JP4503762B2 - 真空処理装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体ウェーハ等を真空中で処理する装置に係り、特に真空バルブを介して接する複数の真空チャンバを有する真空処理装置に関する。
【０００２】
高集積化・微細化された半導体装置等では、製造工程でのパーティクルの付着は製造歩留りを低下させることになるから、これらの製造装置においては、パーティクルの発生がないことが望まれている。
【０００３】
【従来の技術】
複数の真空チャンバがそれぞれ真空バルブを介して接する構造の真空処理装置としては、マルチチャンバ型のスパッタ装置やドライエッチング装置等がある。先ず、このような装置の構成の概略を説明する。図４はマルチチャンバ型真空処理装置の構成を示す模式図である。搬送用真空チャンバ１２の周囲に複数の処理用真空チャンバ１１とロードロックチャンバ１３がそれぞれ真空バルブ１４を介して接している。
【０００４】
搬送用真空チャンバ１２は中に搬送ロボット（図示せず）があって、この搬送ロボットがロードロックチャンバ１３から被処理物（以下、ウェーハと記す）を一枚取り出してこれを複数の処理用真空チャンバ１１へ順次搬送し、総ての処理が完了した後、このウェーハをロードロックチャンバ１３に戻す。
【０００５】
真空バルブ１４は通常は閉じられており、ウェーハ搬送時に開く。バルブが開く時、その両側のチャンバは共に真空状態である。搬送用真空チャンバ１２は常時真空状態であるが、処理用真空チャンバ１１は比較的短い周期で定期的に真空を破り、内部の部品交換や洗浄を行う。
【０００６】
次に、従来のこの種の真空処理装置における真空バルブの開閉について説明する。図５は従来の真空処理装置のバルブ開閉を示す要部断面図である。（Ａ）図はバルブ開状態、（Ｂ）図はバルブ閉状態を示している。図中、１は第１の真空チャンバ、２は第２の真空チャンバ、３は隔壁、４はウェーハを通過させる開口部、５はＯリング、６は真空バルブの弁体である。第１の真空チャンバ１と第２の真空チャンバ２は、それぞれ図４における処理用真空チャンバ１１と搬送用真空チャンバ１２に相当する。隔壁３は開口部４の周囲にＯリング５を保持する溝部３ａを有する。この溝部３ａは多くの場合、Ｏリング５の脱落を防ぐためにアリ溝（逆テーパの溝）となっている。
【０００７】
この真空バルブを閉じる際には、エアシリンダ等のアクチュエータ（図示せず）の駆動力により弁体６がＯリング５を押圧してこれを変形させて、開口部４の周囲をシールする。第１の真空チャンバ１を大気圧にした場合でも気密が保たれるように、バルブ閉状態では常に弁体６に強い力をかけてＯリング５を大きく変形させる。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、このような真空処理装置では、毎回のウェーハ搬送時の真空バルブ開閉に際してＯリングが大きく変形するから、そのたびにＯリングが隔壁の溝部や弁体と局部的に摺動してパーティクルを発生する、という問題があった。
【０００９】
本発明は、このような問題を解決して、真空バルブ開閉時のＯリングからのパーティクルの発生を抑制することができる真空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】
この目的を達成するため、本発明の請求項１においては、第１の真空チャンバと、開口部を有する隔壁を介して該第１の真空チャンバと隣接する第２の真空チャンバと、弁体と弁体駆動手段とを有して該開口部を開閉する真空バルブとを有し、該真空バルブの閉状態では該弁体駆動手段の駆動力により該弁体が該第２の真空チャンバ側からＯリングを介して該隔壁を押圧する真空処理装置において、該第１及び第２の真空チャンバ間の圧力差を検出する圧力差検出手段と、該圧力差により該駆動力を加減する弁体駆動力制御手段とを有し、該真空バルブ閉状態での該駆動力が、該第１及び第２の真空チャンバがともに真空状態では該Ｏリングの変形が相対的に小さく、且つ該第１の真空チャンバの内圧上昇により該Ｏリングの変形が相対的に大きくなるように制御されることを特徴とする真空処理装置としている。
【００１１】
