JP3910084B2

JP3910084B2 - プラズマ処理装置

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Publication number: JP3910084B2
Application number: JP2002072588A
Authority: JP
Inventors: 秀夫原口
Original assignee: Panasonic Corp; Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Corp; Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2002-03-15
Filing date: 2002-03-15
Publication date: 2007-04-25
Anticipated expiration: 2022-03-15
Also published as: JP2003273083A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）、プラズマディスプレイパネル（ＰＤＰ）を含む電子デバイス、及びマイクロマシン等の製造に使用される、プラズマエッチング装置、スパッタリング装置、プラズマＣＶＤ装置等のプラズマ処理装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図１６は従来のプラズマ処理装置の一例である、誘導結合プラズマ（Inductively coupled plasma(ＩＣＰ)）エッチング装置を示している。近年、半導体やＬＣＤ等の電子デバイスの微細化が急速に進んでおり、その製造工程においてより高い加工精度を得るために、プラズマを高密度化する手段としてこのＩＣＰエッチング装置が導入されている。
【０００３】
真空容器１の一部を構成する半球状の石英ベルジャ２の外側には、誘導結合プラズマコイル（ＩＣＰコイル）３が配置されている。また、基板４は真空容器１内にＩＣＰコイル３と対向して配置された下部電極５上に載置される。石英ベルジャ２の頂端部にはガス供給装置６に接続されたガス導入口７が形成されている。また、真空容器１には排気装置として真空ポンプ８が接続されている。
【０００４】
ガス導入口７からガスを導入しつつ真空ポンプ８で排気を行い、真空容器１内の圧力を一定に保持する。ガス導入口７から真空容器１内に噴出されたガスは基板４に向けて拡散し、真空ポンプ８に吸い込まれることによりガス流れ９を形成する。このガス流れ９の途中に基板４が配置されている。
【０００５】
高周波電源１１からマッチング回路１２を介してＩＣＰコイル３に高周波電力を供給すると、真空容器１内にプラズマ１３が発生する。このプラズマ１３により、ガス分子の解離や分子同士の衝突によって正電荷を有するイオン、電子、及び電荷的には中性であり高い反応性を有するラジカルが発生する。一般にはイオンやラジカルの衝突より、基板４のエッチングを行う。ＩＣＰのプラズマはアース電位壁付近ではガス分子の解離性が極端に低下する特性があるため、真空容器１の壁から距離を隔てた石英ベルジャ２の下側にドーナツ状のプラズマ１３を発生させる必要がある。
【０００６】
真空容器１には、基板４を交換するためのゲート開口部１４と、このゲート開口部を開閉するためのゲート弁１５が設けられている。移載室１６に対して複数の真空容器１が配設されているクラスタ形式やマルチチャンバ形式の場合には、真空容器１内がメンテナンス等のための大気開放された場合にも移載室１６内の真空を保持できるように、ゲート弁１５をいわゆる逆圧対応とする必要がある。また、真空容器１には、複数のビューイングポイント１７と、その開口部１８が設けられている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記図１６に示す従来のＩＣＰエッチング装置は、大型の基板に対して微細なエッチング処理を施す場合に、以下の問題がある。
【０００８】
まず、真空ポンプ８に接続された排気口１９は、ガス導入口７に対して水平方向の位置がシフトしている。従って、仮にノズルを使用してガスの噴出位置を基板４に対して均等に配置したとしても、真空容器１内のガス流９を基板４に対して完全に対称とすることは困難である。
【０００９】
