JP4195422B2 - 濾過装置 - Google Patents

Description

この発明は、濾過装置に関し、特に、化学気相堆積プラットホームに適用する濾過装置（Trap）に関する。

化学気相堆積（Chemical Vapor Deposition = CVD）法は、化学反応を利用して反応室
（ファーネス）内で反応物（通常は反応気体）から固態の産物を生成させるとともに、チップ表面に堆積させる薄膜堆積技術の１つである。化学気相堆積法の応用範囲は、極めて広範であり、およそ半導体デバイスが調製を必要とする薄膜のうち、導体、半導体、誘電材料（Dielectrics）に関わりなく、いずれも化学気相堆積法により調製することができ
る。しかも、化学気相堆積法は、反応気体間の化学反応により必要な薄膜を形成するので、化学気相堆積法により調製された薄膜材料は、その結晶性（Crystallinity）および理
想配比（Stoichiometry）など材料特性に関連する性質が従来のスパッタリング法よりも
優れている。従って、先進的な半導体製造工程において、化学気相堆積法が最も主要な薄膜堆積ツールとなっている。

しかし、化学気相堆積法について言えば、上述した反応気体が固態の生成物を形成する時、通常、反応物微粒子および副産物を発生させるため、反応室（ファーネス）には、通常、濾過装置を接続して、気体中の上述した反応物微粒子および副産物の除去に用いている。

図１において、従来の化学気相堆積プラットホームの反応室（ファーネス）に接続される濾過装置を示すと、従来の濾過装置１００は、濾過装置本体１１０と、濾過板１２０と、ディスク式フィルター１３０とから構成されている。濾過装置本体１１０は、ベース１１２と、筒体１１４と、固定軸１１６とから構成される。そのうち、筒体１１４がベース１１２上に配置され、かつ、この筒体１１４上に吸気口１１４ａおよび排気口１１４ｂを備え、固定軸１１６がベース１１２上に配置されている。濾過板１２０が、筒体１１４内に配置されるとともに、筒体１１４の吸気口１１４ａに対応し、かつ、この濾過板１２０が多数個のホール（図示せず）を有して、廃気中の反応物微粒子を濾過するために用いられる。ディスク式フィルター１３０は、多数個のリング状のディスク１３２から構成される。これらのリング状のディスク１３２が相互に堆積されて円筒状のような堆積体を形成するとともに、ベース１１２上に配置される。

同じく、図１において、反応物微粒子および副産物を含む廃気が吸気口１１４ａから濾過装置本体１１０へ進入する時、この気体の一部分が濾過板１２０からディスク式フィルター１３０を通過し、その他の部分は、ディスク式フィルター１３０を直接通過する。そのうち、濾過板１２０を経た廃気は、その粒径が濾過板１２０のホール直径（図示せず）よりも大きい反応物微粒子をこれらのホール上で遮（さえぎ）り、ディスク式フィルター１３０中に進入した廃気は、各ディスク１３２間に隙間があるので、この隙間より粒径の大きい反応物微粒子を阻止することができ、最後に排気口１１４ｂから排出される廃気は、その反応物微粒子を遮ることができ、気体中の不純物を濾過するという目的を達成することができる。

しかし、従来の濾過装置には、下記するような欠点が存在する。
１．廃気が濾過装置の吸気口から進入した後、ディスク式フィルターに進入するが、気体流動の経路が短く、廃気中の反応物を濾過装置内に留めることが容易ではないので、濾過の効果が劣る。
２．濾過装置内のディスク式フィルターは、粒径の比較的大きい反応物微粒子を阻止することができるだけであり、粒径の小さい反応物微粒子に対しては、有効に遮ることができないので、濾過の効果が劣る。
３．濾過装置の吸気口に隣接する内壁から濾過板までの距離がたいへん小さくて、１．５ｃｍだけであり、しかも濾過板上のホールが相当に小さいため、廃気中の反応物微粒子および副産物が大量に集中する時、濾過板上のホールが塞がれてしまいやすく、吸気口が詰まってしまう状況が発生する。それにより多くの時間および費用を費やして吸気口のクリーニングを行い、濾過装置の正常な運転を維持しなければならず、化学気相堆積プラットホームの生産効率を向上させることができない。

