KR100687942B1 - 트랩 장치, 처리 시스템 및 불순물 제거 방법 - Google Patents

트랩 장치, 처리 시스템 및 불순물 제거 방법 Download PDF

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Abstract

이 트랩 장치는, 반도체 웨이퍼에 대하여 소정의 처리를 실시하는 처리 장치(10)내를 진공배기하기 위한 진공 펌프(36)를 갖는 진공 배기계(6)에 개재되어 설치되고, 진공 배기계(6)내를 흐르는 배기 가스중에 포함되는 가스형상의 불순물을 제거하기 위한 트랩 장치에 있어서, 진공 배기계(6)의 배기통로에 개재되어 설치된 불순물 포집용기(50)와, 단열팽창에 의해 초음속 상태가 된 작동 유체를 불어넣어 상기 배기 가스와 혼합시킴과 더불어 상기 불순물 포집용기(50)내에서 상기 불순물의 임계점 이하로 상기 배기 가스의 온도를 저하시키는 노즐 수단(64)을 구비하고 있다.

Description

트랩 장치, 처리 시스템 및 불순물 제거 방법{TRAPPING DEVICE, PROCESSING SYSTEM, AND METHOD FOR REMOVING IMPURITIES}
본 발명은 성막 장치 등의 처리 장치로부터 배출되는 배기 가스중의 가스형상의 불순물을 제거하는 트랩 장치, 처리 시스템 및 불순물 제거 방법에 관한 것이다.
일반적으로, IC 등의 집적 회로나 논리 소자를 형성하기 위해서는 반도체 웨이퍼, 유리 기판, LCD 기판 등의 표면에, 소망하는 얇은 성막을 실시하는 행정과 이것을 소망하는 패턴으로 에칭하는 행정이 반복하여 실행된다.
그런데, 성막공정을 예로 들면, 이 공정에서는 소정의 처리 가스(원료 가스)를 처리용기내에서 반응시킴으로써 실리콘의 박막, 실리콘의 산화물이나 질화물의 박막, 혹은 금속의 박막, 금속의 산화물이나 질화물의 박막 등을 피처리체의 표면에 형성하는데, 이 성막반응과 동시에 여분인 반응 부생성물이 발생하고, 이것이 배기 가스와 함께 배출되어 버린다. 또한, 미반응의 처리 가스도 배출된다.
이 반응 부생성물이나 미반응의 처리 가스는, 그대로 대기중에 방출되면 환 경오염 등의 원인이 되므로, 이것을 방지하기 위해서 일반적으로는 처리용기로부터 연장하는 배기 가스계에 트랩 장치를 거쳐서 만들고, 이것에 의해서 배기 가스중에 포함되어 있는 반응 부생성물이나 미반응의 처리 가스 등을 포획하여 제거하도록 되어 있다.
이 트랩 장치의 구성은 포획 제거해야 할 반응 부생성물 등의 특성에 따라 여러가지 제안되어 있지만, 예컨대 상온에서 응축(액화), 응고(고화)하는 반응 부생성물을 제거하는 경우에는, 이 트랩 장치는 그 일례로서 배기 가스의 도입구와 배출구를 갖는 하우징내에 다수의 핀을 마련하여 구성되어 있다. 그리고, 이 핀은 배기 가스가 흐르는 방향에 대하여, 순차적으로 배열하여 이들 핀 사이를 배기 가스가 통과할 때에 배기 가스중의 반응 부생성물 등을 핀 표면에 부착시켜 포획하도록 되어 있다. 또한, 이 핀을 냉각 유체 등에 의해서 냉각하여 포획효율을 올리는 것도 실행되고 있다.
여기서, 원료 가스로서 고융점 금속 할로겐화합물인 TiCl4(사염화 티탄)를 이용하여 Ti 금속막을 성막하는 경우를 예로 들어 설명하면, 원료 가스로서는 TiCl4 외에 H2가스를 이용하고, 이것을 Ar가스의 존재하에서 플라즈마에 의해 활성화하여 수소로 환원하여, Ti막을 반도체 웨이퍼 표면에 퇴적시키고 있다. 이 때, 반응 부생성물로서 TiClx(X<4)가 발생하고, 또한 미반응의 TiCl4가스도 존재하고, 이들 TiClx와 TiCl4 등이 배기 가스에 포함되어 유출된다. 이들 TiClx나 TiCl4 등은 대 기오염 등의 원인이 되는 불순물 가스이므로, 상기한 바와 같은 트랩 장치에 의해 포획되게 된다.
여기서, 상기한 미반응 가스인 TiCl4나 반응 부생성물인 TiClx 등의 불순물 가스는 비교적 증기압이 높기 때문에, 상술한 바와 같이 트랩 장치내를 냉각하고 있어도, 이 트랩 장치내에서 완전히 포획하여 제거하는 것이 매우 곤란하여, 충분한 회수율을 얻을 수 없는 경우가 있었다. 이 때문에, 트랩기구보다도 하류측에 마련되어 있는 제해장치로, 상기 트랩기구를 빠져나간 불순물 가스를 완전히 제거하여 무해화하기 위해서 상당한 부담이 들어, 이 제해장치의 러닝 코스트가 앙등할 뿐만 아니라, 이 제해장치 자체의 수명도 줄어든다고 하는 문제가 있었다. 이러한 문제는 TiCl4나 WF6이나 (Ta(OE)5)2(펜타에톡시탄탈륨)등의 고융점 금속화합물 가스를 이용하는 성막 장치의 공통의 문제이다.
또한, TiCl4를 이용하는 다른 성막 방법으로서, TiN막을 성막하는 방법이 알려져 있다. 즉, 원료 가스로서 고융점 금속 할로겐화합물인 TiCl4(사염화 티탄)를 이용하여 TiN막을 성막하는 경우를 예로 들어 설명하면, 원료 가스로서는 TiCl4 외에 NH3가스를 이용하여, 양 가스를 반응시킴으로써 TiN막을 반도체 웨이퍼 표면에 퇴적시키고 있다. 이 때, 반응 부생성물로서 NH4Cl이나 TiCl4(NH3)n(n은 양의 정수)이 발생하고, 또한 미반응의 TiCl4가스도 존재하고, 이들 가스 성분은 배기 가스에 포함되어 유출되어, 상기한 바와 같은 트랩 장치에 의해 포획되게 된다.
그리고, 배기 가스중에 포함되는 불순물 가스, 예컨대 염소 가스를 보다 완전히 제외하기 위해서 이 불순물 가스와 반응하는 반응성 가스, 예컨대 암모니아 가스를 배기계의 도중에서 배기 가스에 혼합시켜 불순물 가스를 응축하기 쉬운 물질, 예컨대 염화암모늄으로 변환하고, 이 염화암모늄도 트랩 장치에서 냉각응축시켜 포집함으로써, 불순물 가스를 효율적으로 제거하는 방법도 제안되어 있다(일본 특허 공개 공보2001-214272호).
또한 그 외에, 특허 공개 공보 소화62-4405호에 개시되어 있는 바와 같이, 분말성형품을 소결하는 소결화로에서 배출되는 왁스 증기를 함유하는 배기 가스중에서 왁스를 액화시켜 회수할 때에, 왁스 트랩 장치내에 작은 구멍을 갖는 트랩 원판을 다단으로 배치하여, 상기 작은 구멍을 통과하는 배기 가스를 단열 팽창시키면서 배기 가스를 자연 대류 냉각하여 왁스를 액화시켜 회수하도록 한 기술도 개시되어 있다.
