(57)【要約】      （修正有）【課題】高周波印加用電極と加熱用ヒータとの間に設けた均熱管に流れる渦電流を抑制し、投入した高周波電力を有効にプラズマに変換できる基板処理装置を提供する。【解決手段】基板を収容する空間を形成する処理管２と、処理管２を外側から覆うように配置される均熱管１６と、均熱管１６の周囲に配置される加熱手段４と、処理管２と均熱管１６との間の空間に配置され、高周波電力が印加される少なくとも一対の電極６、７と、を備えた基板処理装置であって、均熱管１６の少なくとも電極側の表面には凹凸部が設けられている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板を収容する空間を形成する処理管と、
前記処理管を外側から覆うように配置される均熱管と、
前記均熱管の周囲に配置される加熱手段と、
前記処理管と均熱管との間の空間に配置され、高周波電力が印加される少なくとも一対の電極と、を備え、
前記均熱管の少なくとも前記電極側の表面には凹凸部が設けられていることを特徴とする基板処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、基板処理装置に関し、特に、高周波電力によって発生するプラズマを利用して所定の基板処理を行うプラズマ処理装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
例えば、半導体集積回路の製造においては、ＣＶＤ、エッチング、アッシング、スパッタリング工程で、処理ガスのイオン化や化学反応等を促進する為にプラズマが利用されている。従来、半導体製造装置においてプラズマを発生させる方法には、平行平板方式、高周波誘導方式、ヘリコン波方式、ＥＣＲ方式等がある。平行平板方式は、１対の平行平板型電極の一方を接地し他方を高周波電源に容量結合して両電極間にプラズマを生成する方法である。高周波誘導方式は、螺旋状又は渦巻き状のアンテナに高周波を印加して高周波電磁場を作り、その電磁場空間内に流れる電子を気体中の中性粒子に衝突させてプラズマを生成する方法である。ヘリコン波方式は、コイルで作った一様な磁場内で特殊な形状のアンテナにより磁場に平行に進む特殊な電磁波（ヘリコン波）を発生させ、このヘリコン波に伴うランダウダンピング効果を利用して速度制御可能な電子流によりプラズマを生成する方法である。ＥＣＲ方式は、コイルで作った一様な磁場内に電子のサイクロトロン周波数に等しい周波数（２．４５ＧＨｚ）のマイクロ波を導波管を通じて導くことにより共鳴現象を起こさせ、電子にマイクロ波のパワーを吸収させてプラズマを生成する方法である。これらのプラズマ生成方法は、被処理体を１枚毎に処理をする枚葉方式と複数の被処理体をバッチ的に処理する方法がある。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
従来のプラズマ処理装置では、処理管の外部に加熱ヒータを設けて処理管内部を加熱できるように構成されている。また、処理管と加熱ヒータとの間には、高周波電力を印加してプラズマを発生させる高周波印加用電極が設けられている。高周波印加用電極と加熱ヒータとの間には、被処理基板に著しい温度差が生じないように均熱管が設けられている。
【０００４】
このような装置では、高周波印加用電極に流れる電流により生成される磁場が、均熱管を貫通し、均熱管に渦電流が流れ、均熱管固有の抵抗値と渦電流によるジュール熱が発生し、投入した高周波電力（ＲＦ電力）が有効にプラズマに変換されないという問題がある。
【０００５】
従って、本発明の主な目的は、均熱管に流れる渦電流を抑制し、投入した高周波電力を有効にプラズマに変換できる基板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】
【０００６】
本発明によれば、
基板を収容する空間を形成する処理管と、
前記処理管を外側から覆うように配置される均熱管と、
前記均熱管の周囲に配置される加熱手段と、
前記処理管と均熱管との間の空間に配置され、高周波電力が印加される少なくとも一対の電極と、を備え、
前記均熱管の少なくとも前記電極側の表面には凹凸部が設けられていることを特徴とする基板処理装置が提供される。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、均熱管に流れる渦電流を抑制し、投入した高周波電力を有効にプラズマに変換できる基板処理装置が提供される。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
次に、本発明の好ましい実施例を説明する。
【０００９】
