CN104246007A - 捕集机构、排气系统和成膜装置 - Google Patents

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Abstract

设置于流过从在被处理体(W)的表面形成薄膜的成膜装置主体(4)排出的排气的排气通路(60)的途中并且通过将排气中所含有的捕集对象气体冷却液化后进行回收的捕集机构(10)，包括：具有气体入口(72A)和气体出口(72B)的壳体(72)；将壳体内划分为多个滞留空间(74A～74C)的划分部件(76)；连通滞留空间彼此的连通路径(78A、78B)；和为了冷却排气而对连通路径进行冷却的冷却套部(80A、80B)。利用该构造，将排气冷却并且使其绝热膨胀，高效地将捕集对象气体冷却并使其液化。

Description

捕集机构、排气系统和成膜装置
技术领域
本发明涉及在使用原料气体对半导体晶片等的被处理体进行成膜时的成膜装置、排气系统和使用它们的捕集机构。
背景技术
一般而言，为了形成IC等集成电路、逻辑元件，重复进行在半导体晶片、LCD基板等表面形成薄膜的工序、将该薄膜蚀刻为所期望的图案的工序。
在利用成膜装置进行的成膜工序中，通过使规定的处理气体(原料气体)在处理容器内反应，在被处理体的表面形成硅的薄膜、硅的氧化物或氮化物的薄膜、或者金属的薄膜、金属的氧化物或氮化物的薄膜等。与成膜反应同时产生多余的反应副产物，其与排气一起排出，或者未反应的处理气体与排气一起排出。
该排气中的反应副产物、未反应的处理气体，直接排出到大气中时，成为环境污染等的原因。为了防止这样的状况，一般而言，在从处理容器延伸的排气系统设置捕集机构，由此捕获除去排气中所包含的反应副产物、未反应的处理气体等。
提出了与应捕获除去的反应副产物等的特性相应的各种各样的结构的捕集机构。当除去在常温中凝缩(液化)或凝固(固化)的反应副产物时，捕集机构例如构成为在具有排气的导入口和排出口的壳体内设置多个翅片。翅片在排气的流动方向依次排列，排气通过翅片间时，排气中的反应副产物等附着于翅片表面而被捕获。为了提高捕获效率，利用冷却介质等对翅片进行冷却(例如，参照日本特开平08－083773号公报、日本特开平08－172083号公报)。另外，也已知有使排气在第一捕集器的螺旋管内流动并冷却，利用带冷却翅片的第二捕集器对液状的反应生成物进行捕集的捕集机构(日本特开2001－297988号公报)。
最近，为了降低布线电阻、接触电阻，使用含有该贵金属的有机金属化合物等原料(原料气体)，利用成膜装置形成含有银、金、钌等贵金属的薄膜。此时，提出了将排气冷却而使气体凝缩、对包括未反应的原料的副产物进行回收，并且，通过对该副产物进行精制，由此回收未反应的原料(参照日本特开2001－342566号公报)。
如上所述的捕集机构，存在难以将蒸气压低而相对难以液化的物质的气体高效地冷却至能够捕集的温度，捕集效率低的问题。
发明内容
本发明提供一种通过将排气冷却并使排气流导变化而绝热膨胀，由此，能够高效地将捕集对象气体冷却使其液化而高效地对捕集对象物进行捕集的捕集机构、排气系统和成膜装置。
根据本发明的一个实施方式，提供一种捕集机构，其设置于从在被处理体的表面形成薄膜的成膜装置主体排出的排气流过的排气通路的途中，将上述排气中所包含的捕集对象气体冷却而液化来进行回收，上述捕集机构包括：具有气体入口和气体出口的壳体；将上述壳体内划分为多个滞留空间的划分部件；将上述滞留空间彼此连通的连通路径；和为了对上述排气进行冷却而对上述连通路径进行冷却的冷却套部。
采用上述的捕集机构，能够使排气经由连通路径依次流过各滞留空间，从而将排气冷却并使排气流导变化而绝热膨胀，由此，能够高效地将捕集对象气体冷却使其液化而高效地对捕集对象物进行捕集。
根据本发明的另一个实施方式，提供一种排气系统，其流过从在被处理体的表面形成薄膜的成膜装置主体排出的排气，上述排气系统包括：与上述成膜装置主体的排气口连接的排气通路；设置于上述排气通路的途中的真空泵；设置于比上述真空泵更靠上游侧的上述排气通路的途中的上述的捕集机构；以绕过上述捕集机构的方式与上述排气通路的途中连接的旁通通路；和不活泼气体供给单元，其在上述旁通通路中流过排气时，对上述捕集机构的气体入口与上述旁通通路的上游侧的连接部之间的上述排气通路内和上述捕集机构的气体出口与上述旁通通路的下游侧的连接部之间的上述排气通路内，供给压力比上述排气的压力高的不活泼气体。
采用上述排气系统，通过使排气流向旁通通路内时对捕集机构的上游侧和下游侧供给压力高于排气的不活泼气体，能够防止在旁通通路内流动的排气(例如清洁气体)稍微流入捕集机构。
根据发明的另一个实施方式，提供一种成膜装置，其用于在被处理体的表面形成薄膜，上述成膜装置包括：具有能够被真空排气的处理容器的成膜装置主体；用于载置上述被处理体的载置台构造；向上述处理容器内导入气体的气体导入单元；与上述气体导入单元连接、供给气体的气体供给系统；和用于对上述处理容器内的气氛进行排气的上述的排气系统。
附图说明
图1是表示本发明的一个实施方式所涉及的成膜装置的概略结构图。
