JP2009022916A

JP2009022916A - 減圧装置

Info

Publication number: JP2009022916A
Application number: JP2007190462A
Authority: JP
Inventors: Norihiko Saito; 紀彦斎藤; Soutaro Takeda; 創太郎武田
Original assignee: Covalent Materials Corp
Current assignee: Coorstek KK
Priority date: 2007-07-23
Filing date: 2007-07-23
Publication date: 2009-02-05

Abstract

【課題】安価で排気速度が速くパーティクルの舞い上がりを防止できる減圧装置を提供する。
【解決手段】本減圧装置は真空チャンバ内を減圧する排気機構を備えた減圧装置において、排気機構は一端が真空チャンバに連通し、他端が真空ポンプに連通する主排気路と、この主排気路に設けた第１の開閉弁と、一端が主排気路を介してあるいは直接真空チャンバに連通し、他端が主排気路を介してあるいは直接真空ポンプに連通するスロー排気路と、このスロー排気路にこのスロー排気路壁と間隔を設けて配され、円筒形状のシリカ多孔体からなるフィルタと、スロー排気路に設けた第２の開閉弁を備える。
【選択図】図１

Description

本発明は減圧装置に係り、特に円筒形状のシリカガラス製多孔体からなるフィルタを組み込んだ排気機構を備えた減圧装置に関する。

従来、半導体ウェーハもしくは液晶材料の製造工程においては、例えばドライエッチング装置、スパッタ装置、ＣＶＤ装置あるいは熱処理炉として用いる真空チャンバにおいて、減圧下や大気と異なる組成のガス雰囲気等の各種条件下で排気時の圧力の緩衝を目的として、主排気路と並列にスロー排気路を設けている。

図８に示すように、従来の減圧装置３１では、真空チャンバ３２内を減圧する排気機構３３を設け、この排気機構３３は一端が真空チャンバ３２に設けられ、板状アルミナ製フィルタ３４を取付けた排気口３５に連通し、他端が真空ポンプ３６に連通する主排気路３７と、この主排気路３７に設けた第１の開閉弁（メインバルブ）３８と、一端が主排気路３７を介してあるいは直接チャンバに連通し、他端が主排気路３７を介して真空ポンプ３６に連通するスロー排気路３９と、このスロー排気路３９に第１の開閉弁と並列に第２の開閉弁（スロー排気バルブ）４０を設けている。

このような従来の減圧装置では、排気初期はスロー排気路で緩やかに排気し、その後、主排気路で一気に排気する。

しかし、板状のアルミナ製フィルタを介しての排気は、多孔体の気孔径が小さいため単純に板状のアルミナ製フィルタを排気口に設置すると排気速度が大幅に遅くなる。

また、図９に示すように、別の従来の減圧装置４１は、排気速度を上げるために、排気口３５とは別個に板状アルミナ製フィルタ３４を取付けたスロー排気口４２を設けているが、多額な装置改造費がかかる。

なお、従来の板状のアルミナ製フィルタに替えて金属メッシュフィルタを用いる方法は、メッシュサイズが大きいため排気時間への影響が少なく、装置改造をせずにそのまま装置内排気口への設置が可能であるが、パーティクルの舞上がりを抑える効果も小さい。

なお、真空チャンバと真空ポンプを連通する主排気路と、この主排気路に並列にスロー排気路を設けたウェーハ取扱システム（例えば、特許文献１参照）、さらに、スロー排気路に可変コンダクタンスバルブを設けた横型処理炉が提案されている（例えば、特許文献２参照）。
特開昭６１−２２８６４８号公報特開平７−２３５４９７号公報

本発明は上述した事情を考慮してなされたもので、安価で排気速度が速くパーティクルの舞い上がりを防止できる減圧装置を提供することを目的とする。

上述した目的を達成するため、本発明に係る減圧装置は、真空チャンバと、この真空チャンバ内を減圧する排気機構を備えた減圧装置において、前記排気機構は一端が前記真空チャンバに連通し、他端が真空ポンプに連通する主排気路と、この主排気路に設けた第１の開閉弁と、一端が主排気路を介してあるいは直接前記真空チャンバに連通し、他端が主排気路を介してあるいは直接前記真空ポンプに連通するスロー排気路と、このスロー排気路にこのスロー排気路壁と間隔を設けて配され、円筒形状のシリカ多孔体からなるフィルタと、前記スロー排気路に設けた第２の開閉弁を備えることを特徴とする。

