KR20110097663A - 진공 배기용의 볼 밸브 및 진공 배기 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 간소한 구성으로 배기 유량을 소유량으로부터 대유량으로 전환할 수 있는 진공 배기용의 볼 밸브 및 진공 배기 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다. 본 발명은 흡기 포트(33)와 배기 포트(34) 사이가 상기 관통로(45)를 거쳐서 연통하는 전부 개방 상태와, 양 포트(33, 34)의 사이가 차단되는 폐지 상태와, 상기 관통로(45)의 일단이 배기 포트(34)의 개구부에 임하며 또한 상기 관통로(45)의 타단이 흡기 포트(33)의 개구부로부터 은폐되는 미소 개방 상태 중 하나가 되도록 볼 부재(41)를 회동 가능하게 마련함과 동시에, 상기 미소 개방 상태 때에 상기 관통로(45)와 흡기 포트(33) 사이를 미소한 간극에 의하여 연통시키기 위한 미소 연통로(48)를 상기 볼 부재(41)에 마련한다.

Description

진공 배기용의 볼 밸브 및 진공 배기 장치{VACUUM-EXHAUST BALL VALVE AND VACUUM EXHAUST APPARATUS}

본 발명은 진공 배기로에 마련되는 진공 배기용의 볼 밸브 및 진공 배기 장치에 관한 것이다.

반도체 제조를 실행하는 진공 처리 장치는, 예를 들면 처리 분위기에 석영이 사용되고 있는 경우에는, 석영품에 급격한 응력이 가해져 파손하는 것을 방지하기 위해서, 대기 분위기로부터 먼저 슬로우 배기를 실행하여 어느 정도 감압한 후, 통상 배기를 실행하여 처리 용기내를 진공 처리하는 경우가 있다. 이 때문에 도 18에 도시하는 바와 같이 처리 용기(100)에 접속된 배기관(101)의 메인 밸브(차단 밸브)(102)의 상류측 및 하류측의 사이를 슬로우 배기용의 바이패스로(103)에 의하여 바이패스시켜, 이 바이패스로(103)에 서브 밸브(104)를 마련한 구성이 채용되고 있다. 진공 배기시에는 먼저 서브 밸브(104)를 열어 슬로우 배기를 실행하고, 그 다음에 서브 밸브(104)를 폐쇄하며, 메인 밸브(102)를 열어 소정의 진공도까지 단번에 배기한다. 도면 부호 105는 진공 펌프, 106은 압력 조정부이다.

이러한 진공 처리 장치로서는, 석영 튜브를 이용한 배치식 종형 열처리 장치나, 탑재대 등에 석영을 이용한 매엽식 장치 등을 들 수 있다. 그러나, 예를 들면 진공 배기시에만 이용되는 바이패스로나 서브 밸브를 마련하는 것은 비용적으로는 유리한 계책이라고는 말하기 어렵다. 이 때문에 메인 밸브로서 벨로우즈형 밸브를 이용하는 경우에는, 미량 배기를 위한 개방도를 얻을 수 있는 위치를 설정하고, 메인 밸브를 이용하여 슬로우 배기를 실시하는 방법도 알려져 있다.

그러나, 벨로우즈형 밸브는 배기관(101)내에 예를 들면 O-링 등의 시일 부재가 노출되기 때문에, 부생성물이 많이 발생하는 프로세스에는 적합하지 않다. 이러한 프로세스로서는, 예를 들면 CVD(Chemical Vapor Deposition)법이나 ALD(Atomic Layer Deposition)법 등에 의하여, 기판 예를 들면 반도체 웨이퍼(이하 웨이퍼)에 대해서, 진공 분위기로 유지된 처리 용기내에 있어서 예를 들면 산화 하프늄(HfO2)등의 고유전율막(high-k막)을 성막하는 성막 처리를 들 수 있다.

특허 문헌 1 및 2에는, 볼에 투공을 마련하여 유수음을 작게 하는 볼 밸브나 액체 수소를 통류시키기 위한 볼 밸브에 대하여 기재되어 있지만, 전술한 과제에 대해서는 검토되고 있지 않다.

일본 특허 공개 제 1996-4917 호 공보 (도 8) 일본 특허 공개 제 2005-133763 호 공보 (단락 0063)

본 발명은 이러한 사정을 감안하여 이루어진 것이며, 그 목적은 간소한 구성으로 배기 유량을 소유량에서 대유량으로 전환할 수 있는 진공 배기용의 볼 밸브 및 이 볼 밸브를 이용한 진공 배기 장치를 제공하는 것에 있다.

본 발명의 진공 배기용의 볼 밸브는,

진공 배기로에 마련되는 진공 배기용의 볼 밸브에 있어서,

흡기 포트와 배기 포트가 형성되어, 밸브실을 구성하는 밸브 본체와,

이 밸브 본체내로 회동 가능하게 수납된 밸브체인 볼 부재와,

이 볼 부재에 마련되고, 상기 흡기 포트와 배기 포트를 연통시키기 위한 가스 유로를 이루는 관통로와,

상기 흡기 포트와 배기 포트 사이를 개폐하기 위해서 상기 관통로에 직교하는 축의 주위에 상기 볼 부재를 회동시키기 위한 회동축과,

상기 배기 포트의 주연에 마련되며, 상기 볼 부재와 밸브 본체 사이를 기밀하게 시일하기 위한 시일 부재와,

상기 회동축을 회동시켜서, 흡기 포트와 배기 포트 사이가 연통하는 전부 개방 상태와, 양 포트의 사이가 차단되는 폐지 상태와, 상기 관통로의 일단이 흡기 포트 및 배기 포트의 한 쪽의 개구부에 임하며, 상기 관통로의 타단이 흡기 포트 및 배기 포트의 다른 쪽의 개구부로부터 은폐되는 미소 개방 상태 중 하나가 되도록 상기 관통로를 위치시키기 위한 구동부와,

상기 볼 부재 및 밸브 본체의 적어도 한 쪽에 마련되며, 상기 미소 개방 상태 때에, 상기 관통로의 타단과, 흡기 포트 및 배기 포트의 다른 쪽의 개구부의 사이를 미소한 간극에 의하여 연통시키기 위한 미소 연통로를 구비한 것을 특징으로 한다.

