JPH0733862Y2 - 真空チャンバのガス供給装置 - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本考案は、真空チャンバにガスを供給するガス供給装置
に関するものであり、特に詳しくは、真空チャンバに導
入する各種ガスあるいはプロセス用各種ガスから、水分
やダスト等の異物を除去するのに好適なガス供給装置に
関するものである。

［従来の技術］ 真空圧力を降下させる場合、10^-4〜10^-5Torrになると、
容器内表面に付着または吸蔵しているガス分子が容器内
に飛び出し、その表面から放出されるガス分子により圧
力の低下が阻害される。このガスを人為的に早期に放出
させる手段として、ベーキングがあり、容器温度を高く
して早くガスを放出させるという方法をとる。

しかるに、各種ガスの離脱速度について考察すると、常
温（20℃）において、H₂，O₂，CH₄等の多くのガス類が1
0^-12〜10^-13（秒）であるのに対し、H₂Oは10^-6（秒）の
オーダーであり、一方、150℃では、H₂，O₂，CH₄等のガ
スにおける離脱速度がほぼ上記と変わらないのに対し、
H₂Oでは10^-8（秒）のオーダーになる。よって、ベーキ
ングを行うのは、H₂Oを早く表面から放出させるために
有効であり、他の多くのガス類については、ベーキング
の効果が比較的少ない。

このことから、チャンバ等における真空圧力を早く低下
させるには、チャンバ内のH₂Oを極力少なくする必要が
ある。特に、H₂Oは常温においてH₂，O₂，CH₄等の約10⁶
倍が壁面に付着しており、壁面からポンプへ到達するの
に、約10⁶倍の時間がかかることからも、H₂Oを少なくす
る必要があることは明らかである。従って、製品等の出
し入れのためにチャンバを真空から大気圧に戻す場合の
ガス（空気）供給に際して水分を除去するとか、真空状
態のチャンバに必要なガスを供給する場合に除湿しなが
らガスを供給するなど、常にH₂Oの少ないガスをチャン
バに供給することが、圧力の低下を早くするために有効
である。

また、真空中で半導体を製造する場合に、H₂Oが存在す
るとそれがH₂とO₂とに分解し、SiウエハーがそのO₂によ
りSiO₂を作ってしまうために純度が低下し、従って、こ
のような観点からもH₂Oを除去することが必要になる。H
₂Oを少なくする手段としては、ガスメーカーからユース
ポイントまでの輸送中にH₂Oの混入を避けるには大きな
困難性がある場合が多く、そのため、極、超高真空を発
生させるチャンバや作業チャンバ内に常にH₂Oを導入し
ないことが必要になる。

［考案が解決しようとする課題］ 本考案が解決しようとする課題は、真空圧を速やかに低
下させることが可能な真空チャンバのガス供給装置を提
供することにある。

［課題を解決するための手段］ 上記課題を解決するため、本考案は、真空チャンバと、
該真空チャンバにガスを供給する供給管路とを備えた真
空チャンバのガス供給装置において、上記供給管路に、
冷材を充填する断熱性の冷材容器と、該冷材容器内の冷
材に浸漬される熱伝導性の良好な素材よりなる密閉容器
と、外周縁が上記密閉容器に直接的に固定され密閉容器
内を流れるガスから冷却による吸着及び液化により水分
を除去するための複数段の焼結金属製のフィルタとを有
する冷却除湿器を設けたことを特徴としている。

［作用及び考案の効果］ 供給管路を通って真空チャンバに供給されるガスは、供
給管路に設けた冷却除湿器内の密閉容器を流れ、該密閉
容器と密閉容器内に複数段設けた焼結金属製フィルタと
により冷却されて、ガス中の水分が該フィルタによる吸
着及び液化によりダストと共に除去され、これらが除去
されたガスが真空チャンバに供給される。

従って、真空チャンバに供給されるガスが水分を含まな
いので、再度真空にする場合に、真空チャンバを速やか
に所望の真空圧に低下させることができる。

この場合、熱伝導性のよい焼結金属製のフィルタの複数
段の外周縁を、密閉容器に直接的に取付けたことによ
り、これらのフィルタが冷材によって速やかに冷却され
るので、短時間で作業を開始することができるばかりで
なく、温度降下によって水分の吸着効率を高めることが
できる。

また、冷却除湿器に供給されたガスが、複数段設けた焼
結金属製フィルタの細かい隙間を多数回通ることによ
り、ガス分子がフィルタに衝突する確率が高いので、ガ
ス中の水分の捕集能力が向上する。

［実施例］ 第１図は本考案の実施例を示し、この実施例は真空チャ
ンバ１、該チャンバ１内を極、超高真空にするための排
気管路２、及びチャンバ１を大気圧に復帰させるための
供給管路３を備え、排気管路２には、チャンバ１側から
真空バルブ４、適宜の真空ポンプ５、及びバルブ６が順
次接続され、供給管路３には、後記する冷却除湿器11と
その前後のガスバルブ8,8とが接続されている。

