TWI358501B - - Google Patents

Description

丄358501 I 1 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明係關於設置於對半導體晶圓等被處理體進行真空 處理之處理裝置之處理室與排氣裝置之間的開閉閥、及具 備該開閉閥之處理裝置。 【先前技術】 於半導體製造步驟中’多使用有成膜處理或㈣處理等 真二處理於進行如此之真空處理之處理裝置中，將作為 j處理體之半導體晶圓搬入至内部可進行真空排氣之處理 至内 面藉由具備真空泵浦（vacuum pump)之排氣裝置 對處理至内進仃真空排氣，一面對半導體晶圓實施特定之 處理。 於該處理過程中，一面葬由畫办石生也士 — 囬精由具二栗浦對處理室内進行真 空排氣’一面對設置於處理 疋至興具空泵浦之間的壓力控制 閥之開度進行調整，_此脾片 壓 力 错此將處理至内之壓力控制為特定 另-方面’於進行維護時等，有時會出現必須於真空果 浦之上游側或下游側完全遮蔽排氣路徑的情況，因此 了壓力控制閥之外，嗖w 除 閉閥。 《置有—種可完全遮斷排氣路徑之開 作為此種開閉閥’眾所周知有專利文獻】（日本專利特 :9】39號）。如該專利文獻〗中所記載般，普通門 ::間，口相接或分離而進行間之開閉。而且： 成…地進行間_之開閉間，而於閥體上安裝有:有了 128362.doc 1358501 彈性之環狀密封構件，於閥體壓接於開口時，密封構件彈 性變形以堵塞間隙，從而可密閉。 [專利文獻1]日本專利特開平9_89139號公報 【發明内容】 [發明所欲解決之問題] ，閥體直進而與開口相接或分離， 此，當為開閥狀態時，閥體位於與

上述先前之開閉閥中 藉此進行開閉動作，因 開口相對向之位置處。 然而’作為上述真空處理，例如，進行以氣體或氣體 等之清潔或電聚處理，於該處理期間上述開閉閥打開，閥 體遠離開P ’而位於與開口相對向之位置處。接著，當電 漿氣體通過開口而被吸引至排氣裝置中時，閥： 件曝露於«中之自由基中而劣4，從而會產生密封能^ 降低或產生微粒等問題。因f必須於密封構件劣化之時 點，使裝置停止動作以更換密封構件。 ⑴伴隨電漿或自由基之高能量化，為了提高耐電漿 性•耐自由基性，而使用高僧 ^ 元王氟化橡膠來作為密封 構件，但即使使用該完全敦化橡膠亦會引起劣化，在數個 月之後仍必須更換密封構件，您 徊 B A A MS封構件成本較高，而 為了更換密封構件而使裝置停止動作，因此會產生產量 降低之問題。 W度玍產里 [解決問題之技術手段] 其目的在於提供一種 、以及具備該開閉閥 本發明係鑒於上述方面而完成者， 可達成密封構件之長壽命化之開閉閥 128362.doc JUl 接觸之排氣流之量，且可減少由 之密封槎#之次仆之自由基等而引起 之在封構件之功化，並且密封構件之 理奘荖夕·富絲士+ / 可命延長而可降低處 理裝置之運轉成本(runningcost)，取得處理之產量亦提古 =效果。尤其是當閥體為打開狀態時，： =:閥退避部，可大致完全地遮斷自由基等進入到； 封構件中，可取得更大之效果。 若，如下構成：於上述密封構件之外側具㈣護密封 ’备上述保護密封件密接於闕退避部時，上述密封構件 乳雄地密封於上述保護密封件内；則當閥體退避至閥退避 部時，可防止密封構件被電漿t之自由基等侵钮。 若為如下構成：於上述開口之周邊形成收容上述保護密 封件之凹槽，當上述密封構件密封開口時上述保護密封件 收容於上述凹槽内；則當密封構件密封開口時，保護密封 件進入凹槽内而不會發生變形，從而可使移動至閥退避部 時之密封變得可靠。 【貫施方式】 以下，參照隨附圖式對本發明之實施形態加以詳細說 明。本實施形態十，以藉由CVD(Chemical Vapor

