JP2004186329A

JP2004186329A - シール部材及びプラズマ処理装置

Info

Publication number: JP2004186329A
Application number: JP2002350279A
Authority: JP
Inventors: Teruki Iwashita; 照樹岩下
Original assignee: Applied Materials Inc
Current assignee: Applied Materials Inc
Priority date: 2002-12-02
Filing date: 2002-12-02
Publication date: 2004-07-02
Anticipated expiration: 2022-12-02
Also published as: JP4268798B2

Abstract

【課題】耐久性に優れたシール部材を提供する。
【解決手段】シール部材２７は、フッ素系樹脂で形成されたリング状のシール本体２８と、このシール本体２８の内周部に設けられ、耐プラズマ性を有する材料で形成された保護リング２９とを有している。シール本体２８は、内周壁部３０及び側壁部３１ａ，３１ｂからなる断面略Ｕ字状を有しており、これにより外周側に開口した環状凹部３２が形成されている。シール本体２８の環状凹部３２内には、両側壁部３１ａ，３１ｂを拡げるための断面Ｕ字状の板バネリング３４が配置されている。保護リング２９は、底壁３６及び側壁３７ａ，３７ｂからなる断面Ｕ字状をなしており、シール本体２８の内周面全体とシール本体２８の内周角部を覆うように構成されている。
【選択図】図３

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体製造装置等のプラズマ処理装置に使用されるシール部材及びプラズマ処理装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
プラズマ処理装置は、半導体ウェハ等の被処理体をプラズマによって処理するものである。このようなプラズマ処理装置において使用されるシール部材としては、例えば可撓性を有するＯリング等がある（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】
特開２００２−４３２２４号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来のシール部材は、劣化しやすく寿命が短いという問題があった。
【０００５】
本発明の目的は、耐久性に優れたシール部材、及びそのシール部材を備えたプラズマ処理装置を提供することである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明は、フッ素系樹脂で形成されたリング状のシール本体と、シール本体の内周部に設けられ、耐プラズマ性を有する材料で形成された保護リングとを備えることを特徴とするものである。
【０００７】
例えばシール部材をプラズマ処理装置における処理チャンバの封止に使用する場合には、処理チャンバ内に発生したフッ素ラジカルや高熱等によってリング状のシール本体が劣化しないように、シール本体を耐腐食性・耐熱性に優れたフッ素系樹脂で形成することがある。しかし、このようなフッ素系樹脂製のシール本体が処理チャンバ内に生成されたプラズマに直接さらされると、シール本体がプラズマによってダメージを受けることが本発明者らの研究により明らかにされた。そこで、フッ素系樹脂で形成されたシール本体の内周部に、耐プラズマ性を有する材料で形成された保護リングを設けることにより、シール本体はプラズマから保護されるため、シール本体がプラズマによってダメージを受けることを防止できる。従って、シール部材の耐久性が向上する。
【０００８】