即ち、この真空処理装置では、例えば第１の真空チャンバが処理用真空チャンバで第２の真空チャンバが搬送用真空チャンバの場合、通常の運転時には真空バルブ閉状態でのＯリングの変形は比較的小さいからバルブ開閉に伴うパーティクルの発生はほとんどなく、Ｏリングを大きく変形させるのはメンテナンスの際だけである。従って、この装置での処理においては、真空バルブ開閉に伴って発生するパーティクルに起因する製造歩留り低下を防ぐことができる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を、前出の図４のように構成されたマルチチャンバ型スパッタ装置の例で、図を参照して説明する。図１は本発明の真空処理装置の構成を示す要部断面図、図２は本発明の真空処理装置のバルブ開閉を示す要部断面図である。図中、１は第１の真空チャンバ、２は第２の真空チャンバ、３は両チャンバ間を仕切る隔壁、４はウェーハを通過させる開口部、５はＯリング、６は弁体、７は弁体駆動手段、８は圧力差検出手段、９は弁体駆動力制御手段である。
【００１５】
第１の真空チャンバ１と第２の真空チャンバ２は、それぞれ図４における処理用真空チャンバ１１と搬送用真空チャンバ１２に相当する。Ｏリング５は隔壁３の開口部４の周囲に設けられた溝部３ａに保持されている。溝部３ａは多くの場合、Ｏリング５の脱落を防ぐためにアリ溝（逆テーパの溝）となっている。この隔壁３，Ｏリング５，弁体６，弁体駆動手段７等が開口部４を開閉する真空バルブを構成している（図４の真空バルブ１４に相当する）。この真空バルブはスパッタ材の付着を避けて第２の真空チャンバ側に配設されている。弁体駆動手段７は例えばエアシリンダであり、バルブ閉状態ではこの駆動力により弁体６がＯリング５を介して隔壁３を押圧する。
【００１６】
圧力差検出手段８は第１の真空チャンバ１と第２の真空チャンバ２の各内圧を測定する圧力計（真空計）８ａ及び８ｂを有し、両チャンバの圧力差を検出して信号を弁体駆動力制御手段９に送出する。弁体駆動力制御手段９は例えば圧力制御弁であり、圧力差の信号により弁体駆動手段７の弁体駆動力を加減する。弁体駆動手段７がエアシリンダの場合には、これに供給される高圧空気（又は高圧窒素ガス）の圧力を制御する。
【００１７】
この真空処理装置の運転中、ウェーハ搬送時には図２（Ａ）のようなバルブ開状態とするが、通常は図２（Ｂ）のようなバルブ閉状態とする。第１の真空チャンバ１と第２の真空チャンバ２はそれぞれ個別に真空排気されて共に真空状態となっており、両チャンバ間には殆ど圧力差はないから、バルブ閉状態に弁体６が受ける力は僅少である。例えば、第１の真空チャンバ１の圧力が２×10-3 Torr(0.27 Pa)、第２の真空チャンバ２の圧力が５×10-8 Torr(７×10-6 Pa)、弁体６の受圧面積が 3×22＝66cm2 とすると、第２の真空チャンバ２の圧力はゼロと見なせるから弁体６が第１の真空チャンバ１から受ける力は約 0.2ｇ重となり、弁体６は１kg重程度の力でＯリング５を押圧すればよいことになる。即ち、エアシリンダの内径が７cmならばガスの圧力は０.026 kg/cm2 程度でよい。
【００１８】
従って、この真空処理装置の運転中のバルブ閉状態（バルブ閉状態１）では、弁体駆動力制御手段９は弁体駆動手段（エアシリンダ）７に供給される高圧空気（又は高圧窒素ガス）の圧力を低くする。その結果、Ｏリング５と隔壁３及び弁体６とはソフトコンタクトとなり、図２（Ｂ）のようにＯリング５の変形は小さい。
【００１９】
次に、第２の真空チャンバ２を真空に保ったまま第１の真空チャンバ１を大気圧とする場合のバルブ閉状態（バルブ閉状態２）を説明する。この場合には弁体６が第１の真空チャンバ１から受ける力は、弁体６の受圧面積が前述の 66 cm2 ならば 66 Kg重となる。これだけの力に抗して更に気密が保てるようにＯリング５を十分に変形させるには、最低 100kg重程度の力でＯリング5 を押圧しなければならない。エアシリンダの内径が７cmならばガスの圧力は２.6 kg/cm2 程度必要となる。
【００２０】
