JP3667202B2 - 基板処理装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体基板などの基板の処理を行う基板処理装置、特に真空ポンプにより容器の内部を減圧し、該容器内で半導体基板の薄膜形成や研磨などの処理を行う基板処理装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、大気圧よりも低い圧力下（以下、真空という）で基板の処理を行う場合には、真空ポンプにより減圧された真空容器内に基板を導入し、この真空容器内で基板表面の薄膜形成やめっき処理、研磨加工などの基板の処理が行われる。例えば、基板表面の薄膜形成方法として、スパッタリングやイオンプレーティング等の物理的気相法（ＰＶＤ）、真空蒸着や低圧下における熱反応やプラズマ励起などによる化学的気相法（ＣＶＤ）などが行われる。また薄膜形成の他にも、ドライエッチングによる表面加工や露光・描画処理、レジスト処理、洗浄・乾燥処理、熱処理、イオン注入処理、検査・測定処理など、低圧下で種々の基板処理が行われている。
【０００３】
ここで、従来の基板処理装置の全体構成の一例を図５に示す。図５は、ＣＶＤ法によって、チタン酸バリウム／ストロンチウム等の高誘電体又は強誘電体薄膜を形成するための成膜装置を示すものである。この基板処理装置（成膜装置）においては、図５に示すように、液体原料を気化させる気化器（ガス発生装置）１００の後流側に気密な真空容器（成膜室）１１０が設けられ、成膜室１１０に設けられた吸込口１１１の後流側に封止バルブ１１２とコンダクタンスバルブ１１３とが設けられている。更に、その後流側に、真空ポンプとしてのターボ分子ポンプ１２０及び粗引ポンプ１２０ａが配置されている。成膜室１１０内には、基板Ｗを保持する基板保持部（サセプタ）１１４と、成膜室１１０の頂部より基板Ｗに向けて成膜ガスを噴射するガス噴射部としてのガス噴射ヘッド（シャワーヘッド）１１５とが設けられており、成膜室１１０には、酸素等の酸化ガスを供給する酸化ガス配管１３０が接続されている。
【０００４】
このような基板処理装置においては、まず、ロボットハンド等を用いて処理基板Ｗを基板保持部１１４に載せ、真空ポンプ１２０，１２０ａによって成膜室１１０内を真空引きする。次に、基板保持部１１４に連結された図示しない昇降機構を駆動させ、基板保持部１１４を成膜位置まで上昇させる。そして、図示しない温度調節機構により基板Ｗを所定温度に維持しつつガス噴射ヘッド１１５のノズル穴から原料ガスと酸化ガスとの混合ガスを基板Ｗに向けて噴射する。噴射された原料ガスと反応ガスは、基板Ｗ上で反応して成膜し、反応済みガスは吸込口１１１から真空ポンプ１２０，１２０ａによって排気される。なお、回転機構により基板保持部１１４上の基板Ｗを回転させて成膜処理を行う場合もある。
【０００５】
ここで、成膜室１１０内の圧力の制御は、吸込口１１１に連結された封止バルブ１１２及びコンダクタンスバルブ１１３の開度と、ガス噴射ヘッド１１５から噴射するガスの量とを調節することにより行われる。また、真空ポンプ１２０，１２０ａを交換する場合には、封止バルブ１１２を閉めて成膜室１１０内の真空封止が行われ、また、複数の真空ポンプ１２０，１２０ａが配置される場合には、運転しない真空ポンプ１２０，１２０ａの封止バルブ１１２が閉められる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ここで、基板と各構成部分（特にガス噴射部）や真空排気部との位置関係は、良好な基板加工を行う上で適切な位置関係となるようにする必要がある。特に、ガス噴射部から導入されるガスが基板全体に均一に散布されるような位置関係とするのが好ましい。
【０００７】
また、基板加工の生産性の向上及び基板の加工レベルの高度化（微細化）を実現するためには、容器内の圧力を初期圧力から所定の圧力に制御する場合における圧力制御の応答性を向上させる必要がある。即ち、基板の表面に対してガス噴射部を適切に配置し、迅速なガスの導入及び迅速なガスの排気を実現すると共に、基板表面の圧力制御の制御性を向上させる必要がある。
【０００８】
更に、従来の基板処理装置においては、ターボ分子ポンプなどの真空ポンプ（真空排気部）、容器内の圧力を調節するための封止バルブ及びコンダクタンスバルブ、ガス噴射部などがそれぞれ別々に構成されていたため、各部分の配置スペースにより装置全体や真空容器が大きくなってしまうという問題点があった。
【０００９】
本発明は、このような従来技術の問題点に鑑みてなされたもので、処理基板とガス噴射部や真空排気部との位置関係の最適化を図り、基板表面の圧力制御の応答性を向上させ、更には装置全体をコンパクトにすることができる基板処理装置を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
このような従来技術における問題点を解決するために、本発明は、真空ポンプにより容器の内部を減圧し、該容器の内部に導入された基板を低圧下で処理する基板処理装置において、上記容器に連結されるように上記真空ポンプを上記容器に近接して配置し、上記真空ポンプには、ガスを該基板に噴射するガス噴射部を設けたことを特徴とする。
【００１１】
これにより、排気を行う真空ポンプとガスの導入を行うガス噴射部とを一体にし、排気とガス噴射の双方を基板の表面に対して直接的に行うことができるので、基板表面の圧力制御を迅速に行うことができ、生産性及び基板加工の質を向上させることができる。
【００１２】
