KR20210101121A - 배기 배관 장치 - Google Patents

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KR20210101121A
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piping
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히로시 마츠바
아키히로 오이시
히로유키 후쿠미즈
가즈아키 쿠리하라
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키오시아 가부시키가이샤
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Abstract

실시 형태의 배기 배관 장치는, 성막 챔버와 상기 성막 챔버 내를 배기하는 진공 펌프 사이에 배치되는 배기 배관의 일부로서 사용되는 배기 배관 장치이며, 배관 본체와, 코일과, 내부관과, 플라스마 생성 회로를 구비한다. 코일은, 상기 배관 본체의 내측에 배치된다. 내부관은, 상기 코일의 내측에 배치된 유전체이다. 플라스마 생성 회로는, 상기 코일을 사용하여, 상기 내부관의 내측에 플라스마를 생성시킨다.

Description

배기 배관 장치{EXHAUST PIPE DEVICE}
[관련 출원]
본 출원은, 일본 특허 출원 제2020-19685호(출원일: 2020년 2월 7일)를 기초 출원으로 하는 우선권을 향수한다. 본 출원은 이 기초 출원을 참조함으로써 기초 출원의 모든 내용을 포함한다.
본 발명의 실시 형태는, 배기 배관 장치에 관한 것이다.
화학 기상 성장(CVD) 장치로 대표되는 성막 장치에서는, 원료 가스를 성막 챔버 내에 도입하여, 성막 챔버에 배치되는 기판 상에 원하는 막을 성막한다. 그리고, 성막 챔버 내에 잔존하는 원료 가스는, 배기 배관을 경유하여 진공 펌프에 의해 배기된다. 그때, 원료 가스에 기인하는 생성물이 배기 배관 내에 퇴적되어, 배기 배관을 폐색시켜 버린다고 하는 문제나, 배기 배관보다도 하류측의 진공 펌프 내에 퇴적되어, 진공 펌프를 정지시켜 버린다고 하는 문제가 있었다. 이러한 퇴적물의 제거에는, 리모트 플라스마 소스(RPS) 장치에 의한 클리닝 처리가 실시된다. 그러나, RPS 장치는 일반적으로 성막 챔버 내의 클리닝을 주안으로 하고 있으므로, RPS 장치로부터 거리가 이격된 진공 펌프 근방의 배기 배관 내 및 진공 펌프 내에 퇴적되는 생성물까지 클리닝하기에는 클리닝 성능이 불충분하였다.
실시 형태는, 진공 펌프 근방의 배기 배관 내부에 퇴적되는 생성물을 제거하는 것이 가능한 배기 배관 장치를 제공한다.
실시 형태의 배기 배관 장치는, 성막 챔버와 상기 성막 챔버 내를 배기하는 진공 펌프 사이에 배치되는 배기 배관의 일부로서 사용되는 배기 배관 장치이며, 배관 본체와, 코일과, 내부관과, 플라스마 생성 회로를 구비한다. 코일은, 상기 배관 본체의 내측에 배치된다. 내부관은, 상기 코일의 내측에 배치된 유전체이다. 플라스마 생성 회로는, 상기 코일을 사용하여, 상기 내부관의 내측에 플라스마를 생성시킨다.
도 1은 제1 실시 형태에 있어서의 반도체 제조 장치의 배기계의 구성의 일례를 도시하는 구성도.
도 2는 제1 실시 형태에 있어서의 배기 배관 장치의 일례의 정면 방향으로부터 본 단면도.
도 3은 제1 실시 형태에 있어서의 배기 배관 장치의 일례의 상면 방향으로부터 본 단면도.
도 4는 제1 실시 형태의 비교예에 있어서의 배기 배관 장치의 일례의 정면도.
도 5는 제2 실시 형태에 있어서의 배기 배관 장치의 일례의 정면 방향으로부터 본 단면도.
도 6은 제3 실시 형태에 있어서의 배기 배관 장치의 일례의 정면 방향으로부터 본 단면도.
도 7은 제4 실시 형태에 있어서의 배기 배관 장치의 일례의 정면 방향으로부터 본 단면도.
이하, 실시 형태에서는, 진공 펌프 근방의 배기 배관 내부에 퇴적되는 생성물을 제거하는 것이 가능한 배기 배관 장치에 대하여 설명한다.
(제1 실시 형태)
도 1은 제1 실시 형태에 있어서의 반도체 제조 장치의 배기계의 구성의 일례를 도시하는 구성도이다. 도 1의 예에서는, 반도체 제조 장치로서, 성막 장치, 예를 들어 화학 기상 성장(CVD) 장치(200)를 도시하고 있다. 도 1의 예에서는, 2개의 성막 챔버(202)를 배치한 멀티 챔버 방식의 CVD 장치(200)가 도시되어 있다. CVD 장치(200)에서는, 원하는 온도로 제어된 성막 챔버(202) 내에, 성막 대상인 반도체 기판[204(204a, 204b)]을 배치한다. 그리고, 진공 펌프(400)에 의해 배기 배관(150, 152)을 통해 진공화를 행하고, 압력 조절 밸브(210)에 의해 원하는 압력으로 제어된 성막 챔버(202) 내에 원료 가스를 공급한다. 성막 챔버(202) 내에서는, 원료 가스의 화학 반응에 의해 원하는 막이 기판(204) 상에 성막된다. 예를 들어, 실란(SiH4)계의 가스를 주원료 가스로서 도입하여, 실리콘 산화막(SiO막)이나 실리콘 질화막(SiN막)을 성막한다. 그 밖에, 예를 들어 테트라에톡시실란(TEOS) 가스 등을 주원료 가스로서 도입하여, 실리콘 산화막(SiO막)을 성막한다. 이들 막을 성막할 때, 성막 챔버(202) 내 및 배기 배관(150, 152) 내에는, 원료 가스에 기인하는 생성물이 퇴적된다. 그 때문에, 성막 프로세스 사이클에서는, 성막 공정 외에 클리닝 공정이 실시된다.
