JP4642379B2 - 排気捕集装置 - Google Patents

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Description

本発明は排気捕集装置に係り、特に、排気捕集装置の捕集効率を高め、下流側への析出成分の出流れを低減するための排気捕集装置の構造に関する。
一般に、半導体製造装置として、基板上に薄膜を成膜したり、基板をエッチングしたりするための種々のガス反応装置が用いられている。これらのガス反応装置は、通常、ガス供給部と、このガス供給部からガスが供給される密閉されたガス反応室と、このガス反応室に接続された排気経路と、この排気経路に接続された真空ポンプなどの排気装置とを備えている。
しかしながら、このようなガス反応装置においては、ガス反応室から排出された排気ガス中から反応副生成物が析出し、排気経路や排気装置内に堆積して、排気径路の閉塞や排気装置の故障を招くという問題点がある。そこで、排気経路途中に排気捕集装置を配置して、排気ガス中の反応副生成物を捕集することが行われている（例えば、以下の特許文献１乃至３参照）。この種の排気捕集装置としては、多くの場合、ケーシングの内部に邪魔板やフィンなどの衝突板を排気方向と交差する姿勢で配置し、衝突板に衝突した排気ガスが冷却されることによって衝突板の表面に所定の析出物が堆積するように構成された衝突型冷却捕集装置が用いられている。この種の衝突型冷却捕集装置では、衝突板の形状や配列態様を最適化することにより、捕集効率を向上させ、下流側への析出物の出流れを低減するようにしている。
一方、排気経路に沿って複数の排気捕集部を直列に配列させてなる排気捕集装置も考案されている（例えば、以下の特許文献４乃至７参照）。この種の排気捕集装置としては、直列に配列された複数の排気捕集部の冷却温度を相互に異なる温度とすることにより、捕集効率を高めたり、異なる析出物をそれぞれの排気捕集部で捕集したりするもの（特許文献４、５、７など）、複数の排気捕集部でそれぞれ析出物の堆積量を分散させることによってメンテナンス性を向上させるもの（特許文献６など）等が知られている。
特開平８−１３１６９号公報 特開平８−２４５０３号公報 特開平８−２９９７８４号公報 特開平１０−７３０７８号公報 特開２０００−２５６８５６号公報 特開２００１−１３１７４８号公報 特開２００１−３２９３６７号公報
しかしながら、前述の衝突型冷却捕集装置においては、ガス導入口から装置内部に導入された排気ガスが排気通路内にて衝突板に接触して急激に冷却されるため、ガス導入口の近傍の入り口付近において反応副生成物が大量に付着し、排気通路のコンダクタンスが低下して、上流に配置されたガス反応室の減圧状態を維持できなくなったり、排気通路の入り口付近に閉塞が生じたりし、それによって排気捕集装置のメンテナンス頻度が増大するといった問題点がある。
また、上記の問題を回避するには排気通路の冷却温度を高くする必要があるが、この排気通路の温度を高くすると、排気捕集装置内において反応副生成物を充分に捕集することができず、排気捕集装置の下流側に配置された排気装置や除害装置内にて反応副生成物が析出し、排気装置や除害装置のメンテナンス周期を短くしたり、故障を招いたりするという問題点がある。
一方、上記の特許文献６に開示されたトラップ装置においては、排気ガスの流れ方向に沿って多段に配置された複数のトラップ部材と、これらの複数のトラップ部材を複数のグループに分割した場合に排気ガスの流れ方向の最下流に位置するグループを除いて各グループ毎に独立して加熱する加熱手段と、この加熱手段の発熱量を制御する熱量制御部とを設け、これにより、最下流のトラップ部材に反応副生成物を堆積させた後に、順次に上流側のトラップ部材に反応副生成物を堆積させていくようにして、複数のトラップ部材における析出物の堆積量の偏在を防止している。しかし、この装置では、加熱手段を時間的に制御する必要があるため、制御手段が複雑になる上、排気ガスの成分に応じてその制御態様を高度に管理する必要がある。また、この構造では、トラップ装置内の堆積量の偏在防止を主眼としているため、最下流に位置するトラップ部材のさらに下流側において析出する反応副生成物の量を低減することが難しいという問題点がある。
そこで、本発明は上記問題点を解決するものであり、その課題は、複雑な制御を行わなくても、反応副生成物などの析出物の堆積量の偏在を抑制し、しかも、下流側への析出成分の出流れを確実に低減することのできる排気捕集装置を提供することにある。
斯かる実情に鑑み、本発明の排気捕集装置は、ガスの排気経路途中に配置され、該排気経路を通過する排気ガスからの析出物を捕集する排気捕集装置であって、前記排気経路に沿って、内部に排気ガスを通過させる排気通路が構成された複数の排気捕集部が直列に配置され、前記排気ガスの流れ方向と交差する姿勢で配置された衝突板を備え、該衝突板によって遮られずに前記流れ方向に沿って貫通する貫通開口部を有する、上流側に配備された排気捕集部と、前記排気ガスの流れ方向と交差する姿勢で配置された衝突板を備え、該衝突板によって遮られずに前記流れ方向に沿って貫通する貫通開口部を有しない、下流側に配備された前記排気捕集部とを具備することを特徴とする。
