WO2000053928A1 - Vacuum device - Google Patents

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    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04D—NON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04D25/00—Pumping installations or systems

Definitions

  • the present invention relates to a vacuum device, and more particularly to a small vacuum device that consumes less power of a vacuum pump.
  • Vacuum devices are used in many industrial fields, including the semiconductor and liquid crystal display manufacturing fields. Especially in the field of semiconductor and liquid crystal display manufacturing, most processes such as film formation, etching and etching are performed under reduced pressure atmosphere in vacuum equipment.
  • a vacuum pump is used to maintain the inside of a vacuum vessel for performing a process, measurement, or the like in a vacuum or reduced pressure.
  • pumps of the scraping type tend to have a higher evacuation speed and a lower allowable back pressure as the ultimate vacuum degree is higher.
  • the vacuum pump ultimate vacuum is operating at high 1.
  • These pumps have a high pumping speed even with small pumps, but have an extremely low allowable back pressure of 133 Pa (lTorr) or less.
  • the present invention provides a vacuum container having a gas inlet and an exhaust port, a gas supply system for introducing a desired gas from the gas inlet into the vacuum container.
  • a vacuum device provided with an exhaust system for keeping the vacuum vessel ⁇ at a reduced pressure, wherein the exhaust system has a plurality of vacuum pumps connected in multiple stages in series, and the exhaust port pressure of the final stage vacuum pump is substantially large. Atmospheric pressure is realized, and a vacuum apparatus is realized in which the last-stage vacuum pump or, if necessary, the middle-stage vacuum pump exhausts gas from a plurality of front-stage vacuum pumps per unit.
  • FIG. 5 is a schematic diagram of an apparatus according to the fourth embodiment.
  • the mechanical pump booster pump maintains the pumping speed up to a low pressure range of about 4.00 Pa (30 mTorr), while the roots pump has a significantly reduced pumping speed in the pressure range of 133.32 Pa (ITorr) or less. . Therefore, in order to obtain the required pumping speed with a roots pump, it is necessary to select a larger pump. For example, to obtain a pumping speed of 2000 L / min at 53.33 Pa (0.4 Torr), which is the allowable back pressure of a thread groove type molecular pump, a roots pump of 2400 L / min is required according to Fig. 2. I understand.
  • the valve 603 of the vacuum vessel that is not performing the process is closed and the roughing pump 60 is closed.
  • the rough exhaust system is added to the apparatus of the second embodiment, but the same effect can be obtained by adding the rough exhaust system to the apparatus of the first to fourth embodiments.
  • the piping 604 is connected to the exhaust side of the high vacuum pump, but it may be connected directly to the vacuum vessel or to the exhaust side of the low vacuum pump. .
  • exhaust gas generated after processing in a vacuum vessel contains a large amount of precipitated by-products and the like. These substances are contained in the gas phase component and the exhaust gas in the vacuum vessel, but are cooled during passage through the pipe, change into a solid phase component, and may adhere to the inside of the pipe. Such deposits may cause a decrease in the pumping performance of the vacuum pump and a failure of the device itself. Since such deposits reduce the cross-sectional area of the piping, they also include the problem of reducing the conductance of the exhaust gas, and it is desirable to take measures to prevent the deposits.
  • a water-cooled truck is used as a means for removing the precipitated components in the exhaust gas.
