に設けられ、前記処理手段による処理時の前記チャンバ内の圧力よりも高圧とされ、前記排気ポンプによって排気されるガス中に含まれる所定の成分を捕集する捕集手段とを備えた半導体製造装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体製造装置に関し、特に、チャンバ内のガスを排気する排気手段を備えた半導体製造装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
チャンバ内において半導体装置の処理を行なう際には、たとえばリン系のガスであるホスフィン（ＰＨ３）などの処理ガスが用いられる。ここで、半導体装置の処理に寄与しなかった処理ガス（分解されなかった未処理ガスと、処理ガスが分解されて生成された生成物とを含む）は、排気手段によってチャンバ外へと排出される。
【０００３】
ここで、排気ポンプなどにおいて、上記の処理ガス内に含まれる成分が固化、堆積して、排気手段の機能やメンテナンス性などに影響を及ぼす場合がある。
【０００４】
これに対し、上記の排気手段を備えた半導体製造装置の従来の例としては、たとえば特開平６−２２４１３４号公報（従来例１）、特開平８−８３７７３号公報（従来例２）、および特開平１０−１１３５３２号公報（従来例３）に記載されたものなどが挙げられる。
【０００５】
従来例１においては、結晶成長を行なう成長管から排ガス配管にかけての通路に堆積したリン系の堆積物を加熱し、これを揮発させる加熱揮発手段と、ここで揮発した堆積物を析出させて捕集する捕集手段とを備えた気相結晶成長装置が開示されている。併せて、加熱揮発手段の代わりに、堆積物中に含まれる黄リンを、発火点の高い赤リンに変化させる加熱手段を設けた気相結晶成長装置も開示されている。
【０００６】
従来例２においては、反応炉とガス排出手段との間に、概ね−６０℃以下に保たれたコールドトラップ手段を設けた薄膜形成装置が開示されている。
【０００７】
従来例３においては、排出ガスの冷却を行なうケース内部を仕切り板によって複数の冷却室に分割するとともに、これらの仕切り板に貫通孔と、冷却室の内部に整流板を設けることにより、排出ガスに対する冷却能力を向上させた有害物除去装置が開示されている。
【０００８】
図２は、特開２００３−４５８６１号公報（従来例４）に記載された半導体製造装置の構成を示す図である。
【０００９】
従来例４において開示された半導体製造装置は、図２に示すように、半導体基板の処理を行う反応管１０１を具備し、この前記反応管１０１に接続された原料ガスを導入するガス導入系（図示ぜず）と、この反応管１０１に接続された原料ガスを排出する排気系統１０３とを含む。
【００１０】
図２中において、排気ガスは矢印の方向に運搬される。排気系統１０３は、２系統の排気系統１０３ａ，１０３ｂからなり、排気系統１０３ａ，１０３ｂ各々について、上流側から開閉バルブ１０６ａ，１０６ｂと、排気トラップ１０５ａ，１０５ｂとが、排気配管１０６によって接続されている。この２系統の排気系は、切り換えバルブ１０６ｃで合流し、真空ポンプ１０２に達するように排気配管１０６によって接続される。この構成により排気ガスが外部に放出される。
【００１１】
排気トラップ１０５ａ，１０５ｂは、前後の排気用配管との接続および切り離しが容易なように、それぞれ両側にカプラ１０８（１０８ａ，１０８ｂ，１０８ｃ，１０８ｄ）を有する。
【００１２】
以上のように、この半導体製造装置は、半導体基板の処理に寄与しなかった特定の副生成物を、排気トラップ１０５ａ，１０５ｂに堆積させることを意図した構造となっている。たとえば、ホスフィンを原料ガスに使用した場合、水冷排気トラップ１０５ａ，１０５ｂはリントラップ装置として機能する。
【特許文献１】特開平６−２２４１３４号公報
【特許文献２】特開平８−８３７７３号公報
【特許文献３】特開平１０−１１３５３２号公報
【特許文献４】特開２００３−４５８６１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
しかしながら、上記のような半導体製造装置においては、以下のような問題があった。
【００１４】
近年、スループット向上の観点などから、半導体製造装置が大型化しており、それに伴い排気ポンプも大型化しつつある。この結果、排気配管内のガス流速が高速化する傾向にある。
【００１５】
