JPH0671154A - 真空室用ガス導入装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 所定真空度の真空室にガスを導入する際の衝
撃波の発生を防止する。 【構成】 真空室１２，１４とガス供給源４２との間の
真空解除ラインに、スローリークバルブ４６を設ける。
このスローリークバルブ４６は、ガス入口６４を有する
第１室６０と、ガス出口７０を有する第２室６２とに仕
切るダイヤフラム５４を有している。このダイヤフラム
５４には、複数のオリフィス５４ａが形成される。真空
解除の初期の段階では、第１室６０内の圧力が第２室６
２内の圧力よりかなり大きくなるため、ダイヤフラム５
４がガス出口７０の開口部を閉鎖する。第１室６０と第
２室６２との差圧がある圧力以下になった際にのみガス
出口７０が開放され、この差圧を保ったまま真空室１
２，１４へのガス導入が実現される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、例えば減圧雰囲気の真
空室を大気に戻すため等に用いられる真空室用ガス導入
装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】例えば半導体製造装置を例にあげれば、
近年素子の緻密度が高まるにつれ、処理雰囲気の汚染を
低減することが要求され、このため、処理室とゲートバ
ルブを介して連通するロードロック室を設け、処理室へ
の被処理体の搬入出をロードロック室を必ず経由させる
ようにしている。このロードロック室は、処理室雰囲気
と同じ真空度まで排気可能であると共に、大気圧下から
の被処理体の搬入出時には例えばＮ₂ のガスベントによ
り大気圧に設定（真空解除）可能となっている。

【０００３】このような真空解除技術に関して、実公平
2-40310 号公報には、所定真空度の真空室とガス導入管
である真空解除ラインとの圧力差が大きい初期の段階か
ら、ガス導入管途中のバルブを急激に開いた場合の欠点
とその対策とが開示されている。すなわち、バルブを真
空解除の初期から全開させると、大量の空気又は不活性
ガスが真空室に大量に導入され、外部からのゴミや真空
解除ライン内のゴミが真空室内に導入されて汚染を生ず
る。この対策として、真空室と真空解除ラインとの圧力
差に応じて、開度調整可能なバルブとしてのスロットル
バルブの開閉量を制御する制御手段を設け、当初は開度
を小さくしてガズ導入流量を絞るようにしている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
たような従来技術では、ガス導入流量の制御のみである
ため、真空解除時のバルブ開度が小さくしても、このバ
ルブを介して一気に真空室と大気とが連通されることに
なる。このように真空室を一気に大気に開放した場合に
音速程度の衝撃波が発生し、真空室及び真空解除ライン
に悪影響を与えることが本発明者により見出だされた。

【０００５】なお、このような問題は真空解除時にのみ
生ずるものではなく、例えば高真空引きされた処理チャ
ンバーに処理用ガスを導入する当初の場合も同様であ
る。

【０００６】そこで、本発明の目的とするところは、何
ら真空室とガス導入ラインとの間の圧力差を検出するこ
となく、ガス導入当初の衝撃波の発生を防止しすること
のできる簡易でかつ安価な真空室用ガス導入装置を提供
することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明は、真空雰囲気の
真空室にガスを導入する装置において、前記真空室とガ
ス供給源との間のガス導入ライン途中にバルブを設け、
このバルブは、ガス供給源側と連通するガス入口を有す
る第１室と、前記真空室側と連通するガス出口を有する
第２室とに仕切るダイヤフラムと、このダイヤフラムに
貫通形成されたガス流通用のオリフィスと、前記第１室
内の圧力と前記第２室内の圧力との圧力差が所定値以上
の時の前記ダイヤフラムの変位により、前記第２室のガ
ス出口を閉鎖するシール機構と、を有することを特徴と
する。

【０００８】上記構成において、前記バルブは、前記ダ
イヤフラムの変位に応じて前記第１室のガス入口の開度
を調整する弁機構を備えることができる。

【０００９】

【作用】ガス供給源からガス導入ラインに導入されたガ
スは、バルブのガス入口を介して第１室に流入し、さら
にダイヤフラムのオリフィスを介して第２室に流入し、
シール機構が閉鎖されていない場合に限り、ガス出口及
びバルブ以降のガス導入ラインを介して真空室に導入さ
れる。ガス導入当初の段階では、第１室に流入したガス
の圧力により、ダイヤフラムが変位してシール機構によ
りガス出口を閉鎖する。したがって、真空室が一気に大
気に連通せず、衝撃波の発生が防止される。オリフィス
を介して第２室にガスが徐々に導入され、第１，第２室
間の圧力差が少なくなると、ダイヤフラムが初期位置側
に戻るように変位し、シール機構によるガス出口の閉鎖
が解除される。そして、第１，第２の圧力差が所定値以
下となる状態に限りシール機構の閉鎖が解除されるの
で、その圧力差以下の状態を保ちながらガス導入を行な
うことができる。しかも、この動作を圧力検出せずに機
械的に実現できる。

