JP4239990B2 - プラズマ処理装置 - Google Patents

Description

本発明は、半導体ウェハをプラズマ処理するプラズマ処理装置に関するものである。

電子部品製造分野では、基板や半導体ウェハなどを対象とした表面処理方法としてプラズマ処理が多用される。このプラズマ処理は密閉された処理室内で行われるため、プラズマ処理装置には対象ワークを処理室内に搬入・搬出するハンドリング機構を必要とする。対象ワークが半導体ウェハである場合には、ハンドリング方法として、通常の基板などのように搬送路の上面に基板の下面を接触させた状態のまま滑らせて搬送する方法が採用できない。このため、半導体ウェハを対象とする場合には、半導体ウェハの下面側から搬送アームによって保持するハンドリング方法が採用される。

そして半導体ウェハを対象とするプラズマ処理装置では、搬送アームによって搬入された半導体ウェハを、プラズマを発生させるための電極部上に載置するため、またプラズマ処理後に電極部上に載置された状態の半導体ウェハを搬送アームに保持させるための機構が必要となる。この機構として、電極部に半導体ウェハの両端部を載置するための載置部を設け、半導体ウェハをこれらの載置部に保持させた状態で、搬送アームが半導体ウェハの中央部の下面側で進退できるようにした構成が知られている。

このような構成において、プラズマ処理時に半導体ウェハの下面に隙間が存在するとプラズマ放電の発生状態が不安定となり、均一なプラズマ処理を安定して行うことが困難であるため、電極部に半導体ウェハの下面全体を隙間無く接触させる構成が望ましい（例えば特許文献１参照）。この特許文献例においては、半導体ウェハの外周部を３つの昇降爪によって下面側から支持して昇降させることにより、半導体ウェハの搬入・搬出時の昇降動作を行うようにしている。これにより、ハンドリング時には搬送アームが半導体ウェハの下面側で進退することができ、また電極部の上面と半導体ウェハの下面との間に隙間がない状態でプラズマ処理を行うことができる。
特開平１１−３１６７９号公報

しかしながら上述の特許文献例に示す構成では、プラズマ処理のための処理室を形成する真空チャンバ内において、昇降爪を昇降させる専用の昇降機構を設ける必要があった。このため真空チャンバの機構が複雑になり、装置のコンパクト化・低コスト化が妨げられていた。このように従来は、半導体ウェハを対象として、安定した均一なプラズマ処理を簡便・安価な構成で実現することが困難であった。

そこで本発明は、半導体ウェハを対象として、安定した均一なプラズマ処理を簡便・安価な構成で実現することを目的とする。

本発明のプラズマ処理装置は、処理室内に搬入された半導体ウェハを対象としてプラズマ処理を行うプラズマ処理装置であって、前記処理室の底部を形成する水平なベース部と、このベース部に対して昇降し下降状態において前記ベース部に当接して密閉された前記処理室を形成する蓋部材と、前記処理室内を真空排気する真空排気部と、前記処理室内にプラズマ発生用ガスを供給するガス供給部と、前記半導体ウェハが載置される電極部と、前記電極部に高周波電圧を印加する高周波電源部とを備え、前記電極部は、前記ベース部
に絶縁体を介して装着され前記高周波電源部と接続された電極部材と、前記電極部材の上面に半導体ウェハの搬送方向に配置され前記半導体ウェハの両端部をそれぞれ下面側から支持する２列のガイド部と、前記２列のガイド部の間で昇降自在に配設された昇降体と、前記電極部材を上下方向に貫通して昇降自在に設けられ上端部が前記昇降体の下面と連結された昇降ロッドと、前記昇降ロッドを下方に付勢する付勢手段とを有し、前記処理室内を減圧することにより前記昇降ロッドが前記昇降体とともに処理室内外の圧力差により上昇した状態において、前記昇降体が前記ガイド部に支持された半導体ウェハの下面に近接する。

本発明によれば、半導体ウェハを保持する２列のガイド部の間で昇降自在に配設された昇降体に、処理室内の電極部を上下に貫通して昇降自在に配設された昇降ロッドを連結し、この昇降ロッドを付勢手段によって下方に付勢した構成を採用することにより、減圧時に昇降ロッドと昇降体とをともに圧力差により上昇させて、昇降体が半導体ウェハの下面に近接した状態でプラズマ処理を行うことができ、均一なプラズマ処理を安定して行うことが可能となる。

