WO2011102405A1 - 縦型真空装置及び処理方法 - Google Patents

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vacuum
vent gas
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弘樹 大空
重光 佐藤
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    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
    • C23C16/44—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating
    • C23C16/52—Controlling or regulating the coating process

Definitions

  • the present invention relates to a vertical vacuum apparatus and a processing method.
  • the film forming apparatus includes a load lock chamber in addition to a film forming chamber for forming a film by a sputtering method, a vapor deposition method, or the like.
  • the load lock chamber is installed in order to carry in the substrate before the film forming process or carry out the substrate after the film forming process in order to keep the film forming chamber in a vacuum and not open to the atmosphere.
  • the load lock chamber has vacuum exhaust means for forming a vacuum and vent gas for breaking the vacuum in the load lock chamber in a vacuum state in order to repeat the vacuum and the atmosphere in the load lock chamber.
  • Gas introduction means for introducing gas.
  • a gas introducing means for example, a slow vent valve for supplying gas into a vacuum sealed container to bring it to atmospheric pressure is known (for example, see Patent Document 1).
  • the slow vent valve described in Patent Document 1 includes a gas on / off valve attached to a pipe between a leak valve and a gas supply source, and includes gas on / off valve control means for controlling the gas on / off valve. It suppresses the generation of particles.
  • the substrate may vibrate and crack due to the gas flow of the supplied gas. Such a problem is particularly prominent because the substrate is easily broken by vibration as the substrate becomes larger.
  • an object of the present invention is to solve the above-mentioned problems of the prior art, and an object of the present invention is to provide a vertical vacuum apparatus and a processing method in which cracking of the substrate is suppressed.
  • a vertical vacuum apparatus of the present invention includes a vacuum chamber, a gas source filled with a vent gas, a gas pipe connected to the gas source and the vacuum chamber, and a flow rate control valve provided in the gas pipe for controlling the flow rate of the gas.
  • a vertical vacuum device that introduces the vent gas from the gas source in a state where the substrate is held substantially vertically in the vacuum chamber, and controls the valve opening degree of the flow rate control valve
  • the control means is configured such that the pressure Y (kPa) in the vacuum chamber with respect to time X (seconds) is Y while the inside of the vacuum chamber is changed from the molecular flow state to the viscous flow state by the start of the introduction of the vent gas.
  • the valve opening degree is controlled to be ⁇ 0.3X + Z (Z is an initial pressure in the vacuum chamber).
  • the crack of the substrate is due to the introduction of the vent gas while the inside of the vacuum chamber is changed from the molecular flow state to the viscous flow state due to the start of the vent gas introduction from the start of the vent gas introduction.
  • the control means for controlling the valve opening degree of the valve changes from the molecular flow state to the viscous flow state due to the start of the introduction of the vent gas
  • the pressure Y (kPa) in the vacuum chamber with respect to time X is Y
  • the flow rate control valve also functions as a vacuum valve. By configuring in this way, it is possible to further suppress the cracking of the substrate at the initial stage of vent gas introduction.
  • the volume of the vacuum chamber is 1500 to 5000 L.
  • the processing method of the present invention comprises a vacuum chamber, a gas source filled with a vent gas, a gas pipe connected to the gas source and the vacuum chamber, and a flow rate control valve provided in the gas pipe for controlling the flow rate of the gas.
  • a processing method in which a vent gas is introduced and a vacuum break is caused in a state where the substrate is held substantially vertically in the vacuum chamber by using the vertical vacuum apparatus provided, and the inside of the vacuum chamber is subjected to the introduction of the vent gas.
  • the valve is set so that the pressure Y (kPa) in the vacuum chamber with respect to time X (seconds) becomes Y ⁇ 0.3X + Z (Z is the initial pressure in the vacuum chamber).
  • the opening degree is controlled.
  • the cracking of the substrate is caused by the introduction of the vent gas from the start of the introduction of the vent gas, whereby the control means for controlling the valve opening degree of the valve During the change from the flow state to the viscous flow state, the valve opening is controlled so that the pressure Y in the vacuum chamber with respect to time X satisfies Y ⁇ 0.3X + Z. Cracking can be suppressed.
  • another processing method of the present invention is provided in a vacuum chamber, a gas source filled with a vent gas, a gas introduction pipe connected to the gas source and the vacuum chamber, and a gas introduction pipe to control a gas flow rate.
  • a processing method for breaking a vacuum by introducing a vent gas into the vacuum chamber using a vertical vacuum apparatus having a flow rate control valve for performing the vacuum break after the vent gas is introduced into the vacuum chamber Until the inside becomes a molecular flow state, the vent gas is introduced by controlling the flow rate control valve so that the introduction speed of the vent gas becomes the first speed, and the inside of the vacuum chamber becomes the molecular flow state.
  • the vent gas is introduced by controlling the flow rate control valve so that the introduction speed of the vent gas becomes a second speed higher than the first speed.
  • the crack of the substrate is due to the introduction of the vent gas from the beginning of the introduction of the vent gas, and from this time until the inside of the vacuum chamber is in a molecular flow state after the introduction of the vent gas.
  • the vent gas is introduced by controlling the flow rate control valve so that the introduction speed of the vent gas becomes the first speed, and after the inside of the vacuum chamber is in the molecular flow state until the viscous flow state is reached.
  • Can suppress cracking of the substrate by introducing the vent gas by controlling the flow rate control valve such that the introduction speed of the vent gas is a second speed higher than the first speed.
  • the vertical vacuum apparatus and the processing method of the present invention it is possible to achieve an excellent effect that the cracking of the substrate at the initial stage of the introduction of the vent gas can be suppressed.
