JP2006314864A - 排気トラップ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】排気トラップ装置の排気経路が局所的に閉塞することを抑制する。
【解決手段】円筒状のハウジング５の内部で、排気ガスの導入口１０と対向するように、導入口１０の開口断面よりも大きい拡散板１３を設ける。さらに、拡散板１３とフランジ７との間に、冷却コイル１７〜２２を設けた構造とする。導入口１０から導入された排気ガス２３は円錐状に分散し、ハウジング５の内壁に沿って上流領域Ｄを流れる。さらに、排気ガス２３は下流領域Ｅ１〜Ｅ４を分散して流れ、導出管９、導出口８を経由して排出される。この間、排気ガス２３は装置内部を分散して流れるため、排気ガス２３に含まれる未反応ガスは、装置内部に分散して堆積する。これにより、排気経路が局所的に閉塞することを抑制し、排気トラップ装置の寿命を長くすることができる。
【選択図】図２

Description

本発明は排気トラップ装置に関し、特に半導体製造装置から排出される未反応ガスを除去する排気トラップ装置に関する。

半導体装置の製造において、InP（インジウムリン）やAlGaInP（アルミガリウムインジウムリン）などの膜は、MOCVD（Metal Organic Chemical Vapor Deposition）装置により成膜される。上記の膜を成膜する際、ＣＶＤ装置の反応炉から排気ガスが排出される。この排気ガスは、フォスフィン等の未反応ガスを含んでいる。この未反応ガスは、排気トラップ装置により捕集される。

図５に、従来の排気トラップ装置の断面図を示す。
この排気トラップ装置は、ハウジング３１を有している。ハウジング３１は、排気ガスの導入口３２と、排気ガスの導出口３３とを備えている。ハウジング３１の内部には、排気ガスを冷却するための冷却コイル３４が設けられている。
ＣＶＤ装置（図示しない）から排出される排気ガスは、導入口３２から導入され、導入口直下領域３５、上流領域３６、下流領域３７を経由して、導出口３３から排出される。この間、排気ガスは排気トラップ装置内部で冷却される。排気ガスの温度が所定温度まで下がると、未反応ガスの一部が凝固して排気トラップ装置内に堆積物として蓄積される。そして、排気ガスは未反応ガスの濃度を十分に低くした状態で排気トラップ装置から排出される（例えば、特許文献１参照）。

特開平８−２９００５０号公報

上記従来の排気トラップ装置において、排気ガスの通過する経路は直列的な構造であった。このため、排気ガスが上記経路を通過する際、上記経路は堆積物により局所的に閉塞されやすい。そうすると、上記経路の閉塞されていない部分は未反応ガスを捕集する能力があるにも関わらす、排気トラップ装置を交換する必要があった。

本発明は上記課題を解決するためになされたもので、排気トラップ装置において、排気ガスの通過する経路が局所的に閉塞することを抑制し、排気トラップ装置の寿命を長くすることを目的とする。

本発明に係る排気トラップ装置は、円筒状のハウジングと、前記ハウジングに設けられた排気ガス導入口と、前記ハウジング内部で前記排気ガス導入口と対向するように設けられ、前記ハウジングの内壁と間隙を有し、前記排気ガス導入口の開口断面より大きい板と、前記ハウジングの内部で、前記ハウジングの中心軸の周りに設けられた冷却手段と、前記冷却手段に接続された冷媒供給手段と、前記冷却手段の内側から前記ハウジングの外部に至る管路とを備えたことを特徴とする。
本発明のその他の特徴については、以下において詳細に説明する。

