(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも反応室（１）と該反応室内を真空引きする真空ポンプ（６）と該反応室（１）と該真空ポンプ（６）とを接続する排気配管（５）とからなる成膜装置において、
前記排気配管（５）内にスクリュー（５１）が設置され、
前記スクリューの心棒（５２）内には前記スクリューを冷却するための冷却水が流れるための流路が形成されていて前記心棒に結合された蓋（５３）内を通って冷却水が流入及び排出され、
前記排気配管（５）の下側の端部に形成されたフランジ部（５４）に前記蓋（５３）が着脱自在に取り付けられ、
前記真空ポンプ（６）は前記排気配管（５）の途中の接続部で接続され、
前記スクリュー（５１）は前記接続部より下方にまで延長して形成され、
前記排気配管（５）内の前記スクリュー（５１）が途切れた下方部分にポケット部（５５）が形成され、さらに
前記排気配管（５）の外周にはヒーター（５６）が設置されており、
前記蓋（５３）を取り外すことにより、前記蓋（５３）と一体になった前記スクリュー（５１）を前記排気配管（５）内から引き出すことができ、清掃作業を行えることを特徴とする成膜装置。
【請求項２】
前記スクリューの冷却用冷媒の供給を排気下流側から供給することを特徴とする請求項１に記載の成膜装置。
【請求項３】
前記スクリューの外周部と前記排気配管の内周面との間に隙間を設けたことを特徴とする請求項１〜２のいずれか一項に記載の成膜装置。
【請求項４】
前記隙間は、前記反応室から排気される反応生成物の大きさよりも狭いことを特徴とする請求項３に記載の成膜装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体素子の製造プロセスにおける各種基板（ガラス等）への薄膜形成、例えば金属膜、酸化膜などの成膜を行ったり、或いは各種基板への単結晶層のエピタキシャル成膜を行なう半導体成膜装置に係わり、特に反応容器内で大量発生する反応生成物による排気配管及び排気ポンプの目詰まり防止と分解清掃のためのトラップ装置を必要とするＡＬＥ（Ａｔｏｍｉｃ  ｌａｙｅｒ  Ｅｐｉｔａｘｙ）装置に好適な成膜装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体ウェハに回路を形成するための成膜装置として、各種のＣＶＤ装置やＡＬＥ装置などが使用されている。このＣＶＤ装置などの成膜装置を用いて半導体ウェハへの成膜を繰り返すと、反応生成物が除々に反応管や排気配管及び排気ポンプ内に堆積する。この堆積が許容値を越えるとポンプロックや排気能力低下の原因となったり、また配管の振動や熱伸縮等により、配管内に堆積した生成物が剥離し、微小塵埃となり、浮遊したり、落下して半導体ウェハの表面に付着して、半導体素子回路配線の断線や短絡の原因となったりする。このため、この様な現象が起った時点で、装置を停止し、反応管内や排気配管及び排気ポンプ内をクリーニングしなければならないため、半導体チップの製造過程の歩留りや装置稼働率が大巾に低下する。特にＣＶＤ装置に比べ数倍の反応生成物が発生するＡＬＥ装置においては、この問題は深刻である。
【０００３】
そこで、従来においては、図２に示されるように排気配管ＡにヒーターＢを巻き付けると共に、排気配管Ａと排気ポンプＣ（真空ポンプ）との間にトラップ装置Ｄを設置していた。これは排気配管を加熱して反応生成物をガス状のまま堆積させずに排気させようとすると共に、反応生成物をトラップ装置内に設けられたフィルターや邪魔板Ｅなどに出来るだけ堆積させようとするものである。しかしながら反応生成物の堆積を完全に防止するには、排気配管全体を１５０°Ｃ以上にする必要があるが、この場合配管途中のバルブ、Ｏリング、パッキン等はこのような高温に耐えられないものが多い。
【０００４】
またＡＬＥ装置はＣＶＤ装置に比べ数倍の反応生成物が発生するので、小型のトラップ装置では短期間で目詰まりし排気能力が低下するため、頻繁な清掃、交換が必要となるため、従来のＡＬＥ装置トラップは大きなものとなっていた。そのため非常に大きな設置スペースが必要となり、反応室から離れた場所に設置され、反応室とトラップ装置間の排気配管内に反応生成物が堆積し易く、排気断面積が低下し排気能力が低下するという問題があった。更に、トラップ装置内の邪魔板等に堆積した反応生成物が、剥離してこの剥離物がトラップされにくいためポンプに流入してポンプロックの原因となったり、又は一部の剥離物がトラップ装置内に滞留していて、不意の装置停止等により排気ポンプが停止した場合、反応室に逆流しパーティクルの原因になっている。
