WO2013146982A1 - トラップ機構、排気系及び成膜装置 - Google Patents

トラップ機構、排気系及び成膜装置 Download PDF

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WO2013146982A1
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exhaust
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trap mechanism
space
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PCT/JP2013/059186
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栄一 小森
宏憲 八木
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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, an exhaust system, and a trap mechanism used for forming a film on a target object such as a semiconductor wafer using a source gas.
  • a process of forming a thin film on the surface of a semiconductor wafer, an LCD substrate or the like and a process of etching the thin film into a desired pattern are repeatedly performed.
  • a predetermined processing gas (raw material gas) is reacted in a processing container to thereby form a silicon thin film, a silicon oxide or nitride thin film, or a metal thin film, A thin film of metal oxide or nitride is formed on the surface of the object to be processed.
  • a predetermined processing gas raw material gas
  • a processing container to thereby form a silicon thin film, a silicon oxide or nitride thin film, or a metal thin film
  • a thin film of metal oxide or nitride is formed on the surface of the object to be processed.
  • an extra reaction by-product is generated and discharged together with the exhaust gas, or an unreacted processing gas is discharged together with the exhaust gas.
  • ⁇ Reaction by-products and unreacted processing gas in the exhaust gas will cause environmental pollution if released into the atmosphere as they are.
  • a trap mechanism is generally provided in the exhaust system extending from the processing vessel, thereby capturing reaction by-products and unreacted processing gas contained in the exhaust gas. To be removed.
  • the trap mechanism When removing reaction by-products that condense (liquefy) or solidify (solidify) at room temperature, the trap mechanism is configured, for example, by providing a large number of fins in a housing having an exhaust gas inlet and an exhaust port. Has been. The fins are sequentially arranged in the direction in which the exhaust gas flows. When the exhaust gas passes between the fins, reaction byproducts in the exhaust gas adhere to the fin surface and are captured. In order to increase the capture efficiency, the fins are also cooled by a cooling medium or the like (see, for example, Japanese Patent Application Laid-Open Nos. 08-083773 and 08-172083).
  • a thin film containing a noble metal such as silver, gold, or ruthenium is formed with a film forming apparatus using a raw material (source gas) such as an organometallic compound containing the noble metal. Things are also done.
  • the exhaust gas is cooled and the gas is condensed to recover by-products containing unreacted raw materials, and it is also proposed to recover unreacted raw materials by purifying the by-products. (See JP 2001-342566 A).
  • the trap mechanism as described above has a problem in that it is difficult to efficiently cool a gas having a low vapor pressure and is relatively difficult to liquefy to a temperature at which the gas can be collected, and the collection efficiency is low.
  • the present invention can efficiently collect the collection target object by efficiently cooling and liquefying the collection target gas by changing the exhaust conductance and adiabatic expansion while cooling the exhaust gas.
  • a trap mechanism, an exhaust system, and a film forming apparatus are provided.
  • a trap mechanism for recovering a target gas by cooling and liquefying a housing having a gas inlet and a gas outlet, a partition member that divides the housing into a plurality of staying spaces, and the staying spaces communicate with each other.
  • a trap mechanism including a communication path and a cooling jacket portion for cooling the communication path to cool the exhaust gas is provided.
  • exhaust gas can be adiabatically expanded by changing the exhaust conductance while cooling the exhaust gas by sequentially flowing the exhaust gas through the communication passages. It becomes possible to efficiently cool and liquefy the gas to efficiently collect the collection target.
  • an exhaust passage connected to an exhaust port of the film forming apparatus main body;
  • a vacuum pump interposed in the middle of the exhaust passage, the trap mechanism interposed in the middle of the exhaust passage upstream of the vacuum pump, and the exhaust passage so as to bypass the trap mechanism
  • An exhaust system comprising an inert gas supply means for supplying an inert gas higher than the pressure of the exhaust gas when exhaust gas flows through the bypass passage is provided in the exhaust passage between the first and second exhaust passages.
  • the exhaust gas flowing in the bypass passage is supplied by supplying the inert gas having a pressure higher than that of the exhaust gas to the upstream side and the downstream side of the trap mechanism when the exhaust gas flows into the bypass passage. Even a slight amount of gas (for example, cleaning gas) can be prevented from flowing into the trap mechanism.
  • the film forming apparatus main body having a processing container that can be evacuated, and the object to be processed are mounted.
  • a mounting table structure for placing the gas, gas introducing means for introducing gas into the processing container, a gas supply system connected to the gas introducing means for supplying gas, and for exhausting the atmosphere in the processing container.
  • a surname membrane device comprising the above-described exhaust system is provided.
  • a raw material gas is generated by gasifying an organic metal compound that is liquid at room temperature such as Ru (EtCp) 2 , RuCpBuCp, RuCpPrCp, Ru (nbd) (iHD) 2 as a raw material.
  • an organic metal compound that is liquid at room temperature
  • Ru (EtCp) 2 , RuCpBuCp, RuCpPrCp, Ru (nbd) (iHD) 2 as a raw material.
  • a film forming apparatus 2 includes a film forming apparatus main body 4 that performs a film forming process on a disk-shaped semiconductor wafer W as an object to be processed, and a film forming apparatus main body 4.
  • a gas supply system 6 for supplying necessary gas including a raw material gas for film
  • an exhaust system 8 for exhausting exhaust gas from the film forming apparatus body 4
  • a trap mechanism 10 provided in the exhaust system 8. It is configured.
  • the film forming apparatus main body 4 has a cylindrical processing container 12 made of, for example, an aluminum alloy.
  • a mounting table structure 14 is provided for mounting and holding a semiconductor wafer W, which is an object to be processed.
  • the entire mounting table structure 14 is formed in a disk shape, for example, and the semiconductor wafer W is mounted on the upper surface side.
  • the mounting table structure 14 is attached and fixed to an upper end portion of a metal support column 16 made of, for example, an aluminum alloy that stands up from the bottom portion 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 structure 14 as a heating means on the upper side thereof to heat the semiconductor wafer W.
  • a refrigerant passage 20 for flowing a refrigerant that cools the lower part and the side part of the mounting table structure 14 to adjust the temperature.
  • the mounting table structure 14 is provided with a lifter pin (not shown) that is moved up and down when the semiconductor wafer W is carried in and out and transfers the semiconductor wafer W to and from the transfer arm.
  • An exhaust port 22 is provided at the bottom of the processing vessel 12, and the exhaust system 8 is connected to the exhaust port 22 so that the atmosphere in the processing vessel 12 can be evacuated.
  • the exhaust system 8 will be described later.
  • An opening 24 for loading and unloading the semiconductor wafer W is formed in the side wall of the processing container 12, and a gate valve 25 for opening and closing the opening is provided in the opening 24.
  • a gas introducing means 30 comprising, for example, a shower head 26 is provided on the ceiling portion of the processing container 12, and a necessary gas is supplied into the processing container 12 from a gas ejection hole 31 provided on the lower surface. Yes.
  • Heaters 32 and 34 are provided on the side wall of the processing vessel 12 and the shower head 26, respectively, and by keeping these at a predetermined temperature, the raw material gas is prevented from being liquefied.
  • the gas supply system 6 is connected to the gas inlet 26 ⁇ / b> A of the shower head 26.
  • FIG. 1 shows only the gas supply system for supplying the raw material.
  • the purge gas supply system is connected to the processing vessel 12, and if there is another necessary gas, the gas supply is supplied.
  • the system is connected to the processing vessel 12.
  • the shower head 26 may be a premix type in which the raw material gas and other gas are mixed in the shower head 26, or the shower head 26 may be divided into the raw material gas and the other gas.
  • a post-mix type gas is used in which gases are separately introduced into the processing container 12 and then mixed.
  • the shower head 26 is used as the gas introduction means 30, but a nozzle may be used instead, and the gas introduction form is not particularly limited.
  • the gas supply system 6 has a raw material tank 36 for storing a solid raw material or a liquid raw material.
  • a liquid raw material 38 which is a raw material of the organometallic compound is stored in the raw material tank 36.
  • Ru (EtCp) 2 , RuCpBuCp, RuCpPrCp, Ru (Nbd) (iHD) 2 or the like is used as the liquid raw material 38.
  • the liquid material 38 generally has a characteristic that vapor pressure is very low and it is difficult to evaporate.
  • the raw material tank is connected via a raw material passage 42 having one end connected to a gas outlet 40 provided on the ceiling of the raw material tank 36 and the other end connected to a gas inlet 26A of the shower head 26 of the film forming apparatus body 4.
  • the source gas generated at 36 can be supplied to the shower head 26.
  • An opening / closing valve 44 is interposed in a portion of the raw material passage 42 close to the raw material tank 36.
  • a carrier gas pipe 46 for supplying a carrier gas to the raw material tank 36 is connected to the ceiling portion of the raw material tank 36.
  • a gas inlet 48 at the tip of the carrier gas pipe 46 is inserted into the raw material tank 36 and positioned in the upper space 50.
  • a flow rate controller 52 such as a mass flow controller and a carrier gas on / off valve 54 are sequentially provided.
  • the carrier gas is supplied while controlling the flow rate to heat the liquid raw material 38. By doing so, the liquid raw material 38 is vaporized to form a raw material gas.
  • N 2 gas is used as the carrier gas.
  • a rare gas such as Ar may be used as the carrier gas.
  • the raw material tank 36 is provided with a tank heating means 56 for heating the raw material tank 36 to promote the vaporization of the liquid raw material 38.
  • the heating temperature of the raw material tank 36 is a temperature equal to or lower than the decomposition temperature of the liquid raw material 38.
  • the raw material passage 42 is provided with a passage heater 58 such as a tape heater to prevent the raw material gas from being reliquefied by heating the raw material passage 42 to a temperature higher than the liquefaction temperature of the raw material gas. Yes.
  • the exhaust system 8 has an exhaust passage 60 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 60.
  • the pressure adjusting valve 62, the trap mechanism 10, the vacuum pump 64, and the detoxifying device 66 are sequentially provided in the exhaust passage 60 from the upstream side to the downstream side.
  • manually operated on-off valves 68 are provided for sealing the exhaust passage 60 side when the trap mechanism 10 is removed from the exhaust passage 60.
  • the pressure adjusting valve 62 is composed of a butterfly valve, for example, and has a function of adjusting the pressure in the processing container 12.
  • the vacuum pump 64 is composed of, for example, a dry pump, and can evacuate the atmosphere in the processing container 12.
  • a passage heater 70 such as a tape heater is provided in the exhaust passage 60 from the exhaust port 22 of the processing container 12 to the trap mechanism 10 and each member interposed in the middle thereof, and the exhaust gas is supplied to the predetermined passage. Heating to a temperature prevents the gas to be collected in the exhaust gas from liquefying on the way.
  • the trap mechanism 10 is for re-liquefying and recovering unreacted source gas from the exhaust gas.
  • the trap mechanism 10 includes a casing 72 that forms the entire outer shell, a partition member 76 that partitions the interior of the casing 72 into a plurality of staying spaces 74, and the plurality of the above-described plurality of trap mechanisms.
  • a communication passage 78 communicating with the remaining spaces 74 and a cooling jacket portion 80 for cooling the communication passage 78 in order to cool the exhaust gas.
