(57)【要約】  【課題】ウエハを高速回転させた場合でも高い処理均一性を確保可能とする。  【解決手段】処理室２００の上下に平面型コイルからなるアンテナ４０１ａ、４０１ｂを設ける。ウエハ５００を支持する支持具５０２は処理室２００に搬入搬出自在に構成し、支持具５０２内に磁性体５０３を設置する。処理室２００の上下には電磁石３０１ａ〜３０１ｘと、磁場コイル３０２ａ，３０２ｂとを同心円状に配置する。ウエハを載せた支持具を処理室内に搬入する。電磁石で磁力を与えると、支持具は浮遊する。下側アンテナによる磁性体への誘導加熱により、ウエハを加熱する。電磁石の極性を周期的かつ円周列方向に連続的に変化させることで、支持具を回転させる。上側アンテナに高周波電力を印加して誘導プラズマを励起させる。強力に活性化された反応粒子によって、回転中のウエハに表面処理を施す。  【選択図】図１
2009110728.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
処理室内に搬入搬出自在であって、磁性体を有し、基板を支持する支持具と、
前記磁性体の磁場を制御し前記支持具を動かす電磁石と、
前記処理室外で前記支持具の両脇に配置される一対の誘導アンテナと、
を有する基板処理装置。
【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する。
詳しくは、活性化された粒子を基板に反応作用させることで、基板を処理する基板処理装置に関する。
例えば、半導体集積回路装置（以下、ＩＣという。）の製造方法において、ＩＣが作り込まれる半導体ウエハ（以下、ウエハという。）に処理を施すものに関する。
【背景技術】
【０００２】
ＩＣの製造方法においてウエハに処理を施す基板処理装置においては、ウエハ面内の処理均一性を高めるために、ウエハを処理室中に回転させる場合がある。
従来のこの種の基板処理装置としては、処理室内に回転軸を垂直に挿入し、回転軸の上端に支持具を水平に設置することにより、ウエハを載せた支持具を回転軸によって回転させるものがある。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、ウエハを載せた支持具を回転軸によって回転させる基板処理装置においては、回転が高速になると、ウエハや支持具が不安定になるために、高速回転で処理することが困難であるという問題点がある。
特に、ウエハに極めて薄い処理や浅い処理を施す場合に、高い処理均一性を確保することができない。
【０００４】
本発明の目的は、基板を高速回転させた場合であっても、高い処理均一性を確保することが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】
【０００５】
前記した課題を解決するための手段のうち代表的なものは、次の通りである。
処理室内に搬入搬出自在であって、磁性体を有し、基板を支持する支持具と、
前記磁性体の磁場を制御し前記支持具を動かす電磁石と、
前記処理室外で前記支持具の両脇に配置される一対の誘導アンテナと、
を有する基板処理装置。
【発明の効果】
【０００６】
前記した手段によれば、基板を高速回転させた場合であっても、高い処理均一性を確保することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
以下、本発明の一実施の形態を図面に即して説明する。
【０００８】
図１〜図４は本発明の実施の形態で好適に用いられる基板処理装置を示している。
【０００９】
本実施の形態に係る基板処理装置は、プラズマ基板処理装置として構成されており、アンテナを用いた誘導結合方式により高密度プラズマを生成可能なプラズマ源を用いて、強力に活性化（高エネルギー化）された反応粒子（電子、イオン、ラジカル等）を生成し、ウエハ等の基板を処理する。
この基板処理装置は、反応ガスの圧力を一定に維持可能な処理室に基板を配置し、誘導アンテナに高周波電力を供給することで、反応ガスのプラズマを励起させ、外部磁場の印加により、そのプラズマ励起領域２０４の分布を変化させる。
この基板処理装置は、プラズマ分布と基板の回転速度の組み合わせ制御により、基板面内の処理均一性を確保する。基板を支持する支持具の回転と加熱の機構に、磁気浮上方式と誘導加熱方式とをそれぞれ採用することで、支持具の状態を非接触で制御する。 
