Gegenstand der Erfindung
-
Diese Erfindung betrifft ein Vakuumevakuierungssystem mit
einer zwischen Vakuumbehandlungskammer und Vakuumpumpe
eingebauten Feinpartikel-Kollektorfalle zum Sammeln von in der
Vakuumbehandlungskammer vorhandenen Feinpartikeln, wie Stäube
oder dergleichen bevor diese zur Vakuumpumpe befördert
werden.
Stand der Technik
-
Wenn die Vakuumkammer einer Vorrichtung zur Bildung einer
dünnen Schicht auf einem Substrat, in welcher große Mengen
Staub entstehen können, zum Beispiel durch eine Vakuumpumpe
evakuiert wird, so ist bisher bekannt, daß ein Siebglied zum
Festhaften oder Sammeln der Stäube in einem zu evakuierendem
Gas eingesetzt wird, wobei das Siebglied in einem
Evakuierungsweg zwischengeschaltet wird, um die Vakuumpumpe vor
den Stäuben zu schützen. Es ist auch bekannt, daß eine in Öl
rotierende Trommel in dem Evakuierungsweg eingesetzt wird, um
die Stäube aus dem zu evakuierenden Gas an der Oberfläche der
Trommel oder an kleinen Teilchen, die in der Trommel
enthalten sind, festzuhalten.
-
In einer ultrafeine Partikel erzeugenden Vorrichtung
werden die entstandenen ultrafeinen Partikel in einer sammelnden
Kollektorkammer abgeschieden.
-
Wenn das zu evakuierende Gas durch das Siebglied oder die
in Öl rotierende Trommel hindurchgeht, ist die Reynoldszahl
klein, da das evakuierte Gas unter geringem Druck steht und
der Gasstrom laminar ist. Deshalb hängt die oben erwähnte
Adhäsion der feinen oder ultrafeinen Partikel im wesentlichen
von dem Diffusionseffekt durch die Brownsche Bewegung dieser
Partikel ab.
-
Zur ausreichenden Beseitigung der Stäube ist es in diesem
Fall erforderlich, den Evakuierungskanal eng zu gestalten, um
das Festhaften der Stäube an der Kanaloberfläche zu
erleichtern, sowie das evakuierte Gas fließen zu lassen, so daß eine
notwendige Durchflußrate im Schichterzeuger beibehalten wird.
Daraus ergibt sich, daß eine große Druckdifferenz zum
Durchströmen des evakuierten Gases erforderlich ist. Die
Druckdifferenz vermindert jedoch die in der Vakuumbehandlungskammer
wirksame Vakuum-Saugkraft der Vakuumpumpe und führt dazu, daß
der Druck in der Vakuumbehandlungskammer des Schichtzeugers
nachteilig ansteigt. Um dieses Problem zu umgehen, ist eine
Hochvakuumpumpe für die Vakuumbehandlungskammer notwendig.
Wenn der Evakuierungskanal einen relativ großen Querschnitt
besitzt, damit die Druckdifferenz nicht wesentlich ansteigt,
besteht das Problem, daß eine ausreichende Beseitigung der
Stäube aus dem evakuierten Gas schwierig ist.
-
Wie oben beschrieben, müssen, da keine Vereinbarkeit
zwischen ausreichender Beseitigung der Stäube und Reduzierung
der Druckdifferenz besteht, an einer bestimmten Stelle
Kompromisse eingegangen werden. So ergibt sich, daß es manchmal
schwierig ist, eine Staubkollektoreinheit (Falle) vor einer
mittleren Vakuumpumpe (z.B. eine Rootspumpe) zu installieren,
wenn die erforderliche Druckdifferenz nicht beachtlich
reduziert werden kann. Denn wenn eine Falle mit großer
Druckdifferenz zwischen der mittleren Vakuumpumpe und der
Vakuumkammer installiert ist, arbeitet die mittlere Vakuumpumpe
infolge der Druckdifferenz in der Falle nicht effektiv.
-
Folgend aus dem Umstand, daß die erforderliche
Druckdifferenz zum Durchströmen des Gases durch den Staubkollektor
nicht ausreichend reduziert werden kann, entsteht die
Schwierigkeit, daß das Hochvakuum nicht ohne Verschlechterung der
Leistung der in dem Evakuierungssystem des Schichterzeugers
verwendeten Vakuumpumpe erreicht werden kann. Ferner besteht
auch das Problem, wenn Öl für die Beseitigung der Stäube
verwendet wird, daß die Ölkomponente in die Vakuumkammer fließen
und den Schichterzeuger negativ beinflussen kann.
-
In der ultrafeine Partikel erzeugenden Vorrichtung werden
die hergestellten ultrafeinen Partikel zusammen mit dem
evakuierten Gas durch die Vakuumpumpe aufgenommen, und sie
verursachen Defekte, welche die Effektivität der Sammlung dieser
Partikel verschlechtern.
-
Es ist deshalb ein Gegenstand dieser Erfindung, die
Nachteile der oben erwähnten konventionellen Vorrichtungen zu
beseitigen und eine Feinpartikel-Kollektoefalle für ein
Vakuumevakuierungssystem zur Verfügung zu stellen, das effektiv
Feinpartikel in Niederdruckgas, wie Stäube und dergleichen,
ohne Steigerung der Druckdifferenz zwischen einer
Vakuumbehandlungskammer und dem Evakuierungssystem sammeln kann.
-
Ein anderer Gegenstand der Erfindung ist es, eine
Feinpartikel-Kollektorfalle in einem Vakuumevakuierungssystem
bereit zu stellen, die es möglich macht, eine serienmäßige
Vakuumpumpe zum Erzielen eines relativ hohen Vakuums zu
verwenden und eine einfache Instandhaltung zu sichern.
