真空排気用のボールバルブ及び真空排気装置
【課題】簡素な構成で排気流量を小流量から大流量に切り替えることのできる真空排気用のボールバルブ及び真空排気装置を提供すること。
【解決手段】吸気ポート３３と排気ポート３４との間が前記貫通路４５を介して連通する全開状態と、両ポート３３、３４の間が遮断される閉止状態と、前記貫通路４５の一端が排気ポート３４の開口部に臨みかつ前記貫通路４５の他端が吸気ポート３３の開口部から隠れる微小開放状態と、のいずれかとなるようにボール部材４１を回動自在に設けると共に、前記微小開放状態のときに、前記貫通路４５と吸気ポート３３との間を微小な隙間により連通させるための微小連通路４８を前記ボール部材４１に設ける。
【解決手段】吸気ポート３３と排気ポート３４との間が前記貫通路４５を介して連通する全開状態と、両ポート３３、３４の間が遮断される閉止状態と、前記貫通路４５の一端が排気ポート３４の開口部に臨みかつ前記貫通路４５の他端が吸気ポート３３の開口部から隠れる微小開放状態と、のいずれかとなるようにボール部材４１を回動自在に設けると共に、前記微小開放状態のときに、前記貫通路４５と吸気ポート３３との間を微小な隙間により連通させるための微小連通路４８を前記ボール部材４１に設ける。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、真空排気路に設けられる真空排気用のボールバルブ及び真空排気装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体製造を行う真空処理装置は、例えば処理雰囲気に石英が使用されている場合には、石英品に急激な応力が加わって破損することを防止するために、大気雰囲気から先ずスロー排気を行ってある程度減圧した後、通常排気を行って処理容器内を真空引きすることがある。このため図１８に示すように処理容器１００に接続された排気管１０１のメインバルブ（遮断バルブ）１０２の上流側及び下流側の間をスロー排気用のバイパス路１０３によりバイパスさせ、このバイパス路１０３にサブバルブ１０４を設けた構成が採用されている。真空排気時には先ずサブバルブ１０４を開いてスロー排気を行い、次いでサブバルブ１０４を閉じ、メインバルブ１０２を開いて所定の真空度まで一気に排気する。１０５は真空ポンプ、１０６は圧力調整部である。
【０００３】
このような真空処理装置としては、石英チューブを用いたバッチ式の縦型熱処理装置や、載置台などに石英を用いた枚葉式の装置などが挙げられる。しかし例えば真空排気時だけに用いられるバイパス路やサブバルブを設けることはコスト的には得策とは言い難い。このためメインバルブとしてベローズ型のバルブを用いる場合には、微量排気のための開度が得られる位置を設定し、メインバルブを用いてスロー排気を行う手法も知られている。
【０００４】
しかし、ベローズ型のバルブは、排気管１０１内に例えばＯ−リングなどのシール部材が曝されるため、副生成物が多く発生するプロセスには不向きである。このようなプロセスとしては、例えばＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法やＡＬＤ（Ａｔｏｍｉｃ Ｌａｙｅｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法などにより、基板例えば半導体ウエハ（以下ウエハと言う）に対して、真空雰囲気に保たれた処理容器内において例えば酸化ハフニウム（ＨｆＯ2）などの高誘電率膜（ｈｉｇｈ−ｋ膜）を成膜する成膜処理が挙げられる。
特許文献１及び２には、ボールに透孔を設けて流水音を小さくするボールバルブや液体水素を通流させるためのボールバルブについて記載されているが、既述の課題については検討されていない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平８−４９１７（図８）
【特許文献２】特開２００５−１３３７６３（段落００６３）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、簡素な構成で排気流量を小流量から大流量に切り替えることのできる真空排気用のボールバルブ及びこのボールバルブを用いた真空排気装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の真空排気用のボールバルブは、
真空排気路に設けられる真空排気用のボールバルブにおいて、
吸気ポートと排気ポートとが形成され、弁室を構成するバルブ本体と、
このバルブ本体内に回動自在に収納された弁体であるボール部材と、
このボール部材に設けられ、前記吸気ポートと排気ポートとを連通させるためのガス流路をなす貫通路と、
前記吸気ポートと排気ポートの間を開閉するために前記貫通路に直交する軸の周りに前記ボール部材を回動させるための回動軸と、
前記排気ポートの周縁に設けられ、前記ボール部材とバルブ本体との間を気密にシールするためのシール部材と、
前記回動軸を回動させて、吸気ポートと排気ポートとの間が連通する全開状態と、両ポートの間が遮断される閉止状態と、前記貫通路の一端が吸気ポート及び排気ポートの一方の開口部に臨みかつ前記貫通路の他端が吸気ポート及び排気ポートの他方の開口部から隠れる微小開放状態と、のいずれかとなるように前記貫通路を位置させるための駆動部と、
前記ボール部材及びバルブ本体の少なくとも一方に設けられ、前記微小開放状態のときに、前記貫通路の他端と、吸気ポート及び排気ポートの他方の開口部と、の間を微小な隙間により連通させるための微小連通路と、を備えたことを特徴とする。
前記微小連通路は、貫通路とボール部材の外面との間を貫通した貫通孔または前記バルブ本体の内壁面に形成された溝部であり、前記吸気ポート側に設けられていることが好ましい。
【０００８】
本発明の真空排気装置は、
処理容器に一端側が接続された真空排気路と、
この真空排気路に介設される前記真空排気用のボールバルブと、
前記真空排気路の他端側に接続された真空排気機構と、を備えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明は、ボール部材に設けられた貫通路の一端が吸気ポート及び排気ポートの一方の開口部に臨みかつ前記貫通路の他端が吸気ポート及び排気ポートの他方の開口部から隠れている時に、当該他方の開口部と貫通路の他端との間を微小な隙間により連通させるための微小連通路を前記ボール部材及びバルブ本体の少なくとも一方に設けている。従って、微小開放状態が得られるボール部材の向きに余裕があり、ボール部材の停止位置に高い精度が要求されない。そのため、全開、閉止に加えて微小排気を行う状態を、簡素な構造でありながら得ることができる。この結果、このボールバルブを真空排気装置に用いることによって、一つのバルブでスロー排気と通常排気とを行うことができ、コスト的に有利である。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明のボールバルブが適用された成膜装置の一例を示す概略図である。
【図２】前記ボールバルブの一例を示す斜視図である。
【図３】前記ボールバルブを示す側面図である。
【図４】前記ボールバルブを示す分解斜視図である。
【図５】前記ボールバルブを示す横断面図である。
【図６】前記ボールバルブの一部を拡大して示す横断面図である。
【図７】前記ボールバルブの横断面を示す斜視図である。
【図８】前記ボールバルブを示す縦断面図である。
【図９】前記ボールバルブのボール部材を示す側面図である。
【図１０】前記ボールバルブにおいてガスが排気される様子を示す模式図である。
【図１１】前記ボールバルブにおいて微小連通路が吸気ポート側に対向する様子を示す模式図である。
【図１２】前記ボールバルブの他の例を示す横断面図である。
【図１３】前記他の例におけるボール部材を示す側面図である。
【図１４】前記ボールバルブの他の例における横断面を示す斜視図である。
【図１５】前記他の例におけるボールバルブを示す横断面図である。
【図１６】前記ボールバルブの他の例を示す横断面図である。
【図１７】前記ボールバルブの他の例を示す横断面図である。
【図１８】従来の排気方法を示す概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
本発明の真空排気用ボールバルブを備えた真空排気装置の実施の形態の一例として、この真空排気装置が適用された成膜装置を例に挙げて説明する。先ず、この成膜装置の概略について図１を参照して説明すると、この成膜装置は、基板である半導体ウエハ（以下、「ウエハ」と言う）Ｗに対して例えばＡＬＤ（Ａｔｏｍｉｃ Ｌａｙｅｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法により成膜処理を行うための装置であり、処理容器１とこの処理容器１内においてウエハＷを載置する載置台２とを備えている。
