JP5304934B2 - 真空ポンプの運転方法及び半導体装置の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、真空ポンプの運転方法及び半導体装置の製造方法に関する。

半導体装置を製造する際には、例えば、ＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition、化学気相堆積）装置やエッチング装置等の様々な半導体製造装置が用いられる。

半導体製造装置の処理室（真空チャンバ）には、成膜やエッチング等の処理を行うための処理用ガスが導入される。半導体製造装置の処理室の排気口には、排気装置が接続される。半導体製造装置において成膜やエッチング等の処理が行われる際には、排気装置により半導体製造装置の処理室から排気が行われる。
特開２００３−９０２８７号公報 特開２０００−８７８５２号公報

しかしながら、従来の半導体製造装置においては、排気装置の真空ポンプの内部に反応生成物が付着してしまう場合があった。真空ポンプの内部に反応生成物が付着すると、真空ポンプの停止を招いてしまう虞がある。

本発明の目的は、反応生成物の付着を抑制し得る真空ポンプの運転方法及び半導体装置の製造方法を提供することにある。

実施形態の一観点によれば、吸気口と排気口とを有するケーシングと、前記吸気口と前記排気口との間の前記ケーシングの内部空間内に設けられたロータと、前記ロータを回転させるモータとを有する真空ポンプの運転方法であって、加熱されたパージガスを、前記内部空間に達する孔を介して前記内部空間内に導入しながら運転を行うことを特徴とする真空ポンプの運転方法が提供される。

実施形態の他の観点によれば、処理室内に半導体基板を配置する工程と、前記処理室内に処理用ガスを導入し、前記半導体基板の上方に形成された被処理膜を前記処理用ガスにより処理する工程と、前記被処理膜を処理する際に生じた前記処理室内の生成ガスを真空ポンプにより排気する工程とを含み、前記生成ガスを排気する工程では、前記真空ポンプのケーシングの内部空間に、前記ケーシングに形成された孔を介して、前記処理用ガスの固化温度より高温に加熱されたパージガスが導入されることを特徴とする半導体装置の製造方法が提供される。

開示の真空ポンプの運転方法及び半導体装置の製造方法によれば、ケーシングの内部空間内が過度に冷却されるのを防止することができ、真空ポンプのケーシングの内部空間内に反応生成物が付着するのを防止することができる。

［一実施形態］
一実施形態による真空ポンプの運転方法及び半導体装置の製造方法を図１及び図２を用いて説明する。図１は、本実施形態による半導体製造システムを示す概略図である。

図１に示すように、本実施形態による半導体製造システムは、半導体製造装置１０と、半導体製造装置１０に接続された排気装置１２と、排気装置１２に接続されたガス除害装置１４とを有している。

半導体製造装置１０の処理室（真空チャンバ）１６内には、半導体基板（図示せず）が配置される。半導体基板の上方に形成された被処理膜等を処理する際等には、半導体製造装置１０の処理室１６内に、処理用ガスが導入される。例えば、成膜処理を行う場合には、処理用ガスである原料ガス等が処理室１６内に導入される。また、エッチング処理を行う場合には、処理用ガスであるエッチングガス等が処理室１６内に導入される。半導体基板上に形成されたアルミニウム膜等をエッチングする際には、例えば塩素等を含むエッチングガスが処理用ガスとして処理室１６内に導入される。被処理膜等を処理する際等に生じた処理室１６内のガス（生成ガス、排出ガス）は、排気装置１２により排気される。例えば、塩素を含むエッチングを用いてアルミニウム膜をエッチングした場合には、アルミニウムや塩素等を含むガスが処理室１６の排気口１８から排出される。

排気装置１２は、半導体製造装置１０の処理室１６の排気を行うためのものである。排気装置１２は、例えばブースターポンプ２０とメインポンプ（真空ポンプ）２２とを有している。ブースターポンプ２０の吸気口２３は、配管２４を介して処理室１６の排気口１８に接続されている。ブースターポンプ２０の排気口２６は、配管２８を介してメインポンプ２２の吸気口３０に接続されている。

メインポンプ２２としては、例えば多段ルーツ式のメインポンプが用いられている。

メインポンプ２２のケーシング３２には、吸気口３０と排気口３４とが形成されている。吸気口３０と排気口３４との間のケーシング３２の内部空間３６内には、ロータ３８が設けられている。かかる内部空間３６は、吸気口３０から導入され排気口３４から排出されるガスの流路でもある。

