JP5634037B2 - 排気構造、プラズマ処理装置及び方法 - Google Patents

排気構造、プラズマ処理装置及び方法 Download PDF

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Description

本発明は、真空容器内を排気するための排気構造、プラズマ処理装置及び方法に関する。
真空容器の底部に排気口を設け、当該排気口の直下にターボ分子ポンプ等の真空ポンプを設け、真空容器内の雰囲気を均一に排気して、プロセス処理の均一性を向上させる処理装置が、従来技術として知られている(特許文献1、2)。
特開平9−167762号公報 特開2002−208584号公報
真空容器と真空ポンプとの間には、真空容器内の圧力制御のため、圧力制御弁が用いられている。近年は、基板の大口径化に伴い、ターボ分子ポンプによる効率的な排気を行うため、振り子式ゲート弁が用いられている。このような構成を有する従来のプラズマ処理装置の断面図を図4に示し、その概略と問題点を説明する。なお、ここでは、処理装置の一例として、プラズマCVD(Chemical Vapor Deposition)装置を示して説明を行う。又、図4において、プラズマ発生機構、ガス供給機構、基板支持構造等の図示は省略する。
図4に示すように、従来のプラズマ処理装置30は、内部が真空にされる円筒状の真空チャンバ31と、真空チャンバ31の内部に配置され、基板33を載置する載置台32と、接続部材34を介して、真空チャンバ31の下部に接続され、真空チャンバ31内部の圧力の制御を行う振り子式ゲート弁35と、振り子式ゲート弁35の下部に接続され、真空チャンバ31内部の雰囲気を排気するターボ分子ポンプ(Turbo Molecular Pump;以降、TMPと呼ぶ。)37とを有している。接続部材34は、真空チャンバ31の下部へ取り付けられており、振り子式ゲート弁35は、上方から差し込まれたボルト36により、接続部材34のフランジ34cに取り付けられており、TMP37は、下方から差し込まれたボルト36により、TMP37自体のフランジが振り子式ゲート弁35に取り付けられている。又、真空チャンバ31内部の粗引きのために、真空チャンバ31の側壁のポート31aには粗引き配管38が接続されており、バルブ39及び排気配管41を介して、粗引き用真空ポンプ42と接続されている。この排気配管41は、バルブ40を介して、TMP37の排気ポートに接続されている。
そして、プラズマ処理装置30では、載置台32上に基板33を載置し、所望のガスを真空チャンバ31内部に供給し、図示していない圧力制御装置により、振り子式ゲート弁35の開口部35aの開口率を弁体35bで制御することにより、真空チャンバ31内部の圧力を制御し、真空チャンバ31内にプラズマを生成することにより、基板33に所望のプラズマ処理を施している。
ここで、真空チャンバ31、接続部材34、振り子式ゲート弁35の接続位置について、上方から見た図を図5に示す。この図5は、図4におけるB−B線矢視断面図になる。図5に示すように、円筒状の真空チャンバ31の軸中心Ccに、接続部材34の開口部34aの中心及び振り子式ゲート弁35の開口部35aの中心が一致するように、接続部材34、振り子式ゲート弁35は配置されており、又、TMP37の接続部中心も軸中心Ccに一致するように配置されている。
上記位置関係となるように配置すれば、振り子式ゲート弁35の開口部35aが全開の場合には、真空チャンバ31内の雰囲気を均一に排気することができる。しかしながら、真空チャンバ31内部を所望の圧力に制御する場合には、開口部35aが全開となることはなく、通常は、開口部35aの一部を弁体35bにより閉じ、その開口率を制御することにより、所望の圧力に制御している。そして、振り子式ゲート弁35における開口部35aの開口領域Mは、円形の開口部35aに対する円形の弁体35bの移動により、皆既日食のように変化していくため、排気の偏りが生じている。
