JP2009239210A - 基板処理装置 - Google Patents

Abstract

【課題】プラズマ生成用螺旋共振器の螺旋状共振コイルと給電部、接地部との接続作業が容易で、安定した接続状態が得られ、又異常放電による前記給電部、前記接地部の溶解、焼損等を防止する基板処理装置を提供する。
【解決手段】基板を保持するサセプタと、該サセプタを収納する処理室と、該処理室に連通する反応容器と、該反応容器内にプラズマを発生させる螺旋状共振コイル２５とを具備し、該螺旋状共振コイル２５には少なくとも一方が位置調整可能な接地部５８、給電部が設けられ、前記接地部５８、前記給電部は、前記螺旋状共振コイル２５を挾持するコイルホルダ６５及びコイル押え６６とを有し、前記コイルホルダ６５及び前記コイル押え６６間には、断面が前記螺旋状共振コイル２５の断面と合致する円形であり、又該螺旋状共振コイル２５の径と同等に湾曲したコイル保持孔が形成される。
【選択図】図２

Description

本発明は、プラズマを生成し、シリコンウェーハ等の基板に薄膜の生成、エッチング、アッシング等の処理を施す基板処理装置に関するものである。

プラズマを生成し、プラズマにより処理ガスを活性化させ、基板に薄膜の生成、エッチング、アッシング等の処理を施す基板処理装置として、プラズマ生成用螺旋共振器を具備するものがある。

図４に於いて、プラズマ生成用螺旋共振器の概略を説明する。

図４中、１は円筒形の気密容器であり、内部に処理ガスを供給可能である。前記気密容器１と同心に螺旋状共振コイル２が配設され、更に該螺旋状共振コイル２は保護シールド３に覆われている。

前記螺旋状共振コイル２には前記保護シールド３に支持された給電部４、接地部５が接続され、更に前記給電部４には高周波電源６が電気的に接続されている。前記給電部４、前記接地部５は銅を主体とした金属で構成されている。

前記気密容器１内を減圧し、ガスを供給して、前記螺旋状共振コイル２に高周波電力を印加することでプラズマを発生する様になっている。

尚、前記給電部４、前記高周波電源６は、前記螺旋状共振コイル２との接続位置を調整することで、プラズマを発生させる原理である整数倍長周波数を作出す調整機構を兼ねている。

図５、図６により、従来の前記接地部５について説明する。尚、前記給電部４については前記接地部５と基本的に同構造であるので説明を省略する。

コイル支持体１１と固定プレート１２が保護シールド３を挾んで設けられ、前記コイル支持体１１と前記固定プレート１２とをボルト１３によって螺着することで、前記保護シールド３を挾持し、又該保護シールド３を挾持することで、前記コイル支持体１１が前記保護シールド３に固定される様になっている。

尚、前記ボルト１３を緩めた状態では、前記コイル支持体１１、前記固定プレート１２は周方向に移動させることができる。

前記コイル支持体１１には固定ボルト１４が螺合貫通しており、該固定ボルト１４にはロックナット１５が螺合し、該ロックナット１５を締付けることで、前記固定ボルト１４のロックが可能である。

前記コイル支持体１１の先端には、板材をＵ字状に屈曲成形したコイルホルダ１６がボルト１７により取付けられている。又、前記固定ボルト１４の先端にはコイル押え１８が設けられている。該コイル押え１８の先端側には台形状の保持溝１９が直線に刻設され、該保持溝１９に前記螺旋状共振コイル２が嵌合する様になっている。

前記コイルホルダ１６と前記コイル押え１８との間に前記螺旋状共振コイル２が挿通され、前記固定ボルト１４を締込むことで前記コイル押え１８が前記螺旋状共振コイル２に押圧され、前記コイルホルダ１６と前記コイル押え１８間に前記螺旋状共振コイル２が挾持され、該螺旋状共振コイル２が前記接地部５に接続される。

