JP2016021524A - プラズマ処理装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】マイクロ波プラズマ処理装置において、特にウェハの円周方向でマイクロ波の強度分布にばらつきがある場合でも、面内均一なウェハ処理を行う。【解決手段】ウェハをマイクロ波プラズマにより処理するプラズマ処理装置であって、ウェハを気密に収容する処理容器と、処理容器内にマイクロ波を照射するマイクロ波供給部と、処理容器内に処理ガスを供給する処理ガス供給部と、処理容器内においてウェハを保持するサセプタと、処理容器の底面を上下方向に貫通し、サセプタの下面を支持する支持軸２０と、処理容器の外部に設けられ、支持軸２０を回転させる回転駆動機構８３と、支持軸２０と処理容器との間を気密に塞ぐ磁性流体シール８５と、磁性流体シール８５よりも上方に設けられ、支持軸２０と処理容器との間からのマイクロ波の漏洩により磁性流体シール８５が加熱されることを防止するチョーク８４と、を有する【選択図】図２

Description

本発明は、処理容器内に供給した処理ガスをマイクロ波によりプラズマ化させて被処理体を処理するプラズマ処理装置に関する。
従来から、例えば半導体ウェハ（以下、「ウェハ」という）などの被処理体に対して所定のプラズマ処理を施すプラズマ処理装置として、処理容器内にマイクロ波を照射してプラズマを生成させるプラズマ処理装置が知られている。マイクロ波を用いたプラズマ処理装置では、処理容器内において電子温度の低い高密度のプラズマを生成させることが可能であり、生成されたプラズマによって、例えば成膜処理やエッチング処理などが行われる。
上記のプラズマ処理装置は、例えば処理容器内に設けられた載置台、載置台を加熱する加熱機構、処理容器内を排気する排気機構、処理容器内にマイクロ波を照射するマイクロ波供給部、所定の処理ガスを供給するガス供給部などを備えている。
このようなプラズマ処理装置では、処理容器内における処理ガスの分布やプラズマの分布が、ウェハ面内における処理の均一性に影響する。そのため、例えば特許文献１に示されるように、処理容器内における処理ガスの流れを均一化するために、多数の排気孔を有するバッフルプレートを載置台の周囲に配置したり、均一なプラズマ処理を行うために、ウェハ上にプラズマを収束させるフォーカスリングをウェハの外周部近傍に配置したりしている。
特開２０１０−１１８５４９号公報
しかしながら、マイクロ波は指向性が強いため、マイクロ波の伝播経路上の僅かな突起や窪み、或いはマイクロ波供給部の組み立て誤差などに起因して、照射されるマイクロ波の強度分布が変化してしまう。そのため、特にウェハの円周方向における強度分布の均一性を確保することが極めて困難である。
また、上述のバッフルプレートやフォーカスリングによる調整では、このようなマイクロ波の強度分布のばらつきを抑制するにも限界がある。
本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、マイクロ波プラズマ処理装置において、特にウェハの円周方向でマイクロ波の強度分布にばらつきがある場合でも、面内均一なウェハ処理を行うことを目的としている。
前記の目的を達成するため、本発明は、基板をマイクロ波プラズマにより処理するプラズマ処理装置であって、基板を気密に収容する処理容器と、前記処理容器内にマイクロ波を照射するマイクロ波供給部と、前記処理容器内に処理ガスを供給する処理ガス供給部と、前記処理容器内において基板を保持する基板保持機構と、前記処理容器の底面を上下方向に貫通し、基板保持機構の下面を支持する支持軸と、前記処理容器の外部に設けられ、前記支持軸を回転させる回転駆動機構と、前記支持軸と前記処理容器との間を気密に塞ぐ磁性流体シールと、前記磁性流体シールよりも上方に設けられ、前記支持軸と前記処理容器との間からのマイクロ波の漏洩により前記磁性流体シールが加熱されることを防止するチョーク機構と、を有することを特徴としている。
本発明者は、基板面内で均一な処理を行うためには、処理容器内に照射するマイクロ波の均一化を図ったり、バッフルプレートなどにより処理容器内の処理ガスの流れを均一化したりする他に、例えば基板を処理容器内で積極的に回転させ、マイクロ波の強度分布のばらつきを平均化することも有効であるとの着想を得た。本発明はこの着想に基づくものであり、基板保持機構を支持する支持軸を回転駆動機構により回転させることで、プラズマ処理中に基板保持機構に保持された基板を回転させることができる。したがって、処理容器内に照射されるマイクロ波の強度分布にばらつきがある場合でも、面内均一な基板処理を行うことができる。
