JP2009068599A

JP2009068599A - 仕切弁及び処理装置

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Publication number: JP2009068599A
Application number: JP2007237667A
Authority: JP
Inventors: Yuki Komura; 由紀香村
Original assignee: Canon Anelva Corp
Current assignee: Canon Anelva Corp
Priority date: 2007-09-13
Filing date: 2007-09-13
Publication date: 2009-04-02

Abstract

【課題】仕切弁の構造のコンパクト化を図るとともに、弁体の開閉動作を単純化する。
【解決手段】開口部６３を開閉する弁体５１と、開口部６３を有する弁座６０と、を備える。弁体５１には、弁座６０に当接される第１シール面部５６が設けられている。弁座６０には、弁体５１の第１シール面部５６が当接される第２シール面部５７が、開口部６３を通過する基板の搬送方向にほぼ平行に設けられている。
【選択図】図１

Description

本発明は、例えば、半導体製造装置等で用いられて、処理室等を気密に閉じるための仕切弁、及びこの仕切弁を備える処理装置に関する。

半導体製造装置等の処理装置は、処理対象物としての基板を処理する処理室と、この処理室に基板を搬送するための搬送室又は処理室を真空に保つための真空室（ロードロック室）と、処理室と搬送室や真空室との間で基板を搬送する基板搬送機構とを備えている。このような半導体製造装置等では、基板搬送機構による搬送動作の前後で、各室の間を仕切弁としてのゲートバルブで密閉する機構が、各室の内部を大気等から隔離する技術として広く用いられている。

特に、ガス処理装置やプラズマ処理装置では、処理室内でデポジションガスやエッチングガスを用いるので、処理前及び処理後のガスが処理室の外部に流れ出して、外部にガスが付着して汚染を引き起こすのを防ぐ必要がある。また同様に、処理室の外部から不純ガスが処理室内に流れ込み、デポジションやエッチングに悪影響を及ぼしたりするのを防ぐ必要がある。このため、一般に、処理室には、内部を密閉するためのゲートバルブが設けられている。

この種のゲートバルブでは、弁駆動機構による弁体の移動動作として、例えば弁体で開口部を閉じるとき、まず、弁体を、開口部近傍のシール面部と平行な方向に移動させることで、弁体をシール面部に対応する位置に移動させる。次に、弁駆動機構は、弁体を、シール面部に対して垂直な方向に移動させて、弁体を開口部近傍のシール面部に当接させることで、開口部をシール（密閉）している。すなわち、ゲートバルブでは、弁体によって開口部を開閉するときに、弁体が、直交する２つの方向にそれぞれ駆動される構成が採られている（特許文献１参照）。
特開２００５−０９８４９２号公報

上述したように、処理室や搬送室が大気に開放されたときに、大気に開放されていない処理室内を真空に保つためのゲートバルブは、弁体が、開口部近傍のシール面部に対して充分な押圧力をもって押し付けられている必要がある。このため、ゲートバルブは、弁体がシール面部で気密に閉じた状態で、シール面部に対して垂直な方向に押圧力が加わっている。

しかしながら、半導体製造装置等では、処理室に対する基板の搬送方向も同様に、開口部近傍のシール面部に対して垂直な方向にされている。このため、シール面部に対して移動される弁体の移動方向と、開口部を通過する基板の搬送方向とが同一方向となり、基板搬送機構と、弁体の移動機構とを両立するように構成することが難しいという問題がある。

また、上述したように、特許文献１に開示されたゲートバルブでは、弁体によって開口部を開閉するときに、弁体が２つの方向にそれぞれ駆動されている。このため、特許文献１の構成では、ゲートバルブの開閉動作が複雑になるだけでなく、弁駆動機構の構成が複雑化してしまう問題がある。

したがって、一般的な真空処理装置では、基板の搬送方向に平行な方向である、ゲートバルブの厚みが１００ｍｍ程度にもなり、真空処理装置全体のコンパクト化を図ることを妨げている。

