CN101270831B - 开关阀及具有该开关阀的处理装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种可以实现密封构件长使用寿命化的开关阀及具有该开关阀的处理装置。该开关阀(100)设置于可将内部保持真空的腔室(11)与排气装置(53、54)之间，具有连通腔室侧与排气装置侧的开口(111)的阀主体(110)、在阀主体内与开口接触或分离来打开关闭开口的阀体(120)、设置于阀体并在阀体关闭了开口时密封开口的密封构件(120b)、使阀体进退的直进移动部件(140)、设置于离开开口的位置、并供从开口离开的阀体退避的阀退避部(113b)、与使阀体在与开口对应的位置和与阀退避部对应的位置之间转动的转动部件(150)。

Description

开关阀及具有该开关阀的处理装置

技术领域

本发明涉及开关阀与具有该开关阀的处理装置，该开关阀设置于对半导体晶圆等被处理体进行真空处理的处理装置的腔室与排气装置之间。 

背景技术

在半导体制造工序中，大多采用成膜处理或蚀刻处理等真空处理。在进行这样的真空处理的处理装置中，将作为被处理体的半导体晶圆搬入内部可进行真空排气的腔室内，由具有真空泵的排气装置对腔室内进行真空排气，并且对半导体晶圆实施规定的处理。 

该处理期间，由真空泵对腔室内进行真空排气，并且通过调整设置于腔室与真空泵之间的压力控制阀的开度，将腔室内控制在规定压力。 

另一方面，在维护时等，有时需要在真空泵的上游侧或下游侧完全切断排气通路，因此，除了压力控制阀之外，还设有可以完全切断排气通路的开关阀。 

在专利文献1(日本特开平9-89139号)中记载有这样的开关阀。如在此所记载的那样，一般的开关阀，由阀体与开口接触或分离来进行阀的开闭。并且，为了使阀的关闭准确可靠，在阀体上安装富有弹性的环状密封构件，当阀体压接于开口时，密封构件发生弹性变形而堵塞间隙，从而可以实现密封。 

专利文献1：日本特开平9-89139号公报 

在上述以往的开关阀中，通过阀体直进与开口接触或分离来进行打开关闭动作，因此，在阀打开状态时，阀体位于与开 口相对的位置。 

但是，作为上述真空处理，例如，进行用CF气体或氧气等进行的清洁或等离子处理，在该期间该开关阀打开着，阀体离开开口、位于与开口相对的位置。而且，等离子气体通过开口被排气装置吸引时，产生如下问题：阀体的密封构件曝露在等离子中的自由基中而老化，从而使密封能力下降，产生微粒等。因此，需要在密封构件发生老化的时刻使装置停止，更换密封构件。 

目前，随着等离子、自由基的高能源化，为了提高耐等离子性与抗自由基性，使用高价的完全氟素化橡胶作为密封构件，但是即便如此还是会产生老化，几个月就必需更换密封构件，密封构件成本较高，另外，为了更换密封构件需要使装置停止，因此，存在生产率降低这样的问题。 

发明内容

本发明是鉴于这样的问题而做成的，其目的在于提供一种可以实现密封构件的长寿命化的开关阀及具有该开关阀的处理装置。 

为了达成上述目的，本发明的第1技术方案为提供一种开关阀，该开关阀设置于腔室与对该腔室内进行真空排气的排气装置之间，该腔室可将内部保持真空，该开关阀具有阀主体、阀体、密封构件、直进移动部件、阀退避部与转动部件，该阀主体在内部形成有连通上述腔室侧与上述排气装置侧的开口，该阀体在该阀主体内与上述开口接触分离来打开关闭开口，该密封构件设置于上述阀体，在上述阀体关闭了上述开口时密封开口，该直进移动部件使上述阀体进退，该阀退避部设置于离开上述开口的位置，供从上述开口离开的上述阀体退避，该转动部件使上述阀体在如下两个位置之间转动：一个位置为与上述开口对应的位置，另一个位置为上述阀退避部或与上述阀退避部对应的位置；上述阀体从上述开口离开时，由上述直进移动部件与转动部件将上述阀体移动到上述阀退避部；当在上述腔室内进行处理时，上述阀体位于上述阀退避部。 

