JP7200304B2 - 半導体工程用反応副産物多重捕集装置 - Google Patents

半導体工程用反応副産物多重捕集装置 Download PDF

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Description

本発明は、半導体工程用反応副産物多重捕集装置に係り、より詳細には、半導体製造工程中にプロセスチャンバーから多重薄膜蒸着過程の実行後に排出される未反応ガス中に含まれている混合反応副産物を一つの捕集装置でそれぞれの捕集温度領域帯に応じて薄膜または粉末状に捕集することができる多重捕集装置に関する。
一般的に、半導体製造工程は、前工程（Ｆａｂｒｉｃａｔｉｏｎ工程）と後工程（Ａｓｓｅｍｂｌｙ工程）に大別され、前工程とは、各種のプロセスチャンバー（Ｃｈａｍｂｅｒ）内でウェハー（Ｗａｆｅｒ）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って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（Ｃｈｉｐ）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に組み立てる工程をいう。
この時、前記ウェハー上に薄膜を蒸着するか、或いはウェハー上に蒸着された薄膜をエッチングする工程は、プロセスチャンバー内に、ガス注入システムを介してシラン（Ｓｉｌａｎｅ ）、アルシン（Ａｒｓｉｎｅ）、塩化ホウ素、水素、窒素、ガス状の水などの必要とするプロセスガス、又は薄膜蒸着のための前駆体ガスなどの必要とするプロセスガスを注入して高温で行われる。この時、プロセスチャンバーの内部には、各種の蒸着されていない反応副産物や、未反応発火性ガス、腐食性異物及び有毒成分を含有した有害ガスなどが多量に発生する。
このため、半導体製造装備には、プロセスチャンバーから排出された未反応ガスを浄化して放出するために、前記プロセスチャンバーを真空状態に作る真空ポンプの後段に、プロセスチャンバーから排出される未反応ガスを浄化させた後に大気中へ放出するスクラバー（Ｓｃｒｕｂｂｅｒ）が設置される。
ところが、このようなスクラバーは、単にガス状の反応副産物だけを浄化処理するので、プロセスチャンバーから排出された未反応ガス中に含まれている粒子状の反応副産物を事前に捕集しなければ、プロセスチャンバーから蒸着に使用されずに排出された未反応ガス中に含まれている反応副産物が配管に固着されて排気圧力が上昇する問題、または真空ポンプに流入して発生するポンプの故障問題、またはプロセスチャンバー内に逆流してウェハーを汚染させる問題などがある。
このため、半導体製造装備には、プロセスチャンバーと真空ポンプとの間に、前記プロセスチャンバーから排出される未反応ガスを凝集させる様々な構造の反応副産物捕集装置が設置される。
しかし、従来の副産物捕集装置は、プロセスチャンバーから互いに異なる薄膜を蒸着する多重蒸着工程を行う場合に排出される未反応ガス中に含まれている反応副産物が混合反応副産物の形態をなすため、各反応副産物の凝集温度が異なり、一つの捕集装置では効率よく捕集することが難しいという構造的問題点があった。
したがって、未反応ガス中に含まれている混合反応副産物をそれぞれ捕集することができるように、互いに異なる温度領域の捕集構成を有する捕集装置がそれぞれ備えられなければならないが、このような理由により、追加の捕集装置が備えられなければならず、各捕集対象反応副産物に適する捕集温度領域帯を合わせるための温度制御が必要であって、全体的な工程装置と工程制御が複雑になるという問題点がある。
このため、かかる問題点を解決することが可能な反応副産物捕集装置の開発が求められる。
そこで、本発明は、かかる問題点を解決するためのもので、その目的は、半導体製造工程中にプロセスチャンバーから互いに異なる薄膜層を多重蒸着する過程の実行後に排出される未反応ガス中に含まれている混合反応副産物を一つの捕集装置で分離するために、各反応副産物の捕集領域を分離するように、流入する未反応ガスの移動方向の流れを制御しながら熱の分布領域を分離させる捕集領域分離部を備えて、これを基準に、前面領域では、第１内部捕集塔を介して、相対的に高温領域で薄膜状に凝集する反応副産物が捕集されるようにし、後面領域では、第２内部捕集塔を介して、相対的に低温領域で粉末状に凝集する反応副産物が捕集されるようにした半導体工程用反応副産物多重捕集装置を提供することにある。
上記の目的を達成し且つ従来の欠点を除去するための課題を行う本発明は、半導体製造工程中にプロセスチャンバーから多重薄膜蒸着過程を経た後に排出される未反応ガス中に含まれている混合反応副産物を捕集する装置において、ハウジングの内部に位置し、温冷型ヒーターによって加熱されながら、流入した未反応ガスの流れを制御して熱の分布領域を分離させる捕集領域分離部と、前記捕集領域分離部の前面領域に位置し、流入する未反応ガス中に含まれている混合反応副産物のうち、相対的に高温に反応する反応副産物を薄膜状に捕集させる第１内部捕集塔と、前記捕集領域分離部の後面領域に位置し、前面領域より相対的に低温が維持された空間領域で、流入する未反応ガス中に含まれている混合反応副産物のうち、相対的に低温に反応する反応副産物を粉末状に捕集させる第２内部捕集塔とを含んでなり、未反応ガス中に含まれている混合反応副産物を、一つの装置で領域を分離して捕集するように構成されたことを特徴とする、半導体工程用反応副産物多重捕集装置を提供する。
好適な実施形態において、前記ハウジングは、ガス流入口が側方向に設けられ、流入した未反応ガスを収容するハウジング本体と、ガス排出口が上方向に設けられ、下部には打孔型ガス誘導部が突設された上板と、捕集領域分離部、第１内部捕集塔及び第２内部捕集塔を締結して支持する下板と、前記上板に設けられ、上板及びハウジングの外部表面温度を冷却させて調節する冷却水流路部とから構成されたことを特徴とする。
