JPH10125657A - 真空排気装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ガスを循環させる排気系に使用され、このガ
スの循環をコンパクトな構成で確実に行うことができる
ようにする。 【解決手段】 真空チャンバ１内にガスを導入し、該ガ
スを真空チャンバ１内から排気した後、その排気された
ガスの一部を再び真空チャンバ１内に戻す真空システム
で使用される真空排気装置２０であって、真空チャンバ
１内を所定の圧力に保つのに十分な排気速度を有した第
一の真空ポンプ２１の排気口２１ａと、ガスを再び真空
チャンバ１内に戻すのに必要な圧力まで圧縮する性能を
有した第二の真空ポンプ２２の吸気口２２ａを連結した
ことを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ガスを循環させて
再利用する真空システムに用いて好適な真空排気装置に
関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来の半導体製造装置、例えばエッチン
グ装置や化学気相成長装置（ＣＶＤ）にあっては、図２
に示すように、真空チャンバ１の内部に配置されたウエ
ハ２に向けて半導体製造を行うのに必要なガスをシャワ
ーヘッド３から噴出してウエハ２に対する処理を行う。
ここでは、真空チャンバ１内の処理後のガスは、全てゲ
ート弁４を介してターボ分子ポンプや複合分子ポンプ等
の高真空ポンプ５で真空チャンバ１から排気された後、
フォアライン弁６から粗引きポンプ７を介して大気へ放
出されていた。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかし、最近、半導体
製造装置においては、ウエハの大口径化や成膜の高品質
化のために多量のガスを使用する傾向にある。半導体製
造装置の真空チャンバに導入されるガスは、その一部が
反応に寄与しているだけであり、残りの大部分は未反応
のまま排出されてしまっている。そこで、将来的には、
図３に示すように、ガスの有効利用のために、ターボ分
子ポンプ等の高真空ポンプ５によって真空チャンバ１か
ら排気されたガスの一部を再び真空チャンバ１内に戻し
て、未反応のガスの利用効率を高める工夫をする必要性
が高くなる。

【０００４】即ち、同図に示すように、高真空ポンプ５
とフォアライン弁６との間から分岐して真空チャンバ１
の入口に戻るガス循環配管８を設け、このガス循環配管
８の内部に締切弁９を介装するとともに、前記フォアラ
イン弁６と粗引きポンプ７との間に流量調節弁１０を介
装し、この流量調節弁１０と前記締切弁９を介して、前
記ガス循環配管８内に流量Ｑ２のガスを循環させること
により、真空チャンバ１内に流量Ｑ１＋Ｑ２のガスを導
入し、流量Ｑ１のガスを大気に放出するようにすること
が考えられる。

【０００５】ここで、真空チャンバ内にガスを導入する
場合、ウエハに均一にガスが行き渡るようにするため、
前述のように、通常シャワーヘッドと称されるガス噴き
出し装置が用いられる。循環させるガスもこのシャワー
ヘッドのようなガス噴き出し装置を介して真空チャンバ
内に戻さなければならない。しかしながら、このシャワ
ーヘッドには、直径１mm以下の微小な穴が数十箇所に設
けられており、この穴からガスが噴き出すようになって
いるため、そのコンダクタンスは非常に小さい。例え
ば、直径０．８mmの穴が５０個設けられたシャワーヘッ
ドのコンダクタンスは、凡そ１×１０^-2ｌ／ｓである。
よってこのシャワーヘッドを介して循環ガス１０００sc
cmを真空チャンバ内に戻す場合は２０Torr程度まで圧縮
しなければならないことになる。

【０００６】ところが、従来から一般に使用されている
ターボ分子ポンプや複合分子ポンプは、圧縮能力が十分
でないため、前記図３に示す高真空ポンプ５として使用
することができない。また、例えガスを循環させるのに
十分な圧縮性能を持たせたとしても、多量のガスを排気
するためポンプの口径は大きく、かつ圧縮性能を向上さ
せるための翼の段数を増やしたり、ねじ溝ロータの軸方
向長さを大きくしなければならないため、ポンプは外
径、高さとも大きくなってしまう。

【０００７】これは半導体製造装置の排気系コンパクト
化の要請を考えると好ましくない。さらにガス量の多さ
によっては、ねじ溝ロータでは十分に圧縮できず、ガス
を循環させられないことも考えられる。

【０００８】本発明は、これらの問題点を解決し、ガス
を再利用のために循環させる排気系に使用され、このガ
スの循環をコンパクトな構成で確実に行うことができる
ようにした真空排気装置を提供することを目的としたも
のである。