  • FIG. 1 It is a schematic diagram which shows the film-forming apparatus. It is a typical sectional view showing the load lock room of this embodiment. It is typical sectional drawing which shows the conventional load lock chamber.
  • the film forming apparatus I includes a plurality of vacuum chambers that perform predetermined processing on the substrate S.
  • a load lock chamber 1 a heating chamber 2, and a film forming chamber 3 that are vertical vacuum apparatuses of the present invention are provided.
  • a gate valve V ⁇ b> 1 is interposed on the upstream side of the load lock chamber 1.
  • gate valves V2 and V3 are interposed between the load lock chamber 1, the heating chamber 2, and the film forming chamber 3, respectively, and the chambers are connected.
  • the load lock chamber 1 is provided with a vacuum pump, and the load lock chamber 1 can be evacuated to a predetermined vacuum level to maintain the vacuum level. It is provided and configured to be able to break the vacuum in the load lock chamber 1.
  • the heating chamber 2 is provided with a vacuum pump (not shown), and the inside of the heating chamber 2 can be evacuated to a predetermined degree of vacuum, and the degree of vacuum can be maintained.
  • the heating chamber 2 is provided with a heating means (not shown) in the center thereof so that the temperature of the substrate S installed in the heating chamber 2 can be raised to a predetermined temperature.
  • the film forming chamber 3 is provided with a vacuum pump (not shown), and the inside of the film forming chamber 3 can be evacuated to a predetermined vacuum level to maintain the vacuum level.
  • the film forming chamber 3 is provided with a film forming means (not shown), and can form a film on the substrate S installed in the film forming chamber 3.
  • the load lock chamber 1 includes a vacuum chamber 11.
  • the volume of the vacuum chamber 11 in this embodiment is 1500 to 5000 L, which is suitable for processing a large substrate (for example, a substrate of 1.5 m ⁇ 1.5 m or more).
  • the volume of the vacuum chamber 11 is 4000L.
  • a gate valve V1 is provided on one side of the vacuum chamber 11, and a substrate is carried in from the gate valve V1.
  • a gate valve V2 is also provided on the other side opposite to one side, and is connected to the heating chamber 2 (see FIG. 1) adjacent to the load lock chamber 1 by this gate valve V2.
  • ribs are provided on the outer peripheral wall of the vacuum chamber 11 so as to suppress deformation of the vacuum chamber 11 in a vacuum state.
  • the vacuum chamber 11 is provided with vacuum evacuation means 12 so that the inside of the vacuum chamber 11 can be evacuated.
  • a vacuum exhaust pump 121 such as a turbo pump is provided in the vacuum chamber 11 via a valve V.
  • the vacuum chamber 11 is provided with gas introduction means 13 for breaking the vacuum.
  • the gas introduction means 13 includes a gas source 131 in which a low-reactivity vent gas such as nitrogen gas is sealed, and a gas pipe 132 connected to the gas source 131 at one end thereof. The other end of the gas pipe 132 is connected to the flow control valve 14.
  • This flow control valve 14 also functions as a vacuum valve.
  • the flow rate control valve 14 is provided with a valve portion 143 including a flow path 141 communicating with the gas pipe 132 and a valve body 142 that moves in the flow path 141 in parallel by driving a motor.
  • the opening degree of the flow control valve 14 becomes 100%, and the opening degree of the flow control valve 14 gradually increases by projecting into the flow path 141 by driving the motor. Becomes narrower. And if the valve body 142 moves in the flow path 141 to such an extent that it contacts the surface facing the rest position, the opening degree of the flow control valve 14 becomes 0%.
  • the flow rate control valve 14 includes a control unit 144 for controlling movement of the valve body 142 and a valve pipe 145 communicating with the flow path 141 outside the valve unit 143.
  • the gas introduction pipe in the present invention includes the gas pipe 132 and the valve pipe 145 described above.
  • the degree of opening and closing of the flow rate control valve can be freely controlled. That is, in the flow rate control valve 14, the vent gas from the gas source 131 is introduced into the vacuum chamber 11 through the gas pipe 132 and the flow rate control valve 14, and in this case, the vent gas flow rate is controlled by the control unit 144. It is introduced into the chamber 11.
  • the flow rate control valve 14 also functions as a vacuum valve, the flow rate control valve 14 is provided close to the vacuum chamber 11 via only the valve pipe 145. Thereby, since it is not necessary to connect between the flow control valve 14 and the vacuum chamber 11 via another pipe, the air in the pipe or the vent gas remaining in the pipe at the start of the introduction of the vent gas is contained in the vacuum chamber 11. It can suppress that it introduce
  • the operation of the film forming apparatus I and the load lock chamber 1 will be described below.
  • the substrate S is carried into the film forming apparatus I while being held vertically or substantially perpendicular to the floor surface by the substrate holder 15.
  • the substrate S is moved on the rail (not shown) provided across the load lock chamber 1, the heating chamber 2, and the film forming chamber 3 by the moving means 151 provided on the lower surface side of the substrate holder 15. After moving and loading from the load lock chamber 1 and moving to form a film in the film forming chamber 3, the film is transferred from the load lock chamber 1 to the outside again.
  • the gate valve V1 is opened, and the substrate S is carried into the load lock chamber 1. Then, the load lock chamber 1 is evacuated by the evacuation means 12. When the load lock chamber 1 reaches a desired degree of vacuum, the gate valve V2 is opened to transfer the substrate S to the heating chamber 2. When the substrate S is heated to a desired temperature in the heating chamber 2, the gate valve V ⁇ b> 3 is then opened to transfer the substrate S to the film formation chamber 3. When the substrate S is deposited in the deposition chamber 3, the gate valve V ⁇ b> 3 is opened and the substrate S is carried out of the deposition chamber 3 to the heating chamber 2. Thereafter, the substrate S is carried into the load lock chamber 1 from the heating chamber 2.