상기 미소 연통로는 관통로와 볼 부재의 외면 사이를 관통한 관통공 또는 상기 밸브 본체의 내벽면에 형성된 홈부로서, 상기 흡기 포트 측에 마련되어 있는 것이 바람직하다.

본 발명의 진공 배기 장치는,

처리 용기에 일단측이 접속된 진공 배기로와,

이 진공 배기로에 개설되는 상기 진공 배기용의 볼 밸브와,

상기 진공 배기로의 타단측에 접속된 진공 배기 기구를 구비한 것을 특징으로 한다.

본 발명은, 볼 부재에 마련된 관통로의 일단이 흡기 포트 및 배기 포트의 한 쪽의 개구부에 임하며, 또한 상기 관통로의 타단이 흡기 포트 및 배기 포트의 다른 쪽의 개구부로부터 은폐되어 있을 때에, 해당 다른 쪽의 개구부와 관통로의 타단 사이를 미소한 간극에 의하여 연통시키기 위한 미소 연통로를 상기 볼 부재 및 밸브 본체의 적어도 한 쪽에 마련하고 있다. 따라서, 미소 개방 상태를 얻을 수 있는 볼 부재의 방향으로 여유가 있어, 볼 부재의 정지 위치에 높은 정밀도가 요구되지 않는다. 그 때문에, 전부 개방 및 폐지와 함께 미소 배기를 실시하는 상태를 간소한 구조만으로 얻을 수 있다. 이 결과, 이 볼 밸브를 진공 배기 장치에 이용하는 것에 의해서, 하나의 밸브로 슬로우 배기와 통상 배기를 실시하는 것이 가능하여, 비용적으로 유리하다.

도 1은 본 발명의 볼 밸브가 적용된 성막 장치의 일례를 도시하는 개략도,
도 2는 상기 볼 밸브의 일례를 도시하는 사시도,
도 3은 상기 볼 밸브를 도시하는 측면도,
도 4는 상기 볼 밸브를 도시하는 분해 사시도,
도 5는 상기 볼 밸브를 도시하는 횡단면도,
도 6은 상기 볼 밸브의 일부를 확대하여 도시하는 횡단면도,
도 7은 상기 볼 밸브의 횡단면을 도시하는 사시도,
도 8은 상기 볼 밸브를 도시하는 종단면도,
도 9는 상기 볼 밸브의 볼 부재를 도시하는 측면도,
도 10은 상기 볼 밸브에 대하여 가스가 배기되는 모습을 도시하는 모식도,
도 11은 상기 볼 밸브에 대하여 미소 연통로가 흡기 포트 측에 대향하는 모습을 도시하는 모식도,
도 12는 상기 볼 밸브의 다른 예를 도시하는 횡단면도,
도 13은 상기 다른 예에 있어서의 볼 부재를 도시하는 측면도,
도 14는 상기 볼 밸브의 다른 예에 있어서의 횡단면을 도시하는 사시도,
도 15는 상기 다른 예에 있어서의 볼 밸브를 도시하는 횡단면도,
도 16은 상기 볼 밸브의 다른 예를 도시하는 횡단면도,
도 17은 상기 볼 밸브의 다른 예를 도시하는 횡단면도,
도 18은 종래의 배기 방법을 도시하는 개략도.

본 발명의 진공 배기용 볼 밸브를 구비한 진공 배기 장치의 실시 형태의 일례로서, 이 진공 배기 장치가 적용된 성막 장치를 예로 들어 설명한다. 먼저, 이 성막 장치의 개략에 대하여 도 1을 참조해 설명하면, 이 성막 장치는 기판인 반도체 웨이퍼(이하,「웨이퍼」)(W)에 대해서 예를 들면 ALD(Atomic Layer Deposition)법에 의하여 성막 처리를 실행하기 위한 장치이며, 처리 용기(1)와 이 처리 용기(1)내에 있어서 웨이퍼(W) 를 탑재하는 탑재대(2)를 구비하고 있다.

이 탑재대(2)는 처리 용기(1)의 바닥면으로부터 연장된 승강축(2a)를 거쳐서 승강 기구(2b)에 접속되어 있고, 이 승강 기구(2b)에 의해서 성막 처리를 하는 상측 위치와 웨이퍼(W)의 반입출을 실시하는 하측 위치 사이에 승강 가능하게 구성되어 있다. 탑재대(2)에는, 웨이퍼(W)의 탑재면에 대해서 승강 가능하게 구성되는 승강 핀(도시 생략)이 복수 개소에 있어서 해당 탑재대(2)로부터 매달려 있어, 상기 하측 위치에 있어서, 처리 용기(1)의 바닥면에 마련된 수수 기구(3)에 의하여 이 승강 핀이 웨이퍼(W)의 탑재면에 대해서 상승하고, 해당 승강 핀과 외부의 반송 암(도시 생략) 사이에 있어서 웨이퍼(W)의 수수가 실행된다. 이 탑재대(2)에는, 웨이퍼(W)를 가열하기 위한 가열 수단 예를 들면 히터(4)와, 웨이퍼(W)를 이면측으로부터 정전 흡착하기 위한 정전 척(도시 생략)이 마련되어 있다. 이 탑재대(2)의 주위에는, 해당 탑재대(2)를 덮도록, 예를 들면 성막 가스의 부착을 억제하기 위한 석영으로 이루어지는 커버체(5)가 마련되어 있다. 또한, 전술한 승강축(2a)이나 처리 용기(1)의 내벽면에도, 이 커버체(5)가 마련되어 있다. 도 1 중 도면 부호 6은 처리 용기(1)의 하면과 승강축(2a) 사이를 기밀하게 접속하는 벨로우즈(bellows), 11은 게이트 밸브(도시 생략)에 의하여 기밀하게 폐쇄되는 반송구이다. 또한, 처리 용기(1)의 바닥면 측에는, 승강축(2a)측을 향하여 N2 가스 등의 퍼지 가스를 토출하기 위한 공급로(도시 생략)가 형성되어 있다.