클리닝 공정에서는, 성막 챔버(202)의 상류측에 배치되는 리모트 플라스마 소스(RPS) 장치(300)에 삼불화질소(NF3) 가스 등의 클리닝 가스나 아르곤(Ar) 가스 등의 퍼지 가스를 공급하여, 플라스마에 의해 불소(F) 라디칼을 생성한다. 그리고, 성막 챔버(202) 내 및 배기 배관(150)측에 F 라디칼을 공급(확산)함으로써, 퇴적되는 생성물의 클리닝을 행하고 있다. 클리닝에 의해 퇴적물을 분해한 후에 생성되는, 예를 들어 사불화규소(SiF4)는, 휘발성이 높기 때문에, 배기 배관(150, 152)을 통해 진공 펌프(400)로부터 배기된다.
그러나, 배기 배관(150, 152) 중 성막 챔버(202)로부터 거리가 이격된 부분까지는, F 라디칼이 도달하기 어려워, 클리닝 성능이 열화되어 버린다. 특히, 진공 펌프(400)의 흡기구에 가까운 위치에서는, 압력이 낮아지기 때문에 클리닝 레이트가 낮아져 버린다. 그 결과, 배기 배관(150, 152) 내가 퇴적된 생성물에 의해 폐색되어 버리는 경우가 있다. 또한, 진공 펌프(400) 내에 퇴적된 생성물에 의해 로터와 케이싱 사이의 간극이 메워져 버려 과부하 상태로 되어 진공 펌프(400)가 정지해 버리는 경우가 있다. 그래서, 제1 실시 형태에서는, 도 1에 도시한 바와 같이, 성막 챔버(202)에 비해 진공 펌프(400)의 흡기구에 가까운 위치에 배기 배관 장치(100)를 배치한다.
도 1에 있어서, 제1 실시 형태에 있어서의 배기 배관 장치(100)는, 성막 챔버(202)와 성막 챔버(202) 내를 배기하는 진공 펌프(400) 사이에 배치되는 배기 배관(150, 152)을 포함하는 배기 배관의 일부로서 사용된다. 배기 배관 장치(100)는, 배관 본체(102)와, 코일(104)과, 유전체에 의한 내부관(190)(유전체관)과, 플라스마 생성 회로(106)를 구비하고 있다. 배관 본체(102)는, 예를 들어 통상의 배기 배관(150, 152)과 동일한 재료의 배관재가 사용된다. 예를 들어, SUS304 등의 스테인리스강재가 사용된다. 단, 배관 본체(102)의 재료로서는, 클리닝 가스에 대한 내식성의 관점에서, 보다 바람직하게는, SUS316 강재가 사용된다. 또한, 배관 본체(102)는, 예를 들어 통상의 배기 배관(150, 152)과 동일한 사이즈의 배관재가 사용된다. 단, 이것에 한정되는 것은 아니다. 배기 배관(150, 152)보다도 큰 사이즈의 배관이어도 상관없다. 혹은, 작은 사이즈의 배관이어도 상관없다.
배관 본체(102)의 양단부에는, 플랜지가 배치되고, 한쪽의 단부가 동 사이즈의 플랜지가 배치된 배기 배관(150)에 접속되고, 다른 쪽의 단부가 동 사이즈의 플랜지가 배치된 배기 배관(152)에 접속된다. 도 1에 있어서, 배기 배관 장치(100)의 플랜지와, 배기 배관(150, 152)의 각 플랜지를 고정하는, 클램프 등의 도시는 생략하였다. 이하, 각 도면에 있어서 마찬가지이다. 또한, 배기 배관(150, 152)과의 접속에 사용하는 O링 등의 시일재의 도시는 생략하였다. 이하, 각 실시 형태에서는, 배기 배관 장치(100)와 진공 펌프(400) 사이에 배기 배관(152)을 두고 있는 경우를 나타내고 있지만, 이것에 한정되는 것은 아니다. 진공 펌프(400)의 흡기구에 직접, 배기 배관 장치(100)가 배치되는 경우여도 상관없다. 코일(104)과 유전체에 의한 내부관(190)은, 배관 본체(102)의 내부에 배치된다. 플라스마 생성 회로(106)는, 코일(104)을 사용하여, 배관 본체(102)의 내부에서, 유전체에 의한 내부관(190)의 내부에 유도 결합 플라스마를 생성시킨다.
도 2는 제1 실시 형태에 있어서의 배기 배관 장치의 일례의 정면 방향으로부터 본 단면도이다. 도 3은 제1 실시 형태에 있어서의 배기 배관 장치의 일례의 상면 방향으로부터 본 단면도이다. 도 2에 있어서, 단면 구조는, 배기 배관 장치(100)의 일부에 대하여 나타내고, 그 밖의 구성은 단면을 나타내고 있지 않다. 또한, 배기 배관 장치(100)에 대해서는, 배관 본체(102) 내부의 코일(104)과 내부관(190)에 대해서는 단면을 나타내고 있지 않다. 이하, 정면 방향으로부터 본 각 단면도에 있어서 마찬가지이다. 도 2 및 도 3에 있어서, 배관 본체(102)의 내측에 코일(104)이 배치된다. 그리고, 코일(104)의 내측에 유전체에 의한 내부관(190)이 배치된다. 내부관(190)의 형상은, 배관 본체(102)와 동종의 형상으로 형성된다. 도 2 및 도 3의 예에서는, 단면이 원형의 통형(환형)인 배관 본체(102)에 대하여, 단면이 동종의 원형의 통형(환형)인 내부관(190)이 사용된다. 그 밖에, 단면이 직사각형의 통형인 배관 본체(102)에 대하여, 동종의 직사각형의 통형의 내부관(190)이 사용되어도 상관없다.
