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    公开号:WO1991008412A1
    申请号:PCT/JP1990/001560
    申请日:1990-11-30
    公开日:1991-06-13
    发明作者:Osamu Kamiya；Masao Ueki
    申请人:Canon Kabushiki Kaisha；
    IPC主号:F16K51-00
    专利说明:
    [0001] 明 細
    [0002] 真空バルブ及び該真空バルブを用い た真空処理装置
    [0003] 発明の分野
    [0004] 本発明は、 シール状態を二段階に制御可能な構造を有する真空バ ルブ及び該真空バルブを用いた真空処理装置に関する。 発明の背景
    [0005] I Cや L E D等の半導体素子の製造において は真空中での種々 の 真空処理が不可欠であ る。 例えば I C の製造において半導体の成膜 やエ ッ チ ン グが行われる。 そ う した成膜やエ ッ チ ン グはよ り 清浄な 空間で行われる必要があ る。 そのために各反応プロ セ ス前に真空処 理室内を十分にガス出 し して清浄な状態と し、 ガス 出 し後の真空処 理室内に は、 大気成分のよ う な不純物が混入 しないよ う にする必要 があ る。
    [0006] こ う した こ とか ら第 1 0 図に示 した よ う な真空処理装置が提案さ れて い る。
    [0007] 第 1 0 図に示 した真空処理装置は、 基体処理室 1 0 0 0 と、 基体 投入室 1 0 0 2 とか ら な り 、 基体投入室 1 0 0 2 はヱ ラ ス ト マ一製 の 0 — リ ングか ら な る真空バルブ 1 0 0 1 を介 して処理室 1 0 0 0 に連通 して い る。
    [0008] 基体投入室 1 0 0 2 に は基体搬送系 1 0 0 3 が付設さ れてお り 、 該基体搬送系 1 0 0 3 は基体支持具 1 0 0 4 を有 して いて、 該基体 支持具 1 0 0 4 は真空条件下で基体を処理室 1 0 0 0 に搬送で き る よ う に構成さ れてい る。 該真空処理装置における基体処理は次のよ う に して行われる。 即 ち、 被処理基体を基体支持具 1 0 0 4 を介 し て基体投入室 1 0 0 2 に入れ、 基体投入室 1 0 0 2 を十分排気す る。 次いで真空バルブ 1 0 0 1 を開き 、 前記基体を基体搬送系 1 0 0' 3 を作動させて処理室 1 0 0 0 に搬入す る。 しかる後、 該基体に は処 理室 1 0 0 0 において成膜又はエ ッ チ ン グ等の処理がな さ れる。 こ の装置で は基体投入室 1 0 0 2 に基体を搬入す る際に処理室 1 0 0 0 內に大気が混入する のを防ぎ、 処理室 1 0 0 0 内の清浄度 を保った め、 処理室 1 0 0 0 内の真空を保持 しな ければな ら ない。 こ の た め に、 基体投入室 1 0 0 2 と処理室 1 0 0 0 と の闉を上述 し たよ う にエ ラ ス ト マ一製の 0 — リ ングか ら な る真空バルブ 1 0 0 1 を介 して遮断 してい る。
    [0009] と こ ろで、 こ のよ う な真空装置の真空バルブに使用 さ れる エ ラ ス トマ一材は、 真空環境下において真空プ ロ セ ス 一般に障害 と な る C H 4 , H 2 0 , C 0 2 等の不純物ガスを放出する。 S i 半導体の 成膜プロ セ スを例に取る と、 S i 膜表面に付着 した C H 4 , C 0 z 等が付着する と S i Cが生成さ れて しま い、 ま た、 H 2 0が付着す る と S i 0が生成さ れて しま っ た り して、 得 られるデバイ ス の特性 劣化、 不良率増加を招 く 。 故に処理室 1 0 0 0 内ではエ ラ ス ト マ一 を使用 しない こ とが望ま し く 、 エ ラ ス ト マ一を別の材料に置き換え る試みが従来か ら成さ れている。
    [0010] 第 1 の例と して、 上述のエ ラ ス ト マ一 の代わ り に金線を用い る提 案があ る。 こ の場合軟質の金属 （ シ ール用金線） と硬質の金属 （弁 座 · 弁体の ス テ ン レ ス） の組合わせによ り 、 弁座と弁体の接触時に 軟¾金属の永久変形が起こ る こ とを利用 して シールが行われる。 し か しなが ら、 こ のよ う な軟質金属の永久変形は、 バルブの弁座と弁 体の閭の狭い円環状接触部で は変形限界に達 し易 く 、 その結果バル ブの寿命が短 く な る と い う 問題があ る。 更に、 ダス ト 等によ る傷が シ ー ル面に付き易 く 、 こ れが原因でガス の混入が生 じ る と い う 問題 があ る。 こ の よ う な理由で金線を用いたバルブは耐久性に乏 し く 、 特殊な用途のみに そ の使用が限 られる。
    [0011] 第 2 の例 と して、 シー ル材にバネ性のあ る銅合金ま た はス テ ン レ スを用 い る提案があ る。 こ の提案は、 硬質金属どう しのパネ性を'利 用 して シールを行う と い う も のであ る。 従っ て、 こ の場合、 シ ー ル 材の弾性 11界以下の変形量で使用すればバルブの寿命は县い と い う 利点があ る。 しか し、 R環状接触部全体が隙間な く シ ー ル さ れる た めに は、 シ ー ル材、 弁座、 弁体の各シ ー ル面の面粗度及び平行度を 非常に高精度に加工す る必要があ る と こ ろ、 かな り の加工コ ス 卜 が かかる と い う 問題があ る。 更に、 硬 ¾金属のバネ性を利用 して い る ため、 シール面全体を完全に シールさせ る ために は、 押 し付け圧力 を非常に大き く しな ければな ら ない。 ま た、 第 1 の例 と同 じ く 、 シ ー ル面にダス ト が付着 した場合傷の原因にな り 易い。 加えて、 開閉 の繰り 返 しに対す る耐久性は良いが、 取扱いが難 しい、 高価であ る . と い っ た問題があ る。