그런데, 상술한 바와 같은 일본 특허 공개 공보2001-214272호에 나타낸 바와 같은 종래의 트랩 장치에서는 트랩 처리가 진행함에 따라서 포집물이 냉각핀에 부착하면, 배기 가스는 포집물층을 거쳐서 냉각핀과 열교환을 함으로써, 배기 가스에 대한 냉각효율이 점차로 저하하고, 이 때문에 포집 효과도 시간이 경과함에 따라 열화하여, 불순물 가스를 완전히는 제거할 수 없게 될 뿐만 아니라, 유지 보수의 빈도가 높아지는 문제가 있었다. 이 경우, 포집효율의 시간 경과적 열화를 방지하기 위해서는 냉각핀의 단수를 많이 설정하는 것도 고려되지만, 이 경우에는 장치가 과도하게 대형화하기 때문에 현실적이지 않다. 또한 유지 보수시에 포집물을 냉각 핀으로부터 세정에 의해 제거하는 경우, 냉각핀이 다단으로 형성되어 전체 구조가 복잡하기 때문에, 세정조작도 실행하기 어렵다는 문제도 있었다.
또한 일본 특허 공개 공보 소화62-4405호에 나타낸 것 같은 트랩 장치에서는, 포집물이 점성이 있는 고형물인 경우에는, 포집물이 트랩 원판의 작은 구멍을 점차로 막아 버리기 때문에 유지 보수의 빈도가 매우 높아진다는 문제가 있었다.
또한 이 일본 특허 공개 공보 소화62-4405호의 트랩 장치에서는, 단순한 작은 구멍을 이용하여 배기 가스를 단열팽창시키고 있기 때문에 이 냉각효율은 그다지 높지는 않고, 따라서 배기 가스중의 불순물 가스를 충분히 포집하지 못하여, 포집효율이 비교적 낮아져 버린다는 문제도 있었다.
본 발명은 이상과 같은 문제점에 착안하여, 이것을 유효하게 해결하도록 창안된 것이다. 즉, 그 발명의 목적은 배기 가스중에서 가스형상의 불순물을 제거하기 위해서 구조가 간단하고, 또한 포집효율도 항상 높게 유지하는 것이 가능한 트랩 장치, 처리 시스템 및 불순물 제거 방법을 제공하는 것에 있다.
본 발명자는 배기 가스중에 있어서의 가스형상의 불순물의 트랩 방법에 대해서 예의 연구한 결과, 라발 노즐을 이용하여 단열팽창에 의해 초음속 상태가 된 작동 유체를 배기 가스중에 불어넣게 함으로써, 배기 가스를 효율적으로 냉각하여 가스형상의 불순물을 응축, 응고시켜서 포집할 수 있다라는 지견을 얻음으로써, 본 발명에 이른 것이다.
청구항 1에 따른 발명은, 피처리체에 대하여 소정의 처리를 실시하는 처리 장치내를 진공배기하기 위한 진공 펌프를 갖는 진공 배기계에 개재되어 설치되고, 상기 진공 배기계내를 흐르는 배기 가스중에 포함되는 가스형상의 불순물을 제거하기 위한 트랩 장치에 있어서, 상기 진공 배기계의 배기통로에 개재되어 설치된 불순물 포집용기와, 단열팽창에 의해 초음속 상태가 된 작동 유체를 불어넣어 상기 배기 가스와 혼합시킴과 더불어 상기 불순물 포집용기내에서 상기 불순물의 임계점 이하로 상기 배기 가스의 온도를 저하시키는 노즐 수단을 구비한 것을 특징으로 하는 트랩 장치이다.
이와 같이, 노즐 수단에 의해 단열팽창하여 초음속 상태가 된 작동 유체를 불어넣는 것에 의해서, 배기 가스를 냉각하여 가스형상의 불순물을 응축, 응고하여 포집시키도록 했기 때문에, 냉각효율을 항상 높게 유지할 수 있고, 따라서 포집효율도 항상 높게 유지하는 것이 가능해진다. 또한, 종래의 트랩 장치에서 이용한 냉각핀 등과 같은 복잡한 구조물이 없어도 되므로, 불순물 포집용기내에 응축, 응고에 의해 부착한 예컨대 점성이 있는 포집물을 제거하는 유지 보수작업을 할 때에, 이 유지 보수작업을 신속하고 또한 용이하게 실행하는 것이 가능해진다.
이 경우, 예컨대 청구항 2에 규정한 바와 같이, 상기 노즐 수단은 상기 불순물 포집용기에 대하여 복수개 병렬로 마련된다.
또 예컨대 청구항 3에 규정한 바와 같이, 상기 노즐 수단은 그 유로면적이 작동 유체의 흐름 방향을 따라서 점차로 좁아지고 목부를 통과한 뒤에 점차로 확대하도록 이루어진 노즐본체를 갖는다.
또한, 예컨대 청구항 4에 규정한 바와 같이, 상기 노즐본체는 단면이 대략 원형으로 성형된 작동 유체 분사구를 갖고 있고, 상기 작동 유체 분사구의 주위를 둘러싸도록 하여 상기 배기 가스를 상기 불순물 포집용기측을 향해서 도입하기 위한 링형상의 배기 가스 도입구가 형성되어 있다.
또 예컨대 청구항 5에 규정하는 바와 같이, 상기 노즐본체는 단면이 대략 링형상으로 성형된 작동 유체 분사구를 갖고 있고, 그 중심부에는 상기 배기 가스를 상기 불순물 포집용기측을 향해서 도입하기 위한 대략 원형의 배기 가스 도입구가 형성되어 있다.
또한 예컨대 청구항 6에 규정한 바와 같이, 상기 배기 가스 도입구로 향하는 배기 가스를 일시적으로 체류시키기 위한 전단 체류실이 마련된다.
또한 예컨대 청구항 7에 규정한 바와 같이, 상기 노즐 수단의 선단부측에는 상기 작동 유체 분사구에서 분사된 초음속의 작동 유체와 상기 배기 가스 도입구에서 넣은 배기 가스를 혼합시키는 혼합관과, 그 유로면적을 순차적으로 확대시켜 펌프기능을 갖게 한 확산관을 순차적으로 연결시키고 있다.
또한 예컨대 청구항 8에 규정한 바와 같이, 상기 혼합관과 상기 확산관에는 상기 불순물이 응축, 응고하여 부착하는 것을 방지하기 위한 부착 방지용 가열 수단이 마련된다.
이것에 의하면, 부착 방지용 가열 수단에 의해 혼합관이나 확산관이 가열되고 있기 때문에, 이 내벽면에 불순물이 예컨대 점성이 있는 고형물형상으로 되어 부착하는 것을 방지할 수 있다.
또한 예컨대 청구항 9에 규정한 바와 같이, 상기 혼합 가스중에서의 상기 가스형상의 불순물이 응축, 응고할 때에 핵이 되는 물질을 도입하기 위한 핵 도입 수단이 마련된다.