  • the load lock chamber 1A differs from the load lock chamber 1 shown in FIG. That is, the gas introduction means 13A provided in the load lock chamber 1A includes a gas source 131A and a common gas pipe 135 connected to the gas source 131A on one end side thereof. The other end of the common gas pipe 135 is divided into three gas pipes 136A, 136B, and 136C, which are connected to the vacuum chamber 11, respectively. That is, the vent gas introduced from the gas source 131A is introduced into the vacuum chamber 11 from the common gas pipe 135 through the individual gas pipes 136A, 136B, and 136C.
  • the individual gas pipes 136A, 136B, and 136C are provided with openable and closable valves VA to VC to open and close the gas flow paths of the individual gas pipes 136A, 136B, and 136C.
  • the vent gas when the vent gas is introduced, at the initial stage of introduction, only the narrowest individual gas pipe 136A among the individual gas pipes 136A, 136B, and 136C is opened to introduce the vent gas into the vacuum chamber 11. Thereafter, the valves VB and VC of the individual gas pipes 136B and 136C are opened, and the vent gas is introduced into the vacuum chamber 11.
  • the vent gas is introduced only from the individual gas pipe 136A, the gas flow at the initial introduction of the vent gas is reduced, the pressure rise at the initial introduction is suppressed, and then the valves VB, VC of the individual gas pipes 136B and 136C are suppressed. Is opened and gas is introduced from all the individual gas pipes 136A, 136B, and 136C to increase the gas flow, thereby shortening the tact time.
  • the substrate becomes larger and the thickness of the substrate becomes thinner, if the vacuum is broken in the load lock chamber 1A using such a gas introduction means 13A, the substrate is likely to crack as described above. Further, the particles may be wound up by the gas flow and adhere to the film formation surface.
  • the opening degree of the flow control valve 14 is controlled by the control unit 144 so that the gas flow rate when the vent gas is introduced becomes a predetermined flow rate. Is introduced into the vacuum chamber 11 while controlling the flow rate. That is, the inventors of the present invention found that the cause of the adhesion of particles due to the cracking of the substrate and the rolling up of the particles is the pressure difference generated when switching the individual gas pipes for introducing the gas from the individual gas pipes 136A to all the individual gas pipes. Instead, it was clarified that this was due to the pressure difference when the vent gas was initially introduced, that is, when the vent gas was introduced only from the individual gas pipe 136A. And in order to control the pressure rise at the time of the initial introduction of the vent gas, the gas flow rate at the time of the initial introduction of the vent gas is controlled, so that the substrate is not cracked.
  • the time of initial introduction means the time during which the inside of the vacuum chamber 11 changes from the molecular flow state to the viscous flow state due to the start of the introduction of the vent gas, and in this embodiment means within 1.5 seconds from the start of the introduction of the vent gas.
  • the molecular flow state is a state where the atmospheric pressure is about 1 Pa or less and the gas is not yet viscous.
  • the viscous flow state is a state where the pressure is 100 Pa or more and the gas molecules collide with the wall surface and the like. The state where the viscosity of is formed. During the transition from the molecular flow state to the viscous flow state, gas molecules collide with the wall surface and the like, and the viscosity of the gas is formed.
  • the flow rate of the vent gas is controlled to suppress the substrate shaking and the generation of particles.
  • the flow rate of the vent gas introduced into the load lock chamber 1 is controlled by controlling the flow rate of the vent gas.
  • the controller 144 opens the valve so that the pressure Y (kPa) in the vacuum chamber 11 with respect to time X (seconds) satisfies Y ⁇ 0.3X + Z.
  • Z is an initial pressure before the introduction of the vent gas in the vacuum chamber 11 and is determined by the specifications of the load lock chamber 1 and the performance of the vacuum pump used, and is 10 Pa (0.01 kPa) in this embodiment. If it is this range, the crack of a board
  • the vent gas is introduced so that the pressure Y (kPa) in the vacuum chamber 11 with respect to time X (seconds) satisfies Y ⁇ 0.06X + 0.01. It is to be. If it is this range, the crack of a board
  • the introduction of the vent gas only needs to be able to gradually increase the vent gas so that the pressure Y satisfies Y ⁇ 0.3X + Z at the initial introduction.
  • the opening degree of the flow rate control valve 14 is adjusted so that the vent gas is continuously increased gradually to a maximum of 450 L / second after the initial introduction has elapsed. . That is, in this embodiment, as shown by a solid line in FIG.
  • the flow rate control valve 14 is set so that the introduction speed of the vent gas becomes the first speed during the period from the introduction of the vent gas into the vacuum chamber 11 until the inside of the vacuum chamber 11 enters the molecular flow state.
  • the vent gas is introduced by controlling the inside of the vacuum chamber 11 until the viscous flow state is reached after the inside of the vacuum chamber 11 is in a molecular flow state so that the introduction speed of the vent gas is a second speed higher than the first speed.
  • a vent gas is introduced by controlling the flow control valve 14.
  • the flow control valve 14 is provided in the vicinity of the vacuum chamber 11 via the valve pipe 145, so that the air in the pipe or the vent gas remaining in the pipe at the start of the introduction of the vent gas can be removed. Introducing into the vacuum chamber 11 can be suppressed. Thereby, while being able to control the flow volume of vent gas appropriately, it can suppress more that the board
  • the point X of the substrate S shown in FIG. 2 is the laser displacement.
  • a laser displacement meter was installed so as to be an observation point of a meter (manufactured by Keyence Corporation, product name LK500), and the vibration of the substrate S when vent gas was introduced as shown by the solid line in FIG. 4 was examined.
