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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung
zum Sammeln eines Edelgases, insbesondere ein Verfahren und eine
Vorrichtung zum Sammeln des Edelgases, das in einem Abgas beinhaltet
ist, das von einer Edelgas verwendenden Vorrichtung abgelassen wird,
die unter Dekompression betrieben wird, wie beispielsweise eine
Plasma-Sputter-Vorrichtung, eine Plasma-Oxidationsvorrichtung, eine
Plasma-CVD-Vorrichtung,
eine Vorrichtung zum reaktiven Ionenätzen oder ähnliche.
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BESCHREIBUNG
DES STANDES DER TECHNIK
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Bei
einem Prozeß zur
Herstellung einer Halbleitervorrichtung wie beispielsweise einer
integrierten Halbleiterschaltung, einer Flüssigkeitskristallanzeige vom
aktiven Matrixtyp, einer Solarzelle und einer Anzeige dafür, einer
Magnetdisk oder ähnlichem,
wurde eine Vorrichtung wie beispielsweise eine Sputtervorrichtung,
eine Oxidationsvorrichtung, eine Plasma-CVD-Vorrichtung, eine Vorrichtung
zum reaktiven Ionenätzen
oder ähnliches
verwendet, um Plasma in einer Edelgasatmosphäre unter Dekompression zu erzeugen,
um verschiedene Prozesse in Bezug auf die Halbleitervorrichtung
durch das Plasma durchzuführen.
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Beispielsweise
wird bei einer Sputtervorrichtung, während das Edelgas in eine Prozeßkammer mit
einer Strömungsgeschwindigkeit
bzw. -rate von etwa 500 cc/min. eingeleitet wird, ein Inneres der Kammer über eine
Vakuumabsaugvorrichtung abgelassen und eine hohe Frequenz wird einer
Elektrode in der Kammer auferlegt, um Plasma in einem Zustand zu
generieren, bei dem ein Druck der Kammer bei etwa 1 Pa aufrechterhalten
ist. Dann wird ein in der Kammer vorgesehenes Material zur Ausbildung eines
festen Films bzw. einer festen Schicht durch das Plasma gesputtert,
um dabei eine dünne
Schicht durch Abscheiden auf einer Waferoberfläche auszubilden.
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Des
weiteren wird in der Oxidationsvorrichtung, während ein Gasgemisch aus dem
Edelgas und Sauerstoff in die Prozeßkammer mit einer Strömungsgeschwindigkeit
von etwa 1000 cc/min. eingeleitet wird, Plasma in einem Zustand
erzeugt, bei dem ein Druck der Kammer bei etwa 100 Pa aufrechterhalten
ist durch die Vakuumabsaugvorrichtung, ähnlich wie bei der Sputtervorrichtung.
Unter Verwendung des Plasmas wird Sauerstoff in den quasi-exitierten
Zustand gebracht. Durch den quasi-exitierten Sauerstoff wird eine
Oxidschicht auf der Waferoberfläche
ausgebildet, die auf etwa 400°C
erwärmt
ist.
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Während ein
Gasgemisch aus schichtbildendem Gas und dem Edelgas in die Prozeßkammer
mit einer Strömungsgeschwindigkeit
von etwa 1000 cc/min. eingeleitet wird, wird des weiteren in der
Plasma-CVD-Vorrichtung Plasma in einem Zustand erzeugt, bei dem
der Druck der Kammer aufrechterhalten ist bei etwa 100 Pa durch
die Vakuumabsaugvorrichtung, ähnlich
wie bei der Sputtervorrichtung. Das schichtbildende Gas wird exitiert
durch Verwendung des Plasmas. Die dünne Schicht bzw. der dünne Film wird
durch Abscheiden auf der Waferoberfläche ausgebildet, die auf etwa
300°C erwärmt ist.
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Während ein
Gasgemisch aus einem Ätzgas und
dem Edelgas in die Prozeßkammer
eingeleitet wird, wird überdies
bei der Vorrichtung zum reaktiven Ionenätzen Plasma in einem Zustand
erzeugt, bei dem ein Druck der Kammer bei mehreren Pa aufrechterhalten
ist. Das Ätzgas
wird exitiert durch Verwendung des Plasmas, um dabei durch Verwendung des
exitierten Ions ein Ätzen
durchzuführen.
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Da
bei den oben beschriebenen, verschiedenen Vorrichtungen ein Prozeß unter
Verwendung von Plasma mit einer hohen Energie durchgeführt wird und
wenn in einer Prozeßatmosphäre ein Gas
wie beispielsweise Stickstoff, Sauerstoff, Feuchtigkeit oder ähnliches
existieren, die zu keiner Schicht- bzw. Filmausbildung beitragen,
entstehen Probleme insofern, als keine vorbestimmte dünne Schicht
ausgebildet wird oder ein Ätzen
nicht durchgeführt
werden kann.
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Beispielsweise
im Falle des Durchführens
einer Ausbildung einer metallischen Zwischenverbindung für einen
integrierten Halbleiterschalter unter Verwendung der Sputtervorrichtung
und wenn Feuchtigkeit, Sauerstoff oder ähnliches in der Atmosphäre vorhanden
ist, so wird die metallische Schicht oxidiert, um dabei einen spezifischen
elektrischen Widerstand der metallischen Zwischenverbindung zu erhöhen.
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Des
weiteren existiert sogar der Fall, daß eine Kristallstruktur ähnlich dem
Falle des Tantals, geändert
wird. Existieren Sauerstoff, Feuchtigkeit, organische Verunreinigungen
oder ähnliches
in der Atmosphäre,
wo eine polykristalline Siliciumschicht durch die Plasma-CVD-Vorrichtung
ausgebildet wird, treten überdies
verschiedenste Probleme auf.
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Falls
Verunreinigungen existieren beim Durchführen eines Ätzens durch die Vorrichtung
zum reaktiven Ionenätzen,
so kann zudem eine Selektivität
für Materialien
nicht bestimmt werden und bewirkt dadurch ein schlechtes Ätzen oder
eine Beschädigung
eines Wafers. Daher muß die
Menge an Verunreinigungen, die in dem Edelgas beinhaltet sind, das in
das Plasma eingeleitet wird unter Verwendung der Vorrichtung, notwendigerweise
auf ein Niveau unterhalb mehrerer ppb reduziert werden.
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3 ist
ein schematische Diagramm, das eine Sputtervorrichtung als ein Ausführungsbeispiel einer
Plasmabearbeitungsvorrichtung zeigt. Im allgemeinen ist diese Art
von Sputtervorrichtung mit einer Ladekammer 12 zum Befördern des
Wafers an der Vorderseite der Prozeßkammer 11 versehen,
um dabei den Wafer, einen nach dem anderen, zu fördern.
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Die
Ladekammer 12 wird über
eine Vakuumabsaugvorrichtung 13, die über ein Ventil an der Ladekammer 12 angeschlossen
ist, im dekomprimierten Zustand gehalten in einer Spülgasatmo sphäre aus gasförmigem Stickstoff
oder ähnlichem,
der von einer Zuführvorrichtung
(nicht gezeigt) für
Spülgas
zugeführt
wird. Nachdem die Ladekammer 12 und die Prozeßkammer 11 evakuiert
sind, wird der Wafer vor der Bearbeitung und in der Ladekammer 12 gehalten,
in der er auf einem Waferheizer bzw. -träger 15 in der Prozeßkammer 11 positioniert
ist, und gelangt durch eine Schleuse bzw. ein Absperrventil 14 zum
Trennen der beiden Kammern 11, 12.
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Nachdem
die Schleuse 14 verschlossen wurde, wird das Edelgas, das
von einem Zylinder 16 für
Edelgas zugeführt
wurde und aus dem Verunreinigungen über eine Reinigungsvorrichtung 17 entfernt
wurden, über
eine Gaszuführvorrichtung 18 in die
Prozeßkammer 11 eingeleitet.
Um das Innere der Prozeßkammer 11 als
Edelgasatmosphäre
auszugestalten, wird ein Zyklus wiederholt mehr als einmal über einen
Befehl von einer Steuereinrichtung ausgeführt, der das Auspumpen des
Inneren der Prozeßkammer 11 durch
die Vakuumabsaugvorrichtung 19, die mit der Prozeßkammer 11 verbunden
ist und das Einleiten des Edelgases aus der Gaszuführvorrichtung 18,
umfaßt.