また、基板４に吹き付けらたれガスは基板４の表面に沿って排気口１９へ向けて流れるが、この基板４に吹き付けられたガスが真空容器１内に滞在している時間（レジデンスタイム）に偏りがある。すなわち、基板４の中央付近に吹き付けられたガス（ガス導入口７から基板４へ鉛直方向下向きに直線的に流れたガス）は、基板４の周縁付近に吹き付けられたガスよりも、レジデンスタイムが長くなる。
【００１０】
さらに、基板４の大型化に伴いゲート開口部１４やビューイングポイント１７の開口部１８が大型化すると、真空容器１内の凹凸が大きくなる。真空容器１に大きな凹凸が存在すると、その部分でガス流れ９が滞留し、いわゆるガス溜まりが発生する。このガス溜まりはプラズマ１３の偏在の原因となる。
【００１１】
これらガス流れの非対称性、不均一なレジデンスタイム、及びガス溜まりとプラズマの偏在のために、図１６のＩＣＰエッチング装置では、大型の基板に対して均一なエッチング処理を行うことが困難である。一般に、処理の均一性を向上させるパラメータとして、ガス種、ガス流量、ガス圧、ＲＦパワー、下部電極温度等がある。例えば、レジデンスタイムを均一化するために、ガス流量を増加することが知られている。しかし、大型の基板に微細なエッチング処理を行う場合に、これらのパラメータの設定だけで基板に対して最適で均一な処理を実現するのは困難である。
【００１２】
以上の基板の大型化と処理の微細化に伴う処理の不均一性の問題は、ＩＣＰエッチング装置に限らず、プラズマエッチング装置を含む他のプラズマエッチング装置、スパッタリング装置、プラズマＣＶＤ装置等の他のプラズマ処理装置についても該当する。
【００１３】
そこで、本発明は、大型の基板に微細な処理を施す場合にも、基板に対して均一な処理を行うことができる、プラズマ処理装置を提供することを課題としている。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、本発明は、基板が収容される真空容器の内部空間である真空処理室にガスを導入すると共に排出しつつ高周波電力を印加してプラズマを発生させ、このプラズマにより基板を処理するプラズマ処理装置であって、上記真空処理室が球状である、プラズマ処理装置を提供する。真空処理室を球状とすることにより、ガス流れを対称にすることができるため、ガスのレジデンスタイムを均一化し、偏在のない均一なプラズマを発生させることができる。
【００１５】
具体的には、上記真空容器の上半球部に、上記真空処理室に上記ガスを導入するガス導入部を備える。さらに具体的には、上記ガス導入部は、上記上半球部の内面に沿って上半球部の極に対して対称に放射状に配置され、かつそれぞれ複数のガス噴出口を備える複数のチューブと、これらのチューブの基端とガス供給部とを接続する継手とを備え、上記ガス噴出口はガスの噴出方向が基板に対して垂直となるように設けられている。ガス噴出口を備える複数のチューブを上半球部の内面に沿って上半球部の極に対して対称に放射状に配置することにより、ガス流れの基板に対する対称性をさらに向上することができる。また、基板の中央付近におけるガス噴出口から基板までの距離が、基板の周縁付近におけるガス噴出口から基板までの距離よりも長くなるため、基板に吹き付けられたガスのレジデンスタイムがより均一となる。
【００１６】
また、ガス流れの基板に対する対称性と、レジデンスタイムの均一化を図るには、上記真空容器の下半球部に、上記真空処理室からガスを排出する排出部を備えることが好ましい。特に、排出部は、上記真空容器の下半球部の極に設けることが好ましい。
【００１７】
さらに、上記真空処理室の赤道面付近に上記基板を保持する基板保持台を備えることが好ましい。「赤道面」とは、真空処理室の中心を通り、真空容器の上半球部の極と下半球部の極を結ぶ軸に対して垂直な平面をいう。
【００１８】
上記基板保持台が昇降移動可能であってもよい。基板保持台を昇降することにより、真空処理室内のガス流れと、基板に吹き付けられるガスのレジデンスタイムを制御することができるので、これらを処理条件のパラメータとすることができる。また、基板保持台を昇降することにより、真空容器の内部空間内のインピーダンスが変化し、プラズマの大きさやプラズマと基板の距離を制御することができるので、これらを処理条件のパラメータとすることができる。
【００１９】
