KR20080107996A - 진공 흡인 방법 및 기억 매체 - Google Patents

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Abstract

수분을 원인으로 하는 불량을 야기하지 않고, 진공 흡인 시간을 단축할 수 있는 진공 흡인 방법을 제공한다.
챔버(11)를 구비하는 진공 처리 장치(10)에서, 챔버(11) 내의 진공 흡인시, APC 밸브(16)에 의해서 일정한 시간, 예컨대, 수십초 동안에 걸쳐 챔버(11) 내의 압력을 6.7∼13.3×102Pa(5∼10Torr)로 유지하고(압력 유지), 이어서, 챔버(11) 내에 가열 가스를 급속하게 도입하여 챔버(11) 내를 1.3∼2.7×104Pa(100∼200Torr)까지 급속하게 승압시키고(급속 승압), 시간 T1로부터 시간 T2까지의 동안에, 압력 유지와 급속 승압을 복수회 반복한다.

Description

진공 흡인 방법 및 기억 매체{CACUUM SUCTION METHOD AND STORAGE MEDIUM}
본 발명은, 진공 흡인 방법 및 기억 매체에 관한 것으로서, 특히, 벽면이나 구성 부품의 표면에 수분이 부착되는 진공 처리실을 구비하는 진공 처리 장치의 진공 흡인 방법에 관한 것이다.
진공 처리 장치, 예컨대, 플라즈마 처리 장치는 진공 처리실(챔버)을 구비하고, 기판으로서의 웨이퍼를 챔버 내에 수용하고, 해당 웨이퍼에 플라즈마 처리, 예컨대, 에칭 처리를 실시한다. 플라즈마 처리를 반복하여 실행하면 , 챔버의 벽면이나 구성 부품의 표면에 증착물이 부착된다. 이 증착물을 정기적으로 제거하기 위해서는 벽면이나 구성 부품의 표면을 클리닝 할, 구체적으로는, 알콜 등을 적신 포로 닦을(와이핑) 필요가 있다. 이때, 챔버 내에 작업자의 팔을 진입시킬 필요가 있기 때문에, 챔버는 대기 개방된다. 챔버가 대기 개방되면, 대기중의 수분이 벽면이나 구성 부품의 표면에 부착된다.
클리닝 후, 챔버 내는 진공 흡인되지만, 챔버 내에서 대기 등이 배출된 후에도, 벽면이나 구성 부품의 표면에 부착된 수분이 기화하여 방출되기(탈가스 하기) 때문에, 진공 흡인에 시간이 필요하다고 하는 문제가 있었다.
그래서, 진공 흡인에 필요로 하는 시간을 단축하기 위해서, 여러가지 진공 흡인 방법이 개발되고 있다. 예컨대, 진공 흡인 개시 후에 일단 건조 불활성 가스를 도입하여 챔버 내를 대기압 이상의 양압 상태로 하고, 또한 진공 흡인을 계속하는 방법이 개발되어 있다(예컨대, 특허 문헌 1 참조). 이 방법에 의하면, 건조 불활성 가스의 충전시에 벽면에 부착된 수분의 제거·치환이 촉진되어, 진공 흡인 시간이 단축된다.
[특허 문헌 1] 일본 특허 공개 제2002-249876호 공보
그러나, 상술한 진공 흡인 방법에서도, 챔버 내의 감압을 행하면, 대기 등이 배출된 후, 벽면이나 구성 부품의 표면에 부착된 수분이 기화하기 시작하고, 그 후에도, 챔버 내의 감압을 행하면, 단열 팽창에 의해서 수분의 온도는 저하하여, 이윽고 0℃를 하회한다. 이때, 아직 기화하지 않은 수분은 응고하는 경우가 있다.
응고된 수분은, 진공 흡인시에 용이하게 기화되지 않는다(실제로, 본 발명자가 실험을 행한 바, 목표 압력 1.3×10-3Pa(1×10-5Torr) 근방에서는 배기에 있어서 수분이 가장 많은 것이 확인되어 있음). 즉, 응고된 수분은 장시간에 걸쳐 증발을 계속하고, 또한, 벽면 등의 미소한 오목부에서 응고하지 않은 수분을 가둔다. 따라서, 여전히 진공 흡인 시간이 단축되지 않는다는 문제가 있다.
또한, 응고된 수분은 이물질의 발생, 이상 방전, 구성 부품의 부식 등의 수분을 원인으로 하는 불량을 야기한다고 하는 문제도 있다.
본 발명의 목적은, 수분을 원인으로 하는 불량을 야기하지 않고, 진공 흡인 시간을 단축할 수 있는 진공 흡인 방법 및 기억 매체를 제공하는 데 있다.
상기 목적을 달성하기 위해서, 청구항 1에 기재된 진공 흡인 방법은, 진공 처리실을 구비하는 진공 처리 장치의 진공 흡인 방법으로서, 진공 흡인시, 상기 진 공 처리실 내의 압력을 대기압 이하이고 6.7×102Pa(5Torr) 이상으로 유지하는 제 1 압력 조정 단계를 갖는 것을 특징으로 한다.
청구항 2에 기재된 진공 흡인 방법은, 청구항 1에 기재된 진공 흡인 방법에 있어서, 상기 제 1 압력 조정 단계에 이어, 상기 진공 처리실 내를 상기 제 1 압력 조정 단계에서의 압력보다 높고 또한 대기압 이하의 압력으로 승압하는 제 2 압력 조정 단계를 갖는 것을 특징으로 한다.
청구항 3에 기재된 진공 흡인 방법은, 청구항 2에 기재된 진공 흡인 방법에 있어서, 상기 제 1 압력 조정 단계 및 상기 제 2 압력 조정 단계를 반복하는 것을 특징으로 한다.
청구항 4에 기재된 진공 흡인 방법은, 청구항 1 내지 3 중 어느 한 항에 기재된 진공 흡인 방법에 있어서, 상기 진공 처리실 내에 가열 가스 또는 상온의 불활성 가스를 도입하는 것을 특징으로 한다.
청구항 5에 기재된 진공 흡인 방법은, 청구항 1 내지 3 중 어느 한 항에 기재된 진공 흡인 방법에 있어서, 상기 진공 처리실 내에 수분 분해 가스를 도입하는 것을 특징으로 한다.
