JP4037751B2

JP4037751B2 - 排ガスの乾式除害装置及び方法

Info

Publication number: JP4037751B2
Application number: JP2002372110A
Authority: JP
Inventors: 香代百田; 佐藤美鈴; 孝子木村
Original assignee: レール・リキード−ソシエテ・アノニム・プール・レテュード・エ・レクスプロワタシオン・デ・プロセデ・ジョルジュ・クロード
Priority date: 2002-12-24
Filing date: 2002-12-24
Publication date: 2008-01-23
Anticipated expiration: 2022-12-24
Also published as: JP2004202312A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、処理装置から排出される、有機金属化合物とオゾンとを含む排ガスを処理するための乾式除害装置に関し、特に、半導体処理システムの排気系に設置するのに好適な排ガスの除害装置に関する。なお、ここで、半導体処理とは、半導体ウエハやＬＣＤ基板等の被処理基板上に半導体層、絶縁層、導電層等を所定のパターンで形成することにより、該被処理基板上に半導体デバイスや、半導体デバイスに接続される配線、電極等を含む構造物を製造するために実施される種々の処理を意味する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体ウエハ上にシリコン酸化膜を形成する成膜処理として、ＴＥＯＳ（テトラエチルオルソシリケート：tetraethylorthosilicate：（ＯＣ₂Ｈ₅）₄Ｓｉ）を含む第１のガスと、オゾン（Ｏ₃）を含む第２のガスとを使用する熱ＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）が知られている。ＴＥＯＳとＯ₂との反応だけでは、実用的なシリコン酸化膜を得るためには６００〜６５０℃の温度が必要であるが、Ｏ₂中にＯ₃を数％含ませることで、４００℃以下での成膜が可能となる。また、この成膜処理は、ステップカバレッジに優れるという利点も有する。
【０００３】
従来、この種の成膜処理で排出される、有機金属化合物とオゾンとを含む排ガスを乾式除害方法で処理するため、酸化銅や酸化マンガンなどの金属酸化物が吸着剤として使用されている。しかし、有機金属化合物に対するこの種の吸着剤の吸着能力はそれほど高いとはいえない。また、吸着剤上に有機金属化合物が過剰に吸着されると、吸着剤の温度が急速に上昇する。更に、吸着された有機金属化合物とオゾンとが激しく反応し、発火に至る危険性がある。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、かかる従来技術の問題点に鑑みてなされたものであり、処理装置から排出される、有機金属化合物とオゾンとを含む排ガスを処理するための乾式除害装置或いは方法において、除害処理能力と安全性との両者を向上させることを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明の第１の視点は、処理装置から排出される、有機金属化合物とオゾンとを含む排ガスを処理するための乾式除害装置であって、
前記処理装置からの前記排ガスを通す第１気密室と、
前記排ガス中のオゾンを分解するため、前記第１気密室内の前記排ガスを加熱するヒータと、ここで、前記排ガスは８０〜３００℃の第１温度で１秒〜３０分の時間に亘って加熱されることと、
前記第１気密室で処理した後の前記排ガスを通す第２気密室と、
前記排ガス中の有機金属化合物を吸着するため、前記第２気密室内に収納された固相状態の吸着剤と、
