特開 2022-94570 ブレイクフィルタ

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2022094570

(43)【公開日】2022-06-27

(54)【発明の名称】ブレイクフィルタ

(51)【国際特許分類】

   B01D 39/20 20060101AFI20220620BHJP

   C04B 38/00 20060101ALI20220620BHJP

   C04B 35/569 20060101ALN20220620BHJP

   C04B 35/111 20060101ALN20220620BHJP

【ＦＩ】

B01D39/20 D

C04B38/00 303Z

C04B35/569

C04B35/111

【審査請求】未請求

【請求項の数】4

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2020207527

(22)【出願日】2020-12-15

(71)【出願人】

【識別番号】507182807

【氏名又は名称】クアーズテック株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100101878

【弁理士】

【氏名又は名称】木下 茂

(74)【代理人】

【識別番号】100187506

【弁理士】

【氏名又は名称】澤田 優子

(72)【発明者】

【氏名】福岡 聖一

【テーマコード（参考）】

4D019

4G019

【Ｆターム（参考）】

4D019AA01

4D019BA05

4D019BA06

4D019BB08

4D019BD01

4D019CA03

4D019CB01

4D019CB06

4G019FA11

4G019FA13

(57)【要約】

【課題】本発明は、ベントガスの流れを緩やかにして均一に拡散し、パーティクルの舞い上がりを防ぐことができるブレイクフィルタを提供することを目的とする。本発明によれば、炭化ケイ素多孔体と、炭化ケイ素多孔体の装置内側となる面にアルミナ多孔体を配置した構成を有することで、ベントガスを均一に噴出し、ロードロック内のパーティクルを舞い上がらせない特性や、ベントガスに含まれるパーティクルを除去するろ過特性を有するとともに、雰囲気ガスに侵されることもないので、これらの特性は長期間の使用によっても維持される。
【解決手段】炭化ケイ素多孔体と、炭化ケイ素多孔体の片側で装置内部側の面に配置されたアルミナ多孔体とからなるブレイクフィルタ。
【選択図】図３Ａ

【特許請求の範囲】

【請求項1】

炭化ケイ素多孔体と、炭化ケイ素多孔体の装置内側となる面に配置されたアルミナ多孔体とからなるブレイクフィルタ。

【請求項2】

炭化ケイ素多孔体と、アルミナ多孔体からなり、外気側に炭化ケイ素多孔体が配置され、装置内雰囲気に接する部位がアルミナ多孔体からなることを特徴とするブレイクフィルタ。

【請求項3】

炭化ケイ素多孔体とアルミナ多孔体がともに板状で、２枚を重ねて用いることを特徴とする請求項２記載のブレイクフィルタ。

【請求項4】

炭化ケイ素多孔体の平均気孔径よりも、アルミナ多孔体の平均気孔径が大きいことを特徴とする請求項２乃至３のいずれか記載のブレイクフィルタ。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、半導体製造装置における真空破壊用ブレイクフィルタに関し、詳しくは、半導体製造用の処理装置（容器）を真空破壊して大気圧に復する際、急激な圧力変動を抑制するために、ロードロック室のガス導入口に設置されるブレイクフィルタに関する。

【背景技術】

【0002】

半導体製造工程においては、処理装置（容器）内部を減圧し、真空（減圧）下で熱処理が行われる。そして、この熱処理が終了すると、前記処理装置を真空状態から大気圧まで戻し、半導体ウェハの取り出しがなされる。

【0003】

このような半導体処理装置にあっては、被処理ウェハを外部から搬入、または処理後のウェハを外部へ搬出する際に、その処理装置内の雰囲気を外部雰囲気に合わせることになるため、通常、ガス導入口とガス排気口とが設けられている。そして、ガス排気口によって、処理装置内の雰囲気ガスを排出して真空状態にし、一方、ガス導入口によって、ガスを導入して真空状態を解除するように構成されている。

【0004】

この半導体処理装置の概略構成を、図１に基づいて説明する。
図１に示すように、半導体処理装置５０には、排気用の開閉弁５２と並列に微調整弁５３が備えられ、排気開始にあたって微調整弁５３を操作することでスロー排気が実現される。そして、半導体処理装置５０内部を減圧し、真空下で熱処理が行われる。なお、図中の符号Ｗは被処理ウェハである。

【0005】

半導体処理装置５０には、ガスを導入して真空状態を解除するブレイクフィルタ（ガス導入装置）６０が設けられている。この半導体処理装置５０内部の真空状態を解除するには、まず開閉弁５１を開放することにより、ブレイクフィルタ６０を介して処理装置内に、ガスを導入する。