【００１２】
この載置台２は、処理容器１の床面から伸びる昇降軸２ａを介して昇降機構２ｂに接続されており、この昇降機構２ｂによって成膜処理が行われる上位置とウエハＷの搬入出を行う下位置との間で昇降自在に構成されている。載置台２には、ウエハＷの載置面に対して昇降自在に構成される図示しない昇降ピンが複数箇所において当該載置台２から吊り下げられており、前記下位置において、処理容器１の床面に設けられた受け渡し機構３によりこの昇降ピンがウエハＷの載置面に対して上昇して、当該昇降ピンと外部の図示しない搬送アームとの間においてウエハＷの受け渡しが行われる。この載置台２には、ウエハＷを加熱するための加熱手段例えばヒーター４と、ウエハＷを裏面側から静電吸着するための図示しない静電チャックとが設けられている。この載置台２の周囲には、当該載置台２を覆うように、例えば成膜ガスの付着を抑えるための石英からなるカバー体５が設けられている。また、既述の昇降軸２ａや処理容器１の内壁面にも、このカバー体５が設けられている。図１中６は、処理容器１の下面と昇降軸２ａとの間を気密に接続するベローズ、１１は図示しないゲートバルブにより気密に閉じられる搬送口である。尚、処理容器１の床面側には、昇降軸２ａ側に向けてＮ2ガスなどのパージガスを吐出するための図示しない供給路が形成されている。
【００１３】
処理容器１の天井面には、載置台２に対向するように、当該載置台２上のウエハＷに対して処理ガスを供給するためのガスシャワーヘッド７が設けられている。このガスシャワーヘッド７の上面側には、ウエハＷの表面にハフニウムを含む化合物を吸着させるための成膜ガスと、ウエハＷ上に吸着した成膜ガスを酸化するための酸化ガスと、を夫々供給するためのガス供給路８ａ、８ｂが接続されている。これらの成膜ガス及び酸化ガスは、ガスシャワーヘッド７の内部領域で互いに混じり合わずに処理容器１内に供給されるように夫々のガス流路が形成されている。また、ガスシャワーヘッド７の上面には、パージガス例えばＮ2ガスを処理容器１内に供給するためのガス供給路８ｃの一端側が接続されており、このパージガスは、ガスシャワーヘッド７内において前記成膜ガス及び酸化ガスからなる処理ガスと互いに混じり合わずに処理容器１内に供給されるようにガス流路が構成されている。また、前記ガス供給路８ａ、８ｂには、成膜ガス及び酸化ガスの通流する流路にパージガスを供給するために、ガス供給路８ｃの他端側に接続された図示しないパージガス供給源が接続されている。図１中９は、ガスシャワーヘッド７の下面に複数箇所に形成されたガス吐出孔であり、９ａは、ガスシャワーヘッド７からウエハＷの周縁部に対して周方向に亘ってパージガスを供給するための供給口である。
【００１４】
処理容器１の側壁面におけるガスシャワーヘッド７と載置台２との間の領域には、当該処理容器１内の雰囲気を排気するための排気部２１が１箇所設けられている。この排気部２１から処理容器１の外側に伸びる真空排気路である排気管２２には、当該排気管２２内を排気されるガスの流量調整を行うための例えばＡＰＣ（Ａｕｔｏ Ｐｒｅｓｓｕｒｅ Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ）などからなる流量調整部２３と、この排気管２２内におけるガス流路の開閉を行うことによって処理容器１内の真空引き及びこの真空引きの停止を切り替えるための本発明のボールバルブ３１と、が介設されている。このボールバルブ３１から処理容器１の反対側に伸びる排気管２２には、真空排気機構である真空ポンプ２４が接続されている。この図１中２１ａは、排気部２１に向かってガスシャワーヘッド７とウエハＷとの間の領域から通流してくるガスを当該排気部２１に引き込むための排気バッフル板である。
【００１５】
次いで、このボールバルブ３１について、図２〜図９を参照して詳述する。このボールバルブ３１は、図２及び図３に示すように、排気管２２に沿うように配置された概略円筒形状の弁室を構成するバルブ本体３２と、このバルブ本体３２における処理容器１側及び真空ポンプ２４側に夫々設けられた吸気ポート３３及び排気ポート３４と、を備えている。これらの吸気ポート３３及び排気ポート３４は、排気管２２の長さ方向における上流側（処理容器１側）及び下流側（真空ポンプ２４側）の端部が夫々フランジ部３６、３６をなしており、これらのポート３３、３４におけるボールバルブ３１側のフランジ部３６、３６がボルト３５などによって周方向に亘って複数箇所においてバルブ本体３２に夫々固定されている。また、これらの吸気ポート３３及び排気ポート３４は、排気管２２側のフランジ部３６と排気管２２の端面に形成されたフランジ部２２ａとを夫々例えばクランプすることによって、排気管２２に気密に接続される。このバルブ本体３２には、後述のボール部材４１を回動させるための回動軸３７の一端側が例えば上方側から挿入されており、この回動軸３７の他端側は、図３にも示すように、エアシリンダを用いたロータリーアクチュエータ（回転型のエアシリンダ）からなる駆動部３８に接続されている。これらの駆動部３８、ボールバルブ３１、排気管２２及び真空ポンプ２４により、真空排気装置が構成される。
【００１６】
バルブ本体３２の内部には、図４に示すように、既述の回動軸３７により例えば鉛直軸回りに回動自在に構成された概略球形の弁体であるボール部材４１が収納されている。このボール部材４１と吸気ポート３３及び排気ポート３４との間には、ボール部材４１を処理容器１側及び真空ポンプ２４側から夫々支持するために、概略リング状の例えば樹脂からなる吸気側支持部材４２及び排気側支持部材４３が夫々配置されている。これらの吸気側支持部材４２及び排気側支持部材４３におけるボール部材４１の支持面は、図５に示すように、当該ボール部材４１の外周面に沿うように球面状に窪んでいる。また、ボール部材４１と排気ポート３４との間には、排気側支持部材４３及び排気ポート３４に対してボール部材４１を排気管２２の周方向に亘って気密に押圧するために、例えばＯ−リングなどからなるシール部材４４が配置されている。排気側支持部材４３には、図６に示すように、内周面がリング状に切り欠かれた切り欠き部４３ａが形成されており、この切り欠き部４３ａに前記シール部材４４が収納されている。これらのボール部材４１、吸気側支持部材４２、排気側支持部材４３及びシール部材４４は、吸気ポート３３及び排気ポート３４に対してバルブ本体３２が気密に接続されることによって互いに圧接されている。
【００１７】
次いで、ボール部材４１について詳述する。このボール部材４１の上面には、図８に示すように、例えば矩形に形成された回動軸３７の先端部（下端部）が嵌合する切り欠き３７ａが形成されている。この回動軸３７により、既述の吸気側支持部材４２、排気側支持部材４３及びシール部材４４によってボール部材４１を固定しようとする固定力に抗して、当該ボール部材４１が後述の貫通路４５に直交する軸の回りにこの例では鉛直軸回りに回動するように構成されている。
【００１８】
また、このボール部材４１には、処理容器１内の雰囲気を吸気ポート３３側の吸気口３３ａから排気ポート３４側の排気口３４ａに真空排気するために、内部を貫通するようにガス流路をなす貫通路４５が直線状に形成されている。この貫通路４５の両端部におけるボール部材４１は、端面が切り欠かれて当該貫通路４５の開口部４６をなしている。そして、後述するように、回動軸３７によって、吸気口３３ａと排気口３４ａとが貫通路４５を介して連通する全開状態と、ボール部材４１の外壁面がこれらの吸気口３３ａ及び排気口３４ａに対向して両ポート３３、３４間が遮断される閉止状態と、貫通路４５の一端が排気ポート３４の開口部に臨みかつ貫通路４５の他端が吸気ポート３３の開口部から隠れる微小開放状態と、の間においてボール部材４１が鉛直軸回りに回動するように構成されている。
【００１９】
即ち、ボール部材４１が閉止状態から全開状態に向かって回動すると、図６及び図７に示すように、排気側支持部材４３にはシール部材４４を収納するための切り欠き部４３ａが形成されているので、吸気口３３ａ側の開口部４６が当該吸気口３３ａに臨むよりも先に、排気口３４ａ側の開口部４６がこの切り欠き部４３ａを介して排気口３４ａに臨む（連通する）ことになる。この時のボール部材４１の位置を既述の微小開放状態と呼ぶと、この微小開放状態において、吸気口３３ａ側の開口部４６は、吸気側支持部材４２により吸気口３３ａから気密に区画されることになる。尚、ここで言う「気密に区画」とは、吸気ポート３３及び吸気側支持部材４２とボール部材４１との間の極めて小さな隙間から僅かに処理容器１側の雰囲気が排気される場合も含まれる。
【００２０】
これらの吸気側支持部材４２、排気側支持部材４３及びシール部材４４は、図５に示すように、吸気口３３ａ及び排気口３４ａに対して開口部４６、４６が対向するようにボール部材４１を回動させた時に、開口部４６の外周縁においてボール部材４１を支持できるように配置されている。尚、図４及び図７においては、バルブ本体３２の描画を省略しており、また図２では既述の切り欠き３７ａの描画を省略している。
