JP2000140608A - 真空プロセスにおける不活性ガス中の活性ガスの除去方法及び装置 - Google Patents

真空プロセスにおける不活性ガス中の活性ガスの除去方法及び装置

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JP2000140608A JP10314883A JP31488398A JP2000140608A JP 2000140608 A JP2000140608 A JP 2000140608A JP 10314883 A JP10314883 A JP 10314883A JP 31488398 A JP31488398 A JP 31488398A JP 2000140608 A JP2000140608 A JP 2000140608A
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Abstract

(57)【要約】 【課題】表面処理や真空ポンプの使用などの工夫、導入
不活性ガスの高純度化、大量の高純度の不活性ガス及び
大型真空ポンプの使用、及び蒸発型のゲッタポンプの使
用に伴う問題点を解決して、設備コスト及び運転コスト
を低く抑えることができかつ効率的に活性ガスを排除で
きる真空プロセスにおける不活性ガス中の活性ガスの除
去方法及び装置を提供する。 【解決手段】スパッタイオンポンプを、真空チャンバの
バックグランド圧力を下げるための主ポンプの一つとし
て使用すると共に、プロセス中には不活性ガス中の活性
ガスを除去するフィルタとして機能するように構成され
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、真空プロセスにお
ける不活性ガス中の活性ガスの除去方法及び装置に関す
るものである。
【0002】
【従来の技術】アルゴン、キセノン、クリプトン等の不
活性ガスを利用してプロセスを行う場合、不活性ガス以
外の活性ガスが存在すると、プロセスに悪影響を及ぼす
ことは知られており、その典型的な例としては半導体プ
ロセスがある。このようなプロセスに悪影響を及ぼす活
性ガスの問題を解決するため下記のような種々の方法が
提案され採用されてきた。 1. 表面処理や真空ポンプの使用などを工夫して真空プ
ロセスの行われる真空チャンバのバックグランド圧力(
すなわちプロセスを行わない時の圧力) をできるだけ下
げる方法。 2. 真空チャンバに導入する不活性ガスの純度を高める
方法。 3. プロセス雰囲気を維持するために、高純度の不活性
ガスを大量に流しながら大きな真空ポンプを使って排気
する方法。 4. 水素、酸素、窒素、水蒸気等の活性のあるガスに対
して大きな化学吸着特性をもつ蒸発型のゲッタポンプを
使用してガスを純化するする方法。
【0003】このようなプロセスに悪影響を及ぼす活性
ガスを排除する方法にはそれぞれ次のような問題点があ
る。 1. 上記1の方法では、排気系の真空ポンプにスパッ
タイオンポンプが使用されるが、スパッタイオンポンプ
の正常排気圧力は、知られているように、10-4Torr 以
下であり、これより高い圧力では放電はぺニング放電と
ならずにプラズマがポンプ内に広がってイオン衝撃によ
りガス放出が激しくなる。一方、プロセスの行われる時
の圧力はスパッタイオンポンプの正常排気圧力範囲より
はるかに高い。従って、プロセスを行う時にはスパッタ
イオンポンプは運転できず、従ってプロセス中の活性ガ
スを排気することができない。
【0004】2. 上記2の方法においては、不活性ガ
スの純度を高めるためには非常にコストがかかり、経済
的に問題がある。
【0005】3. プロセス中の活性ガスとしては、導
入ガス中の活性ガス以外に、真空チャンバの熱等により
発生する活性ガスが存在している。そのために、上記3
の方法においては、大量の高純度の不活性ガスを使用し
て活性ガスの濃度を下げ、真空排気するので、大型のポ
ンプが必要となり、設備が大型化すると同時に設備のコ
スト及び運転コストが高くつくという問題点ある。
【0006】4. 上記4の方法において使用されるゲ
ッタポンプは、蒸発の温度が高く、そのため活性ガスが
大量に発生し、特にCH4の発生は悪影響が大きいとい
う問題がある。またゲッタポンプは蒸発を時間的かつ定
量的に制御することが困難であるという問題もある。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】そこで、本発明は、従
