CN1723066A - 捕集装置、处理系统以及除去杂质的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种捕集装置，设置在具有对处理装置10进行真空排气的真空泵36的真空排气系统6之中，用于除去在所述真空排气系统6内流动的排气气体中所含有的气体状杂质，其中，在处理装置10内对半导体晶片实施规定的处理，其特征在于，具备：杂质捕集容器50，设置在所述真空排气系统6的排气通路之中；喷嘴单元64，用于吹入因绝热膨胀而成为超音速状态的工作流体，使其与所述排气气体混合，同时在所述杂质捕集容器50内，使所述排气气体的温度降低到所述杂质的临界点以下。

Description

捕集装置、处理系统以及除去杂质的方法
技术领域
本发明涉及一种除去从成膜装置等处理装置排出的排气气体中的气体状杂质的捕集装置、处理系统以及除去杂质的方法。
背景技术
通常，为了形成IC等集成电路或逻辑元件，在半导体晶片、玻璃基板、LCD基板等表面上，反复地进行形成所期望的薄薄膜的成膜工序或在其表面蚀刻成所期望的图案的工序。
可是，以成膜工序为例，在该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，在被处理体的表面上形成硅薄膜、硅的氧化物或氮化物薄膜、或金属薄膜、金属氧化物或氮化物薄膜等，但在进行该成膜反应的同时还产生多余的反应副产物，它与排气气体一同被排出。另外，未反应的处理气体也被排出。
当该反应副产物或未反应的处理气体直接被放出到大气中时，就成为环境污染等的原因，所以为了防止这种情况的发生，通常在从处理容器延伸的排气气体系统上设置捕集装置，由此装置捕集排气气体中含有的反应副产物或未反应的处理气体等、并把它们除去。
根据应捕集除去的反应副产物等的特性，提出了各种该捕集装置的结构，例如，在除去常温下凝结(液化)、凝固(固化)的反应副产物的情况下，该捕集装置的其中一例结构是在具有排气气体的导入口和排出口的筐体内设置多个散热片。而且该散热片相对于排气气体的流动方向依次排列，当排气气体经过这些散热片之间时，排气气体中的反应副产物等附着在散热片表面上而被捕集。另外，通过冷却流体等冷却该散热片能够提高捕集效率。
在此，以使用高熔点金属卤化物TiCl4(四氯化钛)作为原料气体进行Ti金属膜的成膜的情况为例进行说明，作为原料气体使用TiCl4之外还使用H2气体，把它们在Ar气体的存在下利用等离子体活性化、用氢气还原，使Ti膜堆积在半导体晶片表面上。这时，产生反应副产物TiClX(X＜4)，而且还存在着未反应的TiCl4，这些TiClX和TiCl4等混在排气气体中流出。因为这些TiClX和TiCl4等是造成大气污染等原因的杂质气体，所以利用如上所述的捕集装置捕集它们。
此时，上述未反应气体TiCl4或反应副产物TiClX等杂质气体蒸汽压较高，所以即使如上述那样冷却捕集装置内部，在该捕集装置内完全捕集除去也是相当困难的，有时得不到充分的回收率。因此，其问题在于：为了完全除去穿过上述捕集装置的杂质并使其无害化，对设置在捕集装置下游侧的除害装置增加了相当大的负担，不但该除害装置的运行成本上涨，而且该除害装置自身的奉命也缩短。这样的问题是使用TiCl4或WF6或(Ta(OE)5)2(五乙氧基钽)等高熔点金属化合物气体的成膜装置的共同问题。
另外，就使用TiCl4的其它成膜方法而言，已知有成膜TiN膜的方法。即，当以使用高熔点金属卤化物TiCl4(四氯化钛)作为原料气体成膜TiN膜的情况为例进行说明时，作为原料气体使用TiCl4之外还使用NH3气体，通过使两气体反应在半导体晶片表面上堆积TiN膜。这时，作为反应副产物产生NH4Cl和TiCl4(NH3)n(n为正的整数)，而且还存在着未反应的TiCl4气体，这些气体成份混在排气气体中流出，被如上所述的捕集装置捕集。
于是，为了完全除去排气气体中所含的杂质气体例如氯气，提出了如下的方法：在排气系统中使与该杂质气体反应的反应性气体例如氨气与排气气体混合，转换成容易凝结的物质、例如氯化铵，通过使该氯化铵也在捕集装置内冷却凝结并捕集，以有效地除去杂质气体(特开2001-214272号公报)。