Deposition，化學氣相沈積）而於作為被處理基板之半導體 晶圓（以下簡稱作晶圓）之表面形成TiN膜之裝置為例加以 說明。 以下，參照隨附圖式，對本發明之壓力控制闊及具備該 壓力控制閥之處理裝置加以詳細說明。圖丨係使用有本發 月之 C·力控制閥之 RLSA(Radial Line Slot Antenna，輻射 128362.doc 1358501 狀狹縫天線）微波電漿處理裝置之概略剖面圖。如圖1所 示’該RLSA微波電漿處理裝置1〇具有：大致圓筒狀之處 理室11，其收容半導體基板且可保持為真空；晶座12，其 没置於上述處理室11之底部，且用於載置半導體基板s; 氣體導入部13，其設置於處理室丨丨之側壁，且呈用以導入 處理氣體之環狀；平面天線14，其以面向處理室n之上部 之開口部的方式而設置’且形成有多個微波透過孔14a; 微波產生部15,其產生微波；微波傳輸機構16，其將微波 產生4 1 5引導向平面天線丨4 ;以及處理氣體供給系統17， 其將處理氣體供給至氣體導入部13。 於平面天線14之下方設置有由介電體而形成之微波透過 板2丨，且於平面天線14之上方設置有遮蔽構件^。微波傳 輸機構16具有：導波管31 ’其自微波產生部15向引導微波 之水平方向延伸；同軸導波管32,其由自平面天線"向上 方延伸之内導體33以及外導體34而構成；以及模式轉換機 構35其s又置於導波官31與同轴導波管32之間。 於處理室U之底部設置有排氣機構24，該排氣機構以由 用以對處理室U内進行排氣之閥或排氣裝置等而構成。排 氣機構24具有連接於處理室11之底部之排氣口 ila的排氣 管23，於該排氣管23之前段設置有作為排氣裝置之牵引泵 浦（drag pump)53，同樣，於該排氣管23之後段設置有作為 排氣裝置之乾式泵浦（dry pump)54，利用乾式泵浦W進行 粗抽，利用牽引泵浦53進行真空處理直至達到更高真* 止。 128362.doc -10- 1358501 於排氣管23之牽引泵浦53之上游側設置有壓力控制閥 60。於處理室π内設置有對該處理室内之壓力進行檢測的 壓力感測器55 ’壓力控制閥60根據壓力感測器55之值而對 開度進行調節。於排氣管23上，在牽引泵浦53與乾式泵浦 54之間設置有本發明之開閉閥丨〇(^又，亦於壓力控制閥 60之上游側設置有與開閉閥ι〇〇相同之開閉閥1〇ι。 於處理室11之側壁上設置有可將半導體基板S搬入搬出 之搬入搬出口 25，該搬入搬出口 25藉由閘閥（gate vaive)G 而可打開或關閉。又，晶座12内埋設有加熱器丨8 β 處理氣體供給系統1 7係供給例如CF氣體或〇2氣體般之處 理氣體者，該等氣體自各氣體之供給源連接於共通之氣體 供給管線19 ^氣體供給管線19連接於上述氣體導入部13。 再者，於氣體供給管線19上介裝有開閉閥及質量流量控制 器（mass flow controller)等流量控制器（未圖示）。 該RLSA微波電漿處理裝置10構成為如下：具有製程控 制器50，該製程控制器50由對各構成部進行控制之微處理 器（電腦）而構成，將各構成部連接於該製程控制器5〇而加 以控制。例如，壓力控制閥6〇藉由與壓力感測器55之值相 應的製程控制器50之指令而受到控制，開閉閥1〇〇亦藉由 來自製程控制器50之指令而打開或關閉。又，製程控制器 50上連接有使用者介面51，該使用者介面51由供操作員為 了管理RLSA微波電漿處理裝置1〇而進行指令之輸入操作 等的鍵盤、及使電漿處理裝置之運轉狀況可視化顯示的顯 示器等而構成。 128362.doc 1358501 又’製程挖制器50上連接有儲存有配方（recipe)之記憶 部52 ’該配方為：用以藉由製程控制器5〇之控制而實現由 RLSA微波電漿處理裝置所執行之各種處理的控制程 式’及用以根據處理條件而使RLSA微波電漿處理裝置1〇 ' 之各構成部執行處理的程式。