特許 6371738 成膜装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6371738

(24)【登録日】2018年7月20日

(45)【発行日】2018年8月8日

(54)【発明の名称】成膜装置

(51)【国際特許分類】

   H01L 21/205 20060101AFI20180730BHJP

   C23C 16/44 20060101ALI20180730BHJP

   H01L 21/31 20060101ALI20180730BHJP

【ＦＩ】

   H01L21/205

   C23C16/44 J

   H01L21/31 B

【請求項の数】10

【全頁数】14

(21)【出願番号】特願2015-108792(P2015-108792)

(22)【出願日】2015年5月28日

(65)【公開番号】特開2016-225411(P2016-225411A)

(43)【公開日】2016年12月28日

【審査請求日】2017年9月13日

(73)【特許権者】

【識別番号】000003078

【氏名又は名称】株式会社東芝

(73)【特許権者】

【識別番号】317011920

【氏名又は名称】東芝デバイス＆ストレージ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100091982

【弁理士】

【氏名又は名称】永井 浩之

(74)【代理人】

【識別番号】100091487

【弁理士】

【氏名又は名称】中村 行孝

(74)【代理人】

【識別番号】100082991

【弁理士】

【氏名又は名称】佐藤 泰和

(74)【代理人】

【識別番号】100105153

【弁理士】

【氏名又は名称】朝倉 悟

(74)【代理人】

【識別番号】100107582

【弁理士】

【氏名又は名称】関根 毅

(74)【代理人】

【識別番号】100118843

【弁理士】

【氏名又は名称】赤岡 明

(72)【発明者】

【氏名】中田 錬平

(72)【発明者】

【氏名】大塚 賢一

(72)【発明者】

【氏名】黒田 雄一

(72)【発明者】

【氏名】平野 雅輝

(72)【発明者】

【氏名】宮下 直人

(72)【発明者】

【氏名】三木 勉

【審査官】 正山 旭

(56)【参考文献】

【文献】 特開平９−１８６０９９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１３−１２５８１０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平１１−１１１７０５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平７−１７４２５６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０００−１１９８５９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００７−１６２１０８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１４−２１６４８９（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０１Ｌ ２１／２０５

Ｃ２３Ｃ １６／４４

Ｈ０１Ｌ ２１／３１

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

成膜室と、
前記成膜室に接続され、排出ガスを前記成膜室から導出する第１配管部であって、前記排出ガスの移動方向に対して垂直方向の断面において第１開口面積を有する第１配管部と、
前記第１配管部において液化した前記排出ガスを排液する排液部と、
前記第１配管部と前記排液部との間に設けられ、前記排出ガスの移動方向に対して垂直方向の断面おいて前記第１開口面積よりも小さい第２開口面積を有する第２配管部とを備えた、成膜装置。

【請求項2】

前記第２配管部の前記第１配管部側の端部は、前記第２配管部の外縁から前記第２配管部の中心部へ近づくに従って重力方向へ傾斜している、請求項１に記載の成膜装置。

【請求項3】

前記第１配管部の周囲に設けられ、冷媒を通過させる冷却管をさらに備えた、請求項１または請求項２に記載の成膜装置。

【請求項4】

前記排液部は、前記第１および第２配管部よりも低い位置に配置された排液タンクまたは排液管である、請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の成膜装置。

【請求項5】

前記第２配管部における前記反応副生成物の移動速度は、前記第１配管部における前記反応副生成物の移動速度よりも速い、請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の成膜装置。

【請求項6】

前記第２配管部と前記排液部との間に設けられ、前記第２配管部における前記反応副生成物の移動方向に対向する第１面を有する第１部材をさらに備えた、請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の成膜装置。

【請求項7】

前記第１部材の前記第１面は、前記排液部に近づくに従って重力方向へ傾斜している、請求項６に記載の成膜装置。

【請求項8】

前記第２開口面積は、前記第１開口面積の２０％以下である、請求項１から請求項７のいずれか一項に記載の成膜装置。

【請求項9】

前記排液部の上方を介して前記第２配管部に連通し、液化されていない前記排出ガスを排気する第３配管部と、
前記第１配管部と前記第２配管部との間に一端が接続され、前記第２配管部、前記排液部を介さずに他端が前記第３配管部に接続された第４配管部と、
前記第４配管部に設けられた第１バルブと、
前記第２配管部と前記第３配管部との間に設けられた第２バルブとを備えた、請求項１から請求項８のいずれか一項に記載の成膜装置。

【請求項10】

前記第２開口面積は可変であり、
前記第２開口面積は、前記成膜室を減圧するときに第１面積となり、前記排出ガスを排出するときに前記第１面積よりも小さな第２面積となる、請求項１から請求項７のいずれか一項に記載の成膜装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明による実施形態は、成膜装置に関する。

【背景技術】

【0002】

半導体製造プロセスや液晶製造プロセス等に用いられる成膜装置は、基板上に材料膜を形成するために成膜チャンバ内において基板を加熱し、原料ガス等を成膜チャンバ内に供給する。成膜チャンバ内に共有された原料ガスは、成膜チャンバ内にて反応し、基板上に材料膜を形成する。成膜に用いられずに残った原料ガス、および、成膜反応によって生成された反応副生成物等を含む排出ガスは、成膜チャンバから排気管、ポンプ、除害装置等を介して成膜チャンバの外部へ排出される。

