JP6725389B2 - 半導体製造装置 - Google Patents

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Description

実施形態は、半導体製造装置に関する。
減圧気相成長装置を利用した薄膜の形成方法として、2種類の材料ガスを交互にチャンバに流す、サイクリック導入が展開され始めている。サイクリック導入の場合、チャンバで消費される材料ガスの量は極めて少ない。このため、導入された材料ガスのほとんどが、チャンバから排気される。材料ガスは、ドライ真空ポンプなどのポンプを用いてチャンバから排気される。材料ガスがポンプに流れ込むと、ポンプ内には、材料ガスに起因した副生成物が発生する。副生成物は、ポンプを固着させたり、排気管を閉塞させたりするなど、ポンプライフの低下を引き起こす可能性がある。ポンプライフの向上が求められている。
特開2015−227618号公報 特開2002−110570号公報 特開平5−29227号公報
実施形態は、ポンプライフの向上が可能な半導体製造装置を提供する。
実施形態の半導体製造装置は、被処理体に処理を施すチャンバと、前記チャンバに前記チャンバ内で使用されるガスを供給するガス供給機構と、前記チャンバを排気する排気システムと、を備える。前記排気システムは、第1ポンプ部と、第2ポンプ部と、シャフトと、モーターとを含む。前記第1ポンプは、第1排気室を含む。前記第1排気室には、第1吸気口と、第1排気口と、第1ローターとが設けられる。前記第2ポンプ部は、第2排気室を含む。前記第2排気室には、第2吸気口と、第2排気口と、第2ローターとが設けられる。前記シャフトは、前記第1ローターと前記第2ローターとを連結する。前記モーターは、前記第1ローター、前記第2ローター、および前記シャフトを回転させる。前記半導体製造装置は、第1の制御状態では、前記第1ポンプ部が前記チャンバと接続され、前記第2ポンプ部を前記チャンバと非接続とし、前記ガス供給機構から前記第2ポンプ部に洗浄剤を含むガスが供給される。第2の制御状態では、前記第1ポンプ部を前記チャンバと非接続とし、前記第2ポンプ部が前記チャンバと接続され、前記ガス供給機構から前記第1ポンプ部に前記洗浄剤を含むガスが供給される。
図1は、実施形態に係る排気システムを示す模式図である。 図2は、実施形態に係る排気システムを利用した真空ポンプの例を示す模式図である。 図3(a)は、図2中のIIIa-IIIa線に沿う断面図、図3(b)は、図2中のIIIb-IIIb線に沿う断面図である。 図4は、図2、図3(a)、および(b)に示す真空ポンプの排気経路を示す模式図である。 図5は、参考例と実施形態とを比較して示す模式図である。 図6は、真空ポンプを用いた半導体製造装置の第1例を示す模式ブロック図である。 図7は、運用方法の第1例を示すタイミングチャートである。 図8は、運用方法の第2例を示すタイミングチャートである。 図9は、真空ポンプを用いた半導体製造装置の第2例を示す模式ブロック図である。 図10は、運用方法の第3例を示すタイミングチャートである。 図11は、第1変形例に係る排気システムを示す模式図である。 図12は、第2変形例に係る排気システムを示す模式図である。 図13は、真空ポンプを用いた半導体製造装置の第3例を示す模式図である。
以下、図面を参照し、実施形態について説明する。各図面中、同じ要素には同じ符号を付す。実施形態では、排気システムとして、例えば、真空ポンプを含み、例えば、減圧気相成長装置等の半導体製造装置に使用される排気システムを例示する。
<排気システム>
図1は、実施形態に係る排気システム100を示す模式図である。図1は、排気システム100の基本的な構成を概略的に示す。
図1に示すように、排気システム100は、第1ポンプ部1aと、第2ポンプ部1bと、シャフト3と、モーター4とを含む。
第1ポンプ部1aは、第1排気室11aと、第1吸気口12aと、第1排気口13aと、第1ローター14aとを含む。第1吸気口12a、第1排気口13a、および第1ローター14aは、第1排気室11aに設けられる。
同様に、第2ポンプ部1bは、第2排気室11bと、第2吸気口12bと、第2排気口13bと、第2ローター14bとを含む。第2吸気口12b、第2排気口13b、および第2ローター14bは、第2排気室11bに設けられる。
第1吸気口12aおよび第2吸気口12bは、例えば、減圧気相成長装置のチャンバ側に接続される。第1排気口13aおよび第2排気口13bは、排気管側に接続される。
シャフト3は、第1ローター14aと第2ローター14bとを連結する。モーター4は、第1ローター14a、第2ローター14b、およびシャフト3を回転させる。第1ローター14aと第2ローター14bとは、シャフト3によって同時に回転される。第1ローター14aの回転速度と、第2ローター14bの回転速度は、例えば、同じである。
<排気システムを利用した真空ポンプ>
図2は、実施形態に係る排気システム100を利用した真空ポンプの例を示す模式図である。図3(a)は、図2中のIIIa-IIIa線に沿う断面図、図3(b)は、図2中のIIIb-IIIb線に沿う断面図である。図4は、図2、図3(a)、および(b)に示す真空ポンプの排気経路を示す模式図である。
図2〜図4に示すように、真空ポンプ101は、例えば、ブースターポンプBPと、メインポンプMPとを含む。ブースターポンプBPおよびメインポンプMPは、図1に示した排気システム100の基本的な構成を含む。ブースターポンプBPおよびメインポンプMPは、例えば、ドライポンプである。ブースターポンプBPおよびメインポンプMPは、例えば、半導体製造装置のチャンバと排気管との間に直列に接続される。例えば、ブースターポンプBPはチャンバ側に設けられ、メインポンプMPは排気管側に設けられる。
ブースターポンプBPは、例えば、ルーツ方式のポンプである。ルーツ方式のポンプは、第1排気室11aB内に、第1ローター14aとして、一対のローター141aBおよび142aBを含む。同じく第2排気室11bB内に、第2ローター14bとして、一対のローター141bBおよび142bBを含む。
ブースターポンプBPにおいて、シャフト3は、一対のシャフト31Bおよび32Bを含む。シャフト31Bは、ローター141aBとローター141bBとを連結する。シャフト32Bは、ローター142aBとローター142bBとを連結する。