この発明によれば、上流側に配備された排気捕集部では、衝突板によって遮られずに排気ガスの流れ方向に沿って貫通する貫通開口部が設けられているので、排気ガスの一部は衝突板に衝突せずに排気通路を通過することから、析出物の堆積量を抑制し、排気通路のコンダクタンスの低下や閉塞状態の発生を回避することができる。一方、下流側に配備された排気捕集部では、衝突板によって遮られずに排気ガスの流れ方向に沿って貫通する貫通開口部を有しないように構成されているので、排気ガスの全てが衝突板から影響を受けることから、衝突板による排気ガスからの析出物の生成及び堆積作用を高めることができ、装置下流側に出流れる析出成分を低減できる。したがって、上流側の排気捕集部の析出物の堆積量が低減され、下流側の排気捕集部の析出物の堆積量が増大することにより、複数の排気捕集部間における析出物の堆積量の偏在を抑制することができるため、メンテナンス頻度を低減できる。また、析出物の堆積量の偏在を抑制しても、下流側の排気捕集部の衝突板の構成により、装置下流側に出流れる析出成分を低減できるため、装置下流側に配置される排気装置や除害装置などの故障を防止し、また、これらに対するメンテナンス労力を軽減することができる。
本発明において、前記複数の排気捕集部は、相互に着脱可能に構成されていることが好ましい。これによれば、排気ガスの成分や温度などの状況に応じて、排気捕集部の数を変更したり、排気捕集部を衝突板の形状や配列態様の異なるものに交換したりすることが可能になるため、析出物の堆積状態を調整し、メンテナンス頻度の低減や析出成分の出流れの削減に関してシステムを最適化することができる。
次に、本発明の異なる排気捕集装置は、ガスの排気経路途中に配置され、該排気経路を通過する排気ガスからの析出物を捕集する排気捕集装置であって、前記排気経路に沿って、内部に排気ガスを通過させる排気通路が構成された複数の排気捕集部が直列に設けられ、前記排気ガスの流れ方向に沿った姿勢若しくは前記流れ方向と直交しない傾斜姿勢で配置された整流板を備え、上流側に配備された前記排気捕集部と、前記整流板よりも大きい前記排気ガスの流れ方向に対する交差角で前記排気ガスの流れ方向と交差する姿勢で配置された衝突板を備え、下流側に配備された前記排気捕集部とを具備することを特徴とする。
この発明によれば、上流側に配備された排気捕集部において、排気ガスの流れ方向に沿った姿勢若しくは前記流れ方向と直交しない傾斜姿勢で整流板が配置されていることにより、排気ガスに接触する排気通路に臨む表面積を整流板の存在により増大させて析出物の堆積作用を確保することができる反面、この整流板は排気ガスの流れを強く妨げることがないため、排気通路内における析出物の偏在度合いを軽減でき、また、その堆積量を抑制することができることから、排気通路のコンダクタンスの低下や閉塞状態の発生を回避することができる。一方、下流側に配備された排気捕集部においては、整流板よりも大きい角度（排気ガスの流れ方向に対する交差角）で排気ガスの流れ方向と交差する姿勢で衝突板が配置されていることにより、排気ガスの流れを衝突板が妨げることによって効率的に析出物が堆積する。したがって、上流側の排気捕集部の析出物の堆積量が低減され、下流側の排気捕集部の析出物の堆積量が増大することにより、複数の排気捕集部間における析出物の堆積量の偏在を抑制することができるため、メンテナンス頻度を低減できる。また、析出物の堆積量の偏在を抑制しても、下流側の排気捕集部に設けられた衝突板により、装置下流側に出流れる析出成分を低減できるため、装置下流側に配置される排気装置や除害装置などの故障を防止し、これらに対するメンテナンス労力を軽減することができる。なお、上記の排気ガスの流れ方向とは、整流板や衝突板が存在しないときに排気経路中を排気ガスが流れるべき方向を言う。

この場合において、前記上流側に配備された排気捕集部と前記下流側に配備された排気捕集部のいずれか一方の前記排気捕集部は、他方の前記排気捕集部の外側を取り巻くように構成され、前記上流側に配備された排気捕集部と、前記下流側に配備された排気捕集部との間に前記排気ガスの流れ方向を反転させる反転通路部が設けられていることが好ましい。これによれば、上流側と下流側の２つの排気捕集部をコンパクトに、しかも一体的に構成することができる。
この場合にはさらに、前記反転通路部は、前記上流側に配備された排気捕集部と、前記下流側に配備された排気捕集部との間において、全周に亘って設けられていることが望ましい。これによれば、反転通路部により、上流側に配備された排気捕集部から下流側に配備された排気捕集部へ向けて全周に亘って排気ガスを流通させることができることから、反転通路部の通路断面積を大きく確保することができるとともに、上流側に配備された排気捕集部の下流側部分及び下流側に配備された排気捕集部の上流側部分における排気ガスの流れの偏りも低減できるため、各部におけるコンダクタンスの低下或いは排気通路の閉塞を防止することができる。
上記各発明において、前記衝突板は、前記排気ガスの流れ方向に沿って螺旋状の排気通路を構成するように構成されていることが好ましい。これによれば、螺旋状の排気通路が構成されることにより排気ガスの旋回流を生じさせることができることから、析出物の堆積をさらに促進させることができ、装置下流側への析出成分の出流れをさらに低減できる。この場合、螺旋状の排気通路は、螺旋状に配列された複数の衝突板によって構成されていてもよく、また、単一の衝突板が螺旋状に伸びるように構成されていても構わない。