청구항 6에 기재된 진공 흡인 방법은, 청구항 1 내지 5 중 어느 한 항에 기재된 진공 흡인 방법에 있어서, 상기 진공 처리실 내의 분위기를 저 산소 분압 분위기로 치환하는 것을 특징으로 한다.
청구항 7에 기재된 진공 흡인 방법은, 청구항 1 내지 6 중 어느 한 항에 기 재된 진공 흡인 방법에 있어서, 상기 진공 처리실의 벽면이나 구성 부품의 표면을 가열하는 것을 특징으로 한다.
청구항 8에 기재된 진공 흡인 방법은, 청구항 1 내지 7 중 어느 한 항에 기재된 진공 흡인 방법에 있어서, 상기 진공 처리실 내를 진공 흡인할 수 있게 크라이오 펌프가 배치되고, 상기 제 1 압력 조정 단계에 이어 진공 흡인을 계속하여, 상기 진공 처리실 내가 1.3×10Pa(0.1Torr) 이하로 감압된 후, 상기 크라이오 펌프가 가동하는 것을 특징으로 한다.
청구항 9에 기재된 진공 흡인 방법은, 청구항 1 내지 7 중 어느 한 항에 기재된 진공 흡인 방법에 있어서, 상기 제 1 압력 조정 단계에 이어 진공 흡인을 계속하고, 상기 진공 처리실 내가 1.3×10-2Pa(0.1mTorr) 이하로 감압된 후, 상기 진공 처리실 내를 진공 흡인하면서 해당 진공 처리실 내로 불활성 가스를 도입하는 제 3 압력 조정 단계와, 상기 진공 처리실 내의 상기 불활성 가스를 배기하고 상기 진공 처리실 내를 1.3×10-2Pa(0.1mTorr) 이하로 감압하는 제 4 압력 조정 단계를 반복하는 것을 특징으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위해서, 청구항 10에 기재된 진공 흡인 방법은, 진공 처리실을 구비하는 진공 처리 장치의 진공 흡인 방법으로서, 상기 진공 처리실 내의 수분을 응고시키지 않고 상기 진공 처리실 내를 감압하는 감압 단계와, 상기 진공 처리실 내에서 단열 압축을 행하는 승압 단계를 갖는 것을 특징으로 한다.
청구항 11에 기재된 진공 흡인 방법은, 청구항 10에 기재된 진공 흡인 방법 에 있어서, 상기 감압 단계 및 상기 승압 단계를 반복하는 것을 특징으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위해서, 청구항 12에 기재된 기억 매체는, 진공 처리실을 구비하는 진공 처리 장치의 진공 흡인 방법을 컴퓨터에게 실행시키는 프로그램을 저장하는 컴퓨터로 판독 가능한 기억 매체로서, 상기 진공 흡인 방법은, 진공 흡인시, 상기 진공 처리실 내의 압력을 대기압 이하이고 6.7×102Pa(5Torr) 이상으로 유지하는 제 1 압력 조정 단계를 갖는 것을 특징으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위해서, 청구항 13에 기재된 기억 매체는, 진공 처리실을 구비하는 진공 처리 장치의 진공 흡인 방법을 컴퓨터에게 실행시키는 프로그램을 저장하는 컴퓨터로 판독 가능한 기억 매체로서, 상기 진공 흡인 방법은, 상기 진공 처리실 내의 수분을 응고시키지 않고 상기 진공 처리실 내를 감압하는 감압 단계와, 상기 진공 처리실 내에서 단열 압축을 행하는 승압 단계를 갖는 것을 특징으로 한다.
청구항 1에 기재된 진공 흡인 방법 및 청구항 12에 기재된 기억 매체에 의하면, 진공 흡인시, 진공 처리실 내의 압력이 대기압 이하이고 6.7×102Pa(5Torr) 이상으로 유지된다. 단열 팽창에 의한 온도의 저하에 따라 기화하지 않은 수분(액화된 수분)이 응고하는 경계점이다, 수분의 증기압 곡선에서의 삼중점의 압력은 6·1×102Pa(4.6Torr)이다. 즉, 진공 흡인시, 진공 처리실 내의 압력이 삼중점의 압력 을 하회하지 않기 때문에, 진공 처리실 내에서 수분이 응고하는 것을 방지하여 수분의 배출을 촉진할 수 있고, 이로써, 수분을 원인으로 하는 불량을 야기하지 않고, 진공 흡인 시간을 단축할 수 있다.
청구항 2에 기재된 진공 흡인 방법에 의하면, 진공 처리실 내의 압력을 대기압 이하이고 6.7×102Pa(5Torr) 이상으로 유지하는 제 1 압력 조정 단계에 이어, 진공 처리실 내를 제 1 압력 조정 단계에서의 압력보다 높고 또한 대기압 이하의 압력으로 승압하는 제 2 압력 조정 단계를 갖는다. 진공 처리실 내가 제 1 압력 조정 단계에서의 압력보다 높고 또한 대기압 이하의 압력으로 승압되면, 단열 압축에 의해서 진공 처리실 내의 분위기 온도가 상승한다. 따라서, 수분이 가열되어, 수분의 온도가 삼중점의 온도를 하회하는 것을 방지할 수 있고, 이로써, 진공 처리실 내에서 수분이 응고하는 것을 확실히 방지할 수 있다.
청구항 3에 기재된 진공 흡인 방법에 의하면, 제 1 압력 조정 단계 및 제 2 압력 조정 단계가 반복된다. 즉, 수분의 배출 촉진 및 가열에 의한 수분의 응고 방지가 반복된다. 그 결과, 보다 진공 흡인 시간을 단축할 수 있다.
청구항 4에 기재된 진공 흡인 방법에 의하면, 진공 처리실 내에 가열 가스 또는 상온의 불활성 가스가 도입되기 때문에, 수분의 온도가 삼중점의 온도를 하회하는 것을 확실히 방지할 수 있고, 이로써, 진공 처리실 내에서 수분이 응고하는 것을 보다 확실히 방지할 수 있다.
