JP2003347227A - 反応生成物付着防止排気配管 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 反応生成物の昇華温度が高い場合であって
も、配管内壁への反応生成物の付着を抑制することがで
きる排気配管を提供すること。 【解決手段】 金属管２１ａ，２１ｂと多孔質管２２
ａ，２２ｂとを用いて、金属管２１ａ，２１ｂの内側に
多孔質管２２ａ，２２ｂを配置して、排気配管１１（２
０ａ，２０ｂ）を二重管構造にする。そして、排気時
に、多孔質管２２ａ，２２ｂの内壁付近における気体分
子の平均自由行程が、多孔質管２２ａ，２２ｂの内径の
１／１０００程度になるように、不活性ガス配管系５０
によって、金属管２１ａ，２１ｂと多孔質管２２ａ，２
２ｂとの間に窒素ガスを加圧して供給する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体デバイス製
造時に使用される真空を利用した膜付装置（ＣＶＤ、ス
パッタ等）の排気配管に関する。さらに詳細には、排気
配管の内壁に反応生成物が付着することを抑制する排気
配管に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】半導体デバイス製造時に使用されるＣＶ
Ｄ装置などの膜付装置では、反応室内を減圧状態、すな
わち真空状態に保ちながら、薄膜材料を構成する元素か
らなら材料ガスを、ウエハ上に供給して成膜を行ってい
る。そして、膜付装置の排気配管に接続された真空ポン
プで反応室内の排気を行い、反応室内を真空状態に保っ
ている。この際、排気配管の内壁に反応生成物が付着し
ないようにしなければならない。反応生成物が排気配管
の内壁に付着すると、排気配管内面の腐食の要因となる
ばかりでなく、パーティクルの発生の要因にもなり、そ
の結果、製造される半導体の品質が低下するためであ
る。

【０００３】このため、従来から、排気配管の内壁に反
応生成物を付着させないための対策が講じられている。
その対策は一般的に、次のようにして行われている。す
なわち、排気配管にヒータを取り付けて排気配管を加熱
し、反応生成物の昇華温度よりも排気配管の壁面の温度
を高くして、反応生成物を揮発させることにより、反応
生成物の排気配管内壁への付着を抑制している。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記し
た従来の技術では、排気配管の内壁への反応生成物の付
着を抑制することができない場合があった。なぜなら、
近年の半導体デバイスの微細化に伴い、ＣＶＤ装置など
の膜付装置で使用されるガスの種類が多様化しており、
高い昇華温度の反応生成物が生じるようになってきたか
らである。つまり高い昇華温度の反応生成物が生じる
と、上記した従来の技術では、排気配管の内壁に付着し
た反応生成物を昇華させることができず、排気配管の内
壁に反応生成物が付着してしまうという問題があった。

【０００５】そこで、本発明は上記した問題点を解決す
るためになされたものであり、反応生成物の昇華温度が
高い場合であっても、配管内壁への反応生成物の付着を
抑制することができる排気配管を提供することを課題と
する。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記問題点を解決するた
めになされた本発明に係る反応生成物付着防止排気配管
は、真空を利用した膜付装置に使用する反応生成物付着
防止排気配管において、金属で形成された金属配管と、
多孔質材で形成された多孔質配管とを備え、金属配管の
内側に多孔質配管を配置し、金属配管と多孔質配管との
間に不活性ガスを加圧して供給することを特徴するもの
である。

【０００７】この反応生成物付着防止排気配管は、金属
配管の内側に多孔質配管を配置した二重管構造になって
おり、使用（排気）時に、金属配管と多孔質配管との間
に加圧された不活性ガスが供給される。そうすると、不
活性ガスは、多孔質配管を通過して多孔質配管の内部へ
流れ込む。このとき、多孔質配管の内部は真空状態にな
っているため、多孔質配管の内壁面付近で擬似的な不活
性ガスの壁（被膜）が形成される。このため、反応性生
成物が多孔質配管の内壁に付着し難くなる。つまり、反
応生成物の排気配管の内壁への付着が抑制される。

