CN101680090A - 真空处理装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种真空处理装置。在真空处理腔室(2)的盖体(3)，沿着成为气体流路的开口部的周缘形成有环状的槽(150)，在该槽(150)内设置有整体形状为环状(O形环状)且形成为双重结构的金属密封部件(140)。在盖体(3)，在槽(150)的外侧部分以包围槽(150)的周围的方式形成有环状凹部(160)。另一方面，在凸缘部(130)侧形成有与凹部(160)对应的环状凸部(170)，构成使凸部(170)嵌合在凹部(160)中的嵌合机构(180)。
Description
技术领域
本发明涉及一种在成为真空气氛的真空处理腔室内对被处理物进行规定处理的真空处理装置。
背景技术
一直以来，在例如半导体装置的制造工序等中，使用在成为真空气氛的真空处理腔室内，对半导体晶片等被处理物加热，进行成膜处理等规定处理的真空处理装置。
例如，作为上述真空处理装置的1个例子，已知有如下的等离子体处理装置，即，向成为真空气氛的真空处理腔室内导入规定的处理气体，并向该真空处理腔室内导入微波，产生处理气体的等离子体，利用CVD实施成膜处理等(参考专利文献1)。
上述的微波等离子体处理装置等有利用例如铝合金等金属部件构成真空处理腔室的情况。另一方面，用于向该真空处理腔室内导入处理气体的配管系统等多由不锈钢形成。因此，存在形成由这些不同种类的材料构成的金属部件彼此之间通过真空密封部件抵接的抵接部的情况。
另外，例如，在进行金属成膜的等离子体处理装置等中，氧、氢等杂质的存在对成膜处理造成坏影响，因此期望使真空处理腔室内成为高真空，例如10-6Pa数量级的高真空。然而，在形成为这样的高真空的情况下，当使用通常的树脂制的O形环时，来自大气等外部的氧、氢等透过O形环并被导入真空处理腔室内。因此，作为真空密封部件，使用金属制的金属密封部件。
但是存在以下问题：例如，在上述的铝合金和不锈钢的抵接部等由不同种类的材料构成的金属部件的抵接部使用金属密封部件的情况下，在进行伴随加热的处理等时，由于这些金属部件的热膨胀率的差而使得金属部件彼此的相对位置偏离，因为金属密封部件被这些金属部件摩擦，所以金属密封部件受到损伤，发生真空泄漏。
专利文献1：日本特开2006-342386公报
发明内容
本发明是鉴于上述的情况而完成的，其目的在于提供一种真空处理装置，即使在与常温不同的温度范围内使用的情况下，也能够抑制金属密封部件发生损伤，与现有技术相比能够降低发生真空泄漏的可能性。
本发明的真空处理装置的一个方式，包括：真空处理腔室，其容纳被处理物，使内部成为真空气氛，对上述被处理物实施规定的处理；和真空处理装置构成部件，其以闭塞上述真空处理腔室的开口部的方式设置，并由与上述真空处理腔室的热膨胀率不同的金属材料构成，在上述真空处理腔室和上述真空处理装置构成部件的抵接部具有：气密地密封该抵接部的金属密封部件；和嵌合机构，其将上述真空处理装置构成部件限制在上述真空处理腔室，抑制因热膨胀差而在上述真空处理装置构成部件与上述真空处理腔室发生错位。
本发明的真空处理装置的一个方式是，在上述真空处理装置中，上述真空处理腔室由铝合金构成，上述真空处理装置构成部件由不锈钢构成。
本发明的真空处理装置的一个方式是，上述真空处理装置包括：气体供给机构，其向上述真空处理腔室内供给规定的处理气体；和等离子体产生机构，其通过高频电力的施加，在上述真空处理腔室内产生上述处理气体的等离子体。
本发明的真空处理装置的一个方式是，在上述真空处理装置中，上述真空处理装置构成部件是用于向上述真空处理腔室内导入上述处理气体的气体配管构成部件。
