JP3188726B2 - 真空排気系用凝縮性物質捕集装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、真空排気系に用いられ
る凝縮性物質捕集装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】半導体の製造分野においては高いエネル
ギの粒子の基板への衝突や荷電粒子の存在によるデバイ
スの電気的特性の変動がないことや低温化処理が期待で
きる等の観点から光化学反応を利用した気相成長法が盛
んに利用されてきている。この光化学気相成長法として
は、反応ガスを直接光によって励起し、分解する直接励
起法と、反応物質に添加された他の物質（増感剤）を光
により励起し、この励起エネルギを反応物に与えて反応
を起こさせる、いわゆる光化学増感法が知られている。
後者の方法において使用される増感作用を有する増感剤
には、水銀、カドミウム、亜鉛、ナトリウム等がある。

【０００３】このような光化学増感法においては増感物
質は反応ガスと共に蒸気として真空槽内へ導入される。
そして真空槽から排出された増感物質は排気系に連結さ
れた真空ポンプに中に流入する。そのため真空ポンプは
流入した増感物質の影響で故障を引き起こしたり、また
油回転ポンプ等油を使用した真空ポンプを排気系に用い
た場合には油の劣化を引き起こすことになる。さらに、
増感物質の一部は真空ポンプを通って大気中へ放出され
るので、使用する増感物質が有害な物質の場合には環境
汚染の問題も生じてくる。これらの問題を回避するため
に、光化学気相成長法による従来の装置では、真空ポン
プより排出されるガスを吸着剤の充填された筒の中を通
過させて、吸着剤により増感物質を吸着、捕集して大気
の汚染を防止する方法や、増感物質の多くが反応ガスに
比べて低温で蒸気圧が低いことを利用して真空槽と真空
ポンプとの間に水冷トラップを設置してこの水冷トラッ
プの冷却面に増感物質を凝縮、付着させて捕集する方法
が採られてきた。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上記の従来方法のう
ち、真空ポンプを通過した後に吸着剤により吸着、捕集
する方法では、大気汚染を防止する観点では有効である
が、真空ポンプへの流入による真空ポンプの故障や油の
劣化は避けることができない。一方、コールドトラップ
を利用した方法では、冷却面に捕集させ易くするため
に、いずれも流路を屈曲させて流入口と流出口とからは
冷却面しか見えない構造となっており、しかも流路の断
面積は小さく形成されていた。そのため、成膜に必要な
ガスの流量が多い場合には、コールドトラップを通過す
る際の圧力損失が大きく、すなわち、真空ポンプの真空
槽に対する真空吸引力がコールドトラップにより減殺さ
れてしまい、真空槽に有効に作用しなくなり、真空槽の
圧力が成膜に最適な圧力よりも上昇してしまうという問
題点があった。そこで、本発明は、上記のような問題点
を解決するため低圧力の排ガス中の有害な凝縮性物質
を、圧力差を高めることなく充分に捕集することのでき
る、構造が簡単で捕集効率の高い真空排気系用凝縮性物
質捕集装置を提供することを目的としている。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、本発明による真空排気系用凝縮性物質捕集装置
は、流入管を介して真空槽に接続し、また流出管を介し
て真空ポンプに接続した捕集容器内に流入管から流出管
へ向って気体を通す少なくとも一つの流路を形成し、各
流路の内壁を低温壁として構成し、各流路の流路断面積
を流入管の断面積より大きくしたことを特徴としてい
る。

【０００６】各流路の長さ及び各流路の断面積は流入管
の内径や設定された排気能力等に応じて適当に設定され
得る。捕集容器内に設けられる各流路は好ましくは流入
管から流出管へのびる気体の流れ方向に沿って間隔を置
いて配置された低温壁によって画定され得る。代わり
に、各流路は中実部材に互いに間隔を置いて平行に設け
られた穴によって形成され得、またそれぞれの流路に隣
接した位置には冷媒循環流路が設けられ得る。

