JP2015088624A - 基板処理装置及びシャッタ部材 - Google Patents

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Abstract

【課題】チャンバの側壁に設けられた半導体ウエハの搬入・搬出用の開口部に設けられているシャッターの開閉に左右されずに、チャンバの気密性を維持する方法の提供。【解決手段】基板処理装置は、１つの実施形態において、軸受部材は、連結軸５５ｃが挿入され、ラジカルやイオンを減衰させるための減衰機構７０と減圧機構をカバーする第１のブロック状の第１の部材８０と、連結軸に配置されて大気と遮断するシール部材９０と接触して連結軸５５ｃが挿入される第２のブロック状の第２の部材１００とを有する。亦、第１の部材８０の一端と第２の部材１００の一端を勘合するように連結し、連結部からラジカルが侵入する侵入経路が形成され、経路が連結軸の延伸方向に折り返すように形成される。亦、シール部材９０は、その引っ張り強さが１２．１（ＭＰａ）より大きい材料である。【選択図】図８

Description

本発明の種々の側面及び実施形態は、基板処理装置及びシャッタ部材に関するものである。
従来より、基板としての半導体デバイス用のウエハに所望のプラズマ処理を施すプラズマ処理装置が知られている。プラズマ処理装置は、例えば、ウエハを収容するチャンバを備え、チャンバ内には、ウエハを載置し下部電極として機能する載置台（以下、「サセプタ」）と、サセプタに対向する上部電極とが配置されている。また、載置台及び上部電極の少なくとも一方には高周波電源が接続され、載置台及び上部電極は処理室内空間に高周波電力を印加する。
プラズマ処理装置では、処理室内空間に供給された処理ガスを高周波電力によってプラズマにしてイオンやラジカルを発生させ、イオンやラジカルをウエハに導いて、ウエハに所望のプラズマ処理、例えば、エッチング処理を施す。
また、チャンバの側壁には、半導体ウエハの搬入・搬出用の開口部が設けられ、開口部を開閉するゲートバルブが配置され、ゲートバルブの開閉により半導体ウエハの搬入・搬出が行われる。ゲートバルブはチャンバの外（大気側に）配置されているので、開口部が大気側突出した空間が形成され、チャンバ内で生成したプラズマがその空間まで拡散して、プラズマの均一性が悪くなる。また、そのプラズマによりゲートバルブのシール部材が劣化する為、開口部をシャッタによって遮断する構成としている。また、シャッタは、例えば、シャッタの駆動部が開口部の下方に配置され、駆動部により開閉駆動される。
特開２０１１−１７１７６３号公報 特開２００６−１９４３０３号公報
しかしながら、上述した技術では、チャンバの気密性が低下するという問題がある。
開示する基板処理装置は、１つの実施態様において、開口部を有し、減圧して気密に維持されるチャンバと、前記チャンバ内に基板を搬入出し、前記開口部を開閉する第１の開閉部材と、前記開口部を前記チャンバの内部から開閉する第２の開閉部材と、前記第２の開閉部材を開閉するための駆動部と、前記第２の開閉部材と前記駆動部とを連結する軸である連結軸と、前記連結軸に設けられ、前記チャンバ内と大気側を遮断するとともに、ラジカルやイオンを減衰させる軸受部材を有する。また、開示する基板処理装置は、１つの実施態様において、前記軸受部材は、前記連結軸が挿入され、前記ラジカルやイオンを減衰させるための減衰機構と前記減圧機構をカバーする第１のブロック状の第１の部材と、前記連結軸に配置され、前記大気と遮断するシール部材と接触し、前記連結軸が挿入される第２のブロック状の第２の部材とを有する。また、開示する基板処理装置は、１つの実施態様において、前記第１の部材の一端と第２の部材の一端を勘合するように連結し、前記連結部から前記ラジカルが侵入する侵入経路が形成され、前記経路が前記連結軸の延伸方向に折り返すように形成される。また、開示する基板処理装置は、１つの実施態様において、前記シール部材は、その引っ張り強さが１２．１（ＭＰａ）より大きい材料である。
開示する基板処理装置の１つの態様によれば、ラジカルを減衰させることにより、シール部材へのダメージを抑制し、且つ、シール部材の耐久性部材にすることでチャンバの気密性を維持可能となるという効果を奏する。
図１は、第１の実施形態に係る基板処理装置の概略構成を示す断面図である。 図２は、図１におけるシャッタ部材周りの概略構成を示す拡大断面図である。 図３−１は、第１の実施形態におけるシャッタ部材のシャッタが閉状態の構成を示す図である。 図３−２は、第１の実施形態におけるシャッタ部材のシャッタが開状態の構成を示す図である。 図４は、第１の実施形態における軸受部材の図である。 図５は、第１の実施形態における軸受部材の図である。 図６−１は、第１の実施形態における第２の部材の斜視図の一例である。 図６−２は、第１の実施形態における第２の部材の断面図の一例である。 図７−１は、第１の実施形態における減衰機構の斜視図の一例である。 図７−２は、第１の実施形態における減衰機構の断面図の一例である。 図８は、第１の実施形態における減衰機構とシール機構と第１の部材と第２の部材との関係を示す断面図である。 図９は、第１の実施形態におけるラジカル侵入経路について示す図である。 図１０は、Оリングの劣化の比較実験した結果の一例を示す図である。 図１１は、Ｏリング劣化機構の一例を示す図である。 図１２は、リークレート結果を示す図である。
