JP2008060181A - プラズマ処理装置 - Google Patents

Abstract

【課題】安定して処理室内の圧力制御を実現できる処理装置を提供する。
【解決手段】処理室内部に形成したプラズマを用いて試料を処理するプラズマ処理装置であって、内部に処理用ガスを供給しつつ、プラズマを形成する処理室と、上面に処理される試料が戴置される試料台と、試料下方から処理室内のガスを排出して減圧し、ケース内に配置され同軸状の複数の翼を有する回転翼及び固定翼と回転翼から排出された前記ガスをケース外に排出する排気口と回転翼の下方向に配置され不活性ガスが導入される導入口を円周上に複数備えた真空ポンプと不活性ガスのガス貯溜部とガス導入口との間に配置され、真空ポンプ内に供給する不活性ガスを調整するＭＦＣ（流量調整器）とを備えた。
【選択図】図２

Description

本発明は、真空容器内の処理室においてプラズマを用いて試料を処理するプラズマ処理装置であって、特に、真空ポンプにより処理室内のガスの排出を調整することで真空容器内部の処理室内の圧力を調整するプラズマ処理装置に関する。

上記のようなプラズマ処理装置では、近年より微細で高精度な処理を実現する為、より高密度でより均一なプラズマを形成することが求められている。そして、このような高密度のプラズマを安定して形成する上で、真空容器内の処理室の圧力をより高い真空度（より低い圧力）でより安定に実現することが求められている。

このようなプラズマ処理装置では、従来より、真空容器内部に配置された処理室はその内側のガスやプラズマあるいは処理室内の処理に伴って生成された生成物等の粒子を排気するための真空ポンプ等の排気装置が繋がって連結されている。さらにまた、処理室内から真空ポンプの入口に向かって連通した排気の通路上には単位時間あたりの排気の量を調節する装置が配置され、この調節装置の動作による上記処理室内部のガスや粒子の排気量の調節によって、処理対象の半導体ウエハ等の基板状の試料が配置され或いはプラズマが形成される処理室の内部の圧力が調節される。

従来の処理装置では真空容器内の処理室下部の排気口と真空ポンプの入口とを連通する通路のこれら排気口と入口間に排出されるガスの流れの抵抗や流れ易さ(コンダクタンス)を調節する手段を配置して真空容器から排出されるガス量を調節し真空容器内部圧力を調節していた。このような流れの抵抗や流れ易さを調節する手段としては、通路または入口や排気口の開口の大きさや面積を変化させる１つ又は複数のバルブが考えられており、このようなバルブの回転や管路の軸を横切る方向への移動によって、開口の大きさや面積を調節するものが知られていた。

このような従来の技術の例は、例えば、特開２００５−１０１５９８号公報（特許文献１）に開示されている。この従来技術では、処理室内で試料であるウエハを載置するための試料台の直下方に配置され処理室内のガスが排出される略円形の開口と、開口の下方側に配置されてガスを排気する真空ポンプとの間に、複数の回転する板状のバルブが備えられ、これらのバルブの回転によりガスが通過できる通路の面積を可変に調節するものが開示されている。

また、別の従来の技術として、真空容器と接続された真空ポンプ自体で処理室内からのガス等の単位時間あたりの排出量を調節するものが知られている。このような従来技術としては、特開２００５−１４００７９号公報（特許文献２）に開示のものが挙げられる。この従来技術では、真空容器内の処理室と連通された入口を有する真空ポンプ、特に、高度な真空状態に減圧可能なターボ分子ポンプに関するものであり、同じ回転軸上に相互に連なって複数段配置された回転翼と固定翼とを備えた圧縮部の出口部からの排気の一部を動翼の先端側から圧縮部に、その量を調節しつつ、戻すことで、実質的な処理室内のガス等の排気量を調節するものが開示されている。

特開２００５−１０１５９８号公報 特開２００５−１４００７９号公報

しかしながら、上記従来技術は、次の点についての考慮が不十分であったため、問題が生じていた。

すなわち、上記特許文献１に開示の従来技術において、処理室内をより高度な真空状態にしようとすると、上記板状のバルブを大きな開度（或いは開口面積）にする必要があるが、このような大きな開度ではその圧力の調節の精度が低下しています。つまり、このような大きな開度を実現するためには、各バルブを回転させて前記通路の軸方向について各バルブの角度は小さくなる（バルブの面が前記通路の軸に平行に近くなる）。この状態では、処理室内の圧力は小さくなっており、各バルブの角度の変化に対するガスの排出量の変化が小さくなっているため、所謂、制御性が低下してしまい高い真空度を高精度に安定に実現できないという問題点があった。

一方、回転軸周りに放射状に配置された複数の翼からなる回転翼とケースに固定された固定翼とにより排気を圧縮しつつ排出するターボ部を備えた真空ポンプにおいてターボ部から排出される排気の一部をターボ部に戻す通路を備えて、排気を戻すことで実効的な排気量を変化させる技術も特許文献２に開示されている。しかしながら、この特許文献２では、真空ポンプに付着したり、真空ポンプ内部、例えば、圧縮部のガス内に存在する付着性の強い生成物の粒子等が処理室内に進入してしまい、処理室内で異物となって試料の処理の歩留まりや効率を低下させてしまう問題について考慮されていなかった。

