JP4392118B2 - 半導体製造装置及び半導体製造方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は半導体製造装置に関し、特に、基板を処理する反応室と前記反応室内を排気する排気ポンプとを備えた半導体製造装置とそれを用いた半導体製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
層間絶縁膜として用いられるＴＥＯＳ膜（テトラエトキシシランを原料として形成したＳｉＯ２膜）の原料であるＳｉ(ＯＣ２Ｈ５)４（テトラエトキシシラン）や誘電体材料として用いられるＴａ２Ｏ５膜の原料Ｔａ(ＯＣ２Ｈ５)５（ペンタエトキシタンタル）は、常温常圧で液体であり、これを加熱気化して成膜に用いる。
【０００３】
また、電極材料として注目されているＲｕ膜や高誘電材料として期待されているＢＳＴ膜（チタン酸バリウムストロンチウム膜）を形成する際の原料にも液体原料が用いられ、近年液体原料を用いることを前提とした半導体製造装置が増加する傾向にある。
【０００４】
このような常温常圧で液体である原料を用いた半導体製造装置は、いずれの原料を用いた場合においても、反応室内で反応しきれなかった未反応原料ガスや副生成物を反応系外に排除するための排気ポンプを有する。また、場合によっては、原料の気化を安定させるための専用の排気配管を備え、その配管を減圧に引くことを目的とした排気ポンプを有する。
【０００５】
この排気系統の中途部には、通常トラップが設けられており、ここで、未反応原料ガスや副生成物を吸着させたり、凝縮（液化あるいは固化）させて回収することにより、これらの未反応原料ガスや副生成物が排気配管内で凝縮したり、排気ポンプや外部環境へ到達することを防いでいた。
【０００６】
図５に、上記の半導体製造装置の従来例の構成を示す。図において、５１はＣＶＤ法（化学気相堆積法）による薄膜形成などを行う反応室であり、５２は反応室５１から排気ポンプ５６に到る配管５４の途中に設けられたトラップであり、５３はトラップ５２における凝縮物を回収する回収タンクである。５５はポンプユニットであり、ポンプユニット５５は排気ポンプ５６とサイレンサ５７とからなる。５８はサイレンサ５７から排出される排気ガスを除害装置（排気ガス中の有害物質を除去する装置）に導く排気管である。
【０００７】
サイレンサ５７はポンプ排気音を消音するためのものであり、たとえば、図６に示した構造を有する。図６において、６１はサイレンサ５７の外壁を構成する外筒であり、外筒６１の内部は、仕切板６２によって、第１の空間６３と第２の空間６４とに分けられている。さらに、外筒６１の内部には、仕切板６２を貫通して、第１の内管６５と第２の内管６６とが設けられ、第２の内管６６の一端は排気ガス出口６７となっている。６８は外筒６１の側面に設けられた排気ガス入り口である。排気ポンプ５６から排出される排気ガスは、排気ガス入り口６８からサイレンサ５７内に流入し、図中の実線矢印の方向に沿ってサイレンサ５７内を流れ、排気ガス出口６７から外部に流出する。サイレンサ５７内の空間６３、６４及び内管６５、６６は、電気回路にたとえれば、平滑回路中の容量及び抵抗に相当し、平滑回路の作用と同様にして、排気ガス圧力のリップルすなわち音波のレベルを低減する。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述のトラップ（たとえば、図５における５２）を用いた場合においても、未反応原料ガスや副生成物が、後述の理由によって、トラップによって完全には捕捉されずにトラップを通過してしまい、排気ポンプ（たとえば、図５における５６）の排気口及びその下流において再凝縮し、排気口内部や排気口に直結したサイレンサ（たとえば、図５における５７）内部に付着固化したり、液体となって多量に溜まることがある。このような状態において、装置をそのまま使用し続けると、排気ポンプの排圧異常を生じるので、排気ポンプを解体し、付着した物質を除去したり、排気ポンプを交換したり、あるいはサイレンサを交換することが必要であった。また、排気ポンプ内の物質の溜まり具合も、排気ポンプを解体するまで確認できないため、装置稼働を円滑に行うために、頻繁にメンテナンスや排気ポンプ交換を実施する必要があった。従って、装置のダウンタイム（稼働不可能の状態にある時間）が発生すると同時に、排気ポンプ交換にかかるコストも大きな負担となっていた。さらに、排気ポンプ内に溜まった物質によって、排気ポンプの寿命も短くなる。
【０００９】
図５に示した半導体製造装置を用い、ペンタエトキシタンタル（ＰＥＴａと略す）を原料としてＴａ２Ｏ５膜を基板上に形成する場合には、ＰＥＴａは蒸気圧が低く（１４５℃において１３Ｐａ）、常温常圧では液体であり、反応室５１にはＰＥＴａを加熱し気化させてガスとして供給し、配管５４の内壁に未反応ＰＥＴａガスや副生成物が凝縮しないように、配管５４を加熱する。トラップ５２において、ＰＥＴａを液化させて回収しているが、真空雰囲気であるため、回収率は低く（約２０％）、ほとんどのＰＥＴａが排気ポンプ５６ヘ流れる。そして、排気ポンプの出口で圧力が上昇した（常圧に近い）ところ、すなわち、サイレンサ５７及び排気管５８で多くのＰＥＴａが液化する。液化したＰＥＴａは流路内の低い部分に溜り、その部分の径が細ければ、流路を閉塞させることになる。実際に、サイレンサ５７の出口（図５において、破線で囲んだ部分）が閉塞しがちであり、数ヶ月に一度のサイレンサ５７の交換が必要となっている。
【００１０】
さらに、上記の半導体製造装置においては、反応室５１のクリーニング時に、ＣｌＦ３ガスを使用しており、ＰＥＴａが流路内に溜っていると、化学反応により、ＨＣｌやＨＦなどを発生させるため、メンテナンスに危険を伴う。この化学反応の反応式は
Ｔａ（ＯＣ２Ｈ５)５＋５/２ＣｌＦ３ →１/４ＴａＣｌ５＋３/４ＴａＦ５＋５Ｃ２Ｈ４＋５/２Ｏ２＋５/４ＨＣｌ＋１５/４ＨＦ
