(57)【要約】【課題】真空ポンプを制御することなく、簡単な構成で真空チャンバ内の真空度を一定に保持することができる真空排気ユニットを提供する。【解決手段】真空排気ユニット１０は、チャンバ７０の内部を真空引きする第１の真空ポンプ２０と、第１の真空ポンプ２０が作動できる圧力までチャンバ７０を真空引きする、第１の真空ポンプ２０よりも到達圧力が高い第２の真空ポンプ３０と、チャンバ７０と第１の真空ポンプ２０の吸気口２１とを接続し、チャンバ７０と共に第１の真空領域を形成する第１の導管４１と、第１の真空ポンプの排気口２２と第２の真空ポンプ３０の吸気口３１とを接続し、第１の真空領域より圧力が高い第２の真空領域を形成する第２の導管４２と、第２の真空領域と第１の真空領域とを接続すると共にバルブを有し、バルブが開状態のとき、第２の真空領域の気体を第１の真空領域に導く第３の導管４３とを備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
チャンバの内部を真空引きする第１の真空ポンプと、
前記チャンバと前記第１の真空ポンプの吸気口とを接続し、前記チャンバと共に第１の真空領域を形成する第１の導管と、
一方が前記第１の真空領域に接続され他方が前記第１の真空領域より圧力が高い第２の真空領域に接続されると共にバルブを有し、前記バルブが開状態のとき、前記第２の真空領域の気体を前記第１の真空領域に導く気体導入用導管と、
前記第２の真空領域に接続された第２の真空ポンプと、
を備えることを特徴とする真空排気ユニット。
【請求項２】
前記第１の真空ポンプの排気口と前記第２の真空ポンプの吸気口とを接続する第２の導管をさらに備え、
前記気体導入用導管の他方は、前記第２の真空領域としての前記第２の導管に接続されていることを特徴とする請求項１に記載の真空排気ユニット。
【請求項３】
前記第２の真空ポンプは、前記第１の真空ポンプよりも到達圧力が高く、前記第１の真空ポンプが作動できる圧力まで前記チャンバを真空引きすることを特徴とする請求項２に記載の真空排気ユニット。
【請求項４】
前記気体導入用導管の他方は、前記第２の真空ポンプにより真空引きされた第２の真空領域としての第２のチャンバに接続されていることを特徴とする請求項１に記載の真空排気ユニット。
【請求項５】
前記気体導入用導管の一方は、前記第１の導管に接続されていることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の真空排気ユニット。
【請求項６】
前記気体導入用導管の一方は、前記チャンバに接続されていることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の真空排気ユニット。
【請求項７】
前記第１の真空ポンプは、ターボ分子ポンプ、クライオポンプ又はディフュージョンポンプのいずれかからなることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の真空排気ユニット。
【請求項８】
前記第２の真空ポンプは、ロータリーポンプ、高真空ダイヤフラムポンプ又はドライ真空ポンプのいずれかからなることを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載の真空排気ユニット。
【請求項９】
チャンバの内部を真空引きする第１の真空ポンプと、
前記チャンバと前記第１の真空ポンプの吸気口とを接続し、前記チャンバと共に第１の真空領域を形成する第１の導管と、
一方が前記第１の真空領域に接続され他方が前記第１の真空領域より圧力が高い第２の真空領域に接続されると共にバルブを有し、前記バルブが開状態のとき、前記第２の真空領域の気体を前記第１の真空領域に導く気体導入用導管と、
前記第２の真空領域に接続された第２の真空ポンプと、
を備えた真空排気ユニットを用いて、前記チャンバ内の圧力を制御する方法であって、
前記第１の真空ポンプを作動させて、前記チャンバを真空引きする工程と、
前記第２の真空ポンプを作動させて、前記第２の真空領域を真空引きする工程と、
