(57)【要約】【課題】プラズマ処理装置の真空処理室からの磁場漏れを抑制することで、隣接する処理室間の磁場干渉を防ぎ、安定して均一な処理が可能なプラズマ処理装置を提供する。【解決手段】真空容器内に、処理ガス供給手段と、真空排気手段と、高周波導入手段と、磁場発生手段とを有する真空容器を備え、該高周波導入手段により導入される高周波と該磁場発生手段により生成される磁場との相互作用によって該処理ガス供給手段により供給される処理ガスを該真空容器内でプラズマ化して被加工試料を処理するプラズマ処理装置であって、複数台隣接する真空容器と該各真空容器内に被加工試料を設置するために設けた共通の被加工試料設置手段とをマルチチャンバ構造に配置し、磁性材シールドにより磁場発生手段の下方に位置する真空容器の側面周辺を覆うものである。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
処理ガス供給手段と、真空排気手段と、高周波導入手段と、磁場発生手段とを有する真空容器を備え、該高周波導入手段により導入される高周波と該磁場発生手段により生成される磁場との相互作用によって該処理ガス供給手段により供給される処理ガスをプラズマ化して被加工試料を処理するプラズマ処理装置であって、
複数台隣接する前記真空容器と該各真空容器内に前記被加工試料を設置するために設けた共通の被加工試料設置手段とをマルチチャンバ構造に配置し、
磁性材シールドにより前記磁場発生手段の下方に位置する前記各真空容器の側面周辺を覆う
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、
前記各真空容器は、自らの側面部分で前記共通の被加工試料設置手段と連結する構造を成し、
前記磁性材シールドは、前記共通の被加工試料設置手段と連結される前記各真空容器の側面部分を除いて前記各真空容器の側面周辺を覆う
ことを特徴とするプラズマ処置装置。
【請求項３】
請求項１又は２に記載のプラズマ処理装置であって、
前記磁性材シールドは、透磁率１０００以上の磁性材料から構成される
ことを特徴とするプラズマ処置装置。
【請求項４】
請求項１から請求項３のいずれかに記載のプラズマ処理装置であって、
前記磁性材シールドは、前記各真空容器の側面部分の外表面の１／２以上となる側面周辺を覆う
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、真空容器内に配置された処理室に処理ガスを供給してプラズマを形成し、処理室内の被加工試料（以下、「ウエハ」という）を処理するプラズマ処理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体ウエハ処理等に用いられるプラズマ処理装置、例えばプラズマエッチング処理装置は、真空状態に減圧した処理容器（以下、「真空容器」という）内に処理ガスを供給し、高周波導入手段による高周波と磁場発生手段による磁場の相互作用によりプラズマを形成し、ウエハ載置用試料台（以下、「試料台」という）に被処理対象であるウエハを載置してウエハに処理を施す。
【０００３】
該プラズマ処理装置は、磁場発生手段としてソレノイドコイルを用いており、このソレノイドコイルは装置外への磁場の漏洩を抑制するため、ＳＳ４００等の磁性材料で構成されたコイルケース内に設置されている。これらの磁場発生手段は、処理室内に形成されるプラズマの分布がウエハ上で均一になるように配置されており、円筒型の形状を有している。
【０００４】
また、該プラズマ処理装置は、一つの処理装置に真空処理室が複数接続された、いわゆるマルチチャンバ構造を有しており、ウエハに対して複数工程の処理をすること、また、複数のウエハを並行して処理することにより、処理の効率を向上させている。
【０００５】
上記のような構造を持つプラズマ処理装置の従来技術としては、特許文献１（特開２００６−２４５３６５号公報）がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００６−２４５３６５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
