JP2007053215A - 基板処理装置 - Google Patents

Abstract

【課題】高周波電力を印加する電極からの高周波ノイズが加熱手段に混入するのを防止または抑制できる基板処理装置を提供する。
【解決手段】基板を収容する処理管２と、処理管２の外部であって、処理管２を囲うように配置された加熱手段４と、処理管２内に所望の処理ガスを供給するガス供給手段１３と、処理管２と加熱手段４との間に配置され、高周波電力が印可される第１の電極６とアース接地される第２の電極７とから構成される電極と、加熱手段４と電極との間に配置される処理管２１と、を備え、処理管２１は、金属、高誘電体およびセラミックからなる群より選ばれた材料にて構成される。
【選択図】 図１

Description

本発明は、基板処理装置に関し、特に、高周波電力によって発生するプラズマを利用して所定の基板処理を行うプラズマ処理装置に関するものである。

例えば、半導体集積回路の製造においては、ＣＶＤ、エッチング、アッシング、スパッタリング工程で、処理ガスのイオン化や化学反応等を促進する為にプラズマが利用されている。従来、半導体製造装置においてプラズマを発生させる方法には、平行平板方式、高周波誘導方式、ヘリコン波方式、ＥＣＲ方式等がある。平行平板方式は、１対の平行平板型電極の一方を接地し他方を高周波電源に容量結合して両電極間にプラズマを生成する方法である。高周波誘導方式は、螺旋状又は渦巻き状のアンテナに高周波を印加して高周波電磁場を作り、その電磁場空間内に流れる電子を気体中の中性粒子に衝突させてプラズマを生成する方法である。ヘリコン波方式は、コイルで作った一様な磁場内で特殊な形状のアンテナにより磁場に平行に進む特殊な電磁波（ヘリコン波）を発生させ、このヘリコン波に伴うランダウダンピング効果を利用して速度制御可能な電子流によりプラズマを生成する方法である。ＥＣＲ方式は、コイルで作った一様な磁場内に電子のサイクロトロン周波数に等しい周波数（２．４５ＧＨｚ）のマイクロ波を導波管を通じて導くことにより共鳴現象を起こさせ、電子にマイクロ波のパワーを吸収させてプラズマを生成する方法である。これらのプラズマ生成方法は、被処理体を１枚毎に処理をする枚葉方式と複数の被処理体をバッチ的に処理する方法がある。

従来のプラズマ処理装置では、反応管の外部に加熱ヒータを設けて反応管内部を加熱できるように構成されている。また、反応管と加熱ヒータとの間には、高周波電力を印加してプラズマを発生させる高周波印加用電極が設けられている。加熱ヒータは、ヒータ素線、熱電対等を備えており、コントローラを用いて制御している。

このような構造では、高周波印加用電極とヒータ素線、熱電対等とが容量結合しているため、高周波電力が印加されると、高周波電力は、この容量結合を通過して、ヒータ素線、熱電対などに混入してコントローラの誤動作を招く。このため、多数のノイズフィルタを設置して高周波ノイズの低減をしているが、高周波ノイズフィルタを収納する筐体が必要となり設置面積を占有してしまう。また、ノイズフィルタおよび取付け部分により、部品点数が増大してしまう。

従って、本発明の主な目的は、高周波電力を印加する電極からの高周波ノイズが加熱手段に混入するのを防止または抑制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、
基板を収容する第１の処理管と、
前記第１の処理管の外部であって、前記第１の処理管を囲うように配置された加熱手段と、
前記第１の処理管内に所望の処理ガスを供給するガス供給手段と、
前記第１の処理管と前記加熱手段との間に配置され、少なくとも一対の高周波電力が印可される第１の電極とアース接地される第２の電極とから構成される電極と、
前記加熱手段と前記電極との間に配置される第２の処理管と、を備え、
前記第２の処理管は、金属、高誘電体およびセラミックからなる群より選ばれた材料にて構成されることを特徴とする基板処理装置が提供される。

本発明によれば、高周波電力を印加する電極からの高周波ノイズが加熱手段に混入するのを防止または抑制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、反応室壁管外周に載置した電極に、高周波（１３．５６ＭＨｚ）を印加して処理ガスをプラズマ化して、被処理体をプラズマ処理するバッチ式プラズマ処理装置において、電極とヒータとの間に金属、高誘電体、低抵抗セラミックなどの材料を設置する。好ましくは、この材料はＳｉＣとする。そして、ＳｉＣを４００℃〜１２００℃に加熱し、低抵抗化して使用することが好ましい。

