(57)【要約】【課題】排気管の閉塞や、排気ポンプの故障の抑制を可能とする成膜装置を提供する。【解決手段】実施形態の成膜装置は、反応室と、第１の端部と第２の端部を有し、第１の端部が反応室に接続され、第２の端部の近傍において第１の方向に伸長し、第１の方向に対して垂直な面において第１の開口面積を有する第１の配管と、反応室との間に第１の配管が設けられ、第３の端部と第４の端部を有し、第３の端部の近傍において第１の方向と異なる第２の方向に伸長する第２の配管と、第１の配管の内部に設けられ、第１の方向に対して垂直な面において第１の開口面積よりも小さい第２の開口面積を有する狭窄部と、第２の端部の中心から第１の方向に仮想的に伸びる直線の上に位置する液体貯留部と、を備える。【選択図】図１
2019165108.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
反応室と、
第１の端部と第２の端部を有し、前記第１の端部が前記反応室に接続され、前記第２の端部の近傍において第１の方向に伸長し、前記第１の方向に対して垂直な面において第１の開口面積を有する第１の配管と、
前記反応室との間に前記第１の配管が設けられ、第３の端部と第４の端部を有し、前記第３の端部の近傍において前記第１の方向と異なる第２の方向に伸長する第２の配管と、
前記第１の配管の内部に設けられ、前記第１の方向に対して垂直な面において前記第１の開口面積よりも小さい第２の開口面積を有する狭窄部と、
前記第２の端部の中心から前記第１の方向に仮想的に伸びる直線の上に位置する液体貯留部と、
を備える成膜装置。
【請求項２】
前記反応室との間に前記第１の配管及び前記第２の配管が設けられ、前記反応室の内部を減圧するポンプを、更に備える請求項１記載の成膜装置。
【請求項３】
前記液体貯留部は、前記第１の配管と前記第２の配管との間に設けられる請求項１又は請求項２記載の成膜装置。
【請求項４】
前記液体貯留部は凹部を含む請求項１ないし請求項３いずれか一項記載の成膜装置。
【請求項５】
前記凹部の前記第１の方向に対して垂直な面における第３の開口面積は、前記第２の開口面積よりも大きい請求項４記載の成膜装置。
【請求項６】
前記液体貯留部は前記第１の方向に対して傾斜する傾斜面に設けられた土手を含む請求項１ないし請求項５いずれか一項記載の成膜装置。
【請求項７】
前記液体貯留部よりも重力方向の下方に位置する貯留容器を、更に備える請求項１ないし請求項６いずれか一項記載の成膜装置。
【請求項８】
前記液体貯留部と前記貯留容器との間に設けられる第３の配管を、更に備える請求項７記載の成膜装置。
【請求項９】
前記第３の配管は、全領域において、前記貯留容器に向かって重力方向に傾斜する請求項８記載の成膜装置。
【請求項１０】
前記液体貯留部は、重力方向に凸となる屈曲構造を含む請求項８記載の成膜装置。
【請求項１１】
前記第２の配管と、前記第３の配管を接続する第４の配管を、更に備える請求項１０記載の成膜装置。
【請求項１２】
第１の端部と第２の端部を有し、前記第１の端部に気体と液体の混合物が供給され、前記第２の端部の近傍において第１の方向に伸長し、前記第１の方向に対して垂直な面において第１の開口面積を有する第１の配管と、
前記第１の配管に接続され、第３の端部と第４の端部を有し、前記第３の端部の近傍において前記第１の方向と異なる第２の方向に伸長する第２の配管と、
前記第１の配管の内部に設けられ、前記第１の方向に対して垂直な面において前記第１の開口面積よりも小さい第２の開口面積を有する狭窄部と、
前記第２の端部の中心から前記第１の方向に仮想的に伸びる直線の上に位置する液体貯留部と、
を備える気液分離装置。
【請求項１３】
前記第１の配管との間に前記第２の配管が設けられ、前記第１の配管、前記第２の配管及び前記液体貯留部を減圧するポンプを、更に備える請求項１２記載の気液分離装置。
【請求項１４】
前記液体貯留部は、前記第１の配管と前記第２の配管との間に設けられる請求項１２又は請求項１３記載の気液分離装置。
【請求項１５】
前記液体貯留部は凹部を含む請求項１２ないし請求項１４いずれか一項記載の気液分離装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、成膜装置及び気液分離装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体装置や液晶装置を製造するための成膜装置では、反応性ガスを用いて基板上に膜の形成を行う。一般に、膜の形成は、基板の温度を上げて反応室に原料ガスなどの反応性ガスを流し、反応性ガスの流量や圧力を調整して行っている。反応室で消費されなかった反応性ガスや反応により生じた反応副生成物のガスを含む排出ガスは、反応室から排気管、排気ポンプ、除害装置などを通って成膜装置外に排出される。
【０００３】
