加熱装置およびプロセスガス処理システム
【課題】排気コンダクタンスの上昇を抑えつつプロセスガスを短時間で効率的に加熱できるようにした低コストの加熱装置、および、この加熱装置を用いてプロセスガスを高温に加熱して下流の長距離にわたりプロセスガスを高温に維持するプロセスガス処理システムを提供する。
【解決手段】加熱装置１の加熱流路部２００に複数枚配置されたフィン２２０の孔部２２１は、プロセスガスを螺旋状に案内しつつ流すように設けられている。孔部２２１を通過して螺旋状となったプロセスガスが円筒２１０およびフィン２２０から放射される熱により加熱され、反応副生成物の付着を防止する温度が下流の排気流路の終端まで維持されるプロセスガスとする。
【解決手段】加熱装置１の加熱流路部２００に複数枚配置されたフィン２２０の孔部２２１は、プロセスガスを螺旋状に案内しつつ流すように設けられている。孔部２２１を通過して螺旋状となったプロセスガスが円筒２１０およびフィン２２０から放射される熱により加熱され、反応副生成物の付着を防止する温度が下流の排気流路の終端まで維持されるプロセスガスとする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、プロセスガスを加熱する加熱装置、および、この加熱装置を含むプロセスガス処理システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体の成膜ではＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）による成膜が多く用いられている。このようなＣＶＤの従来技術の具体例として、半導体の絶縁膜に用いられるシリコンナイトライドを成膜する時、ジクロールシランガスとアンモニアガスを使用して行う。反応は以下のようになる。
３ＳｉＨ２Ｃｌ２＋１０ＮＨ３ → Ｓｉ３Ｎ４＋６ＮＨ４Ｃｌ＋６Ｈ２
この時、副反応生成物である塩化アンモニウム（ＮＨ４Ｃｌ）ガスが生成する。塩化アンモニウムガスは１８４℃を下回ると気体から固体となる。塩化アンモニウムガスは１８４℃より高温にある反応真空チャンバ（約７００〜９５０℃）の中ではガス状であるが、配管・バルブ・エルボ等を組み付けて構成される排気流路を通流する間に冷却され固体粒子となる。固体粒子は真空ポンプに入り込み、ケーシングや回転翼に付着して堆積物となる。また、真空ポンプからさらに下流へも到達して排気流路の内側で堆積する。
【０００３】
このような堆積物により排気流路の内部空間が狭められると、真空ポンプによる排気能力の低下をきたしたり、反応真空チャンバ内のガス流速が徐々に変化する。その結果、常に一定であって安定した状態でＣＶＤ反応がなされず、安定した成膜が困難となる。さらに、排気流路が堆積物により狭小になると、反応真空チャンバの排気ができなくなる。
また、堆積物を除去するためには、排気流路内を清掃する必要があり、システムの保守に多大な労力、時間、および、費用を要する。
【０００４】
そこで、従来技術では排気流路途中に加熱装置を介在させ、反応副生成物ガスや残留ガスを含むプロセスガスを所定温度（先に例示した塩化アンモニウムガスが反応副生成物ガスである場合では１８４℃を十分に超える温度、例えば３００℃）に維持して、堆積物が付着しないように配慮している。
【０００５】
このような従来技術の加熱装置の一具体例として、例えば、特許文献１に記載された装置が知られている。
特許文献１（特開２００６−３３２０８６号公報，発明の名称「加熱装置およびプロセスガス処理システム」）に記載された発明は、本願出願人の特許出願に係るものであり、プロセスガスが通流する加熱流路部と、カーボンなどを材料とする大球，中球，小球からなる発熱体と、発熱体に対して誘導加熱により加熱するコイルと、を備え、発熱体を通過して乱流となったプロセスガスが発熱体に接触して加熱され、反応副生成物が付着しない温度が下流の排気流路の終端まで維持されるプロセスガスとする加熱装置、およびこのような発熱効率を高めた加熱装置を用いるプロセスガス処理システムに係るものである。
【０００６】
また、加熱装置ではないがプロセスガス処理システムに係る装置の従来技術として、特許文献２（特開平０９−７２２９１号公報，発明の名称「ドライ真空ポンプ前段用のトラップ」）に記載された発明は、ハウジングの底面に立てた中空のセンターシャフトに対し、それぞれスペーサを介在させて複数の凝着板を取り付け、かつこれら凝着板とスペーサとを加熱するための電熱ヒータをセンターシャフト内のほぼ全長に挿入し、また、ガス導入口からガス導出口の間において、各凝着板の間隔、および各凝着板の流路部分の開口面積を漸減させるというものであり、トラップの構造が特許文献１の加熱装置として利用可能な構造である。
【０００７】
また、特許文献３（特開２００２−１８６８４３号公報，発明の名称「超臨界水反応装置」）に記載された発明は、ＣＶＤ成膜に関するものではなく超臨界水反応装置に関するものであるが、反応室の構造が特許文献１の加熱装置として利用可能な構造である。
【０００８】
【特許文献１】特開２００６−３３２０８６号公報 （段落番号００４０，００４１，図２）
【特許文献２】特開平０９−７２２９１号公報 （段落番号０００９〜００１２，図１〜図３）
【特許文献３】特開２００２−１８６８４３号公報 （段落番号００３１〜００３３，図１，図２）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
特許文献１に記載の加熱装置では、大球，中球，小球がカーボンの消費により大きさが変化したり、また、大球，中球，小球の移動などにより加熱流路が一定せず、特性が安定しないおそれがあった。
また、排気ガス内にカーボン粉が混入するおそれもあった。
さらにまた、加熱流路部の覆いは石英により形成されているが、この石英は割れやすいものであり、仮に加熱流路部が割れて欠けやひびが生じるような場合は、リークを生じるため、真空ポンプ二次側に設置するものとしては好ましくなかった。
特許文献２，３では加熱流路部の加熱構造として適用するには、流路が非連続のつづら折り状であって排気コンダクタンスが大きくなりすぎるため、真空が確保しにくいという問題もあった。
また、プロセスガスをより高温にすることで、プロセスガスを加熱する加熱流路部内はもちろんのこと、下流までプロセスガスを高温に維持し、下流の排気流路系全般にわたり反応副生成物ガスが付着する事態が起こらないようにしたいという要請があった。
【００１０】
そこで、本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、その目的は、排気コンダクタンスの上昇を抑えつつプロセスガスを短時間で効率的に加熱できるようにした低コストの加熱装置を提供することにある。
さらに、他の目的は、この加熱装置を用いてプロセスガスを高温に加熱し、下流の排気流路の長距離にわたりプロセスガスを高温に維持するプロセスガス処理システムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明の請求項１に係る加熱装置は、
円筒と、この円筒内に複数枚並べられて配置されるとともに孔部が設けられるフィンと、を有し、フィンの孔部により決定された加熱流路をプロセスガスが通流するようになされた加熱流路部と、
加熱流路部を誘導加熱により加熱する加熱部と、
を備える加熱装置であって、
前記孔部は、プロセスガスを螺旋状に案内しつつ流すように設けられ、孔部を通過して螺旋状となったプロセスガスが円筒およびフィンから放射される熱により加熱され、反応副生成物の付着を防止する温度が下流の排気流路の終端まで維持されるプロセスガスとすることを特徴とする。
【００１２】
また、本発明の請求項２に係る加熱装置は、
請求項１記載の加熱装置において、
前記フィンは円板であり、孔部は円の一部を切り欠いた弦による孔であることを特徴とする。
【００１３】
また、本発明の請求項３に係る加熱装置は、
請求項２に記載の加熱装置において、
前記フィンは円筒の軸方向に等間隔で複数枚配置されるとともに、前記孔部は軸方向に進むにつれて所定角度毎に異ならせた弦による孔であることを特徴とする。
【００１４】
また、本発明の請求項４に係る加熱装置は、
請求項１〜請求項３の何れか一項に記載の加熱装置において、
前記フィンは、孔部に加えて排気コンダクタンス調整用の調整孔を備えることを特徴とする。
【００１５】
また、本発明の請求項５に係る加熱装置は、
請求項１〜請求項４の何れか一項に記載の加熱装置において、
前記加熱流路部は、円筒内前側で空間である前室を備え、加熱部は少なくとも前室周囲に形成されて前室を加熱することを特徴とする。
【００１６】
また、本発明の請求項６に係る加熱装置は、
請求項１〜請求項５の何れか一項に記載の加熱装置において、
加熱流路部の外周を覆って、外界から断熱する断熱体を備えることを特徴とする。
【００１７】
本発明の請求項７に係るプロセスガス処理システムは、
反応真空チャンバから排気する排気系の配管内に反応副生成物が付着するのを防止するプロセスガス処理システムであって、
反応真空チャンバの下流に設けられる真空ポンプと、
真空ポンプの下流に設けられる請求項１〜請求項６の何れか一項に記載の加熱装置と、
