JP2001004505A - ゲートバルブ，それを備える試料処理装置及び試料処理方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 反応生成物が付着せず、パーティクルを低減
できるゲートバルブ，試料処理装置及び試料処理方法。 【解決手段】 プラズマ処理装置の処理室に臨んで配設
されているゲートバルブ１は、弁体２１，弁体支持ブロ
ック２２，ヒータブロック１１，ゲートバルブ１を開閉
させる管軸３２及び真空を保持するベローズ３１を備え
ている。ヒータブロック１１は弁体２１内に着脱可能に
嵌装されており、弁体２１と弁体支持ブロック２２とは
螺子２４により分解可能に組立てられている。ヒータブ
ロック１１にはシースヒータ１２及びシース熱電対１３
が埋設されており、ヒータブロック１及び弁体２１の温
度を検出しつつ加熱する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、処理室に臨むゲー
トバルブ、該ゲートバルブの開／閉により試料を処理室
から搬出入可能な試料処理装置、及び処理室にて試料に
加熱を伴う処理を施す試料処理方法に関し、例えば、プ
ラズマを利用して半導体素子基板にエッチング処理，Ｃ
ＶＤ（Chemical Vapor Deposition ）処理等を施す試料
処理装置及び試料処理方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】半導体素子基板にプラズマ処理を行なう
装置は真空チャンバを備えている。真空チャンバは、試
料にプラズマ処理を施す処理室，試料の入出のために気
圧の調整を行なうロードロック室，該ロードロック室と
処理室との間で試料を搬送するロボットを配設した搬送
室，及び各室の間を仕切るゲートバルブを有しており、
ゲートバルブの開放により当該室間が連通するようにな
っている。

【０００３】このような構成のプラズマ処理装置では、
プラズマ処理時、処理室の内壁にはプラズマによる難揮
発性のポリマー（反応生成物）が付着する。このポリマ
ーは壁面から剥がれてパーティクルとなり、これが試料
上に付着した場合は試料歩留りを低下させる。これを防
止するために、処理室の内壁の温度を高温に制御してい
る。しかしながら、上述した如く、処理室と搬送室との
境界はゲートバルブで仕切られており、ゲートバルブ表
面は処理室よりも低温であるために反応生成物が多く付
着する。そして、付着した反応生成物はゲートバルブの
開閉動作時に剥離し、試料に付着し易いという問題があ
った。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】このようなパーティク
ルの試料への付着を低減する加熱処理装置が提案されて
いる（特開平９−82781 号公報）。この加熱処理装置
は、略６００℃の処理室内で試料が加熱処理された後、
搬送室を通って搬出されるようになっており、搬送室の
天井部にヒータが取り付けられている。これにより搬送
室内が加熱され、加熱処理後に冷却された処理室の温度
と同程度に調温され、搬送室内壁への反応生成物の付着
が低減される。

【０００５】この加熱処理装置は６００℃程度の高温で
加熱処理する装置であるので、処理室と搬送室との隔壁
となるゲートバルブは輻射及び搬送室壁面の熱伝達によ
り高温に加熱されており、反応生成物が加熱処理中にゲ
ートバルブに付着する虞はない。しかしながら前述した
ようなプラズマ処理装置においては、処理雰囲気が真空
に近い低圧で、輻射及び搬送室壁面の熱伝達による加熱
方法ではゲートバルブを十分に温度制御できないという
問題があった。

【０００６】本発明は、かかる事情に鑑みてなされたも
のであり、ヒータを具備するゲートバルブを処理室と搬
送室との間に用いることにより、ゲートバルブに反応生
成物が付着しない試料処理装置、試料処理方法及ゲート
バルブを提供することを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】第１発明に係るゲートバ
ルブは、処理室に臨み、該処理室への試料の搬出入のた
めに開閉動作を行なうゲートバルブにおいて、弁体と、
該弁体を加熱する加熱手段とを備えることを特徴とす
る。

【０００８】第１発明にあっては、ゲートバルブが加熱
されるので、処理室の内壁の一部であるゲートバルブに
付着する反応生成物の量が低減される。これにより、試
料のパーティクル数が減少し、製品歩留りが向上する。