本发明的真空处理装置的一个方式是，在上述真空处理装置中，上述真空处理装置构成部件是用于从上述真空处理腔室内排气的排气部构成部件。
本发明的真空处理装置的一个方式是，在上述真空处理装置中，具有加热机构，能够将上述真空处理腔室内设定为高于常温的温度。
本发明的真空处理装置的一个方式是，在上述真空处理装置中，上述规定的处理为形成金属膜的成膜处理。
附图说明
图1为表示本发明的一个实施方式的等离子体处理装置的结构的图。
图2为图1的等离子体处理装置的俯视图。
图3为放大表示图1的等离子体处理装置的主要部分的结构的纵截面图。
图4为放大表示图1的等离子体处理装置的主要部分的结构的纵截面图。
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的说明。
图1、2表示将本发明的真空处理装置适用于CVD成膜装置的实施方式的结构。如图1所示，该CVD成膜装置1包括：形成为大致圆筒状的上下开放的真空处理腔室2；以及作为分别闭塞在该真空处理腔室2的上部开口的上方侧开口部4和在底部开口的下方侧开口部5的部件的盖体3和台保持部件6。台保持部件6构成暂时集合真空处理腔室2内的排气的排气室6a，在排气室6a的下部侧壁部分连接真空排气配管70的一端，该真空排气配管70为对真空处理腔室2内进行真空排气的排气部构成部件，该真空排气配管70的另一端与排气装置7连接。
在真空处理腔室2的内部，设置有用于水平载置作为被处理体的半导体晶片(以下称为处理基板)8的台10。该台10设置在支柱11上，该支柱11竖立设置在排气室6a的内部，该台10包括：支承处理基板8的可自由地上下活动的多个支撑销12、对处理基板8进行加热的加热机构13、使等离子体的生成稳定的环14、和网状电极15等。支撑销12竖立设置在支撑板17上，其上端部贯通上述台10，该支撑板17通过例如气缸16等升降机构被升降。
在真空处理腔室2的一个侧壁上，设置有用于进行处理基板8的搬入搬出的搬入搬出口20、和开关该搬入搬出口20的闸阀21。另外，在真空处理腔室2的侧壁上内装有用于对真空处理腔室2的侧壁进行加热的筒式(cartridge)加热器23，由此控制为原料气体的凝结和副产物不会附着的温度。
在盖体3的内侧，以与台10相对的方式，隔着绝缘部件24安装有处理气体喷出用的喷头25。该喷头25具有形成为圆板状的3个板，即上段板25a、中段板25b和下段板25c。
上段板25a作为基底部件起作用，在该上段板25a的外周下部螺钉固定中段板25b的外周部。在上段板25a配置有圆板状的内侧加热器26和环状的外侧加热器27。这些加热器26、27分别与未图示的电源连接。
在中段板25b的下表面，下段板25c密接并被螺钉固定。在上段板25a的下表面和中段板25b之间气密地形成有空间28。另外，在中段板25b、下段板25c上，以贯通他们的方式形成有多个气体流路30。这些气体流路30设置为2个系统，从该2个系统的气体流路交替地供给2种气体(第一气体和第二气体)，由此通过ALD(Atomic LayerDeposition：原子层沉积)法能够形成原子层级别的薄膜。这里虽然采用分别供给2个系统的气体的后混合类型的喷头，但也可以采用一起供给2个系统的气体的前混合类型的喷头。
另外，在上段板25a的上表面，分别连接有用于供给上述的2种气体的第一气体导入管35a和第二气体导入管35b的一端。
另一方面，第一和第二气体导入管35a、35b的另一端侧，通过组装在上段板25a的凹陷部内并覆盖加热器26、27的绝热部件38和气体导入部件39，与气体供给源40、41连接。
