【手続補正書】
【提出日】平成15年12月11日(2003.12.11)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【発明の名称】ガス雰囲気形成装置及びガス雰囲気形成方法
【特許請求の範囲】
【請求項１】ガスを導入するためのガス導入口とガスを排出するためのガス排出口とを備えたケーシングと、
前記ケーシングに流体連通され、ガスを循環させるガス循環管路と、
前記ケーシング内のガスをガス循環管路を通して循環させるための循環ファンと、
前記ガス導入口及びガス排出口を介しての前記ケーシング内に不活性ガスの導入及び排出を行うための位置と、ケーシング内の不活性ガスを上記ガス循環管路を通して循環させるための位置との間で切替可能なバルブと、
前記ガス循環管路に設けられ、該ガス循環管路を通る不活性ガス中の水分等を冷却凝縮して当該ガスから除去するためのトラップとを具備し、
前記ケーシング内に所望のガス雰囲気を形成することを特徴とするガス雰囲気形成装置。
【請求項２】請求項１に記載のガス雰囲気形成装置において、
前記ガス循環管路が前記ガス導入口及びガス排出口の間に接続されていることを特徴とするガス雰囲気形成装置。
【請求項３】請求項２に記載のガス雰囲気形成装置において、
前記切替可能なバルブが、前記ガス導入口及びガス排出口にそれぞれ設けられたバルブからなることを特徴とするガス雰囲気形成装置。
【請求項４】請求項１乃至３のいずれか１項に記載のガス雰囲気形成装置において、
前記循環される不活性ガス中に含まれる粒子等を除去するための粒子除去フィルタやケミカルフィルタを備えたことを特徴とするガス雰囲気形成装置。
【請求項５】  請求項１乃至４のいずれか１項に記載のガス雰囲気形成装置において、
前記ガス循環管路に設けられ、前記トラップに流入する不活性ガスと流出する不活性ガスとの間で熱交換を行うための熱交換器を有することを特徴とするガス雰囲気形成装置。
【請求項６】請求項５に記載のガス雰囲気形成装置において、
前記ケーシング内に設けられ、該ケーシング内を通る不活性ガスの流れを均一化するためのガス流均一化機構を備えることを特徴とするガス雰囲気形成装置。
【請求項７】ケーシング内の空間に所要のガス雰囲気を形成するためのガス雰囲気形成方法であって、
前記空間に不活性ガスを導入するとともに該不活性ガスを該空間から排出する工程と、
前記空間内が前記不活性ガスによって充満されたときに、該不活性ガスの前記導入及び排出を止めるとともに、前記ケーシングに連通されたガス循環路を介して上記空間内の不活性ガスを循環させる工程と、
前記ガス循環路を通る不活性ガス中の水分等を冷却凝縮して当該不活性ガスから除去する工程とを有することを特徴とするガス雰囲気形成方法。
【請求項８】請求項７に記載のガス雰囲気形成方法において、
前記循環される不活性ガスに粒子除去等の所要の処理を行う工程を有することを特徴とするガス雰囲気形成方法。
【請求項９】請求項８に記載のガス雰囲気形成方法において、
前記ケーシング内の不活性ガスの流れを均一化する工程を有することを特徴とするガス雰囲気形成方法。
【請求項１０】請求項７乃至９のいずれか１項に記載のガス雰囲気形成方法において、
前記ガス循環路を通るガス中の水分等を冷却凝縮して当該ガスから除去する前記工程の前後におけるガス循環路を通る冷却前と冷却後のガスの間で熱交換を行なうことを特徴とするガス雰囲気形成方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はある板金又はケーシング又はチャンバ等（以下、「ケーシング」と称する）に囲まれた空間内に不活性ガスを循環させ、該空間内を不活性ガスで充満させ所望のガス雰囲気を形成するガス雰囲気形成装置及びガス雰囲気形成方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図１はケーシングで囲まれた空間に不活性ガスを導入する従来装置の構成例を示す図である。図示するように、ケーシング１で囲まれた空間２にドライな不活性ガスＧをガス導入口３から導入し、粒子除去フィルタ（ヘパ、ウルパフィルタ等）４でパーティクル他を除去し、空間２をドライな不活性ガス雰囲気にすると共に、空間２からのドライな不活性ガスは、ガス排出口５から排気される。
【０００３】
上記のように、ケーシング１で囲まれた空間２を不活性ガス雰囲気にすることにより、空間２内の酸素及び水分濃度を低くして、例えば、バッチ式の低圧ＣＶＤ装置等において、空間２にセットしたウエハ等の表面に大気中の酸素や水分による微薄な酸化膜が形成されることを防ぐことができる。これにより大気中の酸素や水分による酸化を嫌うプロセスに対してウエハ等を酸化から保護することができる。