ローター141aB、141bB、およびシャフト31Bは、ギアボックス5B内に設けられたギア(図示せず)を介して、ローター142aB、142bB、およびシャフト32Bに接続される。モーター4Bは、ローター141aB、141bB、およびシャフト31Bを回転させる。さらに、ギアボックス5B内のギア(図示せず)を介して、ローター142aB、142bB、およびシャフト32Bを回転させる。ローター142aBおよび142bBは、ローター141aBおよび141bBと逆方向に回転する。ローター142aBおよび142bBの回転速度は、ローター141aBおよび141bBの回転速度と、例えば、同じである。
メインポンプMPは、例えば、スクリュー方式のポンプである。スクリュー方式のポンプは、第1排気室11aM内に、第1ローター14aとして、一対のローター141aMおよび142aMを含む。同じく第2排気室11bM内に、第2ローター14bとして、一対のローター141bMおよび142bMを含む。
メインポンプMPにおいて、シャフト3は、一対のシャフト31Mおよび32Mを含む。シャフト31Mは、ローター141aMとローター141bMとを連結する。シャフト32Mは、ローター142aMとローター142bMとを連結する。
ローター141aM、141bM、およびシャフト31Mは、ギアボックス5M内に設けられたギア(図示せず)を介して、ローター142aM、142bM、およびシャフト32Mに接続される。モーター4Mは、ローター141aM、141bM、およびシャフト31Mを回転させる。さらに、ギアボックス5M内のギア(図示せず)を介して、ローター142aM、142bM、およびシャフト32Mを回転させる。ローター142aMおよび142bMは、ローター141aMおよび141bMと逆方向に回転する。回転速度は、ローター142aMおよび142bMと、ローター141aMおよび141bMとで、例えば、同じである。
ブースターポンプBPの第1吸気口12aBおよび第2吸気口12bBは、チャンバ側に接続される。ブースターポンプBPの第1排気口13aBおよび第2排気口13bBは、メインポンプMPの第1吸気口12aMおよび第2吸気口12bMに接続される。メインポンプMPの第1排気口13aMおよび第2排気口13bMは、排気管6に接続される。排気管6は、例えば、半導体装置製造工場に設置された工場内排気配管7に接続される。工場内排気配管7は、除害装置へ接続される。
真空ポンプ101では、第1ポンプ部1aと第2ポンプ部1bとが並列である。このため、図4に示すように、排気経路は、第1ポンプ部1aを介した第1排気経路Aと、第2ポンプ部1bを介した第2排気経路Bとが独立して存在する。
また、第1ポンプ部1aの構造と第2ポンプ部1bの構造とは、例えば、対称である。図2および図4に示すように、実施形態の第1ポンプ部1aと、第2ポンプ部1bとは、例えば、左右対称の構造である。このため、第1ポンプ部1aの排気能力と、第2ポンプ部1bの排気能力とを、同等とすることができる。
実施形態の真空ポンプ101では、ブースターポンプBPをルーツ方式とし、メインポンプMPをスクリュー方式としているが、ルーツ方式とスクリュー方式との組み合わせは自由である。もちろん、ブースターポンプBPおよびメインポンプMPの双方をルーツ方式としてもよいし、双方をスクリュー方式としてもよい。ルーツ方式およびスクリュー方式とは異なった方式のポンプが用いられてもよい。
図5は、参考例と実施形態とを比較して示す模式図である。
図5に示すように、実施形態の真空ポンプ101では、第1ポンプ部1aと第2ポンプ部1bとで、1台のモーター4と、1台のギアボックス5を共有する。このため、例えば、参考例のように、真空ポンプ101aと真空ポンプ101bとの2台を、1つの平面上に並べて配置する場合に比較して、例えば、モーター4の1台分のスペースと、ギアボックス5の1台分のスペースとを節約することができる。したがって、真空ポンプ101は、真空ポンプ101aおよび101bを、1つの平面上に並べて配置する場合に比較して、省スペース化が可能である。
図5には、真空ポンプ101、101a、および101bを、横に配置した例が示されているが、省スペース化の効果は、真空ポンプ101、101a、および101bを、縦に配置した場合でも、得ることができる。
<半導体製造装置の第1例>
図6は、真空ポンプ101を用いた半導体製造装置の第1例を示す模式ブロック図である。
図6に示すように、半導体製造装置200は、チャンバ201と、ガス供給機構202と、真空ポンプ(排気システム)101と、制御部300とを含む。チャンバ201には被処理体203が搬入され、搬入された被処理体203に対して処理が施される。被処理体203は、例えば、半導体ウェハである。半導体ウェハは、例えば、シリコンウェハである。処理の例は、例えば、成膜処理である。チャンバ201内では、例えば、シリコンウェハ上に、薄膜が成膜される。薄膜は、例えば、シリコン膜、酸化物膜、窒化物膜、酸窒化物膜等、半導体装置の製造に用いられる膜である。実施形態では、半導体製造装置200の1つの例として、例えば、シリコン酸窒化物膜等を、減圧気相成長によって成膜することが可能な減圧気相成長装置を示す。
ガス供給機構202は、例えば、第1材料ガス供給源21と、第2材料ガス供給源22と、不活性ガス供給源23と、洗浄ガス供給源24とを含む。
第1材料ガス供給源21は、第1材料ガスとして、例えば、シリコン材料ガスを、チャンバ201に供給する。シリコン材料ガスは、シリコンを含むガスであればよい。シリコンを含むガスの例としては、例えば、
DCS(ジクロロシラン)を含むガス
HCD(ヘキサクロロジシラン)を含むガス
3DMAS(トリスジメチルアミノシラン)を含むガス
DIPAS(ジイソプロピルアミノシラン)を含むガス
を挙げることができる。第1材料ガス供給源21は、上記ガスを、チャンバ201に同時に供給することも、上記ガスの少なくとも1つを選んで供給することも可能である。
第2材料ガス供給源22は、第2材料ガスとして、例えば、シリコンを酸化、あるいは窒化、あるいは酸窒化することが可能な酸化性/窒化性のガスを、チャンバ201に供給する。酸化性/窒化性のガスは、酸素/窒素を含むガスであればよい。酸化性/窒化性のガスの例としては、例えば、
を含むガス
NHを含むガス
を挙げることができる。第2材料ガス供給源22も、第1材料ガス供給源21と同様に、例えば、Oを含むガス、およびNHを含むガスを、チャンバ201に同時に供給することも、別々に供給することも可能である。
不活性ガス供給源23は、不活性ガスを、チャンバ201に供給する。不活性ガスの例としては、例えば、Nガスを挙げることができる。
