JP2002280442A - 半導体処理装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 気密性を高めるためのＯリングとシールリン
グとの張り付きを、シールリングに設けたダンパスプリ
ングによって確実に防止し、処理されるウェハーの割れ
や欠陥をなくす。 【解決手段】 ウェハー１が所定の処理位置に位置決め
されたとき、チャンバ壁面２ａとＯリング８ａを介して
一方面が当接するとともに、バックプレーン６とＯリン
グ９ａを介して他方面が当接するように、クランプリン
グ５の外縁に配置されたシールリング４と、シールリン
グ４からチャンバ壁面２ａに対して突出するように設け
られたダンパスプリング７ａと、シールリング４からバ
ックプレーン６に対して突出するように設けられたダン
パスプリング７ｂとから構成される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、スパッタ装置な
ど、真空チャンバ内のウェハー搬送系に用いられるシー
ルリングへの張り付きを防止するダンパスプリングの構
成を改良した半導体処理装置に関し、特に、ウェハーの
表面処理装置におけるダンパスプリングの構造の改良に
関する。

【０００２】

【従来の技術】現在、ウェハーなどの表面処理装置には
各種のものが使用されている。その一例として、半導体
ウェハーなどの薄板状基板（以下、単にウェハーとい
う。）の表面にエッチングを施し、あるいは成膜を施す
ための、ＥＣＬＩＰＳＥ（ＭＲＣ社の商標）という成膜
装置がある。この成膜装置は、真空チャンバ内にウェハ
ー搬送手段として、円盤状のインデックスプレートと呼
ばれる基板支持用の回転円盤を設けたものである。イン
デックスプレートには、ウェハー取付け孔を有する５つ
のシールリングが均等角度で取り付けられていて、シー
ルリングは、それぞれシールリングスプリングによって
インデックスプレートに取り付けられている。これらの
シールリングには１枚ずつウェハーが環状の保持部材
（クランプリング）によって固定できる。

【０００３】成膜装置にアームで運ばれてきたウェハー
は、最初のロード・アンロード用の処理ブロックにおい
て、クランプリングによってインデックスプレートに固
定（ロードロック）される。そして、インデックスプレ
ートが搬送用の真空チャンバ内で回転駆動されることに
より、ウェハーは各処理ブロックを構成する真空チャン
バの位置まで連続的に搬送される。インデックスプレー
トに固定されたウェハーは、次にインデックスプレート
が所定角度だけ回転した位置の処理ブロックでエッチン
グ処理が施される。さらに、その後にインデックスプレ
ートが回転した位置の処理ブロックでは、３種類のスパ
ッタ装置により、順次にウェハーの表面にスパッタ成膜
が施される。

【０００４】各処理ブロックの位置に搬送されたウェハ
ーは、インデックスプレートの処理ブロックとは反対側
から接離可能に移動する基板位置固定ブロック（以下、
バックプレーンという。）によって真空チャンバ内の気
密性を保持した状態で処理される。バックプレーンの裏
側には、ウェハーを加熱するためのヒータブロックなど
が配設され、ウェハーの位置を固定するとともに処理ブ
ロックによる処理条件を設定する。

【０００５】真空チャンバ内では、シールリングがイン
デックスプレートのバックプレーン側と真空チャンバの
壁面との間に挟み込まれた状態で処理が開始される。処
理ブロックによっては、シールリングがインデックスプ
レートのフロントプレーン側と真空チャンバの壁面との
間に挟み込まれる場合もある。

【０００６】各処理ブロックでは、真空チャンバの壁面
に設けたＯリング、及びフロントプレーンあるいはバッ
クプレーンに設けたＯリングとシールリングとが密着す
ることによりシーリングが行われる。ひとつの処理が終
了すると、フロントプレーンもバックプレーンもそれぞ
れウェハーから離間する方向に後退して、シールリング
とＯリングとの密着が解除される。その後、インデック
スプレートが再び所定の角度だけ回転して、次の処理ブ
ロックにウェハーを搬送する。このシーリング、及びシ
ーリングの解除に際して、真空チャンバに対して移動す
るフロントプレーン及びバックプレーンからインデック
スプレートに加わる衝撃が直接にウェハーに加わらない
ように、シールリングスプリングは緩衝機能を有してい
る。

【０００７】図６は、従来の表面処理装置における特定
の処理ブロックにおけるウェハーのシーリングの状態を
示す図である。１はウェハー、２はチャンバ壁面２ａで
囲まれた真空チャンバ、３はチャンバ壁面２ａの外側で
回転するインデックスプレート、４はシールリングスプ
リング４ａによってインデックスプレート３に取り付け
られているシールリング、５はシールリング４内の取付
け孔でウェハー１を保持するためのクランプリング、６
はバックプレーン、７はシールリング４の図示しない取
付け片に固着されたダンパスプリング、８ａ、９ａはそ
れぞれチャンバ壁面２ａとバックプレーン６のシールリ
ング４との接触位置に設けられたＯリングである。