이것에 의하면, 배기 가스중에 응축, 응고의 기점이 되는 핵을 도입하도록 했기 때문에, 가스형상의 불순물이 과냉각 상태가 되는 것을 방지하여 이 응축, 응고를 촉진할 수 있기 때문에, 불순물의 포집효율을 한층더 향상시키는 것이 가능해진다.
또한 예컨대 청구항 10에 규정한 바와 같이, 상기 불순물 포집용기에는 상기 응축, 응고된 불순물을 부착시키기 위한 불순물 부착판이 장착 분리 가능하게 마련된다.
또한 예컨대 청구항 11에 규정한 바와 같이, 상기 노즐 수단은 라발 노즐이다.
또한 예컨대 청구항 12에 규정한 바와 같이, 상기 작동 유체는 N2, H2, Ar, He 중 어느 하나의 가스로 이루어진다.
또 예컨대 청구항 13에 규정한 바와 같이, 상기 처리 장치는 피처리체에 대하여 성막 처리를 실시하기 위한 성막 장치이다.
청구항 14에 따른 발명은 상기 트랩 장치를 이용한 처리 시스템이며, 즉 피처리체에 대하여 소정의 처리를 실시하기 위한 처리 장치와, 상기 처리 장치내를 진공배기하기 위해서 도중에 진공 펌프가 개재되어 설치된 진공 배기계와, 상기 진공 배기계에 개재되어 설치된 청구항 1 내지 13 중 어느 하나에 기재된 트랩 장치를 구비한 것을 특징으로 하는 처리 시스템이다.
청구항 15에 따른 발명은 상기 트랩 장치를 이용하여 실행되는 트랩 방법을 규정한 것으로, 즉 피처리체에 대하여 소정의 처리를 실시하는 처리 장치로부터 배출되는 배기 가스중에서 가스형상으로 되어 있는 불순물을 제거하는 불순물 제거 방법에 있어서, 상기 배기 가스중에 단열팽창에 의해 초음속 상태가 된 작동 유체를 불어넣어 상기 배기 가스와 혼합시킴과 더불어 상기 배기 가스의 온도를 상기 불순물의 임계점 이하로 저하시킴으로써 상기 불순물을 응축, 응고시키도록 한 것을 특징으로 하는 불순물 제거 방법이다.
이 경우, 예컨대 청구항 16에 규정한 바와 같이, 상기 작동 유체와 상기 배기 가스의 혼합은 분사되는 상기 작동 유체의 주위를 둘러싸도록 상기 배기 가스를 분사함으로써 실행된다.
또한, 예컨대 청구항 17에 규정한 바와 같이, 상기 작동 유체와 상기 배기 가스의 혼합은 분사되는 상기 배기 가스의 주위를 둘러싸도록 상기 작동 유체를 분사하는 것에 의해서 실행된다.
도 1은 본 발명에 따른 트랩 장치가 마련되는 처리 시스템의 일례를 도시한 개략 구성도,
도 2는 본 발명의 트랩 장치의 제1실시예를 도시한 단면도,
도 3은 본 발명의 트랩 장치의 제2실시예를 도시한 단면도,
도 4는 도 3중의 하나의 노즐 수단을 도시한 확대단면도,
도 5는 도 4중의 A-A선 화살표 단면도,
도 6은 본 발명의 트랩 장치의 제3실시예를 도시한 단면도,
도 7은 도 6중의 하나의 노즐 수단을 도시한 확대단면도,
도 8은 도 7중의 B-B선 화살표 단면도이다.
이하에, 이 발명에 따른 트랩 장치, 처리 시스템 및 불순물 제거 방법의 일실시예를 첨부 도면에 근거하여 상술한다.
<제1실시예>
도 1은 본 발명에 따른 트랩 장치가 마련되는 처리 시스템의 일례를 도시한 개략구성도, 도 2는 본 발명의 트랩 장치의 제1실시예를 도시한 단면도이다.
본 실시예에서는 피처리체로서의 반도체 웨이퍼의 표면에 고융점 금속화합물 가스로서 고융점 금속 할로겐화합물 가스인 TiCl4가스를 이용하여 플라즈마 CVD(chemical Vapor Deposition)에 의해 Ti막을 성막 처리하는 경우를 예로 들어 설명한다.
도 1에 도시하는 바와 같이, 이 처리 시스템(2)은 반도체 웨이퍼 W에 대하여 Ti막의 성막을 실제로 실시하는 처리 장치(성막 장치)(4)와, 이 처리 장치(4)내의 분위기를 진공배기하여 배기하는 진공 배기계(6)와, 이 진공 배기계(6)에 개재되어 설치된 본 발명의 트랩 장치(8)에 의해서 주로 구성된다.
우선, 처리 장치(4)에 대해서 설명하면, 이 처리 장치(4)는 예컨대 알루미늄제의 통체형상의 처리용기(10)를 갖고 있고, 이 처리용기(10)는 접지되어 있다. 이 처리용기(10)내에는 바닥부에서 도전성의 지주(12)를 거쳐서 탑재대(14)가 마련되어 있고, 이 상면에 피처리체로서의 반도체 웨이퍼 W를 탑재하여 유지하도록 되어 있다. 이 탑재대(14)는, 예컨대 Ni 등의 도전성재료로 이루어져 하부 전극을 겸용하는 것이고, 내부에는 반도체 웨이퍼 W를 가열하는 저항가열히터(16)가 매립되어 있다.
또한, 처리용기(10)의 천장부에는 원료 가스 등의 필요한 가스를 처리용기(10)내로 도입하는 샤워헤드(18)가 절연재(20)를 거쳐서 마련되어 있고, 이 샤워 헤드(18)에는 도중에 공급측 개폐 밸브(22)를 거쳐서 설치한 가스 공급통로(24)가 접속되고, 각각 유량 제어된 TiCl4가스, H2가스, Ar가스 등의 필요한 가스를 공급할 수 있도록 되어 있다. 또한, 각 가스를 각각 독립된 공급통로에서 공급하도록 해도 좋다.
또한, 이 샤워헤드(18)는 상부 전극을 겸하는 것이고, 이것에는 매칭 회로(26)를 거쳐서 예컨대 450kHz의 고주파 전원(28)이 접속되어, 탑재대(14)와 샤워 헤드(18)의 사이에 고주파에 의한 플라즈마를 발생시키도록 되어 있다. 또한, 이 고주파 전원(28)의 주파수는 450kHz에 한정되지 않고, 다른 주파수를 이용해도 좋고, 예컨대 13.56MHz 등을 이용하여도 좋다.
또, 처리용기(10)의 측벽에는 웨이퍼 W의 반출입을 실행하는 게이트밸브(30)가 마련되고, 바닥부 주변부에는 배기구(32)가 마련된다.
한편, 상술한 바와 같이 형성된 처리 장치(4)에 접속되는 진공 배기계(6)는 상기 배기구(32)에 접속되는, 예컨대 내경이 10cm 정도인 스테인레스제의 배기통로(34)를 갖고 있다. 이 배기통로(34)에는 배기 가스중의 가스형상의 불순물을 제거하기 위한 상기 트랩 장치(8), 처리용기(10)내의 분위기를 진공배기하는 진공 펌프(36) 및 배기 가스중에 잔류하는 불순물 가스를 완전히 제거하는 제해장치(38)가 이 순서로 하류측을 향해서 순차적으로 설치되어 있다.
