真空排气装置、真空处理装置以及真空处理方法

专利名称：真空排气装置、真空处理装置以及真空处理方法
技术领域：
本发明涉及使用低温泵的真空排气装置、真空处理装置以及真空处理方法。
背景技术：
低温泵是一种高真空排气泵这是公知的，被用在真空处理装置中以进行成膜、表面改质、半导体图形绘制、分析、蒸发干燥等处理。采用低温泵，有利于排出水分子，在原理上能够较容易地得到洁净的真空环境。即，真空处理装置为收集式的泵，能够将被放入真空处理装置内的气体与被导入真空处理装置内的处理气体低温凝缩或低温吸附，从而在使上述气体与处理气体存留在真空处理装置内的状态下实现原理上的“排气”。因此，这需要定期地进行将存留的处理气体(并非气态)再次气化而排出的操作(再生)(参见专利文献 1、2)。近年来，在光学元件制造领域，在真空处理中一般采用氧(O2)来作为处理气体，然而在真空槽内活化的氧分子经过化学反应会产生臭氧(O3)，这样的事态在不断增加。在这样的真空处理中使用低温泵的话，那么，与真空处理中的其他气体一样，臭氧会以氧/臭氧的混合凝缩固体的方式存留在低温泵的内部。在上述低温泵的进行再生的过程中，氧/臭氧的混合凝缩固体相变为含有臭氧的液态氧，之后蒸发、气化。由于氧比臭氧的沸点低，所以其先被蒸发、气化，因而使该液态氧中溶解的臭氧变为液态浓缩臭氧。液态浓缩臭氧是不稳定的，受到物理或化学性的刺激会迅速分解，其分解反应与由发热带来的火花与爆炸冲击会一起对真空处理装置造成破坏。此外，再生时的低温泵内部形成为可燃性的环境，在这样的状态下若发生分解反应，由反应热产生的火花会使整个环境被点燃从而产生烧损低温泵的事故。臭氧的含量越多，则存留在低温泵中的臭氧的起火带来的影响越大。为了防止臭氧的蓄积量的增加，现有技术中有一种使低温泵反复地进行再生的方法。但是，由于在再生时真空处理装置不能连续地进行排气，因而真空处理也不得不反复地被停止。此外，由于没有直接且定量地对真空处理环境中的臭氧生成量进行检测的检测方法，所以很难预测臭氧积存到一定量时装置的运转时间(低温泵的连续排气时间)。另外，现有技术中还有在真空条件下利用催化剂的作用使臭氧产生反应从而变成无害物质的多种技术方案。例如，在专利文献3中公开了一种使含有臭氧的排出气体无害化的方法与装置， 在该方法或装置中，在气体的排出管道中设置具有臭氧分解催化剂作用的金属氧化物成形体，从而将气体中含有的臭氧分解以使该气体无害化后被排放到大气环境中。在专利文献4中记载了一种臭氧处理装置，在该臭氧处理装置中于臭氧分解装置的上游设置加热机构，该加热机构将低温时凝缩的光抗蚀剂等的气体成分加热分解。此外， 通过防止上述气体成分凝缩在臭氧分解装置中的催化剂的表面上，从而使臭氧分解装置对气体中的臭氧的分解能力不会降低。另外，在专利文献5中记载了一种处理装置，在该处理装置中，于用于将臭氧分解为氧的分解槽的上游侧设置湿气分离器(Mist separator)与冷捕集器(cold trap)，由该湿气分离器与冷捕集器使要被排出的含有臭氧的气体干燥。现有技术文献专利文献专利文献1专利文献2专利文献3专利文献4专利文献5
日本发明专利公开公报特开平11-166477号α0006]段、图3) 日本发明专利公开公报特开平6-154505号α0020]段) 日本发明专利3520325号(
段) 日本发明专利公开公报特开平5-^^91号α0015]段) 日本发明专利公开公报特开2004-167352号α0013]段)

发明内容
发明所要解决的技术问题在专利文献3、4所记载的装置中，在臭氧的分解中使用催化剂，因此，该催化剂有可能会成为存在于真空环境中的排放废气源。这会对真空环境造成污染，所以，用于臭氧分解的催化剂不能适用在必需使用低温泵的高真空处理中。在专利文献5所记载的结构中，设置在臭氧分解部分上游的用于除去水分的冷捕集器不但会捕集水分，还会将臭氧以固态或液态的方式捕集。因而，在该冷捕集器中进行再生时，溶解在水分中的臭氧的浓度会增加，液态浓缩臭氧的分解反应会产生起火，即，专利文献5所记载的结构存在与上述相同的起火问题。此外，在专利文献5所记载的结构中，用设置在臭氧分解槽上游侧的流量控制阀来使大气压条件下的含臭氧的排出气体的流动变得较快，从而利用压差在分解槽内部产生真空压力，这样的结构不能作为需要使用低温泵进行高真空处理的真空排气装置。另外，专利文献5所记载的结构中，用设置在臭氧分解槽的下游侧的气体输送式的真空泵将含有臭氧的气体从真空环境中连续地排放到大气中，这样的方式并不能解决作为捕集式的真空泵的低温泵中所存在的上述问题。有鉴于上述问题，本发明的目的在于，提供一种能够抑制臭氧在低温泵中的存留的真空排气装置、真空处理装置以及真空排气方法。解决问题的技术方案本发明一个技术方案涉及用于对真空处理用的处理室进行排气的真空排气装置， 其具有泵单元与加热单元。上述泵单元具有能够捕集要排出的处理气体的低温泵以及用于将上述要排出的处理气体从上述处理室导向上述低温泵中的排气通路。上述加热单元使从上述处理室流向上述低温泵的、上述要排出的处理气体中所含有的臭氧在上述排气通路中分解。本发明的一个技术方案涉及真空处理装置，其具有真空处理用的处理室、泵单元、 加热单元。上述泵单元具有能够捕集处理气体的低温泵以及用于将要排出的处理气体从上述处理室导向上述低温泵中的排气通路。上述加热单元使从上述处理室流向上述低温泵的处理气体中所含有的臭氧分解。本发明的一个技术方案涉及对含有臭氧的处理室用低温泵进行排气的真空排气方法。在该真空排气方法中，包括使要排出的处理气体中含有的臭氧在排气过程中与加热面接触从而产生热分解的步骤。并且，上述要排出的处理气体被低温泵的冷捕集器被凝缩。


