(57)【要約】【課題】レシピ毎に空洞共振部の高さを適切なものとすることができるようにし、レシピ条件が変更された場合にも、均一に試料を処理することを可能とする。【解決手段】処理室200内に配置され処理対象の試料が載せられる試料台210と、処理室200の上方に配置され前記処理室内にプラズマを形成するために供給される電界が透過する誘電体製の円板状部材204と、この円板状部材204の上方に配置され、前記電界を共振させるための円筒形状を有する空洞共振室203と、該空洞共振室203を囲んで、その天井面を構成する天面部材の中央の上部と連結され、その内部を前記電界が導かれる導波管202と、空洞共振室の高さを可変に調節する駆動機構208と、空洞共振室203の下方外縁に配置された前記空洞共振室内からの前記電界の漏れを抑制する手段213とを備えて構成される。【選択図】図２
2011103238.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内部に処理室を有する処理容器と、前記処理室内に配置され処理対象の試料が載せられる試料台と、前記処理室の上方に配置され前記処理室内にプラズマを形成するために供給される電界が透過する誘電体製の円板状部材と、この円板状部材の上方に配置され、前記電界を共振させるための円筒形状を有する空洞共振室と、該空洞共振室を囲んで、その天井面を構成する天面部材の中央の上部と連結され、その内部を前記電界が導かれる導波管と、前記空洞共振室の高さを可変に調節する駆動機構と、前記空洞共振室の下方外縁に配置された前記空洞共振室内からの前記電界の漏れを抑制する手段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】
内部に処理室を有する処理容器と、前記処理室内に配置され処理対象の試料が載せられる試料台と、前記処理室の上方に配置され前記処理室内にプラズマを形成するために供給される電界が透過する誘電体製の円板状部材と、この円板状部材の上方に配置され、前記電界を共振させるための円筒形状を有する空洞共振室と、該空洞共振室を囲んで、その天井面を構成する天面部材の中央の上部と連結され、その内部を前記電界が導かれる導波管と、前記空洞共振室の高さを可変に調節する駆動機構と、前記空洞共振室の側方周囲を囲む側壁部材と連結され、前記空洞共振室の底面よりも下方に延びて前期円板状部材の外周を囲むリング状部材の外周縁に連結された前記処理室の上端部と前記リング状部材との間に配置された前記空洞共振室内からの前記電界の漏れを抑制する手段とを備えたことを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項３】
前記電界の漏れを抑制する手段が、前記処理室上端部の内部に配置された導電体製の前記リング状部材及び前記空洞共振室の側方周囲を囲む側壁部材の対向するそれぞれの表面に当接して両者を短絡する導電性部材であることを特徴とする請求項１または２記載のプラズマ処理装置。
【請求項４】
前記電界の漏れを抑制する手段が、前記処理室上端部の内部に配置された導電体製の前記リング状部材及び前記空洞共振室の下方外縁の間を伝播する前記電界を相殺する機能を備えたリング形状を有するチョークフランジであることを特徴とする請求項１または２記載のプラズマ処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、プラズマ処理装置に係り、特に、マイクロ波等の電磁波によってプラズマを発生させて均一に試料を処理することを可能としたプラズマ処理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、プラズマを利用した半導体製造プロセスは、被処理物に対してダメージを与えることなく、均一に被処理物の処理を行うことが必要である。半導体製造プロセスに使用するプラズマ処理装置に関する従来技術として、例えば、特許文献１等に記載された技術が知られている。
【０００３】
この従来技術は、電磁波を装置内に導入する電磁波導入部と、電磁波導入部に続き電磁波を伝播させる空洞共振部と、空洞共振部に繋がる放電領域を形成する処理容器と、空洞共振部と処理容器との間に設けられ処理容器の一部を形成し電磁波のエネルギーを処理容器内に略全面で透過させる電磁波透過部材とから構成され、電磁波が電磁波透過部材及び放電領域の境界面と空洞共振部の電磁波導入側端面との間で複雑な反射と屈折を繰り返し、電磁波導入部を伝播してきたマイクロ波と混在させて放電領域に導入するようにプラズマ処理装置を構成したものである。そして、この従来技術は、空洞共振部分の高さを適切に選ぶことにより、特定の単一モードあるいは複数のモードのマイクロ波を、電磁波波透過部材、シャワープレートを経て処理容器に導くことが可能となり、均一で安定な高密度のプラズマを発生させることができるものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許第３２０８９９５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
