JP2005207275A - 真空ポンプ及びこれを備えた基板処理装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 真空処理装置の高速排気及び／又は均一排気を実現する。
【解決手段】 真空処理装置のターボ分子ポンプ２の中心を中空とする。この中空部分に、真空処理装置の基板ホルダー、上部電極６、下部電極５、加熱機構等の機構のいずれか又は複数を収容し、ターボ分子ポンプ開口部６ｉまでのコンダクタンスを大きくし、ターボポンプの回転体の回転軸上に被処理基板の中心を位置させて、均一な排気を可能にする。
【選択図】 図１

Description

本発明は半導体素子の製造に関わり、特にエッチング、アッシング、プラズマCVD、スパッタ等のプラズマ処理及び熱CVD等の基板処理に好適な基板処理装置とこれに用いられる真空ポンプ（例えば、ターボ分子ポンプ、クライオポンプ、ターボ型ドライポンプ）に関する。

今日ではデバイスの集積度がますます高くなり、またスループットの向上も極めて重要であるため、これらの基板処理においては歩留まりの向上はもちろんのこと、微細な処理を高速に実施することがとりわけ重要視されている。

更に、プラズマ処理装置において、処理基板にアスペクト比の高いコンタクトホールをエッチングする場合、プラズマ処理を低い圧力で行わないと基板に垂直に向かうイオンが中性ガスに衝突してその方向を変えてしまう。このため、イオンがコンタクトホールの側壁に斜め方向に衝突し、コンタクトホールが中膨れのボーイング形状になることや、垂直なホール形状が得られないといった問題がある。ガス流量を下げれば圧力が低くなりこの間題は解決出来るが、今度は、反応ガスが不足してエッチレートが落ちる。

また、排気が均一でないと、基板上でガス圧が非対称となり、基板周辺でエッチング、アッシング、熱CVD、あるいはプラズマCVDでの処理が均一にならないといった問題がある。

このため、従来から、被処理基板の上のガス圧やプラズマ密度を均一にするため排気系やプラズマシールドやガス流をコントロールする板を基板中心に対して軸対称に設けた装置が用いられている。

こうした現状を踏まえた上で、例えば真空処理装置を例にとって従来技術について説明する。例えば、特開昭６３−３０３０６１号では、処理ガスが基板中心に対してシンメトリーに流れる装置が開示されている。この場合のガスの流れについて図９（a）、（b）を用いて説明する。

真空処理装置の処理チャンバー（処理室）１１０内で、電極１０６に対向するようにして載置手段（基板ホルダー）１０５に基板４が載置されている。処理ガス入口１０２、排気補正円筒１０１、排気孔１０３などのガスの流れに関係する処理チャンバー１１０の構成部材は、基板４の中心を通る軸に対して軸対称（シンメトリー）に配置されている。そこで、真空ポンプ（メインポンプ）１０４によって処理チャンバー（処理室）１１０内を真空に排気すると、ガスは、矢示１０７のように、基板４の中心に対してシンメトリーに流れる。
特開昭６３−３０３０６１号公報

しかしながら、上記技術には次のような点が更に改善、改良すべき点として存在している。すなわち、基板から真空ポンプにいたる排気径路が長くて狭いため、途中のコンダクタンスが大きくなり真空ポンプの実効排気速度が小さくなるという点である。

本発明はこのような点を改善するためになされたものであり、真空処理装置の高速排気及び／又は均一排気を実現することを目的としている。すなわち、本発明は、基板に対してガスをシンメトリーに排気すると共に、基板処理装置の処理室を真空に排気する真空ポンプ（ターボ分子ポンプ、クライオポンプ、ターボ型ドライポンプ）の実効排気速度を減らすことなく、大流量でガスを流しても高速排気、均一排気が可能で、圧力を低くできる真空ポンプとこれを利用した基板処理装置を提供することを目的としている。

本発明は、上記目的を達成するため、真空処理装置に備えられているターボ分子ポンプの中心を中空とすることを提案するものである。そして、この中空部分に、真空処理装置の基板ホルダー、上部電極、下部電極、加熱機構等の機構のいずれか又は複数を収容し、ターボ分子ポンプ開口部までのコンダクタンスを大きくし、ターボポンプの回転体の回転軸上に被処理基板の中心を位置させて、均一な排気が可能ならしめることを提案するものである。

すなわち、本発明は、上記目的を達成するため請求項１記載の発明においては、回転中心部分が中空に形成されていることを特徴とするターボ分子ポンプを提案するものである。

ターボ分子ポンプをこのように構成すると、真空に排気されるべき基板処理装置の処理室にターボ分子ポンプを取り付けた際に、処理室内に備えられている上部電極及び／又は基板載置手段の全部又は一部、あるいは下部電極及び／又は基板載置手段の全部又は一部を、ターボ分子ポンプの中空に形成されている回転中心部分に収容することができる。そこで、ターボ分子ポンプに至るまでの排気経路を短く、かつ広くすることができるので、途中のコンダクタンスが大きくなり、大流量でガスが流されても高速排気が可能になり、かつ処理室をコンパクトにすることができる。

また、本願の請求項２記載の発明は、請求項１に係る回転中心部分が中空に形成されているターボ分子ポンプの一実施形態として、外筒体と、当該外筒体の内側に配置される内筒体と、当該内筒体を内部に収容し、当該内筒体と外筒体との間に回動自在に配置される中空の回転体とからなるターボ分子ポンプであって、前記内筒体はターボ分子ポンプの回転中心部分を貫通するように形成されており、前記外筒体の回転体側と回転体の外筒体側との間の空間によって第一の排気構造が形成され、前記内筒体の回転体側と回転体の内筒体側との間の空間によって第二の排気構造が形成され、前記回転体には回転運動の駆動力を与える駆動機構が連結されていることを特徴とするターボ分子ポンプを提案するものである。