好適な実施形態において、前記温冷型ヒーターは、電源供給部に接続された電源配管の周りを包み込む下部冷却水流路に冷却流路部の冷却水外部配管が接続され、冷却水が循環しながら熱伝導されるようにしてハウジングの外部表面温度を調節するように構成されたことを特徴とする。
好適な実施形態において、前記捕集領域分離部の上部に位置し、第２内部捕集塔を経たガスの流路方向を切り替えながら延長し、未反応ガス中に含まれている残余反応副産物を捕集させる流路切替プレートをさらに含んで構成されたことを特徴とする。
好適な実施形態において、前記流路切替プレートの一箇所領域を介して上部へ排出された未反応ガス中に含まれている残余反応副産物を捕集させた後、未反応ガスのみを上板のガス排出口を介して排出させるメッシュ型捕集部をさらに含んで構成されたことを特徴とする。
好適な実施形態において、前記捕集領域分離部は、加熱後に流入する未反応ガスの熱を閉じ込め、移動方向の流れを制御して反応副産物捕集空間を分離する前面遮断板と、前面遮断板の上部を塞いで、流入した未反応ガスの上部方向の移動流れを遮断する上部遮断板と、前記前面遮断板の下部に設けられ、未反応ガスの流れを下部へ誘導して排出させるガス移動部とを含んで構成されたことを特徴とする。
好適な実施形態において、前記第１内部捕集塔は、前方に位置した第１捕集プレートと、該第１捕集プレートから一定間隔離れている箇所に位置する第２捕集プレートとから構成され、前記第１捕集プレートと前記第２捕集プレートは、それぞれ面上に多数のホールが穿設されてなるガス移動部；が少なくとも一領域に形成され、流入する未反応ガスの流れを上下にガイドし、前記第１捕集プレートと前記第２捕集プレートは、それぞれ面上の前面方向に突出した複数の構造型捕集プレートが形成されたことを特徴とする。
好適な実施形態において、前記第１捕集プレートに形成されたガス移動部は、上部、中央および下部に形成され、前記第２捕集プレートに形成されたガス移動部は、上部にのみ形成され、未反応ガスの流れをガイドするように構成されたことを特徴とする。
好適な実施形態において、前記第１捕集プレートは、面上の後面方向に突出した複数の構造型捕集プレートをさらに含むことを特徴とする。
好適な実施形態において、前記構造型捕集プレートは、十字断面または二重十字断面を持つように形成したことを特徴とする。
好適な実施形態において、前記第２内部捕集塔は、後端の一箇所領域に多数のホールが穿設されてなるガス移動部が形成された半円板状の第１捕集プレートと、前端の一箇所領域に多数のホールが穿設されてなるガス移動部が形成された半円板状の第２捕集プレートと、上部方向に複数積層される前記第１捕集プレートと第２捕集プレートとの間に設置されて上下一定間隔で離隔させ、面上に多数のホールが穿設された平面捕集プレートと、から構成され、未反応ガスの流れを上部方向にジグザグに切り替えながら捕集するように構成されたことを特徴とする。
好適な実施形態において、前記第２内部捕集塔は、最下段に第１捕集プレートを位置させ、最上段に第２捕集プレートを位置させて、流入した未反応ガスの流路を延長し、前記平面捕集プレートは、各第１捕集プレート及び各第２捕集プレートの中央部に幅方向に横切るように設置するが、最上段に位置した平面捕集プレートは、複数の平面捕集プレートで構成したことを特徴とする。
好適な実施形態において、前記流路切替プレートは、ハウジング本体の内部空間を上部と下部に分離する円板状のプレート本体と、プレート本体の一領域に形成され、未反応ガスの通路として使用される多数のホールが穿設されてなるガス移動部とから構成されたことを特徴とする。
好適な実施形態において、前記メッシュ型捕集部は、下面は閉塞され、側面は未反応ガスが流入するように網状に構成され、上面は中央部にのみ一定深さの網状挿入部が形成され、ハウジングの上板の下部に突設された打孔型ガス誘導部が挿入されるように構成された本体と、前記本体の内部に収納され、流入する未反応ガス中に含まれている残余反応副産物を低温条件の下で粉末状に捕集するメッシュフィルターと、から構成されたことを特徴とする。
上述した特徴を有する本発明に係る半導体工程用反応副産物多重捕集装置は、半導体製造工程中にプロセスチャンバーから互いに異なる薄膜層を多重蒸着する過程の実行後に排出される未反応ガスの移動方向の流れを制御しながら熱の分布領域を分離させる捕集領域分離部を備えて、これを基準に、前面領域では、第１内部捕集塔を介して、相対的に高温領域で薄膜状に凝集する反応副産物が捕集されるようにし、後面領域では、第２内部捕集塔を介して、相対的に低温領域で粉末状に凝集する反応副産物が捕集されるようにすることにより、未反応ガス中に含まれている混合反応副産物を一つの捕集装置で分離して捕集することができるという利点がある。
本発明は、上述した多重捕集装置が備えられることにより、半導体製造工程用の装置構成と工程制御が簡素化されることで、耐久性も６カ月以上連続使用できる程度に増大して、真空ポンプのメンテナンス周期を減少させることができるという利点がある。
このように、本発明は、様々な利点を持つ有用な発明であって、産業上の利用が大きく期待される発明である。
本発明の一実施形態による反応副産物多重捕集装置の構成を示す斜視図である。 本発明の一実施形態による反応副産物多重捕集装置の内部構成を示す断面図である。 本発明の一実施形態による反応副産物多重捕集装置の構成を示す分解斜視図である。 本発明の一実施形態によるハウジング及びヒーターの構成を示す斜視図である。 本発明の一実施形態による捕集領域分離部の構成を示す斜視図である。 本発明の一実施形態による第１内部捕集塔の一側方向の構成を示す斜視図である。 本発明の一実施形態による第１内部捕集塔の他側方向の構成を示す斜視図である。 本発明の一実施形態による第２内部捕集塔の一側方向の構成を示す斜視図である。 本発明の一実施形態による第２内部捕集塔の他側方向の構成を示す斜視図である。 発明の一実施形態による流路切替プレートを示す斜視図である。 本発明の一実施形態によるメッシュ型捕集部を示す斜視図である。 本発明の一実施形態による反応副産物捕集装置の内部における捕集傾向を示す例示図である。 本発明の一実施形態による反応副産物捕集装置の内部でのガス流れを示す例示図である。