来の技術すなわちに表面処理や真空ポンプの使用などの
工夫、導入不活性ガスの高純度化、大量の高純度の不活
性ガス及び大型真空ポンプの使用、及び蒸発型のゲッタ
ポンプの使用に伴う上述のような問題点を解決して、設
備コスト及び運転コストを低く抑えることができかつ効
率的に活性ガスを排除できる真空プロセスにおける不活
性ガス中の活性ガスの除去方法及び装置を提供すること
にある。
【0008】
【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
めに、本発明においては、スパッタイオンポンプを、真
空チャンバのバックグランド圧力を下げるための主ポン
プの一つとして使用すると共に、プロセス中には不活性
ガス中の活性ガスを除去するフィルタとして機能させ
る。
【0009】不活性ガス雰囲気プロセス中に活性ガスに
対するフィルタとして機能するようにスパッタイオンポ
ンプを運転することによって、活性ガスの濃度を下げた
り活性ガスの排除のための排気動作を補償するため大量
の高純度ガスを使用する必要がなくなると同時にプロセ
ス中に使用するポンプの排気量も小さくすることができ
るようになる。言換えれば、真空チャンバに導入するガ
スの純度が悪くても高純度ガスと同じ効果が得られるよ
うになり、このことは装置の設備コスト及び運転コスト
を低く抑えることができるようになる。実際に、スパッ
タイオンポンプは、アルゴンやヘリウムのような不活性
ガスに対する排気速度に比べて空気や窒素のような活性
ガスに対して大きな排気速度をもつので、本発明におい
てはスパッタイオンポンプの運転を最適に制御すること
により、不活性ガスをほとんど排除しない(1%程度)
で、活性ガスだけ(99%程度)を排除することかできる
ようになる。また、蒸発型のゲッタポンプのように高温
が発生しないので、高温による活性ガスの発生がなくな
る。
【0010】
【発明の実施の形態】本発明の一つの実施の形態によれ
ば、不活性ガスを真空チャンバ内に供給して所要のプロ
セスを行う真空プロセスにおいて、スパッタイオンポン
プを、真空チャンバ内に供給される不活性ガスを含む真
空チャンバ内の雰囲気中から活性ガスを除去するフィル
タとして動作させることを特徴とする真空プロセスにお
ける不活性ガス中の活性ガスの除去方法が提供される。
スパッタイオンポンプは、真空チャンバ内で不活性ガス
雰囲気プロセスを行わない時には高電圧、低電流で運転
され、一方不活性ガス雰囲気プロセスを行う場合には低
電圧、大電流で運転されるようにされる。真空チャンバ
内で不活性ガス雰囲気プロセスを行わない時に使用する
高電圧は約4KV〜10KVであり、また、不活性ガス雰囲気
プロセスを行う場合に使用する低電圧は1.5 KV以下であ
る。
【0011】本発明の別の実施の形態によれば、不活性
ガスを真空チャンバ内に供給して所要のプロセスを行う
真空プロセスにおいて、スパッタイオンポンプと、この
スパッタイオンポンプが、真空チャンバ内に供給される
不活性ガスを含む真空チャンバ内の雰囲気中から活性ガ
スを除去するフィルタとして機能するように制御する電
力制御手段とを設け排気系にスパッタイオンポンプを設
けたことを特徴とする真空プロセスにおける不活性ガス
中の活性ガスの除去装置が提供される。電力制御手段
は、一実施形態では定電力制御方式でスパッタイオンポ
ンプへの投入電力を制御するように構成され得る。代わ
りに、電力制御手段は最大電力制限方式でスパッタイオ
ンポンプへの投入電力を制御するように構成され得る。
【0012】本発明の好ましい実施の形態においては、
スパッタイオンポンプは、真空チャンバ内の不活性ガス
の圧力に無関係に除去しようとする活性ガスの量に応じ
て印加電力が設定され得る。
【0013】
【実施例】以下、添付図面を参照して本発明の実施例に
ついて説明する。図1は本発明を実施している真空プロ
セス装置の一例を概略的に示し、1は内部で所要の真空
プロセスが行われる真空チャンバであり、真空チャンバ
1にはバルブ2を介して不活性ガス供給源3が接続さ
れ、また真空チャンバ1内には処理される基板4挿置さ
れている。5はスパッタイオンポンプであり、電力制御
装置6を介して電源7に接続されている。また、8はチ
ャンバ1に接続された排気系である。
【0014】スパッタイオンポンプ5は、真空チャンバ
1内で不活性ガス雰囲気プロセスを行わない時には圧力
が低いので、約4KV〜10KVの高電圧、低電流モードで運
転し、また不活性ガス雰囲気プロセスを行う場合には1.
