(57)【要約】【課題】同時に複数の基板に対してプラズマ処理を行うプラズマ処理装置において、載置台上の複数の基板に対して均一なプラズマ分布を実現して、処理の均一性を向上する。【解決手段】処理ガスをプラズマ化させて基板を処理するプラズマ処理装置１において、処理容器２内の下方には、回転可能な複数の基板ステージ３１、３２が設けられている。処理容器２内の上方には、高周波電源２５から高周波の供給を受けて、処理容器２内に供給された処理ガスをプラズマ化する上部電極１０が設けられている。上部電極１０は、駆動機構５、回転機構４によって、電極支持部材１１の垂直部１１ａを中心として回転可能である。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
処理ガスをプラズマ化させて基板を処理するプラズマ処理装置であって、
前記基板を気密に収容する処理容器と、
前記処理容器内の下方に設けられ、前記基板を載置する複数の載置台と、
前記処理容器内の上方に設けられ、かつ前記複数の載置台に対向するように設けられた上部電極とを有し、
前記上部電極は、処理容器内において当該上部電極の中心を中心軸として回転可能に構成されていることを特徴とする、プラズマ処理装置。
【請求項２】
前記各載置台は、各々載置台の中心を中心軸として回転可能に構成されていることを特徴とする、請求項１に記載のプラズマ処理装置。
【請求項３】
前記上部電極は、高周波が供給される放射状にゾーン分割された複数の電極体を有することを特徴とする、請求項１または２のいずれか一項に記載のプラズマ処理装置。
【請求項４】
前記上部電極は、高周波が供給される円環状の電極体を有することを特徴とする、請求項１または２のいずれか一項に記載のプラズマ処理装置。
【請求項５】
前記上部電極は、高周波が供給される円環状の電極体が同心円状に複数配置された構成を有することを特徴とする、請求項１または２のいずれか一項に記載のプラズマ処理装置。
【請求項６】
各電極体に供給される高周波は、個別に出力制御が可能であることを特徴とする、請求項５に記載のプラズマ処理装置。
【請求項７】
各載置台上に基板を搬送可能な搬送アームが前記処理容器内に設けられていることを特徴とする、請求項１〜６のいずれか一項に記載のプラズマ処理装置。
【請求項８】
前記処理容器内には、前記載置台を避けて前記搬送アームが退避する退避スペースが設けられていることを特徴とする、請求項７に記載のプラズマ処理装置。
【請求項９】
前記処理容器内には、前記搬送アームを気密に収容自在な収容部が設けられていることを特徴とする、請求項７に記載のプラズマ処理装置。
【請求項１０】
前記収容部は、前記搬送アームを収容可能な凹部と、当該凹部を気密に閉鎖する蓋体とからなることを特徴とする、請求項９に記載のプラズマ処理装置。
【請求項１１】
前記収容部は、下部チャンバと、当該下部チャンバと密着可能でかつ上下動する上部チャンバとを有することを特徴とする、請求項９に記載のプラズマ処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、プラズマ処理装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
半導体デバイスの製造においては、処理容器内の基板に成膜したり、基板上の絶縁膜をエッチングするプラズマ処理が行われる。このようなプラズマ処理は、処理容器内に処理ガスを導入して、これをプラズマ化する機能を有するプラズマ処理装置を用いて行われる。
【０００３】
この種のプラズマ処理装置は、減圧可能な処理容器内に基板を載置する載置台を有し、前記基板に対向する位置に、たとえば上部電極やマイクロ波アンテナが配置され、これら上部電極やマイクロ波アンテナ付近に供給された処理ガスがプラズマ化されて、前記基板に対して成膜処理やエッチング処理が施される。
【０００４】
このようなプラズマ処理装置においては、近年スループットを向上させるために、処理容器内に複数の基板を載置して、同時に複数枚の基板に対してプラズマ処理を行う、いわゆるバッチ式のプラズマ処理装置が提案されている（特許文献１）。
【０００５】
