JPH05299364A - トラップ装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 被処理体の表面に吸着したガスの脱離を促進
させ、効率よく真空装置内のガスを除去し、真空処理装
置の高速真空化、スループットを向上させる。 【構成】 真空処理室４内の水分等のガスを除去するた
めのラジェータ状のトラップ９に冷媒を循環させて冷却
した後、このトラップ９を搬送手段によって真空処理室
４内に入れる。一方、真空処理室４に被処理体Ｗを搬入
し、赤外線ランプ１４により被処理体Ｗに赤外線を照射
して、表面に吸着されている水分等のガスを脱離させ、
これらガスをトラップで捕捉する。このように複数枚の
被処理体を脱ガス処理した後、トラップ９を真空処理室
から搬出し、今度はトラップ９にエアを循環してトラッ
プ９を加熱しトラップに付着しているガスを放出、除去
する。

Description

【発明の詳細な説明】

【産業上の利用分野】この発明は、真空処理装置内の水
分等のガスを除去するためトラップ装置に関する。

【従来の技術】一般に、半導体製品を製造するために
は、半導体ウェハに成膜処理やエッチング処置などの各
種の処理を施すことが行なわれているが、これら処理を
施す過程においては、反応プロセスの純度を保つため、
そのバックグランドとなる容器内の圧力（残留ガス量）
をできるだけ小さく、例えば１０^-9Torr程度に設定しな
ければならない工程が種々存在する。従って、半導体製
造工程におけるスループットを向上させるためには、そ
のような真空処理工程において高速で処理容器内、或い
は関連する真空チャンバ内の圧力を所定の高真空度に真
空引きしなければならない。そして、この種の処理容
器、或いはその前段のロードロック室等も同様に、ター
ボ分子ポンプ等の真空ポンプにより真空引きするように
構成されている。

【発明が解決しようとする課題】ところで、半導体ウェ
ハ表面には、各種のガス、例えば水分、一酸化炭素、二
酸化炭素、水素等が吸着しており、ある圧力において吸
着と脱離を繰返しながら平衡を保っているが、半導体ウ
ェハの周辺雰囲気が減圧されるに従って、これらの吸着
ガスがアウトガスとして次第に容器内壁とウェハ表面か
ら放出される傾向にあり、このガス放出は長い時間にわ
たって生ずる。従って、上述した真空ポンプにより真空
引きしても所定の真空度に達するまでにかなりの時間を
要したり、或いは条件が悪い場合には所定の真空度まで
達することができない場合すらあった。この問題点を解
決するためには、脱離したガス成分が再び吸着する前
に、これを容器外に排気する必要がある。その手段とし
て真空排気すべき空間容積に対してかなり大きな排気能
力を有する真空ポンプを設けることも考えられるが、こ
の場合には真空ポンプの設備費が高価になり、大幅なコ
ストアップを招来することになる。また、真空ポンプと
処理装置との接続部に大型の冷凍機を上記アウトガスの
トラップとして取り付け、真空ポンプの効率向上を図る
方法もあるが、この場合にも依然としてコストアップと
装置占有面積の拡大という問題がある。また、真空処理
室１００内に図５に示すような冷却パイプ１０１を巻回
した冷却板１０２を設置し、この冷却パイプ１０１内を
液体窒素のような冷媒を循環させるようにした装置もあ
る。このような冷却板１０２及び冷却パイプ１０１を用
いた場合には、被処理体Ｗから放出したガスを冷却板１
０２に結露させて速やかに除去することができるが、冷
却板１０２及び冷却パイプ１０１に付着したガス量が多
くなると、このガスが再び真空室内に放出されるという
問題があった。また、このような冷却板１０２は処理装
置１００に固定されているので冷却板１０２へのガス付
着量が飽和した場合には、真空装置を１度大気に戻して
冷却板１０２を交換しなければならず、結果として稼働
率が低下するという難点があった。更に従来、真空処理
工程における処理容器或いはその前後のロードロック室
等の真空排気にクライオポンプ或いはクライオパネルが
用いられている。これらは、その表面に活性炭を付着さ
せ表面積を広くすることにより、Ｈ₂Ｏ等を効率よく付
着させて真空排気効率を向上させている。しかしなが
ら、これらクライオポンプ或いはクライオパネルは、ヒ
ートサイクルの繰返しによる使用には耐度が低く、より
ヒートサイクルに強く安定して繰返し使用できる真空排
気装置が求められていた。