처리용기(1)의 천정면에는 탑재대(2)에 대향하도록 해당 탑재대(2)상의 웨이퍼(W)에 대해서 처리 가스를 공급하기 위한 가스 샤워 헤드(7)가 마련되어 있다. 이 가스 샤워 헤드(7)의 상면측에는, 웨이퍼(W)의 표면에 하프늄을 포함하는 화합물을 흡착시키기 위한 성막 가스와, 웨이퍼(W)상에 흡착한 성막 가스를 산화하기 위한 산화 가스를 각각 공급하기 위한 가스 공급로(8a, 8b)가 접속되어 있다. 이러한 성막 가스 및 산화 가스는, 가스 샤워 헤드(7)의 내부 영역에서 서로 섞이지 않고 처리 용기(1)내에 공급되도록 각각의 가스 유로가 형성되어 있다. 또한, 가스 샤워 헤드(7)의 상면에는, 퍼지 가스 예를 들면 N2 가스를 처리 용기(1)내에 공급하기 위한 가스 공급로(8c)의 일단측이 접속되어 있어, 이 퍼지 가스는 가스 샤워 헤드(7)내에 있어서 상기 성막 가스 및 산화 가스로 되는 처리 가스와 서로 섞이지 않고 처리 용기(1)내에 공급되도록 가스 유로가 구성되어 있다. 또한, 상기 가스 공급로(8a, 8b)에는, 성막 가스 및 산화 가스가 통류하는 유로에 퍼지 가스를 공급하기 위해서, 가스 공급로(8c)의 타단측에 접속된 퍼지 가스 공급원(도시 생략)이 접속되어 있다. 도 1 중 도면 부호 9는 가스 샤워 헤드(7)의 하면에 복수 개소에 형성된 가스 토출구멍이며, 9a는, 가스 샤워 헤드(7)로부터 웨이퍼(W)의 주연부에 대해서 둘레방향에 걸쳐서 퍼지 가스를 공급하기 위한 공급구이다.

처리 용기(1)의 측벽면에 있어서의 가스 샤워 헤드(7)와 탑재대(2) 사이의 영역에는, 해당 처리 용기(1)내의 분위기를 배기하기 위한 배기부(21)가 1개소 마련되어 있다. 이 배기부(21)로부터 처리 용기(1)의 외측으로 연장된 진공 배기로인 배기관(22)에는, 해당 배기관(22)내가 배기되는 가스의 유량 조정을 실행하기 위한 예를 들면 APC(Auto Pressure Control1er) 등으로 이루어지는 유량 조정부(23)와, 이 배기관(22)내에 있어서의 가스 유로의 개폐를 실행하는 것에 의해서 처리 용기(1)내의 진공 처리 및 이 진공 처리의 정지를 전환하기 위한 본 발명의 볼 밸브(31)가 개설되어 있다. 이 볼 밸브(31)로부터 처리 용기(1)의 반대측으로 연장된 배기관(22)에는, 진공 배기 기구인 진공 펌프(24)가 접속되어 있다. 이 도 1 중 도면 부호 21a는 배기부(21)를 향하여 가스 샤워 헤드(7)와 웨이퍼(W) 사이의 영역으로부터 통류해 오는 가스를 해당 배기부(21)로 인입하기 위한 배기 배플판이다.

이어서, 이 볼 밸브(31)에 대해서 도 2 내지 도 9를 참조하여 상술한다. 이 볼 밸브(31)는 도 2 및 도 3에 도시하는 바와 같이 배기관(22)을 따르도록 배치된 개략 원통 형상의 밸브실을 구성하는 밸브 본체(32)와, 이 밸브 본체(32)에 있어서의 처리 용기(1)측 및 진공 펌프(24)측에 각각 마련된 흡기 포트(33) 및 배기 포트(34)를 구비하고 있다. 이러한 흡기 포트(33) 및 배기 포트(34)는, 배기관(22)이 길이 방향에 있어서의 상류측(처리 용기(1)측) 및 하류측(진공 펌프(24)측)의 단부가 각각 플랜지부(36, 36)를 이루고 있고, 이러한 포트(33, 34)에 있어서의 볼 밸브(31)측의 플랜지부(36, 36)가 볼트(35) 등에 의해서 둘레방향에 걸쳐서 복수 개소에 있어서 밸브 본체(32)에 각각 고정되어 있다. 또한, 이러한 흡기 포트(33) 및 배기 포트(34)는 배기관(22)측의 플랜지부(36)와 배기관(22)의 단면에 형성된 플랜지부(22a)를 각각 예를 들면 클램프하는 것에 의해서, 배기관(22)에 기밀하게 접속된다. 이 밸브 본체(32)에는, 후술하는 볼 부재(41)를 회동시키기 위한 회동축(37)의 일단측이 예를 들면 상방측으로부터 삽입되어 있으며, 이 회동축(37)의 타단측은 도 3에도 도시하는 바와 같이 에어 실린더를 이용한 로터리 액츄에이터(회전형의 에어 실린더)로 이루어지는 구동부(38)에 접속되어 있다. 이러한 구동부(38), 볼 밸브(31), 배기관(22) 및 진공 펌프(24)에 의하여, 진공 배기 장치가 구성된다.

