(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
気密チャンバを真空ポンプにより排気する排気経路にトラップ部が配置され、該トラップ部内には該排気経路内の排気に接触するように配置されたバッフルと、該バッフルを電気エネルギーにより冷却する熱電素子が設けられ、前記バッフルは軸体にフィン状に取り付けられ、該軸体の内部に前記熱電素子が取り付けられているとともに、該軸体に該熱電素子の放熱面を冷却するための熱媒体を供給する熱媒体供給流路が設けられていることを特徴とするトラップ装置。
【請求項２】
前記軸体には、さらに電気エネルギーにより前記バッフルを加熱する加熱手段が内蔵されていることを特徴とする請求項１に記載のトラップ装置。
【請求項３】
前記トラップ部は少なくとも２つ設けられ、それぞれ前記排気経路とトラップ部の再生を行なう再生経路に切り替え可能に配置されていることを特徴とする請求項１に記載のトラップ装置。
【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。
【０００２】
【従来の技術】
従来の真空排気を図７を参照して説明する。
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）等の半導体成長装置の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１０３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。プロセスの排ガスの特定の成分は、プロセスの種類により毒性や爆発性があり、そのまま大気に放出することができない。そこで、真空ポンプ１０３の下流に排ガス処理装置１０４を配備し、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、吸収等の処理を行って、無害なガスのみを大気に放出する。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】
以上のような従来の真空排気システムにおいては、反応副生成物の中に昇華温度の高い物質がある場合、そのガスを真空ポンプが排気するので、昇圧途中でガスが固形化し、真空ポンプ内に析出して真空ポンプの故障の原因になる欠点がある。
【０００５】
例えば、アルミのエッチングを行うために、代表的なプロセスガスであるＢＣｌ３，Ｃｌ２  を使用すると、プロセスチャンバからは、ＢＣｌ３，Ｃｌ２  のプロセスガスの残ガスとＡｌＣｌ３  の反応副生成物が真空ポンプ１２により排気される。
【０００６】
このＡｌＣｌ３  は、真空ポンプの吸気側では分圧が低いので析出しないが、加圧排気する途中で分圧が上昇し、真空ポンプ内で析出して真空ポンプの故障の原因となる。これは、ＳｉＮの成膜を行うＣＶＤ装置から生じる（ＮＨ４）２ＳｉＦ６  やＮＨ４Ｃｌ等の反応副生成物の場合も同様である。
【０００７】
従来この問題に対して、
（１）真空ポンプを加熱して真空ポンプ内部で固形化物質が析出しないようにし、ガスの状態で真空ポンプを通過させる。
（２）真空ポンプの上流（吸気側）に水冷クーラを設けて、析出物をトラップする。
等の対策が施されてきた。
【０００８】
しかし、（１）の対策では、真空ポンプ自体を保護するには効果があるが、真空ポンプの下流に配置される排ガス処理装置に固形化物が析出し、充填層の目詰まりを生じさせる問題があった。
【０００９】
また、（２）の対策は、水を媒体とするので、０℃以下に冷却することができず、トラップ性能が充分でない。これ以上の冷却性能、例えば、−３０℃程度のトラップ温度を得るためには、凝固温度がさらに低い適当な熱媒体と、これを冷却するための冷凍機が必要になるが、装置が複雑となり、設備や運転コストが上昇するという課題があった。また、ギフォードマクマホン冷凍機のように振動系を有するものはメンテナンス頻度が高くなる問題もあった。
【００１０】
