JPH0830260B2

JPH0830260B2 - 真空処理装置

Info

Publication number: JPH0830260B2
Application number: JP3157278A
Authority: JP
Inventors: 正彦小林; 宏▲史▼ 武村; 哲夫石田; 信行高橋
Original assignee: ANERUBA KK
Current assignee: ANERUBA KK
Priority date: 1990-08-22
Filing date: 1991-06-28
Publication date: 1996-03-27
Anticipated expiration: 2011-03-27
Also published as: KR920005255A; KR950007481B1; US5340460A; JPH0673542A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、真空の排気性能を向
上させた真空処理装置および真空処理方法に関するもの
である。

【０００２】

【従来の技術】従来の真空処理装置の構造の概略を、典
型的なスパッタリング装置を例に挙げて、第２図に示
す。この装置の真空チャンバ（スパッタ室ともいう）１
０の内部構成としては、ターゲットを組み込みできるカ
ソード１２、開閉自在のシャッタ１４、ウエハを保持す
るためのホルダ部１６、ベーキング用の加熱ヒータ１
８、２０および冷却部２２、２４を具えており、さらに
このチャンバ１０にはインラインで処理するためのウエ
ハ搬送システム２６、ガス導入系２８の他、チャンバ１
０内を真空排気するための主真空排気機構として荒引き
ポンプ３０および主ポンプ３２例えばクライオポンプ等
の複雑な機構が設けられている。

【０００３】尚、３４はウエハであり、通常は、チャン
バ１０内の真空を保持した状態でウエハ搬送システム２
６によってチャンバ１０内のホルダ部１６に載置した
り、そこから取り出しできる構造となっている。また、
３６は荒引きバルブ、３８は主バルブである。上述した
種々の構成要件の具体的構造は、従来周知であるので、
その詳細は省略する。

【０００４】このスパッタリング装置の主真空排気機構
でチャンバ１０内の排気を行なうには、荒引きポンプ３
０により、チャンバ１０を荒引きし、荒引き完了後、主
ポンプ３２に切り換えて、チャンバ１０内を真空排気し
て高真空（約１０^-7Ｔｏｒｒ（トール）台）まで達して
いる。この場合、通常は、排気途中で、加熱ヒータ２
０、１８等を適時作動させてチャンバ１０内を加熱（ベ
ーキング）しながら排気を行なう。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところが、上述したよ
うに、チャンバ１０内には種々の構成成分が設けられて
いるため、真空室内面の実質的な表面積が非常に大きく
なり、かつエラストマーガスケット（主にバイトン０リ
ング）を多用するために、充分なベーキングが出来ず、
従って到達圧力が１０^-7Ｔｏｒｒ程度という低真空度し
か得られないのが実情であった。また、長時間ベークお
よびターゲットクリーニングの実施により１０^-8Ｔｏｒ
ｒ台に入る場合もあるが、従来は、７×１０^-8Ｔｏｒｒ
に達するまで２〜３日はかかっていた。この事実は、上
述したスパッタリイング装置に限らず、ドライエッチン
グ装置等、真空処理装置に共通して言える。

【０００６】このように、従来装置では、到達真空度も
まだまだ低いこと、また、到達圧力に至るまでの排気時
間も長くて生産性（スループット）の向上が図れないこ
とという問題があった。

【０００７】そこで、この出願に係る発明者等は、排気
性能（到達真空度、排気時間）の改善を図るための種々
の研究および実験を行なったところ、到達圧力におい
て、導入ガス以外のチャンバ内に残留する主なガス成分
としては、第３図に示すように、Ｈ₂、Ｈ₂Ｏ、Ｎ₂＋
ＣＯ、ＣＯ₂等があり、特にＨ₂Ｏ（水成分）が圧倒的
に多く、従って従来装置では、装置構成が複雑で、ベー
キング不充分な点から、残留ガスとして水（Ｈ₂Ｏ）が
主成分として存在し、この水成分が、到達圧力および排
気時間などの排気性能の限界を決めているという事実を
つきとめた。そして、発明者等は、残留ガス成分のう
ち、少なくとも水成分を排気（トラップ）すれば、排気
性能を改善できるという結論に達した。

【０００８】従って、この発明の第１の目的は、排気性
能を向上させた真空処理装置を提供することにある。

【０００９】また、この発明の第２の目的は、排気性能
を向上させた真空処理方法を提供することにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段および作用】上述した第１
の目的の達成を図るため、この発明の第１の要旨によれ
ば、真空チャンバと、この真空チャンバ内を真空排気す
るための主真空排気機構と、補助真空排気機構とを少な
くとも具える真空処理装置において、この補助真空排気
機構を、（ａ）前述した真空チャンバ内に設置された、残留ガス
を捕獲するための捕獲手段と、（ｂ）前述した真空チャンバ外に設置され、かつ、前述
した捕獲手段と結合した、この捕獲手段を冷却するため
の冷却手段と、（ｃ）前述した捕獲手段の冷却温度を制御するための温
度制御手段とをもって構成したことを特徴とする。

【００１１】このように、この発明の装置によれば、荒
引きポンプとか主ポンプとかの主真空排気機構の他に、
冷却手段、残留ガス用の捕捉手段、および温度制御手段
を含む補助真空排気機構を具え、真空チャンバ内には冷
却されるべき捕獲手段を設けた構造になっている。

【００１２】この捕獲手段の露出した表面積を出来るだ
け大きくすれば排気速度を大きくできると共に、その捕
獲手段を冷却手段を用いて冷却することによって不用な
残留ガス成分のうち少なくとも捕獲手段に入射する水分
子を効率良く捕獲させることによって、到達真空度を高
めることが出来る。

