JP2004071723A - 真空処理装置およびその運用方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】真空処理装置1は、被処理体wを収容して所定の処理を施す処理室2a,2b,2c,2d、ロードロック室3a,3b、搬送室5などの真空室を備える。真空室に高真空ポンプ6を有する第1の排気系7と、コールドトラップ8を有する第2の排気系9とをそれぞれ開閉弁10,11を介して設け、第1の排気系7の開閉弁10と高真空ポンプ6の間および第2の排気系9の開閉弁11とコールドトラップ8の間にそれぞれ通気孔20,21を設け、両通気孔20,21を配管22で連結する。
【選択図】 図2
Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、真空処理装置およびその運用方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
半導体装置の製造においては、被処理体例えば半導体ウエハに例えば成膜処理やエッチング処理等の各種の処理を施す工程があり、これらの処理を実行する装置の一つとして真空処理装置が用いられている。この真空処理装置は、被処理体を収容して所定の処理を施す処理室、ロードロック室、搬送室などの真空室を備えている。
【0003】
前記真空室を真空排気する際の真空排気時間の短縮を図り、延いてはスループットの向上を図るために、真空室に高真空ポンプと共にコールドトラップを設けた真空処理装置が提案されている(例えば、実開平2−102460号公報、特開平6−104178号公報等参照。)。前記コールドトラップは、真空室内の雰囲気中に含まれる水蒸気(水分)を凝縮捕捉することにより真空室内を真空排気するようになっている。
【0004】
前記真空処理装置としては、真空室に開閉弁およびコールドトラップを順に介して高真空ポンプを設けた直列構造のものと、真空室に真空ポンプとコールドトラップとをそれぞれ開閉弁を介して設けた並列構造のものとがある。前記直列構造のものは必ずしも排気効率が良くなく、むしろ並列構造のもの方が高真空ポンプとコールドトラップのそれぞれの能力を引き出すことができ、排気効率が良い。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記並列構造のものにおいては、高真空ポンプ側とコールドトラップ側とで圧力に差が生じてしまう問題があった。このため、例えば、高真空ポンプによる真空排気に続いて、コールドトラップによる真空排気を行う場合、コールドトラップ側の圧力が高真空ポンプ側の圧力よりも高いと、コールドトラップの開閉弁を開にした時にコールドトラップ側から真空室内に向う気流が発生し、これによりパーティクルが巻上げられ、被処理体がパーティクルによって汚染される恐れがある。
【0006】
また、真空室内に不活性ガス例えば窒素ガスN2を導入しながら高真空ポンプにより真空排気を行って真空室内の圧力を一定に制御する、いわゆるブリード時には、不活性ガスを多量に必要とし、ランニングコストが多くかかるという問題があった。更に、真空室内を比較的高い圧力に維持しつつブリードを行う場合には、排気系に高価な圧力制御弁(APC)を用いなければならないという問題、及びターボ分子ポンプの吸気側の圧力が高いためターボ分子ポンプを使用できないという問題があった。更に、コールドトラップに凝縮捕捉された水蒸気をコールドトラップから脱離させてコールドトラップを再生する場合、コールドトラップから脱離した水蒸気を真空室経由で高真空ポンプにより排出しなけらばならず、このため、真空室内に水蒸気が付着する問題があった。
【0007】
本発明は、前記事情を考慮してなされたもので、高真空ポンプ側とコールドトラップ側の圧力差をなくすことができ、圧力差に起因するパーティクルの巻上げおよび被処理体のパーティクル汚染を防止することができる真空処理装置およびその運用方法を提供することを目的とする。また、本発明の目的は、いわゆるブリード時の不活性ガスの使用量を削減することができ、ランニングコストの低減が図れる真空処理装置の運用方法を提供することにある。更に、本発明の目的は、真空室を経由せずにコールドトラップを直接真空引きして迅速且つ容易にコールドトラップを再生することができ、コールドトラップの再生時に真空室内に水蒸気が付着することが無い真空処理装置の運用方法を提供することにある。
