(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
入口が第１管路を経てチャンバーの出口と連通するようになった第１真空ポンプと、入口が第２管路を経て第１ポンプの出口と連通するようになった更なる真空ポンプと、第１真空ポンプと並列になるように第１管路及び第２管路につながれている、スロットルバルブ手段を備えた第３管路と、を有するプロセスチャンバー用の真空ポンプ装置において、
第３管路は第１真空ポンプの入口で第１管路に接続されており、チャンバ内の圧力を測定する圧力検出手段から受けた信号を使用して、スロットルバルブ手段の開度を調整することによってチャンバー内の圧力を調整する制御手段が設けられ、スロットルバルブ手段のバルブ部材の位置に応じて、第２管路からスロットルバルブ手段を通って第１管路に流れるガスの量を変化させる、上記真空ポンプ装置。
【請求項２】
前記第１ポンプを通過して、前記バルブ手段の開度に依存する量（ゼロを含む）で前記第１ポンプの入口に戻る排気ガスのための再循環ループを有する請求項１に記載のポンプ装置。
【請求項３】
前記バルブ手段が少なくとも部分的に開いているとき、前記ガスが、前記第１ポンプの前後の圧力差によって、前記第２管路から前記第１管路に流れる、請求項１又は２に記載のポンプ装置。
【請求項４】
前記第１ポンプが、両方とも、ポンプ作用をする斜めのブレードの多数の列を有するステーターとローターとを有するターボ分子ポンプを含む請求項１乃至３の何れか１項に記載のポンプ装置。
【請求項５】
前記第１ポンプが、同じポンプ本体内に収容されたターボ分子ポンプと、１又はそれ以上の分子吸収段、或いは再生段とを含む請求項４に記載のポンプ装置。
【請求項６】
前記スロットルバルブ手段を収容する前記第３管路が、第１管路を前記第１ポンプの最初の入口につなげ、前記第３管路の他端で第１ポンプ段の出口に又は任意の所につながれている請求項１乃至５の何れか１項に記載のポンプ装置。
【請求項７】
前記制御手段が、前記プロセスチャンバー、関連した器具及び、前記真空ポンプ装置を全体として作動するのためのより大きな制御手段の一部である請求項１乃至６の何れか１項に記載のポンプ装置。
【請求項８】
前記スロットルバルブ手段がバタフライバルブである前記の請求項１乃至７の何れか１項に記載のポンプ装置。
【請求項９】
前記スロットルバルブ手段がポペットバルブである請求項１乃至７の何れか一項に記載のポンプ装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は真空ポンプ装置に関し、特に、半導体プロセスチャンバー内の圧力を制御するのに使用されるかかる装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体産業に使用される真空ポンプ装置に対する要求は多く、様々である。半導体プロセスチャンバーを所要の真空レベルまで排気し、半導体デバイスの製造においてチャンバー内で使用された反応ガスをチャンバーから大気、或いは、或る多くのタイプの回収手段、或いは洗浄手段に排気することに加えて、ポンプ装置は、反応ガスをチャンバーから排気する速度を変化させることによってプロセスチャンバーと関連した圧力を制御するのに益々使用されている。
特に半導体産業では、チャンバーの中の、及びチャンバーからの反応プロセスガス流量に関係なく、プロセスチャンバー内の圧力について制御を行う必要がある。加えて、反応ガス及び反応ガスの副産物の分圧を変えて、例えば、反応副産物をチャンバーから、反応ガスよりも速い速度で排気するために、或いは、チャンバー内の清掃操作と通常の処理操作の間の時間を減じる手段を促進するために、プロセスチャンバー内にある反応ガス種、或いは他のガス種について制御を行う必要もあるかもしれない。
【０００３】
半導体産業に使用される典型的な単一の真空ポンプ装置では、プロセスチャンバーは、第１真空ポンプ（或いは複数のポンプ）、−普通は、ターボ分子ポンプ−、を有する装置に接続され、該第１真空ポンプは前管路によって第１ポンプに接続されている前ポンプ（或いは複数のポンプ）によって後援され、半導体チャンバーから大気へガスを排気することができる。
そのような単一の装置において、取り付けたプロセスチャンバー内の圧力について制御を実行する手段を設ける試みでは、プロセスチャンバーと第１ポンプの間に、或いは、第１ポンプと前ポンプの間で前管路に可変スロットルバルブを設けることが以前に立案された。