图2是表示本发明的一个实施方式所涉及的捕集机构的纵截面图。
图3是表示上述捕集机构的第一冷却套的俯视图。
图4是表示上述捕集机构的第二冷却套的分解立体图。
图5是表示在捕集机构中存储有贮留液的状态的截面图。
图6是表示本发明所涉及的具有排气系统的成膜装置整体的概略结构图。
图7是用于说明在排气系统内流动的气体的流动的说明图。
图8是表示捕集机构的另一实施方式的纵截面图。
具体实施方式
以下，对于本发明的捕集机构、排气系统和成膜装置的优选的实施方式，基于附图进行详细说明。在此，说明如下的例子：作为原料使用Ru(EtCp)2、RuCpBuCp、RuCpPrCp、Ru(nbd)(iHD)2等的室温下为液体的有机金属化合物，使其气体化，生成原料气体，利用该原料气体形成金属Ru的薄膜，从排气中作为捕集对象气体将未反应的原料气体液化、回收。
如图1所示，成膜装置2主要包括：对作为被处理体的圆板状的半导体晶片W实施成膜处理的成膜装置主体4；对该成膜装置主体4供给含有成膜用的原料气体所必要的气体的气体供给系统6；将来自上述成膜装置主体4的排气排出的排气系统8；和设置于该排气系统8的捕集机构10。
首先，对于上述成膜装置主体4进行说明。该成膜装置主体4具有例如由铝合金等构成的筒体状的处理容器12。在该处理容器12内，设置有载置保持作为被处理体的半导体晶片W的载置台构造14。该载置台构造14，整体例如成型为圆板状，在其上表面侧载置半导体晶片W。并且，该载置台构造14安装固定在从处理容器12的底部立起的例如由铝合金等构成的金属制的支柱16的上端部。
在上述载置台构造14中，在其上部侧作为加热单元例如埋设有由钨丝加热器、碳丝加热器等构成的加热器18，对上述半导体晶片W进行加热。在上述加热器18的下方设置有制冷剂通路20，其用于流过对载置台构造14的下部、侧部进行冷却来进行温度调整的制冷剂。在载置台构造14设置有未图示的升降销，其在半导体晶片W的搬出搬入时升降，在与搬送臂之间进行半导体晶片W的搬运。
在上述处理容器12的底部设置有排气口22，该排气口22与上述排气系统8连接，能够对处理容器12内的气氛进行真空排气。对于该排气系统8在后面进行说明。在该处理容器12的侧壁，形成有搬出搬入半导体晶片W的开口24，在该开口24设置有用于将其气密地开关的门阀25。
在上述处理容器12的顶部设置有例如由喷头26构成的气体导入单元30，从设置于下表面的气体喷出孔31向处理容器12内供给必要的气体。在上述处理容器12的侧壁、喷头26分别设置有加热器32、34，将它们维持在规定温度，由此，能够防止原料气体液化。并且，该喷头26的气体入口26A与上述气体供给系统6连接。
图1中仅记载了供给原料的气体供给系统，例如，如果需要清扫气体，则处理容器12与清扫气体供给系统连接，另外，在具有其它需要的气体时，处理容器12与该气体供给系统连接。根据所使用的气体种类，作为喷头26具有使用在喷头26内将原料气体和其它气体混合的预混合类型的喷头的情况和在喷头26内分隔而分别向处理容器12内导入原料气体和其它气体之后进行混合的后混合类型的喷头的情况。在此，作为气体导入单元30使用喷头26，也可以代替其使用喷嘴，其气体导入方式没有特别限定。
接着，对上述气体供给系统6进行说明。首先，该气体供给系统6具有储存固体原料或液体原料的原料罐36。在此，在该原料罐36内，储存有作为金属有机化合物的原料例如液体原料38，作为该液体原料38，能够使用如上所述的Ru(EtCp)2、RuCpBuCp、RuCpPrCp、Ru(nbd)(iHD)2等。该液体原料38一般具有蒸气压非常低且难以蒸发的特性。
能够经由一端与设置于原料罐36的顶部的气体出口40连接并且另一端与上述成膜装置主体4的喷头26的气体入口26A连接的原料通路42，将在上述原料罐36产生的原料气体供给到喷头26。在上述原料通路42的原料罐36附近的部分设置开闭阀44。
上述原料罐36的顶部与用于对上述原料罐36供给运载气体的运载气体管46连接。该运载气体管46的前端的气体入口48插入原料罐36内，位于上部空间部50。在该运载气体管46的途中，依次设置质量流量控制器那样的流量控制器52和运载气体开闭阀54，对运载气体进行流量控制并供给来加热上述液体原料38，由此使该液体原料38气化，形成原料气体。作为上述运载气体在此能够使用N2气体。作为该运载气体，也能够使用Ar等的稀有气体。
在上述原料罐36设置有用于对其进行加热的罐加热单元56，促进原料气体38的气化。此时，上述原料罐36的加热温度为液体原料38的分解温度以下的温度。在上述原料通路42中设置有带状加热器那样的通路加热器58，将原料通路42加热到原料气体的液化温度以上，防止原料气体再液化。
接着，对排气系统8进行说明。该排气系统8具有与上述处理容器12的排气口22连接的排气通路60，沿该排气通路60对处理容器12内的气氛进行排气。具体而言，在该排气通路60，从其上游侧向下游侧去依次设置压力调整阀62、捕集机构10、真空泵64和除害装置66。并且，在上述捕集机构10的两侧，分别设置有用于将该捕集机构10从排气通路60取下时将排气通路60侧密闭的手动操作的开闭阀68。
