JP2021507172A - 真空ポンピング構成 - Google Patents

Abstract

プロセスチャンバを排気することのできる複数のポンピングステージを備える真空ポンピング構成と、真空ポンピング構成をクリーニングする方法が開示される。真空ポンピング構成は、少なくとも１つのターボ分子ポンピングステージと、ターボ分子ポンピングステージの下流にある少なくとも１つの更なるポンピングステージと、ラジカルを真空ポンピング構成内に導入するように構成された少なくとも１つの吸気口であって、少なくとも１つの吸気口がターボ分子ステージの下流且つ少なくとも１つの更なるポンピングステージの少なくとも１つの上流に配置された少なくとも１つの吸気口と、を備える。【選択図】図２

Description

本発明は、プロセスチャンバを排気するためのポンプに関する。

ターボステージ、ドラッグステージ、再生ポンピングステージを介するプロセスチャンバからの排気は、プロセス副生成物の凝縮によるポンプ内の堆積を生じさせることがある。この問題は、特に、ポンプの後段のより高圧なステージで深刻である。

ポンプの温度を上昇させることが、これを解決するために使用されることもあるが、ターボ分子ポンプの作動の温度は限られる。これに関し、ターボステージは、通常、低質量を提供し、低いフープ応力を生じさせるアルミニウムで作られる。残念ながら、アルミニウムは、高温の作動には適さない。鋼のような他の材料は、より高温度を取扱うことができるが、ターボポンプの回転が高速なため、これらの材料は、大部分のターボステージでの使用に対して高密度すぎる。

プロセスチャンバを排気させることのできる複数ステージ式ポンプにおいて、プロセス副生成物の凝縮による材料の堆積を防ぐ、または少なくとも低減することのできるポンプが望まれている。

第１形態は、プロセスチャンバを排気することのできる複数のポンピングステージを備える真空ポンピング構成を提供し、前記真空ポンピング構成が、少なくとも１つのターボ分子ポンピングステージと、前記ターボ分子ポンピングステージの下流にある少なくとも１つの更なるポンピングステージであって、前記少なくとも１つの更なるポンピングステージの少なくとも１つがドラッグポンピングステージを有する少なくとも１つの更なるポンピングステージと、ラジカルを前記真空ポンピング構成内に導入するように構成された少なくとも１つの吸気口であって、前記少なくとも１つの吸気口が前記ターボ分子ステージの下流且つ前記ドラッグステージの上流に配置された少なくとも１つの吸気口と、を備え、前記真空ポンピング構成が、単数シャフト複数ステージ式ポンプを備え、前記複数ステージの各々が同一シャフトに取り付けられ、前記少なくとも１つの吸気口が、前記ステージ間で段間吸気口を備える。

本発明の発明者たちは、複数ステージ式真空ポンプにおいて、ポンプのより高圧ステージで多くの堆積が生じることを認識していた。また、彼らは、ポンプをクリーニングするラジカルのポンプ吸気口内への導入が、排気されるあらゆるプロセスチャンバの汚染の元になり、また、ラジカルが最も必要とされる可能性のあるポンプのより高圧の領域にラジカルが到達したとき、ラジカルが反応しない状況をも導くことがあると認識していた。

彼らは、ラジカルが最も必要とされるポイント、または少なくともこのポイント近傍にラジカルが投入されるようにターボ分子ステージの下流だが少なくとも１つの他のステージの上流でポンプ内へラジカルを追加することによってこれを解決した。したがって、ラジカルは依然として反応性であり、大抵の堆積が生じるポンプのより高圧な端部にこれらが到達したときに再結合しない。更には、これらラジカルによるプロセスチャンバの汚染は、これらがポンプの粘性流領域且つプロセスチャンバから離れたポイントで投入されるので、かなり低減される。

ラジカルを導入することのできる吸気口の少なくとも１つが、ターボ分子ポンピングステージの下流直下であるなら有利である。流体が粘性流領域に流入するポイントのところが吸気口なので、上流への逆流を食い止める一方で、堆積がこのポイントで問題になり始め、ラジカルはガス流と共により高圧の領域まで更に移動する。