しかしながら、スロットルバルブの存在がある不利益を引き起こすことが分かってきた。例えば、スロットルバルブが第１ポンプの入口にあるならば、スロットルバルブが完全に開いているときでも、必然的にポンプへの制限するものがあるために、大きい、従って、より高価な第１ポンプ（或いは複数のポンプ）が要求される。
【０００４】
スロットルバルブが前管路にあるならば、第１ポンプのポンプ率に及ぼすスロットルバルブの影響は、ポンプ率を著しく非線形にするので、スロットルバルブは狭い圧力範囲にわたってのみ有効になる。これにより、プロセスガス流量が大きな量で変化するならば、装置は全体として、安定した仕方で調整しにくい。
そのような単一のポンプ装置では、前管路の中にバラスト（ballast ）ガス（又はスポイリング（spoiling）ガス）の可変流れを導入することも提案されている。しかしながら、これは一般的には、プロセスチャンバー内の圧力の制御を可能にするのに効果的であることを立証していない。加えて、半導体処理に使用されるのと異なる組成のバラストガスの導入は、プロセスガスを汚染し、或いは、希釈するかもしれない。もしそれが同じ組成のものであるならば、流量が大きく、従ってコスト高になるかもしれない。
【０００５】
その上、同じ一般的な理由で、第１ポンプ又は前ポンプ、或いはその両方の回転速度を調整する手段を設けることが提案されている。しかしながら、第１ポンプ、例えば、ターボ分子ポンプの回転速度の調整は、通常は、ポンプローターの大きな慣性モーメントのために、大量の余分の動力を要求することなく、すばやく達成することができない。これは、より高価なモーター及び駆動電子回路が必要になる。そうでなければ、プロセスチャンバー内の圧力を調整するのに要する時間が長くなり、それは全体としてポンプ装置の効果を減少させる。
前ポンプの回転速度の調整は同じ不利益を受け、加えて、第１ポンプのポンプ率を非線形にし、狭い圧力範囲にわたってのみ有効にする。
第１ポンプと前ポンプの両方の回転速度を調整する手段を設ける試みは、いっそう高価にし、かつ、複雑にし、何れの場合においても、不利益を完全に克服していない。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
従って、そのようなポンプ装置において、プロセスチャンバー内の圧力を必要に応じて制御するための代りの手段の必要がある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明によれば、入口が第１管路を経てチャンバー出口につながるようになった第１真空ポンプと、入口が第２管路を経て第１ポンプの出口につながるようになった更なる真空ポンプとを有する、プロセスチャンバー用の真空ポンプ装置において、可変オリフィスバルブ手段を含む第３の管路が、可変量のガスがバルブ部材の位置に依存して第２管路から第１管路にバルブを通して流れることができるように、第１真空ポンプと並列に第１管路及び第２管路につながれる。
従って、本発明の装置は、第１ポンプを通過して、バルブ手段の開度に依存した量（ゼロを含む）で第１ポンプの入口に戻る排出ガスのための再循環ループを有する。
【０００８】
バルブ手段が少なくとも部分的に開いているとき、ガスは第１ポンプの前後の圧力差によって第２管路から第１管路に流れるだろう。
スロットルバルブによって引き起こされる制限は、反応副産物ガス（典型的にはより重い分子質量を有する）に対するよりも、反応ガス（典型的にはより軽い分子質量を有する）に対する方が大きいことが分かっている。これにより、ポンプ装置が、反応ガスを反応副産物ガスよりも急速にチャンバーから取り除く。
本発明におけるように、再循環ループによって与えられた制限は、反応副産物ガスに対するよりも反応ガスに対する方が大きいので、該ループは、反応ガスに対して副産物の圧送を改善するように、装置のポンプ特性を修正する。
スロットルバルブの伝導性は、通過するガスの分子質量の２乗に反比例すると見なすことができる。これは、何故、（上に説明した）ポンプの入口に位置決めされたスロットルバルブにより、軽いガスを重いガスよりも急速に圧送させるか、従って、何故、入口のスロットルを除去するのが有利であるかの重要な理由であることがわかった。