本発明に係る減圧装置によれば、安価で排気速度が速くパーティクルの舞い上がりを防止できる減圧装置を提供することができる。

本発明の第１実施形態に係る減圧装置について添付図面を参照して説明する。

図１は本発明の第１実施形態に係る減圧装置の概念図であり、図２はそのフィルタ取付部の拡大図である。

図１に示すように、本発明の第１実施形態に係る減圧装置１は、真空に減圧され処理室となる真空チャンバ２を備え、この真空チャンバ２はこの真空チャンバ２を真空に減圧する排気機構３を備える。

この排気機構３は一端が真空チャンバ２の底部に設けた排気口２ａを介して真空チャンバ２に連通し、他端が真空ポンプ４に連通する主排気路５と、この主排気路５に設けた第１のバルブ（メインバルブ）６と、一端が主排気路５を介して真空チャンバ２に連通し、他端が主排気路５を介して真空ポンプ４に連通するスロー排気路７と、このスロー排気路７内に配されるフィルタ８と、このフィルタ８の下流のスロー排気路７に設けた第２のバルブ（スロー排気バルブ）９を備える。

図２に示すように、フィルタ８は有底円筒形状のシリカ多孔体からなり、開口端側にはシリカ多孔体と同材質のシリカガラス製リング状のフランジ部８ａが設けられる。

図２及び図３に示すように、フィルタ８はそのほぼ半球状の底部８ｂを上流側すなわち真空チャンバ２側に向けて、フィルタ８とスロー排気路壁７ａと間隔ｇを設けてスロー排気路７内に取付けられる。

例えば、スロー排気路７の直径は、１００ｍｍであり、フィルタ８の外径を６０〜８０ｍｍに設定すると、間隔ｇは１０〜２０ｍｍになる。また、フィルタ８の平均気孔径は１０〜５０μｍ、気孔率は２０〜４０％であるのが好ましい。

上記のように、フィルタ８は有底円筒形状をなすので、ガス通過のための表面積が増加し、さらに、平均気孔径が１０〜５０μｍ、気孔率が２０〜４０％であるシリカ多孔体からなり、かつスロー排気路７とフィルタ８の長さ方向中心軸を合わせ、スロー排気路７の直径に対しフィルタ８の外径比が６０〜８０％であるので、急激な減圧が避けられて、かつ速やかな減圧が可能になる。

開口端側にはシリカ多孔体と同材質のシリカガラス製リング状のフランジ部８ａが設けられる。

図４に示すように、このフィルタ８のスロー排気路７への気密的取付けは、フランジ部８ａの外側周に予めＯリング１０を嵌め込み、下部スロー排気路７Ａに設けたリング状係合凹部７Ａ_１とフランジ部８ａに設けた下側リング状係合凸部８ａ_１を係合させて、フィルタ８を下部スロー排気路７Ａに立設し、上部スロー排気路７Ｂをフィルタ８に上方から間隔ｇを設けて外嵌して、上部スロー排気路７Ｂに設けたリング状係合凹部７Ｂ_１とフランジ部８ａに設けた上側リング状係合凸部８ａ_２を係合させて、下部スロー排気路７Ａに設けた下フランジ７Ａ_２と上部スロー排気路７Ｂに設けた上フランジ７Ｂ_２でフランジ部８ａを保持するとともに、Ｏリング１０を押圧して行う。

このように、フィルタ８のスロー排気路７への取付けは、シリカガラス製リング状のフランジ部８ａを介して行うので、フィルタ８を破損することなく、容易かつ確実に行うことができる。また、従来の減圧装置の構造を大幅に変更することなく、フィルタを取付けることができるので安価な減圧装置を提供できる。

なお、下部スロー排気路７Ａと上部スロー排気路７Ｂはクランプ（図示せず）によって一体的に保持され、さらに、フィルタ８の開口端側にはリング状取付部材１１ａに張設されフィルタ８よりも気孔径が小さく、かつ通気性が高い金網１１が設けられる。

