JP6804836B2

JP6804836B2 - 真空処理装置

Info

Publication number: JP6804836B2
Application number: JP2015224593A
Authority: JP
Inventors: 奥田　浩司; 浩司奥田; 洋輔酒井
Original assignee: Hitachi High Tech Corp
Current assignee: Hitachi High Tech Corp
Priority date: 2015-11-17
Filing date: 2015-11-17
Publication date: 2020-12-23
Anticipated expiration: 2035-11-17
Also published as: JP2017087188A

Description

本発明は、真空処理装置に関する。

真空処理装置の試料台は、ウエハ処理の均一性及び安定性の向上のために温調が行われている。温調温度が１００℃以上または氷点下といったように、外気温との温度差が大きく、配管の結露や温調循環液の流路途中での温度変化を許容できない場合は、断熱性を高めるため、サーキュレータから真空処理装置本体までの間の温調循環液の配管に、トランスファーチューブと呼ばれる可撓性の真空断熱配管が用いられている。

図４は従来のトランスファーチューブの継手を示す。内管１３０の内側は温調循環液流路１３１となっている。内管１３０の外側に外管１３２が設けられ、内管１３０と外管１３２の間は真空断熱空間１３３となっている。継手間の真空断熱空間１３３は直接連通しておらず、真空断熱排気継手１３４を通して別途設けられた真空断熱排気配管１３５により連通され排気される。温調循環液流路１３１は、管用テーパねじ１３６等の汎用の継手を用いた温調循環液継手１３７により接続される。

特開平１０−２３１９７０号公報（特許文献１）には、内管側が外部に露出しない真空断熱配管の継手が開示されている。

特開平１０−２３１９７０号公報

図４に示した従来のトランスファーチューブの継手は、接続継手として管用テーパねじやチューブ継手等の汎用の継手を使用しており、継手部は真空断熱されておらず、断熱材による被覆のみとなっており、断熱性能が低くなっている。また、外部に露出しているため、継手部から温調循環液が漏れるとユーザが漏れた液に触れる恐れがある。また、真空断熱の排気接続は温調循環液接続用の継手と別個に継手を設けており、そのための空間を余分に必要としている。さらにまた、継手の着脱には、温調循環液接続用の継手と真空断熱の排気接続用の継手の二つを着脱しなければならず、手間がかかる。

また特許文献１の従来技術では、前記トランスファーチューブの継手と同様に、真空断熱の排気接続が考慮されておらず、別個に継手を設ける必要があり、そのための空間を余分に必要とする。また、前記のトランスファーチューブの場合と同様に、継手の着脱には、温調循環液接続用の継手と真空断熱の排気接続用の継手の二つを着脱しなければならず、着脱作業に手間がかかる。

従来技術は上記のようであり、真空断熱配管の継手部の断熱性能、液漏れ、省スペース性、及び着脱作業容易性等に関し、今後増々厳しくなる要求に対して十分な対応が困難になるものと考えられる。

本発明は上記課題を解消するためになされたものであり、真空断熱配管の継手部における断熱性能を確保可能な真空処理装置を提供することを目的とする。更に、液漏れ防止、省スペース、着脱作業容易化の少なくとも一つを実現可能な真空処理装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するための一実施形態として、真空容器と、前記真空容器の内部に配置される処理室と、前記真空容器の下方に配置され前記処理室の内部を減圧する排気ポンプと、前記処理室の内部に配置され試料を載置する試料台と、前記試料台に接続され前記試料台の温度を調整するための温調循環液を移送する第１配管と、前記温調循環液を温調するサーキュレータと、一方が前記第１配管に接続され他方が前記サーキュレータに接続された第２配管と、を具備した真空処理装置であって、
前記第１配管は、前記温調循環液が流れる第１内管とその外側に設けられた第１外管とを有し、前記第１内管と前記第１外管との間の第１空間を真空状態にして使用する第１真空断熱配管であり、
前記第２配管は、前記温調循環液が流れる第２内管とその外側に設けられた第２外管とを有し、前記第２内管と前記第２外管との間の第２空間を真空状態にして使用する第２真空断熱配管であり、
前記第１空間と前記第２空間は、前記第１配管と前記第２配管との接続部において互いに繋がっていることを特徴とする真空処理装置とする。

