JP2005325973A - 処理チャンバ装置のシール構造 - Google Patents

Abstract

【課題】チャンバとステージの突き合せ面間を効果的にシールすることができ、またチャンバ内を陽圧とするような利用形態にも対応でき、利用範囲の広い処理チャンバ装置を提供するのに好適な処理チャンバ装置のシール構造を提供する。
【解決手段】 ステージ２上の被処理基板Wにカバー３を被せ、このカバー３とステージ２とにより形成されるカバー３内側のチャンバ１−１内でステージ２上の被処理基板Wをプロセス処理する処理チャンバ装置１のシール構造として、ステージ２上の被処理基板Ｗにカバー３を被せたときの該カバー３とステージ２との突き合せ面間に、２本以上のシール部材（リングシール６−１、６−２）と、これらのシール部材間に位置する減圧溝８とが設けられるものとし、そして、減圧溝８内が減圧されると、カバー３とステージ２の突き合せ面間に減圧によるバキューム力が生じ、このバキューム力により上記シール部材を介するカバー３とステージ２の密着性が向上するものとする。
【選択図】図１

Description

本発明は、半導体ウエハ表面のＶＰＤ処理などのプロセス処理を行なう際に使用される処理チャンバ装置のシール構造に関するものである。

従来、この種の処理チャンバ装置としては、例えば、特許文献１に開示されたのものがある。同文献１の処理チャンバ装置１は、図４に示したように、ウエハステージ５０とこれを底部として蓋となるウエハステージカバー５１とを有している。そして、そのウエハステージ５０上に半導体ウエハＷ１が載置され、このウエハステージ５０上の半導体ウエハＷ１にウエハステージカバー５１が被せられる。このとき、ウエハステージカバー５１とウエハステージ５０の突き合せ面間は１つのＯリング５２によりシールされる構造となっている。

しかし、上記従来の処理チャンバ装置１のシール構造によると、前述の通り、ウエハステージカバー５１とウエハステージ５０の突き合せ面間のシールが１つのＯリング５２によるものであるため、十分なシール効果は期待できない。Ｏリング５２が破損した場合には、ウエアステージカバー５１内側のチャンバ（気密室）１−１の気密性を保つことができず、チャンバ１−１内のガスがＯリング５０の破損部から外部へリークする可能性もある。

また、上記従来のシール構造によると、チャンバ１−１を真空とすることにより、ウエハステージカバー５１とウエハステージ５０の突き合せ面間がＯリング５２でシールされる構造である。このため、チャンバ１−１内が真空でないとＯリング５２によるシール効果が有効に発揮されない。従って、チャンバ１−１内を陽圧とする場合、すなわち外界と較べてチャンバ１−１内の方を高圧とするような処理チャンバ装置１の利用形態には対応することができず、この種の処理チャンバ装置１の利用範囲を狭めるといった問題点もある。

特開平８−２５５７８４号公報（図１および図２参照）

本発明は上記問題点を解決するためになされたもので、その目的とするところは、チャンバとステージの突き合せ面間を効果的にシールすることができ、また、チャンバ内を陽圧とするような利用形態にも対応でき、利用範囲の広い処理チャンバ装置を提供するのに好適な、処理チャンバ装置のシール構造を提供することにある。

上記目的を達成するために、本発明は、ステージ上の被処理基板にカバーを被せ、このカバーと上記ステージとにより形成されるカバー内側のチャンバ内で上記ステージ上の被処理基板をプロセス処理する処理チャンバ装置のシール構造において、上記ステージ上の被処理基板にカバーを被せたときの該カバーと上記ステージとの突き合せ面間に、２本以上のシール部材と、これらのシール部材間に位置する減圧溝とが設けられる構造と、上記減圧溝に一端を開口した減圧孔と、上記減圧孔を介して上記減圧溝内を減圧する減圧手段とからなることを特徴とする。

本発明では、ステージ上の被処理基板にカバーを被せたときに、そのカバーとステージの突き合せ面間が２本以上のシール部材で多重にシールされる。

更に、本発明では、上記の如くステージ上の被処理基板にカバーを被せた状態で、減圧溝内が減圧される。そうすると、カバーとステージの突き合せ面間に減圧によるバキューム力が生じ、このバキューム力によりカバーとステージが互いに引き寄せられ、シール部材を介するカバーとステージの密着性が向上する。

本発明にあっては、以下の作用効果を奏する。
（１）チャンバ内が陽圧となる場合でも、カバーとステージの突き合せ面間をシールすることができ、利用範囲の広い処理チャンバ装置を提供しうる。これは、本発明では、減圧溝内の減圧によるバキューム力によりシール部材を介してカバーとステージが密着するためである。
（２）シール部材自身のメカニカルシール性能が元々低い場合でも、カバーとステージとの突き合せ面間を効果的にシールすることができる。これは、本発明では、上記のような突き合せ面間が２本以上のシール部材で多重にシールされることと、これらのシール部材間に減圧され低圧となる減圧溝があり、この低圧化した減圧溝内にリークガスが吸い込まれることによるものである。
（３）２以上のシール部材のいずれかがシール不完全の状態となってもチャンバ内のガスが外部に漏れることはない。これは、本発明では、減圧溝の減圧によりシール部材間が減圧されるためである。

