JP2011029559A - プラズマ処理装置及びプラズマ処理装置用トレイ - Google Patents

Abstract

【課題】ステージに載置される加工用基板の予備加熱効率を上げ生産効率の向上を図ることができるプラズマ処理装置及びプラズマ処理装置用トレイを提供する。
【解決手段】ステージ５の載置面５ａに、複数枚の半導体基板Ｗを位置決め保持する保持用トレイ６のみを没入させるトレイ収容溝１０を形成する。そして、保持用トレイ６がトレイ収容溝１０内に没入されて行く過程において、ステージ５の載置面５ａが、格子空間を貫通し支持桿８に支持されている各半導体基板Ｗと当接し、各半導体基板Ｗと保持用トレイ６とを離間させる。各半導体基板Ｗは、ステージ５の載置面５ａに載置される。
【選択図】図１

Description

本発明は、プラズマ処理装置及びプラズマ処理装置用トレイに関する。

マイクロ波にてプラズマを発生させ、この発生させたプラズマに半導体装置を曝すことによって、半導体基板に対してドライエッチング、表面改質、アッシング等を行うプラズマ処理装置が知られている（例えば、特許文献１）。

この種のプラズマ処理装置は、例えば、半導体基板上に形成したレジスト膜を反応性ガスのプラズマを用いてアッシング（灰化）するアッシング処理装置では、プラズマ生成室をチャンバの上側部に設けるとともに、半導体基板を載置したステージを下側部に設けている。そして、プラズマ生成室で発生させたプラズマは下方に設けられたステージに導出する。ステージに載置された半導体基板は、該ステージに設けられた基板加熱手段にて予備加熱されてプラズマ生成室から導出されたプラズマに曝されることによってアッシングされる。

ところで、この種のプラズマ処理装置では、生産効率を高めるために、複数枚の半導体基板をトレイに収容し、その複数枚の半導体基板を収容したトレイをステージに載置する。そして、そのトレイに収容された複数枚の半導体基板を同時にアッシング処理するようにしている。

特開２００５−１２２９３９号公報

プラズマ処理装置においては、複数の半導体基板は、プラズマ処理が効率よく行われるために、上記したように、ステージに設けられた基板加熱手段にて予備加熱される。しかしながら、複数の半導体基板は、トレイに収容されるため、該トレイを介してステージに設けられた基板加熱手段にて加熱されることになる。

その結果、トレイを介して伝導される熱は、該トレイにて放熱され、各半導体基板への加熱効率が非常に悪く、半導体基板を所定の温度にまで加熱するに時間を要し、生産効率の向上を図る上で問題となる。

本発明は、上記課題を解決するためになされたものであって、その目的は、ステージに載置される加工用基板の予備加熱効率を上げ生産効率の向上を図ることができるプラズマ処理装置及びプラズマ処理装置用トレイを提供するにある。

請求項１に記載の発明は、保持用トレイに複数枚の加工用基板を収容し、その保持用トレイをチャンバ内のステージに配置し、そのステージ上で、前記保持用トレイに収容した複数枚の加工用基板を同時に加工処理するプラズマ処理装置であって、前記保持用トレイは、外枠と、その外枠の内側に、前記各加工用基板の裏面の一部をそれぞれ支持する複数の支持桿を一定の間隔で延出形成し、前記ステージは、前記保持用トレイの外形形状と同様な形状のトレイ収容溝を載置面に形成し、前記トレイの外枠及び支持桿がそのトレイ収容溝内に収まることによって、前記保持用トレイに収容された各加工用基板が、前記保持用トレイから離間し、前記ステージの載置面に当接載置される。

請求項１に記載の発明によれば、ステージの載置面に形成したトレイ収容溝に、保持用トレイのみを没入させることでき、保持用トレイに収容された複数枚の半導体基板を、同時に、ステージの載置面に載置させることができる。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載のプラズマ処理装置において、前記ステージを加熱し、前記ステージを介して前記加工用基板を加熱する加熱手段を備えた。
請求項２に記載の発明によれば、ステージの載置面に載置された複数枚の半導体基板は、ステージの載置面で予備加熱される。