  • the plurality of staying spaces 74 are constituted by three stays of the first staying space 74A, the second staying space 74B, and the third staying space 74C, and the staying spaces 74A to 74C are communicated in the above order. 78 in series.
  • the cooling jacket portion 80 includes a first cooling jacket 80A provided in the upper part of the housing 72 and a second cooling jacket 80B provided in the central portion of the housing 72.
  • the second cooling jackets 80A and 80B are both made of stainless steel, for example.
  • the casing 72 is formed into a cylindrical shape using, for example, stainless steel.
  • a gas inlet 72A is formed at the center of the ceiling portion of the casing 72, and the upstream side of the exhaust passage 60 is connected to the gas inlet 72A.
  • a gas outlet 72B is formed at the center of the bottom of the casing 72, and the downstream side of the exhaust passage 60 is connected to the gas outlet 72B.
  • the gas inlet 72A and the gas outlet 72B are each provided with an on-off valve (not shown) that is manually operated to completely seal the inside of the casing 72 when the trap mechanism 10 is removed from the exhaust passage 60. Yes.
  • the size of the casing 72 is, for example, about 20 to 40 cm in diameter and about 20 to 50 cm in height, but these numerical values are not particularly limited.
  • the first cooling jacket 80A also serves as a partition member 76 that partitions the first stay space 74A and the second stay space 74B. As described above, the first cooling jacket 80A is provided horizontally across the entire width direction of the casing 72 at the upper portion in the casing 72, and the first staying space 74A is partitioned above the first cooling jacket 80A. The second staying space 74B is partitioned.
  • the first cooling jacket 80A is partitioned by an upward convex bottom partition wall 82 and a flat ceiling partition wall 92.
  • a refrigerant inlet 88 is provided at the lower part of the first cooling jacket 80A, and a refrigerant outlet 90 is provided at the upper part so that the refrigerant 86 flows inside.
  • the ceiling partition wall 92 is provided so as to face the gas inlet 72A of the casing 72.
  • the gas inlet 72A extends from the gas inlet 72A to the ceiling partition wall 92 to form a cylindrical gas.
  • An introduction tube 94 is provided.
  • the leading end of the gas introducing cylinder 94 is close to the ceiling partition wall 92, and thereby a communication gap 96, which is a small ring-shaped interval, is provided between the leading end of the gas introducing cylinder 94 and the ceiling partition wall 92. Is formed. Therefore, the introduction space 98 that is the space in the gas introduction cylinder 94 and the first staying space 74 ⁇ / b> A that is the outer peripheral side space communicate with each other via the communication gap 96. In other words, the effective opening area of the passage leading from the introduction space 98 to the first staying space 74A, that is, the opening area of the communication gap 96 is small, and therefore the exhaust conductance is small and pressure loss occurs.
  • the exhaust gas passing through the communication gap 96 is adiabatically expanded in the first staying space 74 ⁇ / b> A while being cooled by the ceiling partition wall 92.
  • the inner diameter of the exhaust passage 60 (gas introduction cylinder 94) is, for example, about 40 to 60 mm
  • the interval L1 of the communication gap 96 is, for example, in the range of about 2 to 10 mm.
  • the first cooling jacket 80A is provided with a first communication path 78A as a communication path 78 that connects the first retention space 74A and the second retention space 74B.
  • the first communication passage 78A is provided so as to penetrate the first cooling jacket 80A in the vertical direction.
  • a plurality of first communication paths 78A are arranged at equal intervals along the circumferential direction.
  • eight first communication passages 78A are arranged, but this number is not particularly limited. For example, although it depends on the inner diameter of the first communication passage 78A, it is in the range of about 4-20. .
  • the first communication passage 78A is made of metal, for example, stainless steel.
  • the first communication passage 78A extends linearly downward, it may be bent in a curved shape, for example, a meandering shape or a sine curve shape in order to adjust the exhaust duct.
  • the inner diameter of the first communication path 78A is, for example, about 2 to 10 mm.
  • the first communication passage 78A is sufficiently cooled by the first cooling jacket 80A, so that the exhaust gas passing therethrough can be sufficiently cooled. Therefore, the effective opening area of the passage from the first staying space 74A to the second staying space 74B, that is, the total flow passage cross section of the first communication passage 78A is small, so that the exhaust conductance is small and the pressure loss is generated. Therefore, the exhaust gas passing through the first communication passage 78A is adiabatically expanded in the second residence space 74B while being cooled.
  • the second cooling jacket 80B is provided in the second stay space 74B.
  • the second cooling jacket 80B is formed with a second communication passage 78B that communicates the second staying space 74B and the third staying space 74C. That is, the second cooling jacket 80B serves as the partition member. Also serves as 76.
  • the second cooling jacket 80B includes a cylindrical jacket body 106 composed of two jacket cylinders 102 and 104 disposed concentrically with a cooling space 100 having a predetermined width therebetween, On the outer periphery of the jacket main body 106, an outer cylinder 108 with a ceiling is disposed concentrically with a predetermined gap serving as the second communication path 78B from the outer periphery.
  • the third stay space 74C is formed by the inner space 110 of the cylindrical jacket body 106 and the upper space 112 of the outer cylinder 108.
  • the jacket cylinders 102 and 104 and the outer cylinder 108 are each made of stainless steel and are formed into a cylindrical shape.
  • the upper end portions and the lower end portions of the jacket cylinders 102 and 104 are connected and sealed to form the cooling space portion 100 in which the inside is formed into an annular shape, and the coolant 114 flows inside.
  • An inner jacket cylinder 104 of the jacket body 106 extends longer than the outer jacket cylinder 102 and is fixed to the bottom of the casing 72 with a bracket 104A.
  • the lower end portion of the outer cylinder 108 is also fixed to the bottom portion of the housing 72 with a bracket 108A.
  • a refrigerant introduction nozzle 116 for introducing a refrigerant into the jacket body 106 and a refrigerant discharge nozzle 118 for discharging the refrigerant to the outside.
  • the tip of the refrigerant introduction nozzle 116 is positioned at the lower end portion in the jacket main body 106, and the tip of the refrigerant discharge nozzle 118 is positioned at the upper end portion in the jacket main body 106, and the refrigerant 114 is placed in the jacket main body 106. It can be discharged when it is full.
  • the refrigerant 114 discharged from the refrigerant discharge nozzle 118 may be led to the refrigerant inlet 88 of the first cooling jacket 80A through a flow path (not shown) to circulate and use the refrigerant.
  • the outer cylinder 108 with a ceiling is concentrically arranged on the outer periphery of the jacket main body 106 with a predetermined gap therebetween, so that the outer periphery of the jacket main body 106 and the inner periphery of the outer cylindrical body 108 are arranged.
  • An annular second communication passage 78B having a small channel cross-sectional area is formed therebetween.
  • the width L2 of the second communication path 78B is, for example, about 1 to 5 mm.
  • a plurality of communication holes 120 that connect the second staying space 74B and the second communication passage 78B are formed on the side surface of the outer cylinder 108.
  • the communication hole 120 is formed on the side surface of the outer cylinder 108, the outer peripheral surface of the jacket body 106 exists in the flow direction of the exhaust gas flowing in from the communication hole 120. It can collide with the outer peripheral surface of the jacket main body 106.
  • the communication hole 120 forms three groups respectively located at the middle, lower, and lowermost ends in the height direction of the outer cylinder 108. That is, the communication holes 120 are grouped into a middle communication hole 120A, a lower communication hole 120B, and a lowermost communication hole 120C.
  • each of the communication holes 120A, 120B, and 120C at the middle, lower, and lowermost ends are provided at equal intervals along the circumferential direction of the outer cylindrical body 108. Accordingly, the exhaust gas flowing into the second communication passage 78B from the second retention space 74B through the communication holes 120A to 120C flows upward in the second communication passage 78B and flows into the third residence space. It will be guided into the space 74C.
  • the diameter of each of the communication holes 120A to 120C is, for example, about 2 to 5 mm, but is not particularly limited.
  • the effective opening area of the passage from the second staying space 74B to the third staying space 74C that is, the total cross-sectional area of the flow path is small, so that the exhaust conductance becomes small and pressure loss occurs.
  • the exhaust gas passing through the second communication passage 78B is adiabatically expanded in the third staying space 74C while being cooled. Since the groups of communication holes 120 having different height positions of the outer cylinder 108 are provided, the second communication passage 78B increases as the amount of the stored liquid 140 in the housing 72 increases and the liquid level rises. The exhaust conductance decreases gradually. For this reason, the exhaust conductance of the trap mechanism 10 also decreases stepwise.
  • the stepwise change in the exhaust conductance affects the opening degree of the pressure regulating valve 62 and the pressure value in the processing container 12 in a stepwise manner.
  • the stored liquid 140 in the casing 72 is monitored.
  • the amount of can be detected indirectly. Thereby, the necessity for replacement
  • the liquid which lets the inside of the 3rd stay space 74C and the inside of the 2nd stay space 74B communicate with each other in the bottom end part of the jacket cylinder 104 inside the jacket body 106 passes the collected liquid.
  • the liquid flow hole 122 is formed, the liquid flow hole 122 is filled with the stored liquid 140 immediately after the liquid level of the collected stored liquid rises slightly, and the second and third The movement of the exhaust gas between the remaining spaces 74B and 74C is blocked. Further, although the amount of stored liquid is reduced, the liquid circulation hole 122 may not be provided.
  • a gas discharge path 124 extending in the vertical direction is provided in the third staying space 74C.
  • the gas discharge path 124 is formed of, for example, stainless steel.
  • a gas inlet 124A at the upper end of the gas exhaust path 124 is positioned at the upper portion in the third staying space 74C, and the gas exhaust path 124 passes through the bottom of the casing 72, and the gas exhaust at the lower end of the gas exhaust path 124.
  • the outlet 124B is located in the gas outlet 72B provided on the lower outer side of the casing 72, whereby the exhaust gas in the third staying space 74C is discharged out of the casing 72. Yes.
  • the gas exhaust passage 124 is spirally wound and lengthened to increase the passage length, but it may be formed in a straight line.
  • the inner diameter of the gas discharge path 124 is, for example, about 2 to 10 mm.
  • a discharge nozzle 130 provided with an opening / closing valve 128 is provided at the bottom of the casing 72 to discharge the collected stored liquid to the outside of the casing 72.
  • the overall operation of the film forming apparatus 2 configured as described above, for example, control of start and stop of gas supply, process temperature, process pressure, supply of refrigerant in the trap mechanism 10, circulation of refrigerant, and the like is performed by, for example, a computer. This is performed by the device control unit 132 (see FIG. 1).
  • a computer-readable program necessary for this control is stored in a storage medium 134.
  • a storage medium 134 a flexible disk, a CD (Compact Disc), a CD-ROM, a hard disk, a flash memory, a DVD, or the like is used. be able to.
  • FIG. 5 is a cross-sectional view showing a state where the stored liquid is stored in the trap mechanism.
  • the vacuum pump 64 of the exhaust system 8 is continuously driven to evacuate the processing container 12 to a predetermined pressure.
  • the semiconductor wafer W supported by the mounting table structure 14 is maintained at a predetermined temperature by the heater 18.