このバッチ式のプラズマ処理装置は、複数枚の基板を載置できるように下部電極を兼ねた載置台であるサセプターのサイズ（直径）を拡大して、それに対応して、サセプターと対向する上部電極のサイズ（直径）も拡大して、これら複数の基板をカバーするようにしていた。複数枚の基板を同時にプラズマ処理する場合、各基板に対して均一な処理を施す必要があるので、特許文献１に記載のプラズマ処理装置では、上部電極とサセプター間の空間を通して水平方向に配置したガスパイプの両側に形成した多数のノズル孔から、水平方向にガスを噴出するようにしていた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００１−１４００７７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながらそのようにガスの供給を均一に噴出するようにしても、生成したプラズマが各基板に対して均一に行き渡らないと、各基板に対して均一なプラズマ処理を行うことはできない。たとえば前記従来技術で採用されている大口径の上部電極では、部位によって生成するプラズマの密度、電位等に粗密、強弱が発生し、そのため均一なプラズマ分布を達成するのは困難である。
【０００８】
本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、同時に複数の基板に対してプラズマ処理を行うプラズマ処理装置において、載置台上の複数の基板に対して均一なプラズマ分布を実現して、処理の均一性を実現することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
前記の目的を達成するため、本発明は、処理ガスをプラズマ化させて基板を処理するプラズマ処理装置であって、前記基板を気密に収容する処理容器と、前記処理容器内の下方に設けられ、前記基板を載置する複数の載置台と、前記処理容器内の上方に設けられ、かつ前記複数の載置台に対向するように設けられた上部電極とを有し、前記上部電極は、処理容器内において当該上部電極の中心を中心軸として回転可能に構成されていることを特徴としている。
【００１０】
本発明によれば、前記処理容器内の上方に設けられ、かつ前記複数の載置台に対向するように設けられた上部電極は、当該上部電極の中心を中心軸として回転可能に構成されているので、載置台上の複数の基板に対して均一なプラズマ分布を実現して、処理の均一性を実現することができる。なおここでいう上部電極は、たとえば高周波電力の供給をうける電極や、マイクロ波を受けてプラズマを生成する各種のアンテナ、誘電体板などが含まれる。
【００１１】
前記各載置台は、各々載置台の中心を中心軸として回転可能に構成されていてもよい。
【００１２】
前記上部電極は、高周波が供給される放射状にゾーン分割された複数の電極体を有するものであってもよい。
【００１３】
前記上部電極は、高周波が供給される円環状の電極体を有するものであってもよい。
【００１４】
前記上部電極は、高周波が供給される円環状の電極体が同心円状に複数配置された構成を有するものであってもよい。かかる場合、各電極体に供給される高周波は、個別に出力制御が可能であってもよい。
【００１５】
各載置台上に基板を搬送可能な搬送アームが前記処理容器内に設けられていてもよい。
【００１６】
前記処理容器内には、前記載置台を避けて前記搬送アームが退避する退避スペースが設けられていてもよい。
【００１７】
前記処理容器内には、前記搬送アームを気密に収容自在な収容部が設けられていてもよい。
【００１８】
前記収容部としては、例えば、前記搬送アームを収容可能な凹部と、当該凹部を気密に閉鎖する蓋体とから構成したり、下部チャンバと、当該下部チャンバと密着可能でかつ上下動する上部チャンバとから構成してもよい。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、載置台上の複数の基板に対して均一なプラズマ分布を実現して、処理の均一性を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本実施の形態にかか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。
【図２】図１のプラズマ処理装置で採用できる上部電極の一例を示し、ゾーン分割した電極体を有する上部電極の底面図である。
【図３】図１のプラズマ処理装置で採用できる上部電極の一例を示し、同心円状に配置された電極体を有する上部電極の底面図である。
【図４】図１のプラズマ処理装置で採用できる上部電極の一例を示し、円環状の電極体を有する上部電極の底面図である。
【図５】図１のプラズマ処理装置における基板ステージの配置を模式的に示した平面説明図である。
【図６】処理容器の底部に搬送アームの退避スペースを設けた様子を模式的に示した平面説明図である。
【図７】処理容器の底部に搬送アームを収容する凹部を設けた様子を模式的に示した平面説明図である。
【図８】処理容器内に搬送されたウェハを搬送アームが受け取りに行く様子を模式的に示した平面説明図である。
