JP2013041711A - ゲート弁 - Google Patents

Abstract

【課題】ウエハが出し入れされる方向に対して斜めに開閉駆動されるゲート弁において、プラズマが回り込みやすい側のシール部材の劣化を抑制する。
【解決手段】ゲート弁は、プラズマ処理装置のチャンバに対してウエハが出し入れされるゲートに設けられ、ウエハの出し入れの方向に対して斜めに交差する斜め方向に開閉駆動される。ゲート弁は、本体部１と、本体部１に設けられ、ゲート弁が閉じたときに、ゲート１０の周縁部に当接するシール部２と、本体部１におけるシール部２が設けられる面から突出し、シール部２の前方において、プラズマが回り込みやすい側に隙間の狭隘部３０を形成する突出部３とを備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、ゲート弁に関し、特に、シール部材の劣化を抑制可能なゲート弁に関する。

半導体装置の製造工程における成膜工程やエッチング工程において、プラズマ処理が広く用いられている。このようなプラズマ処理を行なうために、プロセスチャンバを有するプラズマ処理装置が用いられる。

このようなプラズマ処理装置は、プロセスチャンバに対してウエハの出し入れを行なうためのトランスファチャンバを備えており、プロセスチャンバとトランスファチャンバとの間には、ゲート弁が設けられている。プロセスチャンバ内でプラズマ処理が為されている時、ゲート弁は閉じた状態にある。上記プラズマ処理が終了した後、ゲート弁が開けられる。これにより、プロセスチャンバとトランスファチャンバとの間で、ウエハの出し入れが可能となる。

プラズマ処理を行なう際、プラズマ中でイオンやラジカルが発生する。このイオンやラジカルは、ゲート弁のシール部材を劣化させる。シール部材の劣化が大きくなると、シールエラー（気密性が確保できないこと）やダストエラー（プロセスチャンバ内にダストが混入すること）が生じることが懸念されるため、これらのエラーが発生する前に、定期的に、シール部材を含むゲート弁の交換を行なう必要がある。

しかし、ゲート弁の交換を行なう際には、プラズマ処理装置を停止させなければならず、交換の頻度が高いほど、プラズマ処理装置による製品の生産効率は低下する。また、ゲート弁の交換の頻度が高いほど、その交換のためのコストが増大する。生産効率の低下およびコストの増大を抑制するためには、シール部材の長寿命化を図る必要がある。

特開平１１−２３３２９０号公報（特許文献１）では、プラズマがゲートバルブと筐体との隙間に入り込んでＯ−リングが劣化することを防止するために、アッシング室からのプラズマを遮蔽するように遮蔽リングを設けることが示されている。

特開平１１−２３３２９０号公報

ウエハが出し入れされる方向に対して斜めに開閉駆動されるゲート弁においては、イオンやラジカルがゲート弁に向かって飛来したときに、それらが上部側（流れの曲がりが緩やかな側）に回り込みやすい。したがって、下部側（流れの曲がりが急な側）に対して、上部側においてシール部材の劣化がおこりやすい。この結果、下部側においては、シール部材の劣化がさほど進んでいない場合でも、上部側の劣化によってシールエラーやダストエラーが生じる可能性が生じ、ゲート弁の交換頻度が高くなる。

特許文献１に記載の発明は、ウエハが出し入れされる方向に対して斜めに駆動されるゲート弁に関するものではなく、斜め駆動における特有の課題を解決できるものではない。

なお、特許文献１に記載の発明では、アッシング室を構成する筐体に遮蔽リングを固定しているため、ゲート弁を開けてウエハの出し入れを行なう際に、遮蔽リングが出し入れの妨げになる可能性がある。

本発明は、上記のような問題に鑑みてなされたものであり、本発明の目的は、ウエハが出し入れされる方向に対して斜めに開閉駆動されるゲート弁において、プラズマが回り込みやすい側のシール部材の劣化を抑制することにある。

本発明に係るゲート弁は、プラズマ処理装置のチャンバに対してウエハが出し入れされるゲートに設けられ、ウエハの出し入れの方向に対して斜めに交差する斜め方向に開閉駆動されるゲート弁である。

上記ゲート弁は、本体部と、本体部に設けられ、ゲート弁が閉じたときに、ゲートの周縁部に当接するシール部と、本体部におけるシール部が設けられる面から突出し、シール部の前方において、プラズマが回り込みやすい側に隙間の狭隘部を形成する突出部とを備える。

