JPH11233505A

JPH11233505A - 排気装置

Info

Publication number: JPH11233505A
Application number: JP10048881A
Authority: JP
Inventors: Kosuke Hasegawa; 孝祐長谷川; Tetsuya Hanagata; 哲也花形
Original assignee: Tokyo Electron Ltd
Current assignee: Tokyo Electron Ltd
Priority date: 1998-02-13
Filing date: 1998-02-13
Publication date: 1999-08-27
Anticipated expiration: 2018-02-13
Also published as: JP3592923B2

Abstract

(57)【要約】【課題】反応管内で水蒸気を用いて半導体ウエハに対
して酸化処理を行う場合に、反応管内の圧力を高い精度
で制御することができる排気装置を提供すること。【解決手段】排気管３の途中に冷却器５を設けて排気
ガス中の水分を結露させ、その結露水を排気管３から分
岐したドレイン管４を介して密閉容器４１内に溜めるよ
うにする。密閉容器４１内にドレイン管４を上方から、
また排水管４２を下方から夫々突入すると共に、ドレイ
ン管４の下端開口部よりも排水管４２の上端開口部を上
側に位置させ、排水管４２により密閉容器４１内の水を
排出したとき、両者の開口部の間に液相が存在して両者
が連通しないようにする。この結果反応管２２内はドレ
イン管４の背圧の影響をほとんど受けなくなる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、水蒸気を用いて被
処理体に対して熱処理を行う反応容器に接続された排気
装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】半導体デバイスの絶縁膜であるシリコン
酸化膜を形成する装置として例えば縦型熱処理装置が知
られている。縦型熱処理装置は、加熱炉で囲まれた石英
製の反応管内に、多数枚の半導体ウエハを棚状に保持し
たウエハボートを搬入すると共に酸化用のガスを導入し
てシリコンを酸化するものである。そして酸化処理の方
法としては、水蒸気を用いるタイプのウェット酸化処理
と水蒸気を用いずに酸素あるいはオゾンなどを用いるド
ライ酸化処理とがあり、ウェット酸化処理を行う場合に
は排気路中に水分が溜まって排気路を塞いでしまわない
ようにするために、図１０に示すように例えば反応管１
０内を排気するための排気路１１の最も低い位置にドレ
イン管１２を接続し、このドレイン管１２を流れてきた
水が容器１３に溜められるようになっている。この容器
１３の底部には、例えば一端が工場排水側に接続された
排水管１４の他端が接続されている。また排気路１１の
先端側には排ガス中の水分を結露させるためのトラップ
１５及び反応管１０内の圧力を調整するためのバタフラ
イバルブ１６を介して、工場に設置された排気ダクトに
接続されており、反応管１０内から排気されたガスは前
記排気ダクトを通り、所定の処理がなされた後外気へ排
出される。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところで酸化処理を行
う場合には反応管１０内の圧力がバタフライバルブ１４
により所定の値例えば−５ｍｍＨ₂Ｏに維持されるよう
にコントロールされるが、パターンの微細化による薄膜
化に伴い、絶縁膜の膜質について厳しい要求がなされて
きており、このためプロセス圧についても高い精度でコ
ントロールすることが必要である。しかしながら上述の
装置ではドレイン管１２から流れてきた水を開放された
容器１３内に溜めるようにしているので、反応管１０内
の処理ガスがドレイン管１２を通じて例えば工場内に漏
洩してしまう。このようにガスの漏洩が起こると、環境
衛生上好ましくないという問題がある。

【０００４】一方前記容器１３を密閉すると、ドレイン
管１２と排水管１４とが容器１３内の空間を介して連通
するので、反応管１０内がドレイン管１２の背圧、つま
り排水管１０の一端側の圧力の影響を受ける。なお排水
管１４に設けられたバルブＶを閉じておくと、反応管１
０内の圧力が容器１３内の水量に応じた容器１３内の圧
力の影響を受ける。

