JP2020023966A - 可変入口コンダクタンス真空ポンプ、真空ポンプ装置及び方法 - Google Patents

Abstract

【課題】真空ポンプ、真空ポンプ装置及び方法を提供する。【解決手段】真空ポンプ、真空ポンプ装置及び方法を開示する。真空ポンプは、少なくとも１つの回転子と、固定子と、作動中に気体を受け入れるための入口と、気体を排気するための排気部とを含む。真空ポンプは、ポンプの中心を通って延びて入口に向いたシャフトの端部上に装着されたプレートを含むシャフトを含む。真空ポンプは、プレートの軸線方向位置を制御するように構成された制御回路を含み、プレートの軸線方向位置の変化は、真空ポンプへの気体の入口コンダクタンスの変化を与える。プレートは、それが回転子の少なくとも一部の軸線方向位置で入口を超えて延び、そのためにプレートが固定子と入口の同じ側に存在しないように装着される。【選択図】図３

Description

本発明の分野は、真空ポンプ、真空ポンプ装置及び方法に関する。

半導体産業は、縮小サイズの構成要素を引き続き必要とし、一方で流量及び電力要求は増加している。チャンバの下の空間は非常に高価である。３Ｄ構造を堆積させてエッチングする必要があるので、化学的構造はより複雑になっている。これは、真空ポンプを清潔かつ信頼可能な状態に維持する際に問題を生じる。粒子発生及び脱落を低減しながらチャンバ圧力制御の高速化も望まれている。

半導体及び他の処理チャンバの従来の圧力制御は、典型的に蝶形弁又は振り子弁である弁のいずれかの開口部を変化させることによって達成される。処理がターボポンプを使用する場合に、圧力制御弁は、チャンバ排気部とターボ入口の間の振り子弁である。処理がターボを使用しない場合に、圧力制御弁は、チャンバ排気部からの真空ライン内の蝶形弁であることが多い。

エッチ処理は、典型的にターボポンプを使用する。ＣＶＤ（化学気相蒸着）及びＡＬＤ（原子層堆積）処理は、典型的にはターボを使用しないが、ＨＤＰＣＶＤ（高密度プラズマ化学気相蒸着）のような例外もある。業界は、今日、同じチャンバ内にエッチ及びＡＬＤの両方を有し、潜在的に２つの間で交替するレシピを有するハイブリッド処理を開発している。ＡＬＥ（原子層エッチ）は、新生の技術である。ＡＬＥとＡＬＤを組み合わせる処理は開発中である。

これは、ＡＬＥに適するものからＡＬＤに適するものへの圧力の急速変更を要求する処理に対してターボポンプが用いられることになることを示唆している。いずれの原子層処理も、ＡＬＥ又はＡＬＤに関わらず、チャンバ内に気体種を交互に流して気相で基板と反応させるが互いとは反応しないことによって機能する。これは、従って、処理チャンバをパージして及び／又は脱気して第２の気体を受け入れる前に先行気体の全てを一掃する中間段階を必要とする。

ターボポンプを有する処理チャンバは、エッチ、堆積、及びパージ／脱気に適する圧力間で迅速に交替することが要求されることになる。圧力変化の応答時間は、処理ツールウェーハスループットに影響することになる。圧力変化は、ターボを用いる従来のエッチ処理で現在体験しているよりも遥かに大きい。

同時に、業界は、全ての処理パラメータのより高い精度及び再現性を要求している。ウェーハ対ウェーハ一貫性及びチャンバ対チャンバ整合が重要であり、圧力測定及び制御の益々高まるレベルの精度を要求している。

第１の態様は、少なくとも１つの回転子と、固定子と、作動中に気体を受け入れるための入口と、気体を排気するための排気部とを含む真空ポンプを提供し、真空ポンプは、ポンプを通って延びるシャフトを含み、かつ入口に向いたシャフトの端部上に装着されたプレートを含み、真空ポンプは、プレートの軸線方向位置を制御するように構成された制御回路を含み、プレートの軸線方向位置の変化は、真空ポンプへの気体の入口コンダクタンスの変化を提供し、プレートは、それがシャフトの少なくとも一部の軸線方向位置で入口を超えて延び、そのためにプレートが固定子と入口の同じ側に存在しないように装着される。

特に半導体産業では、圧力制御の高速化及び粒子発生及び脱落の低減を提供することができる真空ポンプに対する必要性が増大している。サイズが縮小したポンプに対する要望も増大している。例えば、半導体製作産業では、クリーンルーム内の真空チャンバの周りの利用可能な空間は非常に制限される。

本発明の態様は、シャフトの端部上にプレートを有してプレートの軸線方向移動が入口コンダクタンス制御を与えるポンプを提供することによってこれらの競合する要件に対処することを求めている。これは、ポンプへの入口コンダクタンス及び従ってポンプによって供給される圧力の有効かつ高速制御を提供し、空間及び構成要素要件の低減によってチャンバ内の圧力の有効制御を可能にする。

プレートは、入口を少なくとも部分的に遮蔽し、その移動は、気体がプレートの縁部の周りを流れる時に入口コンダクタンスを変化させる。一部の場合に、プレートは、全ての軸線方向位置でポンプの入口を超えて延びることができ、一方で他の場合に、それは、一部の軸線方向位置で入口を超えて延びることができる。軸線方向移動は、ポンプのシャフトに対して実質的に平行な移動である。