【0003】

しかし、排出ガスは、成膜チャンバから排気管を通過する際に冷却され、凝縮して液体になる場合がある。この場合、液体の排出ガスは、排気管の内壁に付着して排気管を閉塞させ、あるいは、排気ポンプの内部に付着して排気ポンプを故障させるおそれがあった。排気管が閉塞したり、排気ポンプが故障した場合、排気管や排気ポンプを成膜装置から取り外して洗浄したり修理する必要がある。しかし、成膜に用いられる原料や反応副生成物には、大気中の水分と反応して有害ガスを発生したり、発火する物質が含まれる場合もある。従って、排気管や排気ポンプ等の交換作業は、非常に危険であった。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２０１３−１２５８１０号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

排気管または排気ポンプの閉塞や故障を抑制することができる成膜装置を提供する。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本実施形態による成膜装置は、成膜室を備える。第１配管部は、成膜室に接続され、排出ガスを成膜室から導出する。第１配管部は、排出ガスの移動方向に対して垂直方向の断面において第１開口面積を有する。排液部は、第１配管部において液化した排出ガスを排液する。第２配管部は、第１配管部と排液部との間に設けられ、排出ガスの移動方向に対して垂直方向の断面おいて第１開口面積よりも小さい第２開口面積を有する。

【図面の簡単な説明】

【0007】

【図1】第１の実施形態に従った成膜装置１００の構成の一例を示す概略図。

【図2】排出ガスの積算流量に対する液化した排出ガスの捕捉量を示すグラフ。

【図3】冷却部１０の開口面積Ｓ１０に対する加速部２０の開口面積Ｓ２０の比率（Ｓ２０／Ｓ１０）と排出ガスの液滴の捕捉率との関係を示すグラフ。

【図4】捕捉部３０の構成の一例を示す断面図。

【図5】第２の実施形態に従った成膜装置２００の構成の一例を示す概略図。

【図6】第３の実施形態に従った成膜装置３００の構成の一例を示す概略図。

【発明を実施するための形態】

【0008】

以下、図面を参照して本発明に係る実施形態を説明する。本実施形態は、本発明を限定するものではない。

【0009】

（第１の実施形態）
図１は、第１の実施形態に従った成膜装置１００の構成の一例を示す概略図である。成膜装置１００は、成膜チャンバ１と、ステージ２と、ヒータ３と、導入部４と、排出部５とを備えている。

【0010】

成膜装置１００は、例えば、ＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）装置、エピタキシャル成膜装置等の半導体製造装置あるいは液晶製造装置でよい。成膜装置１００は、成膜チャンバ１内において導入部４から導入された原料ガスを用いてステージ２上に載置された基板Ｗ上に材料膜を成膜する。

【0011】

成膜室としての成膜チャンバ１は、ステージ２およびヒータ３を内蔵しており、成膜処理時には、その内部が減圧される。ステージ２は、その上に基板（例えば、半導体ウェハ）Ｗを載置可能であり、ヒータ３は、ステージ２上に載置された基板Ｗを加熱可能である。導入部４は、成膜に用いられる原料ガスを成膜チャンバ１へ導入するために成膜チャンバ１に接続された配管である。

【0012】

排出部５は、成膜チャンバ１に接続されており、成膜に用いられずに成膜チャンバ１内に残留する原料ガスおよび成膜処理によって生成された反応副生成物のガス（以下、排出ガスともいう）を成膜チャンバ１から排出する。排出部５は、冷却部（第１配管部）１０と、冷却管１２と、加速部（第２配管部）２０と、捕捉部（第１部材）３０と、排液部４０と、第３配管部５０と、圧力調整バルブ６０と、排気ポンプ７０と、除害装置８０と、クリーニングガス導入配管９０とを備えている。

【0013】

第１配管部としての冷却部１０は、その一端が成膜チャンバ１に接続され、他端が加速部２０に接続されている。成膜チャンバ１内に残留する排出ガスを成膜チャンバ１から加速部２０へと通過させる。このとき、冷却部１０は、排出ガスを冷却し、排出ガスの少なくとも一部を凝縮して液化する。本実施形態において、冷却部１０は、液化した排出ガスが重力方向Ｄｇへ移動するように重力方向（鉛直下方向）Ｄｇに延伸している。

【0014】

冷却管１２は、冷却部１０の周囲にらせん状に巻き付けられた配管であり、排出ガスを冷却するために冷媒を通過させる。冷媒は、例えば、水などの媒体でよい。本実施形態において冷却部１０は、冷却管１２を通過する冷媒によって冷却されている。しかし、冷却管１２は設けられていなくてもよい。この場合、冷却部１０は、内部の排出ガスと外部の大気との熱交換によって排出ガスを冷却（空冷）する。即ち、冷却部１０は、単に配管として設けられていてもよい。冷却部１０および冷却管１２には、例えば、ステンレス等の高い腐食耐性を有する材料を用いればよい。