图1为表示本发明第1实施方式的真空处理装置的大致结构的侧剖视图；图2为表示本发明第2实施方式的真空处理装置的大致结构的侧剖视图；图3为表示本发明第3实施方式的真空处理装置的大致结构的侧剖视图；图4为表示本发明第4实施方式的真空处理装置的大致结构的侧剖视图；图5为表示本发明第5实施方式的真空处理装置的大致结构的侧剖视图；图6为图5所示的真空处理装置的局部放大图；图7为表示本发明第6实施方式的真空处理装置的大致结构的侧剖视图；图8为表示图7所示的真空处理装置的局部结构例的侧剖视图；图9为表示用于确认本发明的实施方式的效果的实验模型的局部剖视图；图10所示为图9所示的实验模型的实验结果的一例；图11所示为基于图9所示的实验模型的模拟结果；图12为为了说不本发明的一个实施方式中阀芯的开度与臭氧的分解效率之间的关系的示意图。附图标记说明1、2、3、4、5、6真空处理装置10 真空槽11 处理室12 泵室13 配管13A排气通路14 阀室15载物台161冷捕集器17 阀芯18气体导入管19 低温泵20、21、22、23、30、31、32、33、34 加热单元(加热器)22A、22B、211、232、235、311 发热体131、132 管部件P 等离子W 基板
具体实施例方式本发明的一个实施方式涉及用于对真空处理用的处理室进行排气的真空排气装置，其具有泵单元与加热单元。
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所述该泵单元具有冷捕集器与排气通路，冷捕集器能够捕集排出气体，排气通路用于将所述排出气体从处理室导向冷捕集器。加热单元，使从处理室流向所述冷捕集器的所述排出气体中含有的臭氧在所述排气通路中产生热分解。在上述真空排气装置中，在排出气体到达冷捕集器之前，排出气体中含有的臭氧被加热单元加热而产生热分解。从而能够降低排出气体中的臭氧的浓度，抑制冷捕集器中的臭氧的凝缩量。因而，采用上述的真空排气装置，能够抑制在低温泵中的臭氧的存留，防止了在低温泵进行再生时液态浓缩的臭氧产生的分解反应而造成的起火以及由该起火对低温泵造成的烧损。所述泵单元可以具有收装所述冷捕集器的泵室以及形成所述排气通路的配管。所述加热单元可以具有配置在所述配管的内部的发热面。采用这样的结构，由于加热单元的发热面被配置在远离泵单元的冷捕集器的位置，因而能够使冷捕集器的表面维持在规定的极低温度，从而确保能够进行所期望的排气。可以在与所述排气通路的轴向相交叉的方向上保持一定间隔地配置多个所述发热面。采用这样的结构，不会损害排气效率，并且能够提高排出气体与发热面的接触率， 有效地使臭氧产生热分解。所述加热单元可以具有支承所述发热面的支承体。所述发热面可以配置在所述支承体的对着所述处理室的表面上。如此，能够抑制来自于发热面的热辐射造成泵单元的冷捕集器的温度上升。所述支承体可以隔热层。从而能够阻挡发热面向泵单元的冷捕集器的热辐射，使冷捕集器维持在所期望的极低温度。所述加热单元可以还具有转动机构部，该转动机构部用于使所述支承体以与所述配管的轴向交叉的方向上的轴线为中心转动。如此，能够使发热面被配置在使排出气体中的臭氧与发热面的接触率较高的位置 (角度)，此外，还能够调整排出气体通过排气通路时的排气速度。
可以沿着所述排气通路的轴向保持一定间隔地配置多个所述发热面。采用这样的结构也能够实现不损害排气效率，并且提高排出气体与发热面的接触率从而有效地使臭氧产生热分解。所述加热单元可以具有网孔状的发热体，或者可以具有筒状的发热体。采用这样的结构也能够实现不损害排气效率，并且提高排出气体与发热面的接触率从而有效地使臭氧产生热分解。所述配管可以具有连接在所述处理室侧的第1管部件以及连接在所述泵室侧的第2管部件。所述真空排气装置可以还具有配置在所述第1管部件与所述第2管部件之间、 收装用于开闭所述排气通路的阀芯的阀室。用阀芯来调整排气通路的开度(打开程度)，从而能够控制排出气体向泵室的流动以及排气速度。此外，通过这样的结构能够改变排出气体中的臭氧分子对发热面的碰撞频率。例如，可以将所述发热面配置在所述第1管部件的内部。此时，发热面比上述阀芯更靠近处理室，由于排出气体中的臭氧分子会碰撞到阀芯，所以能够提高臭氧分子与发热面的接触几率。从而提高臭氧分子的分解率。此外，也可以将所述发热面配置在所述阀室的内部，或者配置在所述第2管部件的内部。此时，也能够根据阀芯的开度而控制臭氧与发热面的接触从而控制臭氧的分解效率。发热面的位置可以根据阀芯的位置进行适当的调整。