从气体供给源40供给作为第一气体的例如TaCl5气体。另外，从气体供给源41供给作为第二气体的例如H2气体。使这些气体等离子化，发生所希望的反应，由此在处理基板8的表面上形成Ta膜等。
从高频电源51经匹配电路51a向与喷头25连接的供电棒52供给高频电力，在真空处理腔室2内的处理基板8上形成高频电场，由此使供给至真空处理腔室2内的TaCl5气体和H2气体等离子化，促进Ta的成膜反应。另外，喷头25构成为冷却时通过供给干燥气体而进行冷却。
在盖体3的上表面侧设置有保持喷头25的上端外周缘部125的温度的环状绝缘板53、和屏蔽箱54。该屏蔽箱54覆盖盖体3的上方，在其上部设置有进行供给到喷头25的干燥气体的热排气的排气口55。
图1的箭头A所示的部位是构成上述第一气体导入管35a和第二气体导入管35b的气体配管构成部件、与设置在真空处理腔室2的盖体3的气体流路的连接部分。在该连接部分A的气体配管构成部件侧，如图3放大所示，设置有凸缘部130，使该凸缘部130与盖体3抵接并进行连接。该凸缘部130与构成第一气体导入管35a和第二气体导入管35b的配管部件同样地由不锈钢构成，在该凸缘部130和盖体3的抵接部分设置有作为真空密封部件的金属密封部件140。该金属密封部件140为双重结构，里面由具有弹簧功能的螺旋状部件140b的金属O形环构成，设置有覆盖该螺旋状部件140b、且一部分为切口的结构的外侧部件140a的金属C形环。外侧部件140a、螺旋状部件140b由INCONEL合金(インコネル)(商品名)、HASTELLOY合金(ハステロイ)(商品名)、Ni、Al、SUS等相同材料或不同材料构成。该金属密封部件140例如能够使用Helicoflex metal(ヘリコフレツクスメタル)(商品名)等。该金属密封部件140利用密封部件的弹性维持密封，能够防止密封部件过于紧固。另外，该金属密封部件140利用密封部件的弹性恢复，能够吸收由温度循环、压力循环引起的部件的小的变形。
如图3所示，在真空处理腔室2的盖体3，沿着成为气体流路的开口部的周缘形成有环状的槽150，在该槽150内设置有整体形状为环状(O形环状)的金属密封部件140。另外，在真空处理腔室2的盖体3，在槽150的外侧部分以围绕槽150的周围的方式形成有环状的凹部160。另一方面，在凸缘部130侧形成有与凹部160对应的环状的凸部170，构成使凸部170嵌合于凹部160的嵌合机构180。
该嵌合机构180用于防止如下情况的发生：在使真空处理腔室2和盖体3升温到高于常温的温度、例如数十℃～200℃时，因铝合金制的真空处理腔室2的盖体3和不锈钢制的凸缘部130的热膨胀率的差而使得在真空处理腔室2的盖体3和凸缘部130发生位置错位，从而使金属密封部件140的表面被摩擦而产生损伤。通过设置该嵌合机构180，例如以300℃以上优选400℃以上的处理温度进行处理时，即使真空处理腔室2和盖体3成为高于常温的温度、例如数十℃～200℃，与现有技术相比，也能够大幅降低因金属密封部件140的损伤而引起的发生真空泄露的可能性。该情况下的上限处理温度为900℃以下。
另外，构成凸缘部130的材料例如能够使用SUS316(L)(热膨胀系数为16.0×10-6/℃)、SUS303(L)(热膨胀系数为17.2×10-6/℃)、SUS304(L)(热膨胀系数为17.3×10-6/℃)、HASTELLOY(商品名)(热膨胀系数为11.5×10-6/℃)、INCONEL(商品名)(热膨胀系数为11.5×10-6/℃)、Ni(热膨胀系数为13.3×10-6/℃)等。