本発明の好ましい実施例では、処理管及び均熱管を設置し、かつ処理管と均熱管の間に電極を置いて、これに高周波電力を印加してプラズマを生成するバッチ式プラズマ処理装置において、均熱管が２重構造を有している。
【００１０】
また、本発明の好ましい実施例では、処理管及び均熱管を設置し、かつ処理管と均熱管の間に電極を置いて、これに高周波電力を印加してプラズマを生成するバッチ式プラズマ処理装置において、均熱管を構成する内外２重構造の均熱管のそれぞれの管に細孔が設けられており、内外の均熱管の細孔は互いに連通しない用に構成し、均熱管の内部と外部の空間を遮断している。
【００１１】
また、本発明の好ましい実施例では、処理管及び均熱管を設置し、かつ処理管と均熱管の間に電極を置いて、これに高周波電力を印加してプラズマを生成するバッチ式プラズマ処理装置において、内外の均熱管は、電気的には、接触抵抗を介して互いに接続され、一体成型物よりも接触抵抗を高めている。
【００１２】
次に、本発明の好ましい実施例を図面を参照して、より詳細に説明する。
【００１３】
図１は、処理室１外面に載置された電極及び均熱管の構成・配置を示すもので、図２は処理室１の断面を、図３は処理室を上方から見た断面を示すものである。
【００１４】
処理室１は、処理管２及びシールキャップ３で気密に構成され、処理管２の周囲には、加熱ヒータ４が処理室１を取り囲むように設けてある。処理管２は石英などの誘電体で構成され、処理管２の外周には高周波電源５に接続される第１の電極６（６ａ〜６ｈ）とアースに接続される第２の電極７（７ａ〜７ｈ）が被処理体（本実施例では半導体ウエハ）８に対し垂直なストライプ状に交互になるよう配置されている。高周波（ＲＦ）電力は、高周波電源５の出力する交流電力を、整合器９を介して第１の電極６に印加できるようになっている。第１の電極６に供給する交流電力の周波数は１３.５６ＭＨｚの高周波が利用されることが多い。
【００１５】
処理室１は排気管１０、圧力調整バルブ１１を介してポンプ１２に接続され、処理室１内部のガスを排気できる構造となっている。又、処理室１にはガス導入ポート１３が設けてあり、処理室１内部の側面に沿って設けられ、処理ガスを高さ方向均等に供給するよう大きさが調整された複数のガス供給用細孔２５が設けてあるガス供給用ノズル１４により均等に導入することが可能となっている。
【００１６】
処理室１内部には、被処理体８でもある半導体ウエハをバッチ処理できるように、例えば１００〜１５０枚程度、それぞれ一枚ずつ水平に搭載置できるボート１５が設けられている。
【００１７】
ヒータ４と処理管２の間には、被処理体８に著しい温度差が発生しないように均熱管１６が設置してある。ヒータ４の熱分布に不均一性があっても、均熱管１６が熱的暖衝媒体となって、被処理体８に著しい温度差を与えない。均熱管１６はＳｉＣ製である。ＳｉＣは、熱伝導に優れているため、被処理体８の温度分布をより均一にできる。
【００１８】
本実施例では、均熱管１６を２重構造とし、かつ細孔を設けて渦電流経路を遮断し、ＲＦ電力が効率よくプラズマに変換されるようにしている。渦電流は、より表面を流れる性質があるため、２重均熱管の内管に細孔を設ける他、外管を迂回して流れることを防止するため、外管にも細孔を設け、かつ内管−外管を、一体成型とせず勘合させ、接触抵抗で抵抗を高める構造としている。
【００１９】
図５に示すように、電極６（７）がＳｉＣ製均熱管１６の近傍に位置する場合、図４に示すように、電極６（７）に流れる電流により、磁場３２が発生する。この磁場３２が、均熱管１６を貫通して、均熱管表面を渦電流３３が流れる。渦電流３３同士が合わさって合成渦電流３４となる。従って、均熱管１６の抵抗値と渦電流３３によるジュール熱が発生する。
【００２０】
本発明者達の研究において、この様な渦電流による均熱管の加熱（誘導加熱）は、プラズマ発生に、極めて不利益であることが判ってきた。すなわち、投入したＲＦ電力の一部は、プラズマに変換されず、均熱管の加熱に使用されてしまうので、投入した高周波電力を有効にプラズマに変換できないという問題が生じる。
【００２１】
渦電流の流れ方は、図４の様になるものと想定される。したがって、渦電流を阻止するためには、均熱管１６の等価的な抵抗値を高める必要がある。
【００２２】
渦電流は表面を流れる傾向にあることが知られている。一般的には、渦電流が進入する深さδは、次式で表される。
【００２３】
【数１】
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【００２４】
ここで、ρは部材の抵抗率（μΩｃｍ）、μは部材の比透磁率、ｆは周波数（Ｈｚ）をそれぞれ表す。
【００２５】
本実施例の場合、３ｍｍ程度となる。なお、この進入深さとは、表面電流に比較して、その値が１／ｅになるところを言う。また、均熱管１６の厚さは、通常、５〜１０ｍｍである。
