[发明专利]水分发生供给装置及水分发生用反应炉

说明书

技术领域

本发明涉及主要在半导体制造装置上使用的水分发生供给装置及在该装置上使用的水分发生用反应炉。更详细地说，涉及通过将水分气体在减压状态下供给下流侧、以提高水分发生用反应炉内的内压，可防止水分发生用反应炉内的氢自燃的减压型水分发生供给装置，和用散热用的散热片对水分生成反应产生的反应热进行强制散热，可在安全温度区域内增加水分生成量的散热式水分发生用反应炉。

背景技术

例如，在半导体制造中用水分氧化法形成硅的氧化膜时，往往在标准状态下需要1000cc/min以上的超高纯度水。为此，本专利申请人以前开发了图5和图6所示构造的水分发生用反应炉，该发明已经公开。

即图5所示的反应炉主体1是将具有原料气体供给用接头9的入口侧炉主体部件2和具有水分气体取出用接头12的耐热性出口侧炉主体部件3相向地组合而成的。在该反应炉主体1的内部，入口侧反射体8和出口侧反射体11分别与上述原料气体供给通路7和水分气体出口通路10相对向进行配置，并用螺栓5固定。

在出口侧炉主体部件3的内壁面上形成镀铂催化剂层13。在入口侧炉主体部件2的内壁面和各反射体8、11的外壁面上形成由后述的TiN等氮化物构成的隔离薄膜13a。

上述镀铂催化剂层13，是在出口侧炉主体部件3的内壁面上所形成的由TiN等氮化物构成的隔离薄膜13a的上面用蒸镀方法或离子镀方法等镀上铂薄膜13b而形成的。

另外，上述图6所示的反应炉主体1，在反应炉主体1的内部没有比较厚的一片反射体22，并且在出口侧炉主体部件3的内周面上形成由隔离薄膜13a和铂薄膜13b构成的镀铂催化剂层13。

在入口侧炉主体部件2的外表面和反射体22的外表面上，与图5的情况一样只设有隔离薄膜13a，不形成铂薄膜13b。这是为了防止因入口侧炉主体部件2和反射体22的表面起催化剂作用，使O₂与H₂发生反应而引起局部温度上升。

参照图5，通过原料气体供给通路7向反应炉主体1的内部供给的原料气体、即氢气和氧气由于入口侧反射体8和出口侧反射体11的存在而在内部空间6内扩散，与镀铂催化剂层13相接触。与镀铂催化剂层13接触的氧气和氢气因铂的催化剂作用而使反应性提高，成为所谓基因化状态。基因化的氢气和氧气在比氢气混合气体的着火温度低的温度下瞬间发生反应，不进行高温燃烧而生成水分。该水分气体通过水分气体出口通路10供给下流侧。

同样，在图6所示的反应炉主体1中，通过原料气体供给通路7向反应炉主体1的内部供给的原料气体、即氢气和氧气与反射体22碰撞而在内部空间6内扩散。扩散的原料气体、即氢气和氧气与镀铂催化剂层13接触而成为基因化状态，与上述一样不进行高温燃烧而瞬间发生反应，生成水分。

上述图5和图6等所示构造的反应炉主体1，其水分发生装置的体积大大减小，而且在更高的反应性和应答性的条件下，可以在标准状态下得到超过1000cc/min量的高纯度水或高纯度水与氧的混合气体，这是在半导体制造技术领域中特别引人注目的装置。

这些水分发生用的反应炉主体1的特征是：氢气和氧气在炉内不发生自燃的温度范围(例如400℃)内使用，只通过催化剂反应产生水分，这样，安全地生成、供给高纯度水分。

本发明者们为了提高利用上述催化剂反应发生水分时的催化剂反应效率，过去进行了许多开发，为了减少水分气体中的残留氢，对反应炉的构造进行了改进，提高了氢和氧的反应率。开发的技术如下：使供给的氢流量逐渐增加，使氢和氧的反应效率提高，使残留氢量减少，或者使开始供氢的时间比开始供氧的时间晚一些，同时使供氢的结束时间比供氧的结束时间早一些，以提高氢的反应效率。

结果，上述图5和图6所示结构的反应炉主体1具有这样的特征，即在高的催化剂反应效率下可以生成、供给残留氢量几乎接近于零的高纯度的水分。

发明拟解决的课题

但是，在半导体制造作业线上，在减压下(例如数托)供给并处理水分的工序很多。在这种情况下，将从原料气体供给通路7减压后的氢和氧供给反应炉主体1时，氢的着火温度降低，氢可能在反应炉内产生自燃现象。

图7是在半径7.4cm的球形容器中体积比为2∶1的H₂-O₂混合气体的着火界限曲线。该曲线取自化学便览基础篇修改第3版(日本化学会编、丸善)Ⅱ-406，纵座标表示混合气体的全压，横座标表示着火温度。