本発明によれば、真空断熱配管継手の断熱性能を確保可能な真空処理装置を提供することができる。更に、液漏れ防止、省スペース、着脱作業容易化の少なくとも一つを実現可能な真空処理装置を提供することができる。

本発明の実施例に係る真空処理装置の構成の概略を示す縦断面図である。図１に示す真空処理装置における試料台及び温調循環液の配管構成を示す図である。図１に示す真空処理装置におけるトランスファーチューブの真空断熱配管継手の軸断面図である。従来の真空処理装置におけるトランスファーチューブの継手の軸断面図である。図３に示す真空断熱配管継手（接続前）の状態を示す軸断面図である。

発明者らは、真空処理装置のトランスファーチューブの真空断熱配管継手において、真空断熱配管継手の両締結フランジから、一方の配管は外管径を小さくして突出させてその先端に内管のシール部を設け、他方の配管は前述の突出外管径より少し大きくなるように外管径を小さくして凹入させてその先端に内管のシール部を設け、前述の突出外管及び凹入外管に真空断熱空間を連通させる孔を設ける構成とした。

前記真空断熱配管継手において、温調循環液の流路となる内管を真空断熱空間に納めて外部に露出しないようにすることにより、断熱性の向上及び液漏れ防止が可能となる。

また、温調循環液と真空断熱排気の継手が一体となり、真空断熱用の排気接続継手のための空間を余分に必要とせず、省スペース化が可能となる。また、温調循環液と真空断熱排気の接続の着脱が同時に行えるため、着脱作業の容易性が向上する。

以下、本発明を実施例により図面を用いて説明する。実施例においては真空処理装置としてプラズマ処理装置を例に説明するが、本発明はプラズマ処理装置に限定されない。なお、同一符号は同一構成要素を示す。

本発明の実施例について図１乃至３および図５を用いて説明する。図１は、本発明の実施例に係る真空処理装置の構成の概略を示す縦断面図である。

図１において、真空処理装置は、大きく分けて、円筒形の部分を有した容器である真空容器１０１と、この真空容器１０１の上方に配置されて真空容器１０１の内部に供給された処理用のガスに電界または磁界を供給して放電させてプラズマを生成させる放電部１０３と、真空容器１０１の下方でこれに連結されて配置され真空容器１０１内部を減圧するために排気するターボ分子ポンプ等の排気ポンプ１０２を含む排気部とを有する。また真空容器１０１はその外側面に処理対象の半導体ウエハ等の板状の試料がその内側を通って搬送される開口であるゲートを有し、このゲートを囲む外側壁面が、減圧された内部に配置された搬送用のロボットのアームに載せられてウエハが当該内部の空間を搬送される搬送室１０４を内部に有する別の真空容器である真空搬送容器と連結されている。

真空容器１０１は、その内側にプラズマが形成されウエハがプラズマにより処理を施される処理室を有している。処理室は、上部に円筒形を有してプラズマが形成される放電室を有し、放電室の下方には円筒形の試料台１０５の周囲の空間であって放電室内部のガスやプラズマ等の粒子が流れて排気される排気用の空間を有している。

また、図示しないガス源からの処理用のガスが導入される複数のガス導入孔が試料台１０５のウエハ載置面の上方の処理室の天井面に配置され、真空容器１０１の下面に接続された排気ポンプ１０２と処理室の内部との間を連通する排気口が試料台１０５の下方の処理室下部に配置されている。ガス導入孔からのガスの導入と排気ポンプ１０２によるガスの排出とのバランスにより処理室内部の圧力がプラズマの形成やこれによる処理に適した値の真空度に保たれている。

真空容器１０１の放電室の上方及び外側の周囲に配置された放電部１０３は、形成した電界を伝播して放電室の上方から内部に導入する導波管とこの導波管の下部と放電室の外周とを囲んで配置されて放電室の内部に磁界を供給するソレノイドコイルを具備している。また、導波管は上下方向に延在する円筒形部と円筒形部の上端とその一端部が連結されて水平方向に延在する断面矩形状の矩形部とを有し、矩形部の他端側部にはマイクロ波の電界を発振して形成するマグネトロンが配置されている。