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Nachdem
das Innere der Prozeßkammer 11 als
Edelgasatmosphäre
ausgestaltet ist, wird Plasma in der Prozeßkammer 11 erzeugt
durch Anlegen einer hohen Frequenz von einer hochfrequenten elektrischen
Quelle 21 über
eine Anpassungsschaltung 20. Durch das erzeugte Plasma
wird ein eine feste Schicht bildendes Material gesputtert, um dabei
eine Dünnschicht
auf dem Wafer abzuscheiden. Der mit einer vorbestimmten Dünnschicht
ausgebildete Wafer wird von der Prozeßkammer 11 zu dem
nächsten Prozeß über die
Ladekammer 12 für
den nächsten Prozeß gefördert. Bei
dem oben beschriebenen Prozeß wird
das Einbringen und Ausbringen des Wafers etwa 30 mal pro Stunde
durchgeführt.
Zudem wird gasförmiger
Stickstoff über
die Stickstoffversorgungsleitung 22 in die Vakuumabsaugvorrichtung 19 eingeleitet,
um eine Rückdiffusion
des Abgases zu verhindern.
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Ob
nun jedoch das Abgasvakuumabsaugen aus der Sputtervorrichtung über die
Vakuumabsaugvorrichtung dem Reinigen des Inneren der Prozeßkammer
dient oder bei der Ausbildung der Schicht verwendet wird, wird jedoch
das Abgas über
eine Abgasleitung 23 nach außerhalb eines Systems abgelassen,
wie es ist. Andererseits existiert das von dem Edelgaszuführzylinder 16 zugeführte Edelgas
als sehr geringe Menge in der Atmosphäre, wobei beispielsweise ist
die existierende Konzentration von Xenon etwa 0,086 ppm in der Atmosphäre ist.
Das Edelgas wird hergestellt durch weiteres Reinigen bzw. Veredeln
der in dem gasförmigen
Sauerstoff konzentrierten Edelgase durch kryogenische Trennung der
Luft und kann schwer in größerer Menge
erzielt werden und die Kosten hierfür werden höher in Relation zum Verhältnis seiner
Anwesenheit.
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Daher
wurde ein Verfahren vorgeschlagen zum Sammeln des Edelgases, das
in einem Abgas beinhaltet ist, von der Vakuumabsaugvorrichtung 19 durch
eine geschlossene Schleife. Dieses Verfahren umfaßt das Komprimieren
des Abgases durch Verbinden der Vakuumabsaugvorrichtung 19 und
eines Kompressors, Vorsehen eines Paares von Schaltventilen in einem
Auslaßdurchgang
für das
komprimierte Gas und Öffnen
und Schließen
der Schaltventile entsprechend der Konzentration der Edelgase, um
dabei das Abgas aus der Prozeßkammer
mit der Sammelvorrichtung für
Edelgas zu sammeln. In der geeigneten Reinigungsvorrichtung werden
Verunreinigungen aus dem gesammelten Abgas entfernt, um es wiederzuverwerten.
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Da
jedoch bei diesem Verfahren gasförmiger Stickstoff
in die Vakuumabsaugvorrichtung 19 eingeleitet wird, um
eine Rückdiffusion
des Abgases zu verhindern, war es schwierig, Edelgas mit hoher Konzentration
zu sammeln. Selbst im Falle des Sammelns von Edelgas mit einem gewissen
Grad an hoher Konzentration, wird des weiteren die Konzentration
des Edelgases fluktuierend, da der gasförmige Stickstoff von der Ladekammer 12 in
die Vakuumabsaugvorrichtung 19 strömt und durch die Prozeßkammer 11 entsprechend
der Beförderung
eines Wafers gelangt und es war schwierig, das Timing des Schaltventils
zu optimieren. In diesem Zusammenhang treten derartige Probleme
auf, daß der
absolute Anteil an Verunreinigungen hoch wird und sich die Lebensdauer
der Reinigungsvorrichtung extrem verkürzt.
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Andererseits
wurde ein Verfahren zum Sammeln des Edelgases mit hoher Reinheit,
wie es ist, vorgeschlagen unter Vorsehen eines Gasschaltventils
in einer Zulaufseite der Vakuumabsaugvorrichtung. Bei diesem Verfahren
jedoch muß das
Schaltventil aufgrund des Problems mit der Lebensdauer des Schaltventils
jedesmal nach ein paar Monaten ausgewechselt werden.
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Die
Dokumente EP-A-0 826 629, US-A-4 701 187, EP-A-0 820 963 und US-A-4
717 407 aus dem Stand der Technik offenbaren einen Prozeß, der geeignet
ist zum Sammeln von Edelgasen aus einem Gasstrom, der abgegeben
wurde von einer Edelgas verwendenden Vorrichtung.
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Daher
ist es das Ziel der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren und eine
Vorrichtung zum Sammeln eines Edelgases vorzusehen, die fähig sind,
effektiv das Edelgas zu sammeln, das in einem Abgas beinhaltet ist,
das von einer Edelgas verwendenden Vorrichtung abgelassen wird,
wie beispielsweise einer Plasmavorrichtung oder ähnlichem unter Verwendung des
Edelgases unter Dekompression und die des weiteren fähig sind,
eine Verbrauchsmenge an Edelgas zu reduzieren durch stabile Zufuhr
des Edelgases mit einer vorbestimmten Reinheit an die Edelgas verwendende
Vorrichtung.
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Um
das obige Ziel gemäß der Erfindung
zu erreichen, sind ein Verfahren und eine Vorrichtung vorgesehen,
wie sie in den beigefügten,
unabhängigen
Ansprüchen
definiert sind. Spezieller schlägt
die Erfindung ein Verfahren vor zum Sammeln von Edelgas, umfassend
das Sammeln eines Edelgases, das in einem Abgas beinhaltet ist,
das von einer Edelgas verwendenden Vorrichtung abgelassen wird,
die unter Dekompression betrieben wird, wobei das Verfahren den
Schritt umfaßt:
Sammeln
des Edelgases durch Trennen des Edelgases und Verunreinigungen,
die in dem Abgas enthalten sind über
wenigstens zwei Gastrennvorgänge. Insbesondere
ist der Gastrennvorgang ein Membrantrennschritt und ein Absorptionstrennschritt
oder ein Kombinationsschritt deren und vorzugsweise wird der Gastrennvorgang
ausgeführt
durch Vorsehen des Absorptionstrennschritts nach dem Membrantrennschritt.
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Zudem
umfaßt
gemäß der vorliegenden
Erfindung der Gastrennvorgang des weiteren: einen ersten Trennschritt
zum Ausgleichen der Konzentration des in dem Abgas beinhalteten
Edelgases; einen zweiten Trennschritt zum Konzentrieren des Edelgases,
dessen Konzentration ausgeglichen ist; und einen dritten Trennschritt
zum Entfernen von Verunreinigungen aus dem konzentrierten Edelgas
und des weiteren wird das Gas, das von dem ersten Trennschritt zum
Ausgleichen der Konzentration des in dem Abgas beinhalteten Edelgases
abgelassen wurde, zurückgeführt zu einer
Vakuumabsaugvorrichtung zum Aufsaugen und Ablassen des Abgases von der
Edelgas verwendenden Vorrichtung.
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Überdies
ist gemäß der vorliegenden
Erfindung eine Vorrichtung vorgesehen zum Sammeln von Edelgas, umfassend:
eine Edelgas-verwendende Vorrichtung, die unter Dekompression betrieben wird;
eine Vakuumabsaugvorrichtung zum Aufsaugen eines Abgases, das abgelassen
wurde von der Edelgas verwendenden Vorrichtung; eine Gastrennvorrichtung
zum Trennen von Verunreinigungen, die in dem Abgas beinhaltet sind,
das abgelassen wird von der Vakuumabsaugvorrichtung über wenigstens zwei
Gastrennvorrichtungen und Sammeln des Edelgases einer vorbestimmten
Konzentration; einen Speichertank zum Speichern des gesammelten
Edelgases; eine Erfassungseinrichtung für die Verunreinigungskonzentration,
zum Messen einer Konzentration der verbliebenen Verunreinigungen,
die in dem gesammelten Edelgas beinhaltet sind, das aus dem Speichertank
strömt;
eine Reinigungsvorrichtung zum Entfernen der verbliebenen Verunreinigungen, die
in dem gesammelten Edelgas beinhaltet sind und zum Reinigen des
Edelgases; und eine Edelgasversor gungsleitung zum Zuführen des
gereinigten Edelgases zu der Edelgas verwendenden Vorrichtung.
