(57)【要約】      （修正有）【課題】プラズマエッチング装置等の処理チャンバにつながるゲートバルブでのデポ付着を防止し、バルブリーク及びパーティクル発生の防止を図る。【解決手段】処理チャンバ１の内部につながる排気口１１を開閉するためのゲートバルブは、排気口１１の周囲のシール面に当接可能な第１のバルブプレート５４と、排気口１１に対向位置されたときにシール面を覆うことが可能な第２のバルブプレート５５と、第１のバルブプレート５４が排気口１１を開放している状態のときに第１のバルブプレート５４の表面とシール面とを不活性ガスで覆うパージ手段５６とを備える。第１のバルブプレート５４の表面とシール面はそれぞれバルブ室５２内において不活性ガスによりパージされるため、排気口１１から流出される処理ガスがこれらの面に接触されることがなく、デポ付着が防止され、パーティクルの発生が防止される。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
処理チャンバと、前記処理チャンバの内部につながる開口を開閉するためのゲートバルブとを備える半導体製造装置において、前記ゲートバルブは、前記開口に連通したバルブ室と、前記バルブ室内に内装されて前記開口の周囲のシール面に表面が当接して前記開口を閉塞する第１のバルブプレートと、前記バルブ室内に内装されて前記開口に対向位置されたときに前記開口を開放状態とする一方で前記シール面を覆う第２のバルブプレートと、前記第１のバルブプレートが前記開口を開放している状態のときに前記第１のバルブプレートの表面と前記シール面とを不活性ガスで覆うパージ手段とを備えることを特徴とする半導体製造装置。
【請求項２】
前記第１のバルブプレートと前記第２のバルブプレートは前記バルブ室内において互いに連動して又は一体に移動可能であり、一方のバルブプレートが前記開口に対向する位置に移動されたときに他方のバルブプレートが前記開口に隣接する位置に後退される構成であることを特徴とする請求項１に記載の半導体製造装置。
【請求項３】
前記第１のバルブプレートと前記バルブ室の内壁面との間に微小間隙を通して前記バルブ室に開放される第１のパージ空間を画成する手段と、前記シール面と前記第２のプレートとの間に微小間隙を通して前記バルブ室に開放される第２のパージ空間を画成する手段と、前記第１及び第２の各パージ空間にそれぞれ不活性ガスを導入する手段とを備えることを特徴とする請求項１又は２に記載の半導体製造装置。
【請求項４】
前記バルブ室の内壁面には前記第１のバルブプレートが前記開口を開放しているときに前記第１のバルブプレートの表面との間に第１のパージ空間を画成するための凹部が設けられ、前記第２のバルブプレートの表面には前記第２のバルブプレートが前記開口に対向位置されているときに前記Ｏリングを含む前記シール面との間に第２のパージ空間を形成するための凹部が設けられていることを特徴とする請求項３に記載の半導体製造装置。
【請求項５】
前記第１のバルブプレートの表面に前記バルブ室の内壁面との間の微小間隙を形成するための第１のスペーサを備え、前記第２のバルブプレートの表面に前記シール面との間の微小間隙を形成するための第２のスペーサを備えることを特徴とする請求項４に記載の半導体製造装置。
【請求項６】
前記シール面には前記開口を包囲して前記第１のバルブプレートの表面に当接する弾性シール部材が配設され、前記第２のバルブプレートは前記弾性シール部材を含む前記シール面との間に前記第２のパージ空間を画成することを特徴とする請求項３ないし５のいずれかに記載の半導体製造装置。
【請求項７】