【００１３】また、捕獲手段の冷却温度を制御すること
によって、水分子だけを捕獲し、真空チャンバ内に導入
されるスパッタガスであるアルゴン（Ａｒ）ガスは排気
されないようにすることが可能となる。従って、プロセ
スガスの圧力制御に影響を及ぼさずに排気性能を高める
ことが可能となる。

【００１４】

【００１５】また、温度制御手段によって捕獲手段の冷
却温度を、残留ガスをより効率的に捕獲する温度に微調
整することが出来る。従って、より効果的に排気効率を
高めることが可能となる。

【００１６】さらに、上述した第２の目的の達成を図る
ため、この発明の第２の要旨によれば、真空チャンバ
と、この真空チャンバ内を真空排気するための主真空排
気機構と、補助真空排気機構をもって構成された真空処
理装置であって、この補助真空排気機構が、前述した真
空チャンバ内に設置された、残留ガスを捕獲するための
捕獲手段と、前述した真空チャンバ外に設置され、か
つ、前述した捕獲手段と結合した、この捕獲手段を冷却
するための冷却手段と、前述した捕獲手段の温度を制御
するための温度制御手段とを具えている真空処理装置に
おいて処理を行なうに当たり、前述の主真空排気機構で
荒引き排気を行ない、前述の補助真空排気機構でさらに
高真空へと真空排気を行ない、所定圧力に到達後、真空
処理用の気体を前述の真空チャンバ内に導入し、真空処
理用の前述の気体の圧力を設定し、真空処理用の前述の
気体の設定圧力に対応する飽和蒸気圧温度に前述の捕獲
手段の温度を設定することを特徴とする。

【００１７】この第２要旨の構成によれば、真空チャン
バに導入した真空処理用の気体の設定圧力に対応する飽
和蒸気圧温度に捕獲手段の冷却温度を設定するので、残
存ガスを効率良く排気することが可能となる。

【００１８】

【実施例】以下、図面を参照して、この発明の実施例に
つき説明する。尚、以下の実施例では、真空処理装置の
一例としてスパッタリング装置につき説明する。図は、
この発明が理解出来る程度に各構成成分の大きさ、形状
および配置関係を概略的に示してあるにすぎない。ま
た、第１図において、第２図に示した構成成分と同一の
構成成分については、同一の符号を付して示し、特に言
及する場合を除き、その詳細な説明を省略する。また、
第１図において、ウエハ搬送システム（２６）は、その
図示を省略してある。

【００１９】第１図は、この発明のスパッタリング装置
の構造の一実施例を概略的に示す図であり、従来装置と
同様に、真空チャンバすなわちスパッタチャンバ１０内
を真空排気するための荒引きポンプ３０および主排気ポ
ンプ（本実施例ではクライオポンプ）３２を具えた主真
空排気機構５０を具えている。なお、以下の説明におい
て、真空チャンバを単にチャンバと称する場合がある。
また、チャンバ１０内の真空排気の手助けをするための
ベーキング用加熱手段として例えば加熱ヒータ１８およ
び２０を所要に応じて設けておく。

【００２０】この発明のスパッタリング装置では、これ
らに加えて、補助真空排気機構６０を設ける。

【００２１】この補助真空排気機構６０は、冷却手段６
２としての冷凍源と、捕獲手段（捕捉手段）６４とを主
として具えており、両者は捕獲手段６４の連結部６６を
介して互いに結合している。

【００２２】この冷凍源６２は、好ましくは、適当な構
造の熱交換器とすることもできるし、或いはまた、液体
窒素とか液体ヘリウムとかを利用できるタンク等であっ
ても良い。尚、熱交換器としては、現在、１０Ｋ程度ま
での低温を得られる、温度制御型式のものが市場で入手
できる。この冷凍源６２は、好ましくは、チャンバ１０
の外部に設置して設けるのが良い。

【００２３】この冷凍源６２と連結部６６を介して結合
した捕獲手段６４は、チャンバ１０内に設置する。チャ
ンバ１０内での、この捕捉手段６４の設置領域は、当然
ながら、スパッタリングを行なって成膜を行なうのを実
質的に妨げないような、かつ、捕獲効率の高まる領域と
する。

【００２４】従って、好ましくは、この捕捉手段６４を
チャンバ１０の内壁面に沿って設けるのが良いが、必ず
しもこれに限定されるものではない。

【００２５】この捕獲手段６４は、スパッタリング成膜
に不用な残留ガス成分を主として捕えるために設ける手
段であるので、好ましくは、チャンバ１０内では、その
表面積は大きくなる構造の形態のものが良い。従って、
この捕獲手段６４としては、例えば、平板状、円板状、
円筒状、環状その他の任意の形状とし得、また、湾曲し
ていても屈曲していても良い。或いはまた、板状体の表
面に巨視的に見て突起物を形成したり、フイン部を取り
付けた形態としても良い。第４図は、捕獲手段６４をパ
ネル部とし、これにフイン部６８を設けた構造の一例を
示している。

【００２６】第１図に、補助真空排気機構６０の一例を
チャンバ１０に取り付けた状態を示してある。この実施
例では、捕獲手段６４をパネル部とし、このパネル部６
４をチャンバ１０の側面からチャンバ１０内に取り付け
る。捕獲手段６４の連結部６６をチャンバ１０の側壁
に、気密封止して取り付ける。この連結部６６は、棒
状、円筒状、その他の任意好適な形状とすることができ
るが、好ましくは、何らかの障害とならない限り、短く
し、熱伝達の途中で、周囲の温度を奪って捕獲手段６４
が昇温しないようにするのが良い。この捕獲手段６４お
よびその連絡部６６を、熱伝導率が良くしかも極低温に
耐える材料で、形成するのが良い。