【００２１】
また、２つの開口部４６のうち例えば吸気口３３ａ側に対向配置される開口部４６において、既述の閉止状態から全開状態までボール部材４１を回動させる方向のこの例では時計回り方向に当該開口部４６から離間した部位におけるボール部材４１の外表面には、図４及び図９に示すように、当該ボール部材４１の高さ方向における概略中央位置にガス通流口４７が形成されている。ボール部材４１の内部には、このガス通流口４７から貫通路４５の内壁面に向かって伸びると共に、開口面積が貫通路４５の開口面積よりも小さくなるように形成された微小連通路（オリフィス部）４８が貫通孔として設けられており、この微小連通路４８は、当該内壁面に形成されたガス孔４９において貫通路４５と連通している。微小連通路４８は、この例では、上側からボール部材４１を見た時に、貫通路４５に平行な直線と、ボール部材４１の回動中心及びガス通流口４７を結ぶ直線とのなす角度θが例えば１２°となるように形成されている。従って、この微小連通路４８は、後述の図１１に示すように、閉止状態から開放状態に向かってボール部材４１を回動させた時に、両端側の開口部４６、４６が吸気口３３ａ及び排気口３４ａと夫々連通する前に、ガス通流口４７が吸気口３３ａ側に臨んで吸気口３３ａと貫通路４５とを連通させるように配置されている。そして、ボール部材４１が更に回動して微小開放状態になると、排気ポート３４側の開口部４６が排気口３４ａと連通すると共に吸気ポート３３側の開口部４６が依然として吸気口３３ａから隠れた状態に保たれて、貫通路４５及び排気口３４ａ側の開口部４６の外縁と当該排気口３４ａの内縁との間の領域を介して吸気口３３ａと排気口３４ａとを連通させることになる。
【００２２】
この成膜装置は、既述の図１に示すように、例えばコンピュータからなる制御部５０を備えており、この制御部５０は、プログラム、メモリ、ＣＰＵからなるデータ処理部などを備えている。プログラムは、処理容器１内にウエハＷを収納して真空引きを行う時には排気量を小流量から大流量に切り替えると共に、このウエハＷに対して処理ガスを供給して成膜処理を行うように装置の各部に制御信号を送るように構成されている。また、メモリには、例えばウエハＷに対して行われる成膜処理のレシピ例えば処理ガスの流量、処理圧力、処理温度及び成膜サイクルの回数などの処理条件の書き込まれる領域が設けられている。そして、ＣＰＵによりこのメモリからレシピが読み出されて、プログラムにより成膜処理が行われるように構成されている。このプログラム（処理パラメータの入力操作や表示に関するプログラムも含む）は、コンピュータ記憶媒体例えばフレキシブルディスク、コンパクトディスク、ハードディスク、ＭＯ（光磁気ディスク）などの記憶部５１に格納されて制御部５０にインストールされる。
【００２３】
続いて、既述の成膜装置の作用について、図１０及び図１１を参照して説明する。先ず、例えば図示しない搬送アームにより、例えば大気雰囲気に保たれた処理容器１内に搬送口１１を介してウエハＷを搬入して、例えば成膜温度となるように温度調整された載置台２上に載置する。この時、図１０（ａ）に示すように、ボールバルブ３１が閉止状態に位置して真空排気が停止しており、ボール部材４１は、真空ポンプ２４により当該真空ポンプ２４側に吸着されて、シール部材４４を介して排気側支持部材４３及び排気ポート３４に当該ボール部材４１の外壁面が気密に圧接されている。続いて、ウエハＷを載置台２側に静電吸着し、搬送アームを処理容器１から退避させると共にゲートバルブを気密に閉じる。その後、成膜位置となるようにウエハＷを上昇させる。
【００２４】
そして、ボール部材４１を時計回りに回動させると、図１１に示すように、貫通路４５の両端側の開口部４６、４６が吸気口３３ａ及び排気口３４ａと夫々連通する前に、ガス通流口４７が吸気口３３ａ側に露出する。更にボール部材４１を時計回りに僅かに回動させると、図１０（ｂ）に示すように、ボール部材４１が微小開放状態に位置する。既述のように、排気側支持部材４３の内周縁にはシール部材４４を収納するための切り欠き４３ａが形成されているので、この微小開放状態において、排気ポート３４側では、開口部４６の側方側の端部が僅かに排気口３４ａ側に露出して、排気口３４ａと貫通路４５とが連通する。一方、吸気ポート３３側では、開口部４６は吸気口３３ａから隠れた状態となっており、吸気側支持部材４２を介して気密に塞がれている。そのため、処理容器１内の雰囲気は、既述の図６及び図１０（ｂ）にガスの流れを矢印で示すように、微小連通路４８と、貫通路４５と、排気ポート３４側における開口部４６の外縁と切り欠き４３ａ及び排気口３４ａの内縁との間の領域と、を介して真空ポンプ２４側に排気されていく。この時、貫通路４５よりも微小連通路４８の開口面積を小さくしているので、微小連通路４８を介して排気されるガス流量は、全開状態において排気される通常排気時におけるガス流量よりも小さいスロー排気となる。従って、処理容器１内の雰囲気は、徐々に排気されていく。
【００２５】
次いで、例えば石英からなる既述のカバー体５が圧力変動によって破損しない程度の真空度例えば４０Ｐａ（０．３Ｔｏｒｒ）に処理容器１内の真空度が高くなってから、図１０（ｃ）に示すように、ボール部材４１を更に時計回りに回動させて、ボール部材４１を全開状態に位置させる。即ち、貫通路４５の両端側の開口部４６、４６が夫々吸気口３３ａ及び排気口３４ａ側に対向するようにボール部材４１を位置させる。この全開状態において、処理容器１内の雰囲気は、ボール部材４１が既述の微小開放状態に位置している時よりも大流量で真空排気されていく。
【００２６】
その後、処理容器１内の雰囲気が引き切りの状態となってから、処理容器１内の真空度がレシピに応じた処理圧力となるように流量調整部２３を調整すると共に、ガス供給路８ａを介して処理容器１内に既述の成膜ガスを供給する。この成膜ガスがウエハＷに接触すると、このガスがウエハＷの表面に吸着する。次いで、例えば各ガス供給路８ａ、８ｂ、８ｃを介してガス吐出孔９及び供給口９ａからウエハＷに対してパージガスを吐出することにより、処理容器１内の成膜ガスをこのパージガスで置換する。続いて、ガス供給路８ｂから酸化ガスをウエハＷに供給することにより、ウエハＷの表面に吸着した成膜ガスを酸化する。ウエハＷの表面では、成膜ガスの吸着と酸化との成膜サイクルにより、例えば酸化ハフニウム（ＨｆＯ2）膜からなる薄膜が成膜される。そして、処理容器１内にパージガスを供給することにより、当該処理容器１内の酸化ガスをパージガスにより置換すると共に、この成膜サイクルを複数回繰り返すことにより、前記薄膜が積層される。
【００２７】
この時、成膜処理により生成した副生成物や未反応の成膜ガスなどは、排気管２２及びボールバルブ３１を介して処理容器１から排気されていく。これらの副生成物や未反応の成膜ガスが排気管２２やボールバルブ３１の内壁面に接触すると、これらの副生成物や成膜ガスなどが当該内壁面に付着しようとする。しかし、既述の図１０（ｃ）に示すように、ボールバルブ３１のシール部材４４が開口部４６の外縁に配置されているので、シール部材４４は排気管２２内を排気されるガスにほとんど接触しない。従って、シール部材４４への付着物の付着が抑えられる。
【００２８】
そして、成膜処理が終了すると、各ガスの供給を停止すると共に流量調整部２３を介して処理容器１内を引き切りの状態にした後、図１０（ａ）に示す閉止状態となるように、ボールバルブ３１を反時計回りに回動させる。この時、既述のようにシール部材４４には付着物がほとんど付着していないので、閉止状態においてボール部材４１の外壁面と排気ポート３４とがシール部材４４により気密にシールされる。その後、処理容器１内に例えば不活性ガスを供給することによって当該処理容器１の内部雰囲気を大気雰囲気に戻した後、ウエハＷを処理容器１から取り出す。
【００２９】
上述の実施の形態によれば、ボール部材４１に設けられた貫通路４５の一端が排気ポート３４の開口部に臨みかつ前記貫通路４５の他端が吸気ポート３３の開口部から隠れている時に、吸気口３３ａと貫通路４５との間を微小な隙間により連通させるための微小連通路４８を前記ボール部材４１に設けている。従って、微小開放状態が得られるボール部材４１の向きに余裕があり、ボール部材４１の停止位置に高い精度が要求されない。そのため、全開、閉止に加えて微小排気を行う状態を、簡素な構造でありながら得ることができる。この結果、このボールバルブを真空排気装置に用いることによって、一つのボールバルブでスロー排気と通常排気とを行うことができ、コスト的に有利である。また、通常排気を行う前にスロー排気を行っているので、石英からなる部材（カバー体５）の圧力変動による破損を抑えることができる。
【００３０】
