JP2007039751A

JP2007039751A - 基板処理システム及びそのトラップ装置

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Publication number: JP2007039751A
Application number: JP2005225960A
Authority: JP
Inventors: Masaru Sugihara; 賢杉原
Original assignee: Hitachi Kokusai Electric Inc
Current assignee: Hitachi Kokusai Electric Inc
Priority date: 2005-08-03
Filing date: 2005-08-03
Publication date: 2007-02-15

Abstract

【課題】トラップ装置の捕獲能力を実質的に向上し且つインレット部での詰まりをなくす。
【解決手段】基板を処理する処理室と、前記基板を加熱する加熱手段と、前記処理室に所望のガスを供給する供給系と、前記処理室内雰囲気を排気する排気系と、前記処理室から排気されたガスを固化して捕獲する、前記排気系に設けられたトラップ装置であって、トラップ本体１０２と、前記トラップ本体１０２に接続されるインレット部１０３と、前記トラップ本体１０２のガス経路部１０５に設けられるガス流衝突部材（デミスタ１０７）と、を備え、少なくとも前記インレット部１０３と前記トラップ本体との接続部周辺のガス経路部１０５を除いて、前記ガス経路部１０５内にガス流衝突部材を設ける。
【選択図】図５

Description

本発明は基板処理システム及び基板処理システムより排気された基板処理済みガスから残留成分を除去するための基板処理装置のトラップ装置に関するものである。

図６は、従来の基板処理室の排気系に接続されたトラップ装置の解説図である。
このトラップ装置Ｔ_Ｒは、未反応成分や残留成分等の回収成分を捕獲するフィルタ壁ａと、このフィルタ壁ａを収容するトラップ本体（ケーシング）ｂと、トラップ本体ｂに処理室内雰囲気を導入するインレット部ｃと、フィルタ壁ａによって浄化した後の浄化ガスを排出させるアウトレット部ｄとを備えている。
前記フィルタ壁ａは、渦巻き状に形成されていてトラップ本体ｂ内で渦巻き状のガス経路部ｅを形成しており、インレット部ｃの出口は、ガス経路部ｅの上流部に連通し、アウトレット部ｄの導入口（図示せず）は、ガス経路部ｅの下流部に連通している。
また、前記ガス経路部ｅには、流れを遮断するための邪魔板（図示せず）が一周毎に配置されていて、この邪魔板による流れの堰きとめにより、処理室内雰囲気がフィルタ壁ａを通過するようになっている。
前記トラップ装置Ｔ_Ｒを、基板処理装置（図示せず）のガス排気管（図示せず）に取り付け、基板処理装置のガス排気管からインレット部ｃを通じてトラップ本体ｂ内に処理室内雰囲気を導入すると、処理室内雰囲気は、フィルタ壁ａに沿ってガス経路部ｅ内を旋回する。そして邪魔板による一周毎の堰きとめにより、フィルタ壁ａを通過して下流部に到達する。
このように、従来のトラップ装置Ｔ_Ｒでは、処理室内雰囲気がフィルタ壁ａを複数回通過することによって、処理室内雰囲気中の未反応成分、残留成分等の回収成分が捕集されるので、清浄化されたガスがアウトレット部ｄから排出される。
なお、フィルタ壁ａに付着した未反応成分及び残留成分、すなわち、固形分は、所定のメンテナンス周期毎に、回収される。

