(57)【要約】  本発明は、概して排気システムに関し、特に、過圧力および／または逆流の防止および組合せトラップ／消音器（１２６、１２６’）を含む、半導体エッチングおよび堆積プロセス用の排気調整システム（１１０、１１０’、１１０”）に関する。利点は、自動連続動作、予定外の真空ポンプ停止によるウェーハ損失の実質的ゼロ、低減した微粒子欠陥、および改善された歩留りを含む。
2007522649.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体処理チャンバ用の排気システムであって、
前記半導体処理チャンバの下流にある真空ポンプの下流の切換え弁と、
ポンプ背圧を監視する、前記切換え弁の上流にある圧力センサと、
施設の排気ラインに送り込まれる前記半導体処理チャンバからの排気が通過する、前記切換え弁の下流にある排気流れラインと、
前記切換え弁の下流にあり、前記排気流れラインと並列に配置された排気バイパスラインと、
フィルタであって、前記排気流れラインで、前記排気が前記フィルタを通過するときに前記排気の微粒子および／または凝縮性蒸気の少なくとも一部を捕獲するためのフィルタと、を備え、
前記切換え弁は、前記圧力センサによって測定されたとき前記背圧が所定の圧力差（ΔＰ）だけ増加した場合に、前記排気を前記排気バイパスラインに導くために作動されて、前記半導体処理チャンバの実質的に連続した動作を可能にする排気システム。
【請求項２】
前記システムは、前記施設排気ラインに送り込みかつ逆流によって生じる堆積を実質的に防止する注入装置をさらに有する、請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
前記注入装置は、前記排気が流れる内側通路と、障壁ガスが層流状態で流れる外側通路とを有する、請求項２に記載のシステム。
【請求項４】
前記排気流れラインは、温度制御を行なうために断熱され、かつ／または加熱される、請求項１に記載のシステム。
【請求項５】
前記システムは、第２のフィルタを備えた第２の排気流れラインをさらに有する、請求項１に記載のシステム。
【請求項６】
前記フィルタは、組合せ粒子トラップ消音器として働く、請求項１に記載のシステム。
【請求項７】
前記フィルタは、前記半導体処理チャンバの動作の中断なしに取り替え可能である、請求項１に記載のシステム。
【請求項８】
前記フィルタは、第１のフィルタ要素を含む第１の内側チャンバを有する、請求項１に記載のシステム。
【請求項９】
前記フィルタは、第２のフィルタ要素を含みかつ前記フィルタが消音器として働くことを可能とする第２の内側チャンバを有する、請求項８に記載のシステム。
【請求項１０】
前記フィルタ要素は金網を有する、請求項８に記載のシステム。
【請求項１１】
前記金網はステンレス鋼を有する、請求項１０に記載のシステム。
【請求項１２】
前記システムは、システム動作を監視しかつ自動制御するための制御装置をさらに有する、請求項１に記載のシステム。
【請求項１３】
前記システムは、前記圧力センサによって測定されたときの前記背圧が前記所定の圧力差（ΔＰ）だけ増加したときに作動する警報装置をさらに有する、請求項１に記載のシステム。
【請求項１４】
前記所定の圧力差（ΔＰ）は、約０．１ｐｓｉから約０．５ｐｓｉの範囲にある、請求項１に記載のシステム。
【請求項１５】
前記所定の圧力差（ΔＰ）は、約０．２ｐｓｉから約０．４ｐｓｉの範囲にある、請求項１４に記載のシステム。
【請求項１６】
前記所定の圧力差（ΔＰ）は、約０．３ｐｓｉである、請求項１５に記載のシステム。
【請求項１７】
前記切換え弁は、空気圧作動弁を有する、請求項１に記載のシステム。
【請求項１８】
半導体処理チャンバからの排気を導く方法であって、
前記半導体処理チャンバに減圧を供給するポンプの下流の切換え弁を通して前記排気を流すことと、
前記排気の微粒子および／または凝縮性蒸気の少なくとも一部を除去するために、前記弁の下流にあるフィルタを通して前記排気を流すことと、
前記フィルタを通過した前記排気を、前記フィルタの下流の施設排気ラインに送り込むことと、
前記ポンプと前記弁との中間の背圧を監視することと、
前記背圧が所定の圧力差（ΔＰ）だけ増加した場合に前記排気の進路を排気バイパスラインに変えるために前記弁を動作させて、前記半導体処理チャンバの実質的に連続した動作を可能にすることと、を有する方法。
【請求項１９】
前記方法は、前記フィルタに第２のフィルタ要素を設けることによって、前記排気が前記ポンプを出た後で前記排気から雑音を消すことをさらに有する、請求項１８に記載の方法。
【請求項２０】
前記方法は、前記排気の進路を第２のフィルタを通過するように変えるために前記弁を動作させることをさらに有する、請求項１８に記載の方法。
【請求項２１】
前記方法は、前記排気が前記第２のフィルタを流れている間に、前記フィルタのフィルタ要素を取り替えることをさらに有する、請求項２０に記載の方法。
【請求項２２】
前記方法は、前記背圧が前記所定の圧力差（ΔＰ）だけ増加した場合に、前記取り替えられたフィルタ要素を備えた前記フィルタに前記排気を向け直すために前記弁を動作させることをさらに有する、請求項２１に記載の方法。
【請求項２３】
前記方法は、前記排気が前記第２のフィルタを流れている間に、前記フィルタを清掃することをさらに有する、請求項２０に記載の方法。
【請求項２４】
前記方法は、前記背圧が前記所定圧力差（ΔＰ）だけ増加した場合、前記清掃されたフィルタに前記排気を向け直すために前記弁を動作させることをさらに有する、請求項２３に記載の方法。
【請求項２５】
前記背圧が前記所定の圧力差（ΔＰ）だけ増加したとき、警報装置が作動させられる、請求項１８に記載の方法。
【請求項２６】
前記方法は、前記フィルタの下流の、反応性蒸気の逆流を実質的に防止する注入装置を通して前記排気を流すことをさらに有する、請求項１８に記載の方法。
【請求項２７】
前記方法は、約３０００以下のレイノルズ数で前記注入装置を通して不活性ガスを流すことをさらに有する、請求項２６に記載の方法。
【請求項２８】
前記方法は、前記排気が前記排気バイパスラインを流れている間に、前記フィルタを取り替えることをさらに有する、請求項１８に記載の方法。
【請求項２９】
前記方法は、前記排気が前記排気バイパスラインを流れている間に、前記フィルタの少なくとも１つのフィルタ要素を取り替えることをさらに有する、請求項１８に記載の方法。
【請求項３０】
前記方法は、前記排気が前記排気バイパスラインを流れている間に、前記フィルタの２つのフィルタ要素を取り替えることをさらに有する、請求項２９に記載の方法。
【請求項３１】
前記方法は、前記排気が前記排気バイパスラインを流れている間に、前記フィルタの少なくとも１つのフィルタ要素を清掃することをさらに有する、請求項１８に記載の方法。
【請求項３２】
前記方法は、前記フィルタが取り替えられ、かつ／または手入れされた後で、前記排気を前記フィルタに向け直すため前記弁を動作させることをさらに有する、請求項１８に記載の方法。
【請求項３３】
前記方法は、前記弁の動作を自動的に制御することをさらに有する、請求項１８に記載の方法。
【請求項３４】
前記方法は、システム動作の遠隔監視および制御を行なうことをさらに有する、請求項１８に記載の方法。
【請求項３５】
半導体処理チャンバ用の排気システムであって、
前記半導体処理チャンバの下流にある真空ポンプの下流の排気ラインと、
フィルタ材料で満たされたチャンバを有する、前記排気ラインのトラップであって、該トラップは排気雑音の消音器として働き、かつ前記真空ポンプの中および前記真空ポンプと前記トラップとの間に他の消音器が設けられていない、トラップと、
施設排気に送り込む前記トラップの下流の注入器であって、反応性蒸気の逆流および逆流によって生じる堆積を防止するように構成されている注入器と、を有する排気システム。
【請求項３６】
前記注入器は、排気が流れる内側通路と、不活性障壁ガスが流れる外側通路と、を有する、請求項３５に記載のシステム。
【請求項３７】
前記障壁ガスは、層流状態で流れる、請求項３６に記載のシステム。
【請求項３８】
前記障壁ガスは、窒素またはアルゴンを有する、請求項３７に記載のシステム。
【請求項３９】
前記フィルタ材料は取り替え可能である、請求項３５に記載のシステム。
【請求項４０】
前記フィルタ材料は、手入れ可能かつ再利用可能である、請求項３５に記載のシステム。
【請求項４１】
前記フィルタ材料の少なくとも一部が、排気雑音の消音器として働いている、請求項３５に記載のシステム。
【請求項４２】
前記フィルタ材料は、第１のフィルタ部分と、第２のフィルタ部分と、を有する、請求項３５に記載のシステム。
【請求項４３】
前記第１のフィルタ部分および前記第２のフィルタ部分は別個のユニットを有する、請求項４２に記載のシステム。
【請求項４４】
前記第１のフィルタ部分および前記第２のフィルタ部分は一体型ユニットを有する、請求項４２に記載のシステム。
【請求項４５】
前記トラップの前記チャンバは、所定期間の間の前記トラップの動作を可能にするフィルタ材料の量を保持するように構成されている、請求項３５に記載のシステム。
【請求項４６】
前記期間は少なくとも４カ月である、請求項４５に記載のシステム。
【請求項４７】
前記フィルタ材料は金網を有する、請求項３５に記載のシステム。
【請求項４８】
前記金網はステンレス鋼を有する、請求項４７に記載のシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、概して排気システムに関し、より詳細には、過圧力防止および／または逆流防止を含む排気調整システム、および半導体エッチングプロセスおよび堆積プロセスのための組合せトラップ／消音器に関する。
【背景技術】
【０００２】
多くの半導体デバイス製造プロセスは、大気に排出されるプロセス廃棄物が通過する排気システムでの固体および液体の堆積の結果として、プロセス制御の中断、不安定さおよび損失を受けやすい。大部分のそのようなプロセスは、プロセスチャンバにおける堆積膜またはエッチング膜の均一性および運転ごとの再現性を向上させるために、減圧で動作するので、この排気システムは真空ポンプを含んでいる。
【０００３】
排気システム全体を約９０℃から１４０℃に加熱することで、真空排気システム目詰まりの問題の大部分を解決することができる。しかし、都合の悪いことには、この解決策は、資本および稼動コストの両方の観点からひどく高価である。
【０００４】