本願の請求項３記載の発明は、請求項１に係るターボ分子ポンプの別の一実施形態として、外筒体と、当該外筒体の内側に配置される内筒体と、当該内筒体を内部に収容し、当該内筒体と外筒体との間に回動自在に配置される中空の回転体とからなるターボ分子ポンプであって、前記内筒体はターボ分子ポンプの回転中心部分を貫通するように形成されており、外筒体の回転体側と回転体の外筒体側との間の空間によって形成される排気構造が、回転体の軸方向に複数個形成され、前記回転体には回転運動の駆動力を与える駆動機構が連結されていることを特徴とするターボ分子ポンプを提案するものである。

ターボ分子ポンプで、排気構造が一つしか無い場合には、排気構造の無い側から圧縮されたガスが処理室に戻る事態が生じ得るが、前記本発明の請求項２、３記載のターボ分子ポンプにおいては、二つ目の排気構造も存在しているため、このような事態を効果的に防止することができる。

更に、請求項３記載の発明に係るターボ分子ポンプによれば、排気構造が回転体の外筒体側にのみ形成されるのでポンプの構造をシンプルにするこができる。

前述した請求項２、３記載のターボ分子ポンプは、回転中心部分が中空に形成されている請求項１に係るターボ分子ポンプの一実施形態であるので、内筒体はターボ分子ポンプの回転中心部分が中空になるように中空に形成されている。

請求項１、２、３に係る本願発明のように、回転中心部分が中空に形成されているターボ分子ポンプにおいて、中空に形成されている回転中心部分がターボ分子ポンプを貫通するように形成することができる。このようにすると、処理室に備えられている電極や、基板載置手段などに電力、ガス、冷媒などの用力を供給するライン、基板の突き上げピンなどを駆動させる動力の供給ライン、プラズマや温度等の状態をモニターするために使用される信号等のラインなどを、ターボ分子ポンプを貫通する中空部分を介して配設することができる。

本願の請求項４記載の発明は、基板処理装置の真空に排気される処理室に当該処理室の真空排気用に取り付けられるターボ分子ポンプであって、外筒体と、当該外筒体の内側に回動自在に配置される回転体とを含み、外筒体の回転体側と回転体の外筒体側との間の空間によって排気構造が形成され、当該回転体の直径が、当該ターボ分子ポンプが取り付けられている側の前記処理室内に備えられている基板載置手段又は電極の中で最も大きな直径を有するものの直径よりも大きいことを特徴とするターボ分子ポンプを提案するものである。

なお、ここで、基板処理装置としては、熱CVD装置、ドライエッチ装置、スパッタ装置、アッシング装置、プラズマCVD装置などが考えられ、このような基板処理装置の真空に排気される処理室に請求項４記載の発明に係るターボポンプを取り付けて使用することができる。

また、ここで、基板載置手段は、基板処理装置の真空に排気される処理室において所定の処理が施される基板が載置される手段のことであって、スパッタ装置の場合のように、下部電極が電極として用いられず、基板載置手段として用いられる場合には、このような用いられ方をする下部電極をも含む概念である。また、電極は、下部電極（この下部電極は、スパッタ装置の場合のように電極として用いられず、基板載置手段として用いられることもある）、基板載置手段に対向する対向電極、例えば、上部電極を含む概念である。

前述した本願の請求項４記載の発明に係るターボ分子ポンプは、処理室のターボ分子ポンプが取り付けられている側に備えられているこれらの基板載置手段、下部電極、上部電極（対向電極）の中で最も大きな直径を有するものの直径よりも、ターボ分子ポンプの回転体の直径が大きいことを特徴とするものである。

この本願の請求項４記載の発明に係るターボ分子ポンプによれば、ガス流が、処理される被処理基板周辺から直線状にターボ分子ポンプに流れ込み、ガス流れが妨げられないためコンダクタンスが大きくなり、高速でかつ均一な排気が可能になる。

本願の請求項５記載の発明は、前記請求項４記載のターボ分子ポンプにおいて、回転体の回転中心部分が中空に形成されていることを特徴とす
るターボ分子ポンプを提案するものである。

このように構成することによって、真空に排気されるべき基板処理装置の処理室にターボ分子ポンプを取り付けた際に、ターボ分子ポンプが取り付けられている側の前記処理室内に備えられている前述した基板載置手段又は電極の全部又は一部を、ターボ分子ポンプの中空に形成されている回転中心部分に収容することができる。そこで、ターボ分子ポンプに至るまでの排気経路を短く、かつ広くすることができるので、途中のコンダクタンスが大きくなり、大流量でガスが流されても高速排気が可能になる。

本願の請求項６記載の発明は、請求項２乃至５のいずれか一項記載のターボ分子ポンプにおいて、排気構造が、回転体のロータ翼とこれに対向するステータ翼とによって、又は回転体のネジ溝とこれに対向する面とによって、又はこれらの複合によって形成されていることを特徴とするターボ分子ポンプを提案するものである。

