JP4615040B2 - トラップ装置及び減圧乾燥装置 - Google Patents

Description

本発明は、蒸気を含むガスから蒸気を凝縮させて分離するトラップ装置およびこれを用いる減圧乾燥装置に関する。

たとえば液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）等のフラットパネルディスプレイ（ＦＰＤ）製造のフォトリソグラフィー工程では、ガラス基板等の被処理基板上に塗布したレジスト液をプリベーキングに先立って適度に乾燥させるために減圧乾燥装置が用いられている。

この種の減圧乾燥装置は、たとえば特許文献１に記載されるように、上面が開口しているトレーまたは底浅容器型の下部チャンバと、この下部チャンバの上面に気密に密着または嵌合可能に構成された蓋状の上部チャンバとを有している。下部チャンバの中にはステージが配設されており、このステージ上に基板を水平に載置してから、チャンバを閉じ（上部チャンバを下部チャンバに密着させ）、チャンバ内を減圧して乾燥処理を行うようにしている。

チャンバの排気口には真空ポンプが接続されている。この真空ポンプが作動して真空排気を開始すると、チャンバ内が減圧状態になり、この減圧下で基板上のレジスト液膜から有機溶剤（たとえばシンナー）が蒸発し、有機溶剤蒸気が他のガスと一緒にチャンバの排気口から排気管を通って真空ポンプに吸い込まれる。チャンバ内は、有機溶剤の気化熱によって室温が下がり、たとえば処理開始前の室温から１０℃付近まで下がる。

一方、真空ポンプに吸い込まれた排ガスは、ポンプ内で飽和蒸気圧を超えない程度に（通常は大気圧位まで）圧縮され、約１００℃〜１５０℃まで高温になる。こうして、高温の圧縮された不飽和の排ガスが真空ポンプより吐き出され、排気ダクト等の排気路を通って工場備え付けの排気処理装置へ送られる。その際に問題となるのは、真空ポンプから排気処理装置までの排気路は全長が数１０ｍを超えるのが通常であり、その途中で排ガスが冷えて有機溶剤蒸気が凝縮つまり液化すると、排気路の所々（排気ダクトの継目等）で有機溶剤の液が外に漏れてしまうことである。

そこで、排気ラインにおいて真空ポンプと排気ダクトとの間に、排ガス中の有機溶剤蒸気を凝縮させて分離するトラップ装置を設けている。図９および図１０に、レジスト塗布直後の減圧乾燥処理で用いられている従来の代表的なトラップ装置を示す。

図９に示すトラップ装置は、縦型円筒状のタンク２００内の中心部に排ガス導入管２０２の出口（ガス噴出口）２０２ａを横向きに配置するとともに、タンク２００内の上部に排ガス取り出し管２０４の入口（ガス吸い込み口）２０４ａを横向きに配置している。

排ガス導入管２０２の入口は真空ポンプ（図示せず）の出側に接続されており、排ガス取り出し管２０４の出口は排気ダクト（図示せず）を介して排気ポンプ（図示せず）の入側に接続されている。

タンク２００の中で、ガス噴出口２０２ａとガス吸い込み口２０４ａとの間には複数枚たとえば３枚の邪魔板２０６，２０８，２１０が多段に配置されている。これらの邪魔板２０６，２０８，２１０には所定の部位に１つまたは複数の開口部２０６ａ，２０８ａ，２１０ａがそれぞれ形成されている。タンク２００の側壁は二重管構造で中が冷却水流路２１２になっており、この冷却水流路２１２の下端部および上端部に冷却水導入口２１４および冷却水排出口２１６がそれぞれ設けられている。また、タンク２００の底には排液用のドレイン口２１８が設けられている。

このトラップ装置において、排気ライン上流側の真空ポンプより排ガス導入管２０２を通って送られてきた高温の圧縮された排ガスは、タンク２００内でガス噴出口２０２ａより横向きに噴出されて拡散し、断熱膨張により温度を下げるとともに、タンク２００の内壁面や邪魔板２０６，２０８，２１０等と接触して冷やされ、排ガスに含まれている有機溶剤蒸気の一部が凝縮して液化する。液化した有機溶剤はタンク２００の底に落ちてドレイン口２１８から排出される。タンク２００内で凝縮しなかった有機溶剤蒸気は、他の排ガスと一緒にガス吸い込み口２０４ａから排ガス取り出し管２０４の中に吸い込まれ、下流側の排気ダクトへ送られる。

図１０に示すトラップ装置は、横型円筒状のタンク２２０を少し斜めに傾けて配設し、タンク２２０の高い方の一端部に排ガス導入管２２２を接続するとともに、タンク２２０の低い方の他端部に排ガス取り出し管２２４を接続する。そして、タンク２２０の中には中心軸に沿って往路は螺旋状に延びて帰路は直線状に延びる冷却管２２６を収容している。また、タンク２２０の最下部付近の底にドレイン口２２８を設けている。

このトラップ装置において、排気ライン上流側の真空ポンプより排ガス導入管２２２を通って送られてきた高温の圧縮ガスは、タンク２２０内に導入されると拡散して、断熱膨張により温度を下げるとともに、冷却管２２６によっても更に冷やされ、排ガスに含まれている有機溶剤蒸気の一部が凝縮して液化する。液化した有機溶剤はドレイン口２２８から排出される。タンク２２０内で凝縮しなかった有機溶剤蒸気は、他の排ガスと一緒に排ガス取り出し管２２４を通って下流側の排気ダクトへ送られる。
特開２０００−１８１０７９

しかしながら、上記のような従来のトラップ装置はいずれも、排ガス中の有機溶剤蒸気を凝縮して分離する蒸気捕獲率または気液分離率が低く（最大４０％程度）、相当量の有機溶剤蒸気を分離できないまま取り逃がしており、下流側で冷えて液化した有機溶剤が排気路内で溜まったり排気ダクトの継目等から外へ漏れるという旧来の問題を十分に解消できていなかった。