【０００７】

【作用】本発明による装置においては、捕集容器内の各
流路は低温壁で囲まれているので、低温壁すなわち内壁
に沿って流れるガス中の凝縮性物質は内壁に凝縮、付着
する。その結果、ガスの流れに垂直な方向に濃度勾配が
生じ、ガスの流れ中の凝縮性物質は内壁に向ってある速
度で拡散し、低温の内壁に到達すると、そこに凝縮、付
着する。ガスが流入管から流出管へ向って各流路に沿っ
て流れていく際にこの現象が繰返されることによりガス
中に含まれた凝縮性物質は実質的に捕集されることにな
る。そして各流路の長さを適当に保持することにより、
ガス中の凝縮性物質の濃度は内壁の温度で決められる平
衡蒸気圧の程度まで減少する。また、各流路の流路断面
積を流入管の断面積より大きく構成しているので、凝縮
性物質の捕集のための圧力差は小さくて済み、従って捕
集容器の存在にもかかわらず真空槽内の圧力を可及的に
プロセスに最適なレベルまで低くすることができる。

【０００８】

【実施例】以下添付図面を参照して本発明の実施例につ
いて説明する。図１及び図２には、本発明の一実施例に
よる真空排気系用凝縮性物質捕集装置が示されている。
これらの図面において、１は矩形の捕集容器で、この捕
集容器１は流入管２及び流出管３を介してそれぞれ成膜
装置等の真空槽４及びルーツブロアーポンプ等の適当な
真空ポンプ５に接続されている。捕集容器１内には図１
に示すように流入管２から流出管３へ通じる五本の気体
の流路６が形成されており、各流路６は互いに平行で一
定の間隔をおいて設けられた四枚の板状仕切壁７によっ
て仕切られている。各板状仕切壁７は図２に示すように
捕集容器１の上壁に取付けられ、各板状仕切壁７の下端
は捕集容器１の底壁より幾分離れて終端している。また
各板状仕切壁７の前後端はそれぞれ図１に示すように捕
集容器１の対向した前後壁から、流入管２から流出管３
への気体の流れに実質的な圧力差を生じさせないよう
に、離れている。さらに、各板状仕切壁７及び捕集容器
１の内壁に沿って冷媒循環パイプ８が設けられ、この冷
媒循環パイプ８は図示してない冷凍機に接続され、冷凍
機から供給される冷媒を循環させることにより各流路６
を画定している板状仕切壁７及び捕集容器１の内壁は例
えば−40℃の低温に保持されている。この場合図面には
示してないが、熱電対等の適当な温度センサを用いて温
度を測定することにより各流路６の内壁の温度を制御で
きるように構成されている。また。各流路６の断面積は
流入管２から流出管３への気体の流れに実質的な圧力差
を生じさせないために流入管２の断面積より大きくなる
ように構成されている。

【０００９】また図２に示すように、捕集容器１の底部
にはドレイン９が設けられ、このドレイン９に向って捕
集容器１の底壁の内面は傾斜しており、各流路６の内壁
に捕集されたガス中の凝縮性物質は各流路６の内壁に沿
って落下し、ドレイン９内に収集される。このドレイン
９はバルブ10を介して図示してない回収部へ連接されて
いる。

【００１０】さらに、図示装置においては、捕集容器１
を迂回して真空槽４と真空ポンプ５とを接続させるため
のバイパス流路11が流入管２と流出管３との間にバルブ
12、13を介して設けられている。また流入管２及び流出
管３にはバルブ12、13との切り替えにより気体の流れを
捕集容器１またはバイパス流路11に切り替えるためのバ
ルブ14、15がそれぞれ設けられている。

