JP3542733B2 - Fixed orifice and discharge system using the same - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えばCVD装置からの副生成物を含有する排出ガスを設定した圧力に対する一定量の排出ガスを経時的に変化なく効率よく排出する固定オリフィス及びそれを用いた排出システムに関する。
【0002】
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】
例えばシリコン等の基板(ウェーハ)上に気相成長を行う気相成長装置においては、上記基板上に化学蒸着からの反応の副生成物等の副産物があり、この副産物を効率よく排出する必要がある。
このため、従来においては排出ラインにオリフィス制限面積を形成し、該オリフィス制限面積の清浄化を図ることがなされている。
【0003】
図9に常圧CVD装置の概略を示す。
図9に示すように、ディスパージョンヘッド01へ化学蒸気及び化学ガス02を供給し、窒素(N2 )ガス雰囲気内のクリーントンネル03内を図示しない基板供給手段により搬送されるウェーハWの表面に化学蒸着させて成膜を行っている。この化学蒸着に寄与しないガス(プロセスガス)及び副生成物は、排出ガス04としてディスパージョンヘッド01に連結される排出管05から外部へ排出されている。
【0004】
上記排出システムは、ディスパージョンヘッド01内の化学蒸着用ガスとウェーハWとの間に所定の反応時間を提供するように、所定の割合でガスを排出することが必要である。これは、ガスを早急に排出すると、反応がなされる前に外部へ排出され、原料ガスが化学蒸着に寄与せず無駄となるからであり、一方ガスの排出が遅くなると、ガスフローに変動を生じ、均一な化学蒸着ができないからである。
【0005】
このため、従来においては、一定量の排気量を供給されている排出ラインに、オリフィス面積制限を設け、該オリフィス面積制限により、排出ラインの好適化を図っていた。
この従来の固定オリフィス概略図の一例を図10に示す。図10に示すように、ディスパージョンヘッド01に連結された排出ガス04を排出する排出管05には、外部に設けた手動又は自動による可変モータMにより開口部06が可変自在なボールバルブ07が設けられており、副生成物の堆積と共に、該ボールバルブ07の開口部06を開き、エキゾーストボックス08から排出される排出ガス04の流量の制限をしている。
【0006】
しかしながら、上記ボールバルブ07を用いたものでは、副生成物のパウダーがオリフィス開口部にも堆積し、該開口部を狭くするため流量変化が起こり、開口部を開くが経時的に変化するオリフィス最大開口時においても、堆積物が堆積して目詰まり状態となる前に常に清掃する必要があり、その度に手間がかっていた。
また、開口部に堆積した堆積物が一度に排出され、そのことにより排気量変化が起こり、成膜に影響が生じる、という問題がある。
【0007】
また、他の一例を図11に示す。図11に示すように、排出管05内に対向して設けられた回転自在な一対のローラ011,011と、該ローラ011の外表面に摺接し、表面を清浄化するスクレイパ012を備えてなり、ローラ011の対向によりオリフィスを形成してなり、堆積した副生成物は該ローラが回転することにより、スクレイパ012にぶつかることで取り除くようにしている。
【0008】
しかしながら、該ローラ011とスクレイパ012とにより、堆積物を除去する方法は、ローラとスクレイパとに堆積する堆積物が多いと、もはや回転により除去が不能となるという問題がある。
【0009】
このため、例えば回転する金属製のワイヤ等を用い、オリフィス径内を該ワイアで回転させることで清浄化させる方法が提案されているが、オリフィス内に正確に当接することが困難であり、清浄化がうまくできず、堆積物の付着がおこり、この堆積物の付着により、正常なガスの流通を阻害してしまうという問題がある。
【0010】
本発明は、上記事情に鑑み、CVD装置等の排出ガスに含まれる副生成物を含む排出ガスを集合して変化のない一定のオリフィスを通過させることにより、反応部での圧力を一定に保ち、ウェーハ上に生成される薄膜の均一性を確保することができる固定オリフィス及びそれを用いた排出システムを提供することを課題とする。
【0011】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決する[請求項1]の発明は、被蒸着物に化学蒸着を施した後に排出される副生成物を含む排出ガスを排出する排出ラインに配され、細孔を有する薄肉リング状のオリフィスと、該オリフィスを保持すると共に、排出ガスを集合するガス導入口とオリフィス通過後のガスを排出する排出口とを有するオリフィス本体とからなり、上記該オリフィス本体内に、上記オリフィスをガス流れに直交するように所定間隔の間隙を有し、且つ該間隙に所定量の不活性ガスを導入しつつ保持してなることを特徴とする。
【0012】
[請求項2]の発明は、請求項1に記載する固定オリフィスにおいて、上記不活性ガスが窒素ガス,ヘリウムガス,アルゴンガス,二酸化炭素,空気のいずれか一種又はこれらの混合物であり、オリフィス本体内を通過する排出ガス量が減少するにつれて上記不活性ガスの供給量を減少させ、排出ガス量を一定に保つことを特徴とする。
【0013】
[請求項3]の発明は、請求項1に記載する固定オリフィスにおいて、上記リング状のオリフィスが、ガス流れの下流側が小径のフランジ付のテーパ筒であることを特徴とする。
【0014】
[請求項4]の発明は、請求項3に記載する固定オリフィスにおいて、上記リング状のオリフィスのガス流れに直交する方向からのテーパ角度(θ)が80度以下であることを特徴とする。
【0016】
[請求項5]の発明は、所定圧力下の収容室内に設置され、被蒸着物の上へ化学蒸着を施す化学蒸着手段と、該化学蒸着手段からの排出ガスを排出する排出ラインと、該排出ラインに介装される請求項1ないし4のいずれかに記載する固定オリフィスと、上記収納室の内外の何れかに設置され、上記排出ラインからの排出ガスを収容室外へ排出する送風ファンとからなり、固定オリフィス前段の排出ライン内に化学蒸着物並びに副生成物が堆積し、排出ガスの排出量が減少した際、該排出量の減少につれて固定オリフィスへ供給する不活性ガスの供給量を減少させ、一定の排出量を維持し、化学蒸着雰囲気を一定に保持することを特徴とする。
【0017】
[請求項6]の発明は、請求項5に記載する固定オリフィスにおいて、上記化学蒸着が常圧法又は減圧法のいずれかであることを特徴とする。
【0018】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。
【0019】
図1に本実施の形態にかかる固定オリフィスの概略図を示す。図2は固定オリフィスの一部切り欠き構造図、図3は図2のIII −III 線断面図、図4は図2のIV部拡大図である。
【0020】
