JP2509813B2

JP2509813B2 - 真空内処理方法及びその装置

Info

Publication number: JP2509813B2
Application number: JP26358386A
Authority: JP
Inventors: 泉中山; 章敏鈴木; 浩之名和; 智彦金子
Original assignee: Ulvac Inc
Current assignee: Ulvac Inc
Priority date: 1986-11-04
Filing date: 1986-11-04
Publication date: 1996-06-26
Anticipated expiration: 2011-06-26
Also published as: JPS63118081A

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕本発明は真空内処理方法及びその装置に関する。

〔従来の技術及びその問題点〕

第９図は第１の従来例によるCVD装置（80）を示し、
ウェハー（基板）は複数枚、載置せる場合を示している
が、１枚だけを載置させる場合でも問題は同様である。

ウェハー（90）をその表面マウントしたステージ本体
（81）はアースシールド（82）と共に回転伝達機構（9
1）を介してモーター（86）により回転駆動される。ス
テージ本体（81）とアースシールド（82）は絶縁碍子
（83）により電気的に絶縁されており、ステージ本体
（81）にはDC又はRF電力導入部（88）（回転接触式、コ
ンデンサーカップリング式等の方法がある）によりDC又
はRF電力が印加される。回転の際の真空シール及び回転
軸の芯ブレ防止は真空槽壁（84）の開口に嵌着された真
空回転シール（85）によって行なわれる。（シール方法
にはＯリングシール、ウイルソンシール又は磁性流体シ
ール等が用いられる）。

ステージ本体（82）には加熱ヒーター、冷却水路の両
方又は片方が設けられておりヒーター電力、冷却水の導
入は導入部（89）（ロータリージョイント等）により行
なわれる。第10図は第２の従来例（80′）を示すが第９
図の従来例（80）との差異は加熱ヒーター機構（92）を
ステージ本体（81）とは切り離して真空槽（84）に固定
して設置している点であり、回転に関する機構等は同様
である。なお、第９図に対応する部分については同一の
符号を付すものとする。

然るに第９図やアースシールド機構を付加した第10図
の機構においてステージ本体（81）にRF電力を与え真空
槽内にグロー放電によるプラズマを発生させた場合、ウ
ェハー（90）表面（ステージ本体表面に発生するDCバイ
アスとその表面にマウントされたウェハー表面に発生す
るDCバイアスは厳密には多少異なるが本書では同じとみ
なして説明を進める）に実効的に発生するDCバイアスを
可変とするにはRF電力自体を変化させるか、別にRF電力
伝達回路内にステージ機構全体のインピーダンスを変化
させる機構（コンデンサー、コイル、抵抗等）を設ける
等、電気的に変化させるしか方法がない。また、DC又は
RF電力導入部（88）には回転体に電力を供給するための
機構が採用されなければならず、この保守、点検の面で
も難点がある。また、インピーダンスを変化させる機構
の要素としてのコンデンサー、コイル、抵抗に特性変化
などがあってはDCバイアスの微妙な調整は困難となる。

また、成膜やエッチング等の処理を行なった場合、ス
テージ本体（81）表面のみならず第９図ではアースシー
ルド（82）の表面全体及び真空槽壁（84）が、また第10
図ではステージ本体（81）裏側やヒーターアッセンブリ
（92）表面等に成膜物質や反応ガス等が付着堆積し、汚
染されるが、このような場合はクリーニングがやりにく
い。また第９図の場合では適当な反応性ガスや不活性ガ
スを真空槽内に導入してプラズマをステージ本体（81）
表面にRF（又はDC）電力を印加することにより発生し、
クリーニングしたとしてもステージ本体（81）表面及び
プラズマにさらされている近傍の構成材表面はクリーニ
ングされるが前記のような箇所はされにくい。（プラズ
マが発生しない、またはしても極めて密度が薄い）。