そこで、この発明の第１の目的は、気体中の液体物質および微粒子を濾過する能力を増大させることのできる濾過装置を提供することにある。この発明の第２の目的は、濾過装置の吸気口が詰まることを防止して、濾過装置の使用寿命（Life time）を増加させるこ
とができる濾過装置を提供することにある。

上記課題を解決し、所望の目的を達成するために、この発明にかかる濾過装置は、気体の濾過に適したものであり、内部が中空であって、かつ吸気口および排気口を備える濾過装置本体と、前記濾過装置本体の内部に配置されるディスク式フィルターと、前記濾過装置本体の内部に配置され、その一端が前記ディスク式フィルターに連通し、その他端が前記排気口に連通し、かつ、その外周面の一部領域が前記吸気口に対向する気体導入管と、前記気体導入管の内部に配置される多数個の網型フィルターとを含むものから構成されるものであって、前記気体が前記吸気口から進入するとともに、前記気体導入管の外壁を経て前記ディスク式フィルター内部へ導入され、かつ前記した多数個の網型フィルターを経て前記排気口から排出されるものである。

上記濾過装置本体が、ベースと、前記ベース上に配置され、かつ上記吸気口および上記排気口がその上に位置する筒体とを含むものである。上記吸気口が、上記筒体の側面に位置し、上記排気口が、前記筒体の頂面に位置する。上記濾過装置本体が、さらに、固定軸を含み、前記固定軸が上記ベース上に配置され、かつ上記した多数個の網型フィルターが前記固定軸上に配置され、前記した多数個の網型フィルターを上記気体導入管の内部に固定するものである。上記ディスク式フィルターが、多数個のリング状ディスクを含み、前記した多数個のリング状ディスクが、上記ベース上に堆積され、上記気体導入管が、前記ディスク式フィルター上に配置されるものである。上記した多数個のリング状ディスクが、上下両面の内周縁から外周縁に多数個の微細凹溝を有する。上記した多数個のリング状ディスクが、上下両表面上にさらに多数個の突起リブを有する。上記した多数個のリング状ディスクが、上下両表面上にさらに多数個の吸着表面積増加用凹溝を有する。上記した多数個のリング状ディスクが、筒状堆積体として堆積される。上記した多数個のリング状ディスクが、それぞれ位置決め端を有し、前記した多数個のリング状ディスクが、前記位置決め端により周方向の向きを規制されつつディスク相互が上下方向に整列して堆積されるものである。上記した多数個のリング状ディスクが、それぞれ位置決め端を有し、前記した多数個のリング状ディスクの少なくとも一部が、前記位置決め端により周方向の所定の一方向へ向かって周方向の向きを規制されつつディスク相互が上下方向に整列して堆積され、前記した多数個のリング状ディスクの一部が、前記位置決め端により周方向の他の一方向へ向かって周方向の向きを規制されつつディスク相互が上下方向に整列して堆積されるものである。

上記気体導入管の上記一部領域が、平面である上記濾過装置が、さらに、多数個の仕切板を有し、上記気体導入管の平面上に配置するものである。上記濾過装置が、さらに、多数個の仕切板を有し、上記気体導入管の外壁上に配置するものである。上記濾過装置本体が上記吸気口に隣接する壁面から上記気体導入管の上記一部領域までの距離が３ｃｍである。上記した多数個の網型フィルターの口径が異なるものであり、かつ上記ディスク式フィルターから上記排気口へ向けて、前記した多数個の網型フィルターの口径が、大から小へ配置されるものである。上記濾過装置が、さらに、多数個の固定部材を含み、前記した多数個の固定部材が、上記した多数個の網型フィルターの周縁に配置されて、前記した多数個の網型フィルターを一体的に固定するものである。

