JPH01244194A - 真空排気装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、真空排気技術、特に、オイルフリ真空ポンプ
を用いて高真空を作り出す技術に関し、例えば、半導体
装置の製造工程において、ウエノ＼に対して真空雰囲気
にて各種の処理を施す際に利用して存効なものに関する
。

〔従来の技術〕

半導体装置の製造工程において、ウエノ１上に所望のパ
ターンをエツチングするドライエツチング装置として、
ウェハが収容されているプロセスチューブを油回転ポン
プ等を用いた真空排気装置により高真空に排気した後、
プラズマ雲囲気下でエツチングガスを供給するように構
成されているものがある。このような真空排気装置にお
いて、圧力制御は排気路に介設されている可変バルブに
より開放量を変更調整することによりにより実行されて
いる。

なお、ドライエツチング技術を述べである例としては、
株式会社工業調査会発行「電子材料１９８７年１１月号
別冊」昭和６０年１１月１８日発行　Ｐ１０５〜ＰＩＩ
Ｏ１がある。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかし、このようなドライエツチング装置においては、
真空排気装置にロータリーポンプやブースタポンプ等が
使用されているため、エツチング処理室への油回転ポン
プからのオイル蒸気のパックディフェージッン現象が起
こり、パターンの微細化に伴って眉間耐圧の低下による
デイスクープ不良が発生する等の悪影響が発生し、また
、定期的にオイルの交換を行なわなければならないため
メンテナンス性が低下するという問題点があることが、
本発明者によって明らかにされた。

さらに、圧力制御には可変パルプが使用されているため
、反応副生成物がパルプ内部に付着し、メンテナンス性
が低下し、かつ、装置も大型化する。

本発明の目的は、オイルフリの処理を実現することがで
きるとともに、メンテナンス性を向上させることができ
る真空排気技術を提供することにある。

本発明の前記ならびにその他の目的と新規な特徴は、本
明細書の記述および添付図面から明らかになるであろう
。

〔課題を解決するための手段〕

本願において開示される発明のうち代表的なものの概要
を説明すれば、次の通りである。

排気路を真空排気するオイルフリ真空ポンプと、排気路
の圧力を測定する圧力測定装置と、排気路に接続されて
いる制御用ガス供給路と、この供給路に介設されている
流量制御装置と、前記オイルフリ真空ポンプおよび流量
制御装置を制御するコントローラとを設け、予め設定さ
れた圧力値と、前記圧力測定装置の測定圧力値との比較
に基づき、前記流量制御装置の流量を調整することによ
り、排気路の圧力を制御するようにしたものである。

【作用〕

前記した手段によれば、真空排気はオイルフリ真空ポン
プによって実行されるため、真空ポンプからのオイル蒸
気のバックディフユージッン現象の発生は回避される。

また、オイルの交換作業等も必然的に回避することがで
きる。

一方、排気路の圧力制御は、排気路中に制御用ガスを供
給量を加減調整しながら流すことにより実行されるため
、排気路の途中に反応副生成物が付着堆積する現象は回
避される。したがって、その反応副生成物を取り除く作
業の頻度は減少させることができる。

〔実施例〕

第１図は本発明の一実施例である真空排気装置が使用さ
れているドライエツチング装置を示す模式図、第２図は
それに使用されているオイルフリ真空ポンプの全体構造
を示す縦断面図、第３図（ａ）は第２図の遠心圧縮ポン
プ段の詳細を示す縦断面図、同図（ロ）および（Ｃ）は
第３図（ａ）のｍｂ矢視図およびｌ１ｒｃ矢視図、第４
図（ａ）は第２図の円周流圧縮ポンプ段の詳細を示す縦
断面図、同図（ｂ）および（Ｃ）は第４図（ａ）ｒＶｂ
矢視図およびＩＶｃ矢視図、第５図および第６図はその
作用を説明するための各線図である。