さらには、この従来技術の構成では、真空ポンプの吸気側と排気側ではガスの組成等が変化してしまい、このようなガスを真空ポンプの吸気（入口）側へ戻してしまうと、処理室内部のガスの構成を変化させてしまう問題が生起する虞があった。

本発明の目的は、安定して処理室内の圧力制御を実現できるプラズマ処理装置を提供することにある。また、試料の処理を高精度に歩留まり良く行うことが出来るプラズマ処理装置を提供することにある。

上記目的は、処理室内部に形成したプラズマを用いて試料を処理するプラズマ処理装置であって、内部に処理用ガスを供給しつつプラズマが形成される処理室と、上面に処理される試料が戴置される試料台と、試料下方から処理室内のガスを排出して減圧する真空ポンプであって、そのケース内に配置され同軸上に配置された複数の翼を有する回転翼及び固定翼を有する圧縮部及びこの圧縮部から排出された前記ガスを前記ケース外に排出する排気口を備えた真空ポンプと、前記圧縮部の最上位置に配置された回転翼とその下方の固定翼との間に配置され不活性ガスが導入される導入口と、前記不活性ガスのガス貯溜部と前記導入口との間に配置され前記不活性ガスの量を調整する流量調整器とを備えたプラズマ処理装置により達成される。

また、処理室内部に形成したプラズマを用いて試料を処理するプラズマ処理装置であって、内部に処理用ガスを供給しつつプラズマが形成される処理室と、上面に処理される試料が戴置される試料台と、試料下方から処理室内のガスを排出して減圧し、処理室下方に配置されケース内に同軸状の複数の翼から構成された回転翼及び固定翼から構成された圧縮部及び圧縮部から排出された前記ガスをケース外に排出する排気口と前記回転翼その下方の固定翼との間の前記圧縮部外周に配置され不活性ガスが導入される導入口と、前記圧縮部の排気側に配置され前記排出されたガスを前記導入口に供給するガス戻り口と、このガス戻り口と前記導入口との間の前記ガスの経路上に配置されこのガスの流量を調整する流量調節器とを備えた真空ポンプによって構成されるプラズマ処理装置により達成される。

さらに、真空ポンプは交互及び上下に配置された前記回転翼と前記固定翼とを有したターボ部を有し、このターボ部の入口に配置された前記回転翼の形状を有した入口翼に前記真空容器内と連通する開口から前記処理室内のガスが直接導入されることにより達成される。

さらにまた、真空ポンプは真空容器下部に配置され、処理室内と連通する開口下方に取り付けられ前記回転翼と前記固定翼とが交互に重ねられて配置されたターボ部の入口上部に着脱可能に配置された前記回転翼の形状を有した入口翼が直接連結され、前記入口翼は異物付着防止の為に加熱されたことにより達成される。

さらにまた、ガス導入口またはガス戻り口からのガスは一段目の前記回転翼と次の段の固定翼との間から供給されることにより達成される。

本発明の実施の形態について、以下、図面を用いて詳細に説明する。

本発明の実施例に係るプラズマ処理装置を、図１乃至図４を用いて説明する。図１は、本発明の実施例に係るプラズマ処理装置の構成の概略を示す図である。図１（ａ）は、本実施例に係るプラズマ処理装置の上方から見た平面図である。図１（ｂ）は、図１（ａ）に示すプラズマ処理装置の一部、特には、内部の処理室が真空にされて半導体ウエハ等の基板状の試料をこの内部の空間に形成したプラズマを用いて処理するための真空容器を中心とする処理容器とこの処理室内部を排気して減圧する真空ポンプを中心とする部分を側方から見た側面図である。

これらの図において、本実施例に係るプラズマ処理装置１００は大きく前後２つのブロックに分けられる。プラズマ処理装置１００本体の前方側は装置に供給されたウエハが大気圧下で減圧されるチャンバへ搬送されて処理室へ供給される大気側ブロック１０１である。プラズマ処理装置１００本体の後方側は、処理ブロック１０２である。

大気側ブロック１０１は、内部に搬送ロボット（図示せず）を備えた筐体１０６を有し、この筐体１０６に取り付けられ処理用またはクリーニング用のウエハが収納されているウエハカセット１０７及びダミーウエハ用のダミーカセット１０８を備えている。さらに、搬送ロボットはこれらのカセット１０７，１０８とロック室１０９，１０９′との間でウエハを搬入あるいは搬出する作業を行う。また、大気側ブロック１０１はその筐体106上に位置合わせ部１１０を備えて、この位置合わせ部１１０内において搬送されるウエハをカセット１０７，１０８或いはロック室１０９，１０９′内のウエハ配置の姿勢に合わせてその位置合わせを行う。

処理ブロック１０２には、内部が減圧される真空容器の内部にウエハが処理される処理室が配置された処理ユニット１０３，１０３′とこれらの処理室にウエハを減圧下で搬送しその上方から見た平面形状が略多角形（本実施例では略５角形）に構成される搬送ユニット１０５及びこの搬送ユニット１０５と大気側ブロック１０１とを接続する複数のロック室１０９，１０９′とを備えており、これらは減圧されて高い真空度の圧力に維持可能なユニットであり、処理ブロックは真空処理用のブロックである。