-
Ein weiterer Gegenstand der Erfindung ist es, eine
Feinpartikel-Kollektorfalle in einem Vakuumevakuierungssystem
bereit zu stellen, die zum Sammeln von ultrafeinen Partikeln
genutzt werden kann, welche in einer ultrafeine Partikel
erzeugenden Vorrichtung hergestellt werden.
Darstellung der Erfindung
-
Entsprechend der Erfindung wird ein
Vakuumevakuierungssystem bereitgestellt, das eine Feinpartikel-Kollektorfalle
enthält, wobei die Kollektorfalle ein Gefäß umfaßt, das von
einem doppelwandigen Zylinder gebildet wird und eine
Einlaßleitung, die mit einer Vakuumbehandlungskammer verbunden ist,
in der eine Behandlung erfolgt, und eine mit mindestens einer
Vakuumpumpe verbundenen Auslaßleitung aufweist, wobei der
Zwischenraum zwischen den Doppelwänden des doppelwandigen
Zylinders einen Durchlaß für strömendes Gas bildet und eine der
Doppelwände eine Hochtemperaturwand und die andere eine
Niedertemperaturwand ist.
-
Vorzugsweise besitzt der doppelwandige Zylinder eine
solche Länge, daß die Druckdifferenz zwischen der Vakuumkammer
und der Vakuumpumpe herabgesetzt wird, die nötig ist, um das
evakuierte Gas durch den Zwischenraum zu leiten und alle in
dem Gas vorhandenen Feinpartikel zu sammmeln.
-
Eine der Doppelwände des doppelwandigen Zylinders kann
von der Außenwand des Gefäßes gebildet werden, welches mit
Mitteln zum Heizen dieser Wand versehen ist, und die andere
Wand kann von einem inneren Zylinder gebildet werden, der im
wesentlichen im Zentrum der Außenwand angeordnet und mit
Mitteln zum Kühlen der anderen Wand versehen ist. Es ist
vorzuziehen, daß der Strömungsdurchlaß einen größeren Querschnitt
besitzt, als die Einlaßleitung.
-
Die Einlaßleitung kann z. B. mit der Vakuumkammer des
Schichterzeugers und die Auslaßleitung mit der Vakuumpumpe
für ein niedriges oder mittleres Vakuum verbunden sein. Wenn
die Vakuumpumpe arbeitet, wird das in der Vakuumkammer
vorhandene Gas durch den Durchlaß des Kollektorgefäßes von der
Vakuumpumpe aufgenommen und die in dem Gas enthaltenen
Feinpartikel, wie Stäube, die durch die Vakuumpumpe aufgenommen
werden, bewegen sich mit einer bestimmten Geschwindigkeit
durch thermophoretische Kräfte von der Hochtemperaturseite
zur Niedrigtemperaturseite des Durchlasses des
Kollektorgefäßes und setzen sich an der Niedertemperaturwand ab. Da die
Feinpartikel eine Geschwindigkeit besitzen, welche bei
Erniedrigung des Gasdruckes und bei Anstieg des
Temperaturgradienten zunimmt, kann dieselbe thermophoretische
Geschwindigkeit mit einem niedrigeren Druck und einem niedrigeren
Temperaturgradienten erreicht werden. Daraus ergibt sich, daß die
Feinpartikel in dem Gas ausreichend von der
Niedertemperaturwand angezogen werden, selbst wenn der Raum zwischen der
Nieder-
und der Hochtemperaturwand zur Verringerung des
Temperaturgradienten stark vergrößert wird, d.h., wenn der
Querschnitt der Durchflußleitung vergrößert wird, vorausgesetzt,
daß ein hinreichend niedriger Gasdruck verwendet wird.
Ferner kann, wenn der Querschnitt des Kollektordurchlasses
größer ist als der der Einlaßleitung, die zum Sammeln der
Feinpartikel erforderliche Druckdifferenz klein sein, so daß
eine Vakuumpumpe für ein relativ hohes Vakuum verwendet
werden kann, wodurch die Abnahme des Druckes in der Vakuumkammer
beschleunigt wird.
-
Damit diese Erfindung noch deutlicher verständlich wird,
werden nun genauere Details mit Bezug auf die beiliegenden
Zeichnungen dargelegt.
Kurzbeschreibung der Zeichnungen
-
Fig. 1 ist die Ansicht eines Längsschnitts, der den
grundlegenden Teil einer Feinpartikel-Kollektorfalle für ein
Vakuumevakuierungssystem entsprechend der Erfindung zeigt;
-
Fig. 2 ist eine Kurve, die die Charakteristik der
erläuterten Falle zeigt;
-
Fig. 3 ist die Ansicht eines Längsschnitts, der ein
anderes Ausführungsbeispiel der Erfindung zeigt;
-
Fig. 4 ist die Ansicht eines Längsschnitts, die eine
Modifikation des Ausführungsbeispiels entsprechend Fig. 1
zeigt;
-
Fig. 5 ist die Ansicht eines Längsschnitts, die ein
weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung zeigt;
-
Fig. 6 ist die Ansicht eines Längsschnitts, die ein
weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung zeigt;
-
Fig. 7 bis 11 sind Schnittdarstellungen und zeigen
verschiedene Ausführungsbeispiele einer Entladungseinrichtung in
Bezug auf die Vorrichtung der Fig. 6;
-
Fig. 12 ist eine perspektivische Ansicht, die ein
weiteres Ausführungsbeispiel der Entladungseinrichtung in Fig. 6
zeigt;
-
Fig. 13 ist eine Schnittdarstellung, die ein weiteres
Ausführungsbeispiel der Erfindung zeigt;
-
Fig. 14 ist eine Schnittdarstellung, die ein weiteres
Ausführungsbeispiel der Erfindung zeigt;
-
Fig. 15 bis 17 sind Schnittdarstellungen und zeigen
verschiedene Ausführungsbeispiele einer Entladungseinrichtung in
Bezug auf die Vorrichtung der Fig. 14.