前述したようなプラズマ処理装置は、加工性の問題から真空容器をアルミニウム材料で製作している。アルミニウム材料は透磁率が小さいため、真空容器自体は磁場の漏れを防ぐ役目を殆ど果たしていない。また、マルチチャンバ構造のプラズマ処理装置では、装置設置面積を極力小さくするために、真空処理室同士が隣接して設置されている。
【０００８】
これらの理由から、一つの真空処理室で処理を実施するために磁場を発生させた場合、磁性材料であるコイルケースより下の真空容器付近では、磁場がコイルケースよりも外周に漏れ出ている。更に、マルチチャンバ構造のプラズマ処理装置で隣接した別の真空処理室も同時に処理を実施している場合、この真空処理室からも磁場が漏れ出ている。そのため、この別々の真空処理室から漏れた磁場がお互いの磁場に干渉し、一つの真空処理室で処理を実施している場合とは異なる磁場の分布を形成してしまうことになる。このように磁場の分布が変化することにより、真空処理室内で生成されるプラズマの分布にばらつきが生じ、結果的にウエハへの処理の均一性や再現性が損なわれる。
【０００９】
そこで、本発明は、マルチチャンバ構造のプラズマ処理装置における真空処理室からの磁場漏れを抑制することで、隣接する処理室間の磁場干渉を防ぎ、安定して均一な処理ができるプラズマ処理装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記目的を達成するための一実施形態として、真空容器は、処理ガス供給手段と、真空排気手段と、真空処理室内に磁場を生成するための磁場発生手段と、高周波エネルギを導入する高周波導入手段とを備え、該高周波導入手段により導入される高周波と該磁場発生手段により生成される磁場との相互作用により処理ガスを真空容器内でプラズマ化して真空容器内の試料台上に載置したウエハに処理を施すプラズマ処理装置において、複数台隣接する真空容器と該各真空容器内の試料台にウエハを設置するために設けた共通の被加工試料設置手段とをマルチチャンバ構造に配置し、磁性材シールドにより磁場発生手段の下方に位置する真空容器の側面周辺を覆うものである。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、隣接する複数の真空処理室の磁場干渉を防ぐことができ、均一で且つ再現性の高い処理が可能なプラズマ処理装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】図１は、本発明の前提となる装置構成によるプラズマ処理装置の概略全体構成を示す縦断面図である。
【図２】図２（ａ）および（ｂ）は、本発明の前提となる装置構成によるプラズマ処理装置を鎖交する磁束線を示す縦断面図である。
【図３】図３は、本発明による磁性材シールドを備えるプラズマ処理装置の概略全体構成を示す縦断面図である。
【図４】図４（ａ）および（ｂ）は、本発明による磁性材シールドを備えるプラズマ処理装置を鎖交する磁束線を示す縦断面図である。
【図５】図５は、従来構成と本発明による磁性体シールドを備えた構成での、シャワープレートとウエハの間隔が狭い平行平板型の構造を有するプラズマ処理装置を鎖交する磁束線を示す縦断面図である。
【図６】図６は、磁性材シールドを真空容器内に設置したプラズマ処理装置の縦断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
本発明の実施例について、本発明の前提となるプラズマ処理装置も含め、図面を用いて以下に説明する。
【実施例１】
【００１４】
図１は、本発明の前提となるプラズマ処理装置の概略全体構成を示す縦断面図である。図中の高周波電源１１０、直流電源１１４、高周波バイアス電源１１７、排気ゲートプレート１１８、コンダクタンス可変バルブ１１９、ターボ分子ポンプ１２０、排気ポンプ１２２、ゲートバルブＡ１２６、ゲートバルブＢ１２７、搬送用ロボット１２８は、それぞれ図示しないコントローラーによってそれぞれの動作を制御される。なお、図中の同一符号は同一の構成要素を示す。
