WO2013141084A1 - トラップ装置及び成膜装置 - Google Patents

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WO2013141084A1
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gas
exhaust gas
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exhaust
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原　正道
山本　薫
寧 水澤
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東京エレクトロン株式会社
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Definitions

  • the present invention relates to a film forming apparatus for forming a thin film on an object to be processed and a trap apparatus used therefor.
  • a process of forming a desired thin film on a surface of a semiconductor wafer, a glass substrate, an LCD substrate, or the like and a process of etching the film into a desired pattern are repeated. It is done.
  • a predetermined processing gas raw material gas
  • a metal thin film, a metal oxide or nitride thin film, etc. are formed on the surface of the object to be processed, but an extra reaction by-product is generated simultaneously with this film forming reaction, which is discharged together with the exhaust gas. . Unreacted processing gas is also discharged.
  • the trap mechanism is configured by providing a large number of plate-shaped trap plates in a housing having an exhaust gas inlet and an outlet. The trap plates are sequentially arranged with respect to the flow direction of the exhaust gas, and when the exhaust gas passes between these trap plates, reaction by-products in the exhaust gas and unreacted processing gas (raw gas) Etc. are attached to the surface of the trap plate and captured.
  • raw gas unreacted processing gas
  • the plate-shaped trap plate is generally provided so that the main trap surface is orthogonal to the flow direction of the exhaust gas in order to make good contact with the flowing exhaust gas.
  • trapping efficiency is also increased by cooling the trap plate with a cooling fluid or the like.
  • a plate-shaped trap plate is arranged so that the main trap surface is orthogonal to the flow direction of the exhaust gas in order to improve the contact between the plate and the exhaust gas. is doing.
  • the flow is greatly disturbed.
  • exhaust gas turbulence occurs, and the trapped object in the exhaust gas is trapped.
  • the recovery rate does not sufficiently increase without flowing into the container, that is, without being captured.
  • an object of the present invention is to provide a trap apparatus and a film forming apparatus capable of improving the recovery rate of capture objects such as reaction by-products and unreacted source gas.
  • a housing interposed in the middle of an exhaust passage for flowing exhaust gas from a processing container, and a housing provided in the housing,
  • a trap unit having a plurality of trap plates disposed so as to be parallel to a flow direction and spaced apart from each other in a direction orthogonal to the flow direction of the exhaust gas,
  • a trap device is provided, wherein a plurality of the trap units are provided along the flow direction of the exhaust gas.
  • a processing container that can be evacuated, A mounting table on which a processing body is mounted; a gas introduction unit that introduces gas into the processing container; a gas supply system that is connected to the gas introduction unit and has a source gas supply system that supplies the source gas; and An exhaust system for exhausting the atmosphere in the processing vessel; and a trap device provided in the exhaust system, the trap device being provided in the middle of an exhaust passage through which exhaust gas is provided in the exhaust system.
  • a main trap surface disposed in parallel to the flow direction of the exhaust gas, and spaced apart from each other in a direction perpendicular to the flow direction of the exhaust gas.
  • Multiple tigers provided And a trap unit having up plate, the trap unit, the film forming apparatus is characterized by providing a plurality are provided along the flow direction of the exhaust gas.
  • the recovery rate of capture objects such as reaction by-products and unreacted source gas can be improved.
  • FIG. 1 is a schematic configuration diagram showing an example of a film forming apparatus having a trap apparatus according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 2 is a longitudinal sectional view showing a trap apparatus according to an embodiment
  • FIG. 3 is according to the embodiment.
  • FIG. 4 is a perspective view showing one trap unit according to an embodiment
  • FIG. 5 is a top sectional view showing an arrangement state of each trap plate of the trap device according to the embodiment
  • FIG. FIG. 4 is a schematic projection view showing a state when the trap plate of each trap unit is faced from one end of the trap device according to the embodiment.
  • Ru 3 (CO) 12 which is a carbonyl-based organometallic compound is used as a raw material for the organometallic compound, and a thin film made of a Ru metal film is formed using CO (carbon monoxide) as a carrier gas.
  • CO carbon monoxide
  • a film forming apparatus 2 As shown in FIG. 1, a film forming apparatus 2 according to an embodiment of the present invention actually performs a film forming process on a disk-shaped semiconductor wafer W (hereinafter referred to as a wafer W) as an object to be processed.
  • the film forming apparatus main body 4 to be applied, a gas supply system 6 for supplying necessary gas to the film forming apparatus main body 4, and an exhaust system 8 for exhausting exhaust gas from the film forming apparatus main body 4 are mainly configured.
  • the gas supply system 6 includes a raw material gas supply system 10 for supplying a raw material gas for film formation.
  • a purge gas supply system for supplying a purge gas such as a gas is also included.
  • the film forming apparatus main body 4 has a cylindrical processing container 12 made of, for example, an aluminum alloy.
  • a mounting table 14 is provided for mounting and holding a wafer W as an object to be processed.
  • the entire mounting table 14 is formed in a disk shape, for example, and the wafer W is mounted on the upper surface side.
  • the mounting table 14 is attached and fixed to an upper end portion of a metal column 16 made of, for example, an aluminum alloy that is erected from the bottom of the processing container 12.
  • a heating heater 18 made of, for example, a tungsten wire heater or a carbon wire heater is embedded in the mounting table 14 as a heating means on the upper side thereof to heat the wafer W.
  • a coolant passage 20 is provided below the mounting table 14 for flowing a coolant that cools the bottom and sides of the mounting table 14 and adjusts the temperature.
  • the mounting table 14 is provided with a lifter pin (not shown) that is moved up and down when the wafer W is carried in and out, and transfers the wafer W to and from the transfer arm.
  • An exhaust port 22 is provided at the bottom of the processing container 12, and an exhaust system 8 is connected to the exhaust port 22 so that the atmosphere in the processing container 12 can be evacuated.
  • the exhaust system 8 will be described later.
  • An opening 24 for loading and unloading the wafer W is formed in the side wall of the processing container 12, and a gate valve 26 for opening and closing the opening W is provided in the opening 24.
  • the gas introduction means 30 which consists of the shower head 28 is provided in the ceiling part of this processing container 12, for supplying required gas in the processing container 12 from the gas ejection hole 32 provided in the lower surface. It has become.
  • Heaters 34 and 36 are provided on the side wall of the processing vessel 12 and the shower head 28, respectively, and by maintaining these at a predetermined temperature, the raw material gas is prevented from solidifying or liquefying. .
  • the gas inlet 28A of the shower head 28 has a source gas supply system 10 and other necessary gas, the gas supply system is connected.
  • the raw material gas and other gas may be mixed in the shower head 28, or separately introduced into the shower head 28, flowing separately, and mixed in the processing vessel 12.
  • the shower head 28 is used as the gas introduction means 30, but a simple nozzle or the like may be used instead, and the gas introduction mode is not particularly limited.
  • the raw material gas supply system 10 has a raw material tank 40 for storing a solid raw material or a liquid raw material.
  • a solid raw material 42 which is a raw material of an organometallic compound is stored, and as this solid raw material 42, Ru 3 (CO) 12 is used as described above.
  • the solid raw material 42 generally has a characteristic that the vapor pressure is very low and it is difficult to evaporate.
  • a liquid material in which a material gas is formed by bubbling or the like may be used.
  • one end is connected to the gas outlet 44 provided in the ceiling portion of the raw material tank 40, and the other end is connected to the gas inlet 28A of the shower head 28 of the film forming apparatus body 4, and a raw material passage 46 is provided,
  • the raw material gas generated in the raw material tank 40 can be supplied.
  • An opening / closing valve 48 is interposed in a portion of the raw material passage 46 close to the raw material tank 40.
  • a carrier gas pipe 50 for supplying a carrier gas to the raw material tank 40 is connected to the lower surface side of the raw material tank 40.
  • a flow rate controller 52 such as a mass flow controller and a carrier gas on / off valve 54 are sequentially provided, and the solid raw material 42 is heated by supplying the carrier gas while controlling the flow rate. As a result, the solid raw material 42 is vaporized to form a raw material gas.
