JP5685405B2 - 真空処理装置 - Google Patents

Description

本発明は、内部でプラズマが形成され半導体ウエハ等の試料が処理されるプラズマ処理装置であって、特に処理室に備えつけられた可変コンダクタンス部の調節により処理室内の所望の圧力範囲内での圧力調整を行うプラズマ処理装置等の真空処理装置に関する。

上記のようなプラズマ処理装置では、近年より半導体ウエハ等の試料の微細で高精度な処理を実現する為、より高密度でより均一なプラズマを形成することが求められている。

そして、このような高密度のプラズマを安定して形成する上で、真空容器内の処理室の圧力をより高い真空度（より低い圧力）でより安定に実現することが求められている。このような従来のプラズマ処理装置では、真空容器内部に配置された処理室にはその内側のガスやプラズマあるいは処理室内の処理に伴って生成された生成物等の粒子を排気するための真空ポンプ等の排気装置が繋がって連結されている。

さらにまた、処理室内から真空ポンプの入口に向かって連通した排気の通路上には単位時間あたりの排気の量を調整する装置が配置され、この調整装置の動作による上記処理室内部のガスや粒子の排気量の調節によって、プラズマが形成される処理室の内部の圧力が調節される。

従来のプラズマ処理装置では真空容器内の処理室下部の排気口と真空ポンプの入口とを連通する通路のこれら排気口と入口間に排出されるガスの流れの抵抗や流れ易さ（コンダクタンス）を調節する手段を配置して真空容器から排出されるガス量を調節し真空容器内部圧力を調節していた。

このような流れの抵抗や流れ易さを調節する手段としては、通路または入口や排気口の開口の大きさや面積を変化させるバルブが考えられており、このようなバルブの回転や管路の軸を横切る方向への移動によって、開口の大きさや面積を調節するものが知られている。

このような従来技術の例は、例えば特許文献１に開示されている。この従来技術では、処理室内で試料であるウエハを載置するための試料台の直下方に配置され処理室内のガスが排出される略円形の開口と、開口の下方側に配置されてガスを排気する真空ポンプとの間に、複数の回転する板状のバルブが備えられ、これらのバルブの回転によりガスが通過できる通路の面積を可変に調節するものが知られている。

別の従来技術として、水平方向に移動する板状のバルブ（ゲートバルブ）を用いてガスが通過できる通路の面積を可変に調節し真空容器内部圧力を調整するものが知られている。このような従来技術は特許文献２に開示されている。

特開２００５−１０１５９８号公報 特開平２−５２４２８号公報

しかしながら、上記従来技術では、次の点についての考慮が不十分であったため、問題が生じていた。

すなわち、上記特許文献１に開示された従来技術において、処理室内をより高度な真空状態にしようとすると、上記板状のバルブを大きな開度（或いは開口面積）にする必要があるが、このような大きな開度ではその圧力の調節の精度が低下する。

つまり、このような大きな開度を実現するためには、各バルブを回転させて前記通路の軸方向について各バルブの角度は小さくなり（バルブの面が前記通路の軸に平行に近くなる）、この状態では、処理室内の圧力は小さくなっており、各バルブの角度の変化に対するガスの排出量の変化が小さくなっているため、いわゆる制御性が低下してしまい高い真空度を高精度に安定に実現できないという問題点があった。

一方、特許文献２に開示された従来技術においては、処理室内に設けた可変コンダクタンスバルブにゲートバルブを用いることにより、ゲート自体が排気抵抗とならず通路全体の面積を可変させることが可能であるため、処理室内をより低圧にすることが可能である。

しかしながら、ゲートバルブでの圧力調整を行う場合、ゲートバルブのゲートを移動させることにより、コンダクタンスを変化させるが、排気口面積を増加させていくにつれ排気口面積に対してのゲートの移動量（バルブの開度）による排気口増加面積が増えないことで、ガス排出量の変化が小さくなり圧力変化が減少していく。そのため、バルブ開度による圧力調整しか使用することができないという問題点があった。

さらには、ガスや処理室内の処理に伴って生成された生成物等の粒子を排気する際にバルブを通過するが、その時にバルブにガス、生成物等の粒子が付着し定期的なクリーニングが必要である。この時、真空容器内の処理室下部の排気口と真空ポンプの入口とを連通する箇所にバルブが位置するため、クリーニング作業が困難となり多大な時間を要していた。