好ましくは、シール本体は、外周側に開口した環状凹部を有し、環状凹部内には、環状凹部を形成するシール本体の両側壁部を拡げるための弾性体が配置されている。このように弾力の低いフッ素系樹脂製のシール本体の両側壁部を弾性体で拡げる構成とすることで、シール本体を簡単かつ確実にシールとして機能させることができる。
【０００９】
この場合、両側壁部の外面にはシールリップが設けられているのが好ましい。これにより、例えばシール部材をプラズマ処理装置における処理チャンバの封止に使用する場合、シール本体の両側壁部が処理チャンバに十分に密着するようになるので、シール本体の密封性が向上する。
【００１０】
また、好ましくは、保護リングは、シール本体の内周面全体及びシール本体の内周角部を覆うように断面Ｕ字状を有している。これにより、シール本体の内周部を十分に保護することができる。また、保護リングをシール本体に接着しなくても、保護リングがシール本体に対して容易に外れることは無い。
【００１１】
さらに、好ましくは、シール本体はポリテトラフルオロエチレンで形成されている。フッ素系樹脂の中のうちポリテトラフルオロエチレンは、特に耐腐食性・耐熱性に優れている。従って、例えばシール部材をプラズマ処理装置に使用する場合に、フッ素ラジカルや高熱等によるシール本体の劣化をより防止できる。
【００１２】
また、好ましくは、保護リングは、アルミニウムまたはアルミニウム合金で形成されている。これにより、保護リングは、優れた強度・耐腐食性を有することになる。また、例えばシール部材をプラズマ処理装置に使用する場合に、コンタミネーションの影響を軽減することができる。
【００１３】
また、本発明は、被処理体をプラズマによって処理するプラズマ処理装置であって、下部チャンバボディ及び上部チャンバボディを有し、被処理体が収容される処理チャンバと、下部チャンバボディと上部チャンバボディとの間に配置されたシール部材と、処理チャンバ内に所定のガスを導入するガス導入手段と、処理チャンバ内にプラズマを生成するプラズマ生成手段とを備え、シール部材は、フッ素系樹脂で形成されたリング状のシール本体と、シール本体の内周部に設けられ、耐プラズマ性を有する材料で形成された保護リングとを有することを特徴とするものである。
【００１４】
このようにシール部材のシール本体をフッ素系樹脂で形成することにより、フッ素ラジカルや高熱等によってシール本体が劣化することを防止できる。また、耐プラズマ性を有する材料で形成された保護リングをシール本体の内周部に設けることにより、シール本体がプラズマによってダメージを受けることを防止できる。従って、シール部材の耐久性が向上する。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係るシール部材及びプラズマ処理装置の好適な実施形態について図面を参照して説明する。
【００１６】
図１は、本発明に係るプラズマ処理装置の一実施形態を示す概略構成図である。同図において、本実施形態のプラズマ処理装置１は、高密度プラズマ（ＨＤＰ）式のＣＶＤ装置である。
【００１７】
ＣＶＤ装置１は、例えばアルミニウムまたはアルミニウム合金で形成された処理チャンバ２を有している。処理チャンバ２は、円筒状の下部チャンバボディ３と、この下部チャンバボディ３の上部に設けられた円筒状の上部チャンバボディ４と、この上部チャンバボディ４を覆うように設けられたドーム５とからなっている。ドーム５上には、ドーム温度を設定する加熱プレート６及び冷却プレート７が配置されている。
【００１８】
処理チャンバ２内には、被処理体であるウェハＷを支持する支持部材８が配置されている。この支持部材８には、ウェハＷを固定するための静電チャック９が設けられている。この静電チャック９には、直流電源（図示せず）が接続されている。
【００１９】
処理チャンバ２内における支持部材８の下方には、スロットルバルブ１０が配置されている。また、処理チャンバ２の下部には、ゲートバルブ１１を介してターボ分子ポンプ１２が配置されており、このターボ分子ポンプ１２によって処理チャンバ２内が減圧排気される。