請求項３に記載の発明は、請求項２に記載のプラズマ処理装置において、前記加熱手段は、高周波誘導加熱手段であって、前記ステージの外側を巻回した誘導コイルと、前記誘導コイルに高周波電流を供給する高周波電源とからなる。

請求項３に記載の発明によれば、ステージ５は誘導コイルに高周波電流を流すことにより、誘導加熱にて加熱される。
請求項４に記載の発明は、請求項１〜３のいずれか１つに記載のプラズマ処理装置において、前記トレイ収容溝の底面に形成された貫挿穴から出没し、前記保持用トレイの底面を支承するリフト部材と、前記リフト部材を上下動させる昇降手段とを備えた。

請求項４に記載の発明によれば、リフト部材を下動することによって、トレイ収容溝に保持用トレイのみを没入させて、保持用トレイに収容された複数枚の半導体基板をステージの載置面に載置させることができ、リフト部材を上動することによって、ステージの載置面に載置された複数枚の半導体基板を保持用トレイに同時に収容することができる。

請求項５に記載の発明は、チャンバ内に設けられた加熱されたステージに、又は、プラズマ処理が可能なステージに、複数枚の加工用基板を収容して載置するプラズマ処理装置用トレイであって、外枠と、その外枠の内側に一定の間隔で延出形成され、前記各加工用基板の裏面の一部をそれぞれ支持する複数の支持桿とを備えた。

請求項５に記載の発明によれば、複数の加工用基板は、外枠内において複数の支持桿にて支持され底面が開放された状態で収容される。

本発明によれば、ステージに載置される加工用基板の予備加熱効率を上げ生産効率の向上を図ることができるができる。

プラズマアッシング装置の概略断面図。 ステージと保持用トレイを説明するための斜視図。 ステージの平面図。 保持用トレイを支承した状態を示す説明図。 半導体基板が載置された状態を示す説明図。

以下、本発明のプラズマ処理装置の１つであるプラズマアッシング装置に具体化した一実施形態を図面に従って説明する。
図１は、プラズマ処理装置としてのプラズマアッシング装置１の概略断面図を示す。プラズマアッシング装置１のチャンバ２は、全体形状が直方体をなし、アルミニウム（Ａｌ）製で形成されている。チャンバ２の底板３の内底面には、脚部４を介してステージ５が配置固定されている。

ステージ５は、図２及び図３に示すように四角柱形状をなし、側面外周に加熱手段を構成する誘導コイルＬ（図１参照）が巻回配置されている。そして、誘導コイルＬに、高周波電源Ｇから高周波電流が供給されることによって、即ち、ステージ５は、誘導コイルＬと高周波電源Ｇとかなる誘導加熱手段によって加熱され、ステージ５の載置面５ａに載置される複数（本実施形態では４枚）の加工用基板としての半導体基板Ｗを予備加熱するようになっている。

４枚の半導体基板Ｗは、保持用トレイ６に収容されて、該保持用トレイ６とともにステージ５に載置される。保持用トレイ６は、図２に示すように、四角枠状の外枠７と、その外枠７の内側が格子状になるように、それぞれ対向する外枠７の辺同士を互いに連結する複数の支持桿８とから形成されている。

外枠７は、その各辺の長さがステージ５の一辺より短く、又、各辺の断面形状が長方形で形成されている。また、各支持桿８は、その断面形状が長方形で形成され、その長辺及び短辺とも外枠７の長辺及び短辺より短くなっている。そして、本実施形態では、外枠７の下面７ａと各支持桿８の下面８ａは、同一面となっている。従って、外枠７の上面７ｂは、各支持桿８の上面８ｂより高い位置にある。

