JPH05311403A - 成膜装置のガス再生装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 成膜用ガスを有効に利用して、ランニングコ
ストを削減させる。 【構成】 真空チャンバ１の排気側配管９に、真空チャ
ンバ１内の成膜用ガスを吸引する粗引きポンプ１６を設
ける。粗引きポンプ１６の上流に、真空チャンバ１の残
留ガス中の高沸点の不純ガスを凝縮させて捕捉するコー
ルドトラップ１７を設ける。粗引きポンプ１６の下流側
の排気側配管９を、ガス再生配管２０と大気に通じる排
気管２１とに分岐させる。ガス再生配管２０に、上記残
留ガス中の残りの不純ガスを吸着除去し、成膜用ガスを
再生する吸着器２４を設ける。吸着器２４の下流に、再
生された成膜用ガスを圧送する圧縮機２５を設ける。圧
縮機２５の下流に、再生された成膜用ガスを真空チャン
バ１内へ供給するまでの間貯蔵するタンク２７を設け
る。ガス再生配管２０と排気管２１との間で流路の切り
替えを行う開閉弁２２，２３を設ける。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、真空チャンバ内で基板
を成膜する際に使用する成膜用ガスを再利用する成膜装
置のガス再生装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】一般に、スパッタリングなど真空チャン
バ内で基板の成膜を行う場合、真空チャンバ内で、成膜
材料からなるターゲットにイオン化ガスを照射して成膜
材料を蒸発させ、この蒸発物を基板に蒸着させるように
なっており、上記イオン化ガスを生成するために、真空
チャンバ内には成膜用ガス（アルゴンガス等）が導入さ
れるようになっている。

【０００３】また、この場合、真空チャンバは、基板の
出し入れのために開閉されるので、真空チャンバ内に大
気中の不純ガスが侵入する。そのため、新たに基板を成
膜する際には、真空チャンバ内の残留ガスを全て大気中
に排出するようになっている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところが、上記従来の
方法では、残留ガス中に含まれる成膜用ガスも大気中に
失われるため、成膜用ガスが無駄に費やされ、有効に利
用されていないという問題がある。

【０００５】また、成膜作業が続く間に、真空チャンバ
内へ絶えず新しい成膜用ガスを供給し続けなければなら
ないため、ランニングコストを増大させるという問題も
ある。

【０００６】本発明はかかる諸点に鑑みてなされたもの
であり、その目的とするところは、成膜用ガスを有効に
利用して、ランニングコストを削減し得る成膜装置のガ
ス再生装置を提供しようとするものである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
め、請求項１記載の発明は、真空チャンバ内で基板を成
膜する際に使用する成膜用ガスを再利用する成膜装置の
ガス再生装置として、上記真空チャンバ内の残留ガスを
吸引する真空ポンプと、この真空ポンプの吸引により上
記残留ガスと接触し、この残留ガス中の高沸点の不純ガ
スを凝縮させて捕捉する凝縮捕捉手段と、この凝縮捕捉
手段を通過した残留ガス中の残りの不純ガスを吸着除去
し、成膜用ガスを再生する吸着手段と、上記再生された
成膜用ガスを下流へ圧送する圧縮機と、この圧縮機から
圧送された再生成膜用ガスを上記真空チャンバ内へ供給
するまでの間貯蔵するタンクとを備える構成とするもの
である。

【０００８】請求項２記載の発明は、請求項１記載の発
明の構成要件に加えて、さらに、上記凝縮捕捉手段に捕
捉された不純ガスの凝縮物を気化させる加熱手段と、大
気に開放され上記加熱手段により気化された不純ガスが
流れる排気管と、途中に上記吸着手段、上記圧縮機およ
び上記タンクを有するガス再生配管と、上記排気管と上
記ガス再生配管との間で流路の切り替えを行う切替弁と
を備える構成とするものである。

【０００９】請求項３記載の発明は、請求項１または請
求項２記載の発明に従属するものであり、上記凝縮捕捉
手段および真空ポンプよりも下流側に、上記吸着手段と
上記圧縮機と上記タンクとを収納するユニットを配設す
る構成とするものである。