排出ガス中の反応副生成物は、反応室から排気管を通過する際に冷却されることで凝縮して液滴になる。この液滴が、排気管の閉塞や、排気ポンプの故障の原因になるという問題がある。また、排出ガスを除害装置により無害化処理する場合に、生成物として固体粒子が生じ、排気管が閉塞するという問題がある。排気管が閉塞したり、排気ポンプが故障したりすると、成膜装置のメンテナンス作業が必要となり、成膜装置の稼働率が低下する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１６−２２５４１１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明が解決しようとする課題は、排気管の閉塞や、排気ポンプの故障の抑制を可能とする成膜装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
一つの実施形態の成膜装置は、反応室と、第１の端部と第２の端部を有し、前記第１の端部が前記反応室に接続され、前記第２の端部の近傍において第１の方向に伸長し、前記第１の方向に対して垂直な面において第１の開口面積を有する第１の配管と、前記反応室との間に前記第１の配管が設けられ、第３の端部と第４の端部を有し、前記第３の端部の近傍において前記第１の方向と異なる第２の方向に伸長する第２の配管と、前記第１の配管の内部に設けられ、前記第１の方向に対して垂直な面において前記第１の開口面積よりも小さい第２の開口面積を有する狭窄部と、前記第２の端部の中心から前記第１の方向に仮想的に伸びる直線の上に位置する液体貯留部と、を備える。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】第１の実施形態の成膜装置の一例の模式図。
【図２】第１の実施形態の成膜装置の一部の拡大図。
【図３】比較形態の成膜装置の模式図。
【図４】第１の実施形態の成膜装置の作用及び効果の説明図。
【図５】第２の実施形態の成膜装置の一例の模式図。
【図６】第３の実施形態の成膜装置の一例の模式図。
【図７】第４の実施形態の成膜装置の一例の模式図。
【図８】第４の実施形態の成膜装置を用いた気液分離方法の説明図。
【図９】第４の実施形態の成膜装置を用いた気液分離方法の説明図。
【図１０】第４の実施形態の成膜装置を用いた気液分離方法の説明図。
【図１１】第４の実施形態の成膜装置を用いた気液分離方法の説明図。
【図１２】第４の実施形態の成膜装置を用いた気液分離方法の説明図。
【図１３】第４の実施形態の成膜装置を用いた気液分離方法の説明図。
【図１４】第４の実施形態の成膜装置の作用及び効果の説明図。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
以下、図面を参照しつつ本発明の実施形態を説明する。なお、以下の説明では、同一又は類似の部材等には同一の符号を付し、一度説明した部材等については適宜その説明を省略する場合がある。
【０００９】
（第１の実施形態）
第１の実施形態の成膜装置は、反応室と、第１の端部と第２の端部を有し、第１の端部が反応室に接続され、第２の端部の近傍において第１の方向に伸長し、第１の方向に対して垂直な面において第１の開口面積を有する第１の配管と、反応室との間に第１の配管が設けられ、第３の端部と第４の端部を有し、第３の端部の近傍において第１の方向と異なる第２の方向に伸長する第２の配管と、第１の配管の内部に設けられ、第１の方向に対して垂直な面において第１の開口面積よりも小さい第２の開口面積を有する狭窄部と、第２の端部の中心から第１の方向に仮想的に伸びる直線の上に位置する液体貯留部と、を備える。
【００１０】
また、第１の実施形態の気液分離装置は、第１の端部と第２の端部を有し、第１の端部に気体と液体の混合物が供給され、第２の端部の近傍において第１の方向に伸長し、第１の方向に対して垂直な面において第１の開口面積を有する第１の配管と、第１の配管に接続され、第３の端部と第４の端部を有し、第３の端部の近傍において第１の方向と異なる第２の方向に伸長する第２の配管と、第１の配管の内部に設けられ、第１の方向に対して垂直な面において第１の開口面積よりも小さい第２の開口面積を有する狭窄部と、第２の端部の中心から第１の方向に仮想的に伸びる直線の上に位置する液体貯留部と、を備える。第１の実施形態の気液分離装置は、第１の実施形態の成膜装置から反応室を除いた構成を備える。第１の実施形態の気液分離装置では、反応室から排出される液滴を含む排出ガスが、気体と液体の混合物の一例となる。
【００１１】
図１は、第１の実施形態の成膜装置の一例の模式図である。第１の実施形態の一例の成膜装置は、半導体装置の製造用の成膜装置１００である。第１の実施形態の成膜装置１００は、枚葉式のエピタキシャル膜の成膜装置１００である。
【００１２】
