JPH09157852A

JPH09157852A - 減圧気相反応装置及びその排ガス処理方法

Info

Publication number: JPH09157852A
Application number: JP7311829A
Authority: JP
Inventors: Katsuyoshi Matsuura; 克好松浦; Naoki Sakamoto; 直樹坂元; Toru Tsurumi; 徹鶴見; Hirokazu Yamanishi; 宏和山西; Hiroyuki Kamata; 博之鎌田; Yoshiyasu Sato; 善康佐藤; Kazuhide Abe; 和英阿部; Hiroshi Omatsu; 啓尾松; Hideo Yamamoto; 英雄山本; Nobuhiro Nishimura; 伸弘西村
Original assignee: Fujitsu Ltd; Shinko Seiki Co Ltd
Current assignee: Fujitsu Ltd; Shinko Seiki Co Ltd
Priority date: 1995-11-30
Filing date: 1995-11-30
Publication date: 1997-06-17

Abstract

(57)【要約】【課題】減圧気相反応装置及びその排ガス処理方法に
関し、水封ポンプを用いた減圧気相反応装置に於いて、
乾式除害装置を用いることなく、ＣｌＦ₃ガスなどのク
リーニング用ガスの除害を可能とし、反応室のクリーニ
ングを容易にしようとする。【解決手段】反応室１内に付着した反応生成物を除去
する為にＣｌＦ₃ガスを送入してクリーニングする機構
をもった減圧気相反応装置に於いて、メカニカル・ブー
スター・ポンプ７及び油回転ポンプ８以降のガス排気管
６に少なくともインペラ及び側板及び中間壁板がステン
レス鋼或いはＮｉ系金属から選択された耐食性金属材料
で構成された水封ポンプ１０を介挿して排気を行うと共
に前記ＣｌＦ₃ガス及びガス化した反応生成物の除害を
行う。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体装置或いは
太陽電池を製造するのに必要な薄膜を化学気相堆積（ｃ
ｈｅｍｉｃａｌｖａｐｏｒｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ：
ＣＶＤ）法を適用して形成する為の減圧気相反応装置及
びその排ガス処理方法に関する。

【０００２】現在、前記のような薄膜を形成する場合、
反応室内を減圧状態とし、ガス分子の平均自由行程を大
きくして表面反応に依って薄膜を形成し、膜厚均一性を
向上する減圧気相反応装置が多用されているが、連続し
て薄膜形成を行っていると、基板上の他に反応室内にも
薄膜が堆積するので、これをクリーニングすることが必
要である。

【０００３】この場合、ウエット洗浄でクリーニングを
行うには、ＣＶＤ炉の降温、装置の分解、ウエット洗
浄、装置の組み立て、ＣＶＤ炉の昇温の過程を経ること
になって大変煩雑である。

【０００４】この煩雑さを回避する為、クリーニング・
ガスとしてＮＦ₃ガスやＣｌＦ₃ガスを用いたドライ洗
浄が採用され、特に、ＣｌＦ₃ガスを用いたドライ洗浄
は、プラズマ発生器が不要である為、簡単に実施できる
とされている。

【０００５】ところが、ＣｌＦ₃ガスを用いるドライ洗
浄では、水素系の成膜ガスとの混合が危険である為、絶
対に回避しなければならない旨の問題があり、また、そ
の排ガス処理に於いても、希釈して大気中に排出するこ
とはできず、専用の高価な除害装置を必要とする問題が
あるので、これらの問題を解消しなければならず、本発
明に依れば、これに応えることができる。

【０００６】

【従来の技術】図９は従来の技術を説明する為の減圧気
相反応装置を表す要部説明図である。

【０００７】図に於いて、１は反応室、２は薄膜形成用
ガス供給管、３は炉内クリーニング用ガス供給管、４は
ＳｉＨ₄ボンベ、５はＣｌＦ₃ボンベ、６はガス排気
管、７はメカニカル・ブースター・ポンプ（真空ポン
プ）、８は油回転ポンプ（真空ポンプ）、９はエゼクタ
・ポンプ、１０は水封ポンプ、１１はガス排気管、１２
Ａ並びに１２Ｂは切り替えバルブ、１３はＣｌＦ₃ガス
専用の乾式除害装置をそれぞれ示している。尚、図示さ
れていないが、供給管２には、所要数のバルブ、マスフ
ロー・コントローラなどが取り付けられ、また、パージ
や希釈の為のＮ₂ガス供給系が接続されている。

【０００８】図９に見られる装置に依って、（１）ＳｉＨ₄ガスをソース・ガスとする多結晶シリ
コン薄膜の形成（２）ＣｌＦ₃ガスをクリーニング・ガスとする炉内
クリーニングを行う場合について説明する。

【０００９】（Ａ）半導体ウエハ（図示せず）を反応
室１内の所定位置にセットし、また、切り替えバルブ１
２Ａは開放、切り替えバルブ１２Ｂは閉止とする。

【００１０】（Ｂ）メカニカル・ブースター・ポンプ
７及び油回転ポンプ８からなる真空ポンプ系を作動さ
せ、反応室１内を到達真空度まで真空引きを行って減圧
状態にする。

【００１１】（Ｃ）薄膜形成用ガス供給管２を利用し
て、Ｎ₂ガスに依るパージを充分に行う。

【００１２】（Ｄ）反応室内温度を６２０〔℃〕、反
応室内圧力を０．３〔Ｔｏｒｒ〕、ＳｉＨ₄流量を９０
〔ｓｃｃｍ〕として半導体ウエハ上に多結晶シリコン薄
膜を形成する。

【００１３】この際、集合スクラバーと結ばれている排
気ダクト（図示せず）に至るまでには、エゼクタ・ポン
プ９及び水封ポンプ１０が介在し、これらに依って排ガ
ス処理系が構成され、ＳｉＨ₄ガスの簡易且つ安価な除
害装置として、また、保守が容易な最終段真空ポンプと
して機能している。