【0008】
【課題を解決するための手段】
本発明のうち、請求項1の発明は、被処理体を収容して所定の処理を施す処理室、ロードロック室、搬送室などの真空室を備えた真空処理装置において、前記真空室に高真空ポンプを有する第1の排気系と、コールドトラップを有する第2の排気系とをそれぞれ開閉弁を介して設け、第1の排気系の開閉弁と高真空ポンプの間および第2の排気系の開閉弁とコールドトラップの間にそれぞれ通気孔を設け、両通気孔を配管で連結したことを特徴とする。
【0009】
請求項2の発明は、請求項1の真空処理装置において、前記第1の排気系の開閉弁を開、前記第2の排気系の開閉弁を閉にして前記真空室を高真空ポンプにより真空排気した後、前記第2の排気系の開閉弁を開にして真空室を高真空ポンプとコールドトラップにより真空排気することを特徴とする。
【0010】
請求項3の発明は、請求項1の真空処理装置において、前記第1の排気系の開閉弁を閉、前記第2の排気系の開閉弁を開にし、前記真空室に不活性ガスを導入しながら、真空室内を前記配管経由で高真空ポンプにて排気することにより真空室内の圧力を一定に制御することを特徴とする。
【0011】
請求項4の発明は、請求項1の真空処理装置において、前記第1の排気系の開閉弁および第2の排気系の開閉弁を共に閉にし、コールドトラップに凝縮捕捉された水蒸気を前記配管経由で高真空ポンプにて排出することによりコールドトラップを再生することを特徴とする。
【0012】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の実施の形態を添付図面に基いて詳述する。図1は本発明の実施の形態を示す真空処理装置の平面構成図、図2は同真空処理装置における搬送室の断面図である。
【0013】
図1には、真空処理装置の一例として、いわゆるマルチチャンバ型の真空処理装置1が示されている。この真空処理装置1は、被処理体例えば半導体ウエハwを一枚ずつ収容して所定の処理例えば成膜処理、エッチング処理等を施す複数例えば4つの処理室2a,2b,2c,2dと、ウエハwを各処理室2a,2b,2c,2dや後述のロードロック室3a,3bに搬送する搬送アーム機構4を有する搬送室5と、この搬送室5と大気圧の外部との間でウエハwの出し入れを行うための例えば2つのロードロック室3a,3bとを備えている。
【0014】
前記搬送室5は平面略六角形に形成されており、その外周の4つの面に処理室2a,2b,2c,2dがそれぞれゲートバルブG1,G2,G3,G4を介して接続されている。搬送室5の外周の他の2つの面には搬入用もしくは搬出用としてのロードロック室3a,3bがそれぞれゲートバルブG5,G6を介して接続されている。ロードロック室3a,3bの外部に臨んで形成されたウエハの出し入れ口にはこれを開閉するためのゲートバルブG7,G8が設けられている。
【0015】
前記処理室2a〜2d、搬送室5およびロードロック室3a,3bは所定の圧力に真空可能な真空室として形成されている。図2には、搬送室5に本発明を適用した実施例が示されている。搬送室5には例えば10−8Pa程度に真空排気可能な高真空ポンプ例えばターボ分子ポンプ6を有する第1の排気系7と、例えば水蒸気(水分)の分圧を10−9Pa程度に真空排気可能なコールドトラップ8を有する第2の排気系9とがそれぞれ開閉弁10,11を介して設けられている。
【0016】
前記開閉弁10,11としては、構造の簡素化およびコストの低減等を図る上で、例えばバタフライ弁が好ましい。前記搬送室5の底部には2つの排気口12,13が設けられ、一方の排気口12に開閉弁10を介してターボ分子ポンプ6が連結され、他方の排気口13に開閉弁11を介してコールドトラップ8が連結されている。第1の排気系7において、ターボ分子ポンプ6の下流には例えば1.3×10−2Pa程度に真空排気可能な補助ポンプ(粗引きポンプともいう)である低真空ポンプ例えばドライポンプ14が管路15を介して設けられている。
【0017】