また、真空ポンプのガス噴射部をポンプの吸気側に設けることとすれば、真空ポンプの排気能力を十分生かしつつ、ガスの導入を効率的に行うことができる。特に、ロータ排気部とステータ排気部が同心状に構成されるターボ分子ポンプなどの場合では、ロータの回転軸上、即ち、回転翼の内径よりも内側の位置では、ほとんど排気能力がないため、この回転軸上にガス噴射部やそのために必要な経路を設ければ、ポンプの排気能力を損なうことなく、容器内へのガスの導入を効率良く行うことができる。また、真空ポンプの吸気口であれば、ポンプ内部のように複雑な構造ではないので、容易にガス噴射部やその経路を形成することができる。
【００１３】
また、本発明の他の態様は、真空ポンプのロータの少なくとも一部に、上記ガス噴射部にガスを導入するガス導入経路を貫通させたことを特徴とする。このように、ロータ（の回転軸上）にガス導入経路を形成すれば、上述したようにポンプの排気能力を損なうことなくガスが導入できる上に、ポンプの吸気口側と反対側にガスの取込口を設けることができる。従って、真空ポンプの水平方向（径方向）にガス導入経路やガスの取入口を設ける必要がなくなり、省スペース化を図ることができ、更には操作を簡易化することができる。
【００１４】
特に、ガス導入経路をロータの回転軸に沿って直線状に形成すれば、ガス導入経路の曲がりといった制御応答性を悪化させる要因がなくなるため、圧力制御の応答性をより向上させることができる。これにより、封止バルブやコンダクタンスバルブを用いることなく、ガスの導入量だけで圧力を制御することが可能となり得る。
【００１５】
本発明の更なる他の態様は、真空ポンプにより容器の内部を減圧し、該容器の内部に導入された基板を低圧下で処理する基板処理装置において、上記容器に連結されるように上記真空ポンプを上記容器に近接して配置し、上記真空ポンプには、上記真空ポンプの容器側に形成される吸込口を閉塞可能なバルブ体としたガス噴射部を設け、上記真空ポンプには、上記バルブ体を上下に昇降させる昇降機構を設けたことを特徴とする。即ち、バルブ機能を併せ持った真空ポンプとしたことを特徴とする。
【００１６】
これにより、上述したガス噴射部におけるガスの導入量制御により、効率的かつ迅速な圧力制御ができる上に、ガス噴射部たるバルブ体の開閉度の制御によっても圧力制御を行うことができ、迅速かつ的確な圧力制御が可能となる。
【００１７】
以上のように、真空ポンプにガス導入部やガス導入経路を設けることにより、基板に対し最適な位置で成膜ガスを散布できると共に、基板表面への迅速なガス散布と基板表面からの迅速なガス排気という相殺する性能を両立することができる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る基板処理装置の第１の実施形態について図１及び図２を参照して説明する。なお、以下では、基板処理装置として、ＣＶＤ法による成膜装置を用いた例について説明するが、これに限られず、あらゆる基板処理装置に本発明を適用することができる。
図１は、本実施形態に係る基板処理装置の全体構成を示す縦断面図である。なお、図１及び後述する図３、図４においては、基板処理装置の成膜室及びその後流部分のみが示されており、また、真空ポンプ以外の部分は簡単のため模式的に示してある。
【００１９】
図１に示すように、成膜室（真空容器）１の下流には、真空封止用の封止バルブ１０と圧力制御用のコンダクタンスバルブ１１とが連結されており、これらのバルブ１０，１１に隣接して真空ポンプとしてのターボ分子ポンプ２が配置されている。この真空ポンプ２によって成膜室１の内部を減圧することができる。なお、以下では、真空ポンプとしてターボ分子ポンプを用いた場合について説明するが、これに限られず、あらゆる真空ポンプに本発明を適用することが可能である。
【００２０】
図１に示すように、成膜室１の頂部には基板Ｗを下向きに保持する基板保持部５が設けられており、処理基板Ｗが図示しないロボットハンド等により成膜室１内に導入され、該基板保持部５に保持される。
【００２１】
ターボ分子ポンプ（以下、適宜ポンプという）２は、図１に示すように、筒状のポンプケーシング５０の内部に、ロータ（回転部）Ｒとステータ（固定部）Ｓにより翼排気部Ｌ１及び溝排気部Ｌ２が構成されている。ポンプケーシング５０の下部は基部５１によって覆われ、これには排気ポート５１ａが設けられている。ポンプケーシング５０の上部には上記コンダクタンスバルブ１１に接続されるフランジ５２が設けられており、このフランジ５２には開口が設けられ吸込口３が形成されている。ステータＳは、基部５１の中央に立設された固定筒状部５３と、翼排気部Ｌ１及び溝排気部Ｌ２の固定側部分とから主に構成されている。
【００２２】
ロータＲは、固定筒状部５３の内部に挿入された主軸６０と、それに取り付けられた回転筒状部６１とから構成されている。主軸６０と固定筒状部５３の間には駆動用モータ５４と、その上下に上部ラジアル軸受６２及び下部ラジアル軸受６３が設けられている。そして、主軸６０の下部には、主軸６０の下端のターゲットディスク６４ａと、ステータＳ側の上下の電磁石６４ｂを有するアキシャル軸受６４が配置されている。このような構成によって、ロータＲが５軸の能動制御を受けながら高速回転するようになっている。
【００２３】
回転筒状部６１の上部外周には、回転翼６５が一体に設けられて羽根車を構成し、ポンプケーシング５０の内面には、回転翼６５と交互に配置される固定翼５５が設けられ、これらが、高速回転する回転翼６５と静止している固定翼５５との相互作用によって排気を行う翼排気部Ｌ１を構成している。
【００２４】
更に、翼排気部Ｌ１の下方には溝排気部Ｌ２が設けられている。即ち、回転筒状部６１には、外周面にねじ溝６６ａが形成されたねじ溝部６６が固定筒状部５３を囲むように設けられ、一方、ステータＳには、このねじ溝部６６の外周を囲むねじ溝部スペーサ５８が配置されている。溝排気部Ｌ２は、高速回転するねじ溝部６６のねじ溝６６ａのドラッグ作用によって排気を行う。
