JP5102433B2 - 真空ポンプに組み入れられた、プラズマによる気体処置システム - Google Patents

Description

本発明は、半導体の製造に使用される処理室などの真空室から抽出される気体の処置（トリートメント）に関する。

半導体産業において使用される処理気体は、通常、有毒で腐食性であり、もしくはさらにオゾン層に損傷を与え、または強い温室効果を生じる。したがって、抽出された気体は、比較的無害な気体のみが解放されるように、大気内に排出される前に処置されなければならない。

これまで、処理気体は、ポンピングシステム放出部にある気体処置アセンブリにおいて主に処置されてきた。したがって、そのような気体処置アセンブリは、ポンピングシステムの全流出物を処置するように設計および寸法決めされなければならない。

知られている気体アセンブリユニットの第１の欠点は、大量の流出量を処理するために必要である大型なサイズである。したがって、これらの気体処置アセンブリは、あらゆる箇所に配置される、すなわち、半導体生産プラントの下方フロアの上に配置され、長くかつ高価なラインを介して処理室に接続される。これらの気体処置アセンブリのサイズのために、処理室の付近にアセンブリを装備することは不可能になる。

第２の欠点は、ポンピングシステムの流出物が、処理室から抽出された気体だけでなく、処理室の出口とポンピングシステム放出部との間にある真空チェーン内に導入されるパージ気体をも含むことである。ポンピングシステムを保護するために追加されるこれらのパージ気体は、気体処置プロセスの有効性を損ね、さらなる複雑さを追加し、気体処置アセンブリのサイズのさらなる増大をもたらす。

より最近、米国特許第５６７２３２２号明細書が、バイパスラインを使用して、ポンプの放出部に接続されていないが、ポンプの連続ステージの２つの間にある、ポンプに外付けの気体処置システムを提案した。

気体処置は、このようにして改善することが可能であるが、その理由は、ポンプの連続ステージにおいてパージ気体によって希釈される前に、有害な気体を処置することが可能であるからである。

しかし、部分的にポンプに組み入れられているだけのポンプの連続ステージ間にあるこれらのバイパス気体処置システムは、以下で説明されるように、著しい欠点を再び呈示する。

具体的には、ポンプの連続ステージ間におけるそのようなバイパス気体処置では、ポンピング能力、ポンピング速度、および真空性能について低下が見られるので、ポンプの動作自体が明らかに悪化する。したがって、ポンピングシステムは、気体処置システムの存在によって妨害され、より有効である気体処置が、ポンプ効率の損失をもたらす。
米国特許第５６７２３２２号明細書 欧州特許出願公開第０７８１５９９号明細書 米国特許出願公開第２００２／０３３３７７号明細書

本発明によって対処される問題は、より効果的な気体処置を提供するが、具体的にはポンピング能力、ポンピング速度、および真空性能に関してポンピングシステムの特性をも維持し、ならびに可能な限り処理室に近接した組入れ（組込み）を可能にするように、気体処置装置のサイズを非常に顕著に低減する、新しいプラズマによる気体処置システム構造の設計である。

したがって、本発明は、具体的には米国特許第５６７２３２２号明細書に記載されたシステムである、知られているシステムの欠点を分析した結果である。

ポンピングシステムの性能の低下は、気体処置システムがポンピングシステムの外部に配置され、かつバイパスラインを介してポンピングシステムに接続されるというまさにそのことの結果であることが明らかである。気体処置システムおよびバイパスラインは、被ポンピング気体が通過しなければならず、したがってポンプの２つの連続ステージ間において被ポンピング気体の自由通路と対向する傾向がある強制ポート領域（インポーズド・ポート・エリア）である。この抵抗は、ポンピングシステムの性能の低下を説明するものであり、この性能の低下は、バイパスラインおよび気体処置システムが小さい断面積を有する場合、いっそう顕著である。