このようにして、本実施の形態に係る基板処理装置においては、強力に活性化された反応粒子を利用して、成膜やエッチング等といった、基板の表面処理を実施する。
【００１０】
図１に示されているように、本実施の形態に係る基板処理装置の処理室２００は、容器上蓋２０１、容器底蓋２０２、容器本体２０３によって構成されている。容器上蓋２０１および容器底蓋２０２は石英やアルミナ等の絶縁材料によって形成されており、容器本体２０３はアルミニウムによって形成されている。
容器上蓋２０１にはガス導入口１０８が開設されており、容器本体２０３にはガス排気口１０２とゲートバルブ１０９とが設けられている。ゲートバルブ１０９は処理基板としてのウエハ５００を処理室２００に搬入することができるとともに、処理室２００から搬出することができるように構成されている。
なお、容器本体２０３は浮遊電位（帯電）の発生を防ぐために接地されている。
【００１１】
ボンベ等の反応ガス供給源（図示せず）から供給される反応ガス１００は、ガス供給管１０７に沿って流量調節器１０１とバルブ１０５ａを通り、ガス導入口１０８から処理室２００に導入される。
導入された反応ガス１００および不純物ガス（粒子）は、ガス排気管１０４に沿って排気調節バルブ１０３とバルブ１０５とを通り、真空ポンプ１０６によってて最終的に排気される。このとき、流量調節器１０１と排気調節バルブ１０３とは反応ガスの圧力を制御する。
【００１２】
反応ガス１００によってプラズマを励起させるための誘導アンテナ４０１ａが、容器上蓋２０１の上に配置されている。誘導アンテナ４０１ａは渦巻き状または同心円状の平面型コイルによって構成されている。
この誘導アンテナ（以下、上側アンテナという。）４０１ａには高周波電力が交流電源４０２ａにより整合器４０３ａを介して供給される（図２参照）。整合器４０３ａはインピーダンスを整合させる。
また、上側アンテナ４０１ａはパルス電源４０４ａによってバイアスされることにより、縦方向（ｚ方向）にパルス電場を形成する。
【００１３】
処理室２００内にはウエハ５００を支持するための支持具５０２が配置されており、支持具５０２内には磁性体５０３が設置されている。
容器底蓋２０２の下には誘導アンテナ４０１ｂが配置されている。この誘導アンテナ（以下、下側アンテナという。）４０１ｂは渦巻き状または同心円状の平面型コイルによって構成されている。下側アンテナ４０１ｂは支持具５０２に包含された磁性体５０３に作用してウエハ５００を加熱する。
下側アンテナ４０１ｂには電力が交流電源４０２ｂにより整合器４０３ｂを介して供給される。整合器４０３ｂはインピーダンスを整合させる（図４参照）。
下側アンテナ４０１ｂはパルス電源４０４ｂによってバイアスされることにより、縦方向（ｚ方向）にパルス状の電場を形成する。
容器底蓋２０２には光学温度計測器５０４が設置されており、光学温度計測器５０４は磁性体５０３の温度を計測する。
【００１４】
図１に示されているように、容器本体２０３の上下には電磁石３０１ａ〜３０１ｘ（区別する必要がない場合には、電磁石３０１という。）と、磁場コイル３０２ａ，３０２ｂ（同じく、磁場コイル３０２という。）とが同心円状に配置されている。
磁場コイル３０２には直流電源３０３ａ，３０３ｂ（図２，図４参照）が接続されており、磁場コイル３０２は処理室２００に縦方向（ｚ方向）の磁場を与えることができ、 横方向（ｒ方向）のプラズマ分布を制御することができる。 
このときの磁場は支持具５０２に包含された磁性体５０３に磁力による引力作用を与えることもでき、磁場が強い場合には支持具５０２の回転の安定に寄与する。
【００１５】
電磁石３０１ａ〜３０１ｘは向かい合わせで対になっており、縦方向（ｚ方向) に互いに逆向きの極性をそれぞれ持ち、支持具５０２に包含された永久磁石５０１ａ〜５０１ｘ（同じく、永久磁石５０１という。）に対し、磁場による引力と斥力とを与えることで、 支持具５０２に浮遊と回転と静止とをもたらす。
例えば、永久磁石５０１の極性を数箇所だけ等間隔で反転しておき、それに合わせて電磁石３０１ａ〜３０１ｘの極性を反転しておくことで、支持具５０２に浮力を与えることができる。