【００１０】このようなガス導入時には、ガスの流量制
御も合わせて行なうことが望ましく、ダイヤフラムの変
位を利用して開度を調整できる弁機構を上記バルブ内に
設けることで、この調整を圧力検出せずに実現できる。

【００１１】

【実施例】以下、本発明の一実施例について、図面を用
いて説明する。

【００１２】まず、本発明を適用した減圧処理装置の全
体構成について、図３を参照して説明する。

【００１３】減圧下にてスパッタあるいはエッチング等
の処理を行なうプロセスチャンバー１０の両側には、そ
れぞれゲートバルブ１６ａ，１６ｂを介して搬入用ロー
ドロックチャンバー１２および搬出用ロードロックチャ
ンバー１４が接続されている。搬入用ロードロックチャ
ンバー１２には、被処理体である半導体ウエハを搬入す
るためのゲートバルブ１６ｃが設けられ、搬出用ロード
ロックチャンバー１４には半導体ウエハを搬出するため
のゲートバルブ１６ｄが設けられている。

【００１４】上記各チャンバー１０〜１４はそれぞれ独
立した真空引きライン２０ａ〜２０ｃを介して真空引き
が可能である。すなわち、各真空引きライン２０ａ〜２
０ｃには真空ポンプ２２ａ〜２２ｃが接続され、各ポン
プとチャンバーとの間の真空引きラインには、それぞれ
絞りバルブ２４ａ〜２４ｃおよびゲートバルブ２６ａ〜
２６ｃが接続されている。プロセスチャンバー１０の真
空引きライン２０ａでは、２つのバルブ２４ａおよび２
６ａを全開状態にてプロセスチャンバー１０を所定のバ
ックプレッシャーまで真空引きした後、後述するプロセ
スガス供給源３０からのプロセスガスを導入しながら、
前記絞りバルブ２４ａの開度を調整することで、プロセ
スチャンバー１０内部を所定のプロセス圧力条件に設定
可能である。一方、各ロードロックチャンバー１２，１
４の真空引きライン２０ｂ，２０ｃでは、プロセスチャ
ンバー１０に対する半導体ウエハの受け渡しを行なう前
に、各ロードロックチャンバー１２，１４の真空度をプ
ロセスチャンバー１０の真空度とほぼ同一になるように
設定可能である。この際、ゲートバルブ２６ｂ，２６ｃ
は全開状態にて、絞りバルブ２４ａの開度を、大気圧か
らの真空引き当初の段階では小さくし、その後開度が大
きくなるように調整される。

【００１５】前記プロセスチャンバー１０とプロセスガ
ス供給源３０との間のガス供給経路には、ゲートバルブ
３２およびマスフローコントローラ３４が設けられてい
る。プロセスチャンバー１０が所定のバックプレッシャ
ーまで到達した後に、ゲートバルブ３２が全開状態とさ
れ、マスフローコントローラ３４での流量調整、および
前記絞りバルブ２４のコンダクタンス調整によりプロセ
スチャンバー１０内部にて所定のプロセスガス圧力条件
が設定される。

【００１６】次に、本実施例の特徴的構成である各ロー
ドロックチャンバー１２，１４の真空解除ライン４０
ａ，４０ｂについて説明する。

【００１７】２つの真空解除ライン４０ａ，４０ｂのガ
ス供給源として例えばＮ₂ ガス供給源４２が兼用され、
それぞれの真空解除ライン４０ａ，４０ｂには、ゲート
バルブ４４ａ，４４ｂおよびスローリークバルブ４６
ａ，４６ｂが接続されている。各ロードロックチャンバ
ー１２，１４の真空解除を行なう際には、ゲートバルブ
４４ａ，４４ｂが全開状態とされ、スローリークバルブ
４６ａ，４６ｂでは後述するような衝撃波の発生を防止
するための弁閉鎖動作と、差圧に基づくガス供給流量の
制御とが実現される。