加熱装置の下流に設けられるスクラバと、
スクラバに流入するプロセスガスの温度を計測して温度信号を出力するガス温度センサと、
温度信号に基づいて加熱装置の加熱温度を制御する制御駆動装置と、
を備え、
制御駆動装置は、ガス温度センサからの温度信号が予め定められた温度以上を維持するように加熱装置を制御する駆動信号を出力する手段として機能することを特徴とする。
【００１８】
また、本発明の請求項８に係るプロセスガス処理システムは、
反応真空チャンバから排気する排気系の配管内に反応副生成物が付着するのを防止するプロセスガス処理システムであって、
反応真空チャンバの下流に設けられ、請求項１〜請求項６の何れか一項に記載の加熱装置と、
加熱装置の下流に設けられる真空ポンプと、
真空ポンプの下流に設けられるスクラバと、
真空ポンプに流入するプロセスガスの温度を計測して温度信号を出力するガス温度センサと、
温度信号に基づいて加熱装置の加熱温度を制御する制御駆動装置と、
を備え、
制御駆動装置は、ガス温度センサからの温度信号が予め定められた温度以上を維持するように加熱装置を制御する駆動信号を出力する手段として機能することを特徴とする。
【００１９】
また、本発明の請求項９に係るプロセスガス処理システムは、
請求項７または請求項８記載のプロセスガス処理システムにおいて、
前記加熱装置内に配置されて、加熱流路部温度信号を出力する加熱流路部用温度センサを備え、
制御駆動装置は、加熱流路部用温度センサからの加熱流路部温度信号が予め定められた温度を超えると判断したときに加熱制御を停止するように加熱装置を制御する駆動信号を出力する手段として機能することを特徴とする。
【発明の効果】
【００２０】
以上のような本発明によれば、排気コンダクタンスの上昇を抑えつつプロセスガスを短時間で効率的に加熱できるようにした低コストの加熱装置を提供することができる。
さらに、この加熱装置を用いてプロセスガスを高温に加熱し、下流の排気流路の長距離にわたりプロセスガスを高温に維持するプロセスガス処理システムを提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
続いて、本発明の加熱装置およびプロセスガス処理システムを実施するための最良の形態について図に基づいて一括して説明する。図１は本形態のプロセスガス処理システムの全体構成図である。プロセスガス処理システムは、加熱装置１、反応真空チャンバ２、真空ポンプ３、スクラバ４、加熱流路部用温度センサ５、ガス温度センサ６、制御駆動装置７を備えている。
【００２２】
プロセスガス処理システムの上流側（図１の左側）から説明をする。
反応真空チャンバ２は、各種ＣＶＤプロセスを行うための反応室である。
真空ポンプ３は、反応真空チャンバ２の下流に接続される。
加熱装置１は、真空ポンプ３の下流に接続される。
スクラバ４は、加熱装置１の下流に接続される。
加熱流路部用温度センサ５は、加熱装置１の加熱流路部２００（図２参照）の温度を計測し、加熱流路部温度信号を出力する。なお、加熱流路部用温度センサ５は、例えば熱電対であり加熱流路部２００の円筒２１０に溶接により二線が接続されている。
ガス温度センサ６は、スクラバ４に流入するプロセスガスの温度を計測し、温度信号を出力する。
プロセスガス処理システムの動作については後述する。
【００２３】
このうち加熱装置１の内部構造について説明する。図２は本形態の加熱装置の内部構造図であり、図２（ａ）は導出側側面図、図２（ｂ）は縦断面図、図２（ｃ）はＡ断面図、図２（ｄ）はＢ断面図、図２（ｅ）はＣ断面図、図２（ｆ）はＤ断面図である。図３は加熱流路部内のフィンの配置およびプロセスガスの流れの説明図である。なお、図２（ｃ）〜図２（ｆ）では図をわかりやすくするため、フィン２２０のみ図示し、他の断熱体４００など円筒２１０の外側の構成の図示を省略している。
加熱装置１は、図２で示すように、導入部１００、加熱流路部２００、加熱部の一具体例であるコイル３００、断熱体４００、導出部５００、温度センサ導入部６００を備えている。この図２（ｂ）の加熱装置１の右側では真空ポンプ３が管を介して接続され、図２（ｂ）の左側ではスクラバ４が管を介して接続される。
【００２４】
導入部１００は、詳しくは、管１１０、蓋部１２０を備える。
管１１０は、真空ポンプ３の二次側と連通しており、真空ポンプ３から排気されたプロセスガスが通流する。
蓋部１２０は、円板の中央に孔が貫通するように形成され、加熱流路部２００の円筒２１０の開口を塞いでいる。この中央の孔には、真空ポンプ３に一端が連結された管１１０の他端と連結固定されている。
【００２５】
加熱流路部２００は、円筒２１０、フィン２２０、を備えている。
円筒２１０は、誘導加熱が可能な材料で形成され、両側に開口部を有する筒体である。例えばステンレス管などである。
フィン２２０は、誘導加熱が可能な材料で形成されてこの円筒内に複数枚配置されるステンレス板などによる円板であり、さらに図２（ｃ）〜図２（ｆ）で示すような孔部２２１、調整孔２２２を備える。孔部２２１は円板の一部を切り欠いて形成するものであり、弦による孔である。調整孔２２２はプロセスガスを通過させる孔であり、排気コンダクタンスを調整するための孔である。後述するが調整孔２２２は十分な排気コンダクタンスが確保できる場合にはなくても良い。なお、フィン２２０は、円筒２１０の内部に溶接により固定されるが、この際に調整孔２２２を把持固定しながら溶接するため、固定を容易にする。円筒２１０内の複数のフィン２２０により形成される加熱流路の詳細については後述する。
【００２６】
コイル３００は、本発明の加熱部の一具体例であり、高周波誘導加熱を行うためのものである。動作については後述する。
断熱体４００は、加熱流路部２００の外周を覆う筒体であり、例えば、グラスウールなどにより形成されている。断熱体４００は、加熱流路部２００が外界へ熱放射しないように断熱して、加熱流路部２００を高温に維持する。
【００２７】
導出部５００は、蓋部５１０、シール５２０、押さえ部５３０、留めネジ５４０、管５５０を備える。
蓋部５１０は、円板の中央に孔が貫通するように形成され、加熱流路部２００の円筒２１０の開口を塞いでいる。
シール５２０は、例えばＯリングなどであり、蓋部５１０と押さえ部５３０との間で強固に密接するようになされ、リークの発生を防止する。
【００２８】
押さえ部５３０は、円板の中央に孔が貫通するように形成され、この中央の孔には、スクラバ４に一端が連結された管５５０の他端と連結固定されている。
留めネジ５４０は、シール５２０を介して押さえ部５３０を蓋部５１０に押さえつつ固定する。
管５５０は、スクラバ４と連通しており、加熱装置１により加熱されたプロセスガスが通流してスクラバ４へ到達する。
【００２９】
温度センサ導入部６００は、加熱流路部２００および断熱体４００に設けられ、流路内と連通する孔と、孔に挿通された温度センサの通信線を引出しつつ内外を封止する封止部である。この温度センサ導入部６００を通じて、ガス温度センサ６が流路内へ入れられる。なお、図２（ｂ）ではガス温度センサ６が加熱装置１の直後に配置されているが、プロセスガス処理システムとしては、図１で示したように、スクラバ４までの排気流路が長尺な場合にはこのスクラバ４の直前にガス温度センサ６が配置されるようにしても良い。
【００３０】
続いて本発明の特徴をなす加熱装置１の加熱流路部２００の詳細について説明する。まず、構造について説明する。フィン２２０は、円筒２１０の軸方向に等間隔で複数枚配置されており、流路方向から順に見ると、図２（ｆ）のＤ断面図、図２（ｅ）のＣ断面図、図２（ｄ）のＢ断面図、図２（ｃ）のＡ断面図というように、孔部２２１は軸方向に進むにつれて所定角度毎に異ならせた弦による孔としており、以下図２（ｆ）の断面図に戻って同様に所定角度毎に異ならせて配置している。このような加熱流路部２００の内部では、図３で示すように、孔部２２１が角度を変えて配置されたものとなる。なお、図３は図２（ｂ）の構造のうちフィン２２０のみを配置したものであり、見やすさに重点を置くため一部図示を省略している。
【００３１】
本形態ではＤ断面図で０°としたときに、Ｃ断面図で９０°、Ｂ断面図で１８０°、Ａ断面図で２７０°であり、９０°毎に異なる弦による孔が形成されており、フィン２２０がプロセスガスの通流方向に行くに従って孔部２２１の位置が変化するように取り付けられている。そして、５枚目で一周して３６０°回転したこととなりＤ断面図と同じ孔が０°の位置に配置されたフィン２２０が配置される。これで１ターンとすると本形態では３．５ターンの螺旋が形成されることとなる。ターン数が多いと、プロセスガスの滞留時間が長くなるため加熱温度を高めることができるが排気コンダクタンスが大きくなるため排気速度が遅くなる。そこで加熱温度と排気コンダクタンスを勘案してターン数が決定される。また、ターン数に応じて弦の角度も形成される。例えば、弦を形成する角度として３０°毎、４５°毎、または６０°毎という角度を採用しても良い。これらもプロセスガスや処理システムなどに応じて適宜決定される。
【００３２】
続いてプロセスガスの流れについて説明する。上記のような構造を有する加熱流路部２００では、図３の曲線状の点線で示すように、主な流れとしてほぼ螺旋状に流れる。