【００２７】この補助真空排気機構６０には、所要に応
じ、冷却した捕獲手段６４例えばパネルを急速加熱する
ための加熱手段７０を具える。チャンバ１０をパージし
たり、またはベントしたりするとき、パネル６４が冷却
されたままであると、大気中の水分（Ｈ₂Ｏ）等がパネ
ル部６４面に付着してしまう。そうすると、チャンバ１
０を再排気するときに排気時間が長くなってしまう。こ
れを回避するため、このような加熱手段７０を設けるの
が好ましい。この加熱手段７０としては、加熱ヒータを
用いるとか、或いはガス流路または流液路（図示せず）
を介して高温ガスとか高温水を流し、連絡部６６や捕獲
手段６４を直接または間接的に急激に加熱できるように
構成すれば良い。第１図に示す実施例では、加熱手段７
０として加熱ヒータを連絡部６６のところに設けてい
る。

【００２８】第５図は、この加熱手段７０を捕獲手段６
４としてのパネル部の裏側に設けた例を示す。この場
合、パネル部６４と加熱手段７０とを一体構造にしても
良いし、或いは、それぞれ離間して接近させて設けても
良い。

【００２９】次に、この発明のスパッタリング装置の排
気システムの作動例につき簡単に説明する。

【００３０】この排気システムを動作させるには、荒引
きバルブ３６を開にしてチャンバ１０内を荒引きポンプ
３０で排気する。所定の圧力まで排気したところで、荒
引きバルブ３６をカットして予め動作している主ポンプ
３２の主バルブ３８を開にしてチャンバ１０を高真空排
気する。排気途中１８および２０の加熱ヒータで、ベー
キングを実施する。ベーキングを終了した時点で、捕獲
手段でパネル部６４を冷凍源６２により冷却させて、水
成分がパネル部６４に捕捉される温度まで下げる。

【００３１】その結果、パネル部６４のパネル面に飛び
込んだ水分子が冷却効果でトラップされるので、チャン
バ１０内の水が効果的に除去されることになり、結果と
して到達圧力が改善されることになる。

【００３２】しかし、あまり温度を下げ過ぎると、真空
処理用の気体（プロセスガス）もパネル部６４に代って
捕捉されてしまう。すなわちこの実施例ではアルゴン
（Ａｒ）ガスを排気することとなる。パネル部６４の温
度設定は水分子だけが排気出来る適度の温度に設定する
のが望ましい。

【００３３】この発明のスパッタリング装置における排
気性能試験の結果を第６図に示す。同図において、縦軸
に真空度（圧力）および横軸に時間をとって示してあ
る。通常の排気システムの特性は点線曲線Ｉに見られる
ように、真空度は水成分の影響で１×１０^-7Ｔｏｒｒに
到達するが、１０^-8Ｔｏｒｒには長時間かけても達せ
ず、例えば７×１０^-7Ｔｏｒｒを得るのに２〜３日かか
る。

【００３４】この発明によれば、実線曲線ＩＩに示すよ
うに、ポイントＡで捕獲手段６４を構成している冷却パ
ネル６４を冷却させることにより、ベーキングを行なわ
なくても、圧力が激減するので、真空度は１×１０^-8Ｔ
ｏｒｒ程度まで達成出来、従来よりも１桁程度改善され
ることがわかった。ベーキングを実施した場合には、真
空度は、１０^-9Ｔｏｒｒ台まで到達することが確認され
た。そして、この実験データより、この発明のスパッタ
リング装置では、３×１０^-8Ｔｏｒｒに達する時間が約
４〜５時間という短時間であり、１０^-9Ｔｏｒｒ台に達
するにも２０時間程度という従来に比べて短時間である
ことがわかる。

【００３５】この捕獲手段６４は、チャンバ１０内での
表面積を大きくすれば、排気速度が大きくなり、より一
層効果的である。

【００３６】さらに、捕獲手段６４の温度調整に関して
は、プロセスガス（Ａｒ）を導入する前の排気時には出
来るだけ温度を下げて、種々の残留ガス成分を排気し、
そして、スパッタ時には、温度を例えば４０Ｋ〜７０Ｋ
程度に調整し、水を主に排気することにより一層の効果
が出る。

【００３７】次に、この捕獲手段６４の温度微調整につ
き詳細に説明する。この温度微調整を行なうための温度
調節機構を中心とした装置の構造例を第７図に概略的に
示す。なお、第７図において、真空チャンバ１０の構成
を省略して示してあり、および第１図において説明した
構成成分については、特に言及する場合を除き、その重
複説明を省略する。また、この実施例でも、スパッタリ
ング装置を例に挙げて説明する。また、冷却手段６２と
して、熱交換器を利用した例につき説明する。

【００３８】捕獲手段６４である冷却パネルの温度を１
００Ｋ以下の低温とする。この温度調整機構は、この低
温領域において温度の微調整を行なう。そのため、補助
真空排気機構に温度制御手段１００を設け、これによ
り、捕獲手段６４の冷却温度の制御を行なう。温度制御
手段１００は、冷却手段６２に適当な冷却媒体を輸送す
るための輸送手段１０２と、この冷却手段６２と輸送手
段１０２との間に設けた冷却媒体の導入管１０４および
流出管１０６と、これら両管間に設けた迂回管１０８
と、この迂回管１０８の途中に設けた、冷却媒体の流量
調節手段１１０とを少なくとも具えている。