図1乃至図4に示すように、本実施の形態にかかる固定オリフィス11は、ディスパージョンヘッド12の下部反応部内でウェーハW上に化学蒸着を行った後、反応に寄与せずに排出されるプロセス排気ガス(反応ガス,窒素キャリアガス,セレクターガス)13及びパウダー状の反応副生成物14を含む排出ガス15を排出する排出管16に配されてなるもので、所定口径の孔(オリフィス開孔)17を有する薄肉リング状のオリフィス18と、該オリフィス18を内部で保持すると共に、排出ガス15を集合するガス導入口19とオリフィス通過後の排出ガスを排出する排出口20とを有するオリフィス本体21とから構成されている。
【0021】
上記薄肉リング状のオリフィス18は、排出ガス15のガス流れに直交するように所定間隔の間隙22を有しつつ保持されており、且つ該間隙22には、外部から所定量のシステムガスである不活性ガス(例えばN2 )をガス供給部23から供給し、所定の排気量を確保すると共に、該窒素ガスの供給量により、圧力を一定に保持しつつ排出ガス24を排出口20から排出するものである。なお、図中、符号25はシール部材及び26はシールリングを図示する。
【0022】
ここで、本発明において、上記不活性ガスとは、N2 ガスに限定されるものではなく、ヘリウムガス,アルゴンガス,二酸化炭素,空気のいずれか一種又はこれらの混合物であってもよい。なお、以下においては、不活性ガスとして、N2 ガスを使用した場合について説明する。
また、固定オリフィス11から排出される排出ガス(オリフィス後流排出ガス)24とは、オリフィス本体21に導入されたプロセスガス13及びパウダ状の副生成物14並びに不活性ガスとが併さって排出されるガスをいう。
【0023】
本実施の形態における上記オリフィス18を支持する方法としては、図4に示すように、例えば断面L型の切り欠き部27を設けた第1支持部材28と、該切り欠き部27の端面29側と当接して凹部を形成する第2支持部材30とからなるオリフィス支持部31を用いている。そして、図3に示すように上記支持部31を複数個(本実施の形態では三箇所)同心状に配設してオリフィス18を支持している。
上記オリフィス18は、プロセスガスの排気を制御するよう最適なオリフィス径(細径)17を有するものであり、該オリフィス径17は特定されるものではなく、各排気ポート毎に異なる径を有するオリフィス18を設置した固定オリフィス11を介装させるようにしてもよい。
すなわち、CVD装置は複数のディスパージョンヘッドを備えており、該ヘッドから個々に排出ラインが形成されているので、設置されるクリーンルーム等の雰囲気、CVD装置のガス気密構造、ディスパージョンヘッドの構成の種々の特性により、圧力変動を個別に対応することができる。
上記オリフィス径(細径)17の開口をdとした場合、d=1d〜0.4dの範囲とするのが好適である。すなわち、例えば開口dを15mmとした場合、d=15mm〜0.6mmの範囲となる。なお、このときの管径Dは42mmとしているが、本発明はこれに何ら限定されるものではない。
【0024】
上記固定オリフィス本体21にガス供給部23を介して供給される窒素ガスは、内部に形成された窒素ガスの旋回導入部(N2 旋回部)32から上記間隙22に供給されて排気される。この結果、オリフィス本体21内において乱流の発生を防止しつつ副生成物の付着を防止し、上記間隙22に保持されるオリフィスを窒素の排出によって振動させることで、付着防止を図っている。
上記間隙22は0.1mm程度とすることが好ましい。
【0025】
すなわち、上記オリフィス本体21に供給されるシステムN2 は、オリフィス径17を維持し、プロセス排気ガスである排出ガス15の排出量を制御するために導入され、内部に設けたN2 旋回部32から間隙22を介して周囲から満遍なく入り込み、音速に近いガス流れにより排出ガス15中に含まれている副生成物等の付着を防止するようにしている。
【0026】
上記固定オリフィス内においてオリフィスを支持する構造は、上述した構造に限定されるものではないが、オリフィスが間隙をもって支持され、且つ窒素ガスの供給によりオリフィスが振動するような支持方法であればいずれの方法も採用することができる。
なお、本発明では、上記リング状のオリフィスは上述したような振動する形式のものに限定されるものではなく、固定する場合であってもよい。
【0027】
このような構成の固定オリフィス11を設けることにより、ヘッド排気(オリフィス前流側)側からのプロセス排気ガスを取り入れ、窒素ガスの供給により圧力コントロールが可能となり、ディスパージョンヘッドの下部反応部内の排気圧力を一定とすることができ、しかも外部へ排出するオリフィス本体に導入されたプロセス排気ガスとシステムN2 とが合わさって排出されるガスは、送風ファンで吸引されるエキゾーストボックス内で常に一定排気圧力となるように排出することができる。
【0028】
なお、長期間の使用によって経時変化により、副生成物の微粒子が固定オリフィス以前の排気管等やオリフィス等に多少付着した場合には、別途監視している差圧が降下した変化量に対応して、供給する窒素ガスの供給を次第に減少させることにより、全体としての排出ガスの量を変化することなく、ディスパージョンヘッドの下部反応部内の圧力を一定とすることができる。
【0029】
図5に本発明の固定オリフィスを用いた排出システムの概略を示す。図5に示すように、所定圧力下のクリーンルーム41内には、化学蒸着手段のディスパージョンヘッド42に連結された排出ラインである排出管43には、固定オリフィス11が介装されており、記排出管43からの排出ガス44をクリーンルーム41外へエキゾーストボックス45を介して送風ファン46により外部へ排出している。
上記クリーンルーム41の第1圧力計P1 とし、送風ファン46で吸引するエキゾーストボックス45の排出量を一定とすると、第1圧力計P1 と排気管43に設けた圧力計(陰圧)P2 ,P3 との差圧を、所定時間或いは常時計測することで、排出状況を確認することができる。
長期間の使用によって経時変化により、副生成物の微粒子パウダーが固定オリフィス以前の排気管等や固定オリフィス11や固定オリフィス以後の排出管等の配管の各所等に多少付着した場合には、固定オリフィス11を通過する排出ガス量が減少するので、供給する窒素ガスの供給を次第に減少させることにより、全体としての排出ガスの量を変化することなく、ディスパージョンヘッド42の下部反応部内の圧力を一定とすることができる。
この結果、排出管43内に化学蒸着物並びに副生成物が堆積し、排出ガス44の排出量が減少しても、該排出量の減少につれて固定オリフィス11へ供給する不活性ガスの供給量を減少させることで、一定の排出量を維持し、化学蒸着雰囲気を一定に保持することが可能となる。
【0030】
このように、固定オリフィス11は、物理的オリフィス径を有すると共に、内部にシステム窒素ガスを供給する空間を有し、CVD装置のリアクター反応部、ディスパージョンヘッドとその周辺から吐出されるプロセスガス(反応ガス,窒素キャリアガス,セレクターN2 ガス)の反応後のパウダ状の副生成物を含む排気ガスを集合させて、通過させることにより反応部における圧力を一定に保ち、ウェーハ上に生成される薄膜の均一性を確保するように図っている。
このため、特定の排気量を確保するために、物理的オリフィス径を特定するようにしている。