本発明の目的は、真空容器内に備えつけている可変コンダクタンスバルブとしてゲートバルブを用いて、ガス排気を調節するとともに、真空容器をガスの流れ易い（コンダクタンスの良い）形状にすると同時に真空容器に圧力調節機構を設けることで、処理室内の圧力調整領域の拡大を実現できるプラズマ処理装置を提供することにある。

また、ゲートバルブのゲート部にヒータを備えつけ、カバーを用いたスワップ化構造にすることでゲートバルブに付着する異物（ガス、反応性生成物）を低減させ、尚かつクリーニング作業時間短縮できるゲートバルブを提供することにある。

上記目的を達成するために、本発明の真空処理装置は、真空処理室と、前記真空処理室を排気する排気手段と、前記真空処理室内の圧力を制御するためのゲート式のバルブと、前記真空処理室内に配置され、被処理基板を載置する載置用電極とを備える真空処理装置において、前記排気手段は、前記載置用電極の下方に配置され、前記真空処理室を同軸排気し、前記真空処理室は、円筒型のチャンバ上部と円筒型のチャンバ下部が嵌合したチャンバを具備し、前記バルブは、前記チャンバにより同軸排気する前記真空処理室の軸を中心に左右に開閉可能なゲートバルブを具備していることを特徴とする。

本発明の真空処理装置は、更に、チャンバを軸方向に移動可能なチャンバ上下装置を備え、前記チャンバ上部と前記チャンバ下部は、Ｏリングの複数のシール部を介して前記真空処理室の軸方向に嵌合されていることを特徴とする。

また、本発明の真空処理装置のバルブは、メンテナンス用のカバーを具備していることを特徴とする。

また、本発明の真空処理装置のカバーは、バルブに設けられ一部取り外し可能な第一のカバーと、ゲートバルブの表面に設けられた交換可能な第二のカバーとを具備していることを特徴とする。

また、本発明の真空処理装置のゲートバルブは、複数枚のゲートが連結して構成され、前記ゲートバルブが１００％開いている時は、前記ゲートが縦方向に重なり合って収納部に格納され、前記ゲートバルブが閉じている時は、最上部のゲートの移動を制御して前記ゲートバルブの開口部を閉鎖することを特徴とする。

また、本発明の真空処理装置のゲートバルブは、ヒータを具備していることを特徴とする。

また、本発明の真空処理装置は、真空処理室がプラズマ処理室であることを特徴とする。

本発明の真空処理装置は、プラズマ処理室が、ＬＣＤのエッチングまたはＣＶＤ処理が行われることを特徴とする。

本発明によれば、真空処理室内の圧力調整領域の拡大を実現することができ、また、ゲートバルブに付着する異物（ガス、反応性生成物）を低減させ、尚かつクリーニング作業時間短縮することができる。

図１はバタフライバルブとゲートバルブの圧力制御を示すグラフである。 図２は本発明に係るプラズマ処理装置の構成の概略を示す図である。 図３は本発明に係るプラズマ処理装置のエッチング室の概略を示す図である。 図４は本発明のチャンバの構造を示す図である。 図５は本発明のゲートバルブの構造を示す図である。 図６はＯリングシール部を２ヶ所設けたゲートバルブの構造を示す図である。 図７は本発明のゲートバルブ２分割構造（ゲート片側１枚）を示す図である。 図８は本発明のゲートバルブ２分割構造（ゲート片側４枚）を示す図である。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して説明する。

図１は、バタフライバルブとゲートバルブによる圧力制御を示すグラフである。バタフライバルブでの圧力制御では、バルブ開度０％〜３０％付近での圧力変化は、大きく３０％〜６０％では緩やかとなり６０％〜１００％では、バルブ開度に対しての圧力変化は少ない。

一方、ゲートバルブによる圧力制御では、バルブ開度２０％〜４０％での圧力変化は大きく、４０％〜７０％では緩やかとなり７０％〜１００％での圧力変化は少ない。圧力を制御する際、バルブ開度に対して圧力変化が大きいとバルブの細かい開度調整を行っても圧力変化が大きく安定した制御が得ることができない。

