JP2007277667A - 真空チャンバ及び該真空チャンバを有する基板処理装置 - Google Patents

Abstract

【課題】パーティクルの発生を防止して高精度な真空チャンバを提供する。
【解決手段】所定の閉空間内を真空状態及び大気状態にするための真空チャンバにおいて、前記閉空間を形成するためのハウジング及び該ハウジングと接合する蓋体と、前記ハウジング及び蓋体により形成された前記閉空間内の真空状態を封止するＯリングと、前記閉空間で前記真空状態及び前記大気状態を繰り返した場合に、前記ハウジング及び前記蓋体の変形により生じる前記ハウジング及び前記蓋体の接合面の擦れを防止するための弾性体とを有することにより、上記課題を解決する。
【選択図】図５

Description

本発明は、真空チャンバ及び該真空チャンバを有する基板処理装置に係り、特にパーティクルの発生を防止して高精度な真空チャンバを提供するための真空チャンバ及び該真空チャンバを有する基板処理装置に関する。

従来、レーザアニーリング装置やスパッタリング装置、エッチング装置、化学蒸着（ＣＶＤ：Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）装置等の基板処理装置には、ロードロックチャンバ等の真空チャンバが用いられている。

ここで、真空チャンバは、例えばチャンバの底面と側面とが一体に形成され、そのチャンバ本体（ハウジング）に着脱可能な蓋体を設けるよう構成されている。図１は、従来における真空チャンバの一例を示す図である。なお、図１（ａ）はチャンバ内が大気状態の場合を示し、図１（ｂ）はチャンバ内が真空状態の場合を示している。

図１に示すように、真空チャンバ１０は、ハウジング１１及び蓋体１２等の各構造体により形成される。また、ハウジング１１と蓋体１２は、例えば取付部材としての取付ボルト１３により、取付ボルト１３の螺子部（雄螺子）がハウジング１１に設けられた雌螺子と螺合することで、ハウジング１１と蓋体１２とが密着して固定される。また、図１に示す例では、ハウジング１１が筐体形状であり、蓋体１２が平板形状であるため、ハウジング１１と蓋体１２とは複数の取付部材により、複数箇所で固定されている。

また、図１に示す例では、ハウジング１１にバルブ（ドアバルブ、ゲートバルブ）１４を有する。バルブ１４は、装置の外部や他のチャンバ（搬送チャンバ、処理チャンバ等）との連結に用いられ、バルブ１４により各チャンバの閉空間を仕切ることができる。また、真空チャンバ１０は、バルブ１４を開閉させて、ロボットアーム（図示せず）等によりウェハ等の基板１５の搬送を行う。なお、真空チャンバ１０は、バルブ１４を複数設けてもよい。

また、真空チャンバ１０は、基板１５を一枚単位に処理してもよく、図１に示すようにカセット１６を設けて複数の基板単位で処理することもできる。また、上述したハウジング１１や蓋体１２、バルブ１４は、高強度な構造材料（例えば、ステンレス、アルミ合金等）からなる。

図１に示す真空チャンバ１０は、真空ポンプ（図示せず）等により、チャンバ内の閉空間を真空にすることができる。また、真空チャンバ１０は、真空ポンプとは別に設けたパージライン（図示せず）により、窒素ガス等の不活性ガスをチャンバ内の閉空間に導入したり給気することで大気状態にすることができる。

ここで、真空チャンバ１０は、大量の基板１５に所定の処理を行う場合、上述したようにチャンバ内の閉空間は、大気状態と真空状態を繰り返すことになる。真空チャンバ１０は、チャンバ内が大気状態の場合には図１（ａ）に示すように変形はしないが、チャンバ内が真空状態の場合にはチャンバ内外の圧力差の関係により、例えば図１（ｂ）に示すような変形が生じる。つまり、真空チャンバ１０は、ハウジング１１及び蓋体１２の弾性領域内での変形を伴いながら所定の真空状態となる。

