JP2001107858A - トラップ装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 成膜処理等において、真空チャンバの許容す
るコンダクタンスを満たしながらトラップ効率を上げら
れるようにしたトラップ装置を提供する。 【解決手段】 気密なチャンバ１２から真空ポンプ１４
により排気する排気配管１６に配置されるトラップ装置
１０において、入口３８ａと出口４０ａを有し前記排気
配管の一部を構成する気密なトラップ容器３２と、該ト
ラップ容器中に配置されて排気中の生成物を付着させて
除去するトラップ部３４とを備え、前記トラップ容器の
入口には、排気が前記トラップ部の内部に向かうように
該排気の流れを規制する絞り部６２が設けられている。

Description

【発明の詳細な説明】

【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７を参照
して説明する。ここにおいて、気密チャンバ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
の気密チャンバ１０１は、排気配管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、
気密チャンバ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。気密チャンバ
１０１が必要とする真空度が真空ポンプ１０３の到達真
空度よりも高い場合には、真空ポンプ１０３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。

【０００３】プロセスの排気は、プロセスの種類により
毒性や爆発性があるので、そのまま大気に放出できな
い。そのため、真空ポンプ１０３の下流には排ガス処理
装置１０４が配置されている。大気圧まで昇圧されたプ
ロセスの排気のうち、上記のような大気に放出できない
ものは、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、排気配管１０
２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、そのガスを真空ポンプが排気
するので、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、アルミニウム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，Ｃ
ｌ_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。この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、Ｓｉ
Ｎの成膜を行うＣＶＤ装置から生じる（ＮＨ_４）_２Ｓｉ
Ｆ_６やＮＨ_４Ｃｌ等の反応副生成物の場合も同様であ
る。

【０００６】従来、この問題に対して、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等の対策が施
されてきた。しかし、この対策では、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。

【０００７】そこで、ポンプの上流、あるいは下流にト
ラップ装置を取付け、このトラップ装置のトラップ部に
生成物を付着させ、固形化物を生成する成分を先に除去
して排気経路に備えられた各種機器を保護することが考
えられる。しかし、従来のトラップ装置はトラップ効率
が一般に悪く、排気中の成分のおよそ６０％がトラップ
部に付着することなくそのまま流れて、下流の配管や各
種機器に付着していた。これは、トラップ装置の容器内
壁とトラップ部との間のトラップ効率が悪い部分に排気
が流れて処理されずに通過してしまうからであると考え
られる。

【０００８】なお、トラップ装置の容器内壁とトラップ
部との間の隙間を縮小することはできるが、あまり小さ
くすると部分的にコンダクタンスが低下し、そこでトラ
ップされた固形物により詰まりを生じて排気の流れが不
安定となったり、トラップ部の交換や切り替えが円滑に
行えないなどの不具合が生じる。

【０００９】本発明は上述の事情に鑑みなされたもの
で、成膜処理等において、真空チャンバの許容するコン
ダクタンスを満たしながらトラップ効率を上げること
で、真空ポンプの性能に影響することなく真空ポンプの
長寿命化、除害装置の保護等により運転の信頼性の向上
を図り、さらに設備や運転コストの低減を図ることがで
きる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】請求項１に記載の発明
は、気密なチャンバから真空ポンプにより排気する排気
配管に配置されるトラップ装置において、入口と出口を
有し前記排気配管の一部を構成する気密なトラップ容器
と、該トラップ容器中に配置されて排気中の生成物を付
着させて除去するトラップ部とを備え、前記トラップ容
器の入口には、排気が前記トラップ部の内部に向かうよ
うに該排気の流れを規制する絞り部が設けられているこ
とを特徴とするトラップ装置である。

【００１１】これにより、排気は、その流れがトラップ
部の内部に向かうように絞り部で規制されて入口からト
ラップ容器内に導入され、その後にまた広がるように流
れる。従って、排気の大部分がトラップ部に確実に接触
し、コンダクタンスを過度に下げずにトラップ効率を高
めることができる。絞り部の開口面積は、トラップ容器
の入口の流路の面積の８０〜９０％程度が好ましい。

【００１２】請求項２に記載の発明は、気密なチャンバ
から真空ポンプにより排気する排気配管に配置されるト
ラップ装置において、入口と出口を有し前記排気配管の
一部を構成する気密なトラップ容器と、該トラップ容器
中に配置されて排気中の生成物を付着させて除去するト
ラップ部とを備え、前記トラップ容器の出口には、該出
口における排気の流れを抑制する抑制部が設けられてい
ることを特徴とするトラップ装置である。

