JP3153323B2 - 気密室の常圧復帰装置及びその常圧復帰方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、気密室の常圧復帰方法
に関する。

【０００２】

【従来の技術】気密室を用いた真空処理・加工は、各種
装置において種々行われている。例えば半導体製造装置
では、エピタキシャル成長、プラズマＣＶＤ、ＬＰＣＶ
Ｄ、スパッタ、反応性イオンエッチング、真空蒸着、イ
オン打込み、イオンビーム応用装置、電子ビーム応用装
置、分子線エピタキシ等の各種装置において、真空処理
が行われている。真空処理によれば、プラズマ放電や、
電子ビーム、イオンビーム等の物理的あるいは化学的現
象を適宜生み出すことができるとともに、活性種の平均
自由工程を長くすることができ、またそれに強い指向性
をもたせることができる。さらに真空状態下の処理で
は、大気圧下に比べて均一な処理を行うことができ、か
つ低温化や高清浄度化にも寄与する。

【０００３】一般に、このような各種の真空処理装置に
は、真空処理室内に被処理物を取り入れ、あるいは取り
出すための気密室、例えばロードロック室が付設されて
いる。以下、気密室としてロードロック室を用いた場合
を説明する。ロードロック室は、真空処理室を大気に開
放しないで被処理物の取入・取出を行うことを可能とす
るものであって、真空処理室の前後またはどちらか一方
にゲートバルブを介して配置されている。そしてこのゲ
ートバルブと真空排気系動作の組合せ動作によって、ロ
ードロック室の真空排気と常圧復帰とが繰り返し行わ
れ、被処理物の取入・取出時においても真空処理室内の
常圧復帰を行うことなく各種プロセスが継続されるよう
になっている。

【０００４】このように真空処理の前後において、ロー
ドロック室を通して被処理物の取入・取出を行う場合に
は、まずロードロック室内にＮ₂ ガス等の不活性ガスを
供給し、これによりロードロック室内の常圧復帰を行
い、ついでロードロック室のドアを開けて被処理物の受
け渡しを行っている。このときロードロック室の常圧復
帰の終了を知るため、従来からコンベクトロンや圧力ス
イッチ等の圧力センサーが用いられており、これら圧力
センサーによってロードロック室内の圧力を計測してい
る。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら上述した
コンベクトロンや圧力スイッチ等の圧力センサーでは、
ロードロック室内の圧力を十分高精度に計測することが
できないという改善点がある。特に外気圧が種々の環境
によって変動した場合には、ロードロック室の内外に予
定しない差圧を生じてしまう。そしてその予定外の差圧
を生じたままロードロック室のドア開放を行うと、ドア
開口部に予定外の気流を生じることとなり、これにより
塵埃微粒子（パーティクル）の舞い上がり等を招来し
て、被処理物が汚染されるおそれがある。またドア開放
時に、気流漏れによる音が発生するという改善点もあ
る。このような改善点は、ロードロック室以外の気密室
を用いる常圧復帰装置においても同様である。

【０００６】本発明は、気密室の常圧復帰時において、
気密室内の圧力を簡易かつ正確に検知し、気密室のドア
開放を良好に行うことができるようにした気密室の常圧
復帰方法を提供することを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
本発明にかかる常圧復帰方法は、差圧計と圧力センサー
とを有する気密室内を常圧に復帰させて略大気圧に戻す
気密室の常圧復帰方法において、前記圧力センサーを参
照して前記気密室内に大気圧近傍までパージ用ガスを導
入する工程と、前記気密室内の圧力が大気圧近傍まで近
付いてきたことに応答し、前記差圧計に前記気密室内の
雰囲気を導入して大気圧との差圧の検出を開始する工程
と、前記差圧計を参照して前記気密室内の圧力が大気圧
よりも微小圧力だけ高くなったことに応答して、前記パ
ージ用ガスの供給を停止する工程とを備えている。

【０００８】

【作用】このような工程を有する方法においては、ま
ず、圧力センサーを参照することによって大気圧までパ
ージ用ガスを気密室内に供給してこの内部の圧力を上昇
させ、その後、差圧計によって気密室内外の相対的な圧
力差を検知し、気密室内の圧力が大気圧よりも微小圧力
だけ高くなったことに応答してパージ用ガスの供給を停
止する。したがって外部大気圧の変動にかかわらず、気
密室内の圧力が大気圧よりも微小圧力だけ高い状態で気
密室内を開放するので、室外側へ向かって極僅かな気流
を生じさせることができ、パーティクルを室外側へ排除
することができる。

