JPH09228052A - 真空成膜・エッチング装置用排気装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 メインテナンスが容易になるとともに、品質
の低下を防止する真空成膜・エッチング装置用排気装置
を提供する。 【解決手段】 プロセスチャンバ11内を真空状態に保っ
て反応性ガスを供給し、薄膜トランジスタの基板に成膜
あるいはエッチングする。真空ポンプ12によりプロセス
チャンバ11を常時排気する。温度測定手段13により真空
ポンプ12のケーシングの温度を測定し、ポンプモータの
電流値を検知し、加速度計により異常振動や、振動から
発生する異常音を検出し、閉塞によるガス圧縮率が増加
を確認するとともに、異物の噛み込みやかじりを検出す
る。排気ガスを加熱保温手段14のリボンヒータで加熱
し、排気ガスの副生成物の生成を防止する。排気ガス冷
却手段15で、排気ガスを冷却して副生成物を凝固させ、
粘性の高い凝固物を捕捉する。粉体トラップ16で、粘性
の低い粉体などの凝固物をフィルタで捕捉する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、真空容器内で成膜
またはエッチングした排気ガスに基づく故障を防止する
真空成膜・エッチング装置用排気装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、この種の真空成膜・エッチング装
置用排気装置としては、たとえば図７に示す構成が知ら
れている。

【０００３】この図７に示す真空成膜・エッチング装置
用排気装置は、成膜工程およびエッチング工程の処理を
行ないチャンバ内を真空状態に保った上で反応性ガスを
流してプロセスを行なうプロセスチャンバ１を有してい
る。また、成膜工程では、プロセスで使用される気体は
気体同士が反応して固体を生じるものであり、この反応
がチャンバ内の基板上で進行して膜を生成するものであ
り、エッチング工程では、被エッチング材とエッチング
ガスとの反応により被エッチング材を除去している。

【０００４】そして、このプロセスチャンバ１には、こ
のプロセスチャンバ１内のチャンバ内を真空に保つ排気
用の真空ポンプ２が接続されている。なお、この真空ポ
ンプ２としては、以前は油回転ポンプを用いているが、
現在はオイルバックによるチャンバの汚染やオイル交換
などの煩雑なメインテナンスの必要の無いドライポンプ
が主流である。

【０００５】また、真空ポンプ２には、プロセスチャン
バ１からの排気ガスを排気する排気ガス処理装置３が接
続されている。すなわち、プロセスチャンバ１の各プロ
セスで用いられる気体は、可燃性、自燃性、腐食性ある
いは有毒性のものがほとんどであり、供給した原料ガス
はその全てがプロセスチャンバ１内で反応するものでは
なく、原料ガスのまま排気されるものも多く、さらに、
各プロセスで有毒ガスが発生することも少なくない。そ
こで、真空ポンプ２にてプロセスチャンバ１のチャンバ
内から排気した後には、排気ガス処理装置３で排気ガス
の処理を行なうのである。

【０００６】また、排気ガス処理の方法としては、湿
式、燃焼式などあるが燃焼処理を行なう場合、排気ガス
処理装置３での燃焼の影響がプロセスチャンバ１におよ
ぶのを防止するため真空ポンプ２から排気ガス処理装置
３までの排気配管の長さを十分にとる必要がある。

【０００７】そして、プロセスチャンバ１が成膜を行な
う場合、成膜反応の過程で生じた生成物が基板上に堆積
することなく微粉体として排気されるものが少なからず
存在する。通常は、成膜反応で生じる微粉体は粘度が低
く排気系に影響を与えない程度であるが、粉体が他のガ
スと反応することにより粘度が高くなって緻密な２次生
成物として真空排気系内の各部に堆積してしまい、配管
の閉塞、真空ポンプ２内駆動部の固着などの不具合が発
生する場合がある。

【０００８】また、真空ポンプ２としては、たとえば図
８に示すインタークーラ型が用いられ、このインターク
ーラ型は、吸気側と排気側とに設けられた圧縮室2a，2b
との間にインタークーラ2cを配設したものである。そし
て、排気過程で生じる生成物をインタークーラ2c内に捕
捉することによりポンプ内への付着を防止している。