さらに、各支持桿８にて形成された外枠７の内側の各格子空間ＳＰの形状は、前記半導体基板Ｗの外形より小さくなっている。従って、外枠７内に形成された格子状に配置された各支持桿８の上に４枚の半導体基板Ｗが、格子空間ＳＰから抜け落ちることなく収容配置される。

また、各支持桿８の上面８ｂには、４枚の半導体基板Ｗをそれぞれ位置決め保持するための保持片９が、突出形成されている。従って、それぞれ対応する保持片９間に、各半導体基板Ｗが嵌合配置されることによって、４枚の半導体基板Ｗは保持用トレイ６に対して位置決め保持される。

ステージ５は、図２及び図３に示すように、その載置面５ａにトレイ収容溝１０が形成されている。トレイ収容溝１０は、保持用トレイ６を平面視した時の外形形状と同じ形状となるように形成されている。詳述すると、トレイ収容溝１０は、保持用トレイ６の外枠７を収容する枠溝部１１と、各支持桿８を収容する支持桿溝部１２とからなる。枠溝部１１と支持桿溝部１２からなるトレイ収容溝１０の深さは、保持用トレイ６の外枠７の短辺の長さより、深く形成され、図５に示すように、枠溝部１１に保持用トレイ６の外枠７が、支持桿溝部１２に各支持桿８がそれぞれ没入するようになっている。

従って、載置面５ａは、トレイ収容溝１０にて、複数に分割され、その分割された各載置面５ａは、各支持桿８にて形成された外枠７の内側の各格子空間ＳＰを貫通可能となる。その結果、４枚の半導体基板Ｗを収容保持した保持用トレイ６をトレイ収容溝１０に嵌合させると、保持用トレイ６の外枠７が枠溝部１１に没入し、支持桿溝部１２に各支持桿８が没入することによって、４枚の半導体基板Ｗがステージ５の載置面５ａに取り残され載置されるようになっている。

分割された各載置面５ａには、それぞれ四半円弧状の支持壁１３が形成されている。各載置面５ａに形成された四半円弧状の支持壁１３は、隣合う４つの支持壁１３にて、円形の支持壁を形成し、その円形の支持壁内に、ステージ５に載置される各半導体基板Ｗが収容配置されるようになっている。

トレイ収容溝１０の底面１０ａであって、トレイ収容溝１０の四隅には、図３に示すように、貫挿穴１０ｂが形成されている。その各貫挿穴１０ｂには、保持用トレイ６を支承するリフト部材としてのリフトピンＬＰがそれぞれ貫挿され、各リフトピンＬＰはそれぞれの昇降手段としての昇降モータＭ１にて、トレイ収容溝１０の底面１０ａから出没し、保持用トレイ６の底面（外枠７の底面７ａ）を支承し、同保持用トレイ６を上下動させるようになっている。

そして、各リフトピンＬＰを各貫挿穴１０ｂに没入させて時、保持用トレイ６は、トレイ収容溝１０の底面１０ａに当接する。即ち、保持用トレイ６は、載置面５ａより下方のトレイ収容溝１０内に没入する。その結果、図５に示すように、４枚の半導体基板Ｗは、ステージ５の載置面５ａに載置される。そして、ステージ５の載置面５ａに載置された４枚の半導体基板Ｗは、誘導加熱にて加熱されるステージ５にて予備加熱される。

一方、各リフトピンＬＰを載置面５ａより上方位置に上動させた時、トレイ収容溝１０内に没入していた保持用トレイ６は、図４に示すように、載置面５ａより上方位置に持ち上げられる。

チャンバ２を形成するトッププレート１４は、その外側上方に突出した円柱体１５が延出形成され、その円柱体１５の中央位置にチャンバ２の外側と内側を貫通する貫通穴１８が形成されている。