このように、電極とヒータとの間に導電性を有するＳｉＣ均熱管を使用することで、容量結合を切断し、コントローラへのノイズ拡散を遮蔽することができるようになる。その結果、高周波ノイズフィルタを収納する筐体が不必要となり設置面積を減らし、ノイズフィルタおよび取付け部品により部品点数を減らすことが可能となる。

次に、図面を参照して本発明の好ましい実施例について詳細に説明する。

図１は、反応室１外面に載置された電極の構成を示すもので、図２は反応室１の断面を示すもので、図３は反応室を上方から見た断面を示すもので、図４は図３のＡ部の部分拡大図である。

反応室１は、反応管２およびシールキャップ３で気密に構成されている。反応管２は石英などの誘電体で構成されている。反応管２の外側には、高周波電源５に接続される第１の電極６（６ａ〜６ｈ）とアースに接続される第２の電極７（７ａ〜７ｈ）が被処理体（本実施例では半導体ウエハ）８に対し垂直なストライプ状に交互になるように固定されている。第１の電極に供給する交流電力の周波数は１３．５６ＭＨｚの高周波が利用されることが多い。

反応管２の周囲には、筐体１０１（図５、図６参照）からＳｉＣ均熱管サポート２２を介して導電性のＳｉＣ均熱管２１が設置されている。ＳｉＣ均熱管２１は接地されてる。ＳｉＣ均熱管２１の材質は、導電性が高いものが良い。

ＳｉＣ均熱管２１の外側の周囲には、加熱ヒータ４が反応室１を取り囲むように設けてある。加熱ヒータ４には、ヒータ素線２３、熱電対１７、ドアスイッチ確認用信号線１８が設けてあり、専用コントローラ２０を用いて制御している。

高周波電力（ＲＦ電力）の供給は高周波電源５の出力する交流電力を整合器９を介して印加できるようになっている。その際、ＳｉＣ均熱管２１によって、第１の電極６とヒータ素線２３、熱電対１７およびドアスイッチ確認用信号線１８との間の容量結合２７が抑制され、熱電対１７、ヒータ素線２３、ドアスイッチ確認用信号線１８に高周波ノイズ１６が混入せず、コントローラ２０の安定稼動が可能となる。

反応室１は排気管１０、圧力調整バルブ１１を介してポンプ１２に接続され、反応室１内部のガスを排気できる構造となっている。また、反応室１にはガス導入ポート１３が設けてあり、反応室１内部の側面には処理ガスを高さ方向均等に反応ガスを供給するように大きさが調整された複数の細孔が設けてあるガス供給用ノズル１４より均等に導入することが可能となっている。

反応室１内部には、被処理体８でもある半導体ウエハをバッチ処理できるように、例えば１００〜１５０枚程度それぞれ一枚ずつ水平に搭載置できるボート１５が設けられる。

次に本装置の動作を説明する。

反応室１が大気圧の状態で、被処理体８をボート１５に装填する為、エレベータ機構１２１（図５参照）でシールキャップ３を下げて被処理体搬送用ロボット（ウエハ移載機１１２図５、図６参照）の相互動作により所用の数の被処理体８をボート１５に載置した後、シールキャップ３を上昇させて反応室１内部に挿入する。加熱ヒータ４に電力を投入し、被処理体８など反応室１内部の部材を熱電対１７とコントローラ２０により、所定の温度に加熱する。被処理体搬送時、ヒータの温度を下げ過ぎてしまうと、被処理体の搬送終了後、反応室内部で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為、通常は被処理体の搬送に支障がない温度まで下げて、その値で保持した状態で搬送を行う。同時に反応管１内部の気体を図示しない排気口から排気管１０を通してポンプ１２で排気する。被処理体８が所定の温度になった時点で反応室１にガス導入ポート１３から反応性ガスを導入し、圧力調整バルブ１１によって反応室１内の圧力を一定の値に保持する。反応室１内部が所定の圧力になったら、高周波電源５の出力する交流電力を整合器９を介して第１の電極６に供給し、第２の電極７をアースに接地させ反応室１にプラズマを生成して被処理体８の処理を行う。