  • the side walls of the processing vessel 12 and the shower head 26 are also maintained at predetermined temperatures by heaters 32 and 34, respectively. This temperature is a temperature range higher than the liquefaction temperature of the raw material gas.
  • the entire gas supply system 6 is heated in advance to a predetermined temperature by the tank heating means 56 and the passage heater 58.
  • the carrier gas whose flow rate is controlled is supplied into the raw material tank 36 via the carrier gas pipe 46, whereby the upper space portion 50 in the raw material tank 36.
  • the raw material gas that is vaporized and saturated flows together with the carrier gas in the raw material passage 42 toward the downstream side.
  • This source gas is introduced from the shower head 26 of the film forming apparatus body 4 into the processing container 12 in a reduced pressure atmosphere, and the Ru metal is deposited on the semiconductor wafer W by, for example, CVD (Chemical Vapor Deposition).
  • CVD Chemical Vapor Deposition
  • the thin film is formed.
  • the process condition at this time is that the process pressure is about 50 Torr (6665 Pa).
  • the unreacted liquid raw material 38 flows down in the exhaust passage 60 of the exhaust system 8 together with the carrier gas in the processing container 12.
  • the exhaust passage 60 is also heated by the passage heater 70 to prevent the source gas from being liquefied again and maintain the gas state.
  • the exhaust gas flowing down the exhaust passage 60 passes through the pressure regulating valve 62, the trap mechanism 10, the vacuum pump 64, and the abatement device 66 in order, and then is diffused into the atmosphere.
  • cooling water is flowed as a refrigerant to be cooled.
  • This refrigerant is not limited to cooling water, and any refrigerant may be used.
  • the exhaust gas flowing in the exhaust passage 60 is taken into the housing 72 from a gas inlet 72A provided at the upper portion of the housing 72, and this exhaust gas is introduced into the gas introduction cylinder 94 from the introduction space 98 immediately below the gas inlet 72A. And diffused into the first staying space 74A through a narrow annular communication gap 96 formed between the first cooling jacket 80A and the ceiling partition wall 92 of the first cooling jacket 80A. At this time, the exhaust gas flowing through the communication gap 96 efficiently contacts or collides with the ceiling partition wall 92, is sufficiently cooled, and further adiabatically expands when flowing into the first staying space 74A. Since the temperature of the gas decreases, a part of the source gas contained in the exhaust gas is liquefied.
  • the exhaust gas in the first staying space 74A enters the first communication passage 78A formed in a plurality in the first cooling jacket 80A and flows downward while being cooled therein. It flows into the second staying space 74B.
  • the exhaust gas flowing in the first communication passage 78A is efficiently cooled by contacting with the wall surface of the first communication passage 78A cooled here, and further flows into the second retention space 74B.
  • the temperature of the exhaust gas is lowered due to adiabatic expansion, a part of the raw material gas is liquefied.
  • the exhaust gas in the second staying space 74B is narrowly formed in the second communication passage formed annularly from each communication hole 120 formed in the outer cylinder 108 of the second cooling jacket 80B. It enters the 78B, flows upward while flowing in this, and flows into the third staying space 74C.
  • the exhaust gas in the third staying space 74C flows into the gas discharge path 124 from the gas suction port 124A located in the upper part of the third staying space 74C, and flows downward in this. Then, the gas is discharged from the gas outlet 124B into the gas outlet 72B. At this time, the exhaust gas is adiabatically expanded. This exhaust gas further flows downstream of the exhaust passage 60.
  • the raw material liquefied by cooling in the first to third residence spaces 74A, 74B, and 74C flows down along the wall surfaces that define the first and second communication passages 78A and 78B, and reaches the bottom of the casing 72.
  • the stored liquid 140 (see FIG. 5) is stored little by little, and the liquid level of the stored liquid 140 rises little by little.
  • the second staying space 74B and the third staying space 74C include a lowermost communication hole 120C provided at the lower end of the outer cylinder 108 and a liquid circulation hole 122 provided at the lower end of the inner jacket cylinder 104. Therefore, the stored liquid 140 is stored in the staying spaces 74B and 74C while flowing between the staying spaces 74B and 74C, and the liquid level of the stored liquid 140 in the staying spaces 74B and 74C is , Rising while maintaining the same height level.
  • the second staying space 74B and the third staying space 74C flow through the lowermost end communication hole 120C and the jacket cylinder 104 as described above. Since the communication is made through the hole 122, a part of the exhaust gas in the second retention space 74B flows into the third retention space 74C without passing through the second communication passage 78B. However, the second staying space 74B and the third staying space 74C are completely separated by storing the stored liquid 140 in such a small amount that it can block the liquid circulation hole 122. In particular, no problems arise.
  • the amount of the stored liquid 140 in the casing 72 is increased, and the liquid level is positioned at the uppermost position in the communication hole 120 formed in the outer cylindrical body 108 as indicated by a one-dot chain line 142 in FIG.
  • the exhaust gas stops flowing and the collection stops.
  • the gas suction port 124A at the upper end portion of the gas discharge path 124 is positioned above the middle communication hole 120A located at the uppermost position of the communication holes 120 formed in the outer cylindrical body 108. Does not flow downstream of the exhaust gas flow.
  • pressure loss is generated by providing portions where the exhaust conductance is reduced in a plurality of stages, such as the communication gap 96, the first communication passage 78A, and the second communication passage 78B.
  • the exhaust gas is efficiently cooled by bringing the exhaust gas into contact with the cooled wall surface in a plurality of stages, for example, in three stages, and the exhaust gas is adiabatically expanded in each stage to obtain the raw material gas to be collected. Since the liquid is liquefied, the raw material can be efficiently recovered.
  • the path length (gap width) and the path are set such that a pressure loss of 10 Torr (1333 Pa) or more occurs. It is preferable to adjust the exhaust conductance by changing the number.
  • the gas to be collected contained in the exhaust gas is divided into the casing 72 having a gas inlet and a gas outlet, and the partition member 76 that partitions the casing into a plurality of staying spaces 74A to 74C.
  • a communication path 78 (78A, 78C) that connects the staying spaces and a cooling jacket portion 80 that cools the communication path to cool the exhaust gas are provided, and the exhaust gas is sequentially flowed to each staying space through the communication path.
  • the gas inlet tube 94 is provided at the gas inlet 72A, but may be omitted without providing it. Further, in the above embodiment, the first cooling jacket 80A and the second cooling jacket 80B are provided. However, as shown in FIG. 8, the first cooling jacket 80A (including the first communication passage 78A) is provided. Instead, the first staying space 74A and the second staying space 74B may be integrated into a single staying space 74AB.
  • the refrigerant may be supplied only to the first cooling jacket 80A, and the refrigerant may not be supplied to the second cooling jacket 80B.
  • the raw material gas is collected as the collection target gas and the unreacted raw material is collected.
  • the collection target is not limited to this, and the liquid raw material or the liquid reaction is not limited to this. By-products can be collected.
  • the cleaning gas reacts very easily with the gas to be collected and the object to be collected in the trap mechanism 10, so that even a small amount of the cleaning gas must be prevented from entering the trap mechanism 10. .
  • the above-described on-off valve there is a possibility that leakage may occur although it is actually very small. Therefore, there is a fear that a slight cleaning gas leaking from the on-off valve diffuses little by little and enters the trap mechanism 10.
  • the exhaust system here is configured to reliably prevent the cleaning gas from entering the trap mechanism 10 even if the cleaning gas leaks slightly from the on-off valve.
  • FIG. 6 is a schematic configuration diagram showing the entire film forming apparatus having such an exhaust system
  • FIG. 7 is an explanatory diagram for explaining the flow of gas flowing in the exhaust system.
  • the film forming apparatus shown in FIG. 6 is formed in exactly the same manner as the film forming apparatus shown in FIG. 1 except for the exhaust system 8, but is shown here in a simplified manner, and the components shown in FIG. The same components are given the same reference numerals.
  • a purge gas supply system 150 that supplies a purge gas and a cleaning gas supply system that supplies a cleaning gas. 152, and on-off valves 154 and 156 are interposed in the respective gas passages.
  • purge gas for example, N 2 gas is used.
  • the purge gas is not limited to this, and a rare gas such as Ar may be used.
  • the cleaning gas for example, ClF 3 gas is used.
  • a bypass passage 158 is first connected to the exhaust passage 60 so as to bypass the trap mechanism 10.
  • the bypass passage 158 is connected to the exhaust passage 60 on the upstream side and the downstream side of the trap mechanism 10.
  • a switching valve mechanism 162 for switching the flow of exhaust gas between the exhaust passage 60 side and the bypass passage 158 side is provided at the connection portion 160 on the upstream side of the bypass passage 158.
  • the switching valve mechanism 162 includes a first on-off valve 164 provided in the exhaust passage 60 on the downstream side of the connecting portion 160 and a second on-off valve 166 provided in the bypass passage 158. By switching the opening / closing state of 166, the flow of the exhaust gas is switched as described above.
  • a three-way valve may be provided in place of the first and second on-off valves 164 and 166.
  • an inflow prevention on-off valve 170 for preventing the backflow of the cleaning gas is provided in the middle of the exhaust passage 60 on the upstream side of the connection portion 168 on the downstream side of the bypass passage 158. Then, in the exhaust passage 60 between the gas inlet 72A of the trap mechanism 10 and the connection portion 160 upstream of the bypass passage 158, and between the gas outlet 72B of the trap mechanism 10 and the connection portion 168 downstream of the bypass passage 158.
  • An inert gas supply means 172 for supplying an inert gas having a pressure higher than the pressure of the exhaust gas when exhaust gas flows through the bypass passage 158 is provided in the exhaust passage 60 therebetween.
  • the inert gas supply means 172 is connected to the exhaust passage 60 between the gas inlet 72A and the upstream connecting portion 160 and downstream of the first on-off valve 164.
  • the first pressurizing gas passage 174 and the second pressurizing gas connected between the gas outlet 72B and the downstream connecting portion 168 and connected to the exhaust passage 60 upstream of the inflow prevention on-off valve 170.
  • a passage 176 and an inert gas supply unit 178 for supplying an inert gas into the first and second pressurizing gas passages 174 and 176 are provided.
  • first pressurizing gas passage 174 In the middle of the first pressurizing gas passage 174, there is provided a gas supply opening / closing valve 180 which is opened when an inert gas is supplied and is closed at other times.
  • first and second pressurizing gas passages 174 and 176 communicate with each other and are provided as one common gas passage 182.
  • the inert gas supply unit 178 is connected to the common gas passage 182 and shared.
  • An open / close valve 186 is provided in the gas supply passage 184 of the inert gas supply unit 178 so that an inert gas can be supplied as necessary.
  • N 2 gas is used as the inert gas, but a rare gas such as Ar may be used instead.
  • the pressure in the exhaust passage 60 varies depending on the processing mode, for example, the maximum is about 400 Torr (53338.9 Pa), whereas the pressure of the inert gas is set high to about 500 Torr (666661.2 Pa). ing.
  • first pressurization gas passage 174 in the exhaust passage 60 downstream of the connection portion 188 to the exhaust passage 60 and the second pressurization gas passage 176 in the upstream of the connection portion 190 to the exhaust passage 60 are provided on the way of the exhaust passage 60.