また、例えばモータなどの回転駆動機構は、処理容器外に配置する必要がある。そのため、基板保持機構を支持する支持軸は処理容器を貫通して設ける必要があり、その場合、処理容器の気密性の維持や支持軸と処理容器との間からのマイクロ波の漏洩といった問題が生じるが、本発明によれば、支持軸と処理容器との間を気密に塞ぐ磁性流体シールと、支持軸と処理容器との間からのマイクロ波の漏洩を防止するチョーク機構を有しているので、処理容器内を真空に維持し、且つ処理容器外部へのマイクロ波の漏洩も最小限に抑えることができる。また、磁性流体シールの上方にチョーク機構を設けているので、マイクロ波の漏洩により磁性流体シールが加熱され、例えば磁性流体シールの耐熱温度を超えてしまうことを防止できる。そのため、処理容器内を確実に気密に維持することができる。
前記磁性流体シールと前記チョーク機構との間には、ラジカルを遮蔽する他のシール部材が更に設けられていてもよい。
前記支持軸には、前記処理容器の外部に設けられた冷媒供給機構から供給される冷媒を流通させる冷媒流路が内蔵されており、前記冷媒流路と前記冷媒供給機構は、ロータリージョイントを介して接続されていてもよい。
前記基板保持機構は、基板を加熱するヒータを備え、前記ヒータに電流を供給する導線は前記支持軸に内蔵され、前記ヒータに電流を供給する電源と前記導線とは、スリップリングを介して接続されていてもよい。
前記支持軸の回転中心または前記基板の中心の少なくともいずれかは、前記マイクロ波供給部からのマイクロ波の照射中心に対して、平面視において偏心位置にあってもよい。
前記基板保持機構を上下方向に挿通し、基板保持機構に対して移動自在に設けられた昇降ピンと、前記昇降ピンを昇降させる昇降機構と、をさらに有し、前記昇降機構は、前記昇降ピンを上方に押圧するリフトアームと、前記昇降ピンを下方に押し下げる他のリフトアームを備え、前記昇降ピンは、前記基板保持機構の厚みよりも長く形成され、前記昇降ピンの下端部には、前記他のリフトアームにより前記昇降ピンを押し下げる際に前記他のリフトアームと係止する係止部が設けられていてもよい。
本発明によれば、マイクロ波プラズマ処理装置において、特にウェハの円周方向でマイクロ波の強度分布にばらつきがある場合でも、面内均一なウェハ処理を行うことができる。
本実施の形態にかかるプラズマ処理装置の構成の概略を示す縦断面図である。 回転シール機構近傍の構成の概略を示す縦断面図である。 他の実施の形態にかかるプラズマ処理装置の構成の概略を示す縦断面図である。 他の実施の形態にかかるプラズマ処理装置の構成の概略を示す縦断面図である。 他の実施の形態にかかるプラズマ処理装置の構成の概略を示す縦断面図である。 他の実施の形態にかかるプラズマ処理装置の構成の概略を示す縦断面図である。 他の実施の形態にかかるリフトアームの構成の概略を示す説明図である。 他のリフトアームの構成の概略を示す平面図である。
以下、本発明の実施の形態について説明する。図１は、本実施の形態にかかるプラズマ処理装置１の構成の概略を示す縦断面図である。なお、本実施の形態のでは、プラズマ処理装置１によりウェハＷの表面に対してプラズマＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｏｔｉｏｎ）処理を行い、当該ウェハＷの表面に例えばＳｉＮ膜（シリコン窒化膜）を形成する場合を例にして説明する。また、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。
プラズマ処理装置１は、内部を気密に保持する処理容器２と、処理容器２内にマイクロ波を照射するマイクロ波供給部３を有している。処理容器２は上面が開口した略円筒状の本体部２ａと、本体部２ａの開口を気密に塞ぐ略円盤状の蓋体２ｂを有している。本体部２ａ及び蓋体２ｂは、例えばアルミニウム等の金属から形成されている。また、本体部２ａは接地線（図示せず）により接地されている。
処理容器２内には、ウェハＷを保持する基板保持機構としてのサセプタ１０が設けられている。サセプタ１０は、例えば円盤形状を有し、アルミニウム等の金属から形成されている。サセプタ１０には、整合器１１を介してバイアス用の高周波電源１２が、後述するスリップリング１００を介して接続されている。高周波電源１２は、ウェハＷに引き込むイオンのエネルギーを制御するのに適した一定の周波数、例えば１３．５６ＭＨｚの高周波を出力する。なお、図示していないが、サセプタ１０には、ウェハＷを静電吸着するための静電チャックが設けられており、ウェハＷをサセプタ１０上に静電吸着することができる。また、サセプタ１０の内部にはヒータ１３が設けられ、ウェハＷを所定の温度に加熱することができる。ヒータ１３への電力の供給も後述するスリップリング１００を介して行われる。