上記上半球部と上記下半球部とは互いに分離可能であり、上記下半球部を、上記上半球部に対して当接させて上記真空処理室を閉鎖させる上昇位置と、上記上半球部に対して離反させて上記真空処理室を開放する降下位置とに移動させる昇降機構を備え、かつ上記上半球部は透明性を有する誘電体からなるものであってもよい。下半球部の昇降により真空処理室を開閉することができるため、真空処理室内に基板を搬入出するためのゲート開口部をなくすことができる。また、上半球部を透明性を有する誘電体とすることにより、ビューイングポイントのための開口部をなくすことができる。よって、真空容器内の凹凸をなくし、ガス流れの対称性をさらに高めることができる。
【００２０】
具体的には、上記真空容器の上半球部は、その外面が半球面であり、この半球面に沿ってそれぞれ螺旋状に配置された複数のコイルと、これら複数のコイルに対して高周波電力を供給して、上記真空処理室内に上記プラズマを発生させる高周波電源とを備える。上半球部の外面は半球面であるため、複数のコイルを螺旋状に設置することが容易となる。また、誘電体である上半球部とコイルの距離が近付くため、パワーロスの少ない高密度のプラズマを真空処理室内に発生させることができる。
【００２１】
上記コイルの外側に、上記真空容器の上半球部の輪郭に沿って上半球部に極に対して対称に放射状に配置された複数の赤外線ランプヒータを備えることが好ましい。また、赤外線ランプヒータの外側に半球状の反射板を設けることが好ましい。放射状に配置された複数のコイルにより上半球部を均一に加熱することができるため、上半球部の内面への反応生成物の付着を効果的に防止することができる。
【００２２】
【発明の実施の形態】
次に、図面に示す本発明の実施形態を詳細に詳細に説明する。
（第１実施形態）
図１は、本発明の第１実施形態に係るＩＣＰエッチング装置２１を示している。このＩＣＰエッチング装置２１は、図８に示すマルチチャンバ式のプラズマ処理装置の一部を構成している。詳細には、マルチチャンバ式のプラズマ処理装置は、その内部が移載室２２を構成するケーシング２３を備えており、この移載室２２に複数個（本実施形態では４個）のＩＣＰエッチング装置２１が取り付けられている。移載室２２にはロードドック２４から供給された基板２５を各ＩＣＰエッチング装置２１に対して搬入出するためのダブルアーム型の基板搬送ロボット（移載機構）２６が収容されている。図９に示すように、基板搬送搬送ロボット２６はそれぞれ基板２５を保持するための吸着ブレード２７ａ，２７ｂを先端に有する進退可能な搬送アーム２８ａ，２８ｂと、これらの搬送アーム２８ａ，２８ｂの基端が取り付けられた旋回及び昇降可能なベース２９とを備えている。
【００２３】
ＩＣＰエッチング装置２１の真空容器３０は、上半球部３１、下半球部３２、及びリングプレート３３を備えている。上半球部３１と下半球部３２は半球殻状であり、その内面及び外面が半球面である。また、リングプレート３３の内面も球面の一部を構成している。従って、上半球部３１、下半球部３２、及びリングプレート３３の内面により区画される真空処理室３４は球状である。詳細には、真空処理室３４の上側の部分（北半球部分）が上半球部３１により区画され、下側の部分（南半球部分）が下半球部３２により区画され、上下方向中央部分（赤道部分）がリングプレート３３により区画されている。基板２５をその上面に保持する基板保持台３６は下半球部３２内のリングプレート３３付近に配設されている。そのため、基板２５は赤道面（真空処理室３４の内部空間の中心を通り、真空容器３０の上半球部３１の極と下半球部３２の極とを結ぶ軸に対して垂直な平面）付近に、水平な姿勢で配置されている。
【００２４】
上半球部３１は透明性を有する誘導体である石英からなる。従って、上半球部３１の外側に配置した撮像素子３７により真空処理室３４内のプラズマ７５や基板２５を観察することが可能であり、ビューイングポイン及びそのための開口部（図１６参照）を設ける必要がない。なお、上半球部３１は他の透明性を有する誘電体であってもよい。下半球部３２及びリングプレート３３は、上半球部３１と同様に石英であってもよく、コスト及び取扱性を考慮して硬質アルマイト処理を施したアルミニウム製としてもよい。
【００２５】