例えば、振り子式ゲート弁35における開口率の使用推奨値の中心値が30%である場合には、図5に示すように、開口領域Mは、開口部35aの一方側に偏った三日月状であり、その面積中心Mcは、当然ながら、軸中心Ccとは一致していない。従って、実際のプロセス時においては、真空チャンバ31に対して、均一な排気がなされておらず、偏った排気がなされており、そのために、プロセスへ悪い影響を及ぼすおそれがある。
又、振り子式ゲート弁35を用いる場合には、その構造上、以下のような問題も生じていた。
振り子式ゲート弁35には、弁体35bのメンテナンスのため、弁体35bの待機部35eが設けられており、回転軸35cを中心に弁体35bを回転させることにより、弁体35cを待機部35eの位置へ移動させている(図中の点線部分参照)。そして、フランジ35dにおいて、待機部35eを取り外すことにより、弁体35bのメンテナンスが可能となる。従って、メンテナンスのためには、待機部35eは、真空チャンバ31の側壁より外側に配置することが望ましい。ところが、近年の基板の大口径化に伴い、真空チャンバ31の大きさ(直径)は大きくなってきた。TMPや振り子式ゲート弁の開口部の径は、十分な排気能力があれば大きくする必要性が無いため、真空チャンバ31の軸中心Ccと振り子式ゲート弁35の開口部35aの中心とを一致するように配置すると、待機部35eの一部が真空チャンバ31の側壁より内側に入り込んでしまい、メンテナンス性の低下を招いていた。TMPや振り子式ゲート弁の開口部の径を真空チャンバの直径に合わせて大きくした場合は、TMPや振り子式ゲート弁の高さが高くなるため、基板の搬送高さも高くする必要が生じる。搬送高さに応じて装置全体の高さを上げることは、基板を扱う上で人間工学的な見地から避けるべきである。
又、上述したように、待機部35eは、外部からアクセスできる位置に配置しているが、振り子式ゲート弁35を接続部材34に取り付けるボルト36のうち、待機部35eの反対側にあるボルト36は、処理装置の奥に位置することになり、そのボルト36の締め付け、取り外しが困難となってしまっていた。
更に、真空チャンバ31の直下に、振り子式ゲート弁35、TMP37を配置しているため、粗引き配管38、バルブ39は、真空チャンバ31の側壁に接続せざるを得ず、メンテナンス性の低下を招くと共に、空間の有効利用の点では効率が良いものでは無かった。
本発明は上記課題に鑑みなされたもので、均一な排気を可能とすると共に、メンテナンス性を向上させた排気構造、プラズマ処理装置及び方法を提供することを目的とする。
上記課題を解決する第1の発明に係る排気構造は、
円筒状の真空容器内に所望のガスを供給すると共に、前記真空容器の下部に取り付けた振り子式ゲート弁と前記振り子式ゲート弁の下部に取り付けた真空ポンプを用いて、前記真空容器内の圧力を制御して、前記真空容器内に載置した処理対象物に所望の処理を施す処理装置に用いられる排気構造であって、
前記真空容器の軸中心に対して、前記振り子式ゲート弁の開口部の全開時の中心が、前記振り子式ゲート弁の開口部の開閉を行う弁体の開方向に偏心するように、接続部材を介して、前記振り子式ゲート弁を前記真空容器に取り付けると共に、
前記接続部材において、前記真空容器に接続する上部フランジと前記振り子式ゲート弁に接続する下部フランジとの間に傾斜部を設けたことを特徴とする。
上記課題を解決する第2の発明に係る排気構造は、
円筒状の真空容器内に所望のガスを供給すると共に、前記真空容器の下部に取り付けた振り子式ゲート弁と前記振り子式ゲート弁の下部に取り付けた真空ポンプを用いて、前記真空容器内の圧力を制御して、前記真空容器内に載置した処理対象物に所望の処理を施す処理装置に用いられる排気構造であって、
前記真空容器の軸中心に、前記振り子式ゲート弁の開口率の使用推奨値の中心値における開口領域の面積中心が一致するように、接続部材を介して、前記振り子式ゲート弁を前記真空容器に取り付けると共に、
前記接続部材において、前記真空容器に接続する上部フランジと前記振り子式ゲート弁に接続する下部フランジとの間に傾斜部を設けたことを特徴とする。