ここで、例えば微小連通路４８の形成されていない従来のボールバルブでは、閉止状態から全開状態に向かってボール部材４１を回動させていくと、貫通路４５の両端側における各々の開口部４６、４６の外縁と吸気口３３ａ及び排気口３４ａの内縁との間の夫々の領域を介して、吸気ポート３３側と排気ポート３４側とが連通することになる。そして、これらの吸気ポート３３側と排気ポート３４側とが連通した状態から僅かにボール部材４１を全開状態側に向かって回動させると、両方のポート３３、３４の連通領域が急激に増える。そのため、従来のボールバルブでは、閉止状態から全開状態にボール部材４１を回動させる時において、ボール部材４１の回動量に対する排気流量の増加量が極めて多いと言える。従って、従来のボールバルブを用いて微小流量で排気するためには、例えばサーボモータなどの高価な部材を用いてボール部材４１の回動量を微小に制御することによって、ポート３３、３４同士が連通する領域の寸法を正確に調整する必要がある。
【００３１】
しかし、本発明では、ボール部材４１に微小連通路４８を設けると共に、この微小連通路４８のガス通流口４７を開口部４６から離間させて、微小流量で排気できるボール部材４１の回動範囲を広く確保している。即ち、閉止状態から全開状態に向かってボール部材４１を回動させていく時において、本発明では吸気口３３ａ側にガス通流口４７が露出すると共に排気ポート３４側における開口部４６の外縁と排気口３４ａの内縁との間の領域を介して貫通路４５と排気ポート３４とが連通する位置から、吸気口３３ａ側における開口部４６の内縁が当該吸気口３３ａの内縁に近接する位置までに亘って、微小連通路４８を介して微小流量で排気できる。従って、この回動範囲では、ガス流量の変動がほとんどない。そのため、この回動範囲内となるようにボール部材４１（回動軸３７）を回動させることによって微小流量で確実に排気でき、例えば既述の高価な部材などを設けなくて済むのでボールバルブ３１の製造コストを抑えることができる。
【００３２】
更に、排気管２２やボール部材４１の内壁面に付着物が付着するおそれのある成膜ガスを排気する時（全開状態）には、シール部材４４が貫通路４５から区画されるので、シール部材４４に付着物の付着するおそれが少ない。そのため、ボール部材４１を閉止状態に回動させた時において、付着物の介在によって真空排気を停止できなくなるおそれが小さいし、また付着物の付着によるシール部材４４の劣化を抑えることができる。また、全開時のコンダクタンスが大きく大流量のガスを排気できるボールバルブを用いて真空排気装置を構成することによって、直径寸法が例えば３００ｍｍもの大きさのウエハＷを収納する処理容器１を備えた成膜装置用のバルブとして有利である。
【００３３】
既述の例においては、上側から見たときの形状が線状となるように微小連通路４８を形成したが、図１２に示すように、概略扇形となるように形成しても良い。即ち、図１３にも示すように、ボール部材４１の高さ方向における中央部の手前側を貫通路４５から側方側（閉止状態から全開状態にボール部材４１が回動する時の回動方向）にかけて扇形の切り欠きを入れて、いわば既述の微小連通路４８を長さ方向に亘って貫通路４５と連通するように配置しても良い。このような形状においても、同様に微小開放状態において小流量でガスが排気され、同様の効果が得られる。
【００３４】
また、図１４及び図１５に示すように、ガス通流口４７及び微小連通路４８をボール部材４１に代えてバルブ本体３２（吸気ポート３３）に形成しても良い。即ち、吸気ポート３３におけるバルブ本体３２側のフランジ部３６の内壁面にガス通流口４７を形成し、このガス通流口４７から伸びる微小連通路４８を当該フランジ部３６及び吸気側支持部材４２に溝部として形成する。この微小連通路４８の開口端であるガス孔４９は、この吸気側支持部材４２においてボール部材４１を支持する内周面に形成される。この例においても、図１５に示すように、閉止状態から全開状態に向かってボール部材４１を回動させることによって吸気ポート３３側の開口部４６がバルブ本体３２の内部領域を臨むように位置すると、微小連通路４８と、貫通路４５と、排気ポート３４側の開口部４６の外縁と排気口３４ａの内縁との間と、を介してガスが排気される。この例においても、微小連通路４８を扇形状となるように形成しても良い。
【００３５】
更に、既述の各例では微小連通路４８を吸気ポート３３側に形成したが、排気ポート３４側に形成しても良い。その場合には、例えば微小開放状態において、吸気ポート３３側では開口部４６の外縁と吸気口３３ａの内縁との間からガスがボール部材４１内に流入し、排気ポート３４側ではシール部材４４によりボール部材４１の外壁面と排気側支持部材４３及び排気ポート３４とが気密にシールされたまま微小連通路４８を介してガスが排気されるように構成される。具体的には、例えば図１６に示すように、排気口３４ａが吸気口３３ａよりも小径となるように排気ポート３４を形成すると共に、吸気ポート３３側から排気ポート３４側に向かって貫通路４５が縮径するようにボール部材４１を構成する。この例においても、排気流量が小流量から大流量に切り替えられる。
【００３６】
また、図１７に示すように、微小連通路４８を吸気ポート３３側及び排気ポート３４側に夫々形成しても良い。この例では、微小開放状態において、２つの微小連通路４８及び貫通路４５を介してガスが排気される。また、この場合には、２つの微小連通路４８、４８のうち一方をボール部材４１に形成し、他方をバルブ本体３２に形成しても良い。
【００３７】
また、既述の成膜装置としては、酸化ハフニウム膜を成膜する例について説明したが、例えばストロンチウム（Ｓｒ）、チタン（Ｔｉ）、ランタン（Ｌａ）、イットリウム（Ｙ）などの酸化物具体的にはＨｆＳｉＯ、ＳｒＴｉＯ、ＬａＯ2またはＹ ｄｏｐｅｄ ＨｆＯなどの高誘電体材料、あるいはシリコン酸化物（ＳｉＯ2）などを成膜する場合に本発明を適用しても良い。また、ＡＬＤ法以外にも、ＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法によりこれらの酸化物の成膜を行う場合に本発明を適用しても良い。更に、このような成膜装置以外にも、例えばエッチング処理やアッシング処理を行うプラズマ処理装置などの真空処理装置、あるいは真空雰囲気にてウエハＷの搬送を行う真空装置例えば複数の真空容器が気密に接続されたマルチチャンバーシステムにおける真空搬送室や、真空雰囲気と大気雰囲気との切り替えを行うロードロック室などに本発明のボールバルブが介設された真空排気路を接続しても良い。
【符号の説明】
【００３８】
Ｗ ウエハ
１ 処理容器
５ カバー体
２４ 真空ポンプ
３１ ボールバルブ
３３ 吸気ポート
３４ 排気ポート
３７ 回動軸
４１ ボール部材
４４ シール部材
４５ 貫通路
４６ 開口部
４７ ガス通流口
４８ 微小連通路
【技術分野】
【０００１】
本発明は、真空排気路に設けられる真空排気用のボールバルブ及び真空排気装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体製造を行う真空処理装置は、例えば処理雰囲気に石英が使用されている場合には、石英品に急激な応力が加わって破損することを防止するために、大気雰囲気から先ずスロー排気を行ってある程度減圧した後、通常排気を行って処理容器内を真空引きすることがある。このため図１８に示すように処理容器１００に接続された排気管１０１のメインバルブ（遮断バルブ）１０２の上流側及び下流側の間をスロー排気用のバイパス路１０３によりバイパスさせ、このバイパス路１０３にサブバルブ１０４を設けた構成が採用されている。真空排気時には先ずサブバルブ１０４を開いてスロー排気を行い、次いでサブバルブ１０４を閉じ、メインバルブ１０２を開いて所定の真空度まで一気に排気する。１０５は真空ポンプ、１０６は圧力調整部である。
【０００３】
このような真空処理装置としては、石英チューブを用いたバッチ式の縦型熱処理装置や、載置台などに石英を用いた枚葉式の装置などが挙げられる。しかし例えば真空排気時だけに用いられるバイパス路やサブバルブを設けることはコスト的には得策とは言い難い。このためメインバルブとしてベローズ型のバルブを用いる場合には、微量排気のための開度が得られる位置を設定し、メインバルブを用いてスロー排気を行う手法も知られている。
【０００４】
しかし、ベローズ型のバルブは、排気管１０１内に例えばＯ−リングなどのシール部材が曝されるため、副生成物が多く発生するプロセスには不向きである。このようなプロセスとしては、例えばＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法やＡＬＤ（Ａｔｏｍｉｃ Ｌａｙｅｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法などにより、基板例えば半導体ウエハ（以下ウエハと言う）に対して、真空雰囲気に保たれた処理容器内において例えば酸化ハフニウム（ＨｆＯ2）などの高誘電率膜（ｈｉｇｈ−ｋ膜）を成膜する成膜処理が挙げられる。