本発明は、上記のような従来技術の問題点に鑑みてなされたものであって、蒸気捕獲率または気液分離率を大幅に向上させるトラップ装置を提供することを目的とする。

本発明の別の目的は、減圧乾燥処理に際して真空ポンプより吐き出される排ガスから蒸気を効率よく分離して排気ライン下流側での液溜まりや液漏れを防止するようにした減圧乾燥装置を提供することにある。

上記の目的を達成するために、本発明のトラップ装置は、縦型筒状のタンクと、前記タンク内の中心部に設けられ、前記タンクの内径よりも小さな外径と、前記タンクの底面の近くに配置される入口と、前記タンクの下流側の外部排気路に接続される出口とを有する内部縦型筒体と、前記内部縦型筒体の入口よりも高い位置で前記タンク内に所定の蒸気を含むガスを導入するガス導入部とを有し、前記ガス導入部より前記タンク内に導入された前記ガスが、前記タンクの内壁面に沿って螺旋状に旋回しながら上昇し、前記タンクの天井に当った後、前記内部縦型筒体の外壁面に沿って螺旋状に旋回しながら降下し、前記内部縦型筒体の中をその入口から出口まで通り抜けて前記下流側排気管に送られ、前記蒸気が前記タンク内で凝縮するように構成した。

上記の装置構成においては、蒸気含有ガスの旋回流がタンク内を上下に往復するので、タンクの限られた容積の空間内で可及的に長いガス流路が形成される。このことによって、ガスの断熱膨張の体積、更にはガスのタンクおよび内部縦型円筒体と接触する時間が大きく増加し、ガスの温度が下がる冷却効率、ひいては有機溶剤蒸気が凝縮して液化する気液分離効率が大幅に向上する。

本発明の好適な一態様においては、ガス導入部が、タンクの内壁面に沿ってガスを噴出するノズル部を有する。さらには、このノズル部が、タンクの軸方向と直交する面に対して５°〜４５°（最も好ましくは１０°〜２０°）斜め上方に傾けてガスを噴出する。かかる構成により、タンク内で蒸気含有ガスを上下に往復旋回させて実質的なガス流路を長くなる効果を最大限に高めることができる。

別の好適な一態様においては、内部縦型筒体内に、ガスをその気流の進路を邪魔しながら通過させる邪魔板を軸方向に間隔を空けて複数枚配置する。この場合、内部縦型筒体の中に入ってくるガスの旋回流を邪魔して非旋回流に矯正するように、内部縦型筒体の入口付近に最下段の第１の邪魔板と次段の第２の邪魔板とを近づけて配置するのが好ましく、このようにガスが非旋回流の慣性力で後段の各邪魔板との衝突を繰り返すことによって、気液分離の効果、特にミストの生成効率を更に向上させることができる。

なお、第１の邪魔板が、周回方向に並べて形成された複数の開口部を有する円板からなり、第２の邪魔板が、内部縦型筒体の内径よりも小さく、かつ第１の邪魔板の開口部の外径よりも大きな口径を有する実質的に開口無しの円板からなる構成が好ましい。特に好ましくは、第１の邪魔板の開口部の全開口率が２０％〜７０％であり、第１および第２の邪魔板の間に形成される流路の第２の邪魔板のエッジ位置における断面積（Ｓ_a）と第１の邪魔板の開口部の総面積（Ｓ_b）との比（Ｓ_a／Ｓ_b）が０．４〜０．９である。

別の好適な一態様においては、内部縦型筒体の周壁またはその近くに冷却媒体用の流路を設け、この媒体流路に一定温度の冷却媒体を流す。かかる構成により、内部縦型筒体およびその周囲を冷やし、蒸気の凝縮効率を一層向上させることができる。

また、内部縦型筒体の出口付近または下流側の外部排気路内に、蒸気が凝縮して出来たミストを捕獲するためのミストフィルタを設ける構成も好ましい。この構成によって、下流側排気路へミストが流出するのを確実に防止することができる。

また、タンク内の集液効率を上げるために、タンクの内壁に沿って周回方向に移動する液滴を捕集してタンクの底へ落とすための第１の液捕集部を設ける構成も好ましい。この場合、第１の液捕集部は、好ましくは、タンクの内壁から半径方向内側に突出して縦方向に延びる突条部を有する。

さらに、トラップ装置で排ガスから分離されなかった蒸気が下流側の外部排気路で凝縮する場合を考慮して、外部排気路の内壁面に沿って下流側に移動する液滴を捕集して外部排気路の外へ取り出すための第２の液捕集部を設ける構成も好ましい。この第２の液捕集部は、好適には、外部排気路の内径よりも小さな外径を有する円筒部と、この円筒部の下流側端部で円筒部と外部排気路との隙間を閉塞する環状の底部と、この底部付近に設けられた排液用の第２のドレイン口とを有してよい。

本発明の減圧乾燥装置は、処理液の塗布膜を形成された直後の被処理基板を出し入れ可能に収容する密閉可能なチャンバと、前記基板上の前記塗布膜を乾燥させるために前記チャンバ内を真空排気する真空ポンプと、前記真空ポンプより吐き出される排ガスから蒸気を分離するための本発明のトラップ装置とを有する。

本発明の好適な一態様においては、処理液がレジスト液であり、排ガスに含まれる蒸気が有機溶剤蒸気である。

本発明のトラップ装置によれば、上記のような構成および作用により、蒸気捕獲率または気液分離率を大幅に向上させることができる。また、本発明の減圧乾燥装置によれば、上記のような構成および作用により、減圧乾燥処理に際して真空ポンプより吐き出される排ガスから蒸気を効率よく分離して排気ライン下流側での液溜まりや液漏れを防止することができる。