このように、従来のトラップ装置は、未反応成分、残留成分を層状の固体分としてフィルタ壁に捕獲するが、捕獲性能を向上するには高性能のフィルタの開発を待たねばならないという問題がある。
そこで、処理室内雰囲気中の未反応成分、残留成分等の回収成分がフィルタに捕獲されるメカニズムを検討すると、まず、フィルタ壁全面に回収成分による核が形成され、核同士の成長による連結により回収成分の捕獲が進んでいくことが分かった。また、核の形成及び核の成長はガス通路の圧力が高くなると容易になることも分かった。
従って、従来のトラップ装置のフィルタ壁でフィルタ壁の捕獲性能を向上するには、インレット部からガス通路に導入する処理室内雰囲気の圧力を上げて核ができやすく且つ核が成長しやすい環境とする必要がある。
そこで、金属素線のウール又は網状部材からなるガス流衝突部材をガス経路部に設置した新規なトラップ装置を試作し、ガス流衝突部材にインレット部より導入する処理室内雰囲気流を衝突させることにより減速し、減速により圧力を上昇乃至回復させると、ガス経路部内の環境が前記したような核が形成されやすく、又、核が成長しやすい環境となり得るかどうかを確認することとした。
図７は係るトラップ装置Ｔ_Ｒを示す。トラップ装置Ｔ_Ｒのガス経路部ｅには、インレット部ｃよりガス経路部ｅの上流端から下流端に及んで金属素線の網状部材からなるガス流衝突部材ｆを配置した。
このトラップ装置Ｔ_Ｒを基板処理装置（図示せず）の排気管に介挿すると、ガス流衝突部材ｆの金属素線の表面、隣接する金属素線間に未反応成分、残留成分等の回収成分が付着し、フィルタ壁ａを覆うように成長した。また、回収成分の単位時間あたりの付着量（捕獲量）は、ガス流衝突部材を設けなかった場合と比較して大幅に向上したが、インレット部ｃの内面にも基板処理室内雰囲気中の未反応成分、残留成分等の回収成分が堆積してしまい、長期間の運転後には、インレット部ｃが残留成分等の回収成分で閉塞されてしまうという不具合が発生した。
つまり、ガス流衝突部材ｆを設けない場合は、図８に示すように、ガス経路部ｅの流れは、乱れのない層流の状態となるが、図７に示したように、インレット部ｃの出口付近にまでガス流衝突部材ｆが進出している場合には、ガス経路部ｅの背圧の増加や乱れの影響がインレット部内に及ぼしてしまいインレット部ｃ内が残留成分等の回収成分が付着し成長しやすい環境となっていたものと考えられる。
そこで、ガス経路部の捕獲性能を実質的に向上し且つインレット部での詰まりをなくすために解決すべき技術的課題が生じるのであり、本発明はこの課題を解決することを目的とする。

第１の手段は、基板を処理する処理室と、前記基板を加熱する加熱手段と、前記処理室に所望のガスを供給する供給系と、前記処理室内雰囲気を排気する排気系と、前記処理室から排気されたガスを固化して捕獲する、前記排気系に設けられたトラップ装置であって、トラップ本体と、前記トラップ本体に接続されるインレット部と、前記トラップ本体のガス経路部に設けられるガス流衝突部材と、を備え、少なくとも前記インレット部と前記トラップ本体との接続部周辺のガス経路部を除いて、前記ガス経路部内に前記ガス流衝突部材を設けたものである。
このようにすると、ガス流衝突部材に処理室内雰囲気流が衝突し減衰される結果、ガス経路部内の圧力が上昇乃至回復し、ガス経路部内の環境が、処理室内雰囲気中の残留成分等の回収成分の核ができやすく、核が成長しやすい環境となる。ガス流衝突部材の表面、フィルタ壁の表面に、未反応成分及び残留成分等の固形分の核が形成されると、形成された核の周りに固形分が付着して成長するので、従来よりも回収成分の捕獲量が増大する。また、前記ガス流衝突部材は、インレット部内で反応成分及び残留成分の付着し成長することがないように、少なくともインレット部とトラップ本体との接続周辺に存在することがないように、インレット部とトラップ本体との接続周辺を除くガス経路部内に設けられているので、インレット部の内面への残留成分等の回収成分の付着、成長が防止される。

また、第２の手段は、基板を処理する処理室に連通する排気系から排気されたガスを固化して捕獲するトラップ装置であって、トラップ本体と、前記トラップ本体に接続されるインレット部と、前記トラップ本体のガス経路部に設けられるガス流衝突部材と、を備え、少なくとも前記インレット部と前記トラップ本体との接続部周辺のガス経路部を除いて、前記ガス経路部内にガス流衝突部材を設けた基板処理システムのトラップ装置を提供するものである。このようにすると、第１の手段と同様に、インレット部での未反応成分及び残留成分の付着・成長が防止される。

以上、要するに、本発明によれば、トラップ装置の捕獲能力を実質的に向上しインレット部での詰まりをなくすことができるという優れた効果が発揮される。

まず、本発明の実施の形態にて行った、ウエハ等の基板へのプロセス処理例としてＣＶＤ法の中の１つであるＡＬＤ法を用いた成膜処理について、簡単に説明する。

ＡＬＤ法は、ある成膜条件（温度、時間等）の下で、成膜に用いる２種類（またはそれ以上）の原料となるガスを１種類ずつ交互に基板上に供給し、１原子層単位で吸着させ、表面反応を利用して成膜を行う手法である。

即ち、利用する化学反応には、例えばＳｉＮ（窒化珪素）膜形成の場合、ＡＬＤ法では、ＤＣＳ（ＳｉＨ_２Ｃｌ_２、ジクロルシラン）とＮＨ_３（アンモニア）を用いる。これらの反応ガスは、３００〜６００℃の低温で高品質の成膜が可能となる。また、ガス供給は、複数種類の反応性ガスを１種類ずつ交互に供給する。そして、膜厚制御は、反応性ガス供給のサイクル数で制御する。（例えば、成膜速度が１Å／サイクルとすると、２０Åの膜を形成する場合、処理を２０サイクル行う。）

