KR20190051832A - 릴리프 밸브 및 기판 처리 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은, 구조가 간소한 릴리프 밸브를 제공하는 것, 및 진공 영역 하에서 기판에 대하여 처리를 행하고, 처리 용기 내에서 처리 영역과 다른 영역이 구획 부재를 통해서 서로 구획되는 장치에 있어서, 양 영역의 사이에 압력 변동이 있어도 순간적으로 압력차가 설정 범위에 들어갈 수 있는 기술을 제공하는 것이다. 처리 영역(S1)과 히터 영역(S2)을 연통하기 위한 연통구(42)의 구멍 테두리부에 그 상측에서의 주연부가 압박되는 환상의 제1 밸브체(51)와, 제1 밸브체(51)의 개구부(51a)의 구멍 테두리부에서의 상면측에 당해 개구부(51a)를 막도록 압박되는 제2 밸브체(53)와, 제1 밸브체(51)를 연통구(42)의 구멍 테두리부에 압박하기 위한 압축 스프링으로 이루어지는 제1 스프링(52)과, 제2 밸브체(53)를 상기 개구부(51a)의 구멍 테두리부에 압박하기 위한 인장 스프링으로 이루어지는 제2 스프링(54)을 구비한다.

Description

릴리프 밸브 및 기판 처리 장치{RELIEF VALVE AND SUBSTRATE PROCESSING APPARATUS}

본 발명은 릴리프 밸브에 관한 것으로, 나아가 릴리프 밸브를 적용한, 진공 분위기에서 기판을 처리하는 기판 처리 장치에 관한 것이다.

반도체 장치의 제조 공정에 사용되는 성막 장치의 하나로서, 복수매의 기판인 반도체 웨이퍼(이하, 「웨이퍼」라고 함)를 공전시키면서 성막을 행하는, 세미 뱃치식 등으로 불리고 있는 장치가 알려져 있다. 이 성막 장치는, 처리 용기 내에 설치되는 회전 테이블에 복수매의 웨이퍼가 둘레 방향으로 적재되고, 당해 회전 테이블의 회전에 의해 웨이퍼가 공전하면서 진공 분위기 하에서 성막이 행해진다. 회전 테이블의 하방측에는, 예를 들어 카본 와이어 히터로 이루어지는 가열 기구가 배치되고, 가열 기구가 배치되는 영역과 회전 테이블이 회전하는 처리 영역의 사이는, 석영판에 의해 기밀하게 구획되어 있다. 성막 프로세스로서는, 기판이 원료 가스의 공급 영역과, 원료 가스와 반응하는 반응 가스의 공급 영역을 교대로 반복해서 통과함으로써 소위 ALD(Atomic Layer Deposition) 등으로 불리고 있는 방법이 실시된다.

가열 기구가 배치되는 영역에는 불활성 가스가 공급되어, 당해 영역의 압력과 처리 영역의 압력의 압력차가, 석영판이 파손되지 않는 크기로 되도록 조정되어 있다. 그러나 처리 용기 내에서 급격한 압력 변동이 일어났을 때는, 상기 압력차가 커져, 석영판이 파손될 우려가 있다. 세미 배치 방식의 성막 장치는, 처리 용기 내의 면적이 넓으므로, 석영판도 대형화하고, 이 때문에 상기 압력차가 예를 들어 133.3 내지 166.6Pa 정도이어도 파손되는 경우가 있다.

특허문헌 1에는, 가열 기구가 배치되는 영역과, 기판이 적재되는 공간을 진공 배기하기 위한 배기관의 사이를 배관으로 접속해서 당해 배관에 밸브를 설치하고, 당해 영역의 압력을 검출하는 압력계 및 배기관 내의 압력을 검출하는 압력계를 설치하여, 각 압력계의 압력 검출값의 차에 따라서 밸브를 개폐하는 기술이 기재되어 있다.

특허문헌 1의 기술에 의하면, 가열 기구가 배치되는 영역과 처리 영역의 압력차는 설정값 내에 수렴되지만, 차압이 발생한 시점부터 밸브가 개방되어, 배기관과 가열 기구가 배치되는 영역이 연통될 때까지 시간 지연이 발생한다. 이 때문에, 순간적인 차압 변동에 추종할 수 없기 때문에, 마진을 보고 석영판의 두께를 크게 해서 강도에 여유를 갖게 할 필요가 있다.

또한, 접속용 배관, 당해 배관을 가열하는 배관 히터, 밸브, 압력계, 압력 제어를 행하기 위한 제어 기판 등이 필요하게 되므로, 제조 비용의 저렴화를 방해하는 요인의 하나가 되고, 구조가 복잡화하여, 구조 부분의 배치 스페이스를 필요로 한다.

특허문헌 2에는, 처리 용기 내와 조작 공간의 사이에 덮개가 개재하고, 덮개 내에는, 처리 용기 내를 진공 영역으로 하기 위한 유로에 설치된 진공 유지용 밸브 기구와, 처리 용기 내를 가압 영역으로 하기 위한 유로에 설치된 가압 유지용 밸브 기구를 설치한 구성이 기재되어 있다. 진공 유지용 밸브 기구 및 가압 유지용 밸브 기구는, 각각 다이어프램과 스프링을 조합해서 구성되어, 진공 유지용 밸브 기구는 진공-대기압간의 압력차(약 1.033kgf/cm² 정도)를 사용하고, 또한 가압 유지용 밸브 기구는, 가압- 대기압간의 압력차(약 100Torr 정도)를 사용해서 각각 개폐 동작을 행한다. 특허문헌 2의 밸브 기구는, 본 발명의 구성과는 상이하다.