このように翼排気部Ｌ１の下流側にねじ溝排気部Ｌ２を有することで、広い流量範囲に対応可能な広域型ターボ分子ポンプが構成されている。
【００２５】
ここで、ターボ分子ポンプ２の吸込口３には、成膜室１の頂部に設けられた基板保持部５と対向する位置に、該基板保持部５に保持された基板Ｗに向けて成膜ガスを噴射するガス噴射部（シャワーヘッド）６が設けられている。このガス噴射部６には、ターボ分子ポンプ２のフランジ５２を貫通して設けられるガス導入経路７が接続されており、該ガス導入経路７を介して供給される成膜ガスがガス噴射部６から基板保持部５に保持された基板Ｗに向けて噴射され、基板Ｗの成膜処理が行われる。
【００２６】
図２は、図１のターボ分子ポンプ２の上面図であり、その一部を切り欠いて示してある。図２に示すように、ガス噴射部６は、ターボ分子ポンプ２のフランジ５２から内方に延びる４つの支持部５２ａによって支持されており、このうちの１つの支持部５２ａの内部に上記ガス導入経路７が形成されている。
また、図１に示すように、ガス噴射部６の外径Ｄ２は、ターボ分子ポンプ２の排気性能を阻害しないように、即ち、ターボ分子ポンプ２の吸込部分を塞がないように、回転翼６５の内径Ｄ１よりも小さくなるように形成されている。
【００２７】
なお、本実施形態では、成膜室１内の圧力の制御は、吸込口３に連結された封止バルブ１０及びコンダクタンスバルブ１１の開度と、ガス噴射部６から噴射するガスの量とを調節することにより行われるが、ポンプ２の排気能力とガスの導入量だけで所望の圧力制御が可能であれば、上記封止バルブ１０とコンダクタンスバルブ１１のいずれか一方又は双方をなくすことができる。また、図１においては、ポンプ２が真空容器（成膜室）１の外部に設置される例が示されているが、例えば、ポンプ２の吸込口３をより基板保持部５上の基板Ｗの表面に近づけるために、ポンプ２を真空容器１の内部に配置してもよい。
【００２８】
このように、真空容器１内の排気を行う真空ポンプ（ターボ分子ポンプ）２と、基板Ｗに成膜ガスを噴射するガス噴射部６とを一体にし、排気とガス噴射の双方を基板Ｗの表面に対して直接的に行うことができるので、基板Ｗの表面の圧力制御を迅速に行うことができ、生産性及び基板加工の質を向上させることができる。
【００２９】
次に、本発明に係る基板処理装置の第２の実施形態について図３を参照して説明する。なお、特に説明しない部分については、上述の第１の実施形態と同様である。
図３は、本実施形態に係る基板処理装置の全体構成を示す縦断面図である。
【００３０】
図３に示すように、本実施形態における主軸６０は中空軸となっており、この中空軸６０の内周側には、内部にガス導入経路７が形成されたガス導入管８が挿通されている。即ち、ガス導入経路７は、ポンプ２の主軸６０を縦に貫通するように形成されており、このガス導入経路７はステータＳの底部を貫通して図示しないガス発生装置に接続される。その他の点については、上記第１の実施形態と同様であるので、説明を省略する。
なお、上記ガス導入管８及びガス噴射部６は、ロータＲの高速回転に付随して回転することはなく、また、排気側から吸気側へ排気ガスが逆流するのを防止するために、ガス導入管８の外面と中空軸６０の内面とのいずれか一方又は両面にねじ溝を形成してもよい。
【００３１】
このように、ガス導入経路７をポンプ２の主軸６０を貫通して設けることにより、ガス噴射部６にガスを供給するための機構をポンプ２の下部に設置することができる。従って、基板処理装置の水平方向の設置スペースを小さくすることができる。また、図３に示すように、ガス導入経路７を直線状に形成することができるので、圧力制御の応答性を更に向上させることができる。
【００３２】
次に、本発明に係る基板処理装置の第３の実施形態について図４を参照して説明する。なお、特に説明しない部分については、上述の第２の実施形態と同様である。
図４は、本実施形態に係る基板処理装置の全体構成を示す縦断面図である。
【００３３】
本実施形態においては、上述の第２の実施形態と同様に、ポンプ２の中空軸６０の内周側に、ガス導入経路７が形成されたガス導入管８が挿通され、該ガス導入管８がポンプの吸込口３の上部に配置されたガス噴射部６に接続されている。しかし、第２の実施形態における封止バルブとコンダクタンスバルブはいずれも設置されておらず、本実施形態では、ガス噴射部６がポンプ２の吸込口３を閉塞可能な円板状のバルブ体として設置されている。
【００３４】
ここで、上記ガス導入管８及びこれに接続されたガス導入部６は、後述する昇降機構によって上下に昇降することができ、この昇降機構による昇降によって、バルブ体としてのガス噴射部６は、ポンプ２の吸込口３を閉塞あるいは開放する。なお、ガス導入管８の内部のガス導入経路７は、図４に示すように、フレキシブル配管９により外部と接続されており、上述したようなガス導入管８の昇降にも適応したものとなっている。
【００３５】
ここで、ガス導入管８の下端には、ボールねじ機構を備えたナット７１が取り付けられており、このナット７１に雄ねじ７２が挿入されている。この雄ねじ７２は、ベルト７３及びプーリ７４に連結されており、プーリ７４に取り付けられたモータ８０の駆動により所定の方向に回転する。モータ８０の駆動によりプーリ７４，ベルト７３を介して雄ねじ７２が回転すると、上述のボールねじ機構によりナット７１及びガス導入管８が上方又は下方に押され、これらが移動する。従って、モータ８０，プーリ７４，ベルト７３及びボールねじ機構により構成される昇降機構により、ガス導入管８に連結されたガス噴射部６（バルブ体）を上下に昇降させることができる。
