(57)【要約】  真空処理チャンバー２の蓋体３には、ガス流路となる開口部の周縁に沿って環状に溝１５０が形成されており、この溝１５０内に、全体形状が環状（Ｏリング状）で二重構造とされたメタルシール１４０が設けられている。蓋体３には、溝１５０の外側部分に溝１５０の周囲を囲むように環状の凹部１６０が形成されている。一方、フランジ部１３０側には、凹部１６０に対応した環状の凸部１７０が形成されており、凹部１６０に、凸部１７０を嵌合させる嵌合機構１８０が構成されている。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
被処理物を収容し、内部を真空雰囲気として前記被処理物に所定の処理を施す真空処理チャンバーと、
前記真空処理チャンバーの開口部を閉塞するように設けられ、前記真空処理チャンバーとは熱膨張率が異なる材料から構成された真空処理装置構成部材と、
を具備した真空処理装置であって、
前記真空処理チャンバーと、前記真空処理装置構成部材との当接部に、
当該当接部を気密封止するメタルシールと、
前記真空処理装置構成部材を前記真空処理チャンバーに拘束して熱膨張差により前記真空処理装置構成部材と前記真空処理チャンバーとに位置のずれが発生することを抑制する嵌合機構と
を有する真空処理装置。
【請求項２】
請求項１記載の真空処理装置であって、
前記真空処理チャンバーがアルミニウム合金から構成され、前記真空処理装置構成部材がステンレス鋼から構成されている真空処理装置。
【請求項３】
請求項１記載の真空処理装置であって、
前記真空処理チャンバー内に所定の処理ガスを供給するガス供給機構と、
高周波電力の印加により前記真空処理チャンバー内に前記処理ガスのプラズマを発生させるプラズマ発生機構とを具備した真空処理装置。
【請求項４】
請求項３記載の真空処理装置であって、
前記真空処理装置構成部材が、前記真空処理チャンバー内に前記処理ガスを導入するためのガス配管構成部材である真空処理装置。
【請求項５】
請求項１記載の真空処理装置であって、
前記真空処理装置構成部材が、前記真空処理チャンバー内から排気するための排気部構成部材である真空処理装置。
【請求項６】
請求項１記載の真空処理装置であって、
加熱機構を具備し、前記真空処理チャンバー及び前記真空処理チャンバーの開口を閉塞する蓋体を数十℃〜２００℃に設定可能とされている真空処理装置。
【請求項７】
請求項１項記載の真空処理装置であって、
前記所定の処理が金属膜を形成する成膜処理である真空処理装置。
【請求項８】
請求項１項記載の真空処理装置であって、
前記嵌合機構は、前記真空処理装置構成部材側に凸部が形成され、前記真空処理チャンバー側に凹部が形成されている真空処理装置。
【請求項９】
請求項１項記載の真空処理装置であって、
前記嵌合機構は、前記真空処理装置構成部材側に凹部が形成され、前記真空処理チャンバー側に凸部が形成されている真空処理装置。
【請求項１０】
請求項１項記載の真空処理装置であって、
前記メタルシールは、Ｏリング部とＣリング部とで構成されている真空処理装置。
【請求項１１】
請求項１項記載の真空処理装置であって、
前記被処理物は、３００℃〜９００℃の処理温度で処理される真空処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、真空雰囲気とされた真空処理チャンバー内で、被処理物に所定の処理を行う真空処理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、例えば、半導体装置の製造工程等においては、真空雰囲気とされた真空処理チャンバー内で、半導体ウエハ等の被処理物に、加熱して成膜処理等の所定の処理を行う真空処理装置が用いられている。【０００３】