従って、第１の真空チャンバ１内を大気圧にする際には、圧力差検出手段８が圧力差を検出して信号を弁体駆動力制御手段（圧力制御弁）９に送出し、これにより弁体駆動力制御手段９は弁体駆動手段（エアシリンダ）７に供給される高圧空気（又は高圧窒素ガス）の圧力を高める。その結果、Ｏリング５と隔壁３及び弁体６とはハードコンタクトとなり、図２（Ｃ）のようにＯリング５は変形は大きく変形し、気密が保たれる。
【００２１】
ところで、この装置は運転中、ウェーハを搬送するたびにバルブ閉状態１／バルブ開状態の開閉が繰り返されるが、Ｏリング５の変形が小さいからＯリング５と隔壁３の溝部３ａや弁体６との間の摺動に伴うパーティクルの発生はなく、一方、バルブ閉状態１／バルブ閉状態２の移行に際してはＯリング５の変形が大きく、Ｏリング５と隔壁３の溝部３ａや弁体６との間の摺動に伴ってパーティクルの発生があるものの、この移行の頻度が少ないから（例えば、スパッタのターゲット交換ではウェーハ数千枚の処理に対して１回程度）、製造歩留りへの影響はほとんどない。
【００２２】
尚、隔壁３の溝部３ａのエッジにＲ付けを施すことにより、バルブ閉状態１／バルブ閉状態２の移行時におけるパーティクルの発生を減らすことができる。
次に、本発明の他の実施の形態を説明する。図３は本発明の他の実施の形態を示す要部断面図である。隔壁３Ａには前述の隔壁３における溝部３ａはなく、また、Ｏリング５Ａはフラット面５ａを有し、断面形状が半円若しくはそれに近い形となっている。このＯリング５Ａはフラット面５ａで接着剤により隔壁３Ａのフラットな面に固着されている。これにより、Ｏリングが大きく変形した場合でも、溝部での摺動がないから、パーティクルの発生はほとんどない。
【００２３】
本発明は以上の例に限定されることなく、更に種々変形して実施することができる。例えば、溝部３ａが隔壁３にではなく、弁体６に設けられる場合でも、本発明は有効である。
【００２４】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、真空バルブ開閉時のＯリングからのパーティクルの発生を抑制することが可能な真空処理装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の真空処理装置の構成を示す要部断面図である。
【図２】 本発明の真空処理装置のバルブ開閉を示す要部断面図である。
【図３】 本発明の他の実施の形態を示す要部断面図である。
【図４】 マルチチャンバ型真空処理装置の構成を示す模式図である。
【図５】 従来の真空処理装置のバルブ開閉を示す要部断面図である。
【符号の説明】
１ 第１の真空チャンバ
２ 第２の真空チャンバ
３，３Ａ 隔壁
３ａ 溝部
４ 開口部
５，５Ａ Ｏリング
５ａ フラット面
６ 弁体
７ 弁体駆動手段
８ 圧力差検出手段
８ａ，８ｂ 圧力計
９ 弁体駆動力制御手段
１１ 処理用真空チャンバ
１２ 搬送用真空チャンバ
１３ ロードロックチャンバ
１４ 真空バルブ
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体ウェーハ等を真空中で処理する装置に係り、特に真空バルブを介して接する複数の真空チャンバを有する真空処理装置に関する。
【０００２】
高集積化・微細化された半導体装置等では、製造工程でのパーティクルの付着は製造歩留りを低下させることになるから、これらの製造装置においては、パーティクルの発生がないことが望まれている。
【０００３】
【従来の技術】
複数の真空チャンバがそれぞれ真空バルブを介して接する構造の真空処理装置としては、マルチチャンバ型のスパッタ装置やドライエッチング装置等がある。先ず、このような装置の構成の概略を説明する。図４はマルチチャンバ型真空処理装置の構成を示す模式図である。搬送用真空チャンバ１２の周囲に複数の処理用真空チャンバ１１とロードロックチャンバ１３がそれぞれ真空バルブ１４を介して接している。
【０００４】
搬送用真空チャンバ１２は中に搬送ロボット（図示せず）があって、この搬送ロボットがロードロックチャンバ１３から被処理物（以下、ウェーハと記す）を一枚取り出してこれを複数の処理用真空チャンバ１１へ順次搬送し、総ての処理が完了した後、このウェーハをロードロックチャンバ１３に戻す。
【０００５】