【００１４】（Ｅ）約３６〔分〕が経過すると、厚さ
が例えば４００〔ｎｍ〕の多結晶シリコン薄膜が成長さ
れるので、再び、真空引き及びＮ₂ガスに依るパージを
充分に行って、表面が多結晶シリコン薄膜で覆われた半
導体ウエハを反応室１内から取り出す。

【００１５】前記（Ａ）乃至（Ｅ）の作業を２０回乃至
３０回繰り返し、反応室１内の壁面に付着した多結晶シ
リコン膜の通算膜厚が１０〔μｍ〕になった時点で、前
記の（２）に記述したＣｌＦ₃ガスに依る炉内クリーニ
ングを行う。

【００１６】（ａ）切り替えバルブ１２Ａは閉止、切
り替えバルブ１２Ｂは開放とし、メカニカル・ブースタ
ー・ポンプ７及び油回転ポンプ８からなる真空ポンプ系
を作動させ、反応室１内を到達真空度まで真空引きを行
って減圧状態にする。勿論、この場合には、反応室１内
に半導体ウエハをセットしない。

【００１７】（ｂ）炉内クリーニング用ガス供給管３
を利用して、Ｎ₂ガスに依るパージを充分に行う。

【００１８】（ｃ）反応室内温度を６２０〔℃〕、反
応室内圧力を１．７〔Ｔｏｒｒ〕、ＣｌＦ₃ガス流量を
２００〔ｓｃｃｍ〕、Ｎ₂ガス流量を５〔ｓｌｍ〕とし
て反応室１の内壁及び治具類に付着した不要な多結晶シ
リコン膜をエッチングして除去する。

【００１９】前記条件に依るエッチングで、反応室１の
内壁に付着した厚さ１０〔μｍ〕の多結晶シリコン膜
は、２〔時間〕で完全に除去することができる。

【００２０】前記クリーニングを行う際、ＣｌＦ₃ガス
を減圧下で導入したり、或いは、不活性ガスで希釈する
のは、ＣｌＦ₃ガスの分圧の如何、或いは、雰囲気温度
の如何に依って、フランジ材のステンレス鋼やシール材
のバイトンリングの腐食が著しく進行することがあるの
で、それを抑える為である。

【００２１】ところで、クリーニングに用いたＣｌＦ₃
ガスをそのまま大気中に排出した場合、水分と反応して
ＨＦ、ＨＣｌ、Ｃｌ₂などの化合物が生成されるので、
これを防ぐ為、図９に見られる減圧気相反応装置では、
ＣｌＦ₃ガス専用の乾式除害装置１３を用いて除害を行
っているものである。

【００２２】図１０は他の従来の技術を説明する為の減
圧気相反応装置に於ける一部を表す要部説明図であり、
図９に於いて用いた記号と同記号は同部分を表すか或い
は同じ意味を持つものとする。

【００２３】図１０に見られる装置では、薄膜形成用の
ソース・ガスであるＳｉＨ₄ガスの除害を、ＣｌＦ₃ガ
スの除害と同様、乾式除害装置１４を用いて行うように
している。

【００２４】薄膜形成用のＳｉＨ₄ガスの除害について
は、図１０について説明した乾式除害装置１４を用いる
他、図９に見られるエゼクタ・ポンプ９及び水封ポンプ
１０を用いて実施することも知られている（要すれば、
「特開昭５５−３４１５８号公報」、を参照）。

【００２５】その従来の技術に依れば、Ｓｉ系の成膜ガ
スの排ガスは、水封ポンプ１０直前のエゼクタ・ポンプ
９から吸入された空気と燃焼反応を起こし、ＳｉＨ₄＋
２Ｏ₂→ＳｉＯ₂＋２Ｈ₂Ｏなる反応に依って、殆どＳ
ｉＯ₂とＨ₂Ｏとに変化する、即ち、爆発性をもったＳ
ｉＨ₄が安全且つ微小な石英ガラス粒及び水分になって
しまう。

【００２６】これら生成物は、エゼクタ・ポンプ９から
水封ポンプ１０に送入され、そこでは、水封ポンプ１０
が１００〔ｍ³／時間〕の排気速度をもつ真空ポンプと
して機能し、石英ガラス粒と共に反応室１内で生成され
たＳｉダストなどの反応物を水封を利用して安全に処理
する。

【００２７】このエゼクタ・ポンプ９及び水封ポンプ１
０を用い、ソース・ガスの除害を行う技術には、例え
ば、（１）反応室１内に供給するＳｉＨ₄濃度を、場合に
依っては、１００〔％〕まで上げることができる。

【００２８】（２）従来の油回転式ポンプに比較し、
導入できるＳｉＨ₄濃度を１００倍程度まで上げること
が可能である。

【００２９】（３）保守の頻度を１／１００にするこ
とができ、しかも、危険性を皆無にすることができる。

【００３０】（４）到達圧力は従来の装置と同等、或
いは、それ以下にすることが可能である。

【００３１】（５）爆発性ガスや有毒性ガスに対して
単能型スクラバーとなるので、工場的施設の省力化を図
ることができる。

【００３２】（６）通常の化学プラントに比較し、装
置として小型化することができ、スペース利得が大き
い。など多くの利点があり、大変魅力的な手段と言える。

【００３３】

【発明が解決しようとする課題】図９について説明した
従来の減圧気相反応装置に於いては、水封ポンプ１０と
乾式除害装置１３とは切り替えバルブ１２Ａ及び１２Ｂ
を作動して切り替えるようになっている為、クリーニン
グ・ガスの除害を行う際、水封ポンプ１０に関連するガ
ス排気管６は減圧系となり、乾式除害装置１３に関連す
るガス排気管１１は大気圧系となる。

【００３４】従って、危険を回避する為には、切り替え
バルブ１２Ａ及び１２Ｂの切り替えタイミングやシーケ
ンスが大変煩雑になっている。また、乾式除害装置１３
を設置するスペースが必要であり、更に、吸着用薬剤を
交換する為の費用が必要であり、そのランニング・コス
トは無視できない。