なお、サセプタ１０の下方には、ウェハＷを下方から支持し昇降させるための昇降ピン１４が設けられている。昇降ピン１４は、サセプタ１０を上下方向に貫通する貫通孔１０ａを挿通し、サセプタ１０に対して移動自在で且つサセプタ１０の上面から突出可能なように、サセプタ１０の厚みよりも長く形成されている。昇降ピン１４の下方には、昇降ピンを上方に押圧するリフトアーム１５が設けられている。リフトアーム１５は、昇降機構１６により昇降自在に構成されている。昇降ピン１４はリフトアーム１５とは接続されておらず、リフトアーム１５を降下させると、昇降ピン１４とリフトアーム１５とは離れた状態となる。昇降ピン１４の上端部１４ａは、貫通孔１０ａよりも大きな径を有している。そのため昇降ピン１４は、リフトアーム１５が下方に退避しても貫通孔１０ａから脱落することなく、サセプタ１０に係止した状態となる。また、貫通孔１０ａの上端には、昇降ピン１４の上端部１４ａよりも径と厚みが大きな窪み部１０ｂが形成されており、昇降ピン１４がサセプタ１０に係止した状態において、上端部１４ａがサセプタ１０の上面より突出しないようになっている。なお、図１においては、リフトアーム１５が降下し、昇降ピン１４がサセプタ１０に係止した状態を描図している。
サセプタ１０の上面には、ウェハＷを囲むように環状のフォーカスリング１７が設けられている。フォーカスリング１７には例えばセラミックスあるいは石英などの絶縁性材料が用いられる。処理容器２内に発生したプラズマは、当該フォーカスリング１７の作用によりウェハＷ上に収束し、これにより、ウェハＷ面内におけるプラズマ処理の均一性が向上する。
サセプタ１０は、その下面の中央部を、例えば中心部が中空な円筒形状を有する支持軸２０により支持されている。支持軸２０は鉛直下方に延伸し、処理容器２の本体部２ａの底面を上下方向に貫通して設けられている。支持軸２０は、サセプタ１０と当接する上部軸２０ａと、上部軸２０ａの下端に設けられたフランジ２１を介して当該上部軸２０ａに接続された下部軸２０ｂを有している。上部軸２０ａ及び下部軸２０ｂは、例えば絶縁部材により形成されている。
処理容器２の本体部２ａの底部には、例えば本体部２ａの側方に突出して排気室３０が形成されている。排気室３０の底面には、処理容器２内を排気する排気機構３１が、排気管３２を介して接続されている。排気管３２には、排気機構３１による排気量を調整する調整弁３３が設けられている。
排気室３０の上方であって、サセプタ１０の下方には、処理容器２内を均一に排気するための円環状のバッフル板３４が、支持軸２０の外側面と所定の隙間を空けて設けられている。バッフル板３４には、当該バッフル板３４を厚み方向に貫通する開口（図示せず）が全周にわたって形成されている。
処理容器２の本体部２ａ底部の下端面、即ち処理容器２の外部には、支持軸２０と本体部２ａとの間を気密に塞ぎ、且つ鉛直軸を中心に支持軸２０を回転させる回転シール機構３５が設けられている。この回転シール機構３５の詳細については後述する。
処理容器２の天井面開口部には、プラズマ生成用のマイクロ波を供給するマイクロ波供給部３が設けられている。マイクロ波供給部３はラジアルラインスロットアンテナ４０（ｒａｄｉａｌ ｌｉｎｅ ｓｌｏｔ ａｎｔｅｎｎａ）を有している。ラジアルラインスロットアンテナ４０は、マイクロ波透過板４１、スロット板４２、遅波板４３を有している。マイクロ波透過板４１、スロット板４２、遅波板４３は、この順に下から積層して、処理容器２の本体部２ａの開口部に設けられている。遅波板４３の上面は、蓋体２ｂにより覆われている。なお、ラジアルラインスロットアンテナ４０は、その中心が支持軸２０の回転中心と概ね一致した位置に配置されている。
マイクロ波透過板４１と本体部２ａとの間は、例えばＯリング等のシール材（図示せず）により気密に保たれている。マイクロ波透過板４１には誘電体、例えば石英、Ａｌ２Ｏ３、ＡｌＮ等が用いられ、マイクロ波透過板４１はマイクロ波を透過させる。
マイクロ波透過板４１の上面に設けられたスロット板４２には複数のスロットが形成され、スロット板４２はアンテナとして機能する。スロット板４２には、導電性を有する材料、たとえば銅、アルミニウム、ニッケル等が用いられる。
スロット板４２の上面に設けられた遅波板４３は、低損失誘電体材料、例えば石英、Ａｌ２Ｏ３、ＡｌＮ等により構成されており、マイクロ波の波長を短縮する。
遅波板４３の上面を覆う蓋体２ｂは、その内部に例えば冷却媒体を流通させる円環状の流路４５が複数設けられている。流路４５を流れる冷却媒体によって、蓋体２ｂ、マイクロ波透過板４１、スロット板４２及び遅波板４３が所定の温度に調節される。