そこで、本発明は、上述した課題を解決し、仕切弁の構造のコンパクト化を図り、弁体の開閉動作も単純化することができる仕切弁及びこの仕切弁を用いる処理装置を提供することを目的としている。

上述した目的を達成するため、本発明に係る仕切弁は、開口部を開閉する弁体と、開口部を有する弁座と、を備える。弁体には、弁座に当接される第１シール面部が設けられている。弁座には、弁体の第１シール面部が当接される第２シール面部が、開口部を通過する搬送物の搬送方向にほぼ平行に設けられている。

本発明によれば、搬送物の搬送方向に対する厚みを小さくでき、処理装置全体をコンパクトに構成することができる。また、この発明によれば、弁体を一方向の動作だけで開口部を開閉することが可能になり、仕切弁の構造を簡素化できる。さらに、本発明によれば、弁体に逆圧がかかった場合であっても、その圧力によって密閉状態が損なわれることを防ぐことができる。

以下、本発明の実施形態について、図面を参照して説明する。

本発明に係る仕切弁を備える処理装置を、プラズマ処理装置の一例としてのエッチング装置に適用した構成について説明する。なお、本発明に係る処理装置は、プラズマ処理装置に限定されるものではなく、ガス処理装置としても同様に適用可能である。図１は、本実施形態の仕切弁の全体構造を示す斜視図である。図２Ａから図２Ｅは、仕切弁の構成例を模式的に示す断面図である。図３Ａから図３Ｆは、弁体及び弁座の各シール面部の構成例を示す断面図である。

本実施形態のエッチング装置は、処理対象物としての基板をエッチングするための処理室を備えている。この処理室は、図示しないが、対向電極、基板載置手段としての基板載置電極、基板を静電吸着して保持するための静電チャック、基板載置電極の基板にガスを放出するガス放出手段としてのガス放出部を備えている。また、この処理室は、対向電極に電力を供給する対向電極用電源、基板載置電極に電力を供給する基板載置電極用電源、各電極を絶縁する絶縁体等を備えている。また、このエッチング装置は、処理室内に処理ガスを供給するガス供給手段としてのガス供給系と、処理室内を真空に排気するための排気手段としての、バックポンプ及びターボポンプとを備えている。また、このエッチング装置は、処理室に隣接して配置された搬送室又は真空室を備えている。

このエッチング装置によって基板をエッチング処理する際には、まず、バックポンプとターボポンプによって処理室の内部を真空に排気した後、ゲートバルブである仕切弁を開き、基板搬送機構（不図示）によって搬送室から処理室内に基板を搬送する。続いて、エッチング装置は、処理室内に搬送された基板を、基板載置電極が有する突き上げピン駆動機構によって突き上げピンを駆動させて受け取り、静電チャック上に載置する。次に、高周波カットフィルタを備えた静電チャック電源によって、静電チャックの電極に電圧を印加して、基板載置電極に基板を吸着固定する。この搬入動作に並行して、基板搬送機構を搬送室に戻し、仕切弁を閉じて、処理室を密閉する。そして、ガス供給系から対向電極に処理ガスを送り、処理室の内部を一定圧力にする。

その後、対向電極用電源からＶＨＦ帯（例えば６０ＭＨｚ）の高周波電力を対向電極に供給し、基板載置電極に基板載置電極用電源からＨＦ帯（例えば１．６ＭＨｚ）の高周波電力を供給する。これによって、ＶＨＦ帯の高周波電力によって比較的高密度のプラズマ及びエッチャント（混合ガス）が生成され、ＨＦ帯の高周波電力によってイオン衝撃エネルギがプラズマ密度とは独立に制御されて、所望のエッチング処理が行われる。

以上のように構成された本実施形態のエッチング装置には、処理室の内部を密閉するためのゲートバルブである仕切弁が、処理室を構成する壁に設けられている。

以下、本実施形態の主要部分である仕切弁の構成、弁体及び弁座の各シール面部の構造について、図１、及び図２Ａから図２Ｅを参照して説明する。

図１は、実施形態の仕切弁を示す斜視図である。図１に示すように、本実施形態における仕切弁５０は、開口部６３を開閉する弁体５１と、開口部６３を有する弁座６０と、弁体５１を駆動する弁駆動機構（不図示）とを備えて構成されている。