次に本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。図１は本発明の一実施の形態のプラズマ処理装置の斜視図、図２は本発明の一実施の形態のプラズマ処理装置のベース部の平面図、図３は本発明の一実施の形態のプラズマ処理装置の断面図、図４、図５は本発明の一実施の形態のプラズマ処理装置の動作説明図である。

まず、図１、図２，図３を参照してプラズマ処理装置の構造を説明する。図１において、基台１の上面にベース部２が装着されている。ベース部２の上方には、蓋部材３が昇降駆動機構（図示省略）と連結された昇降軸３ｂによって昇降自在に配設されている。蓋部材３は下面側が開放された箱形状の部材であり、蓋部材３が下降してベース部２の上面に当接することにより、プラズマ処理のための密閉された処理室１０（図３参照）が形成され、処理室１０内に搬送アーム９によって搬入された半導体ウェハ８を対象としてプラズマ処理が行われる。

処理室１０の底部を形成する水平なベース部２には、図１，図２に示すように、上面に開口した方形形状の電極用開口部２ａが設けられている。電極用開口部２ａ内には、処理室１０内でプラズマ放電を発生させるための電極部６が装着され、電極部６には処理対象の半導体ウェハ８が載置される。電極部６の上面には、半導体ウェハ８をガイドするためのガイド部７がＸ方向（半導体ウェハの搬送方向）に２列に配置されている。半導体ウェハ８は搬送アーム９によって下面側を保持された状態で処理室１０内に搬入され、両端部をガイド部７によって保持される。

ベース部２において、蓋部材３の下端部３ａ（図３参照）が当接する部分にはシール部材４が装着されており、下端部３ａの当接面がシール部材４に対して押圧されることにより、処理室１０の内部の真空密が確保される。ベース部２には処理室１０内に位置して真空排気口２ｂが設けられており、図３に示すように、真空排気口２ｂは排気用配管１１を介して真空排気部１２に接続されている。蓋部材３を下降させて処理室１０を閉じた状態で真空排気部１２を駆動することにより、処理室１０内が真空排気される。また蓋部材３の上面にはガス供給孔３ｃが設けられており、ガス供給孔３ｃはガス供給配管５を介してガス供給部１３に接続されている。ガス供給部１３を駆動することにより、処理室１０内にはガス供給孔３ｃからアルゴンガスなどのプラズマ発生用ガスが供給される。

次に図３を参照して、電極部６の構造を説明する。電極部６は、第１電極部材１９、第
２電極部材１７、第３電極部材１６の３つに分割された電極部材と、電極部材の上面に配置された２列のガイド部７と、これらの２列のガイド部７との間で昇降自在に配設された昇降体１４と、昇降体１４の下面と連結された昇降ロッド１５および昇降ロッド１５を下方に付勢する付勢手段としての圧縮バネ２３より構成される。

ベース部２に設けられた電極用開口部２ａは上面側の幅が広い段付き形状となっており、電極用開口部２ａ内にはこの段付き形状に対応した形状の第２電極部材１７が絶縁隙間を隔てて嵌入している。第２電極部材１７の下部は水平な第１電極部材１９と結合されており、第１電極部材１９はベース部２の下面に絶縁体２０を介して固着されている。ベース部２と絶縁体２０との当接面および絶縁体２０と第１電極部材１９との当接面は、シール部材２１によって真空密にシールされている。

第２電極部材１７の上面には、上面に半導体ウェハ８の搬送用の切欠き部が設けられた断面形状の２つのガイド部７が、半導体ウェハの搬送方向（図３において紙面垂直方向）に平行に配置されている。切欠き部の底面は半導体ウェハ８の両端部を下面側から支持する支持面７ａとなっており、切欠き部の側面は半導体ウェハ８の側端面をガイドするガイド面７ｂとなっている。

第２電極部材１７の中央部に設けられた円形の嵌合孔１７ａには、下面側にフランジ部１６ａが設けられた円筒スリーブ形状の第３電極部材１６が嵌合している。第３電極部材１６の内部孔１６ｂには、昇降ロッド１５が上下に昇降自在に貫通しており、昇降ロッド１５の外周面と内部孔１６ｂの内週面との摺動面は、軸シール部材１８によって真空密が確保される。