【0015】

第２配管部としての加速部２０は、その一端が冷却部１０に接続され、他端が捕捉部３０に接続されている。加速部２０は、冷却部１０に連通しており、重力方向Ｄｇに延伸するように設けられている。加速部２０は、冷却部１０において液化した排出ガスの液滴を捕捉部３０へ向かって加速させるために比較的小さな開口面積を有する。即ち、加速部２０は、排出ガスの移動方向に対して垂直方向の断面における開口面積が冷却部１０のそれよりも小さい。例えば、冷却部１０の開口面積を第１開口面積Ｓ１０とし、加速部２０の開口面積を第２開口面積Ｓ２０とした場合、第２開口面積Ｓ２０は、第１開口面積Ｓ１０よりも小さい。従って、排気ポンプ７０が排出ガスを引き抜こう（吸い込もう）とすると、排出ガスが冷却部１０から加速部２０を通過するときに加速される。換言すると、冷却部１０と第３配管部５０との間の気圧差によって、冷却部１０内に存在する排出ガスは、開口面積の比較的小さな加速部２０において加速される。これにより、加速部２０における排出ガスの移動速度（流速）は、冷却部１０における排出ガスの移動速度（流速）よりも速くなる。従って、液化した排出ガスの液滴も、気体の排出ガスとともに、加速部２０で加速され、捕捉部３０へ向かって移動する。また、加速部２０は冷却部１０ととともに重力方向Ｄｇへ向かって延伸しており開口しているので、排出ガスの液滴は、加速部２０による加速だけでなく、重力によっても加速される。但し、加速部２０の延伸方向は、重力方向Ｄｇに対して傾斜方向、あるいは、水平方向であってもよい。この場合、排出ガスの液滴は、重力による加速効果が小さくなり、あるいは、得られないが、加速部２０における加速効果については依然として得ることができる。

【0016】

さらに、加速部２０は、冷却部１０側の端部において傾斜面Ｆ２０を有する。傾斜面Ｆ２０は、加速部２０の外縁から加速部２０の中心部へ近づくに従って重力方向Ｄｇへ傾斜するように設けられている。これにより、液化した排出ガスが冷却部１０の内壁に付着しても、排出ガスの液体は、加速部２０の冷却部１０側の端部に滞留することなく、傾斜面Ｆ２０上を伝って（流れて）加速部２０の下方にある捕捉部３０へ流れ落ちることができる。

【0017】

第１部材としての捕捉部３０は、加速部２０と排液部４０との間に設けられ、加速部２０における排出ガスの移動方向に対向する第１面Ｆ３０を有する。これにより、加速部２０によって加速された排出ガスの液滴は、捕捉部３０の第１面Ｆ３０に衝突し、付着する。さらに、第１面Ｆ３０は、排液部４０に近づくに従って重力方向Ｄｇへ傾斜している。即ち、第１面Ｆ３０は、液体が排液部４０へ向かって流れるように傾斜している。これにより、第１面Ｆ３０に付着した排出ガスの液滴は、排液部４０へ流れていき、排液部４０へ収容される。

【0018】

排液部４０は、捕捉部３０と第３配管部５０との間に設けられた排液タンクであり、液化した排出ガスの液体を滞留させる。排液部４０は、排出ガスの液体を集めるために、冷却部１０、加速部２０および捕捉部３０よりも下流側に設けられており、冷却部１０、加速部２０、捕捉部３０、第３配管部５０よりも重力方向Ｄｇにおいて低い位置に配置されている。これにより、排出ガスの液滴が排液部４０から冷却部１０、加速部２０および捕捉部３０へ逆流することを抑制することができる。また、排出ガスの液滴が排液部４０から第３配管部５０へ流れ出ることを抑制することができる。

【0019】

尚、排液部４０は、排液タンクに代えて、排液管（排液ドレイン）であってもよい。この場合、排液タンクは、成膜装置１００の外部に配置し、排液管としての排液部４０が排出ガスの液体を排液タンクまで搬送すればよい。さらに、排液部４０は、排液タンクおよび排液管の両方であってもよい。この場合、排液部４０は、排出ガスの液体を排液タンクに一旦滞留させ、その排出ガスの液体を、排液管を介して成膜装置１００の外部へ搬送すればよい。

【0020】

第３配管部５０は、排液部４０の上方に位置し、且つ捕捉部３０を介して加速部２０に連通している。これにより、液化されていない気体の排出ガスは、加速部２０を通過した後、排液部４０の上方を通って、第３配管部５０へ流れる。第３配管部５０は、排気ポンプ７０に接続されており、第３配管部５０を通過した気体の排出ガスは、排気ポンプ７０によって除害装置８０へ流れる。

【0021】

圧力調整バルブ６０は、第３配管部５０内に設けられており、第３配管部５０の開口度を調節することによって反応チャンバ１０内の気圧を調整する。尚、加速部２０、捕捉部３０、排液部４０、第３配管部５０および圧力調整バルブ６０には、例えば、ステンレス等の排出ガスに対する耐性を有する材料を用いればよい。