【００３９】さらに、この温度制御手段１００には、好
ましくは、所要に応じ、捕獲手段６４の温度を検出する
ための温度検出手段１１２およびその検出温度に基づい
て流量調節手段１１０の調節量を制御するための温度管
理手段１１４とを設けても良い。

【００４０】この場合、熱交換器６２として、一段型の
ジフォードマクホン型の熱交換器を用いるとする。ま
た、冷却媒体として気体ヘリウムを用いる。熱交換器６
２を導入管１０４および流出管１０６とを経て輸送手段
であるコンプレッサ１０２に連結する。冷却媒体として
の気体ヘリウムは、コンプレッサ１０２から流出管１０
６を通じて熱交換器６２へ流入し、導出管１０４を経て
コンプレッサ１０２へと流れて、還流する。この気体ヘ
リウムは、熱交換器で圧縮膨張することにより、冷却パ
ネル６４を冷却する。

【００４１】迂回管１０８に設けた流量調節手段１１０
を、好ましくは、開閉自在な調節バルブとするのが良
い。この調節バルブ１１０を手動型としても良いことは
もとより、自動調節型としても良い。この調節バルブ１
１０の開閉を調節することによって、気体ヘリウムの流
量Ｑを調節する。

【００４２】この温度制御手段１００の調節バルブ１１
０の開閉を行なって冷却媒体の流量調整を行なって、こ
の流量変化に伴う冷却パネル６４の温度変化につき測定
を行なった。

【００４３】その測定結果を第８図に示す。第８図にお
いて、横軸にバルブの開口度（完全に閉じている時を開
口度０％とし、および、完全に開いている時を開口度１
００％とする。）を取り、また、縦軸に冷却パネル６４
での冷却温度を取って示してある。

【００４４】この測定結果からも理解出来るように、調
節バルブ１１０が閉じているときは、３０Ｋであり、全
開のときは６０Ｋであることわかる。また、調節バルブ
１１０の開口度と冷却温度とが実質的に比例関係にある
こともわかる。この実験結果から、気体ヘリウムの流量
を増減させることによって、冷却パネル６４の温度調節
が可能であることが理解出来る。さらに、この調節バル
ブ１１０を微調整することによって、捕獲手段である冷
却パネル６４の冷却温度の微調整を行なうことが出来
る。さらに、この実施例では、この微調整は、３０Ｋ〜
６０Ｋという低温領域内で行なうことが出来る。

【００４５】上述した流量調節手段である調節バルブ１
１０を、捕獲手段である冷却パネル６４の温度に応答さ
せて調節することが出来る。この場合の構成につきにつ
き説明する。温度検出手段１１２として、例えば、熱電
対を用いる。そして、温度管理手段１１４を、例えば、
ＰＩＤとか、ＰＩとか、あるいは、リレー・オン／オフ
制御型の構成とする。この場合にも、冷却手段６２を熱
交換器とし、この熱交換器６２に上述した温度制御手段
１００の導入管１０４と流出管１０６とを連通させて、
この熱交換器６２ないを、気体ヘリウムがコンプレッサ
１０２を経て還流するように、これらを接続する。一
方、熱電対１１２を捕獲手段である冷却パネル６４に接
触させておき、冷却パネルの温度を、電気信号の形態
で、温度管理手段１１４で測定する。そして、この温度
管理手段１１４では、この検出された温度と、予め温度
管理手段１１４に設定してある基準温度とを照合する。
そして、その照合結果に応じて、調節バルブ１１０の開
口度を調節し、よって冷却パネル６４の冷却温度をこの
予め設定してある基準温度へ調整することが出来る。

【００４６】このため、まず、第１図を参照して既に説
明したように、主真空排気機構５０の荒引きポンプ３０
と、クライオポンプ３２とで、スパッタチャンバ１０の
内部を真空度１×１０^-7Ｔｏｒｒ近くまで排気する。そ
の後、アルゴンガスを８０ＳＣＣＭの流量でチャンバ１
０内へ導入しチャンバ１０内の圧力を２×１０^-3Ｔｏｒ
ｒと設定する。そして、冷却パネル６４の温度を基準温
度４０Ｋに設定する。

【００４７】この設定の後、アルゴンガスを放電させて
スパッタ処理を行なう。この処理の間、放電状態を観測
したが、アルゴンガスの圧力変化により、放電が消滅し
てしまうようなことがなかった。さらに、この処理の
間、四重極質量分析計（アネルバ社製のＡＱＡシリー
ズ）によりスパッタチャンバ１０の内部に存在するガス
を観測した。その結果を図９（Ａ）に示す。

【００４８】図９の（Ａ）は、横軸に観測時間（分）を
取って示してあり、縦軸に電流値（アンペア）を取って
示してある。この電流値は、チャンバ１０の内部で観測
されたガスの分圧に比例している。この検出された電流
値が分圧の値を示すことは、分析技術者にとっては容易
に理解し得ることである。

【００４９】一方、この実験で得られたデータは主とし
てアルゴン（Ａｒ）ガスと水蒸気（Ｈ₂Ｏ）とである
が、炭酸ガス（ＣＯ₂）も検出されている。

【００５０】また、冷却パネル６４の効果を確認するた
め、冷却パネル６４を全く冷却せずに、常温（例えば、
３００Ｋ以上の温度）にし、それ以外の条件を、冷却温
度を４０Ｋに設定した場合と同一の条件で、しかも、同
一の方法で真空排気およびスパッタを行なった。その結
果を前回と同様、四重極質量分析計で観測した。この観
測結果を図９の（Ｂ）に示す。図９の（Ｂ）の横軸は、
観測時間（分）および縦軸は電流値（アンペア）をとっ
てそれぞれ示してある。この場合にも、主として観測さ
れたガスは、アルゴンガスと水蒸気であり、その他に、
一酸化炭素（ＣＯ）と、窒素（Ｎ₂）との混合ガスであ
った。