【００２０】
ドーム５には、処理チャンバ２内にプラズマを生成するためのトップコイル１３Ａ及びサイドコイル１３Ｂが取り付けられている。各コイル１３Ａ，１３Ｂには、整合器１４Ａ，１４Ｂを介して高周波電源１５Ａ，１５Ｂが接続されている。また、支持部材８には、整合器１６を介してバイアス用の高周波電源１７が接続されている。
【００２１】
処理チャンバ２（ドーム５）の上部には、成膜ガスを処理チャンバ２内に供給するためのガス通路１８を有するガス導入部１９と、このガス導入部１９に結合され、ガス通路１８からのガスを支持部材８上に置かれたウェハＷに向けて噴出させるトップノズル２０とが設けられている。なお、成膜ガスとしては、例えばＳｉＨ_４、Ｏ_２、ＳｉＦ_４、Ａｒの混合ガスが使用される。
【００２２】
下部チャンバボディ３の上部には、上記の成膜ガスを形成するガスの一部（例えばＯ_２、ＳｉＦ_４）を処理チャンバ２内に供給するための環状のガス通路２１が設けられている。上部チャンバボディ４には、上記の成膜ガスを形成するガスの一部（例えばＳｉＨ_４、Ａｒ）を処理チャンバ２内に供給するための環状のガス通路２２が設けられている。また、上部チャンバボディ４の内周面には、ガス通路２１，２２からのガスを支持部材８上に置かれたウェハＷに向けて噴出させる複数のサイドノズル２３が突設されている。
【００２３】
このようなＣＶＤ装置１を用いてウェハＷの成膜処理を行う場合は、まずターボ分子ポンプ１２により処理チャンバ２内を所定の真空度まで減圧すると共に、処理チャンバ２内にＡｒガスを供給する。そして、高周波電源１５Ａ，１５により各コイル１３Ａ，１３Ｂに高周波電力を印加して、処理チャンバ２内にプラズマを発生させる。続いて、ウェハＷを処理チャンバ２内に搬入し、静電チャック９によりウェハＷを支持部材８に固定する。続いて、Ｏ_２ガス、ＳｉＦ_４ガス及びＳｉＨ_４ガスを処理チャンバ２内に導入し、ウェハＷの表面にＳｉＯ_２膜を形成する。そして、高周波電源１７により支持部材８にバイアス用高周波電力を印加してプラズマをウェハＷの表面に引き込むことで、ウェハＷの成膜を促進させる。その後、所定時間が経過したら、成膜したウェハＷを処理チャンバ２から搬出し、新しいウェハＷを処理チャンバ２内に搬入して上記と同様のプロセスを実行する。
【００２４】
図２は、下部チャンバボディ３と上部チャンバボディ４との結合部分を示したものである。同図において、下部チャンバボディ３におけるガス通路２１の外側には、上面に開口した環状溝２４が形成されている。この環状溝２４には、下部チャンバボディ３の上面と上部チャンバボディ４の下面との間をシールするゴム製のＯリング２５が収納されている。
【００２５】
下部チャンバボディ３におけるガス通路２１の内側には、上面に開口した環状溝２６が形成されており、この環状溝２６にはシール部材２７が収納されている。このシール部材２７は、Ｏリング２５を保護すると共に、ガス通路２１のガスが下部チャンバボディ３と上部チャンバボディ４との間から処理チャンバ２内に漏れないように封止するものである。シール部材２７の断面図を図３に示す。
【００２６】
同図において、シール部材２７は、リング状のシール本体２８と、このシール本体２８の内周部に設けられた保護リング２９とを有している。シール本体２８は、処理チャンバ２内に生じるフッ素ラジカルに対して強く且つ耐熱性の高いフッ素系樹脂、好ましくはポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ、商品名：テフロン）で形成されている。
【００２７】
シール本体２８は、内周壁部３０及び側壁部３１ａ，３１ｂからなる断面略Ｕ字状を有しており、これにより外周側に開口した環状凹部３２が形成されている。側壁部３１ａ，３１ｂの外面には、環状のシールリップ３３がそれぞれ設けられている。
【００２８】