次に、本発明のガス反応装置は、ガス供給部と、該ガス供給部から供給されるガスを反応させるガス反応室と、前記ガス供給部若しくは前記ガス反応室の排気経路と、該排気経路途中に配置される上記いずれかに記載の排気捕集装置とを具備することを特徴とする。このようなガス反応装置としては、ガス反応室内に配置された基板の表面に成膜を行うガス成膜装置、基板の表面をエッチングするガスエッチング装置などが挙げられる。特に、半導体製造プロセスにおいて用いられる各種の半導体製造装置に用いることが好ましい。
本発明によれば、複雑な制御を行わなくても、反応副生成物などの析出物の堆積量の偏在を抑制し、しかも、下流側への析出成分の出流れを確実に低減することのできる排気捕集装置を実現できるという優れた効果を奏し得る。
以下、本発明の実施形態を図示例と共に説明する。図１は、本実施形態の排気捕集装置１００の全体構成を示す正面図である。この排気捕集装置１００には、第１捕集ユニット１１０と、第２捕集ユニット１２０と、第３捕集ユニット１３０とがガスの排気経路に沿って直列に配置されている。第１捕集ユニット１１０、第２捕集ユニット１２０及び第３捕集ユニット１３０はいずれもフレーム１０１によって一体的に支持固定されている。第１捕集ユニット１１０のガス導入口は、バタフライ型バルブ等で構成されるバルブ１０２の下流側に接続されている。第１捕集ユニット１１０のガス導出口は、Ｕ字型の排気管１０３を介して第２捕集ユニット１２０のガス導入口に接続されている。第２捕集ユニット１２０のガス導出口は、連結フランジ１０４を介して第３捕集ユニット１３０のガス導入口に接続されている。第３捕集ユニット１３０は、バタフライ型バルブ等で構成されるバルブ１０５に接続されている。
図２は第１捕集ユニット１１０の内部構造を示す縦断面図、図３はその内部構造の一部を側面図で示す縦断面図、図４はその横断面図である。ここで、図２は図４のＡ−Ｂ線に沿った断面を示し、図３は図４のＡ′−Ｂ線に沿った外筒の断面及び内筒の側面を示す。
この第１捕集ユニット１１０は、外筒１１３と内筒１１４を備えた２重構造を有する。外筒１１３の両端部は端板１１１と１１２に接続され、両端が閉塞された円筒状のケーシングを構成している。外筒１１３における端板１１１寄りの外周部分にはガス導入口１１０Ａが形成されている。外筒１１３と内筒１１４との間には環状の流通断面を有する排気通路１１Ｘが構成されている。外筒１１３の内周面のうち、ガス導入口１１０Ａよりも端板１１２側に位置し、かつ、内筒１１４に対向する部分には、環状の衝突板（フィン）を形成してもよい。また、外筒１１３には、内筒１１４の端部よりもさらに軸線方向に延長された部分が設けられ、当該部分の内部には上記排気通路１１Ｘの下流側に連通する反転通路部１１Ｙが構成されている。この反転通路部１１Ｙは、上流部でトラップされた反応副生成物の剥離したものを受ける機能を有する。ここで、図示のように反転通路部１１Ｙの周囲にある外筒１１３の壁面内に冷媒通路１１３ｓを形成して、ここに水などの冷媒が流通するように構成してもよい。また、反転通路部１１Ｙにも上記整流板と同様のフィンを配置してもよい。
一方、内筒１１４は端板１１１に片持ち支持され、その一方の端部開口は端板１１１を貫通する孔を介してガス導出口１１０Ｂに臨み、他方の端部開口は端板１１２に対して上記反転通路部１１Ｙを介して対向配置されている。内筒１１４の壁面内部には冷媒通路１１４ｓが構成されている。内筒１１４の外面上には、排気通路１１Ｘにおける排気ガスの流れ方向（図２及び図３の図面下方向）に沿った姿勢で整流板１１４ａ，１１４ｂ，１１４ｃ，１１４ｄが配置されている。より具体的には、これらの整流板はいずれも内筒１１４の軸線方向に伸びる姿勢となるように構成されている。ただし、整流板は内筒１１４の軸線方向と直交する方向に伸びるように設けられていなければよく、例えば、軸線方向に対して傾斜する方向に伸びるように構成されていてもよい。すなわち、整流板は排気ガスの流れ方向に沿った姿勢であることが最も望ましいが、当該流れ方向に対して直交する姿勢以外であれば流れ方向に対して傾斜した姿勢であってもよい。ただし、この傾斜姿勢にある整流板の流れ方向に対する交差角はなるべく小さいことが好ましく、例えば、４５度以下であることが望ましい。
これらの整流板のうち、ガス導入口１１０Ａ側に形成された整流板１１４ａは、ガス導入口１１０Ａに臨む部分には形成されず、内筒１１４の外面上のガス導入口１１０Ａに臨む範囲を避けて形成されている。また、この整流板１１４ａよりもガス導入口１１０Ａの反対寄りに設けられた整流板１１４ｂは、整流板１１４ａよりも端板１１１側に近い範囲まで延在するように構成され、さらに、この整流板１１４ｂよりもガス導入口１１０Ａのさらに反対寄りに設けられた整流版１１４ｃは、整流板１１４ｂよりも端板１１１側にさらに近い範囲まで延在するように構成されている。そして、ガス導入口１１０Ａの反対側に配置された整流板１１４ｄは、上記整流板１１４ｃよりもさらに端板１１１に近い範囲まで延在するように構成されている。このようにガス導入口１１０Ａの近傍において整流板が形成されていないことにより、各整流板がガス導入口１１０Ａから導入された排気ガスの流れを妨げないようになっている。