【０００８】バックプレーン６は、ウェハー１の裏面
（図の左側）からウェハー１を暖めるためのヒータを備
えている。インデックスプレート３が停止すると、バッ
クプレーン６が図の右方向に移動、前進することによ
り、シールリング４がチャンバ壁面２ａに密着して、搬
送チャンバとは隔離された真空チャンバ２内でプロセス
が開始される。真空チャンバ２でのプロセスが終了した
後、バックプレーン６が後退してシールリング４をフリ
ー状態としてからインデックスプレート３が回転し、次
の処理ブロックにウェハー１を搬送する。

【０００９】ところで、チャンバ壁面２ａとバックプレ
ーン６にそれぞれ設けられたＯリング８ａ，９ａは、い
ずれも硬度９０のニューラバフロンで形成されている
が、これらのＯリング８ａ，９ａには繰り返して熱と圧
力が加わるので劣化しやすく、劣化した場合にはシール
リング４への張り付きが発生する。上述したダンパスプ
リング７は、バックプレーン６が後退した後、シールリ
ング４をチャンバ壁面２ａのＯリング８ａから引き離す
ために作用するものであって、チャンバ壁面２ａにシー
ルリング４が張り付かないようにしている。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】しかし、従来のダンパ
スプリング７はウェハー１の裏面側から接近するバック
プレーン６に対応して、一か所だけ設けられていた。そ
のため、図７に示す処理ブロックのように、ウェハー１
の表面側から接近して、ウェハー１の裏側を処理するプ
ロセスでは、張り付きを防止する作用を果たすことがで
きない。

【００１１】また、Ｏリング９ａが劣化してくると、バ
ックプレーン６側のＯリング９ａにシールリング４の表
面が張り付く。その結果、ウェハー１を保持しているク
ランプリング５は、シールリングスプリング４ａによっ
てインデックスプレート３に取り付けられているため、
バックプレーン６が後退するときに、クランプリング５
とともにウェハー１が激しく振動する。

【００１２】このように、クランプリング５が振動した
状態でインデックスプレート３が回転すると、保持され
ているウェハー１がチャンバ壁面２ａなどに接触する。
このときの振動が激しければ、ウェハー１が割れるおそ
れがある。また、処理プロセスでチャンバ壁面２ａに衝
撃が加わる結果、真空チャンバ２に付着しているダスト
が空中に浮遊することになって、ダストがウェハー１に
付着して製品の欠陥を引き起こすおそれがあった。

【００１３】この発明の目的は、気密性を高めるための
Ｏリングとシールリングとの張り付きを、シールリング
に設けたダンパスプリングによって確実に防止し、処理
されるウェハーの割れや欠陥をなくすようにした半導体
処理装置を提供することにある。

【００１４】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、半導体基板を保持するための環状の保持部材、前記
半導体基板の板面に対して垂直方向に振動可能な状態で
前記環状の保持部材を弾性的に取り付けた基板支持用の
回転円盤、前記回転円盤を両側から挟み込んで気密を保
持した状態で前記半導体基板の表面処理を実施する処理
ブロック、及び前記回転円盤に対して接離可能に移動す
る基板位置固定ブロックを備えた半導体処理装置が提供
される。この半導体処理装置は、前記半導体基板が所定
の処理位置に位置決めされたとき、前記処理ブロックの
壁面とＯリングを介して一方面が当接するとともに、前
記基板位置固定ブロックの壁面と前記Ｏリングを介して
他方面が当接するように、前記環状の保持部材の外縁に
配置されたシーリング部材と、前記シーリング部材から
前記処理ブロックの壁面に対して突出するように設けら
れた第1のスプリング部材と、前記シーリング部材から
前記基板位置固定ブロックに対して突出するように設け
られた第２のスプリング部材とから構成される。

【００１５】この半導体処理装置では、前記基板位置固
定ブロックが前記回転円盤に対して離間する方向に移動
する際に、前記第１及び第２のスプリング部材によっ
て、前記シーリング部材と前記処理ブロックの壁面、及
び前記基板固定ブロックとの間の剥離を促進することが
できる。

【００１６】

【発明の実施の形態】以下、この発明の実施の形態につ
いて、図面を参照して説明する。図１は、この発明の半
導体処理装置における特定の処理ブロックの構成を示す
側面断面図である。