上記課題を解決する第3の発明に係る排気構造は、
上記第1又は第2の発明に記載の排気構造において、
前記振り子式ゲート弁の側方に隣接して、前記接続部材の前記傾斜部に他の真空ポンプへの排気配管や弁を設けたことを特徴とする。
上記課題を解決する第4の発明に係るプラズマ処理装置は、
所望のガスが内部に供給される円筒状の真空容器と、前記真空容器の下部に取り付けた振り子式ゲート弁と、前記振り子式ゲート弁の下部に取り付けた真空ポンプとを有し、前記振り子式ゲート弁及び前記真空ポンプを用いて前記真空容器内の圧力を制御し、前記ガスのプラズマを生成して、前記真空容器内に載置した基板にプラズマ処理を施すプラズマ処理装置において、
前記真空容器の軸中心に対して、前記振り子式ゲート弁の開口部の全開時の中心が、前記振り子式ゲート弁の開口部の開閉を行う弁体の開方向に偏心するように、接続部材を介して、前記振り子式ゲート弁を前記真空容器に取り付けると共に、
前記接続部材において、前記真空容器に接続する上部フランジと前記振り子式ゲート弁に接続する下部フランジとの間に傾斜部を設けたことを特徴とする。
上記課題を解決する第5の発明に係るプラズマ処理装置は、
所望のガスが内部に供給される円筒状の真空容器と、前記真空容器の下部に取り付けた振り子式ゲート弁と、前記振り子式ゲート弁の下部に取り付けた真空ポンプとを有し、前記振り子式ゲート弁及び前記真空ポンプを用いて前記真空容器内の圧力を制御し、前記ガスのプラズマを生成して、前記真空容器内に載置した基板にプラズマ処理を施すプラズマ処理装置において、
前記真空容器の軸中心に、前記振り子式ゲート弁の開口率の使用推奨値の中心値における開口領域の面積中心が一致するように、接続部材を介して、前記振り子式ゲート弁を前記真空容器に取り付けると共に、
前記接続部材において、前記真空容器に接続する上部フランジと前記振り子式ゲート弁に接続する下部フランジとの間に傾斜部を設けたことを特徴とする。
上記課題を解決する第6の発明に係るプラズマ処理装置は、
上記第4又は第5の発明に記載のプラズマ処理装置において、
前記振り子式ゲート弁の側方に隣接して、前記接続部材の前記傾斜部に他の真空ポンプへの排気配管や弁を設けたことを特徴とする。
上記課題を解決する第7の発明に係るプラズマ処理方法は、
上記第4〜第6の発明のいずれか1つに記載のプラズマ処理装置を用いたプラズマ処理方法であって、
前記真空容器内にガスを供給し、
前記圧力制御弁及び前記真空ポンプを用いて、前記真空容器内の圧力を制御し、
前記ガスのプラズマを生成し、
前記真空容器内に載置した基板にプラズマ処理を施すことを特徴とする。
第1の発明によれば、真空容器の軸中心に対して、振り子式ゲート弁の開口部の全開時の中心が弁体の開方向に偏心するように、傾斜部を設けた接続部材を介して、振り子式ゲート弁を真空容器に取り付けたので、従来の排気構造、即ち、真空容器の軸中心と振り子式ゲート弁の開口部の全開時の中心とを一致するように配置した場合と比較して、処理時の排気の流れがより均一になる。又、振り子式ゲート弁を偏心して真空容器に取り付けた結果、メンテナンスの際に取り外す振り子式ゲート弁の待機部や振り子式ゲート弁を真空容器に取り付けるボルトが、従来と比較して、より外側に配置されることになり、メンテナンスが容易となる。又、振り子式ゲート弁を偏心して真空容器に取り付けても、接続部材の傾斜部により、ガスがスムーズに排気される構造とすることができる。
第2の発明によれば、振り子式ゲート弁の開口率の使用推奨値の中心値における開口領域の面積中心が真空容器の軸中心に一致するように、傾斜部を設けた接続部材を介して、振り子式ゲート弁を偏心して真空容器に取り付けたので、従来の排気構造と比較して、処理時の排気の流れがより均一になる。又、振り子式ゲート弁を偏心して真空容器に取り付けた結果、メンテナンスの際に取り外す振り子式ゲート弁の待機部や振り子式ゲート弁を真空容器に取り付けるボルトが、従来と比較して、より外側に配置されることになり、メンテナンスが容易となる。又、振り子式ゲート弁を偏心して真空容器に取り付けても、接続部材の傾斜部により、ガスがスムーズに排気される構造とすることができる。