昇降ロッド１５の上部には水平な板状の昇降体１４が連結されており、昇降ロッド１５が昇降することにより昇降体１４は２つのガイド部７の間で昇降する。昇降ロッド１５はシールドケーブル２４を介して第１電極部材１９と電気的に導通しており、さらに第１電極部材１９にはシールドケーブル２４を介して高周波電源部２５が接続されている。高周波電源部２５を作動させることにより、電極部６には高周波電圧が印加される。このとき、昇降体１４にも昇降ロッド１５を介して高周波電圧が印加される。

真空排気部１２によって処理室１０内を真空排気し、ついでガス供給部１３によって処理室１０内にプラズマ発生用ガスを供給した状態で高周波電源部２５を作動させることにより、処理室１０内にはプラズマが発生する。そしてこのプラズマの作用により、ガイド部７に保持された半導体ウェハ８のプラズマ処理が行われる。したがって、プラズマ発生用ガス供給部１３および高周波電源部２５は、処理室１０内においてプラズマを発生させるプラズマ発生手段となっている。

昇降ロッド１５の下端部に設けられたエンドプレート１５ａとフランジ部１６ａの下面との間には圧縮バネ２３が装着されており、圧縮バネ２３はエンドプレート１５ａを介して昇降ロッド１５を下方に付勢する。この付勢力により昇降体１４は、第３電極部材１６および第２電極部材１７の上面に押しつけられた状態にある。そして昇降ロッド１５をこの付勢力に抗して上昇させる力が作用すると、昇降ロッド１５は昇降体１４とともに上昇し、フランジ部１６ａの下面に設けられたストッパ２２にエンドプレート１５ａが当接した上限位置にて停止する。この上限位置は、電極部６においてガイド部７の支持面７ａによって両端部を下面側から支持された半導体ウェハ８の下面に、昇降体１４の上面が隙間無く近接する高さ位置に対応している。

このプラズマ処理装置は上記のように構成されており、以下図４，図５を参照して、半導体ウェハ８の搬入動作およびプラズマ処理動作について説明する。プラズマ処理の開始
に際しては、図４（ａ）に示すように、搬送アーム９によって半導体ウェハ８の下面を保持して、半導体ウェハ８をガイド部７に対して位置合わせする。

次いで図４（ｂ）に示すように、搬送アーム９をＸ方向に移動させて、半導体ウェハ８をガイド面７ｂによって側端部をガイドしながら２列のガイド部７の間に進入させる。そして半導体ウェハ８が所定処理位置に到達したならば、搬送アーム９を幾分下降させることにより、半導体ウェハ８の両端部をガイド部７の支持面７ａ（図２参照）上に載置して支持させる。そしてこの状態で、搬送アーム９を引き出すことにより、半導体ウェハ８の電極部６への載置が完了する。この状態では、半導体ウェハ８の下面と昇降体１４の上面との間には、搬送アーム９の進退動作のための隙間が存在している。

この後、図５（ａ）に示すように、蓋部材３を下降させて処理室１０を密閉し、プラズマ処理動作が開始される。まず、真空排気部１２によって処理室１０内の真空排気が行われる。処理室１０内が減圧されると処理室１０の内外で圧力差が発生し、これにより昇降ロッド１５には圧力差に応じた上向きの力が作用する。そしてこの力が圧縮バネ２３による付勢力より大きくなると、昇降ロッド１５は昇降体１４とともに上昇し、エンドプレート１５ａがストッパ２２に当接した上限位置で停止する。これにより、昇降体１４はガイド部７によって両端部を保持された半導体ウェハ８の下面に近接し、半導体ウェハ８の下面の隙間がほとんどない状態となる。

そしてこの後、前述のように処理室１０内でプラズマを発生させて、半導体ウェハ８を対象としたプラズマ処理が行われる。このプラズマ処理過程においては、半導体ウェハ８は下面側に隙間を生じることなく電極部６に保持されていることから、半導体ウェハ８と電極部６との間の異常放電など、半導体ウェハ８の下面側の隙間に起因する不具合を生じることなく、均一な安定したプラズマ処理が行われる。