청구항 5에 기재된 진공 흡인 방법에 의하면, 진공 처리실 내에 수분 분해 가스가 도입되기 때문에, 기화된 수분의 분해가 촉진된다. 그 결과, 수분의 분압이 저하되기 때문에, 벽면이나 구성 부품의 표면에 부착된 수분의 기화를 촉진할 수 있다.
청구항 6에 기재된 진공 흡인 방법에 의하면, 진공 처리실 내의 분위기가 저 산소 분압 분위기로 치환된다. 이때, 수분이 분해되어 수분의 분압이 저하되기 때문에, 벽면이나 구성 부품의 표면에 부착된 수분의 기화를 촉진할 수 있다.
청구항 7에 기재된 진공 흡인 방법에 의하면, 진공 처리실의 벽면이나 구성 부품의 표면이 가열되기 때문에, 기화된 수분이 액화·응고하여 벽면이나 구성 부품의 표면에 재부착되는 것을 방지할 수 있다.
청구항 8에 기재된 진공 흡인 방법에 의하면, 제 1 압력 조정 단계에 이어 진공 흡인이 계속되고, 진공 처리실 내가 1.3×10Pa(0.1Torr) 이하로 감압된 후, 크라이오 펌프가 가동된다. 크라이오 펌프는 저압 분위기에서 수분을 흡착하기 때문에, 저압 분위기에서 수분의 분압을 저하시킬 수 있어, 벽면이나 구성 부품의 표면에 부착된 수분의 기화를 촉진할 수 있다.
청구항 9에 기재된 진공 흡인 방법에 의하면, 제 1 압력 조정 단계에 이어서 진공 흡인이 계속되어, 진공 처리실 내가 1.3×10-2Pa(0.1mTorr) 이하로 감압된 후, 진공 처리실 내를 진공 흡인하면서 해당 진공 처리실 내로 불활성 가스를 도입하는 제 3 압력 조정 단계와, 진공 처리실 내의 불활성 가스를 배기하고 진공 처리실 내를 1.3×10-2Pa(0.1mTorr) 이하로 감압하는 제 4 압력 조정 단계가 반복된다. 제 3 압력 조정 단계 및 제 4 압력 조정 단계를 반복하면, 단열 팽창에 의해서 진공 처리실 내의 분위기가 냉각된다. 이에 따라, 비교적 저온에서 개시되는 진공 처리로 원활하게 이행할 수 있다. 또한, 진공 처리실 내에서 압력 맥동이 발생하여 점성류가 발생하기 때문에, 해당 점성류가 부여하는 가스 점성력에 의해서 진공 처리실 내의 이물질을 제거할 수 있다.
청구항 10에 기재된 진공 흡인 방법 및 청구항 13에 기재된 기억 매체에 의하면, 진공 처리실 내의 수분을 응고시키지 않고 진공 처리실 내가 감압되어, 진공 처리실 내에서 단열 압축이 행하여진다. 즉, 수분이 응고하는 것을 방지하여 수분의 배출을 촉진할 수 있는 동시에, 단열 압축에 의해서 진공 처리실 내의 분위기 온도를 상승시키는 것에 의해 수분을 가열하여, 수분의 온도가, 단열 팽창에 의한 온도의 저하에 따라 기화하지 않은 수분(액화한 수분)이 응고하는 경계점인, 수분의 증기압 곡선에서의 삼중점의 온도를 하회하는 것을 방지할 수 있다. 그 결과, 수분을 원인으로 하는 불량을 야기하지 않고, 진공 흡인 시간을 단축할 수 있다.
청구항 11에 기재된 진공 흡인 방법에 의하면, 진공 처리실 내의 수분을 응고시키지 않고 진공 처리실 내를 감압하는 감압 단계 및 진공 처리실 내에서 단열 압축을 행하는 승압 단계가 반복된다. 즉, 수분의 배출 촉진 및 가열에 의한 수분의 응고 방지가 반복된다. 그 결과, 보다 진공 흡인 시간을 단축할 수 있다.
이하, 본 발명의 실시예에 대하여 도면을 참조하면서 설명한다.
도 1은 본 실시예에 따른 진공 흡인 방법이 적용되는 진공 처리 장치의 구성을 개략적으로 나타내는 단면도이다. 이 진공 처리 장치는 기판으로서의 반도체 웨이퍼에 진공 처리인 에칭 처리를 실시하도록 구성되어 있다.
도 1에 있어서, 진공 처리 장치(10)는, 예컨대, 직경이 300㎜의 반도체 웨이퍼(이하, 간단히 「웨이퍼」라고 함)(W)를 수용하는 챔버(11)(진공 처리실)를 갖고, 해당 챔버(11) 내에는 웨이퍼(W)를 탑재하는 원주 형상의 서셉터(12)가 배치되어 있다. 또한, 진공 처리 장치(10)에서는, 챔버(11)의 내측벽과 서셉터(12)의 측면을 따라서, 서셉터(12) 윗쪽의 가스를 챔버(11)의 바깥으로 배출하는 유로로서 기능하는 측쪽 배기로(13)가 형성된다. 이 측쪽 배기로(13)의 도중에는 배기 플레이트(14)가 배치된다.
배기 플레이트(14)는 다수의 구멍을 갖는 판 형상 부재이며, 챔버(11)를 상부와 하부로 구획하는 구획판으로서 기능한다. 배기 플레이트(14)에 의해서 구획된 챔버(11)의 상부(이하, 「반응실」이라고 함)(17)에는, 후술하는 플라즈마가 발생한다. 또한, 챔버(11)의 하부(이하, 「배기실(매니폴드)」이라고 함)(18)에는 챔버(11) 내의 가스를 배출하는 배기관(15)이 APC(Adaptive Pressure Control) 밸브(16)를 거쳐서 접속된다. 배기 플레이트(14)는 반응실(17)에 발생하는 플라즈마를 포착 또는 반사하여 매니폴드(18)로의 누설을 방지한다.
배기관(15)에는 TMP(Turbo Molecular Pump) 및 DP(Dry Pump)(함께 도시하지 않음)가 접속되고, 이들 펌프는 챔버(11) 내를 진공 흡인하여 감압한다. 구체적으로는, DP는 챔버(11) 내를 대기압으로부터 중 진공 상태(예컨대, 1.3× 10Pa(0.1Torr) 이하)까지 감압하고, TMP는 DP과 협동하여 챔버(11) 내를 중 진공 상태보다 낮은 압력인 고 진공 상태(예컨대, 13×10-3Pa(1.0×10-5Torr) 이하)까지 감압한다. 또, 챔버(11) 내의 압력은 APC 밸브(16)에 의해서 제어된다.
