JPH06244145A

JPH06244145A - 真空形成方法および真空形成装置

Info

Publication number: JPH06244145A
Application number: JP5243813A
Authority: JP
Inventors: Toru Ikeda; 亨池田; Teruo Iwata; 輝夫岩田
Original assignee: Tokyo Electron Ltd
Current assignee: Tokyo Electron Ltd
Priority date: 1992-09-03
Filing date: 1993-09-03
Publication date: 1994-09-02
Anticipated expiration: 2016-06-04
Also published as: JP3172627B2

Abstract

(57)【要約】（修正有）【目的】パーティクルの舞い上げを有効に防ぎつつ、
チャンバ内を短時間で高真空にすることができる真空形
成方法および真空形成装置を提供する。【構成】大気雰囲気および真空雰囲気のそれぞれから
またはそれぞれに直接または間接に基板Ｗが搬入あるい
は搬出されるべき空間を規定するチャンバ１６，１８を
用意し、前記チャンバ１６内を排気し、その蒸気圧が環
境温度下で１気圧以上となり、かつ環境温度未満の温度
下で１０Torr以下となるガスを前記チャンバ１６の空間
内に充填し、前記基板Ｗを前記チャンバ１６内に搬入
し、前記ガスを冷却部材２２ａにより冷却し、これを凝
固させることにより前記チャンバ１６の内圧を高レベル
の真空状態に到達させ、前記基板Ｗを前記チャンバ１６
内から搬出し、前記冷却部材２２ａを加熱することで、
前記凝固物を気化させる構成を備えることで、前記チャ
ンバ１６内の内圧を大気圧に戻すことを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はプロセスチャンバ内に基
板を搬入または搬出する際に用いる真空形成方法および
真空形成装置に係り、特にエッチング装置やＣＶＤ装置
に設けられたロードロックチャンバ内を高真空状態にす
る真空形成方法および真空形成装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】半導体に対して成膜処理やエッチング処
理を行う工程においては、ウエハ表面へのパーティクル
の付着を防止するため、プロセス室内を比較的高い真空
度に保つ必要がある。例えば、反応室内を真空ポンプに
より排気し、反応室内の真空度を１０Torr以下、好まし
くは１０^-3〜１０^-9Torr程度に設定するようになってい
る。また、大気やパーティクルがプロセス室内に直接侵
入するのを防ぐためにロードロック室が設けられる。ロ
ードロック室はプロセス室と同等温度の正常な真空状態
にする必要がある。

【０００３】ロードロック室内に高真空度を生じさせる
ためには、ロータリポンプ，ドライポンプ，ターボ分子
ポンプ等を用いてロードロック室内を排気する。また、
ウエハ搬出後においては、ロードロック室内に窒素ガス
を充填することにより大気圧に戻している。このよう
に、ロードロック室内は大気圧状態と高真空状態とを繰
り返すため、室内に存在するパーティクルが舞い上が
り、これがウエハ表面に付着する。このようなパーティ
クルの大部分はチャンバ内壁に既に付着堆積していたも
のである。

【０００４】一方、半導体ウエハ表面あるいはチャンバ
内壁には、水分、一酸化炭素、二酸化炭素あるいは水素
などの各種のガス分子が吸着しており、このガス分子は
減圧条件下ではウエハやチャンバ内壁から離脱しやすく
なる。従って、上述した真空ポンプによって半導体ウエ
ハを離脱したガス分子を含めた真空引きを行う場合に
は、排気所要時間が長時間に及んだり、あるいは、所望
の真空度に到達しないこともある。

【０００５】そこで、ロードロック室内を高真空にする
ために、ラジエータ状のトラップ装置が用いられること
がある。このトラップ装置は冷媒および温媒の両者で共
用の通路を有し、チャンバ内のガス分子をトラップする
際には通路に冷媒を流し、チャンバ内を大気圧に戻す際
には通路から冷媒を排出した後に温媒を流す。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
トラップ装置においては、第１に、通路内の冷媒と温媒
とを交換するのに多大の時間を要する。

【０００７】第２に冷却，加熱の繰り返しにより通路の
構成材料に熱疲労が生じて短寿命である。

【０００８】第３に、通路内に温媒として空気を供給し
た場合に、供給開始から間もない時点で空気中の水分が
通路内壁に結露し、この結露した水がさらに氷になるた
め、通路が詰まった状態となり、冷媒とトラップ装置の
構成部材との相互間での熱交換が阻害される。

【０００９】そこで本発明の目的は、パーティクルの舞
い上げを有効に防ぎつつ、チャンバ内を短時間で高真空
にすることができる真空形成方法および真空形成装置を
提供することにある。

【００１０】また、本発明の他の目的は、熱交換性に優
れ、かつ耐久性にも優れた真空形成方法および真空形成
装置を提供することにある。

【００１１】

【課題を解決するための手段】上述した課題を解決する
ために、請求項１に記載した発明は、大気雰囲気および
真空雰囲気のそれぞれからもしくはそれぞれに直接又は
間接に基板が搬入あるいは搬出されるべき空間を規定す
るチャンバを用意し、前記チャンバ内を排気し、その蒸
気圧が環境温度下で１気圧以上となり、かつ環境温度未
満の温度下で１０Torr以下となるガスを前記チャンバの
空間内に充填し、前記基板を前記チャンバ内に搬入し、
前記ガスを冷却し、これを凝固させることにより前記チ
ャンバの内圧を高レベルの真空状態に到達させ、前記基
板を前記チャンバ内から搬出し、前記凝固物を加熱し、
これを気化させることにより前記チャンバの内圧を大気
圧に戻すことを特徴とする。