【０００９】ところが、インタークーラ2cの容量は限ら
れており、連続運転を行なうとインタークーラ2cが閉塞
してしまい、ポンプの排気能力が低下し、最終的には完
全に閉塞して排気ができなくなったり、完全に閉塞する
までに至らなくとも生成物がポンプのロータとケーシン
グのクリアランスなどに堆積してかじりがおきてポンプ
の停止に至ることがある。

【００１０】一方、プロセスチャンバ１がエッチングを
行なう場合、被エッチング材の種類によっては、主反応
である被エッチング材とエッチングガスとの反応により
生じる副生成物の蒸気圧が低いものがある。このためプ
ロセスチャンバ１内から排気された排気ガスが、真空ポ
ンプ２、排気ガス処理装置３へと輸送され、温度の低
下、圧力の上昇が進むとともに真空ポンプ２の内部、あ
るいは、真空ポンプ２および排気ガス処理装置３などを
接続する配管内の内壁に生成物の析出が始まり、真空ポ
ンプ２の駆動部の固着、配管の閉塞へと進行する。

【００１１】このように、真空ポンプ２などの真空排気
系で故障が発生してしまうと、メインテナンスを行なっ
て再立ち上げをするまでに非常に時間がかかる。すなわ
ち装置を停止して配管、真空ポンプ２を順次取り外して
洗浄およびメインテナンスを行ない、作業の終了後に再
び排気系を再構成してリークチェックを行なって初めて
装置の再稼働が可能となる。

【００１２】また、故障があらかじめ予測されない状態
では成膜あるいはエッチングのプロセス進行中に予期し
ない故障の発生する場合があり、製品不良を発生させる
可能性がある。

【００１３】

【発明が解決しようとする課題】上述のように、プロセ
スチャンバ１内で成膜あるいはエッチングのいずれを行
なう場合にも、排気ガス内の生成物あるいは排気ガスに
よる２次生成物により、真空ポンプ２などに故障が発生
したりしてメインテナンスが煩雑になったり、あるい
は、製品の品質が低下するおそれがある問題を有してい
る。

【００１４】本発明は、上記問題点に鑑みなされたもの
で、メインテナンスが容易になるとともに、品質の低下
を防止する真空成膜・エッチング装置用排気装置を提供
することを目的とする。

【００１５】

【課題を解決するための手段】本発明は、真空容器内で
成膜およびエッチングの少なくとも一方を行ない前記真
空容器からの排気ガスを排気する真空成膜・エッチング
装置用排気装置において、前記真空容器からの排気ガス
を加熱する加熱手段を有する真空ポンプと、この真空ポ
ンプの下流に配設され前記排気ガスを冷却するガス冷却
手段と、この冷却された排気ガス中の粉体を除去する粉
体除去手段とを具備したもので、排気ガス中の粉体によ
り配管などを閉塞して真空ポンプを損傷したりせず、メ
インテナンスが容易になるとともに、製品にも悪影響を
与えない。

【００１６】

【発明の実施の形態】以下、本発明の真空成膜・エッチ
ング装置用排気装置の一実施の形態を図面に示す半導体
製造工程の薄膜トランジスタ製造工程を参照して説明す
る。

【００１７】図１に示す真空成膜・エッチング装置用排
気装置は、成膜工程およびエッチング工程の処理を行な
いチャンバ内を真空状態に保って反応性ガスを流してプ
ロセスを行なう真空容器としての機能を有するプロセス
チャンバ11を有している。また、このプロセスチャンバ
11は、成膜工程では、プロセスで使用される気体は気体
同士が反応して固体を生じるものであり、この反応がチ
ャンバ内の基板上で進行して膜を生成するものであり、
エッチング工程では、被エッチング材とエッチングガス
との反応により被エッチング材を除去している。

【００１８】そして、このプロセスチャンバ11には、こ
のプロセスチャンバ11を常時排気する真空ポンプ12が接
続されている。この真空ポンプ12は、図２に示すよう
に、ドライポンプのマニホールドタイプ型の多段式ドラ
イポンプを用いており、複数、たとえば６つの圧縮室12
a 〜12f を有しており、従来のインタークーラ型と異な
り、副生成物を捕捉する部分がないため閉塞による排気
能力の低下、駆動部分への付着による停止頻度を低下で
きる。