【０００９】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面に基づいて詳細
に説明する。まず本発明にかかる気密室の常圧復帰方法
をプラズマエッチング装置に適用した例を説明する。図
１に示されているように、気密性を有する真空処理室１
内には、エッチング用の平行平板電極２が内装されてい
るとともに、排気管３を介して接続された真空ポンプ４
によって、所定の処理真空状態が達成されるように構成
されている。

【００１０】また上記真空処理室１の両側部には、被処
理物としての半導体ウエハ２８の搬送方向に沿って気密
性を有するロードロック室６，７が、ゲートバルブ８，
９を介して並設されている。ゲートバルブ８，９は、気
密的に開放及び閉塞動作を行うものであって、このゲー
トバルブ８，９の開閉によって、上記真空処理室１の室
内側とロードロック室６，７の室内側とが気密的に連通
・閉塞可能に構成されている。またこれらロードロック
室６，７の反対側の各端には、気密的な開放・閉塞を行
うゲートバルブ１０，１１が設けられており、これらの
各ゲートバルブ１０，１１の開閉によって、ロードロッ
ク室６，７の室内側が、気密的に閉塞され、あるいは室
外側大気に開放される構成になされている。

【００１１】さらに上記ロードロック室６，７のゲート
バルブ１０，１１に対面するようにして、センダー１２
及びレシバー１３が配置されている。これらセンダー１
２及びレシバー１３には、被処理物としての半導体ウエ
ハ２８が複数枚にわたって格納可能である。一方前記ロ
ードロック室６，７の室内側には、半導体ウエハ２８を
移送させるための搬送アーム５，５が配置されており、
上記センダー１２に格納されている半導体ウエハ２８
が、ロードロック室６の搬送アーム５によって取り込ま
れ、あるいはロードロック室７の搬送アーム５によって
半導体ウエハ２８が上記レシバー１３に格納される構成
になされている。上述した各ゲートバルブ８，９，１
０，１１は、個別に開閉動作可能になされており、それ
により各ロードロック室６，７及び真空処理室１の気密
状態は、個別に形成され、個別に開放されるように構成
されている。

【００１２】上記ロードロック室６，７の一側壁には、
当該ロードロック室６，７の室内側に開口する排気管１
６，１７が接続されている。これら各排気管１６，１７
は、真空ポンプ１８，１９にそれぞれ接続されている
が、その途中部分に、ロードロック室６，７の各室内動
作に同期して排気制御を行うエアーオペレーションバル
ブ１４，１５がそれぞれ設けられている。

【００１３】一方上記ロードロック室６，７の反対側の
側壁には、パージガス供給管２１，２２が接続されてい
る。これらパージガス供給管２１，２２は、一体の配管
系に結合されてガス供給部２０に接続されている。また
これらパージガス供給管２１，２２の各途中部分には、
ロードロック室６，７の室内動作に同期して給気制御を
行うエアーオペレーションバルブ２３，２４がそれぞれ
設けられているとともに、このエアーオペレーションバ
ルブ２３，２４の下流側すなわちロードロック室６，７
側に、ガス流量を微調整するニードルバルブ２５，２６
が設けられている。これら常圧復帰装置を構成するガス
供給機構は、ロードロック室６，７の大気開放時に所定
のタイミングでパージガスを供給するものであって、上
記ガス供給部２０には、パージガスとして清浄ガス、例
えば浄化された窒素ガスが蓄えられている。

【００１４】上記排気管１６，１７及びパージガス供給
管２１，２２の接続位置関係は、大気開放時に当該ロー
ドロック室６，７内に導入される清浄ガスが、ロードロ
ック室６，７内に存在しているパーティクルを平均的に
排除するとともに、搬送アーム５上に存在する半導体ウ
エハ２８（図示省略）上にパーティクルを落下させない
構成になされている。すなわち図２（ａ），（ｂ）に示
されているように、上記排気管１６，１７は、ロードロ
ック室６，７の一方の側壁６ａ，７ａにおける上方隅部
に各々接続されているとともに、パージガス供給管２
１，２２は、上記排気管１６，１７とほぼ対角の位置関
係にある底面６ｂ，７ｂの隅部に接続されている。した
がってパージガス供給管２１，２２により下方隅部側か
ら室内に導入された清浄ガスは、図２中の矢印Ａで示さ
れているように、ロードロック室６，７内をほぼ平均的
に通過しつつ上方隅部の排気管１６，１７から排出され
るように構成されている。

