(57)【要約】【課題】            電極（アノード）と反応チャンバとの間のプラズマリアクタの乾燥領域の壁への粒子の付着を防止できるガス流処理装置を提供することにある。【解決手段】        本発明は、ガス流１２を処理する装置１０に関する。プラズマ発生器１４はプラズマフレア１６を有している。第１入口１８がガス流を装置内に導入する。プラズマ発生器の下流側には反応チャンバ２０が配置されている。第２入口２２が、液体を装置内に受入れて反応チャンバの内部表面２６上に液体堰を確立し固体堆積物が内部表面上に蓄積することを防止する。堰ガイドすなわちフローディレクタ２８は、液体を反応チャンバの内部表面上に指向させる環状外表面３０と、液体が環状外表面から環状内表面へと流れて環状内表面上に固体堆積物が蒸着するのを防止できるように環状外表面と流れ連通している環状内表面３４とを有している。【選択図】          図１
2014529492.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガス流を処理する装置において、プラズマフレアを発生するプラズマ発生器と、ガス流を装置内に導入する第１入口と、プラズマ発生器の下流側の反応チャンバとを有し、該反応チャンバ内では、発生されたプラズマフレアによりガス流が処理され、装置内に液体を受入れるための第２入口を有し、該第２入口は、反応チャンバの内部表面上に液体堰を確立して、プラズマ処理から生じる固体堆積物が内部表面上に蓄積するのを防止し、フローディレクタを更に有し、該フローディレクタは、第２入口と流れ連通しかつ前記内部表面に対向して配置された環状外表面と、該環状外表面と流れ連通している環状内表面とを備え、液体が環状内表面上を流れて該環状内表面上に蒸着することを防止することを特徴とするガス流処理装置。
【請求項２】
前記第２入口は、液体が、第２入口から環状外表面上をほぼ接線方向に流れるようにフローディレクタに対して整合されていることを特徴とする請求項１記載のガス流処理装置。
【請求項３】
前記フローディレクタは、環状内表面および環状外表面とプラズマ発生器との間に配置されたバリヤ表面を有し、環状内表面および環状外表面により指向された液体によりプラズマ発生器が濡れることを防止することを特徴とする請求項１または２記載のガス流処理装置。
【請求項４】
前記バリヤ表面には孔が形成され、該孔を通ってプラズマフレアが反応チャンバ内に進入できることを特徴とする請求項３記載のガス流処理装置。
【請求項５】
前記環状内表面および環状外表面は、バリヤ表面から下流側方向に垂下したほぼ環状の壁により形成されていることを特徴とする請求項３または４記載のガス流処理装置。
【請求項６】
前記環状内表面および環状外表面は環状壁に形成された切断部を介して流れ連通しており、切断部は、環状外表面からの液体を環状内表面に対してほぼ接線方向に指向させる形状を有していることを特徴とする請求項４記載のガス流処理装置。
【請求項７】
前記切断部は、環状壁を貫通する、接線方向に整合したボアにより形成されていることを特徴とする請求項６記載のガス流処理装置。
【請求項８】
前記環状外表面は、反応チャンバの直径より小さくかつ反応チャンバに近接する直径を有し、これにより、環状外表面３０の周囲に指向された液体が反応チャンバの内部表面上にほぼ接線方向に導かれて、実質的に全ての内部表面に亘って液体堰が確立されることを特徴とする請求項６記載のガス流処理装置。
【請求項９】
前記フローディレクタが炭化ケイ素で作られていることを特徴とする請求項１〜８のいずれか１項記載のガス流処理装置。
【請求項１０】
請求項１〜９のいずれか１項記載のガス流処理装置に使用されることを特徴とするフローディレクタ。
【請求項１１】
