JPH1073078A

JPH1073078A - 真空排気システム

Info

Publication number: JPH1073078A
Application number: JP14854497A
Authority: JP
Inventors: Shinji Nomichi; 伸治野路; Yoshihiro Niimura; 恵弘新村; Tetsuo Sugiura; 哲郎杉浦; Norihiko Nomura; 典彦野村; Yuji Matsuoka; 祐二松岡
Original assignee: Ebara Corp
Current assignee: Ebara Corp
Priority date: 1996-05-23
Filing date: 1997-05-22
Publication date: 1998-03-17
Anticipated expiration: 2017-05-22
Also published as: JP3238099B2

Abstract

(57)【要約】【課題】真空ポンプの長寿命化、プロセスガスの再利
用、排ガス処理装置の小容量化によって、運転の信頼性
の向上、設備や運転コストの低減を図ることができる真
空排気システムを提供する。【解決手段】気密のチャンバ１０とチャンバ１０を
排気するための真空ポンプ１２とを連通する配管１４
に、少なくとも２つ以上の温度の異なるトラップ１６，
１８が直列に配置されている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、例えば半導体製造
用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１６を参照
して説明する。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。

【０００３】真空チャンバ１０が必要とする真空度が、
ドライポンプ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
真空ポンプが配備されることもある。プロセスガスはプ
ロセスの種類により毒性や爆発性があるので、そのまま
では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２６が配備されている。大気圧
まで昇圧されたプロセスガスのうち、上記のような大気
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、無害なガスのみが放出される。なお、配管１
４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、以下のような欠点がある。反応副生成物の中に腐食性ガスがある場合には、そ
のガスによって真空ポンプが腐食し、寿命が短縮され
る。例えば、Ｓｉをエッチングする場合に、代表的なプ
ロセスガスであるＣＦ₄ とＯ₂ を使用すると、プロセス
チャンバからは、ＣＦ₄ とＯ₂ の残ガスとともにＳｉＦ
₄ ，Ｆ₂ ，ＣＯ，ＣＯ₂ の副生成物が真空ポンプにより
排出される。このうち、特にＦ₂ が強い腐食性があり
（プロセス上の理由からＦラジカルが含まれている）、
真空ポンプを腐食する。

【０００５】反応副生成物の中に昇華温度の高い物
質がある場合、そのガスを真空ポンプが排気するので、
昇圧途上でガスが固形化し、真空ポンプ内に析出して故
障の原因になる。例えば、アルミニウムのエッチングを
行うために、代表的なプロセスガスであるＢＣｌ₃ ，Ｃ
ｌ₂ を使用すると、プロセスチャバからは、ＢＣｌ₃ ，
Ｃｌ₂ のプロセスガスの残ガスとＡｌＣｌ₃ の反応副生
成物が真空ポンプにより排気される。このＡｌＣｌ₃
は、吸気側では分圧が低いので析出しないが、加圧排気
する途中での分圧が上昇し、真空ポンプ内で析出して真
空ポンプの故障の原因となる。これは、ＳｉＮの成膜を
行うＣＶＤ装置から生じる（ＮＨ₄）₂ＳｉＦ₆やＮＨ₄
Ｃｌ等の反応副生成物の場合も同様である。

【０００６】プロセスチャンバから固形物が送られ
てきて、直接真空ポンプ中に入り、故障の原因になる。
例えば、ＴＥＯＳプロセスによりＳｉ成膜を行う減圧Ｃ
ＶＤ装置においては、プロセスガスとしてＴＥＯＳ，Ｏ
₂ を用いるが、反応に伴い各種アルコールとＳｉＯ₂ が
生成する。ＳｉＯ₂ は最初から固形物であり、真空ポン
プにダメージを与える。

【０００７】反応副生成物の中に、高温で反応性の
あるガスが含まれており、そのガスが真空ポンプ内で反
応して、真空ポンプの故障の原因になる。例えば、タン
グステンの成膜を行うプラズマＣＶＤ装置において、代
表的なプロセスガスであるＷＦ₆ ，ＳｉＨ₄ を用いる
と、プロセスチャンバからは、ＷＦ₆ ，ＳｉＨ₄ の残ガ
スとＨＦ，Ｈ₂ の生成副産物が排出される。真空ポンプ
の中において圧力と温度が上昇するに伴い、ＷＦ₆ とＳ
ｉＨ₄ が反応してＷが析出し、真空ポンプの故障の原因
となる。

【０００８】半導体製造装置で使用されたプロセス
ガスが、再利用されずに捨てられるのでランニングコス
トが高い。特に、ＳｉＨ₄ のようなガスは高価であり、
再利用するのが望ましいが、前記従来の方法では全く再
利用されていなかった。

