(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガス導入口とガス排出口とを備える真空容器と、前記真空容器の前記ガス排出口に接続され、前記真空容器内部を減圧にしまたは減圧状態に保つ少なくとも１段の真空ポンプと、前記真空ポンプのうちの最終段の真空ポンプの吐出口に介在物および他経路からの合流が無い状態で直結された、入力側を減圧するコンプレッサとを有することを特徴とする真空装置。
【請求項２】
前記真空装置容器に導入するガス量によって前記真空ポンプの段数が１段または複数段となされた請求項１に記載の真空装置。
【請求項３】
前記真空ポンプの段数が複数段である請求項１に記載の真空装置。
【請求項４】
前記最終段の真空ポンプから吐出されたガスを回収再利用するためのガス回収装置をさらに有し、
前記コンプレッサは、前記ガス回収装置におけるガス回収用コンプレッサである請求項１乃至３のいずれか１つに記載の真空装置。
【請求項５】
ガス導入口とガス排出口を備える減圧容器と、前記減圧容器内部を減圧に保つための第１の真空ポンプと、前記第１の真空ポンプの後段に接続された第２の真空ポンプと、前記第２の真空ポンプの後段に接続された第３の真空ポンプと、前記第３の真空ポンプの吐出口に介在物および他経路からの合流が無い状態で直結された、入力側を減圧するコンプレッサとを有することを特徴とする真空装置。
【請求項６】
前記第１の真空ポンプがターボ分子ポンプまたはねじ溝ポンプであり、前記第２の真空ポンプがブースターポンプであり、前記第３の真空ポンプがドライポンプである請求項５に記載の真空装置。
【請求項７】
前記第３の真空ポンプから吐出されたガスを回収再利用するためのガス回収装置をさらに有し、前記コンプレッサは該ガス回収装置におけるガス回収用コンプレッサである請求項５または６に記載の真空装置。
【請求項８】
導入するガスの供給量が所定量よりも少ないガス導入口とガス排出口とを備える減圧容器と、前記減圧容器内部を減圧に保つための第１の真空ポンプと、前記第１の真空ポンプの後段に接続された第２の真空ポンプと、前記第２の真空ポンプの吐出口に介在物および他経路からの合流が無い状態で直結された、入力側を減圧するコンプレッサとを有することを特徴とする真空装置。
【請求項９】
前記第１の真空ポンプがターボ分子ポンプまたはねじ溝ポンプであり、前記第２の真空ポンプがブースターポンプである請求項８に記載の真空装置。
【請求項１０】
前記第２の真空ポンプから吐出されたガスを回収再利用するためのガス回収装置をさらに有し、
前記コンプレッサは、前記ガス回収装置におけるガス回収用コンプレッサである請求項８または９に記載の真空装置。
【請求項１１】
前記コンプレッサに接続された真空ポンプがスクリューポンプである請求項１乃至１０のいずれか１つに記載の真空装置。
【請求項１２】
前記コンプレッサとそれが接続された真空ポンプとを直列に連動させる請求項１乃至１１のいずれか１つに記載の真空装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、真空装置に関し、特に、半導体装置やフラットパネル表示装置等の製造分野等において用いられる真空装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体製造分野のほか、多くの産業分野で、真空装置が用いられている。
【０００３】
真空装置は、一般的に真空容器と、前記真空容器内部を真空あるいは減圧状態に保つ真空ポンプとを備えている。
【０００４】
そして、真空装置はクリーンルーム内に配置されると共に、真空容器内に、所定の処理ガスを導入、排気しながら、所定の処理を行うように構成されている。
【０００５】
この種の、半導体デバイス製造装置の製造分野に用いられる複数段の真空ポンプを有する真空装置は例えば、特許文献１に開示されている。
【０００６】
