JP3862263B2

JP3862263B2 - Vacuum processing apparatus and operation method thereof

Info

Publication number: JP3862263B2
Application number: JP2002226787A
Authority: JP
Inventors: 勤広木; 弘明佐伯
Original assignee: Tokyo Electron Ltd
Current assignee: Tokyo Electron Ltd
Priority date: 2002-08-05
Filing date: 2002-08-05
Publication date: 2006-12-27
Anticipated expiration: 2022-08-05
Also published as: JP2004071723A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、真空処理装置およびその運用方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体装置の製造においては、被処理体例えば半導体ウエハに例えば成膜処理やエッチング処理等の各種の処理を施す工程があり、これらの処理を実行する装置の一つとして真空処理装置が用いられている。この真空処理装置は、被処理体を収容して所定の処理を施す処理室、ロードロック室、搬送室などの真空室を備えている。
【０００３】
前記真空室を真空排気する際の真空排気時間の短縮を図り、延いてはスループットの向上を図るために、真空室に高真空ポンプと共にコールドトラップを設けた真空処理装置が提案されている（例えば、実開平２−１０２４６０号公報、特開平６−１０４１７８号公報等参照。）。前記コールドトラップは、真空室内の雰囲気中に含まれる水蒸気（水分）を凝縮捕捉することにより真空室内を真空排気するようになっている。
【０００４】
前記真空処理装置としては、真空室に開閉弁およびコールドトラップを順に介して高真空ポンプを設けた直列構造のものと、真空室に真空ポンプとコールドトラップとをそれぞれ開閉弁を介して設けた並列構造のものとがある。前記直列構造のものは必ずしも排気効率が良くなく、むしろ並列構造のもの方が高真空ポンプとコールドトラップのそれぞれの能力を引き出すことができ、排気効率が良い。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記並列構造のものにおいては、高真空ポンプ側とコールドトラップ側とで圧力に差が生じてしまう問題があった。このため、例えば、高真空ポンプによる真空排気に続いて、コールドトラップによる真空排気を行う場合、コールドトラップ側の圧力が高真空ポンプ側の圧力よりも高いと、コールドトラップの開閉弁を開にした時にコールドトラップ側から真空室内に向う気流が発生し、これによりパーティクルが巻上げられ、被処理体がパーティクルによって汚染される恐れがある。
【０００６】
また、真空室内に不活性ガス例えば窒素ガスＮ_２を導入しながら高真空ポンプにより真空排気を行って真空室内の圧力を一定に制御する、いわゆるブリード時には、不活性ガスを多量に必要とし、ランニングコストが多くかかるという問題があった。更に、真空室内を比較的高い圧力に維持しつつブリードを行う場合には、排気系に高価な圧力制御弁（ＡＰＣ）を用いなければならないという問題、及びターボ分子ポンプの吸気側の圧力が高いためターボ分子ポンプを使用できないという問題があった。更に、コールドトラップに凝縮捕捉された水蒸気をコールドトラップから脱離させてコールドトラップを再生する場合、コールドトラップから脱離した水蒸気を真空室経由で高真空ポンプにより排出しなけらばならず、このため、真空室内に水蒸気が付着する問題があった。
【０００７】
本発明は、前記事情を考慮してなされたもので、高真空ポンプ側とコールドトラップ側の圧力差をなくすことができ、圧力差に起因するパーティクルの巻上げおよび被処理体のパーティクル汚染を防止することができる真空処理装置およびその運用方法を提供することを目的とする。また、本発明の目的は、いわゆるブリード時の不活性ガスの使用量を削減することができ、ランニングコストの低減が図れる真空処理装置の運用方法を提供することにある。更に、本発明の目的は、真空室を経由せずにコールドトラップを直接真空引きして迅速且つ容易にコールドトラップを再生することができ、コールドトラップの再生時に真空室内に水蒸気が付着することが無い真空処理装置の運用方法を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明のうち、請求項１の発明は、被処理体を収容して所定の処理を施す処理室、ロードロック室、搬送室などの真空室を備えた真空処理装置において、前記真空室に高真空ポンプを有する第１の排気系と、コールドトラップを有する第２の排気系とをそれぞれ開閉弁を介して設け、第１の排気系の開閉弁と高真空ポンプの間および第２の排気系の開閉弁とコールドトラップの間にそれぞれ通気孔を設け、両通気孔を配管で連結したことを特徴とする。
【０００９】
請求項２の発明は、請求項１の真空処理装置において、前記第１の排気系の開閉弁を開、前記第２の排気系の開閉弁を閉にして前記真空室を高真空ポンプにより真空排気した後、前記第２の排気系の開閉弁を開にして真空室を高真空ポンプとコールドトラップにより真空排気することを特徴とする。
【００１０】
請求項３の発明は、請求項１の真空処理装置において、前記第１の排気系の開閉弁を閉、前記第２の排気系の開閉弁を開にし、前記真空室に不活性ガスを導入しながら、真空室内を前記配管経由で高真空ポンプにて排気することにより真空室内の圧力を一定に制御することを特徴とする。