【００１５】なおこれら排気管１６，１７及びパージガ
ス供給管２１，２２は、上述したようにほぼ対角の位置
関係にあればどこでもよく、例えば排気管１６，１７が
取り付けられている側壁６ａ，７ａに対して、パージガ
ス供給管２１，２２を、これに対面している反対側の側
壁６ｃ，７ｃの下方隅部に取り付けるように構成するこ
とも可能である。

【００１６】上記パージガス供給管２１，２２のロード
ロック室６，７に対する接続開口部分には、供給窒素ガ
スの清浄度を高めるためのフィルタ２７が装着されてい
る。このフィルタ２７は、例えばステンレス（ＳＵＳ）
製の焼結体から形成されている。

【００１７】さらに上記ロードロック室６，７には、当
該ロードロック室６，７内の圧力と外部大気圧との圧力
差を検出する差圧計３０，３１がそれぞれ設けられてい
る。またこの差圧計３０，３１には、ロードロック室
６，７内の絶対圧を検知する圧力センサー３４，３５が
それぞれ付設されている。上記各差圧計３０，３１は、
室内外の被測定雰囲気を計器内に取り入れるためのイン
レットを一対備えており、これら一対のインレットのう
ちの一方側のインレットは、バルブ３２，３３を介して
ロードロック室６，７にそれぞれ連通接続されていると
ともに、他方側のインレットは、ロードロック室６，７
の室外大気に各々開放されている。本実施例における差
圧計３０，３１としては、大気圧の近傍領域例えば７０
０Ｔｏｒｒ前後の領域において、微小圧力例えば０．０
１ｋｇ／ｃｍ ^２以下の単位の圧力測定が可能なものが採
用されている。

【００１８】一方上記圧力センサー３４，３５は、ロー
ドロック室６，７内のみの圧力を測定するように構成さ
れており、コンベクトロンや圧力スイッチ等が採用され
ている。この圧力センサー３４，３５は、真空から大気
圧まで比較的広い測定可能範囲を有するものであるが、
従来技術の欄でも述べたように、測定精度はそれほど高
くはなく、しかも室外側の大気圧とは無関係に、ロード
ロック室６，７内の絶対圧のみを測定するものである。

【００１９】このような構成からなるエッチング装置に
よる処理動作を以下述べる。エッチング処理にあたって
は、まずセンダー１２から供給される半導体ウエハ２８
がロードロック室６内に搬入されるが、この半導体ウエ
ハ２８の搬入に先立って、ロードロック室６の常圧復帰
が以下のようにして実行される。

【００２０】まず所定の真空状態に維持されているロー
ドロック室６のエアーオペレーションバルブ２３が開に
なされ、パージガス供給管２１からパージ用の窒素ガス
がロードロック室６内に導入される。このときの窒素ガ
ス導入量は、排気能力や室内の容積によって異なるが、
真空状態から大気圧の状態に達するまでの時間やパーテ
ィクルの流れを考慮した微流量、例えば２〜６リットル
／分程度に設定される。このパージ用の窒素ガスを一挙
大量に供給すると、パーティクルを巻上げて汚染の原因
となってしまうからである。

【００２１】そしてこのパージ用の窒素ガスの導入と同
時に、排気管１６のエアーオペレーションバルブ１４
が、例えば数秒程度の間にわたって開状態になされる。
これにより導入当初の窒素ガスが、ロードロック室６内
に残存しているパーティクルとともに室外へ排除され
る。パーティクルの排除が終了すると、排気管１６のエ
アーオペレーションバルブ１４は閉じられる。

【００２２】パージ用の窒素ガスは、その後も引き続き
パージガス供給管２１からロードロック室６内に導入さ
れ続け、ロードロック室６内の圧力が室外側の大気圧に
近付けられていく。このとき真空状態から大気圧近傍に
至るロードロック室６内の圧力は、まず圧力センサー３
４によって測定される。この圧力センサー３４による測
定は、ロードロック室６内の圧力を、比較的粗い精度
で、しかも室外側の大気圧とは無関係の絶対圧を測定す
るものである。そしてロードロック室６内の圧力が大気
圧に近付いてくると、以下のような差圧計３０による測
定が開始される。

