JP2010216265A - 真空配管、真空装置及び半導体製造装置 - Google Patents

Abstract

【課題】従来に比べてトラブル発生時に取り付け部に加わる衝撃力をより確実に緩和することができるとともに、トラブル発生後の修理に必要な交換部品の削減を図ることのできる真空配管、真空装置及び半導体製造装置を提供する。
【解決手段】真空部品とターボ分子ポンプとを接続するための真空配管であって、真空部品側に設けられた固定配管部と、固定配管部よりターボ分子ポンプ側に設けられ固定配管部に対してベアリングを介して回転可能に係止された回転配管部と、回転配管部の回転を制動する制動機構と、固定配管部と回転配管部との間を気密に閉塞するシール部材とを具備している。
【選択図】図１

Description

本発明は、ターボ分子ポンプと真空部品とを接続するための真空配管、及びこの真空配管を用いた真空装置並びに半導体製造装置に関する。

従来から、内部を真空雰囲気とする真空装置では、真空ポンプとして、ターボ分子ポンプが用いられている。このターボ分子ポンプは、動翼と静翼を備え動翼を高速で回転させる構造となっている。このようなターボ分子ポンプを用いた真空装置の１つとして、例えば半導体装置の製造分野において、処理チャンバー（真空チャンバー）内を真空雰囲気として半導体ウエハ等に成膜処理やエッチング処理を施す半導体製造装置がある。

上記のターボ分子ポンプでは、高速回転している動翼が何かのトラブルで急停止したような場合、ターボ分子ポンプの取り付け部に大きな回転力の負荷が加わる。このため、ターボ分子ポンプの取り付け部を構成するフランジの締結ボルト挿入孔に隣接して溝部を形成して、締結ボルト挿入孔と溝部との間に薄肉部を設け、ターボ分子ポンプの取り付け部に大きな負荷が加わった際にこの薄肉部を塑性変形させることによって衝撃力を緩和する技術が知られている（例えば、特許文献１参照。）。

また、ターボ分子ポンプの取り付け部を構成するフランジの締結ボルト挿入孔を長穴状とし、ここに塑性変形する部材を挿入しておき、ターボ分子ポンプの取り付け部に大きな負荷が加わった際にこの部材を塑性変形させることによって衝撃力を緩和する技術が知られている（例えば、特許文献２参照。）。

特開２００８−７５４８９号公報 特開２００４−１６２６９６号公報

上記のとおり、従来の技術では、ターボ分子ポンプの締結ボルトの近傍に塑性変形可能な部位を設け、ターボ分子ポンプの取り付け部に大きな負荷が加わった際にこの部分を塑性変形させることによって、衝撃力を緩和するようになっている。

しかしながら、上記従来の技術では、衝撃力の緩和の際に締結ボルトに大きな負荷が加わるため、締結ボルトが変形したり破損したりするおそれがあり、さらには締結ボルトに加わった負荷が真空チャンバーに及び真空チャンバーが損傷を受けるおそれがあるという問題があった。また、塑性変形を生じさせることによって衝撃を緩和する構造であるため、塑性変形した部材を交換する必要があり、交換作業に時間及びコストがかかるという問題があった。

本発明は、上記従来の事情に対処してなされたもので、従来に比べてトラブル発生時に取り付け部に加わる衝撃力をより確実に緩和することができるとともに、トラブル発生後の修理に必要な交換部品の削減を図ることのできる真空配管、真空装置及び半導体製造装置を提供しようとするものである。

請求項１の真空配管は、ターボ分子ポンプと真空部品とを接続するための真空配管であって、前記真空部品側に設けられた固定配管部と、前記固定配管部より前記ターボ分子ポンプ側に設けられ前記固定配管部に対してベアリングを介して回転可能に係止された回転配管部と、前記回転配管部の回転を制動する制動機構と、前記固定配管部と前記回転配管部との間を気密に閉塞するシール部材とを具備したことを特徴とする。

請求項２の真空配管は、請求項１記載の真空配管であって、前記固定配管部の胴部と前記回転配管部の胴部とが内外に重なり合って配置される重なり部を有し、前記重なり部の部位に位置するように前記固定配管部の胴部に設けられた第１凹凸部と、回転力の発生時に前記第１凹凸部と接触するように前記回転配管部の胴部に設けられた第２凹凸部とによって、前記制動機構が構成されていることを特徴とする。