前記第２の真空領域の気体を前記第１の真空領域に導いて、前記チャンバ内の圧力をほぼ一定に維持する工程と、
を含む真空制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、真空排気ユニット及び真空制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
真空チャンバを備えた半導体製造装置や昇華精製装置には、真空チャンバ内の真空度が一定になるように制御されているものがある。例えば、真空ポンプの回転数を制御して、真空チャンバ内の真空度を一定に保持する機構が知られている（例えば、特許文献１を参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００１−３０８０１３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
真空チャンバ内の真空度を一定の真空度、例えば１０−４Ｐａ程度の高真空で保持する場合、特許文献１に記載の機構のように、ターボ分子ポンプの回転数を制御することが考えられるが、回転数を制御できるターボ分子ポンプは高価であるため、コストが高くなってしまう。また、他の方法として、真空チャンバ内の圧力より高い圧力の気体、例えば大気圧と同等の圧力の気体を、該真空チャンバ内に導入することにより、真空チャンバ内の真空度を一定に保持することも考えられる。しかし、１０−４Ｐａ程度の高真空状態の真空チャンバに、大気圧と同等の圧力の気体をリーク弁で導入する場合、微量の気体を導入するだけで真空度は大きく変化してしまうので、チャンバ内を一定の真空度に制御する事が難しい。
【０００５】
本発明は、このような問題点に着目してなされたもので、真空ポンプを制御することなく、簡単な構成で真空チャンバ内の真空度を一定に保持することができる真空排気ユニット及び真空制御方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
前記目的を達成するために、本発明の第１の観点に係る真空排気ユニットは、
チャンバの内部を真空引きする第１の真空ポンプと、
前記チャンバと前記第１の真空ポンプの吸気口とを接続し、前記チャンバと共に第１の真空領域を形成する第１の導管と、
一方が前記第１の真空領域に接続され他方が前記第１の真空領域より圧力が高い第２の真空領域に接続されると共にバルブを有し、前記バルブが開状態のとき、前記第２の真空領域の気体を前記第１の真空領域に導く気体導入用導管と、
前記第２の真空領域に接続された第２の真空ポンプと、
を備えることを特徴とする。
【０００７】
前記第１の真空ポンプの排気口と前記第２の真空ポンプの吸気口とを接続する第２の導管をさらに備え、
前記気体導入用導管の他方は、前記第２の真空領域としての前記第２の導管に接続されていてもよい。
【０００８】
前記第２の真空ポンプは、前記第１の真空ポンプよりも到達圧力が高く、前記第１の真空ポンプが作動できる圧力まで前記チャンバを真空引きするようにしてもよい。
【０００９】
前記気体導入用導管の他方は、前記第２の真空ポンプにより真空引きされた第２の真空領域としての第２のチャンバに接続されていてもよい。
【００１０】
前記気体導入用導管の一方は、前記第１の導管に接続されていてもよい。
【００１１】
前記気体導入用導管の一方は、前記チャンバに接続されていてもよい。
【００１２】
前記第１の真空ポンプは、ターボ分子ポンプ、クライオポンプ又はディフュージョンポンプのいずれかであってもよい。
【００１３】
前記第２の真空ポンプは、ロータリーポンプ、高真空ダイヤフラムポンプ又はドライ真空ポンプのいずれかであってもよい。
【００１４】
前記目的を達成するために、本発明の第２の観点に係る真空制御方法は、
チャンバの内部を真空引きする第１の真空ポンプと、
前記チャンバと前記第１の真空ポンプの吸気口とを接続し、前記チャンバと共に第１の真空領域を形成する第１の導管と、
一方が前記第１の真空領域に接続され他方が前記第１の真空領域より圧力が高い第２の真空領域に接続されると共にバルブを有し、前記バルブが開状態のとき、前記第２の真空領域の気体を前記第１の真空領域に導く気体導入用導管と、
