JPS63287524A - 真空排気系用微粒子捕集装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、真空室と真空ポンプとの間に設置され、該真
空室に存するダスト等の微粒子を真空ポンプに到達する
以前に収集する真空排気系層微粒子捕集装置に関する。

〔従来の技術〕

従来、例えばダストを多量に発生する成膜装置の真空室
を真空ポンプによシ真空排気する場合、真空ポンプの保
護のために、排気通路にメツシュを介在させて該メツシ
ュに排気ガス中のダストを付着させるか、或いは該排気
通路に油の中を回転するドラムを設け、該ドラムの表面
又はドラム内に収めた小物体の表面に排気ガス中のダス
トを付着させることが行われていた。また超微粒子製造
装置では、生成した超微粒子を捕集室に堆積させて収集
していた。

ところが、上記のような従来のメツシュや油中を回転す
るドラムに排気ガスを通過させるものでは、排気ガスが
低圧であるためレイノルズ数が小さく、流れの状態が層
流で乱流拡散が期待できないため、ダストの収集はブラ
ウン拡散効果の作用に頼っていた。この場合、十分ダス
トを取り除くためには、排気通路を狭く形成し且つ成膜
装置に必要な流量を確保して排気ガスを流す必要がある
ため、排気ガスの通過のために大きな圧力差が必要にな
る。そのため真空吸引力が減殺されて真空室の圧力が上
昇するという不利をもたらす。しかし、必要となる圧力
差を余り小さくできないので、真空室と中真空ポンプと
の間にトラップを設置することが難しい場合が多くなシ
、真空ポンプの性能を劣化させｌないで高真空状態を得
ることができなくなるという不都合をもたらした。

上記の不都合に対処するために、本出願人は、先に、第
８図に示すような、真空室１１へ接続される流入管３と
真空ポンプ２へ接続される流出管４とにそれぞれ接続さ
れる容器１内に１高温壁６と低温壁７とを２重円筒状に
対向して設け、これら両対向壁の間を流入管３から流出
管４へ気体の流れる流路５とし、該流路５の断面積を前
記流入管３の断面積よ〕大きく形成し、真空ポンプ２で
吸引されるガス中のダスト等の微粒子を高温壁６と低温
壁７の温度勾配を有する流路５中で高温側から低温側へ
と熱泳動現象によ〕成る速度で移動させて低温壁に付着
して捕集させるようにした真空排気系微粒子トラップを
提案した（特願昭６２−号）。なお、図中、３ａｓ４ａ
は真空 フランジ、８はヒータ、９は冷却水パイプ、１２はパイ
ノス、１３．１４は／４ルプである。

なお、上記提案されたものは、対向して設けられた高温
壁と低温壁とを２重円筒で形成されているが、該高温壁
と低温壁とを、平行隔壁の端部を交互に連通させて蛇行
した流路を形成するようにして構成し九ものも、既に提
案されている（特願昭６２−２０３８２号）。

〔発明が解決しようとする問題点〕

本出願人が先に提案した上記の熱泳動式微粒子トラップ
を、Ｎ２２００　ｓｃｃｍ　（標準気圧でｏｌｊ／ｍ１
ｎ）、０２５０　ｓｃｃｍｅ　５ｉ２Ｎ６５　ｓｃｃｍ
　＊　　成膜装置内の圧力０．３　Ｔｏｒｒで流したプ
ラズマＣＶＤ装置に適用した結果、縦軸に成膜装置の圧
力（Ｔｏｒｒ　）を、横軸に時間（分）をとった第９図
の実線ａに示すように、トラップのない場合（点６ｂで
示す）に比べて、遥かにポンプの寿命は延びたが、この
実＠ａにおいても後半に圧力の上昇が生じ、ポンプの目
詰まシが起こっていることが分かる。

これは、未反応のガスが、トラップの途中で、十分な長
さが残っていない場所や、トラップ後段においてポンプ
までの途中の配管などで反応し、微粒子となったものが
ポンプの目詰ｔＣ原因になったものである。

