JP2007063640A - 基板処理装置 - Google Patents

Abstract

【課題】高周波印加用電極の高温による歪みによって、反応管等の電極を固定している処理管が破損されることを防止できる基板処理装置を提供する。
【解決手段】その内側に基板８が載置される処理管２と、処理管２の外部にあって、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内に所望のガスを供給するガス供給手段１３と、加熱手段４の内側であって、処理管に装着される、少なくとも一対の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、を備え、第１と第２の電極は、厚さが０．０３６〜１．０ｍｍ、幅が２〜１００ｍｍの板状体から構成される。
【選択図】 図１

Description

本発明は、基板処理装置に関し、特に、高周波によってプラズマを発生させたプラズマを利用して所定の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。従来より、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において、高周波電力を印加してプラスマを発生させる電極は、その厚みが、１ｍｍ〜２ｍｍ程度で製作され、石英製の反応管に電極を装着した場合、ヒータで高温に曝された反応管と電極の膨張率の違いにより、電極の歪み・応力が反応管に伝達されることになる。場合によっては、反応管にクラックを生じさせ、反応管を破損に至らしめる。

従って、本発明の主な目的は、高周波印加用電極の高温による歪みによって、反応管等の電極を固定している処理管が破損されることを防止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、
その内側に基板が載置される処理管と、
前記処理管の外部にあって、前記処理管を囲うように配置された加熱手段と、
前記処理管内に所望のガスを供給するガス供給手段と、
前記加熱手段の内側であって、前記処理管に装着される、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、を備え、
前記第１と第２の電極は、厚さが０．０３６〜１．０ｍｍ、幅が２〜１００ｍｍの板状体から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、高周波印加用電極の高温による歪みによって、反応管等の電極を固定している処理管が破損されることを防止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、石英反応管またはそれに付随する石英管（＝電極管）の外周に装着した電極に、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、極薄電極を石英反応管または電極管に装着した。

電極厚さは、好ましくは、０．０３６ｍｍ〜１．０ｍｍ、より好ましくは、０．１ｍｍ〜１．０ｍｍである。電極は、高温において腐食・酸化に強いＮｉで構成されることが好ましい。

本実施例では、ヒータで高温に曝された反応管またはそれに付随する石英管（電極管）と電極との膨張率の違いにより、電極の歪み・応力が反応管またはそれに付随する石英管（電極管）に伝達されることなく、これを吸収し、反応管またはそれに付随する石英管（電極管）のクラック・破損を防止すると共に、高周波電流が必要とする有効断面積を確保し、反応管への電極装着作業の利便を図っている。

次に、図面を参照して本発明の好ましい実施例について、より詳細に説明する。

図１、図２は、本発明の好ましい一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り、図３は、本発明の好ましい一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の外周には高周波電源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８（本実施例では半導体ウエハ）に対し垂直なストライプ状に交互になるよう配置されている。

反応管２の外側から反応管２の側面にタップ（図示せず）を切り、石英製のボルト（図示せず）で電極６、７を反応管２に固定する。なお、タップは、反応管２は貫通していない。

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。第１の電極6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。

電極６、７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り、加熱ヒータ４の熱は電極６、７、反応管２を介して被処理体８へと供給される構造とした。

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。又、反応室１にはガス導入ポート１３が連通して設けられており、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大きさが調整された複数のガス供給用細孔16を有するノズル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が設けられている。

図４、図５は、それぞれ、本発明の他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および概略横断面図である。図４、図５では、別の好ましい実施例として、反応管２の外側に電極管１８（付随する石英管）を設けており、この電極管１８の内壁に電極６、７を取り付けている。電極の厚みは、０．５ｍｍである。電極６、７を反応管２に直接装着しないのは、高温時、反応管２内部に電極材料のＮｉが反応管２を突き抜け、被処理体８である半導体ウエハを汚染しないためである。また、もう一つの理由として、運用上の問題があり、電極管１８は反応管２と別ユニットとなるので、反応管２の洗浄時に電極管１８を取り外す必要はなく、利便性が向上する。

