(57)【要約】【課題】本発明は、大気開放時に要する時間を抑制しつつ、圧力勾配の発生に基づくパーティクルの巻上げ防止を可能とする真空処理装置の提供を目的とする。【解決手段】上記目的を達成するために、給気管からのガス導入によるロードロック室の大気開放のときに、ロードロック室内の圧力が所定の第１の圧力まで上昇したときに、排気管を用いたロードロック室内の排気を開始し、第１の圧力より高い第２の圧力まで、ロードロック室内の圧力が上昇したときに、排気管を用いた排気を停止する真空処理装置を提案する。【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
真空室に連結され、当該真空室内に試料を導入するときに、当該試料雰囲気を真空排気するロードロック室と、当該ロードロック室内にガスを導入する給気管と、当該ロードロック室内の気体を排気する排気管と、当該給気管及び排気管による給排気を制御する制御装置を備えた真空処理装置において、
前記ロードロック室内の圧力を検出する検出器を備え、
前記制御装置は、前記給気管からのガス導入による前記ロードロック室の大気開放のときに、前記ロードロック室内の圧力が所定の第１の圧力まで上昇したことを、前記検出器が検出したときに、前記排気管を用いたロードロック室内の排気を開始し、前記第１の圧力より高い第２の圧力まで、前記ロードロック室内の圧力が上昇したことを、前記検出器が検出したときに、前記排気管を用いた排気を停止し、当該排気停止後、前記ロードロック室内が大気状態となるまで、前記給気管を用いた給気を行うよう、前記給排気を制御することを特徴とする真空処理装置。
【請求項２】
請求項１において、
前記制御装置は、１０Ｐａ乃至１００００Ｐａの範囲内にて、前記排気を行うことを特徴とする真空処理装置。
【請求項３】
請求項１において、
前記ロードロック室内にて試料を支持する支持台を備え、当該支持台は、前記試料と前記ロードロック室の内壁上面との距離より、前記試料と前記ロードロック室の内壁側面との距離が大きくなるように、前記試料を支持することを特徴とする真空処理装置。
【請求項４】
請求項３において、
前記試料と前記ロードロック室の内壁上面との距離が１０mm以下、前記試料と前記ロードロック室の内壁側面との距離を１０mm以上としたことを特徴とする真空処理装置。
【請求項５】
試料を真空雰囲気内に保持する試料室と、当該試料室内での処理前後の試料を一時的に保管する真空予備室と、当該真空予備室内に保管される試料上面に乾燥した不活性ガスを注入する給気口と、前記真空予備室内に保管される試料の下方から、当該真空予備室内を真空排気する排気口と、前記真空予備室を大気開放するための大気開放口を備え、前記真空予備室内を大気開放する際に、不活性ガスを注入しながら前記排気口を開放し、試料上面に層流状態を維持しながら前記真空予備室内に所定の容積を注入後、前記排気口からの排気を停止して、大気開放を実施することを特徴とする真空処理装置。
【請求項６】
請求項５において、前記真空予備室を大気開放する際に、真空予備室圧力が１０Ｐａ〜１００００Ｐａにおいて、不活性ガスを給気弁から注入すると共に、前記排気口からの排気を行うことを特徴とする真空処理装置。
【請求項７】
請求項５において、不活性ガスを注入しながら排気をおこなっている際には、前記真空予備室内の圧力を１０Ｐａ〜１００００Ｐａに維持するよう前記フッ活性ガス流量を注入することを特徴とする真空処理装置。
【請求項８】
請求項５において、真空予備室の圧力が１００００Ｐａの状態において容積を置換えする不活性ガスを排気してから大気開放を行うことを特徴とする真空処理装置。
【請求項９】
請求項７又は８において、
前記不活性ガスの導入流量を制御する流量制御装置を備えたことを特徴とする真空処理装置。
【請求項１０】
請求項５において、
前記真空予備室内の圧力を監視するための真空計を備えた真空処理装置。
【請求項１１】
請求項５において、試料と真空予備室の上蓋との距離が１０mm以下に設定されていることを特徴とする真空処理装置。
【請求項１２】