この種の従来の真空装置は、反応チャンバ内部を減圧あるいは真空状態になすために、反応チャンバに第１の真空ポンプとして高真空ポンプを接続し、高真空ポンプの後段に、第２の真空ポンプとしてブースターポンプおよび第３の真空ポンプとしてバックポンプをそれぞれ配置している。
【０００７】
高真空ポンプとして一般には到達圧力（１０−７Ｔｏｒｒ以下）の分子流領域で作動する高真空ポンプが用いられている。具体的には、高真空ポンプとしては、一般にターボ分子ポンプあるいはねじ溝ポンプが用いられる。
【０００８】
ターボ分子ポンプならびにねじ溝ポンプは、一般に、小型のものでも排気速度は大きいものの、許容背圧が１Ｔｏｒｒ以下（具体的には０．５Ｔｏｒｒ以下）と小さい。このため、高真空ポンプの後段に、到達圧力が比較的低いものの、比較的低い背圧で作動する中、低真空ポンプが一〜二段設けられている。
【０００９】
例えば、高真空ポンプの後段に二段の真空ポンプが設けられる場合には、高真空ポンプの後段に中真空ポンプとしてブースターポンプ等が設けられ、さらに、ブースターポンプの後段に、到達圧力が低いものの、比較的低い背圧で作動する低真空ポンプとして、バックポンプ（ルーツ型バックポンプ等）が設けられる。
【００１０】
多くの場合、反応チャンバから排気されたガスは廃棄されるが、特にクリプトンやキセノン等の希ガスをプラズマ励起に用いた場合などは、高価な希ガスを回収することが通常行われている。その場合、バックポンプの吐出側は回収装置のコンプレッサに接続される。従来の回収装置のコンプレッサは、単に入力した気体を溜めて圧力を高め、吐出するものであった。
【００１１】
【特許文献１】特開２００２−３９０６１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
上述したように、半導体デバイス製造装置の製造に使用される真空装置においては、一般に一つの反応チャンバ（真空容器）に対して２〜３台の真空ポンプが多段に用いられている。これら真空ポンプは互いに前述のごとく構造が異なることが多いが、一般に、いずれも電気モータによって駆動される。このため、真空ポンプの使用台数が多いこの種の真空装置においては、消費電力が大きくなる。真空装置の消費電力は、結果的に半導体デバイス製造装置の製造コストに影響するため、その省電力化が望まれる。
【００１３】
特に、多段の真空ポンプのうちの最終段の低真空ポンプ（バックポンプ）には大容量が必要とされるため、その消費電力も大きい。よって、バックポンプの電力を抑えることが、真空装置全体の消費電力低減、ひいては、半導体デバイス製造装置の製造コスト削減に効果的であり、望まれることであった。
【００１４】
ここで、バックポンプの消費電力が多い理由は、一つにはその吐出側が大気であり（大気圧は７６０Ｔｏｒｒ）大気側から吸入側への逆拡散を防ぐために常時（反応チャンバが非運転中であっても）排気運転をしていなければならないこと、第二には、吸入側からは減圧されたガスが入ってくるが、その圧力を大気圧以上に高めないと該ガスが大気中には出て行かないためである。
【００１５】
したがって、本発明の課題は、消費電力を抑制することができる真空装置ならびに真空ポンプを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
本発明によれば、ガス導入口とガス排出口とを備える真空容器と、前記真空容器の前記ガス排出口に接続され、前記真空容器内部を減圧にしまたは減圧状態に保つ少なくとも１段の真空ポンプと、前記真空ポンプのうちの最終段の真空ポンプの吐出口に接続された入力側を減圧する能力を持つコンプレッサとを有することを特徴とする真空装置が得られる。
【００１７】
前記真空装置容器に導入するガス量や真空ポンプの能力によって前記真空ポンプの段数は１段または複数段とされる。
【００１８】