プレートは、円形断面を有する実質的に平坦な要素とすることができ、それはまた、円錐形のような他の形態である場合があることに注意しなければならない。

シャフトは、ポンプを通って排気端又はその近くの場所から入口端又はその近くの場所に延び、ポンプの中心を通って延びることができ、その上に装着されたブレード又はプレートのようなインペラを有することができる。シャフトは、回転するように装着することができ、又は回転しないように装着することができる。シャフトが回転するように装着されない場合に、インペラは、シャフトと共に軸線方向に移動するが、固定インペラと名付けることができる。

一部の実施形態では、プレートは、入口を予め定められた軸線方向位置で閉じるように構成される。

プレートは、入口に向けて又はそこから離れるように軸線方向に移動し、それによって入口を閉塞する程度及び従って入口コンダクタンスを変える。一部の場合に、回転子プレートは、予め定められた軸線方向位置で入口を完全に遮蔽してそれを閉じるように構成することができる。

一部の実施形態では、シャフトは回転子シャフトを含み、プレートは、回転子と共に回転するように構成された回転子プレートを含む。

一部の実施形態では、プレートが回転子プレートであり、かつ回転子と共に回転する場合に、プレートには入口に向けて対面する面上に面凹凸を設けることが有利である場合があり、面凹凸は、気体内の少なくとも一部の粒子を入口に向けて迂回させるように構成される。

入口に対面する面上に面凹凸を有する回転するプレートをポンプ入口に隣接して設けることは、入口に向けてこれらの凹凸に衝突する粒子を迂回させる可能性を提供する。これは、粒子が入口を通るように向けられてポンプの効率を上昇させる可能性が増大することになる。そのようなプロファイルは、いくつかの形態を有することができ、例えば、それは、鋸歯プロファイルを有する螺旋である場合があり、そこでは恐らく螺旋の回転方向は、中心に向けて反対になる。

他の実施形態では、回転子は、インペラを含む外側シリンダを含み、固定子は、固定インペラが装着されたシャフトを含む。

一部の実施形態では、ポンプの回転子又は回転部分は、中心部分ではなく外側部分であり、中心部分は固定部分である。そのような場合に、シャフト、従ってプレートは、回転しないことになる。これは、チャンバ内の要素の回転移動が除去される点で利点を有すると考えられる。

一部の実施形態では、真空ポンプは、ドラッグ段及び／又は再生段のようなバッキング段によってバッキングされたターボポンプ段を含む。

ターボポンプは、高い真空を与えるための有効なポンプである。ターボポンプは、固定及び回転ブレードを有し、ブレード間に何らかのクリアランスがある。ブレードの互いの接近は、ポンプのポンピング効率に大きくは影響せず、ブレードは、一般的に中間点に設定されて偶然の衝突の可能性を低減する。すなわち、ターボポンプに対して、固定子に対する回転子の軸線方向位置が多少変わってもポンピング効率には大きくは影響しない。しかし、プレートがポンプ入口に隣接して回転子上に装着された場合に、そのような軸線方向移動は、入口コンダクタンスを非常に有効な方式で変えるのに使用することができる。

一部の実施形態では、ターボ及び少なくとも１つの更に別の段は、同じシャフト上に装着される。

ターボ及び更に別の段が同じシャフト上に装着される場合に、回転子と固定子間のあらゆる相対軸線方向移動は、両方の段によって感知されることになる。少なくとも１つの更に別の段によって与えられるポンピング容量が回転子と固定子の相対軸線方向位置によって影響される場合に、そのような実施形態では、両方の段は、ポンピング容量に影響を及ぼすことになる。すなわち、同じ相対移動を用いてポンピング容量を大きく変えることができる。

他の実施形態では、ターボ及び少なくとも１つの更に別の段は、異なるシャフト上に装着され、ターボ段は回転子プレートを含む。

他の場合に、段は、異なるシャフト上に装着することができる。段を異なるシャフト上に装着することには利点がある。それらは、異なる材料で作られるので異なる温度で稼働し、それによって粒子が低圧力ポンプ内に堆積しないように支援することができる。２つの段のあらゆる軸線方向の制御は独立して行うこともでき、それにも利点があると考えられる。組み合わせたポンプの軸線方向長さも縮小され、それによって処理チャンバの下でのそれらの受け入れが例えばより容易になる。勿論、軸受及び駆動機構の数が増大するような一部の欠点もある。

一部の実施形態では、回転子は、固定子に対して軸線方向に移動可能であるように装着される。

プレートの軸線方向移動は、チャンバ出口に対してポンプ全体を移動することによって達成され、又はプレートが回転子上に固定される場合に、それは、固定子に対して回転子を軸線方向に移動することによって達成することができる。

一部の実施形態では、回転子は、ポンプ内に電磁軸受を通じて位置決めされ、制御回路は、軸受に関連付けられた電磁石に供給される電流を制御することによって回転子の軸線方向位置を制御するように構成される。