本発明によれば、排気トラップ装置において、排気ガスの通過する経路が局所的に閉塞することを抑制し、排気トラップ装置の寿命を長くすることができる。

以下、図面を参照しながら本発明の実施の形態について説明する。なお、各図において同一または相当する部分には同一符号を付して、その説明を簡略化ないし省略する。

実施の形態１．
図１は、本実施の形態に係る排気トラップ装置、およびこれを含む半導体製造装置の全体を示す図である。
図１に示す半導体製造装置は、InP（インジウムリン）やAlGaInP（アルミガリウムインジウムリン）などの膜を成膜するためのMOCVD（Metal Organic Chemical Vapor Deposition）装置である。このCVD装置は、反応炉１を有している。反応炉１には、排気トラップ装置２が接続されている。排気トラップ装置２には、スロットルバルブ３が接続されている。スロットルバルブ３には、減圧ポンプ４が接続されている。
上述したInP、AlGaInP等の膜は、反応炉１で成膜される。すると、反応炉１から排気トラップ装置２へ排気ガスが排出される。この排気ガスには、反応炉１で生成された反応生成物や、反応炉１で成膜に寄与しなかった未反応ガス等が含まれている。これらの反応生成物および未反応ガス等（以下、単に「未反応ガス」という）は、排気トラップ装置２で捕集される。さらに、排気ガスはスロットルバルブ３、減圧ポンプ４を経由して、ＣＶＤ装置の外部へ排出される。

上述した未反応ガスを捕集する方法について説明する。図１に示した反応炉１から排出された排気ガスは、排気トラップ装置２に導入される。この排気ガスは、排気トラップ装置２の内部で冷却される。排気ガスの温度が所定温度以下になると、未反応ガスの一部が堆積物となって装置内部に堆積する。このようにして、排気ガスは、未反応ガスの濃度を下げながら排気トラップ装置２の内部を通過する。そして、未反応ガスの濃度を十分に小さくした状態でＣＶＤ装置の外部に排出される。

図２（ａ）は、図１に示した排気トラップ装置２の断面図である。まず、この装置の構成について説明する。
この排気トラップ装置は、ハウジング５を有している。ハウジング５は、Ａ−Ａ’を中心軸とする円筒形状である。ハウジング５の両端には、それぞれフランジ６、７が設けられている。ハウジング５の中央部の側面には、Ｂ−Ｂ’を中心軸として、導出口８が設けられている。ハウジング５の内部でＡ−Ａ’を中心軸として、導出口８に導出管９が接続されている。フランジ６と対向するように、導出管９の一方の開口端９ａが配置されている。フランジ７と対向するように、導出管の他方の開口端９ｂが配置されている。フランジ６には、Ａ−Ａ’を中心軸とする導入口１０が設けられている。また、フランジ６に冷却水導入口１１、冷却水導出口１２が設けられている。ハウジング５の内部で、冷却水導入口１１、冷却水導出口１２に拡散板１３が接続されている。拡散板１３の端部は、フランジ７の方向に折り曲げられている。拡散板１３は、導入口１０と対向している。拡散板１３の導入口１０と対向する部分は導入口１０の開口断面より大きく、ハウジング５の開口断面よりも小さい。フランジ７に冷却水導入口１４、冷却水導出口１５が設けられている。ハウジング５の内部で、フランジ７に整流板１６が設けられている。
拡散板１３の端部に接触するように、冷却コイル１７が固定されている。冷却コイル１７は、中心軸Ａ−Ａ’を囲むように円筒状に配置されている。冷却コイル１７の内側で、中心軸Ａ−Ａ’を囲むように、冷却コイル１８が円筒状に配置されている。冷却コイル１８の内側で、中心軸Ａ−Ａ’を囲むように、冷却コイル１９が円筒状に配置されている。冷却コイル１７、１８、１９は互いに接続されている。中心軸Ｂ−Ｂ’を挟んで、冷却コイル１７、１８、１９と対称の位置に、それぞれ冷却コイル２０、２１、２２が円筒状に配置されている。冷却コイル２０は、整流板１６の端部に接触するように固定されている。冷却コイル２０、２１、２２は、互いに接続されている。

上述した冷却コイル１７、１８、１９の配置について詳細に説明する。
図２（ｂ）は、図２（ａ）に示した冷却コイル１７、１８、１９の一部を拡大した図である。ハウジング５−冷却コイル１７間の間隔をｄ１、冷却コイル１７−１８間の間隔をｄ２、冷却コイル１８−１９間の間隔をｄ３、冷却コイル１９−導出管９間の間隔をｄ４とする。例えば、ｄ１＞ｄ２＝ｄ３＞ｄ４となるように配置する。
このように、ハウジング５と冷却コイル１７との間隔ｄ１が、上記ｄ２、ｄ３、ｄ４よりも相対的に大きくなるように配置されている。