複数の排気ポートを有する場合には、各ポートに取り付けた固定オリフィスの物理的オリフィス径を特定し、バランスを図るようにしている。
複数の排気ポートのバランスを調整したところで、供給しているシステム窒素ガス供給量を調整することにより、細かな排気バランスを調整することもできる。これにより、薄膜の均一性を一層向上させることができる。
【0031】
特定の排気量を確保するために、差圧ポートを設け、その差圧に対してシステム窒素の流量をMFC(マスフローコントローラ)等で自動制御して、排気圧力を一定に保つことができる。すなわち、所定箇所に設けた圧力センサにより、監視しつつその差圧により、窒素ガスの導入量を自動的にコントロールすることにより、排気量を一定にすることが可能となる。
【0032】
上述したオリフィスはリング状の平板オリフィスについて説明したが、本発明では上記平板オリフィスに限定されるものではなく、図6に示すようなリング状のオリフィスが、排出ガス15のガス流れの下流側が小径のフランジ付のテーパ筒としてもよい。
すなわち、図6に示すように、図1に示す固定オリフィスと同様に、固定オリフィス101は、排出ガス15のガス流れの下流側が小径の所定口径の孔(オリフィス開孔)102フランジ103を有するのテーパ筒104からなるオリフィス105と、該オリフィス105を内部で所定間隙をもって保持すると共に、排出ガス15を集合するガス導入口19とオリフィス通過後の排出ガスを排出する排出口20とを有するオリフィス本体106とから構成されており、旋回導入部32内へ導入したN2 ガスは所定間隙22を通ってガス排出口20へN2 ガスを排出するようにしている。
上記リング状のオリフィスのテーパ筒104の角度は、排出ガス15のガス流れに直交する方向からのテーパ角度(θ)が80度以下とするようにすればよい。上記テーパ角度0度は上述した図1に示す平板リング状のオリフィスであるが、テーパ筒形状とすることにより、供給ガスがガス流れの下流に向かって斜めに噴射され、副生成物の付着が少なくなり排気効率が向上し、リング状オリフィスと比べて更に長時間に亙って経時変化に柔軟に対応できることとなる。
なお、80度以上の場合には、テーパ筒の形成が困難であり、排気効率の向上を図ることができないので、テーパ角度(θ)の上限を80度程度とした。
なお、固定オリフィス101の保持形式,オリフィス孔径等は上述した固定オリフィス11と同様であるので、その説明は省略する。
【0033】
以上述べたように、本発明にかかる固定オリフィスは、被蒸着物に化学蒸着を施した後に排出される副生成物を含む排出ガスを排出する排出ラインに配され、細孔を有する薄肉リング状のオリフィスと、該オリフィスを保持すると共に、排出ガスを集合するガス導入口とオリフィス通過後のガスを排出する排出口とを有するオリフィス本体とからなり、上記該オリフィス本体内に、上記オリフィスをガス流れに直交〜約80度程度までの角度を有するするように所定間隔の間隙を有し、且つ該間隙に所定量の不活性ガスを導入しつつ保持してなるので、以下のような効果を奏する。
▲1▼固定オリフィスの径を容易に選択できる。
▲2▼排気管毎に任意の径のオリフィスを設定できる。
▲3▼不活性ガス及び空気等のみを供給することで制御でき、電気,モータ等を使用するものではないので、ランニングコストが少ない。
▲4▼不活性ガス及び空気等をシステムガスとして流すことにより、パウダ等の副生成物の付着が防止され、さらに、オリフィス孔径を設置ラインに応じて個々に変化させることで、排気ガスの制御を長時間に亙っておこなうことができる。
▲5▼オリフィスはオリフィス本体内部に所定の間隙を有して保持してなるので、システムガスを流すことによりオリフィスが微小振動し、パウダ等の付着が防止される。
▲6▼不活性ガスの供給によるガスの流量を調節することにより、排気量を加減制御することができる。
▲7▼不活性ガスの流量調節を固定オリフィスの前後の差圧により、外部信号により、制御し、排気量を自動制御することができる。
▲8▼従来のようにモータ等の外部から駆動する駆動部品を使用するものではないので、故障等がない。
【0034】
【実施例】
図7には3台のディスパージョンヘッドを用いた常圧CVD装置の概略図を示す。
図7に示すCVD装置では、第1ヘッド51,第2ヘッド52,第3ヘッド53から吐出されるプロセスガスの薄膜生成に寄与しない副生成物を含む排出ガスの排出管54に介装される6台の固定オリフィス55の孔径を変化させている。本実施の形態では、第1ヘッド51及び第3ヘッド53の外側に配設される排出管56,57に介装される第1固定オリフィス55a及び第6固定オリフィス55fは孔径を17mmとしている。それ以外の固定オリフィス55b,55c,55d,55eはその孔径を13mmとしている。
各固定オリフィス55a〜55fに供給するN2 ガスを各々5リットル/分として、ウェーハに化学蒸着を施したところ、長期間に亙って良好な蒸着を施すことができた。なお、供給するN2 ガスの供給量は、排出ラインの排出管を流れるガス量及び中間付着物の付着量と関係するので、供給量は何ら限定されるものではなく、中間生成物が発生しない場合には、供給は不要であり、また大量には50リットル/分の供給の場合でも効果的であるが、多量にN2 ガスを消費することとなるので、適宜交換するようにすればよい。
【0035】
次に本発明にかかる固定オリフィスを設置した排ガス設備を設けたCVD装置の一例を以下に示す。
【0036】
図8は本実施例にかかる常圧CVD装置の全体システムである。
図8に示すように、本常圧CVD装置は、ウェーハWを搬送トレー上に自動的に供給又はウェーハ収納箱へ回収するウェーハ供給・回収部61と、供給されたウェーハWを化学蒸着装置へ搬送するウェーハ搬送部62と、ウェーハW上へ酸化皮膜を形成する化学蒸着部63と、酸化皮膜が蒸着されたウェーハをトレー上に載せたままウェーハ回収位置まで搬送するウェーハ返送部64と、上記ウェーハ供給・回収部61と、搬送部62と、化学蒸着部63と、返送部64とを予め設定されたプログラムに従って制御する制御手段(図示せず)とから構成してなるものである。
【0037】
以下、図8を参照して常圧CVD装置のシステム流れを説明する。
▲1▼ ウェーハ供給・回収部61は、第1のキャビネット65内、搬送部62と、化学蒸着部63と、返送部64は第2のキャビネット66内にそれぞれ設置されている。
上記ウェーハ供給部61を構成するウェーハカセットポート67には、ウェーハWが収納されている。
循環するウェーハWを載置するトレー(SiC製)68は、アップリフト69,アップリフトフォーク70により下方から上方の定位置まで移動され、ウェーハWをローディングできる状態で待機する。
ウェーハWをウェーハカセットポート67からウェーハ移載ロボット71によりアップリフトフォーク70上で待機しているSiCトレー68にピン部材89をリフトアップしてピン部材89上にウェーハWをローディングしピンをリフトダウンしてウェーハWをローディングする。
【0038】
▲2▼ ウェーハWをローディングしたSiCトレー68はアップリフトフォーク70によりウェーハ搬送部62のガイドレール72に移載する。
上記ガイドレール72に移載されたSiCトレー68は、トレー駆動装置機構73により一定速度で順次ガイドレール72上を搬送される。