  • a porous plate 56 is installed inside the raw material tank 40 in the vicinity of the side where the carrier gas pipe 50 is installed to hold the solid raw material 42 on the porous plate 56 and to be supplied from the carrier gas pipe 50.
  • the carrier gas is uniformly supplied into the raw material tank 40 through the holes formed in the porous plate 56.
  • CO (carbon monoxide) gas is used as the carrier gas.
  • tank heating means 58 for heating the raw material tank 40 is provided so as to cover the entire tank, and the vaporization of the solid raw material 42 is promoted.
  • the heating temperature of the solid material 42 is lower than the decomposition temperature and higher than the solidification temperature.
  • the raw material passage 46 is provided with a passage heater 60 such as a tape heater, which is heated to a temperature lower than the decomposition temperature and higher than the solidification temperature to prevent the raw material gas from re-solidifying. It has become.
  • the exhaust system 8 has an exhaust passage 62 connected to the exhaust port 22 of the processing container 12, and the atmosphere in the processing container 12 is exhausted along the exhaust passage 62.
  • the pressure adjusting valve 64, the first vacuum pump 66, the trap device 68 according to the embodiment of the present invention, and the second vacuum pump are provided in the exhaust passage 62 from the upstream side toward the downstream side. 70 and an abatement device 72 are sequentially provided.
  • the pressure adjustment valve 64 is formed of a butterfly valve, for example, and has a function of adjusting the pressure in the processing container 12.
  • the first vacuum pump 66 is a turbo molecular pump provided on the upstream side
  • the second vacuum pump 70 is a dry pump here, so that the atmosphere in the processing vessel 12 can be evacuated. Yes.
  • only one of the two pumps 66 and 70 may be provided according to the set process pressure at the time of film formation.
  • the trap device 68 is adapted to collect unreacted source gas contained in the flowing exhaust gas.
  • the trap device 68 has a housing 74 formed of a metal such as stainless steel or aluminum alloy as shown in FIGS.
  • a corrosion resistant material is used for the housing 74.
  • the casing 74 is formed in a cylindrical shape with both ends closed.
  • a gas inlet 76 is formed at one end of the cylindrical casing 74, the upstream side of the exhaust passage 62 is connected to the gas inlet 76, and a gas outlet 78 is formed at the other end. 78 is connected to the downstream side of the exhaust passage 62 so that the exhaust gas flows in the housing 74.
  • the end plate on the other end side where the gas outlet 78 of the housing 74 is formed is formed as an opening / closing lid 80, and this opening / closing lid 80 can be attached and detached airtightly through a sealing member 82 such as an O-ring. Is attached.
  • a plurality of trap units 86 having a plurality of trap plates 84 are provided in the casing 74 at predetermined intervals along the exhaust gas flow direction. It captures the object to be captured (source gas). Specifically, here, eight trap units 86 are provided at appropriate intervals (see FIG. 2), that is, provided in eight stages. Each trap unit 86 is connected to the opening / closing lid 80 at one end. It is integrally connected and supported by a plurality of support rods 88 extending along the inside of the housing 74, and can be inserted and removed from the opening / closing lid 80 side of the housing 74 during maintenance. Here, three support rods 88 (see FIG. 3) are provided. Each trap unit 86 is provided with a plurality of trap plates 84, here four. The number of the trap plates 84 is not limited to this.
  • Each trap plate 84 is disposed such that the main trap surface 92 (wide trap surface) is parallel to the flow direction of the exhaust gas, that is, the length direction of the housing 74, and the flow direction of the exhaust gas. Are provided at a predetermined interval in a direction orthogonal to each other. That is, the auxiliary trap surface 93 (narrow trap surface) in the thickness direction of the trap plate 84 is disposed so as to be orthogonal to the flow direction of the exhaust gas.
  • the outer peripheral side of the trap unit 86 is formed by a support ring 90 having a predetermined width in the shape of a circular ring, and both ends of each trap plate 84 are connected to the support ring 90 and integrally supported. It is like that.
  • the trap plate 84 is formed in a rectangular cross section and has a predetermined thickness, length and width.
  • the entire surface of the trap plate 84 becomes a trap surface, and the surface formed by the length and width is the main trap surface 92. It has become.
  • the length of each trap plate 84 differs depending on the mounting position with respect to the circular ring-shaped support ring 90 as shown in FIGS.
  • the surface of the support ring 90 also serves as a trap surface and has a function of attaching a capture target.
  • the diameter of the casing 74 is about 20 cm
  • the length is about 40 cm
  • the thickness L1 of each trap plate 84 is about 10 to 15 mm
  • the distance between the trap plates 84, that is, the arrangement pitch L2 is about 20 to 40 mm
  • width L3 is about 10 to 20 mm
  • “thickness L1 ⁇ length L3” is set.
  • the distance between the front and rear trap units 86 is, for example, about 40 to 80 mm.
  • the position of the trap plate 84 attached to the circular ring-shaped support ring 90 is slightly shifted with respect to the direction orthogonal to the exhaust gas flow direction for each trap unit 86. .
  • the position of the trap plate 84 is, for example, the thickness of the trap plate 84. It is attached at a position shifted in the direction orthogonal to the flow direction of the exhaust gas by the amount.
  • the total of the projection surfaces of the trap plates 84 of the upstream four-stage trap units 86 on the upstream side with respect to the gas flow direction covers almost the entire cross section of the casing 74 orthogonal to the exhaust gas flow direction. Is set to In this case, a slight gap is formed between the inner peripheral surface of the housing 74 and the outer peripheral surface of the support ring 90, and the thickness of the support ring 90 itself is preferably. Set to cover 95% or more.
  • the total of the projection surfaces (complementary trap surfaces 93) of the trap plates 84 is 100% as shown in FIG. That is, if the trap unit located on the most upstream side in the exhaust gas flow direction is the first stage as shown in the projection view of FIG. 6, the trap plate 84-1 of the first stage trap unit 86-1, the second stage The trap plate 84-2 of the trap unit 86-2, the trap plate 84-3 of the third-stage trap unit 86-3, and the trap plate 84-4 of the fourth-stage trap unit 86-4 are repeated in this order. .
  • the cross section in the circular ring-shaped support ring 90 is optically closed 100%, and the exhaust gas is linearly passed through the housing 74.
  • the structure is such that it cannot pass.
  • the peripheral portions of the adjacent trap plates 84 may be arranged so as to slightly overlap each other or may be slightly separated from each other.
  • the trap plates 84-1 to 84-4 of the trap units 86-1 to 86-4 in each stage need not be mounted regularly as described above, and the trap units 86-1 to 86-4 do not have to be mounted regularly.
  • the position in the front-rear direction of ⁇ 4 may be arbitrarily changed, and in any case, the cross section in the housing 74 may be optically closed by 95% or more, preferably 100%.
  • the configuration of the set including the rear four-stage trap unit 86 located on the downstream side in the exhaust gas flow direction is exactly the same as the configuration of the set including the front four-stage trap unit 86.
  • two sets of four-stage trap units 86 are provided in the front and rear, but the number of sets is not limited to two in the entire housing 74, and one set or three or more sets may be provided. .
  • the casing 74 is provided with cooling means 96 (see FIG. 2) for cooling each trap plate 84.
  • the cooling means 96 includes a cooling jacket 98 that allows a coolant such as cooling water to flow therein.
  • the cooling jacket 98 is attached to an opening / closing lid 80 that is a partition wall of the housing 74. ing.
  • the cooling jacket 98 cools the opening / closing lid 80, the support rod 88, the support ring 90, and each trap plate 84.
  • the trap plate 84 is cooled to about 25 ° C., for example.
  • a coolant passage may be formed in the support rod 88, the support ring 90, and the like to cool each trap plate 84 more efficiently.
  • the cooling means 96 it is preferable to use a material having good thermal conductivity, such as an aluminum alloy or aluminum, as each of the constituent members. Note that the cooling means 96 may not be provided depending on the type of the capture target.
  • a passage heating heater 100 such as a tape heater is provided in the exhaust passage 62 from the exhaust port 22 of the processing container 12 to the trap device 68, and thereby the exhaust flowing in the exhaust passage 62.