【００１７】図１において、１はウェハー、２はチャン
バ壁面２ａで囲まれた真空チャンバ、３はチャンバ壁面
２ａの外側で回転するインデックスプレート、４はシー
ルリングスプリング４ａによってインデックスプレート
３に取り付けられているシールリング、５はシールリン
グ４内の取付け孔でウェハー１を保持するためのクラン
プリング、６はバックプレーン、７ａ，７ｂはシールリ
ング４の２ヶ所で、図示しない取付け片によってそれぞ
れ固着されるダンパスプリング、８ａ、９ａはそれぞれ
チャンバ壁面２ａとバックプレーン６のシールリング４
との接触位置に設けられたＯリングである。

【００１８】図１に示すように、ダンパスプリング７ａ
はチャンバ壁面２ａに対して突出するように設けられて
いる。このダンパスプリング７ａの先端部分には、図６
に示す従来のダンパスプリング７とは異なり、Ｏリング
８ａを設けたチャンバ壁面２ａに対して平行な押圧面が
形成されている。

【００１９】また、ダンパスプリング７ｂは、シールリ
ング４をチャンバ壁面２ａ側に押し付けるように接近す
るバックプレーン６に対して突出するように設けられて
いる。このシールリング４に対して設けられたダンパス
プリング７ｂは、図６に示す従来装置では設けられてい
なかったものであって、その先端部分には、Ｏリング９
ａを設けたバックプレーン６に対して平行する当接面が
形成されている。これらダンパスプリング７ａ，７ｂの
形状については、さらに後に詳述する。

【００２０】シールリング４に２つのダンパスプリング
７ａ，７ｂを設けたことによって、インデックスプレー
ト３がバックプレーン６と真空チャンバ２との間に挟み
込まれた後に、シールリング４の両側からそれぞれ張り
付いたバックプレーン６とチャンバ壁面２ａのＯリング
８ａ，９ａの剥離を促進するように作用する。

【００２１】図２は、図１とは異なる処理ブロックの構
成を示す側面断面図である。この図２に示すように、フ
ロントプレーン１０を押し付けることでウェハー１の裏
面を処理する場合でも、フロントプレーン１０が後退し
てインデックスプレート３が回転し始める際に、ダンパ
スプリング７ａ，７ｂはそれぞれフロントプレーン１０
とチャンバ壁面２ｂのＯリング９ｂ，８ｂの張り付きを
抑え、かつシールリング４からの剥離を促進するように
作用する。

【００２２】図３は、フロントプレーン１０側に突出す
るダンパスプリング７ａの構造を示すものであって、同
図（ａ）は側面図、同図（ｂ）は平面図、同図（ｃ）は
正面図である。ダンパスプリング７ａは、図１、図２に
示すシールリング４の外周縁面に沿って弓状に湾曲する
ばね部材７１と、その一端近傍の縁部から直立する起立
片７２とによって構成されている。起立片７２の先端に
は当接面７３が設けられ、ばね部材７１の起立片７２と
は逆の端部近傍にはねじ孔７０ａ，７０ｂが形成されて
いる。ダンパスプリング７ａは、これらのねじ孔７０
ａ，７０ｂによってシールリング４から外側に突出する
取付け片に取り付けられる。

【００２３】図４は、バックプレーン６側に突出するダ
ンパスプリング７ｂの構造を示すものであって、同図
（ａ）は側面図、同図（ｂ）は平面図、同図（ｃ）は正
面図である。

【００２４】このダンパスプリング７ｂの構造は、図３
のダンパスプリング７ａと同じように、ばね部材７１に
当接面７４を備えた起立片７５が形成されている。しか
し、ダンパスプリング７ｂでは、その側面図、あるいは
正面図から明らかなように、起立片７５が図３のものと
は反対方向を向いて形成されている。

【００２５】図５は、ダンパスプリング７ａ、７ｂとと
もに使用される補強板の構造を示す図である。この補強
板７６は、それぞれダンパスプリング７ａ、７ｂのばね
部材７１に重ねて、シールリング４の取付け片に対して
一体に取り付けられる。なお、これらダンパスプリング
７ａ、７ｂ、及び補強板７６を構成する材料は、いずれ
もインコネル７１８が使用される。また、ダンパスプリ
ング７ａ、７ｂが固着されるシールリング４には、ばね
作用によって当接面７３、７４が偏倚したときの逃げ溝
を形成する必要がある。

【００２６】チャンバ壁面２ａとバックプレーン６に設
けられるＯリング８ａ、９ａ（及び８ｂ、９ｂ）は、処
理ブロックでの処理の開始時に、強い力でシールリング
４に押し付けられ、終了時にその力が解除される。この
シール／アンシール動作が繰り返されることで、複数の
ウェハー（１）の処理が連続して同時に実行される。

