JP3173681B2 - 真空排気装置及びその方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、真空排気装置及びその
方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】半導体製造プロセスでは、エッチング、
アッシング、スパッタリング、イオン注入あるいは減圧
ＣＶＤなど種々の真空処理が行われる。この種の真空処
理装置においては、真空処理室内を一旦大気圧に戻して
しまうと真空排気に長い時間を要するため、真空処理室
に比べて容積の小さいロードロック室（真空予備室）を
真空処理室に接続し、このロードロック室のみを大気圧
に戻し、あるいは真空排気することでスループットを向
上させるようにしている。

【０００３】図６は従来のエッチング装置、特にロード
ロック室の構成を示す図であり、この例では、例えばエ
ッチングを行うための真空処理室１に、搬送アーム２１
を備えたロードロック室２がゲートバルブＧ１を介して
接続されている。前記ロードロック室２の底壁には、真
空排気手段２２及びバルブＶが介挿された排気管２３を
接続すると共に、清浄な気体例えば窒素ガスを供給する
ためのガス供給管２４が接続されており、またロードロ
ック室２の側壁には外部（大気圧雰囲気）との間を開閉
するゲートバルブＧ２が設けられている。

【０００４】このような構成のエッチング装置では、真
空処理室１を予め所定の真空度に維持してゲートバルブ
Ｇ１を閉じておき、半導体ウエハ（以下「ウエハ」とい
う。）を装置内に搬入、搬出するにあたってはロードロ
ック室２を通して行われる。そしてロードロック室２を
外部に開放するときには窒素ガスをガス供給管２４より
ロードロック室２内に供給して大気の室内への侵入を防
ぐと共に、常時真空排気手段２２を作動させておき、ウ
エハＷを搬入してゲートバルブＧ２を閉じた後バルブＶ
を開いてロードロック室２内を真空排気するようにして
いる。

【０００５】

【発明が解決しようとしている課題】ところでロードロ
ック室２内には、真空処理室１内でのエッチングで発生
した反応生成物や、ゲートバルブＧ１、Ｇ２や搬送アー
ム２１などの駆動部分から発生したパーティクルが多数
存在する。ここでロードロック室２の真空排気時には、
バルブＶの下流側（真空排気手段２２側）が減圧されて
いる状態でバルブＶを開くため、室内の気体が排気管２
３の接続端開口部に一気に引き寄せられて排気管２３内
に引き込まれ、しかもバルブＶの下流側と室内との圧力
差が大きいためバルブＶを開いた直後は図７に示すよう
に排気口を中心にして横に膨んだ曲面に沿って流れる大
きな乱気流が発生していた。この結果底面に堆積してい
るパーティクルＰが舞い上がってウエハに付着し、これ
により品質が低下して歩留まり低下の一要因になってい
た。

【０００６】またこのような乱気流の発生を抑えるため
にゆっくり排気できる機能をもったスローバルブも使用
されているが、この場合どの程度のスロー排気に設定し
たらよいのかを試行錯誤的に検討しなければならないの
で、設計が難しく、またスロー排気によってもやはり底
壁に沿った乱気流が発生するので、サブミクロンオーダ
のパーティクルＰの舞い上がりを抑えることは難しく、
高集積化の増大に伴ってサブミクロンオーダの微細加工
が要求されるデバイスに対しては、パーティクルの付着
に伴う歩留まりの低下を避けることが困難である。

【０００７】本発明は、このような事情のもとになされ
たものであり、その目的は、真空排気に伴うパーティク
ルの舞い上がりを抑えて、真空処理の被処理体の歩留ま
りを向上させることのできる真空排気装置及びその方法
を提供することを目的としている。

【０００８】

【発明を解決するための手段】本発明の装置は、真空処
理の被処理体が搬入される真空室内を排気管により略大
気圧から真空に排気する真空排気装置において、前記真
空室の底壁に設けられ、多数の微細な穴を備えた排気面
と、 この排気面を介して真空室内を真空排気する、バル
ブＶ１を備えた第１の排気管と、 前記真空室内を前記排
気面を介さずに直接真空排気する、バルブＶ２を備えた
第２の排気管と、 真空排気の初期段階に前記排気面を介
して第１の排気管から真空室内を真空排気し、真空室内
が所定の圧力になった後、前記真空室内を前記排気面を
介さずに直接第２の排気管から真空排気するように前記
バルブＶ１、Ｖ２を開閉制御する制御部と、を備えたこ
とを特徴とする。前記多数の微細な穴を備えた排気面は
例えば多孔質体である。また本発明は、前記第１の排気
管及び第２の排気管が前記バルブＶ１，Ｖ２の下流側に
て共通に接続される共通の排気管と、この共通の排気管
に上流側からこの順に設けられるバルブＶ３，タ−ボポ
ンプ及びロ−タリポンプと、前記バルブＶ３及びタ−ボ
ポンプを迂回し、バルブＶ４が設けられた迂回配管と、
を備え、制御部はバルブＶ１，Ｖ２，Ｖ３，Ｖ４を開閉
制御するように構成してもよい。