【０００９】第２発明に係るゲートバルブは、第１発明
において、さらに温度検出手段を備えることを特徴とす
る。

【００１０】第２発明にあっては、ゲートバルブをその
温度を検出しつつ加熱するので、正確な温度制御が可能
であり、パーティクル数の減少が確実になる。

【００１１】第３発明に係るゲートバルブは、第１又は
第２発明において、前記加熱手段、又は前記加熱手段及
び前記温度検出手段を埋設したヒータブロックを前記弁
体に着脱可能に取り付けてあることを特徴とする。

【００１２】第３発明にあっては、ヒータブロックが着
脱可能であるので、ヒータ線のような加熱手段の接続を
外すことなく弁体からヒータブロックを取り外すことが
でき、メンテナンスが容易である。

【００１３】第４発明に係る試料処理装置は、加熱を伴
う処理を試料に施す処理室と、該処理室に臨む、第１乃
至第３発明のいずれかのゲートバルブとを備えることを
特徴とする。

【００１４】第４発明にあっては、ゲートバルブを加熱
し、温度制御できるので、処理室の内壁の一部であるゲ
ートバルブに付着する反応生成物の量が低減される。こ
れにより、加熱を伴う処理装置内での試料のパーティク
ル数が減少し、製品歩留りが向上する。

【００１５】第５発明に係る試料処理方法は、処理室に
て加熱を伴う処理を試料に施し、前記処理室に臨むゲー
トバルブの開閉により前記試料を前記処理室内外に搬入
出する試料処理方法において、前記ゲートバルブは加熱
手段と温度検出手段とを備えており、前記加熱手段及び
前記温度検出手段を用いて前記ゲートバルブを温度制御
しつつ、前記処理室内にて試料を処理することを特徴と
する。

【００１６】第５発明にあっては、ゲートバルブを加熱
しつつ、例えばプラズマ処理を施すので、処理室の内壁
の一部であるゲートバルブに付着する反応生成物の量が
低減できる。これにより、試料のパーティクル数が減少
し、製品歩留りが向上する。

【００１７】第６発明に係る試料処理方法は、第５発明
において、前記ゲートバルブの温度は１００℃以上を維
持することを特徴とする。

【００１８】第６発明にあっては、ゲートバルブの温度
は１００℃以上が好ましい。１００℃より低い場合は、
パーティクル数の減少率が低い。

【００１９】

【発明の実施の形態】以下、本発明をその実施の形態を
示す図面に基づき具体的に説明する。図１は、本発明の
ゲートバルブの構造を示す分解斜視図であり、図２はゲ
ートバルブが備える加熱手段を示した模式的構成図であ
る。また図３は本発明のゲートバルブを用いたプラズマ
処理装置の室構成を示す模式的平面図である。

【００２０】図３に示すように、本発明に係るプラズマ
処理装置は真空チャンバ１０と処理前／処理後のウエハ
を収納するウエハカセット５，７とで構成されている。
真空チャンバ１０は、ウエハにプラズマ処理を施す処理
室２，ウエハの入出のために気圧の調整を行なうロード
ロック室４，６，該ロードロック室と処理室２との間で
試料を搬送する搬送ロボット（図示せず）を配設した搬
送室３，及び処理室２と搬送室３との間を仕切るゲート
バルブ１を有している。なお、処理室２は２箇所に配さ
れており、各処理室２は夫々ゲートバルブ１を備えてい
る。また、ゲートバルブは隣合う室の各境界に設けられ
ているが、本発明のゲートバルブは処理室２と搬送室３
との間に配設されるものであり、図中、その他のゲート
バルブは省略している。

【００２１】ゲートバルブ１は、図１に示すように、弁
体２１と、弁体２１を固定支持する弁体支持ブロック２
２と、ヒータブロック１１と、弁体支持ブロック２２に
連結され、図示しないアクチュエータの駆動により上下
動してゲートバルブを開閉させる管軸３２と、真空を保
持するベローズ３１とを備えている。弁体２１の一面は
処理室２に臨み、他面は弁体支持ブロック２２に固定さ
れる。弁体２１の他面側には凹部２１ａが形成されてお
り、ヒータブロック１１が嵌入する深さを有している。
弁体支持ブロック２２は、下部に管軸３２及びベローズ
３１を連結するためのピボット２２ｂを設けており、ピ
ボット２２ｂは上下方向に貫通する貫通孔２２ｃを有し
ている。貫通孔２２ｃは、ベローズ３１の中心にある管
軸３２の突出端が挿通可能な寸法を有しており、後述す
るヒータブロック１１からのリード線１６を通すように
なっている。