【００２３】すなわちパージ用の窒素ガスの導入によっ
て、ロードロック室６内の圧力が大気圧の近傍領域、例
えば７００Ｔｏｒｒ前後の領域まで昇圧されると、バル
ブ３２が開かれ、ロードロック室６内の雰囲気が差圧計
３０に導入される。これによりロードロック室６の室内
側圧力と室外側圧力である大気圧との差圧が、上記差圧
計３０によって高精度に測定される。そしてロードロッ
ク室６内の圧力が、大気圧に対して例えば０．０１ｋｇ
／ｃｍ ^２以下の微小圧力だけ高くなったことが上記差圧
計３０により測定されたら、それまでロードロック室６
内にパージ用の窒素ガスを導入していたパージガス供給
管２１のエアーオペレーションバルブ２３が閉塞され、
ロードロック室６の常圧復帰が終了する。

【００２４】このように差圧計３０を用いて、ロードロ
ック室６の室内外の差圧を測定することとすれば、従来
の圧力センサーよりも高精度の測定が可能になるととも
に、各々の環境条件によって外気圧が変動した場合で
も、ロードロック室６の室内外の圧力差の関係を、予定
した通りに常に設定することができる。

【００２５】以上のようにしてロードロック室６の常圧
復帰が終了すると、ロードロック室６のゲートバルブ１
０が開けられるが、このときには、上述したようにロー
ドロック室６内外における圧力差の関係が初期設定通り
に維持されている。より具体的には、本実施例ではロー
ドロック室６の室内側の圧力が、室外側の大気圧に対し
て微小圧力だけ高く設定されている。このためゲートバ
ルブ１０が開放されたときには、ロードロック室６の室
内側から室外側へ向かって極僅かな気流を生じ、これに
より塵埃微粒子（パーティクル）は、室外側へ排除され
るとともに、ゲートバルブ１０の開放に伴う音の発生は
最小限に抑えられる。

【００２６】ゲートバルブ１０が開放状態になされる
と、このゲートバルブ１０通してロードロック室６から
搬送アーム５が伸び、センダー１２から供給される半導
体ウエハ２８が搬送アーム５により把持され、ロードロ
ック室６内に取り込まれる。このとき上述したようにロ
ードロック室６内は、外部の圧力と同じほぼ大気圧状態
にある。ついでゲートバルブ１０が閉塞されてロードロ
ック室６内が気密状態になされた後、ロードロック室６
内が、真空処理室１の真空度より低い真空度まで真空排
気される。この真空状態下において半導体ウエハ２８
は、ゲートバルブ８を通して真空処理室１内に移送され
る。ゲートバルブ８が閉塞された後のロードロック室６
は、上述したと同様の手順で大気開放すなわち常圧復帰
が行われ、次の半導体ウエハ２８がロードロック室６内
に取り込まれる。

【００２７】半導体ウエハ２８が搬入された真空処理室
１では、ゲートバルブ８が閉塞され後に真空ポンプ４に
よる真空排気が急速に行われ、真空処理室１内が所定の
真空度に保たれる。そしてこの真空処理室１内で、高周
波電力によるプラズマエッチング処理が行われる。エッ
チング処理を終えた半導体ウエハ２８は、ロードロック
室７の搬送アーム５に把持されつつ、所定真空圧のロー
ドロック室７内に移送される。

【００２８】ついで所定の真空状態とされているロード
ロック室７のエアーオペレーションバルブ２４が開にな
され、パージガス供給管２２からパージ用の窒素ガスが
ロードロック室７内に導入される。そしてこのパージ用
の窒素ガスの導入と同時に、排気管１７側のエアーオペ
レーションバルブ１５が例えば数秒程度の間にわたって
開状態になされ、導入当初の窒素ガスが、ロードロック
室７内に残存しているパーティクルとともに室外へ排除
される。パーティクルの排除が終了すると、排気管１７
のエアーオペレーションバルブ１５は閉じられる。パー
ジ用の窒素ガスは、その後も引き続きパージガス供給管
２２からロードロック室７内に導入され続け、ロードロ
ック室７内の圧力が室外側の大気圧に近付けられてい
く。このときの真空状態から大気圧近傍に至るロードロ
ック室７内の圧力は、まず圧力センサー３５によって測
定される。この圧力センサー３５による測定は、ロード
ロック室７内の圧力を、比較的粗い精度で、しかも室外
の大気圧とは無関係の絶対圧を測定するものであるが、
ロードロック室７内の圧力が大気圧に近付くと、差圧計
３１による測定が開始される。