在第1技术方案中，可以做成如下的结构：上述阀退避部设置于离开上述开口的壁部，上述阀体移动到与上述阀退避部对应的位置时，上述直进移动部件使上述阀体直进从而使上述密封构件与阀退避部压接。 

另外，在第1技术方案中，可以做成如下的结构：上述直进移动部件具有凸轮机构。或者，也可以做成如下的结构：上述凸轮机构为板状构件表面形成有槽的板凸轮。 

同样在第1技术方案中，可以做成如下的结构：上述转动部件使凸轮机构与上述阀体一起转动。 

另外，在第1技术方案中，可以做成如下结构：上述阀体在上述密封构件的外侧具有保护密封部，上述保护密封部紧密附着在上述阀退避部时，上述密封构件被气密地密封在上述保护密封部内。 

另外，也可以做成如下结构：在上述开口的周边形成收容上述保护密封部的凹槽，上述密封构件密封了开口时，上述保护密封部被收容在上述凹槽。 

本发明的第2技术方案是提供一种处理装置，该处理装置具有腔室、处理机构、排气装置与开关阀，该腔室收容被处理体，可将内部保持真空，该处理机构在上述腔室内对被处理体实施等离子处理，该排气装置对上述腔室内进行真空排气，该开关阀设置于上述腔室与上述排气装置之间；上述开关阀具有阀主体、阀体、密封构件、直进移动部件、阀退避部与转动部件，该阀主体在内部形成有连通上述腔室侧与上述排气装置侧 的开口，该阀体在该阀主体内与上述开口接触分离来打开关闭开口，该密封构件设置于上述阀体，在上述阀体关闭了上述开口时密封开口，该直进移动部件使上述阀体进退，该阀退避部设置于离开上述开口的位置，供从上述开口离开的上述阀体退避，该转动部件使上述阀体在如下两个位置之间转动：一个位置为与上述开口对应的位置，另一个位置为上述阀退避部或与上述阀退避部对应的位置；上述阀体从上述开口离开时，由上述直进移动部件与转动部件将上述阀体移动到上述阀退避部；当在上述腔室内进行处理时，上述阀体位于上述阀退避部。 

使用本发明的开关阀，可取得如下优良效果：在处理半导体基板过程中，阀体移动到位于离开开口的位置的阀退避部，可以减少接触密封构件的排气流的量，从而可以减少由等离子中的自由基等所引起的密封构件的老化，可以延长密封构件的使用寿命、降低处理装置的运行成本，还可以提高处理的生产率。特别是，阀体在打开状态时，通过使密封构件压接于阀退避部，可基本完全地隔断自由基等进入密封构件，可以取得更大的效果。 

若做成如下的结构，则可以防止在阀体退避到阀退避部时，密封构件被等离子中的自由基等侵蚀。上述结构为：在上述密封构件外侧具有保护密封部，上述保护密封部紧密附着在阀退避部时，上述密封构件被气密地密封在上述保护密封部内。 

若做成如下的结构，则在密封构件密封着开口时，保护密封部进入凹槽而不会变形，因此，可以使移动到阀退避部时的密封确实可靠。上述结构为：在上述开口的周边形成收容上述保护密封部的凹槽，在上述密封构件密封了开口时将上述保护密封部收容在上述凹槽内。 

附图说明

图1是表示本发明的一实施方式的成膜装置的示意图。 

图2是表示本发明的开关阀的图，图2(a)是图2(b)的B-B剖视图，图2(b)是图2(a)的A-A剖视图。 

图3是图2的阀体与板凸轮的局部放大示意俯视图。 

图4(a)～图4(e)是对本发明开关阀的开关动作即从阀关闭状态到打开阀、阀体退避到退避部的动作进行说明的图。 

具体实施方式

以下参照附图，对本发明的实施方式进行详细说明。在本实施方式中，以通过CVD在作为被处理基板的半导体晶圆(以下简称为晶圆)的表面形成TiN膜的装置为例进行说明。 

以下参照附图，对本发明的开关阀与具有该开关阀的处理装置进行详细说明。图1是使用了本发明的开关阀的RLSA微波等离子处理装置10的概略剖视图。如图1所示，该RLSA微波等离子处理装置10具有腔室11、基座(susceptor)12、气体导入部13、平面天线14、微波发生部15、微波传送机构16与处理气体供给系统17，该腔室11为大致圆筒状，并可保持真空，用于收容半导体基板，该基座12设置于腔室11底部，用于载置半导体基板S，该气体导入部13为环状，设置于腔室11的侧壁，用于导入处理气体，该平面天线14设置成面临腔室11上部的开口部，形成有许多微波透过孔14a，该微波发生部15产生微波，该微波传送机构16将微波发生部15引导到平面天线14，该处理气体供给系统17向气体导入部13供给处理气体。 