밸브 본체(32)의 내부에는 도 4에 도시하는 바와 같이 전술한 회동축(37)에 의하여 예를 들면 연직축 둘레에서 회동 가능하게 구성된 개략 구형의 밸브 본체인 볼 부재(41)가 수납되어 있다. 이 볼 부재(41)와 흡기 포트(33) 및 배기 포트(34) 사이에는, 볼 부재(41)를 처리 용기(1)측 및 진공 펌프(24)측으로부터 각각 지지하기 위해서, 개략 링 형상의 예를 들면 수지로 이루어지는 흡기측 지지 부재(42) 및 배기측 지지 부재(43)가 각각 배치되어 있다. 이러한 흡기측 지지 부재(42) 및 배기측 지지 부재(43)에 있어서의 볼 부재(41)의 지지면은, 도 5에 도시하는 바와 같이, 해당 볼 부재(41)의 외주면에 따르도록 구면 형상으로 패여있다. 또한, 볼 부재(41)와 배기 포트(34) 사이에는, 배기측 지지 부재(43) 및 배기 포트(34)에 대해서 볼 부재(41)를 배기관(22)의 둘레방향에 걸쳐서 기밀하게 가압하기 위해서, 예를 들면 O-링 등으로 이루어지는 시일 부재(44)가 배치되어 있다. 배기측 지지 부재(43)에는, 도 6에 도시하는 바와 같이, 내주면이 링 형상으로 절결된 절결부(43a)가 형성되어 있고, 이 절결부(43a)에 상기 시일 부재(44)가 수납되어 있다. 이러한 볼 부재(41), 흡기측 지지 부재(42), 배기측 지지 부재(43) 및 시일 부재(44)는, 흡기 포트(33) 및 배기 포트(34)에 대해서 밸브 본체(32)가 기밀하게 접속되는 것에 의해서 서로 압접되어 있다.

이어서, 볼 부재(41)에 대하여 상술한다. 이 볼 부재(41)의 상면에는, 도 8에 도시하는 바와 같이 예를 들면 직사각형 형상으로 형성된 회동축(37)의 선단부(하단부)가 감합하는 절결(37a)이 형성되어 있다. 이 회동축(37)에 의하여, 전술한 흡기측 지지 부재(42), 배기측 지지 부재(43) 및 시일 부재(44)에 의해서 볼 부재(41)를 고정하려고 하는 고정력에 저항하여, 해당 볼 부재(41)가 후술할 관통로(45)에 직교하는 축의 둘레에서 이 예에서는 연직축 둘레에서 회동하도록 구성되어 있다.

또한, 이 볼 부재(41)에는 처리 용기(1)내의 분위기를 흡기 포트(33)측의 흡기구(33a)로부터 배기 포트(34)측의 배기구(34a)에 진공 배기하기 위해서, 내부를 관통하도록 가스 유로를 이루는 관통로(45)가 직선 형상으로 형성되어 있다. 이 관통로(45)의 양단부에 있어서의 볼 부재(41)는 단면이 절결되어 해당 관통로(45)의 개구부(46)를 이루고 있다. 그리고, 후술하는 바와 같이, 회동축(37)에 의해서, 흡기구(33a)와 배기구(34a)가 관통로(45)를 거쳐서 연통하는 전부 개방 상태와, 볼 부재(41)의 외벽면이 이러한 흡기구(33a) 및 배기구(34a)에 대향하여 양 포트(33, 34) 사이가 차단되는 폐지 상태와, 관통로(45)의 일단이 배기 포트(34)의 개구부에 임하며 또한 관통로(45)의 타단이 흡기 포트(33)의 개구부로부터 은폐되는 미소 개방 상태 사이에 있어서 볼 부재(41)가 연직축 둘레에서 회동하도록 구성되어 있다.

즉, 볼 부재(41)가 폐지 상태로부터 전부 개방 상태를 향하여 회동하면, 도 6 및 도 7에 도시하는 바와 같이, 배기측 지지 부재(43)에는 시일 부재(44)를 수납하기 위한 절결부(43a)가 형성되어 있으므로, 흡기구(33a)측의 개구부(46)가 해당 흡기구(33a)에 임하는 것보다도 먼저, 배기구(34a)측의 개구부(46)가 이 절결부(43a)를 거쳐서 배기구(34a)에 임하게(연통하게) 된다. 이 때의 볼 부재(41)의 위치를 전술한 미소 개방 상태라고 하면, 이 미소 개방 상태에 있어서, 흡기구(33a)측의 개구부(46)는 흡기측 지지 부재(42)에 의하여 흡기구(33a)로부터 기밀하게 구획되게 된다. 또한, 여기서 말하는「기밀하게 구획되다」란, 흡기 포트(33) 및 흡기측 지지 부재(42)와 볼 부재(41) 사이의 매우 작은 간극으로부터 미세하게 처리 용기(1)측의 분위기가 배기되는 경우도 포함된다.

이러한 흡기측 지지 부재(42), 배기측 지지 부재(43) 및 시일 부재(44)는 도 5에 도시하는 바와 같이 흡기구(33a) 및 배기구(34a)에 대해서 개구부(46, 46)가 대향하도록 볼 부재(41)를 회동시켰을 때에, 개구부(46)의 외주연에 대하여 볼 부재(41)를 지지할 수 있도록 배치되어 있다. 또한, 도 4 및 도 7에 대해서는, 밸브 본체(32)의 도시를 생략하고 있으며, 또한 도 2에서는 전술한 절결(37a)의 도시를 생략하고 있다.