以下に、開示する基板処理装置の実施形態について、図面に基づいて詳細に説明する。なお、本実施形態により開示する発明が限定されるものではない。各実施形態は、処理内容を矛盾させない範囲で適宜組み合わせることが可能である。
（第１の実施形態）
第１の実施形態における基板処理装置は、１つの実施形態において、開口部を有し、減圧して気密に維持されるチャンバと、チャンバ内に基板を搬入出し、開口部を開閉する第１の開閉部材と、開口部をチャンバの内部から開閉する第２の開閉部材と、第２の開閉部材を開閉するための駆動部と、第２の開閉部材と駆動部とを連結する軸である連結軸と、連結軸に設けられ、チャンバ内と大気側を遮断するとともに、ラジカルやイオンを減衰させる軸受部材と、備える。また、第１の実施形態における基板処理装置は、１つの実施形態において軸受部材は、連結軸が挿入され、ラジカルやイオンを減衰させるための減衰機構と減圧機構をカバーする第１のブロック状の第１の部材と、連結軸に配置されて大気と遮断するシール部材と接触し、連結軸が挿入される第２のブロック状の第２の部材とを有する。また、第１の実施形態における基板処理装置は、１つの実施形態において第１の部材の一端と第２の部材の一端を勘合するように連結し、連結部からラジカルが侵入する侵入経路が形成され、経路が連結軸の延伸方向に折り返すように形成される。また、第１の実施形態における基板処理装置は、１つの実施形態においてシール部材は、その引っ張り強さが１２．１（ＭＰａ）より大きい材料である。
第１の実施形態における基板処理装置は、１つの実施形態において、減衰機構は、連結軸と接触する内側に凸部が形成され、該凸部の先端が連結軸に接触することを特徴とする請求項１に記載の基板処理装置。
第１の実施形態における基板処理装置は、１つの実施形態において、減衰機構は、ラジカルトラップリングである。
第１の実施形態における基板処理装置は、１つの実施形態において、シール部材は、Ｏリングからなり、フッ素系のОリングである。
第１の実施形態における基板処理装置は、１つの実施形態において、軸受部材は、第２の部材の連結軸側の内壁と連結軸との間、及び、第１の部材の連結軸側の内壁との間に設けられ、連結軸の延伸方向に延びて第１の部材にあてはまる凸部を有し、第１の部材の連結軸側の内壁と連結軸との間にシール部材が設けられる第３の部材を有する。
第１の実施形態におけるシャッタ部材は、１つの実施形態において、開口部を有して減圧して気密に維持されるチャンバの開口部をチャンバの内部から開閉する第２の開閉部材と、第２の開閉部材を開閉するための駆動部と、第２の開閉部材と駆動部とを連結する軸である連結軸と、連結軸に設けられ、チャンバ内と大気側を遮断するとともに、ラジカルやイオンを減衰させる軸受部材と備える。また、第１の実施形態におけるシャッタ部材は、１つの実施形態において、軸受部材は、連結軸が挿入され、ラジカルやイオンを減衰させるための減衰機構と減圧機構をカバーする第１のブロック状の第１の部材と、連結軸に配置されて大気と遮断するシール部材と接触し、連結軸が挿入される第２のブロック状の第２の部材とを有する。第１の実施形態におけるシャッタ部材は、１つの実施形態において、第１の部材の一端と第２の部材の一端を勘合するように連結し、連結部からラジカルが侵入する侵入経路が形成され、経路が連結軸の延伸方向に折り返すように形成される。また、第１の実施形態におけるシャッタ部材は、１つの実施形態において、シール部材は、その引っ張り強さが１２．１（ＭＰａ）より大きい材料である。
第１の実施形態におけるシャッタ部材は、１つの実施形態において、減衰機構は、連結軸と接触する内側に凸部が形成され、該凸部の先端が連結軸に接触する。
第１の実施形態におけるシャッタ部材は、１つの実施形態において、減衰機構は、ラジカルトラップリングである。
第１の実施形態におけるシャッタ部材は、１つの実施形態において、シール部材は、Ｏリングからなり、フッ素系のОリングである。
第１の実施形態におけるシャッタ部材は、１つの実施形態において、軸受部材は、第２の部材の連結軸側の内壁と連結軸との間、及び、第１の部材の連結軸側の内壁との間に設けられ、連結軸の延伸方向に延びて第１の部材にあてはまる凸部を有し、第１の部材の連結軸側の内壁と連結軸との間にシール部材が設けられる第３の部材を有する。
（第１の実施形態に係る基板処理装置）
図１は、第１の実施形態に係る基板処理装置の概略構成を示す断面図である。なお、以下では、基板処理装置がプラズマ処理装置である場合を例に説明するが、これに限定されるものではなく、シャッタ部材を有する任意の基板処理装置であって良い。
図１において、プラズマ処理装置１は、容量結合型平行平板プラズマエッチング装置として構成されており、例えば、表面がアルマイト処理（陽極酸化処理）されたアルミニウムからなる円筒形のチャンバ（処理室）１０を備える。チャンバ１０は保安接地されている。ただし、これに限定されるものではなく、プラズマ処理装置１は、容量結合型平行平板プラズマエッチング装置でなくても良く、誘導結合プラズマＩＣＰ(Inductively Coupled Plasma)、マイクロ波プラズマ、マグネトロンプラズマにも適用可能であり、任意の形式のプラズマ処理装置であって良い。