環状外表面を有するフローディレクタにおいて、環状外表面は、使用時に液体入口と流れ連通するように配置されかつ反応チャンバの内部表面上に液体を指向させるように反応チャンバの内部表面に対して位置決めされており、環状内表面を更に有し、該環状内表面は、液体が環状内表面上を流れて、フローディレクタの環状内表面上に蒸着することを防止するように環状外表面と流れ連通していることを特徴とするフローディレクタ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ガス流処理装置に関する。本発明は、半導体またはフラットパネルディスプレイ産業で使用されるプロセスチャンバからの排出ガス流の処理に特別な用途を有する。
【背景技術】
【０００２】
半導体デバイスの製造の第１段階は、蒸気前駆体の化学反応により半導体基板上に薄膜を形成することである。基板上に薄膜を蒸着させる１つの既知の技術は化学蒸着（chemical vapor deposition：ＣＶＤ）であり、これは、通常、プラズマ増強される。この技術では、プロセスガスは、基板を収容するプロセスチャンバに供給されかつ基板の表面上に薄膜を形成すべく反応する。薄膜を形成すべくプロセスチャンバに供給されるガスの例として、窒化ケイ素膜を形成するためのシランおよびアンモニア；ＳｉＯＮ膜を形成するためのシラン、アンモニアおよび亜酸化窒素；酸化ケイ素膜を形成するためのＴＥＯＳ、および酸素およびオゾンの一方；および酸化アルミニウム膜を形成するためのＡｌ(ＣＨ３)３および水蒸気があるが、これらに限定されるものではない。
【０００３】
プロセスチャンバから排出されるガスは、プラズマ除去装置（plasma abatement device）を用いて高効率かつ比較的低コストで処理できる。プラズマ除去法では、ガス流は高密度プラズマ中に流入され、かつガス流中のプラズマ種中の集中条件下で、酸素または水素と結合して比較的安定した副生物を生成する反応性種への解離を引き起こす高エネルギ電子と衝突される。
【０００４】
固体副生物（例えば、シラン酸化またはＴＥＯＳ酸化時のシリカ）を生成するガスのプラズマ除去中、プラズマフレアの下流側に位置する反応チャンバ内に閉塞問題が生じる。チャンバは、一般に直径約３０ｍｍ、長さ９０〜１５０ｍｍのパイプからなる。反応チャンバの目的は、限定体積内に高温ガスを収容して、除去反応を生じさせることにある。しかしながら、チャンバは、例えばシラン、ＴＥＯＳまたは有機シランを除去するときに内表面に付着した例えばシリカ粒子により閉塞されてしまうことがある。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
チャンバの壁への粒子の付着を防止する１つの方法として、壁表面に水堰を形成する方法がある。しかしながら、それにも係わらず、電極（アノード）と反応チャンバとの間にはプラズマリアクタの「乾燥」領域が生じ、電極自体は更なるクリーニングを必要とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、ガス流を処理する装置において、プラズマフレアを発生するプラズマ発生器と、ガス流を装置内に導入する第１入口と、プラズマ発生器の下流側の反応チャンバとを有し、該反応チャンバ内では、発生されたプラズマフレアによりガス流が処理され、装置内に液体を受入れるための第２入口を有し、該第２入口は、反応チャンバの内部表面上に液体堰を確立して、プラズマ処理から生じる固体堆積物が内部表面上に蓄積するのを防止し、フローディレクタすなわち堰ガイドを更に有し、該フローディレクタは、第２入口と流れ連通しかつ反応チャンバの内部表面に対向して配置された、反応チャンバの内部表面上に液体を指向させる環状外表面を備え、フローディレクタは更に、フローディレクタの環状外表面と流れ連通している環状内表面とを備え、これにより、液体がフローディレクタの環状内表面上を流れて該環状内表面上に蒸着することを防止するガス流処理装置を提供する。
【０００７】
第２態様として、本発明は、環状外表面を有するフローディレクタすなわち堰ガイドにおいて、環状外表面は、使用時に液体入口と流れ連通するように配置されかつ反応チャンバの内部表面上に液体を指向させるように反応チャンバの内部表面に対して位置決めされており、環状内表面を更に有し、該環状内表面は、液体が環状内表面上を流れて、フローディレクタの環状内表面上に蒸着することを防止するように環状外表面と流れ連通しているフローディレクタを提供する。