【００３５】図１０について説明した従来の減圧気相反
応装置に於いては、クリーニング用ガス及び薄膜形成用
ガスの何れについても乾式除害装置を用いるので、ガス
排気ライン６或いは１１の何れも大気圧系となる為、図
９に見られる従来の減圧気相反応装置と比較し、切り替
えバルブ１２Ａ及び１２Ｂの切り替えタイミングやシー
ケンスは簡単になる。

【００３６】然しながら、薄膜形成用ガスの除害を行う
為の乾式除害装置１４を追加しなければならないから、
占有スペースが更に大きくなり、また、ランニング・コ
ストも上昇する。

【００３７】特開昭５５−３４１５８号公報に開示され
た発明では、薄膜形成用ガスの除害をエゼクタ・ポンプ
及び水封ポンプを利用して行うものであるから、切り替
えバルブの切り替えタイミングやシーケンスの問題、占
有スペースの問題、ランニング・コストの問題などは全
て解消できるのであるが、唯一つ、ＣｌＦ₃ガスなどの
クリーニング用ガスを用いて反応室などのクリーニング
を行うことは不可能である。

【００３８】その理由は、勿論、ＣｌＦ₃ガスが腐食性
をもつガスであることから、水封ポンプで排気した場
合、水封ポンプ内の封水と反応してフッ酸や塩酸を生成
し、金属部分を腐食して損傷させることにある。

【００３９】本発明は、水封ポンプを用いた減圧気相反
応装置に於いて、乾式除害装置を用いることなく、Ｃｌ
Ｆ₃ガスなどのクリーニング用ガスの除害を可能とし、
反応室のクリーニングを容易にしようとする。

【００４０】

【課題を解決するための手段】本発明では、減圧気相反
応装置に水封ポンプを用い、それを利用して排ガスの除
害を行うのであるが、反応室のクリーニング用ガスとし
てＣｌＦ₃ガスを用いた場合、そのままで除害をすると
水封ポンプが損傷されるので、水封ポンプを耐腐食性材
料で構成したり、或いは、ＣｌＦ₃ガスは充分に希釈し
て流すことが基本になっている。

【００４１】前記したところから、本発明に依る減圧気
相反応装置及びその排ガス処理方法に於いては、（１）
反応室（例えば反応室１）内に付着した反応生成物を除
去する為にＣｌＦ₃ガスを送入してクリーニングする機
構をもった減圧気相反応装置に於いて、真空ポンプ（例
えばメカニカル・ブースター・ポンプ７並びに油回転ポ
ンプ８）以降のガス排気ライン（例えばガス排気管６）
に介挿されて排気を行うと共に前記ＣｌＦ₃ガス及びガ
ス化した反応生成物の除害を行う少なくともインペラ及
び側板及び中間壁板がステンレス鋼或いはＮｉ系金属か
ら選択された耐食性金属材料で構成された水封ポンプ
（例えば水封ポンプ１０）を備えてなることを特徴とす
るか、或いは、

【００４２】（２）前記（１）に於いて、水封ポンプの
直前に接続され吸入した気体でＣｌＦ₃ガス及びガス化
した反応生成物を希釈するエゼクタ・ポンプ（例えばエ
ゼクタ・ポンプ９）を備えてなることを特徴とするか、
或いは、

【００４３】（３）前記（１）又は（２）に於いて、真
空ポンプのうち少なくとも粗引き或いは補助の真空ポン
プがドライ・ポンプ或いは油回転ポンプ（例えば油回転
ポンプ８：図７参照）の何れかであることを特徴とする
か、或いは、

【００４４】（４）反応室（例えば反応室１）内に付着
した反応生成物を除去する為にＣｌＦ₃ガスを送入して
クリーニングを行う工程と、前記反応室から排出される
ＣｌＦ₃ガス及びガス化した反応生成物を真空ポンプ
（例えばメカニカル・ブースター・ポンプ７及び油回転
ポンプ８）以降のガス排気ライン（例えばガス排気管
６）に介挿された水封ポンプ（例えば水封ポンプ１０）
の入口で金属を腐食しない程度の濃度になるよう充分に
希釈する工程と、前記希釈されたＣｌＦ₃ガス及びガス
化した反応生成物を前記水封ポンプに於ける封水中に取
り込んで除害する工程とが含まれてなることを特徴とす
るか、或いは、

【００４５】（５）反応室（例えば反応室１）内に付着
した反応生成物を除去する為にＣｌＦ₃ガスを送入して
クリーニングを行う工程と、前記反応室から排出される
ＣｌＦ₃ガス及びガス化した反応生成物を真空ポンプ
（例えばメカニカル・ブースター・ポンプ７及び油回転
ポンプ８）以降のガス排気ライン（例えばガス排気管
６）に介挿され封液槽（例えば封液槽１６：図８参照）
及び熱交換機構（例えば熱交換機１７：図８参照）をも
つ封液循環方式の水封ポンプ（例えば水封ポンプ１８：
図８参照）に導いて封液中にアルカリ性物質（例えば苛
性ソーダ）を混入し酸排水を中和させて除害する工程と
が含まれてなることを特徴とするか、或いは、

【００４６】（６）前記（４）又は（５）に於いて、水
封ポンプの直前に接続されたエゼクタ・ポンプが吸入し
た気体でＣｌＦ₃ガス及びガス化した反応生成物を希釈
することを特徴とするか、或いは、

【００４７】（７）前記（４）又は（５）又は（６）に
於いて、反応室と水封ポンプとの間に介在して真空引き
を行う真空ポンプを構成するドライ・ポンプ或いは油回
転ポンプ（例えば油回転ポンプ８：図７参照）で粗引き
などを行うことを特徴とする。

【００４８】前記手段を採ることに依り、減圧気相反応
装置に乾式除害装置などを付設することなく、クリーニ
ング・ガスであるＣｌＦ₃ガスやガス化した反応生成物
の除害、及び、薄膜形成の為の反応性ガスの除害を水封
ポンプで実施することができるので、除害コストを低下
させることができると共に減圧気相反応装置の占有面積
を縮小することが可能であり、また、ＣｌＦ₃ガスと水
素系の成膜ガスとが混合される危険を容易に回避するこ
とができる。