  • a pressure measuring device (627 manufactured by MKS, 627D capacitance manometer) for measuring the pressure in the load lock chamber 1 was provided at the center of the chamber wall in the load lock chamber 1, and the change in pressure when the vent gas was introduced was examined. The results are shown in FIG.
  • the pressure in the load lock chamber 1 is represented by a solid line
  • the vibration of the substrate S is represented by a broken line.
  • the vent gas when the vent gas is introduced as shown by the solid line in FIG. 4 in the film forming apparatus of this embodiment, that is, the pressure Y (kPa) in the vacuum chamber 11 with respect to time X (seconds) is the vent gas.
  • the substrate S When introduced so that Y ⁇ 0.053X + 0.01 within 1.5 seconds from the introduction, the substrate S will not be greatly displaced at the time of initial introduction, thereby suppressing the cracking of the substrate S. It was.
  • the results are shown in FIG. As shown in FIG. 6, the substrate did not crack between the introduction of the vent gas and the initial introduction time, but the substrate was vibrated, and thereafter there was no significant change even if the flow rate was changed greatly.
  • a large vibration that may cause a crack of the substrate occurs between the introduction of the vent gas and the lapse of the initial introduction time.
  • such a large vibration is generated. Vibration did not occur.
  • the embodiment of the present invention is not limited to the above-described embodiment.
  • the flow control valve 14 of the present embodiment is a motor-driven flow control valve.
  • the flow control valve 14 is not limited to this.
  • an electromagnetically driven valve that moves the valve electromagnetically by applying voltage control may be used. .
  • the substrate holder 15 is shown as the substrate transfer means, but the substrate holder 15 is not limited to this as long as the substrate can be held substantially perpendicular to the floor surface.
  • the vertical vacuum apparatus and processing method of the present invention can be used, for example, in the semiconductor manufacturing equipment industry.

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Abstract

縦型真空装置は、真空チャンバ１１と、ベントガスを封入したガス源１３１と、ガス源及び真空チャンバに接続するガス導入管と、ガス導入管に設けられ、ガスの流量を制御するバルブとを備え、真空チャンバ内において基板が略垂直に保持された状態で、ガス源からベントガスを導入する縦型真空装置であって、バルブのバルブ開度を制御する制御手段１４４を有し、制御手段は、前記真空チャンバ内がベントガス導入開始により分子流状態から粘性流状態へと変化する間は、時間Ｘ（秒）に対する真空チャンバ１１内の圧力Ｙ（ｋＰａ）が、Ｙ＜０．３Ｘ＋Ｚ（Ｚは真空チャンバ内の初期圧力）となるようにバルブ開度を制御する。

Description

縦型真空装置及び処理方法
　本発明は縦型真空装置及び処理方法に関する。