１つの実施態様では、上記ゲート弁において、突出部は、本体部におけるシール部が設けられる面に沿ってスライド移動可能に本体部に組み付けられ、突出部は、狭隘部の幅が所定の幅となるように突出部を位置決めするための位置決めブロックを受け入れる凹部を有する。

１つの実施態様では、上記ゲート弁において、本体部は、狭隘部の幅が所定の幅となった状態で本体部に対して突出部を仮止めする仮止め手段を設ける第１部分と、仮止め手段により仮止めされた突出部を本体部に対して固定する固定手段を設ける第２部分とを含む。

本発明によれば、ウエハが出し入れされる方向に対して斜めに開閉駆動されるゲート弁において、プラズマが回り込みやすい側のシール部材の劣化を抑制することができる。

本発明の実施の形態１に係るゲート弁の周辺を示す図であり、（ａ）は、ゲート弁が開いた状態を示し、（ｂ）は、ゲート弁が閉じた状態を示す。 斜め方向に動作するゲート弁周辺のプラズマの流れを説明する図である。 本発明の実施の形態１に係るゲート弁周辺のプラズマの流れを説明する図である。 図３に示す「ａ」の隙間と「ｂ」の隙間との関係を示す図である。 本発明の実施の形態１に係るゲート弁の形状を示す図であり、（ａ）は天面側から見た図、（ｂ）は側面側から見た図、（ｃ）は底面側から見た図である。 本発明の実施の形態１に係るゲート弁の周辺を示す図（図５におけるＶI−ＶI断面に対応）である。 本発明の実施の形態１に係るゲート弁における突出部の位置決め方法の各ステップを示す図である。 本発明の実施の形態２に係るゲート弁の形状を示す図であり、（ａ）は天面側から見た図、（ｂ）は側面側から見た図、（ｃ）は底面側から見た図である。 本発明の実施の形態２に係るゲート弁の周辺を示す図である。 本発明の実施の形態２に係るゲート弁における突出部の位置決め方法の各ステップを示す図である。 変形例１に係るゲート弁の周辺を示す図である。 変形例２に係るゲート弁の周辺を示す図である。 変形例３に係るゲート弁の周辺を示す図である。

以下に、本発明の実施の形態について説明する。なお、同一または相当する部分に同一の参照符号を付し、その説明を繰返さない場合がある。

なお、以下に説明する実施の形態において、個数、量などに言及する場合、特に記載がある場合を除き、本発明の範囲は必ずしもその個数、量などに限定されない。また、以下の実施の形態において、各々の構成要素は、特に記載がある場合を除き、本発明にとって必ずしも必須のものではない。

（実施の形態１）
図１は、実施の形態１に係るゲート弁の周辺を示す図である。図１（ａ），（ｂ）は、各々、ゲート弁が開いた状態、閉じた状態を示す。

本実施の形態に係るゲート弁は、プラズマ処理装置のチャンバに対してウエハが出し入れされるゲート１０に設けられるものであり、図１に示すように、ウエハの出し入れの方向に対して、典型的には４５度の角度で斜めに交差する斜め方向（矢印ＤＲ１，ＤＲ２方向）に開閉駆動されるものである。

上記ゲート弁は、図１（ａ）に示すように、典型的には、プロセスチャンバとトランスファチャンバとの間のゲート１０に設けられるが、当該ゲート弁が設けられる位置は、これに限定されない。本実施の形態に係るゲート弁は、トランスファチャンバとロードロックチャンバとの間のゲートに設けられてもよいし、ロードロックチャンバと大気開放部との間のゲートに設けられてもよい。

本実施の形態に係るゲート弁は、図１（ａ），（ｂ）に示すように、本体部１と、本体部１の主面に設けられたシール部２と、本体部１の主面から突出する突出部３とを備える。

ゲート弁の大きさは、一例として、たとえば２００〜４００ｍｍ程度（全長）である。
本体部１は、たとえばアルミニウムなどにより構成される。本体部１は、エアシリンダによって矢印ＤＲ１方向および矢印ＤＲ２方向に駆動される。具体的には、本体部１が矢印ＤＲ１方向に駆動されることによってゲート弁が開き、本体部１が矢印ＤＲ２方向に駆動されることによってゲート弁が閉じる。