この問題を複雑にする第２の要素は、関係するプロセス廃棄物を、製造施設から環境に排出する前に空気汚染制御装置で処理しなければならないことである。このことで、この問題を経験したことある人の中には、排気システムの目詰まりが起こる箇所にユースポイント（ＰＯＵ）緩和装置を配置することによって、この問題を解決しようとする人もいる。導体の堆積およびエッチングのような水分に反応しやすい感反応物質を利用するプロセスでは、この方式は、全体的に効果的でないだけでなく、この問題を解決するために必要とされる金銭的コストおよび資源も不必要に大幅に増える。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
従来技術は、この真空排気システムの目詰まりを軽減しようとした。しかし、現実的な考察として、プロセス制御の中断、不安定さおよび損失の原因である堆積は、これらの技術を使用して完全には排除されないので、これらの技術は問題のただ一部を解決するだけである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の実施形態は、導体の堆積プロセスおよびエッチングプロセスにおける真空排気システムの目詰まりの処理に関して、従来技術の欠点のいくつか、または全てを克服する。自動連続稼動、予定外の真空ポンプ停止による損失ウェーハの実質的ゼロ、微粒子欠陥の減少および歩留り改善を含む利点がある。
【０００７】
一実施態様に従って、半導体処理チャンバ用の排気システムが提供される。この排気システムは、一般に、切換え弁、圧力センサ、排気流れライン、排気バイパスライン、およびフィルタを有する。切換え弁は、半導体処理チャンバの下流にある真空ポンプの下流にある。圧力センサは、ポンプ背圧を監視するために切換え弁の上流にある。排気流れラインは、施設の排気ラインに送り込まれる半導体処理チャンバからの排気が通過する切換え弁の下流にある。排気バイパスラインは、切換え弁の下流にあり、排気流れラインと並列に配列されている。フィルタは、排気がフィルタを通過するときに排気の微粒子および／または凝縮性蒸気の少なくとも一部を捕獲するために、排気流れラインにある。有利なことに、圧力センサによって測定されたとき背圧が所定の圧力差（ΔＰ）だけ増加した場合、切換え弁は、排気を排気バイパスラインに導くように作動されて、半導体処理チャンバの実質的に連続した動作を可能にすることが好都合である。
【０００８】
他の実施態様に従って、半導体処理チャンバからの排気を導く方法が提供される。この方法は、半導体処理チャンバに減圧を供給するポンプの下流の切換え弁を通して排気を流すことを含む。排気の微粒子および／または凝縮性蒸気の少なくとも一部を除去するために、排気は、弁の下流のフィルタを通って流れる。フィルタを通過した排気は、フィルタの下流の施設排気ラインに送り込まれる。ポンプと弁との間の背圧が監視される。背圧が所定の圧力差（ΔＰ）だけ増加した場合、排気の進路を排気バイパスラインに変えるように弁が動作して、半導体処理チャンバの実質的に連続した動作を可能にする。
【０００９】
さらに他の実施態様に従って、半導体処理チャンバ用の排気システムが提供される。この排気システムは、一般に、排気ライン、トラップおよび注入器を有する。排気ラインは、半導体処理チャンバの下流にある真空ポンプの下流にある。トラップは、排気ラインにあり、一般に、フィルタ材料で満たされたチャンバを有している。トラップは排気雑音の消音器として働き、そして、真空ポンプの中および真空ポンプとトラップとの間に他の消音器は設けられていない。施設の排気ラインに送り込む注入器は、トラップの下流にある。注入器は、反応性蒸気の逆流および逆流によって生じる堆積を防止するように構成されている。
【００１０】
本発明を要約するために、本発明のいくつかの態様、利点および新規な特徴を上述した。もちろん、全てのそのような利点は本発明のどの特定の実施形態に従っても必ずしも達成されないことがあることは理解されるべきである。したがって、本明細書で教示または示唆されるような１つの利点または利点のグループを達成するか、または最適化し、本明細書で教示または示唆されることがあるような他の利点を必ずしも達成しないやり方で、本発明は具体化または実施されることがある。
【００１１】
これらの実施形態の全ては、本明細書で開示された本発明の範囲内にあることが意図されている。本発明のこれらおよび他の実施形態は、添付の図を参照した好ましい実施形態についての以下の詳細な説明から当業者には容易に明らかになるであろう。本発明は、開示されるいかなる特定の実施形態にも限定されない。
【００１２】
本発明の一般的性質、および本発明の特徴および利点のいくつかを要約したので、特定の好ましい実施形態およびその変更は、図を参照した本明細書の詳細な説明から当業者には明らかになるであろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
本明細書で説明する好ましい実施形態は、一般的に排気システムに関し、より詳細には、半導体のエッチングプロセスおよび堆積プロセス用の、逆流防止および組合せたトラップ／消音器を含む排気調整システムに関する。
【００１４】
本記述は様々な実施形態の特定の詳細を説明するが、それは単に例示に過ぎず、いずれにしても本発明を制限するものとして解釈されるべきでないことが理解されるだろう。さらに、当業者が気がつく可能性のある本発明の様々な応用およびその変更も、本明細書で説明する一般的な概念に包含される。
【００１５】
真空排気目詰まりの問題
半導体デバイスの製造において、絶縁体だけでなく導体もシリコン基板に堆積され、かつシリコン基板からエッチングされる。これらの堆積およびエッチングのプロセス段階中に、このプロセスが行なわれているチャンバの壁に堆積物が形成される。そのような堆積物は、水分吸着または逆流だけでなく、反応不純物、反応生成物および副生成物を含むいくつかの原因に由来している。粒子は、処理されているウェーハ上も含む、反応チャンバ全体に積もることがある。堆積物は、１ウェーハパス当りの微粒子の付加が仕様の範囲内に制御されるように予定されているチャンバ洗浄作業間隔の間に蓄積する。
【００１６】
不都合なことに、堆積は、プロセスチャンバに限らず真空排気システム中にも起こる。しかし、プロセスチャンバの下流での堆積は、通常、チャンバ中での堆積と異なる時系列で進行する。堆積は、エッチングプロセスの固体反応生成物、例えばＡｌＣｌ3と、水分の漏れまたは下流から真空排気システム中への「逆流」によって生じた反応生成物と、の堆積物で構成されている。過剰のＢＣｌ3反応物で生じたＢ2Ｏ3およびポリエッチング生成物ＳｉＨＢｒ3の反応で生じたＳｉＯ2の、水との反応物は後者の例である。
【００１７】
以下でさらに述べるように、ポンプの下流の従来の真空排気ラインの目詰まりは、金属エッチングツールおよびポリエッチングツールのプロセスチャンバで歩留りの低下をもたらす微粒子「シャワー」を引き起こすことが示唆されている。そのような微粒子シャワーは、チャンバ洗浄作業間隔の間にプロセスチャンバ壁に堆積されたものから突然解放された大量の材料を有することがある。シャワーは、予定されたチャンバ洗浄作業間隔の後の段階で、ポンプの下流の真空排気ライン中の堆積物の結果として真空ポンプが高い背圧を経験するときに発生する。さらに、以下で言及するように、１ウェーハパス当たりに付加される１平方メートル当たりの粒子に基づいて導体エッチングプロセスが歩留り劣化の最大原因の一部であることを説明するために、真空排気目詰まりが示唆されている。
【００１８】
図１に示すように、また、大きな背圧（真空ポンプが経験する）の突然の始まりが実験的にも見出されている。圧力降下は、たった２４時間の期間の間に、明らかな問題のない状態から過圧力警報状態（例えば、約３ｐｓｉ以上）に増加することがあることに留意すべきである。もし検出されなければ、これは、望ましくないことに、おそらくプロセスサイクル中に予定外の生産停止をもたらすだろう。不都合なことに、ウェーハは悪影響を受け、損傷しているかもしれない。
【００１９】
微粒子に関連した歩留り低下メカニズム
際限のない保守の頭痛の種をもたらすことに加えて、従来の導体エッチングプロセスは、歩留り低下の主要な原因である。この結論は、１ウェーハパス当たりに導体エッチングで付加される多数の粒子、および処理中に導体エッチングのパス数が多いことに基づいている。
【００２０】
アルミニウム、タングステン、およびポリのエッチングは、歩留り低下原因プロセスのリストで最上位に入るものとして確認されている。金属およびポリのエッチングは、歩留り低下の上位５つの原因のうちの２つであることも指摘されている。また、この結果は数値で表されており、金属およびポリのエッチングは、全粒子数／面積の量がＭＰＵプロセスで最低の１７．６７％、およびＤＲＡＭプロセスで１３．２５％になり得ることを指摘している。
【００２１】
チャンバ中の微粒子「シャワー」は導体エッチングプロセスで低い歩留りを引き起こすことが証拠で示されている。機械ポンプの下流の真空排気ライン（１．５インチ真空排気ラインとも呼ばれる）の経時的な目詰まりによって生じる背圧の増加が、導体エッチングツールのプロセスチャンバでの、歩留り損失をもたらす粒子の「シャワー」を引き起こすと考えられる。
【００２２】
空気中に浮遊する微粒子材料は、次の化学反応を介した気相での固体ＡｌＣｌ3、ＢまたはＷＯxＦyの同種核形成によって、導体エッチングプロセスチャンバ中で生成されることがある。
【００２３】
アルミニウムエッチング：
【００２４】
【化１】
2007522649.tif 000003
ポリエッチング：
【００２５】
【化２】
2007522649.tif 000004
タングステンエッチング：
【００２６】
【化３】
2007522649.tif 000005
前述の略式の反応式において（↓）で示される固体エッチング反応生成物は、最初にクリティカルな核を形成し、次いで、真空排気システム中を進むときに、微粒子物として「沈殿」する前に成長相に入る。核形成の傾向は長い平均自由行程をもたらし、一方で成長の傾向はほとんど核形成をもたらさない。
【００２７】
どちらの場合にも、圧力が低く、分子衝突がめったに起こらず、集塊による成長の機会が極めて少ない機械真空ポンプの上流では、目詰まり、すなわち堆積は最小限である。
【００２８】
機械ポンプの上流での堆積物の程度が最小限であるにもかかわらず、堆積物は時間とともに蓄積し、チャンバの周期的なウェット洗浄作業が必要となる。これらの洗浄作業は、１プロセスパス当たりのウェーハへの微粒子の付加分を限度内に制御するように予定される。
【００２９】
その上、上流の壁堆積物は、静止していないし、不動態化されていない。粒子は、乱れた対流の結果として堆積物から解放され、同種核形成によってすでに飛翔している粒子に付加される。この微粒子物をウェーハの近傍から取り除くために、高い排気速度が必要とされる。
【００３０】
機械ポンプの下流では圧力が高く、壁および他の粒子との衝突が頻繁に起こる。結果としての集塊作用が優勢であり、堆積は急速で激しい。