チャンバ１０の底部には、セラミック等の絶縁板１１を介して円柱状のサセプタ支持台１２が配置され、このサセプタ支持台１２の上に、導電性の、例えば、アルミニウムからなるサセプタ１３が配置されている。サセプタ１３は下部電極として機能する構成を有し、エッチング処理が施される基板、例えば、半導体ウエハＷを載置する。
サセプタ１３の上面には半導体ウエハＷを静電吸着力で保持するための静電チャック（ＥＳＣ）１４が配置されている。静電チャック１４は導電膜からなる電極板１５と、電極板１５を狭持する一対の絶縁層、例えば、Ｙ２Ｏ４、Ａｌ２Ｏ３、ＡｌＮ等の誘電体からなり、電極板１５には直流電源１６が接続端子を介して電気的に接続されている。この静電チャック１４は、直流電源１６によって印加された直流電圧に起因するクーロン力又はジョンソン・ラーベック(Johnsen-Rahbek)力によって半導体ウエハＷを吸着保持する。
また、静電チャック１４の上面において半導体ウエハＷが吸着保持される部分には、静電チャック１４の上面から突出自在なリフトピンとしての複数のプッシャーピン（３つ）が配置されている。これらのプッシャーピンは、モータ（図示せず）にボールねじ（図示せず）を介して接続され、ボールねじによって直線運動に変換されたモータの回転運動に起因して静電チャック１４の上面から自在に突出する。半導体ウエハＷにエッチング処理を施す場合において静電チャック１４が半導体ウエハＷを吸着保持するときには、プッシャーピンは静電チャック１４に収容され、エッチング処理が施された半導体ウエハＷをプラズマ生成空間Ｓから搬出するときには、プッシャーピンはサセプタ１５から突出して半導体ウエハＷを静電チャック１４から離間させて上方へ持ち上げる。
サセプタ１５の周囲上面には、エッチングの均一性を向上させるための、例えば、シリコン（Ｓｉ）からなるフォーカスリング１７が配置され、フォーカスリング１７の周囲には、フォーカスリング１７の側部を保護するカバーリング５４が配置されている。また、サセプタ１３及びサセプタ支持台１２の側面には、例えば、石英（ＳｉＯ２）からなる円筒状の部材１８がカバーされている。
サセプタ支持台１２の内部には、例えば、円周方向に延在する冷媒室１９が配置されている。冷媒室１９には、外付けのチラーユニット（図示しない）から配管２０ａ、２０ｂを介して所定温度の冷媒、例えば、冷却水が循環供給される。冷媒室１９は冷媒の温度によってサセプタ１３上の半導体ウエハＷの処理温度を制御する。
また、伝熱ガス供給機構（図示しない）から伝熱ガス、例えば、ヘリウム（Ｈｅ）ガスがガス供給ライン２１を介して静電チャック１４の上面及び半導体ウエハＷの裏面の間に供給することで、ウエハとサセプタとの熱移動を効率良く均一に制御される。
サセプタ１３の上方には、サセプタ１３と平行且つ対向するように上部電極２２が配置されている。ここで、サセプタ１３と及び上部電極２２の間に形成する空間はプラズマ生成空間Ｓ（処理室内空間）として機能する。上部電極２２は、サセプタ１３と所定の間隔を置いて対向配置されている環状又はドーナツ形状の外側上部電極２３と、外側上部電極２３の半径方向内側に外側上部電極２３と絶縁して配置されている円板形状の内側上部電極２４とで構成される。また、プラズマ生成に関して、外側上部電極２３が主で、内側上部電極２４は補助のとなる関係を有している。
図２は、図１における上部電極周りの概略構成を示す拡大断面図である。
図２において、外側上部電極２３と内側上部電極２４との間には、例えば、０．２５〜２．０ｍｍの環状ギャップ（隙間）が形成され、ギャップに、例えば、石英からなる誘電体２５が配置される。また、このギャップには石英からなる誘電体２５の代わりにセラミック体を配置しても良い。外側上部電極２３と内側上部電極２４とが誘電体２５を挟むことによってコンデンサが形成される。コンデンサのキャパシタンスＣ１は、ギャップの大きさと誘電体２５の誘電率とに応じて所望の値に選定又は調整される。また、外側上部電極２３とチャンバ１０の側壁との間には、例えば、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）若しくはイットリア（Ｙ２Ｏ３）からなる環状の絶縁性遮蔽部材２６が気密に配置されている。
外側上部電極２３は、ジュール熱の少ない低抵抗の導電体又は半導体、例えば、シリコンで構成されるのが良い。外側上部電極２３には、上部整合器２７、上部給電棒２８、コネクタ２９及び給電筒３０を介して上部高周波電源３１が電気的に接続されている。上部高周波電源３１は、１３．５ＭＨｚ以上の周波数、例えば、６０ＭＨｚの高周波電圧を出力する。上部整合器２７は、上部高周波電源３１の内部（又は出力）インピーダンスに負荷インピーダンスを整合させ、チャンバ１０内にプラズマが生成されているときに、上部高周波電源３１の出力インピーダンスと負荷インピーダンスが見かけ上一致するように機能する。また、上部整合器２７の出力端子は上部給電棒２８の上端に接続されている。
