JP2019053924A - プラズマ処理装置 - Google Patents

Abstract

【課題】安定したプラズマを発生可能なプラズマ処理装置を提供する。【解決手段】処理容器と、処理容器の上部に設けられ、その下部領域にプラズマを発生させる上部構造体と、上部構造体の周囲に固定された構造体保持用のリングＲと、リングを支持し上下に移動可能なアームＡＭとを備え、リングＲ及びアームＡＭの一方に固定され、先端部が他方に当接するネジＣ（ボルト含む）と、リング又はアームに設けられ、リングＲの水平方向の移動を規制する孔を通るピンＤとを備えている。【選択図】図９

Description

本発明は、プラズマ処理装置に関する。

従来のプラズマ処理装置は、特許文献１〜３に記載されている。特許文献１は、処理容器の上部に位置する誘電体窓上に配置されたアンテナに、マイクロ波を照射することで、処理容器内にプラズマを発生させるプラズマ処理装置を開示している。特許文献２は、処理容器の上部に位置する上部電極に高周波を印加することで、処理容器内にプラズマを発生させるプラズマ処理装置を開示している。特許文献３は、処理容器の上部に位置する上部構造体を、アームを用いて上下に移動させる移動機構を開示している。

特開２０１３−１６４４３号公報 特開２０１２−２１６６１４号公報 特許４８９６３３７号公報

しかしながら、従来のプラズマ処理装置においては、メンテナンス前後において、プラズマの安定性が低下することがあった。特に特許文献１にて示すように、アンテナのスロット形状と誘電体窓の凹部によって高効率なプラズマを生成させることが特徴だが、メンテナンスによって、スロットと凹部の位置関係が常に一定に組みつけられないと、プラズマ生成の状態が異なってしまう。本発明は、このような課題に鑑みてなされたものであり、安定したプラズマを発生可能なプラズマ処理装置を提供することを目的とする。

上述の課題を解決するため、本願発明者らが鋭意検討したところ、上部構造体を保持するリングが、メンテナンスの際の上下移動の時に傾斜して歪むことがあり、また、熱によってずれることが判明した。このずれによって、プラズマの安定性が低下する。

そこで、本発明の態様に係るプラズマ処理装置は、プラズマ処理装置において、処理容器と、前記処理容器の上部に設けられ、その下部領域にプラズマを発生させる上部構造体と、前記上部構造体の周囲に固定された構造体保持用のリングと、前記リングを支持し上下に移動可能なアームと、を備え、前記リング及び前記アームの一方に固定され、先端部が他方に当接するネジ（ボルト含む）と、前記リング又は前記アームに設けられ、前記リングの水平方向の移動を規制する孔を通るピンと、を備えることを特徴とする。

この場合、上部構造体を上方に移動させる際に、上部構造体（及びリング）が、自重によりアームに対して傾斜したとしても、アームとリングがネジによって相対位置固定されている箇所のこれらの距離は一定であり、また、ピンは孔内を軸方向に移動することができるので、この位置においては、リングは上下に自由に移動することができる。すなわち、上部構造体（及びリング）がアームに対して傾斜しても、リングが水平面上に載置されれば、上部構造体の傾斜は、ピンが孔内を自由に移動できることで、復元し、水平になる。この構造によれば、上部構造体が上方に移動する場合にアームに対して傾斜しても、下方に移動させた後には、元の位置に復元するので、上部構造体の位置決めが正確になされ、安定してプラズマが発生する。

また、前記ネジの先端部は、回転自在に保持されたボールからなることが好ましい。この場合、上記のリングが水平方向に多少移動しても、ボールの存在により、上部構造体に不要な水平方向の力がかかることがないため、上部構造体の位置決めが正確になされ、安定してプラズマが発生する。

また、前記ネジの数は、３つ以上であることを特徴とする。平面は３点を含むので、ネジの数が３つ以上あれば、ネジが規制するリングとアームとの間の距離を、３箇所で調整することができ、したがって、ネジ調整によって、リングの上面を水平に保持することができる。

