JPH1199326A - 真空ゲートバルブ及びこれを用いた真空処理装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 スパッタターゲット粒子の飛散軌跡はスパッ
タターゲットから１８０度方向に自由に飛散するもので
あるため、真空処理室内のワークやワークホールダ以外
の部分にもターゲット粒子の付着が起こる。真空処理室
内の内壁に大量に付着した粒子は真空処理室の真空度を
低下させる。 【解決手段】 真空処理室側排気口１７ａと大気側排気
口１７ｂとを有するバルブ室１４と、このバルブ室１４
内に配置され、前記真空処理室側排気口１７ａに開閉自
在に着脱する真空処理室側ゲート１２ａと、前記大気側
排気口１７ｂに開閉自在に脱着する大気側ゲート１２ｂ
とを有する真空ゲートバルブ１１を提供する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は真空処理室と大気側
及び真空処理室と真空排気ポンプとの間の密閉を図る真
空ゲートバルブに関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に真空ゲートバルブとは、真空処理
室とこの真空処理室を真空排気するための真空排気ポン
プとの間に設けられて、真空排気ポンプを大気圧から保
護したり又は真空処理室とロードロック室との間に設け
られて真空処理室での真空処理中に真空処理室の真空度
を確保するために用いられるものである。一般的には図
８又は図９に示すような構成を採用するものが多い。即
ち、図８に示すように真空ゲートバルブ８１は真空排気
ポンプ８２と真空処理室８３との間に設けられ、真空処
理室８３の真空度を上げるために真空排気する際にはこ
の間に設けられた真空ゲートバルブ８１を開放状態にし
て真空排気ポンプ８２により真空処理室８３を高真空に
導いていくものである。

【０００３】一方、真空処理室内に処理されたワークを
真空処理室８３から取り出す場合や又は真空処理室８３
にワークを処理のためにローディングする際には真空処
理室８３を低真空又は大気圧状態にしなければならな
い。この際には真空ゲートバルブ８１を閉止状態にし、
真空処理室８３を低圧または大気圧状態にする一方、真
空排気ポンプ８２をこの低圧又は大気圧から保護して真
空排気ポンプ８２の特性の劣化や破壊を防ぐようにして
いる。

【０００４】又、図９に示すように量産に用いるられる
真空処理装置９０においては、特に真空処理室９３と別
個にロードロック室９４を設け、ロードロック室９４に
ワークを予め配置しておき、ロードロック室９４を予備
排気した後、真空処理室９３とロードロック室９４の間
に設けられた真空ゲートバルブ９１を開放し、ロードロ
ック室９４に配置されたワークを真空処理室９３に移動
させ、その後真空ゲートバルブ９１を閉止して真空処理
室９３を真空排気ポンプ９２により高真空にし、ワーク
の真空処理を行なっている。即ちこの場合には真空ゲー
トバルブ９１はロードロック室９４と真空処理室９３の
間に設けられてロードロック室９４にワークが配置され
る際又はロードロック室９４が低圧排気状態にされる際
に真空処理室９３を低圧又は大気状態から保護して真空
処理室９３の真空度が低下するのを防止する働きをして
いる。

【０００５】なお、ここで所謂真空処理とは真空状態に
おいて半導体ウエハ等に各種の処理を行なうものである
が、イオンインプランテーションや真空中での加熱処理
の他、真空処理室９３でスパッタや真空蒸着を行ないワ
ークの表面に薄膜を形成するような処理又はこのように
形成された薄膜の一部を除去するようなエッチング処理
が行なわれる。

【０００６】次に、真空ゲートバルブの動作状態につい
て簡単に説明する。従来からある真空ゲートバルブの動
作は図１０に示すようなものである。即ち真空処理室１
０３と大気側に開放された部分との間に真空ゲートバル
ブ１０１が設けられており、真空ゲートバルブ１０１は
そのゲート１０２を収納するバルブ室１０５及びゲート
１０２が密接して開口閉止するためのシールＯリング１
０６及びシールＯリング１０６によって密接閉止された
り、又は開放されることにより開閉自在となる真空処理
室側排気口１０７ａ及び大気側排気口１０７ｂならびに
ゲート１０２の動作を行なうゲート駆動機構等（図示せ
ず）からなっている。