給電筒３０は、略円筒状又は円錐状の導電板、例えば、アルミニウム板又は銅板からなり、下端が周回方向で連続的に外側上部電極２３に接続され、上端がコネクタ２９を介して上部給電棒２８の下端部に電気的に接続されている。給電筒３０の外側では、チャンバ１０の側壁が上部電極２２の高さ位置よりも上方に延出して円筒状の接地導体１０ａを構成している。円筒状接地導体１０ａの上端部は筒状の絶縁部材６９によって上部給電棒２８から電気的に絶縁されている。本構成においては、コネクタ２９から見た負荷回路において、給電筒３０、外側上部電極２３及び円筒状接地導体１０ａによって給電筒３０及び外側上部電極２３を導波路とする同軸線路が形成される。
内側上部電極２４は、多数の電極板ガス通気孔３２ａ（第１のガス通気孔）を有する、例えば、シリコンや炭化珪素（ＳｉＣ）等の半導体材料からなる上部電極板３２と、上部電極板３２を着脱可能に支持する導電材料、例えば、表面にアルマイト処理が施されたアルミニウムからなる電極支持体３３とを有する。上部電極板３２はボルト（図示しない）によって電極支持体３３に締結される。ボルトの頭部は上部電極板３２の下部に配置された環状のシールドリング５３によって保護される。
上部電極板３２において各電極板ガス通気孔３２ａは上部電極板３２を貫通する。電極支持体３３の内部には、後述する処理ガスが導入されるバッファ室が形成され、バッファ室は、例えば、Ｏリングからなる環状隔壁部材４３で分割された２つのバッファ室、すなわち、中心バッファ室３５及び周辺バッファ室３６からなり、下部が開放されている。電極支持体３３の下方には、バッファ室の下部を閉塞するクーリングプレート（以下、「Ｃ／Ｐ」という。）３４（中間部材）が配置されている。Ｃ／Ｐ３４は、表面にアルマイト処理が施されたアルミニウムからなり、多数のＣ／Ｐガス通気孔３４ａ（第２のガス通気孔）を有する。Ｃ／Ｐ３４において各Ｃ／Ｐガス通気孔３４ａはＣ／Ｐ３４を貫通する。
また、上部電極板３２及びＣ／Ｐ３４の間には、シリコンや炭化珪素等の半導体材料からなるスペーサー３７が介在する。
スペーサー３７は円板状部材であり、Ｃ／Ｐ３４に対向する表面（以下、単に「上面」という。）において円板と同心に形成された多数の上面環状溝３７ｂと、スペーサー３７を貫通し且つ各上面環状溝３７ｂの底部において開口する多数のスペーサーガス通気孔３７ａ（第３のガス通気孔）を有する。
内側上部電極２４は、後述する処理ガス供給源３８からバッファ室に導入された処理ガスを、Ｃ／Ｐ３４のＣ／Ｐガス通気孔３４ａ、スペーサー３７のスペーサーガス流路及び上部電極板３２の電極板ガス通気孔３２ａを介して、プラズマ生成空間Ｓに供給する。ここで、中心バッファ室３５と、その下方に存在する複数のＣ／Ｐガス通気孔３４ａ、スペーサーガス流路及び電極板ガス通気孔３２ａとは中心シャワーヘッド（処理ガス供給経路）を構成し、周辺バッファ室３６と、その下方に存在する複数のＣ／Ｐガス通気孔３４ａ、スペーサーガス流路及び電極板ガス通気孔３２ａとは周辺シャワーヘッド（処理ガス供給経路）を構成する。
また、図１には、チャンバ１０の外部には処理ガス供給源３８が配置されている。処理ガス供給源３８は、中心バッファ室３５及び周辺バッファ室３６に処理ガスを所望の流量比で供給する。具体的には、処理ガス供給源３８からのガス供給管３９が途中で２つの分岐管３９ａ、３９ｂに分岐して中心バッファ室３５及び周辺バッファ室３６に接続され、分岐管３９ａ、３９ｂはそれぞれ流量制御弁４０ａ、４０ｂ（流量制御装置）を有する。処理ガス供給源３８から中心バッファ室３５及び周辺バッファ室３６までの流路のコンダクタンスが等しくなるように設定されているので、流量制御弁４０ａ、４０ｂの調整により、中心バッファ室３５及び周辺バッファ室３６に供給する処理ガスの流量比を任意に調整できるようになっている。さらに、ガス供給管３９にはマスフローコントローラ（ＭＦＣ）４１及び開閉バルブ４２が配置されている。
以上の構成により、プラズマ処理装置１は、中心バッファ室３５と周辺バッファ室３６とに導入する処理ガスの流量比を調整することで、中心シャワーヘッドより噴出されるガスの流量ＦＣと周辺シャワーヘッドより噴出されるガスの流量ＦＥとの比率（ＦＣ／ＦＥ）を任意に調整する。なお、中心シャワーヘッド及び周辺シャワーヘッドよりそれぞれ噴出させる処理ガスの単位面積当たりの流量を個別に調整することも可能である。さらに、分岐管３９ａ、３９ｂのそれぞれに対応する２つの処理ガス供給源を配置することによって中心シャワーヘッド及び周辺シャワーヘッドよりそれぞれ噴出させる処理ガスのガス種又はガス混合比を独立又は別個に設定することも可能である。ただし、これに限定されるものではなく、プラズマ処理装置１は、中心シャワーヘッドより噴出されるガスの流量ＦＣと周辺シャワーヘッドより噴出されるガスの流量ＦＥとの比率が調整できないものであっても良い。
また、内側上部電極２４の電極支持体３３には、上部整合器２７、上部給電棒２８、コネクタ２９及び上部給電筒４４を介して上部高周波電源３１が電気的に接続されている。上部給電筒４４の途中には、キャパシタンスを可変調整できる可変コンデンサ４５が配置されている。なお、外側上部電極２３及び内側上部電極２４にも冷媒室又は冷却ジャケット（図示しない）を設けて、外部のチラーユニット（図示しない）から供給される冷媒によって電極の温度を制御しても良い。