  • the gas is heated to a predetermined temperature to prevent the unreacted source gas in the exhaust gas from being liquefied or solidified in the middle.
  • a detoxifying device 72 provided downstream of the second vacuum pump 70 detoxifies harmful gases in the exhaust gas.
  • CO carbon monoxide
  • this CO is burned, for example, to CO 2 It is detoxified as (carbon dioxide) and released into the atmosphere.
  • the overall operation of the film forming apparatus 2 configured as described above, for example, start and stop of gas supply, process temperature, process pressure, temperature control of refrigerant flowing through the refrigerant passage, supply of refrigerant in the trap device 68, circulation of refrigerant
  • control is performed by the apparatus control unit 102 including a computer, for example.
  • the computer-readable program necessary for this control is stored in the storage medium 104.
  • a flexible disk a CD (Compact Disc), a CD-ROM, a hard disk, a flash memory, a DVD, or the like is used. Can do.
  • FIGS. 7 and 8 are diagrams schematically showing the flow of exhaust gas in the trap device
  • FIG. 7 shows an example of arrangement of a general trap plate
  • FIG. 8 is a trap plate according to an embodiment of the present invention. An arrangement example is shown.
  • the first vacuum pump 66 and the second vacuum pump 70 of the exhaust system 8 are continuously driven, and the processing container
  • the inside of 12 is evacuated and maintained at a predetermined pressure, and the wafer W supported by the mounting table 14 is maintained at a predetermined temperature by the heater 18.
  • the side walls of the processing vessel 12 and the shower head 28 are also maintained at predetermined temperatures by heaters 34 and 36, respectively. This temperature is lower than the decomposition temperature of the raw material gas and is in the temperature range equal to or higher than the solidification temperature or liquefaction temperature.
  • the entire raw material gas supply system 10 of the gas supply system 6 is heated in advance to a predetermined temperature, for example, about 80 ° C. as described above, by the tank heating means 58 and the passage heater 60.
  • the carrier gas (CO) whose flow rate is controlled is supplied into the raw material tank 40 through the carrier gas pipe 50.
  • the stored solid raw material 42 is heated and vaporized, whereby a raw material gas is generated.
  • the generated source gas flows together with the carrier gas in the source passage 46 toward the downstream side.
  • This source gas is introduced into the processing container 12 in a reduced pressure atmosphere from a shower head 28 which is a gas introducing means 30 of the film forming apparatus body 4, and in this processing container 12, for example, CVD (Chemical)
  • a Ru metal thin film is formed on the wafer W by Vapor Deposition.
  • the process conditions at this time are a process pressure of about 0.1 Torr (13.3 Pa) and a wafer temperature equal to or higher than the decomposition temperature of the source gas, for example, about 150 to 250 ° C.
  • Ru 3 (CO) 12 which is the solid raw material 42 is a raw material which has a very low vapor pressure and is difficult to evaporate (vaporize), and the amount contributing to the film forming reaction is very small, about 90% of the raw material.
  • the gas flows down in the exhaust passage 62 of the exhaust system 8 together with the carrier gas CO in an unreacted state.
  • the exhaust passage 62 is also heated to about 80 ° C. by the passage heater 100 as described above to prevent the source gas from re-solidifying and the like, and maintain the gas state.
  • the film formation reaction generates CO (carbon monoxide), which is the same gas type as the carrier gas.
  • Exhaust gas flowing down the exhaust passage 62 is diffused into the atmosphere after sequentially passing through the pressure regulating valve 64, the first vacuum pump 66, the trap device 68, the second vacuum pump 70, and the abatement device 72.
  • the pressure regulating valve 64 the first vacuum pump 66, the trap device 68, the second vacuum pump 70, and the abatement device 72.
  • this CO gas is abated by combustion in the abatement device 72 and becomes CO2 to be diffused into the atmosphere. It will be.
  • the exhaust gas flows into the housing 74 from the gas inlet 76 of the trap device 68, the exhaust gas is cooled by coming into contact with the trap plate 84 of each trap unit 86, and trapped in the exhaust gas.
  • the unreacted raw material gas that is the object is condensed (solidified), deposited on the trap surface, and removed from the exhaust gas.
  • the exhaust gas in which the source gas is captured flows from the gas outlet 78 toward the downstream side of the exhaust passage 62.
  • each trap plate 110 is provided so that the main trap surface is orthogonal to the flow direction of the exhaust gas.
  • the flow is turbulent and turbulent flow is generated.
  • most of the unreacted source gas is entangled in the turbulent flow and flows downstream without contacting the trap plate 110.
  • the recovery rate of a certain raw material gas was not sufficiently increased.
  • each trap plate 84 in the housing 74 has a main trap surface 92 parallel to the exhaust gas flow direction, as shown in FIG. Are arranged at predetermined intervals in a direction orthogonal to the flow direction of the exhaust gas, so that no large turbulent flow is caused in the exhaust gas, It is possible to improve the recovery rate of the source gas by efficiently contacting the trap plate 84.
  • the exhaust gas passes through the gaps between the trap plates 84 without being substantially disturbed in the flow, but there are a plurality of trap plates 84, that is, the trap units 86, along the flow direction of the exhaust gas.
  • the total of the projection surfaces of the trap plates 84 with respect to the flow direction of the exhaust gas is a cross section in a direction orthogonal to the flow direction of the exhaust gas in the casing 74 (the casing of the casing). Is set so as to cover 95% or more (see FIG. 6) of the cross section), and the exhaust gas does not greatly disturb the flow of the main trap surface 92 of the trap plate 86 with sufficient efficiency. As a result, the recovery rate of the unreacted source gas can be sufficiently improved.
  • each trap plate 84 may be roughened by a sandblasting process or a scotch process so as to have fine irregularities in advance. The timing becomes earlier and the recovery rate of the raw material gas can be further improved.
  • the same substance as the capture target, that is, the raw material may be attached in advance to the surface of each trap plate 84. According to this, when the raw material gas adheres by solidification and nucleates. The nucleation is promoted and the incubation effect is exhibited, and the recovery rate of the raw material gas can be further improved.
  • the operation of attaching the raw material to the trap plate 84 is facilitated by leaving a part of the capture target remaining on the trap plate 84 instead of removing all of the capture target attached to the trap plate 84 at the time of collecting and maintaining the capture target. It can be carried out. Further, if the adhesion operation of the raw material and the rough surface processing are performed at the same time, the recovery rate can be further improved.
  • the case where the source gas is captured has been described as an example. However, the embodiment of the present invention can also be applied to the case where a side reaction product that is a capture target is generated by film formation.
  • the main trap surface 92 is disposed in parallel to the exhaust gas flow direction, and a predetermined interval is provided in a direction orthogonal to the exhaust gas flow direction. Since a plurality of trap units 86 having a plurality of trap plates 84 provided at a distance from each other are provided along the flow direction of the exhaust gas, trapping objects such as reaction by-products and unreacted source gases are captured. The recovery rate can be improved.
  • each trap plate 84 is uniformly cooled.
  • the temperature gradually increases from the upstream side to the downstream side in the exhaust gas flow direction.
  • a temperature gradient may be added so as to be low.
  • the temperature of the upstream trap plate 84 becomes higher than that of the downstream side, and the temperature becomes lower toward the downstream side of the exhaust gas.
  • the temperature of the upstream trap plate 84 is about 25 to 30 ° C.
  • the temperature of the downstream trap plate 84 is about 20 to 25 ° C.
  • the arrangement pitch L2 (see FIG. 3) between the trap plates 84 is set to be constant.
  • the arrangement pitch L2 is not limited to this, and the arrangement pitch L2 is set upstream in the exhaust gas flow direction.
  • the pitch gradient may be set by gradually decreasing from the side toward the downstream side. According to this, it is possible to prevent an excessive amount of trapped objects from being captured by the upstream trap plate of the exhaust gas, and as a result, the exhaust gas flow path is narrowed in the vicinity of the upstream trap plate. Or being blocked.
  • the pitch gradient and the temperature gradient of the trap plate 84 may be applied simultaneously.
  • the trap plate 84 has a rectangular cross section.