蓋体２ｂの中央部には同軸導波管５０が接続されている。同軸導波管５０の上端部には、矩形導波管５１およびモード変換器５２を介して、マイクロ波発生源５３が接続されている。マイクロ波発生源５３は、処理容器２の外部に設置されており、例えば２．４５ＧＨｚのマイクロ波を発生させることができる。
同軸導波管５０は、内部導体５４と外管５５を有している。内部導体５４は、スロット板４２と接続されている。内部導体５４のスロット板４２側は円錐形に形成されて、スロット板４２に対してマイクロ波を効率よく伝播するようになっている。
かかる構成により、マイクロ波発生源５３から発生したマイクロ波は、矩形導波管５１、モード変換器５２、同軸導波管５０内を順次伝播し、遅波板４３で圧縮され短波長化される。そして、スロット板４２から円偏波状のマイクロ波が、マイクロ波透過板４１を透過して処理容器２内に照射される。このマイクロ波により処理容器２内では処理ガスがプラズマ化し、このプラズマによりウェハＷのプラズマ処理が行われる。
処理容器２の天井面中央部、すなわちラジアルラインスロットアンテナ４０の中央部には、第１の処理ガス供給管６０が設けられている。第１の処理ガス供給管６０はラジアルラインスロットアンテナ４０を上下方向に貫通し、当該第１の処理ガス供給管６０の一端部はマイクロ波透過板４１の下面において開口している。また、第１の処理ガス供給管６０は同軸導波管５０の内部導体５４の内部を貫通し、さらにモード変換器５２内を挿通している。当該第１の処理ガス供給管６０の他端部は第１の処理ガス供給源６１に接続されている。
第１の処理ガス供給源６１は、処理ガスとして、例えばＴＳＡ（トリシリルアミン）、Ｎ２ガス、Ｈ２ガス、Ａｒガスをそれぞれ個別に供給可能に構成されている。このうち、ＴＳＡ、Ｎ２ガス、Ｈ２ガスはＳｉＮ膜の成膜用の原料ガスであり、Ａｒガスはプラズマ励起用ガスである。なお、以下において、この処理ガスを「第１の処理ガス」という場合がある。また、第１の処理ガス供給管６０には、第１の処理ガスの流れを制御するバルブや流量調節部等を含む供給機器群６２が設けられている。第１の処理ガス供給源６１から供給された第１の処理ガスは、第１の処理ガス供給管６０を介して処理容器２内に供給され、サセプタ１０に載置されたウェハＷに向かって鉛直下方に流れる。
また、図１に示すように、処理容器２の上部の内周面には、第２の処理ガス供給管７０が設けられている。第２の処理ガス供給管７０は、処理容器２の内周面に沿って等間隔に複数設けられている。第２の処理ガス供給管７０には、第２の処理ガス供給源７１が接続されている。第２の処理ガス供給源７１の内部には、処理ガスとして、例えばＴＳＡ（トリシリルアミン）、Ｎ２ガス、Ｈ２ガス、Ａｒガスがそれぞれ個別に供給可能に構成されている。なお、以下において、この処理ガスを「第２の処理ガス」という場合がある。また、第２の処理ガス供給源７１には、第２の処理ガスの流れを制御するバルブや流量調節部等を含む供給機器群７２が設けられている。第２の処理ガス供給源７１から供給された第２の処理ガスは、第２の処理ガス供給管７０を介して処理容器２内に供給され、サセプタ１０に載置されたウェハＷの外周部に向かって流れる。このように、第１の処理ガス供給管６０からの第１の処理ガスはウェハＷの中心部に向けて供給され、第２の処理ガス供給管７０からの第２の処理ガスはウェハＷの外周部に向けて供給される。
なお、第１の処理ガス供給管６０と第２の処理ガス供給管７０から処理容器２内にそれぞれ供給される処理ガスは、同種のガスであっても、別種類のガスであってもよく、各々独立した流量で、或いは任意の流量比で供給することができる。
次に、回転シール機構３５について詳述する。図２は、回転シール機構３５の構成の概略を示す縦断面図である。回転シール機構３５は、ベアリング８０を介して支持軸２０を保持するケーシング８１と、ケーシングの下端に接続されたロータリージョイント８２と、支持軸２０を回転させる回転駆動機構８３を有している。
ケーシング８１は、その内径が支持軸２０の外径よりも大きな開口８１ａを有しており、支持軸２０の下部軸２０ｂは、この開口８１ａ内に挿通されている。ケーシング８１の上端部は、例えば図示しないボルト等により、処理容器２の本体部２ａの底部に固定されており、ケーシング８１の上端部と本体部２ａの下端面との間は、例えばＯリング（図示せず）等により気密に保たれている。
ケーシング８１上部の内周面には、下部軸２０ｂとケーシング８１との間の隙間からのマイクロ波漏洩を防止するためのチョーク８４が全周にわたって環状に設けられている。チョーク８４は、例えば断面形状が矩形のスリット状に形成されている。なお、チョーク８４の長さＬは、マイクロ波の漏洩を防ぐ目的から、マイクロ波の波長の概ね１／４程度の長さに設定されている。なお、チョーク８４の内部に誘電体などを充填した場合、チョーク８４の長さＬは必ずしもマイクロ波の波長の１／４とする必要はない。