【０００９】

【課題を解決するための手段】請求項１に記載の発明
は、真空チャンバ内にガスを導入し、該ガスを真空チャ
ンバ内から排気した後、その排気されたガスの一部を再
び真空チャンバ内に戻す真空システムで使用される真空
排気装置であって、真空チャンバ内を所定の圧力に保つ
のに十分な排気速度を有した第一の真空ポンプの排気口
と、ガスを再び真空チャンバ内に戻すのに必要な圧力ま
で圧縮する性能を有した第二の真空ポンプの吸気口とを
連結したことを特徴とする真空排気装置である。

【００１０】つまり、所定のガス導入量に対して真空チ
ャンバ内を所定のプロセス圧力に保つのに必要な排気速
度性能を第一の真空ポンプに持たせ、第一の真空ポンプ
によって排気されたガスを真空チャンバ内に戻すのに必
要な圧力まで圧縮する能力を第二の真空ポンプに持たせ
たものである。

【００１１】このように、第一の真空ポンプと第二の真
空ポンプとに分割して、ガスを排気する上での役割を分
担することにより、第一の真空ポンプは排気速度達成の
ため外径は大きくなるが圧縮能力は小さくて良いので高
さが小さくなり、第二の真空ポンプは大きな圧縮能力を
達成するため高さは大きくなるが排気速度は小さくて良
いので外径は小さくすることができる。これを一台のポ
ンプで達成しようとするとポンプ外径と高さの双方が大
きくなってしまうので、本発明によって、真空排気装置
全体としてのコンパクト化を達成することができる。

【００１２】例えば、第一の真空ポンプに３０００l/s
の排気速度が必要な場合、第一の真空ポンプの外径寸法
は約４００mmになるが、圧縮比は１０〜５０程度で良い
のでポンプの高さ寸法は３００mm以下にすることができ
る。そして、第二の真空ポンプは、第一の真空ポンプで
圧縮されたガスを排気するので、排気速度は６０〜３０
０l/s 程度でよいことになり、ポンプの外径寸法は１０
０〜１７０mmになるので、第二の真空ポンプの径寸法は
第一の真空ポンプに比べて大幅に小さくすることができ
る。そして、第二の真空ポンプの高さ寸法が、必要な圧
縮条件から例えば、５００mmだとすると、第一と第二の
真空ポンプの占める容積の合計は４２〜４９ｌになる。
これに対して、一台の真空ポンプでガスを循環させよう
とすると、真空ポンプは１００ｌの容積を占めることに
なり、本発明によって、真空排気装置の容積を５０〜６
０％も縮小することが可能になる。

【００１３】また、本発明では、第一の真空ポンプと第
二の真空ポンプを別々に設けてあるため、ガス量が多す
ぎてターボ分子ポンプや複合分子ポンプでは所定の圧力
まで圧縮できない場合には、第二の真空ポンプに、圧縮
能力を高くできる排気原理のポンプを採用して必要な圧
力まで圧縮することが可能となる。

【００１４】請求項２に記載の発明は、前記第一の真空
ポンプが駆動系にも排気系にも潤滑油を用いないオイル
フリーなポンプであり、第二の真空ポンプが少なくとも
排気系に潤滑油を用いないドライポンプであることを特
徴とする請求項１に記載の真空排気装置である。

【００１５】ここでオイルフリーポンプとは、ルーツ型
ポンプ、スクロール型ポンプ、スクリュー型ポンプ、タ
ーボ分子ポンプ、ロータの軸方向下流側にねじ溝を形成
したターボ分子ポンプ（複合分子ポンプ）、モレキュラ
ードラッグポンプ、あるいは渦流式ロータを有した真空
ポンプなどのドライポンプ（排気系に潤滑油を用いない
ポンプ）であって、さらに駆動系として磁気軸受等を用
いて一切オイルを用いない形式のポンプを指す。

【００１６】請求項３に記載の発明は、さらに、前記第
一の真空ポンプ及び第二の真空ポンプの双方が、駆動系
にも排気系にも潤滑油を用いないオイルフリーなポンプ
であることを特徴とする請求項１に記載の真空排気装置
である。

【００１７】請求項４に記載の発明は、排気されたガス
の一部を再び真空チャンバ内に戻す経路内に特定のガス
成分を除去する装置を設けたことを特徴とする請求項１
ないし３のいずれかに記載の真空排気装置である。

【００１８】これは、以下のような意味を有する。真空
チャンバ内の材料と反応させることを目的に真空チャン
バに導入されたガスは、反応によってガスの成分が変化
してしまう。変化したガス成分の中に反応を阻害する成
分が混入している場合に、そのままガスの全成分を循環
させてしまうと、真空チャンバ内での反応が正しく行わ
れなくなってしまう可能性が考えられる。そこで、第二
の真空ポンプの吸気口側または排気口側に、循環するガ
スに含まれる特定の成分を除去するための装置を設置す
ることによって、真空チャンバ内での反応に悪影響を及
ぼす成分を真空チャンバに戻す前に除去することができ
るので、真空システムが目的とする反応が正しく行われ
ることが可能になる。