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Insbesondere
umfaßt
die Gastrennvorrichtung gemäß der vorliegenden
Erfindung: einen ersten Kompressor zum Komprimieren des von der
Vakuumabsaugvorrichtung abgelassenen Abgases; eine erste Trennmembran
zum Ausgleichen der Konzentration des in dem komprimierten Abgas
beinhalteten Edelgases; eine zweite Trennmembran zum Konzentrieren
des Edelgases, dessen Konzentration in der ersten Trennmembran ausgeglichen
wurde; einen zweiten Kompressor zum Komprimieren des konzentrierten
Edelgases, das in der zweiten Trennmembran konzentriert wurde; einen
adsorbierenden Separator zum Entfernen von Verunreinigungen, die in
dem konzentrierten Edelgas beinhaltet sind, das in dem zweiten Kompressor
komprimiert wurde; eine Leitung zum Rückführen des Abgases von der zweiten
Trennmembran zu einer Zulaufseite der zweiten Trennmembran; und
eine Leitung zum Rückführen des
Regenerierabgases des adsorbierenden Separators zu einer Zulaufseite
der zweiten Trennmembran über
den Speichertank.
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Zudem
umfaßt
gemäß der vorliegenden
Erfindung die erste Trennmembran eine Leitung zum Rückführen des
Abgases zu der Vakuumabsaugvorrichtung. Des weiteren öffnet die
Erfassungseinrichtung für
die Verunreinigungskonzentration ein Ablaßventil der Vakuumabsaugvorrichtung
gleichzeitig mit dem Schließen
eines Einlaßventils
der Reinigungsvorrichtung und ein Sammelventil der Gastrennvorrichtung,
wenn die gemessene Konzentration der Verunreinigungen eine vorbestimmte
obere Grenze überschreitet
und beginnt mit der Zufuhr des Edelgases von einer Edelgaszusatzleitung
zu der Edelgas verwendenden Vorrichtung. Überdies umfaßt die Vorrichtung
gemäß der vorliegenden
Erfindung des weiteren eine Leitung zum Rückführen des Abgases von der Erfassungsvorrichtung
für die
Verunreinigungskonzentration zu einer Zulaufseite der Vakuumabsaugvorrichtung
oder zu einer Zulaufseite der Gastrennvorrichtung.
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KURZBESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNGEN
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Zum
Zwecke eines vollständigeren
Verständnisses
der Natur und der Ziele der Erfindung, sollte Bezug genommen werden
auf die folgende, detaillierte Beschreibung in Verbindung mit den
beigefügten
Zeichnungen, in denen:
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1 ein
systematisches Diagramm ist unter Darstellung eines Ausführungsbeispiel,
bei dem eine Sammelvorrichtung für
Edelgas gemäß der vorliegenden
Erfindung Verwendung findet bei einer Plasmaoxidationsvorrichtung
als Edelgas verwendende Vorrichtung;
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2 ein
schematisches, systematisches Diagramm ist unter Darstellung eines
anderen Ausführungsbeispiels
der Edelgassammelvorrichtung, und
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3 ein
systematisches Diagramm ist unter Darstellung einer Sputtervorrichtung
als Beispiel einer Plasmabearbeitungsvorrichtung.
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BESCHREIBUNG
DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSBEISPIELE
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1 ist
ein systematisches Diagramm in Darstellung eines Ausführungsbeispiels,
bei dem eine Sammelvorrichtung für
Edelgas gemäß der vorliegenden
Erfindung Verwendung findet bei einer Plasmaoxidationsvorrichtung
als einer Edelgas verwendenden Vorrichtung.
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Diese
Sammelvorrichtung für
Edelgas ist als geschlossene Schleife ausgebildet, wobei das Edelgas,
das in einem Abgas enthalten ist, das von einer Vakuumabsaugvorrichtung 32 einer
Plasmaoxidationsvorrichtung 31 abgelassen wurde, getrennt
gesammelt wird, um gereinigt zu werden und dann wird das gereinigte
Edelgas wieder der Plasmaoxidationsvorrichtung 31 zugeführt. Die
Sammelvorrichtung für Edelgas
ist mit der Plasmaoxidationsvorrichtung 31 über eine
Abgassammelleitung 34 verbunden zum Sammeln des Abgases
aus der Vakuumabsaugvorrichtung 32 zum Zwecke eines Evakuierens
einer Prozeßkammer 33 und
mit einer Edelgasversorgungsleitung 37 zum Zuführen des
in einer Reinigungsvorrichtung 35 gereinigten Edelgases
in die Prozeßkammer 33 über eine
Gasversorgungsvorrichtung 36.
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Des
weiteren ist die Vakuumabsaugvorrichtung 32 mit einer Stickstoffversorgungsleitung 38 versehen,
um gasförmigen
Stickstoff als Abdichtgas einzuführen
und ein Durchmischen von bzw. mit Verunreinigungen aus der Atmosphäre zu verhindern
sowie eine Rückdiffusion
des Abgases. Zudem ist ein einzuleitendes Gas in die Vakuumabsaugvorrichtung 32 vorzugsweise
ein derartiges, das den Herstellprozeß nicht beeinflußt und ist
daher nicht auf gasförmigen
Stickstoff beschränkt. Überdies
ist ein in der Vakuumabsaugvorrichtung 32 verwendete Pumpe
vorzugsweise eine derartige, die nicht Öl verwendet. Eine turbomolekulare
Pumpe, eine Trockenpumpe, eine Schraubenpumpe oder eine aus diesen
Kombinierte kann in geeigneter Weise Verwendung finden.
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Eine
Austrittsseite der Abgassammelleitung 34 ist mit einer
Gastrennvorrichtung 41 versehen. Die Gastrennvorrichtung 41 umfaßt einen
ersten Kompressor 42 zum Komprimieren des Abgases aus der Vakuumabsaugleitung 32 auf
einen vorbestimmten Druck, eine erste Trennmembran 43,
die ein Gastrennmittel ist zum Durchführen eines ersten Trennschrittes
zum Ausgleichen einer Konzentration des in dem komprimierten Abgas
enthaltenen Edelgases, eine zweite Trennmembran 44, die
ein Gastrennmittel ist zum Durchführen eines zweiten Trennschritts zum
Konzentrieren des Edelgases, dessen Konzentration in der ersten
Trennmembran 43 ausgeglichen wurde, einen zweiten Kompressor 45 zum
Komprimieren des konzentrierten Edelgases, das in der zweiten Trennmembran 44 auf
einen vorbestimmten Druck konzentriert wurde, einen adsorbierenden
Separator 46, der ein Gastrennmittel ist zum Durchführen eines
dritten Trennschritts zum Entfernen von Verunreinigungen, die in
dem in dem zweiten Kompressor 45 komprimierten, konzentrierten
Edel gas beinhaltet sind, einen zweiten Speichertank 47 zum kurzzeitigen
Speichern des in dem adsorbierenden Separator 46 regenerierten
Edelgases, eine Abgasleitung 51 zum Ablassen des Abgases
von der ersten Trennmembran 43 nach außerhalb des Systems, eine Abgasrückführleitung 52 zum
Rückführen des Abgases
von der zweiten Trennmembran 44 zu einer Zulaufseite des
ersten Kompressors 42, eine Rückführleitung 53 für Regeneriergas
zum Rückführen des
Edelgas zum Regenerieren des adsorbierenden Separators 46 und
eine Rückführleitung 54 für Regenerierabgase
zum Rückführen des
Regenerierabgases des adsorbierenden Separators 46 zu einer
Zulaufseite des ersten Kompressors 42 über den zweiten Speichertank 47.
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Eine
Austrittsseite der Gastrennvorrichtung 41 ist mit der Reinigungsvorrichtung 35 verbunden über eine
Edelgasausströmleitung 55,
durch die das in dem adsorbierenden Separators 46 verarbeitete Edelgas
strömt,
und zwar über
einen ersten Speichertank 48 und einen Monitor 49 als
Erfassungseinrichtung für
Verunreinigungen.
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Zudem
kann eine Anzahl an Schritten der ersten, zweiten Trennmembranen 43, 44 geeignet bestimmt
werden entsprechend einer Effizienz (Trennfaktor) der zu verwendenden
Trennmembran. Beispielsweise im Falle einer Trennmembran, bei der der
Trennfaktor in Bezug auf das Edelgas und die Verunreinigungen etwa
5 ist, übt
die Trennmembran vorzugsweise mehr als einen Schritt aus. Das Material
der Trennmembran ist vorzugsweise ein solches, das nicht mit einem
zu verwendenden Gas reagiert. Beispielsweise kann anorganisches
Material wie beispielsweise Keramik oder ähnliches bevorzugt verwendet
werden.
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Indem
die Turmanzahl des adsorbierenden Separators 46 mehr als
zwei gemacht wird, um seine umschaltende Verwendung zu ermöglichen,
ist es des weiteren möglich,
fortwährend
Verunreinigungen aus dem Edelgas zu trennen. Überdies kann die Anzahl an
ersten und zweiten Kompressoren 42, 45 geeignet
entsprechend der Effizienz der jeweiligen Trennmembranen 43, 44 oder
der erforderliche Druck des adsorbierenden Separators 46,
bestimmt werden. Um jedoch zu verhindern, daß atmosphärische Komponenten in das System
miteinspielen, kann vorzugsweise ein balgartiger Typ von Kompressor
verwendet werden.