在平面天线14下方设有由介电体形成的微波透过板21，在平面天线14上设有屏蔽构件22。微波传送机构16具有导波管31、同轴导波管32与模式转换机构35，该导波管31沿水平方向延伸，用于自微波发生部115引导微波，该同轴导波管32由从 平面天线14向上方延伸的内导体33及外导体34形成，该模式转换机构35设置于导波管31与同轴导波管32之间。 

在腔室11底部设有排气机构24，该排气机构24由用于对腔室11内进行排气的阀、排气装置等形成。排气机构24具有排气  管23，该排气管23与腔室11底部的排气口11a连接，在该排气管23的前级设置有作为排气装置的吸引泵53，在后级同样设置有作为排气装置的干式真空泵54，用干式真空泵54进行粗抽吸，用吸引泵53进一步进行真空抽吸直到成为高真空。 

在排气管23的吸引泵53的上游侧设置有压力控制阀60。在腔室11设置有检测腔室11中压力的压力传感器55，压力控制阀60可以根据压力传感器55的值调节开度。在排气管23上，在吸引泵53与干式真空泵54之间设有本发明的开关阀100。另外，在压力控制阀60的上游侧也设有与开关阀100同样的开关阀101。 

在腔室11侧壁设置有可搬入搬出半导体基板S的搬入搬出口25，该搬入搬出口25可由闸阀G打开关闭。另外，在基座12内埋设有加热器18。 

处理气体供给系统17例如是供给CF气体或氧气之类处理气体的系统，这些从各气体供给源被连接到共通的气体供给管路19。气体供给管路19与上述气体导入部13连接。另外，在气体供给管路19上安装有开关阀与质量流控制器等流量控制器(未图示)。 

该RLSA微波等离子处理装置10为如下构成：具有程序控制器50，该程序控制器50控制各构成部、由微处理器(计算机)构成，各构成部与该程序控制器50连接并由该程序控制器50控制。例如，由基于压力传感器55的值的程序控制器50的指令来控制压力控制阀60，使开关阀100也由来自程序控制器50的指 令打开关闭。另外，在程序控制器50上连接用户接口51，该用户接口51由为了操作者管理RLSA微波等离子处理装置10而进行命令输入操作等的键盘、可视化表示等离子处理装置的运转情况的显示器等构成。 

另外，程序控制器50上连接存储有处理方法的存储部52，该处理方法为用于由程序控制器50的控制来实现用RLSA微波等离子处理装置10实施的各种处理的控制程序、或根据处理条件使RLSA微波等离子处理装置10的各构成部进行处理的程序。该处理方法存储在存储部52中的存储介质中。存储介质既可以是硬盘或半导体存储器，也可以是CDROM、DVD、闪存等可移动的存储介质。另外，还可以从其他装置通过例如专用线路适宜地传送处理方法。 

而且，根据需要，由来自用户接口51的指示等从存储部52调出任意的处理方法，并使程序控制器50实施该处理方法，从而来实现所期望的处理。另外，用压力传感器55检测腔室11内的压力，通过程序控制器50对压力控制阀60的开度进行调节。 

接着，对在上述构成的RLSA微波等离子处理装置10中进行的RLSA微波等离子处理装置的方法的概略进行说明。 

首先，将半导体基板S搬入腔室11内，并载置在基座12上。然后，由排气机构24对腔室11内进行真空排气，从处理气体供应系统17经由气体供给管路19、通过气体导入部13、将例如上述的CF气体、氧气之类的处理气体供给到腔室11内，进行蚀刻处理等处理。 