【００１３】これにより、トラップ容器の内部に流れ込
んだ排気がトラップ容器の出口からスムーズに流出する
ことを抑制し、トラップ容器内により長く滞留させてト
ラップ部に接触する時間を長くすることで、トラップ効
率を更に向上させることができる。

【００１４】請求項３に記載の発明は、前記トラップ部
は、曲面状のトラップ面を持つバッフル板を有すること
を特徴とする請求項１または２に記載のトラップ装置で
ある。これにより、曲がったトラップ流路が形成され
て、ガス分子がトラップ面に衝突する確率が上がり、ト
ラップ効率が上昇する。

【００１５】請求項４に記載の発明は、前記トラップ面
は、軸線が排気流路に対して交差するような円弧面状に
形成されていることを特徴とする請求項３に記載のトラ
ップ装置である。これにより、比較的簡単な構成で曲面
状のトラップ面を持つバッフル板を実現することができ
る。

【００１６】

【発明の実施の形態】図１ないし図３は、本発明の第１
の実施の形態の切替式トラップ装置を示すもので、この
トラップ装置１０は、気密チャンバ１２を真空ポンプ１
４により排気する排気経路１６と、この排気経路１６に
隣接して配置された再生経路１８に跨って配置されてい
る。真空ポンプ１４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１４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１８は、洗浄液ライン２２と乾燥ガスライン２４と
を有し、洗浄液ライン２２の注入側及び排出側に制御バ
ルブ２６ａ，２６ｂが、乾燥ガスライン２４の吸気側及
び排気側に制御バルブ２８ａ，２８ｂがそれぞれ設けら
れている。なお、これらの図においては、排気経路１６
が上下に延びるように構成されているので、その方向を
用いて説明するが、トラップ装置の配置がそれに限定さ
れるものではない。

【００１７】トラップ装置１０は、図２に示すように、
両端を塞板３０で気密的に閉塞した略円筒状のトラップ
容器３２と、トラップ容器３２の軸線に沿ってこれを貫
通する軸体３６と、軸体３６に取り付けられてトラップ
容器３２の内部に配置されたトラップ部３４と、この軸
体３６を軸線に沿って往復移動させる駆動手段であるエ
アシリンダ（図示せず）を備えている。トラップ容器３
２のトラップ室３２ａには、排気経路１６に連なる入口
管３８と出口管４０がそれぞれ入口３８ａと出口４０ａ
を介して接続されている。また、トラップ室３２ａに
は、洗浄液ライン２２に連なる洗浄液注入ポート４２と
排出ポート４４、乾燥ガスライン２４に連なるパージポ
ート４６と排気ポート４８が設けられている。

【００１８】トラップ部３４は、図１に示すように、軸
体３６に軸方向に対向して取付けられた一対の端板５０
と、これらの端板５０の間に掛け渡して設けられたバッ
フル板５２ａ，５２ｂ，５２ｃとから構成されている。
バッフル板５２ａ，５２ｂ，５２ｃは、左右対称に複数
（図示例では計６枚）配置され、それぞれの間及び軸体
３６またはトラップ容器３２の内壁との間に上下を連通
するトラップ流路５４ａ，５４ｂ，５４ｃ，５４ｄを形
成している。バッフル板５２ａ，５２ｂ，５２ｃは、こ
の例では横断面略半円状に形成されて軸体３６と同心円
状に配置され、これにより、トラップ流路５４ａ，５４
ｂ，５４ｃ，５４ｄは軸体３６を迂回するように構成さ
れている。

【００１９】中央に位置するバッフル板５２ａ，５２ｂ
の上下端部には、上下方向に延びる案内部５６が設けら
れている。バッフル板５２ａ，５２ｂ，５２ｃ及び端板
５０は、それぞれ熱伝導性の良い材料から形成されてお
り、バッフル板５２ａ，５２ｂ，５２ｃは、端板５０を
介して軸体３６との間の熱伝導により冷却されるように
なっている。

【００２０】軸体３６の内部には冷却用の熱媒体流路５
８が形成されている。この熱媒体流路５８には、例えば
液体窒素のような液体または冷却された空気または水等
の冷却用熱媒体が供給されるようになっている。