チャンバ１０の底部には排気口４６が設けられ、この排気口４６に排気マニフォールド４７を介して可変式バタフライバルブである自動圧力制御弁（Automatic Pressure Control Valve）（以下、「ＡＰＣバルブ」という。）４８及びターボ分子ポンプ（Turbo Molecular Pump）（以下、「ＴＭＰ」という。）４９が接続されている。ＡＰＣバルブ４８及びＴＭＰ４９は協働して、チャンバ１０内のプラズマ生成空間Ｓを所望の真空度まで減圧する。また、排気口４６及びプラズマ処理空間Ｓの間には、複数の通気孔を有する環状のバッフル板５０がサセプタ支持台１２を取り巻くように配置され、バッフル板５０はプラズマ生成空間Ｓから排気口４６へのプラズマの漏洩を防止する。
また、チャンバ１０の側壁には、半導体ウエハＷの搬入・搬出用の開口部５１が設けられ、開口部５１を開閉するゲートバルブ５２が配置され、ゲートバルブ５２の開閉により半導体ウエハＷの搬入・搬出が行われる。しかし、ゲートバルブ５２はチャンバ１０の外（大気側に）配置されているので、開口部５１が大気側突出した空間が形成され、チャンバ１０内で生成したプラズマがその空間まで拡散して、プラズマの均一性が悪くなる。また、そのプラズマによりゲートバルブ５２のシール部材が劣化する為、開口部５１をシャッタ５５ａによって遮断する構成としている。また、シャッタ５５ａは、例えば、シャッタ５５ａの駆動部５５ｂが開口部５１の下方に配置され、駆動部５５ｂにより開閉駆動される。ここで、後述する減衰機構７０と第１の部材８０と第２の部材１００とは、固定されており、シャッタ５５ａに接続された連結軸５５ｃが、軸受部材５５ｄの穴を上下移動することで、シャッタ５５ａが上下に移動し、チャンバ１０が開閉する。シャッタ部材５５の詳細については後述するため、ここでは詳細な説明については省略する。
また、プラズマ処理装置１では、下部電極としてのサセプタ１３に下部整合器５８を介して下部高周波電源５９が電気的に接続されている。この下部高周波電源５９は、２〜２７ＭＨｚの範囲内の周波数、例えば、２ＭＨｚの高周波電圧を出力する。下部整合器５８は、下部高周波電源５９の内部（又は出力）インピーダンスに負荷インピーダンスを整合させるためのもので、チャンバ１０内のプラズマ生成空間Ｓにプラズマが生成されているときに下部高周波電源５９の内部インピーダンスと負荷インピーダンスが見かけ上一致するように機能する。
静電チャック１４およびサセプタ１３を貫通して、内側空間において突没上下動する。
また、プラズマ処理装置１では、内側上部電極２４に、上部高周波電源３１からの高周波電力（６０ＭＨｚ）をグランドに通さずに、下部高周波電源５９からの高周波電力（２ＭＨｚ）をグランドへ通すローパスフィルタ（ＬＰＦ）６１が電気的に接続されている。このＬＰＦ６１は、好ましくは、ＬＲフィルタ又はＬＣフィルタで構成されるのが良い。ただし、１本の導線でも上部高周波電源３１からの高周波電力に対して十分大きなリアクタンスを付与することが可能なので、ＬＲフィルタ又はＬＣフィルタの代わりに１本の導線を内側上部電極２４に電気的に接続するのみでも良い。一方、サセプタ１３には、上部高周波電源３１からの高周波電力をグランドへ通すためのハイパスフィルタ（ＨＰＦ）６２が電気的に接続されている。
次に、プラズマ処理装置１において、エッチングを行うには、まずゲートバルブ５２を開状態にして加工対象の半導体ウエハＷをチャンバ１０内に搬入して、サセプタ１３の上に載置する。そして、処理ガス供給源３８より処理ガス、例えば、Ｃ４Ｆ８ガス及びアルゴン（Ａｒ）ガスの混合ガスを所定の流量及び流量比で中心バッファ室３５及び周辺バッファ室３６に導入し、ＡＰＣバルブ４８及びＴＭＰ４９によってチャンバ１０内のプラズマ生成空間Ｓの圧力をエッチングに適した値、例えば、数ｍTorr〜１Torrの範囲内のいずれかの値に設定する。
さらに、上部高周波電源３１によってプラズマ生成用の高周波電力を、例えば６０ＭＨｚを所定のパワーで上部電極２２（外側上部電極２３、内側上部電極２４）に印加するとともに、下部高周波電源５９からバイアス用の高周波電力を、例えば２ＭＨｚを所定のパワーでサセプタ１３の下部電極に印加する。また、直流電源１６より直流電圧を静電チャック１４の電極板１５に印加して、半導体ウエハＷをサセプタ１３に静電吸着する。
次いで、シャワーヘッドより噴出された処理ガスは上部電極２２及びサセプタ１３の処理空間Ｓでプラズマとなり、このとき生成されるラジカルやイオンによって半導体ウエハＷの被処理面が物理的又は化学的にエッチングされる。
プラズマ処理装置１では、上部電極２２に対して高い周波数領域（イオンが動けない５〜１０ＭＨｚ以上）の高周波を印加することにより、プラズマを好ましい解離状態で高密度化するので、より低圧の条件下でも高密度プラズマを形成することができる。
一方、上部電極２２においては、プラズマ生成のための高周波電極として外側上部電極２３を主、内側上部電極２４を副とし、上部高周波電源３１及び下部高周波電源５９によって上部電極２２直下の電子に与える電界強度の比率を調整可能にしている。したがって、イオン密度の空間分布を径方向で制御し、反応性イオンエッチングの空間的な特性を任意且つ精細に制御することができる。