バイパスラインおよび気体処置システムの断面積の増大を考慮することができるが、この大きな空気空間は、あるプラズマベース気体処置をより困難にする。その理由は、高出力プラズマ源が必要であり、それにより、高エネルギーが消費され、およびかなりの追加の空間を占有する発生装置自体を適合させることになるからである。

したがって、本発明の基本的な概念は、有毒気体を分解するプラズマ源を真空ポンプ内に配置することによって、気体がポンピングシステムの真空ポンプの２つの連続ステージ間を通過する際に、気体を少なくとも部分的に処置することである。

したがって、本発明は、複数のポンピングステージが存在する真空ポンプケーシングを有する少なくとも１つのポンプユニットを備え、かつ少なくとも１つの被ポンピング気体処置システムを備える、気体ポンピングおよび処置システムを提案する。このシステムにおいて、被ポンピング気体処置システムは、ポンプユニットを通過するある気体を少なくとも部分的に分解させるプラズマを発生するために、ポンプユニットの真空ポンプケーシングの内部に設置された少なくとも１つのプラズマ源を含む。

第１変形形態によれば、プラズマ源は、ポンプユニットの真空ポンプケーシング内のステージに設置される。

プラズマ源を含むステージは、低圧ステージであることが好ましい。

第２変形形態によれば、プラズマ源は、ポンプユニットの真空ポンプケーシング内のステージ間ラインに配置される。

ステージ間ラインは、２つのポンプユニット低圧ステージを接続することが好ましい。このようにして、有毒気体は、パージ気体または処置気体において希釈される前でさえ対処される。

具体的には低圧ステージであるポンプユニットステージにおいて、および／または具体的には低圧第１ステージである、ステージ間のいくつかの連続ステージ間ラインにおいてそれぞれ挿入されたいくつかのプラズマ源を備える気体ポンピングおよび処置システムを有することが有利である。

ポンプユニットのステージ間ラインにおける気体のプラズマベース処置は、プラズマによる気体の分解と中和気体の注入とを組み合わせることによって改善することが可能である。中和気体は、プラズマによって分解された気体が再構成されることを防止し、制御された化学反応に続いて、その気体をより無毒な副産物に再構成する。したがって、本発明によれば、中和気体をポンプユニットに導入するパージ回路自体に中和気体を注入するために、適切な中和気体源を使用することによって、パージ回路の存在を利用することができる。

したがって、本発明の他の利点は、ポンプユニットに存在する有毒気体の量を低減し、その結果、有毒気体の残留量を中和するためにポンプユニットに導入される必要がある中和気体の量をも低減することである。

有益な手法は、プラズマ誘起気体種変換収量を向上させるために、ステージ間ラインおよび／またはステージの内圧および各プラズマパラメータを最適化するように、ポンプユニットの回転速度を調節する制御装置を有することである。

代替として、またはさらに、制御装置は、プラズマ誘起気体種変換収量を向上させるために、ポンピング速度に従って、プラズマ源によって送り出されるプラズマ発生出力を調節することが可能である。

さらに、少なくとも１つの光学分光プラズマ測定装置が、ステージ間ラインおよび／またはステージにおける気体反応を測定、監視および最適化するために、少なくとも１つのプラズマ源と組み合わされてもよく、ポンプユニットの速度、および／またはプラズマ源の出力、および／または中和気体源によってパージ回路内に注入される中和気体の量に影響を与える。

本発明は、会社アルカテル（ＡＬＣＡＴＥＬ）によって製造および販売されている「Ａｌｃａｔｅｌ Ｄｒｙ Ｐｕｍｐ Ａ３００」など、具体的には複数ステージルートタイプのポンプユニットである、ステージ間ラインを有するすべてのタイプの複数ステージポンプユニットに適用される。

本発明の他の目的、特徴、および利点は、本発明による気体処置装置を装備したポンピングシステムを示す添付の図と共に取り入れられる具体的な手法の以下の記述から明らかになるであろう。