【００１９】さらに、この真空ポンプ12には図示しない
ケーシングの温度を測定するための熱電対にて形成され
た温度測定手段13が設置してあり、運転時の真空ポンプ
12の温度を常時監視している。これは真空ポンプ12内の
排気ガスの流路がたとえば閉塞により狭小化した場合、
ガス圧縮率が増加して温度上昇が起きるため、この温度
上昇の現象を検知するためである。なお、閉塞状況を確
認するためには、ケーシング内の排気ガスの温度を直接
測定してもよいが、安全上の問題からケーシングの温度
を測定する。また、測定場所は６段の圧縮室12a 〜12f
の内の５段目であり、この５段目の圧縮室は圧縮が進ん
で排気ガスの温度が最も高温となる部分であるととも
に、正常動作であれば連続運転時にはほぼ一定温度とな
る。なお、閉塞などによりこの真空ポンプ12の温度が必
要以上に上昇すると、図示しないシール部分の溶解や、
熱膨張によるかじりで、最悪の場合突然のポンプ停止に
至る。

【００２０】また、真空ポンプ12の図示しないポンプモ
ータに電流計を設置して電流値を監視してもよい。これ
は真空ポンプ12の内部に生成物が堆積してくると機械的
な抵抗が発生してトルクが増加するため、ポンプモータ
の消費電流が増加する現象が生じ、この消費電流により
真空ポンプ12の閉塞状況を確認するものである。なお、
この値も真空ポンプ12内が正常であれば連続連転時には
ほぼ一定値となる。

【００２１】さらに、真空ポンプ12には、図示しないポ
ンプモータからロータへ駆動力を伝えるギア部分のオイ
ルレベルを検出する液面センサが設置してあり、機械駆
動部のオイル確認などの日常のメインテナンスとしてオ
イルレベルを液面センサにより監視し、他のトラブル予
知方法と一元的に行なう。

【００２２】また、真空ポンプ12のポンプケーシングに
振動測定手段としての加速度計を設置し、異常振動や、
振動から発生する異常音を検出する。通常運転時はある
一定の振動、騒音を示すが、ポンプ内で異物の噛み込み
によるかじりや、その他駆動部での異常が発生すると異
常振動、異常音が発生する。したがって、ポンプが多数
台設置してある場合にも異常音、異常振動が容易に発見
でき、従来に比べて異常の発見を早期に行なえる。

【００２３】さらに、真空ポンプ12の排気側には加熱保
温手段14を介して、排気ガス冷却手段15、粉体除去手段
としての粉体トラップ16および排気ガス処理装置17が順
次接続されている。そして、加熱保温手段14は、ステン
レス製の排気配管の外側を断熱材付きのリボンヒータで
覆い、このリボンヒータにより加熱し、プロセスチャン
バ11からの排気ガスの反応による副生成物を防止する。
なお、配管表面温度は８０℃以上としており、８０℃と
したのは、８０℃より温度が低いと排気ガスの副生成物
の生成が始まってしまい、反対に、必要以上に高い温度
にすると製品のコストアップにつながるためである。そ
して、この加熱保温手段14は真空ポンプ12を通過してき
た気体状の副生成物が粉体トラップ16前の配管に付着す
るのを防止するためのものであり、真空ポンプ12のポン
プ出口から粉体トラップ16までの配管長が短く、真空ポ
ンプ12の排気時の排気ガスの温度が十分に高い場合には
保温のみとしても良い。なお、加熱保温手段14は排気配
管の全部に配設するものに限らず、温度低下が小さい場
合には一部にのみ配設するようにしてもよい。

【００２４】また、排気ガス冷却手段15では、加熱保温
手段14により高温のまま排気されてきた排気ガスを冷却
して副生成物を凝固させるもので、多数の細管内に冷却
水を通した２重管タイプのガス冷却器を加熱保温手段14
の下流側に設置している。そして、この冷却器は入り口
側のガス配管に比べ約９倍の断面積を持つため、急激な
断熱膨張により効果的に排気ガスを冷却する。また、冷
却細管が多数設置されているため、冷却表面積が大きく
なり、副生成物を付着させるのに効果的である。なお、
冷却器内の空間は排気システムの運転により徐々に凝固
物で閉塞してくるため、定期的に凝固物を除去すること
が必要である。このため、装置の稼働率を低下させない
ために、装置全体の定期メインテナンスのタイミングに
合わせて除去できるように空間容量を決定することが望
ましく、あるいは、冷却器を２系列並列に設置して交互
に除去してもよい。