本実施例において、ドライエツチング装置は被処理物と
してのウェハｌを処理するための処理室２を備えており
、処理室２はステンレス鋼等からなる本体２Ａと蓋体２
Ｂとから形成されている。

チャンバ本体２Ａは下面が開口し上面が閉塞した略円筒
形状に形成されており、蓋体２Ｂは略円盤形杖に形成さ
れているとともに、本体２人の下面開口に着脱自在に被
せられて処理室２を密閉するようになっている。また、
蓋体２Ｂには処理室２内を排気するための排気口３が開
設されている。

処理室２内の下部および上部には一対の電極４．５が互
いに平行平板電極を構成するようにそれぞれ水平に配設
されている。下部電極４は蓋体の底壁に絶縁体を介して
摺動自在に挿入された支軸４Ａにより上下動可能に支持
されており、その上面においてウェハｌをｆ１１置状態
に保持し得るように構成されている。

下部電極５は本体に絶縁材料からなるホルダ６を介して
挿入された支軸５Ａにより固定的に吊持されており、上
部電極５には高周波量［７がアノード結合されている。

また、ホルダ６の内部にはガス供給路８が処理ガスとし
てのエツチングガス（例えば、ＣＦ、　、ＣＣ１，等）
を供給するように形成されており、供給路８の吹き出し
口であるエツチングガス導入口はエツチングガスを上部
電極５の背面空間に導入するように上部電極５の背面に
臨まされている。

前記排気口３には本発明にかかる真空排気装置１０を設
備された排気路９が接続されている。真空排気装置ＩＯ
はオイルフリ真空ポンプの一例であるターボ真空ポンプ
１１と、このポンプ１１を回転駆動する手段としてのモ
ータ１２と、このモータ１２の回転数を制御するための
インバータ１３と、ターボ真空ポンプ１１の吸気側に接
続されているターボ分子ポンプ１４と、ターボ真空ポン
プ１１の吸気側に圧力制御用ガスとしての窒素ガスを供
給するための制御ガス供給路１５と、その制御ガス供給
源１６と、この供給源１６からの供給量を制御するため
の流量制御装置としての粗制御用流量調整弁１７Ａおよ
び密制御用流！調整弁１７Ｂと、真空排気系全体を開閉
するエアパルプ１８とを備えており、この排気装置１０
には処理室２の内圧を測定する手段としての真空計１９
が接続されている。

このドライエツチング装置はコンピュータ等からなるコ
ントローラ２０を備えており、コントローラ２０は予め
設定されたシーケンスおよび真空計１９等からの測定デ
ータに基づきインバータ１３および制御ガス供給源の調
整弁１７Ａおよび１７Ｂ等を制御することにより、後述
する作用を実現するように構成されている。

前記ターボ真空ポンプ１１は第２図〜第４図に示されて
いるように構成されている。すなわち、この真空ポンプ
は、吸気口２１Ａおよび排気口２１Ｂを有するハウジン
グ２１と、このハウジング２１内に軸受２５を介して回
転自在に支持された回転軸２２と、吸気口２１Ａ側から
排気口２１Ｂ側に至る間のハウジング２１内に順次配設
された遠心圧縮ポンプ段２３および円周流圧縮ポンプ段
２４とを備えている０回転軸２２はこれに連結したモー
タ１２により駆動されるようになっており、モータ１２
はインバータ１３によりその回転数を制御されるように
構成されている。

前記遠心圧縮ポンプ段２３は、第３図（ａ）［有］）に
示されているように、表面に回転方向に対して内向きの
羽根２６が複数突設されているとともに、回転軸２２に
取付けられているオーブン羽根車２３Ａと、第３図（ａ
）　（Ｃ）に示されているように、ハウジング２１の内
壁に取付けられているとともに、前記羽根車２３Ａの裏
面（羽根２６が設けられていない面）と対向する面に回
転方向に対して内向きの羽根２７を複数個突設されてい
る固定円板２３Ｂとを交互に並列に配置されることによ
り、構成されている。