【００４９】

【発明の実施の形態】前記したように、減圧気相反応装
置に於ける水封ポンプを利用してＣｌＦ₃ガスの除害を
行う場合、水封ポンプの腐食が問題になるので、本発明
者等は、それについての実験を行った。

【００５０】図１は実験に用いた減圧気相反応装置を表
す要部説明図であり、図９に於いて用いた記号と同記号
は同部分を表すか或いは同じ意味を持つものとし、図１
に見られる減圧気相反応装置と図９に見られる減圧気相
反応装置との相違は、図１に見られる減圧気相反応装置
が乾式除害装置をもたない点である。

【００５１】実験では、反応室１をＣｌＦ₃ガスに依っ
てクリーニング可能な減圧気相反応装置に於ける２台の
メカニカル・ブースター・ポンプ７及び１５、エゼクタ
・ポンプ９、水封ポンプ１０からなる真空ポンプ・ユニ
ットにＣｌＦ₃ガスを導入し、水封ポンプ１０の耐久性
を調べた。

【００５２】ＣｌＦ₃ガスを流す条件は、ＣｌＦ₃ガス
流量２００〔ｓｃｃｍ〕、Ｎ₂ガス流量２８〔リットル
／分〕、空気５０〔リットル／分〕、であって、水封ポ
ンプ１０の入口に於けるＣｌＦ₃ガス濃度は０．２４
〔％〕である。尚、空気はエゼクタ・ポンプ９に依って
導入され、また、水封ポンプに於ける封水の量は、１５
〔リットル／分〕とした。

【００５３】ここでは、加速試験を行う為、反応室１の
内壁に付着物がない状態、即ち、クリーニングを行わな
い状態で連続運転を行った。

【００５４】図２は実験で得られた結果を表にまとめた
図であり、図２に挙げられている水封ポンプの形式、即
ち、従来型、要部ＢＣ型、全ステンレス型の具体的な内
容については、図３を参照すると良い。尚、各図に於い
て、ＢＣなる表記は、ＪＩＳ規格に見られるようにＣ
ｕ、Ｓｎ、Ｚｎ合金のことであり、また、図３に於ける
ＳＵＳ、ＳＣＳ、ＦＣは、同じくＪＩＳ規格に見られる
通り、ステンレス鋼、ステンレス鋳物、鋳鉄をそれぞれ
表し、そして、略号に続く数値は、それ等材料の種類を
示し、数値が異なるものは、合金の化学成分が微妙に異
なり、その成分に対応した性質をもつことになる。

【００５５】さて、従来の水封ポンプは、インペラ（羽
根車）がステンレス鋼であるが、中間壁板及び側板が鋳
鉄製である。

【００５６】図２に見られるように、減圧気相反応装置
に於ける反応室１の到達圧力が、当初は０．０３〔Ｔｏ
ｒｒ〕であり、ＣｌＦ₃ガスを２７７〔リットル〕導入
した後は０．１８〔Ｔｏｒｒ〕に悪化し、また、表には
示されていないが、この際、エゼクタ・ポンプ９の吸入
口圧力は６〔Ｔｏｒｒ〕から８〔Ｔｏｒｒ〕に上昇し
た。

【００５７】この結果からすると、水封ポンプ１０の性
能は明らかに低下しているので、解体して表面観察した
ところ、シリンダ内に腐食が見られ、特に、排気性能を
左右する要部であるインペラ、中間壁板、側板のうち、
中間壁板と側板に於いて、最大０．４〔ｍｍ〕の腐食が
見られ、クリアランスの増加に依って排気速度が低下し
ていることが判った。

【００５８】これは、ＣｌＦ₃ガスと水封ポンプ１０に
於ける封水とが反応して生成されたフッ酸や塩酸で鋳鉄
が腐食されたものである。

【００５９】次に、要部ＢＣ型の水封ポンプを用いた場
合について説明するが、これは、フッ酸に対する耐食性
が高いとされているＢＣ２合金、即ち、Ｃｕ、Ｓｎ、Ｚ
ｎの合金をインペラ、中間壁板、側板の材料として用い
たものである。

【００６０】図２に見られるように、減圧気相反応装置
に於ける反応室１の到達圧力が、当初は０．０２〔Ｔｏ
ｒｒ〕であり、ＣｌＦ₃ガスを１７８〔リットル〕導入
した後は０．１０〔Ｔｏｒｒ〕に悪化し、また、同じく
表には示されていないが、この際、エゼクタ・ポンプ９
の吸入口圧力は４〔Ｔｏｒｒ〕から１５〔Ｔｏｒｒ〕に
上昇した。

【００６１】この結果は、水封ポンプ１０の性能が明ら
かに低下したことを示している為、解体して表面観察し
たところ、インペラ、中間壁板、側板の全てについて、
最大０．１〔ｍｍ〕の腐食が見られた。

【００６２】次に、全ステンレス型の水封ポンプを用い
た場合について説明するが、この水封ポンプは、インペ
ラ、中間壁板、側板の全てをステンレス鋼の一種である
ＳＣＳ１４で構成したものである。

【００６３】図２に見られるように、減圧気相反応装置
に於ける反応室１の到達圧力が、当初は０．０２〔Ｔｏ
ｒｒ〕であり、約２６〔時間〕に亙ってＣｌＦ₃ガスを
３１３〔リットル〕導入したが、到達圧力は０．０１２
〔Ｔｏｒｒ〕であって、所謂、ポンプ・ダウンは見られ
なかった。

【００６４】解体して表面観察したところ、インペラ、
側板に油膜と思われる黒い被膜が付着していたが、ＳＣ
Ｓ１４自体に腐食は見られなかったので、この水封ポン
プはＣｌＦ₃ガスの除害装置兼真空ポンプとして使用可
能であることが確認された。

【００６５】この全ステンレス型水封ポンプの約２６時
間に及ぶ連続運転は、実際の反応室１のクリーニング頻
度及びクリーニング時間を考慮すると、約３か月間の装
置稼働期間に相当し、水封ポンプの本質的な流体磨耗に
依る定期的なオーバーホールの必要性を併せ考えた場
合、約３カ月以上に亙って水封ポンプを使用可能である
ことが示され、コスト的に充分見合うことが明らかであ
る。