を具備することを特徴とする。
【０００６】
本発明の第２の視点は、第１の視点の装置において、前記吸着剤は活性炭を主成分として含むことを特徴とする。
【０００７】
本発明の第３の視点は、第１または第２の視点の装置において、前記第１温度は２００〜３００℃であり、前記排ガスは１０秒〜１分の時間に亘って加熱されることを特徴とする。
【０００８】
本発明の第４の視点は、処理装置から排出される、アルキルシラン若しくはアルコキシルシラン及びその分解生成物を主成分とする有機金属化合物とオゾンとを含む排ガスを処理するための乾式除害装置であって、
前記処理装置からの前記排ガスを通す第１気密室と、
前記排ガス中のオゾンを分解するため、前記第１気密室内の前記排ガスを加熱するヒータと、ここで、前記ヒータは、前記第１気密室の出口における前記排ガス中のオゾン濃度が１％以下となるように、前記排ガスを加熱することと、
前記第１気密室で処理した後の前記排ガスを通す第２気密室と、
前記排ガス中の有機金属化合物を吸着するため、前記第２気密室内に収納された活性炭を主成分として含む固相状態の吸着剤と、
を具備することを特徴とする。
【０００９】
本発明の第５の視点は、第１乃至第４の視点のいずれかの装置において、前記排ガスを５０℃以下に冷却するため、前記第１気密室と前記第２気密室との間に配設されたクーラを更に具備することを特徴とする。
【００１０】
本発明の第６の視点は、処理装置から排出される、有機金属化合物とオゾンとを含む排ガスを処理するための乾式除害方法あって、
前記処理装置からの前記排ガスを第１気密室に通す工程と、
前記第１気密室内の前記排ガスを加熱して前記排ガス中のオゾンを分解する工程と、ここで、前記排ガスを８０〜３００℃の第１温度で１秒〜３０分の時間に亘って加熱することと、
前記第１気密室で処理した後の前記排ガスを第２気密室に通す工程と、
前記第２気密室内に収納された固相状態の吸着剤により前記排ガス中の有機金属化合物を吸着する工程と、
を具備することを特徴とする。
【００１１】
本発明の第７の視点は、第６の視点の方法において、前記吸着剤は活性炭を主成分として含むことを特徴とする。
【００１２】
本発明の第８の視点は、第６または第７の視点の方法において、前記第１温度は２００〜３００℃であり、前記排ガスを１０秒〜１分の時間に亘って加熱することを特徴とする。
【００１３】
本発明の第９の視点は、処理装置から排出される、アルキルシラン若しくはアルコキシルシラン及びその分解生成物を主成分とする有機金属化合物とオゾンとを含む排ガスを処理するための乾式除害方法あって、
前記処理装置からの前記排ガスを第１気密室に通す工程と、
前記第１気密室内の前記排ガスを加熱して前記排ガス中のオゾンを分解する工程と、ここで、前記第１気密室の出口における前記排ガス中のオゾン濃度が１％以下となるように、前記排ガスを加熱することと、
前記第１気密室で処理した後の前記排ガスを第２気密室に通す工程と、
前記第２気密室内に収納された活性炭を主成分として含む固相状態の吸着剤により前記排ガス中の有機金属化合物を吸着する工程と、
を具備することを特徴とする。
【００１４】
本発明の第１０の視点は、第６乃至第９の視点のいずれかの方法において、前記第１気密室と前記第２気密室との間で前記排ガスを５０℃以下に冷却する工程を更に具備することを特徴とする。
【００１５】
更に、本発明の実施の形態には種々の段階の発明が含まれており、開示される複数の構成要件における適宜な組み合わせにより種々の発明が抽出され得る。例えば、実施の形態に示される全構成要件から幾つかの構成要件が省略されることで発明が抽出された場合、その抽出された発明を実施する場合には省略部分が周知慣用技術で適宜補われるものである。
【００１６】
【発明の実施の形態】