これに対し、従来の半導体製造装置においては、排気ガスが排気トラップを通過する間に、排気ガス中の所定の成分を該トラップ内に堆積させる機能が十分でない場合がある。この結果、排気トラップにおいて捕集すべき成分が、該排気トラップを通過した後の排気ガスにも含まれることとなり、排気トラップよりも下流側において、広い範囲の排気配管に生成物が堆積することとなる。この場合、堆積物を除去するにあたり、装置を長時間停止する必要があり、スループットが向上しないという問題がある。
【００１６】
なお、図２に示す構造においては、２系統の排気配管を備えることにより、１系統をメンテナンスのために取り外した場合も、他方の系統の排気配管を用いることにより、継続して装置を作動させることができる。しかしながら、上記のように排気トラップよりも下流側の広い範囲に生成物が堆積することにより、その機能を発揮できない場合がある。
【００１７】
上記とは別の観点から、排気トラップの冷却手段による冷却温度を低下させるという方法が考えられるが、この場合は、たとえば液体窒素などの高価な冷媒が必要になり、結果としてコスト高となる。
【００１８】
さらに別の観点から、排気配管を大口径化して、排気ガスの流速を低減するという方法が考えられるが、この場合は、配管内の熱伝導性が低下し、結果としてガスの冷却効率が低下する。
【００１９】
本発明は、上記のような問題に鑑みてなされたものであり、本発明の目的は、該捕集手段において効率良く所定の成分を捕集することができる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】
【００２０】
本発明に係る半導体製造装置は、１つの局面では、チャンバと、チャンバ内に処理ガスを導入して半導体基板の処理プロセスを行なう処理手段と、チャンバ内のガスを排気する排気手段とを備え、排気手段は、排気ポンプと、該排気ポンプを介してチャンバと接続され、排気手段によって排気されるガス中に含まれる所定の成分を捕集する捕集手段とを備える。
【００２１】
これにより、捕集手段における排気ガスの流速を低減することができるので、該捕集手段において効率良く所定の成分を捕集することができる。
【００２２】
複数の捕集手段を並列に接続することが好ましい。
【００２３】
これにより、捕集手段における排気ガスの流速をさらに低減することができる。
【００２４】
捕集手段はチャンバからの排出ガスを冷却する冷却手段を有することが好ましい。
【００２５】
これにより、捕集手段において排気ガス中の所定の成分が固化しやすくなるので、該捕集手段において効率良く所定の成分を捕集することができる。
【００２６】
排気手段はチャンバと捕集手段との間に加熱手段をさらに備えることが好ましい。
【００２７】
これにより、チャンバと捕集手段との間で排気ガス中の所定の成分が固化しにくくなるので、該捕集手段において効率良く所定の成分を捕集することができる。
【００２８】
上記の半導体製造装置を半導体基板の薄膜形成プロセスまたは結晶成長プロセスに用いることが好ましい。
【００２９】
半導体基板の薄膜形成プロセスまたは結晶成長プロセスにおいては、半導体基板の処理に寄与しない処理ガスが比較的多く発生するので、捕集手段において効率良く所定の成分を捕集することによる効果が大きい。
【００３０】
上記の処理ガスとしては、リンを含むものが考えられる。
【００３１】
リン系の副生成物は、取扱いに特に慎重を期す必要がある。これに対し、上記の半導体製造装置を用いることで、この副生成物などを、捕集手段において集中して捕集することができるので、取扱いが容易となる。
【００３２】
本発明に係る半導体製造装置は、他の局面では、チャンバと、チャンバ内に処理ガスを導入して半導体基板の処理プロセスを行なう処理手段と、チャンバ内のガスを排気する排気ポンプと、排気ポンプによるガスの排気経路に設けられ、処理手段による処理時のチャンバ内の圧力よりも高圧とされ、排気ポンプによって排気されるガス中に含まれる所定の成分を捕集する捕集手段とを備える。
【００３３】
これにより、捕集手段における排気ガスの流速を低減することができるので、該捕集手段において効率良く所定の成分を捕集することができる。
【発明の効果】
【００３４】
本発明によれば、半導体製造装置の排気経路に含まれる捕集手段において、排気ガスの流速を低減することができ、該捕集手段において効率良く所定の成分を捕集することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３５】
以下に、本発明に基づく半導体製造装置の実施の形態について、図１を用いて説明する。
【００３６】
図１は、本実施の形態に係る半導体製造装置の構成を示した図である。
【００３７】