【００１２】請求項２に記載した発明は、請求項１にお
いて、充填ガスとしてＣＯ₂ガスを用いることを特徴と
する。

【００１３】請求項３に記載した発明は、大気雰囲気お
よび真空雰囲気のそれぞれからあるいはそれぞれに直接
又は間接に基板が搬入あるいは搬出されるべき空間を規
定するチャンバと、このチャンバ内を排気する排気手段
と、前記チャンバの空間に存在するガス分子を補足する
トラップ手段と、を具備し、前記トラップ手段は、ガス
分子が凝固すべき表面をもつ部材と、この部材を冷却す
る冷媒を供給する冷媒供給源に連通する冷媒通路と、前
記部材を加熱する温媒を供給する温媒供給源に連通する
温媒通路とを、有し、前記冷媒通路と温媒通路とがそれ
ぞれ別個独立に前記部材に設けられていることを特徴と
する。

【００１４】請求項４に記載した発明は、請求項３にお
いて、トラップ手段は、ロードロック室と再生室殿間に
移動可能に設けられ、ロードロック室内にトラップ手段
が位置したときには前記冷媒通路に冷媒が供給され、再
生室内にトラップ手段が位置したときには前記温媒通路
に温媒が供給されことを特徴とする。

【００１５】請求項５に記載した発明は、請求項３にお
いて、凝固温度の異なる少なくとも２つの気体を分離す
るためのガス精製装置を有し、このガス精製装置は、前
記２つの気体を収容するトラップ部屋と、このトラップ
部屋内に設けられ、前記２つの気体の内高い凝固温度よ
りも低い温度の冷媒を流通される冷却手段と、を備え、
この冷却手段により前記凝固温度の高い気体を冷却し凝
固させる場合、前記前記凝固温度の高い方の気体は二酸
化炭素ガスであり、凝固温度の低い方の気体は窒素ガス
または酸素ガスであり、前記冷媒は液体窒素であること
を特徴とする。

【００１６】

【作用】本発明によれば、ロードロック室内のＣＯ₂ガ
スを環境温度未満に冷却することにより凝固させるだけ
で、室内での平衡蒸気圧を１０Torr以下に設定すること
ができ、また、常温付近あるいはそれ以上に設定するこ
とによりロードロック室内での圧力を大気圧またはそれ
以上の圧量に設定することができる。

【００１７】また本発明によれば、上述したＣＯ₂ガス
等の気体の冷却および加熱を行うための媒体通路を別通
路として独立させることにより、温度変化の立ち上がり
を急峻なものとすることにより凝固および気化に至る時
間を短縮することができる。

【００１８】つまり、ロードロック室ではポンプによる
排気が行われると室内での気体の流れが大きく乱れ、そ
して、反応室の後方に位置するロードロック室では、窒
素ガスの充填によって室内での気体の流れが大きく乱れ
ることになり、これによって、室内の底面や壁面に堆積
あるいは付着していたパーティクルが巻き上げられて飛
散し、半導体ウエハ表面に落下して付着することにな
る。特に、この現象は迅速な真空引きあるいは大気圧化
への復帰を行う場合に顕著となる。

【００１９】

【実施例】以下、添付の図面を参照し、本発明の実施例
にかかる真空形成方法をエッチングシステムのロードロ
ック室に用いた場合について説明する。

【００２０】図１に示すように、エッチングシステムの
上流側にはセンダ６が設けられ、その下流側にはレシー
バ１０が設けられ、センダ６およびレシーバ１０の相互
間にプロセス室８と２つのロードロック室１６，１８と
が設けられている。センダ６およびレシーバ１０の中に
はウエハカセット５およびウエハ搬送装置（図示せず）
が設けられ、カセット５内には複数枚の半導体ウエハＷ
が収容されている。

【００２１】第１ロードロック室１６の入口側にはゲー
トバルブＧ１が取り付けられ、第１のロードロック室１
６の出口側にはゲートバルブＧ２が取り付けられてい
る。第２ロードロック室１８の入口側にはゲートバルブ
Ｇ３が取り付けられ、第２ロードロック室１８の出口側
にはゲートバルブＧ４が取り付けられている。さらに、
第１および第２のロードロック室１６，１８にはゲート
バルブＧ５を介して再生室１９がそれぞれ設けられてい
る。

【００２２】次に、図２および図３を参照しながらガス
精製装置について説明する。

【００２３】ガス精製装置２は、凝結温度の異なる少な
くとも２つの気体を収容するためのトラップ部屋３４を
有する。冷却手段３６は、このトラップ部屋３４内に設
けられ、２つの気体のうち凝結温度の高い方の温度より
低い温度の冷媒が流通されるようになっている。ここで
「凝結温度」とは、気体から液体に変化する凝縮点およ
び気体から固体に変化する凝固点も含む概念をいうもの
とする。

【００２４】補助部屋４２が連通路４０によりトラップ
部屋３４に連通している。連通路４０には弁３８が設け
られている。補助部屋４２はトラップ部屋３４よりも容
積が大きい。

