(57)【要約】【課題】被処理基板のプラズマ処理の面内均一性を向上できる基板処理装置を提供する。【解決手段】複数の板状の電極から成る第１の電極群３０５と、複数の板状の電極から成る第２の電極群３０６と、第１と第２の電極群３０５、３０６を処理室２０１内にて回転させるため処理室の内外に亘り延在する回転軸３１０とを備え、第１の電極群３０５の電極と第２の電極群３０６の電極とが交互に積層配置され、且つそれぞれの電極間に基板２００が載置され、第１と第２の第２の電極群の少なくとも一方は、回転軸の内部を通って処理室の外部に導出され、回転コンデンサ３１４を介して高周波電源３１５と接続されている。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
処理室と、
前記処理室内に所望の処理ガスを供給するガス供給手段と、
前記処理室に開口した排気口を介して処理室内の雰囲気を排気する排気手段と、
第１の供給ラインにそれぞれ電気的に接続される複数の板状の電極から成る第１の電極群と、
第２の供給ラインにそれぞれ電気的に接続される複数の板状の電極から成る第２の電極群と、
前記第１と第２の電極群を前記処理室内にて回転させるため、前記第１と第２の電極群に対し機械的に接続され、前記処理室の内外に亘り延在する回転軸と、
前記第１と第２の電極群に対し高周波電力を供給するための高周波電力供給手段と、を備え、
前記第１の電極群の電極と前記第２の電極群の電極とが交互に積層配置され、且つそれぞれの電極間に基板が載置されるように電極に基板が配置され、
前記第１と第２の供給ラインの少なくとも一方は、前記回転軸の内部を通って前記処理室の外部に導出され、回転コンデンサを介して前記高周波電力供給手段と接続されることを特徴とする基板処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は基板処理装置に関し、特に、プラズマを利用してシリコンウエハ等の基板に所定の処理を行う基板処理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、半導体集積回路の製造においては、ＣＶＤ、エッチング、アッシング、スパッタリング工程で、処理ガスのイオン化や化学反応等を促進する為にプラズマが利用されている。従来より、半導体製造装置においてプラズマを発生させる方法には、平行平板方式、高周波誘導方式、ヘリコン波方式、ＥＣＲ方式等がある。平行平板方式は、１対の平行平板型の電極の一方を接地し他方を高周波電源に容量結合して両電極間にプラズマを生成する方法である。高周波誘導方式は、螺旋状又は渦巻き状のアンテナに高周波を印加して高周波電磁場を作り、その電磁場空間内で流れる電子を気体中の中性粒子に衝突させてプラズマを生成する方法である。ヘリコン波方式は、コイルで作った一様な磁場内で特殊な形状のアンテナにより磁場に平行に進む特殊な電磁波（ヘリコン波）を発生させ、このヘリコン波に伴うランダウダンピング効果を利用して速度制御可能な電子流によりプラズマを生成する方法である。ＥＣＲ方式は、コイルで作った一様な磁場内に電子のサイクロトロン周波数に等しい周波数（２．４５ＧＨｚ）のマイクロ波を導波管を通じて導くことにより共鳴現象を起こさせ、電子にマイクロ波のパワーを吸収させてプラズマを生成する方法である。これらのプラズマ生成方法は、被処理体を１枚毎に処理をする枚葉方式と複数の被処理体をバッチ的に処理する方法がある。  
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
バッチ式のサーマルプロセス（プラズマ無し）を一例として説明すると、被処理基板上における処理ガスの不均一な流れに起因して、被処理基板の面内において処理が不均一になるという問題があり、バッチ式プラズマ装置においても処理ガスの不均一な流れがプラズマ均一性に悪影響をおよぼすことが予想される。
【０００４】
本発明の主な目的は、被処理基板のプラズマ処理の面内均一性を向上できる基板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】