シール本体２８の環状凹部３２内には、両側壁部３１ａ，３１ｂを拡げるための断面Ｕ字状の板バネリング３４が配置されている。側壁部３１ｂの先端部には、板バネリング３４が環状凹部３２から抜け出るのを止めるための環状突起３５が設けられている。このような板バネリング３４を設けることにより、シール本体２８の両側壁部３１ａ，３１ｂが互いに分離する方向に押圧される。従って、図２に示すようにシール部材２７を処理チャンバ２に組み込んだ時には、シール本体２８のシールリップ３３が下部チャンバボディ３の環状溝２６の底面及び上部チャンバボディ４の下面に十分な接触力で密着するようになり、これにより高い密封性が得られる。
【００２９】
保護リング２９は、耐プラズマ性を有する材料で形成されている。耐プラズマ性を有する材料としては、強度が高くかつ耐食性に優れたアルミニウムまたはアルミニウム合金を使用するのが好ましい。この材料は、上述したように処理チャンバ２の材料としても使用され、コンタミネーションが生じにくい点でも好適である。
【００３０】
保護リング２９は、底壁３６及び側壁３７ａ，３７ｂからなる断面Ｕ字状をなしており、シール本体２８（内周壁部３０）の内周面全体とシール本体２８の内周角部を覆うように構成されている。底壁３６は、シール本体２８の内周壁部３０に密着し、側壁３７ａ，３７ｂは、シール本体２８の側壁部３１ａ，３１ｂに密着している。このような構成とすることにより、シール本体２８の内周部が十分に保護されるだけでなく、接着性の低いＰＴＦＥ製のシール本体２８に保護リング２９を確実に取り付けることができる。なお、シール本体２８に対する保護リング２９の取り付けは、以下のように行う。
【００３１】
例えば、保護リング２９の基体である断面Ｕ字状の金属部材をシール本体２８の内周面に沿って装着した後、当該金属部材の両端部同士を重ね合わせ、かしめ加工により接合する。また、シール本体２８を強制的に熱膨張させた状態で、シール本体２８の内側からシール本体２８に保護リング２９を嵌め込んでいき、保護リング２９がシール本体２８に全周にわたって組み付けられた後、シール本体２８を常温に冷やすようにしても良い。この場合には、保護リング２９をシール本体２８に嵌め込みやすくするために、保護リング２９の側壁３７ａ，３７ｂを底壁３６に対して薄くしたり、保護リング２９の側壁３７ａ，３７ｂをハの字型に曲げるのが望ましい。さらに、シール本体２８と保護リング２９とを一体的にプレス加工して固定しても良い。上記いずれの手法を採用した場合であっても、保護リング２９がシール本体２８から外れることは無い。
【００３２】
ところで、上述したＣＶＤ装置１においては、処理チャンバ２の個体差や加工不良等により、図２に示すように下部チャンバボディ３と上部チャンバボディ４との間に隙間が生じることは避けられない。この場合、シール部材２７に上記の保護リング２９が設けられていないと、ＰＴＦＥ製のシール本体２８が処理チャンバ２内に発生したプラズマに直接さらされることになるため、そのプラズマの衝突によってシール本体２８が削れる等といったダメージを受けてしまう。
【００３３】
これに対し本実施形態では、シール本体２８の内周部に、耐プラズマ性を有する材料からなる保護リング２９を設けたので、下部チャンバボディ３と上部チャンバボディ４との間に隙間があっても、シール本体２８はプラズマから保護されるため、プラズマの衝突によるシール本体２８のダメージを防ぐことができる。また、保護リング２９は、アルミニウムまたはアルミニウム合金といった高強度の材料で形成されているため、容易に割れることは無い。従って、シール本体２８の耐久性が向上するため、シール部材２７の寿命が長くなる。
【００３４】
参考までに、図４に示すような保護リング２９の無いシール部材５０を、実際にＣＶＤ装置に使用して、ウェハの成膜処理を行ったところ、約５０００枚のウェハを処理した時点で、シール部材が使用不能となった。この時のシール本体の状態を図５に示す。同図から分かるように、シール本体におけるプラズマにさらされた部分が削れて欠けている。なお、ここで使用した処理チャンバでは、内側部分における下部チャンバボディと上部チャンバボディとの間の間隔Ｐ（図２参照）が０．３８ｍｍである。