配方記憶於記憶部5 2中之記 憶媒體中。記憶媒體可為硬碟或半導體記憶體，亦可為 CDROM(Compact Disk Read Only Memory，緊密光碟-唯 鲁 磧記憶體）、DVD(Digital Video Disc，數位視訊光碟）、快 閃記憶體等具有可移動性者。又，亦可自其他裝置經由例 如專用線路而適當傳輸配方。 而且’視需要’根據來自使用者介面5 1之指示等自記憶 部52讀出任意之配方，並使製程控制器5〇執行，藉此可進 行所期望之處理。又，藉由壓力感測器55對處理室丨丨内之 壓力進行檢測，並利用製程控制器5〇進行壓力控制閥6〇之 開度之調節。 • 接著，對上述構成之RLSA微波電.漿處理裝置1〇中所進 行之RL SA微波電漿處理裝置之方法加以概略地說明。 首先，將半導體基板S搬入至處理室11内，並載置於晶 座12上《繼而，一面藉由排氣機構24對處理室u内進行真 • 空排氣，一面自處理氣體供給系統17經由氣體供給管線 19 ’利用氣體導入部13將例如上述CF氣體、A氣體般之處 理氣體供給至處理室11内，進行蝕刻處理等處理。 該RLSA微波方式之電漿處理中，以低電子溫度形成以 高密度之自由基為主體之電漿，因此可實現低損傷之電漿 128362.doc 1358501 處理。 於具有多個處理步驟之情況下，當一個處理步驟結束 後，一面繼續進行真空排氣，一面將設置於處理氣體供給 系統17之Ar等淨化氣體供給至處理室丨丨内，以淨化上一步 驟中所殘留之氣體β然後，切換為用以進行下一處理之氣 體並供給該氣體，形成微波電漿，避過進行下一步驟之處 理》 圖2係本發明之開閉間之圖，圖2(a)係圖2(b)之Β·Β線剖 面圖，圖2(b)係圖2(a)之Α-Α線剖面圖。 開閉閥100具有呈大致立方體形狀之閥本體11〇。閥本體 11 〇之一方具有作為流體之入口之開口丨u，於該開口 n i 所對向之位置處具有作為流趙之出口的開口 112,於該等 入口側之開口 111與出口側之開口 112之間形成有大致圓筒 形狀之空間113。 於空間113内設置有可與入口側之開口 111相接或分離之 閥體120 β閥體與空間113之内壁之開口 111之周緣相接或 分離以關閉或打開開口。開口 111之外側形成有凹槽 11 la。閥體12〇為圓板形狀，以可氣密地密封入口側之開 口 1Π的方式，於周緣嵌入有環狀之密封構件120b，於其 外侧嵌入有同樣為環狀之保護密封件120a。較理想的是， 密封構件120b係完全氟化橡膠製密封構件。保護密封件 120a可使用與密封構件12〇b相同之素材，亦可使用其他素 材。於閥體120之後方設置有閥桿（valve rod)l 22，該閥桿 122以滑動自如的狀態貫穿收容於空間u3内之小樞體 128362.doc •13- 1358501 130。於閥逋120與小框體130之間具有彈簧機構124，該彈 簧機構124將間體120朝向入口側之開口 111賦能》作為彈 簧機構124，本實施例中使用的是盤簧（coil spring)。 於閥桿122之中間立設有銷123，銷123向閥桿122之兩側 突出，銷123之前端進入作為凸輪機構之平板凸輪131之凸 輪槽132内。銷123與凸輪槽132之間留有一些間隙，且處 於藉由彈簧機構124而一直壓接於凸輪槽132之一方的狀 態。平板凸輪13 1位於小框體130内，以自兩側夹著閥桿 122之方式而設置’兩側之平板凸輪131於兩端連接，利用 桿136而與設置於閥體120之外側之驅動機構135連接。桿 136貫穿小框體130與閥本體110。