【００２５】これら各部屋３４，４２は、例えばステン
レス等により区画形成されており、トラップ部屋３４の
容量は、例えば１０リットル程度であるのに対して、補
助部屋４２の容量は、例えば１０００リットル程度と１
００倍大きく設定される。これらの容量は上記したもの
に限定されるものではなく、例えばトラップ部屋３４は
１〜１０リットルの範囲に、また、補助部屋４２は１０
０〜１０００リットル範囲内に設定でき、この容量比が
後述するように不純物ガス希釈の程度を示すことにな
る。

【００２６】ガス源４４が管４６により補助部屋４２に
連通している。管４６にはバルブ４７が設けられてい
る。ガス源４４には純度９９．９９９vol ％の純度のＣ
Ｏ₂ガスが高圧で充填されている。

【００２７】補助部屋４２には圧力計４８が取り付けら
れ、その内圧が検出されるようになっている。また補助
部屋４２には管５１が取り付けられており、管５１には
開閉弁５０，ターボ分子ポンプ５２およびロータリポン
プ５４が上流側から順に設けられている。

【００２８】図４および図５に示すように、冷却手段３
６は冷却プレート５８および蛇行パイプ６０を有する。
冷却プレート５８はアルミニウム板などの熱伝導率のよ
い材料で作られている。蛇行パイプ６０は、ラジエータ
状に蛇行しており、冷却プレート５８に取り付けられて
いる。この蛇行パイプ６０の導入側通路は分岐してい
る。一方の分岐路６２は、開閉弁６４を介して冷媒源６
６に接続されている。冷媒源６６には液体窒素が収容さ
れている。他方の分岐路６８は、開閉弁７０を介して加
熱源７２に接続されている。加熱源７２は常温窒素ガス
や空気などの温媒を貯蔵する加熱源７２に接続されてい
る。

【００２９】なお、蛇行パイプ６０および冷却プレート
５８の表面積は室内の容量に見合う表面積をもたせるの
が好ましく、図５に示すようにパイプ６０の外周面に一
体化された複数のフィン７４が設けられている。

【００３０】また、この冷却プレート５８を設けた冷却
手段３６は、トラップ部屋３４内の一面だけでなく、必
要に応じてあらゆる面に設けることが可能であり、供給
する冷媒もＣＯ₂ガスの凝結温度−７０〜−８０℃より
も低い温度であるならば、どのような冷媒でもよく、特
に冷媒の温度におけるＣＯ₂ガスの蒸気圧が１気圧より
もかなり小さく、しかも、その冷媒温度が不純物ガスの
凝結温度よりも高いほうが望ましい。

【００３１】また、不純物ガス濃度がかなり低い場合に
は、不純物ガスの凝結温度と同一またはそれ以下の冷媒
温度であっても不純物温度がトラップされないような蒸
気圧を維持し得るのであればよい。なお、このトラップ
部屋３４には内圧検知用の圧力計４８が取り付けられて
いる。

【００３２】このトラップ部屋３４は、搬送路８０を介
して比較的大容量の精製ガス保存室８２に連通されてい
る。ガス保存室８２からの供給路８３は２つに分岐して
おり、各分岐管は第１および第２ロードロック室１６，
１８にそれぞれ連通している。各分岐管には開閉弁８４
およびマスフローコントローラ（ＭＦＣ）８６がそれぞ
れ設けられている。

【００３３】なお、図３に示すようにトラップ部屋３４
をガス源４４に直結し、トラップ部屋３４を真空ポンプ
９０により直接排気するようにしてもよい。

【００３４】図８および図９に示すように再生室１９内
にはトラップ装置２０が設けられている。トラップ装置
２０の主要部は、蛇行した一対のアルミニウム製パイプ
２２ｂ，２２ｃからなり、ラジエータ構造をなしてい
る。これらパイプ２２ｂ，２２ｃはフィン２２ｄおよび
ワイヤ９２によりベース２２ａ上に固定されている。ト
ラップ装置２０には、乗用車のラジエータと実質的に同
じ構造を採用し、小型でかつ表面積を広くとるようにす
る。なお、パイプ２２ｂ，２２ｃは外径５mm、内径４mm
である。トラップ装置２０はゲートバルブＧ５を介して
ロードロック室１６，１８内にそれぞれ出入りできるよ
うになっている。再生室１９はターボ分子ポンプ２６に
より真空排気されるようになっている。

【００３５】図６に示すようにトラップ装置２０の外側
には反射板３８０が設けられている。圧力検出計３７の
検出端部がトラップ装置２０の内側に設けられている。
また、ベントバルブ３９がチャンバ１６の適所に設けら
れている。

【００３６】図１０に示すように、パイプ２２ｂ，２２
ｃはフィン２２ｄによりベース２２ａ上でスタッキング
されている。フィン２２ｄはろう付け（ブレージング）
等でパイプ２２ｂ，２２ｃおよびベース２２ａのそれぞ
れに固定されている。なお、蛇行パイプ２２ｂ，２２ｃ
の形成にはロールボンド法を採用する。ロールボンド法
とは、アルミ板を部分的に圧着させ、非圧着部分が流体
通路となるような冷間プレス成形法の一種をいう。