5KV以下の低電圧、大電流モードで運転するように電力
制御装置6によって運転制御される。このようにするこ
とにより、スパッタイオンポンプ5は常に活性ガスを排
除することができる。そして活性ガスの排気量及び電力
は高い温度にならないように設定される。電力制御装置
6は定電力制御方式または最大電力制限方式に構成され
得る。
【0015】図2はスパッタイオンポンプ5を定電力制
御方式で制御する場合の電力と圧力との関係を示す。
【0016】図3はスパッタイオンポンプ5を最大電力
制限方式で制御する場合の電力と圧力との関係を示す。
超高真空バックグランドのシステムの場合、圧力の変動
は107倍に変化する。そして電圧が一定であれば電流も1
07倍に変化する。しかしスパッタイオンポンプ5に印加
する電圧範囲は約100V〜10KV程度であるので、電圧調整
だけては107倍程度の電流変化をカバーすることはでき
ず、図2に示す定電力制御方式ではスパッタイオンポン
プ5を制御できなくなる場合があり、従ってこのような
場合には最大電力制限方式が選択される。
【0017】図4には最大電流を制限する場合の例を示
し、不活性ガス雰囲気プロセスを行う時と行わない時の
圧力の差は大きく、そして電圧の変動も大きい。そのた
め最大電流だけで制限すればかなりの効果がある。すな
わち不活性ガス雰囲気プロセスにはスパッタイオンポン
プ5の電圧は圧力による変化が少ないので、近似的に最
大電力制御となる。
【0018】次に、スパッタイオンポンプ5の活性ガス
をトラップするフィルタとしての機能について説明す
る。スパッタイオンポンプの活性ガスに対する排気能力
はスパッタされたTiの化学吸着によるものであり、下記
の関係が成り立つ。 N∝j×A M∝S×N M∝S×j×A ここで、NはスパッタによるTi原子の数、Aはイオンポ
ンプに印加した電力、jはTiのArによるスパッタ収率、
SはTi原子の活性ガスに対する吸着確率、MはTi原子に
捕らえられた活性分子数である。上記の関係はArの圧力
に関係ないので、排除しようとする活性ガスの分子数
(活性ガスの分圧と流量で定まる)に比例する電力を投
入する。
【0019】スパッタイオンポンプは、アルゴンなどの
不活性ガスに対して排気能力が低く、ポンプにもよるが
1%〜数%である。本発明においてはプロセスを行う時
にスパッタイオンポンプに印加する電圧が低いので、ス
パッタイオンポンプの不活性ガスに対する排気能力はさ
らに低下し、その結果プロセス中にアルゴンなどの不活
性ガス中の活性ガスだけの選択的排気が可能となった。
【0020】図5には、真空チャンバ1内にアルゴンと
窒素ガスとの混合ガスを導入し、投入電力を変えてスパ
ッタイオンポンプを運転した場合のN2とArとの分圧の
比を示す。投入電力0Wの初期状態の混合ガスでは分圧
比は1:7であるが、0.3Wの電力を投入すると分圧比
は一桁上がり、1.2 Wの電力を投入すると分圧比は二桁
上がることが分かる。図6にはスパッタイオンポンプへ
の投入電力とN2の排気特性を示す。
【0021】以上説明してきたように、本発明による真
空プロセスにおける不活性ガス中の活性ガスの除去方法
においては、不活性ガスを真空チャンバ内に供給して所
要のプロセスを行う真空プロセスにおいて、スパッタイ
オンポンプを、真空チャンバ内に供給される不活性ガス
を含む真空チャンバ内の雰囲気中から活性ガスを除去す
るフィルタとして動作させるように構成しているので、
プロセスに悪影響を及ぼす活性ガスを実質的に除去する
ことができ、その結果大量の高純度不活性ガスの使用や
大きな真空ポンプの使用を必要とせずに低運転コストで
所要の真空プロセスを実施できるようになる。
【0022】また、本発明による真空プロセスにおける
不活性ガス中の活性ガスの除去装置においては、不活性
ガスを真空チャンバ内に供給して所要のプロセスを行う
真空プロセスにおいて、スパッタイオンポンプと、この