내부관(190)은, 배관 본체(102)의 내벽과 공간을 두고 배치된다. 내부관(190)이 되는 유전체의 재료는, 공기의 유전율보다도 큰 재료이면 된다. 내부관(190)의 재료로서, 예를 들어 석영, 알루미나(Al2O3), 이트리아(Y2O3), 하프니아(HfO2), 지르코니아(ZrO2), 산화마그네슘(MgO), 혹은 질화알루미늄(AlN) 등을 사용하면 적합하다. 배기 성능에 지장이 없는 범위이면, 내부관(190)의 두께는 적절히 설정하면 된다.
도 2 및 도 3에 도시한 바와 같이, 배관 본체(102) 내부에 있어서, 내부관(190)의 외주측에, 도전성의 코일(104)이 나선형으로 감겨 있다. 코일(104)은, 내부관(190)과 접촉하여 배치되는 것이 바람직하지만, 이것에 한정되는 것은 아니다.
도 2 및 도 3의 예에서는, 코일(104)의 양단 중 한쪽에 고주파(RF) 전계가 인가된다. 코일(104)의 양단 중 다른 쪽은 접지되어(혹은 그라운드 전위에 접속되어) 있다. 코일(104)의 양단 중 다른 쪽은, 직접이 아니라, 콘덴서를 통해 접지되어도 상관없다. 또한, 스테인리스강재와 같은 도전 부재로 형성된 배관 본체(102)에 대해서도 접지되어(혹은 그라운드 전위에 접속되어) 있다.
구체적으로는, 배관 본체(102)의 외주면에 접속된 도입 단자 포트(105)로부터 도입 단자(111)(고주파 도입 단자의 일례)를 배관 본체(102) 내부에 도입하여, 도입 단자(111)를 코일(104)의 양단 중 한쪽에 접속한다. 도입 단자(111)는, 코일(104)의 양단 중 한쪽에 고주파 전계를 인가하기 위해 사용된다. 또한, 배관 본체(102)의 외주면에 접속된 도입 단자 포트(115)로부터 도입 단자(116)를 배관 본체(102) 내부에 도입하여, 도입 단자(116)를 코일(104)의 양단 중 다른 쪽에 접속한다. 도입 단자(116)는, 코일의 양단 중 다른 쪽에 그라운드 전위를 인가하기 위해 사용된다. 도 2에 있어서 도입 단자 포트(105, 115)의 도시는 간략화하여 나타내고 있다. 이하, 각 도면에 있어서 마찬가지이다.
그리고, 플라스마 생성 회로(106)는, 코일(104)을 사용하여, 내부관(190)의 내측에 플라스마를 생성시킨다. 플라스마 생성 회로(106)는, 코일(104)의 양단의 사이에 고주파 전압을 인가한다. 구체적으로는, 플라스마 생성 회로(106)는, 배관 본체(102)와 코일(104)의 양단 중 다른 쪽을 접지한 상태에서, 코일(104)의 양단 중 한쪽에 도입 단자(111)를 통해 고주파(RF) 전압을 인가함으로써, 코일(104)의 내측에 배치되는 유전체의 내부관(190) 내에, 유도 결합 플라스마(ICP)를 생성시킨다. 또한, 클리닝 공정에서는, 상술한 NF3 가스 등의 클리닝 가스가 상류측에 있어서 공급되고 있으므로, 그 나머지를 이용하여, 내부관(190)의 내측에 플라스마에 의한 F 라디칼이 생성된다. 그리고 이러한 F 라디칼에 의해, 내부관(190) 내부에 퇴적되는 생성물을 제거한다. 이에 의해, 배기 배관 내에서 높은 클리닝 성능을 발휘할 수 있다.
그 후, F 라디칼에 의한 퇴적물의 분해 후에 생성되는, 예를 들어 SiF4는, 휘발성이 높기 때문에, 배기 배관(152)을 통해 진공 펌프(400)에 의해 배기된다. 또한, 배기 배관 장치(100)에서 생성되는 라디칼의 일부가 배기 배관(152)을 통해 진공 펌프(400)에 침입하여, 진공 펌프(400) 내에 퇴적되는 생성물을 클리닝한다. 이에 의해, 진공 펌프(400) 내에 퇴적되는 생성물의 퇴적량을 저감할 수 있다. 예를 들어, 내부관(190)의 하단부측의 내벽면의 일부에서 발생한 플라스마에 의해 생성된 F 라디칼을, 배관 본체(102) 내부에서의 소비가 적은 상태에서 진공 펌프(400)에 침입시킬 수 있다.
도 4는 제1 실시 형태의 비교예에 있어서의 배기 배관 장치의 일례의 정면도이다. 도 4의 비교예에서는, 유전체에 의한 배관 본체(320)의 주위에 코일(302)이 감겨 있는 경우를 도시하고 있다. 그리고, 코일(302)에 고주파(RF) 전압을 인가함으로써 유도 결합 플라스마를 생성한다. 또한, 비교예에서는, 고주파를 차폐하기 위해, 코일(302)의 외주측이, 금속제의 커버(322)로 덮여 있다. 비교예에서는, 기계적 부하나 열 응력에 의해 유전체가 파손된 경우, 배기 배관을 흐르는 가스가 커버(322)로는 완벽하게 막아지지 않아, 대기 중에 리크된다(누설된다)고 하는 문제나, 배기 배관 내에 대기가 돌입(유입)되어 하류측의 진공 펌프의 고장을 야기하는 경우가 있을 수 있다고 하는 문제가 있다. 특히, 배관의 구경이 커지는 것에 수반하여 유전체가 파손되기 쉬워지기 때문에, 그 대책이 요망된다.