〔発明が解決しようとする問題点〕

本発明は上記のような問題を解決し、純機械的に極め
て簡単に、かつ再現性よくウェハーに与えるDCバイアス
を変えることができまた簡単な構成で、従来、クリーニ
ングできなかった、もしくはされにくかった部所や部材
まで真空槽内の真空を維持しながら容易にクリーニング
することができる真空内処理方法及びその装置を提供す
ることを目的とする。

〔問題点を解決するための手段〕

以上の目的は本発明の第１発明によれば、真空槽の壁
部と電気的に絶縁され該真空槽内にグロー放電によるプ
ラズマを発生させるべく交流電圧を印加される電極部材
に対して、該プラズマにより表面処理されるべき基板を
支持するための基板ホルダーを相対的に移動可能とし、
前記電極部材と前記基板ホルダーとの間の距離を変える
ことにより前記基板ホルダー表面（又は基板ホルダー表
面にマウントされた基板表面）に発生するDCバイアスを
変化させるようにし、前記基板ホルダーなどのクリーニ
ング時には、前記距離が所定値以下では前記基板ホルダ
ーの前記電極部材とは反対側の空間に発生しているプラ
ズマにより該基板ホルダー表面及びこれに近在する真空
槽壁等他部材をクリーニングし、これらの間の距離が前
記所定値以上ではプラズマがこれらの間に転移すること
を利用して、特に基板ホルダーの背面、前記電極部材及
びこれらに近在する他部材をクリーニングするようにし
たことを特徴とする真空内処理方法、によって達成され
る。

また、本発明の第２発明によれば、真空槽の壁部と電
気的に絶縁され該真空槽内にグロー放電によるプラズマ
を発生させるべく交流電圧を印加される電極部材と；前
記電極部材を摺動自在に挿通する駆動軸と；該駆動軸の
前記真空槽側の端部に固定され、該プラズマにより表面
処理されるべき基板を支持するための基板ホルダーと；
前記駆動軸をその軸方向に沿って駆動するための駆動機
構と；から成り、前記駆動機構の駆動により前記電極部
材と、前記基板ホルダーとの間の距離を変えることによ
り前記基板ホルダー表面又は該基板ホルダー表面にマウ
ントされた基板表面に発生するDCバイアスを変化させる
ようにし、前記基板ホルダーなどのクリーニング時に
は、前記距離が所定値以下では前記基板ホルダーの前記
電極部材とは反対側の空間に発生しているプラズマによ
り該基板ホルダー表面及びこれに近在する真空槽壁等他
部材をクリーニングし、これらの間の距離が前記所定値
以上ではプラズマがこれらの間に転移することを利用し
て、特に基板ホルダーの背面、前記電極部材及びこれら
に近在する他部材をクリーニングするようにしたことを
特徴とする真空内処理装置によって達成される。

〔作用〕

電極部材（RF電圧を印加されている）に対し基板（ウ
ェハー）を支持する基板ホルダーを相対的に移動して相
互間の距離を変えるだけで、基板ホルダー表面、従って
その上にマウントされた基板表面に発生するDCバイアス
を変えることができる。

距離に応じてDCバイアスを変えることができるので、
その調節は容易であり、従来例のようなRF電力部に回転
体に電力を供給する機構を用いることが、不要とし得
る。よって全体の構成を単純化でき保守、点検、のイン
ターバルを長くかくし得るものとする。

またクリーニング時には電極部材と基板ホルダーとの
間の距離が所定値以下にあるときはプラズマは基板ホル
ダーの上方、もしくは基板ホルダーに関し電極部材とは
反対側の空間に発生し、これにより基板ホルダーの基板
を支持させる方の面及びこれに近在する各部材をプラズ
マによりクリーニングする。

次いで、電極部材と基板ホルダーとの間の距離を所定
値以上にするとプラズマは電極部材と基板ホルダーとの
間の空間内へと転移し、主として基板ホルダーの背面及
び電極部材の上面（従来、クリーニングしにくかった部
所）がプラズマによりクリーニングされる。勿論、この
ときプラズマが及ぶ他の部所もクリーニングされる。