本発明は上述の事情に鑑みなされたもので、簡単でコンパクトな構成で−３０℃程度の低温を得ることができ、トラップ効率が高く、しかも、信頼性、耐用性が高く、操作性、メンテナンス性の良いトラップ装置を提供することを目的としている。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明のトラップ装置は、気密チャンバを真空ポンプにより排気する排気経路にトラップ部が配置され、該トラップ部内には該排気経路内の排気に接触するように配置されたバッフルと、該バッフルを電気エネルギーにより冷却する熱電素子が設けられていることを特徴とするものである。
【００１２】
熱電素子は、図１に示すように、電気を作動エネルギーとして用いる冷凍機であり、２枚の金属板の間に間隔を置いて配置された半導体素子２０１と、電源用リード線２０２から構成されている。電源２０３より電気が半導体素子２０１に流れこむと電子が半導体素子２０１の中を逆方向に流れる。その放熱側ａと吸熱側ｂの間でペルチェ効果が発生する。放熱側ａをＮ２  あるいは水により冷却することで、−３０°程度の低温がｂ側に発生する。
【００１３】
このように、エネルギー供給のための電気配線と、放熱のための熱媒体としてＮ２  あるいは水を用いることで、−３０℃程度の低温を容易に得ることができる。熱電素子は、小型であるので排気経路中のトラップ部に容易に組み込むことができ、駆動系として必要なのは、熱媒体である窒素ガス又は水を圧送するためのコンプレッサ程度であるので、装置構成が簡単で設備コストが安く、メンテナンス性も良い。さらに、操作も容易であり、例えば、冷却動作のオン・オフや温度の制御も容易である。
【００１４】
また、本発明のトラップ装置は、前記バッフルが軸体にフィン状に取り付けられ、該軸体の内部に前記熱電素子が取り付けられているとともに、該軸体に該熱電素子の放熱面を冷却するための熱媒体を供給する熱媒体供給流路が設けられていることを特徴とするものである。軸体内面に熱電素子と熱媒体経路を形成し、これにバッフルをフィン状に形成することで、簡単な構造でありながら効率の良い冷却を行なうことができる。
【００１５】
また、前記軸体に、さらに電気エネルギーにより前記バッフルを加熱する加熱手段が内蔵されていることが好ましい。これにより、単に電気的接続の切り替えでトラップと再生動作を切り替えることができる。
【００１６】
また、前記トラップ部が少なくとも２つ設けられ、それぞれ前記排気経路とトラップ部の再生を行なう再生経路とに切り替え可能に配置されていることが好ましい。これにより、トラップ動作と再生動作が交互に行われるので、トラップ量が１つのトラップの能力を超えても排気系の稼働を停止することなく、また、替わりのトラップを用意する必要もない。
【００１７】
【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２ないし図４に示す実施の形態では、チャンバ１０と真空ポンプ１２を結ぶ排気経路１４に隣接して再生経路１６が設けられ、２つのトラップ部１８，２０が三方切替弁２２，２４，２６，２８によってそれぞれ排気経路１４と再生経路１６に切り替え可能に設けられている。各トラップ部１８，２０は、図３に示すように、それぞれ気密のケーシング３０の内部に軸体３２が流れに交差するように設けられ、この軸体３２にフィン状のバッフル（邪魔板）３４が取り付けられて構成されている。ケーシング３０には、排気経路１４の入口３６及び出口３８と、再生経路１６の入口４０、出口４２とが設けられている。
【００１８】
真空ポンプ１２の後段には排ガスを除害するための排ガス処理装置４４が設けられている。再生経路１６には、トラップした析出物を加熱して気化させ、あるいは気化したガスを搬送するための再生用気体が図示しない再生気体源から三方切替弁２６を介して分岐して流通させられ、下流側には排ガス処理装置４６が設けられている。
【００１９】
軸体３２は、図４（ａ）に示すように、金属等の熱伝導性の良い材料により形成された角筒体として形成され、その外面に複数のバッフル板３４が溶接等により熱的に一体となり、内側空間には内筒４８が図４（ｂ）に示すように挿入され、これにより、内筒４８の内側から図中左端側で反転して内筒４８と放熱筒５４の間へと向かう熱媒体流路５０が形成されている。