【００１０】請求項４記載の発明は、請求項３記載の発
明に従属するものであり、上記ユニットに、上記排気管
を接続する構成とするものである。

【００１１】

【作用】上記の構成により、請求項１記載の発明では、
成膜作業後、真空チャンバ内の残留ガスは、真空ポンプ
により吸引され、凝縮捕捉手段と接触する。その際、残
留ガス中の高沸点の不純ガスは、凝縮捕捉手段により凝
縮液化して凝縮捕捉手段に不純物として付着する。凝縮
捕捉手段を通過した残留ガスのうち、残りの不純ガスが
吸着手段に吸着されることにより、成膜用ガスだけが再
生される。再生された成膜用ガスは、圧縮機によりタン
ク内へ圧送され、タンクから必要に応じて真空チャンバ
内へ供給される。

【００１２】請求項２記載の発明によれば、切替弁を操
作して排気管の通気を遮断するとともにガス再生配管を
通気可能にした状態では、真空ポンプの吸引により凝縮
捕捉手段を通過した残留ガスは、ガス再生配管へ流れ、
吸着手段により成膜用ガスに再生された後、圧縮機によ
りタンクへ圧送される。一方、凝縮捕捉手段に付着した
不純物は、加熱手段により気化して再び不純ガスにな
る。この不純ガスは、切替弁を操作してガス再生配管の
通気を遮断するとともに排気管を通気可能にした状態
で、真空ポンプに吸引され排気管から大気中へ排出され
る。その後、再び切替弁を操作して排気管の通気を遮断
するとともにガス再生配管を通気可能にした状態で、真
空ポンプを作動させると、凝縮捕捉手段を通過した残留
ガスは、ガス再生配管へ再び流れる。

【００１３】請求項３記載の発明によれば、吸着手段、
圧縮機およびタンクという比較的小型の装置を、真空ポ
ンプおよび凝縮捕捉手段という比較的大型の装置から分
離してユニットに形成することにより、ユニットの部分
がコンパクトになり、既設の成膜装置に容易に増設され
る。

【００１４】請求項４記載の発明によれば、吸着手段、
圧縮機およびタンクに加え、排気管を有するユニットが
構成され、既設の成膜装置に増設される。

【００１５】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明
する。

【００１６】図１は、本発明の第１実施例に係るガス再
生装置Ａを備えた成膜装置Ｂを示し、この成膜装置Ｂ
は、基板の成膜を行う真空チャンバ１を備えている。こ
のチャンバ１内には、成膜用の蒸発材料からなるスパッ
タ電極（陰極）２と、陽極を形成する基板ホルダ３とが
対向して配設されている。４は直流電源であり、この直
流電源４は、上記スパッタ電極２と上記基板ホルダ３と
の間に電圧を印加して電界を形成するようになってい
る。上記基板ホルダ３上には、成膜用の基板（図示せ
ず）が載置されるようになっている。

【００１７】上記真空チャンバ１内には、成膜用ガスで
あるアルゴンガスが導入されるようになっている。この
アルゴンガスは、上記スパッタ電極２と基板ホルダ３と
の間に形成された電界内で発生するグロー放電により、
イオン化してスパッタ電極２をスパッタ蒸発させるよう
になっている。このスパッタ蒸発により、蒸発材料は、
上記基板ホルダ３上の基板に蒸着し、基板が成膜される
ようになっている。

【００１８】上記アルゴンガスは、ボンベ５に貯蔵され
ており、給気管６を通じて上記真空チャンバ１内に供給
されるようになっている。上記給気管６には、減圧弁７
と、この減圧弁７の下流側でガスの流量を調整する流量
調整弁８とが設けられている。上記ボンベ５内のガス
は、減圧弁７により減圧されて送給された後、流量調整
弁８を経て上記真空チャンバ１内へ供給されるようにな
っている。

【００１９】上記真空チャンバ１には、このチャンバ１
内からの残留ガスが流れる排出側配管９が接続されてお
り、この排出側配管９は、中間で２本の分岐管１０，１
１に分岐した後、下流側の合流点９ａで合流している。
上記一方の分岐管１０には、ターボ分子ポンプ（以下、
ＴＭＰと称する）１２と、このＴＭＰ１２の上流および
下流側にそれぞれ位置する２個の開閉弁１３，１４とが
設けられており、上記他方の分岐管１１には、開閉弁１
５が１個設けられている。上記ＴＭＰ１２は、基板の成
膜に先立って真空チャンバ１内の真空引きを行うように
なっている。