【０００５】
また特開平１１−２１４３７５号公報に示された半導体成膜装置においては、排気配管構造を温度の異なる二つの壁面を対向させた構造にして、反応生成物であるガス中の微粒子が熱泳動力を受けて低温壁面側に移動して堆積するようにしている。しかしながら、この公知の半導体成膜装置においても、上記した剥離物によるポンプロックの問題及びパーティクルの問題の解決になっていない。また高温壁面側と低温壁面側との温度差を大きくとることができないという問題があった。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
このようにＡＬＥ装置の稼働率を一定水準以上に維持するため、及び不慮のポンプ停止によるパーティクルの増加を防止するためにも、排気配管や真空ポンプの定期的なクリーニングが必要不可欠である。またトラップ装置、ボンプ、配管の清掃時の大気開放によって成膜装置内に流入する微少生成物等によるパーティクル増加にたいして復元完了後に長時間にわたって窒素等をパージし装置内をクリーニングする必要がある。
【０００７】
本発明の目的は、前記課題に鑑み、反応生成物を局所的に堆積させ、かつ堆積部の分解を容易にすることにより、清掃等による大気開放時間の短縮と清掃作業自体の容易化を図ることである。本発明の更なる目的は、トラップ部より剥離した反応生成物のポンプへの流入をなくしてポンプロックを防止すると共に、不慮のポンプ停止等による成膜装置内のパーティクルの増加を防止して、該装置の早期復元を図ることである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明は、前記課題を解決するための手段として、少なくとも反応室（１）と該反応室内を真空引きする真空ポンプ（６）と該反応室（１）と該真空ポンプ（６）とを接続する排気配管（５）とからなる成膜装置において、前記排気配管（５）内にスクリュー（５１）が設置され、前記スクリューの心棒（５２）内には前記スクリューを冷却するための冷却水が流れるための流路が形成されていて前記心棒に結合された蓋（５３）内を通って冷却水が流入及び排出され、前記排気配管（５）の下側の端部に形成されたフランジ部（５４）に前記蓋（５３）が着脱自在に取り付けられ、前記真空ポンプ（６）は前記排気配管（５）の途中の接続部で接続され、前記スクリュー（５１）は前記接続部より下方にまで延長して形成され、前記排気配管（５）内の前記スクリュー（５１）が途切れた下方部分にポケット部（５５）が形成され、さらに前記排気配管（５）の外周にはヒーター（５６）が設置されており、前記蓋（５３）を取り外すことにより、前記蓋（５３）と一体になった前記スクリュー（５１）を前記排気配管（５）内から引き出すことができ、清掃作業を行えることを特徴とする成膜装置を提供する。
この成膜装置では、排気配管内に冷却装置を備えたスクリューを着脱可能に設けることにより、反応生成物は熱泳動力を受けて低温側であるスクリューに堆積することになり、このスクリューを配管内から引き出すことで容易にクリーニングを行える。この成膜装置では、排気配管の外周にヒーターを設けることで、配管内の周囲部と中心部とで一層の温度差を形成するようにして反応生成物の熱泳動力作用を促進してスクリューへの堆積作用を高めている。
【０００９】
この成膜装置では、排気配管の途中で真空ポンプに接続することで、該配管の接続部下方にポケット部を形成して、振動等によりスクリュー表面から剥離した反応生成物のうち、重量の比較的に重い生成物はポケット部に溜まるようにして除去を容易にしている。またポケット部の生成物は、不意のポンプ停止による圧力の逆転が起きても反応室に送られることがない。この成膜装置では、排気配管の真空ポンプとの接続部よりも下方にまで延長してスクリューを設けたものであり、このため不意のポンプ停止により圧力の逆転が起ったときに、ポケット部内に溜まっていた生成物は、スクリューに邪魔されるので一層効果的に反応室への逆流によるパーティクルが防止できる。
【００１０】