また、調整孔２２２でもプロセスガスが通流する。この調整孔２２２の存在により排気コンダクタンスを低下させている。
これら螺旋状の流路と調整用の流路により所定の排気コンダクタンスまで低下させている。また、入口から出口までの加熱流路を螺旋状に長くしているため、加熱装置１の全長を短くすることもでき加熱装置１の小型化に寄与する。
また、円筒にフィンを固定するなど加熱流路部の構造も簡単であり、コストの低減に寄与する。
【００３３】
続いてプロセスガスへの加熱について説明する。
上記のような加熱流路部２００を誘導加熱により加熱すると、円筒２１０とフィン２２０が加熱されて高熱になる。そして、まず、円筒２１０からの放射熱により円筒２１０内が加熱される。特に円筒２１０の内側周囲が加熱される。そして円筒２１０の内壁面から遠い中心軸付近でも二枚のフィン２２０に挟まる空間ではフィン２２０からの放射熱により加熱される。これら円筒２１０およびフィン２２０により加熱流路部内の全体で加熱される。このように円筒２１０とフィン２２０とが共に加熱されているため、加熱効率が高まる。
【００３４】
このような加熱流路部２００では、図３で示すように、孔部２２１を通過しつつ円筒２１０の内周付近に沿って螺旋状の流路をプロセスガスが流れると、円筒２１０からの放射熱により十分に加熱されつつ流れていく。
また、調整孔２２２を通過しつつ調整用の流路をプロセスガスが流れると、フィン２２０に当たって乱流となりつつ流れていき、円筒２１０やフィン２２０から放射される熱により十分に加熱されつつ流れていく。
このような加熱流路部２００では加熱流路を長くするとともに流量を増加させて排気コンダクタンスを低下させつつ加熱効率を向上させており、高速で所望の温度に加熱してプロセスガスを排気することが可能となる。
加熱装置１はこのようなものである。
【００３５】
続いて加熱装置１およびプロセスガス処理システムの一連の動作について説明する。
反応真空チャンバ２では、ＣＶＤプロセスが行われる。例えば、PECVD(Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition：プラズマ励起化学気相成長）法や、LPCVD (Low Pressure Chemical Vapor Deposition:：低圧化学気相成長）法というように、各種のＣＶＤプロセスである。
【００３６】
反応真空チャンバ２の反応室内に反応ガスが供給される。この反応ガスは加熱により熱化学反応を起こし堆積させる対象物に反応生成物が堆積し薄膜を形成する。この反応真空チャンバ２から、熱化学反応せずに残った反応ガス、および、熱化学反応によって生成された反応副生成物ガスを含むプロセスガスが排気される。
【００３７】
反応真空チャンバ２でＣＶＤプロセスを行った際に排気するプロセスガスの処理を行わないならば、反応真空チャンバ２の下流側の流路内において、ＣＶＤプロセスにより生成された反応副生成物ガス、または、余剰の原料ガスのうち、室温付近で固化するものが管内壁に付着堆積する。そこで、反応真空チャンバ２から排気されるプロセスガスに対し、反応真空チャンバ２の後段の装置でプロセスガス処理を行う。
【００３８】
真空ポンプ３では、プロセスガスを引いて下流へ送る。このとき、プロセスガスが通過しても、プロセスガスの流量は少なく、かつポンプ上流は真空状態のため副生成物はあまり生成されず、堆積物が付着する事態は生じないため、真空ポンプ３内は清浄な状態が保たれる。なお、反応真空チャンバ２と真空ポンプ３との間の排気流路にヒーター等巻くことで副生成物を生じさせないようにすることもできる。
【００３９】
真空ポンプ３の排気側では大量の窒素ガス等の希釈ガスにより希釈される。このため、プロセスガスの温度が低くなり、副生成物が生成しやすくなる。そこで、プロセスガスを加熱し、スクラバ４までプロセスガスを高温に維持する。加熱装置１は、誘導加熱を採用しているため、大流量のプロセスガスを高速加熱することが可能である。
【００４０】
加熱装置１はプロセスガスに対して所定温度以上となるように加熱する。
プロセスガスは、図２の導入部１００を経て、加熱流路部２００へ到達する。
加熱流路部２００では複数のフィン２２０の孔を通過してプロセスガスは螺旋状に通過していくため、換言すれば、長い距離を通過していくこととなり、十分に加熱されることとなる。このような加熱流路部２００は図２の左右方向に長さを短くすることができ、また、螺旋状の流路ではあるが、純粋な螺旋状ではなく軸方向へはフィンに衝突したり、半径方向に流れると円筒に衝突しつつ乱流気味に流れていくため、導出部を出る頃にはプロセスガスは十分に加熱された上で流出することとなる。また、このような構造であるため排気コンダクタンスが大きいような場合には調整孔によりフィンを通過し易いようにして排気コンダクタンスを低減させることもでき、所望の温度に加熱することが可能となっている。
【００４１】
このような加熱流路部２００に対し、制御駆動装置７から供給される駆動信号によりコイル３００が高周波交番磁界を印加することで、加熱流路部２００が誘導加熱され、これによって加熱流路部２００が高温に加熱される。このように加熱されたプロセスガスは、導出部５００の管５５０を経てスクラバ４に到達する。
スクラバ４は、到達したプロセスガスを無害ガスにして外部へ排出する。
プロセスガス処理システムの流体系はこのように形成される。
【００４２】
続いてプロセスガス処理システムの加熱温度制御系について説明する。
まず、ガス温度センサ６は加熱流路部２００の中でプロセスガスに直接接触するように配置され、図１で示すように、スクラバ４に流入する前のプロセスガスの温度を計測して温度信号を出力する。このガス温度センサ６は、導出部５００の管５５０が短い場合は、図２で示すように温度センサ導入部６００を通じて設置され、一方導出部５００の管５５０が長い場合は、スクラバ４へ入力する排気流路の近傍に配置される。この温度信号は、制御駆動装置７へ出力される。
【００４３】
制御駆動装置７は、ガス温度センサ６からの温度信号が予め定められた温度以上を維持するように発熱体を加熱制御する駆動信号を出力する手段として機能する。ここに制御系はＰＩＤ制御系やＯＮ・ＯＦＦ制御系として一定温度となるように制御している。駆動信号はコイル３００への交流信号であり、温度が低いと判断したときは交流信号（ＰＯＷＥＲ）を加えて発熱体を加熱する駆動信号とする。また、温度が高いと判断したときは交流信号（ＰＯＷＥＲ）を殆どＯＦＦ状態として、これ以上加熱流路部２００を加熱しないようにする。
【００４４】
これから、ガス温度センサ６の温度信号が所定温度を上回っていれば、それまでの経路では必ず所定温度を上回っており、副反応生成物が導出部５００の管５５０やスクラバ４内へ堆積物が付着するという事態を回避できる。そして、排気流路が長尺な場合には図１で示すようにスクラバ４の直前にガス温度センサ６を配置して、副反応生成物がスクラバ４の直前までの導出部５００の管５５０内へ堆積物が付着するという事態を回避できる。なお、図１のようなスクラバ４の直前にガス温度センサ６が配置されたならば、加熱流路部用温度センサ５が検出した温度に対し、ガス温度センサ６が検出した温度は多少の時間遅れを生じるが、一定温度に維持する厳密な温度制御ではないため、対応が十分に可能である。
【００４５】
続いて、緊急停止制御系について述べる。
加熱流路部用温度センサ５は、加熱装置１の加熱流路部２００内に配置される。
図１で示す制御駆動装置７は、加熱流路部用温度センサ５からの加熱流路部温度信号が予め定められた温度を超えると判断したときに加熱制御を停止する駆動信号を加熱装置１へ出力する手段として機能する。例えば、１０００℃以上になったら加熱制御を停止する。この温度の具体的な値は、発熱体の材質・個数や、スクラバ４までの距離等も勘案して決定される。
これにより、異常加熱が検知された場合に、制御駆動装置７が直ちに加熱を緊急停止することで、安全を確保する。プロセスガス処理システムはこのようなものである。
【００４６】
続いて、加熱装置の他の形態について図を参照しつつ説明する。図４は他の形態の加熱装置の内部構造図であり、図４（ａ）は導出側側面図、図４（ｂ）は縦断面図、図４（ｃ）はＥ断面図、図４（ｄ）はＦ断面図、図４（ｅ）はＧ断面図、図４（ｆ）はＨ断面図である。
加熱装置１’は、図４で示すように、導入部１００、加熱流路部２００、加熱部の一具体例であるコイル３００、断熱部４００、導出部５００、温度センサ導入部６００、前室７００を備えている。先に図２を用いて説明した加熱装置１と比較すると、円筒２１０内であって流入側の最初のフィン２２０の前段の空間である前室７００を設け、コイル３００は少なくとも前室７００の周囲を覆うように形成されて前室７００の周囲の円筒２１０を加熱することで前室７００を加熱する構成とした。加熱流路部２００は前側のみ加熱されるが円筒２１０を通じて熱伝達していき加熱流路部２００の全体が加熱される。なお、コイル３００は加熱流路部２００の全体を巻き回すようにしても良い。このような加熱装置１’では加熱流路部２００の導入部１００付近が確実に加熱されているため、温度が低くなったプロセスガスが加熱流路部２００への導入直後に十分に加熱されることとなり導入部１００の周囲で堆積物が付着するようなおそれはなくなる。このような加熱装置１’を図１の加熱装置１に代えて配置することでもプロセスガス処理を行うことができる。
