JP3544604B2

JP3544604B2 - 切替式トラップ装置

Info

Publication number: JP3544604B2
Application number: JP35317496A
Authority: JP
Inventors: 伸治野路; 典彦野村; 哲郎杉浦; 祐二松岡
Original assignee: Ebara Corp; CKD Corp
Current assignee: Ebara Corp; CKD Corp
Priority date: 1996-12-16
Filing date: 1996-12-16
Publication date: 2004-07-21
Anticipated expiration: 2016-12-16
Also published as: DE69726101D1; EP0847789A1; EP0847789B1; DE69726101T2; JPH10176662A; US6158226A

Description

【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おいて用いられるトラップ装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の真空排気システムを、図９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。真空ポンプ１０３の下流には排ガス処理装置１０４が配備されており、プロセスの種類により毒性や爆発性があってそのまま大気に放出できないガス成分は、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】
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、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ＢＣｌ_３，Ｃｌ_２を使用すると、プロセスチャンバからは、ＢＣｌ_３，Ｃｌ_２のプロセスガスの残ガスとＡｌＣｌ_３の反応副生成物が排気される。
【０００６】
このうち、ＡｌＣｌ_３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ポンプ内壁に付着し、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（ＮＨ_４）_２ＳｉＦ_６やＮＨ_４Ｃｌ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ガス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。また、（２）の対策は、トラップ後の洗浄のためにシステムを停止させなければならないので、大きなロスタイムができてしまう。
【０００９】
本発明は上述の事情に鑑みなされたもので、気密チャンバでの処理プロセスに伴う排ガス中の成分のトラップと再生を自動化して連続的に行なうことで、真空ポンプの長寿命化、除害装置の保護、ロスタイム削減等により運転の信頼性の向上をはかり、さらに設備や運転コストの低減を図ることができる切替式トラップ装置を提供することを目的としている。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明の切替式トラップ装置は、気密チャンバから真空ポンプにより排気する排気経路と、該排気経路に隣接して配置された再生経路と、前記排気経路及び再生経路に跨って配置されたケーシングとを備え、該ケーシングは仕切壁によって前記排気経路に接続する中央のトラップ室とその両側の再生経路に接続する再生室に仕切られており、少なくとも２つのトラップ部が軸体に一体に取り付けられ、前記ケーシング内に前記トラップ室と再生室との間に直進移動可能に配置されていることを特徴とするものである。
【００１１】
これにより、長時間の稼働においてもトラップの再生処理のために装置を止めたり、交換のトラップを用意する必要がなく、気密チャンバにおいて連続的に安定した処理を行なうことができる。また、適当な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。
【００１２】
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。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排気経路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。
【００１３】
少なくとも２つのトラップ部は、一体にして連動するようにしている。トラップ部は真空経路途中に設けたトラップ容器に収容し、一方再生経路中にトラップ部を収容する再生容器を設け、切替を気密性を保ったまま行えるようにする。再生容器には少なくとも再生したガス等を排出する経路（ポート）が設けられる。
【００１４】
ここで、前記少なくとも２つのトラップ部は、排気経路又は再生経路の流れ方向に対して並列に配置されていることを特徴とするものである。
【００１５】
また、前記トラップ部は、前記軸体に取り付けられたバッフル板であることが好ましい。
また、前記トラップ部は温度トラップであり、排気経路中において冷却され、再生経路中において加熱されることが好ましい。
また、前記トラップ部の切替移動を自動的に行なうようにすることが好ましい。