또한, 이 배기통로(34)의 최상류측에는 이 배기통로(34)의 유로면적을 바꿔 처리용기(10)내의 압력을 제어하는 압력 제어밸브(40)가 개재되어 설치된다. 상기 압력 제어밸브(40)의 바로 하류측의 배기통로(34)에는 이 배기통로(34)내로 유량 제어된 암모니아(NH3)가스를 주입하는 암모니아 가스 노즐(42)이 마련되어 있고, 여기를 흐르는 배기 가스중에 암모니아 가스를 주입하여 배기 가스중에 포함되는 염화수소나 염소 가스와 이 암모니아 가스를 반응시켜 염화암모늄 등을 형성할 수 있게 되어 있다.
또한 상기 트랩 장치(8)의 바로 상류측 및 하류측의 배기통로(34)에는, 이 트랩 장치(8)의 장착 분리시 등에 이것을 배기통로(34)로부터 격리하기 위한 개폐 밸브(44)가 각각 설치되어 있다. 또한 상기 가스 공급통로(24) 및 상기 처리용기(10)와 상기 트랩 장치(8)의 사이의 배기통로(34)에는 각각 도면중 점선으로 도시하는 바와 같이 테이프 히터(46A, 46B)가 감겨 있어, 각 통로(24, 34)내를 흐르는 불순물 가스의 임계 온도(응축온도, 혹은 응고온도) 이상의 온도로 가열하여 통로(24, 34)내에서 불순물 가스가 액화하거나, 고화하거나 하는 것을 방지하도록 되어 있다.
그리고 본 발명에 따른 트랩 장치(8)는, 도 2에도 도시하는 바와 같이, 예컨대 알루미늄제의 상자형상으로 성형된 불순물 포집용기(50)를 갖고 있다. 이 불순물 포집용기(50)의 천장부에는 가스 입구(52)가 형성되어 있고, 이 가스 입구(52)에 상류측에서 연장하여 오는 배기통로(34)를 접속하여 배기 가스를 도입하도록 되어 있다. 또한 이 불순물 포집용기(50)의 1측벽에는 가스 출구(54)가 형성되어 있고, 이 가스 출구(54)에 하류측으로 연장하는 배기통로(34)를 접속하여 가스형상의 불순물이 제거된 배기 가스를 하류측으로 배출하도록 되어 있다. 또한, 상기 가스 입구(52) 및 가스 출구(54)의 설치위치는 특히 한정되지 않는다.
또한 상기 불순물 포집용기(50)의 다른 1측벽에는, 예컨대 개폐 가능하게 이루어진 개폐도어(56)로 되어 있고, 유지 보수시 등의 필요시에 이 개폐 도어(56)를 개폐할 수 있도록 되어 있다. 이 개폐도어(56)는 O링 등의 밀봉 부재(58)를 거쳐서 기밀하게 폐쇄된다. 또한 이 불순물 포집용기(50)내의 바닥부의 대략 전면에는 장착 분리 가능하게 이루어진 불순물 부착판(60)이 장착되어 있고, 이 상면에 응축, 응고시켜 예컨대 점도가 높은 액형상으로 된 불순물, 혹은 응축, 응고한 불순 물 M(도 2 참조)을 부착시키도록 되어 있다.
그리고, 이 불순물 부착판(60)에 대향하는 불순물 포집용기(50)의 천장부(62)에는 본 발명의 특징인 노즐 수단(64)이 마련되어 있다. 이 노즐 수단(64)에는 작동 가스 통로(66)를 거쳐서 작동 유체로서 예컨대 N2가스를 저류하는 작동 가스원(68)이 접속되어 있고, 소정의 압력의 N2가스를 상기 노즐 수단(64)을 향해서 공급할 수 있게 되어 있다. 또한 이 작동 가스 통로(66)의 도중에는 N2가스의 공급을 제어하는 개폐 밸브(70)가 설치되어 있다. 그리고, 상기 노즐 수단(64)의 바로 상류측의 작동 가스 통로(66)에는, 이 작동 유체중에 가스형상의 불순물이 응축, 응고할 때에 핵이 되는 물질을 도입하기 위한 핵 도입 수단(72)이 설치되어 있다.
이 응축, 응고의 기점이 되는 핵을 도입하는 핵 도입 수단(72)으로서는, 여기서는 상기 작동 가스 통로(66)에 장착한 가스노즐(72A)을 갖고 있고, 이 가스노즐(72A)에서 핵으로서 유량 제어된 수증기를 도입할 수 있도록 되어 있다. 그리고 상기 구성에 의해, 상기 노즐 수단(64)으로부터는 초음속 상태로 상기 작동 유체(N2가스)를 분사할 수 있도록 되어 있다. 이 결과, 단열팽창에 의해 초음속 상태가 된 작동 유체는, 불순물 포집용기(50)내로 불어넣어져 배기 가스와 혼합하면서 배기 가스를 냉각하여, 가스형상의 불순물을 이 임계점 이하로 냉각하여 응축, 응고할 수 있도록 되어 있다.
이 경우, 도 2에 도시하는 바와 같이 상기 노즐 수단(64)을 형성하는 노즐본체(74)는, 그 중심에 유로면적이 작동 유체의 흐름 방향을 따라서 점차 좁아져서, 가장 유로면적이 좁은 목부(74A)를 통과한 후에 점차로 확대한 것 같은 형상으로 되어 있고, 따라서, 그 최하단부의 단면이 대략 원형으로 이루어진 작동 유체 분사구(74C)로 되어있다. 이러한 노즐 수단(64)으로서는, 예컨대 라발 노즐을 이용할 수 있다.
다음에, 이상과 같이 구성된 처리 시스템을 이용하여 실행되는 불순물 제거 방법에 대하여 설명한다.
우선, Ti막의 성막시에는 처리 장치(4)의 처리용기(10)내의 탑재대(14)상에 반도체 웨이퍼 W를 탑재하고, 그리고 이것을 소정의 온도로 승온가열 유지한다. 이것과 동시에, 하부 전극인 탑재대(14)와 상부 전극인 샤워헤드(18)의 사이에 고주파 전압을 인가하고, 또한 샤워헤드(14)로부터 TiCl4가스, H2가스, Ar가스 등의 소정의 가스를 유량 제어하면서 흘리고, 처리공간에 플라즈마를 일으켜 Ti막의 성막을 실행한다. 이것과 동시에, 진공 배기계(6)도 구동하여 처리용기(10)내의 분위기를 진공배기하여 내부를 소정의 압력으로 유지한다.
이때의 프로세스 조건에 관해서는, 예컨대 웨이퍼 사이즈가 8인치 사이즈라고 가정하면, 프로세스압력은 665Pa(≒5Torr), 프로세스온도는 650℃정도, TiCl4가스의 유량은 5sccm정도, H2가스의 유량은 2000sccm정도, Ar 가스 유량은 500sccm정도이다.