而且除此之外，如特开昭62-4405号公报公开了如下的技术：从烧结粉末成形品的烧结炉排出的含有蜡蒸气的排气气体中、液化并回收蜡时，在蜡捕集装置内配置多段具有小孔的捕集圆板，使通过上述小孔的排气气体绝热膨胀的同时、使排气气体自冷，从而液化并回收蜡。
可是，如上述的特开2001-214272号公报所示的以往的捕集装置中存在的问题在于：伴随着捕集处理的进展、捕集物附着在散热片上、排气气体经由捕集物层与散热片进行热交换，所以对排气气体的冷却效率依次降低，因此，捕集效果也随时间的经过而恶化，不仅不能完全地除去杂质气体，而且维护频度也变高。这时，为了防止捕集效率的经时恶化、考虑到了增加设定散热片的段数，但在这种情况下，装置过度大型化，因此不现实。另外，在维护时其问题点还在于：通过清洁从散热片上除去捕集物时，因形成了多段散热片全体结构复杂，所以难以进行清洁操作。
另外，如特开昭62-4405号公报所示的捕集装置中，其问题点在于：捕集物为粘性的固态物时，由于捕集物逐渐堵塞捕集圆板的小孔，所以维护的频度变得非常高。
另外，特开昭62-4405号公报所示的捕集装置中，其问题在于：因为仅使用小孔使排气气体绝热膨胀，所以该冷却效率没有那么高，因此，不能充分捕集排气气体中的杂质气体，捕集效率比较低。
本发明就是着眼于以上问题点，为了有效地解决该问题而完成的。即，本发明的目的是提供一种用来除去来自排气气体中的气体状杂质的、构造简单且捕集效率也可以长时间地维持很高的捕集装置、处理系统以及除去杂质的方法。
本发明人对排气气体中的气体状杂质的捕集方法专心研究的结果发现：通过使用拉瓦尔喷嘴，利用绝热膨胀而使成为超音速状态的工作流体吹入到排气气体中，从而有效地冷却排气气体使气体状的杂质凝结、凝固从而能够捕集气体状的杂质；由此完成了本发明。
发明内容
权利要求1的发明是，设置在具有对处理装置进行真空排气的真空泵的真空排气系统之中，用于除去在上述真空排气系统内流动的排气气体中含有的气体状杂质，其中，在该处理装置内对被处理体实施规定处理，其特征在于，具备：杂质捕集容器，设置在上述真空排气系统的排气通路之中；喷嘴单元，用于吹入因绝热膨胀而成为超音速状态的工作流体，使其与上述排气气体混合，同时在上述杂质捕集容器内，使上述排气气体的温度降低到上述杂质的临界点以下。
这样，利用喷嘴单元吹入进行绝热膨胀而成为超音速状态的工作流体，由此冷却排气气体并凝结、凝固气体状杂质并捕集之，因此，可以长时间地维持高的冷却效率，从而也可以长期地维持高的捕集效率。另外，
由于可以不需要在以往捕集装置中使用的散热片等这样复杂的结构，所以当进行维护作业(除去在杂质捕集容器中因凝结、凝固而附着的例如粘性的某捕集物)时，可以迅速且容易地进行该维护作业。
这时，例如如权利要求2所规定，相对于上述杂质捕集容器并列设置多个上述喷嘴单元。
另外，例如如权利要求3所规定，上述喷嘴单元具有其流路面积沿工作流体的流动方向逐渐缩小并在通过喉部后逐渐扩大的喷嘴主体。
另外，例如如权利要求4所规定，上述喷嘴主体具有截面为大致圆形的工作流体喷射口，以包围上述工作流体喷射口的周围的方式形成有向上述杂质捕集容器侧导入上述排气气体的环状的排气气体导入口。
另外，例如如权利要求5所规定，上述喷嘴主体具有截面大致为环状的工作流体喷射口，在其中心部形成有用来将上述排气气体向上述杂质捕集容器侧导入的大致为圆形的排气气体导入口。
另外，例如如权利要求6所规定，设置有用来暂时滞留流向上述排气气体导入口的排气气体的前段滞留室。
另外，例如如权利要求7所规定，在上述喷嘴单元的前端部侧，依次连接设置有：混合从上述工作流体喷射口喷射的超音速的工作流体和从上述排气气体导入口导入的排气气体的混合管；以及，使其流路面积逐渐扩大并具有泵机能的扩散管。
另外，例如如权利要求8所规定，在上述混合管和上述扩散管上设置有用来防止上述杂质凝结、凝固并附着的防附着用加热单元。
由此，通过防附着用加热单元加热混合管或扩散管，所以可以防止杂质成为粘性的固体附着在其内壁面上。
另外，例如如权利要求9所规定，设置有核导入单元，在上述混合气体中的上述气体状的杂质凝结、凝固时导入成为核的物质，。
由此，在排气气体中导入成为凝结、凝固的起点的核，所以可以防止气体状的杂质成为过冷状态，促进该凝结、凝固，因此可更进一步提高杂质的捕集效率。
