JP2006269591A

JP2006269591A - 基板処理装置

Info

Publication number: JP2006269591A
Application number: JP2005083290A
Authority: JP
Inventors: Kazuyuki Toyoda; 一行豊田
Original assignee: Hitachi Kokusai Electric Inc
Current assignee: Hitachi Kokusai Electric Inc
Priority date: 2005-03-23
Filing date: 2005-03-23
Publication date: 2006-10-05

Abstract

【課題】構造が複雑でなく、被処理基板のプラズマ処理の面内均一性を向上できる基板処理装置を提供する。
【解決手段】
基板２００を処理する処理ガスをプラズマ励起するため処理室２０１内に設けられた一対の電極３２３、３２４であって、少なくとも一方に基板が載置される一対の電極と、一対の電極へ高周波電力を供給する高周波電力供給手段３０８と、一対の電極を回転させる回転手段３３１と、回転手段により一対の電極が回転している間は一対の電極への高周波電力の供給を停止し、一対の電極の回転が停止している間に一対の電極に高周波電力を供給するように、少なくとも回転手段と高周波電力供給手段とを制御する制御部３３２とを備える。
【選択図】図２

Description

本発明は基板処理装置に関し、特に、プラズマを用いてシリコンウエハなどの基板の表面をエッチングしたり、表面上に薄膜を形成したり、表面を改質したりする基板処理装置に関する。

従来のプラスマを用いてシリコンウエハを処理する基板処理装置について図５を参照して説明する。

処理室２０１内部には導電性材料で構成されたサセプタ電極Ａ３２３とサセプタ電極Ｂ３２４が交互に多段に重なるようにそれぞれ導電性の電極支柱Ａ３０３と電極支柱Ｂ３０４に取付けられている。２本の電極支柱３０３、３０４は絶縁ブロック３２７を介して反応室２０１の外部に貫通しており、発振器３０８の出力する高周波電力を整合器３０９を介して２本の電極支柱３０３、３０４に印加できるようになっている。

処理室２０１内部の圧力が所定の圧力になった時点で発振器３０８の出力する高周波電力を整合器３０９を介して電極支柱Ａ３０３及び電極支柱Ｂ３０４に供給する。サセプタ電極Ａ３２３とサセプタ電極Ｂ３２４には交互に１８０度位相が異なる高周波電力が印加され、ガス導入ポート３１０から導入されたガスをプラズマ化し、サセプタ電極Ａ３２３Ａ及びサセプタ電極Ｂ３２４に載置されたウエハ２００のプラズマ処理が行われる。

ガス導入ポート３１０から導入されたガスは、ノズル３１１に設けられた噴出口（図示せず）から水平方向に噴出され、ウエハ２００の横方向から吹き付けられるため、ウエハ２００の処理状態にウエハ２００の面内で傾きが生じる。

これを回避するためにウエハ２００を回転させることが考えられるが、図５に示す従来の構造では電極支柱３０３、３０４がシールキャップ２１９を貫通しているため回転させることができない。

ウエハ２００を回転させるためには、高周波電力のフィーダを回転軸の中に埋め込む必要があるが、構造が複雑になり信頼性が低下する、制作費用が高くなる、シールキャップ下側に大きなスペースが必要になり装置全体が大きくなってしまうなどの問題が生じる。

本発明の主な目的は、構造が複雑でなく、被処理基板のプラズマ処理の面内均一性を向上できる基板処理装置を提供することにある。

本発明によれば、
基板を処理する空間を形成する処理室と、
前記処理室内に所望の処理ガスを供給するガス供給手段と、
前記処理室内の雰囲気を排気するガス排気手段と、
前記処理ガスをプラズマ励起するため前記処理室内に設けられた少なくとも一対の電極であって、前記一対の電極の少なくとも一方に基板が載置される前記一対の電極と、
前記一対の電極へ高周波電力を供給する高周波電力供給手段と、
前記処理室内で前記基板に対する処理を実行している間の所定の期間、前記一対の電極を回転させる回転手段と、を備え、
前記回転手段により前記一対の電極が回転している間は前記一対の電極への高周波電力の供給を停止し、前記一対の電極の回転が停止している間に前記一対の電極に高周波電力を供給するように、少なくとも前記回転手段と前記高周波電力供給手段とを制御する制御部をさらに備える基板処理装置が提供される。

本発明によれば、構造が複雑でなく、被処理基板のプラズマ処理の面内均一性を向上できる基板処理装置が提供される。

次に、本発明の好ましい実施例を説明する。
本発明の好ましい実施例では、減圧下の反応室内に回転可能に多段に設けたサセプタ電極に複数の被処理基板を載置しプラズマを用いて一括処理する装置において、プラズマを生成する為の高周波電力をサセプタ電極の回転を停止した状態で供給し、被処理基板の処理を均一にするためにプラズマを生成しないプロセス時は被処理基板を回転する。