【００２５】さらに、粉体トラップ16は、たとえば５μ
ｍのフィルタにて形成され、このフィルタは冷却器から
流出してくる粉体を捕捉する。また、粘性の高い凝固物
は排気ガス冷却手段15の冷却器で捕捉されるため、この
フィルタでは粘性の低い粉体を捕捉することが主目的と
なり、捕捉量および交換頻度はフイルタの粒径と表面積
に依存しているため、冷却器での空間容量と同様に粒
径、容積の選択が必要である。

【００２６】また、粉体トラップ16のフィルタの上流側
に圧力計を設置し、フィルタの閉塞状況を確認する。

【００２７】次に、上記実施の形態の動作について説明
する。

【００２８】まず、プロセスチャンバ11内を真空状態に
保って反応性ガスを供給しながら、薄膜トランジスタの
基板に成膜あるいはエッチングを行なう。

【００２９】この状態で、真空ポンプ12によりプロセス
チャンバ11を常時排気する。また、真空ポンプ12は、温
度測定手段13によりケーシングの温度が測定され、閉塞
などによるガス圧縮率が増加しているか否かを確認す
る。また、併せてポンプモータの電流値を検知して同様
に、閉塞などによるガス圧縮率が増加しているか否かを
確認するとともに、加速度計により異常振動や、振動か
ら発生する異常音を検出し、異物の噛み込みやかじりを
検出する。

【００３０】そして、真空ポンプ12からの排気ガスは加
熱保温手段14のリボンヒータで加熱され、排気ガスの副
生成物の生成を防止する。

【００３１】また、排気ガス冷却手段15では、加熱保温
手段14により高温のまま排気されてきた排気ガスを冷却
して副生成物を凝固させ、粘性の高い凝固物を捕捉す
る。

【００３２】さらに、粉体トラップ16では、排気ガス冷
却手段15で捕捉されていない粘性の低い粉体などの凝固
物をフィルタで捕捉する。また、圧力計により粉体トラ
ップ16のフィルタの閉塞状況を確認する。

【００３３】上記実施の形態によれば、図３および図４
に示すようにポンプケーシング温度をほぼ一定に保持で
き、従来の図５および図６に示すようにケーシング温度
が上昇することを防止でき、従来のように閉塞したりせ
ず安定した運転状態が保たれる。

【００３４】また、真空ポンプ12としてドライポンプを
用いたので、従来のウェットポンプなどに比べてメイン
テナンスを容易にできる。

【００３５】

【発明の効果】本発明によれば、真空容器内で真空成膜
あるいはエッチングを行ない真空ポンプにより排気ガス
を排気する際に、粉体除去手段で粉体を除去するので、
排気ガス中の粉体により配管などを閉塞して真空ポンプ
を損傷したりせず、メインテナンスが容易になり、稼働
率を低下させないとともに、製品にも悪影響を与えない
ので歩留まりも向上できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の真空成膜・エッチング装置用排気装置
の一実施の形態を示すブロック図である。

【図２】同上真空ポンプを示すブロック図である。

【図３】同上運転時間と温度との関係を示すグラフであ
る。

【図４】同上運転時間と温度との関係を示すグラフであ
る。

【図５】従来例の運転時間と温度との関係を示すグラフ
である。

【図６】従来例の運転時間と温度との関係を示すグラフ
である。

【図７】従来例の真空成膜・エッチング装置用排気装置
を示すブロック図である。

【図８】同上真空ポンプを示すブロック図である。

【符号の説明】

11 真空容器としてのプロセスチャンバ 12 真空ポンプ 14 加熱保温手段 15 排気ガス冷却手段 16 粉体除去手段としての粉体トラップ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 真空容器内で成膜およびエッチングの少
   なくとも一方を行ない前記真空容器からの排気ガスを排
   気する真空成膜・エッチング装置用排気装置において、 前記真空容器からの排気ガスを加熱する加熱手段を有す
   る真空ポンプと、 この真空ポンプの下流に配設され前記排気ガスを冷却す
   るガス冷却手段と、 この冷却された排気ガス中の粉体を除去する粉体除去手
   段とを具備したことを特徴とする真空成膜・エッチング
   装置用排気装置。