챔버(11) 내의 서셉터(12)에는 하부 고주파 전원(19)이 하부 정합기(20)를 거쳐서 접속되어 있고, 해당 하부 고주파 전원(19)은 소정의 고주파 전력을 서셉터(12)에 공급한다. 이에 따라, 서셉터(12)는 하부 전극으로서 기능한다. 또한, 하부 정합기(20)는, 서셉터(12)로부터의 고주파 전력의 반사를 저감하여 고주파 전력의 서셉터(12)로의 공급 효율을 최대로 한다.
서셉터(12)의 상부에는, 정전 전극판(21)을 내부에 갖는 정전 척(22)이 배치되어 있다. 정전 척(22)은 소정의 직경을 갖는 하부 원판 형상 부재의 위에, 해당 하부 원판 형상 부재보다 직경이 작은 상부 원판 형상 부재를 포갠 형상을 갖는다. 또, 정전 척(22)은 알루미늄으로 이루어지고, 상면에는 세라믹 등이 용사되어 있다. 서셉터(12)에 웨이퍼(W)를 탑재할 때, 해당 웨이퍼(W)는 정전 척(22)에서의 상부 원판 형상 부재의 위에 배치된다.
또한, 정전 척(22)에서는, 정전 전극판(21)에 직류 전원(23)이 전기적으로 접속되어 있다. 정전 전극판(21)에 양의 고 직류 전압이 인가되면, 웨이퍼(W)에서의 정전 척(22)쪽의 면(이하, 「이면」이라고 함)에는 음 전위가 발생하여 정전 전극판(21) 및 웨이퍼(W)의 이면 사이에 전위차가 발생하고, 해당 전위차에 기인하는 쿨롱력 또는 존슨·라벡력에 의해, 웨이퍼(W)는 정전 척(22)에서의 상부 원판 형상 부재 위에서 흡착 유지된다.
또한, 정전 척(22)에는, 흡착 유지된 웨이퍼(W)를 둘러싸도록, 원환 형상의 포커스 링(24)이 탑재된다. 포커스 링(24)은, 도전성 부재, 예컨대, 실리콘으로 이루어지고, 반응실(17)에서 플라즈마를 웨이퍼(W)의 표면을 향해서 수속하여, 에칭 처리의 효율을 향상시킨다.
또한, 서셉터(12)의 내부에는, 예컨대, 원주 방향으로 연재하는 환 형상의 냉매실(25)이 마련된다. 이 냉매실(25)에는, 칠러(chiller) 유닛(도시하지 않음)으로부터 냉매용 배관(26)을 거쳐서 저온의 냉매, 예컨대, 냉각수이나 갈덴(등록상표)이 순환 공급된다. 해당 저온의 냉매에 의해서 냉각된 서셉터(12)는 정전 척(22)을 거쳐서 웨이퍼(W) 및 포커스 링(24)을 냉각한다.
정전 척(22)에서의 상부 원판 형상 부재 위의 웨이퍼(W)가 흡착 유지되는 부분(이하, 「흡착면」이라고 함)에는, 복수의 전열 가스 공급 구멍(27)이 개구되어 있다. 이들 복수의 전열 가스 공급 구멍(27)은, 전열 가스 공급 라인(28)을 거쳐서 전열 가스 공급부(도시하지 않음)에 접속되고, 해당 전열 가스 공급부는 전열 가스로서의 헬륨(He) 가스를, 전열 가스 공급 구멍(27)을 거쳐서 흡착면 및 웨이퍼(W)의 이면의 간격에 공급한다. 흡착면 및 웨이퍼(W)의 이면의 간격에 공급된 헬륨 가스는 웨이퍼(W)의 열을 정전 척(22)에 효과적으로 전달한다.
챔버(11)의 천장부에는, 서셉터(12)와 대향하도록 샤워 헤드(29)가 배치되어 있다. 샤워 헤드(29)에는 상부 정합기(30)를 거쳐서 상부 고주파 전원(31)이 접속되어 있고, 상부 고주파 전원(31)은 소정의 고주파 전력을 샤워 헤드(29)에 공급하 기 때문에, 샤워 헤드(29)는 상부 전극으로서 기능한다. 또, 상부 정합기(30)의 기능은 상술한 하부 정합기(20)의 기능과 동일하다.
샤워 헤드(29)는, 다수의 가스 구멍(32)을 갖는 천장 전극판(33)과, 해당 천장 전극판(33)을 착탈 가능하게 조지(釣支)하는 쿨링 플레이트(34)와, 쿨링 플레이트(34)를 피복하는 덮개(35)를 갖는다. 또한, 해당 쿨링 플레이트(34)의 내부에는 버퍼실(36)이 마련되고, 이 버퍼실(36)에는 처리 가스 도입관(37)이 접속되어 있다. 샤워 헤드(29)는, 처리 가스 도입관(37)으로부터 버퍼실(36)로 공급된 처리 가스를, 가스 구멍(32)을 거쳐서 반응실(17) 내로 공급한다.
또한, 샤워 헤드(29)는 챔버(11)에 대하여 착탈이 자유롭기 때문에, 챔버(11)의 뚜껑으로서 기능한다. 챔버(11)로부터 샤워 헤드(29)를 이탈시키면, 작업자는 챔버(11)의 벽면이나 구성 부품에 직접 접촉할 수 있고, 이에 따라, 작업자는 챔버(11)의 벽면이나 구성 부품의 표면(이하, 간단히 「챔버(11)의 벽면 등」이라고 함)을 클리닝할 수 있고, 이로써, 챔버(11)의 벽면 등에 부착된 증착물을 제거할 수 있다.
이 진공 처리 장치(10)에서는, 서셉터(12) 및 샤워 헤드(29)에 고주파 전력을 공급하고, 반응실(17) 내에 고주파 전력을 인가함으로써, 해당 반응실(17) 내에서 샤워 헤드(29)로부터 공급된 처리 가스를 고밀도의 플라즈마로 하여 해당 플라즈마에 의해서 웨이퍼(W)에 에칭 처리를 실시한다.