另外，例如如权利要求10所规定，在上述杂质捕集容器中设置有用于使上述凝结、凝固的杂质附着的杂质附着板。
另外，例如如权利要求11所规定，上述喷嘴单元是拉瓦尔喷嘴。
另外，例如如权利要求12所规定，上述工作流体由N2、H2、Ar、He中的任一种气体构成。
另外，例如如权利要求13所规定，上述处理装置是用于对被处理体实施成膜处理的成膜装置。
权利要求14的发明是使用上述捕集装置的处理系统，其特征在于，具备：对被处理体实施规定处理的处理装置；设置有真空泵的真空排气系统，用于对上述处理装置抽真空；设置在上述真空排气系统之中的权利要求1～13中任一项所述的捕集装置。
权利要求15的发明是对使用上述捕集装置进行的捕集方法的规定，即，用于从对被处理体实施规定处理的处理装置排出的排气气体中，除去已成为气体状的杂质，其特征在于：将因绝热膨胀而成为超音速状态的工作流体吹入到上述排气气体中使其与上述排气气体混合，同时通过使上述排气气体的温度降低到上述杂质的临界点以下，使上述杂质凝结、凝固。
这时，例如如权利要求16所规定，上述工作流体与上述排气气体的混合是通过以包围被喷射的上述工作流体的周围的方式喷射上述排气气体而进行的。
另外，例如如权利要求17所规定，上述工作流体与上述排气气体的混合是通过以包围被喷射的上述排气气体的周围的方式喷射上述工作气体而进行的。
附图说明
图1是表示设置了本发明的捕集装置的一例处理系统的简要结构图。
图2是表示本发明的捕集装置的第一实施例的截面图。
图3是表示本发明的捕集装置的第二实施例的截面图。
图4是表示图3中的一个喷嘴单元的放大截面图。
图5是从图4中的A-A线箭头方向观察的截面图。
图6是表示本发明的捕集装置的第三实施例的截面图。
图7是表示图6中的一个喷嘴单元的放大截面图。
图8是从图7中的B-B线箭头方向观察的截面图。
具体实施方式
以下，基于附图详细地说明本发明的捕集装置、处理系统以及除去杂质的方法的一实施例。
(第一实施例)
图1是表示一例设置本发明的捕集装置的处理系统的简要结构图。图2是表示本发明的捕集装置的第一实施例的截面图。
在本实施例中，以在作为被处理体的半导体晶片的表面上、使用高熔点金属卤化物气体TiCl4气体作为高熔点金属化合物气体、通过等离子体CVD(chemical Vapor Deposition化学蒸镀)对Ti膜进行成膜处理时的情况为例，进行说明。
如图1所示，该处理系统2主要由，实际上对半导体晶片W实施Ti膜的成膜的处理装置(成膜装置)4、将该处理装置4内的氛围真空排气的真空排气系统6、设置在该真空排气系统6之中的本发明的捕集装置8构成。
首先，说明处理装置4。该处理装置4具有例如铝制的筒体状的处理容器10，该处理容器10接地。在该处理容器10内，由底部经由导电性的支柱12设置有承载台14，在该上面能够承载并保持作为被处理体的半导体晶片W。该承载台14是由例如镍等导电性材料构成兼用作下部电极的装置，在内部埋入了加热半导体晶片W的电阻加热器16。
另外，在处理容器10的顶部经由绝缘材20设置有将原料气体等必要的气体导入到处理容器10内的喷头18，该喷头18与在通路中设置了供给侧开关阀22的气体供给通路24连接，可以供给各自的流量得到控制的TiCl4气体、H2气体、Ar气体等必要的气体。另外，各种气体也可以分别由独立的供给通路供给。
另外，该喷头18是兼用作上部电极的装置，它经由匹配电路26与例如450kHz的高频电源28连接，使在承载台14与喷头18之间因高频产生等离子体。另外，该高频电源28的频率不限定于450kHz，也可以使用其它频率，例如可以使用13.56MHz等。
另外，在处理容器10的侧壁上设置有搬出搬入晶片W的闸门阀30，在底部周围部设置有排气口32。
另一方面，连接于如上所述的处理装置4上的真空排气系统6与上述排气口32连接，具有例如内径10cm左右的不锈钢制的排气通路34。在该排气通路34上，依次按照以下顺序向下游侧设置有：用于除去排气气体中的气体状杂质的上述捕集装置8、将处理容器10内的环境抽成真空的真空泵36以及完全除去残留于排气气体中的杂质气体的除害装置38。