【目的】本発明は、以上のような従来の問題点を解決す
べくなされたもので、効率よく真空装置内のガスを除去
することができるトラップ装置を提供することを目的と
する。さらに本発明は、被処理体の表面に吸着したガス
の脱離を促進させ、真空処理装置の高速真空化、スルー
プットを向上させることを目的とする。

【課題を解決するための手段】このような目的を達成す
る本発明のトラップ装置は、真空処理室内の水分等のガ
スを除去するためのトラップ装置であって、トラップ手
段と、トラップ手段を真空処理室内に出入するための移
動手段と、トラップ手段を冷却する冷却手段と、トラッ
プ手段を加熱する加熱手段とを備えたものである。さら
に、好適には真空処理室の被処理体の表面に吸着された
ガスを放出させるためのエネルギ線を放出する活性化手
段を備えたものである。特にトラップ装置はヒートサイ
クル安定性、経済性等の観点からアルミニウム製である
ことが好ましく、またラジェータ構造を有するものが好
適である。

【作用】真空処理室内を真空引きした後、被処理体を搬
入する前或いは搬入した後、移動手段によって処理室前
室にあるトラップ手段を処理室内に入れる。トラップ手
段は冷却手段によって所定の低温に冷却されており、真
空処理室内の水分等のガスや被処理体から脱離したガス
がトラップ手段に結露する。ここで活性化手段によって
被処理体に熱線等のエネルギ線が照射されるときには、
速やかに被処理体からガスが脱離しトラップ手段に補足
される。これにより速やかに処理室内の所定真空度が達
成される。被処理体を所定量処理した時点或いはトラッ
プ手段の結露ガス保持量が飽和近くまで達した時点で、
移動手段によりトラップ手段を処理室から退出せしめ、
真空処理室外においてトラップ手段の加熱手段により加
熱して結露していたガスを放出せしめる。特にトラップ
手段をラジェータ構造とした場合には、小型の装置で表
面積を広くすることができ、水分等のガスを効率よく捕
集することができる。