これにより、仮にフィルタ８に破損等が生じた場合でも、破損物が真空ポンプ４側に流れるのを防止できる。

次に本第１実施形態の減圧装置の作用について説明する。

図１に示すように、処理室となる真空チャンバ２を減圧する場合、減圧開始時は、主排気路５に設けた第１のバルブ６及びスロー排気路７に設けた第２のバルブ９を閉止した状態で真空ポンプ４を運転し、しかる後、第２のバルブ９を開放する。

この第２のバルブ９を開放すると、真空ポンプ２中のガスは、排気口２ａ、スロー排気路７、間隙ｇ、フィルタ８及び第２のバルブ９を介して真空ポンプ４に流れ、真空チャンバ２内は減圧される。

この減圧過程において、スロー排気路７の外径は１００ｍｍであり、フィルタ８の外径は６０〜８０ｍｍ、気孔率は２０〜４０％と適度なガス通気抵抗に設定されているので、真空チャンバ２内の急激な減圧が避けられて、パーティクルの舞い上がりが防止され、さらに、ガスが間隙ｇを介して表面積が広い有底円筒形状のフィルタ８を通過するので、速やかに減圧を行うことができる。

本第１実施形態の減圧装置によれば、安価で排気速度が速くパーティクルの舞い上がりを防止できる減圧装置が実現する。

また、本発明の第２実施形態に係る減圧装置について説明する。

本第２実施形態は、第１実施形態が有底円筒形状のシリカ多孔体からなるフィルタを用いるのに対して、無底円筒形状のシリカ多孔体からなるフィルタを用いる。

例えば、図５に示すように、本第２実施形態に係る減圧装置は、図１に示すと同様の真空チャンバと排気機構を備え、スロー排気路７にフィルタユニット２１を設ける。

このフィルタユニット２１は、無底円筒形状のシリカ多孔体からなるフィルタ２２と、このフィルタ２２が空隙ｃを形成するように外嵌し、周囲に通気口２３ａを設けた中空状の金属通気パイプ２３と、フィルタ２２の一端及び金属通気パイプ２３の一端を閉塞する閉塞部材２４と、フィルタ２２の両端を押圧するポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）製の軟質ガスケット２５、２５と、金属通気パイプ２３の他端に気密的に貫通して溶着される金属製取付リング２６を備え、閉塞部材２４の円板状の取付突部２４ａの外周に設けた雄ネジ部２４ｂと金属通気パイプ２３の一端の内側に形成される雌ネジ部２３ｂを螺合することで、金属通気パイプ２３と金属製取付リング２６で両軟質ガスケット２５、２５をフィルタ２２方向に押圧して組み立てる。

また、フィルタユニット２１のスロー排気路７への気密的取付けは、第１実施形態と同様に行う。

なお、フィルタ２２の開口端側にはリング状取付部材２７ａに張設され、フィルタ８よりも気孔径が小さく、かつ通気性が高い金網２７が設けられる。

本第２実施形態の減圧装置によれば、安価で排気速度が速くパーティクルの舞い上がりを防止できる減圧装置が実現する。

他の構成は図１に示す減圧装置と異ならないので、説明は省略する。

図３に示した形状で、高さ８０ｍｍ、外径３０ｍｍ、内径２４ｍｍ、気孔径１６μｍ、気孔率３０％のシリカ多孔体に、高さ１５ｍｍ、外径５０ｍｍ、内径２４ｍｍの緻密質シリカガラス製フランジ部を係合させてなるフィルタを組み込んだ本発明の減圧装置（実施例）及びフィルタを用いない減圧装置（比較例）を用い、スロー排気試験を行ない、減圧速度とパーティクルの発生状態を調べた。

［試験１］
チャンバ容積６５Ｌの真空チャンバ内に排気口から４０ｍｍ離間して設けた円板状トレー上に０．０００９ｇ／個の発泡スチロールを８００個置き、最大排気能力７０００Ｌ／ｍｉｎの真空ポンプで真空引きを行い、真空引き開始から、スロー排気し、真空速度と発泡スチロール粉の動きを調べた。

結果：図６に示す。

実施例１は比較例１に比べて、排気時間が大幅に増加するが、比較例１がトレーから真空チャンバ底部に落下した発泡スチロール粒の数が６００〜７００個であったのに対して、実施例１は落下個数が０個であった。