일본 특허 공개 제2012-89561호 공보(단락 0049) 일본 특허 공개 제2004-214640호 공보(단락 0028, 0029, 0035)

본 발명은 이러한 사정에 기초해서 이루어진 것이며, 그 목적은, 진공 영역 하에서 기판에 대하여 처리를 행하고, 처리 용기 내에서 처리 영역과 다른 영역이 구획 부재를 통해서 서로 구획되는 장치에 있어서, 양 영역의 사이에 압력 변동이 있어도 순간적으로 압력차가 설정 범위에 들어갈 수 있는 기술을 제공하는 데 있다. 또한 다른 목적은, 제1 영역과 제2 영역의 사이에서 압력 변동이 있어도 순간적으로 압력차가 설정 범위에 들어가고, 구조가 간소한 릴리프 밸브를 제공하는 데 있다.

본 발명은, 제1 영역과 제2 영역이 서로 연통되는 연통구에 설치되고, 제1 영역 및 제2 영역의 사이의 압력차가 미리 정해진 값을 초과했을 때, 압력차가 미리 정해진 범위 내에 수렴되도록 동작하는 릴리프 밸브이며,

상기 연통구의 구멍 테두리부에 그 주연부가 압박되고 중앙에 개구부를 갖는 환상의 제1 밸브체와,

상기 제1 밸브체의 개구부의 구멍 테두리부에서 당해 개구부를 막도록 압박되는 제2 밸브체와,

상기 제1 밸브체를 상기 연통구의 구멍 테두리부에 압박하기 위한 압축 스프링 또는 인장 스프링으로 이루어지는 제1 스프링과,

상기 제2 밸브체를 상기 개구부의 구멍 테두리부에 압박하기 위한 압축 스프링 또는 인장 스프링으로 이루어지는 제2 스프링을 포함하고,

제1 영역과 제2 영역의 압력차에 따라, 상기 제2 밸브체에 의해 상기 제1 밸브체의 개구부를 막은 상태에서, 제1 밸브체가 상기 제1 스프링의 복원력에 저항해서 상기 연통구의 구멍 테두리부로부터 이격되어 당해 연통구를 개방하는 상태와, 상기 제1 밸브체가 상기 연통구의 구멍 테두리부에 압박된 상태에서, 제2 밸브체가 상기 제2 스프링의 복원력에 저항해서 상기 개구부의 구멍 테두리부로부터 이격되어 당해 개구부를 개방하는 상태 중 한쪽이 형성됨으로써, 제1 영역과 제2 영역이 서로 연통되는 것을 특징으로 한다.

다른 발명은, 기판을 진공 영역 내에서 처리하기 위한 처리 용기와,

기판이 적재되는 공간을 진공 배기하기 위해 처리 용기 내에 개구되는 배기구와,

상기 처리 용기 내에 설치되고, 기판을 처리하는 처리 영역인 제1 영역과 당해 제1 영역에 인접하는 제2 영역을 구획하는 구획 부재와,

상기 제1 영역과 제2 영역의 사이에 설치된 본 발명의 릴리프 밸브를 구비한 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치.

본 발명은, 제1 영역과 제2 영역이 서로 연통되는 연통구에 설치되는 릴리프 밸브에 있어서, 환상의 제1 밸브체와, 제1 밸브체의 개구부를 막도록 압박되는 제2 밸브체를 사용하여, 양 영역의 차압이 소정값 이하이면, 제1 밸브체가 제2 밸브체와 일체로 된 상태에서 연통구를 막도록 구성하고 있다. 그리고, 상기 차압이 소정값을 초과했을 때는, 제1 영역 및 제2 영역의 사이의 압력 대소 관계에 따라, 제1 밸브체가 제2 밸브체와 일체로 된 상태에서 연통구를 개방하는 상태, 또는 제1 밸브체가 제2 밸브체로부터 이격된 상태 중 어느 것이 형성된다. 이들 상태는, 제1 밸브체 및 제2 밸브체에 인장 스프링 및 압축 스프링 중 어느 것을 조합함으로써 형성할 수 있다.

따라서, 일 방향용 릴리프 밸브와 반대 방향용 릴리프 밸브를 각각 별도로 설치하지 않고, 쌍방향의 릴리프 기능을 공통의 밸브에 부여하고 있으므로, 쌍방향의 릴리프 기능을 간소화한 구조에 의해 달성할 수 있다.

또한, 진공 영역 하에서 기판에 대하여 처리를 행하고, 처리 용기 내에서 처리 영역과 다른 영역이 구획 부재를 통해서 서로 구획되는 장치에 있어서, 상술한 릴리프 밸브를 적용함으로써, 양 영역의 사이에 압력 변동이 있어도 순간적으로 압력차가 설정 범위에 들어간다. 따라서 구획 부재의 강도로서 마진을 적게 어림잡을 수 있고, 또한 압력계 등이 불필요해지는 등, 구조를 간소화할 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시 형태에 관한 기판 처리 장치의 종단 측면도이다.
도 2는 상기 기판 처리 장치의 횡단 평면도이다.
도 3은 상기 기판 처리 장치에 설치된 본 발명의 릴리프 밸브를 도시하는 단면도이다.
도 4는 릴리프 밸브의 제1 밸브체, 제1 스프링, 제2 밸브체, 제2 스프링을 도시하는 사시도이다.
도 5는 릴리프 밸브의 동작을 도시하는 설명도이다.
도 6은 릴리프 밸브의 동작을 도시하는 설명도이다.
도 7은 릴리프 밸브의 다른 예를 도시하는 단면도이다.
도 8은 릴리프 밸브의 다른 적용예를 도시하는 단면도이다.
도 9는 도 8에 도시한 릴리프 밸브의 동작을 도시하는 설명도이다.
도 10은 도 8에 도시한 릴리프 밸브 유닛, 및 도 8 이외의 다른 릴리프 밸브 유닛 각각의 외관을 도시하는 외관도이다.
도 11은 릴리프 밸브의 또 다른 예를 도시하는 단면도이다.
도 12는 릴리프 밸브의 또 다른 예를 도시하는 단면도이다.

