(57)【要約】【課題】信頼性の向上したプラズマ処理装置を提供する。【解決手段】真空容器の内部に配置される処理室と、真空容器下方に配置され処理室内を減圧する排気ポンプと、前記処理室内に配置される試料台と、試料台内部に配置されてウエハを載せて試料台の上面に対して上下方向に移動してウエハを上面から離間させる複数のピンと、前記試料台の下部と接続され処理室内でこの試料台を支持する中空の軸であって真空容器に配置された貫通孔を通して配置された第一の軸と、この第一の軸の外周側で第一の軸と同軸に配置され複数のピンと連結された中空の第二の軸と、試料台と真空容器の内壁面との間に配置され上下方向に伸縮可能なベローズと、このベローズの上端または下端に配置されるシール手段と、第一の軸の外壁面および第二の軸の内壁面の間に配置されこれらの何れかが上下方向に相対的に移動可能に摺動させる案内軸受とを備えたプラズマ処理装置。【選択図】図１
2015072961.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
真空容器の内部に配置され内部が減圧される処理室と、前記真空容器下方に配置され処理室内を排気して減圧する排気ポンプと、前記処理室内に配置されその上面に処理対象のウエハが載置される試料台と、この試料台内部に配置され前記ウエハをその先端に載せて前記試料台の上面に対して上下方向に移動して前記ウエハを前記上面から離間または当該上面に載置する複数のピンと、前記試料台の下部と中心で接続され前記処理室内でこの試料台を支持する中空の軸であって前記真空容器に配置された貫通孔を通して配置された第一の軸と、この第一の軸の外周側で前記貫通孔を通り前記第一の軸と同軸に配置され前記複数のピンと連結された中空の第二の軸と、前記真空容器の内部で前記試料台と前記真空容器の内壁面との間で前記第二の軸の外周と前記貫通孔とを囲んで配置され上下方向に伸縮可能なベローズと、このベローズの上端または下端に配置され前記貫通孔の外部と前記真空容器の内部とを気密に封止するシール手段と、前記第一の軸の外壁面および第二の軸の内壁面の間に配置されこれらの何れかが上下方向に相対的に移動可能に摺動させる案内軸受とを備えたプラズマ処理装置。
【請求項２】
請求項１に記載のプラズマ処理装置であって、大気圧と同等の圧力にされた前記第一の軸の内部に前記試料台に高周波電力を供給するケーブルまたは前記試料台上面に配置された開口から供給されるガスの供給路が配置されたプラズマ処理装置。
【請求項３】
請求項１または２に記載のプラズマ処理装置であって、前記第一の軸の上下方向の移動により前記試料台の上下位置を前記処理室内で変更可能なプラズマ処理装置。
【請求項４】
請求項１または２に記載のプラズマ処理装置であって、前記の試料台を支持する中空構造の軸の外側に更に中空構造の軸を設け、内外の中空構造の軸の間に軸受を配置し、外側の中空構造の軸にプッシャピンが接続されたプラズマ処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、プラズマ処理装置内部の処理室内に形成したプラズマを用いて、処理室内に配置された試料台の上面に載せられたウエハを処理するプラズマ処理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
上記のようなプラズマ処理装置の従来技術としては、特開２００８−２５１６８１号公報公報（特許文献１）が知られている。この従来技術では、試料台の内部の外部と連通した空間に、ＲＦ、ウエハ裏面冷却用Ｈｅガス、試料台冷却用冷媒のためのケーブル・配管を配置し、又、この空間内にウエハを上下させるためのプッシャピンとその下端でこれを支持するベース部材が大気圧下で配置されている。これらの配管、ケーブルは各々が空間の天面を構成する試料台基材の底面に別々の位置に接続されていた。また、プッシャピンは、処理室内と連通したプッシャ孔内を貫通しているので、大気圧の空間とを気密に仕切るためのベローズが各々のピンの周囲に配置されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００８−２５１６８１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記従来技術は次の点の考慮が不十分であるので問題が生じていた。すなわち、上記従来技術は、試料台が処理室内で上下方向に位置が固定される構成であり、上下位置が変動する試料台において上述のプッシャピン、ケーブル、配管を適切な位置に配置することについて考慮が不十分であった。