請求項５において、試料と真空予備室の側壁面との距離が１０mm以上開いていて、試料の周囲において試料上面から下面に抜ける隙間を持つことを特徴とする真空処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、真空処理装置に係り、特に、試料室に試料を導入する際に試料雰囲気を真空排気する真空予備室（ロードロック室）を備えた真空処理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
真空処理装置の１種である半導体ウェーハやマスクを、測定，検査する装置では、試料を保持する試料室に予備排気室が接続されている。試料を真空の試料室に搬入する時には、真空予備室と大気搬送系との間のゲートバルブを開き予備排気室に試料を搬入する。次に予備排気室の真空排気を行い、試料室と接続するゲートバルブを開き、試料を試料室に搬入する。処理の完了した試料は、試料室と真空予備室間のゲートバルブが開き、真空予備室へと搬出される。真空予備室が大気開放され、試料は大気搬送系により搬出される。
【０００３】
真空予備室を大気開放する時に、チャンバ内に浮遊しているパーティクル、または壁面に堆積したパーティクルが気流によって運ばれ試料に付着し製品の歩留まりを低下させる。
【０００４】
大気開放を行う際には真空予備室の圧力と注入する不活性ガスの圧力差が大きく給気弁周辺の流速が増大する。給気弁周辺の流速を下げるために給気流量を制御するスロースタートバルブや、給気口の表面積を大きくする拡散フィルタの活用が有効となる。
【０００５】
大気開放時に急激な圧力変化を避けるために給気をしながら排気を行う技術が特許文献１に開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００２−２３１７８３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
特許文献１に説明されているように、大気開放時に排気をおこないながら、給気を行うことで、急激な圧力変動を避けると共に排気の流れと共にパーティクルを排出することができる。しかしながら、給気に併せて排気も行うため、大気開放までに時間がかかる。また、真空雰囲気の圧力が低い場合には、給気と共に排気を行ったとしても、急激に発生する圧力勾配を抑制することは困難になる。即ち、大気開放時に圧力が大気圧付近まで上昇したときに、真空室内に乱流を発生させる可能性がある。
【０００８】
以下に、大気開放時に要する時間を抑制しつつ、圧力勾配の発生に基づくパーティクルの巻上げ防止を目的とする真空処理装置を説明する。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するために、給気管からのガス導入によるロードロック室の大気開放のときに、ロードロック室内の圧力が所定の第１の圧力まで上昇したときに、排気管を用いたロードロック室内の排気を開始し、第１の圧力より高い第２の圧力まで、ロードロック室内の圧力が上昇したときに、排気管を用いた排気を停止する真空処理装置を提案する。
【発明の効果】
【００１０】
上記構成によれば、大気開放に要する時間を抑制と、パーティクル巻上げの抑制の両立を実現することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】走査電子顕微鏡を含む真空処理装置の概略説明図。
【図２】大気開放プロセスを説明するフローチャート。
【図３】大気開放時のロードロック室内の経過時間と圧力の関係を説明するグラフ。
【図４】ロードロック室内の試料の配置条件を説明する図。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下に、主として、真空予備室（ロードロック室）の大気開放時の給気口を、試料の上方中心付近に配置し、拡散フィルタやスロースタートバルブなどの流量制御弁を設けた真空処理装置を説明する。しかしながら、以下に説明する大気開放に関する手法は、発明の趣旨を変えない範囲で、他の真空処理装置にも適用が可能である。また、本実施例装置では、試料と真空予備室上蓋とのクリアランスを１０mm以下とした。また、排気口は、試料下方の中心付近に配置した。更に、大気開放時に真空予備室の圧力が１０Ｐａ〜１００００Ｐａの圧力において給気と共に排気を行うと共に、この際に排気される流量は大気圧力において真空予備室の１０％以下とした。
【００１３】