【００１５】
真空容器１００の内部には、インナーケース１３５にて区画された処理室１０１が配置されている。インナーケース１３５は、処理中の処理室１０１の真空度を保持するために、ゲートバルブＡ１２６を備えている。また、真空容器１００の上部には、処理室１０１内に高周波（電磁波）を供給する高周波電源１１０および処理室１０１内に磁場を発生させるソレノイドコイル１０９が備えられ、真空容器１００の下部には、ウエハなどの被処理対象である基板状の試料をその上面に載置する試料台１１２およびターボ分子ポンプ１２０などからなる排気装置が備えられている。
【００１６】
さらに真空容器１００は、処理室１０１と、ウエハ１２９を真空容器１００内に搬送する搬送用ロボット１２８を有する搬送室１２５とを開放あるいは閉鎖して、両者間を連通、遮断するゲートバルブＢ１２７を備えている。
【００１７】
処理室１０１の上方には、処理室１０１を密閉する天井部材が備えられ、この天井部材は、石英等の誘電体で構成された石英プレート１０５およびシャワープレート１０２から構成される。石英プレート１０５とシャワープレート１０２の間には微小隙間１０３が存在する。この微小隙間１０３は、円筒形状の空間であり、この空間の下方にシャワープレート１０２が配置されている。このシャワープレート１０２には、多数の小孔が円形状に配置して設けられている。
【００１８】
石英プレート１０５およびシャワープレート１０２の外周側には、ガスリング１０４が配置される。ガスリング１０４には、前記微小隙間１０３に処理ガスを供給するためのガス通路が設けられている。処理ガスは、処理ガス供給元１２３から、処理ガス供給配管１２４およびガスリング１０４のガス通路を介して、前記微小隙間１０３に供給され、その後、シャワープレート１０２に設けられた多数の小孔を介して処理室１０１内に均等に分散して供給される。
【００１９】
処理室１０１の側面には、処理室の側壁となる側壁部材１１１を備えている。側壁部材１１１は、ガスリング１０４およびシャワープレート１０２の下面に接して配置され、処理室１０１内に生成されるプラズマを区画する。
【００２０】
真空容器１００の上部に配置されている磁場発生手段のソレノイドコイル１０９は、磁場漏れの抑制を目的としてＳＳ４００等の磁性材料で構成されたコイルケース１３３の内部に設置され、コイルケース１３３の上方には電磁波を供給する高周波電源１１０が配置される。
【００２１】
高周波電源１１０から供給された電磁波は、アイソレータ（図示せず）、整合器１０８を経由して導波管１０７内を伝播し共振空間１０６を通過した後、石英プレート１０５およびシャワープレート１０２を介して、処理室１０１に導入される。
【００２２】
処理室１０１の下方にある試料台１１２は、円筒形状を有しており、試料台１１２の上面上方は誘電体膜に被覆されている。試料台１１２の内部には、同心円状または螺旋状に図示しない流路が配置され、この流路に温調ユニット１１５により温度または流量（流速）を調節された冷媒が導入され、試料台１１２の温度が調節される。ウエハ１２９は、試料台１１２の上面に載置された状態でプラズマからの入熱を受けるが、試料台１１２の温度を調節することで試料台１１２に載置されたウエハ１２９の温度を調節する。
【００２３】
また、試料台１１２とウエハ１２９との熱伝導を向上するために、試料台１１２の上面の誘電体膜とウエハ１２９の裏面との間には熱伝達性ガス流路１１３が設けられ、熱伝達性ガス供給元１１６から熱伝達性ガス供給配管１３１を介して、Ｈｅ等の熱伝達性を有するガスが供給される。供給される熱伝達性ガスの圧力は、圧力計１３２により検知される。
【００２４】
さらに、試料台１１２は、ウエハ１２９を試料台１１２に静電気にて吸着させるための直流電源１１４、および、処理中に試料台１１２に載置されたウエハ１２９表面にイオンを加速させるための高周波バイアス電源１１７を備えている。