【００２７】また、各処理ブロックで真空チャンバ２を
構成する場合に、Ｏリング８ａ、９ａ（及び８ｂ、９
ｂ）は繰り返し長時間、真空中にさらされる。しかも、
バックプレーン６などのヒータによって、最高５００℃
の高温に加熱される。さらに、スパッタ成膜時の真空チ
ャンバ２内の雰囲気ガスには、アルゴンガス、窒素ガ
ス、あるいはプラズマなどが含まれるので、従来から弾
性を有するＯリングの材料劣化が進みやすかった。

【００２８】この発明では、ダンパスプリング７ａ、７
ｂによってＯリング８ａ、９ａ（及び８ｂ、９ｂ）から
シールリング４の剥離が促進されるので、インデックス
プレート３の回転によるウェハー１の搬送時に生じやす
い搬送ダストの発生を低減できる。

【００２９】また、バックプレーン６やフロントプレー
ン１０によって基板位置を固定する際に、ダンパスプリ
ング７ａ、７ｂがシールリング４に対する押圧力を調節
する機能を果たすことになって、Ｏリング８ａ、９ａ
（及び８ｂ、９ｂ）のシールリング４への張り付き自体
を防止することができる。

【００３０】また、Ｏリング８ａ、９ａ（及び８ｂ、９
ｂ）の張り付きが生じた場合でも、ウェハー１を保持し
ているクランプリング５の振動を抑えることができ、チ
ャンバ壁面２ａなどとの接触を防止して、ウェハー１の
割れを確実に防ぐことができる。

【００３１】さらに、Ｏリング８ａ、９ａ（及び８ｂ、
９ｂ）の劣化を抑え、シールリング４の交換頻度を低減
することができる。

【００３２】

【発明の効果】以上に説明したように、この発明の半導
体処理装置によれば、Ｏリングとシールリングとの張り
付きを、シールリングに設けたダンパスプリングによっ
て確実に防止し、処理されるウェハーの割れや欠陥をな
くすことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の半導体処理装置における特定の処理
ブロックの構成を示す側面断面図である。

【図２】この発明の半導体処理装置における、図１とは
異なる処理ブロックの構成を示す側面断面図である。

【図３】フロントプレーン側のダンパスプリングの構造
を示す図である。

【図４】バックプレーン側のダンパスプリングの構造を
示す図である。

【図５】ダンパスプリングとともに使用される補強板の
構造を示す図である。

【図６】従来の表面処理装置における特定の処理ブロッ
クにおけるウェハーのシーリングの状態を示す図であ
る。

【図７】従来の表面処理装置における、図６とは異なる
処理ブロックの構成を示す側面断面図である。

【符号の説明】

１…ウェハー、２…真空チャンバ、２ａ…チャンバ壁
面、３…インデックスプレート、４…シールリング、４
ａ…シールリングスプリング、５…クランプリング、６
…バックプレーン、７ａ，７ｂ…ダンパスプリング、８
ａ、９ａ、８ｂ、９ｂ…Ｏリング

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 半導体基板を保持するための環状の保持
   部材、前記半導体基板の板面に対して垂直方向に振動可
   能な状態で前記環状の保持部材を弾性的に取り付けた基
   板支持用の回転円盤、前記回転円盤を両側から挟み込ん
   で気密を保持した状態で前記半導体基板の表面処理を実
   施する処理ブロック、及び前記回転円盤に対して接離可
   能に移動する基板位置固定ブロックを備えた半導体処理
   装置において、 前記半導体基板が所定の処理位置に位置決めされたと
   き、前記処理ブロックの壁面とＯリングを介して一方面
   が当接するとともに、前記基板位置固定ブロックの壁面
   と前記Ｏリングを介して他方面が当接するように、前記
   環状の保持部材の外縁に配置されたシーリング部材と、 前記シーリング部材から前記処理ブロックの壁面に対し
   て突出するように設けられた第１のスプリング部材と、 前記シーリング部材から前記基板位置固定ブロックに対
   して突出するように設けられた第２のスプリング部材
   と、 をさらに有し、前記基板位置固定ブロックが前記回転円
   盤に対して離間する方向に移動する際に、前記第１及び
   第２のスプリング部材によって、前記シーリング部材と
   前記処理ブロックの壁面、及び前記基板固定ブロックと
   の間の剥離を促進することを特徴とする半導体処理装
   置。
2. 【請求項２】 前記第１、第２のスプリング部材は、一
   端が前記シーリング部材の外縁周面に沿って所定の長さ
   で取り付けられる帯状部と、前記帯状部からそれぞれ前
   記処理ブロックの壁面、あるいは前記基板固定ブロック
   の方向に垂直に屈曲形成された突起部とから構成されて
   いることを特徴とする請求項１記載の半導体処理装置。