【００３７】トラップ装置２０は水平移動装置９０によ
り移動されるようになっている。水平移動装置９０の操
作棒９７がトラップ装置２０に連結されている。操作棒
９７の基端部（図示せず）は油圧シリンダのロッド（図
示せず）に連結されている。トラップ装置２０に取り付
けられたガイド（図示せず）が一対のレール９１にそれ
ぞれスライド可能に係合している。２本のフレキシブル
管２１がレール９１と平行に設けられている。一方のフ
レキシブル管２１は冷媒通路２２ｂに連通している。冷
媒通路２２ｂには液体窒素が供給されるようになってい
る。

【００３８】他方のフレキシブル管２１は温媒通路２２
ｃに連通している。温媒通路２２ｃに連通する供給管９
３には温水およびエアが供給されるようになっており、
切換弁９４によって温水とエアとが切り替わるようにな
っている。

【００３９】図１１に示すように１本の冷媒通路２２ｂ
の周囲に複数本の温媒通路２２ｃを設けるようにしても
よい。各通路２２ｂ，２２ｃを形成するパイプは相互に
フィン２２ｄで連結されている。

【００４０】図１２に示すように、複数本の冷媒通路２
２ｂ，温媒通路２２ｃを格子状に配列してもよい。すな
わち、格子状配列の中央位置に２本の冷媒通路２２ｂを
横並びに配置し、その周囲に温媒通路２２ｃを配置す
る。

【００４１】図１１および図１２に示すように、冷媒通
路２２ｂに対して温媒通路２２ｃの本数を多くした構造
の場合は、トラップ装置２０の再生に要する時間が短縮
する。

【００４２】上記のトラップ装置２０は、ロードロック
室１６，１８内に充填した気体を備えている。この充填
気体は、少なくとも常温で大気圧以上の蒸気圧をもち、
かつ常温未満の冷却温度下での平衡蒸気圧が１０Torr以
下、好ましくはサブミクロンオーダのパーティクルの舞
い上がりのない１０^-3Torr以下に達する特性を有してい
ることが望ましい。

【００４３】本実施例では、充填気体としてＣＯ₂ガス
を採用している。このＣＯ₂ガスは、表１に示すように
１０５°Ｋにて平衡蒸気圧が１０^-3Torrとなる。この１
０５°Ｋでは、ロードロック１６，１８の水分（Ｈ
₂Ｏ）の平衡蒸気圧は１０^-3Torrより十分低いので水分
が半導体ウエハＷに付着することはほとんどない。

【表１】このように、仮に第１ロードロック室１６の内部に水分
が存在していたとしてもこの水分は真空排気に悪影響を
及ぼすものではない。ＣＯ₂ガスにおいて設定される温
度（例えば１０５℃Ｋ）では、ＣＯ₂ガスで得られる蒸
気圧１０^-3Torrよりも十分にＨ₂Ｏ蒸気圧が得られる状
態になるからである。なお、ロードロック室１６，１８
の内部をＣＯ₂ガスで充満させる関係上、大気側のゲー
トバルブＧ１，Ｇ４の外側には他の気体の混入を防止す
るような構造を採用することが望ましい。例えば、吹出
口から取込口へ向かってＣＯ₂ガスを層流状態で流して
ガスカーテンを形成するか、あるいはセンダ６およびレ
シーバ１０の内部をＣＯ₂ガスで満たしておくことが好
ましい。

【００４４】次に、図１３および図１４を参照しながら
ロードロック室１６，１８内に高真空を生じさせる動作
について説明する。

【００４５】まず、ロードロック室１６および予備室１
９を１０〜１０^-3Torr以下になるまで排気する（ステッ
プＳ１）。

【００４６】排気バルブ２８を閉め（ステップＳ２）、
ＣＯ₂ガスをロードロック室１６内に供給する（ステッ
プＳ３）。圧力検出結果に基づきロードロック室１６の
内圧が大気圧（１気圧）に達したか否かを判定する（ス
テップＳ４）。この場合に、エアの巻き込みを防ぐため
に、ロードロック室１６の内圧が１気圧を少し上回るま
でＣＯ₂ガスを充填してもよい。

【００４７】ロードロック１６の内圧が１気圧を越える
とゲートバルブＧ１を開け（ステップＳ５）、センダ６
側のカセット５内のウエハＷをロードロック室１６に搬
入する（ステップＳ６）。

【００４８】ゲートバルブＧ１を閉じた後に（ステップ
Ｓ７）、ゲートバルブＧ５を開けてトラップ装置の冷却
板２２ａをロードロック室内に搬入する。トラップ装置
２０の冷却板２２ａを冷却し、ＣＯ₂ガスを冷却板２２
ａ上にて固化させる（ステップＳ８）。すなわち、蛇行
パイプ２２ｂに液体窒素を流通させて、冷却板を−１９
６℃近くまで冷却する。これによりＣＯ₂ガスが冷却板
２２ａ上に凝結、固化し、ドライアイスとなる。