前記第２の真空領域に接続された第２の真空ポンプと、
を備えた真空排気ユニットを用いて、前記チャンバ内の圧力を制御する方法であって、
前記第１の真空ポンプを作動させて、前記チャンバを真空引きする工程と、
前記第２の真空ポンプを作動させて、前記第２の真空領域を真空引きする工程と、
前記第２の真空領域の気体を前記第１の真空領域に導いて、前記チャンバ内の圧力をほぼ一定に維持する工程と、
を含むことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、真空ポンプを制御することなく、簡単な構成で真空チャンバ内の真空度を一定に保持することができる真空排気ユニット及び真空制御方法を提供する。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る真空排気ユニットの構成図である。
【図２】本発明の第１の実施形態に係る真空排気ユニットを用いて真空チャンバの真空度を制御した場合の真空度と経過時間とを示すグラフである。
【図３】本発明の第２の実施形態に係る真空排気ユニットの構成図である。
【図４】他の実施形態に係る真空排気ユニットの構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明の好適な実施形態に係る真空排気ユニットについて図を参照して説明する。尚、真空とは、本明細書において、外気と隔絶され、かつ減圧された雰囲気を意味するものとして定義する。
【００１８】
（第１の実施形態）
本実施形態の真空排気ユニット１０は後述する第１真空チャンバ７０に接続されて、第１真空チャンバ７０の真空度を所定の値に維持する装置である。真空排気ユニット１０は、図１に示すように、ターボ分子ポンプ２０と、第１ロータリーポンプ３０と、第１導管４１と、第２導管４２と、第３導管４３と、第１バルブ５１と、第２バルブ５２と、第３バルブ５３と、真空解除バルブ６１と、制御装置１００と、を備えている。
【００１９】
ターボ分子ポンプ２０は、主真空ポンプとして、第１真空チャンバ７０内部を真空引きするポンプであり、第１真空チャンバ７０内部の圧力を、例えば１０−４Ｐａ程度まで到達させることができる。ターボ分子ポンプ２０は、タービン翼を有するロータを高速で回転させることで、気体分子を圧縮して排気する。ターボ分子ポンプ２０の吸気口２１には、他方が第１真空チャンバ７０に接続されている第１導管４１が接続されている。また、ターボ分子ポンプ２０の排気口２２には、他方が第１ロータリーポンプ３０に接続されている第２導管４２が接続されている。尚、主真空ポンプは、ターボ分子ポンプ２０に限定されるものではなく、クライオポンプ又はディフュージョンポンプであってもよい。
【００２０】
第１ロータリーポンプ３０は、補助真空ポンプとして、ターボ分子ポンプ２０が作動できる圧力まで第１真空チャンバ７０を真空引きするポンプである。第１ロータリーポンプ３０の吸気口３１には、第２導管４２が接続されている。また、第１ロータリーポンプ３０は、作動することによって、第２導管４２内部を所定の圧力、例えば１Ｐａ程度まで減圧し、第２導管４２内部の気体を排気口３２から排気する。尚、補助真空ポンプは、ロータリーポンプに限定されるものではなく、高真空ダイヤフラムポンプ、ドライ真空ポンプ等を使用してもよい。
【００２１】
第１バルブ５１は、第１導管４１に配設された、二方弁である。第１バルブ５１は、自動で開閉することができる自動弁であり、弁開度を調節することで第１導管４１の開閉、及び第１導管４１の流量を変更することができる。第２バルブ５２は、第２導管４２に配設された、二方弁である。第２バルブ５２は、自動で開閉することができる自動弁であり、弁開度を調節することで第２導管４２の開閉、及び第２導管４２の流量を変更することができる。
【００２２】
