JP2002033281A - 基板処理装置 - Google Patents
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Abstract
関係の最適化を図り、基板正面の圧力制御の応答性を向
上させ、更には装置全体をコンパクトにすることができ
る基板処理装置を提供する。 【解決手段】 真空ポンプ2により成膜室1の内部を減
圧し、成膜室1の内部に導入された基板Wを低圧下で処
理する基板処理装置において、真空ポンプ2を成膜室1
に近接又は内包して配置し、真空ポンプ2には、基板W
を処理するためのガスを該基板Wに噴射するガス噴射部
6を設ける。ガス噴射部6は真空ポンプ2の吸気側に設
ける。
Description
基板の処理を行う基板処理装置、特に真空ポンプにより
容器の内部を減圧し、該容器内で半導体基板の薄膜形成
や研磨などの処理を行う基板処理装置に関するものであ
る。
下、真空という)で基板の処理を行う場合には、真空ポ
ンプにより減圧された真空容器内に基板を導入し、この
真空容器内で基板表面の薄膜形成やめっき処理、研磨加
工などの基板の処理が行われる。例えば、基板表面の薄
膜形成方法として、スパッタリングやイオンプレーティ
ング等の物理的気相法(PVD)、真空蒸着や低圧下に
おける熱反応やプラズマ励起などによる化学的気相法
(CVD)などが行われる。また薄膜形成の他にも、ド
ライエッチングによる表面加工や露光・描画処理、レジ
スト処理、洗浄・乾燥処理、熱処理、イオン注入処理、
検査・測定処理など、低圧下で種々の基板処理が行われ
ている。
一例を図5に示す。図5は、CVD法によって、チタン
酸バリウム/ストロンチウム等の高誘電体又は強誘電体
薄膜を形成するための成膜装置を示すものである。この
基板処理装置(成膜装置)においては、図5に示すよう
に、液体原料を気化させる気化器(ガス発生装置)10
0の後流側に気密な真空容器(成膜室)110が設けら
れ、成膜室110に設けられた吸込口111の後流側に
封止バルブ112とコンダクタンスバルブ113とが設
けられている。更に、その後流側に、真空ポンプとして
のターボ分子ポンプ120及び粗引ポンプ120aが配
置されている。成膜室110内には、基板Wを保持する
基板保持部(サセプタ)114と、成膜室110の頂部
より基板Wに向けて成膜ガスを噴射するガス噴射部とし
てのガス噴射ヘッド(シャワーヘッド)115とが設け
られており、成膜室110には、酸素等の酸化ガスを供
給する酸化ガス配管130が接続されている。
ず、ロボットハンド等を用いて処理基板Wを基板保持部
114に載せ、真空ポンプ120,120aによって成
膜室110内を真空引きする。次に、基板保持部114
に連結された図示しない昇降機構を駆動させ、基板保持
部114を成膜位置まで上昇させる。そして、図示しな
い温度調節機構により基板Wを所定温度に維持しつつガ
ス噴射ヘッド115のノズル穴から原料ガスと酸化ガス
との混合ガスを基板Wに向けて噴射する。噴射された原
料ガスと反応ガスは、基板W上で反応して成膜し、反応
済みガスは吸込口111から真空ポンプ120,120
aによって排気される。なお、回転機構により基板保持
部114上の基板Wを回転させて成膜処理を行う場合も
ある。
吸込口111に連結された封止バルブ112及びコンダ
クタンスバルブ113の開度と、ガス噴射ヘッド115
から噴射するガスの量とを調節することにより行われ
る。また、真空ポンプ120,120aを交換する場合
には、封止バルブ112を閉めて成膜室110内の真空
封止が行われ、また、複数の真空ポンプ120,120
aが配置される場合には、運転しない真空ポンプ12
0,120aの封止バルブ112が閉められる。
部分(特にガス噴射部)や真空排気部との位置関係は、
良好な基板加工を行う上で適切な位置関係となるように
する必要がある。特に、ガス噴射部から導入されるガス
が基板全体に均一に散布されるような位置関係とするの
