(57)【要約】【課題】  プラズマが歪み難いワーク搬入口の構造を提供する。【解決手段】  ワークをプラズマ処理するプラズマ処理装置であって、チャンバと、前記チャンバ内に配置されているとともにワークが載置される下部電極と、前記チャンバ内において前記下部電極の上部に配置されている上部電極を有する。前記チャンバが、円筒形状を有する外壁と、前記外壁の下部に配置されている外壁受部を有している。前記外壁が、前記外壁受部に接する密閉位置と前記外壁受部に対して非接触となる開放位置との間で、前記外壁受部に対して上下方向に相対移動可能とされている。前記外壁が前記開放位置にあるときの前記外壁と前記外壁受部の間の間隔が、ワーク搬入口である。【選択図】図２
2018133307.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ワークをプラズマ処理するプラズマ処理装置であって、
チャンバと、
前記チャンバ内に配置されており、ワークが載置される下部電極と、
前記チャンバ内において前記下部電極の上部に配置されている上部電極、
を有しており、
前記チャンバが、
円筒形状を有する外壁と、
前記外壁の下部に配置されている外壁受部、
を有しており、
前記外壁が、前記外壁受部に接する密閉位置と前記外壁受部に対して非接触となる開放位置との間で、前記外壁受部に対して上下方向に相対移動可能とされており、
前記外壁が前記開放位置にあるときの前記外壁と前記外壁受部の間の間隔が、ワーク搬入口である、
プラズマ処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本明細書に開示の技術は、プラズマ処理装置に関する。
【０００２】
特許文献１には、プラズマ処理装置が開示されている。プラズマ処理装置は、チャンバ内にセットされたワーク（例えば、半導体基板）をプラズマに曝すことで、ワークを表面処理する。プラズマ処理装置には、ワークの表面をエッチングするプラズマエッチング装置や、ワークの表面にＣＶＤ（chemical vapor deposition）によって薄膜を成長させるプラズマＣＶＤ装置等が含まれる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００７−０８０５５５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１のプラズマ処理装置のチャンバの外壁は、略円筒形状を有している。但し、この外壁の一部には、ワーク搬入口が設けられている。プラズマ処理時には、ワーク搬入口が扉で塞がれる。外壁の一部にワーク搬入口が設けられているので、ワーク搬入口の部分で外壁の断面形状が円形ではなくなっている。つまり、ワーク搬入口の部分で、外壁の形状に歪みが生じている。このため、チャンバ内に発生するプラズマの形状が、ワーク搬入口の周辺で歪む。その結果、ワークの表面を均一にプラズマ処理することが困難となる。チャンバの直径をワークに対して大きくすることで、ワーク搬入口によるプラズマの歪みの影響を抑制することができる。しかしながら、この場合には、大型の排気ポンプが必要になったり、チャンバにより多くの処理用ガスを供給する必要が生じたり、プラズマを発生させるための電力が大きくなるなどの問題が生じる。したがって、本明細書では、プラズマが歪み難いワーク搬入口の構造を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本明細書が開示するプラズマ処理装置は、ワークをプラズマ処理する。このプラズマ処理装置は、チャンバと、前記チャンバ内に配置されているとともにワークが載置される下部電極と、前記チャンバ内において前記下部電極の上部に配置されている上部電極を有している。前記チャンバが、円筒形状を有する外壁と、前記外壁の下部に配置されている外壁受部を有している。前記外壁が、前記外壁受部に接する密閉位置と前記外壁受部に対して非接触となる開放位置との間で、前記外壁受部に対して上下方向に相対移動可能とされている。前記外壁が前記開放位置にあるときの前記外壁と前記外壁受部の間の間隔が、ワーク搬入口である。
【０００６】
このプラズマ処理装置では、円筒形状の外壁自体が外壁受部に対して上下方向に相対移動することで、ワーク搬入口が開閉する。この構造によれば、外壁の一部にワーク搬入口を設ける必要が無いので、ワーク搬入口による外壁の形状の歪みが生じない。このため、チャンバ内でプラズマの歪みが生じ難く、ワークの表面を均一にプラズマ処理することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】チャンバ１２を閉じた状態の実施例１のプラズマ処理装置の断面図。
