JP3547799B2 - コールドトラップ及び半導体装置の製造装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明はコールドトラップ及び該コールドトラップが反応室と該反応室を排気する真空装置との間に挿入された半導体装置の製造装置に関する。
【０００２】
低圧化学気相成長（ＣＶＤ）装置等の半導体製造装置においては、反応室内に反応ガスを導入し、且つ真空排気装置で該反応室内を所定の圧力に減圧し、反応室内に配置した被処理基板を加熱し、該被処理基板の表面上で化学反応を起こさせ、該被処理基板上に反応生成物の膜の堆積がなされる。そしてその際、反応副生成物や未反応の反応ガスが反応室から真空排気装置に向かって排出されるので、前記反応副生成物や未反応の反応ガスに汚染されて真空排気装置の能力が低下し、それに伴って真空装置側から反応室内へのガスの逆拡散が起こって成膜の特性が悪くなるという問題を生ずる。
【０００３】
そこで、反応室と真空排気装置との間には前記反応副生成物や未反応の反応ガスを捕捉するためのコールドトラップが挿入される。このコールドトラップは排気能力を低下させないために、捕捉された反応副生成物や未反応の反応ガスによる堆積物を頻繁に洗浄除去する必要があり、前記堆積物の洗浄除去を短時間で容易に且つ安全になし得る構造が望まれている。
【０００４】
【従来の技術】
図６は従来の枚葉式化学気相成長（ＣＶＤ）装置の要部を示す模式構成図である。同図において、２は反応室（成長室）、３はゲートバルブ、５１はコールドトラップ、４はドラッグポンプ、５はドライポンプ、６は真空配管を示す。
【０００５】
上記構成を有する従来の枚葉式ＣＶＤ装置は、図示しないガス導入口から反応室２内に原料ガス（反応ガス）を導入し、且つゲートバルブ３を開いてドラッグポンプ４及びドライポンプ５で真空排気を行って反応室２内を所定圧力に減圧した状態において反応室２内に挿入されている図示しない被処理基板を所定の温度に昇温させ、該被処理基板の表面上で原料ガス（反応ガス）を反応させ、該基板の表面上に所定の被膜を化学気相成長させる。
【０００６】
そしてその際、前記反応によって反応室２内で生成される反応副生成物や、反応に寄与しなかった未反応の反応ガスは、コールドトラップ５１を通りそこで前記反応副生成物や未反応反応ガスの捕捉除去がなされた後に、ドラッグポンプ４及びドライポンプ５を経て大気中に排出される。
【０００７】
このような従来のＣＶＤ装置に具備せしめられた従来のコールドトラップ51は、通常、図７の模式図に示すように、上面と下面が開口しそれぞれ真空配管６に接続しているトラップ容器52の前面にフランジ53が設けられ、そのフランジ53上に蓋板54が固定されてなり、この蓋板54に該蓋板54を貫通しトラップ51の内部で折り返してくる冷媒流通管55の入口と出口が突出して設けられ、該冷媒流通管55のトラップ51の内部に位置する部分に、複数枚の冷却フィン56が、熱伝導性の優れた鑞付け手段により、ガスの流れ方向に対してやや傾斜した状態で立設固定された構造を有していた。（57は真空パッキン）
そして上記構造の従来のコールドトラップ51は、ＣＶＤ処理中、冷媒流通管55内に供給される冷媒（例えばエチレングリコール等）により冷媒流通管55に傾斜下状態に立設固定されている冷却フィン56が-5〜 -10℃程度の低温に冷やされ、この低温の冷却フィン56上に反応室で生成した反応副生成物や反応室を経てきた未反応の反応ガスが析出堆積され、それによって前記反応副生成物や未反応ガスがドラッグポンプ４やドライポンプ５内に到達するのが防止される。
【０００８】