【0006】

このとき、ブレイクフィルタ６０が抵抗となり、処理装置内に流入するガスの流速が減速されて徐々に真空状態が解除される。このように、流入するガスの流速が減速されることにより、処理装置内のパーティクルの舞い上がりや結露の発生が抑制される。

【0007】

ブレイクフィルタ６０は、図２に示すように、円筒状のフィルタエレメント６１が、一対の金属製スペーサ６２ａ、６２ｂ間にポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）製ガスケット６３を介して装着されている。また、金属製中空状で周囲に多数の通気口６４が穿設された通気パイプ６５が設けられ、スペーサ６２ｂ及びフィルタエレメント６１を貫通している。

【0008】

このブレイクフィルタ６０によって真空状態を解除するには、まず開閉弁５１が開放されて、ガスがスペーサ６２ｂ側の通気パイプ６５から導入される。このガスは通気口６４及びフィルタエレメント６１を介して処理装置内に導入されるが、このときフィルタエレメント６１が抵抗となり、流速が減速されて徐々に真空状態が解除される。
このように、ガスは、処理装置内へ流れ込む速度が減速され、処理装置内のパーティクルの舞い上がりや結露の発生が抑制される。

【0009】

ところで、ブレイクフィルタ（ガス導入装置）６０には、処理装置から漏れ出る反応ガスや処理装置内で反応により生じたラジカルなどの反応種に対する耐食性、ベントガスに含まれるパーティクルを除去するろ過特性、ベントガスを均一に噴出しロードロック内のパーティクルを舞い上がらせない特性が求められることから、フィルタエレメント６１の材質にはニッケルなどの耐食性金属や、アルミナまたは炭化ケイ素など微細孔を持つセラミックス多孔体が用いられる。また、特許文献１では、ドライエッチング装置の反応ガスを供給するシャワープレートの材質として、アルミナあるいは炭化ケイ素である多孔質板を用いることにより反応ガスが均一に供給されることが開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0010】

【特許文献1】特開平４－３７１２４号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0011】

しかしながら、多孔体においても反応ガスやラジカルなどの反応種による腐食を完全に防ぐことは不可能で、アルミナの多孔体ではガスとの反応により生じた生成物により細孔が閉塞したり、炭化ケイ素の多孔体の場合は、炭化ケイ素と反応ガスやラジカルとの反応生成物が揮散して細孔が大きくなり、ベントガスの流れが不均一になってロードロック内のパーティクルを舞い上げたりベント時間が変化する問題があった。

【0012】

そこで、本発明では、炭化ケイ素多孔体と、炭化ケイ素多孔体の装置内側で反応ガスやラジカルなどの反応種に晒される面に配置したアルミナ多孔体とからなり、ベントガスの流れを低減して均一に拡散し、パーティクルの舞い上がりを防ぐことができるブレイクフィルタを提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0013】

本発明のブレイクフィルタは、炭化ケイ素多孔体と、炭化ケイ素多孔体の装置内側となる面に配置されたアルミナ多孔体とからなることを特徴とする。
また、本発明のブレイクフィルタは、炭化ケイ素多孔体と、アルミナ多孔体からなり、外気側に炭化ケイ素多孔体が配置され、装置内雰囲気に接する部位がアルミナ多孔体からなることを特徴とする。
炭化ケイ素多孔体とアルミナ多孔体がともに板状で、２枚を重ねて用いることが好ましい。
炭化ケイ素多孔体の平均気孔径よりも、アルミナ多孔体の平均気孔径が大きいことが好ましい。

【発明の効果】

【0014】

本発明のブレイクフィルタは、炭化ケイ素多孔体とその外側で装置内側となる面にアルミナ多孔体を配置することで、ベントガスを均一に噴出し、ロードロック内のパーティクルの舞い上がりを防ぐことができる。また、ベントガスに含まれるパーティクルを除去するろ過特性を有する。前記ブレイクフィルタのこのような特性は、ベントガスの供給に長期間晒されても維持される。

【図面の簡単な説明】

【0015】

【図1】図１は、半導体処理装置の概略構成を示すブロック図である。

【図2】図２は、ブレイクフィルタの概略構成を示すブロック図である。

【図3A】図３Ａは実施例１のブレイクフィルタの概略断面図である。

【図3B】図３Ｂは比較例１のブレイクフィルタの概略断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0016】