另外，在该排气通路34的最上游侧设置有改变该排气通路34的流路面积并控制处理容器10内的压力的压力控制阀40。在上述压力控制阀40的正下游侧的排气通路34上，设置有将流量得到控制的氨(NH3)气体注入到该排气通路34内的氨气体喷嘴42，将氨气体注入到流过此的排气气体中使排气气体中含有的氯化氢或氯气体与该氨气体反应形成并得到氯化铵等。
另外，在上述捕集装置8的正上游侧及下游侧的排气通路34上，分别设置了在装卸该捕集装置8时用于从排气通路34隔离该装置的开关阀44。另外，在上述气体供给通路24、以及上述处理容器10与上述捕集装置8之间的排气通路34上，如图中虚线所示分别卷绕有带式加热器46A、46B，将流过各通路24、34内的杂质气体加热到临界温度(凝结温度或凝固温度)以上的温度，防止杂质在通路24、34内液化或固化。
而且，本发明的捕集装置8如图2所示，具有例如铝制的成形为箱状的杂质捕集容器50。在该杂质捕集容器50的顶部形成有气体入口52，在该气体入口52上接连有从上游侧延伸的排气通路34并由此导入排气气体。另外，在该杂质捕集容器50的一侧壁上形成有气体出口54，该气体出口54上连接有向下游侧延伸的排气通路34并将已经除去气体状杂质的排气气体排出到下游侧。另外，上述气体入口52及气体出口54的设置位置没有特别的限定。
另外，上述杂质捕集容器50的另一侧壁成为例如可以开关的开关门56，在进行维护等必要时可以开关该开关门56。该开关门56通过O环等密封构件58气密封。另外，在该杂质捕集容器50内的约全面底部，安装有可以装卸的杂质附着板60，使例如成为粘度高的液状杂质或凝结、凝固的杂质M(参照图2)附着在其上面。
而且，在相对于该杂质附着板60的杂质捕集容器50的顶部62上，设置有作为本发明特征的喷嘴单元64。该喷嘴单元64经由工作气体通路66连接有贮存作为工作流体的例如N2气体的工作气体源68，可以向上述喷嘴单元64供给规定压力的N2气体。另外，在该工作气体通路66中设置有控制N2气体的供给的开关阀70。而且，在上述喷嘴64的正上游侧的工作气体通路66上，设置有用来导入在该工作流体中的气体状的杂质在凝结、凝固时成为核的物质的核导入单元72。
作为导入成为该凝结、凝固的起点的核的核导入单元72，此处有安装于上述工作气体通路66的气体喷嘴72A，由该气体喷嘴72A可以导入成为核的流量得到控制的水蒸气。于是，通过上述结构，可以从上述喷嘴单元64以超音速状态喷射上述工作流体(N2气体)。其结果，通过绝热膨胀而成为超音速状态的工作流体吹入到杂质捕集容器50内并与排气气体混合的同时冷却排气气体，将气体状的杂质冷却到其临界点以下，可以使其凝结、凝固。
这时，如图2所示，形成上述喷嘴单元64的喷嘴主体74成为在其中心流路面积沿工作流体的流动方向逐渐缩小、在经过流路面积最狭的喉部74A后逐渐扩大的形状，因此，该最下端部的截面成为约为圆形的工作流体喷射口74C。作为这样的喷嘴单元64，例如可以使用拉瓦尔喷嘴。
接着，说明使用上述结构的处理系统来除去杂质的方法。
首先，成膜Ti膜时，在处理装置4的处理容器10内的承载台14上承载半导体晶片W，并且，将它升温加热并维持在规定的温度下。与此同时，在作为下部电极的承载台14与作为上部电极的喷头18之间施加高频电压，另外，从喷头14流入流量得到控制的TiCl4气体、H2气体、Ar气体等规定的气体，在处理空间生成等离子体，进行Ti膜的成膜。与此同时，驱动真空排气系统6，将处理容器10内的环境抽成真空并将内部维持在规定的压力下。
关于这时的工序条件，例如当假定晶片大小为8英寸时，工序压力为665Pa(5Torr)、工序温度为650℃程度、TiCl4气体流量为5sccm程度、H2气体流量为2000sccm程度、Ar气体流量为500sccm程度。
通过上述Ti膜的成膜反应，TiCl4气体被消费约10％程度，但残留的约90％程度的气体作为未反应气体，与作为反应副产物的TiCl2、TiCl3、HCl等排气气体一起由排气口32流入到真空排气系统6的排气通路34内并流过，该排气气体进一步依次流过捕集装置8、真空泵36以及除害装置38。在此，在上述未反应气体或反应副反产物内、特别是TiCl4气体的蒸汽压比较高，所以难以被捕集，但将NH3气体作为反应气体从氨气体喷嘴42导入到排气通路34中，由此，使NH3气体主要与TiCl4气体反应，形成由TiCl4·2NH3的络合物构成的化合物。该络合物与TiCl4气体相比蒸汽压低很多，例如TiCl4气体在21.3℃下为1300Pa，但上述络合物在21.3℃下为1×10-4Pa程度。另外，HCl气体也与NH3气体反应而成为NH4Cl气体，它的蒸汽压也低。