【０００４】
上記従来のケーシング１で囲まれた空間を不活性ガス雰囲気にする装置においては、不活性ガスを大量に流し空間２の酸素及び水分濃度を抑え、不活性ガスはそのまま排出していた。そのため大量の不活性ガスを消費し、ランニングコストが高くなるという問題があった。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は上述の点に鑑みてなされたもので、不活性ガスの消費量が少なくケーシングに囲まれた空間に不活性ガスを充満させ所望のガス雰囲気を形成するガス雰囲気形成装置及びガス雰囲気形成方法を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため請求項１に記載の発明は、ガスを導入するためのガス導入口とガスを排出するためのガス排出口とを備えたケーシングと、ケーシングに流体連通され、ガスを循環させるガス循環管路と、ケーシング内のガスをガス循環管路を通して循環させるための循環ファンと、ガス導入口及びガス排出口を介してのケーシング内に不活性ガスの導入及び排出を行うための位置と、ケーシング内の不活性ガスを上記ガス循環管路を通して循環させるための位置との間で切替可能なバルブと、ガス循環管路に設けられ、該ガス循環管路を通る不活性ガス中の水分等を冷却凝縮して当該ガスから除去するためのトラップとを具備し、ケーシング内に所望のガス雰囲気を形成することを特徴とする。
【０００７】
上記のように、ケーシングに囲まれた空間に導入する不活性ガスをガス循環管路及び循環ファンを介して循環させることにより、不活性ガスの消費量は大幅に減少する。また、ガス循環管路にトラップを設けることにより、該トラップで循環する不活性ガス中の水分及び／又は有機系ガスは除去され、空間は水分及び／又は有機系ガスの含まれない不活性ガスで満たされる。
【０００８】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載のガス雰囲気形成装置において、ガス循環管路がガス導入口及びガス排出口の間に接続されていることを特徴とする。
【０００９】
請求項３に記載の発明は、請求項２に記載のガス雰囲気形成装置において、切替可能なバルブが、ガス導入口及びガス排出口にそれぞれ設けられたバルブからなることを特徴とする。
【００１０】
請求項４に記載の発明は、請求項１乃至３のいずれか１項に記載のガス雰囲気形成装置において、循環される不活性ガス中に含まれる粒子等を除去するための粒子除去フィルタやケミカルフィルタを備えたことを特徴とする。
【００１１】
上記のようにガス循環管路に粒子除去フィルタ及び／又はケミカルフィルタを設けることにより、循環する不活性ガス中の粒子や有機系ガス及び酸素が除去され、空間がこれら粒子や有機系ガス及び酸素を含まない不活性ガスで満たされる。
【００１２】
請求項５に記載の発明は、請求項１乃至４のいずれか１項に記載のガス雰囲気形成装置において、ガス循環管路に設けられ、トラップに流入する不活性ガスと流出する不活性ガスとの間で熱交換を行うための熱交換器を有することを特徴とする。
【００１３】
上記のようにガス循環管路に熱交換器を設けることにより、循環する不活性ガスを循環に必要な温度に維持することができる。
【００１４】
請求項６に記載の発明は、請求項５に記載のガス雰囲気形成装置において、ケーシング内に設けられ、該ケーシング内を通る不活性ガスの流れを均一化するためのガス流均一化機構を備えることを特徴とする。
【００１５】
上記のようにガス流均一機構を設けることにより、空間内に不活性ガスが均一に流れることになり、空間内の酸素及び水分を低濃度で均一に抑えることができる。
【００１６】
請求項７に記載の発明は、ケーシング内の空間に所要のガス雰囲気を形成するためのガス雰囲気形成方法であって、空間に不活性ガスを導入するとともに該不活性ガスを該空間から排出する工程と、空間内が不活性ガスによって充満されたときに、該不活性ガスの導入及び排出を止めるとともに、ケーシングに連通されたガス循環路を介して上記空間内の不活性ガスを循環させる工程と、ガス循環路を通る不活性ガス中の水分等を冷却凝縮して当該不活性ガスから除去する工程とを有することを特徴とする。
【００１７】
請求項８に記載の発明は、請求項７に記載のガス雰囲気形成方法において、循環される不活性ガスに粒子除去等の所要の処理を行う工程を有することを特徴とする。
【００１８】
請求項９に記載の発明は、請求項８に記載のガス雰囲気形成方法において、ケーシング内の不活性ガスの流れを均一化する工程を有することを特徴とする。
【００１９】