次に、本発明の好ましい実施例について図面を参照してより詳細に説明する。

本発明の好ましい実施例として、被処理基板であるウエハを複数枚一括してプラズマで処理する基板処理装置を説明する。

まず、図３、図４を参照して本発明の好ましい実施例の基板処理装置の概略を説明する。

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。

筐体１０１の後部上方には、処理炉２０２が設けられ、処理炉２０２の下方には基板としてのウエハ２００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２１７を処理炉２０２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２１９が取りつけられボート２１７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２０２の下側を気密に閉塞する閉塞手段としての炉口シャッタ１１６が設けられている。

ウエハ２００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２００が上向き姿勢で搬入され、ウエハ２００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。

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２００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。

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２１７にウエハ２００を移載する。

ボート２１７に所定枚数のウエハ２００が移載されるとボートエレベータ１２１によりボート２１７が処理炉２０２に挿入され、シールキャップ２１９により処理炉２０２が気密に閉塞される。気密に閉塞された処理炉２０２内ではウエハ２００が加熱されると共に処理ガスが処理炉２０２内に供給され、ウエハ２００に処理がなされる。

ウエハ２００への処理が完了すると、ウエハ２００は上記した作動の逆の手順により、ボート２１７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。炉口シャッタ１１６は、ボート２１７が降下状態の際に処理炉２０２の下面を気密に閉塞し、外気が処理炉２０２内に巻き込まれるのを防止している。
なお、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１、図２は、本発明の好ましい実施例に係る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。

この基板処理装置の処理炉２０２では、ヒータ３１４が反応管３０２を取り囲むように設けてある。反応管３０２は石英などの誘電体で構成する。処理室２０１は、反応管３０２、インレットフランジ３２０およびシールキャップ２１９で気密に構成されている。処理室２０１は、ウエハ２００を処理する空間を形成している。また、シールキャップ２１９は接地されている。

反応管３０２を支持するインレットフランジ３２０にはガス導入ポート３１０が設けてあり、処理室２０１内部にウエハ２００を処理するために必要なガスなどをガス導入ポート３１０の下流に設けられたノズル３１１から処理室２０１内に導入して処理できるようになっている。ノズル３１１は略垂直方向に延在して設けられ、ガスはノズル３１１に設けられた噴出口（図示せず）から水平方向にウエハ２００に向かって噴出される。

処理室２０１は排気管３０６を介してポンプ３０７に接続され、処理室２０１内部の雰囲気を排気できる構造となっている。

処理室２０１内部には導電性材料で構成されたサセプタ電極Ａ３２３とサセプタ電極Ｂ３２４が交互に多段に重なるようにそれぞれ導電性の電極支柱Ａ３０３と電極支柱Ｂ３０４に取付けられており、２本の電極支柱３０３、３０４は絶縁部材で構成された電極支柱受け３１２に固定され、さらに電極支柱受け３１２は回転テーブル３１３に固定されている。サセプタ電極Ａ３２３、サセプタ電極Ｂ３２４、電極支柱Ａ３０３、電極支柱Ｂ３０４、電極支柱受け３１２および回転テーブル３１３により図３、４に示すボート２１７を構成している。

回転テーブル３１３は回転軸３１５で回転可能に支持され、さらに回転軸３１５はシールキャップ２１９に取り付けた磁気シール３２６で回転可能に気密を保持しながら回転起動部３３１に連結されている。

インレットフランジ３２０には２つの絶縁可動シール部３１７、３１７をそれぞれ介して２つの高周波電力供給フィーダ３１８、３１８が設けてあり、高周波電力供給フィーダ３１８、３１８が処理室２０１の内側に移動することにより電極支柱３０３、３０４にそれぞれ接触し、高周波電源３０８の出力する高周波電力を整合器３０９を介して供給できる構造となっている。

回転起動部３３１および高周波電源３０８は制御装置３３２に接続され、制御装置３３２によって制御される。

次に本装置の動作を説明する。

処理室２０１が大気圧の状態でボートエレベータ１２１（図３参照）でウエハ２００を装填するための電極支柱３０３、３０４で支持されたサセプタ電極３２３、３２４を載せたシールキャップ２１９を下げて、ウエハ２００を搬送するためのウエハ移載機１１４（図３、図４参照）により所用の枚数のウエハ２００をサセプタ電極Ａ３２３及びサセプタ電極Ｂ３２４に載置した後、シールキャップ３２５を上昇させて処理室２０１内部に挿入する。

ウエハ２００を載置するサセプタ電極３２３、３２４の数は、プラズマ生成の条件等できまるサセプタ電極３２３、３２４間の間隔と、処理室２０１の高さ方向の大きさの制約で決定される。