上記SiCトレー68はN2 クリーントンネル74内を通過しながらガイドレール72に仕込まれたヒーター(図示せず)によりSiCトレー68上のウェーハWを均一に目的温度まで上昇させ、化学蒸着部63の反応部へと導入する。
【0039】
▲3▼ 化学蒸着部63の反応部は、ヘッドベース部材75,ディスパージョンヘッド76,三角ダクト77,固定オリフィス78,排出管79から構成され、目的温度まで均一に上昇したウェーハW上に反応ガスをディスパージョンヘッド76から均一に吐出し、三角ダクト77と排出管79とに介装された固定オリフィス78によりコントロールされた排気によりウェーハW上に薄膜の酸化膜を形成する。排気されたプロセス残留ガスはプロセスエキゾーストボックス80を経由し排気ダクト81を通過し排出される。
酸化膜を形成したウェーハWはSiCトレー68上にローディングされたまま化学蒸着部63の反応部を出てダウンリフトフォーク82により回収され、ダウンリフト83により下方へと搬送される。
【0040】
▲4▼ 下方へと搬送されたSiCトレー68はトレー返送部64の有するSiCトレー受け84よりウルパフィルター部材85を通過した清浄な気流の中を通過して、ウェーハアップリフトフォーク70上へと移載され、上方の定位置へと搬送される。
上方の定位置に到達したSiCトレー68はSiCトレー上の酸化皮膜が形成されたウェーハWのみをピン部材89によりアップする。
リフトアップされたウェーハWはウェーハ搬送ロボット71により回収され、加熱されたウェーハWを冷却する為の冷却ポート86へと移載する。
【0041】
▲5▼ 冷却ポート86で冷却されたウェーハWは次に搬送されて来るウェーハと交代に基板集積装置としてのウェーハカセットポート67の元の位置に回収、収容される。
▲6▼ 以上の繰り返しにより連続でウェーハWを処理する事ができる。
【0042】
▲7▼ 薄膜の連続形成によりSiCトレー68上に一定厚の膜が堆積した時には、自動SiCトレー交換機能によりSiCトレー68を一定速度で搬送しながらSiCトレーラック87に使用済みSiCトレー68を回収し、洗浄された清浄SiCトレー68をSiCトレーラック87から搬出し自動交換する事が出来る。交換したSiCトレー68はトレーラック87と共にトレーエックスチェンジャー機構88にて装置外へと持ち出し洗浄工程へ移管する。
【0043】
上記CVD装置において、化学蒸着部63の排気ラインに固定オリフィスを設け、該固定オリフィスに供給する窒素ガス量を調整することにより、所定の安定した排気ができ、良好な化学蒸着をウェーハW上に施すことができる。また、排出ラインにおいて副生成物のパウダ等が付着した場合であっても、排気制御手段により排気圧力の変動につれて、徐々に窒素供給量を減少することにより、引き続き安定した排気ができ、化学蒸着に変動を起こすことがない。
【0044】
【発明の効果】
以上詳細に説明したように、被蒸着物に化学蒸着を施した後に排出される副生成物を含む排出ガスを排出する排出ラインに配され、細孔を有する薄肉リング状のオリフィスと、該オリフィスを保持すると共に、排出ガスを集合するガス導入口とオリフィス通過後のガスを排出する排出口とを有するオリフィス本体とからなり、上記該オリフィス本体内に、上記オリフィスをガス流れに直交から80度程度の角度を有するように所定間隔の間隙を有し、且つ該間隙に所定量の不活性ガスを導入しつつ保持してなり、所定の排気量を確保すると共に、圧力を一定に保持しつつ排出ガスを排出することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本実施の形態にかかる固定オリフィスの概略図を示す。
【図2】固定オリフィスの一部切り欠き構造図である。
【図3】図2のIII −III 線断面図である。
【図4】図2のIV部拡大図である。
【図5】固定オリフィスを用いた排出システムの概略図である。
【図6】他の固定オリフィスの概略図である。
【図7】3台のディスパージョンヘッドを用いた常圧CVD装置の概略図である。
【図8】本実施例にかかる常圧CVD装置の全体システム図である。
【図9】常圧CVD装置の概略を示す。
【図10】従来の固定オリフィス概略図である。
【図11】従来の他の固定オリフィス概略図である。
【符号の説明】
11 固定オリフィス
12 ディスパージョンヘッド
13 プロセスガス
14 反応副生成物
15 排出ガス
16 排出管
17 孔(オリフィス開孔)
18 オリフィス
19 ガス導入口
20 排出口
21 オリフィス本体
22 間隙
23 ガス供給部
24 排出ガス
25 シール部材
26 シールリング[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a fixed orifice that efficiently discharges a fixed amount of exhaust gas at a set pressure with respect to a set pressure of an exhaust gas containing a by-product from a CVD apparatus, for example, and a discharge system using the fixed orifice.
[0002]
Problems to be solved by the prior art and the invention
For example, in a vapor phase growth apparatus for performing vapor phase growth on a substrate (wafer) such as silicon, there are by-products such as by-products of the reaction from chemical vapor deposition on the substrate, and it is necessary to efficiently discharge these by-products. is there.
For this reason, conventionally, an orifice limited area is formed in a discharge line to purify the orifice limited area.
[0003]
FIG. 9 shows an outline of a normal pressure CVD apparatus.
As shown in FIG. 9, a chemical vapor and a
[0004]
The discharge system needs to discharge gas at a predetermined rate so as to provide a predetermined reaction time between the chemical vapor deposition gas in the
[0005]
