JP2970891B2 - プラズマ装置の真空チャンバー - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、プラズマ装置の真空チ
ャンバーに関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、真空チャンバー内に配置され
た平行平板電極間にプラズマを生成し、各種被処理物に
対して所定の処理を施すようにしたプラズマ装置が提供
されている。例えば半導体製造のプロセスでは、被処理
物としての半導体ウエハに、エッチング処理、アッシン
グ処理、成膜処理等の各種処理が、プラズマ装置によっ
て行われている。

【０００３】このプラズマ装置の真空チャンバーは、気
密状のハウジングにより真空室を形成してなるものであ
り、当該気密状のハウジング内には、プラズマ生成用の
平行平板電極が上下に配置されている。そしてこの両電
極間の放電によってプラズマを発生させ、それにより被
処理体の処理を行うようになっている。プラズマ処理に
よって生じた反応生成物は、真空チャンバー内に設けら
れた排気経路を通って外部に排出される。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところが上述した反応
生成物は、排気経路をはじめとして真空チャンバー内の
各部位に付着する。付着して積層した反応生成物（デポ
ジション）は、所定の時間経過後に付着部位から剥がれ
落ちることがあり、それがパーティクルとなって被処理
物の表面に付着するおそれがある。したがって通常のプ
ラズマ装置では、各部を定期的に、例えば２，３日に１
回取り外し、液浸けや摺擦等によって清掃したり、交換
を行う等のメンテナンスを実施している。このようなメ
ンテナンス作業を実施する場合、特に装置内部が複雑か
つ狭小な構造となっているため、多大な手間を要し、生
産ラインの停止を伴うとともに、メンテナンス後におい
ても真空引き等、生産ラインの再開までにはかなりの時
間を要するという問題がある。

【０００５】そこで本発明は、真空チャンバーのメンテ
ナンスを容易かつ迅速に行うことができるようにしたプ
ラズマ装置を提供することを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
本発明にかかる第１の手段は、真空室を形成する気密状
のハウジングから構成されてなり、当該気密状のハウジ
ング内には、プラズマ生成用の平行平板電極が配置され
たプラズマ装置の真空チャンバーにおいて、前記気密状
のハウジングは、上部側と下部側とからなる分割構造に
構成されており、前記ハウジング内にはバッフル板が設
けられると共に、前記上部側と下部側との分割部は、前
記バッフル板の下方に位置されており、当該気密状のハ
ウジングの上部側と下部側とは、気密性を有するシール
手段を介して連結・分離可能に設けられた構成を有して
いる。また本発明にかかる第２の手段は、上記第１の手
段の装置において、気密状のハウジングの上部側と下部
側とは、導電性を維持するように連結された構成を有し
ている。

【０００７】

【作用】このような構成を有する第１及び第２の手段に
おいて、真空チャンバーのメンテナンスを行う場合に
は、まず真空チャンバーを構成する気密状ハウジングの
上部側と下部側とを分離し、それによって気密状の真空
チャンバーにメンテナンス用の開口を形成するようにな
っている。

【０００８】

【実施例】以下、本発明をマグネトロンプラズマエッチ
ング装置に適用した実施例を、図面に基づいて詳細に説
明する。

【０００９】図３に示されているように、マグネトロン
プラズマエッチング装置は、プロセス用の真空チャンバ
ー１００を備え、この真空チャンバー１００の両側に、
ロードロックチャンバー１３０，１３０が連結されてい
るとともに、これらの各ロードロックチャンバー１３
０，１３０に、ウエハカセット待機セクション（ローデ
ィング／アンローディングセクション）９０，９１がそ
れぞれ連結されている。すなわち上記真空チャンバー１
００は、二つのロードロックチャンバー１３０，１３０
の間にレイアウントされており、一方のロードロックチ
ャンバー１３０から未処理の被処理物が搬入され、他方
のロードロックチャンバー１３０へ被処理物を搬出する
ようになっている。各ロードロックチャンバー１３０と
真空チャンバー１００との各対面壁には、被処理物を通
過させる開口がそれぞれ形成されて気密状に連結されて
いるとともに、ロードロックチャンバー１３０側の開口
には、ゲートブロック１６が開閉駆動されるように設け
られている。この真空チャンバー１００とロードロック
チャンバー１３０との連結構造については後述する。