以下、図１〜図８を参照して本発明の好適な実施の形態を説明する。

図１に、本発明の減圧乾燥装置およびトラップ装置を適用できる一構成例としての塗布現像処理システムを示す。この塗布現像処理システム１０は、クリーンルーム内に設置され、たとえばガラス基板を被処理基板とし、ＬＣＤ製造プロセスにおいてフォトリソグラフィー工程の中の洗浄、レジスト塗布、プリベーク、現像およびポストベーク等の一連の処理を行うものである。露光処理は、このシステムに隣接して設置される外部の露光装置１２で行われる。

この塗布現像処理システム１０は、中心部に横長のプロセスステーション（Ｐ／Ｓ）１６を配置し、その長手方向（Ｘ方向）両端部にカセットステーション（Ｃ／Ｓ）１４とインタフェースステーション（Ｉ／Ｆ）１８とを配置している。

カセットステーション（Ｃ／Ｓ）１４は、システム１０のカセット搬入出ポートであり、基板Ｇを多段に積み重ねるようにして複数枚収容可能なカセットＣを水平な一方向（Ｙ方向）に４個まで並べて載置できるカセットステージ２０と、このステージ２０上のカセットＣに対して基板Ｇの出し入れを行う搬送機構２２とを備えている。搬送機構２２は、基板Ｇを１枚単位で保持できる搬送アーム２２ａを有し、Ｘ，Ｙ，Ｚ，θの４軸で動作可能であり、隣接するプロセスステーション（Ｐ／Ｓ）１６側と基板Ｇの受け渡しを行えるようになっている。

プロセスステーション（Ｐ／Ｓ）１６は、水平なシステム長手方向（Ｘ方向）に延在する平行かつ逆向きの一対のラインＡ，Ｂに各処理部をプロセスフローまたは工程の順に配置している。

より詳細には、カセットステーション（Ｃ／Ｓ）１４側からインタフェースステーション（Ｉ／Ｆ）１８側へ向う上流部のプロセスラインＡには、搬入ユニット（ＩＮ ＰＡＳＳ）２４、洗浄プロセス部２６、第１の熱的処理部２８、塗布プロセス部３０および第２の熱的処理部３２が第１の平流し搬送路３４に沿って上流側からこの順序で一列に配置されている。

より詳細には、搬入ユニット（ＩＮ ＰＡＳＳ）２４はカセットステーション（Ｃ／Ｓ）１４の搬送機構２２から未処理の基板Ｇを受け取り、所定のタクトで第１の平流し搬送路３４に投入するように構成されている。洗浄プロセス部２６は、第１の平流し搬送路３４に沿って上流側から順にエキシマＵＶ照射ユニット（Ｅ−ＵＶ）３６およびスクラバ洗浄ユニット（ＳＣＲ）３８を設けている。第１の熱的処理部２８は、上流側から順にアドヒージョンユニット（ＡＤ）４０および冷却ユニット（ＣＯＬ）４２を設けている。塗布プロセス部３０は、上流側から順にレジスト塗布ユニット（ＣＯＴ）４４および減圧乾燥ユニット（ＶＤ）４６を設けている。第２の熱的処理部３２は、上流側から順にプリベークユニット（ＰＲＥ−ＢＡＫＥ）４８および冷却ユニット（ＣＯＬ）５０を設けている。第２の熱的処理部３２の下流側隣に位置する第１の平流し搬送路３４の終点にはパスユニット（ＰＡＳＳ）５２が設けられている。第１の平流し搬送路３４上を平流しで搬送されてきた基板Ｇは、この終点のパスユニット（ＰＡＳＳ）５２からインタフェースステーション（Ｉ／Ｆ）１８へ渡されるようになっている。

一方、インタフェースステーション（Ｉ／Ｆ）１８側からカセットステーション（Ｃ／Ｓ）１４側へ向う下流部のプロセスラインＢには、現像ユニット（ＤＥＶ）５４、ポストベークユニット（ＰＯＳＴ−ＢＡＫＥ）５６、冷却ユニット（ＣＯＬ）５８、検査ユニット（ＡＰ）６０および搬出ユニット（ＯＵＴ−ＰＡＳＳ）６２が第２の平流し搬送路６４に沿って上流側からこの順序で一列に配置されている。ここで、ポストベークユニット（ＰＯＳＴ−ＢＡＫＥ）５６および冷却ユニット（ＣＯＬ）５８は第３の熱的処理部６６を構成する。搬出ユニット（ＯＵＴ ＰＡＳＳ）６２は、第２の平流し搬送路６４から処理済の基板Ｇを１枚ずつ受け取って、カセットステーション（Ｃ／Ｓ）１４の搬送機構２２に渡すように構成されている。

両プロセスラインＡ，Ｂの間には補助搬送空間６８が設けられており、基板Ｇを１枚単位で水平に載置可能なシャトル７０が図示しない駆動機構によってプロセスライン方向（Ｘ方向）で双方向に移動できるようになっている。

インタフェースステーション（Ｉ／Ｆ）１８は、上記第１および第２の平流し搬送路３４，６４や隣接する露光装置１２と基板Ｇのやりとりを行うための搬送装置７２を有し、この搬送装置７２の周囲にロータリステージ（Ｒ／Ｓ）７４および周辺装置７６を配置している。ロータリステージ（Ｒ／Ｓ）７４は、基板Ｇを水平面内で回転させるステージであり、露光装置１２との受け渡しに際して長方形の基板Ｇの向きを変換するために用いられる。周辺装置７６は、たとえばタイトラー（ＴＩＴＬＥＲ）や周辺露光装置（ＥＥ）等を第２の平流し搬送路６４に接続している。