例えば、上記の真空処理装置の１つとして、真空雰囲気とされた真空処理チャンバー内に所定の処理ガスを導入するとともに、この真空処理チャンバー内にマイクロ波を導入して処理ガスのプラズマを発生させ、ＣＶＤによる成膜処理等を施すプラズマ処理装置が知られている（特許文献１参照。）。【０００４】
上記のようなマイクロ波プラズマ処理装置等では、真空処理チャンバーを例えばアルミニウム合金等の金属部材で構成する場合がある。一方、この真空処理チャンバー内に処理ガスを導入するための配管系等は、ステンレス鋼によって形成する場合が多い。このため、これらの異種の材料からなる金属部材同士が、真空シール部材を介して当接される当接部が形成される場合がある。【０００５】
また、例えば、メタル成膜を行うプラズマ処理装置等では、酸素、水素等の不純物の存在が成膜処理に悪影響を与えるため、真空処理チャンバー内を高真空、例えば１０-6Ｐａの桁まで高真空とすることが望まれている。そして、このような高真空とする場合、通常の樹脂製のＯ−リングを用いた場合、大気等の外部からに酸素、水素等がＯ−リングを透過して真空処理チャンバー内に導入されてしまう。このため、真空シール部材として金属製のメタルシールを用いることが行われている。【０００６】
ところが、例えば、前記したアルミニウム合金とステンレス鋼との当接部等の異種の材料からなる金属部材の当接部にメタルシールを使用した場合、加熱を伴う処理等の際に、これらの金属部材の熱膨張率の差から金属部材同士の相対位置がずれ、メタルシールがこれらの金属部材によって擦られるため、メタルシールが損傷を受けて真空漏れが発生するという課題がある。
【特許文献１】特開２００６−３４２３８６公報
【発明の開示】
【０００７】
本発明は、上記のような従来の事情に対処してなされたもので、常温とは異なる温度範囲で使用する場合においても、メタルシールに損傷が発生することを抑制することができ、真空漏れの発生する可能性を従来に比べて低減することのできる真空処理装置を提供しようとするものである。
【０００８】
（課題を解決するための手段）
本発明の真空処理装置の一態様は、被処理物を収容し、内部を真空雰囲気として前記被処理物に所定の処理を施す真空処理チャンバーと、前記真空処理チャンバーの開口部を閉塞するように設けられ、前記真空処理チャンバーとは熱膨張率が異なる金属材料から構成された真空処理装置構成部材と、を具備した真空処理装置であって、前記真空処理チャンバーと、前記真空処理装置構成部材との当接部に、当該当接部を気密封止するメタルシールと、前記真空処理装置構成部材を前記真空処理チャンバーに拘束して熱膨張差により前記真空処理装置構成部材と前記真空処理チャンバーとに位置のずれが発生することを抑制する嵌合機構とを有する。
【０００９】
本発明の真空処理装置の一態様は、上記の真空処理装置において、前記真空処理チャンバーがアルミニウム合金から構成され、前記真空処理装置構成部材がステンレス鋼から構成されている。
【００１０】
本発明の真空処理装置の一態様は、上記の真空処理装置において、前記真空処理チャンバー内に所定の処理ガスを供給するガス供給機構と、高周波電力の印加により前記真空処理チャンバー内に前記処理ガスのプラズマを発生させるプラズマ発生機構とを具備している。
【００１１】
本発明の真空処理装置の一態様は、上記の真空処理装置において、前記真空処理装置構成部材が、前記真空処理チャンバー内に前記処理ガスを導入するためのガス配管構成部材である。
【００１２】
本発明の真空処理装置の一態様は、上記の真空処理装置において、前記真空処理装置構成部材が、前記真空処理チャンバー内から排気するための排気部構成部材である。
【００１３】
本発明の真空処理装置の一態様は、上記の真空処理装置において、加熱機構を具備し、前記真空処理チャンバー内を常温より高い温度に設定可能とされている。
【００１４】
本発明の真空処理装置の一態様は、上記の真空処理装置において、前記所定の処理が金属膜を形成する成膜処理である。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の一実施形態に係るプラズマ処理装置の構成を示す図。
