JP3630518B2

JP3630518B2 - トラップ装置

Info

Publication number: JP3630518B2
Application number: JP01968297A
Authority: JP
Inventors: 伸治野路; 哲郎杉浦; 典彦野村
Original assignee: Ebara Corp
Current assignee: Ebara Corp
Priority date: 1997-01-17
Filing date: 1997-01-17
Publication date: 2005-03-16
Anticipated expiration: 2017-01-17
Also published as: JPH10196532A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば半導体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関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の真空排気システムを図９を参照して説明する。ここにおいて、真空チャンバ１０は、例えばエッチング装置や化学気相成長装置（ＣＶＤ）等の半導体製造装置のプロセスチャンバであり、この真空チャンバ１０は、配管１４を通じて真空ポンプ１２に接続されている。真空ポンプ１２は、真空チャンバ１０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。真空チャンバ１０が必要とする真空度が、真空ポンプ１２の到達真空度よりも高い場合には、ドライポンプ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】
プロセスの排ガス中には、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。このため、真空ポンプ１２の下流には排ガス処理装置２０が配備されている。大気圧まで昇圧されたプロセスの排ガスのうち、上記のように直接大気に放出できないものは、ここで吸着、分解、吸収等の処理を行い、無害なガスのみが大気に放出される。なお、配管１４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、そのガスが昇圧途中で固形化し、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。従って、排気経路の真空ポンプの上流（吸気側）に低温トラップを設けて、析出物をトラップする方法が考えられる。
【０００５】
この場合、トラップには排気処理量に応じた量の析出物が堆積し、この析出物中には、気化すると有害であるような物質や、高価であるために再利用した方が良いものが混在する。従って、トラップ自体の再使用、析出物の無毒化処理や再使用のために、トラップの析出物を分離したり除去する再生処理を行う必要が生じる。
【０００６】
このような再生処理は、排ガス中の多種の物質から特定物質を分離する複雑な工程であるが、トラップを取り外して、別の処理位置で行なうと、そのための移動、取り外したトラップの保管等の作業が必要となる。特に、低温トラップの場合はその低温を維持するための手段が必要となる。また、排気システムを継続運転するために代わりのトラップを稼動させるので、トラップの数も増えるというような不具合を有していた。
【０００７】
本発明は、上記の課題に鑑みてなされたものであり、作業性の良いトラップ装置を提供して、真空ポンプや排ガス処理装置の保護及び長寿命化と、運転の信頼性の向上、設備や運転コストの低減を図るとともに、排ガス中の物質を個別に抽出して、再利用までの工程を短縮す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。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の発明は、気密チャンバを真空ポンプにより排気する排気経路において排気中の固化成分をトラップするトラップ部と、該トラップ部に付着した成分を除去するために前記排気経路に隣接して設けられた再生経路と、前記トラップ部を前記排気経路と前記再生経路に切り替える切替手段とを有し、該再生経路には、トラップ部の付着物に含まれる複数の成分を分離して各成分ごとに排出する複数の排出経路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。
【０００９】
再生方法としては、昇華温度の違いを利用する方法、特定の溶剤への溶解度の違いを利用する方法等の適宜のものを採用してよい。前者の場合には、電気ヒータ等の温度制御が容易であるものを採用し、トラップされた各種の成分の内、特定の成分のみを昇華させるような温度を選択して、個別に分離しながら再生を行う。トラップする方法としては化学反応を利用するもの、物理的な吸着等を用いた方法、低温を用いるいわゆる低温トラップ等があり、本発明は、いずれにも適用できる。