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Zum
Zwecke des Stabilisierens einer Konzentration oder einer Strömungsgeschwindigkeit bzw.
Strömungsrate
des Edelgases, wird bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel das Regenerier- bzw. regenerierte
Abgas des adsorbierenden Separators 46 dazu veranlaßt, über den
zweiten Speichertank 47 zu der Sammelleitung 34 für Abgas
zurückzuströmen. Ist
jedoch die Konzentration des Edelgases in der Zulaufseite des ersten
Kompressors 42 bis zu einem gewissen Grade gleichförmig, kann
auf den zweiten Speichertank 47 verzichtet werden. Des
weiteren kann die Abgasleitung 51 der ersten Trennmembran 43 mit
einer Vakuumpumpe, je nach Erfordernis, versehen sein. Überdies
kann die Abgassammelleitung 34 mit einer Entfernvorrichtung
(wie beispielsweise einem Filter) versehen sein, um je nach Bedarf
in dem Abgas beinhaltete, metallische Partikel zu entfernen.
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Wenn
die Edelgas verwendende Vorrichtung die Vorrichtung ist, die eine
toxische Komponente wie beispielsweise reaktives Gas oder ähnliches
verwendet, beispielsweise eine Plasma-CVD-Vorrichtung, eine Vorrichtung zum reaktiven
Ionenätzen
oder ähnliches,
so ist ein Detoxifikationsapparat zusätzlich zu der Entfernvorrichtung
vorgesehen, der ein Detoxifikationsmittel (wie beispielsweise einen
Reaktanten, ein Adsorbens oder ähnliches)
verwendet, da es notwendig ist, zusätzlich einen Vorgang zum Detoxifizieren
einer derartigen, in dem Edelgas beinhalteten, toxischen Komponente
auszuführen.
Der Detoxifikationsapparat kann entweder von der Detoxifikationsvorrichtung
oder der Sammelvorrichtung für
das Edelgas getrennt ausgebildet sein oder integral mit der Detoxifikationsvorrichtung
ausgebildet sein.
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Zudem
ist in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel
die Sammelvorrichtung für
Edelgas erläutert, die
eine trennend sam melnde Vorrichtung umfaßt, die derart aufgebaut ist,
daß, nachdem
durch Verwendung der ersten Trennmembran und der zweiten Trennmembran
die Konzentration des Edelgases auf etwa 90% reduziert wurde, die
Verunreinigungen aus dem konzentrierten Edelgas durch Verwendung
des adsorbierenden Separators entfernt werden. Die vorliegende Erfindung
ist jedoch darauf nicht beschränkt.
Die vorliegende Erfindung kann auch Anwendung finden bei einer Sammelvorrichtung
für Edelgas,
die derartige Konstruktionen umfaßt, bei denen, nachdem das
Edelgas durch wenigstens einen adsorbierenden Separator anstelle
der Trennmembran konzentriert wurde, die Verunreinigungen aus dem
konzentrierten Edelgas entfernt werden durch Verwendung der Trennmembran
anstelle des adsorbierenden Separators gemäß der vorliegenden Erfindung.
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Überdies
ist es möglich,
einen Vorgang des Konzentrierens des Edelgases unter Entfernung
von Verunreinigungen über
zusammen mehr als zwei Trennmembranen durchzuführen und auch möglich, eine
Konzentration durch Entfernen von Verunreinigung über mehr
als zwei adsorbierende Separatoren durchzuführen.
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Hier
im folgenden wird das erfindungsgemäße Verfahren, basierend auf
der Abfolge des Sammelns und dann Wiederzuführens des Edelgas beschrieben.
Wird ein Druck einer Ladekammer 61 gleich demjenigen der
Prozeßkammer 33,
wird als erstes ein die beiden Kammern 33, 61 trennendes Absperrventil 62 bzw.
eine Schleuse geöffnet
und ein vor der Bearbeitung in einer Ladekammer 61 befindlicher
Wafer wird auf einem Waferträger 63 in
der Prozeßkammer 33 positioniert,
nachdem er durch das Absperrventil bzw. die Schleuse 62 gelangt
ist.
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Um
eine Rückdiffusion
der Verunreinigungen aus dem Abgasevakuiersystem zu verhindern,
wird zu diesem Zeitpunkt das Innere der Prozeßkammer 33 durchlüftet von
einem Spülgas
von einer Spülgasversorgungsleitung 64 und
wird dann in einem Dekompressionszustand gehalten, während es
von dem Spülgas
durchlüftet
wird. Als Spülgas
wird üblicherweise
gasförmiger
Stickstoff verwendet, wobei jedoch der Typ Spülgas vorzugs weise entsprechend einem
Prozeß ausgewählt werden
kann und selbst ein anderes Gas als gasförmiger Stickstoff ist verwendbar.
Des weiteren wird der Waferträger 63 auf eine
erforderliche Temperatur wie beispielsweise etwa 400°C entsprechend
einem Prozeß erwärmt.
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Nachdem
das Absperrventil bzw. die Schleuse 62 zum Trennen der
beiden Kammern 33, 61 geschlossen wurde, werden
Gasmoleküle
in der Prozeßkammer 33 von
der Vakuumabsaugvorrichtung 32, die mit der Prozeßkammer 33 über das
Ventil 65 verbunden ist, abgelassen. Darauffolgend wird
das von Verunreinigungen über
die Reinigungsvorrichtung 35 befreite Edelgas in die Prozeßkammer 33 mit einer
Strömungsgeschwindigkeit
von etwa 1000 cc pro Minute von der Gasversorgungsvorrichtung 36 über die
Edelgasversorgungsleitung 37 eingeführt und nachdem das Innere
der Prozeßkammer 33 eine Edelgasatmosphäre erhalten
hat, wird Hochfrequenz von einer elektrischen bzw. Stromquelle für Hochfrequenz
angelegt, um dabei Plasma zu erzeugen durch hochfrequente elektrische
Entladung. Der Druck bei der Erzeugung des Plasmas ist im allgemeinen
1 Pa.
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Nach
der Erzeugung des Plasmas wird das Edelgas mit etwa 3% Sauerstoffkonzentration
von der Sauerstoffzuführleitung 39 eingeführt und
ein Sauerstoffradikal durch das erzeugte Plasma generiert, wobei
eine Oxidschicht auf dem Wafer durch das Sauerstoffradikal ausgebildet
wird. Der mit einer vorbestimmten Oxidschicht ausgebildete Wafer
wird von der Prozeßkammer 33 über die
Ladekammer 61 zu dem nächsten
Prozeß befördert zwecks
nächster Bearbeitung.
Zu diesem Zeitpunkt wird ein Gasgemisch aus Edelgas und bei der
Oxidation verwendetem Sauerstoff zwangsweise durch das Spülgas aus der
Prozeßkammer 33 abgelassen.
Bei dem derart oben beschriebenen Prozeß, wird ein Einbringen und Ausbringen
des Wafers etwa 20 mal pro Stunde durchgeführt.
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Andererseits
wird das Abgas aus der Prozeßkammer 33 evakuiert über das
die Prozeßkammer 33 und
die Vakuumabsaugvorrichtung 32 trennende Ventil 65,
um dann in die Sammelvorrichtung für Edelgas eingeleitet zu werden.
In diesem Falle ist die Entfernvorrichtung (beispielsweise ein Filter),
die auf die Entfernung metallischer Partikel abzielt, nicht unbedingt
erforderlich. Wie oben beschrieben, ist jedoch im Falle der Ausgestaltung
in Form balgartiger Typen von Kompressoren 42, 45,
eine Partikelentfernvorrichtung, die hergestellt ist durch Herumzentrieren
metallischer Filter oder ähnlichem
zum Zwecke des Schutzes der Balge, besonders bevorzugt.
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Des
weiteren und wie oben beschrieben, ist es im Falle des Durchführens eines
Prozesses zum Detoxifizieren der in dem Abgas enthaltenen, toxischen
Komponente, bevorzugt, einen Detoxifikationsapparat vorzusehen,
der hergestellt ist durch Herumzentrieren des Detoxifikationsmittels
zum Detoxifizieren reaktiver Gasmoleküle durch eine Oxidationsreaktion
oder des Adsorbens zu deren Adsorbieren und Entfernen. Als Detoxifikationsmittel,
kann in geeigneter Weise Kupferoxid, Stahloxid, Nickeloxid, Platin
oder ein Gemisch dessen oder ähnliches
verwendet werden, während
als Adsorbens, Aktivkohle, Aluminiumoxid, Zeolith oder ähnliches
verwendet werden kann. Es findet jedoch keine Beschränkung darauf
statt. Im Falle, daß die
reaktiven Gasmoleküle eine
Verbindung mit einem hohen Siedepunkt sind (Siedepunkt von mehr
als 50°C),
ist es zudem möglich,
die reaktiven Gasmoleküle
durch ihre Verflüssigung
oder Verfestigung im Rahmen des Vorsehens eines Kühlturms,
zu entfernen.