For this reason, in the related art, an orifice area limit is provided in a discharge line to which a fixed amount of exhaust gas is supplied, and the discharge line is optimized by the orifice area limit.
FIG. 10 shows an example of a schematic view of this conventional fixed orifice. As shown in FIG. 10, a
[0006]
However, in the case of using the ball valve 07, powder of by-products also accumulates in the orifice opening, and the flow rate changes because the opening is narrowed. Even at the time of opening, it is necessary to always clean the sediment before the sediment accumulates and becomes clogged, and each time it is troublesome.
In addition, there is a problem that the deposits deposited in the openings are discharged at once, which causes a change in the amount of exhaust gas, which affects the film formation.
[0007]
FIG. 11 shows another example. As shown in FIG. 11, a pair of
[0008]
However, the method of removing the deposit by the
[0009]
For this reason, for example, a method has been proposed in which the orifice is cleaned by rotating the inside of the orifice diameter with the wire using a rotating metal wire or the like. However, there is a problem that the deposition of deposits occurs, and the deposition of the deposits hinders normal gas flow.
[0010]
In view of the above circumstances, the present invention keeps the pressure in the reaction section constant by collecting exhaust gas containing by-products contained in exhaust gas of a CVD apparatus or the like and passing it through a constant orifice that does not change. It is an object of the present invention to provide a fixed orifice capable of ensuring uniformity of a thin film formed on a wafer and a discharge system using the same.
[0011]
[Means for Solving the Problems]
The invention of claim 1 which solves the above problem is Includes by-products emitted after subjecting the material to chemical vapor deposition An orifice arranged in a discharge line for discharging exhaust gas and having a thin ring shape having pores, and a gas inlet for holding the orifice and collecting exhaust gas and an outlet for discharging gas after passing through the orifice. Orifice body having a predetermined interval in the orifice body so that the orifice is perpendicular to the gas flow, and a predetermined amount of inert gas is introduced into the gap and held. It is characterized by the following.
[0012]
[Claim 2] Is Claim 1 Wherein the inert gas is any one of nitrogen gas, helium gas, argon gas, carbon dioxide and air or a mixture thereof, and the above-mentioned inert gas decreases as the amount of exhaust gas passing through the orifice body decreases. It is characterized in that the supply amount of the inert gas is reduced and the exhaust gas amount is kept constant.
[0013]
[Claim 3] Is Claim 1 In the fixed orifice described in (1), the ring-shaped orifice is characterized in that a downstream side of the gas flow is a tapered cylinder with a small diameter flange.
[0014]
[Claim 4] Is Claim 3 Wherein the tapered angle (θ) from the direction perpendicular to the gas flow of the ring-shaped orifice is not more than 80 degrees.