以下、本発明のブレイクフィルタ６０について、詳細に説明する。
本発明のブレイクフィルタ６０は、炭化ケイ素（ＳｉＣ）多孔体２と、前記炭化ケイ素多孔体２の片側で装置内部側の面に配置されたアルミナ（Ａｌ₂Ｏ₃）多孔体３とからなる。
前記装置とは半導体ウェハの製造の真空プロセスにおいて、真空の処理装置（容器）５０と大気側との間での被処理ウェハの搬送のために設置されたロードロック室のことである。ロードロック室では、被処理基板が装置内に搬入出されるたびに、大気圧および真空の切り替えが行われる。

【0017】

炭化ケイ素多孔体２は、炭化ケイ素（ＳｉＣ）からなり、複数の炭化ケイ素粒子が結合して骨格をなし、それらの間に多数の気孔が形成されている。炭化ケイ素多孔体２の平均気孔径は、通常１～６μｍであり、好ましくは３～５μｍである。また、気孔率は３５～５５％程度である。炭化ケイ素多孔体２、および後述するアルミナ多孔体３の平均気孔径および気孔率は、水銀圧入法を用いて測定する。

【0018】

平均気孔径が１μｍ未満の場合、圧力損失が大きく、ガスやパーティクルの供給量が少なくなる。そのため、大気圧に到達するまでの時間が長くなる。一方、平均気孔径が６μｍより大きいと、パーティクル捕集性能、およびパーティクル舞い上がり防止機能が低下し、ウェハ製造歩留まりの低下という問題が生じる。

【0019】

気孔率が３５％より小さいと、ガス等の供給量が少なくなり、大気圧に到達するまでに時間を要する。一方、気孔率が５５％より大きいと、パーティクル舞い上がり防止性能の低下により、ウェハ製造の歩留まりが低下する。

【0020】

炭化ケイ素多孔体２の細孔容積は、０．１～０．３ｍｌ／ｇ程度、比表面積は０．１～０．３ｍ²／ｇ程度であることが好ましい。

【0021】

隣接する炭化ケイ素粒子同士は面接触し、その接触部にネック部が形成される。このネック部によりろ過材として使用するに耐える充分な強度を持たせることができる。

【0022】

アルミナ多孔体３は、原料となる結晶性アルミナ粉末にバインダーや造孔材を添加し、焼成することにより、形成される。
結晶性アルミナ粉末には、α－アルミナ粉体、β－アルミナ粉体およびγ－アルミナ粉体のいずれも用いることができるが、コストが安く、取り扱いの容易なα－アルミナ粉体が好ましい。これらのアルミナ粉体の平均粒子径としては、得られるアルミナ多孔体３の粒径が５～３０μｍ程度となるようなものであればよく、平均粒子径が異なる混合体を組み合わせて用いてもよい。例えば、平均粒子径が３μｍ以上のアルミナ粉体１００重量部に対して、平均粒子径が３μｍ未満のアルミナ粉体１０～５００重量部の混合体は、圧壊強度および形状性において優れた多孔体を形成する。また、アルミナ粉体は、微小な一次粒子の集合体であってもよい。

【0023】

アルミナ多孔体３の平均気孔径は、炭化ケイ素多孔体２の平均気孔径よりも大きい８～２５μｍが好ましく、１０～２０μｍがより好ましい。アルミナ多孔体３の平均気孔径を炭化ケイ素多孔体２の平均気孔径よりも大きくすることで、炭化ケイ素多孔体２の小さな気孔でガスやパーティクルの供給量を調節しながら、アルミナ多孔体３の低い反応性により、ガスやパーティクルに起因する気孔の崩壊や破裂を防ぎ、ベントガスの流れの均一性を維持することができる。
アルミナ多孔体が装置側に配置されることで、装置内の反応性ガスと炭化ケイ素多孔体が直接接触して気孔径が拡大することを防ぐことができるとともに、アルミナ多孔体は、たとえガスとの反応により生じた生成物により細孔が閉塞しても予め炭化ケイ素多孔体よりも大きな気孔径が設定されているので、閉塞することは無く、通気は安定したものとなる。

【0024】

また、アルミナ多孔体３の気孔率は２０～４０％程度である。
アルミナ多孔体３の細孔容積は、０．０５～０．１５ｍｌ／ｇ程度、比表面積は０．０１～０．１０ｍ²／ｇ程度であることが好ましい。