【０００８】このように、反応生成物が排気配管の内壁
に付着しにくくなるので、排気配管の腐食を最小に抑制
することができる。そのため、排気配管のメンテナンス
サイクルを長くすることができる。また、反応生成物の
付着が抑制されることにより、パーティクルの発生が低
減されるため、製造される半導体の品質が向上する。さ
らに、反応性ガスの内壁面への吸着も低減されるため、
真空引きの時間を短縮することができるので、半導体の
製造時間を短縮することができ生産性が向上する。

【０００９】本発明に係る反応生成物付着防止排気配管
においては、多孔質配管内を真空状態にしたとき、不活
性ガス相と真空相との境界が多孔質配管の内壁面よりも
内側に形成されることが望ましい。あるいは、本発明に
係る反応生成物付着防止排気配管においては、多孔質配
管内を真空状態にしたとき、多孔質配管の内壁近傍に存
在する気体の分子平均自由行程が、多孔質配管の内径の
１／１０００程度であることが望ましい。

【００１０】このようにすることにより、多孔質配管の
内壁面付近で擬似的な不活性ガスの壁（被膜）を確実に
形成することができるので、反応生成物の排気配管の内
壁への付着をより抑制することができるからである。

【００１１】また、本発明に係る反応生成物付着防止排
気配管においては、金属配管を加熱するヒータと、ヒー
タの温度制御を行うヒータ制御手段と、を有することが
望ましい。これにより、不活性ガスが加温された後に、
多孔質配管の管内へ供給されるので、不活性ガスを供給
することによる排気流体の温度の極端な低下を防止する
ことができるからである。

【００１２】そして、本発明に係る反応生成物付着防止
排気配管においては、多孔質配管は、アルミナあるいは
３フッ化樹脂のいずれかにより形成されていることが望
ましい。アルミナは高温に強く、３フッ化樹脂は耐食性
に優れているので、高温用配管にはアルミナを用いて多
孔質配管を形成し、耐食用配管には３フッ化樹脂を用い
て多孔質配管を形成することにより、メンテナンス性能
をより向上させることができるからである。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下、本発明の反応生成物付着防
止排気配管を具体化した最も好適な実施の形態につい
て、図面に基づき詳細に説明する。本実施の形態は、Ｃ
ＶＤ装置の排気システムに本発明を適用したものであ
る。そこでまず、本実施の形態に係る排気システム、お
よび排気配管の概略構成を図１〜図３に示す。図１は、
排気システムの概略を示したものである。図２は、排気
システムのうち排気配管の部分を詳細に示したものであ
る。図３は、排気配管の内部構造を示したものである。

【００１４】本実施の形態に係る排気システムは、図１
に示すように、ＣＶＤ装置１０に接続された排気配管１
１と、ＣＶＤ装置１０の反応室内を真空状態にする真空
ポンプ１２と、真空圧力値を調節する絞り弁１４と、真
空ポンプ１２内にパーティクル等の異物が入り込まない
ように異物を捕集するトラップ１３とを備えている。そ
して、真空ポンプ１２を作動させ、絞り弁１４の開度を
調節して、ＣＶＤ装置１０の反応室内を所望の真空圧力
値に保持するようになっている。

【００１５】排気配管１１は、図２に示すように、大別
して、メイン排気配管系２０と不活性ガス配管系５０と
により構成されている。メイン排気配管系２０は、ＣＶ
Ｄ装置１０からの排気流体を排気するための配管系であ
る。不活性ガス配管系５０は、メイン排気配管系２０に
不活性ガスを供給するための配管系である。本実施の形
態では、不活性ガスの一例として窒素ガスを例示してい
るが、これに限られるものではない。

【００１６】メイン排気配管系２０には、高温用の排気
配管２０ａ（約２５０℃まで対応可）と、耐食用の排気
配管２０ｂ（約１５０℃まで対応可）とが設置されてい
る。これらの排気配管２０ａ，２０ｂの両端には、それ
ぞれフランジ２３ａ，２３ｂが形成されている。そし
て、これらのフランジ２３ａ，２３ｂ、およびクランプ
２４を用いて配管の接続が行われている（図３参照）。
具体的には、高温用排気配管２０ａの一端はＣＶＤ装置
１０の出口に接続され、他端は耐食用排気配管２０ｂに
接続されている。一方、耐食用排気配管２０ｂの一端は
高温用排気配管２０ａに接続され、他端は絞り弁１４に
接続されている。