このプラズマ処理装置によれば、安定したプラズマを発生させることができる。

図１は、プラズマ処理装置の基本的な縦断面構成を示す図である。 図２は、図１に示したプラズマ処理装置の制御系の構成を示すブロック図である。 図３は、プラズマ処理装置の上部構造体を持ち上げた様子を示す図である。 図４は、図３に示した構造を簡略化して示す図である。 図５は、図４に示したプラズマ処理装置を上から見た図である。 図６は、図５に示したプラズマ処理装置のアーム近傍の縦断面（ＸＺ断面）を示す図である。 図７は、ネジ（クランピング・スクリュー）の断面図である。 図８は、ネジを含むプラズマ処理装置を上から見た図である。 図９は、図８に示したプラズマ処理装置のアーム近傍の縦断面（ＹＺ断面）を示す図である。 図１０は、Ｙ軸方向に沿って離間した、２組のネジＣ及びピンＤが存在する場合のアーム近傍の縦断面構成を示す図である。 図１１は、図１０に示したアームを初期位置Ｚ０まで下げた状態を示すアーム近傍の縦断面（ＹＺ断面）を示す図である。 図１２は、比較例に係るプラズマ処理装置のアーム近傍の縦断面（ＹＺ断面）を示す図である。 図１３は、Ｙ軸方向に沿って離間した、２組のネジＣ及びピンＤが存在する場合のアーム近傍の縦断面構成を示す図である。 図１４は、図１３に示したアームを初期位置Ｚ０まで下げた状態を示すアーム近傍の縦断面（ＹＺ断面）を示す図である。 図１５は、複数のプラズマ処理装置を有するシステム構成図である。

以下添付図面に基づいて本発明の一実施形態について図面を参照して説明する。本明細書及び図面において実質的に同一の構成要素については同一の符号を付す。

図１は、本発明の一実施形態におけるプラズマ処理装置の縦断面図、図２は、図１に示したプラズマ処理装置の制御系の構成を示すブロック図である。

プラズマ処理装置１は、円筒形状の処理容器２を備える。処理容器２の天井部は誘電体からなる誘電体窓（天板）１６で塞がれる。処理容器２は、例えばアルミニウムからなり、電気的に接地される。処理容器２の内壁面は、アルミナなどの絶縁性の保護膜で被覆されている。

処理容器２の底部の中央には、基板としての半導体ウェハ（以下ウェハという）Ｗを載置するための台３が設けられる。台３の上面にウェハＷが保持される。台３は、例えばアルミナや窒化アルミナ等のセラミック材からなる。台３の内部には、ヒータ５が埋め込まれ、ウェハＷを所定温度に加熱できるようになっている。ヒータ５は、支柱内に配された配線を介してヒータ電源４に接続される（図２参照）。

台３の上面には、台３に載置されるウェハＷを静電吸着する静電チャックＣＫが設けられる。静電チャックＣＫには、整合器ＭＧを介してバイアス用の直流或いは高周波電力を印加するバイアス用電源ＢＶが接続される（図２参照）。

処理容器２の底部には、台３に載置されるウェハＷの表面よりも下方の排気口から処理ガスを排気する排気管１１が設けられる。排気管１１には、圧力制御弁ＰＣＶを介して、真空ポンプなどの排気装置１０が接続される（図２参照）。排気装置１０は、圧力制御弁ＰＣＶを介して、処理容器２の内部に連通している。圧力制御弁ＰＣＶ及び排気装置１０によって、処理容器２内の圧力が所定の圧力に調節される。

処理容器２の天井部には気密性を確保するためのＯリングなどのシール１５を介して誘電体窓１６が設けられる。誘電体窓１６は、例えば、石英、アルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）、あるいは窒化アルミニウム（ＡｌＮ）などの誘電体からなり、マイクロ波に対して透過性を有する。

誘電体窓１６の上面には、円板形状のスロット板２０が設けられる。スロット板２０は、導電性を有する材質、例えばＡｇ，Ａｕ等でメッキやコーティングされた銅からなる。スロット板２０には、例えば複数のＴ字形状やＬ文形状のスロット２１が同心円状に配列されている。

スロット板２０の上面には、マイクロ波の波長を圧縮するための遅波板２５が配置される。遅波板２５は、例えば、石英（ＳｉＯ_２）、アルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）、あるいは窒化アルミニウム（ＡｌＮ）などの誘電体からなる。遅波板２５はアルミニウムなどから構成された導電性のカバー２６で覆われる。温度調節ジャケット（カバー）２６には円環状の熱媒流路２７が設けられる。この熱媒流路２７を流れる熱媒によってカバー２６及び遅波板２５が所定の温度に調節される。２．４５ＧＨｚの波長のマイクロ波を例にとると、真空中の波長は約１２ｃｍであり、アルミナ製の誘電体窓１６中での波長は約３〜４ｃｍとなる。

カバー２６の中央には、マイクロ波を伝播する同軸導波管３０が接続される。同軸導波管３０は、内側導体３１と外側導体３２とから構成されている。内側導体３１は、遅波板（誘電体板）２５の中央を貫通してスロット板２０の中央に接続される。