【００１６】
トラップ部を温度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。
【００１７】
一方、再生部においても同様に、熱媒体を用いる場合と、ヒータ、熱電素子、自然昇温などを用いる場合がある。再生においては、再生用の熱媒体（通常ガス）に再生したガス等を同伴させる場合と別々に回収する場合があり、後者の場合は再生媒体経路を別に設ける。
【００１８】
トラップの構造としては、排気とトラップ部とをできるだけ接触させるために、面積を稼ぎかつ流路を屈曲させるような邪魔板（バッフル板）を設けるとよい。
【００１９】
トラップ部の切替駆動は、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。
【００２０】
トラップ部の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。排気経路と再生経路が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。
【００２１】
【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及び図２に示すのは、気密チャンバ１０を真空ポンプ１２により排気する排気経路１４の左右に隣接して２つの再生経路１６が配置され、この排気経路１４及び再生経路１６に交差する方向（以下、交差方向という）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が設けられているものである。真空ポンプ１２は、この例では一段であるが多段としてもよい。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２０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２２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２４が設けられている。本実施例では排ガス処理装置２０，２４は別々に設けたが、共用してもよい。
【００２２】
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駆動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、仕切壁３２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３４、両側の再生室３６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３８を有する管部３９が形成されている。
【００２３】
軸体２８には、３枚の断熱性を有する素材からなる仕切板４０が等間隔に配置され、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に一体に取り付けられている。ケーシング２６の仕切壁３２には中央に開口部３３が形成されており、これはバッフル板４２は通過できるが仕切板４０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４０とケーシング２６の両端の壁の内面の間にはベローズ４４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３２の仕切板４０に接する箇所にはＯリング４６（図７参照）が配置されて、トラップ室３４と再生室３６の間の気密性を維持している。仕切板４０は断熱性の高い素材で形成されて、トラップ室３４と再生室３６の間の熱移動を阻止するようにしている。
【００２４】
軸体２８は、図３（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円筒体として形成され、その内部空間は中央の仕切板４０により遮断されている。そして、この軸体２８には両端から内筒４６がその内端を図３（ｂ）に示すように中央の仕切板４０に近接させて挿入され、これにより内筒４６の内側を通ってきた熱媒体が図の左端で反転して軸体２８と内筒４６の間へと向かう熱媒体流路４８が形成されている。
【００２５】
この熱媒体流路４８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、軸体２８の両端部に接続した冷却媒体供給ホース５０及び排出ホース５２から供給され、排出される。軸体２８の両側の２つの熱媒体流路４８のうち、トラップ室３４に位置しているバッフル４２に通じるもののみに冷却用熱媒体が流通させられ、再生室３６に位置する側には冷却用熱媒体を止めるかあるいは替わりに再生用の加熱用熱媒体を流通させる。なお、この例では、これらのホース５０，５２をエアシリンダ３０を貫通した端部に接続しているので、エアシリンダ３０とケーシング２６の間に接続するよりもスペースが少なくてすむ利点がある。
【００２６】
エアシリンダ３０の駆動用のエアー配管は、図５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５２で減圧され、ソレノイドバルブ５４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５６で制御される。ソレノイドバルブ５４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。なお、トラップ部１８のバッフル４２等の所定位置に温度センサ５８が、また、排気経路１４のトラップ部１８の前後に圧力センサ６０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切替式トラップ装置の作用を説明する。図１に示す位置において、トラップ室３４に位置するトラップ部１８には供給ホース５０から熱媒体流路４８に液体窒素や冷却空気又は水等の冷却用熱媒体が流され、これは軸体２８と、これを介してバッフル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。一方、再生室３６においては、高温の再生ガスあるいは熱媒体流路４８を流れる高温熱媒体により、軸体２８及びバッフル板４２が昇温させられ、トラップされた析出物が再び気化させられる。気化したガスは再生経路１６中から排出され、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。
【００２８】
所定時間の経過後にエアシリンダ３０が動作し、トラップ室３４に有ったトラップ部１８が再生室３６に、他の再生室３６に有ったトラップ部１８がトラップ室３４に位置するように切り替えられ、そこでそれぞれ再生とトラップが行われる。ここで、仕切板４０が断熱性を持っていてトラップ室３４と再生室３６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、再生室３６とエアシリンダ３０の間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気経路１４に侵入することも防止される。
【００２９】