  • open / close valves 192 and 194 for preventing backflow are provided on the way of the exhaust passage 60.
  • the common gas passage 182 that is, the first and second pressurization gas passages 174 and 176
  • the common gas passage 182 have a pressure higher than the exhaust gas, for example, 500 Torr (666661.2 Pa).
  • An inert gas having a high pressure is introduced and sealed between the valve 194 and the on-off valve 170 for preventing inflow, so that even a slight amount of cleaning gas does not flow in or diffuse.
  • a pressure gauge 196 is provided in the common gas passage 182 so that the presence or absence of a leak of the inert gas can be confirmed by monitoring the pressure fluctuation in the common gas passage 182.
  • the opening / closing control of each opening / closing valve is performed by an instruction from the device control unit 132, for example.
  • FIG. 7A shows the flow of exhaust gas during film formation
  • FIG. 7B shows the flow of exhaust gas during cleaning.
  • FIG. 7 when the figure of each on-off valve is white, it indicates “open state”, and when it is black, it indicates “closed state”.
  • exhaust gas is allowed to flow through the trap mechanism 10 and is not allowed to flow through the bypass passage 158.
  • the inert gas supply means 172 is not operated. That is, the second on-off valve 166 of the switching valve mechanism 162, the gas supply on-off valve 180 of the first pressurizing gas passage 174, and the on-off valve 186 of the inert gas supply unit 178 are closed.
  • the first on-off valve 164 of the switching valve mechanism 162, the on-off valves 192 and 194 for preventing backflow on the upstream and downstream sides of the trap mechanism 10 and the on-off valve 170 for preventing inflow are both opened.
  • the exhaust gas during film formation flows along the exhaust passage 60 and flows into the trap mechanism 10, and is collected from the exhaust gas in the trap mechanism 10 as described above.
  • the target gas is cooled and the collection target is removed.
  • the exhaust gas flowing out from the trap mechanism 10 flows downstream as it is.
  • the first on-off valve 164 of the switching valve mechanism 162, the on-off valves 192 and 194 for preventing backflow on the upstream and downstream sides of the trap mechanism 10 and the on-off valve 170 for preventing inflow are closed.
  • the exhaust gas including the cleaning gas at the time of the cleaning process flows along the bypass passage 158 from the exhaust passage 60 and does not flow into the trap mechanism 10 as indicated by the arrow 202.
  • the inert gas supply unit 178 supplies N 2 gas having a pressure higher than that of the exhaust gas containing the cleaning gas, as indicated by an arrow 204, and the N 2 gas is supplied to the first and second gases.
  • the pressure gas passages 174 and 176, that is, the common gas passage 182 are introduced into the exhaust passage 60 side.
  • An inert gas is introduced into the portion of the exhaust passage 60 between the valve 194 and the on-off prevention on-off valve 170 and is sealed in a state where the pressure is higher than that of the exhaust gas containing the cleaning gas.
  • the N 2 gas supplied from the inert gas supply unit 178 flows into the exhaust gas side having a low pressure. .
  • the pressure of the N 2 gas is, for example, 500 Torr (666661.2 Pa), while the pressure of the exhaust gas including the cleaning gas is about 50 to 400 Torr (6666612 to 53328.9 Pa).
  • the exhaust gas is caused to flow through the bypass passage 158 not only during the cleaning process but also when the wafer W is carried into and out of the processing container 12, for example, because the purge gas is supplied into the processing container 12.
  • the bypass passage 158 may also be used when exhausting the purge gas.
  • the inert gas of 500 Torr (666661.2 Pa) is supplied to the common gas passage 182
  • the pressure of the inert gas supplied to the common gas passage 182 is higher than the pressure of the exhaust gas flowing through the bypass passage 158. What is necessary is just high, and it is not limited to said 500 Torr (666661.2 Pa).
  • the common gas passage 182 that communicates the first and second pressurization gas passages 174 and 176 is used, and one inert gas supply unit 178 is connected to the common gas passage 182.
  • the second pressurizing gas passages 174 and 176 may be provided separately and independently, and the inert gas supply unit may be provided in each of them.
  • the present invention is not limited to this, and other chlorine-based gas, fluorine-based gas such as NF 3 gas, or ozone may be used. Further, here, the gas supply on / off valve 180 and the backflow prevention on / off valve 192 are provided separately, but these may be integrated to use a three-way valve.
  • the object to be processed is a semiconductor wafer.
  • this semiconductor wafer includes a silicon substrate and a compound semiconductor substrate such as GaAs, SiC, or GaN.
  • the object to be processed may be a glass substrate or a ceramic substrate used for a liquid crystal display device.

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Abstract

　被処理体（Ｗ）の表面に薄膜を形成する成膜装置本体（４）から排出される排気ガスを流す排気通路（６０）の途中に介設されて排気ガス中に含まれる捕集対象ガスを冷却して液化することにより回収するトラップ機構（１０）は、ガス入口（７２Ａ）とガス出口（７２Ｂ）とを有する筐体（７２）と、筐体内を複数の滞留空間（７４Ａ～７４Ｃ）に区画する区画部材（７６）と、滞留空間同士を連通する連通路（７８Ａ，７８Ｂ）と、排気ガスを冷却するために連通路を冷却する冷却ジャケット部（８０Ａ，８０Ｂ）とを備えている。この構造により、排気ガスを冷却しつつ断熱膨張させ、捕集対象ガスを効率的に冷却して液化させる。

Description

トラップ機構、排気系及び成膜装置