【００１１】
請求項４の発明は、請求項１の真空処理装置において、前記第１の排気系の開閉弁および第２の排気系の開閉弁を共に閉にし、コールドトラップに凝縮捕捉された水蒸気を前記配管経由で高真空ポンプにて排出することによりコールドトラップを再生することを特徴とする。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の実施の形態を添付図面に基いて詳述する。図１は本発明の実施の形態を示す真空処理装置の平面構成図、図２は同真空処理装置における搬送室の断面図である。
【００１３】
図１には、真空処理装置の一例として、いわゆるマルチチャンバ型の真空処理装置１が示されている。この真空処理装置１は、被処理体例えば半導体ウエハｗを一枚ずつ収容して所定の処理例えば成膜処理、エッチング処理等を施す複数例えば４つの処理室２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄと、ウエハｗを各処理室２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄや後述のロードロック室３ａ，３ｂに搬送する搬送アーム機構４を有する搬送室５と、この搬送室５と大気圧の外部との間でウエハｗの出し入れを行うための例えば２つのロードロック室３ａ，３ｂとを備えている。
【００１４】
前記搬送室５は平面略六角形に形成されており、その外周の４つの面に処理室２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄがそれぞれゲートバルブＧ_１，Ｇ_２，Ｇ_３，Ｇ_４を介して接続されている。搬送室５の外周の他の２つの面には搬入用もしくは搬出用としてのロードロック室３ａ，３ｂがそれぞれゲートバルブＧ_５，Ｇ_６を介して接続されている。ロードロック室３ａ，３ｂの外部に臨んで形成されたウエハの出し入れ口にはこれを開閉するためのゲートバルブＧ_７，Ｇ_８が設けられている。
【００１５】
前記処理室２ａ〜２ｄ、搬送室５およびロードロック室３ａ，３ｂは所定の圧力に真空可能な真空室として形成されている。図２には、搬送室５に本発明を適用した実施例が示されている。搬送室５には例えば１０^−８Ｐａ程度に真空排気可能な高真空ポンプ例えばターボ分子ポンプ６を有する第１の排気系７と、例えば水蒸気（水分）の分圧を１０^−９Ｐａ程度に真空排気可能なコールドトラップ８を有する第２の排気系９とがそれぞれ開閉弁１０，１１を介して設けられている。
【００１６】
前記開閉弁１０，１１としては、構造の簡素化およびコストの低減等を図る上で、例えばバタフライ弁が好ましい。前記搬送室５の底部には２つの排気口１２，１３が設けられ、一方の排気口１２に開閉弁１０を介してターボ分子ポンプ６が連結され、他方の排気口１３に開閉弁１１を介してコールドトラップ８が連結されている。第１の排気系７において、ターボ分子ポンプ６の下流には例えば１．３×１０^−２Ｐａ程度に真空排気可能な補助ポンプ（粗引きポンプともいう）である低真空ポンプ例えばドライポンプ１４が管路１５を介して設けられている。
【００１７】
また、搬送室５をドライポンプ１４で直接低真空排気（粗引き）するために、搬送室５には管路１６を介して前記ドライポンプ１４を連結した第３の排気系１７が設けられている。なお、両管路１５，１６とが合流して共通のドライポンプ１４に接続されている。管路１５，１６には切替弁１８，１９がそれぞれ設けられている。
【００１８】
前記コールドトラップ８は、前記開閉弁１１の弁室１１ａに連通接続されたトラップ室８ａと、このトラップ室８ａ内に設けられた冷却板８ｂと、この冷却板８ｂに冷媒管８ｃを介して冷媒を循環供給する冷凍機８ｄとから主に構成されている。冷却板８ｂは熱交換器からなり、冷凍機８ｄは冷媒を圧送するコンプレッサや熱交換器等を備えている。冷凍機側８ｄの熱交換器を凝縮器とし、冷却板８ｂ側の熱交換器を蒸発器として用いることにより冷却板８ｄを冷やし、雰囲気中の水蒸気を凝縮（凍結）捕捉して搬送室５内を真空排気することができる。逆に冷媒の流れ方向を切替え、冷凍機８ｄ側の熱交換器を蒸発器とし、冷却板８ｂ側の熱交換器を凝縮器として用いることにより冷却板８ｂを加熱し、冷却板８ｂに凝縮捕捉されている薄氷状態の水蒸気を気化（昇華）させてコールドトラップ８を再生することができる。
【００１９】
第１の排気系７の開閉弁１０とターボ分子ポンプ６の間および第２の排気系９の開閉弁１１とコールドトラップ８の間には、それぞれ通気孔２０，２１が設けられ、これら両通気孔２０，２１が細い配管２２で連結されている。すなわち、前記第１の排気系７の開閉弁１０とターボ分子ポンプ６の間の管路２３、および第２の排気系９の開閉弁１１とコールドトラップ８の間の管路２４に、通気孔２０，２１がそれぞれ設けられ、これら通気孔２０，２１が配管２２を介して連通接続されている。配管２２は内径が１０〜２５ｍｍ程度の細管であることがいわゆるブリード時のコンダクタンスを低くして不活性ガス例えば窒素ガスＮ_２の流量を節約する上で好ましい。搬送室５には不活性ガス例えばＮ_２を導入するためのガス導入管２５が接続され、このガス導入管２５には開閉弁２６が設けられている。また、管路２３，２４の内径（それぞれターボ分子ポンプ６の吸気口の径、及びトラップ室８ａの径と略等しい）は１００〜４００ｍｍ程度であり、配管２２は管路２３，２４よりも細く、断面積比で１／１６〜１／１６００程度となっている。
【００２０】