【０００７】図１０ａに示すようにこの真空ゲートバル
ブ１０１が開放状態ではゲート１０２は排気口１０７の
上方に退避しており、真空処理室１０３と大気側とはバ
ルブ室１０５を通じて大気導通状態になっている。一方
この状態から真空ゲートバルブ１０１を閉止する際には
ゲート駆動機構によりゲート１０２を図１０（ｂ）に示
すように下方に移動させ、下方に移動したゲート１０２
を図１０（ｃ）に示すように排気口１０７ａに対して密
着させることにより排気口１０７ａの周辺に配置された
シールＯリング１０６と密着して真空処理室１０３を密
閉し大気側と導通を遮断することができる。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】ところで、この種の真
空ゲートバルブを備えた真空装置で真空処理を行なう場
合には以下のような問題点が生じる。即ち真空処理室内
においては、例えばスパッタをするような場合には図１
１に示すような作業が行なわれる。先ず、スパッタとい
うのはスパッタターゲットに対して真空処理室１１３内
に低真空で分散するアルゴン粒子等を衝突させその運動
エネルギーを用いてスパッタターゲット１１４を飛散さ
せてワークホールダ１１５に固定されたワーク１１８上
にスパッタターゲット分子を積層するものである。

【０００９】ところがスパッタターゲット粒子の飛散軌
跡は方向性を持つものでなく、スパッタターゲット１１
４から１８０度方向に自由に飛散するものであるため、
どのようにワークホールダ１１５やワーク１１８の位置
を工夫してもワーク１１８やワークホールダ１１５以外
の部分にターゲット粒子の付着が起こり、例えば図１１
に示す場合にはターゲット粒子はワーク１１８やワーク
ホールダ１１５のみならず真空処理室１１３の側壁や真
空ゲートバルブの排気口１１７周辺又真空ゲートバルブ
のゲート１１２表面に図中×印で示すように付着するこ
ととなる。このようにスパッタターゲット分子が各所に
付着すると次のような問題が起こる。先ず、真空処理室
内の内壁に大量に付着した粒子は真空処理室１１３の真
空度を低下させる。これは何層にも積層されたターゲッ
ト粒子の膜が形成されるため、この膜と膜の間に挟まれ
る大気粒子を排気するのに大きな排気能力を必要とする
ためである。

【００１０】一方、ゲート１１２の裏面１１２ａ側に付
着したターゲット粒子は特に本発明において課題とする
ものであってこの付着粒子はゲートの裏面１１２ａに固
定的に付着しているのではなくゲート１１２の裏面１１
２ａ側にも積層付着するようになるとその一部が剥がれ
たり、又その一部が飛んだりしてゲートバルブのシール
Ｏリング１１６のシール面に挟まるような場合が生じ
る。これはゲートバルブの機能を低下させるものであっ
てこれはこの部分が大気側の空気が侵入してくる所謂リ
ークが生じることになる。この状態を示すのが図１２で
ある。

【００１１】図１２に示すようにゲート１１２の裏面１
１２ａの内シールＯリング１１６に付着したスパッタタ
ーゲット粒子はゲート１１２をシールＯリング１１６に
密着させるのを阻害してゲート１１２がシールＯリング
１１６に密着しない状態、即ちシールＯリング１１６と
ゲート１１２との間に隙間が生じる状態を生ぜしめる。
この隙間（図中×印）は極めて微小なものであるが真空
処理室１１３内を高真空にするような場合には極めて微
小な隙間であっても大きなリークを生じることとなり、
純度が高いガス雰囲気や高真空度を必要とする半導体装
置の製造のような場合にはこの部分から大気側の空気が
真空処理室１１３内にリークするのは半導体装置の機能
を害なったり、又真空処理時間を長時間化する等の問題
点があって妥当でない。そこで本発明においては万一こ
のようなリークがゲートで生じた場合であっても、この
ようなリーク状態を存続させたまま高真空を確保するこ
とができるような真空ゲートバルブやそのような真空ゲ
ートバルブを用いた真空装置を提供するものである。