ロータ３８は、複数段に亘って設けられている。ロータ３８は、シャフト４０により支持されている。シャフト４０は、軸受４２ａ、４２ｂにより支持されている。シャフト４０は、モータ４４に取り付けられている。モータ４４は、シャフト４０を回転させることにより、ロータ３８を駆動する。

ケーシング３２には、吸気口３０と排気口３４との間の内部空間３６に達する孔４６が形成されている。かかる孔４６は、ケーシング３２の内部空間３６内にパージガス（希釈ガス）を直接導入するためのものである。パージガスとしては、例えば不活性ガスが用いられる。かかる不活性ガスとしては、例えば窒素ガスが用いられる。ケーシング３２には、孔４６が例えば複数形成されている。孔４６には、配管４８が接続されている。配管４８は、パージガスを加熱する加熱器（加熱手段）５０に接続されている。ケーシング３２の内部空間３６内に孔４６を介して導入されるパージガスは、ケーシング３２の吸気口３０から導入されるガスを希釈し、ケーシング３２の内部が腐食するのを防止するためのものである。パージガスは、加熱器５０により加熱される。加熱器５０により加熱されたパージガスは、配管４８及び孔４６を介してケーシング３２の内部空間３６内に導入される。

ケーシング３２の内部空間３６内に孔４６を介して導入されるパージガスの温度は、ケーシング３２の吸気口３０から導入されるガスの固化温度より高く設定することが好ましい。即ち、ケーシング３２の内部空間３６内に孔４６を介して導入されるパージガスの温度は、半導体製造装置１０の処理室１６の排気口１８から排出されるガス（処理用ガス）の固化温度より高く設定することが好ましい。ケーシング３２の内部空間３６内に孔４６を介して導入されるパージガスの温度を、ケーシング３２の吸気口３０から導入されるガス（処理用ガス）の固化温度より高く設定するのは、以下のような理由によるものである。

ケーシング３２の内部空間３６内に孔４６を介して導入されるパージガスの温度が、ケーシング３２の吸気口３０から導入されるガス（処理用ガス）の固化温度より低い場合には、吸気口３０から導入されるガスの温度が孔４６の近傍において固化温度より低くなる虞がある。吸気口３０から導入されるガスの温度が孔４６の近傍において固化温度より低くなった場合には、ケーシング３２の内部空間３６内に反応生成物が付着してしまう虞がある。ケーシング３２の内部空間３６内に反応生成物が付着すると、メインポンプ２２が停止してしまう要因となる。

ケーシング３２の内部空間３６内に孔４６を介して導入されるパージガスの温度を、吸気口３０から導入されるガス（処理用ガス）の固化温度より高く設定すれば、吸気口３０から導入されるガスの温度がケーシング３２の内部空間３６内において固化温度より低くなるのを防止することが可能となる。これにより、ケーシング３２の内部空間３６内に反応生成物が付着するのを防止することができ、ひいてはメインポンプ２２が停止してしまうのを防止することが可能となる。

このような理由により、本実施形態では、ケーシング３２の内部空間３６内に孔４６を介して導入されるパージガスの温度を、ケーシング３２の吸気口３０を介して導入されるガス（処理用ガス）の固化温度より高く設定している。

図２は、昇華曲線を示すグラフである。図２において、横軸は温度を示しており、縦軸は圧力を示している。■はＮＨ_４Ｃｌの昇華曲線を示しており、●はＡｌＣｌ_３の昇華曲線を示しており、▲は（ＮＨ_４）_２ＳｉＦ_６の昇華曲線を示しており、▼はＴＥＯＳ（Tetra Ethyl Ortho Silicate）の昇華曲線を示している。

図２から分かるように、物質の昇華温度は、物質の種類及び圧力によって異なっている。従って、処理室１６から排出されるガスの種類及び内部空間３６内の圧力に応じて、孔４６を介して内部空間３６内に導入するパージガスの温度を適宜設定すればよい。

図２から分かるように、反応生成物が例えばＡｌＣｌ_３の場合には、ケーシング３２の内部空間３６内に孔４６を介して導入するパージガスの温度は例えば１００〜１８０℃程度とする。