【００４７】
続いて、加熱装置の他の形態について図を参照しつつ説明する。図５は他の形態の加熱装置の内部構造図であり、図５（ａ）は縦断面図、図５（ｂ）はＩ断面図、図５（ｃ）はＪ断面図、図５（ｄ）はＫ断面図、図５（ｅ）はＬ断面図、図５（ｆ）はＭ断面図、図５（ｇ）はＮ断面図である。
加熱装置１”は、図５で示すように、導入部１００、加熱流路部２００、加熱部の一具体例であるコイル３００、導出部５００、温度センサ導入部６００を備えている。先に図２を用いて説明した加熱装置１と比較すると、断熱部４００を除去した構成とした点、円筒２１０内の流路が導出側で縮径しつつ先細る点、円筒２１０内であって流入側の最初のフィン２２０の孔部２２１を大きく採って前段の空間を設ける点、フィン２２０が導入側に集中している点、が相違している。加熱流路部２００は導入部１００側にあるフィン２２０およびその周囲の円筒２１０が加熱され、円筒２１０を通じて熱伝達していき加熱流路部２００の全体が加熱される。なお、コイル３００は加熱流路部２００の全体を巻き回すようにしても良い。このような加熱装置１”では加熱流路部２００の導入部１００付近が確実に加熱されているため、温度が低くなったプロセスガスが加熱流路部２００への導入直後に十分に加熱されることとなり導入部１００の周囲で堆積物が付着するようなおそれはなくなる。また、導出側で縮径しつつ先細るため、ガスを流れやすくしている。なお、この形態でも、図２で示したように、断熱体を加熱流路部２００の円筒２１０の周りに設けるようにしたり、フィン２２０に調整孔２２１を設けるようにしても良い。このような加熱装置１”を図１の加熱装置１に代えて配置することでもプロセスガス処理を行うことができる。
【００４８】
続いてプロセスガス処理システムの他の形態について説明する。図６は他の形態のプロセスガス処理システムの全体構成図である。図１で示したプロセスガス処理システムでは、スクラバ４の前段であって真空ポンプ３の後段に加熱装置１を配置して加熱装置１内は大気圧と同程度であるが、本形態では真空ポンプ３の前段であって反応真空チャンバ２の後段に加熱装置１を配置して加熱装置１内がほぼ真空である点で相違している。このような図５で示すようなプロセスガス処理システムであっても、スクラバ４へ到達するまで堆積物を生成しないように十分に高温なプロセスガスになるまで加熱することで、処理システムの運用は可能である。また、先に説明した加熱装置１’，加熱装置１”を図６の加熱装置１に代えて配置することでもプロセスガス処理を行うことができる。
【００４９】
以上、本発明の実施形態について説明した。しかしながら、本発明では各種の変形が可能である。先に図１，図６を用いて説明したプロセスガス処理システムでは、例えば、加熱装置以降の排気流路となる管５５０に対して断熱材を被覆するなどして、排気流路から熱が逃げなくなるようにすれば、長距離にわたりプロセスガスの温度を高いままとし、加熱装置１，１’，１”によるプロセスガスの加熱温度を低く設定したり、あるいは、スクラバ４までの排気流路を長距離化できるようになり、利便性を高めたプロセスガス処理システムとすることができる。
【００５０】
また、加熱流路部用温度センサ５にガス温度センサ６としての機能を持たせ、緊急停止制御系と加熱温度制御系とを共通としても良い。
これら構成は適宜選択される。
【００５１】
以上説明した本発明によれば、従来技術のようにカーボンである大球等の消費や大球等の移動により特性が変化するおそれがなくなり、加熱流路が一定しているため特性が変化するおそれを低減させている。また、従来技術のようにカーボンである大球等からカーボン粉も出るおそれをなくしており、メンテナンス等を容易にしている。
また、従来技術のように割れて欠けやひびが生じるおそれのある石英を用いないようにして強固な構図としてリークを生じるおそれを低減しており、真空ポンプの一次側や二次側として配置できるようにした。
【図面の簡単な説明】
【００５２】
【図１】本発明を実施するための最良の形態のプロセスガス処理システムの全体構成図である。
【図２】本発明を実施するための最良の形態の加熱装置の内部構造図であり、図２（ａ）は導出側側面図、図２（ｂ）は縦断面図、図２（ｃ）はＡ断面図、図２（ｄ）はＢ断面図、図２（ｅ）はＣ断面図、図２（ｆ）はＤ断面図である。
【図３】加熱流路部内のフィンの配置およびプロセスガスの流れの説明図である。
【図４】他の形態の加熱装置の内部構造図であり、図４（ａ）は導出側側面図、図４（ｂ）は縦断面図、図４（ｃ）はＥ断面図、図４（ｄ）はＦ断面図、図４（ｅ）はＧ断面図、図４（ｆ）はＨ断面図である。
【図５】他の形態の加熱装置の内部構造図であり、図５（ａ）は縦断面図、図５（ｂ）はＩ断面図、図５（ｃ）はＪ断面図、図５（ｄ）はＫ断面図、図５（ｅ）はＬ断面図、図５（ｆ）はＭ断面図、図５（ｇ）はＮ断面図である。
【図６】他の形態のプロセスガス処理システムの全体構成図である。
【符号の説明】
【００５３】
１，１’，１”：加熱装置
１００：導入部
１１０：管
１２０：蓋部
２００：加熱流路部
２１０：円筒
２２０：フィン
２２１：孔部
２２２：調整孔
３００：コイル
４００：断熱体
５００：導出部
５１０：蓋部
５２０：シール
５３０：押さえ部
５４０：留めネジ
５５０：管
６００：温度センサ導入部
７００：前室
２：反応真空チャンバ
３：真空ポンプ
４：スクラバ
５：加熱流路部用温度センサ
６：ガス温度センサ
７：制御駆動装置
【技術分野】
【０００１】
本発明は、プロセスガスを加熱する加熱装置、および、この加熱装置を含むプロセスガス処理システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体の成膜ではＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）による成膜が多く用いられている。このようなＣＶＤの従来技術の具体例として、半導体の絶縁膜に用いられるシリコンナイトライドを成膜する時、ジクロールシランガスとアンモニアガスを使用して行う。反応は以下のようになる。
３ＳｉＨ２Ｃｌ２＋１０ＮＨ３ → Ｓｉ３Ｎ４＋６ＮＨ４Ｃｌ＋６Ｈ２
この時、副反応生成物である塩化アンモニウム（ＮＨ４Ｃｌ）ガスが生成する。塩化アンモニウムガスは１８４℃を下回ると気体から固体となる。塩化アンモニウムガスは１８４℃より高温にある反応真空チャンバ（約７００〜９５０℃）の中ではガス状であるが、配管・バルブ・エルボ等を組み付けて構成される排気流路を通流する間に冷却され固体粒子となる。固体粒子は真空ポンプに入り込み、ケーシングや回転翼に付着して堆積物となる。また、真空ポンプからさらに下流へも到達して排気流路の内側で堆積する。
【０００３】
このような堆積物により排気流路の内部空間が狭められると、真空ポンプによる排気能力の低下をきたしたり、反応真空チャンバ内のガス流速が徐々に変化する。その結果、常に一定であって安定した状態でＣＶＤ反応がなされず、安定した成膜が困難となる。さらに、排気流路が堆積物により狭小になると、反応真空チャンバの排気ができなくなる。
また、堆積物を除去するためには、排気流路内を清掃する必要があり、システムの保守に多大な労力、時間、および、費用を要する。
【０００４】
そこで、従来技術では排気流路途中に加熱装置を介在させ、反応副生成物ガスや残留ガスを含むプロセスガスを所定温度（先に例示した塩化アンモニウムガスが反応副生成物ガスである場合では１８４℃を十分に超える温度、例えば３００℃）に維持して、堆積物が付着しないように配慮している。
【０００５】
このような従来技術の加熱装置の一具体例として、例えば、特許文献１に記載された装置が知られている。
特許文献１（特開２００６−３３２０８６号公報，発明の名称「加熱装置およびプロセスガス処理システム」）に記載された発明は、本願出願人の特許出願に係るものであり、プロセスガスが通流する加熱流路部と、カーボンなどを材料とする大球，中球，小球からなる発熱体と、発熱体に対して誘導加熱により加熱するコイルと、を備え、発熱体を通過して乱流となったプロセスガスが発熱体に接触して加熱され、反応副生成物が付着しない温度が下流の排気流路の終端まで維持されるプロセスガスとする加熱装置、およびこのような発熱効率を高めた加熱装置を用いるプロセスガス処理システムに係るものである。
【０００６】
また、加熱装置ではないがプロセスガス処理システムに係る装置の従来技術として、特許文献２（特開平０９−７２２９１号公報，発明の名称「ドライ真空ポンプ前段用のトラップ」）に記載された発明は、ハウジングの底面に立てた中空のセンターシャフトに対し、それぞれスペーサを介在させて複数の凝着板を取り付け、かつこれら凝着板とスペーサとを加熱するための電熱ヒータをセンターシャフト内のほぼ全長に挿入し、また、ガス導入口からガス導出口の間において、各凝着板の間隔、および各凝着板の流路部分の開口面積を漸減させるというものであり、トラップの構造が特許文献１の加熱装置として利用可能な構造である。
【０００７】