도 1 및 도 2는, 본 발명의 릴리프 밸브를 적용한 진공 처리 장치의 실시 형태를 도시하는 도면이다. 진공 처리 장치는, 원료 가스 및 반응 가스를 교대로 웨이퍼(W)에 공급해서 성막을 행하는, 소위 ALD(Atomic Layer Deposition)법을 이용한 성막 장치이며, 진공 처리 장치의 개요는 다음과 같다.

a) 처리 용기(1) 내에 설치한 회전 테이블(2)에 복수매의 기판인 웨이퍼(W)를 적재하고, 회전 테이블(2)의 회전에 의해 웨이퍼(W)를, 원료 가스 영역, 반응 가스 영역에 교대로 반복해서 통과시켜 성막 처리를 행한다.

b) 회전 테이블(2)의 하방측에 가열 기구(3)가 설치되고, 회전 테이블(2)이 배치되는 처리 영역(S1)과 가열 기구(3)가 배치되는 영역(S2)을 구획하기 위해서, 회전 테이블(2)과 가열 기구(3)의 사이에 석영판(4)이 설치되어 있다.

c) 가열 기구(3)가 배치되는 영역(S2)에는 퍼지 가스가 공급되고, 당해 영역(S2)과 처리 영역(S1)의 사이의 압력차를 소정 범위 내로 억제하기 위해서, 석영판(4)에 본 발명의 릴리프 밸브(5)가 설치된다.

계속해서 진공 처리 장치의 상세에 대해서 설명한다. 처리 용기(1)는, 대략 편평한 원통형으로 형성된, 예를 들어 알루미늄으로 이루어지는 진공 용기로서 구성되어 있다. 회전 테이블(2)에는, 복수매, 예를 들어 5매의 웨이퍼(W)를 둘레 방향으로 적재할 수 있도록, 웨이퍼(W)보다도 약간 사이즈가 큰 오목부로 이루어지는 적재부(21)가 둘레 방향을 따라 등간격으로 형성되어 있다.

처리 용기(1)의 중앙부에는 회전 지지부(22)가 설치되고, 회전 테이블(2)은 회전 지지부(22)에 그 중심부가 지지되어 있다. 회전 지지부(22)는, 모터를 포함하는 회전 기구(23)에 의해 연직축 주위로 회전할 수 있도록 구성되고, 따라서 회전 테이블(2)은 수평하게 회전해서 웨이퍼(W)를 공전시킨다.

가열 기구(3)가 배치되는 영역(S2)을 히터 영역(S2)이라고 칭하기로 하면, 히터 영역(S2)은, 처리 용기(1)의 저면부에 있어서, 상기 적재부(21)의 통과 영역에 대응하는 영역에 형성된 환상의 오목부에 의해 구성되어 있다. 가열 기구(3)는, 예를 들어 처리 용기(1)의 둘레 방향을 따라 예를 들어 동심원상으로 설치되는 카본 와이어 히터에 의해 구성된다.

히터 영역(S2)의 하면의 예를 들어 2군데에는, 예를 들어 질소 가스인 불활성 가스를 사용한 퍼지 가스가 외부로부터 공급되는 퍼지 가스 공급로(31)의 하류단이 개구되어 있다.

석영판(4)은 환상으로 형성되고, 히터 영역(S2)을 덮도록 처리 용기(1)의 저면부 상에 배치됨과 함께 주연은 처리 용기(1)의 내주벽에 맞닿아 있다. 석영판(4)은, 처리 영역(S1) 및 히터 영역(S2)을 구획하는 구획 부재에 상당하고, 예를 들어 10mm의 두께로 만들어져 있다. 히터 영역(S2)은, 예를 들어 국소적으로 석영판(4)과의 사이에 약간의 간극이 형성되어 있어, 퍼지 가스 공급로(31)로부터 공급되는 퍼지 가스가 처리 영역(S1)측에 흐르도록 소정의 압력(진공도)으로 유지되어 있다.

처리 용기(1) 내에는, 처리 용기(1)의 내주면 및 천장면을 덮도록 예를 들어 석영으로 이루어지는 커버 부재(이너 플레이트)(41)가 설치되어 있다. 커버 부재(41)는, 처리 가스에 의해 처리 용기(1)가 부식되는 것을 방지하기 위해서 사용되고 있다. 구획 부재 및 커버 부재(41)의 재질은, 석영에 한정되는 것이 아니라, 처리 가스에 대하여 내식성이 있는 재료이면 된다.

도 2에 도시한 바와 같이 처리 용기(1) 내에는, 원료 가스 흡착 영역(P1), 분리 영역(P2), 반응 영역(P3), 분리 영역(P4)이 이 순서대로 시계 방향으로 할당되어 있다.

원료 가스 흡착 영역(P1)에는, 처리 용기(1)의 직경 방향으로 신장되는 원료 가스 노즐(11)이 처리 용기(1)의 주위벽에 고정되어 있다. 원료 가스 노즐(11)은, 하측에 원료 가스를 토출하도록 길이 방향으로 복수의 가스 토출 구멍(11a)이 배열되어 있고, 가스 토출 구멍의 배열 영역은, 웨이퍼(W)의 통과 영역에 대향하고 있다. 원료 가스 노즐(11)의 기단측은 처리 용기(1)의 주위벽 내를 통해서 외부의 가스 공급관에 접속되고, 가스 공급관은 밸브 등의 가스 공급 제어 기기를 통해서 원료 가스 공급원(111)에 접속되어 있다.

또한, 도 1에서는, 장치 구성의 이해를 용이하게 하기 위해서, 원료 가스 노즐(11)을 후술하는 배기구(15)에 대하여 평면적으로 겹친 상태로 기재하고 있다.