一方、バルブ開度に対して圧力変化が小さすぎてもガスの流量変化、エッチングで発生した反応性生成物等による流量増加による圧力変化に対応できず、圧力制御できなくなってしまう。そのため、バルブ開度に対しての圧力変化が緩やかでないと処理時の圧力制御が困難である。よって、ゲートバルブを可変コンダクタンスバルブとして用いることにより、低圧領域での圧力制御が可能となる。

図２は、本発明に係るプラズマ処理装置の構成の概略を示す上面図である。本発明に係るプラズマ処理装置は、大きく分けると大気処理部と真空処理部で構成される。

大気処理部は、カセット台１００、大気搬送室１１０で構成されており、カセット台１００は、それぞれが並列に位置し大気搬送室１００の正面に配置されており、カセットを載せる役割をもつ。大気搬送室１１０は、ウエハを移動させるために大気ロボットが設置されており、カセット台１００からロック室１２０にウエハを移動させる役割をもつ。

真空処理部は、ロック室１２０、真空搬送室１３０、エッチング室１４０、アッシング室１５０で構成されている。ロック室１２０は、大気搬送室１１０の背面に位置しており、大気搬送室１１０から真空搬送室１３０、または真空搬送室１３０から大気搬送室１１０にウエハを移動させるため、圧力調整ができる構造となっている。真空搬送室１３０は、側面にロック室１２０、エッチング室１４０、アッシング室１５０が取り付けられるため、側面に開口を設けており、ゲートバルブにて開口部の開閉を行う。

また、真空ロボットが設置され、真空内の各ユニットにウエハを移動させる役割をもつ。真空搬送室１３０の上部には、真空搬送室１３０内のメンテナンス用として六角形の穴を設けており、そこを蓋にて密閉している。エッチング室１４０は、内部を真空状態にし、ウエハのエッチング処理を行う。アッシング室１５０は、真空中でエッチング室１４０にてエッチング処理したウエハの不要となったレジスト除去を行う。

図３は、図１で示す本発明に係るエッチング室１４０の構成の概略を示す断面図である。エッチング室１４０を大きく分けると、放電部２００、処理室２１０、排気部２２０で構成されており、それぞれが同軸に位置している。

放電部２００には、電波を発生させる電波源２０１、電波を調整するオートチューナ２０２、電波が通る導波管２０３、磁場を発生させるコイル２０４が位置し、処理室２１０に電波が導入されるようになっている。処理室２１０には、ガス導入部（図示せず）、電極部２１１が位置し、電極上部にエッチングガスを流し、放電部２００より導入された電波をあてることでプラズマを生成し、ウエハをエッチングする。エッチング処理に用いたガスや、エッチング処理によって生成された生成物等の粒子は、排気部２２０にて、ガス、生成物等の粒子をチャンバ２２１、ゲートバルブ２２２、真空ポンプ２２３を通じて排気される。

このとき、エッチング処理時に所望の圧力を得る手段として、チャンバ２２１およびゲートバルブ２２２を用いて制御を行う。

図４は、圧力制御の際に使用するチャンバ２２１の構造を示す図である。チャンバ２２１は円筒型で２分割構造となっている。また、チャンバ上部３００、チャンバ下部３１０の一部が嵌り合い、軸方向に移動させることが可能である。また、チャンバ上部３００、チャンバ下部３１０のそれぞれが架台となるものに支えられている。

チャンバ上部３００の形状は、真空保持を可能とする蓋が取付けられるようになっており、側面にはウエハの搬入口となる開口部を設け、コイル２０４を上下させるコイル上下装置３２０が取付くようになっている。

また、チャンバ上部３００、チャンバ下部３１０が嵌り合うような形状となっている。チャンバ下部３１０は、チャンバ上部３００と嵌り合うような形状をしており、側面には、チャンバを軸方向に移動できるようなチャンバ上下装置３３０が取付くようになっている。

図４では、チャンバ上下装置３３０を１ケとしているが、チャンバ上下装置３３０を複数設けても構わない。ただし、複数設ける場合は、同調させる機構とする必要がある。

チャンバ上部３００、チャンバ下部３１０の真空シール手段として、周方向にＯリング溝を設け軸シールによる手段をとる。軸シールとしたとき、Ｏリングシール部３４０が存在する嵌め合い部のすき間等による影響で、Ｏリングのつぶれ方に偏りが生じてしまう。このＯリングのつぶれ方の偏りが大きいほどリークしてしまい真空が保てない場合が高くなる。

