(57)【要約】【課題】異物の発生を抑制し処理の歩溜りを向上するプラズマ処理装置を提供する。【解決手段】真空容器とこの真空容器内の処理室下方に配置され、この処理室内を排気して減圧する排気装置とを備えて、前記処理室内に配置したウエハをこの処理室内で生成したプラズマを用いて処理するプラズマ処理装置であって、前記排気装置と前記処理室とを連通する開口の内側に配置され、所定の軸回りに回転する複数の板部材及び板部材の両端に取り付けられ、前記開口の内側壁と微小な隙間をあけて配置された複数の円板を有して、前記板部材の回転により前記排気を調節する調節器とを備えている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
真空容器と前記真空容器内の処理室下方に配置され、前記処理室内を排気して減圧する排気装置とを備えており、前記処理室内に配置したウエハを前記処理室内で生成したプラズマを用いて処理するプラズマ処理装置であって、前記排気装置と前記処理室とを連通する開口の内側に配置され、所定の軸回りに回転する複数の板部材及び板部材の両端に取り付けられ、前記開口の内側壁と微小な隙間をあけて配置された複数の円板を有して、前記板部材の回転により前記排気を調節する調節器を備えている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において、隣り合った前記複数の円板の端部同士が微小な隙間をあけて配置されていることを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項３】
請求項１又は請求項２に記載のプラズマ処理装置において、前記板部材が長方形状でその中心に回転軸を備えていることを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項４】
請求項１ないし請求項３のいずれかに記載のプラズマ処理装置において、前記円板の外縁は角部が面取りされていることを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項５】
請求項１ないし請求項３のいずれかに記載のプラズマ処理装置において、前記複数の円板の上部外縁に沿ってこれと微小な隙間をあけて、これを上方から覆って取り付けられた防着用の板部材を備えている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、真空容器内の減圧した処理室内部に処理用ガスを導入しつつ、半導体ウエハなどの基板状の試料を処理する真空処理装置に係る。
【背景技術】
【０００２】
半導体ウエハなど基板状の試料を処理して半導体デバイスを製造するための真空処理装置では、真空容器内部に配置され所定の真空度まで減圧される処理室内部に処理用ガスを導入して半導体ウエハ表面に所望の形状を形成している。例えば、処理室内部に導入された反応性の高いガスを真空容器外部から電界を供給してプラズマ化し、プラズマ内のイオン等荷電粒子やラジカルなどの反応性粒子との物理的、化学的反応によってウエハ表面に予め形成された薄膜を所望の形状となるように加工している。
【０００３】
このような真空処理装置では、処理ガス、プラズマ中の粒子や反応生成物の粒子が流れて排気される排気経路を設け、真空容器内部を所定の真空度まで減圧し一定の値を保つことが求められている。このような要求を満たすためには、排気量の調節が必要となる。例えば、特許文献１に記載されたものが知られている。
【０００４】
真空排気手段は、回転するシャッターを複数備えた排気バルブとその下方の排気ポンプとを備え、排気バルブはそのバルブが試料台の直下方に配置されている。この複数枚の板状のシャッターは各々略水平（ウエハ面方向）に配置され各々に取り付けられた軸を中心に各シャッターが回転して、内側チャンバの開口と排気ポンプとの間で連通する面積を調節する。これらの軸を回転させて行くと各シャッターの板同士が接触をして開口を封止して閉塞する。また、各シャッターの板が試料台方向（上方向）に略平行となった際に連通する面積が最も大きくなる。排気バルブはこれらシャッターの回転を調節するモータ等の駆動手段を備えており、排気手段はこれらシャッターの開口面積と排気ポンプの駆動を調節することで排気の量とその速度とを調節している。
【０００５】