本发明的一个实施方式涉及的真空处理装置具有真空处理用的处理室、泵单元、 加热单元。泵单元具有冷捕集器与排气通路，所述冷捕集器能够捕集排出气体，所述排气通路用于将所述排出气体从所述处理室导向所述冷捕集器。加热单元使从所述处理室流向所述冷捕集器的所述排出气体中含有的臭氧在所述排气通路中产生热分解。采用上述的真空处理装置，能够抑制在低温泵中的臭氧的存留，防止了在低温泵进行再生时液态浓缩的臭氧产生的分解反应而造成的起火以及由该起火对低温泵造成的烧损。所述加热单元可以配置在所述排气通路中，也可以配置在所述处理室中。此外，还可以在排气通路与处理室中分别配置加热单元。将加热单元配置在排气通路中能够使从处理室排出的气体中的臭氧有效地分解。 将加热单元设置在处理室中能够使处理室中产生的臭氧在处理室中产生热分解。本发明的一个实施方式涉及用低温泵对存在臭氧的处理室进行排气的真空排气方法，该真空排气方法包括使排出气体中的臭氧在排气途中与加热面接触而产生热分解的步骤，并且用所述低温泵的冷捕集器将所述排出气体凝缩。在上述真空排气方法中，在排出气体到达冷捕集器之前，排出气体中含有的臭氧被加热单元加热而产生热分解。从而能够降低排出气体中的臭氧的浓度，抑制冷捕集器中的臭氧的凝缩量。因而，采用上述的真空排气方法，能够抑制在低温泵中的臭氧的存留，防止了在低温泵进行再生时液态浓缩的臭氧产生的分解反应而造成的起火以及由该起火对低温泵造成的烧损。下面参照附图对本发明的具体实施方式
进行详细的说明。第1实施方式图1为表示本发明一个实施方式的真空处理装置1的大致结构的侧剖视图。本实施方式的真空处理装置1具有真空槽10。真空槽10具有用于对基板W进行处理的处理室 11、用于对处理室11进行排气的泵室12、连接在处理室11与泵室12之间的配管13。真空槽10全部由铝或不锈钢等的金属材料构成。在本实施方式中，配管13形成将需要排出的处理气体从处理室11导向泵室12的排气通路13A。配管13由第1管部件131与第2管部件132构成。第1管部件131连接在处理室11上，第2管部件132连接在泵室12上。并且，在第1管部件131与第2管部件 132之间设有阀室14，该阀室14构成配管13的一部分，从而也是真空槽10的一部分。处理室11具有用于对基板W进行支承的载物台15。处理室11形成对被支承在载物台15上的基板W进行处理的真空处理腔。在本实施方式中，作为真空处理而言，可以为使用含有氧与臭氧的处理气体的成膜处理(例如，利用溅射法、蒸镀法)或者使用这些气体的等离子(图1中用符号P表示)进行的处理等。处理气体通过气体导入管18被导入到处理室11内。另外，虽然图中并未示出，不过在真空槽10的内部或者外部设有等离子发生源(高频线圈、磁控管、微波振荡器等)。作为真空处理的例子，除了上述的以外，还有用电子束进行的曝光、分析、表面观察等。在本实施方式中，能够在处理室11内进行有臭氧生成的各种处理。在泵室12的内部设有低温泵19的冷捕集器161 (极低温部)。真空槽10内的气体被冷捕集器161吸附或者凝缩。从而使真空槽内部被维持在规定的高真空条件。被捕集的排出气体(处理气体)作为凝缩固体存留在低温泵19内，在低温泵19进行再生操作时， 该处理气体(凝缩固体)暂时被液化后最终被气化、蒸发。低温泵19由泵室12、机械式制冷机162、制冷头163、冷捕集器161构成，其中，泵室12是低温泵的腔室并且是真空槽10的一部分，机械式制冷机162为嵌入泵室12内的、 用于产生低温的、GM(Gifford-McMahon,吉福德-麦克马洪)制冷机等的机械式制冷机，制冷头163是机械式制冷机162的一部分，为低温生成部，冷捕集器161与制冷头163保持良好的接触以保证热交换，用于将处理气体凝缩或者吸附。由机械式制冷机162使制冷头161被保持在极低的温度。制冷头161可以采用平面状的、线圈状的以及其他形状的。在阀室14的内部收装着阀芯17。阀芯17被构成为能够在使排气通路13A开放的打开位置与使排气通路13A被切断(关闭)的关闭位置之间移动。阀芯17能够使流过排气通路13A的气体的流导发生改变。此外，阀芯17可以形成为像闸阀等一样的密封性结构，以使处理室11与泵室12之间相气密地隔绝。真空处理装置1还具有加热单元20，该加热单元20用于将存在于真空槽10内的臭氧分子热分解。在本实施方式中，以加热单元20设置在排气通路13A中为例进行说明。加热单元20具有一个或者多个加热器21与加热用电源(未示出)。在本实施方式中，在与排气通路13A的轴向相交叉的方向上保持一定间隔地配置多个加热器21。加热器21具有发热体211与支承体212。发热体211可以由内装有电阻发热体与加热源的金属板等构成。支承体212为板状部件，发热体211支承在支承体212的面对处理室11的面上。支承体211通过轴部m安装在第1管部件131上。可以将轴部m用作配线的一部分或者在轴部m内装入电缆以使加热用电源的电力被输送到发热体211上。发热面211被加热到足够的温度以使臭氧分解。从处理室11排出的气体的一部分在排气通路13A中与发热面211接触。