尚、前記螺旋状共振コイル２と前記接地部５間の位置調整を行う場合は、前記固定ボルト１４を緩め、前記コイルホルダ１６、前記コイル押え１８を前記螺旋状共振コイル２に対してスライドさせる。

前記接地部５と前記螺旋状共振コイル２との位置調整が完了すると、前記ロックナット１５を締込み、前記接地部５の位置をロックする。

前記接地部５では、前記コイルホルダ１６を屈曲成形しているので、該コイルホルダ１６と前記螺旋状共振コイル２との接触部は直線となり、前記螺旋状共振コイル２の内周では両端の２点で接触し、中央部では隙間を生ずることになる。前記コイル押え１８については前記螺旋状共振コイル２の外周では中央１点に接触となる。又、前記保持溝１９の断面形状が台形であるので、前記螺旋状共振コイル２との嵌合も完全に密着するとはいえない。この為、前記コイル押え１８と前記螺旋状共振コイル２間にも隙間を生じることになる。

前記螺旋状共振コイル２と前記給電部４、前記高周波電源６との接触は局部的となり、接触状態は、前記固定ボルト１４の締付け状態に影響を受け易く、該固定ボルト１４の締付け調整は微妙な作業となる。

又、前記給電部４、前記接地部５を介して前記螺旋状共振コイル２に大電力を給電すると、発熱により変形、螺子の緩みを生じる。特に、前記コイルホルダ１６、前記コイル押え１８と前記螺旋状共振コイル２との接触は局部的であるので、発熱による変形、螺子の緩みの影響を受け易い。

この為、前記コイルホルダ１６、前記コイル押え１８と前記螺旋状共振コイル２間の隙間が拡大し、異常放電が発生し、前記給電部４、前記接地部５の溶解、焼損等の事故が発生する虞れがある。

溶解、焼損等の事故が発生した場合には、基板処理装置を停止させ、交換修理を行う必要があり、稼働率低下の原因となる。

尚、プラズマ生成用の螺旋共振装置については、特許文献１に示されるものがある。

特開２００３−３７１０１号公報

本発明は斯かる実情に鑑み、プラズマ生成用螺旋共振器の螺旋状共振コイルと給電部、接地部との接続作業が容易で、安定した接続状態が得られ、又給電部、接地部の異常放電による溶解、焼損等を防止するものである。

本発明は、基板を保持するサセプタと、該サセプタを収納する処理室と、該処理室に連通する反応容器と、該反応容器内にプラズマを発生させる螺旋状共振コイルとを具備し、該螺旋状共振コイルには少なくとも一方が位置調整可能な接地部、給電部が設けられ、前記接地部、前記給電部は、前記螺旋状共振コイルを挾持するコイルホルダ及びコイル押えとを有し、前記コイルホルダ及び前記コイル押え間には、断面が前記螺旋状共振コイルの断面と合致する円形であり、又該螺旋状共振コイルの径と同等に湾曲したコイル保持孔が形成される基板処理装置に係るものである。

本発明によれば、基板を保持するサセプタと、該サセプタを収納する処理室と、該処理室に連通する反応容器と、該反応容器内にプラズマを発生させる螺旋状共振コイルとを具備し、該螺旋状共振コイルには少なくとも一方が位置調整可能な接地部、給電部が設けられ、前記接地部、前記給電部は、前記螺旋状共振コイルを挾持するコイルホルダ及びコイル押えとを有し、前記コイルホルダ及び前記コイル押え間には、断面が前記螺旋状共振コイルの断面と合致する円形であり、又該螺旋状共振コイルの径と同等に湾曲したコイル保持孔が形成されるので、前記螺旋状共振コイルは、前記コイルホルダ及び前記コイル押えにより面接触で挾持され、前記螺旋状共振コイルは前記コイルホルダと前記コイル押えとの間に隙間が生じることなく、異常放電が防止され、又発熱による変形、螺子の緩みが生じにくく、前記螺旋状共振コイルの挾持力が安定するという優れた効果を発揮する。