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Das
Abgas, das in die Gastrennvorrichtung 41 von der Vakuumabsaugvorrichtung 32 durch
die Abgassammelleitung 34 eingeführt wird, wird in den ersten
Kompressor 42 eingeführt,
um mit einem vorbestimmten Druck von beispielsweise etwa 0,2 Mpa mit
Druck beaufschlagt zu werden. Obgleich der erste Kompressor 42 einen
allgemeinen Balgtyp verwenden kann, ist er nicht darauf beschränkt. Das komprimierte
Abgas wird in die erste Trennmembran 43 eingeführt, so
daß in
dem Abgas beinhalteten Verunreinigungen, wie beispielsweise Sauerstoff,
Stickstoff oder ähnliches,
getrennt und bis zu einem gewissen Grade ent fernt werden und gleichzeitig
wird ein Ausgleich der Konzentration des Edelgases vorgenommen.
-
Zu
diesem Zeitpunkt ist die Edelgasverbindung bis zu einem gewissen
Grade in dem verunreinigten Gas beinhaltet, das von der Ablaßleitung 51 nach
außerhalb
des Systems abgelassen wird. Darauffolgend wird das Gas mit den
Verunreinigungen derart in die zweite Trennmembran 44 eingeführt, daß die Edelgasverbindung
bzw. -komponente konzentriert wird. Da das Edelgas in großer Menge
beinhaltet ist, beispielsweise mit etwa 50% in der Verunreinigungskomponente,
die in der zweiten Trennmembran 44 getrennt wurde, ist
es zu diesem Zeitpunkt möglich,
dieses Verunreinigungsgas über
die Abgasrückführleitung 52 zu
der Zulaufseite des ersten Kompressors 42 rückzuführen und
dabei das Edelgas zu sammeln. Um den Abgasdruck von dem ersten Kompressor 42 konstant
werden zu lassen, ist es überdies
notwendig, eine Kreisleitung vorzusehen, die über ein Ventil mit der Vorderseite
und der Rückseite
des ersten Kompressors 42 verbunden ist. Es ist jedoch
auch möglich,
die Abgasrückführleitung 52 von
der zweiten Trennmembran 44 als Kreisleitung zu verwenden.
-
Das
konzentrierte Edelgas (die Konzentration des Edelgases ist etwa
90%), das in der zweiten Trennmembran 44 konzentriert wurde,
wird in den zweiten Kompressor 45 eingeleitet, um unter
einen vorbestimmten Druck gesetzt zu werden und wird dann in den
adsorbierenden Separator 46 eingeleitet. Der adsorbierende
Separator 46 ist so ausgestaltet, daß er vom Typ wie beispielsweise
einem auf Druck schwingenden Typ ist, bei dem zwei Türme abwechselnd
geschaltet betätigt
werden durch ein Schaltventil, derart, daß es möglich ist, die Verunreinigungen
fortwährend
aus dem konzentrierten Edelgas zu entfernen. Zudem ist die Anzahl
an Türmen
nicht auf zwei Türme
beschränkt,
sondern es ist möglich,
mehr als zwei Türme
entsprechend Ausgestaltungserfordernissen vorzusehen, wie beispielsweise
der Konzentration an Verunreinigungen, der Adsorptionslänge oder ähnlichem.
Das Edelgas, bei dem die darin beinhalteten Verunreinigungen durch
den adsorbierenden Separator 46 nahezu vollständig adsorbiert und
entfernt werden, bis die Verunreinigungen bis auf eine sehr kleine
Menge entfernt sind, wird kurzzeitig in dem ersten Speichertank 48 über die
Edelgasausströmleitung 55,
gespeichert.
-
Wenn
andererseits die Verunreinigungen in dem Adsorbens um mehr als eine
vorbestimmte Menge adsorbiert wurden, wird eine Regenerierung des
Adsorbens durchgeführt.
Bei der Regenerierung und nachdem ein inneres Gas des adsorbierenden Separators 46 von
einer Einlaßseite
des adsorbierenden Separators 46 an die Atmosphäre abgegeben wurde,
werden die in dem Adsorbens adsorbierten Verunreinigungen getrennt
durch Lüften
des Edelgases von einer Auslaßseite
des adsorbierenden Separators 46 her. Zu diesem Zeitpunkt
wird das Edelgas in den adsorbierenden Separator eingeführt, indem es
durch eine Rückführleitung 53 für regeneriertes Gas
von dem ersten Speichertank 48 geführt wird. Das durchlüftende Edelgase
wird jedoch notwendigerweise nicht von dem ersten Speichertank 48 ausgeführt und
kann daher ausgeführt
werden entweder über
die Edelgasausströmleitung 55,
die mit dem adsorbierenden Separator 46 verbunden ist und
dem ersten Speichertank 48 über ein Ventil, oder über eine
Edelgaszusatzleitung 56 für zusätzliches Zuführen des
Edelgases zu dem ersten Speichertank 48.
-
Nach
dem Beenden eines Prozesses zum Trennen von Verunreinigungen, wird
die Einlaßseite des
adsorbierenden Separators 46 geschlossen und das Edelgas
in den adsorbierenden Separator 46 mit einem gewissen Druck
gefüllt,
um dabei das Regenerieren zu beenden. Zudem wird das Umschalten
von Adsorbieren und Regenerieren in dem adsorbierenden Separator 46 im
allgemeinen in einem Zeitintervall von etwa drei Minuten durchgeführt, kann
jedoch mit mehr als drei Minuten durchgeführt werden.
-
Die
Konzentration des in dem ersten Speichertank 48 gespeicherten
Edelgases wird mit Hilfe des Monitors 49 gemessen, der
eine Erfassungseinrichtung für
Verunreinigungen ist. Da der Monitor 49 die Komponente
bzw. den Anteil an in dem Edelgas beinhalteten Verunreinigungen
mißt,
das fortwährend gesammelt
und dann wieder zugeführt
wird, ist eine Art Verfahren zum Durchführen einer In-Situ-Messung
bevorzugt, um die gesammelte Menge an Edelgas zu erhöhen.
-
Der
Monitor 49 kann verschiedenste Typen Apparaturen verwenden,
wenn sie fähig
sind zu der In-Situ-Messung. Beispielsweise sind eine Apparatur wie
beispielsweise ein FT-IR,
ein photoakustisches Meßinstrument,
ein spektroskopischer Analysierer, der einen Laser als Lichtquelle
verwendet, ein emissionsspektrochemischer Analysierer, ein Detektor
für die
thermische Leitfähigkeit,
eine Apparatur zum Messen eines elektrischen Entladungsstroms oder einer
Spannung in der atmosphärischen
elektrischen Entladung, ein Sauerstoffsensor vom Zirkontyp oder ähnliches,
die hochempfindlich sind und Gas beim Messen nicht verunreinigen,
geeignet. Da nicht der Fall auftritt, daß das Edelgas unnötigerweise
nach außerhalb
des Systems abgelassen wird und es überdies ausreichend ist, nur
einen Anschluß für ein Befestigungsrohr
vorzusehen, wird daher eine Messung zu geringeren Kosten möglich.
-
Des
weiteren kann der Monitor der oben erwähnten, jeweiligen Verfahren
kombiniert werden mit einem Gaschromatographen, um eine Hyperempfindlichkeit
zu erzielen oder die Stabilität
der Messung zu erhöhen
oder kann von dem Typ sein, bei dem ein Gas mit einer unterschiedlichen
Komponente bzw. Verbindung hinzugefügt wird. Zudem ist es möglich, ein
Massenspektrometer zu verwenden. Im Falle dieser Verfahren jedoch,
d.h. im Falle, bei dem das analysierte Abgas von dem Monitor 59 abgelassen
wird und es nicht die In-Situ-Analyse ist, ist es, um effektiv das
Edelgas zu sammeln, das in dem von dem Monitor 49 abgelassenen,
analysierten Abgas beinhaltet ist, wie beispielsweise in 2 gezeigt, bevorzugt,
das analysierte Abgas rückzuführen durch
Vorsehen einer Rückführleitung 47 für analysiertes
Abgas, die eine Leitung 57a umfaßt, die zwischen der Vakuumabsaugvorrichtung 32 und
der Gastrenn vorrichtung 41 angeschlossen ist oder eine Leitung 57b,
die zwischen der Prozeßkammer 33 und der
Vakuumabsaugvorrichtung 32 angeschlossen ist.