　本発明は、半導体ウエハ等の被処理体に原料ガスを用いて成膜する際の成膜装置、排気系及びこれに用いるトラップ機構に関する。
　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、ＬＣＤ基板等の表面に薄膜を成膜する工程や当該薄膜を所望のパターンにエッチングする工程が繰り返して行なわれる。
　成膜装置にて行われる成膜工程では、所定の処理ガス（原料ガス）を処理容器内にて反応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。成膜反応と同時に余分な反応副生成物が発生して、これが排気ガスと共に排出され、あるいは未反応の処理ガスが排気ガスと共に排出されたりする。
　この排気ガス中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る。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。
　捕獲除去すべき反応副生成物等の特性に応じた様々な構成のトラップ機構が提案されている。常温で凝縮（液化）又は凝固（固化）する反応副生成物を除去する場合には、トラップ機構は、例えば、排気ガスの導入口と排出口とを有する筐体内に多数のフィンを設けて構成されている。フィンは排気ガスの流れる方向に順次配列され、フィン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等がフィン表面に付着して捕獲される。捕獲効率を上げるため、フィンを冷却媒体等により冷却することも行なわれている（例えば特開平０８－０８３７７３号公報、特開平０８－１７２０８３号公報を参照）。また、排気ガスを第１トラップの螺旋管内に流しつつ冷却し、液状の反応生成物を冷却フィン付きの第２トラップで捕集するようにしたトラップ機構も知られている（特開２００１－２９７９８８号公報）。
　最近では、配線抵抗やコンタクト抵抗の低減のために、銀、金、ルテニウム等の貴金属を含む薄膜を、当該貴金属を含む有機金属化合物等の原料（ソースガス）を用いて成膜装置で形成することも行われている。この場合にも、排気ガスを冷却してガスを凝縮等させて未反応の原料を含む副生成物を回収するとともに、この副生成物を精製することにより未反応の原料を回収することも提案されている（特開２００１－３４２５６６号公報を参照）。
　上述したようなトラップ機構は、蒸気圧が低くて比較的液化し難い物質のガスを捕集可能な温度まで効率良く冷却することが困難であり、捕集効率が低いという問題がある。
　本発明は、排気ガスを冷却しつつ排気コンダクタンスを変化させて断熱膨張させることにより、捕集対象ガスを効率的に冷却して液化させて捕集対象物を効率的に捕集することができるトラップ機構、排気系及び成膜装置を提供する。
　本発明の一実施形態によれば、被処理体の表面に薄膜を形成する成膜装置本体から排出される排気ガスを流す排気通路の途中に介設されて前記排気ガス中に含まれる捕集対象ガスを冷却して液化することにより回収するトラップ機構において、ガス入口とガス出口とを有する筐体と、前記筐体内を複数の滞留空間に区画する区画部材と、前記滞留空間同士を連通する連通路と、前記排気ガスを冷却するために前記連通路を冷却する冷却ジャケット部とを備えたトラップ機構が提供される。
　上記のトラップ機構によれば、排気ガスを連通路を介して各滞留空間に順次流すことによって排気ガスを冷却しつつ排気コンダクタンスを変化させて断熱膨張させることができ、これにより、捕集対象ガスを効率的に冷却して液化させて捕集対象物を効率的に捕集することが可能となる。
　本発明の他の実施形態によれば、被処理体の表面に薄膜を形成する成膜装置本体からの排気ガスを流す排気系において、前記成膜装置本体の排気口に接続された排気通路と、前記排気通路の途中に介設された真空ポンプと、前記真空ポンプよりも上流側の前記排気通路の途中に介設された上記のトラップ機構と、前記トラップ機構を迂回するように前記排気通路の途中に接続されたバイパス通路と、前記トラップ機構のガス入口と前記バイパス通路の上流側の接続部との間の前記排気通路内と前記トラップ機構のガス出口と前記バイパス通路の下流側の接続部との間の前記排気通路内とに、前記バイパス通路に排気ガスを流す時に前記排気ガスの圧力よりも高い不活性ガスを供給する不活性ガス供給手段とを備えた排気系が提供される。
　上記の排気系によれば、バイパス通路内へ排気ガスを流すときにトラップ機構の上流側と下流側とに排気ガスよりも圧力の高い不活性ガスを供給することにより、バイパス通路内を流れる排気ガス（例えばクリーニングガス）がトラップ機構に僅かでも流入することを防止することができる。
　本発明のさらに他の実施形態によれば、被処理体の表面に薄膜を形成する成膜装置において、真空排気が可能になされた処理容器を有する成膜装置本体と、前記被処理体を載置するための載置台構造と、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ガスを供給するガス供給系と、前記処理容器内の雰囲気を排気するための上記の排気系とを備えた姓膜装置が提供される。
本発明の一実施形態に係る成膜装置を示す概略構成図である。 本発明の一実施形態に係るトラップ機構を示す縦断面図である。 前記トラップ機構の第１の冷却ジャケットを示す平面図である。 前記トラップ機構の第２の冷却ジャケットを示す分解斜視図である。 トラップ機構に貯留液が貯って行く状態を示す断面図である。 本発明に係る排気系を有する成膜装置全体を示す概略構成図である。 排気系内を流れるガスの流れを説明するための説明図である。 トラップ機構の他の実施形態を示す縦断面図である。
　以下に、本発明のトラップ機構、排気系及び成膜装置の好適な実施形態について添付図面に基づいて詳述する。ここでは、原料としてＲｕ（ＥｔＣｐ）２、ＲｕＣｐＢｕＣｐ、ＲｕＣｐＰｒＣｐ、Ｒｕ（ｎｂｄ）（ｉＨＤ）２等の室温で液体の有機金属化合物を用いてこれをガス化して原料ガスを生成し、この原料ガスで金属Ｒｕの薄膜を成膜し、排気ガス中から捕集対象ガスとして未反応の原料ガスを液化して回収する場合を例にとって説明する。
　図１に示すように、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に対して成膜処理を施す成膜装置本体４と、この成膜装置本体４に対して成膜用の原料ガスを含む必要なガスを供給するガス供給系６と、上記成膜装置本体４からの排気ガスを排出する排気系８と、この排気系８に設けられるトラップ機構１０とにより主に構成されている。
　まず、上記成膜装置本体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、被処理体である半導体ウエハＷを載置して保持する載置台構造１４が設けられる。この載置台構造１４は、全体が例えば円板状に成形されており、この上面側に半導体ウエハＷを載置するようになっている。そして、この載置台構造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。
　上記載置台構造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が埋め込まれており、上記半導体ウエハＷを加熱するようになっている。上記加熱ヒータ１８の下方には、載置台構造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。載置台構造１４には、半導体ウエハＷの搬出入時に昇降されて搬送アームとの間で半導体ウエハ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。
　上記処理容器１２の底部には、排気口２２が設けられ、この排気口２２には上記排気系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、半導体ウエハ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２５が設けられている。
　上記処理容器１２の天井部には、例えばシャワーヘッド２６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３１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。上記処理容器１２の側壁やシャワーヘッド２６にはそれぞれヒータ３２、３４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２６のガス入口２６Ａに、上記ガス供給系６が接続されている。
　図１には原料を供給するガス供給系のみを記載しているが、例えばパージガスが必要ならばパージガス供給系が処理容器１２に接続され、更に他に必要なガスがある場合にはそのガス供給系が処理容器１２に接続される。用いるガス種に依存して、シャワーヘッド２６として、シャワーヘッド２６内で原料ガスと他のガスが混合されるプリミックスタイプのものを用いる場合と、シャワーヘッド２６内が分割され原料ガスと他のガスが別々に処理容器１２内へ導入された後に混合されるポストミックスタイプのものを用いる場合がある。ここでは、ガス導入手段３０としてシャワーヘッド２６を用いているが、これに代えてノズルを用いてもよいし、そのガス導入形態は特に限定されるものではない。
　次に、上記ガス供給系６について説明する。まず、このガス供給系６は、固体原料又は液体原料を貯留する原料タンク３６を有している。ここでは、この原料タンク３６内には、有機金属化合物の原料である例えば液体原料３８が貯留されており、この液体原料３８としては、前述したようにＲｕ（ＥｔＣｐ）２、ＲｕＣｐＢｕＣｐ、ＲｕＣｐＰｒＣｐ、Ｒｕ（ｎｂｄ）（ｉＨＤ）２等が用いられている。この液体原料３８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。
　原料タンク３６の天井部に設けたガス出口４０に一端が接続されるとともに上記成膜装置本体４のシャワーヘッド２６のガス入口２６Ａに他端が接続された原料通路４２を介して、上記原料タンク３６にて発生した原料ガスをシャワーヘッド２６に供給できるようになっている。上記原料通路４２の原料タンク３６に近い部分には開閉弁４４が介設されている。
　上記原料タンク３６の天井部には、上記原料タンク３６にキャリアガスを供給するためのキャリアガス管４６が接続されている。このキャリアガス管４６の先端のガス入口４８は、原料タンク３６内に挿通されて、上部空間部５０に位置されている。このキャリアガス管４６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上記液体原料３８を加熱することにより、この液体原料３８を気化させて原料ガスを形成するようになっている。上記キャリアガスとしてここではＮ２ガスが用いられている。このキャリアガスとしてＡｒ等の希ガスを用いてもよい。
　上記原料タンク３６には、これを加熱するためのタンク加熱手段５６が設けられており、液体原料３８の気化を促進させるようになっている。この場合、上記原料タンク３６の加熱温度は、液体原料３８の分解温度以下の温度である。上記原料通路４２には、テープヒータのような通路加熱ヒータ５８が設けられており、原料通路４２を原料ガスの液化温度以上に加熱して原料ガスが再液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は上記処理容器１２の排気口２２に接続された排気通路６０を有しており、この排気通路６０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６０には、その上流側から下流側に向けて圧力調整弁６２、トラップ機構１０、真空ポンプ６４及び除害装置６６が順次介設されている。そして、上記トラップ機構１０の両側には、このトラップ機構１０を排気通路６０から取り外す時に排気通路６０側を密閉するための手動で動作する開閉弁６８がそれぞれ設けられている。
　上記圧力調整弁６２は例えばバタフライ弁よりなり、上記処理容器１２内の圧力を調整する機能を有している。上記真空ポンプ６４は、例えば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。そして、上記処理容器１２の排気口２２からトラップ機構１０までの排気通路６０及びその途中に介設された各部材にはテープヒータ等の通路加熱ヒータ７０が設けられており、排気ガスを所定の温度に加熱して排気ガス中の捕集対象ガスが途中で液化することを防止するようになっている。