ケーシング２３の上部には開口２３ａが設けられており、この開口２３ａの周縁部分にリングプレート３３が固定されている。リングプレート３３とケーシング２３の壁部との間にはＯリングにより気密性が確保されている。上半球部３１はリングプレート３３の上面に固定されている。上半球部３１とリングプレート３３との間もＯリングにより気密性が確保されている。後に詳述するように、下半球部３２は、図１に示すようにリングプレート３３の下面に当接する上昇位置と、図２に示すようにリングプレート３３の下面から離反する降下位置とに移動可能である。下半球部３２の上端にもＯリングが取り付けられている。
【００２６】
図１及び図４に示すように、半球面状である上半球部３１の内面に沿って、真空処理室３４内にガスを噴出するための複数の石英チューブ３８が配置されている。これらの石英チューブ３８は基端側が上半球部３１の極の部分で合流し、継手３９を介してガス供給源４０に接続されている。個々の石英チューブ３８にそれぞれ複数設けられたガス噴出口４１はガスの噴出方向が基板２５に対して垂直となるように、すなわち鉛直方向下向きにガスが噴出されるように設けられている。これらの石英チューブ３８は上半球部３１の極（北極）に対して対称であって、かつ上半球部３１の極から放射状に延びるように配置されている。
【００２７】
図１及び図５に示すように、上半球部３１の外面に沿って複数のＩＣＰコイル４２が配置されている。これらのＩＣＰコイル４２は、それぞれ螺旋状に配置されており、いわゆるマルチスパイラルコイルを構成している。上半球部３１の外面は半球面であるので、ＩＣＰコイル４２を容易に所望の勾配を有する螺旋状に配置することができる。各ＩＣＰコイル４２の基端側は高周波電源４３に接続されており、その間にはマッチング回路４４が介設されている。
【００２８】
図１及び図６に示すように、ＩＣＰコイル４２の外側には上半球部３１の半球状の輪郭に沿って複数の赤外線ランプヒータ４５が配置されている。赤外線ランプヒータ４５は上半球部３１及びＩＣＰコイル４２に対して間隔をあけて配置されている。また、赤外線ランプヒータ４５は上半球部３１の極に対して対称に放射状に延びるように配置されている。赤外線ランプヒータ４５の外側には半球状の反射板４６が配置されている。
【００２９】
図１に示すように、下半球部３２の極（南極）には、真空処理室３４からガスを排出するための排出口４７が設けられている。この排出口４７はベローズ４８によりケーシング２３の下部に設けられた開口２３ｂに接続されている。また、この開口２３ｂはメインバルブ４９兼オートプレッシャーコントロールバルブ４９であるバルブ４９を介して真空ポンプ５０に接続されている。基板保持台は鉛直方向に延びる中空ブラケット５１の先端に固定されている。一方、中空ブラケット５１の下端は、ケーシング２３の開口２３ｂの周縁に取り付けられた支持体５２に固定されている。図７に示すように、支持体５２には真空容器３０の排気部からバルブ４９へ向けてガスが通過できるように、開口５２ａが設けられている。
【００３０】
次に、下半球部３２の昇降機構について説明する。
下半球部３２には昇降シャフト５３の上端が固定されている。昇降シャフト５３はケーシング２３の下部に設けられた挿通孔２３ｃを通って移載室２２の外部に突出している。また、昇降シャフト５３の下端には昇降プレート５４が固定されている。ケーシング２３の下面と昇降プレート５４はベローズ５５により連結されており、このベローズ５５内に昇降シャフト５３が挿通されている。鉛直方向に延びるボールねじ５６が昇降プレート５４に固定されたナット５７に螺合している。また、ボールねじ５６はスプライン継手５８を介してモータ５９の出力軸に連結されている。従って、モータ５９によりボールねじ５６が回転駆動されると、その回転方向に応じて昇降プレート５４が昇降する。また、昇降プレート５４と下半球部３２は昇降シャフト５３により連結されているため、昇降プレート５４と共に下半球部３２が昇降する。詳細には、下半球部３２は、図１に示すようにリングプレート３３の下面に当接して真空処理室３４を密閉する上昇位置と、図２に示すようにリングプレート３３の下面から離反して真空処理室３４を開放する降下位置に移動する。
【００３１】