【０００８】
本発明を良く理解できるようにするため、単なる例示として示す本発明の幾つかの実施形態を、添付図面を参照して以下に説明する。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】ガス流を処理する本発明の装置を示す概略図である。
【図２】装置のフローディレクタを示す図面である。
【図３】使用時のフローディレクタを示す図面である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
図１を参照すると、ガス流１２を処理する装置１０が示されている。装置１０は、プラズマフレア１６を発生させるプラズマ発生器１４を有している。第１入口１８がガス流１２を装置１０内に導入する。プラズマ発生器１４の下流側に反応チャンバ２０が配置されており、該反応チャンバ２０内で、発生されたプラズマフレア１６によりガス流が処理される。幾分かのガスは、反応チャンバ２０の外部で処理することができる。
【００１１】
第２入口２２は、液体（一般的には水）を装置１０内に導入して、プラズマ処理からの固体堆積物が内部表面上に蓄積することを防止するための液体堰を、反応チャンバ２０の内部表面２６上に確立する。この例では、反応チャンバ２０はほぼ円筒状である。
【００１２】
図２および図３には、フローディレクタ（その全体を参照番号２８で示す）がより詳細に示されている。フローディレクタ２８は、反応チャンバ２０と一体に構成するか、処理装置１０に嵌合されるインサートで構成することもできる。フローディレクタ２８は環状外表面３０を有し、該環状外表面３０は、第２入口２２と流れ連通しておりかつ反応チャンバ２０の内部表面２６に対向するように配置され、水を内部表面２６上に指向させて水堰２４を確立する。フローディレクタ２８はまた、図１に小さい矢印３６で示すように環状外表面３０と流れ連通している環状内表面３４を有し、これにより、液体は環状内表面３４上を流れるように指向され、環状内表面３４上に蒸着することを防止する。環状内表面３４上を流れる液体は小さい水堰３８を確立し、この水堰３８は、最初に環状内表面３４上を流れ、次に重力により下降して、大きい水堰２４に合流する。したがって、フローディレクタ２８の内表面３４および外表面３０の両面に水堰が確立される。内表面３４と外表面３０との間の流れ連通は、図３により詳細に示されている。
【００１３】
フローディレクタ２８は、一方では環状内表面３４および環状外表面３０と、他方ではプラズマ発生器１４との間に位置するバリヤ表面４０を有し、該バリヤ表面４０は、環状内表面上および環状外表面上を流れる水堰２４、３８により、プラズマ発生器１４の濡れを防止する。この例でのバリヤ表面４０はほぼ半径方向内方に延びているフランジであり、水堰２４、３８とプラズマ発生器１４との間の物理的バリヤを形成する。バリヤ表面４０は、プラズマ発生器１４が損傷を受けることを防止する。バリヤ表面４０には孔４２が形成され、該孔４２を通ってプラズマフレア１６が反応チャンバ２０内に進入できる。孔４２は、プラズマフレア１６が通常は孔４２に接触することがないように充分大きくなくてはならない。さもなければ、孔４２が高温のプラズマにより劣化してしまう。
【００１４】
環状内表面３４および環状外表面３０は、バリヤ表面４０から下流側方向に垂下するほぼ環状の壁４４により形成されている。環状壁４４は、装置の全体寸法にもよるが、図１に示すように、バリヤ表面４０に対してほぼ垂直に約１０〜２０ｍｍ延びている。図２および図３は、フローディレクタ２８をより詳細に示している。環状内表面３４はほぼ円筒状であるが、この例では、環状外表面３０は、液体入口２２からの液体３２を反応チャンバ２０の内部壁上に指向させる湾曲面を有している。バリヤ表面４０は、環状壁４４の上流側縁部から垂直に延びている２つのフランジにより形成された第１表面４６および第２表面４８で形成されている。バリヤ表面４６は、水が主堰２４から上流側に流れることを防止し、一方、バリヤ表面４８は、水が小さい方の堰３８から上流側に流れることを防止する。図１に示す構成ではよくあることであるが、バリヤ表面４６、４８は整合していない。