このように、上記のような原因に対しては、先に提案し
たトラップだけでは防ぎきれないという問題点があった
。

本発明は、未反応ガスを極端に減少でき、殆んどを粒子
にしてトラップ（捕集）できるようにした微粒子捕集装
置を提供することを技術的森題としている。

〔問題点を解決するための手段〕

先に提案した装置の問題点及び技術的課題を解決するた
めに１第１番目の発明は、真空室側へ接続される流入管
と真空ポンプ側へ接続される流出管とくそれぞれ接続さ
れる容器内に、高温壁と低温壁とを対向して設け、これ
ら両対向壁の間を、上記流入管から流出管へ流れる気体
流路とした微粒子トラップを、２個以上直列に配管を介
して接続したことを特徴としている。

また第２番目の発明は、上記した第１番目の発明におけ
る、微粒子トラップを２個以上直列に接続する接続配管
に放電機構を備え、未反応ガスを反応させて微粒子にす
るようにしたことを特徴としている。

〔作　用〕

本発明の第１番目の発明は、上記のように構成されてい
るので、前段（１段目）トラップの流入管を例えば成膜
装置の真空室に接続し、後段（最終段）トラップの流出
管を真空ポンプに接続して゛被真空ポンプを作動させる
と、真空室内のガスは、各トラップ内の流路を経て真空
ポンプへ吸引されるが、とれらの流路は何れも高温壁と
低温壁とを対向させて形成されているので、真空ポンプ
で吸引されるガス中のダスト等の微粒子は、高温壁と低
温壁の温度勾配を有する流路中で、高温側から低温側へ
と熱泳動現象により成る速度で移動して低温壁に付着す
る。この微粒子の移動速度は、圧力が低い程小さい温度
勾配で同一の速度となるので、高温壁と低温壁の間隔を
大きく取って温度勾配が小さくなった場合、つます流路
断面積を大きくした場合であっても、十分にガス中の微
粒子を低温壁に吸着して収集することができる。そして
各トラップの容器内の流路断面積を流入管の断面積より
も大きくした場合、微粒子収集のための圧力差が小さく
して済むので、比較的高い真空度の得られる真空ポンプ
の吸込側に取付けて使用できる。

上述したように、各段トラップの作動により、前段のト
ラップの出口部において未だ捕集されていない微粒子が
残っていても、直列状態に配管を介して接続された後段
トラップによって捕集される。

また第２番目の発明におけるように、上記接続配管に放
電機構を備えたものでは、真空室から排気されるガス中
に含まれる未反応ガスは、各トラップを接続する配管に
備見られた放電機構によシ、積極的に反応されて微粒子
となるので、次段のトラップで有効に捕集される。

このようにして真空ポンプの目詰まシがなくなり、且つ
ポンプ油の寿命が大幅に伸びる。

〔実施例〕

次に、本発明の実施例を図面と共に説明する。

第１図は、第１番目の発明の一実施例を示す微粒子捕集
装置の側断面図であって、図中、第８図に記載した符号
と同一の符号は同一ないし同類部分を示すものとする。

図において、ＩＡは、真空室１１に接続された流入管３
Ａと、後段トラップに接続される流出管４Ａとにそれぞ
れ接続される前段容器で、前段トラップを形成し、該前
段容器ＩＡは、ヒータ８が巻き付けられた高温の外筒６
と、冷却水パイプ９を内蔵した低温の内＄７の２重円筒
からなシ、これら両筒６と７の間には流路５Ａが形成さ
れ、核流路５Ａは真空７ランジを介して流入路３Ａと流
出路４ｋに接続されている。同様に、ＩＢは、前段トラ
ップに接続された流入管３Ｂと、メカニカルブースタポ
ンプ等の真空ポンプ２に接続された流出管４．Ｈにそれ
ぞれ接続された後段容器で、後段トラップを形成し、該
後段容器ＩＢも、高温の外筒６と低温の内筒７の２重円
筒からなり、両筒６と７の間に流路５Ｂが形成されてい
る。

第２図は、第２番目の発明の一実施例を示す側断面図で
あって、前段容器ＩＡの流出管４Ａと後段容器ＩＢの流
入管３Ｂとを接続する配管１５の途中に１放電機構２０
が備えられておシ、この点で第１番目の発明の実施例と
相違している。

第３図ないし第７図は、上記放電機構２ｏの異なった実
施例を示す要部説明図であって、第３図に示されたもの
は、前段及び後段の両トラップにそれぞれ接続された配
管１５に、絶縁フランジ２１を介して二つの電極２２．
２２が対向して設置されており、これらの両電極２２．
２２には、交流電源２３から交流（高周波も含む）の高
電圧が印加され、これらの両電極２２．２２間で放電さ
せてプラズマを生じさせるようになっている。なお、上
記交流電源２３０代シに、高圧の直流電源を用いて直流
放電させるようにしてもよい。