또한, 2개의 개구부(46) 중 예를 들면 흡기구(33a)측에 대향 배치되는 개구부(46)에 있어서, 전술한 폐지 상태로부터 전부 개방 상태까지 볼 부재(41)를 회동시킬 방향의 이 예에서는 시계 회전 방향으로 해당 개구부(46)로부터 이간한 부위에 있어서의 볼 부재(41)의 외표면에는, 도 4 및 도 9에 도시하는 바와 같이, 해당 볼 부재(41)의 높이 방향에 있어서의 개략 중앙 위치에 가스 통류구(47)가 형성되어 있다. 볼 부재(41)의 내부에는, 이 가스 통류구(47)로부터 관통로(45)의 내벽면으로 향하여 신장함과 동시에, 개구면적이 관통로(45)의 개구면적보다 작아지도록 형성된 미소 연통로(오리피스부)(48)가 관통공으로서 마련되어 있고, 이 미소 연통로(48)는, 해당 내벽면에 형성된 가스 구멍(49)에 대하여 관통로(45)에 연통하고 있다. 미소 연통로(48)는 이 예에서는 상측으로부터 볼 부재(41)를 보았을 때에, 관통로(45)에 평행한 직선과, 볼 부재(41)의 회동 중심 및 가스 통류구(47)를 연결하는 직선의 이루는 각도(θ)가 예를 들면 12°가 되도록 형성되어 있다. 따라서, 이 미소 연통로(48)는 후술하는 도 11에 도시하는 바와 같이, 폐지 상태로부터 개방 상태로 향하여 볼 부재(41)를 회동시켰을 때에, 양단측의 개구부(46, 46)가 흡기구(33a) 및 배기구(34a)와 각각 연통하기 전에, 가스 통류구(47)가 흡기구(33a)측에 임하여 흡기구(33a)와 관통로(45)를 연통시키도록 배치되어 있다. 그리고, 볼 부재(41)가 더욱 회동하여 미소 개방 상태가 되면, 배기 포트(34)측의 개구부(46)가 배기구(34a)와 연통함과 동시에 흡기 포트(33)측의 개구부(46)가 여전히 흡기구(33a)로부터 은폐된 상태로 유지되고, 관통로(45) 및 배기구(34a)측의 개구부(46)의 외연과 해당 배기구(34a)의 내연 사이의 영역을 거쳐서 흡기구(33a)와 배기구(34a)를 연통시키게 된다.

이 성막 장치는, 전술한 도 1에 도시하는 바와 같이, 예를 들면 컴퓨터로 이루어지는 제어부(50)를 구비하고 있으며, 이 제어부(50)는 프로그램, 메모리, CPU로 이루어지는 데이터 처리부 등을 구비하고 있다. 프로그램은, 처리 용기(1)내에 웨이퍼(W)를 수납하여 진공 처리를 실시할 때에는 배기량을 소유량으로부터 대유량으로 전환함과 동시에, 이 웨이퍼(W)에 대해서 처리 가스를 공급하여 성막 처리를 실시하도록 장치의 각부에 제어 신호를 보내도록 구성되어 있다. 또한, 메모리에는, 예를 들면 웨이퍼(W)에 대해서 행해지는 성막 처리의 레시피 예를 들면 처리 가스의 유량, 처리 압력, 처리 온도 및 성막 사이클의 회수 등의 처리 조건이 작성되는 영역이 마련되어 있다. 그리고, CPU에 의하여 이 메모리로부터 레시피가 판독되어, 프로그램에 의하여 성막 처리를 하도록 구성되어 있다. 이 프로그램(처리 파라미터의 입력 조작이나 표시에 관한 프로그램도 포함한다)은, 컴퓨터 기억 매체 예를 들면 플렉시블 디스크, 콤팩트 디스크, 하드디스크, MO(광학 자기 디스크) 등의 기억부(51)에 격납되어 제어부(50)에 인스톨된다.

이어서, 전술한 성막 장치의 작용에 대해서, 도 10 및 도 11을 참조하여 설명한다. 먼저, 예를 들면 반송 아암(도시 생략)에 의하여, 예를 들면 대기 분위기로 유지된 처리 용기(1)내에 반송구(11)를 거쳐서 웨이퍼(W)를 반입하고, 예를 들면 성막 온도가 되도록 온도 조정된 탑재대(2)상에 탑재한다. 이 때, 도 10(a)에 도시하는 바와 같이, 볼 밸브(31)가 폐지 상태에 위치하여 진공 배기가 정지하고 있으며, 볼 부재(41)는 진공 펌프(24)에 의하여 해당 진공 펌프(24)측에 흡착되고, 시일 부재(44)를 거쳐서 배기측 지지 부재(43) 및 배기 포트(34)에 해당 볼 부재(41)의 외벽면이 기밀하게 압접되어 있다. 이어서, 웨이퍼(W)를 탑재대(2)측에 정전 흡착하여, 반송 암을 처리 용기(1)으로부터 퇴피시킴과 동시에 게이트 밸브를 기밀하게 닫는다. 그 후, 성막 위치가 되도록 웨이퍼(W)를 상승시킨다.

그리고, 볼 부재(41)를 시계 회전 방향으로 회동시키면, 도 11에 도시하는 바와 같이, 관통로(45)의 양단측의 개구부(46, 46)가 흡기구(33a) 및 배기구(34a)와 각각 연통하기 전에, 가스 통류구(47)가 흡기구(33a)측에 노출된다. 또한, 볼 부재(41)를 시계 방향으로 미세하게 회동시키면, 도 10(b)에 도시하는 바와 같이, 볼 부재(41)가 미소 개방 상태에 위치한다. 전술한 바와 같이, 배기측 지지 부재(43)의 내주연에는 시일 부재(44)를 수납하기 위한 절결(43a)이 형성되어 있으므로, 이 미소 개방 상태에 있어서, 배기 포트(34)측에서는, 개구부(46)의 측방측의 단부가 미세하게 배기구(34a)측에 노출되고, 배기구(34a)와 관통로(45)가 연통한다. 한편, 흡기 포트(33)측에서는 개구부(46)는 흡기구(33a)로부터 은폐된 상태로 되어 있고, 흡기측 지지 부재(42)를 거쳐서 기밀하게 폐쇄되어 있다. 그 때문에, 처리 용기(1)내의 분위기는 전술한 도 6 및 도 10(b)에 가스의 흐름을 화살표로 도시한 바와 같이, 미소 연통로(48)와, 관통로(45)와, 배기 포트(34)측에 있어서의 개구부(46)의 외연과 절결(43a) 및 배기구(34a)의 내연 사이의 영역을 거쳐서 진공 펌프(24)측에 배기되어 간다. 이 때, 관통로(45)보다 미소 연통로(48)의 개구면적을 작게 하고 있으므로, 미소 연통로(48)를 거쳐서 배기되는 가스 유량은 전부 개방 상태에 있어서 배기되는 통상 배기시에 있어서의 가스 유량보다 작은 슬로우 배기가 된다. 따라서, 처리 용기(1)내의 분위기는 서서히 배기되어 간다.