このようなものにおいて、各シャッターが所期の相互の間隔と角度とになるように設定されて使用者が設定した真空容器からの排気の量あるいは内部の圧力を実現することが求められる。特に、真空容器内部を相対的に高い圧力に維持したい場合には排気の量をできるだけ小さくするように各シャッターはその面を略水平にされ、各々の隣り合う両端が近接してこれらの隙間ひいては開口の面積を著しく小さくし略封止する状態になる。そのため、各シャッターの板同士又はそれらを囲う排気バルブ本体の内壁との間の隙間は接触しない最小の大きさにまで抑えている。
【特許文献１】特開２００６−２８７０５３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記の従来技術では、排気バルブや各シャッターの板に反応生成物の堆積（デポ）が成長してしまうという問題について十分な考慮されていなかった。さらに、隙間が狭いため排気バルブ本体の内壁に成長したデポと各シャッターの板とがスクレイプし、新たなデポの発生源となっているという問題点があった。
【０００７】
本発明の目的は、異物の発生を抑制し処理の歩溜りを向上する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】
本発明のプラズマ処理装置では、真空容器と前記真空容器内の処理室下方に配置され、前記処理室内を排気して減圧する排気装置とを備えており、前記処理室内に配置したウエハを前記処理室内で生成したプラズマを用いて処理し、前記排気装置と前記処理室とを連通する開口の内側に配置され、所定の軸回りに回転する複数の板部材及び板部材の両端に取り付けられ、前記開口の内側壁と微小な隙間をあけて配置された複数の円板を有して、前記板部材の回転により前記排気を調節する調節器を備えていることを特徴とする。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下、本発明の実施の形態について、図１〜図４を用いて詳細に説明する。
【実施例１】
【００１０】
図１は、本発明の実施例１のプラズマ処理装置の構成の概略を示す断面図である。この図において、処理チャンバ１００は、真空搬送容器１４４に接続されておりこれらの間に配置された開閉する大気ゲートバルブ１１４によりその間が連通あるいは遮断される。この大気ゲートバルブ１１４が開放された状態で真空搬送容器１４４内部の空間と処理チャンバ１００の内側の空間とが連通し両者の圧力は略等しくなる。大気ゲートバルブ１１４の開放時に試料であるウエハが真空搬送容器１４４内部から内部の処理室内に配置された試料台１０４上に搬送されて載置される。
【００１１】
本実施例では、試料が試料台１０４上に試料が載置されたことを検知して確認後大気ゲートバルブ１１４を閉塞して処理チャンバ１００内部と真空搬送容器１４４内部とを遮断し、処理チャンバ１００内を密封して処理を開始する。
【００１２】
図１に示すように、処理チャンバ１００の上部は放電室部が配置されており、この放電室部は、真空容器の蓋を構成する蓋部材１４２と、この蓋部材１４２の内側に配置されたアンテナ部材と、このアンテナ部材の側方と上方とに配置され放電室部を囲んで配置されたコイル１２７を有する磁場発生部と、このアンテナ部材の下方に配置された天井部材とを含んで構成されている。また、磁場発生部上方にはアンテナ部材が放出するＵＨＦ帯やＶＨＦ帯の電波を供給する電波源部１２５が配置されている。アンテナ部材はＳＵＳ等の導電性部材で構成された蓋部材１４２の内側に配置された平板形状のアンテナ１２６と、このアンテナ１２６と蓋部材１４２との間に配置されてこれらの間を絶縁するとともにアンテナ１２６から放出される電波を下方の天井部材側に伝導するために配置されたリング形状を備えた少なくとも１つの誘電体１２８を有している。
【００１３】
さらに、天井部材は、伝達されてきた電波を下方の処理室内側に伝導するため石英等の誘電体で構成された石英プレート１０３と、この石英プレートの下方に配置されて供給された処理用のプロセスガスを処理室の内側に分散して導入するための複数の孔が形成されたシャワープレート１３４を有している。
【００１４】