また、本実施例における処理ブロック１０２の処理ユニット１０３，１０３′は、搬送ユニット１０５の上記略五角形の隣接した２つの辺に並列するように配置されている。本実施例では、これらの処理ユニット１０３，１０３′はカセット１０７から処理ブロック１０２に搬送されるウエハにエッチング処理を行う処理室を備えたエッチング処理ユニットであり、搬送ユニット１０５はこれらの処理ユニットが着脱可能に取り付けられ内部の室が高い真空度に減圧されて維持されてウエハが搬送される空間である真空搬送室１１１を備えている。

また、複数のロック室１０９，１０９′は、図示しない真空排気装置が接続されて、それぞれがその内部に処理対象の半導体ウエハが載置された状態で、この内部が高度な真空の状態と大気圧との状態とで圧力を維持可能に構成された空間を有して、図上その前後端部に配置された図示しないゲートバルブにより、大気側ブロック１０１あるいは筐体106
および真空搬送室１１１との間が連通可能に開閉される。本実施例では、これらのロック室１０９，１０９′はそれぞれ同等の機能を有しており、いずれか一方が真空から大気圧および大気圧から真空への圧力辺かのいずれかのみを実施するものではないが、求められる仕様により一方を何れかに限定して試用しても良い。

さらに、この処理ブロック１０２では、上記処理ユニット１０３，１０３′のそれぞれが内部を減圧可能でエッチングを行う処理室を有する真空容器１１３，１１３′有している。これら真空容器１１３，１１３′のそれぞれの下方には、後述の通り、内部に配置された処理室内を減圧するための排気手段がそれらの下方に配置されている。さらに、上記真空容器１１３，１１３′およびこれに連結された排気手段をその上方で支持する支持台であるガダイ１１５，１１５′とこのガダイ１１５，１１５′上に配置されて、各ガダイと真空容器１１３，１１３′との間を連結して真空容器１１３，１１３′を支持する複数の支持柱により、各処理ユニット１０３，１０３′をプラズマ処理装置１００が設置される床面上に固定し保持している。

さらに、これら真空容器１１３，１１３′の上方には、その内部に配置された処理室にプラズマを形成するための磁場を与える電磁コイルを収納しているコイルケース１２０，１２０′が配置されている。さらに、コイルケース１２０，１２０′の上方には、処理室内に電界を供給するための電源および電界が導入される管路である導波管を含む電波源
１１６，１１６′が配置されている。

これら電波源１１６または１１６′やコイルケース１２０または１２０′の保守点検のため、或いは真空容器１１３，１１３′内を大気開放して処理室内部を保守，点検するためには、これらを上方に移動させる必要がある。このため、本実施例では、各真空容器
１１３，１１３′に取り付けられて上記電波源１１６及びコイルケース１２０、または
１１６′及び１２０′を上下に移動させるリフター・クレーン等の起重装置１２１，
１２１′が備えられている。これらの起重装置１２１，１２１′により、真空容器１１３，１１３′内部を開放して保守・点検作業を使用者は容易に行うことができる。

本実施例では、起重装置１２１，１２１′はそれぞれが、平面形状が略多角形状の真空搬送室１１１の多角形のそれぞれの辺の側面に取り付けられた処理ユニット１０３，
１０３′に備えられており、それぞれの真空容器１１３，１１３′の側面に取り付けられている。その側面は、それぞれが隣接する真空容器の側と反対となる真空容器の側方の面に取り付けられている。

図１（ｂ）には、図１（ａ）に示す処理ブロック１０２の処理ユニット１０３を拡大して示している。この図に示すように、真空容器１１３とその下方でこれを指示するガダイ１１５の間には空間があり、これらの空間は、各々のユニットあるいは処理室内での処理に必要な装置やこれらに電力供給する電源等のユーティリティを収納するスペースが配置されるとともに、真空容器１１３の下部とガダイ１１５上面との間でこれらを連結して真空容器１１３及びその上方のコイルケース１２０等を支持する複数の支持柱１１７が配置されている。このスペース内に上記排気装置である真空ポンプ１１４が、真空容器１１３下面と連結されて配置されている。

処理室は、この真空容器１１３内部に配置された処理対象の試料を減圧された状態で生成したプラズマを用いて処理するための空間であって、試料が内部を搬送される減圧された空間である真空搬送室１１１と、図示しない通路で連通されている。この通路は、図示しない少なくとも１つのゲートバルブで封止可能に閉塞あるいは開放される。

さらに、本実施例では、真空容器１１３の処理室内に試料を処理するためのガスの供給を調節する流量調節器であるマスフローコントローラ１１８を備えている。このマスフローコントローラ１１８は処理ユニット１０３′側にも配置され、搬送ユニット１０５の両側の上方に位置している。このマスフローコントローラ１１８に図示しない床面下に配置されたガス源からの複数種類のガスが供給されて流量が調節されて、処理ユニット１０３内の処理室に供給される。また、真空搬送室１１１の内部も処理室内部と略同等か僅かに高い圧力の真空度に維持され、このために搬送ユニット１０５下方に真空搬送室１１１内と連通した排気装置１１９が配置されて、この排気装置１１９の動作により真空搬送室
１１１内が所定の圧力に調節される。

図２は、図１に示す実施例の処理ユニットの構成の概略を示す断面図である。本実施例の処理ユニット１０３は、その上方から、放電ブロック２０１、その下方で連結された真空ブロック２０２と、真空ブロック２０２下方で真空容器１１３下方から処理室内のガス，プラズマ，生成物粒子等を排出する真空ポンプ１１４を含む排気ブロック２０３を備えている。この構成において、マスフローコントローラ１１８によりその供給量が調節された処理用のガスが、放電ブロック２０１に供給され上記電界供給手段または磁場供給手段からの電界，磁界を用いてプラズマが形成され、処理室内に配置された試料が処理される。