本実施の形態に係る半導体製造装置は、図１に示すように、チャンバ１と、チャンバ１内に処理ガスを導入して半導体基板７の処理プロセスを行なう処理手段（図示せず）と、チャンバ１内のガスを排気する排気手段とを備え、排気手段は、排気ポンプとしてのドライスクロールポンプ２と、ドライスクロールポンプ２を介してチャンバ１と接続され、排気手段によって排気されるガス中に含まれる所定の成分（たとえばリンなど）を捕集する捕集手段としての排気トラップ５（５ａ，５ｂ）とを備える。
【００３８】
図１において、処理ガスは矢印の方向に運搬される。なお、チャンバ１よりも下流側における処理ガス（排気ガス）は、分解されなかった未処理ガスと、処理ガスが分解されて生成された生成物とを含む。
【００３９】
チャンバ１と、ドライスクロールポンプ２と、排気トラップ５（５ａ，５ｂ）とは、排気配管６によって接続されている。排気配管６は、ドライスクロールポンプ２と排気トラップ５（５ａ，５ｂ）との間で２系統に分岐し、排気トラップ５（５ａ，５ｂ）の下流側で再度合流する。そして、排気配管６は、未反応の処理ガスの除害を行なう除害塔４を介して外部へと通じる。
【００４０】
なお、上記の分岐箇所および合流箇所に切り換えバルブを設置し、排気トラップ５ａ，５ｂのうち一方のメンテナンス（堆積物の除去など）を行なう際に、他方の排気トラップを含む排気系統のみを用いて装置を連続運転できる構造としてもよい。
【００４１】
チャンバ１内においては、半導体基板の処理（たとえばエッチング、薄膜形成など）が行なわれるが、この際、チャンバ１内は大気圧よりも圧力が小さい減圧状態である。これに対し、ドライスクロールポンプ２の下流側の排気配管６内は、ほぼ大気圧に近い圧力となる。したがって、ドライスクロールポンプ２の下流側においては、上流側と比べて、排気ガスの流速が低減される。
【００４２】
ここで、排気トラップ５をドライスクロールポンプ２よりも下流側に設置することで、排気トラップ５における排気ガスの流速を低減することができる。この結果、排気トラップ５において効率良く所定の成分を捕集することができる。
【００４３】
図１において、複数（２つ）の排気トラップ５（５ａ，５ｂ）は、ドライスクロールポンプ２に対し並列に接続されている。
【００４４】
排気トラップ５を並列に２つ備えることにより、１つの排気トラップの場合と比べて、排気トラップ５における排気ガスの流速を半分にすることができる。
【００４５】
なお、複数のドライスクロールポンプを用い、排気トラップ５（５ａ，５ｂ）を、別々のドライスクロールポンプを介してチャンバ１に並列に接続する構造としてもよい。
【００４６】
図１において、排気トラップ５ａ，５ｂは、チャンバ１からの排出ガスを冷却する冷却手段としての水冷配管９を各々有している。
【００４７】
これにより、排気トラップ５ａ，５ｂにおいて排気ガス中の所定の成分が固化しやすくなるので、排気トラップ５ａ，５ｂにおいて効率良く所定の成分を捕集することができる。
【００４８】
図１において、排気手段はチャンバ１と排気トラップ５（５ａ，５ｂ）との間に加熱手段としての配管ヒータ８を備えている。
【００４９】
これにより、排気ガスがチャンバ１から排気トラップ５ａ，５ｂに達するまでの間に、排気ガス中の所定の成分が固化しにくくなるので、排気トラップ５ａ，５ｂにおいて効率良く所定の成分を捕集することができる。
【００５０】
上記の半導体製造装置の構成は、半導体装置の製造に用いる任意の装置に適用可能であるが、特に、半導体基板の薄膜形成プロセスまたは結晶成長プロセスに用いることが好ましい。
【００５１】
半導体基板の薄膜形成プロセスまたは結晶成長プロセスにおいては、半導体基板の処理に寄与しない処理ガスが比較的多く発生するので、排気トラップ５において効率良く所定の成分を捕集することによる効果が大きい。
【００５２】
上記の処理ガスとしては、リンを含むものが考えられる。
【００５３】
リン系の副生成物は、取扱いに特に慎重を期す必要がある。これに対し、上記の半導体製造装置を用いることで、この副生成物などを、排気トラップ５において集中して捕集することができるので、取扱いが容易となる。
【００５４】
上述した半導体製造装置の構成について換言すると以下の通りとなる。すなわち、本実施の形態に係る半導体製造装置は、チャンバ１と、チャンバ１内に処理ガスを導入して半導体基板の処理プロセスを行なう処理手段（図示せず）と、チャンバ１内のガスを排気するドライスクロールポンプ２（排気ポンプ）と、ドライスクロールポンプ２によるガスの排気経路に設けられ、上記処理手段による処理時のチャンバ１内の圧力よりも高圧とされ、ドライスクロールポンプ２によって排気されるガス中に含まれる所定の成分（たとえばリンなど）を捕集する排気トラップ５ａ，５ｂ（捕集手段）とを備える。
