JP2657254B2

JP2657254B2 - 処理装置及びその排気方法

Info

Publication number: JP2657254B2
Application number: JP26122588A
Authority: JP
Inventors: 光明小美野; 敏明河野; 充男加藤
Original assignee: Tokyo Electron Ltd
Current assignee: Tokyo Electron Ltd
Priority date: 1988-10-17
Filing date: 1988-10-17
Publication date: 1997-09-24
Anticipated expiration: 2012-09-24
Also published as: JPH02107775A

Description

【発明の詳細な説明】〔発明の目的〕（産業上の利用分野）本発明は処理装置及びその排気方法に関する。

（従来の技術）処理装置例えば縦型減圧CVD装置は第３図に示すよう
に、抵抗加熱ヒータ（１）等に囲まれた処理室例えば石
英ガラス製の反応管（２）内に、複数枚のウエハ（３）
を配列搭載したボート（４）を上記反応管（２）開口端
から挿入し、反応管（２）の予め定められた位置に設定
した後、上記開口端を蓋体（５）により気密に封止し、
予め定められた圧力に排気し、上記ヒータ（１）の発熱
により上記ウエハ（３）を加熱した状態で所定の反応ガ
スをガス導入管（６）より反応管（２）内に導入し熱処
理反応を行い、この熱処理後、反応管（２）内を所定の
圧力から大気圧に戻し上記蓋体（５）をはずし上記反応
管（２）内から上記ボート（４）を取り出すものであ
る。また、排気を行う排気系は、反応管（２）から排気
される排気ガス中の反応生成物等を捕獲するトラップ
（７）、排気路を開閉するメインバルブ（８）とこのメ
インバルブ（８）に並列に設けられたサブバルブ
（９）、排気コンダクタンスをコントロールする自動圧
力制御装置（以降APCと呼ぶ）（10）、反応管（２）内
を所望の真空度に排気するため所定の真空度以上で効率
よく排気動作する、いわゆる補助排気を行うメカニカル
ブースターポンプ（11）、また、反応管（２）内を所定
の真空度に排気するため大気圧より排気を行う、即ち、
主排気を行うロータリーポンプ（12）の順に接続されて
いる。そして、排気路の圧力を検知しメカニカルブース
ターポンプ（11）の始動／停止の制御を行う圧力監視手
段例えば真空スイッチ（13）がAPC（10）とメカニカル
ブースターポンプ（11）の間の排気路（Ａ）に設けられ
ている。またこの真空スイッチは場合により反応管
（２）とトラップ（７）との間の排気路（Ｂ）（点線で
表示）に設けられている場合もある。

（発明が解決しようとする課題）そして、上記補助排気を行うメカニカルブースターポ
ンプ（11）は高排気速度で効率よく排気出来ることを目
的としている為、大気圧からの起動はできなく、10〜30
Torrの圧力までロータリーポンプ（12）で減圧排気した
後でなければ始動できない。また、停止させる場合には
20〜40Torrの圧力に復帰した状態で停止出来る構造とな
っている。このため、上述のようなCVD処理では、プロ
セス毎に排気系を起動し、CVD処理終了後排気系を停止
することは、排気に要する時間がかかるため行わず、反
応管（２）内でCVD処理終了後メインバルブ（８）及び
サブバルブ（９）を閉じ、即ちバルブ（８），（９）よ
り下流側の排気系をスタンバイ状態に保持しておき、図
示しない大気圧復帰用バルブを開き反応管（２）内を大
気圧に戻した後、ボート（４）のアンローディングと次
のプロセスのウエハ（３）を搭載したボート（４）のロ
ーディングを行う。次のプロセスの為に反応管（２）内
へウエハ（３）を搭載したボート（４）のローディング
終了後、反応管（２）を気密に封止し、サブバルブ
（９）、及びメインバルブ（８）とを開き反応管（２）
内を排気する。上記工程中メインバルブ（８）及びサブ
バルブ（９）を閉じていることによりメカニカルブース
ターポンプ（11）の吸気口での圧力は10Torr以下となり
メカニカルブースターポンプ（11）は動作した状態のま
まとなる。次に反応管（２）内を排気する為にサブバル
ブ（９）を開き次にメインバブ（８）を開く。すると、
メカニカルブースターポンプ（11）吸気口での圧力は、
反応管（２）内の大気圧状態と急に接続状態となる。こ
のため、40Torr以上となり、メカニカルブースターポン
プ（１）の動作範囲外となるためメカニカルブースター
ポンプ（11）は停止する。そしてロータリーポンプ（1
2）のみによる減圧排気が行われる。また、ロータリー
ポンプ（12）による排気が進み、メカニカルブースター
ポンプ（11）の動作開始領域の10〜30Torrまで減圧され
ると、再びメカニカルブースターポンプ（11）が起動
し、所定の圧力例えば0.1〜1.0Torrまで排気を行う。こ
の様なメカニカルブースターポンプ（11）の停止・再起
動はポンプとしては問題無いが、サブバルブ（９）が開
き、メカニカルブースターポンプ（11）が停止するまで
の数秒間は大排気量例えば約8000リットル／分の排気速
度で急激に排気されるため反応管（２）内のパーティク
ルのまきあげ現象が起こりウエハ（３）表面をパーティ
クルで汚染したり、また縦型CVD装置等ではウエハ
（３）は水平方向に石英ガラス製ボート（４）の数点の
溝で支持・載置されているため、上記の急激な排気速度
による気流にさらされ、表面積の割には軽い（例えば６
吋ウエハ１枚約28gで４点支持の場合１支持当り7gとな
る。）ウエハ（３）が動かされ載置位置の変動や最悪の
場合はウエハ（３）を支持しているボート（４）の溝か
らはずれたり、落ちてしまうと言う問題があった。また
メカニカルブースターポンプ（11）を停止しロータリー
ポンプ（12）のみを動作させた時の排気速度は約1000リ
ットル／分である。