【００３１】
ここで、ＡｌＣｌ3、ＢおよびＷＯXＦyの固体エッチングプロセス反応生成粒子は、排気システムの冷たい壁で凝縮する。空気が漏れるか、または施設の浄化排気またはＰＯＵスクラバから真空排気システムに「逆流」するとき、水分に反応しやすい気相エッチング反応物ＢＣｌ3および反応生成物ＳｉＨＢｒ3はまた、固体Ｂ2Ｏ3またはＳｉＯ2の壁堆積物を形成する。
【００３２】
真空ポンプは、そのような下流の堆積が原因でより高い背圧を経験するので、効率および排気速度を失う。このことは、処理されているウェーハの近傍から、飛翔している微粒子物質を取り除くポンプの能力を妨害する。
【００３３】
本発明の実施形態が望ましく提供するように、他方で下流の堆積をなくすることで、排気速度および効率が高まり、それによって、１ウェーハ当たりに付加される粒子が減少する。有利には、本発明の実施形態は、機械真空ポンプの背圧および固体堆積物の増加を監視制御し、それによって、リアルタイムの金属エッチングプロセス制御を提供する。従来のシステムでは、目詰まりインジケータ（粒子計数）による監視だけが標準的である。望ましくは、本発明の実施形態は、望ましくない真空排気目詰まりを実質的になくするか、または軽減し、さらに、１ウェーハパス当たりに付加される粒子を劇的に減らし、それによって歩留りを改善する。
【００３４】
システムの概要
本発明の実施形態は、集積回路の製造に数多くの有益な効果を与える排気調整システムを提供する。本システムは、一般に、組合せトラップ消音器と直列に接続され、かつ背圧で作動するバイパス排気ラインと並列に接続された逆流防止ガス注入装置を有する。
【００３５】
真空ポンプの背圧は、集積回路が製造されているシリコンウェーハが処理される領域から潜在的な欠陥を除去する効率を制御するので、真空ポンプの背圧に注意を払うことが重要である。低い背圧を維持することで、結果として、低欠陥となり、良好な集積回路チップ（または、「ダイ」）の歩留りが向上する。このことは、システムに圧力センサを設置して背圧を監視し、そして、圧力の所定の上昇時に、組合せたトラップ／消音器のフィルタ要素を点検しかつ／または取り替える必要性を技術者に警報を発するためにホーンまたは同種のものを作動させながら、切換え弁に信号を送って、流れを消音器／トラップ／ガス注入器経路からバイパス経路に変えることによって行うことができる。有利なことに、これは、以下に説明するように、良好な集積回路の製造歩留りの著しい増加および他の利益をもたらすリアルタイムプロセス制御を提供する。
【００３６】
自動連続動作
いくつかの実施形態では、組合せトラップ／消音器は従来の真空ポンプの消音器に置き換えられており、この従来の真空ポンプの消音器は、もし置き換えられなければ、多少効率の悪いトラップとして作用するが、ポンプおよびプロセスが洗浄のために周期的に停止されることを必要とする。消音器およびトラップ／消音器の両方が、反応チャンバから直接来る排気に含まれる固体形成材料を凝集および収集する。
【００３７】
ガス注入器は、望ましくは、水分の逆流と、プロセス排気中の水分に反応しやすい材料との反応による結果としての目詰まり形成とを防止する。
【００３８】
従来ポンプの消音器を本発明の実施形態の組合せトラップ／消音器に置き換えることで、望ましいことには、清掃のための容易なアクセスが可能になる。ポンプの背圧は連続して感知され、プロセス排気は、圧力が高くなると、組合せ消音器／トラップに送られることからバイパスラインに送られることに自動的に切り替えられて、製造するのに完全に明白なオフラインの保守を可能にする。本発明の１つの目的であるゼロ作業中止時間が結果として達成される。
【００３９】
予定外の真空ポンプ停止によるウェーハ損失ゼロ
今日の半導体産業では、処理済みの１枚の８インチウェーハは、一般に、精密な構造および機能によって、１０，０００ドルから１００，０００ドル相当の集積回路を含む。一般に、各導体エッチングツールは、過圧力発生のために２年に１度の予定外の停止、すなわち１年当たり０．５事象を、５，０００ドルから５０，０００ドルの費用で経験する。一般的な集積回路製造業者は、おおよそ２０の導体エッチングツールを所有する。したがって、過圧力による予定外のプロセス中断を防止することは、一般的な集積回路製造業者は、毎年、１００，０００ドルから１，０００，０００ドルの節約になる。
【００４０】
本発明の実施形態は、トラップからバイパスへの排気の自動切替えを開始して過圧力ポンプ停止を防止するオンボードの背圧監視装置を提供する。
【００４１】
減少した微粒子欠陥
また上述したように、微粒子材料は、気相での固体ＡｌＣｌ3またはＷＣｌ6の同種核形成によって、導体エッチングプロセスチャンバ内で生成されることがある。高温の壁および局所的な低圧にもかかわらず、わずかな堆積物が、同じ化合物の同種核形成によってチャンバおよび排気システムの壁に時間とともに蓄積する。このために、周期的なチャンバのウェット洗浄作業が必要になり、この洗浄作業は、ウェーハへの微粒子の付加を仕様内に制御するように予定される。
【００４２】
しかし、壁の堆積物は静止しておらず、かつ不動態化されていない。粒子は、乱れた対流の結果として堆積物から開放され、同種核形成によって既に飛翔している粒子に付加される。この微粒子物かをウェーハの近傍から取り除くために、高い排気速度が必要である。
【００４３】
真空ポンプの下流では、上流で見られるメカニズムとは違ったメカニズムによって、排気壁の堆積が進行する。ここでは、静的圧力は大気圧より僅かに低いだけであり、壁は、一般に、高温に加熱されていない。堆積物の増加は激しく、かつ急速である。
【００４４】
エッチングプロセスの固体反応性生物ＡｌＣｌ3およびＷＣｌ6は、冷たい排気システムの壁に凝縮する。空気が漏れるか、または施設の浄化排気から真空排気システム中に「逆流」するとき、水分に反応しやすい気相エッチング反応物ＢＣｌ3および反応生成物ＳｉＨＢｒ3は、また、固体Ｂ2Ｏ3またはＳｉＯ2の壁堆積物を形成する。
【００４５】
そのような下流堆積の結果として真空ポンプはさらにいっそう高い背圧を経験するので、真空ポンプは効率および排気速度を失い、このことは、処理されているウェーハの近傍から、飛翔している微粒子物を取り除くポンプの能力を妨害する。したがって、下流の堆積をなくすることによって、本発明の実施形態の排気調整システムによって提供されるように、排気効率が改善され、それによって各ウェーハに付加される粒子が減少するであろう。
【００４６】
改善した歩留り
前述したように、処理された８インチウェーハは、一般に約１０，０００ドルの価値があるが、ある場合は、その価値は１００，０００ドルぐらいに高くなることがある。そのウェーハは、１ウェーハ当たりほぼ１３５０個のダイを有している。したがって、ダイは、約７．５０ドルの価値があるが、７５，０００ドル程度の価値があることがある。
【００４７】
本発明の実施形態に従った排気調整システムを備えた金属エッチングツールは、平均よりも２．５から３個多いダイの生産を示した。本発明の実施形態に従った排気調整システムを使用する会社にとってひとつのダイが平均で１０．２５ドルの価値がある場合、毎年６０，０００枚のウェーハを処理する会社にとって、この生産数の増加は、１年当たり１５０万ドルを超える価値がある。
【００４８】
排気調整システム
図２〜５は、半導体反応器用の排気または廃棄物調整または処理システム１１０のいくつかの実施形態の異なる図を示す。図２はまた、システム１１０の下流にあり、下流の半導体反応器または製造装置１１４と流体連結している機械式真空ポンプ１１２を示す。
【００４９】
半導体反応器１１４は半導体処理チャンバ１１６を有し、この半導体処理チャンバ１１６の中にウェーハが入れられ、集積回路チップすなわちダイの製造を容易にするように処理される。より詳細には、半導体反応器１１４は、半導体プロセスチャンバ１１６で半導体ウェーハを処理するプラズマ導体または金属エッチングツール装置を有する。
【００５０】
機械的な真空ポンプ１１２は、上流のプロセスツールの「ターボポンプ」に接続する。ポンプ１１２は、半導体プロセスチャンバの排気または廃棄物を施設排気ラインに排出するのを容易にし、半導体プロセスチャンバ１１６に真空、部分真空または減圧を生成する。
【００５１】
排気調整システム１１０は、一般に、吸込口ライン、パイプまたはチューブ１２０、切換え弁またはバイパス弁１２２、排気流れライン、パイプまたはチューブ１２４、組合せ消音器微粒子トラップ１２６、ガスダイオードまたはダクト注入装置８、およびバイパス排気ライン、パイプまたはチューブ１３０を有する。システム１１０は、様々なシステム構成要素を収納し、かつ／または支持するための適切なフレーム１３２または同種のものを有することができる。圧力ゲージ、センサまたはトランスデューサ１３６が、ポンプ１１２の下流（または、ポンプ出口またはその近く）の背圧を測定し監視するために設けられる。
【００５２】
以下でさらに述べるように、注入装置８およびバイパス排気ラインは、排出口、施設排気ラインまたは主排気ラインに流れ込む。必要に応じまたは望み通りに、１つまたは複数のチェック弁１３４または同種のものを利用することができる。
【００５３】
吸込口排気ライン１２０は、真空ポンプ１１２の排出口に接続し、真空ポンプ１１２の下流にある。また、吸込口ライン１２０は、吸込口ライン１２０の下流にある切換え弁１２２の吸込口にも接続されている。
【００５４】
排気流れライン１２４は、切換え弁１２２の下流にあり、第１の排気流れライン１３８および第２の排気流れライン１４０を有する。第１の排気流れライン１３８は、切換え弁１２２の排出口の１つ、および組合せトラップ消音器１２６の吸込口に接続されている。
【００５５】
第２の排気流れライン１４０は、組合せトラップ消音器１２６の下流にある。第２の排気流れライン１４０は、組合せトラップ消音器１２６の排出口、および注入装置８の吸込口に接続されている。
【００５６】
排気バイパスライン１３０は、切換え弁１２２の下流にあり、排気流れライン１２４および組合せトラップ消音器１２６と並列に配列されている。以下でさらに述べるように、排気バイパスライン１３０は、切換え弁１２２の排出口の１つに接続され、排出口、施設排気ラインまたは主排気ラインに流れ込んでいる。
【００５７】
切換え弁またはバイパス弁１２２は、背圧監視に基づいて流路を排気流れライン１２４と排気バイパスライン１３０の間で切り換えるように使用され、有利なことには、以下でさらに述べるように、プロセス停止時間のない半導体反応器１１４の動作を容易にする。切換え弁１２２は、二方向弁または同様なものを有し、手動または電子的に制御することができる。また、必要に応じてまたは望み通りに、２つまたはそれ以上の一方向弁を効果的に利用して排気の流れの進路を変えることができる。