また、上述したように真空チャンバ１０が変形する現象は、大型化に伴いより顕著に現れる。近年では、コスト削減等のために、処理対象の基板サイズが大きくなる傾向があり、基板サイズが大きくなると必然的に真空チャンバ１０の表面積が大きくなる。

そのため、大きな外圧に耐えることができるようにリブ補強や板厚を厚くする等の対応が必要になる。そのため、真空チャンバを形成する各構造体は、高強度な構造材料を用い、外力を考慮して十分な機械的強度と剛性を有した構造物となるよう構造設計される。つまり、上述した図１（ｂ）に示すように、真空チャンバ１０が変形するような状態であっても真空を維持するような工夫が必要であり、そのための提案がされている（例えば、特許文献１参照。）。

ここで、図２は、従来における真空チャンバのハウジングと蓋体との接合部分を説明するための図である。図２に示すように、ハウジング１１と蓋体１２との接合面２０には、Ｏリング２１を有している。また、Ｏリング２１は、ハウジング１１に設けられた溝部２２にセットされる。

更に、Ｏリング２１は、所定の潰れ代（Ｏリング２１の直径と溝２２の深さの寸法差）を有し、真空チャンバ１０の変形時に、ハウジング１１と蓋体１２との接合面２０に隙間が生じても、閉空間の真空状態を維持することができる。
特開平１０−３３５４２３号公報

しかしながら、従来技術では、例えば上述した図１（ａ）及び図１（ｂ）の変形が繰り返されるため、ハウジング１１と蓋体１２との間の接触箇所では微少振幅動作が繰り返されることになる。そのため、ハウジング１１と蓋体１２との擦れにより、酸化磨耗粉等のパーティクルが発生してしまう。

ここで、上述の内容について図を用いて説明する。図３は、パーティクル発生時の様子を説明するための図である。ハウジング１１及び蓋体１２は、真空チャンバ１０内の閉空間において大気状態と真空状態とを繰り返すことにより、図３に示す矢印Ａ方向で微少振幅動作が生じる。このとき、ハウジング１１と蓋体１２との金属の擦れや、Ｏリング２１とハウジング１１あるいは蓋体１２との擦れ等により、チャンバ内部及びチャンバ外部にパーティクルが発生してしまう。

なお、ハウジング１１と蓋体１２との金属の擦れは、例えばステンレスであっても、接触部の擦れ（表面損傷）により表面の不動態膜が破壊され、内部材料である鉄の酸化磨耗粉を生成する。

このようなパーティクルの発生は、ウェハ等の処理対象基板の品質に多大な影響を及ぼす。つまり、パーティクルが真空チャンバ１０の内部に発生した場合には、真空チャンバ１０の真空引き後にパージラインにより不活性ガスの導入や給気を行う際にパーティクルが舞い上がり、基板に付着してしまうという大きな問題がある。

また、パーティクルが真空チャンバ１０の外部に発生する場合であっても、クリーンルーム内にパーティクル発生源が存在することになり好ましくない、実際、装置点検時等には、クリーンルーム内で内部が開放されるため、装置内にこのパーティクルが入ってしまう恐れがある。

また、パーティクルの発生が継続されてしまうと、ハウジング１１と、蓋体１２との隙間が大きくなり、最終的にはＯリング２１の適正な潰れ代を確保できなくなり、真空気密が破れてしまうことになる。

本発明は、上述した問題点に鑑みなされたものであり、パーティクルの発生を防止して高精度な真空チャンバを提供するための真空チャンバ及び該真空チャンバを有する基板処理装置を提供することを目的とする。

上述の目的を達成するために、本発明は、所定の閉空間内を真空状態及び大気状態にするための真空チャンバにおいて、前記閉空間を形成するための複数の構造体を有し、前記複数の構造体を接合して形成された閉空間で前記真空状態及び前記大気状態を繰り返した場合に、前記構造体の変形により生じる前記構造体間の擦れを防止するための弾性体を前記構造体間に設けることを特徴とする。これにより、チャンバ構造体において、閉空間における大気状態及び真空状態の繰り返しによりチャンバ構造体自身の変形が生じ、この変形により各構造体間が擦れることで発生するパーティクルを防止して、高精度な真空チャンバを提供することができる。