シール部２は、たとえばゴムやエラストマなどの弾性材により構成される。シール部２は、ゲート弁が閉じたときに、図１（ａ）に示すように、プロセスチャンバを構成する筐体２０の開口（ゲート）の周縁部に当接する。シール部２は、本体部１に接着されていてもよいし、本体部１に設けた溝に嵌合されていてもよい。

突出部３は、たとえばアルミニウム合金、ステンレス、セラミックなどにより構成される。突出部３は、本体部１におけるシール部２が設けられる面から突出する。すなわち、突出部３は、プロセスチャンバの内部に向かって本体部１から突出する。

プラズマ処理を行なう際、プラズマ中でイオンやラジカルが発生する。発生したイオンやラジカルは、図１（ｂ）中の「プラズマ」の矢印で示すように、ゲート弁にも向かう。このイオンやラジカルは、シール部２の劣化の要因となる。

図２は、本実施の形態のように、ウエハの出し入れの方向に対して斜めに交差する方向に動作するゲート弁周辺のプラズマの流れを説明する図である。なお、図２に示す例では、上述した突出部３は設けられていない。また、図２および後述の図３においては、図１（ａ），（ｂ）における矢印ＤＲ１、矢印ＤＲ２を合わせて矢印ＤＲ３として示している。

図２に示すように、斜め方向（矢印ＤＲ３方向）に開閉駆動されるゲート弁においては、プラズマ（イオンやラジカル）がゲート弁に向かって飛来したとき、流れの曲がりが緩やかな側（図２における上側）と流れの曲がりが急な側（図２における下側）とが生じる。ここで、プラズマは、流れの曲がりが緩やかな側に回り込みやすい。したがって、流れの曲がりが急な側に対して、流れの曲がりが緩やかな側においてシール部材の劣化がおこりやすい（一例では、３倍程度の速さで劣化が進行する。）。この結果、単一のシール部２において、シール部２の劣化の速度が不均一となり、一部ではシール部２の劣化がさほど進んでいない場合でも、他の部分ではシール部２の劣化が進むことにより、シール部２の交換が必要となる場合がある。この結果、シール部２の交換の頻度が高くなりやすい。

これに対し、本実施の形態に係るゲート弁では、上述した突出部３を設けることにより、プラズマの流れの曲がりが緩やかな側のシール部２の前方において、筐体２０と突出部３との間に狭隘部３０が形成される。狭隘部３０にはプラズマが入り込みにくいので、図３の上部において、プラズマがシール部２に到達しにくくなる。この結果、シール部２の劣化の不均一性が緩和される。

図３の例では、狭隘部３０における筐体２０と突出部３との間に「ａ」の隙間が設けられている。また、ゲート弁の本体部１と筐体２０との間には、「ｂ」の隙間が設けられている。「ｂ」の隙間は、シール部２によって封止される。

プラズマの進入を抑制する観点からは、「ａ」の隙間はできるだけ小さいことが好ましい。しかし、「ｂ」の隙間に対して「ａ」の幅が小さすぎる場合、シール部２が筐体２０に接触する前に筐体２０と突出部３とが接触することで、「ｂ」の隙間をシール部２によって封止することができなくなることが懸念される。また、筐体２０と突出部３とが接触することで、ダストエラーが生じることが懸念される。

「ｂ」の隙間は、シール部２の突出高さによって規定される。シール部２の突出高さは、未使用の状態で最も高く、劣化が進むことで低下する。すなわち、「ｂ」の隙間は、プラズマ処理装置の使用に伴なって変化（減少）する。

本実施の形態では、図４に示すように、シール部２の劣化が進んで「ｂ」の隙間が零となった場合にも、「接触防止マージン」として、所定量の「ａ」の隙間（図４の例では０．２ｍｍ程度）を確保できるように、初期状態における「ａ」と「ｂ」の隙間を決定している。なお、シール部２がプラズマによるダメージを受けることによって、「ｂ」の隙間は減少するが、これに伴なって「ａ」の隙間も減少する。「ａ」の隙間が減少することによって、狭隘部３０にはプラズマが進入しにくくなる。したがって、本実施の形態に係るゲート弁によれば、シール部２の劣化が進むにつれて、ダメージを受けやすい側へのプラズマの進入が抑制されやすくなり、シール部２の長寿命化がより効果的に実現される。