そしてプラズマ処理の１サイクルが終了した後には、処理室１０内に大気を導入して真空を破壊する。そして処理室１０内の圧力が上昇して処理室１０内外の圧力差が低下することにより、昇降ロッド１５が昇降体１４とともに圧縮バネ２３の付勢力によって下降し、図５（ａ）に示す状態となる。これにより、半導体ウェハ８の下面と電極部６との間には搬送アーム９が進退するための隙間が確保される。そして蓋部材３を上昇させることによって処理室１０を開放したならば、搬送アーム９を半導体ウェハ８の下面の隙間内に進入させ、プラズマ処理後の半導体ウェハ８を搬送アーム９によって下面側から保持して搬出する。

すなわち上述のプラズマ処理においては、処理室１０内を真空排気することにより昇降ロッド１５が昇降体１４とともに処理室１０内外の圧力差により上昇した状態において昇降体１４がガイド部７に支持された半導体ウェハ８の下面に近接する。このとき、昇降体１４が半導体ウェハ８の下面にわずかに接触してもよく、また昇降体１４と半導体ウェハ８との間にわずかな隙間が存在してもよい。そして処理室１０内に大気を導入して真空破壊した状態において、昇降ロッド１５が昇降体１４とともに圧縮バネ２３の付勢力によって自動的に下降する。

上記説明したように、本実施の形態に示すプラズマ処理装置は、半導体ウェハ８を保持する２列のガイド部７の間で昇降自在に配設された昇降体１４に、処理室１０内の電極部６を上下に貫通して昇降自在に配設された昇降ロッド１５を連結し、この昇降ロッド１５を圧縮バネ２３によって下方に付勢した構成を採用している。

この構成により、処理室を構成するベース部や蓋部材に半導体ウェハを昇降させるための専用機構を設ける必要があった従来装置と比較して、簡便・安価な構成によって、半導
体ウェハ８の下面側に隙間が存在しない状態でプラズマ処理を行うことができ、均一なプラズマ処理を安定して行うことが可能となる。

本発明は、半導体ウェハを対象として、安定した均一なプラズマ処理を簡便・安価な構成で実現することができるという効果を有し、半導体ウェハを対象として表面のエッチング処理などを行うプラズマ処理装置に有用である。

本発明の一実施の形態のプラズマ処理装置の斜視図 本発明の一実施の形態のプラズマ処理装置のベース部の平面図 本発明の一実施の形態のプラズマ処理装置の断面図 本発明の一実施の形態のプラズマ処理装置の動作説明図 本発明の一実施の形態のプラズマ処理装置の動作説明図

符号の説明

２ ベース部
３ 蓋部材
６ 電極部
７ ガイド部
８ 半導体ウェハ
９ 搬送アーム
１０ 処理室
１２ 真空排気部
１３ ガス供給部
１４ 昇降体
１５ 昇降ロッド
２３ 圧縮バネ
２５ 高周波電源部

Claims (1)

1. 処理室内に搬入された半導体ウェハを対象としてプラズマ処理を行うプラズマ処理装置であって、
   前記処理室の底部を形成する水平なベース部と、このベース部に対して昇降し下降状態において前記ベース部に当接して密閉された前記処理室を形成する蓋部材と、前記処理室内を真空排気する真空排気部と、前記処理室内にプラズマ発生用ガスを供給するガス供給部と、前記半導体ウェハが載置される電極部と、前記電極部に高周波電圧を印加する高周波電源部とを備え、
   前記電極部は、前記ベース部に絶縁体を介して装着され前記高周波電源部と接続された電極部材と、前記電極部材の上面に半導体ウェハの搬送方向に配置され前記半導体ウェハの両端部をそれぞれ下面側から支持する２列のガイド部と、前記２列のガイド部の間で昇降自在に配設された昇降体と、前記電極部材を上下方向に貫通して昇降自在に設けられ上端部が前記昇降体の下面と連結された昇降ロッドと、前記昇降ロッドを下方に付勢する付勢手段とを有し、前記処理室内を減圧することにより前記昇降ロッドが前記昇降体とともに処理室内外の圧力差により上昇した状態において、前記昇降体が前記ガイド部に支持された半導体ウェハの下面に近接することを特徴とするプラズマ処理装置。
   

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