(57)【要約】一態様においては、真空処理チャンバと真空処理チャンバ上に配置されたターボ分子ポンプを含む真空処理システムが提供される。ターボ分子ポンプは、吸気口と排気口を持つケーシングと、ケーシングの内壁上に配置されたステータと、ステータ内に配置されたロータと、ロータと同軸に伸びているモータとを含み、ポンプの少なくとも第１ステージは拡張されているが、そのハウジングの対応する上部分以外のポンプコンポーネントは対応して大きくなっていない。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
（ａ）真空処理チャンバと、
（ｂ）真空処理チャンバ上に配置されたターボ分子ポンプであって、
（ｉ）吸気口と排気口を有するケーシングと、
（ｉｉ）半径方向に内向きに伸びている複数の列の固定翼を有するステータと、
（ｉｉｉ）ロータと同軸に配置されたモータと、
（ｉｖ）該ロータの外面から半径方向に外向きに伸びている複数の列の回転翼を有する該ロータであって、該回転翼の列は該固定翼の列と交互に配列されており、該吸気口に隣接した少なくとも１つの列の回転翼の該翼と少なくとも１つの列の固定翼の該翼がその他の列の回転翼と固定翼より長い、前記ロータと、
を含む、前記ターボ分子ポンプと、
を備える、真空処理システム。
【請求項２】
該真空処理チャンバが化学気相成長チャンバである、請求項１記載の真空処理システム。
【請求項３】
該真空処理チャンバがエッチングチャンバである、請求項１記載の真空処理システム。
【請求項４】
該真空処理チャンバがイオンインプランターである、請求項１記載の真空処理システム。
【請求項５】
該少なくとも１つの列の回転翼とそれに隣接した列の固定翼がその他の回転翼と固定翼より約５０％長い、請求項１記載の真空処理システム。
【請求項６】
該少なくとも１つの列の回転翼とそれに隣接した列の固定翼の表面積がその他の回転翼と固定翼のものより約１００％大きい、請求項５記載の真空処理システム。
【請求項７】
該少なくとも１つの列の回転翼の該翼が該ロータへの結合点で広くなっている、請求項６記載の真空処理システム。
【請求項８】
処理チャンバからガスを排気する装置であって、前記装置は、
複数の回転翼列と固定翼列を有するターボ分子ポンプであって、翼を含むポンプの吸気端部の該回転翼列はその他の回転翼より大きい表面積を有する、ターボ分子ポンプ、
を備える装置。
【請求項９】
該ポンプの該吸気端部での該回転翼列の該翼はその他の回転翼より長い、請求項８記載の装置。
【請求項１０】
該ターボ分子ポンプは列に配置した複数の固定翼を含み、該ポンプの該吸気側に隣接した第１の列の該固定翼の表面積はその他の固定翼のものより大きい、請求項９記載の装置。
【請求項１１】
該ターボ分子ポンプはハウジングを含み、該ハウジングは該長い回転翼と固定翼を収容するように作られ配置されている拡張部分を有する、請求項９記載の装置。
【請求項１２】
（ａ）真空処理チャンバと、
（ｂ）ロータから伸びている複数の列の回転翼を有するターボ分子ポンプであって、該列では、第１の長さの翼がポンプの吸気口に隣接し、それより短い翼がポンプの排気口にある、ターボ分子ポンプと、
を備える、真空処理システム。
【請求項１３】
該ターボ分子ポンプが複合ステージを含む、請求項１２記載の真空処理システム。
【請求項１４】
真空チャンバと用いられるターボ分子ポンプであって、
（ｉ）吸気口と排気口を有するケーシングと、
（ｉｉ）複数の列の回転翼が配置されたロータと、
（ｉｉｉ）複数の列の固定翼が該ケーシングの内面から半径方向に内向きに該回転翼の列と交互に配列されて伸びているステータであって、該吸気口に隣接した少なくとも１つの該回転翼の列と該固定翼の列がその他の列の回転翼と固定翼より長い翼を含んでいる、ステータと、
を備える、ターボ分子ポンプ。
【請求項１５】
該その他の列の回転翼と固定翼が該排気口の方向において次第に短くなる、請求項１４記載のターボ分子ポンプ。
【発明の詳細な説明】
【発明の分野】
【０００１】
本発明は、一般には、半導体処理に関する。詳細には、本発明は、半導体処理装置及び真空処理チャンバを排気するポンピング容量が増大したターボ分子真空ポンプに関する。
【関連技術の背景】
【０００２】