분리 영역(P2)에는, 처리 용기(1)의 중앙부로부터 외주측을 향함에 따라서 가로 폭이 서서히 넓어지는 부채형의 플레이트로 이루어지는 분리판(12)이 처리 용기(1)의 천장면과 회전 테이블(2)의 사이에 배치되어 있다. 분리판(12)의 하면측에는, 길이 방향으로 분리 가스 토출 구멍이 배열된 분리 가스 노즐(13)이 원료 가스 노즐(11)과 마찬가지로 설치되어 있다. 도 2에서, 131은, 분리 가스 공급원이다. 분리판(12)의 하면의 수직위치는, 원료 가스 흡착 영역(P1) 및 반응 영역(P3)에서의 커버 부재(41)의 상면보다도 낮게 되어 있어, 질소 가스 등의 불활성 가스로 이루어지는 분리 가스를 분리판(12)의 하면측에 공급함으로써, 원료 가스와 반응 가스의 혼합을 억제하고 있다.

반응 영역(P3)에는, 길이 방향으로 반응 가스 토출 구멍이 배열된 반응 가스 노즐(14)이 원료 가스 노즐(11)과 마찬가지로 설치되어 있다. 반응 가스 노즐(14)의 기단측은, 가스 공급 제어 기기를 통해서 반응 가스 공급원(141)에 접속되어 있다.

분리 영역(P4)은, 원료 가스 흡착 영역(P1)과 반응 영역(P3)의 사이에 위치하여, 분리 영역(P2)과 마찬가지로 구성되어 있다.

웨이퍼(W)에 성막되는 막종의 일례가 실리콘 산화막이라고 하면, 원료 가스는, 실리콘 원료인 예를 들어 비스터셔리부틸아미노실란(BTBAS) 가스가 사용되고, 반응 가스는, BTBAS와 반응해서 산화 실리콘을 생성하는 예를 들어 오존 가스가 사용된다.

반응 영역(P3)의 상방측에는, 반응 가스가 활성화되도록 플라스마 생성 기구를 설치할 수도 있다.

웨이퍼(W)에 대한 성막 처리는, 회전 테이블(2)의 상면측에서 행하여지지만, 본 명세서에서는, 석영판(4)에 의해 구획되는 「히터 영역」이라는 용어에 대응시켜, 석영판(4) 및 커버 부재(41)에 의해 둘러싸여 있는 영역, 즉 배기구(15)에 의해 진공 배기되어 압력이 컨트롤되는 영역을, 편의상 「처리 영역」이라고 칭하고 있다.

처리 용기(1)의 천장부에서의 중앙부에는, 커버 부재(41)의 중앙부와 회전 지지부(22)의 사이에 퍼지 가스를 공급하는 퍼지 가스 공급로(32)가 형성되어 있다. 이 퍼지 가스는, 커버 부재(41)의 중앙부와 회전 지지부(22)의 사이를 통해서 원료 가스와 반응 가스가 혼합되는 것을 억제하고 있다.

처리 용기(1)의 저면부에서의 히터 영역(S2)의 외측에는, 배기구(15)가 개구되어 있다. 배기구(15)는, 석영판(4) 및 상기 저면부에 개구를 형성하고, 개구 내에 배기 슬리브를 끼워 넣음으로써 형성되어 있다. 배기구(15)는, 배기관(16)을 포함하는 배기로를 통해서 진공 배기 기구(17)에 접속되어 있다. 배기관(16)에는 도시하고 있지 않지만, 처리 영역(S1)의 압력을 조정하기 위해서 압력 조정부가 설치되어 있다.

이 예에서는 배기구(15)는, 원료 가스 흡착 영역(P1)에 있어서 분리 영역(P2)에 치우친 위치와, 반응 영역(P3)에 있어서 분리 영역(P4)에 치우친 위치의 2군데에 형성되어 있다.

또한, 처리 용기(1)의 둘레면부에 있어서, 반응 영역(P3)에 면하는 부위에는, 외부의 웨이퍼 반송 기구에 의해 웨이퍼(W)를 처리 용기(1) 내에 반출입하기 위한 반송구(24)가 설치되어 있다. 25는 반송구(24)를 개폐하는 게이트 밸브이다. 처리 용기(1)에서의 반송구(24)에 면하는 영역의 하방측에는, 웨이퍼(W)의 전달 시에 있어서의 회전 테이블(2)의 정지 위치에 대응한 위치에, 웨이퍼(W)를 지지하기 위한 3개의 승강 핀(도시하지 않음)이 설치되어 있다. 이들 승강 핀이 처리 용기(1)의 하방측으로부터 히터 영역(S2), 석영판(4) 및 회전 테이블(2)의 적재부(21)를 뚫고 나가, 기판 반송 기구와의 협동 작용에 의해 웨이퍼(W)가 기판 반송 기구로부터 적재부(21)에 전달된다.

히터 영역(S2) 내에는, 승강 핀이 삽입되는 석영제의 슬리브가 설치되고, 히터 영역(S2)과 승강 핀의 이동 영역은 기밀하게 구획되어 있다.

이어서, 본 발명의 릴리프 밸브(5)에 대해서 설명한다. 도 1에서는 릴리프 밸브(5)를 점선의 해칭으로 나타내고 있고, 도 3에서는, 릴리프 밸브(5)의 상세 구조를 나타내고 있다. 가열 기구(3)보다도 처리 용기(1)의 외주측에서 벗어난 위치에 있어서, 석영판(4)에, 처리 영역(S1)과 히터 영역(S2)을 연통하는 원 형상의 연통구(42)가 형성되어 있다. 44는, 시일재인 O링이다.

릴리프 밸브(5)는, 도 3 및 도 4의 (a)에 도시하는 바와 같이 환상의 제1 밸브체(51)를 구비하고 있고, 제1 밸브체(51)는, 하단이 히터 영역(S2)의 저면에 접촉하는 압축 스프링으로 이루어지는 제1 스프링(52)에 의해, 연통구(42)의 구멍 테두리부의 하면에 그 상면이 압박되어 있다.

