(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
気密チャンバから真空ポンプにより排気する排気経路に配置され、排ガス中の生成物を付着させて除去するトラップ部を有するトラップ装置において、
前記トラップ部は、中心から外側に向かって膨らむ上流側流路部分と、外側から中心側に向かう下流側流路部分からなるトラップ流路を有し、
前記トラップ部は、前記排気経路に対して出し入れ可能に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】
前記トラップ流路は、曲面により形成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】
いずれかのトラップ流路の下流側部分を部分的に少なくとも２つの流路に区分し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４】
気密チャンバから真空ポンプにより排気する排気経路に配置され、排ガス中の生成物を付着させて除去するトラップ部を有するトラップ装置において、
前記トラップ部は、中心から外側に向かって膨らむ上流側流路部分と、外側から中心側に向かう下流側流路部分からなるトラップ流路を有し、
前記トラップ部は、前記排気経路に接続されるトラップ室と、前記排気経路に隣接して配置された再生経路に接続される再生室との間で前記排気経路に交差する方向に直進移動可能に構成されていることを特徴とするトラップ装置。
【請求項５】
気密チャンバから真空ポンプにより排気する排気経路に配置され、排ガス中の生成物を付着させて除去するトラップ部を有するトラップ装置において、
前記トラップ部は、前記排気経路に交差する方向に延びる軸線を有する円弧面状のトラップ面を有するバッフル板を有することを特徴とするトラップ装置。
【請求項６】
前記トラップ部は、幅の広い入口と幅の狭い出口とを有するトラップ流路を有することを特徴とする請求項５に記載のトラップ装置。
【請求項７】
前記トラップ部は、前記バッフル板の間に形成されたトラップ流路と、前記トラップ流路の中央側を流れる排ガスを周辺側の流路に分配する案内バッフルとを有することを特徴とする請求項５に記載のトラップ装置。
【請求項８】
前記トラップ部は、前記バッフル板の間に形成されたトラップ流路と、前記トラップ流路の下流側を２分して流路幅を狭める分割バッフル板とを有することを特徴とする請求項５に記載のトラップ装置。
【請求項９】
真空ポンプにより排ガスを気密チャンバから排気経路を介してトラップ装置に導入し、前記トラップ装置のトラップ部に前記排ガス中の生成物を付着させて除去するトラップ方法において、
前記排ガスを、中心から外側に向かって膨らむ上流側流路部分と、外側から中心側に向かう下流側流路部分からなるトラップ流路に沿って流し、
前記トラップ部を前記排気経路に対して出し入れすることを特徴とするトラップ方法。
【請求項１０】
真空ポンプにより排ガスを気密チャンバから排気経路を介してトラップ装置に導入し、前記トラップ装置のトラップ部に前記排ガス中の生成物を付着させて除去するトラップ方法において、
前記排ガスを、中心から外側に向かって膨らむ上流側流路部分と、外側から中心側に向かう下流側流路部分からなるトラップ流路に沿って流し、
前記排気経路に接続されるトラップ室と、前記排気経路に隣接して配置された再生経路に接続される再生室との間で、前記トラップ部を前記排気経路に交差する方向に直進移動することを特徴とするトラップ方法。
【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おいて用いられるトラップ装置及びトラップ方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の真空排気システムを図７を参照して説明する。ここにおいて、真空チャンバ１０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１０は、排気配管１４を通じて真空ポンプ１２に接続されている。真空ポンプ１２は、真空チャンバ１０からのプロセスの排気を大気圧に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。真空チャンバ１０が必要とする真空度がドライポンプ１２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等の超高真空ポンプが配置されていることもある。
