JP2013194278A - トラップ装置及び成膜装置 - Google Patents

Abstract

【課題】反応副生成物や未反応の原料ガス等の捕獲対象物の回収率を向上させることが可能なトラップ装置を提供する。
【解決手段】原料ガスを用いて被処理体Ｗに薄膜を形成する処理容器１２からの排気ガスを流す排気通路６２に設けられたトラップ装置において、ガス入口７６とガス出口７８とを有して排気通路の途中に介設される筐体７４と、排気ガス中の捕獲対象物を捕獲するために筐体内に設けられて、排気ガスの流れ方向に対して主トラップ面が平行になるように配置されると共に、排気ガスの流れ方向と直交する方向へ互いに所定の間隔を隔てて設けられた複数のトラップ板８４を有するトラップユニット８６とを備え、トラップユニットを、排気ガスの流れ方向に沿って複数個設けるように構成する。
【選択図】図２

Description

本発明は、被処理体に薄膜を形成する成膜装置及びこれに用いるトラップ装置に関する。

一般に、ＩＣなどの集積回路や論理素子を形成するためには、半導体ウエハ、ガラス基板、ＬＣＤ基板等の表面に、所望の薄い成膜を施す行程やこれを所望のパターンにエッチングする行程が繰り返して行なわれる。この成膜工程を例にとれば、この工程においては、所定の処理ガス（原料ガス）を処理容器内にて反応、或いは分解させることによってシリコンの薄膜、シリコンの酸化物や窒化物の薄膜、或いは金属の薄膜、金属の酸化物や窒化物の薄膜等を被処理体の表面に形成するが、この成膜反応と同時に余分な反応副生成物が発生し、これが排気ガスと共に排出されてしまう。また、未反応の処理ガスも排出される。

この反応副生成物や未反応の処理ガスは、そのまま大気中に放出されると環境汚染等の原因になったり、未反応の処理ガスの排出は資源の無駄になることから、これを防止するために一般的には処理容器から延びる排気ガス系にトラップ機構を介設し、これにより排気ガス中に含まれている反応副生成物や未反応の処理ガス等を捕獲して除去するようになっている（特許文献１〜４）。

このトラップ機構の構成は、捕獲除去すべき反応副生成物等の特性に応じて種々提案されているが、例えば常温で液化乃至固化して凝縮する反応副生成物を除去する場合には、このトラップ機構はその一例として排気ガスの導入口と排出口を有する筐体内に多数の板状のトラップ板を設けて構成されている。そして、このトラップ板は、排気ガスの流れる方向に対して、順次配列してこれらのトラップ板間を排気ガスが通過する時に排気ガス中の反応副生成物や未反応の処理ガス（原料ガス）等をトラップ板の表面に付着させて捕獲するようになっている。この場合、上記板状のトラップ板は、流れる排気ガスとの接触を良好にするために主トラップ面が排気ガスの流れ方向に対して直交するように設けるのが一般的である。また、このトラップ板を冷却流体等により冷却して捕獲効率を上げることも行なわれている。

特開平１０−１４０３５７号公報 特開平１１−３０２８５１号公報 特開２００１−２１４２７２号公報 特開２００３−２４７０７５号公報

ところで、従来の一般的なトラップ装置では、上述したように板状のトラップ板を、これと排気ガスとの接触を良好にするために主トラップ面が排気ガスの流れ方向に対して直交するように配置している。しかしながら、この場合、実際の排気ガスは主トラップ面と衝突した際に、その流れが大きく乱されてしまい、結果的に、排気ガスの乱流が生じて排気ガス中の捕獲対象物がトラップ板と接触することなく、すなわち捕獲されることなく流れてしまい、回収率が十分に上がらない、といった問題があった。

本発明は、以上のような問題点に着目し、これを有効に解決すべく創案されたものである。本発明は、反応副生成物や未反応の原料ガス等の捕獲対象物の回収率を向上させることが可能なトラップ装置及び成膜装置である。

請求項１に係る発明は、原料ガスを用いて被処理体に薄膜を形成する処理容器からの排気ガスを流す排気通路に設けられたトラップ装置において、ガス入口とガス出口とを有して前記排気通路の途中に介設される筐体と、前記排気ガス中の捕獲対象物を捕獲するために前記筐体内に設けられて、前記排気ガスの流れ方向に対して主トラップ面が平行になるように配置されると共に、前記排気ガスの流れ方向と直交する方向へ互いに所定の間隔を隔てて設けられた複数のトラップ板を有するトラップユニットとを備え、前記トラップユニットを、前記排気ガスの流れ方向に沿って複数個設けるように構成したことを特徴とするトラップ装置である。

これにより、排気ガスの流れ方向に対して主トラップ面が平行となるように配置されて、排気ガスの流れ方向と直交する方向へ所定の間隔を隔てて設けられた複数のトラップ板を有するトラップユニットを、排気ガスの流れ方向に沿って複数個設けるようにしたので、反応副生成物や未反応の原料ガス等の捕獲対象物の回収率を向上させることが可能となる。