【０００９】すべてのガスを排ガス処理装置に導入
して処理を行なうので、処理装置の規模が大きくなり、
膨大な設備コストが必要となるとともに、処理工程も複
雑になり、ランニングコストも高くなる。

【００１０】これらのうち、については腐食性の真空
ポンプの開発、については、真空ポンプの温度を上げ
て析出しないようにする、等の対策が施されているが、
これらの改善策は、真空ポンプ側のみの改良であり、真
空排気システム全体として捉えていないので、充分な効
果を奏していない。また，については全く考慮すら
されていない。

【００１１】本発明は以上の欠点に鑑みて発明されたも
のであり、真空ポンプの長寿命化、プロセスガスの再利
用、排ガス処理装置の小容量化によって、運転の信頼性
の向上、設備や運転コストの低減を図ることができる真
空排気システムを提供することを目的としている。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明は、前記の課題に
鑑みて為されたもので、請求項１に記載の発明は、気密
のチャンバと該チャンバを排気するための真空ポンプと
を連通する配管に、少なくとも２つ以上の温度の異なる
トラップが直列に配置されていることを特徴とする真空
排気システムである。この真空排気システムによれば、
真空チャンバと該チャンバを真空にするための真空ポン
プの間の真空配管中に、直列にかつ少なくとも２つ以上
の温度の異なるトラップが設けられているので、真空ポ
ンプを腐食する腐食性のガス成分や、真空ポンプ中にお
いて析出して摺動部を損傷するような成分を事前に除去
し、真空ポンプへの悪影響を防止することができるとと
もに、トラップ温度を少なくとも２つの異なるレベルと
して設定し、これにより異なる成分を別個にトラップす
ることができるので、後処理が簡単なものとなるととも
に、資源の再利用を容易にする。

【００１３】トラップは、上流側を高温とし、下流側を
順次低温とすることにより、第１のトラップで、プロセ
スチャンバからの固形物や昇華温度の高いガスがトラッ
プされ、下流側の２段目以降のより低温のトラップで、
順次選別的にプロセスガス及び反応副生成物をトラップ
する。

【００１４】トラップの温度は、トラップしたいガスに
より異なり、少なくとも該ガスの凝固点以下にする必要
がある。一般的な温度範囲、つまり−６０℃以上であれ
ば、低温トラップの寒剤としては、空気、水、ブライ
ン、フロン冷媒が用いられる。

【００１５】特に２段目のトラップ以降は、必要となる
トラップ温度が−６０℃以下になることが多く、その寒
剤としては、クライオポンプで利用されているＧＭ冷凍
機に代表されるヘリウム冷凍機（ヘリウムガスの膨張冷
却を利用したガスサイクル冷凍機）が用いられる。より
好ましくは、振動が非常に小さいパルスチューブ型冷凍
機を用いる良い。

【００１６】また、トラップ温度が液化ガスの蒸発温度
に近く、それより高い場合には寒剤として、液化ガスの
気化熱を利用するのも便利である。特に、その中でも液
体窒素は非常に安価なので好ましい。もちろん、低温ト
ラップが２つ以上ある場合に、ヘリウム冷凍機と液化ガ
スの気化熱の両方を利用することもできる。

【００１７】低温トラップの温度により、トラップした
いガスのトラップ性能が変化するので、低温トラップに
は温度センサを設け、一定温度に保つためのヒータを内
蔵するのが好ましく、温度制御用にコントローラを設け
てもよい。

【００１８】トラップしたいガスは、再利用を考えると
極力不純物を含まないほうが良い。このため、直列に結
合されたトラップはトラップ温度が上流側から下流側に
向かって低温になっているほうが好ましい。

【００１９】さらに、それぞれのトラップ部の温度差
は、上流側の温度が−６０℃近傍では４０℃以上、下流
側の−２００℃近傍では２０℃以上に設定するとより高
精度でガスをトラップすることができるので好ましい。

【００２０】また、トラップしたいガスが極低温でない
と氷結しないような場合や、選択的にあるガスをトラッ
プしたい時は、低温トラップ面に吸着剤を併用するのが
有効である。吸着剤としては、ゼオライトや活性炭、ア
ルミナ、シリカゲル、金属酸化物等が好ましい。

【００２１】トラップで堆積した固形物あるいは氷結し
たガスが一定以上たまると、再生が必要となる。この再
生時期は、例えば、トラップの上流側と下流側の差圧を
測定し、これがある一定値を越えたら、トラップ内に一
定量以上の氷結ガスまたは固形物が溜まったと判断し、
再生の必要性を知ることができる。

【００２２】再生時期には、例えば固形物が溜まってい
るようなトラップの場合で、トラップを配管に設置した
ままで再生が困難な場合はトラップごと交換してもよ
い。この場合は、トラップ部を、例えばフランジ接合の
継手を介して配管に取り付けておくと着脱が容易であ
り、また、真空系やトラップ部を大気開放しないように
継手の前後に開閉バルブや自封式の継手を設けると良
い。