上述压力调整阀62例如由蝶形阀构成，具有调整上述处理容器12内的压力的功能。上述真空泵64例如由干泵构成，能够对处理容器12内的气氛抽真空。并且，在从上述处理容器12的排气口22至捕集机构10的排气通路60以及设置于其途中的各部件设置有带状加热器等的通路加热器70，将排气加热至规定的温度，防止排气中的捕集对象气体在途中液化。
接着，对捕集机构10进行说明。该捕集机构10是如上述方式从排气中使未反应的原料气体再液化后回收的部件。如图2至图4所示，该捕集机构10主要包括：形成整体的外壳的壳体72；将该壳体72内划分成多个滞留空间74的划分部件76；连通上述多个滞留空间74彼此的连通路径78；和为了冷却排气而对连通路径78进行冷却的冷却套部80。
在此，上述多个滞留空间74包括第一滞留空间74A、第二滞留空间74B和第三滞留空间74C的三个空间滞留，各滞留空间74A～74C以上述顺序通过连通路径78串联连通。上述冷却套部80具有设置于壳体72内的上部的第一冷却套80A和设置于壳体72内的中央部的第二冷却套80B，这些第一和第二冷却套80A、80B例如均由不锈钢形成。
具体而言，首先，上述壳体72例如由不锈钢等形成为圆筒体状。在该壳体72的顶部的中央形成有气体入口72A，该气体入口72A与上述排气通路60的上游侧连接。在壳体72的底部的中央形成有气体出口72B，该气体出口72B与上述排气通路60的下游侧连接。另外，在上述气体入口72A和气体出口72B，分别设置用于在将捕集机构10从排气通路60取下时将该壳体72完全密封的手动操作的未图示的开闭阀。
上述壳体72的大小为直径例如20～40cm左右，高度例如20～50cm左右，但不限定于这些数值。上述第一冷却套80A兼具作为划分第一滞留空间74A和第二滞留空间74B的划分部件76的作用。第一冷却套80A如上所述在壳体72内的上部遍及壳体72的宽度方向整个区域水平设置，在其上方划分形成第一滞留空间74A，在其下方划分形成第二滞留空间74B。
该第一冷却套80A由向上方凸的底部划分壁82和平坦的顶部划分壁92划分形成。在该第一冷却套80A的下部设置有制冷剂入口88并且在上部设置有制冷剂出口90，使得在内部流动制冷剂86。顶部划分壁92与壳体72的气体入口72A相邻设置，在该气体入口72A，设置有从该气体入口72A相对于上述顶部划分壁92延伸的筒体状的气体导入筒94。
该气体导入筒94的前端部接近上述顶部划分壁92，由此，在气体导入筒94的前端和上述顶部划分壁92之间形成作为小的环状的间隔的连通间隙96。因此，作为该气体导入筒94内的空间的导入空间98与作为其外周侧的空间的第一滞留空间74A经由上述连通间隙96连通。换而言之，从上述导入空间98连通到第一滞留空间74A的通路的有效开口面积、即连通间隙96的开口面积小，因此，排气流导减小，从而产生压力损失。因此，通过连通间隙96的排气由顶部划分壁92冷却并且在第一滞留空间74A中绝热膨胀。在此，排气通路60(气体导入筒94)的内径例如为40～60mm左右，连通间隙96的间隔L1例如在2～10mm左右的范围内。
在上述第一冷却套80A，作为连通第一滞留空间74A和第二滞留空间74B的连通路径78设置有第一连通路径78A。具体而言，该第一连通路径78A设置成在上下方向上贯通第一冷却套80A。另外，也如图3所示，该第一连通路径78A沿周方向等间隔地配置有多个。图3中，第一连通路径78A配置有8个，该数量没有特别限制，例如，也可以根据第一连通路径78A的内径，在4～20个左右的范围内。该第一连通路径78A由金属例如不锈钢形成。
在此，上述第一连通路径78A向下方方向呈直线状地延伸，但是，为了调整排气流导，也可以弯曲为波纹状或者正弦曲线状。该第一连通路径78A的内径例如为2～10mm左右。由此，该第一连通路径78A被第一冷却套80A充分冷却，因此，能够充分冷却在其中所通过的排气。因此，通过从第一滞留空间74A通到第二滞留空间74B的通路的有效开口面积、即第一连通路径78A的流路总截面积小，由此排气流导小，从而产生压力损失，因此，通过该第一连通路径78A的排气被冷却，并且在第二滞留空间74B中绝热膨胀。
上述第二冷却套80B设置于上述第二滞留空间74B内。在该第二冷却套80B，形成有将上述第二滞留空间74B和第三滞留空间74C连通的第二连通路径78B，即，第二冷却套80B兼具作为上述划分部件76的作用。具体而言，该第二冷却套80B具有：由隔开规定的宽度的冷却空间部100而配置成同心状的两个套筒体102、104构成的筒体状的套主体106；和在该套主体106的外周，从其外周起隔开形成上述第二连通路径78B的规定间隙而配置成同心状的有顶的外侧筒体108。
而且，由该筒体状的套主体106的内侧空间110和上述外侧筒体108的上部空间112形成上述第三滞留空间74C。在此，如图4所示，上述两套筒体102、104和外侧筒体108分别由不锈钢构成，均成形为圆筒体状。