  • the heating means may be any means that can heat a portion in contact with the exhaust gas in the exhaust path to at least 90 ° C or more, and is not limited to the rubber heater of the embodiment, such as using a ceramic heater. The same is true for

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Description

明細書
技術分野
本発明は、 真空装置に係わり、 特に真空ポンプの電力消費量が少なく小型の真 空装置に関する。 背景技術
真空装置は、 半導体、 液晶ディスプレイ製造分野をはじめとして、 多くの産業 分野で用いられている。 特に半導体、 液晶ディスプレイ製造分野では、 成膜、 ェ ツチングゃアツシングなど大半のプロセスは真空装置内の減圧雰囲気下で行われ ている。 真空装置では、 プロセスや計測等を行うための真空容器の内部を真空あ るいは減圧状態に保っために、 真空ポンプが用いられる。
真空ポンプには様々なタイプがあるが、 大別して、 ポンプの吸気口より吸気し たガスを排気口から排気するかき出し型のポンプと、 ポンプの吸気口より吸気し たガスを内部にため込むため込み式のポンプに分類される。 ため込み式のポンプ は、 一般に単独でも高真空領域まで排気が可能であるが、 排気可能なガス量には 自ずと限界がある。 このため、 ガスを常時流しながら減圧下で行うプロセスには 、 ため込み式のポンプは適さず、 かき出し型のポンプが用いられている。
かき出し型のポンプは、 一般に到達真空度が高いポンプほど排気速度が大きく 、 また許容背圧が低レ、傾向にある。 到達真空度が高い 1. 33 X 10— 4Pa (10— 6Τοιτ) 以上分子流領域で動作する真空ポンプには、 ターボ分子ポンプ、 ねじ溝ポンプ、 油拡散ポンプなどがある。 これらのポンプは、 小型の物でも排気速度が大きいが 、 許容背圧が 133Pa (lTorr) 以下と極めて小さい。 到達真空度が低く背圧が大気 圧程度で動作するポンプには、 ルーツポンプ、 スクリューポンプ、 ロータリーポ ンプ、 ダイアフラムポンプなど多くの種類のものがある。 これらの中間に分類さ れる 真空度が中程度のポンプとして、 メカニカルブースターポンプやェグゼ クタ一ポンプなどのブースターポンプがある。 真空装置には、 必要なガス圧力、 ガス清浄度、 ガス流量、 ガス種、 真空容器容 積などに応じて、 最適な真空ポンプを用いなければならない。 一般には、 ガス圧 力が比較的高い （40Pa(300mTorr)程度以上） 場合には、 背圧が大気圧程度で動作 するポンプが単独で用いられる。 一方、 ガス圧力が低い場合には、 分子流領域で 動作するポンプと背圧が大気圧程度で動作するポンプが直列に接続された排気系 が用いられる。 ガス流量が多い場合には、 これらのポンプ間にブースターポンプ を挿入し、 3台のポンプを直列に接続して排気を行うこともある。
大半のプロセスが減圧下で行われる半導体や液晶ディスプレイの量産工場では
、 プロセスが行われる数個の真空容器を 1つの装置に集積ィ匕することにより、 真 空容器間の基板の搬送を真空中で行えるようにしたクラスターツールが、 複数台 隣接して配列されている。 すなわち、 多数の真空容器が隣接して配置されるのが 一般的である。 従来の装置では、 複数の真空容器が隣接して配置される場合にお いても、 真空容器ごとに独立した排気系を設けていた。 すなわち、 真空容器とそ の排気を行う真空ポンプとは 1対 1に対応しており、 各々の真空ポンプは 1つの 真空容器の排気のみを行う構成になっていた。
背圧が大気圧程度で動作する真空ポンプは、 低背圧で動作する同排気速度のポ ンプと比較してロータ等の回転に大きな動力が必要であり、 消費電力が圧倒的に 大きい。 また、 サイズが大きく重量も重い。 従来の装置では、 このような大型で 消費電力の大きな真空ポンプが、 真空容器の台数と同じ台数必要であった。 この ため、 ポンプの設置により装置消費電力および装置専有面積が増大し、 結果とし て製品の製造コストを抑えることが困難であった。