が好ましい。
加工レベルの高度化(微細化)を実現するためには、容
器内の圧力を初期圧力から所定の圧力に制御する場合に
おける圧力制御の応答性を向上させる必要がある。即
ち、基板の表面に対してガス噴射部を適切に配置し、迅
速なガスの導入及び迅速なガスの排気を実現すると共
に、基板表面の圧力制御の制御性を向上させる必要があ
る。
ーボ分子ポンプなどの真空ポンプ(真空排気部)、容器
内の圧力を調節するための封止バルブ及びコンダクタン
スバルブ、ガス噴射部などがそれぞれ別々に構成されて
いたため、各部分の配置スペースにより装置全体や真空
容器が大きくなってしまうという問題点があった。
鑑みてなされたもので、処理基板とガス噴射部や真空排
気部との位置関係の最適化を図り、基板表面の圧力制御
の応答性を向上させ、更には装置全体をコンパクトにす
ることができる基板処理装置を提供することを目的とす
る。
ける問題点を解決するために、本発明は、真空ポンプに
より容器の内部を減圧し、該容器の内部に導入された基
板を低圧下で処理する基板処理装置において、上記真空
ポンプを上記容器に近接又は内包して配置し、上記真空
ポンプには、上記基板を処理するためのガスを該基板に
噴射するガス噴射部を設けたことを特徴とする。
の導入を行うガス噴射部とを一体にし、排気とガス噴射
の双方を基板の表面に対して直接的に行うことができる
ので、基板表面の圧力制御を迅速に行うことができ、生
産性及び基板加工の質を向上させることができる。
吸気側に設けることとすれば、真空ポンプの排気能力を
十分生かしつつ、ガスの導入を効率的に行うことができ
る。特に、ロータ排気部とステータ排気部が同心状に構
成されるターボ分子ポンプなどの場合では、ロータの回
転軸上、即ち、回転翼の内径よりも内側の位置では、ほ
とんど排気能力がないため、この回転軸上にガス噴射部
やそのために必要な経路を設ければ、ポンプの排気能力
を損なうことなく、容器内へのガスの導入を効率良く行
うことができる。また、真空ポンプの吸気口であれば、
ポンプ内部のように複雑な構造ではないので、容易にガ
ス噴射部やその経路を形成することができる。
ロータの少なくとも一部に、上記ガス噴射部にガスを導
入するガス導入経路を貫通させたことを特徴とする。こ
のように、ロータ(の回転軸上)にガス導入経路を形成
すれば、上述したようにポンプの排気能力を損なうこと
なくガスが導入できる上に、ポンプの吸気口側と反対側
にガスの取込口を設けることができる。従って、真空ポ
ンプの水平方向(径方向)にガス導入経路やガスの取入
口を設ける必要がなくなり、省スペース化を図ることが
でき、更には操作を簡易化することができる。
って直線状に形成すれば、ガス導入経路の曲がりといっ
た制御応答性を悪化させる要因がなくなるため、圧力制
御の応答性をより向上させることができる。これによ
り、封止バルブやコンダクタンスバルブを用いることな
く、ガスの導入量だけで圧力を制御することが可能とな
り得る。
ガス噴射部を、該真空ポンプの容器側に形成される吸込
口を閉塞可能なバルブ体とし、上記真空ポンプには、上
記バルブ体を上下に昇降させる昇降機構を設けたことを
特徴とする。即ち、バルブ機能を併せ持った真空ポンプ
としたことを特徴とする。
ガスの導入量制御により、効率的かつ迅速な圧力制御が
できる上に、ガス噴射部たるバルブ体の開閉度の制御に
よっても圧力制御を行うことができ、迅速かつ的確な圧
力制御が可能となる。
ガス導入経路を設けることにより、基板に対し最適な位
置で成膜ガスを散布できると共に、基板表面への迅速な
ガス散布と基板表面からの迅速なガス排気という相殺す
る性能を両立することができる。
の第1の実施形態について図1及び図2を参照して説明
する。なお、以下では、基板処理装置として、CVD法
による成膜装置を用いた例について説明するが、これに
限られず、あらゆる基板処理装置に本発明を適用するこ
とができる。図1は、本実施形態に係る基板処理装置の
全体構成を示す縦断面図である。なお、図1及び後述す