次に、第１の実施形態におけるシャッタ部材５５について説明する。図３に示すように、シャッタ部材５５は、チャンバ１０の開口部５１をチャンバ１０の内部から開閉するためのシャッタ５５ａと、シャッタ５５ａを開閉するための駆動部５５ｂと、シャッタ５５ａと駆動部５５ｂとを連結する軸である連結軸５５ｃと、連結軸５５ｃを支持する軸受である軸受部材５５ｄとを有する。なお、図３−１に示す例では、シャッタ５５ａが閉じている状態を示し、図３−２に示す例では、シャッタ５５ａが開いている状態を示した。
図４及び図５は、第１の実施形態における軸受部材の図である。軸受部材５５ｄは、結軸５５ｃを挿入し、ラジカルやイオンを減衰させるための減衰機構７０と、減圧機構７０をカバーする第１のブロック状の第１の部材８０と、連結軸５５ｃに配置され、大気と遮断するシール部材９０と接触して挿入する第２のブロック状の第２の部材１００とを有する。また、軸受部材５５ｄに該当する箇所には、連結軸５５ｃにシール部材９０が設けられる。図５に示す例では、シール部材９０として、２つのＯリングが設けられる場合を例に示した。図４及び図５に示すように、軸受部材５５ｄは、連結軸５５ｃが挿入され、第１の部材８０の第１の面８１と、第２の部材１００の第２の面１０１とが接するように駆動カバー上に、例えばねじ等で固定される
図６−１は、第１の実施形態における第２の部材の斜視図の一例である。図６−２は、第１の実施形態における断面図の一例である。
図６−１及び図６−２に示すように、第２の部材１００は、第１の面１０１側に、連結軸５５ｃが挿入される開口部を囲むような凸部１０２と、凸部１０２の周囲に設けられる溝部１０３と、溝部１０３よりも径の大きい溝部１０４とを有する。溝部１０３には、例えば、後述するグリースが設けられる。なお、図６−１及び図６−２に示す例では、溝部が２つある場合を例に示したが、これに限定されるものではなく、１つでも良く、３つ以上であっても良い。
図７−１は、第１の実施形態における減衰機構の一例である。図７−２は、第１の実施形態における減衰機構の断面図の一例である。
また、図７−１及び図７−２に示すように、減衰機構７０は、連結軸５５ｃが挿入される開口部を有し、第１の部材８０と第２の部材１００とに囲まれるように軸受部材５５ｄの内部に設けられる。具体的には、減衰機構７０の第１の面７１は、第１の部材８０と接するように設けられ、減衰機構７０の第２の面７２は、第２の部材１００と接するように設けられる。ここで、図７−２の矢印ａ及び矢印ｂに示すように、減衰機構７０の第２の面７２側には、破線７３に示す領域において、他の箇所と比較して開口部の径が広くなっており、この破線７３の領域に、第２の部材１０の凸部１０２とかみ合うことになる。また、減衰機構７０の第１の面７１側の凸部７４は、第２の部材１００の溝部１０２にはまる。すなわち、減衰機構７０は、第２の部材１００の連結軸５５ｃ側の内壁と連結軸５５ｃとの間、及び、第１の部材８０の連結軸５５ｃ側の内壁との間に設けられ、連結軸５５ｃの延伸方向に延びて第２の部材１００の溝部１０３にあてはまる凸部７４を有する。また、図７−２に示すように、減衰機構７０は、連結軸５５ｃと接触する内側に凸部７５が形成され、凸部７５の先端が連結軸５５ｃと接触する。
ここで、図８を用いて、減衰機構７０とシール機構９０との関係について更に詳細に説明する。図８は、第１の実施形態における減衰機構とシール機構と第１の部材と第２の部材との関係を示す断面図である。図８に示すように、第２の部材１００のシャッタ５５ａ側に第１の部材８０が設けられる。また、第１の部材８０と第２の部材１００とにより減衰機構７０がカバーされるように、減衰機構７０は、軸受部材５５ｄの内部に設けられることになる。具体的には、第１の部材８０のシャッタ５５ａ側とは反対側の開口部に減衰機構７０が設けられ、第２の部材１００が、減衰機構７０及び第１の部材８０のうち、シャッタ５５ａ側とは反対側の面を覆うように設けられる。また、上述したように、減衰機構７０は、第２の部材１０の凸部１０２及び溝部１０３と当てはまるように受けられる。言い換えと、例えば、減衰機構７０の凸部７４は、第２の部材１００の溝部１０３に位置することになる。
また、ここで、シール部材９０についてさらに説明する。シール部材９０は、例えばＯリングである。ここで、Ｏリングは、例えば、引っ張り強さが、１２．１ＭＰａより大きい材料にて形成されることが好ましく、より好ましくは、１５．４Ｍｐａ以上である材料である。また、例えば、Ｏリングは、硬度が、６２ＳｈｏｒｅＡより硬いことが好ましく、より好ましくは、７０ＳｈｏｒｅＡ以上である。また、Ｏリングは、延び率（％）が高いことが好ましく、例えば、２５０％より大きいことが好ましく、より好ましくは、３００％以上である。
また、Ｏリングは、グリースと併せて用いられることが好ましい。例えば、グリースとしては、フッ素系グリースを用いることが好ましい。