次に、上記排気トラップ装置の内部を冷却するための冷却ユニットについて説明する。冷却ユニットは、上述した複数の冷却コイルと、これらを冷却するための循環系統からなっている。循環系統は冷却水導入口１１、冷却水導出口１２、および拡散板１３からなる。冷却水導入口１１から冷却水が導入されると、拡散板１３の内部、冷却水導出口１２を経由して排出される。上述したように、拡散板１３は冷却コイル１７に接触し、冷却コイル１７、１８、１９は互いに接続されている。このため、冷却水が拡散板１３の内部を通過する際に、冷却コイル１７、１８、１９を冷却することができる。このようにして、冷却コイル１７、１８、１９、冷却水導入口１１、冷却水導出口１２、および拡散板１３が、１系統の冷却ユニットで構成されている。同様に、冷却コイル２０、２１、２２、冷却水導入口１４、冷却水導出口１５、および整流板１６が、１系統の冷却ユニットで構成されている。
これらの冷却ユニットにより、排気トラップ装置内部の温度を低くすることができる。

次に、図２（ａ）に示した排気トラップ装置を用いて、排気ガスに含まれる未反応ガスを捕集する過程を説明する。
まず、図１に示した反応炉１から、排気トラップ装置２に排気ガスが排出される。次に、図２（ａ）に示すように、導入口１０から、排気ガス２３が導入口直下領域Ｃに導入される。このガスは中心軸Ａ−Ａ’から離れるように、拡散板１３の外側方向に向かって、円錐状に分散して流れる。この間、排気ガス２３の一部は導入口直下領域Ｃで冷却され、堆積物となる。
このとき、排気ガス２３は導入口直下領域Ｃから広い領域に分散しながら冷却される。これにより、堆積物が導入口直下領域Ｃに集中して生成されるのを防ぐことができる。従って、この領域に蓄積される堆積物により導入口１０が局所的に閉塞されるのを防ぐことができる。

次に、排気ガス２３はフランジ７に向かって、冷却コイル１７とハウジング５との間、冷却コイル２０とハウジング５との間（以下、「上流領域Ｄ」という）を分散して流れる。
排気ガス２３は上流領域Ｄを流れる間に、冷却コイル１７、２０により冷却される。そして、未反応ガスの一部は堆積物となり、ハウジング５の内壁や冷却コイル１７、２０の表面に蓄積される。このとき、排気ガス２３はハウジング５の内壁に沿って分散して流れるため、上流領域Ｄが局所的に閉塞することを抑制できる。
また、図２（ｂ）で示したように、ハウジング５−冷却コイル１７間の間隔ｄ１は、ｄ２、ｄ３、ｄ４よりも相対的に大きくなるように配置されている。このため、上流領域Ｄに蓄積できる堆積物の量を多くすることができる。これにより、上流領域Ｄが局所的に閉塞することを、さらに効果的に抑制できる。

次に、排気ガス２３は、整流板１６に設けられたホール１６ａを経由して、整流板１６と中心軸Ａ−Ａ’との間の領域（以下、「下流領域Ｅ１」という）を流れる。そして排気ガス２３は開口端９ｂから導出管９、導出口８を経由して排出される。また、上流領域Ｄを流れる排気ガス２３の一部は、中心軸Ｂ−Ｂ’付近で分岐する。さらにその一部は冷却コイル２０−２１間、冷却コイル２１−２２間、冷却コイル２２−導出管９間の領域（以下、「下流領域Ｅ２」という）に分散して流れる。これらの排気ガスは下流領域Ｅ１を経由して開口端９ｂ、導出管９、導出口８を経由して排出される。また、中心軸Ｂ−Ｂ’付近で分岐した排気ガス２３のうち、下流領域Ｅ２側に分岐しない残りの分は、冷却コイル１７−１８間、冷却コイル１８−１９間、冷却コイル１９−導出管９間の領域（以下「下流領域Ｅ３」という）に流れる。これらの排気ガスは、拡散板１３の両端部と中心軸Ａ−Ａ’との間の領域（以下、「下流領域Ｅ４」という）を経由して開口端９ａ、導出管９、導出口８を経由して排出される。
排気ガス２３は、下流領域Ｅ１〜Ｅ４を流れる間に、冷却コイル１８、１９、２１、２２により冷却される。そして、未反応ガスの一部は堆積物となり、これらの冷却コイルや導出管９の表面に蓄積される。このとき、排気ガス２３はＥ１〜Ｅ４の各領域に分散して流れる。さらにそれらの排気ガスは、各領域の冷却コイル間、冷却コイル−導出管９間を分散して流れる。これにより、下流領域Ｅ１〜Ｅ４に蓄積される堆積物を分散させることができる。従って、下流領域Ｅ１〜Ｅ４が局所的に閉塞することを抑制できる。