  • the present invention is not limited to this.
  • the trap plate 84 may have an elliptical cross section.
  • the support ring 90 and the support rod 88 are provided to support the trap plate 84.
  • the present invention is not limited to this, and both ends or one end of the trap plate 84 are connected to the housing 74. You may make it attach and fix directly to an inner surface.
  • the projection surface of each trap plate 84 with respect to the flow direction of the exhaust gas The total can cover 100% of the cross section of the housing 74.
  • the cross section of the housing 74 is circular, but is not limited thereto, and may be, for example, a square cross section.
  • the present invention can be applied to the case where other raw materials for film formation other than the organometallic compound are used as the raw material.
  • the film forming apparatus described here is merely an example, and the present invention can be applied to any type of film forming apparatus as long as it is a film forming apparatus using a source gas. Further, the present invention can be applied not only to a single wafer type film forming apparatus but also to a so-called batch type film forming apparatus that processes a plurality of wafers at a time.
  • the wafer has been described as an example of the object to be processed here, the wafer includes a silicon substrate and a compound semiconductor substrate such as GaAs, SiC, and GaN, and is not limited to these substrates.
  • the present invention can also be applied to a glass substrate, a ceramic substrate, or the like used in the above.
  • Film forming apparatus 4 Film forming apparatus main body 6 Gas supply system 8 Exhaust system 10 Raw material gas supply system 12 Processing vessel 14 Mounting table 62 Exhaust passage 68 Trap device 74 Housing 76 Gas inlet 78 Gas outlet 84 Trap plate 86 Trap unit 88 Support Rod 90 Support ring 92 Main trap surface 93 Supplement trap surface 96 Cooling means W Wafer

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Abstract

　処理容器からの排気ガスを流す排気通路の途中に介設される筐体と、前記筐体内に設けられて、前記排気ガスの流れ方向に対して主トラップ面が平行になるように配置され、前記排気ガスの流れ方向と直交する方向へ互いに所定の間隔を隔てて設けられた複数のトラップ板を有するトラップユニットとを備え、前記トラップユニットを、前記排気ガスの流れ方向に沿って複数個設けることを特徴とするトラップ装置が提供される。

Description

トラップ装置及び成膜装置
　本発明は、被処理体に薄膜を形成する成膜装置及びこれに用いるトラップ装置に関する。
　一般に、ＩＣなどの集積回路や論理素子を形成するためには、半導体ウエハ、ガラス基板、ＬＣＤ基板等の表面に、所望の薄い成膜を施す行程やこれを所望のパターンにエッチングする行程が繰り返して行なわれる。この成膜工程を例にとれば、この工程においては、所定の処理ガス（原料ガス）を処理容器内にて反応、或いは分解させることによってシリコンの薄膜、シリコンの酸化物や窒化物の薄膜、或いは金属の薄膜、金属の酸化物や窒化物の薄膜等を被処理体の表面に形成するが、この成膜反応と同時に余分な反応副生成物が発生し、これが排気ガスと共に排出されてしまう。また、未反応の処理ガスも排出される。
　この反応副生成物や未反応の処理ガスは、そのまま大気中に放出されると環境汚染等の原因になったり、未反応の処理ガスの排出は資源の無駄になることから、これを防止するために一般的には処理容器から延びる排気ガス系にトラップ機構を介設し、これにより排気ガス中に含まれている反応副生成物や未反応の処理ガス等を捕獲して除去するようになっている（特許文献１～４）。
　このトラップ機構の構成は、捕獲除去すべき反応副生成物等の特性に応じて種々提案されているが、例えば常温で液化乃至固化して凝縮する反応副生成物を除去する場合には、このトラップ機構はその一例として排気ガスの導入口と排出口を有する筐体内に多数の板状のトラップ板を設けて構成されている。そして、このトラップ板は、排気ガスの流れる方向に対して、順次配列してこれらのトラップ板間を排気ガスが通過する時に排気ガス中の反応副生成物や未反応の処理ガス（原料ガス）等をトラップ板の表面に付着させて捕獲するようになっている。この場合、上記板状のトラップ板は、流れる排気ガスとの接触を良好にするために主トラップ面が排気ガスの流れ方向に対して直交するように設けるのが一般的である。また、このトラップ板を冷却流体等により冷却して捕獲効率を上げることも行なわれている。
特開平１０－１４０３５７号公報 特開平１１－３０２８５１号公報 特開２００１－２１４２７２号公報 特開２００３－２４７０７５号公報
　ところで、一般的なトラップ装置では、上述したように板状のトラップ板を、これと排気ガスとの接触を良好にするために主トラップ面が排気ガスの流れ方向に対して直交するように配置している。しかしながら、この場合、実際の排気ガスは主トラップ面と衝突した際に、その流れが大きく乱されてしまい、結果的に、排気ガスの乱流が生じて排気ガス中の捕獲対象物がトラップ板と接触することなく、すなわち捕獲されることなく流れてしまい、回収率が十分に上がらないといった課題があった。
　上記課題に対して、反応副生成物や未反応の原料ガス等の捕獲対象物の回収率を向上させることが可能なトラップ装置及び成膜装置を提供することにある。
