JP4540059B2 - Ｃｖｄ装置の排気系配管への副生成物の付着防止方法、及び副生成物の付着防止機能を備えたｃｖｄ装置 - Google Patents

Description

本発明は、半導体ウエハ表面に窒化膜を膜付けする際に生成されて排気系に排出される塩化アンモニウム、フッ化アンモニウムなどの副生成物が、排気系に付着したり、堆積するのを防止する技術に関する。

特許文献１にみられるようにＣＶＤ装置排気系配管内に加熱した不活性ガスを導入して、半導体ウエハ表面へのＳｉ３Ｎ４膜の膜付け時の副生成物である塩化物を排気管路系から排出させることが提案されている。
特開平2003−209101号公報

これによれば、対策を施さない場合に比較して塩化物が排気系に付着する量を減少させることができるものの、オーバホールの周期を延長できるものの、付着や堆積を完全に防止することができないという問題がある。
本発明はこのような問題に鑑みてなされたものであって、その目的とするところは付着量を可及的に零とすることにできる副生成物の付着防止方法を提案することである。
また、本発明の他の目的は、塩化アンモニウム等の副生成物の付着を防止する機能を備えたＣＶＤ装置を提供することである。

このような課題を達成するために請求項１の発明は、ＣＶＤ装置排気系管路に、１８０００乃至２０００００Ｇの遠心力と１５０℃以上の熱とを同時に作用させた不活性ガスを導入するようにした。

また請求項２の発明は、ＣＶＤ装置本体と、副生成物処理装置と、前記ＣＶＤ装置本体の排気口と副生成物処理装置とを接続する管路に接続された除外ガス注入装置とからなり、前記除外ガス注入装置が、外周が加熱手段により１５０℃以上に加熱された断面円形の加熱管と、前記加熱管の一端に設けられ、前記加熱管の内周面の接線方向に不活性ガスを噴出する不活性ガス注入口と、前記管路に接続された排出口形成部材とからなり、１８０００乃至２０００００Ｇの遠心力と１５０℃以上の熱とを同時に作用させるように構成されている。

請求項１、２の発明によれば、不活性ガスに熱エネルギばかりでなく、１８０００乃至２０００００Ｇという極めて大きな遠心力による物理的現象を伴うエネルギが付与されているため、そのエネルギにより塩化アンモニウムやフッ化アンモニウム等の副生成物の結晶塩の分子の間に容易に侵入して塩同士が付着するのを阻害し、管路を構成する部材に堆積、付着するのを防止できる。

図１は、本発明の一実施例を示すものであって、ＣＶＤ装置本体１の排気口２には真空ポンプ３の吸引口４が、また真空ポンプ３の排気口５には管路６を介して処理装置７が接続されている。

また、真空ポンプ３の排気口５の可及的近傍には本発明が特徴とする除外ガス注入装置８が接続されている。なお、この実施例においては接続の簡便性の点から真空ポンプ５の排気口５に除外ガス注入装置８を接続しているが、ＣＶＤ装置本体１の排気口２と真空ポンプ３の吸引口４との間に接続すると、真空ポンプ５に塩化アンモニウムが堆積するのを防止することができる。
すなわち、本発明においては、ＣＶＤ装置本体の排気口と副生成物処理装置とを接続する管路とは、ＣＶＤ装置本体１の排気口２の下流側の管路のいずれかの領域を意味する。

図２は、上述の除外ガス注入装置８の一実施例を示すものであって、耐熱性を有し、かつ好ましくは熱伝導性が良好な材料からなる内径１０ｍｍ程度の断面円形の円筒室１０が形成された加熱管１１の外周にはヒータブロック１２が配置されている。円筒室１０は、その内周面１０ａがＲａ０．３μｍ以下に研磨されている。
なお、図２においては構成を明瞭に示すため、ヒータブロック１２は、加熱管１１から離れた状態で示されている。

加熱管１１の一端には、図３に示したように加熱管１１の内周面１０ａの接線に略平行となるように不活性ガス供給管１３の噴出口１３ａが配置され、また加熱管１１の他端には管路に接続するための排出口形成部材１４が設けられている。

この実施例において、ヒータブロック１２に通電して加熱管１１の内周面１０ａを所定の温度、この実施例では１５０℃に維持し、内周面１０ａをサイクロンとなって他端に移動する程度の速度、この実施例では３０ｍ／ｓ乃至１００ｍ／ｓの流速となるように不活性ガス供給管１３から窒素などの不活性ガスを供給する。

これにより、不活性ガスは図４に示したように旋回しながら加熱管１の他端に移動する。この移動の過程で不活性ガスは、加熱管１２の鏡面仕上げされた内周面１０ａに大きな遠心力により強く接触させられ、内周面１０ａのガス滞留層（境界層）を破壊して、各分子が内周面１０ａに平均に接触して加熱され、また大きな機械的力を受けながら排出口形成部材１４に移動し、真空ポンプ３の排気口５の近傍から管路６に流入する。なお、管路に流入する際の流速は０．４ｍ／ｓ程度であった。

