JPH01318795A - 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、オイルフリー真空ポン
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、ウェハに対して、プラズマ
・エツチング処理を施す際に利用してを効な技術に関す
る。

〔従来の技術］ 半導体装置の製造工程において、ウェハ上の薄膜にエン
チング処理を施すドライエツチング装置として、処理室
と、この処理室を高真空排気する真空排気装置と、処理
室の上下に配された平行平板電極と、処理室にエツチン
グガスを供給する供給路とを備えており、前記電極の下
部電極でウェハを保持するとともに、ウェハに対向する
上部電極に高周波電源をアノード結合し、両電極間に高
周波電力を印加するとともに、処理室を高真空排気する
ことにより、両電極間に形成されるプラズマと、処理室
に供給されるエツチングガスとによるプラズマ反応、お
よび電界内で加速されたイオンによってエツチング処理
を施すように構成されているアノード結合型プラズマ・
エツチング装置がある。

このようなドライエンチング装置に使用される真空排気
装置においては、メカニカル・ブースタ・ポンプおよび
ロータリー・ポンプが使用されているとともに、反応生
成物の大気へのｔＪｌ、出を防止するためにスクラバが
使用されている。

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［ＴＬ子材料１９８４年１１月
号別冊」昭和５９年１１月２０日発行　Ｐ９７〜ＰＩＯ
Ｉ、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使用される
真空排気装置においては、反応生成物のためにロータリ
ーポンプのオイルが劣化し、定期的な交換が必要になり
、そのうえ、ロータリーポンプに反応生成物が付着する
のを防止するために、トランプがメカニカル・ブースタ
・ポンプとロータリー・ポンプとの間に介設されている
が、真空排気経路に介設されているため、リークが発生
し易く、メンテナンスが面倒であるという問題点がある
。

一方、高真空ポンプとして、油を使用しないオイルフリ
ー真空ポンプが複数種類知られている（例えば、特願昭
６０−８８６２４号明細書、特願昭５９−１８９５９９
号明細書、特開昭６０−２１６８９号公報参照）。そこ
で、これらのオイルフリー真空ポンプを使用することに
より、オイル劣化現象の発生を未然に回避することが、
考えられる。

ところが、ドライエツチング装置にオイルフリー真空ポ
ンプを使用すると、エツチングガス等により異物が生成
され、この反応生成物がオイルフリー真空ポンプ内に堆
積し、故障の原因にな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。

本発明の目的は、反応生成物の付着による故障の発生を
防止することができる真空排気装置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
明細四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。

すなわち、オイルフリー真空ポンプに排気しようとして
いるガスとは別に異物付着防止用ガスを流すようにした
ものである。

〔作用〕

前記した手段によれば、オイルフリー真空ポンプに排気
しようとしているガスとは別のガスが流されることによ
り、反応生成物はこのガスに乗って流されるため、反応
生成物がポンプハウジング内に付着することはなく、直
らに排気される。また、ガスが流されることにより昇温
されるため、反応生成物が生成しにくくなる。したがっ
て、反応生成物がハウジング内面にＩｎ積することはな
く、その堆積によって派生する故障は未然に防止される
ことになる。

〔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’Ｊ’ｌｌ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ー真空ポンプの
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、同図部）および（
Ｃ）は第３図（、ｌ）のｍｂ矢視図およびｍｃ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０））および（Ｃ）は第４図（ａＪの
ＩＶｂ矢視図およびＩＶｃ矢視図である。

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を構成するチ
ャンバ３を備えており、チャンバ３はステンレス鋼等か
らなる本体４と蓋体５とから形成されている。チャンバ
本体４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５は略円盤形状に形成されているとと
もに、本体４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５には処理
室２内を排気するための排気口６が開設されており、こ
の排気口６には後記する真空排気装置が接続されている
。

処理室２内の下部および上部には一対の電極７．８が互
いに平行平板？１ｔｆｆｉ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７は蓋体５の底壁に絶縁
体９を介して摺動自在に挿入された支軸１０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１を
！、［状態に保持し得るように構成されている。上部電
極８は本体４に絶縁材料からなるホルダ１３を介して挿
入された支軸１１により固定的に吊持されており、上部
電極８には高周波電源１２がアノード結合されている。