図１に示すように、同軸導波管３０には、モード変換器３７及び矩形導波管３６を介してマイクロ波発生器３５が接続される。マイクロ波は、２．４５ＧＨｚの他、８６０ＭＨｚ，９１５ＭＨｚや８．３５ＧＨｚなどのマイクロ波を用いることができる。

マイクロ波発生器３５が発生したマイクロ波は、マイクロ波導入路としての、矩形導波管３６、モード変換器３７、同軸導波管３０、及び遅波板２５に伝播する。遅波板２５に伝播したマイクロ波はスロット板２０の多数のスロット２１から誘電体窓１６を介して処理容器２内に供給される。マイクロ波によって誘電体窓１６の下方に電界が形成され、処理容器２内の処理ガスがプラズマ化する。

スロット板２０に接続される内側導体３１の下端は円錐台形状に形成される。これにより、同軸導波管３０から遅波板２５及びスロット板２０にマイクロ波が効率よく損失なく伝播される。

ラジアルラインスロットアンテナによって生成されたマイクロ波プラズマの特徴は、誘電体窓１６直下（プラズマ励起領域と呼ばれる）で生成された比較的電子温度の高いエネルギーのプラズマが拡散し、ウェハＷ直上（拡散プラズマ領域）では約１〜２ｅＶ程度の低い電子温度のプラズマとなることにある。すなわち、平行平板等のプラズマとは異なり、プラズマの電子温度の分布が誘電体窓１６からの距離の関数として明確に生ずることに特徴がある。より詳細には、誘電体窓１６直下での数ｅＶ〜約１０ｅＶの電子温度が、ウェハＷ上では約１〜２ｅＶ程度に減衰する。ウェハＷの処理はプラズマの電子温度の低い領域（拡散プラズマ領域）で行なわれるため、ウェハＷへリセス等の大きなダメージを与えることがない。プラズマの電子温度の高い領域（プラズマ励起領域）へ処理ガスが供給されると、処理ガスは容易に励起され、解離される。一方、プラズマの電子温度の低い領域（プラズマ拡散領域）へ処理ガスが供給されると、プラズマ励起領域近傍へ供給された場合に比べ、解離の程度は抑えられる。

処理容器２の天井部の誘電体窓１６中央には、ウェハＷの中心部に処理ガスを導入する中央導入部５５が設けられる。同軸導波管３０の内側導体３１には、処理ガスの供給路５２が形成される。中央導入部５５は供給路５２に接続される。

中央導入部５５は、誘電体窓１６の中央に設けられた円筒形状の空間部に嵌め込まれる円柱形状のブロック５７と、同軸導波管３０の内側導体３１の下面とブロック５７の上面との間に適当な間隔を持って空けられたガス溜め部６０と、先端部にガス噴出用の開口を有する円柱状空間が連続したテーパ状の空間部から構成される。ブロック５７は、例えばアルミニウムなどの導電性材料からなり、電気的に接地されている。ブロック５７には上下方向に貫通する複数の中央導入口が形成される。なお、上記空間部の形状は、テーパ状に限られるものではなく、単なる円柱形状でもよい。また、中央導入口の平面形状は、必要なコンダクタンス等を考慮して真円又は長孔に形成される。アルミニウム製のブロック５７は、陽極酸化被膜アルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）、イットリア（Ｙ_２Ｏ_３）等でコーティングされる。

パイプ状の内側導体３１を貫通する供給路５２からガス溜め部６０に供給された処理ガスは、ガス溜め部６０内を拡散した後、ブロック５７の複数の中央導入口から下方にかつウェハＷの中心部に向かって噴射される。

処理容器２の内部には、ウェハＷの上方の周辺を囲むように、ウェハＷの周辺部に処理ガスを供給するリング形状の周辺導入部６１が配置される。周辺導入部６１は、天井部に配置される中央導入口よりも下方であって、かつ台３に載置されたウェハＷよりも上方に配置される。周辺導入部６１は中空のパイプを環状にしたものであり、その内周側には周方向に一定の間隔を空けて複数の周辺導入口６２が空けられる。周辺導入口６２は、周辺導入部６１の中心に向かって処理ガスを噴射する。周辺導入部６１は、例えば、石英からなる。処理容器２の側面には、ステンレス製の供給路５３が貫通する。供給路５３は周辺導入部６１に接続される。供給路５３から周辺導入部６１の内部に供給された処理ガスは、周辺導入部６１の内部の空間を拡散した後、複数の周辺導入口６２から周辺導入部６１の内側に向かって噴射される。複数の周辺導入口６２から噴射された処理ガスはウェハＷの周辺上部に供給される。なお、リング形状の周辺導入部６１を設ける替わりに、処理容器２の内側面に複数の周辺導入口６２を形成してもよい。