以上の構成からなる真空処理装置１によれば、被処理体例えば半導体ウエハｗを収容して所定の処理を施す処理室２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄ、ロードロック室３，３ｂ、搬送室５などの真空室を備え、前記真空室例えば搬送室５に高真空ポンプ例えばターボ分子ポンプ６を有する第１の排気系７と、コールドトラップ８を有する第２の排気系９とをそれぞれ開閉弁１０，１１を介して設け、第１の排気系７の開閉弁１０とターボ分子ポンプ６の間および第２の排気系９の開閉弁１１とコールドトラップ８の間にそれぞれ通気孔２０，２１を設け、両通気孔２０，２１を細い配管２２で連結しているため、ターボ分子ポンプ６側とコールドトラップ８側の圧力差をなくすことができ、圧力差に起因するパーティクルの巻上げおよび半導体ウエハｗのパーティクル汚染を防止することができる。
【００２１】
前記真空処理装置１において、真空室例えば搬送室５内を真空にする場合には、前記第１の排気系７の開閉弁１０を開、前記第２の排気系９の開閉弁１１を閉にして搬送室５をターボ分子ポンプ６により真空排気した後、前記第２の排気系９の開閉弁１１を開にして真空室をターボ分子ポンプ６とコールドトラップ８により真空排気する。この場合、コールドトラップ８は、冷凍機８ｄ側から冷却板８ｂに冷媒が循環されて冷却板８ｂが冷却された稼働状態（運転状態）とされ、冷却板８ｂの温度を７０〜１４０Ｋ、好ましくは１００Ｋ程度に設定し、搬送室５内の雰囲気中の水分（水蒸気）を冷却板８ｂにより凝縮捕捉することによって搬送室５内を真空排気することにより搬送室内の真空度を高めている。
【００２２】
なお、大気圧の状態から直接ターボ分子ポンプ６により真空排気することが困難な場合には、一つの方法として、両開閉弁１０，１１および切替弁１８を閉、第３の排気系１７の切替弁１９を開にし、ドライポンプ１４により搬送室５内を所定の圧力まで粗引きしてから、切替弁１９を閉、切替弁１８および開閉弁１０を開にしてターボ分子ポンプ６の駆動に切替えれば良い。他の方法として、第２の排気系９の開閉弁１１および第３の排気系１７の切替弁１９を閉、第１の排気系７の開閉弁１０および切替弁１８を開にした状態で、ドライポンプ１４のみを駆動して粗引きした後、ターボ分子ポンプ６の駆動に切替えるようにしても良い。
【００２３】
第１の排気系７のターボ分子ポンプ６による真空排気時においても第２の排気系９のコールドトラップ８側が配管２２を介してターボ分子ポンプ６により真空排気されているため、ターボ分子ポンプ６側とコールドトラップ８側の圧力差をなくすことができ、コールドトラップ８側の開閉弁１１を開にした時に、コールドトラップ８側から搬送室５内に圧力差による気流は発生せず、パーティクルの巻上げを生じることがなく、従って、半導体ウエハｗのパーティクル汚染を防止することができる。
【００２４】
一方、搬送室５内の圧力を一定に制御するいわゆるブリード時には前記第１の排気系７の開閉弁１０を閉、前記第２の排気系９の開閉弁１１を開にし、前記搬送室５にガス導入管２５から不活性ガス例えばＮ_２を導入しながら、搬送室５内を前記配管２２経由でターボ分子ポンプ６にて排気することにより搬送室５内を一定の圧力に制御（維持）する。この場合、前記配管２２は管径が細くてコンダクタンスが低いため、圧力制御弁（ＡＰＣ）を用いずに搬送室５内の圧力を略一定に維持することができると共に、ブリード時の不活性ガス例えばＮ_２の使用量を削減することができ、ランニングコストの低減が図れる。また、排気コンダクタンスの小さい前記配管２２を介して排気しているので、圧力制御弁（ＡＰＣ）を用いなくても搬送室５内を比較的高い圧力に維持しつつブリードを行うことができる。また、その場合、ターボ分子ポンプ６の吸気側の圧力を低く保つことができるので、ターボ分子ポンプ６を使用してブリードを行うことができる。
【００２５】
換言すれば、本実施の形態の真空処理装置１においては、圧力調節が可能な高価格な弁（圧力制御弁）を使用せず、低価格な開閉弁１０，１１例えばバタフライ弁の使用を前提としている。特に、バタフライ弁の採用により、装置のコンパクト化およびコストの低減が図れ、また、バタフライ弁はシール部（Ｏリング）の数が少ないため、脱ガスも少ない。そして、前記配管２２を細くすることで、ブリード時に配管２２経由で排気することにより、圧力制御弁を使用しなくても搬送室５内の圧力を一定に制御することが可能となり、且つ不活性ガスの流量ないし使用量を節約することが可能となる。なお、このブリード時には、通常、コールドトラップ８は稼働されているが、停止されていても良い。前記真空処理装置１においては、開閉弁１０，１１および切替弁１９を閉にした状態でガス導入管２５から不活性ガスを導入することにより搬送室５内を大気圧に戻すことができる。
【００２６】
前記コールドトラップ８は、長時間稼働していると、冷却板８ｂに霜が付き過ぎて真空排気能力が低下するため、定期的に冷却板８ｂを加熱することにより水蒸気を脱離させて再生する必要がある。コールドトラップ８を再生する場合には、前記第１の排気系７の開閉弁１０および第２の排気系９の開閉弁１１を共に閉にし、コールドトラップ８の冷却板８ｂに凝縮捕捉された水蒸気（氷の状態）を加熱により気化（昇華）させて前記配管２２経由でターボ分子ポンプ６にて排出する。このように搬送室５を経由せずにコールドトラップ８を直接真空引きして再生するため、コールドトラップ８を迅速且つ容易に再生することができると共に、コールドトラップ８からの水蒸気が搬送室５内に付着したり、搬送室５内がコールドトラップ８からの水蒸気で汚染されることが無い。
【００２７】
以上、本発明の実施の形態を図面により詳述してきたが、本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲での種々の設計変更等が可能である。例えば、真空処理装置としては、マルチチャンバ型が好ましいが、単一チャンバ型であっても良い。また、搬送室内に導入するガスとしては、不活性ガスが好ましいが、不活性ガスに代えて、被処理体の自然酸化膜の形成を抑制し得る低露点のドライエアを用いることが可能である。更に、本発明は真空処理装置における搬送室以外に、真空処理装置における処理室やロードロック室にも勿論適用可能である。また、コールドトラップと高真空ポンプとを連通する配管には弁を設け、配管を通る気体の流量を調整できるようにしても良い。