また、ホルダ１３の内部にはガス供給路１４が処理ガス
としてのエツチングガス（例えば、ＢＣＩ！。

、、ＣＣ１，等）を供給するように形成されており、供
給路１４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８の背面空間に導入するように
上部電極８の背面に臨まされている。

真空排気装置１５はいずれもオイルフリー真空ポンプを
用いて構成されている主ポンプ１６および補助ポンプ２
０を備えており、主ポンプ１６としては比較的高真空領
域において真空排気作用を呈するターボ分子ポンプが使
用されている。補助ポンプ２０はターボ分子ポンプ１６
の吐出側に接続されており、ターボ分子ポンプ１６に対
する補助ポンプとしての役目を果たすため、大気圧付近
からの真空ＩＪＦ、気を実現すべく、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（以下、ターボ真空ポンプと
いう、）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２１
Ａ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３０により駆動されるようになっており、モ
ータ３０はインバータ３１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）Φ）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２３゜Ａ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２３１３とを交互に並列に配置されて構成されてい
る。

前記円周流圧縮ポンプ段２４は、第４図（ａ）および（
ｂ）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２日が設け
られている而）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、この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にはさ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。

ｒ「以下になった定常状態においては、遠心圧縮ポンプ
段２３０人口、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（羽根２７が設けられていない面）との組み自
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１１１流量は殆ど零に近い、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〜ｌ
Ｏ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ＣＶＤ処理を実現可能な１０−”〜１
Ｏ−４Ｔｏｒｒに達する。

前述により明らかなように、この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ｍ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、ポンプ運転初期
の過度状態において大きな排気速度が得られる。

前記構成にかかるターボ真空ポンプ２０の排気口２１Ｂ
は配管３２を介してガス冷却トラップ３４に流体的に接
続されており、配管３２内には加熱手段としてのヒータ
３３が配管３２内を通過する排気ガスを所定温度に加熱
し得るように、排気口２１Ｂから冷却トラップ３４にか
けて敷設されている。ヒータ３３は温度コントローラ等
（図示せず）により、配管３２等に反応生成物が付着す
るのを防止することができる所定温度、例えば、約１８
０°Ｃ以上にガスを加熱すべく、制御されるように構成
されている。

配管３２が接続されているガス冷却トラップ３４は冷媒
供給装置３５からクリーンエアや窒素ガス等のような冷
媒を供給されることにより、配管３２のヒータ３３によ
り加熱された排気ガスを室温程度まで冷却するように構
成されている。

ガス冷却トラップ３４の出口には乾式スクラバ３６が接
続されており、詳細な説明および図示は省略するが、こ
の乾式スクラバ３Ｇは排気ガスに慣性、衝突、遮り等を
作用させることにより、ガス中の反応生成物や異物を物
理的に捕集するように構成されている。

本実施例において、前記構成にかかるターボ真空ポンプ
２０の吸気口２１Ａには異物付着防止用ガスとしての窒
素ガス４０を供給するための供給路４１が接続されてお
り、この供給路４１は窒素ガス供給源４２に接続されて
いる。また、この供給路４１の途中には窒素ガスを予熱
するためのガス加熱８４３が介設されており、このガス
加熱器４３は窒素ガスの温度を制御し得るように構成さ
れている。

次に作用を説明する。

ウェハ１が下部電極７上に載置されて処理室２内が真空
排気装置１５により高真空に排気されると、ガス供給路
１４にエツチングガス（例えば、ＢＣｌ３　、ＣＣｊ！
、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７．８間に高周波電力が電源１２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。

そして、処理室２に供給されたエツチングガスを含む排
気ガスは、真空排気装置１５により排気口６から排気さ
れて行き、ガス冷却トラップ３４および乾式スクラバ３
６において反応生成物等を低ｆｔ捕集処理された後、所
定の廃棄処理部へ排気されて行く。

ところで、ターボ真空ポンプ２０によって塩素系のエツ
チングガスを排気しようとする場合、エツチングガス中
の反応生成物がハウジング２１の内面に付着するため、
排気経路が急速に詰まってしまう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。