一部のポンプ、特にターボポンプは、磁気的に浮上した回転子を有し、従って、回転子の軸線方向位置の何らかの制御を有する。この磁気浮上は、ターボポンプを高速かつ低摩擦でかつ真空を汚染する場合がある潤滑剤に対する必要性なしで回転させるのに使用される。従来から、磁気浮上の制御は、クリアランスを最大にしてブレード衝突の機会を低減するブレード間の中間点、又は軸線方向クリアランスがポンピング効率に影響する時に例えばターボポンプが同じシャフト上に装着されたジーグバーンドラッグ段によってバッキングされる時に最大のポンピング効率を与える点のいずれか一方として選択される最適又は好ましい点に固定子に対する回転子の位置を設定するのに使用される。プレートが回転子プレートである場合に、実施形態は、回転子の１つの選択された好ましい位置を与えず、この軸線方向の制御を与えるよりもむしろ異なる入口コンダクタンス、一部の場合には軸線方向位置がポンプによって生成された圧力の制御に使用することができるポンピング容量を得るために異なる軸線方向位置の選択を与えることを求める。軸線方向位置の制御をこのように用いて、そのようなポンプによってチャンバに発生した圧力を迅速に変化させることができ、その際にポンプを小さいサイズに維持することを可能にする多くの追加の部品を必要とせず、比較的低コストであり、サービス要件は増大しない。すなわち、ポンプによって生成された圧力を制御するコスト効率がよく効率的な手段が達成される。

一部の実施形態では、少なくとも１つの更に別の段は、ドラッグ段を含み、実施形態によってはジーグバーン段を含み、回転子は少なくとも１つの回転プレートを含み、固定子は少なくとも１つの固定プレートを含み、少なくとも１つの回転プレートと少なくとも１つの固定プレート間の距離は、回転子に対する固定子の相対軸線方向位置に依存する。

上述のように、ターボポンプ内で固定子に対して回転子を軸線方向に移動することは、ターボポンプの効率に大きくは影響しないが、回転子プレートを使用する場合に、回転子の移動は、ポンプの入口コンダクタンスを制御するのに使用することができる。しかし、ターボポンプがドラッグ段及び／又は再生段によってバッキングされる時に、固定子に対する回転子の軸線方向移動は、ポンピング効率に影響する場合がある。この点で、ドラッグ段が例えばジーグバーン段である場合に、回転プレートと固定プレート間の距離は、ポンピング効率に影響し、その理由は、後方に漏れる流体に対する前方にドラッグされる流体の比が、プレート間の距離と共に変わるからである。ポンピング効率のこの変化は、ポンピング速度及びスループット及び従ってポンピング容量の変化をもたらす。

一部の実施形態では、ジーグバーン段のプレートの少なくとも１つの面は、改善された流体ポンピングを与えるために面凹凸を含み、固定プレートと静止プレート間の相対移動によってポンピング性能が変わり、その理由は、ポンピング性能に対する面の相対寄与が変わるためである。

プレート又はディスクの面に、ポンピング効率を改善するために面凹凸を設けることができる。凹凸は、固定プレート又は回転プレート上に存在することができる。プレートの相対位置を互いに変えることにより、ポンピング処理に対するそれらの寄与が変わるので、面凹凸の存在又は欠如に起因してそれらの寄与が異なる時にポンピング容量全体をこのように制御することができる。

一部の実施形態では、ジーグバーン段のプレートの少なくとも２つの面は、改善された流体ポンピングを与えるために面凹凸を含み、少なくとも２つの面の少なくとも一方は一方向に向き、２つの面の少なくとも１つの他のものは他方の方向に向き、一方向に向く少なくとも１つの面上の面凹凸は、反対方向に向く少なくとも１つの面上の面凹凸とは異なり、固定プレートと静止プレート間の相対移動によってポンピング性能の変化が生じ、その理由は、ポンピング性能に対する両面の相対寄与が変化するからである。

プレートが互いに対して移動すると、ポンピング性能に対するプレートの相対寄与が変わることになり、プレートの凹凸が異なり、従ってポンピング性能への寄与が異なる場合に、固定プレート及び回転プレートの互いに対する位置の変化は、ポンピング処理に対するそれらの寄与を変えてポンピング容量を変える。異なる面凹凸を設けることにより、ポンピング容量制御の実質的に予想可能な手段が得られ、その場合に、固定子と回転子間の相対軸線方向移動は、異なるプレートがポンピング容量に対して主な寄与を与えるポンピング装置間で切り換わる。プレートが異なれば面凹凸が異なることは、それらの寄与の変化によってポンピング容量全体が変わることを意味する。

一部の実施形態では、一方向に向く少なくとも１つの面上の面凹凸、及び他方向に向く少なくとも１つの面上の面凹凸は、異なる大きさ及び異なる形態の少なくとも一方を有する。

面凹凸が例えば回転プレート上にあれば、一方向に向く面上の凹凸は、他方向に向く面上の凹凸とは異なることができる。回転プレートが１つの軸線方向に移動する時に、一方の面は固定プレートに近づく一方、他方の面は別の固定プレートから遠ざかる。従って、各面の寄与が変わり、ポンピング容量を制御することができる。

一部の実施形態では、プレートの一方の側の面凹凸は、他方の側の面凹凸よりも１０％を超えて大きい。

凹凸は、より長く、より深く、及び／又はより広くすることができる。

凹凸は、一部の実施形態ではいくつかの形態にすることができるが、上述の面凹凸は溝を含む。

一部の実施形態では、制御回路は、真空ポンプによって生成された圧力を示す信号を受信するように構成された入力を含み、制御回路は、回転子プレートの軸線方向位置を信号の値に応じて制御するように構成される。