以下、図面を参照しつつ本発明を実施する為の最良の形態を説明する。

先ず、本発明が実施される基板処理装置について説明する。

図１には、基板処理装置のプラズマ処理ユニットの一例が示されている。

プラズマ処理ユニット２１は、半導体基板や半導体素子に乾式処理でアッシングを施す高周波無電極放電型のプラズマ処理ユニットである。

前記プラズマ処理ユニット２１は、プラズマを生成する為のプラズマソース２２、半導体基板等のウェーハ２３を収容する処理室２４、前記プラズマソース２２（特に螺旋状共振コイル２５）にＲＦセンサ２８を介して高周波電力を供給する高周波電源２６、及び該高周波電源２６の発振周波数を制御する周波数整合器２７を備えている。例えば、架台としての水平なベースプレート２９の上部に前記プラズマソース２２を配置し、前記ベースプレート２９の下部に前記処理室２４を配置して構成される。又、前記螺旋状共振コイル２５と保護シールド３１とで、螺旋共振器が構成される。

前記プラズマソース２２は、減圧可能に構成され且つプラズマ用の反応ガスが供給され、反応容器３２と、該反応容器３２の外周に同心に配設された前記螺旋状共振コイル２５と、該螺旋状共振コイル２５の外周に同心に配置され且つ電気的に接地された前記保護シールド３１とから構成される。

前記反応容器３２は、通常、高純度の石英硝子やセラミックスにて円筒状に形成された所謂チャンバである。前記反応容器３２は、通常、軸線が垂直になる様に配置され、トッププレート３３及び前記処理室２４によって上下端が気密に封止される。

前記反応容器３２の下方の前記処理室２４の底面には、複数（例えば４本）の支柱３４によって支持されるサセプタ３５が設けられ、該サセプタ３５には、サセプタテーブル３６及び前記サセプタ３５上のウェーハ２３を加熱する基板加熱部（以下、ヒータ）３７が具備される。

前記サセプタ３５の下方に、排気板３８が配設される。該排気板３８は、ガイドシャフト３９を介して底板４１に支持され、該底板４１は前記処理室２４の下面に気密に設けられる。昇降基板４２が前記ガイドシャフト３９をガイドとして昇降自在に動く様に設けられる。前記昇降基板４２は、少なくとも３本のリフターピン４３を支持している。

該リフターピン４３は、前記サセプタ３５を貫通し、前記リフターピン４３の頂端には、ウェーハ２３を支持するウェーハ支持部４４が設けられている。

該ウェーハ支持部４４は、前記サセプタ３５の中心方向に延出している。前記リフターピン４３の昇降によって、ウェーハ２３を前記サセプタテーブル３６に載置し、或は該サセプタテーブル３６から持上げることができる。

前記底板４１を経由して、昇降駆動部（図示せず）の昇降シャフト４５が前記昇降基板４２に連結されている。昇降駆動部が前記昇降シャフト４５を昇降させることで、前記昇降基板４２と前記リフターピン４３を介して前記リフトピン支持部４４が昇降する。

前記サセプタ３５と前記排気板３８の間に、円筒状のバッフルリング４６が設けられる。該バッフルリング４６、前記サセプタ３５、前記排気板３８で第１排気室４７が形成される。前記バッフルリング４６には、通気孔（図示せず）が多数均一に設けられている。従って、前記第１排気室４７は、前記処理室２４と仕切られ、又通気孔（図示せず）によって、前記処理室２４と連通している。

前記排気板３８に排気連通孔４８が設けられ、該排気連通孔４８によって前記第１排気室４７と第２排気室４９が連通される。該第２排気室４９には、排気管５１が連通されており、該排気管５１には排気装置５２が設けられている。