与发热面211接触的气体中的臭氧分子经过如下式(1)所示的热分解反应被还原为无害的氧。203 — 302". (1)在臭氧浓度一定时，加热温度越高臭氧的热分解反应所需的时间越短。因此，提高发热面211的温度能够使臭氧更有效地分解。此外，提高发热面211的温度能够有效地降低气体中的臭氧的浓度。关于发热面211的温度的具体数值，例如可以为300°C以上。发热面211的温度可设定在适当的数值。因加热而使分子分解，则加热温度越高， 与加热体表面接触以进行分解反应所需要的时间就越短，臭氧分解的效率也越高。在使用钨(W)或铼(Re)等的高熔点金属构成加热体时，可保证3000°C以上的加热温度。但是，在工业上一般使用铜(Cu)来作为对加热体供电的导体，其熔点在纯铜时为1080°C。此外，若温度超过1000°C，那么从发热体发出的热辐射会超过lOW/lcm2，因而，此时即使采用表面积较小的加热体，也会对低温泵产生热辐射。另一方面，在加热体为铜的时候，若加热至300°C， 空气中的臭氧浓度在数秒左右即可降低为一半。由于以上原因，发热面211的加热温度的上限为1000°C，特别是在加热体为铜制的时候，其加热温度的下限为300°C。加热器21的配置间隔可以根据排气通路13A中所要求的排气速度与臭氧的分解效率来设定。即，配置间隔越大，则流导越高因而气体的流动阻力越小，但由于臭氧分子与发热体的接触率较低所以臭氧分解效率较差。而配置间隔越小，则臭氧的分解效率越高，但由于流导较低所以排气阻力较大。因此，要根据在处理室11中进行处理的处理条件(臭氧的产生量、排气速度)来设定加热器21的配置间隔。在具有上述结构的加热器21中，发热面211配置在支承体212的靠近处理室11 一侧的表面上。从而能够使来自于处理室11的气体充分地与发热面211接触。另外，由于加热单元21的发热体距冷捕集器161较远，所以能够保证冷捕集器161维持在极低的温度而达到所需的排气作用。根据需要，也可以使支承体212中包含隔热层。从而能够使发热面211对冷捕集器161的热辐射被遮挡。关于隔热层，可以将隔热材料层压在支承体212上而形成，也可以直接用隔热材料形成整个支承体212。支承加热器21的轴部m可以构成为转动轴。此时，能够使发热面211相对于排气通路13A的轴向呈任意的角度。从而能够自由地调整排出气体中的臭氧与发热面211的接触率。关于各加热器21的转动位置的调整，可以将各加热器21设定在一个相同的角度位置，也可以使各加热器21各自设定在不同的角度位置。通过调整各个加热器21的角度位置从而能够控制排出气体从排气通路13A的流过的排气速度。此外，还可以使加热器21 具有调整排气通路13A的打开程度(开度)的阀的作用。按照如上所述即构成了本实施方式的真空处理装置1。另外，由泵室12、配管 13(排气通路13A)以及冷捕集器161(低温泵19)构成了本发明一个实施方式的泵单元。 还有，由上述泵单元与加热单元20构成本发明一个实施方式的真空排气装置。在具有上述结构的真空处理装置1中，真空槽10内部存在的水分与气体被冷捕集器161凝缩或者吸附，从而使真空槽10的内部被维持在相当于中间流区域(intermediate flow region)或分子流区域(molecular flow region)的高真空或超过真空环境。所以， 含有在处理室11中生成或被导入的臭氧的气体从处理室11经由排气通路13A被导向泵室 12。在该排气过程中，气体中所含有的臭氧接触或者碰撞到被加热至高温(例如，300°C IOOO0C )的发热体211，从而产生热分解，使排出气体中的臭氧被除去或者使排出气体中的臭氧浓度降低。采用本实施方式，能够有效地降低低温泵19中存留的排出气体的凝缩固体中的臭氧浓度。所以，能够防止，在伴随有凝缩固体的液化与气化、蒸发的低温泵的再生过程中， 对人体有害的高浓度臭氧被释放到大气中。此外，还能够防止因凝缩液态臭氧的分解反应带来的起火而对低温泵造成烧损这样的事态的发生。另外，采用本实施方式，由于不是利用催化剂而是利用加热将臭氧分解、除去，所以能够使真空槽10的内部维持在清洁的高真空状态。此外，由于构成加热单元20的多个加热器21以适当的间隔配置，所以不会对气体的排出效率造成影响并能够有效地除去气体中的臭氧。如上所述，臭氧的去除效率根据配置在排气通路13A中的发热面211的大小、数目、设置角度而改变。由于能够自由地调整这些发热面211的配置条件，所以能够根据基板 W所需要的真空处理的种类、条件等进行适当的设定，并且能够抑制装置结构的复杂化。第2实施方式图2为表示本发明第2实施方式的真空处理装置2的大致结构的侧剖视图。在图中对与上述的真空处理装置1(图1)对应的部分用相同的符号标记，并省略了其详细的文字说明。在用于将排出气体中的臭氧分解的加热单元20被配置在排气通路13A中这一点上，本实施方式的真空处理装置2与上述真空处理装置1相同，而在该加热单元20被配置在阀室14内这一点上与上述真空处理装置1不同。加热单元20具有多个加热器21，这些加热器21在与排气通路13A的轴向交叉的方向上保持一定间隔地配置。