另外，构成真空处理腔室1的铝合金例如能够使用A5052(热膨胀系数为23.8×10-6/℃)、A5056(热膨胀系数为24.3×10-6/℃)、A5083(热膨胀系数为23.4×10-6/℃)、A6061(热膨胀系数为23.6×10-6/℃)、A6063(热膨胀系数为23.4×10-6/℃)、A7075(热膨胀系数为23.6×10-6/℃)等。在使用这样的材料的情况下，线膨胀率的差为6×10-6～13×10-6/℃左右。因此，例如在凸缘部130的直径为0.1m左右，并使温度从常温上升100℃的情况下，在凸缘部130的外周部分，产生6×10-2mm～13×10-2mm左右的由热膨胀差引起的伸长的差。通过抑制该伸长的差，抑制金属密封部件140的表面被摩擦。
在此情况下，假定在图3中标注点划线的方向上存在凸缘部130的中心，则热膨胀率大的铝合金制的真空处理腔室2沿着图中标注箭头B的方向，多余地延伸线膨胀率的差的量。因此，在凹部160和凸部170，图3中标注点划线的凸缘部130的中心侧(图中标注箭头C的部分)抵接而抑制延伸。因此，在常温下标注箭头C的部分的余隙(clearance)至少需要为5×10-2mm～50×10-2mm以下，例如优选为10×10-2mm～20×10-2mm左右。另外，除上述材料以外，例如也有使用Al2O3(热膨胀系数为6.5×10-6/℃)、AlN(热膨胀系数为5.0×10-6/℃)等的情况。槽的尺寸为，直径为800mm以下，优选为500mm以下。
另外，如图3所示，如果在金属密封部件140的配置部分的外侧设置嵌合机构180，则在嵌合机构180的部分能够抑制部件彼此之间的摩擦，因此能够防止尘埃的产生，且能够防止侵入真空处理腔室2内。另外，作为嵌合机构180，也可以在真空处理腔室2的盖体3侧设置凸部，在凸缘部130侧设置凹部，但在考虑这些部件的强度的情况下，优选在强度更高的凸缘部130侧设置凸部的图3的结构。另外，如图4所示，上述结构的嵌合机构180和金属密封部件140等也设置在图1所示的构成第一气体导入管35a和第二气体导入管35b的气体配管构成部件与真空处理腔室2的喷头的上段板25a的连接部(图1的箭头G的部分)。而且，在图4中，第一气体导入管35a和第二气体导入管35b与凸缘35连接。另外，在此情况下，金属密封部件140、凸部170也可以采用不配置在上段板25a侧，而配置在凸缘部35侧的结构。
上述嵌合机构180也设置在图1所示的上述台保持部件6与作为对真空处理腔室2内进行真空排气的排气部构成部件的真空排气配管70的连接部(图1的箭头D的部分)。
图1的箭头D的部分的嵌合机构180用于防止如下情况的发生：因铝合金制的台保持部件6和不锈钢制的真空排气配管70的热膨胀率差，导致在他们之间发生错位，金属密封部件140的表面被摩擦而产生损伤。由此，与现有技术相比，能够降低因金属密封部件140的损伤引起的真空泄露的发生可能性。此外，上述的嵌合机构180能够适用于气密地闭塞真空处理腔室2的开口部的各种部分，例如同样能够适用于使真空处理腔室2的内部可视化的窗部分、以及用于进入真空处理腔室2的内部而进行维修的进入口部分等。
在图1所示的真空处理腔室2和盖体3之间(图1的箭头E的部分)，用现有的树脂制的O形环密封，并真空密封，维持真空处理腔室2和盖体3的电连接，经真空处理腔室2使盖体3为接地电位。但是，真空处理腔室2和盖体3的面接触不充分，真空处理腔室2和屏蔽盖体3之间的电接触电阻变高，在他们之间产生电位差，但是，通过将与图3所示的本实施方式相同的结构的嵌合机构180设置在真空处理腔室2和盖体3的连接部分(图1的箭头E的部分)，能够将接地电位抑制得较低，能够高效地供给电力，电力损耗少，能够产生稳定的等离子体。