スパッタイオンポンプが、真空チャンバ内に供給される
不活性ガスを含む真空チャンバ内の雰囲気中から活性ガ
スを除去するフィルタとして機能するように制御する電
力制御手段とを設けているので、プロセス中にもスパッ
タイオンポンプを作動して活性ガスを除去するフィルタ
として機能させることができるようになり、システムを
大型化や運転コストの増大を実質的に伴わずにプロセス
に悪影響を及ぼす活性ガスを有効に除去できる装置を提
供することができるようになる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明を実施しているプロセス装置の一例を
示す概略線図
【図2】 図1におけるスパッタイオンポンプを定電力
制御する場合の電力と圧力との関係を示すグラフ。
【図3】 スパッタイオンポンプを最大電力制限方式で
制御する場合の電力と圧力との関係を示すグラフ。
【図4】 最大電流制限方式で制御する場合の電力と圧
力との関係を示すグラフ。
【図5】 スパッタイオンポンプの投入電力と、アルゴ
ンと窒素ガスとの混合ガスN2とArとの分圧の比との測
定例を示すグラフ。
【図6】 スパッタイオンポンプへの投入電力とN2
排気特性との関係を示すグラフ。
【符号の説明】
1:真空チャンバ 2:バルブ 3:不活性ガス供給源 4:基板 5:スパッタイオンポンプ 6:電力制御装置 7:電源 8:排気系
フロントページの続き Fターム(参考) 4G075 AA06 AA61 BB05 CA63 CA65 EB01 ED01 ED20 5C033 KK01 KK04 KK09 5C038 AA06 AA10 AA12

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 不活性ガスを真空チャンバ内に供給して
    所要のプロセスを行う真空プロセスにおいて、スパッタ
    イオンポンプを、真空チャンバ内に供給される不活性ガ
    スを含む真空チャンバ内の雰囲気中から活性ガスを除去
    するフィルタとして動作させることを特徴とする真空プ
    ロセスにおける不活性ガス中の活性ガスの除去方法。
  2. 【請求項2】 スパッタイオンポンプを、真空チャンバ
    内で不活性ガス雰囲気プロセスを行わない時には高電
    圧、低電流で運転し、一方不活性ガス雰囲気プロセスを
    行う場合には低電圧、大電流で運転することを特徴とす
    る請求項1に記載の方法。
  3. 【請求項3】 真空チャンバ内で不活性ガス雰囲気プロ
    セスを行わない時に使用する高電圧が約4KV〜10KVであ
    り、また、不活性ガス雰囲気プロセスを行う場合に使用
    する低電圧が100V〜1.5KVであることを特徴とする請求
    項1に記載の方法。
  4. 【請求項4】 不活性ガスを真空チャンバ内に供給して
    所要のプロセスを行う真空プロセスにおいて、スパッタ
    イオンポンプと、このスパッタイオンポンプが、真空チ
    ャンバ内に供給される不活性ガスを含む真空チャンバ内
    の雰囲気中から活性ガスを除去するフィルタとして機能
    するように制御する電力制御手段とを設け排気系にスパ
    ッタイオンポンプを設けたことを特徴とする真空プロセ
    スにおける不活性ガス中の活性ガスの除去装置。
  5. 【請求項5】 電力制御手段が定電力制御方式でスパッ
    タイオンポンプへの投入電力を制御するように構成した
    ことを特徴とする請求項4に記載の装置。
  6. 【請求項6】 電力制御手段が最大電力制限方式でスパ
    ッタイオンポンプへの投入電力を制御するように構成し
    たことを特徴とする請求項4に記載の装置。
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