이에 반해, 제1 실시 형태에서는, 도 2에 도시한 바와 같이, 배관 본체(102)의 상하 단부에 배치되는 시일 기구(16a, 16b)에 의해, 배관 본체(102)와 내부관(190) 사이의 공간을, 대기 및 내부관(190) 내의 공간으로부터 차단한다. 시일 기구(16a, 16b)는, 예를 들어 이하와 같이 구성하면 적합하다. 시일 기구[16a(16b)]는, 중앙부가 개구된 원반[10a(10b)], O링[12a(12b)], 및 O링[14a(14b)]을 갖고 있다. O링[12a(12b)]은, 배관 본체(102)와 내부관(190) 사이의 공간을, 대기로부터 차단한다. O링[14a(14b)]은, 배관 본체(102)와 내부관(190) 사이의 공간을, 내부관(190) 내의 공간으로부터 차단한다. 도 2의 예에서는, 설명의 이해를 쉽게 하기 위해 원반[10a(10b)]이 배관 본체(102)의 플랜지의 두께의 절반 정도의 두께로 도시되어 있지만, 배관 본체(102)의 플랜지의 두께에 대하여 충분히 얇게 형성되면 적합하다. 이러한 경우, 배관 본체(102)의 플랜지와 배관(150)의 플랜지는, 이러한 원반(10b)을 사이에 두고 클램프 접속된다. 마찬가지로, 배관 본체(102)의 플랜지와 배관(152)의 플랜지는, 이러한 원반(10a)을 사이에 두고 클램프 접속된다. 단, 이것에 한정되는 것은 아니다. 원반[10a(10b)]은, 배관 본체(102)의 플랜지와 배관[152(150)]의 플랜지와 각각 고정되어도 상관없다.
원반(10a)에는, 상하류측의 2개의 면 중 배관 본체(102)측(상류측)의 면 상에 링형 볼록부가 형성된다. 마찬가지로, 원반(10b)에는, 상하류측의 2개의 면 중 배관 본체(102)측(하류측)의 면 상에 링형 볼록부가 형성된다. 각 링형 볼록부는, 배관 본체(102)와 내부관(190) 사이의 공간에 삽입되어 배치된다. 그 때문에, 볼록부의 내경이 내부관(190) 외경 사이즈보다도 크고, 볼록부의 외경이 배관 본체(102)의 내경 사이즈보다도 작게 형성된다.
배관 본체(102)의 하부측에서는, 배관 본체(102)가, O링(12a)을 통해 원반(10a)에 접속된다. O링(12a)에 의해, 배관 본체(102) 내의 분위기를 대기로부터 차폐하고 있다. 또한, 내부관(190)이, 원반(10a) 상에 지지됨과 함께, 내부관(190) 외주와 원반(10a)의 링형 볼록부 사이에 O링(14a)이 배치된다. 이에 의해, O링(14a)을 통해 내부관(190) 내의 분위기를 배관 본체(102)와 내부관(190) 사이의 공간으로부터 차폐하고 있다. 마찬가지로, 배관 본체(102)의 상부측에서는, 배관 본체(102)가, O링(12b)을 통해 원반(10b)에 접속된다. O링(12b)에 의해, 배관 본체(102) 내의 분위기를 대기로부터 차폐하고 있다. 또한, 내부관(190) 상단부면이, 원반(10b)에 의해 덮여짐과 함께, 내부관(190) 외주와 원반(10b)의 링형 볼록부 사이에 O링(14b)이 배치된다. 이에 의해, O링(14b)을 통해 내부관(190) 내의 분위기를 배관 본체(102)와 내부관(190) 사이의 공간으로부터 차폐하고 있다.
도입 단자(111)는, 대기 및 내부관(190) 내의 공간으로부터 차단된 배관 본체(102)와 내부관(109) 사이의 공간에서 코일(104)의 양단 중 한쪽에 접속되고, 플라스마를 생성할 때는, 이러한 한쪽에 고주파 전계를 인가한다. 마찬가지로, 도입 단자(116)는, 대기 및 내부관(190) 내의 공간으로부터 차단된 배관 본체(102)와 내부관(190) 사이의 공간에서 코일(104)의 양단 중 다른 쪽에 접속되고, 플라스마를 생성할 때는, 이러한 다른 쪽에 그라운드 전위를 인가한다(접지한다).
또한, 배관 본체(102)의 외주측에는, 하류측의 배관(152)에 접속하는 바이패스 배관(20)이 접속된다. 바이패스 배관(20)에서는, 배관(21)의 도중에 밸브(22)가 배치된다. 그리고, 밸브(22)를 개방으로 한 상태에서, 성막 챔버(202)에 프로세스 가스를 흘리기 전에, 진공 펌프(400)에 의해 배기함으로써, 배관 본체(102)와 내부관(190) 사이의 공간의 압력을 진공 하의 압력으로 할 수 있다. 이러한 상태에서 밸브(22)를 폐쇄로 함으로써, 배관 본체(102)와 내부관(190) 사이의 공간의 압력을 진공 하의 압력으로 유지할 수 있다.
그 후, 성막 프로세스 등을 실시한다. 상술한 바와 같이, 시일 기구(16a, 16b)에 의해 배관 본체(102)와 내부관(190) 사이의 공간이 대기 및 내부관(190) 내의 공간으로부터 차단되어 있으므로, 클리닝 가스 등은, 배관 본체(102)와 내부관(190) 사이의 공간을 통과하는 일이 없다. 배기 배관 장치(100)에 플라스마를 생성할 때는, 상술한 바와 같이, 클리닝 가스 등이 내부관(190) 내를 흐르기 때문에, 배관 본체(102)와 내부관(190) 사이의 공간의 압력은, 내부관(190) 내의 압력보다도 충분히 낮게 할 수 있다. 이에 의해, 배관 본체(102)와 내부관(190) 사이의 공간에 플라스마가 발생하는 것을 억제할 수 있다. 또한, 배관 본체(102)와 내부관(190) 사이의 공간의 압력은, 이것에 한정되는 것은 아니다. 대기압인 상태 그대로여도 상관없다. 대기압이라도 플라스마가 발생하는 것을 억제할 수 있다.
