KR101231528B1 - 진공 배기 장치, 진공 처리 장치 및 진공 처리 방법 - Google Patents

Abstract

크라이오 펌프에서의 오존이 모이는 것을 억제할 수 있는 진공 배기 장치, 진공 처리 장치 및 진공 배기 방법을 제공한다.
본 발명의 일 형태와 관련되는 진공 처리 장치(1)는, 진공 처리용의 처리실(11)과, 처리실(11)을 배기하기 위한 펌프 유닛과, 가열 유닛(20)을 구비한다. 상기 펌프 유닛은, 배기가스를 포집 가능한 콜드 트랩(161)과, 처리실(11)으로부터 콜드 트랩(161)으로 배기가스를 유도하기 위한 배기 통로(13A)를 갖는다. 가열 유닛(20)은, 처리실(11)으로부터 콜드 트랩(161)으로 향하는 배기가스 중에 포함되는 오존을 배기 통로(13A)에서 열분해한다.

Description

진공 배기 장치, 진공 처리 장치 및 진공 처리 방법{VACUUM PUMPING DEVICE, VACUUM PROCESSING DEVICE, AND VACUUM PROCESSING METHOD}

본 발명은, 크라이오 펌프(cryo-pump)를 이용한 진공 배기 장치, 진공 처리 장치 및 진공 처리 방법에 관한 것이다.

크라이오 펌프는, 고진공 배기 펌프의 하나로서 알려져 있고, 막형성, 표면 개질(改質), 패턴 묘화, 분석, 증발 건조 등을 목적으로 한 진공 처리 장치에 이용되고 있다. 크라이오 펌프는, 물분자의 배기에 유리하고, 원리적으로, 청정한 진공 환경을 용이하게 얻는 것이 가능하다. 즉, 크라이오 펌프는, 진공 처리 장치 내에 방출되는 기체나, 진공 처리 장치 내에 도입되는 프로세스 가스를 저온 응축과 저온 흡착의 원리로 펌프 케이싱 내부로 모이게 하는 것에 의해 기체를 배기하는, 포집식 펌프이다. 이 때문에, 모인 기체를 다시 기화하여 배출하는 조작(재생)을 정기적으로 실시하는 것이 필요하다(특허 문헌 1, 2 참조).

근년, 광디바이스의 제조 분야에서, 프로세스 가스로서 산소(O₂)를 도입하는 진공 프로세스가 일반적으로 이루어짐에 따라, 진공조의 내부에서 활성화 한 산소 분자로부터 화학적 반응 과정을 통해 오존(O₃)이 생성되는 사례가 증가하고 있다. 이러한 진공 프로세스에 크라이오 펌프가 이용되면, 진공 프로세스에 유래하는 다른 기체와 동일하게, 오존도 크라이오 펌프의 내부에 산소/오존의 혼합 응축 고체로서 모이게 된다. 산소/오존의 혼합 응축 고체는, 상기 크라이오 펌프의 재생 과정에서 오존을 포함한 액체 산소로 상태 변화하고, 이어서 기화, 증발한다. 이 액체 산소 중의 용존오존은, 오존보다 비점(沸點)이 낮은 산소가 우선 기화, 증발 함으로써, 농축 액체 오존이 된다.

농축 액체 오존은 불안정하여, 물리, 화학적 자극에 의해 신속하게 산소로 분해하지만, 이 분해 반응은 발열에 의한 불꽃과 폭발 충격을 동반하는 파괴적인 것이다. 더불어, 재생 시의 크라이오 펌프의 내부가 가연성의 분위기로 채워진 상태에서 오존의 분해 반응이 발생하면, 반응열로부터 발생한 불꽃이 분위기에 발화하여 크라이오 펌프의 소실 사고에 이르는 일이 있다.

크라이오 펌프에 모인 오존의 발화에 의한 영향은, 오존의 양이 클수록 심각하게 된다. 때문에, 크라이오 펌프를 빈번하게 재생 함으로써, 오존의 축적량의 증가를 방지하는 방법이 있다. 하지만, 재생 시는 진공 장치의 연속 배기를 할 수 없기 때문에, 진공 프로세스도 빈번하게 정지시키지 않을 수 없게 된다. 또한, 진공 프로세스 분위기 중의 오존의 생성량을 직접 또한 정량적으로 감시할 수 있는 관측 방법이 없기 때문에, 오존이 소정량 모일 때까지의 장치 운용 시간(크라이오 펌프에 의한 연속 배기 시간)을 예측하는 것이 지극히 곤란하다.

한편, 진공 하에서 촉매 작용에 의해 오존을 무해화하는 기술이 다양하게 제안되고 있다.

예컨대, 특허 문헌 3에는, 오존 분해 촉매 작용을 가지는 금속 산화물 성형체를 배기가스의 배출 배관에 설치하고, 배기가스 중에 포함되는 오존을 분해하여 무해화하여 대기압 환경 아래로 배출하는, 오존 함유 배기가스의 무해화 방법 및 그 장치가 기재되어 있다.

또한, 특허 문헌 4에는, 오존 분해 장치의 상류 측에, 포토레지스트 등의 저온 시에 응축하는 가스 성분을 열분해하는 가열 수단을 설치한 오존 처리 장치가 기재되어 있다. 이 오존 처리 장치는, 오존 분해 장치 안의 촉매 표면에 대한 상기 가스 성분의 응축을 방지 함으로써, 오존 분해 장치에 의한 배기가스 중의 오존의 분해 성능을 저하시키지 않게 하고 있다.

더불어, 특허 문헌 5에는, 오존 가스를 산소로 분해하는 분해조의 상류 측에, 배오존 가스를 건조 상태로 하는 미스트 세퍼레이터 및 콜드 트랩이 설치된 처리 장치가 기재되어 있다.

특허 문헌 1 : 일본특허공개 평11-166477호 공보(단락 [0006], 도 3) 특허 문헌 2 : 일본특허공개 평6-154505호 공보(단락 [0020]) 특허 문헌 3 : 일본특허 제3520325호 공보(단락 [0009]) 특허 문헌 4 : 일본특허공개 평5-29291호 공보(단락 [0015]) 특허 문헌 5 : 일본특허공개 2004-167352호 공보(단락 [0013])

특허 문헌 3, 4에 기재된 장치에는, 오존의 분해에 촉매가 이용되고 있다. 따라서, 해당 촉매가 진공 중에서의 방출 가스원이 될 가능성을 부정할 수 없다라고 하는 문제가 있다. 방출 가스원은 진공을 오염하는 원인이 되어, 크라이오 펌프를 필요로 하는 고진공 프로세스에서는, 오존 분해 촉매의 이용은 적합하지 않다.

또한, 특허 문헌 5에 기재된 구성에서는, 오존 분해층의 상류 측에 설치한 수분 제거용의 콜드 트랩이, 수분 뿐만 아니라 오존 가스도 고체 또는 액체로서 트랩 한다. 따라서, 해당 콜드 트랩의 재생시에, 수분 중에 용존하는 오존의 농축도가 높으면, 농축 액체 오존의 분해 반응이 발생하여 발화 할 우려가 있다라는, 상술과 같은 문제를 가지고 있다.

또한, 특허 문헌 5에 기재된 구성은, 대기압의 배오존 가스의 흐름을 오존 분해조의 상류에 설치한 유량 조정 밸브로 짜내는 것으로, 그 차압에 의한 진공 압력을 오존 분해조 내부에 만들어 내는 방식이며, 크라이오 펌프가 필요하게 되는 것 같은 고진공 프로세스의 진공 배기 장치로서 적용할 수 없다. 더욱이, 특허 문헌 5에 기재된 구성은, 오존 분해조의 하류에 설치한 체적 이송식 진공 펌프로 배오존 가스를 진공 압력으로부터 대기측으로 연속 배출하는 방식이며, 포집식 진공 펌프인 크라이오 펌프에서의 상술한 문제를 해결하는 것은 아니다.

이상과 같은 사정을 고려하여, 본 발명의 목적은, 크라이오 펌프에서의 오존의 모임을 억제할 수 있는 진공 배기 장치, 진공 처리 장치, 및 진공 배기 방법을 제공하는 것에 있다.

본 발명의 일 형태와 관련되는 진공 배기 장치는, 진공 처리용의 처리실을 배기하기 위한 진공 배기 장치이고, 펌프 유닛과, 가열 유닛을 구비한다.