以下、本発明の実施形態の構成とその作用を添付図面に連携させて詳細に説明する。また、本発明を説明するにあたり、関連する公知の機能或いは構成についての具体的な説明が本発明の要旨を不要に曖昧にするおそれがあると判断された場合、その詳細な説明は省略する。
図１は本発明の一実施形態による反応副産物多重捕集装置の構成を示す斜視図、図２は本発明の一実施形態による反応副産物多重捕集装置の内部構成を示す断面図、図３は本発明の一実施形態による反応副産物多重捕集装置の構成を示す分解斜視図である。
図示の如く、本発明に係る多重捕集装置は、プロセスチャンバー（図示せず）から多重薄膜蒸着工程の実行後に排出された未反応ガス中に含まれている混合反応副産物を温度領域ごとに分離して薄膜または粉末状に捕集した後、残りのガスのみを真空ポンプへ排出する装置であって、ハウジング１、温冷型（Ｈｏｔ ＆ Ｃｏｌｄ Ｔｙｐｅ）ヒーター２、捕集領域分離部３、第１内部捕集塔４、第２内部捕集塔５、流路切替プレート６、及びメッシュ型捕集部７を含んで構成される。
以下、本発明において、高温または低温とは、混合反応副産物のうち、凝集温度が異なる捕集温度による相対的な温度をいう。例示的に、本発明において、高温とは１５０℃以上をいい、低温とは１５０ ℃未満をいう。
ハウジング１は、プロセスチャンバーから排出される未反応ガスを側方向に流入させて収容し、上方向に排出するように構成される。
温冷型（Ｈｏｔ ＆ Ｃｏｌｄ Ｔｙｐｅ）ヒーター２は、ハウジングの内部に流入する未反応ガスの温度を調節するように構成される。
捕集領域分離部３は、ハウジング１の内部に位置し、流入した未反応ガスの移動方向の流れを制御しながら熱の分布領域を分離させるように構成される。
第１内部捕集塔４は、前記捕集領域分離部３の前面領域に位置し、後面領域よりも相対的に高温が維持された空間領域で、流入する未反応ガス中に含まれている混合反応副産物のうち、高温に反応して薄膜状に凝集する反応副産物を捕集させるように構成される。
第２内部捕集塔５は、前記捕集領域分離部３の後面領域に位置し、前面領域より相対的に低温が維持された空間領域で、流入する未反応ガス中に含まれている混合反応副産物のうち、低温に反応して粉末状に凝集する反応副産物を捕集させるように構成される。
流路切替プレート６は、前記捕集領域分離部３の上部に位置し、第２内部捕集塔５を経たガスの流路方向を切り替えながら延長し、未反応ガス中に含まれている混合反応副産物のうち、低温に反応して粉末状に凝集する残余反応副産物を捕集させるように構成される。
メッシュ型捕集部７は、流路切替プレート６の一箇所領域を介して上部へ排出された未反応ガス中に含まれている混合反応副産物のうち、低温に反応して粉末状に凝集する残余反応副産物を捕集した後、未反応ガスのみ上板のガス排出口を介して排出させるように構成される。
前記各構成は、プロセスチャンバーから排出される未反応ガスによる腐食などを防止することができるように大部分の構成要素が腐食を防ぐことができるステンレス鋼、アルミニウムなどの素材を用いて製作されることが好ましい。
上述した構成を有する本発明に係る反応副産物多重捕集装置が捕集する未反応ガス中に含まれている混合反応副産物を一実施形態として説明すると、半導体製造のためのプロセスチャンバーで酸化物（Ｏｘｉｄｅ）蒸着工程、すなわちＡｌ２Ｏ３、ＴｉＯ２薄膜反復蒸着工程を行った後に排出される未反応ガス中に含まれている混合反応副産物は、Ａｌ２Ｏ３反応副産物とＴｉＯ２反応副産物であることができる。
ちなみに、適用工程を説明すると、Ａｌ２Ｏ３蒸着工程使用ガスとしては、ＴＭＡ、Ｎ２、Ｈ２Ｏが使用され、ＴｉＯ２蒸着工程使用ガスとしては、ＴｉＣｌ４、Ｎ２、Ｈ２Ｏが使用される。
このようなプロセスガス及び前駆体を用いて、プロセスチャンバーでのＡｌ２Ｏ３、ＴｉＯ２蒸着工程の際に、非揮発性反応副産物が形成される。次は、薄膜蒸着過程の反応式である。
（ａ）２Ａｌ（ＣＨ３）３＋Ｈ２Ｏ／Ｏ３ →Ａｌ２Ｏ３（ｓ）＋３Ｃ２Ｈ６（ｇ）↑
（ｂ）ＴｉＣｌ４（ｇ）＋Ｈ２Ｏ（ｇ）→ＴｉＯ２（ｓ）＋ＨＣｌ（ｇ）↑
したがって、多重捕集装置は、未反応ガス中に含まれているＡｌ２Ｏ３とＴｉＯ２の混合反応副産物を一つの捕集装置で凝集させて薄膜または粉末状に形成させる構成が必要である。
ただし、Ａｌ２Ｏ３とＴｉＯ２の混合反応副産物は、凝集して捕集される温度領域帯が異なるため、本発明に係る多重捕集装置は、薄膜及び粉末（Ｐｏｗｄｅｒ）状の反応副産物捕集空間を分離し、ヒーターによって加熱される未反応ガスの熱を閉じ込めることができるように構成することにより、一つの捕集装置でのＡｌ２Ｏ３、ＴｉＯ２の同時捕集ができるように構成される。
このため、比較的にヒーターによる高温が提供される前面高温領域では、Ａｌ２Ｏ３反応副産物が薄膜状に捕集されるように構成し、後面低温領域では、ＴｉＯ２反応副産物が粉末（Ｐｏｗｄｅｒ）状に捕集されるように構成した。
また、流路を拡張して排出される前まで残存する混合反応副産物を最大限に捕集することができるように、効率の良い捕集構成を含んで構成した。
以下、より具体的に各構成を説明する。
図４は本発明の一実施形態によるハウジング及びヒーターの構成を示す斜視図である。
図示の如く、ハウジング１は、ガス流入口１１ａが側方向に設けられ、流入した未反応ガスを収容するハウジング本体１１と；ガス排出口１２ａが上方向に設けられ、下部には打孔型ガス誘導１２ｂが突設された上板１２と；捕集領域分離部３、第１内部捕集塔４及び第２内部捕集塔５を締結して支持する下板１３と；前記上板１２に設けられ、上板及びハウジングの外部表面温度を冷却させて調節する冷却水流路部１４とから構成される。