【００２１】トラップ容器３２の入口３８ａには、該入
口３８ａを幅方向に狭める絞り部としてのオリフィス６
２を構成する一対の規制板６０，６０が配置されてい
る。オリフィス（絞り部）６２の幅Ａは、最も外側のバ
ッフル板５２ｃの開口幅にほぼ等しくなるように設定さ
れている。入口管３８の幅Ｂに対する規制板６０，６０
の隙間の幅Ａの比Ａ／Ｂ、すなわち、断面減少率は、８
０〜９０％程度に設定されている。

【００２２】軸体３６には、トラップ部３４の両側に外
径がトラップ容器３２の内径よりわずかに小さく設定さ
れた一対の円板状の弁体６４ａ，６４ｂが固着されてい
る。この各弁体６４の外周面には全周にわたるシール装
着溝６６が形成され、これにはシール材６８が装着され
ている。この各シール材６８は、装着された時にシール
装着溝６６とトラップ容器３２の内周面によって圧縮さ
れるような太さに設定され、シール材６８がトラップ容
器３２の内周面に密着することによって、トラップ容器
３２の内周面と弁体６４の外周面の間の隙間がシールさ
れるようになっている。このような構造により、トラッ
プ容器３２の内部の一対の弁体６４ａ，６４ｂの間に、
内部にトラップ部３４を有する気密なトラップ室３２ａ
及び再生室３２ｂが区画形成される。

【００２３】このように、シール部材を弁体６４ａ，６
４ｂの外周に設けているので、トラップ容器３２の側に
トラップ位置と再生位置を区画するための部材を内周面
から突出させて設ける必要が無い。従って、トラップ部
３４の外径ｄ_１をトラップ容器３２の内径ｄ_２にほぼ等
しく設定しても、その移動を妨げられることがない。こ
のように、トラップ部３４とトラップ容器３２の間の隙
間が小さいので、内部に導入された排ガスの内、トラッ
プ部３４に接触せずにこれを迂回して流れてしまうもの
の割合を減少させることができ、トラップ効率を高める
ことができる。なお、トラップ部３４の所定位置に温度
センサ（Ｔｃ）が、また、排気経路１６のトラップ部３
４の前後に圧力センサ（Ｐ）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。

【００２４】次に、前記のような構成の切替式トラップ
装置の作用を説明する。図２に示すトラップ部３４が排
気経路１６内のトラップ室３２ａに位置する場合に、軸
体３６の熱媒体流路５８内に液体窒素等の冷却用熱媒体
を流すことによりトラップ部３４を冷却する。

【００２５】真空ポンプ１４の作動により、気密チャン
バ１２から排出された気体は排気経路１６を介してトラ
ップ容器３２内に導入される。排気は入口管３８内を流
れ、規制板６０，６０によって形成されるオリフィス６
２によって流れ幅が狭まると同時に流速を増し、トラッ
プ容器３２内に流入する。

【００２６】オリフィス６２を出た排気は、流れ幅を拡
大しつつ下流に向かい、一部は中央側のトラップ流路５
４ａ，５４ｂ，５４ｃを流れ、他は、最も外側のトラッ
プ流路５４ｄに流れる。バッフル板５２ａ，５２ｂ，５
２ｃの湾曲したトラップ流路５４ａ，５４ｂ，５４ｃに
沿って流れた排気は、バッフル板５２ａ，５２ｂ，５２
ｃに当たって冷却され、排気中の凝結しやすい成分がそ
こで析出し、バッフル板５２ａ，５２ｂ，５２ｃの内外
面に付着する。

【００２７】この実施の形態では、オリフィス６２によ
って流れが絞られているので、中央側のトラップ流路５
４ａ，５４ｂ，５４ｃを流れ比率が増加する。外側のト
ラップ流路５４ｄでは、付着防止のために加温されたト
ラップ容器３２に対向するバッフル板５２ｃのみが冷却
作用を持つので、他のトラップ流路５４ａ，５４ｂ，５
４ｃよりも効率が低い。従って、中央側のトラップ流路
５４ａ，５４ｂ，５４ｃを流れ比率を増加させることに
より、トラップ効率を向上させることができる。

【００２８】また、排気は、オリフィス６２を出てから
幅方向に広がる方向の速度成分を持つので、トラップ部
３４の前半でバッフル板５２ａ，５２ｂ，５２ｃの内側
からこれに当たる率も高くなり、全体として付着効率が
増加する。