前述した従来技術は、大口径の被処理物に対応させた処理装置とする場合、マイクロ波が空洞共振部内で様々なモードに励起され、生成されるプラズマ状態が時間的に変化し、このプラズマ状態の変化に伴ってプラズマのインピーダンスが変化し、プラズマへの効率的なマイクロ波エネルギーの伝達ができず高密度のプラズマを生成することが困難になるという問題点を生じる。このため、前述した従来技術は、大口径の試料に対応した広い範囲での均一なプラズマを生成することが困難で、被処理物に対して均一な処理を行うことができないという問題点を生じてしまう。
【０００６】
前述したような問題点を生じる理由は、従来技術によるプラズマ処理装置の空洞共振部分の高さを、ある一定のレシピ条件において、安定したプラズマが得られる位置に固定してプラズマ処理を行うようにされていたためである。すなわち、前述した従来技術は、レシピ毎に空洞共振部分の高さを適正化するという点についての配慮がなされていないため、ある一定のレシピ条件では安定したプラズマを発生させることができるものの、レシピ条件によっては、安定したプラズマを発生させることができず、被処理物に対して均一な処理を行うことができないという問題点を有している。
【０００７】
従って、本発明の目的は、前述したような従来技術の問題点を解決するために、レシピ毎に空洞共振部の高さを適切なものとすることができるようにすると共に、マイクロ波が漏れない構造にすることにより、レシピ条件が変更された場合にも、均一に試料を処理することを可能とした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】
本発明によれば前記目的は、内部に処理室を有する処理容器と、前記処理室内に配置され処理対象の試料が載せられる試料台と、前記処理室の上方に配置され前記処理室内にプラズマを形成するために供給される電界が透過する誘電体製の円板状部材と、この円板状部材の上方に配置され、前記電界を共振させるための円筒形状を有する空洞共振室と、該空洞共振室を囲んで、その天井面を構成する天面部材の中央の上部と連結され、その内部を前記電界が導かれる導波管と、前記空洞共振室の高さを可変に調節する駆動機構と、前記空洞共振室の下方外縁に配置された前記空洞共振室内からの前記電界の漏れを抑制する手段とを備えたことにより達成される。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、レシピ条件が変更された場合にも、空洞共振部の高さ寸法を変更することができるので、プラズマへの効率的なマイクロ波エネルギーの伝達を行ってプラズマ生成領域に、高密度、かつ、均一なプラズマを生成することができ、均一に試料を処理することできる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の一実施形態によるプラズマ処理装置を含むプラズマ処理システムの全体の構成の概略を説明する図である。
【図２】図１に示して説明した本発明の実施形態によるプラズマ処理装置を構成する処理容器１０３の構成の概略を示す縦断面図である。
【図３】図２におけるプラズマ生成領域の付近を拡大して示す図である。
【図４】本発明の他の実施形態によるプラズマ処理装置におけるプラズマ生成領域の付近を拡大して示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明によるプラズマ処理装置の実施形態を図面により詳細に説明する。
【００１２】
図１は本発明の一実施形態によるプラズマ処理装置を含むプラズマ処理システムの全体の構成の概略を説明する図であり、図１（ａ）はプラズマ処理システムを上方から見た構成の概略を示す横断面図、図１（ｂ）はプラズマ処理システムの斜視図である。
【００１３】
図１に示す本発明の実施形態によるプラズマ処理装置を含むプラズマ処理システム１００は、大きく分けて、大気側ブロック１０１と真空側ブロック１０２とにより構成される。大気側ブロック１０１は、大気圧下で被処理物である半導体ウエハ等を搬送、収納位置決め等を行う部分であり、真空側ブロック１０２は、大気圧から減圧された圧力下でウエハ等の基板状の試料を搬送し、予め定められた処理容器内において処理を行うブロックである。そして、真空側ブロック１０２の前述した搬送や処理を行う真空側ブロック１０２の箇所と大気側ブロック１０１との間に、試料を内部に有した状態で圧力を大気圧と真空圧との間で上下させる部分を備えている。
【００１４】