である。
【００１１】
このように、排気ポンプ（たとえば、図５における５６）の排気口及びその下流（たとえば、図５におけるサイレンサ５７の内部）に付着物が生成する原因は、反応室（たとえば、図５における５１）から排気ポンプ（たとえば、図５における５６）に到る流路の中間にあるトラップ（たとえば、図５における５２）においては、流路全体が減圧下にあるため、ガスの吸着や凝縮が起こりにくく、未反応原料ガスや副生成物が完全には捕捉されずに排気ポンプに到達してしまい、排気ポンプ内は、断熱圧縮により昇温して気化している未反応原料ガスや副生成物を大量に含むことができる一方で、排気ポンプ排気口においては、ガスは大気圧に開放され、断熱膨張により温度が下がり、未反応原料ガスや副生成物が凝縮し易い状態となることにある。このようにして、排気ポンプの排気口付近が未反応原料ガスや副生成物が凝縮しやすい場所となっており、これが排気ポンプあるいはその下流流路の詰まりの原因となっていた。
【００１２】
本発明は、上記の点に鑑み、なされたものであり、本発明が解決しようとする課題は、基板を処理する反応室と前記反応室内を排気する排気ポンプとを備えた半導体製造装置において、装置のダウンタイムの短縮と装置運営コストの低減と排気ポンプの寿命向上とを可能とする半導体製造装置とそれを用いた半導体製造方法を提供することにある。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決するために、本発明は、請求項１に記載のように、
基板を処理する反応室と、前記反応室内を排気する排気ポンプと、前記排気ポンプから排出されたガスを通過させることで前記排気ポンプの排気音を消音するサイレンサとを有し、前記サイレンサには、前記サイレンサ内を流れる排気ガスを冷却する冷却手段と、前記冷却手段により排気ガスが冷却されることで生成する凝縮物を溜める空間とが設けられていることを特徴とする半導体製造装置を構成する。
【００１４】
また、本発明は、請求項２に記載のように、
前記サイレンサは、前記サイレンサの外壁を構成する外筒と、前記外筒の内部を第１の空間と第２の空間とに分ける仕切板と、前記排気ポンプから排出されたガスを前記外筒内部の前記第１の空間に流入させる排気ガス入り口と、前記第１の空間と前記第２の空間とに連通し前記仕切板を貫通して設けられる第１の内管と、前記第２の空間に連通すると共に前記第２の空間に流入したガスを外部に流出させる排気ガス出口を構成する第２の内管と、を有し、前記冷却手段は前記外筒内部に設けられ、前記凝縮物を溜める空間は、前記第１の空間と前記第２の空間とにより構成されることを特徴とする請求項１に記載の半導体製造装置を構成する。
【００１５】
また、本発明は、請求項３に記載のように、
前記サイレンサは、前記サイレンサの外壁を構成する外筒と、前記外筒の内部を第１の空間と第２の空間とに分ける仕切板と、前記排気ポンプから排出されたガスを前記外筒内部の前記第１の空間に流入させる排気ガス入り口と、前記第１の空間と前記第２の空間とに連通し前記仕切板を貫通して設けられる第１の内管と、前記第２の空間に連通すると共に前記仕切板と前記第１の空間を貫通して設けられ前記第２の空間に流入したガスを外部に流出させる排気ガス出口を構成する第２の内管と、を有し、前記冷却手段は前記外筒内部に設けられ、前記凝縮物を溜める空間は、前記第１の空間と前記第２の空間とにより構成されることを特徴とする請求項１に記載の半導体製造装置を構成する。
また、本発明は、請求項４に記載のように、
前記冷却手段は前記第１の内管に設けられることを特徴とする請求項２または３に記載の半導体製造装置を構成する。
また、本発明は、請求項５に記載のように、
前記冷却手段は前記第１の内管および第２の内管に設けられることを特徴とする請求項２または３に記載の半導体製造装置を構成する。
また、本発明は、請求項６に記載のように、
前記冷却手段は前記第１の内管、第２の内管および外筒に設けられることを特徴とする請求項２または３に記載の半導体製造装置を構成する。
また、本発明は、請求項７に記載のように、
基板を処理する反応室と、前記反応室内を排気する排気ポンプと、前記排気ポンプから排出されたガスを通過させることで前記排気ポンプの排気音を消音するサイレンサとを有し、前記サイレンサには、前記サイレンサ内を流れる排気ガスを冷却する冷却手段と、前記冷却手段により排気ガスが冷却されることで生成する凝縮物を溜める空間とが設けられている半導体製造装置により、常温常圧で液体である原料を気化させたガスを用いて基板を処理することを特徴とする半導体製造方法を構成する。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の実施の形態を実例によって説明するが、本発明はこれに限られるものではない。
［実施の形態１］
本発明の実施の形態の一例を図１に示す。図において、１０は基板を処理する反応室であり、３は反応室１０内を排気する排気ポンプであり、１は排気ポンプ３が排出する排気ガスを冷却し該冷却によって生成する凝縮物を回収するトラップ冷却部であり、トラップ冷却部１は、図に示したように、排気ポンプ３の下流すなわち流体流出側に設けられている。１１は反応室を排気ポンプ３によって排気するための配管であり、４は排気ポンプ３からトラップ冷却部１に到る排気ガスの流路を形成する排気導入管であり、６は排気導入管４の中間部に設けられた仕切弁である。５はトラップ冷却部１から排気ガスを排出し、必要に応じて除害装置を経由して、大気に放出するための排気排出管であり、７は排気排出管５の中間部に設けられた仕切弁である。２はトラップ冷却部１において回収された凝縮物を収納するトラップタンク部であり、トラップ冷却部１とトラップタンク部２とが請求項２に記載のトラップを構成している。８はトラップ冷却部１内あるいはトラップタンク部２内の凝縮物を目視することを可能とする窓である。９はトラップ（トラップ冷却部１とトラップタンク部２とが一体化したもの）の脱着や移動を容易にするためにトラップタンク部２の下に取付けられた車輪である。