Detaillierte Beschreibung
-
Es wird auf Fig. 1 der Zeichnungen Bezug genommen, in der
ein Ausführungsbeispiel dieser Erfindung dargestellt ist.
-
In Fig. 1, bezeichnet die Bezugsnummer 1 ein aus einem
doppelwandigen Zylinder bestehendes Gefäß, das mit einer
Eingangsleitung 2 versehen ist, die mit einer Vakuumkammer 3
einer nicht gezeigten Vorrichtung zur Erzeugung einer Schicht
auf einem Substrat oder dergleichen verbunden ist,
und einer Auslaßleitung 4, die mit einer Vakuumpumpe 5, wie
z. B. einer Rootspumpe, verbunden ist. Das Gefäß 1 besteht
aus einem Außenwandzylinder 6 und einem Innenwandzylinder 7
und zwischen den Zylindern 6 und 7 befindet sich ein Durchlaß
8. Der Durchlaß 8 ist mittels der Vakuumflansche 2a und 4a
hermetisch mit der Einlaßleitung 2 beziehungsweise der
Auslaßleitung 3 verbunden und besitzt einen Querschnitt, der
größer ist als der der Einlaßleitung 2.
-
Ein Erhitzer 9 ist um die äußere Oberfläche des
Außenwandzylinders 6 gewickelt, dessen Temperatur mittels
eines nicht gezeigten Temperaturkopplers geregelt werden
kann. Durch Kühlwasserrohre 10 und 10, die durch die
Abdeckung 1a des Gefäßes 1 hindurch in den Innenwandzylinder
7 ragen, um durch Zu- und Abfluß des Kühlwassers den Zylinder
7 auf einer niedrigen Temperatur zu halten, wird das
Kühlwasser zu- und abgeführt.
-
In Fig. 1 bezeichnet die Bezugsnummer 11 einen Bypass zum
Verbinden der Vakuumpumpe 5 und der Vakuumkammer 3 durch
Überbrückung des doppelwandigen Zylindergefäßes, die Nummern
12 und 13 stellen Ventile dar, die sowohl in der
Einlaßleitung als auch in der Auslaßleitung vorgesehen sind, und
Nummer 14 und 15 sind im Bypass 11 angeordnete Ventile.
-
Es soll die Arbeitsweise der dargestellten
Feinpartikelfalle beschrieben werden.
-
Wenn die Vakuumpumpe 5 in einem Zustand betrieben wird,
bei dem die Ventile 14 und 15 des Nebenschlusses 11
geschlossen sind, wird das Gas von der mit der Einlaßleitung 2
verbundenen Vakuumkammer 3 durch die Einlaßleitung 2 und den
Durchlaß 8 im doppelwandigen Gefäß 1 zur Auslaßleitung 4
geleitet und von der Vakuumpumpe aufgenommen. Da der Durchlaß 8
durch den Raum zwischen dem äußeren Hochtemperaturzylinder 6,
mit z. B. 120ºC, und dem inneren Niedertemperaturzylinder 7,
mit z. B. 20ºC, gebildet wird, entsteht im Gasstrom durch
den Durchlaß 8 ein Temperaturgradient rechtwinklig zu den
Zylindern 6 und 7. Dadurch werden die Feinpartikel im Gas durch
die thermophoretischen Kräfte mit einer bestimmten
Geschwindigkeit von der Seite des äußeren
Hochtemperaturzylinders zur Seite des inneren Niedertemperaturzylinders
bewegt und an der Wandoberfläche des inneren
Niedertemperaturzylinders 7 festgehalten. In diesem Falle werden die
Bewegungsgeschwindigkeiten der Feinpartikel selbst bei einem
kleinen Temperaturgradienten die gleichen bleiben, wenn im
se1ben Maße der Druck im Durchlaß 8 niedriger wird.
Dementsprechend kann der Raum zwischen dem äußeren
Hochtemperaturzylinder 6 und dem inneren Niedertemperaturzylinder 7 in
bestimmtem Maße vergrößert werden, wenn die Feinpartikel aus
dem unter niedrigem Druck strömenden Gas gesammelt werden
sollen.
-
Da ferner der Radius des inneren Zylinders 7 frei gewählt
werden kann, kann der Querschnitt des Durchlasses 8 beinahe
beliebig im Vergleich zur Einlaßleitung 2 vergrößert werden.
-
Deshalb kann entsprechend des erläuterten
Ausführungsbeispiels die erforderliche Druckdifferenz, die den Gasstrom
durch den Durchlaß ermöglicht, ausreichend reduziert werden.
Folglich kann nicht nur eine Vakuumpumpe für niedriges
Vakuum,
sondern auch eine Vakuumpumpe zum Erzielen relativ
hohen Vakuums verwendet werden. Da ferner die Leistungen dieser
Vakuumpumpen hinreichend genutzt werden, kann die
Vakuumkammer 3 auf ein relativ hohes Vakuum evakuiert werden.
-
Im Falle, daß die Vakuumpumpe 5 häufig gestartet und
gestoppt wird, werden die Ventile 12 und 13 in der
Einlaßleitung und Auslaßleitung 2 und 4 geschlossen und die Ventile 14
und 15 in der Nebenleitung 11 so geöffnet, daß der Gasstrom
hierdurch kurzgeschlossen wird, und damit kann vermieden
werden, daß die in der Vakuumkammer 1 gesammelten Feinpartikel
durch die entstehende Druckveränderung infolge des Ein- und
Ausschaltens der Vakuumpumpe 5 aufgewirbelt und aus der
Vakuumkammer 1 herausgetragen werden.