前述した本願の請求項４又は５記載のターボ分子ポンプにおいて、請求項６記載のターボ分子ポンプのように、排気構造が、回転体のロータ翼とこれに対向するステータ翼とによって、又は回転体のネジ溝とこれに対向する面とによって、又はこれらの複合によって形成されている場合、回転体の直径が、当該ターボ分子ポンプが取り付けられている側の前記処理室内に備えられている基板載置手段又は電極の中で最も大きな直径を有するものの直径よりも大きいとは、回転体のロータ翼の付け根の位置、あるいは、回転体のネジ溝の溝底部の位置によって画定される回転体の直径が、前記の基板載置手段、下部電極、上部電極（対向電極）の中で最も大きな直径を有するものの外径より大きいことをいう。

以上説明した本願の請求項２乃至６のいずれか一項記載のターボ分子ポンプにおいて、回転体はその回転軸が磁気軸受けで回転可能に保持されるようにできる。このようにすれば、ターボ分子ポンプを構成する回転体の軸受けの消耗が防げるだけでなく、軸受け部に潤滑油を用いる必要もなく、油汚染を防止できる。

本願の請求項７記載の発明は、真空に排気される処理室と、当該処理室内に配備されていて被処理基板が載置される基板載置手段とを含み、当該処理室で前記被処理基板に対する処理がなされる基板処理装置において、処理室内部を真空に排気する排気手段として前記請求項１乃至６のいずれか一項記載のターボ分子ポンプが前記処理室に取り付けられていることを特徴とする基板処理装置を提案するものである。

この請求項７記載の発明に係る基板処理装置は、前述したように、大流量でガスが流されても高速排気が可能であり、かつ均一排気が可能な本発明のターボ分子ポンプが処理室に取り付けられているので、従来では困難であった低圧で大流量かつ均一ガス圧による基板処理が可能になる。

本願の請求項８記載の発明は、前記請求項７記載の基板処理装置において、ターボ分子ポンプと処理室の間に中心が中空になったバリアブルオリフィスが備えられていることを特徴とする基板処理装置を提案するものである。

このような構造のバリアブルオリフィスを採用することによって、基板処理に最適な処理室の圧力を任意に設定出来るようになり、また、回転中心部分が中空に形成されているターボ分子ポンプを用い、この中空部に、ターボ分子ポンプが取り付けられている側の処理室内に備えられている前述した基板載置手段又は電極の全部又は一部を収容させる実施形態に対応できる。

本願の請求項９記載の発明は、被処理基板が載置される基板載置手段を内部に備えていて、真空に排気される処理室と、当該処理室に連結される一又は複数のチャンバとを含む基板処理装置において、前記処理室及び前記一又は複数のチャンバの中の少なくとも一つを真空に排気する排気手段として請求項１乃至６のいずれか一項記載のターボ分子ポンプが用いられていることを特徴とする基板処理装置を提案するものである。

なお、ここで、前記の処理室に連結される一又は複数のチャンバには、例えば、ロードロック室、プリヒート室、クーラー室などが含まれる。

本発明のターボ分子ポンプの設けられたロードロック室、プリヒート室、クーラー室では小型のターボ分子ポンプをチャンバー中央に設置し、ターボ分子ポンプ中空部に基板載置手段、加熱手段、冷却手段等を配置して、排気性能を損なうことなくコンパクトな真空室を可能にするメリットがある。

本願の請求項１０記載の発明は、前記請求項７乃至９のいずれか一項記載の基板処理装置において、処理室に取り付けられるターボ分子ポンプが請求項１乃至３又は請求項５のいずれか一項記載のターボ分子ポンプであって、当該ターボ分子ポンプが取り付けられている側の前記処理室内に備えられている基板載置手段又は電極の全部又は一部が、ターボ分子ポンプの中空に形成されている回転中心部分に収容されていることを特徴とする基板処理装置を提案するものである。

このように構成することによって、大流量でガスが流されても高速排気が可能で、コンパクトな基板処理装置を提供することができる。

本願の請求項１１記載の発明は、前記請求項７乃至１０のいずれか一項記載の基板処理装置において、処理室内に配備されている処理室の構成部材は、処理室に取り付けられるターボ分子ポンプの回転体の回転軸上に位置する被処理基板の中心に対して軸対称に配置されていることを特徴とする基板処理装置を提案するものである。

処理室内に配備されている処理室の構成部材とは、処理室でのガスの流れやプラズマに関係する部品のことであって、例えば、上部電極（対向電極）、下部電極、基板載置手段、ガス流補正板、ガス板、チャンバーシールド、プラズマシールドなどが含まれる。なお、軸対称に配置することが困難な、ゲートバルブや、ビューポートは、ここでいう「処理室内に配備されている処理室の構成部材」に含まれない。前記の構成部材が、ターボ分子ポンプの回転体の回転軸を中心として軸対称に配置されていることによって、ガスを被処理基板の中心に対してシンメトリーに、均一に排気することができ、被処理基板中心でシンメトリーな圧力を確保できる。

以上説明した本発明の基板処理装置は、本願の請求項１２に記載の発明にて特許請求しているように、熱CVD装置、ドライエッチ装置、スパッタ装置、アッシング装置、プラズマCVD装置のいずれかとして実現することができる。

そこで、本発明の堤案する基板処理装置によれば、従来不可能だった低圧で大流量かつ均一ガス圧による熱CVD、ドライエッチ、スパッタ、アッシング、プラズマCVDプロセスを実現できる。