る図3、図4においては、基板処理装置の成膜室及びそ
の後流部分のみが示されており、また、真空ポンプ以外
の部分は簡単のため模式的に示してある。
の下流には、真空封止用の封止バルブ10と圧力制御用
のコンダクタンスバルブ11とが連結されており、これ
らのバルブ10,11に隣接して真空ポンプとしてのタ
ーボ分子ポンプ2が配置されている。この真空ポンプ2
によって成膜室1の内部を減圧することができる。な
お、以下では、真空ポンプとしてターボ分子ポンプを用
いた場合について説明するが、これに限られず、あらゆ
る真空ポンプに本発明を適用することが可能である。
板Wを下向きに保持する基板保持部5が設けられてお
り、処理基板Wが図示しないロボットハンド等により成
膜室1内に導入され、該基板保持部5に保持される。
う)2は、図1に示すように、筒状のポンプケーシング
50の内部に、ロータ(回転部)Rとステータ(固定
部)Sにより翼排気部L1及び溝排気部L2が構成され
ている。ポンプケーシング50の下部は基部51によっ
て覆われ、これには排気ポート51aが設けられてい
る。ポンプケーシング50の上部には上記コンダクタン
スバルブ11に接続されるフランジ52が設けられてお
り、このフランジ52には開口が設けられ吸込口3が形
成されている。ステータSは、基部51の中央に立設さ
れた固定筒状部53と、翼排気部L1及び溝排気部L2
の固定側部分とから主に構成されている。
された主軸60と、それに取り付けられた回転筒状部6
1とから構成されている。主軸60と固定筒状部53の
間には駆動用モータ54と、その上下に上部ラジアル軸
受62及び下部ラジアル軸受63が設けられている。そ
して、主軸60の下部には、主軸60の下端のターゲッ
トディスク64aと、ステータS側の上下の電磁石64
bを有するアキシャル軸受64が配置されている。この
ような構成によって、ロータRが5軸の能動制御を受け
ながら高速回転するようになっている。
5が一体に設けられて羽根車を構成し、ポンプケーシン
グ50の内面には、回転翼65と交互に配置される固定
翼55が設けられ、これらが、高速回転する回転翼65
と静止している固定翼55との相互作用によって排気を
行う翼排気部L1を構成している。
2が設けられている。即ち、回転筒状部61には、外周
面にねじ溝66aが形成されたねじ溝部66が固定筒状
部53を囲むように設けられ、一方、ステータSには、
このねじ溝部66の外周を囲むねじ溝部スペーサ58が
配置されている。溝排気部L2は、高速回転するねじ溝
部66のねじ溝66aのドラッグ作用によって排気を行
う。このように翼排気部L1の下流側にねじ溝排気部L
2を有することで、広い流量範囲に対応可能な広域型タ
ーボ分子ポンプが構成されている。
は、成膜室1の頂部に設けられた基板保持部5と対向す
る位置に、該基板保持部5に保持された基板Wに向けて
成膜ガスを噴射するガス噴射部(シャワーヘッド)6が
設けられている。このガス噴射部6には、ターボ分子ポ
ンプ2のフランジ52を貫通して設けられるガス導入経
路7が接続されており、該ガス導入経路7を介して供給
される成膜ガスがガス噴射部6から基板保持部5に保持
された基板Wに向けて噴射され、基板Wの成膜処理が行
われる。
図であり、その一部を切り欠いて示してある。図2に示
すように、ガス噴射部6は、ターボ分子ポンプ2のフラ
ンジ52から内方に延びる4つの支持部52aによって
支持されており、このうちの1つの支持部52aの内部
に上記ガス導入経路7が形成されている。また、図1に
示すように、ガス噴射部6の外径D2は、ターボ分子ポ
ンプ2の排気性能を阻害しないように、即ち、ターボ分
子ポンプ2の吸込部分を塞がないように、回転翼65の
内径D1よりも小さくなるように形成されている。
の制御は、吸込口3に連結された封止バルブ10及びコ
ンダクタンスバルブ11の開度と、ガス噴射部6から噴
射するガスの量とを調節することにより行われるが、ポ
