JP2009049067A

JP2009049067A - 基板処理装置及び基板処理方法

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Publication number: JP2009049067A
Application number: JP2007211498A
Authority: JP
Inventors: Satoyuki Matsuda; 智行松田; Takayuki Nakada; 高行中田
Original assignee: Hitachi Kokusai Electric Inc
Current assignee: Kokusai Denki Electric Inc
Priority date: 2007-08-14
Filing date: 2007-08-14
Publication date: 2009-03-05

Abstract

【課題】メンテナンス性を向上するとともに、反応生成物の捕捉効率を向上する。
【解決手段】基板を処理する処理室と、前記処理室に処理ガスを供給するガス供給管ラインと、前記処理室からの排気ガスを排気するガス排気ラインと、ガス排気ラインの途中に設けられ排気ガスに含まれる成分を除去する排気トラップ３００であって、少なくとも排気ラインに装着されるケース３１０と、ケース開口部を閉塞する蓋体３３１と、排気ガスに含まれる成分を捕集する捕集体３４３と、前記蓋体３３１に設けられ前記捕集体３４３を支持する中空支持体と、前記蓋体３３１外側から前記蓋体３３１を貫通し前記中空支持体内に至るように配置されるヒートパイプ３４５とで構成される排気トラップ３００とを備える。
【選択図】図１

Description

本発明はシリコン酸化膜、シリコン窒化膜、アモルファスシリコン薄膜などの薄膜を、基板の表面に成膜するための基板処理装置及び基板処理方法に関し、より詳細には、排気ガスから反応生成物等を回収する排気トラップを設けた基板処理装置及び基板処理方法に関するものである。

従来の排気トラップは、基板処理装置の排気ラインの途中に設けられ、冷却管に冷却水等を流して冷却することにより排気ガスに含まれる成分を除去するようになっている（例えば、特許文献１参照）。そのような従来の排気トラップの構成を図８に示す。図８（ａ）は排気トラップ１０の軸方向に沿った断面図、図８（ｂ）は排気トラップ内に挿着される冷却部３０の斜視図である。

上記排気トラップ１０は、通常、腐食に強いステンレスで構成される。この排気トラップ１０は、排気ガスを取り込むケース１１と、ケース１１内に挿着されて排気ガスを冷却する冷却部３０とから構成される。ケース１１には、ガス導入管１２とガス導出管１３とがケース軸方向に対して斜めに連結されている。

冷却部３０はケース１１に対して着脱自在に構成されている。冷却部３０は、蓋体３１と、蓋体３１に取り付けられた冷却部本体３２とから構成される。

冷却部本体３２は、冷却管３３と捕集体３４と整流用フィン３５とから構成される。冷却管３３は、冷却水を導入する導入冷却管３３ａと冷却水を導出する導出冷却管３３ｂとを備える。導入冷却管３３ａと導出冷却管３３ｂとは蓋体３１の外側から蓋体３１を貫通してケース１１内に至るように配置される。ケース１１内では導入冷却管３３ａと導出冷却管３３ｂとを連結する折返し冷却管３３ｃが配置される。捕集体３４は冷却管３３に取り付けられて冷却されるようになっている。この捕集体３４は、排気ガスに含まれる成分を捕集するように板状体で構成される。整流用フィン３５は、捕集体３４に取り付けられて、排気ガスを整流して捕集体３４に向けて流すように設けられる。
排気トラップ１０に外部から冷却水を冷却管３３へ供給する冷却配管は、図示しないが、工場設備から流量計を通り、複雑な経路を経由して排気トラップ１０の冷却管３３に接続される。

上述したような構成の排気トラップ１０において、ガス導入管１２よりケース１１内に導入される排気ガスは、ケース１１内において、捕集体３４や冷却管３３に衝突した際に、これらの上に反応生成物が析出して捕捉される。この捕捉により反応生成物が取り除かれたガスは、蓋体３１の裏面に回り込んでから、捕集体３４背面とケース１１内面との間の流路に沿って矢印に示すように流れ、ガス導出管１３からケース１１外へ排出される。
国際公開ＷＯ２００６／０９３０３７

しかしながら、上述した従来の排気トラップには、次のような問題があった。
（１）反応生成物を捕捉した排気トラップを定期的にメンテナンスするため、排気トラップを解体する必要があるが、その際、排気トラップの冷却管と外部の冷却配管との接続を切り離す作業を行わなければならないため、メンテナンス性が悪かった。
（２）排気トラップを冷却水により冷却する方式は、エネルギー消費効率が悪く、反応
生成物の捕集が十分になされないことがあった。

本発明の目的は、上述した従来技術の問題点を解消して、メンテナンス性及び反応生成物の捕捉効率を確実に向上することが可能な排気トラップを装備した基板処理装置及び基板処理方法を提供することにある。

本発明によれば、基板を処理する処理室と、前記処理室に処理ガスを供給するガス供給管ラインと、前記処理室からの排気ガスを排気するガス排気ラインと、前記ガス排気ラインの途中に設けられ前記排気ガスに含まれる成分を除去する排気トラップとを備え、前記排気トラップは、少なくとも前記排気ラインに装着されるケースと、該ケース開口部を閉塞する蓋体と、前記排気ガスに含まれる成分を捕集する捕集体と、前記蓋体に設けられ前記捕集体を支持する中空支持体と、前記蓋体外側から前記蓋体を貫通し前記中空支持体内に至るように配置されるヒートパイプとで構成されることを特徴とする基板処理装置が提供される。