第１導管４１と、第２導管４２は、第３導管４３で接続されている。第１導管４１と第３導管４３、及び第２導管４２と第３導管４３は、図示しない継手又は分岐管で接続されている。第３バルブ５３は、第３導管４３に配設された、自動で開閉することができる自動弁であり、弁開度を調節することで第３導管４３の開閉、及び第３導管４３の流量を変更することができる。尚、第２導管４２と第３導管４３は、ターボ分子ポンプ２０と第２バルブ５２との間で接続されることが好ましい。このようにすれば、第２バルブ５２を閉じることにより、作動中に発生した第１ロータリーポンプ３０の油の蒸気が、第３導管４３を通って第１導管４１及び第１真空チャンバ７０に進入することを防ぐことができる。
【００２３】
第２導管４２の、第２バルブ５２と第１ロータリーポンプ３０との間には、真空解除バルブ６１が接続されている。真空解除バルブ６１は、自動で開閉することができる自動弁である。真空排気ユニット１０を停止させた後に真空解除バルブ６１を開くと、各導管及び第１真空チャンバ７０内の陰圧を解除することができる。尚、真空解除バルブ６１の配設場所は、これに限定されるものではなく、第１導管４１や第３導管４３などに配設されていてもよい。
【００２４】
制御装置１００は、コンピュータから構成され、真空排気ユニット１０の動作を制御する。具体的には、制御装置１００は、制御装置１００内の記憶部に記憶された制御プログラムにしたがって、ターボ分子ポンプ２０の作動、第１ロータリーポンプ３０の作動、第１、第２及び第３バルブ５１、５２、５３の開閉、真空解除バルブ６１の開閉、後述する真空センサ７１の作動等を制御するための制御信号を各部に供給することにより、図示しないドライバ駆動回路等を介して真空排気ユニット１０の動作を制御する。
【００２５】
以上のように構成された真空排気ユニット１０は、第１導管４１を介して第１真空チャンバ７０に着脱可能に連結される。第１真空チャンバ７０は、所定の容積を有しており、真空を利用して、例えば水分、溶剤等の真空乾燥、例えば、不純物が混入している原料を物質の昇華温度・堆積温度の差異を用いて精製する昇華精製装置などに利用されるチャンバである。第１真空チャンバ７０には、収容された材料を加熱して昇華を促進するための、図示しないヒータが配設されていてもよい。第１真空チャンバ７０には、第１真空チャンバ７０内の真空度を計測するための、真空センサ７１が配設されている。
【００２６】
第１真空チャンバ７０に連結された真空排気ユニット１０は、ターボ分子ポンプ２０及び第１ロータリーポンプ３０を作動させることによって、第１真空チャンバ７０内部を所定の真空度（第１真空チャンバ７０を使用する場合のあらかじめ設定された第１真空チャンバ７０内部の真空度）に減圧する。第１真空チャンバ７０が使用されている時には、ターボ分子ポンプ２０と第１ロータリーポンプ３０とが連続運転される。
【００２７】
次に、図２を用いて、本実施形態に係る真空排気ユニット１０を用いた真空チャンバの真空制御方法について説明する。図２の実線は、本実施形態に係る真空排気ユニット１０を用いた真空チャンバの真空制御方法で真空度を制御した場合の真空度と経過時間とを示すグラフである。図２の二点鎖線は、本実施形態に係る真空制御方法によって真空チャンバの真空制御を行わない場合の真空度と経過時間とを示すグラフである。
【００２８】
まず、真空排気ユニット１０（図１参照）の電源を投入する。制御装置１００は、第１バルブ５１及び第２バルブ５２を開き、ターボ分子ポンプ２０を介して第１真空チャンバ７０と第１ロータリーポンプ３０とを連通させる。そして、第１ロータリーポンプ３０を作動させて、第１真空チャンバ７０内部の圧力を、大気圧（１．０１×１０５Ｐａ）からターボ分子ポンプ２０が作動できる所定の圧力、例えば３００Ｐａまで減圧させる。第１真空チャンバ７０内部の圧力が３００Ｐａに到達したら、制御装置１００は、ターボ分子ポンプ２０を作動させる。
【００２９】
そして、図２のａに示すように、第１真空チャンバ７０内部の圧力が例えば１０−４Ｐａ程度まで下がると、制御装置１００は、第３バルブ５３を所定の開度で開く。このとき、図１に示す第１導管４１内部の圧力は、第１真空チャンバ７０の内部と同様に、１０−４Ｐａ程度である。一方、第２導管４２内部の圧力は、上述のとおり、１Ｐａ程度である。第２導管４２内部の圧力が、第１導管４１内部の圧力よりも高いため、第２導管４２内部の気体は、第３導管４３及び第１導管４１を経由して第１真空チャンバ７０内部に流入する。
