(57)【要約】【課題】基板の表面処理を行う際の、処理容器内の精密な温度制御が可能な処理装置を提供する。【解決手段】上方開口された箱状の処理容器１１と、処理容器１１内に配置された基板保持部材１２と、基板保持部材１２を囲う状態で配置された筒状の内装体１３とを備えた処理装置であって、処理容器１１は、処理容器１１の底部に向かって徐々に開口幅を狭めた形状に成型されており、内装体１３は、前記処理容器１１の形状に合致するように成型されているとともに、内装体１３が処理容器１１に嵌合する状態で設けられていることを特徴とする処理装置である。【選択図】図１
2005093576.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
上方開口された箱状の処理容器と、前記処理容器内に配置された基板保持部材と、前記基板保持部材を囲う状態で配置された筒状の内装体とを備えた処理装置であって、
前記処理容器は、当該処理容器の底部に向かって徐々に開口幅を狭めた形状に成型されており、
前記内装体は、前記処理容器の形状に合致するように成型されているとともに、前記処理容器に嵌合する状態で設けられている
ことを特徴とする処理装置。
【請求項２】
前記処理容器は、当該処理容器の底部に向かって徐々に開口幅を狭めたテーパー形状または凹状に湾曲された形状に成型されている
ことを特徴とする請求項１記載の処理装置。
【請求項３】
前記内装体は石英で形成されている
ことを特徴とする請求項１記載の処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は処理装置に関するものであって、特に、基板表面のエッチング処理や成膜処理等の表面処理に適用される処理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体デバイスの製造プロセスでは、デバイスが形成される半導体ウエハの表面処理、例えばエッチング処理や化学的気相成長（Chemical Vapor Deposition）法等により成膜処理を行う場合、気密に構成された減圧自在な処理容器内に処理対象となる半導体ウエハを搬入する。そして、処理容器に接続された真空ポンプにより、処理容器内を所定の減圧雰囲気まで調整した後、所定のガスをこの処理容器内に導入することによって表面処理が実施されている。
【０００３】
ここで、従来から用いられている処理装置について、図３（ａ）を用いて説明する。この図に示すように、この処理装置は、上方開口された箱状の処理容器１１と、処理容器１１内に配置された基板保持部材１２と、基板保持部材１２を囲う状態で設けられた筒状の内装体１３とを備えている。
【０００４】
ここで、上方開放された箱状の処理容器１１は、処理容器１１の底部に向かって開口幅が一回り小さく狭められた段差形状に成型されている。この処理容器１１上には処理容器の開口部２１を密閉する状態で、蓋体１４が配置されており、処理容器１１内が減圧自在になるように構成されている。また、処理容器１１および蓋体１４は、酸化アルミニウム（Ａｌ2Ｏ3）、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）等の材料で形成されている。
【０００５】
そして、処理容器１１内の底部には、基板装着面１２ａを上方に向けた状態で、基板Ｓを保持可能な基板保持部材１２が配置されている。この基板保持部材１２は、プラズマ放電のための下部電極としても機能しており、ここでの図示は省略したが、基板保持部材１２の上方には、基板装着面１２ａに対向した状態で、上部電極が配置されている。
【０００６】
また、処理容器１１の内壁１１ａが、プラズマ放電により生成されるラジカルから損傷を受けることによる、パーティクルの発生や金属汚染を防ぐため、処理容器１１内には、処理容器１１を構成するＡｌ2Ｏ3、ＡｌＮよりも耐食性に優れた石英（ＳｉＯ2）からなる筒状の内装体１３が配置されている。この内装体１３は、基板保持部材１２を囲う状態で設けられており、内装体１３の内側で基板Ｓの表面処理が行われるように配置されている。内装体１３を配置することで、処理容器１１の内寸や容積を変化させるだけでなく、内装体１３のみを離脱して洗浄することができるため、整備性も向上できる。
【０００７】
この筒状の内装体１３は、その外壁１３ａが内装体１３の底部に向かって一回り小さく狭められる段差形状に成型されている。ここで、領域Ａの拡大図である図３（ｂ）に示すように、内装体１３は、処理容器１１の内壁１１ａの段差上に、外壁１３ａの段差部分が接する状態で載置されている。そして、この石英からなる内装体１３は、熱により膨張することから、体積変化による内装体１３の破損を防ぐため、処理容器１１の内壁１１ａとは、横方向に間隙Ｗを有して設けられている。