【００２０】上記成膜装置Ｂの排出側配管９の一部は、
本発明の第１実施例に係るガス再生装置Ａで構成されて
おり、このガス再生装置Ａは、上記排出側配管９の合流
点９ａの下流側に接続されている。この合流点９ａの下
流側には、真空ポンプとして粗引きポンプ１６が設けら
れており、この粗引きポンプ１６は、上記ＴＭＰ１２に
よる真空チャンバ１内の真空引きに先立って、真空チャ
ンバ１内を所定の圧力値に近い値まで真空引きするよう
になっている。

【００２１】上記合流点９ａの下流側でかつ上記粗引き
ポンプ１６の上流側には、凝縮捕捉手段であるコールド
トラップ１７が設けられており、このコールドトラップ
１７は、上記排出側配管９内に露出したコイル１８と、
このコイル１８を冷却する冷凍機１９とを有している。
上記コイル１８は、冷凍機１９により−２０℃〜−１３
０℃の温度に冷却された状態で、上記粗引きポンプ１６
の吸引により排出側配管９内を通過する残留ガスと接触
し、残留ガスを冷やすようになっている。この残留ガス
内には、アルゴンガス以外の不純ガスが含まれており、
この不純ガスは、真空チャンバ１内に基板を出し入れす
る際に、大気とともに侵入したり、基板に付着して侵入
したものである。この不純ガスのうち、比較的高沸点の
不純ガス（水蒸気、炭酸ガスなど）は、上記コールドト
ラップ１７のコイル１８に冷却されて凝縮し、不純物と
してコイル１８上に付着するようになっている。また、
上記コイル１８には、加熱手段として線状のヒータ（図
示せず）が巻き付けられており、このヒータは、上記冷
凍機１９の運転を停止した状態で、コイル１８に付着し
た不純物を加熱して蒸発離脱させるようになっている。

【００２２】上記粗引きポンプ１６の下流側の排出側配
管９は、ガス再生配管２０と排気管２１とに分岐されて
いる。上記ガス再生配管２０および排気管２１には、そ
れぞれ切替弁２２，２３が設けられており、これら両切
替弁２２，２３の各々の開閉操作により、残留ガスの流
路は、上記両配管２０，２１の間で切り替わるようにな
っている。

【００２３】上記ガス再生配管２０の切替弁２２の下流
には、吸着手段である吸着器２４が設けられている。こ
の吸着器２４は、残留ガスの通路がモレキュラーシーブ
等の吸着剤または分離膜で形成された構造になってお
り、上記コールドトラップ１７で捕捉できなかった残留
ガス中の不純ガスを吸着により除去し、アルゴンガスを
再生するようになっている。この吸着器２４の下流に
は、圧縮機２５が設けられており、この圧縮機２５は、
吸着器２４で再生されたアルゴンガスを７〜８atmに昇
圧して下流へ圧送するようになっている。この圧縮機２
５の下流には、開閉弁２６を経てタンク２７が設けられ
ている。このタンク２７は、上記再生アルゴンガスを貯
蔵するようになっている。また、このタンク２７は、開
閉弁２８を介して上記給気管６に接続されており、上記
真空チャンバ１内へ再生アルゴンガスを供給するように
なっている。

【００２４】上記排気管２１は、大気に開放されてお
り、上記ヒータの加熱によりコールドトラップ１７から
蒸発離脱した不純ガスを大気中へ排出する際に使用され
るようになっている。この不純ガスの排出の際、排気管
２１は、切替弁２３を開くことにより通気可能にされ、
一方、ガス再生配管２０は、切替弁２２を閉じることに
より通気を遮断される。この状態で、粗引きポンプ１６
で上記不純ガスを吸引すると、上記不純ガスは、排気管
２１から大気中へ排出されるようになっている。上記不
純ガスの排出が終わると、ヒータの加熱が停止され冷凍
機１９の運転が再開される。コイル１８の温度が十分低
下したら、切替弁２３が閉じられて、排気管２１は通気
を遮断されるとともに、切替弁２２が開かれて、ガス再
生配管２０に残留ガスが流れるようになっている。