　上記課題を解決するために、本発明のある態様によれば、処理容器からの排気ガスを流す排気通路の途中に介設される筐体と、前記筐体内に設けられて、前記排気ガスの流れ方向に対して主トラップ面が平行になるように配置され、前記排気ガスの流れ方向と直交する方向へ互いに所定の間隔を隔てて設けられた複数のトラップ板を有するトラップユニットとを備え、前記トラップユニットを、前記排気ガスの流れ方向に沿って複数個設けることを特徴とするトラップ装置が提供される。
　また、本発明の他の態様によれば、原料ガスを用いて被処理体に薄膜を形成する成膜処理を施すための成膜装置において、真空排気が可能になされた処理容器と、前記被処理体を載置する載置台と、前記処理容器内へガスを導入するガス導入手段と、前記ガス導入手段に接続されて前記原料ガスを供給する原料ガス供給系を有するガス供給系と、前記処理容器内の雰囲気を排気する排気系と、前記排気系に設けられるトラップ装置と、を備え、前記トラップ装置は、前記排気系に設けられる排気ガスを流す排気通路の途中に介設される筐体と、前記筐体内に設けられて、前記排気ガスの流れ方向に対して主トラップ面が平行になるように配置され、前記排気ガスの流れ方向と直交する方向へ互いに所定の間隔を隔てて設けられた複数のトラップ板を有するトラップユニットとを備え、前記トラップユニットを、前記排気ガスの流れ方向に沿って複数個設けたことを特徴とする成膜装置が提供される。
　本発明によれば、反応副生成物や未反応の原料ガス等の捕獲対象物の回収率を向上させることができる。
本発明の一実施形態に係るトラップ装置を有する成膜装置の一例を示す概略構成図である。 一実施形態に係るトラップ装置を示す縦断面図である。 一実施形態に係るトラップ装置を示す横断面図である。 一実施形態に係る１つのトラップユニットを示す斜視図である。 一実施形態に係るトラップ装置の各トラップ板の配列状態を示す上面断面図である。 一実施形態に係るトラップ装置の一端より各トラップユニットのトラップ板を臨んだ時の状態を示す概略投影図である。 一般的なトラップ装置内における排気ガスの流れを模式的に示す図である。 一実施形態に係るトラップ装置内における排気ガスの流れを模式的に示す図である。
　以下に、本発明に係るトラップ装置及び成膜装置の好適な一実施形態を添付図面に基づいて詳述する。図１は本発明の一実施形態に係るトラップ装置を有する成膜装置の一例を示す概略構成図、図２は一実施形態に係るトラップ装置を示す縦断面図、図３は一実施形態に係るトラップ装置を示す横断面図、図４は一実施形態に係る１つのトラップユニットを示す斜視図、図５は一実施形態に係るトラップ装置の各トラップ板の配列状態を示す上面断面図、図６は一実施形態に係るトラップ装置の一端より各トラップユニットのトラップ板を臨んだ時の状態を示す概略投影図である。ここでは有機金属化合物の原料としてカルボニル系の有機金属化合物であるＲｕ３（ＣＯ）１２を用い、キャリアガスとしてＣＯ（一酸化炭素）を用いてＲｕ金属膜よりなる薄膜を成膜すると共に、捕獲対象物として未反応の原料ガスを排気ガス中から捕獲する場合を例にとって説明する。
　図１に示すように、本発明の一実施形態に係る成膜装置２は、被処理体としての円板状の半導体ウエハＷ（以下、ウエハＷという。）に対して成膜処理を実際に施す成膜装置本体４と、この成膜装置本体４に対して必要なガスを供給するガス供給系６と、成膜装置本体４からの排気ガスを排出する排気系８とにより主に構成されている。ガス供給系６には、ここでは成膜用の原料ガスを供給する原料ガス供給系１０が含まれており、必要な場合には、Ｎ２
ガス等のパージガスを供給するパージガス供給系等も含まれる。
　まず、成膜装置本体４について説明する。この成膜装置本体４は、例えばアルミニウム合金等よりなる筒体状の処理容器１２を有している。この処理容器１２内には、被処理体であるウエハＷを載置して保持する載置台１４が設けられる。この載置台１４は、全体が例えば円板状に成形されており、この上面側にウエハＷを載置するようになっている。そして、この載置台１４は、処理容器１２の底部より起立された例えばアルミニウム合金等よりなる金属製の支柱１６の上端部に取り付け固定されている。
　この載置台１４中にはその上部側に加熱手段として例えばタングステンワイヤヒータやカーボンワイヤヒータ等よりなる加熱ヒータ１８が埋め込むようにして設けられてウエハＷを加熱するようになっており、加熱ヒータ１８の下方にはこの載置台１４の下部や側部を冷却して温度調整する冷媒を流すための冷媒通路２０が設けられている。また、この載置台１４には、ウエハＷの搬出入時に昇降されて搬送アームとの間でウエハＷの受け渡しを行う図示しないリフタピンが設けられている。
　処理容器１２の底部には、排気口２２が設けられ、この排気口２２には排気系８が接続されて、処理容器１２内の雰囲気を真空排気できるようになっている。この排気系８については後述する。この処理容器１２の側壁には、ウエハＷを搬出入する開口２４が形成されており、この開口２４には、これを気密に開閉するためのゲートバルブ２６が設けられている。
　そして、この処理容器１２の天井部には、例えばシャワーヘッド２８よりなるガス導入手段３０が設けられており、下面に設けたガス噴出孔３２より処理容器１２内へ必要なガスを供給するようになっている。そして、処理容器１２の側壁やシャワーヘッド２８にはそれぞれヒータ３４、３６が設けられており、これらを所定の温度に維持することにより原料ガスが固化や液化することを防止するようになっている。そして、このシャワーヘッド２８のガス入口２８Ａに、原料ガス供給系１０や他に必要なガスがある場合には、そのガス供給系が接続されている。
　ここで用いるガス種によっては、このシャワーヘッド２８内では原料ガスと他のガスが混合される場合もあるし、シャワーヘッド２８内へ別々に導入されて別々に流れて処理容器１２内で混合される場合もある。ここでは、ガス導入手段３０としてシャワーヘッド２８を用いているが、これに代えて単なるノズル等を用いてもよいし、そのガス導入形態は特に限定されない。
　次に、原料ガス供給系１０について説明する。まず、この原料ガス供給系１０は、固体原料又は液体原料を貯留する原料タンク４０を有している。ここでは、この原料タンク４０内には、有機金属化合物の原料である例えば固体原料４２が貯留されており、この固体原料４２としては、前述したようにＲｕ３（ＣＯ）１２が用いられている。この固体原料４２は、一般的には蒸気圧が非常に低くて蒸発し難い特性を有している。尚、固体原料４２に代えてバブリング等により原料ガスが形成される液体原料を用いてもよい。
　そして、この原料タンク４０の天井部に設けたガス出口４４に一端を接続し、成膜装置本体４のシャワーヘッド２８のガス入口２８Ａに他端を接続して原料通路４６が設けられており、原料タンク４０にて発生した原料ガスを供給できるようになっている。そして、原料通路４６の原料タンク４０に近い部分には開閉弁４８が介設されている。
　また、原料タンク４０の下面側には、原料タンク４０にキャリアガスを供給するためのキャリアガス管５０が接続されている。このキャリアガス管５０の途中には、マスフローコントローラのような流量制御器５２とキャリアガス開閉弁５４とが順次介設されており、キャリアガスを流量制御しつつ供給して固体原料４２を加熱することにより、この固体原料４２を気化させて原料ガスを形成するようになっている。
　また原料タンク４０の内部には、キャリアガス管５０が設置された側の近傍に、多孔板５６が設置され、固体原料４２を多孔板５６の上に保持すると共に、キャリアガス管５０から供給されるキャリアガスが、多孔板５６に形成された孔部を介して、原料タンク４０内に均一に供給される構造となっている。上記キャリアガスとしてここではＣＯ（一酸化炭素）ガスが用いられている。
　そして、原料タンク４０には、これを加熱するためのタンク加熱手段５８がタンク全体を覆うようにして設けられており、固体原料４２の気化を促進させるようになっている。この場合、固体原料４２の加熱温度は、分解温度未満で且つ固化温度以上の温度である。また、原料通路４６には、テープヒータのような通路加熱ヒータ６０が設けられており、これを分解温度未満で且つ固化温度以上の温度に加熱して原料ガスが再固化することを防止するようになっている。
　次に排気系８について説明する。この排気系８は処理容器１２の排気口２２に接続された排気通路６２を有しており、この排気通路６２に沿って処理容器１２内の雰囲気を排気するようになっている。具体的には、この排気通路６２には、その上流側から下流側に向けて圧力調整弁６４、第１の真空ポンプ６６、本発明の一実施形態に係るトラップ装置６８、第２の真空ポンプ７０及び除害装置７２が順次介設されている。