この処理に伴って生成された生成物とともに前記処理用ガスやプラズマが真空ブロック２０２内を下方に移動する。さらに、真空ポンプ１１４の動作により真空ブロック２０２と連結された排気ブロック２０３内部を真空ブロック２０２内のガスや粒子が排出される。

本実施例では、真空容器１１３内に配置された処理室と該処理室の下部に配置された下部電極である試料台２０７は略同軸に配置されている。また、真空室内の下部電極も上記軸と略同軸に配置されている。また、真空ポンプ１１４は、真空容器１１３下方に下部電極２０７と同軸でその直下方で下部電極２０７下面と所定の空間をあけて配置されている。

放電ブロック２０１の下部電極２０７上方の空間は放電室２０４であり、上記マスフローコントローラ１１８からの処理用ガスが供給されて試料上方でプラズマが形成される空間となっている。放電室２０４内で形成されたプラズマ中の粒子や生成物の粒子，プロセスガスは、放電室２０４下方の下部電極２０７周囲の空間であって真空容器１１３で囲まれた真空室２０５及びこの真空室と連通した真空容器１１３で囲まれた下方の空間であって下部電極２０７下面と真空ポンプ１１４との間の空間である真空室２０６とを通って真空容器１１３外に排気される。

本実施例では、上記放電室２０４と真空ブロック２０２に含まれる真空室２０５，206とで処理室が形成される。この処理室は上部の放電室２０４において天井部分が、処理用ガスが供給される複数の貫通孔が配置されたシャワープレート２１２により構成され、側周囲は略円筒形状の円筒内壁２１３で囲まれている。

また、真空ブロックの真空室２０５の下部電極２０７周囲は上内側壁２１４により構成されており、真空室２０６及び下部電極２０７下方の内側壁は、下内側壁２１５及び略円形の開閉蓋２１５で構成されている。なお、この開閉蓋２１５は略円筒形状の下部電極
２１７の径にほぼ同じ径の円板で構成され、図示しない駆動装置により上下に位置を変えることができ、上方の下部電極２０７の直下まで移動して上方からみて下部電極２０７の投影面内に入ってそれに覆われる構成となっている。また、下方に移動して真空室２０６と真空ポンプ１１４の入口との間を封止して閉塞することができる。また、上方の位置で処理室内と真空ポンプ１１４の入口とを連通する隙間を形成する。

このような構成において、本実施例の処理ユニット１０３では、試料を下部電極２０７上の載置面に載せた後、放電室２０４内に上方から処理ガスをシャワープレート２１２の上記貫通孔から導入する。貫通孔の位置は、下方の円形基板状の試料の径と同じかさらに大きな径の範囲に配置されている。

電波源１１６を構成する電源２０９からのマイクロ波が、導波管２０８を通ってシャワープレート２１２を透過して放電室２０４内に導入される。さらに、放電室２０４上方及び側方の外部のコイルケース１２０で囲まれた位置には、ソレノイドコイル２１０，211が配置されて、磁場を放電室２０４内に供給している。これら電界，磁界の相互作用により、放電室２０４内の処理用ガスが励起されてプラズマが形成され、さらに、下部電極
２０７内に配置された導電性部材に所定の高周波電力が供給され試料表面にバイアス電位が形成された状態で、試料の処理が行われる。さらに、試料の処理を行いつつ、真空室
２０６下部の真空ポンプ１１４による排気の動作によって処理室の下向きに処理室内のガス，粒子が移動させられ、下部電極２０７の軸を中心としてこれの周りに偏りの少ない流れが形成されて、処理室内を所定の圧力に調節される。

さらに、本実施例では、真空ポンプ１１４による排気の量を調節する手段を処理室から排気されるガスや粒子の経路外に配置している。すなわち、図２に示す通り、放電室204へ供給される処理用のガスの導入経路２１６と並列に配置された導入経路２１７を備えて、この導入経路２１７を介して真空ポンプ１１４に所定のガスが導入されている。本実施例では、放電室２０４へ供給される処理用ガスの流量を調節するマスフローコントローラ１１８により真空ポンプ１１４に供給される所定のガスの流量が調節されているが、各々異なる流量調節装置を備えても良い。

本実施例では、所定のガスはアルゴン等の不活性ガス或いは窒素等処理室内の処理や排気の経路を構成する部材に与える影響が小さな物質が用いられている。流量が調整された不活性ガスは真空ポンプ１１４の圧縮部に導入され、真空ポンプ１１４による処理室内のガスの実質的な単位時間あたりの排気量を調節することで、処理室内の圧力が調節される構成となっている。

図３は、図２に示す処理ユニット１０３の真空容器１１３下方の真空ポンプ１１４を中心として拡大して示す縦断面図である。この図において、本実施例の真空ポンプ１１４は、真空容器１１３下面に取り付けられた連結フランジ３１３を介して真空容器１１３とボルト等を用いて締結されている。