いくつかの実施形態では、ポンピング構成は、前記少なくとも１つの吸気口に接続されたラジカル源を更に備える。

いくつかの実施形態では、ラジカル源が、プラズマ源を備える。

ラジカルは高温によって生成されても、プラズマ源から生成されてもよい。ラジカル源は、ポンプと別体であり、作動中、ポンプに接続されているか、ポンピングシステムの一部となっているのがよい。これに関し、プラズマ源は、プロセスチャンバのクリーニングのために使用されるのがよく、これら源は、大抵巨大であり、ポンピングシステムに取り付けるのに適さない場合がある。しかしながら、より小さい遠隔のプラズマ源が利用可能であり、このような源の使用は、効果的かつコンパクトな構成を提供する。

更なるポンピングステージがいくつもあるが、いくつかの実施形態では、ポンピングステージは少なくとも１つの再生ポンピングステージと、少なくとも１つのドラッグポンピングステージと、を備える。ドラッグステージのみが存在し、再生ステージがないいくつかの実施形態では、ポンプは、再生ブースターに頼るのがよい。

いくつかの実施形態では、前記真空ポンピング構成が、制御回路を備え、前記制御回路が、前記吸気口を介して前記ラジカルの投入を制御するように構成されている。

デブリをポンプから除去するのを助けるラジカルの投入は、ポンプをクリーニングする必要があると決められたときに手動で行われるのがよく、制御回路の制御下で行われるのがより有利である。いくつかのケースでは、クリーニングの制御が、ポンプ自体の制御と組み合わさっているのがよく、ポンプを排気するプロセスチャンバの制御システムとリンクし、２つの制御システム間でデータをシェアするのがよい。

これに関し、制御回路がプロセスチャンバも制御する、または少なくともこの制御システムにリンクする場合、ポンプ及びプロセスチャンバの作動を協調させることができ、特に、適切な時期にポンプのクリーニングを始動させることができる。

例えば、制御回路は、前記プロセスチャンバでのプロセスが作動していない、例えばウェーハが交換されているという指示に応じて、及び／または前記プロセスチャンバがクリーニングサイクルを開始しているという信号指示の受信に応じて前記吸気口を介する前記ラジカルの投入を制御してもよい。

プロセスチャンバが作動していない、及び／またはクリーニングサイクルを実行中であるとき、ラジカルまたは逆流よるラジカルの副生成物からのプロセスの汚染の可能性が低減するので、ポンプをクリーニングするのが有利である。

例えば、プロセスが丁度完了して、ウェーハが交換された場合、次いで、ポンプ内の堆積が問題となるが、クリーニングは、プロセスチャンバの汚染が致命的でない間は、あらゆるデブリを除去するのに有利である。

いくつかの実施形態では、前記吸気口がバルブを備え、前記制御回路が、前記バルブを制御することによって前記吸気口を介する前記ラジカルの投入を制御するように作動する。

ラジカルの投入を制御する１つの方法は、制御回路からの信号によって開いたり閉じたりする吸気口のところのバルブを制御することである。

いくつかの実施形態では、前記吸気口が、前記ラジカルが粘性流体流を有する領域内且つ分子流体流を有する領域の下流で前記ポンピング構成内に注入されるように構成されている。

ターボ分子ポンプは、分子流体流を提供し、分子流体流では、上流方向に移動するいくつかの分子が常に存在する。したがって、分子流領域内へのラジカルの投入は、プロセスチャンバのいくらかの汚染をもたらす場合がある。分子流領域の下流及び粘性流領域でのラジカルの投入は、クリーニング生産物またはそれらの反応物のあらゆる逆流の機会を減らすと考えられる。

ラジカルがいくつもの異なる化学物質から形成され、いくつもの異なる種を有することがあるが、いくつかの実施形態では、前記ラジカルは、塩化物から生成した塩化物イオン、フッ素からあるいは三フッ化窒素、六フッ化硫黄、オクタフルオロシクロペンテンからのプラズマ源によって熱的に生成したフッ化物イオン、または酸素、オゾン、あるいは水から生成された原子状酸素の少なくとも１つを有する。