前記バルブ室は真空引き用のポンプが連通接続されていることを特徴とする請求項１ないし６のいずれかに記載の半導体製造装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は半導体製造装置に関し、特にドライエッチング装置等の真空処理室を備える半導体製造装置に設けられるゲートバルブの構成に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ドライエッチング装置として、例えばプラズマエッチング装置は、図１に一例を示すように処理チャンバ１の内部を真空ポンプ２によって真空引きすると共にガス供給管３から処理チャンバ１内に所要の処理ガスを導入して内部を所要のガス圧に設定するとともに、処理チャンバ１に臨んで配置したＲＦコイル（高周波コイル）４に高周波電力を印加して処理チャンバ１内に電界を生じさせ、プラズマを発生させて製品である半導体ウェハＷに対するエッチング処理を行わせる。このような装置では、処理チャンバ１と真空ポンプ２とを連通する排気路１０につながる排気口１１を、真空引き時には開放し、処理時には閉塞するゲートバルブ５を設けている。
【０００３】
図４は従来のゲートバルブ５Ａの一例の断面図である。同図に一点鎖線で示す処理チャンバ１と真空ポンプとしてのターボ分子ポンプ（以下、ＴＭＰと称する）２との間には、ゲートバルブ体５１が配設されている。このゲートバルブ体５１は内部に排気路１１と直交する方向に延長されたバルブ室５２を備えており、このバルブ室５２内にバルブプレート５９が内装されている。このバルブプレート５９は図には表れない駆動機構によってバルブ室５１内において排気路１０と直交する方向に移動可能であり、同図に二点鎖線で示すように排気口１１に対向する位置に移動されたときに排気口を１１閉塞し、実線で示すように排気口１１の位置から後退されたときに排気口１１を開放するように構成される。また、閉塞時には排気口１１の周囲に沿って配設されているＯリング５３がバルブプレート５９の表面に弾接して排気口１１を密封する。
【０００４】
このような従来のゲートバルブ５Ａは、バルブプレート５９が排気口１１を開放したときには、バルブ室５２が処理チャンバ１の内部に連通された状態になる。そのため、処理チャンバ１から排気口１１を通して流出した排気ガス中に含まれる物質が同図に×印で示すようにバルブ室５２の内面やＯリング５３の表面、さらにはバルブプレート５９の表面に付着してデポが生じる。このデポがＯリング５３やバルブ室５２の内壁面の排気口１１の周囲、すなわちシール面や、このシール面に対向されるバルブプレート５９の表面に堆積してデポの厚みが厚くなると、バルブプレート５９とＯリング５３との密接性が低下してバルブリークが生じたり、デポ剥がれによる異物（パーティクル）が発生する要因となる。
【０００５】
ドライエッチング装置では塩化アルミ（沸点１８２．７℃大気圧）等のデポについては比較的低い温度でもデポ付着の抑制が出来るが、処理チャンバでのプロセスキットにアルミニウムやセラミックを使用していて、かつＦ系のプラズマを使用していると、高融点のフッ化アルミ（融点１２９１℃）が生成され、デポ付着の抑制が難しい。このデポ膜を洗浄で除去するため処理チャンバないしバルブ室を大気開放すると、フッ化アルミが大気中の水分と反応し広範囲のデポが剥がれ始める。特に、バルブ室ではゲートバルブの開閉動作に伴うバルブプレートの移動により、バルブプレートの表面に付着したデポが剥がれ易くなり、剥がれた物はＴＭＰにまで吸引され、ＴＭＰの動翼でエネルギを得て処理チャンバへ舞い戻ってパーティクルなる。また、ＴＭＰの動翼に付着したフッ化アルミ系のデポが大気中の水分と反応し、突然剥離し大量のパーティクルとなる。これを防止するためには、ＴＭＰを頻繁にオーバーホールすることが余儀なくされていた。
【０００６】
このような処理チャンバの外部での排気ガスによるデポ付着を防止するために、特許文献１で提案されている技術は、処理チャンバにつながる搬送室を排気した上で排気バルブを閉じ、搬送室に窒素ガスをパージして所要の圧力に保持させる。しかる上で、処理チャンバにつながるゲートバルブを開き、搬送室の流れる窒素ガスを大流量に設定して処理チャンバから搬送室へのガスの流れを防止することで、搬送室におけるデポを防止する技術が提案されている。
【特許文献１】特開２０００−２３２０７１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