【００４９】ロードロック室内の水分等の他成分ガス
も、コールドトラップされ、ロードロック室１６の内圧
はさらに小さくなる。このとき、後述するように原料Ｃ
Ｏ₂ガス（ガス源４４に使用されたガス）は純度９９．
９９９vol ％であり、精製されたＣＯ₂ガスは原料ＣＯ
₂ガスの約１００分の１まで不純物量が低減されてい
る。このため、充填ＣＯ₂ガスのほとんど全部が固化す
るので、ロードロック室１６の内圧は１０^-6〜１０^-7To
rrの高真空度に到達する。なお、トラップ手段２２は、
蛇行パイプ２２ｂに凝結した水分などの量が飽和した場
合には、ゲートバルブＧ５を開けてトラップ手段２２が
再生室１９内に引き戻される。そして、蛇行パイプ２２
ｂへの冷媒の供給を停止する。好ましくは冷媒の代わり
に常温の窒素ガスを蛇行パイプ２２ｂに供給する。同時
に他方の蛇行パイプ２２ｃに対して、温媒として空気あ
るいは温水を供給する。また、この時点で、再生室１９
内はターボ分子ポンプによって排気される。よって、蛇
行パイプ２２ｂに凝結していた水分などは、フィン２２
ｄおよびベース２２ａを介した温媒からの加熱によって
蒸発し、ターボ分子ポンプによって排気される。これに
よってトラップ手段２０が再生される。

【００５０】ロードロック室１６の内圧がプロセス設定
圧力になったか否かを判定する（ステップＳ９）。内圧
がプロセス設定圧力に達すると、ゲートバルブＧ２を開
け（ステップＳ１０）、ロードロック室１６からプロセ
ス室８にウエハＷを移送する（ステップＳ１１）。

【００５１】ゲートバルブＧ２を閉め（ステップＳ１
２）、冷却板２２ａを加熱してドライアイスを気化させ
る（ステップＳ１３）。すなわち、ゲートバルブＧ１，
Ｇ２を閉じた状態で蛇行パイプ２２ｃに常温あるいはそ
れ以上の温度の熱媒体、例えば窒素ガスや空気などを流
通させ、冷却板２２ａを加熱する。これにより全部のド
ライアイスが気化してロードロック室の内圧は１気圧に
戻る。

【００５２】ロードロック室１６の内圧が１気圧に戻っ
たと判定したら（ステップＳ１４）、ステップＳ５に戻
ってゲートバルブＧ１を開け、以下同様にステップＳ６
〜Ｓ１４を繰り返すことにより、次のウエハＷをロード
ロック室に搬入する。

【００５３】一方、反応室８内の処理済みのウエハＷを
レシーバ１０へ搬出する場合には、他方のロードロック
室１８を用いる。ロードロック室１８における動作は前
述のロードロック室１６における動作と同様である。Ｃ
Ｏ₂ガスがロードロック室１８内で固化と気化を繰り返
すことにより、ロードロック１８の内圧は大気圧から高
真空へまたは高真空から大気圧へ変化する。

【００５４】次に、ロードロック室１６，１８内に充填
されべきＣＯ₂ガスを精製する（不純物を除去してＣＯ
₂ガス純度を高める）場合について説明する。

【００５５】市販の工業用のＣＯ₂ガスには酸素や窒素
などの不純物成分が約１０ｐｐｍ程含まれている。酸素
および窒素は、ＣＯ₂ガスの固化温度で液化し、さらに
チャンバ底面に落下し、再び気化するため、高真空度の
達成の妨げとなる。

【００５６】まず、補助部屋４２，トラップ部屋３４，
精製ガス保存室８２のそれぞれは、真空排気ポンプ５
２，５４により十分に真空排気されている。

【００５７】開閉弁７８を閉じるとともに弁３８を開
け、開閉弁４７を操作してガス源４４からのガス供給圧
力を約５０気圧から１気圧（７６０Torr）まで減圧しな
がら補助部屋４２とトラップ部屋３４とにＣＯ₂ガスを
導入する。なお、この場合に、ガス源４４の充填圧と同
じになるまで各部屋４２，３４にＣＯ₂ガスを導入して
もよい。ガス導入時の圧力は圧力計４８，７６によって
検出される。また、市販の工業用ＣＯ₂ガス中には通常
１０ｐｐｍ程度の不純物（Ｎ₂ガス，Ｏ₂ガス，Ａｒガ
ス等）が必ず含まれている。不純物ガスの成分比はＮ₂
ガスが６７％程度、Ｏ₂ガスが３１％程度、Ａｒガスが
１．２％程度である。

【００５８】次にトラップ部屋３４内の蛇行パイプ２２
ｂに液体窒素を流通させ、冷却プレート２２ａを冷却す
る。すると、ＣＯ₂ガスは凝結して冷却プレート２２ａ
の表面に付着する。この場合に弁３８は開状態になされ
ているので、トラップ部屋３４と補助部屋４２とは連通
路４０を介して連通状態なる。よって、トラップ部屋３
４内のＣＯ₂ガスのトラップが進行するに従って補助部
屋４２内の気体も連通路４０を介してトラップ部屋３４
内へ流れ込む。このようなトラップは、補助部屋４２お
よびトラップ部屋３４内のＣＯ₂ガスの圧力が、−１９
６℃で蒸気圧約１０^-9〜１０^-10Torr程度になるまで行
われる。このとき、不純物ガスは、その不純物濃度（分
圧）にもよるがほとんどトラップされずに、すなわち凝
結せずにトラップ部屋３４と補助部屋４２内に均一に分
散している。この状態で連通弁３８を閉じる。そして蛇
行パイプ２２ｂへの冷媒の供給を停止し、これに代えて
蛇行パイプ２２ｃに窒素ガスまたは空気などの熱媒体を
流通させ、ドライアイスを気化させる。

