(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
真空チャンバと、
これを排気する排気経路に直列に配置された第１段及び第２段の真空ポンプと、
第１段の真空ポンプの排気口とシャワーヘッドを介して前記真空チャンバとを繋ぐ排ガス循環経路とを備え、
この排ガス循環経路には、排ガスの成分をトラップするトラップ部及びこれを収容するトラップ室が設けられ、
該トラップ室に隣接してトラップ部のトラップ成分を再生する再生室が設けられていることを特徴とする真空排気システム。
【請求項２】
前記トラップ装置は、前記トラップ部を冷却して前記成分を析出させる低温トラップであることを特徴とする請求項１に記載の真空排気システム。
【請求項３】
前記トラップ部は前記トラップ室と再生室との間を移動自在に構成されていることを特徴とする請求項１または２に記載の真空排気システム。
【請求項４】
前記再生室と前記第２段の真空ポンプの吸気口を繋ぐ再生成分排出経路が設けられていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の真空排気システム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば半導体製造装置等の真空チャンバを真空にするために用いる真空排気システムに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来の真空排気システムを、図５を参照して説明する。ここにおいて、真空チャンバ１０１は、例えばエッチング装置や化学気相成長装置（ＣＶＤ）等の半導体製造工程に用いるプロセスチャンバであり、この真空チャンバ１０１は、配管１０２を通じて真空ポンプ１０３に接続されている。真空ポンプ１０３は、真空チャンバ１０１からのプロセスの排ガスを大気圧まで昇圧するためのもので、従来は油回転式ポンプが、現在はドライポンプが主に使用されている。
【０００３】
真空チャンバ１０１が必要とする真空度がドライポンプ１０３の到達真空度よりも高い場合には、ドライポンプの上流側にさらにターボ分子ポンプ等の超高真空ポンプが配置されることもある。プロセスの排ガスは、プロセスの種類により毒性や爆発性があるので、そのまま大気に放出できない。そのため、真空ポンプ１０３の下流には排ガス処理装置１０４が配備されている。大気圧まで昇圧されたプロセスの排ガスのうち、上記のような大気に放出できないものは、ここで吸着、分解、吸収等の処理が行われて無害なガスのみが大気に放出される。なお、配管１０２には必要に応じて適所にバルブが設けられている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
このような真空排気システムでは、真空チャンバから排気される排ガス中に材料ガスや副生成物が含まれており、このため、特に高価な材料ガスの再利用を図ることが強く望まれていたが、従来の真空排気システムにあっては、全ての排ガスを排ガス処理装置に導入して処理するようにしていたため、分離、再利用が困難で、この要望に応えることができないのが現状であった。
【０００５】
しかも、排ガスを一括で処理すると、排ガス処理装置が大型化して、設備コストやランニングコストが高くなってしまうばかりでなく、例えばＣＦ４，Ｃ２Ｆ６などのＰＦＣのようにガス処理装置で処理できないガスは、そのまま大気中に放出されており、環境保護の観点から問題となっていた。
【０００６】
本発明は上述の事情に鑑みなされたものであり、排ガスに含まれる材料ガスの再利用を図るとともに、排ガス処理装置の負担を軽減させ、しかもＰＦＣ等が大気中に放出されてしまうことを防止できるようにした真空排気システムを提供することを目的としている。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の発明は、真空チャンバと、これを排気する排気経路に直列に配置された第１段及び第２段の真空ポンプと、第１段の真空ポンプの排気口とシャワーヘッドを介して前記真空チャンバとを繋ぐ排ガス循環経路とを備え、この排ガス循環経路には、排ガスの成分をトラップするトラップ部及びこれを収容するトラップ室が設けられ、該トラップ室に隣接してトラップ部のトラップ成分を再生する再生室が設けられていることを特徴とする真空排気システムである。
【０００８】