【０００９】本発明の方法は、真空処理の被処理体が搬
入される真空室内を排気管により略大気圧から真空に排
気する真空排気方法において、 真空排気の初期段階に、
前記真空室の底部に設けられた多数の微細な穴を備えた
排気面を介して第１の排気管から真空室内を真空排気す
る第１の工程と、 真空室内が所定の圧力になった後、前
記真空室内を前記排気面を介さずに直接第２の排気管か
ら真空排気する第２の工程と、を含むことを特徴とす
る。

【００１０】

【作用】排気面は多数の微細な穴を有しているのでコン
ダクタンスが大きく、従って排気管の管径に比べて排気
面を広くとることにより気体をこの排気面全体を通して
排気することができる。また多孔質体を真空室の底壁の
ほぼ全面に配置して、この多孔質体の裏面側から排気管
により真空排気すると、縦方向の流れが多孔質体の表面
全体に形成され、このためパーティクルの舞い上がりが
抑えられる。

【００１１】

【実施例】図１は、本発明を半導体ウエハの枚葉式のエ
ッチング装置に適用した実施例を示す図、図２はこの実
施例の要部を示す図であり、図６と同符号のものは同一
部分を示している。このエッチング装置は、上部及び下
部に夫々上部電極をなす処理ガス供給部１１及び下部電
極をなすウエハ載置台１２を備えると共に底壁に排気管
１３が接続された真空処理室１に、例えば真空処理の被
処理体であるウエハを搬入、搬出するためのロードロッ
ク室２がゲートバルブＧ１を介して接続されている。ロ
ードロック室としては例えば搬入用のもの、搬出用のも
のを別体として２個用いられることもあるが、この例で
は搬入、搬出を兼用しているものとして説明している。

【００１２】前記ロードロック室２内には、例えば多関
節ロボットよりなる搬送アーム２１が配設されると共
に、ロードロック室２の底部には、搬送アーム２１の支
持台２１ａを除いて底面全体に亘って、底壁２０との間
に通気室３１をなす空間を介して板状の多孔質体３が配
置されている。そしてこの多孔質体３は、ロードロック
室２の側壁及び前記支持台２１ａの外周面に気密に接合
されており、従って通気室３１はこの多孔質体３を介し
てのみロードロック室２内の雰囲気と連通することにな
る。前記多孔質体３は、例えば焼結体やグラスウールな
どよりなり、通気したときのコンダクタンスが適切な大
きさとなるように適宜厚さが設定される。

【００１３】前記ロードロック室３の底壁２０には、第
１の排気管４１が前記通気室３１に連通するように接続
されると共に、例えばロードロック室３の側壁には、第
２の排気管４２がロードロック室３内の雰囲気と直接連
通するように接続されており、これら排気管４１、４２
は、夫々バルブＶ１、Ｖ２を介して共通の排気管４に接
続されている。この排気管４には、真空排気手段をなす
ターボポンプ４３及びロータリポンプ４４が介挿されて
おり、ターボポンプ４３の吸引側にはバルブＶ３が設け
られると共に、ターボポンプ４３の両端にはバルブＶ４
を備えた迂回配管４５が接続されている。なお２４は、
図６で詳述したように例えば窒素ガスを供給するガス供
給管である。

【００１４】また前記バルブＶ１、Ｖ２の開閉制御を行
うための制御部５が設けられており、この制御部５は、
ロードロック室２内の圧力を検出する圧力検出部５１の
圧力検出値に応じて、バルブＶ１、Ｖ２の一方を選択し
て図示しないバルブの駆動部に開信号または閉信号を出
力する機能を有する。

【００１５】次に上述実施例の作用について述べる。先
ずゲートバルブＧ１を閉じておいて、真空処理室１内を
排気管１３により所定の真空度例えば１０-6Ｔｏｒｒ程
度の圧力まで真空排気しておく。そしてガス供給管２４
から窒素ガスをロードロック室２内に供給して陽圧状態
にしながら、ロードロック室２の外部側のゲートバルブ
Ｇ２を開き、搬送アーム２１により外部から処理前のウ
エハＷを当該ロードロック室２内に搬入し、ゲートバル
ブＧ２を閉じる。