该RLSA等离子微波方式的等离子处理在低电子温度下形成以高密度的自由基为主体的等离子，因此，可以实现低损伤的等离子处理。 

在具有多个处理工序的情况下，1个处理工序结束之后， 继续进行真空排气，并且，将设置于处理气体供应系统17的Ar等清扫气体供给到腔室11内，对在前一道工序中残留的气体进行清扫。其后，切换供给用于进行下一处理的气体，形成微波等离子并进行下一工序的处理。 

图2是表示本发明的开关阀的图，图2(a)是图2(b)的B-B剖视图，图2(b)是图2(a)的A-A剖视图。 

开关阀100具有做成大致立方体形状的阀主体110。在阀主体110的一方有作为流体入口的开口111，与该开口111相对的位置有作为流体出口的开口112，在这些入口侧的开口111与出口侧的开口112之间形成有大致圆筒形状的空间113。 

在空间113内设置有可与入口侧的开口111接近或分离的阀体120。阀体与空间113内壁的开口111的周缘接近或分离来打开关闭开口。在开口111的外侧形成有凹槽111a。阀体120为圆板形状，在周缘嵌入有环状密封构件120b，在该密封构件120b外侧嵌入有同样环状的保护密封部120a，从而可气密地密封入口侧的开口111。密封构件120b优选是完全氟化橡胶制的构件。保护密封部120a可以使用与密封构件120b相同的原材料，也可以使用别的原材料。在阀体120的后方设有阀杆122，该阀杆122以可自由滑动的状态贯穿小框体130，该小框体130收容在空间113内。在阀体120与小框体130之间有对阀体120向入口侧的开口111施加力的弹簧部件124。在该实施例中使用螺旋弹簧作为弹簧部件124。 

在阀杆122的中间竖立设置有销123，销123向阀杆122的两侧突出，销123的顶端进入作为凸轮机构的板凸轮131的凸轮槽132。销123与凸轮槽132之间存在一些间隙，弹簧部件124使销123处于总是压接于凸轮槽132的一边的状态。板凸轮131位于小框体130内、从两侧夹着阀杆122，两侧的板凸轮131的 两端被连接、由设置于阀体120的外侧的驱动部件135和杆136连接。杆136贯通小框体130与阀主体110。由线性电动机或气缸构成的驱动部件135使杆136沿图2(b)箭头所示方向进退，从而使与杆136成为一体的板凸轮131进退。 

图3是放大表示图2的阀体120与板凸轮131的局部的示意俯视图。上下的板凸轮131的凸轮槽132是互为镜像的关系，具有直行部132a、132c与斜行部132b，该直行部132a、132c位于两端，与杆136的进退方向平行，该斜行部132b联结这些直行部132a与直行部132c。 

板凸轮131借助杆136的进退而沿图3的y轴方向移动。另一方面，阀杆122的两端被支承在小框体130，如图2(b)所示，因为小框体130的两端与阀主体110的空间113内壁抵接，因此，小框体130不能在y轴方向移动，阀杆122与固定在阀杆122上的销123都不能在y轴方向移动。因此，若板凸轮131沿y轴方向移动，则使得销123在凸轮槽132内移动。 

板凸轮131沿y轴方向移动，销123在凸轮槽132的直行部132a内移动时，阀体120从入口侧的开口111离开成为阀打开状态。此时，阀体120与入口侧的开口111保持恒定的距离，阀体120既不接近入口侧的开口111，也不远离入口侧的开口111。 

板凸轮131沿y轴方向自如图3所示的销123的位置向图的上方向移动，销123从凸轮槽132的直行部132a出来进入斜行部132b、并在斜行部132b内移动时，销123沿x轴方向向图3左方移动，使阀体120接近入口侧的开口111。销123到达斜行部132b与直行部132a的分界处，成为阀体120与入口侧的开口111周缘压接的状态，成为密封构件120b弯曲而气密地封闭入口侧的开口111的阀关闭状态。 

另外，板凸轮131向图上方移动，则销123进入直行部132c 内，并在直行部132c中移动。此时，阀体120保持与入口侧的开口111压接的状态。由于销123进入直行部132c，则即使板凸轮131停止，也可以防止销123返回斜行部132b，可以保持关闭阀的状态。如以上说明那样，由驱动部件135、杆136、板凸轮131、销123、阀棒122构成阀体120的直进移动部件140。 