【００２３】比較的温度が高いトラップでトラップした
ガスは、常温で再生するのは時間がかかるので、トラッ
プ内にヒータを設けて加熱すると短時間で再生ができ、
好ましい。比較的温度が低いトラップでトラップしたガ
スは、常温で再生しても時間がかからないので、トラッ
プ内にヒータは不必要である。常温での再生を促進する
ために常温ガス導入口を設けるとよく、トラップしたガ
スが爆発性がある場合は、窒素ガスのような不活性ガス
を導入して希釈しながら再生するのが安全である。

【００２４】さらに、上記のガスを再利用したい場合
は、不活性ガスを導入できないのでその対象ガスを徐々
に再生しなければならない。この時は、トラップの温度
を徐々に上げるように、冷凍機または液体ガスによる冷
却能力を徐々に落とすようにすればよい。

【００２５】上記のような再生作業の際は、トラップ部
を取り外したり、前後のバルブを閉じて行うので、この
間は真空排気できない。従って、真空排気動作を止める
ことなく再生操作を行うために、トラップ部を有する真
空配管を並列に２系列以上設けてバルブにより切り換え
て用いるとよい。

【００２６】さらに、トラップは、前記排気経路に隣接
して配置された再生経路と、前記排気経路及び再生経路
に切替可能に配置された少なくとも２つのトラップ部
と、該トラップ部の切替のための移動を行なう駆動手段
とを備え、前記排気経路におけるトラップ動作と前記再
生経路における再生動作を並行して行なうようにしても
よい。これにより、長時間の稼働においてもトラップの
再生処理のために装置を止めたり、交換のトラップを用
意する必要がなく、気密チャンバにおいて連続的に安定
した処理を行なうことができる。また、適当な切替タイ
ミング判定手段を用いて完全な自動化を図ることも容易
である。

【００２７】再生したガスの中で再利用できる場合は、
再生したガスは必要であれば、精製装置を通して、最終
的にプロセスチャンバに送られる。再生したガスの中
で、排ガス処理が必要な場合は除害装置に送られる。

【００２８】また、トラップしたガスを再利用するため
にタイムラグである場合や、トラップしたプロセスガス
を処理するための除害装置がない場合は、再生ガスはそ
のトラップ温度と同レベルの温度のタンクに送られ、再
び氷結捕集される。こうすれば、あとでガスとして発生
させて再利用することも可能であるし、タンクを除害装
置のある所に運んで排ガス処理することもできる。

【００２９】以上の真空排気システムは基本的に低温ト
ラップを利用するものであるが、他の原理のトラップや
他の処理手段と併用する複合システムとすることにより
さらなる効果を期待することができる。例えば、トラッ
プの前でプロセスガスの残ガスを反応させたり、高温度
にしてガスを分解したり、Ｆ₂ ラジカルの腐食性をなく
すためにＣなどの犠牲材料を設置するなどがある。

【００３０】

【発明の実施の形態】以下、図面を用いて本発明の実施
例について説明する。図１は本発明の基本的な実施例で
あって、真空チャンバ１０と真空ポンプ１２を繋ぐ配管
１４に、２つの温度の異なるトラップ１６，１８がそれ
ぞれバルブ２０，２２，２４を介して直列に配置されて
いる。真空ポンプ１２の下流には、排ガス処理装置２６
が設けられている。

【００３１】第１のトラップ１６は、比較的高温に設定
されたトラップで、例えば、図２に示すように、外側に
冷却媒体を流すジャケット１００が形成された筒状のケ
ーシング１０２の軸体１０４回りに螺旋状の邪魔板１０
６が取り付けられ、これによりケーシング１０２内部に
下部流入口１０８から上部流出口１１０に向かう螺旋状
のガス流路が構成されているものである。このトラップ
は、金属のような熱伝導性の良い材質から形成され、上
蓋はフランジ結合されて取り外し可能となっている。

【００３２】第２のトラップ１８は、より低温の、例え
ば、−６０℃以下のトラップであり、例えば、図３に示
すように、同様に邪魔板１０６を有する筒状のケーシン
グ１０２の中空軸体１１２の中に、液体窒素のような冷
却媒体を流す流路１１４が形成されている。この例で
は、ケーシングには下部流入口１０８及び上部流出口１
１０とは別に再生のための気体（再生ガスと反応しない
窒素などを用いる）の流入口１１６と、再生された気体
の流出口１１８が設けられている。

