JP5484579B2

JP5484579B2 - 窒素ガス噴射装置

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Publication number: JP5484579B2
Application number: JP2012524634A
Authority: JP
Inventors: ヨンイ，ソン
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Filing date: 2010-08-03
Publication date: 2014-05-07
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Description

本発明は、半導体及びＬＣＤ製造装備に関し、特に、作製が簡単でかつ作製費が低いのはもとより、窒素ガスの噴射方向を反応副産物の流れ方向と一致させ、反応副産物ガスの流れを損なわず、効果的に噴射されるようにした窒素ガス噴射装置に関する。

一般に、半導体製造工程は、大いに前工程（製造工程：fabrication process）と後工程（組立とテスト工程：assembly and test process）からなり、前工程とは、各種のプロセスチェンバー内においてウエハ上に薄膜を蒸着し、蒸着された薄膜を選択的にエッチングする過程を繰り返し行い、特定のパターンを加工することにより、いわゆる、半導体チップを製造する工程をいい、後工程とは、前記前工程で製造されたチップを個別に分離した後、リードフレームと結合して完成品として組み立てる工程をいう。

この際、前記ウエハ上に薄膜を蒸着し、またはウエハ上に蒸着された薄膜をエッチングする工程は、プロセスチェンバー内において、シラン、アルシン、及び塩化ホウ素等の有害ガスと水素等のプロセスガスを用いて高温で行われ、前記工程の進行中、プロセスチェンバーの内部には、各種の発火性ガス、腐食性異物及び有毒成分を含有する反応副産物ガスが大量に発生する。

したがって、半導体製造装備には、図1に示すように、プロセスチェンバーを真空状態にする真空ポンプの後端に、前記プロセスチェンバーから排出する反応副産物ガスを浄化させた後、大気に放出するスクラバーが設置されている。

しかしながら、プロセスチェンバーから発生した有毒性の反応副産物ガスが、プロセスチェンバーの流出側真空配管、真空ポンプの流出側排気配管、スクラバーの流出側排気配管、主ダクト等に沿って順次流れる過程において、固形化しやすく、累積して詰まり現象が発生していた。

したがって、このように反応副産物ガスが固形化して詰まり現象が生じてしまう問題を解消するための方案として、配管の一定区間の全体をヒーターで取り囲んで配管内の温度を暖かく保つジャケットヒーター方式が普遍に用いられていた。しかし、このようなジャケットヒーター方式は、配管の多くの部分をヒーターで取り囲まなければならないため、設置費用が高いものの、消費電力において効率的でないという問題があった。

まか、このようなジャケットヒーター方式を改善するために、大韓民国公開特許第２００５−８８６４９号公報では、反応副産物ガスが流れる配管の内部に高温の窒素ガスを噴射する方式の窒素供給装置が開示されてもいる。ここに、図１は、従来の窒素供給装置を説明するための参照図である。

図示のように、従来の窒素供給装置は、反応副産物ガスが流れる配管に連結され、高温の窒素ガスを噴射するためのフランジ配管２と、前記フランジ配管２の外周面を取り囲み、窒素ガスの供給のための二重壁構造を形成する外管２３と、窒素供給ライン１４を介して前記フランジ配管２に供給される窒素ガスを加熱するヒーター１と、からなる。

このような構成によると、前記フランジ配管２が反応副産物ガスが流れる配管の中間に連結される。以降、電力供給器３から電力を受けるヒーター１によって加熱される窒素ガスを、フランジ配管２と外管２３との間の空間に供給すると、供給された高温の窒素ガスがフランジ配管２の胴体２１に穿孔された複数の噴射孔２２から噴射されながら、フランジ配管２を経由して流れる反応副産物ガスと混合される。このため、反応副産物ガスが温度低下により固形化して累積することがない。

しかしながら、従来の窒素供給装置の場合、窒素ガスを噴射して供給するためにフランジ配管２の外側に別途の外管２３を溶接等の方法で付けて二重壁構造を作り、フランジ配管２の該当位置に数個の噴射孔２２を穿孔しなければならなかった。これにより、作製過程が難しく、作製費用の上昇を招き、しかも、厚いフランジ配管２の胴体２１に多数の微細な噴射孔２２を形成させるのに限界があるため、窒素ガスの均一な噴射も難しくなるしかなかった。