　圧力調整弁６４は例えばバタフライ弁よりなり、処理容器１２内の圧力を調整する機能を有している。第１の真空ポンプ６６は、ここでは上流側に設けたターボ分子ポンプよりなり、第２の真空ポンプ７０は、ここではドライポンプよりなり、処理容器１２内の雰囲気を真空引きできるようになっている。この場合、成膜時の設定プロセス圧力に応じて、上記２つのポンプ６６、７０の内のいずれか一方のみを設けるようにしてもよい。
　トラップ装置６８は、流れてくる排気ガス中に含まれる未反応の原料ガスを回収するようになっている。具体的には、このトラップ装置６８は、図２乃至図６にも示すように例えばステンレススチール、アルミニウム合金等の金属により形成された筐体７４を有している。尚、処理ガスとして腐食性ガスを用いる場合には、筐体７４として耐腐食性材料を用いる。この筐体７４は、ここでは両端が閉じられた円筒体状に成形されている。この円筒体状の筐体７４の一端にはガス入口７６が形成され、このガス入口７６に排気通路６２の上流側が接続されていると共に、他端にはガス出口７８が形成され、このガス出口７８に排気通路６２の下流側が接続されて、筐体７４内に排気ガスを流すようになっている。
　また、筐体７４のガス出口７８が形成される他端側の端板は、開閉蓋８０として形成されており、この開閉蓋８０は、Ｏリング等のシール部材８２を介して気密に着脱可能に取り付けられている。
　そして、この筐体７４内に本発明の一実施形態の特徴とする複数のトラップ板８４を有する複数のトラップユニット８６が排気ガスの流れ方向に沿って所定の間隔で設けられており、排気ガス中の捕獲対象物（原料ガス）を捕獲するようになっている。具体的には、ここではトラップユニット８６は適宜間隔を隔てて８個（図２参照）、すなわち８段に亘って設けられており、各トラップユニット８６は、一端が開閉蓋８０に連結されて筐体７４内に沿って延びる複数の支持ロッド８８により一体的に連結されて支持されており、メンテナンス時に筐体７４の開閉蓋８０側から挿脱できるようになっている。支持ロッド８８は、ここでは３本（図３参照）設けられている。そして、各トラップユニット８６には、トラップ板８４がそれぞれ複数枚、ここでは４枚設けられている。尚、このトラップ板８４の枚数は、これに限定されない。
　各トラップ板８４は、排気ガスの流れ方向、すなわち筐体７４の長さ方向に対して主トラップ面９２（幅の広いトラップ面）が平行になるように配置されると共に、排気ガスの流れ方向と直交する方向へ互いに所定の間隔を隔てて設けられている。すなわち、トラップ板８４の厚さ方向の補トラップ面９３（幅の狭いトラップ面）が排気ガスの流れ方向と直交するように配置されている。そして、このトラップユニット８６の外周側は、円形リング状になされた所定の幅の支持リング９０により形成されており、この支持リング９０に各トラップ板８４の両端を接続して一体的に支持するようになっている。
　トラップ板８４は、ここでは断面矩形に成形され、所定の厚さ、長さ及び幅を有しており、その表面全体がトラップ面になると共に長さと幅で形成される面が主トラップ面９２となっている。ここで各トラップ板８４の長さは、図３及び図４にも示すように円形リング状の支持リング９０に対する取り付け位置によって異なることになる。この支持リング９０の表面もトラップ面となり、捕獲対象物を付着させる機能を有している。
　ここで上記各部材の寸法の一例は、筐体７４の直径は２０ｃｍ程度、長さは４０ｃｍ程度、各トラップ板８４の厚さＬ１は１０～１５ｍｍ程度、トラップ板８４間の距離、すなわち配列ピッチＬ２は２０～４０ｍｍ程度、幅Ｌ３（図５参照）は１０～２０ｍｍ程度であり、”厚さＬ１＜長さＬ３”となるように設定されている。上記厚さＬ１が１０ｍｍよりも小さい場合には、設けるべきトラップ板８４が過度に多くなって好ましくなく、また、１５ｍｍよりも大きい場合には、排気ガスの乱れが大きくなり、この場合にも好ましくない。また前後のトラップユニット８６間の距離は、例えば４０～８０ｍｍ程度である。
　そして、本発明の一実施形態では、円形リング状の支持リング９０に対するトラップ板８４の取り付け位置は、トラップユニット８６毎に排気ガスの流れ方向に直交する方向に対して少しずつ位置ずれさせている。具体的には、図５にも示すように、排気ガスの流れ方向へトラップユニット８６の取り付け位置が１段（個）ずつずれるに従って、トラップ板８４の取り付け位置は、例えばトラップ板８４の厚さ分だけ排気ガスの流れ方向に直交する方向へシフトさせた位置に取り付けている。そして、ここでは上流側の前４段のトラップユニット８６の各トラップ板８４のガス流れ方向に対する投影面の合計で排気ガスの流れ方向に対して直交する筐体７４の断面のほぼ全体をカバーするように設定されている。この場合、筐体７４の内周面と支持リング９０の外周面との間には僅かな隙間が形成され、且つ支持リング９０自体の板厚もあることから、好ましくは筐体７４の断面の９５％以上をカバーするように設定する。
　また、円形リング状の支持リング９０内の断面に関しては、各トラップ板８４の投影面（補トラップ面９３）の合計は図６に示すように１００％になっている。すなわち、図６に示す投影図のように排気ガスの流れ方向の最上流側に位置するトラップユニットを初段とすると、第１段のトラップユニット８６－１のトラップ板８４－１、第２段のトラップユニット８６－２のトラップ板８４－２、第３段のトラップユニット８６－３のトラップ板８４－３及び第４段のトラップユニット８６－４のトラップ板８４－４の順序の繰り返し状態となる。
　換言すれば、排気ガスの流れ方向から見ると、円形リング状の支持リング９０内の断面は光学的に１００％閉じられた状態となっており、筐体７４内を排気ガスが直線的には通過できないような構造となっている。ここで排気ガスの流れ方向から見た場合、隣り合うトラップ板８４の周辺部同士が僅かに重なり合うように配置してもよいし、或いは僅かに離間するようにしてもよい。尚、各段のトラップユニット８６－１～８６－４の各トラップ板８４－１～８４－４の取り付け位置は上述したように規則正しく取り付けなくてもよく、また、各トラップユニット８６－１～８６－４の前後方向の位置が任意に入れ替わってもよく、いずれにしても、筐体７４内の断面を光学的に９５％以上、好ましくは１００％閉じられた状態にできればよい。
　また、排気ガスの流れ方向の下流側に位置する後４段のトラップユニット８６よりなるセットの構成は、上記前４段のトラップユニット８６よりなるセットの構成と全く同じである。ここでは４段のトラップユニット８６よりなるセットを前後で２セット設けているが、このセット数は筐体７４の全体で２セットに限定されず、１セット或いは３セット以上設けるようにしてもよい。
　そして、この筐体７４には、各トラップ板８４を冷却するための冷却手段９６（図２参照）が設けられている。具体的には、この冷却手段９６は、内部に冷却水等の冷媒を流すようにした冷却ジャケット９８を有しており、この冷却ジャケット９８を筐体７４の区画壁である開閉蓋８０に取り付けている。これにより、この冷却ジャケット９８により開閉蓋８０、支持ロッド８８、支持リング９０及び各トラップ板８４を冷却するようになっている。ここではトラップ板８４は例えば２５℃程度に冷却されている。この場合、支持ロッド８８及び支持リング９０等に冷媒通路を形成して、各トラップ板８４をより効率的に冷却するようにしてもよい。また、冷却手段９６を用いる場合には、上記各構成部材としては熱伝導性が良好な材料、例えばアルミニウム合金やアルミニウムを用いるのがよい。尚、捕獲対象物の種類によっては、冷却手段９６を設けなくてもよい。
　図１に戻って、処理容器１２の排気口２２からこのトラップ装置６８までの排気通路６２にはテープヒータ等の通路加熱ヒータ１００が設けられており、これにより排気通路６２内を流れている排気ガスを所定の温度に加熱して途中で排気ガス中の未反応の原料ガスが液化或いは固化することを防止するようになっている。
　また第２の真空ポンプ７０の下流側に設けられる除害装置７２は、排気ガス中の有害ガスを無害化するものであり、ここでは上記原料ガスの分解によりＣＯ（一酸化炭素）が発生し、また、キャリアガスとして同じＣＯを用いているので、このＣＯを例えば燃焼してＣＯ２