洗浄ガス供給源24は、洗浄ガスを、チャンバ201に供給する。洗浄ガスは、例えば、シリコン膜、シリコン酸化物膜、シリコン窒化物膜、およびシリコン酸窒化物膜等を除去することが可能なガスであればよい。そのような洗浄ガスの例としては、ハロゲンを含むガスを挙げることができる。洗浄ガスとして使用可能なハロゲンを含むガスの例としては、例えば、
ClFを含むガス
を含むガス
HFを含むガス
を挙げることができる。洗浄ガス供給源24は、上記ガスを、チャンバ201に同時に供給することも、上記ガスの少なくとも1つを選んで供給することも可能である。
チャンバ201のチャンバ排気口81は、真空ポンプ101の吸気口に接続される。実施形態の半導体製造装置200では、チャンバ排気口81は、第1排気配管82に接続される。
第1排気配管82の途中には、自動圧力調整装置(APC)204が設けられる。第1排気配管82のAPC204よりも下流の部分82dは、第1吸気口12aBに、第2排気配管83aを介して接続される。同様に、第1排気配管82のAPC204よりも下流の部分82dは、第2吸気口12bBに、第3排気配管83bを介して接続される。下流とは、APC204と、真空ポンプ101の吸気口との間のことをいう。第2排気配管83aの途中には、バルブVEC1が設けられる。同様に、第3排気配管83bの途中には、バルブVEC2が設けられる。バルブVEC1およびVEC2は、処理に使用されたガスを流すことが可能なバルブである。
実施形態の半導体製造装置200では、不活性ガス供給源23および洗浄ガス供給源24が、チャンバ201に接続される。これとともに、不活性ガス供給源23および洗浄ガス供給源24が、例えば、ベントライン84を介して真空ポンプ101にも接続される。不活性ガス供給源23および洗浄ガス供給源24は、第2排気配管83aの下流の部分83adと、第3排気配管83bの下流の部分83bdとに接続される。第2排気配管83aの下流の部分83adは、バルブVEC1と第1吸気口12aBとの間の部分である。同様に、第3排気配管83bの下流の部分83bdは、バルブVEC2と第2吸気口12bBとの間の部分である。
ベントライン84は、例えば、バルブVNT1を介して、第2排気配管83aの下流の部分83adに接続され、例えば、バルブVNT2を介して、第3排気配管83bの下流の部分83bdに接続される。バルブVNT1およびVNT2は、洗浄ガスおよび/または不活性ガスを流すことが可能なバルブである。
制御部300は、半導体製造装置200を制御する。例えば、制御部300は、真空ポンプ101、ガス供給機構202、バルブVEC1、VEC2、VNT1、およびVNT2を制御する。例えば、制御部300は、
・真空ポンプ101のオン/オフ、およびモーター回転数調節
・第1材料ガス供給源21のガス供給開始/停止、およびガス流量調節
・第2材料ガス供給源22のガス供給開始/停止、およびガス流量調節
・不活性ガス供給源23のガス供給開始/停止、およびガス流量調節
・洗浄ガス供給源24のガス供給開始/停止、およびガス流量調節
・バルブVEC1の開/閉、およびバルブ開度調節
・バルブVEC2の開/閉、およびバルブ開度調節
・バルブVNT1の開/閉、およびバルブ開度調節
・バルブVNT2の開/閉、および開度調節
等を、例えば、プロセスレシピに従って実行する。なお、制御部300は、上記制御を、オペレータによる操作に従って実行することも可能である。
実施形態の排気システム100を含む真空ポンプ101は、例えば、図6に示すような半導体製造装置200に用いることができる。
図6に示したように、真空ポンプ101は、第1ポンプ部1aと第2ポンプ部1bとが並列である。このため、図4に示したように、排気経路は、第1ポンプ部1aを介した第1排気経路Aと、第2ポンプ部1bを介した第2排気経路Bとが独立して存在する。
このような真空ポンプ101を備えた半導体製造装置200によれば、バルブVEC1、VEC2、VNT1、およびVNT2の開閉制御により、例えば、以下のような運用方法(A)〜(C)が可能である。
(A) 第1ポンプ部1aと第2ポンプ部1bとを、交互に使用する
(B) 第1ポンプ部1aと第2ポンプ部1bとを、同時に使用する
(C) 第1ポンプ部1aと第2ポンプ部1bとを、シリーズに使用する
<運用方法の第1例>
図7は、運用方法の第1例を示すタイミングチャートである。第1例は、運用方法(A)、(B)を含む。第1例は、例えば、2種類の材料ガスを交互にチャンバに流す“サイクリック導入”の例である。
1.ロード(Load)
図7中の時刻t0〜t1に示すように、被処理体203、例えば、シリコンウェハをチャンバ201内へロードする。
ロードの際、チャンバ201内の圧力は、被処理体203のロードが可能な圧力、例えば、大気圧(AP)とされる。真空ポンプ101は、待機状態又は停止状態とされる。バルブVEC1、VEC2、VNT1、およびVNT2は、例えば、以下の通りに制御される。
VEC1: Close
VEC2: Close
VNT1: Close
VNT2: Close
2.真空引き(Vacuum)
図7中の時刻t1〜t2に示すように、被処理体203をロードした後、チャンバ201内を真空引きする。
真空引きの際、真空ポンプ101は、作動状態とされる。バルブVEC1、VEC2、VNT1、およびVNT2は、例えば、以下の通りに制御される。
VEC1: Open
VEC2: Open
VNT1: Close
VNT2: Close
バルブVEC1およびVEC2は、それぞれ“開(Open)”状態、例えば、“全開(Full open)”状態とされる。バルブVNT1およびVNT2は、それぞれ“閉(Close)”状態とされる。これにより、チャンバ201内は、真空ポンプ101の第1ポンプ部1aおよび第2ポンプ部1bによって、排気される。
3.サイクリック工程(Cyclic)
図7中の時刻t2〜t6に示すように、チャンバ201を真空引きした後、薄膜の成膜工程に入る。本実施形態では、1つの例として、シリコン酸窒化膜の成膜を例示する。本実施形態のシリコン酸窒化膜の成膜は、サイクリック導入を用いる。サイクリック導入を用いたシリコン酸窒化膜の成膜では、例えば、
(a)シリコンの吸着
(b)パージ
(c)シリコンの酸窒化
(d)パージ
を、設計された回数、繰り返す。これにより、設計された膜厚を持つシリコン酸窒化膜が、被処理体203上に成膜される。さらに、実施形態では、(a)工程を、
(a)シリコンの吸着およびポンプ部の洗浄
とし、(c)工程を、
(c)シリコンの酸窒化およびポンプ部の洗浄
とする。
(a)シリコンの吸着およびポンプ部の洗浄(ABSORB.&CLN.)