回転子プレートの長手位置が使用されて入口コンダクタンス及び従って真空ポンプによって生成された圧力を制御するので、制御回路は、一部の場合に、フィードバックループと、センサから受信してポンプによって生成された圧力を示す信号とを用いて圧力を実質的に制御することができる。ポンプが真空チャンバをポンピングしている時に、これは、ウェーハにわたって又はポンプ入口又はこれに隣接して均一な圧力を与えるための恐らくはチャンバ内のバッフルに隣接してチャンバ内で測定された圧力である。一部の場合に、望ましい圧力が特別の軸線方向位置に等しいフィードフォワードループが使用される場合がある。相対軸線方向位置は、初期に望ましい圧力に関連する値に設定され、軸線方向位置は、必要に応じて圧力センサからの読取に応じて微調節される。何らかの微調節が必要な場合に、その圧力に対する更新軸線方向位置が格納される。

第２の態様は、真空チャンバ出口と第１の態様による真空ポンプとを含む真空装置を提供し、真空ポンプ入口は、真空チャンバ出口に接続される。

真空ポンプは、真空チャンバ出口に接続することができる。出口は、真空チャンバ自体の一部とすることができ、又は出口は、真空チャンバを形成するために組み立てることができる個別の構成要素とすることができ、それは、例えば、真空チャンバのベースの一部である場合がある。

一部の実施形態では、真空ポンプは、第１の態様による真空ポンプを含み、制御回路は、プレートの軸線方向位置を真空チャンバ出口に関連する真空ポンプの軸線方向位置を変えることによって制御するように構成される。

ポンプがチャンバの出口に接続されると、ポンプ入口及び／又はチャンバ出口に対する回転子プレートの相対軸線方向位置は、ポンプのための入口コンダクタンスを制御する。そのような場合に、チャンバ出口に対するこのプレートの軸線方向位置は、この出口に対してポンプ全体を移動することによって制御することができる。これに代えて、ポンプ入口及びチャンバ出口に対する回転子プレートの相対位置は、固定子に対するポンプの回転子の軸線方向位置を変えることによって制御することができる。

一部の実施形態では、真空装置は、ポンプに関して真空チャンバ出口とは異なる側に装着された弁プレートを更に含み、回転子プレート及び弁プレートは、気体が真空チャンバからポンプに通ることができる開放位置と、弁プレートがチャンバ出口及びポンプ入口の少なくとも一方を完全に遮蔽して、気体が真空チャンバからポンプに通ることができない閉鎖位置との間で相対的に軸線方向に移動する。

一部の場合に、チャンバ出口に関連付けられた弁が存在することができ、そのような場合に、ポンプに関して真空チャンバ出口の反対側に装着された弁プレートが存在することができる。回転子プレートと弁プレート間の相対軸線方向移動により、ポンプ入口が開く又は閉じる。この点で、相対移動は、チャンバ出口に対して移動してかつそれを開閉する弁プレートによって与えられ、及び／又は相対移動は、チャンバ出口に対して移動して弁プレートに当接し、又は弁プレートとポンプ入口の間にクリアランスを残すポンプ自体によって与えることができる。

一部の実施形態では、回転子プレートは、量を変えることによってポンプ入口を部分的に遮蔽し、それによって入口コンダクタンスを変化させるために、弁プレートに対して軸線方向に移動するように作動可能である。

ポンプ入口／チャンバ出口の開閉は、互いに当接する弁プレート及びポンプ入口又はチャンバ出口によって与えることができる。しかし、入口コンダクタンスの変更は、量を変えることによって入口を部分的に遮蔽する回転子プレートの移動によって与えることができる。この変動する入口コンダクタンスにより、チャンバ内にポンプによって発生する圧力が制御される。

一部の実施形態では、弁プレートは凹部を含み、回転子プレートは凹部に嵌合する大きさである。

広範囲の入口コンダクタンスを得るために、弁プレートが凹部を有し、回転子プレートがその軸線方向移動中にそこに嵌合するのが有利である。従って、回転子プレートが凹部に嵌合する時に、入口コンダクタンスは最大であり、回転子プレートが凹部から出てポンプ入口／チャンバ出口を部分的に遮蔽する時に入口コンダクタンスは減少する。

更に、回転子プレートを弁プレート内に嵌合させることは、弁プレート及びポンプ入口又はチャンバ出口が一部の軸線方向位置で当接してポンプからチャンバを分離することを可能にする。

一部の実施形態では、弁装置は、弁プレートと真空チャンバ出口壁及びポンプ入口の壁の少なくとも一方との間を密封するためのシールを含む。

回転子プレートは回転子と共に回転するので、回転子プレートにシールを設けるのは実際的ではない場合がある。しかし、弁プレートが存在し、弁プレート又はポンプ全体のいずれかの移動によって弁プレート及びポンプ入口又はチャンバ出口の面が互いに当接すると、Ｏリングのようなシールがこれらの壁の間に設けられてポンプとチャンバを互いに実質的に分離することができる。他の実施形態では、シールは設けられない場合がある。

一部の実施形態では、真空装置は、真空チャンバ出口を含む真空チャンバを更に含む。

第３の態様は、第２の態様による真空ポンプ装置を提供し、バッキングポンプを更に含み、バッキングポンプは入口を含み、真空ポンプ装置は、バッキングポンプの入口を真空チャンバに接続するか又はバッキングポンプの入口をターボポンプの排気部に接続し、かつターボポンプの入口をチャンバに接続するように構成された制御可能な弁装置を含む。