상기 Ti막의 성막반응에 의해서, TiCl4가스는 약 10% 정도 소비되지만, 나머 지 약 90% 정도는 미반응 가스로서, 또한 TiCl2나 TiCl3나 HCl 등의 반응 부생성물로서 배기 가스와 함께 배기구(32)에서 진공 배기계(6)의 배기통로(34)내로 유입하여 이것을 유하하고, 이 배기 가스는 또한 트랩 장치(8), 진공 펌프(36) 및 제해장치(38)의 순서로 순차적으로 흘러간다. 여기서, 상기 미반응 가스나 반응 부생성물 중 특히 TiCl4가스는 비교적 증기압이 높기 때문에 트랩되기 어렵지만, 암모니아 가스 노즐(42)로부터 반응 가스로서 NH3가스를 배기통로(34)중에 도입하고 있어, 이에 따라, NH3가스와 주로 TiCl4가스를 반응시켜 TiCl4·2NH3의 착체로 이루어지는 화합물을 형성하고 있다. 이 착체는 TiCl4가스보다도 훨씬 증기압이 낮고, 예컨대 TiCl4가스는 21.3℃에서 1300Pa이지만, 상기 착체는 21.3℃에서 1×10-4Pa 정도이다. 또한, HCl가스도 NH3가스와 반응하여 NH4Cl가스가 되는데, 이것도 증기압이 낮다.
이와 같이, 주로 미반응 잔류 가스를 NH3가스와 반응시켜 증기압이 낮은 화합물로 변환되고, 또한 반응 부생성물인 HCl를 NH3가스와 반응시켜 증기압이 낮은 화합물로 변환되어, 트랩 장치(8)내에서 비교적 포집하기 쉽게 되어 있다. 상기 착체나 NH4Cl 등으로 이루어지는 가스형상의 불순물은 배기 가스중에 포함되어, 트랩 장치(8)의 가스 입구(52)로부터 불순물 포집용기(50)내로 도입되게 된다.
여기서, 이 불순물 포집용기(50)내로는, 이 천장부에 마련한 노즐 수단(64) 으로부터 작동 유체로서 N2가스가 단열팽창에 의해 초음속 상태로 불어 넣어지고 있다. 이 N2가스는 단열팽창을 함으로써 스스로는 온도가 저하하(이것을 자연 대류 냉각이라고도 칭함)면서 배기 가스와 혼합하고, 이것에 의해서 배기 가스를 냉각하기 때문에 상기 가스형상의 불순물은 임계점 이하로 냉각되어 응축하고, 혹은 응고하여 석출하고, 이 불순물 M은 불순물 포집용기(50)내의 바닥부에 마련한 불순물 부착판(60)에 부착하여 퇴적함으로써 포집되게 된다. 이렇게하여 가스형상의 불순물이 제거된 배기 가스는, 가스 출구(54)에서 배출되어 하류측의 진공 펌프(36)쪽으로 흘러간다.
이와 같이, 압력차를 작동 유체인 N2가스의 운동에너지로 효율적으로 변환하여 초음속 상태를 실현할 수 있는 노즐, 예컨대 라발 노즐을 이용하여, N2가스가 단열팽창하여 초음속 상태가 되는 때에 자연 대류 냉각하는 냉열에 의해 가스형상의 불순물을 냉각하여 응축, 응고시키도록 했기 때문에, 가스형상의 불순물을 효율적으로 배기 가스중에서 제거할 수 있다.
또한 종래의 트랩 장치에서 이용한 냉각핀 등을 사용하지 않으므로, 냉각효율을 항상 높게 유지할 수 있고, 더구나, 포집된 불순물이 증가하더라도 배기 콘덕턴스에 악영향을 부여하는 일도 없다. 더구나, 상술한 바와 같이 냉각핀 등을 이용하고 있지 않기 때문에, 트랩 장치(8)의 전체구성도 간단화할 수 있다. 또한, 이 때의 작동 유체의 유량은, 상류측의 처리용기(10)내의 압력 제어에 악영향을 부여하지 않는 것 같은 유량으로 한다.
또 상기 작동 유체인 N2가스중에는 핵 도입 수단(72)으로부터 도입된 수증기가 포함되어 있기 때문에, 이것이 불순물 포집용기(50)내에서 냉각되어 미세한 얼음입자가 되어 핵으로서 기능하여, 상기 가스형상의 불순물이 과냉각되는 일없이 상기 얼음 입자를 핵으로서 응축, 응고하여 석출하게 되어, 이 결과, 불순물의 포집효율을 한층더 높이는 것이 가능해진다. 또한, 상기 핵 도입 수단(72)을 불순물 포집용기(50)에 마련하여, 수증기를 이 불순물 포집용기(50)내에 직접적으로 도입하도록 해도 좋다. 이 점은 후술하는 다른 실시예에서도 마찬가지이다.
또한 이 트랩 장치(8)의 유지 보수시에는, 개폐도어(56)를 분리한 후에, 장착 분리 가능하게 이루어진 불순물 부착판(60)을 불순물 포집용기(50)로부터 꺼내고, 이 불순물 부착판(60)의 상면에 부착되어 있는 불순물 M을 세정하여 제거하는 것만으로 끝나기 때문에, 유지 보수작업성도 대폭 향상시킬 수 있다.
또한, 이 제1실시예에서는 본 발명의 이해를 쉽게 하기 위해서, 노즐 수단(64)을 1기만 마련한 경우를 예로 들어 설명했지만, 이 노즐 수단(64)을 복수개 병렬시켜 마련하도록 하여, 각 노즐 수단(64)으로부터 불순물 포집용기(50)내로 수증기가 혼입된 작동 유체를 분사하여 불어넣도록 해도 좋다.
<제2실시예>
다음에 본 발명의 제2실시예에 대하여 설명한다. 이 제2실시예에서는 앞의 제1실시예의 노즐 수단(64)의 구조를 조금 변경하여, 이것을 복수개 병렬로 마련한 구성으로 되어있다.
도 3은 이러한 본 발명의 트랩 장치의 제2실시예를 도시한 단면도, 도 4는 도 3중의 하나의 노즐 수단을 도시한 확대단면도, 도 5는 도 4중의 A-A선 화살표 단면도이다. 또한, 도 1 및 도 2에 도시한 부분과 동일 구성 부분에 대해서는 동일 부호를 부여하여 그 설명을 생략한다.
도시하는 바와 같이, 여기서는 불순물 포집용기(50)의 전단측에 처리용기(10)측에서 흘러오는 배기 가스를 일시적으로 체류 내지 저류하기 위한 예컨대 스테인레스제의 전단 체류실(80)을 갖고 있다. 이 전단 체류실(80)의 측벽의 일부에 가스 입구(82)가 마련되어 있고, 이 가스 입구(82)에 상류측의 배기통로(34)를 접속하여 배기 가스를 유입시키도록 되어 있다.
그리고, 상기 전단 체류실(80)의 길이 방향의 측벽과 상기 불순물 포집용기(50)의 천장부(62)의 사이에는, 전단 체류실(80)과 불순물 포집용기(50)내를 연통하도록 하여 복수, 도시예에서는 9개의 연통로(84)가 병렬로 마련되어 있고, 이 연통로(84)를 거쳐서 전단 체류실(80)내의 배기 가스를 불순물 포집용기(50) 안쪽으로 흘리도록 되어 있다. 이 연통로(84)는, 도 4에도 도시하는 바와 같이, 배기 가스의 흐름 방향을 따라서 그 내경이 순차적으로 작아져 원추형으로 이루어진 도입관(86)과, 이 도입관(86)에 연결되는 원통체형상의 혼합관(88)과, 이 혼합관(88)에 연결되어 배기 가스의 흐름 방향을 따라서 그 내경이 순차적으로 커진 확산관(90)에 의해서 주로 구성되어 있다.