基板は、典型的には、集積回路或いは他の構造をその上に組立てるためにエッチング、化学気相成長（ＣＶＤ）、物理気相成長（ＰＶＤ）、イオン注入、洗浄の様々なステップによって処理される。これらのステップは、通常は環境的に分離され真空シールされた基板処理チャンバにおいて行われる。基板処理チャンバは、一般に、側壁、底部、リッドを持つエンクロージャを含んでいる。静電チャック或いは真空チャックのような電気的又は機械的手段によって処理している間、基板を定位置に固定するために基板支持部材がチャンバ内に配置される。スリットバルブは、基板処理チャンバ内外に基板を移送させることができようにチャンバ側壁上に配置される。ＣＶＤプロセスにおいては、処理チャンバのリッドを通して配置されたシャワーヘッド型ガス入口のようなガス入口を通って種々のプロセスガスが基板処理チャンバへ入る。ＰＶＤプロセスにおいては、種々のプロセスガスが処理チャンバ内のガス入口を通って基板処理チャンバへ入る。それぞれのタイプのプロセスにおいて、それらのガスは基板処理チャンバのガス出口に装着されたターボ分子ポンプのような真空ポンプの使用によって基板処理チャンバから排気される。
【０００３】
ターボ分子ポンプは、チャンバ内に第１の圧力を設定するバッキングポンプまで排気する高真空システム（１０-7Ｔｏｒｒ）又は超高真空システム（１０-10Ｔｏｒｒ）において用いられる。ターボ分子ポンプには、翼列が内向きのステータ間で回転する傾斜したラジアル翼列の付いたロータが含まれている。回転翼の外先端は、ポンプで送られるガスの分子速度に近く、分子がロータにぶつかる場合、有意な運動量コンポーネントは回転の方向の分子に転送される。この転送された運動量は、ポンプの入口側からポンプの排気側へガス分子を移動させる。ターボ分子ポンプは、２０,０００〜９０,０００ｒｐｍの回転速度と５０リットル／秒〜５,０００リットル／秒のポンピング速度又はポンピング容量を特徴とする。
【０００４】
図１は、典型的なターボ分子ポンプ１０の断面図である。ターボ分子ポンプ１０は、一般に、円筒状ケーシング７２、ケーシング７２の底部を閉じるベース７４、ケーシング７２に同軸配置されたロータ４０、ロータ４０と同軸配置されたモータ２０、ケーシング７２から半径方向に内向きに伸びたステータ３０を含んでいる。ケーシング７２は、ターボ分子ポンプ１０の支持構造を与え、ケーシング７２の上部を通して配置された吸気口１２を含んでいる。排気口１４はベース７４を通して配置され、ガスの回収又は処分のためのバッキングポンプやアベートメントシステム （図示せず）に取付けられている。モータ２０は軸の周りにロータ４０を回転させる電気モータである。ロータ４０は、機械的軸受３７又は磁気的軸受よってケーシングと浮動的状態に吊り下げられてもよい。
【０００５】
回転翼４６と固定翼３６は吸気口１２から排気口１４にガスをポンプで送るとともに真空処理チャンバ（図示せず）へのガスフローバックを防止ように成形されている。ロータ４０には、モータ２０の一部を支えるロータの中央円筒状部分からのレベルで半径方向に外向きに伸びている回転翼４６の列が含まれている。同様に、ステータ３０にもケーシング７２からのレベルで半径方向に内向きに伸びている翼３６の列が含まれている。固定翼３６の列は回転翼４６の列と交互の軸レベルで配列され、回転翼４６が固定翼３６の列の間で自由に回転することを行わせるために複数のスペーサリング３８が異なったレベルの固定翼３６を分けている。ポンプの「第1ステージ」はポンプの吸気端部で回転翼４６の第１列と固定翼３６の第1列によって画成されている。回転翼４６の各列と固定翼３６の対応する列は、その後に他のステージを作り、ターボ分子ポンプには典型的には５〜１３ステージがある。更に、ロータ４０の排気端部から伸びている円筒状部材（図示せず）を含む複合ステージは排気圧や入口圧が高くなるように含まれてもよい。
【０００６】
基板処理においては厳密な温度と清浄度が考慮されることから、基板処理真空チャンバは分離されたクリーンルームに収容される。ターボ分子ポンプはチャンバ内の圧力を１０-7Ｔｏｒｒに低下させなければならないことから、ポンプが真空ラインによってチャンバから分けられた場合に生じるポンピング効率の損失を避けるために必ずチャンバに隣接したクリーンルーム内になければならない。クリーンルームの建設と保持のコストは非常に費用がかかることから、ターボ分子ポンプを含むコンポーネントの物理的サイズは常に重要である。
【０００７】