これにより、真空チャンバから排気された排ガスの一部を排ガス循環経路から真空チャンバ内に戻して未反応の材料ガスの再利用を図り、しかもこの途中でトラップ装置のトラップ室内を通過させて排ガス中の特定成分（副生成物）をトラップ部でトラップして取り除くことで、プロセスへの悪影響を防ぐことができる。そして、このトラップ部でトラップされた成分は、再生室で再生されて、トラップ装置から排出される。
【０００９】
真空チャンバは、例えば、半導体装置のプロセスチャンバであり、必要に応じて、プロセスガスを除害化する排ガス処理装置を設ける。少なくとも第１段の真空ポンプとしては、油による逆拡散によるチャンバの汚染を防ぐために潤滑油を用いないドライポンプを用いるのが好ましい。
【００１０】
請求項２に記載の発明は、前記トラップ装置が、前記トラップ部を冷却して前記成分を析出させる低温トラップであることを特徴とする請求項１に記載の真空排気システムである。
【００１１】
トラップ部を低温トラップとして構成する場合、外部から温度媒体をトラップ部に流通させる方法があり、液化ガスの気化熱（例えば液体窒素）、あるいは冷却水、冷媒などがある。また、熱電素子（ペルチェ素子）や、パルスチューブ冷凍機などを用いて温度媒体そのものを流さずにトラップ部で低温を発生させる方法もある。液体窒素の循環やヘリウム冷凍機等によって行なう場合は、トラップ部の温度を−２００℃程度まで下げることができる。
【００１２】
請求項３に記載の発明は、前記トラップ部が前記トラップ室と再生室との間を移動自在に構成されていることを特徴とする請求項１または２に記載の真空排気システムである。これにより、トラップ室内にあったトラップ部をトラップ室から再生室に移動させることによって、トラップ部を取り外すことなく、トラップ動作と再生動作を連続的に繰り返すことができる。また、適当な移動（切替）タイミング判定手段を用いて完全な自動化を図ることも容易である。
【００１３】
トラップ部の移動（切替）駆動は、エアーシリンダで行なうようにしてもよい。その場合は、ソレノイドバルブ、スピードコントローラで構成されたエアー駆動制御機器により制御するようにしてもよく、さらに、エアー駆動制御機器を、シーケンサあるいは、リレーによる制御信号により、制御するようにしてもよい。
【００１４】
トラップ部の移動（切替）を人手を介することなく完全に自動的に行なうことができる方法としては、例えば、トラップ部の前後の差圧を検出するセンサを設けてこれの検出値が所定値になったときに切替を行なう方法、あるいはより実用的な方法として予め適当な切替時間を設定しておく方法がある。排ガス循環経路と再生物排出経路が１対１である場合には、トラップと再生の時間は同一となるので、再生終了時間の方が短くなるように再生能力をトラップ能力よりも高めておくのが好ましい。
【００１５】
請求項４に記載の発明は、前記再生室と前記第２段の真空ポンプの吸気口を繋ぐ再生成分排出経路が設けられていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の真空排気システムである。これにより、トラップ装置の再生室で再生された再生物（副生成物）を下流側の第２段真空ポンプの駆動に伴って外部に排出することができる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、図面を用いて本発明の実施の形態について説明する。
図１に示すのは、直列に接続された高真空ポンプ（第１段真空ポンプ）１２ａと粗引き真空ポンプ（第２段真空ポンプ）１２ｂの２台の真空ポンプで真空チャンバ１０を排気するようになっており、この両真空ポンプ１２ａ，１２ｂを繋ぐ配管１４から分岐してシャワーヘッド８を介して真空チャンバ１０に戻る排ガス循環経路１６が設けられ、この排ガス循環経路１６内に、トラップ部１８を有するトラップ装置２０が配置されているものである。シャワーヘッド８は原料ガス供給管６から供給された原料ガスを真空チャンバ１０内に噴射するものである。
【００１７】
このトラップ装置２０は、ケーシング２６内にトラップ室３２ａと再生室３４ａとを有し、このトラップ室３２ａと再生室３４ａとの間をトラップ部１８が移動するようになっている。そして、前記排ガス循環経路１６にこのトラップ室３２ａが連通し、また、再生室３４ａと両真空ポンプ１２ａ，１２ｂを繋ぐ配管１４との間に再生物排出経路２２が設けられている。更に、真空ポンプ１２ｂの後段には、排ガスを除害するための排ガス処理装置２４が設けられている。
【００１８】