円筒形部の下端には半径が大きくされた円筒形の室であって内部に伝播して導入されたマイクロ波の電界が特定のモードでその強度を大きくされる共振室が配置され、共振室の下面は放電室の上方で真空容器１０１の上部の蓋を構成する石英等マイクロ波の電界または磁界を透過させる誘電体製の円板の上面により構成されている。また、円板の下方にはこれと隙間を開けて配置され放電室の天井面を構成し電界または磁界を透過する誘電体製の円板であって上記ガス導入孔が配置されたシャワープレートが配置されている。

このような真空処理装置においては、処理室内部の圧力と搬送室１０４内部の圧力とが略同一にされたことが検出されると、搬送室１０４内部に配置されて上記ゲートを開放または気密に封止するゲートバルブが解放され搬送室１０４と処理室内部とが連通された状態にされる。次に、搬送ロボットのアームが伸長してアーム上に載せられてウエハが処理室内部に搬入されて試料台１０５の上面の上方に突出した複数のピンの先端上に載せられて受け渡される。

アームが収縮されて処理室から退出した後、複数のピンが下方に移動して試料台１０５の内部に先端部まで収納されるとウエハが試料台１０５の載置面上に接して載せられる。ゲートバルブにより処理室と搬送室１０４とが気密に区画される。この後、ウエハは試料台１０５上の載置面を構成する誘電体製の膜上面に載せられて静電気力により吸着されて保持される。この状態で、シャワープレートのガス導入孔から放電室内にガスが導入され、上記の通り、処理ガスの導入量と排気ポンプ１０２による排気量とのバランスにより、処理室の内部、特には放電室の内部の圧力がウエハの処理に適した真空度の値に調節される。

放電部１０３から供給された電界及び磁界により、処理ガスが励起されてプラズマが放電室内部に形成される。試料台１０５の内部には金属製の円板状の部材が配置されて、所定の周波数の電力を供給する高周波電源と電気的に接続されており、プラズマの形成後に供給された高周波電力により試料台１０５上に吸着保持されたウエハ上面上方にバイアス電位が形成され、この電位とプラズマ内部の電位との差によりプラズマ中の荷電粒子がウエハ上面に誘引されてウエハの処理が開始される。

試料台１０５の内部には、ウエハの処理均一性や安定性を高めるため、温調循環液の流路が設けられており、配管によりサーキュレータ１２９と接続されている。温調循環液はサーキュレータ１２９により所定の温度に温調され試料台１０５へ移送されてウエハの温調を行う。

処理が終了したことが検出されプラズマが消火されてウエハの静電気力による吸着が解除された後、複数のピンが試料台１０５の内部から上方に移動してウエハを試料台１０５の上面上方に持ち上げて離間させる。この状態で、ゲートバルブがゲートを開放して搬送ロボットがアーム先端部を処理室内部のウエハ下方に進入させてその上面に載せて受け取って保持する。この後、アームの収縮の動作により処理室から搬送室１０４内部にウエハが搬出される。

次に、温調循環液の配管の構成について図２、図３及び図５を用いて詳細に説明する。

図２は、図１に示す真空処理装置における温調循環液配管の構成を拡大して示す図である。図３は、図２に示す温調循環液配管の継手部分の軸断面図である。

図２において、温調循環液配管には、断熱性を高めるため、トランスファーチューブ１０６が用いられている。トランスファーチューブ１０６には真空断熱のための真空ポンプ１０７が接続されている。温調循環液は、サーキュレータ１２９で所望の温度に温調され、トランスファーチューブ１０６を通じて試料台１０５へ移送される。

図３において、符号１０８は温調循環液流路であり、真空断熱配管継手１０９の雄側内管１１０及び雌側内管１１１により形成されている。なお、いずれの内管が試料台側でもよい。