【０００８】
このように、石英からなる部品の熱膨張による破損を防ぐため、例えばアルミニウム金属製の処理容器（成膜チャンバ）において、チャンバ壁に嵌め込まれた石英ガラスとチャンバ壁との間に、耐熱性のパッキンが設けられた例も報告されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００９】
【特許文献１】特開２００１−３５８０７８号公報
【００１０】
図３（ａ）を用いて説明した処理装置を用いて、基板Ｓの表面処理を行う場合には、加熱機構または冷却機構により処理容器１１の温度制御を行うことで、基板Ｓに表面処理を行う際の処理容器１１内の温度制御を行う。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
しかし、この処理装置を用いて、例えば、室温、減圧雰囲気下での基板Ｓのドライエッチングを行う場合には、処理容器１１内が真空断熱状態となるため、プラズマからの輻射熱により内装体１３の温度が上昇し、処理容器１１内の温度が上昇してしまう。このため、冷却機構により処理容器１１の温度制御を行うが、上述したような処理装置では、内装体１３は、内壁１１ａの段差上の一部分Ｂでのみ処理容器１１と接触した状態となっている。このため、処理容器１１と内装体１３との接触面積が小さく、内装体１３の温度上昇を抑制することが難しい傾向にあり、基板Ｓ表面にエッチング処理を行う際の、処理容器１１内の精密な温度制御が困難であった。したがって、最近の半導体デバイスの微細化にともなう微細パターンの形成において、同一ロット間でのパターン形状の再現性が低くなるという問題があった。
【００１２】
また、この処理装置を用いて、基板Ｓ表面に、例えばＣＶＤ法により成膜処理を行う場合にも、処理容器１１内の精密な温度制御が困難であるため、膜質が不均一になり易く、同一ロット間での膜質の再現性が低くなるという問題が生じていた。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上述したような課題を解決するために、本発明の処理装置は、上方開口された箱状の処理容器と、処理容器内に配置された基板保持部材と、基板保持部材を囲う状態で配置された筒状の内装体とを備えた処理装置である。そして、処理容器は、処理容器の底部に向かって徐々に開口幅を狭めた形状に成型されており、内装体は、処理容器の形状に合致するように成型されているとともに、処理容器に嵌合する状態で設けられていることを特徴としている。
【００１４】
このような処理装置によれば、処理容器に嵌合する状態で設けられた内装体が熱により膨張しても、内装体が処理容器の内壁に沿って上方向にずれ易いため、内装体の体積変化による破損が防止される。また、背景技術で図３（ｂ）を用いて説明したように、内装体が処理容器の内壁の段差上のみで接触する場合と比較して、内装体と処理容器との接触面積が大きくなる。これにより、処理容器から内装体への熱伝導性が向上するため、処理容器の温度制御により、内装体の温度制御も行うことができ、基板の表面処理を行う際の処理容器内の精密な温度制御が可能となる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明の処理装置によれば、処理容器は、処理容器の底部に向かって徐々に開口幅を狭めた形状に成型されており、内装体は、処理容器の形状に合致するように成型されているとともに、処理容器に嵌合する状態で設けられている。これにより、内装体が熱により膨張しても、処理容器の内壁に沿って上方向にずれ易いため、内装体の体積変化による破損が防止される。また、背景技術で図３（ｂ）を用いて説明したように、内装体が処理容器の内壁の段差上のみで接触する場合と比較して、内装体と処理容器との接触面積が大きくなる。これにより、処理容器から内装体への熱伝導性が向上するため、処理容器の温度制御により、内装体の温度制御も行うことができ、基板の表面処理を行う際の処理容器内の精密な温度制御が可能となる。
【００１６】
したがって、この処理装置を基板のエッチング処理に用いる場合には、微細パターンを確実に再現性よく形成することができる。また、この処理装置を基板の成膜処理に用いる場合には、膜質の均一な薄膜を再現性よく形成することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、本発明の処理装置における実施の形態を、図面に基づいて詳細に説明する。ここでは、プラズマエッチング装置を例にとり、説明する。