ケーシング８１の内周面におけるチョーク８４の下方には、支持軸２０の下部軸２０ｂとケーシング８１との間を気密に塞ぐシール部材としての磁性流体シール８５が設けられている。磁性流体シール８５は、例えばケーシング８１に内蔵された円環状の永久磁石８５ａと、永久磁石８５ａと下部軸２０ｂとの間に封入された磁性流体８５ｂにより構成されている。この磁性流体シール８５により、支持軸２０と処理容器２との間が気密に維持される。
ベアリング８０は、支持軸２０における磁性流体シール８５の下方に設けられている。ベアリング８０は、ケーシング８１により支持されている。これにより支持軸２０は、ケーシング８１に対して回転自在な状態で支持されている。なお、図２には、ラジアル方向のベアリングのみ描図しているが、必要に応じて鉛直方向の荷重を支持するスラストベアリングを設けてもよい。
ケーシング８１の下端には円環形状を有するロータリージョイント８２が接続されている。ロータリージョイント８２は、ベアリング８６を介して下部軸２０ｂと接続されており、下部軸２０ｂはロータリージョイント８２に対して回転自在となっている。ロータリージョイント８２の側面には、冷却水供給管９０が接続されており、冷却水供給管９０の例えば下方には冷却水排出管９１が接続されている。下部軸２０ｂの外周面における冷却水供給管９０と冷却水排出管９１に対応する位置には、円環状の溝９２、９３がそれぞれ形成されている。下部軸２０ｂの内部には、溝９２に連通し、鉛直上方に延伸する冷却水供給路９４が形成されている。冷却水供給路９４は、フランジ２１近傍まで延伸し、フランジ２１近傍から鉛直下方に折り返して溝９３に接続されている。冷却水供給管９０には図示しない冷却水供給源が接続されており、冷却水供給源から供給される冷却水は、冷却水供給管９０、冷却水供給路９４を通ってフランジ２１を冷却し、その後冷却水排出管９１から排出される。
ロータリージョイント８２の内周面には、溝９２及び溝９３を挟みこむように上下にＯリング９５が設けられている。これにより、ロータリージョイント８２と下部軸２０ｂとの間から漏洩することなく、冷却水供給路９４に冷却水が供給される。
下部軸２０ｂの例えば下端面には、円柱形状のスリップリング１００が接続されている。スリップリング１００の下端面の中央部には、円盤状の回転電極１０１が設けられ、回転電極１０１の外方には、例えば円環状の回転電極１０２が設けられている。回転電極１０１、１０２には、サセプタ１０に高周波電源１２からの高周波電力を供給したり、サセプタ１０内部のヒータへ給電したりする導線１１０、１１１がそれぞれ電気的に接続されている。導線１１０、１１１は、支持軸２０内部の中空部分に沿って上方に延伸して設けられ、サセプタ１０に接続されている。導線１１０、１１１への給電に際しては、例えば図２に示すように、ブラシ１０３を介して回転電極１０１、１０２に電源が接続される。ブラシ１０３は、例えば図示しない固定部材により、例えば処理容器２の本体部２ａとの相対的な位置関係が変化しないように固定されている。なお図２では、回転電極１０１、１０２に、ブラシ１０３を介して整合器１１、高周波電源１２を接続した状態を描図しているが、回転電極の配置や設置数などは本実施の形態の内容に限定されるものではなく、任意に設定が可能である。回転電極に接続される機器としては、例えばヒータ１３に電力を供給する電源や、静電チャックに電圧を印加する電源、或いはヒータ１３の温度制御用に用いられる、サセプタ１０に内蔵された熱電対などが挙げられる。
例えば下部軸２０ｂにおけるロータリージョイント８２の下方には、スリップリング１００を囲むような円筒形状に形成された遮蔽部材１１２が固定されている。遮蔽部材１１２は例えば絶縁部材により形成されており、スリップリング１００とブラシ１０３の接触部などが露出しないようになっている。
また、遮蔽部材１１２の外周部には、ベルト１２０が接続されている。ベルト１２０には、モータ１２１がシャフト１２２を介して接続されている。したがって、モータ１２１を回転させることで、シャフト１２２及びベルト１２０を介して遮蔽部材１１２が回転し、遮蔽部材１１２と固定された支持軸２０が回転する。これら遮蔽部材１１２、ベルト１２０、モータ１２１により、本発明における回転駆動機構８３が形成されている。支持軸２０が回転すると、スリップリング１００も共に回転するが、ブラシ１０３により回転電極１０１、１０２との電気的な接続は維持される。また、支持軸２０の回転により下部軸２０ｂ内に形成された冷却水供給路９４も回転するが、下部軸２０ｂに形成された溝９２、９３を介して冷却水供給管９０、冷却水排出管９１との接続が維持されるので、支持軸２０を回転させた場合であっても、冷却水供給路９４への冷却水の供給が維持される。