【０００３】
プロセスの排気は、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１２の下流には排気処理装置２０が配置されている。大気圧まで昇圧されたプロセスの排気のうち、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１４には必要に応じて適所にバルブが設けられている。
【０００４】
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、真空ポンプ中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により排気される。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固形化し、ポンプ内壁に付着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。
【０００６】
従来、この問題に対して、真空ポンプ全体を加熱して真空ポンプ内部で固形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等の対策が施されてきた。しかし、この対策では真空ポンプ内での析出に対しては効果があるが、その結果として、その真空ポンプの下流に配置される排気処理装置で固形化物が析出し、充填層の目詰まりを生じさせる問題があった。
【０００７】
そこで、ポンプの上流、あるいは下流にトラップ装置を取り付けて生成物を付着させ、固形化物を生成する成分を先に除去して排気配管に備えられた各種機器を保護することが考えられる。このようなトラップ装置１００として、図８又は図９に示すように、排気配管中にその一部を形成する気密容器１０２を配置して、その中に例えば板状のバッフル１０４（トラップ部）を設ける構成が考えられる。バッフル１０４に一定量の析出物が付着した時は、排気流路を切り換えてトラップの洗浄や交換を行い、処理を継続させる。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来のトラップ装置はトラップ効率が悪く、排気中の大部分の成分がトラップ部に付着することなくそのまま流れて、下流の配管や各種機器に付着していた。これは、バッフル１０４の構成が平行板状であるので排気とトラップ部の接触が充分図られていないことによると考えられる。
【０００９】
バッフル板を複雑な形状にすると、トラップが部分的になされ、コンダクタンスが過度に低下したり、詰まりを生じて排気の流れが不安定になったり、トラップ部の交換や切り換えが円滑に行えないなどの不具合が生じるのみでなく、構造が複雑になって製造やメンテナンスのコストが上昇する。
【００１０】
本発明は上述の事情に鑑みてなされたものであり、成膜処理等において、真空チャンバの許容するコンダクタンスを満たしながらトラップ効率を上げることができ、それによって、真空ポンプの性能に影響すること無く、真空ポンプの長寿命化、除害装置の保護を行って運転の信頼性の向上を図り、さらに装置設備や運転コストの低減を図ることができるトラップ装置及びトラップ方法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】
請求項１に記載の発明は、気密チャンバから真空ポンプにより排気する排気経路に配置され、排ガス中の生成物を付着させて除去するトラップ部を有するトラップ装置において、前記トラップ部は、中心から外側に向かって膨らむ上流側流路部分と、外側から中心側に向かう下流側流路部分からなるトラップ流路を有し、前記トラップ部は、前記排気経路に対して出し入れ可能に設けられていることを特徴とするトラップ装置である。
【００１２】
これにより、上流側流路部分で外側に向かい、下流側流路部分で内側に向かうように方向転換しながら流れるので、トラップ流路の壁に接触する機会が増え、トラップ効率が向上する。流路が過度に複雑でないので、製造やメンテナンスコストが上昇することもなく、また、コンダクタンスを過度に低下させることがないので、排気系へ与える影響も小さい。
【００１３】