また、温冷型（Ｈｏｔ ＆ Ｃｏｌｄ Ｔｙｐｅ）ヒーター２は、前記ハウジング本体の内部で側方向に熱源を提供するように設置され、ハウジングの上板１２に設けられた冷却水流路部１４の冷却水外部配管１４ａが、ハウジング本体１１の外部に設置された温冷型ヒーター２に溝構造流路として循環するように設けられた下部冷却水流路１４ｂに接続されて循環するように構成することにより、ハウジング本体の外部表面温度を調節するように構成される。
一実施形態として、ハウジング本体１１、上板１２及び下板１３は円筒状と図示されているが、このような形状のみが本発明を限定するものではなく、四角筒状又は多角筒状のように必要とする形状に構成できる。但し、以下、本発明では、説明の便宜上、円筒状の形状を基準に説明する。
前記ハウジング本体１１は、中空の筐体状の形状であって、内部に設置される捕集領域分離部３、第１内部捕集塔４、第２内部捕集塔５、流路切替プレート６及びメッシュ型捕集部７に流入した未反応ガス中に含まれている混合反応副産物が薄膜または粉末状に凝集して捕集されるように流入した未反応ガスを貯蔵する役割を果たすように構成される。
ハウジング本体１１の側方向に設置されたガス流入口１１ａは、流入する未反応ガスの流れを水平方向に供給するようにして、上板１２に上方向に突出したガス排出口１２ａを介して排出されるガス流れを持つようにする。ガス流入口は、所定の曲率に形成されたハウジング本体の側面形状に応じて、接合部が加工後、溶接又はその他の公知の締結方法で固定させればよい。ガス流入口は、様々な箇所に設置することができるが、好ましくは、ハウジング本体の内部に設けられた第１内部捕集塔４の捕集プレート及びガス流路に合わせて設置すればよい。
また、ハウジング本体１１には、温冷型ヒーター２に電源を供給する電源供給部２１が外部に設置され、電源を供給しながら温度を制御するようにする。この時、冷却水流路部１４の冷却水外部配管１４ａが、ハウジング本体の外部で温冷型ヒーター２の電源供給部２１に溝構造循環流路の形で設けられる下部冷却水流路１４ｂに接続されて循環するように構成することにより、ハウジング本体の外部表面温度を調節するように構成される。
また、ハウジング本体１１の内壁には、流路切替プレート６の据置及び固定のための複数の支持片１１ｂが内壁の周りに沿って形成される。図示された一実施形態では、流路切替プレート６の周囲に沿って複数設けられた締結溝に沿ってボルトが支持片に締結される方式で例示されている。ところが、このような方式だけでなく、溶接を含む様々な公知の締結方式で締結することができるのは勿論である。
前記上板１２は、上部が開放されたハウジング本体１１の上部を覆うカバーの役割を果たしながら、ガス排出口１２ａを介して、混合反応副産物の捕集が完了した未反応ガスを真空ポンプ側へ排出するようにし、この時、下部に設けられた打孔型ガス誘導部１２ｂは、突出してメッシュ型捕集部７の中央部に挿入されることにより、周囲に位置するメッシュ型捕集部を通過した未反応ガスを、中央部で上板の上部に突設されたガス排出口へ誘導する役割を果たすように構成される。
また、上板１２には、ハウジング本体１１の内部空間が加熱されるとき、上板の下部に設置されるＯリング（Ｏ－Ｒｉｎｇ）（図示せず）が変形することを防止し、ハウジング本体の上部領域で反応副産物を捕集するときに適切な温度範囲を提供するための冷却水流路部１４が上面に溝状に加工されて設けられる。この時、溝が設けられた冷却水流路部の上部は、流路カバーで塞ぐ。この時、流路カバーは、図示されていないが、水密のためシール処理を含んで締結することができ、締結方法は、嵌合式、溶接式、ボルト締め方式などの公知の技術で締結すれば十分である。
前記下板１３は、ハウジング本体１１の開放された下部を覆うカバーの役割を果たすもので、上面に支持部１３ａが突出して、その上部に位置する第１内部捕集塔４、第２内部捕集塔５、流路切替プレート６を固定するように構成される。その固定方法は、第１内部捕集塔４、第２内部捕集塔５、捕集領域分離部３にそれぞれ設けられた締結部または締結ホールに締結棒を挿入して支持部とねじ締結する方式で締結することができる。もちろん、このような締結方法は、好適な一つの実施形態として、嵌合式、溶接方式などのさまざまな公知の締結方法で締結することができる。
必要な位置に便利に捕集装置を移動させることができるように、下板の下面には足車などが設置される。もちろん、下板を工場の底面またはフレームに固定して固定型に構成することができる。
前記冷却水流路部１４は、上板１２に設けられ、冷却水流水口及び冷却水排出口を備えて、外部の冷却水タンク（図示せず）から供給された冷却水を、上板に形成された冷却水流路を介して循環供給及び排出するように構成する。
また、冷却水流路部１４は、前記温冷型（Ｈｏｔ ＆ Ｃｏｌｄ Ｔｙｐｅ）ヒーター２に電源を供給する電線を保護する電源供給部２１の下部に溝構造の形で循環するように形成されて位置した冷却水流路１４ｂに冷却水外部配管１４ａが接続されて循環した後、冷却水排出口を介して排出するように構成される。冷却水流路１４ｂは、溝構造の冷却水が循環時に漏れないようにカバーがシールされて処理される。
このように冷却水の流路を温冷型ヒーターと有機的に接続して循環するように構成することにより、高温のヒーターからハウジングの表面が加熱されることを防止する役割を果たす。
また、上板に設けられた冷却水流路部１４は、冷却水が冷却水流入口１３を介して流入した後、冷却水排出口を介して排出されるように構成するとき、流入した冷却水と排出される冷却水とが混ざり合わないように境界部を持つ。
冷却水流路部に使用される冷却水は、水または冷媒を使用すればよい。
前記温冷型ヒーター２は、電源供給部２１から電源が印加されると、発熱しながら、ヒーターに備えられるディフューザー構造（拡散構造）がハウジング本体１１に側方向に設置されたガス流入口１１ａを介して流入する未反応ガスの温度を加熱させる。