第２図に詳細を示す上記冷却除湿器11は、液体窒素、フ
レオン等の冷材12を充填する断熱性の冷材容器13と、冷
材12中に浸漬させる密閉容14とを備え、密閉容器14にガ
スを給排する導入管15と導出管16は、冷材容器13の断熱
性の蓋17に形設した孔を通って器外に延出する先端が、
供給管路３に接続される。

密閉容器14は、例えばステンレス鋼、アルミニウム合金
等の熱伝導の良好な素材で形成し、ガスの流れ方向と略
直交する方向に、複数のフィルタ19a,19b,19cが内設さ
れ、それらを容器14の内壁に密着状態で固定することに
より、良好な熱伝導性を保つようにして接合されてい
る。

上記フィルタは、例えばステンレス鋼、真鍮等の熱伝導
の良い金属の微細粒子または繊維を焼結し、あるいはそ
れらの複合体を焼結することにより、浄化ガスの平均自
由行程に近いメッシュを有するように成形されたもので
ある。具体的には、製造上の容易さを考慮し、それらの
粒子や繊維間に数μｍ程度の流体通過間隙を有するもの
として構成することができるが、例えば１μｍ以下のさ
らに小さい間隙（望ましくは0.1μｍ程度）にすること
が望まれる。

複数のフィルタ19a,19b,19cは、ガス流入側のフィルタ1
0aの目を粗くし、ガス流出側のフィルタ19cに向けて順
次目を細かくするのが良く、特に水分を多量に吸着する
ガス流入側のフィルタは、目を粗くするのが良い。

上記密閉容器14は、加熱流体を通すことによって加熱す
る加熱器20を有し、作業開始前に予め高真空下で加熱し
て、内部の水分を十分に放出させておく。

このような構成を有する冷却除湿器において、冷材容器
13に液体窒素等の冷材12を充填すると、密閉容器14の温
度は、外周からフィルタ19a,19b,19cの中心に向けて急
速に低下する。フィルタ19a,19b,19cが十分に冷却され
た時点で、供給管路３からガスを供給すると、そのガス
はフィルタ19a,19b,19cを通り、冷材12より気化温度が
高い不純物の気体（水蒸気）が液化（吸着）してフィル
タ19a,19b,19cにより捕集され、不純物ガスや水分、ダ
ストが除去された清浄ガスは、供給管路３を通って真空
チャンバ１に流入する。

従って、真空チャンバ１に供給されるガスが水分を含ん
でいないので、再度真空にする場合に、真空チャンバ１
を超、極高真空に低下させる時間を短縮することができ
る。

この場合、温度が低い程分子の吸着が良くなるので、フ
ィルタ19a,19b,19cのすぐれた熱伝導性により吸着効率
を高めることができる。また、浄化すべきガスが焼結金
属からなるフィルタ19a,19b,19cにおけるミクロン単位
の隙間を数百回も通過するため、ガス分子がフィルタの
内壁に衝突する確率が高くて捕集能力がよい。

さらに、フィルタをステンレス鋼で形成すると、腐蝕性
ガスの除湿やダスト除去を行うことができる。

本考案者らの実験によれば、真空を大気圧に戻すのに、
チャンバに湿度45％の大気を導入した場合は、第５図Ａ
に示すように、再びチャンバを排気して10^-9Torr台迄排
気するのに約800分かかるのに対し、150℃で24時間ベー
キングした後に10〜20PPMの水分を含む窒素ガスを導入
した場合は、同図Ｂに示すように約120分、同様のベー
キングをした後に上記冷却除湿器11により除湿後（市販
測定器の1PPMの測定限界以下）の窒素ガスを導入した場
合は、同図Ｃに示すように約11分と、大幅に排気時間が
短縮された。

上記冷却除湿器11は、フィルタにより除去した不純物等
を蓄積するタイプの装置であるから、ガスを連続して浄
化する場合は、装置を２個または２個以上設置して、一
方の除湿器で不純物を除去している間に、他方の密閉容
器14を該容器中の加熱器20で加熱しながら真空ポンプで
吸引し、内部を除湿、浄化する。この場合も、フィルタ
19a,19b,19cへの熱伝導がよいので、急速に加熱され、
密閉容器14内の除湿に必要な時間を短縮できる。

上記冷却除湿器11は、密閉容器14全体を冷却する全冷却
式であるが、冷材12として液体窒素を使用し、それによ
って窒素ガスの浄化を行う場合など、冷材と浄化すべき
ガスの液化温度が同じかほぼ等しい場合には、フィルタ
の冷却能力が大きいと、浄化すべきガス（窒素ガス）が
密閉容器14内で液化して導出管16に流れない可能性があ
る。また、このときに冷材容器13中の冷材12がなくなる
と、密閉容器14内の液化ガスが気化して密閉容器14の内
圧が著しく高圧になる可能性がある。