本発明者等は、本発明の開発の過程において、有機金属化合物とオゾンとを含む排ガスを処理するために適した乾式除害装置及び方法について研究を行った。その結果、本発明者等は、以下に述べるような知見を得た。
【００１７】
なお、研究の対象の有機金属化合物は、半導体処理においてオゾンと共に使用される可能性が高い、ＴＥＯＳを含むアルキルシラン（alkylsilane）若しくはアルコキシルシラン（alkoxylsilane）とした。これらの具体的な例は、テトラメトキシシラン（tetramethoxysilane：（ＣＨ₃Ｏ）₄Ｓｉ）、トリエトキシシラン（triethoxysilane：（ＯＣ₂Ｈ₅）₃ＳｉＨ）、トリメチルシラン（trimethylsilane：（ＣＨ₃）₃ＳｉＨ）、テトラメチルシラン（tetramethylsilane：（ＣＨ₃）₄Ｓｉ）、２，４，６，８−テトラメチルシクロテトラシロキザン（2,4,6,8-tetramethylcyclotetrasiloxane：（（ＣＨ₃）ＨＳｉＯ）₄）などである。
【００１８】
［実験１］
アルキルシラン若しくはアルコキシルシランに対する吸着剤の吸着能力を調べるため、図１図示の装置を使用して実験を行った。図１図示のように、吸着剤を収納したカートリッジ１２の上流側にアルキルシラン若しくはアルコキシルシランを含む原料ガスのガス源１４及びＮ₂ガスのガス源１６を接続し、下流側に濃度検出器１８を接続した。カートリッジ１２内に各種の吸着剤を個別に収納し、各吸着剤に対してＮ₂をキャリアガスとして原料ガスを供給し、原料ガス中の有機金属化合物に対する吸着能力を調べた。この際、下記の条件を使用した。
【００１９】
実験条件
原料ガス中の有機金属化合物：ＴＥＯＳ、
ＴＥＯＳの初期濃度：０．２％、
ガス線速：２ｃｍ／ｓｅｃ、
吸着剤重量：１０ｇ。
【００２０】
図２は実験１の実験結果を示す表である。図２において「吸着能力」は吸着剤１ｇにおけるＴＥＯＳの処理能力（ｃｃ／ｇ−ｃａｔ．）を示す。「Ｎ１４０」、「Ｎ１７０Ｂ」、及び「Ｃｕ−１３Ｘ」はズードケミー触媒株式会社の商品名である。「ＭＡＸ−２０」は三井化学株式会社の商品名である。「機能性活性炭」は武田薬品工業株式会社の商品名である。図２に示すように、「Ｎ１４０」、「Ｎ１７０Ｂ」でも１０〜１３ｃｃ／ｇ−ｃａｔ．と、ある程度の吸着能力が得られた。しかし、「機能性活性炭」、「活性炭」では、３３．３ｃｃ／ｇ−ｃａｔ．と、上記の約３倍の吸着能力が得られた。
【００２１】
このように、活性炭はアルキルシラン若しくはアルコキシルシランに対する吸着能力が高い。しかし、活性炭にオゾン（Ｏ₃）を接触させることは、火災が発生する可能性があり非常に高い危険性を伴う。従って、排ガスにオゾンが含まれている場合には、排ガス中からオゾンを除去することが必要となる。なお、排ガス中のオゾン濃度が１％以下であれば、活性炭に排ガスを接触させても安全であると考えられる。
【００２２】
本発明者等は、オゾンを分解する方法として、簡易且つ確実な排ガスの加熱によるオゾンの熱分解に注目した。図３は加熱温度とオゾンの半減期（ｓｅｃ）との関係を示す表である。図３図示のように、加熱温度が５０℃では、オゾン濃度が半分、例えば４％から２％になるのにほぼ一日必要となる。一方、加熱温度が８０℃の場合は、１時間でオゾン濃度が半分になる。更に、加熱温度が２００℃の場合は、８秒でオゾン濃度が半分になる。
【００２３】
［実験２］
排ガスの加熱温度とオゾンの熱分解との関係を更に詳細に調べるため、図４図示の装置を使用して実験を行った。図４図示のように、加熱チャンバ２２の上流側にオゾンジェネレータ２４を接続し、下流側にクーラ２６を介してオゾンモニタ２８を接続した。加熱チャンバ２２の温度を種々変更し、各温度に設定した加熱チャンバ２２にオゾンを含むガスを供給し、オゾンの分解度を調べた。この際、下記の条件を使用した。