本発明によれば、メンテナンス性及び反応生成物の捕捉効率を確実に向上することができる。

以下、添付図面を参照して本発明の最適な実施の形態を説明する。なお、以下の実施の形態では、シリコン基板（以下、ウエハという）の表面にＣＶＤ処理により薄膜を成膜するが、本発明は、前記処理により生じる排気ガスを冷却部本体に接触させ、反応生成物及び反応に関して余剰な未反応成分（以下、反応生成物等という）を析出させることによって反応生成物等を除去する各種の処理装置、方法に適用されるものとする。なお、本実施形態において、数量、材質、材料、形状についてはこれによって本発明が特定されない限り単なる例示に過ぎない。

まず、図５を参照して本発明に係る半導体デバイス製造装置の一例として減圧ＣＶＤ処理炉について説明する。なお、実施の形態によっては、処理炉は、ＬＣＤ製造装置を含む基板処理装置であることもある。
図５は減圧ＣＶＤ処理炉（以下、処理炉という）の縦断面図である。処理炉２００の外管（以下、アウターチューブ）２０５は、例えば、石英（ＳｉＯ_２）等の耐熱性材料で構成されており、上端が閉塞され、下端に開口する開口部を有する円筒状に形成されている。また、内管（以下、インナーチューブ２０４という）は、上端及び下端の両端に開口部を有する円筒状に形成され、アウターチューブ２０５内に同心円状に配置される。インナーチューブ２０４内に複数枚のウエハＷを処理する処理室２０１が形成される。アウターチューブ２０５とインナーチューブ２０４とは互いに筒状空間２５０を区画する。インナーチューブ２０４の上部開口から上昇したガスは、前記筒状空間２５０を通過して排気管２３１から排気される。

アウターチューブ２０５及びインナーチューブ２０４の下端には、例えば、ステンレス等よりなるマニホールド２０９が係合され、このマニホールド２０９にアウターチューブ２０５及びインナーチューブ２０４が保持される。このマニホールド２０９は、保持手段（以下、ヒータベースという）２５１に固定される。アウターチューブ２０５の下端部及びマニホールド２０９の上部開口端部には、それぞれ環状のフランジが設けられ、これらのフランジ間には、気密部材（シール部材）としてＯリング２２０が配置され、両者の間が気密にシールされる。

マニホールド２０９の下端開口部には、例えばステンレス等よりなる円盤状の蓋体（以下、シールキャップという）２１９がＯリング２２０を介して気密シール可能に着脱自在に取り付けられる。シールキャップ２１９には、ガス供給管２３２が貫通するよう設けられる。これらのガス供給管２３２により、処理用の基板処理ガスがインナーチューブ２０４内に供給される。これらのガス供給管２３２はガスの流量制御手段（以下マスフローコントローラ（以下、ＭＦＣ２４１という））に連結される。ＭＦＣ２４１はガス流量制御部に接続されており、供給するガスの流量を所定量に制御し得る。なお、ガス供給管２３２はシールキャップ２１９にではなく、マニホールド２０９に貫通するよう設けられて、インナーチューブ２０４内に基板処理ガスが供給される場合もある。

前記マニホールド２０９の上部には、圧力調節器（例えばＡＰＣ、Ｎ２バラスト制御器（以下、ＡＰＣを用いるものとする））２４２及び、減圧排気装置（以下、真空ポンプという）２４６に連結された排気管２３１が接続されており、アウターチューブ２０５とインナーチューブ２０４との間の筒状空間２５０を流れるガスを排出し、アウターチューブ２０５内の圧力をＡＰＣ２４２により制御することによって所定の圧力の減圧雰囲気にするため、圧力検出手段（以下、圧力センサという）２４５によって筒状空間２５０の圧力を検出し、圧力制御部により制御する。
なお、前記排気管２３１は、後述する実施の形態では、上流側排気管と下流側排気管とに分割され、排気トラップ（図６の符号２３１ａ、２３１ｂ、３００参照）を介して接続されている。

シールキャップ２１９には、回転手段（以下、回転軸という）２５４が連結されており、回転軸２５４により、基板保持手段（以下、ボートという）２１７及びボート２１７上に保持された基板（以下、ウエハという）Ｗを回転させる。又、シールキャップ２１９は昇降手段（以下、ボートエレベータという）１１５に連結されていて、ボート２１７を昇降させる。回転軸２５４、及びボートエレベータ１１５が所定のスピードに制御されるようにするため、駆動制御部が設けられる。

アウターチューブ２０５の外周には、加熱手段（以下、ヒータ）２０７が同心円状に形成される。ヒータ２０７は、アウターチューブ２０５内の温度を所定の処理温度とするため温度検出手段（以下熱電対）２６３により温度を検出し、温度制御部（図示せず）により制御される。

図５に示すように、前記処理炉２００による半導体デバイスの製造方法の例として減圧ＣＶＤ処理方法の一例を説明すると、まず、ボートエレベータ１１５によりボート２１７を下降させる。ボート２１７に複数枚のウエハＷを保持する。次いで、ヒータ２０７の加熱によりアウターチューブ２０５内の温度を所定の処理温度に昇温する。ガス供給管２３２に接続されたＭＦＣ２４１により予めインナーチューブ２０４内に不活性ガスで充填しておき、ボートエレベータ１１５により、ボート２１７を上昇させてインナーチューブ２０４内にボート２１７を挿入し、アウターチューブ２０５の内部温度を所定の処理温度に維持する。アウターチューブ２０５内を所定の真空度まで排気した後は、回転軸２５４により、ボート２１７及びボート２１７上に保持されているウエハＷを回転させる。同時にガス供給管２３２から基板処理ガスを供給する。供給された基板処理ガスは、インナーチューブ２０４内を上昇し、ウエハＷに対して均等に供給される。

減圧ＣＶＤ処理中のインナーチューブ２０４及びアウターチューブ２０５内は、排気管２３１を介して排気され、所定の真空になるようＡＰＣ２４２により圧力が制御され、所定時間、減圧ＣＶＤ処理を行う。処理済みのガスは排気される過程で、排気管２３１に接続される排気トラップで捕捉される。