또한, 진공 처리 장치(10)는, 챔버(11) 내에서, 챔버(11)의 벽면 등을 가열하는 가열 기구(도시하지 않음)를 갖는다. 해당 가열 기구는 챔버(11)의 벽면 등 을 가열한다. 또한, 진공 처리 장치(10)에서는, 챔버(11) 내를 진공 흡인할 수 있게 해야하는 크라이오 펌프(cryo pump, 도시하지 않음)가 배치되어 있다. 해당 크라이오 펌프는 저온부로 기화된 수분이 모인다고 하는 성질을 이용한 것으로서, 저온이 유지되는 콜드 트랩을 갖고, 해당 콜드 트랩의 표면에 부착된 수분을 응고시켜 포획한다. 이에 따라, 크라이오 펌프는 챔버(11) 내의 수분의 분압을 저하시킨다.
또, 상술한 진공 처리 장치(10)의 각 구성 부품의 동작은, 진공 처리 장치(10)가 구비하는 제어부(도시하지 않음)의 CPU가 에칭 처리에 대응하는 프로그램에 따라 제어한다.
그런데, 이 진공 처리 장치(10)에서는, 챔버(11)의 벽면 등을 클리닝하기 위해서, 챔버(11)로부터 샤워 헤드(29)를 이탈시키면, 챔버(11)는 대기 개방되기 때문에, 대기중의 수분이 벽면이나 구성 부품의 표면에 부착된다. 그리고, 상술한 바와 같이, 클리닝 후, 챔버(11) 내를 TMP이나 DP에 의해서 진공 흡인시, 챔버(11) 내의 감압을 행하면 챔버(11) 내에서 수분이 응고하는 경우가 있지만, 이 현상에 대하여 이하의 수분의 증기압 곡선을 이용하여 설명한다.
도 2는 수분의 증기압 곡선을 도시하는 도면이며, 가로축은 온도를 나타내고, 세로축은 압력을 나타낸다.
도 2에 있어서, 곡선 A 및 가로축으로 둘러싸이는 영역 G에서 수분은 기화하고, 곡선 A 및 직선 B에서 둘러싸이는 영역 L에서 수분은 액화하고, 곡선 A, 직선 B 및 세로축으로 둘러싸이는 영역 S에서 수분은 응고된다.
챔버(11) 내에 가스가 잔류하고 있는 상태(영역 L에서의 (a))로부터 TMP나 DP에 의한 진공 흡인이 시작되어, 챔버(11) 내의 가스가 배출되어버리면, 챔버(11)의 벽면 등에 부착된 수분은 비등하여 기화한다(곡선 A에서의 (b)). 특히, 챔버(11) 내의 압력 저하가 급격한 경우에는, 수분은 돌발적으로 비등한다.
TMP나 DP에 의한 진공 흡인이 계속되면, 챔버(11) 내는 더욱 저압이 되기 때문에, 수분은 비등한 채로 온도가 저하한다(곡선 A에서의 (b)부터(c)). 그리고, 온도가 거의 0으로 되면(곡선 A에서의 (c) : 물의 삼중점), 아직 기화하지 않은 수분은 응고된다. 수분이 응고하면 물 분자 사이의 결합이 강해져, 압력을 올리더라도 기화가 어려운 상태가 된다(즉, 응고된 수분은 용이하게 기화되지 않음). 또한 압력이 저하하면, 온도는 약 130℃까지 저하한다(곡선 A에서의 (d)).
본 실시예에서는, 챔버(11) 내의 진공 흡인시, 챔버(11)의 벽면 등에 부착된 수분이 응고하는 것을 방지하기 위해서, 챔버(11) 내의 압력을 제어한다. 구체적으로는, 챔버(11) 내를 DP에 의해서 진공 흡인시, APC 밸브(16)에 의해서 챔버(11) 내의 압력을 적어도 6.7×102Pa(5Torr) 이상으로 유지한다.
도 3은 본 실시예에 따른 진공 흡인 방법으로서의 감압 처리에서의 압력 천이도이다. 도 3에 있어서 가로축은 시간을 나타내고, 세로축은 챔버(11) 내의 압력을 나타낸다. 이 감압 처리는, 진공 처리 장치(10)에서 챔버(11)의 벽면 등을 클리닝한 후에 실행된다.
우선, 진공 처리 장치(10)에서, 챔버(11)에 샤워 헤드(29)를 장착하고, DP에 의해서 챔버(11) 내의 진공 흡인을 시작한다(시간 T1). 이때, 우선, 챔버(11) 내의 가스가 배출되어, 해당 가스가 배출되어 해 버리면, 챔버(11)의 벽면 등에 부착된 수분은 비등하여 기화하지만, 챔버(11) 내의 진공 흡인은 계속되기 때문에, 수분의 온도는 단열 팽창에 의해서 저하한다.
이어서, 챔버(11) 내의 압력이 6.7×102Pa(5Torr)로 저하하면, APC 밸브(16)에 의해서 일정한 시간, 예컨대, 수십초 동안에 걸쳐 챔버(11) 내의 압력을 6.7∼13.3×102Pa(5∼10Torr)(대기압 이하이고 또한 6.7×102Pa 이상)으로 유지한다(제 1 압력 조정 단계).
여기서, 비등하면서 단열 팽창에 의해서 온도가 저하하는 수분이 응고하는 경계점인, 수분의 증기압 곡선에서의 삼중점(도 2의 곡선 A에서의 (c))의 압력은 6.1×102Pa(4.6Torr)이다. 즉, 챔버(11) 내의 압력은 삼중점의 압력을 하회하지 않기 때문에, 챔버(11)의 벽면 등에 부착되고 또한 아직 기화하지 않은 수분도 응고하지 않는다. 즉, 챔버(11) 내의 압력을 6.7∼13.3×102Pa로 유지함으로써, 챔버(11) 내의 수분을 응고시키지 않고 챔버(11) 내가 감압된다(감압 단계). 이때, 수분이 응고하지 않기 때문에, 챔버(11)의 벽면 등에 부착된 수분의 기화를 계속할 수 있고, 이로써, 챔버(11) 내로부터의 수분의 배출을 촉진할 수 있다.