【００５１】冷却パネル６４を４０Ｋに冷却した場合
と、冷却パネル６４を冷却せずに常温にした場合とを観
測結果で比較すると、以下に述べるような事実があるこ
とが容易にわかる。

【００５２】ａ）冷却パネル６４を４０Ｋに設定した場
合の方が、水蒸気の分圧が著しく減少していることがわ
かる。放電中の最中に、水蒸気の検出量を与える電流値
は、図９の（Ａ）からも理解出来るように、約１×１０
^-11Ａ（Ａはアンペア）であり、他方、図９の（Ｂ）か
らも理解出来るように、約８×１０^-11Ａである。この
後者の値は、前者の値の約８倍であり、従って、４０Ｋ
に冷却パネル６４を冷却することによって、これを冷却
しなかった場合に比べて、水蒸気の分圧を約１／８に減
少させることが出来たことを意味している。さらに、水
蒸気の分圧は、水蒸気の分子数に比例するものであるか
ら、上述の事実は、チャンバ１０内に存在していた水分
子は著しく減少していることを示している。

【００５３】通常、放電を行なうと、チャンバ１０の内
壁の凹凸面に残存している水分子が放出する現象があ
る。しかしながら、上述の実験結果からも理解出来るよ
うに、このような水分子の放出があるにもかかわらず、
水蒸気の分圧が著しく減少されている。このことは、冷
却パネルを冷却することによって、スパッタ処理中で
も、チャンバ１０内の水分子を充分に排気出来ることを
示している。

【００５４】ｂ）一方、アルゴンガスの場合には、冷却
した場合としない場合と検出電流値に全く変化していな
いことがわかる。この実験でのスパッタ処理中、いずれ
の場合のアルゴンガスの流量も８０ＳＣＣＭと一定値に
保持させていた。それにもかかわらず、アルゴンガスの
電流値、従って、アルゴンガスの分圧が一定であるの
は、冷却パネル６４を冷却しても、アルゴン原子が冷却
パネル６４に捕獲されないことを示している。また、こ
の実験での処理中のアルゴンガスの放電が安定している
ことが観測されている。このことは、アルゴンガスの圧
力が全く安定していることに裏付けされるものである。

【００５５】上述した図９の（Ａ）および（Ｂ）で示し
たような現象が見られるのは、各種蒸気圧曲線をもちい
て容易に理解出来る。以下、この点につき説明する。

【００５６】図１０は、各種の気体の蒸気圧を示す図で
あり、例えば、文献：（「真空の物理と応用」物理学選
書１１、裳華房発行、昭和５５年１０月２５日発行、第
２９９頁）等に記載されている。図１０において、横軸
に温度（Ｋ）を取り、縦軸に各種気体の蒸気圧（Ｔｏｒ
ｒ）を取って示してある。

【００５７】上述したａ）およびｂ）の事実を確認する
ため、まず、アルゴンガスの圧力を２×１０^-3Ｔｏｒｒ
と設定する。アルゴンガスにおける蒸気圧曲線からアル
ゴンガスの蒸気圧が２×１０^-3Ｔｏｒｒのとき、蒸気圧
温度は４０Ｋであることがわかる。もし、４０Ｋ以下で
あると、図１０のアルゴンガスの飽和蒸気圧曲線から、
アルゴンガスの蒸気圧は２×１０^-3Ｔｏｒｒ以下である
ことがわかる。このことは、アルゴンガスの設定圧力が
変化することを意味する。特に、４０Ｋ以下では、アル
ゴンガスの設定圧力以下に減圧されることがわかる。こ
のことから、冷却パネル６４の設定温度を４０Ｋとした
こと、および、アルゴンガスの圧力を２×１０^-3Ｔｏｒ
ｒと設定したことは、最適な設定値を設定したことがわ
かる。もし、冷却パネル６４の設定温度を４０Ｋ以下で
あるならば、飽和蒸気圧が２×１０^-3Ｔｏｒｒとなるた
め、気体として存在するアルゴン原子が付着し、アルゴ
ンガスの圧力が減圧される。冷却パネル６４上にアルゴ
ン原子が付着していることは次のような実験から容易に
理解し得る。

【００５８】アルゴンガスの圧力を２×１０^-3Ｔｏｒｒ
と設定し、そのときの飽和蒸気圧温度である４０Ｋとそ
れ以下の３０Ｋにそれぞれ冷却パネル６４の温度を設定
し、スパッタを行なった。スパッタ処理後、冷却パネル
６４の冷却を停止し、冷却パネル６４から放出されるガ
スを四重極質量分析計で測定を行なった。その結果を図
１１の（Ａ）及び（Ｂ）にそれぞれ示す。

【００５９】この図において、横軸に冷却を停止てから
の経過時間（任意の単位）を取って示し、縦軸に分圧
（任意の単位）を取って示してある。実線ＩおよびＩＩ
はアルゴンガス（Ａｒ）を示し、一点破線ＩＩＩおよび
ＩＶは水蒸気（Ｈ₂Ｏ）を示す。