    [0012] 第 3 の例 と して、 特開昭 5 9 — 1 7 3 0 2 号公報に、 第 9 図に示 す構造の 2 重 シール型バルブが提案さ れてい る。 こ れは、 金属の シ —ル材 と エ ラ ス ト マ 一 の シール材とで 2 重に シールを行う と と も に - それ ら の中間ス ペー スか ら排気を行う こ と に よ り 、 密封性の向上と、 真空環境に基づ く エ ラ ス ト マ一か ら放出さ れる ガス の処理と を はか れる よ う に した も のであ る。 第 9 図は弁体の シ ー ル部分を拡大 した も のであ る。 本図で は、 バルブは閉の状態にあ る。
    [0013] 第 9 図に示 した真空バルブにおいて は、 弁体 9 0 1 にエ ラ ス ト マ 一シ ー ル部材 9 0 4 が設け ら れて お り 、 弁座 9 0 2 に エ ラ ス ト マ 一シ ー ル部材 9 0 4 が押 し あて ら れる こ と で エ ラ ス ト マ一シ ー ル 9 0 5 が形成さ れる。 ま た、 弁体 9 0 1 の平坦な面 と弁座 9 0 2 の 平坦な面 とが押 し当て られる こ とで メ タ ル シ ール 9 0 3 が形成さ れ る 。 エ ラ ス ト マ 一 シ ー ル部材 9 0 と メ タ ル シ ール 9 0 3 と の間に は中間ス ペ ー ス 9 0 6 が形成さ れてお り 、 こ の中間ス ペー ス 9 0 6 に連通する通路 9 0 7 を経て、 外側に排気ポ ン プ 9 0 8 が接続さ れ てい る。 そ してエ ラ ス ト マ 一 シ ール部材 9 0 4 か ら放出 さ れる放出 ガ ス は中間ス ペ ー ス 9 0 6 を介 して排気ポ ン プ 9 0 8 に よ り 排気 さ れる し く み に な っ て い る。
    [0014] こ の第 3 の例は、 繰 り 返 し耐久性、 ダス ト に強い と い っ た利点力く あ る。 しか しなが ら外部装置と して排気ポ ンプ 9 0 8 を必要 と する 上、 弁座 9 0 2 中に通路 9 0 7 を形成しなければな らないため、 装 置コ ス ト が不可避的にかさ んで しま う。 加えて こ の真空バルブで は、 メ タ ル シ ール 9 0 3 を形成する と必然的にエ ラ ス ト マ一シ ール 9 0 5 が成されるため、 ヱ ラ ス ト マ一 シ ール部材 9 0 4 の変形、 劣 化が激し く 、 エ ラ ス ト マ一シール部材 9 0 4 をたとえ交換したと し て も、 超髙真空処理装置の場合には、 大気圧から元の超高真空状態 まで减圧させるには数十時間を要する と い っ た問題がある。 発明の要約
    [0015] 本発明は、 従来の真空バルブに係る上述した各種問題点を克服 し 耐久性及び操作性に優れ、 かつ低コ ス ト の真空バルブを提供する こ とを主たる目的とする。
    [0016] 本発明の他の目的は、 従来の真空バルブを用いる こ とに起因する 真空装置における問題点を克服し、 高清浄な真空雰囲気が定常的に 容易に得られ、 操作性に優れた真空装置を提供する こ とにある。 本発明は従来の真空バルブに起因する上述した各種問題点を解決 し、 上記目的を達成すべ く 本発明者らが鋭意研究を重ねた結果、 完 成に至ったものである。
    [0017] 本発明によ り提供される真空バルブはつぎのとおり の構成のもの である。
    [0018] 即ち、 真空バルブによ り遮断される空間の低圧側の空間に接する 第 1 の シー ル部材を無機材質によ り構成し、 高圧側の空間に接する 第 2 の シ ー ル部材をエ ラ ス ト マ 一 に よ り構成し、 第 1 の シ ール段階 と して前記第 1 の シ ール部材及び前記第 2 の シール部材が閉の状態 と な り 、 第 2 の シ ー ル段階と して前記第 1 の シール部材が閉の状慈 前記第 2 の シ ー ル部材が開の状態とな る よ う に真空バルブの シ ー ル 状態を 2段階に調整可能であるよう に した こ とを特徴とする もの'で ある。
    [0019] また、 本発明によ り提供される真空装置はつぎの とおり の構成の も の で あ る 。
    [0020] 即ち、 第 1 の真空容器と、 該第 1 の真空容器よ り も髙圧状態とな る第 2 の真空容器と、 前記第 1 の真空容器と第 2 の真空容器とに接 続され、 前記第 1 の真空容器内と第 2 の真空容器内を導通、 非導通 とするための真空バルブと、 前記真空バルブを駆動するための駆動 手段とを有する真空処理装置であって、 前記真空バルブが 2種類の シ ー ル部材を有しており、 前記第 1 の真空容器によ り形成される空 間に接する第 1 の シー ル部材を無機材 ¾によ り構成し、 前記第 2 の 真空容器によ り形成される空間に接する第 2 の シ ー ル部材をエ ラ ス ト マ一 に よ り構成し、 第 1 の シ ー ル段階と して前記第 1 の シ ー ル部 材及び前記第 2 の シ ー ル部材が閉の状態となり、 第 2 の シ ー ル段階 と し て前記第 1 の シール部材が閉の状態と して前記第 2 の シール部 材が開の状態にそれぞれなるよ う に真空バルブ の シ ー ル状態を 2 段 階に調整可能であるよ う に したこ とを特徴とする ものである。
    [0021] 上述した構成の本発明の真空バルブを用いる と、 従来の シ ー ル部 材をエ ラ ス ト マ一で のみ構成した真空バルブを用いた場合に生 じ る エ ラ ス ト マ一からの放出ガ ス の混入の問題が全 く 生起する こ とをな く して高清浄な所望の真空状態を真空処理室内に確立する こ とがで き る。