また、従来の窒素供給装置の場合、窒素ガスの微細噴射の調節が難しく、プロセスチェンバーの流出側真空配管に設置することは困難であった。この場合、若し、窒素ガスの供給量を調節するための手段として電磁式流量調節装置を用いると、製品価格が高くなるという問題が避けられなかった。

しかも、窒素ガスの噴射により、反応副産物ガスの流れが妨害されて撹乱するという問題点があった。これにより、圧力変化に敏感なプロセスチェンバーの流出側真空配管には設置し難くなった。また、前記噴射孔２２が反応副産物ガスで詰まってしまい、窒素ガスの均一な噴射が難しくなることもあった。

大韓民国公開特許第２００５−８８６４９号公報

本発明は、上記問題点に鑑みなされたものであり、その目的は、窒素ガスの噴射方向を反応副産物の流れ方向と一致させ、反応副産物ガスの流れを妨害しないようにするとともに噴射能力が向上した窒素ガス噴射装置を提供することにある。

上記目的を達成するために、本発明に係る窒素ガス噴射装置は、反応副産物ガスを移送する配管との連結のために、それぞれフランジを有する一対のフランジ配管と、前記一対のフランジ配管間で前記フランジ配管の壁体に沿ってリング状に結合され、前記フランジ配管の内部に窒素を供給する噴射ノズルと、窒素ガスの供給のために前記噴射ノズルと連結された窒素供給ラインと、を備え、前記噴射ノズルは、円周方向に沿って供給された窒素が移動可能に内部に中空が形成され、前記内部中空と連通し、供給された窒素が前記フランジ配管の内部に噴射されるようにする多数の噴射孔を備えるが、前記噴射孔は、前記フランジ配管の内周面から突出した位置において、前記反応副産物ガスの流れ方向に噴射されるように形成されたことをその技術的構成上の特徴とする。

ここで、前記噴射ノズルは、円周方向に沿って外側に形成され、前記フランジ配管の壁体と結合される結合部と、円周方向に沿って前記結合部の内側に形成され、前記フランジ配管の内周面から突出し、前記噴射孔が前記反応副産物ガスの流出方向に形成された突出部と、を有することを特徴とする。このような構造によって、エジェクタの効果が得られ、反応副産物の流れを加速させることができる。

また、前記噴射ノズルは、円周方向に沿って分割され、それぞれ反応副産物ガスの流入方向と流出方向に位置する第１の分割部と第２の分割部の結合からなり、前記第１の分割部には、円周方向に沿って前記中空の一部または全部を形成する第１の流れ溝が形成され、前記第２の分割部には、前記噴射孔が、前記第１の流れ溝に対応して連通するように形成されたことを特徴とする。

また、前記突出部における噴射孔が形成されていない反対側の内周面は、反応副産物ガスに対する抵抗を減らすために、漸進的に内径が広くなるようにし、前記突出部の反対側の内周面と前記フランジ配管の内周面との厚さ差を減らしたことを特徴とする。

また、前記窒素供給ラインの中間に設置され、前記噴射ノズルに供給される窒素ガスを加熱するヒーターをさらに備えることを特徴とする。

また、前記窒素供給ラインの中間には、窒素ガスの供給量調節のためのオリフィス管がさらに設けられることを特徴とする。

本発明によると、窒素ガスの噴射が反応副産物ガスの流れ方向と一致した流出側へ行われ、反応副産物ガスの流れを妨害することなく、却って反応副産物ガスの流れを向上させることができる。

また、窒素ガスの噴射が反応副産物ガスの流れ方向と一致するため、反応副産物ガスの流れにより窒素ガスの噴射が円滑に行われる。

また、反応副産物ガスによって窒素ガスが噴射される噴射孔が詰まることも殆どない。

また、噴射ノズルの胴体に対する反応副産物ガスの急激な接触を防止する曲面部によって、噴射ノズルの突出部が反応副産物ガスの流れを妨害することがない。

また、前記噴射ノズルが円周方向に沿って二分割された後、結合するように構成され、作製が容易であり、フランジ配管にリング状の噴射ノズルを簡単に設置する構成によって、フランジ配管に二重壁を構築するという難解であって複雑な工程無しに、安価でかつ簡単に噴射ノズルの作製及び設置をすることができる。