図２は、第１の実施形態の成膜装置１００の一部の拡大図である。図２は、図１中、液体貯留部５０を含む領域の拡大図である。
【００１３】
成膜装置１００は、反応室１０、ガス供給口１１、ステージ１２、ヒータ１４、クリーニングガス供給管１５、排出部１６、圧力調整バルブ１８、排気ポンプ２０（ポンプ）、除害装置２２、第１の排気管２４（第１の配管）、オリフィス２６（狭窄部）、第２の排気管２８（第２の配管）、排液管３０（第３の配管）、排液タンク３２（貯留容器）、冷却部４０、液体貯留部５０を備える。
【００１４】
反応室１０内には、ステージ１２及びヒータ１４が設けられる。ステージ１２上にウェハＷが載置される。ヒータ１４はウェハＷを加熱する。
【００１５】
反応室１０の上部にガス供給口１１が設けられる。ガス供給口１１から、原料ガスが反応室１０内に供給される。
【００１６】
反応室１０の内部は、成膜時には、所望の圧力に減圧される。反応室１０からは、反応室１０で消費されなかった原料ガスや反応により生じた反応副生成物を含む排出ガスが排出される。
【００１７】
クリーニングガス供給管１５は、反応室１０に接続される。クリーニングガス供給管１５にはバルブＶ０が設けられる。クリーニングガス供給管１５は、反応室１０にクリーニングガスを供給する。クリーニングガスの供給により、反応室１０での成膜が行われていない時に、第１の排気管２４、第２の排気管２８、液体貯留部５０などのクリーニングが行われる。
【００１８】
第１の排気管２４は、反応室１０と排気ポンプ２０との間に設けられる。第１の排気管２４は、反応室１０と排液タンク３２との間に設けられる。
【００１９】
第１の排気管２４は、第１の端部Ｅ１と第２の端部Ｅ２を有する。第１の端部Ｅ１は、反応室１０に接続される。
【００２０】
第１の排気管２４は、少なくとも第２の端部Ｅ２の近傍において、第１の方向Ｄ１に伸長する。第１の排気管２４は、第１の方向Ｄ１に対して垂直な面において、第１の開口面積Ｓ１を有する。例えば、図２に示すように、第２の端部Ｅ２の近傍の位置Ｐ１において、第１の開口面積Ｓ１を有する。
【００２１】
成膜装置１００では、第１の方向Ｄ１は重力方向（図１中の矢印ＤＧ）と一致していることが望ましい。第１の排気管２４内の排出ガスの移動方向は、第１の方向Ｄ１と一致する。
【００２２】
反応室１０から排出された排出ガスは、第１の排気管２４を通過する。排出ガス中には、反応副生成物が含まれる。排出ガス中の反応副生成物の一部は、第１の排気管２４内で冷却されて液化し、液滴となる。
【００２３】
冷却部４０は、第１の排気管２４の周囲に設けられる。冷却部４０は、第１の排気管２４の中を冷却する機能を有する。冷却部４０は、例えば、水冷管である。
【００２４】
オリフィス２６は、狭窄部の一例である。オリフィス２６は、第１の排気管２４の内部に設けられる。オリフィス２６は、第１の方向Ｄ１に対して垂直な断面において第２の開口面積Ｓ２を有する。図２に示すように、位置Ｐ２において、オリフィス２６は第２の開口面積Ｓ２を有する。
【００２５】
第２の開口面積Ｓ２は第１の開口面積Ｓ１よりも小さい。例えば、第２の開口面積Ｓ２は第１の開口面積Ｓ１の２．５％以上２０％以下である。
【００２６】
第１の排気管２４の開口面積がオリフィス２６部分で小さくなるため、反応室１０から排出された排出ガスはオリフィス２６で加速される。加速された排出ガスは、オリフィス２６から第１の方向Ｄ１に噴出される。
【００２７】
第１の排気管２４は、第２の排気管２８と排液管３０とに分岐する。
【００２８】
第２の排気管２８は、第１の排気管２４と排気ポンプ２０との間に設けられる。第１の排気管２４は、反応室１０と第２の排気管２８との間に設けられる。第２の排気管２８は、第３の端部Ｅ３と第４の端部Ｅ４を有する。
【００２９】
第２の排気管２８は、少なくとも第３の端部Ｅ３の近傍において第１の方向Ｄ１と異なる第２の方向Ｄ２に伸長する。例えば、第１の方向Ｄ１と第２の方向Ｄ２とのなす角度は９０度である。第４の端部Ｅ４は、排気ポンプ２０に接続される。
【００３０】
排気ポンプ２０は、第２の排気管２８と排出部１６との間に設けられる。排気ポンプ２０は、反応室１０の内部を減圧する機能を有する。排気ポンプ２０は、例えば、真空ポンプである。
【００３１】
圧力調整バルブ１８は、第２の排気管２８と排気ポンプ２０との間に設けられる。圧力調整バルブ１８により、反応室１０の内部を所望の圧力に調整することが可能である。
【００３２】
除害装置２２は、排気ポンプ２０と排出部１６との間に設けられる。除害装置２２は、例えば、燃焼式の除害装置である。
【００３３】
除害装置２２は、反応室１０から排出された排出ガスを無害化する。無害化された排出ガスは、排出部１６から成膜装置１００の外部に排出される。
【００３４】