請求項３の真空配管は、請求項２記載の真空配管であって、前記第１凹凸部と前記第２凹凸部は、周方向に間隔をあけて複数設けられていることを特徴とする。

請求項４の真空装置は、真空チャンバーと、前記真空チャンバー内を排気するためのターボ分子ポンプとを具備した真空装置であって、前記真空チャンバーと前記ターボ分子ポンプは、前記真空チャンバー側に設けられた固定配管部と、前記固定配管部より前記ターボ分子ポンプ側に設けられ前記固定配管部に対してベアリングを介して回転可能に係止された回転配管部と、前記回転配管部の回転を制動する制動機構と、前記固定配管部と前記回転配管部との間を気密に閉塞するシール部材とを具備した真空配管を介して接続されていることを特徴とする。

請求項５の半導体製造装置は、内部に基板を収容し前記基板に所定の処理を施すための真空チャンバーと、前記真空チャンバー内を排気するためのターボ分子ポンプとを具備した半導体製造装置であって、前記真空チャンバーと前記ターボ分子ポンプは、前記真空チャンバー側に設けられた固定配管部と、前記固定配管部より前記ターボ分子ポンプ側に設けられ前記固定配管部に対してベアリングを介して回転可能に係止された回転配管部と、前記回転配管部の回転を制動する制動機構と、前記固定配管部と前記回転配管部との間を気密に閉塞するシール部材とを具備した真空配管を介して接続されていることを特徴とする。

本発明によれば、従来に比べてトラブル発生時に取り付け部に加わる衝撃力をより確実に緩和することができるとともに、トラブル発生後の修理に必要な交換部品の削減を図ることのできる真空配管、真空装置及び半導体製造装置を提供することができる。

本発明の一実施形態に係る真空配管の断面構成を示す図。 図１の真空配管の制動機構を説明するための図。 本発明の一実施形態に係る真空装置の要部構成を示す図。 本発明の他の実施形態に係る真空装置の要部構成を示す図。 本発明の一実施形態に係る半導体製造装置の要部構成を示す図。

以下、本発明の詳細を、図面を参照して実施形態について説明する。

図１は、本発明の一実施形態の真空配管の断面構成を示す図である。図１に示す真空配管１は、図１には図示しない真空チャンバーと、この真空チャンバー内を排気するためのターボ分子ポンプとを接続するためのものである。この真空配管１は、真空チャンバー側（図１中左側）に設けられた固定配管部２と、この固定配管部２よりターボ分子ポンプ側（図１中右側）に設けられた回転配管部３とを具備している。

上記固定配管部２は、配管を構成する略円筒状の胴部２ａと、この胴部２ａの端部に設けられ真空チャンバーへの取り付け部となるチャンバー取り付け用フランジ２ｂを具備している。また、胴部２ａの外側の軸方向中間部分には、回転配管部３側が径小となる段差部２ｃが形成されており、この段差部２ｃに係止されるように、ベアリング４が配設されている。

一方、上記回転配管部３は、配管を構成する略円筒状の胴部３ａと、この胴部３ａの端部に設けられターボ分子ポンプへの取り付け部となるポンプ取り付け用フランジ３ｂを具備している。胴部３ａは、固定配管部２の胴部２ａ先端側より大径に構成されており、胴部２ａ先端側の外側に位置するように設けられている。すなわち、この部分では、胴部２ａが内側に、胴部３ａが外側に重なるように配置され、重なり部７が形成されている。

胴部３ａの先端側（図１中左側）には、段差状に拡径する拡径部３ｃが形成されており、この拡径部３ｃがベアリング４の外側部を覆うように配置されている。そして、拡径部３ｃの外側及びベアリング４の側壁部と当接されるように、頂部に胴部２ａを挿通するための開口を有する袋ナット状の係止部材５が設けられ、この係止部材５によって、回転配管部３がベアリング４を介して固定配管部２に回転自在に係止されている。