図４は、トラップ部１８の他の構成を示すもので、ここでは、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６２が用いられ、加熱のために電気ヒータ６４が用いられている。また、この例では、軸体２８が角筒状に構成されている。冷却器６２は、２枚の金属板６６，６８の間に間隔を置いて熱電素子７０が配置されて構成されており、一方の板が冷却されて冷却板６６となり、他方が加熱されて放熱板６８となる。この例では、軸体２８と内筒４６の間にさらに放熱筒７２を設け、放熱板６８を放熱筒７２に、冷却板６６をインジウム等の熱伝導性の良い材質でできたスペーサ７４を介して軸体２８に取り付けている。内筒４６と放熱筒７２の間に冷却用の気体を流す熱媒体流路４８が形成されている。
【００３０】
この実施の形態では、トラップ部１８がトラップ位置にあるときには熱電素子７０を用いた冷却器６２を動作させ、かつ熱媒体流路４８に窒素ガス等の冷却ガスを流す。一方、再生位置においてはヒータ６４を作動させる。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や操作が簡単になる利点がある。なお、ペルチェ素子に供給する電気の±を逆にすれば、素子の冷却と加熱が切り替わるので、電気ヒータ６４の替わりに±変換スイッチを設けても良い。
【００３１】
図７（ａ）及び（ｂ）は、この発明の仕切壁３２と仕切板４０の間のシール構造の他の実施の形態を示すもので、それぞれできるだけ気密性を高めることを目的としている。すなわち、同図（ａ）は、仕切壁３２の開口部３３の縁部をテーパ面７６に形成し、仕切板４０にはテーパ面７６に嵌合する形状でかつ弾性力のある材質からなるパッキン７８を形成したものである。これにより、パッキン７８がテーパ面７６に密着して気密性を高めることができる。この時、シール材の耐久性を重視する場合は、硬質の物、例えば、メタルタイプを使用してもよい。同図（ｂ）は、開口部３３の縁部に段差面８０を形成し、そこにもＯリング４６を配置して気密性を高めたものである。
【００３２】
これらの実施の形態では、トラップ部１８に設けた温度センサ５８や排気経路１６に設けた圧力センサ６０の検出値をモニターすることができ、これによりトラップの状態を把握して、異常値が出れば警報を発して必要な処置を採ることができる。すなわち、トラップ部１８の温度が異常に上昇したら、析出物が付着して熱負荷が増えたためと判断され、差圧が上昇した場合も同様でありる。これらの異常上昇の際は、例えば、設定時間前でもトラップを切り替えるように操作する。勿論、これらのセンサの検出値を基準として、所定の値になったら切替を行なうようにしてもよい。
【００３３】
以上の実施の形態では、トラップ部１８はケーシング２６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１８を３以上設けて２以上の再生経路１６で同時に再生させることができる。通常、トラップ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。
【００３４】
図８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３４又は再生室３６に移動可能である。
【００３５】
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３４に、他方が再生室３６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。例えば、突然排気量や析出量が増加した場合には、一時的に再生を中止して２つのトラップともトラップ位置に置くことにより対処することができる。このような利点は、配置するトラップ部の数を３つ以上にすることによりさらに増幅される。トラップ部をトラップ位置と再生位置へ配分する数を状況に応じて適宜変えることができるからである。
【００３６】
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３６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８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、超音波洗浄したり、洗浄液で再生室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、すすぎ工程を行うとよい。以上の工程の後で、乾燥気体を供給して乾燥工程を行うと、トラップ前後の機器への洗浄液の浸入が妨げられてよい。
【００３７】
このような洗浄液を用いる再生工程では、再生室３６を高温にする必要がないので、トラップ室３４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８の構成では、再生室３６がトラップ室３４の下側にのみあるので、洗浄液が重力でトラップ室３４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。
【００３８】
【発明の効果】
以上説明したように、この発明によれば、長時間の稼働においてもトラップの再生処理のために装置を止めたり、交換のトラップを用意する必要がなく、気密チャンバにおいて連続的に安定した処理を行なうことができる。また、適当な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。従って、真空ポンプの長寿命化、除害装置の保護、ロスタイム削減による運転の信頼性の向上、さらには設備や運転コストの低減を図ることができる。
【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の実施の形態の全体の構成を示す模式図である。
【図３】図１の実施の形態の要部であるトラップ部を拡大して示す断面図である。
【図４】トラップ部の他の実施の形態を示す断面図である。
【図５】エアシリンダの駆動系を示す図である。
【図６】図１の実施の形態の切替後の状態を示す断面図である。
【図７】仕切壁とシール構造の他の実施の形態を示す断面図である。
【図８】この発明の他の実施の形態のトラップ装置を示す断面図である。
【図９】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気密チャンバ
１２真空ポンプ
１４排気経路
１６再生経路
１８トラップ部
２６ケーシング
２８軸体
３４トラップ室
３６再生室
３０エアシリンダ（駆動手段）
３２仕切壁
４０仕切板
４２バッフル板
４６Ｏリング
４８熱媒体流路
６２冷却器
６４ヒータ

Claims

気密チャンバから真空ポンプにより排気する排気経路と、該排気経路に隣接して配置された再生経路と、前記排気経路及び再生経路に跨って配置されたケーシングとを備え、該ケーシングは仕切壁によって前記排気経路に接続する中央のトラップ室とその両側の再生経路に接続する再生室に仕切られており、少なくとも２つのトラップ部が軸体に一体に取り付けられ、前記ケーシング内に前記トラップ室と再生室との間に直進移動可能に配置されていることを特徴とする切替式トラップ装置。
前記少なくとも２つのトラップ部と３枚の仕切板とが前記ケーシング内部を貫通する軸体に一体に取り付けられていることを特徴とする請求項１に記載の切替式トラップ装置。
前記トラップ部は、前記軸体に取り付けられたバッフル板であることを特徴とする請求項２に記載の切替式トラップ装置。
前記トラップ部は温度トラップであり、排気経路中において冷却され、再生経路中において加熱されることを特徴とする請求項１に記載の切替式トラップ装置。
前記トラップ部のトラップ量を直接又は間接に判断して切替移動を自動的に行なうようにしたことを特徴とする請求項１に記載の切替式トラップ装置。