さらに、 背圧が大気圧程度で動作する真空ポンプは吸気側の到達真空度が低い ため、 不純物ガスが排気系から真空容器内にまわり込むという問題があった。 不 純物ガスがゥヱハ表面や真空容器内面に付着すると、 プロセス性能が著しく低下 してしまう。 また、 ポンプが大型のため真空容器近辺に設置することが困難な場 合が多く、 長い配管を介して接続せざるを得なかった。 このため、 配管のガスコ ンダクタンスが小さく、 大流量ガスを流す必要があるプロセスではプロセス速度 やプロセス性能を低下させる大きな要因となっていた。
また、 半導体製造プ口セス等に適用された真空容器からの排気ガス中に析出性 の成分が含有している場合がある。 このような析出性の排気ガスが配管内部に固 体成分を付着させると真空装置の排気コンダクタンスを低下させる要因となる。 本発明は、 装置消費電力および装置専有面積が小さく、 不純物ガスが排気系か ら真空容器内にまわり込むことがなく、 大流量ガスを流し得る真空装置を »す ることを主な目的とする。 さらに、 この主目的と共に、 不純物ガスが真空容器内 にまわり込むようなことがなく、 また析出性の排気ガスが生じるような製造プロ セスで使用されても配管の断面積が狭くなり排気コンダクタンスが低下すること がない真空装置を提供することも本発明の目的に含む。 発明の開示
本発明は、 上記の目的を達成するため、 ガス導入口と排気口を備える複数の真 空容器と、 該ガス導入口から該真空容器内に所望のガスを導入するためのガス供 給システムと、 該真空容器內を減圧に保つための排気システムを備える真空装置 において、 該排気システムは、 直列に多段に接続された複数の真空ポンプを有し 、 最終段真空ポンプの排気口圧力は略大気圧であり、 該最終段真空ポンプ或いは さらに必要により中段の真空ポンプが 1台あたり複数の前段真空ポンプからのガ スを排気するように構成された真空装置を実現するものである。
本発明の真空装置では、 複数の真空装置を同時に排気する共通の補助ポンプを 新たに大気側に付加することにより、 その前段の真空ポンプの背圧が低く保たれ る構成になっている。 背圧が大気圧であった従来の構成と比較して、 真空ポンプ 運転動力が軽減し、 真空ポンプの消費電力やサイズが大幅に低減する。 結果とし て、 装置全体の消費電力が低減し、 装置専有面積が縮小化され、 低コスト生産が 可能になる。
また、 前段の真空ポンプの到達真空度が向上し、 真空容器内への不純物ガスの まわり込みを完全に抑制することが可能になる。 さらに、 前段の真空ポンプが大 幅に小型化されたため、 このポンプを真空容器近辺に設置できるようになる。 結 果として、 低圧でも大流量ガスを流すことが可能になり、 プロセス速度やプロセ ス性能が大幅に向上する。
さらに、 排気ガス中に含有する析出性のお気ガスから固体生成物を有効に取り 除く手段を設けることで、 長期間に亘り排気コンダクタンスを好ましい状態に維 持できる真空装置とすることもできる。 図面の簡単な説明
図 1は、 実施例 1に係わる装置の概略図である。
図 2は、 実施例 1に係わるメカニカルブースターポンプとルーツポンプの排気 特性を比較したグラフである。
図 3は、 実施例 2に係わる装置の概略図である。
図 4は、 実施例 3に係わる装置の概略図である。
図 5は、 実施例 4に係わる装置の概略図である。
図 6は、 実施例 5に係わる装置の概略図である。
図 7は、 実施例 6に係わる装置の概略図である。
図 8は、 実施例 7に係わる装置の概略図である。 発明の実施をするための最良の形態
以下、 図面を参照して本発明の真空装置を説明するが、 本発明はこれらの実施 例に限定されるものでないことはいうまでもない。
(実施例 1 )
図 1は、 本発明の真空装置を半導体プロセス装置に適用した実施例を示したも のである。
1 0 1は真空容器、 1 0 2、 1 0 3はそれぞれ真空容器 1 0 1に設けられたガ ス導入口、 ガス ^気口である。 1 0 4は真空容器 3台が 1つのプラットフォーム に集積ィ匕されたクラスターツールである。 1 0 5はガスコンダクタンスを変える ことにより真空容器 1 0 1内のガス圧力を制御するための圧力調節バルブである 。 1 0 6は高真空ポンプであり、 本実施例ではネジ溝式分子ポンプを用いている 。 1 0 7は高真空ポンプ 1 0 6の背圧を低圧力に保っための低真空ポンプであり 、 本実施例ではメカニカルブースターポンプを用いている。 1 0 8はさらに低真 空ポンプ 1 0 7の背圧を低圧力に保っための補助ポンプであり、 本実施例ではル ーッポンプを用いている。 1 0 9、 1 1 0はバルブであり、 本実施例では電磁バ ルブを用いている。 1 1 1、 1 1 2、 1 1 3はガスを流すための配管である。 配 管 1 1 3内は、 ほぼ大気圧となっている。 補助ポンプ 1 0 8から出たガスは、 配 管 1 1 3を通してガス処理装置まで導かれる。 本真空装置は、 3 3台のクラスタ 一ツール、 9 9個の真空容器が、 配管 1 1 2で接続された構成となっているが、 図 1には簡 S ^匕のため 2台のクラスターツールのみが記載されている。 本実施例 では、真空容器は直径 200 ramのシリコン基板のエッチング処理またはレジストァ ッシング処理に用いられる。