雄側内管１１０の外側には雄側外管１１２が、雌側内管１１１の外側には雌側外管１１３が設けられており、各々の間に雄側真空断熱空間１１４及び雌側真空断熱空間１１５が形成されている。

真空断熱配管継手１０９には雄側締結フランジ１１６及び雌側締結フランジ１１７が設けられており、フランジ固定ボルト１１８で締結され、真空断熱空間シール用Ｏリング１１９によってシールされている。雄側締結フランジ１１６に設けられ真空断熱空間シール用Ｏリング１１９が取り付けられる溝部をシール部と呼ぶ。なお、シール部は雌側締結フランジに設けることもできる。

雄側締結フランジ１１６からは、継手部断熱内管１２０を雄側外管１１２より管径を小さくして突出させてその先端に雄側内管継手１２１を設けている。

また、雌側締結フランジ１１７からは、前述の突出させた継手部断熱内管１２０の外径より内径を大きく且つ雌側外管１１３の内径より外径を小さくして継手部断熱外管１２２を凹入させてその先端に雌側内管継手１２３を設け、雄側内管継手１２１、温調循環液流路シール用Ｏリング１２４とともに温調循環液流路シールを行っている。雄側内管継手１２１に設けられ温調循環液流路シール用Ｏリング１２４が取り付けられる溝部をシール部と呼ぶ。なお、シール部は雌側内管継手に設けることもできる。

継手部断熱内管１２０と継手部断熱外管１２２の間には、継手間真空断熱空間１２５が形成されており、継手部断熱外管連通孔１２６及び継手部断熱内管連通孔１２７を通して雄側真空断熱空間１１４及び雌側真空断熱空間１１５と連通している。前記真空断熱空間は、真空排気配管１２８で真空ポンプ１０７に接続されており、前記連通孔１２６及び１２７を通して、継手間にわたって真空断熱空間の排気を行っている。

図５は、図３に示す温調循環液配管の継手部分が接続される前の状態を示す軸断面図である。雄側締結フランジ１１６、真空断熱空間シール用Ｏリング１１９、継手部断熱内管１２０、雄側内管継手１２１、温調循環液流路シール用Ｏリング１２４、継手部断熱内管連通孔１２７等は、雄側継手に配置されている。一方、雌側締結フランジ１１７、継手部断熱外管１２２、雌側内管継手１２３、継手部断熱外管連通孔１２６等は、雌側継手に配置されている。なお、真空断熱空間シール用Ｏリング１１９及び温調循環液流路シール用Ｏリング１２４の少なくとも一方を雌側継手に配置することもできる。

本実施例の構成によれば、温調循環液の流路となる内管を真空断熱空間に納めて外部に露出しないため、断熱性の向上及び液漏れ防止が可能となる。

また、温調循環液と真空断熱排気の継手が一体となっているので、真空断熱用の排気接続継手のための空間を余分に必要とせず、省スペース化が可能となる。また、温調循環液と真空断熱排気の接続の着脱が同時に行えるため着脱作業が容易であり、着脱作業の効率が向上する。

さらに、真空断熱空間を連通させる孔を雄雌継手の断熱管に設けることで、断熱管の断面積が減少し、流体流路となる内管から配管外部までの熱抵抗が増大し、断熱管壁を薄くするのと等価な断熱性向上作用が生じる。

さらにまた、断熱管に連通孔を設けることで、連通孔のために余分なスペースを必要としないので、継手全体のサイズを大型化することなく、真空断熱排気の接続機能を追加することができる。

以上本実施例によれば、真空断熱配管継手の断熱性能を確保可能な真空処理装置を提供することができる。更に、液漏れ防止、省スペース、着脱作業容易化の少なくとも一つを実現可能な真空処理装置を提供することができる。

なお、本発明は上記した実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記した実施例は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。

