JP2004270653A

JP2004270653A - Evacuation device

Info

Publication number: JP2004270653A
Application number: JP2003066218A
Authority: JP
Inventors: Hiroyuki Shinozaki; 弘行篠崎
Original assignee: BEAM CORP E; E Beam Corp
Current assignee: BEAM CORP E; E Beam Corp
Priority date: 2003-03-12
Filing date: 2003-03-12
Publication date: 2004-09-30

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an evacuation device which shortens a time before a high vacuum is obtained in a high vacuum device, and does not affect cleanliness. <P>SOLUTION: The evacuation device has a high vacuum pump 2 to exhaust gas in a vacuum chamber 1 and a low vacuum pump 3 for roughing. An exhaust line from the vacuum chamber 1 has at least a first exhaust line (a) to directly exhaust gas from the vacuum chamber 1 via a valve by a roughing pump, and a second exhaust line (b) connected to the high vacuum pump 2 from the vacuum chamber 1 via a valve and connected from the high vacuum pump 2 to the roughing pump 3 via a valve. In addition, the second exhaust line (b) has a first line (c) to be normally used when the vacuum chamber 1 is in a highly vacuum state and a second line (d) arranged in parallel to the first line (c). <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO&NCIPI

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、真空環境下で物品の加工、検査、などの処理を実施する真空装置に関し、特に通常の大気圧環境下と真空圧環境下との間で物品を搬送するために備えるロードロック室の真空引き時間および大気圧に戻す時間の短縮技術と、真空処理室などの真空環境を構築するチャンバ内の真空の質を高める技術とを踏まえた真空排気装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
真空室の真空圧レベルが０．１Ｐａ（１×１０^−３Ｔｏｒｒ）を超える低い圧力の場合、真空ポンプにあら引きポンプ（例えば、ルーツ型ドライ真空ポンプ）を用いるのみでは達成できない。そのため、図６に示すような、真空室１にターボ分子ポンプ２などの高真空ポンプを真空室１とあら引きポンプ３の間に、バルブＶ１，Ｖ２を直列に配置して気体を排気するシステムが必要になる。
【０００３】
【特許文献１】
特開平６−８４７７０号公報（要約参照）
【特許文献２】
特開平１０−２３５１８０号公報（要約参照）
【特許文献３】
特開平１０−２８８２７７号公報（要約参照）
【特許文献４】
特開２００２−１４７３６５号公報（要約参照）
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明が解決しようとする課題は、以下の２つがある。
［第１の課題］
通常、真空装置では、大気圧環境下と真空圧環境下との間で物品を搬送するためにロードロック室を備える。このロードロック室の機能は、物品の処理を行う処置真空室を大気圧環境と遮断した状態で、物品の搬入・搬出を可能とするものである。
【０００５】
このとき、高真空を必要とするロードロック室の場合には、以下の課題が生じる。
例えば、図６の排気システムを備えた場合、一般にはターボ分子ポンプ２のタービン翼つきロータは、大気圧から回転動作が開始できない（理由は省略）。そのため、まずあら引きポンプ（例えば、ルーツ型ドライ真空ポンプ）３を起動させ、ターボ分子ポンプ２内のタービン翼が静止あるいはゆっくりと回転している中を流路として真空室１内のガスを排気する。続いて、真空室１内の圧力が１〜０．１Ｐａ（１×１０^−２〜１０^−３台Ｔｏｒｒ）に入ってからターボ分子ポンプ２を起動させる。通常、ターボ分子ポンプ２の起動スイッチを入れると、徐々にタービン翼つきロータの回転を上げていき、数分〜１０分程度かけて定格回転数である数万ｒｐｍに達する。ロータの回転数が増加していくに従い排気速度が上がり、真空室の圧力は下がっていく（真空度は上がっていく）。つまり、図６のシステムは、真空室を少な＜とも数分かけて所望の圧力に到達できる排気システムである。
【０００６】
真空状態から大気圧状態に移行する場合には、通常のターボ分子ポンプ２は連続動作できる圧力に制約があるため、ターボ分子ポンプ２を停止させながら真空室の圧力を徐々に大気圧に近づけるシーケンスを必要とする。この場合にもターボ分子ポンプ２を停止するには、数分〜１０分レベルの時間が必要となる。つまり、図６のシステムは、真空室を少なくとも数分かけて大気圧に戻すことができる排気システムである。
よって、ロードロック室への物品の出し入れには、数分〜数１０分の時間が必要となり、真空装置の処理能力（スループット［単位：処理枚数／時間］）を悪化させる。
【０００７】
そのため、従来は図７に示す真空装置１のように、あら引きポンプ３と真空室１との間にバルブＶ３を介在して直接ロードロック室のガスを排気するラインｂを備え、ターボ分子ポンプの吸気側（ロードロック室側）にゲートバルブＶ１を備え、ロードロック室を大気圧に戻す場合には、そのゲートバルブＶ２を閉じ、ターボ分子ポンプの排気側は、あら引きポンプ３で真空排気を継続するシステムを採用することが多かった。
【０００８】
この場合、再びロードロック室を高真空にするとき、ロードロック室内のガスを直接排気するラインで真空引きを開始し、あら引きポンプ３の到達圧１〜０．１Ｐａ（１×１０^−２〜１×１０^−３Ｔｏｒｒ）まで真空度が上がるのを待ってからターボ分子ポンプ２の吸気側ゲートバルブＶ１を開け、ほぼ同時にあら引きポンプ３でロードロック室内のガスを直接排気するラインｂを閉じる切り替え運転をしている。
しかしながら、１〜０．１Ｐａの圧力（１×１０^−２〜１×１０^−３Ｔｏｒｒの真空度）は、あら引きポンプの到達圧であるため、最終的に到達するまでには時間がかかるという問題があった。またこのとき、粗引きポンプ３〜真空室１に至る排気ライン内は、粘性流領域からはずれ、分子流領域になってしまうため次に述べる課題がある。
【０００９】
［第２の課題］
例えば、図７の排気システムは、図６に対してあら引き時間（ターボ分子ポンプ２を起動できる真空圧になるまでの時間の短縮をするために新たに真空室１とあら引きポンプ３を結ぶ配管を備えたものである。