上述为阀体120的直进运动的说明，但是，开关阀100还具有转动部件150。该转动部件150使驱动部件135、杆136、小框体130、板凸轮131、阀杆122、阀体120一起以杆136的中心轴为中心进行转动。阀体120可在如下两个位置之间转动：一个位置为与开口111对应的位置，另一个位置为与位于从阀主体110内壁的开口111离开大约90度的位置的阀退避部113b对应(相对)的位置。另外，驱动部件135与转动部件150独立动作，基于来自程序控制器50的指令由未图示的控制装置控制。在这种情况下，由转动部件150使阀体120转动到与阀退避部113b对应的位置后，由驱动部件135使阀体120进出，从而可以使密封构件120b与阀体120内壁紧密接触。可以使用具有减速器的电动机等作为转动部件150。 

接着，参照图4(a)～图4(e)，对本发明开关阀110的开关动作、即从阀关闭状态到打开阀、阀体退避到退避部的动作进行说明。 

图4(a)是表示阀关闭状态、即阀体120密封入口侧的开口111的状态。该状态为如下状态：图2(b)所示的板凸轮131移动到最上面，图3所示的销123位于直行部132c的最下部，杆136变为最短。密封构件120b与开口111压接，外侧的保护密封部120a收容在形成于开口111外侧的凹槽111a内。在凹槽111a内，保护密封部120a前端为不与凹槽111a底面抵接的状态。通过做成这样来防止保护密封部120a变形、确保密封力。 

图4(b)表示阀打开状态。该状态为如下状态：在图3中，杆136变为最长，板凸轮131移动到最下面，销123位于直行部132a的最上部。此时，阀体120从入口侧的开口111离开，成为入口侧的开口111与出口侧的开口112连通的状态。即，通过板凸轮131从最上部移动到最下部来进行从(a)到(b)的变化。 

图4(c)是表示从图4(b)状态由转动部件150使从驱动部件135到阀体120一起转动了大约45度的状态。阀体120为从开口111离开了的状态，而且，阀主体110的内部空间113为圆形，因此即使使阀体120以杆136的中心轴为轴进行旋转，也不会与空间113内壁干涉。另外，即使内部空间113不为圆形，可以做成阀体120不与空间113内壁干涉的形状。 

图4(d)是表示由转动部件150进一步转动小框体130等、转动角度变为大约90度的状态。阀体120移动到与位于从开口111离开大约90度的位置的阀退避部113b相对的位置。 

在该状态下，使驱动部件135动作，缩小杆136。于是，板凸轮131从图3的状态上升，销123到达凸轮槽132的直行部132c的最下端，如图4(e)所示，阀体120到达阀退避部113b。在该状态下，保护密封部120a紧密附着在阀退避部113b，成为由保护密封部120a密封密封构件120b、且密封构件120b的前端面与任何地方都不接触的状态。 

在腔室11内进行规定的等离子处理时，开关阀100为图4(e)所示的状态，该状态为如下状态：阀体120退避到阀退避部113b，用保护密封部120a密封密封构件120b；因此，使得从入口侧的开口111进入并流向出口侧的开口112的自由基等不与密封构件120b接触。因此，可以延长阀杆122的寿命，可以降低装置的运行成本。另外提高处理的生产率。 

另外，本发明可以不限于上述实施方式，可进行各种变形。 例如，在上述实施方式中示出了将本发明的开关阀应用于RLSA微波等离子处理装置10的例子，但并不局限于此，也可以适用于其他的等离子处理装置。另外，在上述实施方式中做成如下结构：阀退避部113b位于阀主体110的内壁，阀体120处于退避状态时，使保护密封部120a紧密附着在阀退避部113b上。而且，此时，使密封构件120b不与内壁抵接。通过做成这样，从而防止密封构件120b的变形、延长密封构件120b的使用寿命。 

在本发明的实施例中，阀退避部113b位于空间113的圆筒形内壁，因此，密封构件120b不与内壁抵接。但是，内壁为平面的情况等，有时移动到阀退避部的密封构件120b与壁面压接。在这样的情况下，优选是做成在阀退避部形成凹部而使密封构件120b不与壁面压接。 

在本发明的实施例中，阀退避部也可以不必位于阀主体110的内壁。即使在密封构件不紧密附着在壁部的状态下，只要可以减少与密封构件接触的排气流的量，就可得到减少密封构件的老化的效果。另外，阀的驱动方式等也不限于上述实施方式。 