제1 실시 형태에서는, 이상과 같은 배관 본체(102)와 내부관(190)의 밀폐된 2중 관 구조를 형성함으로써, 유전체의 내부관(190)이 파손된 경우에도, 배기 배관을 흐르는 가스가 대기 중에 리크되는(누설되는) 것을 방지할 수 있다. 마찬가지로, 배기 배관 내에 대기가 돌입(유입)되는 것을 방지할 수 있다. 또한, 배관 본체(102)와 내부관(190) 사이의 공간을 대기압으로 제어하는 경우에도, 배관 본체(102)와 내부관(190) 사이의 공간의 용량이 작기 때문에, 진공 펌프(400)의 고장을 야기할 만큼의 대기 유입을 일으키지 않도록 할 수 있다.
이상과 같이, 제1 실시 형태에 따르면, 성막 챔버(202)로부터 거리가 이격된 진공 펌프(400) 근방의 배기 배관 내부에 퇴적되는 생성물을 제거할 수 있다. 또한, 진공 펌프(400) 내에 퇴적되는 생성물을 저감할 수 있다. 또한, 퇴적되는 생성물을 제거하는 장치의 설치 면적을 작게 할 수 있다.
(제2 실시 형태)
제1 실시 형태에서는, 시일 기구(16a, 16b)에 의해, 배관 본체(102)와 내부관(190) 사이의 공간을, 대기 및 내부관(190) 내의 공간으로부터 차단하는 구성을 설명하였지만, 이것에 한정되는 것은 아니다. 제2 실시 형태에서는, 배관 본체(102) 내의 공간과 내부관(190) 내의 공간 사이에서 시일하지 않는 구성에 대하여 설명한다. 또한, 이하, 특별히 설명하지 않는 점은, 제1 실시 형태와 마찬가지이다.
도 5는 제2 실시 형태에 있어서의 배기 배관 장치의 일례의 정면 방향으로부터 본 단면도이다. 제2 실시 형태에 있어서의 배기 배관 장치의 일례의 상면 방향으로부터 본 단면도는, 도 3과 마찬가지이다. 제2 실시 형태에서는, 도 5에 도시한 바와 같이, 배관 본체(102)와 내부관(190) 사이의 공간은 가스가 배기되는 공간에 대하여 시일되어 있지 않다. 배관 본체(102)와 내부관(190) 사이에 배치되는 코일(104)은, 도 3과 마찬가지로 내부관(190)과 접촉하여 내부관(190)의 외주측에 감기는 것이 바람직하지만, 코일(104)과 내부관(190) 사이에서 방전되지 않도록, 시스 길이 이하이면 코일(104)과 내부관(190) 사이에 간극이 형성되도록 배치해도 상관없다.
내부관(190)은, 배관 본체(102) 내의 공간에 배치된다. 도 5의 예에서는, 배관 본체(102) 하부에, 중앙부가 개구된 내부관 지지반(30)을 배치하여, 내부관 지지반(30) 상에 내부관(190)을 지지한다. 내부관 지지반(30)의 내경은, 내부관(190)의 외경보다도 작게 형성되는 것은 물론이다. 배관 본체(102)는, 하단에 있어서 내부관 지지반(30)을 사이에 두고 배관(152)에 클램프 접속된다. 배관 본체(102)는, 상단에 있어서 배관(150)에 접속된다.
그리고, 플라스마 생성 회로(106)는, 코일(104)을 사용하여, 내부관(190)의 내측에 플라스마를 생성시킨다. 구체적으로는, 플라스마 생성 회로(106)는, 배관 본체(102)와 코일(104)의 양단 중 다른 쪽을 접지한(혹은 코일(104)의 양단 중 다른 쪽은 콘덴서를 통해 접지한) 상태에서, 코일(104)의 양단 중 한쪽에 도입 단자(111)를 통해 고주파(RF) 전압을 인가함으로써, 코일(104)의 내측에 배치되는 유전체의 내부관(190) 내에, 유도 결합 플라스마(ICP)를 생성시킨다. 그리고, 상술한 클리닝 가스의 나머지를 이용하여, 플라스마에 의한 F 라디칼이 생성되고, 이러한 F 라디칼에 의해, 내부관(190) 내부에 퇴적되는 생성물을 제거한다. 이에 의해, 배기 배관 내에서 높은 클리닝 성능을 발휘할 수 있다.
그 후, F 라디칼에 의한 퇴적물의 분해 후에 생성되는, 예를 들어 SiF4는, 휘발성이 높기 때문에, 배기 배관(152)을 통해 진공 펌프(400)에 의해 배기된다. 또한, 배기 배관 장치(100)에서 생성되는 라디칼의 일부를 사용하여, 진공 펌프(400) 내에 퇴적되는 생성물을 클리닝한다. 이에 의해, 진공 펌프(400) 내에 퇴적되는 생성물의 퇴적량을 저감할 수 있다. 예를 들어, 내부관(190)의 하단부측의 내벽면의 일부에서 발생한 플라스마에 의해 생성된 F 라디칼을, 배관 본체(102) 내부에서의 소비가 적은 상태에서 진공 펌프(400)에 침입시킬 수 있다.
여기서, 배관 본체(102) 내에 있어서의 내부관(190)의 외측의 압력과 내부관(190)의 내측의 압력은 실질적으로 동일하여, 내부관(190)의 내벽과 마찬가지로, 배관 본체(102)와 내부관(190) 사이에도 생성물이 퇴적될 수 있다. 제2 실시 형태에서는, 높은 밀도로 플라스마가 생성되는 코일(104)의 내측에 유전체인 내부관(190)을 배치함으로써, 코일(104)을 유전체 등으로 피복하지 않아도 플라스마에 의한 코일(104)의 침식 등의 열화를 저감할 수 있다. 또한, 내부관(190)의 내측의 플라스마에 의해 생성물을 제거할 수 있으므로, 배관 내의 폐색은 피할 수 있다. 그 밖의 내용은 제1 실시 형태와 마찬가지이다.