ここで、この塗布現像処理システムにおける１枚の基板Ｇに対する全工程の処理手順を説明する。先ず、カセットステーション（Ｃ／Ｓ）１４において、搬送機構２２が、ステージ２０上のいずれか１つのカセットＣから基板Ｇを１枚取り出し、その取り出した基板Ｇをプロセスステーション（Ｐ／Ｓ）１６のプロセスラインＡ側の搬入ユニット（ＩＮ ＰＡＳＳ）２４に搬入する。搬入ユニット（ＩＮ ＰＡＳＳ）２４から基板Ｇは第１の平流し搬送路３４上に移載または投入される。

第１の平流し搬送路３４に投入された基板Ｇは、最初に洗浄プロセス部２６においてエキシマＵＶ照射ユニット（Ｅ−ＵＶ）３６およびスクラバ洗浄ユニット（ＳＣＲ）３８により紫外線洗浄処理およびスクラビング洗浄処理を順次施される。スクラバ洗浄ユニット（ＳＣＲ）３８は、平流し搬送路３４上を水平に移動する基板Ｇに対して、ブラッシング洗浄やブロー洗浄を施すことにより基板表面から粒子状の汚れを除去し、その後にリンス処理を施し、最後にエアーナイフ等を用いて基板Ｇを乾燥させる。スクラバ洗浄ユニット（ＳＣＲ）３８における一連の洗浄処理を終えると、基板Ｇはそのまま第１の平流し搬送路３４を下って第１の熱的処理部２８を通過する。

第１の熱的処理部２８において、基板Ｇは、最初にアドヒージョンユニット（ＡＤ）４０で蒸気状のＨＭＤＳを用いるアドヒージョン処理を施され、被処理面を疎水化される。このアドヒージョン処理の終了後に、基板Ｇは冷却ユニット（ＣＯＬ）４２で所定の基板温度まで冷却される。この後も、基板Ｇは第１の平流し搬送路３４を下って塗布プロセス部３０へ搬入される。

塗布プロセス部３０において、基板Ｇは最初にレジスト塗布ユニット（ＣＯＴ）４４で平流しのままスリットノズルを用いるスピンレス法により基板上面（被処理面）にレジスト液を塗布され、直後に下流側隣の減圧乾燥ユニット（ＶＤ）４６で減圧乾燥処理を受ける。

塗布プロセス部３０を出た基板Ｇは、第１の平流し搬送路３４を下って第２の熱的処理部３２を通過する。第２の熱的処理部３２において、基板Ｇは、最初にプリベークユニット（ＰＲＥ−ＢＡＫＥ）４８でレジスト塗布後の熱処理または露光前の熱処理としてプリベーキングを受ける。このプリベーキングによって、基板Ｇ上のレジスト膜中に残留していた溶剤が蒸発して除去され、基板に対するレジスト膜の密着性が強化される。次に、基板Ｇは、冷却ユニット（ＣＯＬ）５０で所定の基板温度まで冷却される。しかる後、基板Ｇは、第１の平流し搬送路３４の終点のパスユニット（ＰＡＳＳ）５２からインタフェースステーション（Ｉ／Ｆ）１８の搬送装置７２に引き取られる。

インタフェースステーション（Ｉ／Ｆ）１８において、基板Ｇは、ロータリステージ７４でたとえば９０度の方向変換を受けてから周辺装置７６の周辺露光装置（ＥＥ）に搬入され、そこで基板Ｇの周辺部に付着するレジストを現像時に除去するための露光を受けた後に、隣の露光装置１２へ送られる。

露光装置１２では基板Ｇ上のレジストに所定の回路パターンが露光される。そして、パターン露光を終えた基板Ｇは、露光装置１２からインタフェースステーション（Ｉ／Ｆ）１８に戻されると、先ず周辺装置７６のタイトラー（ＴＩＴＬＥＲ）に搬入され、そこで基板上の所定の部位に所定の情報が記される。しかる後、基板Ｇは、搬送装置７２よりプロセスステーション（Ｐ／Ｓ）１６のプロセスラインＢ側に敷設されている第２の平流し搬送路６４の現像ユニット（ＤＥＶ）５４の始点に搬入される。

こうして、基板Ｇは、今度は第２の平流し搬送路６４上をプロセスラインＢの下流側に向けて搬送される。最初の現像ユニット（ＤＥＶ）５４において、基板Ｇは、平流しで搬送される間に現像、リンス、乾燥の一連の現像処理を施される。

現像ユニット（ＤＥＶ）５４で一連の現像処理を終えた基板Ｇは、そのまま第２の平流し搬送路６４に乗せられたまま第３の熱的処理部６６および検査ユニット（ＡＰ）６０を順次通過する。第３の熱的処理部６６において、基板Ｇは、最初にポストベークユニット（ＰＯＳＴ−ＢＡＫＥ）５６で現像処理後の熱処理としてポストベーキングを受ける。このポストベーキングによって、基板Ｇ上のレジスト膜に残留していた現像液や洗浄液が蒸発して除去され、基板に対するレジストパターンの密着性が強化される。次に、基板Ｇは、冷却ユニット（ＣＯＬ）５８で所定の基板温度に冷却される。検査ユニット（ＡＰ）６０では、基板Ｇ上のレジストパターンについて非接触の線幅検査や膜質・膜厚検査等が行われる。

搬出ユニット（ＯＵＴ ＰＡＳＳ）６２は、第２の平流し搬送路６４から全工程の処理を終えてきた基板Ｇを受け取って、カセットステーション（Ｃ／Ｓ）１４の搬送機構２２へ渡す。カセットステーション（Ｃ／Ｓ）１４側では、搬送機構２２が、搬出ユニット（ＯＵＴ ＰＡＳＳ）６２から受け取った処理済の基板Ｇをいずれか１つ（通常は元）のカセットＣに収容する。