【実施例】以下、本発明のトラップ装置の１実施例を図
面を参照して説明する。図１は本発明のトラップ装置が
適用される真空処理装置の全体を示す図で、被処理体で
ある未処理の半導体ウェハを複数枚、例えば２５枚収納
するカセットＣを収納するセンダ１と、処理済みの半導
体ウェハを収納するレシーバ２と、半導体ウェハを真空
中でエッチング、アッシング、ＣＶＤ等の処理を行なう
真空処理室３と、センダ１と反応室３及びレシーバ２と
真空反応室３との間にあるロードロック室４、５とから
成り、更にセンダ１とロードロック室４との間には所定
枚数の半導体ウェハＷをストックしておくストッカー６
が設置される。これらセンダ１、ストッカー６、ロード
ロック室４、反応室３、ロードロック室５及びレシーバ
２はそれぞれゲートバルブＧにより開閉可能になってお
り、またこれら室の間には図示しない搬送機構が設けら
れており、各室間への半導体ウェハの搬出、搬入を行な
う。通常、ストッカー６は反応室３より低いオーダーの
真空度、例えば１０^-5〜１０^-6Torrに設定され、ロード
ロック室４は反応室３とほぼ同等かそれ以上の真空度、
例えば１０^-9Torrに設定される。トラップ装置７は図２
（ａ）に示すように、このような反応室３或いはロード
ロック室４にゲートバルブＧを介して連接された（以
下、ロードロック室４に連接されることとして説明す
る）トラップ室８と、水分等のガスを捕集するためのト
ラップ手段としてラジェータ状に屈曲のパイプ（以下ト
ラップという）９と、このトラップ９をトラップ室８か
らロードロック室４内に移動するための移動手段として
水平移送装置１０と、反応室内でトラップ９を冷却する
ための冷却手段として例えば液体窒素、フレオン等の冷
媒をトラップのパイプ内に循環させる冷媒供給装置１１
と、トラップ室８においてトラップ９を加熱するための
加熱手段として例えば温水、エアの熱媒等をトラップの
パイプ内に循環させるエア等供給装置（以下、エア供給
手段として説明する）１２とを備えている。冷媒として
は、液体窒素の他、例えば不凍液を混入して−３０℃程
度に冷却された冷水或いは冷却ガス等を用いてもよい。
また、加熱手段に用いる熱媒としては、温水、エア以外
の液体、気体が使用できる。トラップ室８は、ターボポ
ンプ等の排気装置１３によってロードロック室４と同等
の真空度に保たれており、真空引きとトラップ９によっ
て捕集されたガスの吸引とが行なわれる。トラップ９
は、更に図２（ｂ）に示すように例えば外径５ｍｍ、内
径４ｍｍの熱伝導性の高い材料、例えばアルミニウム製
のパイプ９１を複数回屈曲させて、これを針金状の部材
９２で固定してラジェータ状としてものをコの字状に形
成したものである。ラジェータ構造としては、一般に自
動車で用いられているラジェータと同形状のものを用い
ることができ、小型で表面積を広くすることができるの
で、極めて効率よく水分等のガスを捕集することができ
る。また、トラップ９の材質をアルミニウムとすること
により、安価で且つ低温から高温までの広い範囲でのヒ
ートサイクルに耐えることができ、性能が安定したトラ
ップとすることができる。またアルミニウムは製作上加
工が容易であり、例えばラジェータ構造として場合にも
パイプの曲折、フィンの取り付け、粗面加工などを容易
にできる。このようなトラップ９によって半導体ウエハ
の両面を両側からコの字状の部分で、ロードロック室４
において支持ピン等の支持手段に支持された半導体ウェ
ハＷを囲むようにセットされる。後述するエネルギ線例
えば赤外線はパイプ９１のラジェータ状の網目から半導
体ウェハＷに照射される。なお、パイプ９１は赤外線を
効率よく半導体ウェハＷに照射するために表面粗さ１．
６Ｓ〜０．８Ｓ程度に鏡面加工されていることが好まし
い。またパイプ９１は効率よくガス分子を吸着できるよ
うに表面積をできるだけ大きく、例えば半導体ウェハと
の面積比で１：１以上になるようにすることが望まし
く、吸着のためのフィンを設けてもよい。パイプ及びフ
ィンの材料としてアルミニウムを用いた場合には、フィ
ンは例えばロー付けによって容易にパイプに取り付ける
ことができ、軽量化を図ることができる。またフィンは
その表面を電解エッチング等によりポーラス（多孔性）
にし、表面積を多くすることが好ましい。なお、トラッ
プ９の形状は図２（ｂ）に示されるものの他、パイプを
螺旋状にしたものなど適宜選択できる。トラップ９をロ
ードロック室４内に移動するため水平移送装置１０は、
トラップ室８内に設けられトラップ９を案内するための
案内レール１６と、トラップ９に固定された操作棒１７
とから成る。操作棒１７はマニュアルで或いは図示しな
いステッピングモータ、油圧シリンダ等の駆動手段によ
ってトラップ室８の外から操作され、その移動は水平方
向にトラップ７を移動させる。トラップ９と一体的の設
けられたガイド（図示せず）が案内レール１６に係合
し、トラップ９の移動を案内する。冷媒供給装置１１及
び温水（エア）供給装置１２はそれぞれ冷媒及びエアを
所定の流量で送り出す冷媒源及びエア源（図示せず）
と、これら冷媒源及びエア源に連結された供給管１８
と、トラップ７から戻った冷媒又はエアを排出するため
の排出管１９と、供給管１８（排出管１９）を冷媒又は
エアのいずれか一方に切換えるための切換え弁２０と、
この弁２０とトラップ９の供給側及び排出側をそれぞれ
連結する供給用及び排出用２本の蛇腹状の接続管２１
と、から成る。この蛇腹状管２１はＳＵＳ３１６Ｌ等か
ら成り、トラップ９が冷媒を供給された状態でトラップ
室８とロードロック室４との間を移動するのを許容す
る。蛇腹状管２１はそれ自体に結露するのを防止するた