【００１７】ここで、図２および図３を用いて排気配管
の内部構造について詳細に説明する。排気配管２０ａと
２０ｂとは、ともに二重配管構造になっており、ステン
レス鋼などの金属管２１ａ，２１ｂが外側に配設され、
その内側に多孔質管２２ａ，２２ｂが配設されている。
多孔質管２２ａは、高温に強いアルミナにより形成され
たものである。一方、多孔質管２２ｂは、耐食性の高い
３フッ化樹脂により形成されたものである。

【００１８】そして、多孔質管２２ｂ（２２ａ）は、図
３に示すように、パッキン２５を介して金属管２１ｂ
（２１ａ）に保持されている。そして、多孔質管２２ｂ
（２２ａ）と金属管２１ｂ（２１ａ）との間には空間が
形成され、この空間に対して、不活性ガス配管系５０に
より窒素ガスが供給されるようになっている。なお、多
孔質管２２ｂ（２２ａ）は、複数の管がパッキン２５を
介して接続され構成されている。

【００１９】また、金属管２１ａ，２１ｂ、およびクラ
ンプ２４の外表面にはヒータ２６が取り付けられ、その
上に断熱材２７が巻かれている。このヒータ２６は、温
調機２８ａ，２８ｂ（図２参照）により制御されるよう
になっている。このように排気配管２０ａ，２０ｂを加
熱するのは、窒素ガスを供給することにより、排気配管
内の排気流体の温度低下を防止するためである。排気流
体の温度が低下すると反応生成物の付着を促進すること
になるからである。

【００２０】図２に戻って、不活性ガス配管系５０に
は、高温用の排気配管２０ａに窒素ガスを供給する配管
と、耐食用の排気配管２０ｂに窒素ガスを供給する配管
とが設けられている。高温用の排気配管２０ａに窒素ガ
スを供給する配管には、レギュレータ５１ａと、マスフ
ローメータ５２ａと、入口開閉弁５３ａと、圧力計５４
ａと、出口開閉弁５５ａとが備わっている。同様に、耐
食用の排気配管２０ｂに窒素ガスを供給する配管にも、
レギュレータ５１ｂと、マスフローメータ５２ｂと、入
口開閉弁５３ｂと、圧力計５４ｂと、出口開閉弁５５ｂ
とが備わっている。

【００２１】このような構成により、レギュレータ５１
ａ，５２ｂおよび圧力計５４ａ，５４ｂにより、排気配
管２０ａ，２０ｂに供給する窒素ガスの圧力を調整する
ことができるようになっている。また、マスフローメー
タ５２ａ，５２ｂ、入口開閉弁５３ａ，５３ｂ、および
出口開閉弁５５ａ，５５ｂにより、排気配管２０ａ，２
０ｂに供給する窒素ガスの流量を調整することができる
ようになっている。このようにして、不活性ガス配管系
５０によって、所定の圧力および流量に調整された窒素
ガスが、排気配管２０ａ，２０ｂに供給され、最終的に
多孔質管２２ａ，２２ｂの内壁面近傍を流れるようにな
っている。

【００２２】次に、上記の構成を有する排気システムの
動作について説明する。ＣＶＤ装置１０に各種のガスが
供給されると、真空ポンプ１２および絞り弁１４によ
り、所定の真空圧力に調整された雰囲気中でウエハ上に
薄膜が形成される。この薄膜形成中に、反応生成物が生
成し、その反応生成物は反応性ガスとともにＣＶＤ装置
１０から排気配管２０ａ，２０ｂへ排出される。

【００２３】この排気の際に、反応生成物の温度が下が
るために反応生成物が析出して排気配管２０ａ，２０ｂ
の内壁面に付着する。このため、従来から排気配管を加
熱することにより、この反応生成物の付着を抑制してい
た。ところが、近年の半導体デバイスの微細化に伴い、
ＣＶＤ装置で使用されるガスの種類が多様化しており、
高い昇華温度の反応生成物が生じるようになってきた。
このため、排気配管を加熱するだけでは、排気配管の内
壁面への反応生成物の付着を抑制することができなくな
ってきている。