    [0022] また、 従来のシ ー ル部材を無機材 S部材だけで構成した真空バル ブにおい ては、 該真空バルブによ り遮断される空閭のう ち高圧 （低 清浄） 側空間の真空度が低下した時、 ま たは大気圧にな っ た時に無 機材質シ ー ルの接触面のすき まよ り高圧 （低清浄） 側空間から低清 浄なガ ス が低圧 （高清浄） 側空間に流入し、 低圧 （高清浄） 側空間 の真空度 （清浄度） は大巾に損なわれる。
    [0023] しかし本発明の真空バルブにおいては、 真空シ ー ル部に 2 つの シ 一ル部材を設け、 高圧 （低清浄） 側空間に接する シール部材のみを エ ラ ス ト マ一で構成している。 加えて、 真空バルブの閉の状慈を 2 段階に綢節可能であ り、 第 1 の段階では、 第 1 の シ ール部材及び第 2 の シール部材が閉の状態となり、 第 2段階では、 第 1 の シール部 材のみが閉の状態となるよ う に搆成されているため、 高圧（低清浄） 側空間の圧力が高 く なり、 低圧 （高清浄） 側空間との圧力差が顕著 となる前に第 2 段階のシール状態とする こ とで、 第 2 のシール部材 (エ ラ ス ト マ一シ ール部材） からの放出ガスを高圧 （低清浄） 側空 P から排気させる こ とができ る。 しかも、 この場合、 第 1 の シール 部材 （無機材 ¾ シール部材） の シール部分に小さな リ ークが発生し ていて も高真空側の真空度の影響はエ ラ ス ト マー シ ール部材からの 放出ガスに比較する と無視でき るほど小さ く なる。
    [0024] また、 本発明の真空バルブにおいては、 エ ラ ス ト マ一シール部材 は、 劣化する こ とな く 县期に直って安定に維持される。 これによ り 上述した公知の 2重シ ールバルブの場合にみられるエ ラ ス ト マ ー シ 一ル部材の劣化による真空処理室内への望ま し く ないガス の混入の 問題は排除される。
    [0025] さ らにまた、 装置構造が簡単であるため髙清浄な所望の真空状態 を低コ ス ト で容易に得る こ とができ る。 好ま しい態様の詳細な説明
    [0026] 本発明の上述した構成の真空バルブの具体的態様を以下に説明す る。 第 2 A図及び第 2 B図は、 本発明の真空バルブの好ま しい態様 の一例を模式的に示す図である。
    [0027] 即ち、 第 2 A図は、 本発明の真空バルブの エ ラ ス ト マ一シ ー ル部 材と無機材質性シ ー ル部材とが弁座に密着した閉の状態を示してい る （即ち、 第 1 の シ ー ル段階） 。
    [0028] 第 2 A図において、 弁体 2 0 1 は、 弁座 2 0 2 との間にエ ラ ス ト マ ー製の 0—リ ング 2 0 4を介して弁座 2 0 2 に押しつけられ、 ェ ラ ス ト マ— シ ールが成される と共に無機材質性シール部材と して'例 えば金属性の シ ー ル部材 2 0 3 がバネ 2 0 5 を介 して弁座 2 0 2 に 押し付け られて お り 、 メ タ ル シ ー ルを成してい る。 こ こ で はエ ラ ス ト マ 一 シ ー ル と メ タ ル シ ー ルに よ っ て空間 I と 空簡 Π とが遮断 さ れ て い る。
    [0029] 第 2 B 図 は、 金属性 シ ー ル部材 2 0 3 と 弁座 2 0 2 と の密着 に よ る メ タ ル シ ー ル のみに よ っ て空間 I と 空間 Π と が遮断 さ れた状 態 （即 ち、 第 2 の シ ー ル段階） を示 して お り 、 金属性 シ ー ル部材 2 0 3 はバネ 2 0 5 に押 し付け られて いて、 こ の部分でメ タ ル シ 一 ルを成 して い る。
    [0030] と こ ろで、 空間 I が分子流域の圧力であれば、 エ ラ ス ト マ ー シー ル部材 2 0 4 から放出 さ れる放出ガス はメ タ ルシール部の コ ンダ ク タ ン ス が小さ いため空間 D に流入する量は無視で き る ほど小さ く な る。
    [0031] こ こ で エ ラ ス ト マ 一 シール部材 2 0 4 か ら の放出ガ ス が、 メ タ ル シール部を介 して空間 Π に流入する こ と は実質的にない理由を以下 に説明する。
    [0032] 金属性 シ ール部材 2 0 3 と弁座 2 0 2 と の間の分子流域の圧力下 における気体の流れ易 さ を示すコ ンダク タ ンス を C、 低圧側空間 I の圧力を P。 、 高圧側空間 Π の圧力を P と する と、 シ ー ルの隙間よ り もれるガ ス量 Qは次の式で表さ れる。
    [0033] Q = C ( P - P o ) …（1)
    [0034] こ こ で は P。 く P であ るか ら、
    [0035] Q ^ C P … (2)
    [0036] と な る。
    [0037] —方、 コ ンダク タ ン ス C は シール巾を L 、 シールの周の县さ を a 、 隙間の大き さ を b とする と、
    [0038] C = 1 1. 6 K a b ( £ / s ec ) ,
    [0039] Κ = ( b ノ L ) ' £ n ( L / b ) …は）
    [0040] と な る。 但 し、 a , b は cm単位 と する。 ' 仮り に、 P = 1 0 - 7 T orr , P 。 = 1 0— 1。 T orr , a = 3 0 cm , b = 0. 0 0 1 cm , L = 0. 5 αη と す る と 、 そ の時の隙間か ら も れる ガ ス量 Qは（2) , (3)式よ り 、
    [0041] Q = 4. 3 X 1 0 - 10 Torr - ί /sec
    [0042] とな る。
    [0043] ま た、 P = 1 0—1。 Torr , P。 = 1 0— 12 Torr , a d 0 cm b = 0. 0 0 1 cm, L = 0. 5 cmの時は、