本願の請求項１３記載の発明は、ポンプの中心部分が中空に形成されていることを特徴とするクライオポンプ又はターボ型ドライポンプを提案するものである。

これにより、クライオポンプを使用するスパッタで、ターボ分子ポンプに代えてクライオポンプを使う場合や、ターボ分子ポンプやクライオポンプほどの低い圧力を必要とせず、高速排気が必要な場合であってターボ型ドライポンプを使う時であっても、このようにポンプの中心部分が中空に形成されているクライオポンプやターボ型ドライポンプを用いて排気処理すべき真空室に取り付けることにより、前記中心部分の中空部に基板載置手段等を収容することができ、高速排気が可能でコンパクトな基板処理室と、これによる高速排気が可能な基板処理方法を提供することができる。

本発明が提案する真空ポンプ（すなわち、ターボ分子ポンプ、クライオポンプ、ターボ型ドライポンプ）と、これが採用されている基板処理装置によれば、被処理基板と真空ポンプの開口部との間の距離が近づき、高速排気が可能になり、大流量で低圧力の処理が可能になる。

本発明が提案する真空ポンプと、これが採用されている基板処理装置とがエッチング処理に用いられると、低圧力で大流量のガスを流せるようになり、また、低圧力によりイオン散乱を防止し、垂直形状のコンタクトホールなどを望ましい形状にエッチングできる。また、大流量により、反応性ガスを大量に流すことができ、高速エッチングが可能になる。更に、エッチング装置、アッシング装置、熱CVD装置、プラズマCVD装置において、シンメトリー排気をガス流補正板なしで実現でき、基板を偏りなく処理できる。

本発明の好ましい実施形態を、本発明を基板処理装置の一例としてエッチング装置に適用した場合について添付図面を参照して以下に説明する。

図１は本発明の第１の実施形態を示す。被処理基板に対してエッチングがなされる処理室１に本発明のターボ分子ポンプ２が取り付けられており、両者の間に、中心が中空になっているバリアブルオリフィス３が備えられている。

処理される基板４は、静電チャック用電源５ｂからの電力供給を受ける静電チャック５ａで静電吸着されて下部電極５上に載置される。

多数のガス孔６ｂが設けられているガス板６ａと、上部電極６とが基板４に対向して配置されており、上部電極６には、上部電極用RF電源１０から周波数６０MHｚの高周波電力が供給され、また、上部電極６にガス供給系７から供給された処理ガスは、ガス板６ａの多数のガス孔６ｂを介して、矢示６ｃのように流れていく。

また、下部電極５に対しては、下部電極用RF電源１１から周波数１．６MHzの高周波電力が供給される。

図１中、符号２１で示されているものは、絶縁体である。

下部電極５を冷却するために、冷媒が冷媒入口３１から入って、冷媒流路３０を通り、冷媒出口３２から排出されるように構成されている。

また、突き上げピン用孔４１内に突き上げピン４２が内蔵されており、この突き上げピン４２が突き上げピン用孔４１内を、図１中、上下方向に移動することにより、基板搬送機構（不図示）によって搬送されてきた基板４を受け取って、静電チャック５ａ上への載置、静電チャック５ａ上から基板搬送機構（不図示）への受け渡しが行われる。

なお、図示していないが、必要に応じてメインバルブをバリアブルオリフィス３の上に設けてもよい。

まず本発明の主要部分であるターボ分子ポンプ２について説明する。

本発明のターボ分子ポンプ２は、外筒体５２と外筒体５２の内側に配置される内筒体５１と、内筒体５１を内部に収容して内筒体５１と外筒体５２との間に回動自在に配置される回転体５３とから構成されている。

内筒体５１は、その中心部が中空に形成されており、これによって、ターボ分子ポンプ２の回転中心が中空となっている。

回転体５３の回転軸は、ラジアル磁気軸受け７１、アキシャル磁気軸受け７２で回転可能に保持され、こうして回転体５３は、回転運動の駆動力を与える高周波モーター７０に連結されている。

図１図示のターボ分子ポンプ２は、外筒体５２の回転体５３側と、回転体５３の外筒体５２側との間の空間によって形成される第一の排気構造と、内筒体５１の回転体５３側と、回転体５３の内筒体５１側との間の空間によって形成される第二の排気構造という二つの排気構造を備えている。具体的には、図１に図示されているように、外筒体５２の回転体５３側に取り付けられている外筒体ステータ翼６２と、回転体５３の外筒体５２側に設けられている外筒体側ロータ翼６１とで形成される排気構造（外筒体側排気経路６ｄ）と、内筒体５１の回転体５３側に取り付けられている内筒体ステ一夕翼６４と、回転体５３の内筒体５１側に設けられている内筒体側ロータ翼６３とで形成される排気構造（内筒体側排気経路６e）とを備えている。

二つの排気経路６ｄ、６ｅの、外筒体ステータ翼６２及び外筒体側ロータ翼６１と排気ポート６７との中間、内筒体ステ一夕翼６４及び内筒体側ロータ翼６３と排気ポート６７との中間には、従来公知のターボ分子ポンプで背圧側によく使われるネジ溝が、回転体５３に設けられた外筒体側ネジ溝６５aと内筒体側ネジ溝６５ｂとして切られ、これによって圧縮されたガスが排気ポート６７に押し出される。内筒体側ネジ溝６５ｂと排気ポート６７はターボ分子ポンプガス孔６６でつながっている。