直径 200 mmの基板の高速高性能エッチング処理では、 約 4. OOPa (30raTorr) の 圧力で最大 1 atm ' L/min (大気圧中で換算して 1 L/min、 以下同様に示す） のガ スを流す。 ガス種は、 A r、 C O、 C 2 H 6、 0 2であり、 大半は A rである。 ま た、 高速アツシング処理では、 6. 67Pa (50mTorr) の圧力で最大 1 atm · L/min のガスを流す。 ガス種は、 0 2である。 これらの条件を満たしうる排気系を構築 する必要がある。
まず高真空ポンプ 1 0 6に関しては、 1 atm · L/minのガスを流したときに吸気 口圧を 4. OOPa (30mTorr) 以下にするためには、 排気速度が 1800 L/sec以上の ネジ溝式分子ポンプが必要になるため、本実施例では排気速度が 2000 L/secのネ ジ溝式分子ポンプを採用した。 2000 L/secクラスのネジ溝式分子ポンプは、 背圧 が 53. 33Pa (0. 4Torr) を越すと圧縮比が大きく減小してポンプとして動作しなく なる。 このため、 低真空ポンプ 1 0 7に関しては、 1 atm · L/minのガスを流した ときに吸気口圧が 53. 33Pa (0. 4Torr) を下回るために、排気速度が最低でも 1900 L/min, 余裕を見て 2000 L/minの排気速度が必要になり、 本実施例では排気速度 が 2000 L/minのメカニカルブースターポンプを採用した。次に補助ポンプ 1 0 8 であるが、 このポンプには、 全ての真空容器で同時にプロセスを行ったと仮定し て最大 1 atm · L/min X 99=99 atm · L/minのガスが流れ込む。 また、 メカニカルブ 一スターポンプの許容背圧は 6. 67 X 103 (50Torr) である。 このため、 補助ボン プ 1 0 8に関しては排気速度が 1500 L/min以上の排気速度が必要になる力 本実 施例では配管 1 1 2のガスコンダクタンスも考慮して 2000 L/minのルーツポンプ を採用した。 ここで、 真空ポンプの消費電力とサイズを従来例と比較してみる。 高真空ボン プに関しては、 従来例と変わらず、 消費電力は 1台あたり 680 Wで、 99台では 68 kWとなる。
低真空ポンプに関しては、 従来は背圧が大気圧程度で動作するルーツポンプな どのポンプが用いられていたのに対し、本実施例では 1/10気圧以下で動作するメ 力二カルブースタ一ポンプが用レヽられている。 2000 L/minの排気速度をもつルー ッポンプとメカニカルブースターポンプについて比較を行ってみる。 消費電力は 、 ルーツポンプが 3. 7 kW、 メカニカルブースターポンプが 0. 4 kWであり、 同排 気速度であるにも係わらずルーツポンプの方が 9倍も大きい。 これは、 ポンプの 背圧が高いほどロータを回転させるためのより大きな動力が必要になるためであ る。 ポンプの体積は、 ルーツポンプが 0. 95x0. 42x0. 55 m3 = 0. 22 m3 , メカ二力 ルブースターポンプが 0. 48x0. 21 x0. 18 ra3 = 0. 018 m3であり、 ルーツポンプの 方が 12倍大きレ、。 また質量は、 ルーツポンプが 223 kg、 メカニカルブースター ポンプが 22 kgであり、 ルーツポンプの方が 10倍大きい。 すなわち、 低背圧で動 作するメカニカルブースターポンプの方が桁違いに小型で消費電力が小さい。 さ らに、 メカ二力ルプースターポンプは構造が単純で価格も安い。