    [0044] Q = 4. 3 x 1 0 - 13 Torr · ί /sec
    [0045] と な る。
    [0046] 一方、 エ ラ ス ト マ 一 シール部材の髙真空側にあ る表面か ら放出ガ ス Q ' は、 W. Beekroann, Vacuum 1 3 ( 1 9 6 3 ) 3 4 9 によれ ばおよ そ
    [0047] Q ' = 1 X 1 0 "8 S Torr - ί /sec
    [0048] で表さ れる。 但 し、 こ こ で S はエ ラ ス ト マ一シール部材の低圧側空 閭 Π におけ る表面積を表す。
    [0049] 直径 1 O cmの 0— リ ングを用 い る場合について考え る と 、 S は の場合、 約 0. 5 X 3 O cn!程度と予測さ れる。 よ っ て、
    [0050] Q ' = 1. 5 1 0 - 7 T orr * & /sec
    [0051] と な り 、 いずれの場合も Q < Q ' と な る。
    [0052] 言い換えれば、 シール部に 1 0 程度の異物を挟み込んで も高圧 側空間 I が、 1 0 - 7 T orr で はエ ラ ス ト マ一シ ール部材の 1 0 0 0 分の 1 の放出ガス に抑え られる こ と にな る。
    [0053] ま た、 こ れによ り 、 よ り 低圧の時は更にその効果は高ま る。
    [0054] 本発明において シ ール部材に用 い られる無機材質と して は、 例え ばス テ ン レ ス銕や A £等の金属、 セ ラ ミ ッ ク ス等が挙げ られる。 ま た、 ス テ ン レ ス鏑の表面を電解研磨等によ り鏡面仕上げ し、 その上 に、 清浄な酸化性雰囲気中で形成 した不動態膜を表面に有する も の も好ま しい も の と して例示で き る。
    [0055] エ ラ ス ト マ 一 と して は、 例えば、 フ ッ 素系ゴム、 N B R ゴム等が 挙げ られるが、 それ以外で も常温で弾性を有する も のな ら ば適宜使 用で き る。 第 4 A図及び第 4 B 図は、 本発明の真空バルブの好ま しい態様の 別の例を模式的に示す図で あ る。
    [0056] 本例で は、 真空バルブ は、 弁座 4 0 、 弁体 4 0 1 、 0 - リ ン グ状の無機材質性 シ ール部材 4 0 3 、 エ ラ ス ト マ一性 シ ール部材 4 0 4 と べ 口 一ズバネ 4 0 5 と によ り 構成さ れて い る。
    [0057] 無榉材質性 シール部材 4 0 3 は、 ス テ ン レス網の表面を電解研磨 によ り 鏡面仕上げ し、 その上に、 清浄な酸化性雰囲気中で形成 した 不動態膜を表面に有する も のによ り 構成さ れてい る。 こ の シ ー ル部 材 4 0 3 はべ 口 一 ズバネ 4 0 5 を介 して弁体 4 0 1 に溶接固着さ れ てい る。 そ の固着位置は、 第 2 の シール部材よ り も内側に し、 高真 空側空間 Π を シ ー ルす る位置に さ れて い る。 なお、 ベ ロ ー ズバネ 4 0 5 はガス放出の少ないス テ ン レス網で構成さ れて い る。 本発明 において は、 弁座 4 0 2 と無機材質性 シー ル部材 4 0 3 と の接触面 は平坦な も のが望ま し く 、 好ま し く は機械的研磨面さ ら に好ま し く はラ ッ ピ ン グ面、 電界研磨面が望ま しい。
    [0058] 本例で はヱ ラ ス ト マ一性シール部材 4 0 4 は N B R ゴム によ り 構 成 し、 弁体 4 0 1 の下部外側に固着 して、 低真空側空間 I を シ ー ル す る よ う に さ れて い る。
    [0059] そ して、 本例で は、 弁体 4 0 1 を移動させる こ と に よ り （移動手 段と して は、 例えばエ ア シ リ ンダー等が用い られる。 ） 、 シー ル状 態を 2 段階に調整す る こ とがで き る。 ま た、 ベ ロ 一 ズバネ 4 0 5 を 縮めた状態にする と、 シール部材 4 0 3 と シ ー ル部材 4 0 4 の両方 が閉の状態と な る （第 4 A図） 。
    [0060] 一方、 第 4 A図の状態から弁体 4 0 1 を少 し浮き 上が らせ る と、 シ ー ル部材 4 0 3 のみが閉の状態と な る （第 4 B 図） 。 こ こ で、 ベ ロ ー ズバネ 4 0 5 の先端は溶接に よ り 弁体 4 0 5 及び シ ー ル部材 4 0 3 に固着さ れて い るが、 弁体 4 0 1 の上下への移動に よ り 生'ず る応力 は主に溶接部以外のバネ部で吸収さ れる た め溶接部が離脫す る こ と はない。 と こ ろで、 無機材踅シ ール部材の構造は、 上述 した 0 — リ ング状 構造に限 ら れる も ので はない。 例えば第 5 図に示すよ う な弾力性の あ る C型の リ ング 5 0 3 を使用 して も良い。
    [0061] こ の場合に は、 C型 リ ングを損傷 した時容易に交換する こ とがで き る。 ま た第 6 図に示すよ う に、 無機材賓シール部材 6 0 3 をテ一 パ一状と して、 シー ル部の位置決め精度を上げた構造とする こ と も 可能であ る。
    [0062] こ の場合に、 さ ら に シール接触面積が広がる ため、 コ ンダク タ ン ス C は小さ く な り 、 よ り シ ール性を高め る効果も有する。
    [0063] さ ら に本発明の真空バルブは第 7 図に示すよ う に断面形状が Ω型 と な る よ う なバネ 7 0 5 を介 して弁体 7 0 1 と無機材質シール部材 7 0 3 と を接続させる こ と もで き る。
    [0064] 第 3 図に上述 した本発明の真空バルブを用いた真空装置と し、 堆 積膜の形成装置の一例を示す。