这样，使主要的未反应残留气体与NH3气体反应转换为蒸汽压低的化合物，而且使反应副产物HCl与NH3气体反应转换为蒸汽压低的化合物，在捕集装置8内比较容易被捕集。由上述络合物或NH4Cl等构成的气体状杂质被包含在排气气体中，从捕集装置8的气体入口52被导入到杂质捕集容器50内。
此时，作为工作流体的N2气体通过绝热膨胀以超音速状态由设在该顶部的喷嘴单元64吹入到该杂质捕集容器50内。该N2气体通过绝热膨胀自身的温度降低(也将此称为自冷)的同时与排气气体混合，由此冷却排气气体，所以上述气体状的杂质被冷却到临界点以下并凝结或凝固从而析出，该杂质M附着在设置于杂质捕集容器50内底部的杂质附着板60上，通过堆积被捕集。通过这种方法除去气体状杂质的排气气体，由气体出口54排出并流向下游侧的真空泵36。
这样，使用将压力差有效地变换为工作流体N2气体的运动能量从而能实现超音速状态的喷嘴、例如拉瓦尔喷嘴，利用N2气体的绝热膨胀成为超音速状态时的自冷的冷热，将气体状的杂质冷却并使之凝结、凝固，所以可以有效地从排气气体中除去气体状的杂质。
另外，由于不使用以往的捕集装置中使用的散热片，所以可以常时间地维持高的冷却效率，而且，即使增加被捕集的杂质也不会对排气传导性造成坏影响。而且，由于没有使用上述那样的散热片等，所以也可以简单化捕集装置8的整体结构。另外，这时的工作流体的流量为对上游侧的处理容器10内的压力控制不会造成恶劣影响的流量。
另外，上述工作流体N2气体中含有由核导入单元72导入的水蒸气，所以水蒸气在杂质捕集容器50内被冷却成为微细的冰粒、发挥着作为核的功能，因此上述气体状的杂质不会被过冷却、以上述冰粒作为核凝结、凝固从而析出，其结果，可以更进一步提高杂质的捕集效率。另外，也可以将上述核导入单元72设置在杂质捕集容器50内，将水蒸气直接导入到该杂质捕集容器50内。这一点与后述的其它实施例一样。
另外，在维护该捕集装置8时，卸下开关门56后，从杂质捕集容器50中取出可以装卸的杂质附着板60，只要清洁除去附着在该杂质附着板60上面的杂质M即可，所以也可以大幅度地提高维护作业性。
另外，在该第一实施例中，为了使理解本发明变得容易，只说明了设置一个喷嘴单元64的情况，但也可以并列设置多个这种喷嘴64，可以从各喷嘴单元64向杂质捕集容器50内喷射并吹入已经混入水蒸气的工作流体。
(第二实施例)
接着，说明本发明的第二实施例。在该第二实施例中，稍微改变上述第一实施例的喷嘴单元64的结构，且并列设置多个喷嘴单元。
图3是表示这样的本发明的捕集装置的第二实施例的截面图，图4是表示图3中的一个喷嘴单元的放大截面图，图5是从图4中的A-A线箭头方向观察的截面图。另外，关于与图1及图2所示的部分相同的结构部分标注同一符号并省略其说明。
如图所示，此处在杂质捕集容器50的前段侧上，具有用于暂时滞留乃至储存从处理容器10侧流入的排气气体的例如不锈钢制的前段滞留室80。在该前段滞留室80的侧壁的一部分上设置有气体入口82，在该气体入口82上连接上游侧的排气通路34使排气气体流入。
于是，在上述前段停留室80的长边方向的侧壁与上述杂质捕集容器50的顶部62之间，以连通前段停留室80和杂质捕集容器50内的方式并列设置多个、如图示例中为9个连通路84，经由该连通路84前段停留室80内的排气气体流入到杂质捕集容器50内。如图4所示，该连通路84主要由：沿排气气体的流动方向其内径逐渐被缩径而成为圆锥状的导入管86、连接在该导入管86上的圆筒状的混合管88、和连接在该混合管88上并沿排气气体的流动方向其内径逐渐被扩径的扩散管90构成。
另一方面，在上述前段滞留室80内设置有连接于上述工作气体通路66上的规定大小的工作气体头92，将含有成为凝结、凝固起点的水蒸气的工作气体导入到该工作气体头92内。而且，从上述工作气体头92向上述各连通路84，延伸设置有与图2说明的装置具有相同结构的喷嘴单元64。如图4所示，该喷嘴单元64的喷嘴主体74的前端部大致位于上述导入管86与混合管88的接合部，并成为非接触状态。