【図２】チャンバ１２を開いた状態の実施例１のプラズマ処理装置の断面図。
【図３】チャンバ１２を開いた状態の実施例１のプラズマ処理装置の部分断面を示す斜視図。
【図４】チャンバ１２を閉じた状態の実施例２のプラズマ処理装置の断面図。
【発明を実施するための形態】
【実施例１】
【０００８】
図１〜３は、実施例１のプラズマ処理装置１０を示している。プラズマ処理装置１０は、チャンバ１２内にワーク（例えば、半導体ウエハ）を収容し、収容したワークに対してプラズマ処理を行う。プラズマ処理装置１０は、プラズマエッチング装置であってもよいし、プラズマＣＶＤ装置であってもよい。
【０００９】
プラズマ処理装置１０は、ベース１４を有している。ベース１４の上面は、平坦である。ベース１４の内部には、排気通路１６が設けられている。また、ベース１４には、上面から排気通路１６に達する排気口１６ａ（貫通孔）が設けられている。排気口１６ａを介して、排気通路１６がチャンバ１２に繋がっている。また、排気通路１６には、排気管１７が接続されている。図示していないが、排気管１７には真空ポンプが接続されている。真空ポンプによって、チャンバ１２内のガスを外部に排出することができる。また、ベース１４の上面の中央に、凹部１８が設けられている。ベース１４の上面には、凹部１８の周囲を一巡するように伸びるシールリング１４ａが配置されている。
【００１０】
ベース１４の上部に、下部電極２０が配置されている。下部電極２０は、略円板形状を有している。下部電極２０は、凹部１８の上部に配置されている。下部電極２０は、その中心軸が上下方向に伸びるように支持されている。凹部１８の内部に、下部電極２０に電圧を印加するための配線等が配置されている。下部電極２０の上面は平坦である。下部電極２０の上面は、処理対象のワークが載置されるステージである。
【００１１】
下部電極２０の上部に、上部電極３０が配置されている。上部電極３０は、略円板形状を有している。上部電極３０は、その中心軸が上下方向に伸びるように支持されている。上部電極３０は、下部電極２０と中心軸が一致するように支持されている。上部電極３０の下面は、下部電極２０の上面に対向している。上部電極３０の上部に、上部電極保持機構３１が配置されている。上部電極３０は、上部電極保持機構３１に固定されている。上部電極保持機構３１からから上方に向かって複数のピラー３２が伸びている。各ピラー３２の上端は、上部プレート３４に固定されている。また、図３に示すように、ベース１４の上面には、ベース１４から上方に向かって伸びる複数のピラー３６が設けられている。各ピラー３６の上端は、上部プレート３４に固定されている。すなわち、上部電極３０は、上部電極保持機構３１、ピラー３２、上部プレート３４及びピラー３６を介してベース１４に接続されている。上部電極３０は、ベース１４に対して固定されている。上部電極３０の中央には、ガス供給口３０ａが設けられている。図示していないが、ガス供給口３０ａは、配管によってガス供給装置に接続されている。ガス供給装置が供給するガス（例えば、エッチングガス、ＣＶＤ用の原料ガス等）は、上部電極３０のガス供給口３０ａからチャンバ１２内に供給される。また、図示していないが、上部電極３０には、電圧印加用の配線が接続されている。図示しない高周波電源によって、上部電極３０に高周波電圧を印加することができる。また、上部電極保持機構３１の上面には、シールリング３１ａが配置されている。シールリング３１ａは、複数のピラー３２が接続されている範囲の周囲を一巡するように伸びている。
【００１２】
上部プレート３４に、アクチュエータ４８が配置されている。アクチュエータ４８は、本体４６と可動ピラー４４を有している。本体４６は、上部プレート３４に固定されている。可動ピラー４４は、上下方向に沿って伸びる柱状の部品である。可動ピラー４４は、本体４６内に挿通されている。可動ピラー４４は、上部プレート３４に設けられた貫通孔を通って、上部プレート３４の上側から下側まで伸びている。アクチュエータ４８を動作させることで、可動ピラー４４を上下に移動させることができる。
【００１３】