かかる従来のコールドトラップ５１においては、反応室で１０００枚程度の被処理基板に対してＣＶＤ処理を行った場合、前記反応副生成物や未反応反応ガスから析出する堆積物が冷却フィン５６上に多量に堆積蓄積されてガスの通路を塞ぎ、前記ドラッグポンプ及ドライポンプによる排気能力が低下する。そしてそれに伴ってガスの逆拡散による堆積膜の膜質の低下が生ずる。
【０００９】
その場合、前面のフランジ53部から蓋板54を外し、蓋板54と共に蓋板に固定されている冷媒流通管55及びそれに固定されている堆積物が付着した冷却フィン56を引出し、純水によるブラッシングにより堆積物の洗浄除去を行う。また同時にコールドトラップ容器52内壁の純水による清拭を行う。
【００１０】
そして、上記洗浄を終わった冷媒流通管５５及び冷却フィン５６をコールドトラップ容器５２内に挿入し、該容器５２のフランジ５３に蓋板５４を気密に固定した後、ドラッグポンプ及びドライポンプを稼働し、ゲートバルブを開いて、反応室から排気されてくる余熱されたパージガス（Ｎ_２）によりコールドトラップの内部即ちコールドトラップ容器５２の内壁及び冷媒流通管５５、冷却フィン５６を十分に乾燥することによりコールドトラップ５３の洗浄乾燥処理を完了し、ＣＶＤ処理が再開される。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
このように従来コールドトラップ５１においては、コールドトラップ５１内に蓄積された堆積物を洗浄除去する方法が、コールドトラップ５１の蓋板５４を開け、蓋板５４に固定されている冷媒流通管５５及びそれに固定されている冷却フィン５６をコールドトラップ容器５２から引出して純水によるブラッシング洗浄を行い、且つコールドトラップ５２内を純水で清拭した後、再びコールドトラップ容器５２内に挿入し蓋板５４を固定する方法のため、蓋板を開放した際、有毒あるいは有害な未反応ガスや反応副生成物を人間が吸い込むことになって安全衛生上好ましくなく、また洗浄に３時間程度の長時間を要し、更に上記洗浄後の乾燥が、前記のように反応室内で余熱されたパージガスに流通によってなされるので乾燥にも２時間程度の長時間を要して、装置の稼働率が大幅に低下するという問題があった。
【００１２】
そこで本発明は、洗浄及び乾燥によるコールドトラップ再生処理を、開封せずに自動的に行うことが可能なコールドトラップを提供し、コールドトラップの再生処理に際しての有害物質による人体への悪影響を回避すると共に、再生時間の短縮を図って該コールドトラップを具備する半導体装置の製造装置の稼働率を向上させることを目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
上記課題の解決は、両端部を開閉可能なゲートバルブを有する円筒形状の容器の内部に、該容器の中心軸に沿って設けられた螺旋状冷却フィンと、該容器の両端部の近傍のそれぞれに、洗浄液またはパージガスが切替可能に該容器の内部に通じる流入口と排出口と、該冷却フィンを加熱する加熱装置とを有するコールドトラップによって達成され、また、該コールドトラップが、反応室と該反応室を排気する真空装置との間に挿入されている半導体装置の製造装置によって達成される。
【００１４】
【作用】
図１は本発明の原理説明図である。
図中の、１は本発明に係るコールドトラップ、１Ｓは円筒形状を有するコールドトラップの容器、２は反応室、３Ａは第１のゲートバルブ、３Ｂは第２のゲートバルブ、４はドラッグポンプ、５はドライポンプ、６は真空配管、７Ａは洗浄液導入口、７Ｂは洗浄液排出口、９Ａ、９Ｂはストップバルブ、１０は支軸、１１は螺旋状冷却フィン、１２は反応室からポンプに向かうガス（反応副生成物及び未反応ガス）の流通方向を示す。
【００１５】
