(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
真空容器と、
該真空容器内部に配置された処理室内に供給された処理ガスに高周波エネルギを供給してプラズマを生成するアンテナ電極と、
前記処理室内の中央部に配置された円筒形を有する試料台であってその上面の上に載置された被処理基板を静電気力により吸着保持する試料台と、
前記処理室内に供給された処理ガスを前記試料台の下方に配置した排気口を介して排気する排気ポンプと、
前記試料台の外周壁と前記処理室の内側壁との間に配置された狭い空間及びこの狭い空間の下方でこれと連通し前記試料台と前記排気口との間に配置され前記狭い空間より広くされた空間と、
熱伝達ガス源からの熱伝達ガスを供給バルブを介して前記試料台と該試料台上に吸着されて保持された被処理基板の間に供給する熱伝達ガス供給管と、
前記熱伝達ガス供給管内に滞留する熱伝達ガスを前記排気口の上方の広くされた空間に排出して前記処理室外に排気させるガス排出管を備えたことを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項２】
請求項１記載のプラズマ処理装置において、
前記排気口は、該排気口の上方で上下に移動して前記排気口を開閉する蓋部材を備えたことを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項３】
真空容器と、
該真空容器内部に配置された処理室内に供給された処理ガスに高周波エネルギを供給してプラズマを生成するアンテナ電極と、
前記処理室内の中央部に配置された円筒形を有する試料台であってその上面の上に載置された被処理基板を静電気力により吸着保持する試料台と、
前記処理室内に供給された処理ガスを前記試料台の下方に配置した排気口を介して排気する排気ポンプと、
前記試料台の外周壁と前記処理室の内側壁との間に配置された狭い空間及びこの狭い空間の下方でこれと連通し前記試料台と前記排気口との間に配置され前記狭い空間より広くされた空間と、
熱伝達ガス源からの熱伝達ガスを供給バルブを介して前記試料台と該試料台上に吸着されて保持された被処理基板の間に供給する熱伝達ガス供給管と、
前記排気口に噴出口を開口したノズルを備え、
前記熱伝達ガス供給管内に滞留する熱伝達ガスを前記ノズルを介して前記排気口に排出す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、プラズマ処理装置にかかり、特に、試料を載置する試料台上面と試料の裏面との間に熱伝達ガスを導入し、試料を処理するプラズマ処理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
プラズマ処理装置は、試料を載置する試料台を備え、該試料台の内部に熱交換媒体を供給して試料台の温度を所定の範囲に調節する。また、該試料台の内部にガス供給管路を介してＨｅ等の熱伝達ガスを供給するとともに、このガスを試料台上面の試料の載置面に形成した開口を介して試料の裏面に供給する。これにより、処理中の試料にプラズマ等から供給される熱を試料台に伝達して試料の温度を調節している。
【０００３】
また、試料の非処理中においては、前記ガス供給管路に蓄積された熱伝達ガスを前記ガス供給管路に連通した排気用の管路を介して処理室外に排出し、あるいは前記熱伝達ガスを直接処理室内に排出している。このような従来技術の例としては、特許文献１が知られている。
【特許文献１】特開昭６０−１１６２２６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記従来技術では、試料の非処理中において熱伝達ガスを排出するに際して、排気の経路を構成する管路の内表面に付着した付着物が上記ガスの通流に伴って剥離し、処理室内に飛遊し、さらには試料の表面に異物として付着して、試料を汚染することがある。このような場合は、処理の歩留まりが低下して製造コストが増大する。
【０００５】
本発明はこのような問題点に鑑みてなされたもので、試料の汚染を低減して処理の効率を向上することのできるプラズマ処理装置を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は上記課題を解決するため、次のような手段を採用した。
【０００７】