因此，也如图5所示，该部分的中心部形成截面约为圆形的工作流体喷射口74C，以包围该工作流体喷射口74C的周围的方式、形成截面约为环状的排气气体导入口94，从该排气气体导入口94将排气气体导入到杂质捕集容器50内。此处，如上所述，喷嘴主体74成为在其中心流路面积沿工作流体的流动方向逐渐缩小、在经过流路面积最狭窄的喉部74A后逐渐扩大的形状，因此，该最下端部的截面成为大致圆形的工作流体喷射口74C。作为这样的喷嘴单元64，例如如前所述可以使用拉瓦尔喷嘴。
这样，从喷嘴单元64喷射超音速状态的工作流体的结果：该喷嘴单元64具有象喷射泵那样的泵机能，来自排气气体导入口94的排气气体被工作气体的喷流驱动流向排气侧。
另外，在该混合管88和扩散管90的外周壁，设置有例如带状加热器那样的防附着用加热单元96，通过将其加热到气体状杂质的临界温度以上，防止杂质凝结、凝固并附着在其内壁面上。
在该第二实施例的情况下，基本上可以发挥与第一实施例的情况同样的作用效果。例如，从处理容器10侧流过来的排气气体在前段滞留室80内扩散到整体，经由各连通路84，并行导入到杂质捕集容器50内侧。与此同时，作为工作流体的例如N2气体通过绝热膨胀以超音速状态经由工作气体头92从各喷嘴单元64的工作流体喷出口74C喷射而出。该超音速状态的N2气体在混合管88内与从环状的排气气体导入口94导入的排气气体混合，同时扩散到扩散管90内并到达杂质捕集容器50内，将气体状的杂质冷却使之凝结、凝固，使杂质M附着在杂质附着板60上。由此，与第一实施例的情况相同，可以有效地从排气气体中除去杂质。特别是由于并列设置了多个喷嘴单元64，所以可以相应地提高杂质的除去效率。
另外，通过使例如水蒸气这样的核混入到工作流体中，与第一实施例的情况一样，不会使气体状的杂质过冷，可以更进一步提高该杂质的除去效率。而且，以往的捕集装置是使排气传导性降低的方式发挥作用，相对于此，在该第二实施例中，喷嘴单元64发挥泵机能卷入来自设置在工作流体喷射口74C周围的环状排气气体导入口94的排气气体、向排气侧推动，所以可以提高排气传导性，对排气系统不会造成恶劣影响。另外，由于在混合管88和扩散管90上设置有防附着用加热单元96可以进行加热，所以可以防止杂质附着在其内壁面侧。
此时，在图4所示的结构中，对各部的温度、压力、流速成等各参数进行研究的结果可以得到以下所示的结果。
在喷嘴入口的工作流体压力P1：1.33×104Pa(0.1atm)
工作气体源68内的工作流体的气体温度T1：293K(20℃)
在喷嘴入口的工作流体流速U1：0.0m/s(与超音速相比的话就视为零)
气体的比热比κ：1.4
排气气体导入口94的排气气体的压力Pe2：133Pa
排气气体导入口94的排气气体的温度Te2：423K(150℃)
排气气体导入口94的排气气体的速度Ue2：328.2m/s
排气气体导入口94的面积Se：808.5mm2
工作流体喷射口74C的面积Sn：1155.0mm2
混合管88的直径D1：50.0mm
扩散管90的出口直径D2：53.9mm
当如上述那样设定参数时，得到以下所示的结果。
在喷嘴出口的压力Pn2：133Pa(0.001atm)
在喷嘴出口的工作流体温度Tn2：78.6K(-194.4℃)
在喷嘴出口的工作流体速度Un2：656.4m/s(超音速状态)
在混合管88的出口的压力P4：133Pa
在混合管88的出口的混合气体的温度T4：150.8K(-122.2℃)
在混合管88的出口的混合气体的速度U4：413.3m/s
在扩散管90的出口的压力P5：189.9Pa
在扩散管90的出口的混合气体的温度T5：167.0K(-106.0℃)
在扩散管90的出口的混合气体的速度U5：372m/s
如以上所示，工作流体从喷嘴的出口以超音速状态被喷射后，经由混合管88、扩散管90，到达杂质捕集容器50内，可以确认混合气体的可以达到非常低的温度。
(第三实施例)
接着，说明本发明的第三实施例。在该第三实施例中是把前面的第二实施例的喷嘴单元64的中心侧和外周侧反转的结构，由中心侧流入排气气体，由外周侧喷射工作流体。