真空チャンバ内の圧力を変更する代替及び／又は追加の方法は、弁装置を設けることであり、弁装置により、一部の実施形態ではドラッグポンプであるバッキングポンプが、弁の１つの位置でチャンバに接続することができ、又は弁の別の位置でターボ段をバッキングするバッキングポンプとして働くことができる。バッキングポンプをターボポンプに異なるシャフト上で装着する場合に、シャフトは、より高温度及びより攻撃的な化学物質に耐えるように異なる材料で作ることができる。従って、異なる化学物質及び圧力要件を含む異なる処理を収容することができるチャンバを脱気する使用に適するポンプが提供される。更に、２つのポンプ間で切り換ることができる弁機構を設けることにより、大幅に異なる圧力間で非常に速く有効な方式で切換が得られる。これは、処理及びポンピングされる化学物質の要件が変化する処理環境において有利であると考えられる。

本発明の第４の態様は、プレートの軸線方向位置を要求された入口コンダクタンスに応じて設定する段階と、真空ポンプを作動させる段階と、入口コンダクタンスの変更が必要であると決定する段階と、新しい必要な入口コンダクタンスを与えるために回転子プレートの新しい軸線方向位置を設定する段階とを含む第１の態様による真空ポンプのポンピング容量を制御する方法を提供する。

更に別の特定のかつ好ましい態様は、添付の独立請求項及び従属請求項に説明されている。従属請求項の特徴は、適切な場合に独立請求項の特徴と組み合わせることができ、特許請求の範囲に明示的に説明されたもの以外の組合せに組み合わせることもできる。

装置特徴が機能を提供するように作動可能であると説明された場合に、これは、その機能を与えるか又はその機能を与えるようになっている又は構成された装置特徴を含むことは認められるであろう。

ここで添付図面を参照して本発明の実施形態を以下に更に説明する。

従来技術による真空ポンプを示す図である。 実施形態によるターボ及びドラッグ段を含む真空ポンプを示す図である。 更に別の実施形態によるターボ及びドラッグ段を含む真空ポンプを示す図である。 実施形態によるターボポンプを示す図である。 実施形態により異なるスピンドル上に装着されたターボ真空ポンプ及びドラッグ真空ポンプを示す図である。 更に別の実施形態により異なるスピンドル上に装着されたターボ真空ポンプ及びドラッグ真空ポンプを示す図である。

実施形態についてより詳細に議論する前に、最初に概観を以下に与える。

実施形態は、ポンプの回転子、例えば、ターボ回転子の上部にディスク又はプレートが追加され、ディスクが上昇又は降下されてディスクの周りの半径方向ギャップを通して入口コンダクタンスを変えることにより、圧力を細かく制御する真空ポンプを提供する。実施形態は、一部のポンプにディスクの軸線方向位置又は高さを制御するために既に設けている磁気軸受制御を用いることができる。同じスピンドル上に装着されたジーグバーン段のような再生段及び／又はドラッグ段が存在する場合に、回転子を上昇／降下させることにより、ターボ段は、ドラッグ段／再生段のポンピング速度／容量に影響するので、ディスク位置の変化と共に用いてポンピング容量を制御することができる。

一部の実施形態では、ディスクの軸線方向位置を変更するために回転子を上昇及び降下させるのではなく、ポンプ全体がチャンバに対して上昇及び降下することができ、それによって回転子プレートは、圧力制御弁の作用に取って代わることができる。Ｏリングを含めることは、追加の密封を提供する。回転子プレートの軸線方向位置を変えることによって圧力制御を与え、一部の場合に、回転子全体によってこのために従来から使用された追加の弁構成要素を交換することができ、それによって設けられたポンプの高さが減り、粒子脱落のソースが除かれる又は少なくとも減る。

回転子上にこのように装着された弁プレートの使用は、弁の周りに対称な流れを有してチャンバ内の気体流れの不均一性を低減する弁を提供する。

上述及び以下の本文では、便宜上、ポンプは、スピンドルが垂直方向になる向きにされると仮定するが、実際上、ポンプはあらゆる軸線に向けることができ、結果として降下及び上昇を議論する時に、昇降は、軸線方向位置の変化、すなわち、ポンプのシャフトと平行に進む軸線に沿って移動するのと同等と見なすことができる。

図１は、真空チャンバ１０を脱気するためにターボ及びドラッグ段を有する従来の真空ポンプを示している。チャンバの圧力を制御するための弁プレート１２がある。この実施形態では、チャンバ出口１４及び圧力制御弁１２は、ウェーハ（図示せず）の中心の真下に置いている。これは、ウェーハの円周回りに見える流れ対称を改善することを助ける。弁プレート１２が上昇及び降下すると、チャンバは、ポンプから分離される又はポンプと流体連通する。

図２は、実施形態による真空ポンプを示している。この実施形態では、回転子２２は、上端に固定された回転子プレート２４を有する。回転子２２は、磁気スピンドル軸受４８を通して磁気的に浮上する。磁気浮上システムと共に制御回路（図示せず）が使用され、回転子の垂直方向位置及び従って回転子プレート２４の位置を制御し、それによって入口コンダクタンス及び従ってパンプの性能を迅速に変化させる。利用可能な垂直方向移動の範囲は、軸受の磁気的設計と、ターボブレードクリアランスの機械的な制限と、ジーグバーンドラッグ段がある時はジーグバーンクリアランス及び性能特性とに依存する。