真空バルブ１４は通常は閉じられており、ウェーハ搬送時に開く。バルブが開く時、その両側のチャンバは共に真空状態である。搬送用真空チャンバ１２は常時真空状態であるが、処理用真空チャンバ１１は比較的短い周期で定期的に真空を破り、内部の部品交換や洗浄を行う。
【０００６】
次に、従来のこの種の真空処理装置における真空バルブの開閉について説明する。図５は従来の真空処理装置のバルブ開閉を示す要部断面図である。（Ａ）図はバルブ開状態、（Ｂ）図はバルブ閉状態を示している。図中、１は第１の真空チャンバ、２は第２の真空チャンバ、３は隔壁、４はウェーハを通過させる開口部、５はＯリング、６は真空バルブの弁体である。第１の真空チャンバ１と第２の真空チャンバ２は、それぞれ図４における処理用真空チャンバ１１と搬送用真空チャンバ１２に相当する。隔壁３は開口部４の周囲にＯリング５を保持する溝部３ａを有する。この溝部３ａは多くの場合、Ｏリング５の脱落を防ぐためにアリ溝（逆テーパの溝）となっている。
【０００７】
この真空バルブを閉じる際には、エアシリンダ等のアクチュエータ（図示せず）の駆動力により弁体６がＯリング５を押圧してこれを変形させて、開口部４の周囲をシールする。第１の真空チャンバ１を大気圧にした場合でも気密が保たれるように、バルブ閉状態では常に弁体６に強い力をかけてＯリング５を大きく変形させる。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、このような真空処理装置では、毎回のウェーハ搬送時の真空バルブ開閉に際してＯリングが大きく変形するから、そのたびにＯリングが隔壁の溝部や弁体と局部的に摺動してパーティクルを発生する、という問題があった。
【０００９】
本発明は、このような問題を解決して、真空バルブ開閉時のＯリングからのパーティクルの発生を抑制することができる真空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】
この目的を達成するため、本発明の請求項１においては、第１の真空チャンバと、開口部を有する隔壁を介して該第１の真空チャンバと隣接する第２の真空チャンバと、弁体と弁体駆動手段とを有して該開口部を開閉する真空バルブとを有し、該真空バルブの閉状態では該弁体駆動手段の駆動力により該弁体が該第２の真空チャンバ側からＯリングを介して該隔壁を押圧する真空処理装置において、該第１及び第２の真空チャンバ間の圧力差を検出する圧力差検出手段と、該圧力差により該駆動力を加減する弁体駆動力制御手段とを有し、該真空バルブ閉状態での該駆動力が、該第１及び第２の真空チャンバがともに真空状態では該Ｏリングの変形が相対的に小さく、且つ該第１の真空チャンバの内圧上昇により該Ｏリングの変形が相対的に大きくなるように制御されることを特徴とする真空処理装置としている。
【００１１】
即ち、この真空処理装置では、例えば第１の真空チャンバが処理用真空チャンバで第２の真空チャンバが搬送用真空チャンバの場合、通常の運転時には真空バルブ閉状態でのＯリングの変形は比較的小さいからバルブ開閉に伴うパーティクルの発生はほとんどなく、Ｏリングを大きく変形させるのはメンテナンスの際だけである。従って、この装置での処理においては、真空バルブ開閉に伴って発生するパーティクルに起因する製造歩留り低下を防ぐことができる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を、前出の図４のように構成されたマルチチャンバ型スパッタ装置の例で、図を参照して説明する。図１は本発明の真空処理装置の構成を示す要部断面図、図２は本発明の真空処理装置のバルブ開閉を示す要部断面図である。図中、１は第１の真空チャンバ、２は第２の真空チャンバ、３は両チャンバ間を仕切る隔壁、４はウェーハを通過させる開口部、５はＯリング、６は弁体、７は弁体駆動手段、８は圧力差検出手段、９は弁体駆動力制御手段である。
【００１５】