【００３３】このような真空排気システムを用いて、ア
ルミニウムのエッチングを行う工程を説明する。この反
応に用いられる代表的なプロセスガスである”ＢＣｌ
₃ ，Ｃｌ₂ ”を使用する場合、真空チャンバからは”Ｂ
Ｃｌ₃ ，Ｃｌ₂ ，ＡｌＣｌ₃ ”が排出される。これらの
ガスの凝固点は、それぞれ以下の通りである。ガスの種類ＢＣｌ₃ Ｃｌ₂ ＡｌＣｌ₃ 凝固点（℃） −１０７ −１０１１８０沸点（℃）１２．５ −３４．０ −

【００３４】真空チャンバ１０から出たガスは、配管１
４、バルブ２０を通って第１トラップ１６に入る。第１
トラップ１６は、ジャケット１００に流入する水、冷
媒、空気、ブライン等により冷却されており、ＡｌＣｌ
₃ のみを凝縮トラップする。冷却温度は、ＡｌＣｌ₃ の
凝固点が１８０℃なので、冷媒流路１００に冷媒を流さ
なくてもトラップできるが、トラップ効率を考えると温
度が低いほうが好ましい。

【００３５】ただし、ＢＣｌ₃ ，Ｃｌ₂ を捕集したくな
いので、冷却温度はＢＣｌ₃ ，Ｃｌ₂ のトラップ１６内
でのその分圧における露点温度より高いことが好まし
い。これにより、トラップ１６からの排出ガスはＡｌＣ
ｌ₃ をほとんど含まないＢＣｌ₃ とＣｌ₂ となり、配管
１４から出てバルブ２２を通り、第２トラップ１８に入
る。

【００３６】第２トラップ１８は、中空軸体１１４に送
られる液体窒素等により冷却される。結果として第２ト
ラップ１８にはＢＣｌ₃ とＣｌ₂ が氷結捕集される。排
出ガス中のＢＣｌ₃ ，Ｃｌ₂のいくらかは、配管１４、
バルブ２４を通り、真空ポンプ１２で加圧され、排ガス
処理装置２６で処理され、残りのガスは大気に放出され
る。捕集される比率は、冷却面積やＢＣｌ₃ ，Ｃｌ₂ の
分圧、排気速度等によって決まる。

【００３７】所定の時間が経過したときに再生を行う。
第１のトラップ１６は、内部を水洗浄すればよく、ここ
では、ラインを止めて前後のバルブを閉じ、フランジ結
合の上蓋を取り外して水洗いをすればよい。

【００３８】図４は、トラップ１６の前後の部分の他の
実施の形態を示すもので、トラップの上流と下流の差圧
を測定する差圧センサ１２０が取り付けられている。ま
た、前後の配管にはそれぞれ２つのバルブ１２２，１２
４，１２６，１２８とフランジ継手１３０，１３２が設
けられている。トラップ１６におけるＡｌＣｌ₃ の捕集
量が増加すると、トラップ１６における圧損が差圧セン
サ１２０に表示されるので、これが予め定めた値を越え
た時に再生処理を行なうようにする。ここでは、バルブ
１２２，１２４，１２６，１２８を閉じて、フランジ継
手１３０，１３２を解除してトラップ１６を配管から外
し、新たなトラップに交換する。このようにトラップ全
体を交換すれば、その交換に必要な時間だけの停止でよ
く、ラインを長い時間止める必要がない。

【００３９】なお、上記においては予備のトラップを用
意しておき、これを交換して用いたが、図５に示すよう
に、トラップ１６を有する真空配管を並列に２つ設け
て、バルブで切り換えて用いることもできる。センサ１
２０の指示圧が高くなった場合は、用いる配管を切り換
えて処理を続行し、オフになったラインのトラップを再
生、又は交換する。

【００４０】第２のトラップ１８の再生は、再生したガ
スを再利用するために、図６に示すように流出口と貯蔵
装置１３０等を配管で接続して行なう。再生時は、図１
に示すように配管途中のままバルブ２２，２４を閉じる
か、あるいは図６に示すように配管から切り離して行な
う。このトラップにはヒータ１８２が設けられており、
これを動作させて邪魔板１０６を加熱し、トラップ（氷
結捕集）していたＢＣｌ₃ ，Ｃｌ₂ を蒸発させて流出口
１１８から排出する。ＢＣｌ₃ ，Ｃｌ₂ は高純度なので
そのまま、プロセスガスに使用するように、精製装置ま
たは貯蔵装置１３０に送る。

【００４１】この場合、トラップ温度が低いので、再生
は常温でも可能であるが、ヒータ１８２は再生を加速す
るために設けられている。なお、ヒータ１８２を動作さ
せる代わりに、再生ガス流入口１１６から加熱した不活
性ガスのような再生用ガスを供給するようにしてもよ
い。