同図に示すように本発明に係るコールドトラップ１は、円筒形の容器１Ｓの内部に、例えばこの容器１Ｓの中心軸上に設けられた支軸１０に固定されることによって該容器１Ｓの中心軸を中心にし該中心軸の方向即ちガスの流通方向１２に沿って螺旋状に延在せしめられた螺旋状冷却フィン１１を有し、且つ容器１Ｓの一端部側に開閉手段のストップバルブ９Ａを備えた洗浄液導入口７Ａが設けられ、他端部側に同じく開閉手段のストップバルブ９Ｂを備えた洗浄液排出口７Ｂが設けられた構造を有し、本発明に係る半導体装置の製造装置は上記本発明に係るコールドトラップが反応室２と真空排気装置の例えばドラッグポンプ４との間に挿入されてなっている。
【００１６】
そして、コールドトラップ１内に蓄積された堆積物の洗浄に際しては、例えば第１、第２のゲートバルブ３Ａ、３Ｂを閉じてコールドトラップ１を製造装置の前後から遮断した状態で、容器１Ｓ内に洗浄液導入口７Ａから洗浄液を流入し、容器１Ｓ内を螺旋状冷却フィン１１に沿い洗浄液排出口７Ｂに向かって螺旋状に流通させる。
【００１７】
そのため、洗浄液は冷却フィン１１の全域及び容器１Ｓの内壁全域に行き渡ってその表面を摩擦しながら流通するので、堆積物の洗浄は手作業を伴わずに自動的に短時間で完了する。また上記洗浄はコールドトラップ１が密閉された状態のままで行われるので、有害物質の大気中への飛散もなく人体に対する悪影響も生じない。
【００１８】
更に、冷却フィンにシーズヒータ等の絶縁された加熱手段を背負わせておけば洗浄後の乾燥を短時間で行うことが可能になる。
以上により上記本発明に係るコールドトラップを用いた本発明に係る半導体装置の製造装置においては、コールドトラップの洗浄再生に際しての安全性の確保及び再生時間の短縮が図れる。
【００１９】
【実施例】
以下本発明を、実施例について、図１の原理説明図、図２のコールドトラップの第１の実施例の模式図、図３のコールドトラップの第２の実施例の模式図、図４のコールドトラップの第３の実施例の模式図、及び図５の冷却フィン形状の一実施例の模式平面図を参照して具体的に説明する。なお全図を通じ同一対象物は同一符合で示す。
【００２０】
本発明に係る半導体製造装置の枚葉式ＣＶＤ装置は、例えば図１に示すように、化学気相成長が行われる反応室２（反応ガス導入管、基板加熱機構、被処理基板等は省略されている）と、該反応室２を所定の低圧状態に排気する真空装置（ドラッグポンプ４とドライポンプ５とで構成される）の例えばドラッグポンプ４との間にゲートバルブ３Ａ、３Ｂを介して、円筒形の容器１Ｓからなり、内部に例えば該容器１Ｓの中心軸上に設けられた支軸１０に固定され、ガスの流通方向１２即ち支軸の延在方向に沿って延在する容器の中心軸を中心にした螺旋状冷却フィン１１を有する本発明に係るコールドトラップ１が挿入される。そして、このコールドトラップ１は容器１Ｓの例えば上端部側にストップバルブ９Ａを具備する洗浄液導入口７Ａが設けられ、下端部側に同様ストップバルブ９Ｂを具備する洗浄液排出口７Ｂが設けられた構造を有し、洗浄液導入口７Ａ及び排出口７Ｂのストップバルブ９Ａ、９Ｂを閉じ、第１のゲートバルブ３Ａ及び第２のゲートバルブ３Ｂを開き、ドラッグポンプ４とドライポンプ５とで反応室２内を排気した状態で反応室２内に反応ガスを導入し、多数枚の被処理基板上に連続して順次例えば絶縁膜等の化学気相成長がなされる。そして例えば１０００枚程度の処理がなされてコールドトラップ１内に反応副生成物や未反応ガスが堆積蓄積されて前記ポンプ４、５等の排気能力が低下してきたならば、反応室２内への反応ガスの供給を停止し、上下のゲートバルブ３Ａ、３Ｂを閉じてＣＶＤ処理を中止する。そして、ストップバルブ９Ａと９Ｂを開き、前記ゲートバルブ３Ａと３Ｂにより上下の部分から遮断されたコールドトラップ１内に洗浄液導入口７Ａから洗浄液を流入し、該洗浄液を容器１Ｓ内に螺旋状冷却フィン１０に沿い螺旋状に流通させ、洗浄液排出口７Ｂから排出させてコールドトラップ１内の洗浄を行う。