图6是表示这样的本发明的捕集装置的第三实施例的截面图，图7是表示图6中的一个喷嘴单元的放大截面图。图8是从图7中的B-B线箭头方向看的截面图。另外，对于与图3及图5所示的部分相同的构成部分标注同一符号并省略其说明。
如图所示，此处也与第二实施例一样，在杂质捕集容器50的前段侧上，具有用于暂时滞留乃至储存从处理容器10侧流入的排气气体的例如不锈钢制的前段滞留室80。在该前段滞留室80的侧壁的一部分上设置有气体入口82，在该气体入口82上连接上游侧的排气通路34使排气气体流入。
另外，从上述前段滞留室80的长边方向的侧壁向杂质捕集容器50、延伸设置了大致为圆筒状的多个如图示的6个喷嘴主体100。另外，在前段滞留室80与上述杂质捕集容器50之间，设置有连接于工作气体通路66上的规定大小的工作气体头92。
而且，在上述工作气体头92长边方向的侧壁与上述杂质捕集器50的顶部62之间，为使工作气体头92与杂质捕集器50内相连通，并列设置了多个、如图所示的6个连通路102，经由该连通路102工作气体头92内的工作气体流入到杂质捕集容器50内。图7所示，该连通路102主要由：沿工作气体的流动方向其内径逐渐被缩径成为圆锥状的导入管104、连接在该导入管104上的圆筒状的混合管106、连接在该混合管106上并沿排气气体(工作流体)的流动方向其内径逐渐被扩径的扩散管108构成。
此处，由上述导入管104和混合管106构成喷嘴外筒110，由该喷嘴外筒110和上述喷嘴主体100形成喷嘴单元112。具体来说，上述喷嘴主体100与上述工作气体头92的一侧壁气密地贯通、并插入到头内部，该喷嘴主体100的前端部插入到上述混合管106的中间、且成为非接触状态。另外，在上述喷嘴主体100的前端部的外周，形成环状的、流路面积沿工作流体的流动方向逐渐缩小而在通过流路面积最狭窄的喉部100A后逐渐扩大的形状的、截面成为凸状的缩小部112，工作流体经过该流路时，X部与Y部(参照图7)之间的压差可以有效地转变成速度以实现在低温下的超音速状态。
因此，亦如图8所示，在中心部形成截面大致为圆形的排气气体导入口114，以包围该排气气体导入口114的周围的方式、形成截面大致为环状的工作流体喷射口100C，排气气体从上述排气气体导入口114导入到杂质捕集容器50内。另外，工作流体从上述工作流体喷射口100C喷射。另外，上述截面成凸状的缩小部112也可以不设在喷嘴主体100侧，而设在混合管106的内面侧，或也可以设在上述两侧上，任何一种方式，都可以以超音速状态喷射工作流体，只要可以形成所谓拉瓦尔喷嘴、就不限定其形状。
该第三实施例的情况也可以发挥与上面的第一实施例及第二实施例同样的作用效果。即，排气气体经由喷嘴主体100的中心由排气气体导入口114放出，另外，工作流体N2气体从工作气体头92经由导入管104内以及喉部100A、由环状的工作流体喷射口100C喷射出来。这时，该N2气体绝热膨胀的结果是进行自冷并在低温下成为超音速状态被喷射出来，所以如上所述卷入排气气体的同时凝结、凝固气体状的杂质。这时，与第二实施例的情况一样该喷嘴单元112发挥着泵机能，所以可以防止对排气传导性造成恶劣影响。
并且，在该第三实施例的情况下，因为以包围排气气体的周围的方式流动工作流体N2气体，所以排气气体可以避免与混合管106的内壁面或扩散管108的内壁面直接接触。因此，可以防止上述凝结、凝固的杂质附着在上述混合管106或扩散管108的内壁面上。另外，在该第三实施例的情况下，为了完全防止上述杂质的附着，可以如第二实施例那样设置防附着用加热单元96。
另外，在上述各实施例中，为了形成成为凝结、凝固的起点的核导入水蒸气并使水蒸气结冰，但对此没有限定，也可以使用陶瓷或石英等的粉末。另外，关于工作流体也不限定于N2气体，也可以使用Ar气体或He气体等惰性气体、H2气体等。
另外，关于成膜的膜种类也不限定于Ti膜，有必要从排气气体中除去反应副产物或未反应物质的所有的成膜装置或处理装置都可以适合地使用本发明。
另外，在上述各实施例中，作为被处理体以半导体晶片为例进行了说明，但并不限定于此，显然也可以适用于玻璃基板、LCD基板等。
