JP2000311798A - マイクロ波プラズマ装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 本発明は、マイクロ波による高真空ポンプ
の動作制御不良を防止視して高真空ポンプによる均一な
排気を実現するマイクロ波プラズマ処理装置を提供する
ことを例示的な目的とする。 【解決手段】 本発明のマイクロ波プラズマ装置は、処
理室に固定されて、マイクロ波源から導入されるマイク
ロ波の高真空ポンプへの侵入を防止するマイクロ波阻止
部材を有する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、マイクロ波プラズ
マ処理装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、半導体製品の高密度化及び高微細
化に伴い、半導体製品の製造工程において、成膜、エッ
チング、アッシング等の処理のためにプラズマ処理装置
が使用される場合がある。例えば、典型的なマイクロ波
プラズマ装置においては、２．４５ＧＨｚ程度のマイク
ロ波がスロット電極を通過し、半導体ウェハやＬＣＤ基
板などの被処理体が配置され、ポンプで減圧環境下に維
持された処理室内に導入される。一方、反応ガスも処理
室に導入され、マイクロ波によってプラズマ化され、活
性の強いラジカルとイオンとなり、これが被処理体と反
応して成膜処理やエッチング処理などが行われる。

【０００３】従来のマイクロ波プラズマ装置の概略ブロ
ック図を図１２に簡略的に示す。マイクロ波プラズマ装
置１は、同図に示すように、被処理体Ｗを載置している
サセプタ４を収納する処理室２を有している。サセプタ
４にはロッド６が接続され、処理室２の底部には減圧環
境を維持すると共に処理室２の雰囲気が処理室２の外部
に流出するのを防止するベローズ８が設けられている。
処理室２外部には、ロッド６を介してサセプタ４を昇降
させる昇降機構１０と、高真空ポンプ１２と、処理室２
にマイクロ波を供給するマイクロ波源１４とが設けられ
ている。

【０００４】図１２に示すマイクロ波プラズマ装置１
は、昇降機構１０がサセプタ４を上下に昇降することが
できるので、被処理体Ｗのプロセス速度を調節（即ち、
プロセス条件を確保）できるという特長を有している。
処理室２の底部には、高真空ポンプ１２が配管を介さず
に接続されており、処理室に配管を介して油圧ポンプな
どを接続していた構造に比べて処理室２の高真空、高減
圧環境を形成する上では優れている。高真空、高減圧環
境は、高密度プラズマを達成して高品質の処理を行う上
で不可欠である。高真空ポンプ１２は、処理室２の底部
近傍に斜方又は側方にほぼ対称に２つ又はそれ以上設け
られており、排気を均一にするように企図されている。
排気を均一にする主たる理由は処理室２内のプラズマ密
度を均一に保つためである。なぜなら、部分的にプラズ
マ密度が集中すれば、部分的に被処理体Ｗの処理深さが
変化してしまうからである。

【０００５】その後、マイクロ波源１４から導入された
マイクロ波により図示しない反応ガスがプラズマ化さ
れ、活性の強いラジカルとイオンとなり、これが被処理
体Ｗと反応して成膜処理やエッチング処理などが行われ
る。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかし、図１２に示さ
れるマイクロ波プラズマ装置１においては、被処理体Ｗ
が処理される空間（処理空間）からマイクロ波が下部の
高真空ポンプに漏れて動作制御不良を引き起こすという
問題があった。特に、反応ガスがプラズマ化される前に
おいて、大量のマイクロ波が高真空ポンプに侵入すると
制御不良など破壊や損傷を引き起こす場合がある。ま
た、高真空ポンプがかかる動作不良により処理室を均一
に排気できなくなるという問題も有していた。

【０００７】そこで、このような課題を解決する新規か
つ有用なマイクロ波プラズマ処理装置を提供することを
本発明の概括的目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明の例示的一態様で
あるマイクロ波プラズマ装置は、被処理体に所定のプラ
ズマ処理を行う処理室と、前記処理室に接続されて当該
処理室に前記所定のプラズマ処理に使用されるマイクロ
波を供給するマイクロ波源と、前記処理室に設けられた
高真空ポンプと、前記処理室に固定されて前記高真空ポ
ンプへの前記マイクロ波の侵入を防止するマイクロ波阻
止部材とを有する。かかるマイクロ波プラズマ装置によ
れば、マイクロ波阻止部材が高真空ポンプへのマイクロ
波の侵入を防止する。

【０００９】

【発明の実施の形態】以下、添付図面を参照して、プラ
ズマＣＶＤ装置として使用される本発明の例示的なマイ
クロ波プラズマ装置１００について説明する。なお、各
図において同一の参照符号は同一部材を表している。こ
こで、図１は、マイクロ波プラズマ装置１００の概略ブ
ロック図である。本実施例のマイクロ波プラズマ装置１
００は、半導体ウェハ基板やＬＣＤ基板などの被処理体
Ｗを載置しているサセプタ１０４を収納する処理室１０
２と、処理室１０２に接続されている高真空ポンプ１０
８と、マイクロ波源１１０と、アンテナ部材１２０と、
サセプタ昇降系１３０と、リフタピン昇降系１４０と、
反応ガス供給系１５０と、ビューポート１６０と、クラ
スターツール１７０と、マイクロ波阻止部材２８０とを
有している。なお、プラズマ処理装置１００の制御系に
ついては図示が省略されている。

【００１０】処理室１０２は、側壁や底部がアルミニウ
ムなどの導体により構成されて、全体が断面的に凸状に
成形されている。この点で、処理室１０２の底面積は図
１２に示す従来の処理室２の底面積よりも拡大されてい
る。また、処理室１０２の内部は高真空ポンプ１０８に
より所定の減圧又は真空密閉空間に維持されることがで
きる。処理室１０２内には、サセプタ１０４とその上に
被処理体Ｗが支持されている。なお、図１においては、
被処理体Ｗを固定する静電チャックやクランプ機構など
は便宜上省略されている。