以下に本発明にかかる処理装置の１実施の形態を説明する。

図１は本実施の形態にかかる縦型の基板処理炉の概略構成図であり、処理室部分を縦断面で示す。図２は本実施の形態にかかる縦型の基板処理炉の概略構成図であり、処理室部分を横断面で示す。
加熱手段であるヒータ２０７の内側に、基板であるウエハ２００を処理する反応容器として反応管２０３が設けられ、この反応管２０３の下端開口は蓋体であるシールキャップ２１９により気密部材であるＯリング２２０を介して気密に閉塞され、少なくとも、このヒータ２０７、反応管２０３、及びシールキャップ２１９により基板処理室である処理室２０１を形成している。シールキャップ２１９には石英キャップ２１８を介して基板保持手段であるボート２１７が立設され、前記石英キャップ２１８はボート２１７を保持する保持体となっている。そして、ボート２１７は処理室２０１に挿入される。ボート２１７にはバッチ処理される複数のウエハ２００が水平姿勢で管軸方向に多段に積載される。前記ヒータ２０７は処理室２０１に挿入されたウエハ２００を所定の温度に加熱する。

そして、処理室２０１へは複数種類、ここでは２種類のガスを供給するガス供給系としての２本のガス供給管２３２ａ、２３２ｂが設けられる。ここでは第１のガス供給管２３２ａからは流量制御手段である第１のマスフローコントローラ２４１ａ及び開閉弁である第１のバルブ２４３ａを介し、更に後述する処理室２０１内に形成されたバッファ室２３７を介して処理室２０１に反応ガスが供給され、第２のガス供給管２３２ｂからは流量制御手段である第２のマスフローコントローラ２４１ｂ、開閉弁である第２のバルブ２４３ｂ、ガス溜め２４７、及び開閉弁である第３のバルブ２４３ｃを介し、更に後述するガス供給部２４９を介して処理室２０１に反応ガスが供給されている。

処理室２０１はガスを排気するガス排気系としてのガス排気管２３１により第４のバルブ２４３ｄを介して排気手段である真空ポンプ２４６に接続され、真空排気されるようになっている。尚、この第４のバルブ２４３ｄは弁を開閉して処理室２０１の真空排気・真空排気停止ができ、更に弁開度を調節して圧力調整可能になっている開閉弁である。トラップ装置１００（後述する）は、このガス排気管２３１の途中に設けられる。

処理室２０１を構成している反応管２０３の内壁とウエハ２００との間における円弧状の空間には、反応管２０３の下部より上部の内壁にウエハ２００の積載方向に沿って、ガス分散空間であるバッファ室２３７が設けられており、そのバッファ室２３７のウエハ２００と隣接する壁の端部にはガスを供給する供給孔である第１のガス供給孔２４８ａが設けられている。この第１のガス供給孔２４８ａは反応管２０３の中心へ向けて開口している。この第１のガス供給孔２４８ａは、下部から上部にわたってそれぞれ同一の開口面積を有し、更に同じ開口ピッチで設けられている。

そしてバッファ室２３７の第１のガス供給孔２４８ａが設けられた端部と反対側の端部には、ノズル２３３が、やはり反応管２０３の下部より上部にわたりウエハ２００の積載方向に沿って配設されている。そしてノズル２３３には複数のガスを供給する供給孔である第２のガス供給孔２４８ｂが設けられている。この第２のガス供給孔２４８ｂの開口面積は、バッファ室２３７と処理室２０１の差圧が小さい場合には、上流側から下流側まで同一の開口面積で同一の開口ピッチとすると良いが、差圧が大きい場合には上流側から下流側に向かって開口面積を大きくするか、開口ピッチを小さくすると良い。

本実施の形態において、第２のガス供給孔２４８ｂの開口面積や開口ピッチを上流側から下流にかけて調節することで、まず、第２の各ガス供給孔２４８ｂよりガスの流速の差はあるが、流量はほぼ同量であるガスを噴出させる。そしてこの各第２のガス供給孔２４８ｂから噴出するガスをバッファ室２３７に噴出させて一旦導入し、前記ガスの流速差の均一化を行うこととした。

すなわち、バッファ室２３７において、各第２のガス供給孔２４８ｂより噴出したガスはバッファ室２３７で各ガスの粒子速度が緩和された後、第１のガス供給孔２４８ａより処理室２０１に噴出する。この間に、各第２のガス供給孔２４８ｂより噴出したガスは、各第１のガス供給孔２４８ａより噴出する際には、均一な流量と流速とを有するガスとすることができた。