【００１９】なお、この発明の真空排気装置は、真空チ
ャンバ内に導入したガスと真空チャンバ内にある材料を
反応させるプロセスを含む真空システムで使用されるこ
とを主要な用途としており、さらに以下のような態様で
用いることができる。

【００２０】第一の真空ポンプと第二の真空ポンプを直
結するか、または一体のケーシングに組み込むことによ
り、真空排気装置が占める容積を最小にすることができ
る。一方、第一の真空ポンプと第二の真空ポンプを真空
配管を介して連結することにより、第一の真空ポンプと
第二の真空ポンプを直結したり、一体化した物を収容す
るための空間が無い場合に、真空配管を介して第二の真
空ポンプを適切な場所に設置することができる。

【００２１】この発明の他の態様では、第一の真空ポン
プが、第二の真空ポンプと連結される排気口の他に第二
の排気口を有する。これにより、第一の真空ポンプの第
二の排気口から、真空チャンバに戻さないガスを排出す
ることができる。さらに、第一の真空ポンプと第二の真
空ポンプをつなぐ真空配管が分岐配管を有するようにす
ることにより、分岐配管から真空チャンバに戻さないガ
スを排出することができる。

【００２２】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図１
を参照して説明する。同図に示すように、真空チャンバ
１の内部に配置されたウエハ２に向けて半導体製造を行
うのに必要なガスをシャワーヘッド３から噴出してウエ
ハ２に対する処理を行うのであるが、この真空チャンバ
１内の処理後のガスは、ゲート弁４を介して真空排気装
置２０によって真空チャンバ１から排気される。

【００２３】前記真空排気装置２０は、真空チャンバ１
内を所定の圧力に保つのに十分な排気速度を有する第一
の真空ポンプ２１と、ガスを再び真空チャンバ１内に戻
すのに必要な圧力まで圧縮する性能を有する第二の真空
ポンプ２２とを備え、前記第一の真空ポンプ２１の排出
口２１ａと第二の真空ポンプ２２の吸気口２２ａを真空
配管２３で連結することによって構成されている。

【００２４】そして、前記真空配管２３の途中から分岐
した分岐管２４にフォアライン弁６及び流量調節弁１０
が順次介装されて粗引きポンプ７に接続されている。一
方、前記真空排気装置２０の第二の真空ポンプ２２の排
気口には、真空チャンバ１の入口に戻るガス循環配管８
が接続され、このガス循環配管８内に締切弁９が介装さ
れている。

【００２５】これによって、第一のポンプ２１及び第二
のポンプ２２の駆動に伴って、流量調節弁１０と締切弁
９を介して、前記ガス循環配管８内を流量Ｑ２のガスが
循環して真空チャンバ１内に流量Ｑ１＋Ｑ２のガスが導
入され、流量Ｑ１のガスが大気に放出されるようになっ
ている。

【００２６】ここに、前記第一の真空ポンプ２１は、例
えば磁気軸受を使用することによってオイルフリーを達
成したターボ分子ポンプまたはロータの下流側にねじ溝
型のロータを備えたオイルフリーのターボ分子ポンプ
（複合分子ポンプ）であり、この第一のポンプ２１に所
定のガス導入量に対して真空チャンバ１内を所定のプロ
セス圧力に保つのに必要な排気速度性能を持たせること
により、排気速度達成のため外径は大きくなるものの、
圧縮能力は小さくて良いので高さを小さくすることがで
きる。

【００２７】また、前記第二の真空ポンプ２２は、例え
ば軸受けやギアの潤滑に用いている油の蒸気が真空側に
漏れないような構造を採用した、いわゆるドライ式のル
ーツ型真空ポンプまたはスクリュー型真空ポンプであ
り、この第二の真空ポンプ２２に第一の真空ポンプ２１
によって排気されたガスを真空チャンバ１内に戻すのに
必要な圧力まで圧縮する能力を持たせることにより、大
きな圧縮能力を達成するため高さは大きくなるものの、
排気速度は小さくて良いので外径を小さくすることがで
きる。

【００２８】このように、真空排気装置２０を役割を分
担した第一のポンプ２１と第二のポンプ２２とで構成す
ることにより、真空排気装置２０の全体としてのコンパ
クト化を達成することができる。

【００２９】また、前述のように、第一の真空ポンプ２
１にオイルフリーのターボ分子ポンプまたは複合分子ポ
ンプを使用し、第二の真空ポンプ２２にドライ式のルー
ツ型真空ポンプまたはスクリュー型真空ポンプを使用す
ることによって、ガス循環配管８内を循環するガスに、
真空チャンバ１内の反応に悪影響を及ぼす油分子が実質
的に混入してしまうことを防止することができる。