【００１６】次いでバルブＶ２、Ｖ３を閉状態、バルブ
Ｖ１、Ｖ４を開状態とすることにより第１の排気管４１
を介して通気室３１内の圧力が急激に低下し、これによ
りロードロック室２内の気体（この場合は窒素ガス）
が、排気面である多孔質体３の表面全体に亘って吸引さ
れ、多孔質体３のコンダクタンスの大きさに応じた遅れ
をもってロードロック室２内の圧力が低下する。この圧
力が所定の値例えば約１ｍＴｏｒｒ〜１００Ｔｏｒｒに
なると、圧力検出部５１よりの検出信号にもとずいて制
御部５がバルブＶ１を閉じ、バルブＶ２を開き、その後
は第２の排気管４２により直接ロードロック室２内が真
空排気され、所定の圧力例えば１０-4〜-5Ｔｏｒｒにな
ったときにゲートバルブＧ１を開いて、搬送アーム２１
によりウエハＷを真空処理室１の載置台１２に受け渡
す。なおロードロック室２内が所定の圧力例えば１０-3
ＴｏｒｒになったときにバルブＶ４を閉じ、バルブＶ３
を開いてターボポンプ４３による排気も行われる。

【００１７】真空処理室１内では、処理ガス供給部（上
部電極）１１及び載置台１２（下部電極）間の電圧によ
り処理ガス供給部１１からの処理ガスをプラズマ化し、
このプラズマによりウエハＷの表面をエッチングする。
しかる後ゲートバルブＧ１を開いて、搬送アーム２１に
より処理後のウエハＷをロードロック室２内に搬入し、
ゲートバルブＧ１を閉じて、ガス供給管２３からの窒素
ガスによりロードロック室２内を常圧に戻した後当該ウ
エハＷが外部に搬出される。

【００１８】このような実施例によれば、ロードロック
室２内の真空排気初期に排気管４１内の圧力は急激に下
がるが、当該排気管４１とロードロック室２内の雰囲気
とは、底壁に沿って配置された多孔質体３により区画さ
れているため、ロードロック室２内の気流は図３に示す
ように上から多孔質体３の表面全体に向かうように形成
され、その表面に沿った横方向の流れが少ないため、
「従来例」の項で説明した図７と比較してもわかるよう
に、底部に堆積した、実施例では多孔質体３の表面に堆
積したパーティクルの舞い上がりが抑えられる。

【００１９】また多孔質体３を介して真空排気を行う場
合には、多孔質体３のコンダクタンスの大きさに応じて
排気速度が小さくなるが、この実施例では真空排気の初
期段階においてのみ多孔質体３を通じて排気し、所定の
圧力になった後は第２の排気管４２を通して高速に排気
しているので、真空排気に要する時間はそれ程長くなら
ず、スループットの低下が抑えられる。なお本発明者
は、真空排気初期の急激な圧力低下時にパーティクルの
舞い上がりが起こり、ある程度まで真空排気した後はパ
ーティクルの舞い上がりが全くあるいはほとんど起こら
ないことを把握しているので、上述実施例ではウエハに
対するパーティクルの付着を効果的に抑えることができ
る。

【００２０】以上において多孔質体３がロードロック室
３の底部を占める割合は、ロ−ドロック室の底部の全体
でなくともよいが、従来の排気管の開口面積よりは大き
くすることが必要である。具体的にはロードロック室３
の形状やウエハ上に形成されるデバイスの微細加工の程
度などに応じて適宜決定される。

【００２１】また上述の実施例では通気室３１を形成し
ているが、多孔質体３を直接底壁２０に接触させて、多
孔質体３の下面の例えば複数個所に排気管を直接接続し
てもよい。更にまた図４に示すように多孔質体３と通気
室３１とを備えた多孔質体ユニット７を、ロードロック
室２の底壁２０から上方に離れた位置にて、排気管４０
の端部に結合して設けてもよい。

【００２２】そしてまた本発明では、多数の微細な穴
（上述実施例では多孔質体３の空隙部に相当する）を備
えた排気面が排気管の吸引側に形成されていればよいの
で、上述のように多孔質体を用いる代りに微細な穴を多
数備えた例えば金属板を用いてもよい。

【００２３】ここで本発明は、図５に示すように、図示
しない真空排気手段に基端部側が接続された排気管６の
吸引側を例えば櫛歯状に複数分岐して、その分岐管６１
に針状の排気細管６２を多数植設し、この細管６２の先
端部を介してロードロック室２内を真空排気してもよ
い。このような構成では、排気口である微細な穴が多数
分散されているので、従来のように横に膨んだ曲面に沿
った大きな乱流の発生を抑えることができる上、排気細
管６２の先端がロードロック室２の底壁２０よりも高い
位置にあるので、真空排気時に形成される乱流が底壁か
ら離れ、従ってパーティクルの舞い上がりを効果的に抑
えることができる。

【００２４】更にまた図１、図２の実施例における多孔
質体３の代りに例えば金属よりなる通常の板状体を設
け、この板状体に前記排気細管６２を植設するようにし
てもよいし、あるいは、図５の実施例において分岐管６
１に排気細管６２を植設せずに多数の穴を形成するよう
にしてもよい。