加热器21 (发热体211)的大小、数量、位置并没有特别限定， 可以根据阀室14的容积、排气通路13A的气流通道面积等适当地设定。在真空处理装置2中，阀芯17被配置在比加热器20更靠近处理室11 一侧的位置。 即，仅在对处理室11进行排气时由加热器20使排出气体中的臭氧分解，在对基板进行处理时，由阀芯17将排气通路13A关闭，将一定量的臭氧导入处理室11中，从而能够使基板处理的环境保持在臭氧量不会变化的稳定状态。关于阀芯17的设置，并不限于上述的实施方式，也可以将其配置在比加热器20更靠近泵室12 —侧的位置。此时，即使在排气通路13A被阀芯17关闭的情况下，也能够使处理室11内的臭氧分解，从而使本发明也能够应用在进行处理时无法避免产生臭氧的基板处理中。此外，也可以在排气通路13A(第1管部件131)与阀室14中分别配置加热单元 20。如此，在对处理室11进行排气时，由于沿着排气通路13A的轴向上配置有多个(多级) 加热器21，所以能够有效地除去排出气体中的臭氧。此时，通过使位于上游的加热器21与位于下游的加热器21配置在从处理室11 一侧看来是相互错开的位置上，从而能够提高排出气体与发热面211的接触率。第3实施方式图3为表示本发明第3实施方式的真空处理装置3的大致结构的侧剖视图。在图中对与上述的真空处理装置1(图1)对应的部分用相同的符号标记，并省略了其详细的文字说明。在用于将排出气体中的臭氧分解的加热单元20被配置在排气通路13A中这一点上，本实施方式的真空处理装置3与上述真空处理装置1相同，而在该加热单元20被配置在第2管部件132内这一点上与上述真空处理装置1不同。加热单元20具有多个加热器21，这些加热器21在与排气通路13A的轴向交叉的方向上保持一定间隔地配置。加热器21 (发热体211)的大小、数量、位置并没有特别限定， 可以根据阀室14的容积、排气通路13A的气流通道面积等适当地设定。在真空处理装置3中，与上述真空处理装置1、2相比，加热单元20配置在离泵室 12最近的位置。所以，在排出气体被捕集到冷捕集器161中之前，由加热器21使排出气体中的臭氧被除去。另外，还可以在处理室11 一侧(第1管部件131与/或阀室14中)再设置另外的加热单元20。从而能够有效地除去排出气体中的臭氧。另外，如上所述，通过使支承发热体211的支承体212具有隔热性，从而能够保护冷捕集器161免于受到来自于发热体211的热辐射影响。第4实施方式图4为表示本发明第4实施方式的真空处理装置4的大致结构的侧剖视图。在图中对与上述的真空处理装置1(图1)对应的部分用相同的符号标记，并省略了其详细的文字说明。在用于将排出气体中的臭氧分解的加热单元被配置在排气通路13A中这一点上， 本实施方式的真空处理装置4与上述真空处理装置1相同，而在该加热单元22构成为多个格状(条格状)或者网孔状的发热体这一点上与上述真空处理装置1不同。在图4所示的真空处理装置4中，加热单元22由层叠地配置在第1管部件131内的两个网孔状的发热体22A、22B构成。各发热体22A、22B典型地可以采用电阻发热体。使这些发热器22A、22B生温到臭氧产生热分解的温度以上，从而除去通过排气通路13A的排出气体中含有的臭氧。从而降低到达冷捕集器161中的排出气体中的臭氧的浓度，即，获得与上述第1实施方式相同的效果。发热体22A、22B的发热面形成为格状或者网孔状，因而不会增大排气通路13A中的对排出气体的阻力，并能够有效地使排出气体与发热面接触。从而提高排出气体中臭氧的分解率。关于发热体22A、22B的发热面的形状，不限于平面状，也可以为曲面。S卩，发热体 22A、22B可以利用压力加工形成为板状，也可以形成为用线编织成的格状与网孔状，或者也可以折成线圈状、漩涡状。发热体22A、22B的数量并不限于上述实施例所示的两个，也可以为1个或3个。此外，发热体22A、22B的设置位置也不限于第1管部件131的内部，也可以设置在第2管部件 132的内部，或者如果可能的话也可以设置在阀室14的内部。此外，也可以在这些位置中都设置发热体。第5实施方式图5为表示本发明第5实施方式的真空处理装置5的大致结构的侧剖视图。在图中对与上述的真空处理装置1(图1)对应的部分用相同的符号标记，并省略了其详细的文字说明。在用于将排出气体中的臭氧分解的加热单元被配置在排气通路13A中这一点上， 本实施方式的真空处理装置5与上述真空处理装置1相同，而在使加热单元22被构成为筒状这一点上与上述真空处理装置1不同。在图5所示的真空处理装置5中，通过在具有圆筒形状的支承体的周面上安装发热体从而构成加热单元23。图6为表示加热单元23的具体结构的放大图。如图6所示，加热单元23具有位于内侧的第1圆筒状支承体231与位于外侧的第 2圆筒状支承体234。在第1圆筒状支承体231与第2圆筒状支承体232的外周面上分别固定着发热体232、235。发热体232、235由多个环形的发热材料构成，第2圆筒状支承体 234套在第1圆筒状支承体231之外。此外，第1圆筒状支承体231与第2圆筒状支承体232通过多个平板状的连接部件233相互连接且同心。