第１の真空チャンバ１と第２の真空チャンバ２は、それぞれ図４における処理用真空チャンバ１１と搬送用真空チャンバ１２に相当する。Ｏリング５は隔壁３の開口部４の周囲に設けられた溝部３ａに保持されている。溝部３ａは多くの場合、Ｏリング５の脱落を防ぐためにアリ溝（逆テーパの溝）となっている。この隔壁３，Ｏリング５，弁体６，弁体駆動手段７等が開口部４を開閉する真空バルブを構成している（図４の真空バルブ１４に相当する）。この真空バルブはスパッタ材の付着を避けて第２の真空チャンバ側に配設されている。弁体駆動手段７は例えばエアシリンダであり、バルブ閉状態ではこの駆動力により弁体６がＯリング５を介して隔壁３を押圧する。
【００１６】
圧力差検出手段８は第１の真空チャンバ１と第２の真空チャンバ２の各内圧を測定する圧力計（真空計）８ａ及び８ｂを有し、両チャンバの圧力差を検出して信号を弁体駆動力制御手段９に送出する。弁体駆動力制御手段９は例えば圧力制御弁であり、圧力差の信号により弁体駆動手段７の弁体駆動力を加減する。弁体駆動手段７がエアシリンダの場合には、これに供給される高圧空気（又は高圧窒素ガス）の圧力を制御する。
【００１７】
この真空処理装置の運転中、ウェーハ搬送時には図２（Ａ）のようなバルブ開状態とするが、通常は図２（Ｂ）のようなバルブ閉状態とする。第１の真空チャンバ１と第２の真空チャンバ２はそれぞれ個別に真空排気されて共に真空状態となっており、両チャンバ間には殆ど圧力差はないから、バルブ閉状態に弁体６が受ける力は僅少である。例えば、第１の真空チャンバ１の圧力が２×10-3 Torr(0.27 Pa)、第２の真空チャンバ２の圧力が５×10-8 Torr(７×10-6 Pa)、弁体６の受圧面積が 3×22＝66cm2 とすると、第２の真空チャンバ２の圧力はゼロと見なせるから弁体６が第１の真空チャンバ１から受ける力は約 0.2ｇ重となり、弁体６は１kg重程度の力でＯリング５を押圧すればよいことになる。即ち、エアシリンダの内径が７cmならばガスの圧力は０.026 kg/cm2 程度でよい。
【００１８】
従って、この真空処理装置の運転中のバルブ閉状態（バルブ閉状態１）では、弁体駆動力制御手段９は弁体駆動手段（エアシリンダ）７に供給される高圧空気（又は高圧窒素ガス）の圧力を低くする。その結果、Ｏリング５と隔壁３及び弁体６とはソフトコンタクトとなり、図２（Ｂ）のようにＯリング５の変形は小さい。
【００１９】
次に、第２の真空チャンバ２を真空に保ったまま第１の真空チャンバ１を大気圧とする場合のバルブ閉状態（バルブ閉状態２）を説明する。この場合には弁体６が第１の真空チャンバ１から受ける力は、弁体６の受圧面積が前述の 66 cm2 ならば 66 Kg重となる。これだけの力に抗して更に気密が保てるようにＯリング５を十分に変形させるには、最低 100kg重程度の力でＯリング5 を押圧しなければならない。エアシリンダの内径が７cmならばガスの圧力は２.6 kg/cm2 程度必要となる。
【００２０】
従って、第１の真空チャンバ１内を大気圧にする際には、圧力差検出手段８が圧力差を検出して信号を弁体駆動力制御手段（圧力制御弁）９に送出し、これにより弁体駆動力制御手段９は弁体駆動手段（エアシリンダ）７に供給される高圧空気（又は高圧窒素ガス）の圧力を高める。その結果、Ｏリング５と隔壁３及び弁体６とはハードコンタクトとなり、図２（Ｃ）のようにＯリング５は変形は大きく変形し、気密が保たれる。
【００２１】
ところで、この装置は運転中、ウェーハを搬送するたびにバルブ閉状態１／バルブ開状態の開閉が繰り返されるが、Ｏリング５の変形が小さいからＯリング５と隔壁３の溝部３ａや弁体６との間の摺動に伴うパーティクルの発生はなく、一方、バルブ閉状態１／バルブ閉状態２の移行に際してはＯリング５の変形が大きく、Ｏリング５と隔壁３の溝部３ａや弁体６との間の摺動に伴ってパーティクルの発生があるものの、この移行の頻度が少ないから（例えば、スパッタのターゲット交換ではウェーハ数千枚の処理に対して１回程度）、製造歩留りへの影響はほとんどない。
【００２２】
尚、隔壁３の溝部３ａのエッジにＲ付けを施すことにより、バルブ閉状態１／バルブ閉状態２の移行時におけるパーティクルの発生を減らすことができる。