【０００５】
特に、処理室内の中央に配置された試料台を支持する部材は、試料台を上下させる上では、この部材自体も上下に移動せざるを得ない。更に、試料台は配管やケーブルを接続した状態及びプッシャピンを所定の相対位置に保持したままで上下に移動することが求められる。更に、近年では、ウエハの処理温度条件が拡大し、また温度の均一性向上と共に、短時間での温度の設定が要求されるため、ヒータや静電吸着電極を複数試料台に搭載することが求められている。
【０００６】
この様に、複数のケーブル・配管を、上下する試料台下方に接続するのに適した配置について、上記従来技術では考慮されていなかった。
【０００７】
本発明の目的は、プッシャピン、給電や冷却用流体の供給用のケーブル・配管を適切に配置し、信頼性の高い試料台を備え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】
上記目的は、真空容器の内部に配置され内部が減圧される処理室と、前記真空容器下方に配置され処理室内を排気して減圧する排気ポンプと、前記処理室内に配置されその上面に処理対象のウエハが載置される試料台と、この試料台内部に配置され前記ウエハをその先端に載せて前記試料台の上面に対して上下方向に移動して前記ウエハを前記上面から離間または当該上面に載置する複数のピンと、前記試料台の下部と中心で接続され前記処理室内でこの試料台を支持する中空の軸であって前記真空容器に配置された貫通孔を通して配置された第一の軸と、この第一の軸の外周側で前記貫通孔を通り前記第一の軸と同軸に配置され前記複数のピンと連結された中空の第二の軸と、前記真空容器の内部で前記試料台と前記真空容器の内壁面との間で前記第二の軸の外周と前記貫通孔とを囲んで配置され上下方向に伸縮可能なベローズと、このベローズの上端または下端に配置され前記貫通孔の外部と前記真空容器の内部とを気密に封止するシール手段と、前記第一の軸の外壁面および第二の軸の内壁面の間に配置されこれらの何れかが上下方向に相対的に移動可能に摺動させる案内軸受とを備えたプラズマ処理装置により達成される。
【発明の効果】
【０００９】
上記プラズマ処理装置において、大気圧にされた空間にプッシャピン動作機構、ケーブル、配管を配置することにより、プッシャピン動作機構やケーブル・配管接続部への処理ガスや堆積物の回り込みを防止し、プッシャピン動作時のかじりやケーブル・配管接続部の劣化を防ぐことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】真空処理室の構成を示す図
【図２】試料台の構成を示す図
【図３】図２のＡ−Ａ断面図
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明の実施の形態を図面を用いて説明する。
【実施例１】
【００１２】
本発明の実施例について図１乃至３を用いて説明する。図１は、本発明の実施例に係るプラズマ処理装置の構成の概略を示す縦断面図である。
【００１３】
図１において、プラズマ処理装置は、大きく分けて、円筒形の部分を有した容器である真空容器１とこの真空容器１の上方に配置されて真空容器１の内部に供給された処理用のガスに電界または磁界を供給して放電させてプラズマを生成させる放電部３と、真空容器１の下方でこれに連結されて配置され真空容器１内部を減圧するために排気するターボ分子ポンプ等の排気ポンプ２を含む排気部とから構成されている。また真空容器１はその外側面に処理対象の半導体ウエハ等の基板状の試料がその内側を通って搬送される開口であるゲートを有し、このゲートを囲む外側壁面が、減圧された内部に配置された搬送用のロボットのアームに載せられてウエハが当該内部の空間を搬送される搬送室４を内部に有する別の真空容器である真空搬送容器と連結されている。
【００１４】
真空容器１は、その内側にプラズマが形成されウエハがプラズマにより処理を施される処理室を有している。処理室は、上部に円筒形を有してプラズマが形成される放電室を有し、放電室の下方には円筒形の試料台５の周囲の空間であって放電室内部のガスやプラズマ等の粒子が流れて排気される排気用の空間を有している。
【００１５】
また、図示しないガス源からの処理用のガスが導入される複数のガス導入孔が試料台５のウエハ載置面の上方の処理室の天井面に配置され、真空容器１の下面に接続された排気ポンプ２と処理室の内部との間を連通する排気口が放電室下方の試料台５から水平方向（図上右側）に距離をあけた位置の処理室下部に配置されている。ガス導入孔からのガスの導入と排気ポンプ２によるガスの排出とのバランスにより処理室内部の圧力がプラズマの形成やこれによる処理に適した値の真空度に保たれている。