図7中の時刻t2〜t3に示すように、チャンバ201内において、被処理体203上に、シリコンを吸着させる。チャンバ201内には、ガス供給機構202から、第1材料ガスとして、シリコン材料ガスが供給される。
吸着および洗浄の際、真空ポンプ101は、作動状態とされる。バルブVEC1、VEC2、VNT1、およびVNT2は、例えば、以下の通りに制御される。
VEC1: CONT.(開度調節)
VEC2: Close
VNT1: Close
VNT2: CONT.(開度調節)
バルブVEC1は、“開度調節(CONT.)”状態とされる。バルブVEC2は、“閉(Close)”状態とされる。バルブVNT1は、“閉(Close)”状態とされる。バルブVNT2は、“開度調節(CONT.)”状態とされる。これにより、チャンバ201は、その内部の圧力が、例えば、大気圧(AP)以下の成膜圧力に調節されつつ、その内部にシリコン材料ガスが供給される。
チャンバ201内は、第1ポンプ部1aによって排気される。第1ポンプ部1aの第1排気室11aBおよび11aMには、チャンバ201からシリコン材料ガスが流入する。
これに対して、第2ポンプ部1bは、チャンバ201内に接続されない。このため、第2ポンプ部1bの第2排気室11bBおよび11bMには、シリコン材料ガスが流入しない。代わりに、実施形態では、第2排気室11bBおよび11bMには、ガス供給機構202から、例えば、洗浄ガスを供給する。
(b)パージ(Purge)
図7中の時刻t3〜t4に示すように、シリコンの吸着およびポンプ部の洗浄の後、チャンバ201内をパージする。
パージの際、真空ポンプ101は作動状態とされ、チャンバ201内には、ガス供給機構202から、例えば、不活性ガスが供給される。バルブVEC1、VEC2、VNT1、およびVNT2は、例えば、以下の通りに制御される。
VEC1: Open
VEC2: Open
VNT1: Close
VNT2: Close
バルブVEC1およびVEC2は、それぞれ“開(Open)”状態、例えば、“全開(Full open)”状態とされる。バルブVNT1およびVNT2は、それぞれ“閉(Close)”状態とされる。これにより、チャンバ201内は、不活性ガスが供給されつつ、第1ポンプ部1aおよび第2ポンプ部1bによって、排気される。
(c)シリコンの酸窒化およびポンプ部の洗浄(Ox-Ni.&CLN.)
図7中の時刻t4〜t5に示すように、チャンバ201内において、被処理体203上に吸着されたシリコンを、酸窒化する。チャンバ201内には、ガス供給機構202から、第2材料ガスとして、酸化性/窒化性のガスが供給される。
酸窒化および洗浄の際、真空ポンプ101は、作動状態とされる。バルブVEC1、VEC2、VNT1、およびVNT2は、例えば、以下の通りに制御される。
VEC1: Close
VEC2: CONT.(開度調節)
VNT1: CONT.(開度調節)
VNT2: Close
バルブVEC1は、“閉(Close)”状態とされる。バルブVEC2は、“開度調節(CONT.)”状態とされる。バルブVNT1は、“開度調節(CONT.)”状態とされる。バルブVNT2は、“閉(Close)”状態とされる。これにより、チャンバ201は、その内部の圧力が、例えば、大気圧(AP)以下の酸窒化圧力に調節されつつ、その内部に酸化性/窒化性のガスが供給される。
チャンバ201内は、第2ポンプ部1bによって排気される。第2排気室11bBおよび11bMには、チャンバ201から酸化性/窒化性のガスが流入する。
酸窒化においては、第1ポンプ部1aは、チャンバ201内に接続されない。このため、第1排気室11aBおよび11aMには、酸化性/窒化性のガスが流入しない。代わりに、実施形態では、第1排気室11aBおよび11aMには、ガス供給機構202から、例えば、洗浄ガスを供給する。
(d)パージ(Purge)
図7中の時刻t5〜t6に示すように、シリコンの酸窒化およびポンプ部の洗浄の後、チャンバ201内を、(b)パージと同様に、パージする。
パージの際、真空ポンプ101は作動状態とされ、チャンバ201内には、ガス供給機構202から、例えば、不活性ガスが供給される。バルブVEC1、VEC2、VNT1、およびVNT2は、例えば、以下の通りに制御される。
VEC1: Open
VEC2: Open
VNT1: Close
VNT2: Close
バルブVEC1およびVEC2は、それぞれ“開(Open)”状態、例えば、“全開(Full open)”状態とされる。バルブVNT1およびVNT2は、それぞれ“閉(Close)”状態とされる。これにより、チャンバ201内は、不活性ガスが供給されつつ、第1ポンプ部1aおよび第2ポンプ部1bによって、排気される。
実施形態では、図7に示すように、(a)工程〜(d)工程を、設計された回数、繰り返す(Cyclic)。これにより、被処理体203上には、設計された膜厚のシリコン酸窒化膜が成膜される。
4.大気開放(Release)
図7中の時刻t6〜t7に示すように、サイクリック工程の後、チャンバ201内を大気開放する。