이어서, 챔버(11) 내에 가열 가스를 급속하게 도입하고 챔버(11) 내를 1.3∼2.7×104Pa(100∼200Torr)(제 1 압력 조정 단계에서의 압력보다 높고 또한 대기압 이하의 압력)까지 급속하게 승압시킨다(제 2 압력 조정 단계, 승압 단계). 챔버(11) 내가 1.3∼2.7×104Pa까지 급속하게 승압되면, 단열 압축에 의해서 챔버(11) 내의 분위기 온도가 상승하기 때문에, 챔버(11)의 벽면 등에 부착된 수분이 가열되어, 해당 수분의 온도가 상승한다. 따라서, 예컨대, 챔버(11) 내의 압력이 6.7∼13.3×102Pa로 유지되어 있는 동안에, 해당 수분의 온도가 단열 팽창에 의해서 삼중점의 온도 근방까지 내려가 있더라도, 수분의 온도가 삼중점의 온도를 하회하는 것을 방지할 수 있다.
이어서, 시간 T1로부터 시간 T2까지의 동안에, 챔버(11) 내의 압력의 6.7∼13.3×102Pa로의 유지(이하, 간단히 「압력 유지」라고 함)와, 챔버(11) 내의 압력의 13∼2.7×104Pa까지의 급속 승압(이하, 간단히 「급속 승압」이라고 함)을 복수회, 예컨대 3회 반복한다(사이클 퍼지). 여기서, 한 번의 압력 유지 및 이것에 이어지는 급속 승압에 필요한 시간은, 예컨대, 1분이다. 또한, 시간 T1로부터 시간 T2까지의 동안에, 가열 기구는 챔버(11)의 벽면 등을 가열한다.
이어서, 상기 사이클 퍼지 후에도, DP에 의해서 챔버(11) 내의 진공 흡인을 계속하고(시간 T2∼시간 T3), 압력이 1.3×10Pa(0.1Torr)를 하회하면, TMP을 가동시키고, 그 후(시간 T3 이후), DP 및 TMP에 의해서 진공 흡인을 계속하면서, 크라이오 펌프를 가동시킨다. 해당 크라이오 펌프는 챔버(11) 내의 수분의 분압을 저하시킨다.
이어서, 챔버(11) 내의 압력이 목표 압력 1·3×10-3Pa(1×10-5Torr)까지 저하하면, 본 처리를 종료한다(시간 T4).
도 3의 처리에 의하면, 진공 흡인시, 챔버(11) 내의 압력이 6.7∼13.3×102Pa로 유지되기 때문에, 챔버(11) 내에서 수분이 응고하는 것을 방지하여 수분의 배출을 촉진할 수 있고, 이로써, 수분을 원인으로 하는 불량을 야기하지 않고, 진공 흡인 시간을 단축할 수 있다.
또한, 도 3의 처리에 의하면, 압력 유지에 이어, 챔버(11) 내를 1.3∼2.7×104Pa까지 급속하게 승압시키기 때문에, 수분의 온도가 삼중점의 온도를 하회하는 것을 방지할 수 있고, 이로써, 챔버(11) 내에서 수분이 응고하는 것을 확실히 방지할 수 있다.
상술한 도 3의 처리에서는, 상기 압력 유지와 상기 급속 승압이 복수회 반복된다. 즉, 수분의 배출 촉진 및 가열에 의한 수분의 응고 방지가 반복된다. 그 결과, 보다 진공 흡인 시간을 단축할 수 있다.
또한, 상술한 도 3의 처리에서는, 챔버(11) 내에 가열 가스가 도입되기 때문에, 챔버(11)의 벽면이나 구성 부품이 가열되어, 해당 벽면이나 구성 부품의 표면에 부착된 수분의 온도가 삼중점의 온도를 하회하는 것을 확실히 방지할 수 있다.
또한, 상술한 도 3의 처리에서는, 챔버(11)의 벽면 등이 가열 기구에 의해서 가열되기 때문에, 챔버(11)의 벽면 등으로부터 기화된 수분이 액화·응고하여 해당 벽면 등에 재부착되는 것을 방지할 수 있다.
또한, 상술한 도 3의 처리에서는, 압력 유지 및 급속 승압에 이어 진공 흡인이 계속되고, 챔버(11) 내가 1.3×10Pa 이하로 감압된 후, 크라이오 펌프가 가동하기 때문에, 수분의 분압을 저하시킬 수 있어, 챔버(11)의 벽면 등에 부착된 수분의 기화를 촉진할 수 있다.
상술한 도 3의 처리에서는, 급속 승압시에 가열 가스를 챔버(11) 내에 도입했지만, 도입되는 가스의 온도는 수분의 온도보다 높으면 좋고, 예컨대, 상온(20℃ 정도)이더라도 좋다. 또, 급속 승압될 때에 도입되는 가스(상온의 가스도 포함함)는, 불활성 가스인 것이 바람직하다. 또한, 가열 가스 대신에, 수분 분해 가스, 예컨대, 요오드메틸프로판, 아세틸 클로라이드, 아세톤디아틸아세톤, 디클로로프로판, 디메틸프로판, 디브로모프로판, 트리메틸디실란, 디메틸디클로로실란, 모노메틸트리클로로실란, 혹은 테트라클로로실란 등을 도입하더라도 좋다. 이들 가스는 기화된 수분의 분해를 촉진한다. 그 결과, 챔버(11) 내에서 수분의 분압이 저하되기 때문에, 챔버(11)의 벽면 등에 부착된 수분의 기화를 촉진할 수 있다.
수분의 분해 효율의 관점에서는, 상술한 가스 중, 특히, 메틸실란 화합물이 바람직하다. 또한, 수분 분해 가스를 가열하여 도입하더라도 좋고, 이에 따라, 챔버(11)의 벽면 등의 가열과, 챔버(11) 내에서의 수분의 분압의 저하를 동시에 실행할 수 있다.
상술한 도 3의 처리에서는, 압력 유지에 있어서 챔버(11) 내의 압력을 항상 6.7×102Pa 이상으로 유지하지만, 단시간이라면 해당 압력이 6.7×102Pa보다 낮아도 좋다. 단시간이라면, 수분이 응고할 가능성은 낮고, 또한, 예컨대, 응고했다고 해도 급속 승압에서의 가열에 의해서 기화 또는 액화시킬 수 있다.