　従来、半導体製造工程では、真空チャンバを複数備えた成膜装置を用いている。成膜装置は、スパッタリング法や蒸着法等により膜を形成するための成膜室の他に、ロードロック室を備える。ロードロック室は、成膜室内を真空に保持し大気に開放しないために、成膜処理前の基板を搬入し、または、成膜処理後の基板を外部へ搬出するために設置される。このため、ロードロック室は、ロードロック室内の状態を真空と大気とを繰り返させるべく、真空を形成するための真空排気手段と、真空状態にあるロードロック室内に真空を破壊するためのベントガスを導入するためのガス導入手段とを備えている。
　このようなガス導入手段としては、例えば、真空状態の密閉容器内にガスを供給して大気圧にするスローベントバルブが知られている（例えば、特許文献１参照）。
特開平６－２１３３７１号公報（請求項１、２参照）
　特許文献１に記載したスローベントバルブは、リークバルブとガス供給源との間の配管にガス開閉弁が付設されており、このガス開閉弁を制御するガス開閉弁制御手段を備え、ガス供給によるパーティクルの発生を抑えているものである。しかしながら、スローベントバルブによりガスを供給する際に、供給されたガスのガス流により基板が振動して割れてしまうことがあるという問題がある。このような問題は、特に基板が大型化するにつれて基板が振動により割れやすくなるため、顕著になる問題である。
　そこで、本発明の課題は、上記従来技術の問題点を解決することにあり、基板の割れを抑制した縦型真空装置及び処理方法を提供しようとするものである。
　本発明の縦型真空装置は、真空チャンバと、ベントガスを封入したガス源と、該ガス源及び前記真空チャンバに接続するガス管と、ガス管に設けられ、ガスの流量を制御する流量制御バルブとを備え、前記真空チャンバ内において基板が略垂直に保持された状態で、前記ガス源から前記ベントガスを導入する縦型真空装置であって、前記流量制御バルブのバルブ開度を制御する制御手段を有し、該制御手段は、前記真空チャンバ内がベントガス導入開始により分子流状態から粘性流状態へと変化する間は、時間Ｘ（秒）に対する真空チャンバ内の圧力Ｙ（ｋＰａ）が、Ｙ＜０．３Ｘ＋Ｚ（Ｚは真空チャンバ内の初期圧力）となるようにバルブ開度を制御することを特徴とする。
　本発明においては、基板の割れが、ベントガス導入開始時から前記真空チャンバ内がベントガス導入開始により分子流状態から粘性流状態へと変化する間のベントガス導入によるものであることを見出し、これにより、バルブのバルブ開度を制御する制御手段が、前記真空チャンバ内がベントガス導入開始により分子流状態から粘性流状態へと変化する間は、時間Ｘに対する真空チャンバ内の圧力Ｙ（ｋＰａ）が、Ｙ＜０．３Ｘ＋Ｚとなるようにバルブ開度を制御することで、ベントガス導入初期時における基板の割れを抑制することができる。
　ここで、前記流量制御バルブが、真空バルブとしても機能することが好ましい。このように構成することで、ベントガス導入初期時における基板の割れをより抑制することが可能である。
　本発明の好ましい実施形態としては、前記真空チャンバの容積が、１５００～５０００Ｌであることが挙げられる。
　本発明の処理方法は、真空チャンバと、ベントガスを封入したガス源と、該ガス源及び前記真空チャンバに接続するガス管と、ガス管に設けられ、ガスの流量を制御する流量制御バルブとを備えた縦型真空装置を用いて、前記真空チャンバ内において基板が略垂直に保持された状態でベントガスを導入して真空破壊を行う処理方法であって、前記真空チャンバ内がベントガス導入開始により分子流状態から粘性流状態へと変化する間は、時間Ｘ（秒）に対する真空チャンバ内の圧力Ｙ（ｋＰａ）が、Ｙ＜０．３Ｘ＋Ｚ（Ｚは真空チャンバ内の初期圧力）となるようにバルブ開度を制御することを特徴とする。本発明においては、基板の割れがベントガス導入開始時からのベントガス導入によるものであることを見出し、これにより、バルブのバルブ開度を制御する制御手段が、前記真空チャンバ内がベントガス導入開始により分子流状態から粘性流状態へと変化する間は、時間Ｘに対する前記真空チャンバ内の圧力Ｙが、Ｙ＜０．３Ｘ＋Ｚとなるようにバルブ開度を制御することで、ベントガス導入初期時における基板の割れを抑制することができる。
　また、本発明の別の処理方法は、真空チャンバと、ベントガスを封入したガス源と、該ガス源及び前記真空チャンバに接続するガス導入管と、ガス導入管に設けられ、ガスの流量を制御する流量制御バルブとを備えた縦型真空装置を用いて、前記真空チャンバ内にベントガスを導入して真空破壊を行う処理方法であって、該真空チャンバ内に前記ベントガスを導入してから真空チャンバ内が分子流状態となるまでの間は、該ベントガスの導入速度が第１速度となるように前記流量制御バルブを制御してベントガスを導入し、真空チャンバ内が分子流状態となってから、粘性流状態となるまでの間は、ベントガスの導入速度を第１速度よりも早い第２速度となるように前記流量制御バルブを制御してベントガスを導入することを特徴とする。本発明においては、基板の割れがベントガス導入開始時からのベントガス導入によるものであることを見出し、これにより、該真空チャンバ内に前記ベントガスを導入してから真空チャンバ内が分子流状態となるまでの間は、該ベントガスの導入速度が第１速度となるように前記流量制御バルブを制御してベントガスを導入し、真空チャンバ内が分子流状態となってから、粘性流状態となるまでの間は、ベントガスの導入速度を第１速度よりも早い第２速度となるように前記流量制御バルブを制御してベントガスを導入することで、基板の割れを抑制することができる。
　本発明の縦型真空装置及び処理方法によれば、ベントガス導入初期時における基板の割れを抑制することができるという優れた効果を奏し得る。
成膜装置を示す模式図である。 本実施形態のロードロック室を示す模式的断面図である。 従来のロードロック室を示す模式的断面図である。 （ａ）本実施形態のガス導入方法を示すグラフ及び（ｂ）その一部拡大図である。 参考例としてのガス導入方法によるガス導入結果を示すグラフである。 比較例としてのガス導入方法によるガス導入結果を示すグラフである。
　初めに、本発明の縦型真空装置を用いた成膜装置について図１を用いて説明する。