排液管３０は、第１の排気管２４と排液タンク３２との間に設けられる。排液管３０は、第２の方向Ｄ２と異なる第３の方向Ｄ３に伸長する。第３の方向Ｄ３は、例えば、第１の方向Ｄ１とも異なる。排液管３０は、排液タンク３２に接続される。
【００３５】
排液管３０の少なくとも一部は、第１の方向Ｄ１に対して斜行する。排液管３０は、全領域において、水平又は排液タンク３２に向かって重力方向に傾斜する。言い換えれば、排液タンク３２に向かって、重力方向に逆らう方向に傾斜することはない。
【００３６】
排液タンク３２は、貯留容器の一例である。排液タンク３２は、液体貯留部５０よりも重力方向の下方に位置する。排液タンク３２は、反応副生成物に由来する排液を貯留する機能を有する。
【００３７】
排液タンク３２には、排出ガスの一部を含む液体が貯留される。液体には、排出された排出ガスに由来する液滴が含まれる。排液タンク３２に貯留された液体を除去することにより、成膜装置１００から排出ガスの一部を含む液体が排出されることになる。
【００３８】
液体貯留部５０は、第２の端部Ｅ２の中心（図２中のＧ）から第１の方向Ｄ１に仮想的に伸びる直線（図２中のＬ）の上に位置する。言い換えれば、液体貯留部５０は、第１の排気管２４の延長線上に位置する。第２の端部Ｅ２の中心とは、第２の端部Ｅ２の第１の方向Ｄ１に垂直な断面の幾何学的重心である。例えば、断面が円形の場合は、円の中心である。液体貯留部５０は、オリフィス２６の開口部の中心から第１の方向Ｄ１に仮想的に伸びる直線（図２中のＬに同じ）の上に位置する。
【００３９】
液体貯留部５０は、第１の排気管２４と第２の排気管２８との間に設けられる。液体貯留部５０は、第１の排気管２４と排液管３０との間に設けられる。液体貯留部５０は、第１の排気管２４から第２の排気管２８と排液管３０とに分岐する部分に設けられる。
【００４０】
液体貯留部５０は、第１の方向Ｄ１に対して傾斜した傾斜面５０ａに設けられた土手５０ｂを有する。土手５０ｂは、例えば、傾斜面５０ａに接続された板状の部材である。傾斜面５０ａと土手５０ｂにより凹部が形成される。
【００４１】
液体貯留部５０は、排出ガスに含まれる反応副生成物の液滴を捕捉する機能を有する。液体貯留部５０は、液滴を捕捉し液体として貯め、液面を形成する。液体貯留部５０の土手５０ｂから溢れた反応副生成物の液滴は、排液管３０を通って、排液タンク３２に貯留される。
【００４２】
傾斜面５０ａと土手５０ｂにより形成される凹部は、第３の開口面積Ｓ３を有する。図２に示すように、位置Ｐ３において、凹部は第３の開口面積Ｓ３を有する。第３の開口面積Ｓ３は、第１の方向Ｄ１に対して垂直な面における液体貯留部５０の開口面積である。第３の開口面積Ｓ３は、例えば、第２の開口面積Ｓ２よりも大きい。
【００４３】
以下、第１の実施形態の成膜装置１００を用いた気液分離方法について説明する。ウェハＷ上にシリコンのエピタキシャル膜を形成する場合を例に説明する。
【００４４】
まず、反応室１０にウェハＷを搬入し、ステージ１２の上に載置する。次に、ガス供給口１１から水素（Ｈ２）を流しながら、排気ポンプ２０を用いて反応室１０の内部を減圧状態にする。反応室１０内の圧力は、圧力調整バルブ１８を用いて所望の圧力に調整する。また、ヒータ１４を用いてウェハＷを、例えば、１０００℃に加熱する。
【００４５】
次に、ガス供給口１１から原料ガスを反応室１０内に供給し、ウェハＷの表面にシリコンのエピタキシャル膜を形成する。原料ガスは、例えば、ジクロロシラン（ＳｉＨ２Ｃｌ２）、水素（Ｈ２）、及び、塩化水素（ＨＣｌ）である。
【００４６】
シリコンのエピタキシャル膜を形成する際、反応副生成物として、トリクロロシラン（ＳｉＨＣｌ３）、テトラクロロシラン（ＳｉＣｌ４）、テトラクロロジシラン（Ｓｉ２Ｈ２Ｃｌ４）、ヘキサクロロジシラン（Ｓｉ２Ｃｌ６）、オクタクロロトリシラン（Ｓｉ３Ｃｌ８）などのクロロシラン類やクロロシランポリマー類（ＳｉｘＨｙＣｌｚ：ｘは２以上）のガスが生成される。クロロシランポリマー類は、シリコン原子が２個以上結合した主鎖を有し、シリコン原子上の置換基が塩素又は水素となっている分子化合物、又は、それらの分子化合物が複数種類混合した物質を意味する。
【００４７】
反応副生成物のガス、及び、成膜に用いられなかった原料ガスが反応室１０から排出されるガスに含まれることになる。
【００４８】
反応副生成物のガスや原料ガスの分子量が高いほど、同一圧力での沸点が高くなる。例えば、原料ガスのジクロロシランの標準沸点は約８℃であるのに対し、トリクロロシランの標準沸点は約３１℃、テトラクロロシランの標準沸点は約５７℃である。更に分子量が大きいクロロシランポリマー類の標準沸点は、更に高くなる。
【００４９】
排出ガスが反応室１０の外に排出されると、排出ガスが冷却され、最初に沸点の高いクロロシランポリマー類のガスが凝縮して液化し液滴を形成する。さらに排出ガスの冷却が進むと、沸点の低いクロロシランポリマー類のガスやクロロシラン類のガスが凝縮して液化し液滴を形成する。また、一部のクロロシランポリマー類のガスは昇華、あるいは、液化を経て凝固し、固体粒子となる場合がある。