上述两套筒体102、104的上端部彼此以及下端部彼此连结而封闭，其内部形成为圆环状的上述冷却空间部100，在内部流过制冷剂114。上述套主体106的内侧的套筒体104比外侧的套筒体102向下侧更长地延伸，通过托架104A固定于壳体72的底部。另外，外侧筒体108的下端部也通过托架108A固定于壳体72的底部。
在上述套主体106的底部，设置有用于从外部向上述套主体106中导入制冷剂的制冷剂导入喷嘴116和将制冷剂向外部排出的制冷剂排出喷嘴118。这样，制冷剂导入喷嘴116的前端位于套主体106内的下端部，制冷剂排出喷嘴118的前端，位于套主体106内的上端部，使得制冷剂114在充满该套主体106的状态下能够排出。另外，也可以使从该制冷剂排出喷嘴118排出的制冷剂114经由未图示的流路，导入上述第一冷却套80A的制冷剂入口88，循环使用制冷剂。
如上所述，在套主体106的外周，隔开规定的间隙呈同心状地配置有顶的外侧筒体108，由此，在该套主体106的外周和外侧筒体108的内周之间形成流路截面积小的圆环状的第二连通路径78B。该第二连通路径78B的宽度L2例如为1～5mm左右。另外，在该外侧筒体108的侧面，形成连接上述第二滞留空间74B和上述第二连通路径78B的多个连通孔120。
这样，由于连通孔120形成于外侧筒体108的侧面，从连通孔120流入的排气的流动方向存在于套主体106的外周面，因此，能够使排气积极地与套主体106的外周面碰撞。在此，上述连通孔120，在外侧筒体108的高度方向上形成分别位于中部、下部、最下端的三个组。即，连通孔120分组为中部连通孔120A、下部连通孔120B和最下端连通孔120C。
这样，中部、下部和最下端的各连通孔120A、120B、120C沿外侧筒体108的周方向等间隔地设置有多个，例如，分别设置有10个左右。因此，从第二滞留空间74B经由各连通孔120A～120C流入第二连通路径78B内的排气，在该第二连通路径78B中向上方流动，导入第三滞留空间74C内。上述各连通孔120A～120C的直径，例如为2～5mm左右，没有特别限定。
因此，从第二滞留空间74B通到第三滞留空间74C的通路的有效开口面积、即流路总剖面积小，因此，排气流导小，从而发生压力损失。因此，通过第二连通路径78B的排气被冷却并且在第三滞留空间74C绝热膨胀。由于设置有外侧筒体108的高度位置不同的连通孔120的组，壳体72内的贮留液140的量增加，伴随液面水平上升的第二连通路径78B的排气流导阶段性减少。因此，捕集机构10的排气流导也阶段性减少。该排气流导的阶段性变化对压力调整阀62的开度、处理容器12内的压力值阶段性地产生影响，因此，通过监视这些值，能够间接地检测壳体72内的贮留液140的量。由此，能够检测捕集机构10的更换的必要性。
另外，在上述套主体106的内侧的套筒体104的下端部，使第三滞留空间74C内和第二滞留空间74B内在底部彼此连通，形成流过回收的贮留液的液流通孔122，该液流通孔122中，回收的贮留液的液面仅稍微上升，该液流通孔122立即被贮留液140充满，阻断第二和第三滞留空间74B、74C之间的排气的移动。另外，贮留液的收纳量减少，也可以不设置该液流通孔122。
在上述第三滞留空间74C内，设置在上下方向上延伸的气体排出路径124。该气体排出路径124由例如不锈钢等形成。气体排出路径124的上端部的气体吸入口124A位于第三滞留空间74C内的上部，气体排出路径124贯通壳体72的底部，气体排出路径124的下端部的气体排出口124B位于设置于壳体72的下部外侧的气体出口72B内，由此，使得上述第三滞留空间74C内的排气向壳体72之外排出。在此，为了减小气体排出路径124的排气流导，气体排出路径124弯曲卷绕为螺旋状，增长通路长度，但是，也可以形成为直线状。该气体排出路径124的内径例如为2～10mm左右。
因此，从第三滞留空间74C通到壳体72的外侧的真空泵64(参照图1)侧的通路的有效开口面积、即气体排出路径124的流路剖面积小，使得减小排气流导，发生压力损失。这样，如图2所示，在该壳体72的底部，设置有用于将回收的贮留液向壳体72之外排出的设置有开闭阀128的排出喷嘴130。
如上所述构成的成膜装置2的整体的动作、例如气体的供给的开始、停止、处理温度、处理压力、捕集机构10中的制冷剂的供给、制冷剂的循环等的控制，例如，通过包括计算机的装置控制部132(参照图1)来进行。
该控制中所需要的能够由计算机读取的程序存储于存储介质134中，作为该存储介质134，能够使用软盘、CD(Compact Disc)、CD－ROM、硬盘、闪存或DVD等。
＜成膜方法和捕集机构的动作＞
接着，也参照图5，说明使用如上述方式构成的成膜装置2进行的成膜方法和捕集机构的动作。图5是表示在捕集机构中贮存有贮留液的状态的截面图。首先，如图1所示，在该成膜装置2的成膜装置主体4中，持续驱动排气系统8的真空泵64，对处理容器12内抽真空而将其维持为规定的压力，另外，支承于载置台构造14的半导体晶片W由加热器18维持为规定的温度。另外，处理容器12的侧壁和喷头26也分别由加热器32、34维持为规定的温度。该温度是原料气体的液化温度以上的温度范围。