如图5所示，按照如上所述而构成的加热单元23沿着排气通路13A(第1管部件 131)的轴向配置。因而，来自于处理室11的排出气体经由加热单元23的内周侧与外周侧到达泵室12。此时，各发热体232、235分别升温到300°C以上，使与发热体232、235接触的排出气体中的臭氧产生热分解而被去除。从而能够降低到达冷捕集器161的排出气体中的臭氧的浓度，即，能够获得与上述第1实施方式相同的效果。加热单元23也可以配置在第2管部件132 —侧。此外，支承发热体的支承体并不限于圆筒状，也可以形成为棱筒状，或者采用多个形状的组合。并且，支承发热体的支承体也不限于内外两个，一个也可以，三个以上也可以。另外，采用图1所示的加热单元20与图 4所示的加热单元22的组合也可以。在图6中例示了发热体231、234配置在圆筒状的支承体231、234的外周部，然而将该发热体配置在圆筒状的支承体的内周侧也可以。第6实施方式图7为表示本发明第6实施方式的真空处理装置6的大致结构的侧剖视图。在图中对与上述的真空处理装置1(图1)对应的部分用相同的符号标记，并省略了其详细的文字说明。在用于将排出气体中的臭氧分解的加热单元并未被配置在排气通路13A中而是配置在处理室11的内部这一点上，本实施方式的真空处理装置6与上述真空处理装置1不同。本实施方式中，真空处理装置6被构成为产生臭氧(O3)的等离子而对基板(未图示) 进行处理的等离子处理装置。用于使臭氧产生热分解的加热器(加热单元)30被配置在处理室11的内部。此处例示的是，在处理室11的内周面附近以及连接排气通路13A的排气口的附近分别配置加热器30。配置在处理室11的内周面附近的加热器30，可以使其面向处理室11的内周面，配置一个或者多个，也可以形成为包围着等离子体(图7中用符号P表示)形成的空间的筒状。关于加热器30的形状，可以为平面状，也可以为曲面状，或者也可以采用这些形状的组合。关于加热器30的设置位置，并不限于上述的例子，也可以设置在处理室11的上部或者上述排气口的周围。此外，可以将支承基板的载物台(未图示)用作加热面。各加热器30具有加热面，该加热面被加热至充分的高温(例如，300°C IOOO0C )，以使在处理室11中产生的臭氧产生热分解。所以，在处理室11中产生的臭氧分子(O3)碰撞(接触)到加热器30从而产生热分解而被还原为氧(O2)。从而使经由排气通路13A被导向泵室12的排出气体的臭氧浓度降低。采用本实施方式的真空处理装置6，能够有效地降低存留在低温泵19中的排出气体的凝缩固体中的臭氧的浓度。所以，能够防止，在凝缩固体液化、气化与蒸发的再生工序中，对人体有害的高浓度臭氧气体被释放到大气中。并且，还能够防止因凝缩液态臭氧的分解反应带来的起火而对低温泵造成烧损的事态的发生。另外，采用本实施方式，由于不是利用催化剂而是利用加热而将臭氧分解、除去， 所以能够使真空槽10的内部维持在清洁的高真空状态。图8中的㈧ ⑶所例示的是加热器30的典型的结构。图8中(A)所示为由发热体311与支承该发热体311的支承体312构成的加热器
1331。发热体311对着处理室内侧地配置在支承体312上。支承体312可以由固定在真空槽 10上的一个或者多个平板或者弯板形成。不言而喻，从构成加热器31的角度来看，支承体 312并不是必需的，可以将发热体311直接设置在处理室11的规定位置上。关于这一点，对于上述的真空处理装置1(图1)来说也是同样的。图8中(B)所示为由线状的发热体构成的加热器32。作为线状的发热体而言，可以使用由钨等的具有高融点的金属材料构成的线材或带保护皮的加热丝等的棒状加热体， 将其拉设在处理室11内从而构成加热器32。这种加热器32的设置自由度较高，不仅是处理室11中，也可以设置在排气通路13A中。此外，还可以使用不具有加热作用的支承体对线状发热体进行支承。图8中(C)所示为由网状的发热体构成的加热器33。与线状的发热体相比，网状的发热体具有发热有效面积大的优点。作为网状的发热体而言，不限于网孔状的，也可以采用格状的发热体或者穿孔金属板。此外，并不仅是处理室11中，还可以在排气通路13A中设置加热器33。而且，还可以使用不具有加热作用的支承体以对线状发热体进行支承。图8中⑶所示为由多孔状的发热体构成的加热器34。多孔的物质表面积大，能够提高臭氧的分解效率。作为多孔状的发热体而言，典型的有多孔质SiC发热体等。除此之外，也可以采用织物状的发热体。此外，不仅是处理室11中，在排气通路13A中也可以设置加热器33。另外，也可以用非发热性的多孔物质与对其进行加热的发热体的组合来构成多孔的发热体。如图9所示，在处理室111(真空槽)内设有一根铜线120。使处理室111内维持规定的压力(O. IPa)，将铜线1 加热至较高的温度(900°C )。并且，将用臭氧发生器140 产生的臭氧导入处理室111中，对处理室111内残存的臭氧用四极杆质量分析器150进行检测。用臭氧发生器140产生的臭氧的浓度(03/02)为7000ppm。图10所示为，在使铜线120发热的情况下(ON)以及不发热的情况下(OFF)四极杆质量分析器150的臭氧的检测输出。