本発明の目的は、上記課題を解決し、排気による急激
な気流の変化を抑え、巻き上げによるパーティクル汚染
を軽減した処理装置及びその排気方法を提供することに
ある。

〔発明の構成〕

（課題を解決するための手段）本発明の処理装置は、処理室と、この処理室の排気路
にバルブを介して順に接続された、所定の真空度以上で
動作する補助排気用真空ポンプ及び排気系をスタンバイ
状態に保持するためにバルブの開閉にかかわらず常時動
作する主排気用真空ポンプと、この主排気用真空ポンプ
と上記バルブの間の上記排気路部分に接続され、この排
気路部分の圧力を検知して上記所定の真空度以上でのみ
上記補助排気用真空ポンプを起動させる真空スイッチ
と、上記排気路部分に接続され、上記バルブを開状態に
する前に上記補助排気用真空ポンプを停止させるべくリ
ークバルブを介して不活性ガスを供給する不活性ガス供
給源とを具備してなることを特徴とする。

また、本発明の処理装置の排気方法は、処理室を排気
系のバルブを介して真空ポンプにより排気するに際し、
排気系をスタンバイ状態に保持しておくために上記バル
ブを閉状態で上記真空ポンプを動作させておく工程と、
この工程の後上記バルブを開状態にする前に、上記真空
ポンプ及び上記バルブ間の圧力が予め定められた圧力に
なるように、予め定められたガスを供給して調整する工
程と、この工程の後上記バルブを開状態にする工程とを
具備してなることを特徴とする。

（作用）本発明の処理装置によれば、処理室をバルブを介して
主排気用真空ポンプ及び補助排気用真空ポンプにより排
気するのであるが、上記バルブを開状態にする前にバル
ブと主排気用真空ポンプの間の排気路部分にリークバル
ブを介して不活性ガスを供給し、真空スイッチを介して
所定の真空度以上で動作する上記補助排気用真空ポンプ
を停止させるようにしたので、バルブを開状態にする時
には主排気用真空ポンプのみによる排気となることによ
り、排気による急激な気流の変化が抑えられ、巻き上げ
によるパーティクル汚染が軽減する。

また、本発明の処理装置の排気方法によれば、処理室
を排気系のバルブを介して真空ポンプにより排気するの
であるが、上記バルブを開状態にする前に上記真空ポン
プと上記バルブの間に所定のガスを供給して所定の圧力
に調整するようにしたので、バルブを開状態にする時に
は調整された所定の圧力で排気されることにより、排気
による急激な気流の変化が抑えられ、巻き上げによるパ
ーティクル汚染が軽減する。

（実施例）以下、本発明を縦型減圧CVD装置及びそのプロセスに
適用した一実施例につき図面を参照して説明する。なお
第３図と同様な作用を成すものには同一符号をつけて説
明を省略する。