另外，气体供给系统6的整体通过罐加热单元、通路加热器58预先加热到规定温度。接着，当成膜处理开始时，在气体供给系统6中，向原料罐36内经由运载气体管46供给流量控制的运载气体，由此，在原料罐36内的上部空间部50气化而成为饱和状态的原料气体与运载气体一起在原料通路42内向下游侧流去。
该原料气体被从成膜装置主体4的喷头26导入形成为减压气氛气的处理容器12内，在该处理容器12内通过例如CVD(Chemical VaporDeposition，化学气相沉积)在半导体晶片W上形成Ru金属的薄膜。此时的处理条件为处理压力50Torr(6665Pa)左右。
此时，在处理容器12内，未反应的液体原料38与运载气体一起在排气系统8的排气通路60内流下。该排气通路60也由通路加热器70加热，防止原料气体再液化而维持气体状态。在上述排气通路60流下的排气依次经由压力调整阀62、捕集机构10、真空泵64和除害装置66之后排放到大气中。
在此，对在上述捕集机构10中将作为捕集对象气体的未反应的原料气体液化回收的操作进行说明。在该捕集机构10的第一和第二冷却套80A、80B内，流动作为制冷剂的例如冷却水进行冷却。该制冷剂不限定于冷却水，可以使用任意的制冷剂。
首先，在排气通路60内流动的排气，从设置于壳体72的上部的气体入口72A进入壳体72内，该排气从气体入口72A的正下方的导入空间98经由在气体导入筒94和第一冷却套80A的顶部划分壁92之间形成的狭窄的环状的连通间隙96向第一滞留空间74A内扩散流去。此时，在连通间隙96流动的排气与顶部划分壁92效率良好地接触乃至碰撞，充分冷却，进一步在流入第一滞留空间74A内时进行绝热膨胀，排气的温度降低，因此排气中所包含的一部分原料气体液化。
另外，该第一滞留空间74A内的排气进入在第一冷却套80A中形成多个第一连通路径78A内，在其中被冷却并向下方流动，流入第二滞留空间74B内。在该第一连通路径78A内流动的排气，在这里与被冷却的第一连通路径78A的壁面效率良好地接触而充分冷却，并且在流入第二滞留空间74B内时再度绝热膨胀，排气的温度降低，因此一部分的原料气体液化。
另外，第二滞留空间74B内的排气，从形成于第二冷却套80B的外侧筒体108的各连通孔120进入形成为环状的宽度窄的第二连通路径78B内，在其中被冷却并向上方流动，流入第三滞留空间74C内。
在该第二连通路径78B内流动的排气与套主体106的外侧的套筒体102的外侧壁面效率良好地接触而充分冷却，并且在流入第三滞留空间74C内时进行第三次的绝热膨胀，排气的温度降低，因此，在此，排气中所包含的几乎全部的原料气体液化。
而且，第三滞留空间74C内的排气从位于该第三滞留空间74C内的上部的气体吸入口124A流入气体排出路径124内，在其中向下方流动，从气体排出口124B向气体出口72B内排出，此时，排气进行绝热膨胀。而且，该排气进一步向排气通路60的下游侧流去。通过在上述第一～第三滞留空间74A、74B、74C内冷却而液化的原料沿划分第一和第二连通路径78A、78B的壁面流下，在壳体72的底部作为贮留液140(参照图5)逐渐贮存，该贮留液140的液面逐渐上升。
此时，第二滞留空间74B和第三滞留空间74C经由设置于外侧筒体108的下端的最下端连通孔120C和设置于内侧的套筒体104的下端的液流通孔122连通，因此，贮留液140在两滞留空间74B、74C相互间流过并贮存于滞留空间74B、74C内，滞留空间74B、74C内的贮留液140的液面水平相互维持于相同高度水平并上升。
另外，壳体72内的贮留液140量几乎为零时，如上所述，第二滞留空间74B和第三滞留空间74C经由最下端连通孔120C和套筒体104的液流通孔122连通，因此，第二滞留空间74B内的一部分排气不通过第二连通路径78B而流入第三滞留空间74C内。但是，贮留液140仅以能够封闭上述液流通孔122的程度的量贮存，上述第二滞留空间74B和第三滞留空间74C完全分离，因此，不会特别发生问题。
而且，壳体72内的贮留液140的量增大，液面水平如图5中的点划线142所示，到达封闭形成于外侧筒体108的连通孔120内的位于最上位的中部连通孔120A的液面水平，则排气不流动，停止捕集。此时，气体排出路径124的上端部的气体吸入口124A位于比形成于外侧筒体108的连通孔120内的位于最上位的中部连通孔120A更靠上方，因此，贮留液140也不流向排气流的下游侧。
如上所述，在上述实施方式中，如连通间隙96、第一连通路径78A和第二连通路径78B的方式多个阶段地设置排气流导变小的部分，使压力损失发生，在各个部分以多个阶段例如三个阶段使排气与冷却了的壁面接触，由此高效地冷却气体，进一步在各阶段使该排气绝热膨胀，使作为捕集对象气体的原料气体液化，因此，能够高效地回收原料。
在此，上述连通间隙96、第一连通路径78A、第二连通路径78B和气体排出路径124中优选分别改变通路长度(间隙的宽度)、通路个数来调整排气流导，使得发生10Torr(1333Pa)以上的压力损失。