真空容器と、該真空容器内部に配置された処理室内に供給された処理ガスに高周波エネルギを供給してプラズマを生成するアンテナ電極と、前記処理室内の中央部に配置された円筒形を有する試料台であってその上面の上に載置された被処理基板を静電気力により吸着保持する試料台と、前記処理室内に供給された処理ガスを前記試料台の下方に配置した排気口を介して排気する排気ポンプと、前記試料台の外周壁と前記処理室の内側壁との間に配置された狭い空間及びこの狭い空間の下方でこれと連通し前記試料台と前記排気口との間に配置され前記狭い空間より広くされた空間と、熱伝達ガス源からの熱伝達ガスを供給バルブを介して前記試料台と該試料台上に吸着されて保持された被処理基板の間に供給する熱伝達ガス供給管と、前記熱伝達ガス供給管内に滞留する熱伝達ガスを前記排気口の上方の広くされた空間に排出して前記処理室外に排気させるガス排出管を備えた。
【発明の効果】
【０００８】
本発明は、以上の構成を備えるため、試料の汚染を低減して処理の効率を向上することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下、最良の実施形態を添付図面を参照しながら説明する。図１は、本実施形態にかかるプラズマ処理装置を説明する図である。図１において、プラズマ処理装置を構成する真空容器１３０は、内部に減圧され半導体ウエハ等の試料が配置され、プラズマが形成される空間である処理室を含む容器である。この真空容器１３０は、これの側壁に接続された真空容器であってその内部に試料が搬送される搬送室となっている図示しない搬送容器と接続されている。処理室と搬送室との間は、これらの間に配置され試料が搬送される開口により連通されており、この開口部を開放、閉塞する大気ゲートバルブ１２５が搬送室及び処理室の間に配置されている。
【００１０】
大気ゲートバルブ１２５は、その上下方向および水平方向の動作により、上記開口が開放、閉塞され、開放された状態で搬送室の空間と処理室の空間とが連通されて、両者の圧力差は、試料の搬送や処理に及ぼす影響が無視できる程度になる。大気ゲートバルブ１２５の開放時には、試料が搬送室内から処理室内に配置された試料台１０１の上面の試料載置面に搬入される。また、これとは逆に、処理室内の試料台１０１上の試料が開口を通り搬送室内に搬出される。
【００１１】
試料が試料台１０１上に載せられたことを、図示しないセンサ等の検知装置が検知すると、大気ゲートバルブ１２５が動作して、開口を閉じて処理室内部を密封して試料の処理を開始する。試料台１０１上に載せられている試料は、試料台１０１内に配置された電極に直流電源からの電力が供給されることにより生成される静電吸着力により試料台１０１上に保持される、また、この状態で、試料と試料台１０１の上面との間の空間にＨｅ等の熱伝達ガスが導入される。
【００１２】
図１に示すように、処理室を構成する真空容器１３０の上部は、放電室１１０であり、下部は、前記放電室１１０と連通して放電室１１０内のガスや粒子が移動して排気される真空室１３１となっている。この真空室１３１と放電室１１０により処理室が構成されている。真空容器１３０の下方にはこれの底面と接続された排気ポンプ１２２および補助ポンプ１２７とを含む排気装置が連結されている。
【００１３】
放電室１１０は、真空容器１３０の蓋を構成する蓋部材１０６、蓋部材１０６の内側に配置されたアンテナ部材、このアンテナ部材の側方と上方とに配置され放電室１１０を囲んで配置された磁場発生部、および前記アンテナ部材の下方に配置された天井部材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帯あるいはＶＨＦ帯の電波を発生するための電波源部１０８が配置されている。
【００１４】
アンテナ部材は、ＳＵＳ等の導電性部材で構成された蓋部材１０６の内側に配置された円板形状のアンテナ１０４、およびこのアンテナ１０４と蓋部材１０６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１０４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略リング形状の少なくとも１つの誘電体１０５を有している。磁場発生部はアンテナ１０４および誘電体１０５の上方および側方をリング状に囲むソレノイドコイル１０７を含み、ソレノイドコイル１０７により生起された磁界は放電室１１０内に供給される。
【００１５】
さらに、天井部材１０３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、およびこの石英プレート１０３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貫通孔が形成されたシャワープレート１０２を有している。シャワープレート１０２の下方であって試料台１０１の上方に配置された空間は、供給されたプロセスガスに石英プレート１０３を通過し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放電室１１０となっている。
【００１６】