前述したように、図４に示したゲートバルブ５Ａでは、バルブ機能に重要なＯリング５３の表面やシール面、及びバルブプレート５９の表面にデポが堆積してしまうために、付着したデポを洗浄することが必要であり、この洗浄によるダウンタイムが増大し、またＴＭＰのオーバーホールが必要でメンテナンスコストが高くなるという問題がある。また、特許文献１のパージ技術を図４に示した構成のゲートバルブに単に適用した場合には、バルブ室５２に窒素ガス等をパージしてデポを防止することになるが、この場合にバルブ室にパージするガスの流量を増やすと、処理チャンバ１内を所定ガス圧に設定する際の真空引き時にＴＭＰ２での実質的な排気速度の低下を生じたり、窒素ガスの処理チャンバ１内への拡散により処理チャンバ１内のガス雰囲気に影響を与えて所要のガス雰囲気に設定するまでに時間がかかるという処理効率の問題をもたらしている。
【０００８】
本発明の目的は、処理チャンバにつながるゲートバルブでのデポ付着を防止し、バルブリーク及びパーティク発生の防止を図り、ひいては製品の処理効率を改善した半導体製造装置を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は、処理チャンバと、処理チャンバの内部につながる開口を開閉するためのゲートバルブとを備える半導体製造装置において、ゲートバルブは、前記開口に連通したバルブ室と、バルブ室内に内装されて開口の周囲のシール面に表面が当接して開口を閉塞する第１のバルブプレートと、バルブ室内に内装されて開口に対向位置されたときに開口を開放状態とする一方でシール面を覆う第２のバルブプレートと、第１のバルブプレートが開口を開放している状態のときに第１のバルブプレートの表面とシール面とを不活性ガスで覆うパージ手段とを備えることを特徴とする。
【００１０】
ここで、第１のバルブプレートと第２のバルブプレートはバルブ室内において互いに連動して又は一体に移動可能であり、一方のバルブプレートが開口に対向する位置に移動されたときに他方のバルブプレートが開口に隣接する位置に後退される構成とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、第１のバルブプレートが開口を開放した状態では、第１のバルブプレートの表面はバルブ室内において不活性ガスによりパージされ、同時に開口のシール面は第２のバルブプレートにより覆われて不活性ガスによりパージされることになり、これらの面に対して処理チャンバから開口を通して流出される処理ガスの接触が防止され、デポ付着が防止され、さらにはパーティクルの発生が防止される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
本発明においては、第１のバルブプレートとバルブ室の内壁面との間に微小間隙を通してバルブ室に開放される第１のパージ空間を画成する手段と、シール面と第２のプレートとの間に微小間隙を通してバルブ室に開放される第２のパージ空間を画成する手段と、第１及び第２の各パージ空間にそれぞれ不活性ガスを導入する手段とを備える構成とすることが好ましい。例えば、バルブ室の内壁面には第１のバルブプレートが開口を開放しているときに第１のバルブプレートの表面との間に第１のパージ空間を画成するための凹部が設けられ、第２のバルブプレートの表面には第２のバルブプレートが開口に対向位置されているときにシール面との間に第２のパージ空間を形成するための凹部が設けられている構成とする。
【００１３】
また、第１のバルブプレートの表面にバルブ室の内壁面との間の微小間隙を形成するための第１のスペーサを備え、第２のバルブプレートの表面にシール面との間の微小間隙を形成するための第２のスペーサを備える構成とすることが好ましい。さらに、シール面には開口を包囲して第１のバルブプレートの表面に当接する弾性シール部材が配設され、第２のバルブプレートはこの弾性シール部材を含むシール面との間に第２のパージ空間を画成する構成とすることが好ましい。