１０１…真空容器、１０２…排気ポンプ、１０３…放電部、１０４…搬送室、１０５…試料台、１０６…トランスファーチューブ、１０７…真空ポンプ、１０８…温調循環液流路、１０９…真空断熱配管継手、１１０…雄側内管（第１内管）、１１１…雌側内管（第２内管）、１１２…雄側外管（第１外管）、１１３…雌側外管（第２外管）、１１４…雄側真空断熱空間（第１空間）、１１５…雌側真空断熱空間（第２空間）、１１６…雄側締結フランジ、１１７…雌側締結フランジ、１１８…フランジ固定ボルト、１１９…真空断熱空間シール用Ｏリング、１２０…継手部断熱内管、１２１…雄側内管継手、１２２…継手部断熱外管、１２３…雌側内管継手、１２４…温調循環液流路シール用Ｏリング、１２５…継手間真空断熱空間、１２６…継手部断熱外管連通孔、１２７…継手部断熱内管連通孔、１２８…真空排気配管、１２９…サーキュレータ、１３０…内管、１３１…温調循環液流路、１３２…外管、１３３…真空断熱空間、１３４…真空断熱排気継手、１３５…真空断熱排気配管、１３６…管用テーパねじ、１３７…温調循環液継手。

Claims

真空容器と、前記真空容器の内部に配置される処理室と、前記真空容器の下方に配置され前記処理室の内部を減圧する排気ポンプと、前記処理室の内部に配置され試料を載置する試料台と、前記試料台に接続され前記試料台の温度を調整するための温調循環液を移送する雄側内管からなる第１内管と前記第１内管の外側に設けられた雄側外管からなる第１外管とを有する第１配管と、前記温調循環液を温調するサーキュレータと、一方が前記第１配管に接続され他方が前記サーキュレータに接続された前記温調循環液を移送する雌側内管からなる第２内管と前記第２内管の外側に設けられた雌側外管からなる第２外管とを有する第２配管と、を具備した真空処理装置であって、
前記第１配管は、前記第１内管と前記第１外管との間の第１空間を真空状態にして使用する第１真空断熱配管であり、雄側締結フランジと前記雄側締結フランジから突出させて先端部分に雄側内管継手を設けた継手部断熱内管を備えた雄側接続継手を有し、
前記第２配管は、前記第２内管と前記第２外管との間の第２空間を真空状態にして使用する第２真空断熱配管であり、雌側締結フランジと前記雌側締結フランジから前記第２外管の内部側に凹入されて先端部に雌側内管継手を設けた継手部断熱外管を備えた雌側接続継手を有し、
前記第１空間と前記第２空間は、前記第１配管と前記第２配管との接続部において互いに繋がっていることを特徴とする真空処理装置。
請求項１に記載の真空処理装置であって、
前記第１空間と前記第２空間は、前記第１配管及び前記第２配管のいずれか一方に接続された排気手段により共に真空排気されることを特徴とする真空処理装置。
請求項１又は２に記載の真空処理装置であって、
前記第１配管と前記第２配管との接続部において、
前記第１配管の前記雄側内管継手は、前記第２配管の前記雌側内管継手の内部に挿入されていることを特徴とする真空処理装置。
請求項３に記載の真空処理装置であって、
前記雄側接続継手は、
前記雄側締結フランジと、
前記雌側接続継手の方向に対して凸形状となるように前記雄側締結フランジに設けられ、
前記第１内管の外側に配置され前記第１外管の内径よりも小さな外径を有する又は前記第２内管の外側に配置され前記第２外管の内径よりも小さな外径を有する前記継手部断熱内管と、
前記継手部断熱内管に設けられた継手部断熱内管連通孔と、
前記継手部断熱内管の先端に配置された前記雄側内管継手と、を含み、
前記雌側接続継手は、
前記雌側締結フランジと、
前記雄側接続継手の方向に対して凹形状となるように前記雌側締結フランジに設けられ、
前記雄側内管継手の外径よりも大きな内径で前記第１外管の内径又は前記第２外管の内径よりも小さな外径を有する前記継手部断熱外管と、
前記継手部断熱外管に設けられた継手部断熱外管連通孔と、
前記継手部断熱外管の先端に配置された前記雌側内管継手と、
を含むことを特徴とする真空処理装置。
請求項４に記載の真空処理装置において、
前記雄側締結フランジは、真空に対するシール部を有し、
前記雄側内管継手は、前記温調循環液に対するシール部を有することを特徴とする真空処理装置。