한편, 상기 전단 체류실(80)내에는 상기 작동 가스 통로(66)에 접속되는 소 정의 크기의 작동 가스 헤더(92)가 마련되어 있고, 이 작동 가스 헤더(92)내에 응축, 응고의 기점이 되는 수증기가 함유된 작동 가스를 도입하도록 되어 있다. 그리고, 상기 작동 가스 헤더(92)로부터 상기 각 연통로(84)를 향해서, 도 2에서 설명한 것과 마찬가지인 구조의 노즐 수단(64)이 연장되어 설치되어 있다. 이 노즐 수단(64)의 노즐본체(74)의 선단부는, 도 4에도 도시하는 바와 같이, 상기 도입관(86)과 혼합관(88)의 접합부에 대략 위치되어 있고, 비접촉 상태로 이루어져 있다.
따라서, 이 부분에 있어서 도 5에도 도시한 바와 같이, 중심부에서는 단면이 대략 원형인 작동 유체 분사구(74C)가 형성되고, 이 작동 유체 분사구(74C)의 주위를 둘러싸도록 하여 단면이 대략 링형상인 배기 가스 도입구(94)가 형성되게 되고, 이 배기 가스 도입구(94)로부터 배기 가스가 불순물 포집용기(50)내를 향해서 도입된다. 여기서 상기 노즐본체(74)는 전술한 바와 같이, 그 중심에 유로면적이 작동 유체의 흐름 방향을 따라서 점차로 좁아지고, 가장 유로면적이 좁은 목부(74A)를 통과한 후에 점차로 확대하는 것 같은 형상으로 되어 있고, 따라서 그 최하단부의 단면이 대략 원형으로 이루어진 작동 유체 분사구(74C)로 되어있다. 이러한 노즐 수단(64)으로서는 상술한 바와 같이 예컨대 라발 노즐을 이용할 수 있다.
이렇게 하여, 노즐 수단(64)으로부터 초음속 상태의 작동 유체를 분사하도록 한 결과, 이 노즐 수단(64)은 이젝터 펌프와 같은 펌프기능을 갖게 되고, 배기 가스 도입구(94)로부터의 배기 가스는 작동 가스의 분류로 흘러가게 되어 배기측을 향하여 흐르게 되어 있다.
또한, 이 혼합관(88)과 확산관(90)의 외주벽에는, 예컨대 테이프 히터와 같 은 부착 방지용 가열 수단(96)이 마련되어 있고, 이것을 가스형상의 불순물의 임계 온도 이상으로 가열함으로써, 이 내벽면에 불순물이 응축, 응고하여 부착하는 것을 방지하도록 되어 있다.
이 제2실시예의 경우에는, 기본적으로는 제1실시예의 경우와 마찬가지인 작용 효과를 발휘할 수 있다. 예컨대 처리용기(10)측에서 흘러오는 배기 가스는 전단 체류실(80)내에서 전체로 확산하고, 각 연통로(84)를 거쳐서 병행하여 불순물 포집용기(50)내측으로 도입되게 된다. 이것과 동시에, 작동 가스 헤더(92)를 거쳐서 각 노즐 수단(64)의 작동 유체 분출구(74C)에서는, 작동 유체로서 예컨대 N2가스가 단열팽창에 의해 초음속 상태로 분사된다. 이 초음속 상태의 N2가스는 링형상의 배기 가스 도입구(94)로부터 도입되는 배기 가스와 혼합관(88)내에서 혼합되면서 확산관(90)내를 확산되어 불순물 포집용기(50)내에 도달하고, 가스형상의 불순물을 냉각하여 응축, 응고시켜, 불순물 부착판(60)상에 불순물 M이 부착하게 된다. 이에 따라, 제1실시예의 경우와 마찬가지로, 배기 가스중에서 불순물을 효율적으로 제거할 수 있다. 특히 복수개의 노즐 수단(64)을 병렬로 마련했기 때문에, 그 만큼 불순물의 제거효율을 높일 수 있다.
또한 작동 유체중에 예컨대 수증기와 같은 핵을 혼입시킴으로써, 제1실시예의 경우와 같이, 가스형상의 불순물의 과냉각을 없애, 이 불순물의 제거효율을 한층더 높일 수 있다. 또한, 종래의 트랩 장치는 배기콘덕턴스를 저하시키도록 작용하는 데 대하여, 이 제2실시예에서는 노즐 수단(64)은 펌프기능을 발휘하여 작동 유체 분사구(74C)의 주위에 마련한 링형상의 배기 가스 도입구(94)로부터의 배기 가스를 말려 들어가게 하도록 하여 배기측으로 흘러가게 하도록 작용하기 때문에, 배기콘덕턴스를 높일 수 있어, 배기계에 악영향을 부여하는 일이 없다. 또한 혼합관(88)이나 확산관(90)에는 부착 방지용 가열 수단(96)을 마련하여 이것을 가열하도록 하고 있기 때문에, 이 내벽면측에 불순물이 부착하는 것을 방지할 수 있다.
여기서 도 4에 도시하는 구성에 있어서, 각부에서의 온도, 압력, 유속 등의 각 파라미터에 대하여 검토한 결과, 다음에 나타내는 것 같은 결과를 얻을 수 있었다.
노즐 입구에서의 작동 유체 압력 P1:1.33×104Pa(≒0.1atm)
작동 가스원(68)내의 작동 유체의 가스 온도 T1:293K(20℃)
노즐 입구에서의 작동 유체 유속 U1:O.Om/s(초음속에 비교하면 제로라고 간주할 수 있다)
가스의 비열비k : 1.4
배기 가스 도입구(94)의 배기 가스의 압력 Pe2:133Pa
배기 가스 도입구(94)의 배기 가스의 온도 Te2:423K(150℃)
배기 가스 도입구(94)의 배기 가스의 속도 Ue2:328.2m/s
배기 가스 도입구(94)의 면적 Se:808.5mm2
작동 유체 분사구(74C)의 면적 Sn:1155.0mm2
혼합관(88)의 직경 D1:50.0mm
확산관(90)의 출구직경 D2:53.9mm
상기한 바와 같은 파라미터를 설정했을 때, 이하에 도시하는 것과 같은 결과를 얻었다.
노즐 출구에서의 압력 Pn2:133Pa(≒0.001atm)
노즐 출구에서의 작동 유체 온도 Tn2:78.6K(-194.4℃)
노즐 출구에서의 작동 유체 속도 Un2:656.4m/s(초음속 상태)
혼합관(88)의 출구에서의 압력 P4:133Pa
혼합관(88)의 출구에서의 혼합 가스의 온도 T4:150.8K(-122.2℃)
혼합관(88)의 출구에서의 혼합 가스의 속도 U4:413.3m/s
확산관(90)의 출구에서의 압력 P5:189.9Pa
확산관(90)의 출구에서의 혼합 가스의 온도 T5:167.0K(-106.0℃)
확산관(90)의 출구에서의 혼합 가스의 속도 U5:372m/s
이상에 나타낸 바와 같이, 작동 유체가 노즐의 출구에서 초음속 상태로 분사된 후에 혼합관(88), 확산관(90)을 지나서 불순물 포집용기(50)내에 이를 때까지, 혼합 가스의 온도는 매우 낮게 할 수 있는 것을 확인할 수 있었다.