真空室１のガスを排気する場合に、はじめはバルブＶ３を開けて真空排気を開始し、ターボ分子ポンプ２を起動できる１〜０．１Ｐａ（１×１０^−２〜１×１０^−３台Ｔｏｒｒ）に達してからターボ分子ポンプ２側のバルブＶ１を開ける（このとき、バルブＶ３は閉じる）。図ａでも同じことであるが、あら引きポンプ３の吸気側（真空室側）の圧力が１〜０．１Ｐａ（１×１０^−２〜１×１０^−３台Ｔｏｒｒ）になるとき、その配管内は粘性流ではなく分子の拡散しやすい分子流領域に入る（正確には、配管の断面形状、断面積、配管長さ、ガスの分子量、温度と圧力、などが関係するが、概ね一般的な排気系での目安である）。
【００１０】
すなわち、配管内面やシール剤、あら引きポンプ３の潤滑材や内壁面に付着あるいは潜伏していた分子の一部が拡散現象により真空室への逆流が生じる。図７の場合には特に排気しやすい分、逆流しやすい。従来は、あら引きポンプ３に油回転ポンプを使っていた。そのため、この逆流汚染現象が顕著に確認され問題になっていた。そこで、あら引きポンプに油を使わない真空ポンプを提供しようという取り組みが行われ、その一つの解がルーツ型ドライポンプとして各社から販売されている。しかし、近年、必要とされるクリーン度が上がり、さらなるクリーン真空排気システムが望まれている。
【００１１】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、高真空装置において、高真空に至るまでの真空引きのシーケンスとその装置構成に関して真空装置のスループットとクリーン度に影響を与えない真空排気シーケンスと排気装置構成を提供することを目的とする。
高真空ポンプの吸気側と真空室間に、従来のゲートバルブに加え、このゲートバルブをバイパスする流路の絞られた排気ラインを備える。また、高真空ポンプをバイパスするように、真空室と粗引きポンプ間に備える排気配管は、スロー排気に必要な実効排気速度が得られる程度まで絞られたラインとする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
［第１の課題に対する解決手段］
課題は、ターボ分子ポンプの起動停止時間もしくは、あら引きポンプの到達圧に達するまでの時間がかかることがロードロック室への物品の搬入出に必要な最小時間の律速になっている。
そこで、高真空ポンプ（例えば、ターボ分子ポンプ）を介してあら引きポンプで真空引きするラインに、新たに低真空のあら引きポンプ（ルーツ型ドライ真空ポンプなど）で直接ロードロック室（真空室）からガスを排気するラインを備える。
【００１３】
さらに、ターボ分子ポンプとロードロック室（真空室）との間の排気ラインにおいて、ターボ分子ポンプヘのガス流入量（時間あたりの）を絞る機能を備える。
絞る機能とは、例えば、定常時に主排気ラインとして使用する「第１のライン」とは別に排気ラインを少なくとも１ライン増設し、その「第２のライン」には流量を絞る要素とラインを開閉するバルブとを備え、「第１のライン」と「第２のライン」を切り替え制御する切替え装置を備える。もしくは、「第１のライン」にガス流量を絞る絞りバルブを供え、絞り量を制御する絞り制御装置を備える。
【００１４】
以上の装置を備えることによって、ターボ分子ポンプを常時運転状態に維持でき、かつ、再度ロードロック室（真空室）を真空引きする際には、第１ステップでは、ロードロック室（真空室）の圧力が０．数〜数ｋＰａ（数Ｔｏｒｒ〜数十Ｔｏｒｒ）になるまであら引きポンプで直接排気し、ロードロック室（真空室）の圧力が０．数〜数ｋＰａ（数Ｔｏｒｒ〜数十Ｔｏｒｒ）に達した後に高真空ポンプ（ターボ分子ポンプ）を介して排気するラインに切り替えることができる。
従って、ロードロック室（真空室）の真空引きあるいは大気圧に戻すという操作に必要な時間を短縮できる。
【００１５】
［第２の課題に対する解決手段］
課題は、真空排気システムからの真空室内汚染の低減。
そこで、真空室のガスを直接あら引きポンプで排気する「第１の排気ライン」と高真空ポンプを介してあら引きポンプで排気する「第２の排気ライン」を備え、「第１の排気ライン」から「第２の排気ライン」へ切り替える際には、あら引きポンプの吸気側圧力を０．数〜数ｋＰａ（数Ｔｏｒｒ〜数十Ｔｏｒｒ）の粘性流領域の圧力とする。
このとき、ターボ分子ポンプは、排気側の圧力が０．数〜１ｋＰａ（数Ｔｏｒｒ〜１０Ｔｏｒｒ）という比較的高い圧力（低い真空度）で使用可能な仕様品を用いる。例えば、（株）荏原製作所製のターボ分子ポンプ（ＥＴＡシリーズ）が好適である。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の第１の実施の形態の真空排気装置について、図面を参照しながら説明する。
図１に、真空排気装置の第１の実施例を示す。例えば、真空室（ロードロック室）１は、ゲートバルブＧＶ１、ＧＶ２を備え、ＧＶ１で大気圧環境と仕切られ、ＧＶ２で別の真空室１と仕切られている。
この真空室１の真空排気システムは、バルブＶ２を介して、例えば、ルーツ型ドライ真空ポンプなどあら引きポンプ３に至る第１の排気ラインａとバルブＶ４、高真空ポンプ（例えば、ターボ分子ポンプ）２、バルブＶ３を介してあら引きポンプ３に至る第２の排気ラインｂとを備えている。
なお、バルブＶ１は、省略してもよい。排気ラインが長い場合の運用上の対策や、あら引きポンプ３のみ運転させておきたい場合などの都合で備えることが多いからである。
圧力の計測には、真空室１側に真空計ＰＧ１を通常備えている。また、高真空ポンプの排気側圧力が上昇しすぎると、高真空ポンプが過負荷状態になるため、その監視制御のためにＰＧ２を備えるとよい。
【００１７】
真空排気装置は、第１の排気ラインａと、第２の排気ラインｂとの切り替え制御をする排気ライン切り替えコントローラ５，６を備え、このコントローラ５，６には、真空室１の真空圧計測用の真空計ＰＧ１からの値が入力されている。
また、第２の排気ラインｂにあるバルブＶ４には、ガス流入量を絞る機構つきバルブの絞り量を制御する絞り量制御コントローラ５を備え、このコントローラ５には、真空室１の真空圧計測用の真空計ＰＧ１からの値が入力されている。
【００１８】
真空引きを開始する場合は、以下の通りである。
▲１▼ バルブＶ１＝閉にてあら引きポンプの運転開始。この際バルブＶ２、Ｖ３は閉じる。
▲２▼ バルブＶ１＝開、バルブＶ３＝開
▲３▼ ＰＧ２の値が１Ｐａ（１×１０^−２Ｔｏｒｒ）ぐらいになったら、ターボ分子ポンプ２の運転開始
▲４▼ ターボ分子ポンプ２が定格回転数に達したか、またはターボ分子ポンプ２吸気側にＰＧ３を備えて、このＰＧ３の値が０．１Ｐａ（１×１０^−３Ｔｏｒｒ）以下になったことを確認する。以上の▲１▼〜▲４▼が準備シーケンスである。
【００１９】
以下、真空室１の真空引きシーケンスを示す。
▲５▼ バルブＶ２＝開（スロー排気シーケンスは略記する。ＰＧ２の値が高真空ポンプの許容値以上になるケースでは、一時的にＶ３を閉じる）。
▲６▼ 真空計ＰＧ１の値を監視しながら排気する。
真空計ＰＧ１の値が、０．数〜数ｋＰａ（数Ｔｏｒｒ〜数十Ｔｏｒｒ）の範囲におけるあらかじめ設定した圧力値に達したら、バルブＶ２を閉じる。望ましくは０．６〜６ｋＰａ（５〜５０Ｔｏｒｒ）。その理由は、圧力が２０〜３０ｋＰａ（２００〜３００Ｔｏｒｒ）の領域では、真空引きによる断熱膨張現象が著しく生じ、真空室１内壁や物品が冷却されやすいからである。そのため、この圧力領域をゆっくりと排気する。この領域の単位時間あたりの圧力変化を抑えた排気モードから、通常の排気モードに切り替える圧力範囲が概ね０．６〜６ｋＰａ（５〜５０Ｔｏｒｒ）であるので、この領域で切り替えられると都合が良い。そして、もっとも望ましい値は約１〜３ｋＰａ（約１０〜２０Ｔｏｒｒ）である。
▲７▼ 続いて、バルブ４を絞り量最大の状態で開ける。
▲８▼ 真空計ＰＧ１の値が１〜０．１Ｐａ（１×１０^−２Ｔｏｒｒ〜１０^−３台Ｔｏｒｒ）程度に達するまで、ＰＧｌの値によってバルブ４の絞り量を調節する。