【００１１】サセプタ１０４は、処理室１０２内で被処
理体Ｗの温度制御を行う。例えば、ＣＶＤプロセスであ
れば約４５０℃に、エッチングプロセスであれば少なく
とも８０℃以下に維持される。いずれの場合にしろ、被
処理体Ｗには不純物としての水分が付着しないような温
度に設定される。温度制御方法は、後述するように、温
度センサとヒータ装置を利用するなど、当業界で知られ
たいずれの方法をも利用することができる。

【００１２】選択的に、サセプタ１０４は、図５及び図
６に示すように、段差１９３を有するサセプタ１９２に
置換されてバッフル板（又は整流板）１９４を段差１９
３に載置してもよい。ここで、図５はサセプタ１９２と
バッフル板１９４と被処理体Ｗの関係を示す断面図であ
る。また、図６は、サセプタ１９２とバッフル板１９４
と被処理体Ｗの関係を示す平面図である。

【００１３】この場合、サセプタ１９２はバッフル板１
９４と共に昇降することになる。但し、この条件は必ず
しも必要不可欠ではない。例えば、バッフル板１９４
は、選択的に、後述するプロセスポジションに移動した
サセプタ１９２と係合するように構成されてもよい。バ
ッフル板１９４は被処理体Ｗが存在する処理空間とその
下の排気空間を分離して、主として、処理空間の電位を
確保（即ち、マイクロ波を処理空間に確保）すると共に
真空度（例えば、５０ｍＴｏｒｒ）を維持する機能を有
する。バッフル板１９４は、例えば、純アルミニウム製
で図６に示すように中空のディスク形状を有する。バッ
フル板１９４は、例えば、厚さ２ｍｍを有し、径２ｍｍ
程度の孔１９６をランダムに多数（例えば、開口率５０
％以上）有する。なお、選択的に、バッフル板１９４は
メッシュ構造を有していてもよい。必要があれば、バッ
フル板１９４は排気空間から処理空間への逆流を防止し
たり、処理空間と排気空間の差圧をとったりする機能を
有していてもよい。

【００１４】処理室１０２の側壁には、反応ガス供給系
１５０の石英パイプ製ガス供給ノズル１５８が設けら
れ、このノズル１５８は、ガス供給路１５６によりマス
フローコントローラ１５４及び開閉弁１５２を介して反
応ガス源１５１に接続されている。例えば、窒化シリコ
ン膜を堆積させようとする場合には、反応ガスとして所
定の混合ガス（即ち、ネオン、キセノン、アルゴン、ヘ
リウム、ラドン、クリプトンのいずれかにＮ２とＨ２を
加えたもの）にＮＨ３やＳｉＨ４ガスなどを混合したも
のが選択されることができる。なお、反応ガス供給系１
５０の配置を変形した例については後述する。

【００１５】高真空ポンプ１０８は、例えば、ターボ分
子ポンプ（ＴＭＰ）により構成され、圧力調整バルブ１
０６を介して処理室１０２に接続されている。圧力調整
バルブ１０６はコンダクタンスバルブ、ゲートバルブ又
は高真空バルブなどの名称で当業界では周知である。圧
力調整バルブ１０６は不使用時に閉口され、使用時に処
理室１０２の圧力を高真空ポンプ１０８によって真空引
きされた所定の圧力（例えば、０．１乃至数１０ｍＴｏ
ｒｒ）に保つように開口される。

【００１６】また、本実施例では、均一な排気を達成す
るために、圧力調整バルブ１０６の最大開口面積Ｓ１
は、図１に示す処理室１０８の紙面と垂直な平面との断
面積であってプラズマ装置１００の構成要素（例えば、
後述する昇降部材１３２など）により占有されていない
部分の断面積（即ち、処理室１０２内の最小の雰囲気の
断面積）Ｓとの関係において、Ｓ１＜Ｓが維持されてい
る。

【００１７】なお、図１に示すように、本実施例によれ
ば、高真空ポンプ１０８は処理室１０２に直接接続され
ている。ここで、「直接接続」とは、配管を介さない
で、という意味であり、圧力調整バルブ１０６が介在す
ることは問わない。

【００１８】高真空ポンプ１０８は、サセプタ１０２の
ほぼ直下において処理室１０２の底部に接続されている
ので、処理室１０２を均一に排気することができる。こ
れにより、プラズマ密度を均一に保つことができ、部分
的にプラズマ密度が集中して部分的に被処理体Ｗの処理
深さが変化することを防止することができる。また、図
１２に示す従来のプラズマ装置１のように複数の高真空
ポンプを設ける必要がないので装置の大型化と高価格化
を防止することができる。

【００１９】次に、図１、図１０及び図１１を参照し
て、マイクロ波阻止部材２８０について説明する。マイ
クロ波阻止部材２８０は、基板２８２を有し、当該基板
２８２は圧力調整バルブ１０６の前にボルト２８４とナ
ット２８４で処理室１０２の内に固定されている。もち
ろん、選択的に、処理室１０２の外部に基板２８２を配
置して外部から処理室１０２に対して基板２８２を固定
してもよい。

【００２０】基板２８２は、図１１に示すように、その
周囲が複数のボルト２８４により処理室１０４に固定さ
れており、中央部には多数の孔２８８がランダムに又は
所定の配置で形成されている。基板２８２は、湾曲させ
ることにより熱膨張によるひずみを吸収し、パーティク
ル発生を防止する。基盤２８２は、例えば、パンチング
メタルで構成されている。孔２８８の径は、透過を許容
するマイクロ波の高調波によって決定することができ
る。例えば、周波数２．４５ＧＨｚマイクロ波の第５次
高調波（即ち、基本周波数２．４５ＧＨｚの５倍の周波
数である１２．２５ＧＨｚを有するもの）まで透過を防
止しようとすれば、その波長１２２．５ｍｍを５で除し
て、（１２２．５／５／４＝）約６ｍｍ以下の孔径に設
定すればよい。なお、高調波の次数は５に限定されず、
一般に、所望の数ｎにまで拡張することができることは
いうまでもない。