請求項１１に係る発明は、原料ガスを用いて被処理体に薄膜を形成する成膜処理を施すための成膜装置において、真空排気が可能になされた処理容器と、前記被処理体を載置する載置台構造と、前記処理容器内へガスを導入するガス導入手段と、前記ガス導入手段に接続されて前記原料ガスを供給する原料ガス供給系を有するガス供給系と、前記処理容器内の雰囲気を排気する排気系と、前記排気系に設けられる請求項１乃至１０のいずれか一項に記載のトラップ装置と、を備えたことを特徴とする成膜装置である。

本発明に係るトラップ装置及び成膜装置によれば、次のように優れた作用効果を発揮することができる。
排気ガスの流れ方向に対して主トラップ面が平行となるように配置されて、排気ガスの流れ方向と直交する方向へ所定の間隔を隔てて設けられた複数のトラップ板を有するトラップユニットを、排気ガスの流れ方向に沿って複数個設けるようにしたので、反応副生成物や未反応の原料ガス等の捕獲対象物の回収率を向上させることができる。

本発明に係るトラップ装置を有する成膜装置の一例を示す概略構成図である。 トラップ装置を示す縦断面図である。 トラップ装置を示す横断面図である。 １つのトラップユニットを示す斜視図である。 トラップ装置の各トラップ板の配列状態を示す上面断面図である。 トラップ装置の一端より各トラップユニットのトラップ板を臨んだ時の状態を示す概略投影図である。 トラップ装置内における排気ガスの流れを模式的に示す図である。

以下に、本発明に係るトラップ装置及び成膜装置の好適な一実施形態を添付図面に基づいて詳述する。図１は本発明に係るトラップ装置を有する成膜装置の一例を示す概略構成図、図２はトラップ装置を示す縦断面図、図３はトラップ装置を示す横断面図、図４は１つのトラップユニットを示す斜視図、図５はトラップ装置の各トラップ板の配列状態を示す上面断面図、図６はトラップ装置の一端より各トラップユニットのトラップ板を臨んだ時の状態を示す概略投影図である。ここでは有機金属化合物の原料としてカルボニル系の有機金属化合物であるＲｕ_３ （ＣＯ）_１２を用い、キャリアガスとしてＣＯ（一酸化炭素）を用いてＲｕ金属膜よりなる薄膜を成膜すると共に、捕獲対象物として未反応の原料ガスを排気ガス中から捕獲する場合を例にとって説明する。

図１に示すように、本発明に係る成膜装置２は、被処理体としての円板状の半導体ウエハＷに対して成膜処理を実際に施す成膜装置本体４と、この成膜装置本体４に対して必要なガスを供給するガス供給系６と、上記成膜装置本体４からの排気ガスを排出する排気系８とにより主に構成されている。上記ガス供給系６には、ここでは成膜用の原料ガスを供給する原料ガス供給系１０が含まれており、必要な場合には、Ｎ_２ ガス等のパージガスを供給するパージガス供給系等も含まれる。

まず、上記成膜装置本体４について説明する。この成膜装置本体４は、例えばアルミニウム合金等よりなる筒体状の処理容器１２を有している。この処理容器１２内には、被処理体である半導体ウエハＷを載置して保持する載置台構造１４が設けられる。この載置台構造１４は、全体が例えば円板状に成形されており、この上面側に半導体ウエハＷを載置するようになっている。そして、この載置台構造１４は、処理容器１２の底部より起立された例えばアルミニウム合金等よりなる金属製の支柱１６の上端部に取り付け固定されている。

この載置台構造１４中にはその上部側に加熱手段として例えばタングステンワイヤヒータやカーボンワイヤヒータ等よりなる加熱ヒータ１８が埋め込むようにして設けられて上記半導体ウエハＷを加熱するようになっており、上記加熱ヒータ１８の下方にはこの載置台構造１４の下部や側部を冷却して温度調整する冷媒を流すための冷媒通路２０が設けられている。また、この載置台構造１４には、半導体ウエハＷの搬出入時に昇降されて搬送アームとの間で半導体ウエハＷの受け渡しを行う図示しないリフタピンが設けられている。

上記処理容器１２の底部には、排気口２２が設けられ、この排気口２２には上記排気系８が接続されて、処理容器１２内の雰囲気を真空排気できるようになっている。この排気系８については後述する。この処理容器１２の側壁には、半導体ウエハＷを搬出入する開口２４が形成されており、この開口２４には、これを気密に開閉するためのゲートバルブ２６が設けられている。

そして、この処理容器１２の天井部には、例えばシャワーヘッド２８よりなるガス導入手段３０が設けられており、下面に設けたガス噴出孔３２より処理容器１２内へ必要なガスを供給するようになっている。そして、上記処理容器１２の側壁やシャワーヘッド２８にはそれぞれヒータ３４、３６が設けられており、これらを所定の温度に維持することにより原料ガスが固化や液化することを防止するようになっている。そして、このシャワーヘッド２８のガス入口２８Ａに、上記原料ガス供給系１０や他に必要なガスがある場合には、そのガス供給系が接続されている。