▲９▼ 真空計ＰＧ１の値が０．１Ｐａ（１×１０^−３Ｔｏｒｒ）を超え、望ましくは０．０１Ｐａ（１×１０^−４Ｔｏｒｒ）を超えたらバルブＶ４は全開。
【００２０】
真空室（ロードロック室）１の圧力を大気圧に戻す場合、
▲１▼ Ｖ２、Ｖ４＝閉
▲２▼ バルブＶａ１＝開
▲３▼ マスフローコントローラ（ＭＦＣ）でガス流量を制御しながらドライ窒素ガスなどのガスを導入する。（スローベントシーケンスは略記する。）
▲４▼ 真空計ＰＧ１の圧力が１０１ｋＰａ（７６０Ｔｏｒｒ）になるまでＶａ１からガスを導入する。
このとき、ターボ分子ポンプ２は、吸気側のバルブＶ４＝閉、排気側のバルブＶ３＝開の状態である。ターボ分子ポンプ２は、あら引きポンプ３で真空排気を継続しているので、ターボ分子ポンプ２を運転するに差し支えない圧力状態で運転を継続できる。
【００２１】
次に、本発明の真空排気装置における第２の実施の形態を図面を参照しながら説明目する。
図１の実施例と異なる点は、図２に示すように、第２の排気ラインｂ内の高真空ポンプ（ターボ分子ポンプ）２の吸気側のラインを、定常時に用いる第１のラインｃと真空室１内の圧力が高い（真空度が低い）状態から真空引きするときに一時的に用いる第２のラインｄとを備えた。第２のラインｄには、ゲートバルブＶ５と絞り要素Ｖ６の細い配管から構成するラインを直列に接続している。そして、Ｖ６の絞り要素は、可変コンダクタンスバルブとし、真空室１の圧力に応じて絞り具合をコントロールすることができる。また、使用する第１のラインｃと第２のラインｄとを切り替え制御するライン切り替えコントローラ５，６を備えている。
ＰＧ２の扱いについては、図１の説明で述べたので省略する。
【００２２】
真空引を開始する場合の手順は、以下の通りである。
▲１▼ バルブＶ１＝閉にてあら引きポンプの運転開始。（バルブＶ２、Ｖ３、Ｖ５＝閉）
▲２▼ バルブＶ１＝開、バルブＶ３＝開
▲３▼ ＰＧ２の値が１Ｐａ（１×１０^−２Ｔｏｒｒ）ぐらいになったら、ターボ分子ポンプ２の運転開始
▲４▼ ターボ分子ポンプ２が定格回転数に達したか、またはターボ分子ポンプ２吸気側にＰＧ３を備えて、このＰＧ３の値が０．１Ｐａ（１×１０^−３Ｔｏｒｒ）以下になったことを確認する。以上の▲１▼〜▲４▼が準備シーケンスである。
以下、真空室１の真空引きシーケンスを示す。
▲５▼ バルブＶ２＝開（スロー排気シーケンスは略記。ＰＧ２の値が高真空ポンプの許容値以上になるケースでは、一時的にＶ３を閉じる）。
▲６▼ 真空計ＰＧ１の値を監視しながら排気する。真空計ＰＧ１の値が０．数〜数ｋＰａ（数Ｔｏｒｒ〜数１０Ｔｏｒｒ）の範囲のあらかじめ設定した圧力値に達したら、バルブＶ２を閉じる。バルブＶ３を開ける。望ましくは０．６〜６ｋＰａ（５〜５０Ｔｏｒｒ）。その理由は、圧力が２０〜３０ｋＰａ（２００〜３００Ｔｏｒｒ）の領域では、真空引きによる断熱膨張現象が著しく生じ、真空室１内壁や物品が冷却されやすい。そのため、この圧力領域をゆっくりと排気する。この領域の単位時間あたりの圧力変化を抑えた排気モードから通常の排気モードに切り替える圧力範囲が概ね０．６〜６ｋＰａ（５〜５０Ｔｏｒｒ）であるので、この領域で切り替えられると都合が良い。そして、もっとも望ましい値は約１〜３ｋＰａ（約１０〜２０Ｔｏｒｒ）である。
▲７▼ 続いて、バルブＶ５＝開
▲８▼ 真空計ＰＧ１の値が１〜０．１Ｐａ（１×１０^−２〜１×１０^−３台Ｔｏｒｒ）程度に達するまで、第２のラインで排気する。
▲９▼ 真空計ＰＧ１の値が０．１Ｐａ（１×１０^−３Ｔｏｒｒ）を超え、望ましくは０．０１Ｐａ（１×１０^−４Ｔｏｒｒ）を超えたらバルブＶ４＝開。（Ｖ５＝閉）
【００２３】
真空室（ロードロック室）１の圧力を大気圧に戻す場合、
▲１▼ Ｖ２、Ｖ４、Ｖ５＝閉
▲２▼ バルブＶａ１＝開
▲３▼ マスフローコントローラ（ＭＦＣ）でガス流量を制御しながらドライ窒素ガスなどのガスを導入する。（スローベントシーケンスは略記。）
▲４▼ 真空計ＰＧ１の圧力が１０１ｋＰａ（７６０Ｔｏｒｒ）になるまでＶａ１からガスを導入する。
このとき、ターボ分子ポンプ２は、吸気側のバルブＶ４＝閉、排気側のバルブ＝Ｖ３が開の状態である。ターボ分子ポンプ２は、あら引きポンプ３で真空排気を継続しているので、ターボ分子ポンプ２を運転するに差し支えない圧力状態で運転を継続できる。
【００２４】
図３は、本発明の真空装置における第３の実施の形態を示す。
本実施例は、図２に示した実施例に類似した別の実施例をしめす。上記第２の実施の形態と異なる部分は、真空室１と高真空ポンプ２間に備える第１のラインｃと第２のラインｄである。すなわち、図３に示すように、絞り要素Ｖ６を真空室１から直接接続しないで、ゲートバルブＶ４の配管と共用するように構成すると、実際の装置構造上（施工上）都合が良い。
【００２５】
次に、本発明の真空排気装置における第４の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。
各実施例のうち、最もベストな本実施例を図４に示す。真空室からの排気配管は、サイズｄ１の配管１本のみを備え、開口部の大きいゲートバルブＶ４を介して高真空ポンプ（例えば、ターボ分子ポンプ）２につながり、高真空ポンプ２の排気側にバルブＶ３を備える。このラインが第２の排気ラインｂである。第１の排気ラインａは、真空室１とバルブＶ４間の配管から延び、バルブＶ２を介して第２の排気ラインｂと合流する。そして、第１のラインｃは、真空室１からサイズｄ１の配管とバルブＶ４とで高真空ポンプ２に至るラインである。第２のラインｄは、真空室１とバルブＶ４間の配管からサイズｄ２の配管とバルブＶ５、絞り要素Ｖ６を介して、バルブＶ４と高真空ポンプ２との間につながるラインである。
【００２６】
配管サイズは、ｄ１＝数１０〜数１００ｍｍ、ｄ２＝数〜数１０ｍｍ、ｄ３＝０．数〜数ｍｍ（大きくても２０ｍｍ以下）である。
主排気ライン（第１のラインｃ）ａとなるｄ１は、排気抵抗が少ないことが第１条件である。そのため、バルブＶ４も全開時には、ｄ２と同程度の開口部とできるゲートバルブが好適である。
サイズｄ２の配管ライン（第２のラインｄ）は、真空室の圧力が０．数〜数ｋＰａ（数〜数十Ｔｏｒｒ）の状態から高真空ポンプ２で排気するためにガス流量を絞る。そのため、数〜数１０ｍｍの配管サイズで十分である。
サイズｄ３の配管は、従来の排気系では、２５〜５０ｍｍ前後のサイズを使用していた。その理由は、排気抵抗を少なくし、ターボ分子ポンプを起動可能な圧力１〜０．１Ｐａ（１×１０^−２〜１×１０^−３台Ｔｏｒｒ）に早く真空引きするためである。
【００２７】
しかし、本願では、従来よりも細いサイズでよい。０．数〜数ｍｍ（大きくても２０ｍｍ以下）レベルのサイズでよい。その理由は以下の通りである。
スロー排気時に使うラインであるため、そもそも排気速度を絞って用いるので細いサイズでよい。（先に、第１の排気ラインから第２の排気ラインヘの切り替え圧力を０．数〜数ｋＰａ（数〜１０Ｔｏｒｒ）とすると都合が良いと述べた。圧力が２０〜３０ｋＰａ（２００〜３００Ｔｏｒｒ）の領域では、真空引きによる断熱膨張による真空室壁や被搬送物（物品）の温度低下現象が激しい。そのため、エアロゾルが発生する。エアロゾルは粒子汚染源になる。よって、排気速度を制限してゆっくりと排気する。）細いサイズでよいため、粘性流を示す圧力が低い範囲に伸ばせる。よって、先に述べた拡散による真空室１の汚染を抑制しやすい排気ラインにできる。
【００２８】
さて、以下に図５に示す例題を挙げ、具体的な作用を示す。
スロー排気の必要性は、例えば文献：ｓｏｌｉｄｓｔａｔｅｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ／日本版／Ｎｏｖｅｍｂｅｒ１９９０／ｐａｇｅ２９〜３４に掲載の「真空プロセス装置の粗引き時における水エーロゾルの生成」に詳しく述べられている。同文献を元に、スロー排気設計をすると以下の通りになる。