上記ボールねじ５６のみでは下半球部３２をリングプレート３３に対して押し付ける推力が不足し、真空処理室３４内を確実に密閉することができない。そこで、下半球部３２に対する推力を補助する機構が設けられている。まず、昇降プレート５４の下方に、シリンダ６０が配設されている。このシリンダ６０の上向に延びるロッドの先端には付勢プレート６１が固定され、この付勢プレート６１に対応する係合孔６２が昇降プレート５４に設けられている。図２に示すように、下半球部３２が降下位置にあるときには、シリンダ６０のロッドが引込位置にあり、付勢プレート６１は昇降プレート５４から離れている。しかし、図１に示すように、下半球部３２が上昇位置にあるときには、シリンダ６０のロッドが突出位置となり、係合孔６２に嵌まり込んだ付勢プレート６１により昇降プレート５４が上向に付勢される。ボールねじ５６とモータ５９の出力軸はスプライン継手５８を介して連結されているため、ボールねじ５６の回転停止中もある程度上昇可能である。従って、付勢プレート６１から作用する上向の推力は昇降プレート５４から昇降シャフト５３を経て下半球部３２に伝達される。その結果、下半球部３２はリングプレート３３の下面に対して強く押し付けられ、下半球部３２とリングプレート３３の間に介在するＯリングが大きく圧縮される。トグル機構等の他の手段で下半球部３２を上半球部３１に対して付勢してもよい。
【００３２】
このＩＣＰエッチング装置２１では、下半球部３２の昇降により真空処理室３４を開閉することができるため、基板２５を搬入出するためのゲート開口部及びこのゲート開口部を開閉するためのゲート弁（図１６参照）を設ける必要がない。従って、装置構造の簡易化と、コストの低減を図ることができる
【００３３】
次に、図３及び図７を参照して、基板保持台３６に対して基板２５を昇降させる突き上げ機構について説明する。まず、基板保持台３６内に突き上げブラケット６３が昇降自在に収容されている。この突き上げブラケット６３の上面には突き上げピン６４の基端側が固定されている。突き上げピン６４は、突き上げブラケット６３の位置に応じて基板保持台３６から突出可能である。突き上げブラケット６３は中空ブラケット５１内に延びる駆動シャフト６５の上端に固定されている。この駆動シャフト６５は中空シャフトの内部と真空処理室３４を遮断するためのベローズ６６に挿通されている。駆動シャフト６５の下端が固定されたプレート６７にはボールねじ６８の先端が連結されている。また、中空ブラケット５１内には、円筒体６９が軸受７０によってそれ自体の軸線回りに回転自在に支持されている。この円筒体６９には、上端にボールねじ６８と係合するナット７１が固定され、下端にギア７２ａが固定されている。このギア７２ａは支持体５２内で水平方向に延びる水平シャフト７３の一端に固定されているギア７２ｂに係合している。支持体５２から外部に突出している水平シャフト７３の他端に固定されたギア７２ｃは、モータ７４の出力軸に固定されたギア７２ｄに係合している。この突き上げ機構では、モータ７４が回転すると円筒体６９と共にナット７１が回転し、その回転方向に応じてボールねじ６８が昇降する。その結果、突き上げブラケット６３と共に突き上げピン６４が昇降する。エッチング処理時には、突き上げブラケット６３は図３において実線で示す降下位置にあり、突き上げピン６４の先端は基板保持台３６の上面と一致している。一方、基板２５の移載時には突き上げブラケット６３は図３において点線で示す上昇位置にあり、突き上げピン６４の先端が基板保持台３６の上面から突出して基板保持台３６に対して基板２５を上昇させる。
【００３４】
基板２５に対してエッチングを行う際には、ガス供給源４０から供給されたガスが石英チューブ３８のガス噴出口４１から真空処理室３４内に噴出される。また、真空ポンプ５０により真空処理室３４から排出口４７を介してガスが排出され、バルブ４９によって真空処理室３４内は一定の圧力に維持される。高周波電源４３からＩＣＰコイル４２に対して高周波電力が供給されると、真空処理室３４内にプラズマ７５が発生し、基板２５がエッチングされる。
【００３５】
ＩＣＰコイル４２は半球面である上半球部３１の外周面に配置されているため、ＩＣＰコイル４２と誘電体である上半球部３１とが接近して配置されている。そのため、パワーロスが少なく、高密度のプラズマ７５を真空処理室３４内に発生させることができる。
【００３６】
上半球部３１はその外側に放射状に配置された複数の赤外線ランプヒータ４５により全体が均一に加熱されるため、反応生成物の上半球部３１の内面への付着を確実に防止することができる。
【００３７】