円柱体１５の上面１５ａには、導波管１９が連結固定されている。導波管１９は、前記貫通穴１８に対応する位置に連結穴１９ａが形成され、その連結穴１９ａには円板状のマイクロ波透過窓２０が、同貫通穴１８の上側開口部を閉塞するように配設されている。マイクロ波透過窓２０は、セラミックスや石英製などの誘電体透過窓であって、円柱体１５の上面１５ａに対して密着固定されている。そして、導波管１９の上流に設けた図示しないマイクロ波発振器からのマイクロ波が導波管１９を伝搬しマイクロ波透過窓２０を介して前記貫通穴１８に導入されるようになっている。

貫通穴１８の下側開口部は、貫通穴１８の内径より大きな内径に拡開形成された嵌合凹部３０が形成されている。
嵌合凹部３０が形成された貫通穴１８の下側開口部は、円板状の下蓋３３にて閉塞されている。下蓋３３は、中央に導出穴３３ａを貫通形成した円板状の下蓋本体３４と、その下蓋本体３４の下側外周面に延出形成したフランジ部３５を有している。下蓋３３は、下蓋本体３４が貫通穴１８に貫挿され、フランジ部３５が嵌合凹部３０に嵌合するようになっている。

そして、フランジ部３５を前記嵌合凹部３０の奥面３０ａにネジ着させることによって、下蓋３３（フランジ部３５の上面）は、トッププレート１４（嵌合凹部３０の奥面３０ａ）に対して締結固定される。

これにより、円柱体１５に形成した貫通穴１８の上下両開口部がマイクロ波透過窓２０と下蓋３３にて閉塞されて形成された空間に、プラズマ生成室Ｓが区画形成される。
下蓋本体３４の外周面には、環状の環状溝４１が形成され、同環状溝４１とその環状溝４１を塞ぐ貫通穴１８の内周面１８ａとで環状通路を形成している。環状溝４１は、前記貫通穴１８の内周面１８ａに形成したガス導入路３２の開口部と対向する位置に形成され、ガス導入路３２から導入されてくるプラズマ形成用ガス（酸素）が環状通路（環状溝４１）に導入されるようになっている。

下蓋本体３４の上面外周縁には、プラズマ生成室Ｓと環状溝４１（環状通路）を連通する切り溝４２が、切り欠き形成されている。そして、環状溝４１に導入されたプラズマ形成用ガス（酸素）は、該切り溝４２を介してプラズマ生成室Ｓに導入される。

プラズマ生成室Ｓに導入されたプラズマ形成用ガス（酸素）は、同じくマイクロ波透過窓２０を介して投入されたマイクロ波によって励起され酸素プラズマとなる。そして、プラズマ生成室Ｓで生成された酸素プラズマは、下蓋３３に形成された導出穴３３ａを介して下方のステージ５に載置された半導体基板Ｗに向かって導出される。

下蓋本体３４の下側であって前記導出穴３３ａの開口部と対向する位置に拡散板４３が配置されている。拡散板４３は、アルミニウム（Ａｌ）製よりなり、同じくアルミニウム（Ａｌ）製の間隔保持部材４４を介してボルト４５にて下蓋本体３４に対して連結固定されている。拡散板４３は、下蓋本体３４の導出穴３３ａから導出された酸素プラズマを分散させて、同酸素プラズマがステージ５の載置面５ａに載置された４枚の半導体基板Ｗに均一に曝されるようにしている。そして、４枚の半導体基板Ｗは、その半導体基板Ｗの表面に形成したレジスト膜が酸素プラズマにてアッシングされるようになっている。

また、トッププレート１４の内底面には、拡散板４３を囲むように円筒形状のスカート４６が取着されている。スカート４６はアルミニウム（Ａｌ）製であって、拡散板４３から導出された酸素プラズマが拡散しないように下方に配置された半導体基板Ｗに導くようにしている。

次に、上記のように構成したプラズマアッシング装置１の作用について説明する。
いま、リフトピンＬＰを上方位置に配置した状態において、図示しないトレイ受け渡し装置によって、図４に示すように、４枚の半導体基板Ｗを収容した保持用トレイ６をリフトピンＬＰ上に載せる。リフトピンＬＰ上に保持用トレイ６を配置すると、図５に示すように、リフトピンＬＰをトレイ収容溝１０の底面１０ａに形成した貫挿穴１０ｂに没入するまで下動させて保持用トレイ６を下降させる。