【００１８】本実施例装置の全体の流れを簡単に説明す
ると、ゲートバルブ１６ｃを開放し、ゲートバルブ１６
ａを閉鎖状態にて、半導体ウエハを搬入用ロードロック
チャンバー１２に搬入する。その後、ゲートバルブ１６
ｃを閉鎖し、真空引きライン２０ｂにより、搬入用ロー
ドロックチャンバー１２の真空度がプロセスチャンバー
１０内の真空度とほぼ同一となるまで真空引きし、その
後ゲートバルブ１６ａを開放する。こうして搬入用ロー
ドロックチャンバー１２にてガス置換（大気を遮断）し
た後、プロセスチャンバー１０に半導体ウエハを搬入で
きるので、プロセスチャンバー１０内部にゴミあるいは
空気などの混入を防止でき、プロセスチャンバー１０内
部にて汚染の少ない雰囲気での半導体ウエハの緻密処理
を実現できる。処理の終了した半導体ウエハは、搬出用
ロードロックチャンバー１４を介して搬出されるので、
同様にプロセスチャンバー１０内部の汚染を低減でき
る。搬入用ロードロックチャンバー１２内部に次の新な
半導体ウエハを搬入する前に、この搬入用ロードロック
チャンバー１２内部に真空解除ライン４０ａを介して不
活性ガスであるＮ₂ を導入し、搬入用ロードロックチャ
ンバー１２が大気圧になった後にゲートバルブ１６ｃが
開放され、次の新な半導体ウエハの搬入が可能となる。
搬出用ロードロックチャンバー１４の真空解除動作も、
同様にして行われる。

【００１９】次に、ロードロックチャンバー１２，１４
での真空解除当初に生じ易い衝撃波を防止するための前
記スローリークバルブ４６ａ，４６ｂの構成について図
１および図２を参照して具体的に説明する。

【００２０】各スローリークバルブ４６ａ，４６ｂは共
に同一の構成を有するので、図１および図２ではスロー
リークバルブ４６として説明している。

【００２１】このスローリークバルブ４６は、有底筒状
の第１，第２の筒状ピース５０，５２を有し、各筒状ピ
ース５０，５２の開口端面間にダイヤフラム５４を介在
させた形で、図１のようにして例えばボルトなどにて締
結される。なお、第１，第２の筒状ピース５０，５２の
開口端面には、それぞれＯリング５６，５８が配置さ
れ、ダイヤフラム５４との接合面の気密シールを行って
いる。

【００２２】前記ダイヤフラム５４は、スローリークバ
ルブ４６内部の中空領域を、ガス供給源側と連通する第
１室６０と、ロードロックチャンバー１２または１４側
と連通する第２室６２とに仕切るものである。このダイ
アフラム５４は、好ましくはバネ材例えばインコネルに
て形成され、その厚さが例えば０．２mmとなっている。
さらに、ダイヤフラム５４の裏面から表面に貫通する複
数のオリフィス５４ａが形成され、このオリフィス５４
ａは第１室６０側より第２室６２側へのＮ₂ ガスの流通
を可能とするものである。このオリフィス５４ａの孔径
および孔の数については後述する。

【００２３】前記第１の筒状ピース５０の底部側には、
前記第１室６０と連通するガス入口６４が設けられてい
る。このガス入口６４はニードルバルブ構造を構成する
もので、入口６４の開口端部は端部に向うにつれ口径が
拡がるテーパ面６６として形成されている。一方、この
テーパ面６６とほぼ同様のテーパにて針状に形成された
ニードルバルブ６８は前記ダイヤフラム５４の中心位置
にその固定端を有している。したがって、第１室６０お
よび第２室６２との間の圧力差に応じてダイヤフラム５
４が変位するとガス入口６４の開度が可変されることに
なる。

【００２４】前記第２の筒状ピース５２の底部側にはガ
ス出口７０が形成される。このガス出口７０は前記第２
の筒状ピース５２の底部よりダイアフラム５４側に突出
する筒状リング７２の先端面と前記ダイヤフラム５４と
の間の間隙により形成される。なお、筒状リング７２の
先端面にも気密シール用のＯリング７４が設けられてい
る。そして、スローリークバルブ４６の第１室６０側の
圧力が、第２室６２側の圧力よりも所定値以上大きくな
った場合、即ち所定値以上の差圧が生じた場合には、ダ
イヤフラム５４の一側面が前記筒状リング７２の先端面
に当接するようになっている。そして、このダイヤフラ
ム５４が筒状リング７２の先端面に当接することでガス
出口７０が閉鎖される（図２参照）。したがって、ダイ
ヤフラム５４，筒状リング７２およびＯリング７４は、
本発明のシール機構７６を構成する一例である。