一方、温冷型ヒーター２は、電源供給部２１に接続された電源配管２２の周囲を包み込む下部冷却水流路１４ｂに冷却水流路部１４の冷却水外部配管１４ａが接続されて冷却水が循環しながら熱伝導されるようにして、ハウジング本体の外部表面温度を調節するように構成される。
前記温冷型ヒーター２は、ハウジング本体１１を連通するように設けられたガス流入口１１ａと平行にハウジング本体の内壁側とボルト又は溶接などの締結方式で取り付けられる。温冷型ヒーター２の熱源は、電熱配管の内部の電源線に電源が印加されると、設定された温度で発熱する。温冷型ヒーター２の素材は、流入したガスによる腐食を防止するために、セラミックまたはインコネルなどの素材が使用される。
上述のように構成された温冷型ヒーター２は、プロセスチャンバーから排出された未反応ガスがガス流入口１１ａを介して流入するときに凝集して滞ることなく第１内部捕集塔４に到達すると、未反応ガス中に含まれている混合反応副産物のうち、相対的に高温に反応して凝集する固体反応副産物が薄膜状に捕集される。
図５は本発明の一実施形態による捕集領域分離部の構成を示す斜視図である。
図示の如く、捕集領域分離部３は、温冷型ヒーター２によって加熱した後、流入する未反応ガスの熱を閉じ込め、移動方向の流れを制御して反応副産物捕集空間を分離するように設けられた前面遮断板３１と；前面遮断板の上部を塞いで、流入した未反応ガスの上部方向の移動流れを遮断する上部遮断板３２と；前記前面遮断板３１の下部に設けられ、未反応ガスの流れを下部に誘導して排出させるためのガス移動部３３と；を含んで形成される。
前記前面遮断板３１は、四角プレートの形状をし、左右幅がハウジング本体の内径に該当するサイズを有し、密閉作用を行うように形成することが好ましい。
上部遮断板３２は、ハウジング本体の内径サイズに該当する直径を有する半円状に形成して、前面遮断板３１によって捕集空間が分離された前面領域の上部を密閉するように構成する。
また、前記上部遮断板には締結ホール３４が設けられ、下板１３に設けられた支持部１３ａに締結棒を挿入して支持部とねじ締結する方式で締結することができる。もちろん、このような締結方法は、好適な一つの実施形態として、嵌合方式、溶接方式などのさまざまな公知の締結方法で締結することができる。
前記ガス移動部３３は、前記前面遮断板の前面領域に設置された第１内部捕集塔４を介して移動しながら、未反応ガス中に含まれている混合反応副産物のうち、相対的に高温の環境下で薄膜状に捕集される反応副産物が捕集された残余反応副産物を含む未反応ガスを下部に排出させるために形成される。この時、ガス移動部は、ガス流入口から流入したガスの風力による負荷を低減しながら、円滑な排出を介して開口の形で構成することが好ましい。しかし、複数のホールで構成することもできる。
図６は本発明の一実施形態による第１内部捕集塔の一側方向の構成を示す斜視図、図７は本発明の一実施形態による第１内部捕集塔の他側方向の構成を示す斜視図である。
図示の如く、第１内部捕集塔４は、捕集領域分離部３によって捕集領域が温度に応じて分離された前面領域に位置し、流入する未反応ガスと向き合ってガスの流れを上下にガイドしながら、未反応ガス中に含まれている混合反応副産物のうち、高温領域で薄膜状に反応副産物を捕集するように水平方向に形成された一つ以上の捕集プレートで構成される。
一実施形態として、本発明は、前方に位置した第１捕集プレート４１と、該第１捕集プレートから一定間隔離れている箇所に位置する第２捕集プレート４２とから構成され、面上で捕集が行われるようにする。
前記第１捕集プレート４１と前記第２捕集プレート４２は、それぞれ面上に多数のホール４１１ａ、４２１ａが穿設されてなるガス移動部４１１、４２１が少なくとも一領域に形成され、流入する未反応ガスの流れを上下にガイドして滞留時間を延長させ、より多くの反応時間を提供して薄膜状に反応副産物が捕集されるように構成される。
第１捕集プレート４１に備えられたガス移動部４１１は、一実施形態として、上部、中央および下部に形成できるが、下部側にさらに多くのホール４１１ａが形成されるようにすることが好ましい。第２捕集プレート４２の上部ホールによってガスの流れが上部側に集中することができる。このような場合、ガス流路の不均衡で流速差による渦の発生が少なく、また、温度低下の偏差が大きくなってトラップ捕集性能が低下するおそれがあるので、上部、中央及び下部に形成することが好ましい。
また、第２捕集プレート４２に備えられたガス移動部４２１は、一実施形態として、上部にのみ形成することが好ましい。このように形成すると、第１捕集プレート４１の下部に形成された主流動流れによる未反応ガスが上部に移動するガス流れを誘導することができ、ガス流路の長さを増加させてガス滞留時間を増やし、流速差による渦発生効率を向上させて捕集効率を増加させる。第２捕集プレート４２の上部ガス移動部４２１に設けられたホール４２１ａは、第１捕集プレート４１に設けられたホールより相対的に大きくすることが未反応ガスの負荷を防ぐことができて好ましい。
前記第１捕集プレート４１と前記第２捕集プレート４２は、それぞれ面上の前面方向に突出した複数の構造型捕集プレート４１２、４２２が形成される。
また、第１捕集プレート４１は、面上の後面方向に突出した複数の構造型捕集プレート４１２をさらに含んで構成することができる。このように構成すると、第１捕集プレート４１の後面に形成された構造型プレート４１２と、第２捕集プレート４２の前面に形成された構造型プレート５２との間に形成される渦の発生が増大するとともに、反応副産物捕集効率が増大することができる。
このような構造型捕集プレート４１２、４２２は、流入する未反応ガス中に含まれている混合反応副産物を高効率で捕集するために、単位面積あたりの広い表面積と捕集時間の増大のために渦発生構造を持つように、十字断面または二重十字断面を持って形成することが好ましい。