本発明において、最終段の真空ポンプから吐出されたガスを回収再利用するためのガス回収装置がさらに設置され、前記コンプレッサは該ガス回収装置におけるガス回収用コンプレッサであることが好ましい。
【００１９】
本発明ではまた、ガス導入口とガス排出口を備える減圧容器と、前記減圧容器に接続され該減圧容器内部を減圧にすると共に減圧状態を保つ機械構造の複数段の真空ポンプと、最終段の真空ポンプから吐出されたガスの回収再利用を行うためのガス回収装置とを有する真空装置において、前記最終段の真空ポンプの吐出口に接続され、該最終段の真空ポンプの減圧動作を補助し、該吐出口からの逆拡散を抑制するための減圧能力を持ったガス回収用コンプレッサを備えたことを特徴とする真空装置が得られる。
【００２０】
前記減圧装置に導入するガスの供給量が所定量よりも少ない場合（その場合には、ガス回収用コンプレッサの排気速度が相対的に大きく、前段の真空ポンプの所定背圧以下に排気できることになる）には、前記最終段の真空ポンプが省略されて、最終段の前段の真空ポンプから吐出されたガスが前記ガス回収装置によって回収再利用され、かつ前記ガス回収用コンプレッサが前記最終段の前段の真空ポンプの吐出口に接続される。
【００２１】
複数段の真空ポンプは、第１の真空ポンプと、前記第１の真空ポンプの後段に接続された第２の真空ポンプと、前記第２の真空ポンプの後段に接続された第３の真空ポンプとからなることがあり、その場合、前記第１の真空ポンプがターボ分子ポンプまたはねじ溝ポンプであり、前記第２の真空ポンプがブースターポンプであり、前記第３の真空ポンプがドライポンプであることが好ましい。導入するガスの供給量が所定量よりも少ない場合（その場合には、ガス回収用コンプレッサの排気速度が相対的に大きく、前段の真空ポンプの所定背圧以下に排気できることになる）には、前記第３の真空ポンプが省略されて、前記第２の真空ポンプに減圧能力を持つコンプレッサが接続される。
【００２２】
前記最後段のポンプの吐出口とくに大気側を臨む吐出口に付加的に取り付けられるコンプレッサは真空ポンプの機能を持つもの、ということもできる。
【発明の効果】
【００２３】
本発明による真空装置においては、最終段の真空ポンプの吐出口に真空ポンプの機能を持ったあるいは減圧能力を持ったガス回収用コンプレッサを接続したので、該コンプレッサが最終段の真空ポンプの減圧動作を補助し（即ち、減圧能力のあるコンプレッサが最終段真空ポンプの吐出口の圧力を下げるので、最終段真空ポンプは吸入したガスの圧力を大気圧以上まで上げる必要がなくなる）、かつ、最終段の真空ポンプの吐出口からの逆拡散を抑制する結果、従来に比べて最終段真空ポンプの消費電力を抑制することができ、その結果として半導体デバイス製造装置の製造コストを削減することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
以下、本発明の真空装置の実施例について、図面を参照して説明する。
【００２５】
図１を参照して、この真空装置は、複数の反応チャンバ１０、１１、および１２と、反応チャンバ１０、１１、および１２内部を減圧あるいは真空状態になすために、各反応チャンバ１０、１１、および１２にそれぞれ１台あるいは複数台配置された第１の真空ポンプとして高真空ポンプ１、２、および３と、高真空ポンプの後段に配置された、第２の真空ポンプとしてブースターポンプ４ａ、５ａ、および６ａと、第３の真空ポンプとしてのバックポンプ４ｂ、５ｂ、および６ｂとを備えている。
【００２６】
また、前記高真空ポンプ１、２、および３と、ブースターポンプ４ａ、５ａ、および６ａとの間には、バルブ２２、２３、および２４が設けられている。
【００２７】
さらに、前記反応チャンバ１０、１１、および１２にウエハ等の被処理物を搬入するためのロードロックチャンバ１３および１４と、ロードロックチャンバ１３に搬入された被処理物を反応チャンバ１０、１１、および１２に移送し、また反応チャンバ１０、１１、および１２からロードロックチャンバ１４に移送するロボット（搬送装置）が収容されているトランスファチャンバ１５とが設けられている。