또한, 릴리프 밸브(5)는, 도 3 및 도 4의 (b)에 도시하는 바와 같이 제1 밸브체(51)의 개구부(51a)보다도 직경이 큰 원형의 제2 밸브체(53)를 구비하고 있고, 제2 밸브체(53)는, 하단이 히터 영역(S2)의 저면에 접촉하는 인장 스프링으로 이루어지는 제2 스프링(54)에 의해, 제1 밸브체(51)의 개구부(51a)의 구멍 테두리부에서의 상면에 그 하면이 압박되어 있다.

제1 스프링은(52)은 코일 형상으로 형성되고, 제2 스프링(54)은, 제1 스프링(52)인 코일 내에 위치하고 있다.

릴리프 밸브(5)는 다음과 같이 동작한다. 우선 히터 영역(S2)의 압력이 처리 영역(S1)의 압력보다도 설정 압력차 이상 높아졌을 때는, 도 5에 도시하는 바와 같이 제2 스프링(54)(인장 스프링)의 복원력에 저항해서 제2 밸브체(53)가 밀려 올라간다. 이에 의해 연통구(42)가 개방되어 히터 영역(S2)과 처리 영역(S1)이 연통되고, 히터 영역(S2) 내의 불활성 가스가 처리 영역(S1) 내에 유입되어 히터 영역(S2)과 처리 영역(S1)의 압력차가 작아진다. 이 압력차가 설정 압력차보다도 작아지면, 제2 스프링(54)의 복원력에 의해 제2 밸브체(53)가 밀려 내려가서 제1 밸브체(51)의 개구부(51a)를 폐쇄한다. 이 때문에 히터 영역(S2)과 처리 영역(S1)의 연통이 차단된다.

한편, 처리 영역(S1)의 압력이 히터 영역(S2)의 압력보다도 설정 압력차 이상 높아졌을 때는, 도 6에 도시하는 바와 같이 제1 스프링(52)(압축 스프링)의 복원력에 저항해서 제1 밸브체(51)가 밀려 내려간다. 제2 밸브체(53)는, 제2 스프링(54)에 의해 밀려 내려가는 방향으로 가압되어 있으므로, 제1 밸브체(51)에 압접된 상태에서 밀려 내려간다. 이에 의해 연통구(42)가 개방되어 처리 영역(S1)과 히터 영역(S2)이 연통되고, 처리 영역(S1) 내의 가스가 히터 영역(S2) 내에 유입되어 영역(S1, S2)간의 압력차가 작아진다. 이 압력차가 설정 압력차보다도 작아지면, 제1 스프링(52)의 복원력에 의해 제1 밸브체(51)가 밀려 올라가서 연통구(42)를 폐쇄한다. 이 때문에 처리 영역(S1)과 히터 영역(S2)의 연통이 차단된다.

설정 압력차는, 예를 들어 66.6Pa(0.5Torr)로 설정되고, 이 압력차에 의해 릴리프 밸브(5)의 개폐가 행해지도록, 제1 스프링(52) 및 제2 스프링(54)의 스프링 상수가 설정된다.

도 1에 도시한 바와 같이 기판 처리 장치에는, 컴퓨터로 이루어지는 제어부(10)가 설치되어 있고, 제어부(10)에는 프로그램이 저장되어 있다. 이 프로그램에 대해서는, 성막 장치의 각 부에 제어 신호를 송신해서 각 부의 동작을 제어하여, 후술하는 처리가 실행되도록 스텝 군이 짜여져 있다. 이 프로그램은, 하드 디스크, 콤팩트 디스크, DVD, 메모리 카드 등의 기억 매체에 저장되어, 제어부(10)에 인스톨된다.

이어서 상술한 실시 형태의 작용에 대해서 설명한다. 게이트 밸브(25)가 개방된 후, 외부의 기판 반송 기구에 의해 5매의 웨이퍼(W)가 회전 테이블(2)의 각 적재부(오목부)(21)에 이미 설명한 바와 같이 해서 순차 전달된다. 이어서 처리 용기(1)의 반송구(24)를 게이트 밸브(25)에 의해 폐쇄한다. 적재부(21)에 적재된 웨이퍼(W)는, 가열 기구(3)에 의해 예를 들어 300 내지 350℃로 가열된다. 그리고 배기구(15)로부터의 배기에 의해, 처리 용기(1) 내가 예를 들어 2torr(266.6Pa)의 압력으로 설정됨과 함께, 회전 테이블(2)이 시계 방향으로 소정의 회전수로 회전한다.

이에 의해 웨이퍼(W)는, 원료 가스 흡착 영역(P1), 분리 영역(P2), 반응 영역(P3), 분리 영역(P4)을 차례로 통과하여, 원료 가스 흡착 영역(P1)에서의 원료 가스, 예를 들어 BTBAS의 흡착과, 반응 영역(P3)에서의 반응 생성물의 생성이 반복해서 행하여진다. 이 예에서는, 반응 영역(P3)에서는, 웨이퍼(W)에 흡착된 BTBAS와 반응 가스 노즐(14)로부터 공급된 오존 가스가 반응해서 산화 실리콘의 분자층이 생성되고, 이 분자층이 순차 적층되어 간다.

분리 영역(P2, P4)에서는 분리 가스인 질소 가스가 공급되어, 부채형의 분리판(12)의 둘레 방향 양측으로부터 분리 가스가 유출됨으로써, 원료 가스와 반응 가스의 혼합이 억제되어 있다.

또한, 이미 설명한 바와 같이 히터 영역(S2)에는 퍼지 가스가 공급되고, 이 퍼지 가스는 도시하지 않은 간극을 통해서 처리 영역(S1)에 유출되어, 처리 영역(S1)과 히터 영역(S2)은 동일한 압력으로 되어 있다. 여기에서 예를 들어 가스 공급계의 트러블 또는 배기관(16)에 설치된 버터플라이 밸브 등의 압력 조정부의 문제가 발생하고, 처리 영역(S1)의 압력에 대해서 히터 영역(S2)의 압력이 높아져서 그 압력차가 급격하게 커지려고 했다고 하자. 이 경우에는, 압력차가 릴리프 밸브(5)의 설정 압력차, 예를 들어 66.6Pa로 되었을 때, 상술한 바와 같이(도 5 참조) 제2 밸브체(53)가 밀려 올라가고, 이에 의해 연통구(42)가 개방되어 히터 영역(S2)으로부터 처리 영역(S1)에 가스가 유입되어, 양 영역(S1, S2)의 압력이 일정하게 된다.