【００２１】
従って上記洗浄に際し、螺旋状冷却フィン11の表面及びコールドトラップ容器1Sの内壁面の全域は洗浄液流によって満遍なく摩擦洗浄されるので、コールドトラップ１内の反応副生成物や未反応ガスによる堆積物は１〜２時間程度の短時間で容易に除去される。また、この洗浄は手洗い操作を用いずにコールドトラップ１を密封した状態のまま自動的に行えるので、洗浄に際しての有害物質による人体への悪影響は除かれる。
【００２２】
図２は、上記原理説明図に示した半導体製造装置に用いた本発明に係るコールドトラップの第１の実施例の模式図で、（ａ） は平面図、（ｂ） は断面図である。
このコールドトラップ１は円筒形の容器１Ｓを有し、容器１Ｓの開口端面にはフランジ１ＦＡ と１ＦＢ とが設けられており、このフランジ１ＦＡ と１ＦＢ がそれぞれ上下のゲートバルブ３Ａと３Ｂとに気密に接続されている。
【００２３】
そして、上部のゲートバルブ３Ａから下部のゲートバルブ３Ｂに向かうガスの流通方向１２に沿う方向に延在する円筒形容器１Ｓの中心軸を中心とする螺旋状冷却フィン１１は、支持腕１３によってコールドトラップ容器１Ｓの中心に保持された金属パイプの支軸１０に鑞付けにより低熱抵抗で固着されており、この冷却フィン１１は、支軸１０内に冷媒導入管１４Ａ 及び冷媒排出管１４Ｂ を介して冷媒を流通させ支軸１０を冷却することにより該支軸１０を介して冷却される。冷媒には通常エチレングリコールが用いられ、冷却温度は−５〜−１０℃である。また冷却フィン１１には、加熱手段であるシーズヒータ等の絶縁被覆されたヒータ１５がその表面に沿って直に被着されている。そして更に、容器１Ｓにはストップバルブ９Ｃを有するパージガス流入口８Ａとストップバルブ９Ｄ有するパージガス排出口８Ｂが設けられている。
【００２４】
この実施例のコールドトラップにおいては、コールドトラップ１内に蓄積された反応副生成物等の堆積物を洗浄除去するに際して、上下のゲートバルブ３Ａ及び３Ｂを閉じて該コールドトラップ１をＣＶＤ装置から遮断し、冷媒の流通を停止した後、ストップバルブ９Ａと９Ｂを開き、例えば上部の洗浄液導入口７からコールドトラップ１内に洗浄液を１６を流入し、洗浄液排出口８から排出してコールドトラップ１の内部の洗浄がなされる。その際、コールドトラップ１の内部にトラップの中心軸を中心とする螺旋状冷却フィン１１が配設されているために、流入された洗浄液はこの螺旋状冷却フィン１１に沿って螺旋状に回転しながら下部に到り洗浄液排出口８から外部に排出される。従って、螺旋状冷却フィン１１及びコールドトラップ１の内壁面は万遍なく速い流速を有する洗浄液で摩擦されて洗われるので、堆積物の除去は１〜２時間程度の短時間で完全になされる。
【００２５】
そして、上記洗浄が完了したならば、ストップバルブ９Ａを閉じて洗浄液の供給を停止し、コールドトラップ１内の洗浄液をほぼ完全に排出した後、ストップバルブ９Ｂを閉じ、パージガス流入口８Ａ及び排出口８Ｂのストップバルブ９Ｃ及び９Ｄを開き、容器内にパージガスの例えば窒素（Ｎ_２）を流通させた状態で冷却フィン１１上のヒータ１５に通電して該冷却フィン１１を例えば １００〜１５０ ℃程度に加熱し、該冷却フィン１１及びコールドトラップ１内部の乾燥を行う。
【００２６】
そして、上記乾燥を１時間程度行い、ヒータ１５の通電を止め、パージガス流入口８Ａ及び排出口８Ｂのストップバルブ９Ｃ及び９Ｄを閉じてコールドトラップ１内の洗浄乾燥が完了する。
【００２７】
そして、冷却フィン１１の支軸１０に冷媒を流して冷却フィンを所定の温度に冷やした状態でゲートバルブ３Ｂ、３Ａを順次開き、前記半導体製造装置における例えばＣＶＤ処理を再開する。
【００２８】