【００４２】このように、真空ポンプ１２の前段にトラ
ップ１６，１８を設けることにより、ガス中のＡｌＣｌ
₃ のような析出しやすい物質が減少し、あるいは無くな
り、従って、ドライポンプ中で析出して故障原因となる
ことが防止される。また、トラップ１６，１８により捕
集されたＢＣｌ₃ ，Ｃｌ₂ を再利用することができるの
で、資源の有効利用及び材料コストの低下につながる。
さらに、排ガス処理装置２６に入る排ガス量が減るの
で、小容量の処理装置でよくなって設備コスト及び稼働
コストを低減することができる。

【００４３】図７に示すのは、−６０℃以下で作動する
低温トラップの他の例であり、パルスチューブ冷凍機１
３４を用いたものある。これは、軸体１１２の内部に蓄
冷器１３６とパルス管１３８が隣接して設けられ、蓄冷
器１３６には配管とバルブを介して圧縮機ユニット１４
０が接続され、パルス管１３８はバルブを介してリザー
バタンク１４２に接続されている。この構成のパルスチ
ューブ冷凍機は、圧縮機ユニット１４０により一般には
ヘリウムガスを圧縮し、ヘリウムガスの圧縮、膨張過程
と圧力波動によって−６０℃〜−２６０℃の範囲での冷
却機能を持つものである。再生は、邪魔板１０６等に配
置したヒータ１８２の加熱により行ない、防爆などの必
要性に応じて窒素等の不活性ガスを供給する。このパル
スチューブ冷凍機１３４は、内部にＧＭ冷凍機で使用し
ているエキスパンダーが無いので振動がなく、かつ高温
まで加熱ができ、また、性能が広い範囲で安定である。
さらに、ＧＭ冷凍機では約１年に１回オーバーホールが
必要であるが、パルスチューブ冷凍機はこれをより長い
インターバルとすることができる。

【００４４】図８は、本発明の他の実施例であって、真
空チャンバ１０と真空ポンプ１２を繋ぐ配管１４に、３
つの温度の異なるトラップ３０，３２，３４がそれぞれ
バルブ３６，３８，４０，４２を介して直列に配置され
ている。真空ポンプ１２の下流には、排ガス処理装置２
６が設けられている。この内、第１のトラップ３０と第
３のトラップ３４はヘリウム冷凍機４４であり、第２の
トラップ３２は図３に示すような冷媒として液体窒素を
用いるトラップである。ヘリウム冷凍機４４は、コンプ
レッサ４６で圧縮したヘリウムガスの膨張による冷却を
利用する周知のもので、広い範囲で冷却が可能である。

【００４５】この図８の装置により、Ｓｉをエッチング
するエッチング装置のプロセスチャンバの排気の場合を
説明する。ここでは、プロセスガスとしてＣＦ₄ とＯ₂
を使用しており、真空チャンバ１０からは、ＣＦ₄ ，Ｏ
₂ ，ＳｉＦ₄ ，Ｆ₂ ，ＣＯ，ＣＯ₂ が排出される。これ
らの凝固点は、それぞれ以下の通りである。ガスの種類ＣＦ₄ Ｏ₂ ＳｉＦ₄ Ｆ₂ ＣＯＣＯ₂ 凝固点（℃） −184 −218 −80 −220 −207 −57 沸点（℃） −128 −183 −65 −188 −192 −78

【００４６】従って、例えば第１のトラップ３０を−１
２０℃程度に設定して、ここでＣＯ₂，ＳｉＦ₄ をト
ラップし、第２のトラップ３２を−１９７℃程度に設定
してＣＦ₄ をトラップし、第３のトラップ３４を−２４
０℃に設定してＣＯ，Ｏ₂，Ｆ₂をトラップする。この
ように、各トラップにおいて種類の異なるガスをトラッ
プするので、後の処理工程をガス毎に個別に、それぞれ
のガスの特性に対応して行なうことができる。

【００４７】例えば、エッチングのプロセスガスである
ＣＦ₄ は必要に応じて精製して再利用でき、無害なガス
は大気中に放出し、反応性の高いＦ₂は別途無害化処理
をする。無害化処理は、一旦貯蔵してからまとめて行な
うことができるので、作業性の向上が図れる。また、こ
のように処理を要するガスのかなりの部分を事前にトラ
ップするので、真空ポンプ１２の下流に設ける排ガス処
理装置２６は小規模の物で良く、設備コストの低下が図
れる。

【００４８】この発明は、複数の温度の異なるトラップ
を用いて、排気中の成分を分離してトラップすることに
特徴があるが、図９を用いて、本発明のトラップの原理
を説明する。図９の横軸はトラップの温度、縦軸はその
トラップ温度における理論（理想）トラップ率を示す。
ここでは、理解の容易のために、ＮＨ₃，ＳｉＨ₄，ＣＯ
が排ガス中に存在する場合を説明する。図中、３本のラ
インは右からＮＨ₃，ＳｉＨ₄，ＣＯの蒸気圧１Ｔｏｒｒ
の場合のトラップ線である。