　成膜装置Ｉは、基板Ｓに対して所定の処理を行う複数の真空チャンバを備える。本実施形態では、本発明の縦型真空装置であるロードロック室１と、加熱室２と、成膜室３とを備える。ロードロック室１の上流側には、ゲートバルブＶ１が介設されている。また、ロードロック室１と、加熱室２と、成膜室３との間にはそれぞれゲートバルブＶ２、Ｖ３が介設されて、各室は接続されている。
　ロードロック室１は、詳しくは後述するが、真空ポンプが設けられ、ロードロック室１内を所定の真空度になるまで真空排気し、その真空度を保持することができると共に、ガス導入手段が設けられ、ロードロック室１内の真空を破壊することができるように構成されている。
　加熱室２は、図示しない真空ポンプが設けられ、加熱室２内を所定の真空度になるまで真空排気し、その真空度を保持することができる。そして、加熱室２には、図示しない加熱手段がその中央部に設けられ、加熱室２内に設置された基板Ｓを所定の温度まで昇温できるように構成されている。
　成膜室３は、図示しない真空ポンプが設けられ、成膜室３内を所定の真空度になるまで真空排気し、その真空度を保持することができる。そして、成膜室３には、図示しない成膜手段が設けられ、成膜室３内に設置された基板Ｓに対して成膜を行うことが可能である。
　以下、本発明の縦型真空装置であるロードロック室１について図２を用いて詳細に説明する。
　ロードロック室１は、真空チャンバ１１を備える。本実施形態における真空チャンバ１１の容積は、１５００～５０００Ｌであり、大型の基板（例えば、１．５ｍ×１．５ｍ以上の基板）の処理に適している。本実施形態では、真空チャンバ１１の容積は、４０００Ｌである。真空チャンバ１１の一方側にはゲートバルブＶ１が設けられており、ゲートバルブＶ１から基板が搬入される。また、一方側に対向する他方側にもゲートバルブＶ２が設けられており、このゲートバルブＶ２により、ロードロック室１に隣接する加熱室２（図１参照）と接続されている。なお、図示しないが真空チャンバ１１の外周壁にはリブを設けて真空状態時における真空チャンバ１１の変形を抑制するように構成されている。真空チャンバ１１には、真空排気手段１２が設けられて、真空チャンバ１１内を真空排気することができる。真空排気手段１２としては、例えばターボポンプなどの真空排気ポンプ１２１がバルブＶを介して真空チャンバ１１に設けられている。
　また、真空チャンバ１１には、真空を破壊するためのガス導入手段１３が設けられている。ガス導入手段１３は、例えば窒素ガスなどの反応性の低いベントガスが封入されたガス源１３１と、ガス源１３１にその一端側で接続するガス管１３２とを有する。ガス管１３２は、その他端側が流量制御バルブ１４に接続している。この流量制御バルブ１４は、真空バルブとしても機能するものである。流量制御バルブ１４には、ガス管１３２に連通する流路１４１と流路１４１内をモーター駆動により平行移動する弁体１４２とからなるバルブ部１４３が設けられている。弁体１４２が、流路１４１に臨む静止位置にあれば流量制御バルブ１４の開度は１００％となり、モーター駆動により流路１４１内に徐々に突出することで流量制御バルブ１４の開度は徐々に狭くなる。そして、流路１４１内において、弁体１４２が、静止位置と対向する面に当接する程度まで移動すると、流量制御バルブ１４の開度が０％となる。
　また、流量制御バルブ１４は、バルブ部１４３の外部に、弁体１４２を移動制御するための制御部１４４と、流路１４１と連通するバルブ管１４５を備える。なお、本発明におけるガス導入管とは、上述したガス管１３２と、このバルブ管１４５とからなる。弁体１４２の移動を制御部１４４により制御することで、流量制御バルブの開閉度を自在に制御することができる。即ち、流量制御バルブ１４では、ガス源１３１からのベントガスは、ガス管１３２及び流量制御バルブ１４を介して真空チャンバ１１内に導入され、この場合に、制御部１４４によりベントガス流量が制御されて真空チャンバ１１内に導入される。また、流量制御バルブ１４は、真空バルブとしても機能するものであるので、バルブ管１４５のみを介して流量制御バルブ１４が真空チャンバ１１に近接して設けられている。これにより、流量制御バルブ１４と真空チャンバ１１との間を別の配管を介して接続しなくてよいので、ベントガス導入開始時に配管内の空気又は配管内に残ってしまったベントガスが真空チャンバ１１内に導入されることを抑制できる。その結果、初期導入時における基板の振動やパーティクルの舞上がりを抑制することができる。なお、流量制御バルブ１４と真空チャンバ１１との間に開閉用の真空バルブを設ける場合には、制御バルブと開閉バルブとは０．５ｍ以内となるように設けることが好ましい。
　成膜装置Ｉ及びロードロック室１の作動について以下説明する。基板Ｓは、基板ホルダー１５により床面に対して垂直又は略垂直に保持された状態で成膜装置Ｉ内に搬入される。基板Ｓは、基板ホルダー１５の下面側に設けられた移動手段１５１により、成膜装置Ｉ内を、ロードロック室１、加熱室２、成膜室３に亘って設けられた図示しないレール上を移動し、ロードロック室１から搬入され、移動して成膜室３において成膜された後に、再度ロードロック室１から外部へ搬出される。
　初めに、ゲートバルブＶ１が開き基板Ｓがロードロック室１に搬入される。そして、ロードロック室１が真空排気手段１２により真空排気される。ロードロック室１が所望の真空度となると、ゲートバルブＶ２を開けて基板Ｓを加熱室２に搬送する。加熱室２において基板Ｓが所望の温度まで加熱されると、次いでゲートバルブＶ３を開けて基板Ｓを成膜室３に搬送する。そして、基板Ｓは成膜室３において成膜されると、ゲートバルブＶ３を開けて基板Ｓを成膜室３から加熱室２へ搬出する。その後、基板Ｓは、加熱室２からロードロック室１に搬入される。そして、加熱室２からロードロック室１に基板が搬入されると、ガス導入手段１３からベントガスが導入されてロードロック室１の真空を破壊する。そして、ロードロック室１の圧力が大気と同一になった後にゲートバルブＶ１を開けて基板Ｓを搬出する。