また、本発明による窒素ガス噴射装置を真空配管に設置する場合、電磁式流量調節弁のような高価の部品を備えず、その代わりに簡単でかつ安価なオリフィス管を備え、微細な噴射調節が可能であるので、プロセスチェンバーの流出側の真空配管であっても設置され得る。

また、突出部の内周面の内径が反応副産物の流出側に行くほど次第に広くなるようにし、反応副産物ガスに対する抵抗を減らしながら、エジェクタの効果を高くすることができ、反応副産物の流れをさらに加速させることができる。

また、市販のフランジ配管をそのまま活用することができるので、これを作製するための別途の施設や費用が必要ではない。

従来の窒素供給装置を説明するための参照図である。本発明による窒素ガス噴射装置の設置状態図である。本発明による窒素ガス噴射装置の構成を説明するための分解斜視図である。本発明による噴射ノズルを説明するための参照斜視図である。図４のＩ‐Ｉ線による断面図である。本発明によるガス流れ動作を説明するための参照断面図である。本発明による半導体製造用の反応副産物処理構造を説明するための構成図である。

以下、添付した図面に基づき、本発明の好適な実施例について詳述する。

図２は、本発明による窒素ガス噴射装置の設置状態図である。

図示のように、本発明の窒素ガス噴射装置は、プロセスチェンバーの流出側、真空ポンプの流入側及び流出側、スクラバーの流入側と流出側の配管Ｐのいずれかの部位にも選択的に設置され得る。これは、本発明による窒素ガス噴射装置の場合、各配管Ｐに簡単に設置可能であるだけでなく、窒素ガスの噴射方向を反応副産物ガスの流れ方向と一致させ、真空ポンプの排気配管と、スクラバーの排気配管はもとより、工程進行真空度に影響を与えてはならないプロセスチェンバーの流出側配管である真空配管にも設置が有利である。

このように、本発明は、窒素ガスの噴射方向を反応副産物ガスの流れ方向と一致させ、反応副産物ガスの流れを妨害せず、作製及び設置が容易であるように構成される。

以下、本発明の構成について詳述する。

図３は、本発明による窒素ガス噴射装置の構成を説明するための分解斜視図であり、図４は、本発明による噴射ノズルを説明するための参照斜視図であり、図５は、図４のＩ‐Ｉ線による断面図である。

図示のように、本発明の窒素ガス噴射装置は、リング状の噴射ノズル１１０と、フランジ配管１２０と、ヒーター１３０と、オリフィス管１５０と、制御ボックス１４０とを備えている。

前記噴射ノズル１１０は、前記一対のフランジ配管１２０間において、前記フランジ配管１２０の壁体に沿ってリング状に結合され、前記フランジ配管１２０の内部に窒素を供給するようになっている。このため、前記噴射ノズル１１０の内部は、窒素ガスを供給されて循環させる中空１１１、１１３で形成され、前記中空１１１、１１３と連通され、窒素ガスを噴射するための多数の噴射孔１１４が形成される。特に、前記噴射孔１１４は、窒素ガスを、前記フランジ配管１２０の内周面から突出した位置において、前記反応副産物ガスの流れ方向と一致させて噴射するように形成される。このための前記噴射ノズル１１０の構成をより具体的に説明すると、以下のとおりである。

前記噴射ノズル１１０は、大きくみると、結合部１１６ａ、１１６ｂと突出部１１７ａ、１１７ｂからなり、前記結合部１１６ａ、１１６ｂは、円周方向に沿って外側に形成され、前記フランジ配管１２０の壁体と結合され、前記突出部１１７ａ、１１７ｂは、円周方向に沿って前記結合部１１６ａ、１１６ｂの内側に形成され、前記フランジ配管１２０の内周面から突出する。前記突出部１１７ａ、１１７ｂには、多数の噴射孔１１４が反応副産物ガスの流出方向に形成される。このように、前記噴射孔１１４が反応副産物ガスの流出方向に形成されると、前記フランジ配管１２０の内部を流れる反応副産物ガスとの干渉が消え、噴射される窒素ガスが前記反応副産物ガスの流れを妨害せず、一方、前記反応副産物ガスによって前記組成物の噴射が妨害され、または前記噴射孔１１４が詰まってしまうという恐れがない。