さらに、バッファ室２３７に、細長い構造を有する第１の電極である第１の棒状電極２６９及び第２の電極である第２の棒状電極２７０が上部より下部にわたって電極を保護する保護管である電極保護管２７５に保護されて配設され、この第１の棒状電極２６９又は第２の棒状電極２７０のいずれか一方は整合器２７２を介して高周波電源２７３に接続され、他方は基準電位であるアースに接続されている。この結果、第１の棒状電極２６９及び第２の棒状電極２７０間のプラズマ生成領域２２４にプラズマが生成される。

前記電極保護管２７５は、第１の棒状電極２６９及び第２の棒状電極２７０のそれぞれをバッファ室２３７の雰囲気と隔離した状態でバッファ室２３７に挿入できる構造となっている。ここで、電極保護管２７５の内部は外気（大気）と同一雰囲気であると、電極保護管２７５にそれぞれ挿入された第１の棒状電極２６９及び第２の棒状電極２７０はヒータ２０７の加熱で酸化されてしまう。そこで、電極保護管２７５の内部は窒素などの不活性ガスを充填あるいはパージし、酸素濃度を充分低く抑えて第１の棒状電極２６９又は第２の棒状電極２７０の酸化を防止するための不活性ガスパージ機構が設けられる。

さらに、第１のガス供給孔２４８ａの位置より、反応管２０３の内周を１２０°程度回った内壁に、ガス供給部２４９が設けられている。このガス供給部２４９は、ＡＬＤ法による成膜においてウエハ２００へ、複数種類のガスを１種類ずつ交互に供給する際に、バッファ室２３７とガス供給種を分担する供給部である。

このガス供給部２４９もバッファ室２３７と同様にウエハ２００と隣接する位置に同一ピッチでガスを供給する供給孔である第３のガス供給孔２４８ｃを有し、下部では第２のガス供給管２３２ｂが接続されている。

第３のガス供給孔２４８ｃの開口面積はバッファ室２３７と処理室２０１との差圧が小さい場合には、上流側から下流側まで同一の開口面積で同一の開口ピッチとすると良いが、差圧が大きい場合には上流側から下流側に向かって開口面積を大きくするか開口ピッチを小さくすると良い。

反応管２０３内の中央部には複数枚のウエハ２００を多段に同一間隔で載置するボート２１７が設けられており、このボート２１７は図中省略のボートエレベータ機構（図示せず）により反応管２０３に出入りできるようになっている。また処理の均一性を向上する為にボート２１７を回転するための回転手段であるボート回転機構２６７が設けてあり、ボート回転機構２６７を回転することにより、石英キャップ２１８に保持されたボート２１７を回転するようになっている。

制御手段であるコントローラ１２１は、第１、第２のマスフローコントローラ２４１ａ、２４１ｂ、第１〜第４のバルブ２４３ａ、２４３ｂ、２４３ｃ、２４３ｄ、ヒータ２０７、真空ポンプ２４６、ボート回転機構２６７、図中省略のボート昇降機構、高周波電源２７３、整合器２７２に接続されており、第１、第２のマスフローコントローラ２４１ａ、２４１ｂの流量調整、第１〜第３のバルブ２４３ａ、２４３ｂ、２４３ｃの開閉動作、第４のバルブ２４３ｄの開閉及び圧力調整動作、ヒータ２０７の温度調節、真空ポンプ２４６の起動・停止、ボート回転機構２６７の回転速度調節、ボート昇降機構の昇降動作制御、高周波電源２７３の電力供給制御、整合器２７２によるインピーダンス制御が行われる。

次にＡＬＤ法による成膜例について、ＤＣＳ及びＮＨ_３ガスを用いてＳｉＮ膜を成膜する例で説明する。

まず成膜しようとするウエハ２００をボート２１７に装填し、処理室２０１に搬入する。搬入後、次の３つのステップを順次実行する。

［ステップ１］
ステップ１では、プラズマ励起の必要なＮＨ_３ガスと、プラズマ励起の必要のないＤＣＳガスとを併行して流す。まず第１のガス供給管２３２ａに設けた第１のバルブ２４３ａ、及びガス排気管２３１に設けた第４のバルブ２４３ｄを共に開けて、第１のガス供給管２３２ａから第１のマスフローコントローラ２４１ａにより流量調整されたＮＨ_３ガスをノズル２３３の第２のガス供給孔２４８ｂからバッファ室２３７へ噴出し、第１の棒状電極２６９及び第２の棒状電極２７０間に高周波電源２７３から整合器２７２を介して高周波電力を印加してＮＨ_３をプラズマ：励起し、活性種として処理室２０１に供給しながらガス排気管２３１から排気する。
ＮＨ_３ガスをプラズマ励起することにより活性種として流すときは、第４のバルブ２４３ｄを適正に調整して処理室２０１内圧力を１０〜１００Ｐａとする。第１のマスフローコントローラ２４１ａで制御するＮＨ_３の供給流量は１０００〜１００００ｓｃｃｍである。ＮＨ_３をプラズマ励起することにより得られた活性種にウエハ２００を晒す時間は２〜１２０秒間である。このときのヒータ２０７の温度はウエハ２００が３００〜６００℃になるよう設定してある。ＮＨ_３は反応温度が高いため、上記ウエハ温度では反応しないので、プラズマ励起することにより活性種としてから流すようにしており、このためウエハ温度は設定した低い温度範囲のままで行える。