【０００５】
本発明によれば、
処理室と、
前記処理室内に所望の処理ガスを供給するガス供給手段と、
前記処理室に開口した排気口を介して処理室内の雰囲気を排気する排気手段と、
第１の供給ラインにそれぞれ電気的に接続される複数の板状の電極から成る第１の電極群と、
第２の供給ラインにそれぞれ電気的に接続される複数の板状の電極から成る第２の電極群と、
前記第１と第２の電極群を前記処理室内にて回転させるため、前記第１と第２の電極群に対し機械的に接続され、前記処理室の内外に亘り延在する回転軸と、
前記第１と第２の電極群に対し高周波電力を供給するための高周波電力供給手段と、を備え、
前記第１の電極群の電極と前記第２の電極群の電極とが交互に積層配置され、且つそれぞれの電極間に基板が載置されるように電極に基板が配置され、
前記第１と第２の供給ラインの少なくとも一方は、前記回転軸の内部を通って前記処理室の外部に導出され、回転コンデンサを介して前記高周波電力供給手段と接続されることを特徴とする基板処理装置が提供される。
【発明の効果】
【０００６】
本発明によれば、被処理基板のプラズマ処理の面内均一性を向上できる基板処理装置が提供される。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
次に、本発明の好ましい実施例を説明する。
本発明の好ましい実施例では、サセプタ電極、被処理基板である半導体シリコンウエハが載置されているボートを回転棚にのせ、回転棚に連なる回転軸を回転させ処理ガスが被処理基板に対して均一に流れるようにした。この時、電極への高周波電力印加ラインに回転可能なコンデンサを介して高周波を印加することにより、回転している電極に高周波電力を印加可能とし、被処理基板を回転しながらプラズマ処理できるようにした。
【０００８】
次に、本発明の好ましい実施例について図面を参照してより詳細に説明する。
【０００９】
本発明の好ましい実施例として、被処理基板であるウエハを複数枚一括してプラズマで処理する基板処理装置を説明する。
【００１０】
まず、図５、図６を参照して本発明の好ましい実施例の基板処理装置の概略を説明する。
【００１１】
筐体１０１内部の前面側には、図示しない外部搬送装置との間で基板収納容器としてのカセット１００の授受を行う保持具授受部材としてのカセットステージ１０５が設けられ、カセットステージ１０５の後側には昇降手段としてのカセットエレベータ１１５が設けられ、カセットエレベータ１１５には搬送手段としてのカセット移載機１１４が取りつけられている。又、カセットエレベータ１１５の後側には、カセット１００の載置手段としてのカセット棚１０９が設けられると共にカセットステージ１０５の上方にも予備カセット棚１１０が設けられている。予備カセット棚１１０の上方にはクリーンユニット１１８が設けられクリーンエアを筐体１０１の内部を流通させるように構成されている。
【００１２】
筐体１０１の後部上方には、処理炉２０２が設けられ、処理炉２０２の下方には基板としてのウエハ２００を水平姿勢で多段に保持する基板保持手段としてのボート２１７を処理炉２０２に昇降させる昇降手段としてのボートエレベータ１２１が設けられ、ボートエレベータ１２１に取りつけられた昇降部材１２２の先端部には蓋体としてのシールキャップ２１９が取りつけられボート２１７を垂直に支持している。ボートエレベータ１２１とカセット棚１０９との間には昇降手段としての移載エレベータ１１３が設けられ、移載エレベータ１１３には搬送手段としてのウエハ移載機１１２が取りつけられている。又、ボートエレベータ１２１の横には、開閉機構を持ち処理炉２０２の下側を気密に閉塞する閉塞手段としての炉口シャッタ１１６が設けられている。
【００１３】