【００２９】
その後、主排気ラインに切り替え、ファースト排気を実施する。
ファースト排気１０Ｔｏｒｒから１×１０^−６Ｔｏｒｒ
Ｓｅ＝３０［ｌ／ｓｅｃ］（ＴＭＰのＳｏ＝３００［ｌ／ｓｅｃ］と仮定した場合、

７６０から１×１０^−６Ｔｏｒｒまでかかる時間
Ｚｔ＝（Ｉ）＋（ＩＩ）＝３３＋３＝３６（ｓｅｃ）（ただし、ガス放出の項を含まず）
【００３０】
このように、実効排気速度Ｓｅ＝３０Ｌ／ｓｅｃ実施すると、１．３×１０^−４Ｐａ（１×１０^−６Ｔｏｒｒ）までにかかる時間は約３秒である（ただし、真空室内からのガス放出が無い場合）。実際には、真空度が上がる（圧力が下がる）と真空室壁面からの放出ガスの影響が顕著になり、真空室の圧力が実際に１．３×１０^−４Ｐａ（１×１０^−６Ｔｏｒｒ）に達するには＋αの時間を要することが多い。
【００３１】
さて、真空室や配管の内壁からのガス放出の影響を無視したケースで、以下に排気装置構成と排気時間を示す。真空排気対象の真空室は、図５に同じである。
図６に示した構成では、
ステップ１：スロー排気（１０１ｋＰａ（７６０Ｔｏｒｒ）→１．３ｋＰａ（１０Ｔｏｒｒ））にかかる時間：ｔ１＝約３３ｓｅｃ。
ステップ２：粗引きポンプによるファースト排気にかかる時間：ｔ２＝約３．５ｓｅｃ。
ｔ２＝（Ｖ／Ｓｅ）・ｌｎ１×１０^−２／１０＝−３．４５
（ただし、粗引きポンプによる実効排気速度：Ｓｅ＝１０Ｌ／ｓｅｃとした。）
ステップ３：高真空ポンプの起動にかかる時間：ｔ３＝約５分＝約３００ｓｅｃ
ステップ４：高真空ポンプによるファースト排気にかかる時間：ｔ４＝約０．１５ｓｅｃ。
ｔ４＝（Ｖ／Ｓｅ）・ｌｎ１×１０^−６／１０^−２＝−３．４５
Σｔ＝３３６ｓｅｃ
（ただし、高真空ポンプによる実効排気速度：Ｓｅ＝３００Ｌ／ｓｅｃとした。）
合計：Σｔｉ＝約３３６ｓｅｃ（約６分弱）
以下、断りの無い限り、各ポンプの実効排気速度は上記の例に同じである。
【００３２】
図７に示した構成では、
ステップ１：ｔ１＝約３３ｓｅｃ
ステップ２：粗引きポンプによるファースト排気（１．３ｋＰａ（１０Ｔｏｒｒ）→０．１Ｐａ（１×１０^−３Ｔｏｒｒ））にかかる時間：ｔ２＝約５ｓｅｃ。
ｔ２＝（Ｖ／Ｓｅ）・ｌｎ１×１０^−３／１０＝−４．６０５≒４．６ｓｅｃ
（実際には、真空室や配管の内壁からのガス放出の影響があり、より時間がかかることが多い。）
ステップ３：なし
ステップ４：高真空ポンプによるファースト排気にかかる時間：ｔ４＝約０．
１２ｓｅｃ
合計：Σｔｉ＝約３８ｓｅｃただし、ステップ２において逆汚染の可能性高い。
【００３３】
本願発明の図１の真空排気装置の構成では、
ステップ１：ｔ１＝約３３秒
ステップ２：なし
ステップ３：なし
ステップ４：高真空ポンプヘのガス流入量を１ＳＬＭとし、図１のＶ４の可変コンダクタンス弁を使用した場合。
説明の容易性のため、圧力を何段階かにわけ、まず１ＳＬＭ以下とする排気速度を求める。
圧力範囲１：１０〜１Ｔｏｒｒでの許容平均排気速度＝７Ｌ／ｓｅｃ
圧力範囲２：１〜０．１Ｔｏｒｒでの許容平均排気速度＝７０Ｌ／ｓｅｃ
圧力範囲３：０．１〜０．０１Ｔｏｒｒでの許容平均排気速度＝７００Ｌ／ｓｅｃ。
３００Ｌ／ｓｅｃ以上のため、この圧力範囲の平均排気速度＝３００Ｌ／ｓｅｃ。
圧力範囲４：０．０１〜１×１０^−６Ｔｏｒｒでの許容平均排気速度＝同上。
以上の排気速度になるように図１のＶ４のコンダクタンスを調整制御する。
この排気速度を元に、各圧力範囲でかかる時間を算出すると以下の通りである。
圧力範囲１：ｔ４−１＝１．７ｓｅｃ
圧力範囲２：ｔ４−２＝０．１７ｓｅｃ
圧力範囲３：ｔ４−３＝０．０４ｓｅｃ
圧力範囲４：ｔ４−４＝０．１５ｓｅｃ
よって、ｔ４＝約２．１ｓｅｃ
合計：Σｔｉ＝３３＋２．１＝約３５ｓｅｃ。ステップ２が無いので逆汚染の可能性は極めて低い。
【００３４】
図２〜図４の構成では、
ステップ１：ｔ１＝約３３秒
ステップ２：なし
ステップ３：なし
ステツプ４：「第２のラインｄ」を使用すると（１．３ｋＰａ（１０Ｔｏｒｒ）→０．１Ｐａ（１×１０^−３Ｔｏｒｒ））：ｔ４−１＝約１．５ｓｅｃ。ただし、実効排気速度：Ｓｅ＝３０Ｌ／ｓｅｃ。
「第１のラインｃ」を使用すると（０．１Ｐａ（１×１０^−３Ｔｏｒｒ）→１×１０^−４Ｐａ（１×１０^−６Ｔｏｒｒ））：ｔ４−２＝約０．１２ｓｅｃ。
ただし、実効排気速度：Ｓｅ＝３００Ｌ／ｓｅｃ。
合計：Σｔｉ＝３４ｓｅｃ。ステップ２が無いので逆汚染の可能性は極めて低い。
図１乃至図４、及び従来例の図６、図７に示す真空装置の性能試験を表１に示す。
【００３５】
【表１】