ガス供給源１００は、中央導入口及び周辺導入部６１にガスを供給する。ガス供給源１００に用いられるガスとしては、希ガス（Ａｒなど）を用いることができるが、その他の添加ガスを用いることもできる。ポリシリコン等のシリコン系の膜をエッチングするときは、添加ガスとして、Ａｒガス、ＨＢｒガス（又はＣｌ_２ガス）、Ｏ_２ガスを供給し、ＳｉＯ_２等の酸化膜をエッチングするときは、添加ガスＧ_２１、Ｇ_２２、Ｇ_２３、Ｇ_２ｘとして、Ａｒガス、ＣＨＦ系ガス、ＣＦ系ガス、Ｏ_２ガスを供給し、ＳｉＮ等の窒化膜をエッチングするときは、添加ガスとしてＡｒガス、ＣＦ系ガス、ＣＨＦ系ガス、Ｏ_２ガスを供給する。

なお、ＣＨＦ系ガスとしてはＣＨ_３（ＣＨ_２）_３ＣＨ_２Ｆ、ＣＨ_３（ＣＨ_２）_４ＣＨ_２Ｆ、ＣＨ_３（ＣＨ_２）_７ＣＨ_２Ｆ、ＣＨＣＨ_３Ｆ_２、ＣＨＦ_３、ＣＨ_３Ｆ及びＣＨ_２Ｆ_２などを挙げることができる。

ＣＦ系ガスとしては、Ｃ（ＣＦ_３）_４、Ｃ（Ｃ_２Ｆ_５）_４、Ｃ_４Ｆ_８、Ｃ_２Ｆ_２、及びＣ_５Ｆ_８などを挙げることができるが、エッチングに適した解離種が得られるという観点から、Ｃ_５Ｆ_８が好ましい。

ガス供給源１００にさらに、Ｏ_２、ＳＦ_６等のクリーニングガスその他の共通ガスを供給することもできる。

ここで、均一なプラズマの生成、面内均一なウェハＷの処理を目的とし、フロースプリッタによって共通ガスの分岐比率を調節し、中央導入口５５及び周辺導入部６１からのガス導入量を調節してもよい。

図１に示したプラズマ処理装置において、上部構造体を構成するプラズマ発生ユニットは、誘電体窓１６と、誘電体窓１６上に設けられたスロット板２０と、マイクロ波を伝播させるため、スロット板２０に電気的に接続された同軸導波管３０とを備えている。

同軸導波管３０は、パイプ状の内側導体３１と、内側導体３１を囲むパイプ状の外側導体３２とを備えている。内側導体３１は、スロット板２０の中央部位に接触しているが、スロット板２０の周辺部位には、各種の位置決め部材が配置されている。スロット板２０上には、遅波板ガイドリングＧＲが配置され、遅波板ガイドリングＧＲの内側面は、遅波板２５のＸＹ平面内での位置を規制している。遅波板２５と温度調節ジャケット２６との間には、上下方向に延びた第２位置固定ピンＰ２が介在し、誘電体窓１６の上面の上面に設けられた第１位置固定ピンＰ１は、スロット板２０を貫通して、遅波板ガイドリングＧＲの凹部内に挿入されている。したがって、誘電体板１６に対して、スロット板２０及び遅波板２５の位置が相対的に移動しにくいように規制されている。

遅波板２５は、同軸導波管３０を伝播するマイクロ波の波長を圧縮するものである。遅波板２５は、スロット板２０上の遅波板ガイドリングＧＲで位置規制されるので、スロット板２０と遅波板２５との間の位置決め精度を向上することができる。温度調節ジャケット２６は、これに熱的に接続された遅波板２５、同軸導波管３０及びスロット板２０などの温度を調節することができる。温度調節ジャケット２６は、内部に温度調節用の流体が流れる通路を有しており、通路に冷却した媒体を流せば、これに熱的に接続された部品が冷却される。

このプラズマ発生ユニットは、スロット板２０に設けられた位置決め孔を通り、誘電体窓１６と遅波板ガイドリングＧＲとの間に設けられた第１位置固定ピンＰ１と、温度調節ジャケット２６と遅波板ガイドリングＧＲとの間に設けられた第２位置固定ピンＰ２とを備えている。この構造によれば、第1位置固定ピンＰ１と第２位置固定ピンＰ２により、誘電体窓１６、スロット板２０、遅波板ガイドリングＧＲの位置が固定される。なお、位置固定ピンの数は、同一のＸＹ平面内において複数である。