図６は、図５のＡ部の部分拡大図であり、図７は、本発明の他の好ましい実施例の基板処理装置の処理炉における電極の取り付け構造を説明するための概略斜視図である。

電極管１８には複数の固定用の穴５５が設けられている。これらの穴５５に対応して、電極６および電極７にも複数の固定用の穴５４が設けられている。これらの穴５４、５５にスペーサ５６の軸部５８を挿入し、軸部５８に設けた穴５９にスナップピン６０を挿入して電極管１８と電極６、７とを固定する。スペーサ５６は頭部５７と軸部５８とを有している。スペーサ５６は、耐熱及び絶縁性のあるセラミックス（例えばアルミナ）から成っている。このように、スナップピン６０とスペーサ５６によって固定するので、電極６、７脱着は容易である。
なお、上記他の好ましい実施例では、電極６、７を電極管１８の内側に取り付けたが、電極６、７を電極管１８の外側に取り付けても良い。

上記のように、本発明の好ましい一実施例および好ましい他の実施例における電極６，７は、たとえば、図４のごとく、電極管18に複数点で保持されている。高温に曝された場合、電極６、７の伸びは、素材の薄さによる柔軟性により吸収され、電極が容易に歪むことにより、反応管２に伝達されない構造となっている。

電極厚さは、好ましくは、０．０３６〜１．０ｍｍ、より 好ましくは、０．１〜１．０ｍｍである。

高周波電流は、通過電流が作る磁場との相互作用により、主に電極の表面を流れる（表皮効果）。

高周波電流の流れる領域（電極表面からの深さ）δは、

となる。ここで、μは透磁率を表し、κは導電率を表し、ｆは周波数を表す。

周波数ｆ＝１３．５６ＭＨｚの場合、 δ＝０．０１８ｍｍとなる。

このように、δ＝０．０１８ｍｍまで高周波電流が入り込むので、裏表で、０．０３６ｍｍあれば良いことになる。

厚さの上限値としては、柔軟性のある厚みが上限となる。１．０ｍｍ以下であれば、作業性（電極装着時の曲げ作業）は良好である。

電極の厚みをいたずらに増しても中央部は電流が流れず有効断面積は増加しない。従って、電極は、薄くかつ幅広の構造を有することが好ましい。電極幅は、好ましくは、２〜１００ｍｍである。電極の断面積は好ましくは、２ｍｍ^２〜１０ｍｍ^２である。概ね、１００〜３０００Ｗ程度であれば（ＭＡＸ２０〜３０Ａ）、十分に対応できる断面積である。

このように、電極６、７が、極薄であることで、反応管２または円筒形電極管１８に電極６、７を容易に曲げて装着することが可能となり、作業性の向上につながっている。

以上のように、本発明の好ましい実施例では、
（１）電極の高温による歪みを反応管または電極管に伝達することなく、高温において反応管または電極管を破損することなく使用できる、
（２）薄くても高周波電流が必要とする有効断面積を確保できるので、使用材料が少なくてすむ、
（３）薄いため軽量かつ曲げやすいので、反応管（電極管）への電極装着作業の利便性を向上できる、という優れた効果が得られる。

次に、本発明の好ましい一実施例および好ましい他の実施例の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８参照）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８、図９参照）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。

次に、図８、図９を参照して、本発明の好ましい一実施例および好ましい他の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。

本発明の好ましい一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。 本発明の好ましい一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。 本発明の好ましい一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。 本発明の好ましい他の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。 本発明の好ましい他の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５のＡ部の部分拡大図である。 本発明の好ましい他の実施例の基板処理装置の処理炉における電極の取り付け構造を説明するための概略斜視図である。 本発明の好ましい一実施例および好ましい他の基板処理装置を説明するための概略斜視図である。 本発明の好ましい一実施例および好ましい他の基板処理装置を説明するための概略縦断面図である。

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（６ａ〜６ｈ）
７…第二の電極（７ａ〜７ｈ）
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…ガス供給用細孔
１８…電極管
４０…処理炉
５４、５５…穴
５６…スペーサ
５７…頭部
５８…軸部
５９…穴
６０…スナップピン
６１…固定具
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. その内側に基板が載置される処理管と、
   前記処理管の外部にあって、前記処理管を囲うように配置された加熱手段と、
   前記処理管内に所望のガスを供給するガス供給手段と、
   前記加熱手段の内側であって、前記処理管に装着される、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、を備え、
   前記第１と第２の電極は、厚さが０．０３６〜１．０ｍｍ、幅が２〜１００ｍｍの板状体から構成されることを特徴とする基板処理装置。
   

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