表１に示すように、本願発明の図１乃至図４に示す真空装置は、従来例の図７に示す真空装置よりも、３秒以上も時間が短縮されていることが分かる。実際には、ガス放出の項を含むから、排気速度を早い時期に大きくできる（早い時期に、高真空ポンプへ切替える）本願の真空排気装置の時間短縮効果は大きく、前記３秒程度の差はより大きくなる。逆汚染についても良好であった。
【００３６】
【発明の効果】
以上に述べたように、本発明の真空装置では、高真空度を必要とするロードロック室の真空引き時間の短縮を妨げていた高真空ポンプ（例えば、ターボ分子ポンプ）の起動停止時間、あら引きポンプ（例えば、ルーツ型ドライ真空ポンプ）の到達圧に達するまでの時間に影響を受けずに真空引き時間を設計できる。そのため、スループットの高い高真空装置を実現できる。
また、あら引きポンプの吸気側の圧力を粘性流領域の０．数〜数ｋＰａ（数Ｔｏｒｒ〜数１０Ｔｏｒｒ）にて排気ラインの切り替えをするので、真空配管、シール、ポンプ内表面などに付着する分子が放出ガスとして真空室へ拡散しないクリーン真空排気システムを構成できる。そのため、よりクリーンな高真空装置を実現できる。
また、実際の真空排気装置は、ガス放出の項を含むから、本願の真空排気装置によれば、早い時期に排気速度を大きくできる（早い時期に、高真空ポンプへ切替える）ので、排気総時間の短縮効果のある高真空装置を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の真空排気装置の第１の実施の形態の概略システム図である。
【図２】本発明の真空排気装置の第２の実施の形態の概略システム図である。
【図３】本発明の真空排気装置の第３の実施の形態の概略システム図である。
【図４】本発明の真空排気装置の第４の実施の形態の概略システム図である。
【図５】スロー排気を行うためのケーススタディーを示すシステム図である。
【図６】従来の真空排気装置の概略システム図である。
【図７】従来の真空排気装置の他の変形例の概略システム図である。
【符号の説明】
１真空容器
２高真空ポンプ
３粗引きポンプ
５ライン切替コントローラ
６排気ライン切替コントローラ
ａ第１の排気ライン
ｂ第２の排気ライン
ｃ第１のライン
ｄ第２のライン[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a vacuum apparatus for performing processing such as processing, inspection, and the like of an article in a vacuum environment, and in particular, a load lock chamber provided for transporting an article between a normal atmospheric pressure environment and a vacuum pressure environment. The present invention relates to a vacuum evacuation apparatus based on a technology for reducing the evacuation time and the time for returning to atmospheric pressure, and a technology for improving the quality of vacuum in a chamber for constructing a vacuum environment such as a vacuum processing chamber.
[0002]
[Prior art]
The vacuum pressure level in the vacuum chamber is 0.1 Pa (1 × 10 ^-3 In the case of a low pressure exceeding Torr), it cannot be achieved only by using a roughing pump (for example, a roots type dry vacuum pump) as a vacuum pump. Therefore, as shown in FIG. 6, a system in which a high vacuum pump such as a turbo molecular pump 2 is disposed in a vacuum chamber 1 and valves V1 and V2 are arranged in series between the vacuum chamber 1 and the roughing pump 3 to exhaust gas. Is required.
[0003]
[Patent Document 1]
JP-A-6-84770 (see abstract)
[Patent Document 2]
JP-A-10-235180 (see abstract)
[Patent Document 3]
JP-A-10-288277 (see abstract)
[Patent Document 4]
JP 2002-147365 A (see abstract)
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
Problems to be solved by the present invention include the following two.
[First issue]
Usually, a vacuum device is provided with a load lock chamber for transferring articles between an atmospheric pressure environment and a vacuum pressure environment. The function of the load lock chamber is to enable loading and unloading of articles in a state where the treatment vacuum chamber for processing articles is isolated from the atmospheric pressure environment.
[0005]
At this time, in the case of a load lock chamber requiring a high vacuum, the following problems occur.
For example, when the exhaust system shown in FIG. 6 is provided, the rotor with the turbine blades of the turbo molecular pump 2 generally cannot start rotating from the atmospheric pressure (the reason is omitted). Therefore, first, a roughing pump (for example, a roots type dry vacuum pump) 3 is started, and the gas in the vacuum chamber 1 is evacuated as a flow path while the turbine blades in the turbo molecular pump 2 are stationary or slowly rotating. I do. Subsequently, the pressure in the vacuum chamber 1 is 1 to 0.1 Pa (1 × 10 ^-2 -10 ^-3 (Tor), the turbo molecular pump 2 is started. Normally, when the start switch of the turbo molecular pump 2 is turned on, the rotation of the rotor with turbine blades is gradually increased, and reaches the rated rotation speed of several tens of thousands rpm in several minutes to about 10 minutes. As the number of rotations of the rotor increases, the exhaust speed increases, and the pressure in the vacuum chamber decreases (the degree of vacuum increases). In other words, the system of FIG. 6 is an exhaust system that can reach a desired pressure in the vacuum chamber in at least several minutes.
[0006]
When transitioning from the vacuum state to the atmospheric pressure state, there is a restriction on the pressure at which the normal turbo-molecular pump 2 can operate continuously. Therefore, a sequence in which the pressure in the vacuum chamber gradually approaches the atmospheric pressure while the turbo-molecular pump 2 is stopped. Need. Also in this case, it takes several minutes to 10 minutes to stop the turbo molecular pump 2. That is, the system of FIG. 6 is an exhaust system that can return the vacuum chamber to atmospheric pressure in at least several minutes.
Therefore, it takes several minutes to several tens of minutes to move articles into and out of the load lock chamber, which degrades the processing capacity (throughput [unit: number of processed sheets / hour]) of the vacuum apparatus.
[0007]
Therefore, conventionally, as in the vacuum apparatus 1 shown in FIG. 7, a line b for directly exhausting the gas in the load lock chamber with a valve V3 interposed between the roughing pump 3 and the vacuum chamber 1 is provided, and a turbo molecular pump is provided. A gate valve V1 is provided on the intake side (load lock chamber side) of the valve, and when returning the load lock chamber to the atmospheric pressure, the gate valve V2 is closed, and the exhaust side of the turbo molecular pump is evacuated by the roughing pump 3. In many cases, a system that continues to be used was adopted.
[0008]
In this case, when the load lock chamber is again brought to a high vacuum, evacuation is started in a line for directly exhausting gas in the load lock chamber, and the ultimate pressure of the roughing pump 3 is 1 to 0.1 Pa (1 × 10 ^-2 ~ 1 × 10 ^-3 Waiting for the degree of vacuum to rise to Torr), opening the intake side gate valve V1 of the turbo molecular pump 2, and performing a switching operation to close the line b for directly exhausting the gas in the load lock chamber by the roughing pump 3 almost simultaneously. I have.
However, a pressure of 1 to 0.1 Pa (1 × 10 ^-2 ~ 1 × 10 ^-3 (Torr vacuum degree) is the ultimate pressure of the roughing pump, and there is a problem that it takes a long time to reach the final pressure. At this time, the inside of the exhaust line extending from the roughing pump 3 to the vacuum chamber 1 deviates from the viscous flow region and becomes a molecular flow region.
[0009]
[Second task]
For example, in the exhaust system of FIG. 7, the vacuum chamber 1 is newly connected to the roughing pump 3 in order to shorten the roughing time (the time required to reach the vacuum pressure at which the turbo molecular pump 2 can be started). It is provided with piping.
When the gas in the vacuum chamber 1 is evacuated, first, the valve V3 is opened to start evacuation, and the turbo molecular pump 2 can be started at 1 to 0.1 Pa (1 × 10 ^-2 ~ 1 × 10 ^-3 Then, the valve V1 on the turbo molecular pump 2 side is opened (at this time, the valve V3 is closed). The same applies to FIG. A, but the pressure on the suction side (vacuum chamber side) of the roughing pump 3 is 1 to 0.1 Pa (1 × 10 ^-2 ~ 1 × 10 ^-3 (Torr), the inside of the pipe is not in a viscous flow but in a molecular flow region where molecules are easily diffused (exactly, the cross-sectional shape of the pipe, the cross-sectional area, the pipe length, the molecular weight of gas, temperature and pressure, Although it is related, it is a standard for general exhaust system).
[0010]
In other words, a part of molecules adhered or hidden on the inner surface of the pipe, the sealant, the lubricant of the roughing pump 3 or the inner wall surface is caused to flow back to the vacuum chamber by a diffusion phenomenon. In the case of FIG. 7, it is particularly easy to exhaust air, so that it is easy to flow backward. Conventionally, an oil rotary pump has been used as the roughing pump 3. For this reason, this backflow contamination phenomenon has been remarkably confirmed and has become a problem. Accordingly, efforts have been made to provide vacuum pumps that do not use oil for roughing pumps, and one solution has been sold by various companies as roots-type dry pumps. However, in recent years, the required degree of cleanliness has increased, and a further clean evacuation system has been desired.
[0011]
The present invention has been made in view of such circumstances, and does not affect the throughput and cleanliness of a vacuum device in a high vacuum device with respect to a vacuum evacuation sequence up to high vacuum and its device configuration. An object of the present invention is to provide an evacuation sequence and an evacuation device configuration.
Between the suction side of the high vacuum pump and the vacuum chamber, in addition to a conventional gate valve, an exhaust line with a narrowed flow path bypassing the gate valve is provided. Also, the exhaust pipe provided between the vacuum chamber and the roughing pump is a line narrowed to an extent that an effective exhaust speed required for slow exhaust is obtained so as to bypass the high vacuum pump.
[0012]
[Means for Solving the Problems]
[Solution to First Problem]
The problem is that the time required to start and stop the turbo-molecular pump or the time it takes to reach the ultimate pressure of the roughing pump is the rate-limiting factor for the minimum time required for loading and unloading articles into and from the load lock chamber.
Therefore, a new vacuum pump (such as a roots-type dry vacuum pump) is used to directly load lock the chamber (vacuum chamber) with a new low-vacuum roughing pump (such as a roots-type dry vacuum pump). A line for exhausting gas from is provided.
[0013]
Further, a function of restricting the amount of gas flowing into the turbo molecular pump (per hour) is provided in an exhaust line between the turbo molecular pump and the load lock chamber (vacuum chamber).
The throttle function means that, for example, at least one additional exhaust line is provided in addition to the "first line" used as a main exhaust line in a steady state, and the "second line" is used to open and close the flow rate reducing element and the line. And a switching device for controlling switching between the “first line” and the “second line”. Alternatively, the “first line” is provided with a throttle valve for reducing the gas flow rate, and a throttle control device for controlling the throttle amount is provided.
[0014]
By providing the above-described device, the turbo molecular pump can be constantly maintained in the operating state, and when the load lock chamber (vacuum chamber) is evacuated again, in the first step, the load lock chamber (vacuum chamber) is Pressure is 0. Until the pressure becomes several to several kPa (several Torr to several tens of Torr), the air is evacuated directly by the pulling pump, and the pressure in the load lock chamber (vacuum chamber) becomes 0. After reaching several to several kPa (several Torr to several tens Torr), it is possible to switch to a line for exhausting via a high vacuum pump (turbo molecular pump).
Therefore, the time required for the operation of evacuating the load lock chamber (vacuum chamber) or returning to the atmospheric pressure can be reduced.
[0015]
[Solution to Second Problem]
The challenge is to reduce contamination in the vacuum chamber from the evacuation system.
Therefore, a “first exhaust line” for directly exhausting the gas in the vacuum chamber with the roughing pump and a “second exhaust line” for exhausting the gas with the roughing pump via the high vacuum pump are provided. ”To“ the second exhaust line ”, the intake-side pressure of the roughing pump is set to 0. The pressure is set in a viscous flow region of several to several kPa (several Torr to several tens Torr).
At this time, in the turbo molecular pump, the pressure on the exhaust side is 0. A specification product that can be used at a relatively high pressure (low vacuum degree) of several to 1 kPa (several Torr to 10 Torr) is used. For example, a turbo molecular pump (ETA series) manufactured by Ebara Corporation is suitable.
[0016]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, an evacuation apparatus according to a first embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 shows a first embodiment of the evacuation device. For example, the vacuum chamber (load lock chamber) 1 includes gate valves GV1 and GV2, and is separated from the atmospheric pressure environment by GV1 and is separated from another vacuum chamber 1 by GV2.
The vacuum evacuation system of the vacuum chamber 1 includes a first evacuation line a that reaches a roughing pump 3 such as a roots dry vacuum pump via a valve V2, a valve V4, and a high vacuum pump (for example, a turbo molecular pump). 2, a second exhaust line b which reaches the roughing pump 3 via the valve V3.
Note that the valve V1 may be omitted. This is because it is often provided for operational measures when the exhaust line is long or when it is desired to operate only the roughing pump 3.
For measuring pressure, a vacuum gauge PG1 is usually provided on the vacuum chamber 1 side. Also, if the exhaust side pressure of the high vacuum pump rises too high, the high vacuum pump will be overloaded, so it is preferable to provide PG2 for monitoring and controlling the same.
[0017]
The vacuum exhaust device includes exhaust