【図９】各基板ステージにウェハを搬送した後、蓋体が処理容器内に搬送された様子を模式的に示した平面説明図である。
【図１０】図９の蓋体を搬送アームが受け取った様子を模式的に示した平面説明図である。
【図１１】図９の蓋体を凹部に密着させた様子を模式的に示した平面説明図である。
【図１２】処理容器内に上部チャンバと下部チャンバとで構成される収容部を設けた様子を模式的に示した側面の断面の説明図である。
【図１３】図１２において、上部チャンバが下降して下部チャンバと密着した様子を模式的に示した側面の断面の説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、本発明の実施の形態について説明する。図１は、本実施の形態にかかるプラズマ処理装置１の構成の概略を示す縦断面図である。なお、本実施の形態のプラズマ処理装置１では、基板としてのウェハＷの表面に対してエッチング処理を行う装置として構成されている。また、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。
【００２２】
プラズマ処理装置１は、内部を気密に保持する処理容器２内の上方に上部電極１０を有している。処理容器２は接地されている。上部電極１０は、円盤状の電極体１０ａと電極体１０ａの上面から垂直に延びている垂直部１０ｂとを有している。上部電極１０は、上部電極１０と相似形の絶縁体からなる電極支持部材１１によって支持され、また当該電極支持部材１１によって、下面を除いて覆われている。なお図示の都合上、上部電極１０と電極支持部材１１との間には、空隙を設けて描図しているが、両者は気密に一体となっている。
【００２３】
電極支持部材１１の垂直部１１ａは、処理容器２の天板部２ａを垂直方向に貫通し、貫通部にはシール材３が設けられている。そして処理容器２外における垂直部１１ａの外周には、回転機構４が設けられ、この回転機構４を介して、モーターなどの駆動機構５の作動により、電極支持部材１１は、その垂直部１１ａを中心として回転する。したがって電極支持部材１１によって支持されている上部電極１０は、この電極支持部材１１の回転に伴って、垂直部１０ｂを中心として回転する。
【００２４】
上部電極１０の電極体１０ａおよび垂直部１０ｂ内には、各々冷媒流路１２、ガス流路１３が形成されている。冷媒流路１２には、冷媒供給源２１から冷媒が供給可能である。ガス流路１３には、ガス供給源２２からバルブ２３、マスフローコントローラ２４を介して、プラズマエッチング処理に必要な処理ガス等が供給可能である。また上部電極１０には、垂直部１０ｂを介して、高周波電源２５から、たとえば１３．５６ＭＨｚの所定の高周波が供給可能である。
【００２５】
電極体１０ａの中心部及び同周辺部には、ガス流路１３からの処理ガスの供給口１３ａ、１３ｂが形成されている。なお電極体１０ａは１枚の円盤状のものでなくてもよく、例えば図２〜図４に示した形状のものが提案できる。すなわち、図２に示した上部電極１０においては、高周波が供給される電極体１５が放射状にゾーン分割された形状を有する。すなわち各電極体１５は、同形同大の二等辺三角形の形状を有している。この電極体１５は、電極支持部材１１の下面側に、間隔をあけて、複数枚配置されている。
【００２６】
図３に示した上部電極１０は、電極支持部材１１の下面側に、間隔をあけて電極体が同心円状に配置されたものである。すなわち、径の異なった円環状の電極体１６ａ、１６ｂ、１６ｃが同心円状に配置されている。この場合、各電極体１６ａ、１６ｂ、１６ｃに対して異なった出力の高周波を供給するようにしてもよい。このように異なった出力の高周波を各電極体１６ａ、１６ｂ、１６ｃに供給することで、プラズマ密度、強度をより均一にすることが可能である。
【００２７】
図４に示した上部電極１０は、電極支持部材１１の下面側に、１枚の円環状の電極体１７を配置したものである。これは後述のように、上部電極１０と対向する載置台である各基板ステージ３１〜３５が円環状に配置されている場合に対応するものであり、このように円環状の電極体１７を採用することで、回転する面の周方向においてプラズマ密度を一定に保つためのリング状のプラズマ源となっている。
【００２８】
載置台となる基板ステージは、本実施の形態では、図１、図５に示したように、５つの基板ステージ３１〜３５が、処理容器２内の底部に相互に間隔をあけて円環状に配置されている。
【００２９】