このＮＨ_３をプラズマ励起することにより活性種として供給しているとき、第２のガス供給管２３２ｂの上流側の第２のバルブ２４３ｂを開け、下流側の第３のバルブ２４３ｃを閉めて、ＤＣＳも流すようにする。これにより第２、第３のバルブ２４３ｂ、２４３ｃ間に設けたガス溜め２４７にＤＣＳを溜める。このとき、処理室２０１内に流しているガスはＮＨ_３をプラズマ励起することにより得られた活性種であり、ＤＣＳは存在しない。したがって、ＮＨ_３は気相反応を起こすことはなく、プラズマにより励起され活性種となったＮＨ_３はウエハ２００上の下地膜と表面反応する。

［ステップ２］
ステップ２では、第１のガス供給管２３２ａの第１のバルブ２４３ａを閉めて、ＮＨ_３の供給を止めるが、引続きガス溜め２４７へ供給を継続する。ガス溜め２４７に所定圧、所定量のＤＣＳが溜まったら上流側の第２のバルブ２４３ｂも閉めて、ガス溜め２４７にＤＣＳを閉じ込めておく。また、ガス排気管２３１の第４のバルブ２４３ｄは開いたままにし真空ポンプ２４６により、処理室２０１を２０Ｐａ以下に排気し、残留ＮＨ_３を処理室２０１から排除する。また、この時にはＮ_２等の不活性ガスを処理室２０１に供給すると、更に残留ＮＨ_３を排除する効果が高まる。
ガス溜め２４７内には、圧力が２００００Ｐａ以上になるようにＤＣＳを溜める。また、ガス溜め２４７と処理室２０１との間のコンダクタンスが１．５×１０^−３ｍ^３／ｓ以上になるように装置を構成する。また、反応管２０３の容積とこれに対する必要なガス溜め２４７の容積との比として考えると、反応管２０３の容積が１００ｌ（リットル）の場合においては、１００〜３００ｃｃであることが好ましく、容積比としてはガス溜め２４７は反応室容積の１／１０００〜３／１０００倍とすることが好ましい。

［ステップ３］
ステップ３では、処理室２０１の排気が終わったらガス排気管２３１の第４のバルブ２４３ｄを閉じて排気を止める。第２のガス供給管２３２ｂの下流側の第３のバルブ２４３ｃを開く。これによりガス溜め２４７に溜められたＤＣＳが処理室２０１に一気に供給される。このときガス排気管２３１の第４のバルブ２４３ｄが閉じられているので、処理室２０１内の圧力は急激に上昇して約９３１Ｐａ（７Ｔｏｒｒ）まで昇圧される。ＤＣＳを供給するための時間は２〜４秒設定し、その後上昇した圧力雰囲気中に晒す時間を２〜４秒に設定し、合計６秒とした。このときのウエハ温度はＮＨ_３の供給時と同じく、３００〜６００℃である。ＤＣＳの供給により、下地膜上のＮＨ_３とＤＣＳとが表面反応して、ウエハ２００上にＳｉＮ膜が成膜される。成膜後、第３のバルブ２４３ｃを閉じ、第４のバルブ２４３ｄを開けて処理室２０１を真空排気し、残留するＤＣＳの成膜に寄与した後のガスを排除する。また、この時にはＮ_２等の不活性ガスを処理室２０１に供給すると、更に残留するＤＣＳの成膜に寄与した後のガスを処理室２０１から排除する効果が高まる。また第２のバルブ２４３ｂを開いてガス溜め２４７へのＤＣＳの供給を開始する。

上記ステップ１〜３を１サイクルとし、このサイクルを複数回繰り返すことによりウエハ２００上に所定膜厚のＳｉＮ膜を成膜する。

ＡＬＤ装置では、ガスは下地膜表面に吸着する。このガスの吸着量は、ガスの圧力、及びガスの暴露時間に比例する。よって、希望する一定量のガスを、短時間で吸着させるためには、ガスの圧力を短時間で大きくする必要がある。この点で、本実施の形態では、第４のバルブ２４３ｄを閉めたうえで、ガス溜め２４７内に溜めたＤＣＳを瞬間的に供給しているので、処理室２０１内のＤＣＳの圧力を急激に上げることができ、希望する一定量のガスを瞬間的に吸着させることができる。