第3の発明によれば、振り子式ゲート弁の側方に隣接して、接続部材の傾斜部に他の真空ポンプへの排気配管を設けたので、処理装置内部の空間を効率的に使用することになり、又、当該排気配管へのアクセスも、従来と比較して、より容易となり、メンテナンス性が向上する。
第4〜第7の発明によれば、上記第1〜第3の発明に記載の排気構造をプラズマ処理装置及び方法に適用することにより、比較的高い圧力の真空度のプロセス、例えば、プラズマクリーニングの際に、排気の流れがより均一な状態でプロセスすることになり、プラズマクリーニングを偏り無く、均一に行うことができる。これにより、使用ガスの無駄を低減すると共に、プラズマによるチャンバ内面へのダメージの低減も図ることになる。
本発明に係る排気構造の実施形態の一例を示す断面図であり、プラズマCVD装置における排気構造を図示している。 図1のA−A線矢視断面図である。 図1に示した接続部材の変形例を示す斜視図である。 従来のプラズマ処理装置の断面図である。 図4のB−B線矢視断面図である。
本発明に係る排気構造、プラズマ処理装置及び方法の実施形態例について、図1〜図3を参照して、その説明を行う。なお、ここでは、一例として、プラズマCVD装置を例示するが、プラズマCVD装置に限らず、プラズマエッチング装置にも適用可能であり、更には、真空容器内において、均一な排気を必要とする装置であれば、他の処理装置にも適用可能である。
(実施例1)
図1、図2は、本発明に係る排気構造の実施形態の一例を示す断面図であり、図1は、プラズマCVD装置における排気構造を図示し、図2は、図1のA−A線矢視断面図である。なお、図1、図2において、プラズマ発生機構、ガス供給機構等の図示は省略している。
図1に示すように、本実施例のプラズマ処理装置10は、内部に所望のガスが供給されると共に、内部の圧力が制御される円筒状の真空チャンバ(真空容器)11と、真空チャンバ11の内部に配置され、所望の処理が施される基板(処理対象物)13を載置する載置台12と、接続部材14を介して、真空チャンバ11の下部に取り付けられ、真空チャンバ11内部の圧力の制御を行う振り子式ゲート弁15と、振り子式ゲート弁15の下部に取り付けられ、真空チャンバ11内部の雰囲気を排気するTMP(ターボ分子ポンプ)17とを有している。なお、載置台12は円筒状の形状であり、その下部が真空チャンバ11の側壁に確実に支持される構造であるが、ここでは、その図示は省略する。又、接続部材14は、真空チャンバ11の下部へ取り付けられており、振り子式ゲート弁15は、上方から差し込まれたボルト16により、接続部材14のフランジ14cに取り付けられており、TMP17は、下方から差し込まれたボルト16により、TMP17自体のフランジが振り子式ゲート弁15に取り付けられている。
そして、本実施例においては、振り子式ゲート弁15を偏心して真空チャンバ11に取り付けている。具体的には、図2に示すように、円筒状の真空チャンバ11の軸中心Ccと振り子式ゲート弁15の開口領域Mの面積中心Mcが一致するように、振り子式ゲート弁15は配置されている。開口領域Mは、振り子式ゲート弁15の開口率により当然ながら変化するが、本実施例では、振り子式ゲート弁15における開口率の使用推奨値(10%〜50%)の中心値30%の開口領域Mを基準にして、その開口領域Mの面積中心Mcを求め、軸中心Ccと面積中心Mcが一致するように、振り子式ゲート弁15を偏心配置している。従って、振り子式ゲート弁15の開口部15aの全開時の中心Gcは、真空チャンバ11の軸中心Ccに対して、開口部15aの開閉を行う弁体15bの開方向Dに偏心することになる。なお、TMP17の接続部中心は、振り子式ゲート弁15の開口部15aの中心と一致するように配置されている。