シャワープレート１３４の下方であって試料台１０４の上方に形成された空間は、供給されたプロセスガスに石英プレート１０３を通って導入された電波と磁場発生部から供給された磁場との相互作用によりプラズマが形成される空間である放電室１３２となっている。さらに、石英プレート１０３とシャワープレート１３４との間は微小な隙間を空けて空間が形成されており、この空間に放電室１３２に供給されるべきプロセスガスが先ず供給され、シャワープレート１３４を貫通してこの空間と放電室１３２とを連通してプロセスガスが通流する上記孔を通って放電室１３２に流入する。上記空間はプロセスガスが複数の孔から分散して放電室１３２に流入するよう設けられたバッファ室１２９となっている。このプロセスガスは、プロセスガスライン１０１およびプロセスガス遮断バルブ１０２を介してガス等流体の供給を調節する制御器１４３から供給される。
【００１５】
処理チャンバ１００の真空室部の外壁を構成して上下に配置された外側チャンバ１１１，１１２の内側に１つ以上のチャンバが配置されており、一方が他方の内側に配置された多重チャンバとなっている。本実施例では、内外２つのチャンバを有している。すなわち、上部外側チャンバ１１１の内側に内側チャンバ１０９が、下部外側チャンバ１１２の内側に内側チャンバ１１０が備えられている。つまり、上下２つの内側チャンバ１０９，１１０が備えられている。試料台１０４は内側チャンバ１０９，１１０の内側に配置されており、最も内側のチャンバの内部は、プラズマが形成され、ガス、反応生成物が流れて排気される真空室１３２’を構成する。
【００１６】
この真空室１３２’は上方の放電室１３２と連通するとともに、以下に説明するように内側チャンバ１０９と外側チャンバ１１１の間の空間と連通可能に構成された排気手段により減圧されるとともに、試料の処理の際に放電室１３２内のプラズマ、ガス、反応生成物が移動できるように配置されている。
【００１７】
処理対象である試料が内側チャンバ１０９，１１０内の試料台１０４上に載置されるには、内側チャンバ１０９あるいは１１０にウエハが搬送されることのできるゲートが必要となる。さらに、このゲートを開閉して密封してこのチャンバの内側と外側の空間を遮断し連通するバルブが必要となる。
【００１８】
実施例１では、処理チャンバ１００の内側と真空搬送容器１４４の内側との間に設けられたゲートを開放しあるいは閉塞して密封することで両者を連通、遮断する大気ゲートバルブ１１４と内側チャンバ１０９の内側と外側とを開放し或いは閉塞して密封することで両者を連通、遮断するプロセスゲートバルブ１１３とを備えている。大気ゲートバルブ１１４は、真空搬送容器１４４の内側の側壁上に配置されて駆動手段１２２によって上下および水平方向に移動可能に構成されており、内側側壁上でゲートを密封するよう閉塞し、あるいは開放する。また、真空容器を構成する外側チャンバ１１１に、真空搬送容器１４４と処理チャンバ１００が接続されたときに前記真空搬送容器１４４側のゲートと連通する位置にゲートが設けられる。
【００１９】
試料台１０４のブロックの下方に下側の内側チャンバ１１０が配置されており、この内側チャンバ１１０の中央側部分には開口部が配置されている。この開口部は内側チャンバ１１０の下方であって試料台１０４の下方に配置された排気バルブ１０７や排気ポンプ１０８を備えた排気手段と連通しており、試料台１０４の周囲を流れる内側チャンバ１０９内のガスが通流する部分である。つまり、試料台１０４周囲の支持梁１２０同士の間の空間と試料台１０４下方の内側チャンバ１１０内の空間が処理チャンバ１００内の処理ガス、プラズマ中の粒子や反応生成物の粒子が流れて排気される排気経路となっている。
【００２０】
処理チャンバ１００の排気手段である排気バルブ１０７は、その下方に配置された排気ポンプ１０８と内側チャンバ１１０の内側の空間との間を連通あるいは遮断することのできる複数の板状のシャッター２０３を備え、このシャッター２０３を回転させて開口している排気通路面積を可変に調節して排気流量や速度を調節するシャッター式排気バルブである。このように、実施例１では、排気手段が試料台１０４の下方、特に直下方に配置されている。そして、内側チャンバ１０９内の試料台１０４の上方の空間内のプラズマや処理ガス、反応生成物は試料台１０４の周囲とその下方の内側チャンバ１１０内の空間を介して排気バルブ１０７までの排気経路を流れる。
【００２１】