図 2は、 メカニカルブースターポンプとルーツポンプの排気特性を示す。 2 0 1は排気速度が 2000 L/minのメ力二カルブースターポンプの特性、 2 0 2は 2000 L/minのルーツポンプの特性、 2 0 3は 2400 L/minのルーツポンプの特性である 。 ルーツポンプよりも、 メカニカルブースターポンプの方が 1桁以上低圧力領域 で動作することが分かる。 分子ポンプのバックポンプとしては、 133. 32Pa (ITorr ) 以下の圧力で大きな排気速度を有するポンプが必要である。 メカニカルブース ターポンプでは 4. 00Pa (30mTorr) 程度の低圧力領域まで排気速度が維持されて いるのに対し、 ルーツポンプでは 133. 32Pa (ITorr) 以下の圧力領域において排 気速度がかなり劣化している。 従って、 ルーツポンプにて必要な排気速度を得よ うとすると、 さらに大型のポンプを選定する必要がある。 例えば、 ネジ溝式分子 ポンプの許容背圧である 53. 33Pa (0. 4Torr) において 2000 L/minの排気速度を 得るには、 図 2より 2400 L/minのルーツポンプが必要であることが分かる。 2000 L/minのメカニカルブースターポンプと 2400 L/rainルーツポンプの比較を行って みると、ルーツポンプの方が消費電力が 11倍、体積が 14倍、質量が 12倍大きい 。 低真空ポンプ 99台分の消費電力は、 ルーツポンプでは 440 kW、 メカニカルブ 一スターポンプでは 40 kWとなる。
本実施例では、 新たに補助ポンプを設けたためこの消費電力が加算されるが、 多数の真空容器を 1台で同時に排気しているので、 全体としてみればわずかな増 加でしかなレ、。結局、全ての真空ポンプの消費電力の合計は、従来例では 68+440=508 kW、 本実施例では 68+40+3. 7=111. 7 kWとなり、 結局、 消費電力を 22%に抑制でき ることが分かる。
次に、 真空容器にガスを流していないときの排気系からの真空容器への不純物 ガスの回り込みを見積もってみる。 図 2より、 ポンプの到達圧力は、 ルーツボン プでは 6. 00Pa (45raTorr) 、 メカニカルブースターポンプでは 0. 53Pa (4mTorr) であることが分かる。ネジ溝式分子ポンプの圧縮比は 3000倍（H eガスに対して ) であり、 排気系からの回り込みだけを考慮すると、 バックポンプとしてルーツ ポンプおよびメ力二カルブースターポンプを使用したときの真空容器内の不純物 ガス分圧は、 それぞれ 2. 00 X 10— 3Pa (1. 5 X 10— 5 Torr) および約 1. 73 X 10— 4 ( 1. 3 X 10一6 Torr) となる。 従って、 従来例と比較して排気系からの真空容器への 不純物ガスの回り込みを 1桁程度減少できることが分かる。
従来の装置では、 低真空ポンプが大型のため真空容器近辺に設置することが困 難な場合が多く、 高真空ポンプとの間を長い配管を介して接続せざるを得なかつ た。 このため、 大流量ガスを流すと配管のガスコンダクタンスの影響で高真空ポ ンプの背圧が上昇してしまう。 例えば、 1 atm · L/minのガスを流したとき、 配管 無しでは 53. 33Pa (0. 4Torr) であったのが、 内径 40 mm、 長さが 10 mの円筒形配 管を通すと 111. 99Pa (0. 84Torr) になってしまう。 この配管を接続した状態で高 真空ポンプの背圧を 53. 33Pa (0. 4Torr) 以下にするには、 ガス流量を 0. 25 atm · L/min以下と 1 Z 4に制限しなければならない。 結果として、 大流量ガスを流 す必要があるエッチングやプラズマ C VDなどのプロセスでは、 プロセス速度や プロセス性能を低下させる大きな要因となっていた。 一方、 本実施例では、 低真 空ポンプが非常に小型のため真空容器直近に設置することが可能で、 高真空ボン プとの間は短い配管で接続すればよく、 ガス流量が制限されることがない。 配管 1 1 1には、 内径 36醒、 長さ約 0. 55 mのステンレスのフレキシブルチュ ーブを用いた。 前述の通り、 この配管のガスコンダクタンスは十分大きく、 無視 できる。 配管 1 1 2には、 内径 40 mm、 長さ 42 mのステンレスの直管を用いた。 特に大口径の配管を使用したわけではないが、最大ガス流量である 99 atm - L/min のガスを流したときでも、配管 1 1 2の両端間の圧力差は高々 386. 63Pa (2. 9 Torr ) であり、 無視できるレベルである。 このように、 従来の装置と比較して、 特に 大口径配管を使用する必要はなく、 配管の設置コストが増加することはない。 なお、 補助ポンプ 1 0 8と配管 1 1 3は、 半導体製造工場のクリーンエリア以 外に、 その他の部分はクリーンエリア内に設置した。
(実施例 2 )
図 3は、 本発明の真空装置を半導体プロセス装置に適用した第 2の実施例を示 したものである。