また、本実施の形態では、ガス溜め２４７にＤＣＳを溜めている間に、ＡＬＤ法で必要なステップであるＮＨ_３ガスをプラズマ励起することにより活性種として供給、及び処理室２０１の排気をしているので、ＤＣＳを溜めるための特別なステップを必要としない。また、処理室２０１内を排気してＮＨ_３ガスを除去してからＤＣＳを流すので、両者はウエハ２００に向かう途中で反応しない。供給されたＤＣＳは、ウエハ２００に吸着しているＮＨ_３とのみ有効に反応させることができる。

図３は被処理基板である直径３００ｍｍのウエハ２００を石英製の反応管２０３に多段に載置してＣＶＤ処理を実施する縦型ＣＶＤシステムとして、前記処理装置（図１及び図２参照）を組み込んだ様子を示す。ウエハ２００を収容したカセット３２は、当該システムの前面に設置されたＩ／Ｏステージ３３と装置外部との間で授受される。I／Ｏステージ３３の内側にはカセットローダ３５が設置されていて、I／Ｏステージ３３上のカセット３２をカセット棚３４に搬送できるようになっている。また、カセット棚３４の内側にはウエハ２００をボート２１７に搬送するためのウエハ移載機３８が配置され、カセット棚３４のカセット３２と石英製のボート２１７との間でウエハ２００を搬送できるようになっている。なお、本実施形態にかかるカセット３２には２５枚のウエハ２００を収容でき、ボート２１７には、１００枚のウエハ２００が装填されるので、ウエハ移載機３８の搬送は何度か繰り返される。
前記ボート２１７は、ボートエレベータ３６に設置され、ボートエレベータ３６の昇降機構（図示せず）によるボート２１７の上昇によって反応管２０３内部に装填される。ボート２１７の反応管２０３内への挿入後は、ボート２１７下部のボートエレベータ３６に付属する台座をかねたシールキャップ２１９が反応管２０３に気密部材であるＯリング２２０を介して密着するので気密性が保持される。
ガス排気管２３１には、真空ポンプ２４６（図３参照）より上流側に本実施形態にかかるトラップ装置１００が設けられ、下流側に、除害装置４０が設けられる。

前記ＣＶＤシステムで成膜処理を実施する際は、まず、ウエハ２００を装填したカセット３２がI／Ｏステージ３３にセットされる。Ｉ／Ｏステージ３３にカセット３２がセットされると、カセットローダ３５によってカセット３２が順次、カセット棚３４に搬送される。ボート２１７へのウエハ２００の搬送が終了すると、ボートエレベータ３６が作動し、ボート２１７の上昇によってボート２１７が反応管２０３内に挿入される。ボート２１７の挿入が完了すると、ボート２１７下部のシールキャップ２１９によって反応管２０３が閉鎖され気密性が保持される。
この状態を保持しながら反応管２０３内に一定流量のＣＶＤ用の反応性ガスを供給し、反応管２０３内の圧力を一定の圧力に保持する。このとき、反応管２０３及び内部のウエハ２００は、前記ヒータ２０７によって所定温度に保持される。
反応管２０３内の温度を、例えば、７５０℃に保持し、反応管２０３内の圧力を、例えば、１Ｔｏｒｒに保持しながら、前記したように、ＳｉＨ_２Ｃｌ_２（ジクロロシラン）とＮＨ_３（アンモニア）とを交互に供給するとウエハ２００の表面にＳｉＮ_ｘ膜（窒化膜）が形成される。