上記構成により、この発明にかかる濾過装置は、その内部にディスク式フィルターと気体導入管と網型フィルターという３種類の濾過ユニットを有するとともに、３段式で気体（即ち廃気）中の反応物微粒子および副産物を濾過することができるため、優良な濾過効果を達成することができる。つまり、この発明にかかる濾過装置には、少なくとも以下の利点がある。
１．この発明にかかる濾過装置は、その内部にディスク式フィルターと気体導入管と網型フィルターという３種類の濾過ユニットを有するとともに、３段式で気体（即ち廃気）中の反応物微粒子および副産物を濾過することができるため、優良な濾過効果を達成することができる。
２．この発明にかかる濾過装置中に配置された気体導入管は、気体（即ち廃気）中の液体物質を吸着するほか、さらに、気体が濾過装置本体内を流動する経路を延長することができ、反応物を濾過装置本体内に留まりやすくして、濾過効果を向上させることができる。
３．この発明にかかる濾過装置は、吸気口端に隣接する壁面から気体導入管までの距離が３ｃｍに増大（即ち緩衝スペースが増大）されるので、気体中の反応物微粒子および副産物が大量に集中する時、吸気口端が詰まってしまう状況が発生しにくい。
従って、産業上の利用価値が高い。

以下、この発明にかかる好適な実施形態を図面に基づいて説明する。
図２において、この発明の濾過装置２００は、気体中の微粒子および液体物質を濾過するのに適したものであり、この濾過装置２００は、主要には、濾過装置本体２１０と、ディスク式フィルター２２０と、気体導入管２３０と、多数個の網型フィルター２４０とから構成される。

濾過装置本体２１０の内部は、中空を呈し、かつ、この濾過装置本体２１０は、吸気口２１２ａおよび排気口２１２ｂを有する。この実施例について言えば、濾過装置本体２１０は、例えば、ベース２１２と、筒体２１４と、固定軸２１６とから構成される。そのうち、筒体２１４は、ベース２１２上に配置され、固定軸２１６は、ベース２１２上に配置され、吸気口２１２ａおよび排気口２１２ｂが、例えば、筒体２１４上に配置され、吸気口２１２ａが例えば筒体２１４の側壁に配置され、排気口２１２ｂが例えば筒体２１４の頂面に配置される。この実施例において、筒体２１４は、例えば、円筒状であるが、筒体も四角筒状、五角筒状、多角筒状などとすることができる。

図２と図３Ａと図３Ｂとにおいて、ディスク式フィルター２２０は、濾過装置本体２１０の内部に配置され、例えば、ベース２１２上に配置される。そのうち、ディスク式フィルター２２０は、主要には、多数個のリング状ディスク２２２を堆積してなり、円筒状に類似した堆積体を形成する。この実施例において、これらのリング状ディスク２２２は、ベース２１２上に配置され、気体導入管２３０もまた濾過装置本体２１０の内部に配置され、かつディスク式フィルター２２０最上部分のリング状ディスク２２２表面上に配置される。リング状ディスク２２２の上下両面の内周縁から外周縁に多数個の微細な凹紋（図示せず）を設置して、リング状ディスク２２２を堆積した時、隣接した２リング状ディスク２２２間の接触面の凹紋が交差して堆積、または小角度を有することにより、ディスク式フィルター２２０中の隣接した２リング状ディスク２２２間が凹紋の組み合わせのために、複雑な隙間を形成し、廃気がディスク式フィルター２２０の外側から隙間を通過してディスク式フィルター２２０内部へ進入する時、廃気中の微粒子が隙間に堆積する。また、リング状ディスク２２２の上下表面に多数個の突起リブ２２４を配置して、吸着する表面積を増加させ、濾過の効果を向上させることもできる。さらに、リング状ディスク２２２の上下表面に多数個の凹溝（図示せず）を配置して、同様に吸着する表面積を増加させ、濾過の効果を向上させることができる。この実施例において、リング状ディスク２２２は、位置決め端を有しており、これらのリング状ディスク２２２を堆積する時、位置決めの基準として用いる。この実施例では、例えば、図３Ａに示したリング状ディスク２２２の切り欠き部分がそうであり、この位置決め端により周方向の向きを規制されつつディスク相互が上下方向に整列して堆積する。もちろん、リング状ディスクの形状に合わせて、その位置決め端により周方向の所定の一方向へ周方向の向きを規制されつつディスク相互が上下方向に整列して堆積することもでき、その位置決め端により周方向の他の一方向へ周方向の向きを規制されつつディスク相互が上下方向に整列して堆積することもできる。つまり、このような位置決め端を有するリング状ディスクは、同一方向へも堆積できるし、反対方向へも堆積することができるし、同一方向・反対方向を交互に繰り返して堆積することもできる。また、本技術領域に習熟した者であれば分かるように、リング状ディスク２２２もまた形状を限定するものでなく、円形、多角形、不規則な形状のいずれであっても良い。