特許文献１及び２には、ボールに透孔を設けて流水音を小さくするボールバルブや液体水素を通流させるためのボールバルブについて記載されているが、既述の課題については検討されていない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平８−４９１７（図８）
【特許文献２】特開２００５−１３３７６３（段落００６３）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、簡素な構成で排気流量を小流量から大流量に切り替えることのできる真空排気用のボールバルブ及びこのボールバルブを用いた真空排気装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の真空排気用のボールバルブは、
真空排気路に設けられる真空排気用のボールバルブにおいて、
吸気ポートと排気ポートとが形成され、弁室を構成するバルブ本体と、
このバルブ本体内に回動自在に収納された弁体であるボール部材と、
このボール部材に設けられ、前記吸気ポートと排気ポートとを連通させるためのガス流路をなす貫通路と、
前記吸気ポートと排気ポートの間を開閉するために前記貫通路に直交する軸の周りに前記ボール部材を回動させるための回動軸と、
前記排気ポートの周縁に設けられ、前記ボール部材とバルブ本体との間を気密にシールするためのシール部材と、
前記回動軸を回動させて、吸気ポートと排気ポートとの間が連通する全開状態と、両ポートの間が遮断される閉止状態と、前記貫通路の一端が吸気ポート及び排気ポートの一方の開口部に臨みかつ前記貫通路の他端が吸気ポート及び排気ポートの他方の開口部から隠れる微小開放状態と、のいずれかとなるように前記貫通路を位置させるための駆動部と、
前記ボール部材及びバルブ本体の少なくとも一方に設けられ、前記微小開放状態のときに、前記貫通路の他端と、吸気ポート及び排気ポートの他方の開口部と、の間を微小な隙間により連通させるための微小連通路と、を備えたことを特徴とする。
前記微小連通路は、貫通路とボール部材の外面との間を貫通した貫通孔または前記バルブ本体の内壁面に形成された溝部であり、前記吸気ポート側に設けられていることが好ましい。
【０００８】
本発明の真空排気装置は、
処理容器に一端側が接続された真空排気路と、
この真空排気路に介設される前記真空排気用のボールバルブと、
前記真空排気路の他端側に接続された真空排気機構と、を備えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明は、ボール部材に設けられた貫通路の一端が吸気ポート及び排気ポートの一方の開口部に臨みかつ前記貫通路の他端が吸気ポート及び排気ポートの他方の開口部から隠れている時に、当該他方の開口部と貫通路の他端との間を微小な隙間により連通させるための微小連通路を前記ボール部材及びバルブ本体の少なくとも一方に設けている。従って、微小開放状態が得られるボール部材の向きに余裕があり、ボール部材の停止位置に高い精度が要求されない。そのため、全開、閉止に加えて微小排気を行う状態を、簡素な構造でありながら得ることができる。この結果、このボールバルブを真空排気装置に用いることによって、一つのバルブでスロー排気と通常排気とを行うことができ、コスト的に有利である。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明のボールバルブが適用された成膜装置の一例を示す概略図である。
【図２】前記ボールバルブの一例を示す斜視図である。
【図３】前記ボールバルブを示す側面図である。
【図４】前記ボールバルブを示す分解斜視図である。
【図５】前記ボールバルブを示す横断面図である。
【図６】前記ボールバルブの一部を拡大して示す横断面図である。
【図７】前記ボールバルブの横断面を示す斜視図である。
【図８】前記ボールバルブを示す縦断面図である。
【図９】前記ボールバルブのボール部材を示す側面図である。
【図１０】前記ボールバルブにおいてガスが排気される様子を示す模式図である。
【図１１】前記ボールバルブにおいて微小連通路が吸気ポート側に対向する様子を示す模式図である。
【図１２】前記ボールバルブの他の例を示す横断面図である。
【図１３】前記他の例におけるボール部材を示す側面図である。
【図１４】前記ボールバルブの他の例における横断面を示す斜視図である。
【図１５】前記他の例におけるボールバルブを示す横断面図である。
【図１６】前記ボールバルブの他の例を示す横断面図である。
【図１７】前記ボールバルブの他の例を示す横断面図である。
【図１８】従来の排気方法を示す概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
本発明の真空排気用ボールバルブを備えた真空排気装置の実施の形態の一例として、この真空排気装置が適用された成膜装置を例に挙げて説明する。先ず、この成膜装置の概略について図１を参照して説明すると、この成膜装置は、基板である半導体ウエハ（以下、「ウエハ」と言う）Ｗに対して例えばＡＬＤ（Ａｔｏｍｉｃ Ｌａｙｅｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法により成膜処理を行うための装置であり、処理容器１とこの処理容器１内においてウエハＷを載置する載置台２とを備えている。
【００１２】
この載置台２は、処理容器１の床面から伸びる昇降軸２ａを介して昇降機構２ｂに接続されており、この昇降機構２ｂによって成膜処理が行われる上位置とウエハＷの搬入出を行う下位置との間で昇降自在に構成されている。載置台２には、ウエハＷの載置面に対して昇降自在に構成される図示しない昇降ピンが複数箇所において当該載置台２から吊り下げられており、前記下位置において、処理容器１の床面に設けられた受け渡し機構３によりこの昇降ピンがウエハＷの載置面に対して上昇して、当該昇降ピンと外部の図示しない搬送アームとの間においてウエハＷの受け渡しが行われる。この載置台２には、ウエハＷを加熱するための加熱手段例えばヒーター４と、ウエハＷを裏面側から静電吸着するための図示しない静電チャックとが設けられている。この載置台２の周囲には、当該載置台２を覆うように、例えば成膜ガスの付着を抑えるための石英からなるカバー体５が設けられている。また、既述の昇降軸２ａや処理容器１の内壁面にも、このカバー体５が設けられている。図１中６は、処理容器１の下面と昇降軸２ａとの間を気密に接続するベローズ、１１は図示しないゲートバルブにより気密に閉じられる搬送口である。尚、処理容器１の床面側には、昇降軸２ａ側に向けてＮ2ガスなどのパージガスを吐出するための図示しない供給路が形成されている。
【００１３】
処理容器１の天井面には、載置台２に対向するように、当該載置台２上のウエハＷに対して処理ガスを供給するためのガスシャワーヘッド７が設けられている。このガスシャワーヘッド７の上面側には、ウエハＷの表面にハフニウムを含む化合物を吸着させるための成膜ガスと、ウエハＷ上に吸着した成膜ガスを酸化するための酸化ガスと、を夫々供給するためのガス供給路８ａ、８ｂが接続されている。これらの成膜ガス及び酸化ガスは、ガスシャワーヘッド７の内部領域で互いに混じり合わずに処理容器１内に供給されるように夫々のガス流路が形成されている。また、ガスシャワーヘッド７の上面には、パージガス例えばＮ2ガスを処理容器１内に供給するためのガス供給路８ｃの一端側が接続されており、このパージガスは、ガスシャワーヘッド７内において前記成膜ガス及び酸化ガスからなる処理ガスと互いに混じり合わずに処理容器１内に供給されるようにガス流路が構成されている。また、前記ガス供給路８ａ、８ｂには、成膜ガス及び酸化ガスの通流する流路にパージガスを供給するために、ガス供給路８ｃの他端側に接続された図示しないパージガス供給源が接続されている。図１中９は、ガスシャワーヘッド７の下面に複数箇所に形成されたガス吐出孔であり、９ａは、ガスシャワーヘッド７からウエハＷの周縁部に対して周方向に亘ってパージガスを供給するための供給口である。
【００１４】
処理容器１の側壁面におけるガスシャワーヘッド７と載置台２との間の領域には、当該処理容器１内の雰囲気を排気するための排気部２１が１箇所設けられている。この排気部２１から処理容器１の外側に伸びる真空排気路である排気管２２には、当該排気管２２内を排気されるガスの流量調整を行うための例えばＡＰＣ（Ａｕｔｏ Ｐｒｅｓｓｕｒｅ Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ）などからなる流量調整部２３と、この排気管２２内におけるガス流路の開閉を行うことによって処理容器１内の真空引き及びこの真空引きの停止を切り替えるための本発明のボールバルブ３１と、が介設されている。このボールバルブ３１から処理容器１の反対側に伸びる排気管２２には、真空排気機構である真空ポンプ２４が接続されている。この図１中２１ａは、排気部２１に向かってガスシャワーヘッド７とウエハＷとの間の領域から通流してくるガスを当該排気部２１に引き込むための排気バッフル板である。