この塗布現像処理システム１０においては、塗布プロセス部３０内の減圧乾燥ユニット（ＶＤ）４６に本発明を適用することができる。以下、図２〜図８につき、本発明の好適な実施形態における塗布プロセス部内３０の減圧乾燥ユニット（ＶＤ）４６およびこれに用いられるトラップ装置１００の構成および作用を詳細に説明する。

図２に、この実施形態における減圧乾燥ユニット（ＶＤ）４６の本体要部および排気系の構成を示す。

減圧乾燥ユニット（ＶＤ）４６の本体は、扁平な直方体形状を有する一体型の減圧可能なチャンバ８０からなる。基板搬送方向においてチャンバ８０の相対向する一対の側壁には、シャッタまたはゲートバルブ付きの開閉可能な基板搬入口８２および基板搬出口８４がそれぞれ設けられている。また、基板搬送方向において、チャンバ８０の中および外には平流し搬送路３４（図１）の一部または一区間を構成するコロ８６が敷設されている。

この減圧乾燥ユニット（ＶＤ）４６には、チャンバ８０内で基板Ｇを搬入または搬出するための高さ位置（コロ８６上の位置）と、減圧乾燥処理のための高さ位置（コロ８６から上方に浮いた位置）との間で上げ下げするためのリフト機構（図示せず）が備えられている。

チャンバ８０の底壁には１つまたは複数の排気口８８が設けられている。これらの排気口８８は、排気管９０を介して真空ポンプ９４の入側に接続されている。排気管９０の途中には開閉弁９２が設けられる。真空ポンプ９４の出側は、排気管９６を介してトラップ装置１００の入側に接続されている。トラップ装置１００の出側は、排気管または排気ダクト１０２を介して工場備え付けの排気ポンプ１０４の入側に接続されている。排気ポンプ１０４の出側は排気管１０６を介して工場備え付けの排ガス処理装置（図示せず）に接続されている。

この排気ラインにおいて、真空ポンプ９４は、たとえば油回転ポンプからなり、減圧乾燥処理時にはチャンバ８０の室内を大気圧から数十Ｐａ程度まで真空排気し、レジスト塗布膜から蒸発した有機溶剤を他の排ガスと一緒に吸い込む。そして、吸い込んだ排ガスをポンプ内で飽和蒸気圧を超えない程度に（通常は大気圧位まで）圧縮し、高温（約１００℃〜１５０℃）の圧縮された不飽和の排ガスを吐き出す。トラップ装置１００は、後述するように、真空ポンプ９４から吐き出された排ガスに含まれる有機溶剤蒸気の大部分を凝縮させて分離するように構成されている。なお、チャンバ８０の中は、減圧されると、有機溶剤の気化熱によって室温が下がり、たとえば処理開始前の室温から１０℃付近まで下がる。

通常、真空ポンプ９４およびトラップ装置１００はチャンバ８０の近くに、たとえば１ｍ〜１０ｍ以内の近距離に配置されるが、工場備え付けの排気ポンプ１０４は数１０ｍあるいは１００ｍを超える遠距離に位置することが多い。

図３に、この実施形態におけるトラップ装置１００の構成を示す。このトラップ装置１００は、縦型円筒状のタンク１２０を有し、このタンク１２０内の中心部にタンク１２０の内径よりも小さな外径と、タンク１２０の底面の近くに配置される入口１２２ａと、タンク１２０の下流側の外部排気路１０２に接続される出口１２２ｂとを有する内部縦型円筒体１２２とを設けている。タンク１２０および内部縦型円筒体１２２の材質はたとえばステンレス鋼である。

さらに、このトラップ装置１００は、内部縦型円筒体１２２の入口１２２ａよりも高い位置でタンク１２０内に真空ポンプ９４（図２）からの排ガスを導入するガス導入部１２６を備えている。このガス導入部１２６は、真空ポンプ９４からの排気管９６に連続しており、タンク１２０の底部近くでタンク側壁を外から中へ貫通するガス導入管１２８と、このガス導入管１２８の先端部を構成し、内部縦型円筒体１２２の入口１２２ａよりも高い位置で排ガスを噴出するノズル部１３０とを有している。ガス導入部１２６（ガス導入管１２８、ノズル部１３０）の材質もたとえばステンレス鋼でよい。また、ガス導入管１２８を貫通させるタンク１２０側壁の穴はシール部材（図示せず）封止されている。

このトラップ装置１００では、後述するようにタンク１２０の限られた容積の空間内で排ガスの流路を効率よく最大限に長くするために、ガス導入部１２６のノズル部１３０を、図３に示すように縦方向ではタンク１２０の軸と直交する面Ｈに対して所定角度θだけ斜め上方に向けるとともに、図５に示すように横方向ではタンク１２０の内壁面に略平行に向けている。ノズル部１３０の傾斜角度つまりガス噴出方向の傾斜角度θは、５°〜４５°の範囲内で設定されてよく、１５°付近つまり１０°〜２０°が最も好ましい。

内部縦型円筒体１２２内には、排ガスをその気流の進路を邪魔しながら通過させる複数枚（図の例は７枚）の邪魔板１３２(1)〜１３２(7)が軸方向に間隔を空けて下からこの順に中心支持軸１３４に取り付けられている。邪魔板１３２(1)〜１３２(7) および中心支持軸１３４の材質もたとえばステンレス鋼でよい。