【００６６】また、コスト上昇に結び付くが、フッ酸及
び塩酸の何れにも耐食性があるＮｉ系合金、換言すると
Ｎｉ基耐食合金、例えば市販Ｎｉ、Ｎｉ−Ｃｕ合金であ
るモネル（Ｍｏｎｅｌ：商品名）、Ｎｉ−Ｃｒ合金であ
るインコネル（Ｉｎｃｏｎｅｌ：商品名）、Ｎｉ−Ｍｏ
合金であるハステロイ（Ｈａｓｔｅｌｌｏｙ：商品名）
のうち、少なくとも一種を主要動作部分に採用すれば、
強酸に依る腐食は殆ど無視することができ、流体磨耗に
依る損傷の程度で決まるオーバーホール周期で、ＣｌＦ
₃ガスに依る反応室１のクリーニングを行う際の除害装
置兼真空ポンプとして充分に使用に耐える。

【００６７】前記実験結果を踏まえ、本発明では、Ｃｌ
Ｆ₃ガスを導入して反応室クリーニングを実施できる機
能を備えた減圧気相反応装置に於いて、真空ポンプ、即
ち、図１では、メカニカル・ブースター・ポンプ７及び
油回転ポンプ８から以降のガス排気ラインにインペラ、
中間壁板、側板などの主要動作部分をステンレス鋼或い
はＮｉ合金を適用した水封ポンプ１０を介挿することに
依って、現実的な期間に亙ってＣｌＦ₃ガスを除害する
ことができた。

【００６８】前記実験では、真空ポンプ・ユニットの構
成がメカニカル・ブースター・ポンプ２台と空気エゼク
タ付き水封ポンプ１台であった為、従来型と要部ＢＣ型
の水封ポンプの実験で、メカニカル・ブースター・ポン
プは背圧の影響を強く受け、排気速度が連動して悪化
し、結果として反応室１の到達圧悪化が即座に現れた。

【００６９】これを回避するには、水封ポンプ１０の前
段ポンプとして、粗引きポンプ或いは補助ポンプにドラ
イ・ポンプか油回転ポンプを使用することに依り、水封
ポンプ１０の排気速度が劣化しても前記真空ポンプは背
圧の影響を受けることがなくなり、反応室１の到達圧に
変化はなく、成膜への支障は起こらず、従って、定期的
なパーツ交換を前提にすれば、従来型の水封ポンプに依
る現実的な期間の除害が可能である。

【００７０】従来型の水封ポンプを用いて現実的な期間
の除害を可能にする他の手段としては、ＣｌＦ₃ガスを
希釈する不活性ガスの流量、エゼクタからの空気導入
量、水封ポンプに於ける循環水の水量のうち、少なくと
も一つ以上を増加させることに依り、ＣｌＦ₃ガスを更
に希釈することで金属腐食の進行を遅延させれば良い。

【００７１】ところで、ＣｌＦ₃ガスを不活性ガスで充
分に希釈しようとすると、莫大な量の不活性ガスが必要
となるので、これを回避する手段としては、封液循環方
式の水封ポンプを使用し、封液槽内に苛性ソーダなどの
アルカリ性物質を混入することで、ＣｌＦ₃ガスが封水
と反応して生成されたフッ酸や塩酸を中和させ、金属の
腐食を抑えることも可能である。

【００７２】前記したように、水封ポンプは、Ｓｉ系の
成膜ガスであるＳｉＨ₄ガスなどと共にクリーニング・
ガスであるＣｌＦ₃ガスも充分に希釈してあれば除害す
ることができ、その除害を行う場合、目的物製造の為の
ソース・ガスのガス排気ラインと分岐したラインを設け
ることは不要になる。

【００７３】その場合、反応室と水封ポンプとを１：１
で対応させておけば、成膜用ガスとＣｌＦ₃ガスとが同
時に流さないようにする為のインターロック機構、例え
ばノーマリ・オープンとノーマリ・オンの空圧弁を連動
させた機構を付設するのみで安全性は極めて高くなる。

【００７４】成膜とクリーニングとの切り替えタイミン
グは、反応室１を大気圧に戻して開放するのに必要なパ
ージ時間の後であれば良く、また、反応室１を幾つかま
とめて一つの水封ポンプ１０で処理するような場合であ
っても、各反応室１に於ける同時成膜、同時クリーニン
グを励行すれば問題はない。

【００７５】前記諸実験とは別に、ＣｌＦ₃ガスを導入
した場合の水封ポンプ材の腐食進行の程度を知得する
為、試験片をフッ酸＋塩酸（ＨＦ＋ＨＣｌ）溶液中に浸
漬し、その耐食性について調査した。

【００７６】ここで、試験片としては、ＢＣ２、ＳＣＳ
１４及びＳＵＳ３１６、モネルの四種類を採用した。

【００７７】フッ酸＋塩酸溶液の混合比は、実際に生じ
ていると思われる値の近傍に設定することが必要であ
り、水封ポンプ出口側で実施したＨＦガス及びＨＣｌガ
スの濃度測定値を基にして定めた。

【００７８】図４は水封ポンプにＣｌＦ₃ガスを２５０
〔ｓｃｃｍ〕（条件Ａ）、並びに、５０〔ｓｃｃｍ〕
（条件Ｂ）の二つの条件を適用して導入した時の出口側
でサンプリングしたＨＦガス及びＨＣｌガスの実測結果
を表にまとめた図である。

【００７９】ＣｌＦ₃ガスを希釈する為、空気とＮ₂ガ
スを併せて２７０〔リットル／分〕導入しているので、
入口側のＣｌＦ₃ガスの予想濃度は、９２５〔ｐｐｍ〕
（条件Ａ）及び１８５〔ｐｐｍ〕（条件Ｂ）となる。

【００８０】実測した結果から、ＣｌＦ₃ガスに対する
比を求め、ＨＣｌガスは０．０５４で、ＨＦガスは０．
４３２であると仮定すると、この値分だけが水封ポンプ
内の封水中に溶解することなく、排ガスとして排気され
ていることになる。