なお、温度調節ジャケット２６と遅波板ガイドリングＧＲとの間には、第２スプリングＳＰ２が介在している。また、内側導体３１とスロット板２０との間には、第1スプリングＳＰ１が配置されている。

スロット板２０、遅波板ガイドリングＧＲ及び温度調節ジャケット２６は、これらの周囲を囲んで保持するリング状のホールド部材ＲＨと、ホールド部材ＲＨに固定されたリングＲとを備えている。なお、ホールド部材ＲＨ及びリングＲは、一体形成されてもよい。また、遅波板ガイドリングＧＲ、温度調節ジャケット２６、ホールド部材ＲＨ及びリングＲのうち、いずれか２つ以上もしくは全ての部品が、一体形成されてもよい。

リングＲは、上部構造体の周囲に固定された構造体保持用のリングであり、このリングＲの下部には、リングＲを支持し上下に移動可能なアームＡＭが配置されている。リングＲがアームＡＭの上面で支持された状態で、アームＡＭを上方に移動させれば、リングＲは上方に移動し、アームＡＭを下方に移動させれば、リングＲは下方に移動する。

リングＲは、処理容器２の上端開口部上に位置するリング状のスペーサ２Ｉ上に位置している。スペーサ２Ｉは、処理容器２と同様に、例えばアルミニウムからなる導電体、もしくはＳｉＯ_２やアルミナ或いはセラミックなどの絶縁体からなる。リング５は、スペーサ２Ｉに対して、ピンＡによって水平方向（ＸＹ平面内方向）への移動が規制されている。すなわち、ピンＡは、スペーサ２Ｉ及び処理容器２に設けられた穴内に挿入されており、同時に、リングＲの貫通孔を貫通している。なお、スロット板２０とウェハＷとの間隔は、スペーサ２Ｉの厚みの変更、誘電体窓１６の厚みの変更、もしくは、誘電体窓１６とシール１５との間に新たなスペーサを挿入することによって、変更することができる。これによって、拡散プラズマ領域の広がりを調整し、ウェハＷ上での電子密度の減衰量を変更することができる。

図３は、プラズマ処理装置の上部構造体を持ち上げた様子を示す図である。

上部構造体ＵＳは、スロット板２０、遅波板２５、温度調節ジャケット２６、同軸導波管３０、モード変換器３７、及び矩形導波管３６を含む。以下では、説明の明確化のため、同図の点線四角内で示される上部構造体ＵＳを、図２のようにブロックで示して説明する。

図４は、図３に示した構造を簡略化して示す図である。

誘電体窓１６のうち、プラズマ処理装置に備えられた際にプラズマを生成する側となる下側の平坦面１４６の径方向外側領域には、環状に連なり、誘電体窓１６の板厚方向内方側に向かってテーパ状に凹む環状の第１凹部１４７が設けられている。平坦面１４６は、誘電体窓１６の径方向の中央領域に設けられている。この中央の平坦面１４６には、円形の第２凹部１５３が周方向に沿って等間隔に形成されている。環状の第１凹部１４７は、平坦面１４６の外径領域から外径側に向かってテーパ状、具体的には、平坦面１４６に対して傾斜する内側テーパ面、内側テーパ面から外径側に向かって径方向に真直ぐ、すなわち、平坦面１４６と平行に延びる平坦な底面、底面から外径側に向かってテーパ状、具体的には、底面に対して傾斜して延びる外側テーパ面から構成されている。

上部構造体ＵＳ内には、スロット板が含まれているが、このスロット板と第１凹部１４７および第２凹部１５３との位置合わせ精度は、プラズマの安定性に影響を与える。なお、スロット板におけるスロットパターンは、従来から様々なものが知られており、また、誘電体窓１６における凹部形状も様々なものが知られている。スロットパターンとしては、例えば、Ｌ文字型のスロットを円周に沿って並べたものなどや、スロットの長手方向の傾斜が、周方向に沿って交互に異なるものなどが知られている。

図５は、図４に示したプラズマ処理装置を上から見た図であり、ＩＶ−ＩＶ矢印線の縦断面構造が図４の構造となる。

リングＲは、フォーク形状を有するアームＡＭ上に配置されている。アームＡＭの基部は、昇降装置ＥＬに固定されおり、Ｚ軸方向へ移動することができる。昇降装置ＥＬは、ＸＹ平面内において回転することも可能であるため、アームＡＭは、ＸＹ平面内において移動することもできる。フォークの内側面は、段差を有しているため、この段差部の下段の面上にリングＲを配置することができる。