【実施例１】
【００１４】
図２は本発明の実施例１のゲートバルブ５が閉塞動作した状態の断面図であり、図１に示したドライエッチング装置の処理チャンバ１とＴＭＰ２との間に配設された構成例を示している。また、図３はゲートバルブ５が開放動作した状態の断面図である。図２において、処理チャンバ１の排気口１１は排気路１０を介して一点鎖線で一部を示すＴＭＰ２に接続されており、このＴＭＰ２によって処理チャンバ１の内部を真空引きするように構成されている。前記ゲートバルブ５は前記排気口１１を開閉するために設けられており、前記排気路１０の延長方向と直交する方向に延長された偏平なバルブ室５２を内部に有するバルブ体５１を備えており、前記バルブ室５２内には本発明の第１のバルブプレートとしてのバルブプレート５４と第２のバルブプレートとしてのドーナツ状バルブプレート（以下、ドーナツ状プレートと称する）５５とが内装されている。これらのバルブプレート５４とドーナツ状プレート５５は、同図には表れない駆動機構によってバルブ室５２内において互いに連係して、この実施例１では両者が一体的に移動されるようになっている。前記排気口１１は円形断面をしており、これに対応して前記バルブプレート５４は排気口１１よりも若干大径の円形板状に形成され、前記排気口１１に対向する位置に移動されたときに当該排気口１１を閉塞するようになっている。また、前記ドーナツ状プレート５５はそれよりもさらに大径に形成され、その中央には前記排気口１１につながる連通口５５１を有する円環板状に形成されている。
【００１５】
前記バルブ室５２は前記処理チャンバ側の内壁面のうち前記排気口１１を囲む領域、正確には前記バルブプレート５４が排気口を閉塞する際に当接される領域がシール面として構成されており、このシール面の一部に前記排気口１１を囲むように弾性シール部材としてのＯリング５３が取着されている。このＯリング５３は前記バルブプレート５４の表面に弾接してシール性を高めるためのものである。また、前記シール面に隣合うバルブ室５２の外側領域の前記内壁面には窒素ガス等の不活性ガスをバルブ室内に導入してパージを行うためのガス導入口が開口された不活性ガスのパージ手段５６が設けられており、ガス通路５６３及び不活性ガスバルブ５６４を介して図には表れない不活性ガス源に接続されている。前記ガス導入口はここでは２つ設けられ、第１のガス導入口５６１は前記Ｏリング５３よりも外側領域に向けてほぼ前記バルブプレート５４の径寸法に近い距離だけ離れた第１の位置に開口され、第２のガス導入口５６２は前記Ｏリング５３に近接する第２の位置に開口されている。そして、前記バルブ室５２の内壁面には前記第１のガス導入口５６１を含むように前記バルブプレート５４の径寸法よりも若干小径で前記Ｏリング５３の径にほぼ等しい径寸法に環状壁５２１が突出形成され、バルブプレート５４の表面との間に第１のパージ空間を構成するためのパージ凹部５２２を画成している。
【００１６】
一方、前記バルブプレート５４はその表面のほぼ中央位置に前記内壁面に向けて突出した樹脂スペーサ５４１が一体に形成されている。この樹脂スペーサ５４１は図３に示すように、前記排気口１１から後退された位置に移動されているときに前記内壁面に当接されてバルブプレート５４の表面と前記環状壁５２１との間にバルブプレート５４の厚み方向に微小な間隙を形成する高さに突出形成されている。
【００１７】
また、前記ドーナツ状プレート５５の表面には、当該ドーナツ状プレート５５が前記排気口１１に対向する位置にあるときに、前記Ｏリング５３を含み、かつ同時に前記第２のガス導入口５６２を含むように前記シール面との間に円環状の第２のパージ空間を構成するための環状凹部５５２が形成されている。また、前記環状凹部５５２の内周位置には、前記ドーナツ状プレート５５の表面と前記シール面との間に厚み方向に微小な間隙を構成する高さの円環状をした樹脂スペーサ５５３が突出形成されている。
【００１８】