【００２８】
また、ロードロックチャンバ１３にはブースターポンプ８ａ、バックポンプ８ｂ、ならびにコンプレッサ８ｃが接続され、ロードロックチャンバ１４にはブースターポンプ７ａ、バックポンプ７ｂ、ならびにコンプレッサ７ｃが接続され、トランスファチャンバ１５にはブースターポンプ９ａならびにバックポンプ９ｂが接続され、減圧あるいは真空状態になすことができるように構成されている。
【００２９】
さらに、反応チャンバ１０、１１、および１２には、図示しないが、ガス導入口およびヒータ等の加熱手段が設けられており、加熱下で所定のガスを導入しながら、成膜等の所定の処理がなされるように構成されている。
【００３０】
尚、図中の符号Ａ１は、前記高真空ポンプ１、２、および３と、ブースターポンプ４ａ、５ａ、および６ａとの間の配管を示し、符号Ａ２は、反応チャンバ１０、１１、および１２と高真空ポンプ１、２、および３との間の配管を示している。また図中、符号Ｒはクリーンルームを示す。
【００３１】
この真空装置が待機した状態にあっては、トランスファチャンバ１５ならびに反応チャンバ１０、１１、および１２は減圧あるいは真空状態に維持されている。
【００３２】
そして、装置外部の大気中から複数のウエハ等の被処理物を入れたカセットがロードロックチャンバ１３に搬入され、ロードロックチャンバ１３が真空引される。
【００３３】
次に、ロードロックチャンバ１３とトランスファチャンバ１５の間のゲート弁（図示せず）が開き、被処理物搬送用ロボットが搬送アームによりカセット内の被処理物を一枚取り出してトランスファチャンバ１５に移動させる。
【００３４】
その後、反応チャンバ１０とトランスファチャンバ１５間のゲート弁（図示せず）が開き、搬送アームにより被処理物を反応チャンバ１０内のステージ上に載置する。
【００３５】
そして、成膜処理等の所定の処理後、処理された被処理物は、搬送アームにより他の反応チャンバ１１または１２、あるいはロードロックチャンバ１４に搬送される。
【００３６】
そして処理が終了した後、最終的にロードロックチャンバ１４から外部に搬送される。
【００３７】
図１に示した装置においては、高真空ポンプとして到達圧力（１０−７Ｔｏｒｒ以下）の分子流領域で作動する高真空ポンプが用いられている。具体的には、高真空ポンプとしては、ターボ分子ポンプあるいはねじ溝ポンプが用いられる。
【００３８】
ターボ分子ポンプならびにねじ溝ポンプは、一般に、小型のものでも排気速度は大きいものの、許容背圧が１Ｔｏｒｒ以下（具体的には０．５Ｔｏｒｒ以下）と小さい。このため、高真空ポンプの後段に、到達圧力が比較的低いものの、比較的低い背圧で作動する中、低真空ポンプが一〜二段設けられている。
【００３９】
例えば、高真空ポンプの後段に二段の真空ポンプが設けられる場合には、高真空ポンプの後段に中真空ポンプとしてブースターポンプ等が設けられ、さらに、ブースターポンプの後段に、到達圧力が低いものの、比較的低い背圧で作動する低真空ポンプとして、バックポンプ（ルーツ型バックポンプ等）が設けられる。
【００４０】
本発明では、図１における最終段の真空ポンプであるバックポンプ４ｂ、５ｂ、６ｂ、７ｂ、８ｂ、および９ｂにはそれぞれに、バックポンプによる減圧動作を補助し、あるいは吐出口からの逆拡散を抑制できる、真空ポンプの機能を持ったコンプレッサ７ｃ、８ｃ、および９ｃ、あるいは、真空ポンプの機能を持ったコンプレッサ４ｃ、５ｃ、および６ｃを内蔵したガス回収装置Ｂが備えられている。
【００４１】
本発明の実施の形態１においては、図１のバックポンプ４ｂ、５ｂ、６ｂ、７ｂ、８ｂ、および９ｂそれぞれが、スクリューポンプを有している。
【００４２】