前記円周流圧縮ポンプ段２４は、第４図（ａ）およびら
）に示されているように、回転軸２２に取付けられてい
るとともに、外周面に複数個の羽根２８を放射状に形成
されている羽根車２４Ａと、第３図（ａ）および（Ｃ）
に示されているように、ハウジング２１の内壁に取付け
られ、かつ前記羽根車２４Ａの表面（羽根２８が設けら
れている面）と対向する面にＵ字状の溝２９を有する固
定円板２４Ｂとを交互に並列に配置して構成されている
とともに、第４図（ａ）および（Ｃ）に示されているよ
うに前記溝２９の終端部に孔２９ａを穿設されて通風路
を形成されている。

ここで、前記構成にかかるターボ真空ポンプの作用につ
いて説明する。

ポンプ運転初期の過度状態においては、ポンプ内部は全
体が大気圧に近い高い圧力下にあり、気体の流れは粘性
流となるため、遠心圧縮ポンプ段２３は遠心圧縮機とし
て作用する。すなわち、遠心圧縮ポンプ段羽根車２３Ａ
は圧縮機羽根車として働き、羽根車２３Ａと固定円板２
３Ｂの間の羽根２７に挟まれて形成される流路は、流れ
を外径から内径側に案内するリターンチャンネルとして
働く。また、羽根車２３Ａが圧縮作用をするので、遠心
圧縮ポンプ段２３としては、圧力損失部としてよりは圧
縮機として大流量を流す作用を実行することになる。

円周流圧縮ポンプ段２４の圧縮比が大きくなって、円周
流圧縮ポンプ段の入口の圧力が充分に低くなった定常状
態、すなわち、この圧力が数Ｔ。

ｒｒ以下になった定常状態においては、遠心圧縮ポンプ
段２３の入口、すなわち、真空ポンプの吸気口２１Ａの
付近の気体の流れは、中間流ないしは分子流となり、遠
心圧縮ポンプ段２３はジーグバーン分子ポンプとして作
用する。すなわち、羽根２６を有する羽根車２３Ａは、
螺旋溝を加工した回転円板として作用し、固定円板２３
Ｂの裏面（羽ｍ２１が設けられていない面）との組み合
わせで、内径側から外径側に向けて圧縮作用をするジー
グバーン分子ポンプとして働く、また、複数個の羽根２
７が設けられた固定円板２３Ｂは、螺旋溝を加工した固
定円板として作用し、羽根車２３Ａの裏面（羽根車２６
が設けられていない面）との組み合わせで、外径側から
内径側に向けて圧縮作用をするジーグバーン分子ポンプ
として働く。

同じく定常状態においては、円周流圧縮ポンプ段２４に
流入する気体は遠心圧縮ポンプ段２３において充分に圧
縮されているため、体積ｍｌは殆ど零に近い、すなわち
、円周流圧縮ポンプ段２４は、締切状態に近い状態で運
転されることになるが、円周流圧縮ポンプは締切状態で
高い圧縮比が得られるという特性があるため、少ない段
数で充分低い到達圧力に達する。

遠心圧縮ポンプ段２３、並びに円周流圧縮ポンプ段２４
の段数およびポンプ回転数は、定常運転状態において、
両段の境の圧力が粘性流と中間流との切替わり点、すな
わち、数Ｔｏｒｒになるように設定される０通常、遠心
圧縮ポンプ段を１〜３段、円周流圧縮ポンプ段を６〜１
０段組み合わせることにより、ポンプの吸気口２１Ａの
圧力は、後記するエツチング処理を実現可能な１０−３
〜１０−Ｔｏｒｒに達する。

前述により明らかなように、このターボ真空ポンプによ
れば、吸気口側に設けられた遠心圧縮段ポンプ段が、過
度状態においては遠心圧縮機として、定常状態において
はジーグバーン分子ポンプとして働くという二重の作用
をするので、排気口圧力を大気圧付近に保て、ポンプ運
動初期の過度状態において大きな排気速度が得られる。