【００６０】この実験結果から理解出来るように、飽和
蒸気圧温度以下である３０Ｋのとき、アルゴン原子が冷
却パネル６４上に付着されていることがわかる。従っ
て、この実験結果から、アルゴン原子の設定圧力に対応
する飽和蒸気圧温度以上に冷却パネル６４の温度設定を
行なえば、アルゴン原子は冷却パネル６４上に付着しな
いので、設定圧力を一定に維持出来る。このことは、上
述したｂ）の現象を裏付けるものである。

【００６１】アルゴンガスの圧力を２×１０^-3Ｔｏｒｒ
と設定し、そのときの飽和蒸気圧温度である４０Ｋとそ
れ以下の３０Ｋにそれぞれ冷却パネル６４の温度を設定
し、スパッタを行なった。スパッタ処理後、冷却パネル
６４の冷却を停止し、冷却パネル６４から放出されるガ
スを四重極質量分析計で測定を行なった。その結果を図
１１の（Ａ）および（Ｂ）にそれぞれ示す。

【００６２】この図において、横軸に冷却を停止てから
の経過時間（任意の単位）を取って示し、縦軸に分圧
（任意の単位）を取って示してある。実線ＩおよびＩＩ
はアルゴンガス（Ａｒ）を示し、一点破線ＩＩＩおよび
ＩＶは水蒸気（Ｈ₂Ｏ）を示す。

【００６３】この実験結果から理解出来るように、飽和
蒸気圧温度以下である３０Ｋのとき、アルゴン原子が冷
却パネル６４上に付着されていることがわかる。従っ
て、この実験結果から、アルゴン原子の設定圧力に対応
する飽和蒸気圧温度以上に冷却パネル６４の温度設定を
行なえば、アルゴン原子は冷却パネル６４上に付着しな
いので、設定圧力を一定に維持出来る。このことは、上
述したｂ）の現象を裏付けるものである。

【００６４】一方、水蒸気を冷却パネル６４で排気する
ためには、出来るだけ冷却パネル６４の設定温度を低く
することが望ましい。しかしながら、アルゴンガスの圧
力を一定に保持するためには、冷却パネルの温度をアル
ゴンガスの設定圧力に対応する蒸気圧温度以下に設定す
ることは出来ない。アルゴンガスの設定圧力が２×１０
^-3Ｔｏｒｒであれば、冷却パネル６４の温度を４０Ｋに
設定することが望ましい。この場合、図１０には、４０
Ｋに対応する水蒸気の蒸気圧曲線は示されていないが、
飽和蒸気圧の曲線の延長から、水蒸気の蒸気圧は著しく
低くなることが期待される。このことから、冷却パネル
６４に水分子が最も効率よく付着し、そのため、この冷
却パネルは６４は、水蒸気を効率よく排気するものと期
待出来る。また、図１１の（Ｂ）の実験結果から、実際
に水分子が冷却パネル６４に付着されていることがわか
る。このことは、今度は、上述したａ）の現象を裏付け
るものである。

【００６５】以上の説明では、水分子が充分に排気出来
ることを説明したが、図１０の蒸気圧曲線から、前述と
同様に理解出来るように、二酸化炭素分子も充分に排気
するものと期待出来る。また、チャンバ１０の内部を真
空排気機構５０の荒引きポンプ３０とクライオポンプ３
２とで荒引きの真空排気を行ない、次に、この機構５０
を起動させて１×１０^-9Ｔｏｒｒ近くまで排気してか
ら、上述した温度制御手段１００を動作させて冷却パネ
ル６４の温度設定を行なえば、水分子の排気を効果的に
行なうことが出来る。

【００６６】上述した説明をまとめると、次のような結
論を得ることが出来る。放電ガスの圧力を一定に保持し
ながら、不純物である水分子を最も効率よく排気するた
めには、放電ガスの設定圧力に対応する飽和蒸気圧温度
に冷却パネルの温度を設定すればよい。そして、放電ガ
スを例えばアルゴンガスとして、その圧力を例えば１×
１０^-2Ｔｏｒｒと設定した場合、冷却パネルの温度を４
５Ｋに設定すれば、水分子を最も効率的に排気出来るこ
とがわかる。

【００６７】その結果、例えば、以下のような場合に、
この発明を適用することが出来る。（ｉ）放電ガスとして酸素ガスを用い、圧力を１×１
０^-3Ｔｏｒｒと設定した場合、冷却パネルの温度を約４
０Ｋに設定すれば水分子を最も効率よく排気出来る。（ｉｉ）放電ガスとして窒素ガスを用い、圧力を１×
１０^-3Ｔｏｒｒと設定した場合、冷却パネルの温度を約
３８Ｋに設定すれば水分子を最も効率よく排気出来る。（ｉｉｉ）上述した（ｉ）および（ｉｉ）の場合、不
純物として水分子ばかりではなく、二酸化炭素分子も効
率よく排気出来る。（ｉｖ）ドライエッチングプロセスで放電ガスとして
アルゴンガスを用い、その圧力を一定に保持しながら、
水分子、二酸化炭素分子を効率よく排気出来る。（ｖ）飽和蒸気圧が不純物のガスよりも高いガスを精
製するときにも、この発明を適用することが出来る。例
えば、主成分ガスとしてのアルゴンガス中に、不純物ガ
スとして水蒸気およびまたは二酸化炭素ガスが含まれて
いる場合、水蒸気、およびまたは二酸化炭素ガスを効率
よく除去出来る。