상기 펌프 유닛은, 배기가스를 포집 가능한 콜드 트랩과, 상기 처리실로부터 상기 콜드 트랩으로 상기 배기가스를 유도하기 위한 배기 통로를 구비한다. 상기 가열 유닛은, 상기 처리실로부터 상기 콜드 트랩으로 향하는 상기 배기가스 중에 포함되는 오존을 상기 배기 통로에서 열분해한다.

본 발명의 일 형태와 관련되는 진공 처리 장치는, 진공 처리용의 처리실과, 펌프 유닛과, 가열 유닛을 구비한다.

상기 펌프 유닛은, 배기가스를 포집 가능한 콜드 트랩과, 상기 처리실로부터 상기 콜드 트랩으로 상기 배기가스를 유도하기 위한 배기 통로를 구비한다. 상기 가열 유닛은, 상기 처리실로부터 상기 콜드 트랩으로 향하는 상기 배기가스 중에 포함되는 오존을 열분해한다.

본 발명의 일 형태와 관련되는 진공 배기 방법은, 오존이 존재하는 처리실을 크라이오 펌프로 배기하는 진공 배기 방법에 관한 것이다. 상기 진공 배기 방법에서는, 배기가스 중의 오존을 배기 도중에 가열면에 접촉시켜 열분해하는 것을 포함한다. 그리고, 상기 배기가스는 크라이오 펌프의 콜드 트랩으로 응축된다.

도 1은 본 발명의 제1 실시 형태와 관련되는 진공 처리 장치의 구성을 개략적으로 도시하는 측단면도이다.
도 2는 본 발명의 제2 실시 형태와 관련되는 진공 처리 장치의 구성을 개략적으로 도시하는 측단면도이다.
도 3은 본 발명의 제3 실시 형태와 관련되는 진공 처리 장치의 구성을 개략적으로 도시하는 측단면도이다.
도 4는 본 발명의 제4 실시 형태와 관련되는 진공 처리 장치의 구성을 개략적으로 도시하는 측단면도이다.
도 5는 본 발명의 제5 실시 형태와 관련되는 진공 처리 장치의 구성을 개략적으로 도시하는 측단면도이다.
도 6은 도 5에 도시한 진공 처리 장치의 주요부의 확대 평면도이다.
도 7은 본 발명의 제6 실시 형태와 관련되는 진공 처리 장치의 구성을 개략적으로 도시하는 측단면도이다.
도 8은 도 7에 도시한 진공 처리 장치의 주요부의 구성예를 나타내는 측단면도이다.
도 9는 본 발명의 실시 형태의 효과를 확인하기 위한 실험 모델을 나타내는 주요부의 측단면도이다.
도 10은 도 9에 도시한 실험 모델의 실험 결과의 일례를 나타내는 도면이다.
도 11은 도 9에 도시한 실험 모델에 근거하는 시뮬레이션 결과를 나타내는 도면이다.
도 12는 본 발명의 일실시 형태에서의, 밸브 본체의 개방도와 오존 분해 효율과의 관계를 설명하는 모식도이다.

본 발명의 일실시 형태와 관련되는 진공 배기 장치는, 진공 처리용의 처리실을 배기하기 위한 진공 배기 장치이고, 펌프 유닛과 가열 유닛을 구비한다.

상기 펌프 유닛은, 배기가스를 포집 가능한 콜드 트랩과, 상기 처리실로부터 상기 콜드 트랩으로 상기 배기가스를 유도하기 위한 배기 통로를 갖는다. 상기 가열 유닛은, 상기 처리실로부터 상기 콜드 트랩으로 향하는 상기 배기가스 중에 포함되는 오존을 상기 배기 통로에서 열분해한다.

상기 진공 배기 장치는, 배기가스가 콜드 트랩에 도달하기 전에, 배기가스에 포함되는 오존을 가열 유닛으로 열분해하도록 구성되어 있다. 이에 의해, 배기가스 중의 오존의 농도를 저감시켜, 콜드 트랩에서의 오존의 응축량을 억제하는 것이 가능해진다.

따라서, 상기 진공 배기 장치에 의하면, 크라이오 펌프에서의 오존이 모이는 것을 억제하는 것이 가능해진다. 이에 의해, 크라이오 펌프의 재생시에서 농축 액체 오존의 분해 반응에 동반하는 발화의 위험 및 여기에 따른 크라이오 펌프의 소실을 방지할 수 있다.

상기 펌프 유닛은, 상기 콜드 트랩을 수용하는 펌프실과, 상기 배기 통로를 형성하는 배관을 가지는 구성으로 할 수 있다. 또한, 상기 가열 유닛은, 상기 배관의 내부에 배치된 발열면을 가지는 구성으로 할 수 있다.

상기 구성에 의하면, 가열 유닛의 발열면은, 펌프 유닛의 콜드 트랩으로부터 이격된 위치에 설치된다. 이 때문에, 콜드 트랩의 표면을 소정의 극저온역로 유지하여 소기의 배기 작용을 확보할 수 있다.

상기 발열면은, 상기 배기 통로의 축방향과 교차하는 방향으로 간격을 두어 복수 배치되어도 무방하다.

이에 의해, 배기 효율을 떨어뜨리지 않고, 발열면과 배기가스와의 접촉 확률을 높여 효율적으로 오존을 열분해하는 것이 가능하다.

상기 가열 유닛은, 상기 발열면을 지지하는 지지체를 가지고 있어도 무방하다. 또한, 상기 발열면은, 상기 지지체의 상기 처리실 측에 대향하는 면에 배치되어도 무방하다.

이에 의해, 발열면으로부터의 열복사에 의한 펌프 유닛의 콜드 트랩의 온도 상승을 억제하는 것이 가능해진다.

상기 지지체는, 차열층을 포함하고 있어도 무방하다. 이에 의해, 발열면으로부터 펌프 유닛의 콜드 트랩으로 향하는 열복사를 차단할 수 있고, 콜드 트랩을 소기의 극저온역으로 유지하는 것이 가능해진다.

상기 가열 유닛은, 상기 배관의 축방향과 교차하는 방향의 주위로 상기 지지체를 회동시키기 위한 회동 기구부를 더 구비하고 있어도 무방하다.

이에 의해, 배기가스 중의 오존과 발열면과의 접촉 확률을 높이는 각도 위치에 발열면을 설치하는 것이 가능해진다. 또한, 배기 통로를 통하는 배기가스의 배기 속도를 조정하는 것도 가능해진다.

한편, 상기 발열면은, 상기 배기 통로의 축방향에 따라 간격을 두어 복수 배치되고 있어도 무방하다.

이 구성에 의해서도, 배기 효율을 떨어뜨리지 않고, 발열면과 배기가스와의 접촉 확률을 높여 효율적으로 오존을 열분해하는 것이 가능해진다.

게다가 상기 가열 유닛은, 메쉬 형상의 발열체를 포함하고 있어도 무방하다. 또한, 상기 가열 유닛은, 통 형상의 발열체를 포함하고 있어도 무방하다.

이러한 구성에서도, 배기 효율을 떨어뜨리지 않고, 발열면과 배기가스와의 접촉 확률을 높여 효율적으로 오존을 열분해하는 것이 가능해진다.

상기 배관은, 상기 처리실 측에 접속되는 제1 관부재와, 상기 펌프실 측에 접속되는 제2 관부재로 구성할 수 있다. 이 경우, 상기 진공 배기 장치는, 상기 제1 관부재와 상기 제2 관부재와의 사이에 배치된 밸브실을 더 구비하여도 무방하다. 상기 밸브실은, 상기 배기 통로를 개폐하는 밸브 본체를 수용한다.

밸브 본체로 배기 통로의 개방도를 조정하는 것에 의해, 펌프실로 향하는 배기가스의 흐름, 배기 속도를 제어하는 것이 가능해진다. 또한, 상기 구성에 의해, 발열면에 대한 배기가스 중의 오존 분자의 충돌 빈도를 변화시키는 것이 가능해진다.

예컨대, 상기 발열면을 상기 제1 관부재의 내부에 배치할 수 있다. 이 경우, 발열면은, 상기 밸브 본체 보다 처리실 측에 위치한다. 따라서, 배기가스 중의 오존 분자가 밸브 본체와 충돌 함으로써, 오존 분자가 발열면과 접촉할 기회가 높아진다. 이에 의해, 오존의 분해 효율을 향상시키는 것이 가능해진다.