【００２５】次に、作用について説明する。

【００２６】図３において、搬入用，搬出用ロードロッ
クチャンバー１２，１４のゲートバルブ１６ｃ，１６ｄ
を開放する前に、必ず各ロードロックチャンバー１２，
１４を大気圧に設定する必要がある。ロードロックチャ
ンバー１２，１４の真空解除は、真空解除ライン４０
ａ，４０ｂのゲートバルブ４４ａ，４４ｂを全開状態と
することで実現される。この際、各ロードロックチャン
バー１２，１４がＮ₂ ガス供給源４２の圧力すなわち大
気圧と一気に連通されてしまうと、音速付近の流速にて
Ｎ₂ ガスがロードロックチャンバー１２，１４に急激に
流れ込み、衝撃波が発生していまうことになる。

【００２７】本実施例では、真空解除ライン４０ａ，４
０ｂ途中に設けたスローリークバルブ４６（４６ａまた
は４６ｂ）により、上記の衝撃波の発生を防止してい
る。ここで、搬入用ロードロックチャンバー１２内部を
真空解除する動作について説明すると、ゲートバルブ４
４ａの開放前の状態にあっては、スローリークバルブ４
６ａ内の第１室６０および第２室６２は搬入用ロードロ
ックチャンバー１２内部の真空度と同一となっている。
ここで、真空解除ライン４０ａのゲートバルブ４４ａを
全開状態とすると、Ｎ₂ ガス供給源４２からのＮ₂ ガス
は、ニードルバルブ６８により絞られた開度を有するガ
ス入口６４を介してスローリークバルブ４６ａの第１室
６０に一気に流入することになる。この際、第１室６０
および第２室６２を仕切るダイヤフムラ５４に形成され
たオリフィス５４ａの作用により、この第１室６０より
第２室６２に流入するＮ₂ ガスの流量がかなり絞られる
ため、たとえ第１室６０内に衝撃波が生じたとしても、
ダイヤフラム５４でこれが受と受け止められ、ロードロ
ックチャンバー１２，１４に到達することがない。さら
に、この当初の段階では第１室６０内の圧力が第２室６
２内の圧力よりもかなり高くなり、この差圧によりダイ
ヤフラム５４は第２室６２側に変位することになる。こ
の初期の段階では、上記差圧がかなり大きいため、ダイ
ヤフラム５４は図２に示すように、ガス出口７０におけ
る筒状リング７２の先端面に当接し、Ｏリング７４の機
密作用によりガス出口７０を完全に閉鎖することにな
る。したがって、このガス出口７０を初期段階で閉鎖す
ることにより、搬入用ロードロックチャンバー１２が一
気に大気と連通する状態を防止でき、衝撃波の発生を確
実に防止できる。

【００２８】図２に示すガス出口７０の閉鎖状態では、
ロードロックチャンバー１２側にＮ₂ ガスが流入するこ
とがないので、第１室６０側のＮ₂ ガスはダイヤフラム
５４に形成した複数のオリフィス５４ａを介して第２室
６２側に徐々に流入することになる。そして、第１室６
０と第２室６２との間の差圧が少くなった際には、図１
のようにダイヤフラム５４が筒状リング７２の先端面よ
り離れ、ガス出口７０の開放が実現されることになる。
したがって、この後初めて第２室６２よりガス出口７０
を介して搬入用ロードロックチャンバー１２側にＮ₂ ガ
スの導入が開始されることになる。この際、スローリー
クバルブ４６ａ内部の第１室６０の圧力も、当初はロー
ドロックチャンバー１２と同一真空度であり、その後ガ
ス出口７０が開放されるまでの間Ｎ₂ ガスが導入された
に過ぎないので、未だ大気圧よりもかなり低い圧力であ
り、かつ、前記オリフィス５４ａの孔径および孔の数を
所定に設定することにより、第１室６０および第２室６
２間の差圧が所望の値例えば１０Ｔｏｒｒ以下の差圧に
て、ガス出口７０の閉鎖が解除される状態を実現でき
る。この１０Ｔｏｒｒ以下の差圧にてガス出口７０の閉
鎖を解除するためには、例えばオリフィス５４ａの孔径
を１mmとし、その数を１０個とすることで可能である。
このようにすれば、ガス出口７０の開放状態の際には、
必ず第１室６０および第２室６２の差圧が１０Ｔｏｒｒ
以下の状態にて、搬入用ロードロックチャンバー１２側
にＮ₂ ガスの導入が実現されるので、大きな圧力差に起
因した衝撃波の発生を確実に防止することができる。さ
らに、本実施例ではダイヤフラム５４にニードルバルブ
６８を固定し、第１室６０および第２室６２の間の差圧
に起因したダイヤフラム５４の変位に追従させて、ガス
入口６４の開度を調整できるので、真空解除ライン４０
ａに別個に絞りバルブなどを配置する必要がない。この
ように、本実施例のスローリークバルブ４６によれば、
ロードロックチャンバー１２，１４内の圧力と、真空解
除ライン４０ａ，４０ｂ途中の圧力とを電気的に検出し
なくても、ダイヤフラム５４に形成するオリフィス５４
ａの孔径および孔の数を所望に設定しておくだけで、第
１室６０および第２室６２の間の差圧が所望値以下に維
持された状態でチャンバー１２，１４へのＮ₂ ガスの導
入を行うことができる。特に、真空解除動作の当初の段
階では、第１室６０および第２室６２の間の差圧が相当
大きくなるため、ダイヤフラム５４により確実にガス出
口７０を閉鎖することができ、これによって真空解除動
作の初期の段階で発生し易い衝撃波を確実に防止でき
る。