【００１５】
次いで、このボールバルブ３１について、図２〜図９を参照して詳述する。このボールバルブ３１は、図２及び図３に示すように、排気管２２に沿うように配置された概略円筒形状の弁室を構成するバルブ本体３２と、このバルブ本体３２における処理容器１側及び真空ポンプ２４側に夫々設けられた吸気ポート３３及び排気ポート３４と、を備えている。これらの吸気ポート３３及び排気ポート３４は、排気管２２の長さ方向における上流側（処理容器１側）及び下流側（真空ポンプ２４側）の端部が夫々フランジ部３６、３６をなしており、これらのポート３３、３４におけるボールバルブ３１側のフランジ部３６、３６がボルト３５などによって周方向に亘って複数箇所においてバルブ本体３２に夫々固定されている。また、これらの吸気ポート３３及び排気ポート３４は、排気管２２側のフランジ部３６と排気管２２の端面に形成されたフランジ部２２ａとを夫々例えばクランプすることによって、排気管２２に気密に接続される。このバルブ本体３２には、後述のボール部材４１を回動させるための回動軸３７の一端側が例えば上方側から挿入されており、この回動軸３７の他端側は、図３にも示すように、エアシリンダを用いたロータリーアクチュエータ（回転型のエアシリンダ）からなる駆動部３８に接続されている。これらの駆動部３８、ボールバルブ３１、排気管２２及び真空ポンプ２４により、真空排気装置が構成される。
【００１６】
バルブ本体３２の内部には、図４に示すように、既述の回動軸３７により例えば鉛直軸回りに回動自在に構成された概略球形の弁体であるボール部材４１が収納されている。このボール部材４１と吸気ポート３３及び排気ポート３４との間には、ボール部材４１を処理容器１側及び真空ポンプ２４側から夫々支持するために、概略リング状の例えば樹脂からなる吸気側支持部材４２及び排気側支持部材４３が夫々配置されている。これらの吸気側支持部材４２及び排気側支持部材４３におけるボール部材４１の支持面は、図５に示すように、当該ボール部材４１の外周面に沿うように球面状に窪んでいる。また、ボール部材４１と排気ポート３４との間には、排気側支持部材４３及び排気ポート３４に対してボール部材４１を排気管２２の周方向に亘って気密に押圧するために、例えばＯ−リングなどからなるシール部材４４が配置されている。排気側支持部材４３には、図６に示すように、内周面がリング状に切り欠かれた切り欠き部４３ａが形成されており、この切り欠き部４３ａに前記シール部材４４が収納されている。これらのボール部材４１、吸気側支持部材４２、排気側支持部材４３及びシール部材４４は、吸気ポート３３及び排気ポート３４に対してバルブ本体３２が気密に接続されることによって互いに圧接されている。
【００１７】
次いで、ボール部材４１について詳述する。このボール部材４１の上面には、図８に示すように、例えば矩形に形成された回動軸３７の先端部（下端部）が嵌合する切り欠き３７ａが形成されている。この回動軸３７により、既述の吸気側支持部材４２、排気側支持部材４３及びシール部材４４によってボール部材４１を固定しようとする固定力に抗して、当該ボール部材４１が後述の貫通路４５に直交する軸の回りにこの例では鉛直軸回りに回動するように構成されている。
【００１８】
また、このボール部材４１には、処理容器１内の雰囲気を吸気ポート３３側の吸気口３３ａから排気ポート３４側の排気口３４ａに真空排気するために、内部を貫通するようにガス流路をなす貫通路４５が直線状に形成されている。この貫通路４５の両端部におけるボール部材４１は、端面が切り欠かれて当該貫通路４５の開口部４６をなしている。そして、後述するように、回動軸３７によって、吸気口３３ａと排気口３４ａとが貫通路４５を介して連通する全開状態と、ボール部材４１の外壁面がこれらの吸気口３３ａ及び排気口３４ａに対向して両ポート３３、３４間が遮断される閉止状態と、貫通路４５の一端が排気ポート３４の開口部に臨みかつ貫通路４５の他端が吸気ポート３３の開口部から隠れる微小開放状態と、の間においてボール部材４１が鉛直軸回りに回動するように構成されている。
【００１９】
即ち、ボール部材４１が閉止状態から全開状態に向かって回動すると、図６及び図７に示すように、排気側支持部材４３にはシール部材４４を収納するための切り欠き部４３ａが形成されているので、吸気口３３ａ側の開口部４６が当該吸気口３３ａに臨むよりも先に、排気口３４ａ側の開口部４６がこの切り欠き部４３ａを介して排気口３４ａに臨む（連通する）ことになる。この時のボール部材４１の位置を既述の微小開放状態と呼ぶと、この微小開放状態において、吸気口３３ａ側の開口部４６は、吸気側支持部材４２により吸気口３３ａから気密に区画されることになる。尚、ここで言う「気密に区画」とは、吸気ポート３３及び吸気側支持部材４２とボール部材４１との間の極めて小さな隙間から僅かに処理容器１側の雰囲気が排気される場合も含まれる。
【００２０】
これらの吸気側支持部材４２、排気側支持部材４３及びシール部材４４は、図５に示すように、吸気口３３ａ及び排気口３４ａに対して開口部４６、４６が対向するようにボール部材４１を回動させた時に、開口部４６の外周縁においてボール部材４１を支持できるように配置されている。尚、図４及び図７においては、バルブ本体３２の描画を省略しており、また図２では既述の切り欠き３７ａの描画を省略している。
【００２１】
また、２つの開口部４６のうち例えば吸気口３３ａ側に対向配置される開口部４６において、既述の閉止状態から全開状態までボール部材４１を回動させる方向のこの例では時計回り方向に当該開口部４６から離間した部位におけるボール部材４１の外表面には、図４及び図９に示すように、当該ボール部材４１の高さ方向における概略中央位置にガス通流口４７が形成されている。ボール部材４１の内部には、このガス通流口４７から貫通路４５の内壁面に向かって伸びると共に、開口面積が貫通路４５の開口面積よりも小さくなるように形成された微小連通路（オリフィス部）４８が貫通孔として設けられており、この微小連通路４８は、当該内壁面に形成されたガス孔４９において貫通路４５と連通している。微小連通路４８は、この例では、上側からボール部材４１を見た時に、貫通路４５に平行な直線と、ボール部材４１の回動中心及びガス通流口４７を結ぶ直線とのなす角度θが例えば１２°となるように形成されている。従って、この微小連通路４８は、後述の図１１に示すように、閉止状態から開放状態に向かってボール部材４１を回動させた時に、両端側の開口部４６、４６が吸気口３３ａ及び排気口３４ａと夫々連通する前に、ガス通流口４７が吸気口３３ａ側に臨んで吸気口３３ａと貫通路４５とを連通させるように配置されている。そして、ボール部材４１が更に回動して微小開放状態になると、排気ポート３４側の開口部４６が排気口３４ａと連通すると共に吸気ポート３３側の開口部４６が依然として吸気口３３ａから隠れた状態に保たれて、貫通路４５及び排気口３４ａ側の開口部４６の外縁と当該排気口３４ａの内縁との間の領域を介して吸気口３３ａと排気口３４ａとを連通させることになる。
【００２２】
この成膜装置は、既述の図１に示すように、例えばコンピュータからなる制御部５０を備えており、この制御部５０は、プログラム、メモリ、ＣＰＵからなるデータ処理部などを備えている。プログラムは、処理容器１内にウエハＷを収納して真空引きを行う時には排気量を小流量から大流量に切り替えると共に、このウエハＷに対して処理ガスを供給して成膜処理を行うように装置の各部に制御信号を送るように構成されている。また、メモリには、例えばウエハＷに対して行われる成膜処理のレシピ例えば処理ガスの流量、処理圧力、処理温度及び成膜サイクルの回数などの処理条件の書き込まれる領域が設けられている。そして、ＣＰＵによりこのメモリからレシピが読み出されて、プログラムにより成膜処理が行われるように構成されている。このプログラム（処理パラメータの入力操作や表示に関するプログラムも含む）は、コンピュータ記憶媒体例えばフレキシブルディスク、コンパクトディスク、ハードディスク、ＭＯ（光磁気ディスク）などの記憶部５１に格納されて制御部５０にインストールされる。
【００２３】
続いて、既述の成膜装置の作用について、図１０及び図１１を参照して説明する。先ず、例えば図示しない搬送アームにより、例えば大気雰囲気に保たれた処理容器１内に搬送口１１を介してウエハＷを搬入して、例えば成膜温度となるように温度調整された載置台２上に載置する。この時、図１０（ａ）に示すように、ボールバルブ３１が閉止状態に位置して真空排気が停止しており、ボール部材４１は、真空ポンプ２４により当該真空ポンプ２４側に吸着されて、シール部材４４を介して排気側支持部材４３及び排気ポート３４に当該ボール部材４１の外壁面が気密に圧接されている。続いて、ウエハＷを載置台２側に静電吸着し、搬送アームを処理容器１から退避させると共にゲートバルブを気密に閉じる。その後、成膜位置となるようにウエハＷを上昇させる。