本実施例では、電極６とヒータ４との間に導電性を有するＳｉＣ均熱管２１を挿入することで、容量結合を切断し、コントローラ２０へのノイズ拡散を遮蔽することができる。それにより、高周波ノイズフィルタの使用が不要になり、従来の高周波ノイズフィルタ回路をなくすことで、設置面積を減らし、高周波ノイズフィルタおよび取付け部品により部品点数を減らすことを可能にした。更に、同時に、処理室内の温度均一性を向上することも出来るようになった。

次に、図５、図６を参照して、本発明の好ましい実施例の基板処理装置についてその概略を説明する。

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４０が設けられ、処理炉４０の下方には基板としてのウエハ８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１５を処理炉４０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３が取りつけられボート２６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４０の下面を塞ぐ遮蔽部材としての炉口シャッタ１１６が設けられている。

ウエハ８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８が上向き姿勢で搬入され、ウエハ８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８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１５にウエハ８を移載する。

ボート１５に所定枚数のウエハ８が移載されるとボートエレベータ１２１によりボート１５が処理炉４０に挿入され、シールキャップ３により処理炉４０が気密に閉塞される。気密に閉塞された処理炉４０内ではウエハ８が加熱されると共に処理ガスが処理炉４０内に供給され、ウエハ８に処理がなされる。

ウエハ８への処理が完了すると、ウエハ８は上記した作動の逆の手順により、ボート１５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。尚、炉口シャッタ１１６は、ボート１５が降下状態の際に処理炉４０の下面を塞ぎ、外気が処理炉２４内に巻き込まれるのを防止している。

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。

（比較例）
図７は、反応室１外面に載置された電極の構成を示すもので、図８は反応室１の断面を、図９は反応室を上方から見た断面を示すものである。

反応室１は、反応管２及びシールキャップ３で気密に構成され、反応管２の周囲には、加熱ヒータ４が反応室１を取り囲むように設けてある。加熱ヒータ４には、ヒータ素線２３、熱電対１７、ドアスイッチ確認用信号線１８が設けてあり、専用コントローラ２０を用いて制御している。

反応管２は石英などの誘電体で構成され、反応管２の外周には高周波電源５に接続される第１の電極６とアースに接続される第２の電極７が被処理体８に対して垂直なストライプ状に交互になるように配置されている。また、ＲＦ電力の供給は、高周波電源５の出力する交流電力を整合器９を介して印加できるようになっている。その際、第１の電極６とヒータ素線２３、熱電対１７およびドアスイッチ確認用信号線１８との間の容量結合２６により、熱電対１７、ヒータ素線２３、ドアスイッチ確認用信号線１８に高周波ノイズ１６が混入し、コントローラ２０の稼働が不安定となる。

本発明の好ましい実施例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。 本発明の好ましい実施例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。 本発明の好ましい実施例の基板処理装置の処理炉を説明するための概略横断面図である。 図３のＡ部の部分拡大図である。 本発明の好ましい実施例の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の基板処理装置を説明するための概略縦断面図である。 比較のため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。 比較のため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。 比較のための基板処理装置の処理炉を説明するための概略横断面図である。

符号の説明

１…反応室
２…反応管
３…シールキャップ
４…ヒータ
５…高周波電源
６…第一の電極
７…第二の電極
８…被処理体（シリコンウエハ）
９…整合器
１０…排気配管
１１…圧力調整バルブ
１２…ポンプ
１３…ガス導入ポート
１４…ガス供給用ノズル
１５…ボート
１６…高周波ノイズ
１７…熱電対
１８…ドアスイッチ確認用信号線
１９…ノイズフィルタ
２０…コントローラ
２１…ＳｉＣ均熱管
２２…ＳｉＣ均熱管サポート
２３…ヒータ素線
２４…アース
２５…アース
２６…容量結合
２７…容量結合
４０…処理炉
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

Claims (1)

1. 基板を収容する第１の処理管と、
   前記第１の処理管の外部であって、前記第１の処理管を囲うように配置された加熱手段と、
   前記第１の処理管内に所望の処理ガスを供給するガス供給手段と、
   前記第１の処理管と前記加熱手段との間に配置され、少なくとも一対の高周波電力が印可される第１の電極とアース接地される第２の電極とから構成される電極と、
   前記加熱手段と前記電極との間に配置される第２の処理管と、を備え、
   前記第２の処理管は、金属、高誘電体およびセラミックからなる群より選ばれた材料にて構成されることを特徴とする基板処理装置。

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