    [0065] 第 3 図において、 3 3 6 は、 堆積膜を形成させる基体 3 1 6 を堆 稜膜の形成装置内に投入するための基体投入室 （ロ ー ド ロ ッ ク 室） であ り 、 3 3 7 は成膜室であ る。 こ こ で こ の装置において は、 成膜 室 3 3 7 は基体投入室 3 3 6 よ り も低圧に維持で き る。
    [0066] 図中 4 0 1 は本発明 の真空バルブの 弁体で あ り 、 可動 リ ン ク 3 4 0 を介 してエ ア 一 シ リ ンダ一 3 1 2 に連結 してい る。 3 1 1 は 弁座を兼ねたハ ウ ジ ングであ り 、 3 1 5 はス ト ッ パーであ る。 弁体 4 0 1 は作動させたエア シ リ ンダ一 3 1 2 によ り ス ト ッ パー 3 1 5 に突き 当て ら れる こ と で開閉 3 4 7 を閉の状態に維持で き る 。 3 2 9 はエ ア シ リ ンダ一 3 1 2 の制御系であ り 、 3 2 8 はポ ンプで あ る。
    [0067] こ の装置を用いた成膜方法について説明する。 ま ず、 基体投入室 3 3 6 と成膜室 3 3 7 とを真空バルブが第 2 の シ ール状態 （無機'材 S シ ール部材のみ閉の状態） で排気 してお く 。 続いて真空バルブを 第 1 の シ ー ル状態 （無機材 S シ ー ル部材及びエ ラ ス ト マ一シ ール部 材共に閉の状態） と した後、 基体投入室 3 3 6 內を大気圧 と し、 基 体投入室 3 3 6 の基体出入口 3 3 4 よ り基体 3 1 6 を基体投入室 3 3 6 內に投入す る。 基体の移動手段 （例えばエ ア シ リ ン ダー、 こ こ で は図示 していない） を用 いて三爪チ ヱ ッ ク 3 1 3 の下方に基体 3 1 6 を移動させた後、 三爪チ ェ ッ ク 3 1 3 に基体 3 1 6 を取り 付 ける。 なお、 三爪チ ッ ク 3 1 3 は磁気結合直線導入端子 3 1 9 に 接続さ れてお り 、 基体 3 1 6 を基体投入室 3 3 6 か ら成膜室 3 3 7 に移動させ る こ とがで き る。
    [0068] こ の後、 真空ポ ン プ 3 2 7 に よ り基体投入室 3 3 6 内を排気する と と も に真空ポ ンプ 3 2 5 によ り 成膜室 3 3 7 内を排気 し、 それぞ れの室の内圧を圧力計 3 2 0 及び 3 2 4 で検知 しなが ら各々 の室内 を所望の真空度に排気する。
    [0069] こ こ で、 圧力計 3 2 0 , 3 2 4 は C P U 3 4 1 に接続さ れてお り 、 C P U 3 4 1 はエ ア シ リ ンダ制御系 3 2 9 に接続さ れてい る。 即 ち、 圧力計 3 2 0 , 3 2 4 か ら の信号によ り C P U 3 4 1 を介 し てエ ア シ リ ンダー 3 1 2 を 自動制御で き る よ う にな つ て い る。
    [0070] 次いで、 基体投入室 3 3 6 と成膜室 3 3 7 の圧力が近づいた と こ ろで、 真空バルブの弁体 4 0 1 をエ ア シ リ ンダ一 3 1 2 を介 して移 動させ基体投入室 3 3 6 と成膜室 3 3 7 の開閉部 3 4 7 を開の状態 にする。 こ の後、 基体 3 1 6 を はさ んでい る三爪チ ユ ッ ク 3 1 3 を 直線導入端子 3 1 9 を用いて成膜室 3 3 7 内に移動させ、 基体支持 台 3 1 7 上に基体 3 1 6 を設置する。
    [0071] 次いで、 三爪チ ェ ッ ク 3 1 3 を投入室 3 3 6 内に移動さ せてか ら 真空バル ブを用 いて開閉部 3 4 7 を無機材 ¾ シ ー ル部材のみが閉 と な る第 2 の シ ー ル状態と して排気を行 う 。 その後、 成膜室内が所望 の圧力 と な っ た と こ ろで成膜を行う 。
    [0072] 図中、 3 1 8 は放電励起用 の電極で あ り 、 3 3 2 は R F電源で 'あ る。 3 3 5 は成膜に必要な原料ガス等を供給する ガス供給系で あ り 、 3 2 6 は真空ボ ンブ 3 2 5 を介 して排出 さ れる排気ガスを処理す る 廃ガス処理系である。
    [0073] こ の成膜室 3 3 7 內では通常用い られている公知の方法で基体 3 1 6上に堆積膜の形成を行う こ とができ る。 堆穣膜の形成を終え た基体 3 1 6 は直線導入端子 3 1 9 に よ り基体投入室 3 3 6 に戻さ れ、 不図示の移動手段を用いて基体出入扉 3 3 4 よ り取り 出される こ こでは R F電源を用いた堆積膜形成装置を示したが、 マイ ク 口 波電源を用いた堆積膜形成装置等、 他の堆積膜形成装置であっても よ い。
    [0074] 次に、 第 1 図に、 上述した本発明の真空バルブを搭載した真空装 置の別の一例と して真空蒸着装置を示す。 図中、 2 0 1 はヱ ラ ス ト マ一 シール部材 2 0 4を持つ弁体を示し、 2 0 3 は金属で構成され た シ ー ル部材を示 し、 2 0 5 は、 金属性シ ー ル部材 2 0 3 を弁体 2 0 1 に保持させ、 かつ弁体 2 0 1 と金属性シール部材 2 0 3 を独 立して機能させるためのスプリ ングを示し、 2 0 2 は弁体を兼ねた バルブボ ン ネ ッ ト を示す。
    [0075] なお、 本例では、 エ ラ ス ト マ一シール部材 2 0 4 は、 フ ッ素系ゴ ムであるバイ ト ン （商品名） で構成され、 金属性シール部材 2 0 3 はス テ ン レ ス鑭 （ S U S 3 1 6 L ) に よ り構成されて い る。