ウエハ２００が装填されたカセット１００は、図示しない外部搬送装置からカセットステージ１０５にウエハ２００が上向き姿勢で搬入され、ウエハ２００が水平姿勢となるようカセットステージ１０５で９０°回転させられる。更に、カセット１００は、カセットエレベータ１１５の昇降動作、横行動作及びカセット移載機１１４の進退動作、回転動作の協働によりカセットステージ１０５からカセット棚１０９又は予備カセット棚１１０に搬送される。
【００１４】
カセット棚１０９にはウエハ移載機１１２の搬送対象となるカセット１００が収納される移載棚１２３があり、ウエハ２００が移載に供されるカセット１００はカセットエレベータ１１５、カセット移載機１１４により移載棚１２３に移載される。
【００１５】
カセット１００が移載棚１２３に移載されると、ウエハ移載機１１２の進退動作、回転動作及び移載エレベータ１１３の昇降動作の協働により移載棚１２３から降下状態のボート２１７にウエハ２００を移載する。
【００１６】
ボート２１７に所定枚数のウエハ２００が移載されるとボートエレベータ１２１によりボート２１７が処理炉２０２に挿入され、シールキャップ２１９により処理炉２０２が気密に閉塞される。気密に閉塞された処理炉２０２内ではウエハ２００が加熱されると共に処理ガスが処理炉２０２内に供給され、ウエハ２００に処理がなされる。
【００１７】
ウエハ２００への処理が完了すると、ウエハ２００は上記した作動の逆の手順により、ボート２１７から移載棚１２３のカセット１００に移載され、カセット１００はカセット移載機１１４により移載棚１２３からカセットステージ１０５に移載され、図示しない外部搬送装置により筐体１０１の外部に搬出される。炉口シャッタ１１６は、ボート２１７が降下状態の際に処理炉２０２の下面を気密に閉塞し、外気が処理炉２０２内に巻き込まれるのを防止している。
なお、カセット移載機１１４等の搬送動作は、搬送制御手段１２４により制御される。
【００１８】
図１、本発明の好ましい実施例に係る基板処理装置の処理炉を説明するための概略縦断面図である。  
【００１９】
この基板処理装置の処理炉２０２では、ヒータ３０４が反応管３０２を取り囲むように設けてある。反応管３０２は石英などの誘電体で構成する。処理室２０１は、反応管３０２およびシールキャップ２１９で気密に構成されている。処理室２０１は、ウエハ２００を処理する空間を形成している。
【００２０】
反応管３０２は、処理室２０１に開口した排気口３２５を介し、排気管３１７、圧力調整バルブ３１８を介してポンプ３１９に接続され、処理室２０１内部のガスを排気できる構造となっている。
【００２１】
反応管３０２にはガス導入ポート２０が設けてあり、ガス導入ポート２０の下流に設けられたノズル３２２が処理室２０１内部に反応管３０２の側面に沿って垂直方向に設けられている。ノズル３２２には、複数のガス供給用細孔３２１が設けられ、処理ガスを高さ方向均等に供給するよう大きさが調整された複数の細孔３２１より均等に処理室２０１内に導入することが可能となっている。
【００２２】
処理室２０１内部には導電性材料を含む部材で構成されたサセプタ電極３０５ａ〜３０５ｃとサセプタ電極３０６ａ〜３０６ｄが交互に多段に重なるようにそれぞれ導電性の電極支柱Ａ３０７と電極支柱Ｂ３０８に取り付けられており、各々の部品は回転テーブル３０９上に載置されている。
【００２３】
回転テーブル３０９は回転軸３１０に取り付けられている。回転軸３１０は、シールキャップ２１９の開口２２０を介して処理室２０１の内外に亘り延在している。
【００２４】
回転軸３１０は、例えば磁気シール３１１を用いて真空シールされ同軸状に組み込まれたギア３１２をモータ３１３で回転制御することによって真空を保持しながら回転可能な構造となっている。
【００２５】
回転テーブル３０９上に載置されたサセプタ電極３０５、サセプタ電極３０６は、電極柱Ａ３０７、電極柱Ｂ３０８をそれぞれ介して回転軸３１０内の図示しない絶縁部材で電気的絶縁、真空シールされた状態で処理室２０１外へそれぞれ接続口を取り出している。
【００２６】