【0022】

排気ポンプ７０は、第３配管部５０と除害装置８０との間に設けられており、排出ガスを排気するとともに、成膜チャンバ１の内部を真空引きして減圧するために用いられる。排気ポンプ７０が成膜チャンバ１から排出ガスを引き抜くことによって、気体の排出ガスおよび排出ガスの液滴は、冷却部１０を通過して、加速部２０で加速され得る。

【0023】

除害装置８０は、排気ポンプ７０の下流側に接続されており、排出ガスを無害化する。除害装置８０は、無害化された排出ガスを成膜装置１００の外部へ排出する。

【0024】

洗浄配管９０は、成膜チャンバ１と冷却部１０との間に接続されており、洗浄用のガス（例えば、ＣｌＦ_３ガス）を冷却部１０、加速部２０および捕捉部３０へ流すことができる。

【0025】

次に、成膜装置１００の動作を説明する。ここでは、基板Ｗ上にシリコンエピタキシャル層を成長させる工程について説明する。

【0026】

まず、基板Ｗをステージ２上にロードする。排気ポンプ７０を用いて成膜チャンバ１を真空引きし、成膜チャンバ１内を減圧状態にする。成膜チャンバ１へ水素ガスを供給しながら、圧力調整バルブ６０を用いて成膜チャンバ１内の圧力を制御する。また、ヒータ３を用いて基板Ｗの温度を、例えば、約１０００℃まで加熱する。

【0027】

次に、導入部４が原料ガスとしてジクロロシラン（ＳｉＨ_２Ｃｌ_２）ガス、水素（Ｈ_２）ガス、塩化水素（ＨＣｌ）ガスを流し、基板Ｗ上にシリコンエピタキシャル膜を成長させる。このとき、反応副生成物として、トリクロロシラン（ＳｉＨＣｌ_３）、テトラクロロシラン（ＳｉＣｌ_４）等のクロロシランモノマ類のガス、テトラクロロジシラン（Ｓｉ_２Ｈ_２Ｃｌ_４）、ヘキサクロロジシラン（Ｓｉ_２Ｃｌ_６）、オクタクロロトリシラン（Ｓｉ_３Ｃｌ_８）などのクロロシランポリマ類（ＳｉｘＨｙＣｌｚ：ｘは２以上）のガス等が生成される。また、成膜に用いられなかった原料ガスも成膜チャンバ１内に残存する。従って、ジクロロシランのモノマ類およびポリマ類も排出ガスに含まれている。

【0028】

これらの反応副生成物のガスおよび原料ガスは、成膜チャンバ１から排出される必要がある。なお、反応副生成物および原料ガスの分子量が大きいほど、沸点が高くなる。例えば、原料ガスのジクロロシランの沸点は、約８℃であるのに対し、トリクロロシランの沸点は、約３１℃、テトラクロロシランの沸点は、約５７℃である。従って、トリクロロシランやテトラクロロシランは凝縮しやすい。また、例えば、クロロシランポリマ類の沸点は、クロロシランモノマ類（分子量の小さいクロロシランポリマ類を含み得る）よりも高く凝縮しやすい。従って、排出ガスが冷却部１０へ移動して冷却されると、クロロシランポリマ類のガスは、凝縮して液体となり、粒子径の大きな液滴として冷却部１０内を浮遊し、あるいは、冷却部１０の内壁に付着する。また、比較的沸点の低いクロロシランモノマ類も冷却部１０で冷却されると凝縮して液滴となり得る。冷却管１２は、例えば、約１０℃の水を冷媒として流している。尚、原料ガスのジクロロシランは、比較的沸点が低いので、その一部が体のまま冷却部１０を通過し得るが、気体は、ポンプ７０および除害装置８０を介して排出される。

【0029】

冷却部１０において冷却された排出ガスは、加速部１０において排気方向（ここでは重力方向Ｄｇと同方向）に加速される。このとき、クロロシランモノマ類の液滴およびクロロシランポリマ類の液滴は、気体の排出ガスとともに加速されて、捕捉部３０の第１面Ｆ３０へ向かって移動する。また、冷却部１０の内壁に付着した排出ガスの液体は、重力方向Ｄｇに流れ落ちていく。加速部２０は傾斜面Ｆ２０を有するので、排出ガスの液体は、加速部２０の端部で滞留することなく、傾斜面Ｆ２０を伝って捕捉部３０へ向かって流れ落ちることができる。

【0030】

また、高分子のクロロシランポリマ類の液体は、粘性が比較的強く、壁面に付着した場合に流れ難い。しかし、低分子のクロロシランポリマ類の液体やクロロシランモノマの液体は、粘性が比較的弱く、同時に壁面に付着した場合に流れ易い。本実施形態では、冷却部１０において、排出ガスを冷却することによって、クロロシランポリマ類のガスだけでなく、クロロシランモノマ類のガスも液化している。従って、粘性の高いクロロシランポリマ類の液体だけでなく、粘性の低いクロロシランポリマ類やモノマ類の液体も冷却部１０の内壁に付着するため、排出ガスの液体は、冷却部１０の内壁や加速部２０の傾斜面Ｆ２０を容易に流れることができる。その結果、排出ガスの液体が捕捉し易くなり、冷却部１０、加速部２０、排気ポンプ７０等が閉塞し難くなる。