【００５５】
以下に、上述した内容に関し、実際に半導体製造装置を作動させる場合について、さらに具体的に説明する。
【００５６】
本実施の形態においては、上記処理ガスの一例として、ホスフィン（ｐｈｏｓｐｈｉｎｅ；ＰＨ３）、トリメチルインジウム（ＴＭＩｎ；Ｔｒｉｍｅｔｈｙｌ  Ｉｎｄｉｕｍ）を含む原料ガスと、水素（Ｈ２）を含むキャリアガスとを混ぜ合わせたものを使用する。この処理ガスは、チャンバ１内に導入され、チャンバ１内に載置された半導体基板７の一例としてのインジウムリン（ＩｎＰ）ウエハに供給される。このウエハは、たとえば５００℃以上８００℃以下程度に加熱されていて、ウエハ上に供給された原料ガスは加熱分解され、ウエハ上でインジウムリンが結晶成長される。
【００５７】
その後、加熱分解はされたが、上記の結晶成長に寄与しなかったリンとインジウム（加熱生成物）は、加熱分解されなかった未反応の原料ガスおよびキャリアガスとともに、チャンバ１の下部からドライスクロールポンプ２により高速に真空排気され、排気配管６を介して排気トラップ５ａ，５ｂに達する。なお、加熱生成物に含まれる割合としては、インジウムよりもリンの方が大きい。
【００５８】
このとき、ドライスクロールポンプ２の上流側においては、排気ガスの流速が速く、チャンバ１とドライスクロールポンプ２との間の排気配管６は、配管ヒータ８により常時６０℃以上８０℃以下程度に加熱されているので、排気ガスに含まれるリンとインジウム（加熱生成物）は、急速に冷却されることなくドライスクロールポンプ２に達する。
【００５９】
ドライスクロールポンプ２を通過した排気ガスは、その圧力が減圧状態から大気圧に変換され、流速は急激に低減される。さらに、ドライスクロールポンプ２とトラップ５間において、排気配管６は排気抵抗が等しい２系統に分岐する。これにより、ガス流速はさらに低下する。
【００６０】
ここで、ドライスクロールポンプ２自体の発熱により、該ポンプの温度は６０℃以上８０℃以下程度に保たれており、また、ドライスクロールポンプ２とトラップ５ａ，５ｂと間の排気配管６についても、配管ヒータ８によって６０℃以上８０℃以下程度に加熱されている。これにより、リンとインジウム（加熱生成物）を含む排気ガスは、急速に冷却されることなく排気トラップ５ａ，５ｂに達する。
【００６１】
排気トラップ５ａ，５ｂ内には水冷配管９が通され、該トラップ内は常時２０℃程度の温度に冷却されている。排気トラップ５ａ，５ｂに達したリンとインジウム（加熱生成物）を含む排気ガスは、十分そのガス流速が低下しているので、排気トラップ５ａ，５ｂ内部を通過する間に十分に冷却され、リン系生成物などを排気トラップ５ａ，５ｂ内に固化堆積させることができる。
【００６２】
上記装置構成において、排気トラップ５ａ，５ｂ（容積は約８リットル程度）内のガス流速を２５リットル／分以下程度に抑制することができ、排気トラップ５ａ，５ｂ内のみにリン系生成物を固化堆積させ、排気トラップ５ａ，５ｂよりも下流側の排気配管６中に、リン系生成物を堆積させないようにすることができる。
【００６３】
なお、本実施の形態においては、原料ガスとしてホスフィンを使用したが、たとえばターシャリブチルホスフィン（ＴＢＰ；Ｔｅｒｔｉａｒｙ  Ｂｕｔｙｌ  ＰＨ３）あるいはトリメチルホスフィン（ＴＭＰ；Ｔｒｉｍｅｔｈｙｌ  ＰＨ３）など、その他のガスを使用しても同様の効果が期待できる。
【００６４】
以上、本発明の実施の形態について説明したが、今回開示された実施の形態は全ての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内での全ての変更が含まれることが意図される。
【図面の簡単な説明】
【００６５】
【図１】本発明の１つの実施の形態に係る半導体製造装置の構成を示した図である。
【図２】従来の半導体製造装置の構成の一例を示した図である。
【符号の説明】
【００６６】
１  チャンバ、２  ドライスクロールポンプ、４  除害塔、５ａ，５ｂ，１０５ａ，１０５ｂ  排気トラップ、６，１０６  排気配管、１０６ａ，１０６ｂ  開閉バルブ、１０６ｃ  切り換えバルブ、７  半導体基板、８  配管ヒータ、９  冷却配管、１０２  真空ポンプ、１０８ａ〜１０８ｄ  カプラ。
【図１】
2005093526.tif 000003
【図２】
2005093526.tif 000004