【００２８】
【発明の効果】
以上要するに本発明によれば、次のような効果を奏することができる。
【００２９】
（１）請求項１の発明によれば、被処理体を収容して所定の処理を施す処理室、ロードロック室、搬送室などの真空室を備えた真空処理装置において、前記真空室に高真空ポンプを有する第１の排気系と、コールドトラップを有する第２の排気系とをそれぞれ開閉弁を介して設け、第１の排気系の開閉弁と高真空ポンプの間および第２の排気系の開閉弁とコールドトラップの間にそれぞれ通気孔を設け、両通気孔を配管で連結しているため、高真空ポンプ側とコールドトラップ側の圧力差をなくすことができ、圧力差に起因するパーティクルの巻上げおよび被処理体のパーティクル汚染を防止することができる。
【００３０】
（２）請求項２の発明によれば、請求項１の真空処理装置において、前記第１の排気系の開閉弁を開、前記第２の排気系の開閉弁を閉にして前記真空室を高真空ポンプにより真空排気した後、前記第２の排気系の開閉弁を開にして真空室を高真空ポンプとコールドトラップにより真空排気するため、高真空ポンプ側とコールドトラップ側の圧力差をなくすことができ、圧力差に起因するパーティクルの巻上げおよび被処理体のパーティクル汚染を防止することができる。
【００３１】
（３）請求項３の発明によれば、請求項１の真空処理装置において、前記第１の排気系の開閉弁を閉、前記第２の排気系の開閉弁を開にし、前記真空室に不活性ガスを導入しながら、真空室内を前記配管経由で高真空ポンプにて排気することにより真空室内の圧力を一定に制御するため、いわゆるブリード時の不活性ガスの使用量を削減することができ、ランニングコストの低減が図れる。
【００３２】
（４）請求項４の発明によれば、請求項１の真空処理装置において、前記第１の排気系の開閉弁および第２の排気系の開閉弁を共に閉にし、コールドトラップに凝縮捕捉された水蒸気を前記配管経由で高真空ポンプにて排出することによりコールドトラップを再生するため、真空室を経由せずにコールドトラップを直接真空引きして迅速且つ容易にコールドトラップを再生することができ、コールドトラップの再生時に真空室内に水蒸気が付着することが無い。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態を示す真空処理装置の平面構成図である。
【図２】同真空処理装置における搬送室の断面図である。
【符号の説明】
ｗ半導体ウエハ（被処理体）
１真空処理装置
２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄ処理室
３ａ，３ｂロードロック室
５搬送室（真空室）
６ターボ分子ポンプ（高真空ポンプ）
７第１の排気系
８コールドトラップ
９第２の排気系
１０，１１開閉弁
２０，２１通気孔
２２配管[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a vacuum processing apparatus and an operation method thereof.
[0002]
[Prior art]
In the manufacture of semiconductor devices, there are processes for subjecting an object to be processed, such as a semiconductor wafer, to various processes such as a film forming process and an etching process, and a vacuum processing apparatus is used as one of apparatuses for performing these processes. Yes. This vacuum processing apparatus includes vacuum chambers such as a processing chamber, a load lock chamber, and a transfer chamber that accommodate a target object and perform predetermined processing.
[0003]
In order to shorten the evacuation time when evacuating the vacuum chamber and to improve the throughput, a vacuum processing apparatus having a cold trap and a high vacuum pump in the vacuum chamber has been proposed (for example, (See Japanese Utility Model Laid-Open No. 2-102460, Japanese Patent Laid-Open No. 6-104178, etc.). The cold trap evacuates the vacuum chamber by condensing and capturing water vapor (moisture) contained in the atmosphere of the vacuum chamber.