図６は、図５に示したプラズマ処理装置のアーム近傍の縦断面（ＸＺ断面）を示す図である。

Ｙ軸方向からアームＡＭを見た図であり、アームＡＭの段差部の下段の面（基準面Ｓとする）上に、ネジＣの先端部が当接している。ネジＣは、リングＲに設けられたネジ孔を介して、リングに捻じ込まれ、先端部が、アームＡＭの基準面Ｓを下方に押している。ネジＣの回転量によって、リングＲとアームＡＭの間隔（Ｚ方向）を調整することが可能である。リングＲには、ピンＡが通る貫通孔も設けられている。

アームＡＭの初期位置は、基準面Ｓが、Ｚ軸方向の初期位置Ｚ０にあったとすると、図６では、基準面Ｓは第２位置Ｚ２にある。第２位置Ｚ２は、リングＲが接触するスペーサ２Ｉの上面の位置、第１位置Ｚ１よりも高い位置にある。初期位置Ｚ０からアームＡＭを上昇させる場合、最初に、ネジＣの先端部に基準面Ｓが当接し、次に、リングＲがネジＣに下方から加えられる力によって上昇する。

装置のメンテナンスが終了した後、アームＡＭは下方に初期位置Ｚ０まで下げることになるが、アームＡＭを下げる途中、第１位置Ｚ１にて一旦停止することができる。この場合、ピンＡがリングＲの貫通孔を通過しているものの、リングＲの下面から飛び出ているネジＣの先端部の長さ分だけ、リングＲとスペーサ２Ｉが当接せずに離間している。また、ネジＣの先端部には、回転可能に保持されたボールが埋め込まれている。そのため、基準面Ｓ上をネジＣの先端部のボールが滑り、リングＲおよび上部構造体ＵＳを水平に可動させることができる。

図７は、ネジＣ（クランピング・スクリュー）の断面図である。

ネジＣは、先端部に設けられたボールＣ１と、ボールを保持し、周囲にネジ山が形成されたネジ部Ｃ２と、ネジを回転させるために用いられる平面形状が多角形のヘッド部Ｃ３とから構成されている。ボールＣ１は、いずれの方向にも自由に回転することができる。ネジＣは、完全ボールタイプのクランピング・スクリューである。

図８は、ネジを含むプラズマ処理装置を上から見た図である。図９は、図８に示したプラズマ処理装置のアーム近傍の縦断面（ＹＺ断面）を示す図である。図８におけるＶＩＶ−ＶＩＶ矢印線の縦断面構造が図９の構造となる。

図９においては、１組のネジＣ及びピンＤの近傍における縦断面構成を示している。図１０はＹ軸方向に沿って離間した、２組のネジＣ及びピンＤが存在する場合の縦断面構成を示している。図面の右側の組は、図８における昇降装置ＥＬに最も近いＣ−Ｄの組を、Ｚ軸周りに９０度回転させて示しているものと考えてもよい。この場合に、アームＡＭを初期位置Ｚ０から上方（第１位置Ｚ１もしくは第２位置Ｚ２）へ押し上げると（図９、図１０）、ネジＣの先端部がアームＡＭに当接し、アームＡＭから延びたピンＤは、リングＲに設けられた貫通孔を通る。なお、ピンＤの形状は、円柱形のシャフトの周囲に１つの円環が設けられた形状であり、円環部分の下面がアームＡＭの基準面に接触している。

ネジＣは、リングＲ上の複数の箇所に配置されている。上部構造体の自重によって、アームＡＭは撓んで、リングＲ及び上部構造体ＵＳが傾斜してしまうが、複数個所のネジＣのそれぞれの回転数（ネジ直下のリングＲの下面と基準面Ｓ間の距離（ネジＣの下方への突出距離））を調整し、リングＲとアームＡＭの間隔を調整することによって、上部構造体を水平に保つことが出来る。例えば、昇降装置ＥＬに近い方のネジＣの下方への突出距離を、昇降装置ＥＬから遠い方のネジＣの下方への突出距離よりも短くすることによって、リングＲの上面を水平に保持し、したがって、上部構造体ＵＳを水平に保持することができる。このため、ネジＣは３つ以上が望ましい。詳説すれば、平面は３点を含むので、ネジの数が３つ以上あれば、ネジが規制するリングＲとアームＡＭとの間の距離を、３箇所で調整することができ、したがって、ネジ調整によって、リングＲの上面を水平に保持することができる。１つのネジＣの近傍には、ピンＤが設けられている。ピンＤは、アームＡＭの基準面から上方に延びており、リングＲに設けられた貫通孔を貫通している。すなわち、ピンＤの機能は、リングＲのＸＹ平面内での移動の規制であるが、上下方向の移動に関しては、アームＲはピンＤからは自由である。