本実施例において、前記構成にかかるターボ真空ポンプ
１１はターボ分子ポンプ１４の補助ポンプとしてターボ
分子ポンプの吐出側に流体連結されており、ターボ分子
ポンプ１４の分子流領域における排気作用を有効に引き
出させる役割を果たすようになっている０本実施例にお
けるターボ分子ポンプ１４は一般的なものであるため、
その詳細な説明は省略する。

次に、第５図を参考にして、前記構成にかかるドライエ
ツチング装置を使用した場合の処理方法の一実施例を説
明する。

ここで、第５図の前記構成にかかるドライエツチング装
置による処理方法の一実施例であるエツチングプロセス
を示すシーケンスフロー図であり、（ａ）は処理室の圧
力変化、（ロ）は相流量調整弁の制御、（Ｃ）は密流量
調整弁の制御、（イ）はエツチングガスの供給をそれぞ
れ示す線図である。

エツチング処理すべき被処理物としてのウェハｌが下部
電極４上に載置されて処理室２内が排気されると、ガス
供給路８にエツチングガス（例えば、ＣＦ、１．ＣＣｌ
４等）が供給されてその吹出口から吹き出されるととも
に、画電極４．５間に高周波電力が電源７により印加さ
れる。これにより、プラズマエツチング反応およびイオ
ンスパッタリングが惹起され、ウェハ１上に被着された
レジスト（図示せず）と下地との選択比により所望のエ
ツチング処理が施される。

すなわち、まず、コントローラ２０により、ガス供給装
置のメインパルプ（図示せず）が閉止されるとともに、
真空排気装置！１０のパルプ１８が全開され、第５（ａ
）に示されているように、処理室２内が急速に真空排気
される。

このとき、第５図（ａ）に示されているように、処理室
２は大気圧になっているが、前述したように、ターボ真
空ポンプ１１は真空排気初期の過渡期には遠心圧縮ポン
プ段２３が粘性流領域において作用するため、メカニカ
ルブースタポンプやロータリーポンプ等のような粘性流
領域で有効な補助ポンプを必要とせずに、処理室２を直
接的に真空排気することができる。このとき、ターボ分
子ポンプ１４のバイパス回路１４Ａが開かれるため、タ
ーボ真空ポンプ１１はターボ分子ポンプ１４を迂回して
作用することになる。

そして、コントローラ２０に予め設定されている値、す
なわち、粘性流が中間流ないしは分子流領域に切替わり
ターボ真空ポンプ１１における遠心圧縮段ポンプ段２３
がシークバーン分子ポンプとして作用する圧力値（数Ｔ
ｏ　ｒ　ｒ）が、真空計１９によって測定されると、コ
ントローラ２０はインバータ１３を介してモータ１２の
回転数を一定に制御し、ターボ真空ポンプ１１を定常状
態に移行せしめこれを維持させる。同時に、バルブによ
りバイパス回路１４Ａが閉じられるとともに、ターボ分
子ポンプ１４が分子流ＮＭｉにおける排気作用を実行す
る。この制御により、第５（ａ）に示されているように
、処理室２の内圧は所定の圧力、１０−５Ｔｏ　ｒ　ｒ
に維持される。

所定のり−クチェンクが実施された後、コントローラ２
０により、第５図（ｂ）に示されているように粗制御用
流Ｍ調整弁１７Ａが開けられ、所定量の窒素ガスが排気
路９に供給される。排気路９に供給された窒素ガスは処
理室２内のガスと共に、排気装置１０により排気されて
行＜、シたがって、処理室２の内圧は、第５図（ａ）に
示されているように、予め設定された圧力まで上昇され
た後、一定に維持されることになる。この設定圧力は前
記ターボ真空ポンプＩＩおよびターボ分子１４がシーク
バーン分子ポンプとして作用するために必要な圧力（数
Ｔｏ　ｒ　ｒ）以下とされる。

