(57)【要約】【課題】異物の発生を抑制し処理の歩溜りを向上するプラズマ処理装置を提供する。【解決手段】内部にプラズマが形成される処理室と、前記プラズマに面して軸周りに回転する回転体と、前記軸の軸受部の前記プラズマに面する側に配置され、前記軸受部の軸受面と軸との間の隙間より大きくされた段差を有する空間とを備えたプラズマ処理装置。【選択図】図３
2010059465.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内部にプラズマが形成される処理室と、該処理室を減圧する真空排気手段を備え、
前記真空排気手段は、排気バルブとその下方の排気ポンプとを有し、
前記排気バルブは、バルブ本体内において前記プラズマに面して軸周りに回転する回転体と、前記バルブ本体に設けられた軸受部の前記プラズマに面する側に配置され、前記軸受部の軸受面と軸との間の隙間より大きい空間とを備えたことを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項２】
請求項１に記載のプラズマ処理装置であって、前記空間が前記軸受部に設けられ、該軸受部の径より広げられた径を有する凹みにより構成されたプラズマ処理装置。
【請求項３】
請求項１に記載のプラズマ処理装置であって、前記空間が前記軸受部の径より、前記軸の径を小さくされて形成された凹みにより構成されたプラズマ処理装置。
【請求項４】
請求項２または３に記載のプラズマ処理装置であって、前記バルブ本体の前記軸受部及び該軸のシール部材が前記バルブ本体の大気側にシフトして設けられ、前記凹みが前記バルブ本体の前記軸受部及びシール部材よりも前記プラズマに面する側に設けられていることを特徴とするプラズマ処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、真空容器内の減圧した処理室内部に処理用ガスを導入しつつ、半導体ウエハなどの基板状の試料を処理するプラズマ処理装置に係る。
【背景技術】
【０００２】
従来、半導体ウエハなど基板状の試料を処理して半導体デバイスを製造するための真空処理装置では、真空容器内部に配置され所定の真空度まで減圧される処理室内部に処理用ガスを導入してプラズマを生成し半導体ウエハ表面に所望の形状を形成している。例えば、処理室内部に導入された反応性の高いガスを真空容器外部から電界を供給してプラズマ化し、プラズマ内のイオン等荷電粒子やラジカルといった反応性粒子との物理的、化学的反応によってウエハ表面に予め形成された薄膜を所望の形状となるように加工している。
【０００３】
このような真空処理装置では、処理ガス、及びプラズマ中の粒子や反応生成物の粒子（以下、デポ）が流れて排気される排気経路を設け、真空容器内部を所定の真空度まで減圧し一定の値を保つことが求められている。このような要求を満たすためには、排気量の調節が必要となる。例えば、特許文献１に記載されたものが知られている。特許文献１によれば、真空排気手段は、回転する板状のシャッターを複数備えた排気バルブとその下方の排気ポンプとを備え、排気バルブはそのバルブが処理室の試料台の直下方に配置されている。この複数枚の板状のシャッターは各々略水平（ウエハ面方向）に配置され各々に取り付けられた軸を中心に各シャッターが回転して、内側チャンバの開口と排気ポンプとの間で連通する面積を調節する。各シャッターの板が試料台方向（上方向）に略平行となった際に連通する面積が最も大きくなる。排気バルブはこれらシャッターの回転を調節するモータ等の駆動手段を備えており、排気手段はこれらシャッターの開口面積と排気ポンプの駆動を調節することで、排気の量とその速度とを調節している。
【０００４】
また、排気の際に真空容器内から排出されるデポが、排気バルブ本体とシャッターを設置した軸との間に極力入り込まないようにするため、排気バルブ本体と軸との隙間を最小となるような構造としている。
【０００５】
【特許文献１】特開２００６−２８７０５３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
従来技術では、プラズマに面する真空排気手段の回転体の回転軸と軸受部の隙間を最小となるような構造としているが、隙間がゼロではないため軸と軸受部の隙間にデポが入り込み、堆積してしまうことがある。すなわち、軸を回転させた時に軸と軸受部の隙間に堆積したデポが擦れて剥がれ落ちて処理室内へ逆流し、ウエハ表面に付着して異物となってしまうという問題について考慮されていなかった。
【０００７】