また、本発明は、所定の閉空間内を真空状態及び大気状態にするための真空チャンバにおいて、前記閉空間を形成するためのハウジング及び該ハウジングと接合する蓋体と、前記ハウジング及び蓋体により形成された前記閉空間内の真空状態を封止するＯリングと、前記閉空間で前記真空状態及び前記大気状態を繰り返した場合に、前記ハウジング及び前記蓋体の変形により生じる前記ハウジング及び前記蓋体の接合面の擦れを防止するための弾性体とを有することを特徴とする。これにより、閉空間における大気状態及び真空状態の繰り返しによりハウジング及び蓋体自身の変形が生じ、この変形によりハウジング及び蓋体が擦れることで発生するパーティクルを防止して、高精度な真空チャンバを提供することができる。

更に、前記弾性体は、前記閉空間に対して前記接合面に設けられている前記Ｏリングの位置よりも外側の接合面に設けることが好ましい。これにより、弾性体を接合面全体に設けなくてもハウジング及び蓋体に擦れが発生することはない。したがって、効率的にパーティクルの発生を防止することができる。

更に、前記閉空間で真空状態及び大気状態を繰り返すことにより生じる前記弾性体のずれを防止するための押さえ部材を有することが好ましい。これにより、閉空間における大気状態及び真空状態の繰り返しにより、弾性体が接合面から外側に出るのを防止することができる。したがって、パーティクルの発生を防止して高精度な真空チャンバを提供することができる。

また、本発明は、基板処理において、前記請求項１乃至前記請求項４の何れか１項に記載の真空チャンバと、前記真空チャンバ内にセットされた基板に対して所定の処理を行う処理チャンバと、前記真空チャンバ及び前記処理チャンバ間で前記基板を搬送する搬送チャンバとをそれぞれ少なくとも１つ有することを特徴とする。これにより、パーティクルの発生を防止して高精度な真空チャンバを提供することができる。また、本発明における真空チャンバを適用した高精度な基板処理装置を提供することができる。

本発明によれば、パーティクルの発生を防止して高精度な真空チャンバを提供することができる。また、本発明における真空チャンバを適用した高精度な基板処理装置を提供することができる。

以下に、本発明における真空チャンバ及び該真空チャンバを有する基板処理装置を好適に実施した形態について、図面を用いて説明する。なお、以下の説明では、上述の図１〜３に示した構成と同様の構成については、同一の番号を付すものとし、ここでの説明は省略する。

図４は、本発明における真空チャンバの一例を示す図である。また、図５は、本発明における真空チャンバのハウジングと蓋体との接合部分を説明するための図である。また、図５（ａ）はチャンバ内が大気状態である場合を示し、図５（ｂ）はチャンバ内が真空状態である場合を示す。図４及び図５に示すように、本発明における真空チャンバ３０は、ハウジング１１と蓋体１２との接合面２０に弾性体スペーサ３１を設ける。

また、弾性体スペーサ３１は、図５に示すようにＯリング２１の外側に設ける。ここで、ハウジング１１と蓋体１２との間の接合面２０において、弾性体スペーサ３１によりＯリング２１の内側に弾性体スペーサ３１の厚さに対応した所定の厚さからなる隙間が存在することになる。そのため、真空チャンバ３０内の閉空間において大気状態（図５（ａ））と真空状態（図５（ｂ））とを繰り返す場合にも、ハウジング１１と蓋体１２との間に擦れは発生しない。したがって、チャンバ内部のパーティクルの発生を防止することができる。