또한, 제2 실시 형태에서는, 유전체의 내부관(190)이 파손된 경우에도, 배관 본체(102)와 내부관(190)에 의한 2중 관 구조에 의해, 배기 배관을 흐르는 가스가 대기 중에 리크되는(누설되는) 것을 방지할 수 있다. 마찬가지로, 배기 배관 내에 대기가 돌입(유입)되는 것을 방지할 수 있다.
이상과 같이, 제2 실시 형태에 따르면, 2중 관 사이의 공간을 밀폐하지 않는 경우에도, 제1 실시 형태와 마찬가지로, 성막 챔버(202)로부터 거리가 이격된 진공 펌프(400) 근방의 배기 배관 내부에 퇴적되는 생성물을 제거할 수 있다. 또한, 진공 펌프(400) 내에 퇴적되는 생성물을 저감할 수 있다. 또한, 퇴적되는 생성물을 제거하는 장치의 설치 면적을 작게 할 수 있다.
(제3 실시 형태)
제3 실시 형태에서는, 플라스마 생성 영역의 상류측에 착화용 전극을 배치하는 구성에 대하여 설명한다. 또한, 이하, 특별히 설명하지 않는 점은, 제1 실시 형태와 마찬가지이다.
도 6은 제3 실시 형태에 있어서의 배기 배관 장치의 일례의 정면 방향으로부터 본 단면도이다. 제3 실시 형태에 있어서의 배기 배관 장치(100)는, 도 6에 도시한 바와 같이, 배관 본체(102)의 상부(상류측)에, 배관(140)을 배치한다. 배관(140)의 외주면에 접속된 도입 단자 포트(141)로부터 도입 전극(142)(전극의 일례)을 배관(140) 내부에 도입하여, 도입 전극(142)의 선단 부분을 배관(140) 내부에서 노출시킨다. 여기에서는, 도입 전극(142)은, 성막 챔버측으로부터의 가스의 흐름에 대하여 내부관(190)보다도 상류측에 배치된다. 도 6의 예에서는, 도입 전극(142)은, 막대 형상으로 형성되고, 성막 챔버측으로부터의 가스가 흐르는 방향에 대략 직교하는 방향으로 연장되도록 배치된다. 도 6의 예에서는, 막대 형상의 전극을 삽입하고 있지만, 이것에 한정되는 것은 아니다. 판형 혹은 반구형 등의 전극이어도 적합하다.
그리고, 플라스마 생성 회로(144)(고주파 회로)는, 배관(140)을 접지한 상태에서, 도입 전극(142)에 고주파(RF) 전압을 인가함으로써, 배관(140) 내의 도입 전극(142)의 노출면에 플라스마2를 생성시킨다. 플라스마 생성 회로(144)는, 피크 전위차가 5㎸ 이상이며, 반복 주파수가 5㎑ 이상인 고주파 전압을 도입 전극(142)에 인가한다. 인가하는 전압 파형은, 사인파 혹은 구형파가 바람직하다. 이에 의해, 내부관(190) 내에 발생시키는 플라스마1의 착화제 혹은 플라스마 유지 안정제로서 기능시킨다. 그 밖의 구성은, 도 2, 도 3과 마찬가지이다.
도 6의 예에서는, 제1 실시 형태에 대하여, 상류측에 착화용 도입 전극(142)과 플라스마 생성 회로(144)를 배치하는 구성을 설명하였지만, 이것에 한정되는 것은 아니다. 제2 실시 형태에 대하여, 상류측에 착화용 도입 전극(142)과 플라스마 생성 회로(144)를 배치하는 구성이어도 적합하다.
(제4 실시 형태)
플라스마 생성에 의해, 유전체인 내부관(190)의 온도는 상승되어 간다. 그리고, 온도가 너무 상승됨으로써 내부관(190)이 파손되는 경우가 있다. 그래서, 제4 실시 형태에서는, 도 2에 도시한 구성에 냉각 기구를 더 탑재한 구성에 대하여 설명한다. 또한, 이하, 특별히 설명하지 않는 점은, 제1 실시 형태와 마찬가지이다. 제4 실시 형태에 있어서의 냉각 기구는, 배관 본체(102)와 내부관(190) 사이의 공간과 이러한 공간 내의 부재 중 적어도 한쪽에 냉매를 도입함으로써 내부관(190)을 냉각한다. 이하, 구체적으로 설명한다.
도 7은 제4 실시 형태에 있어서의 배기 배관 장치의 일례의 정면 방향으로부터 본 단면도이다. 도 7의 예에 있어서, 코일(104)의 부재로서, 내부가 공동(중공 구조)으로 되어 있는 중공관을 사용한다. 마찬가지로, 2개의 도입 단자(111, 116)의 부재로서, 내부가 공동으로 되어 있는 중공관을 사용한다. 제4 실시 형태의 냉각 기구는, 도 7에 도시한 바와 같이, 중공 구조로 형성된 도입 단자(116)와 코일(104)과 도입 단자(111)를 갖는다. 코일(104)의 양단 중 한쪽은 도입 단자 포트(105)에 내측으로부터 삽입된다. 또한, 코일(104)의 양단 중 다른 쪽은 도입 단자 포트(115)에 내측으로부터 삽입된다. 도입 단자(111)는, 배관 본체(102)의 외주면에 접속된 도입 단자 포트(105)로부터 삽입되어, 도입 단자 포트(105) 내부에서 코일(104)의 양단 중 한쪽에 접속된다. 도입 단자(116)는, 배관 본체(102)의 외주면에 접속된 도입 단자 포트(115)로부터 삽입되어, 도입 단자 포트(115) 내부에서 코일(104)의 양단 중 다른 쪽에 접속된다. 제4 실시 형태에서는, 하부측의 도입 단자(116)로부터 냉각수(냉매의 일례)가 코일(104) 내부에 공급되고, 코일(104) 내를 흘러, 상부측의 도입 단자(111)로부터 배출된다.