[0004]
Examples of the vacuum processing apparatus include a series structure in which a high vacuum pump is provided in a vacuum chamber through an on-off valve and a cold trap in order, and a parallel arrangement in which a vacuum pump and a cold trap are provided in the vacuum chamber through an on-off valve, respectively. There is a thing of structure. The serial structure is not necessarily good in exhaust efficiency, but the parallel structure can draw out the capabilities of the high vacuum pump and the cold trap, and the exhaust efficiency is good.
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
However, the parallel structure has a problem that a difference in pressure occurs between the high vacuum pump side and the cold trap side. For this reason, for example, when evacuating with a cold trap following evacuation with a high vacuum pump, if the pressure on the cold trap side is higher than the pressure on the high vacuum pump side, the open / close valve of the cold trap is opened. Sometimes an air flow from the cold trap side into the vacuum chamber is generated, which may cause particles to be wound up and contaminate the object to be processed.
[0006]
Further, a vacuum is exhausted by a high vacuum pump while introducing an inert gas such as nitrogen gas N ₂ into the vacuum chamber, and the pressure in the vacuum chamber is controlled to be constant. There was a problem that the cost was high. Furthermore, when performing bleed while maintaining a relatively high pressure in the vacuum chamber, there is a problem that an expensive pressure control valve (APC) must be used in the exhaust system, and the pressure on the intake side of the turbo molecular pump is high. Therefore, there was a problem that the turbo molecular pump could not be used. Furthermore, when water vapor condensed and captured in the cold trap is desorbed from the cold trap and the cold trap is regenerated, the water vapor desorbed from the cold trap must be discharged by a high vacuum pump via the vacuum chamber. Therefore, there is a problem that water vapor adheres to the vacuum chamber.
[0007]
The present invention has been made in view of the above circumstances, can eliminate the pressure difference between the high vacuum pump side and the cold trap side, and prevents the particle winding of the workpiece and the particle contamination of the workpiece due to the pressure difference. It is an object of the present invention to provide a vacuum processing apparatus that can be used and an operation method thereof. Another object of the present invention is to provide a method of operating a vacuum processing apparatus that can reduce the amount of inert gas used during so-called bleed and can reduce running costs. Furthermore, the object of the present invention is to directly evacuate the cold trap without going through the vacuum chamber, and to quickly and easily regenerate the cold trap, and when the cold trap is regenerated, water vapor adheres to the vacuum chamber. It is to provide a method of operating a vacuum processing apparatus that does not exist.
[0008]
[Means for Solving the Problems]
Among the present inventions, the invention of claim 1 is a vacuum processing apparatus having a vacuum chamber, such as a processing chamber, a load lock chamber, a transfer chamber, etc., which accommodates an object to be processed and performs a predetermined processing. A first exhaust system having a vacuum pump and a second exhaust system having a cold trap are provided via an on-off valve, respectively, between the on-off valve of the first exhaust system and the high vacuum pump, and the second exhaust system. A vent hole is provided between each on-off valve and the cold trap, and both the vent holes are connected by piping.
[0009]
According to a second aspect of the present invention, in the vacuum processing apparatus according to the first aspect, the on-off valve of the first exhaust system is opened, the on-off valve of the second exhaust system is closed, and the vacuum chamber is evacuated by a high vacuum pump. After evacuation, the on-off valve of the second exhaust system is opened and the vacuum chamber is evacuated by a high vacuum pump and a cold trap.
[0010]
According to a third aspect of the present invention, in the vacuum processing apparatus of the first aspect, the on-off valve of the first exhaust system is closed, the on-off valve of the second exhaust system is opened, and an inert gas is introduced into the vacuum chamber. On the other hand, the pressure in the vacuum chamber is controlled to be constant by evacuating the vacuum chamber through the pipe with a high vacuum pump.
[0011]
According to a fourth aspect of the present invention, in the vacuum processing apparatus of the first aspect, the on-off valve of the first exhaust system and the on-off valve of the second exhaust system are both closed, and the water vapor condensed and captured by the cold trap is supplied to the pipe. The cold trap is regenerated by discharging it via a high vacuum pump.
[0012]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. FIG. 1 is a plan view of a vacuum processing apparatus showing an embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a sectional view of a transfer chamber in the vacuum processing apparatus.
[0013]
FIG. 1 shows a so-called multi-chamber type vacuum processing apparatus 1 as an example of a vacuum processing apparatus. The vacuum processing apparatus 1 includes a plurality of, for example, four processing chambers 2a, 2b, 2c, and 2d in which predetermined objects such as semiconductor wafers w are accommodated one by one and subjected to predetermined processes such as film formation and etching, and wafers. A wafer w between a transfer chamber 5 having a transfer arm mechanism 4 for transferring w to each processing chamber 2a, 2b, 2c, 2d and load lock chambers 3a, 3b, which will be described later, and between the transfer chamber 5 and the outside of the atmospheric pressure. For example, two load lock chambers 3a and 3b are provided.