図２と図４Ａとにおいて、気体導入管２３０は、例えば、中空管状体であり、かつ気体導入管２３０の外周面の一部領域２３２が吸気口２１２ａに対向した場所にあって、吸気口２１２ａに対向した気体導入管２３０の一部領域２３２は、例えば、平面（図４Ａを参照）として設計され、吸気口２１２ａから進入する気体の一部の流動方向を変更するとともに、液体物質を吸着させる。また、濾過装置本体２１０の吸気口２１２ａに隣接する壁面から気体導入管２３０の一部領域２３２までの距離を例えば３ｃｍに設計する。上述したことから分かるように、気体導入管２３０がディスク式フィルター２２０の上方に配置されて、この気体導入管２３０の一端がディスク式フィルター２２０と連通し、他端が排気口２１２ｂと連通するとともに、気体導入管２３０の一部領域２３２と吸気口２１２ａとを対応させている。

図４Ｂにおいて、この発明の気体導入管２３０は、吸気口２１２ａに対向して平面として設計された一部領域２３２を有しているが、さらに、多数個の仕切板２３４を配置して、吸着する表面積を増加させ、気体中の液体物質を吸着する効果を向上させることもできる。もちろん、仕切板２３４は、平面として設計された一部領域２３２だけに配置すると限定するものではなく、気体導入管２３０の外壁全体に配置することもできる（図示せず）。また、この実施例にかかる多数個の仕切板２３４は、気体導入管２３０に対して垂直に配置されているが、水平または他の配列方式で気体導入管２３０上に配置することができる。なお、当該技術領域に習熟した者であれば分かるように、仕切板２３４の形状や寸法を制限する必要はない。

図２と図５とにおいて、数個の網型フィルター２４０（この実施例では３個を図示）が気体導入管２３０内部に配置され、かつ、これらの網型フィルター２４０を固定軸２１６上に嵌め込むことによって、これらの網型フィルター２４０を気体導入管２３０内部に固定する。また、これらの網型フィルター２４０を同時に固定軸２１６上に配置できるように、多数個の固定部材２４２を網型フィルター２４０の周縁に配置して、これらの網型フィルター２４０を一体的に形成する。

次に、濾過装置２００の濾過原理を説明する。ここでは、この発明にかかる濾過装置２００を二酸化シリコン（テトラエチル−リン−ケイ酸エステル、略称ＴＥＯＳを反応気体源とする）化学気相堆積工程を例に説明する。この発明にかかる濾過装置２００は、通常、化学気相堆積プラットホームの反応室（ファーネス）の出口端に連接され、反応室（ファーネス）には、通常、ＴＥＯＳ（Ｓｉ（ＯＣ２Ｈ５）４（ｇ））という反応気体が流入され、この反応気体により加熱が行われて、固態のＳｉＯ２（ｓ）が形成されチップ表面に堆積されるが、反応気体が固態の生成物を形成する時、通常、大量の反応物微粒子および副産物、例えば、エチレン（Ｃ２Ｈ４（ｇ））、酸化水素（Ｈ２Ｏ（ｇ））からなる廃気を発生させるため、この発明にかかる濾過装置２００を反応室（ファーネス）の出口端に連接して、廃気中の反応物微粒子および副産物を濾過することができる。