또한, 플라스마 생성 회로(106)로부터의 고주파(RF) 전압을 인가하기 위한 배선은, 도입 단자(111)의 표면에 전기적으로 접속된다. 플라스마 생성 회로(106)로부터의 그라운드 전위를 인가하기 위한 배선은, 도입 단자(116)의 표면에 전기적으로 접속된다. 그리고, 도입 단자(116), 코일(104), 및 도입 단자(111) 내를 냉각수가 흐르고 있는 상태에서, 플라스마 생성 회로(106)는, 코일(104)을 사용하여, 내부관(190)의 내측에 플라스마를 생성시킨다. 플라스마 생성 회로(106)는, 코일(104)의 양단의 사이에 고주파 전압을 인가한다.
구체적으로는, 플라스마 생성 회로(106)는, 배관 본체(102)와 코일(104)의 양단 중 다른 쪽을 접지한 상태에서, 코일(104)의 양단 중 한쪽에 도입 단자(111)를 통해 고주파(RF) 전압을 인가함으로써, 코일(104)의 내측에 배치되는 유전체의 내부관(190) 내에, 유도 결합 플라스마(ICP)를 생성시킨다. 이때, 코일(104) 내를 흐르는 냉각수를 사용하여, 플라스마 생성에 의해 온도가 상승하는 유전체인 내부관(190), 및 내부관(109)과 배관 본체(102) 사이의 공간을 냉각한다. 냉각수에 의해 내부관(109)이 냉각됨으로써, 내부관(109)의 파손을 억제할 수 있다. 또한, 냉각 효율의 관점에서 코일(104)은, 내부관(190) 외주면에 접촉하여 배치되는 것이 바람직하다.
또한, 제4 실시 형태의 냉각 기구는, 도 7에 도시한 바와 같이, 가스 도입구(41), 밸브(40)(혹은 역지 밸브(42)), 가스 배출구(43), 및 밸브(44)(혹은 역지 밸브(46))를 갖는다. 냉각 기구는, 밸브(40)(혹은 역지 밸브(42))를 통해, 배관 본체(102)의 외주면의 하부측에 배치된 가스 도입구(41)로부터 냉각 가스(냉매의 다른 일례)를 내부관(109)과 배관 본체(102) 사이의 공간 내에 도입한다. 그리고, 배관 본체(102)의 외주면의 상부측에 배치된 가스 배출구(43)로부터, 밸브(44)(혹은 역지 밸브(46))를 통해, 냉각 가스를 외부로 배출한다. 이러한 냉각 가스를 내부관(109)과 배관 본체(102) 사이의 공간 내로 흘림으로써, 플라스마 생성에 의해 온도가 상승하는 유전체인 내부관(190), 및 내부관(109)과 배관 본체(102) 사이의 공간을 냉각한다. 냉각 가스에 의해 내부관(109)이 냉각됨으로써, 내부관(109)의 파손을 억제할 수 있다. 냉각 가스로서, 예를 들어 공기가 사용된다.
냉각 가스는, 대기압보다도 높은 압력으로 내부관(109)과 배관 본체(102) 사이의 공간 내에 도입된다. 따라서, 내부관(109)과 배관 본체(102) 사이의 공간 내의 압력은, 내부관(109)의 내측의 공간의 압력 및 대기압보다도 높은 압력으로 제어된다. 내부관(109)과 배관 본체(102) 사이의 공간 내의 압력은, 배관 본체(102)의 외주면에 배치된 통기구(47)를 통해 압력 센서(48)에 의해 측정되어, 공간 내의 압력의 변동이 모니터된다. 여기서, 플라스마 생성에 의해 온도가 상승하는 유전체인 내부관(190)이 만약 파손된 경우, 진공측에 냉각 가스가 유입되어 진공 파괴가 발생해 버린다. 그래서, 압력 센서(48)에 의해 내부관(190)의 파손을 검지한다.
구체적으로는, 압력 센서(48)에 의해 압력 저하가 검지된 경우에, 밸브(40, 44)를 차단하도록 제어한다. 이에 의해, 냉각 가스의 배기 라인으로의 유입을 최소한으로 멈출 수 있다. 밸브(40) 대신에 역지 밸브(42)가 사용되는 경우, 1차 압과 2차 압의 압력차가 0.1㎫보다 높은 압력이며, 냉각 가스의 공급압보다도 낮은 압력에서 차단하도록 크래킹 압력이 설정된 역지 밸브(42)를 사용한다. 냉각 가스의 공급이 공급원에 있어서 정지되면, 1차 압(역지 밸브의 1차측)이 대기압, 2차 압(배관 본체(102) 내부)이 대기압 이하(파손에 의해 압력이 대기압보다 저하), 차압이 0.1㎫ 이하가 되므로, 0.1㎫<크래킹 압력<공급압으로 해 두면, 냉각 가스는 흐르지 않는다. 따라서, 내부관(190)의 파손의 검지에 따라서 냉각 가스의 공급이 공급원에 있어서 정지되어 있으면, 1차측이 대기에 개방된 경우에도 대기를 배관 본체(102) 내부로 유입시키지 않도록 할 수 있다. 또한, 밸브(44) 대신에 역지 밸브(46)를 사용하는 경우, 내부관(190)이 파손되면 1차 압이 2차 압보다도 낮아지므로 유로를 차단할 수 있다. 따라서, 대기를 배관 본체(102) 내부로 유입시키지 않도록 할 수 있다.
그 밖의 구성은, 도 2와 마찬가지이다.
또한, 도 7의 예에서는, 도입 단자(116, 111)로부터 냉각수의 공급 및 배출을 행하는 경우를 설명하였지만, 이것에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 배관 본체(102)의 상하의 플랜지를 중공 구조로 하여, 플랜지를 통해 냉각수의 공급 및 배출을 행해도 된다. 또한, 내부관(109)을 냉각하기 위한 냉매로서, 냉각수 및 냉각 가스 중 한쪽만을 도입하는 냉각 기구를 탑재한 구성으로 해도 된다.