【００３６】
基板保持部５の下面に保持された基板Ｗの成膜を行う際には、モータ８０を駆動し、ボールねじ機構によりガス導入管８及びガス噴射部６を所定の成膜位置まで上昇させると共に、ポンプ２のロータＲを回転させて成膜室１の排気を行う。そして、ガス噴射部６から基板Ｗに向けて成膜ガスを噴射し、基板保持部５上の基板Ｗの成膜処理を行う。この状態では、バルブ体としてのガス噴射部６は吸込口３から上方に離れた位置にあり、吸込口３は開口した状態となるので、ターボ分子ポンプ２によって成膜室１内の排気を行うことができる。
【００３７】
一方、成膜室１内の真空封止が必要となった場合には、モータ８０を駆動し、ボールねじ機構によりガス導入管８及びガス噴射部６を最下点、即ち、吸込口３を塞ぐ位置まで下降させる（図４はこのときの状態を示している）。この状態では、図４に示すように、ガス噴射部６の下面に設けられたＯリング４１を介して上記吸込口３がガス噴射部６（バルブ体）によって塞がれるので、成膜室１内の真空封止が可能となる。なお、ポンプ２のフランジ５２の吸込口３の周囲にシールを設けることによって成膜室１内の真空封止を行うこととしてもよく、あるいは、成膜室１側にシールを設けることによって成膜室１内の真空封止を行うこととしてもよい。
【００３８】
このような構成にすることにより、ガス噴射部６におけるガスの導入量制御により、効率的かつ迅速な圧力制御ができる上に、バルブ体たるガス噴射部６の開閉度の制御によっても圧力制御を行うことができ、迅速かつ的確な圧力制御が可能となる。即ち、ガスの導入を理想的な形で行うことができると共に、バルブ体たるガス噴射部６による圧力制御や真空封止も可能となる。
【００３９】
【発明の効果】
上述したように本発明は、上記容器に連結されるように真空ポンプを容器に近接して配置し、基板を処理するためのガスを該基板に噴射するガス噴射部を真空ポンプに設けたことにより、処理基板とガス噴射部との位置関係を、ガスの導入及びガスの排気の観点から最適にすることができると共に、装置全体のコンパクト化を図ることができる。
また、排気とガス噴射の双方を基板の表面に対して直接的に行うことができるので、基板の表面の圧力制御を迅速に行うことができ、生産性及び基板加工の質を向上させることができる。即ち、ガスの導入とガスの排気の迅速化が可能となる。
【００４０】
更に、上記真空ポンプのガス噴射部を該真空ポンプの吸気側に設けることとすれば、ポンプ内部の複雑な構造を考慮せずに、比較的簡単にガス噴射部を設けることができる。また、真空ポンプの排気能力を阻害しないでガス噴射部を設けることができる。
【００４１】
また、ガス噴射部にガスを導入するガス導入経路が、ロータの少なくとも一部を貫通していることにより、ガス導入経路に接続されるガスの取込口を設ける場所を選択する自由度が広がる。従って、装置全体をコンパクトにすることができる。また、ガス導入経路を直線状にすることができるので、ガス導入経路に起因して発生し得る弊害（例えば、ガス導入経路の曲がり等による抵抗や応答性の悪化）を少なくすることができる。
【００４２】
また、真空ポンプのガス噴射部を、該真空ポンプの容器側に形成される吸込口を閉塞可能なバルブ体として、ガス噴射部がバルブ機能を併せ持つことにより、装置全体をコンパクトにすることができると共に、圧力制御の精度を高め、基板処理の迅速化及び基板処理の質の向上を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態における基板処理装置の全体構成を示す縦断面図である。
【図２】 図１のターボ分子ポンプの平面図である。
【図３】本発明の第２の実施形態における基板処理装置の全体構成を示す縦断面図である。
【図４】本発明の第３の実施形態における基板処理装置の全体構成を示す縦断面図である。
【図５】従来の基板処理装置の全体構成を示す図である。
【符号の説明】
Ｗ 基板
Ｒ ロータ
Ｓ ステータ
Ｌ１ 翼排気部
Ｌ２ 溝排気部
１ 成膜室（真空容器）
２ ターボ分子ポンプ
３ 吸込口
５ 基板保持部
６ ガス噴射部
７ ガス導入経路
８ ガス導入管
９ フレキシブル配管
１０ 封止バルブ
１１ コンダクタンスバルブ
４１ Ｏリング
５０ ポンプケーシング
５１ 基部
５１ａ 排気ポート
５２ フランジ
５２ａ 支持部
５３ 固定筒状部
５４ 駆動用モータ
５５ 固定翼
５８ ねじ溝部スぺーサ
６０ 主軸
６１ 円筒筒状部
６２，６３ ラジアル軸受
６４ アキシャル軸受
６４ａ ターゲットディスク
６４ｂ アキシャル電磁石
６５ 回転翼
６６ ねじ溝部
６６ａ ねじ溝
７１ ナット
７２ 雄ねじ
７３ ベルト
７４ プーリ
８０ モータ
１００ 気化器（ガス発生装置）
１１０ 真空容器（成膜室）
１１１ 吸込口
１１２ 封止バルブ
１１３ コンダクタンスバルブ
１１４ 基板保持部（サセプタ）
１１５ ガス噴射ヘッド（シャワーヘッド）
１２０ 真空ポンプ（ターボ分子ポンプ）
１２０ａ 粗引ポンプ
１３０ 酸化ガス配管
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体基板などの基板の処理を行う基板処理装置、特に真空ポンプにより容器の内部を減圧し、該容器内で半導体基板の薄膜形成や研磨などの処理を行う基板処理装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、大気圧よりも低い圧力下（以下、真空という）で基板の処理を行う場合には、真空ポンプにより減圧された真空容器内に基板を導入し、この真空容器内で基板表面の薄膜形成やめっき処理、研磨加工などの基板の処理が行われる。例えば、基板表面の薄膜形成方法として、スパッタリングやイオンプレーティング等の物理的気相法（ＰＶＤ）、真空蒸着や低圧下における熱反応やプラズマ励起などによる化学的気相法（ＣＶＤ）などが行われる。また薄膜形成の他にも、ドライエッチングによる表面加工や露光・描画処理、レジスト処理、洗浄・乾燥処理、熱処理、イオン注入処理、検査・測定処理など、低圧下で種々の基板処理が行われている。