（二酸化炭素）として無害化して大気中へ放散するようになっている。
　このように構成された成膜装置２の全体の動作、例えばガスの供給の開始、停止、プロセス温度、プロセス圧力、冷媒通路に流す冷媒の温度制御、トラップ装置６８における冷媒の供給、冷媒の循環等の制御は、例えばコンピュータよりなる装置制御部１０２により行われることになる。
　この制御に必要なコンピュータに読み取り可能なプログラムは記憶媒体１０４に記憶されており、この記憶媒体１０４としては、フレキシブルディスク、ＣＤ（ＣｏｍｐａｃｔＤｉｓｃ）、ＣＤ－ＲＯＭ、ハードディスク、フラッシュメモリ或いはＤＶＤ等を用いることができる。
　次に、以上のように構成された成膜装置２を用いて行われる成膜動作及び捕獲対象物の捕獲動作について図７及び図８も参照して説明する。図７及び図８はトラップ装置内における排気ガスの流れを模式的に示す図であり、図７は、一般的なトラップ板の配置例を示し、図８は本発明の一実施形態のトラップ板の配置例を示す。
　まず、図１に示すように、この成膜装置２の成膜装置本体４においては、排気系８の第１の真空ポンプ６６及び第２の真空ポンプ７０が継続的に駆動されて、処理容器１２内が真空引きされて所定の圧力に維持されており、また載置台１４に支持されたウエハＷは加熱ヒータ１８により所定の温度に維持されている。また処理容器１２の側壁及びシャワーヘッド２８もそれぞれヒータ３４、３６により所定の温度に維持されている。この温度は原料ガスの分解温度未満で且つ固化温度又は液化温度以上の温度範囲であり、例えば８０℃程度にそれぞれ加熱されている。
　また、ガス供給系６の原料ガス供給系１０の全体は、タンク加熱手段５８や通路加熱ヒータ６０によって予め所定の温度、例えば前述のように８０℃程度に加熱されている。そして、成膜処理が開始すると、原料ガス供給系１０においては、原料タンク４０内へはキャリアガス管５０を介して流量制御されたキャリアガス（ＣＯ）を供給することにより、原料タンク４０内に貯留されている固体原料４２が加熱されて気化し、これにより原料ガスが発生する。
　この発生した原料ガスは、キャリアガスと共に原料通路４６内を下流側に向けて流れて行く。この原料ガスは、成膜装置本体４のガス導入手段３０であるシャワーヘッド２８から減圧雰囲気になされている処理容器１２内へ導入され、この処理容器１２内で例えばＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ
Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）によりウエハＷ上にＲｕ金属の薄膜が成膜されることになる。この時のプロセス条件は、プロセス圧力が０．１Ｔｏｒｒ（１３．３Ｐａ）程度、ウエハ温度が原料ガスの分解温度以上、例えば１５０～２５０℃程度である。
　ここで固体原料４２であるＲｕ３（ＣＯ）１２は、蒸気圧が非常に低くて蒸発（気化）し難い原料であり、また成膜反応に寄与する量は非常に少なく、９０％程度の原料ガスが未反応状態でキャリアガスであるＣＯと共に排気系８の排気通路６２内を流下して行く。この排気通路６２も通路加熱ヒータ１００によって上述のように８０℃程度に加熱されて原料ガスが再固化等することを防止してガス状態を維持している。上記成膜反応によってキャリアガスと同じガス種であるＣＯ（一酸化炭素）が発生している。
　排気通路６２を流下する排気ガスは、圧力調整弁６４、第１真空ポンプ６６、トラップ装置６８、第２の真空ポンプ７０及び除害装置７２を順次経由した後に大気中に放散される。この場合、未反応の原料ガスが回収された後は、排気ガスとしてＣＯガスが残留するだけなので、このＣＯガスは除害装置７２にて燃焼により除害されてＣＯ２となって大気放散されることになる。
　ここで、トラップ装置６８のガス入口７６より筐体７４内へ排気ガスが流入すると、この排気ガスが各トラップユニット８６のトラップ板８４と接触することによって冷却されて、排気ガス中に含まれる捕獲対象物である未反応の原料ガスが凝縮（凝固）してトラップ面に付着堆積し、排気ガス中から除去されることになる。そして、原料ガスが捕獲された排気ガスは、ガス出口７８より排気通路６２の下流側に向け流れて行く。
　この場合、一般的なトラップ装置にあっては、図７に示すように各トラップ板１１０は、主トラップ面が排気ガスの流れ方向に対して直交するように設けられていたので、排気ガスの流れが乱れて乱流が発生する状態となり、この結果、未反応の原料ガスの多くが乱流に巻き込まれてトラップ板１１０と接触することなく下流側へ流れて行く状態となり、捕獲対象物である原料ガスの回収率が十分に上がらない場合があった。
　これに対して、本発明の一実施形態の場合には、筐体７４の内の各トラップ板８４は、図８に示すように、主トラップ面９２が排気ガスの流れ方向に対して平行になるように配置し、且つ排気ガスの流れ方向と直交する方向へ互いに所定の間隔を隔てて設けるようにしたので、排気ガスに大きな乱流を生ぜしめることがなく、排気ガス及び原料ガスと各トラップ板８４とが効率的に接触して原料ガスの回収率を向上させることが可能となる。
　この場合、排気ガスは各トラップ板８４間の隙間をその流れをほぼ乱されることなく通過することになるが、各トラップ板８４、すなわちトラップユニット８６は、排気ガスの流れ方向に沿って複数段に亘って設けられており、そして、各トラップ板８４の排気ガスの流れ方向に対する投影面の合計は、筐体７４内の排気ガスの流れ方向に対して直交する方向の断面（筐体の断面）の９５％以上（図６参照）をカバーするように設定されているので、排気ガスはその流れを大きく乱されることなく、効率的に且つ十分にトラップ板８６の主トラップ面９２と接触することになり、この結果、未反応の原料ガスの回収率を十分に向上させることが可能となる。
　原料ガスの捕獲に際しては、トラップ板８４の排気ガスの流れと対向する補トラップ面９３や支持リング９０及び支持ロッド８８の表面でも原料ガスが捕獲されるのは勿論である。また、トラップ板８４で捕獲した原料を除去するメンテナンス作業を行うには、開閉蓋８０を筐体７４の本体側から取り外し、支持ロッド８８に一体的に支持された各トラップユニット８６を筐体７４の本体側から抜き出す。ここで、各トラップ板８４の表面に対して、サンドブラスト処理やスコッチ処理による粗面加工を施して微少な凹凸を予め付しておいてもよく、これによれば、原料ガスの捕獲乃至付着のタイミングが早くなり、原料ガスの回収率を更に向上させることが可能となる。
　また、各トラップ板８４の表面に対して捕獲対象物と同じ物質、すなわちここでは原料を予め付着させておいてもよく、これによれば、原料ガスが凝固により付着して核形成する際に、その核形成が促進されてインキュベーション効果が発揮され、原料ガスの回収率を一層向上させることができる。このトラップ板８４に対する原料の付着操作は、捕獲対象物の回収メンテナンス時に、トラップ板８４に付着している捕獲対象物を全て除去するのではなく、その一部を残存させておくことにより容易に行うことができる。また、この原料の付着操作と上記粗面加工とを同時に行うようにすれば、その回収率を更に向上させることが可能となる。ここでは、原料ガスを捕獲する場合を例にとって説明したが、成膜により捕獲対象物となる副反応生成物が発生する場合にも本発明の一実施形態を適用することができる。
　以上のように、本発明の一実施形態によれば、排気ガスの流れ方向に対して主トラップ面９２が平行となるように配置されて、排気ガスの流れ方向と直交する方向へ所定の間隔を隔てて設けられた複数のトラップ板８４を有するトラップユニット８６を、排気ガスの流れ方向に沿って複数個設けるようにしたので、反応副生成物や未反応の原料ガス等の捕獲対象物の回収率を向上させることができる。
　以上、添付図面を参照しながら本発明のトラップ装置及び成膜装置の好適な実施形態について詳細に説明したが、本発明のトラップ装置及び成膜装置の技術的範囲はかかる例に限定されない。本発明の技術分野における通常の知識を有する者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、これらについても、当然に本発明のトラップ装置及び成膜装置の技術的範囲に属する。また、上記実施形態及び変形例が複数存在する場合、矛盾しない範囲で組み合わせることができる。