真空ポンプ１１４本体は、略円筒形状のケース３０１内部に回転して圧縮する圧縮部とこれの中心に配置された回転軸を回転させる駆動部とを備え、下方に圧縮されて圧力を増大させた処理室内のガスを排出する排気ポート３０４を備えている。ケース３０１内の上方は、回転軸周りに放射状に複数枚の羽根が配置されたそれぞれの段の回転翼３０５とこれらの回転翼の間に配置されてケース３０１の外周側から回転軸側に放射状に延在した複数枚の羽根を備えてケース３０１と連結されて位置が固定された複数段の固定翼３０６とを備えたターボ部３０２となっている。さらに、このターボ部の下側には、ターボ部302出口と連結されターボ部３０２から排出されたガスが流入するねじ部３０３が配置されている。このねじ部３０３は、ケース３０１側と連結されて位置が固定された部分と微小な隙間を介して対向して配置され回転軸周りに回転する部分とにねじが形成され、これらのねじ間をガスが通って排出される。

ねじ部３０３の後端に配置された空間は、排気ポート３０４と連通され、ターボ部302，ねじ部３０３を通り圧力が上昇したガスが排気される。このような構成により、真空容器１１３下部に形成され開閉蓋２１５により開閉される排気口７から流入した処理室内のガス，粒子等は、この排気口３０７下方でこれと連通された真空ポンプ１１４の吸入口
３０８から、圧縮部のターボ部３０２に流入する。ターボ部３０２では、回転軸周りで相対的に対向して移動する各段の羽根同士の相互作用によって下方にガスや粒子を送り出すものであり、回転軸の軸方向に交互に配置された回転軸周りに回転する回転翼３０４と各翼が同軸周りに配置された固定翼３０６との間を通って下方に送り出されつつ圧縮される。ターボ部３０２からの排気は、さらに、下方のねじ部３０３を通して後流側に移動させられ、排気ポート３０４から所定の圧力で排出される。

回転翼３０５またはねじ部３０３の回転する部分は、回転軸を介してモータ部３０９と連結され、モータ部３０９の駆動によりこれらを回転させ、処理室内の排気が行われる。なお、回転軸の下端部には、この回転軸の回転を円滑にするため、磁気軸受が配置されている。また、この真空ポンプ１１４，吸入口３０８は、排気口３０７と直接的に連通されており、処理室内から吸入口３０８が直接的に臨めるように配置されている。

特に、本実施の例では、ターボ部３０２の最上段、つまり、吸入口３０８に臨む段の入口翼３１０はケース３０１側に位置が固定された翼であり、固定翼３０６の一つである入口翼３１０が、圧縮部の最上段に位置して排気口３０７と連通している。本実施例の入口翼３１０の各羽根の形状は、ターボ部３０２の他の段の固定翼と同等であり、複数の羽根が回転軸の中心からリング状の外周に向かって放射状に延在している。この入口翼は、下方のターボ部３０２の最上段の回転翼３０５とは連結されておらず、処理室内部方向に取り外し，取り付け可能に構成されている。

真空ポンプ１１４のターボ部の最上段の回転翼３０５とその直下方の固定翼３０６の羽根の間には、マスフローコントローラ１１８により流量が調整された不活性ガスが、ガスの導入経路２１７を介して導入される導入口３１２が配置される。この導入口３１２は、略円筒形上の回転翼外周端を囲むケース３０１外周を囲んで配置された肉厚のフランジ部に取り付けられた導入経路２１７に連通され圧縮部の回転軸に略対象に複数個配置されている。ターボ部３０２に導入された不活性ガスは、処理室内からのガス，粒子とともにターボ部３０２の排気動作によって後流側に送出されて、最終的に排気ポート３０４から排気される。

実質的に処理室内から排気されるガス，粒子の量は、不活性ガスが導入されることで低減されており、この不活性ガスの導入の量を調節することで、処理室内からの排気量が調節され、放電室２０４，真空室２０５，２０６内の圧力が調節される。本実施例のマスフローコントローラ１１８による導入口３１２からの不活性ガスの流量の調節は、不活性ガス源側の圧力と導入口３１２側の圧力との圧力差に応じて行われる。ガス源側の圧力は、プラズマ処理装置が設置されるクリーンルーム等の建屋によって予め定められた圧力に設定されることから、圧力差が大きくでき、高精度に流量を調節することが可能となり、処理の精度が向上する。

図４は、図３に示す真空ポンプの構成の概略を示す上面図である。図４（ａ）は、排気口３０７の上方の処理室内から見た場合の真空ポンプ１１４の平面図である。図４（ｂ）は、真空ポンプ１１４の入口翼３１０を上方から見た平面図である。本実施例では、試料の処理中は真空室２０６，真空ポンプ１１４の上部の圧縮部とは、排気口３０７及び吸入口３０８を介して連通されており、この真空容器の開口と真空ポンプの開口との間には、従来技術の様なバルブ等の排出量を調整するための手段，装置を備えられていない。つまり、処理室下部の排気口３０７と圧縮部の最上端の固定翼である入口翼３１０とが連通されており、この入口翼３１０は処理室内の空間に直接晒されている。

また、入口翼３１０は、回転軸の上方に相当する位置に配置された略円形のカバー401の外周側に放射状に延在する複数枚の羽根４１２を有し、各羽根の外周端は吸入口３０８の内周縁の外側まで延びている。