図２は、ターボ分子ポンプ１０が取付けられた真空基板処理チャンバ１００の簡易断面概略図である。ターボ分子ポンプ１０は、図２に示されるように基板１６０の真下にあってもオフセットされてもよい。チャンバ１００とポンプ１０は、典型的にはいくつかの処理チャンバと少なくとも1つの搬送チャンバとを含む処理装置の一部を構成している。基板処理チャンバ１００によって分離した環境が設けられ、そこでエッチング、堆積、注入、洗浄、冷却及び／又は他の前処理や後処理のステップによって基板１６０が処理される。基板処理チャンバ１００は、一般的には、側壁１０４、底部１０６、リッド１０８を持つエンクロージャを含んでいる。チャンバの底部１０６に配置された基板支持部材１１０は、処理中に定位置に基板１６０を固定する。基板支持部材１１０は、典型的には基板１６０を維持する真空チャック又は静電チャックを含んでいる。スリットバルブ１１２はチャンバ側壁１０４上に配置されて基板処理チャンバ１００へ、また、基板処理チャンバ１００から基板１６０を搬送させることができる。ＣＶＤ処理においては、種々のプロセスガスは処理チャンバのリッド１０８を通して配置されたシャワーヘッド型ガス入口又はノズルのようなガス入口１２０を通って基板処理チャンバ１００の中に入る。基板処理チャンバガスを排気するために、ターボ分子ポンプ１０は基板処理チャンバ１００のガス出口１３０に取付けられる。
【０００８】
基板処理の進歩と真空処理チャンバの容量増大によって絶えず大きな容量ポンプが要求されている。プラズマによるエッチングのような基板プロセスやＣＶＤ処理には、特に高プロセスガス流量と比較的低い真空レベルが必要である。基板処理表面を横切る反応種の流量が増加するにつれて（即ち、真空ポンプのスループットが増大して高容量ボリュームを排気する）、プロセスの完了に必要とされる時間が短縮される。従って、処理チャンバのスループットを増大させるために、プラズマによるエッチングやＣＶＤに用いられる真空ポンピングシステムには高スループット又は排気容量が必要である。更に、チャンバサイズが大きな基板（即ち、３００ｍｍの基板）を収容させるために大きくなるにつれて、これらの大きなチャンバに用いられるターボ分子ポンプは相応して大きな排気容量を備えなければならない。例えば、４０００リットル／秒の排気容量が３００ｍｍチャンバには必要である。
【０００９】
排気時間の短縮やポンプのスループットの増加をするための一つの方法はターボ分子ポンプのロータの回転スピードを上げることである。しかしながら、ロータや回転翼の回転スピードを上げることによって必然的にポンプコンポーネントの故障に結びつくことがあるロータや他のコンポーネントに対する応力が更に生じる。更に、真空ポンプを通るプロセスガスのスループットが高いことから、未使用の反応種と反応副生成物が高い割合で処理チャンバから除去され、真空ポンプ内部のコンポーネントの表面に付着又は反応することがあり、コンポーネントが著しく熱せられ、また、コンポーネントやポンプの故障をきたす。例えば、ＨＤＰ適用においては、ロータのようなポンプ内部コンポーネントは、１２０℃より高い温度に上昇することがあり、高温に起因する応力はコンポーネントやポンプの物理的故障を引き起こすことがある。それ故、ポンプの回転速度を単に上げることは現実的な解決策とはならない。
【００１０】
真空ポンプのスループット又は排気容量を高めるとともに処理チャンバからガスを排気するためにかかる時間を短縮するための他の方法は、ターボ分子ポンプの物理的サイズを大きくすることである。例えば、それらの長さを長くすることによりロータとステータの翼に表面積を加えることはポンプを通るガスの流量を増加させる。しかしながら、ロータ上の大きな翼によって半径方向の応力を持つことになることから、ロータも大きな翼を許容するたように拡大し強化されなければならない。同様に、ロータ軸受は、ポンプの加えられた振動を補償するために大きくかつ頑丈でなければならず、ポンプハウジングのサイズが対応して増大しなければならない。結果は全体の寸法と重量の増加したポンプとなる。大きなポンプは、作るのに費用がかかり、動作するエネルギーを更に使い、クリーンルーム内に振動が生じる。更に、大きなポンプによって真空チャンバ下に多くのエンベロープとクリーンルームスペースが取られ、装置に大きな場所を与える。
【００１１】
したがって、ポンプの物理的サイズと重量が対応して増加せずに既存のターボ分子のポンプより排気容量の大きいターボ分子ポンプが求められている。少量のクリーンルームスペースを必要とする容量の増大したターボ分子ポンプが更に求められている。容量が同じ他のポンプより振動が少ないターボ分子ポンプが更に求められている。
【発明の概要】
【００１２】
一態様においては、真空処理チャンバと真空処理チャンバ上に配置されたターボ分子ポンプを含む真空処理システムが提供される。ターボ分子ポンプは、吸気口と排気口を持つケーシングと、ケーシングの内壁上に配置されたステータと、ステータ内に配置されたロータと、ロータと同軸に伸びているモータとを含み、ポンプの少なくとも第１ステージは拡張されているが、そのハウジングの対応する上部分以外のポンプコンポーネントは対応して大きくなっていない。