상기 발열면은, 상기 밸브실의 내부에 배치되어도 무방하고, 상기 제2 관부재의 내부에 배치되어도 무방하다. 이 경우도, 밸브 본체의 개방도에 따라 발열면과의 접촉에 의한 오존의 분해 효율을 제어하는 것이 가능해진다. 발열면의 위치는, 밸브 본체의 위치에 따라 적당히 조정할 수 있다.

다음으로, 본 발명의 일실시 형태와 관련되는 진공 처리 장치는, 진공 처리용의 처리실과 펌프 유닛과, 가열 유닛을 구비한다.

상기 펌프 유닛은, 배기가스를 포집 가능한 콜드 트랩과, 상기 처리실로부터 상기 콜드 트랩으로 상기 배기가스를 유도하기 위한 배기 통로를 갖는다. 상기 가열 유닛은, 상기 처리실로부터 상기 콜드 트랩으로 향하는 상기 배기가스 중에 포함되는 오존을 열분해한다.

상기 진공 처리 장치에 의하면, 배기가스 중의 오존의 농도를 저감시켜, 콜드 트랩에서의 오존의 응축량을 억제하는 것이 가능해진다. 따라서, 크라이오 펌프에서의 오존이 모이는 것을 억제하는 것이 가능해지고, 크라이오 펌프의 재생시에 있어 농축 액체 오존의 분해 반응에 수반하는 발화의 위험 및 여기에 따른 크라이오 펌프의 소실을 방지할 수 있다.

상기 가열 유닛은, 상기 배기 통로에 설치되어도 무방하고, 상기 처리실에 설치되어도 무방하다. 또한, 상기 가열 유닛은, 배기 통로와 처리실의 쌍방에 각각 설치되어도 무방하다.

가열 유닛을 배기 통로에 설치 함으로써, 처리실로부터 배출된 가스 중의 오존을 효율적으로 열분해하는 것이 가능해진다. 또한, 가열 유닛을 처리실에 설치 함으로써, 처리실에서 생성한 오존을 처리실 내에서 열분해하는 것이 가능해진다.

다음으로, 본 발명의 일실시 형태와 관련되는 진공 배기 방법은, 오존이 존재하는 처리실을 크라이오 펌프로 배기하는 진공 배기 방법에 관한 것이다. 상기 진공 배기 방법에서는, 배기가스 중의 오존을 배기 도중에 가열면에 접촉시켜 열분해하는 것을 포함한다. 그리고, 상기 배기가스는 크라이오 펌프의 콜드 트랩에서 응축된다.

상기 진공 배기 방법은, 배기가스가 콜드 트랩에 도달하기 전에, 배기가스에 포함되는 오존을 가열 유닛으로 열분해한다. 이에 의해, 배기가스 중의 오존의 농도를 저감시켜, 콜드 트랩에서의 오존의 응축량을 억제하는 것이 가능해진다.

따라서, 상기 진공 배기 방법에 의하면, 크라이오 펌프에서의 오존이 모이는 것을 억제하는 것이 가능해진다. 이에 의해, 크라이오 펌프의 재생시에 있어 농축 액체 오존의 분해 반응에 동반하는 발화의 위험 및 여기에 따른 크라이오 펌프의 소실을 방지할 수 있다.

이하, 본 발명의 실시 형태를 도면에 근거하여 설명한다.

(제1 실시 형태)

도 1은, 본 발명의 일실시 형태에 의한 진공 처리 장치(1)의 구성을 개략적으로 도시하는 측단면도이다. 본 실시 형태의 진공 처리 장치(1)는, 진공조(10)를 구비하고 있다. 진공조(10)는, 기판 W를 처리하기 위한 처리실(11)과, 처리실(11)을 배기하기 위한 펌프실(12)과, 처리실(11)과 펌프실(12)과의 사이를 접속하는 배관(13)을 포함한다. 진공조(10)의 전체는, 알루미늄이나 스테인레스 등의 금속재료로 구성되어 있다.

본 실시 형태에서는, 배관(13)은, 처리실(11)로부터 펌프실(12)로 배기가스를 유도하는 배기 통로(13A)를 형성한다. 배관(13)은, 제1 관부재(131)와 제2 관부재(132)로 구성되어 있다. 제1 관부재(131)는 처리실(11)에 접속되고 있고, 제2 관부재(132)는 펌프실(12)에 접속되고 있다. 그리고, 제1 관부재(131)와 제2 관부재(132)와의 사이에는, 배관(13)의 일부를 구성하고, 따라서 진공조(10)의 일부에도 어떠한 밸브실(14)이 설치되어 있다.

처리실(11)은, 기판 W를 지지하는 스테이지(15)를 가지고 있다. 처리실(11)은, 스테이지(15)에 지지를 받은 기판 W를 진공 처리하는 진공 챔버를 형성하고 있다. 본 실시 형태에서는, 진공 처리로서 프로세스 가스에 산소나 오존을 포함한 가스를 이용한 성막 처리(예컨대 스퍼터(sputter)법, 증착법)나, 이러한 가스의 플라스마(도 1에서 부호 P로 도시한다.)를 이용한 처리 등을 예시할 수 있다. 프로세스 가스는, 가스 도입관(18)을 통해 처리실(11) 내에 도입된다. 또한 도시하지 않았지만 진공조(10)의 외부 또는 내부에는 플라스마 발생원(고주파 코일, 마그네트론, 마이크로파 발진기 등)이 설치되어 있다.

진공 처리의 예로서는, 상기 이외에도, 전자빔을 이용한 노광, 분석, 표면 관찰 등이라도 무방하다. 본 실시 형태에서는, 처리실(11) 내에 오존이 생성되는 각종 처리가 적용 가능하다.

펌프실(12)의 내부에는, 크라이오 펌프(19)의 콜드 트랩(극저온부, 161)이 배치되고 있다. 진공조(10) 내의 가스는, 콜드 트랩(161)에서 흡착 또는 응축된다. 이에 의해, 진공조(10)의 내부가 소정의 고진공으로 배기, 유지된다. 포집된 배기가스(프로세스 가스)는, 응축 고체로서 크라이오 펌프(19) 내에 모이고, 크라이오 펌프(19)의 재생시에 일단 액화한 후, 최종적으로 기화, 증발한다.

크라이오 펌프(19)는, 크라이오 펌프의 케이싱이며 또한 진공조(10)의 일부인 펌프실(12)과, 펌프실(12)에 감입 설치된 GM(Gifford-McMahon) 냉동기 등의 저온을 생성하는 기계식 냉동기(162)과, 기계식 냉동기(162)의 일부이며 저온 생성 부위인 콜드 헤드(163)와, 콜드 헤드(163)에 열적으로 양호한 접촉을 유지하여 설치되어 배기가스를 응축 또는 흡착하는 콜드 트랩(161)으로 구성되어 있다.

콜드 트랩(161)은, 기계식 냉동기(162)에 의해 극저온으로 보관 유지된다. 콜드 트랩(161)은, 평면 형상, 코일 형상 그 외의 형상의 것이 채용 가능하다.

밸브실(14)의 내부에는, 밸브 본체(17)가 수용되고 있다. 밸브 본체(17)는, 배기 통로(13A)를 개방하는 개방위치와 배기 통로(13A)를 차폐하는 차폐위치와의 사이를 이동이 자유롭게 구성되어 있다. 밸브 본체(17)는, 배기 통로(13A)를 통과하는 가스의 컨덕턴스를 변화시킨다. 또한 밸브 본체(17)는, 게이트 밸브나 도어 밸브 등과 같은 처리실(11)과 펌프실(12)과의 사이를 기밀하게 격리시킬 수 있는 밸브구조를 가지고 있어도 무방하다.

진공 처리 장치(1)는, 게다가 진공조(10) 내에 존재하는 오존 분자를 열분해하기 위한 가열 유닛(20)을 구비하고 있다. 본 실시 형태에서는, 가열 유닛(20)이 배기 통로(13A) 내에 설치된 구성예를 도시하고 있다.