図１の実施形態に採用されている本発明のターボ分子ポンプ２の動作について説明する。排気ポート６７を通して不図示のバックポンプで処理室１を粗引後、不図示のターボ分子ポンプ用電源で高周波モーター７０を駆動する。回転体５３は高速で回転し、外筒体側ロータ翼６１の高速な移動により、気体分子は外筒体側ロータ翼６１と外筒体ステータ翼６２に切られた不図示の溝にぶつかりターボ分子ポンプ２の排気ポート６７側に押しやられていく。圧縮排気されたガスは、外筒体側ネジ溝６５ａを介して排気ポート６７側に押しやられ、排気ポート６７から不図示のバックポンプへと流れ出す。これが外筒体側排気経路６ｄにおけるガスの流れである。同じように、内筒体側排気経路６ｅでは、内筒体側ロータ翼６３と内筒体ステータ翼６４によりガスが内筒体側ネジ溝６５ｂとターボ分子ポンプガス孔６６を通り排気ポート６７から出て行く。

以上説明した図１の実施形態に採用されている本発明のターボ分子ポンプ２では、主に排気は外筒体側排気経路６ｄで行い、内筒体側排気径路６ｅはガスの逆流を防ぐために設けられているが、両者の役割を逆にしても、あるいは同等の排気能力を持たせてもよい。いずれの構成としても、排気構造が一つしか備えられていない場合ならば、排気構造のない側から圧縮されたガスが処理室1に戻ってしまうことを防止できる。

更に、処理ガスからラジアル磁気軸受け７１、アキシャル磁気軸受け７２、高周波モーター７０を保護することを目的として、アキシャル磁気軸受け７２、ラジアル磁気軸受け７１、高周波モーター７０の付近からＡｒやN₂等のパ−ジガスを流す構成としてもよい。

次に、図１図示のエッチング装置の動作について説明する。まず、不図示のバックポンプとターボ分子ポンプ２で処理室１内部を真空排気した後、不図示のゲートバルブを開き、不図示の基板搬送機構により不図示の搬送室から運ばれた基板４を、不図示の突き上げピン駆動機構で突き上げピン４２を駆動して受け取り、静電チャック５ａ上に載置する。次に、静電チャック電源５ｂより不図示の静電チャック電極に電圧を印加して基板４を吸着固定する。次に、ガス供給系７より上部電極６に処理ガスを送り、ガス板６ａのガス孔６ｂよりガスを吹き出させ、バリアブルオリフィス３を調整しガス圧を処理に適する圧力に調整する。その後、上部電極用電源１０からVHF帯（例えば、６０MHz）の高周波電力を上部電極６に供給し、下部電極５に下部電極用電源１１からHF帯（例えば、１．６MHz）の高周波電力を供給する。そうすると、VHF帯の高周波電力によって比較的高密度のプラズマ及びエッチャントが生成され、HF帯の高周波電力によってイオン衝撃エネルギーがプラズマ密度とは独立に制御されて、目的とするエッチング処理が実行される。

この時、ターボ分子ポンプ２は、下部電極５を除く処理室1の下面の殆どの面積を占めているため大きな排気能力を持ち、今まで不可能であった大流量のガスを流しても低圧でエッチングができる。このように低圧であると、平均自由行程が長くなり、シース中で加速されるイオンが基板に到達する前に中性ガスと衝突散乱し、基板にエッチング加工するコンタクトホールへの入射方向が変化するのを抑えられる。入射イオンが基板へ斜め入射すると、コンタクトホールなどの側壁をエッチングして削るが、この斜め入射は低圧では少なくなり、側壁の膨らむボーイングの無い、望ましい形状を実現できる。さらに、大量のガスを流せば、エッチングに消費される処理ガスを次々に基板４の表面に供給でき、高速エッチングも同時に可能となる。

また、図１図示の実施形態によれば、処理される基板４の中心が、ターボ分子ポンプ２の回転体５３の中心軸上におかれており、下部電極５、上部電極６、バリアブルオリフィス３は、回転体５３の中心軸を中心として軸対称に配置されているので、図１中、符号６ｃで示されるガスの流れが偏らず、基板４上のガス圧が均一となり、基板４を均一に処理できる。

図１図示の実施形態では、下部電極５の一部しかターボ分子ポンプ２の回転中心部分に形成されている中空部に収容されていないが、下部電極５を総て収容することも容易に実施可能である。この場合、排気スピードはより大きくなる。

図１図示の実施形態では、排気ポート６７は１個所であるが、排気ポート６７の位置を内筒体５１側にしてもよく、図１の下図のように、内筒体側排気ポート６７ａを追加して、排気ポートを内筒体５１側、外簡体５２側両方に設ければ、ターボ分子ポンプガス孔６６を省略できる。

次に、図１図示の実施形態に採用されている中心が中空になっているバリアブルオリフィス３の構造を、図２を用いて説明する。

内側オリフィス支持環３ｃと外側オリフィス支持環３ｂとの間を繋ぐオリフィス支持棒３ｄによってバリアブルオリフィス３の骨格が形成されている。オリフィス支持棒３ｄは、外側オリフィス支持環３ｂ、内側オリフィス支持環３ｃと一体加工であってもよい。オリフィス板３ａは、図２の下側に示すように、オリフィス板支持棒３ｅに固定され、回転してガスのコンダクタンスを制御する。

この回転の一例は、図２の下の部分拡大図で示される。オリフィス板３ａが固定されているオリフィス板支持棒３ｅの両端が内側オリフィス支持環３ｃと外側オリフィス支持環３ｂに回転可能に取り付けられている（不図示）。オリフィス板支持棒３ｅの一端側、例えば、外側オリフィス支持環３ｂ側に回転板３ｆが固定されており、回転板３ｆには、不図示の駆動機構で駆動される回転板駆動ワイヤー３ｇがワイヤー固定点３ｈで固定されている。回転板駆動ワイヤー３ｇが動くとワイヤー固定点３ｈが動きオリフィス板３ａが回転するものである。これによりガスのコンダクタンスを変化させ、処理室１内のガス圧を制御することができる。