弁プレート１２には、回転子プレート２４が嵌合することができる凹部が設けられる。図２の実施形態では、弁プレート１２及び回転子プレート２４は、共に垂直方向に移動するように装着され、そのために弁プレート１２は、入口を閉じるのに使用され、Ｏリングシール７０及び真空チャンバ床１６を通してシールを設けて全体の圧力変化を与える一方、回転子プレート２４は、入口コンダクタンスを変えて、より細かい圧力変化を与えるのに使用することができる。弁プレートの垂直方向位置は、アクチュエータ３０を用いて変更することができ、一方で回転子は、磁気軸受に制御されて垂直方向に移動することができる。図示しないが、回転子プレートは、その下面に面凹凸を有することができ、凹凸は、回転子が回転する時に粒子をポンプ入口に入るように迂回させる。

この実施形態では、固定子２５に対して回転子２２の軸線方向位置が変わることにより、ポンプ入口を様々な程度に遮蔽する回転子プレートに起因して入口コンダクタンスが変わり、かつジーグバーン段の性能を変更することによってポンプのポンピング容量が変わる。

この点について、ターボ性能は、回転ブレードと静止ブレード間のクリアランスに対して比較的鈍感である。そのクリアランスがそこにあるのは、回転子ブレード２３と固定子ブレード２７の物理的な衝突を回避するためである。

ドラッグ段は、ジーグバーン及び／又はホルベックタイプを含むことができる。ホルベックは、本質的にシリンダ内のシリンダであり、回転子と固定子間の垂直方向の関係に鈍感であり、ジーグバーンドラッグ機構は、静止プレート４２の上方で回転しているプレート４４であり、性能は垂直クリアランスに対して非常に敏感である。

この場合に、回転子２２の高さを変えてジーグバーンクリアランスを変えると、ターボ段のバッキング圧力が影響され、種及び圧力に応じて、ポンピング速度が影響されることになる。従って、回転子プレート２４と、ポンピング性能が回転子２２と固定子２５の相対軸線方向位置に敏感な段との両方を含むポンプにすれば、これらの構成要素の相対軸線方向位置を変えることにより、有効で迅速な圧力制御が得られる。

一部の実施形態では、ジーグバーンディスクの面のうちの少なくとも一部は、ポンプ作用効率を改善することができる溝のような面凹凸を有する。一部の場合では、面凹凸は、面が異なれば異なることができ、それによって回転子の軸線方向移動のポンピング容量に対する効果を増幅することができる。

一部の場合に、１つの方向に向く回転子又は固定子のいずれかの上にあるディスク上の面には同じ面凹凸があるが、別の方向に向く回転子、固定子には異なる面凹凸がある場合がある。

要約すると、上記ポンプ設計の利益は、まだ移動していなかったいずれも移動することなく一部の場合に圧力を迅速に変化させることを含む。これは、粒子脱落のソースを除去することができる。

上述のいずれか一方又は両方と共に使用することができる図３に示す代替実施形態は、ターボポンプ全体がアクチュエータ３０を用いてチャンバに対して垂直方向に移動され、コンダクタンス及び従って性能を変える。この場合に、ターボ本体は、Ｏリングシール７０を組み込んで分離することができる。この場合に、固定されたサンプル装着手段１８は、回転子プレート２４のための凹部を有する。

これらの装置には、パッケージ全体の高さが減る利点がある。インタフェースが除去されることにより、弁プレートのばたつきが減少し、費用が低減され、かつ安定性が改善する。

問題は、ポンプを移動する比較的強力なアクチュエータに対する必要性を含む場合があり、チャンバ本体とターボ本体の間に何らかの種類のベローズシール７２が必要になる場合がある。更に、ベローズとジャッキシステムの組合せは、ポンプの衝突トルクに耐える必要がある場合がある。

図４は、ポンプが同じスピンドル上にドラッグ段を持たないターボポンプである代替実施形態を示す。この場合に、回転子のあらゆる軸線方向移動は、ポンプ入口コンダクタンスだけに影響し、それによって効果をより簡単に予想することができる。この場合に、ポンプ及びチャンバとポンプ入口の縁部にあるＯリングシールとの間にベローズシールが存在し、Ｏリングシールは、この実施形態では固定されたプレート１２に嵌合するように構成される。ポンプは、アクチュエータ３０に応じて上下に移動して入口コンダクタンスを大まかに制御し、かつチャンバを密封する。一部の実施形態では、回転子は、軸線方向に移動して入口コンダクタンスを細かく制御することができる。

図５は、ターボ段がドラッグ段とは異なるスピンドル上にある更に別の実施形態を示す。この場合に、ターボスピンドルの高さは、ドラッグスピンドルと無関係に変えることができ、それによって入口コンダクタンスをバッキング圧力と無関係に制御する。更に、装置により、ポンプの全体高さを有意に低減することができる。

従来の構成は、ターボ段と同じスピンドル上にドラッグ段及び潜在的に再生段を含む。ターボ段とドラッグ段を分割することにより、２つの回転子の軸線方向位置を独立に制御することができるだけでなく、それらが異なる材料から作られることを可能にする。