【００５０】
反応室１０から排出された排出ガスは、第１の排気管２４の中で冷却部４０により冷却され、液滴が更に成長する。
【００５１】
液滴を含む排出ガスはオリフィス２６で加速される。加速された排出ガスは、オリフィス２６から第１の方向Ｄ１に噴出される。
【００５２】
加速された液滴は、液体貯留部５０の傾斜面５０ａに衝突し傾斜面５０ａに付着する。傾斜面５０ａに付着した液滴は、傾斜面５０ａと土手５０ｂにより形成される凹部に溜まり液面を形成する。
【００５３】
液体貯留部５０に液面が形成された後は、加速された液滴は液面に衝突し液体と一体化する。液面が土手５０ｂの高さを超えると、液体は排液管３０を流れて、排液タンク３２に流れ込み貯留される。
【００５４】
液滴が分離された排出ガスは、除害装置２２で無害化され、排出部１６から成膜装置１００の外部に排出される。
【００５５】
次に、第１の実施形態の成膜装置１００の作用及び効果について説明する。
【００５６】
一般的な成膜装置において、反応副生成物のガス、及び、成膜に用いられなかった原料ガスを含む排出ガスは、反応室から排気管、排気ポンプ、除害装置などを通って成膜装置外に排出される。
【００５７】
排出ガス中の反応副生成物は、反応室から排気管を通過する際に冷却されることで凝縮して液滴になる。この液滴が、排気管の閉塞や、排気ポンプの故障の原因になるという問題がある。また、排出ガスを除害装置により無害化処理する場合に、生成物として固体粒子が生じ、排気管が閉塞するという問題がある。
【００５８】
排気管が閉塞したり、排気ポンプが故障したりすると、成膜装置のメンテナンス作業が必要となり、成膜装置の稼働率が低下する。また、排出ガスに由来する液滴には、有害ガスを発生する物質や、発火性がある物質もあり、メンテナンス作業に危険が伴う場合もある。このため、排出ガスに由来する液滴に起因する、排気管の閉塞や、排気ポンプの故障を抑制することが望まれる。
【００５９】
図３は、比較形態の成膜装置の模式図である。比較形態の成膜装置は、半導体装置の製造用の成膜装置９００である。比較形態の成膜装置９００は、枚葉式のエピタキシャル膜の成膜装置９００である。
【００６０】
比較形態の成膜装置９００は、液体貯留部５０を備えない点で第１の実施形態の成膜装置１００と異なっている。
【００６１】
比較形態の成膜装置９００は、オリフィス２６から噴射され加速された反応副生成物の液滴を、排液管３０の傾斜面に衝突させる。これにより、液滴を集中的に捕捉し、反応副生成物の液滴を効率的に捕集することを狙っている。捕捉された液滴は、排液管３０に沿って排液タンク３２に流れ込み貯留される。
【００６２】
しかし、液滴の速度が速く液滴の運動エネルギーが大きい場合、液滴が排液管３０の傾斜面で跳ね返ることにより、液滴の捕捉効率が低下するおそれがある。
【００６３】
図４は、第１の実施形態の成膜装置の作用及び効果の説明図である。原料ガスの積算供給量と、排液タンク３２に貯留された液体の捕集量との関係を示す。比較形態に比べ、第１の実施形態の場合、一定時間経過後から捕集量が増大することが分かる。
【００６４】
第１の実施形態の成膜装置１００では、オリフィス２６から第１の方向Ｄ１に噴出された排出ガス中の反応副生成物の液滴は、オリフィス２６の直下に存在する液体貯留部５０に捕捉される。液体貯留部５０には、傾斜面５０ａと土手５０ｂにより凹部が形成されている。傾斜面５０ａと土手５０ｂにより形成された凹部に液滴が溜まり、液面を有する液溜まりが形成される。
【００６５】
液滴が液面に衝突することにより、液滴と液体が一体化し、液滴の跳ね返りが抑制されると考えられる。このため、液滴の捕集効率が向上すると考えられる。凹部に液滴が溜まり、液面を形成した時点から液滴の捕集効率が上昇し始めると考えられる。
【００６６】
なお、液滴と液体を一体化させ、液滴の跳ね返りを抑制する観点から、排出ガスの密度が低いことが好ましい。オリフィス２６で加速された排出ガスの風圧は、排出ガスの密度と速度に比例する。排出ガスの密度を低くすることで排出ガスの速度があがっても風圧の影響が抑制され、液滴と液体の一体化が促進されると考えられる。
【００６７】
排出ガスの密度は、排出ガスを減圧すること、又は、排出ガスの質量を軽くすることで低くできる。したがって、液体貯留部５０は大気圧未満に減圧されていることが好ましい。また、排出ガスの主成分が質量の軽い水素又はヘリウムであることが好ましい。
【００６８】
以上、第１の実施形態によれば、液滴が液面に衝突することにより液滴と液体が一体化し、排出ガスに含まれる反応副生成物の液滴の捕集効率が向上する。したがって、排気管の閉塞や、排気ポンプの故障の抑制を可能とする成膜装置を提供することが可能となる。