【００２５】次に、上記成膜装置Ｂを用いた基板の成膜
工程を説明する。真空チャンバ１内の基板ホルダ３の上
に基板をセットした後、開閉弁１３を閉じて開閉弁１５
を開いた後、粗引きポンプ１６で真空引きを行う。真空
チャンバ１内の圧力が０．１Torr以下になったら、開閉
弁１５を閉じて、開閉弁１３および開閉弁１４を開き、
ＴＭＰ１２で徐々に真空引きを行う。真空チャンバ１内
の圧力が１０^-5Torr以下になったら、流量調整弁８を少
しづつ開いて真空チャンバ１内へアルゴンガスを供給
し、真空チャンバ１内を放電しやすい圧力にした後、ス
パッタ電極２と基板ホルダ３との間に放電を発生させ
て、基板を成膜する。成膜後の基板を取りだして新たに
基板を成膜する際は、上記粗引きポンプ１６で真空引き
を行いつつ、前回の成膜で使用したアルゴンガスを含む
真空チャンバ１内のガスを排出し、その後、上記と同様
の作業を行う。

【００２６】本実施例に係るガス再生装置Ａの作用・効
果について説明すると、上記真空チャンバ１内からの残
留ガスは、粗引き真空ポンプ１６により吸引され、コー
ルドトラップ１７のコイル１８と接触する。その際、残
留ガス中の比較的高沸点の不純ガスは、コイル１８によ
り凝縮液化してコイル１８に不純物として付着する。コ
イル１８を通過した残留ガスは、吸着器２４に残りの不
純ガスが吸着されて成膜用のアルゴンガスだけが再生さ
れ、圧縮機２５により圧送されてタンク２７内に入る。
タンク２７からは、必要に応じてアルゴンガスが真空チ
ャンバ１内へ供給される。このように、使用済みのアル
ゴンガスを大気中へ放出することなく、アルゴンガスを
再生して有効に利用することにより、ランニングコスト
を削減することができる。

【００２７】また、コールドトラップ１７のコイル１８
に付着した不純物は、ヒータにより気化して再び不純ガ
スになる。この不純ガスは、切替弁２２，２３を操作し
てガス再生配管２０の通気を遮断するとともに、排気管
２１を通気可能にした状態で、粗引きポンプ１６に吸引
され排気管２１から大気中へ排出される。その後、再び
切替弁２２，２３を操作して排気管２１の通気を遮断す
るとともに、ガス再生配管２０を通気可能にした状態
で、コールドトラップ１７のコイル１８を冷却し、粗引
きポンプ１６を作動させることにより、不純ガスの捕捉
を再開してアルゴンガスを何度も再生して利用すること
ができるので、アルゴンガスの消費量を大幅に節減する
ことができる。

【００２８】図２は、本発明の第２実施例に係るガス再
生装置Ｃを上記成膜装置Ｂに接続した状態を示し、この
ガス再生装置Ｃでは、排出側配管９の粗引きポンプ１６
より下流側からタンク２７までの間がユニット２９に形
成されている。このユニット２９内の排出側配管９は、
ガス再生配管２０と排気管２１とに分岐されており、ガ
ス再生配管２０の切替弁２２と圧縮機２５との間では、
２個の吸着器２４，２４が並列に配設されている。これ
ら各吸着器２４の上流および下流には、それぞれ開閉弁
３０，３１が設けられている。このように、上記ユニッ
ト２９内には、吸着器２４，２４、圧縮機２５、タンク
２７および排気管２１といった比較的小型の装置で構成
されており、粗引きポンプ１６および冷凍機１９という
比較的大型の装置とは別体になっているので、ユニット
２９の部分がコンパクトになり、既設の成膜装置に容易
に増設することができる。

【００２９】なお、本第２実施例において、上記以外の
構成については、第１実施例と同じ構成であるため、同
じ番号を付し、詳細な説明を省略する。また、本第２実
施例においても、上記第１実施例と基本的構成を同じく
するため、同様の効果が得られることは言うまでもな
い。