3 0 1は真空容器、 3 0 2、 3 0 3はそれぞれ真空容器 3 0 1に設けられたガ ス導入口、 ガス排気口である。 3 0 4は真空容器 3台が 1つのプラットフォーム に集積ィ匕されたクラスターツールである。 3 0 5はガスコンダクタンスを変える ことにより真空容器 3 0 1内のガス圧力を制御するための圧力調節バルブである 。 3 0 6は高真空ポンプであり、 本実施例ではネジ溝式分子ポンプを用いている 。 3 0 7は高真空ポンプ 3 0 6の背圧を低圧力に保っための低真空ポンプであり 、 本実施例ではメカニカルブースターポンプを用いている。 3 0 8は補助ポンプ であり、 本実施例ではルーツポンプを用いている。 3 0 9、 3 1 0はバルブであ り、 本実施例では電磁バルブを用いている。 3 1 1、 3 1 2、 3 1 3はガスを流 すための配管である。
実施例 1との違いは、 1台の低真空ポンプ 3 0 7でクラスターツール内の 3台 の真空容器を同時に排気することにある。 このように低真空ポンプを共通化する と、 低真空ポンプ 3 0 7の台数が 1 Z 3になり、 実施例 1の場合と比較してさら に消費電力、 装置設置面積が減少し、 コストが削減できる。
本実施例では、 1台の低真空ポンプで 3台の真空容器を同時に排気する構成に なっているが、 3台に限定されるわけではない。 (実施例 3 )
図 4は、 本発明の真空装置を半導体プロセス装置に適用した第 3の実施例を示 したものである。
4 0 1 a, 4 0 1 b、 4 0 1 cは真空容器、 4 0 2、 4 0 3はそれぞれ真空容器 4 0 1に設けられたガス導入口、 ガス排気口である。 4 0 4は真空容器 3台が 1 つのプラットフオームに集積化されたクラスターツールである。 4 0 5はガスコ ンダクタンスを変えることにより真空容器 4 0 1内のガス圧力を制御するための 圧力調節バルブである。 4 0 6は高真空ポンプであり、 本実施例ではネジ溝式分 子ポンプを用いている。 4 0 7は低真空ポンプであり、 本実施例ではメカニカル ブースタ一ポンプを用いている。 4 0 8は補助ポンプであり、 本実施例ではルー ッポンプを用いている。 4 0 9、 4 1 0はバルブであり、 本実施例では電磁バル ブを用いている。 4 1 1、 4 1 2、 4 1 3、 4 1 4はガスを流すための配管であ る。
真空容器 4 0 l a、 4 0 1 bはポリシリコンのプラズマ C VD装置であり、 53. 33Pa (400mTorr) 以上の比較的高い圧力でプロセスが行われる。 4 0 1 cはポリシリ コンのエッチング装置であり、 4. 00Pa (30mTorr) の低圧力でプロセスが行われる 。 実施例 1との違いは、 クラスターツール内の 2台の真空容器 4 0 l a、 4 0 1 b には、 高真空ポンプが接続されておらず、 直接低真空ポンプで排気するようにな つていることである。 これは、 プロセスが 53. 33Pa (400mTorr) 以上の比較的高 い圧力で行われるため、 低真空領域での排気能力が必要ないためである。 このよ うに、 比較的高い圧力でプロセスが行われる場合は、 高真空ポンプを装着しない ことにより、 実施例 1の場合と比較してさらに消費電力、 装置設置面積が減少し 、 コストが削減できる。
(実施例 4 )
図 5は、 本発明の真空装置を半導体プロセス装置に適用した第 4の実施例を示 したものである。
図 5には、 実施例 1との変更点のみが示されている。 5 0 1は補助ポンプであ り、本実施例では実施例 1とおなじ 2000 L/minのル一ッポンプが 2台並列に接続 されている。 5 0 2、 5 0 3、 5 0 4はバルブであり、 本実施例では 5 0 2は電 動バルブ、 5 0 3、 5 0 4は手動バルブである。 5 0 5、 5 0 6は、 ガスを流す ための配管である。 配管 5 0 6内は、 ほぼ大気圧となっている。
実施例 1〜3では、 1台の補助ポンプで多数の真空容器の排気を行っていたた め、 補助ポンプが故障すると多数の真空容器が同時に使用不能となってしまう問 題があった。 本実施例では、 通常は、 バルブ 5 0 3、 5 0 4は常時開いており、 2台の補助ポンプで同時に排気を行っている。 片方の補助ポンプ 5 0 1が故障し た場合は、 その前後のバルブ 5 0 3と 5 0 4を閉じて、 ポンプ交換作業、 または 修理を行う。 この間は、 もう片方の補助ポンプのみで排気を行う。 すなわち、 片 方の補助ポンプが故障しても、 全く支障なく装置を使用できる。
(実施例 5 )