図２（ａ）および（ｂ）を参照すると、スクリューポンプは雄ロータ２５および雌ロータ２６が主ケーシング４２に収納されており、主ケーシング４２の一端側を密封する端板４３に取り付けられた軸受け３５および３６ならびに副ケーシング４６に取り付けられた軸受け３７および３８によって回転自在に支持されている。
【００４３】
雄ロータ２５および雌ロータ２６の回転軸２７および２８には、副ケーシング４６内に収納されたタイミングギア３１および３２が取り付けられており、雄ロータ２５および雌ロータ２６が互いに接触しないように両ロータ間の隙間が調整されている。また、雄ロータ２５の回転軸には、カップリングまたは変速用ギアを介してモータＭが取り付けられており、モータＭの回転は、雄ロータ２５に伝達され、タイミングギア３１および３２を介して雌ロータ２６を回転させるように構成されている。
【００４４】
主ケーシング４２の一端側には、吸気口５６が設けられて副ケーシング５５が取り付けられている。また、主ケーシング４２の端板４３には、雄ロータ２５および雌ロータ２６で圧縮された気体を吐出する吐出口５７が形成されている。
【００４５】
また、主ケーシング４２や圧縮気体等は気体の圧縮によって温度が上昇するため、主ケーシング４２の外側には、冷却ジャケット３３が形成されており、この冷却ジャケット３３内に水等の冷媒を流通し、主ジャケット４２や圧縮気体等が冷却されるようになっている。
【００４６】
このように構成されたスクリューポンプは、モータＭによって雄ロータ２５を駆動すると、タイミングギア３１および３２によって雌ロータ２６が回転駆動される。そして、雄ロータ２５および雌ロータ２６の回転に伴い、上段のブースターポンプ４ａ、５ａ、６ａ、７ａ、８ａ、および９ａ（図１）から気体が吸入口５６を通して雄ロータ２５、雌ロータ２６および主ケーシング４２によって形成される作動室に吸入される。吸い込まれた気体は雄ロータ２５および雌ロータ２６の回転に伴い、圧縮されながら吐出口５７を通じて吐出される。
【００４７】
ここで、本真空装置は、スクリューポンプ４ｂ、５ｂ、６ｂ、７ｂ、８ｂ、および９ｂの吐出口５７に接続され、大気圧近傍の外部から吐出口５７を通じた逆拡散を抑制し、消費電力を削減するために真空ポンプの機能を持ったコンプレッサ７ｃ、８ｃ、および９ｃ、あるいは、真空ポンプの機能を持ったコンプレッサ４ｃ、５ｃ、および６ｃを内蔵したガス回収装置Ｂを備えている。
【００４８】
この結果、バックポンプ４ｂ、５ｂ、６ｂ、７ｂ、８ｂ、および９ｂの逆拡散は著しく減少され、消費電力を大きく減少できた。また、真空ポンプの機能を持ったコンプレッサ（４ｃ、５ｃ、６ｃ、７ｃ、８ｃ、および９ｃ）の到達圧力は３００Ｔｏｒｒ程度まで減圧することができる。
【００４９】
図３は、図１に示すような真空装置において、バックポンプ４ｂ、５ｂ、６ｂ、７ｂ、８ｂ、および９ｂとしてスクリューポンプを使用した際の、スクリューポンプの吸入口５６における圧力とスクリューポンプの消費電力との関係を検証した結果を示している。この検証においては、バックポンプ４ｂ、５ｂ、６ｂ、７ｂ、８ｂ、および９ｂの吐出口を真空ポンプの機能を持ったコンプレッサ４ｃ、５ｃ、６ｃ、７ｃ、８ｃ、および９ｃで排気をした場合と、バックポンプ４ｂ、５ｂ、６ｂ、７ｂ、８ｂ、および９ｂの吐出口に真空ポンプの機能を持ったコンプレッサを着けない場合との測定を行った。
【００５０】
図３から明らかなように、真空ポンプの機能を持ったコンプレッサを備えたスクリューポンプは、真空ポンプの機能を持ったコンプレッサを持たないスクリューポンプに比べて、吸入圧に関わらず全般に消費電力が低い。特に、吸入圧が１０Ｔｏｒｒ以下では、真空ポンプの機能を持ったコンプレッサを備えたスクリューポンプは、真空ポンプの機能を持ったコンプレッサを持たないスクリューポンプに比べ、消費電力がおおよそ５０％削減されている。
【００５１】
言い換えれば、図１に示すような真空装置のバックポンプ４ｂ、５ｂ、および６ｂとしてスクリューポンプを適用した場合には、反応チャンバ１０、１１、および１２（図１）内へのガス非導入時により高い効果が現れる。