また、前記噴射ノズル１１０は、作製の便宜のために、円周方向に沿って二分割された第１の分割部１１０ａと第２の分割部１１０ｂの結合からなる。前記第１の分割部１１０ａは、反応副産物ガスの流入方向に位置し、第２の分割部１１０ｂは、反応副産物ガスの流出方向に位置する。ここで、前記第１の分割部１１０ａには、円周方向に沿って前記中空１１１、１１３の一部（または全部）を形成する第１の流れ溝１１１が設けられ、前記第２の分割部１１０ｂには、前記第１の流れ溝１１１と一緒に中空１１１、１１３を形成する第２の流れ溝１１３が設けられている。また、前記第２の分割部１１０ｂには、前記噴射孔１１４が前記第１の流れ溝１１１に対応して連通して形成される。但し、ここで、前記第２の分割部１１０ｂに前記第２の流れ溝１１３が形成されなくても、中空１１１、１１３を形成するのに何ら問題はない。

また、前記第２の分割部１１０ｂの突出部１１７ａの内周面には、図６に示した断面のように、反応副産物ガスに対する抵抗を減らすように、内径が反応副産物の流入側に行くほど次第に広くなるように構成された曲面部１１５が設けられている。この曲面部１１５は、前記フランジ配管１２０内を流れていた反応副産物ガスが、前記噴射ノズル１１０の突出部１１７ａ、１１７ｂによって流れが妨害されるという問題を解決し、また、エジェクタの効果によって、反応副産物ガスの流速を増大させるためのものである。したがって、一次的には窒素ガスの噴射によって反応副産物ガスの流れが円滑に行われ、二次的には前記曲面部１１５によって反応副産物ガスの流れがさらに円滑になる。また、このように反応副産物ガスの流速が増大すると、相互作用によって窒素ガスの噴射も円滑に行われるとともに、窒素ガスの噴射能力が向上する。

前記フランジ配管１２０は、各配管との連結を容易にする役割を果たすものであり、円形管の胴体と、前記胴体の両端にそれぞれ配管との連結のためのフランジ１２１が設けられる。このようなフランジ配管１２０は、市販の規格製品をそのまま使用してもよく、但し、前記噴射ノズル１１０を中間に設置するために、第１のフランジ配管１２０と第２のフランジ配管１２０に分割させる。

前記ヒーター１３０は、前記噴射ノズル１１０に供給される窒素ガスを加熱する役割をする。このため、公知の様々な方法が用いられてもよい。例えば、ヒーターが内蔵された管に窒素ガスを通過させると、ヒーターによって窒素ガスを加熱することができる。しかし、図面には、簡単に前記ヒーター１３０に窒素供給ライン１６１と、電力を供給する電源線１６５が連結された程度で図示されている。

本発明品を真空配管に設置する場合、前記オリフィス管１５０は、窒素供給ライン１６１の中間に設置され、前記ヒーター１３０に流入される窒素ガスの供給量を調節する役割をする。プロセスチェンバーの流出側配管である真空配管では、前記オリフィス管１５０が工程進行真空度に影響せず、またドライポンプに過負荷をかけてはならない。よって、前記オリフィス管１５０を比較的に少量の窒素ガスを通過させるサイズのものとする。本発明は、このように安価でかつ微細噴射調節が可能なオリフィス管１５０によって窒素ガスの供給量を調節可能に構成されるので、窒素ガスの供給量を調節するために、必ずしも電磁式流量調節装置のような高価の装置を設置しなくてもよいという長所がある。

前記制御ボックス１４０は、前記ヒーター１３０を制御して窒素ガスに対する加熱程度を調節する役割をする。このため、前記制御ボックス１４０内には、前記ヒーター１３０が窒素ガスをどのぐらい加熱するかを調節する制御器（図示せず）が設けられている。さらには、前記制御ボックス１４０内には、前記窒素供給ライン１６１上において窒素ガスの供給量を調節する流量調節計が設けられ、基本的な供給量を制御する。また、電磁式流量調節弁（図示せず）がさらに設置されてもよい。