【００３０】
そして、ターボ分子ポンプ２０が第１真空チャンバ７０から吸気する気体の量と、第２導管４２から第１真空チャンバ７０に流入する気体の量とが平衡することにより、図２のｂに示すように、第１真空チャンバ７０内部の真空度が一定となる。
【００３１】
また、第３バルブ５３の開度を大きくすると、図２のｃに示すように、ｂよりも高い圧力で、第１真空チャンバ７０内部の真空度が一定となる。
【００３２】
以上説明したように、第１真空チャンバ７０内部の圧力は、第３バルブ５３の流量を調整することによって、一定になるよう制御される。このとき、第１真空チャンバ７０内部の圧力（１０−４Ｐａ程度、すなわち、絶対真空０Ｐａに近い圧力）と大気圧（１．０１×１０５Ｐａ程度）との差は、およそ１０５Ｐａであるのに対し、第１真空チャンバ７０内部の圧力（１０−４Ｐａ程度、すなわち、絶対真空０Ｐａに近い圧力）と第２導管４２内部の圧力（１Ｐａ程度）との差は、およそ１Ｐａである。つまり、大気圧に比べて、第２導管４２内部の圧力の方が、第１真空チャンバ７０内部の圧力に近い。したがって、比較的簡単な第３バルブ５３の流量の調整で、第１真空チャンバ７０内部の圧力を一定にすることができる。
【００３３】
以上説明したように、本実施形態の真空排気ユニット１０によれば、補助真空ポンプである第１ロータリーポンプ３０によって減圧された第２導管４２内部の気体を、主真空ポンプであるターボ分子ポンプ２０で減圧された第１導管４１内に導入したので、第３バルブ５３の簡単な調整で、第１真空チャンバ７０内部の圧力を一定にすることができる。
【００３４】
また、第３バルブ５３の開度を調整するだけで、第１真空チャンバ７０内部を所望の圧力で維持することができる。
【００３５】
（第２の実施形態）
次に、この発明の第２の実施形態について、図面を用いて説明する。
【００３６】
真空排気ユニット１０’の基本的な構成は、第１の実施形態と同様である。この実施形態では、第３導管４３に第２チャンバと第２ロータリーポンプ９１を配設した点が上記第１の実施形態とは異なる。尚、上記の実施形態の真空排気ユニット１０と共通する構成については、同一又は対応する符号を付す。
【００３７】
真空排気ユニット１０’は、図３に示すように、ターボ分子ポンプ２０と、第１ロータリーポンプ３０と、第１導管４１と、第２導管４２と、第３導管４３と、第５導管４５と、第１バルブ５１と、第２バルブ５２と、第３バルブ５３と、第４バルブ５４と、真空解除バルブ６１と、第２真空チャンバ９０と、第２ロータリーポンプ９１と、制御装置１００と、を備えている。
【００３８】
第２真空チャンバ９０は、所定の容積を有するチャンバであり、第３導管４３を介して第１導管４１に接続されている。第３バルブ５３は、第３導管４３に配設された、自動で開閉することができる自動弁であり、弁開度を調節することで第３導管４３の開閉、及び第３導管４３の流量を変更することができる。
【００３９】
第２真空チャンバ９０には、第５導管４５を介して、第２ロータリーポンプ９１の吸気口９２が接続されている。第２ロータリーポンプ９１は、第１の実施形態の第１ロータリーポンプ３０と同様のロータリーポンプである。第２ロータリーポンプ９１は、第２真空チャンバ９０を真空引きし、第２の真空チャンバ９０内部の気体を排気口９３から排気する。第２ロータリーポンプ９１は、第２の真空チャンバ９０内部の圧力を所定の圧力、例えば１．０Ｐａ程度に減圧する。尚、第１導管４１に導入する気体の量が不足しないようにするため、第２真空チャンバ９０に、図示しない不活性ガス発生装置を接続して、第２ロータリーポンプ９１が吸気する気体の量より小さい量の不活性ガスを導入するようにしてもよい。
【００４０】
次に、本実施形態に係る真空排気ユニット１０’を用いた真空チャンバの真空制御方法について説明する。
【００４１】