line switching controllers

5 and 6 for controlling switching between a first exhaust line a and a second exhaust line b, and the

controllers

5 and 6 measure the vacuum pressure of the vacuum chamber 1. The value from the vacuum gauge PG1 is input.
Further, the valve V4 in the second exhaust line b is provided with a throttle amount controller 5 for controlling the throttle amount of a valve with a mechanism for reducing the gas inflow amount. The value from the vacuum gauge PG1 is input.
[0018]
The procedure for starting the evacuation is as follows.
(1) The operation of the roughing pump is started when the valve V1 is closed. At this time, the valves V2 and V3 are closed.
(2) Valve V1 = open, valve V3 = open
(3) When the value of PG2 is 1 Pa (1 × 10 ^-2 Torr), start operation of turbo molecular pump 2
{Circle around (4)} The turbo molecular pump 2 has reached the rated rotational speed, or the turbo molecular pump 2 is provided with the PG 3 on the intake side, and the value of the PG 3 is 0.1 Pa (1 × 10 ^-3 Torr) or less. The above (1) to (4) are the preparation sequence.
[0019]
Hereinafter, the evacuation sequence of the vacuum chamber 1 will be described.
(5) Valve V2 = open (slow exhaust sequence is abbreviated. In the case where the value of PG2 exceeds the allowable value of the high vacuum pump, V3 is temporarily closed).
(6) Evacuate while monitoring the value of the vacuum gauge PG1.
When the value of the vacuum gauge PG1 is 0. When the pressure value reaches a preset value in the range of several to several kPa (several Torr to several tens Torr), the valve V2 is closed. Desirably, 0.6 to 6 kPa (5 to 50 Torr). The reason is that in the region where the pressure is 20 to 30 kPa (200 to 300 Torr), the adiabatic expansion phenomenon due to evacuation significantly occurs, and the inner wall of the vacuum chamber 1 and the article are easily cooled. Therefore, this pressure region is evacuated slowly. Since the pressure range in which the pressure change per unit time in this region is suppressed from the evacuation mode to the normal evacuation mode is approximately 0.6 to 6 kPa (5 to 50 Torr), it is convenient to switch in this region. The most desirable value is about 1 to 3 kPa (about 10 to 20 Torr).
{Circle around (7)} Subsequently, the valve 4 is opened with the maximum throttle amount.
(8) When the value of the vacuum gauge PG1 is 1 to 0.1 Pa (1 × 10 ^-2 Torr-10 ^-3 The throttle amount of the valve 4 is adjusted according to the value of PGl until the pressure reaches about Torr).
(9) The value of the vacuum gauge PG1 is 0.1 Pa (1 × 10 ^-3 Torr) and desirably 0.01 Pa (1 × 10 ^-4 When the pressure exceeds Torr), the valve V4 is fully opened.
[0020]
When returning the pressure of the vacuum chamber (load lock chamber) 1 to the atmospheric pressure,
(1) V2, V4 = closed
(2) Valve Va1 = open
(3) Introduce a gas such as dry nitrogen gas while controlling the gas flow rate with a mass flow controller (MFC). (Slow vent sequence is abbreviated.)
(4) Gas is introduced from Va1 until the pressure of the vacuum gauge PG1 becomes 101 kPa (760 Torr).
At this time, the turbo molecular pump 2 is in a state where the intake side valve V4 is closed and the exhaust side valve V3 is open. Since the turbo-molecular pump 2 continues to be evacuated by the roughing pump 3, the turbo-molecular pump 2 can continue to operate under a pressure state that does not interfere with the operation of the turbo-molecular pump 2.
[0021]
Next, a second embodiment of the evacuation apparatus of the present invention will be described with reference to the drawings.
The difference from the embodiment of FIG. 1 is that, as shown in FIG. 2, a line on the suction side of a high vacuum pump (turbo molecular pump) 2 in a second exhaust line b is different from a first line c used in a steady state. A second line d that is temporarily used when vacuuming from a state in which the pressure in the vacuum chamber 1 is high (the degree of vacuum is low). To the second line d, a line composed of a thin pipe of the gate valve V5 and the throttle element V6 is connected in series. The throttle element of V6 is a variable conductance valve, and the degree of throttle can be controlled according to the pressure of the vacuum chamber 1. Further,