【０００５】更にまた上述の装置は、トラップ１５にて
排ガス中の水分が結露するので、ここで圧力が大きく変
動し、時間的に見れば排気路１１に設けられた図示しな
い圧力計の圧力検出値が頻繁に波を打つ格好になるの
で、バタフライ弁１６が小刻みに揺れる。こうしたこと
から反応管１０内の圧力を所定値に高い精度で維持する
ことが困難であるという問題がある。

【０００６】本発明は、このような事情の下になされた
ものであり、その目的は水蒸気を用いて被処理体に対し
て熱処理例えば酸化処理を行う場合に反応容器内の圧力
を高い精度で制御することができ、例えば良質な酸化膜
を得ることのできる排気装置を提供することを目的とす
る。

【０００７】

【課題を解決するための手段】請求項１の発明は、水蒸
気を用いて被処理体に対して熱処理を行う反応容器に接
続された排気装置において、前記反応容器に接続された
排気路部材と、この排気路部材に設けられ、排気ガス中
の水分を結露させるための結露手段と、前記排気路部材
における結露手段よりも下流側に設けられた圧力調整部
と、前記反応容器の排気口と結露手段との間におけるこ
れらよりも低い位置にて排気路部材から分岐された第１
の排水路部材と、この第１の排水路部材を通って流れて
きた水を溜めるようにその中に第１の排水路部材の下端
が開口する密閉容器と、この密閉容器内に一端が開口す
る第２の排水路部材と、を備え、前記第２の排水路部材
の一端は、第１の排水路部材の下端開口部よりも上方側
の位置にて密閉容器内の水を吸い込めるように開口し、
前記第１の排水路部材の下端開口部よりも上方側に水位
が位置することによって、第１の排水路部材及び第２の
排水路部材の各開口部間に液相が存在するように構成し
たことを特徴とする。このように構成すれば、反応容器
内の圧力制御を行うにあたって、第１の排水路部材の背
圧の影響がなくなる。この場合密閉容器内の水位が第１
の排水路部材の開口部よりも上に位置するように密閉容
器内に液体を供給するための液体供給手段を設けるよう
にしてもよい（請求項２の発明）。

【０００８】また排気路部材の下流側は、工場に設けら
れた排気ダクトに接続され、前記排気路部材における圧
力調整部よりも下流側からは主分岐路を、その分岐点よ
りも高いレベルを経由して密閉容器に接続されるように
分岐させると共に、この主分岐路内の圧力を検出して例
えば工場に設置された排気ダクト内の圧力を監視する圧
力監視部を設けるようにしてもよい（請求項３の発
明）。この場合主分岐路から更に補助分岐路を分岐し、
この補助分岐路に圧力監視部を設けることが好ましい
（請求項４の発明）。

【０００９】請求項５の発明は、水蒸気を用いて被処理
体に対して熱処理を行う反応容器に接続された排気装置
において、前記反応容器に接続された排気路部材と、こ
の排気路部材に設けられ、排気ガス中の水分を結露させ
るための結露手段と、前記排気路部材における結露手段
よりも下流側に設けられた圧力調整部と、前記反応容器
の排気口と結露手段との間におけるこれらよりも低い位
置にて排気路部材から分岐された第１の排水路部材と、
前記排気路部材における結露手段の下流側から分岐して
設けられた分岐路と、この分岐路に設けられ、前記結露
手段における水分の結露による排気路部材内の圧力変動
を吸収するための圧力変動吸収部と、を備え、前記圧力
変動吸収部は、外部に連通するように前記分岐路に形成
された開口部と、この開口部を内側から塞ぐように抑制
され、前記排気路部材内の圧力が低くなったときに、抑
制力に抗して内部に引き寄せられて開口部を開く蓋体
と、を備えたことを特徴とする。

【００１０】このようにすれば、圧力変動が緩和される
ので圧力調整部の動作が安定する。この場合圧力変動吸
収部の蓋体は、前記排気路部材内の圧力が低くなったと
きに、抑制力に抗して内部に引き寄せられて開口部を開
く代わりに、開口部を閉じたまま内部に引き寄せられよ
うに弾性膜により形成されたものとすることもできる。