-
Insbesondere
im Falle eines Typs, bei dem das analysierte Abgas evakuiert wird,
ist es wirkungsvoll, die Vakuumabsaugvorrichtung 32 für die das Edelgas
verwendende Vorrichtung für
gemeinsamen Gebrauch auszugestalten, um die Vorrichtung zu vereinfachen.
Als in diesem Fall zuzufügendes
Gas mit unterschiedlicher Komponente, ist das Gas bevorzugt, das
in der Gastrennvorrichtung 41 leicht trennbar ist. Beispielsweise
kann Helium oder Argon verwendet werden. Des weiteren ist bei dem
vorliegenden Ausführungsbeispiel
der Monitor 49 zwischen dem ersten Speichertank 48 und
der Reinigungsvorrichtung 35 vorgesehen. Er kann jedoch
auch in der Zulaufseite des ersten Speichertanks 48 vorgesehen sein. Überdies
kann die Edelgaszusatzleitung 56 zwischen dem ersten Speichertank 48 und
der Reinigungsvorrichtung 35 vorgesehen sein. Der Monitor 49 ist
bei einem derartigen Fall vorzugsweise zwischen dem ersten Speichertank 48 und
der Edelgaszusatzleitung 56 vorgesehen.
-
Über den
Monitor 49 wird die Konzentration wenigstens einer Komponente
der Verunreinigungen, wie beispielsweise Sauerstoff, Stickstoff,
Feuchtigkeit, Kohlenmonoxid, Kohlendioxid, Fluorkohlenstoff, Wasserstoff,
verschiedenste Film bzw. Schicht-bildende Gase oder ähnlichem,
gemessen, die in der Gastrennvorrichtung 41 nicht entfernt
wurden und in einer sehr geringen Menge in dem Edelgas verblieben
sind und es wird dann ein Meßsignal an
eine Steuereinrichtung weitergeleitet. Im Falle der Verwendung beispielsweise
eines Purifizierers von Gettertyp als Reinigungsvorrichtung 35 und
falls Verunreinigungen in den gettertypartigen Purifizierer in mehr
als einer vorbestimmten Konzentration, im allgemeinen von mehr als
1000 ppm, gelangen, ist eine Kontrolle der Konzentration der Verunreinigungen durch
den Monitor 49 wichtig, um die Sicherheit des gettertypartigen
Purifizierers sicherzustellen, da eine heftige Wärmeerzeugung auftritt und eine
Konvergenzreaktion bewirkt. Über
den Monitor 49 wird angezeigt, wenn die Konzentration an
Verunreinigungen beispielsweise weniger als 100 ppm wird, vorzugsweise
weniger als 10 ppm, wobei das Einlaßventil 66 der in
der Austrittsseite des Monitors 49 vorgesehenen Reinigungsvorrichtung
derart geöffnet
wird, daß das
Edelgas in die Reinigungsvorrichtung eingeleitet wird.
-
Wenn
die Konzentration an Verunreinigungen eine erlaubte Obergrenze überschreitet,
werden das Einlaßventil 66 der
Reinigungsvorrichtung und ein Sammelventil 67, das in der
Abgassammelleitung 34 vorgesehen ist, entsprechend dem
Einlaß der Gastrennvorrichtung 41,
durch das Signal von dem Monitor 49 über die Steuereinrichtung geschlossen, derart,
daß ein
Einströmen
an Gas von der Gastrennvorrichtung 41 zu der Reinigungsvorrichtung 35 abgeschnitten
ist, während
ein Ablaßventil 68 von
der Vakuumabsaugvorrichtung 32 geöffnet wird, derart, daß das Abgas
von der Vakuumabsaugvorrichtung 32 von einer Ablaßleitung 69 nach
außerhalb
des Systems der Edelgassammelvorrichtung abgelassen wird durch das
Ablaßventil 68. Überdies
wird das Edelgas, das in einem Hochdruckzylinder 72 oder ähnlichem
gespeichert ist, der Reinigungsvorrichtung 35 zugeführt durch
die Edelgasversorgungsleitung 73 über eine Strömungsgeschwindigkeits-
bzw. -rate-Steuerung 71, derart, daß das Edelgas von der Gaszuführvorrichtung 36 über die
Edelgasversorgungsleitung 37 der Prozeßkammer 33 zugeführt wird,
wobei die Plasmaoxidationsvorrichtung mit dem Betrieb weiterfährt. Zudem
ist es möglich,
durch Verwendung zweier verbundener Dreiwegventile für die Ventile 67, 68,
das System kleiner zu gestalten.
-
Falls
der Meßwert
eines in dem ersten Speichertank 48 vorgesehenen Druckmessers 74 unter einen
vorbestimmten Druck fällt,
wird das in dem Hochdruckzylinder 76 oder ähnlichem
gespeicherte Edelgas von der Edelgaszusatzleitung 56 über ein Edelgaszusatzventil 75 zugesetzt.
Der Zusatz an Edelgas durch Anzeige über den Druckmesser 74 kann über den
Hochdruckzylinder 72 durch die Strömungsratesteuerung 71 und
die Edelgas versorgungsleitung 73 erfolgen. In einem derartigen
Fall kann auf die Edelgaszusatzleitung 56 verzichtet werden.
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Durch
Vorsehen einer Zirkulationsleitung 81 für wiederbearbeitetes Gas, mit
einer Leitung 81a von der Austrittsseite des Monitors 49 zu
der Zulaufseite der Vakuumabsaugvorrichtung 32, einer Leitung 81b zu
der Zulaufseite dessen ersten Kompressors 42 und einer
Leitung 81c, die zu der Zulaufseite dessen zweiten Kompressors 45 reicht,
ist es überdies möglich, selbst
das Edelgas wieder in die Gastrennvorrichtung 41 einzuleiten,
das eine hohe Konzentration an Verunreinigungen hat, ohne das Edelgas nach
außerhalb
des Systems abzulassen und dabei wieder dessen Bearbeitung durchzuführen. Des
weiteren ist die Leitung 81 mit einem Ventil 82 versehen und
gleichzeitig kann je nach Bedarf eine Pumpe vorgesehen sein.
-
Des
weiteren ist es bevorzugt, eine Rohrleitungsleistung und eine Gasströmungsrate
bzw. -geschwindigkeit von dem Monitor 59 zu dem Einlaßventil 66 einzustellen,
derart, daß die
hochkonzentrierten Verunreinigungen die Reinigungsvorrichtung 35 während einer
Zeitspanne nicht erreichen können,
die vom Aussenden eines abnormalen Signals von dem Monitor 49 bis
zur Beendigung eines Schließvorgangs
des Einlaßventils 66 reicht.
Um die Rohrleitungsleistung zu erhöhen, ist es bevorzugt, beispielsweise
einen Puffertank vorne an dem Einlaßventil 66 vorzusehen.
-
In
der Reinigungsvorrichtung 35 werden die in dem Edelgas
beinhalteten Verunreinigungen oder ähnliches entfernt. Verschiedenste
Typen, beispielsweise der Adsorptionstyp oder der Typ einer trennenden
Membran, können
in der Reinigungsvorrichtung 35 verwendet werden. Jedoch
ist ein gettertypartiger Purifizierer, der Metall wie beispielsweise
Titan, Vanadium, Zirkon, Eisen, Nickel oder Legierung verwendet,
geeignet. Da die Konzentration der Verunreinigungen in dem Edelgas
von dem Monitor 49 gemessen wird, wird Edelgas, dessen
Konzentration an Verunreinigungen schon bekannt ist, in die Reinigungsvor richtung 35 geführt. Da
im allgemeinen eine Leistungsfähigkeit
(die Effizienz zur Entfernung von Verunreinigungen) des getterartigen
Purifizierer von der Konzentration der Verunreinigung am Einlaß abhängt, sowie
einer Oberflächengeschwindigkeit,
ist es möglich,
eine optimale Gestaltung entsprechend einer erforderlichen Strömungsgeschwindigkeit
bzw. -rate vorzunehmen. Überdies
ist es möglich,
eine Lebensdauer des Getters zu berechnen, indem ein integrierter
Strömungsmesser
in der Reinigungsvorrichtung 35 vorgesehen wird, um dabei
den Zeitpunkt für das
Auswechseln des Getters vorherzusagen.