【００２５】そして本発明の真空排気装置はロードロッ
ク室でなくとも真空処理室などの真空室に適用してもよ
いし、上述のような多孔質体３や排気細管６２は、真空
室の底壁に限らず例えば側壁に設けてもよいし、あるい
はまた底壁及び側壁に設けてもよい。なお本発明が適用
される真空処理装置としては、エッチング装置に限ら
ず、減圧ＣＶＤ装置、アッシング装置、イオン注入装置
あるいはスパッタ装置などに適用することができる。

【００２６】

【発明の効果】本発明によれば、排気面は多数の微細な
穴を有しているのでコンダクタンスが大きく、従って排
気管の管径に比べて排気面を広くとることにより気体を
この排気面全体を通して排気することができるため、排
気面の面積を真空室の大きさに応じて設定することによ
り、真空排気に伴う真空室内の乱流を抑えることがで
き、この結果パーティクルの舞い上がりを抑えることが
でき、被処理体の歩留まりを向上することができる。ま
た排気面を多孔質体により構成すれば、多孔質体のコン
ダクタンスが大きいことから広い排気面に亘って均一に
気体を吸引することができ、従って真空室内の乱流を効
果的に抑えることができ、排気面の製作が容易である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明を真空処理装置に適用した実施例を示す
全体構成図である。

【図２】図１の実施例の要部を示す斜視図である。

【図３】図１の実施例の作用を示す説明図である。

【図４】本発明の他の実施例の要部を示す断面図であ
る。

【図５】本発明の更に他の実施例の要部を示す斜視図で
ある。

【図６】従来の真空排気装置を適用した真空処理装置の
一例を示す縦断側面図である。

【図７】従来装置における真空排気の様子を示す説明図
である。

【符号の説明】

１ 真空処理装置 ２ ロードロック室 ３ 多孔質体 ３１ 通気室 ４１、４２ 排気管 ４３ ターボポンプ ４４ ロータリポンプ ５ 制御部 ６１ 分岐管 ６２ 排気細管 ７ 多孔質体ユニット

フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H01L 21/3065 B01J 3/02 C23C 14/56

Claims (5)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 真空処理の被処理体が搬入される真空室
   内を排気管により略大気圧から真空に排気する真空排気
   装置において、前記真空室の底壁に設けられ、多数の微細な穴を備えた
   排気面と、 この排気面を介して真空室内を真空排気する、バルブＶ
   １を備えた第１の排気管と、 前記真空室内を前記排気面を介さずに直接真空排気す
   る、バルブＶ２を備えた第２の排気管と、 真空排気の初期段階に前記排気面を介して第１の排気管
   から真空室内を真空排気し、真空室内が所定の圧力にな
   った後、前記真空室内を前記排気面を介さずに直接第２
   の排気管から真空排気するように前記バルブＶ１、Ｖ２
   を開閉制御する制御部と、を備えた ことを特徴とする真
   空排気装置。
2. 【請求項２】 前記多数の微細な穴を備えた排気面は多
   孔質体であることを特徴とする請求項１記載の真空排気
   装置。
3. 【請求項３】 前記第１の排気管及び第２の排気管が前
   記バルブＶ１，Ｖ２の下流側にて共通に接続される共通
   の排気管と、この共通の排気管に上流側からこの順に設
   けられるバルブＶ３，タ−ボポンプ及びロ−タリポンプ
   と、前記バルブＶ３及びタ−ボポンプを迂回し、バルブ
   Ｖ４が設けられた迂回配管と、を備え、制御部はバルブ
   Ｖ１，Ｖ２，Ｖ３，Ｖ４を開閉制御することを特徴とす
   る請求項１または２記載の真空排気装置。
4. 【請求項４】 真空処理の被処理体が搬入される真空室
   内を排気管により略大気圧から真空に排気する真空排気
   方法において、 真空排気の初期段階に、前記真空室の底部に設けられた
   多数の微細な穴を備えた排気面を介して第１の排気管か
   ら真空室内を真空排気する第１の工程と、 真空室内が所定の圧力になった後、前記真空室内を前記
   排気面を介さずに直接第２の排気管から真空排気する第
   ２の工程と、を含むことを特徴とする真空排気方法。
5. 【請求項５】 第１の工程は、第１の排気管に設けられ
   たバルブＶ１を開くと共に、第１の排気管及び第２の排
   気管が下流側にて共通化された配管に設けられたバルブ
   Ｖ４を開いて、ロ−タリポンプにより真空室内を排気す
   る工程であり、 第２の工程は、前記バルブＶ１を閉じ、第２の排気管に
   設けられたバルブＶ２を開くと共に、バルブＶ４を閉
   じ、このバルブＶ４に並列なバルブ３を開き、タ−ボポ
   ンプにより真空室内を排気する工程であることを特徴と
   する請求項４記載の真空排気方法。