【００１７】
図１に示した半導体製造装置においては、反応室１０内の気体は配管１１を通して（図中実線矢印の方向に）排気ポンプ３によって排気される。排気ポンプ３から排出される排気ガスは排気導入管４中を（実線矢印の方向に）流れてトラップ冷却部１に達する。トラップ冷却部１の内部は、冷却水によって、トラップ冷却部１内部を通過する排気ガスを冷却するようになっており、排気ガス中の未反応原料や副生成物の凝縮が効率よく起こるようになっている。このように、排気ガス中の未反応原料や副生成物の凝縮が効率よく起こる場所を設けることによって、この場所以外での排気ガス中の未反応原料や副生成物の凝縮を起こりにくくし、排気ポンプ３の排気側での凝縮物による詰まりを防ぐことができる。また、排気ポンプ３内に溜る凝縮物の量も減少するので、これによって、排気ポンプ３の寿命が長くなる。
【００１８】
トラップ冷却部１によって、凝縮成分の含有率を大幅に下げられた排気ガスは、仕切弁７を通って（図中白矢印の方向に）流れ、そのまま、あるいは除害装置を通して、大気中に排出される。
【００１９】
さらに、図１に示した半導体製造装置においては、トラップ冷却部１で凝縮した物質を回収するためのタンク（トラップタンク部２）を設け、凝縮物を（図中点線矢印の方向に）移動させ、流路詰まりの原因とはならない場所（トラップタンク部２内）に収納する。窓８に凝縮物（多くの場合に液体）が達した時点でメンテナンス（トラップ冷却部１内及びトラップタンク部２内の凝縮物を外部に取り出す操作）を行うこととする。このメンテナンスの際に、トラップ（トラップ冷却部１とトラップタンク部２とが一体化したもの）を外す際には、排気ポンプを停止し、トラップ冷却部１内及びトラップタンク部２内を大気に触れさせないように上記仕切弁６、７を閉め、接続部より取り外す。新しいトラップを取り付ける場合は、上記仕切弁６、７は開けて取り付け後排気ポンプを動作させる。従って、排気ポンプ３本体は交換をせずにトラップ（トラップ冷却部１とトラップタンク部２とが一体化したもの）のみを交換することになり、費用を軽減することができる。また、トラップタンク部２の容量を大きくすれば、その分だけ、メンテナンスの周期を長くすることができ、経費を削減することができる。
【００２０】
また、図１に示した半導体製造装置においては、トラップ冷却部１及びトラップタンク部２の空間を閉鎖及び開放する一対の仕切弁６、７を備えることによって、トラップ冷却部１内及びトラップタンク部２内の物質を大気に触れさせることなく回収できるので、作業の安全性及び作業効率の向上と再生利用可能な物質の回収が可能となる。すなわち、トラップタンク部２内に溜まった凝縮物は、大気中の水分や酸素等と反応せずに回収できるため、その凝縮物から原料（たとえばペンタエトキシタンタル）を回収、精製して再利用することも可能である。上述した液体原料は、一般的に高価なものが多いため、効率よく排気され、回収された物質を再生利用することは、原料のコスト低下にも繋がる。また、このような効率のよい凝縮物の回収は、除害装置の負担の軽減にも役立つ。
【００２１】
なお、本実施の形態において、配管１１の中間部に、従来技術において使用されているトラップ（たとえば、図５における５２）を設けてもよい。
［実施の形態２］
つぎに、本発明の実施の形態の他の例を説明する。本実施の形態においては、本発明に係るトラップがサイレンサとしての機能を具備していることを特徴とする。すなわち、本実施の形態における本発明に係るトラップは、トラップとしての機能とサイレンサとしての機能とを兼備しており、トラップとしての機能を具備しているサイレンサでもある。なお、本実施の形態において、本発明に係るトラップ以外の構成要素としては、従来技術（図５参照）において用いられているものを用いてよい。すなわち、本実施の形態は、図５に示した従来技術の形態におけるサイレンサ５７を、下記のトラップ（図２に示す）で置き換えたものに相当する。この場合に、従来技術においては必要であったトラップ５２は、回収タンク５３と共に、必ずしも必要ではなくなる。トラップ５２及び回収タンク５３を使用しない場合には、本実施の形態における装置の全容積を、図５に示した従来技術における装置の全容積よりも小さくすることが可能となり、実用上好都合である。
【００２２】
本実施の形態におけるトラップの一例を図２に示す。図中、２０は本実施の形態におけるトラップであり、２１はトラップ２０の外壁を構成する外筒であり、外筒２１の内部は、仕切板２２によって、第１の空間２３と第２の空間２４とに分けられている。さらに、外筒２１の内部には、仕切板２２を貫通して、第１の内管２５と第２の内管２６とが設けられ、第２の内管２６の一端は排気ガス出口２７となっている。２８は外筒２１の側面に設けられた排気ガス入り口である。
【００２３】
排気ポンプ（たとえば、図５における５６）から排出される排気ガスは、排気ガス入り口２８からトラップ２０内に流入し、図中の実線矢印の方向に沿ってトラップ２０内を流れ、排気ガス出口２７からトラップ２０外に流出する。このように、トラップ２０内部における排気ガスの流れは従来技術におけるサイレンサ（たとえば、図６に示したもの）と同様であり、トラップ２０はサイレンサとしての機能も具備している。
【００２４】