【００１１】

【発明の実施の形態】以下に本発明の排気装置につい
て、縦型熱処理装置に適用した実施の形態を例にとって
説明する。縦型熱処理装置は図１に示すようにヒータ２
１に囲まれた反応容器例えば石英製の反応管２２内に、
多数枚のウエハＷをウエハボート２３に棚状に保持して
例えば下方側から搬入し、反応管２２の下端開口部をキ
ャップ２０で閉じ所定の熱処理を行うものである。この
熱処理の一つとしてシリコン膜を酸化する酸化処理があ
り、処理ガスとしては水蒸気（Ｈ₂Ｏ）と例えば塩化水
素ガスとの混合ガスが用いられる。

【００１２】本発明の実施の形態に係る排気装置は、図
１を参照しながらその概略を述べると、前記反応管２２
の排気口２４に接続された排気路部材をなす排気管３
と、この排気管３から分岐された第１の排水路部材をな
すドレイン管４と、このドレイン管４の下方に設けられ
たトラップをなす筒状の密閉容器４１と、排気管３にお
けるドレイン管４の分岐点よりも下流側に設けられた結
露手段をなす冷却器５と、排気管３における冷却器５の
下流側に設けられた圧力調製部をなすバタフライバルブ
６とを備えている。

【００１３】図２はこの排気装置１００が縦型熱処理装
置の背面に取り付けられている状態を模式的に示す図で
ある。図２中２５は外装体をなすほぼ直方体形状の筐体
であり、この筐体２５の前面からウエハカセットが取り
込まれ、背面側に設けられた炉体２０（断熱体、ヒータ
２１及び反応管２２からなる）内にウエハが搬入されて
熱処理される。この例では排気装置１００は上下の長さ
がおよそ３ｍ程度のユニットとして構成されており、排
気管３の上端部３ａは図示しない配管を介して、工場内
の排気ダクトに接続される。

【００１４】以下にこの排気装置について詳述すると、
排気管３は図１〜図３に示すように排気口２４から例え
ば水平に伸びた後、下方側に屈曲してほぼ真下に向かい
更に上方側に向けてほぼ鉛直に伸びている。排気管３の
下端部はほぼＵ字状に屈曲しており、その屈曲部３１に
てドレイン管４が分岐している。前記屈曲部３１は内部
に通気路３２が形成された通気路ユニット３３により構
成されており、この通気路３２は排気管３の一部及びド
レイン管４の分岐点をなしている。また排気口２４と屈
曲部３１との間において排気管３内の圧力を検出して反
応管２２内の圧力を監視する圧力監視部３４（図１参
照）とバルブ３５とが設けられている。

【００１５】前記冷却器５は、図４に示すように排気ガ
スが通る筒状体５１と、この筒状体５１の外側に上下に
形成された冷却水通路５２と、筒状体５１内に所定の間
隔をおいて長さ方向に設けられ交互に左と右とに配置さ
れた、筒状体５１内の断面形状に対応する半円形の邪魔
板５３とを備えている。排気ガス中に残っている水分は
冷却器５内を通ったときに邪魔板５３による衝突と冷却
水による冷却とによって、結露し、結露した水が排気管
３及びドレイン管４を伝わって密閉容器４１内に落ちて
いく。また排気ガスはこの冷却器５によって冷却され
る。

【００１６】前記密閉容器４１内にはドレイン管４の下
端の開口部が密閉容器４１の底部付近に位置するように
ドレイン管４が上部から突入されていると共に、第２の
排水路部材である排水管４２が下方側から突入されてい
る。排水管４２の一端（上端）の開口部はドレイン管４
の下端開口部よりも例えば６〜８ｃｍ程度上方に位置し
ており、排水管４２の他端は例えば外部の排水路側に接
続され、結露水を排水している。４３はバルブである。