【図２】図１のプラズマ処理装置の上面図。
【図３】図１のプラズマ処理装置の要部構成を拡大して示す縦断面図。
【図４】図１のプラズマ処理装置の要部構成を拡大して示す縦断面図。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、本発明の詳細を、実施の形態について図面を参照して説明する。【００１７】
図１、２は、本発明の真空処理装置を、ＣＶＤ成膜装置に適用した実施形態の構成を示している。図１に示すように、このＣＶＤ成膜装置１は、略円筒状に形成され上下に開放する真空処理チャンバー２と、この真空処理チャンバー２の上部に開口する上方側開口部４と底部に開口する下方側開口部５をそれぞれ閉塞する部材としての蓋体３およびステージ保持部材６とを備えている。ステージ保持部材６は、真空処理チャンバー２内の排気を一旦集合する排気室６ａを構成しており、排気室６ａの下部側壁部分には、真空処理チャンバー２内を真空排気する排気部構成部材である真空排気配管７０の一端が接続されており、この真空排気配管７０の他端は、排気装置７に接続されている。【００１８】
真空処理チャンバー２の内部には、被処理体である半導体ウエハ（以下、処理基板という）８を水平に載置するためのステージ１０が設けられている。このステージ１０は、排気室６ａの内部に立設した支柱１１上に設置されており、処理基板８を支持する上下動自在な複数本の支持ピン１２と、処理基板８を加熱する加熱手段１３と、プラズマの生成を安定させるリング１４と、メッシュ電極１５等を備えている。支持ピン１２は、例えばエアシリンダ１６等の昇降手段によって昇降される支持板１７上に立設されており、上端部が前記ステージ１０を貫通している。【００１９】
真空処理チャンバー２の一側壁には、処理基板８の搬入搬出を行うための搬入出口２０と、この搬入出口２０を開閉するゲートバルブ２１が設けられている。また、真空処理チャンバー２の側壁には、真空処理チャンバー２の側壁を加熱するためのカートリッジヒータ２３が内装されており、これにより原料ガスの凝結や副生成物が付着しない温度に制御されている。【００２０】
蓋体３の内側には、処理ガス吐出用のシャワーヘッド２５がステージ１０に対向するように絶縁部材２４を介して取付けられている。このシャワーヘッド２５は、円板状に形成された３枚のプレート、すなわち上段プレート２５ａ、中段プレート２５ｂおよび下段プレート２５ｃを備えている。【００２１】
上段プレート２５ａはベース部材として機能し、この上段プレート２５ａの外周下部に中段プレート２５ｂの外周部がねじ止めされている。上段プレート２５ａには、円板状の内側ヒータ２６と環状の外側ヒータ２７が配設されている。これらのヒータ２６，２７は図示していない電源にそれぞれ接続されている。【００２２】
中段プレート２５ｂの下面には、下段プレート２５ｃが密接されねじ止めされている。上段プレート２５ａの下面と中段プレート２５ｂとの間には空間２８が気密に形成されている。また、中段プレート２５ｂ、下段プレート２５ｃには、これらを貫通するように多数のガス流路３０が形成されている。これらのガス流路３０は、２系統設けられており、これらの２系統のガス流路から、交互に２種類のガス（第１のガスと第２のガス）を供給することによって、ＡＬＤ（Ａｔｏｍｉｃ  Ｌａｙｅｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法によって原子層レベルの薄膜を形成できるようになっている。ここでは２系統のガスを別々に供給するポストミックスタイプのシャワーヘッドであるが、２系統のガスを一緒に供給するプリミックスタイプのシャワーヘッドでもよい。【００２３】
また、上段プレート２５ａの上面には、上記した２種類のガスを供給するための第１のガス導入管３５ａと第２のガス導入管３５ｂの一端がそれぞれ接続されている。【００２４】