トラップ２０が従来技術におけるサイレンサと異なる点は、第１の内管２５が二重管構造を有し、径大の管と径小の管との間の空間に冷却水を流すことができるようになっている点である。この冷却水によって第１の内管２５は冷却され、排気ガス中の未反応原料や副生成物を凝縮させる。すなわち、第１の内管２５はトラップ機能を発揮する。このトラップ機能によって生成した凝縮物は第１の空間２３の底部あるいは第２の空間２４の底部に溜る。排気ガス入り口２８から流入した排気ガスは最初に第１の空間２３において第１の内管２５に触れるので、凝縮の大部分は第１の空間２３において起こり、多くの凝縮物は第１の空間２３の底部に溜る。図２においては、凝縮物を「液化したＰＥＴａ」として例示してある。原料としてＰＥＴａを使用した場合には、排気ガス出口２７からトラップ２０外に流出する排気ガスにはほとんどＰＥＴａが含まれていない。
【００２５】
トラップ機能をさらに高める方法としては、図３に示したように、水冷している第１の内管２５にフィン３１を設けてガスを冷却する面積を増加させる方法や、外筒２１や第２の内管２６も水冷する方法などがある。また、外筒２１内部に、第１の内管２５あるいは第２の内管２６とは別の冷却手段、たとえば、内部に冷却水を流すことができる蛇管を設けることもトラップ機能を高める方法として有効である。
【００２６】
トラップ２０内の凝縮物は、図２に示したように、第１の空間２３の底部あるいは第２の空間２４の底部に溜り、その量が一定限度を超えると、排気ガスの流れの障害となるので、その場合にはメンテナンスが必要となる。第１の空間２３の底部あるいは第２の空間２４の底部（特に、凝縮物の大部分が溜る第１の空間２３の底部）の容積を大きくしておけば、その分だけメンテナンスの周期を長くすることができる。このように、メンテナンスの周期を長くして、排気ポンプ（たとえば、図５における５６）の定期的（たとえば２年に１回の）オーバーホールの際に、メンテナンスも併せて行うだけで足りるようにすれば、有害物質対策設備が完備した場所において、ＨＣｌやＨＦなどの危険なガスを溜めている可能性のあるトラップ２０のメンテナンスを安全確実に行うことができる。
【００２７】
本実施の形態においても、実施の形態１と同様に、外筒２１に、上記凝縮物の目視を可能とする窓を設けておけば、上記メンテナンスの時期を知る上で好都合である。
【００２８】
さらに、図４に示したように、トラップ２０の底部に凝縮物排出口２９を設け、凝縮物排出口２９を、凝縮物を溜める回収タンク４１の凝縮物流入口４２に連結し、トラップ２０内で生成した凝縮物を回収タンク４１に収納するようにすれば、上記メンテナンスの周期を飛躍的に長くすることができる。この場合に、トラップ２０と回収タンク４１とが凝縮物排出口２９と凝縮物流入口４２とを介して一体化したものが、請求項２に記載のトラップに該当する。上記メンテナンスに際して、トラップ２０内の排気ガスの流れに支障が生じていないかぎり、回収タンク４１のみを新しいものと交換するだけで足りるので、好都合である。さらに、回収タンク４１に凝縮物の目視を可能とする窓を設けておけば、回収タンク４１の交換の時期を知る上で好都合である。
【００２９】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明の実施によって、基板を処理する反応室と前記反応室内を排気する排気ポンプとを備えた半導体製造装置において、装置のダウンタイムの短縮と装置運営コストの低減と排気ポンプの寿命向上とを可能とする半導体製造装置とそれを用いた半導体製造方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る実施例に係る半導体製造装置の構成図である。
【図２】本発明の実施の形態２におけるトラップの構成図である。
【図３】本発明の実施の形態２におけるトラップの内管の一例を示す図である。
【図４】本発明の実施の形態２におけるトラップの一例を示す図である。
【図５】従来技術における半導体製造装置の構成図である。
【図６】従来技術におけるサイレンサの内部構造を示す図である。
【符号の説明】
１…トラップ冷却部、２…トラップタンク部、３…排気ポンプ、４…排気導入管、５…排気排出管、６、７…仕切弁、８…窓、９…車輪、１０…反応室、１１…配管、２０…トラップ、２１…外筒、２２…仕切板、２３…第１の空間、２４…第２の空間、２５…第１の内管、２６…第２の内管、２７…排気ガス出口、２８…排気ガス入り口、２９…凝縮物排出口、３１…フィン、４１…回収タンク、４２…凝縮物流入口、５１…反応室、５２…トラップ、５３…回収タンク、５４…配管、５５…ポンプユニット、５６…排気ポンプ、５７…サイレンサ、５８…排気管、６１…外筒、６２…仕切板、６３…第１の空間、６４…第２の空間、６５…第１の内管、６６…第２の内管、６７…排気ガス出口、６８…排気ガス入り口。
【発明の属する技術分野】
本発明は半導体製造装置に関し、特に、基板を処理する反応室と前記反応室内を排気する排気ポンプとを備えた半導体製造装置とそれを用いた半導体製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
層間絶縁膜として用いられるＴＥＯＳ膜（テトラエトキシシランを原料として形成したＳｉＯ２膜）の原料であるＳｉ(ＯＣ２Ｈ５)４（テトラエトキシシラン）や誘電体材料として用いられるＴａ２Ｏ５膜の原料Ｔａ(ＯＣ２Ｈ５)５（ペンタエトキシタンタル）は、常温常圧で液体であり、これを加熱気化して成膜に用いる。
【０００３】
また、電極材料として注目されているＲｕ膜や高誘電材料として期待されているＢＳＴ膜（チタン酸バリウムストロンチウム膜）を形成する際の原料にも液体原料が用いられ、近年液体原料を用いることを前提とした半導体製造装置が増加する傾向にある。
【０００４】
このような常温常圧で液体である原料を用いた半導体製造装置は、いずれの原料を用いた場合においても、反応室内で反応しきれなかった未反応原料ガスや副生成物を反応系外に排除するための排気ポンプを有する。また、場合によっては、原料の気化を安定させるための専用の排気配管を備え、その配管を減圧に引くことを目的とした排気ポンプを有する。
【０００５】