また、前面に形成された構造型捕集プレート４１２、４２２を、後面に形成された構造型捕集プレート４１２よりもさらに多くして主な捕集が行われるようにする。
第１内部捕集塔４における捕集は、第１捕集プレート４１及び第２捕集プレート４２の前面と後面、並びに前記構造型捕集プレート４１２、４２２で行われる。
前記第１捕集プレート４１と第２捕集プレート４２の後面には締結部４１３、４２３が形成され、ハウジングの下板に形成された支持部１３ａに締結される。締結方法は、締結棒を締結部４１３、４２３に挿入して支持部とねじ締結する方式で締結することができる。もちろん、このような締結方法は、好適な一つの実施形態として、嵌合方式、溶接方式などのさまざまな公知の締結方法で締結することができるのは勿論である。
上述のように構成された第１内部捕集塔４は、前記捕集領域分離部３の前面領域に位置し、後面領域よりも相対的に高温が維持された空間領域で、流入する未反応ガスの移動流れを上下に移動させながら、未反応ガス中に含まれている混合反応副産物のうち、高温に反応して薄膜状に凝集する反応副産物を捕集する。この捕集は、第１捕集プレート４１及び第２捕集プレート４２の前面と後面平面と前記構造型捕集プレート４１２、４２２で高効率にて行われる。
図８は本発明の一実施形態による第２内部捕集塔の一側方向の構成を示す斜視図であり、図９は本発明の一実施形態による第２内部捕集塔の他側方向の構成を示す斜視図である。
図示の如く、第２内部捕集塔５は、捕集領域分離部３によって捕集領域が温度に応じて分離された後面領域に位置し、流入する未反応ガスと向き合ってガスの流れを上部方向にジグザグに切り替えてガイドしながら、未反応ガス中に含まれている混合反応副産物のうち、低温領域で粉末状に反応副産物を捕集するように垂直方向に半円板状の複数の捕集プレートが、平面捕集プレートによって一定間隔離隔して積層された捕集プレートで構成される。
一実施形態として、本発明は、前端が線分であり且つ後端が弧形状を有する半円板状を基準にする場合、後端の一箇所領域に多数のホール５１１ａが穿設されてなるガス移動部５１１が形成された半円板状の第１捕集プレート５１と、
前端の一箇所領域に多数のホール５２１ａが穿設されてなるガス移動部５２１が形成された半円板状の第２捕集プレート５２と、
上部方向に複数積層される前記第１捕集プレート５１と第２捕集プレート５２との間に設置されて上下一定間隔で離隔させ、面上に多数のホール５３ａが穿設された平面捕集プレート５３と、から構成される。
このように構成されることにより、上下部に位置するガス移動部５１１及びガス移動部５２１が交互に位置して、ジグザグ方向に未反応ガスの流れをガイドするように構成される。
好ましくは、最下段には、後端の一箇所領域に多数のホール５１１ａが穿設されてなるガス移動部５１１が形成された半円板状の第１捕集プレート５１が位置するようにし、最上段には、前端の一箇所領域に多数のホール５２１ａが穿設されてなるガス移動部５２１が形成された半円板状の第２捕集プレート５２が位置するように構成する。このように構成すると、捕集領域分離部３の下部のガス移動部３３を介して下部に流入した未反応ガスの流路を、最大限に遠い箇所まで延びて移動した後、上部に移動するため、より多くの滞留時間と捕集効率を持つ。
前記平面捕集プレート５３は、各第１捕集プレート５１及び各第２捕集プレート５２の中央部に幅方向に横切るように設置して、各ガス移動部５１１及びガス移動部５２１を通過して上部に移動した未反応ガスが水平方向に移動するとき、再度渦を発生させ、延びた面上の流路を移動しながら、より多くの反応副産物が低温環境の下で粉末状に捕集されてジグザグ方式で移動及び上昇するようにする。
一方、最上段に位置した平面捕集プレート５３は、追加的な複数の平面捕集プレート５３で構成して渦を多重発生させながら捕集効率を高めた後、流路切替プレート６へ移動するようにする。
前記上下に一定間隔離隔して積層された第１捕集プレート５１と第２捕集プレート５２には、多数の箇所に締結ホール５４、及びこれを上下に貫通する棒状の締結部５５が形成されることにより、ハウジングの下板に形成された支持部１３ａに締結される。
締結方法は、各箇所に位置した締結部５４の下部を支持部に挿入してねじ締結する方式で締結することができる。もちろん、このような締結方法は、好適な一つの実施形態として、嵌合方式や溶接方式など、さまざまな公知の締結方法で締結することができるのは勿論である。
上述したように構成された第２内部捕集塔５は、前記捕集領域分離部３の後面領域に位置し、前面領域より相対的に低温が維持された空間領域で、流入する未反応ガス中に含まれている混合反応副産物のうち、低温に反応して粉末状に凝集する反応副産物を捕集させるように構成される。
図１０は本発明の一実施形態による流路切替プレートを示す斜視図である。
図示の如く、流路切替プレート６は、ハウジング本体の内部空間を上部と下部に最大限密閉して分離する円板状のプレート本体６１と；プレート本体の一領域に形成され、未反応ガスの通路として使用される多数のホール６２ａが穿設されてなるガス移動部６２と、から構成される。
前記プレート本体６１の外径は、好ましくは、ハウジング本体の内径に該当する大きさを持てば最も良いが、組立設置のために最も近接した大きさに製作されれば良い。
プレート本体は、ハウジング本体１１の内壁周囲に沿って設けられた複数の支持片１１ｂに設置した後、これに対応するようにプレート本体の周囲に沿って形成された締結溝６１ａにボルトを挿入して締結すればよい。しかし、このような方式だけでなく、溶接を含む様々な公知の締結方式で締結することができるのは勿論である。
また、前記プレート本体６１をハウジングの内部に挿入するときは、上面に形成されたハンドル６１ｂを使用すれば良い。