請求項２に記載の成膜装置では、スクリューの冷却用冷媒の供給を排気下流側から供給するようにしているので、スクリューは上流側で温度が高く下流側で温度が低くなっているのに対して、反応室から排気される生成物は、上流（反応室）側で温度が高く下流（ポンプ）側で温度が低いので、排気配管とスクリューの温度差を維持でき、反応生成物を効果的にスクリューに堆積させることができる。請求項３及び４に記載の成膜装置では、スクリュー外径と排気配管の内径との隙間を反応生成物の大きさよりも小さくして、排気される生成物のショートパスを防止してスクリュー上に効果的に生成物を堆積させることができる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、図１を参照して本発明の実施の形態の成膜装置について説明する。なお、本発明の成膜装置は、特にＡＬＥ装置に好適なものである。本発明のＡＬＥ装置は、反応室１内に図示されていないガラス基板を載置するためのヒーターを内蔵した支持台が設けられ、反応室１には原料ガス２を供給するためのガス供給管３とガスを排気するための排気系が接続されている。この排気系は、ベローズ管４、排気配管５及び真空ポンプ６とから構成されている。
【００１２】
本発明では、図１に示されるように排気配管５内にスクリュー５１が設置されている。スクリュー５１の心棒５２内には、スクリューを冷却するための冷却水が流れるための流路が形成されている。心棒５２に結合された蓋５３内を通って冷却水が流入及び排出される。蓋５３は排気配管５の端部に形成されたフランジ部５４に着脱自在に取り付けられる。したがって、蓋５３を取り外すことにより、蓋５３と一体となったスクリュー５１を排気配管５内から引き出すことができる。
【００１３】
真空ポンプ６は、排気配管５の途中で接続しており、スクリュー５１は、この接続部より下方にまで延長して形成されている。排気配管５内のスクリュー５１が途切れた下方部分にポケット部５５が形成されている。また、排気配管５の外周にはヒーター５６が設置されている。このヒーターは配管外周にヒーター線を巻き付けてもよく又は面ヒーターを使用してもよいものである。なお、冷却水が流れるスクリュー５１の心棒５２の構造としては、２つの管を組み合わせたもの、中実棒内に２つの流路を形成したもの、或いは２重管等のいずれの構造でもよく、また真空ポンプ６は、例えばルーツポンプとドライポンプの組み合わせたものであってもよい。
【００１４】
次に本発明の実施の形態の成膜装置の作動について説明する。反応室１内に原料ガス２をガス供給管３で供給し、支持台上に載置されたガラス基板をヒーターで所望の温度に加熱し、真空ポンプ６で反応室１内を所望の圧力、例えば約１００〜２００Ｐａにして原料ガス２を熱反応させることによりガラス基板表面に薄膜を形成する。この際に、反応室１内に未反応原料ガス、反応途中のガス及び反応による生成物（微粒子）が発生する。これらは、例えば三塩化アルミニウム、酸化アルミニウム、水、窒素等である。これらのガス及び反応生成物が、排気配管５に流入すると、急激に冷却されて配管内壁及びスクリューに生成物が付着堆積する。本発明においては、排気配管５をヒーター５６により加熱し、スクリュー５１を冷却水により冷却しているので、排気配管側とスクリュー側とで大きな温度差があるため、生成物は熱泳動力の作用により低温側であるスクリュー５１に選択堆積するようになる。残りのガス状生成物は、排気配管５から真空ポンプ６を経て外部に放出される。
【００１５】
成膜作業を繰り返し行うと、排気配管５内のスクリュー５１に反応生成物の堆積量が増加してきて、排気能力が低下するので、適当な時期にこのスクリュー５１の反応生成物の堆積を除去しなければならない。この場合、本発明においては、排気配管５の端部のフランジ部５４からスクリュー自体は蓋５３と一体となって容易に取り出すことができ、清掃又は交換に要する時間が非常に少なくすることができる。
【００１６】