【０００９】
同様に、スロットルループが、軽いガスを重いガスよりも容易に再循環させ、従って、スロットルループの付加が、より軽いガスの圧送を抑制することがわかった。
加えて、反応体ガスは一般に反応副産物よりも軽く、従って、入口スロットルを取り除き、スロットルループを加えることの結合効果により、副産物を反応体ガスに対して優先的に圧送させることがわかった。
第１ポンプは、好ましくは、それ自体、知られた仕方でポンプ作用を行わせるために、斜めのブレードの多数の列を夫々有するステーター及びローターを有するターボ分子ポンプからなる。第１ポンプは、同じタイプの、或いは異なるタイプの追加の段を有してもよく、或いは、ひとまとめにして" 第１ポンプ" と呼ばれる２又はそれ以上の別々のポンプからなっていてもよい。
【００１０】
好ましい実施形態では、第１ポンプは、同じポンプ本体の中に収容されるターボ分子ポンプ及び、１又はそれ以上の分子吸収段、又は、再生段からなる。
ある実施形態では、第１真空ポンプが、同じポンプ、或いは、２又はそれ以上の別々のポンプ内の１又はそれ以上の段からなるとき、スロットルバルブを収容する第３管路は、第１管路を第１ポンプの最初の入口につなげるべきであるが、他端が、第１ポンプ段の出口又は任意の所につながれてもよい。
第２ポンプは、通常、ターボ分子ポンプを後援するのに使用され、装置から排気されたガスを大気圧に送ることのできる任意のタイプの真空ポンプからなる。従って、第２ポンプは、真空業界ではよく知られた一般的なタイプのオイルシールされたロータリーバルブポンプでもよく、或いは好ましくは、これ又真空業界で、よく知られ、例えばルート（Root）形、又はクロー（Claw）形（或いはそれらの混合）のローターを、単一のポンプ本体内に、例えば４段又は５段採用しているタイプの「ドライ」ポンプである。
【００１１】
第１ポンプのように、１つ以上の第２ポンプを採用しても良い。
バラストガス流は、普通、ターボ分子ポンプの作動に採用されているが、バラストガス、例えば窒素の追加の量を、ポンプの中に、或いは、第３管路を経て再循環させるための第２管路の中に、目的に応じて、或いは、必要に応じて直接加えても良い。
真空装置を取り付けたチャンバーは、外部のガス源からプロセスガスの導入を可能にする手段と、半導体処理、例えば、金属層のエッチング或いはシリコン材料上への種の付着をその中で行う手段と、チャンバー内の圧力を測定する手段とを扱うべきである。
真空装置は、上に説明した真空ポンプ及びバルブ手段に加えて、可変バルブ手段を通る流れ抵抗を調節することによってチャンバー圧力を調整する中央手段を有する。そのような制御手段は、プロセスチャンバー及び、関連した器具及び、真空ポンプ装置を全体として作動するための、より大きな制御手段の一部であっても良い。
【００１２】
本発明をよく理解するために、今、例示としてのみ、添付図面を参照する。
【００１３】
【発明の実施の形態】
図１を参照すると、プロセスチャンバー１用の真空ポンプ装置は、入り口が第１管路を経てチャンバー１に接続されている第１真空ポンプ２と、前管路４の形態の第２管路によって接続された第２真空ポンプ３とを含む。
チャンバー１の中にプロセスガスを導入するための手段５が設けられ、チャンバー１内の圧力を測定する圧力検出手段６も設けられる。
本発明によれば、第３管路７が、チャンバー１と第１真空ポンプ２をつなぐ第１管路と、第１真空ポンプ２と第２真空ポンプ３をつなぐ第２管路（前管路４）との間に延びている。可変オリフィスバルブ８が第３管路７にある。可変オリフィスバルブは、任意適当なタイプのものでよく、好ましくは、サーボ式に作動され、例えばバタフライバルブ、或いはポペットバルブである。
【００１４】
最後に、制御手段９が、これを接続する圧力検出手段６から受けた信号によってバタフライバルブ８の開きを調節することで、チャンバー内の圧力を主に調整することの目的で存在する。
第１真空ポンプ２は、好ましくは、分子吸収段、例えばホルヴェック（Holweck ）段をも有するのが有利であるターボ分子ポンプである。可変オリフィスバルブをも有するそのようなポンプを、図２を参照して以下にもっと詳細に説明する。