가열 유닛(20)은, 단수 또는 복수의 가열기(21)와 가열용 전원(도시 생략)을 가지고 있다. 본 실시 형태에서는, 가열기(21)는, 배기 통로(13A)의 축방향과 교차하는 방향으로 간격을 두어 복수 배치되고 있다. 가열기(21)는, 발열체(211)와 지지체(212)를 갖는다. 발열체(211)는, 저항 발열체, 가열원을 내장한 금속판 등으로 구성할 수 있다. 지지체(212)는 판상 부재이고, 그 처리실(11) 측에 대향하는 면에 발열체(211)을 지지하고 있다. 지지체(211)는 축부 m을 통해 제1 관부재(131)에 장착되고 있다. 상기 가열용 전원으로부터 발열체(211)에 대한 전력의 공급에 관해서는, 예컨대 축부 m을 배선의 일부로서 이용하여도 무방하고, 축부 m의 내부에 케이블을 장입하여도 무방하다.

발열면(211)은, 오존을 열분해 시키는데 충분한 온도로 가열된다. 처리실(11)으로부터 배기된 가스의 일부는, 배기 통로(13A)에서 발열면(211)과 접촉한다. 발열면(211)과 접촉한 가스 중의 오존 분자는, 이하의 (1)식에서 나타내는 열분해 반응을 통해, 무해한 산소로 환원된다.

2O₃ → 3O₂ … (1)

오존의 열분해 반응은, 오존 농도가 일정한 경우, 가열 온도가 높을수록 단시간에 진행한다. 따라서, 발열면(211)의 온도가 높을수록, 오존을 효율적으로 분해하는 것이 가능하다. 또한, 발열면(211)의 가열 온도를 높게 하는 것으로, 배기가스 중의 오존 농도를 효율적으로 저감 할 수 있다. 발열면(211)의 온도는, 예컨대 300 ℃ 이상으로 할 수 있다.

발열면(211)의 가열 온도는, 적당의 값으로 설정 가능하다. 열활성(熱活性)에 의한 분자의 분해는, 가열체의 온도가 높을수록, 분해 반응에 요구되는 가열체 표면과의 근접 시간이 짧아도 되고, 오존 분해 효율을 높게 할 수 있다. 텅스텐(W)이나 레늄(Re) 등의 고융점 금속을 가열체에 사용하면, 3000 ℃ 이상의 온도를 유지하는 것도 가능하다. 그러나, 가열체에 전류를 공급하는 도체는, 공업적으로는 통상 구리(Cu)가 사용되고, 그 융점은 순동(純銅)에서 대략 1080 ℃ 이다. 또한, 1000 ℃ 를 넘는 온도에서는 가열체로부터의 복사열이 1 cm² 당 10 W를 넘기 때문에, 비록 표면적이 작은 가열체를 채용했다고 해도, 크라이오 펌프로의 복사열이 문제가 될 수 있다. 한편, 가열체가 구리인 경우, 300 ℃로 가열된 상태에서 공기 중의 오존 농도를 수 초의 오더로 반감할 수 있는 것이 알려져 있다. 이상과 같은 이유에 의해, 발열면(211)의 가열 온도의 상한은, 1000 ℃로 할 수 있고, 특히 발열면(211)이 구리로 구성되는 경우, 그 가열 온도의 하한은 300 ℃로 할 수 있다.

가열기(21)의 배치 간격은, 배기 통로(13A)에 요구되는 가스의 배기 속도와 오존의 분해 효율을 기준으로 설정할 수 있다. 즉, 배치 간격이 클수록 컨덕턴스가 높아지기 때문에 배기가스의 류과(流過)저항을 저감 할 수 있는 한편, 오존 분자와 발열체와의 접촉 확률이 내려지기 때문에 오존의 분해 효율은 저하한다. 반대로, 배치 간격이 작을수록, 오존의 분해 효율은 향상하지만, 컨덕턴스가 낮아지기 때문에 배기 저항이 높아진다. 따라서, 처리실(11)에서 실시되는 진공 처리 조건(오존의 생성량, 배기 속도)에 따라, 가열기(21)의 배치 간격이 설정된다.

상기 구성의 가열기(21)에서, 발열면(211)은 지지체(212)의 처리실(11) 측의 면에 배치되고 있다. 이에 의해, 처리실(11)로부터의 배기가스를 발열면(211)에 효율적으로 접촉시키는 것이 가능해진다. 또한, 가열 유닛(20) 또는 가열기(21)의 발열면을 콜드 트랩(161)으로부터 멀리할 수 있으므로, 콜드 트랩(161)을 임의의 극저온으로 유지하고, 소망한 배기 작용을 확보할 수 있다.

필요에 따라서, 지지체(212)는 차열층을 포함하고 있어도 무방하다. 이에 의해, 발열체(211)로부터 콜드 트랩(161)으로 향하여 방사되는 복사열을 차단할 수 있다. 상기 차열층은, 지지체(212)에 단열재를 적층하여도 무방하고, 지지체(212)의 전체를 단열재로 구성하여도 무방하다.

가열기(21)를 지지하는 축부 m은, 회동축으로 하여 구성되어도 무방하다. 이 경우, 발열면(211)을 배기 통로(13A)의 축방향에 관해서 임의의 각도 위치로 설정하는 것이 가능해진다. 이에 의해, 배기가스 중의 오존과 발열면(211)과의 접촉 확률을 임의에 조정할 수 있다.

가열기(21)의 회동 위치의 조정은, 각 가열기(21)를 공통의 각도 위치로 설정하도록 하여도 무방하고, 각각 독립된 각도 위치로 설정하는 것도 가능하다. 각각의 가열기(21)의 각도 위치를 조정하는 것으로, 배기 통로(13A)를 통과하는 배기가스의 배기 속도를 제어하는 것이 가능해진다. 또한, 가열기(21)는, 배기 통로(13A)의 개방도를 조정하는 밸브로서 기능시키는 것이 가능해진다.

이상과 같이 하여, 본 실시 형태의 진공 처리 장치(1)가 구성된다. 또한, 펌프실(12), 배관(13)(배기 통로(13A)) 및 콜드 트랩(161)(크라이오 펌프(19))에 의해 본 발명의 일실시 형태와 관련되는 펌프 유닛이 구성된다. 더욱이, 상기 펌프 유닛 및 가열 유닛(20)에 의해 본 발명의 일실시 형태와 관련되는 진공 배기 장치가 구성된다.

상기 구성의 진공 처리 장치(1)에서, 진공조(10)의 내부에 존재하는 수분 및 기체는, 콜드 트랩(161)에서 응축 또는 흡착된다. 이에 의해, 진공조(10)의 내부는, 중간류 영역 또는 분자류 영역에 상당하는 고진공 또는 초고진공으로 유지된다. 따라서, 처리실(11)에서 생성되고, 또한 도입된 오존을 포함한 배기가스는, 처리실(11)로부터 배기 통로(13A)를 통해 펌프실(12)로 유도된다. 이 배기 과정에서, 배기가스에 포함되는 오존은, 고온(예컨대 300 ℃ ~ 1000 ℃)으로 가열된 발열체(211)에 접촉 또는 충돌 함으로써, 열분해 한다. 이에 의해, 배기가스 중의 오존이 제거되고, 또는 배기가스 중의 오존 농도가 저감 된다.

본 실시 형태에 의하면, 크라이오 펌프(19)에 모이는 배기가스의 응축 고체 중의 오존 농도를 효율적으로 저감 할 수 있다. 따라서, 응축 고체의 액화 및 기화, 증발을 동반하는 크라이오 펌프의 재생 공정에서, 인체에 유해한 고농도 오존 가스가 대기 중에 방출되는 것을 방지할 수 있다. 또한, 농축 액체 오존의 분해 반응에 의한 발화를 원인으로 하는 크라이오 펌프의 소실을 방지할 수 있다.

또한, 본 실시 형태에 의하면, 오존을 촉매 작용이 아닌 가열 작용 만으로 분해, 제거하도록 하고 있기 때문에, 진공조(10)의 내부를 깨끗하게 하는 고진공 상태를 유지할 수 있다.

게다가 가열 유닛(20)을 구성하는 복수의 가열기(21)는 적당한 간격을 두고 배치되고 있기 때문에, 가스의 배기 효율을 떨어뜨리지 않고 가스 중의 오존을 효율적으로 제거할 수 있다.

상술한 바와 같이, 오존의 제거 효율은, 배기 통로(13A)에 배치되는 발열면(211)의 크기, 수, 설치 각도 등에 의해 변화한다. 이들 발열면(211)의 배치 조건은, 임의로 조정 가능하기 때문에, 기판 W에 대한 진공 처리의 종류, 조건 등에 따라 적당히 설정 가능함과 동시에, 장치 구성의 복잡화를 억제할 수 있다.