以下、本発明による窒素ガス噴射装置を用いる半導体及びＬＣＤ製造用の反応副産物処理構造について説明する。

図７は、本発明による半導体製造用の反応副産物処理構造を説明するための構成図である。

図示のように、本発明による窒素ガス噴射装置は、半導体及びＬＣＤ製造用のプロセスチェンバー２１０の流出側、真空ポンプ２２０の流入側及び流出側、スクラバー２３０の流入側と流出側のいずれかの部位の配管２４１、２４３、２４５にも設置されてもよく、スクラバー２３０の流出側配管２４５が合流する主ダクト２４７に設置されてもよい。このように、フランジ配管１２０によって、前記窒素ガス噴射装置が各配管に簡便に設置されるので、比較的に窒素ガスを多く必要とする真空ポンプの排気配管２４３、スクラバーの排気配管２４５、及び主ダクト２４７はもとより、工程進行真空度に影響せず、またドライポンプに過負荷をかけてはならないので、比較的に少量の窒素ガスを注意深く供給しなければならないプロセスチェンバーの流出側配管である真空配管２４１にも、前記窒素ガス噴射装置を遠慮なく簡単に設置することができる。

ここで、真空配管２４１のうち、プロセスチェンバー２１０の流出側と真空ポンプ２２０の流入側に設置される窒素ガス噴射装置の図面符号は、それぞれ１００ａと１００ｂで示され、真空ポンプ２２０の排気配管２４３のうち、真空ポンプ２２０の流出側とスクラバー２３０の流入側に設置される窒素ガス噴射装置の図面符号は、それぞれ１００ｃと１００ｄで示されている。また、スクラバー２３０の流出側に設置される窒素ガス噴射装置の図面符号は１００ｅで示され、主ダクト２４７に設置される窒素ガス噴射装置の図面符合は１００ｆで示されている。

以下、このように構成された本発明による窒素ガス噴射装置の動作について、添付図面に基づいて詳述する。

プロセスチェンバー２１０から発生した反応副産物ガスが、真空ポンプ２２０の吸入力により流れながら真空ポンプ２２０を経由した後、スクラバー２３０を経て主ダクト２４７に到達し、以降、流れを持続的に維持する。

この際、プロセスチェンバー２１０と真空ポンプ２２０を連結する真空配管２４１、前記真空ポンプ２２０とスクラバー２３０を連結する真空ポンプ２２０の排気配管２４３、前記スクラバー２３０と主ダクト２４７を連結するスクラバー２３０の排気配管２４５、主ダクト２４７にそれぞれ設置された、本発明による窒素ガス噴射装置１００ａ、１００ｂ、１００ｃ、１００ｄ、１００ｅ、１００ｆが作動することにより、各配管の内部に高温の窒素ガスが供給される。

これにより、前記各配管を流れる反応副産物ガスが、特定箇所において温度低下等による固形化のために中間に累積することなく、円滑な流れを持続的に維持することができる。以下、前記各配管に設置されて窒素ガスを噴射する本発明の窒素ガス噴射装置１００ａ、１００ｂ、１００ｃ、１００ｄ、１００ｅ、１００ｆの動作について説明する。

先ず、窒素ガス供給地（図示せず）まで連結された窒素供給ライン１６１を介して窒素ガスが各配管に供給され始める。この際、窒素供給ライン１６１に沿って流れる窒素ガスは、制御ボックス１４０の流量調節計によって供給量が調節され、各配管が必要とする量で窒素ガスを通過させる。例えば、プロセスチェンバー２１０の直後の真空配管２４１では、工程進行中真空度に影響せず、またドライポンプに過負荷をかけてはならないので、窒素ガスの流れを小さく維持することができるオリフィス管１５０が設置される。これに対して、真空ポンプ２２０の流出側に連結された真空ポンプ２２０の排気配管２４３の場合、反応副産物ガスの流れが敏感に反応しないので、より多量の窒素ガスの流れが許容されるように、制御ボックス１４０内の流量調節計によって各配管に合わせて窒素ガスの量が調節される。