この排気系統の中途部には、通常トラップが設けられており、ここで、未反応原料ガスや副生成物を吸着させたり、凝縮（液化あるいは固化）させて回収することにより、これらの未反応原料ガスや副生成物が排気配管内で凝縮したり、排気ポンプや外部環境へ到達することを防いでいた。
【０００６】
図５に、上記の半導体製造装置の従来例の構成を示す。図において、５１はＣＶＤ法（化学気相堆積法）による薄膜形成などを行う反応室であり、５２は反応室５１から排気ポンプ５６に到る配管５４の途中に設けられたトラップであり、５３はトラップ５２における凝縮物を回収する回収タンクである。５５はポンプユニットであり、ポンプユニット５５は排気ポンプ５６とサイレンサ５７とからなる。５８はサイレンサ５７から排出される排気ガスを除害装置（排気ガス中の有害物質を除去する装置）に導く排気管である。
【０００７】
サイレンサ５７はポンプ排気音を消音するためのものであり、たとえば、図６に示した構造を有する。図６において、６１はサイレンサ５７の外壁を構成する外筒であり、外筒６１の内部は、仕切板６２によって、第１の空間６３と第２の空間６４とに分けられている。さらに、外筒６１の内部には、仕切板６２を貫通して、第１の内管６５と第２の内管６６とが設けられ、第２の内管６６の一端は排気ガス出口６７となっている。６８は外筒６１の側面に設けられた排気ガス入り口である。排気ポンプ５６から排出される排気ガスは、排気ガス入り口６８からサイレンサ５７内に流入し、図中の実線矢印の方向に沿ってサイレンサ５７内を流れ、排気ガス出口６７から外部に流出する。サイレンサ５７内の空間６３、６４及び内管６５、６６は、電気回路にたとえれば、平滑回路中の容量及び抵抗に相当し、平滑回路の作用と同様にして、排気ガス圧力のリップルすなわち音波のレベルを低減する。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述のトラップ（たとえば、図５における５２）を用いた場合においても、未反応原料ガスや副生成物が、後述の理由によって、トラップによって完全には捕捉されずにトラップを通過してしまい、排気ポンプ（たとえば、図５における５６）の排気口及びその下流において再凝縮し、排気口内部や排気口に直結したサイレンサ（たとえば、図５における５７）内部に付着固化したり、液体となって多量に溜まることがある。このような状態において、装置をそのまま使用し続けると、排気ポンプの排圧異常を生じるので、排気ポンプを解体し、付着した物質を除去したり、排気ポンプを交換したり、あるいはサイレンサを交換することが必要であった。また、排気ポンプ内の物質の溜まり具合も、排気ポンプを解体するまで確認できないため、装置稼働を円滑に行うために、頻繁にメンテナンスや排気ポンプ交換を実施する必要があった。従って、装置のダウンタイム（稼働不可能の状態にある時間）が発生すると同時に、排気ポンプ交換にかかるコストも大きな負担となっていた。さらに、排気ポンプ内に溜まった物質によって、排気ポンプの寿命も短くなる。
【０００９】
図５に示した半導体製造装置を用い、ペンタエトキシタンタル（ＰＥＴａと略す）を原料としてＴａ２Ｏ５膜を基板上に形成する場合には、ＰＥＴａは蒸気圧が低く（１４５℃において１３Ｐａ）、常温常圧では液体であり、反応室５１にはＰＥＴａを加熱し気化させてガスとして供給し、配管５４の内壁に未反応ＰＥＴａガスや副生成物が凝縮しないように、配管５４を加熱する。トラップ５２において、ＰＥＴａを液化させて回収しているが、真空雰囲気であるため、回収率は低く（約２０％）、ほとんどのＰＥＴａが排気ポンプ５６ヘ流れる。そして、排気ポンプの出口で圧力が上昇した（常圧に近い）ところ、すなわち、サイレンサ５７及び排気管５８で多くのＰＥＴａが液化する。液化したＰＥＴａは流路内の低い部分に溜り、その部分の径が細ければ、流路を閉塞させることになる。実際に、サイレンサ５７の出口（図５において、破線で囲んだ部分）が閉塞しがちであり、数ヶ月に一度のサイレンサ５７の交換が必要となっている。
【００１０】
さらに、上記の半導体製造装置においては、反応室５１のクリーニング時に、ＣｌＦ３ガスを使用しており、ＰＥＴａが流路内に溜っていると、化学反応により、ＨＣｌやＨＦなどを発生させるため、メンテナンスに危険を伴う。この化学反応の反応式は
Ｔａ（ＯＣ２Ｈ５)５＋５/２ＣｌＦ３ →１/４ＴａＣｌ５＋３/４ＴａＦ５＋５Ｃ２Ｈ４＋５/２Ｏ２＋５/４ＨＣｌ＋１５/４ＨＦ
である。
【００１１】
このように、排気ポンプ（たとえば、図５における５６）の排気口及びその下流（たとえば、図５におけるサイレンサ５７の内部）に付着物が生成する原因は、反応室（たとえば、図５における５１）から排気ポンプ（たとえば、図５における５６）に到る流路の中間にあるトラップ（たとえば、図５における５２）においては、流路全体が減圧下にあるため、ガスの吸着や凝縮が起こりにくく、未反応原料ガスや副生成物が完全には捕捉されずに排気ポンプに到達してしまい、排気ポンプ内は、断熱圧縮により昇温して気化している未反応原料ガスや副生成物を大量に含むことができる一方で、排気ポンプ排気口においては、ガスは大気圧に開放され、断熱膨張により温度が下がり、未反応原料ガスや副生成物が凝縮し易い状態となることにある。このようにして、排気ポンプの排気口付近が未反応原料ガスや副生成物が凝縮しやすい場所となっており、これが排気ポンプあるいはその下流流路の詰まりの原因となっていた。
【００１２】
本発明は、上記の点に鑑み、なされたものであり、本発明が解決しようとする課題は、基板を処理する反応室と前記反応室内を排気する排気ポンプとを備えた半導体製造装置において、装置のダウンタイムの短縮と装置運営コストの低減と排気ポンプの寿命向上とを可能とする半導体製造装置とそれを用いた半導体製造方法を提供することにある。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決するために、本発明は、請求項１に記載のように、