【００６９】
（第２の実施形態）
第２の実施形態の成膜装置及び気液分離装置は、液体貯留部が底面を有する筒形状の構造を有する点で、第１の実施形態と異なる。以下、第１の実施形態と重複する内容については記述を省略する。
【００７０】
図５は、第２の実施形態の成膜装置の一例の模式図である。第２の実施形態の一例の成膜装置は、半導体装置の製造用の成膜装置２００である。第２の実施形態の成膜装置２００は、枚葉式のエピタキシャル膜の成膜装置２００である。
【００７１】
成膜装置２００は、反応室１０、ガス供給口１１、ステージ１２、ヒータ１４、クリーニングガス供給管１５、排出部１６、圧力調整バルブ１８、排気ポンプ２０（ポンプ）、除害装置２２、第１の排気管２４（第１の配管）、オリフィス２６（狭窄部）、第２の排気管２８（第２の配管）、排液管３０（第３の配管）、排液タンク３２（貯留容器）、冷却部４０、液体貯留部５０を備える。
【００７２】
液体貯留部５０は、底面を有する筒形状の構造である。液体貯留部５０は、底面を有する筒形状の凹部を有する。
【００７３】
液体貯留部５０は、排出ガスに含まれる反応副生成物の液滴を捕捉する機能を有する。液体貯留部５０は、液滴を捕捉し液体として貯める。液体貯留部５０は、液体を貯めることで液面を形成する。液体貯留部５０から溢れた反応副生成物の液滴は、排液管３０を通って、排液タンク３２に貯留される。
【００７４】
第２の実施形態によれば、第１の実施形態同様、液滴が液面に衝突することにより液滴と液体が一体化し、排出ガスに含まれる反応副生成物の液滴の捕集効率が向上する。したがって、排気管の閉塞や、排気ポンプの故障の抑制を可能とする成膜装置を提供することが可能となる。
【００７５】
（第３の実施形態）
第３の実施形態の成膜装置及び気液分離装置は、排液管３０、及び、排液タンク３２を備えない点で、第２の実施形態と異なる。以下、第１の実施形態及び第２の実施形態と重複する内容については記述を省略する。
【００７６】
図６は、第３の実施形態の成膜装置の一例の模式図である。第３の実施形態の一例の成膜装置は、半導体装置の製造用の成膜装置３００である。第３の実施形態の成膜装置３００は、枚葉式のエピタキシャル膜の成膜装置３００である。
【００７７】
成膜装置３００は、反応室１０、ガス供給口１１、ステージ１２、ヒータ１４、クリーニングガス供給管１５、排出部１６、圧力調整バルブ１８、排気ポンプ２０（ポンプ）、除害装置２２、第１の排気管２４（第１の配管）、オリフィス２６（狭窄部）、第２の排気管２８（第２の配管）、冷却部４０、液体貯留部５０を備える。
【００７８】
液体貯留部５０は、底面を有する筒形状である。液体貯留部５０は、排出ガスに含まれる反応副生成物の液滴を捕捉する機能を有する。液体貯留部５０は、液滴を捕捉し液体として貯め液面を形成する。
【００７９】
例えば、液体貯留部５０が液体で満たされる前に、液体貯留部５０を取り外し、液体貯留部５０に溜まった液体を除去する。
【００８０】
第３の実施形態によれば、第１の実施形態同様、液滴が液面に衝突することにより液滴と液体が一体化し、排出ガスに含まれる反応副生成物の液滴の捕集効率が向上する。したがって、排気管の閉塞や、排気ポンプの故障の抑制を可能とする成膜装置を提供することが可能となる。
【００８１】
（第４の実施形態）
第４の実施形態の成膜装置及び気液分離装置は、重力方向に凸となる屈曲構造を含む点で、第１ないし第３の実施形態と異なる。以下、第１ないし第３の実施形態と重複する内容については記述を省略する。
【００８２】
図７は、第４の実施形態の成膜装置の一例の模式図である。第４の実施形態の一例の成膜装置は、半導体装置の製造用の成膜装置４００である。第４の実施形態の成膜装置４００は、枚葉式のエピタキシャル膜の成膜装置４００である。
【００８３】
成膜装置４００は、反応室１０、ガス供給口１１、ステージ１２、ヒータ１４、クリーニングガス供給管１５、排出部１６、圧力調整バルブ１８、排気ポンプ２０（ポンプ）、除害装置２２、第１の排気管２４（第１の配管）、オリフィス２６（狭窄部）、第２の排気管２８（第２の配管）、排液管３０（第３の配管）、排液タンク３２（貯留容器）、接続管３６（第４の配管）、冷却部４０、液体貯留部５０、圧送ガス供給管５２、排液圧送管５４を備える。
【００８４】
液体貯留部５０はＵ字型配管５０ｃ（Ｕ−ｓｈａｐｅｄ  ｐｉｐｅ）を含む。Ｕ字型配管５０ｃは、重力方向ＤＧに凸となる屈曲構造の一例である。Ｕ字型配管は、重力方向ＤＧに凸領域が向くように配置されている。
【００８５】
クリーニングガス供給管１５は、バルブＶ０を有する。Ｕ字型配管５０ｃは、バルブＶ１を有する。接続管３６は、バルブＶ２を有する。圧送ガス供給管５２は、バルブＶ３を有する。排液圧送管５４はバルブＶ４を有する。
【００８６】