〔実施例〕

以下、本発明の実施例によるCVD装置について図面を
参照して説明する。

第１図は本実施例のCVD装置の全体を示すが、図にお
いて真空槽（１）の一側端壁部には反応ガス導入用ノズ
ル（２）が取り付けられ、他端側の底壁部には排気孔
（３）が形成されている。排気孔（３）は排気パイプ
（４）及びメインダクト（５）を介して図示しない排気
装置に接続されている。また、他側壁部にはウェハー取
出用の開口（70）が形成され、これは図示せずとも気密
なゲートバルブにより開閉自在となっている。

真空槽（１）の下方には本発明に係わる上下回転駆動
機構（６）が配設され、カバー（７）はこれを覆ってい
る。これらは真空槽（１）に対し固定され、また真空槽
（１）は架台（60）（部分的に図示）にボルト（61）に
より固定されている。

真空槽（１）内には第２図及び第３図に明示されるよ
うに円板形状のサセプター（９）が臨んでおり、この直
下にはステージ本体（８）が配設され、その外周縁部に
おいて、絶縁フランジ（11）を介して、これと同心的に
配設されたアースシールド体（10）にボルト（12）によ
り気密に固定されている。アースシールド体（10）は外
周縁部で気密にボルト（43）により真空槽（１）の底壁
部（14）に固定されている。アースシールド体（10）の
上面には石英製リング（13）が貼着されている。

サセプター（９）には、これと一体的にその中心部で
回転軸（15）が固定されており、ステージ本体（８）の
中心孔（8a）を挿通して、ベロー（16）を有する真空回
転シール装置（17）により気密に、かつ回転可能に支承
されている。真空回転シール装置（17）は更に上下一対
のベアリング（18a）（18b）を有し、これらで回転軸
（15）を支承するのであるが、これらベアリング（18
a）（18b）を嵌着させたベアリングケース（19）は下端
部で中間取付板（20）に固定されている。

回転軸（15）の下端部近くにはプーリ（21）が固定さ
れ、またこの下方に位置する下段取付板（26）には当板
（27）を介してモータ（25）が固定されている。当板
（27）はボルト（51）によりモータ（25）に固定され、
第５図に示すように該当板（27）はその垂直部（27a）
がアングル部材（120）にボルト（121）により固定され
ることにより取付板（26）に対し固定される。モータ
（25）の回転軸（24）の先端部にはプーリ（23）がキー
（122）と六角孔付止めねじ（123）により固定されてお
り、これと上述のプーリ（21）との間にタイミングベル
ト（22）が巻装されている。

下段取付板（26）の下方には更に基台板（28）が配設
され、これは第３図〜第５図に明示されるように等角度
間隔で配設された３本のガイドシャフト（35）により上
方のステージ本体（８）と一体的に固定される。ガイド
シャフト（35）の上端部のねじ部（38a）がステージ本
体（８）のねじ孔に螺着固定され、下端部のねじ部（38
b）にはナット（124）が螺着締めつけられることにより
基台板（28）に固定される。上段取付板（39）及び中間
取付板（20）、下段取付板（26）にはリニアボールベア
リング（36）（37）が固定されており、ガイドシャフト
（35）を摺動自在に案内しており、これにより上段取付
板（39）、中間取付板（20）、下段取付板（26）はガイ
ドシャフト（35）に沿って正確に上下動することができ
るようになっている。

基台板（28）にはエアシリンダ装置（29）が固定され
ており、その駆動ロッド（30）の先端部はボルト（31）
により下段取付板（26）に固定されている。回転軸（1
5）の下端部は下段取付板（26）の開口（26a）を挿通し
ており、これに軸部水冷導入装置（50）が取り付けられ
ている。これは主としてロータリーユニオンから成って
おり、図示せずとも、こゝから冷媒が導入され、回転軸
（15）の中空部を通って、ステージ本体（８）の中空部
に供給され、更に回転軸（15）の他方の中空部を通って
循環するようになっている。（矢印の冷媒の導入、導出
を示す）上段取付板（39）には更にウェハー・リフトピン（4
0）が第４図に明示されるように３本その下端部で螺
着、固定されており、その上端部はステージ本体（８）
の周縁部に形成した貫通孔（8b）を挿通している。ステ
ージ本体（８）の底部と上段取付板（39）との間にはウ
ェハー・リフトピン（40）を被覆するようにベロース
（41）が張設されている。これにより、ウェハー・リフ
トピン（40）は大気とは遮断した状態におかれる。