[0014]
The transfer chamber 5 is formed in a substantially hexagonal plane, and processing chambers 2a, 2b, 2c, and 2d are connected to _four surfaces on the outer periphery thereof through gate valves G ₁ , G ₂ , G ₃ , and G ₄ , respectively. Has been. Load lock chambers 3a of the other two sides of the outer periphery of the transfer chamber 5 for the loading or unloading, 3b are connected via a gate valve G _5, G _6. Gate valves G ₇ and G ₈ for opening and closing the wafer are provided at the entrance and exit of the wafer formed facing the outside of the load lock chambers 3a and 3b.
[0015]
The processing chambers 2a to 2d, the transfer chamber 5, and the load lock chambers 3a and 3b are formed as vacuum chambers that can be evacuated to a predetermined pressure. FIG. 2 shows an embodiment in which the present invention is applied to the transfer chamber 5. In the transfer chamber 5, for example, a first exhaust system 7 having a high vacuum pump capable of evacuating to about 10 ⁻⁸ Pa, for example, a turbo molecular pump 6, and a partial pressure of water vapor (water), for example, to about 10 ⁻⁹ Pa are vacuumed. A second exhaust system 9 having a cold trap 8 that can be exhausted is provided via on-off valves 10 and 11, respectively.
[0016]
The on-off valves 10 and 11 are preferably butterfly valves, for example, in order to simplify the structure and reduce costs. Two exhaust ports 12, 13 are provided at the bottom of the transfer chamber 5, and the turbo molecular pump 6 is connected to one exhaust port 12 via an opening / closing valve 10, and the other exhaust port 13 is connected via an opening / closing valve 11. The cold trap 8 is connected. In the first exhaust system 7, a low vacuum pump, such as a dry pump 14, which is an auxiliary pump (also referred to as a roughing pump) that can be evacuated to about 1.3 × 10 ⁻² Pa, for example, is provided downstream of the turbo molecular pump 6. A line 15 is provided.
[0017]
Further, in order to directly evacuate (roughly) the transfer chamber 5 with the dry pump 14, the transfer chamber 5 is provided with a third exhaust system 17 connected to the dry pump 14 through a pipe line 16. Yes. Both pipes 15 and 16 merge and are connected to a common dry pump 14. Switching valves 18 and 19 are provided in the pipelines 15 and 16, respectively.
[0018]
The cold trap 8 includes a trap chamber 8a connected to the valve chamber 11a of the on-off valve 11, a cooling plate 8b provided in the trap chamber 8a, and a refrigerant pipe 8c connected to the cooling plate 8b. Is mainly composed of a refrigerator 8d that circulates and supplies air. The cooling plate 8b includes a heat exchanger, and the refrigerator 8d includes a compressor, a heat exchanger, and the like that pump the refrigerant. By using the heat exchanger on the refrigerator side 8d as a condenser and the heat exchanger on the cooling plate 8b side as an evaporator, the cooling plate 8d is cooled, and water vapor in the atmosphere is condensed (frozen) and trapped in the transfer chamber 5 Can be evacuated. Conversely, the flow direction of the refrigerant is switched, the heat exchanger on the refrigerator 8d side is used as an evaporator, and the heat exchanger on the cooling plate 8b side is used as a condenser, whereby the cooling plate 8b is heated and condensed and trapped on the cooling plate 8b. The cold trap 8 can be regenerated by evaporating (sublimating) the water vapor in the thin ice state.
[0019]
Vent holes 20 and 21 are provided between the on-off valve 10 of the first exhaust system 7 and the turbo molecular pump 6 and between the on-off valve 11 of the second exhaust system 9 and the cold trap 8, respectively. The pores 20 and 21 are connected by a thin pipe 22. That is, a vent hole is formed in the conduit 23 between the on-off valve 10 of the first exhaust system 7 and the turbo molecular pump 6 and the conduit 24 between the on-off valve 11 of the second exhaust system 9 and the cold trap 8. 20 and 21 are provided, and the vent holes 20 and 21 are connected to each other via a pipe 22. Pipe 22 is preferable in terms of inner diameter is to save the flow of the low conductance inert gas such as nitrogen gas N ₂ at a so-called bleeding is a narrow tube of about 10 to 25 mm. A gas introduction pipe 25 for introducing an inert gas such as N ₂ is connected to the transfer chamber 5, and an open / close valve 26 is provided in the gas introduction pipe 25. Further, the inner diameters of the pipe lines 23 and 24 (each of which is approximately equal to the diameter of the intake port of the turbo molecular pump 6 and the diameter of the trap chamber 8a) are about 100 to 400 mm, and the pipe 22 is narrower than the pipe lines 23 and 24. The cross-sectional area ratio is about 1/16 to 1/1600.
[0020]
According to the vacuum processing apparatus 1 having the above-described configuration, the processing chambers 2a, 2b, 2c, 2d, the load lock chambers 3, 3b, the transfer chamber 5, etc., which accommodate a target object, for example, a semiconductor wafer w, and perform a predetermined processing. A first exhaust system 7 having a high vacuum pump such as a turbo molecular pump 6 in a vacuum chamber such as a transfer chamber 5 and a second exhaust system 9 having a cold trap 8. 11, vent holes 20 and 21 are provided between the on-off valve 10 of the first exhaust system 7 and the turbo molecular pump 6 and between the on-off valve 11 of the second exhaust system 9 and the cold trap 8, respectively. Since both the vent holes 20 and 21 are connected by the thin pipe 22, the pressure difference between the turbo molecular pump 6 side and the cold trap 8 side can be eliminated, and the particle winding and semiconductor wafer w caused by the pressure difference can be eliminated. It is possible to prevent particle contamination.