また、ガス導入口１１０Ａ側に設けられた整流板は、ガス導入口１１０Ａとは反対側に設けられた整流板よりも排気通路１１Ｘへの張り出し量（幅）が小さく構成されている。より具体的には、整流板１１４ａの張り出し量は整流板１１４ｂのそれよりも小さく、整流板１１４ｂの張り出し量は整流板１１４ｃのそれよりも小さく、整流板１１４ｃの張り出し量は整流板１１４ｄのそれよりも小さい。このように、ガス導入口１１０Ａ側の整流板の排気通路１１Ｙへの張り出し量が小さいことにより、ガス導入口１１０Ａから導入された排気ガスが排気通路１１Ｘの流路断面（図示例では環状断面）全体に広がりやすくなるので、排気通路１１Ｘの特定部位（例えばガス導入口１１０Ａ側の部分）に堆積物が集中して閉塞するといったことを防止できる。
また、整流板１１４ａ，１１４ｂ，１１４ｃには、内筒１１４の外周面との間にスリット１１４ａｘ，１１４ｂｘ，１１４ｃｘが設けられている。これらのスリットは、それぞれの整流板においてその軸線方向に沿って複数設けられている。なお、整流板１１４ｄには上記スリットは形成されていない。ただし、整流板１１４ｄにもスリットを設けるようにしてもよい。上記のスリット１１４ａｘ，１１４ｂｘ，１１４ｃｘが排気ガスの一部を整流板１１４ａ，１１４ｂ，１１４ｃ，１１４ｄを通過可能に構成することにより、排気ガスが排気通路１１Ｘの内部を均等に流れるため、反応副生成物を効率よくトラップすることができる。
なお、上記整流板１１４ａ，１１４ｂ，１１４ｃ，１１４ｄは、内筒１１４の外周面上において軸線方向に一体のものとして構成されているが、軸線方向に限定された長さを有する複数の整流板を適宜に配列させてもよい。この場合、個々の整流板が排気ガスの流れ方向に沿った姿勢で配置されていればよく、その配列態様は任意である。例えば、複数の整流板を軸線方向に配列させてもよく、或いは、千鳥状に配列させても構わない。
内筒１１４の内側には排気通路１１Ｚが構成され、この排気通路１１Ｚは、端板１１２側において上記反転通路１１Ｙに開口する位置から、上記のガス導出口１１０Ｂに臨む位置まで直線状に伸びている。この排気通路１１Ｚには、その排気ガスの流れ方向（図２及び図３の図示上方向）と交差する姿勢で衝突板１１６が配置されている。この衝突板１１６は、排気通路１１Ｚの流路断面のうちの一部を遮蔽し、残部を開放する形状を有している。そして、排気通路１１Ｚにおける排気ガスの流れ方向に沿って、複数の衝突板１１６が遮蔽する断面部分を変えながら配列されている。具体的には、複数の衝突板１１６は、排気通路１１Ｚにおける排気ガスの流れ方向に沿って、その軸線周りの角度位置をずらしながら螺旋状に配列されている。図示例の場合、複数の衝突板１１６は軸線周りに９０度間隔で流れ方向に順次螺旋状に配置されている。この衝突板１１６の排気ガスの流れ方向に対する交差角は図示例のように９０度であることが最も望ましいが、上記整流板の流れ方向に対する交差角よりも大きく構成されていればよい。ただし、交差角は４５度より大きいことが好ましい。
排気通路１１Ｚの流通断面には、排気ガスの流れ方向に沿って衝突板１１６によって遮られずに貫通する貫通開口部１１Ｚｔが構成されている。換言すれば、排気通路１１Ｚにおいて、排気ガスの流れ方向に沿って直線的に通過できる貫通開口部１１Ｚｔが構成されるように、上記衝突板１１６が形成されている。この貫通開口部１１Ｚｔは、排気通路１１Ｚの中央部に形成されている。貫通開口部１１Ｚｔは、排気通路１１Ｚにおける捕集量を抑制し、これにより、それよりも下流側に捕集量の分布を分散させるようにしている。
本実施形態では、外筒１１３と内筒１１４との間に構成された排気通路１１Ｘと、内筒１１４の内部に構成された排気通路１１Ｚとが反転通路部１１Ｙを介して連通している。特に、この反転通路部１１Ｙは、排気通路１１Ｘと排気通路１１Ｚとを軸線周りの全周に亘って連通させるように構成されている。反転通路部１１Ｙは、内筒１１４の端部よりも軸線方向に延長された外筒１１３の延長部分の内部に設けられた空間で構成される。また、反転通路１１Ｙに臨む外筒１１３の内周面上にも整流板が設けられていてもよい。
図２に示すように、内筒１１４の壁面内部に構成された冷媒通路１１４ｓは、端板１１１の内部に形成された導入流路１１１ａにパイプ１１４ｔを介して連通している。このパイプ１１４ｔは導入流路１１１ａから冷媒通路１１４ｓの内部に延在している。また、冷媒通路１１４ｓは端板１１１の内部に形成された導出流路１１１ｂに連通している。導入流路１１１ａは、図１に示す冷媒導入口１１０ｘに接続され、導出流路１１１ｂは図１に示す冷媒導出口１１０ｙに接続されている。また、外筒１１３における反転通路１１Ｙの外側に配置された冷媒通路１１３ｓは、図１に示す冷媒導入口１１０ｚ及び冷媒導出口１１０ｕに接続されている。上記のように構成されていることにより、パイプ１１４ｔを介して冷媒通路１１４ｓの下部に冷媒が導入され、この冷媒が冷媒通路１１４ｓの上部に向けて流れるため、冷媒通路１１４ｓ内における冷媒の対流を抑制することができ、効率よく冷却することができる。
以上説明したように、第１捕集ユニット１１０には、外筒１１３と内筒１１４の間に構成される排気通路１１Ｘを備えた排気捕集部と、内筒１１４の内部に構成される排気通路１１Ｚを備えた排気捕集部とが内外に構成されている。すなわち、排気通路１１Ｘは、排気通路１１Ｚの周囲を取り巻くように構成されている。また、排気通路１１Ｘには、排気ガスの流れ方向に沿った姿勢で整流板１１４ａ，１１４ｂ，１１４ｃ，１１４ｄが配置されている。また、この排気通路１１Ｘの下流側には、反転通路部１１Ｙを介して接続された排気通路１１Ｚが構成され、この排気通路１１Ｚには、排気ガスの流れ方向と交差する姿勢で衝突板１１６が配置されている。なお、排気通路１１Ｘにおける排気ガスの流れ方向と、排気通路１１Ｚにおける排気ガスの流れ方向とは相互に反転している。