【００５９】これにより、このトラップ部屋３４内のＣ
Ｏ₂ガス中の不純物濃度は下式（１）の用になる。

【００６０】不純物濃度＝当初の不純物濃度×トラップ
部屋３４の容量／（補助部屋４２の容量＋トラップ部屋
３４の容量） ……（１）本実施例においては当初のＣＯ₂ガス中の不純物濃度が
１０ｐｐｍであり、補助部屋４２の容量が１０００リッ
トルであり、トラップ部屋３４の容量が１０リットルで
あるので、これらを上記（１）式に代入すると不純物ガ
ス濃度は約１／１００となる。よって精製後のＣＯ₂ガ
ス中の不純物濃度は約０．１ｐｐｍとなる。このように
精製されたＣＯ₂ガスは開閉弁７８を操作することによ
り、精製ガス保存室内に貯留され、必要に応じて各ロー
ドロック室１６，１８へ流量が制御されながら供給され
る。

【００６１】上述のように、不純物ガス濃度の希釈度合
いは、補助部屋４２とトラップ部屋３４との容量比に依
存するので、これらの容量比を適宜選択することにより
希釈度を変えることができる。しかも、このように容量
の大きい部屋４２と小さな部屋３４を用いると、メカニ
カルなポンプを用いることなくガスを精製することがで
きる。

【００６２】なお、冷媒としては、ＣＯ₂ガスの凝結温
度よりも低い温度ならば液体窒素に限られず、液体酸
素、液体水素，液体ヘリウムなど他の種類のガスを用い
てもよい。

【００６３】また、ロードロックチャンバの容積は、径
６〜１２インチの半導体ウエハの場合は８〜５０リット
ルであり、ＬＣＤ基板の場合は約１００リットルであ
る。このため、チャンバ容積に応じてＣＯ₂ガス充填量
および排気用ポンプを適宜選択する必要がある。また、
パーティクルの舞い上がりを少なくするためには、排気
口チャンバの局所のみに偏ることなく、チャンバ内に広
く分散していることが好ましい。

【００６４】上記実施例によれば、同じ排気所要時間で
比較した場合に、市販ＣＯ₂ガス（純度９９．９９９堆
積％のガス）を用いた場合はチャンバ内圧１．５×１０
^-3Torrが得られるのに対して、精製ＣＯ₂ガス（さらに
高純度のガス）を用いた場合はチャンバ内圧９．８×１
０^-5Torrを得ることができた。

【００６５】また、上記実施例によれば、トラップ装置
において冷媒通路と温媒通路とを別々に設けたので、通
路用パイプの熱疲労が軽減され、パイプ寿命を延長する
ことができた。

【００６６】また、上記実施例では冷媒通路を温媒通路
から独立させているので、トラップ装置の冷却／加熱の
切り換えを速やかに短時間（約３０秒間）で行うことが
できた。

【００６７】さらに、上記実施例によれば、ロードロッ
ク室内の真空排気および大気圧への復帰の際にポンプな
どの給排気装置を用いないので、給排気時における圧力
損失をなくすことができる。このため、ロードロック室
内を迅速に圧力変換することができる。

【００６８】次に、図１６〜図１８を参照しながらトラ
ップ装置をロードロック室内に常設した場合について説
明する。

【００６９】図１６に示すように、この実施例のエッチ
ングシステムは２つのセンダ６および１つのレシーバ１
０を用い、各センダ６から交互にプロセス室８にウエハ
Ｗが搬送されるようになっている。センダ６とレシーバ
１０とプロセス室８との相互間にはロードロック室１６
がそれぞれ設けられている。

【００７０】図１７に示すように、各ロードロック室１
６内の上部領域にはトラップ装置３０が設置され、ウエ
ハＷはトラップ装置３０の直下を通過するようになって
いる。トラップ装置３０はアルミニウム製の基板３０ａ
を有し、基板３０ａの下面側には冷媒通路３０ｂが設け
られ、基板３０ａの上面側には温媒通路３０ｃが設けら
れている。

【００７１】このようなロードロック室１６内において
トラップ手段の再生を行う場合には、再生のたびにウエ
ハ搬入動作を停止しなくて済むので、装置の稼動率が向
上する。

【００７２】図１８に示すよに、ロードロック室１６を
外殻室４２の内部に設けてもよい。トラップ装置４０
は、ロードロック室１６の外壁に取り付けられ、外殻室
４２によって取り囲まれている。トラップ装置４０は蛇
行パイプ４０ａ，４０ｂを組み合わせた構造体であり、
これら蛇行パイプ４０ａ，４０ｂからなるアッセンブリ
は実質的に図１０に示すパイプアッセンブリ２２ｂ，２
２ｃと同じである。

【００７３】この場合に、外殻室４２とロードロック室
１６との間の空間を断熱することが好ましく、真空断熱
とするか、あるいは断熱材を介挿することが望ましい。
このようにすれば、ロードロック室１６の壁面にドライ
アイスを付着させることができ、ドライアイス付着面積
を大きくとることができる。このため、ロードロック室
内を高真空状態に迅速に到達させることができる。