【００３０】なお、前記第二の真空ポンプ２２として、
磁気軸受を使用することによってオイルフリーを達成し
たモレキュラードラッグポンプ、ルーツ型真空ポンプま
たはスクリュー型真空ポンプなどを使用することがで
き、このように、第一及び第二の真空ポンプ２１，２２
の双方に、磁気軸受けを採用することによってオイルフ
リーを達成した真空ポンプを使用することによって、ガ
ス循環配管８内を循環するガスに、真空チャンバ１内の
反応に影響を及ぼす油分子が混入することを完全に防止
することができる。

【００３１】また、図示しないが、アルミニウムのエッ
チングを行う半導体製造装置にあっては、第二の真空ポ
ンプ２２の吸気側に低温トラップを設けることが望まし
い。

【００３２】即ち、このような半導体製造装置では、真
空チャンバ１内の反応によって、蒸気圧が低く固化しや
すい性質を持った塩化アルミ（０．１Ｔｏｒｒでは約８
０度以下で固化する）が生じ、これが循環するガス内に
含まれることになる。このため、一般にアルミニウムの
エッチングを行う装置では、ポンプ内のガス通路や配管
を昇温することによって、塩化アルミがポンプ内で固化
して付着しないようにしている。

【００３３】そこで、第一の真空ポンプ２１に対しては
このような昇温手段を施し、第二の真空ポンプ２２の吸
気口の手前に低温面を有するトラップを設けることによ
り、このトラップの低温面に塩化アルミを付着させるこ
とができ、これによって、循環するガスから不要な成分
である塩化アルミを除去することができる。

【００３４】また、不要な成分の蒸気圧が循環させたい
成分の蒸気圧より高い場合は、低温トラップで不要な成
分を除去することができないが、不要な成分が真空チャ
ンバ１内での反応によって生じた微小粉末である場合に
は、第二の真空ポンプ２２の吸気側または排気側に静電
集塵機を設けることにより、この静電集塵機で不要な微
小粉末を除去することができる。

【００３５】なお、図示の例では、第一の真空ポンプ２
１と第二の真空ポンプ２２とを真空配管２３で連結した
例を示しており、このように構成することにより、第一
の真空ポンプと２１と第二の真空ポンプ２２の配置を任
意に選択できるようになっているが、第一の真空ポンプ
２１と第二の真空ポンプ２２とを直接接続するようにす
ることもでき、このように直接接続することによって、
接続部分の圧力損失を最小限に抑え、第一の真空ポンプ
２１の背圧を低く保って、この負荷を最小限にすること
ができる。

【００３６】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
真空チャンバ内にガスを導入し、該ガスを真空チャンバ
内から排気した後、その排気されたガスの一部を再び真
空チャンバ内に戻す真空システムにおいて、ガスを循環
する真空排気装置をコンパクトに実現することができ
る。また、循環させるガス量が多くても確実に循環させ
られる真空排気装置を提供することができる。さらに、
循環されたガスから不要な成分を除去することによって
真空チャンバ内での反応が正しく行われることを可能に
する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施の形態を示す真空システムの系
統図。

【図２】従来例を示す真空システムの系統図。

【図３】仮想的な真空システムを示す系統図。

【符号の説明】

１ 真空チャンバ ３ シャワーヘッド ７ 粗引きポンプ ８ ガス循環配管 ２０ 真空排気装置 ２１ 第一の真空ポンプ ２１ａ 同排気口 ２２ 第二の真空ポンプ ２２ａ 同吸気口 ２３ 真空配管 ２４ 分岐管

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 真空チャンバ内にガスを導入し、該ガス
   を真空チャンバ内から排気した後、その排気されたガス
   の一部を再び真空チャンバ内に戻す真空システムで使用
   される真空排気装置であって、 真空チャンバ内を所定の圧力に保つのに十分な排気速度
   を有した第一の真空ポンプの排気口と、ガスを再び真空
   チャンバ内に戻すのに必要な圧力まで圧縮する性能を有
   した第二の真空ポンプの吸気口とを連結したことを特徴
   とする真空排気装置。
2. 【請求項２】 前記第一の真空ポンプは、駆動系にも排
   気系にも潤滑油を用いないオイルフリーなポンプであ
   り、第二の真空ポンプは、少なくとも排気系に潤滑油を
   用いないドライポンプであることを特徴とする請求項１
   に記載の真空排気装置。
3. 【請求項３】 前記第一の真空ポンプ及び第二の真空ポ
   ンプの双方が、駆動系にも排気系にも潤滑油を用いない
   オイルフリーなポンプであることを特徴とする請求項１
   に記載の真空排気装置。
4. 【請求項４】 排気されたガスの一部を再び真空チャン
   バ内に戻す経路内に特定のガス成分を除去する装置を設
   けたことを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記
   載の真空排気装置。