このようにして減圧ＣＶＤ処理が終了すると、次のウエハＷの減圧ＣＶＤ処理に移るべく、インナーチューブ２０４内の基板処理済みガスが不活性ガスに置換されると共に、圧力を常圧にし、その後、ボートエレベータ１１５によりボート２１７を下降させて、ボート２１７及び処理済のウエハＷをインナーチューブ２０４から取り出す。インナーチューブ２０４から取り出されたボート２１７上の処理済のウエハＷは、未処理のウエハＷと交換され、再度、前述と同様にしてインナーチューブ２０４内に上昇され、減圧ＣＶＤ処理が実施される。

なお、本実施の形態の処理炉２００で、直径２００ｍｍのシリコンウエハの表面に成膜をする場合の成膜条件を例示すると、Ｓｉ_３Ｎ_４膜の成膜においては、ウエハ温度は６００〜８００℃、ガス種ＡはＳｉＨ_２Ｃｌ_２、その供給量は０．０５〜０．２ｌ／ｍｉｎ、ガス種ＢはＮＨ_３、その供給量は０．５〜２ｌ／ｍｉｎ、処理圧力は３０〜５００Ｐａであり、捕捉物はＮＨ_４Ｃｌ（塩化アンモニウム）である。

図６は、上述した排気トラップをガス排気ラインの途中に設けた処理炉の解説図である。
処理炉２００は、ウエハＷを処理する処理室２０１を備える。処理室２０１は反応管２０３内に区画形成される。処理炉２００は、さらに処理室２０１に処理ガスを供給するガス供給管ラインと、処理室２０１からの排気ガスを排気するガス排気ラインと、ガス排気ラインの途中に設けられ排気ガスに含まれる成分を除去する排気トラップとを備える。実施の形態によっては、ガス供給ラインはガス供給管で構成され、ガス排気ラインはガス排気管で構成される。また、排気トラップが途中に設けられるガス排気ラインは、排気トラップ３００の上流側に接続される第１の排気管と排気トラップ３００の下流側に接続される第２の排気管とから分割して構成される。

図６に示す実施の形態では、処理室２０１の下部にガス供給管２３２が設けられ、処理室２０１に処理ガスが供給されるようになっている。また、処理室２０１の下部にガス排気管２３１が設けられる。ガス排気管２３１には減圧排気装置としての真空ポンプ２４６が接続されている。この真空ポンプ２４６により処理室２０１からの基板処理済みガス等が排気されるようになっている。
排気管２３１は、処理室２０１からガス排気管２３１を経て処理済みガスを排出する第１の排気管としての上流側排気管２３１ａと、排気トラップ３００から処理済みガス中の成分を除去したガスを排気する第２の排気管としての下流側排気管２３１ｂとに分割されている。上流側排気管２３１ａと下流側排気管２３１ｂとは、上流側排気管２３１ａから導入される処理済みガスに含まれる成分を除去する排気トラップ３００を介して接続されている。
排気トラップ３００は、排気トラップに排気ガスを導入するガス導入管３１１と、排気トラップから排気ガスを導出するガス導出管３１２とを備えている。これらガス導入管３１１とガス導出管３１２とを介して、上流側排気管２３１ａと下流側排気管２３１ｂとに接続している。

前記排気管２３１には、前記排気トラップ３００の着脱等のため、排気トラップ３００の上流側に上流側バルブ２３５が設けられ、下流側に下流側バルブ２３６が設けられている。さらに、ガス排気管２３１及びガス導入管３１１には、基板処理済みガス中の残留成分（反応生成物等）の付着を防止するために配管用ヒータ２３４が取り付けられている。この配管用ヒータ２３４は、例えば、シリコンラバーヒータやリボンヒータ等の面状ヒータからなり、反応管２０３との接続部から排気トラップ３００までが加熱範囲となるようにガス排気管２３１に巻き付けられる。

ウエハＷを処理するに際して、処理室２０１内の温度、圧力が調節され、その後、処理
室２０１に処理ガスが供給される。処理ガスは、加熱により反応し、反応により生成された成膜成分はウエハＷの表面に堆積する。反応生成物等は、排気トラップ３００によって基板処理済みガスから回収する。排気トラップ３００のメンテナンスを実施する際は、上流側バルブ２３５及び下流側バルブ２３６を全閉として、排気管２３１から排気トラップ３００を切り離し、洗浄等のメンテナンスを実施する。

上記排気トラップ３００は、排気管２３１からの切り離し、洗浄等のメンテナンスを容易に実施できるように、簡易に構成されていることが好ましい。実施の形態によっては、上述した排気トラップ３００は、少なくとも排気ラインに装着されるケースと、該ケース開口部を閉塞する蓋体と、基板処理済みガスに含まれる成分を捕集する捕集体と、前記蓋体に設けられ捕集体を支持する中空支持体と、前記蓋体外側から蓋体を貫通し前記中空支持体内に至るように配置されるヒートパイプとで構成される。
以下に、上述した排気トラップの実施の形態を説明する。

《第１の実施の形態》
図１に示す第１の実施の形態では、排気トラップ３００は、排気ガスを取り込むケース３１０と、ケース３１０内に収容されて排気ガスを冷却する冷却部３３０とから構成される。冷却部３３０はケース３１０に対して着脱自在に構成されている。