より詳細には、図４に示すように、内部縦型円筒体１２２の入口１２２ａに第１の邪魔板１３２(1)が配置され、この第１の邪魔板１３２(1)と近距離の間隔を隔ててその上方に第２の邪魔板１３２(2)が配置され、その上方に比較的大きな等間隔を置いて第３〜第７の邪魔板１３２(3)〜１３２(7)が順次配置されている。

ここで、第１の邪魔板１３２(1)は、内部縦型円筒体１２２の内径ないし外径に略等しい口径を有する円板体からなり、周回方向に並べて形成された複数個たとえば６個の扇形開口部１３６を有している。第２の邪魔板１３２(2)は、内部縦型円筒体１２２の内径よりも小さな口径を有する円板体からなり、中心支持軸１３４を通すための中心孔１３８を除いて実質的な開口部を１つも有していない。第３の邪魔板１３２(3)は、内部縦型円筒体１２２の内径に略等しい口径を有する円板体からなり、周回方向に並べて形成された複数個たとえば６個の扇形開口部１３６を有している。もっとも、第３の邪魔板１３２(3)の口径は、組立て・分解やメンテナンスに際して内部縦型円筒体１２２への挿脱を容易にするために、内部縦型円筒体１２２の内径より若干小さく選ばれる。

以下、第４および第６の邪魔板１３２(4)，１３２(6)は第２の邪魔板１３２(2)と同一形状・サイズを有する開口部無しの円板体からなり、第５および第７の邪魔板１３２(5)，１３２(7)は第３の邪魔板１３２(3)と同一形状・サイズを有する開口部付きの円板体からなる。ただし、図４に示すように、第３の邪魔板１３２(3)と第５の邪魔板１３２(5)との間、および第５の邪魔板１３２(5)と第７の邪魔板１３２(7)との間では、それぞれの扇形開口部１３６が上下にぴったり重ならないように、周回方向に３０°のオフセットをもたせている。

内部縦型円筒体１２２の出口１２２ｂ付近には、タンク１２０内で、特に内部縦型円筒体１２２の中で発生したミストを捕獲するためのミストフィルタ（またはミストトラップ）１４０が設けられている。このミストフィルタ１４０は、たとえばステンレス製の金属メッシュで構成されてよい。

内部縦型円筒体１２２の周壁は二重管構造で中が冷却水流路１４２になっている。この冷却水流路１４２の下端部および上端部に冷却水導入口１４４および冷却水排出口１４６がそれぞれ設けられ、これらの冷却水導入口１４４および冷却水排出口１４６は冷却水供給管１４８，１５０を介して冷却水供給部たとえばチラー装置（図示せず）に接続されている。

タンク１２０の底面は、緩やかな斜面になっており、その最も低い場所に排液用のドレイン口１５２が設けられている。このドレイン口１５２は、主ドレイン管１５４を介して排液回収部または排液処理部（図示せず）に通じている。後述するように、タンク１２０の内壁面には、タンク内壁に沿って周回方向に移動する液滴を捕集してタンクの底へ落とすための内部液捕集部１５６がこのドレイン口１５２の近くに設けられる（図５）。図５に示すように、この内部液捕集部１５６は、タンク１２０の内壁面から半径方向内側に突出して縦方向一直線に延びる突条部１５８を有している。

また、図３および図６に示すように、外部排気路の排気ダクト１０２の途中には、上流側からダクト内壁面を伝って流れてくる液を捕集するための二重管構造の外部液捕集部１６０が設けられている。この外部液捕集部１６０は、排気ダクト１０２の内径よりも小さな外径を有する円筒部１６２と、この円筒部１６２の下流側端部で円筒部１６２と排気ダクト１０２との隙間を閉塞する環状の底部１６４と、この環状底部１６４付近に設けられた排液用のドレイン口１６６とを有する。ドレイン口１６６は、副ドレイン配管１６８を介して主ドレイン管１５４に接続されている。

次に、この実施形態におけるトラップ装置１００の作用を説明する。上述したように、減圧乾燥処理時には、減圧状態のチャンバ８０内で基板Ｇ上のレジスト塗布膜から有機溶剤が蒸発し、これを吸い込んだ真空ポンプ９４より高温（１００℃〜１５０℃）の圧縮された不飽和の排ガスが吐き出される。

トラップ装置１００においては、タンク１２０の室内が下流側の排気ダクト１０２を介して排気ポンプ１０４に通じているため減圧状態になっており、温度的にはタンク１２０が室温（約２３℃）に、内部縦型円筒体１２２が冷却水温度（約１６℃）にそれぞれ温調されている。かかる状態の下で、上記のような真空ポンプ９４からの高温圧縮の排ガスがガス導入部１２６よりタンク１２０内に導入される。

ガス導入部１２６よりタンク１２０内に導入された排ガスは、図７に連続曲線Ａで示すように、ノズル部１２６ａより斜め上方に噴出されると、タンク１２０の内壁面に沿って螺旋状に旋回しながら上昇し、タンク１２０の天井に当った後、内部縦型筒体１２２の外壁面に沿って螺旋状に旋回しながら降下し、内部縦型筒体１２２の中をその入口から出口まで通り抜けて下流側の排気ダクト１０２に送られる。

このように、排ガスの旋回流がタンク１２０内を上下に往復するので、タンク１２０の限られた容積の空間内で最大限に長い排ガス流路が形成される。このことにより、断熱膨張によって、更にはタンク１２０および内部縦型円筒体１２２との接触によって排ガスの温度が下がる冷却効率、ひいては有機溶剤蒸気が凝縮して液化する気液分離効率を著しく向上させることが可能であり、このメカニズムだけでも従来の水冷式トラップ装置を凌ぐ蒸気捕獲率（５０％以上）を実現することができる。