또한, 상술한 도 3의 처리에서는, 압력 유지및 급속 승압시, 챔버(11) 내 분위기를 저 산소 분압 분위기로 치환하더라도 좋다. 구체적으로는, 챔버(11) 내의 분위기를 순환시키는 순환로(도시하지 않음)를 진공 처리 장치(10)에 마련하고, 해당 순환로에, 도 4에 나타내는, 산소 분압 극저화 파이프(40)를 마련한다. 산소 분압 극저화 파이프(40)는, 고체 전해질, 예컨대, 지르코니아로 이루어지고, 내표면이 백금 전극(도시하지 않음)으로 덮여 있다. 해당 산소 분압 극저화 파이프(40)에는 직류 전압이 인가되고, 내면(백금 전극)과 외면 사이에 전위차가 발생하고 있다.
산소 분압 극저화 파이프(40)를 통과하는 챔버(11) 내 분위기 중, 산소 분자(41)는 백금 전극으로부터 전자를 수취하고, 하기 화학식 (1)에 도시하는 바와 같이 산소 이온(42)으로 분해된다.
O2+4e → 2O2- … (1)
분해된 산소 이온(42)은 전위차에 의해서 산소 분압 극저화 파이프(40)의 외면에 유도되고, 외면에 도달하면, 하기 화학식 (2)에 나타내는 바와 같이 산소 분자(41)로 되어, 산소 분압 극저화 파이프(40)로부터 방출된다.
2O2- → O2+4e … (2)
이 산소 분압 극저화 파이프(40)는, 산소 분자뿐만이 아니라, 산소화합물로 부터도 상기와 동일한 원리로 산소 원자를 분리하여 산소 분자로서 방출할 수 있다. 즉, 챔버(11) 내의 기화된 수분으로부터 산소 원자를 분리하여 챔버(11) 내의 분위기를 저 산소 분압 분위기로 치환할 수 있다. 이때, 산소 원자가 분리된 수분은 수소 가스가 되기 때문에, 챔버(11) 내에서 수분이 줄어, 결과적으로, 챔버(11) 내의 수분의 분압이 저하한다. 이에 따라, 챔버(11)의 벽면 등에 부착된 수분의 기화를 촉진할 수 있다.
상술한 도 3의 처리에서는, 압력이 1.3×10Pa를 하회한 후에도 진공 흡인을 계속했지만, 이때, 챔버(11) 내로 불활성 가스를 도입하고(제 3 압력 조정 단계), 그 후, 챔버(11) 내의 불활성 가스를 배기하여 챔버(11) 내를 1.3×10-2Pa(0.1mTorr) 이하로 급속하게 감압하는(제 4 압력 조정 단계) 것을 반복하더라도 좋다. 챔버(11) 내에의 불활성 가스의 도입 및 챔버(11) 내의 1·3×10-2Pa로의 급속 갑압을 반복하면, 단열 팽창에 의해서 챔버(11) 내의 분위기가 냉각된다. 이에 따라, 비교적 저온에서 개시되는 에칭 처리로 원활하게 이행할 수 있다. 또한, 챔버(11) 내에서 압력 맥동이 발생하여 점성류가 발생하기 때문에, 해당 점성류가 부여하는 가스 점성력에 의해서 챔버(11) 내의 이물질도 제거할 수 있다.
또, 상술한 실시예에서는, 본 실시예에 따른 진공 흡인 방법이 적용되는 진공 처리 장치가 에칭 장치이었지만, 진공 처리 장치는 이것으로 한정되지 않고, 예컨대, 성막 장치이더라도 좋다.
또한, 본 발명의 목적은, 상술한 실시예의 기능을 실현하는 소프트웨어의 프 로그램 코드를 기록한 기억 매체를, 컴퓨터에 공급하여, 컴퓨터의 CPU가 기억 매체에 저장된 프로그램 코드를 판독하여 실행함으로써도 달성된다.
이 경우, 기억 매체로부터 판독된 프로그램 코드 자체가 상술한 실시예의 기능을 실현하는 것으로 되어, 프로그램 코드 및 그 프로그램 코드를 기억한 기억 매체는 본 발명을 구성하는 것이 된다.
또한, 프로그램 코드를 공급하기 위한 기억 매체로서는, 예컨대, RAM, NV-RAM, 플로피(등록상표) 디스크, 하드 디스크, 광 자기 디스크, CD-ROM, CD-R, CD-RW, DVD(DVD-ROM, DVD-RAM, DVD-RW, DVD+RW) 등의 광 디스크, 자기 테이프, 비휘발성의 메모리 카드, 다른 ROM 등의 상기 프로그램 코드를 기억할 수 있는 것이면 좋고, 혹은, 상기 프로그램 코드는, 인터넷, 상용 네트워크, 혹은 LAN 등에 접속되는 도시하지 않은 다른 컴퓨터나 데이터베이스 등으로부터 다운로드함으로써 컴퓨터에 공급되더라도 좋다.
또한, 컴퓨터가 판독한 프로그램 코드를 실행함으로써, 상기 실시예의 기능이 실현될 뿐만 아니라, 그 프로그램 코드의 지시에 근거하여, CPU 상에서 가동하고 있는 0S(오퍼레이팅 시스템) 등이 실제 처리의 일부 또는 전부를 행하여, 그 처리에 의해서 상술한 실시예의 기능이 실현되는 경우도 포함된다.
또한, 기억 매체로부터 판독된 프로그램 코드가, 컴퓨터에 삽입된 기능 확장 보드나 컴퓨터에 접속된 기능 확장 유닛에 구비되는 메모리에 기입된 후, 그 프로그램 코드의 지시에 근거하여, 그 기능 확장 보드나 기능 확장 유닛에 구비되는 CPU 등이 실제 처리의 일부 또는 전부를 행하여, 그 처리에 의해서 상술한 실시예 의 기능이 실현되는 경우도 포함된다.
상기 프로그램 코드의 형태는, 오브젝트 코드, 인터프리터에 의해 실행되는 프로그램 코드, OS에 공급되는 스크립트 데이터 등의 형태로 이루어지더라도 좋다.