図４、図５は第２の実施形態を示すものである。図４の実施形態は、図１図示の第１の実施形態における内筒体側排気経路６ｅを省き、外筒体側排気経路６ｄの下側に、外筒体側下部排気経路６ｇを設けたものである。他の構造は図１図示の第１の実施形態の場合と同一であるので、共通する構造部材には共通する符号を付してその詳細な説明は省略する。

図４図示の第２の実施形態のように、内筒体側排気経路６ｅを外筒体側下部排気経路６ｇに代えると、回転体５３の外筒体５２側にのみ排気経路を設ければよいので、より簡単なポンプ構造で第１の実施形態で得られる機能を実現出来る。なお、ここでの排気経路６ｇは、圧縮されたガスが処理室に戻る事を防ぐことが主な役割である。また、内筒体側排気経路６ｅを省略することで、外筒体側排気経路６ｄの外筒体側ロータ翼６１と外筒体ステータ翼６２の幅を広くでき、排気効率を上げることができる。

図４図示の第２の実施形態においては、高周波モーター７０やラジアル磁気軸受け７１やアキシャル磁気軸受け７２（以後、これらを総称して「回転機構」と呼ぶ）を内筒体５１と回転体５３の間に設けてある。回転機構を処理ガスから保護するために、回転機構付近からパ−ジガスを流す構成にすることもできる。

また、図５図示のように、回転機構を外筒体５２と回転体５３との間に設け、回転体５３の上下に上部排気ポート６７ｂ、下部排気ポート67ｃをそれぞれ設けることで、回転機構を処理ガスから保護することもできる。

図６は第３の実施形態を示すものである。図６図示の第３実施形態は、図１図示の第１の実施形態において、回転中心部が中空部に形成されているターボ分子ポンプ２を、中空部を備えていない従来公知のターボ分子ポンプ２ａとしたものである。他の構造は、図１図示の第１の実施形態の場合と同一であるので、共通する構造部材には共通する符号を付してその詳細な説明は省略する。また、電源関係は省略している。.
ターボ分子ポンプ２ａは、外筒体５２と回転体５３ａとからなり、従来公知のターボ分子ポンプと同様、回転体５３ａの外筒体５２側に設けられているロータ翼６０ａと、外筒体５２の回転体５３ａ側に設けられているステータ翼６０ｂとで一個の排気構造（排気経路６ｈ）が形成されている。

図６図示の実施形態において、符号１ａで示されている部分は、処理室１の一部であって、処理室１を構成する壁面とターボ分子ポンプ開口部６ｉの一部を塞ぐ不図示の板状部品でつながっていて、これによって下部電極５が支えられている。図１図示の実施形態においてはかかる構造は採用されていなかったが、図１図示の実施形態においても、このように、下部電極５を不図示の板状部品で支える構造とすることができる。

図６図示の実施形態においては、ガスは図２で説明した中空構造のバリアブルオリフィス３、排気経路６ｈを通って排気ポート６７に流れ出す。３１ａは冷媒入口で、前記不図示の板状部品を介して冷媒入口側流路３１ｂから冷媒流路３０に入り、冷媒出口側流路３２ｂから冷媒出口３２ａに流れ出す。また、図示していないが下部電極５用の電源からの用力線や信号線も図１図示の実施形態の場合と同様に下部電極５に繋がる。

この実施形態に採用されているターボ分子ポンプ２ａは、処理室１のターボポンプ２ａが取り付けられている側に配備されている基板載置手段の直径より大きな直径のロータ翼を備えており、処理室１内に配置される処理される基板4の中心がターボ分子ポンプ２ａの回転軸上に位置するように処理室１に取り付けられていることを特徴としている。すなわち、ロータ翼の直径（ターボポンプ２ａのロータ翼６０ａの付け根の位置となる回転体５３ａの外径）が、基板載置手段の直径（この実施形態においては下部電極５の外径）より大きくなっており、ターボ分子ポンプ２ａは基板４の中心軸と軸対称に設置されている。

このように基板載置手段（図６図示の実施形態の場合は、下部電極５）より大きな直径を持つターボ分子ポンプ２ａを、処理される基板４の中心と軸対称に設置すると、障害物が無いためコンダクタンスが大きくとれる。更に、均等な排気が可能である。また、処理室１の内面積に比べ、ターボ分子ポンプ２ａの開口部の比率が大きいため、ガスの滞在時間が短くなり、高速排気できる。

なお、ロータ翼の直径（ターボポンプ２ａのロータ翼６０ａの付け根の位置となる回転体５３ａの外径）を、基板載置手段の直径（この実施形態においては下部電極５の外径）より大きくしているのは、下部電極５直下のターボ分子ポンプ２ａの開口部はあまり排気に寄与しないことを考慮したものである。

しかし、下部電極5とターボ分子ポンプ２a間の距離を十分取れる構造の場合には、ロータ翼６０ａの付け根の位置となる回転体５３ａの外径を下部電極５の外径より小さくし、ターボ分子ポンプ開口部の面積を大きくすることによって排気速度を大きくすることが可能である。

図７は、第４の実施形態を表すもので、図６図示の第3の実施形態において、ターボ分子ポンプ２ａの回転中心部分を中空に形成した回転体中空部５３ｃを設け、下部電極５の一部、すなわち下部電極駆動用力部５ｃを当該回転体中空部５３ｃに収容したものである。