    [0076] 第 1 図において、 1 0 0 は、 処理基体 1 1 0 を大気中から蒸着室 1 0 1 に投入するため の基体投入室を示し、 1 0 3 は処理基体搬送 器を示し、 1 0 4 , 1 1 5 は、 それぞれ真空ポ ン プを示し、 1 0 5 は粗引き ポ ン プを示す。 そ して蒸着室 1 0 1 内には、 E ガ ン 1 1、 シ ャ ツ タ 一 1 1 2 、 蒸着源 1 1 3、 処理基体用ホ ルダ一 1 1 1 、 ヒ 一タ ー 1 1 7 、 膜厚計 1 0 9 が設け られている。 なお、 1 0 6 は N 2 導入用バルブを示し、 1 0 7 , 1 1 6 はそれぞれ圧力計を示し 1 0 8 は真空バルブの開閉を行う ための動力系を示す。
    [0077] 第 1 図に示す真空蒸着装置における本発明の真空バルブの動作に ついて以下に説明する。 図中点線 2 0 0 內が本発明による真空バル ブで あ る e (1) 第 1 図におけ る蒸着装置の初期状態
    [0078] 蒸着室 1 0 1 は、 真空ポ ンプ 1 1 5 によ り 真空排気さ れて い る 基体投入室 1 0 0 の粗引 き ポ ンプ 1 0 5 は停止さ れてお り 、 真 空ポ ンプ 1 0 4 が作動 してい る。
    [0079] 本発明によ る真空バル ブは金属性 シ ー ル部材 2 0 3 が閉の状態 で、 エ ラ ス ト マ一 シ ー ル部材が開の状態 （第 2 の シ ー ル状態） で あ る。
    [0080] (2) 基体 1 1 0 の基体投入室 1 0 0 への投入
    [0081] 本発明の真空バルブが第 1 の シール状態、 つま り 金属性 シール 部材 2 0 3 及びエ ラ ス ト マ 一 シ ー ル部材 2 0 4 が共に閉の状慈 と な る よ う動力系 1 0 8 を操作する。 弁体 2 0 1 は図中左方向に移 動 しエ ラ ス ト マ一 シ ー ル部材 2 0 4 が弁座 2 0 2 に接触 し、 基体 投入室 1 0 0 と蒸着室 1 0 1 を分離する。
    [0082] つぎに真空ポ ンプ 1 0 4 によ る排気を中止 し、 バルブ 1 0 6 よ り N 2 ガスを導入 し、 基体投入室 1 0 0 が大気圧と な っ た と こ ろ でバルブ 1 0 6 を閉 と し、 ガス の導入を止め る。 こ の状態で 基体搬送器 1 0 3 に ゥ ヱ ハを載せる。
    [0083] (3) 基体の蒸着室への搬入
    [0084] 粗引 き ポ ンプ 1 0 5 を作動させる こ と によ り 基体投入室 1 0 0 内を真空排気する。 該室內の圧力が 1 X 1 0 " 3 T orr にな っ た と こ ろで粗引 き ポ ン プ 1 0 5 を停止する。 次に基体投入室 1 0 0 を 別のポ ンプ 1 0 4 で排気する。 該室内の圧力が 1 X 1 0— 4 T orr にな っ た と こ ろで弁体 2 0 1 を右方向に移動 し、 本発明の真空バ ルブを第 2 の シール状態にする。
    [0085] さ ら に排気をつづけ、 基体投入室 1 0 0 内の圧力が l x l 0 " 6
    [0086] T orr に達 した と こ ろで、 本発明の真空バルブを完全な開状態に し、 基体投入室 1 0 0 と蒸着室と を連通させ る。 そ して、 搬送'器 1 0 3 によ り 蒸着用基体 1 1 0 をホルダ— 1 1 7 に設置する。 搬 送器 1 0 3 が基体投入室 1 0 0 に戻っ た と こ ろで本発明の真空バ ルブ 2 0 0 を第 2 のシール状態にする。
    [0087] (4) 基体を基体投入室に戻す
    [0088] 蒸着が終了した と こ ろで、 本発明の真空バルブを完全に開の状 態にする。 そ して、 搬送器 1 0 3 によ り、 蒸着用基体 1 1 0 を処 理室 1 0 1 のホルダ一 1 1 7 よ り基体投入室 1 0 0 に戻す。 次に 本発明の真空バルブを第 1 の シ ール状態と し、 バルブ 1 0 6 を介 して N 2 ガスを導入し、 基体投入室 1 0 0 が大気圧に し、 膜の蒸 着された基体 1 1 0 を系外に取り出す。
    [0089] 上記 (2)において、 基体投入室 1 0 0 が大気圧の時には、 本発明 の真空バルブは第 1 の シール状態の閉状態となり、 エ ラ ス ト マ一 シ ール 2 0 4 によ り密閉されているため、 蒸着室 1 0 1 內に大気 成分が流入する こ とは無い。 またエ ラ ス ト マ一から蒸着室 1 0 1 の方向 に放出 さ れる ガ ス は、 弁体 2 0 1 と金属性 シ ー ル部材
    [0090] 2 0 3 の間の空間に溜めこまれる こ とになる。 なお、 短時間であ れば、 弁体 2 0 1 と シール部材 2 0 3 の間の空間の圧力は、 あま り高 く な ら ないため、 蒸着室 1 0 1 に エ ラ ス ト マ一 シ ー ル部材
    [0091] 3 0 4 か ら の放出ガスが流入する こ と は無視でき る。 実験例 1
    [0092] 本発明の真空バルブの効果を確認するため、 第 1 図に示した蒸着 装置を用いて、 蒸着室 1 0 1 内を大気圧よ り排気した時の放出ガス 量をス ルーブッ ト法によ り測定した。 具体的な装置と しては蒸着室 1 0 1 と真空ポ ンプ 1 1 5 の墀界部にオ リ フ ィ スをはめ込むと共に オ リ フ ィ ス と真空ポ ン プ 1 1 5 の間に圧力計を接続した ものを用い た。 ス ルーブッ ト法とは、 従来よ り用い られる圧力を与えるための 下記の式 （ i ) よ り、
    [0093] Q
    [0094] P = + P ' ( i )
    [0095] S
    [0096] 与え られる下記の式 （ ii ) を用いた放出ガ ス測定法である Q = ( P - P ' ) x S … （ ii )