第３図は、このような問題に対処し、密閉容器を部分冷
却式とした冷却除湿器を示している。

この冷却除湿器31は、冷材32を充填する断熱性の冷材容
器33と、冷材容器33の下方に設置した断熱性のケース41
とを備え、ガスを浄化するための密閉容器34におけるガ
ス流入側部34aをケース41内に、ガス流出側部34bを冷材
容器33内に位置させている。そして、ガス供給側のフィ
ルタ39aは、空気等のガス流入口42と流出口43を有する
ケース41側に位置させ、フィルタ39b,39cは、冷材容器3
3側に位置させている。また、浄化すべきガスの導入管3
5及び導出管36は、ケース41及び冷材容器33の断熱性の
蓋37の孔を通して装置31外に延出する先端が、供給管路
３に接続される。

この冷却除湿器31は、流入口42から流出口43に向けて強
制的に空気等を流して、密閉容器34のガス流入側部34a
を加熱する温度調整装置を備え、必要に応じてこの温度
調整装置を駆動することにより、密閉容器34内でのガス
の液化を防止することができる。

また、仮りに、浄化しようとするガスがフィルタ39b,39
cにおいて液化しても、液滴となって落下してフィルタ3
9aにおいて気化するので、密閉容器34内のガスが液体に
なることはない。

なお、40は加熱器であり、その他の構成、作用は、第１
実施例に関して説明したところと変わるところがない。

第４図は、冷却除湿器のさらに他の例を示している。こ
の冷却除湿器51は、二次冷材52が充填された断熱性の冷
材容器53内に、一次冷材が供給される管路61を導入し、
冷材容器53内の二次冷材52中に、浄化すべきガスを給排
する導入管55及び導出管56を接続した密閉容器54を浸漬
させている。そして、上記管路61と、密閉容器54に接続
した導入管55及び導出管56とは、冷材容器53の断熱性の
蓋57に形設した孔を通して装置51外に延出し、導入管55
及び導出管56は供給管路３に接続されている。また、冷
材容器53内には温度センサ62を設置し、該温度センサ62
を、その出力によって管路61への一次冷材の供給装置64
を制御するコントローラ63に接続している。

上記一次冷材としては、例えば液体窒素を使用すること
ができ、二次冷材はこれよりも凝固点の高い冷材、例え
ばエタノール等を使用し、一次冷材によって凝固点より
若干低い温度に冷却される。

密閉容器54は、第１実施例と同様に熱伝導の良好な素材
で形成し、浄化ガスの流れ方向と略直交する方向に、複
数のフィルタ59a,59b,59cが、容器54内壁と高熱伝導性
を保つように密接状態で接合されている。これらのフィ
ルタは、冷却除湿器11と同様に構成されている。

なお、第４図中の符号60は加熱器であり、その他の構成
は、第２図に示す冷却除湿器11と同じである。

この冷却除湿器51においては、一次冷材の供給制御手段
によりから管路61に一次冷材を供給すると、冷材容器53
の内部に充填した二次冷材52が冷却され、二次冷材52を
介して密閉容器54も冷却される。

二次冷材52がその凝固点より若干低い温度に冷却された
ことを温度センサ62が検知すると、供給装置64により一
次冷材の供給が停止され、導入管55から浄化すべきガス
が供給される。供給されたガスは、各フィルタを通って
導出管56に流れ、二次冷材52より気化温度が高い不純物
の気体（蒸気）を液化して（吸着）フィルタ59a,59b,59
cにより捕集し、不純物ガスや水分が除去された清浄ガ
スは、導出管56から供給管路３を通って真空チャンバ１
に供給される。

浄化ガスの供給によって二次冷材52が加温されるが、凝
固点より若干低い温度に冷却された二次冷材52は、融解
の潜熱によって比較的長時間略一定の温度を維持させる
ことができる。従って、一次冷材による二次冷材52冷却
のための時間間隔を長くすることができ、その温度管理
が容易である。

なお、これらの冷却除湿器は、いずれも冷材を大気に放
出しているが、容器で捕集して液化することにより、循
環させることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本考案の実施例の構成図、第２図ないし第４図
は異なる除湿器の断面図、第５図は真空チャンバの圧力
低下と時間の関係を示す線図である。 １……真空チャンバ、３……供給管路、11,31,51……冷
却除湿器、12,32,52……冷材、13,33,53……冷材容器、
14,34,54……密閉容器、19a〜19c,39a〜39c,59a〜59c…
…焼結金属フィルタ。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】真空チャンバと、該真空チャンバにガスを
   供給する供給管路とを備えた真空チャンバのガス供給装
   置において、 上記供給管路に、冷材を充填する断熱性の冷材容器と、
   該冷材容器内の冷材に浸漬される熱伝導性の良好な素材
   よりなる密閉容器と、外周縁が上記密閉容器に直接的に
   固定され密閉容器内を流れるガスから冷却による吸着及
   び液化により水分を除去するための複数段の焼結金属製
   のフィルタとを有する冷却除湿器を設けた、 ことを特徴とする真空チャンバのガス供給装置。