-
Desweiteren können die Feinpartikel, die an der Wand des
Niedertemperatur-Innenzylinders 7 des Gefäßes 1 anhaften,
leicht durch Demontage des Innenzylinders 7 entfernt werden.
-
Es versteht sich, daß die Größe des Kollektorgefäßes 1 in
Abhängigkeit von der Durchflußrate des Gases ausgewählt
werden kann.
-
Fig. 2 zeigt die gemessenen Ergebnisse, wenn die
Vorrichtung in Fig. 1 in einem Plasma-CVD-Gerät angewandt wird und
200 SCCM (cc/min bei normalem atmosphärischen Druck) N&sub2; , 50
SCCM O&sub2;, 5 SCCM Si&sub2;H&sub6; bei 0,3 Torr in den Schichterzeuger
eingespeist werden.
-
In diesem Falle beträgt die Temperatur des
Hochtemperatur-Außenwandzylinders 110ºC und die Temperatur des
Niedertemperatur-Innenwandzylinders 10ºC. Fig. 2 zeigt den Druck
(Torr) im Schichterzeuger auf der Ordinate und die Zeit
(Minuten) auf der Abszisse. Eine durchgezogene Linie (a) in Fig.
2 zeigt den Fall, daß die Falle arbeitet und eine
gestrichelte Linie (b) zeigt, daß die Falle nicht arbeitet.
-
Wie die gestrichelte Linie (b) erkennen läßt, ist in dem
Zustand, daß die Falle nicht arbeitet, die Vakuumpumpe 5
durch die reaktiven Produkte (SiO&sub2;) verstopft, was dazu
führt, daß sie das Gas nicht in annähernd 10 Minuten
evakuiert, so daß der Druck auf 10 Torr ansteigt.
-
Wenn die Falle jedoch arbeitet, tritt keine Veränderung
des Druckes ein, wie aus der durchgezogenen Linie (a)
ersichtlich ist, und es entsteht keine Verstopfung der
Vakuumpumpe.
-
Als die Falle nach Beendigung der Experimente abgebaut
wurde, bestätigte sich, daß die Feinpartikel in großen Mengen
an der inneren (gekühlten) Zylinderwand 7 abgesetzt waren.
-
Fig. 3 zeigt ein anderes Ausführungsbeispiels dieser
Erfindung, wobei die gleichen Bezugsnummern wie in Fig. 1
gleiche oder äquivalenten Teile bezeichnen.
-
Dieses Ausführungsbeispiel unterscheidet sich von dem
ersten Ausführungsbeispiel in Fig. 1 dadurch, daß auf dem
Außenzylinder 6 des doppelwandigen Zylindergefäßes 1 eine
Kühlwasserleitung 16 und im Innenwandzylinder 7 ein Erhitzer
17 angeordnet ist.
-
Nach dem in Fig. 3 gezeigten Ausführungsbeispiel werden,
wenn die Vakuumpumpe arbeitet, die Feinpartikel in Gefäß 1
durch die thermophoretischen Kräfte vom Innenzylinder 7, der
auf hoher Temperatur gehalten wird, in Richtung zur inneren
Oberfläche des Außenzylinders 6, der die niedrige Temperatur
besitzt, bewegt und an der inneren Wandoberfläche des
Außenzylinders 6 festgehalten. Nachdem der Betrieb gestoppt wurde,
werden die an der Innenwand des auf niedriger Temperatur
gehaltenen Außenzylinders 6 anhaftenden Feinpartikel durch
Abbau des Deckels 1a und des Innenzylinders 7 entfernt, und die
Innenwandoberfläche wird dann gereinigt.
-
In dem oben beschriebenen Ausführungsbeispiel wurde
dargestellt, daß die Falle gemäß dieser Erfindung in einer
Beschichtungsvorrichtung verwendet wird. Wenn diese Erfindung
jedoch in einer ultrafeine Partikel erzeugenden Vorrichtung
eingesetzt wird, kann die Einlaßleitung 2 mit einer
Vakuumkammer zur Erzeugung ultrafeiner Partikel und die
Auslaßleitung mit einer geeigneten Vakuumpumpe verbunden sein.
-
Als Heizungsmittel für die Hochtemperaturwand ist jeder
geeignete Typ verwendbar, wie z. B. ein Heizblock, der an
oder eingebettet in der Hochtemperaturwand angeordnet wird.
Um zu verhindern, daß Wärme abgestrahlt wird, ist außerhalb
der Hochtemperaturseite ein Wärmeisolationsmaterial
vorhanden.
-
Andererseits ist auch als Kühlmittel der
Niedertemperaturwand jeder geeignete Typ verwendbar. Eine
Kühlwasserleitung, wie in dem zweiten Ausführungsbeispiel, kann an stelle
einer ummantelten Art in dem ersten Ausführungsbeispiel
eingesetzt werden. Die Niedertemperaturwand muß nicht mit Wasser
gekühlt werden, sondern kann auf Raumtemperatur gehalten
werden. In diesem Fall muß die Temperatur der HochtemperaturWand
geregelt werden, um die Temperaturdifferenz zwischen der
Hoch- und der Niedertemperaturwand in einem vorbestimmten
Bereich zu halten.
-
Bei Einsatz dieser Erfindung in einer Vorrichtung, die
Gas verwendet, das nicht gefährlich ist, selbst wenn es
kondensiert wird, kann die Hochtemperaturseite auf
Raumtemperatur gehalten und die Niedertemperaturseite mit flüssigem
Stickstoff gekühlt werden.