図２に示すように、廃気が吸気口２１２ａから濾過装置本体２１０へ進入する時、廃気は、先ず気体導入管２３０の図４Ａまたは図４Ｂに示した一部領域２３２に接触し、廃気中の液体の物質、例えば（Ｈ２Ｏ（ｇ））が吸着されるとともに、気体導入管２３０の一部領域２３２の平面設計により、反応気体の一部を濾過装置本体２１０の底部へ流動させてディスク式フィルター２２０内に進入させる。他の反応気体は、気体導入管２３０の一部領域２３２以外の弧形表面により吸気口２１２ａから遠い場所へ導かれた後、濾過装置本体２１０の底部へ流動してディスク式フィルター２２０内に進入する。従って、この発明にかかる気体導入管２３０は、先に廃気中の液体物質を吸着して第１段階の濾過を行うほか、気体が濾過装置本体２１０内を流動する経路を延長して、反応物が濾過装置本体２１０内に留まりやすくして、濾過の効果を向上させることができる。また、気体導入管２３０の吸気口２１２ａに隣接する壁面から気体導入管２３０の一部領域２３２までの距離が例えば３ｃｍに設計され、従来の気体導入管の吸気口に隣接する壁面から気体導入板までの距離の２倍であるので、廃気中の反応物微粒子および副産物が大量に集中する時、吸気口端が詰まってしまうという状況が発生しにくく、多くの時間および費用をかけて吸気口端をクリーニングして濾過装置の正常な運転を維持する必要がなく、化学気相堆積プラットホームの生産効率を有効に向上させることができる。

ディスク式フィルター２２０内へ進入した廃気は、各ディスク２２２間に隙間があるので、各ディスク２２２間の隙間を通過する時、この隙間より粒径の大きい反応物微粒子を阻止して、第２段階の濾過を行うことができる。その後、廃気は、気体導入管２３０内部に配置された多数個の網型フィルター２４０を順番に通過する。注目すべきことは、図５に示した実施例について言えば、３つの網型フィルター２４０の孔径は全て異なっており、排気口２１２ｂに近い網型フィルター２４０ほど孔径が小さく、このような網型フィルター２４０の配置によって、段階的な濾過効果を達成することができる。つまり、第３段階の濾過として、網型フィルター２４０の配置により、廃気中の粒径のより小さい反応物微粒子に対して濾過を行って、最後に、排気口２１２ｂから排出される気体中の反応物微粒子および副産物を阻止し、気体中の不純物を濾過するという目的を達成することができる。

以上のごとく、この発明を好適な実施例により開示したが、もとより、この発明を限定するためのものではなく、当業者であれば容易に理解できるように、この発明の技術思想の範囲内において、適当な変更ならびに修正が当然なされうるものであるから、その特許権保護の範囲は、特許請求の範囲および、それと均等な領域を基準として定めなければならない。

従来の化学気相堆積プラットホームの反応室（ファーネス）に連接される濾過装置を示す断面図である。 この発明にかかる濾過装置を示す断面図である。 この発明にかかるディスク式フィルターを示す平面図である。 この発明にかかるディスク式フィルターを示す斜視図である。 この発明にかかる気体導入管を示す斜視図である。 この発明にかかる別な気体導入管を示す斜視図である。 この発明にかかる網型フィルターを示す斜視図である。

符号の説明

２００ 濾過装置
２１０ 濾過装置本体
２１２ ベース
２１２ａ 吸気口
２１２ｂ 排気口
２１４ 筒体
２１６ 固定軸
２２０ ディスク式フィルター
２２２ リング状ディスク
２２４ 突起リブ
２３０ 気体導入管
２３２ 一部領域
２３４ 仕切板
２４０ 網型フィルター
２４２ 固定部材

Claims (17)