基板を処理する反応室と、前記反応室内を排気する排気ポンプと、前記排気ポンプから排出されたガスを通過させることで前記排気ポンプの排気音を消音するサイレンサとを有し、前記サイレンサには、前記サイレンサ内を流れる排気ガスを冷却する冷却手段と、前記冷却手段により排気ガスが冷却されることで生成する凝縮物を溜める空間とが設けられていることを特徴とする半導体製造装置を構成する。
【００１４】
また、本発明は、請求項２に記載のように、
前記サイレンサは、前記サイレンサの外壁を構成する外筒と、前記外筒の内部を第１の空間と第２の空間とに分ける仕切板と、前記排気ポンプから排出されたガスを前記外筒内部の前記第１の空間に流入させる排気ガス入り口と、前記第１の空間と前記第２の空間とに連通し前記仕切板を貫通して設けられる第１の内管と、前記第２の空間に連通すると共に前記第２の空間に流入したガスを外部に流出させる排気ガス出口を構成する第２の内管と、を有し、前記冷却手段は前記外筒内部に設けられ、前記凝縮物を溜める空間は、前記第１の空間と前記第２の空間とにより構成されることを特徴とする請求項１に記載の半導体製造装置を構成する。
【００１５】
また、本発明は、請求項３に記載のように、
前記サイレンサは、前記サイレンサの外壁を構成する外筒と、前記外筒の内部を第１の空間と第２の空間とに分ける仕切板と、前記排気ポンプから排出されたガスを前記外筒内部の前記第１の空間に流入させる排気ガス入り口と、前記第１の空間と前記第２の空間とに連通し前記仕切板を貫通して設けられる第１の内管と、前記第２の空間に連通すると共に前記仕切板と前記第１の空間を貫通して設けられ前記第２の空間に流入したガスを外部に流出させる排気ガス出口を構成する第２の内管と、を有し、前記冷却手段は前記外筒内部に設けられ、前記凝縮物を溜める空間は、前記第１の空間と前記第２の空間とにより構成されることを特徴とする請求項１に記載の半導体製造装置を構成する。
また、本発明は、請求項４に記載のように、
前記冷却手段は前記第１の内管に設けられることを特徴とする請求項２または３に記載の半導体製造装置を構成する。
また、本発明は、請求項５に記載のように、
前記冷却手段は前記第１の内管および第２の内管に設けられることを特徴とする請求項２または３に記載の半導体製造装置を構成する。
また、本発明は、請求項６に記載のように、
前記冷却手段は前記第１の内管、第２の内管および外筒に設けられることを特徴とする請求項２または３に記載の半導体製造装置を構成する。
また、本発明は、請求項７に記載のように、
基板を処理する反応室と、前記反応室内を排気する排気ポンプと、前記排気ポンプから排出されたガスを通過させることで前記排気ポンプの排気音を消音するサイレンサとを有し、前記サイレンサには、前記サイレンサ内を流れる排気ガスを冷却する冷却手段と、前記冷却手段により排気ガスが冷却されることで生成する凝縮物を溜める空間とが設けられている半導体製造装置により、常温常圧で液体である原料を気化させたガスを用いて基板を処理することを特徴とする半導体製造方法を構成する。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の実施の形態を実例によって説明するが、本発明はこれに限られるものではない。
［実施の形態１］
本発明の実施の形態の一例を図１に示す。図において、１０は基板を処理する反応室であり、３は反応室１０内を排気する排気ポンプであり、１は排気ポンプ３が排出する排気ガスを冷却し該冷却によって生成する凝縮物を回収するトラップ冷却部であり、トラップ冷却部１は、図に示したように、排気ポンプ３の下流すなわち流体流出側に設けられている。１１は反応室を排気ポンプ３によって排気するための配管であり、４は排気ポンプ３からトラップ冷却部１に到る排気ガスの流路を形成する排気導入管であり、６は排気導入管４の中間部に設けられた仕切弁である。５はトラップ冷却部１から排気ガスを排出し、必要に応じて除害装置を経由して、大気に放出するための排気排出管であり、７は排気排出管５の中間部に設けられた仕切弁である。２はトラップ冷却部１において回収された凝縮物を収納するトラップタンク部であり、トラップ冷却部１とトラップタンク部２とが請求項２に記載のトラップを構成している。８はトラップ冷却部１内あるいはトラップタンク部２内の凝縮物を目視することを可能とする窓である。９はトラップ（トラップ冷却部１とトラップタンク部２とが一体化したもの）の脱着や移動を容易にするためにトラップタンク部２の下に取付けられた車輪である。
【００１７】
図１に示した半導体製造装置においては、反応室１０内の気体は配管１１を通して（図中実線矢印の方向に）排気ポンプ３によって排気される。排気ポンプ３から排出される排気ガスは排気導入管４中を（実線矢印の方向に）流れてトラップ冷却部１に達する。トラップ冷却部１の内部は、冷却水によって、トラップ冷却部１内部を通過する排気ガスを冷却するようになっており、排気ガス中の未反応原料や副生成物の凝縮が効率よく起こるようになっている。このように、排気ガス中の未反応原料や副生成物の凝縮が効率よく起こる場所を設けることによって、この場所以外での排気ガス中の未反応原料や副生成物の凝縮を起こりにくくし、排気ポンプ３の排気側での凝縮物による詰まりを防ぐことができる。また、排気ポンプ３内に溜る凝縮物の量も減少するので、これによって、排気ポンプ３の寿命が長くなる。
【００１８】
トラップ冷却部１によって、凝縮成分の含有率を大幅に下げられた排気ガスは、仕切弁７を通って（図中白矢印の方向に）流れ、そのまま、あるいは除害装置を通して、大気中に排出される。
【００１９】