　ところで、従来は、このような基板を略垂直に保持した状態で真空チャンバ１１内にベントガスを導入する真空破壊処理を行う場合、ガス導入時のガス流により基板が振動し、これにより基板に割れが発生してしまうことがあった。例えば、図３に示すような従来のロードロック室１Ａにおいて真空を破壊する場合について説明する。
　ロードロック室１Ａは、図２に示すロードロック室１とは、ガス導入手段１３の構成が異なる。即ち、ロードロック室１Ａに設けられたガス導入手段１３Ａは、ガス源１３１Ａと、ガス源１３１Ａにその一端側で接続する共通ガス管１３５とを有する。共通ガス管１３５は、その他端側が個別ガス管１３６Ａ、１３６Ｂ、１３６Ｃの３つに別れて、それぞれ真空チャンバ１１に接続している。即ち、ガス源１３１Ａから導入されたベントガスは、共通ガス管１３５から個別ガス管１３６Ａ、１３６Ｂ、１３６Ｃを介して真空チャンバ１１内に導入される。個別ガス管１３６Ａ、１３６Ｂ、１３６Ｃには、開閉自在なバルブＶＡ～ＶＣが介設されていて、個別ガス管１３６Ａ、１３６Ｂ、１３６Ｃのガス流路の開閉を行っている。
　このロードロック室１Ａにおいては、ベントガス導入時においては、導入初期時には、個別ガス管１３６Ａ、１３６Ｂ、１３６Ｃのうち、最も細い個別ガス管１３６ＡのみバルブＶＡを開放してベントガスを真空チャンバ１１内に導入し、その後、個別ガス管１３６Ｂ及び１３６ＣのバルブＶＢ、ＶＣを開放しベントガスを真空チャンバ１１内に導入するように構成している。このように、初めは個別ガス管１３６Ａのみからベントガスを導入しベントガスの初期導入時のガス流を小さくし、初期導入時の圧力上昇を抑えると共に、その後個別ガス管１３６Ｂ及び１３６ＣのバルブＶＢ、ＶＣを開放し全ての個別ガス管１３６Ａ、１３６Ｂ、１３６Ｃからガスを導入してガス流を大きくすることで、タクトタイムの短縮化を図っていた。
　しかしながら、基板が大型化、かつ、基板の厚さが薄くなるにつれて、このようなガス導入手段１３Ａを用いてロードロック室１Ａにおいて真空を破壊すると、上述のように基板の割れが発生しやすく、また、ガス流によりパーティクルが巻き上げられて成膜面に付着してしまうことがあった。
　そこで、本実施形態においては、基板Ｓの振動を抑制すると共に、パーティクルの巻き上げを抑制すべく、ベントガス導入時のガス流量を所定の流量となるように制御部１４４により流量制御バルブ１４の開度を調整し流量を制御しながら真空チャンバ１１内に導入している。即ち、本発明の発明者らは、基板の割れ及びパーティクルの巻き上げによるパーティクルの付着の原因は、ガスを導入する個別ガス管を個別ガス管１３６Ａから全ての個別ガス管に切換える時に発生する圧力差ではなく、ベントガスの初期導入時、即ち個別ガス管１３６Ａのみからのベントガスを導入する時における圧力差によるものであることを明らかにした。そして、ベントガス初期導入時の圧力上昇を制御すべく、このベントガスの初期導入時のガス流量を制御し、これにより、基板の割れが発生しないように構成しているのである。
　ここで、初期導入時とは、真空チャンバ１１内がベントガス導入開始により分子流状態から粘性流状態へと変化する間をいい、本実施形態では、ベントガス導入開始から１．５秒以内を意味する。分子流状態とは、気圧が約１Ｐａ以下で、気体がまだ粘性を有していない状態をいい、粘性流状態とは、圧力が１００Ｐａ以上の状態で、気体分子が壁面に衝突などして気体の粘性が形成された状態をいう。分子流状態から粘性流状態になる間に、気体分子が壁面等に衝突して気体の粘性が形成されるが、この時には圧力差が生じやすく、この圧力差が、基板の揺れや、パーティクルの発生の原因となる。従って、本実施形態では、この分子流状態から粘性流状態となるまでの中間状態において、ベントガスの流量を制御して基板の揺れやパーティクルの発生を抑制している。
　具体的には、本実施形態のロードロック室１においては、ベントガスの流量を制御してロードロック室１に導入されるベントガスの流量を制御する。制御部１４４は、初期導入時（本実施形態では１．５秒）は、時間Ｘ（秒）に対する真空チャンバ１１内の圧力Ｙ（ｋＰａ）が、Ｙ＜０．３Ｘ＋Ｚを満たすように、バルブ開度を制御する。Ｚは、真空チャンバ１１内のベントガス導入前における初期圧力であり、ロードロック室１の仕様や用いている真空ポンプの性能で決まるが、本実施形態では、１０Ｐａ（０．０１ｋＰａ）である。この範囲であれば、基板の割れを防止でき、かつ、パーティクルの巻き上げも抑制できる。好ましくは、初期導入時（本実施形態では１．５秒）は、時間Ｘ（秒）に対する真空チャンバ１１内の圧力Ｙ（ｋＰａ）が、Ｙ≦０．０６Ｘ＋０．０１を満たすようにベントガスを導入することである。この範囲であれば、より確実に基板の割れを防止でき、かつ、パーティクルの巻き上げもより抑制できる。
　ここで、ベントガスの導入は、圧力Ｙが、初期導入時にはＹ＜０．３Ｘ＋Ｚを満たすように、ベントガスを連続的に漸増させることができればよい。例えば、図４に示す本実施形態では、実線で示すように、ベントガス導入開始から初期導入時（１．５秒）経過までは、１秒後までは１７Ｌ／秒、１．５秒までは５１Ｌ／秒となるようにベントガスを連続的に漸増させ、初期導入時経過後は、最大４５０Ｌ／秒となるようにベントガスを連続的に漸増させるように流量制御バルブ１４の開度を調整している。即ち、本実施形態では、図４において実線で示すように、初期導入時には、時間Ｘ（秒）に対する真空チャンバ１１内の圧力Ｙ（ｋＰａ）が、Ｙ≦０．０５３Ｘ＋０．０１を満たすように導入している。このように本実施形態においては、ベントガス導入開始から初期導入時間経過までの流量を制御することで、基板の割れやパーティクルの舞い上がりを抑制している。
　即ち、本実施形態においては、真空チャンバ１１内にベントガスを導入してから真空チャンバ１１内が分子流状態となるまでの間は、ベントガスの導入速度が第１速度となるように流量制御バルブ１４を制御してベントガスを導入し、真空チャンバ１１内が分子流状態となってから、粘性流状態となるまでの間は、ベントガスの導入速度を第１速度よりも早い第２速度となるように流量制御バルブ１４を制御してベントガスを導入している。これにより、ベントガス導入開始から初期導入時間経過までのガス流量を第１速度、第２速度として制御することで、基板の割れやパーティクルの舞い上がりを抑制している。