以上説明した排気トラップ装置の構成によれば、排気ガスがこの装置内部を通過する経路を分散させることができ、上記経路が局所的に閉塞することを抑制できる。これにより、排気トラップ装置の寿命を長くすることができる。

なお、図２（ａ）に示した排気トラップ装置は、ハウジング５からフランジ６、７を脱着して、冷却コイル１７〜２２を容易に取り出すことができる。これにより、排気トラップ装置の冷却コイルに生成された堆積物の洗浄やメンテナンスを容易に行うことができる。

次に、本実施の形態の変形例について説明する。
図２（ａ）に示した排気トラップ装置の冷却コイル１７、１８、１９は互いに接続され、これらを含む冷却ユニットは１系統で構成されている。また、冷却コイル２０、２１、２２が互いに接続され、これらを含む冷却ユニットは１系統で構成されている。これに対して、冷却コイル１７、１８、１９を互いに独立させ、各冷却コイルがそれぞれ独立した冷却ユニットに含まれるようにしても良い。同様に、冷却コイル２０、２１、２２を互いに独立させ、各冷却コイルがそれぞれ独立した冷却ユニットに含まれるようにしても良い。
上記構成とすることにより、図２（ａ）に示した上流領域Ｄ、下流領域Ｅ１〜Ｅ４の温度をそれぞれ独立に制御することができる。これにより、排気トラップ装置の内部における排気ガス２３のコンダクタンス（流れやすさ）を、それぞれの領域ごとに制御することができる。従って、排気ガスの種類、未反応ガス濃度により各冷却ユニットに最適な温度を与えて、排気トラップ装置の寿命を長くすることができる。

実施の形態２．
図３は、本実施の形態に係る排気トラップ装置の断面図である。ここでは、実施の形態１と異なる構成を中心に説明する。
図３に示すように、冷却コイル１７の直径が、フランジ６から離れるに従い大きくなるように、テーパー状に配置されている。冷却コイル１７の内側で、Ａ−Ａ’を中心軸として、冷却コイル１８がテーパー状に配置されている。冷却コイル１８の内側で、Ａ−Ａ’を中心軸として、冷却コイル１９がテーパー状に配置されている。それぞれの冷却コイルは、ハウジング５との間隔が、中心軸Ｂ−Ｂ’に近いほど狭くなっている。
中心軸Ｂ−Ｂ’を挟んで、冷却コイル１７、１８、１９と対称の位置に、それぞれ冷却コイル２０、２１、２２が配置されている。それぞれの冷却コイルは、ハウジング５との間隔が、中心軸Ｂ−Ｂ’に近いほど狭くなっている。
その他の構成については、実施の形態１と同様であるので、説明を省略する。

上記構成の排気トラップ装置によれば、上流領域Ｄにおける排気ガス２３のコンダクタンスが減少する。このため、上流領域Ｄにおいて、冷却コイルに接触させる時間を長くすることができる。これにより、排気ガス２３に含まれる未反応ガスの凝固点が低い場合や、未反応ガスの濃度が低い場合に、堆積物が下流領域Ｅ１〜Ｅ４に集中して生成されるのを防ぐことができる。従って、排気トラップ装置の寿命を長くすることができる。