そこで、チャンバ上部３００、チャンバ下部３１０の嵌め合い部に機械公差および幾何公差を指示することで、嵌め合い部のすき間等による影響を減少させＯリングシールの偏りを低減させる。

また、図５に示すように、Ｏリングシール部３４０を２ヶ所もしくは、それ以上をある程度の距離をおいて設けることにより、嵌め合い部の傾きをおさえるとともにＯリングのつぶれ方の偏りを防止し確実な真空シールを得ることができる。

チャンバの制御は、予め各チャンバ位置での圧力特性を装置に記憶させておき、所望の圧力を入力または設定することで、その圧力に対応したチャンバ位置へとチャンバ上下装置３３０にて移動させコンダクタンスを変化させる。チャンバを軸方向に移動する可変コンダクタンス部を設けることにより、ゲートバルブ２２２により圧力制御可能範囲が決まっていたとしてもベースとなる圧力を調整することが可能である。そのため、高圧から低圧までの使用可能範囲を広げることが可能である。

図６は、ゲートバルブ２２２の構造を示す図である。ゲートバルブ２２２は、ゲート４１０が水平方向に移動可能な可変コンダクタンスバルブであり、ゲート４１０は、略円形でチャンバ形状に合わせた大きさとなっている板状のものである。ゲート４１０の内部には、ヒータ４４０が設けられており、ゲートバルブ使用時にゲートを加熱しゲートの表面温度を高温にすることが可能である。ゲートバルブ容器４５０には、一部取外し可能なカバー４２０、ゲート表面に交換が可能なカバー４３０を設ける。

ゲートバルブ２２２のクリーニング時は、ゲート４１０を全閉し、一部取外し可能なカバー４２０を取外してから、交換可能なカバー４３０を交換する。

ゲートバルブ２２２の制御は処理室内の圧力を検知しこの検知信号を基に図示しないマイクロプロセッサー等により駆動装置（例えば電動シリンダ）を駆動し、ゲート４１０を動かし、ゲートバルブ２２２の開口面積を変化させて行う。

図６では、ゲート４１０を１箇所に格納させる構造であったが、これを、図７，図８のような２箇所にゲート６０１，６０２、６０４，６０５を格納させる構造でも構わない。

図７は、片側１枚ずつのゲートにより開閉を行うゲートバルブを示す図である。ゲートバルブ６００は、ゲート６０１およびゲート６０２を水平方向に移動可能な可変コンダクタンスバルブである。ゲート開口部中心にゲート６０１およびゲート６０２が移動した時が、バルブ１００％閉状態である。各ゲートに駆動装置（例えば電動シリンダ）を設置し互いのゲートが独立して移動することを可能とする。

このゲートバルブ６００は、ゲートを２分割しているため、偏った取り付けスペースを必要としない特徴をもつ。また、開口部の軸中心からゲートを左右に開閉させることが可能なため、チャンバの軸を中心とする排気の偏心を低減させることが可能である。

図８は、片側４枚のゲート６０４により開閉を行うゲートバルブ６０３を示す図である。ゲートバルブ６０３は、ゲート６０４を水平方向に移動可能な可変コンダクタンスバルブである。ゲート６０４は、片側４枚（両側で計８枚）のゲートで構成しており、ゲート１００％開状態時には、４枚のゲートが縦方向に重なり合う構造となる。

また、ゲート６０４の移動時は、一番上に位置するゲート６０５を駆動装置によって移動させ、それぞれのゲートに突起物のような形状を設けて上に設置されたゲートに引っかかるようにすることにより４枚のゲートを連結させることを可能とする。

４枚のゲートが連結していることにより、駆動装置は、片側１個ずつでゲート６０４の開閉が可能である。また、ゲート６０４，６０４を２箇所に格納しているため、偏った取り付けスペースを必要としない。また、ゲートを片側４枚として重ね合わせる構造とすることにより、ゲート６０４，６０４を収納する取り付けスペースを小さくすることが可能である。