以下、本発明を実施するための最良の形態について、添付した図面を参照しながら詳細に説明する。

図１は本発明の一実施形態であるシール構造を適用した処理チャンバ装置の断面図、図２は図１の処理チャンバ装置におけるリングシールの形状、およびリングシールと減圧溝との位置関係の説明図である。

図１の処理チャンバ装置１は、被処理基板Ｗが載置されるステージ２と、このステージ２上の被処理基板Ｗに被せられるカバー３を有している。

カバー３は天板部４とスカート部５から構成されている。天板部４は、円板状に形成され、スカート部５は、天板部４の外周縁から下向きに垂れ下がるように形成されるとともに、天板部４の外周縁に沿って筒状に形成されている。そして、カバー３はステージ２上の被処理基板Ｗに被せられるが、このとき、当該カバー３はそのスカート部５の下端面５ａがステージ２の表面２ａと突き合わされる。このようなカバー３の突き合わせセット状態を示したものが図１である。

図１のようにカバー３をステージ２上にセットすると、そのカバー３とステージ２により、スカート部５の長さ相当の高さを有するチャンバ１−１が形成される。このカバー３内側のチャンバ１−１は、有毒な液体あるいはガスを用いて処理が行なわれるため外界と遮断する必要のある処理、例えばフッ酸を用いた半導体ウエハ表面のＶＰＤ処理などのプロセス処理を行なう空間として利用される。尚、このチャンバ１−１内で使用されるプロセスガスは、カバー３の導入口３−１からチャンバ１−１内に導入される。また、チャンバ１−１内に導入されたガスは、ステージ２の排気口２−１を介してチャンバ１−１外へ排気される。

上記チャンバ１−１の利用形態との関係より、この図１の処理チャンバ装置１では、ステージ２上の被処理基板Ｗにカバー３を被せたときの該カバー３とステージ２の突き合せ面間、すなわちカバー３のスカート部下端面５ａとこれに対向するステージ表面２ａとの間に、２つのシール部材６が設けられる構造を採っている。

２つのシール部材６は、図２のように径の異なる内外２重のリングシール６−１、６−２（例えばＯリング）から構成されている。この２つのリングシール６−１は、いずれもスカート部２の筒周方向に沿ってリング状に形成されている。

図１のようにカバー３をステージ２上の被処理基板に被せたとき、上記内外２重のリングシール６−１、６−２は、カバー３とステージ２の突き合せ面間、すなわちカバー３のスカート部下端面５ａとこれに対向するステージ表面２ａとの間に介在する。

尚、上記内外２重のリングシールのうち、内側リングシール６−１の径は、スカート部２の内径より少し大きく設けられ、外側のリングシール６−２は、スカート部２の外径より少し小さく設けられている。

また、上記２つのリングシール６−１、６−２は、それぞれの図示しないリングシール装着溝に嵌め込み装着されている。尚、本実施形態では、このリングシール装着溝は、それぞれのリングシール６−１、６−２のリング形状に合わせて、カバー３のスカート部下端面５ａに穿設されている。

さらに、本実施形態では、カバー３とステージ２の突き合せ面間に、減圧溝８が設けられる構造を採っている。この減圧溝８は、図２のように上記内外２重のリングシール６−１、６−２間に位置し、かつ、ステージ表面２ａ側に環状に形成されている。そして、図１のようにカバー３をステージ２上の被処理基板Ｗに被せたとき、この減圧溝８は、その溝上面８ａ側がスカート部５の下端面５ａで完全に覆われる構造となっている。

更に、ステージ２には減圧孔９が形成されている。この減圧孔９の一端側は、上記減圧溝８底面から減圧溝８内部に開口し、同減圧孔９の他端側は、真空ポンプ１０の吸入口側に接続されている。この真空ポンプ１０は、減圧溝８内の圧力を減圧するための公知の減圧手段であり、真空ポンプ１０が作動すると、その排気動作により、減圧溝８内の気体（空気）が減圧孔９を介して真空ポンプ１０内に吸い込まれ、これにより、減圧溝８内が減圧される。尚、真空ポンプ１０内に吸い込まれた気体は、同真空ポンプ１０の排気口から酸排気ダクト１１を介して図示しない酸処理装置側へ送られる。

次に、上記の如く構成された本実施形態の処理チャンバ装置１の使用方法と動作について図１と図３を基に説明する。

本実施形態の処理チャンバ装置１を使用する際は、まず図１に示すステージ２上のカバー３を取り外す（図３のステップ１００）。このとき、減圧溝８内は減圧されない。

次に、図１のようにステージ２上の所定の位置に被処理基板Ｗをセットする（図３のステップ２００）。例えば、チャンバ１−１内で半導体ウエハ表面のフッ酸によるＶＰＤ処理を行なう場合は、半導体ウエハが被処理基板Ｗとしてステージ２上の所定の位置にセットされる。