【００２２】ヒータブロック１１は、例えばアルミニウ
ム製で略直方体形状を有しており、その内部に抵抗加熱
形のシースヒータ１２が埋設されている。図２に示すよ
うに、シースヒータ１２は、ヒータブロック１１内の一
定の厚み位置でヘアピンカーブを連ねた形状で埋設され
ており、ヒータブロック１１の全領域を均一に加熱する
ようになっている。また、ヒータブロック１１の中央に
はシース熱電対１３が埋設されており、ヒータブロック
１の温度を検出するようになっている。

【００２３】シースヒータ１２及びシース熱電対１３の
一端に取り付けられたスリーブ部１４，１４は、夫々、
コネクタ１５，１５を介して各２本ずつのリード線１
６，１６の一端に接続されている。リード線１６，１６
…の他端は、大気中に配した電源に接続されている。

【００２４】このような構成のゲートバルブ１は、以下
のように組立てられる。ヒータブロック１１を弁体２１
の凹部２１ａに嵌入し、ヒータブロック１１及び凹部２
１ａに夫々設けられた螺子穴３６，３７を合わせて螺子
３５で固定する。弁体２１及び弁体支持ブロック２２の
夫々に設けられた螺子孔１７，２３を合わせ、螺子２４
で両者を固定する。ベローズ３１とピボット２２ｂとの
間にＯリング３３を介装し、管軸３２を貫通孔２２ｃに
挿入してその貫通端をナット２５で締結する。上述した
シースヒータ１２及びシース熱電対１３に接続されたリ
ード線１６，１６…を、弁体支持ブロック２２の開口を
通してピボット２２ｂの上方から管軸３２内に挿通せし
める。ベローズ３１は外側が減圧側に、内側が大気側に
配されており、Ｏリング３４を介して搬送室３に連結さ
れている。

【００２５】以上の如き構成のプラズマ処理装置を用い
てウエハに酸化膜エッチングを施す場合は、まず、ウエ
ハが処理前ウエハカセット５からロードロック室４を通
って搬送室３内に搬入される。ゲートバルブ１はシース
ヒータ１２が通電され、その温度は所定値に調節されて
いる。ゲートバルブ１が開放され、搬送ロボットにより
ウエハが搬送室３から処理室２に移送された後、ゲート
バルブ１が閉鎖して処理室２内にてウエハにプラズマ処
理を施す。プラズマ処理終了後、ゲートバルブ１が開放
され、ウエハが処理室２から搬送室３，ロードロック室
６を通って処理後ウエハカセット７に搬出される。ウエ
ハが処理室から搬出されるまでの期間、ゲートバルブ１
は上述した温度に制御されている。なお、本実施の形態
では搬送室３は加熱手段を具備しているが、備えていな
くても良い。

【００２６】この装置を用い、ゲートバルブ１の制御温
度を異ならせてウエハに酸化膜エッチング処理を施し、
ウエハ１枚当たりのパーティクル数を測定した。その結
果を表１に示す。ゲートバルブ１の温度は、８０℃，１
００℃，１２０℃及び１４０℃に夫々制御し、装置のメ
ンテナンス後、プラズマ放電７５時間後のパーティクル
数を測定した。パーティクル数は、０．２μｍ以上の数
及び２．０μｍ以上の数を夫々測定した。なお、ゲート
バルブ１のシースヒータ１２に電流を供給しない場合、
即ち、ゲートバルブ１を加熱しない従来の処理方法につ
いても同様にパーティクル数を測定し、表１に示した。
このときのゲートバルブ１の温度は、プラズマ処理時で
略６０℃一定であった。