めに内部にヒーター等の加熱手段を内蔵していてもよ
い。このトラップ室８が連接されるロードロック室４
は、図３に示すように被処理体である半導体ウェハＷが
支持ピン等の図示しない支持手段に支持されており、こ
のように支持手段に支持されたウェハの上方及び下方の
ロードロック室壁には、エネルギ線を放出する活性化手
段として赤外線ランプ１４が設置されている。赤外線ラ
ンプ１４はロードロック室４の側壁に形成された窓部１
５にボルト等により固定された筐体１５ｂ内に取り付け
られる。窓部１５には赤外線ランプ１４から放射された
熱線を透過することができるように赤外線透過性の材
料、例えば肉厚な透明ガラスより成るビューポート１５
ａが固定されている。ビューポート１５ａの周辺部には
筐体１５ｂを気密に保持するためのシール部材１５ｃが
介設されている。赤外線ランプ１４から放射された赤外
線は、半導体ウェハの表面に吸着された水分等のガスが
放出するのを促す。なお、ウェハＷを支持するための支
持手段は、本実施例のようにトラップ９が上下両側から
ウェハを挟むように構成されている場合には、ウェハを
両側から支持するクランプや赤外線の通りを妨げない構
造の支持ピン等であることが好ましいが、ウェハの片面
だけにトラップ手段を設ける構成では、通常の載置台等
を採用することができる。以上の構成におけるトラップ
装置の動作について図４に示すタイムチャートを参照し
て説明する。まず、ロードロック室４を所定の真空度例
えば１０^-5〜１０^-6Torr程度に真空引するとともに、こ
のロードロック室４に隣接するトラップ室８も同様に真
空引きする。トラップ室８において、トラップ９に冷媒
供給装置１１から冷媒、例えば液体窒素（−１９４℃）
を供給し循環させトラップ９を冷却する（図４
（ａ））。この状態で、ロードロック室４とトラップ室
８との間のゲートバルブＧを開にして、操作棒１７を操
作してトラップ９を案内レール１６に沿ってロードロッ
ク室４内に導入する（同図（ｂ））。冷却されたトラッ
プ９が導入されることによってロードロック室４の真空
度は１０²〜１０³のオーダー程度変化し、例えば１０^-8
〜１０^-9Torr程度になる。この状態でロードロック室４
とストッカー６との間のゲートバルブＧを開けてロード
ロック室４内にストッカー６より半導体ウェハＷを搬送
し（同図（ｃ））、ゲートバルブＧを閉じ、トラップ９
のコの字状の間に挿入し、赤外線ランプ１４により半導
体ウェハＷに赤外線を照射する（同図（ｄ））。赤外線
ランプ１４による加熱はウェハの大きさや等により異な
るが例えば約２０秒程度、約２００℃程度である。これ
により半導体ウェハＷ表面に吸着されていた水分等のガ
スが脱離し、これらガスが冷却パイプ９１の表面に付着
し結露する。従って、吸着ガスの放出による真空度の低
下を生じることなく、所望の真空度、例えば１０^-8〜１
０^-9Torrが維持される。しかる後に、ロードロック室４
と反応室３との間のゲートバルブＧを開けて半導体ウェ
ハＷを反応室３に搬送する。反応室３において所定の処
理、例えばエッチング、アッシング等が行なわれた後、
処理済みのウェハはロードロック室５を経て、レシーバ
２内のカセットに収納される。この間、ロードロック室
４には次に処理すべきウェハがストッカー６より搬入さ
れ、トラップ９によりその表面の吸着ガスを除去され
る。以下同様にして、トラップ９への水分等の付着が飽
和するまで、或いは例えば１カセット分の半導体ウェハ
が順次反応室３において処理されるまで、ストッカー６
から順次半導体ウェハが搬入され、吸着ガスを除去され
た後、反応室３に送られる。トラップ９が飽和すると、
或いは１カセット分のウェハの処理が終了すると、トラ
ップ９は水平移送装置１０（１７）によってトラップ室
７に戻される（同図（ｂ））。次いで切換え弁２２を切
換えて、今度はトラップ９のパイプ９１内に温水を循環
させる（同図（ａ）の破線）。これによりトラップ９に
付着していた水分等のガスは蒸発して、トラップ室８の
ターボポンプ等の排気装置によって排気される。水分等
除去後のトラップ９は再び冷媒によって冷却され、ロー
ドロック室４に搬送される。このようにトラップ９をロ
ードロック室４に搬入、搬出可能にするとともに冷却と
加熱を繰返すことにより、トラップ９を交換することな
く容易にロードロック室４内に置かれたウェハの吸着ガ
スを除去し、速やかに所定の真空度を達成することがで
きる。また、トラップ９を複数設けて、これらを順次使
用してもよい。この場合、１つのトラップ９をロードロ
ック室内で冷却状態で使用している間に、他のトラップ
は加熱手段により加熱してそれに付着したガスを除去
し、すぐにトラップとして使用できる状態にしておく。
１のトラップがロードロック室から退出すると、待機し
ている他のトラップをロードロック室に搬入し、順次使
用することにより稼働率を上げることができる。なお、
以上の実施例においては、ロードロック室にトラップ装
置を適用する例について説明したが、本発明のトラップ
装置はロードロック室のみならず、反応室、ストッカー
等所定の真空度が保たれる処理室や高速脱ガス装置にも
適用できる。また、エネルギ線としては、赤外線のみな
らず、紫外線やレーザ光等を用いてもよい。更に、本発
明のトラップ装置は従来の真空排気装置、例えばターボ
分子ポンプ、クライオポンプ等と併用することができ、
これにより真空排気時間を更に短縮し、処理効率を挙げ
ることができる。また以上の実施例では、被処理体とし
て半導体ウェハについて説明したが、本発明のトラップ
装置は方形状のＬＣＤ用ガラス基板の処理装置にも適用
できるのは言うまでもない。