この実施例によれば、両電極２２．２２間の放電によシ
プラズマを生じ、未反応ガスの反応が促進される。

第４図に示されたものは、前段及び後段の両トラップに
それぞれ接続された配管１５の内部に１絶縁材３１を介
して陰極３２が挿入して取付けられ、該陰極３２と零電
位にされた配管１５との間にプラズマを生じるようにさ
れている。

第５図に示されたものは、前段及び後段の両トラップ【
それぞれ接続された配管１５の一部に、Ｐ３縁フランジ
４１．４１を介してそれぞれ絶縁された配管部４２が介
在するようにして設けられており、該絶縁された配管部
４２に高圧負電圧を印加し、該配管部４２と零電位にさ
れた接続配管１５との間に放電させるようにしたホロー
陰極方式が構成されている。

第６図に示されたものは、前段及び後段の両トラップに
それぞれ接続された配管１５の一部５１が誘電体で構成
され、該誘電体配管部５１の外側に高周波コイル５２が
巻かれておシ、核高周波コイル５２に高周波電源５３よ
）高周波電圧を印加させて、空間に電界による電位°勾
配を生じさせて無電極放電させるようになっている。

第７図に示されたものは、前段及び後段の両トラップに
それぞれ接続された配管１５の一部６１が誘電体（例え
ば石英ガラス管）で構成され、該ｉｔ体体管管部１を取
り囲むようにしてマイクロ波空胴共振器（導体で囲まれ
た内部がマイクロ波の共振空間になっているもの）６２
を設け、該マイクロ波空胴共振器６２内部のマイクロ波
によシＩＩ電体配管内部にマイクロ波放電がおきるよう
になっている。上記マイクロ波空胴共振器６２は、第７
Ａ図に示すように、通常導体でできた２個の空胴共振器
箱６２ａ、６２ｂを、配ｆ６１を挿んで矢印方向に嵌め
合わせて構成され、これらの箱の中に入っている配管部
６１の内部でマイクロ波放電がおきるよう罠なっている
。

第２図に示された実施例の放電機構２０に、上記のよう
な各放電機構を適用して真空ポンプ２を運転させると、
真空室１１から、ガスが流入管３Ａ及び前段トラップの
二重円筒容器ＩＡ内の流路５Ａを経て流出管４Ａへ流れ
る。上記流路５Ａは、例えば１２０”Ｃの高温外筒６と
、２０＠Ｃの低温内［７との間に形成されているので、
該流路５Ａを流れるガスには、両筒６と７に直角の温度
勾配が生じ、そのため、ガス中の微粒子は、高温外筒側
から低温内筒側へ向かって成る速度で熱泳動により移動
し、低温の内筒７の壁面に付着する。この場合、流路５
Ａ内の圧力が低くなればなる程、小さい温度勾配でも微
粒子の移動速度が同一になる。

従って、低圧で流れるガスから微粒子を収集するために
高温の外筒６と低温の内筒７との間隔を成る程度大きく
することができる。このことは、内ｇ（円筒）７の半径
を自由にとれる点と相俟って、流路５Ａの断面積を流入
管３Ａよシも任意に大きくすることが可能になる。

上記のようにして前段トラップの容器ＩＡ内を通過した
ガスは、微粒子の大部分が熱泳動現象によシ低温の内筒
７の壁面へ付着して捕集されるが、該ガス中に含まれる
未反応ガスは前段容器ＩＡを通過する。そして、流出管
４Ａと後段トラップの流入管３Ｂとを接続する配管１５
を通過中、放電機構２０によって該未反応ガスは反応し
て粒子化される。

該粒子化したガスは、前段容器ＩＡ内で捕集しきれなか
った微粒子と一緒になって、後段トラップを構成する２
重円筒容器ＩＢ内で、上記した前段トラップにおけると
同様にして、高温の外筒６から熱泳動によシ低温の内筒
７の壁面に付着して捕集（トラップ）される。

このようにして、未反応ガスは極端に減少でき、殆んど
を粒子にして捕集できるので、真空ポンプ２の目詰ま勺
を皆無にすることができ、且つポンプ油の寿命も大幅に
伸ばすことができる。