各基板ステージ３１〜３５は、同一構成であり、たとえば基板ステージ３１を例にとって説明すると、この基板ステージ３１は、基板であるウェハＷを載置する円盤状の載置部３１ａと、この載置部３１ａの下面側に設けられた支持部材３１ｂとを有している。支持部材３１ｂは、処理容器の底部２ｂを貫通して処理容器２外に突出している。また貫通部にはシール材６が設けられている。
【００３０】
処理容器２外における支持部材３１ｂの外周には、回転機構７が設けられ、この回転機構７を介して、モーターなどの駆動機構８の作動により、支持部材３１ｂは、当該支持部材３１ｂの中心軸を中心として回転する。したがって支持部材３１ｂによって支持されている載置部３１ａは、支持部材３１ｂの回転に伴って、支持部材３１ｂを中心として回転する。基板ステージ３２についても同様に、載置部３２ａは、支持部材３２ｂの回転に伴って、支持部材３２ｂを中心として回転する。基板ステージ３１は支持部材３１ｂを介して接地されている。なお各基板ステージ３１〜３５の載置部内には、ヒータＨが設けられており、載置したウェハＷを所定の温度に調節することが可能である。
【００３１】
処理容器２の底部には、排気口４０が形成されており、排気手段４１の作動により、排気管４２を通じて、処理容器２内の雰囲気は処理容器２外に排気され、また処理容器２内を所定の減圧度に維持することが可能である。
【００３２】
処理容器２の側壁２ｃには、ゲートバルブ４３を介して、ロードロック室５１が設けられている。ロードロック室５１内には、ウェハＷを保持して回転自在、かつ処理容器２内に進退自在に構成された搬送アーム５２が設けられている。
【００３３】
実施の形態にかかるプラズマ処理装置１は以上のように構成されており、処理容器２内には、ウェハＷを載置する基板ステージは、基板ステージ３１〜３５の５基設けられているので、各ウェハＷ上にプラズマＰを生成して、一度に５枚のウェハＷに対してプラズマ処理、たとえばエッチング処理を実行することが可能である。
【００３４】
そしてプラズマ処理中、上部電極１０は、電極支持部材１１を中心として回転させることができるので、５枚のウェハＷをカバーする大口径の上部電極１０を採用しても、部位によって生成するプラズマの密度、電位等に粗密、強弱を均すことができ、これによって各ウェハＷに対して均一なプラズマ分布を達成することができる。しかも本実施の形態では、各基板ステージ３１〜３５自体も各々回転させることができるので、各ウェハＷに対するプラズマ処理をさらに均一化することが可能である。
【００３５】
ところで、処理容器２内に図５に示したように、基板ステージ３１〜３５が円環状に配置されていると、ロードロック室５１内の搬送アーム５２によって、各ウェハＷを各々の基板ステージ３１〜３５に受け渡しする際には、処理容器２内の各基板ステージ３１〜３５に対してアクセス可能にする必要がある。そうすると、搬送アーム５２の構成は極めて複雑化、肥大化することが予想される。
【００３６】
これに対処するため、例えば図６に示したように、処理容器２内に、各基板ステージ３１〜３５に対してウェハＷを受け渡しする専用の搬送アーム６１を設けることが提案できる。
【００３７】
この搬送アーム６１は、当該例えば処理容器２の底部２ｂ中心の中心に設けられた中心軸６２を中心として回転、上下動可能に構成されており、アーム部６３は、各基板ステージ３１〜３５に対してアクセス可能である。そしてロードロック室５１内の搬送アーム５２が直線移動によって受け渡しできるゲートバルブ近傍の基板ステージ３１を中継箇所として、搬送アーム６１によって、当該基板ステージ３１から他の基板ステージ３２〜３５へとウェハＷを受け渡しする。これによってロードロック室５１内の搬送アーム５２は、従来と同様に直線上に移動する一般的な搬送アームで足りる。
【００３８】
なおプラズマ処理中は、搬送アーム６１は各基板ステージ３１〜３５上のウェハＷの上方に位置すると処理が実行できないので、予め基板ステージ３１〜３５を配置する際に退避スペースＦを処理容器２内に設定しておき、処理中は、搬送アーム６１はこの退避スペースＦに退避させておくとよい。
【００３９】
しかしながらプラズマ処理の種類によっては、退避スペースＦに搬送アーム６１が退避していたとしても、処理中に異常放電等の不測の事態が発生することも予想される。かかる事態が懸念される場合には、図７に示したような搬送アーム７１が提案できる。
【００４０】
この搬送アーム７１は、処理容器２内の底部２ｂに円環状に配置された基板ステージ３１〜３６の中心に設けられた、平面視で円形かつ有底の、凹部７２に配置されている。この搬送アーム７１は回転、伸縮、上下動自在に構成されており、不使用時には搬送アーム７１が、収縮、下降して凹部７２内に収容されるようになっている。そしてロードロック室５１の搬送アーム５２が、ウェハＷを処理容器２内に搬送してくると、図８に示したように、搬送アーム７１は伸長して、当該ウェハＷを受け取りに行く。そしてウェハＷを受け取った後、搬送アーム７１は所定の基板ステージ３１〜３６へと搬送する。