さらに、ターボ部の一段目の固定翼である入口翼３１０は、真空ポンプ１１４の略円筒形状のケースから中央部の回転軸方向に放射状に配置された複数の翼４０２が、図４(ｂ)に示す通り、上方から見て翼同士に隙間がなく配置されている。図４（ｃ）は、入口翼
３１０を側方からみた側面図であり、各羽根の配置を模式的に示す図である。この図のように、各羽根は、図上の上下方向に相当する回転軸に垂直な（水平の）方向に、所定の隙間を開け、且つ回転軸及び図上矢印で示す直下方に配置された回転翼３０５の回転方向について角度をつけて配置されている。各羽根は、回転軸或いは排気の流れ方向について上方の上流端と下方の下流端とを有しており、これは直下方の回転翼３０５の回転方向について上方に上流端、下方に下流端が配置される。これは直下方の回転翼３０５の各羽根の取り付け角度とは逆の向きとなっている。回転軸の上方から入口翼３１０を見た場合、各羽根の上流端と隣り合った羽根の下流端とは重なり合っている。このため、入口翼３１０の下方のターボ部３０２は、真空ポンプ１１４の上方から投影された場合に、晒されない。この構成により、回転翼を有したターボ部３０２の回転に伴って、ターボ部３０２内に存在する異物が処理室内に進入することが抑制される。

また、真空ポンプ１１４のケース３０１内から入口翼３１０は、単体として処理室内側（上方）に、真空ポンプ１１４本体から着脱可能に取り付けられている。また、真空ポンプ１１４の入口に取り付けられた状態で真空ポンプ１１４内に内蔵された図示しないヒータから熱伝導によって加熱される。この加熱により入口翼３１０の表面に処理室内からの生成物等の付着性の強い物質が付着することを抑制して、異物となって処理室内の処理に悪影響を及ぼすことを抑制している。また、このような生成物が付着したとしても、処理室内の保守点検のため開放した際に併せて真空ポンプ１１４自体を交換すること無く交換可能であり、交換のための作業が容易となる。

図５は、図２または図３に示す本発明の実施例と異なる変形例に係る真空ポンプの構成の概略を示す縦断面図である。図２または図３に示す実施例との差異は、真空ポンプ114の圧縮部の上流側および後流側とにガスを供給する複数の導入口を備える点である。

すなわち、図５に示す変形例では、図２または図３に示す実施例と同様に、ターボ部
３０２の回転翼３０５の最上段とその直下方の固定翼３０６との間の間隔に面する側壁に、マスフローコントローラ１１８によりその流量が調節された不活性ガスが導入される導入口５０１が配置されている。この導入口５０１は、ケース３０１の外周に形成された断面の厚さが大きくされたフランジ部５０５に取り付けられたガスの導入経路５０３と連通されている。

さらに、本変形例では、ターボ部３０２の後流端（排出端）とねじ部３０２の入口との間の排気ガスの流路に面して、導入口５０１と別に不活性ガスが導入されるガスの導入口５０２が配置されている。この導入口５０２は、ケース３０１の下部でフランジ部５０５の下方に配置された別のフランジ部５０６に取り付けられたガスの導入経路５０４と連通されている。

本変形例では、導入経路５０４を通流する不活性ガスの流量も、導入経路５０３の場合と同様にマスフローコントローラ１１８により調節される。一方で、導入経路５０４を介した導入口５０２からの不活性ガスの供給をマスフローコントローラ１１８と別の流量調節装置により調節してもよい。

上方のターボ部３０２に導入口５０１から供給されるガスは、不活性ガスでもプロセスガスでもよく、真空ポンプ１１４による処理室内のガス，粒子の排気の量を大きく変動させるために導入される。また、下方の導入口５０２に供給されるガスは不活性ガスであり、真空ポンプ１１４による処理室内のガス，粒子の排気の量を相対的に小さく変動させるために導入される。真空ポンプ１１４の圧縮部の上流側の導入口５０１から導入されるガスは圧力が高い下流側の導入口５０２から導入されるガスにより処理室内の圧力が大きく変動される。一方、小さく圧力を変動させる場合には、後流側の導入口５０２からの不活性ガスの導入を調節することで行われる。また、導入口５０２は、ねじ部３０３に形成されてもよい。

例えば、試料表面に積層されて形成された複数の種類の異なる膜を異なる圧力で処理する場合で、上方の膜を処理した後下方の膜の処理を行う際に大きく圧力を変更する場合は上流側の導入口５０１からガスを供給することで処理室内の圧力をより短時間で大きく変動させ、処理室内を所定の圧力に安定させるための微調整を後流側の導入口５０２からのガスの導入により行う。この構成により、異なる種類の膜の処理に応じた処理室内の圧力を迅速に変更，調節することができ、処理の効率を向上することができる。

図６は、図２または図３に示す本発明の実施例とさらに異なる変形例に係る真空ポンプの構成の概略を示す縦断面図である。図２または図３に示す実施例との差異は、真空ポンプ１１４のターボ部にねじ部３０３の後流端（排出端）からのガスの一部を供給する導入口６０１を備える点である。

すなわち、不活性ガスを真空ポンプ１１４のターボ部３０２に導入する構成ではなく、真空ポンプ１１４の圧縮部の後流側の排気ガスの一部を最上段の回転翼３０５と直下方の固定翼３０６との間よりターボ部３０２に導入している。この導入口６０１は、ねじ部
３０３の排出端に連通して開口された戻りガス用吸入口６０２と戻りガス用流路６０３を介して連結されている。戻りガス用流路６０３上には、戻り用ガスの流量を調節するため逆流防止弁と流量調節ノズルまたはバルブとを備えた流量調節器６０４が配置されている。