また、閉空間からみた接合面２０におけるＯリング２１の外側に関しては、弾性体スペーサ３１によりハウジング１１と蓋体１２との変形量分だけ、弾性体スペーサ３１が変形する。つまり、弾性体スペーサ３１がハウジング１１と蓋体１２の変形を吸収するため、ハウジング１１と蓋体１２との間での擦れを防止することができる。したがって、チャンバ外部に対してもパーティクルの発生を防止することができる。

＜弾性体スペーサの設計＞
ここで、上述した弾性体スペーサ３１について説明する。弾性体スペーサ３１の厚さは、Ｏリング２１の潰れ代を適正に確保できるように設定する。具体的には、真空用Ｏリング２１のサイズと溝形状（溝深さ）は、ＪＩＳに規定されているため、弾性体スペーサ３１の厚さは、Ｏリング２１の直径と溝２２の深さの寸法差（潰れ代）を基準に設定する。具体的には、弾性体スペーサ３１の厚さは、Ｏリング２１の潰れ代が確保できるように、上述した寸法差内の寸法とすることが好ましい。更に、Ｏリング２１の潰れ代は、適正（１０〜２０％程度）に確保できるようにする。

また、弾性体スペーサ３１の材質に関しては、大気状態かと真空状態下での寸法変位が極力小さい方がよい。また、弾性体スペーサ３１が受ける荷重は、基本的に弾性体スペーサ３１の上下方向からであるが、構造体の変形方向により弾性体スペーサ３１に対して左右の滑る方向にも多少の荷重が存在する。したがって、弾性体スペーサ３１は、摺動性を有した材質又は摺動性を有した材質の層を表面にコーティングしたものが好ましい。

なお、弾性体スペーサ３１としては、例えば、ＰＴＦＥ（四フッ化エチレン樹脂）、ＭＣナイロン（登録商標）、テフロン（登録商標）系樹脂等の樹脂系を用いることができ、更には銅系等の金属等を用いることもできるが、本発明においてはこれに限定されない。

なお、弾性体スペーサ３１は、所定の厚さのプレート状に形成され、取付ボルト１３の螺子部の径よりも大きい開口部を設け、その開口部に螺子部を挿入して、取付ボルト１３とハウジング１１とを螺合することで、ハウジング１１と蓋体１２との間に弾性体スペーサ３１を固定してもよい。また、弾性体スペーサ３１は、ハウジング１１及び／又は蓋体１２の所定の位置に弾性体スペーサ３１を接着させることで固定させてもよい。

このように、真空チャンバ３０の閉空間に対してＯリング２１の外側の接合面に弾性体スペーサ３１を設けることにより、ハウジング１１及び蓋体１２等の構造体間の擦れを防止することができ、擦れによるパーティクルの発生を防止することができる。

＜押さえ部材について＞
ここで、上述した真空チャンバ３０は、チャンバ内の閉空間が大気状態（図５（ａ））と真空状態（図５（ｂ））とを繰り返す場合、ハウジング１１及び蓋体１２等の構造体の変形により弾性体スペーサ３１が真空チャンバ３０の接合面２０から外側へ押し出される力が生じる場合がある。そのため、長期にわたり使用を重ねていくうちに弾性体スペーサ３１が切れる等の障害が発生する恐れがある。そこで、本発明では、弾性体スペーサ３１が真空チャンバ３０の接合面２０から外側へ押し出されないように押さえ部材を設ける。

ここで、上述の内容について図を用いて説明する。図６は、本発明における真空チャンバの押さえ部材について説明する図である。図６に示すように、真空チャンバ３０内の閉空間における大気状態及び真空状態の繰り返しによりハウジング１１と蓋体１２との間の接合面２０から弾性体スペーサ３１が出ることがないように、真空チャンバ３０に押さえ部材４１を設ける。