弁体５１には、弁座６０に当接される第１シール面部５６が形成されている。また、弁体５１には、弁駆動機構による駆動力が伝えられる駆動軸５３が固定されて設けられており、弁体５１が、弁座６０の後述する第２シール面部５７に垂直な一方向のみに移動されて開口部６３を開閉するように構成されている。

弁座６０には、基板等の処理対象物（搬送物）が搬送されて通過される搬送用の開口部６３が設けられている。また、弁座６０には、弁体５１の第１シール面部５６が当接される第２シール面部５７が、開口部６３の周方向に沿って形成されている。換言すれば、第２シール面部５７には、中央を通る分割線を有し、この分割線を間に挟んで両側（少なくとも一方側）の外周部の一部が、弁体５１の移動方向（上下方向）に曲げられることによって開口部６３が形成されている。したがって、第２シール面部５７には、弁体５１の移動方向と平行に上方側に曲げられた***当接面６１と、弁体５１の移動方向と平行に下方側に曲げられた沈下当接面６２とを有している。また、これら各当接面６１，６２の位置が、開口部６３の周方向に沿って、弁体５１の移動方向に変化するように形成されている。また、この第２シール面部５７の形状と同様に、弁体５１側の第１シール面部５６も、中央を通る分割線を有し、この分割線を間に挟んで両側の外周部の一部が、弁体５１の移動方向（上下方向）に曲げられて、第２シール面部５７に対応する形状に形成されている。

また、この仕切弁５０が取り付けられる処理室等の壁７０には、弁座６０の開口部６３に対応する開口（不図示）が形成されている。第２シール面部５７には、開口部６３を気密に閉じるためのＯリング６５が固定されている。したがって、弁体５１の第１シール面部５６が、第２シール面部５７のＯリング６５に当接されることで開口部６３が密閉（シール）される。

***当接面６１及び沈下当接面６２は、弁体５１の移動方向に対してそれぞれ曲げられたが、これら当接面６１，６２の一方又は両方の一部が平面状に形成されていてもよい。図１に示すＧ−Ｇ断面における矢視図が図２Ｄである。

図２Ａから図２Ｅは、仕切弁における弁体と弁座の周辺を模式的に示す断面図である。図２Ａから図２Ｅには、壁７０、壁用のＯリング６５ａ、弁体５１、仕切弁用のＯリング６５、駆動軸５３、駆動用のＯリング６５ｂを示している。図２Ａに示すように、処理室側の壁７０と、搬送室側の壁７０との間には、仕切弁５０が組み込まれた仕切弁壁５４が設けられている。図２Ａから図２Ｃに示す構成例の仕切弁では、処理室側や搬送室側の壁７０に一体に設けられた弁座６０の部分と弁体５１との間で、Ｏリング６５を介してシールを行っている。

一方、図２Ｄ及び図２Ｅに示す構成例の仕切弁では、シール動作が、処理室側等の壁７０に取り付けられた弁座６０と、弁体５１との間で仕切弁用のＯリング６５を介してシールが行われる。このため、図２Ｄ及び図２Ｅに示す構成例の仕切弁５０は、仕切弁５０の故障時等の際に、仕切弁の交換作業を容易に行うことができる。

本実施形態では、図２Ｄに示す構成例を、代表的な基本構成として挙げたが、図２の他の構成例のいずれを基本構成としてもよく、これらの構成以外の形態であっても実施可能である。なお、これら図２Ｄや図２Ｃに示す構成例では、第２シール面部５７の***当接面６１と沈下当接面６２や、これら各当接面６１，６２を密閉するＯリング６５を延ばして、開口部６３の周方向に沿って、１つの輪をなす環状に形成する必要がある。各当接面６１，６２を延ばしていくとき、どちらか一方の当接面を左か右（処理室側と搬送室側のいずれかの側に）に曲げる必要がある。また、両方の各当接面６１，６２を上述した構成とは逆方向に曲げて構成されてもよい。