ベース１４の上部に、外壁４０と外壁保持機構４２と接続部材４１が配置されている。接続部材４１は、可動ピラー４４の下端に固定されている。外壁保持機構４２は、天板部４２ａと、筒部４２ｂを有している。天板部４２ａは、上部プレート３４と上部電極保持機構３１の間に配置されている。天板部４２ａは、接続部材４１に固定されている。接続部材４１によって、上部電極保持機構３１と可動ピラー４４が接続されている。天板部４２ａは、接続部材４１に接続されている箇所から外周側に向かって伸びている。筒部４２ｂは、天板部４２ａの外周端から下方向に伸びる筒状の部分である。筒部４２ｂの内周面に、外壁４０が固定されている。外壁４０は、円筒形状を有している。外壁４０は、その中心軸が上下方向に伸びるように支持されている。外壁４０は、下部電極２０と中心軸が一致するように支持されている。外壁４０の内周面は、外壁４０の中心軸に対して垂直な断面において、略真円の形状を有する。外壁４０は、外壁保持機構４２と接続部材４１を介して可動ピラー４４に接続されている。したがって、外壁４０と外壁保持機構４２と接続部材４１は、可動ピラー４４と共に上下方向に移動することができる。
【００１４】
可動ピラー４４が下側に移動すると、図１に示すように、外壁４０の下端４０ａが、ベース１４のシールリング１４ａに当接する。シールリング１４ａは、外壁４０の下端４０ａに隙間なく密着する。これによって、外壁４０とベース１４の間の接触面の密閉性が確保される。また、可動ピラー４４が下側に移動すると、図１に示すように、外壁保持機構４２の天板部４２ａが、上部電極保持機構３１のシールリング３１ａに当接する。シールリング３１ａは、外壁保持機構４２に隙間なく密着する。これによって、外壁保持機構４２と上部電極保持機構３１の間の接触面の密閉性が確保される。
【００１５】
チャンバ１２は、外壁４０、外壁保持機構４２の天板部４２ａ、上部電極保持機構３１及びベース１４等によって構成されている。すなわち、図１において、外壁４０、外壁保持機構４２の天板部４２ａ、上部電極保持機構３１及びベース１４によって囲まれた空間が、チャンバ１２の内部空間である。上記のようにシールリング１４ａ、３１ａによって各接触面の密閉性が確保されるので、チャンバ１２は、ガス供給口３０ａと排気口１６ａを除いて密閉される。
【００１６】
可動ピラー４４が上側に移動すると、図２、３に示すように、外壁４０がベース１４に対して非接触となり、外壁保持機構４２が上部電極保持機構３１に対して非接触となる。これによって、チャンバ１２が開かれる。外壁４０は、外壁４０の下端４０ａと下部電極２０の上面との間に上下方向に間隔Ｈ１が生じる位置まで上昇する。間隔Ｈ１を通してチャンバ１２内にワークを搬入することができる。また、間隔Ｈ１を通してチャンバ１２内からワークを搬出することができる。すなわち、間隔Ｈ１は、ワークの搬入出口となっている。このように、外壁４０とベース１４との間の間隔（より詳細には、外壁４０と下部電極２０の間の間隔Ｈ１）が、ワークの搬入出口として機能する。このため、従来のように外壁の一部に搬入出口を設けることなく、ワークの搬入出が可能である。したがって、プラズマ処理装置１０では、外壁４０の内周面（すなわち、チャンバ１２の内部空間の外周面）が、極めて高精度な円筒面となっており、歪んでいない。
【００１７】
次に、プラズマ処理装置１０を用いたプラズマ処理について説明する。まず、可動ピラー４４を上側に移動させて、図２、３に示す位置まで外壁４０を上昇させる。次に、間隔Ｈ１を通してワーク（例えば、半導体ウエハ）をチャンバ１２内に搬入し、ワークを下部電極２０上に載置する。次に、可動ピラー４４を下側に移動させて、図１に示す位置まで外壁４０を下降させる。これによって、チャンバ１２が閉じられる。次に、排気管１７に接続されている図示しない真空ポンプを作動させて、チャンバ１２内を減圧する。さらに、図示しないガス供給装置を作動させて、ガス供給口３０ａからチャンバ１２内にガスを供給する。チャンバ１２内に供給されたガスは、ガス供給口３０ａから下部電極２０上のワークに向かって流れる。ワークの表面近傍にガスが達すると、ガスはワークの表面に沿ってその外周側に向かって流れる。ワークの外周端まで流れたガスは、排気口１６ａ、排気通路１６及び排気管１７を介して外部に排出される。次に、チャンバ１２内にガスを供給している状態を維持しながら、下部電極２０に所定の電圧を印加し、上部電極３０に高周波電圧を印加する。これによって、チャンバ１２内に、高周波電場を生じさせる。すると、チャンバ１２内のガスがプラズマ化する。プラズマ化したガスがワークと反応することで、ワークが表面処理される。