また、特許文献３（特開２００２−１８６８４３号公報，発明の名称「超臨界水反応装置」）に記載された発明は、ＣＶＤ成膜に関するものではなく超臨界水反応装置に関するものであるが、反応室の構造が特許文献１の加熱装置として利用可能な構造である。
【０００８】
【特許文献１】特開２００６−３３２０８６号公報 （段落番号００４０，００４１，図２）
【特許文献２】特開平０９−７２２９１号公報 （段落番号０００９〜００１２，図１〜図３）
【特許文献３】特開２００２−１８６８４３号公報 （段落番号００３１〜００３３，図１，図２）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
特許文献１に記載の加熱装置では、大球，中球，小球がカーボンの消費により大きさが変化したり、また、大球，中球，小球の移動などにより加熱流路が一定せず、特性が安定しないおそれがあった。
また、排気ガス内にカーボン粉が混入するおそれもあった。
さらにまた、加熱流路部の覆いは石英により形成されているが、この石英は割れやすいものであり、仮に加熱流路部が割れて欠けやひびが生じるような場合は、リークを生じるため、真空ポンプ二次側に設置するものとしては好ましくなかった。
特許文献２，３では加熱流路部の加熱構造として適用するには、流路が非連続のつづら折り状であって排気コンダクタンスが大きくなりすぎるため、真空が確保しにくいという問題もあった。
また、プロセスガスをより高温にすることで、プロセスガスを加熱する加熱流路部内はもちろんのこと、下流までプロセスガスを高温に維持し、下流の排気流路系全般にわたり反応副生成物ガスが付着する事態が起こらないようにしたいという要請があった。
【００１０】
そこで、本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、その目的は、排気コンダクタンスの上昇を抑えつつプロセスガスを短時間で効率的に加熱できるようにした低コストの加熱装置を提供することにある。
さらに、他の目的は、この加熱装置を用いてプロセスガスを高温に加熱し、下流の排気流路の長距離にわたりプロセスガスを高温に維持するプロセスガス処理システムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明の請求項１に係る加熱装置は、
円筒と、この円筒内に複数枚並べられて配置されるとともに孔部が設けられるフィンと、を有し、フィンの孔部により決定された加熱流路をプロセスガスが通流するようになされた加熱流路部と、
加熱流路部を誘導加熱により加熱する加熱部と、
を備える加熱装置であって、
前記孔部は、プロセスガスを螺旋状に案内しつつ流すように設けられ、孔部を通過して螺旋状となったプロセスガスが円筒およびフィンから放射される熱により加熱され、反応副生成物の付着を防止する温度が下流の排気流路の終端まで維持されるプロセスガスとすることを特徴とする。
【００１２】
また、本発明の請求項２に係る加熱装置は、
請求項１記載の加熱装置において、
前記フィンは円板であり、孔部は円の一部を切り欠いた弦による孔であることを特徴とする。
【００１３】
また、本発明の請求項３に係る加熱装置は、
請求項２に記載の加熱装置において、
前記フィンは円筒の軸方向に等間隔で複数枚配置されるとともに、前記孔部は軸方向に進むにつれて所定角度毎に異ならせた弦による孔であることを特徴とする。
【００１４】
また、本発明の請求項４に係る加熱装置は、
請求項１〜請求項３の何れか一項に記載の加熱装置において、
前記フィンは、孔部に加えて排気コンダクタンス調整用の調整孔を備えることを特徴とする。
【００１５】
また、本発明の請求項５に係る加熱装置は、
請求項１〜請求項４の何れか一項に記載の加熱装置において、
前記加熱流路部は、円筒内前側で空間である前室を備え、加熱部は少なくとも前室周囲に形成されて前室を加熱することを特徴とする。
【００１６】
また、本発明の請求項６に係る加熱装置は、
請求項１〜請求項５の何れか一項に記載の加熱装置において、
加熱流路部の外周を覆って、外界から断熱する断熱体を備えることを特徴とする。
【００１７】
本発明の請求項７に係るプロセスガス処理システムは、
反応真空チャンバから排気する排気系の配管内に反応副生成物が付着するのを防止するプロセスガス処理システムであって、
反応真空チャンバの下流に設けられる真空ポンプと、
真空ポンプの下流に設けられる請求項１〜請求項６の何れか一項に記載の加熱装置と、
加熱装置の下流に設けられるスクラバと、
スクラバに流入するプロセスガスの温度を計測して温度信号を出力するガス温度センサと、
温度信号に基づいて加熱装置の加熱温度を制御する制御駆動装置と、
を備え、
制御駆動装置は、ガス温度センサからの温度信号が予め定められた温度以上を維持するように加熱装置を制御する駆動信号を出力する手段として機能することを特徴とする。
【００１８】
また、本発明の請求項８に係るプロセスガス処理システムは、
反応真空チャンバから排気する排気系の配管内に反応副生成物が付着するのを防止するプロセスガス処理システムであって、
反応真空チャンバの下流に設けられ、請求項１〜請求項６の何れか一項に記載の加熱装置と、
加熱装置の下流に設けられる真空ポンプと、
真空ポンプの下流に設けられるスクラバと、
真空ポンプに流入するプロセスガスの温度を計測して温度信号を出力するガス温度センサと、
温度信号に基づいて加熱装置の加熱温度を制御する制御駆動装置と、
を備え、
制御駆動装置は、ガス温度センサからの温度信号が予め定められた温度以上を維持するように加熱装置を制御する駆動信号を出力する手段として機能することを特徴とする。
【００１９】
また、本発明の請求項９に係るプロセスガス処理システムは、
請求項７または請求項８記載のプロセスガス処理システムにおいて、
前記加熱装置内に配置されて、加熱流路部温度信号を出力する加熱流路部用温度センサを備え、
制御駆動装置は、加熱流路部用温度センサからの加熱流路部温度信号が予め定められた温度を超えると判断したときに加熱制御を停止するように加熱装置を制御する駆動信号を出力する手段として機能することを特徴とする。
【発明の効果】
【００２０】
以上のような本発明によれば、排気コンダクタンスの上昇を抑えつつプロセスガスを短時間で効率的に加熱できるようにした低コストの加熱装置を提供することができる。
さらに、この加熱装置を用いてプロセスガスを高温に加熱し、下流の排気流路の長距離にわたりプロセスガスを高温に維持するプロセスガス処理システムを提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
続いて、本発明の加熱装置およびプロセスガス処理システムを実施するための最良の形態について図に基づいて一括して説明する。図１は本形態のプロセスガス処理システムの全体構成図である。プロセスガス処理システムは、加熱装置１、反応真空チャンバ２、真空ポンプ３、スクラバ４、加熱流路部用温度センサ５、ガス温度センサ６、制御駆動装置７を備えている。
【００２２】
プロセスガス処理システムの上流側（図１の左側）から説明をする。
反応真空チャンバ２は、各種ＣＶＤプロセスを行うための反応室である。
真空ポンプ３は、反応真空チャンバ２の下流に接続される。
加熱装置１は、真空ポンプ３の下流に接続される。
スクラバ４は、加熱装置１の下流に接続される。
加熱流路部用温度センサ５は、加熱装置１の加熱流路部２００（図２参照）の温度を計測し、加熱流路部温度信号を出力する。なお、加熱流路部用温度センサ５は、例えば熱電対であり加熱流路部２００の円筒２１０に溶接により二線が接続されている。
ガス温度センサ６は、スクラバ４に流入するプロセスガスの温度を計測し、温度信号を出力する。
プロセスガス処理システムの動作については後述する。
【００２３】
このうち加熱装置１の内部構造について説明する。図２は本形態の加熱装置の内部構造図であり、図２（ａ）は導出側側面図、図２（ｂ）は縦断面図、図２（ｃ）はＡ断面図、図２（ｄ）はＢ断面図、図２（ｅ）はＣ断面図、図２（ｆ）はＤ断面図である。図３は加熱流路部内のフィンの配置およびプロセスガスの流れの説明図である。なお、図２（ｃ）〜図２（ｆ）では図をわかりやすくするため、フィン２２０のみ図示し、他の断熱体４００など円筒２１０の外側の構成の図示を省略している。
加熱装置１は、図２で示すように、導入部１００、加熱流路部２００、加熱部の一具体例であるコイル３００、断熱体４００、導出部５００、温度センサ導入部６００を備えている。この図２（ｂ）の加熱装置１の右側では真空ポンプ３が管を介して接続され、図２（ｂ）の左側ではスクラバ４が管を介して接続される。
【００２４】
導入部１００は、詳しくは、管１１０、蓋部１２０を備える。
管１１０は、真空ポンプ３の二次側と連通しており、真空ポンプ３から排気されたプロセスガスが通流する。
蓋部１２０は、円板の中央に孔が貫通するように形成され、加熱流路部２００の円筒２１０の開口を塞いでいる。この中央の孔には、真空ポンプ３に一端が連結された管１１０の他端と連結固定されている。
【００２５】
加熱流路部２００は、円筒２１０、フィン２２０、を備えている。
円筒２１０は、誘導加熱が可能な材料で形成され、両側に開口部を有する筒体である。例えばステンレス管などである。