以下、第４の実施形態の成膜装置４００を用いた気液分離方法について説明する。ウェハＷ上にシリコンのエピタキシャル膜を形成する場合を例に説明する。第１の実施形態の気液分離方法と重複する内容については記述を一部省略する。
【００８７】
図８、図９、図１０、図１１、図１２、図１３は、第４の実施形態の成膜装置４００を用いた気液分離方法の説明図である。図８、図９、図１０、図１１、図１２、図１３において、バルブＶ０、Ｖ１、Ｖ２、Ｖ３、Ｖ４が白丸の場合はバルブが開いている状態、黒丸の場合はバルブが閉じている状態を表す。
【００８８】
まず、反応室１０にウェハＷを搬入し、ステージ１２の上に載置する。次に、ガス供給口１１から水素（Ｈ２）を流しながら、排気ポンプ２０を用いて反応室１０の内部を減圧状態にする。反応室１０内の圧力は、圧力調整バルブ１８を用いて所望の圧力に調整する。バルブＶ３とバルブＶ４は閉じている。バルブＶ１とバルブＶ２を開いて、排液タンク３２も減圧する（図８）。
【００８９】
次に、ヒータ１４を用いてウェハＷを、例えば、１０００℃に加熱する。
【００９０】
次に、ガス供給口１１から原料ガスを反応室１０内に供給し、ウェハＷの表面にシリコンのエピタキシャル膜を形成する。原料ガスは、例えば、ジクロロシラン（ＳｉＨ２Ｃｌ２）、水素（Ｈ２）、及び、塩化水素（ＨＣｌ）である。
【００９１】
シリコンのエピタキシャル膜を形成する際、反応副生成物として、トリクロロシラン（ＳｉＨＣｌ３）、テトラクロロシラン（ＳｉＣｌ４）、テトラクロロジシラン（Ｓｉ２Ｈ２Ｃｌ４）、ヘキサクロロジシラン（Ｓｉ２Ｃｌ６）、オクタクロロトリシラン（Ｓｉ３Ｃｌ８）などのクロロシラン類やクロロシランポリマー類（ＳｉｘＨｙＣｌｚ：ｘは２以上）のガスが生成される。
【００９２】
反応副生成物のガス、及び、成膜に用いられなかった原料ガスが反応室１０から排出されるガスに含まれることになる。
【００９３】
排出ガスが反応室１０の外に排出されると、排出ガスが冷却され、最初に沸点の高いクロロシランポリマー類のガスが凝縮して液化し液滴を形成する。さらに排出ガスの冷却が進むと、沸点の低いクロロシランポリマー類のガスやクロロシラン類のガスが凝縮して液化し液滴を形成する。
【００９４】
反応室１０から排出された排出ガスは、第１の排気管２４の中で冷却部４０により冷却され、液滴が更に成長する。
【００９５】
液滴を含む排出ガスはオリフィス２６で加速される。加速された排出ガスは、オリフィス２６から第１の方向Ｄ１に噴出される。
【００９６】
加速された液滴は、液体貯留部５０の傾斜面５０ａに衝突し傾斜面５０ａに付着する。傾斜面５０ａに付着した液滴は、傾斜面５０ａに沿って流れ、Ｕ字型配管５０ｃの底に溜まり始める。一定の時間が経過すると液面が形成される（図９）。
【００９７】
さらに液体が溜まると、オリフィス２６の直下にも液面が形成される（図１０）。オリフィス２６の直下に液面が形成されると、加速された液滴は液面に衝突し液体と一体化して捕捉される。
【００９８】
液面がＵ字型配管５０ｃと排液管３０との間の段差を超えると、液体は排液管３０を流れて、排液タンク３２に流れ込み貯留される。その後、オリフィス２６の直下の液面の高さは一定に保たれる。
【００９９】
シリコンのエピタキシャル膜の形成が終了した後、バルブＶ１とバルブＶ２を閉じる。そして、バルブＶ３とバルブＶ４を開ける。圧送ガス供給管５２から排液タンク３２に圧送ガスを供給し、排液タンク３２に溜まった液体を排液圧送管５４から外に圧送する（図１１）。圧送ガスは、例えば、窒素ガスである。
【０１００】
液体の圧送が終了した後、バルブＶ３とバルブＶ４を閉める。また、バルブＶ１とバルブＶ２を開いて、次のシリコンエピタキシャル膜の成長と、排気ガスからの液滴の分離と捕集を繰り返す（図１２）。
【０１０１】
原料ガスの積算流量が規定量に達し、反応室１０、第１の排気管２４、第２の排気管２８、液体貯留部５０などのクリーニングを行う場合、バルブＶ１とバルブＶ２を閉じ。バルブＶ０を開ける（図１３）。そして、反応室１０に接続されるクリーニングガス供給管１５からクリーニングガスを供給する。クリーニングガスは、例えば、例えば、三フッ化塩素（ＣｌＦ３）ガスである。
【０１０２】
反応室１０、第１の排気管２４、第２の排気管２８、液体貯留部５０などのクリーニングを行うことで、排気管の閉塞や、排気ポンプ２０の故障が更に抑制される。クリーニングの際には、液体貯留部５０のバルブＶ１より反応室１０側に溜まった液体も除去される。
【０１０３】
クリーニングを行った後、バルブＶ１とバルブＶ２を開いて、次のシリコンエピタキシャル膜の成長と、排気ガスからの液滴の分離と捕集を行う。その際、液体貯留部５０のバルブＶ１より排液管３０側に溜まった液体が、バルブＶ１を通って反応室１０側に溜まる。
したがって、オリフィス２６の直下に液面が形成するまでの時間が短くなる。