以上のように構成された仕切弁５０では、駆動軸５３によって弁体５１が一方向のみに移動されることで、弁座６０の開口部６３が開閉される。このため、弁体５１の駆動機構の簡素化が図られ、弁体５１の厚みを３０ｍｍ程度に低減することができる。また、仕切弁５０の駆動方向が、処理室等の部屋を構成する壁に沿っているため、弁体の弁駆動機構と、基板載置機構や基板搬送機構とを支障なく両立することができ、仕切弁５０の開閉動作を１つの動作のみで行うことが可能にされている。

図３Ａから図３Ｆは、弁体５１の第１シール面部５６及び弁座６０の第２シール面部５７の構成、Ｏリング６５の断面形状を模式的に示す断面図である。図３Ａから図３Ｆに示すように、これらの構成例では、第１シール面部５６及び第２シール面部５７に、弁体５１の厚み方向の断面において、互いに係合する凹部及び凸部がそれぞれ形成されている。

これら図３Ａから図３Ｆに示すように、第２シール面部５７に形成される凹部、Ｏリング６５の形状、弁体５１の下端の凸部の各断面形状が、例えば、長方形状、三角形状、台形状、楕円形状、逆台形状等の曲率を有する形状に形成されてもよい。また、例えば図３Ｅに示すように、第２シール面部５７に形成される凹部には、Ｏリング６５が２つに分割されて配置される構成が採られてもよい。また、Ｏリング６５の断面形状も同様に、凹部や凸部の形状に応じて、良好な密閉状態が得られるように適宜設定されている。また、本実施形態では、Ｏリング６５が、弁座６０の第２シール面部５７側に配置されて構成されたが、Ｏリングやガスケットが弁体５１側に配置されて構成されてもよい。また、弁体５１の第１シール面部５６側に凹部形状が形成され、弁座６０の第２シール面部５７側に凸部形状が形成されてもよい。

このように、第１シール面部５６及び第２シール面部５７に、互いに係合する凹部及び凸部がそれぞれ形成されることで、弁体５１の厚み方向に圧力がかかったときに、圧力を受けた方向と反対側に位置する、凹部の内壁面で良好に係合される。このため、弁体５１の厚み方向に圧力がかかったときであっても、各シール面部５６，５７による密閉状態が良好に保たれる。

次に、本実施形態の仕切弁５０について、処理室や搬送室を大気圧に開放した場合に弁体５１に圧力がかかる状態を、図２Ａから図２Ｃを参照して説明する。図２Ａから図２Ｃにおいて、壁７０の図中右側が大気に開放された場合、圧力は弁体５１に対して水平方向に力Ｆ１で働く。この力Ｆ１は、例えば図３Ａに示したように、壁７０に形成された弁座６０の第２シール面部５７を構成する凹部の図中左側の壁面部分で受け止められる。この圧力によって、弁体５１の下面ａには下向きの力が作用するとともに、弁体５１の上面ｂには上向きの力が作用する。その結果、この下面ａと上面ｂにそれぞれ作用する各力の差分、すなわち、下向きの力Ｆ２が弁体５１に働くことになる。この力Ｆ２は、弁体５１を下側の第２シール面部５７に押し付ける力であるので、弁体５１のシール力を増すように作用する。

逆に、図２Ａから図２Ｃにおいて図中左側から圧力がかかる場合、圧力は弁体５１に対して水平方向に力Ｆ３で働く。この力Ｆ３は、例えば図３Ａに示したように、壁７０に形成された弁座６０の第２シール面部５７を構成する凹部の図中右側の壁面部分で受け止められる。この圧力によって、弁体５１の下面ｃには上向きの力が作用するとともに、弁体５１の上面ｄには下向きの力が作用する。その結果、弁体５１の下面ｃと上面ｄにそれぞれ作用する各力の差分が、上下方向の力として弁体５１に作用する。図２Ａ及び図２Ｂに示す構成例では、弁体５１の下面ｃと上面ｄにそれぞれ作用する各力の大きさがほぼ等しいので、上下方向に働く力が打ち消され、弁体５１に対して上下方向の力が作用しない。