(제2 실시 형태)

도 2는, 본 발명의 제2 실시 형태에 의한 진공 처리 장치(2)의 구성을 개략적으로 도시하는 측단면도이다. 또한, 도면에서 상술의 진공 처리 장치(1)(도 1)와 대응하는 부분에 대해서는 동일한 부호를 부여하고, 그 상세한 설명은 생략하는 것으로 한다.

본 실시 형태의 진공 처리 장치(2)는, 배기가스 중의 오존을 열분해하기 위한 가열 유닛(20)이 배기 통로(13A)에 배치되는 점에서 상기 진공 처리 장치(1)와 공통이지만, 이 가열 유닛(20)이 밸브실(14)의 내부에 배치되고 있는 점에서 상기 진공 처리 장치(1)와 상이하다.

가열 유닛(20)은, 배기 통로(13A)의 축방향에 관해서 교차하는 방향으로 간격을 두어 배치된 복수의 가열기(21)를 구비하고 있다. 가열기(21)(발열체(211))의 크기, 수, 위치는 특별히 한정되지 않고, 밸브실(14)의 용적, 배기 통로(13A)의 유로 면적 등에 따라 적당히 설정된다.

진공 처리 장치(2)에서, 밸브 본체(17)는, 가열기(20) 보다도 처리실(11) 측에 배치되고 있다. 즉, 처리실(11)의 배기 시에 한하여, 가열기(20)에 의한 배기가스 중의 오존이 열분해된다. 따라서, 배기 통로(13A)를 밸브 본체(17)로 차단하고, 처리실(11)에 정량의 오존을 도입하여 기판을 처리하는 경우 등에서, 오존량의 변동이 없는 안정된 기판 처리가 실행 가능해진다.

상기의 예에 한정되지 않고, 밸브 본체(17)는, 가열기(20) 보다도 펌프실(12) 측에 배치되고 있어도 무방하다. 이 경우, 밸브 본체(17)에 의해 배기 통로(13A)가 차단된 상태에서도, 처리실(11) 내의 오존의 열분해 작용을 얻을 수 있기 때문에, 불가피적으로 오존이 생성되기 쉬운 기판 처리에도 적합하게 된다.

또한, 가열 유닛(20)은, 배기 통로(13A)(제1 관부재(131)) 및 밸브실(14)에 각각 배치되어도 무방하다. 이에 의해, 처리실(11)의 배기시에서, 배기 통로(13A)의 축방향에 따라 가열기(21)가 다단으로 배치되기 때문에, 배기가스 중의 오존을 효율적으로 제거하는 것이 가능해진다. 이 경우, 상류 측에 위치하는 가열기(21)와 하류 측에 위치하는 가열기(21)을, 처리실(11) 측에서 보아 서로 어긋난 위치에 각각 배치하는 것으로, 배기가스와 발열면(211)과의 접촉 확률을 향상시킬 수 있다.

(제3 실시 형태)

도 3은, 본 발명의 제3 실시 형태에 의한 진공 처리 장치(3)의 구성을 개략적으로 도시하는 측단면도이다. 또한, 도면에서 상술의 진공 처리 장치(1)(도 1)와 대응하는 부분에 대해서는 동일한 부호를 부여하고, 그 상세한 설명은 생략하는 것으로 한다.

본 실시 형태의 진공 처리 장치(3)는, 배기가스 중의 오존을 열분해하기 위한 가열 유닛(20)이 배기 통로(13A)에 배치되는 점에서 상기 진공 처리 장치(1)과 공통되지만, 이 가열 유닛(20)이 제2 관부재(132)의 내부에 배치되고 있는 점에서 상기 진공 처리 장치(1)와 상이하다.

가열 유닛(20)은, 배기 통로(13A)의 축방향에 관해서 교차하는 방향으로 간격을 두어 배치된 복수의 가열기(21)를 구비하고 있다. 가열기(21)(발열체(211))의 크기, 수, 위치는 특별히 한정되지 않고, 제2 관부재(132)의 용적, 유로 단면 등에 따라 적당히 설정된다.

진공 처리 장치(3)에서, 가열 유닛(20)은, 상기 진공 처리 장치(1, 2)와 비교하여, 펌프실(12)에 가장 가까운 위치에 배치되고 있다. 따라서, 콜드 트랩(161)에 포집되기 직전에서, 배기가스 중의 오존이 가열기(21)에 의해 제거되게 된다. 이 경우에도 동일하게 해당 가열 유닛(20) 보다도 처리실(11) 측(제1 관부재(131) 및/또는 밸브실(14))에 가열 유닛(20)을 더 배치할 수 있다. 이에 의해, 배기가스 중의 오존을 효율적으로 제거하는 것이 가능해진다.

또한, 상술과 같이, 발열체(211)를 지지하는 지지체(212)에 차열성을 갖게 하는 것에 의해, 발열체(211)로부터의 복사열로부터 콜드 트랩(161)을 보호하는 것이 가능해진다.

(제4 실시 형태)

도 4는, 본 발명의 제4 실시 형태에 의한 진공 처리 장치(4)의 구성을 개략적으로 도시하는 측단면도이다. 또한, 도면에서 상술의 진공 처리 장치(1)(도 1와 대응하는 부분에 대해서는 동일한 부호를 부여하고, 그 상세한 설명은 생략하는 것으로 한다.

본 실시 형태의 진공 처리 장치(4)는, 배기가스 중의 오존을 열분해하기 위한 가열 유닛이 배기 통로(13A)에 배치되는 점에서 상기 진공 처리 장치(1)와 공통되지만, 이 가열 유닛(22)이 복수의 격자 형상(스트라이프 형상) 또는 메쉬 형상의 발열체로 구성되어 있는 점에서, 상기 진공 처리 장치(1)와 상이하다.

도 4에 도시하는 진공 처리 장치(4)에서, 가열 유닛(22)은, 제1 관부재(131)의 내부에 다단으로 배치된 2개의 메쉬 형상의 발열체(22A, 22B)로 구성되어 있다. 각 발열체(22A, 22B)는, 전형적으로는, 저항 발열체로 구성할 수 있다.

이러한 발열체(22A, 22B)를 오존의 열분해 온도 이상으로 발열시키는 것에 의해, 배기 통로(13A)를 통과하는 배기가스에 포함되는 오존을 제거한다. 이에 의해, 콜드 트랩(161)에 도달하는 배기가스의 오존 농도를 저감하고, 상술의 제1 실시 형태와 동일한 효과를 얻는 것이 가능해진다.

발열체(22A, 22B)는, 발열면이 격자 형상 또는 메쉬 형상으로 형성되는 것으로, 배기 통로(13A)에서의 배기가스의 류과저항을 저해하지 않고, 효율적으로 배기가스를 발열면에 접촉시킬 수 있다. 이에 의해, 배기가스 중의 오존의 분해 효율을 높일 수 있다.

발열체(22A, 22B)의 발열면은 평탄면인 경우에 한정하지 않고, 곡면이라도 무방하다. 즉, 발열체(22A, 22B)는, 판 형상의 발열체를 프레스 가공하여 형성된 것에 한정되지 않고, 와이어를 격자 형상, 메쉬 형상으로 짜 넣은 것, 더욱이 코일 형상, 소용돌이 형상으로 접어 구부린 것도 포함된다.

발열체(22A, 22B)의 설치 개수는 상기의 예와 같이 2개에 한정하지 않고, 1개라도 무방하고, 3개 이상이라도 무방하다. 또한, 발열체(22A, 22B)의 설치 장소는, 제1 관부재(131)의 내부에 한정하지 않고, 제2 관부재(132)의 내부이라도 무방하며, 가능하면 밸브실(14)이라도 무방하다. 또한, 이러한 복수의 장소에 동시에 발열체를 설치하는 것도 가능하다.

(제5 실시 형태)

도 5는, 본 발명의 제5 실시 형태에 의한 진공 처리 장치(5)의 구성을 개략적으로 도시하는 측단면도이다. 또한, 도면에서 상술의 진공 처리 장치(1)(도 1)와 대응하는 부분에 대해서는 동일한 부호를 부여하고, 그 상세한 설명은 생략하는 것으로 한다.