図に示すポンピングシステムは、ハウジング１において、ポンプ入口３とポンプ出口４との間にステージ５、６、７、８および９などの複数のポンピングステージが存在する、真空ポンプケーシングを有するポンプユニット２を含む。

ポンピングステージは、ポンプユニットケーシング２内のそれぞれステージ間ライン１０、１１、１２および１３を通って、気体の流れの方向において１つずつ直列に接続される。

ポンピングステージ５から９は、それぞれ、固定子および回転子を有する。知られている原理に従う回転子は、可変または一定速度のモータ１４によって回転される同じシャフト上で機械的に結合される。

低圧ポンプユニットステージ５および６または６および７をそれぞれ連結するステージ間ライン１０および１１は、ステージ間ライン１０および１１に含まれる低圧被ポンピング気体において、ポンピングされる有毒気体を分解することができるプラズマを発生するのに適切な２つのそれぞれのプラズマ源１５および１６を含む。それぞれのプラズマ源１５および１６は、高周波数発生装置１７または１８によってそれぞれ供給され、気体分子を励起してプラズマを発生することができる高周波数エネルギーを、ステージ間ライン１０および１１の内部空気空間に伝達するために、高周波数結合装置を組み込んでいる。

ステージ間ラインが比較的小さい横断面を有するということにより、プラズマ源１５および１６は、そのような小さい空間においてプラズマを発生するのに適切なあらゆる手段により容易に創出されることが可能である。

したがって、本発明によるシステムは、ステージ間ライン１０および１１において、ポンプユニットのポンピング入口３に接続された真空室から放出されるある有毒気体を分解するのに適切なプラズマを生起する。

プラズマ源１５および１６は、ポンプユニット内に組み入れられる（一体化される）ことがわかる。高周波数発生装置１７および１８は、ハウジング１内に組み入れられることが可能であるが、その理由は、ステージ間ライン１０および１１の小さい空気空間においてプラズマを発生するのに必要な高周波数出力（電力）自体が低いということによって、サイズが低減されることが可能であるからである。

ステージ間ライン１０および１１の内部にプラズマ源１５および１６をこのように組み入れることにより、増加コンダクタンスが真空ポンプ装置に追加されることはなく、したがって、被ポンピング気体は、気体処置装置が存在しないかのように容易にポンプユニットを通って移動する。プラズマ源１５および１６において発生されたプラズマ自体は、気体の運動を妨害しない。

したがって、ポンプユニットのポンピング能力および速度は、本発明による気体処置装置の存在によって影響を受けない。

プラズマは、低減された長さにわたり、かつより小さい断面を有する空間内にあるステージ間ラインにおいて生起することができるので、プラズマ源のサイズが小さいことにより、必要な高周波数発生装置１７または１８は、それ自体がより低い出力を有し、したがってはるかにより小さい。

真空ポンプのより低圧の第１ステージ間のいくつかの連続ステージ間ラインにおいてそれぞれ挿入されたいくつかのプラズマ源１５および１６を組み入れることによって、気体処置は有利になり、この処置は、パージ気体または中和気体の著しい希釈の前に行われる。真空ポンプの低圧ステージでは、有毒気体の有効な分解のために、最適出力を有する高強度発光放出も得られる。

半導体の生産において処理室の外部に気体をポンピングすることを意図した真空ポンプで一般に行われるように、窒素または他のパージ気体が、パージ回路１９を介してステージ間ライン１０、１１、１２および１３内に注入（インジェクト）される。パージ気体の目的は、ポンプの要素に有毒産物が付着するのを防止し、またこれらの要素が徐々に腐食されるのを防止することである。

プラズマ源１５および１６が、ポンプの低圧第１ステージのステージ間ラインに配置されることが好ましいということにより、プラズマは、最少窒素含有量を有する気体に作用する。これは、プラズマが、より低い割合の有毒なＮＯＸタイプの化合物を生起するであろうことも意味する。