【００７４】次に図１５を参照しながら排気効率につい
て説明する。

【００７５】図１５は、横軸に経過時間をとり、縦軸に
チャンバ内圧をとってロータリポンプを用いてチャンバ
内を３種類の方法で排気した結果を示す。図中にて曲線
Ａは高純度ＣＯ₂ガスを用いて冷却排気したときの排気
効率特性線（実施例１）を表わし、曲線Ｂはロータリポ
ンプによる通常の排気を行ったときの排気効率特性線
（比較例１）を表わし、曲線Ｃはロータリポンプによる
スロー排気（パーティクルの舞い上がりを抑制するため
少しずつ排気すること）を行ったときの排気効率特性線
（比較例２）を表わす。図から明らかなように、チャン
バ内圧が１×１０^-2Torrに到達する所要時間は、実施例
１では約１，比較例では０．５，比較例２では約１２で
あった（それぞれ任意単位）。比較例１を基準とすると
実施例１の排気時間はこれの２倍であり、比較例２の排
気時間はこれの２４倍にもなる。実施例１は比較例１に
比べると排気時間が長くなるが、パーティクルの舞い上
げ数が比較例１よりも実施例１の方が大幅に低減されて
いる。

【００７６】次に、上記実施例１および比較例１，２の
各方法を用いた場合に、ウエハＷに付着したパーティク
ル数を調べた結果につき説明する。

【００７７】６インチウエハＷに付着した直径０．２μ
ｍ以上のパーティクルをカウントの対象とした。パーテ
ィクル数は光学式計測器によりカウントし、排気前後の
両方について実施した。付着パーティクル数は、比較例
１では２５０００〜４００００個，比較例２では２５
個，実施例１では１３という結果を得た。

【００７８】図１９〜図２４のそれぞれは、トラップ装
置をチャンバ内に常設した場合における種々の変形例を
示す概要図である。

【００７９】図１９に示すように、チャンバ１００には
ガス導入口１０２および排気口１０４が形成されてい
る。ガス導入口１０２は流量調整弁１３１を経由してＣ
Ｏ₂ガス供給源１３０に連通している。ガス導入口１０
２はチャンバ１００の天井に形成されている。排気口１
０４は流量調整弁１４１を経由してターボ分子ポンプ１
４０に連通している。

【００８０】チャンバ１００内には支軸１０７で支持さ
れたウエハ載置台１０６が設けられている。トラップ装
置１２０はウエハ載置台１０６の直下に設けられてい
る。トラップ装置１２０の基板には内部通路１２２が形
成され、通路１２２は冷媒供給源１２６に連通してい
る。また、トラップ装置１２０の基板にはヒータ１２４
が埋設され、ヒータ１２４は電源１２８に接続されてい
る。なお、コントローラ１１０によって冷媒供給源１２
６，ヒータ電源１２８，ＣＯ₂ガス供給源１３０，弁１
３１，１４１のそれぞれが制御されるようになってい
る。

【００８１】このような装置によれば、通路１２２に冷
媒を通過させるとＣＯ₂ガスが固化し、ヒータ１２４に
通電するとドライアイスが気化する。

【００８２】図２０に示す装置では、ノズル１３２をチ
ャンバ１００内の中ほどに位置させ、ＣＯ₂ガスをウエ
ハＷおよびトラップ装置１２０に近いところに供給する
ようになっている。

【００８３】図２１に示す装置では、２本のノズル１３
２をチャンバ１００内の中ほどにそれぞれ位置させ、Ｃ
Ｏ₂ガスをウエハＷおよびトラップ装置１２０に近い所
に供給するようになっている。この装置によれば、各ノ
ズル１３２からのＣＯ₂ガス噴射量を少なくすることが
できるので、パーティクルの舞い上がりが少なくなる。

【００８４】図２２に示す装置ではシャワーヘッド１３
３を用いてＣＯ₂ガスをチャンバ１００内に導入するよ
うにしている。シャワーヘッド１３３は円盤状をなし、
その下面に直径１〜２mmの細孔が１００〜２００箇所形
成されている。シャワーヘッド１３３は、ガスをチャン
バ内部の各所に均等に供給する役割をもつ。このため、
チャンバ１００内におけるパーティクルの舞い上がりを
抑制することができる。

【００８５】図２３に示す装置では、拡散フィルタ１３
４を用いてＣＯ₂ガスをチャンバ１００内に導入するよ
うにしている。拡散フィルタ１３４は多孔質セラミック
焼結体からなり、噴出ガスの勢いを和らげる役目をもっ
ている。このため、チャンバ１００内におけるパーティ
クルの舞い上がりを抑制することができる。

【００８６】図２４に示す装置では、トラップ装置１２
０をチャンバ１００の側壁に取り付けている。

【００８７】

【発明の効果】本発明によれば、トラップ手段に配置す
る冷媒通路と温媒通路とを別通路として設けたので媒体
交換を行う必要がなくなる。従って、各媒体が供給され
る部分の熱疲労を軽減することができ、これによって耐
久性を向上させたトラップ装置を得ることが可能にな
る。また、本発明によれば、各媒体を供給する通路を独
自に設けているので、媒体交換時に生じる温度立ち上が
りの悪さを解消して各種ガスの捕集およびトラップ装置
の再生に要する時間を短縮することができ、さらには、
冷媒と温媒とを同じ経路に供給しないので、温媒中の水
分が結露してその経路中を詰まらせるような事態を未然
に防止することができる。従って、構造部品の耐久性を
損ねることなく、各種ガスの捕集効率を向上させて真空
引きの効率を低下させることがないので、真空室内の真
空度を低下させる各種ガスの除去を良好に行うことが可
能になる。