【００２４】
そして、ボール部材４１を時計回りに回動させると、図１１に示すように、貫通路４５の両端側の開口部４６、４６が吸気口３３ａ及び排気口３４ａと夫々連通する前に、ガス通流口４７が吸気口３３ａ側に露出する。更にボール部材４１を時計回りに僅かに回動させると、図１０（ｂ）に示すように、ボール部材４１が微小開放状態に位置する。既述のように、排気側支持部材４３の内周縁にはシール部材４４を収納するための切り欠き４３ａが形成されているので、この微小開放状態において、排気ポート３４側では、開口部４６の側方側の端部が僅かに排気口３４ａ側に露出して、排気口３４ａと貫通路４５とが連通する。一方、吸気ポート３３側では、開口部４６は吸気口３３ａから隠れた状態となっており、吸気側支持部材４２を介して気密に塞がれている。そのため、処理容器１内の雰囲気は、既述の図６及び図１０（ｂ）にガスの流れを矢印で示すように、微小連通路４８と、貫通路４５と、排気ポート３４側における開口部４６の外縁と切り欠き４３ａ及び排気口３４ａの内縁との間の領域と、を介して真空ポンプ２４側に排気されていく。この時、貫通路４５よりも微小連通路４８の開口面積を小さくしているので、微小連通路４８を介して排気されるガス流量は、全開状態において排気される通常排気時におけるガス流量よりも小さいスロー排気となる。従って、処理容器１内の雰囲気は、徐々に排気されていく。
【００２５】
次いで、例えば石英からなる既述のカバー体５が圧力変動によって破損しない程度の真空度例えば４０Ｐａ（０．３Ｔｏｒｒ）に処理容器１内の真空度が高くなってから、図１０（ｃ）に示すように、ボール部材４１を更に時計回りに回動させて、ボール部材４１を全開状態に位置させる。即ち、貫通路４５の両端側の開口部４６、４６が夫々吸気口３３ａ及び排気口３４ａ側に対向するようにボール部材４１を位置させる。この全開状態において、処理容器１内の雰囲気は、ボール部材４１が既述の微小開放状態に位置している時よりも大流量で真空排気されていく。
【００２６】
その後、処理容器１内の雰囲気が引き切りの状態となってから、処理容器１内の真空度がレシピに応じた処理圧力となるように流量調整部２３を調整すると共に、ガス供給路８ａを介して処理容器１内に既述の成膜ガスを供給する。この成膜ガスがウエハＷに接触すると、このガスがウエハＷの表面に吸着する。次いで、例えば各ガス供給路８ａ、８ｂ、８ｃを介してガス吐出孔９及び供給口９ａからウエハＷに対してパージガスを吐出することにより、処理容器１内の成膜ガスをこのパージガスで置換する。続いて、ガス供給路８ｂから酸化ガスをウエハＷに供給することにより、ウエハＷの表面に吸着した成膜ガスを酸化する。ウエハＷの表面では、成膜ガスの吸着と酸化との成膜サイクルにより、例えば酸化ハフニウム（ＨｆＯ2）膜からなる薄膜が成膜される。そして、処理容器１内にパージガスを供給することにより、当該処理容器１内の酸化ガスをパージガスにより置換すると共に、この成膜サイクルを複数回繰り返すことにより、前記薄膜が積層される。
【００２７】
この時、成膜処理により生成した副生成物や未反応の成膜ガスなどは、排気管２２及びボールバルブ３１を介して処理容器１から排気されていく。これらの副生成物や未反応の成膜ガスが排気管２２やボールバルブ３１の内壁面に接触すると、これらの副生成物や成膜ガスなどが当該内壁面に付着しようとする。しかし、既述の図１０（ｃ）に示すように、ボールバルブ３１のシール部材４４が開口部４６の外縁に配置されているので、シール部材４４は排気管２２内を排気されるガスにほとんど接触しない。従って、シール部材４４への付着物の付着が抑えられる。
【００２８】
そして、成膜処理が終了すると、各ガスの供給を停止すると共に流量調整部２３を介して処理容器１内を引き切りの状態にした後、図１０（ａ）に示す閉止状態となるように、ボールバルブ３１を反時計回りに回動させる。この時、既述のようにシール部材４４には付着物がほとんど付着していないので、閉止状態においてボール部材４１の外壁面と排気ポート３４とがシール部材４４により気密にシールされる。その後、処理容器１内に例えば不活性ガスを供給することによって当該処理容器１の内部雰囲気を大気雰囲気に戻した後、ウエハＷを処理容器１から取り出す。
【００２９】
上述の実施の形態によれば、ボール部材４１に設けられた貫通路４５の一端が排気ポート３４の開口部に臨みかつ前記貫通路４５の他端が吸気ポート３３の開口部から隠れている時に、吸気口３３ａと貫通路４５との間を微小な隙間により連通させるための微小連通路４８を前記ボール部材４１に設けている。従って、微小開放状態が得られるボール部材４１の向きに余裕があり、ボール部材４１の停止位置に高い精度が要求されない。そのため、全開、閉止に加えて微小排気を行う状態を、簡素な構造でありながら得ることができる。この結果、このボールバルブを真空排気装置に用いることによって、一つのボールバルブでスロー排気と通常排気とを行うことができ、コスト的に有利である。また、通常排気を行う前にスロー排気を行っているので、石英からなる部材（カバー体５）の圧力変動による破損を抑えることができる。
【００３０】
ここで、例えば微小連通路４８の形成されていない従来のボールバルブでは、閉止状態から全開状態に向かってボール部材４１を回動させていくと、貫通路４５の両端側における各々の開口部４６、４６の外縁と吸気口３３ａ及び排気口３４ａの内縁との間の夫々の領域を介して、吸気ポート３３側と排気ポート３４側とが連通することになる。そして、これらの吸気ポート３３側と排気ポート３４側とが連通した状態から僅かにボール部材４１を全開状態側に向かって回動させると、両方のポート３３、３４の連通領域が急激に増える。そのため、従来のボールバルブでは、閉止状態から全開状態にボール部材４１を回動させる時において、ボール部材４１の回動量に対する排気流量の増加量が極めて多いと言える。従って、従来のボールバルブを用いて微小流量で排気するためには、例えばサーボモータなどの高価な部材を用いてボール部材４１の回動量を微小に制御することによって、ポート３３、３４同士が連通する領域の寸法を正確に調整する必要がある。
【００３１】
しかし、本発明では、ボール部材４１に微小連通路４８を設けると共に、この微小連通路４８のガス通流口４７を開口部４６から離間させて、微小流量で排気できるボール部材４１の回動範囲を広く確保している。即ち、閉止状態から全開状態に向かってボール部材４１を回動させていく時において、本発明では吸気口３３ａ側にガス通流口４７が露出すると共に排気ポート３４側における開口部４６の外縁と排気口３４ａの内縁との間の領域を介して貫通路４５と排気ポート３４とが連通する位置から、吸気口３３ａ側における開口部４６の内縁が当該吸気口３３ａの内縁に近接する位置までに亘って、微小連通路４８を介して微小流量で排気できる。従って、この回動範囲では、ガス流量の変動がほとんどない。そのため、この回動範囲内となるようにボール部材４１（回動軸３７）を回動させることによって微小流量で確実に排気でき、例えば既述の高価な部材などを設けなくて済むのでボールバルブ３１の製造コストを抑えることができる。
【００３２】
更に、排気管２２やボール部材４１の内壁面に付着物が付着するおそれのある成膜ガスを排気する時（全開状態）には、シール部材４４が貫通路４５から区画されるので、シール部材４４に付着物の付着するおそれが少ない。そのため、ボール部材４１を閉止状態に回動させた時において、付着物の介在によって真空排気を停止できなくなるおそれが小さいし、また付着物の付着によるシール部材４４の劣化を抑えることができる。また、全開時のコンダクタンスが大きく大流量のガスを排気できるボールバルブを用いて真空排気装置を構成することによって、直径寸法が例えば３００ｍｍもの大きさのウエハＷを収納する処理容器１を備えた成膜装置用のバルブとして有利である。
【００３３】
既述の例においては、上側から見たときの形状が線状となるように微小連通路４８を形成したが、図１２に示すように、概略扇形となるように形成しても良い。即ち、図１３にも示すように、ボール部材４１の高さ方向における中央部の手前側を貫通路４５から側方側（閉止状態から全開状態にボール部材４１が回動する時の回動方向）にかけて扇形の切り欠きを入れて、いわば既述の微小連通路４８を長さ方向に亘って貫通路４５と連通するように配置しても良い。このような形状においても、同様に微小開放状態において小流量でガスが排気され、同様の効果が得られる。
【００３４】