ここで用いるガス種によっては、このシャワーヘッド２８内では原料ガスと他のガスが混合される場合もあるし、シャワーヘッド２８内へ別々に導入されて別々に流れて処理容器１２内で混合される場合もある。ここでは、ガス導入手段３０としてシャワーヘッド２８を用いているが、これに代えて単なるノズル等を用いてもよいし、そのガス導入形態は特に限定されない。

次に、上記原料ガス供給系１０について説明する。まず、この原料ガス供給系１０は、固体原料又は液体原料を貯留する原料タンク４０を有している。ここでは、この原料タンク４０内には、有機金属化合物の原料である例えば固体原料４２が貯留されており、この固体原料４２としては、前述したようにＲｕ_３ （ＣＯ）_１２が用いられている。この固体原料４２は、一般的には蒸気圧が非常に低くて蒸発し難い特性を有している。尚、上記固体原料４２に代えてバブリング等により原料ガスが形成される液体原料を用いてもよい。

そして、この原料タンク４０の天井部に設けたガス出口４４に一端を接続し、上記成膜装置本体４のシャワーヘッド２８のガス入口２８Ａに他端を接続して原料通路４６が設けられており、上記原料タンク４０にて発生した原料ガスを供給できるようになっている。そして、上記原料通路４６の原料タンク４０に近い部分には開閉弁４８が介設されている。

また、上記原料タンク４０の下面側には、上記原料タンク４０にキャリアガスを供給するためのキャリアガス管５０が接続されている。このキャリアガス管５０の途中には、マスフローコントローラのような流量制御器５２とキャリアガス開閉弁５４とが順次介設されており、キャリアガスを流量制御しつつ供給して上記固体原料４２を加熱することにより、この固体原料４２を気化させて原料ガスを形成するようになっている。

また原料タンク４０の内部には、上記キャリアガス管５０が設置された側の近傍に、多孔板５６が設置され、上記固体原料４２を上記多孔板５６の上に保持すると共に、上記キャリアガス管５０から供給されるキャリアガスが、上記多孔板５６に形成された孔部を介して、上記原料タンク４０内に均一に供給される構造となっている。上記キャリアガスとしてここではＣＯ（一酸化炭素）ガスが用いられている。

そして、上記原料タンク４０には、これを加熱するためのタンク加熱手段５８がタンク全体を覆うようにして設けられており、固体原料４２の気化を促進させるようになっている。この場合、固体原料４２の加熱温度は、分解温度未満で且つ固化温度以上の温度である。また、上記原料通路４６には、テープヒータのような通路加熱ヒータ６０が設けられており、これを分解温度未満で且つ固化温度以上の温度に加熱して原料ガスが再固化することを防止するようになっている。

次に排気系８について説明する。この排気系８は上記処理容器１２の排気口２２に接続された排気通路６２を有しており、この排気通路６２に沿って処理容器１２内の雰囲気を排気するようになっている。具体的には、この排気通路６２には、その上流側から下流側に向けて圧力調整弁６４、第１の真空ポンプ６６、本発明に係るトラップ装置６８、第２の真空ポンプ７０及び除害装置７２が順次介設されている。

上記圧力調整弁６４は例えばバタフライ弁よりなり、上記処理容器１２内の圧力を調整する機能を有している。上記第１の真空ポンプ６６は、ここでは上流側に設けたターボ分子ポンプよりなり、第２の真空ポンプ７０は、ここではドライポンプよりなり、処理容器１２内の雰囲気を真空引きできるようになっている。この場合、成膜時の設定プロセス圧力に応じて、上記２つのポンプ６６、７０の内のいずれか一方のみを設けるようにしてもよい。

上記トラップ装置６８は、流れてくる排気ガス中に含まれる未反応の原料ガスを回収するようになっている。具体的には、このトラップ装置６８は、図２乃至図６にも示すように例えばステンレススチール、アルミニウム合金等の金属により形成された筐体７４を有している。尚、処理ガスとして腐食性ガスを用いる場合には、筐体７４として耐腐食性材料を用いる。この筐体７４は、ここでは両端が閉じられた円筒体状に成形されている。この円筒体状の筐体７４の一端にはガス入口７６が形成され、このガス入口７６に上記排気通路６２の上流側が接続されていると共に、他端にはガス出口７８が形成され、このガス出口７８に上記排気通路６２の下流側が接続されて、筐体７４内に排気ガスを流すようになっている。

また、上記筐体７４のガス出口７８が形成される他端側の端板は、開閉蓋８０として形成されており、この開閉蓋８０は、Ｏリング等のシール部材８２を介して気密に着脱可能に取り付けられている。