【００５８】
一実施形態では、切換え弁１２２は、排気流れライン１２４と排気バイパスライン１３０の間で流れを制御するための１つまたはそれ以上の機械式弁を有する。これらの機械式弁は電子制御を必要とせず、このために簡略化、小型化および経済性が増す。
【００５９】
他の実施形態では、切換え弁１２２は、排気流れライン１２４と排気バイパスライン１３０の間で流れを制御するための空気弁または空気圧作動弁を有する。空気式切換え弁は、望ましくは、背圧測定に基づいて遠隔監視および自動制御を容易にするために電子的に制御される。
【００６０】
一実施形態では、空気式切換え弁１２２は、約８０ｐｓｉｇの圧力の圧縮空気を使用して動かされる。変形例では、必要に応じてまたは望み通りに、他の適切なガス圧力を効果的に利用することができる。
【００６１】
組合せ固形物トラップ消音器１２６は、排気流れライン１２４、または第１の排気流れライン１３８と第２の排気流れライン１４０との間に位置している。組合せトラップ消音器１２６は、第１の排気流れライン１３８の下流にあり、注入装置８と直列に配列されている。以下でさらに述べるように、組合せトラップ消音器１２６は、１つまたはそれ以上のフィルタを有しており、このフィルタは、排気微粒子および／または凝縮性蒸気を捕獲するために使用され、背圧が所定の値だけ上昇するかまたは所定の閾値に達したときに手入れまたは交換される。場合によっては、第２の組合せトラップ消音器が排気バイパスライン１３０に設けられてもよい。
【００６２】
以下でさらに詳細に説明するように、組合せ固形物トラップ消音器１２６は、プロセス排気から微粒子および／または凝縮性蒸気を除去すること、およびポンプに関連した雑音または音を消すことの２つの役割を果たすために、本発明の実施形態に従って特別に設計されている。有利なことには、真空ポンプ１１２内に消音器は必要でない。その理由は、必要であれば、このポンプ消音器は微粒子で目詰まりし、保守の目的のために動作を中断させるかもしれないからである。さらに、また不利なことには、この従来のポンプ消音器は、容易にアクセスできず、手が届きにくく、かつ保守し難い。
【００６３】
ガス注入装置８は、組合せトラップ消音器１２６の下流にあり、これと直列に配列されている。以下でさらに述べるように、注入装置８は、排出口、施設排気ラインまたは主排気ラインに流れ込む。
【００６４】
以下でさらに詳細に説明するように、注入装置８は、望ましくは水分（Ｈ2Ｏ）および酸素（Ｏ2）が浄化排気からポンプに向かって「逆流」するのを防止しながら、排気ガスが下流に流れるのを可能とする。このような水分およびＯ2の逆流は排気ラインを目詰まりさせ、この目詰まりは、下流への流れを不本意に阻止し、排気ポンプ出口の背圧を高くする。注入装置８は、不活性ガス（一実施形態では窒素（Ｎ2））の層流の覆いを利用して、Ｏ2およびＨ2Ｏの望ましくない逆流を実質的に排除する。場合によっては、第２の注入装置を排気バイパスライン１３０に設けてもよい。
【００６５】
一実施形態では、注入装置８および排気バイパスライン１３０は、（排気調整システム１１０の）排出口排気ライン、パイプ、ダクトまたは配管３０に取り付けられ、または接続されており、この排出口排気ライン３０は、今度は、施設の「ドロップ（drop）」すなわち施設または主浄化排気ダクトシステムから下流に延びるダクトに接続されている。他の実施形態では、排出口排気ライン３０は「ドロップ」自体を有していてもよく、このドロップに注入装置８および排気バイパスライン１３０が取り付けられ、または接続されている。さらに他の実施形態では、注入装置８および排気バイパスライン１３０は、施設浄化排気に直接取り付けられ、または接続されている。場合によっては、注入装置８および排気バイパスライン１３０は、排気スタック、スクラバ、または他のガス処理装置に接続され、または流れ込んでいてもよい。
【００６６】
送風ゲート１４２またはそれと同様なものが、「ドロップ」ダクト中の下流に向かう速度を所定の値、一実施形態では約１５フィート／秒（ＦＰＳ）、に制御するために使用される。施設スクラバのファン（一般に、約５０，０００から１００，０００ｆｔ３／ｍｉｎ（ＣＦＭ）の流量を供給する）は、ほぼ１５フィート／秒の速度で浄化排気システムを通して室内空気を引き寄せる。この空気は、１５ＦＰＳに設定されたときにファンの能力の約１７７ＣＦＭを消費する送風ゲート１４２のような入口点を通って浄化排気システムに入る。他の入口点には、ウェットベンチ（wet bench）、シリンダ貯蔵キャビネット、およびユースポイント空気汚染制御スクラバを含んでいてもよい。一実施形態では、エンドオブパイプ（「ＥＯＰ」）技術が浄化排気に応用されて、必要な、または所望の空気汚染制御および緩和を実現する。
【００６７】
一実施形態では、機械真空ポンプ１１２自体の圧力ゲージが、ポンプ出口近くの圧力または背圧を測定および監視するために使用され、組合せトラップ消音器１２６のフィルタ媒体の手入れまたは交換時期を決定する。この実施形態は、機械式の（空気式でない）切換え弁の実施形態と組み合せて、いっそうの簡略化を提供する。この実施形態に従った簡単な排気調整システム１１０は、実質的に電力なしで動作することができ、一実施形態では、約１２５ｌｂｓの重さ、約２０インチ（幅）×３０インチ（奥行きまたは長さ）×５０インチ（高さ）の寸法の小型フレーム（または、実質的に全体で）を有し、注入装置８の障壁ガスとして約１ＣＦＭの流量のユーティリティ窒素（圧力約１０ｐｓｉｇ）を利用する。
【００６８】
他の実施形態では、圧力測定感知装置１３６は、圧力センサまたはトランスデューサを有する。圧力センサまたはトランスデューサ１３６は、一実施形態では、真空ポンプ１１２と切換え弁１２２の間の実質的に中間で吸込口ライン１２０に位置し、または配置されている。
【００６９】
一実施形態では、圧力センサまたはトランスデューサ１３６は、４から２０ミリアンペア出力および優れた線形性を持つ約０から５ｐｓｉのレンジを有するステンレス鋼ユニットと、ディジタル表示器とを備えている。例えば、特にアシュクロフト（Ａｓｈｃｒｏｆｔ）のＡ２ＳＢＭ０２４２Ｄ２５＃Ｇである。
【００７０】
本発明のいくつかの実施形態に従った排気調整システム１１０は、様々な電子制御システム構成要素を動作させる電力を供給してそれらの構成要素を動作させ、かつ制御する電子回路パッケージまたはシステムを有する。一実施形態では、電子回路パッケージまたはシステムは、適切な電力を供給して、空気式切換え弁１２２、表示器を含んだ圧力センサまたはトランスデューサ１３６を作動させ、かつ制御し、さらに、背圧が所定の圧力差すなわち差（ΔＰ）だけ増加したとき技術者に警告するために、警報、例えば信号灯、ブザー、ホーンを作動させる。一実施形態では、プラグアンドプレイの１１０ボルトＡＣ、および５アンペアの電気接続が２つ備えられている。
【００７１】
自動的かつ電子的に支援された排気調整システム１１０（例えば図３〜５に示す）は、一実施形態で、約２２５ｌｂｓの重さ、約２０インチ（幅）×３０インチ（奥行きまたは長さ）×５０インチ（高さ）の寸法の小型フレーム（または、実質的に全体で）を有し、注入装置８の障壁ガスとして約１ＣＦＭの流量のユーティリティ窒素（圧力約１０ｐｓｉｇ）を利用し、空気圧作動切換え弁１２２を動作させるために約８０ｐｓｉｇの圧力の圧縮空気を利用し、さらに１１０ボルトＡＣ、５アンペアの電力接続を利用する。
【００７２】
一実施形態では、排気調整システム１１０は、遠隔監視および制御を可能にする１つまたはそれ以上のＲＳ２３２ポートのような適切な接続ポートを使用する制御装置または制御システムまたは同様なものと接続されて動作する。制御装置は、システム構成要素（例えば、切換え弁１２２、圧力センサ１３６および警報装置）の自動システム制御および動作を容易にし、また、必要に応じてまたは望み通りに、コンピュータ、マイクロプロセッサおよび他の適切なハードウェアおよびソフトウェアを有することができる。
【００７３】
一実施形態では、排気流れライン１２４および／または吸込口ライン１２０の少なくとも一部は、温度制御を提供するように、断熱され、かつ／または加熱される。導体エッチングプロセスは、一般に、摂氏約数百度で実施される。このプロセスからのガスは、機械真空ポンプを出るとき、ほぼ８０℃である。この温度では、機械ポンプと切換え弁との間で堆積は起こらない。一実施形態では、システムは、８０℃の温度を維持するために機械ポンプから切換え弁まで断熱材を有し、さらに、消音器／トラップに入る前の固形物の凝縮を防止するために切換え弁から消音器／トラップまで約１２０℃に設定された加熱ブランケットを有する。有利なことに、これによって、おそらく１年以上後を除いて、これらのパイプの内側を清掃しなければならないという必要がなくなる。不利なことに、従来のシステムには、この断熱材および加熱ブランケットはなく、その結果、たぶん機械ポンプの最初の１フィートすなわち機械ポンプのそのような下流を除いて、配管および弁は、ほぼ数ヶ月ごとであることがある、フィルタ材料が変えられる度に内側を清掃しなければならない。
【００７４】
一実施形態では、吸込口排気ライン１２０は、約８０℃の温度を維持するために断熱材を備えている。自動電子制御システムと接続されて動作する温度センサまたは同様なものを、必要に応じてまたは望み通りに利用することができる。
【００７５】
一実施形態では、切換え弁１２２と組合せトラップおよび消音器１２６の間で１２０℃の温度制御を維持するために、加熱ブランケットまたは同様なものが、排気流れライン１３８に設けられる。自動電子制御システムと接続されて動作する適切なヒータまたは加熱システムおよび温度センサまたは同様なものを、必要に応じてまたは望み通りに利用してもよい。
【００７６】
本発明の実施形態の排気調整システム１１０の構成要素は、特に金属、合金、セラミック、プラスチックのような様々な適切な材料を有することができる。一実施形態では、好ましい材料はステンレス鋼である。
【００７７】
特に図４および５を参照すると、一実施形態では、高さＨ41は約５０．７インチ、高さＨ42は約１２．７５インチ、幅Ｗ51は約２０インチ、奥行きまたは長さＤ51は約３０インチ、そして奥行きまたは長さＤ52は約１５．５３インチである。変形例では、他の適切な寸法を、必要に応じてまたは望み通りに効果的に利用してもよい。
【００７８】
図６は、排気調整システム１１０の実施形態を利用するときの半導体導体エッチングツールの改善された性能を表す実験データを示すグラフである。排気調整システム１１０は、ほぼ点１４４で導体エッチングツールに取り付けられ、ウェーハ粒子または付加された粒子の劇的な減少を示している。
【００７９】
ダクト注入装置