【００２５】
試料台１１２の側面でウエハ１２９が載置される面の外周側には、プラズマによるスパッタやエッチングから試料台１１２を保護するためにサセプタ１３０が配置される。サセプタ１３０の材料としては、石英、アルミナ、イットリア等が使用できる。
【００２６】
試料台１１２の下方には、真空容器１００内を真空状態にするため、またはガスやプラズマ、反応生成物を排気するための排気装置を備えている。この排気装置は、排気用開口を開閉する排気ゲートプレート１１８、排気用開口に連通する通路上のコンダクタンス可変バルブ１１９およびターボ分子ポンプ１２０からなる。さらに、ターボ分子ポンプ１２０には排気ポンプ１２２が接続され、ターボ分子ポンプ１２０によって処理室１０１から排気された反応生成物等は、排気配管１２１を通って排気ポンプ１２２に送られる。また、処理室１０１内の圧力は、処理室用圧力計１３１にて検知している。
【００２７】
次に、試料（ウエハ）の処理手順について説明する。
このようなプラズマエッチング装置に対して、所定の処理を施される対象のウエハ１２９は、ゲートバルブＡ１２６とゲートバルブＢ１２７が開の状態で搬送用ロボット１２８上に載せられて、搬送室１２５から真空容器１００内に搬送され、試料台１１２の上面に載置される。
【００２８】
搬送用ロボット１２８が真空容器１００外に移動した後、ゲートバルブＡ１２６とゲートバルブＢ１２７を閉鎖し、次に、直流電源１１４からの直流電圧により、試料台１１２の上面の載置面上に載置されているウエハ１２９を静電気で吸着し保持する。なお、ウエハ１２９を吸着後、搬送用ロボット１２８を移動し、ゲートバルブ１２６を閉鎖してもよい。
【００２９】
ウエハ１２９が試料台１１２に吸着された状態で、熱伝達性ガス供給元１１６より試料台１１２の上面の誘電体膜とウエハ１２９の裏面との間の熱伝達性ガス流路１１３にＨｅガスを供給し、温調ユニット１１５で調整された所定の温度となるようにウエハ１２９を冷却する。
【００３０】
次に、処理ガスが、処理ガス供給元１２３より処理ガス供給配管１２４を介して微小隙間１０３に導入され、シャワープレート１０２に形成された多数の小孔を通して処理室１０１内へ供給される。共振空間１０６を通過し石英プレート１０５およびシャワープレート１０２を介して処理室１０１に導入された電磁波と、ソレノイドコイル１０９による磁場の相互作用によって、処理ガスがプラズマ化され、プラズマがウエハ１２９の上方に形成される。
【００３１】
さらに、高周波バイアス電源１１７により、試料台１１２に高周波電力が印加され、ウエハ１２９の上面上方に形成された高周波バイアスによるバイアス電位とプラズマ電位との電位差によりプラズマ中のイオンをウエハ１２９上に引き込み、エッチング反応をアシストしつつ処理が開始される。なお、この処理中、排気ゲートプレート１１８は常に開いており、コンダクタンス可変バルブ１１９の開度を変えることで排気速度を変化させ、処理室１０１内の圧力を調整している。
【００３２】
エッチング処理の終了後、プラズマ発生用の電磁波と磁場の導入および高周波バイアスが停止され、また、直流電源１１４からの直流電圧の供給が停止されることにより、静電気力が低下、除去される。
【００３３】
次に、前述したように、コンダクタンス可変バルブ１１９、ターボ分子ポンプ１２０および排気ポンプ１２２の働きにより、処理室１０１内の反応生成物や残留した処理ガスを排気する。その後、ゲートバルブＡ１２６とゲートバルブＢ１２７を開き、搬送用ロボット１２８により処理済みウエハ１２９を真空容器１００外に搬出し、搬出完了後、ゲートバルブＡ１２６とゲートバルブＢ１２７を再び閉鎖する。
【００３４】
前述した一連の処理が実施される中で、プラズマ生成のためにソレノイドコイル１０９により処理室１０１内に磁場が発生するが、コイルケース１３４を設置することによりコイルケース１３４より外側に強い磁場が漏れ出すことは無い。しかしながら、コイルケース１３３に覆われていない真空容器１００付近では、ソレノイドコイル１０９から距離は離れてはいるが、弱いながらも磁場が漏れ出ていることになる。