請求項２に記載の発明は、前記トラップ流路は、曲面により形成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である。これにより、流路が順次方向転換するので、直線的な流路の場合よりトラップ効率が高い。
【００１４】
前記トラップ流路を複数多層に配置するようにしてもよい。
また、入口側に、気体の流れを案内する案内面部を設けるようにしてもよい。
【００１５】
請求項３に記載の発明は、いずれかのトラップ流路の下流側部分を部分的に少なくとも２つの流路に区分し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である。これにより、下流側での滞流時間を稼ぐとともに気体と壁を接触しやすくして、全体としてのトラップ効率を向上させる。
【００１６】
請求項４に記載の発明は、気密チャンバから真空ポンプにより排気する排気経路に配置され、排ガス中の生成物を付着させて除去するトラップ部を有するトラップ装置において、前記トラップ部は、中心から外側に向かって膨らむ上流側流路部分と、外側から中心側に向かう下流側流路部分からなるトラップ流路を有し、前記トラップ部は、前記排気経路に接続されるトラップ室と、前記排気経路に隣接して配置された再生経路に接続される再生室との間で前記排気経路に交差する方向に直進移動可能に構成されていることを特徴とするトラップ装置である。これにより交換等が容易になるとともに、少なくとも２つのトラップ部を用意しておき、一方でトラップ処理しつつ他方を再生するようにして連続運転を可能にすることができる。
【００１７】
請求項５に記載の発明は、気密チャンバから真空ポンプにより排気する排気経路に配置され、排ガス中の生成物を付着させて除去するトラップ部を有するトラップ装置において、前記トラップ部は、前記排気経路に交差する方向に延びる軸線を有する円弧面状のトラップ面を有するバッフル板を有することを特徴とするトラップ装置である。
請求項６に記載の発明は、前記トラップ部は、幅の広い入口と幅の狭い出口とを有するトラップ流路を有することを特徴とする請求項５に記載のトラップ装置である。
請求項７に記載の発明は、前記トラップ部は、前記バッフル板の間に形成されたトラップ流路と、前記トラップ流路の中央側を流れる排ガスを周辺側の流路に分配する案内バッフルとを有することを特徴とする請求項５に記載のトラップ装置である。
請求項８に記載の発明は、前記トラップ部は、前記バッフル板の間に形成されたトラップ流路と、前記トラップ流路の下流側を２分して流路幅を狭める分割バッフル板とを有することを特徴とする請求項５に記載のトラップ装置である。
請求項９に記載の発明は、真空ポンプにより排ガスを気密チャンバから排気経路を介してトラップ装置に導入し、前記トラップ装置のトラップ部に前記排ガス中の生成物を付着させて除去するトラップ方法において、前記排ガスを、中心から外側に向かって膨らむ上流側流路部分と、外側から中心側に向かう下流側流路部分からなるトラップ流路に沿って流し、前記トラップ部を前記排気経路に対して出し入れすることを特徴とするトラップ方法である。
請求項１０に記載の発明は、真空ポンプにより排ガスを気密チャンバから排気経路を介してトラップ装置に導入し、前記トラップ装置のトラップ部に前記排ガス中の生成物を付着させて除去するトラップ方法において、前記排ガスを、中心から外側に向かって膨らむ上流側流路部分と、外側から中心側に向かう下流側流路部分からなるトラップ流路に沿って流し、前記排気経路に接続されるトラップ室と、前記排気経路に隣接して配置された再生経路に接続される再生室との間で、前記トラップ部を前記排気経路に交差する方向に直進移動することを特徴とするトラップ方法である。
【００１８】
【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ないし図３に示すのは、この発明のトラップ装置の第１の実施の形態を示すもので、これは、図７に示す気密チャンバ１０を真空ポンプ１２により排気する排気配管１４の左右に隣接して再生配管１６が配置され、この排気配管１４及び再生配管１６に交差する方向に直進移動して切替可能に配置された２つのトラップ部１８が設けられている切替式トラップ装置である。
【００１９】