Claims (7)

1.一种开关阀，该开关阀设置于等离子处理装置的腔室与对该腔室内进行真空排气的排气装置之间，该腔室可将内部保持真空，其特征在于，

上述开关阀具有阀主体、阀体、密封构件、直进移动部件、阀退避部与转动部件，

该阀主体在内部形成有连通上述腔室侧与上述排气装置侧的开口，该开口具有入口侧的开口和出口侧的开口，

该阀体在该阀主体内与上述入口侧的开口接近来关闭上述入口侧的开口或与上述入口侧的开口分离来打开上述入口侧的开口，

该密封构件设置于上述阀体，在上述阀体关闭了上述入口侧的开口时密封上述入口侧的开口，

该直进移动部件使上述阀体进退，

该阀退避部设置于离开上述入口侧的开口的位置，供从上述入口侧的开口离开的上述阀体退避，

该转动部件使上述阀体在如下两个位置之间转动：一个位置为与上述入口侧的开口对应的位置，另一个位置为上述阀退避部或与上述阀退避部对应的位置；

上述阀体从上述入口侧的开口离开时，由上述直进移动部件与转动部件将上述阀体移动到上述阀退避部；

当在上述腔室内进行处理时，上述阀体位于上述阀退避部，

上述阀体在上述密封构件的外侧具有保护密封部，上述保护密封部紧密附着在上述阀退避部时，上述密封构件被气密地密封在上述保护密封部内，从而使得从上述入口侧的开口进入并流向上述出口侧的开口的等离子中的自由基不与上述密封构件接触。

2.根据权利要求1所述的开关阀，其特征在于，上述阀退避部设置于离开上述入口侧的开口的壁部，上述阀体移动到与上述阀退避部对应的位置时，上述直进移动部件使上述阀体直进从而使上述密封构件与阀退避部压接。

3.根据权利要求1或2所述的开关阀，其特征在于，上述直进移动部件具有凸轮机构。

4.根据权利要求3所述的开关阀，其特征在于，上述凸轮机构是在板状构件表面上形成有槽的板凸轮。

5.根据权利要求1或2所述的开关阀，其特征在于，上述转动部件使凸轮机构与上述阀体一起转动。

6.根据权利要求1所述的开关阀，其特征在于，在上述入口侧的开口的周边形成收容上述保护密封部的凹槽，上述密封构件密封上述入口侧的开口时，上述保护密封部被收容到上述凹槽。

7.一种处理装置，该处理装置是等离子处理装置，该处理装置具有腔室、处理机构、排气装置与开关阀，该腔室收容被处理体，可将内部保持真空，该处理机构在上述腔室内对被处理体实施等离子处理，该排气装置对上述腔室内进行真空排气，该开关阀设置于上述腔室与上述排气装置之间；其特征在于，

上述开关阀具有阀主体、阀体、密封构件、直进移动部件、阀退避部与转动部件，该阀主体在内部形成有连通上述腔室侧与上述排气装置侧的开口，该开口具有入口侧的开口和出口侧的开口，该阀体在该阀主体内与上述入口侧的开口接近来关闭上述入口侧的开口或与上述入口侧的开口分离来打开上述入口侧的开口，该密封构件设置于上述阀体，在上述阀体关闭了上述入口侧的开口时密封上述入口侧的开口，该直进移动部件使上述阀体进退，该阀退避部设置于离开上述入口侧的开口的位置，供从上述入口侧的开口离开的上述阀体退避，该转动部件使上述阀体在如下两个位置之间转动：一个位置为与上述入口侧的开口对应的位置，另一个位置为上述阀退避部或与上述阀退避部对应的位置；上述阀体从上述入口侧的开口离开时，由上述直进移动部件与转动部件将上述阀体移动到上述阀退避部；当在上述腔室内进行处理时，上述阀体位于上述阀退避部，

上述阀体在上述密封构件的外侧具有保护密封部，上述保护密封部紧密附着在上述阀退避部时，上述密封构件被气密地密封在上述保护密封部内，从而使得从上述入口侧的开口进入并流向上述出口侧的开口的等离子中的自由基不与上述密封构件接触。

Images