図９は、第１の実施形態におけるラジカル侵入経路について示す図である。従来は、シール部材とそのシール部材をカバーするブロック構成としたので、ラジカルやイオンをトラップできなかったため、ラジカルやイオンが接触部の経路を経由してシール部材に到達してダメージを与え、真空がリークしていた。このことを踏まえ、第１の実施形態では、上述したように、軸受部材５５ｄは、連結軸５５ｃが挿入され、ラジカルやイオンを減衰させるための減衰機構７０と、減圧機構７０をカバーする第１のブロック状の第１の部材８０と、連結軸５５ｃに配置されて大気と遮断するシール部材９０と接触して連結軸５５ｃが挿入される第２のブロック状の第２の部材１００とを有し、第１の部材８０の一端と第２の部材１００の一端を勘合するように連結し、連結部からラジカルが侵入する侵入経路が形成され、経路が連結軸５５ｃの延伸方向に折り返すように形成され、更には、シール部材９０が、その引っ張り強さが１２．１（ＭＰａ）より大きい材料で形成される。この結果、図９の矢印に示すように、チャンバ１０内に発生したラジカルが侵入する侵入経路としては、第１の部材８０と第２の部材１００との間から侵入しても、第２の部材１００の溝部１０３や１０４に設けられるグリースや、第２の部材１００の溝部１０３、凸部１０２、減衰機構７０の凸部７１などにより形成される連結軸５５ｃの延伸方向において折り返すラジカルトラップを経た上で、シール部材９０へと到達することになる。
上述したように、第１の実施形態に係る基板処理装置によれば、チャンバ１０と、チャンバ１０の開口部をチャンバ１０の内部から開閉するためのシャッタ５５ａと、シャッタ５５ａを開閉するための駆動部５５ｂと、シャッタ５５ａと駆動部５５ｂとを連結する軸である連結軸５５ｃと、連結軸５５ｃを支持する軸受であって、ラジカルを減衰させるための減衰機構と、引っ張り強さが１２．１（ＭＰａ）より大きい材料にて形成されたシール部材とを順に有する軸受部材５５ｄとを有する。この結果、チャンバ１０の気密性を維持可能となる。具体的には、シャッタ５５ａの開閉によりシャッタ部材５５に侵入するラジカルやイオンを減衰機構により失活させ、シール部材まで到達させないのでシール部材のダメージを抑制される。その結果、真空が維持されてシャッタ部材５５のリークレートが低下することを防止可能となり、その結果、チャンバ１０の気密性を維持可能となる。
また、プラズマ処理装置のシャッタの開閉によりシャッタ部材に侵入するラジカルにより、シャッタ部材のリークレートが低下することについて、具体的に説明する。チャンバ内に発生したプラズマのラジカルやイオンによりシャッタ部材のＯリングが劣化に起因すると、Ｏリングをラジカル耐性が高いＯリングに交換したところ、リークレートが十分に低下しないことが分かった。また、Ｏリングとして、従来のＶｉｔｏｎ（Ｄ０２７０）から、ラジカル耐性がＶｉｔｏｎより優れるＤＣ１５６に変更したところ、リークレートの低下は十分に小さくならなかった。
図１０は、Оリングの劣化の比較実験した結果の一例を示す図である。比較例として、ラジカル耐性が相対的に強く、機械強度が相対的に弱いＯリングとしてＤＣ１５６（６２ＳｈｏｒｅＡ（硬度）、１２．１ＭＰａ（引っ張り強さ）、２５０％（延び率）、１．５ＭＰａ（１００％応力））を用い、減衰機構を構成しないシャッタ部材を用いた。また、実施例としては、上述した減衰機構と併せて、ＤＣ１５６と比較してラジカル耐性は低いもの、機械的強度が高いＶｉｔｏｎ（Ｄ０２７０）（７０ＳｈｏｒｅＡ（硬度）、１５．４ＭＰａ（引っ張り強さ）、３００％（延び率）、３．６ＭＰａ（１００％応力））を用いて実験を行った。具体的な条件としては、処理圧力；２００ｍＴ、ＲＦパワー；ＨＦ＝２７００Ｗ、ＬＦ＝１５００Ｗとした上で、処理ガスとしてＣ４Ｆ８／Ｏ２＝２０／４００ｓｃｃｍ、Ｂ・Ｐ（ウエハとサセプタの間にＨｅガスを流した時のバックプレッシャー圧力）＝１５／１５とし、１０分間処理を行った。
図１１は、Ｏリング劣化機構の一例を示す図である。すなわち、図９の（１）に示すように、熱やラジカルの存在下においては、経時劣化により、Ｏリングと併せて用いられていたグリースが減少して行く。ここで、Ｏリングとして、ラジカル耐性が相対的に強いもの、機械強度が相対的に弱いＯリングを用いる場合、図９の（２）に示すように、シャッタの開閉により、Ｏリングがよりすれてスリップがより多く発生すると考えられる。この結果、図９の（３）に示すように、ラジカル耐性が相対的に強いＯリングを用いたにもかかわらず、リークレートの低下速度が小さくならなかった原因と考えられる。
図１１に示すように、９６時間経過後の比較例におけるＯリングは劣化して破断しているのに対し、５００時間経過後の実施例におけるＯリングは、劣化が見られなかった。より詳細には、比較例では、９６時間で劣化破断してしまった一方、実施例１では、９６時間経過後における質量の減少は、０．０１７％であり、５００時間経過後であっても、０．１５５％の減少で誤差範囲に過ぎなかった。
また、図１２は、リークレート結果を示す。図に示すように、リークレートは、比較例と比較すると、実施例１のＯリングは、ラジカル耐性が劣っているにも関わらず、約２２．５倍もの向上が見られ、非常にリークが小さかった。
このようなことを踏まえ、上述したように、第１の実施形態では、減衰機構と併せて、機械強度が１２．１（ＭＰａ）より大きいＯリングをグリースと併せて用いることで、シャッタ５５ａの開閉によりシャッタ部材５５までに侵入するラジカルにより、Оリング劣化を抑制し、シャッタ部材５５のリークレートが低下することを防止可能となり、その結果、チャンバ１０の気密性を維持可能となった。
また、第１の実施形態に係る基板処理装置によれば、減衰機構は、ラジカルトラップリングであって、ラジカルが侵入する侵入経路として、連結軸の延伸方向において折り返す経路を有する。この結果、連結軸を含むシャッタ部材の幅を広げることなく、ラジカルトラップ構造をコンパクトに導入可能となる。