排気トラップ３００、すなわち、ケース３１０及びヒートパイプを除く冷却部３３０は熱交換効率のよいアルミニウム製ないしアルミ含有材とするのがよい。より好ましくはアルミニウムないしアルミ含有材に腐食対策としてフッ化処理などの腐食対策を施すとよい。なお、アルミ含有材としては、シリコンや、鉄、銅、マンガン、マグネシウム、クロム、亜鉛、チタン等と、アルミニウムとを含有した合金などを挙げることができる。
従来のように排気トラップがステンレス材で構成されていると、排気トラップは重量過多となりやすく、排気トラップ自体はもとより、排気トラップを構成している冷却部などの部品の取扱いが面倒であり、メンテナンス性が悪い。また、ステンレス材はエネルギー消費効率が悪いため、例えば冷却水を用いる場合には、冷却水を無駄に消費させる。また、排気トラップがステンレス材で構成されていると、熱伝導率が悪いため、冷却水により冷却部を冷却しても、エネルギー消費効率が悪く、満足いく反応生成物の捕集がなされないことがある。排気トラップ３００をアルミニウム製ないしアルミ含有材とするのは、これらを防止するためである。

上記ケース３１０は例えば円筒状に形成される。ケース３１０には、そのガス導入口３１３から排気ガスをケース３１０内に導入するガス導入管３１１と、ケース３１０内のガスを導出するガス導出管３１２とがそれぞれ連結されている。上記ガス導入管３１１は曲管で構成される。ケース３１０に連結されるガス導入管３１１のケース側曲管部３１１ｂはその軸方向がケース３１０の軸方向に対して略直角となるようにケース３１０の円筒側面に連結される。上流側排気管２３１ａに連結される排気管側曲管部３１１ａはその軸方向がケース３１０の軸方向に対して、例えば鋭角となるような向きに形成される。また、ガス導出管３１２も曲管で構成される。ケース３１０に連結されるガス導出管３１２のケース側曲管部３１２ａは、その軸方向がケース３１０の軸方向に略一致するようケース３１０の一端部に連結される。下流側排気管２３１ｂに接続される排気管側曲管部３１２ｂはその軸方向がガス導入管３１１の排気管側曲管部３１１ａの軸方向と略一致するような向きに形成される。

ガス導入管３１１の排気管側曲管部３１１ａとガス導出管３１２の排気管側曲管部３１２ｂとの軸方向を略一致させることにより、直線状の排気管２３１に排気トラップ３００を容易に取り付けることができるようになっている。また、ガス導入管３１１の排気管側曲管部３１１ａとガス導出管３１２の排気管側曲管部３１２ｂとの略一致する軸方向に対
して、ケース３１０の軸方向を鋭角で交叉させるようにしたので、排気トラップ３００を排気管２３１に取り付けた状態で冷却部３３０をケース３１０から容易に着脱することができるようになっている。
なお、ガス導入管３１１の排気管側曲管部３１１ａ、及びガス導出管３１２の排気管側曲管部３１２ｂは、上流側排気管２３１ａ及び下流側排気管２３１ｂに、図示しないクランプでそれぞれ連結される。

冷却部３３０は、ケース３１０の他端部の開口を閉じる蓋体３３１と、蓋体３３１に取り付けられ排気ガスを冷却する冷却部本体３４１とから構成される。冷却部３３０は、ケース３１０に対して挿入取出し自在に設けられる。冷却部３３０の蓋体３３１はケース３１０の開口部に着脱自在に設けられる。なお、蓋体３３１には取手３３２が設けられる。取手３３２を利用し、冷却部本体３４１をケース３１０内に挿入してケース３１０の開口部を蓋体３３１で閉塞すると、冷却部３３０がケース３１０に取り付けられる。また、蓋体３３１を開けて冷却部本体３４１をケース３１０内から取り出すと、冷却部３３０がケース３１０から取り外される。

冷却部本体３４１は、蓋体に設けられ捕集体を支持する中空支持体と、排気トラップを冷却するヒートパイプと、排気ガスに含まれる成分を捕集するトラップフィンを備えた捕集体とで構成される。

中空支持体は、例えば円柱状のヒートパイプブロック３４２で構成され、ヒートパイプブロック３４２内にヒートパイプ３４５を納めるために、一端部を残して中心が他端部から軸方向にくり抜かれている。このヒートパイプブロック３４２は、その他端部開口を蓋体３３１の中央に設けたヒートパイプ挿入孔と連通するように蓋体３３１の内側に取り付けられ、ケース３１０内を軸方向に沿って配設されるようになっている。

ヒートパイプ３４５は蓋体３３１の外側から蓋体３３１を貫通してヒートパイプブロック３４２内に挿着されるよう配置される。ヒートパイプ３４５は少なくとも蓋体３３１外側から排気トラップ３００のガス導入口３１３側に対向する位置まで延在し設けられていることが好ましい。ガス導入口３１３側に対向する位置まで延在して設けることで捕捉効率をより確実に向上するためである。また、ヒートパイプ３４５は、少なくとも蓋体３３１の外側を放熱用として配置され、蓋体３３１の内側となるヒートパイプブロック３４２側を吸熱用として配置されることが好ましい。反応生成物の捕捉効率をより確実に向上するためである。ヒートパイプ３４５は金属製とする。ステンレス製のヒートパイプもあるが銅製の方がより熱交換効率が良いので、少なくとも一部を銅材で形成することが好ましい。ここで少なくとも一部とは、放熱部又は／及び吸熱部である。
なお、ヒートパイプの特性として、放熱用を上方、吸熱用を下方となるように配置することで、それぞれ放熱、吸熱の効率がより向上する。そのため、ヒートパイプ３４５は、少なくとも蓋体３１１の外側が上方、蓋体３１１の内側が下方となるように配置することが好ましい。さらに好ましくは、上述のようにガス導入管３１１の排気管側曲管部３１１ａとガス導出管３１２の排気管側曲管部３１２ｂの軸方向は、略鉛直に配置され、ケース３１０の軸方向は、蓋体３３１を上方として、斜め方向に向いているようにするのが好ましい。
このように配置することにより、ヒートパイプ３４５の蓋体３１１の外側を上方とし、蓋体の内側を下方とすることができるとともに冷却部３３０をケース３１０から容易に着脱することができる。