真空処理室３４は、その内面がそれぞれ球面の一部を構成している上半球部３１、下半球部３２、及びリングプレート３３により区画されている。また、下半球部３２の昇降により真空処理室３４が開閉されるのでゲート開口部やゲート弁が設けられておらず、透明性を有する誘電体からなる上半球部３１を介して真空処理室３４内を観察することができるのでビューイングポイントのための開口も設けられていない。このように真空処理室３４は凹凸を可能な限りなくした球状の空間であり、この球状の空間の赤道面付近に基板２５が配置されている。また、上半球部３１の極側に位置する石英チューブ３８から供給されたガスが、下半球部３２の極側に位置する排気口から排出されるので、真空処理室３４内へのガスの供給位置と排出位置とは真空処理室３４が構成する球の鉛直方向の軸上に配置されている。従って、真空処理室３４内で対称なガス流れ７６が得られ、偏在のない均一なプラズマ７５が発生するので、大型の基板２５に微細なエッチング処理を行う場合にも、均一なエッチング処理を行うことができる。
【００３８】
特に、ガス噴出口４１を備える石英チューブ３８を上半球部３１の内面に沿って極に対して対称に放射状に配置したことにより、ガス流れ７６の基板２５に対する対称性をより向上することができる。また、基板２５の中央付近におけるガス噴出口４１から基板２５までの距離が、基板２５の周縁付近におけるガス噴出口４１から基板２５までの距離よりも長くなるため、ガスのレジデンスタイムをより均一化することができる。
【００３９】
基板交換時には、図２に示すように、下半球部３２が降下して、リングプレート３３から離れる。その結果、真空処理室３４が開放されて移載室２２と連通する。次に、突き上げプレート６７の上昇により突き上げピン６４が基板保持台３６から突出し、処理済の基板２５が基板保持台３６から上昇する。次に、搬送アーム２８ａ，２８ｂにより処理済の基板２５が次の基板２５と交換される。この際、真空処理室３４と移載室２２とは真空容器３０の水平方向全周で連通しており、搬送アーム２８ａ，２８ｂが真空処理室３４内に進入するための空間が水平方向に広く確保されている。従って、両方の搬送アーム２８ａ，２８ｂを同時に延ばした状態で、旋回動作と昇降動作とにより基板２５の交換を行うことができ、高速で信頼性の高い基板２５交換を実現できる。
【００４０】
メンテナンス等のために真空処理室３４を大気圧に開放する場合には、図１に示すように、シリンダ６０のロッドを突出位置とし、付勢プレート６１により下半球部３２をリングプレート３３に向けて上向きに付勢する。これによって大気圧に開放される真空処理室３４と移載室２２とが確実に遮断されるため、移載室２２の真空は確実に保持される。従って、図８に示すように共通の移載室２２に設けられた複数のＩＣＰエッチング装置２１の真空容器３０を互いに独立して大気開放することができる。
【００４１】
（第２実施形態）
次に、図１０から図１５に示す本発明の第２実施形態に係るＩＣＰエッチング装置２１について説明する。
このＩＣＰエッチング装置２１は基板保持台３６の昇降機構を備え、基板保持台３６の昇降と突き上げピン６４の動作が連動する。
【００４２】
図１０及び図１３に示すように、突き上げピン６４はその下端が基板保持台３６の下面から突出するように基板保持台３６に挿通されている。突き上げピン６４の下端にはばね受け板７７が固定され、ばね受け板７７と基板保持台３６の下面との間にはばね７８が配置されている。基板保持台３６の下面とばね受け板７７とはベローズ７９により連結されており、このベローズ７９内に突き上げピン６４の下部とばね７８が収容されている。図１３に示すように、ばね７８の付勢力により突き上げピン６４はその先端が基板保持台３６の上面と一致するように位置決めされている。
【００４３】
図１３及び図１５に示すように、基板保持台３６は鉛直方向に延びるボールねじ８０の上端に固定されている。基板保持台３６の下面と係止部材８１がベローズ８２により連結されており、ボールネジはこのベローズ８２に挿通されている。図１４に示すように、係止部材８１は中空ブラケット８３の上端に固定されており、ボールねじ８０の下端側は係止部材８１を通過して中空ブラケット８３の内部に延びている。中空ブラケット８３内には円筒体８４が軸受８５により支持されている。この円筒体８４の上端にはボールねじ８０と係合するナット８６が固定されている。中空ブラケット８３の下端が固定された支持体５２内で円筒体８４の下端に固定されたギア８８ａと、水平方向に延びる水平シャフト８７の一端に固定されたギア８８ｂが係合している。支持体５２外に位置する水平シャフト８７の他端に固定されたギア８８ｃは、モータの出力軸に固定されたギア８８ｄと係合している。この突き上げ機構では、モータが回転するとの円筒体８４と共にナット８６が回転し、その回転方向に応じてボールねじ８０が昇降する。このボールねじ８０の昇降により、基板保持台３６が昇降する。