반대로, 히터 영역(S2)의 압력에 대하여 처리 영역(S1)의 압력이 높아져서 그 압력차가 급격하게 커지려고 했다고 하자. 이 경우에는, 상술한 바와 같이(도 6 참조) 제2 밸브체(53)가 제1 밸브체(51)에 압박된 채, 제1 밸브체(51)가 밀려 내려가고, 이에 의해 연통구(42)가 개방되어 처리 영역(S1)으로부터 히터 영역(S2)에 가스가 유입되어, 양 영역(S1, S2)의 압력이 일정하게 된다.

상술한 실시 형태에 따르면, 처리 영역(S1) 및 히터 영역(S2)의 사이가 석영판(4)에 의해 구획되는 구조에 있어서, 릴리프 밸브(5)를 설치하고 있기 때문에, 어느 것의 영역(S1, S2)에 급격한 압력 변동이 일어나도, 릴리프 밸브(5)가 순간적으로 개방되기 때문에, 양 영역(S1, S2)간에 큰 압력차가 발생하지 않는다. 이 때문에 석영판(4)에는 큰 압력이 가해지지 않으므로, 석영판(4)의 파손을 피할 수 있다. 석영판(4)으로서는 대면적의 것이 사용되어, 작은 압력차에 의해 파손되기 쉬우므로, 본 실시 형태의 구조는 유효하다. 다른 견해에서 보면, 석영판(4)으로서 릴리프 밸브(5)가 동작하는 설정 압력차에 견딜 수 있을 정도의 강도의 것을 사용할 수 있으므로, 강도에 대해서 큰 마진을 어림잡을 필요가 없어진다.

그리고, 환상의 제1 밸브체(51)와, 제1 밸브체(51)의 개구부를 막도록 압박되는 제2 밸브체(53)를, 압축 스프링(52) 및 인장 스프링(54)에 조합하여, 말하자면 쌍방향의 릴리프 밸브(5)를 구성하고 있다. 따라서, 처리 영역(S1)으로부터 히터 영역(S2)에 가스를 흘리는 전용의 일방향 릴리프 밸브와 히터 영역(S2)으로부터 처리 영역(S1)에 가스를 흘리는 전용의 일방향 릴리프 밸브를 사용하는 구조에 비해서 간소한 구조에 의해 릴리프 기능을 확보할 수 있다.

또한, 이러한 릴리프 밸브(5)를 사용함으로써, 히터 영역(S2)과 배기관(16)의 사이를 밸브를 구비한 배관으로 접속하는 경우에 비해, 압력 게이지 등도 포함해서 고가의 부품을 필요로 하지 않으므로, 제조 가격의 저렴화에 기여함과 함께, 장치 구성의 복잡화를 피할 수 있다.

또한 릴리프 밸브(5)의 제1, 제2 스프링(52, 54)을 히터 영역(S2)에 설치하고 있기 때문에, 처리 영역(S1)이 부식 분위기인 경우에는, 제1, 제2 스프링(52, 54)의 부식을 억제할 수 있어, 바람직한 구성이다.

릴리프 밸브(5)는, 도 3에 도시한 구조에 한하지 않고, 예를 들어 도 7에 도시한 구조이어도 된다. 도 7에서 61은 환상의 제1 밸브체, 62는 인장 스프링으로 이루어지는 제1 스프링, 63은 원형의 제2 밸브체, 64는 압축 스프링으로 이루어지는 제2 스프링이다. 제1 밸브체(61)는 하단이 히터 영역(S2)의 저면에 접촉하는 인장 스프링으로 이루어지는 제1 스프링(62)에 의해, 연통구(42)의 구멍 테두리부의 상면에 그 하면이 압박되어 있다. 제2 밸브체(63)는, 하단이 히터 영역(S2)의 저면에 접촉하는 압축 스프링으로 이루어지는 제2 스프링(64)이 의해, 제1 밸브체(61)의 개구부(61a)의 구멍 테두리부에서의 하면에 그 상면이 압박되어 있다.

도 7에 도시한 구조에서는, 히터 영역(S2)의 압력이 처리 영역(S1)의 압력보다도 설정 압력차 이상으로 높아졌을 때는, 제1 밸브체(61)가 제1 스프링(62)의 복원력에 저항해서 들어 올려져, 연통구(42)가 개방된다. 반대로 히터 영역(S2)의 압력보다도 처리 영역(S1)의 압력이 설정 압력차 이상으로 높아졌을 때는, 제2 밸브체(63)가 제2 스프링(64)의 복원력에 저항해서 밀려 내려가, 연통구(42)가 개방된다.

즉, 도 7의 예는, 도 3의 예에서의 제1 밸브체(51)와 제2 밸브체(53)의 상하의 배치를 반대로 함과 함께, 인장 스프링 및 압축 스프링의 배치를 반대로 해서 동등한 기능을 가지게 한 것이다.

릴리프 밸브(5)는, 처리 영역(S1)과, 커버 부재(41) 및 처리 용기(1)의 내벽의 사이의 영역(S3)과의 사이, 예를 들어 커버 부재(41)에 설치해도 된다. 커버 부재(41)는 처리 용기(1) 내에 나사 등으로 고정하지 않고 적재하고 있기 때문에, 양 영역(S2, S3)의 사이에 큰 압력차가 발생하면 위치 어긋남을 발생할 우려가 있다. 따라서 양 영역(S2, S3)의 사이에 릴리프 밸브(5)를 설치하는 구성은 유효하다.