大気側ブロック１０１は、内部に大気側搬送ロボット１０９を備えた略直方体形状の筐体１０６を有し、この筐体１０６の前面側（図１（ａ）右側）に取付けられていて、処理用またはクリーニング用の被処理物としての試料が収納されているカセットがその上に載せられる複数のカセット台１０７が備えられている。
【００１５】
真空側ブロック１０２は、平面形状が略多角形状（図１に示す例では５角形状）の真空搬送室１０４の側壁面の周囲に、内部が減圧されその内部に試料が搬送されて、試料を処理する処理室を有する本発明によるプラズマシステム装置を構成する４つの処理容器１０３ａ〜１０３ｄと、真空搬送室１０４と大気側ブロック１０１との間に配置され、試料を大気側と真空側との間でやりとりする試料を内部に有した状態で圧力を大気圧と真空圧との間で上下させる部分である２つのロック室１０５とを備えている。この真空側ブロック１０２は、全体が減圧されて高い真空度の圧力に維持可能な容器である。
【００１６】
真空搬送室１０４は、その内部が搬送室とされており、搬送室内には、真空下でロック室１０５と処理容器１０３ａ〜１０３ｄ内のそれぞれの処理室との間で試料を搬送する真空搬送ロボット１０８がその中央に配置されている。この真空搬送ロボット１０８は、そのアーム上に試料が載せられて、各処理容器１０３ａ〜１０３ｄの各処理室内に配置された試料台上と２つのロック室１０５の何れかのロック室１０５内の試料台との間で試料の搬入、搬出を行う。これら処理容器１０３ａ〜１０３ｄ及びロック室１０５と真空搬送室１０４の搬送室との間には、それぞれ気密に閉塞、開放可能なバルブにより連通する通路が設けられており、この通路は、バルブにより開閉される。
【００１７】
次に、前述したように構成されるプラズマ処理システムにより、試料に対する処理を行う際の試料の搬送過程の概要を説明する。
【００１８】
カセット台１０７の何れか上に載せられたカセット内に収納された複数の半導体ウエハ等の試料は、プラズマ処理システム１００の動作を調節する図示しない制御装置の判断の下に、または、プラズマ処理システム１００が設置される製造ラインの制御装置等からの指令を受けて、その処理が開始される。制御装置からの指令を受けた大気側搬送ロボット１０９は、カセット内の特定の試料をカセットから取り出し、取り出した試料を２つのロック室の何れかに搬送する。
【００１９】
試料が搬送されて格納されたロック室１０５は、搬送された試料を収納した状態でバルブが閉塞されて密封され所定の圧力まで減圧される。その後、真空搬送室１０４に面した側のバルブが開放されてロック室１０５と真空搬送室１０４の搬送室とが連通され、真空搬送ロボット１０８は、そのアームをロック室１０５内に伸張させて、ロック室１０５内の試料を真空搬送室１０４側に搬送する。真空搬送ロボット１０８は、そのアームに載せた試料を、カセットから取り出した際に予め定められた処理容器１０３ａ〜１０３ｄの何れかの真空にされた処理室内に搬入する。
【００２０】
試料が何れかの処理容器１０３ａ〜１０３ｄ内の処理室に搬送された後、この処理室と真空搬送室１０４との間を開閉するバルブが閉じられて処理室が封止される。その後、処理室内に処理用のガスが導入されて処理室内にプラズマが形成されて試料が処理される。
【００２１】
試料の処理が終了したことが検出されると、前述した処理室と真空搬送室１０４の搬送室との間を開閉するバルブが開放され、真空搬送ロボット１０８は、処理済みの試料を、該試料が処理室内に搬入された場合と逆にロック室１０５へ向けて搬出する。ロック室１０５の何れかに試料が搬送されると、このロック室１０５と真空搬送室１０４の搬送室とを連通する通路を開閉するバルブが閉じられて真空搬送室１０４の搬送室が密封され、ロック室１０５内の圧力が大気圧まで上昇させられる。
【００２２】
その後、筐体１０６の内側のバルブが開放されてロック室１０５の内部と筐体１０６の内部とが連通され、大気側搬送ロボット１０９は、ロック室１０５から元のカセットに試料を搬送してカセット内の元の位置に戻す。
【００２３】
図２は図１に示して説明した本発明の実施形態によるプラズマ処理装置を構成する処理容器１０３の構成の概略を示す縦断面図、図３は図２におけるプラズマ生成部の付近を拡大して示す図である。ここに示す本発明の実施形態は、プラズマを生成する手段としてマイクロ波と磁界とを利用した例である。
【００２４】
図２、図３において、処理室２００にプラズマを形成するために供給される電界は、マグネトロン２０１を発振させることにより生成される。マグネトロン２０１により生成された電界は、その電界を伝播させるための導波管２０２を通過し、導波管２０２の出口側端面に連結された円筒形状を有する空洞共振部２０３の天井部材の中央からその内部に導かれ、この空洞共振部２０３の内部において共振させられ、円板形状を有する誘電体により構成される電磁波透過部材２０４、シャワープレート２０５を透過し、前述の処理室２００内に導かれる。前述した処理室２００の周囲には、ソレノイドコイル２０６が設けられており、このソレノイドコイル２０６により処理室２００の内部に磁界が形成される。なお、前述のソレノイドコイル２０６は、コイルケース２０７によってその外面が覆われている。