【００２９】この実施の形態では、トラップ流路５４
ａ，５４ｂ，５４ｃ，５４ｄが円弧状に湾曲して形成さ
れているので、排気中のガス分子がバッフル板５２ａ，
５２ｂ，５２ｃの内外面のトラップ面に当たる確率が高
くなり、冷却されてトラップされる効率が向上する。こ
れは、冷却によるトラップだけでなく、例えば粒子をト
ラップ面に吸着させるトラップでも同様である。

【００３０】また、トラップ部３４の外径ｄ_１はトラッ
プ容器の内径ｄ_２に近い値に設定されているので、内部
に導入された排ガスの内、トラップ部３４を迂回して未
接触のまま流出する量は少ない。従って、トラップ装置
のコンダクタンスを維持しながら、排ガス中の生成物に
対するトラップ効率を高めることができる。

【００３１】所定量の固形物が付着したトラップ部３４
は、軸体３６の移動によってトラップ室３２ａに隣接す
る再生室３２ｂに切り替えられて再生処理を受け、また
トラップ室３２ａに戻ってトラップ動作を行なう。軸体
３６に２つのトラップ部３４を設け、再生室３２ｂを左
右に設けることにより、トラップ動作と再生動作を並行
し、処理の連続運転が可能となる。

【００３２】図４は、本発明の第２の実施の形態の切替
式トラップ装置を示すもので、これは、トラップ容器３
２の出口４０ａに、該出口４０ａを幅方向に狭めてここ
を流れる排気の流れを抑制する抑制部としてのオリフィ
ス７０を構成する一対の邪魔板７２，７２を配置したも
のである。その他の構成は、第１の実施の形態のものと
同様である。

【００３３】この実施の形態によれば、気密チャンバ１
２から排出されトラップ容器３２の内部に流れ込んだ排
気は、トラップ容器３２の内部を流れてこの出口４０ａ
から流出する際に、オリフィス（抑制部）７０によって
その流れが抑制される。これによって、排気がトラップ
容器３２の内部により長く滞留し、しかも、前述のよう
に、中央側のトラップ効率の良いトラップ流路５４ａ，
５４ｂ，５４ｃを流れ比率が増加する効果と相まって、
トラップ部３４のバッフル板５２ａ，５２ｂ，５２ｃの
内外面のトラップ面に接触する時間が長くなり、トラッ
プ効率が更に向上する。

【００３４】図５は、本発明の第３の実施の形態のトラ
ップ装置を示すもので、これは、トラップ容器３２の入
口３８ａに、第２の実施の形態におけるオリフィス（絞
り部）６２の代わりに、該入口３８ａの左右の壁に開口
し、排気流に対して直交する方向にフローコントロール
ガスを供給するフローコントロールガスポート８０を設
けたものである。このフローコントロールガスポート８
０は、例えば窒素などの不活性なガスを所定の圧力、流
量で供給するフローコントロールガス源に接続され、こ
のフローコントロールガスポート８０から供給されるフ
ローコントロールガスの圧力又は流量は、フローコント
ロールガスが最も外側のトラップ流路５４ｄのみを流れ
る程度に設定されている。その他の構成は、第２の実施
の形態のものと同様である。

【００３５】この実施の形態によれば、気密チャンバ１
２から排出された排気は、トラップ容器３２の入口３８
ａで左右のフローコントロールガスポート８０から所定
の圧力及び流量で流入するフローコントロールガスと共
にトラップ容器３２内に流入する。従って、排気は、主
に中央側のトラップ流路５４ａ，５４ｂ，５４ｃを流
れ、最も外側のトラップ流路５４ｄにはほとんど流れ
ず、逆にフローコントロールガスは、主に最も外側のト
ラップ流路５４ｄを流れ、内側のトラップ流路５４ａ，
５４ｂ，５４ｃにはほとんど流れない。

【００３６】このように、トラップ作用をほとんど持た
ないトラップ容器３２の壁側の最も外側のトラップ流路
５４ｄには排気がほとんど流れないので、トラップ効率
が低下することが防止される。しかも、前述と同様に、
トラップ容器３２の内部を流れてこの出口４０ａから流
出する際に、オリフィス（抑制部）７０によってその流
れが抑制され、排気がトラップ容器３２の内部により長
く滞留するとの効果と相まって、この効果が助長され
る。

