JP2004071723A

JP2004071723A - 真空処理装置およびその運用方法

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Publication number: JP2004071723A
Application number: JP2002226787A
Authority: JP
Inventors: Tsutomu Hiroki; 広木　勤; Hiroaki Saeki; 佐伯　弘明
Original assignee: Tokyo Electron Ltd
Current assignee: Tokyo Electron Ltd
Priority date: 2002-08-05
Filing date: 2002-08-05
Publication date: 2004-03-04
Anticipated expiration: 2022-08-05
Also published as: JP3862263B2

Abstract

【課題】高真空ポンプ側とコールドトラップ側の圧力差をなくし、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。
【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

【０００１】
【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Ｎ_２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Ｇ_１，Ｇ_２，Ｇ_３，Ｇ_４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Ｇ_５，Ｇ_６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Ｇ_７，Ｇ_８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Ｎ_２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Ｎ_２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Ｎ_２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Ｎ_２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

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。