しかしながら、図２Ｃに示す構成例では、弁体５１の上面ｄの厚みが、下面ｃの厚みよりも大きいので、全体としては下向きの力が弁体５１に作用する。この下向きの力は、弁体５１を下側の第２シール面部５７に押し付ける力であるので、シール力を増すように作用する。このように、図２Ｃに示す構成例では、弁体５１に対して図中右側及び図中左側のいずれから水平方向に圧力がかかる場合であっても、この圧力に伴って弁体５１の上下方向に作用する力が、弁体５１によるシール力を増す方向に働く。なお、本実施形態では、便宜上、弁体５１の１つの断面においてのみ説明したが、実際の仕切弁においては、弁体の全てにかかる力の総和に基づいて設定する必要がある。

上述したように、本実施形態の仕切弁５０は、弁体５１の厚み方向のいずれの方向から弁体５１に圧力がかかった場合であっても、この圧力によって第１シール面部５６を第２シール面部５７に押圧する力が生じるように構成されている。本実施形態では、弁体５１の厚み方向にかかった圧力が、第１シール面部５６を第２シール面部５７に押圧する力として作用するように、弁体５１の移動方向の両端部、つまり上端部及び下端部における弁体５１の厚み方向の長さがそれぞれ設定されている。

また、図示しないが、仕切弁５０は、弁体５１の第１シール面部５６及び弁座６０の第２シール面部５７が、処理室を構成する壁７０の曲率と等しい曲率を有し、壁７０に沿って曲げられて構成されてもよい。このように構成することで、仕切弁５０の機械的強度を保ったままで、弁体５１の中心部近傍の厚みを薄くして、弁体５１の外周部近傍の厚みを厚く形成することが可能になるので、処理室と搬送室の距離を更に短縮することができる。なお、この構成の場合には、弁体の両端側に２本の駆動軸をそれぞれ設ける必要がある。

また、上述した実施形態では、弁体５１が弁座６０の開口部６３を開閉する際に、弁座６０の第２シール面部５７に対して弁体５１が平行移動するように構成されたが、弁体５１が回転移動するように構成されてもよい。

本実施形態の仕切弁５０によれば、基板の搬送方向に対する厚みを小さくでき、エッチング装置全体をコンパクトに構成することができる。また、本実施形態によれば、弁体５１を一方向の動作だけで開口部６３を開閉することが可能になり、仕切弁５０の構造を簡素化できる。さらに、本実施形態によれば、弁体５１に逆圧がかかった場合であっても、その圧力によって密閉状態が損なわれることを防ぐことができる。

加えて、図示しないが、本実施形態の仕切弁５０は、例えば基板の搬送室や真空室等に設けられる構成や、例えばガス供給系、バックポンプ及びターボポンプや、真空ポンプのメインバルブとしても用いられて好適である。

なお、本発明に係る処理装置は、処理室又は処理室とは異なるプラズマ生成室にプラズマを発生させて、基板を処理するように構成されてもよい。また、実施形態のエッチング装置を一例として挙げて説明したが、例えば、プラズマ処理装置、熱ＣＶＤ装置等や、真空処理装置や高圧処理装置に用いられても同様の効果が得られることは勿論である。

また、本発明に係る仕切弁は、各処理室を分離して、例えば、処理対象物を洗浄、加熱、薬液加工、露光、機械やレーザー加工等の各種の処理や、化学反応処理等をする処理装置のゲートバルブとして適用されて好適である。

実施形態の仕切弁とシール構造を示す斜視図である。実施形態の仕切弁の構成例を模式的に示す断面図である。実施形態の仕切弁の構成例を模式的に示す断面図である。実施形態の仕切弁の構成例を模式的に示す断面図である。実施形態の仕切弁の構成例を模式的に示す断面図である。実施形態の仕切弁の構成例を模式的に示す断面図である。弁体と弁座の各シール面部の構成例を模式的に示す断面図である。弁体と弁座の各シール面部の構成例を模式的に示す断面図である。弁体と弁座の各シール面部の構成例を模式的に示す断面図である。弁体と弁座の各シール面部の構成例を模式的に示す断面図である。弁体と弁座の各シール面部の構成例を模式的に示す断面図である。弁体と弁座の各シール面部の構成例を模式的に示す断面図である。