そして、ステージ２上への被処理基板Ｗのセットが完了すると、前記ステップ１で取り外したカバー３を図１のようにステージ２上の被処理基板Ｗに被せる（図３のステップ３００）。

このとき、カバー３のスカート部下端面５ａは２つのリングシール６−１、６−２上に配置される。そして、両リングシール６−１、６−２はカバー３の自重により押圧されて多少弾性変形し、この状態で両リングシール６−１、６−２がカバー３のスカート部下面５ａに密着し、カバー３とステージ２の突き合せ面間が２つのリングシール６−１、６−２で多重にシールされる。

次に、減圧溝８内の減圧が行なわれる（図３のステップ４００）。この減圧作業は真空ポンプ１０を作動させればよい。真空ポンプ１０が作動すると、減圧孔９を介して減圧溝１０内の気体が真空ポンプ１０側に吸入され、これにより減圧溝８内が減圧される。

減圧溝８内が減圧されると、カバー３とステージ２の突き合せ面間、具体的にはカバー３のスカート部下面５ａ側に、減圧によるバキューム力が生じ、このバキューム力によりカバー３とステージ２が互いに引き寄せられ、リングシール６−１、６−２を介するカバー３とステージ２の密着性が高まる。

上記のような減圧が完了すると、チャンバ１−１内が気密に保たれ、チャンバ１−１内で所定の処理を開始することが可能となる（図３のステップ５００）。

ところで、本実施形態の処理チャンバ装置１によると、突き合せ面間が内外２重のリングシール６−１、６−２で多重にシールされることと、これらのリングシール６−１、６−２間に減圧され低圧となる減圧溝８があり、この低圧化した減圧溝８内にリークガスが吸い込まれるから、例えば、リングシール６−１、６−２自身のメカニカルシール性能が元々低い場合でも、カバー３とステージ２との突き合せ面間を効果的にシールすることができる。尚、この減圧溝８への吸い込み効果は特にチャンバ１−１内と減圧溝８内の圧力差が大きい場合に有効である。

また、本実施形態の処理チャンバ装置１によると、減圧溝８の減圧によりリングシール６−１、６−２間が減圧されるため、いずれか一方のリングシールがシール不完全の状態となってもチャンバ１−１内のガスが外部に漏れることはない。

さらに、本実施形態の処理チャンバ装置１によると、減圧溝８内の減圧によるバキューム力によりリングシール６−１、６−２を介してカバー３とステージ２が密着する構造を採っているため、チャンバ１−１内が陽圧となる場合でも、カバー３とステージ２の突き合せ面間をシールすることができる。

上記実施形態においては、２本のシール部材６の一例として、径の異なる２つのリングシール６−１、６−２を内外２重に配置した例について説明したが、このようなシール部材６は必要に応じて２本以上設けることもできる。

カバー３については、図１に示した形状のものに限定されることはなく、例えば半球体のドーム形状のように、カバーを構成する天板部とこの天板部の外周縁に沿って形成された筒状のスカート部とが滑らかな曲線で連続的に形成されるものでもよい。

上記実施形態では、リングシール６−１、６−２をカバー３側に設けたが、これに代えて、そのリングシール６−１、６−２をステージ２側に設けてもよい。また、上記実施形態では、減圧溝８や減圧孔９をステージ２側に設けたが、これに代えて、その減圧溝８や減圧孔９をカバー３側に設けてもよい。

図１は本発明の一実施形態であるシール構造を適用した処理チャンバ装置の断面図。 図１の処理チャンバ装置におけるリングシールの形状、およびリングシールと減圧溝との位置関係の説明図。 図１の処理チャンバ装置を使用する際の使用手順の説明図。 従来の処理チャンバ装置の断面図。

符号の説明

１ 処理チャンバ装置
１−１ チャンバ
２ ステージ
２ａ ステージの表面
２−１ 排気口
３ カバー
３−１ 導入口
４ 天板部
５ スカート部
５ａ スカート部の下端面
６ シール部材
６−１ 内側リングシール
６−２ 外側リングシール
８ 減圧溝
９ 減圧孔
１０ 真空ポンプ（減圧手段）
１１ 酸排気ダクト

Claims (1)

1. ステージ上の被処理基板にカバーを被せ、このカバーと上記ステージとにより形成されるカバー内側のチャンバ内で上記ステージ上の被処理基板をプロセス処理する処理チャンバ装置のシール構造において、
   上記ステージ上の被処理基板にカバーを被せたときの該カバーと上記ステージとの突き合せ面間に、２本以上のシール部材と、これらのシール部材間に位置する減圧溝とが設けられる構造と、
   上記減圧溝に一端を開口した減圧孔と、
   上記減圧孔を介して上記減圧溝内を減圧する減圧手段とからなること
   を特徴とする処理チャンバ装置のシール構造。

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