本発明の目的は、真空排気手段に起因する異物の発生を抑制し、ウエハ処理の歩溜りを向上するプラズマ処理装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記の問題を解決する手段として、本発明では、内部にプラズマが形成される処理室と、該処理室を減圧する真空排気手段を備え、前記真空排気手段は、排気バルブとその下方の排気ポンプとを有し、前記排気バルブは、バルブ本体内において前記プラズマに面して軸周りに回転する回転体と、前記バルブ本体に設けられた軸受部の前記プラズマに面する側に配置され、前記軸受部の軸受面と軸との間の隙間より大きい空間とを備えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、真空排気手段に起因する異物の発生を抑制し、ウエハ処理の歩溜りを向上するプラズマ処理装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
本発明の実施例を、図１〜図３を用いて以下詳細に説明する。  
図1は、本実施例のプラズマ処理装置の構成の概略を示す断面図である。この図において、プラズマ処理装置の処理チャンバ１００は、真空搬送容器１２１に接続されておりこれらの間に配置された開閉する大気ゲートバルブ１２０によりその間が連通あるいは遮断される。この大気ゲートバルブ１２０が開放された状態で真空搬送容器１２１内部の空間と処理チャンバ１００の内側の空間とが連通し両者の圧力は略等しくなる。大気ゲートバルブ１２０の開放時に試料であるウエハが真空搬送容器１２１内部から処理チャンバ１００内に配置された試料台１０１上に搬送されて載置される。
【００１１】
本実施の形態では、試料が試料台１０１上に試料が載置されたことを検知して確認後、大気ゲートバルブ１２０を閉塞して処理チャンバ１００内部と真空搬送容器１２１内部とを遮断し、処理チャンバ１００内を密封して処理を開始する。
【００１２】
この図に示すように、処理チャンバ１００の上部は放電室部が配置されている。この放電室部は、真空容器の蓋を構成する蓋部材１０６と、この蓋部材１０６の内側に配置されたアンテナ部材１０４と、このアンテナ部材の側方と上方とに配置され放電室部を囲んで配置されたコイル１０７を有する磁場発生部と、このアンテナ部材の下方に配置された天井部材とを含んで構成されている。また、磁場発生部上方にはアンテナ部材が放出するＵＨＦ帯やＶＨＦ帯の電波を供給する電波源部１０８が配置されている。アンテナ部材はＳＵＳ等の導電性部材で構成された蓋部材１０６の内側に配置された平板形状のアンテナ１０４と、このアンテナ１０４と蓋部材１０６との間に配置されてこれらの間を絶縁するとともにアンテナ１０４から放出される電波を下方の天井部材側に伝導するために配置されたリング形状を備えた少なくとも１つの誘電体１０５を有している。
【００１３】
さらに、天井部材は、伝達されてきた電波を下方の処理室内側に伝導するため石英等の誘電体で構成された石英プレート１０３と、この石英プレート１０３の下方に配置されて供給された処理用のプロセスガスを処理室の内側に分散して導入するための複数の孔が形成されたシャワープレート１０２を有している。
【００１４】
シャワープレート１０２の下方であって試料台１０１の上方に形成された空間は、供給されたプロセスガスに石英プレート１０３を通って導入された電波と磁場発生部から供給された磁場との相互作用によりプラズマが形成される放電室１１０となっている。さらに、石英プレート１０３とシャワープレート１０２との間は微小な隙間を空けて空間が形成されており、この空間に放電室１１０に供給されるべきプロセスガスが先ず供給され、シャワープレート１０２を貫通してこの空間と放電室１１０とを連通してプロセスガスが通流する上記孔を通って放電室１１０に流入する。上記空間はプロセスガスが複数の孔から分散して放電室１１０に流入するよう設けられたバッファ室１０９となっている。ガス等流体の供給を調節する制御器１２４で制御されたプロセスガスは、プロセスガスライン１２２およびプロセスガス遮断バルブ１２３を介して、上記空間に供給される。
【００１５】
処理チャンバ１００の真空室部の外壁を構成する外側チャンバ１１３の内側に１つ以上の内側チャンバが配置されており、一方が他方の内側に配置された多重チャンバとなっている。すなわち、外側チャンバ１１３の内側に処理室となる内側チャンバ１１２が備えられている。試料台１０１は内側チャンバ１１２の内側に配置されており、内側チャンバ１１２の内部は、プラズマが形成され、ガス、反応性生物が流れて排気される真空室１１１を構成する。
【００１６】
この真空室１１１は上方の放電室１１０と連通するとともに、説明するように内側チャンバ１１２と外側チャンバ１１３の間の空間と連通可能に構成され排気手段により減圧されるとともに、試料の処理の際に放電室１１０内のプラズマ、ガス、反応性生物が移動できるように配置されている。