이상, 구체예를 참조하면서 실시 형태에 대하여 설명하였다. 그러나, 본 발명은 이들 구체예에 한정되는 것은 아니다.
그 밖에, 본 발명의 요소를 구비하고, 당업자가 적절히 설계 변경할 수 있는 모든 배기 배관 장치는, 본 발명의 범위에 포함된다.
본 발명의 몇몇 실시 형태를 설명하였지만, 이들 실시 형태는, 예로서 제시한 것이며, 발명의 범위를 한정하는 것은 의도하고 있지 않다. 이들 신규의 실시 형태는, 그 밖의 다양한 형태로 실시되는 것이 가능하고, 발명의 요지를 일탈하지 않는 범위에서, 다양한 생략, 치환, 변경을 행할 수 있다. 이들 실시 형태나 그 변형은, 발명의 범위나 요지에 포함됨과 함께, 특허 청구 범위에 기재된 발명과 그 균등의 범위에 포함된다.

Claims (20)

  1. 성막 챔버와 상기 성막 챔버 내를 배기하는 진공 펌프 사이에 배치되는 배기 배관의 일부로서 사용되는 배기 배관 장치이며,
    배관 본체와,
    상기 배관 본체의 내측에 배치된 코일과,
    상기 코일의 내측에 배치된 유전체에 의한 내부관과,
    상기 코일을 사용하여, 상기 내부관의 내측에 플라스마를 생성시키는 플라스마 생성 회로를 구비한, 배기 배관 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 코일은, 상기 내부관에 접촉하여 배치되는, 배기 배관 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 성막 챔버측으로부터의 가스의 흐름에 대하여 상기 내부관보다도 상류측에 배치되는 전극과,
    상기 전극에 고주파 전압을 인가하는 고주파 회로를 더 구비한, 배기 배관 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 고주파 회로는, 피크 전위차가 5㎸ 이상이며, 반복 주파수가 5㎑ 이상인 고주파 전압을 상기 전극에 인가하는, 배기 배관 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 플라스마 생성 회로는, 상기 코일의 양단의 사이에 고주파 전압을 인가하는, 배기 배관 장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 플라스마 생성 회로는, 상기 코일의 양단의 일방측을 접지한 상태에서, 상기 코일의 양단의 사이에 고주파 전압을 인가하는, 배기 배관 장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 배관 본체의 외부로부터 상기 배관 본체의 내부에 도입되어, 상기 코일의 양단 중 한쪽에 고주파 전계를 인가하기 위한 제1 도입 단자와,
    상기 배관 본체의 외부로부터 상기 배관 본체의 내부에 도입되어, 상기 코일의 양단 중 다른 쪽에 그라운드 전위를 인가하기 위한 제2 도입 단자를 더 구비한, 배기 배관 장치.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 배관 본체는, 도전 부재에 의해 구성되는, 배기 배관 장치.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 배관 본체에는 그라운드 전위가 인가되는, 배기 배관 장치.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 내부관은, 공기의 유전율보다도 큰 유전율의 유전체에 의해 구성되는, 배기 배관 장치.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 내부관은, 상기 배관 본체와 단면이 동종의 형상을 갖는, 배기 배관 장치.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 배관 본체와 상기 내부관 사이의 공간을, 대기 및 상기 내부관 내의 공간으로부터 차단하는 시일 기구를 더 구비한, 배기 배관 장치.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 시일 기구는,
    상기 배관 본체와 상기 내부관 사이의 공간을, 대기로부터 차단하는 제1 O링과,
    상기 배관 본체와 상기 내부관 사이의 공간을, 상기 내부관 내의 공간으로부터 차단하는 제2 O링을 갖는, 배기 배관 장치.
  14. 제12항에 있어서,
    상기 코일은, 상기 대기 및 상기 내부관 내의 공간으로부터 차단된 상기 배관 본체와 상기 내부관 사이의 상기 공간에 배치되는, 배기 배관 장치.
  15. 제12항에 있어서,
    상기 성막 챔버측으로부터의 가스는, 상기 배관 본체와 상기 내부관 사이의 상기 공간을 통과하지 않고 상기 내부관의 내측을 통해 배기되는, 배기 배관 장치.
  16. 제12항에 있어서,
    상기 배관 본체와 상기 내부관 사이의 상기 공간의 압력은, 상기 내부관의 내측의 공간의 압력 및 대기압보다도 높은 압력으로 제어되는, 배기 배관 장치.
  17. 제1항에 있어서,
    상기 배관 본체와 상기 내부관 사이의 공간과 상기 공간 내의 부재 중 적어도 한쪽에 냉매를 도입함으로써 상기 내부관을 냉각하는 냉각 기구를 더 구비한, 배기 배관 장치.
  18. 제17항에 있어서,
    상기 코일은, 중공 구조로 형성되고,
    상기 냉각 기구는, 상기 코일의 내부에 냉각수를 흘림으로써 상기 내부관을 냉각하는, 배기 배관 장치.
  19. 제17항에 있어서,
    상기 냉각 기구는, 상기 배관 본체에 배치된 가스 도입구 및 가스 배출구를 구비하고,
    상기 냉각 기구는, 상기 배관 본체와 상기 내부관 사이의 상기 공간에 냉각 가스를 흘림으로써 상기 내부관을 냉각하는, 배기 배관 장치.
  20. 제19항에 있어서,
    상기 냉각 기구는, 밸브 또는 역지 밸브와 센서를 더 구비하고,
    상기 냉각 기구는, 상기 밸브 또는 역지 밸브를 통해 상기 배관 본체와 상기 내부관 사이의 상기 공간에 상기 냉각 가스를 도입함과 함께, 상기 센서에 의해 상기 공간 내의 압력 변동을 검지한 경우에 상기 밸브 또는 역지 밸브를 차단하는, 배기 배관 장치.
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