この変形例の真空ポンプ１１４の排気の量は、流量調節器６０４で調節される。また、この経路上には異物を取り除くフィルターが配置されている。この変形例のように、真空ポンプ１１４の圧縮部からの排気を圧縮部の入口側に戻すことによっても、真空ポンプ
１１４による排出の量を調整することで、処理室内の圧力が調節される。また、この変形例においても、真空ポンプ１１４のターボ部３０２の上方に図４に示す入口翼３１０が配置されており、吸入口３０８と真空容器１１３下部の排気口３０７との間にはバルブ等の流量調節手段が配置されておらず、真空容器１１３内の処理室からの排気は直接的に真空ポンプ１１４の吸入口３０８から入口翼３１０に供給される。

本変形例では、ターボ部に戻される排気により排気中に含まれる成分のうち異物となる物質が、真空容器内に進入することを抑制して、真空容器内の圧力を安定して実現し、処理を安定して行うことができる。

図７は、図１の実施例に係るプラズマ処理装置の動作の流れを示すフローチャートである。この図においては、試料表面上に積層されて配置された複数の膜層を各々異なる条件で処理する際の処理室内の圧力の調節と処理の動作の流れを示している。

この図において、上方の膜を処理するための条件を実現するために、まず、試料の処理の開始に際して真空ポンプ１１４を回転駆動して処理室内の排気を開始して（ステップ
７０１）処理室内の圧力が所定の圧力に到達したか、また漏れはないかが確認される（ステップ７０２）。その後、下部電極２０７上に図示しないロボットアーム等の搬送装置により試料が搬送されて載せられた後、放電室２０４上方のシャワープレート２１２から処理用ガスを希釈するためのガスが導入される。この際、これらのガスの導入はマスフローコントローラ１１８により調節される。

これとともに、真空ポンプ１１４の導入口３１２に不活性ガスがマスフローコントローラ１１８により調節されつつ供給され、真空ポンプ１１４による処理室内の排気の量が調節されて、処理室内の圧力を所定の値に近接させるように調節が開始されＳＴＥＰ１の処理がスタートする（ステップ７０３）。この後、処理用ガスがシャワープレート２１２からマスフローコントローラ１１８により流量が調節されて供給され（ステップ７０４）、処理室内の圧力が所定の圧力値に設定されたかが確認される（ステップ７０５）。

所定の値に圧力が到達していないと判定された場合には、ステップ７０３に戻り、マスフローコントローラ１１８により不活性ガスの流量が調節される。また、所定の値に十分近接した範囲に到達したと判定された場合には、ステップ７０６に進み試料の処理を開始する（ステップ７０６）。

処理の開始後、処理の終点の到達を判定する（ステップ７０７）。終点に到達していないと判定された場合には、ステップ７０５に戻り処理室内の圧力を調節しつつ処理を続行する。一方、処理の終点が判定された場合には、マスフローコントローラ１１８により処理用ガスの供給を停止する（ステップ７０８）。

次に、下方の膜の処理に対応した各条件を変更して設定する。このために、ステップ
７０１と同様に、処理室内を真空ポンプ１１４の動作により真空排気してＳＴＥＰ１で用いた各処理用ガスや生成物を排気する。所定の圧力まで排気してこれらの排気が終了したことを確認すると、真空ポンプ１１４の導入口３１２に不活性ガスがマスフローコントローラ１１８により調節されつつ供給され、真空ポンプ１１４による処理室内の排気の量が調節されて、処理室内の圧力を所定の値に近接させるように調節が開始されＳＴＥＰ２の処理がスタートする（ステップ７１０）。この際の不活性ガスの導入量は、ＳＴＥＰ１と
ＳＴＥＰ２とで処理室内の圧力の条件が異なれば、ステップ７０３の導入量と異なるものとなる。

さらに、ＳＴＥＰ２に対応した流量，組成の処理用ガスがシャワープレート２１２から放電室２０４を含む処理室内に導入され(ステップ７１１)、処理室内の圧力がＳＴＥＰ２の処理に適正な値となっているかが確認される（ステップ７０１２）。適正な値ないと判定された場合には、ステップ７１０に戻り、適正な圧力に到達していると判断された場合にはステップ７１３に進み、下方の膜の処理を開始する（ステップ７１３）。

この場合も、ステップ７０６と同様、下部電極２０７に所定の高周波電力を供給してバイアス電位を試料表面に形成して処理を行う。また、処理中に下部電極２０７内の冷媒通路に通流させる冷媒の温度または試料と下部電極２０７の試料載置面との間に供給されるヘリウム等の熱伝導性ガスの圧力を調節して試料の温度を調節しつつ処理を行う。

処理を開始後、処理の終点に到達したかを判定する（ステップ７１４）。終点に判定していないと判断された場合には、ステップ７１２に戻り、処理室内の圧力を調節しつつ処理を継続する。処理が終点に到達したと判定された場合には、ステップ７１５に進み、処理用ガスの処理室への供給を停止し処理を停止する。以降に、さらに処理すべき膜がある場合には、上記ステップを繰り返す。