【００２７】

【表１】

【００２８】表１から判るように、ゲートバルブを加熱
しない従来例と比較して、ゲートバルブを加熱した場合
は、０．２μｍ以上，２．０μｍ以上のいずれのパーテ
ィクル数も減少している。特に、ゲートバルブが１００
℃〜１４０℃の場合は、０．２μｍ以上のパーティクル
が二十数個、２．０μｍ以上のパーティクルが１０個未
満であり、いずれも従来よりも低減している。

【００２９】このように、本発明のゲートバルブ及びこ
れを備えた試料処理装置は、ゲートバルブを加熱するこ
とにより、ゲートバルブに付着する反応生成物を低減で
き、それに伴いパーティクルの発生を抑制することがで
きる。本実施の形態の場合、ゲートバルブの温度は１０
０℃以上に制御することが好ましく、１００℃より低い
場合はパーティクル数の減少率が低い。また、例えばＯ
リング３３のような弾性部材の劣化の点から、必要以上
の温度で制御することは好ましくない。ゲートバルブの
設定温度は、使用条件により決定される。

【００３０】また、ゲートバルブ１は螺子２４により弁
体２１を弁体支持ブロック２２から取外すことができ、
螺子３５により弁体２１とヒータブロック１１との着脱
が可能であるので、メンテナンスが容易である。

【００３１】なお、上述した実施の形態では、ヒータブ
ロック１１はアルミニウム製の場合を説明しているが、
これに限るものではなく、また直方体形状に限るもので
はない。

【００３２】

【発明の効果】以上のように、本発明においてはゲート
バルブが加熱手段を備えているので、ゲートバルブの処
理室に臨む面を試料の処理温度に見合った温度に制御で
き、プラズマ処理中にゲートバルブの壁面に付着する反
応生成物の量を低減できる。従って、試料上のパーティ
クルが減少し、製品歩留りが向上する。また、ゲートバ
ルブの加熱手段は弁体から着脱可能に取り付けられてい
るので、メンテナンスが容易である等、本発明は優れた
効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係るゲートバルブの構造を示す分解斜
視図である。

【図２】本発明のゲートバルブが備える加熱手段を示し
た模式的構成図である。

【図３】本発明のゲートバルブを用いたプラズマ処理装
置の室構成を示す模式的平面図である。

【符号の説明】

１ ゲートバルブ ２ 処理室 １０ 真空チャンバ １１ヒータブロック １２ シースヒータ １３ シース熱電対 ２１ 弁体 ２２ 弁体支持ブロック

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 岩▲崎▼ 征英 兵庫県尼崎市扶桑町１番８号 住友金属工 業株式会社半導体装置事業部内 (72)発明者 北田 敦宣 兵庫県尼崎市扶桑町１番８号 住友金属工 業株式会社半導体装置事業部内 (72)発明者 大島 啓示 兵庫県尼崎市扶桑町１番８号 住友金属工 業株式会社半導体装置事業部内

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 処理室に臨み、該処理室への試料の搬出
   入のために開閉動作を行なうゲートバルブにおいて、 弁体と、該弁体を加熱する加熱手段とを備えることを特
   徴とするゲートバルブ。
2. 【請求項２】 さらに温度検出手段を備える請求項１記
   載のゲートバルブ。
3. 【請求項３】 前記加熱手段、又は前記加熱手段及び前
   記温度検出手段を埋設したヒータブロックを前記弁体に
   着脱可能に取り付けてある請求項１又は２記載のゲート
   バルブ。
4. 【請求項４】 加熱を伴う処理を試料に施す処理室と、
   該処理室に臨む、請求項１乃至３のいずれかに記載のゲ
   ートバルブとを備えることを特徴とする試料処理装置。
5. 【請求項５】 処理室にて加熱を伴う処理を試料に施
   し、前記処理室に臨むゲートバルブの開閉により前記試
   料を前記処理室内外に搬入出する試料処理方法におい
   て、 前記ゲートバルブは加熱手段と温度検出手段とを備えて
   おり、前記加熱手段及び前記温度検出手段を用いて前記
   ゲートバルブを温度制御しつつ、前記処理室内にて試料
   を処理することを特徴とする試料処理方法。
6. 【請求項６】 前記ゲートバルブの温度は１００℃以上
   を保持する請求項５記載の試料処理方法。