いくつかの実施形態では、前記真空ポンプ構成が、更に、前記吸気口を介した注入の前に前記ラジカルを生成させることのできるラジカル源を備え、前記ラジカル源が、前記塩化物ラジカルを生成させることのできる三塩化ホウ素または四塩化ケイ素の源を備える。

三塩化ホウ素または四塩化ケイ素が、フッ化チタンのようないくつかの固体状フッ化物と発熱的に反応し、これがプロセスチャンバを圧送する真空ポンプで堆積され、その後排気され得る気体状塩化物を生成する。これは堆積の量を低減し、ポンプの寿命を延ばす。

開示された真空ポンプシステムは、実施形態の真空ポンピング構成を、ポンプの外側の前記真空ポンピング構成をクリーニングすることのできるラジカルを生成させることによってクリーニングする方法と、前記ターボ分子ステージの下流且つ前記少なくとも１つの更なるポンピングステージの少なくとも１つの上流のポイントで前記真空ポンピング構成内に前記ラジカルを投入する方法において使用することもできる。

更に特定の好ましい形態が、添付の特許請求の範囲の独立項及び従属項で明確となる。従属項の特徴は、独立項の特徴と適宜組み合わせることができ、特許請求の範囲に明示的に記載されたもの以外の組合せとしてもよい。

装置の特徴が機能を提供するように動作すると説明された場合、これは、その機能を提供するか、またはその機能を提供するように適合もしくは構成される装置の特徴を含むことは認められるだろう。

本発明の実施形態を、添付の図面を参照して詳しく説明する。

堆積がどのように圧力及び温度に依存し、複数ステージ式ポンピングシステムを通じてどのように変化するかを示した蒸気曲線を示している。 実施形態によるポンピング構成を示している。 プロセスチャンバを圧送し、制御回路を有するポンピング構成の更なる実施形態を示している。

実施形態の詳細を説明する前に、まず概要を説明する。

本出願は、プロセスセスチャンバ、特に半導体製造プロセスチャンバのためのポンピングシステムに関し、このようなポンピングシステムにおけるプロセスの副生成物の凝縮による堆積物を低減することを目的とする。いくつかのケースでは、圧力がより高く、堆積が生じやすい一番効果的なポイントで、またはそのポイント近傍で利用可能となるように、遠隔のプラズマ源によって生成されたラジカルをターボステージの下流でポンピングシステム内へ注入することによってポンピングシステムでの堆積及びポンピングシステムの潜在的な遮断が、低減される。更に、ポンピングシステムによって排気されるどのプロセスチャンバも、上流ターボステージによってラジカル及びラジカル反応の生成物から保護される。

ラジカルの注入は、周期的に、好ましくはチャンバのクリーニングまたはウェーハ交換サイクル中のようなプロセスチャンバのプロセスが活動的でないときに行われる。ラジカルの注入は、プロセス制御回路及び／またはポンピングシステムのセンサからの信号を受信する制御回路によって制御されるのがよい。制御回路は、ポンピングシステム及び除去システムのモータも制御しているのがよい。

ポンピングシステムは、異なるステージを有する単数シャフトポンピングシステムであり、ラジカルはステージ間に注入される。

図１は、より低温且つより高圧下で堆積が起こりやすいことを示す蒸気圧曲線である。蒸気曲線の下方での作動は気体領域であり、蒸気曲線の上方での作動は、固体領域であり、堆積を引き起こしやすい。吸気口４０から排気口４６への複数ステージ式ポンプの作動圧力及び温度も図示されており、これは、ポンプのタービンまたはターボ分子ステージ４２が、圧送される物質が、堆積が重大な問題ではない気相である圧力及び温度で通常どのように作動しているかを表している。しかしながら、ポンプがドラッグステージ４４でより高い圧力になるにしたがって、蒸気曲線４８が交差し、圧送されるいくつかの物質が凝縮し、堆積が問題となる。固体化しやすい物質を蒸気曲線を超える前に分解させることができれば、問題が軽減される。