フィン２２０は、誘導加熱が可能な材料で形成されてこの円筒内に複数枚配置されるステンレス板などによる円板であり、さらに図２（ｃ）〜図２（ｆ）で示すような孔部２２１、調整孔２２２を備える。孔部２２１は円板の一部を切り欠いて形成するものであり、弦による孔である。調整孔２２２はプロセスガスを通過させる孔であり、排気コンダクタンスを調整するための孔である。後述するが調整孔２２２は十分な排気コンダクタンスが確保できる場合にはなくても良い。なお、フィン２２０は、円筒２１０の内部に溶接により固定されるが、この際に調整孔２２２を把持固定しながら溶接するため、固定を容易にする。円筒２１０内の複数のフィン２２０により形成される加熱流路の詳細については後述する。
【００２６】
コイル３００は、本発明の加熱部の一具体例であり、高周波誘導加熱を行うためのものである。動作については後述する。
断熱体４００は、加熱流路部２００の外周を覆う筒体であり、例えば、グラスウールなどにより形成されている。断熱体４００は、加熱流路部２００が外界へ熱放射しないように断熱して、加熱流路部２００を高温に維持する。
【００２７】
導出部５００は、蓋部５１０、シール５２０、押さえ部５３０、留めネジ５４０、管５５０を備える。
蓋部５１０は、円板の中央に孔が貫通するように形成され、加熱流路部２００の円筒２１０の開口を塞いでいる。
シール５２０は、例えばＯリングなどであり、蓋部５１０と押さえ部５３０との間で強固に密接するようになされ、リークの発生を防止する。
【００２８】
押さえ部５３０は、円板の中央に孔が貫通するように形成され、この中央の孔には、スクラバ４に一端が連結された管５５０の他端と連結固定されている。
留めネジ５４０は、シール５２０を介して押さえ部５３０を蓋部５１０に押さえつつ固定する。
管５５０は、スクラバ４と連通しており、加熱装置１により加熱されたプロセスガスが通流してスクラバ４へ到達する。
【００２９】
温度センサ導入部６００は、加熱流路部２００および断熱体４００に設けられ、流路内と連通する孔と、孔に挿通された温度センサの通信線を引出しつつ内外を封止する封止部である。この温度センサ導入部６００を通じて、ガス温度センサ６が流路内へ入れられる。なお、図２（ｂ）ではガス温度センサ６が加熱装置１の直後に配置されているが、プロセスガス処理システムとしては、図１で示したように、スクラバ４までの排気流路が長尺な場合にはこのスクラバ４の直前にガス温度センサ６が配置されるようにしても良い。
【００３０】
続いて本発明の特徴をなす加熱装置１の加熱流路部２００の詳細について説明する。まず、構造について説明する。フィン２２０は、円筒２１０の軸方向に等間隔で複数枚配置されており、流路方向から順に見ると、図２（ｆ）のＤ断面図、図２（ｅ）のＣ断面図、図２（ｄ）のＢ断面図、図２（ｃ）のＡ断面図というように、孔部２２１は軸方向に進むにつれて所定角度毎に異ならせた弦による孔としており、以下図２（ｆ）の断面図に戻って同様に所定角度毎に異ならせて配置している。このような加熱流路部２００の内部では、図３で示すように、孔部２２１が角度を変えて配置されたものとなる。なお、図３は図２（ｂ）の構造のうちフィン２２０のみを配置したものであり、見やすさに重点を置くため一部図示を省略している。
【００３１】
本形態ではＤ断面図で０°としたときに、Ｃ断面図で９０°、Ｂ断面図で１８０°、Ａ断面図で２７０°であり、９０°毎に異なる弦による孔が形成されており、フィン２２０がプロセスガスの通流方向に行くに従って孔部２２１の位置が変化するように取り付けられている。そして、５枚目で一周して３６０°回転したこととなりＤ断面図と同じ孔が０°の位置に配置されたフィン２２０が配置される。これで１ターンとすると本形態では３．５ターンの螺旋が形成されることとなる。ターン数が多いと、プロセスガスの滞留時間が長くなるため加熱温度を高めることができるが排気コンダクタンスが大きくなるため排気速度が遅くなる。そこで加熱温度と排気コンダクタンスを勘案してターン数が決定される。また、ターン数に応じて弦の角度も形成される。例えば、弦を形成する角度として３０°毎、４５°毎、または６０°毎という角度を採用しても良い。これらもプロセスガスや処理システムなどに応じて適宜決定される。
【００３２】
続いてプロセスガスの流れについて説明する。上記のような構造を有する加熱流路部２００では、図３の曲線状の点線で示すように、主な流れとしてほぼ螺旋状に流れる。
また、調整孔２２２でもプロセスガスが通流する。この調整孔２２２の存在により排気コンダクタンスを低下させている。
これら螺旋状の流路と調整用の流路により所定の排気コンダクタンスまで低下させている。また、入口から出口までの加熱流路を螺旋状に長くしているため、加熱装置１の全長を短くすることもでき加熱装置１の小型化に寄与する。
また、円筒にフィンを固定するなど加熱流路部の構造も簡単であり、コストの低減に寄与する。
【００３３】
続いてプロセスガスへの加熱について説明する。
上記のような加熱流路部２００を誘導加熱により加熱すると、円筒２１０とフィン２２０が加熱されて高熱になる。そして、まず、円筒２１０からの放射熱により円筒２１０内が加熱される。特に円筒２１０の内側周囲が加熱される。そして円筒２１０の内壁面から遠い中心軸付近でも二枚のフィン２２０に挟まる空間ではフィン２２０からの放射熱により加熱される。これら円筒２１０およびフィン２２０により加熱流路部内の全体で加熱される。このように円筒２１０とフィン２２０とが共に加熱されているため、加熱効率が高まる。
【００３４】
このような加熱流路部２００では、図３で示すように、孔部２２１を通過しつつ円筒２１０の内周付近に沿って螺旋状の流路をプロセスガスが流れると、円筒２１０からの放射熱により十分に加熱されつつ流れていく。
また、調整孔２２２を通過しつつ調整用の流路をプロセスガスが流れると、フィン２２０に当たって乱流となりつつ流れていき、円筒２１０やフィン２２０から放射される熱により十分に加熱されつつ流れていく。
このような加熱流路部２００では加熱流路を長くするとともに流量を増加させて排気コンダクタンスを低下させつつ加熱効率を向上させており、高速で所望の温度に加熱してプロセスガスを排気することが可能となる。
加熱装置１はこのようなものである。
【００３５】
続いて加熱装置１およびプロセスガス処理システムの一連の動作について説明する。
反応真空チャンバ２では、ＣＶＤプロセスが行われる。例えば、PECVD(Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition：プラズマ励起化学気相成長）法や、LPCVD (Low Pressure Chemical Vapor Deposition:：低圧化学気相成長）法というように、各種のＣＶＤプロセスである。
【００３６】
反応真空チャンバ２の反応室内に反応ガスが供給される。この反応ガスは加熱により熱化学反応を起こし堆積させる対象物に反応生成物が堆積し薄膜を形成する。この反応真空チャンバ２から、熱化学反応せずに残った反応ガス、および、熱化学反応によって生成された反応副生成物ガスを含むプロセスガスが排気される。
【００３７】
反応真空チャンバ２でＣＶＤプロセスを行った際に排気するプロセスガスの処理を行わないならば、反応真空チャンバ２の下流側の流路内において、ＣＶＤプロセスにより生成された反応副生成物ガス、または、余剰の原料ガスのうち、室温付近で固化するものが管内壁に付着堆積する。そこで、反応真空チャンバ２から排気されるプロセスガスに対し、反応真空チャンバ２の後段の装置でプロセスガス処理を行う。
【００３８】
真空ポンプ３では、プロセスガスを引いて下流へ送る。このとき、プロセスガスが通過しても、プロセスガスの流量は少なく、かつポンプ上流は真空状態のため副生成物はあまり生成されず、堆積物が付着する事態は生じないため、真空ポンプ３内は清浄な状態が保たれる。なお、反応真空チャンバ２と真空ポンプ３との間の排気流路にヒーター等巻くことで副生成物を生じさせないようにすることもできる。
【００３９】
真空ポンプ３の排気側では大量の窒素ガス等の希釈ガスにより希釈される。このため、プロセスガスの温度が低くなり、副生成物が生成しやすくなる。そこで、プロセスガスを加熱し、スクラバ４までプロセスガスを高温に維持する。加熱装置１は、誘導加熱を採用しているため、大流量のプロセスガスを高速加熱することが可能である。
【００４０】
加熱装置１はプロセスガスに対して所定温度以上となるように加熱する。
プロセスガスは、図２の導入部１００を経て、加熱流路部２００へ到達する。
加熱流路部２００では複数のフィン２２０の孔を通過してプロセスガスは螺旋状に通過していくため、換言すれば、長い距離を通過していくこととなり、十分に加熱されることとなる。このような加熱流路部２００は図２の左右方向に長さを短くすることができ、また、螺旋状の流路ではあるが、純粋な螺旋状ではなく軸方向へはフィンに衝突したり、半径方向に流れると円筒に衝突しつつ乱流気味に流れていくため、導出部を出る頃にはプロセスガスは十分に加熱された上で流出することとなる。また、このような構造であるため排気コンダクタンスが大きいような場合には調整孔によりフィンを通過し易いようにして排気コンダクタンスを低減させることもでき、所望の温度に加熱することが可能となっている。