【００１７】密閉容器４１内に溜められた水は排水管４
２により排出され、ウエハの酸化処理中は水蒸気が排気
管３内及び冷却器５内にて結露して水が流れ落ちるため
密閉容器４１内の水位は排水管４２の一端開口部の高さ
に維持される。この結果ドレイン管４及び排水管４２の
各開口部の間に液相が介在し、互いの連通が阻止される
ので、排水管４２側の圧力つまりドレイン管４の背圧が
反応管２２内に及ぼす影響はない。排水管４２は密閉容
器４１の下方側から突入される代りに側面から水平に突
入され、一端開口部が横を向いていてもよい。

【００１８】図５は上述のトラップに対する比較例であ
り、この比較例のようにドレイン管４の下端開口部より
も排水管４２の一端（上端）開口部を下方に位置した場
合にはドレイン管４及び排水管４２が互いに連通し、ド
レイン管４の背圧の変動による反応管２２内の圧力変動
が大きい。

【００１９】またこの例では、図１に示すように反応管
２２の下端開口部をキャップ２０でシールしたときに反
応管２２の下端のフランジ部とキャップ２０との間をシ
ール用排気管２６により吸引しており、その排気ガス中
の水分は、シール用排気管２６から分岐したドレイン管
２７を通じて密閉容器４１内に流れ落ちるようになって
いる。

【００２０】ここで水蒸気を用いずに例えば酸素ガスや
オゾンガスを用いてドライ酸化を行う場合には、このま
までは密閉容器４１内の水が蒸発して排気管３内を介し
て排気されるので減少し、ドレイン管４及び排水管４２
が連通してしまう。またドライ酸化から水蒸気を用いた
ウェット酸化に切り替えたときにも、初期のうちは密閉
容器４１内の水が不足して同様のことが起こる。このた
め本実施の形態では図１及び図３に示すように前記通気
路ユニット３３の通気路３２の途中に、液体例えば水を
供給するための給水管７１を接続し、給水源７２からの
水を流量調整部７３で僅かな流量（例えば一筋の細い流
れが形成される程度の流量）に調整して、ドレイン管４
を通じて密閉容器４１内に常時水を溜めておくようにし
ている。

【００２１】前記反応管３における冷却器５の下流側に
は、図１に示すように夫々分岐路を介して圧力検出部で
ある圧力センサ５４及び圧力監視部５５が設けられてい
る。圧力センサ５４はその検出値により前記バタフライ
バルブ６の開度を制御して反応管２２内の圧力を調整す
るためのものであり、圧力監視部５５は冷却器５の下流
側の排気管３内の圧力を監視するためのものである。こ
れら圧力センサ５４及び圧力監視部５５は、冷却器５に
より水分が除去された後の排気ガスの圧力を測定するも
のであるから、計器内に水分が侵入することが防止され
る。

【００２２】更に排気管３における圧力監視部５５の下
流側には、図１及び図６に示すように分岐路８１を介し
て圧力変動吸収部８が設けられている。この圧力変動吸
収部８は、外部（大気圧）に連通するように分岐路８１
に形成された開口部８２と、この開口部８２の内側周縁
部に形成された水平な保持面８３の上に当該開口部８２
を塞ぐように載置された蓋体８４とからなる。圧力変動
吸収部８の役割りについて述べると、排ガス中の水蒸気
が冷却器５で結露するため、その下流側の圧力が図７の
実線（１）で示すように細かく頻繁に変動する。このた
め圧力センサ５４の検出値が変動するのでバタフライバ
ルブ６が微動し、反応管２２内の圧力が不安定になる。
そこで圧力変動吸収部８を設ければ、図８（ａ）に示す
ようにある圧力値までは蓋体８４が開口部８２を塞いで
いるが、圧力が低くなり過ぎると蓋体８４が自重に抗し
て内部に引き寄せられ、つまり上に持ち上がって開口部
８２が開き、圧力が上昇する。この結果冷却器５の下流
側の圧力は図７の点線（２）で示すようにその変動が滑
らかになり、バタフライバルブ６の開閉動作が安定し、
従って反応管２２内の圧力が安定する。