由線性馬達（linear motor)或氣缸（air cylinder)等而構成之驅動機構135使桿 136於圖2(b)之箭頭所示之方向上進退，且使與桿136為一 體之平板凸輪131進退》 圖3係將圖2之閥體120與平板凸輪131之部分模式性放大 後所得之平面圖。上下之平板凸輪131之凸輪槽132彼此為 鏡像之關係，且具有與桿136之進退方向平行的兩端之直 行部132a、132c以及連接該等直行部132a與直行部132c的 斜行部132b 〇 平板凸輪131藉由桿136之進退而於圖3之y轴方向上移 動。另一方面，閥桿122之兩端支持於小框體130上，小框 體130之構造如圖2(b)所示，因兩端抵接於閥本體11〇之空 間113之内壁’故無法於y軸方向上移動，從而閥桿i22與 固定於該閥桿122上之銷123均無法於y轴方向上移動。因 128362.doc 1358501 此’當平板凸輪131於y軸方向上移動時，銷123於凸輪槽 1 32内移動》 當平板凸輪131於y轴方向上移動、而銷123於凸輪槽132 之直行部132a内移動時’閥體12〇成為離開入口側之開口 111之開閥狀態。此時’閥體12〇與入口側之開口 111保持 固定距離，閥體120並不接近入口側之開口 1Π，亦不遠離 入口側之開口 111。 當平板凸輪131從y軸方向向圖之上方向移動，而銷123 自圖3所示之銷123之位置，離開凸輪槽132之直行部132a 進入斜行部132b中，並於斜行部132b内移動時，銷123從X 軸方向向圖3之左方移動，使閥體120接近入口側之開口 1 11。當銷123到達斜行部132b與直行部132c之邊界時，閥 體120成為壓接於入口側之開口 11丨之周緣的狀態，密封構 件120b彎曲而成為氣密地封閉入口側之開口 111之閉閥狀 態。 當平板凸輪131進一步向圖之上方移動時，銷123進入直 行部132c内，並於該直行部132c中移動。此時，閥體120 保持壓接於入口側之開口 111之狀態。藉由銷123進入直行 部132c，而即使平板凸輪131停止移動，亦可防止銷123回 到斜行部132b中，從而可保持閥關閉之狀態。如以上所說 明般，由驅動機構135、桿136、平板凸輪131、銷123、間 桿122構成閥體120之直進移動機構140。 上述說明了閥體120之直進運動，開閉閥1〇〇進而具有旋 動機構150。該旋動機構150係使驅動機構135、桿ι36、小 128362.doc •15- 1358501 .框體130、平板凸輪131、閥桿122、以及閥趙120 —併以桿 136之中心轴為中心而進行旋動者，且使閥體12〇在開口 111所對應之位置、與閥退避部丨13b所對應（對向）的位置之 間可旋動，上述閥退避部113b位於間本體11〇之内壁之距 離開口 111約90°C之位置處。又，驅動機構135與旋動機構 15 0構成為：其等係獨立地作動，並根據來自製程控制器 50之指令而藉由未圖示之控制裝置控制。此時，藉由旋動 機構150使閥體120旋動至與閥退避部113b相對應之位置為 止，然後藉由.驅動機構135使閥體120進出，從而可使密封 構件120b密接於閥艎120之内壁β作為旋動機構丨5〇，可使 用具備減速器（reducer)之馬達等。 接著，參照圖4(a)至圖4(e),對本發明之開閉閥1〇〇之開 閉動作，即，自閉閥狀態開閥直至閥體退避至退避部為止 的動作加以說明。 圖4(a)表示閉閥狀態下’閥體12〇使入口側之開口 η 1密 閉的狀悲。該狀態下，圖2(b)所示之平板凸輪131移動至最 上部，圖3所示之銷123位於直行部132<；之最下部，桿136 為最短狀態。密封構件120b壓接於開口 m，外側之保護 设封件120a收谷於形成在開口 111之外側的凹槽111 &内。 於凹槽11 la内，保護密封件i2〇a之前端處於未抵接於凹槽 11 la之底面的狀態。藉此，可防止保護密封件12〇a之變形 而確保密封力。 