上記した実施例において、直列に接続されるトラップを
２個（２段）用いた装置について説明したが、使用条件
に応じて２個以上複数個（段）用い乏ようにすることは
勿論可能である。また、前段及び後段の両トラップを接
続する配管に備えられる放電機構も、笥３図〜第７図に
示された各実施例に限られるものでなく、ＥＣＲ放電や
熱フィラメントを用いた放電等磁場を重畳させたものな
ど、放電さえできるものであれば、その方式は問わない
。また、温度上昇が予想される場合は、適宜放電部を冷
却する。

〔発明の効果〕

以上説明したように、第１番目の発明によれば、真空室
側に接続される流入管と真空ポンプ側に接続される流出
管とにそれぞれ接続される容器内に、高温壁と低温壁と
を対向して設け、これら両対向壁間を上記流入管から派
出管へ流れる気体流路とした微粒子トラップを、２個以
上直列に接続したことによシ、真空室からの排気ガス中
に含まれるダスト等の微粒子は、各トラップ内で熱泳動
現象により低温壁面に効率よく、安価に捕集される。

また第２番目の発明によれば、未反応のガスは、すべて
、接続配管に設けられた放電機構により反応して微粒子
にされ、後段トラップで微粒子として捕集される。

従って、真空ポンプに未反応のまま送られるガスは皆無
又は極めて微小になるので、該真空ポンプの寿命が通常
の不活性ガスを排気すると同様なだけ長くなり、且つポ
ンプ油の劣化もなくなる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１番目の発明の一実施例を示す微粒
子捕集装置の側断面図、第２図は第２番目の発明の一実
施例を示す側断面図、＠３図ないし第７図及び第７Ａ図
は第２番目の発明に用いられる放電機構の異なった実施
例を示す要部説明図、第８図は先に提案されたトラップ
の側断面口、第９図は同じく性能比較線図である。 ＩＡ・・・前段容器、　　ＩＢ・・・後段容器、　２・
・・真空ポンプ、　　３Ａ、３Ｂ・・・流入管＋　　４
Ａ＋４Ｂ・・・流出管、　　５Ａ、５Ｂ・・・流路、　
６・・・外筒、　７・・・内筒、　８・・・ヒータ、　
９・・・冷却水パイプ。 １１・・・真空室、　１５・・・接続配管、　２０・・
・放電機構。 窮１図 第３図 第８図 第９図 −Ｂ野間（分）

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、真空室側へ接続される流入管と真空ポンプ側へ接続
   される流出管とにそれぞれ接続される容器内に、高温壁
   と低温壁とを対向して設け、これら両対向壁の間を、上
   記流入管から流出管へ流れる気体流路とした微粒子トラ
   ップを、２個以上直列状態に配管を介して接続したこと
   を特徴とする真空排気系用微粒子捕集装置。 ２、前記高温壁と低温壁とは、２重円筒で構成されてい
   る特許請求の範囲第１項記載の真空排気系用微粒子捕集
   装置。 ３、真空室側へ接続される流入管と真空ポンプ側へ接続
   される流出管とにそれぞれ接続される容器内に、高温壁
   と低温壁とを対向して設け、これら両対向壁の間を、上
   記流入管から流出管へ流れる気体流路とした微粒子トラ
   ップを、２個以上直列状態に配管を介して接続し、該接
   続配管に、未反応ガスを反応させて微粒子にする放電機
   構を備えたことを特徴とする真空排気系用微粒子捕集装
   置。 ４、前記放電機構は、接続配管とは絶縁された対向電極
   間に高電圧を印加して放電させるようになっている特許
   請求の範囲第３項記載の真空排気系用微粒子捕集装置。 ５、前記放電機構は、絶縁材を介して配管中に挿入され
   た陰極と配管との間にプラズマを生じさせるようになっ
   ている特許請求の範囲第３項記載の真空排気系用微粒子
   捕集装置。 ６、前記放電機構は、配管の一部分を誘電体で構成し、
   該誘電体の外側に巻かれた高周波コイルにより放電させ
   るようになっている特許請求の範囲第３項記載の真空排
   気系用微粒子捕集装置。 ７、前記放電機構は、配管の一部分を導電体で構成し、
   該誘電体を取り囲むようにして設けられたマイクロ波空
   胴共振器内部のマイクロ波により、該誘電体内部にマイ
   クロ波放電がおきるよりになっている特許請求の範囲第
   ３項記載の真空排気系用微粒子捕集装置。