【００２０】
図４に示すように、軸体と内筒の間の空間には、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５２が設けられている。すなわち、軸体３２と内筒４８の間にさらに放熱筒５４が設けられ、冷却器５２の放熱板５６を放熱筒５４に、冷却板５８をインジウム等の熱伝導性のよい材質でできたスペーサ６０を介して軸体３２に取り付けている。また、冷却器と同じ空間に再生用のヒータ６２が併置されている。
【００２１】
この実施の形態では、一方のトラップ部１８がトラップ動作をしているときには他方が再生動作をしている。トラップ動作中のトラップ部は、熱電素子２０１の電源スイッチがオンとなって冷却器５２が動作するとともに、図示しない切替弁の動作により熱媒体流路５０に窒素等の冷却ガスを流す。これにより、放熱板５６の温度はほぼ室温程度に維持され、一方、冷却板５８は熱電素子２０１の能力によって決まる所定の温度だけ室温より低い温度に冷却される。この冷却の程度は、熱電素子２０１に流す電流によって変化する。
【００２２】
所定のトラップ処理を行って、再生が必要になると、排気経路１４及び再生経路１６の三方切替弁２２，２４，２６，２８が切り替えられて、トラップ部１８の処理が逆になる。再生動作をしているときは、熱媒体経路５０中の冷却ガスは止められ、ヒータ６２が作動させられる。このように電気的エネルギーにより冷却と加熱を行なうので、装置構成が簡単であり、また、スイッチの開閉や供給電気量の調整により切替動作や設定の操作が簡単に行える利点がある。再生動作により発生したガスは、再生経路１６から排出されて排ガス処理装置４６で処理される。なお、電流の±を切り換えることにより、熱電素子２０１の加熱・冷却を切り換えることもできるので、電流の±を切り換えるスイッチがあれば、ヒータ６２は不要である。
【００２３】
図５はこの発明の他の実施の形態を示すもので、再生経路１６が排気経路１４の両側に２つ設けられ、排気経路１４と再生経路１６の間にトラップ部１８，２０を機械的に切り替える手段が設けられている。すなわち、この切替式トラップ装置は、排気経路１４と再生経路１６に跨って配置された直方体状のケーシング６６と、このケーシング６６を交差方向に貫通する軸体６８と、この軸体６８を軸方向に往復移動させる駆動手段であるエアシリンダ７０を備えている。ケーシング６６は、仕切壁７２によって交差方向に３つの部屋、すなわち、中央のトラップ室７４、両側の再生室７６に仕切られており、各部屋にはそれぞれ排気経路１４又は再生経路１６に接続するためのフランジ７８を有する管部７９が形成されている。
【００２４】
軸体６８には、３枚の断熱性を有する素材からなる仕切板８０が等間隔に配置され、その間に複数のバッフル板８２が溶接等により軸体６８に一体に取り付けられている。ケーシング６６の仕切壁７２には中央に開口部７３が形成されており、これはバッフル板８２は通過できるが仕切板８０は通過できないような大きさになっている。両側の２枚の仕切板８０とケーシング６６の両端の壁の内面の間にはベローズ８４が設けられており、再生経路１６と外部環境との間の気密性を維持している。また、仕切壁７２の仕切板８０に接する箇所にはＯリング（図示略）が配置されて、トラップ室７４と再生室７６の間の気密性を維持している。仕切板８０は断熱性の高い素材で形成されて、トラップ室７４と再生室７６の間の熱移動を阻止するようにしている。
【００２５】
この例も、トラップ部１８，２０の構造は同じであるが、熱媒体流路５０が両側から中央の仕切板８０まで延びている点が異なる。この例では、トラップ部自体が切り替えられるので、切替が迅速に行われるとともに、弁で経路を切り替える場合に比べて熱損失が少なく、結果として切替動作によるトラップや再生の作業への影響を小さくすることができる。
【００２６】