　次にトラップ機構１０について説明する。このトラップ機構１０は、前述したように排気ガス中から未反応の原料ガスを再液化して回収するものである。図２乃至図４にも示すように、このトラップ機構１０は、全体の外殻を形成する筐体７２と、この筐体７２内を複数の滞留空間７４に区画する区画部材７６と、上記複数の滞留空間７４同士を連通する連通路７８と、排気ガスを冷却するために上記連通路７８を冷却する冷却ジャケット部８０とにより主に構成されている。
　ここでは上記複数の滞留空間７４は、第１の滞留空間７４Ａと第２の滞留空間７４Ｂと第３の滞留空間７４Ｃの３つの空間滞留よりなり、各滞留空間７４Ａ～７４Ｃは上記順序で連通路７８により直列に連通されている。上記冷却ジャケット部８０は、筐体７２内の上部に設けられる第１の冷却ジャケット８０Ａと筐体７２内の中央部に設けられる第２の冷却ジャケット８０Ｂとを有しており、これら第１及び第２の冷却ジャケット８０Ａ、８０Ｂは例えば共にステンレススチールにより形成されている。
　具体的には、まず、上記筐体７２は、例えばステンレススチール等により円筒体状に成形されている。この筐体７２の天井部の中央には、ガス入口７２Ａが形成され、このガス入口７２Ａに、上記排気通路６０の上流側が接続されている。筐体７２の底部の中央には、ガス出口７２Ｂが形成され、このガス出口７２Ｂに上記排気通路６０の下流側が接続されている。尚、上記ガス入口７２Ａ及びガス出口７２Ｂには、このトラップ機構１０を排気通路６０から取り外す時に、この筐体７２内を完全に密封するための手動で動作する図示しない開閉弁がそれぞれ設けられている。
　上記筐体７２の大きさは、直径が例えば２０～４０ｃｍ程度、高さが例えば２０～５０ｃｍ程度であるが、これらの数値は特に限定されるものではない。上記第１の冷却ジャケット８０Ａは、第１の滞留空間７４Ａと第２の滞留空間７４Ｂとを区画する区画部材７６としての役割も兼ねている。第１の冷却ジャケット８０Ａは、上述のように筐体７２内の上部において筐体７２の幅方向全域にわたって水平に設けられており、その上方に第１の滞留空間７４Ａを区画形成し、その下方に第２の滞留空間７４Ｂを区画形成している。
　この第１の冷却ジャケット８０Ａは、上方に凸の底部区画壁８２と平坦な天井区画壁９２により区画形成されている。この第１の冷却ジャケット８０Ａの下部に冷媒入口８８を設けると共に上部に冷媒出口９０を設けて、内部に冷媒８６を流すようになっている。天井区画壁９２は筐体７２のガス入口７２Ａに臨ませて設けられており、このガス入口７２Ａには、このガス入口７２Ａから上記天井区画壁９２に対して延在させて筒体状のガス導入筒９４が設けられている。
　このガス導入筒９４の先端部は上記天井区画壁９２に近接しており、これによって、ガス導入筒９４の先端と上記天井区画壁９２との間に小さなリング状の間隔である連通隙間９６が形成されている。従って、このガス導入筒９４内の空間である導入空間９８と、その外周側の空間である第１の滞留空間７４Ａとが、上記連通隙間９６を介して連通している。換言すれば、上記導入空間９８から第１の滞留空間７４Ａに通ずる通路の有効開口面積、すなわち連通隙間９６の開口面積は小さく、従って、排気コンダクタンスが小さくて圧力損失が生ずるようになっている。このため、連通隙間９６を通る排気ガスは、天井区画壁９２により冷却されつつ第１の滞留空間７４Ａにて断熱膨張する。ここで排気通路６０（ガス導入筒９４）の内径は、例えば４０～６０ｍｍ程度、連通隙間９６の間隔Ｌ１は、例えば２～１０ｍｍ程度の範囲内である。
　上記第１の冷却ジャケット８０Ａには、第１の滞留空間７４Ａと第２の滞留空間７４Ｂとを連通する連通路７８として第１の連通路７８Ａが設けられている。具体的には、この第１の連通路７８Ａは、第１の冷却ジャケット８０Ａを上下方向に貫通するように設けられている。また、この第１の連通路７８Ａは、図３にも示すように周方向に沿って複数個等間隔で配置されている。図３では第１の連通路７８Ａは８個配置されているが、この数は特に限定されず、例えば第１の連通路７８Ａの内径にもよるが、４～２０個程度の範囲内である。この第１の連通路７８Ａは、金属、例えばステンレススチールにより形成されている。
　ここでは、上記第１の連通路７８Ａは下方向へ直線状に延びているが、排気コンダクトを調整するために曲線状、例えば蛇行状、或いはサイン曲線状に屈曲していてもよい。この第１の連通路７８Ａの内径は、例えば２～１０ｍｍ程度である。これにより、この第１の連通路７８Ａは、第１の冷却ジャケット８０Ａにより十分に冷却されているので、この中を通る排気ガスを十分に冷却できるようになっている。従って、第１の滞留空間７４Ａから第２の滞留空間７４Ｂに通じる通路の有効開口面積、すなわち第１の連通路７８Ａの流路総断面積は小さく、よって排気コンダクタンスが小さく圧力損失が生ずるようになっているため、この第１の連通路７８Ａを通る排気ガスは冷却されつつ第２の滞留空間７４Ｂにて断熱膨張する。
　上記第２の冷却ジャケット８０Ｂは、上記第２の滞留空間７４Ｂ内に設けられている。この第２の冷却ジャケット８０Ｂには、上記第２の滞留空間７４Ｂと第３の滞留空間７４Ｃとを連通する第２の連通路７８Ｂが形成されおり、すなわち第２の冷却ジャケット８０Ｂが上記区画部材７６としての役割も兼ねている。具体的には、この第２の冷却ジャケット８０Ｂは、所定の幅の冷却空間部１００を隔てて同心状に配置された２つのジャケット筒体１０２、１０４よりなる筒体状のジャケット本体１０６と、このジャケット本体１０６の外周に、この外周より上記第２の連通路７８Ｂとなる所定の隙間を隔てて同心状に配置された有天井の外側筒体１０８とを有している。
　そして、この筒体状のジャケット本体１０６の内側空間１１０と上記外側筒体１０８の上部空間１１２とで上記第３の滞留空間７４Ｃを形成している。ここでは、図４にも示すように上記両ジャケット筒体１０２、１０４及び外側筒体１０８は、それぞれステンレススチールよりなり、共に円筒体状に成形されている。
　上記両ジャケット筒体１０２、１０４の上端部同士及び下端部同士は連結されて密閉されてその内部が円環状になされた上記冷却空間部１００となって内部に冷媒１１４を流すようになっている。上記ジャケット本体１０６の内側のジャケット筒体１０４は、外側のジャケット筒体１０２よりも下側に長く延び、ブラケット１０４Ａで筐体７２の底部に固定されている。また、外側筒体１０８の下端部もブラケット１０８Ａで筐体７２の底部に固定されている。
　上記ジャケット本体１０６の底部には、外部よりこれに冷媒を導入する冷媒導入ノズル１１６と冷媒を外部へ排出する冷媒排出ノズル１１８とが設けられている。そして、冷媒導入ノズル１１６の先端は、ジャケット本体１０６内の下端部に位置され、冷媒排出ノズル１１８の先端は、ジャケット本体１０６内の上端部に位置されており、冷媒１１４をこのジャケット本体１０６に満杯にした状態で排出できるようになっている。尚、この冷媒排出ノズル１１８から排出された冷媒１１４を図示しない流路を介して上記第１の冷却ジャケット８０Ａの冷媒入口８８へ導いて冷媒を循環使用するようにしてもよい。
　上述のように、ジャケット本体１０６の外周に、所定の隙間を隔てて同心状に有天井の外側筒体１０８を配置することにより、このジャケット本体１０６の外周と外側筒体１０８の内周との間に流路断面積の小さな円環状の第２の連通路７８Ｂが形成される。この第２の連通路７８Ｂの幅Ｌ２は、例えば１～５ｍｍ程度である。そして、この外側筒体１０８の側面には、上記第２の滞留空間７４Ｂと上記第２の連通路７８Ｂとを連絡する複数の連絡孔１２０が形成されている。
　このように、連絡孔１２０が外側筒体１０８の側面に形成されているため、連絡孔１２０から流入した排気ガスの流れ方向にジャケット本体１０６の外周面が存在するので、排気ガスを積極的にジャケット本体１０６の外周面に衝突させることができる。ここでは、上記連絡孔１２０は、外側筒体１０８の高さ方向に関して中段、下段、最下端にそれぞれ位置する３つのグループをなす。すなわち、連絡孔１２０は、中段連絡孔１２０Ａ、下段連絡孔１２０Ｂ及び最下端連絡孔１２０Ｃにグループ分けされる。
　そして、中段、下段及び最下端の各連絡孔１２０Ａ、１２０Ｂ、１２０Ｃは、外側筒体１０８の周方向に沿って等間隔で複数個、例えばそれぞれ１０個程度設けられている。従って、第２の滞留空間７４Ｂより各連絡孔１２０Ａ～１２０Ｃを介して第２の連通路７８Ｂ内へ流れ込んだ排気ガスは、この第２の連通路７８Ｂを上方に向けて流れて第３の滞留空間７４Ｃ内へ導かれることになる。上記各連絡孔１２０Ａ～１２０Ｃの直径は、例えば２～５ｍｍ程度であるが特に限定されない。
　従って、第２の滞留空間７４Ｂから第３の滞留空間７４Ｃに通じる通路の有効開口面積すなわち流路総断面積は小さく、従って排気コンダクタンスが小さくなって圧力損失が生ずる。このため、第２の連通路７８Ｂを通る排気ガスは冷却されつつ第３の滞留空間７４Ｃにて断熱膨張する。外側筒体１０８の高さ位置の異なる連絡孔１２０のグループが設けられているので、筐体７２内の貯留液１４０の量が増大して液面レベルが上昇するに伴い第２の連通路７８Ｂの排気コンダクタンスが段階的に減少する。このため、トラップ機構１０の排気コンダクタンスも段階的に減少する。この排気コンダクタンスの段階的な変化は圧力調整弁６２の開度や処理容器１２内の圧力値に段階的に影響を与えるので、これらの値を監視することで、筐体７２内の貯留液１４０の量を間接的に検出することができる。これにより、トラップ機構１０の交換の必要性を検出することができる。
　尚、上記ジャケット本体１０６の内側のジャケット筒体１０４の下端部には、第３の滞留空間７４Ｃ内と第２の滞留空間７４Ｂ内とを底部同士で連通して回収された貯留液を通す液流通孔１２２が形成されているが、この液流通孔１２２は回収された貯留液の液面が少し上昇するだけでこの液流通孔１２２は直ちに貯留液１４０で満たされて、第２と第３の滞留空間７４Ｂ、７４Ｃとの間での排気ガスの移動が遮断される。また、貯留液の収容量は減少するが、この液流通孔１２２を設けないようにしてもよい。
　上記第３の滞留空間７４Ｃ内には、上下方向に延びるガス排出路１２４が設けられている。このガス排出路１２４は例えばステンレススチール等により形成されている。ガス排出路１２４の上端部のガス吸入口１２４Ａが第３の滞留空間７４Ｃ内の上部に位置され、ガス排出路１２４は筐体７２の底部を貫通し、ガス排出路１２４の下端部のガス排出口１２４Ｂが筐体７２の下部外側に設けられたガス出口７２Ｂ内に位置しており、これによって、上記第３の滞留空間７４Ｃ内の排気ガスを筐体７２の外へ排出するようになっている。ここでは、ガス排出路１２４の排気コンダクタンスを小さくするために、ガス排出路１２４は螺旋状に屈曲巻回されて通路長を長くしているが、これを直線状に形成してもよい。このガス排出路１２４の内径は、例えば２～１０ｍｍ程度である。
　従って、第３の滞留空間７４Ｃから筐体７２の外側の真空ポンプ６４（図１参照）側に通じる通路の有効開口面積、すなわちガス排出路１２４の流路断面積は小さくされ、排気コンダクタンスを小さくして圧力損失が生ずるようになっている。そして、図２に示すように、この筐体７２の底部には、回収した貯留液を筐体７２の外へ排出するために開閉弁１２８が介設された排出ノズル１３０が設けられている。
　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、トラップ機構１０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１３２（図１を参照）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１３４に記憶されており、この記憶媒体１３４としては、フレキシブルディスク、ＣＤ（Ｃｏｍｐａｃｔ Ｄｉｓｃ）、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。
　＜成膜方法とトラップ機構の動作＞
　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方法とトラップ機構の動作について図５も参照して説明する。図５はトラップ機構に貯留液が貯って行く状態を示す断面図である。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の真空ポンプ６４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、また載置台構造１４に支持された半導体ウエハ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２６もそれぞれヒータ３２、３４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液化温度以上の温度範囲である。