このように構成された流路切替プレート６は、前記捕集領域分離部３の上部に位置し、第２内部捕集塔５を経て上部方向に移動する未反応ガスの流路を、ガス移動部６２が形成されていないプレート本体６１が塞いでガスの流れを、流路方向を切り替えながら延長した後、多数のホール６２ａが穿設されてなるガス移動部６２を介して上部へ排出されるようにガイドする。
この時、流路切替プレートは、未反応ガスの方向切替及び流路延長作用だけでなく、未反応ガス中に含まれている混合反応副産物のうち、低温に反応して粉末状に凝集する残余反応副産物を再度捕集させる役割を果たす。
図１１は本発明の一実施形態によるメッシュ型捕集部を示す斜視図である。
図示の如く、メッシュ型捕集部７は、下面は閉塞され、側面は未反応ガスが流入するように網状に構成され、上面は中央部にのみ一定の深さの網状挿入部７１ａが形成され、ハウジングの上板１２の下部に突設された打孔型ガス誘導部１２ｂが挿入されるように構成された本体７１と；前記本体の内部に収納され、流入する未反応ガス中に含まれている残余反応副産物を低温条件の下で粉末状に捕集するメッシュフィルター７２と、から構成される。
本体７１は、上面の周囲に複数形成された締結具をハウジングの上板の下部と締結すればよい。もちろん、このような方式が本発明を限定するのではなく、嵌合、溶接などの様々な公知の締結方法のいずれかを用いて締結することができる。
メッシュフィルター７２は、メッシュウールなどの形状に構成され、複雑に絡み合った内部気孔に沿って未反応ガスが移動するようにして残余反応副産物を再度微細に捕集する。
このように構成されたメッシュ型捕集部７は、流路切替プレート６の一箇所領域を介して上部へ排出された未反応ガスが、側面を介して内部に収納されたメッシュフィルター７２で、未反応ガス中に含まれている混合反応副産物のうち、低温に反応して粉末状に凝集する残余反応副産物を捕集した後、未反応ガスのみ中央部に形成された網状挿入部７１ａを介して側面から打孔型ガス誘導部１２ｂに流入した後、上部に位置した上板１２のガス排出口１２ａを介して排出される。
このように構成された本発明に係る反応副産物多重捕集装置は、プロセスチャンバーから排出された未反応ガスをハウジング１の側方向を介してハウジング本体１１の内側へ供給すると、温冷型ヒーター２によって加熱された未反応ガスが捕集領域を分離するように、流入する未反応ガスの移動方向の流れを制御しながら熱の分布領域を分離させる捕集領域分離部３によって、前面領域では、第１内部捕集塔４を介して上下に移動しながら、相対的に高温領域で薄膜状に凝集する反応副産物が捕集され、後面領域では、第２内部捕集塔５を介して下部から上部方向にジグザグ方式で移動しながら、相対的に低温領域で粉末状に凝集する反応副産物が捕集され、さらに流路切替プレート６を経て延びた流路及びメッシュ型捕集部７のメッシュフィルターによって残余反応副産物を細かく捕集した後で排出する。
図１２は本発明の一実施形態による反応副産物捕集装置の内部における捕集傾向を示す例示図、図１３は本発明の一実施形態による反応副産物捕集装置の内部におけるガス流れを示す例示図である。
図１２中の実線で囲まれた（Ａ）は反応副産物捕集領域であり、破線で囲まれた左側の（Ｂ）は混合反応副産物のうち主にＡｌ２Ｏ３が捕集される領域を表示したものであり、一点鎖線で囲まれた右側の（Ｃ）は混合反応副産物のうち主にＴｉＯ２が捕集される領域を表示したものである。また、図１３中の（Ｄ）はガス流路を示す。また、以下の説明に出る構成は、図１～図１１の説明を参照すればよい。
図示の如く、本発明に係る反応副産物多重捕集装置は、ハウジングの内部に流入した未反応ガスが捕集領域を分離するように、流入する未反応ガスの移動方向の流れを制御しながら熱の分布領域を分離させる捕集領域分離部３によって、前面領域では、第１内部捕集塔４を介して上下に移動しながら、相対的に高温領域で薄膜状に凝集する反応副産物が捕集され、後面領域では、第２内部捕集塔５を介して下部から上部方向にジグザグ方式で移動しながら、相対的に低温領域で粉末状に凝集する反応副産物が捕集されて排出される捕集傾向とガス流れを持つことが分かる。
本発明は、上述した特定の好適な実施形態に限定されず、請求の範囲で請求する本発明の要旨を逸脱することなく、当該発明の属する技術分野における通常の知識を有する者であれば、誰でも様々な変形実施が可能であり、それらの変更も請求の範囲に記載の範囲内にある。
１ ハウジング
２ 温冷型ヒーター
３ 捕集領域分離部
４ 第１内部捕集塔
５ 第２内部捕集塔
６ 流路切替プレート
７ メッシュ型捕集部
１１ ハウジング本体
１１ａ ガス流入口
１１ｂ 支持片
１２ 上板
１２ａ ガス排出口
１２ｂ 打孔型ガス誘導部
１３ 下板
１３ａ 支持部
１４ 冷却水流路部
１４ａ 冷却水外部配管
１４ｂ 下部冷却水流路
２１ 電源供給部
２２ 電源配管
３１ 前面遮断板
３２ 上部遮断板
３３ ガス移動部
３４ 締結ホール
４１ 第１捕集プレート
４２ 第２捕集プレート
５１ 第１捕集プレート
５２ 第２捕集プレート
５３ 平面捕集プレート
５３ａ ホール
５４ 締結ホール
５５ 締結部
６１ プレート本体
６１ａ 締結溝
６１ｂ ハンドル
６２ ガス移動部
６２ａ ホール
７１ 本体
７１ａ 挿入部
７２ メッシュフィルター
４１１、４２１ ガス移動部
４１１ａ、４２１ａ ホール
４１２、４２２ 構造型捕集プレート
４１３、４２３ 締結部
５１１、５２１ ガス移動部
５１１ａ、５２１ａ ホール

Claims (14)

  1. 半導体製造工程中にプロセスチャンバーから多重薄膜蒸着過程を経た後に排出される未反応ガス中に含まれている混合反応副産物を捕集する装置において、
    ハウジングの内部に位置し、温冷型ヒーターによって加熱されながら、流入した未反応ガスの流れを制御して熱の分布領域を分離させる捕集領域分離部と、