なお、ここでは、ケーシング３２の内部空間３６内に孔４６を介して導入するパージガスの温度を、吸気口３０から導入されるガスの固化温度より高く設定する場合を例に説明したが、これに限定されるものではない。例えば、ケーシング３２の内部空間３６内に孔４６を介して導入するパージガスの温度を、吸気口３０から導入されるガスの固化温度より高く設定しなくてもよい。後述するように、メインポンプ２２の排気口３４側の圧力、即ち、メインポンプ２２の背圧を比較的高く設定すれば、ケーシング３２内でガスが圧縮される際に生じる圧縮熱により、ケーシング３２内の温度が上昇する。かかる圧縮熱によりケーシング３２内の温度が上昇すれば、吸気口３０から導入されるガスの固化温度より低い温度のパージガスを、孔４６を介して内部空間３６内に導入した場合であっても、反応生成物の生成を防止し得る。従って、ケーシング３２の内部空間３６の温度が吸気口３０から導入されるガスの固化温度より高い温度になるように、孔４６を介して内部空間３６内に導入するパージガスの温度やメインポンプ２２の排気口３４側の圧力（背圧）を適宜設定すればよい。

ガス除害装置１４は、排気装置１２から排出されるガスを無害化するためのものである。ガス除害装置１４のポンプ５２の吸気口５４は、配管５６を介して排気装置１２のメインポンプ２２の排気口３４に接続されている。ポンプ５２としては、例えば水封式のポンプが用いられている。

配管５６には、配管５６内に希釈ガス（パージガス）を供給するための配管５８が接続されている。希釈ガスとしては、例えば不活性ガスが用いられる。かかる不活性ガスとしては、例えば窒素ガスが用いられる。配管５６内に配管５８を介して導入される希釈ガスは、排気装置１２から排出されるガス（排出ガス）を希釈し、排気装置１２から排出されるガスにより配管５８やガス除害装置１４の内部が腐食するのを防止するためのものである。

ポンプ５２には、ポンプ５２の回転数を制御する回転制御手段６４が接続されている。回転制御手段６４としては、例えばインバータが用いられる。インバータ６４は、ポンプ５２に供給される電源の周波数を制御する。ポンプ５２の回転数は、ポンプ５２に供給される電源の周波数に応じて変化する。ポンプ５２に供給する電源の周波数を定常周波数より低く設定すれば、ポンプ５２の回転数は定常回転数より低くなる。一方、ポンプ５２に供給する電源の周波数を定常周波数より高く設定すれば、ポンプ５２の回転数は定常周波数より高くなる。ポンプ５２の回転数を定常回転数より小さく設定すれば、メインポンプ２２の排気口３４側の圧力、即ち、メインポンプ２２の背圧は比較的高くなる。一方、ポンプ５２の回転数を定常回転数より大きく設定すれば、メインポンプ２２の排気口３４側の圧力、即ち、メインポンプ２２の背圧は比較的低くなる。このように、ポンプ５２の回転数を制御することにより、メインポンプ２２の背圧を制御することが可能である。

メインポンプ２２の背圧を比較的大きく設定すると、ケーシング３２内においてガスが圧縮される際に生じる圧縮熱が比較的大きくなる。一方、メインポンプ２２の背圧を比較的小さく設定すると、ケーシング３２内においてガスが圧縮される際に生じる圧縮熱が比較的小さくなる。

上述したように、ガスが圧縮される際に生じる圧縮熱によりケーシング３２内の温度が上昇すれば、吸気口３０から導入されるガスの固化温度より低い温度のパージガスを内部空間３６内に導入した場合であっても、反応生成物の生成を防止し得る。従って、ケーシング３２の内部空間３６内に孔４６を介して導入するパージガスの温度は、上述したように、吸気口３０から導入されるガスの固化温度より必ずしも高く設定しなくてもよい。ケーシング３２の内部空間３６の温度が吸気口３０から導入されるガスの固化温度より高い温度になるように、孔４６を介して内部空間３６内に導入するパージガスの温度とメインポンプ２２の排気口３４側の圧力（背圧）とを適宜設定すればよい。

なお、ここでは、メインポンプ２２の背圧を制御する場合を例に説明したが、必ずしもメインポンプ２２の背圧を制御しなくてもよい。孔４６を介してケーシング３２の内部空間３６内に導入されるパージガスの温度を十分に高く設定すれば、メインポンプ２２の背圧を高めに設定しなくても、ケーシング３２の内部空間３６の温度を吸気口３０から導入されるガスの固化温度より高くし得る。従って、孔４６を介してケーシング３２の内部空間３６内に導入されるパージガスの温度を十分に高く設定すれば、メインポンプ２２の背圧を制御しなくても、ケーシング３２内に反応生成物が生じるのを抑制することが可能である。