【００１０】また上記ローディングセクション９０及び
アンローディングセクション９１内には、被処理物とし
ての半導体ウエハを複数枚保持したウエハカセットＷＣ
が、ロボット（図示せず）により搬入・搬出されるよう
配置されている。ローディング／アンローディングセク
ション９０，９１と各ロードロックチャンバ１３０とを
互いに仕切る隔壁に形成された開口は、ゲートブロック
１６により気密に遮られるように構成されている。各ウ
エハカセットＷＣは、例えば２５枚の半導体ウエハＷを
収納し得る。

【００１１】各ローディングチャンバ１３０内には、ハ
ンドリング装置８がそれぞれ設けられており、ハンドリ
ング装置８により半導体ウエハＷが真空チャンバ１００
内に搬入または搬出されるようになっている。また排気
パイプ１３１の一端が、各ロードロックチャンバ１３０
の内部に連通されており、これらの各排気パイプ１３１
の他端は、排気ポンプ（図示せず）の吸引口に連通され
ている。

【００１２】さらに図２に示されているように、前記真
空チャンバ１００内には、ＲＩＥ方式のエッチング装置
が収納されている。この真空チャンバ１００のハウジン
グ１０１は、下部フレーム３２を上側から気密状に覆う
ようにして真空室を形成しており、当該ハウジング１０
１の上部天板１０２は、接地されて上部電極を構成して
いる。一方下部電極を構成する上部及び下部載置台５
２，５４は、絶縁層５６を介して下部フレーム３２の上
に配置されているとともに、下部載置台５４にはＲＦ電
源５５が接続されており、このＲＦ電源５５から、例え
ば１３．５６MHZの高周波電力が供給されるときに、上
部電極１０２との間で対向電極が構成される。

【００１３】また図１にも示されているように、上記気
密状のハウジング１０１の側壁は、上部側壁１０３と、
下部側壁１０４とからなる分割構造にて構成されてい
る。これら上部側壁１０３と下部側壁１０４との接続面
は、それぞれ所定の面仕上げが施されており、両者１０
３，１０４が気密性及び導電性を維持するように当接さ
れている。更にこの当接部には、シール手段としてのＯ
リング１０５が介挿されているとともに、４本の固定ボ
ルト１０６により締め付けられて両者１０３，１０４が
圧接されている。この固定ボルト１０６の押圧力によっ
て上述した気密性及び導電性が良好に確保されている。
また上記各固定ボルト１０６を取り外せば、上部側壁１
０３が上方に抜き出されるようになっている。

【００１４】上記上部天板１０２は、上部側壁１０３の
上端開口を密閉するように載置されている。この上部天
板１０２の載置部には、シール手段としてのＯリング１
０７が装着されているとともに、当該上部天板１０２の
一端部分は、前記下部側壁１０４から延出する一対のア
ーム１０８に、ピン１０９を介して回動自在に軸支され
ている。これにより上部天板１０２は、図２に示された
密閉位置と、図１に示された開放位置との間で回動され
るように構成されている。

【００１５】半導体ウエハＷは、上部載置台５２の上面
に載置固定される。この載置固定手段としては、例えば
静電チャック方式が採用される。上部載置台５２は、下
部載置台５４に対して着脱可能に固定されている。この
ように分離可能な上部及び下部載置台５２，５４で構成
している理由は、上記ＲＦ電源５５に接続された下部載
置台５４をメンテナンスフリーとし、汚染された上部載
置台５２のみを交換可能に構成したものである。なお下
部載置台５４には、上部載置台５２上の半導体ウエハＷ
の温度を微調整するためのヒータ５３が例えば埋め込ま
れている。また真空チャンバー１００の内壁上に反応生
成物が付着しにくくするための温度設定用のヒータ３１
が、例えばハウジング１０１の下部に埋め込まれてい
る。

【００１６】上部載置台５２及び下部載置台５４の側周
面及び底面は、絶縁層５６によって覆い隠されており、
上部載置台５２の上面のみがプロセス雰囲気中に露出し
ている。上部載置台５２と絶縁層５６との間には、Ｏリ
ング４０が挿入されており、両者間に高真空状態の間隙
が形成されている。また上下部載置台５２，５４の側周
面及び絶縁層５６の内周面は、ともに鏡面仕上げされて
いる。