反応管（２）内へウエハ（３）をローディングした
後、排気動作実行中の排気系と反応管（２）とを開閉す
るサブバルブ（９）またはメインバルブ（８）を開いた
時の反応管（２）内の急激な気流の変化を押え、まきあ
げによるパーティクル汚染を軽減し、ウエハ（３）のボ
ート内での位置ずれを起こしにくい排気方法を提供しよ
うとするものである。

まず、排気系を構成しているロータリポンプ（12）は
大気圧から排気できるが10^-1Torr以下の圧力になると、
排気速度が低下しはじめ、より大きな排気速度のポンプ
を用いないと、排気時間は非常に長くなる。このため、
ロータリーポンプ（12）と直列に、もう一段、例えば10
^-4〜数10Torr台で有効な大きい排気速度を有する例えば
メカニカルブースターポンプ（11）を付加する事により
ロータリーポンプ（12）を強化し、排気時間の短縮をは
かっている。また、数10Torr〜大気圧の動作範囲外でメ
カニカルブースターポンプ（11）を動作させると、その
構造上ポンプ内の加熱や電動機の過負荷を起こし故障し
てしまうので規程の圧力範囲内で使用しなければならな
い。さらに、ロータリーポンプのみで長時間排気してい
るとロータリーポンプのポンプ油が真空容器例えば反応
管（２）内へ逆拡散して反応管（２）内を汚染してしま
う事がある。

第１図は本発明の処理装置を示し、APC（10）とメカ
ニカルブースターポンプ（11）との間の排気路（Ａ）か
ら配管の長さａの距離にある分岐点（15）を介し、ｂの
距離に圧力監視手段例えば真空スイッチ（13）が接続さ
れている。この真空スイッチ（13）によりメカニカルブ
ースターポンプ（11）の起動・停止が行われる。また、
分岐点（15）から真空スイッチ（13）の開閉を制御する
不活性ガス例えばN₂ガス等の流量調整及び開閉を行うリ
ークバルブ（16）例えばニードルバルブが接続され、こ
のリークバルブ（16）から不活性ガス例えばN₂ガス供給
源（17）に接続されている。また、上記排気路（Ａ）か
ら分岐点（15）までの配管ａは例えば300〜500mm,分岐
点（15）から真空スイッチ（13）までの配管ｂは例えば
30〜50mmに設けられ、ａ＞＞ｂの関係をとるが如く設定
されている。そして上記配管は細い例えば1/4インチのB
A（ブライトアニール）管を使用し、配管a,bの排気コン
ダクタンスを小さく設定している。これらａ＞＞ｂや配
管a,bのコンダクタンスを小さく設定することにより不
活性ガス供給源（17）から極力少ないガス流量で真空ス
イッチ（13）を動作させメカニカルブースターポンプ
（11）を停止させようとするものである。また不活性ガ
ス供給源（17）より上記ガスを流している間はａ＞＞ｂ
と設定したことにより、排気路（Ａ）の圧力を真空スイ
ッチ（13）の入口圧力より低い圧力に維持可能となって
いる。