捕集体３４３は、ヒートパイプブロック３４２に支持されてヒートパイプ３４５によって冷却されるようになっている。この捕集体３４３は、排気ガスと衝突させて排気ガスに含まれる成分を析出させるように略板状体で構成される。捕集体３４３は、例えば、排気
ガスの進入方向と反対方向に凹状に湾曲する凹面３４３ａを有して、排気ガスの衝突による捕集体３４３からケース３１０のガス導入口３１３への反射量を低減するように構成されている。この凹面３４３ａはヒートパイプブロック３４２の全面投影面積よりも大きい面積をもち、排気ガスに含まれる成分をより多く析出できるようになっている。

凹面３４３ａの蓋体３３１と反対側の一端部には、半円形の邪魔板３４６がケース３１０の軸方向と直交するように設けられ、ケース３１０内に導入された排気ガスが直接ガス導出管３１２へ抜けないようになっている。

整流用フィン３４４は捕集体３４３に複数枚立設されて、捕集体３４３の凹面３４３ａ方向に排気ガス流れを形成するようになっている。各整流用フィン３４４は、例えばＣ字状に形成されて、Ｃ字状の開口部が凹面３４３ａ上に取り付けられ、Ｃ字状の閉塞部がガス導入口３１３の方向を向くようになっている。複数枚の整流用フィン３４４は、ヒートパイプブロック３４２の長手方向に所定間隔を隔ててヒートパイプブロック３４２の軸周りに配列させるようにしてもよい。あるいは複数枚の整流フィン３４４のＣ字の軸方向がヒートパイプブロック３４２の軸方向と平行になるようにヒートパイプブロック３４２に沿って配列させるようにしてもよい。

上述したような排気トラップの構成において、ガス導入管３１１よりケース３１０内に導入された排気ガスは、整流用フィン３４４間に沿って捕集体３４３に向かって進入する。排気ガスは、整流用フィン３４４の整流によって速度を落としながら、ヒートパイプ３４５によって冷却された捕集体３４３及びヒートパイプブロック３４２周辺の領域に進入し、排気ガスが捕集体３４３の凹面３４３ａやヒートパイプブロック３４２に衝突した際に、これらの上に反応生成物等が析出して捕捉される。上記捕捉により反応生成物等が取り除かれたガスは、邪魔板３４６によりガス導出管３１２への流れは阻まれ、一旦蓋体３３１側に流れるようにする。そのために整流用フィン３４４を中空のＣ字状としている。そして、蓋体３３１の裏面に回り込んでから、捕集体３４３背面とケース３１０内面との間の流路に沿って矢印に示すように流れ、ガス導出管３１２からケース３１０外へ排出される。

この際、ガス導入管３１１及びケース３１０は冷却されておらず、排気ガスは高温で流速も高いので、ガス導入管３１１のガス導入口３１３、及び整流用フィン３４４間の入口に反応生成物等による閉塞は発生しない。また、凹面３４３ａの深さ分、ガス導入管３１１のガス導入口３１３までの距離が長くなっており、また、整流用フィン３４４の整流によって排気ガスの速度が落ちているので、排気ガスのガス導入口３１３への反射量は大幅に減少する。このため、ガス導入管３１１のガス導入口３１３に反応生成物等が付着することは殆どない。

上述した第１の実施の形態によれば、冷却部にヒートパイプを用いたので、メンテナンスを行うために排気トラップを解体する際、従来のように冷却配管と冷却管との接続を切り離す作業を行う必要がなく、排気トラップの交換が簡単で、メンテナンス性が確実に向上する。
また、冷却部にヒートパイプを用いることにより、冷却管を用いた場合と比較して熱交換効率が向上し、反応生成物の捕捉効率を確実に向上することができ、満足のいく反応生成物等の捕集を行うことができる。特に、ヒートパイプを銅製とすると一層効果的である。
また、冷却水等を流す冷却管による熱伝導に比べて、より大きな熱輸送性能が得られるヒートパイプを用いると、エネルギー消費効率が向上し、環境に優しい装置を実現できる。

また、排気トラップの取付時は、従来のように冷却管に冷却水を流して冷却するものと異なり、工場設備から冷却配管を複雑な経路で引き回したり、外部から冷却配管を排気トラップに接続したりする必要がないので、装置をコンパクトに構成できる。また、冷却水導入／導出用に冷却管を少なくとも２本必要とする従来の排気トラップと異なり、本実施の形態のようにヒートパイプを用いると、ヒートパイプは１本で足りるでの、排気トラップをコンパクトに構成できる。

また、特に、ヒートパイプを除いた排気トラップの構成部品の一部をアルミニウムまたはアルミ含有材で構成すると、排気トラップの軽量化を図ることができるので、メンテナンスの作業性をより一層改善できる。また、アルミニウムまたはアルミ含有材で構成された排気トラップにフッ化処理すれば、耐腐食性を向上できる。
ここで、アルミニウムまたはアルミ含有材で構成する排気トラップの構成部品としては、ヒートパイプブロック、又は／及び蓋体、又は／及び捕集体とすることができる。

また、ヒートパイプを蓋体の外側から蓋体の内側のヒートパイプブロック内に挿入して、ヒートパイプが排気トラップ内の排気ガスに直接触れないようになっているので、ヒートパイプの腐食や破損を低減することができる。したがって、メンテナンス周期も改善できる。

なお上述した実施の形態で例示したヒートパイプ及びヒートパイプブロックはそれぞれ１本としたが、これらを複数本とすることも可能である。これらの本数を増やすことにより反応生成物等の捕捉効率をより確実に向上できる。