【００１０】
このような本発明では、トラップ部のトラップと再生をトラップをその場で行なって装置のコンパクト化と処理費の軽減を図ることができるだけでなく、再生と同時に各成分を分離することにより、各成分の後処理を容易とし、更に、トラップ部の移動やストックのためのロスを削減できる。このように、各成分の再利用を促進することにより、省エネルギー性を高め、半導体製造等の処理コストを低減するとともに、環境対策上も有用である。
【００１１】
請求項２に記載の発明は、前記トラップ部を少なくとも２つ設け、排気経路と再生経路においてそれぞれトラップ処理と再生処理が並行して行われるようになっていることを特徴とする請求項１に記載のトラップ装置である。これにより、装置の停止やトラップ部の交換作業を伴うことなく排気系での処理を連続的に継続させ、稼動効率を上げることができる。
【００１２】
請求項３に記載の発明は、前記トラップ部を冷却して前記成分を析出させるための冷却手段を有することを特徴とする請求項１に記載のトラップ装置である。
【００１３】
請求項４に記載の発明は、前記再生経路の温度をトラップ部に付着した各成分の昇華温度に合わせて設定して、各成分ごとに再生を行うことを特徴とする請求項１に記載のトラップ装置である。
【００１４】
請求項５に記載の発明は、前記切替手段は、前記トラップ部を前記再生経路に移動することにより切り替えを行うものであることを特徴とする請求項１に記載のトラップ装置である。これにより、トラップと再生の切り替えが迅速に行われる。
【００１５】
請求項６に記載の発明は、前記切替手段は、前記排気経路と前記再生経路の弁の操作によって切り替えを行うものであることを特徴とする請求項１に記載のトラップ装置である。これにより、機械的な動作部分が不要になり、装置構成が簡単になる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、図面を用いて本発明の実施の形態について説明する。図１は、発明の実施の形態のトラップ装置が用いられている排気システムの全体の構成を示し、図２はトラップ装置の具体的構成を示す。この排気システムは、真空チャンバ１０と真空ポンプ１２をつなぐ排気経路１４と、排気経路１４に隣接してトラップ装置Ｔの再生のための再生経路１６とを有している。トラップ装置Ｔは、低温に冷却されて排気中の成分を析出させるトラップ部１８が、排気経路１４と再生経路１６の双方に移動可能に設けられている形式である。
【００１７】
トラップ装置Ｔは、図２に示すように、直方体状のケーシング２６が、仕切壁３２によって２つの部屋、すなわち、図において上側のトラップ室３４と下側の再生室３６に仕切られており、このケーシング２６を仕切壁を交差するように貫通する２本の軸体２８が設けられ、この軸体２８に上記トラップ部１８が設けられている。ケーシング２６の外部には、軸体２８を軸方向に往復移動させる駆動手段であるエアシリンダ３０が設けられている。
【００１８】
排気経路１４は、真空チャンバ１０、トラップ室３４、真空ポンプ１２、排気除害装置２０を経由して系外に向かうように形成されている。一方、再生経路１６は、この実施の形態では、再生ガス（キャリアガス、ここではＮ_２）の供給源（図示略）、開閉弁２１、再生ガス供給経路２２、トラップ装置Ｔの再生室３６、再生室で気化した成分を含む再生ガスを排出する複数（この例では４つ）の排出経路２３ａ，２３ｂ，２３ｃ，２３ｄ、それぞれの開閉弁２４ａ，２４ｂ，２４ｃ，２４ｄを経由して、それぞれの後処理部２５ａ，２５ｂ，２５ｃ，２５ｄに至るように形成されている。
【００１９】
軸体２８には、図２に示すように、２枚の断熱性を有する素材からなる仕切板４０が配置され、その間に複数のバッフル板４２が溶接等により軸体２８に一体に取り付けられてトラップ部１８を構成している。ケーシング２６の仕切壁３２には中央に開口部３３が形成されており、これはバッフル板４２は通過できるが仕切板４０は通過できないような大きさになっている。上側の仕切板４０とケーシング２６の上側の壁の内面の間にはベローズ４４が設けられており、再生経路１６と外部環境との間の気密性を維持している。また、仕切壁３２の仕切板４０に接する箇所にはＯリング等、シール部（図示略）が配置されて、トラップ室３４と再生室３６の間の気密性を維持している。仕切板４０は断熱性の高い素材で形成されて、トラップ室３４と再生室３６の間の熱移動を阻止するようにしている。
【００２０】
軸体２８は、図３（ａ）に示すように、金属等の熱伝導性の良い材料により形成された円筒体として形成され、その内部空間は中央の仕切板４０により遮断されている。そして、この軸体２８には内筒４６がその内端を図３（ｂ）に示すように仕切板４０に近接させて挿入され、これにより内筒４６の外端から内端に向かい、反転して軸体２８の外端へと向かう熱媒体流路４８が形成されている。また、軸体２８の内側にはヒータ固定筒２８ａが設けられ、これと軸体２８の間には、電気ケーブル４９ａが接続された棒状の電気ヒータ４９が、この例では２つ設けられている。また、通常は固定筒２８ａと軸体２８の間の空間に伝熱性の良い材料が充填されている。