一方、第１および第２のガス導入管３５ａ，３５ｂの他端側は、上段プレート２５ａの凹陥部内に組み込まれヒータ２６，２７を覆う断熱部材３８とガス導入部材３９を通ってガス供給源４０，４１に接続されている。【００２５】
ガス供給源４０からは、第１のガスとして、例えばＴａＣｌ5ガスが供給される。また、ガス供給源４１からは、第２のガスとして、例えばＨ2ガスが供給される。これらのガスをプラズマ化して所望の反応を生じさせることにより、処理基板８の表面上にＴａ膜等が形成される。【００２６】
真空処理チャンバー２内に供給されたＴａＣｌ5ガスとＨ2ガスは、シャワーヘッド２５に接続した給電棒５２に高周波電源５１からマッチング回路５１ａを介して高周波電力を供給し、真空処理チャンバー２内の処理基板８に高周波電界を形成することによりプラズマ化され、Ｔａの成膜反応が促進される。なお、シャワーヘッド２５は、冷却時にドライエアの供給によって冷却されるように構成されている。【００２７】
蓋体３の上面側には、シャワーヘッド２５の上端外周縁部１２５を保温する環状の絶縁プレート５３と、シールドボックス５４が設置されている。このシールドボックス５４は、蓋体３の上方を覆っており、その上部にはシャワーヘッド２５に供給されたドライエアの熱排気を行う排気口５５が設けられている。【００２８】
図１に矢印Ａで示す部位は、上記した第１のガス導入管３５ａ及び第２のガス導入管３５ｂを構成するガス配管構成部材と、真空処理チャンバー２の蓋体３に設けられたガス流路との接続部分である。この接続部分Ａのガス配管構成部材側には、図３に拡大して示すようにフランジ部１３０が設けられ、このフランジ部１３０を蓋体３に当接させて接続を行うようになっている。このフランジ部１３０は、第１のガス導入管３５ａ及び第２のガス導入管３５ｂを構成する配管部材と同様にステンレス鋼から構成されており、このフランジ部１３０と蓋体３との当接部分には、真空シール部材としてのメタルシール１４０が設けられている。このメタルシール１４０は、二重構造になっており、中にバネの機能を有するスパイラル状部材１４０ｂのメタルＯリングで構成され、このスパイラル状部材１４０ｂを覆い一部切り欠いた構造の外側部材１４０ａのメタルＣリングが設けられている。外側部材１４０ａ、スパイラル状部材１４０ｂは、インコネル（商品名）、ハステロイ（商品名）、Ｎｉ、Ａｌ、ＳＵＳ等の同じ材料又は別材料から構成される。このメタルシール１４０としては、例えばヘリコフレックスメタル（商品名）等を使用することができる。このメタルシール１４０は、シールの弾性を利用して密封を維持するものであり、シールの過剰締め付けを防ぐことができる。また、メタルシール１４０は、シールの弾性復元によって、温度サイクルや圧力サイクルによる部材の小さなひずみを吸収できるようになっている。【００２９】
図３に示すように、真空処理チャンバー２の蓋体３には、ガス流路となる開口部の周縁に沿って環状に溝１５０が形成されており、この溝１５０内に、全体形状が環状（Ｏリング状）とされたメタルシール１４０が設けられている。また、真空処理チャンバー２の蓋体３には、溝１５０の外側部分に溝１５０の周囲を囲むように環状の凹部１６０が形成されている。一方、フランジ部１３０側には、凹部１６０に対応した環状の凸部１７０が形成されており、凹部１６０に、凸部１７０を嵌合させる嵌合機構１８０が構成されている。【００３０】
この嵌合機構１８０は、真空処理チャンバー２及び蓋体３を常温より高い温度、例えば数十℃〜２００℃に昇温した際に、アルミニウム合金製の真空処理チャンバー２の蓋体３とステンレス鋼製のフランジ部１３０の熱膨張率の差により真空処理チャンバー２の蓋体３とフランジ部１３０に位置ずれが生じ、メタルシール１４０の表面が擦られて損傷が発生することを防止するためのものである。この嵌合機構１８０を設けることによって、例えば３００℃以上好ましくは４００℃以上の処理温度で処理を行った際、真空処理チャンバー２や蓋体３が常温より高い温度、例えば数十℃〜２００℃になったとしてもメタルシール１４０の損傷に起因する真空漏れの発生可能性を従来に比べて非常に低減することができる。この場合上限の処理温度は９００℃以下である。【００３１】