図 6は、 本発明の真空装置を半導体プロセス装置に適用した第 5の実施例を示 したものである。 これは、 実施例 2の装置に、 真空容器内を大気圧から減圧に排 気する際に使用する粗弓 気系を付カ卩したものである。 ここでは、 実施例 2との 変更点のみを説明する。
6 0 1は粗引ポンプであり、 本実施例では 360 L/minのスクロールポンプを用 いた。 このポンプの消費電力は 0. 45 kWと小さく、 非常に小型である。 到達真空 度は 1. 33Pa (lOmTorr) である。 6 0 2、 6 0 3はバルブであり、 本実施例では 電動バルブを用いている。 6 0 4は配管であり、 本実施例では直径 9. 525 ram (
3 8インチ）のステンレス管を用いている。 6 0 5は配管であり、内部はほぼ大 気圧となっている。
真空容器内部のメンテナンスなどを行う際には、 真空容器内部を大気解放する 必要がある。 再び真空容器内部を真空引きする際に排気系に大量の大気が流れる と、 低真空ポンプの背圧が上昇して他の真空容器に影響を及ぼす可能性がある。 本実施例では、 粗引排気系を新たに付加することにより、 この問題を解決してい る。
真空容器を大気解放している状態では、 該当する高真空ポンプは停止しており 、 該当するバルブ 6 0 2およびバルブ 6 0 3は閉じた状態になっている。 真空容 器内を真空引きする際には、 バルブ 6 0 3が閉じた状態でバルブ 6 0 2を開き、 配管 6 0 4を通して粗引ポンプ 6 0 1により大気を排気する。 その後、 真空容器 内部の圧力が 2666〜7999Pa (数 10 Torr) 程度まで減少したら、 バルブ 6 0 2を 閉じてバルブ 6 0 3を開く。 その後、 高真空ポンプを起動し、 通常の運転状態に 復帰する。
また、 本実施例においては、 クラスターツール内で同時に 2台以上の真空容器 でプロセスを行わないようにすれば、. プロセスを行っていない真空容器のバルブ 6 0 3を閉じて粗引きポンプ 6 0 1を高真空ポンプのバックポンプとして使用す ることにより、 上記実施例 2で示した装置よりもガスの回り込みを完全に防止し て清浄度を向上させることができる。
なお、 本実施例は、 粗引排気系を実施例 2の装置に付加したものであるが、 実 施例 1〜4の装置に付加しても同様の効果が得られる。 また、 本実施例では、 配 管 6 0 4を高真空ポンプの排気側に接続しているが、 真空容器に直接接続しても かまわないし、 低真空ポンプの排気側に接続してもかまわない。
(実施例 6 )
図 Ίは、 本発明の真空装置を半導体プロセス装置に適用した第 6の実施例を示 したものである。 これは、 実施例 2の装置に、 真空容器内を大気圧から減圧に排 気する際に使用する粗引用排気経路を付カ卩したものである。 ここでは、 実施例 2 との変更点のみを説明する。
7 0 1、 7 0 2はバルブであり、 本実施例では電動バルブを用いた。 7 0 3は 配管であり、 本実施例では直径 3. 175mm ( 1ノ 8インチ） のステンレス管を用 いている。
真空容器を大気解放している状態では、 該当する高真空ポンプは停止しており 、 該当するバルブ 7 0 1およびバルブ 7 0 2は閉じた状態になっている。 真空容 器内を真空引きする際には、 バルブ 7 0 2が閉じた状態でバルブ 7 0 1を開き、 配管 7 0 3を通して低真空ポンプにより大気を排気する。 このとき、 配管 7 0 3 は内径が小さくガスコンダクタンスが小さいため、 低真空ポンプに流れ込むガス の流量が抑制され、 低真空ポンプの背圧の上昇が抑えられる。 その後、 真空容器 内部の圧力が 2666〜7999Pa (数 10 Torr) 程度まで減少したら、 バルブ 7 0 1を 閉じてバルブ 7 0 2を開く。 その後、 高真空ポンプを起動し、 通常の運転状態に 復帰する。
なお、 本実施例は、 粗引用排気経路を実施例 2の装置に付加したものであるが 、 実施例 1〜4の装置に付加しても同様の効果が得られる。
(実施例 7 )
図 8は、 本発明の真空装置を半導体プロセス装置に適用した第 7の実施例を示 したものである。 この実施例 7は実施例 2の装置に、 ガスの一部を取り除く手段 と、 真空容器との間の配管を 9 0 °C以上に加熱する手段を備えたものである。 図 8で、 8 0 1、 8 0 2はヒータ付きのバルブであり、 8 0 3、 8 0 4はヒー タ付きの配管である。 これら酉己管 8 0 3、 8 0 4はラバーヒータ 8 0 9により覆 われており、 真空装置を使用するときには常に^^を 9 0 °C以上に保つような構 成である。 なお、 8 0 5、 8 0 6は通常の配管である。 8 0 7は水冷式トラップ である。 また、 8 0 8は、 上記実施例 2について示す図 3の補助ポンプ 3 0 8に 対応する補助ポンプである。