図６は、複数のトラップ部１８を排気方向に直列に配置した実施の形態を示す。ここでは、排気経路１４の下側に再生経路１６が１つ設けられている。排気経路方向に延びて形成されたケーシング６６には、エアシリンダにより往復移動する複数（図示例では２つ）の軸体６８が設けられ、それぞれに１つのトラップ部１８が取り付けられている。各トラップ部１８は独立にトラップ室７４又は再生室７６に移動可能である。
【００２７】
この実施の形態においても、操作の仕方はいずれか一方のトラップ部１８がトラップ室７４に、他方が再生室７６に位置するように切り替えることで、先の実施の形態と同じように動作するが、再生経路が１つで良いので装置がコンパクトになる。さらに、この実施の形態では、状況に応じて稼働するトラップ部１８の数を変えることができる柔軟性がある。
【００２８】
この実施の形態における再生の方法は、洗浄液により洗浄を行なうようにしている点で先の実施の形態と異なっている。すなわち、再生室７６には、上側に洗浄液供給配管１６ａが開口しており、下側に洗浄液排出配管１６ｂが設けられている。この例では、供給配管１６ａはトラップ部１８，２０の配置に応じて複数が設けられている。この装置における再生の方法の例は以下のようになる。切り替えて図６の状態になった後、供給配管から析出物を溶解させる適当な洗浄液を流出させ、これを排出配管１６ｂより排出する。必要に応じてこの過程を繰り返したり、洗浄液を噴霧させたり、洗浄液で再生室７６を満たすようにしてもよい。また、洗浄液を変えて前記工程を行ったり、すすぎ工程を行ってもよい。次に、乾燥気体を供給して乾燥工程を行うことにより、液がトラップ前後の機器へ浸入することが防止される。
【００２９】
このような洗浄液を用いる再生工程では、再生室７６を高温にする必要がないので、トラップ室７４への熱影響阻止のための措置を軽減することができる。また、析出物を気化させて再生する場合に比べて再生能力が高く、処理速度も速い。さらに、気体として再生する場合よりも一般に後処理が容易であり、特に、再生物を再利用する場合や貯蔵する場合に便利である。図６の構成では、再生室７６がトラップ室７４の下側にのみあるので、洗浄液が重力でトラップ室７４に流れるおそれが無く、従って、この実施の形態の装置は洗浄液を用いる再生に好適である。
【００３０】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明のトラップ装置は、電気エネルギーにより冷却動作を行なう熱電素子を用いることにより、放熱のための熱媒体としてＮ２  あるいは水を用いることで、−３０℃程度の低温を容易に得ることができる。従って、簡単でコンパクトな構成で、トラップ効率が高く、信頼性、耐用性が高く、操作性、メンテナンス性の良いトラップ装置を提供することができる。これにより、真空ポンプ中において異物が析出して摺動部分に損傷を与えたり、排ガス処理装置の充填層に蓄積されて目詰まりを起こすことが防止され、真空ポンプや排ガス処理装置を保護して安定な稼働を行なうことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明のトラップ装置に用いる熱電素子の原理を示す図である。
【図２】この発明のトラップ装置の第１の実施の形態を示す図である。
【図３】図２の実施の形態の全体の構成を示す図である。
【図４】この発明のトラップ装置のトラップ部の構造を示す断面図である。
【図５】この発明のトラップ装置の第２の実施の形態を示す図である。
【図６】この発明のトラップ装置の第３の実施の形態を示す図である。
【図７】従来の真空排気装置を示す図である。
【符号の説明】
１０  気密チャンバ
１２  真空ポンプ
１４  排気経路
１８、２０  トラップ部
３２、６８  軸体
３４、８２  バッフル
５０  熱媒体供給経路
６２  加熱手段
２０１  熱電素子
【図１】
0003543901.tif 000002
【図２】
0003543901.tif 000003
【図３】
0003543901.tif 000004
【図４】
0003543901.tif 000005
【図５】
0003543901.tif 000006
【図６】
0003543901.tif 000007
【図７】
0003543901.tif 000008