line switching controllers

5 and 6 for controlling switching between the first line c and the second line d to be used are provided.
The handling of PG2 has been described in the description of FIG.
[0022]
The procedure for starting evacuation is as follows.
(1) The operation of the roughing pump is started when the valve V1 is closed. (Valves V2, V3, V5 = closed)
(2) Valve V1 = open, valve V3 = open
(3) When the value of PG2 is 1 Pa (1 × 10 ^-2 Torr), start operation of turbo molecular pump 2
{Circle around (4)} The turbo molecular pump 2 has reached the rated rotational speed, or the turbo molecular pump 2 is provided with the PG 3 on the intake side, and the value of the PG 3 is 0.1 Pa (1 × 10 ^-3 Torr) or less. The above (1) to (4) are the preparation sequence.
Hereinafter, the evacuation sequence of the vacuum chamber 1 will be described.
(5) Valve V2 = open (slow exhaust sequence is abbreviated; V3 is temporarily closed in the case where the value of PG2 exceeds the allowable value of the high vacuum pump).
(6) Evacuate while monitoring the value of the vacuum gauge PG1. When the value of the vacuum gauge PG1 is 0. When a preset pressure value in the range of several to several kPa (several Torr to several tens Torr) is reached, the valve V2 is closed. Open the valve V3. Desirably, 0.6 to 6 kPa (5 to 50 Torr). The reason is that, in the pressure range of 20 to 30 kPa (200 to 300 Torr), the adiabatic expansion phenomenon due to evacuation remarkably occurs, and the inner wall of the vacuum chamber 1 and the article are easily cooled. Therefore, this pressure region is evacuated slowly. Since the pressure range in which the pressure change per unit time in this region is suppressed from the exhaust mode in which the pressure change per unit time is suppressed is approximately 0.6 to 6 kPa (5 to 50 Torr), it is convenient to switch in this region. The most desirable value is about 1 to 3 kPa (about 10 to 20 Torr).
{Circle around (7)} Next, valve V5 = open
(8) When the value of the vacuum gauge PG1 is 1 to 0.1 Pa (1 × 10 ^-2 ~ 1 × 10 ^-3 The gas is exhausted in the second line until the pressure reaches about Torr).
(9) The value of the vacuum gauge PG1 is 0.1 Pa (1 × 10 ^-3 Torr) and desirably 0.01 Pa (1 × 10 ^-4 When the pressure exceeds Torr), the valve V4 is opened. (V5 = closed)
[0023]
When returning the pressure of the vacuum chamber (load lock chamber) 1 to the atmospheric pressure,
(1) V2, V4, V5 = closed
(2) Valve Va1 = open
(3) Introduce a gas such as dry nitrogen gas while controlling the gas flow rate with a mass flow controller (MFC). (Slow vent sequence is abbreviated.)
(4) Gas is introduced from Va1 until the pressure of the vacuum gauge PG1 becomes 101 kPa (760 Torr).
At this time, the turbo molecular pump 2 is in a state where the intake side valve V4 is closed and the exhaust side valve V3 is open. Since the turbo-molecular pump 2 continues to be evacuated by the roughing pump 3, the turbo-molecular pump 2 can continue to operate under a pressure state that does not interfere with the operation of the turbo-molecular pump 2.
[0024]
FIG. 3 shows a third embodiment of the vacuum apparatus of the present invention.
This embodiment shows another embodiment similar to the embodiment shown in FIG. The difference from the second embodiment is a first line c and a second line d provided between the vacuum chamber 1 and the high vacuum pump 2. That is, as shown in FIG. 3, if the throttle element V6 is not directly connected to the vacuum chamber 1 but is shared with the piping of the gate valve V4, it is convenient in terms of the actual apparatus structure (in terms of construction).
[0025]
Next, a fourth embodiment of the evacuation apparatus of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 4 shows the best embodiment among the embodiments. The exhaust pipe from the vacuum chamber has only one pipe of size d1 and is connected to a high vacuum pump (for example, a turbo molecular pump) 2 through a gate valve V4 having a large opening, and is connected to the exhaust side of the high vacuum pump 2. A valve V3 is provided. This line is the second exhaust line b. The first exhaust line a extends from a pipe between the vacuum chamber 1 and the valve V4, and merges with the second exhaust line b via the valve V2. The first line c is a line from the vacuum chamber 1 to the high vacuum pump 2 with a pipe of size d1 and a valve V4. The second line d is a line connected from the pipe between the vacuum chamber 1 and the valve V4 to the valve V4 and the high vacuum pump 2 via a pipe of size d2, the valve V5, and the throttle element V6.
[0026]
The pipe size is d1 = several tens to several hundreds of mm, d2 = several to several tens of mm, d3 = 0. It is several to several mm (at most 20 mm or less).
The first condition that d1 to be the main exhaust line (first line c) a has low exhaust resistance. Therefore, when the valve V4 is also fully opened, a gate valve that can have an opening approximately equal to d2 is preferable.
In the piping line of the size d2 (the second line d), the pressure in the vacuum chamber is 0. From the state of several to several kPa (several to several tens of Torr), the gas flow rate is reduced in order to evacuate with the high vacuum pump 2. Therefore, a pipe size of several to several tens of mm is sufficient.
In the conventional exhaust system, the size d3 pipe has a size of about 25 to 50 mm. The reason is that the exhaust resistance is reduced and the pressure at which the turbo molecular pump can be started is 1 to 0.1 Pa (1 × 10 ^-2 ~ 1 × 10 ^-3 This is for evacuation of the table (Torr) quickly.
[0027]
However, in the present application, the size may be smaller than before. 0. A size of several to several mm (at most 20 mm or less) may be used. The reason is as follows.
Since the line is used for slow exhaust, the exhaust speed is narrowed in the first place, so a thin size is sufficient. (It has been described earlier that it is convenient if the switching pressure from the first exhaust line to the second exhaust line is 0.1 to several kPa (several to 10 Torr). The pressure is preferably 20 to 30 kPa (200 to 300 Torr). In the region, the temperature of the vacuum chamber wall and the conveyed object (article) are greatly reduced due to adiabatic expansion caused by vacuum evacuation, which generates aerosol, which is a source of particle contamination. Exhaust.) Since the size can be small, the pressure indicating the viscous flow can be extended to a low range. Therefore, it is possible to provide an exhaust line that can easily suppress the contamination of the vacuum chamber 1 due to the diffusion described above.
[0028]
Now, an example shown in FIG. 5 will be given below to show a specific operation.
The necessity of slow evacuation is described in detail in, for example, "Generation of water aerosol during roughing of vacuum process equipment" published in the literature: solid state technology / Japanese version / November 1990 / pages 29-34. Based on this document, a slow exhaust design is as follows.

[0029]
After that, switch to the main exhaust line and perform the first exhaust.
Fast exhaust 10 Torr to 1 × 10 ^-6 Torr
Se = 30 [l / sec] (Assuming So of TMP = 300 [l / sec],