【０００３】
ここで、従来の基板処理装置の全体構成の一例を図５に示す。図５は、ＣＶＤ法によって、チタン酸バリウム／ストロンチウム等の高誘電体又は強誘電体薄膜を形成するための成膜装置を示すものである。この基板処理装置（成膜装置）においては、図５に示すように、液体原料を気化させる気化器（ガス発生装置）１００の後流側に気密な真空容器（成膜室）１１０が設けられ、成膜室１１０に設けられた吸込口１１１の後流側に封止バルブ１１２とコンダクタンスバルブ１１３とが設けられている。更に、その後流側に、真空ポンプとしてのターボ分子ポンプ１２０及び粗引ポンプ１２０ａが配置されている。成膜室１１０内には、基板Ｗを保持する基板保持部（サセプタ）１１４と、成膜室１１０の頂部より基板Ｗに向けて成膜ガスを噴射するガス噴射部としてのガス噴射ヘッド（シャワーヘッド）１１５とが設けられており、成膜室１１０には、酸素等の酸化ガスを供給する酸化ガス配管１３０が接続されている。
【０００４】
このような基板処理装置においては、まず、ロボットハンド等を用いて処理基板Ｗを基板保持部１１４に載せ、真空ポンプ１２０，１２０ａによって成膜室１１０内を真空引きする。次に、基板保持部１１４に連結された図示しない昇降機構を駆動させ、基板保持部１１４を成膜位置まで上昇させる。そして、図示しない温度調節機構により基板Ｗを所定温度に維持しつつガス噴射ヘッド１１５のノズル穴から原料ガスと酸化ガスとの混合ガスを基板Ｗに向けて噴射する。噴射された原料ガスと反応ガスは、基板Ｗ上で反応して成膜し、反応済みガスは吸込口１１１から真空ポンプ１２０，１２０ａによって排気される。なお、回転機構により基板保持部１１４上の基板Ｗを回転させて成膜処理を行う場合もある。
【０００５】
ここで、成膜室１１０内の圧力の制御は、吸込口１１１に連結された封止バルブ１１２及びコンダクタンスバルブ１１３の開度と、ガス噴射ヘッド１１５から噴射するガスの量とを調節することにより行われる。また、真空ポンプ１２０，１２０ａを交換する場合には、封止バルブ１１２を閉めて成膜室１１０内の真空封止が行われ、また、複数の真空ポンプ１２０，１２０ａが配置される場合には、運転しない真空ポンプ１２０，１２０ａの封止バルブ１１２が閉められる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ここで、基板と各構成部分（特にガス噴射部）や真空排気部との位置関係は、良好な基板加工を行う上で適切な位置関係となるようにする必要がある。特に、ガス噴射部から導入されるガスが基板全体に均一に散布されるような位置関係とするのが好ましい。
【０００７】
また、基板加工の生産性の向上及び基板の加工レベルの高度化（微細化）を実現するためには、容器内の圧力を初期圧力から所定の圧力に制御する場合における圧力制御の応答性を向上させる必要がある。即ち、基板の表面に対してガス噴射部を適切に配置し、迅速なガスの導入及び迅速なガスの排気を実現すると共に、基板表面の圧力制御の制御性を向上させる必要がある。
【０００８】
更に、従来の基板処理装置においては、ターボ分子ポンプなどの真空ポンプ（真空排気部）、容器内の圧力を調節するための封止バルブ及びコンダクタンスバルブ、ガス噴射部などがそれぞれ別々に構成されていたため、各部分の配置スペースにより装置全体や真空容器が大きくなってしまうという問題点があった。
【０００９】
本発明は、このような従来技術の問題点に鑑みてなされたもので、処理基板とガス噴射部や真空排気部との位置関係の最適化を図り、基板表面の圧力制御の応答性を向上させ、更には装置全体をコンパクトにすることができる基板処理装置を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
このような従来技術における問題点を解決するために、本発明は、真空ポンプにより容器の内部を減圧し、該容器の内部に導入された基板を低圧下で処理する基板処理装置において、上記容器に連結されるように上記真空ポンプを上記容器に近接して配置し、上記真空ポンプには、ガスを該基板に噴射するガス噴射部を設けたことを特徴とする。
【００１１】
これにより、排気を行う真空ポンプとガスの導入を行うガス噴射部とを一体にし、排気とガス噴射の双方を基板の表面に対して直接的に行うことができるので、基板表面の圧力制御を迅速に行うことができ、生産性及び基板加工の質を向上させることができる。
【００１２】
また、真空ポンプのガス噴射部をポンプの吸気側に設けることとすれば、真空ポンプの排気能力を十分生かしつつ、ガスの導入を効率的に行うことができる。特に、ロータ排気部とステータ排気部が同心状に構成されるターボ分子ポンプなどの場合では、ロータの回転軸上、即ち、回転翼の内径よりも内側の位置では、ほとんど排気能力がないため、この回転軸上にガス噴射部やそのために必要な経路を設ければ、ポンプの排気能力を損なうことなく、容器内へのガスの導入を効率良く行うことができる。また、真空ポンプの吸気口であれば、ポンプ内部のように複雑な構造ではないので、容易にガス噴射部やその経路を形成することができる。
【００１３】