【００１２】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明は真空処理室側排気口と大気側排気口とを有
するバルブ室と、このバルブ室内に配置され、前記真空
処理室側排気口に開閉自在に着脱する真空処理室側ゲー
トと、前記大気側排気口に開閉自在に脱着する大気側ゲ
ートとを有する真空ゲートバルブを提供する。また、前
記真空処理室側ゲートと、前記大気側ゲートとが相互に
独立操作可能な真空ゲートバルブを提供する。

【００１３】また、請求項１記載の真空ゲートバルブを
用いた真空処理装置であって、一端がバルブ室に連通
し、他端が大気に開放された常開弁と、一端がバルブ室
に連通し、他端が真空処理室に連通する常閉弁と、を有
し、前記真空処理室側排気口が閉状態でリークする場合
に前記常開弁を閉止し、前記常閉弁を開放した状態で真
空処理室を真空排気するようにした、真空処理装置を提
供する。また、請求項２記載の真空ゲートバルブを用い
た真空処理装置であって、前記真空処理室側排気口が閉
状態でリークする場合にこの真空処理室側排気口を開放
し、同時に大気側排気口を閉止した状態で真空処理室を
真空排気するようにした、真空処理装置を提供する。

【００１４】

【発明の実施の形態】以下に本発明の説明を請求項毎に
図面を用いて説明する。前述のように請求項１記載の発
明は真空処理室側排気口と大気側排気口とを有するバル
ブ室と、このバルブ室内に配置され、前記真空処理室側
排気口に開閉自在に着脱する真空処理室側ゲートと、前
記大気側排気口に開閉自在に脱着する大気側ゲートとを
有する真空ゲートバルブである。これを図をもって示し
たの図１である。この真空ゲートバルブ１１を図をもっ
て簡単に説明すれば従来のものと異なる点は従来バルブ
室内に設けられていたゲートは一つであったのに対し、
本発明の真空ゲートバルブにおいては真空処理室側ゲー
ト１２ａと大気側ゲート１２ｂとの二つのゲートを有す
る点である。このように真空処理室側排気口１７ａと大
気側排気口１７ｂの両方にゲート１２ａ、１２ｂを設け
るようにしたのは前述の発明の解決すべき課題で述べた
ように真空処理室側のゲート１２ａが万一付着物等によ
ってリークした場合でも大気側のゲート１２ｂがリーク
しない限り真空ゲートバルブ１１は有効に機能するよう
にして真空ゲートバルブ１１のメンテナンス期間を長期
化し、作業者の負担を軽減したり処理中のリークによる
真空処理室での処理事故を防止することを可能とするた
めである。

【００１５】このような構成で特にリークを少なくでき
る要因は単にゲートが真空処理室内に二つ設けられてい
るという点のみならず真空処理室側のゲートは真空処理
室側に曝されていて、例えば真空処理室内でスパッタ処
理をするような場合にはスパッタ粒子が真空処理室側ゲ
ートの内側に付着するのを避けることができないものの
大気側のゲートはこの真空処理室側のゲートに守られて
おり、又真空処理室に対して背面を向けて配置されてい
るためゲートとシールＯリングとの密着面がターゲット
粒子の付着によって汚染されるようなことが極めて少な
いという点にある。