【００４９】例えば、１６０Ｋのトラップ温度における
ＮＨ₃の理論トラップ率は９３％である。１３０Ｋにお
いては９９．９％以上のトラップ率があり、一方、Ｓｉ
Ｈ₄は１３０Ｋでのトラップ率は１％以下である。次
に、７０ＫではＳｉＨ₄は９９．１％以上のトラップ率
があるが、ＣＯもトラップ率は１％以下である。ＣＯは
４０Ｋで、９９．９％以上トラップできる。従って、例
えば、ＮＨ₃，ＳｉＨ₄，ＣＯがそれぞれ蒸気圧１Ｔｏｒ
ｒで混合しているガスは、理論的には、１３０Ｋ、７０
Ｋ、４０Ｋの３つのコールドトラップを設けることによ
り、概ね、ＮＨ₃，ＳｉＨ₄，ＣＯに分離することができ
る。

【００５０】以上の説明は、理論状態でのトラップ（無
限大のトラップ面積とトラップに関する無限大の時間を
費やした場合）について行ったが、実際はトラップ面積
及び時間は有限であり、その場合はコールドトラップの
トラップ率は低下する。従って、トラップ率向上のため
にトラップ温度をさらに下げる必要がある。また、図の
説明は１Ｔｏｒｒの圧力について行ったが、圧力が高い
場合は図の各ガスのトラップラインは右側に、圧力が低
い場合は左側にずれることを考慮する必要がある。

【００５１】図１０は、本発明の他の実施例であって、
真空チャンバ１０と真空ポンプ１２を繋ぐ配管１４に、
２つの温度の異なるトラップ５０，５２と、その前段に
内部に犠牲素材を収容するケーシング５４が設けられて
いる。この犠牲素材は、排ガス中の対象成分と反応性の
高い特定の素材で、例えば、炭素や金属等を粉粒状にし
たものを用いる。排ガス中の成分が犠牲素材と反応して
生成した物質は、通常、凝固点が上昇し、比較的高い温
度でトラップされるようになり、高温側のトラップで処
理することが可能になる。しかしながら、どのような犠
牲素材を用いてトラップを行なうかは、トラップの全体
の設計との関係で適宜に選択可能である。

【００５２】図１１は、球状トラップ７０の構成を示す
もので、この例は、配管の途中に設けた球状空間１５０
に球体バルブ１５２が回転可能に装着されており、球状
空間１５０には、再生用の配管１５４が交差して設けら
れている。球体バルブ１５２は所定の方法で冷却される
構造となっており、内部に配管１４と同径の内部流路１
５６が形成されている。このトラップ７０は、トラップ
動作中は図１１に示すような内部流路１５６が配管１４
と連通する第１の位置で用いられ、ここにおいて球体バ
ルブ１５２が冷却されるとその内表面に所定の成分がト
ラップされる。また、再生時は球体バルブ１５２を９０
゜回転させて内部流路を再生流路と連通させ、例えば、
これに高温の不活性ガスを流すことにより再生を行な
う。

【００５３】図１２は、２つの筒状トラップ１６０，１
６０を切り換えて用いる切換トラップ８０を示すもの
で、配管１４の途中には、トラップを待避させる空間１
６２，１６２が対向して設けられ、これにはそれぞれ再
生流路１６４，１６４が設けられている。一方の筒状ト
ラップ１６０のトラップ量がある値に達すると、これを
配管に交差する方向に平行移動させて、他方のトラップ
１６０を配管１４に位置させてトラップ１６０を行な
う。再生位置に来たトラップには再生流路１６４から再
生ガスを流して再生処理を行う。これを順次繰り返すこ
とにより、排気動作を停止することなく処理を継続する
ことができる。

【００５４】図１３ないし図１５に示すのは、この発明
の切替トラップ８０Ａ，８０Ｂの他の実施例を示すもの
で、気密チャンバ１０を真空ポンプ１２により排気する
排気経路１４の左右に隣接して２つの再生経路２１６が
配置され、この排気経路１４及び再生経路２１６に交差
する方向（以下、交差方向という）に直進移動して切替
可能に配置された２つのトラップ部２１８が設けられて
いるものである。

【００５５】再生経路２１６には、トラップした析出物
を加熱して気化させ、あるいは気化したガスを搬送する
ための再生用気体が図示しない再生気体源から三方切替
弁２２２を介して分岐して流通させられ、下流側には排
ガス処理装置２２４が設けられている。本実施例では排
ガス処理装置２２０，２２４は別々に設けたが、共用し
てもよい。