如上所述，只要利用本发明的捕集装置、处理系统及除去杂质的方法，将由喷嘴单元进行绝热膨胀、成为超音速状态的工作流体吹入到排气气体中，由此冷却排气气体，凝结、凝固并捕集气体状的杂质，所以可以长时间地维持高的冷却效率，因此，也可以长时间地维持高的捕集效率。另外，由于可以不需要在以往捕集装置中使用的散热片等这样复杂的结构，所以当进行除去在杂质捕集容器中因凝结、凝固而附着的例如粘性的某捕集物的维护作业时，可以迅速且容易地进行该维护作业。另外，通过防附着用加热单元加热混合管或扩散管，可以防止杂质、例如粘性的某固体附着在该内壁面上。而且，由于在排气气体中导入了核，因此可以防止气体状的杂质成为过冷状态，可以促进其凝结、凝固，因此可以更进一步提高杂质的捕集效率。

Claims (17)

1.一种捕集装置，设置在具有对处理装置进行真空排气的真空泵的真空排气系统之中，用于除去在所述真空排气系统内流动的排气气体中所含有的气体状杂质，其中，在所述处理装置内对被处理体实施规定处理，其特征在于，具备：
杂质捕集容器，设置在所述真空排气系统的排气通路之中；
喷嘴单元，用于吹入因绝热膨胀而成为超音速状态的工作流体，使其与所述排气气体混合，同时在所述杂质捕集容器内，使所述排气气体的温度降低到所述杂质的临界点以下。
2.如权利要求1所述的捕集装置，其特征在于：
相对于所述杂质捕集容器并列设置多个所述喷嘴单元。
3.如权利要求1所述的捕集装置，其特征在于：
所述喷嘴单元具有其流路面积沿工作流体的流动方向逐渐缩小且在通过喉部后逐渐扩大的喷嘴主体。
4.如权利要求1所述的捕集装置，其特征在于：
所述喷嘴主体具有截面成形为大致圆形的工作流体喷射口，以包围所述工作流体喷射口的周围的方式形成有向所述杂质捕集容器侧导入所述排气气体的环状的排气气体导入口。
5.如权利要求1所述的捕集装置，其特征在于：
所述喷嘴主体具有截面成形为大致环状的工作流体喷射口，在其中心部形成有用来将所述排气气体向所述杂质捕集容器侧导入的大致为圆形的排气气体导入口。
6.如权利要求4所述的捕集装置，其特征在于：
设置有用来暂时滞留流向所述排气气体导入口的排气气体的前段滞留室。
7.如权利要求4所述的捕集装置，其特征在于：
在所述喷嘴单元的前端部侧，依次连接设置有：
混合从所述工作流体喷射口喷射的超音速的工作流体和从所述排气气体导入口导入的排气气体的混合管；以及，
使其流路面积逐渐扩大并具有泵机能的扩散管。
8.如权利要求7所述的捕集装置，其特征在于：
在所述混合管和所述扩散管中设置有用于防止所述杂质凝结、凝固并附着的防附着用加热单元。
9.如权利要求1所述的捕集装置，其特征在于：
设置有核导入单元，在所述混合气体中的所述气体状的杂质凝结、凝固时导入成为核的物质。
10.如权利要求1所述的捕集装置，其特征在于：
在所述杂质捕集容器中设置有用于使所述凝结、凝固的杂质附着的可拆卸的杂质附着板。
11.如权利要求1所述的捕集装置，其特征在于：
所述喷嘴单元是拉瓦尔喷嘴。
12.如权利要求1所述的捕集装置，其特征在于：
所述工作流体由N2、H2、Ar、He中的任一种气体组成。
13.如权利要求1所述的捕集装置，其特征在于：
所述处理装置是用于对被处理体实施成膜处理的成膜装置。
14.一种处理系统，其特征在于，具备：
用于对被处理体实施规定处理的处理装置；
设置有真空泵的真空排气系统，用于对所述处理装置内抽真空；
设置在所述真空排气系统之中的权利要求1所述的捕集装置。
15.一种除去杂质的方法，用于从对被处理体实施规定处理的处理装置排出的排气气体中，除去已成为气体状的杂质，其特征在于：
将因绝热膨胀而成为超音速状态的工作流体吹入到所述排气气体中使其与所述排气气体混合，同时通过使所述排气气体的温度降低到所述杂质的临界点以下，使所述杂质凝结、凝固。
16.如权利要求15所述的除去杂质的方法，其特征在于：
所述工作流体与所述排气气体的混合是通过以包围被喷射的所述工作流体的周围的方式喷射所述排气气体而进行的。
17.如权利要求15所述的除去杂质的方法，其特征在于：
所述工作流体与所述排气气体的混合是通过以包围被喷射的所述排气气体的周围的方式喷射所述工作气体而进行的。
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