なお、図２では、ケーシング８１の下方にロータリージョイント８２、回転駆動機構８３をこの順で設けたが、回転駆動機構８３により支持軸２０を適切に回転させることができれば、これらの配置や形状は任意に設定が可能である。また、回転駆動機構８３の構成についても、本実施の形態の内容に限定されるものではなく、モータ１２１の配置や、モータ１２１の駆動力を支持軸２０に伝達する機構については任意に設定できる。
本実施の形態にかかるプラズマ処理装置１は以上のように構成されている。次に、本実施の形態にかかるプラズマ処理装置１で行われるウェハＷのプラズマ処理について説明する。本実施の形態では、上述したようにウェハＷにプラズマ成膜処理を行って、当該ウェハＷの表面にＳｉＮ膜を形成する。
ウェハＷの処理にあたっては、先ず、処理容器に設けられた図示しないゲートバルブが開き、処理容器２内にウェハＷが搬入される。ウェハＷは、昇降ピン１４に受け渡され、次に昇降機構１６が降下してサセプタ１０上にウェハＷが載置される。それと共に、静電チャックに直流電圧が印可され、クーロン力によりウェハＷがサセプタ１０上に静電吸着する。そして、ゲートバルブを閉じ、処理容器２内を密閉した後、排気機構３１を作動させ、処理容器２内を所定の圧力、例えば４００ｍＴｏｒｒ（＝５３Ｐａ）に減圧する。また、モータ１２１を回転させることにより、支持軸２０を介してサセプタ１０が回転する。この際、昇降ピン１４はリフトアーム１５とは分離して設けられているので、昇降ピン１４はサセプタ１０と共に回転する。
その後、第１の処理ガス供給管６０から処理容器２内に第１の処理ガスを供給し、第２の処理ガス供給管７０から処理容器２内に第２の処理ガスを供給する。このとき、第１の処理ガス供給管６０から供給されるＡｒガスの流量は例えば１００ｓｃｃｍ（ｍＬ／ｍｉｎ）であり、第２の処理ガス供給管７０から供給されるＡｒガスの流量は例えば７５０ｓｃｃｍ（ｍＬ／ｍｉｎ）である。
処理容器２内に第１の処理ガス、第２の処理ガスを供給すると共に、マイクロ波発生源５３を作動させ、当該マイクロ波発生源５３において、例えば２．４５ＧＨｚの周波数で所定の電力のマイクロ波を発生させる。マイクロ波は、矩形導波管５１、モード変換器５２、同軸導波管５０、ラジアルラインスロットアンテナ４０を介して、処理容器２内に照射される。このマイクロ波によって処理容器２内では処理ガスがプラズマ化し、プラズマ中で処理ガスの解離が進み、その際に発生したラジカル（活性種）によってウェハＷ上に成膜処理が行われる。このとき、サセプタ１０を回転させることで、ウェハＷが処理容器２内で回転しているので、例えばラジアルラインスロットアンテナ４０から照射されるマイクロ波の電界強度分布が不均一であっても、ウェハＷ面内におけるプラズマ処理を平均化し、面内均一な処理を行うことができる。こうして、ウェハＷの表面にＳｉＮ膜が形成される。
ウェハＷにプラズマ成膜処理を行っている間、高周波電源１２により例えば１３．５６ＭＨｚの周波数で所定の電力の高周波がサセプタ１０に印加される。適切な範囲でのＲＦバイアスの印加により、プラズマ中のイオンをウェハＷへ引き込むように作用するため、ＳｉＮ膜の緻密性を向上させるとともに、膜中のトラップを増加させるように作用する。また、マイクロ波プラズマを用いることでプラズマの電子温度を低く維持できるので、膜へのダメージがなく、しかも、高密度プラズマにより、処理ガスの分子が解離されやすいので、反応が促進される。
その後、ＳｉＮ膜が成長し、ウェハＷに所定の膜厚のＳｉＮ膜が形成されると、処理ガスと、マイクロ波の照射が停止される。その後、ウェハＷは処理容器２から搬出されて、一連のプラズマ成膜処理が終了する。
以上の実施の形態によれば、サセプタ１０を支持する支持軸２０をモータ１２１やベルト１２０を有する回転駆動機構８３により回転させることで、プラズマ処理中にサセプタ１０に保持されたウェハＷを回転させることができる。したがって、処理容器２内に照射されるマイクロ波の強度分布にばらつきがある場合でも、面内均一なウェハ処理を行うことができる。
また、回転駆動機構８３はプラズマに曝されることを避けるために処理容器２外に配置する必要があり、そのため、支持軸２０は処理容器２を貫通して設ける必要がある。かかる場合、処理容器２の気密性を維持するために、支持軸２０と処理容器２との間の摺動部にＯリングなどを設けることが考えられるが、Ｏリングと支持軸２０との摺動部からパーティクルが発生し、ウェハＷを汚染する恐れがある。この点、本発明のようにシール部材として磁性流体８５ｂを用いることで、支持軸２０と処理容器２との間の気密性を維持し、さらにパーティクルの発生を抑えることができる。