この実施形態のターボ分子ポンプ２aの構造は、図１、図４、図５で説明した第１から第２の実施形態の場合より簡単で、排気能力も高い。また、図６で説明した第３の実施形態に比べ、基板４付近からバリアブルオリフィス３までの距離が近く、高速排気が可能である。

なお、この図７図示の第４の実施形態において、処理ガスが回転体中空部５３ｃと下部電極駆動用力部５ｃの隙間の部分に溜まることが考えられるが、この場合には、不図示の不活性ガスを下部電極5から回転体中空部５３ｃに噴出させ、処理ガスが溜まらないようにすることができる。

なお、図１、図４、図５、図７図示の実施形態ではターボ分子ポンプの回転中心部に形成されている中空部に下部電極５の一部しか収容されていないが、下部電極５の総てを収容するようにすれば、より排気性能は高くなる。また、ターボ分子ポンプを上部電極６側に設け、上部電極６の一部又は全部をターボ分子ポンプの回転中心部に形成されている中空部に収容しても同様の効果が期待できる。

図８は、ターボ分子ポンプのロータ翼の例を示すものであるが、このように、ロータ単翼1１１が集合した構造からなるロータ翼とすることもできる。

更に、前述した実施形態においては、ターボ分子ポンプに関してのみ説明したが、従来公知の構造のクライオポンプ、ターボ型ドライポンプにおいて、中心部分を、前述した実施形態において説明したターボ分子ポンプのように中空に形成することによって、当該中空に形成されている中心部分に、クライオポンプ、ターボ型ドライポンプが取り付けられている処理室等における基板載置手段等の構成部材を収容し、従来公知の構造のクライオポンプ、ターボ型ドライポンプに比較して高速で、均一な排気を実現することができる。

また、前述した実施形態においては、外筒体側排気経路６ｄ、内筒体側排気経路６ｅ、外筒体側下部排気経路６ｇ、排気径路６ｈなどの排気経路は、回転体の外筒体側、内筒体側に形成されているロータ翼と、外筒体の回転体側、内筒体の回転体側に形成されているステータ翼とによって形成していたが、回転体の外筒体側周面、内筒体側周面に形成されているネジ溝と、当該ネジ溝が形成されている回転体の外筒体側周面、内筒体側周面に対向する外筒体の回転体側周面、内筒体の回転体側周面とによって排気経路を形成することができる。

この場合は、例えば、図３（ａ）、（ｂ）図示のように、回転体５３の外筒体５２側の周面に設けられているネジ溝６１ｂと、これに対向する外筒体５２の周面との間によって図１図示の実施形態における外筒体側排気経路６dを形成することができる。図３（ｂ）は、図３（ａ）において符号６dで示している外筒体側排気経路にハッチングを付して、外筒体側排気経路６dの位置をわかりやすくしたものである。なお、図示していないが、同様に、回転体５３の内筒体５１側の周面にネジ溝を設け、これに対向する内筒体５１の周面との間で内筒体側排気経路６ｅを形成することができる。

更に、前述した実施形態においては、エッチング装置を例に説明したが、熱CVD装置、スパッタ装置、アッシング装置、プラズマCVD装置、SRE装置等でも同様の方式を実現できる。

以上、添付図面を参照して本発明の好ましい実施形態を説明したが、本発明はかかる実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲の記載から把握される技術的範囲において種々の形態に変更可能である。

本発明の第１の実施形態の概略構成を表す断面図。 本発明の第1の実施形態に採用されているバリアブルオリフィスの正面図とその駆動説明図。 （ａ）周面にネジ溝が形成されている回転体と、当該ネジ溝が形成されている回転体の周面に対向する外筒体の回転体側周面とによって外筒体側排気経路６dが形成されている場合を説明する一部拡大断面図、（ｂ）図３（ａ）において符号６dで示されている外筒体側排気経路にハッチングを付した図。 本発明の第２の実施形態の概略構成を表す断面図。 本発明の第２の実施形態における回転体部分の他の実施形態の概略構成を表す断面図。 本発明の第３の実施形態の概略構成を表す断面図。 本発明の第４の実施形態の概略構成を表す断面図。 本発明に採用可能なターボポンプのロータ翼の一例を示す斜視図。 従来技術による真空装置の概略構成を表す図であって、（ａ）は縦断面図、（b）は横断面図。