【００２１】また、一以上のナット２８６はグラウンド
（ＧＤ）されており、これにより基板２８２の電位を維
持している。グラウンドは基板２８２の側部をアースし
て行ってもよいので、かならずしもナットにより行う必
要はない。基板２８２は、上下どちらかに湾曲されてい
ることが好ましい。但し、これは基板２８２の必要不可
欠の要件ではない。

【００２２】マイクロ波阻止部材２８０は、マイクロ波
とその高調波が高真空ポンプ１０８に侵入することを防
止している。特に、反応ガスがプラズマ化される前に
は、大量のマイクロ波がマイクロ波源１１０から処理室
１０２に導入されるので、マイクロ波阻止材２８０はか
かるマイクロ波の侵入を防止することによって高真空ポ
ンプ２８０が制御不能など破壊、損傷することを防止し
ている。一方、マイクロ波阻止部材２８０は、高真空ポ
ンプ１０８による真空引きを阻害せず、また、処理室１
０４のコンダクタンス（減圧環境）を維持する機能を有
している。マイクロ波２８０は、後述するバッフル板１
９４の有無に拘らず、高真空ポンプ２８０を保護してい
る。

【００２３】マイクロ波源１１０は、例えば、マグネト
ロンからなり、通常２．４５ＧＨｚのマイクロ波（例え
ば、５ｋＷ）を発生することができる。マイクロ波は、
その後、図示しないモード変換器により伝送形態がＴ
Ｍ、ＴＥ又はＴＥＭモードなどに変換される。なお、図
１では、発生したマイクロ波がマグネトロンへ戻る反射
波を吸収するアイソレータや、負荷側とのマッチングを
とるためのＥＨチューナ又はスタブチューナは省略され
ている。

【００２４】アンテナ部材１２０は、図２により詳細に
示すように、温調板１２２と、収納部材１２３と、誘電
板１２６とを有している。温調板１２２は、温度制御装
置１２１に接続され、収納部材１２３は、遅波材１２４
と遅波材１２４に接触するスロット電極１２５とを収納
している。また、スロット電極１２５の下部には誘電板
１２６が配置されている。収納部材１２３には熱伝導率
が高い材料（例えば、ステンレス）が使用されており、
その温度は温調板１２２の温度とほぼ同じ温度に設定さ
れる。

【００２５】遅波材１２４には、マイクロ波の波長を短
くするために所定の誘電率を有すると共に熱伝導率が高
い所定の材料が選ばれる。処理室１０２に導入されるプ
ラズマ密度を均一にするには、スロット電極１２５に多
くのスリットを形成する必要があり、遅波材１２４は、
スロット電極１２５に多くのスリットを形成することを
可能にする機能を有する。遅波材１２４としては、例え
ば、アルミナ系セラミック、ＳｉＮ、ＡｌＮを使用する
ことができる。例えば、ＡｌＮは比誘電率εｔが約９で
あり、波長短縮率ｎ＝１／（εｔ）１／２＝０．３３で
ある。これにより、遅波材１２４を通過したマイクロ波
の速度は０．３３倍となり波長も０．３３倍となり、ス
ロット電極１２５のスリット間隔を短くすることがで
き、より多くのスリットが形成されることを可能にして
いる。

【００２６】スロット電極１２５は、遅波材１２４にね
じ止めされており、例えば、直径５０ｃｍ、厚さ１ｍｍ
以下の円筒状銅板から構成される。スロット電極１２５
は、図３に示すように、中心から少し外側へ、例えば、
数ｃｍ程度離れた位置から開始されて多数のスリット２
００が渦巻状に次第に周縁部に向けて形成されている。
図３においては、スリット２００は、２回渦巻されてい
る。本実施例では、略Ｔ字状にわずかに離間させて配置
した一対のスリット２０２及び２０４を組とするスリッ
ト対を上述したように配置することによってスリット群
を形成している。各スリット２０２、２０４の長さＬ１
はマイクロ波の管内波長λの略１／２から自由空間波長
の略２．５倍の範囲内に設定されると共に幅は１ｍｍ程
度に設定され、スリット渦巻の外輪と内輪との間隔Ｌ２
は僅かな調整はあるが管内波長λと略同一の長さに設定
されている。即ち、スリットの長さＬ１は、次の式で示
される範囲内に設定される。

【００２７】

【数１】

【００２８】このように各スリット２０２、２０４を形
成することにより、処理室１０２には均一なマイクロ波
の分布を形成することが可能になる。渦巻状スリットの
外側であって円盤状スロット電極１２５の周縁部にはこ
れに沿って幅数ｍｍ程度のマイクロ波電力反射防止用放
射素子２０６が形成されている。これにより、スロット
電極１２５のアンテナ効率を上げている。なお、本実施
例のスロット電極１２５のスリットの模様は単なる例示
であり、任意のスリット形状（例えば、Ｌ字状など）を
有する電極をスロット電極として利用することができる
ことはいうまでもない。

【００２９】温度制御装置１２１は、マイクロ熱による
収納部材１２３及びこの近傍の構成要素の温度変化が所
定の範囲になるように制御する機能を有する。温度制御
装置１２１は、図示しない温度センサとヒータ装置とを
温調板１２２に接続し、温調板１２２に冷却水や冷媒
（アルコール、ガルデン、フロン等）を導入することに
より温調板１２２の温度を所定の温度に制御する。温調
板１２２は、例えば、ステンレスなど熱伝導率がよく、
冷却水などが流れる流路を内部に加工しやすい材料が選
択される。温調板１２２は収納部材１２３に接触してお
り、収納部材１２３と遅波材１２４は熱伝導率が高い。
この結果、温調板１２２の温度を制御することによって
遅波材１２４とスロット電極１２５の温度を制御するこ
とができる。遅波材１２４とスロット電極１２５は、温
調板１２２などがなければ、マイクロ波源１１０の電力
(例えば、５ｋＷ)を長時間加えることにより、遅波材１
２４とスロット電極１２５での電力ロスから電極自体の
温度が上昇する。この結果、遅波材１２４とスロット電
極１２５が熱膨張して変形する。