更に、大気開放を行う際に、給気弁を開く際には、給気自体をコントロールするスロースタートバルブや、拡散フィルタを利用して給気口周辺の急激な圧力勾配を制御しながら真空予備室の圧力を上昇させる。真空予備室の圧力が１０Ｐａ以上となったところで、排気弁を開き、給気と共に排気を行い、浮遊しているパーティクルを気流と共に真空予備室外部へ排出する。
【００１４】
排出される容積は、真空予備室の圧力が１００００Ｐａおいて真空予備室の容量を置換えする容積とする。この際に試料と真空予備室上蓋とのクリアランスを１０mm以下とすること及び試料の周囲に１０mm以上の隙間をもち試料上面から下面に気流を作ることで給気口からの気流により試料上面に層流を保ち試料へのパーティクルの付着を抑制することができる。その後排気を止めて大気まで圧力を上昇させる。排気弁を閉める際の真空予備室の圧力は１００００Ｐａ以下として気流の乱れが発生する以前にパーティクルの排出を行う。
【００１５】
本実施例装置は、大気開放の時に、最適に排気を行うことで、大気開放時間を最短としながら、試料表面にパーティクルを付着させずに、巻き上がり、浮遊したパーティクルを効果的に排気と共に排出する装置である。
【００１６】
真空予備室の中で、試料の中心付近の上面に拡散フィルタを備えた給気管が用意される。給気管の噴出し口は試料に向かって緩やかに広がった形状を持ち粘性流領域で試料上面において層流を作り出す。給気管と試料の間にはパーティクルの要因となる可動部を設けてはならない。試料上面となる予備室の蓋は表面処理、及び洗浄により清浄に管理する。排気管は、試料の下面に配置する。試料下面にはチャンバ内が陽圧にならないように大気開放弁を設ける。
【００１７】
図１を参照して、測定，検査装置の一部を構成する真空処理装置の具体的な構成を説明する。本例の測定，検査装置は、試料室４，電子光学系を収納する鏡筒３、及び、予備排気室９を有する。試料室４と鏡筒３は接続されており、共に真空排気されている。試料室４と予備排気室９は通路５によって接続されており、通路５には試料室側ゲート弁６が設けられている。予備排気室９と大気は通路１０によって接続され、通路１０には、大気側ゲート弁１１が設けられている。
【００１８】
試料室４の底部には、試料室排気管７が接続されている。試料室排気管７には、試料室排気弁８と図示しない真空排気装置が設けられている。真空排気装置は例えば真空ポンプである。試料室排気弁８を開け、真空排気装置を運転することによって、試料室４内部は真空排気される。
【００１９】
予備排気室９の底部には、予備排気室排気管１２及び大気開放管１４が接続されている。予備排気室排気管１２には、予備排気室排気弁１３と図示しない真空排気装置が接続されている。予備排気室排気弁１３を開け、真空排気装置を運転することによって、予備排気室９内部は真空排気される。
【００２０】
大気開放管１４には、大気に接続された大気開放弁１５が設けられている。大気開放弁１５は、逆止弁であり、且つ、所定の圧力より大きくなると開き、所定の圧力より小さくなると閉じる。大気開放弁１５の作動圧は、大気圧より高ければよい。大気開放弁１５は、制御弁又はリリース弁であってよい。予備排気室９内部が大気圧より高くなり更に所定の圧力より高くなると、大気開放弁１５が開き、予備排気室９内の気体は、大気に放出される。それによって、予備排気室９内部が大気以上の設定した圧力よりも陽圧になることを防ぐ。
【００２１】
予備排気室９の天井部には、給気管１６が接続されている。給気管１６には、給気弁１７及び図示しない給気タンクが接続されている。給気弁は、スロー排気バルブ又は流量制御を併用したバルブとなる。給気弁１７を開けることによって、給気タンクより予備排気室９内に乾燥窒素が導入される。本例では、乾燥窒素を使用するが、乾燥窒素以外の乾燥した不活性ガスであってもよい。なお、本実施例の真空処理装置は、図示しない制御装置によって制御され、上述のような給排気制御、及び後述する真空処理装置に関わる構成要素の動作を制御する。
【００２２】
図１を参照して、試料１を外部から予備排気室９内に搬入し、更に試料室４に搬入する工程を説明する。試料室側ゲート弁６が閉じ予備排気室排気弁１３及び給気弁１７は閉じていて予備排気室は大気状態とする。大気側ゲート弁１１を開ける。次に、試料１を、外部から通路１０を経由して予備排気室９内に搬入し、試料ホルダ２上に固定する。大気側ゲート弁１１を閉める。予備排気室排気弁１３を開き、試料１が搬入された予備排気室９を真空排気する。試料室側ゲート弁６を開き真空状態の試料室４へ通路５を経由して試料１を試料ホルダに固定したまま搬送する。次に試料室側ゲート弁６を閉じる。