본 실시 형태의 진공 처리 장치(5)는, 배기가스 중의 오존을 열분해하기 위한 가열 유닛이 배기 통로(13A)에 배치되는 점에서 상기 진공 처리 장치(1)과 공통되지만, 본 실시 형태에서는, 가열 유닛(23)이 통 형상으로 구성되어 있는 점에서, 상기 진공 처리 장치(1)와 상이하다.

도 5에 도시하는 진공 처리 장치(5)에서, 가열 유닛(23)은, 원통 형상을 가지는 지지체의 주위 면에 발열체를 장착하여 구성되어 있다. 도 6은, 가열 유닛(23)의 상세를 도시하는 확대 평면도이다.

도 6에 도시한 바와 같이, 가열 유닛(23)은, 내주 측에 위치하는 제1 원통형 지지체(231)와, 외주 측에 위치하는 제2 원통형 지지체(234)를 갖는다. 제1 및 제2 원통형 지지체(231, 234)의 외주면에는, 발열체(232, 235)가 각각 고정되어 있다. 발열체(232, 235)는, 복수의 환상의 발열 재료로 구성되고, 지지체(231, 234)의 축방향으로 간격을 두어 배치되고 있다. 제1 원통형 지지체(231) 및 제2 원통형 지지체(234)는, 복수의 평판 형상의 중계 부재(233)에 의해 서로 동심적으로 일체화되고 있다.

상술한 것과 같이 구성되는 가열 유닛(23)은, 도 5에 도시한 바와 같이 배기 통로(13A)(제1 관부재(131))의 축방향에 따라 배치된다. 따라서, 처리실(11)으로부터의 배기가스는, 가열 유닛(23)의 내주부 및 외주부를 통과하여 펌프실(12)에 도달한다. 이 때, 각 발열체(232, 235)를 각각 300 ℃ 이상의 온도로 발열시키는 것으로, 발열체(232, 235)에 접촉하는 배기가스 중의 오존이 열분해하여 제거된다. 이에 의해, 콜드 트랩(161)에 도달하는 배기가스의 오존 농도를 저감하고, 상술한 제1 실시 형태와 같은 효과를 얻는 것이 가능해진다.

가열 유닛(23)은, 제2 관부재(132) 측에 배치되고 있어도 무방하다. 또한, 발열체를 지지하는 지지체는 원통형에 한정되지 않고, 각통 형상이라도 무방하고, 복수 종류의 형상이 조합되어도 무방하다. 또한, 발열체를 지지하는 지지체는 2중인 예에 한정되지 않고, 1중이라도 무방하고, 3중 이상이라도 무방하다. 게다가 도 1에 도시한 가열 유닛(20)이나 도 4에 도시한 가열 유닛(22)로 조합하여 사용되어도 무방하다. 또한, 도 6에서는, 발열체(232, 235)가 원통형 지지체(231, 234)의 외주부에 배치되고 있는 예를 도시하고 있지만, 동일 발열체는 동일 원통형 지지체의 내주 측에 배치하여도 무방하다.

(제6 실시 형태)

도 7은, 본 발명의 제6 실시 형태에 의한 진공 처리 장치(6)의 구성을 개략적으로 도시하는 측단면도이다. 또한, 도면에서 상술의 진공 처리 장치(1)(도 1)와 대응하는 부분에 대해서는 동일한 부호를 부여하고, 그 상세한 설명은 생략하는 것으로 한다.

본 실시 형태의 진공 처리 장치(6)는, 배기가스 중의 오존을 열분해하기 위한 가열 유닛이 배기 통로(13A)가 아닌, 처리실(11)의 내부에 배치되고 있는 점에서, 상기 진공 처리 장치(1)와 상이하다. 본 실시 형태의 진공 처리 장치(6)는, 오존(O₃)의 플라스마를 발생시켜 기판(도시 생략)을 처리하는 플라스마 처리 장치로서 구성되어 있다.

오존을 열분해하기 위한 가열기(가열 유닛, 30)는, 처리실(11)의 내부에 설치되어 있다. 여기에서는, 가열기(30)가 처리실(11)의 내주면의 근방과, 배기 통로(13A)로 연락하는 배기구의 근방에 각각 배치된 예를 도시하고 있다.

처리실(11)의 내주면의 근방에 배치되는 가열기(30)는, 처리실(11)의 내주면에 대향시켜, 단수 또는 복수 배치되어도 무방하고, 플라스마(도 7에서 부호 P로 나타낸다.)의 형성 공간을 둘러싸도록 연속한 통 형상으로 형성되어도 무방하다. 가열기(30)의 형상은, 평면적이라도 무방하고, 곡면적이라도 무방하며, 이들을 조합한 형상이라도 무방하다. 가열기(30)의 설치 장소는, 상술의 예에 한정되지 않고, 처리실(11)의 상방부나, 상기 배기구의 주위이라도 무방하다. 또한, 기판을 지지하는 스테이지(도시 생략)를 가열면으로서 이용하는 것도 가능하다.

각각의 가열기(30)는, 처리실(11)에서 생성된 오존을 열분해하는데 충분한 고온(예컨대, 300 ℃ ~ 1000 ℃)으로 가열된 가열면을 가지고 있다. 따라서, 처리실(11)에서 생성된 오존 분자(O₃)는, 가열기(30)와의 충돌(접촉)에 의해 열분해하고, 산소(O₂)로 환원된다. 이에 의해, 배기 통로(13A)를 통해 펌프실(12)로 도입되는 배기가스의 오존 농도는 저감된다.

본 실시 형태의 진공 처리 장치(6)에 의하면, 크라이오 펌프(19)에 모이는 배기가스의 응축 고체 중의 오존 농도를 효율적으로 저감 할 수 있다. 따라서, 응축 고체의 액화 및 기화, 증발을 동반하는 크라이오 펌프의 재생 공정에서, 인체에 유해한 고농도 오존 가스가 대기 중에 방출되는 것을 방지할 수 있다. 또한, 농축 액체 오존의 분해 반응에 의한 발화를 원인으로 하는 크라이오 펌프의 소실을 방지할 수 있다.

또한, 본 실시 형태에 의하면, 오존을 촉매 작용은 아니고 가열 작용 만으로 분해, 제거하도록 하고 있기 때문에, 진공조(10)의 내부를 깨끗하게 하는 고진공 상태를 유지할 수 있다.

도 8(A)~(D)는, 가열기(30)의 전형적인 구성예를 나타내고 있다.

도 8(A)는, 발열체(311)와, 이를 지지하는 지지체(312)로 구성된 가열기(31)를 나타내고 있다. 발열체(311)는, 처리실의 내방측에 접하도록 지지체(312)에 배치되고 있다. 지지체(312)는, 진공조(10)에 고정된 단수 또는 복수의 평판 또는 곡판으로 형성할 수 있다. 가열기(31)를 구성하는 데에 있어서 지지체(312)는 필수가 아니고, 발열체(311)를 단독으로 처리실(11)의 소정 위치에 설치하는 것도 물론 가능하다. 이는, 상술의 진공 처리 장치(1)(도 1)에 관해서도 동일하다.

도 8(B)는, 선상 발열체로 구성된 가열기(32)를 도시하고 있다. 선상 발열체로서는, 텅스텐 등의 고융점 금속재료로 구성되는 와이어 재료나 시스 히터 등의 봉상 발열체를 이용할 수 있고, 이것을 처리실(11)로 건네주는 것으로 가열기(32)가 구성된다. 이런 종류의 가열기(32)는, 설치 자유도가 비교적 높고, 처리실(11) 뿐만 아니라, 배기 통로(13A)에도 설치할 수 있다. 또한, 선상 발열체의 지지용으로서, 발열 작용을 갖지 않는 지지체를 부가하여도 무방하다.

도 8(C)는, 망상 발열체로 구성된 가열기(33)를 나타내고 있다. 선상 발열체에 비해 유효 면적을 크게 할 수 있다고 하는 이점이 있다. 망상 발열체로서는, 메쉬 형상의 것에 한정하지 않고, 격자 형상 발열체나 펀치 메탈 등도 적용 가능하다. 가열기(33)는, 처리실(11) 뿐만 아니라, 배기 통로(13A)에도 설치할 수 있다. 또한, 망상 발열체의 지지용으로서 발열 작용을 갖지 않는 지지체를 부가하여도 무방하다.