【００６８】しかし、さらに実験を行なった結果、アル
ゴンガスの圧力を２×１０^-3Ｔｏｒｒと設定し、かつ、
冷却パネルの温度を約４０Ｋから約７０Ｋの範囲内の適
当な温度に設定してスパッタによるアルミニウムの成膜
を行なった。アルミニウム薄膜の特性（特に、半導体デ
バイスの断線寿命）が不純物の水蒸気によって劣化する
ことは周知である。しかしながら、この実験では成膜し
たアルミニウム薄膜は、水蒸気による薄膜特性の劣化は
みられなかった。この結果、この範囲内の冷却パネル６
４の温度設定でも、水蒸気がアルミニウムの成膜特性に
悪影響を及ぼさない程度に充分排気出来ることがわかっ
た。

【００６９】このように、この冷却パネルである捕獲手
段６４は、主として水（Ｈ₂Ｏ）成分を排気する例につ
いて説明したが、実際には、不用な残留ガスも同時に排
気すれば、排気性能は向上する。しかし、既に説明した
ように、プロセスガスとして通常用いられているアルゴ
ン（Ａｒ）ガスを排気してしまうと、スパッタリング効
率が低下してしまうので、アルゴン（Ａｒ）ガスの排気
は回避して、プロセスガスの導入流量の制御に悪影響を
及ぼさないようにするのが良い。アルゴンの捕獲温度は
２０Ｋ程度であるので、所要に応じ、捕獲手段６４を２
０Ｋよりも高温の設計に応じた任意の温度、好ましく
は、４０Ｋ〜７０Ｋ程度に冷却するのが良い。

【００７０】

【発明の効果】上述した説明からも明らかなように、こ
の発明のスパッタリング装置によれば、主真空排気機構
に加えて、補助真空排気機構を設け、その捕捉手段を温
度制御手段を用いて制御することにより極低温まで下げ
て不用な残留ガス成分のみを排気する構成となっている
ので、到達圧力を１桁以上改善することが出来、従って、１
０^- ⁹ Ｔｏｒｒ台の超高真空度を得ることが出来る。そ
の結果、膜質の向上（特に、半導体デバイスにおける断
線寿命の改善等）が図れる。

【００７１】また、排気時間は、３×１０^-8Ｔｏｒｒ
程度では４〜５時間という特に従来に比べて短時間とな
り、また、１０^-9Ｔｏｒｒ台には１０時間程度で到達さ
せることが出来る。従って、排気時間の短縮による生産
性向上（スループットの改善）が図れる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の真空処理装置の典型例であるスパッ
タリング装置の概略的構成図である。

【図２】従来のスパッタリング装置の概略的構成図であ
る。

【図３】従来スパッタリング装置の到達圧力の説明に供
する残留ガス成分図である。

【図４】補助真空排気機構の取り付け状態の説明図であ
る。

【図５】捕捉手段の他の実施例の説明図である。

【図６】この発明と従来スパッタリング装置の排気性能
の比較実験の結果を示す図である。

【図７】この発明の真空処理装置に使用する温度制御手
段の一実施例の説明図である。

【図８】冷却媒体の流量変化に応じた温度変化を示す実
験結果をそれぞれ示す図である。

【図９】（Ａ）および（Ｂ）は、捕獲手段の一実施例で
あである冷却パネルを４０Ｋおよび常温に設定した時、
真空チャンバ内に存在する不純物ガスの分圧特性をそれ
ぞれ示す図である。

【図１０】この発明の説明に要する蒸気圧曲線を示す図
である。

【図１１】（Ａ）および（Ｂ）は、捕獲手段の一実施例
である冷却パネルを３０Ｋおよび４０Ｋの冷却を停止し
た後の時間経過と真空チャンバ内の不純物ガス分圧との
関係をそれぞれ示す実験データある。

【符号の説明】

１０：真空チャンバ（例えば、スパッタチャンバ）１２：カソード、１４：シャッ
タ１６：ホルダ、１８、２０：
加熱ヒータ２２、２４：冷却水、２８：ガス導
入系３０：荒引きポンプ、３２：主ポン
プ（クライオポンプ）３４：ウエハ、３６：荒引き
バルブ３８：主バルブ、５０：主真空
排気機構６０：補助真空排気機構６２：冷却手段（例えば、冷凍源）、６４：捕獲手
段６６：（捕獲手段の）連結部、６８：フイン
部７０：加熱手段、１００：温度
制御手段、１０２：輸送手段（例えば、コンプレッサ）１０４：導入管、１０６：流出
管１０８：迂回管１１０：流量調節手段（開閉バルブ）１１２：温度検出器（例えば、熱電対）１１４：温度
管理手段

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者高橋信行東京都府中市四谷５丁目８番１号日電アネルバ株式会社内 (56)参考文献実開平３−67060（ＪＰ，Ｕ)