符号の説明

１ 処理室
１ａ 処理室の一部
２ ターボ分子ポンプ
２ａ ターボ分子ポンプ
３ バリアブルオリフィス
３ａ オリフィス板
３ｂ 外側オリフィス支持環
３ｃ 内側オリフィス支持環
３ｄ オリフィス支持棒
３ｅ オリフィス板支持棒
３ｆ 回転板
３ｇ 回転板駆動ワイヤー
３ｈ ワイヤー固定点
４ 基板
５ 下部電極
５ａ 静電チャック
５ｂ 静電チャック用電源
５ｃ 下部電極駆動用力部
６ 上部電極
６ａ ガス板
６ｂ ガス孔
６ｃ ガス流
６ｄ 外筒体側排気経路
６ｅ 内筒体側排気経路
６ｇ 外筒体側下部排気経路
６ｈ 排気経路
６ｉ ターボ分子ポンプ開口部
７ ガス供給系
１０ 上部電極用RF電源
１１ 下部電極用RF電源
２１ 絶縁体
３０ 冷媒流路
３１ 冷媒入口
３１ａ 冷媒入口
３１ｂ 冷媒入口側流路
３２ 冷媒出口
３２ａ 冷媒出口
３２ｂ 冷媒出口側流路
４１ 突き上げピン用孔
４２ 突き上げピン
５１ 内筒体
５２ 外筒体
５３ 回転体
５３ａ 回転体
５３ｃ 回転体中空部
６０ａ ロータ翼
６０ｂ ステータ翼
６１ 外筒体側ロータ翼
６１ａ 外筒体側下部ロータ翼
６１ｂ ネジ溝
６２ 外筒体ステータ翼
６２ａ 外筒体下部ステータ翼
６３ 内筒体側ロータ翼
６４ 内筒体ステータ翼
６５ａ 外筒体側ネジ溝
６５ｂ 内筒体側ネジ溝
６５ｃ 外筒体側下部ネジ溝
６６ ターボ分子ポンプガス孔
６７ 排気ポート
６７ａ 内筒体側排気ポート
６７ｂ 上部排気ポート
６７ｃ 下部排気ポート
７０ 高周波モーター
７１ ラジアル磁気軸受
７２ アキシャル磁気軸受
１０１ 排気補正円筒
１０２ 処理ガス入り口
１０３ 排気孔
１０４ メインポンプ
１０５ 基板ホルダー
１０６ 電極
１０７ ガスの流れ
１１０ 処理チャンバー
１１１ ロータ単翼

Claims (13)

1. 回転中心部分が中空に形成されていることを特徴とするターボ分子ポンプ。
2. 外筒体と、当該外筒体の内側に配置される内筒体と、当該内筒体を内部に収容し、当該内筒体と外筒体との間に回動自在に配置される中空の回転体とからなるターボ分子ポンプであって、前記内筒体はターボ分子ポンプの回転中心部分を貫通するように形成されており、前記外筒体の回転体側と回転体の外筒体側との間の空間によって第一の排気構造が形成され、前記内筒体の回転体側と回転体の内筒体側との間の空間によって第二の排気構造が形成され、前記回転体には回転運動の駆動力を与える駆動機構が連結されていることを特徴とする請求項１記載のターボ分子ポンプ。
3. 外筒体と、当該外筒体の内側に配置される内筒体と、当該内筒体を内部に収容し、当該内筒体と外筒体との間に回動自在に配置される中空の回転体とからなるターボ分子ポンプであって、前記内筒体はターボ分子ポンプの回転中心部分を貫通するように形成されており、外筒体の回転体側と回転体の外筒体側との間の空間によって形成される排気構造が、回転体の軸方向に複数個形成され、前記回転体には回転運動の駆動力を与える駆動機構が連結されていることを特徴とする請求項１記載のターボ分子ポンプ。
4. 基板処理装置の真空に排気される処理室に当該処理室の真空排気用に取り付けられるターボ分子ポンプであって、外筒体と、当該外筒体の内側に回動自在に配置される回転体とを含み、外筒体の回転体側と回転体の外筒体側との間の空間によって排気構造が形成され、当該回転体の直径が、当該ターボ分子ポンプが取り付けられている側の前記処理室内に備えられている基板載置手段又は電極の中で最も大きな直径を有するものの直径よりも大きいことを特徴とするターボ分子ポンプ。
5. 回転体の回転中心部分が中空に形成されていることを特徴とする請求項４記載のターボ分子ポンプ。
6. 排気構造が、回転体のロータ翼とこれに対向するステータ翼とによって、又は回転体のネジ溝とこれに対向する面とによって、又はこれらの複合によって形成されていることを特徴とする請求項２乃至５のいずれか一項記載のターボ分子ポンプ。
7. 真空に排気される処理室と、当該処理室内に配備されていて被処理基板が載置される基板載置手段とを含み、当該処理室で前記被処理基板に対する処理がなされる基板処理装置において、処理室内部を真空に排気する排気手段として請求項１乃至６のいずれか一項記載のターボ分子ポンプが前記処理室に取り付けられていることを特徴とする基板処理装置。
8. ターボ分子ポンプと処理室との間に中心が中空になったバリアブルオリフィスが備えられていることを特徴とする請求項７記載の基板処理装置。
9. 被処理基板が載置される基板載置手段を内部に備えていて、真空に排気される処理室と、当該処理室に連結される一又は複数のチャンバとを含む基板処理装置において、前記処理室及び前記一又は複数のチャンバの中の少なくとも一つを真空に排気する排気手段として請求項１乃至６のいずれか一項記載のターボ分子ポンプが用いられていることを特徴とする基板処理装置。
10. 処理室に取り付けられるターボ分子ポンプが請求項１乃至３又は請求項５のいずれか一項記載のターボ分子ポンプであって、当該ターボ分子ポンプが取り付けられている側の前記処理室内に備えられている基板載置手段又は電極の全部又は一部が、ターボ分子ポンプの中空に形成されている回転中心部分に収容されていることを特徴とする請求項７乃至９のいずれか一項記載の基板処理装置。
11. 処理室内に配備されている処理室の構成部材は、処理室に取り付けられるターボ分子ポンプの回転体の回転軸上に位置する被処理基板の中心に対して軸対称に配置されていることを特徴とする請求項７乃至１０のいずれか一項記載の基板処理装置。
12. 請求項７乃至１１のいずれか一項記載の基板処理装置が、熱CVD装置、ドライエッチ装置、スパッタ装置、アッシング装置、プラズマCVD装置のいずれかであること特徴とする基板処理装置。
13. ポンプの中心部分が中空に形成されていることを特徴とするクライオポンプ又はターボ型ドライポンプ。

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