-
Der Doppelwandzylinder des Gefäßes gemäß der Erfindung
ist vorzugsweise in Zylinderform aber er kann auch als
polygonaler Zylinder ausgebildet werden.
-
In Fig. 4 , die ein weiteres Ausführungsbeispiel dieser
Erfindung zeigt, bezeichnen die gleichen Bezugsnummern wie in
Fig. 1 gleiche oder äquivalente Komponenten.
-
Die Bezugsnummer 20 kennzeichnet einen Temperaturdetektor
zum Erfassen der Temperaturen der beiden Zylinder 6 und 7,
der mit den separat an den Wänden der Zylinder 6 und 7
angebrachten Thermoelementen 20a und 20b verbunden ist, und die
durch die Thermoelemente 20a und 20b erfaßten Temperaturwerte
der beiden Wände in einen Prozessor 21 einspeist.
-
Der Prozessor 21 berechnet auf der Grundlage der vom
Detektor 20 gemessenen Temperaturwerte die Temperaturdifferenz
und vergleicht sie so mit der vorbestimmten
Temperaturdifferenz zwischen der Hochtemperaturwand und der
Niedertemperaturwand, die notwendig ist, um die durch Berechnung oder
Experimente vorbestimmte Leistung (Temperaturgradient X Abstand
zwischen den Wänden) zu erhalten. Der Prozessor 21 erzeugt
dann ein Ausgangssignal, das proportional zur Differenz
zwischen der vorbestimmten und der vorhandenen Temperatur ist
und gibt es in einen Leistungsregler 22 zur Regelung der
Stromversorgung des Erhitzers 9 ein. Der Leistungsregler 22
hat die Aufgabe, die Stromversorgung des Erhitzers 9 so zu
regeln, daß beide Temperaturdifferenzen gleich werden.
Als Leistungsregler 22 kann irgendein bekannter Regler
verwendet werden, wie ein Ein/Aus-Regler, ein Proportionalregler
oder ein PID-Regler.
-
Der Regelungsablauf der Einheiten soll anhand eines Beispiels
beschrieben werden.
-
Um z.B. eine vorbestimmte Leistung durch die oben
beschriebene Feinpartikel-Falle zu erhalten, sei angenommen,
daß eine Temperaturdifferenz von 100ºC zwischen den Hoch- und
Niedertemperaturwänden benötigt wird. Mit anderen Worten,
Temperaturgradient X Abstand zwischen den Wänden ist gleich
100ºC.
-
Deshalb muß, wenn die Temperatur des Kühlwassers 20ºC
beträgt, die Hochtemperaturwand auf 120ºC erwärmt werden.
-
Bislang ist das eine bloße Vorgabe, im
Ausführungsbeispiel jedoch funktioniert das wie folgt:
-
(A) Die vorgegebene Temperaturdifferenz 100ºC wird in den
Prozessor 21 eingegeben und gespeichert.
-
(B) Dann werden die Temperaturen der Hoch- und
Niedertemperaturwände durch die Thermoelemente 20a und 20b gemessen und in
den Temperaturdetektor 20 eingegeben.
-
(C) Durch den Prozessor 21 wird die Temperaturdifferenz
zwischen den beiden eingegebenen Temperaturwerten berechnet.
-
(D) Wenn die berechnete Temperaturdifferenz größer als die
nach dem obigen Punkt (A) vorgegebene Temperaturdifferenz
ist, wird die Stromversorgung des Erhitzers 9 durch den
Leistungsregler 22 gestoppt, ist jedoch die Differenz kleiner,
wird die Stromversorgung angelegt oder gesteigert.
-
(E) Es sei angenommen, daß die Falle mit 120ºC und 20ºC
arbeitet, und die Temperatur an der Niedertemperaturwand
infolge eines Defektes, wie etwa eine Unterbrechung des
Kühlmittels, auf 30ºC ansteigt. In diesem Fall wird die
Temperaturdifferenz 90ºC. Dadurch gibt der Leistungsregler 22
ununterbrochen ein Ausgangssignal zum Einschalten des Erhitzers 9
ab, bis die Hochtemperaturwand 130ºC erreicht hat, so daß die
Temperaturdifferenz 100ºC wird.
-
(F) Auf diese Weise entwickelt die Falle durch Einstellen der
Hochtemperaturwand auf 130ºC und der Niedertemperaturwand auf
30ºC die vorbestimmte Leistung.
-
Fig. 5 ist die schematische Darstellung eines weiteren
Ausführungsbeispiels dieser Erfindung, bei der zwei Gefäße 1A
und 1B zur Verbesserung der Partikelfallenfunktion seriell
miteinander verbunden sind. In dem erläuterten
Ausführungsbeispiel kennzeichnen die gleichen Bezugsnummern wie in Fig.
1 gleiche oder äquivalente Komponenten.
-
Die Auslaßleitung 4 des Vorstufengefäßes 1A ist mit der
Einlaßleitung 2 des Nachstufengefäßes 1B durch einen Bypass
23 verbunden.
-
Fig. 6 zeigt schematisch eine Abänderung des
Ausführungsbeispiels in Fig. 5. Es ist von Bedeutung, daß sich dieses
Ausführungsbeispiel von dem Ausführungsbeispiel in Fig. 5
durch die Einfügung einer Entladungseinrichtung 24 an dem
Bypass 23 zwischen Auslaßleitung 4 des Vorstufengefäßes 1A und
Einlaßleitung 2 des Nachstufengefäßes 1B unterscheidet.
-
Die Entladungseinrichtung 24 kann in verschiedenartigen
Formen gestaltet werden, wie aus den Fig. 7 bis 12
ersichtlich ist.