なお、フランジ部１３０を構成する材料としては、例えばＳＵＳ３１６（Ｌ）（熱膨張係数１６．０×１０-6／℃）、ＳＵＳ３０３（Ｌ）（熱膨張係数１７．２×１０-6／℃）、ＳＵＳ３０４（Ｌ）（熱膨張係数１７．３×１０-6／℃）、ＨＡＳＴＥＬＬＯＹ（商品名）（熱膨張係数１１．５×１０-6／℃）、ＩＮＣＯＮＥＬ（商品名）（熱膨張係数１１．５×１０-6／℃）、Ｎｉ（熱膨張係数１３．３×１０-6／℃）等を使用することができる。また、真空処理チャンバー１を構成するアルミニウム合金としては、例えばＡ５０５２（熱膨張係数２３．８×１０-6／℃）、Ａ５０５６（熱膨張係数２４．３×１０-6／℃）、Ａ５０８３（熱膨張係数２３．４×１０-6／℃）、Ａ６０６１（熱膨張係数２３．６×１０-6／℃）、Ａ６０６３（熱膨張係数２３．４×１０-6／℃）、Ａ７０７５（熱膨張係数２３．６×１０-6／℃）等を使用することができる。このような材料を使用した場合、線膨張率の差は、６×１０-6〜１３×１０-6／℃程度となる。このため、例えばフランジ部１３０の径が０．１ｍ程度で、温度を常温から１００℃上昇させた場合、フランジ部１３０の外周部分で６×１０-2ｍｍ〜１３×１０-2ｍｍ程度の熱膨張差による伸びの差が生じる。この延びの差を抑制することによって、メタルシール１４０の表面が擦られることを抑制する。【００３２】
この場合、図３中一点鎖線を記した方向にフランジ部１３０の中心があるとすると、熱膨張率の大きなアルミニウム合金製の真空処理チャンバー２が図中矢印Ｂを付した方向に線膨張率の差の分余計に延びようとする。このため、凹部１６０と凸部１７０では、図３中一点鎖線を記したフランジ部１３０の中心側（図中矢印Ｃを付した部分）が当接して延びを抑制する。このため、常温において矢印Ｃを付した部分のクリアランスは、少なくとも５×１０-2ｍｍ〜５０×１０-2ｍｍ以下とする必要があり、例えば１０×１０-2ｍｍ〜２０×１０-2ｍｍ程度とすることが好ましい。なお、上記した材料の他、例えば、Ａｌ2Ｏ3（熱膨張係数６．５×１０-6／℃）、ＡｌＮ（熱膨張係数５．０×１０-6／℃）等を用いる場合がある。溝のサイズは、直径で８００ｍｍ以下、好ましくは５００ｍｍ以下である。【００３３】
なお、図３に示すように、メタルシール１４０の配置部分より、外側に嵌合機構１８０を設ければ、嵌合機構１８０の部分において、部材同士の擦れが抑制されるので、塵埃の発生が防止され、真空処理チャンバー２内に侵入することを防止できる。また、嵌合機構１８０としては、真空処理チャンバー２の蓋体３側に凸部を設け、フランジ部１３０側に凹部を設けても良いが、これらの部材の強度を考慮した場合は、より強度の高いフランジ部１３０側に凸部を設けた図３の構成とすることが好ましい。なお、図４に示すように、上記構成の嵌合機構１８０及びメタルシール１４０等は、図１に示した第１のガス導入管３５ａ及び第２のガス導入管３５ｂを構成するガス配管構成部材と、真空処理チャンバー２のシャワーヘッドの上段プレート２５ａとの接続部（図１の矢印Ｇの部分）にも設けられている。なお、図４において、第１のガス導入管３５ａ及び第２のガス導入管３５ｂは、フランジ３５に接続されている。また、この場合、メタルシール１４０、凸部１７０は、上段プレート２５ａ側でなく、フランジ部３５側に配置された構成としても良い。【００３４】
上記の嵌合機構１８０は、図１に示す前述したステージ保持部材６と真空処理チャンバー２内を真空排気する排気部構成部材である真空排気配管７０との接続部（図１の矢印Ｄの部分）にも設けられている。【００３５】