また、図１４及び図１５に示すように、ガス通流口４７及び微小連通路４８をボール部材４１に代えてバルブ本体３２（吸気ポート３３）に形成しても良い。即ち、吸気ポート３３におけるバルブ本体３２側のフランジ部３６の内壁面にガス通流口４７を形成し、このガス通流口４７から伸びる微小連通路４８を当該フランジ部３６及び吸気側支持部材４２に溝部として形成する。この微小連通路４８の開口端であるガス孔４９は、この吸気側支持部材４２においてボール部材４１を支持する内周面に形成される。この例においても、図１５に示すように、閉止状態から全開状態に向かってボール部材４１を回動させることによって吸気ポート３３側の開口部４６がバルブ本体３２の内部領域を臨むように位置すると、微小連通路４８と、貫通路４５と、排気ポート３４側の開口部４６の外縁と排気口３４ａの内縁との間と、を介してガスが排気される。この例においても、微小連通路４８を扇形状となるように形成しても良い。
【００３５】
更に、既述の各例では微小連通路４８を吸気ポート３３側に形成したが、排気ポート３４側に形成しても良い。その場合には、例えば微小開放状態において、吸気ポート３３側では開口部４６の外縁と吸気口３３ａの内縁との間からガスがボール部材４１内に流入し、排気ポート３４側ではシール部材４４によりボール部材４１の外壁面と排気側支持部材４３及び排気ポート３４とが気密にシールされたまま微小連通路４８を介してガスが排気されるように構成される。具体的には、例えば図１６に示すように、排気口３４ａが吸気口３３ａよりも小径となるように排気ポート３４を形成すると共に、吸気ポート３３側から排気ポート３４側に向かって貫通路４５が縮径するようにボール部材４１を構成する。この例においても、排気流量が小流量から大流量に切り替えられる。
【００３６】
また、図１７に示すように、微小連通路４８を吸気ポート３３側及び排気ポート３４側に夫々形成しても良い。この例では、微小開放状態において、２つの微小連通路４８及び貫通路４５を介してガスが排気される。また、この場合には、２つの微小連通路４８、４８のうち一方をボール部材４１に形成し、他方をバルブ本体３２に形成しても良い。
【００３７】
また、既述の成膜装置としては、酸化ハフニウム膜を成膜する例について説明したが、例えばストロンチウム（Ｓｒ）、チタン（Ｔｉ）、ランタン（Ｌａ）、イットリウム（Ｙ）などの酸化物具体的にはＨｆＳｉＯ、ＳｒＴｉＯ、ＬａＯ2またはＹ ｄｏｐｅｄ ＨｆＯなどの高誘電体材料、あるいはシリコン酸化物（ＳｉＯ2）などを成膜する場合に本発明を適用しても良い。また、ＡＬＤ法以外にも、ＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法によりこれらの酸化物の成膜を行う場合に本発明を適用しても良い。更に、このような成膜装置以外にも、例えばエッチング処理やアッシング処理を行うプラズマ処理装置などの真空処理装置、あるいは真空雰囲気にてウエハＷの搬送を行う真空装置例えば複数の真空容器が気密に接続されたマルチチャンバーシステムにおける真空搬送室や、真空雰囲気と大気雰囲気との切り替えを行うロードロック室などに本発明のボールバルブが介設された真空排気路を接続しても良い。
【符号の説明】
【００３８】
Ｗ ウエハ
１ 処理容器
５ カバー体
２４ 真空ポンプ
３１ ボールバルブ
３３ 吸気ポート
３４ 排気ポート
３７ 回動軸
４１ ボール部材
４４ シール部材
４５ 貫通路
４６ 開口部
４７ ガス通流口
４８ 微小連通路
【特許請求の範囲】
【請求項１】
真空排気路に設けられる真空排気用のボールバルブにおいて、
吸気ポートと排気ポートとが形成され、弁室を構成するバルブ本体と、
このバルブ本体内に回動自在に収納された弁体であるボール部材と、
このボール部材に設けられ、前記吸気ポートと排気ポートとを連通させるためのガス流路をなす貫通路と、
前記吸気ポートと排気ポートの間を開閉するために前記貫通路に直交する軸の周りに前記ボール部材を回動させるための回動軸と、
前記排気ポートの周縁に設けられ、前記ボール部材とバルブ本体との間を気密にシールするためのシール部材と、
前記回動軸を回動させて、吸気ポートと排気ポートとの間が連通する全開状態と、両ポートの間が遮断される閉止状態と、前記貫通路の一端が吸気ポート及び排気ポートの一方の開口部に臨みかつ前記貫通路の他端が吸気ポート及び排気ポートの他方の開口部から隠れる微小開放状態と、のいずれかとなるように前記貫通路を位置させるための駆動部と、
前記ボール部材及びバルブ本体の少なくとも一方に設けられ、前記微小開放状態のときに、前記貫通路の他端と、吸気ポート及び排気ポートの他方の開口部と、の間を微小な隙間により連通させるための微小連通路と、を備えたことを特徴とする真空排気用のボールバルブ。
【請求項２】
前記微小連通路は、貫通路とボール部材の外面との間を貫通した貫通孔であることを特徴とする請求項１に記載の真空排気用のボールバルブ。
【請求項３】
前記微小連通路は、前記バルブ本体の内壁面に形成された溝部であることを特徴とする請求項１に記載の真空排気用のボールバルブ。
【請求項４】
前記微小連通路は、前記吸気ポート側に設けられていることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか一つに記載の真空排気用のボールバルブ。
【請求項５】
処理容器に一端側が接続された真空排気路と、
この真空排気路に介設される請求項１ないし４のいずれか一つに記載の真空排気用のボールバルブと、
前記真空排気路の他端側に接続された真空排気機構と、を備えたことを特徴とする真空排気装置。
【請求項１】
真空排気路に設けられる真空排気用のボールバルブにおいて、
吸気ポートと排気ポートとが形成され、弁室を構成するバルブ本体と、
このバルブ本体内に回動自在に収納された弁体であるボール部材と、
このボール部材に設けられ、前記吸気ポートと排気ポートとを連通させるためのガス流路をなす貫通路と、
前記吸気ポートと排気ポートの間を開閉するために前記貫通路に直交する軸の周りに前記ボール部材を回動させるための回動軸と、
前記排気ポートの周縁に設けられ、前記ボール部材とバルブ本体との間を気密にシールするためのシール部材と、
前記回動軸を回動させて、吸気ポートと排気ポートとの間が連通する全開状態と、両ポートの間が遮断される閉止状態と、前記貫通路の一端が吸気ポート及び排気ポートの一方の開口部に臨みかつ前記貫通路の他端が吸気ポート及び排気ポートの他方の開口部から隠れる微小開放状態と、のいずれかとなるように前記貫通路を位置させるための駆動部と、
前記ボール部材及びバルブ本体の少なくとも一方に設けられ、前記微小開放状態のときに、前記貫通路の他端と、吸気ポート及び排気ポートの他方の開口部と、の間を微小な隙間により連通させるための微小連通路と、を備えたことを特徴とする真空排気用のボールバルブ。
【請求項２】
前記微小連通路は、貫通路とボール部材の外面との間を貫通した貫通孔であることを特徴とする請求項１に記載の真空排気用のボールバルブ。
【請求項３】
前記微小連通路は、前記バルブ本体の内壁面に形成された溝部であることを特徴とする請求項１に記載の真空排気用のボールバルブ。
【請求項４】
前記微小連通路は、前記吸気ポート側に設けられていることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか一つに記載の真空排気用のボールバルブ。
【請求項５】
処理容器に一端側が接続された真空排気路と、
この真空排気路に介設される請求項１ないし４のいずれか一つに記載の真空排気用のボールバルブと、
前記真空排気路の他端側に接続された真空排気機構と、を備えたことを特徴とする真空排気装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
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【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【公開番号】特開２０１１−１７４５４０（Ｐ２０１１−１７４５４０Ａ）
【公開日】平成２３年９月８日（２０１１．９．８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−３９０６３（Ｐ２０１０−３９０６３）
【出願日】平成２２年２月２４日（２０１０．２．２４）
【出願人】（０００２１９９６７）東京エレクトロン株式会社 (5,184)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年９月８日（２０１１．９．８）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年２月２４日（２０１０．２．２４）
【出願人】（０００２１９９６７）東京エレクトロン株式会社 (5,184)
【Ｆターム（参考）】
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