【図面の簡単な説明】

【図１】プロセス室および２つのロードロック室を有す
る半導体ウエハ処理システムを示す全体概要図である。

【図２】ロードロック内に導入されるＣＯ₂ガスを精製
するためのガス精製装置を示すブロック図である。

【図３】ガス精製装置の一部を示す部分ブロック図であ
る。

【図４】ガス精製装置のトラップ部屋を示す断面図であ
る。

【図５】トラップ部屋内に設けられた冷却手段を示す断
面図である。

【図６】ロードロック室を切り欠いて内部のトラップ装
置を示す断面図である。

【図７】ロードロック室内に装入されたトラップ装置を
示す斜視図である。

【図８】再生室内のトラップ装置を示す縦断面図であ
る。

【図９】再生室内のトラップ装置を示す横断面図であ
る。

【図１０】トラップ装置に取り付けられた冷却パイプお
よび加熱パイプを示す断面図である。

【図１１】冷却パイプおよび加熱パイプの変形例を示す
断面図である。

【図１２】冷却パイプおよび加熱パイプの他の変形例を
示す断面図である。

【図１３】本発明実施例にかかる真空形成方法を示すフ
ローチャートである。

【図１４】トラップ装置の動作を示すタイミングチャー
トである。

【図１５】本発明実施例の方法によるチャンバ内の排気
効率を従来の方法によるそれと比較して示す特性線図で
ある。

【図１６】プロセス室および３つのロードロック室を有
する半導体ウエハ処理システムを示す全体概要図であ
る。

【図１７】ロードロック室を切り欠いて他の実施例にか
かるトラップ装置を示す断面図である。

【図１８】ロードロック室を切り欠いて他の実施例にか
かるトラップ装置を示す断面図である。

【図１９】ウエハ載置台およびトラップ装置をもつロー
ドロック室の基本構成を示す概要断面図である。

【図２０】ＣＯ₂ガス導入手段を示すロードロック室の
概要断面図である。

【図２１】ＣＯ₂ガス導入手段の変形例を示すロードロ
ック室の概要断面図である。

【図２２】ＣＯ₂ガス導入手段の他の変形例を示すロー
ドロック室の概要断面図である。

【図２３】ＣＯ₂ガス導入手段のさらに他の変形例を示
すロードロック室の概要断面図である。

【図２４】冷却板の取り付け位置を変えた変形例のロー
ドロック室を示す概要断面図である。

【符号の説明】

１６，１８チャンバをなすロードロック室２２ａ冷却部材をなす冷却板

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】大気雰囲気および真空雰囲気のそれぞれ
からもしくはそれぞれに直接又は間接に基板が搬入ある
いは搬出されるべき空間を規定するチャンバを用意し、前記チャンバ内を排気し、その蒸気圧が環境温度下で１気圧以上となり、かつ環境
温度未満の温度下で１０Torr以下となるガスを前記チャ
ンバの空間内に充填し、前記基板を前記チャンバ内に搬入し、前記ガスを冷却し、これを凝固させることにより前記チ
ャンバの内圧を高レベルの真空状態に到達させ、前記基板を前記チャンバ内から搬出し、前記凝固物を加熱し、これを気化させることにより前記
チャンバの内圧を大気圧に戻すことを特徴とする真空形
成方法。
【請求項２】請求項１において、充填ガスとしてＣＯ₂ガスを用いることを特徴とする真
空形成方法。
【請求項３】大気雰囲気および真空雰囲気のそれぞれ
からあるいはそれぞれに直接又は間接に基板が搬入ある
いは搬出されるべき空間を規定するチャンバと、このチャンバ内を排気する排気手段と、前記チャンバの空間に存在するガス分子を捕捉するトラ
ップ手段と、を具備し、前記トラップ手段は、ガス分子が凝固すべき表面をもつ部材と、この部材を冷却する冷媒を供給する冷媒供給源に連通す
る冷媒通路と、前記部材を加熱する温媒を供給する温媒供給源に連通す
る温媒通路と、を有し、前記冷媒通路と温媒通路とがそれぞれ別個独立に前記部
材に設けられていることを特徴とする真空形成装置。
【請求項４】請求項３において、トラップ手段は、ロードロック室と再生室殿間に移動可
能に設けられ、ロードロック室内にトラップ手段が位置したときには前
記冷媒通路に冷媒が供給され、再生室内にトラップ手段
が位置したときには前記温媒通路に温媒が供給されるこ
とを特徴とする真空形成装置。
【請求項５】請求項３において、凝固温度の異なる少なくとも２つの気体を分離するため
のガス精製装置を有し、このガス精製装置は、前記２つの気体を収容するトラップ部屋と、このトラップ部屋内に設けられ、前記２つの気体の内高
い凝固温度よりも低い温度の冷媒を流通される冷却手段
と、を備え、この冷却手段により前記凝固温度の高い気体を冷却し凝
固させる場合、前記凝固温度の高い方の気体は二酸化炭
素ガスであり、凝固温度の低い方の気体は窒素ガスまた
は酸素ガスであり、前記冷媒は液体窒素であることを特
徴とする真空形成装置。