-
In der Anordnung der Fig. 7 sind zwei Elektroden 26 und
26 durch Isolationsflansche 27 in dem Bypass 23, die die
Vorstufen- und die Nachstufenfalle verbindet, einander
gegenüberstehend befestigt. Durch eine Wechselspannungsquelle 28
wird den beiden Elektroden 26 und 26 eine hohe
Wechselspannung (einschließlich Hochfrequenz) zur Erzeugung einer
Entladung zwischen ihnen zugeführt, wodurch ein Plasma entsteht.
Es versteht sich, daß an Stelle einer Wechselspannungsquelle
28 eine Spannungsquelle mit hoher Gleichspannung zur
Erzeugung
einer Gleichspannungsentladung zwischen den Elektroden
26 und 26 verwendet werden kann.
-
Entsprechend diesem Ausführungsbeispiel beschleunigt das
durch die Entladung zwischen den Elektroden 26 und 26
erzeugte Plasma die Reaktion nichtreaktiven Gases.
-
In der Anordnung der Fig. 8 ist eine Kathode 29 durch
einen Isolator 30 in dem Bypass 23, die die Vorstufen- und
die Nachstufenfalle miteinander verbindet, eingesetzt, um ein
Plasma zwischen der Kathode 29 und dem Bypass 23, welche auf
Nullpotentials liegt, zu erzeugen.
-
In der Anordnung nach Fig. 9 ist ein Verbindungsstück 31
vorgesehen, welches isoliert durch Isolierflansche 32 und 32
in den Bypass 23 eingefügt wird, und eine hohe negative
Spannung wird an das isolierte Verbindungsstück 31 angelegt zur
Erzeugung einer Entladung zwischen ihm und dem Bypass 23,
welche auf Nullpotential liegt.
-
In Fig. 10 besteht ein Teil 33 des Bypasses 23, die die
Vorstufen- und Nachstufenfalle miteinander verbindet, aus
einem dielektrischen Material, um das Verbindungsteil 33 ist
außen eine Hochfrequenzspule 34 gewickelt und durch eine
hochfrequente Spannungsquelle 35 wird eine
Hochfrequenzspannung zur Ezeugung eines Potentialgradienten infolge eines
elektrischen Raumfeldes an die Spule 34 angelegt, wodurch
darin eine Entladung ohne Elektroden erzeugt wird.
-
Bei der in Fig. 11 gezeigten Anordnung besteht ein Teil
36 des Bypasses 23, die die Vorstufen- und Nachstufenfalle
miteinander verbindet, aus dielektrischem Material (z.B. eine
Quarzglasleitung) und ein Mikrowellenhohlraumresonator (in
dem der von einem Leiter umgebene Innenraum ist, der einen
Mikrowellenresonanzkreis bildet) 37 ist so angeordnet, daß er
das Verbindungsteil 36 zum Zwecke der Erzeugung einer
Entladung in des Bypasses auf Grund der Mikrowellen im Resonator
37 umgibt. Wie Fig. 12 zeigt, wird der Resonator 37 durch
Einschieben des Verbindungsteils 36 zwischen zwei
Hohlraumresonatorboxen 37a und 37b aus normalem Leitermaterial und
durch Einrasten dieser Resonatorboxen in Pfeilrichtung
montiert.
Es kann eine Entladung durch Mikrowellen in der in die
Resonatorboxen 37a und 37b eingefügten Teilverbindung 36
erzeugt werden.
-
In der in Fig. 6 gezeigten Anordnung werden die meisten
der in dem evakuierten, durch das Gefäß der Vorstufenfalle 1A
fließenden Gas enthaltenen Partikel überwiegend von der
Oberfläche des Innenzylinders 7 durch Thermophorese festgehalten,
die in dem evakuierten Gas enthaltenen nichtreaktiven
Gaskomponenten können jedoch durch das Vorstufengefäß 1A
hindurchtreten. Die nichtreaktive Gaskomponente wird durch die
Entladungseinrichtung 24 beim Hindurchtreten durch den Bypass
23, die die Auslaßleitung 4 des Gefäßes 1A mit der
Einlaßleitung 2 der Nachstufenfalle verbindet, reaktiviert, um sie
abtrennbar zu machen. Die abtrennbare Gaskomponente wird von
der Wandoberfläche des Zylinders 7 durch Thermophorese
festgehalten, wobei sie zusammen mit den Feinpartikeln, die nicht
in dem Vorstufengefäß 1A gesammelt wurden, gesammelt oder
abgeschieden wird.
-
Auf diese Weise kann die nichtreaktive Gaskomponente
extrem reduziert und die meisten Partikel können gesammelt
werden. Dadurch können etwaige Verstopfungen der Vakuumpumpe
vermieden und die Lebensdauer der Ölpumpe beachtlich erhöht
werden.
-
Fig. 13 ist die schematische Ansicht eines weiteren
Ausführungsbeispiels dieser Erfindung, in der eine
Reinigungsvorrichtung eingesetzt wird, und die gleichen Bezugsnummern
wie die in Fig. 1, 4, 5 und 6 bezeichnen die gleichen oder
äquivalente Komponenten.
-
In Fig. 13 ist der Heizer 9 an dem Außenwandzylinder 6
des Gefäßes 1 angeordnet, und der Innenwandzylinder 7 erhält
eine niedrige Temperatur in der Weise, daß ein Kühlmittel in
ihm enthalten und nur sein Oberteil zur Umgebung geöffnet
ist.
-
Ein ringförmiges Element 40 aus einem Magneten oder einem
magnetischen Material ist höhenverstellbar an der äußeren
Wandoberfläche des Zylinders 7 eingepaßt. Ein stabiler
Zylinder 41, in den an der peripheren Oberfläche ein Magnet 42
eingesetzt wurde, ist in dem Zylinder 7 axial verschiebbar.