【００３５】
一方、図３に示すような保護リング２９を有するシール部材２７を、上記と同様のＣＶＤ装置に使用して、ウェハの成膜処理を行った場合には、約２００００枚のウェハを処理した時点においても、シール本体の削れ・欠けは見られなかった。
【００３６】
なお、本発明は、上記実施形態に限定されないことは言うまでもない。例えば、上記実施形態のプラズマ処理装置はＣＶＤ装置であるが、本発明は、エッチング装置等といった他のプラズマ処理装置にも適用可能である。
【００３７】
また、上記実施形態のシール部材では、保護リングをアルミニウムまたはアルミニウム合金で形成したが、実施するプロセスによっては、保護リングの材料としてステンレス等を使用することもできる。
【００３８】
【発明の効果】
本発明によれば、フッ素系樹脂で形成されたリング状のシール本体の内周部に、耐プラズマ性を有する材料で形成された保護リングを設けたので、シール本体の耐久性が向上する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るプラズマ処理装置の一実施形態である高密度プラズマ（ＨＤＰ）式ＣＶＤ装置を示す概略構成図である。
【図２】図１に示す下部チャンバボディと上部チャンバボディとの結合部分を示す拡大断面図である。
【図３】本発明に係るシール部材の一実施形態を示す断面図である。
【図４】従来のシール部材の一例を示す断面図である。
【図５】図４に示すシール部材を実際にＣＶＤ装置に使用して所定枚数のウェハの成膜処理を行った時のシール本体の状態を示す図である。
【符号の説明】
１…ＣＶＤ装置（プラズマ処理装置）、２…処理チャンバ、３…下部チャンバボディ、４…上部チャンバボディ、５…ドーム、８…支持部材、１３Ａ…トップコイル（プラズマ生成手段）、１３Ｂ…サイドコイル（プラズマ生成手段）、１４Ａ，１４Ｂ…整合器（プラズマ生成手段）、１５Ａ，１５Ｂ…高周波電源（プラズマ生成手段）、１９…ガス導入部（ガス導入手段）、２０…トップノズル（ガス導入手段）、２１…ガス通路（ガス導入手段）、２２…ガス通路（ガス導入手段）、２３…サイドノズル（ガス導入手段）、２７…シール部材、２８…シール本体、２９…保護リング、３０…内周壁部、３１ａ，３１ｂ…側壁部、３２…環状凹部、３３…シールリップ、３４…板バネリング（弾性体）、Ｗ…ウェハ（被処理体）。

Claims

フッ素系樹脂で形成されたリング状のシール本体と、
前記シール本体の内周部に設けられ、耐プラズマ性を有する材料で形成された保護リングとを備えるシール部材。
前記シール本体は、外周側に開口した環状凹部を有し、
前記環状凹部内には、前記環状凹部を形成する前記シール本体の両側壁部を拡げるための弾性体が配置されている請求項１記載のシール部材。
前記両側壁部の外面にはシールリップが設けられている請求項２記載のシール部材。
前記保護リングは、前記シール本体の内周面全体及び前記シール本体の内周角部を覆うように断面Ｕ字状を有している請求項１〜３のいずれか一項記載のシール部材。
前記シール本体はポリテトラフルオロエチレンで形成されている請求項１〜４のいずれか一項記載のシール部材。
前記保護リングは、アルミニウムまたはアルミニウム合金で形成されている請求項１〜５のいずれか一項記載のシール部材。
被処理体をプラズマによって処理するプラズマ処理装置であって、
下部チャンバボディ及び上部チャンバボディを有し、前記被処理体が収容される処理チャンバと、
前記下部チャンバボディと前記上部チャンバボディとの間に配置されたシール部材と、
前記処理チャンバ内に所定のガスを導入するガス導入手段と、
前記処理チャンバ内にプラズマを生成するプラズマ生成手段とを備え、
前記シール部材は、フッ素系樹脂で形成されたリング状のシール本体と、前記シール本体の内周部に設けられ、耐プラズマ性を有する材料で形成された保護リングとを有するプラズマ処理装置。