【００４４】
図１０及び図１３に示すように、基板保持台３６が最も上昇した位置にあるときには、ばね受け板７７と係止部材８１との間には、距離ａの隙間が存在している。従って、基板保持台３６の最上昇位置からの降下量がこの距離ａに達するまでの範囲では、突き上げピン６４は駆動されず、基板保持台３６の鉛直方向の位置のみが変化する。一方、図１２に示すように、基板保持台３６の最上昇位置から降下量が距離ａを超えると、ばね７８の付勢力に抗してばね受け板７７が押し上げられるため、基板保持台３６の上面から突き上げピン６４が突出する。この突き上げピン６４の突出により基板２５が基板保持台３６から上昇する。
【００４５】
図１０及び図１５に示すように、基板保持台３６にはその周囲を取り囲むアースシールド板８９が取り付けられている。このアースシールド板８９にはガスを通過させるための多数の貫通孔９０が設けられている。基板保持台３６の昇降と共に、このアースシールド板８９も昇降する。第２実施形態のその他の構成は第１実施形態と同様であるので、同一の要素には同一の符号を付して説明を省略する。
【００４６】
図１０に示すように、エッチング処理時には、石英チューブ３８のガス噴出口４１から真空処理室３４内にガスが噴出される一方、真空ポンプ５０により排気部を介して真空処理室３４からガスが排出され、バルブ４９によって真空処理室３４内は一定の圧力に維持される。真空処理室３４は球状であり、上半球部３１の極側から供給されたガスが、下半球部３２極側から排出される。また、アースシールド板８９には多数の貫通孔９０が設けられているため、アースシールド板８９によるガス流の乱れは最小限に抑制されている。従って、真空処理室３４内で対称なガス流れ７６が得られ、高周波電源４３からＩＣＰコイル４２に高周波電力を供給すると、偏在のない均一なプラズマ７５が発生するので、大型の基板２５に微細なエッチング処理を行う場合にも均一なエッチング処理を行うことができる。
【００４７】
上記のように基板保持台３６は係止板との隙間の距離ａであれば、基板２５をその上面に保持したままで昇降位置を調整することができる。この基板保持台３６の昇降により、真空処理室３４内のガス流れ７６と、基板２５に吹きつけられるガスのレジデンスタイムを制御することができるので、これらを処理条件のパラメータとすることができる。また、アース電位であるアースシールド板８９及び基板保持台３６を昇降することにより、真空容器３０の内部空間内のインピーダンスが変化し、プラズマ７５の大きさやプラズマ７５と基板２５の距離を制御することができるので、これらを処理条件のパラメータとすることができる。
基板交換時には、下半球部３２が図１０に示すようにリングプレート３３に当接する上昇位置から、図１１で示すリングプレート３３から離反した降下位置に降下する。その結果、真空処理室３４が開放されて移載室２２と連通する。次に、図１２に示すように、基板保持台３６が距離ａを越えて降下し、突き上げピン６４が基板保持台３６から突出することにより処理済の基板２５が基板保持台３６から上昇する。その後に、搬送アーム２８ａ，２８ｂにより基板２５が交換されるが、真空処理室３４と移載室２２とは真空容器３０の水平方向全周で連通しているため、両方の搬送アーム２８ａ，２８ｂを同時に延ばした状態で、高速で信頼性の高い基板２５交換を行うことができる。
【００４８】
本発明は、上記実施形態に限定されず、種々の変形が可能である。
例えば、上記実施形態はＩＣＰエッチング装置２１を例として説明したが、本発明は、高周波（Very High Frequency（ＶＨＦ））プラズマエッチング装置、反応イオンエッチング（Reactive Ion etching(ＲＩＥ)）装置、上部電極と下部電極の両方に高周波電力を印加する２周波ＲＩＥ装置を含む他のプラズマエッチング装置、スパッタリング装置、プラズマＣＶＤ装置等の他のプラズマ処理装置にも適用することができる。
