JP3080938B1 - スパッタ装置 - Google Patents

スパッタ装置

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JP3080938B1
JP3080938B1 JP11037985A JP3798599A JP3080938B1 JP 3080938 B1 JP3080938 B1 JP 3080938B1 JP 11037985 A JP11037985 A JP 11037985A JP 3798599 A JP3798599 A JP 3798599A JP 3080938 B1 JP3080938 B1 JP 3080938B1
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忠夫 河口
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Abstract

【要約】 【課題】 チャンバ及び装置のサイズの増大を招くこと
なく、高温処理可能なスパッタ装置を提供する。 【解決手段】 チャンバ内にはウェハを加熱するための
ヒータ1と、スパッタ陰極であるカソード2と、チャン
バへの膜付着を防止するためのシールド3と、スパッタ
ガスの主排気であるクライオポンプ4と、排気のコンダ
クタンスを得るために取付けらているコンダクタンスプ
レート5と、チャンバとクライオポンプ4との間を遮蔽
するためのゲートバルブ弁体6とが配設されている。冷
却配管7はコンダクタンスプレート5に接触するように
設けられ、その冷却配管7内に冷媒を導入するための冷
却配管導入口8が取付けられている。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明はスパッタ装置に関
し、特に高温処理(ウェハを350℃以上に加熱する処
理)を行うスパッタ装置に関する。
【0002】
【従来の技術】従来、この種のスパッタ装置において
は、安定した排気性能を実現するために、クライオポン
プ冷凍部への熱の影響を排除もしくは軽減することが重
要な要素の一つとなっている。
【0003】通常の構成である中・低温領域の処理(ウ
ェハ温度が約350℃未満の加熱処理)を行うスパッタ
装置と同じ装置構成で高温処理を行うと、クライオポン
プのファーストステージ上に固着している水分の表面温
度が150K程度まで上昇し、凝縮固化していた水分が
昇華して真空値が著しく上昇するとともに、排気速度も
低下する。
【0004】この問題を回避する方法としては、従来、
ヒータの放射熱によって温度上昇させ、2次的な熱源に
なるチャンバ内構造物(コンダクタンスプレートやゲー
トバルブ)とクライオポンプ冷凍部との距離を遠ざける
手法が採用されており、双方の間にフランジが取付けら
れている。
【0005】すなわち、図4に示すように、従来のスパ
ッタ装置ではヒータ1と、カソード2と、シールド3
と、クライオポンプ4と,コンダクタンスプレート5
と、ゲートバルブ弁体6とからなる構成において、コン
ダクタンスプレート5とクライオポンプ4との間にエル
ボー型フランジ12を設置している。
【0006】また、直線的に放射熱がクライオポンプの
冷凍部に及ばないようするために、エルボー形状のフラ
ンジが取付けられる場合もあり、排気性能を維持するに
は一応の効果を奏している。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】上述した従来のスパッ
タ装置では、チャンバ内構造物とクライオポンプ冷凍部
との距離を遠ざける手法が採用されているが、この手法
ではチャンバ容積が大幅に拡大し、到達真空値等の排気
性能の悪化を招く。
【0008】また、外観上でもチャンバ及び装置のサイ
ズが大きくなるため、設置における制約が生じるほか、
メンテナンススペースが狭くなるという点において新た
な問題をもたらしている。
【0009】そこで、本発明の目的は上記の問題点を解
消し、チャンバ及び装置のサイズの増大を招くことな
く、高温処理を行うことができるスパッタ装置を提供す
ることにある。
【0010】
【課題を解決するための手段】本発明によるスパッタ装
置は、チャンバ内に、スパッタガスの主排気を行うクラ
イオポンプと、前記クライオポンプ前段に設けられかつ