なお、押さえ部材４１は、弾性体スペーサ３１の外側への押圧に耐えうるように、図６（ａ）に示すＬ字形状の押さえ部材４１−１にしてもよく、また図６（ｂ）に示すように形状剛性を高めるために少なくとも１つの折曲部４２（図６（ｂ）では、４２−１〜４２−３）を設けた押さえ部材４１−２にしてもよい。なお、押さえ部材４１の形状は、本発明においてはこれに限定されない。また、押さえ部材４１の材質は、例えばＳＵＳ等の金属部材を用いることができるが、本発明においてはこれに限定されない。

更に、押さえ部材４１は、取付ボルト１３の螺子部の径よりも大きい開口部を設け、その開口部に取付ボルト１３の螺子部を挿入して、取付ボルト１３とハウジング１１とを螺合することで、蓋体１２、弾性体スペーサ３１等と共に締め付けて固定することができる。なお、押さえ部材４１の取り付け方法は、これに限定されず、例えば押さえ部材４１を蓋体１２の所定の位置に溶接してもよい。

このように、押さえ部材４１を有することにより、チャンバ内部の大気状態及び真空状態の繰り返しにより、弾性体スペーサ３１が外側に出るのを防止することができる。したがって、パーティクルの発生を防止して高精度な真空チャンバを提供することができる。

＜本発明における真空チャンバの適用例＞
ここで、上述した真空チャンバは、例えばアニーリング装置やスパッタリング装置、エッチング装置、化学蒸着（ＣＶＤ）装置等の基板処理装置に適用することができる。

ここで、本発明における真空チャンバを適用した基板処理装置について説明する。図７は、本発明における真空チャンバを有する基板処理装置の概略構成の一例を示す図である。図７に示す基板処理装置５０は、本発明における真空チャンバとしてのロードロックチャンバ（ＬＣ）５１と、搬送チャンバ（ＴＣ）５２と、処理チャンバ（ＰＣ）５３と、バルブ５４〜５６とを有するように構成されている。なお、図７において、バルブ５４は基板を基板処理装置５０に出し入れする際のドアバルブであり、バルブ５５，５６は各チャンバ間を連結するゲートバルブである。また、バルブ５４〜５６は、チャンバ間を仕切ると共に開閉機構を備え、処理対象基板の搬送経路として使用される。

基板処理装置５０は、外部の未処理基板をロボットアーム（図示せず）等によりバルブ５４を経由してロードロックチャンバ５１にセットする。ロードロックチャンバ５１は、未処理基板がセットされた後、ロードロックチャンバ５１内の閉空間を真空状態にする。

また、搬送チャンバ５２は、伸縮や回転、上下運動等が可能なアーム部等からなる基板搬送システム（図示せず）を備えている。搬送チャンバ５２は、バルブ５５を経由してロードロックチャンバ５１から未処理基板を取得し、取得した未処理基板を搬送チャンバ５２内に搬送する。また、搬送チャンバ５２は、バルブ５６を経由して処理チャンバ５３にセットする。

ここで、処理チャンバ５３の構成は、特に制限されず処理内容により適宜設定され、所定の処理が行われる。例えば、処理チャンバ５３が未処理基板にレーザによるアニーリング処理を行う場合には、処理チャンバ５３にレーザを照射するための機構や光学系等を設ける。処理チャンバ５３は、所定の波長のレーザ光を照射し基板の表面、又は基板に形成された薄膜を局部的に短時間で熱処理を行う。

また、処理チャンバ５３は、例えばスパッタリングを行う場合には、放電ガスを導入し、電極間に電圧を印加してスパッタ放電を発生させ、スパッタによりターゲットから放出された材料により基板の表面に薄膜を形成させるような機構を設け、所定のスパッタリング処理が行われる。

次に、処理チャンバ５３による処理が終了後、搬送チャンバ５２の基板搬送システムにより、上述した逆の経路で処理基板をロードロックチャンバ５１に搬送し、ロードロックチャンバ５１内の閉空間を大気状態にした後、バルブ５４から外部に処理基板を搬送する。