【００１６】
真空容器１の放電室の上方及び外側の周囲に配置された放電部３は、形成した電界を伝播して放電室の上方から内部に導入する導波管とこの導波管の下部と放電室の外周とを囲んで配置されて放電室の内部に磁界を供給するソレノイドコイルを具備している。また、導波管は上下方向に延在する円筒形部と円筒形部の上端とその一端部が連結されて水平方向に延在する断面矩形状の矩形部とを有し、矩形部の他端側部にはマイクロ波の電界を発振して形成するマグネトロンが配置されている。
【００１７】
円筒形部の下端には半径が大きくされた円筒形の室であって内部に伝播して導入されたマイクロ波の電界が特定のモードでその強度を大きくされる共振室が配置され、共振室の下面は放電室の上方で真空容器１の上部の蓋を構成する石英等マイクロ波の電界または磁界を透過させる誘電体製の円板の上面により構成されている。また、円板の下方にはこれと隙間を開けて配置され放電室の天井面を構成し電界または磁界を透過する誘電体製の円板であって上記ガス導入孔が配置されたシャワープレートが配置されている。
【００１８】
このようなプラズマ処理装置においては、処理室内部の圧力と搬送室４内部の圧力とが略同一にされたことが検出されると、搬送室４内部に配置されて上記ゲートを開放または気密に封止するゲートバルブが解放され搬送室４と処理室内部とが連通された状態にされる。次に、搬送ロボットのアームが伸長してアーム上に載せられてウエハが処理室内部に搬入されて試料台５の上面の上方に突出した複数のピンの先端上に載せられて受け渡される。
【００１９】
アームが収縮されて処理室から退出した後、複数のピンが下方に移動して試料台５の内部に先端部まで収納されるとウエハが試料台５の載置面上に接して載せられる。ゲートバルブにより処理室と搬送室４とが気密に区画される。この後、ウエハは試料台５上の載置面を構成する誘電体製の膜上面に載せられて静電気力により吸着されて保持される。この状態で、シャワープレートのガス導入孔から放電室内にガスが導入され、上記の通り、処理ガスの導入量と排気ポンプ２による排気量とのバランスにより、処理室の内部、特には放電室の内部の圧力がウエハの処理に適した真空度の値に調節される。
【００２０】
放電部３から供給された電界及び磁界により、処理ガスが励起されてプラズマが放電室内部に形成される。試料台５の内部には金属製の円板状の部材が配置されて、所定の周波数の電力を供給する高周波電源と電気的に接続されており、プラズマの形成後に供給された高周波電力により試料台５上に吸着保持されたウエハ上面上方にバイアス電位が形成され、この電位とプラズマ内部の電位との差によりプラズマ中の荷電粒子がウエハ上面に誘引されてウエハの処理が開始される。
【００２１】
処理が終了したことが検出されプラズマが消火されてウエハの静電気力による吸着が解除された後、複数のピンが試料台５の内部から上方に移動してウエハを試料台５の上面上方に持ち上げて離間させる。この状態で、ゲートバルブがゲートを開放して搬送ロボットがアーム先端部を処理室内部のウエハ下方に進入させてその上面に載せて受け取って保持する。この後、アームの収縮の動作により処理室から搬送室４内部にウエハが搬出される。
【００２２】
次に、試料台５の構成について図２を用いて詳細に説明する。図２は、図１に示す実施例の試料台の構成を拡大して示す縦断面図である。図３は、図２のＡ−Ａ面の断面を示す横断面図である。
【００２３】
図２において、本実施例の試料台５は、真空容器１の底部を構成する部材に開口を有する貫通孔の内部を貫通した支持柱の上端部でこれに支持された円板状の部材であり、円板の中心部の下面が支持柱上端と連結されて保持されているとともに、試料台５の機能の奏功に必要なケーブルや配管が支持柱の内部に配置されて試料台５と連結されている。
【００２４】
試料台５を支持する支持柱は、内部に円筒形の空間を有してその軸が試料台５の中心軸と合致するように配置された円筒形の中空軸６と、中空軸６の内側に配置された絶縁性の部材により構成された絶縁パイプ１９とを備えている。また、上記貫通孔の内部であって中空軸６の外側壁の外側にはこれを囲んで配置された円筒形の部材であるプッシャピン用中空軸１１が配置されており、その上端は、後述する通り、ウエハをその先端部で保持するプッシャピン１３と連結され、下端部はプッシャピン用リニアガイド２０と連結されている。
【００２５】