    [0097] こ こ で Q は蒸着室 1 0 1 か ら 得 ら れ る 放出 ガ ス 量、 P は圧力 計 1 1 6 に よ る圧力、 P ' はオ リ フ ィ ス と真空ポ ンプ 1 1 5 間に接続 さ れた圧力計の圧力であ る。 S はオ リ フ ィ ス の コ ンダク タ ンスであ り 、 圧力変動によ る コ ンダク タ ンス の変動を防 ぐ ため、 ポ ンプの コ ンダ ク タ ン ス よ り は、 はるかに小さ い コ ンダク タ ン ス を持つオ リ フ ィ スでポ ンプの コ ンダク タ ンスを規格化す る係数であ る。
    [0098] 本測定において、 オ リ フ ィ ス の コ ンダク タ ンス は 3 £ / s e c 、 ポ ンプの コ ンダク タ ンス は 3 0 0 & / s ec の も のを用 いた。 圧力の測 定は、 B — Aゲー ジを用 いて行 っ た。
    [0099] 具体的な測定は以下の 3 つの事項について行 っ た。
    [0100] (1) コ ン フ ラ ッ ト フ ラ ン ジに よ り 真空バルブがはめ込ま れてい る開 口部を密閉 し、 真空バルブを無 く した時の処理室内の放出ガス の 測定。
    [0101] (2) 従来の真空バルブ と して フ ッ 素系ゴム （バイ ト ン ： 商品名） を 用 いたエ ラ ス ト マ一シールバルブ使用 した時の処理室内の放出ガ ス の測定。
    [0102] (3) 本発明によ る真空バルブを使用 し、 第 2 の シ ール状態 （金属性 シ ー ル部材 2 0 3 のみ閉） で蒸着室 1 0 1 内の放出ガス の測定。 こ こ で上記（2)及び（3)の測定において は、 基体投入室 】 0 0 も同時 にポ ンプ 1 0 4 によ り 排気 した。 測定結果を第 8 図に示 した。
    [0103] 第 8 図に示 した結果よ り 、 本発明の真空バルブを用 い る こ と によ り 、 エ ラ ス ト マ 一か ら の放出ガスが金属性 シ ー ル部材 2 0 3 によ る メ タ ルシールによ り 殆 ど回避さ れる こ と が確認さ れた。 実験例 2
    [0104] 第 1 図に示 した真空蒸着装置を用 いて S i 単結晶基体上に S i 膜 を形成 した後、 S I M S によ り S i 膜中に含有さ れる炭素量を測定 し た。 ま ず、 基体投入室 1 0 0 及び蒸着室 1 0 1 を各 々 真空ポ ン プ 1 0 4及び 1 0 5 を用いて、 それぞれ 1 X 1 0— 6Torr, l 1 0 '8 Torr 程度の真空度が得られるよ う排気した。
    [0105] こ こ では基体投入室 1 0 0 と蒸着室 1 0 1 を遮断する真空バルブ 2 0 0 をエ ラ ス ト マ一シ ー ル部材 2 0 4が開の状態、 金属性シ ー ル 部材 2 0 3 が閉の状態となる第 2 の シ ー ル状態に調整しておいた。 続いて蒸着室 1 0 1 にイ オ ンポ ンプ （ 4 0 0 £ /sec ) を接続し、 不図示の ヒ ータ 一によ り蒸着室 1 0 1 内を 1 5 0 'cでべ一キ ングし ながら 2 0 時間排気した。
    [0106] こ こで、 ヒータ ーによるべ一キ ングを中止し、 4 8時間排気を続 けて室温まで冷却した。 蒸着室 1 0 1 の内壁の液体窒素シ ュ ラ ウ ド (不図示） に液体窒素を流入させ、 これを循環させる一方ウェハホ ルダーをヒ ータ ー 1 1 7 によ り 9 0 0 てまで加熱した。
    [0107] 続いて、 蒸着室 1 0 1 に チ タ ン サ ブ リ メ ー シ ヨ ン ポ ン プを接続 して拱気を開始した。 こ の時蒸着室 1 0 1 内の圧力は 8 x 1 0 -11 Torr で あ っ た。 こ こ で最大出力 3 k Wの Eガ ン 1 1 4 に 2. 5 k W のバヮ 一を投入し、 1 5 分間のアイ ド リ ングを行った後、 Eガ ン の パワ ーを 1. 8 k Wに下げた。 次いで真空バルブを開放して蒸着室 1 0 1 と基体投入室 1 0 7 とを連通状態に し、 S i 基体 1 1 0 を蒸 着室 1 0 1 内の基板ホ ルダー 1 1 1 に セ ッ ト し た。 こ こ で真空バル ブ 2 0 0 を第 2 の シ ー ル伏態 （金属性シ ール部材 2 0 3 のみ閉） に 調整し、 2 0 分間排気した。 こ こ で蒸着室 1 0 1 内の圧力は 1. 5 X 1 0 ' 10 Torr で あ っ た。
    [0108] 次いで シ ャ ッ タ ー 1 1 2 を開き、 S i 基体 1 1 0 上への S i 膜の 蒸着を開始した。 膜厚計 1 0 9 を参照 し、 Eガ ン 1 1 4 のパ ワ ーを 制御しながら成膜を行い S i ¾を 1 0 0 Aの厚さで形成した。
    [0109] 真空バルブ 2 0 0 を関放に して S i 基体 1 1 0 を基体投入'室 1 0 0 に戻した後、 真空バルブ 2 0 0 を第 2 の シ ール状態 （金属性 シ ール部材 2 0 3 のみ閉） に調整した。 S i 基体 1 1 0 の温度が下 が っ た と こ ろ で真空バル ブを第 1 の シ ー ル状態に 調整 し た後、 該 S i 基体を基体投入室 1 0 0 よ り 系外に取 り 出 した。
    [0110] S i 基体 1 1 0 を S I M S分圻装置に移 し、 S i 蒸着膜中の炭素 濃度を測定 した。 測定に先だち S i ヱ ビタ 丰 シ ャ ル蒸着層の表面を A r + イ オ ンを用 いてスパ フ タ し （電圧 3 k V , 1 0 秒間） 大気中 における吸着分子の影響をな く した。
    [0111] 測定の結果 S i 蒸着層中に含有さ れる炭素瀘度は 4. 7 X 1 0 15個
    [0112] / ciiであ っ た。 比較実験例 1