【００１７】また上記上部載置台５２の上面に載置固定
された半導体ウエハＷの周囲には、真空室におけるプロ
セス雰囲気の圧力調整を行い真空圧力を一定に保持する
ためのバッフル板１１０が配設されている。このバッフ
ル板１１０は、断面略Ｌ字状に形成されており、基部側
が、前記ハウジング１００の上部側壁１０３の内周面に
ボルト締めされているとともに、この基板側から半径方
向内周側に延出する円板状部に、多数の圧力調整口１１
０ａが貫通形成されている。

【００１８】絶縁層５６の直下には、冷却ジャケット２
０が設けられている。この冷却ジャケット２０の内部に
は液体チッ素が収容されている。この冷却ジャケット２
０の底部内壁には、核沸騰用のポーラスが形成されてお
り、ジャケット２０内の液体チッ素を−１９６℃の温度
に維持することができるように構成されている。冷却ジ
ャケット２０及びヒータ５３により上部載置台５２上の
半導体ウエハＷは、処理中において温調例えば−６０℃
以下の温度に冷却される。

【００１９】複数個の絶縁部材２２が冷却ジャケット２
０と下部フレームのボトム３２ｂとの間に挿入されてお
り、両者間に第２の間隙２３が形成されている。一方、
下フレームのボトム３２ｂから内筒３２ａが上方に向か
って延び、内筒３２ａにより冷却ジャケット２０及び絶
縁層５６がプロセス雰囲気から覆い隠されている。また
テフロン等のフッ素系樹脂からなるＯリング４４が、絶
縁層５６と内筒３２ａとの間に挿入されており、第３の
間隙２４が形成されている。なお絶縁層５６の外周面及
び内筒３２ａの内周面は、鏡面仕上げされている。

【００２０】図２に示すように、冷却ジャケット２０を
支持する複数個の絶縁部材２２は相互に離れている。こ
のため、上述の第２の間隙２３と第３の間隙２４とは相
互に連通している。なお第３の間隙２４は、絶縁層５６
及び冷却ジャケット２０のそれぞれと内筒３２ａとが密
着しない程度であれば、狭ければ狭いほど好ましい。

【００２１】図２に示すように、ハウジング１００で囲
まれた真空室内のプロセス雰囲気は、第１の排気管３４
を介して真空排気されるようになっている。一方第２及
び第３の間隙２３，２４は、第２の排気管３６を介して
真空排気されるようになっている。ウエハの表面近傍に
電界と直交すなわちウエハ表面に対して平行な水平磁場
が形成される如く、例えば上部載置台５２上のウエハＷ
と対面する位置であって上部天板（上部電極）１０２の
上方に、永久磁石１２２を下面に備えた円盤１２４が配
置されている。この円盤１２４の上部には、モータ１２
６のシャフト１２８が取り付けられており、円盤１２４
に取り付けられた永久磁石１２２がモータ１２６により
回転されるときに、ウエハＷの近傍にその面と平行な磁
場が形成されるようになっている。磁場は電磁石により
構成してもよい。

【００２２】真空チャンバー１００内のエッチングガス
は、排気パイプ３４を介して排気され、これにより真空
チャンバー１００の内圧が、低圧例えば１０^-2〜１０^-3
Ｔｏｒｒの範囲になるまで減圧される。エッチングガス
は、上記対向電極間でプラズマ化される。マグネトロン
プラズマエッチングでは、磁場と、これに直交するプラ
ズマシースの電界との相互作用により、電子がサイクロ
イド運動をし、分子に電子が衝突して電離させる回数を
増加させる。従って、上述のような低い圧力であっても
大きいエッチング速度が得られる。

【００２３】次に、ロードロックチャンバー１３０と真
空チャンバー１００との接続部について説明する。

【００２４】前記真空チャンバー１００とロードロック
チャンバー１３０とは、固定ボルト１７０によって連結
固定されているとともに、半導体ウエハＷの搬送経路の
連結部分にスライドシール機構が設けられている。すな
わちまず真空チャンバー１００及びロードロックチャン
バー１３０には、半導体ウエハＷの搬送経路を構成する
開口がそれぞれ形成されている。真空チャンバー１００
側の開口は、上部側壁１０３に設けられており、その開
口形成部分に、ロードロックチャンバー１３０側に向か
って突出する凸状の接続壁１１１が設けられている。こ
の接続壁１１１の外周部分には、スライドリング１１２
が往復滑動自在に装着されており、当該スライドリング
１１２の滑動面を有する内周部に凹設された環状溝内
に、シール用のＯリングがはめ込まれている。このスラ
イドリング１１２の前端面（図示左端面）は、ロードロ
ックチャンバー１３０の開口の周囲に対面されており、
当該スライドリング１１２の往復滑動にともなって当接
・離間されるように構成されている。また上記スライド
リング１１３の前端面には、シール用のＯリングが配設
されており、ロードロックチャンバー１３０への当接時
にシールが行われるようになっている。