図５の実施形態では、ターボは、チャンバを密封するために回転子プレート及び弁プレートと共に使用することができ、ドラッグ段は、ターボポンプをバッキングするのに使用される。

回転子プレートは、ジャッキで垂直方向に支えたポンプのターボ部分により、軸線方向に移動することができ、チャンバに固定されると考えられるドラッグ段への可撓的な接続が存在する。これは、ジャッキで上げ下げされるユニットの質量を低減し、装着システムが耐える必要がある衝突トルクを低減する。

これに代えて、ターボ部分及びドラッグ部分は一緒に固定して一緒にジャッキで上げ下げすることができ、次に、ドラッグ部分は、衝突トルクに耐えるための装着システムに対して追加で利用することができる。

一部の実施形態では、段間にラジカルを注入するためにプラズマソースが設けられる。

ターボポンプの回転子の相対軸線方向位置及び従って入口コンダクタンスを制御する制御回路６０が設けられる。制御回路は、圧力センサ５０から信号を受信し、それがターボ回転子の軸線方向位置及び従ってチャンバに対する入口コンダクタンスを変えてチャンバ内の所望圧力を達成することを可能にする。

図６は、ポンプの更に別の例を示している。この例では、ターボ及びドラッグ段は、ここでもまた異なるスピンドル上に装着される。この場合に、チャンバがこの場合はドラッグポンプによってバッキングされるターボポンプに又はドラッグポンプに直接に接続することを可能にする振り子弁が存在する。

高圧作動では、ターボポンプは、回転子プレートと共に作用する弁プレートを含むことができるターボ遮断弁によって密封される。

高い真空を必要とするより低圧の作動では、ドラッグポンプは、ターボポンプの排気部に接続され、組合せポンプが、チャンバを高い真空までポンピングするのに使用され、チャンバ内の圧力は、ドラッグ段の回転子の軸線方向移動により、一部の場合ではターボポンプ上の回転子プレートの軸線方向移動によって制御される。

より低い真空を必要とするチャンバをポンピングするのにドラッグ段がそのままで使用されることを可能にすることは、清掃サイクル中のように攻撃的又は高温流体がポンピングされる場合に有利であると考えられる。ドラッグ段は、個別のスピンドルに装着されるので、ターボ段とは異なる材料で作ることができ、これらの材料は、高温及び攻撃的な化学物質に対してより抵抗性であるように選択される。更に、圧力は、２つの装置の間で振り子弁のような弁を用いて切り換えることによって迅速に変えることができる。０．２秒又はそれよりも低い切り換え時間を達成することができる。ドラッグ段の回転子及び／又はターボ段の回転子プレートの軸線方向位置を変えることにより、圧力をより細かく制御することができる。

要約すると、図６は、１よりも多い圧力点を与えるポンプの中への１よりも多い入口を提供する分割流れ／差動ポンピングを提供する。各入口は、別々に弁作動させて一方のパフォーマンス点から他方に迅速に切り換えることができる。

以上の全てにおいて、ポンプ温度及びあらゆるプラズマソースの制御と共にポンプ速度の制御及び圧力制御は、単一コントローラによって対処することができる。

本明細書で本発明の例示的実施形態を添付の図面を参照して詳しく開示したが、本発明は厳密な実施形態に限定されないこと、及び添付の特許請求の範囲及びそれらの均等物によって定められるような本発明の範囲から逸脱することなく様々な変形及び修正を当業者によってそこに達成することができることは理解される。

参照符号
１０ 真空チャンバ
１２ 弁プレート
１４ チャンバ出口
１６ チャンバベース
１８ 固定サンプル支持体
２０ 真空ポンプ
２２ 回転子
２３ 回転子ブレード
２４ 回転子プレート
２５ 固定子
２７ 固定子ブレード
３０ アクチュエータ
４２ ドラッグ固定ディスク
４４ ドラッグ回転ディスク
４８ スピンドル軸受
５０ 圧力センサ
６０ 制御回路
７０ Ｏリングシール
７２ ベローズシール

Claims (23)