【００２９】なお、本発明は上記実施例に限定されるも
のではなく、本発明の要旨の範囲内で種々の変形実施が
可能である。

【００３０】例えば、ガス導入をある時間行なった後に
ロードロックチャンバー１２，１４内部の圧力がある真
空度より高くなった状態では、上記のようなスローリー
クバルブ４６を経由せずにＮ₂ ガスの導入を行うことで
真空解除動作を短縮できる。このために、スローリーク
バルブ４６を有する真空解除ラインを例えばバイパスと
して形成しておき、真空解除動作の初期の段階ではこの
バイパスを経緯してＮ₂ ガスの導入を行い、その後この
バイパスを閉鎖し、本ラインを経由してバルブ全開状態
にてＮ₂ ガスの導入を行うようにすればよい。また、こ
のようなスローリークバルブ４６は必ずしも真空解除ラ
インに設けるものに限らず、例えば高真空度であるベー
スプレッシャー設定後に、プロセスガスをプロセスチャ
ンバー１０内部に導入する初期の段階にて、上記スロー
リングバルブ４６を経由してプロセスガスの導入を行う
ことで、同様に衝撃波の発生を防止できる。また、上記
実施例ではダイヤフラム５４にニードルバルブ６８を設
けることで、スローリークバルブ４６以外に別個の絞り
弁を配置する必要がなかったが、別個に絞り弁を設けれ
ば、ガス入口６４におけるニードルバルブ６８は設ける
必要はない。

【００３１】

【発明の効果】以上詳細に説明したように、本発明によ
れば、所定真空度の真空室にガス導入を行なうに際し
て、真空室と大気とが一気に連通することで生ずる衝撃
波を防止でき、真空室側とガス導入ライン側とをある圧
力差以下に保った状態でガス導入を実現できる。したが
って、本発明を特に真空室の真空解除ラインに好適に適
用できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例に係わる真空解除ラインのバ
ルブの概略断面図である。

【図２】図１のダイヤフラムが変位してガス出口を閉鎖
した状態を示す概略断面図である。

【図３】本発明の１実施例に係わる真空処理装置の全体
構成の概略説明図である。

【符号の説明】

１２，１４ 真空室 ４０ａ，４０ｂ 真空解除ライン ４２ Ｎ₂ ガス供給源 ４４ａ，４４ｂ ゲートバルブ ４６ａ，４６ｂ スローリークバルブ ５４ ダイヤフラム ５４ａ オリフィス ６０ 第１室 ６２ 第２室 ６４ ガス入口 ６８ ニードルバルブ ７０ ガス出口 ５４，７２，７４ シール機構

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 真空雰囲気の真空室にガスを導入する装
   置において、 前記真空室とガス供給源との間のガス導入ライン途中に
   バルブを設け、このバルブは、 ガス供給源側と連通するガス入口を有する第１室と、前
   記真空室側と連通するガス出口を有する第２室とに仕切
   るダイヤフラムと、 このダイヤフラムに貫通形成されたガス流通用のオリフ
   ィスと、 前記第１室内の圧力と前記第２室内の圧力との圧力差が
   所定値以上の時の前記ダイヤフラムの変位により、前記
   第２室のガス出口を閉鎖するシール機構と、を有するこ
   とを特徴とする真空室用ガス導入装置。
2. 【請求項２】 請求項１において、前記バルブは、前記
   ダイヤフラムの変位に応じて前記第１室のガス入口の開
   度を調整する弁機構を備えたことを特徴とする真空室用
   ガス導入装置。