【００１３】
本発明の上記特徴、利点、目的が得られる方法が詳細に理解し得るように、上で簡単に纏めた本発明は添付の図面に示される実施例によって更に具体的に説明することができる。
【００１４】
しかしながら、添付された図面が本発明の典型的な実施例のみを示しているのでその範囲を限定するものとみなされるべきでなく、本発明が他の等しく有効な実施例を許容することができることは留意すべきである。
【好適実施例の詳細な説明】
【００１５】
図３は、本発明のポンプ２００の実施例を示す断面図である。ポンプには、ケーシング２０１から半径方向に内向きに伸びているステータ２２０と、ケーシング内に配置されたロータ２１０とが含まれている。モータ２４８は、ロータと同軸に配置され、シャフト２２５の周りにロータ２１０が回転する。ロータ２１０は２つの外径、ポンプの入口２０５に隣接した小さい方の直径２２６とポンプの出口２０６の方に伸びている大きい方の直径２２８を含んでいる。図３に示される実施例においては、回転翼２５０の最初の２列、又はロータ２１０の小さい方の直径部分２２６から伸びている翼２２５の長さは、ロータ２２５の大きい方の直径２２８から伸びている他の回転翼２２５と比べて長い。対応する固定翼２５１もステータ２２０の拡張された直径部分２５３から内向きに伸びている長さが長い。長い固定翼と回転翼２５０、２５１は、表面積が増大し、ポンピング容量が対応して増大する。長さが長いことから、回転翼２５０の先端は、ポンプで送られたプロセスガス（窒素の場合約３００ｍ／s）の音速を超える速度で移動する。このことにより、第１ステージでのガスの圧縮が増大し、ポンプ２００のポンピング速度又は排気容量が全体に増加する。
【００１６】
長い回転翼２５０がロータ２１０の小さい方の直径部分２２６から伸びているために、ケーシング２０１の直径の比較的小さな増加が必要である。また、ケーシング２０１の拡張部分が、上部又は典型的には真空チャンバに取付けられた部分に制限されるために、サイズの増加は他の装置又はクリーンルームでのパーソナルワーキングを妨害しないようである。更に、ロータ直径は長い方の翼２５０が取付けられている場所で短く、半径方向の力はシャフト２２５の大きい方の直径部分２２８に沿っている場合ほど大きくないので、高い先端速度を有する長い方の翼によってもたらされるロータに対する応力増加は最小になる。
【００１７】
図４は本発明のポンプ４００の代替実施例を示している断面図である。該ポンプは小さい方の直径３２６部分がポンプ入口３０５に隣接し、大きい方の直径部分３２８がポンプ出口３０６の方に伸びているロータ３１０を含んでいる。ステータ３２０には、ケーシング３０１から内向きに伸びている異なった長さの翼が含まれている。図３の実施例と同様に、回転翼３０２の最初の２列と固定翼３０１の最初の２列とポンプ４００の吸気端部の入口３０５は後の回転翼と固定翼と比較すると長さが増大している。その後は、ポンプ出口３０６の方に伸びている回転翼は一般に長さが減少する。例えば、実施例においては、後のそれぞれの回転翼は前の翼より約１０−１５％短い。同様に、ケーシング３０５は先細になって長い翼を収容するが、長い翼の表面積の増加によって生じる高容量を補償する他の変更は必要ない。先細翼の結果として全体の翼表面積が増加し、ポンピング容量が増加する。
【００１８】
本発明の実施例がロータ自体を拡張させずにポンピング容量を増大する一方、翼の高先端速度を補償するために長くなった回転翼はロータへの高結合強度により有益であり得る。図５は、図４のポンプ４００のコンポーネントが同じであるポンプ５００の断面図である。図５のポンプ５００においては、それぞれの回転翼５０５のベースは変更されてロータとの付着点で回転翼に付加強度を加えている。特に、それぞれの回転翼のベース５２０はロータ５１０の付着点で翼の強度を増す働きをする追加の材料を加えることにより広くなっている。翼のベースでの翼材料の増加は、翼の強度と応力抵抗が対応して増加する結果となる。この方法においては、翼設計によって翼の長さと表面積によって生じる追加の応力が補償される。対応する固定翼５１０は、２枚の隣接した回転翼間に生じる開口５５０とよく適合するように端部５１２で先細になっている。
【００１９】