ンプ2の排気能力とガスの導入量だけで所望の圧力制御
が可能であれば、上記封止バルブ10とコンダクタンス
バルブ11のいずれか一方又は双方をなくすことができ
る。また、図1においては、ポンプ2が真空容器(成膜
室)1の外部に設置される例が示されているが、例え
ば、ポンプ2の吸込口3をより基板保持部5上の基板W
の表面に近づけるために、ポンプ2を真空容器1の内部
に配置してもよい。
空ポンプ(ターボ分子ポンプ)2と、基板Wに成膜ガス
を噴射するガス噴射部6とを一体にし、排気とガス噴射
の双方を基板Wの表面に対して直接的に行うことができ
るので、基板Wの表面の圧力制御を迅速に行うことがで
き、生産性及び基板加工の質を向上させることができ
る。
実施形態について図3を参照して説明する。なお、特に
説明しない部分については、上述の第1の実施形態と同
様である。図3は、本実施形態に係る基板処理装置の全
体構成を示す縦断面図である。
軸60は中空軸となっており、この中空軸60の内周側
には、内部にガス導入経路7が形成されたガス導入管8
が挿通されている。即ち、ガス導入経路7は、ポンプ2
の主軸60を縦に貫通するように形成されており、この
ガス導入経路7はステータSの底部を貫通して図示しな
いガス発生装置に接続される。その他の点については、
上記第1の実施形態と同様であるので、説明を省略す
る。なお、上記ガス導入管8及びガス噴射部6は、ロー
タRの高速回転に付随して回転することはなく、また、
排気側から吸気側へ排気ガスが逆流するのを防止するた
めに、ガス導入管8の外面と中空軸60の内面とのいず
れか一方又は両面にねじ溝を形成してもよい。
主軸60を貫通して設けることにより、ガス噴射部6に
ガスを供給するための機構をポンプ2の下部に設置する
ことができる。従って、基板処理装置の水平方向の設置
スペースを小さくすることができる。また、図3に示す
ように、ガス導入経路7を直線状に形成することができ
るので、圧力制御の応答性を更に向上させることができ
る。
実施形態について図4を参照して説明する。なお、特に
説明しない部分については、上述の第2の実施形態と同
様である。図4は、本実施形態に係る基板処理装置の全
体構成を示す縦断面図である。
形態と同様に、ポンプ2の中空軸60の内周側に、ガス
導入経路7が形成されたガス導入管8が挿通され、該ガ
ス導入管8がポンプの吸込口3の上部に配置されたガス
噴射部6に接続されている。しかし、第2の実施形態に
おける封止バルブとコンダクタンスバルブはいずれも設
置されておらず、本実施形態では、ガス噴射部6がポン
プ2の吸込口3を閉塞可能な円板状のバルブ体として設
置されている。
されたガス導入部6は、後述する昇降機構によって上下
に昇降することができ、この昇降機構による昇降によっ
て、バルブ体としてのガス噴射部6は、ポンプ2の吸込
口3を閉塞あるいは開放する。なお、ガス導入管8の内
部のガス導入経路7は、図4に示すように、フレキシブ
ル配管9により外部と接続されており、上述したような
ガス導入管8の昇降にも適応したものとなっている。
ねじ機構を備えたナット71が取り付けられており、こ
のナット71に雄ねじ72が挿入されている。この雄ね
じ72は、ベルト73及びプーリ74に連結されてお
り、プーリ74に取り付けられたモータ80の駆動によ
り所定の方向に回転する。モータ80の駆動によりプー
リ74,ベルト73を介して雄ねじ72が回転すると、
上述のボールねじ機構によりナット71及びガス導入管
8が上方又は下方に押され、これらが移動する。従っ
て、モータ80,プーリ74,ベルト73及びボールね
じ機構により構成される昇降機構により、ガス導入管8
に連結されたガス噴射部6(バルブ体)を上下に昇降さ
せることができる。
成膜を行う際には、モータ80を駆動し、ボールねじ機
構によりガス導入管8及びガス噴射部6を所定の成膜位
置まで上昇させると共に、ポンプ2のロータRを回転さ
せて成膜室1の排気を行う。そして、ガス噴射部6から
基板Wに向けて成膜ガスを噴射し、基板保持部5上の基