請求項１０に記載の発明は、請求項７乃至１９のいずれか１項に記載のガス雰囲気形成方法において、ガス循環路を通るガス中の水分等を冷却凝縮して当該ガスから除去する工程の前後におけるガス循環路を通る冷却前と冷却後のガスの間で熱交換を行なうことを特徴とする。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態例を図面に基づいて説明する。図２は本発明に係るガス循環システムの構成を示す図である。図２において図１と同一符号を付した部分は同一又は相当部分を示す。本ガス循環システムは、図示するように、ケーシング１で囲まれた空間２のガス導入口３とガス排出口５に切替バルブ６、７を設け、該切替バルブ６、７を介して、ガス導入口３とガス排出口５をガス循環経路８で結んでいる。
【００２１】
一例として、ガス導入口３に循環ファン１１を設け、該ガス循環ファン１１の下流側にフィルタ４を設け、更に該フィルタ４の下流側に空間２内に不活性ガスが均一に流れるようにするガス流均一機構１２を設けている。また、ガス循環経路８には熱交換器９及びトラップ１０を設けている。
【００２２】
上記構成のガス循環システムにおいて、切替バルブ６及び７を反ガス循環経路８側に切り替え、例えば、窒素（Ｎ2）ガスやアルゴン（Ａｒ）ガス等の不活性ガスＧをガス導入口３に供給すると、該不活性ガスＧは循環ファン１１及びフィルタ４を通り、更にガス流均一機構１２を通ってケーシング１で囲まれた空間２内に均一な不活性ガス流となって流れ込む。空間２内を満たした不活性ガスＧはガス排出口５を通って切替バルブ７から排出される。不活性ガスＧの導入初期は空間２内の酸素、水分を除去するため、空間２に導入された不活性ガスＧはそのまま排出口５から排出すること等任意に切替が可能である。
【００２３】
空間２内に不活性ガスＧが充満し、空間２内の酸素、水分が除去されたら、切替バルブ６、７をガス循環経路８側に切り替える。これにより、空間２内の不活性ガスは切替バルブ７、熱交換器９、トラップ１０、切替バルブ６、循環ファン１１、フィルタ４及びガス流均一機構１２を通って均一なガス流となって空間２に流入し、循環する。
【００２４】
熱交換器９はガス循環経路８から該熱交換器９を通ってトラップ１０に流入する不活性ガスＧ１を該トラップ１０から排出される不活性ガスＧ２で冷却するように構成されている。該トラップ１０では不活性ガスＧ１中に含まれる水分や有機系ガスを捕捉して除去する。この水分や有機系ガスの除去された不活性ガスＧ２はフィルタ４を通ることにより、該不活性ガスＧ２中の粒子を捕捉して除去する。なお、このフィルタ４としては粒子除去フィルタ又はケミカルフィルタ又はその両者を用いる。ケミカルフィルタを用いると不活性ガス中の有機系ガスが除去される。
【００２５】
トラップ１０は、酸素、水分及び有機系コンタミ（有機系ガス）を捕捉するために、捕捉するガスの露点温度以下の低温とし、熱交換器９は不活性ガスＧの循環に必要な温度に保てるように熱除去を可能とする。なお、不活性ガスＧをガス循環経路８を通して循環させる前に、トラップ１０は所望の温度（例えば、−１００℃〜−２００℃）に動作させておく。
【００２６】
図３はトラップ１０の概略構成例を示す図で、図３（ａ）は側断面図、図３（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ断面図である。トラップ１０はコールドヘッド１０−１とヘリウムコンプレッサ１０−２からなる。コールドヘッド１０−１にはケーシング１０−１ａ内に熱伝導性の良い材料（金属材）からなる同心円状の円筒体１０−１ｂが収納されており、該円筒体１０−１ｂはヘリウムコンプレッサ１０−２からの冷媒（ヘリウムガス）で冷凍（例えば−１００℃〜−２００℃）を発生するヘリウム冷凍機１０−１ｃと機械的に連結され、冷却されるようになっている。
【００２７】
コールドヘッド１０−１のケーシング１０−１ａ内にはガス循環経路８からの不活性ガスＧ１が流入するようになっている。該不活性ガスＧ１は円筒体１０−１ｂの間隙を通る時、その中に含まれる水分や有機系ガスが円筒体１０−１ｂの表面に付着して凝縮し捕捉される。
【００２８】
上記構成のガス循環システムにおいて、例えばケーシング１で囲まれた空間２が、バッチ式低圧ＣＶＤのチャンバー内の空間であった場合、該空間２内に多数の半導体ウエハをセットし、該チャンバー内に窒素ガスやアルゴンガスを導入し、循環させることにより、空間２内の酸素濃度及び水分濃度を極めて低く抑えることができ、半導体ウエハ表面の酸化を防止することができる。また、不活性ガスＧを循環させて使用するため、補給する不活性ガス量はケーシング１から漏れる分や循環経路から外部に排出する少量を補充するだけで済むから、ランニングコストが安価となる。