また、本発明の他の態様は、真空ポンプのロータの少なくとも一部に、上記ガス噴射部にガスを導入するガス導入経路を貫通させたことを特徴とする。このように、ロータ（の回転軸上）にガス導入経路を形成すれば、上述したようにポンプの排気能力を損なうことなくガスが導入できる上に、ポンプの吸気口側と反対側にガスの取込口を設けることができる。従って、真空ポンプの水平方向（径方向）にガス導入経路やガスの取入口を設ける必要がなくなり、省スペース化を図ることができ、更には操作を簡易化することができる。
【００１４】
特に、ガス導入経路をロータの回転軸に沿って直線状に形成すれば、ガス導入経路の曲がりといった制御応答性を悪化させる要因がなくなるため、圧力制御の応答性をより向上させることができる。これにより、封止バルブやコンダクタンスバルブを用いることなく、ガスの導入量だけで圧力を制御することが可能となり得る。
【００１５】
本発明の更なる他の態様は、真空ポンプにより容器の内部を減圧し、該容器の内部に導入された基板を低圧下で処理する基板処理装置において、上記容器に連結されるように上記真空ポンプを上記容器に近接して配置し、上記真空ポンプには、上記真空ポンプの容器側に形成される吸込口を閉塞可能なバルブ体としたガス噴射部を設け、上記真空ポンプには、上記バルブ体を上下に昇降させる昇降機構を設けたことを特徴とする。即ち、バルブ機能を併せ持った真空ポンプとしたことを特徴とする。
【００１６】
これにより、上述したガス噴射部におけるガスの導入量制御により、効率的かつ迅速な圧力制御ができる上に、ガス噴射部たるバルブ体の開閉度の制御によっても圧力制御を行うことができ、迅速かつ的確な圧力制御が可能となる。
【００１７】
以上のように、真空ポンプにガス導入部やガス導入経路を設けることにより、基板に対し最適な位置で成膜ガスを散布できると共に、基板表面への迅速なガス散布と基板表面からの迅速なガス排気という相殺する性能を両立することができる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る基板処理装置の第１の実施形態について図１及び図２を参照して説明する。なお、以下では、基板処理装置として、ＣＶＤ法による成膜装置を用いた例について説明するが、これに限られず、あらゆる基板処理装置に本発明を適用することができる。
図１は、本実施形態に係る基板処理装置の全体構成を示す縦断面図である。なお、図１及び後述する図３、図４においては、基板処理装置の成膜室及びその後流部分のみが示されており、また、真空ポンプ以外の部分は簡単のため模式的に示してある。
【００１９】
図１に示すように、成膜室（真空容器）１の下流には、真空封止用の封止バルブ１０と圧力制御用のコンダクタンスバルブ１１とが連結されており、これらのバルブ１０，１１に隣接して真空ポンプとしてのターボ分子ポンプ２が配置されている。この真空ポンプ２によって成膜室１の内部を減圧することができる。なお、以下では、真空ポンプとしてターボ分子ポンプを用いた場合について説明するが、これに限られず、あらゆる真空ポンプに本発明を適用することが可能である。
【００２０】
図１に示すように、成膜室１の頂部には基板Ｗを下向きに保持する基板保持部５が設けられており、処理基板Ｗが図示しないロボットハンド等により成膜室１内に導入され、該基板保持部５に保持される。
【００２１】
ターボ分子ポンプ（以下、適宜ポンプという）２は、図１に示すように、筒状のポンプケーシング５０の内部に、ロータ（回転部）Ｒとステータ（固定部）Ｓにより翼排気部Ｌ１及び溝排気部Ｌ２が構成されている。ポンプケーシング５０の下部は基部５１によって覆われ、これには排気ポート５１ａが設けられている。ポンプケーシング５０の上部には上記コンダクタンスバルブ１１に接続されるフランジ５２が設けられており、このフランジ５２には開口が設けられ吸込口３が形成されている。ステータＳは、基部５１の中央に立設された固定筒状部５３と、翼排気部Ｌ１及び溝排気部Ｌ２の固定側部分とから主に構成されている。
【００２２】
ロータＲは、固定筒状部５３の内部に挿入された主軸６０と、それに取り付けられた回転筒状部６１とから構成されている。主軸６０と固定筒状部５３の間には駆動用モータ５４と、その上下に上部ラジアル軸受６２及び下部ラジアル軸受６３が設けられている。そして、主軸６０の下部には、主軸６０の下端のターゲットディスク６４ａと、ステータＳ側の上下の電磁石６４ｂを有するアキシャル軸受６４が配置されている。このような構成によって、ロータＲが５軸の能動制御を受けながら高速回転するようになっている。
【００２３】
回転筒状部６１の上部外周には、回転翼６５が一体に設けられて羽根車を構成し、ポンプケーシング５０の内面には、回転翼６５と交互に配置される固定翼５５が設けられ、これらが、高速回転する回転翼６５と静止している固定翼５５との相互作用によって排気を行う翼排気部Ｌ１を構成している。
【００２４】
更に、翼排気部Ｌ１の下方には溝排気部Ｌ２が設けられている。即ち、回転筒状部６１には、外周面にねじ溝６６ａが形成されたねじ溝部６６が固定筒状部５３を囲むように設けられ、一方、ステータＳには、このねじ溝部６６の外周を囲むねじ溝部スペーサ５８が配置されている。溝排気部Ｌ２は、高速回転するねじ溝部６６のねじ溝６６ａのドラッグ作用によって排気を行う。
このように翼排気部Ｌ１の下流側にねじ溝排気部Ｌ２を有することで、広い流量範囲に対応可能な広域型ターボ分子ポンプが構成されている。
【００２５】
ここで、ターボ分子ポンプ２の吸込口３には、成膜室１の頂部に設けられた基板保持部５と対向する位置に、該基板保持部５に保持された基板Ｗに向けて成膜ガスを噴射するガス噴射部（シャワーヘッド）６が設けられている。このガス噴射部６には、ターボ分子ポンプ２のフランジ５２を貫通して設けられるガス導入経路７が接続されており、該ガス導入経路７を介して供給される成膜ガスがガス噴射部６から基板保持部５に保持された基板Ｗに向けて噴射され、基板Ｗの成膜処理が行われる。