1. 気体の濾過に適したものであり、
   内部が中空であり、かつ吸気口および排気口を備える濾過装置本体と、
   前記濾過装置本体の内部に配置されるディスク式フィルターと、
   前記濾過装置本体の内部に配置され、その一端が前記ディスク式フィルターに連通し、その他端が前記排気口に連通し、かつ、その外周面の一部領域が前記吸気口に対向する気体導入管と、
   前記気体導入管の内部に配置される多数個の網型フィルターと
   を含むものであって、
   前記気体が前記吸気口から進入するとともに、前記気体導入管の外壁を経て前記ディスク式フィルター内部へ導入され、かつ前記した多数個の網型フィルターを経て前記排気口から排出されるものである濾過装置。
2. 上記濾過装置本体が、ベースと、
   前記ベース上に配置され、かつ上記吸気口および上記排気口がその上に位置する筒体とを含む請求項１記載の濾過装置。
3. 上記吸気口が、上記筒体の側面に位置し、上記排気口が、前記筒体の頂面に位置する請求項２記載の濾過装置。
4. 上記濾過装置本体が、さらに、固定軸を含み、前記固定軸が上記ベース上に配置され、かつ上記した多数個の網型フィルターが前記固定軸上に配置され、前記した多数個の網型フィルターを上記気体導入管の内部に固定するものである請求項１または２記載の濾過装置。
5. 上記ディスク式フィルターが、多数個のリング状ディスクを含み、前記した多数個のリング状ディスクが、上記ベース上に堆積され、上記気体導入管が、前記ディスク式フィルター上に配置されるものである請求項１〜４いずれか１項記載の濾過装置。
6. 上記した多数個のリング状ディスクが、上下両面の内周縁から外周縁に多数個の凹紋を有する請求項５記載の濾過装置。
7. 上記した多数個のリング状ディスクが、上下両表面上にさらに多数個の突起リブを有する請求項５記載の濾過装置。
8. 上記した多数個のリング状ディスクが、上下両表面上にさらに多数個の凹溝を有する請求項５記載の濾過装置。
9. 上記した多数個のリング状ディスクが、筒状堆積体として堆積される請求項５記載の濾過装置。
10. 上記した多数個のリング状ディスクが、それぞれ位置決め端を有し、前記した多数個のリング状ディスクが、前記位置決め端により周方向の向きを規制されつつディスク相互が上下方向に整列して堆積されるものである請求項５記載の濾過装置。
11. 上記した多数個のリング状ディスクが、それぞれ位置決め端を有し、前記した多数個のリング状ディスクの少なくとも一部が、前記位置決め端により周方向の所定の一方向へ向かって周方向の向きを規制されつつディスク相互が上下方向に整列して堆積され、前記した多数個のリング状ディスクの一部が、前記位置決め端により周方向の他の一方向へ向かって周方向の向きを規制されつつディスク相互が上下方向に整列して堆積されるものである請求項５記載の濾過装置。
12. 上記気体導入管の上記一部領域が、平面である請求項１記載の濾過装置。
13. 上記濾過装置が、さらに、多数個の仕切板を有し、上記気体導入管の平面上に配置するものである請求項１２記載の濾過装置。
14. 上記濾過装置が、さらに、多数個の仕切板を有し、上記気体導入管の外壁上に配置するものである請求項１２記載の濾過装置。
15. 上記濾過装置本体が上記吸気口に隣接する壁面から上記気体導入管の上記一部領域までの距離が３ｃｍである請求項１記載の濾過装置。
16. 上記した多数個の網型フィルターの口径が異なるものであり、かつ上記ディスク式フィルターから上記排気口へ向けて、前記した多数個の網型フィルターの口径が、大から小へ配置されるものである請求項１記載の濾過装置。
17. 上記濾過装置が、さらに、多数個の固定部材を含み、前記した多数個の固定部材が、上記した多数個の網型フィルターの周縁に配置されて、前記した多数個の網型フィルターを一体的に固定するものである請求項１記載の濾過装置。