【発明の効果】以上の説明からも明らかなように、本発
明のトラップ装置によればトラップを真空処理装置内に
出入可能に構成したので、速やかに真空装置内の水分等
を除去することができ、高速で処理装置内の所定の真空
度を達成できる。また、複数のトラップを順次使用する
ことができるので、その交換等による真空処理装置の稼
働率を低下をなくすことができる。更に本発明のトラッ
プ装置によれば処理装置内に設置された被処理体の表面
にエネルギ線を照射する装置を設けたので、被処理体表
面に吸着されたガスを速やかに放出させて除去すること
ができ、吸着ガスの放出により真空度が不安定となるの
を防止できる。更に本発明のトラップ装置によれば、ト
ラップの材料としてアルミニウムを使用することによ
り、広い範囲でのヒートサイクルに対する耐度が高く、
しかもラジェータのような複雑な形状のトラップとする
ことができ、効率よく短時間でガスの捕集ができる小型
で安価な装置を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のトラップ装置が適用される真空処理装
置の一実施例を示す図。

【図２】本発明のトラップ装置の一実施例を示す図で、
（ａ）は側断面図、（ｂ）は上面図。

【図３】真空処理室の一実施例を示す図。

【図４】本発明のトラップ装置の動作を示すタイムチャ
ート図。

【図５】従来のプラズマ装置を示す図。

【符号の説明】

３・・・・・・真空反応室 ４・・・・・・ロードロック室 ７・・・・・・トラップ装置 ８・・・・・・トラップ室 ９・・・・・・トラップ １０（１７）・・・・・・水平移送装置（移動手段） １１・・・・・・冷却手段 １２・・・・・・加熱手段 １４・・・・・・赤外線ランプ（活性化手段） Ｗ・・・・・・半導体ウェハ（被処理体）

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】真空処理室内の水分等のガスを除去するた
   めのトラップ装置であって、前記ガスを捕集するトラッ
   プ手段と、前記トラップ手段を前記真空処理室内に搬出
   入するための移動手段と、前記トラップ手段を冷却する
   冷却手段と、前記トラップ手段を加熱する加熱手段とを
   備えたことを特徴とするトラップ装置。
2. 【請求項２】前記真空処理室に置かれた被処理体の表面
   に吸着されたガスを放出させるためのエネルギ線を放出
   する活性化手段を備えたことを特徴とする請求項１記載
   のトラップ装置。
3. 【請求項３】前記真空処理室がロードロック室である請
   求項１記載のトラップ装置。
4. 【請求項４】前記トラップ手段が複数設けられ、このト
   ラップ手段を順次使用することを特徴とする請求項１記
   載のトラップ装置。
5. 【請求項５】前記トラップ手段がラジェータ構造を有す
   ることを特徴とする請求項１記載のトラップ装置。
6. 【請求項６】前記トラップ手段がアルミニウムから成る
   ことを特徴とする請求項１記載のトラップ装置。