本実施の例において、上記ステップ７０３またはステップ７１０における処理室内圧力の調節は、回転駆動される真空ポンプ１１４の圧縮部にガスを導入することで処理室内からの排気の量を調節することで行われる。ＳＴＥＰ１からＳＴＥＰ２への処理室内の圧力をより速く変更するために、一旦処理室内からＳＴＥＰ１用の処理用ガス等を排気するためのステップ７０９を行うことなく、ステップ７１０に移行しても良い。

図７の例では、真空ポンプ１１４の構成は、図２または図３の構成を前提に説明しているが、図６に示す真空ポンプ１１４の構成を適用することもできる。また、図５に示すように圧縮部の上流側，下流側の複数の箇所に不活性ガスを供給する導入口５０１，５０２を配置して、ステップ７１０において処理室内の圧力が大きく変動する場合にまず導入口
５０１から不活性ガスを導入して、真空ポンプ１１４の排気の量を大きく変動させて目標の排気の量（圧力）に近接させた後に導入口５０２からの不活性ガスの導入に切替え、目標の圧力となるように安定させるため排気の量を微調整しても良い。

以上の通り、上記実施例によれば、処理室内の圧力をより安定して実現でき、処理の効率を向上させることができる。また、真空ポンプから処理室内への異物の進入を抑制して処理の歩留まりを向上させることができる。また、保守や点検の時間が短縮されプラズマ処理装置の稼働率が向上する。

本発明の実施例に係るプラズマ処理装置の構成の概略を示す図である。 図１に示す実施例の処理ユニットの構成の概略を示す断面図である。 図２に示す処理ユニットの真空容器下方の真空ポンプを中心として拡大して示す縦断面図である。 図３に示す真空ポンプの構成の概略を示す上面図である。 図２または図３に示す本発明の実施例と異なる変形例に係る真空ポンプの構成の概略を示す縦断面図である。 図２または図３に示す本発明の実施例とさらに異なる変形例に係る真空ポンプの構成の概略を示す縦断面図である。 図１の実施例に係るプラズマ処理装置の動作の流れを示すフローチャートである。

符号の説明

１００…プラズマ処理装置、１０１…大気側ブロック、１０２…処理ブロック、１０３，１０３′…処理ユニット、１０５…搬送ユニット、１０６…筐体、１０７，１０８…カセット、１０９，１０９′…ロック室、１１１…真空搬送室、１１３，１１３′…真空容器、１１４…真空ポンプ、１１５,１１５′…ガダイ、１１６,１１６′…電波源、１１８，１１８′…マスフローコントローラ、１２０，１２０′…コイルケース、１２１，
１２１′…起重装置。

Claims (6)

1. 処理室内部に形成したプラズマを用いて試料を処理するプラズマ処理装置であって、内部に処理用ガスを供給しつつプラズマが形成される処理室と、上面に処理される試料が戴置される試料台と、試料下方から処理室内のガスを排出して減圧する真空ポンプであって、そのケース内に配置され同軸上に配置された複数の翼を有する回転翼及び固定翼を有する圧縮部及びこの圧縮部から排出された前記ガスを前記ケース外に排出する排気口を備えた真空ポンプと、前記圧縮部の最上位置に配置された回転翼とその下方の固定翼との間に配置され不活性ガスが導入される導入口と、前記不活性ガスのガス貯溜部と前記導入口との間に配置され前記不活性ガスの量を調整する流量調整器とを備えたプラズマ処理装置。
2. 処理室内部に形成したプラズマを用いて試料を処理するプラズマ処理装置であって、内部に処理用ガスを供給しつつプラズマが形成される処理室と、上面に処理される試料が戴置される試料台と、試料下方から処理室内のガスを排出して減圧し、処理室下方に配置されケース内に同軸状の複数の翼から構成された回転翼及び固定翼から構成された圧縮部及び圧縮部から排出された前記ガスをケース外に排出する排気口と前記回転翼その下方の固定翼との間の前記圧縮部外周に配置され不活性ガスが導入される導入口と、前記圧縮部の排気側に配置され前記排出されたガスを前記導入口に供給するガス戻り口と、このガス戻り口と前記導入口との間の前記ガスの経路に上に配置されこのガスの流量を調整する流量調節器とを備えた真空ポンプによって構成されるプラズマ処理装置。
3. 請求項１又は２に記載のプラズマ処理装置であって、真空ポンプは交互及び上下に配置された前記回転翼と前記固定翼とを有したターボ部を有し、このターボ部の入口に配置された前記回転翼の形状を有した入口翼に前記真空容器内と連通する開口から前記処理室内のガスが直接導入されるプラズマ処理装置。
4. 請求項１又は２に記載のプラズマ処理装置であって、真空ポンプは真空容器下部に配置され、処理室内と連通する開口下方に取り付けられ前記回転翼と前記固定翼とが交互に重ねられて配置されたターボ部の入口上部に着脱可能に配置された前記回転翼の形状を有した入口翼が直接連結され、前記入口翼は異物付着防止の為に加熱されたプラズマ処理装置。
5. 請求項３記載のプラズマ処理装置であって、前記不活性ガス導入口は一段目の前記回転翼と次の段の固定翼との間から供給されるプラズマ処理装置。
6. 請求項４記載のプラズマ処理装置であって、前記ガス戻り口は一段目の前記回転翼と次の段の回転翼との間に配置されるプラズマ処理装置。
   

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