この放電室１１０内に形成されたプラズマにより、試料台１０１上に載置された試料の処理が行われる。さらに、石英プレート１０３とシャワープレート１０２との間は微小な隙間をあけて形成された空間が配置されており、前記空間に放電室１１０に供給されるプロセスガスがまず導入されて、該空間内に拡散する。更にシャワープレート１０２に配置され、前記空間と放電室１１０内とを連通する上記貫通孔を通ってプロセスガスが放電室１１０内に流入する。前記空間は、プロセスガスが複数の貫通孔から分散して放電室１１０内に流入するように配置されたバッファ室１０９となっている
【００１７】
また、蓋部材１０６の下方で石英プレート１０３およびシャワープレート１０２の外周側には下部リング１１１が配置されており、この下部リング１１１の内部にはバッファ室１０９にプロセスガスが通流するガスラインと連通した図示しないガス通路が配置されている。また、下部リング１１１の下方には放電室１１０を囲む放電室側壁部材１２０が配置されている。この放電室側壁部材１２０は、真空容器を構成して放電室部を下方から支持する放電室ベースプレート１１２，１１３と接続されて真空容器１３０を構成している。
【００１８】
本実施形態の真空容器は、その内側にプラズマが形成される放電室１１０を備える。また、放電室１１０の下方に形成された真空室１３１を囲む内側チャンバ１１４，１１５、および該内側チャンバ外側から囲む外側チャンバ１１６，１１７を有している。すなわち、放電室ベースプレート１１２，１１３の下方にはこれらの下面に当接する真空室ベースプレート１１９および内側チャンバ１１４が配置される。また、放電室側壁部材１２０を通して伝達される石英プレート１０３へ印加される雰囲気圧による外力は真空室ベースプレート１１９および内側チャンバ１１４に伝達される。
【００１９】
さらに、真空室ベースプレート１１９に伝達された雰囲気圧による外力は、その下方に接続された上部の外側チャンバ１１６から下部の外側チャンバ１１７へ伝達され、この伝達される外力によってこれらの部材間に配置された弾性体製のシール部材を変形させることで外側チャンバ１１６，１１７とその外側の雰囲気との間が封止されて内部の真空が維持される。また、内側チャンバ１１４と外側チャンバ１１６，１１７との間には空間が配置されている。なお、この空間と内側チャンバ１１４，１１５の内部の空間（処理室）との間は封止されており、内部のガスや粒子が外側チャンバ１１６，１１７との間の空間に流出することが抑制されている。
【００２０】
処理対象である半導体ウエハ等の試料を、内側チャンバ１１４，１１５内の試料台１０１の載置面上に載置するには、内側チャンバ１１４，１１５に試料を搬入するための開口を有するゲートが必要となる。また、このゲートを開放あるいは閉塞して、チャンバの内側と外側の空間を連通し、遮断するバルブが必要となる。
【００２１】
本実施形態では、このようなバルブとして、処理室の内側空間と搬送室の内側空間との間に配置され、これらを連通しあるいは遮断する大気ゲートバルブ１２５、および内側チャンバ１１４の内側と外側とを連通しあるいは遮断するプロセスゲートバルブ１２４を備える。
【００２２】
大気ゲートバルブ１２５は、搬送室の内側の側壁上に配置されて、上下方向或いは水平方向に移動可能に構成されている。この大気ゲートバルブ１２５は、内側側壁上でゲートを密封するように閉塞し、或いは開放する。また、プロセスゲートバルブ１２４は、真空容器を構成する外チャンバ１１６に搬送室と処理室とが連通された際に搬送室側のゲートと連通する位置にゲートが配置されている。
【００２３】
プロセスゲートバルブ１２４は、外チャンバ１１６と内チャンバ１１４との間の空間に配置され、上下方向および水平方向に移動可能に構成され、閉塞時には内側チャンバ１１４の外側の側壁と真空容器との間に配置されて内側チャンバ１１４を密封する。
【００２４】
試料の処理に際しては、略円筒形状の試料台１０１の直下方に配置されて処理室内の空間の底部に配置された略円形の排気口１２６を閉塞、開放する円板形状の蓋１２１を上方に移動させて排気口１２６を開放する。次に、この状態で、排気口１２６内に配置されて同方向の回転軸周りに回転可能な板を複数備え回転により開口の流路面積を可変に調節する可変バルブ１２３の回転角度を調節して排気の量を調節しつつ、ターボ分子ポンプ等の排気ポンプ１２２およびこの後流側に連結されて配置された補助ポンプ１２７を駆動する。これにより、処理室内部が排気されて高い真空度が維持される。
【００２５】
次いで、試料台１０１内部の導電性部材に高周波電源１２９から高周波電力を供給する。これにより、試料表面に所定のバイアス電位が形成されて、試料の上方の放電室１１０の空間に形成されたプラズマ内の過電粒子は試料の表面に誘引されて、試料表面は所定の形状に加工される。