【００２１】
この熱媒体流路４８には、液体窒素のような液体又は冷却された空気等の冷却用熱媒体が、軸体２８の端部に接続した冷却媒体供給ホース５０から供給され排出ホース５２から排出される。三方切替弁５４の切替により、軸体２８の両側の２つの熱媒体流路４８のうち、トラップ室３４に位置しているバッフル４２に通じるもののみに冷却媒体が流通させられるようになっている。再生室３６に位置する側には、冷却媒体を止めるかあるいは替わりに再生用の加熱媒体を流通させる。
【００２２】
エアシリンダ３０には、エア源からのエアがレギュレータで減圧され、ソレノイドバルブの開閉の切替によって制御されてシリンダ３０に送られ、ピストンが前進又は後退をする。ソレノイドバルブは、例えば、シーケンサ、リレー等からの制御信号により、この例では一定時間毎に切替動作が行われるように制御される。なお、トラップ部１８のバッフル４２等の所定位置に温度センサ５８が、また、排気経路１４のトラップ部１８の前後に圧力センサ６０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。
【００２３】
次に、前記のような構成の発明の実施の形態のトラップ装置の作用を、プラズマＣＶＤ装置を用い、ＳｉＮプロセスによりＳｉ_３Ｎ_４膜を形成する場合を例にとって説明する。材料ガスとして、ＳｉＨ_４、ＮＨ_３、ＮＦ_３、ＣＦ_４等が用いられ、チャンバからは、この原料ガスと反応生成ガスである（ＮＨ_４）_２ＳｉＦ_６の混合ガスが排気される。
【００２４】
図２に示す位置において、トラップ室３４に位置するトラップ部１８には供給ホース５０から熱媒体流路４８に、冷却媒体である液体窒素が流され、これは軸体２８と、これを介してバッフル４２を冷却する。従って、理論的にはトラップ室３４内を流れる排気中の昇華温度が約−１９６℃以上である成分はトラップ部１８に固体でトラップされる。ここでは、この内、（ＮＨ_４）_２ＳｉＦ_６，ＣＦ_４，ＮＨ_３を分離して再利用する場合を説明する。各成分の昇華曲線は、図４に示すようになっている。
【００２５】
この場合、ＣＦ_４（−１８４℃）→ＮＨ_３（−１１０℃）→ （ＮＨ_４）_２ＳｉＦ_６（１７０℃）〔１Ｔｏｒｒ〕という順に再生する。これは、トラップ部１８の温度をこれらの各温度に制御した状態で、各成分を昇華させるのに必要な所定の時間維持することにより行なう。この実施例では、温度センサ５８でトラップ部１８の温度をモニターしながらヒータ４９により加熱して温度調整を行なう。そして、各温度で気化する成分をそれぞれ個別の経路２３ａ，２３ｂ，２３ｃ，２３ｄから各後処理部２５ａ，２５ｂ，２５ｃ，２５ｄに導くために、開閉弁２４ａ，２４ｂ，２４ｃ，２４ｄの開閉を切り替える。
【００２６】
ここで、再生ガス（ここではＮ_２）は再生された成分をトラップ部１８近傍から除去して再生を促進する役割を果たすが、後処理部２５ａ，２５ｂ，２５ｃ，２５ｄでの貯留や再利用のために各成分を分離することを考慮するとその量は少ない方が良く、使用しないで済ませられる場合には使用しない。必要な成分を分離して残ったガスは、除害装置２０を経て系外へ排出する。
【００２７】
各経路２３ａ，２３ｂ，２３ｃ，２３ｄに導入された各成分ガスは、それぞれの場合に応じて、各後処理部２５ａ，２５ｂ，２５ｃ，２５ｄにおいて精製や成分調整等の処理を施し、タンク等へ貯蔵したり、還流させてチャンバ１０に供給する。精製や貯蔵は、低温による凝縮や溶剤への溶解等の反応を利用してもよい。
【００２８】
この実施の形態では、ヒータ４９によってトラップ部１８の加熱を行ったが、熱媒体経路４８に温熱媒体を流してトラップ部を加熱してもよく、また、キャリアガスを加熱して供給するようにしてもよい。また、分離再生処理を昇華温度の違いを利用して行ったが、例えば、再生室３６に溶剤を流し、溶剤に対する溶解度の違いを利用して分離再生処理を行っても良い。
【００２９】
図５は、この発明の他の実施の形態の装置を示すもので、排気経路１４に隣接して２つの再生経路１６が配置され、トラップ部１８には、トラップ室３４の両側に２つの再生室３６が設けられ、軸体２８には２つのトラップ部が設けられている。従って、１つの動作で、２つのトラップ部をトラップ室３４と再生室３６に切り替えることができるようになっている。各再生室３６に複数の排出経路２３ａ，２３ｂ・・・が設けられている点は先の実施の形態と同様である。
【００３０】
この例では、図５の上側のトラップ部は上側の再生室３６で再生され、下側のトラップ部は下側の再生室３６で再生される。再生は先の場合と同じように、各成分を分離しながら各経路２３ａ，２３ｂ・・・に流すようにして行われる。この例は、エアシリンダ３０等の機械駆動系が１つで済む利点がある。
【００３１】