【００２４】
実験条件
オゾンの初期濃度：５％、
ガス線速：２ｃｍ／ｓｅｃ、
加熱時間（ガスの加熱チャンバ滞在時間）：７０ｓｅｃ。
【００２５】
図５は実験２の実験結果を示す表である。図５において「温度（℃）、（ｉｎ／ｏｕｔ）」は加熱チャンバ２２の入口及び出口の温度を示す。「オゾン濃度」はオゾンモニタ２８で検出したオゾン濃度（ｐｐｍ）を示す。図５に示すように、加熱チャンバ２２の温度が約２００〜３００℃の場合、処理後のオゾン濃度は数十ｐｐｍ以下となった。この値は、活性炭に排ガスを接触させる場合の安全の目安となる、１％という排ガス中のオゾン濃度に比べて遥かに低いものであった。また、加熱温度が約３００℃では、オゾンの熱分解は殆ど完了しているため、それ以上の加熱は不要であることが判明した。
【００２６】
オゾンの熱分解は、加熱温度だけでなく、加熱時間（加熱環境内の排ガスの滞在時間）に相関する。排ガスの処理を考えた場合、容量の大きな加熱タンクに排ガスを溜めておくことも可能である。一方、装置の小型化を考えた場合、一定の線速を有する排ガスの加熱時間を決定する加熱チャンバ２２の長さや容量は小さいことが望ましい。このような種々の条件を考慮すると、オゾンの熱分解には、排ガスを８０〜３００℃、望ましくは２００〜３００℃の加熱温度で、１秒〜３０分、望ましくは１０秒〜１分の時間に亘って加熱すればよいと考えられる。なお、上述のように、加熱時間は、排ガスの線速及び加熱チャンバ２２の長さや容量を調整することにより設定することができる。
【００２７】
以下に、このような知見に基づいて構成された本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
【００２８】
図６は本発明の実施の形態に係る排ガスの乾式除害装置を取付けた、シリコン酸化膜を形成するためのＣＶＤ装置を示す概略図である。ＣＶＤ装置５０は、被処理基板（半導体ウエハ）を収納するための気密な処理室５２を具備する。処理室５２内には、被処理基板を載置すると共に加熱するための加熱載置台（支持部材）５４が配設される。処理室５２の上部には、処理ガスを供給するためのシャワーヘッド５６が配設される。シャワーヘッド５６には、ＴＥＯＳなどのアルキルシラン若しくはアルコキシルシランを含む原料ガスのガス源５８及びオゾンガスのガス源６２が接続される。原料ガス及びオゾンガスは別々のルートでシャワーヘッド５６から吐出され、処理室５２内で混合される（いわゆるポストミックス）。処理室５２の下部には、内部を排気すると共に真空に設定するための排気ポンプ６４が接続される。
【００２９】
排気ポンプ６４の下流側には、独立したユニットとして構成された排ガスの乾式除害装置７０が着脱可能に接続される。除害装置７０は、処理室５２からの排ガスを通す気密な加熱室（第１気密室）７２を含む。加熱室７２は、流量制御バルブ７６が配設された上流管７４を介して排気ポンプ６４の出口管６６に接続される。上流管７４の端部にはフランジ７５が配設され、これが出口管６６のフランジ６７に着脱可能に取付けられる。
【００３０】
加熱室７２の周囲には、排ガス中のオゾンを分解するため、加熱室７２内の排ガスを加熱するヒータ７８が配設される。ヒータ７８は、加熱室７２の排ガスを８０〜３００℃、望ましくは２００〜３００℃に加熱することができる。加熱室７２の長さ及び容量は、加熱室７２内に排ガスが１秒〜３０分の時間に亘って滞在するように設定される。例えば、排ガスの線速が１ｃｍ／ｓｅｃの場合、加熱室７２の容量は１〜１８００ｃｍ³に設定される。
【００３１】