次に、本発明の他の実施の形態を説明する。図３は本発明の他の実施の形態を示す要部断面図である。隔壁３Ａには前述の隔壁３における溝部３ａはなく、また、Ｏリング５Ａはフラット面５ａを有し、断面形状が半円若しくはそれに近い形となっている。このＯリング５Ａはフラット面５ａで接着剤により隔壁３Ａのフラットな面に固着されている。これにより、Ｏリングが大きく変形した場合でも、溝部での摺動がないから、パーティクルの発生はほとんどない。
【００２３】
本発明は以上の例に限定されることなく、更に種々変形して実施することができる。例えば、溝部３ａが隔壁３にではなく、弁体６に設けられる場合でも、本発明は有効である。
【００２４】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、真空バルブ開閉時のＯリングからのパーティクルの発生を抑制することが可能な真空処理装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の真空処理装置の構成を示す要部断面図である。
【図２】 本発明の真空処理装置のバルブ開閉を示す要部断面図である。
【図３】 本発明の他の実施の形態を示す要部断面図である。
【図４】 マルチチャンバ型真空処理装置の構成を示す模式図である。
【図５】 従来の真空処理装置のバルブ開閉を示す要部断面図である。
【符号の説明】
１ 第１の真空チャンバ
２ 第２の真空チャンバ
３，３Ａ 隔壁
３ａ 溝部
４ 開口部
５，５Ａ Ｏリング
５ａ フラット面
６ 弁体
７ 弁体駆動手段
８ 圧力差検出手段
８ａ，８ｂ 圧力計
９ 弁体駆動力制御手段
１１ 処理用真空チャンバ
１２ 搬送用真空チャンバ
１３ ロードロックチャンバ
１４ 真空バルブ
Claims (1)
- 第１の真空チャンバと、開口部を有する隔壁を介して該第１の真空チャンバと隣接する第２の真空チャンバと、弁体と弁体駆動手段とを有して該開口部を開閉する真空バルブとを有し、該真空バルブの閉状態では該弁体駆動手段の駆動力により該弁体が該第２の真空チャンバ側からＯリングを介して該隔壁を押圧する真空処理装置において、該第１及び第２の真空チャンバ間の圧力差を検出する圧力差検出手段と、該圧力差により該駆動力を加減する弁体駆動力制御手段とを有し、該真空バルブ閉状態での該駆動力が、該第１及び第２の真空チャンバがともに真空状態では該Ｏリングの変形が相対的に小さく、且つ該第１の真空チャンバの内圧上昇により該Ｏリングの変形が相対的に大きくなるように、制御されることを特徴とする真空処理装置。
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| JP2001219051A JP2001219051A (ja) | 2001-08-14 |
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Citations (3)
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|---|---|---|---|---|
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- 2000-02-09 JP JP2000032465A patent/JP4503762B2/ja not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (3)
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| JPS56133328U (ja) * | 1980-03-10 | 1981-10-09 | ||
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| JPH1199326A (ja) * | 1997-07-30 | 1999-04-13 | Nec Kansai Ltd | 真空ゲートバルブ及びこれを用いた真空処理装置 |
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| JP2001219051A (ja) | 2001-08-14 |
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