《第２の実施の形態》
図２に示す第２の実施の形態は、基本的には実施の態様１と構成は同じである。第１の実施の形態と異なる点は、ヒートパイプ３４５の放熱側、すなわち蓋体３３１の外側の排気トラップ３００より外側にあるヒートパイプ３４５の放熱側に、放熱フィン３４７を設けた点である。
具体的には、ヒートパイプ３４５の蓋体３３１の外側に放熱フィン３４７を多数枚挿着して放熱部を形成し、ヒートパイプ３４５をヒートパイプブロック３４２に挿着して吸熱部を形成する。放熱フィン３４７は例えば平板形のフィンをヒートパイプ３４５の軸方向と直交するように挿着する。このように放熱フィン３４７をヒートパイプ３４５に設けると、吸熱部で吸熱された熱が放熱部より放熱フィン３４７を伝導して外気中に放射されるので、よりいっそう放熱を促進でき、捕集体を十分に温度低下させることができる。したがって、排気トラップの熱交換効率が更に向上し、これにより反応生成物等の捕捉効率を確実に向上することができる。

《第３の実施の形態》
図３は、第２の実施の形態を改善した第３の実施の形態を示す。第３の実施の形態が第２の実施の形態と異なる点は、さらに送風体として送風ファン３４８を設け、放熱フィン３４７を設けたヒートパイプ３４５に送風するようにした点である。なおＭ、放熱フィン３４７を設けていない第１の実施の形態のヒートパイプ３４５に送風するようにしてもよい。これらにより、ヒートパイプ３４５の放熱効果を一層促進することができ、捕捉効率をより確実に向上できる。

《第４の実施の形態》
図４は、第３の実施の形態を改善した第４の実施の形態を示す。第４の実施の形態は第３の実施形態と次に挙げる一つまたはそれ以上の点で異なる。
第１に異なる点は、蓋体３３１側の放熱フィン３４７が送風ファン３４８側に向けて傾斜するように設けられている点である。すなわち、蓋体３３１と反対側の放熱フィン３４
７ａは蓋体３３１面に平行に配置させているが、蓋体３３１近傍の放熱フィン３４７ｂを、風流れの上流側から下流側に向かうに従い蓋体３３１側に接近するように傾斜させている点である。放熱フィン３４７ｂを傾斜させることにより送風ファン３４８からの風が蓋体３３１に当りやすくなる。そのため、蓋体３３１の温度を低減させ、蓋体３３１の内側にも反応生成物等を付着させることができ、反応生成物の捕捉効率をより確実に向上できる。
また、蓋体３３１のみならず蓋体３３１に設けられている取手３３２の温度も低減できるので、排気トラップ３００のメンテナンスの際、高温の蓋体３３１や取手３３２を取扱う場合に比べてこれらの取扱いが容易になる。

また、第２に異なる点は、蓋体３３１外側に、送風ファン３４８、ヒートパイプ３４５の蓋体より外側部分、および放熱フィン３４７を収納するカバー３４９をさらに備えている点である。一般に、排気トラップ３００は、処理炉を納める筐体４００内に設けられることが多い。したがって、送風ファン３４８を設けると、処理炉が設置されているクリーンルーム内のエアの流れを乱すことになるから、送風ファン３４８を覆うカバー３４９を設けることが好ましい。

また、第３に異なる点は、カバー３４９に、送風ファン３４８から送風されるエア流れに対し、放熱フィン３４７の下流側に方向性を持たせる排気口３５１を設けている点である。このカバー３４９の中に、放熱フィン３４７と送風ファン３４８を収納すると、さらにカバー３４９内の送風ファン３４８の冷却効果を向上でき、放熱フィン３４７惹いてはヒートパイプ３４５、排気トラップ３００内部の捕集体３４３及び、蓋体３３１の冷却効率を上げることができる。

また、第４に異なる点は、上記排気口３５１に排気ダクト３５０が接続されている点である。排気口３５１に排気ダクト３５０を設ければ、クリーンルーム外にエアを導くことができるので、クリーンルーム内のエアの流れを乱すことがない。

《第５の実施の形態》
第５の実施の形態は、ケースの外周面にヒータを設けた点である。排気トラップを構成するケースには、排気管がクランプで連結されるため、ケースを排気管から取り外すのに手間がかかる。したがって、ケースの洗浄や交換頻度を少なくするために、ケース内面に反応生成物が付着しないようにするのが好ましい。そのために、本例では、ケースの外周面にヒータを設けている。ヒータによりケースの外周面を加熱すると、蓋体、捕集体、ヒートパイプブロックのみが冷却されることになり、これらの部分に反応生成物等を集中的に捕集させることができ、ケース内面への反応生成物等の付着を有効に防止できる。これによりメンテナンス周期を改善できる。

本発明の好ましい態様を付記する。
基板を処理する処理室と、前記処理室に処理ガスを供給するガス供給管と、前記処理室から処理済みガスを排出する第１の排気管と、前記第１の排気管から導入される処理済みガスに含まれる成分を除去する排気トラップと、前記排気トラップから処理済みガス中の成分を除去したガスを排気する第２の排気管とを備えた基板処理装置において、前記排気トラップを、少なくともケースと、蓋体と、前記基板処理済みガスに含まれる成分を捕集する捕集体と、前記蓋体に設けられ前記捕集体を支持する中空支持体と、前記蓋体外側から前記蓋体を貫通し前記中空支持体内に一部を配置するヒートパイプとで構成することで、メンテナンス性及び反応生成物の捕捉効率を確実に向上することができる。