加熱室７２は中継ぎ管８４を介して、加熱室７２で処理した後の排ガスを通す気密なカートリッジ（第２気密室）８２に接続される。中継ぎ管８４には、排ガスを１００℃以下、望ましくは５０℃以下に冷却するため、クーラ８６が配設される。クーラ８６としては、放熱フィンを有するタイプや螺旋管タイプのものを使用することができる。なお、加熱室７２からカートリッジ８２までの中継ぎ管８４自体を長くすれば、これ自体をクーラ８６として機能させることができる。加熱室７２とクーラ８６との間、及びクーラ８６とカートリッジ８２との間で、中継ぎ管８４には、バルブ８５、８７が配設される。
【００３２】
カートリッジ８２内には、排ガス中の有機金属化合物を吸着する固相状態の吸着剤８８、例えば活性炭が収納される。なお、本実施の形態では、排ガス中の有機金属化合物は、アルキルシラン若しくはアルコキシルシラン及びその分解生成物を主成分とすることとなる。また、吸着剤８８として、活性炭に代えて、図２図示の「Ｎ１４０」、「Ｎ１７０Ｂ」のようなものを使用することもできる。
【００３３】
カートリッジ８２は、バルブ９４が配設された下流管９２を介して、例えば半導体製造工場の排気系９８接続される。下流管９２の端部にはフランジ７５が配設され、これが工場の排気系９８の配管の対応するフランジ９９に着脱可能に取付けられる。
【００３４】
上記構成を有する排ガスの乾式除害装置７０の使用態様は次のようなものとなる。まず、ＣＶＤ装置５０の排気ポンプ６４と工場の排気系９８との間に、除害装置７０を組込む。次に、ＣＶＤ装置５０で成膜処理中、排気ポンプ６４からの排ガスを加熱室７２に通す。そして、加熱室７２内で排ガスを加熱して排ガス中の残留オゾンを分解する。この際の処理条件は、前述の通りである。これにより、加熱室７２の出口において、排ガス中のオゾン濃度を１％以下とする。
【００３５】
次に、排ガスをクーラ８６で１００℃以下、望ましくは５０℃以下に冷却した後、カートリッジ８２に通す。そして、カートリッジ８２内に収納された固相状態の吸着剤により排ガス中の残留有機金属化合物を吸着する。カートリッジ８２で処理した後、排ガスを工場の排気系９８に排出する。
【００３６】
なお、本実施の形態においては、乾式除害装置７０が独立したユニットとして構成され、ＣＶＤ装置５０に着脱可能に接続される。しかし、乾式除害装置７０はＣＶＤ装置５０を含む処理システムに固定的に組込まれたものであってもよい。また、乾式除害装置７０が適用される処理装置は、ＣＶＤ装置に限られるものではなく、有機金属化合物とオゾンとを含む排ガスを排出する装置であれば、どのような処理装置にも適用可能である。
【００３７】
その他、本発明の思想の範疇において、当業者であれば、各種の変更例及び修正例に想到し得るものであり、それら変更例及び修正例についても本発明の範囲に属するものと了解される。
【００３８】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、処理装置から排出される、有機金属化合物とオゾンとを含む排ガスを処理するための乾式除害装置或いは方法において、除害処理能力と安全性との両者を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】アルキルシラン若しくはアルコキシルシランに対する吸着剤の吸着能力を調べる実験１に使用した実験装置を示す図。
【図２】実験１の実験結果を示す表。
【図３】加熱温度とオゾンの半減期（ｓｅｃ）との関係を示す表。
【図４】排ガスの加熱温度とオゾンの熱分解との関係を更に詳細に調べる実験２に使用した実験装置を示す図。
【図５】実験２の実験結果を示す表。
【図６】本発明の実施の形態に係る排ガスの乾式除害装置を取付けた、シリコン酸化膜を形成するためのＣＶＤ装置を示す概略図。
【符号の説明】
５０…ＣＶＤ装置
５２…処理室
６４…排気ポンプ
７０…排ガスの乾式除害装置
７２…加熱室（第１気密室）
７８…ヒータ
８２…カートリッジ（第２気密室）
８６…クーラ