通过如上所述设置嵌合机构180，在真空处理腔室2和盖体3由不同种的金属材料构成的情况下，由于其线膨胀率的差，或者在他们由相同金属材质形成的情况下，由于真空处理腔室2和盖体3的温度差引起的热膨胀差，嵌合机构180的凹部和凸部强有力地接触，能够减少真空处理腔室2和盖体3之间的电阻。由此，能够通过真空处理腔室2将盖体3维持为接地电位。
与上述的嵌合机构180相同，在真空处理腔室2与设置在其下部的台保持部件6的连接部分(图1的箭头F的部分)，出于减少部件间的电接触电阻的目的，设置有嵌合机构180。由此，能够减少真空处理腔室2和台保持部件6之间的电阻，能够通过保持部件6将设置在其上部的真空处理腔室2和盖体3维持为接地电位。
如以上所说明的那样，在本实施方式中，即使在成膜时真空处理腔室2的壁温度成为高于常温的温度例如数十℃至200℃左右的情况下，也能够抑制金属密封部件140受到损伤而发生真空泄露的情况。另外，能够在采用不同材料和真空密封结构的位置设置本发明的密封结构等加以应用。
此外，本发明不限定于上述的实施方式，当然能够进行各种变形。例如，在上述实施方式中，对将本发明应用于利用高频电力产生等离子体的等离子体CVD装置中的情况进行了说明，但是本发明同样也能够适用于利用微波产生等离子体的微波等离子体CVD装置以及其他真空处理装置。
产业上的可利用性
本发明的真空处理装置能够在半导体装置的制造领域等中利用。因此具有产业上的可利用性。
Claims (11)
1.一种真空处理装置，其包括：
真空处理腔室，其容纳被处理物，使内部成为真空气氛，对所述被处理物实施规定的处理；和
真空处理装置构成部件，其以闭塞所述真空处理腔室的开口部的方式设置，并由与所述真空处理腔室的热膨胀率不同的材料构成，
该真空处理装置的特征在于：
在所述真空处理腔室和所述真空处理装置构成部件的抵接部，具有：
气密地密封该抵接部的金属密封部件；和
嵌合机构，其相对于所述真空处理腔室限制所述真空处理装置构成部件，抑制因热膨胀差而在所述真空处理装置构成部件与所述真空处理腔室发生错位的情况。
2.如权利要求1所述的真空处理装置，其特征在于：
所述真空处理腔室由铝合金构成，所述真空处理装置构成部件由不锈钢构成。
3.如权利要求1所述的真空处理装置，其特征在于，包括：
气体供给机构，其向所述真空处理腔室内供给规定的处理气体；和
等离子体产生机构，其通过高频电力的施加，在所述真空处理腔室内产生所述处理气体的等离子体。
4.如权利要求3所述的真空处理装置，其特征在于：
所述真空处理装置构成部件是用于向所述真空处理腔室内导入所述处理气体的气体配管构成部件。
5.如权利要求1所述的真空处理装置，其特征在于：
所述真空处理装置构成部件是用于从所述真空处理腔室内进行排气的排气部构成部件。
6.如权利要求1所述的真空处理装置，其特征在于：
具有加热机构，能够将所述真空处理腔室和闭塞所述真空处理腔室的开口的盖体设定为数十℃～200℃。
7.如权利要求1所述的真空处理装置，其特征在于：
所述规定的处理为形成金属膜的成膜处理。
8.如权利要求1所述的真空处理装置，其特征在于：
所述嵌合机构在所述真空处理装置构成部件侧形成有凸部，在所述真空处理腔室侧形成有凹部。
9.如权利要求1所述的真空处理装置，其特征在于：
所述嵌合机构在所述真空处理装置构成部件侧形成有凹部，在所述真空处理腔室侧形成有凸部。
10.如权利要求1所述的真空处理装置，其特征在于：
所述金属密封部件由O形环部和C形环部构成。
11.如权利要求1所述的真空处理装置，其特征在于：
所述被处理物被以300℃～900℃的处理温度进行处理。
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