【００２６】
また、このような渦電流による影響は、均熱管１６の電極６、７側の表面の方が、電極６、７と反対側の表面よりも大きい。
【００２７】
従って、渦電流による影響を抑制するために、均熱管１６の少なくとも電極６（７）側の表面に凹凸部を設ける。このようにすれば、均熱管１６の表面の延面距離が長くなって、抵抗値を高めて、渦電流を低減させることができる。
【００２８】
より好ましくは、均熱管１６の電極６（７）と反対側の表面にも凹凸部を設ける。このとき、電極６（７）側の表面の凹凸部と、電極６（７）と反対側の表面の凹凸部は互いに重ならないことが好ましい。重なってしまうと、均熱管１６に貫通孔が生じ、その貫通孔を介してヒータ４からの熱が直接処理管２に伝わってしまい、被処理体８に著しい温度差が発生しないように設けた均熱管１６の意義が薄れてしまうからである。
【００２９】
しかしながら、均熱管１６の電極６（７）側の表面と反対側の表面のそれぞれ凹凸部を設けた構造では、均熱管１６内部に、一様に連続した部分が存在し、その部分を経由して流れる渦電流も存在する。
【００３０】
そのため、本実施例では、図６に示すように、ＳｉＣ製均熱管１６を内管１８と外管１９の２重構造とし、内管１８に細孔２０を設け、外管１９に細孔２１を設けている。細孔２０は内管１８を貫通させ、細孔２１は外管１０を貫通させている。このように、貫通した細孔２０、２１を内管１８、外管１９にぞれぞれ設けることにより、一様に連続した部分が存在しなくなり、内管１８、外管１９の抵抗値を高めることができるようになる。さらに、内管１８を流れる渦電流は、細孔２１にその経路を阻止され、外管１９に迂回する事も考えられるので、内外管を一体成型せず、勘合することにより、接触抵抗を利用して、内外管の電気的接触を阻害し、迂回電流の低減を図っている。
【００３１】
なお、内管１８の細孔２０と外管１９の細孔２１とは連通しないように配置し、均熱管１６に貫通孔が生じるのを防止して、電極６（７）側の空間とヒータ４側の空間とを隔離し、ヒータ４からの熱が直接処理管２に伝わってしないようにして、被処理体８に著しい温度差が発生しないようにしている。
【００３２】
細孔２０、２１付き２重均熱管１６を採用することにより、渦電流を低減し、ＲＦ電力を効率的にプラズマに変換できる。その結果、エネルギーの効率的利用が図れ、プラズマの発生が容易となる。
【００３３】
次に本装置の動作を説明する。
処理室１が大気圧の状態でエレベータ機構（図９参照）で被処理体８をボート１５に装填する為シールキャップ３を下げて、被処理体搬送用ロボット（ウエハ移載機１１２、図９、図１０参照）の相互動作により所用の数の被処理体８をボート１５に載置した後、シールキャップ３を上昇させて処理室１内部に挿入する。
【００３４】
加熱ヒータ４に電力を投入し、被処理体８など処理室１内部の部材を所定の温度に加熱する。被処理体搬送時、ヒータの温度を下げ過ぎてしまうと、被処理体の搬送終了後、処理室内部で温度を所定の値まで上昇させて安定させるのに相当の時間がかかってしまう為、通常は被処理体の搬送に支障が無い温度まで下げて、その値で保持した状態で搬送を行う。
【００３５】
同時に処理管１内部の気体を図示しない排気口から排気管１０を通してポンプ１２で排気する。被処理体８が所定の温度になった時点で処理室１にガス導入ポート１３から反応性ガスを導入し、圧力調整バルブ１１によって処理室１内の圧力を一定の値に保持する。
【００３６】
処理室１内部が所定の圧力になったら高周波電源５の出力する交流電力を整合器９を介して第１の電極６に供給し、第２の電極７を対抗電極として、電極間にプラズマを生成して、被処理体８の処理を行う。
【００３７】
次に、図５、図６を参照して、本発明の好ましい実施例の基板処理装置についてその概略を説明する。
【００３８】
筐体１０１内部の前面側には、図示しない外部搬送装置との間で基板収納容器としてのカセット１００の授受を行う保持具授受部材としてのカセットステージ１０５が設けられ、カセットステージ１０５の後側には昇降手段としてのカセットエレベータ１１５が設けられ、カセットエレベータ１１５には搬送手段としてのカセット移載機１１４が取りつけられている。又、カセットエレベータ１１５の後側には、カセット１００の載置手段としてのカセット棚１０９が設けられると共にカセットステージ１０５の上方にも予備カセット棚１１０が設けられている。予備カセット棚１１０の上方にはクリーンユニット１１８が設けられクリーンエアを筐体１０１の内部を流通させるように構成されている。
【００３９】