【００５６】この、切替式トラップ装置は、排気経路１
４と再生経路２１６に跨って配置された直方体状のケー
シング２２６と、このケーシング２２６を交差方向に貫
通する軸体２２８と、この軸体２２８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２３０を備えてい
る。ケーシング２２６は、仕切壁２３２によって交差方
向に３つの部屋、すなわち、中央のトラップ室２３４、
両側の再生室２３６に仕切られており、各部屋にはそれ
ぞれ排気経路２４又は再生経路２１６に接続するための
フランジ２３８を有する管部２３９が形成されている。

【００５７】軸体２２８には、３枚の断熱性を有する素
材からなる仕切板２４０が等間隔に配置され、その間に
複数のバッフル板２４２が熱伝導を良くするために溶接
等により軸体２２８に一体に取り付けられている。ケー
シング２２６の仕切壁２３２には中央に開口部２３３が
形成されており、これはバッフル板２４２は通過できる
が仕切板２４０は通過できないような大きさになってい
る。両側の２枚の仕切板２４０とケーシング２２６の両
端の壁の内面の間にはベローズ２４４が設けられてお
り、再生経路２１６と外部環境との間の気密性を維持し
ている。また、仕切壁２３２の仕切板２４０に接する箇
所にはＯリング（図示略）が配置されて、トラップ室２
３４と再生室２３６の間の気密性を維持している。仕切
板２４０は断熱性の高い素材で形成されて、トラップ室
２３４と再生室２３６の間の熱移動を阻止するようにし
ている。

【００５８】軸体２２８は、図１５（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２４０
により遮断されている。そして、この軸体２２８には両
端から内筒２４６がその内端を図１５（ｂ）に示すよう
に中央の仕切板２４０に近接させて挿入され、これによ
り内筒２４６の内側を通ってきた熱媒体が図の左端で反
転して軸体２２８と内筒２４６の間へと向かう熱媒体流
路２４８が形成されている。

【００５９】この熱媒体流路２４８には、液体窒素のよ
うな液体又は冷却された空気又は水等の冷却用熱媒体
が、軸体２２８の両端部に接続した冷却媒体供給ホース
２５０及び排出ホース２５２から供給され、排出され
る。軸体２２８の両側の２つの熱媒体流路２４８のう
ち、トラップ室２３４に位置しているバッフル２４２に
通じるもののみに冷却用熱媒体が流通させられ、再生室
２３６に位置する側には冷却用熱媒体を止めるかあるい
は替わりに再生用の加熱用熱媒体を流通させる。なお、
この例では、これらのホース２５０，２５２をエアシリ
ンダ２３０を貫通した端部に接続しているので、エアシ
リンダ２３０とケーシング２２６の間に接続するよりも
スペースが少なくてすむ利点がある。

【００６０】エアシリンダ２３０は、ソレノイドバルブ
の電磁信号による開閉の切替によって制御されるエアー
により、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、一定時間毎にあるいは差圧センサの指示により
切替動作が行われるように制御される。なお、トラップ
部２１８のバッフル２４２等の所定位置に温度センサ２
５８が、また、排気経路１４のトラップ部２１８の前後
に圧力センサ２６０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。

【００６１】次に、前記のような構成の発明の実施の形
態の切替式トラップ装置の作用を説明する。図１４に示
す位置において、トラップ室２３４に位置するトラップ
部２１８には供給ホース２５０から熱媒体流路２４８に
液体窒素や冷却空気又は水等の冷却用熱媒体が流され、
これは軸体２２８と、これを介してバッフル２４２を冷
却する。従って、これに接触した排ガス中の特定の成分
はここで析出してこれらに付着し、トラップされる。一
方、再生室２３６においては、高温の再生ガスあるいは
熱媒体流路２４８を流れる高温熱媒体により、軸体２２
８及びバッフル板２４２が昇温させられ、トラップされ
た析出物が再び気化させられる。気化したガスは再生経
路２１６中から排出され、排ガス処理装置２２４におい
て除害処理を受けて放出されるか、あるいは再利用のた
めに循環又は貯蔵等される。

【００６２】所定時間の経過後にエアシリンダ２３０が
動作し、トラップ室２３４に有ったトラップ部２１８が
再生室２３６に、他の再生室２３６に有ったトラップ部
２１８がトラップ室２３４に位置するように切り替えら
れ、そこでそれぞれ再生とトラップが行われる。ここ
で、仕切板２４０が断熱性を持っていてトラップ室２３
４と再生室２３６が相互に断熱されているので、熱エネ
ルギーのロスがなく、それぞれトラップと再生が効率的
に行われる。また、再生室２３６とエアシリンダ２３０
の間は伸縮するベローズ２４４により気密を維持されて
いるので、外部との間の熱移動によるエネルギーロスや
処理の効率低下が抑えられ、安定したトラップと再生処
理が行われるとともに、外部からの汚染要素が排気経路
１４に侵入することも防止される。