大気開放の際、真空ポンプ101は、待機状態又は停止状態とされる。バルブVEC1、VEC2、VNT1、およびVNT2は、例えば、以下の通りに制御される。
VEC1: Close
VEC2: Close
VNT1: Close
VNT2: Close
5.アンロード(Unload)
図7中の時刻t7〜t8に示すように、チャンバ201内の圧力が、被処理体203のアンロードが可能な圧力、例えば、大気圧(AP)に復帰した後、被処理体203を、チャンバ201からアンロードする。
アンロードの際、真空ポンプ101は、待機状態又は停止状態とされる。バルブVEC1、VEC2、VNT1、およびVNT2は、例えば、以下の通りに制御される。
VEC1: Close
VEC2: Close
VNT1: Close
VNT2: Close
このような運用方法の第1例は、図6に示した制御部300の制御により実行される。運用方法の第1例では、チャンバ201内を、第1ポンプ部1aと第2ポンプ部1bとを、交互に使用して排気する。このため、第1ポンプ部1aを使用してチャンバ201内を排気している間、第2ポンプ部1bについては、そのガス流路中に、洗浄ガスを流して洗浄することが可能となる。同様に、第2ポンプ部1bを使用してチャンバ201内を排気している間、第1ポンプ部1aのガス流路中に、洗浄ガスを流して洗浄できる。
このような運用方法の第1例によれば、サイクリック工程の間、例えば、第1ポンプ部1aと第2ポンプ部1bを、交互に洗浄することが可能となる。このため、例えば、第1排気室11aBおよび11aM、第2排気室11bBおよび11bM、排気管6など、真空ポンプ101のガス流路中への、材料ガスに起因した副生成物の発生を抑制することができる。したがって、真空ポンプ101の、副生成物の発生が少なく、ポンプが固着したり、排気管が閉塞したりすることを抑制でき、真空ポンプ101のポンプライフを向上できる、という利点を得ることができる。
さらに、運用方法の第1例によれば、第1ポンプ部1aと第2ポンプ部1bとを、同時に使用して、チャンバ201内を排気することもできる。例えば、図7中に示した時刻t1〜t2の間、時刻t3〜t4の間、および時刻t5〜t6の間である。第1ポンプ部1aと第2ポンプ部1bとを、同時に使用することで、チャンバ201内を、第1ポンプ部1a又は第2ポンプ部1bを1つだけ使用して排気する場合に比較して、真空ポンプ101の排気能力を高めることができる。このように真空ポンプ101は、排気能力を、例えば、段階的に制御することも可能である。実施形態の真空ポンプ101によれば、その排気能力を、例えば、“高排気能力”および“低排気能力”の2段階で制御できる。
真空ポンプ101の排気能力を高めると、例えば、チャンバ201内の急速な排気が可能となる。チャンバ201内の急速な排気が可能となれば、プロセス中における排気工程、例えば、図7中の時刻t1〜t2に示される“真空引き(Vacuum)”、時刻t3〜t4および時刻t5〜t6に示される“パージ(Purge)”などに要する時間を短縮できる。さらに、真空ポンプ101によれば、チャンバ201内の真空度に、より高い真空度が要求された場合には、例えば、要求された高い真空度にも対応可能である。
実施形態に係る排気システム100を含む真空ポンプ101によれば、運用方法の第1例により説明されたように、例えば、
(1)ポンプライフの向上が可能
(2)排気能力の向上が可能
という利点を、得ることもできる。
<運用方法の第2例>
図8は、運用方法の第2例を示すタイミングチャートである。第2例は、運用方法(B)、(C)を含む。
図8に示すように、第2例が、図7に示した第1例と異なるところは、第1ポンプ部1aと第2ポンプ部1bとを、シリーズに使用すること、である。実施形態において、“シリーズに使用する”は、例えば、チャンバ201内の排気に、1回目の成膜工程では第1ポンプ部1aを使用し、2回目の成膜工程では第2ポンプ部1bを使用すること、を指す。あるいはチャンバ201の排気に、1〜n回目の成膜工程では第1ポンプ部1aを使用し、n+1〜2n回目の成膜工程では第2ポンプ部1bを使用すること、を指す。第2例では、前者を例示する。
1.1回目の成膜工程
図8に示すように、第2例では、例えば、1回目の成膜工程の時刻t2〜t3に示す期間、および時刻t4〜t5に示す期間においては、第1ポンプ部1aを使用してチャンバ201内を排気する。これらの期間、第2ポンプ部1bには、ガス供給機構202から、例えば、洗浄ガスが供給される。これにより、第2ポンプ部1b中のガス流路、例えば、第2排気室11bBおよび11bMの内部などが洗浄される(図8中のCLN.参照)。
なお、時刻t2〜t6に示すサイクリック工程の間、第2ポンプ部1bの洗浄が終了するなど、洗浄の必要性がなくなった場合、あるいは洗浄の必要がない場合には、第2ポンプ部1bには、ガス供給機構202から、洗浄ガスの代わりに不活性ガスを供給するようにしてもよい。
2.2回目の成膜工程