[0021]
In the vacuum processing apparatus 1, when a vacuum chamber, for example, the inside of the transfer chamber 5 is evacuated, the on-off valve 10 of the first exhaust system 7 is opened and the on-off valve 11 of the second exhaust system 9 is closed. After the transfer chamber 5 is evacuated by the turbo molecular pump 6, the on-off valve 11 of the second exhaust system 9 is opened, and the vacuum chamber is evacuated by the turbo molecular pump 6 and the cold trap 8. In this case, the cold trap 8 is in an operating state (operating state) in which the refrigerant is circulated from the refrigerator 8d side to the cooling plate 8b to cool the cooling plate 8b, and the temperature of the cooling plate 8b is 70 to 140K, preferably The degree of vacuum in the transfer chamber is increased by evacuating the transfer chamber 5 by condensing and capturing moisture (water vapor) in the atmosphere in the transfer chamber 5 by the cooling plate 8b.
[0022]
If it is difficult to evacuate directly from the atmospheric pressure state by the turbo molecular pump 6, one of the methods is to close both the on-off valves 10 and 11 and the switching valve 18 and switch the third exhaust system 17. The valve 19 is opened, and the inside of the transfer chamber 5 is roughly pulled down to a predetermined pressure by the dry pump 14. Then, the switching valve 19 is closed, the switching valve 18 and the opening / closing valve 10 are opened, and the turbo molecular pump 6 is switched to drive. Just do it. As another method, with the on-off valve 11 of the second exhaust system 9 and the switching valve 19 of the third exhaust system 17 closed, the on-off valve 10 and the switching valve 18 of the first exhaust system 7 are opened, After driving only the dry pump 14 and roughing, it may be switched to driving the turbo molecular pump 6.
[0023]
Even during vacuum evacuation by the turbo molecular pump 6 of the first exhaust system 7, the cold trap 8 side of the second exhaust system 9 is evacuated by the turbo molecular pump 6 through the pipe 22, so the turbo molecular pump 6 side And the pressure difference between the cold trap 8 and the open / close valve 11 on the cold trap 8 side is opened, and no air flow is generated in the transfer chamber 5 from the cold trap 8 side. Therefore, particle contamination of the semiconductor wafer w can be prevented.
[0024]
On the other hand, at the time of so-called bleed for controlling the pressure in the transfer chamber 5 at a constant level, the on-off valve 10 of the first exhaust system 7 is closed, the on-off valve 11 of the second exhaust system 9 is opened, and the transfer chamber 5 is opened. The inside of the transfer chamber 5 is controlled (maintained) at a constant pressure by exhausting the inside of the transfer chamber 5 through the pipe 22 by the turbo molecular pump 6 while introducing an inert gas such as N ₂ from the gas introduction pipe 25. . In this case, since the pipe 22 has a small pipe diameter and low conductance, the pressure in the transfer chamber 5 can be maintained substantially constant without using a pressure control valve (APC), and the inert gas during bleed can be maintained. For example, the amount of N ₂ used can be reduced, and the running cost can be reduced. Further, since the exhaust is conducted through the pipe 22 having a small exhaust conductance, the bleed can be performed while maintaining the inside of the transfer chamber 5 at a relatively high pressure without using a pressure control valve (APC). In this case, since the pressure on the intake side of the turbo molecular pump 6 can be kept low, bleeding can be performed using the turbo molecular pump 6.
[0025]
In other words, the vacuum processing apparatus 1 of the present embodiment is based on the premise that low-cost on-off valves 10 and 11 such as butterfly valves are used without using expensive valves (pressure control valves) capable of adjusting pressure. It is said. In particular, the use of the butterfly valve can reduce the size of the apparatus and reduce the cost. Also, since the butterfly valve has a small number of seal parts (O-rings), degassing is also small. By narrowing the pipe 22 and exhausting it through the pipe 22 at the time of bleed, the pressure in the transfer chamber 5 can be controlled to be constant without using a pressure control valve, and inactive. It is possible to save the gas flow rate or usage. During this bleed, the cold trap 8 is normally operated, but may be stopped. In the vacuum processing apparatus 1, the inside of the transfer chamber 5 can be returned to atmospheric pressure by introducing an inert gas from the gas introduction pipe 25 with the on-off valves 10 and 11 and the switching valve 19 being closed.
[0026]
When the cold trap 8 is operated for a long time, the cooling plate 8b is excessively frosted and the evacuation capacity is lowered. Therefore, the cooling plate 8b is periodically heated to desorb and regenerate the water vapor. There is a need. When regenerating the cold trap 8, the on-off valve 10 of the first exhaust system 7 and the on-off valve 11 of the second exhaust system 9 are both closed, and the water vapor condensed and captured by the cooling plate 8 b of the cold trap 8. The (ice state) is vaporized (sublimated) by heating and discharged by the turbo molecular pump 6 via the pipe 22. Since the cold trap 8 is directly evacuated and regenerated without passing through the transfer chamber 5 in this way, the cold trap 8 can be quickly and easily regenerated, and water vapor from the cold trap 8 is transferred into the transfer chamber 5. And the inside of the transfer chamber 5 is not contaminated with water vapor from the cold trap 8.