[0016]
[Claim 5] Is installed in a storage chamber under a predetermined pressure, is provided with a chemical vapor deposition means for performing chemical vapor deposition on an object to be vapor-deposited, a discharge line for discharging exhaust gas from the chemical vapor deposition means, and interposed in the discharge line. Claims 1 to 4 And a blower fan that is installed inside or outside the storage chamber and discharges exhaust gas from the discharge line to the outside of the storage chamber. When deposits and by-products accumulate and the emission amount of exhaust gas decreases, the supply amount of inert gas supplied to the fixed orifice is reduced as the emission amount decreases, and a constant emission amount is maintained. It is characterized in that the deposition atmosphere is kept constant.
[0017]
[Claim 6] Is Claim 5 In the fixed orifice described in (1), the chemical vapor deposition is either a normal pressure method or a reduced pressure method.
[0018]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described, but the present invention is not limited thereto.
[0019]
FIG. 1 shows a schematic view of a fixed orifice according to the present embodiment. 2 is a partially cutaway structural view of the fixed orifice, FIG. 3 is a sectional view taken along the line III-III of FIG. 2, and FIG. 4 is an enlarged view of a portion IV in FIG.
[0020]
As shown in FIGS. 1 to 4, the fixed orifice 11 according to the present embodiment is discharged without contributing to the reaction after performing the chemical vapor deposition on the wafer W in the lower reaction part of the dispersion head 12. An exhaust pipe 16 for exhausting a process exhaust gas (reaction gas, nitrogen carrier gas, selector gas) 13 and an exhaust gas 15 containing a powdery reaction by-
[0021]
The thin ring-shaped orifice 18 is held while having a
[0022]
Here, in the present invention, the inert gas is N 2 The gas is not limited, and may be any one of helium gas, argon gas, carbon dioxide, air, or a mixture thereof. In the following, N is used as an inert gas. 2 The case where gas is used will be described.
The exhaust gas (exhaust gas downstream of the orifice) 24 exhausted from the fixed orifice 11 is the
[0023]
As a method for supporting the orifice 18 in the present embodiment, as shown in FIG. 4, for example, a
The orifice 18 has an optimal orifice diameter (small diameter) 17 for controlling the exhaust of the process gas. The
That is, the CVD apparatus is provided with a plurality of dispersion heads, and discharge lines are individually formed from the heads. Therefore, the atmosphere of a clean room or the like to be installed, the gas-tight structure of the CVD apparatus, and the structure of the dispersion head. Due to various characteristics, pressure fluctuations can be individually dealt with.
When the opening of the orifice diameter (small diameter) 17 is d, it is preferable that d is in the range of 1d to 0.4d. That is, for example, when the opening d is 15 mm, the range is d = 15 mm to 0.6 mm. Although the pipe diameter D at this time is 42 mm, the present invention is not limited to this.
[0024]
The nitrogen gas supplied to the fixed orifice body 21 via the gas supply unit 23 is a nitrogen gas swirling introduction unit (N 2 The gas is supplied from the revolving portion 32 to the
Preferably, the
[0025]
That is, the system N supplied to the orifice body 21 2 Is introduced in order to maintain the
[0026]
The structure for supporting the orifice in the fixed orifice is not limited to the above-described structure, but any support method may be used as long as the orifice is supported with a gap and the orifice vibrates by supplying nitrogen gas. Methods can also be employed.
In the present invention, the ring-shaped orifice is not limited to the vibrating type as described above, but may be fixed.
[0027]
By providing the fixed orifice 11 having such a configuration, the process exhaust gas from the head exhaust (orifice upstream side) side is taken in, the pressure can be controlled by supplying nitrogen gas, and the exhaust gas in the lower reaction section of the dispersion head can be exhausted. The process exhaust gas introduced into the orifice body and the system N 2 Can be discharged so as to always have a constant exhaust pressure in an exhaust box sucked by a blower fan.
[0028]
If the by-product fine particles slightly adhere to the exhaust pipe or the orifice before the fixed orifice due to the change over time due to long-term use, the differential pressure, which is separately monitored, corresponds to the change in the drop. By gradually reducing the supply of nitrogen gas to be supplied, the pressure in the lower reaction section of the dispersion head can be kept constant without changing the amount of exhaust gas as a whole.
[0029]
FIG. 5 schematically shows a discharge system using the fixed orifice of the present invention. As shown in FIG. 5, in a
The first pressure gauge P in the
If fine powder of by-products adheres to the exhaust pipe or the like before the fixed orifice or the pipes such as the fixed orifice 11 or the discharge pipe after the fixed orifice to some extent due to aging due to long-term use, the fixed orifice Since the amount of exhaust gas passing through the discharge head 11 decreases, the pressure in the lower reaction section of the dispersion head 42 is kept constant without changing the overall amount of exhaust gas by gradually reducing the supply of nitrogen gas to be supplied. It can be.
As a result, even if chemical vapor deposition and by-products accumulate in the
[0030]
As described above, the fixed orifice 11 has a physical orifice diameter, has a space for supplying a system nitrogen gas therein, and has a process gas discharged from a reactor reaction section of the CVD apparatus, the dispersion head, and its periphery. Reaction gas, nitrogen carrier gas, selector N 2 The exhaust gas containing powdery by-products after the reaction of the gas is collected and allowed to pass through to keep the pressure in the reaction section constant and to ensure the uniformity of the thin film formed on the wafer. ing.
For this reason, in order to secure a specific displacement, the physical orifice diameter is specified.
When a plurality of exhaust ports are provided, the physical orifice diameter of the fixed orifice attached to each port is specified so as to achieve balance.
After the balance of the plurality of exhaust ports has been adjusted, fine exhaust balance can be adjusted by adjusting the amount of system nitrogen gas supplied. Thereby, the uniformity of the thin film can be further improved.