図２及び図３は、トラップ装置２０を示すもので、これは、排ガス循環経路１６と再生物排出経路２２に跨って配置された直方体状のケーシング２６と、このケーシング２６を交差方向に貫通する軸体２８と、この軸体２８を軸方向に往復移動させる切替手段であるエアシリンダ３０を備えている。ケーシング２６は、内部をトラップ室３２ａとしたトラップ容器３２と、内部を再生室３４ａとした再生容器３４とから主に構成されている。
【００１９】
トラップ容器３２には、排ガス循環経路１６に接続されてトラップ室３２ａ内に排ガスを導入する排ガス導入口３２ｂと、このトラップ室３２ａ内の排ガスを排出する排ガス排出口３２ｃが設けられている。また再生容器３４には、再生物排出経路２２に接続されて再生室３４ａ内に高温の再生ガスを注入するガス注入口３４ｂと、この再生室３４ａ内の再生ガスを排出するガス排出口３４ｃが設けられている。
【００２０】
軸体２８には、断熱性を有する素材からなる一対のシール板４０が配置され、その間に複数のバッフル板４２が熱伝導を良くするために溶接等により軸体２８に一体に取付けられた前記トラップ部１８が構成されている。トラップ容器３２と再生室３４との隣接側には、バッフル板４２は通過できるがシール板４０は通過できないような大きさの開口部３６が設けられている。更に、軸体２８のケーシング２６からの両突出部には、ベローズ４４が設けられており、排ガス循環経路１６及び再生物排出経路２２と外部環境との間の気密性を維持している。
【００２１】
トラップ容器３２の前記開口部３６を挟んだ両側と該開口部３６と対面する内面、及び再生容器３４の前記開口部３６と対面する内面の合計４カ所には、シール板４０の外形に沿った形状に形成されたシール板収納部４６が設けられている。シール板４０は断熱性の高い素材で形成されて、トラップ室３２ａと再生室３４ａの間の熱移動を阻止するようにしているとともに、この外周端面は、横断面円状に形成され、ここにシール部４８が設けられている。このシール部４８は、シール板４０の外周端面に設けた凹部４０ａ内にシール材としてのＯリング５０を嵌着して構成され、このシール板４０がシール板収納部４６内に位置した時、Ｏリング５０がシール板収納部４６の内周面に圧接するようになっている。なお、このシール板収納部４６の内周面は、シール板４０が入り易くなるように、テーパ状に形成されている。
【００２２】
更に、シール板４０の側端面または該側端面が当接するシール板収納部４６の壁面の一方には、第２のシール部５２が設けられている。この例では、１枚のシール板４０の１側端面に第２のシール部５２を、３つのシール板収納部４６に第２のシール部５２をそれぞれ設けた例を示している。すなわち、シール板４０の側端面にリング状の凹部４０ｂを設け、この凹部４０ｂ内にＯリング５４を嵌着することによって、またシール板収納部４６の壁面にリング状の凹部４６ａを設け、この凹部４６ａ内にＯリング５４を嵌着することによって、第２のシール部５２が構成されている。
【００２３】
このように、シール板４０とケーシング２６（トラップ容器３２及び再生容器３４）との間をシール板４０の外周端面と側端面で二重にシールすることにより、ここでのシールの完全性を図って、排ガス循環経路１６と再生物排出経路２２の気密性を維持している。
【００２４】
軸体２８は、金属等の熱伝導性の良い材料により形成された２重円筒体として形成され、冷媒供給管５６から供給された冷媒が軸体２８の内側の管の内部を通った後、両管の間の隙間を流れて冷媒排出管５８から排出され、これによって、バッフル板４２が冷却されるようになっている。この冷媒としては、例えば液体窒素のような液体又は冷却された空気又は水等が使用される。なお、再生の際には、この冷媒の供給を停止するとともに、冷媒の替わりに再生用の加熱用熱媒体を流通させることもできる。
【００２５】
エアシリンダ３０の駆動用のエアー配管は、図４に示すようになっている。すなわち、エアー源からのエアーはレギュレータ６０で減圧され、ソレノイドバルブ６２に送られ、これの電磁信号による開閉の切替によって制御されてシリンダ３０に送られ、ピストンが前進又は後退をする。この時のシリンダ３０の駆動速度はスピードコントローラ６４で制御される。ソレノイドバルブ６２は、例えば、シーケンサ、リレー等からの制御信号により、この例では一定時間毎に切替動作が行われるように制御される。
【００２６】
なお、トラップ部１８のバッフル板４２等の所定位置に温度センサ６６が、また、排ガス循環経路１６のトラップ部１８の前後に圧力センサ６８が設けられ、これにより温度や差圧を検知することができるようになっている。