【００１６】即ち単にバルブ室内にゲートを二つ設ける
場合であっても真空処理室側のゲートと大気側のゲート
をシールＯリングに対して同一方向に向けて配置するよ
うな場合には大気側のゲートも付着物によって汚染する
ような場合もあり得るのだが大気側のゲートが真空処理
室側に背面を向けて配置されているためこのような問題
が生じないという点にある。なお、この発明は真空処理
室と大気側と記載しているがこの大気側はロードロック
室のようなものやあるいは真空排気ポンプのようなもの
が接続されているもの等を含む趣旨である。またこのシ
ールＯリングは必ずしもゴム製のものに限られず金属製
のものでシールするものであってもよい。また、このゲ
ートの駆動機構は必ずしもこれを限定するものではない
が、特に大気側ゲートを大気側排気口のシールＯリング
に対して強固に密着できるような構造のものが好ましい
と考えられる。

【００１７】請求項１に記載した発明の効果を図をもっ
て説明したのが図２である。即ち前述のように図中×印
で示すターゲット粒子の付着部分は真空処理室１３内側
面と真空処理室側排気口１７ａの真空処理室側ゲート１
２ａの表面側に限られており、この図を見ても分かるよ
うにバルブ室１４の大気側排気口１７ｂを開閉する大気
側ゲート１２ｂはスパッタ粒子の付着によって汚染され
ることはない。そして図３に示すように万一この付着物
によって真空処理室側のゲート１２ａが一部（図中×
印）でリークするような場合であっても大気側ゲート１
２ｂが汚染されることがないので、大気側ゲート１２ｂ
がリークすることはなく、従ってゲートバルブ１１全体
としては大気側と真空処理室１３とを遮断するという効
果を損なうことはない。

【００１８】次に請求項２記載の発明について説明す
る。図４に示すように請求項２記載の発明は前述のよう
に、前記真空処理室側ゲート４２ａと、前記大気側ゲー
ト４２ｂとが相互に独立操作可能な請求項１記載の真空
ゲートバルブ４１である。このような真空ゲートバルブ
４１のメリットは前述のように真空処理室４３内でスパ
ッタ処理を行なった際に真空処理室４３内がスパッタ粒
子で汚染されてリークするような場合であってもこの真
空処理室側のゲート４２ａを全面的に開放することによ
り大気側のゲート４２ｂのみを作動させてゲートバルブ
４１の機能を確保できる点にある。

【００１９】このようにする必要があるのは、もし真空
処理室側のゲート４２ａと大気側のゲート４２ｂとが同
期して同様な作動をするのであれば最終的には真空処理
室４３内は高真空に導かれるもののバルブ室４４内の排
気がバルブ室内リーク部分を通じて行なわれなければな
らないこととなって真空度の上昇カーブが極めて緩慢に
なる結果となるためである。従って真空処理室側のゲー
ト４２ａを大気側ゲート４２ｂと独立操作可能とし、真
空処理室４３を排気する際にはリークがある真空処理室
側ゲート４２ａを全面開放し、大気側のゲート４２ｂの
みをもって真空処理室４３及びバルブ室４４を大気から
密閉して真空ポンプ４５によって高真空排気するのが望
ましくそのような排気を可能とするものである。

【００２０】次に請求項３記載の発明について説明す
る。請求項３記載の発明は前述のように請求項１記載の
真空ゲートバルブを用いた真空処理装置であって、一端
がバルブ室に連通し、他端が大気に開放された常開弁
と、一端がバルブ室に連通し、他端が真空処理室に連通
する常閉弁と、を有し、前記真空処理室側排気口が閉状
態でリークする場合に前記常開弁を閉止し、前記常閉弁
を開放した状態で真空処理室を真空排気するようにし
た、真空処理装置を提供するものである。

【００２１】このようにするメリットは前述のように真
空処理室内でのスパッタ処理等により真空処理室側のゲ
ートがリークするような場合には図５に示す常閉弁５６
を開放にして常開弁５７を閉止することにより真空ポン
プ５５が真空処理室５３及び開かれた常閉弁５６を通じ
てバルブ室５４を真空排気することが可能となるので請
求項２記載の発明で述べたと同様の課題即ち真空処理室
５３の真空排気カーブが緩慢になるという課題を容易に
解決することができるというメリットがある。なおこの
場合には、二つのゲート即ち真空処理室側ゲート５２ａ
と大気側ゲート５２ｂとは同期して動くようなものであ
ってもよい。