根据上述实施方式，对于排气所包含的捕集对象气体，具备具有气体入口和气体出口的壳体72、将壳体内划分为多个滞留空间74A～74C的划分部件76、连通滞留空间彼此的连通路径78(78A、78C)、和为了冷却排气而对连通路径进行冷却的冷却套部80，并使排气经由连通路径排气在各滞留空间依次流动，由此，冷却排气并且使排气流导变化，进行绝热膨胀，由此，能够高效地冷却捕集对象气体使其液化，高效地对捕集对象物进行捕集。
另外，在上述实施方式中，在气体入口72A设置有气体导入筒94但也可以不设置而省略。另外，在上述实施方式中，设置有第一冷却套80A和第二冷却套80B，也可以如图8所示不设置第一冷却套80A(包括第一连通路径78A)并且将第一滞留空间74A和第二滞留空间74B统一作为单一的滞留空间74AB。
另外，在上述实施方式中，也可以仅在第一冷却套80A中流动制冷剂，而不在第二冷却套80B中流动制冷剂。另外，在上述实施方式中，作为捕集对象气体捕集原料气体，回收未反应的原料，但是捕集对象不限定于次，能够捕集与种类无关的液状的原料或液状的反应副产物。
＜排气系统的具体说明＞
接着，说明排气系统的具体结构。实际中，根据需要向上述处理容器内导入清洁气体、清扫气体等。因此，在排气系统中，设置用于在清洁时使清洁气体不通过捕集机构10内而迂回流动的旁通通路，通过开闭阀的操作来切换气体的流路。
此时，特别是清洁气体极其容易与捕集对象气体或捕集机构10内的捕集对象物反应，因此，即使是少量也必须阻止清洁气体侵入捕集机构10内。但是，上述的开闭阀中，在实际中虽然非常微量，但存在产生泄露的可能性。因此，产生从开闭阀漏出的微量的清洁气体逐渐扩散而侵入捕集机构10内的危险。在此的排气系统，构成为即使清洁气体从开闭阀微量漏出，也能够可靠地防止该清洁气体侵入捕集机构10内的结构。
图6是表示具有这样的排气系统的成膜装置整体的概略结构图，图7是用于说明在排气系统内流动的气体的流动的说明图。图6所示的成膜装置，除了排气系统8以外与图1所示的成膜装置完全相同地形成，在此，简略表示，另外，对与图1所示的结构部分为相同结构部分使用相同的参照附图标记。
图6所示的成膜装置主体4的处理容器12中，该喷头26作为气体供给系统6的一部分，设置有供给清扫气体的清扫气体供给系统150和供给清洁气体的清洁气体供给系统152，在各自的气体通路设置有开闭阀154、156。由此，能够根据需要对清扫气体、清洁气体进行流量控制并向喷头26供给。在此，作为清扫气体，例如使用N2气体，但是不限于此，可以使用Ar等稀有气体。另外，作为清洁气体，例如ClF3气体。
在排气系统8中，首先，以绕过上述捕集机构10的方式在排气通路60的途中连接与旁通通路158。该旁通通路158在上述捕集机构10的上游侧和下游侧与排气通路60连接。在该旁通通路158的上游侧的连接部160，设置有用于在排气通路60侧和旁通通路158侧之间切换排气的流动的切换阀机构162。
该切换阀机构162包括设置于比上述连接部160更靠的下游侧的排气通路60上的第一开闭阀164和设置于旁通通路158上的第二开闭阀166，通过切换两开闭阀164、166的开关状态，如上所述地切换排气的流动。另外，也可以设置三通阀来替代上述第一和第二开闭阀164、166。
另外，在比旁通通路158的下游侧的连接部168更靠的上游侧的排气通路60的途中，设置有防止清洁气体的逆流的防流入用的开闭阀170。并且，在捕集机构10的气体入口72A和旁通通路158的上游侧的连接部160之间的排气通路60内、以及捕集机构10的气体出口72B和旁通通路158的下游侧的连接部168之间的排气通路60内，设置有在旁通通路158流动排气时供给压力高于上述排气的压力的不活泼气体的不活泼气体供给单元172。
具体而言，上述不活泼气体供给单元172具有：在上述气体入口72A和上游侧的连接部160之间与上述第一开闭阀164的下游侧的排气通路60连接的第一加压用气体通路174；在上述气体出口72B和下游侧的连接部168之间与防流入用的开闭阀170的上游侧的排气通路60连接的第二加压用气体通路176；和对上述第一和第二加压用气体通路174、176内供给不活泼气体的不活泼气体供给部178。
在上述第一加压用气体通路174的途中，设置有在供给不活泼气体时成为打开状态，在除此以外的时间形成关闭状态的气体供给用开闭阀180。在此，上述第一和第二加压用气体通路174、176相互连通设置成一个共同气体通路182。而且，该共同气体通路182与上述不活泼气体供给部178连接并共用。
在该不活泼气体供给部178的气体供给通路184设置有开闭阀186，能够根据需要供给不活泼气体。在此，作为该不活泼气体使用N2气体，但也能代替它使用Ar等稀有气体。在此，排气通路60内的压力根据处理方式而不同，例如最大400Torr(53328.9Pa)左右，相对于此，上述不活泼气体的压力较高地设定为500Torr(66661.2Pa)左右。
另外，在比上述第一加压用气体通路174与排气通路60连接的连接部188更靠下游侧的排气通路60的途中和比第二加压用气体通路176与排气通路60连接的连接部190更靠上游侧的排气通路60的途中，分别设置止回用的开闭阀192、194。