図４は前記トラップ装置１００の構造を示す解説図である。なお、この図はトラップ装置１００の上部蓋を取り外した状態を示している。
トラップ装置１００には、前記反応管内雰囲気から未反応成分、残留成分等の回収成分を捕獲するフィルタ壁１０１と、このフィルタ壁１０１を収容するトラップ本体（ケーシング）１０２と、トラップ本体１０２内に前記ガス排気管２３１から反応管内雰囲気（基板処理室内雰囲気）を導入するためのインレット部１０３と、未反応成分、残留成分等の回収成分を捕獲した後の反応管内雰囲気を前記ガス排気管２３１に排気するためのアウトレット部１０８（図５参照）とが備えられる。
前記トラップ本体１０２は、両端部が閉塞された円筒状に形成され、フィルタ壁１０１はトラップ本体１０２に内蔵されている。前記フィルタ壁１０１は、図４には詳細に示されていないが、フィルタで構成されており、渦巻き状に成形された後に、トラップ本体１０２に内蔵される。
渦巻き状のフィルタ壁１０１をトラップ本体１０２内に内蔵すると、トラップ本体１０２内には、処理室内雰囲気から未反応成分、残留成分を層状の固体分として捕獲するためのガス経絡部が１０５形成される。なお、図４には示されていないが、ガス経路部１０５には、一周毎に邪魔板が配置されていて、邪魔板がガスの流れを一周毎に遮断し、全体として渦巻き状の流れを形成するようになっている。そして、トラップ本体１０２には厚み方向に貫通する連絡路１０６が設けられ、インレット部１０３は、その出口部を連絡路１０６に挿入した状態でトラップ本体１０２に溶接によって気密に固着される。また、前記アウトレット部１０８はガス経路部１０５の下流部に連通しており、トラップ本体１０２の端部壁を内側から外側に貫通して外部に所定長さ延びている。

図５は前記トラップ装置１００を、インレット部１０３の軸方向に沿って切断した解説図である。なお、インレット部１０３については断面としていない。図５に示すように、トラップ本体１０２内には、フィルタ壁１０１によって渦巻き状のガス経路部１０５が区画され、ガス経路部１０５の上流部にインレット部１０３が連通している。フィルタ壁１０１によって形成されたガス経路部１０５には、金属素線を規則的あるいは不規則的に編みこんだ網板状材から成るデミスタ１０７がガス流衝突部材として設置されている。デミスタ１０７がガス経路部１０５に設置されると、ガス経路部１０５内の流路抵抗の増加とともに、デミスタ１０７を構成する金属素線との衝突による処理室内雰囲気流の減速に伴う圧力が上昇（圧力の回復）する。そして、このように、処理室内雰囲気流の圧力が上昇乃至回復すると、デミスタ１０７の金属素線の表面又は隣接する金属素線間及びフィルタ壁１０１の外側面全面に、未反応成分、残留成分からなる核が形成され、核が処理室内雰囲気中の残留成分などの固形分の付着によって成長する。従って、デミスタ１０７及びフィルタ壁１０１に固形分が捕獲される。

前記デミスタ１０７は、インレット部１０３での残留成分等の固形分の付着による核の形成と成長とを防止するため、少なくともインレット部１０３とトラップ本体１０２との接続部付近を除いてガス経路部１０５の全長に及んで設置されている。この場合、デミスタ１０７の上流端の位置をインレット部１０３の出口端を基準に円周角θで４５°未満とすると、インレット部１０３内に、デミスタ１０７の設置による背圧の影響や乱れの影響により残留成分などの固形分がインレット部１０４内で成長してしまう虞があり、また９０°を超えると、デミスタ１０７を設置したことによる回収分の捕獲能力が減少する。
従って、デミスタ１０７を設置する範囲は、インレット部１０３の出口端を基準に円周角で４５°〜９０°の範囲に決定する。
デミスタ１０７の設置範囲を円周角で４５°未満とすると、副生成物を含んだ排気ガスがデミスタ１０７に衝突した際、インレット部１０３出口に戻され、インレット部１０３出口端に堆積する。この堆積物が核となり、急速に詰まりを発生させるという不都合があり、９０°を超えると、吸収帯である渦の面積が減少するため、捕集能力が減少し、２次側配管に副生成物が付着する不都合がある。
このように、ガス流衝突部材として、金属素線の網状板から成るデミスタ１０７を用いると、インレット部１０３から導入される処理室内雰囲気流の減衰が可能となり、ガス経路部１０５内の圧力を上昇させることによって、回収成分による核の形成と、成長とを助長することが可能となる。なお、デミスタ１０７には、金属素線を束ねて板状とした粗目のウールを採用しても構わない。
また、フィルタ壁１０１の表面に毛羽立ちや凹凸による突起又は植毛を設けてガス流衝突部材としてもよい。また、フィルタ壁１０１を蛇腹状に形成し、半径方向に沿って突出する部分をガス流衝突部材としてもよい。さらに、ガス経路部１０５の流路断面を上流側から下流側に向かって段階的に狭くすることによってフィルタ壁１０１の表面にガス流衝突部材を形成してもよい。このようにすると、処理室内雰囲気流がガス流衝突部材と衝突して減衰され、ガス経路部１０５の圧力が回復するので、デミスタ１０７と同様に処理室内雰囲気中の回収成分に対するガス経路部１０５全体の捕獲量が増大するとともに、インレット部１０３の内面への回収成分の付着が防止される。
さらに、ガス経路部１０５のフィルタ壁１０１による捕集能力を増加させるため、少なくともインレット部１０３と前記トラップ本体１０２との接続部周辺のガス経路部１０５を除くガス経路部１０５の流路断面を上流側で広く上流側から下流側に向かって順次狭くすることによってフィルタ壁１０１全体をガス流衝突部材とし、フィルタ壁１０１への衝突と、管路抵抗の増加によって回収成分に対する捕獲性能を向上するようにしてもよい。