コントローラ２０に予め設定されている所定時間が経過
すると、コントローラ２０により処理ガス源の処理ガス
バルブ（図示せず）が適当量開けられ、第５図（ｄ）に
示されているように、所望のエツチングガスが所定量所
定時間供給される。このエツチングガスと高周波電力と
によりエツチング反応が起こり、ウェハ１上にエツチン
グが処理されて行く。

このエツチング処理中、ターボ真空ポンプ１１およびタ
ーボ分子ポンプ１４は真空排気を持続するが、第５図（
Ｃ）に示されているように、コントローラ２０によりフ
ィードバック制御されるため、第５図（ａ）に示されて
いるように、処理室２の真空状態は処理が最適に実行さ
れる所定の圧力（例えば、１〜１０−’Ｔｏ　ｒ　ｒ）
　に維持さレル、コノ最適制御を実行するために、エツ
チングガスの供給に対応して第５図（Ｃ）に示されてい
るように、コントローラ２０の指令によって密流量調整
弁１７Ｂが流量を精密に調整することにより、制御用ガ
スとしての窒素ガスがターボ真空ポンプ１１の吸気側に
供給される。

所定のエツチング処理が終了すると、処理ガス源のバル
ブおよび流ＩＩ整弁１７Ａ、１７Ｂが閉止されて第５図
（ｂ）〜（ｄ）に示されているように、エツチングガス
および制御用ガスの供給が停止されるとともに、ターボ
真空ポンプ１１およびターボ分子ポンプ１４は元の排気
能力まで増強される。

これにより、第５図（ａ）に示されているようにアフタ
真空排気が実施される。

所定のアフタ真空排気時間が経過すると、ターボ真空ポ
ンプ１１の回転数は次第に減速されて行き、その途中に
おいてそれまでの中間流ないしは分子流領域の真空排気
作用から粘性流領域の真空排気作用に切り替わり、また
、ターボ分子ポンプ１４はバイパス回路１４Ａに切り換
えられる。続いて、初期回転速度に維持されて、次回の
処理に待機させられる。

その後、処理室２が開けられてウェハ１が下部電極４上
から下され、所定のエツチング処理が終了する。

前記実施例によれば次の効果が得られる。

〔１）オイルフリ真空ポンプの真空排気による圧力を制
御する際、制御用のガスをオイルフリ真空ポンプが排気
している排気路への供給流量を調整しながら供給するこ
とにより、オイルフリ真空ポンプの排気性能を実質的に
制御することができるため、オイルフリ真空ポンプによ
って所望の真空状態を作り出すことができる。

（２）各種処理のそれぞれについて要求される真空状態
を実現し得るオイルフリ真空ポンプを提供することがで
きるため、清浄な真空状態゛が必要な処理室の開発を迅
速かつ正確に達成せしめることができる。

（３）オイルや水銀等のような拡散する吸引媒体が全く
使用されないオイルフリ真空ポンプを用いることにより
、高真空時における吸引媒体の処理室へのバックディフ
ュージョン現象の危険を必然的に回避することができる
ため、当該現象に伴って派生する二次的障害を完全に防
止することができるとともに、処理並びに製品の品質お
よび信鯨性を高めることができる。

以上本発明者によってなされた発明を実施例に基づき具
体的に説明したが、本発明は前記実施例に限定されるも
のではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能
であることはいうまでもない。

例えば、制御用ガスの供給による圧力制御は、制御用ガ
スの供給のみにより実行するように構成するに限らず、
制御用ガスの供給により粗制御を実行し、ターボ真空ポ
ンプの回転数の調整により布制御を実行するように構成
してもよい、　　゛制御用ガスは窒素ガスに限らず、清
浄空気等であってもよい、但し、不活性ガスを使用する
と、処理に対する悪影響を回避することができる。