この切替式トラップ装置は、排気配管１４と再生配管１６に跨って配置された円筒状の容器２２と、この容器２２を交差方向に貫通する軸体２４と、この軸体２４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２６を備えている。容器２２は、中央が開口する隔壁２７及び軸体２４に取り付けられた仕切板２８によってトラップ室３０と再生室３２に仕切られており、各部屋にはそれぞれ排気配管１４又は再生配管１６が接続されている。
【００２０】
エアシリンダ２６と容器２２の間にはベローズ３４が設けられてこれらの間の気密性を維持している。また、隔壁２７と仕切板２８が接する箇所にはＯリング３５が配置されて、トラップ室３０と再生室３２の間の気密性を維持している。仕切板２８は断熱性の高い素材で形成されて、トラップ室３０と再生室３２の間の熱移動を阻止するようにしている。
【００２１】
トラップ部１８は、軸体２４に軸方向に対向して取り付けられた一対の端板３６と、これら端板の間に渡って設けられたバッフル板３８ａ，３８ｂ，３８ｃとから構成されている。バッフル板３８ａ，３８ｂ，３８ｃは左右対称に複数（図示例では６枚）が配置され、それぞれの間及び軸体２４又は容器壁との間に、中心から外側に向かって膨らむ上流側流路部分Ｕと、外側から中心側に向かう下流側流路部分Ｄとを有するトラップ流路４０ａ，４０ｂ，４０ｃ，４０ｄを形成している。バッフル板３８ａ，３８ｂ，３８ｃは、この例では、円弧面部４２と、上下の連絡部を形成する平面部４４を有している。
【００２２】
バッフル板３８ａ，３８ｂ，３８ｃ及び端板３６はそれぞれ熱伝導性の良い材質から形成されており、バッフル板３８ａ，３８ｂ，３８ｃは端板３６を介して軸体２４との間の熱伝導により冷却されるようになっている。各バッフル板には、後述する再生の場合に付着物の排出に用いる排出穴３９が設けられている。
【００２３】
軸体２４は、金属等の熱伝導性の良い材料により形成され、内部に冷却用の熱媒体流路４６が形成されている。この熱媒体流路４６には、液体窒素のような液体又は冷却された空気又は水等の冷却用熱媒体が供給される。
【００２４】
以上のように構成されたトラップ装置の作用を説明する。真空ポンプ１２の作動により、チャンバ１０から排出された気体は排気配管１４を介してトラップ容器２２に導入される。排気は、バッフル板３８ａ，３８ｂ，３８ｃの間の湾曲したトラップ流路４０ａ，４０ｂ，４０ｃに沿って流れ、バッフル板３８ａ，３８ｂ，３８ｃに当たって冷却される。冷却された排気中の凝結しやすい成分はそこで析出し、析出した固形物は、これらバッフル板の内外面に付着する。
【００２５】
トラップ流路４０ａ，４０ｂ，４０ｃ，４０ｄが湾曲して形成されているので、排気中のガス分子がトラップ面に当たる確率が高くなり、冷却されてトラップされる効率も向上する。これは、冷却によるトラップだけでなく、例えば粒子をトラップ面に吸着させるトラップでも同様である。所定量の固形物が付着したトラップ部１８は、エアシリンダ２６の動作により再生室３２に切り換えられて、高温ガスや洗浄液による再生処理を受ける。切換のタイミングは、一定時間の処理後とするか、適当な圧力センサ、温度センサをトラップ部１８等に設けて、温度や差圧を検知して判断するようにしても良い。
【００２６】
次に、トラップ部の他の構成の例を説明する。図４に示すバッフル部１８は、軸体２４を取り囲むように複数の円弧板状のバッフル板３８ａ，３８ｂ，３８ｃ，３８ｄ，３８ｅが配置され、これらのバッフル板の間に湾曲したトラップ流路４０ａ，４０ｂ，４０ｃ，４０ｄが多層に構成されている。これらの各流路の上流側の入口５０及び出口５２の幅は、入口５０側が広く鈍角に開いており、出口５２側は狭く開いており、これにより、気体を特にバッフル部１８の下流側部分で充分滞流させてトラップ時間を稼ぐようにしている。
【００２７】
また、入口５０には、中央側を流れる気体を周辺側の流路に分配する作用をする案内バッフル５４ｃ，５４ｄ，５４ｅが設けられている。これらの案内バッフル５４ｃ，５４ｄ，５４ｅは、この例では、円弧板状のバッフル板３８ｃ，３８ｄ，３８ｅの一部として、すなわち、筒状のバッフル板に軸方向に延びるスリットを形成することによって形成されているが、これに限るわけではない。この例では、案内バッフル５４ｃ，５４ｄ，５４ｅは流れに沿って交互に配置されており、それにより、気体の分配機能を高めている。
【００２８】