シール部材は、Ｏリングであり、Ｏリングを用いることで、チャンバ１０の気密性を維持可能となる。また、フッ素系のグリースを併せて用いることで、よりリークを防止可能となるとともに、Ｏリングの劣化を防止可能となる。
また、第１の実施形態に係る基板処理装置によれば、軸受部材５５ｄは、第１の部材７２と、第２の部材７４と、第３の部材７６とを有する。この結果、シャッタ５５ａの開閉によりシャッタ部材５５に侵入するラジカルやイオンを失活させることにより、シャッタ部材５５のОリングの劣化を抑制し、リークレートが低下することを防止可能となり、その結果、チャンバ１０の気密性を長期間に維持可能となる。
１ プラズマ処理装置
１０ チャンバ
５０ バッフル板
５１ 搬入出口
５２ ゲートバルブ
５３ シールドリング
５４ カバーリング
５５ シャッタ部材
５５ａ シャッタ
５５ｂ 駆動部
５５ｃ 連結軸
５５ｄ 軸受部材
７０ 第１の面
７１ 溝部
７２ 第１の部材
７３ 第２の面
７４ 第２の部材
７５ 内壁
７６ 第３の部材

Claims (10)

  1. 開口部を有し、減圧して気密に維持されるチャンバと、
    前記チャンバ内に基板を搬入出し、前記開口部を開閉する第１の開閉部材と、
    前記開口部を前記チャンバの内部から開閉する第２の開閉部材と、
    前記第２の開閉部材を開閉するための駆動部と、
    前記第２の開閉部材と前記駆動部とを連結する軸である連結軸と、
    前記連結軸に設けられ、前記チャンバ内と大気側を遮断するとともに、ラジカルやイオンを減衰させる軸受部材と、
    を備え、
    前記軸受部材は、
    前記連結軸が挿入され、前記ラジカルやイオンを減衰させるための減衰機構と
    前記減圧機構をカバーする第１のブロック状の第１の部材と、
    前記連結軸に配置されて前記大気と遮断するシール部材と接触しながら前記連結軸が挿入される第２のブロック状の第２の部材と、
    を有し、
    前記第１の部材の一端と第２の部材の一端を勘合するように連結し、前記連結部から前記ラジカルが侵入する侵入経路が形成され、前記経路が前記連結軸の延伸方向に折り返すように形成され、
    前記シール部材は、その引っ張り強さが１２．１（ＭＰａ）より大きい材料であることを特徴する基板処理装置。
  2. 前記減衰機構は、前記連結軸と接触する内側に凸部が形成され、該凸部の先端が前記連結軸に接触することを特徴とする請求項１に記載の基板処理装置。
  3. 前記減衰機構は、ラジカルトラップリングであることを特徴とする請求項１又は２に記載の基板処理装置。
  4. 前記シール部材は、Ｏリングからなり、フッ素系のОリングであることを特徴とする請求項１〜２のいずれか１つに記載の基板処理装置。
  5. 前記軸受部材は、
    前記第２の部材の前記連結軸側の内壁と前記連結軸との間、及び、前記第１の部材の前記連結軸側の内壁との間に設けられ、前記連結軸の延伸方向に延びて前記第１の部材にあてはまる凸部を有することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１つに記載の基板処理装置。
  6. 開口部を有して減圧して気密に維持されるチャンバの前記開口部を前記チャンバの内部から開閉する第２の開閉部材と、
    前記第２の開閉部材を開閉するための駆動部と、
    前記第２の開閉部材と前記駆動部とを連結する軸である連結軸と、
    前記連結軸に設けられ、前記チャンバ内と大気側を遮断するとともに、ラジカルやイオンを減衰させる軸受部材と、
    を備え、
    前記軸受部材は、
    前記連結軸が挿入され、前記ラジカルやイオンを減衰させるための減衰機構と
    前記減圧機構をカバーする第１のブロック状の第１の部材と、
    前記連結軸に配置されて前記大気と遮断するシール部材と接触して、前記連結軸が挿入される第２のブロック状の第２の部材と、
    を有し、
    前記第１の部材の一端と第２の部材の一端を勘合するように連結し、前記連結部から前記ラジカルが侵入する侵入経路が形成され、前記経路が前記連結軸の延伸方向に折り返すように形成され、
    前記シール部材は、その引っ張り強さが１２．１（ＭＰａ）より大きい材料であることを特徴するシャッタ部材。
  7. 前記減衰機構は、前記連結軸と接触する内側に凸部が形成され、該凸部の先端が前記連結軸に接触することを特徴とする請求項５に記載のシャッタ部材。
  8. 前記減衰機構は、ラジカルトラップリングであることを特徴とする請求項５又は６に記載のシャッタ部材。
  9. 前記シール部材は、Ｏリングからなり、フッ素系のОリングであることを特徴とする請求項５〜７のいずれか１つに記載のシャッタ部材。
  10. 前記減圧機構は、
    前記第２の部材の前記連結軸側の内壁と前記連結軸との間、及び、前記第１の部材の前記連結軸側の内壁との間に設けられ、前記連結軸の延伸方向に延びて前記第１の部材にあてはまる凸部を有することを特徴とする請求項５〜８のいずれか１つに記載のシャッタ部材。
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