【００３０】例えば、スロット電極１２５は、熱膨張に
より最適なスリット長さが変化して後述する処理室１０
２内における全体のプラズマ密度が低下したり部分的に
プラズマ密度が集中したりする。全体のプラズマ密度が
低下すれば被処理体Ｗの処理速度が変化する。その結
果、プラズマ処理が時間的に管理して、所定時間（例え
ば、２分）経過すれば処理を停止して被処理体Ｗを処理
室１０２から取り出すというように設定した場合、全体
のプラズマ密度が低下すれば所望の処理深さ（エッチン
グ深さや成膜厚さ）が被処理体Ｗに形成されていない場
合がある。また、部分的にプラズマ密度が集中すれば、
部分的に被処理体Ｗの処理深さが変化してしまう。この
ようにスロット電極１２５が温度変化により変形すれば
プラズマ処理の品質が低下する。

【００３１】更に、温調板１２２がなければ、遅波材１
２４とスロット電極１２５の材質が異なり、また、両者
はねじ止めされているから、スロット電極１２５が反る
ことになる。この場合も同様にプラズマ処理の品質が低
下することが理解されるであろう。

【００３２】誘電板１２６はスロット電極１２５と処理
室１０２との間に配置されている。スロット電極１２５
と誘電板１２６は、例えば、ロウにより強固にかつ機密
に面接合される。代替的に、焼成されたセラミック製の
誘電板１２６の裏面に、スクリーン印刷などの手段によ
り銅薄膜を、スリットを含むスロット電極１２５の形状
にパターン形成して、これを焼き付けるように銅箔のス
ロット電極１２５を形成してもよい。なお、温調板１２
２の機能を誘電板１２６に持たせてもよい。即ち、誘電
板１２６の側部周辺に流路を有する温調板を誘電板１２
６に一体的に取り付けることによって誘電板１２６の温
度を制御し、これによって遅波材１２４とスロット電極
１２５とを制御することができる。誘電板１２６は例え
ばオーリングにより処理室１０２に固定されている。従
って、代替的に、オーリングの温度を制御することによ
り誘電板１２６、そしてこの結果、遅波材１２４とスロ
ット電極１２５の温度を制御するように構成してもよ
い。誘電板１２６は、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）など
からなり、減圧又は真空環境にある処理室１０２の圧力
がスロット電極１２５に印加されてスロット電極１２５
が変形したり、スロット電極１２５が処理室１０２に剥
き出しになってスパッタされたり銅汚染を発生したりす
ることを防止している。必要があれば、誘電板１２６を
熱伝導率の低い材質で構成することによって、スロット
電極１２５が処理室１０２の温度により影響を受けるの
を防止してもよい。

【００３３】次に、サセプタ昇降系１３０について説明
する。サセプタ昇降系１３０は、昇降部材１３２と、ベ
ローズ１３４と、昇降装置１３６とを有している。昇降
部材１３２は、例えば、アルミニウムから構成された一
部材として構成される。もちろん、これに限らず選択的
にヒンジ構造その他の機械的構造を採用してもよいが、
潤滑油などの使用により処理室１０２内の汚染源になら
ないように注意する必要がある。

【００３４】昇降部材１３２は一端がサセプタ１０４に
接続されており、他端は、昇降装置１３６に接続されて
いる。昇降部材１３２は、ほぼ垂直な垂直部１３２ａ及
び１３２ｃと、ほぼ水平な水平部１３２ｂ及び１３２ｄ
を有し、断面は例示的に円形である。昇降装置１３６に
より昇降されることによりサセプタ１０４を昇降するも
のである。昇降部材１３２の昇降装置１３２との接続部
位は、図１においては１３２ｄの端部になっているた
め、昇降装置１３６は図１に示す右側部に沿って部位１
３２ｄを昇降させる。しかし、処理室１０２は凸形状を
有して底面積が図１２に示す従来の処理室２のそれより
も拡大されているので、高真空ポンプ１０８の配置を妨
げない限り昇降装置１３６は処理室１０２の側部ではな
く下部に配置されてもよい。その場合は、昇降装置１３
６は垂直部１３２ｃに接続されることになる。また、選
択的に、１３２ｄを更に垂直下向きに曲げて、かかる垂
直部と昇降装置１３６を接続してもよい。

【００３５】本実施例は、このように、昇降装置１３６
を処理室１０２の底部中央に配置する代わりに高真空ポ
ンプ１０８を処理室１０２の底部中央に配置している。
なぜなら、高真空ポンプ１０８は処理室１０２の均一な
排気のために処理室１０８の底部中央に配置されなけれ
ばならないが、昇降装置１３６は高品質なプラズマ処理
を達成するのに必ずしも処理室１０８の低部中央に配置
される必要はないからである。その一方、ベローズ１３
４は処理室１０２の底部に設けられ、ベローズ１３４の
開口方向と昇降部材１３４（１３４ｃ）の移動方向は一
致するように構成されている。これにより、ベローズ１
３４は処理室１０２内の減圧環境を維持することができ
ると共に処理室１０２の雰囲気が外部に流出するのを防
止することができる。かかる条件を満足する限り、例え
ば、昇降部材１３２の部位１３２ｂをサセプタ１０４の
側部に接続するなどの変形が可能であることが理解され
るであろう。昇降装置１３６は、機械的手段、電気的手
段、磁気的手段、光学的手段又はこれらの結合など当業
界で周知の方法を使用して昇降部材１３２をその昇降量
を制御可能に昇降させることができる。昇降量の制御に
おいて、（例えば、フォトダイオードなどの）光センサ
を含む周知のセンサ手段を利用することができることは
いうまでもない。

【００３６】サセプタ１０４は、昇降装置１３６によ
り、例えば、ホームポジションとプロセスポジションの
間を昇降する。サセプタ１０４はプラズマ装置１００の
オフ時や待機時にホームポジションに配置され、また、
ホームポジションにおいて、サセプタ１０４は後述する
クラスターツール１７０からゲートバルブ１７９を介し
て被処理体Ｗの受け渡しを行うが、選択的に、サセプタ
１０４にはゲートバルブ１７０と連絡するために、受け
渡しポジションが設定されてもよい。サセプタ１０４の
昇降距離は図示しない昇降装置１３６の制御装置又はプ
ラズマ装置１００の制御装置によって制御することがで
きるし、後述するビューポート１６０からも目視するこ
とができる。