また、基板を処理する処理室と、前記処理室に処理ガスを供給するガス供給管ラインと、前記処理室からの排気ガスを排気するガス排気ラインとを備える基板処理装置の前記排
気ガスに含まれる成分を除去するために該ガス排気ラインの途中に設けられる排気トラップであって、少なくともケースと、蓋体と、前記基板処理済みガスに含まれる成分を捕集する捕集体と、前記蓋体に設けられ前記捕集体を支持する中空支持体と、前記蓋体外側から前記蓋体を貫通し前記中空支持体内に至るように配置されるヒートパイプとで構成される排気トラップとすることで、メンテナンス性及び反応生成物の捕捉効率を確実に向上することができる。

また、前記基板処理装置や前記排気トラップにおいて、前記ヒートパイプ及び前記中空支持体を複数設けるのが好ましい。これらを複数設けることで、反応生成物の捕捉効率をより確実に向上することができる。
また、前記ヒートパイプは少なくとも前記蓋体外側から前記排気トラップのガス導入口側に対向する位置まで延在して設けられているのが好ましい。ヒートパイプを延在して設けることで、反応生成物の捕捉効率をより確実に向上することができる。

また、前記基板処理装置や前記排気トラップにおいて、前記ヒートパイプは、少なくとも前記中空支持体側を吸熱用、前記蓋体外側を放熱用として形成されているのが好ましい。中空支持体側を吸熱用、蓋体外側を放熱用としてヒートパイプが形成されていることで、反応生成物の捕捉効率をより確実に向上することができる。

また、前記基板処理装置や前記排気トラップにおいて、前記蓋体外側にある前記ヒートパイプには、放熱フィンが設けられているのが好ましい。放熱フィンが設けられていることで、反応生成物の捕捉効率をより確実に向上することができる。

また、前記基板処理装置や前記排気トラップにおいて、前記蓋体外側にあるヒートパイプ又は／及び放熱フィンに向けて送風する送風体が設けられているのが好ましい。送風体を設けることで、反応生成物の捕捉効率をより確実に向上することができる。
また、前記蓋体外側にある前記ヒートパイプには、放熱フィンが複数設けられており、少なくとも前記蓋体側の放熱フィンのうち少なくとも一部を、風流れの上流側から下流側に向かうに従い蓋体側に接近するように傾斜させるのが好ましい。放熱フィンの一部が傾斜していることで、反応生成物の捕捉効率をより確実に向上することができる。

また、前記基板処理装置や前記排気トラップにおいて、前記ヒートパイプは、少なくとも一部が銅材で形成されているのが好ましい。ヒートパイプが銅材で形成されていることで、反応生成物の捕捉効率をより確実に向上することができる。

また、前記基板処理装置や前記排気トラップにおいて、前記中空支持体、または前記中空支持体及び蓋体、または前記捕集体が少なくともアルミ含有材で形成されているのが好ましい。これらがアルミ含有材で形成されることで、排気トラップを軽量化することができると共に、熱交換効率を向上して反応生成物の捕捉効率をより確実に向上することができる。好ましくは、アルミ含有材で形成される中空支持体はフッ化処理などの腐食対策を施すとよい。

また、前記基板処理装置や前記排気トラップにおいて、少なくとも前記ケースの外周にヒータを設けているのが好ましい。ヒータを設けてケースを加熱することにより、ケース内面への反応生成物の付着を防止できる。

また、前記基板処理装置や前記排気トラップにおいて、前記蓋体外側に少なくとも前記送風体及び前記ヒートパイプの一部および前記フィンを収納するカバーをさらに備えたり、前記カバーには前記送風体から送風される雰囲気に対しヒートパイプの下流側に排気口を設けたり、前記排気口には排気ダクトを接続したりするのが好ましい。これらカバーや
排気口を備えたり、排気ダクトを接続したりすることで、反応生成物の捕捉効率をより確実に向上することができる。

また、上述した成膜プロセスを用いた基板処理方法として、処理ガスを処理室に供給しながら該処理室から排気ガスをガス排気ラインに排気して処理室内に収容されている基板を処理する基板処理工程と、少なくとも基板処理工程中、前記ガス排気ラインの途中に設けられる少なくともケースと、蓋体と、前記基板処理済みガスに含まれる成分を捕集する捕集体と、前記蓋体に設けられ前記捕集体を支持するヒートパイプブロックと、前記蓋体外側から前記蓋体を貫通し前記ヒートパイプブロック内に至るように配置されるヒートパイプとで構成される排気トラップを前記排気ガスが通過し、前記排気ガスに含まれる成分を除去する工程とを具備する基板処理方法が提供される。

上述した排気トラップ３００の実施例を図７に示す。図７（ａ）は排気トラップ３００の軸方向に沿った断面図、図７（ｂ）は冷却部３３０の斜視図である。
本実施例は、冷却部３３０が２本のヒートパイプブロック３４２、及び２本のヒートパイプ３４５を備え、ヒートパイプ３４５には銅製のヒートパイプを用い、冷却部３３０にはアルミ製の冷却部を用いた。また、ヒートパイプ３４５の放熱部に放熱フィン３４７を設け、この放熱フィン３４７に風を送る送風ファン３４８を設けている。そして、ケース３１０にケース用ヒータ３６０を設けたものである。

以下、図７を用いて実施例を説明する。
図７（ｂ）に示す冷却部３３０はアルミニウムで構成される。冷却部３３０を構成する円板形の蓋体３３１の内側面に、２本の円柱状のヒートパイプブロック３４２が溶接される。２本のヒートパイプブロック３４２は平行で、蓋体３３１の内側面に対して垂下するように溶接される。捕集体３４３は、この２本のヒートパイプブロック３４２にブラケット３６１によって取り付けられている。捕集体３４３は略矩形状のガス受板３４３ｂと、蓋体３３１側と反対側になるガス受板３４３ｂの一端部にガス受板面に対して直角方向に取り付けられた略半円形の邪魔板３４６とを備える。ガス受板３４３ｂの中央部に凹面３４３ａが設けられており、その凹面３４３ａに沿って複数枚のＣ字状の整流用フィン３４４が所定間隔を開けて配列されている。