図６は、さらに他の実施の形態を示すもので、図１の実施の形態と図５の実施の形態を組み合わせたものである。つまり、排気経路１４に隣接して２つの再生経路１６が配置され、トラップ部１８には、トラップ室３４の両側に２つの再生室３６が設けられ、これにそれぞれ２つのトラップ部を有する軸体２８が排気経路に沿って直列に設けられている。各再生室３６に複数の排出経路２３ａ，２３ｂ，２３ｃ，２３ｄが設けられている点は先の実施の形態と同様である。
【００３２】
この例では、トラップ室３４には常に２つのトラップ部１８が有り、再生室３６には１つのトラップ部が有る。従って、同じ時間にトラップされる量が２つのトラップ部に分散されるので、再生動作も早く完了する。従って、この例は、トラップに比べて再生に時間が掛かるような場合に好適である。
【００３３】
図７及び図８に示すのはこの発明のさらに他の実施の形態で、チャンバ１０と真空ポンプ１２を結ぶ排気経路１４に隣接して再生経路１６が設けられ、それぞれにトラップ部１８を内蔵するケーシング８２が三方切替弁８４ａ，８４ｂ，８４ｃ，８４ｄによってそれぞれ排気経路１４と再生経路１６に切り替え可能に設けられている。再生経路１６には、上流にキャリアガス源が、下流に複数（この例では４つ）の排出経路２３ａ，２３ｂ，２３ｃ，２３ｄが設けられ、それぞれの開閉弁２４ａ，２４ｂ，２４ｃ，２４ｄを経由して後処理部２５ａ，２５ｂ，２５ｃ，２５ｄにつながっている。
【００３４】
各トラップ部１８は、図６に示すように、それぞれ気密のケーシング８２の内部に軸体２８が流れに交差するように設けられ、この軸体２８にフィン状のバッフル（邪魔板）４２が取り付けられて構成されている。ケーシング８２には、排気経路１４の入口９２ａ及び出口９２ｂと、洗浄経路１６の入口９４ａ、出口９４ｂとが設けられている。なお、軸体２８、バッフル４２の構造は先の実施の形態と基本的に同じであるので説明を省略する。
【００３５】
この実施の形態では、トラップと再生処理の切替を三方切替弁８４ａ，８４ｂ，８４ｃ，８４ｄを連動して操作する。トラップ及び再生処理の方法は先の実施の形態と同じであるので説明を省略する。この例によると、弁の切り替え動作でトラップと再生を切り替えるので、先の例に比べて構造が簡単で耐用性が高く、コストが低いという利点がある。
【００３６】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明では、真空ポンプや排ガス処理装置の保護及び長寿命化と、運転の信頼性の向上、設備や運転コストの低減、装置のコンパクト化等を図ることができるだけでなく、再生と同時に各成分を分離することにより、各成分の後処理を容易とし、更に、トラップ部の移動やストックのためのロスを削減できる。このように、各成分の再利用を促進することにより、省エネルギー性を高め、半導体製造等の処理コストを低減するとともに、環境対策上も有用である。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の第１の実施の形態のトラップ装置を用いた排気システムの全体の構成を示す図である。
【図２】図１のトラップ装置の構造を示す断面図である。
【図３】図２のトラップ装置のトラップ部を示す図である。
【図４】半導体製造工程で生成する排気中の成分の昇華曲線の一例を示すグラフである。
【図５】この発明のトラップ装置の第２の実施の形態の構成を示す図である。
【図６】この発明のトラップ装置の第３の実施の形態を用いた排気システムの全体構成を示す図である。
【図７】この発明のトラップ装置の第４の実施の形態を用いた排気システムの全体構成を示す図である。
【図８】図７の実施の形態のトラップ部の構造を示す図である。
【図９】従来の真空排気装置を示す図である。
【符号の説明】
１０気密チャンバ
１２真空ポンプ
１４排気経路
１６再生経路
１８トラップ部
２３ａ，２３ｂ，２３ｃ，２３ｄ排出経路
３０エアシリンダ
Ｔトラップ部

Claims

気密チャンバを真空ポンプにより排気する排気経路において排気中の固化成分をトラップするトラップ部と、
該トラップ部に付着した成分を除去するために前記排気経路に隣接して設けられた再生経路と、
前記トラップ部を前記排気経路と前記再生経路に切り替える切替手段とを有し、
該再生経路には、トラップ部の付着物に含まれる複数の成分を分離して各成分ごとに排出する複数の排出経路が設けられていることを特徴とするトラップ装置。
前記トラップ部を少なくとも２つ設け、排気経路と再生経路においてそれぞれトラップ処理と再生処理が並行して行われるようになっていることを特徴とする請求項１に記載のトラップ装置。
前記トラップ部を冷却して前記成分を析出させるための冷却手段を有することを特徴とする請求項１に記載のトラップ装置。
前記再生経路の温度をトラップ部に付着した各成分の昇華温度に合わせて設定して、各成分ごとに再生を行うことを特徴とする請求項１に記載のトラップ装置。
前記切替手段は、前記トラップ部を前記再生経路に移動することにより切り替えを行うものであることを特徴とする請求項１に記載のトラップ装置。
前記切替手段は、前記排気経路と前記再生経路の弁の操作によって切り替えを行うものであることを特徴とする請求項１に記載のトラップ装置。