그 다음에, 예를 들면 석영으로 이루어지는 전술한 커버체(5)가 압력 변동에 의해서 파손하지 않는 정도의 진공도 예를 들면 40Pa(0,3Torr)로 처리 용기(1)내의 진공도가 높아지고 나서, 도 10(c)에 도시하는 바와 같이 볼 부재(41)를 더욱 시계 방향으로 회동시키고, 볼 부재(41)를 전부 개방 상태에 위치시킨다. 즉, 관통로(45)의 양단측의 개구부(46, 46)가 각각 흡기구(33a) 및 배기구(34a)측에 대향하도록 볼 부재(41)를 위치시킨다. 이 전부 개방 상태에 있어서, 처리 용기(1)내의 분위기는 볼 부재(41)가 전술한 미소 개방 상태에 위치하고 있을 때보다 대유량으로 진공 배기되어 간다.

그 후, 처리 용기(1)내의 분위기가 빠져 나간 상태가 되고 나서, 처리 용기(1)내의 진공도가 레시피에 따른 처리 압력이 되도록 유량 조정부(23)를 조정함과 동시에, 가스 공급로(8a)를 거쳐서 처리 용기(1)내에 전술한 성막 가스를 공급한다. 이 성막 가스가 웨이퍼(W)에 접촉하면, 이 가스가 웨이퍼(W)의 표면에 흡착한다. 그 다음에, 예를 들면 각 가스 공급로(8a, 8b, 8c)를 거쳐서 가스 토출 구멍(9) 및 공급구(9a)로부터 웨이퍼(W)에 대해서 퍼지 가스를 토출함으로써, 처리 용기(1)내의 성막 가스를 이 퍼지 가스로 치환한다. 이어서, 가스 공급로(8b)로부터 산화 가스를 웨이퍼(W)에 공급함으로써, 웨이퍼(W)의 표면에 흡착한 성막 가스를 산화한다. 웨이퍼(W)의 표면에서는, 성막 가스의 흡착과 산화의 성막 사이클에 의하여, 예를 들면 산화 하프늄(HfO2)막으로 이루어지는 박막이 성막된다. 그리고, 처리 용기(1)내에 퍼지 가스를 공급함으로써, 해당 처리 용기(1)내의 산화 가스를 퍼지 가스에 의하여 치환함과 동시에, 이 성막 사이클을 여러 차례 반복함으로써, 상기 박막이 적층된다.

이 때, 성막 처리에 의하여 생성한 부생성물이나 미반응의 성막 가스 등은 배기관(22) 및 볼 밸브(31)를 거쳐서 처리 용기(1)로부터 배기되어 간다. 이러한 부생성물이나 미반응의 성막 가스가 배기관(22)이나 볼 밸브(31)의 내벽면에 접촉하면, 이러한 부생성물이나 성막 가스 등이 해당 내벽면에 부착하려고 한다. 그러나, 전술한 도 10(c)에 도시하는 바와 같이, 볼 밸브(31)의 시일 부재(44)가 개구부(46)의 외연에 배치되어 있으므로, 시일 부재(44)는 배기관(22)내가 배기되는 가스에 거의 접촉하지 않는다. 따라서, 시일 부재(44)에의 부착물의 부착이 억제된다.

그리고, 성막 처리가 종료되면, 각 가스의 공급을 정지함과 동시에 유량 조정부(23)를 거쳐서 처리 용기(1)내를 빼낸 상태로 한 후, 도 10 (a)에 도시하는 폐지 상태가 되도록, 볼 밸브(31)를 반시계 방향으로 회동시킨다. 이 때, 전술한 바와 같이 시일 부재(44)에는 부착물이 거의 부착되어 있지 않기 때문에, 폐지 상태에 대하여 볼 부재(41)의 외벽면과 배기 포트(34)가 시일 부재(44)에 의하여 기밀하게 시일 된다. 그 후, 처리 용기(1)내에 예를 들면 불활성 가스를 공급하는 것에 의해서 해당 처리 용기(1)의 내부 분위기를 대기 분위기로 되돌린 후, 웨이퍼(W)를 처리 용기(1)로부터 꺼낸다.

상술한 실시 형태에 의하면, 볼 부재(41)에 마련된 관통로(45)의 일단이 배기 포트(34)의 개구부에 임하며 또한 상기 관통로(45)의 타단이 흡기 포트(33)의 개구부로부터 은폐되어 있을 때에, 흡기구(33a)와 관통로(45)와의 사이를 미소한 간극에 의하여 연통시키기 위한 미소 연통로(48)를 상기 볼 부재(41)에 마련하고 있다. 따라서, 미소 개방 상태를 얻을 수 있는 볼 부재(41)의 방향으로 여유가 있어, 볼 부재(41)의 정지 위치에 높은 정밀도가 요구되지 않는다. 그 때문에, 전부 개방 및 폐지와 함께 미소 배기를 실시하는 상태를 간소한 구조만으로 얻을 수 있다. 이 결과, 이 볼 밸브를 진공 배기 장치에 이용하는 것에 의해서, 하나의 볼 밸브로 슬로우 배기와 통상 배기를 실시하는 것이 가능하여, 비용적으로 유리하다. 또한, 통상 배기를 실시하기 전에 슬로우 배기를 실시하고 있으므로, 석영으로 이루어지는 부재{커버체(5)}의 압력 변동에 의한 파손을 억제할 수 있다.