在上述旁通通路158流过例如排气的清洁气体时，对上述共用气体通路182、即对第一和第二加压用气体通路174、176供给压力高于排气的例如500Torr(66661.2Pa)的不活泼气体，在比捕集机构10更靠上游侧的第一开闭阀164和一个止回用的开闭阀192之间以及比捕集机构10更靠下游侧的止回用的开闭阀194和防流入用的开闭阀170之间，导入上述压力高的不活泼气体并封入，在此清洁气体一点都不流入或扩散。
另外，在上述共用气体通路182设置有压力计196，通过监视共用气体通路182内的压力变动，能够确认不活泼气体有无泄漏。上述各开闭阀的开关控制根据例如来自装置控制部132的指示进行。
接着，也参照图7对上述排气系统的动作进行说明。图7(A)表示成膜时的排气的流动，图7(B)表示清洁时的排气的流动。图7中各开闭阀的图形为空心时表示“打开状态”，涂黑时表示“关闭状态”。
首先，在形成薄膜的成膜时，如图7(A)所示，在捕集机构10中流过排气，在旁通通路158中不流过。此时，不活泼气体供给单元172不发生动作。即，切换阀机构162的第二开闭阀166、第一加压用气体通路174的气体供给用开闭阀180和不活泼气体供给部178的开闭阀186均处于关闭状态。相对于此，切换阀机构162的第一开闭阀164、捕集机构10的上下游侧的止回用的开闭阀192、194和防流入用的开闭阀170均处于打开状态。
由此，如箭头200所示，成膜时的排气沿排气通路60流动，流入捕集机构10内，在该捕集机构10内，如上所述，从排气中，将捕集对象气体冷却从而将捕集对象物除去。流出该捕集机构10的排气直接向下游侧流去。
相对于此，对处理容器12内进行清洁时，如图7(B)所示，与上述相反，在捕集机构10不流过排气，在旁通通路158中流过作为排气的清洁气体。此时，不活泼气体供给单元172动作。即，切换阀机构162的第二开闭阀166、第一加压用气体通路174的气体供给用开闭阀180和不活泼气体供给部178的开闭阀186均处于打开状态。相对于此，切换阀机构162的第一开闭阀164、捕集机构10的上下游侧的止回用的开闭阀192、194和防流入用的开闭阀170均处于关闭状态。
由此，如箭头202所示，包括清洁处理时的清洁气体的排气从排气通路60沿旁通通路158流动，不流入捕集机构10内。此时，如上所述，从不活泼气体供给部178如箭头204所示供给压力高于包括上述清洁气体的排气的N2气体，该N2气体经由第一和第二加压用气体通路174、176、即共同气体通路182，向排气通路60侧导入。
其结果，在比捕集机构10更靠上游侧的第一开闭阀164和一个止回用的开闭阀192之间的排气通路60的部分以及比捕集机构10更靠下游侧的止回用的开闭阀194和防流入用的开闭阀170之间的排气通路60的部分，导入不活泼气体，在此以压力高于包括清洁气体的排气的状态封入。
因此，即使在第一开闭阀164和防流入用的开闭阀170稍微发生泄漏，从不活泼气体供给部178供给的N2气体也流入压力低的排气侧。其结果，能够可靠地防止清洁气体向捕集机构10内泄漏扩散、混入。另外，即使在靠近捕集机构10侧的止回用的开闭阀192、防流入用的开闭阀194稍微发生泄漏，作为不活泼气体的N2气体仅稍微流入捕集机构10内，不会发生特别大的问题。在此，上述N2气体的压力例如为500Torr(66661.2Pa)，相对于此，包括清洁气体的排气的压力为50～400Torr(6666.12～53328.9Pa)左右。
这样，在旁通通路158中流过排气，不仅在清洁处理时，例如在处理容器12内将晶片W搬出搬入时，也向处理容器12内供给清扫气体，因此，在将该清扫气体进行排气时，可以使用上述旁通通路158。另外，在此，对共用气体通路182供给500Torr(66661.2Pa)的不活泼气体，但是对共用气体通路182供给的不活泼气体的压力只要高于在旁通通路158流动的排气的压力即可，不限定于上述500Torr(66661.2Pa)。
另外，在此，使用连通第一和第二加压用气体通路174、176的共同气体通路182，在其中以共用一个不活泼气体供给部178的方式连接，但是也可以分别独立地设置上述第一和第二加压用气体通路174、176，分别设置上述不活泼气体供给部。
另外，作为上述清洁气体，这里使用ClF3气体，但是不限定于此，也可以使用其它氯类气体、NF3气体等氟类气体或使用臭氧。另外，在此，分别设置气体供给用开闭阀180和止回用的开闭阀192，但也可以将它们一体化而使用三通阀。
另外，在以上的实施方式中，被处理体为半导体晶片，在该半导体晶片也可以包括硅基板、GaAs、SiC、GaN等化合物半导体基板。另外，被处理体也可以是在液晶显示装置中使用的玻璃基板、陶瓷基板等。

Claims (23)

1.一种捕集机构，其特征在于：
设置于从在被处理体的表面形成薄膜的成膜装置主体排出的排气流过的排气通路的途中，将所述排气中所包含的捕集对象气体冷却而液化来进行回收，
所述捕集机构包括：
具有气体入口和气体出口的壳体；
将所述壳体内划分为多个滞留空间的划分部件；
将所述滞留空间彼此连通的连通路径；和