排気のコンダクタンスを得るために取付けられたコンダ
クタンスプレートと、チャンバとクライオポンプとの間
を遮蔽するゲートバルブ弁体とが少なくとも配設された
スパッタ装置であって、前記コンダクタンスプレートを
冷却する冷却機構を備えている。
【0011】本発明による他のスパッタ装置は、チャン
バ内に、スパッタガスの主排気を行うクライオポンプ
と、チャンバとクライオポンプとの間を遮蔽するゲート
バルブ弁体とが少なくとも配設されたスパッタ装置であ
って、前記ゲートバルブ弁体を冷却する冷却機構を備え
ている。
【0012】すなわち、本発明のスパッタ装置は、半導
体基板(以下、ウェハとする)を製造するスパッタ装置
において、高温処理(ウェハを350℃以上に加熱する
処理)を行う際に生じるクライオポンプへの熱負荷を軽
減するために、チャンバ内のクライオポンプ前段に冷却
部を設けている。
【0013】より具体的に、本発明のスパッタ装置はヒ
ータと、カソードと、シールドと、クライオポンプと,
コンダクタンスプレートと、ゲートバルブ弁体とからな
る構成において、コンダクタンスプレートに接触するよ
うに冷却配管を設け、冷却配管に大気側から冷媒を導入
する冷却配管導入口を取付けている。
【0014】この冷却配管は内部に冷媒(例えば、水
等)を流すことで、ヒータの放射熱によってコンダクタ
ンスプレートの温度が上昇することを抑止することが可
能となる。したがって、クライオポンプに対してチャン
バ内で最も近い位置にある熱源の発生を抑止することが
可能となるため、クライオポンプの冷凍部に凝縮固化し
たガス表面の温度上昇を防ぐという役目を果たし、安定
した排気性能を実現することが可能になる。
【0015】従来の高温処理を行うスパッタ装置におい
ては上記と同様の目的で、クライオポンプ冷凍部への熱
影響を軽減するために、コンダクタンスプレートとクラ
イオポンプとの間にエルボー型フランジを設置し、双方
の距離を遠ざけるとともに、直線的に放射熱がクライオ
ポンプに達しないような方法が採られている。
【0016】しかしながら、本発明ではこういったエル
ボー型フランジ等を使用せずに従来の方法と同様な効果
が得られるため、中・低温領域の処理(ウェハ温度が3
50℃未満の加熱処理)を行うスパッタ装置と同サイズ
のチャンバ及び装置で、高温処理が可能なスパッタ装置
を実現することが可能となる。
【0017】
【発明の実施の形態】次に、本発明の実施例について図
面を参照して説明する。図1は本発明の一実施例による
スパッタ装置の構成を示す図である。図1においては、
本発明の一実施例によるスパッタ装置のチャンバ部分の
断面を示している。
【0018】チャンバ内にはウェハ(図示せず)を加熱
するためのヒータ1と、スパッタ陰極であるカソード2
と、チャンバへの膜付着を防止するためのシールド3
と、スパッタガスの主排気であるクライオポンプ4と、
排気のコンダクタンスを得るために取付けらているコン
ダクタンスプレート5と、チャンバとクライオポンプ4
との間を遮蔽するためのゲートバルブ弁体6とが配設さ
れている。
【0019】また、本発明の一実施例ではコンダクタン
スプレート5に接触するように冷却配管7が設けられ、
その冷却配管7内に冷媒(図示せず)を導入するための
冷却配管導入口8を配置している。冷却配管7には冷媒
として常温(20℃〜30℃)の水が1〜5(l/mi
n)の速度で流れている。
【0020】かかる構成において、冷却配管7はコンダ
クタンスプレート5を冷却する構造になっているため、
ヒータ1とスパッタ放電で加熱したシールド3とから発
生する放射熱によって、クライオポンプ4の冷凍部に最
も近いチャンバ内構造物であるコンダクタンスプレート
5が温度上昇することを抑止することができるという効
果があり、常に常温(320K〜285K程度)を維持
することができる構造となっている。
【0021】したがって、クライオポンプ4の排気性能
を悪化させる要因の一つであるコンダクタンスプレート
5からの放射熱は、クライオポンプ4の冷凍部に凝縮固
化したガス分子を気化させる程のエネルギに達しないた
め、安定した排気性能を維持することができるという効
果がもたらされる。
【0022】図2は本発明の他の実施例によるスパッタ
装置の構成を示す図である。図2においては、本発明の