そして、この筐体７４内に本発明の特徴とする複数のトラップ板８４を有する複数のトラップユニット８６が排気ガスの流れ方向に沿って所定の間隔で設けられており、排気ガス中の捕獲対象物（原料ガス）を捕獲するようになっている。具体的には、ここでは上記トラップユニット８６は適宜間隔を隔てて８個（図２参照）、すなわち８段に亘って設けられており、各トラップユニット８６は、一端が上記開閉蓋８０に連結されて筐体７４内に沿って延びる複数の支持ロッド８８により一体的に連結されて支持されており、メンテナンス時に筐体７４の開閉蓋８０側から挿脱できるようになっている。上記支持ロッド８８は、ここでは３本（図３参照）設けられている。そして、上記各トラップユニット８６には、上記トラップ板８４がそれぞれ複数枚、ここでは４枚設けられている。尚、このトラップ板８４の枚数は、これに限定されない。

上記各トラップ板８４は、排気ガスの流れ方向、すなわち筐体７４の長さ方向に対して主トラップ面９２（幅の広いトラップ面）が平行になるように配置されると共に、排気ガスの流れ方向と直交する方向へ互いに所定の間隔を隔てて設けられている。すなわち、トラップ板８４の厚さ方向の補トラップ面９３（幅の狭いトラップ面）が排気ガスの流れ方向と直交するように配置されている。そして、このトラップユニット８６の外周側は、円形リング状になされた所定の幅の支持リング９０により形成されており、この支持リング９０に上記各トラップ板８４の両端を接続して一体的に支持するようになっている。

上記トラップ板８４は、ここでは断面矩形に成形され、所定の厚さ、長さ及び幅を有しており、その表面全体がトラップ面になると共に長さと幅で形成される面が主トラップ面９２となっている。ここで各トラップ板８４の長さは、図３及び図４にも示すように円形リング状の支持リング９０に対する取り付け位置によって異なることになる。この支持リング９０の表面もトラップ面となり、捕獲対象物を付着させる機能を有している。

ここで上記各部材の寸法の一例は、筐体７４の直径は２０ｃｍ程度、長さは４０ｃｍ程度、各トラップ板８４の厚さＬ１は１０〜１５ｍｍ程度、トラップ板８４間の距離、すなわち配列ピッチＬ２は２０〜４０ｍｍ程度、幅Ｌ３（図５参照）は１０〜２０ｍｍ程度であり、”厚さＬ１＜長さＬ３”となるように設定されている。上記厚さＬ１が１０ｍｍよりも小さい場合には、設けるべきトラップ板８４が過度に多くなって好ましくなく、また、１５ｍｍよりも大きい場合には、排気ガスの乱れが大きくなり、この場合にも好ましくない。また前後のトラップユニット８６間の距離は、例えば４０〜８０ｍｍ程度である。

そして、本発明では、円形リング状の支持リング９０に対するトラップ板８４の取り付け位置は、トラップユニット８６毎に排気ガスの流れ方向に直交する方向に対して少しずつ位置ずれさせている。具体的には、図５にも示すように、排気ガスの流れ方向へトラップユニット８６の取り付けが１段（個）ずつ位置ずれするに従って、トラップ板８４の取り付け位置は、例えばトラップ板８４の厚さ分だけ排気ガスの流れ方向に直交する方向へシフトさせた位置に取り付けている。そして、ここでは上流側の前４段のトラップユニット８６の各トラップ板８４のガス流れ方向に対する投影面の合計で排気ガスの流れ方向に対して直交する筐体７４の断面のほぼ全体をカバーするように設定されている。この場合、筐体７４の内周面と支持リング９０の外周面との間には僅かな隙間が形成され、且つ支持リング９０自体の板厚もあることから、好ましくは上記筐体７４の断面の９５％以上をカバーするように設定する。

また、円形リング状の支持リング９０内の断面に関しては、上記各トラップ板８４の投影面（補トラップ面９３）の合計は図６に示すように１００％になっている。すなわち、図６に示す投影図のように排気ガスの流れ方向の最上流側に位置するトラップユニットを初段とすると、第１段のトラップユニット８６−１のトラップ板８４−１、第２段のトラップユニット８６−２のトラップ板８４−２、第３段のトラップユニット８６−３のトラップ板８４−３及び第４段のトラップユニット８６−４のトラップ板８４−４の順序の繰り返し状態となる。

換言すれば、排気ガスの流れ方向から見ると、円形リング状の支持リング９０内の断面は光学的に１００％閉じられた状態となっており、筐体７４内を排気ガスが直線的には通過できないような構造となっている。ここで排気ガスの流れ方向から見た場合、隣り合うトラップ板８４の周辺部同士が僅かに重なり合うように配置してもよいし、或いは僅かに離間するようにしてもよい。尚、各段のトラップユニット８６−１〜８６−４の各トラップ板８４−１〜８４−４の取り付け位置は上述したように規則正しく取り付けなくてもよく、また、各トラップユニット８６−１〜８６−４の前後方向の位置が任意に入れ替わってもよく、いずれにしても、筐体７４内の断面を光学的に９５％以上、好ましくは１００％閉じられた状態にできればよい。