上述したとおり、「ａ」の隙間および「ｂ」の隙間の関係は、ゲート弁の動作およびシール部２の劣化と密接に関連するため、これらを適切に規定するために、初期状態において突出部３の位置決めを正確に行なうことは非常に重要である。図５〜図７を用いて、本実施の形態に係るゲート弁における突出部の位置決め方法について説明する。

図５は、本実施の形態に係るゲート弁の形状を示す図であり、（ａ）は天面側（突出部３側）から見た図、（ｂ）は側面側から見た図、（ｃ）は底面側から見た図である。図６は、図５におけるＶI−ＶI断面に対応するゲート弁の周辺を示す図である。図７は、突出部３の位置決め方法の各ステップを示す図である。

図５〜図７の例において、突出部３は、本体部１における天面（シール部２が設けられる面）に沿ってスライド移動可能に設けられている。図５，図６に示すように、突出部３には、逆三角形の断面形状を有する凹部３Ａが設けられている。図５（ａ），（ｂ）に示すように、本体部１の両端部には、突出部３が設けられておらず、当該両端部には、クリップ４が設けられている。後述するとおり、クリップ４は、狭隘部３０の幅が所定の幅となった状態で本体部１に対して突出部３を仮止めする「仮止め手段」として機能する。

凹部３Ａは、突出部３の幅方向全体にわたって形成される。凹部３Ａが形成される部分では、狭隘部３０が形成されないことになるが、凹部３Ａの前方および後方に形成された狭隘部３０によってプラズマの進入を抑制することが可能である。

図７（ａ）に示すように、突出部３の凹部３Ａには、突出部３を位置決めするための位置決めブロック３Ｂが嵌合している。ゲート弁を開いた状態で、突出部３および位置決めブロック３Ｂは、本体部１の幅方向中心に対して、矢印Ａ方向にスライドした位置にある。

なお、位置決めブロック３Ｂは、樹脂、または金属に樹脂を貼り合わせたものから構成される。位置決めブロック３Ｂの表面を樹脂とすることで、位置決めブロック３Ｂと金属の筐体２０とが接触したときに金属のパーティクルが発生することを抑制できる。また、筐体２０に傷をつけることを防止できる。

図７（ａ）に示す状態から、図７（ｂ）に示すように、ゲート弁を矢印Ｂ方向に駆動する。位置決めブロック３Ｂが筐体２０に接触することによって、突出部３および位置決めブロック３Ｂは矢印Ｃ方向にスライド移動する。

位置決めブロック３Ｂは、初期状態における狭隘部３０の隙間（「ａ」）に相当する分だけ、突出部３の表面（図７（ｃ）における上側の面）から突出している。したがって、図７（ｃ）に示すように、シール部２が筐体２０に押し付けられて、ゲート弁が完全に閉じられたとき、位置決めブロック３Ｂは、突出部３と筐体２０との間の狭隘部３０の隙間が、所定の値（「ａ」）となる。クリップ４は、この状態で突出部３を本体部１に対して固定（仮止め）する。

図７（ｃ）に示す状態から、図７（ｄ）に示すように、ゲート弁を再び開き、位置決めブロック３Ｂを取り除いた上で、ボルト５によって突出部３を本体１に固定する。すなわち、ボルト５は、クリップ４により仮止めされた突出部３を本体部１に対して固定する「固定手段」として機能する。その後、クリップ４を取り除く。これにより、狭隘部３０の幅が所定の幅となるように突出部３が位置決めされた状態で、突出部３が本体部１に固定される。

本実施の形態によれば、上述の方法により、突出部３を正確に位置決めすることができる。結果として、シール部２の劣化を効果的に抑制することができる。

（実施の形態２）
図８は、実施の形態２に係るゲート弁の形状を示す図であり、（ａ）は天面側（突出部３側）から見た図、（ｂ）は側面側から見た図、（ｃ）は底面側から見た図である。また、図９は、本実施の形態に係るゲート弁の周辺を示す図であり、図１０は、上記ゲート弁における突出部３の位置決め方法の各ステップを示す図である。

図８〜図１０を参照して、本実施の形態に係るゲート弁は、実施の形態１に係るゲート弁の変形例であって、基本的な構造は実施の形態１と同様であるが、ア）突出部３の形状、および、イ）突出部３の位置決め機構において実施の形態１と異なる特徴を有する。より具体的には、以下に説明する。

図８（ａ），（ｂ）に示すように、本実施の形態では、本体部１の両端においても、突出部３が設けられている。すなわち、本実施の形態では、突出部３を設ける領域が拡大されている。したがって、本実施の形態では、実施の形態１におけるクリップ４は設置されない。