また、回転配管部３のポンプ取り付け用フランジ３ｂと、固定配管部２の胴部２ａの先端部とが当接する部位には、Ｏリング状に形成された気密封止用のシール部材６が設けられている。シール部材６としては、樹脂製のものや金属製のもの等どのような材質のものを用いてもよく、磁性流体シールを用いてもよい。またシール構造は、面シール構造であっても軸シール構造であっても、これらを併用したものであってもよい。なお、チャンバー取り付け用フランジ２ｂ及びポンプ取り付け用フランジ３ｂには、取付け用ボルトを挿入するためのボルト挿入孔２ｄ、３ｄが複数形成されている。

図２は、図１に示した重なり部７における、Ａ−Ａ断面構成を示すもので、図２に示すように、重なり部７の位置の胴部２ａの外側には凹凸部２ｅが形成されており、この凹凸部２ｅに対応して胴部３ａの内側には、凹凸部３ｅが形成されている。凹凸部２ｅ及び凹凸部３ｅは、周方向に間隔を設けて複数（図２の例では８つ）設けられている。これらの凹凸部２ｅと凹凸部３ｅは、回転配管部３に回転力が発生した際に、これらが接触して回転配管部３の回転を制動する制動機構を構成するものである。

すなわち、図２の左側に凹凸部２ｅと凹凸部３ｅの制動時の動きを拡大して示すように、定常状態では、凹凸部２ｅと凹凸部３ｅは、一定の間隔を空けた状態で非接触の状態となっている（１）。そして、この状態から回転力が加わって回転配管部３が回転を始めると、凹凸部２ｅと凹凸部３ｅとの間隔が狭まり（２）、次に凹凸部２ｅと凹凸部３ｅとが接触して制動が開始され（３）凹凸部３ｅが凹凸部２ｅに食い込んで回転が停止する（４）。なお、本実施形態では、凹凸部２ｅが外周に向けて凸状に形成され、この凹凸部２ｅの形状に合わせて凹凸部３ｅが凹陥された形状となっている。しかし、凹凸部２ｅ及び凹凸部３ｅの形状はかかる形状のものに限定されず、どのようなものであってもよい。

上記の制動作用は、１つの凹凸部２ｅ及び凹凸部３ｅの部分のみで回転配管部３を静止できなかった場合は、間隔を設けて形成された凹凸部２ｅ及び凹凸部３ｅの部分において間欠的に働くようになっており、これによって、徐々に回転力を減衰させ、取り付けボルト等に急激に大きな負荷が加わることを抑制できる構成となっている。したがって、ターボ分子ポンプの動翼が急激に停止するようなトラブルが生じた場合であっても、真空チャンバー側に急激に大きな負荷が加わって、真空チャンバーを破損させてしまうような状態が生じることを防止することができる。

なお、制動機構は、上記構成のものに限られるものではない。例えば、胴部２ａ、胴部３ａのいずれか一方に上記のような凹凸部を設け、他方に柔軟性を有する樹脂（ゴム）の層を設けた構成の制動機構としてもよい。また、胴部２ａと胴部３ａとの間に、高粘度のオイル等の流体を封入したダンパー機構からなる制動機構を設けてもよい。

図３は、上記構成の真空配管１を、ターボ分子ポンプ３００の吸気口側に配置した場合の構成を示している。なお、真空配管１の固定配管部２には、図示しない真空チャンバーに接続される。図４は、ターボ分子ポンプ３００の排気口側にも、上記真空配管１と同様に構成された真空配管１ａを設けた構成の場合を示している。この場合真空配管１ａには、必要に応じた径の配管取付け部１ｂ乃至１ｃを必要な方向に設ける必要がある。なお、図４に示す真空配管１ａでは、図１に示した真空配管１の固定配管部２と回転配管部３とを逆にした構成となっている。また、図４において、ターボ分子ポンプ３００の吸気口側の真空配管１は図示を省略してある。

図５は、上記真空配管１を具備した半導体製造装置としてのプラズマエッチング装置２００の構成を示すものである。このプラズマエッチング装置２００は、電極板が上下平行に対向し、プラズマ形成用電源が接続された容量結合型平行平板プラズマエッチング装置として構成されている。