도 8(D)는, 다공 형상 발열체로 구성된 가열기(34)를 나타내고 있다. 다공성 물질은 표면적이 크고, 오존의 분해 효율을 높일 수 있다. 다공 형상 발열체의 전형예로서는, 다공질 SiC 발열체를 예시할 수 있다. 이외에도, 울 형상의 발열체도 적용 가능하다. 가열기(34)는, 처리실(11) 뿐만 아니라, 배기 통로(13A)에도 설치 가능하다. 또한, 다공 형상 발열체는, 비발열성의 다공성 물질과 이를 가열하는 발열체에 의해 구성되어도 무방하다.

도 9에 도시한 바와 같이, 구리 와이어(120)를 처리실(111)(진공조) 내에 1개만 설치하였다. 처리실(111) 내를 소정압(0.1 Pa)으로 유지하고, 구리 와이어(120)를 고온(900 ℃)으로 가열하였다. 그리고, 오존발생기(ozonizer, 140)에서 생성한 오존을 처리실(111)로 도입하고, 처리실(111) 내의 잔존 오존을 4중극 질량분석기(150)에 의해 측정하였다. 오존발생기(140)에서 생성된 오존의 농도(O₃/O₂)는, 7000 ppm로 하였다.

구리 와이어(120)를 발열시킨 경우(ON)와 발열시키지 않는 경우(OFF)의, 4중극 질량분석기(150)의 오존의 검출 출력을 도 10에 도시한다. 구리 와이어(120)를 발열시켜, 그 표면 온도를 900 ℃로 하면, 오존의 검출 출력에 현저한 감소가 확인되었다. 역으로, 구리 와이어(120)의 발열을 정지하면, 오존의 검출 출력은 초기치로 회복된다.

도 10에서 알 수 있듯이, 고온의 구리 와이어(120)에 의해 확실히 오존이 열분해된 것을 알 수 있다. 또한, 오존을 도입한 것에 의한 분석기(150)의 검출 출력의 증가분(a)과, 구리 와이어(120)의 발열시의 분석기(150)의 검출 출력의 감소분 (b)의 상대비 (b/a)로부터, 오존의 분해 효율이 82%인 것을 알 수 있었다.

오존 분자와의 충돌 확률이 비교적 작은 선상 발열체로 가열면을 구성한 상기 실험예에서도 고효율의 오존 분해 작용을 얻을 수 있었던 것으로부터, 해당 선상 발열체를 복수 개 설치하거나 면상 발열체를 사용하거나 함으로써, 오존 분해 효율이 보다 향상되는 것을 상정할 수 있다. 이상의 결과로부터, 본 발명은, 진공 중에서의 오존의 분해 수단으로서 매우 유효하다라는 것을 알 수 있다.

상기 실험예에서, 핫 와이어를 구리 와이어(120)로 대신하고, 철 와이어 및 이리듐 와이어를 이용하여 동일한 실험을 실시하였다. 그 결과, 철 와이어의 경우, 970 ℃의 표면 온도로 68%의 오존 분해 효율을 얻을 수 있고, 이리듐 와이어의 경우, 1000 ℃에서 55%의 오존 분해 효율을 얻을 수 있었다. 이러한 결과로부터, 와이어에 재질에 관계없이, 표면 온도를 적절한 고온도(상기 2종류의 재질의 경우에는 약 1000 ℃)로 유지하는 것에 의해, 구리 와이어와 동일 정도의 오존 분해 효율을 달성할 수 있는 것을 알 수 있었다. 이것은, 오존 분해 효율이 고온 표면의 재질에 의존하지 않고, 표면 온도에만 강하게 의존하는 것을 시사하고 있다. 또한, 고온 표면에 이용하는 재질이 특정의 재질에 제한되지 않기 때문에, 진공 프로세스의 제반 조건이나 진공 장치의 요구에 적합한 재질을 선정할 수 있는 것을 의미하고 있다.

다음으로, 상술의 실험 결과의 타당성을 확인하기 위해, 도 9의 실험 모델에서 오존 분자의 핫 와이어로의 충돌 확률을, 기체 분자의 운동과 충돌을 모방한 계산기 시뮬레이션에 의해 구하였다. 그 결과를 도 11에 도시한다.

도 11에 실선으로 도시한 것과 같이, 오존 분자의 핫 와이어로의 충돌 확률은, 진공 배기계의 주배기 밸브의 개방도에 의존한다고 하는 결과를 얻을 수 있었다. 이에 대해서, 상기 실험의 결과로 얻을 수 있는 오존 분해 효율은, 도 11의 검은 정방형의 점에 해당하고, 시뮬레이션 결과와 매우 가까운 것을 알았다.

시뮬레이션에 의한 분자 충돌로 실험치를 설명할 수 있는 것으로부터, 오존 분자의 분해 효율은 고온 표면으로의 오존 분자의 충돌 확률과 동등하다고 할 수 있다. 이는, 고온 표면과의 충돌로 오존 분자가 즉시 열분해되는 본 발명의 원리가 실제로 맞는다는 것을 나타내고 있다.

또한, 시뮬레이션에서는 주배기 밸브의 개방도를 강제하는 것에 의해 100%에 가까운 오존 분해 효율을 얻을 수 있다. 이는, 오존 분해 효율을 목적의 값으로 설정해 유지하는 것이 가능하다는 것을 나타내고 있다. 진공 장치의 구조에 따라서는 고온 표면의 형태, 면적, 설치 부위 등이 제약을 받는 것이 많지만, 주배기 밸브의 개방도를 조정하는 것으로 높은 오존 분해 효율을 실현하는 것이 가능해진다. 이는, 본 발명의 큰 편리성 중 하나라 할 수 있다.

본 발명자들은, 주배기 밸브의 개방도와 오존 분해 효율과의 관계를, 도 12에 개략적으로 도시하는 구성의 배기계를 이용하여 단순한 고찰을 시도하였다. 또한, 도 12에서 도 1과 대응하는 부분에 대해서는 동일한 부호를 부여하고, 그 상세한 설명은 생략한다.

도 12에 도시하는 배기계는, 진공조(10)와 크라이오 펌프(19)와의 사이에 배치된 배관(13)의 내부에, 진공조(10) 측에서 보아 가열기(21)와 밸브 본체(17)를 순차적으로 배치한 구성이고, 도 1과 동일하다. 이 구성은, 주배기 밸브(밸브 본체(17))의 개방도를 강제하는 것에 의해 높은 오존 분해 효율을 얻을 수 있는 구성 중 하나이다. 이 배기계의 내부에서, 오존 분자는, 흡입측 경계면으로부터 입사(n_i)하고, 가열기(21)의 주위의 공간을 무질서하게 운동한다. 오존 분자는 이윽고, 가열기(21)에서 충돌하여 즉석에서 분해되고(n_h), 또는 벽면에서 산란되며(n_w), 또는 배출측 경계면으로부터 탈출하고(n_e), 또는 흡입측 경계면으로부터 탈출하는(n_b), 것이 된다. 여기서, n_h, n_w, n_e, n_b는, 상술의 과정을 경험하는 시간 당의 오존 분자수를 나타낸다.

오존 분자의 입사(n_i) 및 오존의 분해가 정상 상태이면, 흡입측 경계면과 배출측 경계면과의 사이의 공간에서, 오존 분자수는 항상 일정하기 때문에,

n_i = n_h ＋ n_e ＋ n_b　… (2)

가 성립하는(n_w는 벽면에서의 산란에 지나지 않기 때문에 (2) 식에는 포함되지 않는다). 오존 분해 효율(γ)은,

γ = n_h / n_i　… (3)

이기 때문에, (2)식을 (3)식에 대입하여,

γ = 1 / {1 ＋ (n_e / n_h) ＋ (n_b / n_h)}　… (4)

된다. 여기서, 기체 분자의 표면으로의 입사 빈도가 입사 표면의 면적에 비례하는 것으로부터, 배출측 경계면의 면적을 A_e, 전가열기(21)의 발열면의 합계 면적을 A_h로 하면,

n_e / n_h = A_e / A_h　… (5)

된다. 따라서, (4)식은, 다음의 식이 된다.

γ = 1{1 ＋ (A_e / A_h) ＋ C}　… (6)

또한, 흡입측 경계면으로부터 탈출하는 분자(n_b)는, 가열기(21)의 형상과 배치, 및 배관(13)의 형상에 강하게 의존하고, (5)식과 같이 단순한 면적비로 나타낼 수 없기 때문에, (n_b / n_h) = C(정수)로 하였다.