-
Das
Edelgas, dessen Verunreinigungen in der Reinigungsvorrichtung 35 entfernt
werden, wird von der Edelgaszuführvorrichtung 36 über die
Edelgasversorgungsleitung 37 der Prozeßkammer 33 zugeführt, um
dabei wiederverwertet zu werden. Da das meiste in der Plasmaoxidationsvorrichtung 31 verwendete
Edelgas zur Wiederverwendung gesammelt werden kann, ist es daher
gemäß dem bevorzugten Ausführungsbeispiel
möglich,
das erforderliche Edelgas mit einer erforderlichen Reinheit, wie
auch billiger, zu nutzen.
-
Des
weiteren ist eine Einspeisleitung 83 für Dichtgas vorgesehen, um das
Gas als Dichtgas der Vakuumabsaugvorrichtung 32 zu nutzen,
indem das von der ersten Trennmembran 43 abgelassene Gas in
die Ablaßleitung 51 eingespeist
wird. Dadurch ist es möglich,
das Edelgas, das in dem von der Ablaßleitung 51 abgelassenen
Gas enthalten ist, wieder in das Innere des Systems zurückzuführen.
-
Das
heißt,
da das Dichtgas der Vakuumabsaugvorrichtung 32 eingeführt wird,
um ein Lecken eines axialen Abschnitts eines Rotors zu verhindern,
der vorgesehen ist zum Drehen eines Schraubenteils, das einen Hauptteil
der Vakuumpumpe bildet, daß etwa
die Hälfte
des Dichtgases in die Atmosphäre
abgelassen wird. Das nicht abgelassene Dichtgas wird jedoch in die
Sekundärseite
der Vakuumpumpe zu dem axialen Abschnitt gemischt, um dabei in das
Innere des Systems eingeleitet zu werden. Durch Einführen des
Abgases von der ersten Trennmembran 43 über die Einspeisleitung 83 für Dichtgas zu
der Vakuumabsaugvorrichtung 32 zum Zwecke der Verwendung
des Abgases als Dichtgas, ist es daher möglich, die Menge an abgelassenem
Edelgas das zusammen mit dem Abgas nach außerhalb des Systems abgelassen
wird, auf etwa die Hälfte
zu reduzieren und dabei die Sammelrate an Edelgas zu verbessern.
-
Da
das Edelgas, insbesondere Krypton oder Xenon, eine hohe Viskosität hat und
in einem Falle der Verwendung des Abgases von der ersten Trennmembran 43 als
Dichtgas der Vakuumabsaugvorrichtung 32, wie oben beschrieben,
ist es überdies
möglich,
dessen erforderliche Menge zu reduzieren. Das heißt, daß es möglich ist,
selbst bei geringerer Strömungsrate
bzw. -geschwindigkeit ausreichend Dichtleistung sicherzustellen,
indem das Abgas von der ersten Trennmembran 43 als Dichtgas
verwendet wird. Infolgedessen ist es möglich, die Menge an dichtendem,
gasförmigen
Stickstoff zu reduzieren oder darauf zu vermeiden, der separat eingespeist werden
muß. Da
es möglich
ist, die Menge an dichtendem, gasförmigem Stickstoff zu reduzieren,
der in das Innere des Systems gemischt ist, kann zudem eine entsprechende
Apparatur der Edelgassammelvorrichtung wie beispielsweise die Trennmembran, der
Kompressor, der adsorbierende Separator oder ähnliches, kleiner gemacht werden,
wodurch eine geringere Größe und geringere
Kosten in Bezug auf die Edelgassammelvorrichtung erreicht werden
können.
-
Zudem
kann die Strömungsrate
des gasförmigen
Stickstoffs, der als Dichtgas eingeführt werden muß, vorzugsweise
beurteilt werden in Abhängigkeit von
der Ausgestaltung des axialen Dichtabschnitts oder einer erlaubten
Gemischmenge der Atmosphäre.
Im Falle jedoch, daß die
Menge an Abgas von der ersten Trennmembran 43 kleiner ist,
ist es möglich, die
Edelgassammelrate weiter zu verbessern durch Unterteilung des Dichtgaseinspeisabschnitts
in mehr als zwei Abschnitte und dann durch Einspeisen des Abgases
von der Trennmembran 43 in eine in das Innere des Systems
zu mischende Seite und Ein speisen von gasförmigem Stickstoff in eine Seite,
die nach außerhalb
des Systems abgelassen wird.
-
Des
weiteren wird im Falle des Verbindens der Edelgassammelvorrichtung
mit der Edelgas-verwendenden Vorrichtung ähnlich der Plasmaoxidationsvorrichtung 31,
um gasförmigen
Stickstoff und ein Gas, das nicht Edelgas ist, darin einzuführen, bevorzugt,
getrennt eine Entfernvorrichtung zum Entfernen von gasförmigem Stickstoff
und der Gaskomponente, die nicht Edelgas ist, vorzusehen, und zwar
zwischen der Ablaßleitung 51 der
ersten Trennmembran 43 und der Vakuumabsaugvorrichtung 32.
-
Das
heißt,
daß es
im Falle der Plasmaoxidationsvorrichtung 31 bevorzugt ist,
das Abgas als Dichtgas zu verwenden, nachdem eine Oxidationsentfernvorrichtung,
kombiniert mit dem Getter und dem Adsorbens in der Ablaßleitung 51 vorgesehen wurde,
um gasförmigen
Sauerstoff zu entfernen, da das von der ersten Trennmembran 43 abgelassene Gas
das Edelgas, wie auch gasförmigen
Stickstoff und gasförmigen
Sauerstoff, beinhaltet. Des weiteren ist es im Falle einer Vorrichtung
zum reaktiven Ätzen unter
Verwendung toxischer Komponenten, wie beispielsweise der Plasma-CVD-Vorrichtung
oder ähnlichem,
wie dies oben beschrieben wurde, bevorzugt, die toxischen Komponenten
zuvor zu entfernen, indem die Detoxifikationsvorrichtung für die toxischen Komponenten
separat vorgesehen wird.
-
Wie
oben beschrieben, wird das Abgas, das von der Edelgasverwendenden
Vorrichtungen, wie beispielsweise der Plasmaoxidationsvorrichtung 31, über die
Vakuumabsaugvorrichtung 32 abgelassen wurde, in den adsorbierenden
Separator 46 eingespeist, zum Durchführen eines Adsorbierens und Entfernens
von Verunreinigungen in einem derartigen Zustand, bei dem die Konzentration
ausgeglichen (stabilisiert) wird durch grobes Trennen der Verunreinigungen,
so daß die
Konzentration an Edelgas in der ersten Trennmembran 43 zwischen
30% und 50% liegt und daß die
Verunreinigungen weiter entfernt werden, um das Edelgas zu konzentrieren
und die Konzentration des Edelgases in der zweiten Trennmembran 44 bei
90% wird, wodurch es möglich ist,
eine Belastung des adsorbierenden Separators 46 zu reduzieren,
um die Trenneffizienz in Bezug auf die Verunreinigungen zu verbessern.
-
Dadurch
ist es möglich,
sicher einen Reinigungsprozeß in
der Reinigungsvorrichtung 35 in einem stabilen Zustand
durchzuführen
durch weiteres Reinigen des Edelgases, aus dem in dem adsorbierenden
Separator 46 Verunreinigungen nur noch bis auf eine sehr
kleinen Menge, entfernt wurden und zwar in der Reinigungsvorrichtung 35.
Das heißt,
daß durch
Entfernen der meisten Verunreinigungen in dem adsorbierenden Separator
nach Durchführung einer
Grobtrennung (Konzentrieren – Stabilisieren – und Konzentrieren)
in der Trennmembran, es möglich
ist, die Eigenschaften der Membrantrennung und der adsorbierenden
Trennung auszunutzen, welche die Gastrennmittel sind, um dabei das
Edelgas mit gutem Wirkungsgrad zu sammeln.
-
Obgleich
das vorliegende Ausführungsbeispiel
ein Beispiel zeigt, bei dem eine Edelgas verwendende Vorrichtung
mit einer Edelgassammelvorrichtung verbunden ist, ist es des weiteren
auch möglich,
mehrere Edelgas verwendende Vorrichtungen mit einer Edelgassammelvorrichtung
zu verbinden. Beispielsweise sind drei Edelgas verwendende Vorrichtungen
mit einer Edelgassammelvorrichtung verbunden und daher ist es möglich, die
Strömungsrate bzw.
-geschwindigkeit und Konzentration des Abgases auszugleichen, das
in die Edelgassammelvorrichtung eingeleitet wird, und zwar durch
Verschieben einer Abgasspitze (einer Prozeßstartzeit) des Edelgases,
so daß keine Überlappung
stattfindet. Dadurch wird ein sicherer Betrieb der Gastrennvorrichtung 41 möglich und
gleichzeitig ist es möglich, die
Menge an Edelgas auszugleichen, die über die Reinigungsvorrichtung 35 über die
Edelgasversorgungsvorrichtung 36 zugeführt wurde.