【０１０４】
図１４は、第４の実施形態の成膜装置の作用及び効果の説明図である。クリーニング後の原料ガスの積算供給量と、排液タンク３２に貯留された液体の捕集量との関係を示す。第１の実施形態及び比較形態の場合も示す。
【０１０５】
第４の実施形態の場合、第１の実施形態に比べ、捕集量が増大し始めるまでの時間が短くなる。これは、オリフィス２６の直下に液面が形成するまでの時間が短くなることに起因すると考えられる。
【０１０６】
また、第４の実施形態の場合、第１の実施形態及び比較形態に比べ、液体の捕集量が増加する。したがって、排気管の閉塞や、排気ポンプ２０の故障が更に抑制される。
【０１０７】
また、第４の実施形態では、液体貯留部５０の液面で捕捉された液滴による液体の増加体積分が、即時にＵ字型配管５０ｃと排液管３０との間の段差を超えて、排液タンク３２に流れ込む。したがって、例えば、原料ガスの成分比率や、ウェハ温度などの成膜条件を変えた場合の捕集量の変化を容易に観察できる。
【０１０８】
例えば、第１の実施形態の場合は、液体貯留部５０の液面で捕集された液滴は、排液管３０の斜面を流れて排液タンク３２に貯留されるので、液滴の液体貯留部５０での捕捉から排液タンク３２の貯留までにタイムラグが生じる。
【０１０９】
第４の実施形態においては、例えば、Ｕ字型配管５０ｃ以外の配管構造で、重力方向ＤＧに凸となる屈曲構造を形成しても構わない。
【０１１０】
第１ないし第４の実施形態においては、狭窄部の一例としてオリフィス２６を例に説明したが、狭窄部は開口面積が狭くなる構造であれば、オリフィス２６に限定されない。例えば、開口面積の狭い配管であっても構わない。
【０１１１】
第１ないし第４の実施形態においては、成膜装置として、半導体装置を製造する成膜装置を例に説明したが、本発明は、例えば、液晶装置を製造する成膜装置にも適用することが可能である。
【０１１２】
また、第１ないし第４の実施形態では、気液分離装置を、成膜装置に適用する場合を例に説明したが、第１ないし第４の実施形態の気液分離装置は、気体と液体の混合物から液体を分離する用途に広く用いることができる。例えば、液滴が含まれる気体から、液滴を分離する用途に広く用いることができる。例えば、コンプレッサーの排出ガス中に含まれるオイルの液滴を分離する用途に適用できる。また、例えば、車両等のエンジンからの排出ガス中に含まれるオイルの液滴を分離する用途に適用できる。また、例えば、燃料電池の排気ガス中に含まれる水を分離する用途に適用できる。また、例えば、空気清浄器の排気ガス中に含まれる水を分離する用途に適用できる。
【０１１３】
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。例えば、一実施形態の構成要素を他の実施形態の構成要素と置き換え又は変更してもよい。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
【符号の説明】
【０１１４】
１０      反応室
２０      排気ポンプ（ポンプ）
２４      第１の排気管（第１の配管）
２６      オリフィス（狭窄部）
２８      第２の排気管（第２の配管）
３０      排液管（第３の配管）
３２      排液タンク（貯留容器）
３６      接続管（第４の配管）
５０      液体貯留部
５０ａ    傾斜面
５０ｂ    土手
５０ｃ    Ｕ字型配管（屈曲構造）
Ｄ１      第１の方向
Ｄ２      第２の方向
Ｄ３      第３の方向
Ｅ１      第１の端部
Ｅ２      第２の端部
Ｅ３      第３の端部
Ｅ４      第４の端部
Ｇ        第２の端部の中心
Ｌ        直線
Ｓ１      第１の開口面積
Ｓ２      第２の開口面積
Ｓ３      第３の開口面積
１００    成膜装置
２００    成膜装置
３００    成膜装置
４００    成膜装置
【図１】
2019165108.tif 000003
【図２】
2019165108.tif 000004
【図３】
2019165108.tif 000005
【図４】
2019165108.tif 000006
【図５】
2019165108.tif 000007
【図６】
2019165108.tif 000008
【図７】
2019165108.tif 000009
【図８】
2019165108.tif 000010
【図９】
2019165108.tif 000011
【図１０】
2019165108.tif 000012
【図１１】
2019165108.tif 000013
【図１２】
2019165108.tif 000014
【図１３】
2019165108.tif 000015
【図１４】
2019165108.tif 000016