また、図９を参照して、本実施の形態では、隙間「ａ」は０〜２．０ｍｍ程度となるように調整するのに対し、隙間「ｃ」は最小でも０．７５ｍｍを確保して、突出部３の下端と筐体２０との接触を回避している。

以上の理由により、本実施の形態では、実施の形態１とは異なる位置決め方法が必要となる。図１０に示すように、本実施の形態では、ボルト６Ａ、ＰＴＦＥなどからなるワッシャ６Ｂおよびスプリング６Ｃを含む仮止め機構６を用いている。

まず、図１０（ａ）に示すように、仮止め機構６によって突出部３を本体部１に仮止めした状態で、実施の形態１と同様に、位置決めブロック３Ｂを用いた位置決めを行なう。ここで、ボルト６Ａは突出部３に形成された長穴に挿入されており、突出部３は、所定の荷重が作用したときには本体部１に対してスライド移動可能である。突出部３は、所定の位置までスライド移動した状態で、ボルト６Ａにより仮止めされる。なお、スプリング６Ｃは、ボルト６Ａに張力を付与している。

図１０（ａ）に示す状態から、図１０（ｂ）に示すように、ゲート弁を開き、位置決めブロック３Ｂを取り除いた上で、ボルト７によって突出部３を本体１に固定する。すなわち、ボルト７は、仮止め機構６により仮止めされた突出部３を本体部１に対して固定する「固定手段」として機能する。その後、仮止め機構６を取り除く。これにより、実施の形態１と同様に、狭隘部３０の幅が所定の幅となるように突出部３が位置決めされた状態で、突出部３が本体部１に固定される。

本実施の形態によれば、上述の方法により、実施の形態１と同様に、突出部３を正確に位置決めすることができる。

（変形例）
以下に、実施の形態１，２に係るゲート弁のさらなる変形例について説明する。

図１１に示すように、突出部３に対向する筐体２０に段差部２０Ａを設けることにより、狭隘部３０を屈曲させることもできる。イオンは直進性が高いため、図１１に示すような屈曲部を設けることにより、その進入を効果的に抑制することが可能である。

また、突出部３の形状は、狭隘部３０を形成可能なものであればよく、実施の形態１，２に示すものに限定されない。たとえば、図１２，図１３に示すように、狭隘部３０をより長くするような変形例が考えられる。狭隘部３０を長くすることで、シール部２にまで達するイオンやラジカルの量をさらに低減することが可能となり、シール部２の劣化をさらに効果的に抑制することが可能である。

また、上述の例では、本体部１と突出部３とを別部材として設ける例について説明したが、本体部１と突出部３とを一体に設けることも可能である。

以上、本発明の実施の形態について説明したが、今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

１ 本体部、２ シール部材、３ 突出部、３Ａ 凹部、３Ｂ 位置決めブロック、４ クリップ（仮止め機構）、５ ボルト、６ 仮止め機構、６Ａ ボルト、６Ｂ ワッシャ、６Ｃ スプリング、１０ ゲート、２０ 筐体、２０Ａ 段差部、３０ 狭隘部。

Claims (3)

1. プラズマ処理装置のチャンバに対してウエハが出し入れされるゲートに設けられ、前記ウエハの出し入れの方向に対して斜めに交差する斜め方向に開閉駆動されるゲート弁であって、
   本体部と、
   前記本体部に設けられ、前記ゲート弁が閉じたときに、前記ゲートの周縁部に当接するシール部と、
   前記本体部における前記シール部が設けられる面から突出し、前記シール部の前方において、プラズマが回り込みやすい側に隙間の狭隘部を形成する突出部とを備えた、ゲート弁。
2. 前記突出部は、前記本体部における前記シール部が設けられる面に沿ってスライド移動可能に前記本体部に組み付けられ、
   前記突出部は、前記狭隘部の幅が所定の幅となるように前記突出部を位置決めするための位置決めブロックを受け入れる凹部を有する、請求項１に記載のゲート弁。
3. 前記本体部は、
   前記狭隘部の幅が所定の幅となった状態で前記本体部に対して前記突出部を仮止めする仮止め手段を設ける第１部分と、
   前記仮止め手段により仮止めされた前記突出部を前記本体部に対して固定する固定手段を設ける第２部分とを含む、請求項２に記載のゲート弁。

Images