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株式会社シンクロン > 技術情報 > 3.真空についての基礎

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ここでは、真空を利用して薄膜形成をおこなう上で、知っていた方が良い事柄を説明します。

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(1)真空容器
真空を作るには、外気と遮るための容器(チャンバ)が必要です。この材料には、機械として一般的に要求される強度、耐熱性、耐食性、

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、加工性などの他に、真空容器として要求される特性があります。それは次のような項目です。
  1. 気体の漏れや透過が少ないこと
  2. 吸蔵気体の放出が少ないこと
  3. 表面に気体が吸着しにくいこと
  4. 材料の蒸気圧が低いこと
  5. 表面が分解、解離、反応しにくいこと



すなわち、図3.2に示すような要素のできるだけ少ないものを使用しなければなりません。その材料としては、かつては、ガラスが用いられていましたが、現在では、ステンレス鋼あるいはニッケルめっきを施した軟鋼が一般的です。また、超高真空装置には、アルミニウム合金が使用されることもあります。これらの材料を用いて、真空容器を作るのですが、表面の仕上げや溶接には、特に注意する必要があります。
そして容器には、真空排気するための真空ポンプ、バルブ オークラ輸送機 ベルトコンベヤ ベルコンミニ3 ヘッドドライブ蛇行レス 呼称幅35cm 機長500cm DHG35UL500N05R04Y メンテが簡単で、特殊搬送物に最適なDHH。、配管を取り付けなければなりません。また、プロセスに必要な駆動機構、センサー、電源などを導入するための端子や内部監視用の窓なども取り付けなければなりません。これらの接続にはガスケットを用いますが、その材質は、バイトンやニトリルのような合成ゴムが用いられます。また超高真空装置では、構造材料からのガス放出を極力減少させるためにベーキング(ガス放出推進のための加熱)する必要があることから、銅のガスケットを用いるのが一般的です。

(2)真空ポンプ
真空容器内部の気体は、真空ポンプを用いて外部へ排出します。しかし、現在のところ、大気圧から高真空まで連続的に排気できるポンプは存在しません。そこで通常、あらびき排気系と高真空排気系に分けて段階的に排気します。表3.1に、代表的なポンプの作動圧力範囲を示し、次に説明します。

表3.1代表的な真空ポンプの作動圧力範囲
真空ポンプの種類 作動圧力範囲(Pa)
油回転ホポンプ 大気圧(105)〜10-1
ルーツポンプ 103〜10-1
ドライポンプ 大気圧(105)〜1
拡散ポンプ 1〜10-6
クライオポンプ 1〜10-9
ターボ分子ポンプ 1〜10-10
スパッタイオンポンプ 10-3〜10-8
(注)作動圧力範囲は一般的な値を示した。機種により、表の範囲より狭いもの、広いものがある。

  1. あらびきポンプ
    大気圧から、高真空ポンプの作動圧力まで排気するポンプです。また、溜め込み式以外の移送式高真空ポンプの補助ポンプとして、大気側に使用します。
    i)油回転ホポンプ
    代表的なあらびき用ポンプです。図3.3に示すようにロータが回転する構造で、1回転する間に油でシールされた空間の体積を変化させて、吸気した空気を排出するようになっています。構造的には三種類(回転翼型、カム型、揺動ピストン型)ありますが、市場にあるポンプは多くの実績を持つものばかりなので、使用する立場からは型にこだわる必要はありません。


    ii)ルーツポンプ
    構造は、断面が繭玉型の2枚のロータを、狭いすきま(0.2〜0.4mm)を保って高速回転(1500〜3000rpm)させることによって排気するポンプです。あらびきに用いるポンプですが大気圧から使用することはできず、1000Pa前後から使用します。一般的な使い方は、油回転ポンプと真空容器の間に取り付けて、ブースタポンプとして用います。あらびき時間の短縮に極めて効果があります。また、到達圧力が0.1Pa程度でよいプロセスでは、高真空排気系を用いなくても、このポンプで目的を達成できます。

    iii)ドライポンプ
    油回転ポンプは油でシールしているため、真空容器への微量な油の逆流が発生する可能性があります。大半のプロセスでは問題になる量ではありませんが、微細化が進む半導体製造プロセスなどでは歩留まりに影響があります。また、反応性のガスを使用するプロセスでは、油との反応や、油の劣化によるトラブルが発生する可能性があります。このような要求から、近年、急速に普及したのがドライポンプです。構造はさまざまなものが開発されていて、主なものにルーツ型、クロー型、スクリュー型、スクロール型、ターボ型があります。一般的な使用方法は油回転ポンプと同様です。