실시예
다음에 본 발명의 실시예에 대하여 설명한다.
(실시예)
먼저, 본 발명자는, 진공 처리 장치(10)에서, 샤워 헤드(29)를 챔버(11)로부터 이탈시켜 챔버(11) 내의 구성 부품을 모두 신품으로 교환하고, 또한 각 구성 부품을 와이핑함으로써 클리닝을 행했다. 그리고, 12시간 후에 샤워 헤드(29)를 챔버(11)에 장착하여, 도 3의 감압 처리를 실행했다. 이때, 챔버(11) 내가 목표 압력 1.3×10-3Pa까지 저하하는 데 필요한 시간을 계측했다. 계측 결과, 필요한 시간은 3시간 30분이었다.
(비교예)
본 발명자는, 실시예와 같이 각 구성 부품의 클리닝을 행하여, 12시간 후에 샤워 헤드(29)를 챔버(11)에 장착했다. 그리고, DP나 TMP에 의해서 단조롭게 챔버(11) 내의 진공 흡인을 했다. 이때도 실시예와 마찬가지로, 챔버(11) 내가 목표 압력 1.3×10-3Pa까지 저하하는 데 필요한 시간을 계측했다. 계측 결과, 필요한 시 간은 5시간 이상이었다.
이상으로부터, 도 3의 감압 처리를 실행함으로써 진공 흡인 시간을 대폭 단축할 수 있다는 것을 알 수 있었다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 진공 흡인 방법이 적용되는 진공 처리 장치의 구성을 개략적으로 나타내는 단면도이다.
도 2는 수분의 증기압 곡선을 나타내는 도면이다.
도 3은 본 실시예에 따른 진공 흡인 방법으로서의 감압 처리에서의 압력 천이도이다.
도 4는 산소 분압 극저화 파이프의 구성을 개략적으로 나타내는 단면도이다.
부호의 설명
W : 웨이퍼
10 : 진공 처리 장치
11 : 챔버
29 : 샤워 헤드
40 : 산소 분압 극저화 파이프

Claims (13)

  1. 진공 처리실을 구비하는 진공 처리 장치의 진공 흡인 방법으로서,
    진공 흡인시, 상기 진공 처리실 내의 압력을 대기압 이하이고 6.7×102Pa(5Torr) 이상으로 유지하는 제 1 압력 조정 단계를 갖는 것을 특징으로 하는 진공 흡인 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 압력 조정 단계에 이어, 상기 진공 처리실 내를 상기 제 1 압력 조정 단계에서의 압력보다 높고 또한 대기압 이하의 압력으로 승압하는 제 2 압력 조정 단계를 갖는 것을 특징으로 하는 진공 흡인 방법.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 제 1 압력 조정 단계 및 상기 제 2 압력 조정 단계를 반복하는 것을 특징으로 하는 진공 흡인 방법.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 진공 처리실 내에 가열 가스 또는 상온의 불활성 가스를 도입하는 것을 특징으로 하는 진공 흡인 방법.
  5. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 진공 처리실 내에 수분 분해 가스를 도입하는 것을 특징으로 하는 진공 흡인 방법.
  6. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 진공 처리실 내의 분위기를 저 산소 분압 분위기로 치환하는 것을 특징으로 하는 진공 흡인 방법.
  7. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 진공 처리실의 벽면이나 구성 부품의 표면을 가열하는 것을 특징으로 하는 진공 흡인 방법.
  8. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 진공 처리실 내를 진공 흡인할 수 있게 크라이오 펌프(cryo pump)가 배치되고,
    상기 제 1 압력 조정 단계에 이어 진공 흡인을 계속하여, 상기 진공 처리실 내가 1.3×10Pa(0.1Torr) 이하로 감압된 후, 상기 크라이오 펌프가 가동되는 것을 특징으로 하는 진공 흡인 방법.
  9. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 1 압력 조정 단계에 이어 진공 흡인을 계속하여, 상기 진공 처리실 내가 1.3×10-2Pa(0.1mTorr) 이하로 감압된 후, 상기 진공 처리실 내를 진공 흡인하면서 해당 진공 처리실 내로 불활성 가스를 도입하는 제 3 압력 조정 단계와,
    상기 진공 처리실 내의 상기 불활성 가스를 배기하여 상기 진공 처리실 내를 1.3×10-2Pa(0.1mTorr) 이하로 감압하는 제 4 압력 조정 단계
    를 반복하는 것을 특징으로 하는 진공 흡인 방법.
  10. 진공 처리실을 구비하는 진공 처리 장치의 진공 흡인 방법으로서,
    상기 진공 처리실 내의 수분을 응고시키지 않고 상기 진공 처리실 내를 감압하는 감압 단계와,
    상기 진공 처리실 내에서 단열 압축을 행하는 승압 단계를 갖는 것을 특징으로 하는 진공 흡인 방법.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 감압 단계 및 상기 승압 단계를 반복하는 것을 특징으로 하는 진공 흡인 방법.
  12. 진공 처리실을 구비하는 진공 처리 장치의 진공 흡인 방법을 컴퓨터에게 실행시키는 프로그램을 저장하는 컴퓨터로 판독 가능한 기억 매체로서,
    상기 진공 흡인 방법은,
    진공 흡인시, 상기 진공 처리실 내의 압력을 대기압 이하이고 6.7×102Pa(5Torr) 이상으로 유지하는 제 1 압력 조정 단계를 갖는 것을 특징으로 하는 기억 매체.
  13. 진공 처리실을 구비하는 진공 처리 장치의 진공 흡인 방법을 컴퓨터에게 실행시키는 프로그램을 저장하는 컴퓨터로 판독 가능한 기억 매체로서,
    상기 진공 흡인 방법은,
    상기 진공 처리실 내의 수분을 응고시키지 않고 상기 진공 처리실 내를 감압하는 감압 단계와,
    상기 진공 처리실 내에서 단열 압축을 행하는 승압 단계
    를 갖는 것
    을 특징으로 하는 기억 매체.
KR1020080041757A 2007-06-07 2008-05-06 진공 흡인 방법 및 기억 매체 KR100996064B1 (ko)

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