<제3실시예>
다음에 본 발명의 제3실시예에 대하여 설명한다. 이 제3실시예에서는 앞의 제2실시예의 노즐 수단(64)의 구조에 관해서, 중심측과 외주측을 역전시킨 구조로 하고, 중심측으로부터 배기 가스를 흘려, 외주측으로부터 작동 유체를 분사시키도록 한 것이다.
도 6은 이러한 본 발명의 트랩 장치의 제3실시예를 도시한 단면도, 도 7은 도 6중의 하나의 노즐 수단을 도시한 확대단면도, 도 8은 도 7중의 B-B선 화살표 단면도이다. 또한, 도 3 내지 도 5에 도시한 부분과 동일 구성 부분에 대해서는 동일 부호를 부여하여 그 설명을 생략한다.
도시하는 바와 같이, 여기서도 제2실시예와 같이, 불순물 포집용기(50)의 전단측에 처리용기(10)측에서 흘러오는 배기 가스를 일시적으로 체류 내지 저류하기 위한 예컨대 스테인레스제의 전단 체류실(80)을 갖고 있다. 이 전단 체류실(80)의 측벽의 일부에 가스 입구(82)가 마련되어 있고, 이 가스 입구(82)에 상류측의 배기통로(34)를 접속하여 배기 가스를 유입시키도록 되어 있다.
그리고, 상기 전단 체류실(80)의 길이 방향의 측벽으로부터는 대략 원통형의 복수의, 도시예에서는 6개의 노즐본체(100)가 불순물 포집용기(50)를 향해서 연장시켜 설치되어 있다. 또한 전단 체류실(80)과 상기 불순물 포집용기(50)의 사이에는 작동 가스 통로(66)에 접속된 소정의 크기의 작동 가스 헤더(92)가 개재되어 설치되어 있다.
그리고, 상기 작동 가스 헤더(92)의 길이 방향의 측벽과 상기 불순물 포집용기(50)의 천장부(62)의 사이에는, 작동 가스 헤더(92)와 불순물 포집용기(50)내를 연통하도록 하여 복수, 도시예에서는 6개의 연통로(102)가 병렬로 마련되어 있고, 이 연통로(102)를 거쳐서 작동 가스 헤더(92)내의 작동 유체를 불순물 포집용기(50) 안쪽으로 흘리도록 되어 있다. 이 연통로(102)는 도 7에도 도시하는 바와 같이, 작동 유체의 흐름 방향을 따라서 그 내경이 순차적으로 작아져 원추형으로 이루어진 도입관(104)과, 이 도입관(104)에 연결되는 원통체형상의 혼합관(106)과, 이 혼합관(106)에 연결되어 배기 가스(작동 유체)의 흐름 방향을 따라서 그 내경이 순차적으로 커진 확산관(108)으로 주로 구성되어 있다.
여기서 상기 도입관(104)과 혼합관(106)으로 노즐 외통(110)이 구성되어 있고, 이 노즐 외통(110)과 상기 노즐 본체(100)로 노즐 수단(112)을 형성하고 있다. 구체적으로는, 상기 노즐 본체(100)는 상기 작동 가스 헤더(92)의 1측벽을 기밀하게 관통하여 헤더 내부로 삽입되고, 이 노즐본체(100)의 선단부는 상기 혼합관(106)의 도중까지 끼워 통해져 비접촉 상태로 이루어져 있다. 그리고, 상기 노즐본체(100)의 선단부의 외주에는 유로면적이 작동 유체의 흐름 방향을 따라서 점차로 좁아지고 유로면적이 가장 좁은 목부(100A)를 통과한 후에 점차로 확대한 것 같은 형상이 되는 단면 볼록 형상으로 이루어진 조임부(112)가 링형상으로 형성되어 있고, 이 유로를 작동 유체가 통과했을 때에 X부와 Y부(도 7참조)의 차압이 유효하게 속도로 변환되어 저온에서 초음속의 상태를 실현할 수 있게 되어 있다.
따라서, 도 8에도 도시하는 바와 같이, 중심부에서는 단면이 대략 원형인 배기 가스 도입구(114)가 형성되고, 이 배기 가스 도입구(114)의 주위를 둘러싸도록 하여 단면이 대략 링형상인 작동 유체 분사구(100C)가 형성되게 되고, 상기 배기 가스 도입구(114)로부터 배기 가스가 불순물 포집용기(50)내를 향해서 도입된다. 또한, 상기 작동 유체 분사구(100C)에서 작동 유체가 분사된다. 또한, 상기 단면 볼록 형상의 조임부(112)는 노즐본체(100)측이 아니라, 혼합관(106)의 내면측에 마련하도록 해도 좋고, 혹은 양자에 마련하도록 해도 좋고, 어느 쪽이든 작동 유체를 초음속 상태로 분사할 수 있는, 이른바 라발 노즐을 형성할 수 있다면, 그 형상은 묻지 않는다.
이 제3실시예의 경우에도, 앞의 제1실시예 및 제2실시예와 마찬가지인 작용 효과를 발휘할 수 있다. 즉, 배기 가스는 노즐본체(100)의 중심을 통하여 배기 가스 도입구(114)로부터 방출되고, 또한 작동 유체인 N2가스는 작동 가스 헤더(92)로부터 도입관(104)내 및 목부(100A)를 통하여 링형상의 작동 유체 분사구(100C)로부터 분사된다. 이 때 이 N2가스는 단열팽창의 결과, 자연 대류 냉각하여 저온에서 초음속의 상태가 되어 분사되기 때문에, 전술한 바와 같이 배기 가스를 말려 들어가게 하면서 가스형상의 불순물을 응축, 응고하게 된다. 이 경우, 제2실시예의 경우와 마찬가지로, 이 노즐 수단(112)은 펌프기능을 발휘하기 때문에, 배기콘덕턴스에 악영향을 부여하는 것을 방지할 수 있다.
또한, 이 제3실시예의 경우에는 배기 가스의 주위를 둘러싸도록 하여 작동 유체인 N2가스가 흐르게 되기 때문에, 배기 가스가 혼합관(106)의 내벽면이나 확산관(108)의 내벽면에 직접 접촉하는 것을 피할 수 있다. 따라서, 상기 응축, 응고한 불순물이 상기 혼합관(106)이나 확산관(108)의 내벽면에 부착하는 것을 방지할 수 있다. 또한, 이 제3실시예의 경우에서도, 상기 불순물의 부착을 완전히 방지하 기 위해서 제2실시예와 같이 부착 방지용 가열 수단(96)을 마련하도록 해도 좋다.
또한, 상기 각 실시예에서는, 응축, 응고의 기점이 되는 핵을 형성하기 위해서, 수증기를 도입하여 이것을 빙결시키도록 했지만, 이것에 한정되지 않고, 세라믹이나 석영 등의 파우더를 이용하도록 해도 좋다. 또한 작동 유체에 관해서도 N2가스에 한정되지 않고, Ar가스나 He가스 등의 불활성 가스, H2가스 등을 이용해도 좋다.