【００２６】
なお、電波源部１０８、ソレノイドコイル１０７、および可変バルブ１２３、排気ポンプ１２２を含む排気装置、並びにプロセスゲートバルブ１２４、大気ゲートバルブ１２５等は、これらに配置された検知装置からの出力を受信し、受信した結果に基づいて動作の指令を発信する制御装置１２８により調節されている。この制御装置は、少なくとも１つの演算装置を有し、上記受信した結果、あるいは定められた動作や演算のプログラムを記憶する記憶装置を備えている。また、前記制御装置は、プラズマ処理装置の近傍に備えることができる。また、通信手段を介して通信可能な別の箇所に配置することができる。
【００２７】
図２は、処理室近傍の詳細を説明する図である。図２に示すように、試料台１０１の上部に配置された上部電極２０１に上記直流電源１２９からの電力を供給することにより試料台１０１の上面の載置面を構成する誘電体膜に静電気による吸着力を発生させ、これにより誘電体膜上に載せられている試料を試料台１０１上に吸着して保持する。
【００２８】
試料の処理、例えば、エッチング処理中は、プラズマからの熱により試料が加熱されるため試料の温度を適切な値に調節するために試料を冷却する必要がある。このため、試料台１０１内部には冷媒を循環して通流して試料台１０１の温度を所定の範囲に調節するとともに、試料の裏面と試料台１０１の誘電体膜の表面との間に熱伝達ガスを導入して試料から試料台１０１への熱の伝達を促進している。
【００２９】
この熱伝達ガスによる冷却を向上させるために、試料台１０１内部には誘電体膜に達する熱伝達ガスの導入路が配置されており、この導入路の下端側にはガス供給管２０２が配置されている。熱伝達ガスの導入路は試料の処理中に熱伝達ガスを試料の載置面と試料裏面との間へ供給する経路であるともに、プラズマ処理装置が非処理中、例えば一つの試料の処理が終了して次の試料に対する処理が開始されるまでの間に熱伝達ガスを処理室内に排出する経路でもある。この導入と排気との切替えは、制御装置からの指令によりバルブ２０３，２０４を切り替えることによって行われる。
【００３０】
図３は、図２に示すプラズマ処理装置における処理の流れを説明する図である。図２において、プラズマ処理装置が処理を行っていない（非処理中）場合においては、バルブ２０３を閉、バルブ２０４を開の状態に設定する。これにより、ガス源から導入されてガス供給管２０２に滞留する熱伝達ガスは、ガス排出管２０６およびノズル２０５を介して処理室外に排出される。
【００３１】
ノズル２０５の先端である噴出口は、処理室の試料台１０１の下方の空間であって試料台１０１の直下にある処理室の排気口１２６の上方の空間に面して、内側チャンバ１１７内壁面上に位置している。さらに、ノズル２０５先端は、流出する熱伝達ガスが排気口１２６とこの排気口１２６を開閉する蓋１２１との間の空間に向けて流れるように、その噴出口が配置されている。
【００３２】
噴出された熱伝達ガスは、排気口１２６の上方であって試料台１０１下方の空間で拡散して、排気ポンプ１２２の入口へ向かって移動して、処理室外に排出される。熱伝達ガスが排気口１２６上方に向けて排出されることにより、試料台の外周側の狭隘部あるいは放電室１１０の方向に熱伝達ガスが分散されること、並びにノズル２０５あるいはその近傍の処理室内壁から遊離した生成物が試料の方向に移動することが抑制され、これにより異物の発生が低減される。
【００３３】
試料の処理を開始する場合には、試料が試料台１０１上に載せられた状態で、試料台１０１内の電極２０１にＥＳＣ電源から直流電力を供給して、試料を試料台１０１上に吸着して保持した後、バルブ２０３を開、バルブ２０４を閉の状態にして、試料と試料台１０１の上面との間の空間に熱伝達ガスを導入する。この際、熱伝達ガスの圧力または流速を調節して試料と試料台１０１との間の空間の圧力を調節する。この状態で、処理室内にプロセスガスを導入して試料の処理を開始する。
【００３４】
試料の処理が終了後、バルブ２０３を閉じ、バルブ２０４を開にして、試料の裏面および試料台１０１の上面との間の空間への熱伝達ガスの供給を停止し、ガス排出管２０６およびノズル２０５を介して処理室外に排出する。
【００３５】
前述したように、従来の技術では、熱伝達ガスの排気に際して、熱伝達ガスを、熱伝達ガスの排気用管路あるいは処理室内の空間に面して排気用管路と連通された排出経路を介して排出していた。このため、排気用管路あるいは排出経路内の壁面に付着した付着物がガスの通流により剥がれて処理室内に飛遊し、試料台１０１上の試料の表面に付着して、異物となってしまうという問題が生じていた。
【００３６】