[実験例]
上述した内径１０ｍｍの加熱管１２に、その不活性ガス供給管１３の噴出口１３ａから流速Ｖ＝３０ｍ／ｓ乃至１００ｍ／ｓで不活性ガス（N2）を噴射させると、
加熱管１２での不活性ガスの重力加速度は、
を計算すると
（V＾２/R）×（1/9.807）＝（30＾2/0.005）×（1/9.807）〜（100＾2/0.005）×（1/9.807）＝18354〜203936（G）
となり、活性ガスは加熱管の内面を略1．8万乃至20万Gの遠心力で連続的に接触して加熱管と熱交換することになる。
つまり、不活性ガス（N2）は、分子単位で注入された全量が均一に熱交換により加熱され、同時に略1．8万乃至20万Gの超高圧を受けることになる。
このようにして熱エネルギだけでなく、超高圧に随伴する物理的エネルギとを与えられた不活性ガスの分子は、管路６に排出される。

管路６には、付着の元になる塩化アンモニウムの結晶塩の分子が存在するが、熱エネルギと物理的エネルギを持った不活性ガス（N2）の分子は、そのエネルギにより結晶塩の分子の間に容易に侵入できるため、結晶塩同士が付着するのを阻害し、管路６を構成する部材に堆積するようなことにはならない。
なお、遠心力の上限を20万G程度としたのは、加圧装置や、配管系の強度などの関係で、実用的、経済的に制限を受けるためである。

[比較例]
比較のために、例えば特開平9-145276号公報に見られるようなサイクロンを利用した熱交換式ガス加熱装置により１５０℃に加熱した不活性ガスを、上述の実施例と同様に真空ポンプ４の排気口近傍に管路での流速０．４ｍ／ｓとなるように注入したところ、塩化アンモニウムの付着が生じた。

このように管路に注入する不活性ガスの温度、及び管路への注入時の流速が共に同一であるにもかかわらず本発明では付着が全く生じないのに、比較例の場合には塩化アンモニウムの付着が生じる原因は、加熱手段での不活性ガスの流速に原因があると推測される。

すなわち、本発明の不活性ガス加熱手段は、内周面が鏡面仕上げされた円筒管で構成され、かつ３０ｍ／ｓ乃至１００ｍ／ｓという高速で移動するため、ガスに非常に大きな遠心力が作用し、ガスが熱と遠心力とにより励起された状態になっていると推測される。

これに対して比較例においては、ガスを均一に加熱することを主眼として伝熱管の内部での滞留時間を可及的に長く、かつ液膜状となるように伝熱管の内面を旋回させているため、ガスは所定の温度に加熱できるものの、遠心力による作用は実質的に皆無であると推測される。

以上のことから、本発明は、非常に簡単な構造であるにもかかわらず副生成物である塩化アンモニウムが排気管路系に付着するのを確実に防止できるという極めて有用な効果を有する。

なお、上述の実施例においてはＣＶＤ装置本体で生成する塩化アンモニウムを対象として説明したが、ＣＶＤ装置本体で生成され、かつ排気管路系に付着しやすい結晶化しやすい物質、例えばフッ化アンモニウムの付着、堆積防止に適用しても同様の作用を奏することを確認した。
つまり、物質の種類にかかわりなく、内周面が鏡面仕上げされた円筒管で構成され、かつ３０ｍ／ｓ乃至１００ｍ／ｓという高速で移動するため、ガスに非常に大きな遠心力が作用し、活性ガスが熱と遠心力とにより励起された状態になっているため、副生成物の結晶粒子間に容易に侵入して、粒子が相互に吸引しあって大きく成長するのを阻害するため、物質の種類にかかわりなく排気管路系に付着するのを確実に防止できると考えられる。

本発明のＣＶＤ装置の一実施例を示す構成図である。 同上ＣＶＤ装置に使用する除外ガス注入装置の一実施例を示す図である。 除外ガス注入装置の不活性気体注入口形成部材の近傍の接続領域を拡大して示す図である。 除外ガス注入装置の動作を模式的に示す図である。

符号の説明

１ ＣＶＤ装置本体
２ 排気口
３ 真空ポンプ
４ 吸引口
５ 排気口
６ 管路
７ 処理装置
８ 除外ガス注入装置
１０ 円筒室
１１ 加熱管
１２ ヒータブロック
１３ 不活性ガス供給管
１４ 排出口形成部材

Claims (2)

1. ＣＶＤ装置排気系管路に、１８０００乃至２０００００Ｇの遠心力と１５０℃以上の熱とを同時に作用させた不活性ガスを導入することを特徴とする副生成物の付着防止方法。
2. ＣＶＤ装置本体と、副生成物処理装置と、前記ＣＶＤ装置本体の排気口と副生成物処理装置とを接続する管路に接続された除外ガス注入装置とからなり、
   前記除外ガス注入装置が、外周が加熱手段により１５０℃以上に加熱された断面円形の加熱管と、前記加熱管の一端に設けられ、前記加熱管の内周面の接線方向に不活性ガスを噴出する不活性ガス注入口と、前記管路に接続された排出口形成部材とからなり、１８０００乃至２０００００Ｇの遠心力と１５０℃以上の熱とを同時に作用させるように構成されているＣＶＤ装置。

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