　また、ガス供給系６の全体は、タンク加熱手段５６や通路加熱ヒータ５８によって予め所定の温度に加熱されている。そして、成膜処理が開始すると、ガス供給系６においては、原料タンク３６内へはキャリアガス管４６を介して流量制御されたキャリアガスを供給することにより、原料タンク３６内の上部空間部５０に気化して飽和状態になっている原料ガスは、キャリアガスと共に原料通路４２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のシャワーヘッド２６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）により半導体ウエハ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５０Ｔｏｒｒ（６６６５Ｐａ）程度である。
　このとき、処理容器１２内で未反応の液体原料３８がキャリアガスと共に排気系８の排気通路６０内を流下して行く。この排気通路６０も通路加熱ヒータ７０によって加熱されて原料ガスが再液化することを防止してガス状態を維持している。上記排気通路６０を流下する排気ガスは、圧力調整弁６２、トラップ機構１０、真空ポンプ６４及び除害装置６６を順次経由した後に大気中に放散される。
　ここで上記トラップ機構１０において捕集対象ガスである未反応の原料ガスを液化して回収する操作について説明する。このトラップ機構１０の第１及び第２の冷却ジャケット８０Ａ、８０Ｂ内には冷媒として例えば冷却水が流されて冷却されている。この冷媒は冷却水に限定されず、どのような冷媒を用いてもよい。
　まず、排気通路６０内を流れる排気ガスは、筐体７２の上部に設けたガス入口７２Ａから筐体７２内に取り込まれ、この排気ガスはガス入口７２Ａの直下の導入空間９８からガス導入筒９４と第１の冷却ジャケット８０Ａの天井区画壁９２との間に形成された狭い環状の連通隙間９６を介して第１の滞留空間７４Ａ内へ拡散して流れて行く。この際、連通隙間９６を流れる排気ガスは、天井区画壁９２と効率良く接触乃至衝突して十分に冷却され、更に第１の滞留空間７４Ａ内に流入するときに断熱膨張することになって排気ガスの温度が低下するので、排気ガス中に含まれる一部の原料ガスが液化される。
　更に、この第１の滞留空間７４Ａ内の排気ガスは、第１の冷却ジャケット８０Ａに複数本形成されている第１の連通路７８Ａ内に入り、この中を冷却されつつ下方に向けて流れて第２の滞留空間７４Ｂ内に流れ込む。この第１の連通路７８Ａ内を流れる排気ガスは、ここで冷却されている第１の連通路７８Ａの壁面と効率良く接触して十分に冷却され、更に第２の滞留空間７４Ｂ内に流入するときに再度、断熱膨張することになって排気ガスの温度が低下するので、一部の原料ガスが液化される。
　更に、この第２の滞留空間７４Ｂ内の排気ガスは、第２の冷却ジャケット８０Ｂの外側筒体１０８に形成されている各連絡孔１２０から環状に形成されている幅の狭い第２の連通路７８Ｂ内に入り、この中を冷却されつつ上方に向けて流れて第３の滞留空間７４Ｃ内に流れ込む。
　この第２の連通路７８Ｂ内を流れる排気ガスは、ジャケット本体１０６の外側のジャケット筒体１０２の外側壁面と効率良く接触して十分に冷却され、更に第３の滞留空間７４Ｃ内に流入するときに３度目の断熱膨張をすることになって排気ガスの温度が低下するので、ここで排気ガス中に含まれるほとんどの原料ガスが液化される。
　そして、第３の滞留空間７４Ｃ内の排気ガスは、この第３の滞留空間７４Ｃ内の上部に位置されているガス吸入口１２４Ａよりガス排出路１２４内に流れ込み、この中を下方に向けて流れてガス排出口１２４Ｂよりガス出口７２Ｂ内へ排出され、この際、排気ガスは断熱膨張することになる。そして、この排気ガスは更に排気通路６０の下流側へ流れて行くことになる。上記第１～第３の滞留空間７４Ａ、７４Ｂ、７４Ｃ内で冷却により液化した原料は、第１及び第２の連通路７８Ａ、７８Ｂを区画する壁面に沿って流下し、筐体７２の底部に貯留液１４０（図５参照）として少しずつ貯って行き、この貯留液１４０の液面が少しずつ上昇して行く。
　この場合、第２の滞留空間７４Ｂと第３の滞留空間７４Ｃとは、外側筒体１０８の下端に設けた最下端連絡孔１２０Ｃ及び内側のジャケット筒体１０４の下端に設けた液流通孔１２２を介して連通されているので、貯留液１４０は両滞留空間７４Ｂ、７４Ｃ相互間で流通しつつ滞留空間７４Ｂ、７４Ｃ内に貯まってゆき、滞留空間７４Ｂ、７４Ｃ内の貯留液１４０の液面レベルは、互いに同じ高さレベルを維持しつつ上昇してゆく。
　尚、筐体７２内の貯留液１４０量がほとんどゼロの時には、上述のように第２の滞留空間７４Ｂと第３の滞留空間７４Ｃとは、最下端連絡孔１２０Ｃ及びジャケット筒体１０４の液流通孔１２２を介して連通されているので、第２の滞留空間７４Ｂ内の一部の排気ガスは、第２の連通路７８Ｂを通ることなく第３の滞留空間７４Ｃ内へ流入する。しかし、貯留液１４０が上記液流通孔１２２を塞ぐことができる程度の僅かな量だけ貯ることで、上記第２の滞留空間７４Ｂと第３の滞留空間７４Ｃとは完全に分離されることになるので、特に、問題が生じることはない。
　そして、筐体７２内の貯留液１４０の量が増大して、液面レベルが、図５中の一点鎖線１４２に示すように外側筒体１０８に形成した連絡孔１２０の内の最上位に位置する中段連絡孔１２０Ａが塞がれる液面レベルに到達すると、排気ガスが流れなくなって捕集が止まる。このとき、ガス排出路１２４の上端部のガス吸入口１２４Ａが、外側筒体１０８に形成した連絡孔１２０の内の最上位に位置する中段連絡孔１２０Ａよりも上方に位置するので、貯留液１４０が排気ガス流の下流側に流れることもない。
　上述したように、上記実施形態では、連通隙間９６、第１の連通路７８Ａ及び第２の連通路７８Ｂのように複数段階で排気コンダクタンスが小さくなる部分を設けて圧力損失を発生させ、各部分で複数段階、例えば３段階で排気ガスを冷却された壁面に接触させることで排気ガスを効率的に冷却し、更に各段階でこの排気ガスを断熱膨張させて捕集対象ガスである原料ガスを液化させるようにしているので、効率的に原料を回収することができる。
　ここで上記連通隙間９６、第１の連通路７８Ａ、第２の連通路７８Ｂ及びガス排出路１２４では、それぞれ１０Ｔｏｒｒ（１３３３Ｐａ）以上の圧力損失が生ずるように通路長さ（隙間の幅）や通路個数を変えて排気コンダクタンスを調整するのが好ましい。
　上記実施形態によれば、排気ガス中に含まれる捕集対象ガスを、ガス入口とガス出口とを有する筐体７２と、筐体内を複数の滞留空間７４Ａ～７４Ｃに区画する区画部材７６と、滞留空間同士を連通する連通路７８（７８Ａ、７８Ｃ）と、排気ガスを冷却するために連通路を冷却する冷却ジャケット部８０とを備え、排気ガスを連通路を介して各滞留空間に順次流すことによって排気ガスを冷却しつつ排気コンダクタンスを変化させて断熱膨張させ、これにより捕集対象ガスを効率的に冷却して液化させて捕集対象物を効率的に捕集することができる。
　尚、上記実施形態にあっては、ガス入口７２Ａにガス導入筒９４を設けたが、これを設けないで省略してもよい。更に、上記実施形態では、第１の冷却ジャケット８０Ａと第２の冷却ジャケット８０Ｂとを設けたが、図８に示すように第１の冷却ジャケット８０Ａ（第１の連通路７８Ａを含む）を設けないで、第１の滞留空間７４Ａ及び第２の滞留空間７４Ｂを統合して単一の滞留空間７４ＡＢとしてもよい。
　また、上記実施形態において、第１の冷却ジャケット８０Ａのみに冷媒を流し、第２の冷却ジャケット８０Ｂに冷媒を流さないようにしてもよい。また、上記実施形態では、捕集対象ガスとして原料ガスを捕集して未反応の原料を回収したが、捕集対象はこれに限定されず、種類を問わず液状の原料、或いは液状の反応副生成物を捕集することができる。
　＜排気系の具体的説明＞
　次に、排気系の具体的な構成について説明する。実際には、上記処理容器内へはクリーニングガスやパージガス等が必要に応じて導入される。そのため、排気系には、クリーニング時にクリーニングガスをトラップ機構１０内を通すことなく迂回して流すためのバイパス通路が設けられており、ガスの流路を開閉弁の操作によって切り替えるようになっている。
　この場合、特にクリーニングガスは捕集対象ガスやトラップ機構１０内の捕集対象物と極めて容易に反応するので、少しの量でもクリーニングガスがトラップ機構１０内へ侵入することを阻止しなければならない。しかし、上記した開閉弁には、実際には非常に僅かではあるが、漏れが生ずる可能性がある。そのため、開閉弁を漏れ出た僅かなクリーニングガスが少しずつ拡散してトラップ機構１０内へ侵入する危惧が生ずる。ここでの排気系では、クリーニングガスが開閉弁を僅かに漏れ出てもこのクリーニングガスがトラップ機構１０内へ侵入することを確実に防止するような構成となっている。
　図６はこのような排気系を有する成膜装置全体を示す概略構成図、図７は排気系内を流れるガスの流れを説明するための説明図である。図６に示す成膜装置は、排気系８以外は図１に示す成膜装置と全く同様に形成されているが、ここでは簡略化して示されており、また、図１に示す構成部分と同一構成部分については同一参照符合を付してある。
　図６に示す成膜装置本体４の処理容器１２にあっては、そのシャワーヘッド２６にガス供給系６の一部として、パージガスを供給するパージガス供給系１５０とクリーニングガスを供給するクリーニングガス供給系１５２とが設けられており、それぞれのガス通路には開閉弁１５４、１５６が介設されている。これにより、必要に応じてパージガスやクリーニングガスを流量制御しつつシャワーヘッド２６へ供給できるようになっている。ここでパージガスとしては、例えばＮ２ガスが用いられるが、これに限定されず、Ａｒ等の希ガスを用いてもよい。またクリーニングガスとしては、例えばＣｌＦ３ガスが用いられる。
　排気系８にあっては、まず上記トラップ機構１０を迂回するようにして排気通路６０の途中にバイパス通路１５８が接続されている。このバイパス通路１５８は、上記トラップ機構１０の上流側と下流側において排気通路６０に接続されている。このバイパス通路１５８の上流側の接続部１６０には、排気通路６０側とバイパス通路１５８側との間で排気ガスの流れを切り替えるための切り替え弁機構１６２が設けられている。
　この切り替え弁機構１６２は、上記接続部１６０よりも下流側の排気通路６０に設けた第１の開閉弁１６４とバイパス通路１５８に設けた第２の開閉弁１６６とを含み、両開閉弁１６４、１６６の開閉状態を切り替えることにより上述のように排気ガスの流れを切り替えるようになっている。尚、上記第１及び第２の開閉弁１６４、１６６に替えて三方弁を設けるようにしてもよい。
　またバイパス通路１５８の下流側の接続部１６８よりも上流側の排気通路６０の途中にはクリーニングガスの逆流を防止する流入防止用の開閉弁１７０が設けられている。そして、トラップ機構１０のガス入口７２Ａとバイパス通路１５８の上流側の接続部１６０との間の排気通路６０内と、トラップ機構１０のガス出口７２Ｂとバイパス通路１５８の下流側の接続部１６８との間の排気通路６０内とに、バイパス通路１５８に排気ガスを流す時に上記排気ガスの圧力よりも高い圧力の不活性ガスを供給する不活性ガス供給手段１７２が設けられている。
　具体的には、上記不活性ガス供給手段１７２は、上記ガス入口７２Ａと上流側の接続部１６０との間であって上記第１の開閉弁１６４の下流側の排気通路６０に接続された第１の加圧用ガス通路１７４と、上記ガス出口７２Ｂと下流側の接続部１６８との間であって流入防止用の開閉弁１７０の上流側の排気通路６０に接続された第２の加圧用ガス通路１７６と、上記第１と第２の加圧用ガス通路１７４、１７６内に不活性ガスを供給する不活性ガス供給部１７８とを有している。
　上記第１の加圧用ガス通路１７４の途中には、不活性ガスを供給する時に開状態になされ、それ以外の時には閉状態になされるガス供給用開閉弁１８０が設けられている。ここでは上記第１と第２の加圧用ガス通路１７４、１７６とは互いに連通されて一本の共通ガス通路１８２として設けられている。そして、この共通ガス通路１８２に上記不活性ガス供給部１７８が接続されて共用されている。
　この不活性ガス供給部１７８のガス供給通路１８４には開閉弁１８６が設けられ、必要に応じて不活性ガスを供給できるようになっている。ここで、この不活性ガスとしてはＮ２ガスが用いられるが、これに替えてＡｒ等の希ガスを用いてもよい。ここで排気通路６０内の圧力は、処理態様によって異なるが、例えば最大４００Ｔｏｒｒ（５３３２８．９Ｐａ）程度であり、これに対して上記不活性ガスの圧力は５００Ｔｏｒｒ（６６６６１．２Ｐａ）程度に高く設定されている。
　また、上記第１の加圧用ガス通路１７４の排気通路６０に対する接続部１８８より下流側の排気通路６０の途中と、第２の加圧用ガス通路１７６の排気通路６０に対する接続部１９０より上流側の排気通路６０の途中とには、それぞれ逆流防止用の開閉弁１９２、１９４が設けられている。