このように、本発明は、基板処理装置のロードロックチャンバの構造体において、大気と真空引きを繰り返し実施する際に、ロードロックチャンバ構造体自身の変形が生じても、各構造体間が擦れることなくパーティクルの発生を防止することができる。

なお、上述した基板処理装置において、ロードロックチャンバ５１、搬送チャンバ５２、処理チャンバ５３の数及び配置は、本発明においてはこれに限定されない。

ここで、上述した本発明における真空チャンバでは、構造体間で擦れが生じる例としてハウジングと蓋体の各構造体を例に説明したが、本発明においてはこの限りではなく、真空チャンバを構成する全ての構造体について適用される。例えば、真空チャンバの一部に外側からチャンバ内部を見るためのガラス系の窓体がハウジングに設けられている場合には、ハウジングと窓体との接合面に対して上述した弾性体スペーサ等を設けてもよい。

上述したように本発明によれば、パーティクルの発生を防止して高精度な真空チャンバを提供することができる。また、本発明によれば、Ｏリングの適正な潰れ代を確保することができ、真空気密が破れるのを防止することができる。また、本発明における真空チャンバを適用した高精度な基板処理装置を提供することができる。

以上、本発明の好ましい実施例について詳述したが、本発明は係る特定の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形、変更が可能である。

従来における真空チャンバの一例を示す図である。 従来における真空チャンバのハウジングと蓋体との接合部分を説明するための図である。 パーティクル発生時の様子を説明するための図である。 本発明における真空チャンバの一例を示す図である。 本発明における真空チャンバのハウジングと蓋体との接合部分を説明するための図である。 本発明における真空チャンバの押さえ部材について説明する図である。 本発明における真空チャンバを有する基板処理装置の概略構成の一例を示す図である。

符号の説明

１０，３０ 真空チャンバ
１１ ハウジング
１２ 蓋体
１３ 取付ボルト
１４，５４，５５，５６ ゲートバルブ
１５ 基板
１６ カセット
２０ 接合面
２１ Ｏリング
２２ 溝部
３１ 弾性体スペーサ
４１ 押さえ部材
４２ 折曲部
５０ 基板処理装置
５１ ロードロックチャンバ
５２ 搬送チャンバ
５３ 処理チャンバ

Claims (5)

1. 所定の閉空間内を真空状態及び大気状態にするための真空チャンバにおいて、
   前記閉空間を形成するための複数の構造体を有し、
   前記複数の構造体を接合して形成された閉空間で前記真空状態及び前記大気状態を繰り返した場合に、前記構造体の変形により生じる前記構造体間の擦れを防止するための弾性体を前記構造体間に設けることを特徴とする真空チャンバ。
2. 所定の閉空間内を真空状態及び大気状態にするための真空チャンバにおいて、
   前記閉空間を形成するためのハウジング及び該ハウジングと接合する蓋体と、
   前記ハウジング及び蓋体により形成された前記閉空間内の真空状態を封止するＯリングと、
   前記閉空間で前記真空状態及び前記大気状態を繰り返した場合に、前記ハウジング及び前記蓋体の変形により生じる前記ハウジング及び前記蓋体の接合面の擦れを防止するための弾性体とを有することを特徴とする真空チャンバ。
3. 前記弾性体は、前記閉空間に対して前記接合面に設けられている前記Ｏリングの位置よりも外側の接合面に設けることを特徴とする請求項２に記載の真空チャンバ。
4. 前記閉空間で真空状態及び大気状態を繰り返すことにより生じる前記弾性体のずれを防止するための押さえ部材を有することを特徴とする請求項１乃至３の何れか１項に記載の真空チャンバ。
5. 前記請求項１乃至前記請求項４の何れか１項に記載の真空チャンバと、
   前記真空チャンバ内にセットされた基板に対して所定の処理を行う処理チャンバと、
   前記真空チャンバ及び前記処理チャンバ間で前記基板を搬送する搬送チャンバとをそれぞれ少なくとも１つ有する基板処理装置。

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