本実施例では、サセプタ電極３０５は回転コンデンサ３１４を経由し、整合器３１６を介して発振器３１５に接続されており、サセプタ電極３０６は発振器３１５の接地側に接続されており、発振器３１５の出力する高周波電力を整合器３１６を介してサセプタ電極３０５、サセプタ電極３０６間に印加できるようになっている。
【００２７】
ここで、回転コンデンサ３１４を用いることにより、回転しながら回転テーブル３１９上に載置されたサセプタ電極３０５、サセプタ電極３０６に高周波電力を印加できるようになっている。
【００２８】
ウエハ２００ａ〜２００ｆは回転テーブル３０９上に載置されたボート２１７によって、サセプタ電極３０５、３０６間に配置される。
処理室２０１内のサセプタ電極３０５、３０６に高周波電力が印加され、ガス導入ポート３２０から導入された処理ガスをプラズマ化し、サセプタ電極３０５、３０６間に載置されたウエハ２００ａ〜２００ｆを処理する。
【００２９】
次に本装置の動作を説明する。
処理室２０１が大気圧の状態でボートエレベータ（図５参照）でウエハ２００（２００a〜２００ｆ）を装填する為のボート２１７、サセプタ電極３０５、３０６、回転テーブル３０９、回転機構（図中３１０、３１１、３１２、３１３）、回転コンデンサ３１４ａを載せたシールキャップ２１９を下げて図示しない被処理体支持ピンとウエハ移載機１１４（図５、図６参照）との相互動作により所用の数のウエハ２００をサセプタ電極３０５及びサセプタ電極３０６に載置した後、シールキャップ２１９を上昇させて処理室２０１内部に挿入する。
【００３０】
サセプタ電極３０５、３０６の数は、プラズマ生成の条件等で決まるサセプタ電極３０５、３０６間の間隔と、処理室２０１の高さ方向の大きさの制約で決定される。
【００３１】
ヒータ３０４に電力を投入し、ウエハ２００、反応管３０２、サセプタ電極３０５、３０６など処理室２０１内部の部材を所定の温度に加熱する。
【００３２】
同時に反応管３０２内部の気体を排気口３２５から排気管３１７を通してポンプ３１９で排気する。ウエハ２００が所定の温度になった時点で処理室２０１にガス導入ポート３２０から処理ガスを導入し、圧力調整バルブ３１８によって処理室２０１内の圧力を一定の値に保持する。
【００３３】
処理室２０１内部が所定の圧力になったら、モータ３１３を図示しないコントローラで回転制御させ、発振器３１５の出力する高周波電力を整合器３１６、回転コンデンサ３１４を介して電極支柱Ａ３０７及び電極支柱Ｂ３０８に供給し、サセプタ電極３０５、３０６間にプラズマを生成する。電極支柱Ａ３０７及び電極支柱Ｂ３０８に供給する高周波電力の周波数は１３．５６ＭＨｚや４００ＫＨｚ程度のものが利用される。
【００３４】
回転コンデンサ３１４の形状については、できるだけ大きな静電容量を確保する為、比誘電率は大きく、面積は大きく、ギャップは小さくと設計的な配慮が必要となる。図２〜４に示すようにコンデンサの形状を工夫して設計することが望ましい。図３には電極を櫛形とした例を示し、図４には、一方の電極の両側で他方の電極が対向する例を示している。
【００３５】
本実施例は、バッチ式の装置についてであったが、本発明は枚葉式の装置にも応用可能である。
【００３６】
なお、ウエハ２００の搬送時、ヒータ３０４の温度を下げ過ぎてしまうと、ウエハ２００の搬送終了後、処理室２０１内部で温度を所定の値まで上昇させて安定させるのに相当の時間がかかってしまう為、通常はウエハ２００の搬送に支障が無い温度まで下げて、その値で保持した状態でウエハ２００の搬送を行う。
【００３７】
また、処理室２０１内部にアースとなる電極を設け１３．５６ＭＨｚの高周波を利用すると、サセプタ電極に直流バイアス電圧がかかり、被処理体であるウエハ２００の表面にプラズマ中のイオン衝撃を与えることができる。
【００３８】
以上説明したように、本発明の好ましい実施例によれば、ガス供給用細孔３２１から吹き出される処理ガスに対して被処理体であるウエハ２００は回転する為、プラズマ処理中に発生する活性種の分布悪化を解消することが可能となり、均一に処理することが可能となった。
【００３９】
（比較例）
図７は、比較例の基板処理装置の処理炉を説明するための概略縦断面図である。  