シューマカーの米国特許第６，４３２，３７２Ｂ２号は、排気調整システム１１０の注入装置８のいくつかの実施形態を含んで、反応性蒸気の逆流および逆流によって生じる堆積を防止する環状ダクト注入装置を開示しており、この特許の全体は、これによって参照されて本明細書に組み込まれる。ただ１つの環状ダクト注入器を使用して、半導体デバイス製造プロセスから生じる不完全反応の水分に反応しやすい蒸気および反応副生成物の水分に反応しやすい蒸気を含む排気ガスは、排気ダクトへの供給ラインの通常起こる目詰まりが防止されるようなやり方で「障壁」ガスで分離されて、施設排気ラインすなわち排出口排気ライン／ダクトまたは同様なものに注入される。そのような用途では、施設排気ラインを流れる他のガス（大部分は空気）によって、下流に向かう運動量が、反応ガスおよび「拡散障壁」不活性ガス、すなわち注入されたガスに与えられる。
【００８０】
障壁ガスの機能は２つある。このガスの第１の機能は、下流に向かって移動するときに反応性ガスに対して拡散障壁を提供することであり、その結果、反応性ガス同士の反応は、拡散障壁を乗り越えた時間の差の増分の後にのみ起こり、反応物は注入点から下流に向かって距離の差の増分だけ進んでいる。この機能は、注入点で目詰まりが起こるのを防止する。障壁ガスの第２の機能は、注入点において流れの周囲で乱れが起こるのを防止することであり、それによって、注入点の上流を流れる流体の「境界層」の中に反応種が入るのを拒む。この第２の機能は、注入点の上流で目詰まりが起こるのを防止する。両方の機能は、障壁ガスが上流から下流方向に注入点に近づき、注入点を横切り、そして注入点を出るときに、障壁ガスが層流状態で流れるようにすることによって実現される。
【００８１】
特に図７を参照すると、装置８は、通常、排出口排気ダクトまたはドロップ３０の中に突出している一対の同軸管１９および２０を含んでいる。内側の同軸管１９は、外側の同軸管２０の中に位置している。同軸管１９と２０の間に環状部１５が形成されている。同軸管１９および２０は、管部分１４および２４それぞれをダクト３０の中心軸とほぼ平行な方向に向ける直角湾曲部１２および２２をそれぞれ有する。
【００８２】
内側管１９は受け口４２で縮小接続具４０に接続されている。外側管２０は、縮小接続具４０に取り付けられたスリーブ２６に取り付けられている。スリーブ２６と内側管１９との間に環状空間２７が形成されている。吸込口２８がスリーブ２６に取り付けられている。縮小接続具４０は、圧力ゲージ（図示しない）に取り付けることができるポート４４を有している。排気ガス吸込口ライン５０が縮小接続具４０に取り付けられている。
【００８３】
一実施形態では、第２の反応性ガスは、施設スクラバのファンからの屋内空気または施設屋内ガスである。この反応性ガスの反応性成分は、一般に、水蒸気、酸素、それらの混合物、および同様なものを含む。変形例では、第２の反応性ガスは、第１の反応性ガス（例えば、半導体エッチングプロセス排気ガス）中の成分に対して反応する水分すなわち水を有する任意のガス状合成物であることができる。
【００８４】
一実施形態では、水蒸気は、一般に、約１０％の湿度から約１００％までの湿度の、その間の全ての値および部分的な範囲を含んだ濃度で、第２の反応性ガス中に存在している。他の実施形態では、水蒸気は、一般に、約３０％の湿度から約５０％までの湿度の、その間の全ての値および部分的な範囲を含んだ濃度で第２の反応性ガス中に存在している。さらに他の実施形態では、水蒸気は、一般に、約１％の湿度から約１０％までの湿度の、その間の全ての値および部分的な範囲を含んだ濃度で第２の反応性ガス中に存在している。
【００８５】
一実施形態では、非反応性すなわち不活性障壁ガスは窒素を含む。他の実施形態では、非反応性すなわち不活性障壁ガスはアルゴンを含む。変形例では、非反応性ガスは、第１の反応性ガス（プロセス排気ガス）かまたは第２の反応性ガスかのどちらかの反応性成分または種に対して反応性でない任意のガス状合成物であることができる。
【００８６】
特に図７を参照すると、管１９内の第１の反応性ガス、環状空間１５内の非反応性ガスおよびダクト３０内の第２の反応性ガスの温度は、広い範囲にわたって変化することができる。一実施形態では、温度は、約１０℃（摂氏または百分度）から約１００℃までの範囲で、その間の全ての値および部分的な範囲を含んでいる。他の実施形態では、温度は、約２０℃から約３０℃の範囲で、その間の全ての値および部分的な範囲を含んでいる。さらに他の実施形態では、温度は、約１０℃未満から約１００℃超過の範囲で、その間の全ての値および部分的な範囲を含んでいる。
【００８７】
さらに特に図７を参照すると、管１９内の第１の反応性ガス、環状空間１５内の非反応性ガスおよびダクト３０内の第２の反応性ガスの圧力は、広い範囲にわたって変化することができる。一実施形態では、圧力は、約マイナス１０水柱インチからほぼ大気までの範囲で、その間の全ての値および部分的な範囲を含んでいる。他の実施形態では、圧力は、約マイナス２水柱インチからほぼ大気までの範囲で、その間の全ての値および部分的な範囲を含んでいる。さらに他の実施形態では、圧力は、約マイナス１０水柱インチ未満からほぼ大気超過までの範囲で、その間の全ての値および部分的な範囲を含んでいる。
【００８８】
好ましい実施形態では、環状空間１５を通過する非反応性障壁ガスの流れは、層流または実質的に層流である。一実施形態では、環状空間１５を通過する非反応性ガスの流れのレイノルズ数は、通常、約３０００以下で、その範囲の全ての値および部分的な範囲を含んでいる。他の実施形態では、環状空間１５を通過する非反応性ガスの流れのレイノルズ数は、約５００から約３０００までの範囲で、その間の全ての値および部分的な範囲を含んでいる。さらに他の実施形態では、環状空間１５を通過する非反応性ガスの流れのレイノルズ数は、約７５０から約２５００までの範囲で、その間の全ての値および部分的な範囲を含んでいる。さらなる実施形態では、環状空間１５を通過する非反応性ガスの流れのレイノルズ数は、約１０００から約２０００までの範囲で、その間の全ての値および部分的な範囲を含んでいる。
【００８９】
環状空間１５を通過する非反応性障壁ガスすなわち覆いガスの流れのレイノルズ数（Ｒｅ）は、次式で与えられる。
【００９０】
【数１】
2007522649.tif 000006
ここで、ρは非反応性ガスの密度、Ｖは非反応性ガスの速度、Ｄiは外側管２０の内径、Ｄｏは内側管１０の外径であり、そして、μは非反応性ガスの密度である。速度Ｖは、また、次式で表すことができる。
【００９１】
【数２】
2007522649.tif 000007
ここで、Ｑは非反応性ガスの流量であり、Ａは環状空間１５の断面積である。
【００９２】
したがって、ある温度および圧力の与えられた非反応性ガス、および内側管１９および外側管２０の一定の幾何学的寸法に対して、流れが層流または実質的な層流であるようなレイノルズ数を維持するように流量を選ぶことができる。あるいは、またはさらに加えて、内側管１９および外側管２０の流量と幾何学的寸法のうちの一方または両方を変えて、非反応性ガス、不活性障壁ガス、すなわち覆いガス（一実施形態では窒素）の層流または実質的な層流を提供することができる。
【００９３】
図８は、環状空間１５を流れる窒素（非反応性）ガスの１分当たりの立方フィート単位（ＣＦＭ）の流量に応じた推定レイノルズ数を示すグラフである。このグラフは、流量の増加と共にレイノルズ数が増加することを示している。線９０は、０．５インチの外径を有する内側管１９と、０．７５インチの外径および０．０６５インチの壁厚さを有する外側管２０とについての結果を示す。線９２は、１．０インチの外径を有する内側管１９と、１．２５インチの外径および０．０６５インチの壁厚さを有する外側管２０とについての結果を示す。窒素の密度および粘度は、それぞれ０．０７８０７ｌｂ／ｆｔ3および１７８．１マイクロポイズであると推定される。
【００９４】
非反応性障壁ガスは、複数の望ましい機能を提供する。非反応性ガスの１つの機能は、反応性ガスが下流に向けて移動するときに反応性ガスに対して拡散障壁を提供することであり、その結果、反応性ガス同士の反応は、拡散障壁を乗り越えた差の時間の増分の後でのみ起こり、反応物は、注入点から下流に向かって差の距離の増分だけ進んでいる。障壁ガスの他の機能は、注入点で流れの周囲の乱れを防止することであり、それによって、注入点の上流に向かって流れる流体の「境界層」の中に反応種が入るのを拒む。両方の機能は、障壁ガスが上流から注入点に近づき、横切り、そして注入点を出るときに、障壁ガスが層流状態で流れるようにすることによって実現される。有利なことには、排気ラインの目詰まり堆積物を形成する水分の望ましくない逆流は、実質的になくなるか、または減少する。
【００９５】
本発明の実施形態では、内側管１９および外側管２０の直径は、特定の応用に応じて広い範囲の値を有することができる。一実施形態では、これらの直径は約０．５インチから約１．５インチまでの範囲で、その間の全ての値および部分的な範囲を含んでいる。他の実施形態では、これらの直径は約０．２５インチから約２インチまでの範囲で、その間の全ての値および部分的な範囲を含んでいる。さらに他の実施形態では、これらの直径は約０．１インチから約１０インチまで範囲で、その間の全ての値および部分的な範囲を含んでいる。変形例では、必要に応じてまたは望み通りに、もっと大きな直径またはもっと小さな直径を用いてもよい。
【００９６】
一実施形態では、環状空間１５を通過する非反応性ガスの速度Ｖnは、約２０ｆｔ／ｓｅｃから約４０ｆｔ／ｓｅｃまでの範囲で、その間の全ての値および部分的な範囲を含んでいる。他の実施形態では、環状空間１５を通過する非反応性ガスの速度Ｖnは、約１０ｆｔ／ｓｅｃから約６０ｆｔ／ｓｅｃまでの範囲で、その間の全ての値および部分的な範囲を含んでいる。さらに他の実施形態では、環状空間１５を通過する非反応性ガスの速度Ｖnは、約５ｆｔ／ｓｅｃから約１００ｆｔ／ｓｅｃまでの範囲で、その間の全ての値および部分的な範囲を含んでいる。変形例では、必要に応じてまたは望み通りに、もっと大きな速度Ｖn、またはもっと小さな速度Ｖｎを用いてもよい。
【００９７】
一実施形態では、環状空間１５を通過する非反応性ガスの速度Ｖnと管１９を通過する第１の反応性ガスの速度Ｖ1との比（すなわち、Ｖｎ／Ｖ1）は、約１：２から約２：１までの範囲で、その間の全ての値および部分的な範囲を含んでいる。他の実施形態では、環状空間１５を通過する非反応性ガスの速度Ｖｎと管１９を通過する第１の反応性ガスの速度Ｖ1との比（すなわち、Ｖｎ／Ｖ1）は、約１：３から約３：１までの範囲で、その間の全ての値および部分的な範囲を含んでいる。さらに他の実施形態では、環状空間１５を通過する非反応性ガスの速度Ｖｎと管１９を通過する第１の反応性ガスの速度Ｖ1との比（すなわち、Ｖｎ／Ｖ1）は、約１：５から約５：１までの範囲で、その間の全ての値および部分的な範囲を含んでいる。変形例では、必要に応じてまたは望み通りに、他の適切な速度比を用いてもよい。