中空軸６は、その上端部は試料台５の下面に接続されて固定され、下端部はこれを上下方向に移動させるアクチュエータ等で構成された試料台用リニアガイド２１に連結されている。本実施例の試料台用リニアガイド２１は、真空容器１下方で上下方向に配置されたレール等のガイド手段に沿って移動するアクチュエータであり、アームによりアクチュエータと中空軸６の下端部とが連結されていることでガイド手段に沿って中空軸６とこれに連結された試料台５とが上下方向に移動する。プッシャピン用リニアガイド２０は、真空容器１下方で上下方向に配置されたレール等のガイド手段に沿って移動するアクチュエータであり、アームによりアクチュエータとプッシャピン用リニアガイド２０とプッシャピン用中空軸１１の下端部とが連結されていることでガイド手段に沿ってプッシャピン用中空軸１１とこれに連結されたプッシャピン１３とが上下方向に移動する。
【００２６】
本実施例において、プッシャピン１３とプッシャピン用中空軸１１との間は、プッシャピン用中空軸１１の上端部と接続されたリング状の部材であってプッシャピン用中空軸１１の上端部との接続部からプッシャピン１３の下端部を含む外周側の位置まで延在するベローズフランジ１２により連結されている。ベローズフランジ１２はリング形状の外周縁からリングの中心（プッシャピン用中空軸１１の中心）から周方向に均等な角度の位置で３箇所で外周側に突出して延在する梁状の突出部を有し、この突出部とプッシャピン１３の下端部とが連結されている。
【００２７】
また、プッシャピン用中空軸１１の外側には、その外側面に沿ってこれを囲んで配置されプッシャピン用中空軸１１の上下方向の移動に応じて上下に伸縮するベローズ７が配置されている。ベローズ７の上端はベローズフランジ１２の下面に気密に接続されており、下端は処理室底面を構成する真空容器１の内壁面とリング状部材を挟んで接続されている。このリング状部材は貫通孔の真空容器１の内壁面であって当該貫通孔の処理室側の開口の外周側の面の表面とＯリングを挟んで接するまたは表面同士が対向するように配置されており、リング状部材とＯリングとは真空容器１内に取り付けられた状態で貫通孔を囲んでいる。
【００２８】
ベローズ７下端のリング状部材とこれが接する真空容器１の壁面との間には０リング１５が挟まれて配置されており、任意の締結手段によりこれらを締結して押圧力を発生させることでＯリング１５の変形（潰れ）による気密な封止を実現している。また、ベローズフランジ１２の上面とその上方に位置する試料台５の下面との間において、さらに別のベローズ７が試料台用中空軸６の上端部の外周を囲んで配置されている。当該別のベローズ７は、下端部においてベローズフランジ１２の上面と気密に接続され上端部において下方のベローズ７と同様に、リング状部材とＯリング１５とを挟んで試料台５の下面に締結されて接続されその内外を気密に封止している。
【００２９】
このような構成により、上下のベローズ７の内側の空間は外側の真空容器１内部の処理室またはこれと連通された減圧された空間から気密に区画されるとともに、真空容器１の下部の貫通孔を介してその外側の大気と連通され、ベローズ７の内側の空間は外側の圧力と同等の圧力（大気圧）に維持されている。つまり、ベローズ７とプッシャピン用中空軸１１との間でこれらで形成される空間及びプッシャピン用中空軸１１と試料台用中空軸６との間でこれらにより形成される空間８は、真空容器１の外側の大気圧である空間と連通されて大気圧と同等の圧力にされる。さらに、試料台用中空軸６の内側の円筒形の空間８も、大気と連通されて大気圧と同等の圧力にされた空間８を有している。
【００３０】
本実施例の試料台５は、全体として略円筒形を有しており、高周波の電力を供給して上述のバイアス電位を形成するＲＦバイアス電源２２と電気的に接続された金属製の円板の円形の上面には誘電体製の膜が配置されてウエハの載置面を構成している。また、ウエハを誘電体製の膜上に吸着させるための静電気力を発生させる直流電源２３が金属製の円板と電気的に接続されている。
【００３１】
また、金属製の円板の内部には、熱交換により円板ひいては試料台５の温度を所望の範囲内の値となるように調節するための冷媒がその内側を通流する冷媒流路１６が、円板の中心軸の周りに同心状または螺旋状に配置されている。冷媒は真空容器１の外側に配置された図示しない冷媒の温度調節器と試料台５の冷媒流路と連結された冷媒配管２６を通して冷媒流路１６に供給されて循環する。冷媒流路１６と誘電体製の膜との間には電力の供給により発熱するヒータ２７が、円板上面の載置面の全体に亙り配置され、誘電体製の膜表面または円板の上面の温度を周方向に均一な温度により近くなるように発熱量が調節される。