根据结果可知，在使铜线120发热，其表面温度达到 900°C之后，臭氧的检测输出显著地减少。相反地，若使铜线120的发热停止，则臭氧的检测输出回复至初始值。根据图10的结果可知，由高温的铜线120能够使臭氧切实地进行热分解。并且， 根据在铜线120发热时分析器150的检测输出的减少值(b)与导入臭氧时分析器150的检测输出的增加值(a)的比值(b/a)可知，臭氧的分解率为82%。在上述实验例中，用与臭氧分子的接触率比较小的线状的发热体构成加热面，然而即使在这样的情况下也能够使臭氧高效地被分解，因而可以推定，设置多根这样的线状发热体或者使用面状的发热体能够使臭氧的分解效率进一步提高。根据以上结果可知，作为在真空中的臭氧分解机构而言，本发明是非常有效的。用热电阻线代替上述实验例中的铜线120，用铁线与铱线进行同样的实验。所得到的结果为，在使用铁线时，在970°C的表面温度下臭氧分解率为68%，使用铱线时，在 1000°C的温度下臭氧分解率为55%。根据这样的结果可知，臭氧分解效率与线的材质无关， 使其表面温度保持在适当的高温(上述两种材质约为10000°C )能够达到与铜线大致相同的分解率。这说明臭氧分解率与高温表面的材质无关，而仅与表面温度具有很大的关系。此外，由于高温表面所使用的材质并不限于特定的材质，所以这意味着能够根据真空处理的各项条件与真空装置的要求来选择合适的材质。为了验证上述实验结果是否可靠，用计算机进行模拟实验，通过模拟气体分子的运动与碰撞而求得图9中对应的实验模型中的臭氧分子与热电阻线的碰撞率。其结果如图 11所示。如图11中实线所示，臭氧分子与热电阻线的碰撞几率与真空排气系统的主排气阀的打开程度有关。并且，在上述实验中得到的臭氧分解率为图11中的黑色正方形所示的点(所示的数值)，与模拟结果非常相近。模拟的分子碰撞结果能够说明实验值正确，因而，可以说臭氧分子的分解效率与臭氧分子和高温表面的碰撞率相等。这说明了本发明的原理即臭氧分子与高温表面一接触就立即发生热分解是正确的。此外，在模拟中，通过调整主排气阀的打开程度能够得到接近于100%的分解率。 这说明能够将臭氧的分解率设定并维持在所需的数值。由于真空装置在结构上的原因，使高温表面的形态、面积、设置部位等会受到限制，但可以通过调节主排气阀的打开程度而得到较高的臭氧分解率。这是本发明的有益效果之一。本发明的发明人试着用大致如图12所示的排气系统简单地对主排气阀的打开程度(开度)与臭氧分解率的关系进行了研究。在图12中，与图1相对应的部分采用相同的符号进行标记，并且省略了其详细的文字说明。图12所示的排气系统与图1中的相同，在真空槽10与低温泵19之间配置着配管 13，在配管13的内部从真空槽10 —侧向低温泵19 一侧顺序地配置加热器21与阀芯17。 这样的结构是能够通过调整主排气阀(阀芯17)的打开程度而得到较高的臭氧分解率的结构中的一种。在该排气系统内部，臭氧分子从吸入侧边界面入射(流入)(ni)，在加热器21 周围的空间内无序地运动。这些臭氧分子最终会，碰撞到加热器21上而立刻分解(nh)、或者被壁面散射(nw)、或者从排出侧边界面流出(ne)、或者从吸入侧边界面流出(nb)。nh、 nw.ne.nb表示经过了上述过程的单位时间的臭氧分子数。臭氧分子的流入(ni)以及臭氧的分解为恒定的条件下，吸入侧边界面与排出侧边界面之间的空间中，臭氧的分子数是一定的，下式(2)是成立的(nw只不过是在壁面上的散射，因而在式O)中不考虑)。ni = nh+ne+nb." (2)臭氧的分解率Y为，y = nh/ni... (3)将⑵代入(3)，则，y = l/{l+(ne/nh) + (nb/nh)}— (4)气体分子向表面的入射频率与入射表面的面积是成比例的，将排出侧边界面的面积记为Ae，全部加热器21的发热面的总面积记为AhHne/nh = Ae/Ah... (5)则式(4)变为，y = l/{l+(Ae/Ah)+C}— (6)从吸入侧边界面流出的分子(nb)很大程度上依赖于加热器21的形状与配置以及配管13的形状，并不是能够用像式( 那样简单的面积比来表示的，因而，(nb/nh) =C(常数)。根据式(6)可知，减小主排气阀(阀芯17)的打开程度则Ae变小，臭氧分解率Y 接近最大值1/(1+0。与此相反，增大主排气阀17的打开程度，使Ae接近配管132的截面面积Ac，则臭氧分解效率接近于最小值l/{l+(Ac/Ah)+C}。在理想的设计结构中，常数C很小，则式(6)变为，γ = l/{l+(Ae/Ah)}…(7)在低温泵中进行再生的再生时间τ由允许排到低温泵中的臭氧的允许量(M)以及真空槽中产生的臭氧量(G)所决定。τ = (M/G)/(l-y)··· (8)根据该式⑶可知，与臭氧完全未溶解时的情况(Y = 0)相比，如果要使再生时间延长2倍的话，臭氧的分解效率至少要在50%以上(γ彡0.5)。根据式(7)，臭氧分解率50%所对应的主排气阀的开度Ae为，Ae = Ah... (9)S卩，通过调整主排气阀的开度Ae，使之达到与发热面211的总面积An相等的程度， 能够获得50%的臭氧分解率。Ah依赖于设计结构，但是，为了不明显损害排气系统的流导， 最好是使其为配管截面面积Ac的1/2。在这样的条件下，式(9)变为，0 < Ae ^ Ac/2— (10)即，通过使主排气阀的开度变为配管截面面积Ac的50 %以下(若Ah较小，则需要再进一步缩小主排气阀的开度)，能够获得50%以上的臭氧分解率。在上面对本发明的具体实施方式