(6)식으로부터, 주배기 밸브(밸브 본체(17))의 개방도를 강제하면, A_e가 작아지게 되고, 오존 분해 효율(γ)은 최대치, 1 / (1＋C)에 점점 근접하는 것을 알 수 있다. 또한 역으로, 주배기 밸브(17)를 개방하고, A_e를 배관(132)의 단면적(A_c)에 접근하는 것에 의해, 오존 분해 효율은 최소치, 1 / {1 ＋ (A_c / A_h) ＋ C}에 점점 근접하는 것을 알 수 있다. 이상적인 설계에서는, 정수 C는 작기 때문에, (6)식은,

γ = 1 {1 ＋ (A_e / A_h)}　… (7)

로 하여도 무방하다. 크라이오 펌프의 재생까지의 라이프 타임(τ)은, 크라이오 펌프에 배기하는 것이 허용되는 오존의 허용량(M)과, 진공조에서 시간 당에 발생하는 오존의 양(G)에 의해 결정되어,

τ = (M / G) / (1 - γ) 　… (8)

이 된다. 이 식에서 예컨대 오존이 전혀 분해되지 않는 경우(γ = 0)에 비해, 라이프 타임을 2배로 연장하고 싶은 경우, 오존의 분해 효율은 적어도 50% 이상(γ ≥ 0.5)인 것이 바람직하다고 할 수 있다.

오존 분해 효율 50%에 대응하는 주배기 밸브의 개방도(A_e)는, (7)식으로부터,

A_e = A_h　… (9)

이다. 즉, 발열면(211)의 합계 면적(Ah)과 동일 정도가 될 때까지 주배기 밸브의 개방도(A_e)를 강제하는 것으로, 50%의 오존 분해 효율을 달성할 수 있다. A_h는 설계에 의존하지만, 배기계의 컨덕턴스를 현저하게 해치지 않기 위해, 배관 단면적(A_c)의 1 / 2 정도로 제한하는 것이 타당하다. 이 조건으로부터, (9)식은,

0 ＜ A_e = A_c / 2 　… (10)

된다. 즉, 주배기 밸브의 개방도를 배관 단면적(A_c)의 50% 이하로 강제하는(A_h가 작은 경우는 더 강제한다) 것으로, 50% 이상의 오존 분해 효율을 달성된다.

이상, 본 발명의 실시 형태에 대해 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되지 않고, 본 발명의 기술적 사상에 근거하여 다양한 변형이 가능하다.

예컨대 이상의 실시 형태에서는, 플라스마의 형성에 의해 처리실 내에 오존이 생성되는 진공 프로세스를 예를 들어 설명하였다. 이에 한정되지 않고, 시료의 표면 분석이나 표면 가공에 이용되는 전자빔이나, 이온 주입 공정에 넓게 이용되는 이온 빔 등의 하전 입자선을 형성하는 다양한 진공 처리 장치에도, 본 발명은 적용 가능하다.

또한, 이상의 실시 형태에서는, 오존을 열분해하기 위한 가열기(발열체)로서 다양한 형태의 것을 설명하였지만, 발열체의 형태는 상기의 예로 한정되지 않고, 또한 이들 발열체의 설치 부위는 참조 도면에 도시한 위치에 한정되지 않고, 사용되는 진공 장치의 사양에 따라 적당히 변경하는 것이 가능하다.

또한, 본 발명은, 흡착제로 기체를 저온 흡착하는 크라이오솝션 펌프(cryosorption pump)에서도, 그 재생시의 농축 액체 오존의 발화 및 이를 원인으로 하는 흡착제의 연소 방지 등에 적용 가능하다.

1, 2, 3, 4, 5, 6 진공 처리 장치
10 진공조
11 처리실
12 펌프실
13 배관
13A 배기 통로
14 밸브실
15 스테이지
161 콜드 트랩
17 밸브 본체
18 가스 도입관
19 크라이오 펌프
20, 21, 22, 23, 30, 31, 32, 33, 34 가열 유닛(가열기)
22A, 22B, 211, 232, 235, 311 발열체
131, 132 관부재
P 플라스마
W 기판

Claims (17)

1. 진공 처리용의 처리실을 배기하기 위한 진공 배기 장치에 있어서,
   배기가스를 포집 가능한 콜드 트랩과,
   상기 콜드 트랩을 수용하는 펌프실과,
   상기 처리실에 접속되는 제1 관부재와, 상기 펌프실에 접속되는 제2 관부재와, 상기 제1 관부재와 상기 제2 관부재와의 사이에 배치되고, 밸브 본체를 수용하는 밸브실을 포함하고, 상기 처리실로부터 상기 콜드 트랩으로 상기 배기가스를 유도하기 위한 배기 통로
   를 가지는 펌프 유닛과,
   상기 배기 통로의 내부에 배치된 발열면을 갖고, 상기 배기가스 중에 포함되는 오존을 상기 발열면에서 열분해하는 가열 유닛
   를 구비하는 진공 배기 장치.
2. 제1항에 있어서,
   상기 발열면은, 제1 면적으로 형성되어, 상기 배기가스와 접촉하는 것이 가능하게 상기 처리실에 대향하여 배치되고,
   상기 밸브 본체는, 상기 오존 분해시에 상기 배기 통로를 상기 제1 면적 이하 개방하는 것이 가능하게 구성되는
   진공 배기 장치.
3. 제1항에 있어서,
   상기 발열면은, 상기 배기 통로의 축방향과 교차하는 방향으로 간격을 두어 복수 배치되고 있는
   진공 배기 장치.
4. 제3항에 있어서,
   상기 가열 유닛은, 상기 발열면을 지지하는 지지체를 가지고,
   상기 발열면은, 상기 지지체의 상기 처리실 측에 대향하는 면에 배치되고 있는, 진공 배기 장치.
5. 제4항에 있어서,
   상기 지지체는, 차열층을 포함하는, 진공 배기 장치.
6. 제4항에 있어서,
   상기 가열 유닛은, 상기 배기 통로를 형성하는 배관의 축방향과 교차하는 방향의 주위에 상기 지지체를 회동시키기 위한 회동 기구부
   를 더 갖는, 진공 배기 장치.
7. 제1항에 있어서,
   상기 발열면은, 상기 배기 통로의 축방향에 따라 간격을 두어 복수 배치되고 있는
   진공 배기 장치.
8. 제1항에 있어서,
   상기 가열 유닛은, 메쉬 형상의 발열체를 포함하는
   진공 배기 장치.
9. 제1항에 있어서,
   상기 가열 유닛은, 통 형상의 발열체를 포함하는
   진공 배기 장치.
10. 삭제
11. 제1항에 있어서,
    상기 발열면은, 상기 제1 관부재의 내부에 배치되고 있는
    진공 배기 장치.
12. 제1항에 있어서,
    상기 발열면은, 상기 밸브실의 내부에 배치되고 있는
    진공 배기 장치.
13. 제1항에 있어서,
    상기 발열면은, 상기 제2 관부재의 내부에 배치되고 있는
    진공 배기 장치.
14. 진공 처리용의 처리실과,
    배기가스를 포집 가능한 콜드 트랩과,
    상기 콜드 트랩을 수용하는 펌프실과,
    상기 처리실에 접속되는 제1 관부재와, 상기 펌프실에 접속되는 제2 관부재와, 상기 제1 관부재와 상기 제2 관부재와의 사이에 배치되고, 밸브 본체를 수용하는 밸브실을 포함하고, 상기 처리실로부터 상기 콜드 트랩으로 상기 배기가스를 유도하기 위한 배기 통로
    를 가지는 펌프 유닛과,
    상기 배기 통로의 내부에 배치된 발열면을 갖고, 상기 배기가스 중에 포함되는 오존을 상기 발열면에서 열분해하는 가열 유닛
    을 구비하는 진공 처리 장치.
15. 삭제
16. 삭제
17. 오존이 존재하는 처리실을 크라이오 펌프로 배기하는 진공 배기 방법에 있어서,
    배기가스 중의 오존을 배기 도중에 가열면에 접촉시켜 열분해하고,
    상기 배기가스를 상기 크라이오 펌프의 콜드 트랩으로 응축하는,
    진공 배기 방법.

Images