【００６３】以上の実施の形態では、トラップ部２１８
はケーシング２２６内を直線的に移動して切り替えられ
るようになっているが、ケーシングを環状に形成し、ト
ラップ部をロータリー運動させることによって移動させ
てもよい。この場合には１つの排気経路に対してトラッ
プ部２１８を３以上設けて２以上の再生経路２１６で同
時に再生させることができる。通常、トラップの速度よ
り再生の速度が遅いので、この点は特に有利である。ま
た、ロータリー式では２つのトラップ部の場合には再生
経路が１つで済むことになる。

【００６４】

【発明の効果】以上説明したように、この発明によれ
ば、真空チャンバと該チャンバを真空にするための真空
ポンプの間の真空配管中に、直列にかつ少なくとも２つ
以上の温度の異なるトラップが設けられているので、真
空ポンプを腐食する腐食性のガス成分や、真空ポンプ中
において析出して摺動部を損傷するような成分を事前に
除去し、真空ポンプへの悪影響を防止することができる
とともに、トラップ温度を少なくとも２つの異なるレベ
ルとして設定し、これにより異なる成分を別個にトラッ
プすることができるので、後処理が簡単なものとなると
ともに、資源の再利用を容易にする。従って、真空ポン
プの長寿命化、プロセスガスの再利用、排ガス処理装置
の小容量化によって、運転の信頼性の向上、設備や運転
コストの低減を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の一実施例の真空排気システムの全体
構成を示す図である。

【図２】この発明の要部であるトラップの具体的構成を
示す図である。

【図３】トラップの他の具体的構成例を示す図である。

【図４】トラップの前後部分の構成例を示す図である。

【図５】トラップの前後部分の他の構成例を示す図であ
る。

【図６】トラップの他の構成例を示す図である。

【図７】トラップの他の具体的構成例を示す図である。

【図８】この発明の他の実施例の真空排気システムの全
体構成を示す図である。

【図９】この発明のトラップの原理を説明するグラフで
ある。

【図１０】この発明のさらに他の実施例の真空排気シス
テムの全体構成を示す図である。

【図１１】トラップの他の構成例を示す図である。

【図１２】トラップのさらに他の構成例を示す図であ
る。

【図１３】他のトラップ装置を用いた実施の形態の全体
の構成を示す模式図である。

【図１４】図１３で用いたトラップ装置を示す断面図で
ある。

【図１５】図１３の実施の形態の要部であるトラップ部
を拡大して示す断面図である。

【図１６】従来の真空排気システムの全体構成を示す図
である。

【符号の説明】

１０真空チャンバ１２真空ポンプ１４配管１６，１８，３０，３２，３４，５０，５２，７０，８
０，８０Ａ，８０Ｂトラップ４４ヘリウム冷凍機１３４パルスチューブ型冷凍機１３０，１３２継手１１６，１１８再生用ポート

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者野村典彦東京都大田区羽田旭町11番１号株式会社荏原製作所内 (72)発明者松岡祐二愛知県小牧市大字北外山字早崎3005 シーケーディ株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】気密のチャンバと該チャンバを排気する
ための真空ポンプとを連通する配管に、少なくとも２つ
以上の温度の異なるトラップが直列に配置されているこ
とを特徴とする真空排気システム。
【請求項２】前記２つ以上のトラップのうち少なくと
も１つは低温トラップであることを特徴とする請求項１
に記載の真空排気システム。
【請求項３】前記２つ以上のトラップのうち、少なく
とも１つのトラップは前記真空配管中に継手を介して着
脱自在に取り付けられていることを特徴とする請求項１
に記載の真空排気システム。
【請求項４】前記２つ以上のトラップのうち、少なく
とも１つのトラップには、再生用ガスを導入するポート
が設けられていることを特徴とする請求項１に記載の真
空排気システム。
【請求項５】前記２つ以上のトラップのうち、少なく
とも１つのトラップが２系統並列にかつ選択的に導通可
能に接続されていることを特徴とする請求項１に記載の
真空排気システム。
【請求項６】前記２つ以上のトラップのうち、少なく
とも１つのトラップに、再生したガスをプロセスチャン
バに戻すための配管が設けられていることを特徴とする
請求項１に記載の真空排気システム。
【請求項７】前記２つ以上のトラップのうち、少なく
とも１つのトラップが前記配管と再生配管との間で切り
替え可能に構成されていることを特徴とする請求項１に
記載の真空排気システム。
【請求項８】前記トラップは、前記排気経路に隣接し
て配置された再生経路と、前記排気経路及び再生経路に
切替可能に配置された少なくとも２つのトラップ部と、
該トラップ部の切替のための移動を行なう駆動手段とを
備え、前記排気経路におけるトラップ動作と前記再生経路にお
ける再生動作を並行して行なうようにしたことを特徴と
する請求項７に記載の真空排気システム。