【００３２】
金属製の円板の下面は円形の絶縁性の材料で構成された絶縁プレート１８と接続され、さらにその下方には別の金属製の円板が絶縁プレート１８と接続されて配置されている。これにより、試料台用中空軸６、プッシャピン用中空軸１１と金属製の円板とは電気的に絶縁されている。さらに、本実施例の試料台５は、金属製の円板、絶縁プレート１８を含む上記構成が一体として接続されて構成されて下方のベローズ７や試料台用中空軸６、プッシャピン用中空軸１１と着脱可能に構成されている。
【００３３】
試料台用中空軸６の内部の大気圧にされた空間８内には、試料台用中空軸６の中心軸に沿ってバイアス電力を金属製の円板に供給するためのＲＦ給電軸１０が備えられ、その外側にヒータ２７に電力を供給するための給電ケーブル９が配置されている。さらに、ＲＦ給電軸１０の内部にはその中心軸に沿って試料台５の円形の載置面の中心に配置された開口と連通されてウエハが載置面に載せられ処理が施されている状態で上記開口から供給されるＨｅ等の熱伝達（促進）用のガスが通流するＨｅガス供給路が配置されている。
【００３４】
ＲＦ給電軸１０は、導電体の材料で構成され、その外周は絶縁性の材料で構成された中空の絶縁パイプ１９により覆われている。この絶縁パイプ１９と絶縁プレート１８とにより、ＲＦ給電軸１０及びその内部のＨｅガス供給路は、真空容器１、ベローズ７、試料台用中空軸６、プッシャピン用中空軸１１と共に接地箇所とも絶縁されている。
【００３５】
上記の実施例において、試料台５とプッシャピン１３とは、各々を上下方向に独立して移動させるリニアガイドを有している。このため、試料台用中空軸６とプッシャピン用中空軸１１とは合致させて配置された上下方向の中心軸に沿って相互に上下方向に相対的な位置を変化させる。
【００３６】
本実施例では、試料台用中空軸６の外側壁面とプッシャピン用中空軸１１の間にリング状の案内軸受１４が配置され、試料台用中空軸６の外側壁面とプッシャピン用中空軸１１内側壁面とが案内軸受１４を摺動して互いに上下に位置を変更する。つまり、プッシャピン１３の上下方向の移動は、案内軸受１４を挟みプッシャピン用中空軸１１の円筒形の内側側壁または試料台用中空軸６の外周側壁面とを摺動面としてプッシャピン用中空軸１１が移動することで行われる。本実施例では、案内軸受１４はプッシャピン用中空軸１１の内側壁面に嵌め込まれて配置されており、プッシャピン用中空軸１１と共に上下に移動するが、試料台用中空軸６の外周側壁に嵌め込まれて配置され外側のプッシャピン用中空軸１１の内周壁面が案内軸受１４と摺動して移動するものであっても良い。
【００３７】
例えば、試料台５は試料台用リニアガイド２１の動作により、真空容器１内部の処理室内でその上面（載置面）の位置を上下方向に変化させて、当該上面とシャワープレートとの間の距離を変化させ放電室の高さをプラズマによるウエハの処理に適したものに変化させる。この際、プッシャピン１３は試料台５の内部に全体が収納された状態が維持されるよう、プッシャピン用リニアガイド２０の駆動により真空容器１の底面に対する相対的位置を（変化させないことも含め）調節される。一方、プッシャピン１３を上下に移動させてウエハを試料台５の載置面上方に持ち上げて離間させるまたは下方に移動させて載置面上に載せる動作の際には、試料台５の位置を移動させずにプッシャピン１３の試料台５（の載置面）に対する相対的位置のみを変化させる場合も有る。これらの場合の各々で試料台用中空軸６の外側壁面とプッシャピン用中空軸１１内側壁面とが案内軸受１４を摺動して互いに上下に位置を変更する。
【００３８】
このような構成では、上記の上下移動での案内面であるプッシャピン用中空軸１１の内周壁面、試料台用中空軸６の外周壁面とはベローズ７により真空容器１内の処理室とは気密に区画され、処理室からのガスやプラズマ中に生成される反応生成物の粒子に曝されることが抑制され、これらの摺動面が付着物により汚染されること、摺動の案内面に障害物が生じて上下の移動に支障を来すことが低減され、プラズマ処理装置の動作の信頼性が向上する。
【符号の説明】
【００３９】
１…真空容器
２…排気ポンプ
３…放電部
４…搬送室
５…試料台
６…試料台用中空軸
７…ベローズ
８…空間
９…ヒータ給電ケーブル
１０…ＲＦ給電軸
１１…プッシャピン用中空軸
１２…ベローズフランジ
１３…プッシャピン
１４…軸受
【図１】
2015072961.tif 000003
【図２】
2015072961.tif 000004
【図３】
2015072961.tif 000005