【００５２】
また、本発明による真空装置における真空ポンプの段数は多段構成に限らず、２段または１段でもよい。即ち、その背圧がコンプレッサの効果が現れる圧力範囲であるならば、コンプレッサが接続されるべき真空ポンプ（最終段の真空ポンプ）は多段構成のうちのバックポンプに限らず、二段の真空ポンプの２段目のものでも、一段の真空ポンプの１段目のものでも可能である。またこの真空ポンプはルーツタイプ等さまざまな形式の真空ポンプであってもよい。
【００５３】
図１の反応チャンバ１０に導入されるガスの供給量が所定の量より少ない場合には、最終段のバックポンプ４ｂが省略できることを次に具体的に説明する。
【００５４】
この場合のガス供給の所定量は、種々の条件、特にプロセス圧力、ブースターポンプ４ａの性能（背圧、排気速度等）およびコンプレッサ４ｃの性能（圧力、排気速度等）によって決まる。たとえば、プロセス圧力が５Ｔｏｒｒ、ブースターポンプ４ａの性能が背圧２００Ｔｏｒｒ、排気速度２０００Ｌ／ｍｉｎ、コンプレッサ４ｃの性能が圧力２００Ｔｏｒｒ、排気速度５０Ｌ／ｍｉｎとすると、ブースターポンプの４ａの背圧を２００Ｔｏｒｒ以下にしないとブースターポンプ４ａは性能が出ないので、コンプレッサ４ｃでブースターポンプ４ａの吐出口の圧力を２００Ｔｏｒｒ以下まで排気する必要がある。そのときの最大導入ガス量は、「導入ガス量×７６０Ｔｏｒｒ（大気圧）÷コンプレッサ４ｃの排気速度５０Ｌ／ｍｉｎ＝２００Ｔｏｒｒ（ブースターポンプ４ａの背圧）」との式が成り立つことから、この式を計算して求めると、最大導入ガス量は、１３Ｌ／ｍｉｎとなる。この導入ガス量１３Ｌ／ｍｉｎの反応チャンバ１０をブースターポンプ４ａ（背圧２００Ｔｏｒｒ、排気速度２０００Ｌ／ｍｉｎ）で排気すると、チャンバ圧力は、「導入ガス量１３Ｌ／ｍｉｎ×７６０Ｔｏｒｒ（大気圧）÷ブースターポンプ４ａの排気速度２０００Ｌ／ｍｉｎ＝５Ｔｏｒｒ」となり、プロセス圧力が５Ｔｏｒｒ以下であれば、導入ガス量は１３Ｌ／ｍｉｎを流すことができる。即ち、上記の条件では、反応チャンバ１０に導入されるガスの供給量が１３Ｌ／ｍｉｎ以下の場合には、最終段のバックポンプ４ｂが省略できるとともに高真空ポンプ１も省略することができ、ブースターポンプ（第２の真空ポンプ）４ａとコンプレッサ４ｃとで反応チャンバ１０を排気できる。
【００５５】
以上の実施例では半導体デバイス製造用の真空装置について説明したが、本発明の真空装置の用途としては、半導体デバイス製造装置に限定されるものではなく、減圧を必要とするあらゆる産業分野で用いることができる。
【図面の簡単な説明】
【００５６】
【図１】本発明の実施例による、半導体製造用の真空装置を示す概略図である。
【図２】（ａ）および（ｂ）は、本発明の実施例による真空装置における最終段の真空ポンプとしてのスクリューポンプを示す断面図である。
【図３】本発明の作用効果を説明するための、吸入圧とポンプの消費電力との関係を比較例と共に示す図である。
【符号の説明】
【００５７】
１、２、３    高真空ポンプ
４ａ、５ａ、６ａ、７ａ、８ａ、９ａ  ブースターポンプ
４ｂ、５ｂ、６ｂ、７ｂ、８ｂ、９ｂ  バックポンプ
４ｃ、５ｃ、６ｃ、７ｃ、８ｃ、９ｃ  コンプレッサ
１０、１１、１２    反応チャンバ
１３、１４    ロードロックチャンバ
１５    トランスファチャンバ
２５    雄ロータ
２６    雌ロータ
２７、２８    回転軸
３１、３２    タイミングギア
３３    水冷ジャケット
４２    主ケーシング
４３    端板
４６、５５    副ケーシング
５６    吸入口
５７    吐出口
Ｂ    ガス回収装置
【図１】
0004633370.tif 000002
【図２】
0004633370.tif 000003
【図３】
0004633370.tif 000004