また、排気ガスの流れ方向の下流側に位置する後４段のトラップユニット８６よりなるセットの構成は、上記前４段のトラップユニット８６よりなるセットの構成と全く同じである。ここでは４段のトラップユニット８６よりなるセットを前後で２セット設けているが、このセット数は筐体７４の全体で２セットに限定されず、１セット或いは３セット以上設けるようにしてもよい。

そして、この筐体７４には、上記各トラップ板８４を冷却するための冷却手段９６（図２参照）が設けられている。具体的には、この冷却手段９６は、内部に冷却水等の冷媒を流すようにした冷却ジャケット９８を有しており、この冷却ジャケット９８を上記筐体７４の区画壁である開閉蓋８０に取り付けている。これにより、この冷却ジャケット９８により開閉蓋８０、支持ロッド８８、支持リング９０及び各トラップ板８４を冷却するようになっている。ここではトラップ板８４は例えば２５℃程度に冷却されている。この場合、上記支持ロッド８８及び支持リング９０等に冷媒通路を形成して、各トラップ板８４をより効率的に冷却するようにしてもよい。また、冷却手段９６を用いる場合には、上記各構成部材としては熱伝導性が良好な材料、例えばアルミニウム合金やアルミニウムを用いるのがよい。尚、捕獲対象物の種類によっては、上記冷却手段９６を設けなくてもよい。

図１に戻って、上記処理容器１２の排気口２２からこのトラップ装置６８までの排気通路６２にはテープヒータ等の通路加熱ヒータ１００が設けられており、これにより排気通路６２内を流れている排気ガスを所定の温度に加熱して途中で排気ガス中の未反応の原料ガスが液化或いは固化することを防止するようになっている。

また第２の真空ポンプ７０の下流側に設けられる上記除害装置７２は、排気ガス中の有害ガスを無害化するものであり、ここでは上記原料ガスの分解によりＣＯ（一酸化炭素）が発生し、また、キャリアガスとして同じＣＯを用いているので、このＣＯを例えば燃焼してＣＯ_２ （二酸化炭素）として無害化して大気中へ放散するようになっている。

このように構成された成膜装置２の全体の動作、例えばガスの供給の開始、停止、プロセス温度、プロセス圧力、冷媒通路に流す冷媒の温度制御、トラップ装置６８における冷媒の供給、冷媒の循環等の制御は、例えばコンピュータよりなる装置制御部１０２により行われることになる。

この制御に必要なコンピュータに読み取り可能なプログラムは記憶媒体１０４に記憶されており、この記憶媒体１０４としては、フレキシブルディスク、ＣＤ（ＣｏｍｐａｃｔＤｉｓｃ）、ＣＤ−ＲＯＭ、ハードディスク、フラッシュメモリ或いはＤＶＤ等を用いることができる。

次に、以上のように構成された成膜装置２を用いて行われる成膜動作及び捕獲対象物の捕獲動作について図７も参照して説明する。図７はトラップ装置内における排気ガスの流れを模式的に示す図であり、図７（Ａ）は従来のトラップ板の配置例を示し、図７（Ｂ）は本発明のトラップ板の配置例を示す。

まず、図１に示すように、この成膜装置２の成膜装置本体４においては、排気系８の第１の真空ポンプ６６及び第２の真空ポンプ７０が継続的に駆動されて、処理容器１２内が真空引きされて所定の圧力に維持されており、また載置台構造１４に支持された半導体ウエハＷは加熱ヒータ１８により所定の温度に維持されている。また処理容器１２の側壁及びシャワーヘッド２８もそれぞれヒータ３４、３６により所定の温度に維持されている。この温度は原料ガスの分解温度未満で且つ固化温度又は液化温度以上の温度範囲であり、例えば８０℃程度にそれぞれ加熱されている。

また、ガス供給系６の原料ガス供給系１０の全体は、タンク加熱手段５８や通路加熱ヒータ６０によって予め所定の温度、例えば前述のように８０℃程度に加熱されている。そして、成膜処理が開始すると、原料ガス供給系１０においては、原料タンク４０内へはキャリアガス管５０を介して流量制御されたキャリアガス（ＣＯ）を供給することにより、原料タンク４０内に貯留されている固体原料４２が加熱されて気化し、これにより原料ガスが発生する。

この発生した原料ガスは、キャリアガスと共に原料通路４６内を下流側に向けて流れて行く。この原料ガスは、成膜装置本体４のガス導入手段３０であるシャワーヘッド２８から減圧雰囲気になされている処理容器１２内へ導入され、この処理容器１２内で例えばＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）により半導体ウエハＷ上にＲｕ金属の薄膜が成膜されることになる。この時のプロセス条件は、プロセス圧力が０．１Ｔｏｒｒ（１３．３Ｐａ）程度、半導体ウエハ温度が原料ガスの分解温度以上、例えば１５０〜２５０℃程度である。