【００３７】

【実施例】図１に示す規制板６０，６０で区画されたオ
リフィス（絞り部）６２の幅Ａ×長さを、４６×１２５
ｍｍ（実施例１）、４６×９５ｍｍ（実施例２）及び４
６×７５ｍｍ（実施例３）に設定し、最も外方に位置す
るバッフル板５２ｃの外径Ｄを１１７ｍｍ、長さを６１
ｍｍに設定したトラップ装置により、ＮＨ_４Ｃｌのトラ
ップ効率とコンダクタンスを測定した。この時、冷却液
として、２５℃の水を使用し、これを流量２．５Ｌ／ｍ
ｉｎで軸体３６の熱媒体流路５８に供給した。

【００３８】この結果、実施例１においては、トラップ
効率が８０％で、コンダクタンスは、イニシャルで３４
２００（Ｌ／ｍｉｎ）、トラップ後で２７５００（Ｌ／
ｍｉｎ）であった。実施例２においては、トラップ効率
が８３％で、コンダクタンスは、イニシャルで３２１０
０（Ｌ／ｍｉｎ）、トラップ後で２６８００（Ｌ／ｍｉ
ｎ）であった。実施例３においては、トラップ効率が８
８％で、コンダクタンスは、イニシャルで３０２００
（Ｌ／ｍｉｎ）、トラップ後で２４２００（Ｌ／ｍｉ
ｎ）であった。これらの結果を図６に示す。

【００３９】

【比較例】図１に示す規制板を有さないトラップ装置を
使用して、前記各実施例と同様な条件でＮＨ_４Ｃｌのト
ラップ効率を測定したところ、トラップ効率は６０％で
あった。

【００４０】

【発明の効果】以上説明したように、この発明によれ
ば、トラップ部に流入する排気の大部分を効率の高いト
ラップ部に接触させることで、排ガスのコンダクタンス
を維持しながら、排ガス中の生成物に対するトラップ効
率を高めることができる。従って、このようなトラップ
装置を用いた真空処理システムにおいて、真空ポンプの
性能に影響することなく、真空ポンプの長寿命化、除害
装置の保護を行って運転の信頼性の向上を図り、システ
ム全体としての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】本発明の第１の実施の形態のトラップ装置の正
面断面図である。

【図２】図１のトラップ装置の側面断面図である。

【図３】図１のトラップ装置の全体の構成を示す模式図
である。

【図４】本発明の第２の実施の形態のトラップ装置の正
面断面図である。

【図５】本発明の第３の実施の形態のトラップ装置の正
面断面図である。

【図６】図１に示すトラップ装置を使用してトラップ効
率とコンダクタンスを測定した結果を示すグラフであ
る。

【図７】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 トラップ装置 １２ 気密チャンバ １４ 真空ポンプ １６ 排気配管 ２０ 排ガス処理装置 ２４ 軸体 ２６ トラップ部 ３２ トラップ容器 ３８ 入口管 ４０ 出口管 ５２ａ，５２ｂ，５２ｃ バッフル板 ５４ａ，５４ｂ，５４ｃ，５４ｄ トラップ流路 ５８ 熱媒体流路 ６０，６０ 規制板 ６２ オリフィス（絞り部） ７０ オリフィス（抑制部） ７２ 邪魔板 ８０ フローコントロールガスポート

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 気密なチャンバから真空ポンプにより排
   気する排気配管に配置されるトラップ装置において、 入口と出口を有し前記排気配管の一部を構成する気密な
   トラップ容器と、 該トラップ容器中に配置されて排気中の生成物を付着さ
   せて除去するトラップ部とを備え、 前記トラップ容器の入口には、排気が前記トラップ部の
   内部に向かうように該排気の流れを規制する絞り部が設
   けられていることを特徴とするトラップ装置。
2. 【請求項２】 気密なチャンバから真空ポンプにより排
   気する排気配管に配置されるトラップ装置において、 入口と出口を有し前記排気配管の一部を構成する気密な
   トラップ容器と、 該トラップ容器中に配置されて排気中の生成物を付着さ
   せて除去するトラップ部とを備え、 前記トラップ容器の出口には、該出口における排気の流
   れを抑制する抑制部が設けられていることを特徴とする
   トラップ装置。
3. 【請求項３】 前記トラップ部は、曲面状のトラップ面
   を持つバッフル板を有することを特徴とする請求項１ま
   たは２に記載のトラップ装置。
4. 【請求項４】 前記トラップ面は、軸線が排気流路に対
   して交差するような円弧面状に形成されていることを特
   徴とする請求項３に記載のトラップ装置。