また、試料の裏面に導入されている熱伝達ガスは、熱伝達を向上させるため処理室内の圧力より高い圧力で供給されている。このため、プラズマ処理装置が停電等によって停止した場合等において、処理室内が密閉状態となると高圧の熱伝達ガスからの力を受けている試料は試料台１０１からずれたり落ちたりすることがある。
【００３７】
これを抑制するためは、前記停止が生じた場合においても試料の上面と裏面との圧力をほぼ均等かまたは上面の圧力が高くなるようにする必要がある。
【００３８】
本実施形態では、熱伝達ガスを排出する経路を構成するガス排出管は、ガス供給管を介して試料の裏面と処理室内を連通している。このため、試料裏面側の熱伝達ガスをガス供給管、ガス排出管、およびノズルを介して直接処理室の下方に開口する排気口１２６に排出することができる。
【００３９】
ところで、熱伝達ガスの排出経路の開口が処理室内に面していると、排気される熱伝達ガスに含まれる付着物が経路内に堆積し、結果として、前記堆積物が処理室内に飛遊することになる。特に、前記開口が試料台１０１の上方に位置する場合には、試料に異物が付着しやすくなる。また、放電室１１０の下方には、試料台１０１外周面と内側チャンバ１１４の内周面とが近接してこれらの間の空間が上下の空間と比べて小さくなった狭隘部があり、この狭隘部に面するように排出経路を配置した場合には、試料台１０１の外周側壁に剥がれた堆積物が付着して、これが処理中のガスの流れやプラズマとの相互作用により、放電室１１０へ飛遊して試料の汚染を引き起こすことがある。
【００４０】
本実施形態においては、試料台１０１は、その中心軸について対称に配置され外周側へ延在する複数の支持梁により内側チャンバ１１４の軸に合わせて支持されており、下方には上記狭隘部より広くされた空間が配置されている。この広くされた空間の底部に、処理室内を排気するための排気口１２６が配置されており、熱伝達ガスの排出経路を構成するノズル２０５は、この試料台１０１下方の広くされた排気口１２６に面している。また、図２に示す例においては、処理室の試料台１０１下方の空間に前記排気口１２４を開閉する上下移動可能な蓋１２１を備える。
【００４１】
熱伝達ガスの排出経路を構成するノズル２０５は、その開口を蓋１２１の下方の前記排気口１２６に面して配置され、熱伝達ガスを蓋１２１の下方に排出する。排出された熱伝達ガスは、排気ポンプ１２２を介して吸引排出される。
【００４２】
ノズル２０５の先端部に配置された排気口１２６は、上方に移動した上記蓋１２１とこれにより覆われる排気口１２６との間に向かって開かれており、この排気口から排出された熱伝達ガスは試料台１０１下方であって蓋１２１下方かつ開口の上方の空間に拡散する。この構成により、排出経路を介して熱伝達ガスが排出される際に、排出に伴って排出経路等から剥離して飛遊するた付着物を処理室外に容易に排出することが可能となり、試料表面に異物が付着することを抑制することができる。
【００４３】
なお、図２の例では、外側チャンバ１１７は図示しないヒータあるいは冷媒の循環供給等により、温度が調節されている。また、ノズル２０５は、外側チャンバ１１７の下部から外側チャンバ１１７および内側チャンバ１１５を貫通してノズル２０５の先端が処理室内に突出するように挿入している。また、熱伝達性の高い金属製ノズル２０５は外側チャンバ１１７とほぼ同じ温度に調節される。ノズル２０５に連結されたガス排出管２０６およびガス供給管２０２を含む排出管路は、保温材により覆われて温度が保持されており、これらの排出管路は外側チャンバ１１７の温度を調節する手段による温度調節を利用して所定の温度に維持されている。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】実施形態にかかるプラズマ処理装置を説明する図である。
【図２】処理室近傍の詳細を説明する図である。
【図３】プラズマ処理装置における処理の流れを説明する図である。
【符号の説明】
【００４５】
１０１  試料台
１０２  シャワープレート
１０３  石英プレート
１０４  アンテナ電極
１０５  誘電体
１０６  蓋部材
１０７  磁場発生部
１０８  電波源部
１０９  バッファ室
１１０  放電室
１１１  下部リング
１１２，１１３、１１９  放電室ベースプレート
１１４，１１５  内側チャンバ
１１６，１１７  外側チャンバ
１２０  放電室側壁部材
１２１  蓋
１２２  排気ポンプ
１２４  プロセスゲートバルブ
１２５  大気ゲートバルブ
１２６  排気口  
１２７  補助ポンプ
２０１  電極
２０２  ガス供給管
２０５  ノズル
２０６  ガス排出管
【図１】
0005094288.tif 000002
【図２】
0005094288.tif 000003
【図３】
0005094288.tif 000004