このように、トラップ部１８には同心の複数のトラップ流路４０ａ，４０ｂ，４０ｃ，４０ｄが形成されており、外側のトラップ流路の方が距離が大きく従ってトラップ面積も大きい。従って、上記のようにトラップ面積が大きい外側のトラップ流路に気体を分配することにより、全体のトラップ効率を向上させることができる。なお、各流路への気体の分配は、各流路のコンダクタンスによっても調整することができるので、例えば、外側の流路幅を内側より大きくすることにより、気体流量分布を調整してもよい。
【００２９】
図５は、図３に示したトラップ部を改良した他の実施の形態を示すもので、トラップ流路４０ａ，４０ｂの下流側部分に各流路を２分する分割バッフル板５６ａ，５６ｂを挿入して流路幅を狭め、ここに気体を充分滞流させるようにしている。これにより、全流路の幅を狭める場合に比べて過度にコンダクタンスを下げることなく、気体の流れが安定した下流側部分でトラップ時間を稼ぎ、全体としてのトラップ効率を向上させることができる。
【００３０】
図６は、この発明のさらに他の実施の形態のトラップ部を示すもので、図３の実施の形態と異なる点は、中心から外側に向かって膨らむ上流側流路部分Ｕと、外側から中心側に向かう下流側流路部分Ｄとが、それぞれ平坦なバッフル板５８ａ，５８ｂ，５８ｃ，５８ｄによって形成されている点である。この実施の形態では、バッフル板の加工が容易で比較的低コストで、先の実施の形態と同様の作用効果を得ることができる。なお、この実施の形態において、図４のような案内バッフル板や、図５のような分割バッフル板を用いてもよいことは言うまでもない。
【００３１】
図１及び図２の実施の形態では、トラップ部はケーシング内を直線的に移動して切り替えられるようになっているが、ケーシングを環状に形成し、トラップ部をロータリー運動させることによって移動させてもよい。この場合には１つの排気経路に対してトラップ部を３つ以上設けて２つ以上の再生・洗浄経路で同時に再生させることができる。通常、トラップのの速度より再生の速度が遅いので、この点は特に有利である。また、ロータリー式では２つのトラップ部の場合には再生経路が１つで済むことになる。
【００３２】
【実施例】
従来のトラップ装置と、この発明の実施の形態のバッフル部を有するトラップ装置を用いて、ＮＨ4Ｃｌを捕捉する実験を行い、トラップ効率を比較した値を表１に示す。
表１
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図３の形状による捕捉効率がよいことが分かった。ここで、このバッフルとチャンバの組み合わせによるトラップ後のコンダクタンスは４２２００（Ｌ／ｍｉｎ）（実績値）となり、プロセスに与える影響はまったく無かった。
【００３３】
【発明の効果】
以上説明したように、この発明によれば、コンダクタンスを過度に低下させずに、トラップ効率を上げることができ、それによって、排気システムの真空ポンプの性能に影響すること無く、真空ポンプの長寿命化、除害装置の保護等を行って排気システムの運転の信頼性の向上を図り、半導体製造等の生産性向上に寄与することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の１つの実施の形態のトラップ装置を示す断面図である。
【図２】図１の実施の形態のトラップ装置を別の方向から見た断面図である。
【図３】図１の実施の形態のトラップ部を拡大して示す図である。
【図４】トラップ部の他の実施の形態を示す図である。
【図５】トラップ部のさらに他の実施の形態を示す図である。
【図６】トラップ部のさらに他の実施の形態を示す図である。
【図７】トラップ装置が用いられる排気システムを示す図である。
【図８】従来のトラップ装置の例を示す図である。
【図９】従来のトラップ装置の他の例を示す図である。
【符号の説明】
１０    真空チャンバ
１２    真空ポンプ
１４    排気配管
２２    トラップ容器
２６    エアシリンダ
３０    トラップ室
３２    再生室
３８ａ，３８ｂ，３８ｃ，３８ｄ，３８ｅ    バッフル板
４０ａ，４０ｂ，４０ｃ，４０ｄ，４０ｅ    トラップ流路
５４ｃ，５４ｄ，５４ｅ    案内バッフル板
５６ａ，５６ｂ    分割バッフル板
５８ａ，５８ｂ，５８ｃ，５８ｄ    バッフル板
Ｕ    上流側部分
Ｄ    下流側部分
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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