図１の矢印Ｄの部分の嵌合機構１８０は、アルミニウム合金製のステージ保持部材６と、ステンレス鋼製の真空排気配管７０と熱膨張率の差により、これらに位置ずれが生じ、メタルシール１４０の表面が擦られて損傷が発生することを防止するためのものである。これによって、メタルシール１４０の損傷に起因する真空漏れの発生可能性を従来に比べて低減することができる。なお、上記のような嵌合機構１８０は、真空処理チャンバー２の開口部を気密に閉塞する各種の部分に適用することができ、例えば、真空処理チャンバー２の内部を可視化する窓の部分や、真空処理チャンバー２の内部にアクセスしてメンテナンスするためのアクセスポート部分等に対しても同様にして適用することができる。【００３６】
ところで、図１に示す真空処理チャンバー２と蓋体３との間（図１の矢印Ｅの部分）には、従来樹脂製のＯリングでシールし、真空シールしつつ真空処理チャンバー２と蓋体３との電気的な接続を維持し、真空処理チャンバー２を介して蓋体３を接地電位にしていた。しかし、真空処理チャンバー２及び蓋体３との面接触が不十分で、真空処理チャンバー２とシールド蓋体３との間との電気的な接触抵抗が高くなり、これらの間に電位差が生じていたが、図３に示した本実施形態と同様な構成の嵌合機構１８０が真空処理チャンバー２と蓋体３との接続部分（図１の矢印Ｅの部分）に設けられたことにより、接地電位が低く抑制され、効率良くパワーを供給できパワーロスが少なく安定したプラズマを生起できる。【００３７】
このように嵌合機構１８０を設けることによって、真空処理チャンバー２と蓋体３とが異種の金属材料で構成されている場合は、その線膨張率の差によって、あるいはこれらが同一金属材質で形成されている場合は、真空処理チャンバー２と蓋体３との温度差に起因する熱膨張差によって、嵌合機構１８０の凹部と凸部が強く接触し、真空処理チャンバー２と蓋体３との間の電気的抵抗を減少させることができる。これによって、真空処理チャンバー２を介して蓋体３を接地電位に維持することができる。【００３８】
上記の嵌合機構１８０と同様に、真空処理チャンバー２とその下部に設けられたステージ保持部材６との接続部分（図１の矢印Ｆの部分）にも、部材間の電気的な接触抵抗を減少させる目的で、嵌合機構１８０が設けられている。これによって、真空処理チャンバー２とステージ保持部材６との間の電気的抵抗を減少させることができ、保持部材６を介してその上部に設けられた真空処理チャンバー２及び蓋体３を接地電位に維持することができる。【００３９】
以上説明したように、本実施形態では、成膜時に真空処理チャンバー２の壁温度が、常温より高い温度、例えば数十℃から２００℃程度となった場合においても、メタルシール１４０が損傷を受けて真空漏れが発生することを抑制することができる。また、異種材料と真空シール構成をする所に本発明のシール構成を設置する等して適用可能である。【００４０】
なお、本発明は、上記の実施形態に限定されるものではなく、各種の変形が可能であることは、勿論である。例えば、上記実施形態では、本発明を、高周波電力によってプラズマを発生させるプラズマＣＶＤ装置に適用した場合について説明したが、本発明は、マイクロ波によってプラズマを発生されせるマイクロ波プラズマＣＶＤ装置や、他の真空処理装置についても同様にして適用することができる。
【産業上の利用可能性】
【００４１】
本発明の真空処理装置は、半導体装置の製造分野等で利用することができる。したがって、産業上の利用可能性を有する。
【図１】
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【図２】
2008156031.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【国際調査報告】
2008156031.tif 000007
2008156031.tif 000008
2008156031.tif 000009
2008156031.tif 000010