1回目の成膜工程が終了すると、2回目の成膜工程が開始される。2回目の成膜工程の時刻t2〜t3に示す期間、および時刻t4〜t5に示す期間は、第2ポンプ部1bを使用して、チャンバ201内を排気する。これらの期間、第1ポンプ部1aには、ガス供給機構202から、例えば、洗浄ガスが供給される。これにより、1回目の成膜工程に使用された第1ポンプ部1aにおいては、第1ポンプ部1a中のガス流路、例えば、第1排気室11aBおよび11aMの内部などが洗浄される(図8中のCLN.参照)。
2回目の成膜工程中におけるサイクリック工程(時刻t2〜t6)の間、第1ポンプ部1aの洗浄の必要性がなくなった場合には、第1ポンプ部1aには、洗浄ガスに代えて不活性ガスを供給してもよい。
このような運用方法の第2例も、図6に示した制御部300の制御により実行される。
第2例によれば、チャンバ201内を、第1ポンプ部1aと第2ポンプ部1bとをシリーズに使用して排気する。このため、第1ポンプ部1aを使用している間、第2ポンプ部1bを洗浄できる。反対に、第2ポンプ部1bを使用している間、第1ポンプ部1aを洗浄できる。したがって、第1例と同様に、第1ポンプ部1aおよび第2ポンプ部1bのガス流路において、材料ガスに起因した副生成物の発生を抑制できる。
このような第2例においても、第1例と同様に、真空ポンプ101のガス流路中への副生成物の発生を抑制することができ、ポンプの固着や、排気管の閉塞を抑制できる。したがって、真空ポンプ101のポンプライフを向上できる、という利点を得ることができる。
<半導体製造装置の第2例>
図9は、真空ポンプ101を用いた半導体製造装置の第2例を示す模式ブロック図である。
図9に示すように、第2例に係る半導体製造装置200aが、図6に示した半導体製造装置200と異なるところは、洗浄ガスに加えて、洗浄液の供給が可能な経路を、さらに備えていること、である。
例えば、半導体製造装置200aは、洗浄液供給機構205を含む。洗浄液供給機構205は、バルブV1を介して第2排気配管83aの下流の部分83adに接続され、バルブV2を介して第3排気配管83bの下流の部分83bdに接続される。バルブV1およびV2は、洗浄液を流すことが可能なバルブである。
洗浄液としては、例えば、水や、薄膜のエッチングに使用されるエッチング液などを用いることができる。水としては、例えば、脱イオン水や電解イオン水の使用が可能である。
半導体製造装置200aの制御部300aは、図6に示した制御部300に比較して、洗浄液供給機構205、バルブV1およびV2を、さらに制御する。例えば、制御部300aは、
・洗浄液供給機構205の洗浄液供給開始/停止、および洗浄液流量調節
・バルブV1の開/閉、および開度調節
・バルブV2の開/閉、および開度調節
等を、例えば、プロセスレシピに従って実行する。なお、制御部300aは、上記制御を、オペレータによる操作に従って実行することも可能である。
第2例に係る半導体製造装置200aによれば、真空ポンプ101を、洗浄ガスを用いた洗浄と、洗浄液を用いた洗浄との2つの洗浄方法を用いて洗浄できる。このため、洗浄ガスのみの洗浄に比較して、より清浄度が高めることが可能な洗浄を、真空ポンプ101に対して行うことができる。
なお、第2例に係る半導体製造装置200aは、洗浄液供給機構205を備えているが、洗浄液供給機構205を備える必要は必ずしもない。例えば、第2排気配管83aの下流の部分83adに接続されたバルブV1と、第3排気配管83bの下流の部分83bdに接続されたバルブV2とを設け、必要に応じてバルブV1およびV2を開け、例えば、手動にて洗浄液を流すことも可能である。
第2例に係る半導体製造装置200aによれば、バルブV1およびV2の開閉制御により、例えば、以下の運用方法が可能である。
<運用方法の第3例>
図10は、運用方法の第3例を示すタイミングチャートである。
図10に示すように、運用方法の第3例は、図7に示した運用方法の第1例に、洗浄液を用いた洗浄を、さらに組み合わせた例である。図10に示す時刻t0〜t7の期間は、例えば、図7を参照して説明した運用方法と同じである。時刻t0〜t7の期間、バルブV1およびV2は、
V1: Close
V2: Close
に制御される。
時刻t6において、第1ポンプ部1aおよび第2ポンプ部1bを大気開放(Release)する。この後、時刻t7において、第1ポンプ部1aの第1排気室11aBおよび11aM、第2ポンプ部1bの第2排気室11bBおよび11bM内の圧力が高まり、洗浄液を用いた洗浄に適した圧力、例えば、大気圧(AP)に達したとする。この状態で、バルブVEC1、VEC2、VNT1、VNT2、V1およびV2を、以下のように制御する。
VEC1: Close
VEC2: Close
VNT1: Close
VNT2: Close
V1: Open
V2: Open
これにより、時刻t7〜t8の期間、真空ポンプ101は、バルブVEC1およびVEC2によってチャンバ201と非接続とされる。同様に、真空ポンプ101は、バルブVNT1およびVNT2によってガス供給機構202と非接続とされる。真空ポンプ101は、洗浄液供給機構205に、バルブV1およびV2を介して接続される。この状態で、洗浄液を用いた真空ポンプ101の洗浄を行う。
1.アンロードおよび洗浄(Unload & CLN.)