実施例１では、真空排気手段は、回転するシャッター２０３を複数備えた排気バルブ１０７とその下方の排気ポンプ１０８とを備え、排気バルブ１０７は試料台１０４の直下方でその略円形の断面の投影面に覆われてその内側となる領域に配置されている。この複数枚の板状のシャッター２０３は図１に示すように各々略水平（ウエハ面方向）に配置され各々に取り付けられた軸２０２を中心に各シャッター２０３が回転して、前記内側チャンバ１１０の開口と排気ポンプ１０８との間で連通する面積を調節する。これらの軸２０２を回転させて行くと各シャッターの板２０３同士が接触もしくは僅かの隙間をあけて近接した位置になり前記開口を略閉塞した状態にすることができる。また、各シャッターの板２０３がその先端を試料台１０４方向（上方向）にして垂直方向について略平行となった際に連通する面積が最も大きくなる。図示していないが排気バルブ１０７はこれらシャッター２０３の回転を調節するモータ等の駆動手段を備えており、排気手段はこれらシャッター２０３の開口面積と排気ポンプ１０８の駆動を調節することで排気の量とその速度とを調節している。
【００２２】
また、試料台１０４下方で排気バルブ１０７上方には、外側下部チャンバ１１２に設けられた排気開口ゲート１３１上部を覆ってこれを開閉（開口／遮断）する排気ゲートプレート１３０が配置されている。この排気ゲートプレート１３０は、略円板形状を有し一部の外縁周端に外側に延在した腕部の対を少なくとも１つをその一部として有し、この腕部の下方に配置されたプッシャの上端が上下に動作することで、この上端に繋がれた腕部を持ち上げ／下げして排気開口を開閉する。この排気ゲートプレート１３０はその下方への投影面は上方の試料台１０４の投影面内に収まるように、また、腕部の投影面は上方の支持梁１２０の投影面内に収まるか、少なくとも一部が重なるように配置されている。
【００２３】
図２は、本発明の実施例１の排気バルブ１１７の構成の概略を示す図である。図２（ａ）は、排気バルブ１１７を上方から見た構成の概略を示す平面図である。図２（ｂ）は、排気バルブ１１７の側面の断面図である。
【００２４】
排気バルブ１１７は内側に開口を備えて排気経路を構成する本体２０１とこの開口の内側に配置されその開口を横切るように延在する軸２０２周りに回転して開口の面積を増減するシャッター２０３、それぞれの板状のシャッター２０３の軸２０２方向の両端で本体２０１の内側の側壁との間に微小な隙間をあけて配置される円板２０４から構成されている。本体２０１の内側に、複数枚の板状のシャッター２０３が各々略水平（ウエハ面方向）に配置され、各々に取り付けられた軸２０２を中心に各シャッター２０３が回転して、外側チャンバ１１２の開口と排気ポンプ１１８との間で連通する面積を調節する。これらの軸２０２を回転させていくと各シャッター２０３の板同士が略水平方向に平行となり開口を著しく狭めることで閉塞状態にする。
【００２５】
前記の排気バルブ１１７を通り内側チャンバ１１０内の試料台２０４の上方の空間内のプラズマや処理ガス、反応生成物（デポ）は排気されるが、このデポが本体２０１内壁やシャッター２０３に付着する。付着しやすい条件として、広い空間を持つことと低温部であることが挙げられる。このため広い空間を持つ本体２０１内壁にはデポが付着し成長しやすくなっている。このような内壁表面の付着物は、シャッター２０３が回転すると移動してきたその端縁と接触、衝突して割れたり剥がれたりして遊離してしまい、この遊離片が試料台１０４表面やその上面に載せられた半導体ウエハ等の基板状の試料表面に付着して異物となってしまう。
【００２６】
このような問題に対して本実施例のプラズマ処理装置では、デポ成長抑制のためシャッター２０３の回転する軸２０２方向の両端に円板２０４を配置している。円板２０４をその中心を軸２０２に略一致させて取り付けて本体２０１開口の内側の側壁面に対向する面が側壁面と微小な隙間を備えて配置されることで本体２０１内壁とシャッター２０３の端縁部との隙間を端縁の回転に伴って移動する領域全体で微小にし、この領域でのデポ成長速度を鈍化させる。また、シャッター２０３の端縁部を大きくしてこれと微小な隙間を介して面する開口の内側壁の面積が広がることで付着可能な面積を低減する。この結果、排気バルブ本体２０１の内壁でのデポの成長と、このデポと各シャッター２０３の板とが接触してデポがスクレイプされデポの発生源となることが抑制できる。
【００２７】
上記における説明で、円板２０４を取り付けることでデポ成長抑制を図っているが、以下の懸念がある。すなわち、円板２０４の面方向の端部にエッジがあるとその個所にデポが堆積していき、これら円板２０４端部同士が近接してはいちされていると回転時にこれら端部上に堆積したデポ同士が接触してスクレイプされ異物が生起してしまう恐れがあるというものである。その対策として以下、図３、図４にて説明する。