ここで固体原料４２であるＲｕ_３ （ＣＯ）_１２は、蒸気圧が非常に低くて蒸発（気化）し難い原料であり、また成膜反応に寄与する量は非常に少なく、９０％程度の原料ガスが未反応状態でキャリアガスであるＣＯと共に排気系８の排気通路６２内を流下して行く。この排気通路６２も通路加熱ヒータ１００によって上述のように８０℃程度に加熱されて原料ガスが再固化等することを防止してガス状態を維持している。上記成膜反応によってキャリアガスと同じガス種であるＣＯ（一酸化炭素）が発生している。

上記排気通路６２を流下する排気ガスは、圧力調整弁６４、第１真空ポンプ６６、トラップ装置６８、第２の真空ポンプ７０及び除害装置７２を順次経由した後に大気中に放散される。この場合、未反応の原料ガスが回収された後は、排気ガスとしてＣＯガスが残留するだけなので、このＣＯガスは上記除害装置７２にて燃焼により除害されてＣＯ_２ となって大気放散されることになる。

ここで、上記トラップ装置６８のガス入口７６より筐体７４内へ排気ガスが流入すると、この排気ガスが各トラップユニット８６のトラップ板８４と接触することによって冷却されて、排気ガス中に含まれる捕獲対象物である未反応の原料ガスが凝縮（凝固）してトラップ面に付着堆積し、排気ガス中から除去されることになる。そして、原料ガスが捕獲された排気ガスは、ガス出口７８より排気通路６２の下流側に向け流れて行く。

この場合、従来のトラップ装置にあっては、一般的に図７（Ａ）に示すように各トラップ板１１０は、主トラップ面が排気ガスの流れ方向に対して直交するように設けられていたので、排気ガスの流れが乱れて乱流が発生する状態となり、この結果、未反応の原料ガスの多くが乱流に巻き込まれてトラップ板１１０と接触することなく下流側へ流れて行く状態となり、捕獲対象物である原料ガスの回収率が十分に上がらない場合があった。

これに対して、本発明の場合には、筐体７４の内の各トラップ板８４は、図７（Ｂ）に示すように、主トラップ面９２が排気ガスの流れ方向に対して平行になるように配置し、且つ排気ガスの流れ方向と直交する方向へ互いに所定の間隔を隔てて設けるようにしたので、排気ガスに大きな乱流を生ぜしめることがなく、排気ガス及び原料ガスと各トラップ板８４とが効率的に接触して原料ガスの回収率を向上させることが可能となる。

この場合、排気ガスは各トラップ板８４間の隙間をその流れをほぼ乱されることなく通過することになるが、各トラップ板８４、すなわちトラップユニット８６は、排気ガスの流れ方向に沿って複数段に亘って設けられており、そして、各トラップ板８４の排気ガスの流れ方向に対する投影面の合計は、筐体７４内の排気ガスの流れ方向に対して直交する方向の断面（筐体の断面）の９５％以上（図６参照）をカバーするように設定されているので、排気ガスはその流れを大きく乱されることなく、効率的に且つ十分にトラップ板８６の主トラップ面９２と接触することになり、この結果、未反応の原料ガスの回収率を十分に向上させることが可能となる。

原料ガスの捕獲に際しては、トラップ板８４の排気ガスの流れと対向する補トラップ面９３や支持リング９０及び支持ロッド８８の表面でも原料ガスが捕獲されるのは勿論である。また、トラップ板８４で捕獲した原料を除去するメンテナンス作業を行うには、開閉蓋８０を筐体７４の本体側から取り外し、支持ロッド８８に一体的に支持された各トラップユニット８６を筐体７４の本体側から抜き出す。ここで、各トラップ板８４の表面に対して、サンドブラスト処理やスコッチ処理による粗面加工を施して微少な凹凸を予め付しておいてもよく、これによれば、原料ガスの捕獲乃至付着のタイミングが早くなり、原料ガスの回収率を更に向上させることが可能となる。

また、各トラップ板８４の表面に対して捕獲対象物と同じ物質、すなわちここでは原料を予め付着させておいてもよく、これによれば、原料ガスが凝固により付着して核形成する際に、その核形成が促進されてインキュベーション効果が発揮され、原料ガスの回収率を一層向上させることができる。このトラップ板８４に対する原料の付着操作は、捕獲対象物の回収メンテナンス時に、トラップ板８４に付着している捕獲対象物を全て除去するのではなく、その一部を残存させておくことにより容易に行うことができる。また、この原料の付着操作と上記粗面加工とを同時に行うようにすれば、その回収率を更に向上させることが可能となる。ここでは、原料ガスを捕獲する場合を例にとって説明したが、成膜により捕獲対象物となる副反応生成物が発生する場合にも本発明を適用することができる。

以上のように、本発明によれば、排気ガスの流れ方向に対して主トラップ面９２が平行となるように配置されて、排気ガスの流れ方向と直交する方向へ所定の間隔を隔てて設けられた複数のトラップ板８４を有するトラップユニット８６を、排気ガスの流れ方向に沿って複数個設けるようにしたので、反応副生成物や未反応の原料ガス等の捕獲対象物の回収率を向上させることができる。