例えば、ガスがエッチングガスである場合には、プラズマ化したエッチングガスとワークとが反応して、ワークの表面が削られる。また、ガスがＣＶＤ用の原料ガスである場合には、プラズマ化した原料ガスがワークの表面で反応して、ワークの表面に膜が成長する。ここで、上述したように、外壁４０の内周面は高精度な円筒面である。したがって、チャンバ１２内で発生するプラズマに歪みが生じ難い。このため、プラズマ処理装置１０によれば、ワークの表面を均一に処理することができる。例えば、ガスがエッチングガスである場合には、ワークの表面においてエッチング量が均一となる。また、ガスがＣＶＤ用の原料ガスである場合には、ワークの表面に成長する膜の厚さが均一となる。プラズマ処理が完了したら、可動ピラー４４を上側に移動させて、図２、３に示す位置まで外壁４０を上昇させる。そして、間隔Ｈ１を通して、処理後のワークをチャンバ１２から外部に搬出する。
【実施例２】
【００１８】
図４は、実施例２のプラズマ処理装置のチャンバ１２周辺の拡大断面図である。図４に示すように、実施例２のプラズマ処理装置は、チャンバ１２内に隔壁６０をさらに有している。実施例２のプラズマ処理装置のその他の構成は、実施例１のプラズマ処理装置１０と同じである。隔壁６０は、外壁保持機構４２の天板部４２ａに固定されている。隔壁６０は、天板部４２ａから下方向に伸びる円筒形状を有している。チャンバ１２が閉じた状態では、図４に示すように、隔壁６０の下端が下部電極２０の上面の外周部に接触する。チャンバ１２を開いた状態では、図４の位置から隔壁６０が上昇し、隔壁６０と下部電極２０の間に間隔が生じる。したがって、実施例２のプラズマ処理装置でも、実施例１のプラズマ処理装置１０と同様に、ワークの搬入出が可能である。隔壁６０には、複数の貫通孔６２が設けられている。各貫通孔６２は、隔壁６０の内周面から外周面まで貫通している。各貫通孔６２は、チャンバ１２を閉じた状態において、下部電極２０の上面に載置されたワーク７０の上面よりも上側の位置に配置されている。
【００１９】
実施例２のプラズマ処理装置でワーク７０を処理するときには、チャンバ１２内において、ガスが図４の矢印に示すように流れる。すなわち、ガス供給口３０ａからチャンバ１２内（すなわち、隔壁６０の内側）に供給されたガスは、ワーク７０の表面に沿って外周側へ流れた後に、ワーク７０から斜め上方（すなわち、貫通孔６２側）に向かって流れる。ガスは、貫通孔６２を通って隔壁６０の外側（すなわち、外壁４０と隔壁６０の間の空間）に流れ、その後、排気管１７を介して外部に排出される。実施例２のようにワーク７０の表面の外周部でガスが斜め上方に向かって流れると、その外周部において、実施例１の場合よりもガスの流れが遅くなる。これによって、ワーク７０の表面の中央部と外周部との間でガスの流速の差を小さくし、ワーク７０の表面をより均一に処理することが可能となる。
【００２０】
以上、実施形態について詳細に説明したが、これらは例示にすぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例をさまざまに変形、変更したものが含まれる。本明細書または図面に説明した技術要素は、単独あるいは各種の組み合わせによって技術有用性を発揮するものであり、出願時請求項記載の組み合わせに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は複数目的を同時に達成するものであり、そのうちの１つの目的を達成すること自体で技術有用性を持つものである。
【符号の説明】
【００２１】
１０    ：プラズマ処理装置
１２    ：チャンバ
１４    ：ベース
１４ａ  ：シールリング
１６    ：排気通路
１６ａ  ：排気口
１７    ：排気管
１８    ：凹部
２０    ：下部電極
３０    ：上部電極
３０ａ  ：ガス供給口
３１    ：上部電極保持機構
３１ａ  ：シールリング
３２    ：ピラー
３４    ：上部プレート
３６    ：ピラー
４０    ：外壁
４２    ：外壁保持機構
４４    ：可動ピラー
４６    ：本体
４８    ：アクチュエータ
【図１】
2018133307.tif 000003
【図２】
2018133307.tif 000004
【図３】
2018133307.tif 000005
【図４】
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