実施の形態３．
図４（ａ）は、本実施の形態に係る排気トラップ装置の断面図である。また、図４（ｂ）は、図４（ａ）の中心軸Ａ−Ａ’の方向からの側面図である。ここでは、実施の形態１と異なる構成を中心に説明する。
本実施の形態に係る排気トラップ装置は、図４（ａ）に示すように、ハウジング５の側面で、Ｂ−Ｂ’を挟んで対称の位置に、導入口１０ａ、１０ｂが設けられている。図４（ｂ）に示すように、導入口１０ａ、１０ｂは、それぞれの開口部の中心軸がハウジング５の中心軸Ａ−Ａ’と交わらないように設けられている。なお、本実施の形態に係る排気トラップ装置には、図２に示した導入口１０、即ちフランジ６に位置する導入口１０は設けられていない。その他の構成については、実施の形態１と同様であるため、説明を省略する。

次に、上記排気トラップ装置を用いて排気ガスを捕集する方法について説明する。
まず、排気トラップ装置の導入口１０ａ、１０ｂから排気ガスが導入される。すると、図４（ａ）に示すように、排気ガスの渦対流２４が発生する。この渦対流２４は、渦巻き状に上流領域Ｄを循環する。そして、上流領域Ｄを循環する排気ガスの一部は、下流領域Ｅ１〜Ｅ４、導出管９、および導出口８を経由して排出される。
排気ガスを上記のように通過させることにより、図２で示した場合と比較して、上流領域Ｄにおいて排気ガスが冷却コイルと接触する時間を長くすることができる。これにより、排気ガスに含まれる未反応ガスの凝固点が低い場合や、未反応ガスの濃度が低い場合には、堆積物が下流領域Ｅ１〜Ｅ４に集中して生成されるのを防ぐことができる。従って、排気トラップ装置の寿命を長くすることができる。

実施の形態１に係る排気トラップ装置を含むＣＶＤ装置の全体図。 実施の形態１に係る排気トラップ装置の断面図。 実施の形態２に係る排気トラップ装置の断面図。 実施の形態３に係る排気トラップ装置の断面図。 従来の排気トラップ装置の断面図。

符号の説明

１ 反応炉、２ 排気トラップ装置、３ スロットルバルブ、４ 減圧ポンプ、５ ハウジング、６,７ フランジ、８ 導出口、９ 導出管、１０導入口、１１,１４ 冷却水導入口、１３ 拡散板、１２,１５ 冷却水導出口、１６ 整流板、１７〜２２ 冷却コイル、２３ 排気ガス、２４ （排気ガスの）渦対流。

Claims (6)

1. 円筒状のハウジングと、
   前記ハウジングに設けられた排気ガス導入口と、
   前記ハウジング内部で前記排気ガス導入口と対向するように設けられ、前記ハウジングの内壁と間隙を有し、前記排気ガス導入口の開口断面より大きい板と、
   前記ハウジングの内部で、前記ハウジングの中心軸の周りに設けられた冷却手段と、
   前記冷却手段に接続された冷媒供給手段と、
   前記冷却手段の内側から前記ハウジングの外部に至る管路と、
   を備えたことを特徴とする排気トラップ装置。
2. 円筒状のハウジングと、
   前記ハウジングの側面に、開口部の中心軸が前記ハウジングの中心軸と交わらないように設けられた排気ガス導入口と、
   前記ハウジングの一方の底面と他方の底面との間で、前記ハウジングの中心軸の周りに設けられた冷却手段と、
   前記冷却手段に接続された冷媒供給手段と、
   前記冷却手段の内側から前記ハウジングの外部に至る管路と、
   を備えたことを特徴とする排気トラップ装置。
3. 前記冷却手段は、直径が異なる複数の円筒状のコイルを前記ハウジングの同心軸上に配置したものであることを特徴とする請求項１又は２に記載の排気トラップ装置。
4. 前記冷却手段は、直径が異なるコイルごとに、独立した冷媒供給手段に接続されていることを特徴とする請求項３に記載の排気トラップ装置。
5. 前記コイルは、前記ハウジングの一方の底面側と、他方の底面側とに、それぞれ設けられていることを特徴とする請求項３又は４に記載の排気トラップ装置。
6. 前記一方の底面側と、前記他方の底面側とにそれぞれ設けられた前記コイルの直径は、前記それぞれの側の底面から離れるに従い大きくなっていることを特徴とする請求項５に記載の排気トラップ装置。

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