    前記捕集領域分離部の前面領域に位置し、流入する未反応ガス中に含まれている混合反応副産物のうち、相対的に高温に反応する反応副産物を薄膜状に捕集させる第１内部捕集塔と、
    前記捕集領域分離部の後面領域に位置し、前面領域より相対的に低温が維持された空間領域で、流入する未反応ガス中に含まれている混合反応副産物のうち、相対的に低温に反応する反応副産物を粉末状に捕集させる第２内部捕集塔と、を含んでなり、
    未反応ガス中に含まれている混合反応副産物を、一つの装置で領域を分離して捕集するように構成されたことを特徴とする、半導体工程用反応副産物多重捕集装置。
  2. 前記ハウジングは、ガス流入口が側方向に設けられ、流入した未反応ガスを収容するハウジング本体と、ガス排出口が上方向に設けられ、下部には打孔型ガス誘導部が突設された上板と、捕集領域分離部、第１内部捕集塔及び第２内部捕集塔を締結して支持する下板と、前記上板に設置され、上板及びハウジングの外部表面温度を冷却させて調節する冷却水流路部と、から構成されたことを特徴とする、請求項１に記載の半導体工程用反応副産物多重捕集装置。
  3. 前記温冷型ヒーターは、電源供給部に接続された電源配管の周りを包み込む下部冷却水流路に冷却流路部の冷却水外部配管が接続され、冷却水が循環しながら熱伝導されるようにしてハウジングの外部表面温度を調節するように構成されたことを特徴とする、請求項１に記載の半導体工程用反応副産物多重捕集装置。
  4. 前記捕集領域分離部の上部に位置し、第２内部捕集塔を経たガスの流路方向を切り替えながら延長し、未反応ガス中に含まれている残余反応副産物を捕集させる流路切替プレートをさらに含んで構成されたことを特徴とする、請求項１に記載の半導体工程用反応副産物多重捕集装置。
  5. 前記流路切替プレートの一箇所領域を介して上部へ排出された未反応ガス中に含まれている残余反応副産物を捕集させた後、未反応ガスのみ上板のガス排出口を介して排出させるメッシュ型捕集部をさらに含んで構成されたことを特徴とする、請求項４に記載の半導体工程用反応副産物多重捕集装置。
  6. 前記捕集領域分離部は、加熱後に流入する未反応ガスの熱を閉じ込め、移動方向の流れを制御して反応副産物捕集空間を分離する前面遮断板と、
    前面遮断板の上部を塞いで、流入した未反応ガスの上部方向の移動流れを遮断する上部遮断板と、
    前記前面遮断板の下部に設けられ、未反応ガスの流れを下部へ誘導して排出させるガス移動部と、を含んで構成されたことを特徴とする、請求項１に記載の半導体工程用反応副産物多重捕集装置。
  7. 前記第１内部捕集塔は、前方に位置した第１捕集プレートと、該第１捕集プレートから一定間隔離れている箇所に位置する第２捕集プレートと、から構成され、
    前記第１捕集プレートと前記第２捕集プレートは、それぞれ面上に多数のホールが穿設されてなるガス移動部が少なくとも一領域に形成され、流入する未反応ガスの流れを上下にガイドし、
    前記第１捕集プレートと前記第２捕集プレートは、それぞれ面上の前面方向に突出した複数の構造型捕集プレートが形成されたことを特徴とする、請求項１に記載の半導体工程用反応副産物多重捕集装置。
  8. 前記第１捕集プレートに形成されたガス移動部は、上部、中央および下部に形成され、前記第２捕集プレートに形成されたガス移動部は、上部にのみ形成され、未反応ガスの流れをガイドするように構成されたことを特徴とする、請求項７に記載の半導体工程用反応副産物多重捕集装置。
  9. 前記第１捕集プレートは、面上の後面方向に突出した複数の構造型捕集プレートをさらに含むことを特徴とする、請求項７に記載の半導体工程用反応副産物多重捕集装置。
  10. 前記構造型捕集プレートは、十字断面または二重十字断面を持つように形成したことを特徴とする、請求項７に記載の半導体工程用反応副産物多重捕集装置。
  11. 前記第２内部捕集塔は、後端の一箇所領域に多数のホールが穿設されてなるガス移動部が形成された半円板状の第１捕集プレートと、
    前端の一箇所領域に多数のホールが穿設されてなるガス移動部が形成された半円板状の第２捕集プレートと、
    上部方向に複数積層される前記第１捕集プレートと前記第２捕集プレートとの間に設置されて上下一定間隔で離隔させ、面上に多数のホールが穿設された平面捕集プレートと、から構成され、
    未反応ガスの流れを上部方向にジグザグに切り替えながら捕集するように構成されたことを特徴とする、請求項１に記載の半導体工程用反応副産物多重捕集装置。
  12. 前記第２内部捕集塔は、最下段に第１捕集プレートを位置させ、最上段に第２捕集プレートを位置させて、流入した未反応ガスの流路を延長し、
    前記平面捕集プレートは、各第１捕集プレート及び各第２捕集プレートの中央部に幅方向に横切るように設置するが、最上段に位置した平面捕集プレートは、複数の平面捕集プレートで構成したことを特徴とする、請求項１１に記載の半導体工程用反応副産物多重捕集装置。
  13. 前記流路切替プレートは、ハウジング本体の内部空間を上部と下部に分離する円板状のプレート本体と、プレート本体の一領域に形成され、未反応ガスの通路として使用される多数のホールが穿設されてなるガス移動部と、から構成されたことを特徴とする、請求項４に記載の半導体工程用反応副産物多重捕集装置。
  14. 前記メッシュ型捕集部は、下面は閉塞され、側面は未反応ガスが流入するように網状に構成され、上面は中央部にのみ一定の深さの網状挿入部が形成され、ハウジングの上板の下部に突設された打孔型ガス誘導部が挿入されるように構成された本体と、
    前記本体の内部に収納され、流入する未反応ガス中に含まれている残余反応副産物を低温条件の下で粉末状に捕集するメッシュフィルターと、から構成されたことを特徴とする、請求項５に記載の半導体工程用反応副産物多重捕集装置。
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