【００８１】水封ポンプ内の封水中にＣｌＦ₃ガスが全
て溶解したとすると、ＨＣｌ溶液はＣｌＦ₃ガスと同じ
濃度となり、ＨＦ溶液はＣｌＦ₃ガスの濃度の３倍生成
される筈である。然しながら、実際には、ＨＣｌガス及
びＨＦガスとなって、前記したように排気されているの
で、実際の水封ポンプ内の封水中に於けるＨＣｌ濃度及
びＨＦ濃度は、ＣｌＦ₃：ＨＣｌ：ＨＦ＝１：（１−０．０５４）：（３−０．４３２）＝１：０．９４６：２．５６８ ≒１：１：２．７と推定される。

【００８２】従って、塩酸（ＨＣｌ溶液）とフッ酸（Ｈ
Ｆ溶液）との混合比は１：２．７とするのが妥当であ
る。但し、前記式のうちのＣｌＦ₃濃度に対するＨＣｌ
及びＨＦの濃度は局所的なものであって、実際には、絶
えず入れ替わっている流水で直ちに希釈され、更に低濃
度になって排水されていると考えられる。

【００８３】実験は、混合比１：２．７とした塩酸＋フ
ッ酸の混合液に於ける濃度を０．２〔％〕〜１〔％〕の
間で０．２〔％〕ずつ変化させたもの、そして、２
〔％〕〜１０〔％〕の間で２〔％〕ずつ変化させたもの
を作成し、２０〔ｍｍ〕角の試験片を２〔時間〕に亙っ
て浸漬した。

【００８４】耐食性の評価は、塩酸＋フッ酸混合液に浸
漬する前後での重量変化の測定、及び、ＳＥＭ（ｓｃａ
ｎｎｉｎｇｅｌｅｃｔｒｏｎｍｉｃｒｏｓｃｏｐ
ｙ）を用いた表面観察に依って行った。

【００８５】前記の実験に於いては、実際の状態に出来
る限り近づける為、空気を５〔リットル／分〕程度、混
合液中にバブリングし、試験片を空気に時々接触させる
ようにしたものもある。尚、試験片は、油脂を除去する
為、予め、酢酸ブチルで超音波洗浄したものを用いた。

【００８６】図５は塩酸＋フッ酸混合液の濃度を０．２
〔％〕〜１〔％〕とした場合に於ける各試験片の重量変
化の関係を表す線図であり、また、図６は塩酸＋フッ酸
混合液の濃度を０．２〔％〕〜１０〔％〕とした場合に
於ける各試験片の重量変化の関係を表す線図である。

【００８７】金属の腐食が進行する度合いは、酸性溶液
の濃度に比例し、且つ、浸漬させた時間にも略比例す
る。従って、塩酸＋フッ酸混合液の濃度を高めること
で、長時間に亙って浸漬した場合と同じ結果を期待でき
る。

【００８８】図５及び図６から看取される結果について
は、バブリング方法が適切でない為のバラツキが現れて
いるものの、全体的な傾向は把握することができる。

【００８９】実際の水封ポンプで行った耐久性実験では
好結果が得られたステンレス鋼のＳＣＳ１４は、濃度が
０．４〔％〕以上になると重量変化が現れ、また、ＳＥ
Ｍに依って観察するとホールの発生及び表面荒れが見ら
れた。

【００９０】これに対し、同じステンレス鋼のＳＵＳ３
１６は、濃度が２〔％〕以上になってから重量変化が現
れ、ＳＣＳ１４よりも耐食性は優れていることが判っ
た。

【００９１】また、Ｎｉ合金であるモネル・メタルは、
濃度が１０〔％〕になっても重量変化は現れず、ＳＥＭ
に依る観察でも表面に少し荒れが見られる程度であっ
た。

【００９２】また、ＢＣ２は、浸漬のみで腐食がさほど
進行することはないが、空気をバブリングすることで腐
食は激しくなり、濃度が０．２〔％〕で既に重量変化が
現れる。

【００９３】前記したところから、インペラ、中間壁
板、側板にステンレス鋼であるＳＣＳ１４を採用した水
封ポンプであっても、長期間稼働させた場合、腐食に依
ってポンプ・ダウンを生ずる可能性があることが判る。

【００９４】そのポンプ・ダウンの可能性は、コスト・
アップに結び付くことではあるが、ＳＵＳ３１６の方が
より少なく、更には、Ｎｉ合金、例えばモネル・メタル
は殆ど腐食されないことが確認された。

【００９５】

【実施例】

第一実施例図１に示された減圧気相反応装置に於いて、水封ポンプ
１０は、インペラ、中間壁板、側板をステンレス鋼の一
種であるＳＣＳ１４を材料として構成した通常の構造の
ものを採用した。

【００９６】エゼクタ・ポンプ９からは、５０〔リット
ル／分〕の流量で空気が導入され、また、反応室１を通
過させずに希釈用Ｎ₂ガスを２３〔リットル／分〕の流
量で導入し、水封ポンプ１０の入口に於けるＣｌＦ₃濃
度を前記実験時と同様に０．２４〔％〕にした。また、
封水の水量は１５〔リットル／分〕である。

【００９７】本実施例に依れば、ＳｉＨ₄ガスの除害、
及び、ＣｌＦ₃ガスの除害は、乾式除害装置を用いた場
合と同程度に実現することができ、また、水封ポンプ１
０などの腐食については、さきの実験の通りであって、
全く問題は生じない。

【００９８】第二実施例図７は本発明に於ける他の実施例を説明する為の減圧気
相反応装置を表す要部説明図であり、図１に於いて用い
た記号と同記号は同部分を表すか或いは同じ意味を持つ
ものとする。

【００９９】第二実施例が第一実施例と相違するところ
は、水封ポンプ１０が鋳鉄製であって従来のものと同様
であること、また、真空ポンプの構成が、メカニカル・
ブースター・ポンプ７及び油回転ポンプ８で構成されて
いる点であり、そして、水封ポンプ１０の腐食を防ぐ
為、大量の希釈用ガスを流してクリーニング・ガスの希
釈を行っている。