릴리프 밸브(5)를 적용할 수 있는 부위의 예를 다음과 같이 들어 둔다.

진공 분위기를 형성하기 위한 처리 용기 내에 웨이퍼 등의 기판을 적재하고, 가열 램프에 의해 기판을 가열하거나, 또는 자외선 램프에 의해 자외선을 조사하는 장치가 알려져 있다. 이들 램프가 놓이는 분위기를 진공 분위기로 하고, 당해 분위기와 기판이 놓이는 처리 분위기의 사이에 석영판을 배치하는 경우, 이 석영판에 릴리프 밸브(5)를 설치해 두면, 석영판의 손상을 피할 수 있다.

또한, 반도체 제조 장치에 한하지 않고, 예를 들어 의약품의 제조 공장에서도 적용할 수 있다. 분체 재료로부터 의약품인 펠릿을 제조하는 공장에서는, 분체 재료의 칭량실, 분체 재료의 혼합실, 혼합 재료의 성형실 등이 서로 구획되어 반송 로봇에 의한 반송 영역을 따라 배열되고, 반송 영역과 각 공정실의 사이에는 도어가 설치되어 있음과 함께 공정실이 양압으로 설정되어 있다. 이러한 공장에 있어서, 반송 영역과 각 공정실의 사이에 릴리프 밸브(5)를 설치해 두면, 양쪽 분위기간에 급기계 등에 일시적인 트러블이 생겨서 큰 기압 차가 발생한 경우에도, 도어의 개폐를 지장없이 행할 수 있다.

도 8은, 본 발명의 릴리프 밸브의 다른 적용예를 도시하는 도면이며, 외관에 대해서는 도 10의 (a)에 도시되어 있다. 100은 제1 유로 부재, 200은 제2 유로 부재이다. 유로 부재(100, 200)는, 각각 원통부와 각통부를 연속 설치한 구조로 되어 있고, 유로 부재(100)의 원통부와 유로 부재(200)의 원통부가 적층되어, 서로 원통부의 중심을 회전 중심으로 해서 회전할 수 있도록 프레임체(300)에 지지되어 있다. 유로 부재(100, 200), 프레임체(300) 및 릴리프 밸브는 밸브 유닛을 구성하고 있지만, 이 밸브 유닛을 릴리프 밸브로서 취급할 수도 있고, 그 경우에는 릴리프 밸브 본체와 유로 부재에 의해 릴리프 밸브가 구성되어 있게 된다.

유로 부재(100)의 원통부의 저면부에는 개구부(101)가 형성됨과 함께, 유로 부재(200)의 원통부의 천장부에는, 개구부(101)보다도 큰 개구부(201)가 형성되고, 양 개구부(101, 201)는 동심으로 중첩되어 있다. 103은 시일재인 O링이며, 유로 부재(100, 200)끼리는, O링(103)에 의해 기밀을 유지한 상태에서 서로 회전할 수 있다.

개구부(101) 및 개구부(201)는 유로 부재(100, 200) 내를 연통하는 연통구에 상당하고, 이 연통구를 개폐하도록 릴리프 밸브가 설치되어 있다. 이 릴리프 밸브에 대해서는, 도 3에 도시한 릴리프 밸브에 사용한 부호와 동일한 부호를 사용하고 있다.

유로 부재(100)의 원통부의 저면부 및 유로 부재(200)의 원통부의 천장부의 적층체는, 도 3의 석영판(4)에 상당하므로, 구조 및 동작은, 도 3에 도시한 릴리프 밸브(5)와 동일하여, 그 설명에 대해서는 생략한다. 도 9는 도 8에 도시한 밸브 유닛 내의 릴리프 밸브(5)가 개방되었을 때의 동작, 이 예에서는 제1 유로 부재(100) 내의 압력이 제2 유로 부재(200) 내의 압력보다도 설정 압력차를 초과해서 높은 상태로 되었을 때의 동작을 나타내고 있다. 이 경우, 하방측의 제1 밸브체(51)가 밀려 내려갔을 때, 제1 밸브체(51)의 상면이 제2 유로 부재(200)의 천장부의 하면보다도 d(도 9 참조)의 거리만큼 낮아진다.

따라서, 제1 밸브체(51)가 연통구의 구멍 테두리부로부터 이격되었을 때 형성되는 간극이 유로 부재(200) 내에서의 릴리프 밸브(5)로부터 가로로 이격된 위치에서 보이는 상태가 형성된다. 바꿔 말하면, 제1 밸브체(51)가 연통구의 구멍 테두리부로부터 이격되었을 때 제1 밸브체(51)의 이동 방향과 직교하는 방향으로 제2 유로 부재(200)의 유로가 신장되어 있게 된다.

또한 제2 유로 부재(200) 내의 압력이 제1 유로 부재(100)의 압력보다도 설정 압력차를 초과해서 제2 밸브체(53)가 밀려 올라갔을 때도, 제2 밸브체(53)의 하면이 제1 유로 부재(100)의 저면부의 상면보다도 높아진다. 이 때문에, 제2 밸브체(53)가 제1 밸브체(51)로부터 이격되었을 때 제2 밸브체(53)의 이동 방향과 직교하는 방향으로 제1 유로 부재(100)의 유로가 신장되어 있게 된다.

이러한 구조에 의하면, 각 유로 부재(100, 200) 내의 유로 내를 흐르는 가스로부터 릴리프 밸브(5)를 보았을 때 앞길을 방해하는 정도가 작으므로, 바꿔 말하면 컨덕턴스를 크게 취할 수 있으므로, 압력차를 보다 한층 빠르게 완화할 수 있다.

도 10의 (b)는 제1 유로 부재(100)와 제2 유로 부재(200)가 서로 90도만큼 어긋나게 배치한 구조를 도시하고 있다. 또한 도 10의 (c)는 제1 유로 부재(100)와 제2 유로 부재(200)가 반대 방향으로 신장되도록 배치한 구조를 도시하고 있다.