【００１１】次に、このように構成した図示装置の動作
について説明する。真空槽４から排気ガス系に含まれる
凝縮性物質を捕集する際には、バイパス流路11の各バル
ブ12、13は閉じられ、流入管２及び流出管３におけるバ
ルブ14、15が開放される。この状態で真空ポンプ５を作
動すると、ガスは真空槽４から流入管２、捕集容器１の
各流路６を通って流出管３へ流れ、真空ポンプ５に吸引
される。各流路６は例えば−40℃の低温に保持された板
状仕切壁７及び捕集容器１の内壁で囲まれているので、
各流路６に沿って流れるガス中に含まれた凝縮性物質は
これらの低温壁に凝縮、付着していく。その結果、各流
路６を通るガス中にはその流れに垂直な方向に凝縮性物
質の濃度勾配が生じ、それにより凝縮性物質は各流路６
を囲む低温壁へ向ってある速度で拡散していく。こうし
て凝縮性物質が各流路６を囲む低温壁に到達すると、低
温壁により冷やされ凝縮し、付着する。このようにし
て、ガス中の凝縮性物質の濃度は各流路６を進むに従っ
て次第に減少する。この場合、凝縮性物質の濃度は、各
流路６の長さｌを適当に設定することにより、各流路６
を囲む低温壁の温度で決められる平衡蒸気圧の程度まで
減少させることができる。そして各流路６を囲む低温壁
に付着した凝縮性物質は重力により低温壁に沿って落下
してドレイン９に溜められる。ドレイン９に溜められた
凝縮性物質はバルブ10を開放することにより簡単に捕集
容器１の外へ取出すことができる。

【００１２】各流路６にガスを流すために必要な圧力差
を充分に小さくするために各流路６の断面積を流入管２
の断面積より大きくしているが、これは、流路６の数を
増やすことや捕集容器１の高さｈを大きくすることによ
っても実現できる。これによって装置自体が大きくなる
ことになるが、真空ポンプ５の真空吸引力を真空槽４に
有効に作用させることができるので、真空槽４に導入さ
れるガスの流量が多い場合でも真空槽４内の真空度をプ
ロセスに適したレベルにすることができる。

【００１３】次に、真空槽４を大気に開放した後の状態
や真空槽４内に凝縮性ガスが導入されてない状態で、真
空ポンプ５により真空槽４を真空排気する場合の動作に
ついて説明する。この場合には、流入管２及び流出管３
におけるバルブ14、15は閉じられ、バイパス流路11の各
バルブ12、13は開放される。それにより真空槽４からの
ガスはバイパス流路11を通って流れ、捕集容器１内に捕
集されている凝縮性物質が流出するのを防止することが
できる。

【００１４】ところで、図示実施例における捕集容器１
の寸法は、流れるガスの流量や流入管２の圧力によって
変更されるべきである。例えば、光化学増感反応による
薄膜成長時の一例として、流入管２から捕集容器１に流
入する水銀を含んだガスの総流量を１ｓｌｍ、Hgの蒸気
の流量を１ｓｃｃｍとし、流入管２の圧力を0.1 〜10Ｔ
ｏｒｒの範囲で変化させて流す場合、捕集容器１の寸法
として各流路６の長さｌを10ｃｍ、隣接する低温壁７の
間隔ｄを２ｃｍ、各流路６の高さｈを20ｃｍ、流路６の
数を五つにとり、低温壁７を−40℃に冷却することによ
って、捕集容器１に流入する水銀蒸気の98％以上を低温
壁７及び捕集容器１の内壁に捕集することができる。ま
たこのときの流入管２及び流出管３の粘性抵抗による圧
力差は３×10−３Ｔｏｒｒ以下となる。

【００１５】図３には本発明の別の実施例を示し、この
場合には円柱状捕集容器16が用いられ、この捕集容器16
は、円柱状の中実部材に多数の穴として形成された多数
の流路17を設け、また各流路17を構成している壁部に冷
媒を循環させる冷媒流路18を形成して構成されている。