次に動作作用について説明する。

まず、図示しないウエハ移し替え装置により位置合わ
せされたウエハ（３）がロボット技術により自動的に積
載された処理用ボート（４）を図示しない搬送機構によ
り上記反応管（１）内の予め定められた位置に搬入した
後蓋体（５）を閉じ気密封止する。次に、ロータリーポ
ンプ（12）を始動した後数秒後に、排気路中の排気コン
ダクタンスが大きいメインバルブ（８）を閉じたまま、
排気コンダクタンスの小さいサブバルブ（９）を開く。
処理室（２）内の気流の変動で、パーティクル汚染とな
らないように、サブバルブ（９）を開き、次にメインバ
ルブ（８）の順に開き処理室（２）内を段階的に排気し
てゆく。一方ロータリーポンプ（12）による排気が進み
排気路（Ａ）の排気圧力を真空スイッチ（13）でセンス
し所定の圧力例えば10〜30Torrになった時点でこの真空
スイッチ（13）によりメカニカルブースターポンプ（1
1）を起動させる。メカニカルブースターポンプ（11）
とロータリーポンプ（12）とがともに動作している状態
で反応管（２）内の排気を行い反応管（２）内を所望の
減圧状態例えば0.1〜1.0TorrにAPC（10）により制御し
保持する。（ここで、以下CVD処理終了までの工程を
と呼ぶ）そして、ヒーター（１）により所望の温度例え
ば600℃〜1200℃程度に設定する。そして、この設定
後、上記排気制御しながらガス供給源から図示しないマ
スフローコントローラ等で流量を適正流量域に調節しつ
つ、反応ガス例えばSiH₄（シラン）またはSiH₂Cl₂（ジ
クロロシラン）等を反応管（２）内に反応ガス導入管
（６）から導入する。反応ガス等は反応管（２）内でウ
エハ（３）表面にCVD膜を生成後排気ガスとなり、トラ
ップ（７）で反応副生成物等を捕獲され、メインバルブ
（８）及びサブバルブ（９）を通り、APC（10）で圧力
制御され、メカニカルブースターポンプ（11）及びロー
タリーポンプ（12）の排気手段により排気される。CVD
反応終了後、反応ガス等の供給を停止し、反応ガスを排
気置換した後、メインバルブ（８）及びサブバルブ
（９）を閉じ反応管（２）と排気系とを切り離す。ま
た、反応管（２）内へガス導入管（６）から不活性ガス
例えばN₂ガスを導入することで、上記反応管（１）内を
大気圧に復帰する。そして、蓋体（５）を開とし、上記
処理後のウエハ（３）を積載したボート（４）を、搬送
機構（６）により取り出し、処理が終了する。この間メ
インバルブ（８）及びサブバルブ（９）により切り離さ
れた排気系はスタンバイ状態でメカニカルブースターポ
ンプ（11）及びロータリーポンプ（12）ともに動作して
いる。このためメインバルブ（８）及びサブバルブ
（９）の下流側での圧力は10Torr以下となっている。

そこで、次のプロセスを行う為上述したように反応管
（２）内へウエハ（３）をロードし反応管（２）内を気
密に封止した状態の後、反応管（２）と排気系とを切り
離していたメインバルブ（８）及びサブバルブ（９）を
開く前に、即ち反応管（２）と排気系とを接続し、排気
を行う前に、不活性ガス供給源（17）より小流量例えば
１リットル／分以下の不活性ガス例えばN₂ガスをリーク
バルブ（16）を介してｂ部分の配管から真空スイッチ
（13）及びａ部分の配管を経て排気路（Ａ）、メカニカ
ルブースターポンプ（11）及びロータリーポンプ（12）
の順の流路に流し、排気する。上記流路に小量の不活性
ガスを流すことにより真空スイッチ（13）の入口付近の
圧力はすぐに20〜40Torrとなり真空スイッチ（13）が作
動しメカニカルブースターポンプ（11）を停止させる。
従って不活性ガス供給源（17）より小量のガスを流して
いる間はメカニカルブースターポンプ（11）は停止し、
ロータリーポンプ（12）のみが動作する。このロータリ
ポンプ（12）のみによる排気状態で反応管（２）と排気
系とをつなぐサブバルブ（９）を開くことにより、反応
管（２）を緩やかに排気することが出来、反応管（２）
内や反応管（２）の排気口近傍の排気路でのまきあげに
よるパーティクル汚染やボート（４）上でのウエハの位
置ずれ等はほとんど起こらない。次にメインバルブ
（８）を開け段階的に排気する。次に不活性ガス供給源
（17）からのガス供給をリークバルブ（16）を閉じて停
止する。このリークバルブ（16）を閉じることによりロ
ータリポンプ（12）のみによる排気が進み再び真空スイ
ッチ（13）入口の圧力は10〜30Torrとなり、この真空ス
イッチ（13）が動作しメカニカルブースターポンプ（1
2）を起動させる。以降はメカニカルブースターポンプ
（11）とロータリーポンプ（12）とで所望の減圧状態ま
で排気し維持する。以下、上述したの工程をたどりCV
D処理を行う。

ここで不活性ガス供給源から流すガス流量と真空スイ
ッチ（13）との関係を第２図を参照して説明する。

リークバルブ（16）が開となると真空スイッチ（13）
部分にＶ＝P₁/P₂・V₁なる体積の不活性ガスが導入され
る。ここでP₁は導入ガスの圧力で例えば760Torr,P₂は真
空スイッチ部分の圧力で例えば5Torr,大気圧での不活性
ガスの体積をV₁とするとＶ＝760/5・V₁となり152倍程度
に膨張することになるため小量のガスで真空スイッチを
動作させることが出来る。また配管ａに流れるガス流量
をＱとするとＱ＝Ｃ（P₂−P₃）となり、Ｃは配管ａのコ
ンダクタンス,P₃は排気路（Ａ）の圧力で、ａ＞＞ｂの
条件により真空スイッチ部分の圧力はP₂＝P₃＋Q/CでP₁
＞＞P₂＞P₃となる。従ってａ＞＞ｂとすることによりメ
カニカルブースターポンプ（11）の起動・停止をかける
真空スイッチの設定圧力はQ/C分だけ高く（大気圧によ
り近く）とることが出来る。このため不活性ガス供給源
（17）から流入させる不活性ガス量をより少なくするこ
とができる。この為不活性ガスの流入を停止した後、メ
カニカルブースターポンプ（11）が再び起動できる圧力
範囲まで減圧排気する時間の短縮がはかられる。