【００１５】
図３は、使用時のフローディレクタ２８を、その上流側から見た断面図である。水３２は、フローディレクタ２８の環状形状に対してほぼ接線方向の角度をなして、入口２２を通って装置１０内に導入される。環状外表面３０は、その全周を通るように水を指向させ、反応チャンバ２０の３６０°の範囲に亘って水堰２４を確立する。環状外表面３０は、反応チャンバ２０の内部表面２６と協働して、水が流れる環状チャネルを形成する。湾曲した環状外表面３０はまた、水を徐々に下方に指向させる。環状壁４４の切断部５０は、フローディレクタ２８の環状内表面３４と環状外表面３０との間の流れ連通を可能にする。切断部５０は、環状壁４４の周囲の任意の遮断部、例えば貫通ボアまたはチャネルで構成できるが、環状外表面３０上を循環する幾分かの水（全部の水ではない）が環状内表面３４上に指向されるように構成すべきである。これにより、反応チャンバ２０の全周範囲に亘って主水堰２４を確立するのに必要な水が環状外表面３０から枯渇することはない。これとは逆に、環状内表面３４の全体に亘って水堰３８を確立すべく、環状内表面３４には充分な水が導かれなくてはならない。切断部すなわち貫通ボア５０は、好ましくは入口２２の１／２より小さいコンダクタンスを有することが好ましい。
【００１６】
このチャネル５０のサイズは、中央オリフィスの周囲の水の流れを最適化するように選択される。このチャネルが大き過ぎる場合には、多量の水が中央オリフィスに流入して、プラズマフレア１６の有害な冷却を引き起こすスプレーを発生させる。一方、チャネルが小さ過ぎると、中央オリフィスに流入する水が不充分になり、オリフィスの内部壁を完全に洗浄できずかつ固形物の付着および発生を防止できなくなる。
【００１７】
図３に示す例では、貫通ボア５０は、水を、環状内表面３４上に向けてほぼ接線方向に導き、環状内表面３４の全周範囲に亘って小さい方の水堰３８を確立すべく、接線方向に整合されている。また、貫通ボア５０は入口２２からほぼ直径方向に対向する位置または少なくとも入口２２の直ぐ下流側にはない位置に配置して、装置１０内に導入される加圧水が入口２２から貫通ボア５０へと直接強く送り込まれないようにするのが好ましい。
【００１８】
環状外表面３０は反応チャンバ２０の直径より小さくかつ反応チャンバ２０に近接する直径を有する。これにより、環状外表面３０の周囲に向けられた液体が反応チャンバ２０の内部表面２６上にほぼ接線方向に導かれて、実質的に全ての内部表面２６に亘って液体堰が確立される。１〜１．５バールの水入口圧力では、環状外表面３０と反応チャンバ２０の内部壁との間の間隔を２ｍｍにすると良い結果が得られることが判明している。
【００１９】
前述のように、フローディレクタ２８は、反応チャンバ２０の口に配置されるインサートで構成することができる。耐熱性を確保しかつ腐食を防止するため、堰ガイドとしても知られているフローディレクタ２８は、焼結炭化ケイ素で製造することができる。この材料並びに他のセラミックは熱的安定性を有し、したがって、温度が１５００℃にも達するプラズマフレア１６に近接して配置するのに適している。炭化ケイ素はまた、半導体産業で広く使用されているハロゲン含有薬品（特に、フッ素およびＨＦ）からの攻撃にも化学的に耐えることができる。
【符号の説明】
【００２０】
１０  ガス流処理装置
１２  ガス流
１４  プラズマ発生器
１６  プラズマフレア
１８  第１入口
２０  反応チャンバ
２２  第２入口
２４  大きい方の流体堰（水堰、主堰）
２６  反応チャンバの内部表面
２８  フローディレクタ
３０  環状外表面
３４  環状内表面
３８  小さい方の水堰
４０、４６、４８  バリヤ表面
【図１】
2014529492.tif 000003
【図２】
2014529492.tif 000004
【図３】
2014529492.tif 000005
【国際調査報告】
2014529492.tif 000006
2014529492.tif 000007
2014529492.tif 000008