さらに、磁性流体８５ｂはマイクロ波を吸収しやすく、マイクロ波に曝されると温度上昇が起こり耐熱温度（概ね１５０℃程度）を超えてしまう恐れがあるが、本実施の形態のように、支持軸２０と処理容器２との間からのマイクロ波の漏洩を防止するチョーク８４を磁性流体シール８５の上方に設けることで、処理容器２から外部へのマイクロ波の漏洩を抑制すると共に、磁性流体８５ｂに到達するマイクロ波を大幅に低減することができる。その結果、磁性流体８５ｂが耐熱温度を超えて加熱することを防ぎ、且つ処理容器２内を気密に維持することができる。
なお、処理容器２内を気密に維持するという観点からは、シール部材としてＯリング等を用いることが否定されるものではなく、例えば許容されるパーティクルに応じて、磁性流体シール８５に代えてＯリングをシール部材として用いてもよい。また、磁性流体シール８５へ到達するマイクロ波やラジカルを低減するという観点から、例えばチョーク８４と磁性流体シール８５の間に、図２に示すように他のシール部材としてのシール機構１３０を設けてもよい。シール機構１３０は、例えばチョーク８４の下方に設けられたＯリング１３１と、チョーク８４とＯリング１３１との間に設けられ、Ｏリング１３１に作用する差圧を低減するためのラビリンスシール１３２を有している。処理容器２と支持軸２０間の気密については磁性流体シール８５により確保されているので、Ｏリング１３１には気体に対するシール性能は求められず、摺動や摩擦に対する耐性が高く且つ処理容器２内で生成するラジカルに対しても耐性を有する、例えばＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）などを用いることが好ましい。
以上の実施の形態では、支持軸２０の回転中心とラジアルラインスロットアンテナ４０の中心（マイクロ波の照射中心）とが概ね一致していたが、例えば図３に示すように、支持軸２０の回転中心はラジアルラインスロットアンテナ４０の中心に対して、平面視において偏心していてもよい。
一般に、マイクロ波の強度分布は、円周方向にばらつきを有する一方で、例えばマイクロ波の照射中心から外周部に向けて徐々に強度が低下する傾向がある。即ち、ウェハＷの直径方向に沿ってマイクロ波の強度分布が変化する。そこで、例えば図３に示すように、支持軸２０の回転中心をラジアルラインスロットアンテナ４０の中心に対して偏心させることで、このウェハＷの直径方向に沿ったマイクロ波の強度のばらつきを均一化し、さらに面内均一なプラズマ処理を行うことができる。なお、図３では、サセプタ１０の中心と支持軸２０の中心、換言すれば、ウェハＷの回転中心と支持軸２０の回転中心とが一致しているが、例えば図４に示すように、サセプタ１０の中心とラジアルラインスロットアンテナ４０の中心は同じ位置とし、サセプタ１０の中心に対して偏心した位置に支持軸２０を接続するようにしてもよい。
また、支持軸２０の回転中心とラジアルラインスロットアンテナ４０の中心をずらす代わりに、例えば図５に示すように、ウェハＷの中心をサセプタ１０の中心に対して偏心した位置に配置し、サセプタ１０を回転させることで、ウェハＷの回転中心とマイクロ波の照射中心とを偏心させるようにしてもよい。
なお、マイクロ波の強度分布、特に直径方向に沿った強度分布を平均化するという観点から、図６に示すように、サセプタ１０を昇降させる昇降機構１４０を設けてもよい。かかる場合、例えば本体部２ａの下端面とケーシング８１の上端面との間に、本体部２ａ及びケーシング８１と気密に接続されたベローズ１４１を設け、昇降機構１４０により例えばケーシング８１及び支持軸２０ごと、サセプタ１０を昇降させる構成が提案できる。サセプタ１０を昇降させることにより、サセプタ１０の回転動作のみでは平均化しきれない、ウェハＷの直径方向に沿ったマイクロ波の強度分布を平均化し、より均一なウェハＷのプラズマ処理を行うことができる。
以上の実施の形態では、リフトアーム１５と昇降ピン１４は分離して設けられていたが、静電チャックによるウェハＷへの帯電により、リフトアーム１５を降下させても、昇降ピン１４がウェハＷから離れない場合がある。かかる場合、例えば図７に示すように、リフトアーム１５の上方に、所定の間隔離間して他のリフトアーム１５０を設け、当該他のリフトアーム１５０により昇降ピン１４をウェハＷから引き離すようにしてもよい。かかる場合、例えば図７に示すように、昇降ピン１４の下端部１４ｂを昇降ピン１４の外径よりも太い係止部として形成しておき、また図８に示すように、他のリフトアーム１５０は、昇降ピン１４の下端部１４ｂと係止するように形成する。そして、昇降ピン１４を上昇させる際には、リフトアーム１５により昇降ピン１４の下端部１４ｂを上方に押すことで当該昇降ピン１４を上昇させ、昇降ピン１４を下降させる際には、他のリフトアーム１５０の下面に下端部１４ｂを係止させ、その状態で他のリフトアーム１５０を下降させることで、他のリフトアーム１５０により昇降ピン１４を押し下げる。これにより、ウェハＷが帯電している場合であっても、ウェハＷから昇降ピン１４を引き離すことができる。なお、リフトアーム１５と他のリフトアーム１５０は同期して動作してもよいし、個別に動作してもよい。