【００９８】
一実施形態では、環状空間１５を通過する非反応性ガスの速度Ｖｎと管２０を通過する第２の反応性ガスの速度Ｖ2との比（すなわち、Ｖｎ／Ｖ2）は、約１：２から約２：１までの範囲で、その間の全ての値および部分的な範囲を含んでいる。他の実施形態では、環状空間１５を通過する非反応性ガスの速度Ｖｎと管２０を通過する第２の反応性ガスの速度Ｖ2との比（すなわち、Ｖｎ／Ｖ2）は、約１：３から約３：１までの範囲で、その間の全ての値および部分的な範囲を含んでいる。さらに他の実施形態では、環状空間１５を通過する非反応性ガスの速度Ｖｎと管２０を通過する第２の反応性ガスの速度Ｖ2との比（すなわち、Ｖｎ／Ｖ2）は、約１：５から約５：１までの範囲で、その間の全ての値および部分的な範囲を含んでいる。変形例では、必要に応じて、または望み通りに、他の適切な速度比を用いてもよい。
【００９９】
特に図７を参照すると、動作中に、廃棄物材料を含んだ第１の反応性ガス（例えば、半導体反応器システムまたは製造プロセスからの真空ポンプ排気）は、吸込口ライン５０を通過して縮小接続具４０に入ってこれを通過し、内側管１９を通って、ダクトまたはドロップ３０に入る。非反応性ガスすなわち拡散障壁ガス（例えば、窒素、アルゴン、および同様なもの）は、吸込口２８を通過して環状空間２７に入ってこれを通過し、環状空間１５を通ってダクト３０に入る。一実施形態では、非反応性ガスは、施設の供給源、加圧タンクまたはシリンダから吸込口２８に送られる。非反応性ガスが環状空間１５を通過してダクト３０に入るときにその流れが実質的に層流であるように、非反応性ガスの流量は制御され、かつ／または選択される。
【０１００】
さらに特に図７を参照すると、第２の反応性ガス（例えば、施設スクラバのファンからの室内空気または施設屋内ガス）は、ダクト３０を通って流れる。一実施形態では、ダクト３０を通過するガスの流れを引き起こすために、約２から約５インチの水負圧をつくる吸込ファンが使用される。第１の反応性ガスは、内側管１９からダクト３０に出てきて、非反応性ガスは、環状空間１５からダクト３０に出てくる。両方のガスは第２の反応性ガスとほぼ同じ方向に流れる。
【０１０１】
さらに特に図７を参照すると、非反応性ガスおよび第１の反応性ガスがダクト３０に送られるときに、非反応性ガスは、第１の反応性ガスのまわりにほぼ層流の保護層５２を形成して、第１の反応性ガスを第２の反応性ガスから隔離する。このほぼ層流の保護層は、第１の反応性ガスと第２の反応性ガスの間の対流的な相互混合および拡散を防止する。第１の反応性ガスと第２の反応性ガスが下流に向けて移動して拡散障壁５２を乗り越えるまで、第１の反応性ガスと第２の反応性ガスの混合は起きない。そのようなものとして、同軸管１９および２０の端１６および２５それぞれと、第１および第２の反応ガスが接触する端１６および２５の下流の点との間に反応回避領域が作られる。
【０１０２】
さらに特に図７を参照すると、第１および第２の反応性ガスが互いに接触する下流の点は、第１および第２の反応性ガスが互いに反応し合う反応領域の始まりである。管１９および環状空間１５の中の上流の場所だけでなく反応回避領域も、第１の反応性ガスと第２の反応性ガスとの反応の発生が防止されるべき有害な場所である。反応回避領域から下流の反応領域は、第１の反応性ガスと第２の反応性ガスとの反応が許される有害でない場所である。したがって、第２の反応性ガスからの水蒸気は、装置８、配管５０を通って排気ラインに、場合によっては真空ポンプ１１２に、−プロセス排気の中に−逆流することが防止され、それによって、水分と排気との反応によって形成される、排気ラインおよび場合によってはポンプ１１２中への固体微粒子の堆積が防止される。
【０１０３】
第１および第２の反応ガス流中の活性種、すなわちそれぞれフッ素と水蒸気の、管１９の端１６での対流的混合は、非反応性ガス層５２によって防止される。実質的な層状のガス層５２が存在するために、第１の反応性ガスと第２の反応性ガスの混合は、拡散障壁５２によって遅延する。管１９の中への渦流の逆流はなくなるか、または実質的になくなり、そして、排出口ダクトまたはドロップ３０の管１９の端１６の下流のかなりの距離（すなわち反応領域内）まで、拡散相互混合は起こらない。したがって、この場合には水分である活性種は、管１９に入らず、排気ライン、場合によってはポンプ１１２に達せず、それによって、有利なことに、目詰まりを引き起こす有害な逆流が防止または実質的に減少され、さらに、望ましいことに、有益なプロセス制御および性能を半導体製造プロセスに与える。
【０１０４】
排気ラインの望ましくない目詰まりにつながることがある化学反応経路の一例は、次式に従って、排気中の三塩化ホウ素が逆流する水分と反応してホウ酸または酸化ホウ素を形成するときである。
【０１０５】
【化４】
2007522649.tif 000008
本発明の実施形態のガス注入装置８は、望ましくない水分の逆流を防止し、したがってこの原因による真空排気の目詰まりを防止する。
【０１０６】
本発明の実施形態の注入装置の構成要素は、特に金属、合金、セラミック、プラスチックのような様々な適切な材料を含むことができる。一実施形態では、好ましい材料はステンレス鋼、例えば、３１６１ステンレス鋼である。必要に応じて、または望み通りに、適切な仕上げが施され、または適用されてもよい。
【０１０７】
いくつかの実施形態は、本発明の実施形態のガス注入装置８を利用することによって、改善された浄化排気流パターンを提供する。注入装置８は、流れの周囲に存在する境界層をバイパスして、プロセス廃棄物を浄化排気の主流の中心に導入する。この注入点から廃棄物流は、境界層に達するまで下流に向かって円錐状に発散する。この発散中に、プロセス廃棄物は浄化排気中に存在する水分と反応し、廃棄物中に水反応合成物の酸化物のサブミクロン粒子を形成し、その結果、たばこの煙の円錐ように見えるものが形成される。主中心部での流れは、施設を出るガス流からこの微粒子物を除去する施設水スクラバに向かって下流に流れるときに、この微粒子物を浮遊させながら乱れている。この微粒子物のうちのほんの少量だけが境界層に捕獲されて、薄い金属酸化物の皮膜を浄化排気ダクトの壁に形成し、この皮膜はダクトの周囲に一様である。したがって、水分反応プロセス廃棄物を浄化排気の中に導入するとき形成される酸化物の大部分は、施設のスクラバに到達し、そこで捕獲される。
【０１０８】
しかし注入装置８が使用されないとき、水分に反応しやすいプロセス廃棄物は、他方で、流れの周囲でゆっくり動く境界層の中に直接導入され、そこで反応し、そして、浄化排気ダクトの底で塊になりがちである。水分に反応しやすい材料の中には、浄化排気に入る前にユースポイントスクラバで除去することができるものもあるが、そのような装置は、１００％有効ではなく、また時間の１００％で積極的に作用していない（バイパスにはない）。
【０１０９】
したがって、有利なことには、ガス注入装置８は、浄化排気中の水分によって形成された酸化物の施設スクラバへの送出を改善し、望ましいことには、排気配管中のこれらの酸化物の堆積を減少させる。
【０１１０】
組合せ消音器トラップ
図９および１０は、組合せ消音器トラップ１２６の一実施形態の異なる図を示す。組合せトラップ消音器１２６は、プロセス排気から微粒子および／または凝縮性蒸気を除去すること、およびポンプに関連した雑音または音を消すことの２つの役割を果たすように、本発明の実施形態に従って特別に設計されている。市販のそのままのトラップは、実際は、標準的な消音器が取り除かれた機械的な真空ポンプ排気に設置されたとき、悪質な増幅器として作用し、消音器として作用しないことに留意すべきである。
【０１１１】
組合せトラップ消音器１２６は、一般に、ほぼ円筒形の主外側ボディ部分１４６と、フィルタシステム１５０を収納するほぼ円筒形の内側チャンバ１４８と、取り外し可能な、または持ち上げ可能な上蓋または組立品１５４を密閉状態で固定する締付け機構またはシステム１５２と、排気吸込口１５６と、一端に排気排出口１６０を有するおよび管１５８（図１１にも示す）とを有する。一実施形態では、外側ボディ１４６は、約８インチの外径および約０．０８３インチの壁厚さを有する。
【０１１２】
吸込口１５６は、第１の排気流れライン１３８に接続され、プロセス排気または廃棄物がトラップ／消音器の内側チャンバ１４８に流れ込むことができるようにする。第１の排気流れライン１３８への接続を容易にするために、１つまたはそれ以上のフランジ１６２または同様なものが吸込口１５６に設けられている。一実施形態では、吸込口１５６は、２インチの外径および約０．０６５インチの壁厚さを有している。
【０１１３】
排出口すなわち出口１５８は、第２の排気流れライン１４０に接続され、プロセス排気または廃棄物がトラップ／消音器の内側チャンバ１４８から注入装置８に流れることができるようにする。第２の排気流れライン１４０への接続を容易にするために、１つまたはそれ以上のフランジ１６４または同様なものが排出口１５８に設けられている。一実施形態では、排出口１５８は、２インチの外径および約０．０６５インチの壁厚さを有している。
【０１１４】
図示の実施形態では、チャンバ１４８は、フィルタシステム１５０のほぼ環状の第１のフィルタすなわちフィルタ要素１６８を収納する上部第１チャンバ１６６を有する。一実施形態では、フィルタ１６８は、細目の金網またはワイヤメッシュを有する。一実施形態では、金網は、約７．５インチの外径および約８インチの高さを有するステンレス鋼を有する。
【０１１５】
フィルタ１６８は、ほぼ中央にある通路１７０を有する。一実施形態では、フィルタ１６８には、（ワイヤスクリーン付きの）外側を包囲する金網１７２および内側金網障壁（孔あけ管）１７４が設けられている。
【０１１６】
図示の実施形態では、チャンバ１４８は、フィルタシステム１５０のほぼ環状の第２のフィルタまたはフィルタ要素１７８を収納する下部第２チャンバ１７６を有する。一実施形態では、フィルタ１７８は、細目の金網またはワイヤメッシュを備えている。一実施形態では、金網は、外径が約６インチのステンレス鋼を有する。
【０１１７】
フィルタ１７８は、ほぼ中央にある通路１８０を有する。一実施形態では、フィルタ１７８には、（ワイヤスクリーン付きの）外側を包囲する金網が設けられている。
【０１１８】
第２のフィルタ１７８を利用することは、真空ポンプの排気雑音または音を消す上で有利である。望ましくない雑音または音を消す上で有利であるかもしれない他の要素に、トラップ／消音器１２６の内側チャンバ１４８内の構成要素の構成および配置がある。有利なことには、実質的に静かな排気調整システムを提供する組合せトラップ消音器によって、音または雑音の吸収および打消しの向上が達成される。