また、ゲートバルブの開閉口が略円形であると、ゲートの開閉位置による開口面積の違いがあるため、ゲートバルブの開度が大きくなるにつれて、開閉位置による開口増加面積が小さくなることによるコンダクタンス変化（ガスの流れ易さ）の低下を助長させているが、開口部を長方形、長方形にすることで、ゲートの移動による面積の変化のみとなるので、開閉位置による開コンダクタンス変化の低下の助長を防ぐことも可能となる。

以上、本発明をプラズマ処理装置に適用した場合について説明したが、本発明は、上記実施例に限らず、ＬＣＤ（液晶表示装置）用エッチング装置、プラズマＣＶＤ（化学蒸着）装置等の真空処理装置にも有効である。

１００ カセット台
１１０ 大気搬送室
１２０ ロック室
１３０ 真空搬送室
１４０ エッチング室
１５０ アッシング室
２００ 放電部
２０１ 電波源
２０２ オートチューナ
２０３ 導波管
２０４ コイル
２１０ 処理室
２１１ 電極部
２２０ 排気部
２２１ チャンバ
２２２ ゲートバルブ
２２３ 真空ポンプ
３００ チャンバ上部
３１０ チャンバ下部
３２０ コイル上下装置
３３０ チャンバ上下装置
３４０ Ｏリングシール部
４１０ ゲート
４２０ 一部取外し可能なカバー
４３０ 交換可能なカバー
４４０ ヒータ
４５０ ゲートバルブ容器
６００ ゲートバルブ（ゲート片側１枚）
６０１ ゲート１
６０２ ゲート２
６０３ ゲートバルブ（ゲート片側４枚）
６０４ ゲート
６０５ ゲート（一番上）

Claims (7)

1. 円筒型のチャンバ上部と円筒型のチャンバ下部が嵌合したチャンバを具備する真空処理室と、前記真空処理室を排気する排気手段と、前記真空処理室内の圧力を制御するためのゲート式のバルブと、前記真空処理室内に配置され、被処理基板を載置する載置用電極とを備える真空処理装置において、
   前記チャンバを軸方向に移動可能なチャンバ上下装置をさらに備え、
   前記チャンバ上部と前記チャンバ下部は、Ｏリングの複数のシール部を介して前記真空処理室の軸方向に嵌合され、
   前記排気手段は、前記載置用電極の下方に配置され、前記真空処理室を同軸排気し、
   前記バルブは、前記チャンバにより同軸排気する前記真空処理室の軸を中心に左右に開閉可能なゲートバルブを具備していることを特徴とする真空処理装置。
2. 真空処理室と、前記真空処理室を排気する排気手段と、前記真空処理室内の圧力を制御するためのゲート式のバルブと、前記真空処理室内に配置され、被処理基板を載置する載置用電極とを備える真空処理装置において、
   前記排気手段は、前記載置用電極の下方に配置され、前記真空処理室を同軸排気し、
   前記真空処理室は、円筒型のチャンバ上部と円筒型のチャンバ下部が嵌合したチャンバを具備し、
   前記バルブは、前記チャンバにより同軸排気する前記真空処理室の軸を中心に左右に開閉可能なゲートバルブを具備し、
   前記ゲートバルブは、複数枚のゲートが連結して構成され、
   前記ゲートバルブが１００％開いている時は、前記ゲートが縦方向に重なり合って収納部に格納され、前記ゲートバルブが閉じている時は、最上部のゲートの移動を制御して前記ゲートバルブの開口部を閉鎖することを特徴とする真空処理装置。
3. 請求項１または請求項２に記載の真空処理装置において、
   前記バルブは、メンテナンス用のカバーを具備していることを特徴とする真空処理装置。
4. 請求項３に記載の真空処理装置において、
   前記カバーは、前記バルブに設けられ一部取り外し可能な第一のカバーと、前記ゲートバルブの表面に設けられた交換可能な第二のカバーとを具備していることを特徴とする真空処理装置。
5. 請求項１または請求項２に記載の真空処理装置において、
   前記ゲートバルブは、ヒータを具備していることを特徴とする真空処理装置。
6. 請求項１ないし請求項５のいずれか一項に記載の真空処理装置において、
   前記真空処理室がプラズマ処理室であることを特徴とする真空処理装置。
7. 請求項６に記載の真空処理装置において、
   前記プラズマ処理室は、ＬＣＤのエッチングまたはＣＶＤ処理が行われることを特徴とする真空処理装置。
   

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