【００２６】
図２は、図１のターボ分子ポンプ２の上面図であり、その一部を切り欠いて示してある。図２に示すように、ガス噴射部６は、ターボ分子ポンプ２のフランジ５２から内方に延びる４つの支持部５２ａによって支持されており、このうちの１つの支持部５２ａの内部に上記ガス導入経路７が形成されている。
また、図１に示すように、ガス噴射部６の外径Ｄ２は、ターボ分子ポンプ２の排気性能を阻害しないように、即ち、ターボ分子ポンプ２の吸込部分を塞がないように、回転翼６５の内径Ｄ１よりも小さくなるように形成されている。
【００２７】
なお、本実施形態では、成膜室１内の圧力の制御は、吸込口３に連結された封止バルブ１０及びコンダクタンスバルブ１１の開度と、ガス噴射部６から噴射するガスの量とを調節することにより行われるが、ポンプ２の排気能力とガスの導入量だけで所望の圧力制御が可能であれば、上記封止バルブ１０とコンダクタンスバルブ１１のいずれか一方又は双方をなくすことができる。また、図１においては、ポンプ２が真空容器（成膜室）１の外部に設置される例が示されているが、例えば、ポンプ２の吸込口３をより基板保持部５上の基板Ｗの表面に近づけるために、ポンプ２を真空容器１の内部に配置してもよい。
【００２８】
このように、真空容器１内の排気を行う真空ポンプ（ターボ分子ポンプ）２と、基板Ｗに成膜ガスを噴射するガス噴射部６とを一体にし、排気とガス噴射の双方を基板Ｗの表面に対して直接的に行うことができるので、基板Ｗの表面の圧力制御を迅速に行うことができ、生産性及び基板加工の質を向上させることができる。
【００２９】
次に、本発明に係る基板処理装置の第２の実施形態について図３を参照して説明する。なお、特に説明しない部分については、上述の第１の実施形態と同様である。
図３は、本実施形態に係る基板処理装置の全体構成を示す縦断面図である。
【００３０】
図３に示すように、本実施形態における主軸６０は中空軸となっており、この中空軸６０の内周側には、内部にガス導入経路７が形成されたガス導入管８が挿通されている。即ち、ガス導入経路７は、ポンプ２の主軸６０を縦に貫通するように形成されており、このガス導入経路７はステータＳの底部を貫通して図示しないガス発生装置に接続される。その他の点については、上記第１の実施形態と同様であるので、説明を省略する。
なお、上記ガス導入管８及びガス噴射部６は、ロータＲの高速回転に付随して回転することはなく、また、排気側から吸気側へ排気ガスが逆流するのを防止するために、ガス導入管８の外面と中空軸６０の内面とのいずれか一方又は両面にねじ溝を形成してもよい。
【００３１】
このように、ガス導入経路７をポンプ２の主軸６０を貫通して設けることにより、ガス噴射部６にガスを供給するための機構をポンプ２の下部に設置することができる。従って、基板処理装置の水平方向の設置スペースを小さくすることができる。また、図３に示すように、ガス導入経路７を直線状に形成することができるので、圧力制御の応答性を更に向上させることができる。
【００３２】
次に、本発明に係る基板処理装置の第３の実施形態について図４を参照して説明する。なお、特に説明しない部分については、上述の第２の実施形態と同様である。
図４は、本実施形態に係る基板処理装置の全体構成を示す縦断面図である。
【００３３】
本実施形態においては、上述の第２の実施形態と同様に、ポンプ２の中空軸６０の内周側に、ガス導入経路７が形成されたガス導入管８が挿通され、該ガス導入管８がポンプの吸込口３の上部に配置されたガス噴射部６に接続されている。しかし、第２の実施形態における封止バルブとコンダクタンスバルブはいずれも設置されておらず、本実施形態では、ガス噴射部６がポンプ２の吸込口３を閉塞可能な円板状のバルブ体として設置されている。
【００３４】
ここで、上記ガス導入管８及びこれに接続されたガス導入部６は、後述する昇降機構によって上下に昇降することができ、この昇降機構による昇降によって、バルブ体としてのガス噴射部６は、ポンプ２の吸込口３を閉塞あるいは開放する。なお、ガス導入管８の内部のガス導入経路７は、図４に示すように、フレキシブル配管９により外部と接続されており、上述したようなガス導入管８の昇降にも適応したものとなっている。
【００３５】
ここで、ガス導入管８の下端には、ボールねじ機構を備えたナット７１が取り付けられており、このナット７１に雄ねじ７２が挿入されている。この雄ねじ７２は、ベルト７３及びプーリ７４に連結されており、プーリ７４に取り付けられたモータ８０の駆動により所定の方向に回転する。モータ８０の駆動によりプーリ７４，ベルト７３を介して雄ねじ７２が回転すると、上述のボールねじ機構によりナット７１及びガス導入管８が上方又は下方に押され、これらが移動する。従って、モータ８０，プーリ７４，ベルト７３及びボールねじ機構により構成される昇降機構により、ガス導入管８に連結されたガス噴射部６（バルブ体）を上下に昇降させることができる。
【００３６】
基板保持部５の下面に保持された基板Ｗの成膜を行う際には、モータ８０を駆動し、ボールねじ機構によりガス導入管８及びガス噴射部６を所定の成膜位置まで上昇させると共に、ポンプ２のロータＲを回転させて成膜室１の排気を行う。そして、ガス噴射部６から基板Ｗに向けて成膜ガスを噴射し、基板保持部５上の基板Ｗの成膜処理を行う。この状態では、バルブ体としてのガス噴射部６は吸込口３から上方に離れた位置にあり、吸込口３は開口した状態となるので、ターボ分子ポンプ２によって成膜室１内の排気を行うことができる。