作了说明，但本发明并不仅限于此，可以根据本发明的基本技术思想进行各种的变更。例如，在上述实施方式中，所例示的是通过等离子的形成而在处理室内产生臭氧的真空处理，然而并不仅限于此，本发明也可以适用在形成带电粒子束流的各种真空处理装置中，其中，该带电粒子束流包括用于对式样进行表面分析或表面加工的电子束、或者用于注入离子工序中的离子束等。此外，在上述实施方式中，说明了用于使臭氧热分解的加热器(发热体)的各种实施方式，然而，也并不限于上述的方式，并且发热体的设置位置也不限于附图中所示的位置，可以根据所使用的真空装置的规格进行适当的变更。再者，本发明也可用于防止，在用吸附剂对气体进行低温吸附的低温吸附泵中，再生时浓缩液态臭氧的起火以及由起火带来的吸附剂的燃烧。
权利要求
1.一种真空排气装置，用于对真空处理用的处理室进行排气，其特征在于， 包括泵单元，该泵单元具有冷捕集器与排气通路，所述冷捕集器能够捕集排出气体，所述排气通路用于将所述排出气体从所述处理室导向所述冷捕集器；加热单元，其使从所述处理室流向所述冷捕集器的所述排出气体中含有的臭氧在所述排气通路中产生热分解。
2.根据权利要求1所述的真空排气装置，其特征在于，所述泵单元具有收装所述冷捕集器的泵室以及形成所述排气通路的配管， 所述加热单元具有配置在所述配管的内部的发热面。
3.根据权利要求2所述的真空排气装置，其特征在于，在与所述排气通路的轴向相交叉的方向上保持一定间隔地配置着多个所述发热面。
4.根据权利要求3所述的真空排气装置，其特征在于所述加热单元具有支承所述发热面的支承体，所述发热面被配置在所述支承体的对着所述处理室的表面上。
5.根据权利要求4所述的真空排气装置，其特征在于，所述支承体包括隔热层。
6.根据权利要求4所述的真空排气装置，其特征在于，所述加热单元还具有转动机构部，用于使所述支承体以与所述配管的轴向交叉的方向上的轴线为中心转动。
7.根据权利要求2所述的真空处理装置，其特征在于，沿着所述排气通路的轴向保持一定间隔地配置着多个所述发热面。
8.根据权利要求2所述的真空排气装置，其特征在于， 所述加热单元包括网孔状的发热体。
9.根据权利要求2所述的真空排气装置，其特征在于， 所述加热单元包括筒状的发热体。
10.根据权利要求2所述的真空排气装置，其特征在于，所述配管具有连接在所述处理室侧的第1管部件以及连接在所述泵室侧的第2管部件，所述真空排气装置还包括收装用于开闭所述排气通路的阀芯的阀室，该阀室配置在所述第1管部件与所述第2管部件之间。
11.根据权利要求10所述的真空排气装置，其特征在于， 所述发热面被配置在所述第1管部件的内部。
12.根据权利要求10所述的真空排气装置，其特征在于， 所述发热面被配置在所述阀室的内部。
13.根据权利要求10所述的真空排气装置，其特征在于， 所述发热面被配置在所述第2管部件的内部。
14.一种真空处理装置，其特征在于， 包括真空处理用的处理室；泵单元，该泵单元具有冷捕集器与排气通路，所述冷捕集器能够捕集排出气体，所述排气通路用于将所述排出气体从所述处理室导向所述冷捕集器；加热单元，其使从所述处理室流向所述冷捕集器的所述排出气体中含有的臭氧在所述排气通路中产生热分解。
15.根据权利要求14所述的真空处理装置，其特征在于， 所述加热单元被配置在所述排气通路中。
16.根据权利要求14所述的真空处理装置，其特征在于， 所述加热单元被配置在所述处理室中。
17.一种真空排气方法，为用低温泵对存在臭氧的处理室进行排气的方法，其特征在于，使排出气体中的臭氧在排气途中与加热面接触而产生热分解， 用所述低温泵的冷捕集器将所述排出气体凝缩。
全文摘要
本发明的目的在于，提供一种能够抑制臭氧在低温泵中的存留的真空排气装置、真空处理装置以及真空排气方法。为达到上述目的，本发明的一个实施方式的真空排气装置(1)包括真空处理用的处理室(11)泵单元，该泵单元具有冷捕集器(161)与排气通路(13A)，所述冷捕集器(161)能够捕集排出气体，所述排气通路(13A)用于将所述排出气体从所述处理室(11)导向所述冷捕集器(161)；加热单元(20)，其使从所述处理室(11)流向所述冷捕集器(161)的所述排出气体中含有的臭氧在所述排气通路(13A)中产生热分解。
文档编号F04B37/08GK102171455SQ20098013858
公开日2011年8月31日 申请日期2009年11月12日 优先权日2008年11月14日
发明者增田行男, 大园修司, 小室拓, 斋藤一也, 浅利伸, 降矢新治 申请人:株式会社爱发科, 爱发科低温泵株式会社