　例えば、上記実施例においては、各トラップ板８４を一律に冷却するようにしたが、この場合、各トラップ板８４の温度に関して、排気ガスの流れ方向の上流側から下流側へ行くに従って、次第に温度が低くなるように温度勾配を付けるようにしてもよい。これによれば、上流側のトラップ板８４の温度が下流側よりも高くなり、排気ガスの下流側に行くほど温度が低くなるので、排気ガスの上流側のトラップ板による捕獲対象物の捕獲量が過度に多くなることを防止でき、この結果、この上流側のトラップ板の近傍で排気ガスの流路が狭められたり、閉塞されることを防止することができる。ここでは例えば上流側のトラップ板８４の温度は２５～３０℃程度、下流側のトラップ板８４の温度は２０～２５℃程度である。
　また、上記実施例では、各トラップ板８４間の配列ピッチＬ２（図３参照）が一定になるように設定したが、これに限定されず、この配列ピッチＬ２を、排気ガスの流れ方向の上流側から下流側へ行くに従って次第に小さくなるように設定してピッチ勾配を設けるようにしてもよい。これによれば、排気ガスの上流側のトラップ板による捕獲対象物の捕獲量が過度に多くなることを防止でき、この結果、この上流側のトラップ板の近傍で排気ガスの流路が狭められたり、閉塞されることを防止することができる。この場合、上記ピッチ勾配とトラップ板８４の温度勾配を同時に付するようにしてもよい。
　また、上記実施例では、トラップ板８４の断面は矩形状としたが、これに限定されず、例えば断面楕円形状等にしてもよい。また、上記実施例では、トラップ板８４を支持するために、支持リング９０や支持ロッド８８を設けるようにしたが、これに限定されず、このトラップ板８４の両端、或いは一端を筐体７４の内面に直接的に取り付け固定するようにしてもよい。これによれば、図２において示すような支持リング９０の外周面と筐体７４の内周面との間の隙間の部分がなくなるので、各トラップ板８４の排気ガスの流れ方向に対する投影面の合計は、筐体７４の断面の１００％をカバーすることが可能となる。また、ここでは筐体７４の断面は円形状としたが、これに限定されず、例えば断面四角形状等にしてもよい。
　また、上記実施例では、有機金属化合物の原料としてＲｕ３（ＣＯ）１２を用いた場合を例にとって説明したが、これに限定されず、上記有機金属化合物としては、Ｒｕ３（ＣＯ）１２、Ｗ（ＣＯ）６、Ｎｉ（ＣＯ）４、Ｍｏ（ＣＯ）６、Ｃｏ２（ＣＯ）８、Ｒｈ４（ＣＯ）１２、Ｒｅ２（ＣＯ）１０、Ｃｒ（ＣＯ）６、Ｏｓ３（ＣＯ）１２、Ｔａ（ＣＯ）５、ＴＥＭＡＴ（テトラキスエチルメチルアミノチタニウム）、ＴＡＩＭＡＴＡ、Ｃｕ（ＥＤＭＤＤ）２、ＴａＣｌ５、ＴＭＡ（トリメチルアルミニウム）、ＴＢＴＤＥＴ（ターシャリーブチルイミド－トリ－ジエチルアミドタンタル）、ＰＥＴ（ペンタエトキシタンタル）、ＴＭＳ（テトラメチルシラン）、ＴＥＨ（テトラキスエトキシハフニウム）、Ｃｐ２Ｍｎ［＝Ｍｎ（Ｃ５Ｈ５）２］、（ＭｅＣｐ）２Ｍｎ［＝Ｍｎ（ＣＨ３Ｃ５Ｈ４）２］、（ＥｔＣｐ）２Ｍｎ［＝Ｍｎ（Ｃ２Ｈ５Ｃ５Ｈ４）２］、（ｉ－ＰｒＣｐ）２Ｍｎ［＝Ｍｎ（Ｃ３Ｈ７Ｃ５Ｈ４）２］、ＭｅＣｐＭｎ（ＣＯ）３［＝（ＣＨ３Ｃ５Ｈ４）Ｍｎ（ＣＯ）３］、（ｔ－ＢｕＣｐ）２Ｍｎ［＝Ｍｎ（Ｃ４Ｈ９Ｃ５Ｈ４）２］、ＣＨ３Ｍｎ（ＣＯ）５、Ｍｎ（ＤＰＭ）３［＝Ｍｎ（Ｃ１１Ｈ１９Ｏ２）３］、Ｍｎ（ＤＭＰＤ）（ＥｔＣｐ）［＝Ｍｎ（Ｃ７Ｈ１１Ｃ２Ｈ５Ｃ５Ｈ４）］、Ｍｎ（ａｃａｃ）２［＝Ｍｎ（Ｃ５Ｈ７Ｏ２）２］、Ｍｎ（ＤＰＭ）２［＝Ｍｎ（Ｃ１１Ｈ１９Ｏ２）２］、Ｍｎ（ａｃａｃ）３［＝Ｍｎ（Ｃ５Ｈ７Ｏ２）３］よりなる群から選択される１の材料を用いることができる。
　また、原料として有機金属化合物以外の他の成膜用の原料一般を用いる場合にも本発明を適用することができる。ここで説明した成膜装置は、単に一例を示したに過ぎず、原料ガスを用いた成膜装置であるならば、どのような形式の成膜装置でも本発明を適用することができる。また、本発明は、枚葉式の成膜装置のみならず、一度に複数枚のウエハを処理する、いわゆるバッチ式の成膜装置にも適用することができる。
　また、ここでは被処理体としてウエハを例にとって説明したが、このウエハにはシリコン基板やＧａＡｓ、ＳｉＣ、ＧａＮなどの化合物半導体基板も含まれ、更にはこれらの基板に限定されず、液晶表示装置に用いるガラス基板やセラミック基板等にも本発明を適用することができる。
　本国際出願は、２０１２年３月１９日に出願された日本国特許出願２０１２－０６２４４６号に基づく優先権を主張するものであり、その全内容を本国際出願に援用する。
２ 成膜装置
４ 成膜装置本体
６ ガス供給系
８ 排気系
１０ 原料ガス供給系
１２ 処理容器
１４ 載置台
６２ 排気通路
６８ トラップ装置
７４ 筐体
７６ ガス入口
７８ ガス出口
８４ トラップ板
８６ トラップユニット
８８ 支持ロッド
９０ 支持リング
９２ 主トラップ面
９３ 補トラップ面
９６ 冷却手段
Ｗ ウエハ

Claims (11)

  1. 　処理容器からの排気ガスを流す排気通路の途中に介設される筐体と、
    　前記筐体内に設けられて、前記排気ガスの流れ方向に対して主トラップ面が平行になるように配置され、前記排気ガスの流れ方向と直交する方向へ互いに所定の間隔を隔てて設けられた複数のトラップ板を有するトラップユニットとを備え、
    　前記トラップユニットを、前記排気ガスの流れ方向に沿って複数個設けることを特徴とするトラップ装置。
  2. 　前記複数個のトラップユニットの各トラップ板は所定の厚さを有し、前記各トラップ板の前記排気ガスの流れ方向に対する投影面の合計は、前記筐体の断面の９５％以上をカバーするように設定されていることを特徴とする請求項１に記載のトラップ装置。
  3. 　前記複数個のトラップユニットの各トラップ板は、支持リングにより一体的に支持されていることを特徴とする請求項１に記載のトラップ装置。
  4. 　前記複数個のトラップユニットは、支持ロッドにより一体的に支持されていることを特徴とする請求項１に記載のトラップ装置。
  5. 　前記各トラップ板を冷却するための冷却手段を有することを特徴とする請求項１に記載のトラップ装置。
  6. 　前記各トラップ板の温度は、前記排気ガスの流れ方向の上流側から下流側へ行くに従って次第に低くなるように設定されていることを特徴とする請求項５に記載のトラップ装置。
  7. 　前記冷却手段は、前記筐体の区画壁に設けられた冷却ジャケットを有し、該冷却ジャケットにより前記各トラップ板を冷却するようになっていることを特徴とする請求項５に記載のトラップ装置。
  8. 　前記トラップユニットにおける前記トラップ板の配列ピッチは、前記排気ガスの流れ方向の上流側から下流側へ行くに従って次第に小さくなるように設定されていることを特徴とする請求項１に記載のトラップ装置。
  9. 　前記各トラップ板の表面には、粗面加工が施されていることを特徴とする請求項１に記載のトラップ装置。
  10. 　前記各トラップ板の表面には、前記捕獲対象物と同じ物質が予め付着されていることを特徴とする請求項１に記載のトラップ装置。
  11. 　原料ガスを用いて被処理体に薄膜を形成する成膜処理を施すための成膜装置において、
    　真空排気が可能になされた処理容器と、
    　前記被処理体を載置する載置台と、
    　前記処理容器内へガスを導入するガス導入手段と、
    　前記ガス導入手段に接続されて前記原料ガスを供給する原料ガス供給系を有するガス供給系と、
    　前記処理容器内の雰囲気を排気する排気系と、
    　前記排気系に設けられるトラップ装置と、を備え、
    　前記トラップ装置は、
    　前記排気系に設けられる排気ガスを流す排気通路の途中に介設される筐体と、
    　前記筐体内に設けられて、前記排気ガスの流れ方向に対して主トラップ面が平行になるように配置され、前記排気ガスの流れ方向と直交する方向へ互いに所定の間隔を隔てて設けられた複数のトラップ板を有するトラップユニットとを備え、
    　前記トラップユニットを、前記排気ガスの流れ方向に沿って複数個設けたことを特徴とする成膜装置。
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