【００２５】一方上記スライドリング１１２の後端面
（図示右端面）には、ロック機構を構成する偏心カム機
構１１３が配置されている。この偏心カム機構１１３
は、スライドリング１１２の後端面と、真空チャンバー
１００の上部側壁１０３との間に軸支された偏心カムを
備えており、所定の回転治具を用いて回転させることに
よって、上記スライドリング１１２が往復滑動されるよ
うに構成されている。

【００２６】また前述したように、ロードロックチャン
バー１３０側に設けられた開口のチャンバー内面側に
は、当該開口を密閉・開放するためのゲート１６が配設
されている。このゲート１６は、シール用のＯリングを
介してチャンバー内面側を摺動するものであって、図示
を省略した駆動機構によって、往復移動されるように構
成されている。

【００２７】このような構成からなる実施例装置の作用
を次に説明する。本実施例のＲＩＥ方式のプラズマエッ
チング装置では、上部電極を構成する上部天板１０２を
接地するとともに、下部電極を構成する上下部載置台５
２，５４にＲＦ電力を供給することにより対向電極が構
成されている。また半導体ウエハＷと対向する位置であ
って、上部天板１０２の上方にて永久磁石１２２を回転
させ、半導体ウエハＷの近傍にその面と平行な磁場を形
成することで、マグネトロンエッチング処理雰囲気を形
成している。そして真空チャンバー１００内を真空引き
した状態にてエッチングガスを導入し、上記対向電極間
にエッチングガスによるプラズマを生成する。

【００２８】ここで上記のマグネトロンプラズマエッチ
ングを行うに際して、冷却ジャケット２０により被処理
物である半導体ウエハＷを、例えば−６０℃程度の温度
に冷却している。このために冷却ジャケット２０に−１
９６℃の液体チッ素が供給されており、半導体ウエハＷ
を冷却している。ここで半導体ウエハＷの冷却を行うに
際しては、理想的には冷却ジャケット２０と半導体ウエ
ハＷの間でのみ熱交換が行われ、他の部材との熱交換を
極力抑えることで効率の良い半導体ウエハＷの冷却が可
能である。ウエハ温度の微調整は、ヒータ５３の温度調
整により実行される。このようにすることで、特に下チ
ャンバーが冷却されることを防止でき、この低温領域に
反応生成物が付着することをも防止することができる。
なお上下部載置台５２，５４接触面には、熱伝導を向上
させるため不活性ガスや水素などのガスが導入される。

【００２９】一方、生成されたプラズマが安定したとこ
ろで、処理ガス供給路の吹出口からエッチングガス（例
えば、ＣＨＦ₃ 、ＣＦ₄ 、ＣＣｌ₄ 等）が供給される。
これによりプラズマエッチング反応が惹起され、半導体
ウエハＷ上に被着されたレジスト（図示せず）と下地
（例えばＳｉＯ₂ ）との選択比により所望のエッチング
処理が施される。このとき上述したように永久磁石１２
２の磁界によって、プラズマの密度は局所的に集中され
ており、エッチング処理はきわめて効果的に実行される
とともに、プラズマが集中された個所が回転されること
から、エッチング処理がウエハＷの全面にわたって均一
に実行されることになる。

【００３０】所望のエッチング処理の終了されると、真
空チャンバー１００内が安全な雰囲気に設定された後、
真空チャンバー１００のウエハ搬出口が開けられ、処理
済みの半導体ウエハＷが適当なハンドリング装置８によ
り保持されて排出口から排出されて行く。以降、前記作
動が繰り返されることによって、半導体ウエハＷについ
てのドライエッチング処理が枚葉処理されていく。