さらに、図１に示した半導体製造装置においては、トラップ冷却部１で凝縮した物質を回収するためのタンク（トラップタンク部２）を設け、凝縮物を（図中点線矢印の方向に）移動させ、流路詰まりの原因とはならない場所（トラップタンク部２内）に収納する。窓８に凝縮物（多くの場合に液体）が達した時点でメンテナンス（トラップ冷却部１内及びトラップタンク部２内の凝縮物を外部に取り出す操作）を行うこととする。このメンテナンスの際に、トラップ（トラップ冷却部１とトラップタンク部２とが一体化したもの）を外す際には、排気ポンプを停止し、トラップ冷却部１内及びトラップタンク部２内を大気に触れさせないように上記仕切弁６、７を閉め、接続部より取り外す。新しいトラップを取り付ける場合は、上記仕切弁６、７は開けて取り付け後排気ポンプを動作させる。従って、排気ポンプ３本体は交換をせずにトラップ（トラップ冷却部１とトラップタンク部２とが一体化したもの）のみを交換することになり、費用を軽減することができる。また、トラップタンク部２の容量を大きくすれば、その分だけ、メンテナンスの周期を長くすることができ、経費を削減することができる。
【００２０】
また、図１に示した半導体製造装置においては、トラップ冷却部１及びトラップタンク部２の空間を閉鎖及び開放する一対の仕切弁６、７を備えることによって、トラップ冷却部１内及びトラップタンク部２内の物質を大気に触れさせることなく回収できるので、作業の安全性及び作業効率の向上と再生利用可能な物質の回収が可能となる。すなわち、トラップタンク部２内に溜まった凝縮物は、大気中の水分や酸素等と反応せずに回収できるため、その凝縮物から原料（たとえばペンタエトキシタンタル）を回収、精製して再利用することも可能である。上述した液体原料は、一般的に高価なものが多いため、効率よく排気され、回収された物質を再生利用することは、原料のコスト低下にも繋がる。また、このような効率のよい凝縮物の回収は、除害装置の負担の軽減にも役立つ。
【００２１】
なお、本実施の形態において、配管１１の中間部に、従来技術において使用されているトラップ（たとえば、図５における５２）を設けてもよい。
［実施の形態２］
つぎに、本発明の実施の形態の他の例を説明する。本実施の形態においては、本発明に係るトラップがサイレンサとしての機能を具備していることを特徴とする。すなわち、本実施の形態における本発明に係るトラップは、トラップとしての機能とサイレンサとしての機能とを兼備しており、トラップとしての機能を具備しているサイレンサでもある。なお、本実施の形態において、本発明に係るトラップ以外の構成要素としては、従来技術（図５参照）において用いられているものを用いてよい。すなわち、本実施の形態は、図５に示した従来技術の形態におけるサイレンサ５７を、下記のトラップ（図２に示す）で置き換えたものに相当する。この場合に、従来技術においては必要であったトラップ５２は、回収タンク５３と共に、必ずしも必要ではなくなる。トラップ５２及び回収タンク５３を使用しない場合には、本実施の形態における装置の全容積を、図５に示した従来技術における装置の全容積よりも小さくすることが可能となり、実用上好都合である。
【００２２】
本実施の形態におけるトラップの一例を図２に示す。図中、２０は本実施の形態におけるトラップであり、２１はトラップ２０の外壁を構成する外筒であり、外筒２１の内部は、仕切板２２によって、第１の空間２３と第２の空間２４とに分けられている。さらに、外筒２１の内部には、仕切板２２を貫通して、第１の内管２５と第２の内管２６とが設けられ、第２の内管２６の一端は排気ガス出口２７となっている。２８は外筒２１の側面に設けられた排気ガス入り口である。
【００２３】
排気ポンプ（たとえば、図５における５６）から排出される排気ガスは、排気ガス入り口２８からトラップ２０内に流入し、図中の実線矢印の方向に沿ってトラップ２０内を流れ、排気ガス出口２７からトラップ２０外に流出する。このように、トラップ２０内部における排気ガスの流れは従来技術におけるサイレンサ（たとえば、図６に示したもの）と同様であり、トラップ２０はサイレンサとしての機能も具備している。
【００２４】
トラップ２０が従来技術におけるサイレンサと異なる点は、第１の内管２５が二重管構造を有し、径大の管と径小の管との間の空間に冷却水を流すことができるようになっている点である。この冷却水によって第１の内管２５は冷却され、排気ガス中の未反応原料や副生成物を凝縮させる。すなわち、第１の内管２５はトラップ機能を発揮する。このトラップ機能によって生成した凝縮物は第１の空間２３の底部あるいは第２の空間２４の底部に溜る。排気ガス入り口２８から流入した排気ガスは最初に第１の空間２３において第１の内管２５に触れるので、凝縮の大部分は第１の空間２３において起こり、多くの凝縮物は第１の空間２３の底部に溜る。図２においては、凝縮物を「液化したＰＥＴａ」として例示してある。原料としてＰＥＴａを使用した場合には、排気ガス出口２７からトラップ２０外に流出する排気ガスにはほとんどＰＥＴａが含まれていない。
【００２５】
トラップ機能をさらに高める方法としては、図３に示したように、水冷している第１の内管２５にフィン３１を設けてガスを冷却する面積を増加させる方法や、外筒２１や第２の内管２６も水冷する方法などがある。また、外筒２１内部に、第１の内管２５あるいは第２の内管２６とは別の冷却手段、たとえば、内部に冷却水を流すことができる蛇管を設けることもトラップ機能を高める方法として有効である。
【００２６】
トラップ２０内の凝縮物は、図２に示したように、第１の空間２３の底部あるいは第２の空間２４の底部に溜り、その量が一定限度を超えると、排気ガスの流れの障害となるので、その場合にはメンテナンスが必要となる。第１の空間２３の底部あるいは第２の空間２４の底部（特に、凝縮物の大部分が溜る第１の空間２３の底部）の容積を大きくしておけば、その分だけメンテナンスの周期を長くすることができる。このように、メンテナンスの周期を長くして、排気ポンプ（たとえば、図５における５６）の定期的（たとえば２年に１回の）オーバーホールの際に、メンテナンスも併せて行うだけで足りるようにすれば、有害物質対策設備が完備した場所において、ＨＣｌやＨＦなどの危険なガスを溜めている可能性のあるトラップ２０のメンテナンスを安全確実に行うことができる。