또한 성막하는 막종에 관해서도 Ti막에 한정되지 않고, 반응 부생성물이나 미반응물질을 배기 가스중에서 제거할 필요가 있는 모든 성막 장치, 혹은 처리 장치에 본 발명을 적용할 수 있다.
또한, 상기 각 실시예에서는 피처리체로서 반도체 웨이퍼를 예로 들어 설명했지만, 이것에 한정되지 않고, 유리 기판, LCD 기판 등에도 적용할 수 있는 것은 물론이다.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명의 트랩 장치, 처리 시스템 및 불순물 제거 방법에 의하면, 노즐 수단에 의해 단열팽창하여, 초음속 상태가 된 작동 유체를 배기 가스중에 불어넣음으로써, 배기 가스를 냉각하여 가스형상의 불순물을 응축, 응고하여 포집시키도록 했기 때문에, 냉각효율을 항상 높게 유지할 수 있고, 따라서, 포집효율도 항상 높게 유지할 수 있다. 또한, 종래의 트랩 장치에서 이용한 냉각핀 등과 같은 복잡한 구조물이 없어도 되므로, 불순물 포집용기내에 응축, 응고에 의해 부착한 예컨대 점성이 있는 포집물을 제거하는 유지 보수작업을 할 때에, 이 유지 보수작업을 신속하게, 또한 용이하게 실행할 수 있다. 또한, 부착 방지용 가열 수단에 의해 혼합관이나 확산관이 가열되고 있기 때문에, 이 내벽면에 불순물이 예컨대 점성이 있는 고형물형상이 되어 부착하는 것을 방지할 수 있다. 또한, 배기 가스중에 핵을 도입하도록 했기 때문에, 가스형상의 불순물이 과냉각 상태가 되는 것을 방지하여 이 응축, 응고를 촉진할 수 있기 때문에, 불순물의 포집효율을 한층더 향상시킬 수 있다.

Claims (17)

  1. 피처리체에 대하여 소정의 처리를 실시하는 처리 장치내를 진공배기하기 위한 진공 펌프를 갖는 진공 배기계에 개재되어 설치되고, 상기 진공 배기계내를 흐르는 배기 가스중에 포함되는 가스형상의 불순물을 제거하기 위한 트랩 장치에 있어서,
    상기 진공 배기계의 배기통로에 개재되어 설치된 불순물 포집용기와,
    단열팽창에 의해 초음속 상태가 된 작동 유체를 불어넣어 상기 배기 가스와 혼합시킴과 동시에 상기 불순물 포집용기내에서 상기 불순물의 임계점 이하로 상기 배기 가스의 온도를 저하시키는 노즐 수단을 구비한 것을 특징으로 하는
    트랩 장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 노즐 수단은 상기 불순물 포집용기에 대하여 복수개 병렬로 마련되는 것을 특징으로 하는
    트랩 장치.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 노즐 수단은 그 유로면적이 작동 유체의 흐름 방향을 따라서 점차로 좁아져 목부를 통과한 후에 점차로 확대하도록 이루어진 노즐본체를 갖는 것을 특징으로 하는
    트랩 장치.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 노즐 본체는 단면이 대략 원형으로 형성된 작동 유체 분사구를 갖고 있고, 상기 작동 유체 분사구의 주위를 둘러싸도록 하여 상기 배기 가스를 상기 불순물 포집용기측을 향해서 도입하기 위한 링형상의 배기 가스 도입구가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는
    트랩 장치.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 노즐본체는 단면이 대략 링형상으로 형성된 작동 유체 분사구를 갖고 있고, 그 중심부에는 상기 배기 가스를 상기 불순물 포집용기측을 향해서 도입하기 위한 대략 원형의 배기 가스 도입구가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는
    트랩 장치.
  6. 제 4항에 있어서,
    상기 배기 가스 도입구로 향하는 배기 가스를 일시적으로 체류시키기 위한 전단 체류실이 마련되는 것을 특징으로 하는
    트랩 장치.
  7. 제 4항에 있어서,
    상기 노즐 수단의 선단부측에는, 상기 작동 유체 분사구에서 분사된 초음속의 작동 유체와 상기 배기 가스 도입구에서 집어넣은 배기 가스를 혼합시키는 혼합관과, 그 유로면적을 순차적으로 확대시켜서 펌프기능을 가지게 한 확산관을 순차적으로 연결시켜 마련하고 있는 것을 특징으로 하는
    트랩 장치.
  8. 제 7항에 있어서,
    상기 혼합관과 상기 확산관은 상기 불순물이 응축, 응고하여 부착하는 것을 방지하기 위한 부착 방지용 가열 수단이 설치되어 있는 것을 특징으로 하는
    트랩 장치.
  9. 제 1항에 있어서,
    상기 혼합 가스중에 있어서의 상기 가스형상의 불순물이 응축, 응고할 때에 핵이 되는 물질을 도입하기 위한 핵 도입 수단이 설치되어 있는 것을 특징으로 하는
    트랩 장치.
  10. 제 1항에 있어서,
    상기 불순물 포집용기에는 상기 응축, 응고된 불순물을 부착시키기 위한 불순물 부착판이 장착 분리 가능하게 설치되는 것을 특징으로 하는
    트랩 장치.
  11. 제 1항에 있어서,
    상기 노즐 수단은 라발 노즐인 것을 특징으로 하는
    트랩 장치.
  12. 제 1항에 있어서,
    상기 작동 유체는 N2, H2, Ar, He 중 어느 하나의 가스로 이루어지는 것을 특징으로 하는
    트랩 장치.
  13. 제 1항에 있어서,
    상기 처리 장치는 피처리체에 대하여 성막 처리를 실시하기 위한 성막 장치인 것을 특징으로 하는
    트랩 장치.
  14. 피처리체에 대하여 소정의 처리를 실시하기 위한 처리 장치와,
    상기 처리 장치내를 진공배기하기 위해서 진공 펌프가 마련된 진공 배기계와,
    상기 진공 배기계에 개재되어 설치된 청구항1에 기재된 트랩 장치를 구비한 것을 특징으로 하는
    처리 시스템.
  15. 피처리체에 대하여 소정의 처리를 실시하는 처리 장치로부터 배출되는 배기 가스중에서 가스형상으로 되어 있는 불순물을 제거하는 불순물 제거 방법에 있어서,
    상기 배기 가스중에 단열팽창에 의해 초음속 상태가 된 작동 유체를 불어넣어 상기 배기 가스와 혼합시킴과 더불어, 상기 배기 가스의 온도를 상기 불순물의 경계점 이하로 저하시킴으로써, 상기 불순물을 응축, 응고시키도록 한 것을 특징으로 하는
    불순물 제거 방법.
  16. 제 15항에 있어서,
    상기 작동 유체와 상기 배기 가스의 혼합은, 분사되는 상기 작동 유체의 주위를 둘러싸도록 상기 배기 가스를 분사함으로써 실행되는 것을 특징으로 하는
    불순물 제거 방법.
  17. 제 15항에 있어서,
    상기 작동 유체와 상기 배기 가스의 혼합은, 분사되는 상기 배기 가스의 주위를 둘러싸도록 상기 작동 유체를 분사함으로써 실행되는 것을 특징으로 하는
    불순물 제거 방법.
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