筐体１０１の後部上方には、処理炉４０が設けられ、処理炉４０の下方には基板としてのウエハ８を水平姿勢で多段に保持する基板保持手段としてのボート１５を処理炉４０に昇降させる昇降手段としてのボートエレベータ１２１が設けられ、ボートエレベータ１２１に取りつけられた昇降部材１２２の先端部には蓋体としてのシールキャップ３が取りつけられボート２６を垂直に支持している。ボートエレベータ１２１とカセット棚１０９との間には昇降手段としての移載エレベータ１１３が設けられ、移載エレベータ１１３には搬送手段としてのウエハ移載機１１２が取りつけられている。又、ボートエレベータ１２１の横には、開閉機構を持ち処理炉４０の下面を塞ぐ遮蔽部材としての炉口シャッタ１１６が設けられている。
【００４０】
ウエハ８が装填されたカセット１００は、図示しない外部搬送装置からカセットステージ１０５にウエハ８が上向き姿勢で搬入され、ウエハ８が水平姿勢となるようカセットステージ１０５で９０°回転させられる。更に、カセット１００は、カセットエレベータ１１５の昇降動作、横行動作及びカセット移載機１１４の進退動作、回転動作の協働によりカセットステージ１０５からカセット棚１０９又は予備カセット棚１１０に搬送される。
【００４１】
カセット棚１０９にはウエハ移載機１１２の搬送対象となるカセット１００が収納される移載棚１２３があり、ウエハ８が移載に供されるカセット１００はカセットエレベータ１１５、カセット移載機１１４により移載棚１２３に移載される。
【００４２】
カセット１００が移載棚１２３に移載されると、ウエハ移載機１１２の進退動作、回転動作及び移載エレベータ１１３の昇降動作の協働により移載棚１２３から降下状態のボート１５にウエハ８を移載する。
【００４３】
ボート１５に所定枚数のウエハ８が移載されるとボートエレベータ１２１によりボート１５が処理炉４０に挿入され、シールキャップ３により処理炉４０が気密に閉塞される。気密に閉塞された処理炉４０内ではウエハ８が加熱されると共に処理ガスが処理炉４０内に供給され、ウエハ８に処理がなされる。
【００４４】
ウエハ８への処理が完了すると、ウエハ８は上記した作動の逆の手順により、ボート１５から移載棚１２３のカセット１００に移載され、カセット１００はカセット移載機１１４により移載棚１２３からカセットステージ１０５に移載され、図示しない外部搬送装置により筐体１０１の外部に搬出される。尚、炉口シャッタ１１６は、ボート１５が降下状態の際に処理炉４０の下面を塞ぎ、外気が処理炉２４内に巻き込まれるのを防止している。
【００４５】
カセット移載機１１４等の搬送動作は、搬送制御手段１２４により制御される。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】本発明の好ましい実施例の基板処理装置の処理炉を説明するための概略縦断面図である。
【図２】本発明の好ましい実施例の基板処理装置の処理炉を説明するための概略縦断面図である。
【図３】本発明の好ましい実施例の基板処理装置の処理炉を説明するための概略横断面図である。
【図４】渦電流の発生形態を説明するための概略斜視図である。
【図５】渦電流の発生形態を説明するための概略縦断面図である。
【図６】本発明の好ましい実施例の基板処理装置の処理炉で使用する均熱管を説明するための概略縦断面図である。
【図７】図６のＡ部の部分拡大概略側面図である。
【図８】図７のＢＢ線概略縦断面図である。
【図９】本発明の好ましい実施例の基板処理装置を説明するための概略斜視図である。
【図１０】本発明の好ましい実施例の基板処理装置を説明するための概略縦断面図である。
【符号の説明】
【００４７】
１…処理室
２…処理管
３…シールキャップ
４…ヒータ
５…高周波電源
６、６ａ〜６ｈ…第一の電極
７、７ａ〜７ｈ…第二の電極
８…被処理体（シリコンウエハ）
９…整合器
１０…排気配管
１１…圧力調整バルブ
１２…ポンプ
１３…ガス導入ポート
１４…ガス供給用ノズル
１５…ボート
１６…均熱管
１８…均熱管内管
１９…均熱管外管
２０…均熱管内管の細孔
２１…均熱管外管の細孔
２５…ガス供給用細孔
３１…電流
３２…磁界
３３…渦電流
３４…合成渦電流
４０…処理炉
１００…カセット
１０１…筐体
１０５…カセットステージ
１０９…カセット棚
１１０…予備カセット棚
１１２…ウエハ移載機
１１３…移載エレベータ
１１４…カセット移載機
１１５…カセットエレベータ
１１６…炉口シャッタ
１１８…クリーンユニット
１２１…ボートエレベータ
１２２…昇降部材
１２３…移載棚
１２４…搬送制御手段
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
2007115883.tif 000011
【図９】
2007115883.tif 000012
【図１０】
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