図10中の時刻t7〜t8に示すように、チャンバ201内においては、被処理体203のアンロードが行われる。洗浄液を用いた真空ポンプ101の洗浄は、例えば、被処理体203のアンロードと並行に行うことができる。
真空ポンプ101の洗浄に際し、洗浄液供給機構205から、洗浄液を第1ポンプ部1aおよび第2ポンプ部1bに供給する。これにより、第1ポンプ部1aにおいては、例えば、第1排気室11aBおよび11aMの内部などのガス流路が洗浄され、第2ポンプ部1bにおいては、例えば、第2排気室11bBおよび11bMの内部などのガス流路が洗浄される。
洗浄液を用いた洗浄において、真空ポンプ101の回転数は、例えば、排気工程中における回転数よりも低くされる。例えば、真空ポンプ101の回転数は、洗浄液が凍結しない回転数以下とされる。
このような運用方法の第3例は、図9に示した制御部300aの制御により実行される。
このような運用方法の第3例によれば、真空ポンプ101を、洗浄ガスを用いた洗浄と、洗浄液を用いた洗浄との2つの洗浄方法を用いて洗浄できる。このため、洗浄ガスのみの洗浄に比較して、真空ポンプ101のガス流路中の清浄度を、さらに高めることができる。
しかも、運用方法の第3例によれば、洗浄ガスを用いた洗浄と、洗浄液を用いた洗浄とが、成膜プロセス中に組み込まれる。このため、第2例に係る半導体製造装置200aでは、例えば、真空ポンプ101や排気管6を取り外し、分解して行う“メンテナンス”までの期間を延ばすこともできる。
このような半導体製造装置200aによれば、メンテナンスによる“運転停止期間”を少なくでき、装置の稼働効率も高まる、という利点も得ることができる。
運用方法の第3例は、運用方法の第1例に組み合わせた例で説明したが、運用方法の第3例は、運用方法の第2例に組み合わせることも可能である。
なお、運用方法の第3例では、洗浄液を用いた真空ポンプ101の洗浄を、例えば、被処理体203の“アンロード”と並行に行う例を示したが、被処理体203の“ロード”と並行して行うこともできる。
<排気システムの第1変形例>
図11は、第1変形例に係る排気システム100aを示す模式図である。図11においては、図1と同様に、排気システム100aの基本的な構成を概略的に示す。
図11に示すように、第1変形例に係る排気システム100aが、図1に示した排気システム100と異なるところは、第1排気口13aおよび第2排気口13bを、個別に、例えば、工場内排気配管7に接続したこと、である。
排気システム100aのように、第1排気口13aおよび第2排気口13bは、例えば、真空ポンプ101の構成部品の1つである排気管6に、必ずしも共通に接続されなくてもよい。第1排気口13aおよび第2排気口13bは、図11に示したように、個別に、例えば、工場内排気配管7に接続することも可能である。あるいは、特に図示はしないが、個別に、工場内に設置された別々の排気配管に接続することも可能である。
第1排気口13aおよび第2排気口13bを、個別に、例えば、工場内排気配管7に接続する排気システム100aによれば、排気管6を省略できる。このため、排気管6に起因して、第1排気口13aおよび第2排気口13bよりも後段の排気経路のコンダクタンスが、低下することを抑制できる。例えば、排気管6が細いと、排気管6が、排気経路中の“ボトルネック”となり、コンダクタンスを低下させる可能性がある。このため、真空ポンプ101の排気能力が、十分に発揮できない可能性がある。
このような事情に対し、排気システム100aによれば、排気管6を設ける必要がないので、例えば、排気管6がボトルネックとなるような、排気経路のコンダクタンスの低下を抑制できる、という利点を、さらに得ることができる。
<排気システムの第2変形例>
図12は、第2変形例に係る排気システム100bを示す模式図である。図12においては、図1と同様に、排気システム100bの基本的な構成を概略的に示す。
図12に示すように、第2変形例に係る排気システム100bが、図1に示した排気システム100と異なるところは、第1ポンプ部1aの第1ハウジング102aと、第2ポンプ部1bの第2ハウジング102bとの間に、ガス通路104を備えていること、である。ガス通路104は、例えば、第1ハウジング102aおよび第2ハウジング102bそれぞれに、ライン状の“くぼみ”を設け、これら“くぼみ”を合わせ、ガスが流れることが可能な“空間”を得ることで、設けることができる。
例えば、図1に示した実施形態の排気システム100は、第1ローター14aと第2ローター14bとが、シャフト3によって同時に回転される。第1ローター14aの回転速度と、第2ローター14bの回転速度は、例えば、同じである。このため、第1排気室11aと第2排気室11bとの間には、大きな圧力差は生じない。したがって、第1排気室11aと第2排気室11bとの間には、高いシール性は、必ずしも必要とされない。このことは、第2変形例に係る排気システム100bにおいても同様である。このため、第1ハウジング102aと第2ハウジング102bとの間のシーリング105には、汎用的で、安価なものを用いることが可能である。ガス通路104は、例えば、シーリング104とシャフト3との間に設けられる。
実施形態の排気システム100、100a、および100bでは、第1ローター14aと第2ローター14bとを回転させた状態で、第1排気室11aと第2排気室11bとで“排気室洗浄”を、同時に行うこと、あるいは第1排気室11aと第2排気室11bとで“チャンバ排気”と“排気室洗浄”とを、同時に行うことがある。例えば、図7、図8、および図10に示した時刻t2〜t3の期間、時刻t4〜t5の期間、図10に示した時刻t7〜t8の期間である。このため、ポンプ稼働中に、洗浄剤が、例えば、第1ハウジング102aとシャフト3との間の微小な隙間、および第2ハウジング102bとシャフト3との間に生じた微小な隙間に沿って、浸入する可能性がある。
このような洗浄剤の浸入を抑制したい場合には、排気システム100bのように、第1ハウジング102aと、第2ハウジング102bとの間に、ガス通路104を設けておくとよい。ガス通路104内には、第1ローター14aと第2ローター14bとを回転させた状態で“排気室洗浄”を同時に行っている間、あるいは“チャンバ排気”と“排気室洗浄”とを同時に行っている間、ガス、例えば、不活性ガスが流される。あるいはガス通路104内の圧力が、第1排気室11aおよび第2排気室11bの圧力よりも高められる。不活性ガスの1例は、窒素ガスである。不活性ガスを、ガス通路104に流す、あるいはガス通路104内の圧力を高くすることで、不活性ガスを、ガス通路104周囲の微小な隙間を介して、第1ハウジング102aとシャフト3との間の微小な隙間、および第2ハウジング102bとシャフト3との間の微小な隙間に流すことができる。これにより、シャフト3の周囲への洗浄剤の浸入を抑制することができる。洗浄剤の浸入を抑制できる効果は、洗浄剤がガスであっても、液体であっても、どちらでも得ることができる。