ガス除害装置１４のポンプ５２の排気口６０は、配管６２を介して例えば工場の排気設備に接続されている。

（評価結果）
次に、本実施形態による真空ポンプの運転方法の評価結果について説明する。

まず、ガス除害装置１４のポンプ５２の回転数を定常回転数である１８００ｒｐｍに設定したところ、メインポンプ２２の排気口３４の圧力は１３ｋＰａ程度であった。この際、ケーシング３２の中央部の温度は、７０℃程度であった。

これに対し、ガス除害装置１４のポンプ５２の回転数を定常回転数より低い１２００ｒｐｍに設定したところ、メインポンプ２２の排気口３４の圧力は２６ｋＰａ程度であった。この際、ケーシング３２の中央部の温度は、１２０℃程度であった。

このことから、メインポンプ２２の排気口３４の圧力、即ち、メインポンプ２２の背圧を制御することにより、ケーシング３２の温度を制御し得ることが分かる。

このように、本実施形態によれば、真空ポンプ２２のケーシング３２の内部空間３６内に加熱したパージガスを導入するため、ケーシング３２の内部空間３６内が過度に冷却されるのを防止することができる。また、本実施形態によれば、真空ポンプ２２の背圧を制御することにより、真空ポンプ２２内においてガスが圧縮される際に生じる圧縮熱を制御することができる。このため、本実施形態によれば、真空ポンプ２２のケーシング３２の内部空間３６内の温度が処理室１６から排出されるガスの固化温度より低くなるのを防止することができる。従って、本実施形態によれば、真空ポンプ２２のケーシング３２の内部空間３６内に反応生成物が付着するのを防止することができ、真空ポンプ２２が停止してしまうのを防止することができる。

（変形例）
次に、本実施形態の変形例による真空ポンプの運転方法について図３を用いて説明する。図３は、本変形例による半導体製造システムを示す概略図である。

本変形例による真空ポンプの運転方法は、排気装置１２ａのメインポンプ２２ａとしてスクリュー式のメインポンプが用いられていることに特徴がある。

図３に示すように、本変形例では、排気装置１２ａのメインポンプ（真空ポンプ）２２ａとして、スクリュー式のメインポンプが用いられている。

メインポンプ２２ａのケーシング３２ａには、吸気口３０ａと排気口３４ａとが形成されている。メインポンプ２２ａの吸気口３０ａは、配管２８を介してブースターポンプ２０の排気口２６に接続されている。吸気口３０ａと排気口３４ａとの間のケーシング３２ａの内部空間３６ａ内には、スクリュー型のロータ３８ａが設けられている。かかる内部空間３６ａは、吸気口３０ａから導入され排気口３４ａから排出されるガスの流路でもある。ロータ３８ａは、シャフト４０ａにより支持されている。シャフト４０ａは、軸受４２ｃ、４２ｃにより支持されている。シャフト４０ａは、モータ４４ａに取り付けられている。モータ４４ａは、シャフト４０ａを回転させることにより、ロータ３８ａを駆動する。

ケーシング３２ａには、吸気口３０ａと排気口３４ａとの間の内部空間３６ａに達する孔４６ａが形成されている。かかる孔４６ａは、ケーシング３２ａの内部空間３６ａ内にパージガス（希釈ガス）を導入するためのものである。孔４６ａには、配管４８が接続されている。配管４８は、パージガスを加熱する加熱器（加熱手段）５０に接続されている。パージガスとしては、例えば不活性ガスが用いられる。かかる不活性ガスとしては、例えば窒素ガスが用いられる。ケーシング３２ａの内部空間３６ａ内に孔４６ａを介して導入されるパージガスは、処理室１６から排出されるガス（排出ガス）を希釈し、処理室１６から排出されるガスによりケーシング３２ａの内部が腐食するのを防止するためのものである。パージガスは、加熱器５０により加熱される。加熱器５０により加熱されたパージガスは、配管４８及び孔４６ａを介してケーシング３２ａの内部空間３６ａ内に導入される。

ガス除害装置１４のポンプ５２の吸気口５４は、配管５６を介して排気装置１２ａのメインポンプ２２ａの排気口３４ａに接続されている。

このように、メインポンプ２２ａはスクリュー式のメインポンプであってもよい。本実施形態においても、真空ポンプ２２ａの内部空間３６ａ内に反応生成物が付着するのを防止することができ、真空ポンプ２２ａが停止しるのを防止することができる。