他の実施例によるスパッタ装置のチャンバ部分の断面を
示している。尚、本発明の他の実施例によるスパッタ装
置はコンダクタンスプレート5がない構成において、冷
却配管7をゲートバルブ弁体6内に配設するようにした
以外は本発明の一実施例によるスパッタ装置と同様の構
成となっており、同一構成要素には同一符号を付してあ
る。
【0023】本発明の一実施例では冷却配管7をコンダ
クタンスプレート5の冷却に適応させているが、ゲート
バルブ弁体6についても適応させることができる。その
構成は図2に示す通りである。
【0024】図2において、クライオポンプ4に対する
チャンバ内で最も近い構造物はゲートバルブ弁体6であ
る。従来、この構造ではゲートバルブ弁体6の温度上昇
がクライオポンプ4の排気性能を低下させる要因になる
が、本発明の他の実施例における冷却配管7をこのゲー
トバルブ弁体6に設置し、その冷却配管7内に冷媒とし
て水を流すことによって、常に常温を維持することで、
クライオポンプ4の冷凍部に凝縮固化したガス分子を気
化させる程の温度に達しない構造となり、安定した排気
性能を維持することができるという効果が得られる。
【0025】しかも、冷却配管7はゲートバルブ弁体6
の内部に埋め込まれており、さらに冷却配管7はゲート
バルブ駆動シリンダ9から導入される構造としているの
で、ゲートバルブの開度がどのような状態にあっても冷
却効果が変わることがない構造となる。
【0026】図3は本発明の別の実施例によるスパッタ
装置の構成を示す図である。図3においては、本発明の
別の実施例によるスパッタ装置のチャンバ部分の断面を
示している。尚、本発明の別の実施例によるスパッタ装
置はコンダクタンスプレート5の冷却をフィードバック
制御するためのコンダクタンスプレートヒータ10及び
熱電対11を設け、冷媒を水以外の冷却媒体とした以外
は本発明の一実施例によるスパッタ装置と同様の構成と
なっており、同一構成要素には同一符号を付してある。
【0027】上述した本発明の一実施例及び他の実施例
ではいずれも冷媒として水を用いているが、それ以外の
冷媒を使用して構成することも可能である。そのための
構成は図に示す通りである。
【0028】本発明の別の実施例では冷却配管7に冷媒
として液体窒素を用い、コンダクタンスプレートヒータ
10及び熱電対11で温度をフィードバック制御するこ
とによって、コンダクタンスプレート5の表面を250
K〜220Kの低温に維持する構成としている。
【0029】すなわち、本発明の別の実施例ではコンダ
クタンスプレート5の温度が予め設定された温度以下に
なったことが熱電対11で検出された時にコンダクタン
スプレートヒータ10でコンダクタンスプレート5を加
熱することで、コンダクタンスプレート5の表面を25
0K〜220Kの低温に維持している。
【0030】したがって、より高温(ウェハ温度が50
0℃以上の温度)のプロセスで使用する際にも、コンダ
クタンスプレート5の温度上昇を抑止することができ、
クライオポンプ4の排気性能を維持することができる。
但し、コンダクタンスプレート5の表面が220Kを下
回る温度になった場合には、プロセスガス圧力下(1E
−1Pa〜5Pa程度)で水分が昇華して表面に凝縮固
化する可能性があり、コンダクタンスを悪化させる危険
性があるので、コンダクタンスプレートヒータ10及び
熱電対11による温度の制御が重要な要素になる。
【0031】本発明の別の実施例で冷媒として用いてい
る液体窒素はクライオポンプ4の冷媒であるヘリウムを
使用してもよい。冷媒の目的はコンダクタンスプレート
5の温度を320K〜220Kに制御することが目的で
あるから、温度を制御することができればそのほかの制
約はない。
【0032】このように、コンダクタンスプレート5ま
たはゲートバルブ弁体6に接触するように冷却配管7を
設け、冷却配管7に大気側から冷媒を導入する冷却配管
導入口8を冷却配管7に取り付けることによって、チャ
ンバ及び装置のサイズの増大を招くことなく、高温処理
を行うことができる。
【0033】
【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、チ
ャンバ内に、スパッタガスの主排気を行うクライオポン
プと、排気のコンダクタンスを得るために取付けられた
コンダクタンスプレートと、チャンバとクライオポンプ