【０１１９】
一実施形態では、第１のフィルタ１６８および第２のフィルタ１７８は、互いに流体連通している個別または独立のユニットを有する。他の実施形態では、第１のフィルタ１６８および第２のフィルタ１７８は一体のユニットを有する。
【０１２０】
管１５８は、第１のフィルタ１６８の通路１７０の中に延びる上流部分または端部を有する。管１５８は、第２のフィルタ１７８の通路１８０を通って、下流管端部１６０を越えて延びる。特に図１１を参照すると、直径Ｄ111は約２インチであり、高さＨ111は約７．５インチであり、湾曲部Ｒ111の半径は約０．７５インチである。
【０１２１】
排気または廃棄物が流れる内側チャンバ１４８を密封するように上蓋またはプレート１５４を係合させるために、締付けシステム１５２が使用される。一実施形態では、締付けシステム１５２は、複数の締付けまたは固定要素１８２を有する。締付け要素１８２は、封止要素または同様なものを使用して適切な密封を行なうために、環状フランジまたは同様なものと上蓋１５４のフランジまたは同様なものを係合させることができる。
【０１２２】
一実施形態では、締付けシステムの封止要素はＯリングを有する。他の実施形態では、締付けシステムの封止要素は、高温で有利なＫＦ型シールまたは取付け具を有する。例えば、必要に応じてまたは望み通りに、歩留りをさらに改善するためにプロセスツールから出てくる粒子を一掃するように、「高温ガススイープ（ＨＧＳ）」を行なってもよい。
【０１２３】
締付けシステム１５２は、封止プレート１５４を一時的に取り外し、または持ち上げ、そして組合せトラップ消音器１２６の内側にアクセスすることができるように動作可能である。これによって、必要に応じてまたは望み通りに、フィルタ１６８、１７８の一方または両方を清掃し、洗浄し、手入れし、かつ／または交換することができるようになる。本発明の実施形態では、いつバイパスモードに切り換えてフィルタ１６８、１７８を手入れするかを決定するために、ポンプの背圧が用いられる。
【０１２４】
図示の実施形態では、組合せトラップ消音器１２６は、フィルタ１６８、１７８を所定位置に保つのを容易にするために、バー１８４と、ねじ付きロッド１８６と、プレート１８８と、座金１９０と、蝶ナット１９２と、を内部チャンバ１４８の中に備えている。バー１８４は管１５８の頂部に設置される。
【０１２５】
ロッド１８６は、空間１７０を通って延び、バー１８４およびプレート１８８と係合される。一実施形態では、ロッド１８６は、１／４−２０ねじ付きロッドを有する。
【０１２６】
プレート１８８は、第１のフィルタ１６８の頂部に設置されている。一実施形態では、プレート１８８は、約５インチの外径および約０．０６５インチの厚さを有する。
【０１２７】
座金１９０はプレート１８８の上に設置され、ロッド１８６は座金１９０を貫通している。一実施形態では、座金１９０は１／４インチのロック座金を有する。
【０１２８】
蝶ナット１９２は、座金１９０の上に設置され、ロッド１８６にねじ込み可能に係合されている。必要に応じて、ナット１９２を取り外して、手入れおよび／または交換のためにフィルタ１６８、１７８にアクセスすることができる。一実施形態では、ナット１９２は、１／４−２０蝶ナットを有する。
【０１２９】
プロセス排気または廃棄物は、吸込口１５６を通って組合せトラップ消音器１２６の中に流れ込み、そしてフィルタ１７８および１６８を通って流れる。次いで、排気は、孔あき管１７４を通って通路１７０および管１５８の中に流れ込み、そして排出口１６０を通って組合せトラップ消音器１２６を出る。フィルタ１７８および１６８は、排気微粒子および／または凝縮性蒸気を捕獲し、背圧が所定の値だけ上がるか、または所定の閾値に達したときに、手入れまたは交換される。組合せトラップ消音器１２６および／またはフィルタシステム１５０の特定の構成および／または配置は、望ましいことに、ポンプ排気の雑音または音も消す。
【０１３０】
いくつかの実施形態では、真空ポンプ１１２には、真空ポンプ１１２の中、および真空ポンプ１１２と切換え弁１２２の間に消音器は設けられていない。本発明の実施形態の組合せトラップ消音器１２６は、この従来のポンプ消音器に取って代わる。有利なことには、組合せトラップ消音器１２６は、容易にアクセスすることができ、保守するのが容易であり、さらにコストが経済的である。
組合せトラップ消音器１２６は、排気調整システム１１０にどんな適切な向きで取り付けてもよい。すなわち、取り付けられたとき、蓋１５４は必ずしも上にある必要はない。
【０１３１】
いくつかの実施形態では、組合せトラップ消音器１２６は、望ましくは、所定の期間の間の動作を可能にするであろうフィルタ材料の量を保持するように構成される。一実施形態では、この期間は少なくとも４カ月である。他の実施形態では、組合せトラップ消音器１２６は、必要に応じてまたは望み通りに、他の適切な期間の間の動作を効果的に可能にするように構成することができる。
【０１３２】
組合せトラップ消音器は、多くの適切な供給元の１つで製造されてもよい。例えば、１つの適切な供給元は、カリフォルニア州、イレカのＮｏｒ−Ｃａｌプロダクツ社である。
【０１３３】
本発明の実施形態の組合せトラップ消音器の構成部品は、特に金属、合金、セラミック、プラスチックのような様々な適切な材料を有していてもよい。一実施形態では、好ましい材料は、ステンレス鋼であり、例えば３１６１または３０４ステンレス鋼である。必要に応じてまたは望み通りに、適切な仕上げが施され、または適用されてもよい。
【０１３４】
特に図１０を参照して、一実施形態では、高さＨ101は約１３．１インチ、高さＨ102は約１１．５インチ、高さＨ103は約３．６インチ、高さＨ104は約１．５インチ、高さＨ105は約１．５インチ、そして長さまたは幅Ｌ101は約５．７インチである。変形例では、必要に応じてまたは望み通りに、他の適切な寸法が効果的に利用されてもよい。
【０１３５】
図１２および１３は、変形例に従った組合せ消音器およびトラップ１２６’の異なる図を示す。図面から理解することができるように、組合せ消音器トラップ１２６’は、いくつかの特徴を除いて、組合せ消音器トラップ１２６（図９および１０）にほぼ似ている。
【０１３６】
組合せ消音器トラップ１２６’は、取り外し可能なまたは持ち上げ可能な上蓋１５４を封止状態で固定する、異なる締付けまたは固定機構またはシステム１５２’を有する。締付け機構１５２’は、内側チャンバ１４８を密封するために、蓋１５４および主ボディ１４６のそれぞれのフランジを係合させる締付け具およびＯリングを備えている。必要に応じて必要なとき、レバーまたはラッチ機構１９４を操作して蓋１５３４を締付けたり緩めたりすることもできる。
【０１３７】
下部の環状プレート１８８’（図１３）が、第１のフィルタ要素１６８と第２のフィルタ要素１７８との間に設けられても設けられなくてもよい。一実施形態では、プレート１８８’は、第１のフィルタ要素１６８を支持するために設けられており、第２のフィルタ要素１７８は下部内側チャンバ部分１７６に設けられていない。下部チャンバ部分１７６にフィルタ材料がないこの実施形態は、一般に騒々しく、雑音または音を消す上で有効なものでない。
【０１３８】
特に図１３を参照して、一実施形態では、高さＨ101は約１３．１インチ、高さＨ131は約１２．８インチ、高さＨ132は約３．０インチ、高さＨ133は約３．０インチ、高さＨ134は約２．０インチ、高さＨ135は約１．５インチ、高さＨ136は約３．６インチ、高さＨ137は約１．５インチ、そして長さまたは幅Ｌ131は約５．７インチである。変形例では、必要に応じて、または望み通りに、他の適切な寸法を効果的に利用してもよい。
【０１３９】
システムの動作
プロセス排気が排気流れライン１４０を通過するとき、プロセス排気は、組合せトラップ消音器１２６およびガス注入器８を通過して、ダクト３０に入る。圧力ゲージ、センサまたはトランスデューサ１３６は、真空ポンプ出口または真空ポンプ出口の近くで背圧を監視する。背圧（圧力ゲージ、センサまたはトランスデューサ１３６で測定されたとき）が所定の圧力差（ΔＰ）だけ増加するか、または閾値圧力値を超えると、排気を排気バイパスライン１３０に導くために切換え弁１２２が作動され、または操作される。有利なことに、このことは、望ましくない中断なしに、半導体処理チャンバ１１６の実質的な連続動作を可能にする。
【０１４０】
一実施形態では、所定の圧力差（ΔＰ）は、約０．１ｐｓｉから約０．５ｐｓｉまでの範囲にある。他の実施形態では、所定の圧力差（ΔＰ）は、約０．２ｐｓｉから約０．４ｐｓｉまでの範囲にある。さらに他の実施形態では、所定の圧力差（ΔＰ）は、約０．３ｐｓｉである。変形例では、必要に応じて、または望み通りに、他の適切な圧力差を効果的に利用してもよい。
【０１４１】
一実施形態では、所定の圧力差（ΔＰ）は、約３ｐｓｉの公称背圧に基づいている。すなわち、背圧が（３＋ΔＰ）ｐｓｉに上昇すると、流れはバイパスモードに切り換えられる。他の実施形態では、所定の圧力差（ΔＰ）は、約３ｐｓｉから約８ｐｓｉの公称背圧に基づいている。
【０１４２】
排気の進路が排気バイパスライン１３０に変えられたとき、作業者または技術者は、組合せ消音器およびトラップ１２６の手入れをすることができる。いったん組合せ消音器トラップが手入れされると、切換え弁１２２は、排気の流れを排気流れラインに向け直すように作動される。
【０１４３】
一実施形態では、フィルタ要素１６８、１７８の一方または両方が洗浄され、清掃され、かつ／または手入れされ、それから再使用される。他の実施形態では、フィルタ要素１６８、１７８の一方または両方が、新しいフィルタ材料または媒体に取り替えられる。さらに他の実施形態では、組合せトラップおよび消音器１２６は、新しい組合せトラップ消音器に取り替えられる。有利なことに、洗浄、清掃、手入れ、および／または取替えのステップは、迅速かつ簡単である。
【０１４４】
いくつかの実施形態で、組合せトラップ消音器１２６は、望ましくは、所定の期間の間の動作を可能にするだろうフィルタ材料の量を保持するように構成される。一実施形態では、この期間は少なくとも４カ月である。他の実施形態では、組合せトラップ消音器１２６は、必要に応じてまたは望み通りに、他の適切な期間の間の動作を効果的に可能にするように構成されてもよい。
【０１４５】