また、搬送室5をドライポンプ14で直接低真空排気(粗引き)するために、搬送室5には管路16を介して前記ドライポンプ14を連結した第3の排気系17が設けられている。なお、両管路15,16とが合流して共通のドライポンプ14に接続されている。管路15,16には切替弁18,19がそれぞれ設けられている。
【0018】
前記コールドトラップ8は、前記開閉弁11の弁室11aに連通接続されたトラップ室8aと、このトラップ室8a内に設けられた冷却板8bと、この冷却板8bに冷媒管8cを介して冷媒を循環供給する冷凍機8dとから主に構成されている。冷却板8bは熱交換器からなり、冷凍機8dは冷媒を圧送するコンプレッサや熱交換器等を備えている。冷凍機側8dの熱交換器を凝縮器とし、冷却板8b側の熱交換器を蒸発器として用いることにより冷却板8dを冷やし、雰囲気中の水蒸気を凝縮(凍結)捕捉して搬送室5内を真空排気することができる。逆に冷媒の流れ方向を切替え、冷凍機8d側の熱交換器を蒸発器とし、冷却板8b側の熱交換器を凝縮器として用いることにより冷却板8bを加熱し、冷却板8bに凝縮捕捉されている薄氷状態の水蒸気を気化(昇華)させてコールドトラップ8を再生することができる。
【0019】
第1の排気系7の開閉弁10とターボ分子ポンプ6の間および第2の排気系9の開閉弁11とコールドトラップ8の間には、それぞれ通気孔20,21が設けられ、これら両通気孔20,21が細い配管22で連結されている。すなわち、前記第1の排気系7の開閉弁10とターボ分子ポンプ6の間の管路23、および第2の排気系9の開閉弁11とコールドトラップ8の間の管路24に、通気孔20,21がそれぞれ設けられ、これら通気孔20,21が配管22を介して連通接続されている。配管22は内径が10〜25mm程度の細管であることがいわゆるブリード時のコンダクタンスを低くして不活性ガス例えば窒素ガスN2の流量を節約する上で好ましい。搬送室5には不活性ガス例えばN2を導入するためのガス導入管25が接続され、このガス導入管25には開閉弁26が設けられている。また、管路23,24の内径(それぞれターボ分子ポンプ6の吸気口の径、及びトラップ室8aの径と略等しい)は100〜400mm程度であり、配管22は管路23,24よりも細く、断面積比で1/16〜1/1600程度となっている。
【0020】
以上の構成からなる真空処理装置1によれば、被処理体例えば半導体ウエハwを収容して所定の処理を施す処理室2a,2b,2c,2d、ロードロック室3,3b、搬送室5などの真空室を備え、前記真空室例えば搬送室5に高真空ポンプ例えばターボ分子ポンプ6を有する第1の排気系7と、コールドトラップ8を有する第2の排気系9とをそれぞれ開閉弁10,11を介して設け、第1の排気系7の開閉弁10とターボ分子ポンプ6の間および第2の排気系9の開閉弁11とコールドトラップ8の間にそれぞれ通気孔20,21を設け、両通気孔20,21を細い配管22で連結しているため、ターボ分子ポンプ6側とコールドトラップ8側の圧力差をなくすことができ、圧力差に起因するパーティクルの巻上げおよび半導体ウエハwのパーティクル汚染を防止することができる。
【0021】
前記真空処理装置1において、真空室例えば搬送室5内を真空にする場合には、前記第1の排気系7の開閉弁10を開、前記第2の排気系9の開閉弁11を閉にして搬送室5をターボ分子ポンプ6により真空排気した後、前記第2の排気系9の開閉弁11を開にして真空室をターボ分子ポンプ6とコールドトラップ8により真空排気する。この場合、コールドトラップ8は、冷凍機8d側から冷却板8bに冷媒が循環されて冷却板8bが冷却された稼働状態(運転状態)とされ、冷却板8bの温度を70〜140K、好ましくは100K程度に設定し、搬送室5内の雰囲気中の水分(水蒸気)を冷却板8bにより凝縮捕捉することによって搬送室5内を真空排気することにより搬送室内の真空度を高めている。
【0022】
なお、大気圧の状態から直接ターボ分子ポンプ6により真空排気することが困難な場合には、一つの方法として、両開閉弁10,11および切替弁18を閉、第3の排気系17の切替弁19を開にし、ドライポンプ14により搬送室5内を所定の圧力まで粗引きしてから、切替弁19を閉、切替弁18および開閉弁10を開にしてターボ分子ポンプ6の駆動に切替えれば良い。他の方法として、第2の排気系9の開閉弁11および第3の排気系17の切替弁19を閉、第1の排気系7の開閉弁10および切替弁18を開にした状態で、ドライポンプ14のみを駆動して粗引きした後、ターボ分子ポンプ6の駆動に切替えるようにしても良い。