【０１００】この減圧気相反応装置を用いて多結晶シリ
コン薄膜の形成及び反応室のクリーニングを行った。

【０１０１】（１）多結晶シリコン薄膜の形成につい
て反応室１内温度：６２０〔℃〕反応室１内圧力：０．２〔Ｔｏｒｒ〕ソース・ガス：ＳｉＨ₄ ＳｉＨ₄ガス流量：５０〔ｓｃｃｍ〕

【０１０２】（２）クリーニングについて開始時点：反応室１内壁への付着物膜厚が１０〔μｍ〕
になった時点クリーニング・ガス：ＣｌＦ₃ 反応室１内温度：６２０〔℃〕反応室１内圧力：２．０〔Ｔｏｒｒ〕クリーニング・ガス：ＣｌＦ₃ ＣｌＦ₂ガス流量：２５０〔ｓｃｃｍ〕希釈用ガス：Ｎ₂ Ｎ₂ガス流量：５〔ｓｌｍ〕

【０１０３】前記（２）のクリーニングを行うと、厚さ
１０〔μｍ〕の多結晶シリコン膜は約１〔時間〕で完全
に除去することができる。

【０１０４】本実施例では、水封ポンプ１０が鋳鉄製で
あることから、ＣｌＦ₃ガスに依る腐食を防ぐ為、クリ
ーニング時には、流量を１００〔リットル／分〕として
空気を導入し、更に、反応室１を通さずに希釈用Ｎ₂ガ
スを１６０〔リットル／分〕の流量で導入し、水封ポン
プ１０の入口に於けるＣｌＦ₃濃度を０．０９〔％〕に
している。

【０１０５】本実施例では、水封ポンプ１０の前段であ
る真空ポンプに油回転ポンプ８を用いているので、水封
ポンプ１０がポンプ・ダウンを起こした場合でも、背圧
の影響を受け難いことから、反応室１内の圧力が変動す
るなどのおそれを少なくすることができる。

【０１０６】第三実施例図８は本発明に於ける他の実施例を説明する為の減圧気
相反応装置を表す要部説明図であり、図１及び図７に於
いて用いた記号と同記号は同部分を表すか或いは同じ意
味を持つものとする。尚、簡明にする為、図８では、排
ガス処理系のみを表してある。

【０１０７】図に於いて、１６は封液槽、１７は封液を
冷却する熱交換機、１８は水封ポンプ本体、１９は封液
循環ライン、２０はｐＨセンサをそれぞれ示している。

【０１０８】この減圧気相反応装置を用いて窒化チタン
薄膜の形成及び反応室のクリーニングを行った。

【０１０９】窒化チタン薄膜を形成するには、ソース・
ガスとしてＴｉＣｌ₄ガスを用いるのであるが、この場
合、クリーニング・ガスとして用いるＣｌＦ₃ガスのみ
ならず、ＴｉＣｌ₄ガスも腐食性をもっている。

【０１１０】従って、通常の水封ポンプで排気した場合
には、水封ポンプに於ける封水と反応して塩酸を生じて
金属に対する反応性が著しく高くなり、短期間のうちに
水封ポンプの金属部分が腐食に依って損傷されてしまう
ので、このような場合、図に見られるような封液循環方
式の水封ポンプを用いることが好ましい。

【０１１１】一般に、水封ポンプの性能は、封液の温度
が大きく影響する為、封液循環方式の水封ポンプでは、
循環する封液の温度上昇を抑える目的で冷却機構を封液
槽或いは封液循環ラインに設置する必要があり、第三実
施例では、封液槽１６中に冷却機構として熱交換機１７
を設けてある。

【０１１２】図示していないが、一定温度に維持された
封液中には、アルカリ性物質として苛性ソーダを投入量
を調整しながら混入し、封液中で生じた塩酸排水を酸・
アルカリ反応に依って中和している。苛性ソーダの投入
量を調整する為には、ｐＨセンサ２０で検知されるｐＨ
値を利用する。このようにすると、水封ポンプ１８が鋳
鉄製であっても、腐食のダメージは軽減されるので、耐
食性の材料を使用したものと遜色ない実用性を維持する
ことができる。

【０１１３】ＴｉＣｌ₄ガスを用いて窒化チタン膜を成
長させる際の反応式は、２ＴｉＣｌ₄＋Ｎ₂＋４Ｈ₂→２ＴｉＮ＋８ＨＣｌであって、水素ガスを使用することから、ＣｌＦ₃ガス
との混合を回避することが必要である。

【０１１４】本実施例では、反応室１と水封ポンプ本体
１８とを１対１に対応させてあるから、水素ガスとＣｌ
Ｆ₃ガスとが同時に流れないようにインターロック化す
ることは容易である。

【０１１５】前記したところから明らかなように、本実
施例では、封液循環方式の水封ポンプを用い、アルカリ
性物資に依って酸排水を中和し、薄膜形成の為の反応性
ガスの除害もクリーニングの為のガスも除害することが
できるので、水封ポンプとしては、鋳鉄製の通常のもの
を用いることができる。

【０１１６】

【発明の効果】本発明に依る減圧気相反応装置及びその
排ガス処理方法に於いては、減圧反応室内に付着した反
応生成物を除去する為にＣｌＦ₃ガスを送入してクリー
ニングする機構をもった減圧気相反応装置に於いて、耐
食性金属材料で構成された水封ポンプでＣｌＦ₃ガスや
ガス化した反応生成物を除害したり、或いは、大量の希
釈用ガスを流して水封ポンプの入口でＣｌＦ₃ガスなど
の濃度を著しく低下させたり、或いは、水封ポンプの封
液槽にアルカリ性物質を投入して酸排水を中和すること
で除害する。