【0031】

その後、捕捉部３０の第１面Ｆ３０に向かって加速されたクロロシランモノマ類の液滴およびクロロシランポリマ類の液滴は、第１面Ｆ３０に衝突し付着する。第１面３０に付着した液滴は、第１面Ｆ３０の傾斜に沿って排液部４０へと流れ込む。

【0032】

排液部４０は、クロロシランモノマ類およびクロロシランポリマ類を含む液化した排出ガスを溜め、あるいは、成膜装置１００の外部へ搬送する。

【0033】

気体のままの排出ガスは、捕捉部３０から第３配管部５０を介して排出ポンプ７０で除害装置８０へ搬送される。気体の排出ガスは、除害装置８０で除害処理されて成膜装置１００の外部へ排気される。

【0034】

以上のように本実施形態による成膜装置１００は、冷却部１０と排液部４０との間に加速部２０を備えている。加速部２０の開口面積（排出ガスの移動方向（重力方向Ｄｇ）に対して垂直方向の断面における開口面積）Ｓ２０は、冷却部１０の開口面積Ｓ１０よりも小さい。これにより、加速部２０は、排出ガスが凝縮して発生した液滴を排出ガスの移動方向（重力方向Ｄｇ）へ加速し、捕捉部３０へ衝突させることができる。その結果、成膜装置１００は、排出ガスの液滴（例えば、クロロシランモノマ類およびクロロシランポリマ類の液滴）を、より確実に捕捉部３０に付着させることができ、より確実に排液部４０に流すことができる。即ち、成膜装置１００は、排出ガスの液滴と気体の排出ガスとを分離し、排出ガスの液滴については排液部４０へ排液し、気体の排出ガスについては排気ポンプ７０を介して除害装置８０において除害処理してから排気することができる。

【0035】

もし、冷却部１０、加速部２０、捕捉部３０および排液部４０が設けられていない場合、排出ガスの液滴は、気体の排出ガス中に浮遊したまま、第３配管部５０および排気ポンプ７０へ進入してしまう。この場合、圧力調整バルブ６０や排気ポンプ７０に排出ガスの液滴が付着して、圧力調整バルブ６０や排気ポンプ７０を閉塞させてしまうおそれがある。

【0036】

これに対し、本実施形態によれば、成膜装置１００は、排出ガスの液滴と気体の排出ガスとを分離し、排出ガスの液滴と気体の排出ガスとをそれぞれ別々に排出することができる。従って、排出ガスの液滴によって圧力調整バルブ６０や排気ポンプ７０を閉塞させてしまうことを抑制することができる。これにより、液化した排出ガスを効率的に且つ安全に除去し、排気管や排気ポンプの閉塞や故障を抑制することができる。

【0037】

また、もし、冷却部１０および排液部４０が設けられているものの、加速部２０および捕捉部３０が設けられていない場合、排出ガスの液滴の多くは、やはり気体の排出ガス中に浮遊したまま、第３配管部５０および排気ポンプ７０へ進入してしまう。例えば、図２は、排出ガスの積算流量に対する液化した排出ガスの捕捉量を示すグラフである。ラインＬ１が本実施形態による成膜装置１００の捕捉量を示す。ラインＬ２は、冷却部１０および排液部４０を備えているが加速部２０および捕捉部３０を備えていない成膜装置の捕捉量を示す。

【0038】

ラインＬ２を参照すると、加速部２０および捕捉部３０を備えていない成膜装置は、排出ガスの積算流量が少ないときに、液化した排出ガスを少ししか捕捉できない。この場合、排出ガスの積算流量が少ないとき、液化した排出ガスは、冷却部１０の内壁に付着したまま流れてこない。その後、排出ガスの積算流量が多くなると、液化した排出ガスは、冷却部１０の内壁から流れ出し、液化した排出ガスの捕捉量が多くなる。これにより、ラインＬ２の傾きは２段階で変化する。

【0039】

これに対し、ラインＬ１を参照すると、本実施形態による成膜装置１００は、排出ガスの流量に関わらず、多くの液化した排出ガスを捕捉することができることがわかる。このように、本実施形態によれば、加速部２０が排出ガスの液滴を加速し、捕捉部３０がこの液滴を集中的に捕捉するので、液化した排出ガスをより効率的に除去することができる。

【0040】

加速部２０の冷却部１０側の端部は、傾斜面Ｆ２０を有する。これにより、冷却部１０の内壁に付着した排出ガスの液滴が捕捉部３０へ流れ易くなる。また、捕捉部３０は、排液部４０へ向かって傾斜する第１面Ｆ３０を有する。これにより、排出ガスの液滴が排液部４０へ流れ易くなる。さらに、排液部４０は、冷却部１０、加速部２０、捕捉部３０、第３配管部５０よりも下方向（重力方向Ｄｇ）に配置されている。従って、排液部４０に流れ込んだ排出ガスの液体が逆流したり、排気ポンプ７０側へ流れ込むことを抑制することができる。洗浄用のガスを導入する洗浄配管９０を組み合わせることによって、排気部５内の配管部や排気ポンプ７０の閉塞の抑制効果をさらに高めることができる。