【００３５】
図２（ａ）および（ｂ）は、本発明の前提となる装置構成で磁場を生成した場合の磁束線図を示した図である。図２（ａ）に示すように、コイルケース１３４で覆われている範囲では、磁性材料から成るコイルケース１３４に磁束は引き込まれ、コイルケース１３４より外周に漏れ出ることは無いが、コイルケース１３４で覆われていない真空容器１００の側面周辺では、磁場がコイルケース１３４の外側に回り込む。このため、図２（ｂ）に示すように、マルチチャンバ構造のプラズマ処理装置において、隣接した真空容器１００が同時に処理を実施している場合、この漏れた磁場がお互いに干渉し合い磁場分布が変化する。このように磁場分布が変化することにより、処理室１０１内で生成されるプラズマの分布にばらつきが生じ、結果的にウエハへの処理の均一性が損なわれることになる。
【００３６】
図３は、本発明に係る磁性材シールドを備えるプラズマ処理装置の概略全体構成を示す縦断面図である。
図１に示す本発明の前提となるプラズマ処理装置に対して、磁性材料で構成された磁性材シールド３０１を真空容器１００の側面周辺を覆うように配置している。この磁性材シールド３０１は、真空容器１００の側面周辺を全て覆う必要まではなく、真空容器１００の側面部分の外表面の１／２以上を覆うように配置すれば良い。さらに、真空容器１００の側面下方からの磁場漏れを抑制するために、磁性材シールド３０１は可能な限りその側面下方に延長することが望ましい。
また、磁性材シールド３０１を構成する磁性材料は、透磁率が１０００以上の材料を選定することが望ましい。
【００３７】
磁性材シールド３０１の配置については、搬送用ロボット１２８の可動スペースを確保するために、ウエハ１２９を真空容器１００内に搬送する搬送用ロボット１２８を有する搬送室１２５とゲートバルブＡ１２６が真空容器１００に結合されている真空容器１００の側面部分については、磁性材シールド３０１を配置しない構造とする。
【００３８】
図４（ａ）および（ｂ）は、磁性材シールド３０１を備えるプラズマ処理装置の磁場分布を示す縦断面図である。図４（ａ）に示すように、磁性材シールド３０１を真空容器１００の側面周辺に配置することにより、真空容器１００の側面から漏れ出ていた磁場が磁性材シールド３０１により遮蔽される。これにより、図４（ｂ）に示すように、マルチチャンバ構造のプラズマ処理装置において、隣接した真空容器１００が同時に処理を実施しても、磁場が相互に干渉することが無くなり、安定して均一で且つ再現性の高い処理を実施することが可能となる。
【００３９】
また、従来マルチチャンバ構造のプラズマ処理装置の真空容器同士は磁場干渉の影響を低減するため、６００ｍｍ程度間隔を空けて配置されている。しかしながら、本発明を用いることで真空容器同士の間隔を狭くすることができ、これにより顧客サイトでの装置占有面積（以下、「フットプリント」という）を低減し、ＣｏＯ（ｔｈｅ  Ｃｏｓｔ  ｏｆ  Ｏｗｎｅｒｓｈｉｐ）を向上することができる。
【実施例２】
【００４０】
本発明を平行平板型装置に搭載する実施形態として、実施例２を以下に記載する。
図５（ａ）は、プラズマがウエハ１２９上でより均一に生成されるように、シャワープレート１０２とウエハ１２９の表面との間隔５０４を狭くした平行平板構造のプラズマ処理装置の磁場分布を示す縦断面図である。ソレノイドコイル５０２は、プラズマが生成される処理室５０５からおよそ１３０ｍｍ上方にあり、コイルケース５０３内部に配置されている。高周波電源（図示せず）から供給された電磁波（実施例２では２００ＭＨｚ）は、導体軸５０１からアンテナ５００に伝播された後、処理室５０５に導入されプラズマを生成する。
【００４１】
従来構成では、ソレノイドコイル５０２が処理室５０５より１３０ｍｍ以上の上方にあり、さらに、コイルケース５０３の高さが低い構造となっているため、磁場が漏れやすく、隣接する真空容器１００の磁場影響によりウエハへの処理の均一性が損なわれてしまう。