図７（ｃ）に示すように、冷却部３３０をケース３１０に挿着した排気トラップ３００は、円筒状のケース３１０の外周にケース用ヒータ３６０が取り付けられている。このケース用ヒータ３６０は、例えば、シリコンラバーヒータやリボンヒータ等の面状ヒータからなり、ケース３１０の外周面とガス導入管３１１のケース側曲管部３１１ｂまでが加熱範囲となるようにケース３１０に巻き付けられている。従って、ケース３１０の内壁面及びガス導入口は、ケース用ヒータ３６０により加熱され、所定の温度に保温されているため、冷却により反応生成物が付着してしまうことはない。

このケース３１０の軸方向の一端部には、複数の爪クランプ３６２が設けられる。この爪クランプ３６２で蓋体３３１を締め付けることにより冷却部３３０をケース３１０に取り付ける。爪クランプ３６２を蓋体３３１から取り外すことのより冷却部３３０をケース３１０から取り出すことが可能となる。

２本のヒートパイプ３４５が蓋体３３１の外側からケース３１０内に挿入される。挿入されたヒートパイプ３４５は、その吸熱部が２本のヒートパイプブロック３４２内にそれぞれ挿着されるようケース３１０内に配置される。２本のヒートパイプ３４５は、その放熱部が蓋体３３１の外側に配置される。２本のヒートパイプ３４５の各放熱部には複数枚の放熱フィン３４７が挿着されている。蓋体３３１の外側に送風ファン３４８が設けられ
、放熱フィン３４７を挿着したヒートパイプ３４５の放熱部を冷却するようになっている。
上述した実施例によれば、メンテナンス性及び反応生成物等の捕捉効率が確実に向上した。

ここで、上述した実施例の排気トラップで回収される反応生成物等は次の通りである。
例えば、基板処理ガスとして、ＳｉＨ_２Ｃｌ_２とＮＨ_３との混合ガスを用い、ウエハの表面にＣＶＤ処理によりＳｉ_３Ｎ_４膜を成膜する場合には、処理室２０１内で下式（１）の反応が生じ、ウエハの表面には反応生成物であり成膜成分であるＳｉ_３Ｎ_４（窒化珪素）が堆積する。

反応により発生したＨＣｌは、下式（２）の二次反応によって、ＮＨ_３（アンモニウム）と結合してＮＨ_４Ｃｌ（塩化アンモニウム）となり、これが他の反応成分と共に反応生物等として排気管２３１を通じて排気トラップ３００へと供給される。

３ＳｉＨ_２Ｃｌ_２＋４ＮＨ_３→Ｓｉ_３Ｎ_４＋６ＨＣｌ＋６Ｈ_２…（１）
ＮＨ_３＋ＨＣｌ→ＮＨ_４Ｃｌ…（２）
排気トラップ３００は、反応によって発生した一次成分、一次成分同士の副反応による反応生成物及び反応に関して余剰な未反応成分（反応生成物等）を基板処理済みガスから回収する。

本発明の半導体デバイス製造装置に備えられる排気トラップの第１の実施の形態を示す斜視断面図である。本発明の半導体デバイス製造装置に備えられる排気トラップの第２の実施の形態を示す斜視断面図である。本発明の半導体デバイス製造装置に備えられる排気トラップの第３の実施の形態を示す斜視断面図である。本発明の半導体デバイス製造装置に備えられる排気トラップの第４の実施の形態を示す斜視断面図である。本発明の半導体デバイス製造装置の実施の形態を示す減圧ＣＶＤ処理炉の縦断面図である。本発明の実施の形態における半導体デバイス製造装置の解説図である。本発明の排気トラップの実施例を示し、（ａ）は全体断面図、（ｂ）は冷却部の斜視図である。従来例の排気トラップを示し、（ａ）は全体断面図、（ｂ）は冷却部の斜視図である。

符号の説明

３１０ケース
３３１蓋体
３４３捕集体
３４２ヒートパイプブロック（中空支持体）
３４５ヒートパイプ
３００排気トラップ

Claims

基板を処理する処理室と、
前記処理室に処理ガスを供給するガス供給管ラインと、
前記処理室からの排気ガスを排気するガス排気ラインと、
前記ガス排気ラインの途中に設けられ、前記排気ガスに含まれる成分を除去する排気トラップとを備え、
前記排気トラップは、少なくとも
前記排気ラインに装着されるケースと、該ケース開口部を閉塞する蓋体と、前記排気ガスに含まれる成分を捕集する捕集体と、前記蓋体に設けられ前記捕集体を支持する中空支持体と、前記蓋体外側から前記蓋体を貫通し前記中空支持体内に至るように配置されるヒートパイプとで構成される
ことを特徴とする基板処理装置。
処理ガスを処理室に供給しながら該処理室から排気ガスをガス排気ラインに排気して処理室内に収容されている基板を処理する基板処理工程と、
少なくとも前記基板処理工程中、前記ガス排気ラインの途中に設けられる排気トラップであって、少なくとも前記排気ラインに装着されるケースと、該ケース開口部を閉塞する蓋体と、前記排気ガスに含まれる成分を捕集する捕集体と、前記蓋体に設けられ前記捕集体を支持する中空支持体と、前記蓋体外側から前記蓋体を貫通し前記中空支持体内に至るように配置されるヒートパイプとで構成される排気トラップで、前記排気ガスを通過させて前記排気ガスに含まれる成分を除去する工程と
を有することを特徴とする基板処理方法。