1 × 10 from 760 ^-6 Time to Torr
Zt = (I) + (II) = 33 + 3 = 36 (sec) (excluding the term of gas release)
[0030]
Thus, when the effective pumping speed Se = 30 L / sec is implemented, 1.3 × 10 3 ^-4 Pa (1 × 10 ^-6 Torr) is about 3 seconds (provided that no gas is released from the vacuum chamber). In fact, when the degree of vacuum increases (pressure decreases), the effect of the gas released from the vacuum chamber wall surface becomes remarkable, and the pressure of the vacuum chamber is actually 1.3 × 10 ^-4 Pa (1 × 10 ^-6 Torr) often takes + α time.
[0031]
The configuration of the exhaust device and the exhaust time are described below in a case where the influence of gas release from the inner wall of the vacuum chamber or the pipe is ignored. The vacuum chamber to be evacuated is the same as in FIG.
In the configuration shown in FIG.
Step 1: Time required for slow exhaust (101 kPa (760 Torr) → 1.3 kPa (10 Torr)): t1 = about 33 sec.
Step 2: Time required for fast exhaust by the roughing pump: t2 = about 3.5 sec.
t2 = (V / Se) · ln1 × 10 ^-2 /10=-3.45
(However, the effective pumping speed by the roughing pump: Se = 10 L / sec.)
Step 3: Time required for starting the high vacuum pump: t3 = about 5 minutes = about 300 seconds
Step 4: Time required for first evacuation by the high vacuum pump: t4 = about 0.15 sec.
t4 = (V / Se) · ln1 × 10 ^-6 / 10 ^-2 = -3.45
Σt = 336sec
(However, the effective pumping speed by the high vacuum pump: Se = 300 L / sec.)
Total: $ ti = about 336 seconds (about 6 minutes)
Hereinafter, unless otherwise noted, the effective pumping speed of each pump is the same as in the above example.
[0032]
In the configuration shown in FIG.
Step 1: t1 = about 33 sec
Step 2: Fast exhaust by a roughing pump (1.3 kPa (10 Torr) → 0.1 Pa (1 × 10 ^-3 Time required for Torr)): t2 = about 5 sec.
t2 = (V / Se) · ln1 × 10 ^-3 /10=-4.605≒4.6 sec
(Actually, it takes more time due to the effect of gas release from the vacuum chamber and the inner wall of the pipe.)
Step 3: None
Step 4: Time required for first evacuation by the high vacuum pump: t4 = about 0.
12 sec
Total: Δti = about 38 sec. However, in step 2, there is a high possibility of reverse contamination.
[0033]
In the configuration of the vacuum exhaust device of FIG. 1 of the present invention,
Step 1: t1 = about 33 seconds
Step 2: None
Step 3: None
Step 4: When the amount of gas flowing into the high vacuum pump is 1 SLM and the variable conductance valve V4 in FIG. 1 is used.
For ease of explanation, the pressure is divided into several stages, and a pumping speed of 1 SLM or less is first determined.
Allowable average pumping speed in pressure range 1:10 to 1 Torr = 7 L / sec
Allowable average pumping speed in pressure range 2: 1 to 0.1 Torr = 70 L / sec
Pressure range 3: Allowable average pumping speed in 0.1 to 0.01 Torr = 700 L / sec.
Since it is 300 L / sec or more, the average pumping speed in this pressure range = 300 L / sec.
Pressure range 4: 0.01 to 1 × 10 ^-6 Allowable average pumping speed at Torr = same as above.
The conductance of V4 in FIG. 1 is adjusted and controlled so that the above exhaust speed is obtained.
The time required in each pressure range is calculated based on the pumping speed as follows.
Pressure range 1: t4-1 = 1.7 sec
Pressure range 2: t4-2 = 0.17 sec
Pressure range 3: t4-3 = 0.04 sec
Pressure range 4: t4-4 = 0.15 sec
Therefore, t4 = about 2.1 sec
Total: Δti = 33 + 2.1 = about 35 sec. Since there is no step 2, the possibility of reverse contamination is extremely low.
[0034]
In the configuration of FIGS.
Step 1: t1 = about 33 seconds
Step 2: None
Step 3: None
Step 4: When the “second line d” is used, (1.3 kPa (10 Torr) → 0.1 Pa (1 × 10 ^-3 Torr)): t4-1 = about 1.5 sec. However, the effective pumping speed: Se = 30 L / sec.
When the “first line c” is used (0.1 Pa (1 × 10 ^-3 Torr) → 1 × 10 ^-4 Pa (1 × 10 ^-6 Torr)): t4-2 = about 0.12 sec.
However, the effective pumping speed: Se = 300 L / sec.
Total: Δti = 34 sec. Since there is no step 2, the possibility of reverse contamination is extremely low.
Table 1 shows performance tests of the vacuum apparatus shown in FIGS. 1 to 4 and FIGS. 6 and 7 of the conventional example.
[0035]
[Table 1]

As shown in Table 1, it can be seen that the vacuum apparatus shown in FIGS. 1 to 4 of the present invention has a shorter time than the vacuum apparatus shown in FIG. Actually, since the term of gas release is included, the pumping speed can be increased at an early stage (switching to a high vacuum pump at an early stage). Be larger. The reverse contamination was also good.
[0036]
【The invention's effect】
As described above, in the vacuum apparatus of the present invention, the start / stop time of a high vacuum pump (for example, a turbo-molecular pump) that has prevented the reduction of the evacuation time of the load lock chamber requiring a high degree of vacuum, and the like. The evacuation time can be designed without being affected by the time required to reach the ultimate pressure of the evacuation pump (for example, a roots type dry vacuum pump). Therefore, a high vacuum device with high throughput can be realized.
Further, the pressure on the suction side of the roughing pump is set to 0.1 in the viscous flow region. Since the exhaust line is switched at several to several kPa (several Torr to several tens of Torr), it is possible to configure a clean vacuum exhaust system in which molecules adhering to vacuum pipes, seals, pump inner surfaces, etc. do not diffuse into the vacuum chamber as released gas. . Therefore, a cleaner high vacuum device can be realized.
Further, since the actual evacuation apparatus includes the term of gas release, the evacuation speed of the present invention can be increased at an early stage (switching to a high vacuum pump at an early stage). A high vacuum device having an effect of reducing the length can be realized.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic system diagram of a first embodiment of an evacuation apparatus according to the present invention.
FIG. 2 is a schematic system diagram of a second embodiment of the evacuation apparatus according to the present invention.
FIG. 3 is a schematic system diagram of a third embodiment of the evacuation device of the present invention.
FIG. 4 is a schematic system diagram of a fourth embodiment of the evacuation apparatus of the present invention.
FIG. 5 is a system diagram showing a case study for performing slow exhaust.
FIG. 6 is a schematic system diagram of a conventional evacuation apparatus.
FIG. 7 is a schematic system diagram of another modification of the conventional evacuation apparatus.
[Explanation of symbols]
1 vacuum container
2 High vacuum pump
3 roughing pump
5 Line switching controller
6 Exhaust line switching controller
a First exhaust line
b Second exhaust line
c First line
d Second line

Claims

Equipped with a high vacuum pump for evacuation and a low vacuum pump for evacuation for exhausting gas in the vacuum chamber,
The evacuation line from the vacuum chamber is connected to at least a first evacuation line for directly evacuation from the vacuum chamber via a valve via a roughing pump, and from the vacuum chamber to a high vacuum pump via a valve, and from the high vacuum pump to the roughing pump. And a second exhaust line to
In a vacuum exhaust device that selectively uses and switches between a first exhaust line and a second exhaust line,
In the second exhaust line,
A vacuum exhaust device comprising: a first line as a main exhaust line used when a vacuum chamber is in a steady state in a high vacuum state; and a second line disposed in parallel with the first line.

2. The vacuum evacuation apparatus according to claim 1, wherein the second line is provided with a valve for reducing a flow rate of gas flowing from at least a vacuum chamber to a high vacuum pump.

2. The vacuum evacuation according to claim 1, wherein the second line is provided with at least an element for reducing a flow rate and a valve for opening and closing the line, or a valve in which a throttle element and an opening and closing valve are integrated. apparatus.

The vacuum exhaust device according to any one of claims 1 to 3, further comprising a switching device that selectively switches and uses the first line and the second line.

Equipped with a high vacuum pump for evacuating the gas in the vacuum chamber and a low vacuum pump for roughing,
The evacuation line from the vacuum chamber is connected to at least a first evacuation line for directly evacuation from the vacuum chamber via a valve via a roughing pump, and from the vacuum chamber to a high vacuum pump via a valve, and from the high vacuum pump to the roughing pump. And a second exhaust line to
In a vacuum exhaust device that selectively switches and uses the first exhaust line and the second exhaust line,
The first exhaust line is used for slow exhaust in which the pressure in the vacuum chamber is evacuated from atmospheric pressure to about 1 kPa.

Equipped with a high vacuum pump for evacuation and a low vacuum pump for evacuation for exhausting gas in the vacuum chamber,
The evacuation line from the vacuum chamber is connected to at least a first evacuation line for directly evacuation from the vacuum chamber via a valve via a roughing pump, and from the vacuum chamber to a high vacuum pump via a valve, and from the high vacuum pump to the roughing pump. And a second exhaust line to
In a vacuum exhaust device that selectively uses and switches between a first exhaust line and a second exhaust line,
In the second exhaust line,
Vacuum exhaust provided with a first line as a main exhaust line used when the vacuum chamber is in a steady state in a high vacuum state, and a second line arranged in parallel with the first line and capable of adjusting a gas flow rate Using the device,
When evacuating the second exhaust line, the second line is evacuated, and when the degree of vacuum is reduced to an arbitrary pressure value, the second line and the first line are switched. Vacuum evacuation method, wherein a vacuum is drawn in the line.