なお、実施形態のネジＣとピンＤは、それぞれ固定する側の部材が反対であってもよい。

誘電体窓１６に対して、上部構造体ＵＳのＸＹ平面の位置調整および水平度の調整が終了した後、アームＡＭを第１位置Ｚ１から初期位置Ｚ０まで下げることによって、リングＲがスペーサ２Ｉに当接し、ネジＣの先端部とアームＡＭが離間する。

アームＡＭが、図６又は図１１の初期位置Ｚ０にある場合（基準面Ｓの位置が初期位置Ｚ０）、図６のピンＡは、リングＲを貫通し、また、リングＲのその他の位置において、ピンＡとは別に、複数のボルトＢ（図８中では１２本）によって、リングＲは、処理容器２に固定される。すなわち、ボルトＢは、図６のスペーサ２Ｉを貫通し、処理容器２の上端部に設けられたネジ孔内に捻じ込まれている。これによって、リングＲと処理容器２は、構造的にも熱的にも電気的にも安定する。また複数のボルトＢは、等間隔に配置されることが望ましい。（図８中では、角度３０度ずつ配置している。）

以上の施工によって、上部構造体の自重や、熱によって、アームＡＭとリングＲとの相対位置が水平方向に変化し、これらに応力が加えられようとする場合でも、これらの部材の歪みや位置ずれ、特に、上部構造体ＵＳに含まれるスロット板２０の位置についてＸＹ平面内での調整することが可能となり、メンテナンス前後における歪みや位置ずれに伴うプラズマの安定性の低下を抑制することが可能となる。また、ネジＣの先端部とアームＡＭが離間することによって、リングＲおよび上部構造体ＵＳがアームＡＭに固定されないため、プロセス処理時に上部構造体が加熱され熱膨張が発生しても、加熱されないアームＡＭによって上部構造体ＵＳが歪むことも発生しない。

さらに、図６及び図１１の如く、アームＡＭの基準面Ｓを初期位置Ｚ０まで下げ、リングＲがスペーサ２Ｉに当接した時、リングＲ及び上部構造体ＵＳの自重は、アームＡＭからスペーサ２Ｉへと移り、アームＡＭの撓みは回復するが、リングＲおよび上部構造体ＵＳがアームＡＭに固定されないため、アームＡＭの撓みの回復によるネジＣＸを介してリングＲを押し上げる力は生じることはない。

一方、ピンＤの代わりに、ボルトＤ１を用い、ネジＣの代わりにボールを有さないボルト（ネジＣＸ）を用いた場合、以下のような不具合が生じる。

図１２は、図９と同一箇所における、比較例に係るアーム近傍の縦断面（ＹＺ断面）を示す図である。図１３はＹ軸方向に沿って離間した、２組のネジＣ及びピンＤが存在する場合の縦断面構成を示している。図面の右側の組は、図８における昇降装置ＥＬに最も近いＣ−Ｄの組を、Ｚ軸周りに９０度回転させて示しているものと考えてもよい。

ボルトＤ１は、引きネジであり、アームＡＭの上面に設けられたネジ孔に捻じ込まれており、締めるとリングＲとアームＡＭが近づく。ネジＣＸは、押ネジであり、捻じ込むとリングＲとアームＡＭが離れようとするが、上記と異なり、先端部はボールではない。なお、上記と同様にボルトＤ１及びネジＣＸは、リングＲ上の複数の箇所に配置されている。

この場合、図１２の状態から、更に、アームＡＭを引き上げようとすると、上部構造体ＵＳの重量をアームＡＭが受けることになり、アームＡＭが撓み、リングＲ及び上部構造体ＵＳが傾斜して、誘電体窓１６と上部構造体ＵＳが平行でなくなる。そのため、メンテナンス後、再びアームＡＭを下げる前に複数のボルトＤ１及びネジＣＸによって、リングＲ及び上部構造体ＵＳを誘電体窓１６に対して水平になるように、すなわち、リングＲの上面が水平になるように、これらのボルトＤ１及びネジＣＸを調整する（図１３）。ただし、ボルトＤ１及びネジＣＸによって、アームＡＭとリングＲが固定されているため、ＸＹ平面方向には位置調整ができない。また、初期位置Ｚ０においても、ボルトＤ１及びネジＣＸはリングＲをアームＡＭに固定している。なお、リングＲはアームＡＭに固定されているので、比較例においては、初期位置Ｚ０と第１位置Ｚ１との距離は、上記の実施形態の構造の場合の距離よりも短くなる。