【００２５】
前述した空洞共振部２０３を囲んでその天井面を構成する天面部材の上部と前述のコイルケース２０７の上部下面とを連結するように、前述の空洞共振部２０３の高さ寸法を可変に調節する駆動機構２０８が備えられている。
【００２６】
前述の処理室２００の内部は、高真空排気ポンプ２０９により減圧されており、試料Ｗは、前述の処理室２００の内部に設置された試料台２１０の上に載置され、プラズマ処理が施される。また、前述の試料台２１０と前述の高真空排気ポンプ２０９の間には、図示しないコンダクタンス可変バルブが配置されている。
【００２７】
そして、試料Ｗに対してプラズマ処理を施す際、プロセスガスがガス配管２１１を通り、前述の電磁波透過材２０４と前述のシャワープレート２０５とを囲むリング形状を有するガスリング２１２内に導入され、さらに、前述したガスリング２１２の内側に設けられている前述の電磁波透過材２０４とシャワープレート２０５との間に導入され、前述したシャワープレート２０５に設けられたガス吹出し口から処理室２００の内部に導かれる。
【００２８】
これら構成部品は、●で図示したＯリング等のシール手段により気密に接続され内側の空間と外部の空間とを高い気圧差に維持可能に構成されている。
【００２９】
また、前述した電界の漏れを抑制する手段として、Ｏリング形状の導電体製のゴム等によるシールドスパイラル（接触バネ材）２１３が、前述の空洞共振部２０３の側方周囲を囲む側壁部材である空洞共振リング２１４とガスリング２１２との間を、空洞共振リング２１４が前述した駆動機構２０８の動きに伴って移動可能に連結している。このため、前述の空洞共振部２０３の底面よりも下方に延びて前述の電磁波透過材２０４の外周を囲む前述のガスリング２１２の外周縁に連結された処理室２００の上端部の前述のガスリング２１２に対して空洞共振リング２１４が駆動機構２０８により付勢されて上下に移動制御可能となる。前述により、空洞共振部２０３の高さ寸法を、プラズマ条件に合わせて変更することができる。
【００３０】
前記したように本発明の実施形態によるプラズマ処理装置は、駆動機構２０８により空洞共振部２０３の高さ寸法を変更することができるので、レシピ条件が変更された場合に、空洞共振部２０３の高さ寸法を変更することにより、プラズマへの効率的なマイクロ波エネルギーの伝達を行ってプラズマ生成領域２１５に、高密度、かつ、均一なプラズマを生成することができるので、均一に試料を処理することできる。
【００３１】
図４は本発明の他の実施形態によるプラズマ処理装置におけるプラズマ生成領域の付近を拡大して示す図である。
【００３２】
図４に示す他の実施形態が図２、図３により説明した前述の実施形態と異なる点は、リング形状を有するガスリング３０１上に、前述で説明した電磁波透過材２０４が配置されており、この電磁波透過材２０４の周囲にリング形状を有するチョークフランジ３０２が設けられている点である。このチョークフランジ３０２は、ガスリング３０１と空洞共振部２０３の下方外縁の間を伝播する前記電界を相殺する機能を有するものである。なお、原理は省略するが、チョークフランジの折り返し長さが、管内波長の１／４（約３１mm）のとき、マイクロ波は、空洞共振部より漏れなくなる。このため、機械的に短絡することなく、マイクロ波の漏洩を防止することが可能となる。そのため、図２、図３により説明した実施形態のように、電界の漏れを抑制する手段としてのシールドスパイラルを備えなくてもよく、しかも、プラズマ条件に合わせて、前述の空洞共振部２０３の高さ寸法を、より容易に変更することができる。
【符号の説明】
【００３３】
１０１  大気側ブロック
１０２  真空側ブロック
１０３ａ〜１０３ｄ  処理容器
１０４  真空搬送室
１０５  ロック室
１０６  筐体
１０７  カセット台
１０８  真空搬送ロボット
１０９  大気搬送ロボット
２００  処理室
２０１  マグネトロン
２０２  導波管
２０３  空洞共振部
２０４  電磁波透過材
２０５  シャワープレート
２０６  ソレノイドコイル
２０７  コイルケース
２０８  駆動機構
２０９  高真空ポンプ
２１０  試料台
２１１  ガス配管
２１２  ガスリング
２１３  接触バネ材
２１４  空洞共振リング
２１５  プラズマ生成領域
３０１  ガスリング
３０２  チョークフランジ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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