1. 真空ポンプであって、
   少なくとも１つの回転子と、
   固定子と、
   作動中に気体を受け入れるための入口と、
   前記気体を排気するための排気部と、
   を含み、
   真空ポンプが、該ポンプを通って延びるシャフトであって、前記入口に向いた該シャフトの端部上に装着されたプレートを含む前記シャフトを含み、
   真空ポンプが、前記プレートの軸線方向位置を制御するように構成された制御回路であって、前記プレートの軸線方向位置の変化が真空ポンプへの気体の入口コンダクタンスの変化を与える前記制御回路を含み、
   前記プレートは、それが前記シャフトの少なくとも一部の軸線方向位置で前記入口を超えて延び、そのために該プレートが前記固定子と前記入口の同じ側に存在しないように装着される、
   ことを特徴とする真空ポンプ。
2. 前記プレートは、前記入口を予め定められた軸線方向位置で閉じるように構成されることを特徴とする請求項１に記載の真空ポンプ。
3. 前記シャフトは、回転子シャフトを含み、前記プレートは、前記回転子と共に回転するように構成された回転子プレートを含むことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の真空ポンプ。
4. 前記回転子プレートは、前記入口に向けて対面する面上に面凹凸を含み、該面凹凸は、前記気体内の少なくとも一部の粒子を前記入口に向けて迂回させるように構成されることを特徴とする請求項３に記載の真空ポンプ。
5. 前記回転子は、インペラを含む外側シリンダを含み、前記固定子は、固定インペラが装着された前記シャフトを含むことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の真空ポンプ。
6. ターボポンプを含むことを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の真空ポンプ。
7. 少なくとも１つの更に別の段によってバッキングされたターボポンプ段を含むことを特徴とする請求項６に記載の真空ポンプ。
8. 前記少なくとも１つの更に別の段は、ドラッグ段及び再生段のうちの少なくとも一方を含むことを特徴とする請求項７に記載の真空ポンプ。
9. 前記少なくとも１つの更に別の段は、ジーグバーン段を含み、前記回転子は、少なくとも１つの回転プレートを含み、前記固定子は、少なくとも１つの固定プレートを含み、前記少なくとも１つの回転プレートと前記少なくとも１つの固定プレートの間の距離が、前記回転子に対する前記固定子の相対的な前記軸線方向位置に依存することを特徴とする請求項７又は請求項８に記載の真空ポンプ。
10. 前記ターボポンプ段及び前記少なくとも１つの更に別の段は、同じシャフト上に装着されることを特徴とする請求項７から請求項９のいずれか１項に記載の真空ポンプ。
11. 前記ターボポンプ段及び前記少なくとも１つの更に別の段は、異なるシャフト上に装着されることを特徴とする請求項７から請求項９のいずれか１項に記載の真空ポンプ。
12. 前記回転子及び固定子は、互いに対して軸線方向に移動可能であるように装着されることを特徴とする請求項１から請求項１１のいずれか１項に記載の真空ポンプ。
13. 前記回転子は、電磁軸受を通じてポンプ内に位置決めされ、前記制御回路は、前記軸受に関連付けられた電磁石に供給される電流を制御することによって前記回転子の軸線方向位置を制御するように構成されることを特徴とする請求項１２に記載の真空ポンプ。
14. 前記制御回路は、真空ポンプによって生成された圧力を示す信号を受信するように構成された入力を含み、前記制御回路は、前記信号の値に応じて前記回転子及び前記固定子の相対的な前記軸線方向位置を制御するように構成されることを特徴とする請求項１から請求項１３のいずれか１項に記載の真空ポンプ。
15. 真空装置であって、
    真空チャンバのための出口と、
    請求項１から請求項１４のいずれか１項に記載の真空ポンプと、
    を含み、
    前記真空ポンプの入口が、前記真空チャンバのための前記出口に接続される、
    ことを特徴とする真空装置。
16. 前記真空ポンプは、請求項１から請求項１３のいずれか１項に記載の真空ポンプを含み、
    前記制御回路が、前記真空チャンバのための前記出口に対する前記真空ポンプの軸線方向位置を変えることによって前記プレートの前記軸線方向位置を制御するように構成される、
    ことを特徴とする請求項１５に記載の真空装置。
17. 前記ポンプに対して前記真空チャンバ出口とは異なる側に装着された弁プレートを更に含み、
    前記プレート及び前記弁プレートが、気体が真空チャンバから前記ポンプの中に通ることができる開放位置と、前記弁プレートが前記チャンバ出口及びポンプ入口のうちの少なくとも一方を完全に遮蔽して、気体が前記真空チャンバから前記ポンプまで通ることができない閉鎖位置との間の相対軸線方向移動に対して構成される、
    ことを特徴とする請求項１５又は請求項１６に記載の真空装置。
18. 前記プレートが、量を変えることによって前記ポンプ入口を部分的に遮蔽し、それによって入口コンダクタンスを変化させるように、前記チャンバ出口に対して軸線方向に移動するように作動可能であることを特徴とする請求項１５から請求項１７のいずれか１項に記載の真空装置。
19. 前記弁プレートは、凹部を含み、前記プレートは、該凹部に嵌合する大きさであることを特徴とする請求項１６に従属する時の請求項１７又は請求項１８に記載の真空装置。
20. 前記弁プレートと、真空チャンバ壁及び前記ポンプ入口の壁のうちの少なくとも一方との間を密封するためのシールを含むことを特徴とする請求項１７から請求項１９のいずれか１項に記載の真空装置。
21. 前記真空チャンバ出口を含む前記真空チャンバを更に含むことを特徴とする請求項１５から請求項２０のいずれか１項に記載の真空装置。
22. バッキングポンプを更に含み、
    前記バッキングポンプは、入口を含み、
    真空ポンプ装置が、前記バッキングポンプの前記入口を前記真空チャンバに接続する又は前記バッキングポンプの前記入口をターボポンプの排気部にかつ前記ターボポンプの入口を前記チャンバに接続するように構成された制御可能弁装置を含む、
    ことを特徴とする請求項１５から請求項２１のいずれか１項に記載の真空ポンプ装置。
23. 請求項１から請求項１４のいずれか１項に記載の真空ポンプのポンピング容量を制御する方法であって、
    要求される入口コンダクタンスに応じて前記プレートの軸線方向位置を設定する段階と、
    前記真空ポンプを作動する段階と、
    入口コンダクタンスの変更が必要であると決定する段階と、
    新しい必要な入口コンダクタンスを与えるために前記プレートの新しい軸線方向位置を設定する段階と、
    を含むことを特徴とする方法。

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