【０１１７】前記構成を採ることに依り、減圧気相反応
装置に乾式除害装置などを付設することなく、クリーニ
ング・ガスであるＣｌＦ₃ガスやガス化した反応生成物
の除害、及び、薄膜形成の為の反応性ガスの除害を水封
ポンプで実施することができるので、除害コストを低下
させることができると共に減圧気相反応装置の占有面積
を縮小することが可能であり、また、ＣｌＦ₃ガスと水
素系の成膜ガスとが混合される危険を容易に回避するこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】実験に用いた減圧気相反応装置を表す要部説明
図である。

【図２】実験で得られた結果を表にまとめた図である。

【図３】図２に挙げられている水封ポンプの形式、即
ち、従来型、要部ＢＣ型、全ステンレス型の具体的な内
容を表にまとめた図である。

【図４】水封ポンプにＣｌＦ₃ガスを導入して出口側で
サンプリングしたＨＦガス及びＨＣｌガスの実測結果を
表にまとめた図である。

【図５】塩酸＋フッ酸混合液の濃度を０．２〔％〕〜１
〔％〕とした場合に於ける各試験片の重量変化の関係を
表す線図である。

【図６】塩酸＋フッ酸混合液の濃度を０．２〔％〕〜１
０〔％〕とした場合に於ける各試験片の重量変化の関係
を表す線図である。

【図７】本発明に於ける他の実施例を説明する為の減圧
気相反応装置を表す要部説明図である。

【図８】本発明に於ける他の実施例を説明する為の減圧
気相反応装置を表す要部説明図である。

【図９】従来の技術を説明する為の減圧気相反応装置を
表す要部説明図である。

【図１０】他の従来の技術を説明する為の減圧気相反応
装置に於ける一部を表す要部説明図である。

【符号の説明】

１反応室２薄膜形成用ガス供給管３炉内クリーニング用ガス供給管４ＳｉＨ₄ボンベ５ＣｌＦ₃ボンベ６ガス排気管７第１のメカニカル・ブースター・ポンプ（真空ポン
プ）８油回転ポンプ９エゼクタ・ポンプ１０水封ポンプ１１ガス排気管１２Ａ切り替えバルブ１２Ｂ切り替えバルブ１３ＣｌＦ₃ガス専用の乾式除害装置１４乾式除害装置１５第２のメカニカル・ブースター・ポンプ１６封液槽１７封液を冷却する熱交換機１８水封ポンプ本体１９封液循環ライン２０ｐＨセンサ

フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号庁内整理番号ＦＩ技術表示箇所Ｈ０１Ｌ 21/304 ３４１Ｂ０１Ｄ 53/34 １３４Ａ (72)発明者坂元直樹神奈川県川崎市中原区上小田中1015番地富士通株式会社内 (72)発明者鶴見徹神奈川県川崎市中原区上小田中1015番地富士通株式会社内 (72)発明者山西宏和神奈川県川崎市中原区上小田中1015番地富士通株式会社内 (72)発明者鎌田博之神奈川県川崎市中原区上小田中1015番地富士通株式会社内 (72)発明者佐藤善康神奈川県川崎市中原区上小田中1015番地富士通株式会社内 (72)発明者阿部和英福島県会津若松市門田町工業団地４番地株式会社富士通東北エレクトロニクス内 (72)発明者尾松啓滋賀県守山市三宅町30番地神港精機株式会社内 (72)発明者山本英雄滋賀県守山市三宅町30番地神港精機株式会社内 (72)発明者西村伸弘滋賀県守山市三宅町30番地神港精機株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】反応室内に付着した反応生成物を除去する
為にＣｌＦ₃ガスを送入してクリーニングする機構をも
った減圧気相反応装置に於いて、真空ポンプ以降のガス排気ラインに介挿されて排気を行
うと共に前記ＣｌＦ₃ガス及びガス化した反応生成物の
除害を行う少なくともインペラ及び側板及び中間壁板が
ステンレス鋼或いはＮｉ系金属から選択された耐食性金
属材料で構成された水封ポンプを備えてなることを特徴
とする減圧気相反応装置。
【請求項２】水封ポンプの直前に接続され吸入した気体
でＣｌＦ₃ガス及びガス化した反応生成物を希釈するエ
ゼクタ・ポンプを備えてなることを特徴とする請求項１
記載の減圧気相反応装置。
【請求項３】真空ポンプのうち少なくとも粗引き或いは
補助の真空ポンプがドライ・ポンプ或いは油回転ポンプ
の何れかであることを特徴とする請求項１又は２記載の
減圧気相反応装置。
【請求項４】反応室内に付着した反応生成物を除去する
為にＣｌＦ₃ガスを送入してクリーニングを行う工程
と、前記反応室から排出されるＣｌＦ₃ガス及びガス化した
反応生成物を真空ポンプ以降のガス排気ラインに介挿さ
れた水封ポンプの入口で金属を腐食しない程度の濃度に
なるよう充分に希釈する工程と、前記希釈されたＣｌＦ₃ガス及びガス化した反応生成物
を前記水封ポンプに於ける封水中に取り込んで除害する
工程とが含まれてなることを特徴とする減圧気相反応装
置に於ける排ガス処理方法。
【請求項５】反応室内に付着した反応生成物を除去する
為にＣｌＦ₃ガスを送入してクリーニングを行う工程
と、前記反応室から排出されるＣｌＦ₃ガス及びガス化した
反応生成物を真空ポンプ以降のガス排気ラインに介挿さ
れ封液槽及び熱交換機構をもつ封液循環方式の水封ポン
プに導いて封液中にアルカリ性物質を混入し酸排水を中
和させて除害する工程とが含まれてなることを特徴とす
る減圧気相反応装置に於ける排ガス処理方法。
【請求項６】水封ポンプの直前に接続されたエゼクタ・
ポンプが吸入した気体でＣｌＦ₃ガス及びガス化した反
応生成物を希釈することを特徴とする請求項４又は５記
載の減圧気相反応装置に於ける排ガス処理方法。
【請求項７】反応室と水封ポンプとの間に介在して真空
引きを行う真空ポンプを構成するドライ・ポンプ或いは
油回転ポンプで粗引きなどを行うことを特徴とする請求
項４又は５又は６記載の減圧気相反応装置に於ける排ガ
ス処理方法。