    [0113] 実験例 2 で用いた真空バルブの代わ り に、 従来のヱ ラ ス ト マ 一 シ —ル部材 1 つを シ ール部材と して用 いた真空バルブを用 いて実験例 2 と同様の操作を行っ た。 こ こ で はエ ラ ス ト マ一シ ー ル部材と して フ ッ 素系ゴム （バイ ト ン ： 商品名） を用いた。 本例の場合実験例 2 と同様の操作を試みたが、 実験例 2 の場合ほど蒸着室内を低圧に は で き なかっ た。 因に、 チ タ ンサブ リ メ ー シ ヨ ンポ ンプで排気 した時 点での圧力は、 実験例 2 で は 8 X 1 0 - 1 1 Torr であ っ た の に対 し て、 本例で は 2 X 1 0 - 10 Torr であ っ た。
    [0114] 形成さ れた S i 膜を分析 した結果、 炭素濃度は 1. 3 X 1 0 16個 oilであ っ た。 実験例 3及び比較実験例 2
    [0115] 実験例 2 の工程を本発明の真空バルブを用 いた場合 と、 第 9図に 示す従来の真空バルブを用 いた場合で、 それぞれ 1 0 0 サ イ ク ル試 みた。
    [0116] 真空バルブについて は、 本発明の真空バルブ と第 9 図に示す真空 ノ、'ルブがな るベ く 同様なサ イ ズと な る よ う に した。 バルブの口径は それぞれ 4 イ ンチ と し、 弁体及び弁座は、 共に ス テ ン レ ス網 ( S U S 3 1 6 L ) で構成 した。 エ ラ ス ト マ一シールは、 本発明の真空バルブ、 第 9 図に示す真空 バルブ共フ ッ素系ゴム （バイ ト ン ： 商品名） で構成した。 具体的に は、 本発明の真空バルブでは太さが 4 Mで内痉が 1 1 9 «である 0 — リ ングを用い、 第 9 図に示す真空バルブでは幅 8 M、 先端 R 2. 7 内径 1 3 7 «の第 9 図に示されるよ う な山型形状の 0—リ ングを用 いた。 .
    [0117] また、 第 9 図に示される通路 9 0 7 と して 5 m 0 の穴を開け、 真 空ポ ンプ 9 0 8 と して 1 0 0 ^ Z s e c のタ ーボ分子ポ ンプを使用 し た。 第 9 図に示した従来の真空バルブの場合、 5 0 サイ ク ルあたり からエ ラ ス ト マ一シール部材 9 0 4 の熱によ る変形劣化が生じ、 気 密性の劣化が生じた。 その結果、 蒸着室 1 0 1 を减圧させるのに本 発明の真空バルブを用いた場合に比べて 2倍〜 3倍の排気時間を要 した。
    [0118] こ れは、 第 9 図の真空バルブにおいて は、 エ ラ ス ト マ一シール部 材 9 0 4 は常時圧縮されているため、 劣化が早ま ったこ と と、 メ タ ルシー ル 9 0 3 によ り エ ラ ス ト マ一 シー ル部材の位置が決ま って し ま う ため と考え られる。 一方本発明の真空バルブの場合、 ほぼ一定 の圧力でエ ラ ス ト マ一シールが圧縮されるため、 こ のよ う な気密性 の劣化は生じなかった。 図面の簡単な説明
    [0119] 第 1 図は、 本発明の真空バルブを用いた真空蒸着装置の一例を示 す模式図である。
    [0120] 第 2 A図、 第 2 B図は、 本発明の真空バルブの一例を示す模式図 である。
    [0121] 第 3図は、 本発明の真空バルブを用いた成膜装置の一例を示す模 式図である。
    [0122] 第 4 A図、 第 4 B図は、 本発明の真空バルブの他の一例を示す模 式図である。 第 5 図、 第 6 図、 第 7 図は、 本発明の真空バルブの更に別の一例 を示す模式図である。
    [0123] 第 8図は、 本発明の真空バルブを用いた場合の真空容器内の放出 ガ ス量を示すダ ラ フである。
    [0124] 第 9図は、 従来の真空バルブの一例を示す模式図である。
    [0125] 第 1 0 図は、 従来の真空処理装置の一例を示す模式図である。
    权利要求:
    Claims

    請 求 の 範 画 真空バルブによ り遮断される空間の低圧側の空間に接する第 1 の シ—ル部材を無機材繋によ り構成し、 高圧側の空間に接する第 2 の シ ー ル部材をエ ラ ス ト マ 一 に よ り構成し、 第 1 の シ ール段階 と して前記第 1 の シ ール部材及び前記第 2 の シ ール部材が閉の状 態とな り、 第 2 の シ ール段階と して前記第 1 の シ ール部材が閉の 状態、 前記第 2 の シー ル部材が開の状態となるよ う に真空バルブ の シー ル伏態を 2段階に調整可能であるよ う に したこ とを特徴と する真空バルブ。
    2. 第 1 の真空容器と、 該第 1 の真空容器よ り も高圧状態とな る第 2 の真空容器と、 前記第 1 の真空容器と第 2 の真空容器とに接続 され、 前記第 1 の真空容器內と第 2 の真空容器内を導通、 非導通 と す る た め の真空バルブ と、 前記真空バルブを駆動する た め の駆 動手段とを有する真空処理装置であって、 前記真空バルブが 2種 類の シール部材を有しており、 前記第 1 の真空容器によ り形成さ れる空間に接する第 1 のシ ール部材を無機材質によ り構成し、 前 記第 2 の真空容器によ り形成される空間に接する第 2 の シ ール部 材をエ ラ ス ト マ一に よ り構成し、 第 1 の シ ール段階と して前記第 1 の シ ール部材及び前記第 2 の シ ール部材が閉の状態となり、 第 2 の シ ール段階と して前記第 1 の シ ール部材が閉の状態と して前 記第 2 のシ ール部材が開の状態にそれぞれなるよ う に真空バルブ の シー ル状態を 2段階に調整可能であるよ う に したこ とを特徴と する真空処理装置。
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    法律状态:
    1991-06-13| AK| Designated states|Kind code of ref document: A1 Designated state(s): JP US |
    优先权:
    申请号 | 申请日 | 专利标题
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