基台板（28）には更にウェハー上下駆動シリンダー装
置（32）が固定され、その駆動ロッド（33）の先端部は
リンクボール（34）を介して上段取付板（39）に結合さ
れている。

第２図に示すようにサセプタ（９）には中心の周りに
等角度間隔で３個の長孔（42）が形成され、これらは上
述のウェハー・リフトピン（40）が配設されている円周
と同一の円周上にあって、第３図では整列していない
が、サセプター（９）をステージ本体（８）に対し回動
させることにより第２図に示すように整列するようにな
っている。各図でウェハーは図示されていないが、サセ
プター（９）の上に載置されたウェハーはシリンダ装置
（32）の駆動により駆動ロッド（33）は上昇し、従って
上段取付板（39）及びウェハー・リフトピン（40）が、
上昇するとウェハーを押し上げるようになっている。サ
セプター（９）はモータ（25）により回転駆動されるの
であるが、その長孔（42）がウェハー・リフトピン（4
0）と整列する位置で停止するようにするための位置決
め手段（102）はプーリ（21）の下方に配設されてい
る。

またステージ本体（８）の外周縁部にはセンサー取付
支柱（44）の上端部が固定されており、これにはセンサ
ー（45）（62）が取付けられていて、センサー（45）は
下段取付板（26）の上昇位置、従ってサセプター（９）
の上昇位置を検出し、センサー（62）は上段取付板（3
9）、従ってウェハー・リフトピン（40）の上昇位置を
検出するようになっている。

なお、第３図に概略的に示すが、ステージ本体（８）
には電路（101）を介してRF電力供給部（100）からRF電
力が供給されるようになっている。

以上、本発明の実施例について説明したが、次に、こ
の作用、効果などについて説明する。

図示せずともサセプター（９）の上にはウェハーもし
くは基板が載置されているものとする。また、真空槽
（１）内は所望の圧力に排気され、またグロー放電によ
るプラズマ発生に必要なガス気体が所定の圧力迄導入さ
れているものとする。

シリンダ装置（29）を駆動すると、ロッド（30）の上
昇と共に下段取付板（26）、上段取付板（20）、これと
ベアリングケーシング（19）及びベアリング（18a）（1
8b）を介して一体的な回転軸（15）は上昇する。従っ
て、これと一体的なサセプター（９）も上昇し、ステー
ジ本体（８）の上面からの距離ｄが増大する。ステージ
本体（８）には交流（高周波）電圧を印加しているもの
とする。

第８図Ａ、Ｂ、Ｃはこのときのｄの変化と、プラズマ
Ｐ（グロー放電）の発生状況及びサセプター（９）又は
この上のウェハーＷに発生する電位Ｖとの関係を示して
いるが、第８図Ａではｄがd₁と小さいがDCバイアス電圧
Vdc₁は比較的大きい。第８図Ｂに示すようにｄがd₂と大
きくなるとDCバイアス電圧Vdc₂は小さくなる。然しなが
らプラズマＰはいずれの場合でもサセプター（９）の上
方にあるが更に第８図Ｃに示すようにｄが更に大きくな
るとプラズマＰはサセプター（９）とステージ本体
（８）との間に転移する。すなわち、サセプター（９）
の上昇距離ｄに応じて、これに加えられる電位及びDCバ
イアス電圧を変化させることができると共にｄを更に大
きくするとプラズマＰの発生状況を第８図Ｃに示す如く
大きく変えることができる。

一般に、スパッター、エッチング、Ｐ−CVD等の処理
中にはウェハーにRFバイアスを与え、また膜質、ステッ
プカバレージ、エッチングの異方性等に対する処理効果
を図るために適切なDCバイアス電圧をウェハーに供給す
るようにしているが、従来はこれを電気的な調節により
行なっていた。然しながら、本実施例によれば、サセプ
ター（９）を上下に移動させてステージ本体（８）から
の上下方向の距離ｄを変えることにより容易にこのDCバ
イアス電圧を変えることができる。