次に、図５を参照して、第２捕集ユニット１２０の構造について説明する。この第２捕集ユニット１２０は、ガス導入口１２０Ａに臨む開口を備えた端板１２１と、ガス導出口１２０Ｂに臨む開口を備えた端板１２２と、端板１２１と１２２とに両端部が接続された外壁１２３とを有する。この外壁１２３の内部には冷媒通路１２３ｓが構成されている。この冷媒通路１２３ｓは、図１に示す冷媒導入口１２０ｘ及び冷媒導出口１２０ｙに接続されている。
この第２捕集ユニット１２０の内部には、上記ガス導入口１２０Ａとガス導出口１２０Ｂとの間に排気通路１２Ｘが構成されている。排気通路１２Ｘは直線状に構成されている。ただし、排気通路１２Ｘが螺旋状や曲線状に構成されていてもよい。この排気通路１２Ｘには、その通路断面の一部を遮蔽し、残部を開放する衝突板１２４が配置されている。衝突板１２４は排気通路１２Ｘの流れ方向と交差する姿勢で、当該流れ方向に沿って複数配置されている。複数の衝突板１２４は、排気ガスの流れ方向に沿って、軸線周りの角度位置を変えた姿勢でそれぞれ配置されている。具体的には、複数の衝突板１２４が流れ方向に沿って軸線周りに螺旋状に配列されている。図示例の場合、複数の衝突板１２４は軸線周りに１２０度間隔で流れ方向に順次螺旋状に配置されている。この衝突板１２４の排気ガスの流れ方向に対する交差角は図示例のように９０度であることが最も望ましいが、上記整流板の流れ方向に対する交差角よりも大きく構成されていればよい。ただし、交差角は４５度より大きいことが好ましい。
この排気通路１２Ｘの流通断面には、排気ガスの流れ方向に沿って衝突板１２４に遮られずに貫通する貫通開口部１２Ｘｔが構成されている。換言すれば、排気通路１２Ｘにおいて、排気ガスの流れ方向に沿って直線的に通過できる貫通開口部１２Ｘｔが構成されるように、上記衝突板１２４が形成されている。この貫通開口部１２Ｘｔは、排気通路１２Ｘの中央部に形成されている。貫通開口部１２Ｘｔは、排気通路１２Ｘにおける捕集量を抑制し、これにより、それよりも下流側に捕集量の分布を分散させるようにしている。
次に、図６を参照して、第３捕集ユニット１３０の構造について説明する。この第３捕集ユニット１３０は、ガス導入口１３０Ａに臨む開口を備えた端板１３１と、ガス導出口１３０Ｂに臨む開口を備えた端板１３２と、端板１３１と１３２とに両端部が接続された外壁１３３とを有する。この外壁１３３の内部には冷媒通路１３３ｓが構成されている。この冷媒通路１３３ｓは、図１に示す冷媒導入口１３０ｘ及び冷媒導出口１３０ｙに接続されている。
この第３捕集ユニット１３０の内部には、上記ガス導入口１３０Ａとガス導出口１３０Ｂとの間に排気通路１３Ｘが構成されている。排気通路１３Ｘは直線状に構成されている。ただし、排気通路１３Ｘが螺旋状や曲線状に構成されていてもよい。この排気通路１３Ｘには、その通路断面の一部を遮蔽し、残部を開放する衝突板１３４が配置されている。衝突板１３４は排気通路１３Ｘの流れ方向と交差する姿勢で、当該流れ方向に沿って複数配置されている。複数の衝突板１３４は、排気ガスの流れ方向に沿って、軸線周りの角度位置を変えた姿勢でそれぞれ配置されている。具体的には、複数の衝突板１３４が流れ方向に沿って軸線周りに螺旋状に配列されている。図示例の場合、複数の衝突板１３４は軸線周りに１２０度間隔で流れ方向に順次螺旋状に配置されている。この衝突板１３４の排気ガスの流れ方向に対する交差角は図示例のように９０度であることが最も望ましいが、上記整流板の流れ方向に対する交差角よりも大きく構成されていればよい。ただし、交差角は４５度より大きいことが好ましい。
この排気通路１３Ｘの流通断面には、排気ガスの流れ方向に沿って衝突板１３４に遮られずに貫通する貫通開口部が存在しない。換言すれば、排気通路１３Ｘにおいて、排気ガスの流れ方向に沿って直線的に通過できる貫通開口部が構成されないように、上記衝突板１３４が形成されている。
以上説明した排気捕集装置１００においては、第１捕集ユニット１１０、第２捕集ユニット１２０及び第３捕集ユニット１３０が排気経路に沿って順次に配列されているが、実体的には、第１捕集ユニット１１０の排気通路１１Ｘを備えた排気捕集部、排気通路１１Ｚを備えた排気捕集部、第２捕集ユニット１２０の排気通路１２Ｘを備えた排気捕集部、及び、第３捕集ユニット１３０の排気通路１３Ｘを備えた排気捕集部が排気経路に沿って順次に配列されている。
本実施形態では、水などの冷媒を上記各捕集ユニットに流通させることによって、内部を冷却し、高温の排気ガスを冷却することによって固形物（反応副生成物など）を析出させ、捕集するようにしている。より具体的には、排気捕集装置の最下流側に配置される第３捕集ユニット１３０の冷媒導入口１３０ｘから冷媒通路１３３ｓに冷媒を供給して冷媒導出口１３０ｙから導出し、この導出された冷媒を第３捕集ユニット１３０の上流側に配置される第２捕集ユニット１２０の冷媒導入口１２０ｘから冷媒通路１２３ｓに供給して冷媒導出口１２０ｙから導出し、さらにこの導出された冷媒を排気捕集装置の最上流側に配置される第１捕集ユニット１１０内の冷媒導入口１１０ｘから冷媒通路１１４ｓ内に供給して冷媒導出口１１０ｙから導出し、この導出された冷媒を冷媒導入口１１０ｚから第１捕集ユニット１１０内の冷媒通路１１３ｓ内に供給して冷媒導出口１１０ｕから導出している。