また、本発明においては、排気配管５内のスクリュー５１下端にはポケット部５５が設けており、かつスクリュー５１が排気配管５と真空ポンプ６との接続部よりも下流にまで伸びていることにより、振動等によってスクリュー表面から剥離した反応生成物はスクリュー５１に沿って落下し、重量の軽い微少生成物はガスの流れに乗って真空ポンプ６に吸引され、重量の重い大きな生成物はポケット部５５に落下して溜まる。簡単な清掃では、蓋５３を外してポケット部５５に溜まった生成物を除去するだけで、パーティクルの原因となる浮遊物の除去に効果がある。更にポケット部５５に溜まった生成物は、不意の真空ポンプ６の停止による圧力の逆転（反応室側が真空でポンプ側が大気圧になる現象）があっても、スクリュー５１に邪魔されて反応室１に逆流することがなく、真空ポンプ６との接続部より下流のスクリュー５１の堆積物も、圧力の逆転で反応室１に送られることがない。また、排気配管中に常時浮遊している微少生成物もスクリュー５１に邪魔されて反応室１に逆流することがない。
【００１７】
本発明の成膜装置の実施例について説明する。本発明では、反応室１と真空ポンプ６の間の排気配管５内にスクリュー５１を設置する。このスクリュー５１の山径を２０ｃｍ（ほぼ配管内径に相当）とし、スクリュー谷径を２ｃｍとし、スクリューのリード角を２０°と設定した。排気配管長は従来と同じく１５５ｃｍである。ポケット部５５の排気配管の内径は２０．８ｃｍであり、スクリュー山部との間隙が微少であるため、反応室１からのガスはスクリュー谷部をスクリューの形状に沿って螺旋状に流れる。反応室１内の圧力は１００〜２００Ｐａ程度とし、真空ポンプ６としてルーツポンプとドライポンプの組み合わせたものを使用した。
【００１８】
従来の成膜装置では、排気配管内径１０ｃｍ、断面積７８．５ｃｍ2、配管長１５５ｃｍであり、断面積と長さによって影響を受けるコンダクタンス（排気抵抗）は６４．５Ｌ／ｓｅｃであったが、本発明の上記スペックのスクリューでは、ガスの通過断面積即ちスクリュー谷部断面積は、１６７ｃｍ2となり従来装置の２．１倍の断面積となり、またガスの通過長即ちスクリューの展開長は４５３ｃｍとなり、同様に従来装置の２．９倍の長さとなる。更にこのコンダクタンスは１００．５Ｌ／ｓｅｃとなり、従来以上のコンダクタンスが確保されている。なお、スクリュー山径を１５ｃｍ、配管内径を１５．８ｃｍ、リード角を２５°とすると、コンダクタンスは従来とほぼ同等の７３．４Ｌ／ｓｅｃとなるが、本発明の実施例ではガス流速を遅くしてトラップ効率を良くするため、前記のスペックを採用している。
【００１９】
また本実施例では、スクリュー５１の心棒５２には２５°Ｃの水をガスの流れと対向する方向で流しスクリュー全体を冷却している。また排気配管５に巻き付けたヒーター５６により、配管表面温度を１００°Ｃに温度調節した。この配管の表面温度では、従来技術では生成物の配管への堆積を完全に防止できない温度であるが、本実施例では、排気配管中に２５〜３０°Ｃ程度に冷却されたスクリュー５１が存在するため、生成物は、より温度の低いスクリュー表面に選択堆積した。これにより、トラップの清掃はスクリューのみ実施すれば良いようになった。なお、排気配管５とスクリュー５１の温度差が大きいほど生成物は、低温側に堆積し易い、このため配管温度をより高温にし、スクリューはより低温にすることが理想であるが、高価なパッキンや冷却装置等が必要であるため、本実施例では上記スペックを採用した。更にガスは上流（反応室）側が温度が高く、下流（真空ポンプ）側が温度が低い。この温度勾配に沿って配管側とスクリュー側との温度差を維持するため、例えば水などの冷媒は下流側から流す方が有効である。即ちスクリュー５１は上流側が温度が高く、下流側が温度が低いようにする。
【００２０】
上記した本発明の成膜装置では、排気配管を利用することにより、従来の高さ約１００ｃｍ、幅約６０ｃｍもあるような大きなトラップ機構を設置する必要がなくなり、またトラップ面積も大きく取れるので、清掃のインターバルが２週間から４ヶ月に延長可能となった。またその清掃作業も配管をばらす必要がなく、軽量なスクリューを抜き取るだけで行えるので、非常に容易である。更に反応生成物の逆流によるパーティクルの増加も防止可能となった。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態の成膜装置の全体構成図である。
【図２】従来の成膜装置の全体構成図である。
【符号の説明】
１…反応室
２…原料ガス
３…ガス供給管
４…ベローズ管
５…排気配管
５１…スクリュー
５２…心棒
５３…蓋
５４…フランジ部
５５…ポケット部
５６…ヒーター
６…真空ポンプ
【図１】
0003567851.tif 000002
【図２】
0003567851.tif 000003