【００４１】
このような動作を繰り返し、全ての基板ステージ３１〜３６へのウェハＷの搬送が終わると、次に図９に示したように、ロードロック室５１の搬送アーム５２は、蓋体７３を処理容器２内に搬送してくる。この蓋体７３は、凹部７２を気密に閉鎖可能な大きさ、形状を有している。そして図１０に示したように、搬送アーム７１は基板ステージ３１の上方にてこの蓋体７３を受け取り、そのまま凹部７２へと収縮して、蓋体７３を保持したまま、下降する。これによって図１１に示したように、蓋体７３は、凹部７２を上方から気密に閉鎖する。これにより搬送アーム７１は処理容器２内に露出することはないので、プラズマ処理を実行しても、前記した異常放電等の事態が発生することを防止できる。
【００４２】
そのように専用の蓋体７３を外部から搬入せずに、処理時に搬送アーム７１を気密に完全収容する機構を処理容器２内に設けてもよい。図１３は、かかる例を示しており、処理容器２の底部２ｂの中心には、円筒形の下部チャンバ８１を設置し、搬送アーム７１は、この下部チャンバ８１内に設けられている。処理容器２内の上方には、この下部チャンバ８１と密着可能で、かつ上下動する上部チャンバ８２が設けられている。
【００４３】
そして各基板ステージ、たとえば基板ステージ３１に対してウェハＷを受け渡したり、ロードロック室５１の搬送アーム５２との間でウェハＷを受け渡す際には、図１２に示したように、上部チャンバ８２は上方に待機している。
【００４４】
その後各基板ステージへのウェハＷの受け渡しが終了してプラズマ処理を開始する場合には、搬送アーム７１は収縮して下部チャンバ８１内に収まる。その後図１３に示したように、上部チャンバ８２が下降して、下部チャンバ８１と密着することで、搬送アーム７１は、上部チャンバ８２と下部チャンバ８１内に気密に収納され、処理容器２内に搬送アーム７１が露出することはない。したがって、プラズマ処理を実行しても、前記した異常放電等の事態が発生することはない。
【００４５】
なおこのように処理容器内２に、とりわけ上部チャンバ８２を設ける場合には、そのままでは前記した円盤形状の上部電極１０を採用することは難しいので、図１２、図１３に示したように、図４に示した円環状の電極体１７を有する上部電極を採用することが望ましい。
【００４６】
以上の実施の形態では、高周波によってプラズマを生成するエッチング装置を例として挙げたが、もちろんこれに限らず、成膜装置、スパッタリング装置であってもよく、またプラズマソースも、平行平板プラズマに限らずマイクロ波、ＩＣＰプラズマ等、他の手段によりプラズマを生成するプラズマ処理装置であってもよい。また基板もウェハに限らず、ガラス基板、有機ＥＬ基板、ＦＰＤ（フラットパネルディスプレイ）用の基板等であってもよい。
【００４７】
以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施の形態について説明したが、本発明はかかる例に限定されない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。
【産業上の利用可能性】
【００４８】
本発明は、例えば基板に対してプラズマ処理を行う装置に対して有用である。
【符号の説明】
【００４９】
１    プラズマ処理装置
２    処理容器
２ａ    天板部
２ｂ    底部
２ｃ    側壁
４、７    回転機構
５、８    駆動機構
１０    上部電極
１０ａ  電極体
１０ｂ  垂直部
１１    電極支持部材
１１ａ  垂直部
１２    冷媒流路
１３    ガス流路
２２    ガス供給源
２５    高周波電源
３１〜３５    基板ステージ
４０    排気口
４１    排気手段
４２    排気管
４３    ゲートバルブ
５１    ロードロック室
５２    搬送アーム
７１    搬送アーム
７２    凹部
７３    蓋体
８１    下部チャンバ
８２    上部チャンバ
Ｆ    退避スペース
Ｈ    ヒータ
Ｗ    ウェハ
【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】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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