【００２３】この例は蓋体８４が開口部８２を塞ぐ抑制
力として蓋体８４の自重を用いているが、例えばバネを
組み合わせて蓋体８４が常時開口部８２を塞ぐように抑
制されているものであってもよいし、あるいはまた図９
に示すように弾性膜例えばゴム膜よりなる蓋体８５で開
口部８２を塞ぎ、排気管３内の圧力が低いときには蓋体
８５が開口部８２を閉じたまま内部に引き寄せられるよ
うな構成としてもよい。

【００２４】そして例えば停電により工場内の排気ダク
トの排気が停止したときには、蓋体８４と分岐路８１の
内面との隙間から排気ガスが漏洩するおそれがあるの
で、分岐路８１の途中にバルブ８６を設け、停電などが
起こったときにはバルブ８６を閉じるようにしている。

【００２５】更に図１および図３に示すように排気管３
におけるバタフライバルブ６の下流側にはバルブ９１を
介して通気路ユニット９２が設けられており、排気管３
はこの通気路ユニット９２内の水平な通気路９３を介し
て上方に伸びており、その先端は図示しない工場内の排
気ダクトに接続されている。また水平な通気路９３から
主分岐管６１が分岐している。この主分岐管６１は通気
路９３から一旦上方に向かった後、Ｕ字状に屈曲して下
方側に伸び、前記密閉容器４１内におけるドレイン管４
の下端よりも下方位置にて開口している。この主分岐管
６１の途中からは補助分岐管６２が分岐し、その先端部
に圧力監視部６３が設けられている。この圧力監視部６
３は、工場内の排気ダクト内の圧力を監視し、停電等に
よる排気が停止したときにバルブ８６、９１を遮断する
ためのものである。

【００２６】主分岐管６１は排気管３から分岐して、分
岐点よりも高い位置を経由して配管されているため、工
場内排気ダクト側から水が流れてきたとしても主分岐管
６１内には侵入しにくく、更にこの主分岐管６１から補
助分岐管６２を介して圧力監視部６３を設けているため
この圧力監視部６３内に水が入るおそれはない。なお主
分岐管６１内に水が入り込んだ場合には、流れ落ちて前
記密閉容器４１内に溜められる。

【００２７】このような排気装置の全体の動作について
述べると、反応管２２内の水蒸気を含むガスは、工場内
の排気ダクトの吸引力によって排気管路３１内に排気さ
れ、圧力センサ５４の圧力検出値に基づいてバタフライ
バルブ６の開度が調整され、以って反応管２２内の圧力
が調整される。そしてガス中の水分は排気管路３１内を
通るときに一部が結露し、残存している水分も冷却器５
内にて結露し、その結露水は密閉容器４１内に流れ落ち
て溜められる。

【００２８】密閉容器４１内の水は排水管４２により排
出されるが、排水管４２とドレイン管４とは水によって
互いの連通が阻止されているので、反応管２２内の圧力
はドレイン管４の背圧の影響を受けない。また冷却器５
にて排ガス中の水分が結露するのでその下流側の圧力は
小刻みに変動しようとするが、圧力変動吸収部８にて圧
力変動を吸収して滑らかにしているためバタフライバル
ブの微動が抑えられる。従って反応管２２内の圧力を高
い精度で制御することができる。

【００２９】更に給水管７１によって密閉容器４１内に
は常時水が溜められているので、水蒸気を用いないドラ
イ酸化を行う場合にもドレイン管４と排水管４２との連
通が阻止されているので安定した圧力制御を行うことが
できる。なお本発明ではドライ酸化を行うときにのみ給
水管から密閉容器４１内へ給水するようにしてもよい
が、上述のように常時わずかながら給水していれば、オ
ペレータが、給水操作し忘れた場合のリスクを回避する
ことができる。

【００３０】

【発明の効果】以上のように本発明によれば水蒸気を用
いて熱処理を行う場合に反応容器内の圧力を高い精度で
制御することができ、例えば良質な酸化膜を得ることが
できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態の全体構成を示す構成図で
ある。