プラズマエッチング装置２００は、例えば表面が陽極酸化処理されたアルミニウム等からなり円筒形状に成形された処理チャンバー（真空チャンバー）２０１を有しており、この処理チャンバー２０１は接地されている。処理チャンバー２０１内の底部にはセラミックスなどの絶縁板２０２を介して、略円柱状のサセプタ支持台２０３が設けられている。さらに、このサセプタ支持台２０３の上には、被処理基板としての半導体ウエハを載置し、かつ、下部電極を構成するサセプタ（載置台）２０４が設けられている。このサセプタ２０４には、図示しない高周波電源等の高周波電力印加装置が接続されている。

サセプタ２０４の上側には、その上に半導体ウエハを静電吸着するための静電チャック２０５が設けられている。静電チャック２０５は、絶縁材の間に電極を配置して構成されており、この電極に直流電圧を印加することにより、クーロン力によって半導体ウエハを静電吸着する。

サセプタ２０４には、図示しない冷却機構が設けられており、静電チャック２０５上に吸着された半導体ウエハを所定の温度に温度調整できるようになっている。また、処理チャンバー２０１の側壁部には、半導体ウエハを処理チャンバー２０１内に搬入、搬出するための開口２０６が形成されており、ここには、開口２０６を気密に閉塞するための図示しない開閉機構（ゲートバルブ）が設けられている。

サセプタ２０４の上方に、サセプタ２０４と所定間隔を隔てて対向するように、シャワーヘッド１００が配置されている。そして、シャワーヘッド１００が上部電極となり、サセプタ２０４が下部電極となる一対の対向電極が形成されている。シャワーヘッド１００には、図示しないガス供給機構から所定の処理ガス（エッチングガス）が供給され、この処理ガスはシャワー状に下方に向けて供給される。また、シャワーヘッド１００には多数の排気孔が形成されており、上方に向けて排気を行う構成となっている。

シャワーヘッド１００の上部には、上方に向けて径小となるラッパ状の排気部２２０が設けられており、この排気部２２０には、開閉制御弁及び開閉機構２２３を介してターボ分子ポンプ３００が接続されている。本実施形態では、このターボ分子ポンプ３００と開閉制御弁及び開閉機構２２３との間に図１に示した真空配管１が設けられている。また、ターボ分子ポンプ３００の排気側は、図示しない排気系に接続されている。なお、図５において、２２１はフィルタ機構である。このフィルタ機構２２１は、処理チャンバー２０１の処理空間内で発生したパーティクル等が、一旦排気部２２０内に導入された後、処理チャンバー２０１の処理空間内に逆流することを防止するとともに、パーティクル等がターボ分子ポンプ３００内に侵入することを防止するためのものである。

上記構成のプラズマエッチング装置２００によって、半導体ウエハのプラズマエッチングを行う場合、まず、半導体ウエハは、開口２０６から処理チャンバー２０１内へと搬入され、静電チャック２０５上に載置される。そして、半導体ウエハが静電チャック２０５上に静電吸着される。次いで、開口２０６が閉じられ、ターボ分子ポンプ３００等によって、処理チャンバー２０１内が所定の真空度まで真空引きされる。

その後、所定流量の所定の処理ガス（エッチングガス）が、シャワーヘッド１００に供給され、この処理ガスは、シャワーヘッド１００からシャワー状にサセプタ２０４上の半導体ウエハに供給される。

そして、処理チャンバー２０１内の圧力が、所定の圧力に維持された後、サセプタ２０４に所定の周波数，例えば１３．５６ＭＨｚの高周波電力が印加される。これにより、上部電極としてのシャワーヘッド１００と下部電極としてのサセプタ２０４との間に高周波電界が生じ、エッチングガスが解離してプラズマ化する。このプラズマによって、半導体ウエハに所定のエッチング処理が行われる。このエッチング処理において、シャワーヘッド１００からシャワー状に供給された処理ガスは、シャワーヘッド１００に分散して多数形成された排気孔から排気されるので、従来のように半導体ウエハの中央部から周辺部に向かうようなガスの流れが形成されることがない。このため、半導体ウエハに供給される処理ガスをより均一化することができ、半導体ウエハの各部に均一なエッチング処理を施すことができる。すなわち、処理の面内均一性を向上させることができる。

そして、所定のプラズマエッチング処理が終了すると、高周波電力の印加及び処理ガスの印加が停止され、上記した手順とは逆の手順で、半導体ウエハが処理チャンバー２０１内から搬出される。