従って、上記位置関係となるように配置すれば、振り子式ゲート弁15における開口率を30%近傍で制御して、真空チャンバ11内部を所望の圧力に制御するときには、真空チャンバ31内の雰囲気を均一に排気することができる。30%から離れた開口率で、真空チャンバ11内部を所望の圧力に制御するときには、開口率30%のときと比較して、やや不均一にはなるが、その場合でも、従来の場合より均一に排気することができる。
この効果は、比較的高い圧力の真空度のプロセスで顕著に表れる。例えば、プラズマCVD装置におけるプラズマクリーニングは、比較的高い圧力の真空度で実施される。従来は、プラズマクリーニングに偏りがあり、所定のクリーニングを実施するために、余分なガスを消費したり、一部余分にクリーニングが行われて、プラズマダメージが発生したりすることがあった。これに対し、本実施例では、上述した排気構造を用いることにより、真空チャンバ11、載置台12に対して、均一なプラズマクリーニングが施され、その結果、無駄なガスの使用やプラズマによるダメージが低減され、メンテナンス頻度の低減や部品の長寿命化を図ることができる。
又、振り子式ゲート弁15を偏心して取り付けたために、接続部材14の開口部14aも偏心して設けており、この偏心方向も、弁体15bの開方向Dに偏心させている。その結果、偏心させた反対側の部分にスペースが生まれ、振り子式ゲート弁15の側方に隣接して、真空チャンバ11の下部に、粗引き用排気配管18のためのポート14bを設けたり、ポートが真空チャンバ11の側壁にあっても真空チャンバ11の直下に粗引き配管18、バルブ(弁)19等を配置したりすることが可能となる。そこで、本実施例では、真空チャンバ11内部の粗引きのために、真空チャンバ11の側壁ではなく、その底部となるポート14bに、粗引き配管18を接続し、バルブ19及び排気配管21を介して、粗引き用真空ポンプ22と接続しており、又、バルブ20を介して、TMP17の排気ポートに排気配管21を接続している。このように、真空チャンバ11の直下に粗引き配管18、バルブ19等を配置することができ、処理装置の内部空間に、TMP17等と共に効率的に配置することが可能となる。
又、振り子式ゲート弁15を偏心して接続しているため、従来と比較して、真空チャンバ11の側壁から、弁体15bの待機部15eをより外側に配置することになる。従って、フランジ15dの位置もより外側となり、待機部15eへのアクセスも容易となる。従って、回転軸15cを中心に弁体15bを回転させて、弁体15bを待機部15eの位置へ移動させることにより、弁体15bへのメンテナンスが可能となり、振り子式ゲート弁15に対するメンテナンス性を向上させることもできる。
振り子式ゲート弁15を偏心して接続していることは、待機部15eの反対側にあるボルト16を、従来と比較して、より手前側に配置することになり、そのボルト16の締め付け、取り外しの困難性を低減させることもできる。
なお、図1、図2において、接続部材14は、円形平板状の部材に偏心した開口部14aを設けた単純な構造であったが、よりスムーズな排気を行うため、図3に示す接続部材24のような構成としてもよい。接続部材24は、具体的には、接続部材14と同様に、偏心した開口部24a、粗引き配管用のポート24bを有するものであるが、接続部材24の上部の開口部分から開口部24aにかけて、傾斜部24cが形成されており、開口部24aに向かって、スムーズに排気される構造となっている。なお、接続部材24においては、上部フランジ24dが真空チャンバ11へ接続され、下部フランジ24eが振り子式ゲート弁15へ接続される。
本発明は、半導体装置の製造に用いるプラズマCVDやプラズマエッチング等のプラズマ処理装置及び方法に好適なものであるが、真空容器の下部に排気口を有する装置であれば、半導体装置の製造に限らず、他のものを製造する装置にも適用可能である。
10 プラズマCVD装置
11 真空チャンバ
12 載置台
13 基板
14、24 接続部材
15 振り子式ゲート弁
16 ボルト
17 ターボ分子ポンプ(TMP)
18 粗引き配管
19、20 バルブ
21 排気配管
22 真空ポンプ

Claims (7)