従って、本実施例ではサセプター（９）の上に載置さ
せるウェハーの表面に形成される膜質、その他の特性を
考慮してサセプター（９）の上昇位置が決められる。中
間取付板（20）、下段取付板（26）はガイドシャフト
（35）により案内されて上昇する。従って回転軸（15）
はガイドシャフト（35）に沿って正確に芯ぶれすること
なく上昇し、所定高さに至ると、これがセンサー取付支
柱（44）に取り付けられたセンサー（45）がこれを検知
し、この検知信号をシリンダ装置（29）に供給する。こ
れによりシリンダ装置（29）の駆動は停止し、サセプタ
ー（９）はステージ本体（８）から所定距離、離れた高
さで停止する。

次いでモータ（25）が駆動される。この回転力はタイ
ミングベルト（22）、プーリ（21）を介して回転軸（1
5）に伝達され、サセプター（９）が回転する。反応ガ
ス導入用ノズル（２）から真空槽（１）内に反応ガスが
導入され、サセプター（９）の上に載置されたウェハー
の表面に反応ガスの成分で成る薄膜が回転により一様な
厚さで形成される。

所定の厚さの薄膜が形成されると、反応ガスの導入を
停止し、モータ（25）の駆動は停止される。すなわち、
サセプター（９）の回転は停止される。次いでシリンダ
装置（29）が駆動され、駆動ロッド（30）は下降され、
サセプター（９）は下降され、センサー（45）の検知信
号によりシリンダ装置（29）は停止させられる。よっ
て、サセプター（９）は第３図に示す位置をとる。

なお、モータ（25）の駆動停止時には位置決め手段
（102）によりサセプター（９）はその長孔（42）が下
方のウェハー・リフトピン（40）と整列した角度位置で
回転停止する。

次いで、ウェハー上下駆動シリンダ装置（32）が駆動
され、上段取付板（39）が上昇させられる。従って、ウ
ェハー・リフトピン（40）が共に上昇し、サセプター
（９）の長孔（42）から突出し、ウェハーを押し上げ
る。図示せずとも、開口（70）より真空槽（１）内に導
入された搬送用フオークがウェハーの下に挿入され、次
いで該フオークが若干上昇し、ウェハーをウェハー・リ
フトピン（40）から離脱させ、かつこのウェハーを受け
て、真空槽（１）の一側壁部に形成した開口（70）を通
って隣接する取出室へと導出される。

取出室では、次のウェハーがフオークにのせられ、開
口（70）より真空槽（１）内へ搬送され、突出している
ウェハー・リフトピン（40）の上で停止し、次いでフオ
ークを下降させてウェハーをウェハー・リフトピン（4
0）の上にのせる。フオークは更に若干、下降した後、
開口（70）から取出室へと退却する。

次いで、シリンダ装置（32）が駆動されてウェハー・
リフトピン（40）は第３図に示す位置まで下降する。よ
ってウェハーはサセプター（９）の上に載置される。な
お、センサー（62）により下降位置は検知され、この検
知信号によりシリンダ装置（32）の駆動は停止される。
以下、再び上述の作用が繰り返される。

次に、本発明に係わるサセプター（９）などのクリー
ニング作用について説明する。

この場合にはウェハーはサセプター（９）には載置さ
せておらず、第８図Ａ又はＢに示す位置でサセプター
（９）及びこれに近在する部材、例えば真空槽（１）の
壁部がプラズマＰの衝げきによりクリーニングされる。
然しながら、このときプラズマＰは第８図Ａ、Ｂに示さ
れるようにサセプタ（９）の背面やステージ本体（８）
の上面近傍には存在しないが、殆んど存在しないので、
これら部分はクリーニグされない。