【００４０】
処理室２０１内部には導電性材料を含む部材で構成されたサセプタ電極５ａ〜５ｃとサセプタ電極６ａ〜６ｄが交互に多段に重なるようにそれぞれ導電性の電極支柱Ａ７と電極支柱Ｂ８に取り付けられており、２本の柱は各々図示しない絶縁部材でシールキャップ３と絶縁した状態で処理室２０１の外に接続口を取り出し、発振器１５の出力する交流電力を整合器１６を介して印加できるようになっている。
【００４１】
間隔を設けて多数のウエハ２００（２００ａ〜２００ｆ）が各々同軸的に配列された処理室２０１内部にガス供給用細孔３２１より処理ガスを流入した時、処理室２０１内部は処理ガスの供給と排気によってガスの流れが常に生じており、処理室２０１内部には圧力の分布が生じている。この時処理室２０１の同軸方向（高さ方向）は、ガス供給用細孔３２１の大きさの調整である程度圧力バランスを保つことは可能であるが、等間隔で載置された２００（２００ａ〜２００ｆ）間にも処理ガスの流れが生じており、この状態でプラズマを生成して処理すると処理状態が不均一となる。
【００４２】
図８はＣＶＤ法でプラズマ処理を行った後の２００（２００ａ〜２００ｆ）上の膜厚分布を示したものである。膜厚は処理ガスの供給側で厚くなり、下流側で薄くなる。これはＣＶＤに必要な処理ガスの活性種の量が、処理ガスの噴き出し口であるガス供給用細孔３２１から遠ざかるにつれて減少する為である。又、２００（２００ａ〜２００ｆ）の表面において圧力分布が生じており、プラズマの生成状態が、該表面において均一にならない。結局、複数の２００（２００ａ〜２００ｆ）をバッチ的に処理するものでありながら各２００（２００ａ〜２００ｆ）を均一に処理することができない、という問題がある。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】本発明の好ましい実施例に係る基板処理装置の処理炉を説明するための概略縦断面図である。
【図２】本発明の好ましい実施例に係る基板処理装置に使用される回転コンデンサを説明するための概略図である。
【図３】本発明の好ましい実施例に係る基板処理装置に使用される回転コンデンサを説明するための概略図である。
【図４】本発明の好ましい実施例に係る基板処理装置に使用される回転コンデンサを説明するための概略図である。
【図５】本発明の好ましい実施例に係る基板処理装置を説明するための概略斜視図である。
【図６】本発明の好ましい実施例に係る基板処理装置を説明するための概略縦断面図である。
【図７】比較例の基板処理装置の処理炉を説明するための概略縦断面図である。
【図８】比較例の基板処理装置におけるウエハの面内膜厚分布を示す図である。
【符号の説明】
【００４４】
１００…カセット
１０１…筐体
１０５…カセットステージ
１０９…カセット棚
１１０…予備カセット棚
１１２…ウエハ移載機
１１３…移載エレベータ
１１４…カセット移載機
１１５…カセットエレベータ
１１６…炉口シャッタ
１１８…クリーンユニット
１２１…ボートエレベータ
１２２…昇降部材
１２３…移載棚
１２４…搬送制御手段
２００、２００ａ〜２００ｆ…ウエハ
２０１…処理室
２０２…処理炉
２１７…ボート
２１９…シールキャップ
２２０…開口
３０２…反応管
３０４…ヒータ
３０５ａ〜３０５ｃ…サセプタ電極Ａ
３０６ａ〜３０５ｄ…サセプタ電極Ｂ
３０７…電極柱Ａ
３０８…電極柱Ｂ
３０９…回転テーブル
３１０…回転軸
３１１…磁気シール
３１２…ギア
３１３…モータ
３１４ａ〜３１４ｃ…回転コンデンサ
３１５…高周波電源
３１６…整合器
３１７…排気管
３１８…圧力調整バルブ
３１９…ポンプ
３２０…ガス導入ポート
３２１…ガス供給用細孔
３２２…ノズル
３２５…排気口
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2006278652.tif 000009
【図８】
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