まず、真空排気ユニット１０’（図３参照）の電源を投入する。制御装置１００は、第１バルブ５１及び第２バルブ５２を開き、ターボ分子ポンプ２０を介して第１真空チャンバ７０と第１ロータリーポンプ３０とを連通させる。そして、第１ロータリーポンプ３０を作動させて、第１真空チャンバ７０内部の圧力を、大気圧（１．０１×１０５Ｐａ）からターボ分子ポンプ２０が作動できる所定の圧力、例えば３００Ｐａまで減圧させる。第１真空チャンバ７０内部の圧力が３００Ｐａに到達したら、制御装置１００は、ターボ分子ポンプ２０を作動させる。
【００４２】
そして、第１真空チャンバ７０の圧力が例えば１０−４Ｐａ程度まで下がると（図２のａ参照）、制御装置１００は、第２ロータリーポンプ９１を作動させて、第２真空チャンバ９０内部の圧力を、例えば１．０Ｐａまで減圧する。その後、第３バルブ５３を所定の開度で開く。このとき、図３に示す第１導管４１内の圧力は、第１真空チャンバ７０の内部と同様に、１０−４Ｐａ程度である。一方、第２真空チャンバ９０内部の圧力は、上述のとおり、１．０Ｐａ程度である。第２真空チャンバ９０内の圧力が、第１導管４１内の圧力よりも高いため、第２真空チャンバ９０内の気体は、第３導管４３及び第１導管４１を経由して第１真空チャンバ７０内部に流入する。
【００４３】
そして、ターボ分子ポンプ２０が第１真空チャンバ７０から吸気する気体の量と、第２真空チャンバ９０から第１真空チャンバ７０に流入する気体の量とが平衡することにより、第１真空チャンバ７０内部の真空度が一定となる。
【００４４】
以上説明したように、本実施形態の真空排気ユニット１０’によれば、第２真空チャンバ９０を、第３導管４３を介して第１導管４１に接続した。そして、第２ロータリーポンプ９１で第２真空チャンバ９０を真空引きして、減圧された気体を第１導管４１に導入した。これにより、第３バルブ５３の簡単な調整で、第１真空チャンバ７０内部の圧力を一定にすることができる。
【００４５】
以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明は係る特定の実施形態に限定されるものではなく、本発明には、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲が含まれる。
【００４６】
例えば、上記の第１の実施形態では、第１導管４１と第２導管４２とを、第３導管４３で接続し、第２導管４２の気体を第１導管４１へ導くように構成されていたが、これに限定されるものではない。図４に示すように、第２導管４２と第１真空チャンバ７０とを、第３導管４３で接続して、第２導管４２の気体を第１真空チャンバ７０へ導くように構成してもよい。
【００４７】
また、上記の第１の実施形態では、第２導管４２の気体を、第３導管４３を経由して第１導管４１にそのまま導いているが、これに限定されるものではない。例えば、第３バルブ５３の第１導管４１に接続される側に、フィルタを設けてもよい。これにより、第１ロータリーポンプ３０内で発生した油分や塵などが第１導管及び真空チャンバに進入することを防止する。
【００４８】
また、上記の実施形態では、第１乃至第４バルブ５１〜５４を自動弁としたが、これに限定されるものではない。各バルブを手動弁としてもよい。
【符号の説明】
【００４９】
１０、１０’  真空排気ユニット
２０  ターボ分子ポンプ
２１  吸気口
２２  排気口
３０  第１ロータリーポンプ
３１  吸気口
３２  排気口
４１  第１導管
４２  第２導管
４３  第３導管
４４  第４導管
４５  第５導管
５１  第１バルブ
５２  第２バルブ
５３  第３バルブ
５４  第４バルブ
６１  真空解除バルブ
７０  第１真空チャンバ
７１  真空センサ
９０  第２真空チャンバ
９１  第２ロータリーポンプ
９２  吸気口
９３  排気口
１００  制御装置
【図１】
2014159779.tif 000003
【図２】
2014159779.tif 000004
【図３】
2014159779.tif 000005
【図４】
2014159779.tif 000006