【0041】

（加速部２０の開口面積Ｓ２０についての考察）
次に、加速部２０の開口面積Ｓ２０について考察する。
図３は、冷却部１０の開口面積Ｓ１０に対する加速部２０の開口面積Ｓ２０の比率（Ｓ２０／Ｓ１０）と排出ガスの液滴の捕捉率との関係を示すグラフである。横軸は、冷却部１０の開口面積Ｓ１０に対する加速部２０の開口面積Ｓ２０の比率（Ｓ２０／Ｓ１０）を示す。縦軸は、排出ガスの液滴の捕捉率を示す。ラインΦ１は、排出ガスの液滴の粒子径（直径）が約１μｍである場合の捕捉率を示す。ラインΦ５は、排出ガスの液滴の粒子径（直径）が約５μｍである場合の捕捉率を示す。ラインΦ１０は、排出ガスの液滴の粒子径（直径）が約１０μｍである場合の捕捉率を示す。ラインΦ１５は、排出ガスの液滴の粒子径（直径）が約１５μｍである場合の捕捉率を示す。ラインΦ２０は、排出ガスの液滴の粒子径（直径）が約２０μｍである場合の捕捉率を示す。ラインΦ２７は、排出ガスの液滴の粒子径（直径）が約２７μｍである場合の捕捉率を示す。

【0042】

この実験で用いた冷却部１０の開口径は、約５ｃｍであり、開口面積Ｓ１０は、約２．５^２πｃｍ^２であった。成膜チャンバ１内の気圧は約８ｋＰａであり、導入部４０から導入されるガス流量は約２０リットル／分であった。排出ガス（Ｓｉ_２Ｃｌ_６）の液滴の密度は、約１．５６ｋｇ／リットルであった。

【0043】

ここで、開口面積の比率Ｓ２０／Ｓ１０が約２０％を超えると、粒子径１０μｍ以下の液滴の捕捉率がほぼ０％になってしまう。即ち、加速部２０の開口面積Ｓ２０が（２．５^２π／５）ｃｍ^２を超えると、排気部５は、粒子径１０μｍ以下の液滴をほとんど捕捉することができない。従って、粒子径１０μｍ以下の液滴を有効に捕捉するためには、開口面積の比率Ｓ２０／Ｓ１０は、約２０％以下であることの好ましい。即ち、加速部２０の開口面積Ｓ２０は、約（２．５^２π／５）ｃｍ^２以下であることが好ましい。

【0044】

さらに、開口面積の比率Ｓ２０／Ｓ１０が約１０％を超えると、粒子径５μｍ以下の液滴の捕捉率がほぼ０％になってしまう。即ち、加速部２０の開口面積Ｓ２０が（２．５^２π／１０）ｃｍ^２を超えると、排気部５は、粒子径５μｍ以下の液滴をほとんど捕捉することができない。従って、粒子径５μｍ以下の液滴を有効に捕捉するためには、開口面積の比率Ｓ２０／Ｓ１０は、約１０％以下であることがさらに好ましい。即ち、加速部２０の開口面積Ｓ２０は、約（２．５^２π／１０）ｃｍ^２以下であることがさらに好ましいと言える。

【0045】

さらに開口面積の比率Ｓ２０／Ｓ１０を約２．５％以下にすると、排気部５は、粒子径５μｍ以上の液滴をほぼ１００％捕捉することができる。従って、開口面積の比率Ｓ２０／Ｓ１０は、約２．５％以下であることがさらに好ましい。即ち、加速部２０の開口面積Ｓ２０は、約（２．５^２π／２５）ｃｍ^２以下であることがさらに好ましい。

【0046】

ただし、開口面積Ｓ２０が細すぎる場合、成膜チャンバ１内の気圧を制御することができなくなってしまう。あるいは、排気ポンプ７０による成膜チャンバ１の真空引きに長時間かかってしまう。従って、成膜チャンバ１内の気圧を制御可能な範囲で液滴の捕捉率を高めるために、開口面積の比率Ｓ２０／Ｓ１０は、２．５％〜２０％の範囲内であることが好ましい。また、粒子径が１μｍ未満の液滴は、配管部または排気ポンプに実質的に悪影響を与えないので、開口面積の比率Ｓ２０／Ｓ１０は、２．５％〜２０％の範囲内でよい。また、粒子径が１μｍ未満の液滴については、クリーニングガス導入配管９０を用いたクレーニングでも充分に除去できる。尚、排出ガスの液滴の粒子径は、成膜温度、成膜チャンバ１内の圧力、ガス流量等の成膜条件で変化する。また、成膜チャンバ１内の気圧を制御することができる範囲は、加速部２０の開口面積Ｓ２０だけでなく、排気ポンプ７０の排気速度、他の配管部のコンダクタンスにより変化する。