しかし、本実施例においては、ターボ真空ポンプ２０に
吸気口２１Ａから供給路４１を通じて排気しようとして
いるガスとは別に窒素ガス４０が供給されるため、反応
生成物が付符することはない。すなわち、供給される窒
素ガス４０は加熱器４３で予熱されており、また、ター
ボ真空ポンプ２０による圧縮熱で４温されることにより
、排気しようとしているガス中のエツチングガスについ
ての蒸気圧に対応した所定の温度、例えば、約Ｉ８０°
Ｃ以上に加熱されるため、ハウジング２１の内面に反応
生成物が付着することはない、すなわち、排気しようと
しているガス中のエツチングガスが高温を維持すること
により、反応生成物が生長ないしは微粉化しにくくなる
ためである。

前記実施例によれば次の効果が得られる。

（１）　　オイルフリー真空ポンプに排気しようとして
いるガスとは別に異物付着防止用ガスを流すことにより
、ハウジング内に排気しようとしているガス中の反応生
成物が付着するのを防止することができるため、詰まり
等による故障の発生を防止することができ、排気状態を
適正に維持することができる。

（２）オイルフリー真空ポンプの排気口に接続された配
管に排気ガスを加熱するための加熱手段を設けるととも
に、加熱手段の後段にガス冷却手段を設けることにより
、加熱された排気ガスを再び低温化させることができる
ため、スクラバの捕集作用を有効に発揮させることによ
り、排気ガスを適正に清浄化することができる。

（３）オイルフリー真空ポンプのみの使用を実現するこ
とにより、反応生成物によるオイル劣化、それに伴うオ
イルの交換作業等を必然的に回避することができるため
、オイルの交換費用やメンテナンス等を抑制することが
でき、その結果、装置の稼働効率を高めることができ、
製造工程全体としての生産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、オイルフリー真空ポンプに排気しようとしてい
るとは別に流す異物付着防止用ガスとしては、窒素ガス
を使用するに限らず、その他の不活性ガスや清浄空気等
を使用してもよい。

オイルフリー真空ポンプとしては、ターボ分子ポンプや
前記実施例のようなターボ型のオイルフリー真空ポンプ
を使用するに限らず、スクロール真空ポンプ等を使用し
てもよい。

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
置に使用される真空排気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、ＣＶＤ装置
等の処理装置に使用される真空排気装置全般に適用する
ことができる。

特に、本発明は処理ガスが使用される処理装置に接続さ
れる真空排気装置に適用して優れた効果を発揮する。

〔発明の効果］ 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。

オイルフリー真空ポンプに排気しようとしているガスと
は別に異物付着防止用ガスを流すことにより、ハウジン
グ内に排気しようとしているガス中の反応生成物が付着
するのを防止することができるため、詰まり等による故
障の発生を防止することができ、排気状態を適正に維持
することができる。

【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ー真空ポンプ
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、同図ら）および（Ｃ）は第３図（ａ）のｍｂ
矢視図およびｍｃ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、同図ら）および（Ｃ）は第４図（ａｌｒＶ
ｃ矢視図である。 ｌ・・・ウェハ（被処理物）、２・・・処理室、３・・
・チャンバ、４・・・本体、５・・・蓋体、６・・・排
気口、７・・・下部電極、８・・・上部′ｒＬ極（電源
がアノード結合された電極）、９・・・絶縁体、１０．
１１・・・支軸、１２・・・高周波電源、１３・・・ホ
ルダ、１４・・・ガス供給路、１５・・・真空排気装置
、１６・・・ターボ分子ポンプ（主ポンプ）、２０・・
・オイルフリー真空ポンプ（補助ポンプ）、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、２
３Ａ・・・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、
３０・・・モータ、３Ｉ・・・インバータ、３２・・・
配管、３３・・・ヒータ（加熱手段）、３４・・・ガス
冷却トラップ（冷却手段）、３５・・・冷媒供給装置、
３６・・・乾式スクラバ、４０・・・窒素ガス（異物付
着防止用ガス）、４１・・・ガス供給路、４２・・・ガ
ス供給源、４３・・・ガス加熱器。 ０】Ｉ Ｎ　　　　　　■

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、オイルフリー真空ポンプに排気しようとしているガ
   スとは別に異物付着防止用ガスが流通されるように構成
   されていることを特徴とする真空排気装置。 ２、異物付着防止用ガスが予熱されるように構成されて
   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、オイルフリー真空ポンプの排気口に加熱手段が、排
   気しようとしているガスを加熱するように介設されてい
   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。