そこで、図５（ｂ）は、本発明の磁性材シールド３０１を備える平行平板構造のプラズマ処理装置の磁場分布を示す縦断面図である。本発明の磁性材シールド３０１を真空容器１００の側面周辺に配置することで、実施例１と同様に隣接する真空容器１００の磁場影響を低減でき、隣接した真空容器１００が同時に処理を実施しても、磁場が相互に干渉することが無くなり、安定して均一で且つ再現性の高い処理を実施することが可能となる。また、実施例１と同様に、隣接する真空容器同士の間隔を狭くすることが可能なため、フットプリントの低減およびＣｏＯを向上することができる。
【実施例３】
【００４２】
本発明の磁性材シールドを設置する方法の他の実施形態として、実施例３を以下に記載する。
図６（ａ）および（ｂ）は、磁性材シールドを真空容器内に設置したプラズマ処理装置の縦断面図である。実施例１に記載したように、真空容器１００にはウエハ搬送用の搬送用ロボット１２８を有する搬送室１２５が接続されているため、真空容器１００の外側周辺全体に磁性材シールドを設置することはできない。
【００４３】
この磁性材シールドが設置されていない範囲では、磁場漏れが発生し、さらには処理室１０１内の磁場の分布が不均一になるため、ウエハへの処理の均一性が損なわれる。この問題を解決するため、図６（ａ）に示すように、真空容器１００内のインナーケース６００とゲートバルブＢ１２７の弁体６０１を磁性材で製作する方法である。
この方法によれば、ウエハ搬送用の搬送用ロボット１２８を有する搬送室１２５の周辺からの磁場漏れを抑制することができ、さらには処理室１０１内の磁場の分布を均一に保つことができる。但し、プラズマに対する耐久性を向上させるために、処理室１０１側にイットリア溶射等のコーティングが必要となる。
【００４４】
図６（ｂ）は、図６（ａ）の実施形態を簡略化した構造を示し、インナーケース１３５とゲートバルブＢ１２７の弁体周辺に磁性材プレート６０２を巻き付けて固定した構造となっている。本構造でも磁性材シールドとしての効果を発揮することができ、同時に磁性材シールドの製作時のコストを低減することもできる。
【符号の説明】
【００４５】
１００・・・真空容器
１０１・・・処理室
１０２・・・シャワープレート
１０３・・・微小隙間
１０４・・・ガスリング
１０５・・・石英プレート
１０６・・・共振空間
１０７・・・導波管
１０８・・・整合器
１０９・・・ソレノイドコイル
１１０・・・高周波電源
１１１・・・側壁部材
１１２・・・試料台
１１３・・・熱伝達性ガス流路
１１４・・・直流電源
１１５・・・温調ユニット
１１６・・・熱伝達性ガス供給元
１１７・・・高周波バイアス電源
１１８・・・排気ゲートプレート
１１９・・・コンダクタンス可変バルブ
１２０・・・ターボ分子ポンプ
１２１・・・排気配管
１２２・・・排気ポンプ
１２３・・・処理ガス供給元
１２４・・・処理ガス供給配管
１２５・・・搬送室
１２６・・・ゲートバルブＡ
１２７・・・ゲートバルブＢ
１２８・・・搬送用ロボット
１２９・・・ウエハ
１３０・・・サセプタ
１３１・・・処理室用圧力計
１３２・・・熱伝達性ガス供給配管
１３３・・・圧力計
１３４・・・コイルケース
１３５・・・インナーケース
３０１・・・磁性材シールド
５００・・・アンテナ
５０１・・・導体軸
５０２・・・ソレノイドコイル
５０３・・・コイルケース
５０４・・・シャワープレート１０２とウエハ１２８表面の間隔
５０５・・・処理室
６００・・・磁性材インナーケース
６０１・・・ゲートバルブＢ用磁性材弁体
６０２・・・磁性材プレート
【図１】
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【図２】
2015084307.tif 000004
【図３】
2015084307.tif 000005
【図４】
2015084307.tif 000006
【図５】
2015084307.tif 000007
【図６】
2015084307.tif 000008