【００２９】
なお、循環ファン１１の軸受には、パーティクルや有機系材料等により不活性ガスが汚染されるのを防止するため、磁気軸受を用い、更に磁気軸受部及びモータ部をキャン構造とするとよい。
【００３０】
【発明の効果】
以上説明したように各請求項に記載の発明によれば下記のような優れた効果が得られる。
【００３１】
請求項１乃至３に記載の発明によれば、ケーシングに囲まれた空間に導入する不活性ガスをガス循環管路及び循環ファンを介して循環させるから、空間内の酸素及び水分濃度を抑えることができ、そのために不活性ガスの消費量は大幅に減少する。従ってランニングコストを大幅に低減できるガス雰囲気形成装置を提供できる。また、ガス循環管路にトラップを設けることにより、該トラップで循環する不活性ガス中の水分及び／又は有機系ガスは除去され、空間内を満たす不活性ガスの純度を高く保持することができ、該空間内を例えば表面酸化を嫌うウエハ等をセットする好適環境に維持することができるガス雰囲気形成装置を提供できる。
【００３２】
請求項４に記載の発明によれば、ガス循環管路に粒子除去フィルタ及び／又はケミカルフィルタを設けることにより、循環する不活性ガス中の粒子や有機系ガスが除去され、空間がこれら粒子や有機ガスが含まれない不活性ガスで満たされ、該空間内を例えば粒子や有機系ガスで汚染されることを嫌うウエハ等をセットする好適環境に維持することができるガス雰囲気形成装置を提供できる。
【００３３】
請求項５に記載の発明によれば、ガス循環管路に熱交換器を設けることにより、循環する不活性ガスを循環に必要な温度に維持することができるガス雰囲気形成装置を提供できる。
【００３４】
請求項６に記載の発明によれば、ガス流均一機構を設けることにより、空間内に不活性ガスが均一に流れることになり、空間内の酸素及び水分を低濃度で均一に抑えることができるガス雰囲気形成装置を提供できる。
【００３５】
請求項７に記載の発明によれば、空間内が不活性ガスによって充満されたときに、該不活性ガスの導入及び排出を止めるとともに、ケーシングに連通されたガス循環路を介して上記空間内の不活性ガスを循環させる工程を有するから、不活性ガスの消費量は大幅に減少する。従ってランニングコストを大幅に低減できるガス雰囲気形成方法を提供できる。また、ガス循環路を通る不活性ガス中の水分等を冷却凝縮して当該不活性ガスから除去する工程を有するから、不活性ガス中の水分及び／又は有機系ガスは除去され、空間内を満たす不活性ガスの純度を高く保持することができ、該空間内を例えば表面酸化を嫌うウエハ等をセットする好適環境に維持することができるガス雰囲気形成方法を提供できる。
【００３６】
請求項８に記載の発明によれば、循環される不活性ガスに粒子除去等の所要の処理を行う工程を有するので、循環する不活性ガス中の粒子や有機系ガスが除去され、空間がこれら粒子や有機系ガスが含まれない不活性ガスで満たされ、該空間内を例えば粒子や有機系ガスで汚染されることを嫌うウエハ等をセットする好適環境に維持することができるガス雰囲気形成方法を提供できる。
【００３７】
請求項９に記載の発明によれば、ケーシング内の不活性ガスの流れを均一化する工程を有するので、空間内に不活性ガスが均一に流れることになり、空間内の酸素及び水分を低濃度で均一に抑えることができるガス雰囲気形成方法を提供できる。
【００３８】
請求項１０に記載の発明によれば、ガス循環路を通るガス中の水分等を冷却凝縮して当該ガスから除去する工程の前後におけるガス循環路を通る冷却前と冷却後のガスの間で熱交換を行なうので、循環する不活性ガスを循環に必要な温度に維持することができるガス雰囲気形成方法を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】ケーシングで囲まれた空間に不活性ガスを導入する従来装置の構成例を示す図である。
【図２】本発明に係るガス循環システムの構成を示す図である。
【図３】本発明に係るガス循環システムに使用するトラップの概略構成例を示す図で、図３（ａ）は側断面図、図３（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ断面図である。
【符号の説明】
１            ケーシング
２            空間
３            ガス導入口
４            フィルタ
５            ガス排出口
６            切替バルブ
７            切替バルブ
８            ガス循環経路
９            熱交換器
１０          トラップ
１１          循環ファン
１２          ガス流均一機構