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】真空チャンバと、該真空チャンバ内を真
空排気するための主真空排気機構と、補助真空排気機構
とを少なくとも具える真空処理装置において、該補助真
空排気機構を、（ａ）前記真空チャンバ内に設置された、残留ガスを捕
獲するための捕獲手段と、（ｂ）前記真空チャンバ外に設置され、かつ、前記捕獲
手段と結合した、該捕獲手段を冷却するための冷却手段
と、（ｃ）前記捕獲手段の冷却温度を制御するための温度制
御手段とをもって構成したことを特徴とする真空処理装
置。
【請求項２】請求項１に記載の冷却手段を熱交換機と
し、および、前記温度制御手段を、該熱交換機の冷却媒体を輸送する
ための輸送手段と、該冷却媒体を前記熱交換機に導入す
る導入管と、熱交換機から流出する前記冷却媒体を輸送
手段に導入する流出管と、前記導入管および前記流出管
に配設した迂回管と、該迂回管に設置された前記冷却媒
体の流量を調節するための流量調節手段とをもって構成
したことを特徴とする真空処理装置。
【請求項３】請求項２に記載の輸送手段をコンプレッ
サとすることを特徴とする真空処理装置。
【請求項４】請求項２に記載の冷却媒体を気体ヘリウ
ムとすることを特徴とする真空処理装置。
【請求項５】請求項２に記載の流量調節手段を開閉バ
ルブとすることを特徴とする真空処理装置。
【請求項６】請求項１に記載の冷却手段を熱交換機と
し、および、前記温度制御手段を、該熱交換機の冷却媒体を輸送する
ための輸送手段と、該冷却媒体を前記熱交換機に導入す
る導入管と、熱交換機から流出する前記冷却媒体を輸送
手段に導入する流出管と、前記導入管および前記流出管
に配設した迂回管と、該迂回管に設置された前記冷却媒
体の流量を調節するための流量調節手段と、前記捕獲手
段の温度を検出するための温度検出手段と、該温度検出
手段によって検出した温度を予め設定した基準温度と照
合しながら前記流量調整手段を制御して前記捕獲手段の
温度を一定温度に維持するための温度管理手段とをもっ
て構成したことを特徴とする真空処理装置。
【請求項７】請求項６に記載の温度検出手段を、熱電
対とすることを特徴とする真空処理装置。
【請求項８】請求項６に記載の温度管理手段をＰＩＤ
制御、ＰＩ制御およびリレー・オン／オフ制御の中から
選ばれたいづれかの制御方式の手段として構成してある
ことを特徴とする真空処理装置。
【請求項９】請求項１に記載の捕獲手段を前記真空チ
ャンバの内壁に沿って配設してあることを特徴とする真
空処理装置。
【請求項１０】請求項１に記載の捕獲手段を少なくと
もパネル部を有することを特徴とする真空処理装置。
【請求項１１】請求項１に記載の捕獲手段はパネル部
と該パネル部に合体したフィン部とを有することを特徴
とする真空処理装置。
【請求項１２】請求項１に記載の捕獲手段を加熱する
ための加熱手段を有することを特徴とする真空処理装
置。
【請求項１３】請求項１２に記載の加熱手段を、前記
冷却手段と前記捕獲手段との連結部のところであって、
かつ、前記真空チャンバ外に設置したことを特徴とする
真空処理装置。
【請求項１４】請求項１２に記載の加熱手段を、加熱
ヒータとしたことを特徴とする真空処理装置。
【請求項１５】請求項１に記載の捕獲手段を、熱の良
伝導体で構成したことを特徴とする真空処理装置。
【請求項１６】請求項１に記載の真空処理装置を、ス
パッタリング装置とすることを特徴とする真空処理装
置。
【請求項１７】請求項１に記載の真空処理装置を、ド
ライエッチング装置とすることを特徴とする真空処理装
置。
【請求項１８】真空チャンバと、該真空チャンバ内を
真空排気するための主真空排気機構と、補助真空排気機
構をもって構成された真空処理装置であって、該補助真
空排気機構が、前記真空チャンバ内に設置された、残留
ガスを捕獲するための捕獲手段と、前記真空チャンバ外
に設置され、かつ、前記捕獲手段と結合した、該捕獲手
段を冷却するための冷却手段と、前記捕獲手段の温度を
制御するための温度制御手段とを具えている真空処理装
置において処理を行なうに当たり、前記主真空排気機構で荒引き排気を行ない、前記補助真空排気機構でさらに高真空へと真空排気を行
ない、所定圧力に到達後、真空処理用の気体を前記真空チャン
バ内に導入し、真空処理用の前記気体の圧力を設定し、真空処理用の前記気体の設定圧力に対応する飽和蒸気圧
温度に前記捕獲手段の温度を設定することを特徴とする
真空処理方法。
【請求項１９】請求項１８に記載の真空処理用の気体
をアルゴンとすることを特徴とする真空処理方法。
【請求項２０】請求項１８に記載の真空処理用の気体
を酸素ガスとすることを特徴とする真空処理方法。
【請求項２１】請求項１８に記載の真空処理用の気体
を窒素ガスとすることを特徴とする真空処理方法。
【請求項２２】請求項１８に記載の残留ガスを水蒸気
とすることを特徴とする真空処理方法。
【請求項２３】請求項１８に記載の残留ガスを二酸化
炭素ガスとすることを特徴とする真空処理方法。
【請求項２４】請求項１８に記載の真空処理は、真空
処理用の気体の設定圧力に対応する飽和蒸気圧温度に前
記捕獲手段の温度を維持した状態で、行なうことを特徴
とする真空処理方法。
【請求項２５】請求項１８に記載の真空処理をスパッ
タリング処理とすることを特徴とする真空処理方法。
【請求項２６】請求項１８に記載の真空処理をドライ
エッチング処理とすることを特徴とする真空処理方法。
【請求項２７】請求項１８に記載の真空処理用の気体
の設定圧力を２×１０^-3Ｔｏｒｒとしたときの前記捕獲
手段の温度を４０Ｋと設定することを特徴とする真空処
理方法。
【請求項２８】請求項１８に記載の真空処理用の気体
の設定圧力を２×１０^-2Ｔｏｒｒとしたときの前記捕獲
手段の温度を４５Ｋと設定することを特徴とする真空処
理方法。
【請求項２９】請求項１８に記載の真空処理用の気体
をアルゴンガスとし、該アルゴンガスの圧力を２×１０
^-3Ｔｏｒｒと設定し、前記捕獲手段の温度を実質的に４
０Ｋから７０Ｋまでの範囲内に設定することを特徴とす
る真空処理方法。