図６は、下面に取付けられたポンプを備えたチャンバの概要図である。図は、容量が同じである従来のポンプ６２５と比べて本発明のポンプ６５０の物理的なサイズを示すために縦軸に沿って分割されている。図示されるように、従来のポンプ６２５のケーシング６２６は、長さが一様な翼を収容するために外径が一定である。対照的に、ポンプ６５０にはポンプの吸気端部６５６でのみ広げられたケーシング６５５が含まれている。その後は、翼がポンプの面積ほど長くないのでポンプハウジングは狭くなる。配管工事、ケーブル又は他のクリーンルーム設備によって未使用のスペースは利用し得る。
【００２０】
ポンプの吸気端部での翼の表面積の増加は、ポンプ容量を著しく増加させる。例えば、２０００リットル／秒とみなされたポンプを図３に示されるように最初の２又は３ステージのみを拡張することにより変更すると、ポンプの容量はほぼ４０００リットル／秒になり、ポンプの長い翼の周りの面積の拡張ハウジング以外のサイズ又は重量は更に増大していない。本発明の利点は、ターボ分子ポンプを用いる様々な真空処理チャンバと真空処理システムにおいて等しく実現可能であることである。
【００２１】
上記は本発明の好適実施例に関するものであるが、本発明の他の実施例もその基本的な範囲から逸脱せずに講じることができ、その範囲は前述の特許請求の範囲によって決定される。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】従来技術のターボ分子ポンプの断面図である。
【図２】ターボ分子ポンプ１０が取付けられた真空基板処理チャンバ１００の簡易断面概略図である。
【図３】最初の３ポンプステージが拡張された本発明のターボ分子ポンプ１０の断面図である。
【図４】最初の３ステージが拡張され、その後のステージが細くなった本発明のターボ分子ポンプ１０の他の実施例の断面図である。
【図５】回転翼がそれらのベースで強化されている先細の翼を示す断面図である。
【図６】従来技術のポンプと比較した本発明の特徴を備えているスペースを示す簡易概略図である。
【符号の説明】
【００２３】
１０…ターボ分子ポンプ、１２…吸気口、１４…排気口、２０…モータ、３０…ステータ、３６…固定翼、３７…機械的軸受、３８…スペーサリング、４０…ロータ、４６…回転翼、７２…ケーシング、７４…ベース、１００…真空基板処理チャンバ、１０４…側壁、１０６…底部、１０８…リッド、１１０…基板支持チャンバ、１２０…ガス入口、１３０…ガス出口、１６０…基板、２００…ポンプ、２０１…ケーシング、２０５…入口、２０６…出口、２１０…ロータ、２２０…ステータ、２２５…シャフト、２２６…小さい方の直径、２２８…大きい方の直径、２４８…モータ、２５０…回転翼、２５１…固定翼、２５３…拡張された直径部分、３０１…固定翼、３０２…回転翼、３０５…ポンプ入口、３０６…ポンプ出口、３１０…ロータ、３２０…ステータ、３２６…小さい方の直径、３２８…大きい方の直径、４００…ポンプ、５００…ポンプ、５０５…回転翼、５１０…固定翼、５１２…固定翼の端部、５２０…ベース、６５０…ポンプ、６２５…従来のポンプ、６２６…ケーシング、６５０…ポンプ、６５５…ケーシング、６５６…吸気端部。
【図１】
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【国際公開パンフレット】
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2004521221.tif 000005
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2004521221.tif 000007
2004521221.tif 000008
2004521221.tif 000009
2004521221.tif 000010
2004521221.tif 000011
2004521221.tif 000012
2004521221.tif 000013
2004521221.tif 000014
2004521221.tif 000015
2004521221.tif 000016
2004521221.tif 000017
2004521221.tif 000018
2004521221.tif 000019
2004521221.tif 000020
2004521221.tif 000021
2004521221.tif 000022
【国際公開パンフレット（コレクトバージョン）】
2004521221.tif 000023
【国際調査報告】
2004521221.tif 000024
2004521221.tif 000025