板Wの成膜処理を行う。この状態では、バルブ体として
のガス噴射部6は吸込口3から上方に離れた位置にあ
り、吸込口3は開口した状態となるので、ターボ分子ポ
ンプ2によって成膜室1内の排気を行うことができる。
た場合には、モータ80を駆動し、ボールねじ機構によ
りガス導入管8及びガス噴射部6を最下点、即ち、吸込
口3を塞ぐ位置まで下降させる(図4はこのときの状態
を示している)。この状態では、図4に示すように、ガ
ス噴射部6の下面に設けられたOリング41を介して上
記吸込口3がガス噴射部6(バルブ体)によって塞がれ
るので、成膜室1内の真空封止が可能となる。なお、ポ
ンプ2のフランジ52の吸込口3の周囲にシールを設け
ることによって成膜室1内の真空封止を行うこととして
もよく、あるいは、成膜室1側にシールを設けることに
よって成膜室1内の真空封止を行うこととしてもよい。
射部6におけるガスの導入量制御により、効率的かつ迅
速な圧力制御ができる上に、バルブ体たるガス噴射部6
の開閉度の制御によっても圧力制御を行うことができ、
迅速かつ的確な圧力制御が可能となる。即ち、ガスの導
入を理想的な形で行うことができると共に、バルブ体た
るガス噴射部6による圧力制御や真空封止も可能とな
る。
容器に近接又は内包して配置し、基板を処理するための
ガスを該基板に噴射するガス噴射部を真空ポンプに設け
たことにより、処理基板とガス噴射部との位置関係を、
ガスの導入及びガスの排気の観点から最適にすることが
できると共に、装置全体のコンパクト化を図ることがで
きる。また、排気とガス噴射の双方を基板Wの表面に対
して直接的に行うことができるので、基板Wの表面の圧
力制御を迅速に行うことができ、生産性及び基板加工の
質を向上させることができる。即ち、ガスの導入とガス
の排気の迅速化が可能となる。
空ポンプの吸気側に設けることとすれば、ポンプ内部の
複雑な構造を考慮せずに、比較的簡単にガス噴射部を設
けることができる。また、真空ポンプの排気能力を阻害
しないでガス噴射部を設けることができる。
入経路が、ロータの少なくとも一部を貫通していること
により、ガス導入経路に接続されるガスの取込口を設け
る場所を選択する自由度が広がる。従って、装置全体を
コンパクトにすることができる。また、ガス導入経路を
直線状にすることができるので、ガス導入経路に起因し
て発生し得る弊害(例えば、ガス導入経路の曲がり等に
よる抵抗や応答性の悪化)を少なくすることができる。
ポンプの容器側に形成される吸込口を閉塞可能なバルブ
体として、ガス噴射部がバルブ機能を併せ持つことによ
り、装置全体をコンパクトにすることができると共に、
圧力制御の精度を高め、基板処理の迅速化及び基板処理
の質の向上を図ることができる。
の全体構成を示す縦断面図である。
の全体構成を示す縦断面図である。
の全体構成を示す縦断面図である。
る。
Claims (4)
- 【請求項1】 真空ポンプにより容器の内部を減圧し、
該容器の内部に導入された基板を低圧下で処理する基板
処理装置において、 上記真空ポンプを上記容器に近接又は内包して配置し、 上記真空ポンプには、上記基板を処理するためのガスを
該基板に噴射するガス噴射部を設けたことを特徴とする
基板処理装置。 - 【請求項2】 上記真空ポンプのガス噴射部を、該真空
ポンプの吸気側に設けたことを特徴とする請求項1に記
載の基板処理装置。 - 【請求項3】 上記真空ポンプのロータの少なくとも一
部に、上記ガス噴射部にガスを導入するガス導入経路を
貫通させたことを特徴とする請求項1又は2に記載の基
板処理装置。 - 【請求項4】 上記真空ポンプのガス噴射部を、該真空
ポンプの容器側に形成される吸込口を閉塞可能なバルブ
体とし、 上記真空ポンプには、上記バルブ体を上下に昇降させる
昇降機構を設けたことを特徴とする請求項3に記載の基
板処理装置。
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