【００４９】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明のプラズマ処理装置では、真空処理室を球状とすることによりガス流れを対称としているため、基板に吹き付けられたガスのレジデンスタイムを均一化し、偏在のない均一なプラズマを発生させることができる。従って、大型の基板に対して微細な処理を行う場合にも、基板に対して均一な処理を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態に係るＩＣＰエッチング装置（真空処理室閉鎖時）を示す縦断面図である。
【図２】本発明の第１実施形態に係るＩＣＰエッチング装置（真空処理室開放時）を示す縦断面図。
【図３】基板突き上げ機構を示す概略縦断面図。
【図４】ガス導入石英チューブを示す斜視図。
【図５】ＩＣＰコイルの配置を示す概略斜視図。
【図６】赤外線ランプヒータの配置を示す斜視図。
【図７】支持体を示す概略斜視図。
【図８】マルチチャンバ式の真空処理装置を示す一部破断斜視図。
【図９】移載機構を示す斜視図。
【図１０】本発明の第２実施形態に係るＩＣＰエッチング装置（真空処理室閉鎖時）を示す縦断面図。
【図１１】本発明の第２実施形態に係るＩＣＰエッチング装置（真空処理室開放時）を示す縦断面図。
【図１２】本発明の第２実施形態に係るＩＣＰエッチング装置（基板上昇時）を示す縦断面図。
【図１３】基板突き上げ機構を示す概略斜視図。
【図１４】係止部材を示す部分斜視図。
【図１５】基板保持台を示す部分斜視図。
【図１６】従来のプラズマ処理装置の一例を示す縦断面図。
【符号の説明】
２２移載室
２３ケーシング
２５基板
２６基板搬送ロボット
２８ａ，２８ｂ搬送アーム
３０真空容器
３１上半球部
３２下半球部
３３リングプレート
３４真空処理室
３６基板保持台
３８石英チューブ
４２ＩＣＰコイル
４５赤外線ランプヒータ
４６反射板
４７排気口
５０真空ポンプ
６１付勢プレート
６３突き上げブラケット
６４突き上げピン
７５プラズマ
７６ガス流れ
７７ばね受け板
７８ばね
８１係止部材
８９アースシールド板
９０貫通孔

Claims

基板が収容される真空容器の内部空間である真空処理室にガスを導入すると共に排出しつつ上記真空容器の上部の外面に沿って配置された誘導結合プラズマコイルに高周波電力を印加してプラズマを発生させ、このプラズマにより基板を処理するプラズマ処理装置であって、
上記真空容器が上半球部と下半球部とを備える球状であり、
上記真空容器の上半球部に、上記真空処理室に上記ガスを導入するガス導入部を備え、
上記ガス導入部は、上記上半球部の内面に沿って上半球部の極に対して対称に放射状に配置され、かつそれぞれ複数のガス噴出口を備える複数のチューブと、これらのチューブの基端とガス供給部とを接続する継手とを備え、上記ガス噴出口はガスの噴出方向が基板に対して垂直となるように設けられていることを特徴とする、プラズマ処理装置。
上記真空容器の下半球部に、上記真空処理室からガスを排出する排出部を備え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。
上記排出部は、上記真空容器の下半球部の極に設けられていることを特徴とする、請求項２に記載のプラズマ処理装置。
基板が収容される真空容器の内部空間である真空処理室にガスを導入すると共に排出しつつ上記真空容器の上部の外面に沿って配置された誘導結合プラズマコイルに高周波電力を印加してプラズマを発生させ、このプラズマにより基板を処理するプラズマ処理装置であって、
上記真空容器が上半球部と下半球部とを備え、
上記上半球部と上記下半球部とは互いに分離可能であり、
上記下半球部を、上記上半球部に対して当接させて上記真空処理室を閉鎖させる上昇位置と、上記上半球部に対して離反させて上記真空処理室を開放する降下位置とに移動させる昇降機構を備え、かつ
上記上半球部は透明性を有する誘電体からなることを特徴とする、プラズマ処理装置。
上記真空容器の上半球部に、上記真空処理室に上記ガスを導入するガス導入部を備えることを特徴とする、請求項４に記載のプラズマ処理装置。
上記真空容器の下半球部に、上記真空処理室からガスを排出する排出部を備えることを特徴とする、請求項４又は請求項５に記載のプラズマ処理装置。
上記排出部は、上記真空容器の下半球部の極に設けられていることを特徴とする、請求項６に記載のプラズマ処理装置。