【００３１】このようなプラズマエッチング処理のエッ
チングガスとしてＣＨＦ₃ を用い、レジストに被覆され
た下地としてのＳｉＯ₂ をエッチング処理する場合に
は、次式のような化学反応により反応生成物が発生す
る。 ４ＣＨＦ₃ ＋３ＳｉＯ₂ →４ＣＯ＋３ＳｉＦ₄ ＋２Ｈ₂ Ｏ このときの反応生成物は、真空チャンバー１００内に設
けられた排気経路を通って外部に排出されていくが、そ
の途中で真空チャンバー１００内の各部位にデポジショ
ンとして付着する。特に半導体ウエハＷの周囲に配置さ
れたバッフル板１１０の直上領域では、上記バッフル板
１１０へのデポジション付着量はかなり大きくなる傾向
がある。付着し積層したデポジションは、所定の時間経
過後に付着部位から剥がれ落ちることがあり、それがパ
ーティクルとなって被処理体表面に付着するおそれがあ
る。したがって装置内部のメンテナンスが実施される。
このメンテナンスにおいては、各部を定期的、例えば
２，３日に１回取り外して液浸けや摺擦等によって清掃
し、あるいは交換を行う。

【００３２】このようなメンテナンス作業を実施する場
合には、まず上部天板１０２を図１のように上方の開放
位置まで回動させて開き、ついでハウジング１０１の上
部側壁１０３と下部側壁１０４とを締め付けて連結させ
ている固定ボルト１０６を緩めて取り外す。さらに偏心
カム機構１１３の偏心カムを回動操作して、スライドリ
ング１１２を滑動自在な状態とし、当該スライドリング
１１２を真空チャンバー１００側に寄せてロードロック
チャンバー１３０側から離間させる。これによってハウ
ジング１０１の上部側壁１０３は、直上方向に抜き出す
ことが可能な状態となる。ハウジング１０１の上部側壁
１０３を取り外せば、真空チャンバー１００にメンテナ
ンス用の開口が形成されることとなり、上述したメンテ
ナンス作業は効率的に行われる。すなわち上記メンテナ
ンス用の開口を通して作業を行えば、複雑かつ狭小な構
造の内部まで容易に手が届き、また各部の液浸けも容易
に行うことができる。

【００３３】特に本実施例では、上部側壁１０３と下部
側壁１０４との分割部を、バッフル板１１０の下方位置
に設定しているので、デポジション付着量の大きいバッ
フル板１１０への清掃メンテナンスを良好に実施するこ
とができる。

【００３４】なお上記実施例における上部側壁１０３と
下部側壁１０４との分割部は、搬送経路のやや下方位置
に設定されているが、搬送経路の上方位置に分割部を設
定することも可能である。この場合には、スライドリン
グ１１２等のスライドシール機構は不要である。

【００３５】本発明は、上述した実施例におけるプラズ
マエッチング装置に限定されることはなく、ＣＶＤスパ
ッタ装置等の真空チャンバーを備えたプラズマ装置であ
れば、いずれの装置であっても適用することができる。

【００３６】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、真
空チャンバーのメンテナンスを容易かつ迅速に行うこと
ができ、生産ラインの停止等の支障を防止する等、生産
性を向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例におけるプラズマ装置のメン
テナンス実行状態を表した外観斜視説明図である。

【図２】真空チャンバーの構造を表した図３中のII−II
線に沿う縦断面図である。

【図３】プラズマ装置の全体構造を表した平面概略図で
ある。

【符号の説明】

１００ 真空チャンバー １０１ ハウジング １０２ 上部天板 １０３ 上部側壁 １０４ 下部側壁 １１３ 偏心カム機構 １３０ ロードロックチャンバー Ｗ 半導体ウエハ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号 ＦＩ Ｈ０１Ｌ 21/3065 Ｈ０１Ｌ 21/302 Ｂ

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 真空室を形成する気密状のハウジングか
   ら構成されてなり、当該気密状のハウジング内には、プ
   ラズマ生成用の平行平板電極が配置されたプラズマ装置
   の真空チャンバーにおいて、 前記気密状のハウジングは、上部側と下部側とからなる
   分割構造に構成されており、前記ハウジング内にはバッ
   フル板が設けられると共に、前記上部側と下部側との分
   割部は、前記バッフル板の下方に位置されており、当該
   気密状のハウジングの上部側と下部側とは、気密性を有
   するシール手段を介して連結・分離可能に設けられてい
   ることを特徴とするプラズマ装置の真空チャンバー。
2. 【請求項２】 請求項１に記載のプラズマ装置の真空チ
   ャンバーにおいて、気密状のハウジングの上部側と下部
   側とは、導電性を維持するように連結されていることを
   特徴とするプラズマ装置の真空チャンバー。