以上の構成のゲートバルブ５の動作を説明する。処理チャンバ１内で製品を処理しているとき、あるいは処理していない状態で処理チャンバ１内を真空引きする際には、図３に示すように、バルブプレート５４とドーナツ状プレート５５は同図の左方向に移動されており、この状態ではバルブプレート５４は環状壁５２１に対向され、ドーナツ状プレート５５は排気口１１に対向された状態にある。排気口１１はドーナツ状プレート５５の中央の連通口５５１を通してＴＭＰ２に連通されているため、ＴＭＰ２によって処理チャンバ１内は真空引きされる。
【００１９】
一方、図２に示すように、処理チャンバ１内で製品を処理しており、バルブプレート５４とドーナツ状プレート５５が駆動機構によって右方向に移動されたときには、バルブプレート５４は排気口１１に対向され、ドーナツ状プレート５５は排気口１１よりも右側の領域に後退位置される。この状態では、バルブプレート５４の表面はＯリング５３に弾接して弾性変形させ、さらにはシール面に当接される。これにより、排気口１１はバルブプレート５４によって閉塞され、処理チャンバ１内を気密な状態に保持する。
【００２０】
なお、前記バルブプレート５４とドーナツ状プレート５５が左右に移動する際には、それぞれに設けられた樹脂スペーサ５４１，５５３が環状壁５２１やＯリング５３と干渉することがないように、図２に矢印で示すように、下方向に若干寸法だけ移動された後に左右に移動され、その上で図の上方向に同じ寸法だけ移動されることで図２及び図３の各位置に移動されることになる。
【００２１】
以上のバルブプレート５４とドーナツ状プレート５５による排気口１１の開放、閉塞動作に際し、排気口１１を開放した図３の状態のときには、処理チャンバ１から排気口１１を通してバルブ室５２まで流動された処理ガスによりバルブ室５２の内壁面、バルブプレート５４、ドーナツ状プレート５５の各露呈された表面に×印で示すようにデポが付着される。このとき、バルブプレート５４の上側の表面は環状壁５２１との間にパージ凹部５２２からなるパージ室が画成される。このパージ室は第１のガス導入口５６１に連通され、かつ同時に樹脂スペーサ５４１がバルブ室５２の内壁面に当接することによってバルブプレート５４の表面と環状壁との間に微小の間隙が確保される。一方、ドーナツ状プレート５５は環状凹部５５２がＯリング５３を包囲する状態となり、この環状凹部５２２は第２のガス導入口５６２に連通され、かつ同時に樹脂スペーサ５５３がバルブ室５２の内壁面（シール面）に当接することによって当該シール面とドーナツ状プレート５５の表面との間に微小の間隙が確保される。
【００２２】
そして、このように排気口１１を開いて処理チャンバ１での製品を処理しているときに不活性ガス源から不活性ガスを第１及び第２の各ガス導入口５６１，５６２からバルブ室５２に向けて供給すると、不活性ガスの一部は第１のガス導入口５６１からバルブプレート５４のパージ凹部５２２内に供給され、当該パージ凹部５２２を満たした上でバルブプレート５４の表面と環状壁５２１との間の間隙から少しずつ流出する。そのため、パージ凹部５２２に対面されているバルブプレート５４の表面は不活性ガスによりパージされた状態となり、排気口１１からの処理ガスがこれらの表面にまで到達されることがなく、これらの表面にデポが付着することが防止される。また、前記不活性ガスの他の一部は第２のガス導入口５６２からドーナツ状プレート５５の環状凹部５５２内に供給され、当該環状凹部５５２を満たした上でドーナツ状プレート５５の表面とシール面との間の間隙から少しずつ流出する。そのため、環状凹部５２２によって覆われているＯリング５３及び排気口１１周囲のシール面の各表面は不活性ガスによりパージされた状態となり、排気口１１からの処理ガスがこれらの表面にまで到達されることがなく、デポの付着が防止される。
【００２３】