さらに、電磁石３０１ａ〜３０１ｘの極性を周方向に連続的に時間変化させることにより、支持具５０２に回転を与えることができる。
【００１６】
支持具５０２は石英やアルミナ等の絶縁材料によって円板形状に形成されている。支持具５０２にはウエハ５００を収納するための凹状の窪みと、回転時に反応ガスや不純物ガス（粒子) の排気を補助するための羽が設けられている。
支持具５０２内には、縦方向に極性を持つ複数の扇型または台形型の永久磁石５０１と、鉄等からなる円盤状の磁性体５０３とが設けられている。
永久磁石５０１と電磁石３０１とは同心円に配置されており、永久磁石５０１は電磁石３０１に縦方向で挟まれるように配置されている。永久磁石５０１と電磁石３０１との間で生じる引力と斥力は、支持具５０２に浮遊と回転と静止とをもたらす。 
【００１７】
磁性体５０３は下側アンテナ４０１ｂからの誘導作用によって熱をもたらす。
パルス電源４０４ａ，４０４ｂにより上側アンテナ４０１ａと下側アンテナ４０１ｂとの間で形成されるパルス状の電場をウエハ５００に与えることで、ウエハ５００に生じる浮遊電位（または帯電）を緩和（または制御）し、ウエハ５００に入射する荷電粒子（電子またはイオン）の流量を制御することができ、このときの電場の分布とウエハ５００の位置関係によってウエハ５００の電位が決定される。
【００１８】
ウエハ５００の処理室２００に対する搬入および搬出は、支持具５０２の浮遊停止状態を利用して、搬送機構（図省略) により開放状態のゲートバルブ１０９を通って、ウエハ５００と支持具５０２が一体の状態で実施される。
【００１９】
図１に示されているように、本実施の形態に係る基板処理装置はコントローラ６００を備えている。
コントローラ６００は信号線Ａを通じて流量調節器１０１とバルブ１０５ａを制御し、信号線Ｂを通じて緋気調節バルブ１０３とバルブ１０５ｂと真空ポンプ１０６を制御し、信号線Ｃを通じてゲートバルブ１０９を制御し、信号線Ｄ、Ｆを通じて直流電源３０３ａ、３０３ｂを制御し、信号線Ｅ、Ｇを通じて誘導アンテナ４０１ａ、４０１ｂと交流電源４０２ａ、４０２ｂと整合器４０３ａ、４０３ｂとパルス電源４０４ａ，４０４ｂとを制御し、信号線Ｈ１、Ｈ２、・・・・Ｈ２３、Ｈ２４を通じて電磁石３０１ａ、３０１ｂ、・・・３０１ｗ、３０１ｘを制御し、信号線Ｉを通じて光学温度計測器５０４を制御する。
【００２０】
以上の構成に係る基板処理装置を用いて、半導体デバイス（ＩＣ）の製造工程の一工程として、ウエハ５００に対し表面処理を施す方法について説明する。
この際、コントローラ６００は信号線で接続された各構成部を制御する。
【００２１】
ウエハ５００を載せた支持具５０２は処理室２００内の所定位置に、開放されゲートバルブ１０９から搬送機構（図示せず）によって搬送される。
電磁石３０１によって磁力を与えることで、支持具５０２は浮遊した状態で搬入を終える。このとき、搬送機構は処理室２００の外部に退避する。ゲートバルブ１０９が密閉されている状態で、処理室２００の圧力は０．００１Ｐａ以下に維持される。
【００２２】
下側アンテナ４０１ｂによる磁性体５０３への誘導加熱により、ウエハ５００を室温（２５℃）から５００℃の範囲内で所定温度に加熱する。
ウエハ５００の温度が安定したら、流量調節器１０１により５０ｓｃｃｍから５０００ｓｃｃｍの範囲内で所定のガス流量に調節された反応ガスが、ガス導入口１０８から処理室２００に導入される。
真空ポンプ１０６と排気調節バルブ１０３とは処理室２００の圧力を０．０５Ｐａから５００Ｐａの範囲内の所定圧力に維持する。
電磁石３０１ａ〜３０１ｘの極性を各電磁石３０１ａ〜３０１ｘによって周期的かつ各電磁石３０１ａ〜３０１ｘの円周列方向で連続的に変化させることで、支持具５０２に回転運動を与える。このときの回転数は５ｒｐｍ〜５００ｒｐｍ範囲内で所定回転数を維持する。
【００２３】
交流電源４０２ａから整合器４０３ａを介して、上側アンテナ４０１ａに高周波電力を印加して誘導プラズマを励起させる。このとき、上側アンテナ４０１ａに印加する電力は５０Ｗから５ｋＷの範囲内で所定電力を維持する。 
同時に、磁場コイル３０２の磁場強度は、５ガウスから５００ガウスの範囲内で所定の強度を与える。 