さらに、パージ回路１９が、プラズマが存在する状態で、以下の反応によるＣＦ_４などの気体のより良好な分解を保証するために、酸素などの中和気体またはストリームを注入するために使用されることが可能である。
１） ＣＦ_４＋２Ｈ_２Ｏ → ＣＯ_２＋４ＨＦ
２） ＣＦ_４＋２Ｈ_２Ｏ → ＣＯ＋４ＨＦ＋１／２Ｏ_２

このために、ポンピングシステムは、本発明によれば、図に示すように、パージ回路１９、および中和気体をパージ回路１９に注入するのに適切な中和気体源２２を備えることが可能である。パージ回路１９は、中和気体をポンプユニット内に導入する。

本発明によれば、気体の処置は、プラズマ創出の有効性および真空ポンプの各部分における圧力差に応じて、ステージ間ライン１０および１１またはステージ間ライン１０、１１および１２など、真空ポンプの様々なステージ間において多重化されたモード（方式）で実施されることが可能である。真空ポンプの条件は、実際、気体のポンピングを必要とする処理ステップに非常に依存する可能性があり、したがって、気体処置は、処理室において優勢な条件に調節される可能性がある。その結果、高周波数発生装置１７および１８は、メモリおよび記録プログラムと関連付けられたプロセッサなどの制御装置２３によって駆動され、このプログラムは、満足しなければならない最適気体処置条件に従って、その条件で高周波数発生装置１７および１８の動作またはシャットダウンを調節するのに適したものである。

代替として、またはさらに、制御装置２３は、ステージ間ライン１０および／または１１の内圧およびそれぞれのプラズマパラメータを最適化するために、ポンプの回転速度を調節するようにモータ１４を制御することも可能である。プラズマ誘起気体種変換収量（プラズマ・インデュースト・ガス・スピーシーズ・コンバージョン・イールド）は、このようにして向上されることが可能である。

代替として、またはさらに、制御装置２３は、高周波数発生装置１７および１８を制御することによってポンプ速度に従って、プラズマ源によって送られるプラズマ発生出力を調節することも可能である。プラズマ誘起気体種変換収量は、このようにして向上されることも可能である。

最後に、プラズマの光学分光測定により、気体処置の実時間制御を提供することが有利であり得る。このために、測定装置が、各プラズマ源１５または１６の高周波数電極と組み合わされてもよい。測定装置は、たとえば、対応するプラズマ源１５または１６によって放出される光放射を受光するために光ファイバ２４または２５に接続された、光学分光計２０または２１とすることが可能である。光学分光計２０および２１によって収集された情報は、制御装置２３に送信され、制御装置２３は、応答して、モータ１４の速度、高周波数発生装置１７ならびに１８の出力、および中和気体源２２による中和気体の注入を制御することが可能である。これは、ステージ間ラインにおける気体反応の制御および最適化をさらに向上させる。

第２の手法によれば、図２に示すポンピングシステムは、ハウジング１において、入口３とポンピング出口４との間に複数のポンピングステージ５、６、７、８および９が存在する真空ポンプケーシングを有するポンプユニット２を備える。

ポンプユニット２のより低圧のステージ５および６は、ステージ５および６に含まれる低圧被ポンピング気体において、ステージ５および６に含まれる低圧被ポンピング有毒気体を分解することができるプラズマを発生するのに適切な２つのそれぞれのプラズマ源２６および２７を含む。相応して、プラズマ源２６および２７は、高周波数発生装置１７または１８によってそれぞれ供給され、気体分子を励起して、プラズマを発生することができる高周波数エネルギーをステージ５および６の内部空気空間に伝達するために、高周波数結合装置を含む。

ステージ５および６が比較的小さいということにより、プラズマ源２６および２７は、そのような小さい空間においてプラズマを発生するのに適切なあらゆる知られている手段によって容易に作ることができる。

したがって、本発明によれば、システムは、ステージ５および６において、ポンプユニット２のポンピング入口３に接続された真空室から放出されるある有毒気体を分解するのに適切なプラズマを生起する。