　上記バイパス通路１５８に例えば排気されるクリーニングガスを流す時には、上記共用ガス通路１８２、すなわち第１と第２の加圧用ガス通路１７４、１７６に排気ガスよりも圧力の高い例えば５００Ｔｏｒｒ（６６６６１．２Ｐａ）の不活性ガスを供給して、トラップ機構１０よりも上流側の第１の開閉弁１６４と一方の逆流防止用の開閉弁１９２との間及びトラップ機構１０よりも下流側の逆流防止用の開閉弁１９４と流入防止用の開閉弁１７０との間に、上記圧力の高い不活性ガスを導入して封入し、ここにクリーニングガスが僅かでも流入又は拡散してこないようにしている。
　また上記共用ガス通路１８２には、圧力計１９６が設けられており、共用ガス通路１８２内の圧力変動を監視することで不活性ガスのリークの有無を確認することができるようになっている。上記各開閉弁の開閉制御は、例えば装置制御部１３２からの指示で行われることになる。
　次に、上記排気系の動作について図７も参照して説明する。図７（Ａ）は成膜時の排気ガスの流れを示し、図７（Ｂ）はクリーニング時の排気ガスの流れを示している。図７中において各開閉弁の図形が白抜きの場合は”開状態”を示し、黒塗りの場合は”閉状態”を示している。
　まず、薄膜を形成する成膜時には、図７（Ａ）に示すようにトラップ機構１０に排気ガスを流し、バイパス通路１５８には流さないようにする。この場合、不活性ガス供給手段１７２は動作させない。すなわち、切り替え弁機構１６２の第２の開閉弁１６６、第１の加圧用ガス通路１７４のガス供給用開閉弁１８０及び不活性ガス供給部１７８の開閉弁１８６を共に閉状態にする。これに対して、切り替え弁機構１６２の第１の開閉弁１６４、トラップ機構１０の上下流側の逆流防止用の開閉弁１９２、１９４及び流入防止用の開閉弁１７０を共に開状態にする。
　これにより、矢印２００に示すように成膜時の排気ガスは、排気通路６０に沿って流れてトラップ機構１０内に流入し、このトラップ機構１０内にて前述したように排気ガス中から捕集対象ガスが冷却されて捕集対象物が除去される。このトラップ機構１０を流出した排気ガスはそのまま下流側に流れて行くことになる。
　これに対して、処理容器１２内をクリーニング処理する時には、図７（Ｂ）に示すように上記とは逆にトラップ機構１０には排気ガスを流さないようにし、バイパス通路１５８に排気ガスであるクリーニングガスを流すようにする。この場合、不活性ガス供給手段１７２は動作させる。すなわち、切り替え弁機構１６２の第２の開閉弁１６６、第１の加圧用ガス通路１７４のガス供給用開閉弁１８０及び不活性ガス供給部１７８の開閉弁１８６を共に開状態にする。これに対して、切り替え弁機構１６２の第１の開閉弁１６４、トラップ機構１０の上下流側の逆流防止用の開閉弁１９２、１９４及び流入防止用の開閉弁１７０を共に閉状態にする。
　これにより、矢印２０２に示すようにクリーニング処理時のクリーニングガスを含む排気ガスは、排気通路６０からバイパス通路１５８に沿って流れることになり、トラップ機構１０内には流入しない。この際、上述のように不活性ガス供給部１７８からは矢印２０４に示すように上記クリーニングガスを含む排気ガスよりも圧力の高いＮ２ガスが供給され、このＮ２ガスは第１及び第２の加圧用ガス通路１７４、１７６、すなわち共通ガス通路１８２を介して排気通路６０側へ導入される。
　この結果、トラップ機構１０よりも上流側の第１の開閉弁１６４と一方の逆流防止用の開閉弁１９２との間の排気通路６０の部分及びトラップ機構１０よりも下流側の逆流防止用の開閉弁１９４と流入防止用の開閉弁１７０との間の排気通路６０の部分に、不活性ガスを導入してここにクリーニングガスを含む排気ガスよりも圧力が高い状態で封入される。
　従って、第１の開閉弁１６４や流入防止用の開閉弁１７０に僅かなリークが生じても、不活性ガス供給部１７８より供給されるＮ２ガスが圧力が低い排気ガス側に流れ込むこととなる。この結果、トラップ機構１０内へクリーニングガスがリークして拡散し、混入することを確実に防止することができる。また、トラップ機構１０側に近い逆流防止用の開閉弁１９２や流入防止用の開閉弁１９４に僅かなリークが生じても、不活性ガスであるＮ２ガスがトラップ機構１０内に僅かに流入するだけであり、特に大きな問題が生じることはない。ここで上記Ｎ２ガスの圧力は例えば５００Ｔｏｒｒ（６６６６１．２Ｐａ）であるのに対して、クリーニングガスを含む排気ガスの圧力は５０～４００Ｔｏｒｒ（６６６６．１２～５３３２８．９Ｐａ）程度である。
　このように、バイパス通路１５８に排気ガスを流すのは、クリーニング処理時だけではなく、例えば処理容器１２内にウエハＷを搬出入する際にも処理容器１２内へパージガスが供給されるので、このパージガスを排気する際にも上記バイパス通路１５８が用いられてもよい。また、ここでは共用ガス通路１８２に５００Ｔｏｒｒ（６６６６１．２Ｐａ）の不活性ガスを供給したが、共用ガス通路１８２に供給される不活性ガスの圧力は、バイパス通路１５８を流れる排気ガスの圧力よりも高ければよく、上記５００Ｔｏｒｒ（６６６６１．２Ｐａ）に限定されない。
　また、ここでは第１及び第２の加圧用ガス通路１７４、１７６を連通した共通ガス通路１８２を用い、これに１つの不活性ガス供給部１７８を共用されるように接続したが、上記第１及び第２の加圧用ガス通路１７４、１７６を別個独立させて設け、それぞれに上記不活性ガス供給部を設けるようにしてもよい。
　また、上記クリーニングガスとしてここではＣｌＦ３ガスを用いたが、これに限定されず、他の塩素系ガス、ＮＦ３ガス等のフッ素系ガス、或いはオゾンを用いてもよい。また、ここではガス供給用開閉弁１８０と逆流防止用の開閉弁１９２とを別々に設けたが、これらを一体化して三方弁を用いるようにしてもよい。
　尚、以上の実施形態では、被処理体は半導体ウエハであったが、この半導体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る。また、被処理体は、液晶表示装置に用いるガラス基板やセラミック基板等であってもよい。

Claims (23)

  1. 　被処理体の表面に薄膜を形成する成膜装置本体から排出される排気ガスを流す排気通路の途中に介設されて前記排気ガス中に含まれる捕集対象ガスを冷却して液化することにより回収するトラップ機構において、
    　ガス入口とガス出口とを有する筐体と、
    　前記筐体内を複数の滞留空間に区画する区画部材と、
    　前記滞留空間同士を連通する連通路と、
    　前記排気ガスを冷却するために前記連通路を冷却する冷却ジャケット部と、
    を備えたことを特徴とするトラップ機構。
  2. 　前記複数の滞留空間は、直列に接続された第１、第２及び第３の３つの滞留空間よりなることを特徴とする請求項１記載のトラップ機構。
  3. 　前記冷却ジャケット部は、第１および第２の冷却ジャケットを有することを特徴とする、請求項２記載のトラップ機構。
  4. 　前記第１の冷却ジャケットは、前記第１の滞留空間と前記第２の滞留空間とを連通する第１の連通路を内部に有すると共に、前記筐体内を上部の第１の滞留空間と下部の第２の滞留空間とに区画する前記区画部材を兼ねていることを特徴とする、請求項３記載のトラップ機構。
  5. 　前記第１の冷却ジャケットの天井区画壁は、前記ガス入口に臨ませて設けられていることを特徴とする請求項４記載のトラップ機構。
  6. 　前記ガス入口には、前記第１の冷却ジャケットの天井区画壁に対して延在されてその先端部が前記天井区画壁に接近して前記天井区画壁との間で前記第１の滞留空間に連通する連通隙間を形成するガス導入筒が設けられていることを特徴とする、請求項５記載のトラップ機構。
  7. 　前記第１の連通路は屈曲されていることを特徴とする、請求項４記載のトラップ機構。
  8. 　前記第１の連通路は複数設けられていることを特徴とする、請求項４記載のトラップ機構。
  9. 　前記第２の冷却ジャケットは、前記第２の滞留空間内に設けられており、内部に前記第３の滞留空間を有すると共に外周に前記第２の滞留空間と前記第３の滞留空間とを連通する第２の連通路が形成されて前記区画部材を兼用することを特徴とする、請求項３記載のトラップ機構。
  10. 　前記第２の冷却ジャケットは、所定の幅の冷却空間部を隔てて同心状に配置されて前記冷却空間部に冷媒を流すようにした２つのジャケット筒体を有する筒体状のジャケット本体と、前記ジャケット本体の外周に、この外周より前記第２の連通路となる所定の隙間を隔てて同心状に配置された有天井の外側筒体とを有し、前記筒体状のジャケット本体の内側空間と前記外側筒体内の上部空間とで前記第３の滞留空間を形成するようにしたことを特徴とする、請求項９記載のトラップ機構。
  11. 　前記外側筒体の側面には、前記第２の滞留空間と前記第２の連通路とを連絡する複数の連絡孔が形成されていることを特徴とする、請求項１０記載のトラップ機構。
  12. 　前記第３の滞留空間には、上端部のガス吸入口が前記第３の滞留空間内の上部に位置され、下端部が前記ガス出口に連通されたガス排出路が設けられていることを特徴とする、請求項９記載のトラップ機構。
  13. 　前記第１から第３の滞留空間内では、前記排気ガスの断熱膨張が行われるようになされていることを特徴とする、請求項３記載のトラップ機構。
  14. 　被処理体の表面に薄膜を形成する成膜装置本体からの排気ガスを流す排気系において、
    　前記成膜装置本体の排気口に接続された排気通路と、
    　前記排気通路の途中に介設された真空ポンプと、
    　前記真空ポンプよりも上流側の前記排気通路の途中に介設された請求項１乃至１３のいずれか一項に記載のトラップ機構と、
    　前記トラップ機構を迂回するように前記排気通路の途中に接続されたバイパス通路と、
    　前記トラップ機構のガス入口と前記バイパス通路の上流側の接続部との間の前記排気通路内と、前記トラップ機構のガス出口と前記バイパス通路の下流側の接続部との間の前記排気通路内とに、前記バイパス通路に排気ガスを流す時に前記排気ガスの圧力よりも高い不活性ガスを供給する不活性ガス供給手段と、
    を備えたことを特徴とする排気系。
  15. 　前記バイパス通路の上流側の接続部には、前記排気通路側と前記バイパス通路側との間で排気ガスの流れを切り替えるための切り替え弁機構が設けられていることを特徴とする、請求項１４記載の排気系。
  16. 　前記切り替え弁機構は、前記排気通路に設けられた第１の開閉弁と前記バイパス通路に設けられた第２の開閉弁とよりなることを特徴とする、請求項１５記載の排気系。
  17. 　前記バイパス通路の下流側の接続部よりも上流側の前記排気通路の途中には流入防止用の開閉弁が設けられていることを特徴とする、請求項１４記載の排気系。
  18. 　前記不活性ガス供給手段は、
    　前記ガス入口と前記上流側の接続部との間の前記排気通路に接続された第１の加圧用ガス通路と、
    　前記ガス出口と前記下流側の接続部との間の前記排気通路に接続された第２の加圧用ガス通路と、
    　前記第１及び第２の加圧用ガス通路に前記不活性ガスを供給する不活性ガス供給部と、
    を有していることを特徴とする、請求項１４記載の排気系。
  19. 　前記第１の加圧用ガス通路の途中には、前記不活性ガスを供給する時に開状態になされ、それ以外の時には閉状態になされるガス供給用開閉弁が設けられていることを特徴とする、請求項１８記載の排気系。
  20. 　前記第１の加圧用ガス通路と前記第２の加圧用ガス通路とは連通されていることを特徴とする、請求項１８記載の排気系。
  21. 　前記第１の加圧用ガス通路の前記排気通路に対する接続部より下流側の排気通路の途中と、前記第１の加圧用ガス通路の前記排気通路に対する接続部より上流側の排気通路の途中とには、それぞれ逆流防止用の開閉弁が設けられていることを特徴とする、請求項１８記載の排気系。
  22. 　前記排気通路の途中には、圧力調整弁と除害装置とが設けられていることを特徴とする、請求項１４記載の排気系。
  23. 　被処理体の表面に薄膜を形成する成膜装置において、
    　真空排気が可能になされた処理容器を有する成膜装置本体と、
    　前記被処理体を載置するための載置台構造と、
    　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ガスを供給するガス供給系と、
    　前記処理容器内の雰囲気を排気するために請求項１４乃至２２のいずれか一項に記載の排気系と、
    を備えたことを特徴とする成膜装置。
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