【0025】

前記のとおり、本発明のブレイクフィルタ６０は、炭化ケイ素多孔体２とアルミナ多孔体３とからなる。前記ブレイクフィルタ６０の形状は、通常は板状や円板状などであるが、これらの形状に限定されることはなく、例えば、円筒体であってもよい。その場合、アルミナ多孔体３の円筒を作製し、アルミナ多孔体３の円筒にできるだけ隙間が小さくなるように炭化ケイ素多孔体２の円筒を挿入することでブレイクフィルタ６０を作製する。なお、炭化ケイ素円筒体をまず焼成し、その後、表面にアルミナ層を成形して焼成する方法もありうるが、この方法では、アルミナと炭化ケイ素との熱膨張率の違いにより、焼成後に界面の気孔を壊さずに維持することが難しい。

【0026】

炭化ケイ素多孔体２とアルミナ多孔体３とは、それぞれ板状の多孔体を作製した後、２枚重ねて使用してもよいし、一体的に製造してもよい。

【0027】

２枚重ねる場合、前記ブレイクフィルタ６０は、炭化ケイ素多孔体２の上にアルミナ多孔体３を載せるだけでよい。その場合、強度に優れる炭化ケイ素多孔体２に対して反応ガスやラジカルに対して反応性が低いアルミナ多孔体３を装置内側の面に用い、炭化ケイ素多孔体を隠すようにする。このとき、炭化ケイ素多孔体２およびアルミナ多孔体３は板状で、炭化ケイ素多孔体２の厚みは０．５～３ｍｍであり、アルミナ多孔体３の厚みは１～５ｍｍであり、炭化ケイ素多孔体２とアルミナ多孔体３との厚みの比率は１：０．５～５の範囲である。

【0028】

このように形成された炭化ケイ素多孔体２とアルミナ多孔体３とからなるブレイクフィルタ６０を用いることにより、充分なガス流量を確保しつつ、パーティクルを捕集し、パーティクル舞い上がりを充分に防止することができる。

【実施例0029】

以下、本発明を実施例に基づき具体的に説明するが、本発明は下記に示す実施例により制限されるものではない。
［実施例１］
図３Ａに示すように、直径５０ｍｍ、厚さ３ｍｍおよび平均気孔径３μｍの板状の炭化ケイ素多孔体２と、その外側に直径５０ｍｍ、厚さ２ｍｍおよび平均気孔径１５μｍのアルミナ多孔体３とを接触させて配置し、ＰＴＦＥ製ガスケットを介してステンレスケーシング４に組み込み、特開２０２０－８１９１１号公報に記載のように液体窒素中で－１９６℃で冷やしたステンレスリング４１をステンレスケーシング４に嵌め込み、二枚の多孔体を固定してブレイクフィルタ６０とした。エッチング装置のロードロックに取り付け使用したところ、アルミナ多孔体３の気孔表面に反応ガス種との化合物が生成したが、炭化ケイ素多孔体２に変化はなく、ベントガス噴出の均一性が維持されていた。
実施例１では、おおよそ１年間使用したブレイクフィルタの状態であり、耐久性があることがわかった。

【0030】

［比較例１］
図３Ｂに示すように、直径５０ｍｍ、厚さ４ｍｍおよび平均気孔径３μｍの板状の炭化ケイ素多孔体２をＰＴＦＥ製ガスケットを介してステンレスケーシング４に組み込み、実施例１と同様に冷やしたステンレスリングを用いて固定し、ブレイクフィルタとした。エッチング装置のロードロックに取り付け使用したところ、局所的に炭化ケイ素多孔体２の気孔表面で反応ガス種との反応より炭化ケイ素が分解、揮散して気孔径が大きくなり、ベントガスの噴出が大きくなりパーティクル舞い上がり特性が低下した。なお、比較例１もおおよそ１年間使用したブレイクフィルタの状態である。

【0031】

［比較例２］
比較例２の炭化ケイ素多孔体２を平均気孔径が５μｍのアルミナ多孔体に代えて、同じように試験をした。局所的にアルミナ多孔体３の気孔表面で反応ガス種との反応より生じた生成物により細孔が閉塞しベントガスの噴出が不均一となり、さらに使用を継続すると細孔の閉塞が著しくなりベントできなくなった。

【符号の説明】

【0032】

Ｗ 被処理ウェハ
２ 炭化ケイ素多孔体
３ アルミナ多孔体
４ ステンレスケーシング
４１ ステンレスリング
５０ 半導体処理装置
５１ ガス導入用の開閉弁
５２ 排気用の開閉弁
５３ 微調整弁
６０ ブレイクフィルタ
６１ フィルタエレメント
６２ａ、６２ｂ 一対の金属製スペーサ
６３ ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）製ガスケット
６３ａ、６３ｂ 一対のＰＴＦＥ製ガスケット
６４ 通気口
６５ 通気パイプ

【図1】

【図2】

【図3A】

【図3B】