反応容器３２の上部のトッププレート３３には、ガス供給ユニット（図示せず）から伸長され且つ所要のプラズマ用の反応ガスを供給する為のガス供給管５３が接続されている。該ガス供給管５３には、ガスの流量を制御する機能を持ち、具体的には流量制御部であるマスフローコントローラ５４及び開閉弁５５が設けられている。前記マスフローコントローラ５４及び前記開閉弁５５を制御することで、ガスの供給量を制御する。

前記反応容器３２内には、反応ガスを該反応容器３２の内壁に沿って流れる様にする為の略円板形で、石英から成るバッフル板５６が設けられている。

尚、流量制御部及び前記排気装置５２によって反応ガスの供給量、排気量を調整することにより、前記処理室２４の圧力が調整される。

尚、本装置は、以上の構成に限らず、次の様にして前記サセプタ３５を支持しても良い。

該サセプタ３５下面中心部に、柱状の第２のサセプタ支持部を設け、前記サセプタ３５を支持する。第２のサセプタ支持部の内側には、前記ヒータ３７に電力を供給するヒータ線（図示せず）等が格納されている。このような構成とすることにより、各線がプラズマや処理ガスに曝されることがない為、前記サセプタ３５の耐性を向上することができる。

前記螺旋状共振コイル２５は、所定の波長の定在波を形成する為、一定波長モードで共振する様に巻径、巻回ピッチ、巻数が設定される。即ち、前記螺旋状共振コイル２５の電気的長さは、前記高周波電源２６から供給される電力の所定周波数における１波長の整数倍（１倍、２倍、…）又は半波長もしくは１／４波長に相当する長さに設定される。

例えば、１波長の長さは、１３．５６ＭＨｚの場合約２２メートル、２７．１２ＭＨｚの場合約１１メートル、５４．２４ＭＨｚの場合約５．５メートルになる。

前記螺旋状共振コイル２５は、絶縁性材料にて平板状に形成され且つ前記ベースプレート２９の上端面に鉛直に立設された複数のサポートによって支持される。

前記螺旋状共振コイル２５の両端は電気的に接地されるが、該螺旋状共振コイル２５の少なくとも１端は、基板処理装置の最初の設置の際又は処理条件の変更の際に前記螺旋状共振コイルの電気的長さを微調整する為、移動可能な接地部５８を介して接地される。図１中の５９は他方の固定接地部を示す。更に、基板処理装置の最初の設置の際又は処理条件の変更の際に前記螺旋状共振コイル２５のインピーダンスを微調整する為、該螺旋状共振コイル２５の接地された両端の間には、移動可能な給電部６１が設けられる。

前記螺旋状共振コイル２５は、電気的に接地された接地部５８，５９を両端に備え、且つ前記高周波電源２６から電力供給される前記給電部６１を前記接地部５８，５９の間に備え、而も、少なくとも一方の前記接地部５８及び前記給電部６１は、位置調整可能とされる。

前記螺旋状共振コイル２５が可変式接地部及び可変式給電部を備えている場合には、後述する様に、前記プラズマソース２２の共振周波数及び負荷インピーダンスを調整するに当り、より一層簡便に調整することができる。

前記保護シールド３１は、前記螺旋状共振コイル２５の外側への電磁波の漏れを遮蔽すると共に、共振回路を構成するのに必要な容量成分を前記螺旋状共振コイル２５との間に形成する為に設けられる。前記保護シールド３１は、一般的には、アルミニウム合金、銅又は銅合金等の導電性材料を使用して円筒状に形成される。該保護シールド３１は、前記螺旋状共振コイル２５の外周から、例えば５〜１５０ｍｍ程度隔てて配置される。

前記高周波電源２６の出力側には前記ＲＦセンサ２８が設置され、進行波、反射波等をモニタしている。前記ＲＦセンサ２８によってモニタされた反射波電力は、前記周波数整合器２７に入力される。該周波数整合器２７は、反射波が最小となる様周波数を制御する。