本実施形態のプラズマエッチング装置２００によれば、ターボ分子ポンプ３００の動翼が急激に停止するようなトラブルが生じた場合であっても、真空配管１によって衝撃力を確実に緩和することができるので、処理チャンバー（真空チャンバー）２０１側に急激に大きな負荷が加わって、これを破損させてしまうような状態が生じることを防止することができる。また、ターボ分子ポンプ３００を取り付けるためのボルト等が破損して周囲に飛散するような事態が生じることも防止することができる。

また、上記のプラズマエッチング装置２００では、シャワーヘッド１００に設けた排気孔から排気を行うので、半導体ウエハに供給される処理ガスをより均一化することができ、半導体ウエハの各部に均一なエッチング処理を施すことができる。さらに、サセプタ２０４の周囲又はシャワーヘッド１００の周囲に排気経路を設ける必要がないため、処理チャンバー２０１の径をより被処理基板である半導体ウエハの外径に近づけることが可能となり、装置の小型化を図ることができる。また、ターボ分子ポンプ３００を、処理チャンバー２０１の上方に設けており、処理チャンバー２０１の処理空間により近い部分から排気するので、効率良く排気することができ、ターボ分子ポンプ３００の容量を少なくしてさらに小型化を図ることができる。

なお、上記の実施形態では、本発明を半導体製造装置に適用した場合について説明したが、本発明はかかる実施形態に限定されるものではない。例えば、本発明は、半導体製造装置以外の真空装置、例えば、電子顕微鏡、表面分析装置、質量分析装置、粒子加速器、核融合実験装置等に適用することができる。

１……真空配管、２……固定配管部、２ａ……胴部、２ｅ……凹凸部、３……回転配管部、３ａ……胴部、３ｅ……凹凸部、４……ベアリング、６……シール部材。

Claims (5)

1. ターボ分子ポンプと真空部品とを接続するための真空配管であって、
   前記真空部品側に設けられた固定配管部と、
   前記固定配管部より前記ターボ分子ポンプ側に設けられ前記固定配管部に対してベアリングを介して回転可能に係止された回転配管部と、
   前記回転配管部の回転を制動する制動機構と、
   前記固定配管部と前記回転配管部との間を気密に閉塞するシール部材と
   を具備したことを特徴とする真空配管。
2. 請求項１記載の真空配管であって、
   前記固定配管部の胴部と前記回転配管部の胴部とが内外に重なり合って配置される重なり部を有し、
   前記重なり部の部位に位置するように前記固定配管部の胴部に設けられた第１凹凸部と、回転力の発生時に前記第１凹凸部と接触するように前記回転配管部の胴部に設けられた第２凹凸部とによって、前記制動機構が構成されている
   ことを特徴とする真空配管。
3. 請求項２記載の真空配管であって、
   前記第１凹凸部と前記第２凹凸部は、周方向に間隔をあけて複数設けられている
   ことを特徴とする真空配管。
4. 真空チャンバーと、前記真空チャンバー内を排気するためのターボ分子ポンプとを具備した真空装置であって、
   前記真空チャンバーと前記ターボ分子ポンプは、
   前記真空チャンバー側に設けられた固定配管部と、
   前記固定配管部より前記ターボ分子ポンプ側に設けられ前記固定配管部に対してベアリングを介して回転可能に係止された回転配管部と、
   前記回転配管部の回転を制動する制動機構と、
   前記固定配管部と前記回転配管部との間を気密に閉塞するシール部材と
   を具備した真空配管を介して接続されていることを特徴とする真空装置。
5. 内部に基板を収容し前記基板に所定の処理を施すための真空チャンバーと、前記真空チャンバー内を排気するためのターボ分子ポンプとを具備した半導体製造装置であって、
   前記真空チャンバーと前記ターボ分子ポンプは、
   前記真空チャンバー側に設けられた固定配管部と、
   前記固定配管部より前記ターボ分子ポンプ側に設けられ前記固定配管部に対してベアリングを介して回転可能に係止された回転配管部と、
   前記回転配管部の回転を制動する制動機構と、
   前記固定配管部と前記回転配管部との間を気密に閉塞するシール部材と
   を具備した真空配管を介して接続されていることを特徴とする半導体製造装置。

Images