【0047】

また、加速部２０の開口面積Ｓ２０は、圧力調整バルブ６０の開口面積よりも小さいことが好ましい。圧力調整バルブ６０の開口面積は、圧力調整バルブ６０または第３配管部５０において排出ガスの移動方向Ｄ６０に対して垂直方向の断面における開口面積である。もし、加速部２０の開口面積Ｓ２０が圧力調整バルブ６０の開口面積よりも大きい場合（即ち、加速部２０の気体コンダクタンスが圧力調整バルブ６０の気体コンダクタンスよりも大きい場合）、成膜チャンバ１内の気圧は、加速部２０の開口面積Ｓ２０によって決定され、圧力調整バルブ６０によって制御することができなくなってしまうからである。従って、成膜チャンバ１内の気圧を圧力調整バルブ６０によって制御可能とするために、加速部２０の開口面積Ｓ２０は、圧力調整バルブ６０の開口面積よりも小さいことが好ましい。

【0048】

尚、加速部２０が複数のノズルを有する場合、開口面積Ｓ２０は、複数のノズルの開口面積の総和である。

【0049】

（捕捉部３０についての考察）
次に、捕捉部３０の構成について考察する。

【0050】

図４（Ａ）および図４（Ｂ）は、捕捉部３０の構成の一例を示す断面図である。第１部材としての捕捉部３０の第１面Ｆ３０には、排出ガスの液滴が衝突する。このとき、衝突の衝撃によって、排出ガスの液滴の一部は、第１面Ｆ３０の表面において跳ね返る。排出ガスの液滴が跳ね返り、飛び散ると、排出ガスの液滴は第１面Ｆ３０で捕捉されず、第１面Ｆ３０の周囲の配管に付着する場合がある。このような、排出ガスの液滴の跳ね返りや飛び散りを抑制するために、図４（Ａ）に示すように、捕捉部３０の第１面Ｆ３０上に、跳ね防止材としてメッシュ材３５を設けてもよい。メッシュ材３５は、例えば、単層または複数層のステンレス布等でよい。メッシュ材３５は、毛管現象によって第１面Ｆ３０へ向かってくる排出ガスの液滴を吸収し、排出ガスの液滴が第１面Ｆ３０において跳ね返ることを抑制することができる。即ち、メッシュ材３５は、液滴の衝突による衝撃を緩和し、緩衝材として機能する。よって、捕捉部３０は、排出ガスの液滴をより確実に捕捉することができる。

【0051】

代替的に、排出ガスの液滴の跳ね返りを抑制するために、図４（Ｂ）に示すように、捕捉部３０の第１面Ｆ３０が鋸歯状に（凸凹状に）形成されており、溝を有していてもよい。排出ガスの液体が溝を伝って排液部４０へ流れ込むように、溝は、排液部４０へ向かう方向に延伸している。即ち、図４（Ｂ）に示す断面は、捕捉部３０から排液部４０へ向かう方向に対して垂直方向の断面である。第１面Ｆ３０が溝を有することによって、液滴は、溝の傾斜面に衝突する。従って、液滴の跳ねる方向は、液滴の進入方向Ａ２に対する反射方向Ａ３となる。これにより、液滴は、跳ねても溝の斜面から他の斜面に向かって跳ねることになる。その結果、排出ガスの液滴が第１面Ｆ３０以外へ飛び散ることを抑制することができ、捕捉部３０は、排出ガスの液滴をより確実に捕捉することができる。また、溝が、排液部４０へ向かう方向に延伸していることによって、排出ガスの液体は、溝を伝って排液部４０へ容易に流れることができる。

【0052】

（第２の実施形態）
図５は、第２の実施形態に従った成膜装置２００の構成の一例を示す概略図である。第２の実施形態による成膜装置２００は、第４配管部１１０と、第１バルブ１２０と、第２バルブ１３０とをさらに備えている。第４配管部１１０の一端は、冷却部１０と加速部２０との間に接続され、他端が第３配管部５０に接続されている。即ち、第４配管部１１０は、加速部２０および捕捉部３０を介さずに、冷却部１０と第３配管部５０との間を接続している。排出ガスの移動方向に対して垂直方向の断面における第４配管部１１０の開口面積は、加速部２０の開口面積Ｓ２０より大きい。例えば、第４配管部１１０の開口面積は、冷却部１０の開口面積Ｓ１０と等しくてもよい。第１バルブ１２０は、第４配管部１１０に設けられており、第４配管部１１０を開きまたは閉じることができる。第２バルブ１３０は、加速部２０と第３配管部５０との間のいずれかの箇所に設けられており、加速部２０と第３配管部５０との間を開きまたは閉じることができる。第１および第２バルブ１２０、１３０は、図示されていない制御部によって制御される。第２の実施形態のその他の構成は、第１の実施形態の対応する構成と同様でよい。