このように前記制御ボックス１４０の流量調節計及びオリフィス管１５０によって供給量が調節された窒素ガスは、ヒーター１３０を通過しながら高温に加熱される。以降、高温の窒素ガスは、リング状の噴射ノズル１１０内に供給され、その内部中空１１１、１１３において広がった後、微細な噴射孔１１４からフランジ配管１２０に噴射される。

また、前記オリフィス管１５０を通過した後、窒素供給管から噴射ノズルの内部中空１１１、１１３に供給された窒素ガスは、前記中空１１１、１１３に沿って循環しながら、窒素噴射孔１１４から殆ど均一な量でフランジ配管１２０の内部に噴射される。この際、前記噴射孔１１４から噴射される窒素ガスは、反応副産物ガスの流出方向に噴射され、反応副産物ガスの流れを妨害せずに一緒に混ざるようになる。

また、前記反応副産物ガスは、窒素ガスと混合される前、前記噴射ノズルに最初に接するとき、反応副産物ガスの流入方向において漸進的に拡大する形態を有する曲面部１１５に沿って流れながら、急激な衝突または接触による抵抗無しに、円滑な流れを維持することができる。また、曲面部１１５により内径が狭くなり、反応副産物の流速が増大し、その影響によって、窒素ガスの噴射も円滑に行われる。

このように、本発明は、窒素ガスの供給が、反応副産物ガスの流れ方向と一致するように、反応副産物ガスの流出側に行われ、反応副産物ガスの流れを妨害しない。また、反応副産物ガスにより、窒素ガスが噴射される噴射孔１１４が詰まる恐れも殆どない。

以上、本発明の好適な実施例について説明したが、本発明は、様々な変化と変更及び均等物を用いることができる。本発明は、前記実施例を適宜変形して同一に応用することができることが明らかである。したがって、前記記載内容は、下記の特許請求の範囲の限界によって定められる本発明の範囲を限定するものではない。

Claims

反応副産物ガスを移送する配管と直列に接続される一対のフランジ配管と、
前記一対のフランジ配管間で前記フランジ配管の壁体に沿ってリング状に結合され、前記フランジ配管の内部に窒素を供給するが、供給された窒素が円周方向に沿って移動可能に内部に中空が形成され、前記内部中空と連通し、供給された窒素ガスが前記フランジ配管の内部に噴射されるようにする多数の噴射孔を備える噴射ノズルと、
窒素ガスの供給のために前記噴射ノズルと連結された窒素供給ラインと、を備え、
前記噴射ノズルは、前記一対のフランジ配管の向かい合う壁体の端部の間に結合される結合部と、前記結合部の内側に形成されて前記フランジ配管の内周面から突出する突出部と、を備えるが、前記突出部には前記噴射孔が前記反応副産物ガスの流れ方向に窒素ガスを噴射するように前記反応副産物ガスが流出される方向に向かって形成されたことを特徴とする窒素ガス噴射装置。
前記噴射ノズルは、円周方向に沿って分割され、それぞれ反応副産物ガスの流入方向と流出方向に位置する第１の分割部と第２の分割部の結合からなり、前記第１の分割部には、円周方向に沿って前記中空の一部または全部を形成する第１の流れ溝が形成され、前記第２の分割部には、前記噴射孔が、前記第１の流れ溝に対応して連通するように形成されたことを特徴とする請求項１に記載の窒素ガス噴射装置。
前記突出部における噴射孔が形成されていない反対側の内周面は、反応副産物ガスに対する抵抗を減らすために、漸進的に内径が広くなるようにし、前記突出部の反対側の内周面と前記フランジ配管の内周面との厚さ差を減らしたことを特徴とする請求項１に記載の窒素ガス噴射装置。
前記窒素供給ラインの中間に設置され、前記噴射ノズルに供給される窒素ガスを加熱するヒーターをさらに備えることを特徴とする請求項１に記載の窒素ガス噴射装置。
前記窒素供給ラインの中間には、窒素ガスの供給量調節のためのオリフィス管がさらに設けられることを特徴とする請求項１に記載の窒素ガス噴射装置。