一実施形態では、図１４および１５に関連して以下でさらに述べるように、追加のまたは第２の排気流れラインは、第２の組合せトラップ消音器、および第２の注入装置を備えている。この場合、背圧（圧力ゲージ、センサまたはトランスデューサ１３６で測定されたとき）が所定の圧力差（ΔＰ）だけ増加するか、または閾値圧力値を超えると、排気を第２の排気流れラインに導くために切換え弁１２２が作動され、または操作される。そのとき、作業者または技術者は、第１の組合せトラップ消音器１２６を手入れする多くの時間を有している。背圧が再び所定の圧力差（ΔＰ）だけ増加するか、または閾値圧力値を超えたとき、切換え弁１２２は、排気を第１の組合せトラップ消音器１２６に向け直すために再び作動される。２つのトラップ間のこの切り換えは、排気調整システムが動作するときに繰り返される。また、必要に応じて、または望み通りに、排気バイパスライン１３０を利用してもよい。
【０１４６】
排気調整システムの電子回路パッケージの実施形態は、いくつかの有利な特徴および有利点を実現する。これらは、（ａ）作業者がいつでもバイパスに切り換えることを可能にすること、（ｂ）背圧がΔＰだけ増加したときに、流れを第２のフィルタユニット（第２の組合せ消音器およびトラップ）、またはバイパスに導くために切換え弁を作動させること、（ｃ）高温ガススイープ（ＨＧＳ）装置から信号を受けたときに、流れをバイパスに切り換えること、および（ｄ）ＲＳ２３２ポートまたは同様なものを介して遠隔の監視および制御を可能にすること、を含む。
【０１４７】
本明細書で説明し図示する方法は、説明した動作の順序に限定されないし、また、説明したこれらの動作の全てを実施することにも必ずしも限定されない。本発明の実施形態を実施する際に、他の順序で動作を実施したり、全ての動作の一部を実施したり、これらの動作を同時に実施したりしてもよい。
【０１４８】
いくつかの他の実施形態
図１４および１５は、フレーム１３２’を備えた、排気または廃棄物の調整または処理システム１１０’の他の実施形態を示す。排気調整システム１１０’は、第１の排気流れライン１３８’および第２の排気流れライン１４０’、第２の組合せトラップ消音器１２６’および第２のガス注入装置８’を含む、追加の排気流れライン１４０’を有する。排気流れライン１４０’の選択された部分は、上で述べたように断熱され、かつ／または加熱することができる。
【０１４９】
切換え弁１２２’は、圧力ゲージ、センサまたはトランスデューサ１３６による背圧測定に基づいて、流れライン１３８、１３８’とバイパスライン１３０の間で排気流路を切り換えることを可能にする３方向弁、同等物または同様なものを有することができる。一実施形態では、切換え弁１２２’は、空気式弁または空気圧作動弁を有する。
【０１５０】
一実施形態で、自動電子支援排気調整システム１１０’は、約３００ｌｂｓの重さ、約３２インチ（幅）×３０インチ（奥行きまたは長さ）×５０インチ（高さ）の寸法の小型フレーム（または実質的に全体で）を有し、注入装置８および８’の障壁ガスとして約１ＣＦＭの流量でユーティリティ窒素（圧力約１０ｐｓｉｇ）を利用し、空気圧作動切換え弁１２２’を動作させるために約８０ｐｓｉｇの圧力の圧縮空気を利用し、さらに１１０ボルトＡＣ、５アンペアの電力接続を利用する。
【０１５１】
特に図１５を参照すると、一実施形態では、高さＨ151は約４８インチ、高さＨ152は約４５．３３インチ、高さＨ153は約１０．００インチ、高さＨ154は約２．０インチ、幅Ｗ151は約３２．００インチである。変形例では、必要に応じてまたは望み通りに、他の適切な寸法を効果的に利用してもよい。
【０１５２】
図１６は、排気または廃棄物の調整または処理システム１１０″の他の実施形態を示す。自動電子支援排気調整システム１１０”は、小型の単一フレーム１３２″に収納された２つの排気調整システム１１０を有する。これらの２つのシステム１１０は、互いに独立して動作することができる。
【０１５３】
一実施形態では、自動電子支援排気調整システム１１０”は、約４００ｌｂｓの重さ、約２８インチ（幅）×３０インチ（奥行きまたは長さ）×５５インチ（高さ）の寸法の小型フレーム（または実質的に全体で）を有し、２つの注入装置８の障壁ガスとして約２ＣＦＭの流量でユーティリティ窒素（圧力約１０ｐｓｉｇ）を利用し、２つの空気圧作動切換え弁１２２を動作させるために約８０ｐｓｉｇの圧力の圧縮空気を利用し、さらに、１１０ボルトＡＣ、５アンペアの電力接続を利用する。
【０１５４】
いくつかの特徴および利益
排気調整システムのいくつかの実施形態は、以下の有利な特徴を実現する。
【０１５５】
１．丈夫なステンレス鋼構造を有しかつ可動部品のない簡単な設計。
【０１５６】
２．壁堆積物、およびＯ2およびＨ2Ｏの逆流をなくするための、層流Ｎ2の覆いおよび固形物フィルタの使用。
【０１５７】
３．浄化排気の腐食性環境にさらされる場所にコーティングされたテフロン。
【０１５８】
４．機械ポンプと浄化排気との間への取り付け易さ。２つの簡単な接続。
【０１５９】
５．フィルタが乾式ポンプ消音器に取って代わり、かつより静かなこと。
【０１６０】
６．空気式弁作動用の圧縮空気（８０ｐｓｉｇ）およびユニットへのＮ2（１０ｐｓｉｇ）供給を含む実用性。２つのプラグアンドプレイの１１０ボルトＡＣ、５アンペア電気接続。
【０１６１】
７．プロセス停止時間なしにフィルタ要素の取替えが容易である並列の流れ／バイパス構造。動作機切換えが利用できる背圧センサ。
【０１６２】
８．大量（６０００ウェーハ／月）製造において背圧上昇を＜０．１ｐｓｉに維持しながら達成された、３０，０００（２００ｍｍ）ウェーハのフィルタ寿命。
【０１６３】
９．エネルギー効率およびＥＳＨアップグレードプログラムだけでなく、コスト低減プログラムの優れた候補。周囲の設置面積の減少。
【０１６４】
１０．要求された空気汚染制御および軽減を提供する、「浄化排気」に関するエンドオブパイプ技術。
【０１６５】
排気調整システムのいくつかの実施形態は、以下の利点および利益を与える。
【０１６６】
いくつかの実施形態の１つの重要な利点は、導体エッチングプロセスの全体的な「所有コスト」の低減であり、次のものを含む。
【０１６７】
１．少ない保守、小さな設置面積および高い信頼性。
【０１６８】
２．水または燃料がなく、かつ最小限の電気使用。温室効果ガスの放出を減少。
【０１６９】
３．能力拡張代替え品の検討において、全てのＰＯＵオプションに比べてプロジェクト開始からのポジティブキャッシュフロー。
【０１７０】
４．コスト低減またはエネルギー効率向上のプロジェクトにおいてＰＯＵスクラバを置き換えるとき、６〜１８カ月のＲＯＩ。
【０１７１】
５．ＣａｐＥｘの５％から５０％までさまざまである、パラゴン（Paragon）使用のエネルギー効率刺激策を提供する、いくつかの公共有用性。
【０１７２】
いくつかの実施形態の他の重要な利点は、改善されたプロセス制御であり、次のものを含む。
【０１７３】
１．リアルタイムでのポンプ背圧の正確な監視。
【０１７４】
２．延長された期間にわたる排気速度の維持。
【０１７５】
３．背圧が上昇するとすぐにフィルタを取り替える動機を与える低コストのフィルタ。他方で、高コストのＰＯＵフィルタは、フィルタを取り替える阻害要因となり、高い制御されない背圧につながる。
【０１７６】
いくつかの実施形態のさらに他の重要な利点は、導体エッチングプロセスによって加えられる、生産を中止する欠陥の減少である。
【０１７７】
前述の説明から、半導体処理の排気処理について新規な方法が開示されたことが理解されるであろう。本発明の構成要素、技術および態様をある程度詳細に説明したが、この開示の精神および範囲から逸脱することなく、本明細書において上述した特定のデザイン、構造および方法に多くの変更を加えることができることは明らかである。
【０１７８】
本発明のいくつかの好ましい実施形態およびその変形例を詳細に説明したが、同じものの他の修正および使用方法および医療用途は、当業者には明らかであろう。したがって、本発明の精神または特許請求の範囲から逸脱することなく、様々な応用、修正、および置換を同等物で作ることができることが理解されるべきである。
【０１７９】
本発明の真の精神および範囲から逸脱することなく、本発明の様々な修正および応用を、当業者が思いつくことがある。本発明は、例示の目的のために本明細書で明らかにされた実施形態に限定されず、各要素が権利を与えられる同等物の全範囲を含んだ添付の特許請求の範囲を公正に読むことによってのみ定義されるべきであることが理解されるべきである。
【図面の簡単な説明】
【０１８０】
【図１】半導体製造システムの排気ラインでの背圧の望ましくない上昇を表す実験データを示すグラフである。
【図２】本発明の一実施形態に従った特徴および利点を有する半導体反応器の下流の真空ポンプに接続された排気調整システムを示す簡略化された概略図である。
【図３】本発明の一実施形態に従った特徴および利点を有する半導体反応器用の自動排気調整システムを示す簡略化された側面図である。
【図４】本発明の一実施形態に従った特徴および利点を有する図３の排気調整システムを示す簡略化された前面図である。
【図５】本発明の一実施形態に従った特徴および利点を有する図３の排気調整システムを示す簡略化された上面図である。
【図６】本発明の実施形態に従った排気調整システムを使用するときの改善された半導体製造システム性能を表す実験データを示すグラフである。
【図７】本発明の一実施形態に従った特徴および利点を有する図２〜５の排気調整システムの注入装置を示す簡略化された断面図である。
【図８】図７の注入装置の環状空間を通過する非反応性ガスの流れの流量に対するレイノルズ数の変化を示すグラフである。
【図９】本発明の一実施形態に従った特徴および利点を有する図２〜５の排気調整システムの組合せられたトラップおよび消音器を示す簡略化された上面図である。
【図１０】図９の線１０−１０に沿った簡略化された断面図である。
【図１１】本発明の一実施形態に従った特徴および利点を有する図９の組合せられたトラップおよび消音器の排気排出管を示す簡略化された前面図である。
【図１２】本発明の他の実施形態に従った特徴および利点を有する図２〜５の排気調整システムの組合せられたトラップおよび消音器を示す簡略化された上面図である。
【図１３】図１２の線１３−１３に沿った簡略化された断面図である。
【図１４】本発明の他の実施形態に従った特徴および利点を有する半導体反応器の下流の真空ポンプ接続された、第２の排気流れラインを含んだ自動排気調整システムを示す簡略化された概略図である。
【図１５】本発明の他の実施形態に従った特徴および利点を有する第２の排気流れラインを含んだ半導体反応器用の排気調整システムを示す簡略化された前面図である。
【図１６】本発明のさらに他の実施形態に従った特徴および利点を有する半導体反応器用の二重ユニット自動排気調整システムを示す簡略化された透視図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【国際調査報告】
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