プラズマ C V D装置やブラズマエツチング装置では、 真空容器中での処理の後 に発生する排気ガス中に析出性の副生成物などが多く含まれる。 これらの物質は 真空容器中では気相成分と排気ガス中に含まれるが、 配管を経るうちに冷やされ 、 固相成分に変化して、 配管の内部に付着する場合がある。 このような付着物は 真空ポンプの排気性能低下や装置自体の故障の原因となる。 このような付着物は 配管の断面積を小さくするので排気のコンダクタンスを小さくしてしまうといつ た問題も包含しており、 付着しないような対策を取ることが望ましい。
本実施例では、 この付着の原因となるガス状の成分を取り除くための手段とし て、 水冷式トラップ 8 0 7を備えている。 さらに、 この水冷式トラップ 8 0 7ま での配管を付着物が発生しない程度の に加熱しておくことで、 水冷式トラッ プ 8 0 7までの配管内での付着を予防することもできる。
本実施例では、 排気ガス中の析出性の成分を取り除く手段として水冷式トラッ プ 8 0 7を用いて構成したが、 これに限定されるものではないことは言うまでも ない。 また加熱手段についても排気経路で排気ガスと接触する部分を少なくとも 9 0 °C以上に加熱できる手段であればよく、 セラミックヒータを用いるなど、 実 施例のラバーヒータに限定されるものではないことも同様である。
また、 本実施例は実施例 2の装置に付カ卩したものとして説明したが、 前述した 他の実施例の装置に付加しても同様の効果が得られる。
以上説明したように、 本発明によれば、 装置消費電力および装置専有面積が小 さく、 不純物ガスが排気系から真空容器内にまわり込むことがなく、 大流量ガス を流し得る真空装置が実現できる。
さらに、 排気ガス中に含有する析出性の副生成物を有効に取り除く手段を設け ることで、 長期間に亘りお気コンダクタンスを好ましい状態に維持できる真空装 置とすることもできる。

Claims

請求の範囲
1 . ガス導入口と排気口を備える複数の真空容器と、 該ガス導入口から該真空 容器内に所望のガスを導入するためのガス供給システムと、 該真空容器内を減圧 に保っための排気システムを備える真空装置において、
該排気システムは、 直列に多段に接続された複数の真空ポンプを有し、 最終段真空ポンプの排気口圧力は、 略大気圧であり、
該最終段真空ポンプは、 1台あたり複数の前段真空ポンプからのガスを排気す るように構成されている真空装置。
2 . ガス導入口と排気口を備える複数の真空容器と、 該ガス導入口から該真空 容器内に所望のガスを導入するためのガス供給システムと、 該真空容器内を減圧 に保っための排気システムを備える真空装置において、
該排気システムは、 該複数の真空容器の排気口にそれぞれ接続された複数の初 段真空ポンプと、 該初段真空ポンプの下流に接続された中段真空ポンプと、 該中 段真空ポンプの下流に接続された終段真空ポンプを有し、
該終段真空ポンプの排気口圧力は、 略大気圧であり、
該終段真空ポンプは、 1台あたり複数の該中段真空ポンプからのガスを排気す るように構成されている真空装置。
3 . 前記中段真空ポンプの少なくとも 1台は、 1台あたり複数の前記初段真空 ポンプからのガスを排気するように構成されている請求項 2に記載の真空装置。
4 . 前記真空容器内を略大気圧から減圧に排気する目的で、 該真空容器の排気 口、 あるいは該真空容器の排気口に接続された真空ポンプの下流側に、 バルブを 介して粗引用真空ポンプが接続されており、
該粗引用真空ポンプの排気口圧力は、 略大気圧である請求項 1から 3のいずれ かに記載の真空装置。
5. 前記最終段真空ポンプが複数並列に設けられている請求項 1から 4のいず れかに記載の真空装置。
6. 前記最終段真空ポンプとその前段の真空ポンプの間には、 ガスの一部を取 り除く手段が設けられている請求項 1力 5いずれかに記載の真空装置。
7. 前記真空容器と前記ガスの一部を取り除く手段との間のガス排気経路のガ ス接触部を、 少なくとも 90°C以上に加熱する手段が設けられている請求項 6に 記載の真空装置。
8. 前記最終段真空ポンプの吸気口到達圧力が 6.67X 103 Pa (50 Torr ) 以下である請求項 1から 7いずれかに記載の真空装置。
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