【００１６】上記の説明においては冷媒の温度を−40℃
としているが、当然、必要により冷媒として液体ヘリウ
ムや液体窒素なとを利用することにより任意の温度に設
定することができる。また、図示実施例では水銀捕集装
置の例について説明してきたが、本発明の装置は捕集可
能な対象物質は水銀に限らず、種々の増感物質、重金属
等の無機物から有害物質を含む有機物まで包含し得る。
例えば、一例として油回転ポンプ等の油を挙げることが
できる。半導体分野に限らずあらゆる産業分野において
容器を大気圧以下に排気する場合には、油回転ポンプが
非常によく利用されている。油回転ポンプは使用する条
件により油が逆流するため、しばしばプロセスを行なう
真空容器を汚染し、その結果処理される物質や材料に油
が不純物として混入することが生じ得る。従って、本発
明を油回転ポンプ等の油を使用した真空ポンプにより真
空容器を排気する真空排気系に適用した場合には、真空
ポンプから逆流してくる油蒸気を捕集容器内で凝縮、付
着させて捕集することにより、真空容器の油による汚染
を防止するための油逆流防止装置として実施することが
できる。

【００１７】

【発明の効果】以上説明してきたように、本発明によれ
ば、流入管及び流出管を介してそれぞれ真空槽及び真空
ポンプに接続した捕集容器内に流入管から流出管へ向っ
て気体を通す少なくとも一つの流路を形成し、各流路の
内壁を低温壁として構成しているので、簡単な構造で製
作が容易で安価にできしかも保守を簡単に行なうことが
できると共に、流入管から流入するガス中の凝縮性物質
を低温壁に凝縮、付着させて効率よく捕集することがで
きる。また各流路の流路断面積を流入管の断面積より大
きくしているので、凝縮性物質を捕集するために実質的
な圧力差が生じることがなく、真空ポンプの真空吸引力
を真空槽に有効に作用させることが可能となり、その結
果、真空槽に導入されるガスの流量が多い場合でも真空
槽内の圧力を最適なレベルまで減圧させることができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の一実施例による真空排気系用凝縮性
物質捕集装置の要部を示す水平断面図。

【図２】 図１の捕集容器の垂直線断面図。

【図３】 本発明の別の実施例による真空排気系用凝縮
性物質捕集装置における捕集容器を示す図２と同様な垂
直線断面図。

【符号の説明】

１：捕集容器 ２：流入管 ３：流出管 ４：真空槽 ５：真空ポンプ ６：流路 ７：板状仕切壁（低温壁） ８：冷媒循環パイプ ９：ドレイン 10：バルブ 11：バイパス流路 12：バルブ 13：バルブ 14：バルブ 15：バルブ 16：捕集容器 17：流路 18：冷媒流路

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 実開 昭59−7003（ＪＰ，Ｕ) 実開 昭55−25146（ＪＰ，Ｕ) 特公 昭63−1388（ＪＰ，Ｂ２) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) B01D 5/00 C23C 14/00 - 14/58 C23C 16/00 - 16/56 H01L 21/203 H01L 21/205 H01L 21/31

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】真空槽に接続された流入管と、 該流入管に接続された捕集容器と、 該捕集容器を真空ポンプに接続する流出管と、 該捕集容器内に形成され、流入管から流出管へ向って気
   体を流す複数の流路とを有し、 各流路の内壁を低温壁で構成すると共に、各流路の流路
   断面積を流入管の断面積より大きくしたことを特徴とす
   る真空排気系用凝縮性物質捕集装置。
2. 【請求項２】捕集容器内に設けられる各流路が好ましく
   は流入管から流出管へのびる気体の流れ方向に沿って間
   隔を置いて配置された低温壁によって画定されている請
   求項１に記載の真空排気系用凝縮性物質捕集装置。
3. 【請求項３】各流路が中実部材に互いに間隔を置いて平
   行に設けられた穴で形成され、またそれぞれの流路に隣
   接した位置には冷媒循環流路を備えている請求項１に記
   載の真空排気系用凝縮性物質捕集装置。