【００２４】しかしながら、本実施の形態に係る排気シ
ステムでは、金属管２１ａ，２２ｂと多孔質管２２ａ，
２２ｂとの間に、窒素ガスを加圧して供給している。本
実施の形態では、約０．３ＭＰａに加圧した窒素ガスを
金属管２１ａ，２１ｂと多孔質管２２ａ，２２ｂとの間
に供給している。このときの排気配管２０ａ，２０ｂ内
での圧力変化を図４（ａ）に示す。窒素ガスを加圧して
供給していることから、多孔質管２２ａ，２２ｂの内壁
表面での圧力が０．２〜０．３ＭＰａ程度と高く、そこ
から内側に向かって急激に圧力が低くなる。なお、窒素
ガスの供給により、排気流体の温度が低下するおそれが
あるが、排気配管２０ａ，２０ｂをヒータ２６により加
熱しているので、窒素ガスが加温された状態で多孔質管
２２ａ，２２ｂの内壁面へと供給されるので、排気流体
の温度が極端に低下することはない。

【００２５】そして、このときの排気配管２０ａ，２０
ｂ内における気体分子の平均自由行程を、図４（ｂ）に
示す。この図４（ｂ）からわかるように、多孔質管２２
ａ，２２ｂの内壁付近においては、気体分子の平均自由
行程が、Ｄ／１０００程度になっている。なお、Ｄは、
多孔質管２２ａ，２２ｂの内径である。この状態におい
ては、気体分子は僅かな距離を進むと他の分子に衝突す
る。したがって、多孔質管２２ａ，２２ｂの内壁付近に
おいては、反応生成物の気体分子は、窒素ガスの分子に
衝突して多孔質管２２ａ，２２ｂの内壁に到達すること
はない。すなわち、金属管２１ａ，２１ｂと多孔質管２
２ａ，２２ｂとの間に供給された窒素ガスは、多孔質管
２２ａ，２２ｂを通過して内部に流れ込み、内壁面付近
で擬似的な窒素ガスの壁（窒素被膜）を形成しているの
である。言い換えると、多孔質管２２ａ，２２ｂの内壁
面よりも内側に窒素ガスの相と真空の相との境界が形成
されているのである。これにより、反応性生成物が多孔
質管２２ａ，２２ｂの内壁に付着し難くなる。つまり、
反応生成物の排気配管２０ａ，２０ｂの内壁への付着が
抑制されるのである。

【００２６】このように反応生成物の付着が抑制される
ことにより、パーティクルの発生が低減されるため、製
造される半導体の品質が向上する。また、多孔質管２２
ａ，２２ｂの内壁面付近で擬似的な窒素ガスの壁（被
膜）が形成されるため、反応性ガスの内壁面への吸着も
低減される。これにより、真空引きの時間を短縮するこ
とができるので、半導体の製造時間を短縮することがで
き生産性が向上する。さらに、反応生成物の付着、およ
び反応性ガスの吸着が低減されるため、排気配管２０
ａ，２０ｂの腐食を低減することができるので、メンテ
ナンス性能が向上する。

【００２７】以上、詳細に説明したように実施の形態に
係る排気システムでは、排気配管１１を金属管２１ａ，
２１ｂと多孔質管２２ａ，２２ｂとの二重管構造にし
て、排気時に、金属管２１ａ，２１ｂと多孔質管２２
ａ，２２ｂとの間に窒素ガスを加圧して供給するので、
多孔質管２２ａ，２２ｂの内壁面付近で擬似的な窒素ガ
スの壁（被膜）が形成される。このため、反応性生成物
が多孔質管２２ａ，２２ｂの内壁、すなわち排気配管１
１（２０ａ，２０ｂ）の内壁へ付着することを抑制する
ことができる。