これによって、保持用トレイ６は、トレイ収容溝１０内に没入し、保持用トレイ６の各下面７ａ，８ａは、トレイ収容溝１０の底面１０ａに当接する。このとき、保持用トレイ６は、トレイ収容溝１０内に没入されて行く過程において、ステージ５の分割された各載置面５ａが、格子空間ＳＰを貫通し支持桿８に支持されている各半導体基板Ｗと当接し、各半導体基板Ｗと支持桿８（保持用トレイ６）とを離間させる。そして、図５に示すように、各半導体基板Ｗを、ステージ５の載置面５ａに載置させる。

各半導体基板Ｗがステージ５の載置面５ａに載置されると、ステージ５を誘導加熱にて加熱し、ステージ５を介して載置面５ａに載置された半導体基板Ｗを加熱する。そして、所定の温度まで半導体基板Ｗが予備加熱されると、プラズマ生成室Ｓにて生成された酸素プラズマが拡散板４３を介して上方から供給される。

これによって、各半導体基板Ｗの上方から導かれるプラズマにて、半導体基板Ｗの表面のレジスタ膜がプラズマ処理（アッシング）される。
そして、各半導体基板Ｗのプラズマ処理（アッシング）が完了すると、リフトピンＬＰを上動させて保持用トレイ６をステージ５の上方位置まで持ち上げる。

このとき、保持用トレイ６を上動させていく過程において、載置面５ａに載置されていた各半導体基板Ｗは、その裏面が支持桿８と係合して保持用トレイ６に収容されて上動する。

そして、アッシングされた各半導体基板Ｗを収容した保持用トレイ６は、トレイ受け渡し装置にて回収され、新たな保持用トレイ６が、リフトピンＬＰに配置され、以後、同様な処理が繰り返されることになる。

以上記述したように、本実施形態によれば、以下の効果を奏する。
（１）本実施形態によれば、ステージ５の載置面５ａに、複数枚の半導体基板Ｗを位置決め保持する保持用トレイ６のみを没入させるトレイ収容溝１０を形成した。そして、保持用トレイ６がトレイ収容溝１０内に没入されて行く過程において、ステージ５の載置面５ａが、格子空間ＳＰを貫通し支持桿８に支持されている各半導体基板Ｗと当接し、各半導体基板Ｗと支持桿８（保持用トレイ６）とを離間させる。そして、各半導体基板Ｗを、ステージ５の載置面５ａに載置させるようにした。

従って、ステージ５を誘導加熱にて加熱することによって、保持用トレイ６を介することなく、直接、各半導体基板Ｗを加熱することができる。その結果、半導体基板Ｗに対する予備加熱効率を向上させることができる。

（２）本実施形態によれば、ステージ５を誘導加熱にて加熱したので、効率の良い加熱が行えて加熱温度の制御も容易に行うことができる。
（３）本実施形態によれば、保持用トレイ６をリフトピンＬＰにて上下動させるだけで、保持用トレイ６の収容保持した４枚の半導体基板Ｗを、同時に載置面５ａに載置することができ、作業効率の向上を図ることができる。

尚、上記実施形態は以下のように変更してもよい。
・上記実施形態では、保持用トレイ６は、半導体基板Ｗを支持する底面を格子状に形成したが、これに限定されものではなく、保持用トレイ６は、複数の半導体基板Ｗを収容支持でき、トレイ収容溝１０に自身のみを没入することができる形状であればどんな形状であってもよい。

・上記実施形態では、保持用トレイ６は、外枠７をトレイ収容溝１０（枠溝部１１）に没入させたが、支持桿８がトレイ収容溝１０（支持桿溝部１２）が没入すればよいので、外枠７をトレイ収容溝１０（枠溝部１１）に没入させない構成で実施してもよい。