また、上述の例に限らずその要旨を逸脱しない範囲で
種々な変形が可能であることは言うまでもない。例えば
本発明は、縦型減圧CVD装置以外に、横型CVD装置、プラ
ズマCVD装置、シリコンエピタキシャル装置、エッチン
グ装置、イオン打込装置、スパッタリング装置、モレキ
ュラビームエピタキシャル装置等にも適用可能である。

以上説明したようにこの実施例によれば、処理室と排
気動作実行中の排気系との排気路を開閉するバルブを開
く前に、メカニカルブースターポンプ（11）を一時停止
させる工程の後前記バルブを開く工程をとることによ
り、前記処理室内の急激な気流の変化を押え、処理室内
や処理室近傍の排気路からのまきあげによるパーティク
ル汚染を軽減し、また、ウエハのボート内での位置ずれ
を起こしにくくする効果がある。

（発明の効果）以上要するに本発明によれば、次のような優れた効果
が得られる。

（１）本発明の処理装置によれば、処理室をバルブを介
して主排気用真空ポンプ及び補助排気用真空ポンプによ
り排気するのであるが、上記バルブを開状態にする前に
バルブと主排気用真空ポンプ間の排気路部分にリークバ
ルブを介して不活性ガスを供給し、真空スイッチを介し
て所定の真空度以上で動作する上記補助排気用真空ポン
プを停止させるようにしたので、バルブを開状態にする
時には主排気用真空ポンプのみによる排気となることに
より、排気による急激な気流の変化が抑えられ、巻き上
げによるパーティクル汚染が軽減する。

（２）本発明の処理装置の排気方法によれば、処理室を
排気系のバルブを介して真空ポンプにより排気するので
あるが、上記バルブを開状態にする前に上記真空ポンプ
と上記バルブの間に所定のガスを供給して所定の圧力に
調整するようにしたので、バルブを開状態にする時には
調整された所定の圧力で排気されることにより、排気に
よる急激な気流の変化が抑えられ、巻き上げによるパー
ティクル汚染が軽減する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を説明するための縦型CVD装
置の構成図、第２図は第１図の不活性ガス供給源からの
ガス流量関係の説明図、第３図は従来の縦型CVD装置の
構成図である。図中、２は反応管（処理室）、８はメインバルブ、９は
サブバルブ、11はメカニカルブースターポンプ（補助排
気用真空ポンプ）、12はロータリーポンプ（主排気用真
空ポンプ）、13は真空スイッチ、16はリークバルブ、17
は不活性ガス供給源である。

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】処理室と、この処理室の排気路にバルブを
介して順に接続された、所定の真空度以上で動作する補
助排気用真空ポンプ及び排気系をスタンバイ状態に保持
するためにバルブの開閉にかかわらず常時動作する主排
気用真空ポンプと、この主排気用真空ポンプと上記バル
ブの間の上記排気路部分に接続され、この排気路部分の
圧力を検知して上記所定の真空度以上でのみ上記補助排
気用真空ポンプを起動させる真空スイッチと、上記排気
路部分に接続され、上記バルブを開状態にする前に上記
補助排気用真空ポンプを停止させるべくリークバルブを
介して不活性ガスを供給する不活性ガス供給源とを具備
してなることを特徴とする処理装置。
【請求項２】処理室を排気系のバルブを介して真空ポン
プにより排気するに際し、排気系をスタンバイ状態に保
持しておくために上記バルブを閉状態で上記真空ポンプ
を動作させておく工程と、この工程の後上記バルブを開
状態にする前に、上記真空ポンプ及び上記バルブ間の圧
力が予め定められた圧力になるように、予め定められた
ガスを供給して調整する工程と、この工程の後上記バル
ブを開状態にする工程とを具備してなることを特徴とす
る処理装置の排気方法。