【００２３】
次に、試料室４内の試料１を予備排気室９内に搬入し大気まで搬出する工程を説明する。試料室側ゲート弁６を開ける。なお予備排気室９内は真空排気されているものとする。次に、試料ホルダ２上に保持された試料１を、試料ホルダ２と共に、通路５を経由して試料室４から予備排気室９に搬入する。次に、試料室側ゲート弁６を閉じる。予備排気室排気弁１３を閉じる。給気弁１７を開ける。それによって、乾燥窒素が予備排気室９内に注入される。予備排気室９内の圧力が大気圧となったら、大気開放弁が開く。給気弁１７を閉じて、大気側ゲート弁１１を開け、大気開放弁が閉まる。試料１を、通路１０を経由して外部に搬送する。
【００２４】
図１を参照して本実施例装置により、予備排気室を大気開放する方法を説明する。ここでは図１に示すように、試料ホルダ２上に保持された試料１が試料室４から搬出され、予備排気室９内に配置されているものとする。ステップ０１にて、試料室側ゲート弁６を閉じる。ステップ０２にて、予備排気室排気弁１３を閉じる。ステップ０３にて、予備排気給気弁１７を開ける。乾燥窒素が、予備排気室９内に導入される。乾燥窒素はスロー排気バルブ及び流量制御を併用したバルブにより流量が徐々に増加する。予備排気室９の圧力が上昇する。ステップ０４にて、予備排気室９内の圧力検出器である真空計１８にて真空予備室の圧力が１０Ｐａまで上昇したことを確認しステップ０５にて予備排気室排気弁１３を開放する。
【００２５】
予備排気室排気弁が接続する配管にはドライポンプに接続され数Ｐａの圧力が用意される。予備排気室の圧力は、給気弁１７からの流量と予備排気室排気弁１３の流量のバランスする圧力まで一旦下がり、給気弁１７からの流量の増加と共に徐々に上昇する。浮遊しているパーティクルは排気と共に予備排気室９から予備排気室配管１２を通り排出される。ステップ０６において排気時間の待ちを設定する。
【００２６】
このときに設定する待ち時間は、１０００Ｐａにおいて予備排気室の容量を置換えする容積を予備排気室排気弁が接続される排気系が排気する時間を設定する。その容積は大気状態で予備排気室９の１０％の容積となる。ステップ０７で予備排気室排気弁１３を閉じる。予備排気室９の圧力はさらに上昇しステップ０８で圧力が大気まで上昇したことを確認後、ステップ０９大気開放弁１５が開く。ステップ１０で給気弁１７を閉鎖する。
【００２７】
図３は、図２に例示したフローチャートに沿って真空処理装置の各構成要素を制御したときの真空予備室内の圧力変化を示すグラフである。なお、本実施例では、おおよそ１０００Ｐａにて予備排気室排気弁１３を閉じているが、１００００Ｐａ以下の他の圧力で閉じるようにしても良い。また、図４は、試料１と、予備排気室９内壁との位置関係を説明する図である。本実施例装置では、大気開放時における給気管１６の開口が設けられた天井部と、試料１との距離が１０mm以下とすると共に、試料１の周囲部（半導体ウェーハ縁部）と、予備排気室９の内壁側部との距離が１０mm以上とするように構成した。換言すれば、点線で示す円筒の側部から半導体ウェーハの面方向に、１０mm以上の間隔が保たれるように、試料が保持されている。なお、本実施例では、試料ホルダ２上に試料を配置する構成を説明しているが、予備排気室９と試料室４間を、試料ホルダなしで試料搬送する装置の場合は、予備排気室９内で試料を保持する試料保持機構が設けられる。
【符号の説明】
【００２８】
１  試料
２  試料ホルダ
３  電子光学系鏡筒
４  試料室
５，１０  通路
６  試料室側ゲート弁
７  試料室排気管
８  試料室排気弁
９  予備排気室
１１  大気側ゲート弁
１２  予備排気室排気管
１３  予備排気室排気弁
１４  大気開放管
１５  大気開放弁
１６  給気管
１７  給気弁
１８  真空計
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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