【００２８】そして、多孔質管２２ａ，２２ｂの内壁付
近においては、気体分子の平均自由行程が、Ｄ／１００
０程度になっているので、反応生成物の気体分子は、窒
素ガスの分子に衝突して多孔質管２２ａ，２２ｂの内壁
に到達することはない。このため、金属管２１ａ，２１
ｂと多孔質管２２ａ，２２ｂとの間に供給された窒素ガ
スにより、多孔質管２２ａ，２２ｂの内壁面付近でより
確実に擬似的な窒素ガスの壁（窒素被膜）が形成され
る。したがって、排気配管２０ａ，２０ｂの内壁へ反応
性生成物が付着することをより抑制することができる。

【００２９】なお、上記した実施の形態は単なる例示に
すぎず、本発明を何ら限定するものではなく、その要旨
を逸脱しない範囲内で種々の改良、変形が可能であるこ
とはもちろんである。

【００３０】

【発明の効果】以上説明した通り本発明に係る反応生成
物付着防止排気配管によれば、真空を利用した膜付装置
に使用する反応生成物付着防止排気配管において、金属
で形成された金属配管と、多孔質材で形成された多孔質
配管とを備え、金属配管の内側に多孔質配管を配置し、
金属配管と多孔質配管との間に不活性ガスを加圧して供
給するので、多孔質配管の内壁面付近で擬似的な不活性
ガスの壁（被膜）を形成することができる。このため、
多孔質配管の内壁、すなわち排気配管の内壁への反応性
生成物の付着を抑制することができる。

【００３１】その結果として、排気配管の腐食を最小に
抑制することができ、排気配管のメンテナンス性能が向
上する。また、反応生成物の付着が抑制されることによ
り、パーティクルの発生が低減されるため、製造される
半導体の品質が向上する。さらに、反応性ガスの内壁面
への吸着も低減されるため、真空引きの時間を短縮する
ことができるので、半導体の製造時間を短縮することが
でき生産性が向上する。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施の形態に係る排気システムの概略構成を示
す図である。

【図２】図１のシステム中の排気配管の概略構成を示す
図である。

【図３】排気配管の内部構造を示す図である。

【図４】多孔質管の内壁面近傍に窒素ガスの擬似的な壁
が形成されることを説明するための図であり、（ａ）は
圧力変化を示すものであり、（ｂ）は気体分子の平均自
由行程を示すものである。

【符号の説明】

１０ ＣＶＤ装置 ２０ メイン排気配管系 ２０ａ，２０ｂ 排気配管 ２１ａ，２１ｂ 金属管 ２２ａ，２２ｂ 多孔質管 ２６ ヒータ ２８ａ，２８ｂ 温調機 ５０ 不活性ガス配管系

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 真空を利用した膜付装置に使用する排気
   配管において、 金属で形成された金属配管と、 多孔質材で形成された多孔質配管とを備え、 前記金属配管の内側に前記多孔質配管を配置し、前記金
   属配管と前記多孔質配管との間に不活性ガスを加圧して
   供給することを特徴する反応生成物付着防止排気配管。
2. 【請求項２】 請求項１に記載する反応生成物付着防止
   排気配管において、 前記多孔質配管内を真空状態にしたとき、不活性ガス相
   と真空相との境界が前記多孔質配管の内壁面よりも内側
   に形成されることを特徴する反応生成物付着防止排気配
   管。
3. 【請求項３】 請求項１に記載する反応生成物付着防止
   排気配管において、 前記多孔質配管内を真空状態にしたとき、前記多孔質配
   管の内壁近傍に存在する気体の分子平均自由行程が、前
   記多孔質配管の内径の１／１０００程度であることを特
   徴する反応生成物付着防止排気配管。
4. 【請求項４】 請求項１から請求項３に記載するいずれ
   か１つの反応生成物付着防止排気配管において、 前記金属配管を加熱するヒータと、 前記ヒータの温度制御を行うヒータ制御手段と、を有す
   ることを特徴する反応生成物付着防止排気配管。
5. 【請求項５】 請求項１から請求項４に記載するいずれ
   か１つの反応生成物付着防止排気配管において、 前記多孔質配管は、アルミナあるいは３フッ化樹脂のい
   ずれかにより形成されていることを特徴する反応生成物
   付着防止排気配管。