第2変形例に係る排気システム100bによれば、第1ハウジング102aと第2ハウジング102bとの間に、ガス通路104を備えているので、例えば、第1ハウジング102aとシャフト3との間、および第2ハウジング102bとシャフト3との間への洗浄剤の浸入を抑制することができる。このため、例えば、洗浄剤の浸入に起因するような、予期せぬシャフト3の劣化進行等を、抑制することが可能となる。
<半導体製造装置の第3例>
図13は、真空ポンプを用いた半導体製造装置の第3例を示す模式図である。
図13に示すように、第3例に係る半導体製造装置200bは、真空ポンプ101を、階上設置とした例である。半導体製造工場内において、真空ポンプ101は、通常、チャンバ201よりも下方、例えば、チャンバ201の階下に設置される。
真空ポンプ101を、チャンバ201の階下に設置した場合、例えば、第2排気配管(図13には第2排気配管83aを示す)の長さが、長くなる。このため、例えば、
・チャンバ201から真空ポンプ101までのガス流路が長くなりやすい
・チャンバ201から真空ポンプ101までのガス流路の長さの均一化が難しい
などの事情が生じる。これらの事情から、例えば、真空ポンプ101を階下に設置した場合には、ガス流路のコンダクタンス値の制御が難しくなる。
これに対し、半導体製造装置200bは、真空ポンプ101を階上に設置、例えば、真空ポンプ101を、チャンバ201と同じフロアに設置する。
このような半導体製造装置200bによれば、真空ポンプ101を階下に設置する場合に比較して、例えば、第2排気配管(図13中の参照符号83a参照)の長さを短くすることが可能となる。したがって、チャンバ201から真空ポンプ101までのガス流路の長さの短縮や、ガス流路の長さの均一化を図りやすく、コンダクタンス値の制御を容易化できる。
半導体製造装置200bによれば、真空ポンプ101の
(1)ポンプライフの向上が可能
(2)排気能力の向上が可能
という利点を得つつ、真空ポンプ101のガス流路のコンダクタンス値の制御性の向上に、有利である、という利点を、さらに得ることができる。
以上、実施形態によれば、ポンプライフの向上が可能な排気システム、その排気システムを備えた半導体製造装置、および排気システムの運用方法を提供できる。
以上、実施形態について説明した。しかし、実施形態は、上記実施形態に限られるものではない。これらの実施形態は、一例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、実施形態の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、および変更を行うことができる。
例えば、実施形態では、ポンプ部として、第1ポンプ部1aと第2ポンプ部1bとの2つを示したが、ポンプ部は、3つ以上備えられていてもよい。
実施形態で説明した第1変形例に係る排気システム100a、第2変形例に係る排気システム100bは、例えば、半導体製造装置の第1例〜第3例のいずれにも適用することが可能である。
実施形態で説明した運用方法の第1例は、運用方法の第2例と組み合わせることも可能である。もちろん、運用方法の第1例〜第3例を全て組み合わせることも可能である。
実施形態に係る排気システム100、100a、100bは、例えば、半導体製造装置の真空ポンプに限らず、真空ポンプを必要とする製造装置やシステムであれば、適用することが可能である。
1a…第1ポンプ部、
1b…第2ポンプ部、
3、31B、32B、31M、32M…シャフト、
4、4B、4M…モーター、
5、5B、5M…ギアボックス、
6…排気管、
7…工場内排気配管、
11…排気室
11a、11aB、11aM…第1排気室、
12a、12aB、12aM…第1吸気口、
13a、13aB、13aM…第1排気口、
14a、141aB、142aB、141aM、142aM…第1ローター、
11b、11bB、11bM…第2排気室、
12b、12bB、12bM…第2吸気口、
13b、13bB、13bM…第2排気口、
14b、141bB、142bB、141bM、142bM、…第2ローター、
21…第1材料ガス供給源、
22…第2材料ガス供給源、
23…不活性ガス供給源、
24…洗浄ガス供給源、
81…チャンバ排気口、
82…第1排気配管、
82d…第1排気配管82のAPC204よりも下流の部分、
83a…第2排気配管、
83ad…第2排気配管83aの下流の部分、
83b…第3排気配管、
83bd…第3排気配管83bの下流の部分、
84…ベントライン、
100、100a、100b…排気システム、
101、101a、101b…真空ポンプ、
102a…第1ハウジング、
102b…第2ハウジング、
104…ガス通路、
105…シーリング、
200、200a、200b…半導体製造装置、
201…チャンバ、
202…ガス供給機構、
203…被処理体、
204…自動圧力調整装置(APC)、
205…洗浄液供給機構、
300、300a…制御部、
BP…ブースターポンプ、
MP…メインポンプ、
VEC1、VEC2、VNT1、VNT2、V1、V2…バルブ、
A、B…排気経路

Claims (4)

  1. 被処理体に処理を施すチャンバと、
    前記チャンバに前記チャンバ内で使用されるガスを供給するガス供給機構と、
    前記チャンバを排気する排気システムと、
    を備え、
    前記排気システムは、
    第1排気室と、前記第1排気室に設けられた第1吸気口、第1排気口、および第1ローターと、を含む第1ポンプ部と、
    第2排気室と、前記第2排気室に設けられた第2吸気口、第2排気口、および第2ローターと、を含む第2ポンプ部と、
    前記第1ローターと前記第2ローターとを連結するシャフトと、
    前記第1ローター、前記第2ローター、および前記シャフトを回転させるモーターと、
    を有し、
    第1の制御状態では、前記第1ポンプ部が前記チャンバと接続され、前記第2ポンプ部を前記チャンバと非接続とし、前記ガス供給機構から前記第2ポンプ部に洗浄剤を含むガスが供給され、
    第2の制御状態では、前記第1ポンプ部を前記チャンバと非接続とし、前記第2ポンプ部が前記チャンバと接続され、前記ガス供給機構から前記第1ポンプ部に前記洗浄剤を含むガスが供給される、
    半導体製造装置。
  2. 前記第1ポンプ部の構造と前記第2ポンプ部の構造とは、対称である、請求項1記載の半導体製造装置。
  3. 前記第1吸気口は、
    前記処理に使用されたガスを流すことが可能な第1バルブと、
    第1洗浄剤を流すことが可能な第2バルブと、
    に接続され、
    前記第2吸気口は、
    前記処理に使用されたガスを流すことが可能な第3バルブと、
    前記第1洗浄剤を流すことが可能な第4バルブと、
    に接続された、請求項1又は2に記載の半導体製造装置。
  4. 前記第1洗浄剤は、ガス又は液体である、請求項3記載の半導体製造装置。
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