【００２７】
次に、前記のような構成の発明の実施の形態の真空排気システムの作用を説明する。図２に示す位置において、トラップ室３２ａ内に位置するトラップ部１８には冷媒供給管５６から液体窒素や冷却空気又は水等の冷媒が供給され、これは軸体２８と、これを介してバッフル板４２を冷却する。従って、これに接触した排ガス中の特定の成分はここで析出してこれらに付着し、トラップされる。
【００２８】
一方、トラップ部１８に付着した成分は、再生室３４ａ内で再生され、この再生室３４ａで再生された再生物（副生成物）は、真空ポンプ１２ｂの駆動に伴って、再生物排出経路２２から外部に排出される。これにより、トラップ部１８で捕捉された副生成物を定期的に外部に排出して、トラップ室３２ａが副生成物で閉塞されたり、トラップ部１８のトラップ効率が落ちてしまうことを防止することができる。
【００２９】
これによって、排ガス循環経路１６に沿って流れる排ガス中の副生成物等の成分は、トラップ部１８によって除去されるので、プロセスへの悪影響を防ぐことができる。副生成物が除去されて材料ガスの濃度が高くなったガスは、排ガス循環経路１６とシャワーヘッド８を介して真空チャンバ１０内に原料ガスとして再導入される。これにより、排ガス中に含まれている材料ガスの再利用を図ることができ、処理コストの低減と原料コストの低減という２つの効果を得ることができる。
【００３０】
所定時間の経過後にエアシリンダ３０が動作し、図３に示すように、トラップ室３２ａに有ったトラップ部１８が再生・洗浄室３４ａ内に位置するように切り替えられる。するとガス注入口３４ｂから高温の再生ガスが再生室３４ａ内に注入され、トラップされた析出物が再び気化させられる。そして、気化したガスは、真空ポンプ１２ｂの駆動に伴って再生物排出経路２２を流れ、排ガス処理装置２４において除害処理を受けて放出されるか、あるいは再利用のために循環又は貯蔵等される。
【００３１】
シール板４０は断熱性を持っていて、トラップ室３２ａと再生室３４ａが相互に断熱されているので、熱エネルギーのロスがなく、それぞれトラップと再生が効率的に行われる。また、軸体２８の両突出部は、伸縮するベローズ４４により気密を維持されているので、外部との間の熱移動によるエネルギーロスや処理の効率低下が抑えられ、安定したトラップと再生処理が行われるとともに、外部からの汚染要素が排ガス循環経路１６に侵入することも防止される。
【００３２】
なお、トラップのための冷却手段として、熱電効果により冷却を行なう熱電素子（ペルチェ素子）を用いた冷却器を使用しても良いことは勿論である。この種の冷却器は、２枚の金属板の間に熱電素子を間隔を置いて配置することによって構成される。
【００３３】
【発明の効果】
以上説明したように、この発明によれば、排ガス中から副生成物を除いて材料ガスを抽出し、これを真空チャンバに戻して効率的に再利用することができる。従って、排ガスの処理コストの低減と原料コストの低減の２つを同時に達成し、例えば半導体製造コストを大幅に低下させることができ、また、ＰＦＣのような排ガス処理装置で処理できないガスの外部系への放出を抑えて環境保護を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の１つの実施の形態の真空排気システムの構造を示す図である。
【図２】図１の実施の形態で使用されるトラップ装置を一部破断して示す正面図である。
【図３】図２のトラップ装置の切替後の状態を一部破断して示す正面図である。
【図４】エアシリンダの駆動系を示す図である。
【図５】従来の真空排気システムの構造を示す図である。
【符号の説明】
１０    真空チャンバ
１２ａ，１２ｂ    真空ポンプ
１４    配管
１６    排ガス循環経路
１８    トラップ部
２０    トラップ装置
２２    再生物排出経路
２６    ケーシング
２８    軸体
３０    エアシリンダ（駆動手段）
３２    トラップ容器
３２ａ    トラップ室
３４    再生容器
３４ａ    再生室
４２    バッフル板
４６    シール板収納部
４８，５２    シール部
【図１】
0003630522.tif 000002
【図２】
0003630522.tif 000003
【図３】
0003630522.tif 000004
【図４】
0003630522.tif 000005
【図５】
0003630522.tif 000006