上記のリングＲの水平調整後、アームＡＭを初期位置Ｚ０まで下げると（図１４）、リングＲは、図６に示したスペーサ２Ｉに当接し、リングＲ及び上部構造体ＵＳの自重は、アームＡＭからスペーサ２Ｉへと移る。そうなるとアームＡＭの撓みは回復し、ネジＣＸを介してリングＲを押し上げる力ＰＦが生じてしまう。そのため、場合よっては、この押し上げる力ＰＦによって、上部構造体の重量によるアームの傾斜とは反対の傾きの傾斜をしてしまい、誘電体窓１６と上部構造体ＵＳ、特にスロット板２０との平行が保てなくなり、プラズマの安定性を阻害する要因となる。

以上説明したように、上述のプラズマ処理装置は、処理容器２と、処理容器２の上部に設けられ、その下部領域にプラズマを発生させる上部構造体ＵＳと、上部構造体ＵＳの周囲に固定された構造体保持用のリングＲと、リングを支持し上下に移動可能なアームＡＭとを備え、リングＲ及びアームＡＭの一方に固定され、先端部が他方に当接するネジＣ（ボルト含む）と、リング又はアームに設けられ、リングＲの水平方向の移動を規制する孔を通るピンＤとを備えている。

この場合、上部構造体ＵＳを上方に移動させる際に、上部構造体（及びリングＲ）が、自重によりアームＡＭが撓んで傾斜したとしても、ネジＣによって上部構造体を水平に保つように調整することができ、またネジＣの先端部のボール構造によって水平方向に調整することが出来る。この構造によれば、上部構造体ＵＳを下方に移動させたとき、誘電体窓１６に対して上部構造体の位置決めが常に正確になされ、安定してプラズマが発生する。

また、ネジＣの先端部は、回転自在に保持されたボールからなることが好ましい。この場合、リングＲが水平方向に多少移動しても、ボールの存在により、上部構造体に不要な水平方向の力がかかることがないため、上部構造体の位置決めが正確になされ、安定してプラズマが発生する。

図１５は、複数のプラズマ処理装置を有するシステム構成図である。

チャンバーからなる搬送装置の周囲には、複数のアームＡＭ及び昇降装置ＥＬが配置されている。処理対象のウェハは、ロードロック室から搬送装置を介して、プラズマ処理装置１内に搬送される。ここで、アームＡＭは、水平面内において回転することができるので、アームＡＭは、回転後に、搬送装置上に位置することもでき、スペースを有効活用することができる。

なお、上述の上部構造体は、マイクロ波をスロット板に照射することで、誘電体窓の直下にプラズマを発生させるものであったが、これらは誘電体窓とコイルアンテナを用いた誘導結合型プラズマ処理装置（ＩＣＰ）や、平行平板を用いた平行平板型プラズマ処理装置とすることも可能である。誘導結合型プラズマ処理装置の場合、例えば、コイルアンテナを含む上部構造体を保持することになり、平行平板型プラズマ処理装置の場合、例えば、平行平板電極の一方を含む上部構造体を保持することになる。すなわち、本発明は、処理容器の上部に位置するコイルアンテナや上部電極に高周波を印加することで、処理容器内にプラズマを発生させるプラズマ処理装置にも適用可能である。

また、ネジＣの回転量によって、リングＲとアームＡＭの間隔（Ｚ方向）の調整を可能とし、ネジＣの先端部のボールによって、アームＡＭに対するリングＲのＸＹ平面における位置調整を可能としているが、ネジ形状もしくはボルト形状に限定されるものではなく、リングＲとアームＡＭとの位置関係を、ＸＹ方向およびＺ方向に可変することができるならば、代用されてもよい。また、ＸＹ方向とＺ方向をそれぞれ独立に可変するように、機能が分かれた部位であってもよい。

Ｗ…ウェハ（基板）、２…処理容器、３…台、１６…誘電体窓、２０…スロット板、Ｒ…リング、ＡＭ…アーム、Ｃ…ネジ、Ｄ…ピン。

Claims (3)

1. プラズマ処理装置において、
   処理容器と、
   前記処理容器の上部に設けられ、その下部領域にプラズマを発生させる上部構造体と、
   前記上部構造体の周囲に固定された構造体保持用のリングと、
   前記リングを支持し上下に移動可能なアームと、
   を備え、
   前記リング及び前記アームの一方に固定され、先端部が他方に当接するネジと、
   前記リング又は前記アームに設けられ、前記リングの水平方向の移動を規制する孔を通るピンと、
   を備えることを特徴とするプラズマ処理装置。
2. 前記ネジの先端部は、回転自在に保持されたボールからな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. 前記ネジの数は、３つ以上であることを特徴とする、
   請求項１又は請求項２に記載のプラズマ処理装置。

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