との間を遮蔽するゲートバルブ弁体とが少なくとも配設
されたスパッタ装置において、コンダクタンスプレート
を冷却する冷却機構を具備することによって、チャンバ
及び装置のサイズの増大を招くことなく、高温処理を行
うことができるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例によるスパッタ装置の構成を
示す図である。
【図2】本発明の他の実施例によるスパッタ装置の構成
を示す図である。
【図3】本発明の別の実施例によるスパッタ装置の構成
を示す図である。
【図4】従来例によるスパッタ装置の構成を示す図であ
る。
【符号の説明】
1 ヒータ 2 カソード 3 シールド 4 クライオポンプ 5 コンダクタンスプレート 6 ゲートバルブ弁体 7 冷却配管 8 冷却配管導入口 9 ゲートバルブ駆動シリンダ 10 コンダクタンスプレートヒータ 11 熱電対
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) C23C 14/00,14/58 B01J 19/00 301 H01L 21/203 H01L 21/285

Claims (10)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 チャンバ内に、スパッタガスの主排気を
    行うクライオポンプと、前記クライオポンプ前段に設け
    られかつ排気のコンダクタンスを得るために取付けられ
    たコンダクタンスプレートと、チャンバとクライオポン
    プとの間を遮蔽するゲートバルブ弁体とが少なくとも配
    設されたスパッタ装置であって、前記コンダクタンスプ
    レートを冷却する冷却機構を有することを特徴とするス
    パッタ装置。
  2. 【請求項2】 前記冷却機構は、前記コンダクタンスプ
    レートに接触するように配置されかつ前記コンダクタン
    スプレートを冷却する冷却配管と、前記冷却配管に取付
    けられかつ前記冷却配管内に外部から冷媒を導入する冷
    却配管導入口とからなることを特徴とする請求項1記載
    のスパッタ装置。
  3. 【請求項3】 前記冷媒は、常温の水からなることを特
    徴とする請求項2記載のスパッタ装置。
  4. 【請求項4】 前記冷却配管によって冷却される前記コ
    ンダクタンスプレートの温度をフィードバック制御する
    手段を含むことを特徴とする請求項2記載のスパッタ装
    置。
  5. 【請求項5】 前記フィードバック制御する手段は、前
    記コンダクタンスプレートを加熱するコンダクタンスプ
    レートヒータと、前記コンダクタンスプレートの温度が
    予め設定された所定温度か否かを検出する熱電対とを含
    むことを特徴とする請求項4記載のスパッタ装置。
  6. 【請求項6】 前記冷媒は、常温の水以外の冷却媒体か
    らなることを特徴とする請求項4または請求項5記載の
    スパッタ装置。
  7. 【請求項7】 チャンバ内に、スパッタガスの主排気を
    行うクライオポンプと、チャンバとクライオポンプとの
    間を遮蔽するゲートバルブ弁体とが少なくとも配設され
    たスパッタ装置であって、前記ゲートバルブ弁体を冷却
    する冷却機構を有することを特徴とするスパッタ装置。
  8. 【請求項8】 前記冷却機構は、前記ゲートバルブ弁体
    内に設けられかつ前記ゲートバルブ弁体を冷却する冷却
    配管と、前記冷却配管に取付けられかつ前記冷却配管内
    に外部から冷媒を導入する冷却配管導入口とからなるこ
    とを特徴とする請求項7記載のスパッタ装置。
  9. 【請求項9】 前記ゲートバルブ弁体のゲートバルブを
    駆動するゲートバルブ駆動シリンダを含み、前記冷却配
    管導入口は、前記ゲートバルブ駆動シリンダを通して前
    記冷却配管に接続するよう構成したことを特徴とする請
    求項8記載のスパッタ装置。
  10. 【請求項10】 前記冷媒は、常温の水からなることを
    特徴とする請求項7から請求項9のいずれか記載のスパ
    ッタ装置。
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