【００４１】
このような加熱流路部２００に対し、制御駆動装置７から供給される駆動信号によりコイル３００が高周波交番磁界を印加することで、加熱流路部２００が誘導加熱され、これによって加熱流路部２００が高温に加熱される。このように加熱されたプロセスガスは、導出部５００の管５５０を経てスクラバ４に到達する。
スクラバ４は、到達したプロセスガスを無害ガスにして外部へ排出する。
プロセスガス処理システムの流体系はこのように形成される。
【００４２】
続いてプロセスガス処理システムの加熱温度制御系について説明する。
まず、ガス温度センサ６は加熱流路部２００の中でプロセスガスに直接接触するように配置され、図１で示すように、スクラバ４に流入する前のプロセスガスの温度を計測して温度信号を出力する。このガス温度センサ６は、導出部５００の管５５０が短い場合は、図２で示すように温度センサ導入部６００を通じて設置され、一方導出部５００の管５５０が長い場合は、スクラバ４へ入力する排気流路の近傍に配置される。この温度信号は、制御駆動装置７へ出力される。
【００４３】
制御駆動装置７は、ガス温度センサ６からの温度信号が予め定められた温度以上を維持するように発熱体を加熱制御する駆動信号を出力する手段として機能する。ここに制御系はＰＩＤ制御系やＯＮ・ＯＦＦ制御系として一定温度となるように制御している。駆動信号はコイル３００への交流信号であり、温度が低いと判断したときは交流信号（ＰＯＷＥＲ）を加えて発熱体を加熱する駆動信号とする。また、温度が高いと判断したときは交流信号（ＰＯＷＥＲ）を殆どＯＦＦ状態として、これ以上加熱流路部２００を加熱しないようにする。
【００４４】
これから、ガス温度センサ６の温度信号が所定温度を上回っていれば、それまでの経路では必ず所定温度を上回っており、副反応生成物が導出部５００の管５５０やスクラバ４内へ堆積物が付着するという事態を回避できる。そして、排気流路が長尺な場合には図１で示すようにスクラバ４の直前にガス温度センサ６を配置して、副反応生成物がスクラバ４の直前までの導出部５００の管５５０内へ堆積物が付着するという事態を回避できる。なお、図１のようなスクラバ４の直前にガス温度センサ６が配置されたならば、加熱流路部用温度センサ５が検出した温度に対し、ガス温度センサ６が検出した温度は多少の時間遅れを生じるが、一定温度に維持する厳密な温度制御ではないため、対応が十分に可能である。
【００４５】
続いて、緊急停止制御系について述べる。
加熱流路部用温度センサ５は、加熱装置１の加熱流路部２００内に配置される。
図１で示す制御駆動装置７は、加熱流路部用温度センサ５からの加熱流路部温度信号が予め定められた温度を超えると判断したときに加熱制御を停止する駆動信号を加熱装置１へ出力する手段として機能する。例えば、１０００℃以上になったら加熱制御を停止する。この温度の具体的な値は、発熱体の材質・個数や、スクラバ４までの距離等も勘案して決定される。
これにより、異常加熱が検知された場合に、制御駆動装置７が直ちに加熱を緊急停止することで、安全を確保する。プロセスガス処理システムはこのようなものである。
【００４６】
続いて、加熱装置の他の形態について図を参照しつつ説明する。図４は他の形態の加熱装置の内部構造図であり、図４（ａ）は導出側側面図、図４（ｂ）は縦断面図、図４（ｃ）はＥ断面図、図４（ｄ）はＦ断面図、図４（ｅ）はＧ断面図、図４（ｆ）はＨ断面図である。
加熱装置１’は、図４で示すように、導入部１００、加熱流路部２００、加熱部の一具体例であるコイル３００、断熱部４００、導出部５００、温度センサ導入部６００、前室７００を備えている。先に図２を用いて説明した加熱装置１と比較すると、円筒２１０内であって流入側の最初のフィン２２０の前段の空間である前室７００を設け、コイル３００は少なくとも前室７００の周囲を覆うように形成されて前室７００の周囲の円筒２１０を加熱することで前室７００を加熱する構成とした。加熱流路部２００は前側のみ加熱されるが円筒２１０を通じて熱伝達していき加熱流路部２００の全体が加熱される。なお、コイル３００は加熱流路部２００の全体を巻き回すようにしても良い。このような加熱装置１’では加熱流路部２００の導入部１００付近が確実に加熱されているため、温度が低くなったプロセスガスが加熱流路部２００への導入直後に十分に加熱されることとなり導入部１００の周囲で堆積物が付着するようなおそれはなくなる。このような加熱装置１’を図１の加熱装置１に代えて配置することでもプロセスガス処理を行うことができる。
【００４７】
続いて、加熱装置の他の形態について図を参照しつつ説明する。図５は他の形態の加熱装置の内部構造図であり、図５（ａ）は縦断面図、図５（ｂ）はＩ断面図、図５（ｃ）はＪ断面図、図５（ｄ）はＫ断面図、図５（ｅ）はＬ断面図、図５（ｆ）はＭ断面図、図５（ｇ）はＮ断面図である。
加熱装置１”は、図５で示すように、導入部１００、加熱流路部２００、加熱部の一具体例であるコイル３００、導出部５００、温度センサ導入部６００を備えている。先に図２を用いて説明した加熱装置１と比較すると、断熱部４００を除去した構成とした点、円筒２１０内の流路が導出側で縮径しつつ先細る点、円筒２１０内であって流入側の最初のフィン２２０の孔部２２１を大きく採って前段の空間を設ける点、フィン２２０が導入側に集中している点、が相違している。加熱流路部２００は導入部１００側にあるフィン２２０およびその周囲の円筒２１０が加熱され、円筒２１０を通じて熱伝達していき加熱流路部２００の全体が加熱される。なお、コイル３００は加熱流路部２００の全体を巻き回すようにしても良い。このような加熱装置１”では加熱流路部２００の導入部１００付近が確実に加熱されているため、温度が低くなったプロセスガスが加熱流路部２００への導入直後に十分に加熱されることとなり導入部１００の周囲で堆積物が付着するようなおそれはなくなる。また、導出側で縮径しつつ先細るため、ガスを流れやすくしている。なお、この形態でも、図２で示したように、断熱体を加熱流路部２００の円筒２１０の周りに設けるようにしたり、フィン２２０に調整孔２２１を設けるようにしても良い。このような加熱装置１”を図１の加熱装置１に代えて配置することでもプロセスガス処理を行うことができる。
【００４８】
続いてプロセスガス処理システムの他の形態について説明する。図６は他の形態のプロセスガス処理システムの全体構成図である。図１で示したプロセスガス処理システムでは、スクラバ４の前段であって真空ポンプ３の後段に加熱装置１を配置して加熱装置１内は大気圧と同程度であるが、本形態では真空ポンプ３の前段であって反応真空チャンバ２の後段に加熱装置１を配置して加熱装置１内がほぼ真空である点で相違している。このような図５で示すようなプロセスガス処理システムであっても、スクラバ４へ到達するまで堆積物を生成しないように十分に高温なプロセスガスになるまで加熱することで、処理システムの運用は可能である。また、先に説明した加熱装置１’，加熱装置１”を図６の加熱装置１に代えて配置することでもプロセスガス処理を行うことができる。
【００４９】
以上、本発明の実施形態について説明した。しかしながら、本発明では各種の変形が可能である。先に図１，図６を用いて説明したプロセスガス処理システムでは、例えば、加熱装置以降の排気流路となる管５５０に対して断熱材を被覆するなどして、排気流路から熱が逃げなくなるようにすれば、長距離にわたりプロセスガスの温度を高いままとし、加熱装置１，１’，１”によるプロセスガスの加熱温度を低く設定したり、あるいは、スクラバ４までの排気流路を長距離化できるようになり、利便性を高めたプロセスガス処理システムとすることができる。
【００５０】
また、加熱流路部用温度センサ５にガス温度センサ６としての機能を持たせ、緊急停止制御系と加熱温度制御系とを共通としても良い。
これら構成は適宜選択される。
【００５１】
以上説明した本発明によれば、従来技術のようにカーボンである大球等の消費や大球等の移動により特性が変化するおそれがなくなり、加熱流路が一定しているため特性が変化するおそれを低減させている。また、従来技術のようにカーボンである大球等からカーボン粉も出るおそれをなくしており、メンテナンス等を容易にしている。
また、従来技術のように割れて欠けやひびが生じるおそれのある石英を用いないようにして強固な構図としてリークを生じるおそれを低減しており、真空ポンプの一次側や二次側として配置できるようにした。
【図面の簡単な説明】
【００５２】
【図１】本発明を実施するための最良の形態のプロセスガス処理システムの全体構成図である。
【図２】本発明を実施するための最良の形態の加熱装置の内部構造図であり、図２（ａ）は導出側側面図、図２（ｂ）は縦断面図、図２（ｃ）はＡ断面図、図２（ｄ）はＢ断面図、図２（ｅ）はＣ断面図、図２（ｆ）はＤ断面図である。
【図３】加熱流路部内のフィンの配置およびプロセスガスの流れの説明図である。
【図４】他の形態の加熱装置の内部構造図であり、図４（ａ）は導出側側面図、図４（ｂ）は縦断面図、図４（ｃ）はＥ断面図、図４（ｄ）はＦ断面図、図４（ｅ）はＧ断面図、図４（ｆ）はＨ断面図である。