[0031]
In order to secure a specific exhaust amount, a differential pressure port is provided, and the exhaust pressure can be kept constant by automatically controlling the flow rate of system nitrogen with an MFC (mass flow controller) for the differential pressure. That is, the amount of nitrogen gas introduced is automatically controlled based on the differential pressure while monitoring with a pressure sensor provided at a predetermined location, thereby making it possible to make the exhaust amount constant.
[0032]
Although the above-described orifice has been described as a ring-shaped flat orifice, the present invention is not limited to the flat orifice, and the ring-shaped orifice as shown in FIG. A tapered cylinder with a flange may be used.
That is, as shown in FIG. 6, similarly to the fixed orifice shown in FIG. 1, the fixed orifice 101 has a small-diameter hole (orifice opening) 102 flange 103 on the downstream side of the gas flow of the exhaust gas 15. An orifice body having an orifice 105 formed of a tapered cylinder 104, a
The angle of the ring-shaped orifice tapered cylinder 104 may be such that the taper angle (θ) from a direction perpendicular to the gas flow of the exhaust gas 15 is 80 degrees or less. Although the taper angle of 0 degree is the orifice in the shape of a flat plate shown in FIG. 1 described above, the supply gas is obliquely injected toward the downstream of the gas flow by forming the tapered cylindrical shape, so that the by-products adhere. As a result, the exhaust efficiency is improved, and it becomes possible to flexibly cope with aging over a longer period of time as compared with the ring-shaped orifice.
When the angle is 80 degrees or more, it is difficult to form a tapered cylinder, and it is not possible to improve the exhaust efficiency. Therefore, the upper limit of the taper angle (θ) is set to about 80 degrees.
The holding type of the fixed orifice 101, the orifice hole diameter, and the like are the same as those of the above-described fixed orifice 11, and the description thereof is omitted.
[0033]
As described above, the fixed orifice according to the present invention is disposed in the discharge line that discharges the exhaust gas containing by-products that are discharged after subjecting the deposition target to chemical vapor deposition, and has a thin ring shape having pores. And an orifice body holding the orifice and having a gas inlet for collecting exhaust gas and an outlet for discharging gas after passing through the orifice. The orifice is provided with a gas in the orifice body. A gap is provided at a predetermined interval so that the flow has an angle of about orthogonal to about 80 degrees, and a predetermined amount of inert gas is introduced and held in the gap, so that the following effects are obtained. Play.
(1) The diameter of the fixed orifice can be easily selected.
(2) An orifice of an arbitrary diameter can be set for each exhaust pipe.
{Circle around (3)} The control can be performed by supplying only the inert gas and the air and the like, and the running cost is low because the electricity, the motor and the like are not used.
(4) By flowing inert gas, air, etc. as system gas, adhesion of by-products such as powder is prevented, and exhaust gas control is performed by individually changing the orifice hole diameter according to the installation line. For a long time.
{Circle over (5)} Since the orifice is held inside the orifice body with a predetermined gap, by flowing the system gas, the orifice vibrates minutely and powder or the like is prevented from adhering.
{Circle around (6)} By adjusting the flow rate of the gas by the supply of the inert gas, it is possible to control the amount of exhaust gas.
{Circle around (7)} The flow rate of the inert gas can be controlled by an external signal based on the differential pressure before and after the fixed orifice, and the displacement can be automatically controlled.
(8) Since a driving component driven from the outside such as a motor is not used as in the related art, there is no failure or the like.
[0034]
【Example】
FIG. 7 is a schematic diagram of an atmospheric pressure CVD apparatus using three dispersion heads.
In the CVD apparatus shown in FIG. 7, a process gas discharged from the first head 51, the second head 52, and the third head 53 is interposed in a
N to be supplied to each
[0035]
Next, an example of a CVD apparatus provided with an exhaust gas facility provided with a fixed orifice according to the present invention will be described below.
[0036]
FIG. 8 is an overall system of a normal pressure CVD apparatus according to the present embodiment.
As shown in FIG. 8, the present atmospheric pressure CVD apparatus includes a wafer supply / collection unit 61 for automatically supplying a wafer W onto a transfer tray or collecting the wafer W into a wafer storage box, and a supplied wafer W to a chemical vapor deposition apparatus. A wafer transfer unit 62 for transferring, a chemical vapor deposition unit 63 for forming an oxide film on the wafer W, a wafer return unit 64 for transferring the wafer on which the oxide film is deposited to a wafer collection position while being placed on a tray, The control unit (not shown) controls the wafer supply / collection unit 61, the transport unit 62, the chemical vapor deposition unit 63, and the return unit 64 according to a preset program.
[0037]
Hereinafter, the system flow of the normal pressure CVD apparatus will be described with reference to FIG.
{Circle around (1)} The wafer supply / collection unit 61 is provided in the first cabinet 65, and the transfer unit 62, the chemical vapor deposition unit 63, and the return unit 64 are provided in the second cabinet 66, respectively.
The wafer W is stored in the
The tray (made of SiC) 68 on which the circulating wafer W is placed is moved from below to a fixed position by an
The
[0038]
(2) The
The
The
[0039]
{Circle around (3)} The reaction section of the chemical vapor deposition section 63 is composed of a
The wafer W having the oxide film formed thereon exits the reaction part of the chemical vapor deposition part 63 while being loaded on the
[0040]
{Circle around (4)} The
When the
The lifted wafer W is collected by the
[0041]
{Circle around (5)} The wafer W cooled by the cooling
{Circle around (6)} By repeating the above, the wafer W can be processed continuously.
[0042]
{Circle around (7)} When a film having a constant thickness is deposited on the
[0043]
In the above-described CVD apparatus, a fixed orifice is provided in an exhaust line of the chemical vapor deposition section 63, and by adjusting the amount of nitrogen gas supplied to the fixed orifice, predetermined stable exhaust can be performed, and good chemical vapor deposition can be performed on the wafer W. Can be applied. Further, even when powders of by-products adhere to the discharge line, the exhaust control means gradually reduces the nitrogen supply amount as the exhaust pressure fluctuates, thereby enabling stable exhaust to be performed continuously. Does not fluctuate.