コントローラ６２は、単に前記高周波電源２６のみを制御するものではなく、プラズマ処理ユニット２１全体の制御を行っている。前記コントローラ６２には、表示部であるディスプレイ６３が接続されている。該ディスプレイ６３は、例えば、前記ＲＦセンサ２８による反射波のモニタ結果等、前記プラズマ処理ユニット２１に設けられた各種検出部で検出されたデータ等を表示する。

ウェーハ２３の載置工程を説明する。搬送装置がウェーハ２３を前記処理室２４に進入させる。前記リフターピン４３が上昇し、ウェーハ２３が前記リフターピン４３に載置される。

搬送工程にて、室温に保持されたウェーハ２３を載置した後、アッシングガスを、前記ガス供給管５３から前記プラズマソース２２に供給する。アッシングガスは酸素、水素、水、アンモニア、四フッ化炭素（ＣＦ4 ）等がある。ガス供給後、前記高周波電源２６が、前記螺旋状共振コイル２５に電力を供給する。

該螺旋状共振コイル２５内部に励起される誘導磁界によって自由電子を加速し、ガス分子と衝突させることでガス分子を励起してプラズマを生成する。この様にして、プラズマ化されたアッシングガスにより、アッシング処理を行う。

ところで、プラズマ生成時や、プラズマ処理中に処理条件を変動した場合（ガス種を増やす等）等、ガス流量やガス混合比、圧力が変化する場合がある。この為、高周波電源２６の負荷インピーダンスが変動してしまうことがある。この様な場合でも、前記周波数整合器２７を有する為、ガス流量やガス混合比、圧力の変化に直ぐに追従して前記高周波数電源２６の発振周波数を整合することができる。

具体的には次の動作が行われる。

プラズマ生成時、前記螺旋状共振コイル２５の共振周波数に収束される。この時、前記ＲＦセンサ２８が前記螺旋状共振コイル２５からの反射波をモニタし、モニタされた反射波のレベルを前記周波数整合器２７に送信する。該周波数整合器２７は、反射波電力がその反射波が最小となる様、前記高周波電源２６の発振周波数を調整する。

次に、本発明に用いられる前記接地部５８について、図２、図３を参照して説明する。

尚、前記給電部６１は、前記接地部５８と基本的に同一構成であるので、説明を省略する。

尚、図２、図３中で、図５、図６で示したものと同等のものには同符号を付してある。

銅製のコイル支持体１１と銅製の固定プレート１２が前記保護シールド３１を挾んで設けられ、前記コイル支持体１１と前記固定プレート１２とをボルト１３によって螺着することで、前記接地部５８が前記保護シールド３１に取付けられる。

尚、前記ボルト１３を緩めた状態では、前記コイル支持体１１、前記固定プレート１２は前記保護シールド３１に対して周方向に移動させることができる。

前記コイル支持体１１には固定ボルト１４が螺合貫通しており、該固定ボルト１４にはロックナット１５が螺合し、該ロックナット１５を締付けることで、前記固定ボルト１４のロックが可能である。

前記コイル支持体１１の先端には、銅製のコイルホルダ６５がボルト１７により取付けられている。又、前記固定ボルト１４の先端には銅製のコイル押え６６が設けられ、該コイル押え６６は後述する様に前記コイルホルダ６５に摺動自在に嵌合する。

該コイルホルダ６５は、ブロック材が切削加工されたものであり、該コイルホルダ６５には湾曲した断面Ｕ字形の嵌合溝６７が刻設されている。

該嵌合溝６７の断面は、前記螺旋状共振コイル２５と当接する部分は、該螺旋状共振コイル２５の外径と同一径となる半円であり、又前記嵌合溝６７の長手方向については前記螺旋状共振コイル２５の内周と同一曲率となる様に湾曲している。従って、該螺旋状共振コイル２５を前記嵌合溝６７に嵌合させると、両者は密着し、隙間が生じない様になっている。尚、前記螺旋状共振コイル２５の断面が楕円形状、４角形状の場合も同様に、コイルの接触面形状に合わせて前記嵌合溝６７を形成する。