図２は、一実施形態によるポンピングシステムを示す。本実施形態では、ドラッグ／再生ステージ４４が、ターボステージ４２と同じシャフト上に形成される。

ラジカル源からのラジカルを導入するための吸気口５０がある。本実施形態では、これらラジカルはプラズマ源５２によって生成される。吸気口５０は、クリーニングサイクルの後に形成されたラジカル及び反応物をそこからパージするためにパージガスを導入するのに使用されてもよい。使用されるラジカルは、フッ素、塩化物、または酸素のいずれかを含み、それぞれは、概して不適切な汚染を引き起こさない効果的なクリーニング物質である。これに関し、プラズマ源によってラジカルが生成される化学物質もまた、腐食せず、受け入れ不可能な汚染を生じさせないものから選択されるべきである。これに関し、適当な化学物質は、四塩化ケイ素、三塩化ホウ素、三フッ化窒素、六フッ化硫黄、オクタフルオロシクロペンテン、または酸素、オゾン、あるいは水から生成された原子状酸素を含む。

要約すると、より高圧なステージへの周期的なラジカルの投入によって堆積が制御されるポンピングシステムが開示される。後段のステージのより高圧な圧力操作は、更に、このポンピングシステムをクリーンルームまたはファブ（半導体製造プラント）７２の外側のポンピングシステム７０に連結するフォアライン及びバルブに必要とされるサイズを低減する。これは、このフォアラインを加熱するコストを次々と低減し、サブファブ（ｓｕｂ−ｆａｂ）のルートポンプの必要性をなくす。フォアラインには、バルブ１０がある。

図３は、ラジカルの投入と、システムのパージと、異なるポンプ及び除去ユニット６０のモータの回転とを制御できる制御回路３０を備える更なる実施形態を概略的に示す。

制御回路３０は、ラジカルの生成及びポンプへのそれらの導入の両方を制御する。ラジカル源５２からポンピングシステムへの吸気口５０のバルブ５１は、ラジカルの投入を制御するように制御回路３０によって制御され、本実施形態においては、ポンプへのパージガスも制御する。

制御回路３０は、プロセスチャンバ２０の制御装置とデータをシェアするように構成されている。また、いくつかの実施形態では、制御回路３０は、ターボ及びドラッグステージ内のセンサ（図示せず）からのセンサデータを受信するように作動する。これらセンサは、温度及び／または圧力センサを含むのがよく、圧送された気体の性質及び特定のプロセス副生成物が存在することを決定するように作動する気体種検出器を備えてもよい。制御回路３０は、これらセンサと、プロセスの現在の状態を指し示すプロセスチャンバ２０からのデータに応答し、ラジカルを用いるポンプのクリーニングサイクルを起動する。また、制御回路３０は、異なるポンピングシステム及びクリーニングサイクルが協調された制御が行われるシステムが提供され、プロセスの副生成物の凝縮によるポンピングシステムの遮蔽を回避する、または少なくとも低減するようにサブファブの除去ユニット及びドライポンプ７０を制御する。

要約すると、ポンプを速度低下させるまたは焼き付かせてしまう固体堆積物の形成を防ぐ、または少なくとも低減するために、いくつかの実施形態では、ハロゲン含有ガスである気体がターボポンプに注入される。

ガスは、ターボポンプのタービンブレードステージとドラッグまたはホルウィックステージとの間に注入される。

圧送されるプロセスチャンバが、堆積された固体が不揮発性フッ化物である場合、反応性ガスは、固体フッ化物と発熱的に反応して揮発性塩化物を形成する三塩化ホウ素または四塩化ケイ素などの塩化物であるのがよい。

反応性ガスは、より反応種を生成するために注入前にプラズマを通過する。

いくつかの技術では、反応性ガスが、その反応性を増加させるために注入前に電気的に加熱されるのがよい。

実施形態は、特にいくつかのエッチングまたは堆積プロセスで使用される分子ドラッグステージを利用したターボポンプで生じる、ドラッグステージでの固体の蓄積によるポンプの機能不全の問題を解決しようとする。