このように、排気捕集装置１００内の複数の各冷媒通路に対して、下流側に配置された冷媒通路から順次上流側に配置された冷媒通路に向けて直列に冷媒を流通させていくことにより、上流側に配置された冷媒通路による冷却温度が相対的に高く、下流側に配置された冷媒通路による冷却温度が相対的に低くなるので、排気ガスは排気経路に沿って下流側に進むに従って漸次低い温度に冷却されていくことになることから、上記の複数の排気捕集部において析出物の堆積量を分散させることができ、これによって析出物の堆積量の偏在を緩和することができるため、排気捕集装置１００のメンテナンス頻度を低減することができる。
本実施形態において、第１捕集ユニット１１０に設けられた内外２つの排気捕集部のうち、排気通路１１Ｚを備えた排気捕集部には衝突板１１６が配置され、この衝突板１１６が配置された排気通路１１Ｚの流通断面には、排気ガスの流れ方向に沿って衝突板１１６に遮られることなく貫通する貫通開口部１１Ｚｔが設けられている。また、この排気捕集部の下流側に配置された第２捕集ユニット１２０に設けられた排気捕集部では衝突板１２４が配置され、その排気通路１２Ｘの流通断面には、排気ガスの流れ方向に沿って衝突板１２４に遮られることなく貫通する貫通開口部１２Ｘｔが設けられている。さらに、最も下流側に配置された第３捕集ユニット１３０に設けられた排気捕集部では衝突板１３４が配置され、その排気通路１３Ｘの流通断面には、排気ガスの流れ方向に沿って衝突板１３４に遮られることなく貫通する貫通開口部が形成されないように構成されている。
したがって、上流側に配置された２つの排気捕集部の排気通路１１Ｚ，１２Ｘでは、排気ガスの一部が貫通開口部を通って衝突板１１６，１２４に遮られることなく通過するため、排気ガスから析出する固形物の堆積量が低減される一方、最も下流側に配置された排気捕集部の排気通路１３Ｘでは、排気ガスが衝突板１３４に遮られることなくそのまま流れ方向に通過できる貫通開口部が形成されていないので、排気ガスが衝突板１３４に充分に接触し、ここで析出した固形物は確実に捕捉される。したがって、固形物の堆積が上流側に集中し、上流側においてコンダクタンスの低下や排気通路の閉塞が生ずるといったことを抑制できるため、メンテナンス頻度を低減することができるとともに、下流側の排気捕集部では確実に析出物を捕集することができるため、装置下流側に析出成分が出流れることを防止できる。
本実施形態において、第１捕集ユニット１１０に設けられた２つの排気捕集部のうち、上流側の排気捕集部を構成する排気通路１１Ｘにおいては、排気ガスの流れ方向に沿った姿勢で整流板１１４ａ，１１４ｂ，１１４ｃ，１１４ｄが配置されている。この整流板により排気通路１１Ｘの内表面積を増大させることができるので、排気ガスから析出した固形物を分散して堆積させることができるが、これらの整流板は排気ガスの流れに沿った姿勢で配置されているので、排気経路１１Ｘ内において固形物が一部分に集中して堆積するといったことを抑止することができ、排気コンダクタンスの低下や排気経路の閉塞などを低減することが可能である。一方、第１捕集ユニット１１０の下流側の排気捕集部を構成する排気通路１１Ｚにおいては、排気ガスの流れ方向と交差する衝突板１１６が配置されている。これにより、排気通路１１Ｚにおける固形物の捕集効率をより確実に向上させることができる。
したがって、この第１捕集ユニット１１０内においても、析出物の堆積量の偏在を低減し、メンテナンス頻度を削減することができるとともに、第１捕集ユニット１１０の下流側に出流れる析出成分を低減することが可能になる。
特に、第１捕集ユニット１１０においては、上流側の排気通路１１Ｘと下流側の排気通路１１Ｚとの間に反転通路部１１Ｙが構成されている。この反転通路部１１Ｙの閉塞を防止するために、反転通路部１１Ｙの流通断面積は、上流側の排気通路１１Ｘ及び下流側の排気通路１１Ｚの流通断面積よりも大きくなっている。これは、反転通路部１１Ｙにおいて排気ガスの流れ方向が反転させられることから、排気ガスのほとんどが反転通路部１１Ｙの内面に衝突することになるため、捕集量が増大するからである。ただし、この反転通路部１１Ｙにおいて固形物を捕集するフィンを設けた構成にしてもよい。
本実施形態の第１捕集ユニットでは、上述のように排気通路１１Ｘと排気通路１１Ｚとが反転通路部１１Ｙを介して連通し、排気ガスの流れ方向が相互に反転した方向に設定された排気通路１１Ｘと排気通路１１Ｚとが内外２重に形成されているため、各排気通路の流通断面積を確保しつつ、全体をコンパクトに構成することができる。