【図２】本発明の実施の形態に係る排気装置が縦型熱処
理装置の背面に取り付けられている様子を示す斜視図で
ある。

【図３】上記排気装置を示す側面図である。

【図４】冷却器の一例を示す一部切り欠き側面図であ
る。

【図５】トラップをなす密閉容器内の構造の比較例を示
す断面図である。

【図６】圧力変動吸収部を示す断面図である。

【図７】冷却器の下流側の圧力変動の様子を模式的に示
す特性図である。

【図８】圧力変動吸収部の動作を示す説明図である。

【図９】圧力変動吸収部の他の例を示す説明図である。

【図１０】従来の排気装置を示す構成図である。

【符号の説明】

２２反応管２４排気口３排気管４ドレイン管４１密閉容器４２排水管５冷却器６バタフライバルブ６１主分岐管６２補助分岐管６３圧力センサ７１給水管８圧力変動吸収部８１分岐管８２開口部８４蓋体

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】水蒸気を用いて被処理体に対して熱処理
を行う反応容器に接続された排気装置において、前記反応容器に接続された排気路部材と、この排気路部材に設けられ、排気ガス中の水分を結露さ
せるための結露手段と、前記排気路部材における結露手段よりも下流側に設けら
れた圧力調整部と、前記反応容器の排気口と結露手段との間におけるこれら
よりも低い位置にて排気路部材から分岐された第１の排
水路部材と、この第１の排水路部材を通って流れてきた水を溜めるよ
うにその中に第１の排水路部材の下端が開口する密閉容
器と、この密閉容器内に一端が開口する第２の排水路部材と、
を備え、前記第２の排水路部材の一端は、第１の排水路部材の下
端開口部よりも上方側の位置にて密閉容器内の水を吸い
込めるように開口し、前記第１の排水路部材の下端開口
部よりも上方側に水位が位置することによって、第１の
排水路部材及び第２の排水路部材の各開口部間に液相が
存在するように構成したことを特徴とする排気装置。
【請求項２】密閉容器内の水位が第１の排水路部材の
開口部よりも上に位置するように密閉容器内に液体を供
給するための液体供給手段を設けたことを特徴とする請
求項１記載の排気装置。
【請求項３】排気路部材の下流側は、工場に設けられ
た排気ダクトに接続され、前記排気路部材における圧力調整部よりも下流側からは
主分岐路を、その分岐点よりも高いレベルを経由して密
閉容器に接続されるように分岐させると共に、この主分
岐路内の圧力を検出して排気ダクト内の圧力を監視する
圧力監視部を設けたことを特徴とする請求項１または２
記載の排気装置。
【請求項４】主分岐路から更に補助分岐路を分岐し、
この補助分岐路に圧力監視部を設けたことを特徴とする
請求項３記載の排気装置。
【請求項５】水蒸気を用いて被処理体に対して熱処理
を行う反応容器に接続された排気装置において、前記反応容器に接続された排気路部材と、この排気路部材に設けられ、排気ガス中の水分を結露さ
せるための結露手段と、前記排気路部材における結露手段よりも下流側に設けら
れた圧力調整部と、前記反応容器の排気口と結露手段との間におけるこれら
よりも低い位置にて排気路部材から分岐された第１の排
水路部材と、前記排気路部材における結露手段の下流側から分岐して
設けられた分岐路と、この分岐路に設けられ、前記結露手段における水分の結
露による排気路部材内の圧力変動を吸収するための圧力
変動吸収部と、を備え、前記圧力変動吸収部は、外部に連通するように前記分岐
路に形成された開口部と、この開口部を内側から塞ぐよ
うに抑制され、前記排気路部材内の圧力が低くなったと
きに、抑制力に抗して内部に引き寄せられて開口部を開
く蓋体と、を備えたことを特徴とする排気装置。
【請求項６】圧力変動吸収部の蓋体は、前記排気路部
材内の圧力が低くなったときに、抑制力に抗して内部に
引き寄せられて開口部を開く代わりに、開口部を閉じた
まま内部に引き寄せられように弾性膜により形成された
ものであることを特徴とする請求項５記載の排気装置。