さらに、この実施形態のトラップ装置１００においては、図８に示すように、内部縦型筒体１２２の外壁面に沿って螺旋状に旋回しながら降りてきた排ガスが、内部縦型筒体１２２の中に入った直後に、つまり第１の邪魔板１３２(1)の開口部１３６を通り抜けた直後に第２の邪魔板１３２(2)に勢いよく当たり、ここで旋回流がばらされ、邪魔板１３２(2)の外周環状開口部１７０を非旋回流で迂回して上方へ抜ける。その後も、内部縦型筒体１２２の中で、排ガスは、非旋回流の慣性力で後段の第３〜第７の邪魔板１３２(3)〜１３２(7)との衝突を繰り返しながらそれぞれの開口部１３６または外周環状開口部１７０を通り抜ける。

このように内部縦型筒体１２２の中で排ガスが非旋回流の慣性力で第３〜第７の邪魔板１３２(3)〜１３２(7)との衝突を繰り返すことによって、気液分離の効果、特にミストの生成効率が更に上がる。そして、内部縦型筒体１２２内で生成されたミストは出口１２２ｂ付近でミストフィルタ１４０に捕獲されるので、下流側の排気ダクト１０２へ流出することはない。

この実施形態のトラップ装置１００は、上記のように内部縦型筒体１２２内でも高効率の気液分離を行うことによって、装置全体で９０％以上の蒸気捕獲率を実現することができる。

上記のように、この実施形態においては、内部縦型筒体１２２の入口１２２ａ付近で排ガスの旋回流を非旋回流に矯正するには、第２の邪魔板１３２(2)を第１の邪魔板１３２(1)に適度に近づけて配置する構成が重要である。

かかる近接配置の要件を満たすための一つの目安としては、第１の邪魔板１３２(1)と第２の邪魔板１３２(2)との間に形成される流路１７２の第２の邪魔板１３２(2)のエッジ位置における断面積Ｓ_aと第１の邪魔板１３２(1)の開口部１３６の総面積Ｓ_bとの比（Ｓ_a／Ｓ_b）が０．４〜０．９であるのが好ましい。なお、第２の邪魔板１３２(2)の口径（直径）を２ｒ、第１の邪魔板１３２(1)と第２の邪魔板１３２(2)との距離間隔をｈとすると、上記流路断面積Ｓ_aはＳ_a＝２πｒｈで表される。また、第１の邪魔板１３２(1)における開口部１３６の全開口率は通常２０％〜７０％に選ばれてよい。

なお、トラップ装置１００を通り抜ける間に分離されなかった排ガス中の有機溶剤蒸気は、下流側の排気ダクト１０２内で冷えて凝縮することがある。そのように排気ダクト１０２内で凝縮して液化した有機溶剤は排気ダクト１０２の内壁面を伝って下流側に流れるが、その途中で液捕集部１６０に捕集され、副ドレイン配管１６８および主ドレイン管１５４を通って排液回収部に送られる。

また、タンク１２０内で凝縮した有機溶剤は、液滴または液流となってタンクの底に集められ、ドレイン口１５２から排出される。この場合、１回分（基板一枚分）の減圧乾燥処理が終了した後もタンク１２０の内壁面に付着したまま残る液がある。そして、次回の減圧乾燥処理において真空ポンプ９４が作動を開始した直後でチャンバ８０内の基板Ｇ上のレジスト塗布膜から有機溶剤が未だ蒸発しない間は、トラップ装置１００のタンク１２０には真空ポンプ９４より蒸気を含まない圧縮された排ガスが導入され、図５に示すように、この排ガスの風力で残存液１７４がタンク１２０の内壁面に沿って周回方向に移動して内部液捕集部１５６に行き着き、そこで突条部１５８に沿ってタンク１２０の底に流れ落ち、すぐ近くのドレイン口１５２より排出される。このように、タンク１２０内の排液効率も向上している。

上記のように、この実施形態におけるトラップ装置１００は、有機溶剤蒸気捕獲率または気液分離率を大幅に向上させ、これによって有機溶剤の回収率を大幅に向上させることが可能である。また、この実施形態における減圧処理装置（ＶＤ）４６は、減圧乾燥処理に際して真空ポンプ９４より吐き出される排ガスから蒸気を効率よく分離して排気ライン下流側での液溜まりや液漏れを防止し、これによって有機溶剤回収率および環境性能の向上を図ることができる。

以上本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、その技術的思想の範囲内で種々の変形が可能である。

たとえば、トラップ装置１００のタンク１２０および内部縦型筒体１２２の形状は、典型的には上記実施形態のように円筒体であるが、縦方向で（中心軸に沿って）口径が適宜変化する筒体とすることも可能である。ミストフィルタ１４０を下流側排気路１０２内に設けることも可能である。また、内部縦型筒体１２２か冷却水流路１４２を省く構成や、タンク１２０の壁に冷却水流路または冷却ジャケットを設ける構成も可能である。冷却水以外の冷却媒体も使用可能である。上記実施形態の減圧乾燥ユニット（ＶＤ）４６における一体型のチャンバ８０やコロ（８６）搬送方式は一例であり、分割型のチャンバやロボット搬送方式等ももちろん可能である。

本発明のトラップ装置は、上記実施形態のような塗布現像処理システムにおける減圧乾燥処理での使用に限定されるものではなく、蒸気を含むガスから蒸気を凝縮させて分離する任意のアプリケーションに適用可能であり、たとえば空気中の水蒸気を分離除去する空気乾燥法等にも適用可能である。