Der stabile Zylinder 41 ist mit einer nicht gezeigten Nut an
der peripheren Oberfläche versehen, die zur Verhinderung
seines Verdrehens, in einem axialen Steg 43 an der inneren
Oberfläche des Zylinders 7 eingreift. Der Magnet 42 dient der
magnetischen Kopplung des stabilen Zylinders 41 und des
Ringelements 40. Der stabile Zylinder 41 ist ferner mit einem
Gewinde an der inneren Oberfläche ausgerüstet, das in eine
Gewindespindel 44 eingreift, die durch einen am Oberteil
montierten Umsteuermotor angetrieben wird. Dadurch kann der
stabile Zylinder 41 bei Drehung der durch den Motor 45
angetriebenen Spindel 44 nur in der Höhe entlang der inneren
Oberfläche des Zylinders 7 bewegt werden.
-
Andererseits ist ein Staubbehälter 46 über ein
Absperrventil 47 abnehmbar am Boden des Gefäßes 1 angeordnet. Der
Staubbehälter 46 steht mit der Umgebung durch ein Ablaßventil
48 in Verbindung.
-
Es wird nun die Arbeitsweise der Reinigungseinrichtung
beschrieben.
-
(A) Das Absperrventil 47 im Boden des Gefäßes 1 ist geöffnet.
-
(B) Der Motor 45 wird eingeschaltet und verursacht auf Grund
der Abwärtsbewegung des stabilen Zylinders 41 durch Rotation
der Spindel 44 die Abwärtsbewegung der vorher, wie in Fig. 13
gezeigt, am oberen Ende des Zylinders 7 gehaltenen
Schabeeinrichtung 40, wodurch die Stäube oder Partikel, die in großen
Mengen an der äußeren Wandoberfläche des Zylinders 7
anhaften, abgeschabt werden und in den unteren Staubbehälter 46
fallen. Während dieser Zeit ist das Ablaßventil 48
geschlossen.
-
(C) Nachdem alle an der Wand des Zylinders 7 anhaftenden
Stäube abgeschabt wurden, ist die Reinigung beendet und das
Absperrventil 47 wird geschlossen.
-
(D) Das Ablaßventil 48 wird geöffnet, um die atmosphärische
Luft in den Staubbehälter 46 einzuleiten und ihn auf
atmosphärischen Druck zu bringen, und dann wird der Behälter 46
zum Entnehmen der darin gesammelten Stäube abgenommen.
-
Wie oben beschrieben, kann die Reinigung einfach ohne
Demontage des Kollektors oder seine Wiedereinstellung auf
atmospärischen Druck durchgeführt werden. Entsprechend des oben
beschriebenen Ausführungsbeispiels kann die Reinigung leicht
in kurzer Zeit durchgeführt werden. Dadurch ist keine
Vorsorge für einen Ersatzkollektor (Falle) erforderlich.
-
Die diagrammartige Darstellung Fig. 14 zeigt den
Gebrauchszustand einer Feinpartikel-Kollektorfalle entsprechend
eines weiteren Ausführungsbeispiels dieser Erfindung, in der
die gleichen Bezugsnummern wie in Fig. 1 gleiche oder
äquivalente Komponenten bezeichnen.
-
In Fig. 14 bezeichnet die Bezugsnummer 1 ein Gefäß für
eine Feinpartikelfalle des Thermophoresetyps, in der (nicht
gezeigte) Hoch- und Niedertemperaturwände einander gegenüber
angeordnet sind, und in der sich die Feinpartikel im Gas auf
grund der Thermophorese von der Hochtemperaturwand zur
Niedertemperaturwand bewegen und an der Niedertemperaturwand
festgehalten werden.
-
Eine Entladungsröhre 50, die aus einem dielektrischem
Material besteht, ist an der Einlaßleitung 2 des Gefäßes 1
montiert, und eine Spule 51 ist an der Außenseite der
Entladungsröhre 50 angeordnet und mit einer hochfrequenten
Stromquelle 52 verbunden.
-
Eine Einlaßleitung für Reinigungsgas 53 ist mit der
Einlaßleitung 2 verbunden, die in die Eingangsseite der
Entladungsröhre 50 mündet, und in der Einlaßleitung 53 ist ein
Ventil 54 angeordnet. Das durch die Einlaßleitung 53 in einem
System zur Reinigung von Feinpartikeln (Puder), wie SiO&sub2;,
eingespeiste Reinigungsgas kann z.B. CF&sub4; sein. Ferner können
Fluorgase, wie SF&sub6;, C&sub2;F&sub6;, C&sub3;F&sub8; verwendet werden.
-
Auf der anderen Seite wird eine Vakuumpumpe 55 zum
Wiedergewinnen des Reinigungsgases eingesetzt und durch ein
Ventil 56 mit der Vorderseite (Gegenstrom-Seite) des Ventils 13
in der Hauptleitung an der Auslaßleitung 4 verbunden. Die
erläuterte Feinpartikelfalle arbeitet wie folgt:
-
Wenn die in einem Schichterzeugungsprozeß, z.B.CVD,
entstandenen Feinpartikel, wie Stäube, in mehreren schichten an
der Oberfläche der Niedertemperaturwand des Fallengefäßes 1
abgeschieden sind und es notwendig ist, sie zu reinigen,
werden die Ventile 12 und 13 der Hauptleitung geschlossen und
die Ventile 14 und 15 des Bypasses 11 zur Fortsetzung der
Evakuierung geöffnet.