図３に示すように、本実施形態にかかるトラップ装置１００を前記システムのガス排気管２３１に組み込み、前記ウエハ２００の成膜を繰り返しても反応管内雰囲気中（基板処理室内雰囲気中）の未反応成分、残留成分等の回収成分がインレット部１０３の内面、連絡路１０６の内面、及びフィルタ壁１０１の上流部に、局部的に付着することはなく、デミスタ１０７及びフィルタ壁１０１の上流側から下流側に及んで略均一に且つ層状に付着することが確認された。
なお、本実施の形態では、付着物としては、不活性ガスによって反応管２０３から排気されたＮＨ_３の未反応分（残留分）と、反応管２０３から排気されたＤＣＳ（ＳｉＨ_２Ｃｌ_２、ジクロルシラン）の未反応分（残留分）とが該当する。
トラップ装置１００によって浄化した後の反応室内雰囲気は、真空ポンプ２４６を通過した後、ガス排気管２３１の集合部４５を経て除害装置４０に導入され、ここで、最終の浄化処理を受けて清浄な排気として大気に開放される。
従って、本実施形態のトラップ装置１００によればインレット部１０３の詰まりが防止され、所定のメンテナンス周期でのメンテナンスが可能となる。また、トラップ装置１００による残留ガス等の固形分の捕獲効率が上がり、トラップ装置１００から排気される処理室内雰囲気中の残留成分等の固形分含有率が大幅に低下しているので、下流の除害装置４０の三方弁等の弁類への固形分の付着を防止することができる。このため除害装置４０のメンテナンス周期を大幅に延長することができる。

なお、本実施の形態において、前記トラップ装置１００を、真空ポンプ２４６と除害装置４０との間に設置してもよい。また、本実施形態においては、縦型のＣＶＤ処理装置にトラップ装置１００を組み込んだシステムを例示したが、横型の処理装置や枚葉式の処理装置を組み込んだシステムとしてもよい。
さらに、本発明にかかるトラップ装置１００は、排気ガスから微粒子状の成分を捕獲して浄化する他の処理装置への適用が可能である。
このように、本発明は、種々の改変が可能であり、本発明はこの改変された発明に及ぶことは当然である。

本発明の実施の形態にかかる縦型の基板処理炉の概略構成図であり、処理室部分を縦断面で示した図である。本発明の実施の形態にかかる縦型の基板処理炉の概略構成図であり、処理室部分を横断面で示した図である。本発明の実施の形態にかかる基板処理炉を組み込んだ基板処理システムを示す解説図である。本発明の一実施形態にかかるトラップ装置の構造を示す解説図である。トラップ装置を、インレット部の軸方向に沿って切断した解説図である。従来の基板処理室に接続されたトラップ装置の解説図である。本願発明と同時に案出され検討に供された新規なトラップ装置の解説図である。従来のトラップ装置を、インレット部の軸方向に沿って切断したトラップ装置の解説図である。

符号の説明

１００トラップ装置
１０１フィルタ壁
１０２トラップ本体
１０３インレット部
１０５ガス経路部
１０６連絡路
１０７デミスタ（ガス流衝突部材）

Claims

基板を処理する処理室と、
前記基板を加熱する加熱手段と、
前記処理室に所望のガスを供給する供給系と、
前記処理室内雰囲気を排気する排気系と、
前記処理室から排気されたガスを固化して捕獲する、前記排気系に設けられたトラップ装置であって、
トラップ本体と、前記トラップ本体に接続されるインレット部と、前記トラップ本体のガス経路部に設けられるガス流衝突部材と、を備え、
少なくとも前記インレット部と前記トラップ本体との接続部周辺のガス経路部を除いて、前記ガス経路部内に前記ガス流衝突部材を設ける
ことを特徴とする基板処理システム。
基板を処理する処理室に連通する排気系から排気されたガスを固化して捕獲するトラップ装置であって、
トラップ本体と、前記トラップ本体に接続されるインレット部と、前記トラップ本体のガス経路部に設けられるガス流衝突部材と、を備え、
少なくとも前記インレット部と前記トラップ本体との接続部周辺のガス経路部を除いて、前記ガス経路部内にガス流衝突部材を設ける
ことを特徴とする基板処理システムのトラップ装置。