本発明の適用可能な塗布現像処理システムの構成を示す平面図である。 実施形態における減圧乾燥ユニット（ＶＤ）の本体要部および排気系の構成を示す図である。 実施形態におけるトラップ装置の構成を示す断面図である。 実施形態のトラップ装置で使用される複数枚の邪魔板のそれぞれの形状を示す図である。 実施形態のトラップ装置におけるタンク内のガス導入部、液捕集部およびドレイン口の位置関係を示す平面図である。 実施形態のトラップ装置において下流側排気ダクトに設けられる液捕集部の構成および作用を示す断面図である。 実施形態のトラップ装置におけるタンク内の排ガスの旋回流路を模式的に示す斜視図である。 実施形態のトラップ装置における内部縦型筒体の入口付近の構成および作用を示す断面図である。 従来のトラップ装置の一構成例を示す断面図である。 従来のトラップ装置の別の構成例を示す断面図である。

符号の説明

１０ 塗布現像処理システム
４６ 減圧乾燥ユニット（ＶＤ）
８０ チャンバ
９４ 真空ポンプ
１００ トラップ装置
１２０ タンク
１２２ 内部縦型筒体
１２６ ガス導入部
１３０ ノズル部
１３２(1)〜１３２(7) 邪魔板
１３４ 中心支持軸
１４２ 冷却水流路
１５２ ドレイン口
１５６ 内部液捕集部
１５８ 突条部
１６０ 外部液捕集部

Claims (17)

1. 縦型筒状のタンクと、
   前記タンク内の中心部に設けられ、前記タンクの内径よりも小さな外径と、前記タンクの底面の近くに配置される入口と、前記タンクの下流側の外部排気路に接続される出口とを有する内部縦型筒体と、
   前記内部縦型筒体の入口よりも高い位置で前記タンク内に所定の蒸気を含むガスを導入するガス導入部と
   を有し、
   前記ガス導入部より前記タンク内に導入された前記ガスが、前記タンクの内壁面に沿って螺旋状に旋回しながら天井まで上昇した後、前記内部縦型筒体の外壁面に沿って螺旋状に旋回しながら降下し、前記内部縦型筒体の中をその入口から出口まで通り抜けて前記下流側排気管に送られ、前記蒸気が前記タンク内で凝縮するように構成したトラップ装置。
2. 前記ガス導入部が、前記タンクの内壁面に沿って前記ガスを噴出するノズル部を有する請求項１に記載のトラップ装置。
3. 前記ノズル部が、前記タンクの軸方向と直交する面に対して５°〜４５°斜め上方に傾けて前記ガスを噴出する請求項２に記載のトラップ装置。
4. 前記ガス噴出方向の傾斜角度が１０°〜２０°である請求項３に記載のトラップ装置。
5. 前記内部縦型筒体内に、前記ガスをその気流の進路を邪魔しながら通過させる邪魔板を軸方向に間隔を空けて複数枚配置する請求項１〜４のいずれか一項記載のトラップ装置。
6. 前記内部縦型筒体の中に入ってくる前記ガスの旋回流を邪魔して非旋回流に矯正するように、前記内部縦型筒体の入口付近に最下段の第１の邪魔板と次段の第２の邪魔板とを近づけて配置する請求項５に記載のトラップ装置。
7. 前記第１の邪魔板が、周回方向に並べて形成された複数の開口部を有する円板からなり、
   前記第２の邪魔板が、前記内部縦型筒体の内径よりも小さく、かつ前記第１の邪魔板の開口部の外径よりも大きな口径を有する実質的に開口無しの円板からなる、
   請求項６に記載のトラップ装置。
8. 前記第１の邪魔板の開口部の全開口率が２０％〜７０％であり、
   前記第１および第２の邪魔板の間に形成される流路の前記第２の邪魔板のエッジ位置における断面積（Ｓ_a）と前記第１の邪魔板の開口部の総面積（Ｓ_b）との比（Ｓ_a／Ｓ_b）が０．４〜０．９である、
   請求項６または請求項７に記載のトラップ装置。
9. 前記内部縦型筒体の周壁またはその近くに冷却媒体用の流路を設け、前記媒体流路に一定温度の冷却媒体を流す請求項１〜８のいずれか一項に記載のトラップ装置。
10. 前記内部縦型筒体の出口付近または前記外部排気路内に、前記蒸気が凝縮して出来たミストを捕獲するためのミストフィルタを設ける請求項１〜９のいずれか一項に記載のトラップ装置。
11. 前記タンクの内壁に沿って周回方向に移動する液滴を捕集して前記タンクの底へ落とすための第１の液捕集部を設ける請求項１〜１０のいずれか一項に記載のトラップ装置。
12. 前記第１の液捕集部は、前記タンクの内壁から半径方向内側に突出して縦方向に延びる突条部を有する請求項１１に記載のトラップ装置。
13. 前記タンクの底面で前記第１の液捕集部の近くに排液用の第２のドレイン口を設ける請求項１１または請求項１２に記載のトラップ装置。
14. 前記外部排気路の内壁面に沿って下流側に移動する液滴を捕集して前記外部排気路の外へ取り出すための第２の液捕集部を設ける請求項１〜１３のいずれか一項に記載のトラップ装置。
15. 前記第２の液捕集部が、
    前記外部排気路の内径よりも小さな外径を有する円筒部と、
    前記円筒部の下流側端部で前記円筒部と前記外部排気路との隙間を閉塞する環状の底部と、
    前記底部付近に設けられた排液用の第２のドレイン口と
    を有する請求項１４に記載のトラップ装置。
16. 処理液の塗布膜を形成された直後の被処理基板を出し入れ可能に収容する密閉可能なチャンバと、
    前記基板上の前記塗布膜を乾燥させるために前記チャンバ内を真空排気する真空ポンプと、
    前記真空ポンプより吐き出される排ガスから蒸気を分離するための請求項１〜１５のいずれか一項に記載のトラップ装置と、
    を有する減圧乾燥装置。
17. 前記処理液がレジスト液であり、前記蒸気が有機溶剤蒸気である請求項１６に記載の減圧乾燥装置。

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