【００１７】
処理対象である試料が内側チャンバ１１２内の試料台１０１上に載置されるには、内側チャンバ１１２にウエハが搬送されることのできるゲートが必要となる。さらに、このゲートを開閉して密封してこのチャンバの内側と外側の空間を遮断し連通するバルブが必要となる。
【００１８】
本実施の形態は、処理チャンバ１００の内側と真空搬送容器１２１の内側との間に設けられたゲートを開放しあるいは閉塞して密封することで両者を連通、遮断する大気ゲートバルブ１２０と内側チャンバ１１２の内側と外側とを開放し或いは閉塞して密封することで両者を連通、遮断するプロセスゲートバルブ１１９とを備えている。大気ゲートバルブ１２０は、真空搬送容器１２１の内側の側壁上に配置されて上下および水平方向に移動可能に構成されており、内側側壁上でゲートを密封するよう閉塞し、あるいは開放する。
【００１９】
試料台１０１のブロック下方の内側チャンバ１１２の中央側部分には排気開口ゲート１１４を含む開口部が配置されている。この開口部は内側チャンバ１１２の下方であって試料台１０１の下方に配置された排気バルブ１１７や排気ポンプ１１６を備えた排気手段と連通しており、試料台１０１の周囲を流れる内側チャンバ１１２内のガスが通流する部分である。つまり、試料台１０１周囲の支持梁１１８同士の間にある空間と試料台１０１下方の内側チャンバ１１２内の空間が、処理チャンバ１００内の処理ガス、プラズマ中の粒子や反応性生物の粒子が流れて排気される排気経路となっている。
【００２０】
処理チャンバ１００の排気手段である排気バルブ１１７は、その下方に配置された排気ポンプ１１６と内側チャンバ１１２の内側の空間との間を連通あるいは遮断することのできる板状のシャッター複数を備え、このシャッターを回転させて開口している排気通路面積を可変に調節して排気流量や速度を調節するシャッター式排気バルブである。このように、本実施の形態では、排気手段が試料台１０１の下方、特に直下方に配置されている。そして、内側チャンバ１１２内にある試料台１０１の上方にある空間内のプラズマや処理ガス、反応性生物は試料台１０１の周囲とその下方の内側チャンバ１１２内の空間を介して排気バルブ１１７までの排気経路を流れる。
【００２１】
本実施の形態では、真空排気手段は、回転するシャッターを複数備えた排気バルブ１１７とその下方の排気ポンプ１１６とを備え、排気バルブ１１７はそのバルブが試料台１０１の直下方に配置されている。この複数枚の板状のシャッターは図のように各々略水平（ウエハ面方向）に配置され各々に取り付けられた軸を中心に各シャッターが回転して、前記内側チャンバ１１２の開口と排気ポンプ１１６との間で連通する面積を調節する。これらの軸を回転させて、各シャッターの板が試料台１０１方向（上方向）に略平行となった際に連通する面積が最も大きくなる。図示していないが排気バルブ１１７はこれらシャッターの回転を調節するモータ等の駆動手段を備えており、排気手段はこれらシャッターの開口面積と排気ポンプ１１６の駆動を調節することで排気の量とその速度とを調節している。
【００２２】
また、試料台１０１下方で排気バルブ１１７上方には、外側チャンバ１１３に設けられた上部を覆ってこれを開閉（開口／遮断）する排気ゲートプレート１１５が配置されている。この排気ゲートプレート１１５は、略円板形状を有し一部の外縁周端に外側に延在した腕部の対を少なくとも１つをその一部として有し、この腕部の下方に配置されたプッシャの上端が上下に動作することで、この上端に繋がれた腕部を持ち上げ下げして排気開口を開閉する。この排気ゲートプレート１１５はその下方への投影面は上方の試料台１０１の投影面内に収まるように、また、腕部の投影面は上方の支持梁１１８の投影面内に収まるか、少なくとも一部が重なるように配置されている。
【００２３】
排気ポンプ１１６の駆動及び排気バルブ１１７の回転動作と前記処理用ガス供給とが制御装置（図示略）によって調整され、処理チャンバ１００内部の圧力が所定の値となるように調節される。
【００２４】
図２は、図１の真空排気手段の一部である排気バルブ１１７の構成の概略を示す横断面図である。  
排気バルブ１１７は、バルブ本体２０１、板状のシャッター２０２、各々シャッターが設置され並列配置された複数の軸２０３、各軸２０３の一端をバルブ本体２０１で支える軸受部２０５、シール部材２０４、及びバルブ本体２０１の外側にあって軸２０３の回転を調節するモータ等の駆動手段（図示略）から構成されている。バルブ本体２０１の内側に、複数枚の板状のシャッター２０２が各々略水平（ウエハ面方向）に配置され、各々に取り付けられた軸２０３を中心に各シャッター２０２が回転して、外側チャンバ１１３の開口と排気ポンプ１１６との間で連通する面積を調節する。これらの軸２０３を回転させて、各シャッター２０２の板が試料台方向（上方向）に略平行となった際に連通する面積が最も大きくなる。