以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施の形態について説明したが、本発明はかかる例に限定されない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。また、以上の実施の形態では、本発明を成膜処理を行うプラズマ処理に適用していたが、本発明は、成膜処理以外の基板処理、例えばエッチング処理やスパッタリングを行うプラズマ処理にも適用できる。さらに、本発明のプラズマ処理で処理される被処理体は、ガラス基板、有機ＥＬ基板、ＦＰＤ（フラットパネルディスプレイ）用の基板等のいずれのものであってもよい。
本発明は、例えば半導体ウェハ等のプラズマ処理に有用であり、特にマイクロ波を用いたプラズマ処理に有用である。
１ プラズマ処理装置
２ 処理容器
３ マイクロ波供給部
１０ サセプタ
１１ 整合器
１２ 高周波電源
１３ ヒータ
１４ 昇降ピン
１５ リフトアーム
１６ 昇降機構
１７ フォーカスリング
２０ 支持軸
２１ フランジ
３０ 排気室
３１ 排気機構
３２ 排気管
３３ 調整弁
３４ バッフル板
３５ 回転シール機構
４０ ラジアルラインスロットアンテナ
４１ マイクロ波透過板
４２ スロット板
４３ 遅波板
５０ 同軸導波管
６０ 第１の処理ガス供給管
７０ 第２の処理ガス供給管
８０ ベアリング
８１ ケーシング
８２ ロータリージョイント
８３ 回転駆動機構
８４ チョーク
８５ 磁性流体シール
Ｗ ウェハ

Claims (6)

  1. 基板をマイクロ波プラズマにより処理するプラズマ処理装置であって、
    基板を気密に収容する処理容器と、
    前記処理容器内にマイクロ波を照射するマイクロ波供給部と、
    前記処理容器内に処理ガスを供給する処理ガス供給部と、
    前記処理容器内において基板を保持する基板保持機構と、
    前記処理容器の底面を上下方向に貫通し、基板保持機構の下面を支持する支持軸と、
    前記処理容器の外部に設けられ、前記支持軸を回転させる回転駆動機構と、
    前記支持軸と前記処理容器との間を気密に塞ぐ磁性流体シールと、
    前記磁性流体シールよりも上方に設けられ、前記支持軸と前記処理容器との間からのマイクロ波の漏洩により前記磁性流体シールが加熱されることを防止するチョーク機構と、を有することを特徴とする、プラズマ処理装置。
  2. 前記磁性流体シールと前記チョーク機構との間には、ラジカルを遮蔽する他のシール部材が更に設けられていることを特徴とする、請求項１に記載のプラズマ処理装置。
  3. 前記支持軸には、前記処理容器の外部に設けられた冷媒供給機構から供給される冷媒を流通させる冷媒流路が内蔵されており、
    前記冷媒流路と前記冷媒供給機構は、ロータリージョイントを介して接続されていることを特徴とする、請求項１または２のいずれか一項に記載のプラズマ処理装置。
  4. 前記基板保持機構は、基板を加熱するヒータを備え、
    前記ヒータに電流を供給する導線は前記支持軸に内蔵され、
    前記ヒータに電流を供給する電源と前記導線とは、スリップリングを介して接続されていることを特徴とする、請求項１〜３のいずれか一項に記載のプラズマ処理装置。
  5. 前記支持軸の回転中心または前記基板の中心の少なくともいずれかは、前記マイクロ波供給部からのマイクロ波の照射中心に対して、平面視において偏心位置にあることを特徴とする、請求項１〜４のいずれか一項に記載のプラズマ処理装置。
  6. 前記基板保持機構を上下方向に挿通し、基板保持機構に対して移動自在に設けられた昇降ピンと、
    前記昇降ピンを昇降させる昇降機構と、をさらに有し、
    前記昇降機構は、前記昇降ピンを上方に押圧するリフトアームと、前記昇降ピンを下方に押し下げる他のリフトアームを備え、
    前記昇降ピンは、前記基板保持機構の厚みよりも長く形成され、
    前記昇降ピンの下端部には、前記他のリフトアームにより前記昇降ピンを押し下げる際に前記他のリフトアームと係止する係止部が設けられていることを特徴とする、請求項１〜５のいずれか一項に記載のプラズマ処理装置。
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