符号の説明

５０仕切弁
５１弁体
５３駆動軸
５４仕切弁壁
５６第１シール面部
５７第２シール面部
６０弁座
６１沈下当接面
６２ ***当接面
６３開口部
６５Ｏリング
７０壁

Claims

開口部を開閉する弁体と、前記開口部を有する弁座と、を備える仕切弁において、
前記弁体には、前記弁座に当接される第１シール面部が設けられ、
前記弁座には、前記弁体の前記第１シール面部が当接される第２シール面部が、前記開口部を通過する搬送物の搬送方向に平行に設けられていることを特徴とする仕切弁。
前記弁体は、前記弁座の前記第２シール面部に垂直な一方向のみに移動されて前記開口部を開閉するように設けられている請求項１に記載の仕切弁。
前記弁座は、処理対象物を処理する処理室の壁に一体に形成されている、請求項１又は２に記載の仕切弁。
前記第１シール面部及び前記第２シール面部は、処理対象物を処理する処理室の、前記仕切弁が取り付けられる壁の曲率と等しい曲率を有してしている、請求項１又は２に記載の仕切弁。
前記弁座の前記第２シール面部は、中央を通る分割線を有し、該分割線を間に挟んで少なくとも一方側の外周部の一部が、前記弁体の移動方向に曲げられることによって前記開口部が形成されている、請求項１ないし４のいずれか１項に記載の仕切弁。
前記第１シール面部及び前記第２シール面部には、前記弁体と前記弁座が当接する当接面が、前記開口部の周方向に沿って形成され、前記当接面の位置が、前記周方向に沿って、前記弁体の移動方向に変化するように形成されている、請求項１ないし５のいずれか１項に記載の仕切弁。
前記第１シール面部及び前記第２シール面部には、前記弁体の厚み方向の断面において、互いに係合する凹部及び凸部がそれぞれ形成されている、請求項１ないし６のいずれか１項に記載の仕切弁。
前記弁体は、回転移動されて前記弁座の前記開口部を開閉するように設けられている、請求項１ないし７のいずれか１項に記載の仕切弁。
前記弁体の厚み方向のいずれの方向から前記弁体に圧力がかかった場合であっても、該圧力によって前記第１シール面部を第２シール面部に押圧する力が生じるように、前記弁体の移動方向の両端部における前記弁体の厚み方向の長さがそれぞれ設定されている請求項１ないし８のいずれか１項に記載の仕切弁。
請求項１ないし９のいずれか１項に記載の仕切弁と、前記仕切弁が設けられ処理対象物を処理する処理装置。
内部を真空に排気する排気手段と、内部に処理ガスを供給するガス供給手段と、基板が載置される基板載置手段と、該基板載置手段に載置された基板にガスを放出するガス放出手段とを有する処理室と、
前記処理室に隣接して配置された搬送室又は真空室と、を備える処理装置において、
請求項１ないし９のいずれか１項に記載の仕切弁が、前記各室の間又は前記各室と外部との間に配置されていることを特徴とする処理装置。
内部を真空に排気する排気手段と、内部に処理ガスを供給するガス供給手段と、基板が載置される基板載置手段と、該基板載置手段に載置された基板に処理ガスを放出するガス放出手段とを有する処理室と、
前記処理室に隣接して配置された搬送室又は真空室と、を備える処理装置において、
請求項１ないし９いずれか１項に記載の仕切弁がバルブとして用いられたポンプを備えることを特徴とする処理装置。
前記処理室又は前記処理室とは異なるプラズマ生成室にプラズマを発生させて、処理対象物を処理する、請求項１１又は１２に記載の処理装置。