第２ポンプは、任意の既知の機構を採用しているが、好ましくはルート形ローター又はクロー形ローター、或いはそれらの混合を収容する、乾式作動真空ポンプであるのが好ましく、それら全ては真空業界で良く知られている。ルート形ローター対をポンプ入口に一段に有し、３つのクロー形ローター対をポンプ出口に有するポンプが特に好ましい。
【００１５】
可変オリフィスバルブ手段は、一般的には、バルブのオリフィス或いは開きを変えることによって、異なる流れ抵抗（ゼロを含む）を設定することができる任意適当なバルブで良い。バタフライバルブが特に好ましい。
図１に示す真空ポンプ装置の作動において、第１及び第２真空ポンプ２、３を直列に作動して、チャンバー１を概ね所定の真空レベルまで排気する。半導体の処理は、ガス送出手段５によってチャンバー１に供給されたプロセスガスと、圧力検出手段６によってモニターされたプロセス操作圧力とを使用して、チャンバー１内で行われる。
チャンバー内の圧力及び、チャンバー内にあるプロセス／反応ガス種、或いは副産物種に照らして圧力に対する任意に要求される変化に依存して、制御手段９を作動して、バタフライバルブ８を、第３管路７内に流れ抵抗を引き起こし、それによりチャンバー１の出口における圧力の制御をおこなうように位置決めさせる。
【００１６】
管路７内の流れ抵抗により、ポンプ２を経てチャンバーから排気され、第３管路７を経てポンプ２の入口に再循環される、ガスの量の変化（ゼロを含む）を可能にする。
ポンプへの、或いは前管路４への、バラストガス、例えば窒素の追加の使用は、第３管路７全体により大きなガス流を生じさせることによって、この処理を助ける。
図２を見ると、可変オリフィスバルブを有する図１の真空ポンプ２の特別な設計を示す。
ポンプ２は、ターボ分子段２０と、後続の分子吸収（ホルヴェック）段２１とを有する。
【００１７】
両方の段は同じポンプ本体２２の中に収容され、各段のローターは単一の軸２３に取り付けられている。ターボ分子段のローター２４は、斜めのブレードの垂直な列を有し、ポンプの使用中、該ブレードは、ステーター２４の同様な定置配列の傾斜ブレード間で、高速度で回転させられる。これらの定置配列はスペースリングによって支持されている。
ホルヴェック段のローター２５は垂直な円筒形状であり、螺旋溝構造２６からなるステーター内で、同じ高速度で回転する。
ポンプ２の作動中、ガスは入口２７から、ターボ分子段の中を流れ、次いで、ホルヴェック段の中を流れ、前管路２９の方向に出口２８を経て出る。
ポンプ２には全体を３０で指示した可変オリフィスバルブが接続され、可変オリフィスバルブは、主として、図示されていない手段によって操作されて図１に示す装置の第３管路を閉じたり可変的に開いたりするバルブ部材３１を有し、第３管路は、図２では参照番号３２、３３、３４で示される。第３管路は、ポンプの外側ケーシングとスペースリングとの間に形成された環状の隙間と、スペースリングに形成された溝又は穴とを有する。
【００１８】
管路３２、３３、３４は、発明者の要求により、前管路２９を真空ポンプ２の入口２７とつなぐ。
【００１９】
【発明の効果】
バルブ部材３１の開度、それ故に、バルブによって与えられる流れ抵抗の度合いに応じて、バルブ２を通して排出されるガスは、プロセスチャンバー内のプロセス条件によって要求されるように、ガスの圧力差によって管路３２、３３、３４を通って吸い込まれるだろう。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は本発明者の真空ポンプ装置の概略図である。
【図２】図２はバルブ手段を有する図１の装置に使用される真空ポンプの図である。
【符号の説明】
１            プロセスチャンバー
２            第１ポンプ
３            第２ポンプ
４            前管路
５            プロセスガス導入手段
６            圧力検出手段
７            第３管路
８            バタフライバルブ
９            制御手段
２４          ローター
２５          ローター
２６          ステーター
２７          入口
２８          出口
３１          バルブ
【図１】
0004219450.tif 000002
【図２】
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