【００２２】このようにした場合のメリットは両ゲート
５２ａ、５２ｂを同期して動くことを許すものであるた
めゲートの駆動機構（図示せず）が簡単になる点にあ
る。また、この真空ゲートバルブ５１が正常に動いてい
る場合、リークをしていない場合には常閉弁５６を閉止
し、常開弁５７を開放した状態で真空処理室５３の排気
を行なえばよい。即ち真空処理室側のゲート５２ａはリ
ークしていないため、真空ポンプ５５が排気すればよい
のは真空処理室５３のみであって前述のようにバルブ室
５４を排気する必要がないので前述のような問題点は生
じないことになる。

【００２３】次に請求項３記載の発明の効果を図をもっ
て再度明確にしておく、図６は請求項３記載の発明の効
果を示すものであって、この状態は真空処理室５３とバ
ルブ室５４とを隔てる真空処理室側ゲート５２ａが付着
物等によって一部（図中×印）がリークしている状態を
示す。この場合には真空ポンプ５５は真空処理室５３の
みならずバルブ室５４をも高真空に排気しなければなら
ないが、前述のように真空処理室側ゲート５２ａはリー
クしているため、常閉弁５６を開放状態にし、常開弁５
７を閉止状態にして、この常閉弁５６を通じて真空処理
室５３とバルブ室５４とを導通状態にしておき、真空ポ
ンプ５５による排気抵抗を小さくすることができるとい
うものである。

【００２４】もしこのような常閉弁が開放されていなけ
れば、バルブ室の排気は真空処理室側ゲート５２ａとＯ
リングとの間の微小リーク部分（図中×印）から排気さ
れることになるためその排気カーブが緩慢になり、真空
処理室が高真空で安定状態に排気されるには長時間を要
するということになるが、本発明の場合にはそのような
問題点を回避することができる。なお前述のように、こ
のように常閉弁又は常開弁を設けることによって真空ゲ
ートバルブの二つのゲートを独立に操作することができ
ないようなものであっても真空処理室を高真空に安定し
た状態に導くのを短時間で可能とすることができる。

【００２５】次に請求項４記載の発明について説明す
る。請求項４記載の発明は前述のように、請求項２記載
の真空ゲートバルブを用いた真空処理装置であって、前
記真空処理室側排気口が閉状態でリークする場合に、こ
の真空処理室側排気口を開放し、同時に大気側排気口を
閉止した状態で真空処理室を真空排気するようにした真
空処理装置である。本発明は請求項２記載の発明を特定
の用途に用いた真空処理装置であって、前述のように真
空ゲートバルブ中真空処理室側ゲートがリークする場合
であっても真空ポンプによる排気抵抗を小さくすること
ができるので真空処理室が高真空で安定状態になるまで
の排気カーブを急峻に立ち上げることができるという効
果を有するものである。

【００２６】なお、この発明については既に請求項２に
おいて説明したものであるが、請求項２記載の発明の応
用方法としては本請求項に記載された発明のみならず例
えばゲートバルブのシールＯリングの磨耗を出来るだけ
少なくするために、ある時は片方のゲートを用いてゲー
トバルブの開閉を行い、又ある時は他のゲートを用いて
ゲートバルブの開閉を行なうというような利用の仕方も
可能である。なお、請求項４記載の発明の効果を図を以
て示したのが図７である。この図に示すように真空処理
室側のゲート７２ａがリークする場合には真空処理室側
のゲート７２ａを全面的に開放して大気側のゲート７２
ｂのみを閉止状態にし、真空処理室７３を真空ポンプ７
５により排気すればよい。この場合にはバルブ室７４を
排気するための排気抵抗が極めて小さくすることができ
るので真空処理室７３を高真空に到達させるための排気
カーブはリークがない場合と同様に急峻に立ち上げるこ
とができるという効果を有する。