堆積された材料が、ポンプの作動の範囲内の温度（典型的には、１５０度まで）で揮発性の場合、ターボポンプの加熱は、固体の蓄積を低減することができる。しかしながら、いくつかのケースでは堆積された材料は、揮発性でない。例えば、いくつかのケースでは、四フッ化チタン（ＴｉＦ４）の堆積が形成され、これは、揮発するためにポンプの作動範囲をはるかに超える３７７度より高い温度を必要とする。四フッ化チタン固体は、ターボポンプに流入するプロセス副生成物ガス流内で、フッ化水素ガスと四塩化チタンガス（半導体ウェーハからチタン含有層をエッチングした反応物）との反応によって形成される。

いくつかの実施形態では、三フッ化窒素を分解し、フッ化ラジカルを生成するプラズマが、堆積の問題を解決するために使用される。

ターボポンプに堆積した固体が不揮発性フッ化物であり、対応する塩化物がターボポンプ内で到達可能な温度で揮発性であるときには、反応性ガスは、固体フッ化物と発熱的に反応して揮発性塩化物を形成する塩化物が好ましい。例えば、固体堆積物が四フッ化チタンの場合、反応性ガスは、四塩化チタン及び三フッ化ホウ素を形成するように反応する三塩化ホウ素、または四塩化チタン及び四フッ化ケイ素を形成するように反応する四塩化ケイ素がよい。これらの生成物は、揮発性であり、ターボポンプから気体として流出し、堆積物の量を低減し、ポンプの寿命を延ばす。

ＴｉＦ₄（ｓ） ＋ ＳｉＣｌ₄ ＝ ＴｉＣｌ₄ ＋ ＳｉＦ₄は、２９８Ｋで−１６１．６ ｋＪ．ｍｏｌ−１発熱する。
３ＴｉＦ₄（ｓ） ＋ ４ＢＣｌ₃ ＝ ３ＴｉＣｌ₄ ＋ ４ＢＦ₃は、２９８Ｋで−２７４ ｋＪ．ｍｏｌ−１発熱する。

四塩化ケイ素（ＳｉＣｌ₄）または三塩化ホウ素は、好ましくは、フッ化水素と反応し、ターボポンプ内の四フッ化チタン固体物の形成を防ぐのを助け、再度、堆積物の量を低減し、ポンプの寿命を延ばす。

ガスは、ターボポンプのタービンブレードステージとホルウィックステージとの間に注入されるのがよく、ガスの注入によってプロセスチャンバの汚染を防ぐ。タービンブレードステージは、プロセスチャンバに向かって注入ガスが流れ、プロセスが潜在的に汚染されるのを防ぐ、または少なくとも低減する。

いくつかの実施形態では、ターボポンプまたはターボポンプ内の部品が、注入されるラジカルに対する耐食性、特にこれらがハロゲンである場合にはハロゲンに対する耐食性を高める材料または（ニッケルなどの）コーティングを使用するのがよい。

本発明の図示した実施形態が、添付の図面を参照して本明細書中で詳細に開示されたが、本発明は、厳密な実施形態に限定されず、種々の変更や修正が、当業者によって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本発明の範囲から離れることなく行うことができるのは理解される。

１０ バルブ
２０ プロセスチャンバ
３０ 制御回路
４０ 吸気口
４２ ターボステージ
４４ ドラッグステージ
４６ 排気口
４８ 蒸気曲線
５０ ラジカル吸気口
５１ バルブ
５２ プラズマ源
６０ 除去システム
７０ サブファブポンピングシステム
７２ クリーンルーム

Claims (15)