为了对所述排气进行冷却而对所述连通路径进行冷却的冷却套部。
2.如权利要求1所述的捕集机构，其特征在于：
所述多个滞留空间由串联连接的第一滞留空间、第二滞留空间和第三滞留空间的三个滞留空间构成。
3.如权利要求2所述的捕集机构，其特征在于：
所述冷却套部包括第一冷却套和第二冷却套。
4.如权利要求3所述的捕集机构，其特征在于：
所述第一冷却套在内部具有将所述第一滞留空间和所述第二滞留空间连通的第一连通路径，并且兼作为将所述壳体内划分为上部的第一滞留空间和下部的第二滞留空间的所述划分部件。
5.如权利要求4所述的捕集机构，其特征在于：
所述第一冷却套的顶部划分壁与所述气体入口相对设置。
6.如权利要求5所述的捕集机构，其特征在于：
在所述气体入口设置有向着所述第一冷却套的顶部划分壁延伸的气体导入筒，该气体导入筒的前端部接近所述顶部划分壁，在与所述顶部划分壁之间形成与所述第一滞留空间连通的连通间隙。
7.如权利要求4所述的捕集机构，其特征在于：
所述第一连通路径弯曲。
8.如权利要求4所述的捕集机构，其特征在于：
所述第一连通路径设置有多个。
9.如权利要求3所述的捕集机构，其特征在于：
所述第二冷却套设置于所述第二滞留空间内，在内部具有所述第三滞留空间并且在外周形成将所述第二滞留空间和所述第三滞留空间连通的第二连通路径，兼作为所述划分部件。
10.如权利要求9所述的捕集机构，其特征在于：
所述第二冷却套包括：具有两个套筒体的筒体状的套主体，其中，所述两个套筒体隔开规定宽度的冷却空间部而配置成同心状，在所述冷却空间部中流过制冷剂；和有顶的外侧筒体，该外侧筒体在所述套主体的外周，与该外周隔开形成所述第二连通路径的规定间隔而配置成，由所述筒体状的套主体的内侧空间与所述外侧筒体内的上部空间形成所述第三滞留空间。
11.如权利要求10所述的捕集机构，其特征在于：
在所述外侧筒体的侧面形成有连通所述第二滞留空间和所述第二连通路径的多个连通孔。
12.如权利要求9所述的捕集机构，其特征在于：
在所述第三滞留空间，设置有上端部的气体吸入口位于所述滞留空间内的上部、下端部与所述气体出口连通的气体排出路径。
13.如权利要求3所述的捕集机构，其特征在于：
在所述第一滞留空间至第三滞留空间内，进行所述排气的绝热膨胀。
14.一种排气系统，其流过从在被处理体的表面形成薄膜的成膜装置主体排出的排气，所述排气系统的特征在于，包括：
与所述成膜装置主体的排气口连接的排气通路；
设置于所述排气通路的途中的真空泵；
设置于比所述真空泵更靠上游侧的所述排气通路的途中的权利要求1～13中任一项所述的捕集机构；
以绕过所述捕集机构的方式与所述排气通路的途中连接的旁通通路；和
不活泼气体供给单元，其在所述旁通通路中流过排气时，对所述捕集机构的气体入口与所述旁通通路的上游侧的连接部之间的所述排气通路内和所述捕集机构的气体出口与所述旁通通路的下游侧的连接部之间的所述排气通路内，供给压力比所述排气的压力高的不活泼气体。
15.如权利要求14所述的排气系统，其特征在于：
在所述旁通通路的上游侧的连接部，设置有用于在所述排气通路侧和所述旁通通路侧之间切换排气的流动的切换阀机构。
16.如权利要求15所述的排气系统，其特征在于：
所述切换阀机构包括设置于所述排气通路的第一开闭阀和设置于所述旁通通路的第二开闭阀。
17.如权利要求14所述的排气系统，其特征在于：
在比所述旁通通路的下游侧的连接部更靠上游侧的所述排气通路的途中设置有防流入用的开闭阀。
18.如权利要求14所述的排气系统，其特征在于：
所述不活泼气体供给单元包括：
与所述气体入口和所述上游侧的连接部之间的所述排气通路连接的第一加压用气体通路；
与所述气体出口和所述下游侧的连接部之间的所述排气通路连接的第二加压用气体通路；和
对所述第一加压用气体通路和第二加压用气体通路供给所述不活泼气体的不活泼气体供给部。
19.如权利要求18所述的排气系统，其特征在于：
在所述第一加压用气体通路的途中设置有气体供给用开闭阀，该气体供给用开闭阀在供给所述不活泼气体时成为打开状态，除此以外时成为关闭状态。
20.如权利要求18所述的排气系统，其特征在于：
所述第一加压用气体通路和所述第二加压用气体通路连通。
21.如权利要求18所述的排气系统，其特征在于：
在比所述第一加压用气体通路与所述排气通路连接的连接部更靠下游侧的排气通路的途中和比所述第一加压用气体通路与所述排气通路连接的连接部更靠上游侧的排气通路的途中，分别设置有防逆流用的开闭阀。
22.如权利要求14所述的排气系统，其特征在于：
在所述排气通路的途中设置有压力调整阀和除害装置。
23.一种成膜装置，其用于在被处理体的表面形成薄膜，所述成膜装置的特征在于，包括：
具有能够被真空排气的处理容器的成膜装置主体；
用于载置所述被处理体的载置台构造；
向所述处理容器内导入气体的气体导入单元；
与所述气体导入单元连接、供给气体的气体供给系统；和
用于对所述处理容器内的气氛进行排气的权利要求14～22中任一项所述的排气系统。
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