[0044]
【The invention's effect】
As described in detail above, a thin ring-shaped orifice having pores is disposed in an exhaust line that exhausts an exhaust gas containing a by-product that is exhausted after performing chemical vapor deposition on an object to be deposited, and the orifice. And an orifice body having a gas inlet for collecting exhaust gas and an outlet for discharging gas after passing through the orifice. The orifice is inserted into the orifice body at an angle of 80 degrees perpendicular to the gas flow. It has a gap at a predetermined interval so as to have a degree angle, and a predetermined amount of inert gas is introduced and held in the gap to secure a predetermined exhaust amount and to maintain a constant pressure. Exhaust gas can be exhausted.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 shows a schematic view of a fixed orifice according to the present embodiment.
FIG. 2 is a partially cutaway structural view of a fixed orifice.
FIG. 3 is a sectional view taken along line III-III of FIG. 2;
FIG. 4 is an enlarged view of a part IV in FIG. 2;
FIG. 5 is a schematic view of a discharge system using a fixed orifice.
FIG. 6 is a schematic view of another fixed orifice.
FIG. 7 is a schematic diagram of an atmospheric pressure CVD apparatus using three dispersion heads.
FIG. 8 is an overall system diagram of a normal pressure CVD apparatus according to the present embodiment.
FIG. 9 schematically shows a normal pressure CVD apparatus.
FIG. 10 is a schematic view of a conventional fixed orifice.
FIG. 11 is a schematic view of another conventional fixed orifice.
[Explanation of symbols]
11 Fixed orifice
12 dispersion head
13 Process gas
14 Reaction by-products
15 Exhaust gas
16 Discharge pipe
17 holes (orifice opening)
18 orifice
19 Gas inlet
20 outlet
21 Orifice body
22 gap
23 Gas supply unit
24 Exhaust gas
25 Sealing member
26 Seal ring
Claims (6)
細孔を有する薄肉リング状のオリフィスと、
該オリフィスを保持すると共に、排出ガスを集合するガス導入口とオリフィス通過後のガスを排出する排出口とを有するオリフィス本体とからなり、
上記該オリフィス本体内に、上記オリフィスをガス流れに直交するように所定間隔の間隙を有し、且つ該間隙に所定量の不活性ガスを導入しつつ保持してなることを特徴とする固定オリフィス。 Disposed on an exhaust line that exhausts exhaust gas containing by-products that are emitted after subjecting the object to be deposited to chemical vapor deposition ,
A thin ring-shaped orifice having pores,
An orifice body holding the orifice and having a gas inlet for collecting exhaust gas and an outlet for discharging gas after passing through the orifice,
A fixed orifice having a predetermined gap in the orifice main body so as to be orthogonal to a gas flow, and a predetermined amount of inert gas being introduced into and held in the gap. .
上記不活性ガスが窒素ガス,ヘリウムガス,アルゴンガス,二酸化炭素,空気のいずれか一種又はこれらの混合物であり、オリフィス本体内を通過する排出ガス量が減少するにつれて上記不活性ガスの供給量を減少させ、排出ガス量を一定に保つことを特徴とする固定オリフィス。 The fixed orifice according to claim 1 ,
The inert gas is any one of nitrogen gas, helium gas, argon gas, carbon dioxide, and air, or a mixture thereof. As the amount of exhaust gas passing through the orifice body decreases, the supply amount of the inert gas decreases. A fixed orifice characterized by a reduction and a constant emission.
上記リング状のオリフィスが、ガス流れの下流側が小径のフランジ付のテーパ筒であることを特徴とする固定オリフィス。 The fixed orifice according to claim 1 ,
The fixed orifice, wherein the ring-shaped orifice is a small-diameter tapered cylinder with a flange on the downstream side of the gas flow.
上記リング状のオリフィスのガス流れに直交する方向からのテーパ角度(θ)が80度以下であることを特徴とする固定オリフィス。 The fixed orifice according to claim 3 ,
A fixed orifice, wherein a taper angle (θ) from a direction perpendicular to a gas flow of the ring-shaped orifice is 80 degrees or less.
被蒸着物の上へ化学蒸着を施す化学蒸着手段と、
該化学蒸着手段からの排出ガスを排出する排出ラインと、
該排出ラインに介装される請求項1ないし4のいずれかに記載する固定オリフィスと、
上記収納室の内外の何れかに設置され、上記排出ラインからの排出ガスを収容室外へ排出する送風ファンとからなり、
固定オリフィス前段の排出ライン内に化学蒸着物並びに副生成物が堆積し、排出ガスの排出量が減少した際、該排出量の減少につれて固定オリフィスへ供給する不活性ガスの供給量を減少させ、一定の排出量を維持し、化学蒸着雰囲気を一定に保持することを特徴とする固定オリフィスを用いた排出システム。Installed in a containment room under a predetermined pressure,
Chemical vapor deposition means for performing chemical vapor deposition on the object to be deposited,
An exhaust line for exhausting the exhaust gas from the chemical vapor deposition means,
A fixed orifice according to any one of claims 1 to 4 , which is interposed in the discharge line;
A blower fan that is installed inside or outside the storage room and discharges exhaust gas from the discharge line to the outside of the storage room,
When chemical vapor deposition and by-products accumulate in the exhaust line in front of the fixed orifice and the emission amount of the exhaust gas decreases, the supply amount of the inert gas supplied to the fixed orifice is reduced as the emission amount decreases, A discharge system using a fixed orifice, which maintains a constant discharge rate and maintains a constant chemical vapor deposition atmosphere.
上記化学蒸着が常圧法又は減圧法のいずれかであることを特徴とする固定オリフィスを用いた排出システム。 The fixed orifice according to claim 5 ,
A discharge system using a fixed orifice, wherein the chemical vapor deposition is one of a normal pressure method and a reduced pressure method.
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