【００３０】また、上記成膜装置Ｂでは、粗引きポンプ
１６より低い圧力領域で真空チャンバ１内を真空引きす
るために、ＴＭＰ１２を設けたが、このＴＭＰ１２の代
りに、油拡散ポンプ等他の高真空ポンプを設けても良
い。

【００３１】さらに、上記第１および第２実施例では、
コイル１８を加熱する加熱手段としてヒータを使用した
が、使用される加熱手段に特に制限はなく、例えば、上
記ヒータの代りに、冷凍機１９のホットガスをコイル１
８に供給する配管を設け、コイル１８に上記ホットガス
を当てるように構成しても良い。

【００３２】さらにその上、上記第１および第２実施例
では、吸着器２４を圧縮機２５の上流側に接続したが、
この吸着器２４を、圧縮機２５の下流側であってかつタ
ンク２７の上流側に接続しても良い。

【００３３】

【発明の効果】以上のように、請求項１記載の成膜装置
のガス再生装置によれば、真空チャンバ内の残留ガスか
ら成膜に不要な不純物を捕捉して成膜用ガスを再生し、
再び真空チャンバ内の成膜に使用できるので、成膜用ガ
スを有効に利用して、ランニングコストを削減すること
ができる。

【００３４】請求項２記載の成膜装置のガス再生装置に
よれば、残留ガス中から一旦捕捉した不純物を大気中に
排出することにより、不純物の捕捉を再開できるので、
成膜用ガスを何度も再生して利用することができ、成膜
用ガスの消費量を大幅に節減することができる。

【００３５】請求項３記載の成膜装置のガス再生装置に
よれば、比較的小型の装置からなるユニットと、比較的
大型の装置とを別体に構成したので、ユニットの部分が
コンパクトになり、既設の成膜装置に容易に増設するこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例に係る成膜装置のガス再生
装置を示す概略図である。

【図２】本発明の第２実施例に係る成膜装置のガス再生
装置を示す概略図である。

【符号の説明】

１ 真空チャンバ ６ 給気管 ９ 排出側配管 １６ 粗引きポンプ（真空ポンプ） １７ コールドトラップ（凝縮捕捉手段） １８ コイル １９ 冷凍機 ２０ ガス再生配管 ２１ 排気管 ２２ ガス再生配管の切替弁 ２３ 排気管の切替弁 ２４ 吸着器（吸着手段） ２５ 圧縮機 ２７ タンク ２９ ユニット Ａ，Ｃ ガス再生装置 Ｂ 成膜装置

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 真空チャンバ内で基板を成膜する際に使
   用する成膜用ガスを再利用する成膜装置のガス再生装置
   であって、 上記真空チャンバ内の残留ガスを吸引する真空ポンプ
   と、 この真空ポンプの吸引により上記残留ガスと接触し、こ
   の残留ガス中の高沸点の不純ガスを凝縮させて捕捉する
   凝縮捕捉手段と、 この凝縮捕捉手段を通過した残留ガス中の残りの不純ガ
   スを吸着除去し、成膜用ガスを再生する吸着手段と、 上記再生された成膜用ガスを下流へ圧送する圧縮機と、 この圧縮機から圧送された再生成膜用ガスを上記真空チ
   ャンバ内へ供給するまでの間貯蔵するタンクとを備えた
   ことを特徴とする成膜装置のガス再生装置。
2. 【請求項２】 上記凝縮捕捉手段に捕捉された不純ガス
   の凝縮物を気化させる加熱手段と、大気に開放され上記
   加熱手段により気化された不純ガスが流れる排気管と、
   途中に上記吸着手段、上記圧縮機および上記タンクを有
   するガス再生配管と、上記排気管と上記ガス再生配管と
   の間で流路の切り替えを行う切替弁とを備えた請求項１
   記載の成膜装置のガス再生装置。
3. 【請求項３】 上記凝縮捕捉手段および真空ポンプより
   も下流側に、上記吸着手段と上記圧縮機と上記タンクと
   を収納するユニットが配設されている請求項１または請
   求項２記載の成膜装置のガス再生装置。
4. 【請求項４】 上記ユニットには、上記排気管が接続さ
   れている請求項３記載の成膜装置のガス再生装置。