【００２７】
本実施の形態においても、実施の形態１と同様に、外筒２１に、上記凝縮物の目視を可能とする窓を設けておけば、上記メンテナンスの時期を知る上で好都合である。
【００２８】
さらに、図４に示したように、トラップ２０の底部に凝縮物排出口２９を設け、凝縮物排出口２９を、凝縮物を溜める回収タンク４１の凝縮物流入口４２に連結し、トラップ２０内で生成した凝縮物を回収タンク４１に収納するようにすれば、上記メンテナンスの周期を飛躍的に長くすることができる。この場合に、トラップ２０と回収タンク４１とが凝縮物排出口２９と凝縮物流入口４２とを介して一体化したものが、請求項２に記載のトラップに該当する。上記メンテナンスに際して、トラップ２０内の排気ガスの流れに支障が生じていないかぎり、回収タンク４１のみを新しいものと交換するだけで足りるので、好都合である。さらに、回収タンク４１に凝縮物の目視を可能とする窓を設けておけば、回収タンク４１の交換の時期を知る上で好都合である。
【００２９】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明の実施によって、基板を処理する反応室と前記反応室内を排気する排気ポンプとを備えた半導体製造装置において、装置のダウンタイムの短縮と装置運営コストの低減と排気ポンプの寿命向上とを可能とする半導体製造装置とそれを用いた半導体製造方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る実施例に係る半導体製造装置の構成図である。
【図２】本発明の実施の形態２におけるトラップの構成図である。
【図３】本発明の実施の形態２におけるトラップの内管の一例を示す図である。
【図４】本発明の実施の形態２におけるトラップの一例を示す図である。
【図５】従来技術における半導体製造装置の構成図である。
【図６】従来技術におけるサイレンサの内部構造を示す図である。
【符号の説明】
１…トラップ冷却部、２…トラップタンク部、３…排気ポンプ、４…排気導入管、５…排気排出管、６、７…仕切弁、８…窓、９…車輪、１０…反応室、１１…配管、２０…トラップ、２１…外筒、２２…仕切板、２３…第１の空間、２４…第２の空間、２５…第１の内管、２６…第２の内管、２７…排気ガス出口、２８…排気ガス入り口、２９…凝縮物排出口、３１…フィン、４１…回収タンク、４２…凝縮物流入口、５１…反応室、５２…トラップ、５３…回収タンク、５４…配管、５５…ポンプユニット、５６…排気ポンプ、５７…サイレンサ、５８…排気管、６１…外筒、６２…仕切板、６３…第１の空間、６４…第２の空間、６５…第１の内管、６６…第２の内管、６７…排気ガス出口、６８…排気ガス入り口。
Claims (7)
- 基板を処理する反応室と、前記反応室内を排気する排気ポンプと、前記排気ポンプから排出されたガスを通過させることで前記排気ポンプの排気音を消音するサイレンサとを有し、前記サイレンサには、前記サイレンサ内を流れる排気ガスを冷却する冷却手段と、前記冷却手段により排気ガスが冷却されることで生成する凝縮物を溜める空間とが設けられていることを特徴とする半導体製造装置。
- 前記サイレンサは、前記サイレンサの外壁を構成する外筒と、前記外筒の内部を第１の空間と第２の空間とに分ける仕切板と、前記排気ポンプから排出されたガスを前記外筒内部の前記第１の空間に流入させる排気ガス入り口と、前記第１の空間と前記第２の空間とに連通し前記仕切板を貫通して設けられる第１の内管と、前記第２の空間に連通すると共に前記第２の空間に流入したガスを外部に流出させる排気ガス出口を構成する第２の内管と、を有し、前記冷却手段は前記外筒内部に設けられ、前記凝縮物を溜める空間は、前記第１の空間と前記第２の空間とにより構成されることを特徴とする請求項１に記載の半導体製造装置。
- 前記サイレンサは、前記サイレンサの外壁を構成する外筒と、前記外筒の内部を第１の空間と第２の空間とに分ける仕切板と、前記排気ポンプから排出されたガスを前記外筒内部の前記第１の空間に流入させる排気ガス入り口と、前記第１の空間と前記第２の空間とに連通し前記仕切板を貫通して設けられる第１の内管と、前記第２の空間に連通すると共に前記仕切板と前記第１の空間を貫通して設けられ前記第２の空間に流入したガスを外部に流出させる排気ガス出口を構成する第２の内管と、を有し、前記冷却手段は前記外筒内部に設けられ、前記凝縮物を溜める空間は、前記第１の空間と前記第２の空間とにより構成されることを特徴とする請求項１に記載の半導体製造装置。
- 前記冷却手段は前記第１の内管に設けられることを特徴とする請求項２または３に記載の半導体製造装置。
- 前記冷却手段は前記第１の内管および前記第２の内管に設けられることを特徴とする請求項２または３に記載の半導体製造装置。
- 前記冷却手段は前記第１の内管、前記第２の内管および前記外筒に設けられることを特徴とする請求項２または３に記載の半導体製造装置。
- 基板を処理する反応室と、前記反応室内を排気する排気ポンプと、前記排気ポンプから排出されたガスを通過させることで前記排気ポンプの排気音を消音するサイレンサとを有し、前記サイレンサには、前記サイレンサ内を流れる排気ガスを冷却する冷却手段と、前記冷却手段により排気ガスが冷却されることで生成する凝縮物を溜める空間とが設けられている半導体製造装置により、常温常圧で液体である原料を気化させたガスを用いて基板を処理することを特徴とする半導体製造方法。
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