【0023】
第1の排気系7のターボ分子ポンプ6による真空排気時においても第2の排気系9のコールドトラップ8側が配管22を介してターボ分子ポンプ6により真空排気されているため、ターボ分子ポンプ6側とコールドトラップ8側の圧力差をなくすことができ、コールドトラップ8側の開閉弁11を開にした時に、コールドトラップ8側から搬送室5内に圧力差による気流は発生せず、パーティクルの巻上げを生じることがなく、従って、半導体ウエハwのパーティクル汚染を防止することができる。
【0024】
一方、搬送室5内の圧力を一定に制御するいわゆるブリード時には前記第1の排気系7の開閉弁10を閉、前記第2の排気系9の開閉弁11を開にし、前記搬送室5にガス導入管25から不活性ガス例えばN2を導入しながら、搬送室5内を前記配管22経由でターボ分子ポンプ6にて排気することにより搬送室5内を一定の圧力に制御(維持)する。この場合、前記配管22は管径が細くてコンダクタンスが低いため、圧力制御弁(APC)を用いずに搬送室5内の圧力を略一定に維持することができると共に、ブリード時の不活性ガス例えばN2の使用量を削減することができ、ランニングコストの低減が図れる。また、排気コンダクタンスの小さい前記配管22を介して排気しているので、圧力制御弁(APC)を用いなくても搬送室5内を比較的高い圧力に維持しつつブリードを行うことができる。また、その場合、ターボ分子ポンプ6の吸気側の圧力を低く保つことができるので、ターボ分子ポンプ6を使用してブリードを行うことができる。
【0025】
換言すれば、本実施の形態の真空処理装置1においては、圧力調節が可能な高価格な弁(圧力制御弁)を使用せず、低価格な開閉弁10,11例えばバタフライ弁の使用を前提としている。特に、バタフライ弁の採用により、装置のコンパクト化およびコストの低減が図れ、また、バタフライ弁はシール部(Oリング)の数が少ないため、脱ガスも少ない。そして、前記配管22を細くすることで、ブリード時に配管22経由で排気することにより、圧力制御弁を使用しなくても搬送室5内の圧力を一定に制御することが可能となり、且つ不活性ガスの流量ないし使用量を節約することが可能となる。なお、このブリード時には、通常、コールドトラップ8は稼働されているが、停止されていても良い。前記真空処理装置1においては、開閉弁10,11および切替弁19を閉にした状態でガス導入管25から不活性ガスを導入することにより搬送室5内を大気圧に戻すことができる。
【0026】
前記コールドトラップ8は、長時間稼働していると、冷却板8bに霜が付き過ぎて真空排気能力が低下するため、定期的に冷却板8bを加熱することにより水蒸気を脱離させて再生する必要がある。コールドトラップ8を再生する場合には、前記第1の排気系7の開閉弁10および第2の排気系9の開閉弁11を共に閉にし、コールドトラップ8の冷却板8bに凝縮捕捉された水蒸気(氷の状態)を加熱により気化(昇華)させて前記配管22経由でターボ分子ポンプ6にて排出する。このように搬送室5を経由せずにコールドトラップ8を直接真空引きして再生するため、コールドトラップ8を迅速且つ容易に再生することができると共に、コールドトラップ8からの水蒸気が搬送室5内に付着したり、搬送室5内がコールドトラップ8からの水蒸気で汚染されることが無い。
【0027】
以上、本発明の実施の形態を図面により詳述してきたが、本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲での種々の設計変更等が可能である。例えば、真空処理装置としては、マルチチャンバ型が好ましいが、単一チャンバ型であっても良い。また、搬送室内に導入するガスとしては、不活性ガスが好ましいが、不活性ガスに代えて、被処理体の自然酸化膜の形成を抑制し得る低露点のドライエアを用いることが可能である。更に、本発明は真空処理装置における搬送室以外に、真空処理装置における処理室やロードロック室にも勿論適用可能である。また、コールドトラップと高真空ポンプとを連通する配管には弁を設け、配管を通る気体の流量を調整できるようにしても良い。