本実施形態においては、排気通路１１Ｘを備えた排気捕集部と、排気通路１１Ｚを備えた排気捕集部と、排気通路１２Ｘを備えた排気捕集部と、排気通路１３Ｘを備えた排気捕集部とが直列に配列されているが、他の構成で複数の排気捕集部を直列に配列させてもよい。例えば、上記構成において第２捕集ユニット（排気通路１２Ｘを備えた排気捕集部）と第３捕集ユニット（排気通路１２Ｘを備えた排気捕集部）のいずれか一方を他方の構造と同じ構造にしてもよい。また、第１捕集ユニットと第２捕集ユニットだけで構成してもよく、第１捕集ユニットと第３捕集ユニットだけで構成してもよい。さらには、排気通路１１Ｚを備えた排気捕集部及び排気通路１２Ｘを備えた排気捕集部のいずれか一方と、排気通路１３Ｘを備えた排気捕集部だけで構成してもよい。また、排気通路１１Ｘを備えた排気捕集部と、排気通路１１Ｚを備えた排気捕集部、排気通路１２Ｘを備えた排気捕集部及び排気通路１３Ｘを備えた排気捕集部のいずれか一つだけで構成してもよい。
次に、上記の排気捕集装置１００を備えたガス反応装置の構成について説明する。図７は、本実施形態のガス反応装置の構成例を示す概略構成図である。このガス反応装置には、ガス供給部１と、ガス反応室２と、排気捕集装置１００及び３と、排気装置４とが設けられている。ガス供給部１は、液体原料（例えば、Ｐｂ、Ｚｒ、Ｔｉなどの金属の有機化合物（有機金属）が液体である場合にはそれ自体、若しくは、それを有機溶媒などの溶媒で希釈したもの、或いは、有機化合物が固体である場合には有機溶媒などの溶媒で溶解させたものなど）を収容する原料容器１Ａ、１Ｂ、１Ｃと、有機溶媒などの溶媒を収容する溶媒容器１Ｄとが設けられている。
これらの原料容器１Ａ〜１Ｃ及び溶媒容器１Ｄには、Ｎ２、Ｈｅ、Ａｒなどの不活性ガスその他の加圧ガスを供給する加圧管１ａｘ，１ｂｘ，１ｃｘ，１ｄｘが導入され、また、液体原料や溶媒を導出するための導出管１ａｙ，１ｂｙ，１ｃｙ，１ｄｙが導出されている。導出管１ａｙ〜１ｄｙはそれぞれ流量コントローラ１ａｚ，１ｂｚ，１ｃｚ，１ｄｚを介して合流管１ｐに接続されている。この合流管１ｐは気化器１Ｅに接続されている。
上記の加圧管１ａｘ〜１ｄｘに加圧ガスを供給すると、各原料容器１Ａ〜１Ｄから液体原料又は溶媒が導出管１ａｙ〜１ｄｙに押し出され、流量コントローラ１ａｚ〜１ｄｚにて流量が調整されて合流管１ｐ内に供給される。合流管１ｐにはＮ２、Ｈｅ、Ａｒなどの不活性ガスその他のキャリアガスが供給されており、これらのキャリアガスと上記液体原料或いは溶媒が気液混合状態となって気化器１Ｅに供給される。気化器１Ｅでは、加熱された気化室内に液体原料が噴霧されることにより、この気化室内にて液体原料が気化されて原料ガスが生成される。原料ガスは原料ガス供給管１ｑを介してガス反応室２へと送られる。
また、ガス供給部１には、上記原料ガス供給管１ｑとは別にガス反応室２に接続された反応ガス供給管１ｒと、上記原料ガス供給管１ｑに対してガス反応室２の手前で合流するキャリアガス供給管１ｓとが設けられている。この反応ガス供給管１ｒにより、上記原料ガス供給管１ｑで供給される原料ガスと反応して所定の反応を生ずべき反応ガス（Ｏ２、ＮＨ４、Ｃｌ２など）が供給される。
ガス反応室２は、加熱ヒータなどの加熱手段や、放電部などの放電手段のようなエネルギー印加手段を備えた気密チャンバ内に、ガス導入部（例えばシャワーヘッドのような多数のガス導入孔を備えた部分）２ａと、このガス導入部２ａに対向配置されたサセプタ２ｂとが配置されている。サセプタ２ｂには半導体基板などで構成される基板Ｗが載置される。この実施形態では、ガス導入部２ａから導入された原料ガスと反応ガスは、気密チャンバ内において上記のエネルギー印加手段によって印加されたエネルギーを得て適宜に反応し、基板Ｗの表面上に所定の薄膜が成膜される。ここで、例えば、基板Ｗ上にＰＺＴ薄膜を成膜する場合には、基板温度は通常５００〜７００℃程度であり、ガス反応室２内から排出される排気ガスの温度は２００℃程度になる。
気密チャンバには排気管２ｐが接続され、この排気管２ｐは上記の排気捕集装置１００に接続されている。排気捕集装置１００は排気管１００ｐに接続され、この排気管１００ｐは真空ポンプなどで構成される排気装置４に接続されている。また、上記原料ガス供給管１ｑは、ガス反応室２に導入される手前でバイパス管２ｑに接続されており、このバイパス管２ｑは、排気捕集装置３に接続されている。この排気捕集装置３は、バイパス管３ｑを介して上記排気管１００ｐに接続されている。
ガス反応室２は、排気装置４によって上記排気管２ｐ、排気捕集装置１００及び排気管１００ｐを介して減圧され、所定の圧力に保持される。ガス反応室２の内部で上記の反応が生ずると、その排ガスは、途中で排気捕集装置１００にて反応副生成物が捕集された後に、排気装置４へ排出される。ここで、上記ガス供給部１から原料ガス供給管１ｑにより供給される原料ガスは、当初そのガス組成が安定するまで、及び、ガス反応室２の準備が完了するまで、或いは、ガス反応室２における反応が終了した後において、バイパス管２ｑ、排気捕集装置３及びバイパス管３ｑを経て排気装置４に排出される。このときにバイパスに流れるガスは、ガス反応室２を経由しない原料ガスそのものである。この原料ガスからも排気捕集装置３を用いることによって析出物が捕集される。
上記実施形態では、本発明に係る排気捕集装置１００をガス反応室２の排気経路に接続した例を示したが、本発明に係る排気捕集装置１００を、上記の排気捕集装置３のように、上記ガス供給部１に接続された排気経路（バイパスライン）の途中において原料ガスを捕集するための排気捕集装置として用いてもよい。