【００２５】
前記真空排気手段の排気バルブ１１７を通り内側チャンバ１１２内にある試料台１０１上方の空間内の処理ガスや反応生成物（デポ）が排気されるが、このデポがバルブ本体２０１の内壁等に付着する。
【００２６】
従来、バルブ本体２０１の軸受部２０５と軸２０３の隙間に極力デポが入り込まないように、隙間を最小にするようにしていたが、隙間がゼロではないため、デポが入り込み堆積してしまう。排気通路におけるシャッター２０２の開口面積を調節するために軸２０３を回転させる際に、バルブ本体２０１の軸受部と軸２０３の隙間に付着したデポは、バルブ本体２０１と軸２０３により擦れて剥がれ落ち、排気ポンプ１１６に達する。このデポの一部が、排気ポンプ１１６例えばターボ分子ポンプの回転羽根で跳ね返えされて排気通路を逆流し処理チャンバ１００内に流入し、ウエハ表面に付着して異物となってしまうという問題があった。
【００２７】
そこで、本発明では、バルブ本体２０１の軸受部２０５と軸２０３の間に堆積したデポが軸２０３を回転させた時に擦れないようにするため、バルブ本体２０１の軸２０３周り部と軸２０３の間隔を取るように処理チャンバ１００側に空間を設けるものである。
【００２８】
図３に、図２に示す排気バルブ１１７のバルブ本体２０１と軸２０３の部分（Ａ）の拡大図を示す。本発明では、図３（ａ）のようにシャッター２０２とバルブ本体２０１の軸受部２０５との間の軸２０３の周囲に軸受部２０５より径の大きい凹み（段差）を有する空間３０１を形成する。本実施の形態では、軸受部２０５及び軸２０３のシール部材２０４をバルブ本体２０１の大気側にシフトし、バルブ本体２０１の処理チャンバ１００側のバルブ本体２０１の軸２０３周り部にザグリを設けて、バルブ本体２０１の軸２０３周り部と軸２０３の間に空間３０１を形成する。この空間３０１は、軸２０３の側壁面とこれの軸受であるバルブ本体２０１の軸２０３の周囲の円筒状の側壁面（軸受部２０５）を取り囲んでこれとほぼ平行に構成された内側壁面３０２と、そのシール部材２０４側に位置して軸２０３の側壁面にほぼ垂直な面である段差面３０３とで構成されている。段差面３０３は内側壁面３０２と連続しほぼ垂直面であって、軸受の面と内側壁面との間の径の差を段差として繋げている。この空間３０１を設けることにより、バルブ本体２０１の軸２０３周り部と軸２０３の間隔が十分に取れ、バルブ本体２０１の軸２０３周り部と軸２０３にデポ４００が付着しても擦れず、デポの剥がれ落ちを抑制する。
【００２９】
同様に、図３（ｂ）のように、軸２０３の一部２０３’の径をバルブ本体２０１軸受部２０５の径より十分に細くし、軸の径小部２０３’の外側に凹みすなわち内側壁面３０２’、段差面３０３’を有する空間３０１’を形成することも可能である。
【００３０】
本発明によれば、空間３０１または３０１’を設けることにより、隙間が狭くなる軸２０３のシール部材２０４部にデポ４００が堆積し剥がれ落ちた時に、空間３０１または３０１’でこのデポを受けることにより処理チャンバ１００内へのデポの流入を抑制し、異物発生を低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本発明の実施例に係わるプラズマ処理装置の処理室構成の概略を示す縦断面図である。
【図２】図１の実施例の排気バルブの構成の概略を示す横断面図である。
【図３】図２の排気バルブ軸部とバルブ本体の詳細を示す拡大図である。
【符号の説明】
【００３２】
１００・・・処理チャンバ、１０１・・・試料台、１０２・・・シャワープレート、１０３・・・石英プレート、１０４・・・アンテナ、１０５・・・誘電体、１０６・・・蓋部材、１０７・・・コイル、１０８・・・電波源部、１０９・・・バッファ室、１１０・・・放電室、１１１・・・真空室、１１２・・・内側チャンバ、１１３・・・外側チャンバ、１１４・・・排気開口ゲート、１１５・・・排気ゲートプレート、１１６・・・・排気ポンプ、１１７・・・排気バルブ、１１８・・・支持梁、１１９・・・プロセスゲートバルブ、１２０・・・大気ゲートバルブ、１２１・・・真空搬送容器、１２２・・・プロセスガスライン、１２３・・・遮断バルブ、１２４・・・制御器、２０１・・・バルブ本体、２０２・・・シャッター、２０３・・・軸、２０４・・・シール部材、２０５・・・軸受部、３０１,３０１’・・・空間。
【図１】
2010059465.tif 000003
【図２】
2010059465.tif 000004
【図３】
2010059465.tif 000005