【００１８】
図１（ａ）は本発明の処理装置の一実施形態を説明するための構成図である。ここで、背景技術で図３（ａ）を用いて説明した処理装置と同様の構成には同一の番号を付して説明する。
【００１９】
この処理装置は、上方開口された箱状の処理容器１１と、この処理容器１１内に設けられた基板保持部材１２と、基板保持部材１２を囲う状態で設けられた筒状の内装体１３とを備えている。
【００２０】
上方開口された箱状の処理容器１１は、例えばその側壁が略円筒状に形成されていることとする。また、処理容器１１上には、開口部２１を密閉する状態で、蓋体１４が配置されている。そして、ここでの図示は省略するが、処理容器１１または蓋体１４には、処理容器１１内にプロセスガスを供給するためのガス供給口と、ガスを排気するための排気口が設けられており、この排気口に接続された真空ポンプによって、処理容器１１内が減圧自在になるように構成されている。また、処理容器１１および蓋体１４は、Ａｌ2Ｏ3またはＡｌＮで形成されていることとする。
【００２１】
ここで、本発明の処理装置における処理容器１１は、処理容器１１の底部に向かって徐々に開口幅を狭めた形状に成型されている。ここでは、処理容器１１の内壁１１ａが、例えばテーパー形状に成型されていることとする。
【００２２】
また、処理容器１１内の底部には、基板装着面１２ａを上方に向けた状態で、基板Ｓを保持可能な基板保持部材１２が配置されている。ここで、基板保持部材１２は、プラズマ放電のための下部電極でもあり、ここでの図示は省略したが、基板保持部材１２の上方には基板装着面１２ａに対向した状態で上部電極が配置されている。
【００２３】
また、処理容器１１の内壁１１ａが、プラズマ放電により生成されるラジカルから損傷を受けることによる、パーティクルの発生や金属汚染を防ぐため、基板保持部材１２を囲う状態で、筒状の内装体１３が設けられている。この内装体１３は、Ａｌ2Ｏ3、ＡｌＮよりも耐食性に優れた例えば石英（ＳｉＯ2）により形成されていることとする。
【００２４】
ここで、石英は、石英ガラスの他、シリカガラス（例えば９６％シリカガラス）等、ＳｉＯ2を主成分とする高珪酸塩ガラスも含む概念である。なお、ここでは、内装体１３が石英で形成される例について説明するが、内装体１３は、処理容器１１の構成材料よりも耐食性に優れた材料であればよく、例えばセラミックで形成されていてもよい。
【００２５】
そして、内装体１３は、上述したような処理容器１１の形状に合致するように成型されている。ここでは、処理容器１１の内壁１１ａが、処理容器１１の底部に向かって徐々に開口幅を狭めたテーパー形状に成型されていることから、内装体１３の外壁１３ａは、逆テーパー形状に設けられていることとする。そして、内装体１３は処理容器１１に嵌合する状態で設けられている。具体的には、処理容器１１の内壁１１ａにおけるテーパー形状に成型された部分と、内装体１３における逆テーパー形状に成型された外壁１３ａとが接する状態で配置されている。これにより、内装体１３が熱により矢印Ｆ方向に膨張したとしても、内壁１１ａがテーパー形状に成型されていることから、内装体１３が内壁１１ａに沿って上方にずれることで、内装体１３の体積変化による破損が防止される。
【００２６】
なお、ここでは、内装体１３の外壁１３ａの全域が処理容器１１の内壁１１ａに合致する形状の逆テーパー形状に設けられていることとしたが、図１（ｂ）に示すように、内装体１３の外壁１３ａの一部が逆テーパー形状に成型されていてもよい。
【００２７】
このような処理装置を用いて、基板Ｓに対してエッチング処理を行う場合には、図１（ａ）に示すように、まず、処理容器１１の開口部２１から基板Ｓを搬入し、内装体１３に囲われた基板保持部材１２の基板装着面１２ａに基板Ｓを保持する。その後、蓋体１４により、処理容器１１を密閉した後、排気口（図示省略）に接続された真空ポンプ（図示省略）により、処理容器１１内を減圧雰囲気に調整する。その後、ガス供給口（図示省略）からエッチングガスを供給し、ＲＦ電流を流して、処理容器１１内における内装体１３の内側に、プラズマ放電域Ｐを形成する。そして、プラズマ放電域Ｐに到達したエッチングガスは、そこで励起されてラジカル等になり、基板Ｓ表面に到達することで、基板Ｓ表面のエッチング処理が行われる。この際、処理容器１１内は真空断熱状態となり、プラズマからの輻射熱により内装体１３の温度が上昇するため、冷却機構により処理容器１１の温度制御を行う。