尚、上記実施例においては、各トラップ板８４を一律に冷却するようにしたが、この場合、各トラップ板８４の温度に関して、排気ガスの流れ方向の上流側から下流側へ行くに従って、次第に温度が低くなるように温度勾配を付けるようにしてもよい。これによれば、上流側のトラップ板８４の温度が下流側よりも高くなり、排気ガスの下流側に行くほど温度が低くなるので、排気ガスの上流側のトラップ板による捕獲対象物の捕獲量が過度に多くなることを防止でき、この結果、この上流側のトラップ板の近傍で排気ガスの流路が狭められたり、閉塞されることを防止することができる。ここでは例えば上流側のトラップ板８４の温度は２５〜３０℃程度、下流側のトラップ板８４の温度は２０〜２５℃程度である。

また、上記実施例では、各トラップ板８４間の配列ピッチＬ２（図３参照）が一定になるように設定したが、これに限定されず、この配列ピッチＬ２を、排気ガスの流れ方向の上流側から下流側へ行くに従って次第に小さくなるように設定してピッチ勾配を設けるようにしてもよい。これによれば、排気ガスの上流側のトラップ板による捕獲対象物の捕獲量が過度に多くなることを防止でき、この結果、この上流側のトラップ板の近傍で排気ガスの流路が狭められたり、閉塞されることを防止することができる。この場合、上記ピッチ勾配と上記トラップ板８４の温度勾配を同時に付するようにしてもよい。

また上記実施例では、トラップ板８４の断面は矩形状としたが、これに限定されず、例えば断面楕円形状等にしてもよい。また、上記実施例では、トラップ板８４を支持するために、支持リング９０や支持ロッド８８を設けるようにしたが、これに限定されず、このトラップ板８４の両端、或いは一端を筐体７４の内面に直接的に取り付け固定するようにしてもよい。これによれば、図２において示すような支持リング９０の外周面と筐体７４の内周面との間の隙間の部分がなくなるので、各トラップ板８４の排気ガスの流れ方向に対する投影面の合計は、筐体７４の断面の１００％をカバーすることが可能となる。また、ここでは筐体７４の断面は円形状としたが、これに限定されず、例えば断面四角形状等にしてもよい。

また上記実施例では、有機金属化合物の原料としてＲｕ_３ （ＣＯ）_１２を用いた場合を例にとって説明したが、これに限定されず、上記有機金属化合物としては、Ｒｕ_３ （ＣＯ）_１２、Ｗ（ＣＯ）_６ 、Ｎｉ（ＣＯ）_４ 、Ｍｏ（ＣＯ）_６ 、Ｃｏ_２ （ＣＯ）_８ 、Ｒｈ_４ （ＣＯ）_１２、Ｒｅ_２ （ＣＯ）_１０、Ｃｒ（ＣＯ）_６ 、Ｏｓ_３ （ＣＯ）_１２、Ｔａ（ＣＯ）_５ 、ＴＥＭＡＴ（テトラキスエチルメチルアミノチタニウム）、ＴＡＩＭＡＴＡ、Ｃｕ（ＥＤＭＤＤ）_２ 、ＴａＣｌ_５ 、ＴＭＡ（トリメチルアルミニウム）、ＴＢＴＤＥＴ（ターシャリーブチルイミド−トリ−ジエチルアミドタンタル）、ＰＥＴ（ペンタエトキシタンタル）、ＴＭＳ（テトラメチルシラン）、ＴＥＨ（テトラキスエトキシハフニウム）、Ｃｐ_２ Ｍｎ［＝Ｍｎ（Ｃ_５ Ｈ_５ ）_２ ］、（ＭｅＣｐ）_２ Ｍｎ［＝Ｍｎ（ＣＨ_３ Ｃ_５ Ｈ_４ ）_２ ］、（ＥｔＣｐ）_２ Ｍｎ［＝Ｍｎ（Ｃ_２ Ｈ_５ Ｃ_５ Ｈ_４ ）_２ ］、（ｉ−ＰｒＣｐ）_２ Ｍｎ［＝Ｍｎ（Ｃ_３ Ｈ_７ Ｃ_５ Ｈ_４ ）_２ ］、ＭｅＣｐＭｎ（ＣＯ）_３ ［＝（ＣＨ_３ Ｃ_５ Ｈ_４ ）Ｍｎ（ＣＯ）_３ ］、（ｔ−ＢｕＣｐ）_２ Ｍｎ［＝Ｍｎ（Ｃ_４ Ｈ_９ Ｃ_５ Ｈ_４ ）_２ ］、ＣＨ_３ Ｍｎ（ＣＯ）_５ 、Ｍｎ（ＤＰＭ）_３ ［＝Ｍｎ（Ｃ_１１Ｈ_１９Ｏ_２ ）_３ ］、Ｍｎ（ＤＭＰＤ）（ＥｔＣｐ）［＝Ｍｎ（Ｃ_７ Ｈ_１１Ｃ_２ Ｈ_５ Ｃ_５ Ｈ_４ ）］、Ｍｎ（ａｃａｃ）_２ ［＝Ｍｎ（Ｃ_５ Ｈ_７ Ｏ_２ ）_２ ］、Ｍｎ（ＤＰＭ）_２ ［＝Ｍｎ（Ｃ_１１Ｈ_１９Ｏ_２ ）_２ ］、Ｍｎ（ａｃａｃ）_３ ［＝Ｍｎ（Ｃ_５ Ｈ_７ Ｏ_２ ）_３ ］よりなる群から選択される１の材料を用いることができる。