このようにバルブプレート５４の表面と、Ｏリング５３を含むシール面を不活性ガスのパージによってデポの付着を防止しているが、パージする不活性ガスはパージ凹部５２２と環状凹部５５２に導入された後に、樹脂スペーサ５４１，５５３によって確保されている微小な間隙から僅かずつバルブ室５２に流出するのみであるため、不活性ガスの流量を最小限にすることができ、処理チャンバ１に対するＴＭＰ２の排気速度の低下や、不活性ガスの拡散により処理チャンバ１の内部雰囲気に与える影響を抑制し、製造する製品の品質を向上することが可能になる。
【００２４】
また、仮にバルブプレート５４の表面側や、Ｏリング５３を含むシール面にデポが付着した場合であっても、バルブプレート５４やドーナツ状プレート５５に設けられた樹脂スペーサ５４１，５５３によって、これらのプレートは樹脂スペーサにおいてのみバルブ室５２の内壁面に当接されるため、付着したデポが各プレート５４，５５の表面や内壁面から剥離されることを抑制できる。特に、Ｏリング５３が存在するのみで樹脂スペーサが存在していない場合には、Ｏリング５３の圧縮永久歪により徐々に隙間が小さくなくなり当接され易くなるが、この場合でもデポの剥離が防止できる。これにより、バルブ室５２内でのパーティクル発生や、各プレート表面や内壁面に付着したデポによるリークが防止できる。また、ＴＭＰ２におけるデポの巻き上げによるパーティクルの発生を防止する効果も得られる。
【００２５】
実施例１では、本発明にかかるゲートバルブをＴＭＰにつながる処理チャンバの排気口を開閉するゲートバルブとして構成した例を示したが、処理チャンバと製品の搬送室とをつなぐ搬送口を開閉するゲートバルブにも本発明を適用することが可能である。
【００２６】
また、実施例１ではバルブプレートとドーナツ状プレートとを左右に移動させる構成例を示したが、両プレートをプレート平面に沿った方向に回転して両プレートの位置を交換する位置に配置するように構成してもよく、このようにしたときにはバルブ室の面積（容積）を低減してゲートバルブの縮小化を図ることができる。
【００２７】
なお、樹脂スペーサはバルブプレート及びドーナツ状プレートと内壁面との間に所定のスペースを確保することができる構成であれば実施例１の構成に限られるものではない。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明が適用されるドライエッチング装置の概略構成図である。
【図２】ゲートバルブが排気口を閉塞した状態の断面図である。
【図３】ゲートバルブが排気口を開放した状態の断面図である。
【図４】従来のゲートバルブの一例の断面図である。
【符号の説明】
【００２９】
１  処理チャンバ
２  真空ポンプ（ＴＭＰ）
３  ガス導入口
４  ＲＦコイル
１０  排気路
１１  排気口
５，５Ａ  ゲートバルブ
５１  バルブ体
５２  バルブ室
５３  Ｏリング
５４  バルブプレート
５５  ドーナツ状プレート
５６  パージ手段
５２１  環状壁
５２２  パージ室
５４１  樹脂スペーサ
５５２  環状凹部
５５３  樹脂スペーサ
【図１】
2005093892.tif 000003
【図２】
2005093892.tif 000004
【図３】
2005093892.tif 000005
【図４】
2005093892.tif 000006
【手続補正書】
【提出日】平成15年9月22日(2003.9.22)
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００２】
ドライエッチング装置として、例えばプラズマエッチング装置は、図１に一例を示すように処理チャンバ１の内部を真空ポンプ２によって真空引きすると共にガス供給管３から処理チャンバ１内に所要の処理ガスを導入して内部を所要のガス圧に設定するとともに、処理チャンバ１に臨んで配置したＲＦコイル（高周波コイル）４に高周波電力を印加して処理チャンバ１内に電界を生じさせ、プラズマを発生させて製品である半導体ウェハＷに対するエッチング処理を行わせる。このような装置では、処理チャンバ１と真空ポンプ２とを連通する排気路１０につながる排気口１１を、真空引き時及び処理時に開放し処理室の洗浄や処理室を使用するガス流量検定時等に閉塞するゲートバルブ５を設けている。