  2. 高真空ポンプ
    成膜に必要なバックグラウンド(残留がス量)まで排気するのに用いるポンプです。高真空ポンプは成膜中も排気し続けるため 【送料無料】ツルミポンプ 汚水 汚物用水中ハイスピンポンプ 自動形 水中ポンプ 農業用ポンプ 鶴見製作所 40UA2.25S / 40UA2.25、その選択は得られる膜質に影響を及ぼすので注意が必要です。成膜装置に用いられる高真空ポンプの主要なものは次の3種で、必要に応じて使い分けられています。

    i)拡散ポンプ
    古くから用いられていて、現在でも広く使われているポンプで、原理を図3.4に示します。


    構造上、駆動部が無いため故障が少なく、また他の高真空ポンプに比較して廉価であることが特徴です。使用上の注意事項は、作動中に冷却水が途切れないことと、作動油の酸化を防ぐため加熱されている状態で大気に開放してはいけないことです。
    油の蒸気を利用するため、真空チャンバへの微量な油の逆流の可能性がありますが、近年、作動油の改良やバッフルの工夫により、大半の用途では問題にならないレベルになっています。また、高真空に排気した時の残留ガスの大部分を占める水に対する排気速度があまり大きくないので、水の排気用に、液体窒素トラップか、-120〜-150°C程度のコールドトラップを併用する場合が多く、大変効果的です。

    ii)クライオポンプ
    図3.5に示すように、約80Kおよび約20Kに冷却された2種のパネルを持ち、20Kパネルには活性炭を取り付けてあります。気体の温度に対する蒸気圧曲線を図3.6に示しますが、気体は低温になると蒸気圧が大変低くなります。したがって、80Kおよび20Kのパネルには気体が凝結、吸着します。また オークラ輸送機 ファインコンベヤ2 センタドライブスタンダード FBH35DL200N04R09Y 単体使用はもちろんライン用としても最適な汎用タイプ。、20Kでも蒸気圧の高い気体は活性炭に吸着します。これがクライオポンプの排気原理で、溜込み式のポンプです。そのため一定サイクルで再生の工程が必要なことなど不便な点もありますが EV37125 ミーリング用ホルダ EV37125 ミーリング用ホルダ【送料無料】、クリーンな真空が得られることと、水に対する排気速度がたいへん大きい(空気の約3倍)ことが特徴です。一般的に、真空に排気された容器内に最後まで大きな分圧を示すのは水なので、大変理にかなった排気特性を持っていると言えます。特に、プラスチックのように真空に排気すると、大量の水を放出する材料の場合には大変効果的です。


    iii)ターボ分子ポンプ
    図3.7に示すように、きわめて狭い隙間で精密に作られた、多数の動翼と固定翼で構成されています。動翼を高速回転(14,000〜90,000rpm)することにより排気します。ポンプの口径に対する排気速度は他のポンプより小さいのですが、クリーンな真空が得られることと 、ガスを流しながら成膜する場合に有利な特徴があります。したがって、スパッタリングなどには最適なポンプです。


    iv)その他のポンプ
    分子線蒸着(Molecular Beam Epitaxy:MBE)
    のような超高真空装置には、スパッタイオンポンプを使用することがあります。これは、スパッタリングによって得られたチタニウムの薄膜にゲッタ作用で気体を取り込んで排気するポンプで、到達圧力は、10-8〜10-9Paです。

    また、よく使用される液体窒素トラップや、-100°C以下の冷凍バッフルは トラスコ M500KG型中量棚1200X571XH1500単体 ネオグレ 506-0583  M55464NG、水に対する排気ポンプとして作用します。高真空領域においては残留ガスはほとんどが水であることから、排気プロセスの時間短縮にきわめて有効です。

(3)真空排気系
一般的な高真空排気系統図を図3.8に示します。
あらびき排気系と高真空排気系が組み合わされています。
図3.8(a)における一般的な排気の手順は、あらびきポンプと高真空ポンプを作動させておき、
  1. あらびきバルブのみ開いた状態で真空チャンバを排気する。
  2. 1Pa程度の圧力になったら、あらびきバルブを閉じ、補助バルブを開ける。
  3. 数秒後、主バルブを開け、目的の真空圧力まで減圧し 箱売12本 ラウンドスリングN型 使用荷重1000kg 幅50mm 長さ5m サークルスリング O型スリング スリングベルト ラウンドスリング ナイロンスリング スリングベルト、プロセスに入る。
  4. プロセスが終了したら、主バルブを閉める。
  5. リークバルブを開けて、真空チャンバに大気を導入し、大気圧になったら開放する。


現在では、このような排気の工程はほとんどの装置で自動的に行われるようになっています。また、トラブル発生時などに手動操作をする場合にも、インターロックで誤操作を受付けないようになっています。しかし、念のため、

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、高真空ポンプに大気を導入しないように注意して操作してください。
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