・上記実施形態では、保持用トレイ６は、４枚の半導体基板Ｗを収容保持するトレイであったが、これに限定されるものではなく、２枚、３枚、又は５枚以上を収容するトレイに具体化してもよい。

・上記実施形態では、保持用トレイ６は、半導体基板Ｗを位置決め保持する保持片９を支持桿８の上面８ｂに形成したが、これを省略して実施してもよい。
・上記実施形態では、ステージ５の分割された載置面５ａに支持壁１３を形成したが、これを省略して実施してもよい。

・上記実施形態では、誘導加熱にてステージ５を加熱したが、誘導加熱以外に、例えば、抵抗加熱やランプ加熱等のヒータを使った加熱でもよい。
・上記実施形態では、プラズマ処理装置をプラズマアッシング装置１に具体化したが、プラズマを利用して半導体基板Ｗに対してドライエッチングを行うプラズマ処理装置に応用したり、表面改質を行うプラズマ処理装置に応用してもよい。

１…プラズマアッシング装置、２…チャンバ、５…ステージ、５ａ…載置面、６…保持用トレイ、７…外枠、７ａ…下面、７ｂ…上面、８…支持桿、８ａ…下面、７ｂ…上面、９…保持片、１０…トレイ収容溝、１０ａ…底面、１０ｂ…貫挿穴、１１…枠溝部、１２…支持桿溝部、１３…支持壁、１４…トッププレート、１５…円柱体、１８…貫通穴、１８ａ…内周面、１９…導波管、１９ａ…開口部、２０…マイクロ波透過窓、３０…嵌合凹部、３２…ガス導入路、３３…下蓋、３３ａ…導出穴、３４…下蓋本体、３５…フランジ部、４１…環状溝、４２…切り溝、Ｇ…高周波電源、Ｌ…誘導コイル、ＬＰ…リフトピン、Ｍ１…昇降モータ、Ｓ…プラズマ生成室、Ｗ…半導体基板。

Claims (5)

1. 保持用トレイに複数枚の加工用基板を収容し、その保持用トレイをチャンバ内のステージに配置し、そのステージ上で、前記保持用トレイに収容した複数枚の加工用基板を同時に加工処理するプラズマ処理装置であって、
   前記保持用トレイは、外枠と、その外枠の内側に、前記各加工用基板の裏面の一部をそれぞれ支持する複数の支持桿を一定の間隔で延出形成し、
   前記ステージは、前記保持用トレイの外形形状と同様な形状のトレイ収容溝を載置面に形成し、
   前記トレイの外枠及び支持桿がそのトレイ収容溝内に収まることによって、前記保持用トレイに収容された各加工用基板が、前記保持用トレイから離間し、前記ステージの載置面に当接載置されることを特徴とするプラズマ処理装置。
2. 請求項１に記載のプラズマ処理装置において、
   前記ステージを加熱し、前記ステージを介して前記加工用基板を加熱する加熱手段を備えたことを特徴とするプラズマ処理装置。
3. 請求項２に記載のプラズマ処理装置において、
   前記加熱手段は、高周波誘導加熱手段であって、前記ステージの外側を巻回した誘導コイルと、前記誘導コイルに高周波電流を供給する高周波電源とからなることを特徴とするプラズマ処理装置。
4. 請求項１〜３のいずれか１つに記載のプラズマ処理装置において、
   前記トレイ収容溝の底面に形成された貫挿穴から出没し、前記保持用トレイの底面を支承するリフト部材と、
   前記リフト部材を上下動させる昇降手段と
   を備えたことを特徴とするプラズマ処理装置。
5. チャンバ内に設けられた加熱されたステージに、又は、プラズマ処理が可能なステージに、複数枚の加工用基板を収容して載置するプラズマ処理装置用トレイであって、
   外枠と、
   その外枠の内側に一定の間隔で延出形成され、前記各加工用基板の裏面の一部をそれぞれ支持する複数の支持桿と
   を備えたプラズマ処理装置用トレイ。

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