上記実施例のコールドトラップ１においては、上記のように冷却フィン１１自体にヒータ１５が背負わされておりこのヒータ１５で冷却フィン１１が直に加熱され、且つ蒸発した洗浄液の蒸気がパージガスにより容器１Ｓ外に速やかに排出されるので、コールドトラップ内部の洗浄後の乾燥時間が１時間以内程度と従来に比べ大幅に短縮される。
【００２９】
図３に示したのはコールドトラップの第２の実施例である。この実施例の構造が前記第１の実施例と異なる点は、螺旋状冷却フィン１１（１１ａ 、１１ｂ 、１１ｃ 、１１ｄ 、１１ｅ は支軸１０´の回りを廻って螺旋状に連続している）の冷却が支軸１０′によってなされずに冷却フィン１１上に背負わせて配設した冷媒の流通する冷却パイプ１７によってなされる点であり、その他の構造は第１の実施例と同様である。また効果も第１の実施例と同様である。
【００３０】
図４に示したのはコールドトラップの第３の実施例である。この実施例の構造においては、容器１１Ｓ の中心軸上に支持が設けられず、螺旋状冷却フィン１１（１１ａ 、１１ｂ 、１１ｃ 、１１ｄ 、１１ｅ ）がコールドトラップ容器１Ｓの内壁に鑞付け等により固持される点が第１、第２の実施例と異なり、その他は点は全て前記実施例と同様の構造を有する。
【００３１】
図５は冷却フィン形状の一実施例の平面形状を模式的に示したもので、この図に示すように、螺旋状冷却フィン１１には任意の形状を有する開孔１８を設けて、ガスの排気抵抗を減少させることが望ましい。
【００３２】
【発明の効果】
以上説明のように本発明に係るコールドトラップ並びにそれを用いた本発明に係る半導体装置の製造装置においては、反応室と真空排気装置との間に挿入するコールドトラップの洗浄及び乾燥を、該コールドトラップを開封せずに自動的に、且つ従来より短時間で行うことができる。
【００３３】
従って、洗浄時間の短縮が図れると共に、コールドトラップ洗浄に際しての大気中への有害物質の飛散は回避され、人体に及ぼす安全衛生面での悪影響が防止される。また、冷却フィン上にシーズヒータ等の絶縁された加熱手段が固着され該加熱手段により冷却フィンが直に加熱されるので、洗浄後の乾燥時間も従来に比べ大幅に短縮される。
【００３４】
以上により本発明は半導体製造装置の稼働率の向上及び安全管理に寄与するところが大きい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の原理説明図
【図２】本発明に係るコールドトラップの第１の実施例の模式図
【図３】本発明に係るコールドトラップの第２の実施例の模式図
【図４】本発明に係るコールドトラップの第３の実施例の模式図
【図５】冷却フィン形状の一実施例の模式平面図
【図６】従来の枚葉式ＣＶＤ装置の要部模式構成図
【図７】従来のコールドトラップの模式図
【符号の説明】
１ コールドトラップ
２ 反応室
３Ａ 第１のゲートバルブ
３Ｂ 第２のゲートバルブ
４ ドラッグポンプ
５ ドライポンプ
６ 真空配管
７Ａ 洗浄液導入口
７Ｂ 洗浄液排出口
８Ａ パージガス流入口
８Ｂ パージガス排出口
９Ａ、９Ｂ、９Ｃ、９Ｄ ストップバルブ
１０ 支軸
１１ 螺旋状冷却フィン
１２ ガスの流通方向

Claims (2)

1. 両端部を開閉可能なゲートバルブを有する円筒形状の容器の内部に、該容器の中心軸に沿って設けられた螺旋状冷却フィンと、該容器の両端部の近傍のそれぞれに、洗浄液またはパージガスが切替可能に該容器の内部に通じる流入口と排出口と、該冷却フィンを加熱する加熱装置とを有することを特徴とするコールドトラップ。
2. 請求項１記載のコールドトラップが、反応室と該反応室を排気する真空装置との間に挿入されていることを特徴とする半導体装置の製造装置。

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