【００２７】

【発明の効果】以上説明したように本発明による真空ゲ
ートバルブやこのゲートバルブを用いた真空処理装置を
使うとスパッタや真空中での蒸着等のようにバルブリー
クを生じる汚染原因がある場合であっても真空ゲートバ
ルブを２重にしているので真空処理室側のゲートがリー
クする場合であってもゲートバルブの本来の機能を損な
うことがなく真空処理室を高真空にしかも短時間で導く
ことができるという効果がある。また、この結果従来リ
ークが生じる度にゲートバルブの保守作業を行なわなけ
ればならなかったが保守をするための期間を延長するこ
とができるので作業効率を向上することができ、また、
ゲートバルブ全体の効果としてリークする可能性が極め
て小さくなるので真空処理室内における処理の事故を防
止することができるとともに高信頼性の製品を歩留まり
よく製造することができるという効果もある。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の真空ゲートバルブの概念図

【図２】 本発明の真空ゲートバルブを使用した真空装
置のターゲット粒子の付着状態を示す図

【図３】 本発明の真空処理装置がターゲット粒子の付
着物によって真空処理室側のゲートがリークする様子を
表わす図

【図４】 本発明の真空ゲートバルブで、真空処理室側
ゲートと大気側ゲートとが相互に独立操作可能である状
態を現わす図

【図５】 本発明の真空処理装置で一端が大気に開放さ
れた常開弁と、一端がバルブ室に連通し他端が真空処理
室に連通する常閉弁とを有する真空処理装置の概念図

【図６】 図５に示す真空処理装置の真空処理室側ゲー
トが付着物等によってリークしている状態を示す図。

【図７】 本発明の真空ゲートバルブによって、真空処
理室側ゲートがリークする場合であっても真空ポンプに
よる排気で高真空にすることができることを表わす図

【図８】 従来の真空装置における真空ゲートバルブの
配置構成の概念図

【図９】 従来の真空装置における真空ゲートバルブの
別の配置構成の概念図

【図１０】 従来の真空ゲートバルブの動作概念図

【図１１】 従来のターゲット粒子の飛散、付着する状
態を示す概念図

【図１２】 スパッタターゲット粒子がゲートをシール
Ｏリングに密着させるのを阻害する状態を示す概念図

【符号の説明】

１１、４１、５１ 真空ゲートバルブ １２ａ、４２ａ、５２ａ、７２ａ 真空処理室側ゲート １２ｂ、４２ｂ、５２ｂ、７２ｂ 大気側ゲート １３、４３、５３、７３ 真空処理室 １４、４４、５４、７４ バルブ室 １７ａ、４７ａ、５７ａ 真空処理室側排気口 １７ｂ、４７ｂ、５７ｂ 大気側排気口 ５６ 常閉弁 ５７ 常開弁 ５０、７０ 真空処理装置

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】真空処理室側排気口と大気側排気口とを有
   するバルブ室と、このバルブ室内に配置され、前記真空
   処理室側排気口に開閉自在に着脱する真空処理室側ゲー
   トと、前記大気側排気口に開閉自在に着脱する大気側ゲ
   ートとを有する真空ゲートバルブ。
2. 【請求項２】前記真空処理室側ゲートと、前記大気側ゲ
   ートとが相互に独立操作可能な請求項１記載の真空ゲー
   トバルブ。
3. 【請求項３】請求項１記載の真空ゲートバルブを用いた
   真空処理装置であって、一端がバルブ室に連通し、他端
   が大気に開放された常開弁と、一端がバルブ室に連通
   し、他端が真空処理室に連通する常閉弁と、を有し、前
   記真空処理室側排気口が閉状態でリークする場合に前記
   常開弁を閉止し、前記常閉弁を開放した状態で真空処理
   室を真空排気するようにした、真空処理装置。
4. 【請求項４】請求項２記載の真空ゲートバルブを用いた
   真空処理装置であって、前記真空処理室側排気口が閉状
   態でリークする場合にこの真空処理室側排気口を開放
   し、同時に大気側排気口を閉止した状態で真空処理室を
   真空排気するようにした、真空処理装置。