【００２９】すなわちパージ用の窒素ガスの導入によっ
て、ロードロック室７内の圧力が大気圧の近傍領域、例
えば７００Ｔｏｒｒ前後になされると、バルブ３３が開
かれて、ロードロック室７内の圧力と外部の圧力である
大気圧との差圧が、差圧計３１により高精度で測定開始
される。そしてロードロック室７内の圧力が、大気圧に
対して例えば０．０１ｋｇ／ｃｍ ^２以下の微小圧力だけ
高くなったことが上記差圧計３１により測定されたら、
それまでロードロック室７内にパージ用の窒素ガスを導
入していたパージガス供給管２２のエアーオペレーショ
ンバルブ２４が閉塞され、ロードロック室７の常圧復帰
が終了する。

【００３０】このように差圧計３１を用いて、ロードロ
ック室７内外の差圧を測定することとすれば、従来の圧
力センサーより高精度の測定が可能になるとともに、各
々の環境条件によって外気圧が変動した場合でも、ロー
ドロック室７内外の圧力差の関係を、常に予定した通り
に設定することができる。

【００３１】以上のようにしてロードロック室７の常圧
復帰が終了すると、ロードロック室７のゲートバルブ１
１が開けられ、搬送アーム５によって半導体ウエハ２８
がレシーバ１３に搬出される。

【００３２】本実施例では、差圧計３０，３１に対して
圧力センサー３４，３５を併用しつつ圧力測定を行って
いるため、ロードロック室６，７の相対圧を極めて円滑
に計測することができるが、圧力センサーを用いない実
施例も可能である。

【００３３】以上述べた実施例は、本発明をエッチング
装置に用いたものであるが、本発明はこれに限定するこ
となく、エピタキシャル成長、プラズマＣＶＤ、ＬＰＣ
ＶＤ、スパッタ、反応性イオンエッチング、真空蒸着、
イオン打込み、イオンビーム応用装置、電子ビーム応用
装置、分子線エピタキシ等の装置にも同様に適用するこ
とができ、さらに各種真空下で半導体ウエハやＬＣＤ基
板等の被処理物を取り扱う装置、その他種々の気密室を
有する全ての装置に対しても適用することができるもの
である。

【００３４】

【発明の効果】以上述べたように本発明によれば、気密
室のドア開放時における塵埃微粒子（パーティクル）の
舞い上がりを防止して被処理物の汚染を回避することが
できるとともに、気流によるドア開放音を極小に抑える
ことができる。また、気密室内の圧力が大気圧よりも微
小圧力だけ高い状態で気密室内を開放するので、室外側
へ向かって極僅かな気流を生じさせることができ、パー
ティクルを室外側へ排除することができる。更に、パー
ジガス導入開始直後のパージガスを気密室から所定の時
間だけ真空引きで排出することにより、気密室内の残留
しているパーティクルを室外へ排除することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明を適用したエッチング装置の構成を表し
た平面断面説明図である。

【図２】図１に表した装置に用いられているロードロッ
ク室の構成を表した側面断面説明図及び平面断面説明図
である。

【符号の説明】

１ 真空処理室 ６，７ ロードロック室 ２８ 半導体ウエハ ３０，３１ 差圧計 ３４，３５ 圧力センサー

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 差圧計と圧力センサーとを有する気密室
   内を常圧に復帰させて略大気圧に戻す気密室の常圧復帰
   方法において、前記圧力センサーを参照して前記気密室
   内に大気圧近傍までパージ用ガスを導入する工程と、前
   記気密室内の圧力が大気圧近傍まで近付いてきたことに
   応答し、前記差圧計に前記気密室内の雰囲気を導入して
   大気圧との差圧の検出を開始する工程と、前記差圧計を
   参照して前記気密室内の圧力が大気圧よりも微小圧力だ
   け高くなったことに応答して、前記パージ用ガスの供給
   を停止する工程とを備えたことを特徴とする気密室の大
   気圧復帰方法。
2. 【請求項２】 前記パージ用ガスを導入する工程では、
   前記パージ用ガスの導入開始直後の所定の時間は、前記
   気密室内へ導入されたパージ用ガスを前記気密室内から
   排出するようにしたことを特徴とする請求項１記載の気
   密室の大気圧復帰方法。