유로 부재(100, 200)는, 도 10의 예에서는 각각 원통부와 각통부를 연속 설치한 구조로 해서 구성되어 있지만, 원통부와 원통부를 연접한 구조로 해도 되고, 또는 각통부와 각통부를 연접한 구조로 해도 된다.

이어서, 본 발명의 릴리프 밸브(5)를 이미 설명한 제1 유로 부재(100) 및 제2 유로 부재(200)의 사이에 개재시킨 구조예를 들어서, 릴리프 밸브(5)의 다른 구조예에 대해서 도 11 및 도 12에 도시해 둔다.

도 11에 도시한 릴리프 밸브(5)는, 도 3에 도시한 릴리프 밸브(5)에 있어서, 제2 밸브체(53)를 제1 밸브체(51)에 압박하기 위한 제2 스프링으로서, 제1 유로 부재(100)측에 설치한 압축 스프링(부호 74로 나타내고 있음)을 사용하고 있다.

또한, 도 12에 도시한 릴리프 밸브(5)는, 도 7에 도시한 릴리프 밸브(5)에 있어서, 제2 밸브체(63)를 제1 밸브체(61)에 압박하기 위한 제2 스프링으로서, 제1 유로 부재(100)측에 설치한 인장 스프링(부호 84로 나타내고 있음)을 사용하고 있다.

도 11, 도 12에 도시한 릴리프 밸브(5)에 대해서도, 이미 설명한 릴리프 밸브(5)와 마찬가지의 작용 효과가 있다.

1 : 처리 용기 11 : 원료 가스 노즐
12 : 분리판 13 : 분리 가스 노즐
14 : 반응 가스 노즐 15 : 배기구
16 : 배기관 17 : 진공 배기 기구
2 : 회전 테이블 W : 반도체 웨이퍼
3 : 가열 기구 31, 32 : 퍼지 가스 공급로
4 : 석영판(구획 부재) 42 : 연통구
5 : 릴리프 밸브 51, 61 : 제1 밸브체
52, 62 : 제1 스프링 53, 63 : 제2 밸브체
54, 64 : 제2 스프링 S1 : 처리 영역
S2 : 히터 영역 100 : 제1 유로 부재
200 : 제2 유로 부재 74, 84 : 제2 스프링

Claims (6)

1. 제1 영역과 제2 영역이 서로 연통되는 연통구에 설치되고, 제1 영역 및 제2 영역의 사이의 압력차가 미리 정해진 값을 초과했을 때, 압력차가 미리 정해진 범위 내에 수렴되도록 동작하는 릴리프 밸브이며,
   상기 연통구의 구멍 테두리부에 그 주연부가 압박되고 중앙에 개구부를 갖는 환상의 제1 밸브체와,
   상기 제1 밸브체의 개구부의 구멍 테두리부에서 당해 개구부를 막도록 압박되는 제2 밸브체와,
   상기 제1 밸브체를 상기 연통구의 구멍 테두리부에 압박하기 위한 압축 스프링 또는 인장 스프링으로 이루어지는 제1 스프링과,
   상기 제2 밸브체를 상기 개구부의 구멍 테두리부에 압박하기 위한 압축 스프링 또는 인장 스프링으로 이루어지는 제2 스프링을 포함하고,
   제1 영역과 제2 영역의 압력차에 따라, 상기 제2 밸브체에 의해 상기 제1 밸브체의 개구부를 막은 상태에서, 제1 밸브체가 상기 제1 스프링의 복원력에 저항해서 상기 연통구의 구멍 테두리부로부터 이격되어 당해 연통구를 개방하는 상태와, 상기 제1 밸브체가 상기 연통구의 구멍 테두리부에 압박된 상태에서, 제2 밸브체가 상기 제2 스프링의 복원력에 저항해서 상기 개구부의 구멍 테두리부로부터 이격되어 당해 개구부를 개방하는 상태 중 한쪽이 형성됨으로써, 제1 영역과 제2 영역이 서로 연통되는 릴리프 밸브.
2. 제1항에 있어서,
   상기 제1 밸브체가 상기 연통구의 구멍 테두리부로부터 이격되었을 때 형성되는 간극을 지나 제1 밸브체의 이동 방향과 직교하는 방향으로 신장되는, 상기 제1 영역에 대응하는 일방측의 유로와, 상기 제2 밸브체가 제1 밸브체로부터 이격될 때 형성되는 간극을 지나 제2 밸브체의 이동 방향과 직교하는 방향으로 신장되는, 상기 제2 영역에 대응하는 타방측의 유로가 형성되는 릴리프 밸브.
3. 기판을 진공 영역 내에서 처리하기 위한 처리 용기와,
   기판이 적재되는 공간을 진공 배기하기 위해서 처리 용기 내에 개구되는 배기구와,
   상기 처리 용기 내에 설치되고, 기판을 처리하는 처리 영역인 제1 영역과 당해 제1 영역에 인접하는 제2 영역을 구획하는 구획 부재와,
   상기 제1 영역과 제2 영역의 사이에 설치된 제1항에 기재된 릴리프 밸브,
   를 포함하는 기판 처리 장치.
4. 제3항에 있어서,
   상기 제2 영역은, 기판을 가열하는 가열 기구가 배치되는 영역인 기판 처리 장치.
5. 제3항 또는 제4항에 있어서,
   각각 적재부에 적재된 복수매의 기판을 공전시켜 처리 영역을 통과시키기 위한 공전 기구와,
   상기 처리 영역에 처리 가스를 공급하기 위한 처리 가스 공급부를 포함하고,
   상기 제2 영역은, 기판의 공전 궤도의 하방측에 상기 구획 부재를 사이에 두고 위치하고 있는 기판 처리 장치.
6. 제3항 또는 제4항에 있어서,
   상기 제1 스프링 및 제2 스프링은, 상기 제2 영역측에 배치되어 있는 기판 처리 장치.

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