上下のアンテナ４０１ａ、４０１ｂに接続されているパルス電源４０４ａ、４０４ｂにより、ウエハ５００に入射する荷電粒子（特にイオン) を所望の流量に制限する。
【００２４】
強力に活性化（高エネルギー化) された反応粒子（電子、イオン、ラジカル等) によって、ウエハ５００の表面処理が実施される。 
表面処理が終わったウエハ５００は、搬送機構（図示せず）を用いて搬入と逆の手順で処理室２００の外部へ搬出される。
【００２５】
以上説明したように、本実施の形態によれば、ウエハを支持する支持具の外周部に配置された磁石と電磁石とにより、回転軸を使用しないで容易に高速回転運動をウエハに与えることができ、さらに、コイル磁場によるプラズマ分布の制御と組み合わせることで、高い表面処理能力を発揮することができる。
【００２６】
本発明の良好な実施形態を付記する。
（１）基板を支持して運動可能な支持具と、
前記支持具を運動させる電磁石および永久磁石と、
前記支持具を加熱する加熱部と、
粒子を活性化させる粒子活性部と、
前記基板を支持した前記支持具を収容し前記粒子を留める容器と、を備えており、
前記容器中に磁場と電場とを形成して前記支持具を運動させ、かつ、前記活性化させた粒子を前記基板に反応作用をさせることで、前記基板を処理する基板処理装置。
（２）前記支持具は、前記基板を収納するための凹部と、前記粒子の排気を促すための凸部と、磁性体とを有し、前記容器内と外部との間で前記基板の搬送を行う際と、前記基板を処理する際に使用し、前記磁性体と前記電磁石および前記永久磁石との物理的作用により支持と運動とを受けることを特徴とする前記（１）記載の基板処理装置。 
（３）前記電磁石および永久磁石により、前記支持具の磁性体に対して該磁場による物理的作用を与えることで、非接触で前記支持具に支持と運動を与えること特徴とする前記（１）記載の基板処理装置。
（４）前記加熱部は、前記磁場を発生する磁場源を有し、前記支持具の磁性体の電子に対し、前記磁場による誘導作用を与えることで、前記電子を活性化させ、非接触で前記支持具を加熱することを特徴とする前記（１）記載の基板処理装置。
（５）前記粒子活性部は、前記磁場を発生する磁場源を有し、電荷をもつ粒子に対し前記磁場による誘導作用を与えることで、前記粒子を活性化させ、さらに、前記磁場と前記電場にて荷電粒子に運動作用を与えることを特徴とする前記（１）記載の基板処理装置。
（６）支持具に基板を供給して支持させる工程と、
前記基板を支持した前記支持具を容器内に搬入する工程と、
前記支持具に支持と運動を与える工程と、 
前記支持具により排気を促す工程と、 
磁場と電場により荷電粒子に物理的作用を与える工程と、
前記支持具と前記支持作用具と前記粒子活性具により前記基板を処理する工程と、
前記支持具と前記粒子活性具と磁場と電場とにより前記基板を処理する工程と、 
前記基板を支持した前記支持具を前記容器より搬出する工程と、 
前記支持具から基板を回収する工程と、 
を有することを特徴とする半導体装置の製造方法。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明の一実施の形態に係る基板処理装置を示す側面断面図である。
【図２】図１のII−II線に沿う断面図である。
【図３】図１のIII −III 線に沿う断面図である。
【図４】図１のIV−IV線に沿う断面図である。
【符号の説明】
【００２８】
１００  反応ガス
１０１  流量調節器
１０２  ガス排気口
１０３  排気調節バルブ
１０４  ガス排気管
１０５  バルブ
１０６  真空ポンプ
１０７  ガス供給管
１０８  ガス導入口
１０９  ゲートバルブ
２００  処理室
２０１  容器上蓋
２０２  容器底蓋
２０３  容器本体
２０４  プラズマ励起領域
３０１  電磁石
３０２  磁場コイル
３０３  直流電源
４０１  誘導アンテナ
４０２  交流電源
４０３  整合器
４０４  パルス電源
５００  基板
５０１  永久磁石
５０２  支持具
５０３  磁性体
５０４  光学温度計測器
６００  コントローラ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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