また、原料として有機金属化合物以外の他の成膜用の原料一般を用いる場合にも本発明を適用することができる。ここで説明した成膜装置は、単に一例を示したに過ぎず、原料ガスを用いた成膜装置であるならば、どのような形式の成膜装置でも本発明を適用することができる。また、本発明は、枚葉式の成膜装置のみならず、一度に複数枚の半導体ウエハを処理する、いわゆるバッチ式の成膜装置にも適用することができる。

また、ここでは被処理体として半導体ウエハを例にとって説明したが、この半導体ウエハにはシリコン基板やＧａＡｓ、ＳｉＣ、ＧａＮなどの化合物半導体基板も含まれ、更にはこれらの基板に限定されず、液晶表示装置に用いるガラス基板やセラミック基板等にも本発明を適用することができる。

２ 成膜装置
４ 成膜装置本体
６ ガス供給系
８ 排気系
１０ 原料ガス供給系
１２ 処理容器
１４ 載置台構造
６２ 排気通路
６８ トラップ装置
７４ 筐体
７６ ガス入口
７８ ガス出口
８４ トラップ板
８６ トラップユニット
８８ 支持ロッド
９０ 支持リング
９２ 主トラップ面
９３ 補トラップ面
９６ 冷却手段
Ｗ 半導体ウエハ（被処理体）

Claims (11)

1. 原料ガスを用いて被処理体に薄膜を形成する処理容器からの排気ガスを流す排気通路に設けられたトラップ装置において、
   ガス入口とガス出口とを有して前記排気通路の途中に介設される筐体と、
   前記排気ガス中の捕獲対象物を捕獲するために前記筐体内に設けられて、前記排気ガスの流れ方向に対して主トラップ面が平行になるように配置されると共に、前記排気ガスの流れ方向と直交する方向へ互いに所定の間隔を隔てて設けられた複数のトラップ板を有するトラップユニットとを備え、
   前記トラップユニットを、前記排気ガスの流れ方向に沿って複数個設けるように構成したことを特徴とするトラップ装置。
2. 前記複数個のトラップユニットの各トラップ板は所定の厚さを有し、前記各トラップ板の前記排気ガスの流れ方向に対する投影面の合計は、前記筐体の断面の９５％以上をカバーするように設定されていることを特徴とする請求項１記載のトラップ装置。
3. 前記トラップユニットの各トラップ板は、支持リングにより一体的に支持されていることを特徴とする請求項１又は２記載のトラップ装置。
4. 前記複数個のトラップユニットは、支持ロッドにより一体的に支持されていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載のトラップ装置。
5. 前記各トラップ板を冷却するための冷却手段を有することを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載のトラップ装置。
6. 前記各トラップ板の温度は、前記排気ガスの流れ方向の上流側から下流側へ行くに従って次第に低くなるように設定されていることを特徴とする請求項５記載のトラップ装置。
7. 前記冷却手段は、前記筐体の区画壁に設けられた冷却ジャケットを有し、該冷却ジャケットにより前記各トラップ板を冷却するようになっていることを特徴とする請求項５又は６記載のトラップ装置。
8. 前記トラップユニットにおける前記トラップ板の配列ピッチは、前記排気ガスの流れ方向の上流側から下流側へ行くに従って次第に小さくなるように設定されていることを特徴とする請求項１乃至７のいずれか一項に記載のトラップ装置。
9. 前記各トラップ板の表面には、粗面加工が施されていることを特徴とする請求項１乃至８のいずれか一項に記載のトラップ装置。
10. 前記各トラップ板の表面には、前記捕獲対象物と同じ物質が予め付着されていることを特徴とする請求項１乃至９のいずれか一項に記載のトラップ装置。
11. 原料ガスを用いて被処理体に薄膜を形成する成膜処理を施すための成膜装置において、
    真空排気が可能になされた処理容器と、
    前記被処理体を載置する載置台構造と、
    前記処理容器内へガスを導入するガス導入手段と、
    前記ガス導入手段に接続されて前記原料ガスを供給する原料ガス供給系を有するガス供給系と、
    前記処理容器内の雰囲気を排気する排気系と、
    前記排気系に設けられる請求項１乃至１０のいずれか一項に記載のトラップ装置と、
    を備えたことを特徴とする成膜装置。

Images