【００３７】次に、リフタピン昇降系１４０について説
明する。リフタピン昇降系１４０は、昇降部材１４２
と、ベローズ１４４と、昇降装置１４６を含んでいる。
昇降部材１４２は、例えばアルミニウムから構成され、
例えば正三角形の頂点に配置された垂直に延びる３本の
リフタピンに接続されている。かかるリフタピンは、サ
セプタ１０４内部を貫通して被処理体Ｗを支持してサセ
プタ１０４上で昇降させることができる。被処理体Ｗの
昇降は、被処理体Ｗを後述するクラスターツール１７０
から処理室１０２に導入する際に、及び、プロセス後の
被処理体Ｗをクラスターツール１７０に導出する際に行
われる。本実施例では、リフタピン昇降系１４０に使用
されるベローズ１４４も処理室１０２の底部に設けら
れ、ベローズ１４４の開口方向と昇降部材１４２の移動
方向は一致するように構成されている。これにより、ベ
ローズ１４４は処理室１０２内の減圧環境を維持するこ
とができると共に処理室１０２の雰囲気が外部に流出す
るのを防止することができる。

【００３８】昇降装置１４６は、サセプタ１０４が所定
位置（例えば、ホームポジション）にあるときにのみリ
フタピンの昇降を許容するよう構成されてもよい。ま
た、リフタピンの昇降距離は図示しない昇降装置１４６
の制御装置又はプラズマ装置１００の制御装置によって
制御することができるし、後述するビューポート１６０
からも目視することができる。

【００３９】反応ガス供給系１５０は、上述したよう
に、処理室１０２の側壁にノズル１５８を設けて側部か
ら反応ガス（処理ガス）を供給する構造であるため、処
理ガスが被処理体Ｗの上面を横切ったり、あるいは、ノ
ズル１５８をサセプタ１０４の中心に関する点対称の位
置に設けたとしても、被処理体Ｗ上面で反応ガスの密度
が均一でなく均一なプラズマ密度を確保できないおそれ
がある。これを解決するためにサセプタ１０４の上方に
電界を乱さないようなガラス管製のシャワーヘッド構造
を設置することも考えられるが、従来のシャワーヘッド
では、ヘッド構造内でプラズマが発生する恐れがあり実
用的ではない。そこで、本発明者らはかかる問題を解決
するような新規なシャワー板２２０を考案した。

【００４０】以下、図７及び図８を参照して、代替的な
シャワー板２２０について説明する。図７は、シャワー
板２２０の拡大断面図である。図８は、図７に示すシャ
ワー板２２０のノズル２２２の拡大断面図である。シャ
ワー板２２０は誘電板２２６に取り付けられる。ここ
で、誘電板２５０は、図２に示す誘電板１２６に代替す
るものであり、例えば、厚さ３０ｍｍを有し、窒化アル
ミニウム（ＡｌＮ）により構成される板形状を有する。
誘電板２５０は、それぞれガス供給路１５６に接続され
るガス導入口２５２と２５４とを有している。この場
合、図１に示すノズル１５８は取り除かれ、ガス供給路
１５６からガス導入口２５２及び２５４に反応ガスが導
入されることになる。一対のガス導入口２５２及び２５
４が設けられているのは、シャワー板２２０のノズル２
２２に取り付けられた噴出部材２３０から均一な密度で
反応ガスを処理室１０２に導入するためである。従っ
て、均一なガス導入密度が確保される限り、誘電板２５
０に設けられるガス導入口の位置及び数は限定されな
い。好ましくは、ガス導入口２５２及び２５４の配置は
対称性を有する。誘電板２５０は、シャワー板２２０の
ノズル２２２上部に円筒形の凹部２５６を有する。

【００４１】シャワー板２２０は、例えば、厚さ６ｍｍ
の薄板形状を有して、ＡｌＮから構成される。シャワー
板２２０は、所定の均一な配置で多数の（例えば、１０
個以上、２０個、４０個などの）ノズル２２２を形成し
ている。図７に示すように、各ノズル２２２には噴射部
材２３０が取り付けられている。噴射部材２３０は、ね
じ（２３２及び２３４）とナット２３６から構成されて
いる。噴出部材２３０は、選択的に、シャワー部材２２
０と全部又は部分的に一体的に構成されてもよい。

【００４２】ねじは、ねじ頭部２３２とねじ胴部２３４
から構成されている。ねじ頭部２３２は約２ｍｍの高さ
を有し、その内部には一対の噴射流路２３９がシャワー
板２２０の下面２２６に対して±４５度の角度でそれぞ
れ形成されている。各噴射流路２３９は、後述する流路
２３８から分岐しており、例えば、０．１ｍｍ径を有す
る。噴射流路２３９は反応ガスの均一な噴射を達成する
ためにこのように傾斜されており、この目的が達成され
る限り、その角度及び個数は問わない。なお、本発明者
らの実験によれば、シャワー板２２０の下面２２６に対
して９０度に（即ち、垂直に）設定された一の噴射流路
２３９は処理室１０２内において均一な噴射を成功裡に
達成しなかったので図８に示すように傾斜していること
が好ましい。流路２３８は、例えば、１ｍｍ径を有し、
誘電板２５０とシャワー板２２０との間に形成された空
隙部２４０に接続されている。ナット２３６は、ねじ胴
部２３４の端部と係合し、誘電板２５０の凹部２５６に
収納される。

【００４３】空隙部２４０は、プラズマが発生を抑制す
る薄い空間である。プラズマの発生を抑制するのに必要
な厚さは、圧力によって変化し、例えば、圧力１０Ｔｏ
ｒｒの下では厚さは約０．５ｍｍに設定される。また、
この場合、シャワー板２２０下の処理室１０２の処理空
間は約５０ｍＴｏｒｒに設定される。このように空隙部
２４０と処理空間との間に圧力差を設けて反応ガスを所
定の速度で導入している。