【0028】
【発明の効果】
以上要するに本発明によれば、次のような効果を奏することができる。
【0029】
(1)請求項1の発明によれば、被処理体を収容して所定の処理を施す処理室、ロードロック室、搬送室などの真空室を備えた真空処理装置において、前記真空室に高真空ポンプを有する第1の排気系と、コールドトラップを有する第2の排気系とをそれぞれ開閉弁を介して設け、第1の排気系の開閉弁と高真空ポンプの間および第2の排気系の開閉弁とコールドトラップの間にそれぞれ通気孔を設け、両通気孔を配管で連結しているため、高真空ポンプ側とコールドトラップ側の圧力差をなくすことができ、圧力差に起因するパーティクルの巻上げおよび被処理体のパーティクル汚染を防止することができる。
【0030】
(2)請求項2の発明によれば、請求項1の真空処理装置において、前記第1の排気系の開閉弁を開、前記第2の排気系の開閉弁を閉にして前記真空室を高真空ポンプにより真空排気した後、前記第2の排気系の開閉弁を開にして真空室を高真空ポンプとコールドトラップにより真空排気するため、高真空ポンプ側とコールドトラップ側の圧力差をなくすことができ、圧力差に起因するパーティクルの巻上げおよび被処理体のパーティクル汚染を防止することができる。
【0031】
(3)請求項3の発明によれば、請求項1の真空処理装置において、前記第1の排気系の開閉弁を閉、前記第2の排気系の開閉弁を開にし、前記真空室に不活性ガスを導入しながら、真空室内を前記配管経由で高真空ポンプにて排気することにより真空室内の圧力を一定に制御するため、いわゆるブリード時の不活性ガスの使用量を削減することができ、ランニングコストの低減が図れる。
【0032】
(4)請求項4の発明によれば、請求項1の真空処理装置において、前記第1の排気系の開閉弁および第2の排気系の開閉弁を共に閉にし、コールドトラップに凝縮捕捉された水蒸気を前記配管経由で高真空ポンプにて排出することによりコールドトラップを再生するため、真空室を経由せずにコールドトラップを直接真空引きして迅速且つ容易にコールドトラップを再生することができ、コールドトラップの再生時に真空室内に水蒸気が付着することが無い。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施の形態を示す真空処理装置の平面構成図である。
【図2】同真空処理装置における搬送室の断面図である。
【符号の説明】
w 半導体ウエハ(被処理体)
1 真空処理装置
2a,2b,2c,2d 処理室
3a,3b ロードロック室
5 搬送室(真空室)
6 ターボ分子ポンプ(高真空ポンプ)
7 第1の排気系
8 コールドトラップ
9 第2の排気系
10,11 開閉弁
20,21 通気孔
22 配管
Claims (4)
- 被処理体を収容して所定の処理を施す処理室、ロードロック室、搬送室などの真空室を備えた真空処理装置において、前記真空室に高真空ポンプを有する第1の排気系と、コールドトラップを有する第2の排気系とをそれぞれ開閉弁を介して設け、第1の排気系の開閉弁と高真空ポンプの間および第2の排気系の開閉弁とコールドトラップの間にそれぞれ通気孔を設け、両通気孔を配管で連結したことを特徴とする真空処理装置。
- 請求項1の真空処理装置において、前記第1の排気系の開閉弁を開、前記第2の排気系の開閉弁を閉にして前記真空室を高真空ポンプにより真空排気した後、前記第2の排気系の開閉弁を開にして真空室を高真空ポンプとコールドトラップにより真空排気することを特徴とする真空処理装置の運用方法。
- 請求項1の真空処理装置において、前記第1の排気系の開閉弁を閉、前記第2の排気系の開閉弁を開にし、前記真空室に不活性ガスを導入しながら、真空室内を前記配管経由で高真空ポンプにて排気することにより真空室内の圧力を一定に制御することを特徴とする真空処理装置の運用方法。
- 請求項1の真空処理装置において、前記第1の排気系の開閉弁および第2の排気系の開閉弁を共に閉にし、コールドトラップに凝縮捕捉された水蒸気を前記配管経由で高真空ポンプにて排出することによりコールドトラップを再生することを特徴とする真空処理装置の運用方法。
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