次いでシリンダ装置（29）を駆動してサセプター
（９）を更に大きく上昇させる。するとｄが所定値を越
えたところでプラズマＰの存在領域が大きく変移し、第
８図Ｃに示すようにサセプタ（９）とステージ本体
（８）との間に存在するようになる。よってこれまでク
リーニングされ得なかったサセプター（９）の背面、ス
テージ本体（８）の上面、側面、真空槽（１）の壁部ま
でプラズマによりクリーニングされることができる。

以上本発明の実施例について説明したが、勿論本発明
はこれに限定することなく本発明の技術的思想にもとづ
いて種々の変形が可能である。

例えば、以上の実施例では真空によるCVD装置を説明
したが、これに限ることなくスパッター、プラズマエッ
チング、Ｐ−CVD装置など広範囲の基板の表面処理装置
に本発明は適用可能である。

〔発明の効果〕

以上述べたように、本発明の真空内処理方法及びその
装置によれば、純粋に機械的に基板に対するDCバイアス
を変えることができ、また、クリーニング時には、真空
を維持して、基板ホルダーの背面、その他、従来方式で
はクリーニングされなかったが、されにくかった部所や
部材まで容易にクリーニングすることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例によるCVD装置の部分破断正面
図、第２図は第１図におけるII-II線方向断面図、第３
図は第２図におけるIII-III線方向断面図、第４図は第
３図におけるIV-IV線方向断面図、第５図は同Ｖ−Ｖ線
方向断面図、第６図は第５図におけるVI-VI線方向断面
図、第７図は本CVD装置の要部の部分破断斜視図、第８
図は本実施例の作用を示す要部の概略図及び電圧を示す
グラフ、第９図は従来例のCVD装置の側面図及び第10図
は他従来例のCVD装置の側面図である。なお図において、（８）……ステージ方向（９）……サセプター（15）……回転軸（29）……シリンダ装置

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】真空槽の壁部と電気的に絶縁され該真空槽
内にグロー放電によるプラズマを発生させるべく交流電
圧を印加される電極部材に対し、該プラズマにより表面
処理されるべき基板を支持するための基板ホルダーを相
対的に移動可能とし、前記電極部材と前記基板ホルダー
との間の距離を変えることにより前記基板ホルダー表面
又は該基板ホルダー表面にマウントされた基板表面に発
生するDCバイアスを変化させるようにし、前記基板ホル
ダーなどのクリーニング時には、前記距離が所定値以下
では前記基板ホルダーの前記電極部材とは反対側の空間
に発生しているプラズマにより該基板ホルダー表面及び
これに近在する真空槽壁等他部材をクリーニングし、こ
れらの間の距離が前記所定値以上ではプラズマがこれら
の間に転移することを利用して、特に基板ホルダーの背
面、前記電極部材及びこれらに近在する他部材をクリー
ニングするようにしたことを特徴とする真空槽内処理方
法。
【請求項２】真空槽の壁部と電気的に絶縁され該真空槽
内にグロー放電によるプラズマを発生させるべく交流電
圧を印加される電極部材と；前記電極部材を摺動自在に
挿通する駆動軸と；該駆動軸の前記真空槽側の端部に固
定され、該プラズマにより表面処理されるべき基板を支
持するための基板ホルダーと；前記駆動軸をその軸方向
に沿って駆動するための駆動機構と；から成り、前記駆
動機構の駆動により前記電極部材と、前記基板ホルダー
との間の距離を変えることにより前記基板ホルダー表面
又は該基板ホルダー表面にマウントされた基板表面に発
生するDCバイアスを変化させるようにし前記基板ホルダ
ーなどのクリーニング時には、前記距離が所定値以下で
は前記基板ホルダーの前記電極部材とは反対側の空間に
発生しているプラズマにより該基板ホルダー表面及びこ
れに近在する真空槽壁等他部材をクリーニングし、これ
らの間の距離が前記所定値以上ではプラズマがこれらの
間に転移することを利用して、特に基板ホルダーの背
面、前記電極部材及びこれらに近在する他部材をクリー
ニングするようにしたことを特徴とする真空内処理装
置。