【0053】

成膜チャンバ１内で成膜処理を実行する前に成膜チャンバ１を減圧するときには、第１バルブ１２０を開く。第１バルブ１２０を開くことによって、冷却部１０は、加速部２０および捕捉部３０を介さずに、第４配管部１１０を介して第３配管部５０に直接接続される。このように、第４配管部１１０は、冷却部１０と第３配管部５０との間で迂回経路（バイパス）を形成することができる。第４配管部１１０による迂回経路は、成膜チャンバ１内を減圧するために真空引きする際に用いられる。第４配管部１１０の開口面積は、加速部２０の開口面積Ｓ２０よりも大きいので、加速部２０の開口面積Ｓ２０が小さくても、排気部５は、第４配管部１１０による迂回経路を用いることによって、成膜チャンバ１内を高速に減圧することができる。このとき、第２バルブ１３０は、閉じていてもよく、開いていてもよい。第２バルブ１３０が第１バルブ１２０とともに開いていることによって、第１および第２バルブ１２０、１３０の両方からの排気が可能となり、減圧速度をさらに高めることができる。

【0054】

一方、成膜チャンバ１内において成膜処理を実行し、排出ガスを排出するときには、第１バルブ１２０を閉じ、第２バルブ１３０を開く。これにより、排気部５は、第１の実施形態による成膜装置１００と同様の構成となり、排出ガスは、加速部２０および捕捉部３０を介して排気処理または排液処理される。

【0055】

もし、第４配管部１１０が設けられておらず、かつ、排出ガスの液滴の捕捉効果を高めるために加速部２０の開口面積Ｓ２０を小さくした場合、排気速度が加速部２０によって低下し、成膜チャンバ１内の気圧を所望の気圧まで減圧するのに時間がかかるおそれがある。

【0056】

そこで、第２の実施形態では、冷却部１０と第３配管部５０との間に第４配管部１１０を設けている。これにより、成膜チャンバ１内を減圧するときに、第１バルブ１２０を開けて第４配管部１１０を用いた迂回経路を用いることによって、成膜チャンバ１内を高速に減圧することができる。

【0057】

一方、成膜処理を実行しているときには、第１バルブ１２０を閉じて、かつ、第２バルブ１３０を開けることによって、加速部２０および捕捉部３０が排出ガスの液滴を効率良く捕捉することができる。このように、第２の実施形態は、成膜チャンバ１内を高速に減圧することができ、かつ、第１の実施形態と同様の効果を有することができる。

【0058】

（第３の実施形態）
図６は、第３の実施形態に従った成膜装置３００の構成の一例を示す概略図である。第３の実施形態による成膜装置３００は、加速部２０が圧力調整機能を兼ね備えており、圧力調整バルブ６０が省略されている点で第１の実施形態による成膜装置１００と異なる。第３の実施形態のその他の構成は、第１の実施形態の対応する構成と同様でよい。

【0059】

加速部２０が排出ガスの液滴の加速機能および圧力調整機能を兼ね備えるために、加速部２０の開口面積Ｓ２０は可変であることが好ましい。開口面積Ｓ２０を可変にするために、加速部２０は、例えば、シャッタ機構等を用いて実施することができる。

【0060】

成膜チャンバ１内を減圧する際には、加速部２０の開口面積Ｓ１を比較的大きくする。これにより、排気ポンプ７０が成膜チャンバ１内を高速に減圧することができる。一方、成膜処理を実行し排出ガスを排出する際には、加速部２０の開口面積Ｓ１を比較的小さくする。これにより、加速部２０および捕捉部３０が排出ガスの液滴を効率良く捕捉することができる。

【0061】

このように、第３の実施形態では、成膜チャンバ１内を減圧するときの開口面積Ｓ１を第１面積とし、排出ガスを排出するときの加速部２０の開口面積Ｓ１を第２面積とすれば、第２面積は、第１面積よりも小さくすることができる。これにより、第３の実施形態は、第２の実施形態と同様に成膜チャンバ１内を高速に減圧することができ、かつ、第１の実施形態と同様の効果を有することができる。

【0062】

また、圧力調整バルブ６０による圧力損失がなくなるので、加速部２０の開口面積Ｓ２０を小さくしても、成膜チャンバ１内の気圧を制御可能となる。これにより、排気部５は、小さな粒子径（例えば、１μｍ以下）の液滴の捕捉率を高めることができる。また、圧力調整バルブ６０を設ける必要がなくなるので、排気部５のサイズが小さくなる。

【0063】

尚、開口面積Ｓ２０が可変であっても、加速部２０は、冷却部１０側の端部において傾斜面Ｆ２０を有することが好ましい。これにより、液化した排出ガスは、傾斜面Ｆ２０上を伝って加速部２０の下方にある捕捉部３０へ流れ落ちることができる。

【0064】

上記実施形態による排気部５は、エピタキシャル成膜装置だけでなく、ポリシリコン成膜装置、エッチング装置、液晶製造装置にも適用することができる。

【0065】

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。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同様に、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ものである。

【符号の説明】

【0066】

１００・・・成膜装置、１・・・成膜チャンバ、２・・・ステージ、３・・・ヒータ、４・・・導入部、５・・・排出部、１０・・・冷却部、１２・・・冷却、２０・・・加速部、３０・・・捕捉部、４０・・・排液部、５０・・・第３配管部、６０・・・圧力調整バルブ、７０・・・排気ポンプ、８０・・・除害装置、９０・・・洗浄配管

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】