　また、上述のように流量制御バルブ１４は、バルブ管１４５を介して真空チャンバ１１に近接して設けられていることで、ベントガス導入開始時に配管内の空気又は配管内に残ってしまったベントガスが真空チャンバ１１内に導入されることを抑制できる。これにより、ベントガスの流量を適切に制御できると共に、ベントガス導入時に配管内の空気又はベントガスが導入されて基板が割れることをより抑制できる。
　参考例として、以下、本実施形態のロードロック室１において、図２に示す基板Ｓの点Ｘ（ロードロック室床面からの距離が約４ｍ、側面からの距離が約１ｍ）が、レーザー変位計（キーエンス社製、商品名ＬＫ５００）の観測点となるようにレーザー変位計を設置して、図４に実線で示すようにベントガスを導入した時の基板Ｓの振動を調べた。また、ロードロック室１内のチャンバ壁の中央にロードロック室１内の圧力を測定する圧力測定装置（ＭＫＳ社製、６２７Ｄキャパシタンスマノメーター）を設け、このベントガス導入時の圧力変化を調べた。結果を図５に示す。図５中、ロードロック室１内の圧力は、実線で表し、基板Ｓの振動は破線で表している。図５によれば、本実施形態の成膜装置で、図４に実線で示すようにベントガスを導入した場合、即ち、時間Ｘ（秒）に対する真空チャンバ１１内の圧力Ｙ（ｋＰａ）が、ベントガス導入から１．５秒以内でＹ≦０．０５３Ｘ＋０．０１となるように導入した場合、初期導入時において基板Ｓが大きく変位することはなく、これにより、基板Ｓの割れを抑制することができた。
　これに対し、図３に示すロードロック室１Ａにおいて、本実施形態の点Ｘと同一の位置に位置する点Ｙが観測点になるように同一の条件でレーザー変位計を設置して即ち、時間Ｘ（秒）に対する真空チャンバ１１内の圧力Ｙ（ｋＰａ）が、ベントガス導入から１．５秒以内でＹ=０．３Ｘ＋０．０１となるようにベントガスを導入して基板の振動を調べた。結果を図６に示す。図６に示すように、ベントガス導入から初期導入時間経過までの間に、基板は割れなかったが振動が発生し、その後は流量を大きく変えても大きな変化はなかった。
　このように、従来のロードロック室１Ａにおいては、ベントガス導入から初期導入時間経過までの間に基板の割れの原因ともなりうる大きな振動が発生しているが、本実施形態では、このような大きな振動は発生しなかった。
　（他の実施形態）
　本発明の実施形態は、上述した実施形態に限定されない。例えば、本実施形態の流量制御バルブ１４は、モーター駆動の流量制御バルブであったが、これに限定されず、例えば印加電圧制御により電磁的にバルブを移動させる電磁駆動のバルブを用いてもよい。
　また、本実施形態では、基板の搬送手段として基板ホルダー１５を示したが、基板を床面に対して略垂直に保持することができれば、これに限定されない。
　本発明の縦型真空装置及び処理方法は、例えば半導体製造装置産業において利用可能である。
１     ロードロック室
１１   真空チャンバ
１２   真空排気手段
１３   ガス導入手段
１４   流量制御バルブ
１５   基板ホルダー
１２１ 真空排気ポンプ
１３１ ガス源
１３２ ガス管
１４１ 流路
１４２ 弁体
１４３ バルブ部
１４４ 制御部
１４５ バルブ管
１５１ 移動手段
Ｓ     基板

Claims (5)

  1. 　真空チャンバと、ベントガスを封入したガス源と、該ガス源及び前記真空チャンバに接続するガス導入管と、ガス導入管に設けられ、ガスの流量を制御する流量制御バルブとを備え、
    　前記真空チャンバ内において基板が略垂直に保持された状態で、前記ガス源から前記ベントガスを導入する縦型真空装置であって、
    　前記流量制御バルブのバルブ開度を制御する制御手段を有し、
    　該制御手段は、前記真空チャンバ内がベントガス導入開始により分子流状態から粘性流状態へと変化する間は、時間Ｘ（秒）に対する真空チャンバ内の圧力Ｙ（ｋＰａ）が、Ｙ＜０．３Ｘ＋Ｚ（Ｚは真空チャンバ内の初期圧力）となるようにバルブ開度を制御することを特徴とする縦型真空装置。
  2. 　前記流量制御バルブが、真空バルブとしても機能することを特徴とする請求項１記載の縦型真空装置。
  3. 　前記真空チャンバの容積が、１５００～５０００Ｌであることを特徴とする請求項１又は２記載の縦型真空装置。
  4. 　真空チャンバと、ベントガスを封入したガス源と、該ガス源及び前記真空チャンバに接続するガス導入管と、ガス導入管に設けられ、ガスの流量を制御する流量制御バルブとを備えた縦型真空装置を用いて、前記真空チャンバ内において基板が略垂直に保持された状態でベントガスを導入して真空破壊を行う処理方法であって、
    　前記真空チャンバ内がベントガス導入開始により分子流状態から粘性流状態へと変化する間は、時間Ｘ（秒）に対する真空チャンバ内の圧力Ｙ（ｋＰａ）が、Ｙ＜０．３Ｘ＋Ｚ（Ｚは真空チャンバ内の初期圧力）となるようにバルブ開度を制御することを特徴とする処理方法。
  5. 　真空チャンバと、ベントガスを封入したガス源と、該ガス源及び前記真空チャンバに接続するガス導入管と、ガス導入管に設けられ、ガスの流量を制御する流量制御バルブとを備えた真空装置を用いて、前記真空チャンバ内にベントガスを導入して真空破壊を行う処理方法であって、
    　該真空チャンバ内に前記ベントガスを導入してから真空チャンバ内が分子流状態となるまでの間は、該ベントガスの導入速度が第１速度となるように前記流量制御バルブを制御してベントガスを導入し、
    　真空チャンバ内が分子流状態となってから、粘性流状態となるまでの間は、ベントガスの導入速度を第１速度よりも早い第２速度となるように前記流量制御バルブを制御してベントガスを導入することを特徴とする処理方法。
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