プラズマ源２６および２７は、ポンプユニット２の真空ポンプケーシング内に組み入れられることがわかる。高周波数発生装置１７および１８は、ハウジング１に組み入れることが可能であるが、その理由は、ステージ５および６の小さい空気空間においてプラズマを発生するのに必要な高周波数出力自体が低いということにより、サイズが低減されることが可能であるからである。

プラズマ２６および２７がステージ５および６の内部にこのように組み入れられるので、増加コンダクタンスが、真空ポンプ装置に追加されることはない。これは、被ポンピング気体が、気体処置装置が存在しないかのように容易にポンプユニット２を通って移動することを意味する。プラズマ源２６および２７によって発生されたプラズマ自体は、気体の運動を妨害しない。

その結果、本発明によれば、ポンプユニットのポンピング能力および速度は、気体処置装置の存在によって影響を受けない。

プラズマは、ステージ５および６の小さい空気空間において生起することができるので、プラズマ源２６または２７の小さいサイズは、必要な高周波数発生装置１７または１８が、それぞれ、低減された出力自体を有し、かつはるかにより小さいことを意味する。

真空ポンプの連続低圧第１ステージ５および６においてそれぞれ挿入されたいくつかのプラズマ源２６および２７を組み入れることによって、気体処置が有利になり、この処置は、パージ気体または中和気体のあらゆる著しい希釈の前に行われる。さらに、真空ポンプの低圧ステージ５および６において、最適出力を有する高強度発光放出が、有毒気体の有効な分解のために得られる。

窒素または他の中和気体も、以前に記述されたパージ回路１９を介して、ステージ間ライン１０、１１、１２および１３内に注入されることが可能である。

プラズマ源２６および２７は、ポンプの低圧第１ステージ５および６に配置されることが好ましいので、プラズマは、最少窒素含有量を有する気体に作用する。これは、プラズマが、より低い割合の有毒なＮＯＸタイプの化合物を生起するであろうことをも意味する。

本発明によれば、気体処置は、プラズマ生起の有効性および真空ポンプの各部分における圧力差に応じて、たとえばステージ５において、またはステージ６、７、８および／または９において、真空ポンプの様々なステージにおける多重化されたモードで実施されることが可能である。真空ポンプの条件は、実際、気体のポンピングを必要とする処理ステージに非常に依存する可能性があり、したがって、気体処置を、処理室を支配している条件に調節することができる。高周波数発生装置１７および１８は、以前に記述された制御装置２３によって相応して制御される。

代替として、またはさらに、制御装置２３は、ステージ５および／または６の内圧およびそれぞれのプラズマパラメータを最適化するために、ポンプの回転速度を調節するようにモータ１４を制御することも可能である。

最後に、プラズマの光学分光測定により、気体処置の実時間制御を提供することが有利である可能性がある。その結果、光学分光計などの測定装置が、以前に記述された各プラズマ源２６または２７と組み合わされてもよい。

したがって、本発明により、半導体生産設備の処理室に近接して構内に直接配置される十分に小さいサイズの気体ポンピングおよび処置システムを作り出すことが可能になる。

本発明は、新しい機器に組み入れられる新しいポンピングシステムだけでなく、被ポンピング気体処置装置が、既存のポンプと置き換わることにより組み入れられてもよい、既存のポンピングシステムにも適用される。

本発明の装置により、誘電体エッチングのための半導体機器およびＣＶＤ蒸着プロセス清浄ステージにおいてしばしば使用されるＰＦＣタイプの温室効果気体の放出を低減することが可能になる。

第１圧縮ステージ後に、プラズマ源を真空ポンプ自体に組み入れることにより、処理室に向かう気体の後方拡散を低減することが可能になる。

本発明は、明確に記述される手法に限定されるものではにない。本発明は、当業者の範囲内にあるすべての様々な変形形態および一般化を含む。

プラズマ源がステージ間ラインに配置される、本発明による気体処置装置を装備したポンピングシステムを示す図である。 プラズマ源がステージに配置される、本発明による気体処置システムを装備したポンピングシステムを示す図である。