-
Des
weiteren ist es bei der Gastrennvorrichtung möglich, jegliches Mittel entsprechend
einem Zustand der Abgasverbindung oder ähnlichem, zu verwenden. Beispielsweise
ist es möglich, Verunreinigungen
mit einem derartigen Verfahren zu trennen, wie beispielsweise unter
Verwendung von Reaktanten, der Verwendung von erwärmtem Metall
oder durch Erzeugung von Plasma. Überdies kann das zu sammelnde
Edelgas nicht nur allein einer der Stoffe aus Helium, Neon, Argon,
Krypton oder Xenon sein, sondern auch ein Gemisch von mehr als zwei
von diesen.
-
(Beispiele)
-
Beispiel 1
-
Ein
Vorgang zum Sammeln von in dem Abgas beinhalteten Kryptongas wurde
durchgeführt
unter Verwendung der Edelgassammelvorrichtung mit in 1 gezeigtem
Aufbau bei einer Sputtervorrichtung als Edelgas verwendenden Vorrichtung
und dann wurde die Sammelrate- bzw. -menge gemessen. Die Sammelrate
des Kryptongases wurde kalkuliert, beruhend auf einer Strömungsrate-
bzw. -geschwindigkeit, die gemessen wurde durch ein in der Gasversorgungsvorrichtung
vorgesehenes Massendurchsatzmeßgerät und eine
neu eingespeiste Menge wurde in einem Durchflußmeßgerät gemessen, das in der Zusatzleitung
des ersten Speichertanks vorgesehen war.
-
Bei
der Sputtervorrichtung wurde Aluminium als die Schicht bzw. den
Film bildendes, festes Material verwendet. Des weiteren wurde ein
Absperrventil bzw. eine Schleuse zur Trennung der Prozeßkammer und
der Ladekammer nur dann geöffnet
und geschlossen, wenn der Wafer herein- und herausgenommen wurde.
Die Zeit zum Einbringen und Ausbringen des Wafers belief sich auf
30 Sekunden. Gasförmiger
Stickstoff als Spülgas
wurde jeweils in die Ladekammer und die Prozeßkammer eingespeist, bevor
das Einbringen und Ausbringen des Wafers stattfand. Deren Druck
wurde auf 1 Pa eingestellt. Nachdem der Wafer in die Prozeßkammer
verbracht wurde, wurde das Kryptongas mit einer Strömungsrate
von 1000 cc/min. über
10 sec. eingespeist, um einen Vorablaß durchzuführen.
-
Danach
wurde bei einem Strömen
des Kryptongases mit einer Strömungsgeschwindigkeit
von 1000 cc/min., bei einem Druck von 1 Pa, eine Schichtausbildung
eine Minute lang durchgeführt durch
Erzeugen von Plasma. Dieser Prozeß wurde wiederholt durchgeführt und
ein 0,1524 m (6 inch) Wafer wurde mit einer Geschwindigkeit von
36 Bögen/Stunde
bearbeitet. Der spezifische elektrische Widerstand der in diesem
Experiment erzielten dünnen
Aluminiumschicht war nahezu der gleiche wie derjenige des festen
Materials. Des weiteren war der spezifische elektrische Widerstand
von Wafer zu Wafer nahezu konstant. Zudem war die Gesamteinspeismenge
an Kryptongas in die Prozeßkammer
zu dieser Zeit etwa 42 l und die Gesamtmenge an neu eingespeistem
Kryptongas war 16,8 l pro Stunde. Aus obigem Resultat wurde erkennbar,
daß die
Sammelrate etwa 60% war.
-
Experiment 2
-
Bei
der Edelgassammelvorrichtung mit den in 1 gezeigten
Konstruktionen wurde die Dichtgaseinspeisleitung 83 in
der Ablaßleitung 51 vorgesehen
und das Abgas der ersten Trennmembran 43 wurde als Dichtgas
der Vakuumabsaugvorrichtung 32 verwendet. Andere Bedingungen
waren die gleichen wie beim Beispiel 1. Als Folge belief sich die Gesamteinspeismenge
an Kryptongas in die Prozeßkammer
auf etwa 42 l und die Gesamtmenge an neu eingespeistem Kryptongas
auf etwa 8 l. Dadurch wird die Sammelrate etwa 80%.
-
Experiment 3
-
Bei
der Plasmaoxidationsvorrichtung, bei der die Edelgassammelvorrichtung
die gleichen Konstruktionen wie beim Beispiel 2 hat, wurde die Sammelrate
gemessen durch Ausführen
des Vorgangs zum Sammeln von Kryptongas. Des weiteren wurde eine
Entfernvorrichtung für
gasförmigen
Sauerstoff in der Dichtgaseinspeisleitung vorgesehen. Als Wafer wurde
ein 0,1524 m (6 inch) Siliciumwafer verwendet und eine Wafertemperatur
belief sich auf 400°C.
Das Absperrventil bzw. die Schleuse zum Tren nen der Prozeßkammer
und der Ladekammer wurde nur dann geöffnet und geschlossen, wenn
der Wafer eingebracht und ausgebracht wurde. Die Zeitspanne zum
Einbringen und Ausbringen des Wafers belief sich auf 25 sec. Vor
dem Einbringen und Ausbringen des Wafers wurde gasförmiger Stickstoff
in die Ladekammer und die Prozeßkammer
eingespeist. Deren Druck belief sich auf 100 Pa. Nachdem der Wafer
in der Prozeßkammer
vorgesehen wurde, wurde Kryptongas, dessen Sauerstoffgaskonzentration
auf 3% moduliert wurde, mit einer Strömungsrate- bzw. geschwindigkeit
von 1000 cc/min. 10 Sekunden lang eingespeist, um einen Vorablaß durchzuführen.
-
Indem
das Kryptongas mit einer Sauerstoffgaskonzentration, die auf 3%
moduliert wurde, mit einer Strömungsrate
von 1000 cc/min. bei einem Druck von 100 Pa strömen gelassen wurde, wurde danach der
Oxidationsprozeß 25
sec. lang bei Erzeugung von Plasma durchgeführt. Der Wafer wurde mit einer Geschwindigkeit
von 30 Bögen
bzw. Platten/min. durch wiederholtes Durchführen dieses Prozesses bearbeitet.
Im vorliegenden Ausführungsbeispiel wurde
ein MOS-Kondensator hergestellt zur Bewertung des ausgebildeten
Oxidschicht. Die Dicke der durch den Oxidationsprozeß über 25 sec.
lang hergestellten Oxidschicht belief sich auf etwa 7 nm. Wurde das
Verhältnis
von Silicium (Si) und Sauerstoff (O) analysiert, so war des weiteren
das Verhältnis
etwa gleich dem theoretischen Verhältnis. Auch war eine Dichte
der Volumenladung in der Oxidschicht gleich derjenigen der thermischen
Oxidationsschicht. Diese Resultate waren erzielbar, selbst wenn
das gesammelte Edelgas verwendet wurde und bei etwa konstantem Wert
zwischen 30 Waferbögen.
-
Bei
dem vorliegenden Ausführungsbeispiel war
die gesamteingespeiste Menge an Kryptongas in die Prozeßkammer
etwa 34 l und die Gesamtmenge an neu eingespeistem Kryptongas 5
l. Dadurch wird die Sammelrate etwa 85%.
-
Wie
oben beschrieben, wird es erfindungsgemäß möglich, das Edelgas zu sammeln,
das in dem Abgas beinhaltet ist, das von der Edelgas verwendenden
Vorrichtung abgelassen wird, wie der Plasmaverarbeitungsvorrichtung
oder ähnlichem
und zwar mit hoher Effizienz, und es ist auch möglich, das erforderliche Edelgas
mit einer erforderlichen Reinheit wiederzuverwerten wie auch billiger.
Da der Trennprozeß in
einem Zustand ausgeführt
wird, bei dem die Konzentration des in dem gesammelten Abgas beinhalteten
Edelgases etwa konstant gehalten ist, ist es des weiteren möglich, leichter
den Trennprozeß zu
optimieren und den Betrieb sicherer zu gestalten. Da es möglich ist,
das Abgas von der Trennmembran als Dichtgas der Vakuumabsaugvorrichtung
zu verwenden, ist es überdies
möglich,
die Menge an Dichtgas zu reduzieren, um weiter die Sammelrate- bzw.
-menge zu verbessern, wodurch es möglich ist, eine kleiner bemessene
und billigere Edelgassammelvorrichtung zu erzielen.