-
Wenn das Ventil 54 der Reinigungsgaseinlaßleitung 53
geöffnet und das Reinigungsgas, z.B. CF&sub4;, durch die
Einlaßleitung 53 eingeleitet wird, wird gleichzeitig das CF&sub4; in einem
Plasma, das in der Entladungsröhre 50 durch Anlegen einer
Hochfrequenzschwingung an sie erzeugt wird, aktiviert.
Dadurch reagiert das CF&sub4; chemisch mit dem an der
Niedertemperaturwand festgehaltenen SiO&sub2;, so daß SiF&sub4; im Gaszustand
entsteht, welches dann mittels der Vakuumpumpe 55 durch das
geöffnete Reinigungsgas-Auslaßventil 56 hindurch zurückgewonnen
und zwecks Reinigung in die Falle rückgeführt wird.
-
Wenn der Reinigungsvorgang in dieser Weise beendet ist,
werden die Ventile 14 und 15 in dem Bypass 11 geschlossen,
die Ventile 12 und 13 in der Hauptleitung geöffnet, und die
Hauptleitung der normalen Falle ist wieder für einen nächsten
Ausfallvorgang eingestellt.
-
Entsprechend dieses Ausführungsbeispiels kann die
Reinigung ohne Demontage der Falle durchgeführt werden, so daß
eine Gefahr vermieden und die Effizienz erhöht werden kann.
-
Fig. 15 bis 17 zeigen schematisch wesentliche Teile von
anderen Ausführungsbeispiele der Entladungseinrichtung.
-
In der in Fig. 15 gezeigten Anordnung, in der sich zwei
Elektroden 57 und 57, durch ein Isolationsmaterial 58 an der
Einlaßleitung 2 befestigt gegenüberstehen, wird eine
Hochspannung von einer Hochfrequenz-Spannungsquelle 59 an die
beiden Elektroden 57 und 57 zur Erzeugung einer Entladung
zwischen ihnen angelegt, wodurch ein Plasma entsteht. Anstatt
einer Hochfrequenz-Spannungsquelle 59 kann auch eine
Hochspannungs-Gleichstromquelle zur Erzeugung einer
Gleichstromentladung verwendet werden.
-
In dem erläuterten Ausführungsbeispiel aktiviert das
durch die Entladung zwischen den Elektroden erzeugte Plasma
das Reinigungsgas.
-
Fig. 16 zeigt eine Anordnung, bei der eine ringförmige
Elektrode 60 mittels eines Isolators 61 an dem oberen Deckel
la des Fallengefäßes 1 sowie eine plattenförmige Elektrode 62
mittels eines Isolators 63 am unteren Deckel 1b befestigt
ist. Zur Erzeugung einer Entladung zwischen den Elektroden
wird durch die Hochfrequenz-Spannungsquelle 64 an beide
Elektroden 60 und 62 eine Hochspannung angelegt, wodurch zwischen
ihnen ein Plasma entsteht.
-
Fig. 17 zeigt eine Anordnung, bei der der obere Deckel 1a
des Fallengefäßes 1 über einen Isolator 65 an einem Flansch
1c des Gefäßkörpers befestigt ist und die Flansche 2a und 4a
der Einlaß- und Auslaßleitung 2 und 4 über Isolatoren 66 und
67 an den Flanschen 2b und 4b des Gefäßkörpers 1 befestigt
sind. Eine Hochfrequenz-Spannungsquelle 68 ist über Leitungen
mit dem oberen Deckel 1a und dem körperseitigen Teil der
Einlaßleitung 2 verbunden, wodurch direkt zwischen dem oberen
Deckel 1a des Gefäßes 1 und der Einlaßleitung 2 eine
Entladung und damit ein Plasma erzeugt wird.
-
Bei den in Fig. 16 und 17 gezeigten Ausführungsbeispielen
wird das Plasma direkt innerhalb des Gefäßes erzeugt und
deshalb sowohl die Aktivierung des Reinigungsgases als auch die
chemische Reaktion der an der Niedertemperaturwand
anhaftenden Partikel im Gefäß durchgeführt. Dadurch haben diese
Ausführungsbeispiele den Vorteil, daß die Überführung der
reaktiven Stoffe in die Gasphase beschleunigt werden kann.
-
Entsprechend dieser oben beschriebenen Erfindung besteht
das Gefäß, welches eine mit der Vakuumkammer verbundene
Einlaßleitung und eine mit der Vakuumpumpe verbundene
Auslaßleitung besitzt, aus dem Doppelwandzylinder, der mit der
Hoch- und der Niedertemparaturwand versehen ist, und zwischen
den beiden Wänden wird der Durchlaß gebildet. Dadurch können
folgende Vorteile erreicht werden.
-
(i) Die in dem Gas, das durch die Einlaßleitung eingelassen
wird, enthaltenen Feinpartikel werden an der
Niedertemperaturwand festgehalten, um wirksam gesammelt zu werden.
-
(ii) Da die erzeugte Druckdifferenz für das Sammeln der
Feinpartikel nicht wesentlich ist, kann eine Vakuumpumpe für ein
relativ hohes Vakuum verwendet werden, um so das Vakuum in
der Vakuumkammer ohne Verschlechterung der Leistung der
Vakuumpumpe zu vergrößern.
-
(iii) Da die Feinpartikel trocken ohne Verwendung von Öl
gesammelt werden können, wird die Vakuumkammer nicht mit Öl
verunreinigt.
-
(iv) Da das Gefäß einfach aus einem Doppelwandzylinder
besteht, ist die Herstellung leicht und billig und die
Instandhaltung einfach.
-
Die hier beschriebenen Ausführungsbeispiele der Erfindung
dienen nur der Erläuterung und der Umfang dieser Erfindung
ist absichtlich durch die folgenden Ansprüche eingegrenzt.