［変形実施形態］
上記実施形態に限らず種々の変形が可能である。

例えば、上記実施形態では、メインポンプ２２、２２ａが多段ルーツ式又はスクリュー式のメインポンプである場合を例に説明したが、メインポンプ２２、２２ａは他の方式のメインポンプでもよい。

また、上記実施形態では、メインポンプ２２、２２ａの排気口３４、３４ａの圧力をガス除害装置１４のポンプ５２により制御する場合を例に説明したが、排気口３４、３４ａの圧力を制御する手段は、ガス除害装置１４のポンプ５２に限定されるものではない。メインポンプ２２、２２ａの排気口３４、３４ａの圧力は、他のあらゆる装置のポンプ等により適宜制御することが可能である。

また、上記実施形態では、回転制御手段６４としてインバータを用いる場合を例に説明したが、回転制御手段６４はインバータに限定されるものではない。また、上記実施形態では、ポンプ５２に供給する電源の周波数を制御することによりポンプ５２の回転数を制御する場合を例に説明したが、これに限定されるものではない。他のあらゆる手法によりポンプ５２の回転数を制御してもよい。

また、上記実施形態では、ポンプ５２の回転数を制御することにより排気装置１２、１２ａの排気口３４、３４ａ側の圧力を制御する場合を例に説明したが、これに限定されるものではない。他のあらゆる手法により、排気装置１２、１２ａの排気口３４、３４ａ側の圧力を適宜制御してもよい。

一実施形態による半導体製造システムを示す概略図である。 昇華曲線を示すグラフである。 一実施形態の変形例による半導体製造システムを示す概略図である。

１０…半導体製造装置
１２、１２ａ…排気装置
１４…ガス除害装置
１６…処理室、真空チャンバ
１８…排気口
２０…ブースターポンプ
２２、２２ａ…メインポンプ、真空ポンプ
２３…吸気口
２４…配管
２６…排気口
２８…配管
３０、３０ａ…吸気口
３２、３２ａ…ケーシング
３４…排気口
３６、３６ａ…内部空間、流路
３８、３８ａ…ロータ
４０、４０ａ…シャフト
４２ａ〜４２ｃ…軸受
４４、４４ａ…モータ
４６、４６ａ…孔
４８…配管
５０…加熱器
５２…ポンプ
５４…吸気口
５６…配管
５８…配管
６０…排気口
６２…配管
６４…回転制御手段

Claims (4)

1. 吸気口と排気口とを有するケーシングと、前記吸気口と前記排気口との間の前記ケーシングの内部空間内に設けられたロータと、前記ロータを回転させるモータとを有する真空ポンプの運転方法であって、
   前記吸気口から前記ケーシング内に導入されるガスの固化温度より前記内部空間内の温度が高くなるように、前記内部空間に達する孔を介して前記内部空間内に導入するパージガスの温度及び前記排気口側の圧力を制御しながら運転を行う
   ことを特徴とする真空ポンプの運転方法。
2. 請求項１記載の真空ポンプの運転方法において、
   前記排気口に接続された他のポンプの回転数を制御することにより、前記排気口側の圧
   力を制御する
   ことを有することを特徴とする真空ポンプの運転方法。
3. 吸気口と排気口とを有するケーシングと、前記吸気口と前記排気口との間の前記ケーシングの内部空間内に設けられたロータと、前記ロータを回転させるモータとを有する真空ポンプと、
   前記真空ポンプに接続し、半導体基板を処理する処理室と、
   を用いた半導体装置の製造方法であって、
   前記処理室内に前記半導体基板を配置する工程と、
   前記処理室内に処理用ガスを導入し、前記半導体基板の上方に形成された被処理膜を前記処理用ガスにより処理する工程と、
   前記被処理膜を処理する際に生じた前記処理室内の生成ガスを前記真空ポンプにより排気する工程とを含み、
   前記生成ガスを排気する工程では、前記処理用ガスの固化温度より前記内部空間内の温度が高くなるように、前記内部空間に達する孔を介して前記内部空間内に導入するパージガスの温度及び前記排気口側の圧力を制御することを有する
   ことを特徴とする半導体装置の製造方法。
4. 請求項３記載の半導体装置の製造方法において、
   前記排気口に接続された他のポンプの回転数を制御することにより、前記排気口側の圧
   力を制御する
   ことを有することを特徴とする半導体装置の製造方法。

Images