【００４４】本実施例のシャワー板２２０によれば、反
応ガスはプラズマを発生せずに処理空間に均一且つ流量
制御良く導入される。流量制御は、空隙部２４０と処理
空間との間に圧力差、噴射流路２３９の数、角度、大き
さなどにより行うことができる。例えば、ノズル２２２
に詰め物をしてその詰め物の表面を介して反応ガスを噴
射することも考えられる。しかし、かかる構造では詰め
物とノズルとの間隔を制御するのが困難で、詰め物が取
れたり、詰め物が完全にノズルを塞いだりするため、正
確な流量制御が難しい。従って、本実施例のシャワー板
２２０は、このような構造に比べて優れている。

【００４５】次に、ビューポート（覗窓）１６０につい
て図４を参照して説明する。ここで、図４は、本実施例
のビューポート１６０の構造と処理室１０２への取付を
説明するための概略斜視図である。ビューポート１６０
は、処理室１０２の壁に取り付けられて被処理体Ｗの様
子を観察測定するためのガラス等からなる窓である。従
来は、ビューポート１６０の開口を処理室１０２の内部
からパンチングメタルによりねじ止めすることによって
形成していた。パンチングメタルは、処理室１０２の内
面に接触して内部電位を均一に保つ等の効果を有する。
しかし、パンチングメタルを処理室１０２の内部からね
じ止めすることは煩雑であった。

【００４６】そこで、本実施例では、図４に示すよう
に、ビューポート１６０は処理室１０２に設けられた開
口１０３Ａに嵌合可能で、パンチングメタル１６２と取
付部１６４とを有する。取付部１６４は金属製で、一対
の針金状の垂直部１６５と一対の止め部１６６とを有
し、図３に示す矢印方向に（即ち、互いに広がるよう
に）弾性的に付勢されている。取付時には、止め部１６
６を矢印に抗する方向に押圧しながら開口１０３Ａに嵌
めこみ、指を離す。これにより、パンチングメタル１６
２は、取付部１６４の弾性力により開口１０３Ａ内で固
定され、処理室１０２の内面１０３Ｂに接触し電磁シー
ルド的効果を発揮する。

【００４７】なお、ビューポート１６０は止め部１６６
の上部から開口１０３Ａに対してシールされるが、図３
においては、シール部材やガラス部材などは省略されて
いる。取付部１６４はそれ自身で弾性力を有する必要は
なく、また、止め部１６６も必ずしも必要ない。更に、
垂直部１６５は円筒形上として構成されてもよく、様々
な変形が可能であることが理解されるであろう。いずれ
にしても本実施例のビューポート１６０はパンチングメ
タル１６２を処理室１０２の内部からねじ止めする必要
がないので従来よりも取付作業が容易であるという特長
を有する。

【００４８】次に、本実施例のクラスターツール１７０
について、図９を参照して説明する。上述したように、
被処理体Ｗの温度制御はサセプタ１０４によって行うこ
とができる（なお、以下、サセプタ１０４は特に断らな
い限りサセプタのその他の変形例を総括しているものと
する）。しかし、ＣＶＤ処理において、例えば、被処理
体Ｗを常温からサセプタ１０４により４５０℃まで加熱
するには昇温時間がかかり、不便且つ不経済である。そ
こで、本実施例のクラスターツール１７０は、被処理体
Ｗを処理室１０２に導入する前に被処理体Ｗを加熱して
おき、プロセスの迅速な開始を達成しようとするもので
ある。同様に、プロセス終了後に４５０℃から常温に戻
すには時間がかかるため、本実施例のクラスターツール
１７０は、被処理体Ｗを処理室１０２から導出した後に
被処理体Ｗを冷却し、次段のプロセス（イオン注入やエ
ッチングなど）の迅速な開始を達成しようとするもので
ある。

【００４９】図９に簡略的に示すように、本発明のクラ
スターツール１７０は、搬送部１７２と、予備加熱部１
７４と、予備冷却部１７６と、その他のロードロック
（Ｌ/Ｌ）室１７８とを有している。なお、図９では、
処理室１０２と同様の２つの処理室１０２Ａ、１０２Ｂ
を示しているが、その数は所望の数に変更することがで
きる。予備加熱部１７４や予備冷却部１７６は、ロード
ロック室（処理室を待機中に開放しないで被処理体の取
り入れと取り出しを可能にする真空室）内に形成されて
いる。

【００５０】搬送部１７２は、被処理体Ｗを支持する搬
送アームと、搬送アームを回転する回転機構とを含んで
いる。予備加熱部１７４は、ランプなどのヒーターを有
して被処理体Ｗがいずれかの処理室１０２Ａ又は１０２
Ｂに導入される前に、処理温度付近までこれを加熱す
る。また、予備冷却部１７４は、冷媒により冷却されて
いる冷却室を有して処理室１０２Ａ又は１０２Ｂから導
入された被処理体Ｗを次段の装置（イオン注入装置やエ
ッチャーなど）に搬送する前に常温まで冷却する。な
お、好ましくは、クラスターツール１７０は、図示しな
い回転角検出センサと、温度センサと、一又は複数の制
御部と、制御プログラムを格納しているメモリとを更に
有して搬送部１７２の回転制御、予備加熱部１７４及び
予備冷却部１７６の温度制御を行う。かかるセンサ、制
御方法及び制御プログラムは当業界で周知のいかなるも
のをも適用することができるので、ここでは詳しい説明
は省略する。また、制御部は、プラズマ装置１００の図
示しない制御部が兼ねてもよい。搬送部１７２の搬送ア
ームは被処理体Ｗを図１に示すゲートバルブ１７９を介
して処理室１０２に導入する。

【００５１】次に、以上のように構成された本実施例の
マイクロ波プラズマ処理装置１００の動作について説明
する。まず、図９に示す搬送部１７２の搬送アームが被
処理体Ｗを処理室１０２に導入する。ここで、処理室１
０２（図９においてはいずれかの処理室１０２Ａ又は１
０２Ｂ。以下、単に「処理室１０２」という。）では被
処理体にプラズマＣＶＤ処理を施すとすると、クラスタ
ーツール１７０の図示しない制御部が処理室１０２に導
入する前に被処理体Ｗを４５０℃付近まで加熱するよう
に搬送部１７２に命令する。