【００２８】
このような処理装置によれば、処理容器１１の内壁１１ａが、処理容器１１の底部に向かって徐々に開口幅を狭めたテーパー形状に成型されており、内装体１３の外壁１３ａが、処理容器１１の内壁１１ａに合致する形状、すなわち逆テーパー形状に成型されている。そして、内装体１３は処理容器１１に嵌合する状態で設けられている。これにより、内装体１３が熱により矢印Ｆで示す方向に膨張したとしても、内壁１１ａがテーパー形状に成型されていることから、内装体１３が内壁１１ａに沿って上方にずれることで、内装体１３の破損を防ぐことができる。また、背景技術で図３（ｂ）を用いて説明した、内装体１３が処理容器１１の内壁１１ａの段差上に載置される場合と比較して、処理容器１１と内装体１３との接触面積を大きくすることができる。これにより、処理容器１１の温度制御を行うことで、内装体１３の温度制御も行うことができるため、プラズマからの輻射熱による内装体１３の温度上昇を抑制することができ、処理容器１１内の温度を精密に制御することができる。したがって、基板Ｓ表面に微細パターンを確実に再現性よく形成することができる。
【００２９】
さらに、処理容器１１の内壁１１ａがテーパー形状に設けられており、内装体１３の外壁１３ａが逆テーパー形状に設けられていることで、内装体１３を処理容器１１の上方から配置する場合に、自己整合的に内装体１３が位置決めされる。これにより、背景技術で図３（ｂ）を用いて説明した、内装体１３が処理容器１１の内壁１１ａの段差上に載置される場合と比較して、内装体１３を再現性よく同位置に配置することができる。したがって、内装体１３を離脱して、再装着したとしても、内装体１３の内側の活性種の供給範囲を、基板Ｓに対して常に一定の位置に維持することができることから、内装体１３の着脱前後にエッチング処理を行う基板Ｓ間のパターン形状のばらつきを抑制することができる。
【００３０】
なお、本実施形態では、プラズマエッチング装置を例にとり説明したが、本発明はＣＶＤ法等に適用される成膜装置であっても、同様に処理容器１１内の精密な温度制御を行うことができる。このため、膜質の均一な薄膜を再現性よく形成することができる。また、内装体１３を離脱して、再装着したとしても、内装体１３の内側の成膜ガスの供給範囲を、基板Ｓに対して常に一定の位置に維持することができることから、内装体１３の着脱前後に成膜処理を行う基板Ｓ間の膜厚分布が同一となるように成膜することができる。
【００３１】
また、本実施形態では、処理容器１１の側壁を略円筒状とし、内装体１３が略円筒状である例について説明したが、本発明はこれに限定されず、例えば処理容器１１が略直方体状の内部空間を有しており、対向する内壁１１ａが、処理容器１１の底部に向かって徐々に開口幅を狭めた、例えばテーパー形状に形成されていてもよい。この場合には、内装体１３の外周形状も略直方体状となり、その外壁１３ａも処理容器１１の内壁１１ａに合致するような逆テーパー形状に成型されるとともに、内装体１３が処理容器１１に嵌合する状態で設けられる。このような構成であっても、上述した実施形態と同様の効果を奏することができる。
【００３２】
さらに、本実施形態では、処理容器１１の内壁１１ａがテーパー形状に成型された例について説明したが、本発明は、処理容器１１が処理容器１１の底部に向けて徐々に開口幅を狭めた形状に成型されていればよく、図２に示すような、凹状に湾曲された形状であってもよい。この場合には、内装体１３の外壁１３ａは、処理容器１１の内壁１１ａに合致する形状に成型されるため、凸状に湾曲された形状に設けられる。このような構成にすることで、処理容器１１と内装体１３との接触面積をさらに大きくなり、処理容器１１内のより精密な温度制御を行うことができるため、好ましい。このような構成の処理装置であっても、上述した実施形態の処理装置と同様の効果を奏することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】実施形態における処理装置を説明するための構成図（その１）である。
【図２】実施形態における処理装置を説明するための構成図（その２）である。
【図３】背景技術における処理装置を説明するための構成図（ａ）および要部拡大図（ｂ）である。
【符号の説明】
【００３４】
１１…処理容器、１２…基板保持部材、１３…内装体
【図１】
2005093576.tif 000003
【図２】
2005093576.tif 000004
【図３】
2005093576.tif 000005