ヒータ３１４に電力を投入し、ウエハ２００、反応管３０２、サセプタ電極３２３、３２４など処理室２０１内部の部材を所定の温度に加熱する。

同時に反応管３０２内部の気体をインレットフランジ３２０の排気口３２８から排気管３０６を通してポンプ３０７で排気する

ウエハ２００が所定の温度になった時点で処理室２０１にガス導入ポート３１０から反応性ガスを導入し、多数の小穴からなる噴出口（図示せず）が設けられているノズル３１１から処理ガスをウエハ２００側に向けて噴出させ、図示しない圧力調整機構によって処理室２０１内の圧力を一定の値に保持する。

処理室２０１内部の圧力が所定の圧力になった時点で図２に示すように２式の高周波電力供給フィーダ３１８、３１８を処理室２０１の内側に移動させ、電極支柱Ａ３０３及び電極支柱Ｂ３０４とそれぞれ接触させ、発振器３０８の出力する高周波電力を整合器３０９を介して供給し、サセプタ電極３２３、３２４間にプラズマ３１９を生成する。

電極支柱Ａ３０３および電極支柱Ｂ３０４に供給する高周波電力の周波数は１３．５６ＭＨｚや４００ＫＨｚ程度のものが利用される。

プラズマの生成は短時間行い、回転起動部３３１により回転テーブル３１３を回転させ、ノズル３１１から噴出する処理ガスとウエハ２００の位置を逐次変えながらウエハ２００を処理すると均一な処理が行える。回転テーブル３１３を回転させている間は、図１に示すように、高周波電力供給フィーダ３１８、３１８を処理室２０１の外側に向かって移動させ、電極支柱Ａ３０３及び電極支柱Ｂ３０４と接触させないようにすると共に、発振器３０８のからの高周波電力の供給を停止する。

また、ウエハ２００にＣＶＤ（ＣｈｅｍｉｃａｌＶａｐｏｒＤｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）を行った後にプラズマで表面処理を行う場合、ＣＶＤ期間はウエハ２００を常に回転させ、所定の膜厚になった時点で回転を止めてプラズマ処理を行うようにすると均一な処理が可能となる。

本実施例では、回転起動部３３１により一対のサセプタ電極３２３、３２４が回転している間は一対のサセプタ電極３２３、３２４への高周波電力の供給を停止し、一対のサセプタ電極３２３、３２４の回転が停止している間に一対のサセプタ電極３２３、３２４に高周波電力を供給するように、回転起動部３３１と発振器３０８とを制御装置３３２によって制御する。

なお、ウエハ２００の搬送時、ヒータ３１４の温度を下げ過ぎてしまうと、ウエハ２００の搬送終了後、処理室２０１内部の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ため、通常はウエハ２００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ウエハ２００の搬送を行うことが好ましい。

以上説明したように、本発明の好ましい実施例によれば、プラズマを生成するための高周波電力の供給を被処理基板であるウエハの回転が停止した状態の場合のみ行うため、構造がシンプルになり、信頼性向上、低コスト化、装置の小型化が実現できる。

本発明の好ましい実施例に係る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。本発明の好ましい実施例に係る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。本発明の好ましい実施例に係る基板処理装置を説明するための概略斜視図である。本発明の好ましい実施例に係る基板処理装置を説明するための概略縦断面図である。従来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。

符号の説明

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
２００…ウエハ
２０１…処理室
２０２…処理炉
２１７…ボート
２１９…シールキャップ
３０２…反応管
３０３…電極支柱Ａ
３０４…電極支柱Ｂ
３０６…排気管
３０７…ポンプ
３０８…高周波電源
３０９…整合器
３１０…ガス導入ポート
３１１…ノズル
３１２…電極支柱受け
３１３…回転テーブル
３１４…ヒーター
３１５…回転軸
３１７…絶縁可動シール部
３１８…高周波電力供給フィーダ
３１９…プラズマ
３２０…インレットフランジ
３２３…サセプタ電極Ａ
３２４…サセプタ電極Ｂ
３２６…磁気シール
３２７…絶縁ブロック
３２８…排気口
３３１…回転起動部
３３２…制御装置

Claims

基板を処理する空間を形成する処理室と、
前記処理室内に所望の処理ガスを供給するガス供給手段と、
前記処理室内の雰囲気を排気するガス排気手段と、
前記処理ガスをプラズマ励起するため前記処理室内に設けられた少なくとも一対の電極であって、前記一対の電極の少なくとも一方に基板が載置される前記一対の電極と、
前記一対の電極へ高周波電力を供給する高周波電力供給手段と、
前記処理室内で前記基板に対する処理を実行している間の所定の期間、前記一対の電極を回転させる回転手段と、を備え、
前記回転手段により前記一対の電極が回転している間は前記一対の電極への高周波電力の供給を停止し、前記一対の電極の回転が停止している間に前記一対の電極に高周波電力を供給するように、少なくとも前記回転手段と前記高周波電力供給手段とを制御する制御部をさらに備える基板処理装置。