  1. 円筒状の真空容器内に所望のガスを供給すると共に、前記真空容器の下部に取り付けた振り子式ゲート弁と前記振り子式ゲート弁の下部に取り付けた真空ポンプを用いて、前記真空容器内の圧力を制御して、前記真空容器内に載置した処理対象物に所望の処理を施す処理装置に用いられる排気構造であって、
    前記真空容器の軸中心に対して、前記振り子式ゲート弁の開口部の全開時の中心が、前記振り子式ゲート弁の開口部の開閉を行う弁体の開方向に偏心するように、接続部材を介して、前記振り子式ゲート弁を前記真空容器に取り付けると共に、
    前記接続部材において、前記真空容器に接続する上部フランジと前記振り子式ゲート弁に接続する下部フランジとの間に傾斜部を設けたことを特徴とする排気構造。
  2. 円筒状の真空容器内に所望のガスを供給すると共に、前記真空容器の下部に取り付けた振り子式ゲート弁と前記振り子式ゲート弁の下部に取り付けた真空ポンプを用いて、前記真空容器内の圧力を制御して、前記真空容器内に載置した処理対象物に所望の処理を施す処理装置に用いられる排気構造であって、
    前記真空容器の軸中心に、前記振り子式ゲート弁の開口率の使用推奨値の中心値における開口領域の面積中心が一致するように、接続部材を介して、前記振り子式ゲート弁を前記真空容器に取り付けると共に、
    前記接続部材において、前記真空容器に接続する上部フランジと前記振り子式ゲート弁に接続する下部フランジとの間に傾斜部を設けたことを特徴とする排気構造。
  3. 請求項1又は請求項2に記載の排気構造において、
    前記振り子式ゲート弁の側方に隣接して、前記接続部材の前記傾斜部に他の真空ポンプへの排気配管や弁を設けたことを特徴とする排気構造。
  4. 所望のガスが内部に供給される円筒状の真空容器と、前記真空容器の下部に取り付けた振り子式ゲート弁と、前記振り子式ゲート弁の下部に取り付けた真空ポンプとを有し、前記振り子式ゲート弁及び前記真空ポンプを用いて前記真空容器内の圧力を制御し、前記ガスのプラズマを生成して、前記真空容器内に載置した基板にプラズマ処理を施すプラズマ処理装置において、
    前記真空容器の軸中心に対して、前記振り子式ゲート弁の開口部の全開時の中心が、前記振り子式ゲート弁の開口部の開閉を行う弁体の開方向に偏心するように、接続部材を介して、前記振り子式ゲート弁を前記真空容器に取り付けると共に、
    前記接続部材において、前記真空容器に接続する上部フランジと前記振り子式ゲート弁に接続する下部フランジとの間に傾斜部を設けたことを特徴とするプラズマ処理装置。
  5. 所望のガスが内部に供給される円筒状の真空容器と、前記真空容器の下部に取り付けた振り子式ゲート弁と、前記振り子式ゲート弁の下部に取り付けた真空ポンプとを有し、前記振り子式ゲート弁及び前記真空ポンプを用いて前記真空容器内の圧力を制御し、前記ガスのプラズマを生成して、前記真空容器内に載置した基板にプラズマ処理を施すプラズマ処理装置において、
    前記真空容器の軸中心に、前記振り子式ゲート弁の開口率の使用推奨値の中心値における開口領域の面積中心が一致するように、接続部材を介して、前記振り子式ゲート弁を前記真空容器に取り付けると共に、
    前記接続部材において、前記真空容器に接続する上部フランジと前記振り子式ゲート弁に接続する下部フランジとの間に傾斜部を設けたことを特徴とするプラズマ処理装置。
  6. 請求項4又は請求項5に記載のプラズマ処理装置において、
    前記振り子式ゲート弁の側方に隣接して、前記接続部材の前記傾斜部に他の真空ポンプへの排気配管や弁を設けたことを特徴とするプラズマ処理装置。
  7. 請求項4から請求項6のいずれか1つに記載のプラズマ処理装置を用いたプラズマ処理方法であって、
    前記真空容器内にガスを供給し、
    前記圧力制御弁及び前記真空ポンプを用いて、前記真空容器内の圧力を制御し、
    前記ガスのプラズマを生成し、
    前記真空容器内に載置した基板にプラズマ処理を施すことを特徴とするプラズマ処理方法。
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