又、前記コイル押え６６は、ブロック材が切削加工されたものであり、該コイル押え６６には湾曲した断面半円形の保持溝６８が刻設されている。

該保持溝６８の断面の半径は前記螺旋状共振コイル２５の外径と同じであり、又前記保持溝６８の長手方向については前記螺旋状共振コイル２５の外周と同一曲率となる様に湾曲している。従って、該螺旋状共振コイル２５に前記保持溝６８を嵌合させると、両者は密着し、隙間が生じない様になっている。尚、前記螺旋状共振コイル２５の断面が楕円形状、４角形状の場合も同様に、コイルの接触面形状に合わせて前記保持溝６８を形成する。

又、前記コイル押え６６の幅は、前記コイルホルダ６５の溝幅と略同一となっており、前記コイル押え６６は前記コイルホルダ６５に摺動自在に嵌合する。

前記コイルホルダ６５と前記コイル押え６６とを対向させた場合、前記嵌合溝６７と前記保持溝６８とで前記螺旋状共振コイル２５の外径と等しい内径を有し、該螺旋状共振コイル２５のコイル径と同一曲率で湾曲したコイル保持孔が形成さる。

而して、前記コイルホルダ６５と前記コイル押え６６との間に形成されるコイル保持孔に前記螺旋状共振コイル２５が挿通され、前記固定ボルト１４を締込むことで前記螺旋状共振コイル２５は前記コイルホルダ６５と前記コイル押え６６との間に隙間なく挾持される。

前記螺旋状共振コイル２５の挾持力は、前記固定ボルト１４の締込み量で決定され、前記螺旋状共振コイル２５と、前記コイルホルダ６５、前記コイル押え６６とは、面で接触しているので、前記固定ボルト１４の締込み量で微妙に挾持力が変動することはなく、安定している。又、同様に前記螺旋状共振コイル２５は前記コイルホルダ６５、前記コイル押え６６に面で挾持されているので、発熱による変形、螺子の緩みの影響は受け難い。

尚、前記螺旋状共振コイル２５と前記接地部５８間の位置調整を行う場合は、前記固定ボルト１４を緩め、前記コイルホルダ６５、前記コイル押え６６を前記螺旋状共振コイル２５に対して相対的にスライドさせる。

前記接地部５８と前記螺旋状共振コイル２５との位置調整が完了すると、前記ロックナット１５を締込み前記接地部５８の位置をロックする。

本発明の実施の形態に係る基板処理装置の断面概略図である。 該基板処理装置に用いられる接地部の立断面図である。 図２のＡ−Ａ矢視図である。 プラズマ生成用螺旋共振器の概略を示す説明図である。 従来の接地部の立断面図である。 図５のＢ−Ｂ矢視図である。

符号の説明

２ 螺旋状共振コイル
３ 保護シールド
１１ コイル支持体
１２ 固定プレート
１４ 固定ボルト
２２ プラズマソース
２３ ウェーハ
２４ 処理室
２５ 螺旋状共振コイル
２６ 高周波電源
３２ 反応容器
３５ サセプタ
５３ ガス供給管
５８ 接地部
６１ 給電部
６５ コイルホルダ
６６ コイル押え
６７ 嵌合溝
６８ 保持溝

Claims (1)

1. 基板を保持するサセプタと、該サセプタを収納する処理室と、該処理室に連通する反応容器と、該反応容器内にプラズマを発生させる螺旋状共振コイルとを具備し、該螺旋状共振コイルには少なくとも一方が位置調整可能な接地部、給電部が設けられ、前記接地部、前記給電部は、前記螺旋状共振コイルを挾持するコイルホルダ及びコイル押えとを有し、前記コイルホルダ及び前記コイル押え間には、断面が前記螺旋状共振コイルの断面と合致する円形であり、又該螺旋状共振コイルの径と同等に湾曲したコイル保持孔が形成されることを特徴とする基板処理装置。

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