【００３７】
一方、成膜室１内の真空封止が必要となった場合には、モータ８０を駆動し、ボールねじ機構によりガス導入管８及びガス噴射部６を最下点、即ち、吸込口３を塞ぐ位置まで下降させる（図４はこのときの状態を示している）。この状態では、図４に示すように、ガス噴射部６の下面に設けられたＯリング４１を介して上記吸込口３がガス噴射部６（バルブ体）によって塞がれるので、成膜室１内の真空封止が可能となる。なお、ポンプ２のフランジ５２の吸込口３の周囲にシールを設けることによって成膜室１内の真空封止を行うこととしてもよく、あるいは、成膜室１側にシールを設けることによって成膜室１内の真空封止を行うこととしてもよい。
【００３８】
このような構成にすることにより、ガス噴射部６におけるガスの導入量制御により、効率的かつ迅速な圧力制御ができる上に、バルブ体たるガス噴射部６の開閉度の制御によっても圧力制御を行うことができ、迅速かつ的確な圧力制御が可能となる。即ち、ガスの導入を理想的な形で行うことができると共に、バルブ体たるガス噴射部６による圧力制御や真空封止も可能となる。
【００３９】
【発明の効果】
上述したように本発明は、上記容器に連結されるように真空ポンプを容器に近接して配置し、基板を処理するためのガスを該基板に噴射するガス噴射部を真空ポンプに設けたことにより、処理基板とガス噴射部との位置関係を、ガスの導入及びガスの排気の観点から最適にすることができると共に、装置全体のコンパクト化を図ることができる。
また、排気とガス噴射の双方を基板の表面に対して直接的に行うことができるので、基板の表面の圧力制御を迅速に行うことができ、生産性及び基板加工の質を向上させることができる。即ち、ガスの導入とガスの排気の迅速化が可能となる。
【００４０】
更に、上記真空ポンプのガス噴射部を該真空ポンプの吸気側に設けることとすれば、ポンプ内部の複雑な構造を考慮せずに、比較的簡単にガス噴射部を設けることができる。また、真空ポンプの排気能力を阻害しないでガス噴射部を設けることができる。
【００４１】
また、ガス噴射部にガスを導入するガス導入経路が、ロータの少なくとも一部を貫通していることにより、ガス導入経路に接続されるガスの取込口を設ける場所を選択する自由度が広がる。従って、装置全体をコンパクトにすることができる。また、ガス導入経路を直線状にすることができるので、ガス導入経路に起因して発生し得る弊害（例えば、ガス導入経路の曲がり等による抵抗や応答性の悪化）を少なくすることができる。
【００４２】
また、真空ポンプのガス噴射部を、該真空ポンプの容器側に形成される吸込口を閉塞可能なバルブ体として、ガス噴射部がバルブ機能を併せ持つことにより、装置全体をコンパクトにすることができると共に、圧力制御の精度を高め、基板処理の迅速化及び基板処理の質の向上を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態における基板処理装置の全体構成を示す縦断面図である。
【図２】 図１のターボ分子ポンプの平面図である。
【図３】本発明の第２の実施形態における基板処理装置の全体構成を示す縦断面図である。
【図４】本発明の第３の実施形態における基板処理装置の全体構成を示す縦断面図である。
【図５】従来の基板処理装置の全体構成を示す図である。
【符号の説明】
Ｗ 基板
Ｒ ロータ
Ｓ ステータ
Ｌ１ 翼排気部
Ｌ２ 溝排気部
１ 成膜室（真空容器）
２ ターボ分子ポンプ
３ 吸込口
５ 基板保持部
６ ガス噴射部
７ ガス導入経路
８ ガス導入管
９ フレキシブル配管
１０ 封止バルブ
１１ コンダクタンスバルブ
４１ Ｏリング
５０ ポンプケーシング
５１ 基部
５１ａ 排気ポート
５２ フランジ
５２ａ 支持部
５３ 固定筒状部
５４ 駆動用モータ
５５ 固定翼
５８ ねじ溝部スぺーサ
６０ 主軸
６１ 円筒筒状部
６２，６３ ラジアル軸受
６４ アキシャル軸受
６４ａ ターゲットディスク
６４ｂ アキシャル電磁石
６５ 回転翼
６６ ねじ溝部
６６ａ ねじ溝
７１ ナット
７２ 雄ねじ
７３ ベルト
７４ プーリ
８０ モータ
１００ 気化器（ガス発生装置）
１１０ 真空容器（成膜室）
１１１ 吸込口
１１２ 封止バルブ
１１３ コンダクタンスバルブ
１１４ 基板保持部（サセプタ）
１１５ ガス噴射ヘッド（シャワーヘッド）
１２０ 真空ポンプ（ターボ分子ポンプ）
１２０ａ 粗引ポンプ
１３０ 酸化ガス配管
Claims (4)
- 真空ポンプにより容器の内部を減圧し、該容器の内部に導入された基板を低圧下で処理する基板処理装置において、
上記容器に連結されるように上記真空ポンプを上記容器に近接して配置し、
上記真空ポンプには、ガスを該基板に噴射するガス噴射部を設けたことを特徴とする基板処理装置。 - 上記真空ポンプのガス噴射部を、該真空ポンプの吸気側に設けたことを特徴とする請求項１に記載の基板処理装置。
- 上記真空ポンプのロータの少なくとも一部に、上記ガス噴射部にガスを導入するガス導入経路を貫通させたことを特徴とする請求項１又は２に記載の基板処理装置。
- 真空ポンプにより容器の内部を減圧し、該容器の内部に導入された基板を低圧下で処理する基板処理装置において、
上記容器に連結されるように上記真空ポンプを上記容器に近接して配置し、
上記真空ポンプには、上記真空ポンプの容器側に形成される吸込口を閉塞可能なバルブ体としたガス噴射部を設け、
上記真空ポンプには、上記バルブ体を上下に昇降させる昇降機構を設けたことを特徴とする基板処理装置。
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