圖4(b)表示開閥狀態。於圖3中，該狀態為：桿ι36變得 最長，平板凸輪131移動至最下部，銷123位於直行部i32a 128362.doc -16 · 之最上部。此時，閥體120離開入口側之開口 111，成為連 通入口側之開口 111與出口側之開口 112之狀態。即，自圖 4(a)之狀態變為圖4(b)之狀態係藉由使平板凸輪131自最上 部移動至最下部而進行。 圖4(c)表示利用旋動機構1 50使驅動機構135與閥體120 — 併自圖4(b)之狀態旋轉約45°C而成的狀態。閥體120處於遠 離開口 111之狀態，而且，閥本體110之内部之空間113為 圓形’因此即便使閥體120以桿136之中心軸為軸而旋轉， 亦不會碰到空間1 1 3之内壁。再者，即便内部之空間113不 為圓形，亦可形成為使閥體120不會碰到内壁之形狀。 圖4(d)表示利用旋動機構150使小框體130等進一步旋轉 直至旋轉角達到約90°C之狀態。閥體120移動至與閥退避 部113b相對向之位置，該閥退避部丨13b位於遠離開口 n j 約90°C之位置處。 於此狀態下，使驅動機構135運轉而縮小桿136。這樣， 平板凸輪131自圖3之狀態上升，銷123到達凸輪槽132之直 行部132c之最下端，如圖4(e)所示，閥體12〇到達閥退避部 113b。於此狀態下，保護密封件12〇a密接於閥退避部 113b，密封構件120b由保護密封件i2〇a密封，且，成為前 端面不會碰到任何位置的狀態。 當於處理室11内進行特定之電漿處理時，開閉闊1〇〇成 為如圖4(e)所示之狀態，於此狀態下，閥體12〇成為退避至 閥退避部1 13b並由保護密封件12〇a使密封構件12〇b密封之 狀態，因此，自入口側之開口丨〗！進入而向出口側之開口 128362.doc •17· 1358501 112流動的自由基等不會與密封構件12〇b接觸。因此，可 延長閥桿122之壽命，並可使裝置之運轉成本降低。又， 處理之產量亦.得到提高。 再者，本發明並不限於上述實施形態，可進行各種變 • 形。例如’上述實施形態中表示的是將本發明之開閉閥應 - 用於RLSA微波電漿處理裝置之例，但不限於此，亦可將 本發明之開閉閥應用於其他電漿處理裝置中。又，上述實 籲 施形態中，閥退避部H3b之構成為：位於閥本體11〇之内 壁，當閥體120為退避狀態時，使保護密封件丨2〇a密接於 閥退避部113b。而且，此時，密封構件12〇b未抵接於内 壁。藉此，可防止密封構件12〇b之變形，以延長密封構件 120b之壽命。 本心明之實施例中，閥退避部丨丨儿位於空間i丨3之圓筒 形之内壁上，因此’密封構件120b不會抵接於内壁。然 而胃内壁為平面之情況下等，移動至閥退避部之密封構 # 件12此有時會壓接於壁面。此種情況下，較理想的是於閥 L避。P形成凹部以使密封構件i 2〇b不會壓接於該閥 部。 上述實她例中，閥退避部亦可不必位於閥本體i 之内 即便於密封構件未密接於壁部之狀態下，只要可減少 與岔封構件接觸之排痛& θ ,、 、机之置’則可獲得可減少密封構件 之劣化的效果。進而，關+ βΙ_ Λ 間之驅動方式等亦不限於上述實施 形態® 【圖式簡單說明】 128362.doc •18. 1358501 圖1係表示本發明之一實施形態之成臈裝置的模式圖。 圖2係本發明之開閉閥之圖，圖2(a)係圖2(b)之線剖 面圖，圖2(b)係圖2(a)之A-A線剖面圖。 圖3係將圖2之閥體與平板凸輪之部分模式性放大之平面 圖。 圖4係（a)〜(e)係說明本發明之開閉閥之開閉動作，即， 自閉閥狀態開閥直至閥體退避至退避部為止之動作的圖。 【主要元件符號說明】

II 處理室 53 ' 54 排氣裝置 100 開閉閥 110 閥本體 III 開口 113b 閥退避部 120 閥體