尚、本発明の排気捕集装置及びガス反応装置は、上述の図示例にのみ限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。例えば、上記実施形態の排気捕集装置１００では、各排気捕集部がそれぞれ全体として直線状の排気ガスの流れ方向を有するものとして構成した場合を例示してあるが、排気ガスの流れ方向が全体として曲線状に構成されているものであっても構わない。
また、上記の排気通路にはいずれも複数の衝突板を排気ガスの流れ方向に沿って配列させてあるが、たとえば、一体に構成された螺旋状の衝突板（スクリュウ型衝突板）が排気ガスの流れ方向に沿って伸びるように構成されていてもよい。この場合、この螺旋状の衝突板の内周部若しくは外周部に間隙を設けて上記貫通開口部を形成することができる。
さらに、上記貫通開口部はいずれも排気通路の中心部に構成されているが、排気通路の外周部に構成してもよく、また、衝突板に貫通孔を形成することによって構成しても構わない。
また、上記のガス反応装置は、基板上に薄膜を形成するための成膜装置である場合の例として説明したが、この成膜系としては、ＴｉＣｌ４とＮＨ３とを反応させてＴｉＮ膜を形成するときに反応副生成物としてＮＨ４Ｃｌが生成される場合、ＳｉＨ４やＳｉＨ２Ｃｌ２とＮＨ３とを反応させてＳｉＮ膜を形成するときに反応副生成物としてＮＨ４Ｃｌが生成される場合、ＷＦ６とＮＨ３とを反応させてＷＮ膜を形成するときに反応副生成物としてＮＨ４Ｆが生成される場合、ＴａＣｌ４とＮＨ３とを反応させてＴａＮ膜を形成するときに反応副生成物としてＮＨ４Ｃｌが生成される場合、その他、金属酸化膜を形成する場合などが挙げられる。また、捕集物としては上記のような反応副生成物に限らず、反応にあずからなかった余剰の反応ガスを捕集してもよい。さらには、このような半導体装置の成膜装置以外のドライエッチング装置などの他のガス反応装置或いはＬＣＤ用の装置に対しても同様に本発明を適用することができる。
本発明に係る排気捕集装置の実施形態の全体構成を示す概略構成図。 同実施形態の第１捕集ユニットの縦断面図。 同実施形態の第１捕集ユニットの内筒を側面図で示した縦断面図。 同実施形態の第１捕集ユニットの横断面図。 同実施形態の第２捕集ユニットの縦断面図（ａ）及び横断面図（ｂ）。 同実施形態の第３捕集ユニットの縦断面図（ａ）及び横断面図（ｂ）。 本発明に係るガス反応装置の全体構成を示す概略構成図。
符号の説明
１００…排気捕集装置、１１０…第１捕集ユニット、１２０…第２捕集ユニット、１３０…第３捕集ユニット、１１Ｘ，１１Ｚ，１２Ｘ，１３Ｘ…排気通路、１１Ｙ…反転通路部、１１３…外筒、１１４…内筒、１１４ａ，１１４ｂ，１１４ｃ，１１５…整流板、１１６，１２４，１３４…衝突板

Claims (7)

  1. ガスの排気経路途中に配置され、該排気経路を通過する排気ガスからの析出物を捕集する排気捕集装置であって、
    前記排気経路に沿って、内部に排気ガスを通過させる排気通路が構成された複数の排気捕集部が直列に配置され、
    前記排気ガスの流れ方向と交差する姿勢で配置された衝突板を備え、該衝突板によって遮られずに前記流れ方向に沿って貫通する貫通開口部を有する、上流側に配備された排気捕集部と、
    前記排気ガスの流れ方向と交差する姿勢で配置された衝突板を備え、該衝突板によって遮られずに前記流れ方向に沿って貫通する貫通開口部を有しない、下流側に配備された前記排気捕集部とを具備することを特徴とする排気捕集装置。
  2. 前記複数の排気捕集部は、相互に着脱可能に構成されていることを特徴とする請求項１に記載の排気捕集装置。
  3. ガスの排気経路途中に配置され、該排気経路を通過する排気ガスからの析出物を捕集する排気捕集装置であって、
    前記排気経路に沿って、内部に排気ガスを通過させる排気通路が構成された複数の排気捕集部が直列に設けられ、
    前記排気ガスの流れ方向に沿った姿勢若しくは前記流れ方向と直交しない傾斜姿勢で配置された整流板を備え、上流側に配備された前記排気捕集部と、
    前記整流板よりも大きい前記排気ガスの流れ方向に対する交差角で前記排気ガスの流れ方向と交差する姿勢で配置された衝突板を備え、下流側に配備された前記排気捕集部とを具備することを特徴とする排気捕集装置。
  4. 前記上流側に配備された排気捕集部と前記下流側に配備された排気捕集部のいずれか一方の前記排気捕集部は、他方の前記排気捕集部の外側を取り巻くように構成され、前記上流側に配備された排気捕集部と、前記下流側に配備された排気捕集部との間に前記排気ガスの流れ方向を反転させる反転通路部が設けられていることを特徴とする請求項３に記載の排気捕集装置。
  5. 前記反転通路部は、前記上流側に配備された排気捕集部と、前記下流側に配備された排気捕集部との間に、全周に亘って設けられていることを特徴とする請求項４に記載の排気捕集装置。
  6. 前記衝突板は、前記排気ガスの流れ方向に沿って螺旋状の排気通路を構成するように構成されていることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか一項に記載の排気捕集装置。
  7. ガス供給部と、該ガス供給部から供給されるガスを反応させるガス反応室と、前記ガス供給部若しくは前記ガス反応室の排気経路と、該排気経路途中に配置される請求項１乃至６のいずれか一項に記載の排気捕集装置とを具備することを特徴とするガス反応装置。
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