[0027]
Although the embodiments of the present invention have been described in detail with reference to the drawings, the present invention is not limited to the above-described embodiments, and various design changes and the like can be made without departing from the scope of the present invention. is there. For example, the vacuum processing apparatus is preferably a multi-chamber type, but may be a single chamber type. In addition, an inert gas is preferable as the gas introduced into the transfer chamber, but it is possible to use dry air having a low dew point that can suppress the formation of a natural oxide film of the object to be processed instead of the inert gas. Further, the present invention is naturally applicable to a processing chamber and a load lock chamber in a vacuum processing apparatus in addition to a transfer chamber in a vacuum processing apparatus. Further, a valve may be provided in the pipe that communicates the cold trap and the high vacuum pump so that the gas flow rate through the pipe can be adjusted.
[0028]
【The invention's effect】
In short, according to the present invention, the following effects can be obtained.
[0029]
(1) According to the first aspect of the present invention, in a vacuum processing apparatus having a vacuum chamber such as a processing chamber, a load lock chamber, or a transfer chamber that accommodates an object to be processed and performs predetermined processing, A first exhaust system having a vacuum pump and a second exhaust system having a cold trap are provided via an on-off valve, respectively, between the on-off valve of the first exhaust system and the high vacuum pump, and the second exhaust system. A vent is provided between the open / close valve and the cold trap, and both vents are connected by piping, eliminating the pressure difference between the high vacuum pump side and the cold trap side. And particle contamination of the object to be processed can be prevented.
[0030]
(2) According to the invention of claim 2, in the vacuum processing apparatus of claim 1, the vacuum chamber is opened by opening the first exhaust system on-off valve and closing the second exhaust system on-off valve. After evacuating with a high vacuum pump, the on-off valve of the second exhaust system is opened and the vacuum chamber is evacuated with a high vacuum pump and a cold trap, eliminating the pressure difference between the high vacuum pump side and the cold trap side. Thus, it is possible to prevent the particles from being wound up and the particles of the object to be processed due to the pressure difference.
[0031]
(3) According to the invention of claim 3, in the vacuum processing apparatus of claim 1, the on-off valve of the first exhaust system is closed, the on-off valve of the second exhaust system is opened, and the vacuum chamber is opened. While introducing the inert gas, the pressure in the vacuum chamber is controlled to be constant by exhausting the vacuum chamber through the pipe with a high vacuum pump, so that the amount of inert gas used during so-called bleed can be reduced. This can reduce the running cost.
[0032]
(4) According to the invention of claim 4, in the vacuum processing apparatus of claim 1, the on-off valve of the first exhaust system and the on-off valve of the second exhaust system are both closed and condensed and captured by the cold trap. Since the cold trap is regenerated by discharging the water vapor through the pipe with a high vacuum pump, the cold trap can be regenerated quickly and easily by directly evacuating the cold trap without going through the vacuum chamber. The water vapor does not adhere to the vacuum chamber when the cold trap is regenerated.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a plan view of a vacuum processing apparatus showing an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a sectional view of a transfer chamber in the vacuum processing apparatus.
[Explanation of symbols]
w Semiconductor wafer (object to be processed)
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Vacuum processing apparatus 2a, 2b, 2c, 2d Processing chamber 3a, 3b Load lock chamber 5 Transfer chamber (vacuum chamber)
6 Turbo molecular pump (high vacuum pump)
7 First exhaust system 8 Cold trap 9 Second exhaust system 10, 11 On-off valve 20, 21 Ventilation hole 22 Piping

Claims

In a vacuum processing apparatus having a vacuum chamber such as a processing chamber, a load lock chamber, a transfer chamber, etc., for containing a target object and performing a predetermined processing, a first exhaust system having a high vacuum pump in the vacuum chamber; A second exhaust system having a trap is provided through an on-off valve, and vent holes are provided between the on-off valve of the first exhaust system and the high vacuum pump and between the on-off valve of the second exhaust system and the cold trap. A vacuum processing apparatus characterized in that both vent holes are connected by piping.

2. The vacuum processing apparatus according to claim 1, wherein the first exhaust system on-off valve is opened, the second exhaust system on-off valve is closed, and the vacuum chamber is evacuated by a high vacuum pump, and then the second exhaust system on-off valve is closed. A vacuum processing apparatus operating method characterized in that the vacuum chamber is evacuated by a high vacuum pump and a cold trap by opening an on-off valve of the exhaust system.

2. The vacuum processing apparatus according to claim 1, wherein the first exhaust system on-off valve is closed, the second exhaust system on-off valve is opened, and an inert gas is introduced into the vacuum chamber while the vacuum chamber is opened. A method for operating a vacuum processing apparatus, wherein the pressure in a vacuum chamber is controlled to be constant by exhausting with a high vacuum pump via piping.

2. The vacuum processing apparatus according to claim 1, wherein both the first exhaust system on-off valve and the second exhaust system on-off valve are closed, and the water vapor condensed and captured in the cold trap is passed through the pipe by a high vacuum pump. A method of operating a vacuum processing apparatus, wherein the cold trap is regenerated by discharging.