여기서, 예를 들면 미소 연통로(48)의 형성되어 있지 않은 종래의 볼 밸브에서는, 폐지 상태로부터 전부 개방 상태로 향하여 볼 부재(41)를 회동시켜 가면, 관통로(45)의 양단측에 둘 수 있는 각각의 개구부(46, 46)의 외연과 흡기구(33a) 및 배기구(34a)의 내연 사이의 각각의 영역을 거쳐서, 흡기 포트(33)측과 배기 포트(34)측이 연통하게 된다. 그리고, 이러한 흡기 포트(33)측과 배기 포트(34)측이 연통한 상태로부터 미세하게 볼 부재(41)를 전부 개방 상태 측으로 향하여 회동시키면, 양쪽 모두의 포트(33, 34)의 연통 영역이 급격하게 증가한다. 그 때문에, 종래의 볼 밸브에서는, 폐지 상태로부터 전부 개방 상태로 볼 부재(41)를 회동시킬 때에 있어서, 볼 부재(41)의 회동량에 대한 배기 유량의 증가량이 매우 많다고 말할 수 있다. 따라서, 종래의 볼 밸브를 이용하여 미소유량으로 배기하기 위해서는, 예를 들면 서보 모터 등의 고가의 부재를 이용하여 볼 부재(41)의 회동량을 미소하게 제어하는 것에 의해서, 포트(33, 34)끼리가 연통하는 영역의 치수를 정확하게 조정할 필요가 있다.

그러나, 본 발명에서는, 볼 부재(41)에 미소 연통로(48)를 마련함과 동시에, 이 미소 연통로(48)의 가스 통류구(47)를 개구부(46)로부터 이간시켜서, 미소 유량으로 배기할 수 있는 볼 부재(41)의 회동 범위를 넓게 확보하고 있다. 즉, 폐지 상태로부터 전부 개방 상태로 향하여 볼 부재(41)를 회동시켜 갈 때에 있어서, 본 발명에서는 흡기구(33a)측에 가스 통류구(47)가 노출됨과 동시에 배기 포트(34)측에 둘 수 있는 개구부(46)의 외연과 배기구(34a)의 내연 사이의 영역을 거쳐서 관통로(45)와 배기 포트(34)가 연통하는 위치로부터, 흡기구(33a)측에 있어서의 개구부(46)의 내연이 해당 흡기구(33a)의 내연에 근접하는 위치까지에 걸쳐서, 미소 연통로(48)를 거쳐서 미소 유량으로 배기할 수 있다. 따라서, 이 회동 범위에서는, 가스 유량의 변동이 거의 없다. 그 때문에, 이 회동 범위내가 되도록 볼 부재(41) {회동축(37)}를 회동시키는 것에 의해서 미소 유량으로 확실히 배기 가능하여, 예를 들면 전술한 고가의 부재 등을 마련하지 않아도 되므로 볼 밸브(31)의 제조 비용을 억제할 수 있다.

또한, 배기관(22)이나 볼 부재(41)의 내벽면에 부착물이 부착할 우려가 있는 성막 가스를 배기할 때(전부 개방 상태)에는, 시일 부재(44)가 관통로(45)로부터 구획되므로, 시일 부재(44)에 부착물이 부착될 우려가 적다. 그 때문에, 볼 부재(41)를 폐지 상태로 회동시켰을 때에 있어서, 부착물의 개재에 의해서 진공 배기를 정지할 수 없게 될 우려가 작고, 또 부착물의 부착에 의한 시일 부재(44)의 열화를 억제할 수 있다. 또한, 전부 개방시의 컨덕턴스가 크고 대유량의 가스를 배기할 수 있는 볼 밸브를 이용하여 진공 배기 장치를 구성하는 것에 의해서, 직경 치수가 예를 들면 300 mm의 크기의 웨이퍼(W)를 수납하는 처리 용기(1)을 구비한 성막 장치용의 밸브로서 유리하다.

전술한 예에 대해서는, 상측에서 보았을 때의 형상이 선 형상이 되도록 미소 연통로(48)를 형성했지만, 도 12에 도시하는 바와 같이, 개략 부채꼴 형상이 되도록 형성해도 좋다. 즉, 도 13에도 도시하는 바와 같이, 볼 부재(41)의 높이 방향에 있어서의 중앙부의 앞측을 관통로(45)로부터 측방측(폐지 상태로부터 전부 개방 상태로 볼 부재(41)가 회동할 때의 회동 방향)에 걸쳐서 부채꼴 형상의 절결을 넣어, 말하자면 전술한 미소 연통로(48)를 길이 방향에 걸쳐서 관통로(45)에 연통하도록 배치해도 좋다. 이러한 형상에 대하여도, 똑같이 미소 개방 상태에 대하여 소유량으로 가스가 배기되어, 같은 효과를 얻을 수 있다.

또한, 도 14 및 도 15에 도시하는 바와 같이, 가스 통류구(47) 및 미소 연통로(48)를 볼 부재(41)를 대신하여 밸브 본체(32){흡기 포트(33)}에 형성해도 좋다. 즉, 흡기 포트(33)에 있어서의 밸브 본체(32)측의 플랜지부(36)의 내벽면에 가스 통류구(47)를 형성하여, 이 가스 통류구(47)로부터 연장된 미소 연통로(48)를 해당 플랜지부(36) 및 흡기측 지지 부재(42)에 홈부로서 형성한다. 이 미소 연통로(48)의 개구단인 가스 구멍(49)은, 이 흡기측 지지 부재(42)에 대하여 볼 부재(41)를 지지하는 내주면에 형성된다. 이 예에 대하여도, 도 15에 도시하는 바와 같이, 폐지 상태로부터 전부 개방 상태로 향하여 볼 부재(41)를 회동시키는 것에 의해서 흡기 포트(33)측의 개구부(46)가 밸브 본체(32)의 내부 영역을 임하도록 위치하면, 미소 연통로(48)와, 관통로(45)와, 배기 포트(34)측의 개구부(46)의 외연과 배기구(34a)의 내연 사이를 거쳐서 가스가 배기된다. 이 예에 대하여도, 미소 연통로(48)를 부채꼴 형상이 되도록 형성해도 좋다.