制御用ガスの供給口を設置する場所はオイルフリ真空ポ
ンプの吸気口付近に限らず、オイルフリ真空ポンプが接
続された排気路であればよく、処理室付近、処理ガス供
給口、さらには処理ガス中に混合させてもよい。

真空ポンプはモータにより回転駆動するように構成する
に限らないし、インバータにより回転数を制御するよう
に構成するに限らない。

以上の説明では主として本発明者によってなされた発明
をその背景となった利用分野であるドライエツチング装
置に適用した場合について説明したが、それに限定され
るものではなく、高真空排気される処理室において処理
を行う場合全般に適用することができる。

本願において開示される発明のうち代表的なものによっ
て得られる効果を簡単に説明すれば、次の通りである。

オイルフリ真空ポンプの真空排気による圧力を制御する
際、制御用のガスをオイルフリ真空ポンプが排気してい
る排気路への供給流量を調整しながら供給することによ
り、オイルフリ真空ポンプの排気性能を実質的に制御す
ることができるため、オイルフリ真空ポンプによって所
望の真空状態を作り出すことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例である真空排気装置が使用さ
れているドライエツチング装置を示す模式図、 第２図はそれに使用されているオイルフリ真空ポンプの
全体構造を示す縦断面図、 第３図（ａ）は第２図の遠心圧縮ポンプ段の詳細を示す
縦断面図、 同図（ｂ）および（Ｃ）は第３図（ａ）のｍｂ矢視図お
よびＩｃ矢視図、 第４図（ａ）は第２図の円周流圧縮ポンプ段の詳細を示
す縦断面図、 同図（ハ）および（Ｃ）は第４図（萄のＩＶｂ矢視図お
よびＩＶｃ矢視図、 第５図はその作用を説明するための各線図である。 ｌ・・・ウェハ（被処理物）、２・・・処理室、３・・
・排気口、４・・・下部電極、５・・・上部電極、６・
・・ホルダ、７・・・高周波電源、８・・・ガス供給口
、９・・・排気路、ｌＯ・・・真空排気装置、１１・・
・ターボ真空ポンプ（オイルフリ真空ポンプ）、１２・
・・モータ、１３・・・インバータ、１４・・・ターボ
分子ポンプ（オイルフリ真空ポンプ）、１５・・・制御
用ガス供給路、１６・・・制御用ガス供給源、１７Ａ・
・・相流量調整弁（流量制御装置）、１７Ｂ・・・密流
量調整弁（流量制御装置ｔ）、１日・・・エアバルブ、
１９・・・真空計、２０・・・コントローラ、２１・・
・ハウジング、２１Ａ・・・吸気口、２１Ｂ・・・排気
口、２２・・・回転軸、２３・・・遠心圧縮ポンプ段、
２３Ａ・・・オープン形羽根車、２３Ｂ・・・固定円板
、２４・・・円周流圧縮ポンプ段、２４Ａ・・・羽根車
、２４Ｂ・・・固定円板、２６．２７．２８・・・羽根
。 第１図 萬２図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、排気路を真空排気するオイルフリ真空ポンプと、排
   気路の圧力を測定する圧力測定装置と、排気路に接続さ
   れている制御用ガス供給路と、この供給路に介設されて
   いる流量制御装置と、前記オイルフリ真空ポンプおよび
   流量制御装置を制御するコントローラとを備えており、
   予め設定された圧力値と、前記圧力測定装置の測定圧力
   値との比較に基づき、前記流量制御装置の流量を調整す
   ることにより、排気路の圧力を制御するように構成され
   ていることを特徴とする真空排気装置。 ２、流量制御装置が、粗制御用と密制御用との２系統を
   備えていることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載
   の真空排気装置。 ３、排気路の圧力制御が、流量制御装置の流量調整と、
   オイルフリ真空ポンプの回転数調整との併用により実施
   されることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の真
   空排気装置。