【００５２】これに応答して、搬送部１７２は予備加熱
部１７４に被処理体Ｗを導入して加熱する。クラスター
ツール１７０の図示しない温度センサが被処理体Ｗの温
度が４５０℃付近まで加熱されたことを検出すると、か
かる検出結果に応答してクラスターツール１７０の図示
しない制御部は搬送部１７２に被処理体Ｗを予備加熱部
１７４から導出してゲートバルブ１７９から処理室１０
２に導入する。被処理体Ｗを支持した搬送部１７２の搬
送アームがサセプタ１０４の上部に到着すると、リフタ
ピン昇降系１４０の昇降装置１４６が昇降部材１４２を
上昇させてサセプタ１０４から（例えば、３本の）図示
しないリフタピンを突出させて被処理体Ｗを支持する。
この結果、被処理体Ｗの支持は、搬送アームからリフタ
ピンに移行するので、搬送部１７２は搬送アームをゲー
トバルブ１７９より帰還させる。搬送部１７２は搬送ア
ームをその後図示しないホームポジションに移動させて
もよい。

【００５３】一方、昇降装置１４６は、その後、昇降部
材１４２を下降させて図示しないリフタピンをサセプタ
１０４の中に戻し、これによって被処理体Ｗをサセプタ
１０４の所定の載置位置に配置する。ベローズ１４４は
昇降動作中処理室１０４の減圧環境を維持すると共に処
理室１０４内の雰囲気が外部に流出するのを防止するこ
とができる。サセプタ１０４はその後被処理体Ｗを４５
０℃まで加熱するが、既に被処理体Ｗは予熱されている
のでプロセス準備が完了するまでの時間は短くて済む。

【００５４】次に、高真空ポンプ１０８が圧力調整バル
ブ１０６を介して処理室１０４の圧力を、例えば、５０
ｍＴｏｒｒに維持する。高真空ポンプ１０８は、サセプ
タ１０４の直下に処理室１０２の底部中央に配置されて
いるために、均一な排気を行うことができる。

【００５５】また、サセプタ昇降系１３０の昇降装置１
３６が昇降部材１３４を上昇させて予め設定されたプロ
セス条件を満足するプロセスポジションにサセプタ１０
４と被処理体Ｗをホームポジションから移動させる。ベ
ローズ１３４は昇降動作中処理室１０４の減圧環境を維
持すると共に処理室１０４内の雰囲気が外部に流出する
のを防止することができる。

【００５６】次いで、ノズル１５８から、例えば、ヘリ
ウム、窒素及び水素の混合ガスにＮＨ３を更に混合した
一以上の反応ガスを反応ガス源１５１からマスフローコ
ントローラ１５４及び開閉弁１５２を介して流量制御し
つつ反応室１０４に導入する。

【００５７】図７のシャワー板２２０が使用される場合
には、反応室１０４内を所定の処理圧力、例えば、５０
ｍＴｏｒｒに維持してガス供給路１５６からガス導入口
２５２を介して、例えば、ヘリウム、窒素及び水素の混
合ガスにＮＨ３を更に混合した一以上の反応ガスを反応
ガス源１５１からマスフローコントローラ１５４及び開
閉弁１５２を介して流量制御しつつ誘電板２５０に導入
する。その後、反応ガスは、図８に示す空隙部２４０を
通って凹部２５６から噴出部材２３０の流路２３８及び
２３９を介して処理室１０４に導入される。反応ガスは
空隙部２４０ではプラズマ化せずに流量制御良く安定か
つ均一な密度で処理室１０４に導入される。

【００５８】処理室１０４の処理空間の温度は４５０℃
程度になるようにより調整される。一方、マイクロ波源
１１０からのマイクロ波を図示しない矩形導波管や同軸
導波管などを介してアンテナ部材１２０の遅波材１２４
に、例えば、ＴＥＭモードなどで導入する。遅波材１２
４を通過したマイクロ波はその波長が短縮されてスロッ
ト電極１２５に入射し、スリット２００から処理室１０
４に誘電板１２６を介して導入される。遅波材１２４と
スロット電極１２５は温度制御されているので、熱膨張
などによる変形はなく、スロット電極１２５は最適なス
リット長さを維持することができる。これによってマイ
クロ波は、均一に（即ち、部分的集中なしに）かつ全体
として所望の密度で（即ち、密度の低下なしに）処理室
１２５に導入されることができる。

【００５９】その後、マイクロ波がマイクロ波源１１０
から導入される。特に、マイクロ波が反応ガスをプラズ
マ化する前には大量のマイクロ波及びその高調波が処理
室１０４に導入されるが、マイクロ波阻止部材２８０が
高真空ポンプ１０８を適当に保護する。この結果、高真
空ポンプ１０８は破壊や損傷から保護されると共に処理
室１０４の排気を均一且つ安定して行うことができる。

【００６０】その後マイクロ波は、反応ガスをプラズマ
化してプラズマＣＶＤ処理を行う。図５及び図６に示す
バッフル板１９４が使用される場合には、バッフル板１
９４は処理空間の電位及び真空度を維持して処理空間か
らマイクロ波が逃げるのを防止する。これにより、所望
のプロセス速度を維持することができる。

【００６１】継続的な使用により、温調板１２２の温度
が所望の設定温度よりも高くなれば温度制御装置１２１
は温調板１２２を冷却する。同様に、処理開始時や過冷
却により温調板１２１の温度が設定温度よりも低くなれ
ば温度制御装置１２１は温調板１２２を加熱する。

【００６２】ＣＶＤ処理は、例えば、予め設定された所
定時間だけ行われてその後、被処理体Ｗは上述したのと
逆の手順によりゲートバルブ１７９から処理室１０４の
外へクラスターツール１７０の搬送部１７２により導出
される。導出時に昇降装置１３６は、昇降部材１３２を
下降させてサセプタ１０４と被処理体Ｗを搬送部１７２
との接続位置に戻す。