８８…吸着剤
９８…工場の排気系

Claims

処理装置から排出される、有機金属化合物とオゾンとを含む排ガスを処理するための乾式除害装置であって、
前記処理装置からの前記排ガスを通す第１気密室と、
前記排ガス中のオゾンを分解するため、前記第１気密室内の前記排ガスを加熱するヒータと、ここで、前記排ガスは８０〜３００℃の第１温度で１秒〜３０分の時間に亘って加熱されることと、
前記第１気密室で処理した後の前記排ガスを通す第２気密室と、
前記排ガス中の有機金属化合物を吸着するため、前記第２気密室内に収納された固相状態の吸着剤と、
を具備することを特徴とする排ガスの乾式除害装置。
前記吸着剤は活性炭を主成分として含むことを特徴とする請求項１に記載の排ガスの乾式除害装置。
前記第１温度は２００〜３００℃であり、前記排ガスは１０秒〜１分の時間に亘って加熱されることを特徴とする請求項１または２に記載の排ガスの乾式除害装置。
処理装置から排出される、アルキルシラン若しくはアルコキシルシラン及びその分解生成物を主成分とする有機金属化合物とオゾンとを含む排ガスを処理するための乾式除害装置であって、
前記処理装置からの前記排ガスを通す第１気密室と、
前記排ガス中のオゾンを分解するため、前記第１気密室内の前記排ガスを加熱するヒータと、ここで、前記ヒータは、前記第１気密室の出口における前記排ガス中のオゾン濃度が１％以下となるように、前記排ガスを加熱することと、
前記第１気密室で処理した後の前記排ガスを通す第２気密室と、
前記排ガス中の有機金属化合物を吸着するため、前記第２気密室内に収納された活性炭を主成分として含む固相状態の吸着剤と、
を具備することを特徴とする排ガスの乾式除害装置。
前記排ガスを５０℃以下に冷却するため、前記第１気密室と前記第２気密室との間に配設されたクーラを更に具備することを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の排ガスの乾式除害装置。
処理装置から排出される、有機金属化合物とオゾンとを含む排ガスを処理するための乾式除害方法あって、
前記処理装置からの前記排ガスを第１気密室に通す工程と、
前記第１気密室内の前記排ガスを加熱して前記排ガス中のオゾンを分解する工程と、ここで、前記排ガスを８０〜３００℃の第１温度で１秒〜３０分の時間に亘って加熱することと、
前記第１気密室で処理した後の前記排ガスを第２気密室に通す工程と、
前記第２気密室内に収納された固相状態の吸着剤により前記排ガス中の有機金属化合物を吸着する工程と、
を具備することを特徴とする排ガスの乾式除害方法。
前記吸着剤は活性炭を主成分として含むことを特徴とする請求項６に記載の排ガスの乾式除害方法。
前記第１温度は２００〜３００℃であり、前記排ガスを１０秒〜１分の時間に亘って加熱することを特徴とする請求項６または７に記載の排ガスの乾式除害方法。
処理装置から排出される、アルキルシラン若しくはアルコキシルシラン及びその分解生成物を主成分とする有機金属化合物とオゾンとを含む排ガスを処理するための乾式除害方法あって、
前記処理装置からの前記排ガスを第１気密室に通す工程と、
前記第１気密室内の前記排ガスを加熱して前記排ガス中のオゾンを分解する工程と、ここで、前記第１気密室の出口における前記排ガス中のオゾン濃度が１％以下となるように、前記排ガスを加熱することと、
前記第１気密室で処理した後の前記排ガスを第２気密室に通す工程と、
前記第２気密室内に収納された活性炭を主成分として含む固相状態の吸着剤により前記排ガス中の有機金属化合物を吸着する工程と、
を具備することを特徴とする排ガスの乾式除害方法。
前記第１気密室と前記第２気密室との間で前記排ガスを５０℃以下に冷却する工程を更に具備することを特徴とする請求項６乃至９のいずれかに記載の排ガスの乾式除害方法。