또한, 전술한 각 예에서는 미소 연통로(48)를 흡기 포트(33)측에 형성했지만, 배기 포트(34)측에 형성해도 좋다. 그 경우에는, 예를 들면 미소 개방 상태에 있어서, 흡기 포트(33)측에서는 개구부(46)의 외연과 흡기구(33a)의 내연 사이로부터 가스가 볼 부재(41)내에 유입되고, 배기 포트(34)측에서는 시일 부재(44)에 의하여 볼 부재(41)의 외벽면과 배기측 지지 부재(43) 및 배기 포트(34)가 기밀하게 시일된 채로 미소 연통로(48)를 거쳐서 가스가 배기되도록 구성된다. 구체적으로는, 예를 들면 도 16에 도시하는 바와 같이, 배기구(34a)가 흡기구(33a)보다 소경이 되도록 배기 포트(34)를 형성함과 동시에, 흡기 포트(33)측으로부터 배기 포트(34)측을 향하여 관통로(45)가 직경 축소되도록 볼 부재(41)를 구성한다. 이 예에 있어서도, 배기 유량이 소유량으로부터 대유량으로 전환될 수 있다.

또한, 도 17에 도시하는 바와 같이, 미소 연통로(48)를 흡기 포트(33)측 및 배기 포트(34)측에 각각 형성해도 좋다. 이 예에서는, 미소 개방 상태에 있어서, 2개의 미소 연통로(48) 및 관통로(45)를 거쳐서 가스가 배기된다. 또한, 이 경우에는 2개의 미소 연통로(48, 48) 중 한 쪽을 볼 부재(41)에 형성하고, 다른 쪽을 밸브 본체(32)에 형성해도 좋다.

또한, 전술한 성막 장치로서는, 산화 하프늄막을 성막하는 예에 대하여 설명했지만, 예를 들면 스트론튬(Sr), 티탄(Ti), 랜턴(La), 이트륨(Y) 등의 산화물 구체적으로는 HfSiO, SrTiO, LaO2 또는 Y doped HfO 등의 고유전체 재료, 혹은 실리콘 산화물(SiO2) 등을 성막하는 경우에 본 발명을 적용해도 좋다. 또한, ALD법 이외에도, CVD(Chemical Vapor Deposition)법에 의하여 이러한 산화물의 성막을 실시하는 경우에 본 발명을 적용해도 좋다. 또한, 이러한 성막 장치 이외에도, 예를 들면 에칭 처리나 애싱 처리를 실시하는 플라스마 처리 장치 등의 진공 처리 장치, 혹은 진공 분위기에서 웨이퍼(W)의 반송을 실행하는 진공 장치 예를 들면 복수의 진공 용기가 기밀하게 접속된 멀티 챔버 시스템에 있어서의 진공 반송실이나, 진공 분위기와 대기 분위기의 변환을 실시하는 로드락실 등에 본 발명의 볼 밸브가 개설 된 진공 배기로를 접속해도 좋다.

W : 웨이퍼 1 : 처리 용기
5 : 커버체 24 : 진공 펌프
31 : 볼 밸브 33 : 흡기 포트
34 : 배기 포트 37 : 회동축
41 : 볼 부재 44 : 시일 부재
45 : 관통로 46 : 개구부
47 : 가스 통류구 48 : 미소 연통로

Claims (5)

1. 진공 배기로에 마련되는 진공 배기용의 볼 밸브에 있어서,
   흡기 포트와 배기 포트가 형성되고, 밸브실을 구성하는 밸브 본체와,
   이 밸브 본체내로 회동 가능하게 수납된 밸브체인 볼 부재와,
   이 볼 부재에 마련되고, 상기 흡기 포트와 배기 포트를 연통시키기 위한 가스 유로를 이루는 관통로와,
   상기 흡기 포트와 배기 포트의 사이를 개폐하기 위해서 상기 관통로에 직교 하는 축의 주위에 상기 볼 부재를 회동시키기 위한 회동축과,
   상기 배기 포트의 주연에 마련되며, 상기 볼 부재와 밸브 본체 사이를 기밀하게 시일하기 위한 시일 부재와,
   상기 회동축을 회동시켜서, 흡기 포트와 배기 포트 사이가 연통하는 전부 개방 상태와, 양 포트의 사이가 차단되는 폐지 상태와, 상기 관통로의 일단이 흡기 포트 및 배기 포트의 한 쪽의 개구부에 임하며, 상기 관통로의 타단이 흡기 포트 및 배기 포트의 다른 쪽의 개구부로부터 은폐되는 미소 개방 상태 중 하나가 되도록 상기 관통로를 위치시키기 위한 구동부와,
   상기 볼 부재 및 밸브 본체 중 적어도 한 쪽에 마련되며, 상기 미소 개방 상태 때에, 상기 관통로의 타단과, 흡기 포트 및 배기 포트의 다른 쪽의 개구부의 사이를 미소한 간극에 의하여 연통시키기 위한 미소 연통로를 구비한 것을 특징으로 하는
   진공 배기용의 볼 밸브.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 미소 연통로는 관통로와 볼 부재의 외면 사이를 관통하는 관통공인 것을 특징으로 하는
   진공 배기용의 볼 밸브.
3. 제 1 항에 있어서,
   상기 미소 연통로는 상기 밸브 본체의 내벽면에 형성된 홈부인 것을 특징으로 하는
   진공 배기용의 볼 밸브.
4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 미소 연통로는 상기 흡기 포트 측에 마련되어 있는 것을 특징으로 하는
   진공 배기용의 볼 밸브.
5. 처리 용기에 일단측이 접속된 진공 배기로와,
   이 진공 배기로에 개설되는 제 1 항에 기재된 진공 배기용의 볼 밸브와,
   상기 진공 배기로의 타단측에 접속된 진공 배기 기구를 구비한 것을 특징으로 하는
   진공 배기 장치.
   

Images