［試験２］
本発明の減圧装置の排気時間を短縮する目的で、主排気路の第１のバルブを開放しての排気とスロー排気路の第２のバルブ９のみを開放しての排気とを組み合わせ、落下する発泡スチロール粒の数を抑制した状態での大気圧から１ｋＰａまでの到達時間を調べ、フィルタを用いない減圧装置と比較した。

結果：表１及び図７に示す。

表１及び図７からもわかるように、メインバルブ開放時の真空チャンバ圧力が４０ｋＰａである実施例２は、同じ圧力でメインバルブを開放した比較例２の３８ｓに比べて、２２ｓと４２％（１６ｓ）短縮できることがわかった。

メインバルブ開放時の真空チャンバ圧力が１３ｋＰａである実施例３は、同じ圧力でメインバルブを開放した比較例３の９０ｓに比べて、５６ｓと３８％（３４ｓ）短縮できることがわかった。

メインバルブ開放時の真空チャンバ圧力が７ｋＰａである実施例４は、同じ圧力でメインバルブを開放した比較例４の１３２ｓに比べて、８８ｓと３３％（４４ｓ）短縮できることがわかった。

このように、本発明の減圧装置（実施例）は、パーティクルが舞い上がりやすい初期の減圧をスロー排気で行い、パーティクルの舞い上がりが抑制される低圧下での減圧を、主排気路を介して行うことで、パーティクルの舞い上がりがなく、迅速な真空引きを行えることがわかった。

本発明の第１実施形態に係る減圧装置の概念図。本発明の第１実施形態に係る減圧装置のフィルタ取付部の拡大図。本発明の第１実施形態に係る減圧装置に用いるフィルタの縦断面図。図２のＡ部の拡大図。本発明の第２実施形態に係る減圧装置に用いるフィルタユニットの縦断面図。本発明の第１実施形態に係る減圧装置を用いたスロー排気試験の結果図。本発明の第１実施形態に係る減圧装置を用いたスロー排気試験の結果図。従来の減圧装置の概念図。従来の減圧装置の概念図。

符号の説明

１減圧装置
２真空チャンバ
２ａ排気口
３排気機構
４真空ポンプ
５主排気路
６第１のバルブ
７スロー排気路
７ａスロー排気路壁
７Ａ下部スロー排気路
７Ａ_２下フランジ
７Ｂ上部スロー排気路
７Ｂ_２上フランジ
８フィルタ
８ａフランジ部
９第２のバルブ
１０Ｏリング
１１金網

Claims

真空チャンバと、この真空チャンバ内を減圧する排気機構を備えた減圧装置において、
前記排気機構は一端が前記真空チャンバに連通し、他端が真空ポンプに連通する主排気路と、
この主排気路に設けた第１の開閉弁と、
一端が主排気路を介してあるいは直接前記真空チャンバに連通し、他端が主排気路を介してあるいは直接前記真空ポンプに連通するスロー排気路と、
このスロー排気路にこのスロー排気路壁と間隔を設けて配され、円筒形状のシリカ多孔体からなるフィルタと、
前記スロー排気路に設けた第２の開閉弁を備えることを特徴とする減圧装置。
前記フィルタは有底円筒形状をなし、底部を上流側に向けて設け、第２の開閉弁を前記フィルタの下流側に設けることを特徴とする請求項１に記載の減圧装置。
前記フィルタは開口部にシリカガラス製リング状のフランジ部が設けられることを特徴とする請求項２に記載の減圧装置。
前記フィルタは無底円筒形状をなし、周囲に通気口を設けた中空状の金属通気パイプの外周側に空隙が形成されるように外嵌され、
金属通気パイプの一端はこの一端に螺着される閉塞部材により閉塞され、
前記フィルタの一端は前記閉塞部材により閉塞されかつ軟質ガスケットを介して押圧され、
前記金属通気パイプの他端はこの他端に固着される金属製取付リングを気密的に貫通し、
前記フィルタの他端は前記金属製取付リングに押圧される軟質ガスケットを介して押圧されることを特徴とする請求項１に記載の減圧装置。
前記フィルタはこのフィルタの一端に取付けられる閉塞部材を上流側に向けて設け、第２の開閉弁は前記フィルタの下流側に設けることを特徴とする請求項４に記載の減圧装置。