1. プロセスチャンバを排気することのできる複数のポンピングステージを備える真空ポンピング構成であって、前記真空ポンピング構成が、
   少なくとも１つのターボ分子ポンピングステージと、
   前記ターボ分子ポンピングステージの下流にある少なくとも１つの更なるポンピングステージであって、前記少なくとも１つの更なるポンピングステージの少なくとも１つがドラッグポンピングステージを有する少なくとも１つの更なるポンピングステージと、
   ラジカルを前記真空ポンピング構成内に導入するように構成された少なくとも１つの吸気口であって、前記少なくとも１つの吸気口が前記ターボ分子ステージの下流且つ前記ドラッグポンピングステージの上流に配置された少なくとも１つの吸気口と、を備え、
   前記真空ポンピング構成が、単数シャフト複数ステージ式ポンプを備え、前記複数ステージの各々が同一シャフトに取り付けられ、前記少なくとも１つの吸気口が、前記ステージ間で段間吸気口を備える、
   ことを特徴とする真空ポンピング構成。
2. 前記少なくとも１つの吸気口の少なくとも１つが、前記ターボ分子ステージと前記ターボ分子ポンピングステージの下流直下のポンピングステージとの間の吸気口を備える、
   請求項１に記載の真空ポンピング構成。
3. 前記少なくとも１つの更なるポンピングステージは、複数の更なるポンピングステージを備え、前記複数の更なるポンピングステージは、少なくとも１つの再生ポンピングステージと、前記少なくとも１つのドラッグポンピングステージと、を備える、
   請求項１または２に記載の真空ポンピング構成。
4. 前記ドラッグステージが前記少なくとも１つのターボ分子ステージに近接し、前記吸気口が、前記少なくとも１つのターボ分子ステージと前記ドラッグステージの間に配置されている、
   請求項１ないし３の何れか１項に記載の真空ポンピング構成。
5. 前記真空ポンピング構成が、前記少なくとも１つの吸気口に接続された前記ラジカルを生成することのできるラジカル源を更に備える、
   請求項１ないし４の何れか１項に記載の真空ポンピング構成。
6. 前記ラジカル源が、プラズマを生成することのできるプラズマ源を備える、
   請求項５に記載の真空ポンピング構成。
7. 前記真空ポンピング構成が、制御回路を備え、前記制御回路が、前記吸気口を介して前記ラジカルの投入を制御するように構成されている、
   請求項１ないし６の何れか１項に記載の真空ポンピング構成。
8. 前記真空ポンピング構成が制御回路を備え、前記制御回路が、前記プロセスチャンバでのプロセスが作動していないという指示に応じて、前記吸気口を介して前記ラジカルの投入を制御するように構成されている、
   請求項１ないし７の何れか１項に記載の真空ポンピング構成。
9. 前記制御回路が、前記プロセスチャンバのコントローラからの信号を受信することができる入力部を備え、前記制御回路が、前記プロセスチャンバがクリーニングサイクルを開始しているという信号指示の受信に応じて前記吸気口を介する前記ラジカルの投入を制御するように構成されている、
   請求項７または８に記載の真空ポンピング構成。
10. 前記制御回路は、前記プロセスチャンバのコントローラからの信号を受信することができる入力部を備え、前記制御回路が、前記プロセスチャンバのウェーハが交換されているという信号指示の受信に応じて前記吸気口を介する前記ラジカルの投入を制御するように構成されている、
    請求項７または８に記載の真空ポンピング構成。
11. 前記吸気口がバルブを備え、前記制御回路が、前記バルブを制御することによって前記吸気口を介する前記ラジカルの投入を制御するように作動する、
    請求項７ないし１０の何れか１項に記載の真空ポンピング構成。
12. 前記制御回路が、前記複数のポンピングステージの前記ロータを駆動するモータを制御するように構成されている、
    請求項７ないし１１の何れか１項に記載の真空ポンピング構成。
13. 前記吸気口が、前記ラジカルが粘性流体流を有する領域内且つ分子流体流を有する領域の下流で前記ポンピング構成内に注入されるように構成されている、
    請求項１ないし１２の何れか１項に記載の真空ポンピング構成。
14. 前記ラジカルは、塩化物から生成した塩化物イオン、フッ素からあるいは三フッ化窒素、六フッ化硫黄、オクタフルオロシクロペンテンからのプラズマ源によって熱的に生成したフッ化物イオン、または酸素、オゾン、あるいは水から生成された原子状酸素の少なくとも１つを有する、
    請求項１ないし１３の何れか１項に記載の真空ポンピング構成。
15. 前記真空ポンプ構成が、更に、前記吸気口を介した注入の前に前記ラジカルを生成させることのできるラジカル源を備え、前記ラジカル源が、前記塩化物ラジカルを生成させることのできる三塩化ホウ素または四塩化ケイ素の源を備える、
    請求項１３に記載の真空ポンピング構成。

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