【図５】他の形態の加熱装置の内部構造図であり、図５（ａ）は縦断面図、図５（ｂ）はＩ断面図、図５（ｃ）はＪ断面図、図５（ｄ）はＫ断面図、図５（ｅ）はＬ断面図、図５（ｆ）はＭ断面図、図５（ｇ）はＮ断面図である。
【図６】他の形態のプロセスガス処理システムの全体構成図である。
【符号の説明】
【００５３】
１，１’，１”：加熱装置
１００：導入部
１１０：管
１２０：蓋部
２００：加熱流路部
２１０：円筒
２２０：フィン
２２１：孔部
２２２：調整孔
３００：コイル
４００：断熱体
５００：導出部
５１０：蓋部
５２０：シール
５３０：押さえ部
５４０：留めネジ
５５０：管
６００：温度センサ導入部
７００：前室
２：反応真空チャンバ
３：真空ポンプ
４：スクラバ
５：加熱流路部用温度センサ
６：ガス温度センサ
７：制御駆動装置
【特許請求の範囲】
【請求項１】
円筒と、この円筒内に複数枚並べられて配置されるとともに孔部が設けられるフィンと、を有し、フィンの孔部により決定された加熱流路をプロセスガスが通流するようになされた加熱流路部と、
加熱流路部を誘導加熱により加熱する加熱部と、
を備える加熱装置であって、
前記孔部は、プロセスガスを螺旋状に案内しつつ流すように設けられ、孔部を通過して螺旋状となったプロセスガスが円筒およびフィンから放射される熱により加熱され、反応副生成物の付着を防止する温度が下流の排気流路の終端まで維持されるプロセスガスとすることを特徴とする加熱装置。
【請求項２】
請求項１記載の加熱装置において、
前記フィンは円板であり、孔部は円の一部を切り欠いた弦による孔であることを特徴とする加熱装置。
【請求項３】
請求項２に記載の加熱装置において、
前記フィンは円筒の軸方向に等間隔で複数枚配置されるとともに、前記孔部は軸方向に進むにつれて所定角度毎に異ならせた弦による孔であることを特徴とする加熱装置。
【請求項４】
請求項１〜請求項３の何れか一項に記載の加熱装置において、
前記フィンは、孔部に加えて排気コンダクタンス調整用の調整孔を備えることを特徴とする加熱装置。
【請求項５】
請求項１〜請求項４の何れか一項に記載の加熱装置において、
前記加熱流路部は、円筒内前側で空間である前室を備え、加熱部は少なくとも前室周囲に形成されて前室を加熱することを特徴とする加熱装置。
【請求項６】
請求項１〜請求項５の何れか一項に記載の加熱装置において、
加熱流路部の外周を覆って、外界から断熱する断熱体を備えることを特徴とする加熱装置。
【請求項７】
反応真空チャンバから排気する排気系の配管内に反応副生成物が付着するのを防止するプロセスガス処理システムであって、
反応真空チャンバの下流に設けられる真空ポンプと、
真空ポンプの下流に設けられる請求項１〜請求項６の何れか一項に記載の加熱装置と、
加熱装置の下流に設けられるスクラバと、
スクラバに流入するプロセスガスの温度を計測して温度信号を出力するガス温度センサと、
温度信号に基づいて加熱装置の加熱温度を制御する制御駆動装置と、
を備え、
制御駆動装置は、ガス温度センサからの温度信号が予め定められた温度以上を維持するように加熱装置を制御する駆動信号を出力する手段として機能することを特徴とするプロセスガス処理システム。
【請求項８】
反応真空チャンバから排気する排気系の配管内に反応副生成物が付着するのを防止するプロセスガス処理システムであって、
反応真空チャンバの下流に設けられ、請求項１〜請求項６の何れか一項に記載の加熱装置と、
加熱装置の下流に設けられる真空ポンプと、
真空ポンプの下流に設けられるスクラバと、
真空ポンプに流入するプロセスガスの温度を計測して温度信号を出力するガス温度センサと、
温度信号に基づいて加熱装置の加熱温度を制御する制御駆動装置と、
を備え、
制御駆動装置は、ガス温度センサからの温度信号が予め定められた温度以上を維持するように加熱装置を制御する駆動信号を出力する手段として機能することを特徴とするプロセスガス処理システム。
【請求項９】
請求項７または請求項８記載のプロセスガス処理システムにおいて、
前記加熱装置内に配置されて、加熱流路部温度信号を出力する加熱流路部用温度センサを備え、
制御駆動装置は、加熱流路部用温度センサからの加熱流路部温度信号が予め定められた温度を超えると判断したときに加熱制御を停止するように加熱装置を制御する駆動信号を出力する手段として機能することを特徴とするプロセスガス処理システム。
【請求項１】
円筒と、この円筒内に複数枚並べられて配置されるとともに孔部が設けられるフィンと、を有し、フィンの孔部により決定された加熱流路をプロセスガスが通流するようになされた加熱流路部と、
加熱流路部を誘導加熱により加熱する加熱部と、
を備える加熱装置であって、
前記孔部は、プロセスガスを螺旋状に案内しつつ流すように設けられ、孔部を通過して螺旋状となったプロセスガスが円筒およびフィンから放射される熱により加熱され、反応副生成物の付着を防止する温度が下流の排気流路の終端まで維持されるプロセスガスとすることを特徴とする加熱装置。
【請求項２】
請求項１記載の加熱装置において、
前記フィンは円板であり、孔部は円の一部を切り欠いた弦による孔であることを特徴とする加熱装置。
【請求項３】
請求項２に記載の加熱装置において、
前記フィンは円筒の軸方向に等間隔で複数枚配置されるとともに、前記孔部は軸方向に進むにつれて所定角度毎に異ならせた弦による孔であることを特徴とする加熱装置。
【請求項４】
請求項１〜請求項３の何れか一項に記載の加熱装置において、
前記フィンは、孔部に加えて排気コンダクタンス調整用の調整孔を備えることを特徴とする加熱装置。
【請求項５】
請求項１〜請求項４の何れか一項に記載の加熱装置において、
前記加熱流路部は、円筒内前側で空間である前室を備え、加熱部は少なくとも前室周囲に形成されて前室を加熱することを特徴とする加熱装置。
【請求項６】
請求項１〜請求項５の何れか一項に記載の加熱装置において、
加熱流路部の外周を覆って、外界から断熱する断熱体を備えることを特徴とする加熱装置。
【請求項７】
反応真空チャンバから排気する排気系の配管内に反応副生成物が付着するのを防止するプロセスガス処理システムであって、
反応真空チャンバの下流に設けられる真空ポンプと、
真空ポンプの下流に設けられる請求項１〜請求項６の何れか一項に記載の加熱装置と、
加熱装置の下流に設けられるスクラバと、
スクラバに流入するプロセスガスの温度を計測して温度信号を出力するガス温度センサと、
温度信号に基づいて加熱装置の加熱温度を制御する制御駆動装置と、
を備え、
制御駆動装置は、ガス温度センサからの温度信号が予め定められた温度以上を維持するように加熱装置を制御する駆動信号を出力する手段として機能することを特徴とするプロセスガス処理システム。
【請求項８】
反応真空チャンバから排気する排気系の配管内に反応副生成物が付着するのを防止するプロセスガス処理システムであって、
反応真空チャンバの下流に設けられ、請求項１〜請求項６の何れか一項に記載の加熱装置と、
加熱装置の下流に設けられる真空ポンプと、
真空ポンプの下流に設けられるスクラバと、
真空ポンプに流入するプロセスガスの温度を計測して温度信号を出力するガス温度センサと、
温度信号に基づいて加熱装置の加熱温度を制御する制御駆動装置と、
を備え、
制御駆動装置は、ガス温度センサからの温度信号が予め定められた温度以上を維持するように加熱装置を制御する駆動信号を出力する手段として機能することを特徴とするプロセスガス処理システム。
【請求項９】
請求項７または請求項８記載のプロセスガス処理システムにおいて、
前記加熱装置内に配置されて、加熱流路部温度信号を出力する加熱流路部用温度センサを備え、
制御駆動装置は、加熱流路部用温度センサからの加熱流路部温度信号が予め定められた温度を超えると判断したときに加熱制御を停止するように加熱装置を制御する駆動信号を出力する手段として機能することを特徴とするプロセスガス処理システム。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２００８−２３８０３９（Ｐ２００８−２３８０３９Ａ）
【公開日】平成２０年１０月９日（２００８．１０．９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−８１５４６（Ｐ２００７−８１５４６）
【出願日】平成１９年３月２７日（２００７．３．２７）
【出願人】（５９１２５２７８１）ヒューグルエレクトロニクス株式会社 (40)
【出願人】（５０６４２４２１０）アイメックス株式会社 (4)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２０年１０月９日（２００８．１０．９）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年３月２７日（２００７．３．２７）
【出願人】（５９１２５２７８１）ヒューグルエレクトロニクス株式会社 (40)
【出願人】（５０６４２４２１０）アイメックス株式会社 (4)
【Ｆターム（参考）】
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