120a 保護密封件 120b 密封構件 131 平板凸輪（凸輪機構） 140 直進移動機構 150 旋動機構 S 半導體基板 128362.doc

Claims (1)

1358501 、申請專利範園了 第097107358號專利申請案 中文申請專利範圍替換本(100年9月） 1. 一種開_’其特徵在於：其係設置於可將内部保持為 真空之處理室與對該處理室内進行真空排氣之排氣裝置 之間’且包括： 閥本體，其係於内部形成有連通上述處 排氣裝置侧之開口； 过 間體，其係位於該閥本體内，與上述開口接離而開閉 開口； 也封構件，其係設置於上述閥體上，於上述閥體關閉 上述開口時密封開口，· 直進移動機構’其係使上述閥體進退； 閥退避部，其係設置於上述閥本體内遠離上述開口之 位置處，離開上述開口之上述閥體退避於此；及 旋動機構，其係使上述閥體在對應於上述開口之第i 位置與對應於上述退避部之第2位置之間旋動； 上述閥體至少於上述處理室進行處理時，藉由上述直 進移動機構與旋動機構而被移動至上述第2位置； 上述閥退避部設置於離開上述開口之上述閥本體之内 部之空間之圓形内壁上，於上述閥體移動至對應上述閥 退避部之位置時，上述直進移動機構使上述閥體直進而 使其到達上述閥退避部》 2.如請求項1之開閉閥，其中 於上述閥體移動至對應於上述閥退避部之位置時，上 述直進移動機構使上述閥體直進，以使上述密封構件壓 128362-1000915.doc 1358501 (β°年今月/Γ日傾智 接於閥退避部。 3. 如請求項1或2之開閉閥，其中 上述直進移動機構具有凸輪機構。 4. 如請求項3之開閉間，其中 上述凸輪機構係具有形成於板狀構件表面之槽的平板 凸輪。 5·如請求項1或2之開閉閥，其中 上述旋動機構一起旋動上述閥體與凸輪機構。 6. 如請求項1或2之開閉閥，其中 上述閥體於上述密封構件之外側具有保護密封件，於 上述保護密封件密接於上述闊退避部時，上述密封構件 氣密地被密封於上述保護密封件内。 7. 如請求項6之開閉閥，其中 於上述開口之周邊形成收容上述保護密封件之凹槽， 於上述密封構件密封開口時，上述保護密封件收容於上 述凹槽内。 8. 如請求項1之開閉閥，其中 上述閥體於上述密封構件之外側具有保護密封件，於 上述保護密封件密接於上述閥退避部 係於不抵接上述内壁之狀態下 ：推封構件 件内。 ？在封於上述保護密封 9. -種處理裝置’其特徵在於包括：處理 被處理體且可將内部保持為真空；處理機構：：：容有 述處理室㈣被處理體實施 =糸於上 〜往，排氣裝置，其 I28362-I0009J5.doc 止替換頁I 係對上述^;及開閉閥，其係設置 於上述處理室與上述排氣裝置之間；且 上述開閉閥包括：閥本體，其係於内部形成有連通上 述處理室側與上述排氣裝置側之開口；閥體，其係位於 X閥本體内，與上述開口接離而開閉開口；密封構件， 其係設置於上述閥體上，於上述閥體關閉上述開口時密 封開口 ；直進移動機構，其係使上述閥體進退；閥退避 部，其係設置於上述閥本體内遠離上述開口之位置處， 離開上述開口之上述閥體退避於此；及旋動機構，其使 上述閥體在對應於上4開口之第（位置與對應於上述退 避部之第2位置之間旋動；上述閥體至少於上述處理室 進行處理時，藉由上述直進移動機構與旋動機構而被移 動至上述第2位置；ϋ閥退避部設置於離開上述開口 之上述閥本體之内部之空間之圓形内壁上，於上述閥體 移動至對應上述閥退避部之位置時，上述直進移動機構 使上述閥體直進而使其到達上述閥退避部。 10.如請求項9之處理裝置，其中 件内 上述閥體於上述密封構件之外側具有保護密封件，於 上述保護密封件密接於上述閥退避部時，上述密封構件 係於不抵接上述内壁之狀態下，被密封於上述保護密封 128362-1000915.doc