符号の説明

１ ハウジング
２ ポンプユニット
３ ポンプ入口
４ ポンプ出口
５、６、７、８、９ ステージ
１０、１１、１２、１３ ステージ間ライン
１４ モータ
１５、１６、２６、２７ プラズマ源
１７、１８ 高周波数発生装置
２０、２１ 光学分光計
１９ パージ回路
２２ 中和気体源
２３ 制御装置
２４、２５ 光ファイバ

Claims (10)

1. 少なくとも１つのポンプユニット（２）と、少なくとも１つの被ポンピング気体処置システムとを備える気体ポンピングおよび処置システムであって、
   ポンプユニット（２）は、真空ポンプケーシングを備えており、複数のポンピングステージ（５、６、７、８、９）が、ポンプ入口とポンプ出口との間で、真空ポンプケーシングの内部に存在しており、複数のポンピングステージが、それぞれ固定子および回転子を有していると共に、真空ポンプケーシングの内部の各ステージ間ラインを介して、気体の流れの方向に順に直列に接続されており、
   被ポンピング気体処置システムが、ポンプユニット（２）を通過する気体のいくらかを少なくとも部分的に分解するプラズマを、ステージ間ライン又はステージの内部空気空間において発生するために、ポンプユニット（２）の真空ポンプケーシングの内部に設置された少なくとも１つのプラズマ源（１５、１６、２６、２７）を備えている、前記気体ポンピングおよび処置システム。
2. プラズマ源（２６、２７）が、ポンプユニット（２）の真空ポンプケーシングの内部のポンピングステージ（５、６）に設置される請求項１に記載の気体ポンピングおよび処置システム。
3. プラズマ源（２６、２７）を含むポンピングステージ（５、６）が、低圧ステージである請求項２に記載の気体ポンピングおよび処置システム。
4. プラズマ源（１５、１６）が、ポンプユニット（２）の真空ポンプケーシングの内部のステージ間ライン（１０、１１）に配置される請求項１に記載の気体ポンピングおよび処置システム。
5. ステージ間ライン（１０、１１）が、ポンプユニット（２）の２つの低圧ステージ（５、６および６、７）を接続する請求項４に記載の気体ポンピングおよび処置システム。
6. ポンプユニット（２）のポンピングステージ（５、６および６、７）間のいくつかの連続ステージ間ライン（１０、１１）内にそれぞれ挿入されたいくつかのプラズマ源（１５、１６）を備える請求項１に記載の気体ポンピングおよび処置システム。
7. パージ回路（１９）と、中和気体をポンプユニット（２）内に導入するために中和気体をパージ回路（１９）に注入するのに適した中和気体源（２２）を備える請求項１に記載の気体ポンピングおよび処置システム。
8. プラズマによる気体種の変換率を増大させるために、ステージ間ライン（１０、１１）における内圧および各プラズマパラメータを最適化するように、ポンプユニットの回転速度を調節する制御装置（２３）を備える請求項１に記載の気体ポンピングおよび処置システム。
9. プラズマ誘起気体種変換収量を向上させるために、ポンピング速度に従ってプラズマ源（１５、１６、２６、２７）によって送り出されるプラズマ発生出力を調整する制御装置（２３）を備える請求項１および８のいずれか一項に記載の気体ポンピングおよび処置システム。
10. ポンプユニット（２）の速度、および／またはプラズマ源（１５、１６、２６、２７）の出力、および／または中和気体源（２２）によってパージ回路（１９）に注入される中和気体の量に関して作用することによって、ステージ間ライン（１０、１１）における気体反応を測定、監視および最適化する、少なくとも１つのプラズマ源（１５、１６、２６、２７）と組み合わされた少なくとも１つの光学分光プラズマ測定装置（２０、２１）を備える請求項１に記載の気体ポンピングおよび処置システム。

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