【００６３】処理室１０４には所望の密度のマイクロ波
が均一に供給されるので被処理体Ｗには所望の厚さの膜
が均一に形成されることになる。また、反応室１０４の
温度は水分などがウェハＷに混入することのない温度に
維持されるので所望の成膜品質を維持することができ
る。処理室１０４から導出された被処理体Ｗはまず予備
冷却部１７６に導入されて常温まで短時間で冷却され
る。次いで、必要があれば、搬送部１７２は、被処理体
Ｗを次段のイオン注入装置などに搬送する。

【００６４】以上、本発明の好ましい実施例を説明した
が、本発明はその要旨の範囲内で種々の変形及び変更が
可能である。例えば、本発明のマイクロ波プラズマ処理
装置１００は電子サイクロトロン共鳴の利用を妨げるも
のではないため、所定の磁場を発生させるコイルなどを
有してもよい。また、本実施例のマイクロ波プラズマ処
理装置１００はプラズマＣＶＤ装置として説明されてい
るが、マイクロ波プラズマ処理装置１００は被処理体Ｗ
をエッチングしたりクリーニングしたりする場合にも使
用することができることはいうまでもない。

【００６５】

【発明の効果】本発明の例示的一態様であるマイクロ波
プラズマ装置によれば、マイクロ波阻止部材が高真空ポ
ンプへのマイクロ波の侵入を防止する。これにより高真
空ポンプの動作が安定するので、高真空ポンプの破壊や
損傷を防止することができる。また、均一な排気を達成
することができるので高品質のプロセスを被処理体に施
すことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本実施例の例示的一態様としてのマイクロ波
プラズマ処理装置の構造を示す概略ブロック図である。

【図２】 図１に示すマイクロ波プラズマ処理装置に適
用可能なアンテナ部材の構造を説明するための概略ブロ
ック図である。

【図３】 図２に示すアンテナ部材のスロット電極の例
示的なスリット構造を説明するための概略ブロック図で
ある。

【図４】 図１に示すマイクロ波プラズマ処理装置に適
用可能なビューポートの構造を説明するための概略斜視
図である。

【図５】 図１に示すマイクロ波プラズマ処理装置のサ
セプタに適用可能なバッフル板の概略断面図である。

【図６】 図５に示すバッフル板、サセプタ及び被処理
体の関係を示す平面図である。

【図７】 図１に示すマイクロ波プラズマ処理装置に適
用可能な誘電板とシャワー板の概略断面図である。

【図８】 図７に示すシャワー板のノズル付近の拡大断
面図である。

【図９】 図１に示すマイクロ波プラズマ処理装置に適
用可能なクラスターツールの概略平面図である。

【図１０】 図１に示すマイクロ波プラズマ処理装置に
適用可能な例示的なマイクロ波阻止部材の構造を示す概
略断面図である。

【図１１】 図１０に示すマイクロ波阻止部材の概略平
面図である。

【図１２】 従来のプラズマ装置の部分的構造を説明す
るための概略ブロック図である。

【符号の説明】

１００ プラズマ装置 １０２ 処理室 １０２Ａ 処理室 １０２Ｂ 処理室 １０３Ａ 処理室開口 １０３Ｂ 処理室内面 １０４ サセプタ １０８ 高真空ポンプ １１０ マイクロ波源 １２０ アンテナ部材 １３０ サセプタ昇降系 １３２ 昇降部材 １３４ ベローズ １３６ 昇降装置 １４０ リフタピン昇降系 １４２ 昇降部材 １４４ ベローズ １４６ 昇降装置 １５０ 反応ガス供給系 １６０ ビューポート １６２ パンチングメタル １６４ 取付部 １６６ 止め部 １７０ クラスターツール １７２ 搬送部 １７４ 予備加熱部 １７６ 予備冷却部 １７８ ロードロック室 １９２ サセプタ １９４ バッフル板 １９６ 孔 ２００ スリット ２２０ シャワー板 ２２２ ノズル ２３０ 噴出部材 ２４０ 空隙部 ２５０ 誘電板

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｈ０１Ｌ 21/31 Ｈ０１Ｌ 21/302 Ｂ (72)発明者 川上 聡 山梨県韮崎市穂坂町三ッ沢650番地東京エ レクトロン株式会社総合研究所内 (72)発明者 湯浅 光博 山梨県韮崎市穂坂町三ッ沢650番地東京エ レクトロン株式会社総合研究所内 Ｆターム(参考） 4K030 AA06 AA13 AA16 AA17 AA18 BA40 EA11 FA01 KA45 KA49 LA15 4K057 DA02 DD01 DG02 DM13 DM29 DM36 DM39 DM40 DN01 5F004 AA06 BB14 BC08 BD01 BD03 BD04 CA05 5F045 AA09 AD11 BB20 DP03 EB08 EB09 EF05

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 被処理体に所定のプラズマ処理を行う処
   理室と、 前記処理室に接続されて当該処理室に前記所定のプラズ
   マ処理に使用されるマイクロ波を供給するマイクロ波源
   と、 前記処理室に設けられた高真空ポンプと、 前記処理室に固定されて前記高真空ポンプへの前記マイ
   クロ波の侵入を防止するマイクロ波阻止部材とを有する
   プラズマ装置。
2. 【請求項２】 前記マイクロ波阻止部材は、基板と当該
   基板に設けられた多数の孔を有し、当該孔の大きさは、
   所望の数ｎに対して前記マイクロ波の第ｎ次高調波の透
   過を防止するように決定される請求項１記載のプラズマ
   装置。
3. 【請求項３】 前記マイクロ波阻止部材は、グラウンド
   されて前記マイクロ波阻止部材を前記処理室に固定する
   固定部材をさらに有する請求項１記載のプラズマ装置。
4. 【請求項４】 前記マイクロ波阻止部材は湾曲形状を有
   する請求項１記載のプラズマ装置。
5. 【請求項５】 前記マイクロ波阻止部材は前記処理室の
   減圧環境を維持する請求項１記載のプラズマ装置。