【００２８】
図３は、上記実施例の各シャッター２０３の端部に取り付けられ、排気バルブ本体２０１内壁と微小な隙間をあけて配置された複数の円板２０４の詳細を示す図である。図３（ａ）は、シャッター２０３の端部に円板（１）３０１を取り付けた図である。また、図３（ｂ）は、円板（１）３０１端部の拡大図である。
【００２９】
円板（１）３０１では端がシャッター２０３の幅方向の端とほぼ同一に配置されるように角を丸められている。また、丸めた端の中心部は各シャッター２０３同士の隙間と同一の微小な隙間を維持する。このためデポ３０２は広い空間を持つ図に示す位置、つまり開口の内側であるシャッター２０３の側に向かって堆積していくため、回転するときに円板（１）３０１同士がスクレイプすることが抑制される。
【００３０】
また、円板２０４の端部へのデポ形成を抑制するために別の部材を配置してもよい。図４は、本実施例の各シャッター２０３の端部に取り付けられ、排気バルブ本体２０１内壁と微小な隙間をあけて配置された複数の円板２０４の詳細を示す図である。図４（ａ）は、シャッター２０３の端に円板（２）４０１を、排気バルブ本体２０１内壁に防着用板４０２を取り付けた図である。図４（ｂ）は、（ａ）を側面から見た図である。図４（ｃ）は、円板（２）４０１端部の拡大図である。
【００３１】
円板（２）４０１外径はシャッター２０３の軸２０２に略垂直な方向の幅よりも小さくなるようにする。そして、円板（２）４０１の上方でこの上側の外縁の端部を覆って配置され円板（２）４０１の上部外縁に沿って形成された内周が円形を有する凹みを備えた防着用板４０２を、開口の内側壁面上に装着する。防着用板４０２が取り付けられた状態で、その凹みの内周面は円板（２）４０１の外周縁の端面と微小な隙間をあけて、これを上方から覆っている。このため円板（２）４０１の外縁の端面外周は微小な隙間となり、デポ４０３は広い空間を持つ図に示す位置に堆積していく。さらに隣接するシャッター２０３及び円板（２）４０１の端部同士が最も近接する箇所の近傍ではこれらの間に防着用板４０２の部分が介在しており、回転する際にデポが接触する可能性の高い部分が微小な隙間となって、回転するときに円板（２）４０１同士がスクレイプする恐れが抑制される。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】本発明のプラズマ処理装置の構成の概略を示す断面図である。
【図２】本発明の実施例１の排気バルブの構成の概略を示す図である。
【図３】本発明の実施例２の排気バルブの円板（１）の詳細を示す図である。
【図４】本発明の実施例３の排気バルブの円板（２）の詳細を示す図である。
【符号の説明】
【００３３】
１００    処理チャンバ
１０１    プロセスガスライン
１０２    遮断バルブ
１０３    石英プレート（蓋部材）
１０４    試料台
１０７    排気バルブ
１０８    排気ポンプ
１０９    内側チャンバ
１１０    内側チャンバ
１１１    外側チャンバ
１１２    外側チャンバ
１１３    プロセスゲートバルブ
１１４    大気ゲートバルブ
１２０    支持梁
１２２    駆動手段
１２５    電波源部
１２６    アンテナ
１２７    コイル
１２８    誘電体
１２９    バッファ室
１３０    排気ゲートプレート
１３１    排気開口ゲート
１３２    放電室
１３２’    真空室
１３３    放電室内側壁部材（石英内筒）
１３４    シャワープレート
１４２    蓋部材
１４３    真空搬送容器
１４４    制御器
２０１    本体
２０２    軸
２０３    シャッター
２０４    円板
３０１    円板（１）
３０２    デポ
４０１    円板（２）
４０２    防着用板
４０３    デポ
【図１】
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【図２】
2008214723.tif 000004
【図３】
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【図４】
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