JP4660926B2 - 枚葉式の処理装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体ウエハ等に対して１枚ずつエッチングや成膜やアニール等の処理を施す枚葉式の処理装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、半導体集積回路を製造するには、半導体ウエハ等の基板に、成膜処理、エッチング処理、酸化拡散処理、アニール改質処理等の各種の処理を繰り返し行なって、所望する集積回路を形成するようになっている。上記したような各種の処理を行なう場合には、その処理の種類に対応して必要な処理ガス、例えば成膜処理の場合には成膜ガスを、アニール改質処理の場合にはオゾンガスを、エッチング（プラズマエッチングも含む）する場合にはエッチングガス等を処理容器内へ導入する。
この場合、処理容器内の雰囲気は、その処理の種類に対応した好ましい一定圧力を維持するように、真空引きされているが、この真空引きされるガスの流れは、処理の面内均一性を高く維持する上から半導体ウエハの表面に対して均等に流れることが要請される。
【０００３】
ここで半導体ウエハの表面に付着した自然酸化膜（ＳｉＯ２ ）等をプラズマを
用いて除去するための従来の一般的な処理装置（例えば特表２０００−５１１７００号公報等）について説明する。図７は従来の一般的な枚葉式の処理装置を示す概略構成図、図８は図７中の載置台の部分を示す平面図である。図７に示すように、プラズマを用いた処理装置は、例えば断面が円筒形状のアルミニウム製の処理容器２を有しており、この処理容器２の内部には容器側壁より延在させた中空状の幅広の支持アーム部材４の先端に設置した載置台６が設けられ、この載置台６上に半導体ウエハＷを載置するようになっている。そして、処理容器２の上部側壁には、この中に処理ガスとして例えばＡｒガスやＨ２ ガスのプラズマ用の
ガスを導入するガス孔７がその周方向に沿って多数設けられている。
また、処理容器２の天井部は開放されて、この部分に例えば石英等よりなる有天井の円柱状の天井ドーム８が気密に設けられる。この円柱状の天井ドーム８の外側壁には、誘導結合コイル１０が巻回されており、これに誘導結合プラズマ用の高周波電源１２から例えば４５０ＫＨｚの高周波を印加するようになっている。
【０００４】
また、上記載置台６は例えば窒化アルミ（ＡｌＮ）等のセラミックよりなり、この内部には、抵抗加熱ヒータ１４及びバイアス電極１６が埋め込まれており、それぞれヒータ電源、及び例えば１３．５６ＭＨｚの高周波を発生するバイアス用の高周波電源１６に接続されている。
また、処理容器２の底部の中心部には、下方に直線的に延びる大口径の所定の長さの排気管路１８が接続されると共に、この排気管路１８には、流路調整弁２０及び例えばターボ分子ポンプよりなる真空ポンプ２２が順次介設されており、上記処理容器２内を真空引きするようになっている。そして、この真空ポンプ２２の排出口のフランジは、排気ダクト２４に接続されており、最終的な処理系（図示せず）へ排気ガスを流すようになっている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記した装置例にあっては、処理容器２の上部側壁に設けた多数のガス孔７から処理空間Ｓに略均等に処理ガス（プラズマ用ガス）が供給され、そして、この処理ガスは、誘導結合によってプラズマ化されて、ウエハ表面をエッチングしつつ、載置台６の周辺部を下方へ流下して排気管路１８内を真空引きされて行くことになる。
しかしながら、この装置例にあっては、載置台６を支持する幅広の支持アーム部材４が容器側壁に取り付けられていることから、この支持アーム部材４が真空引きされる処理容器２内の雰囲気の流れを阻害し、これを偏流させてしまっていた。このため、上記偏流によって排気ガス（容器内雰囲気）の流れがウエハ表面上において不均一になり、プロセス処理、ここではエッチング処理がウエハ面内において不均一になって面内均一性が劣化してしまう、といった問題があった。
本発明は、以上のような問題点に着目し、これを有効に解決すべく創案されたものである。本発明の目的は、処理空間の雰囲気を載置台の周辺部から均等に真空引きして被処理体の表面におけるプロセス処理の面内均一性を向上させることが可能な枚葉式の処理装置を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
請求項１に係る発明は、所定の処理が施される被処理体を載置する載置台を処理容器内に配置してなる枚葉式の処理装置において、前記処理容器の底部の中央部に形成された開口に、その下方へ直線状に延びるように接続された排気管路と、上端が前記載置台の下面に接合された上部中空パイプ部材と該上部中空パイプ部材の下端部に接続された下部中空パイプ部材とよりなり、前記排気管路に対して２重管構造となるように前記排気管路の中心部に同軸状に設けられると共に、内部に電力供給ラインが配設された載置台支持支柱と、前記排気管路の内周壁と前記下部中空パイプ部材の外周壁との間に接続されて前記載置台支持支柱と前記載置台とを支持すると共に、排気ガスの流れ方向に沿って鉛直方向に延びるように設けられた複数の取付板と、前記排気管路の途中に設けられて、前記電力供給ラインを外部へ取り出すために前記下部中空パイプ部材の下端に連通状態で接合されたライン取り出し管と、前記排気管路の下端部に設けた真空ポンプと、を備えたことを特徴とする枚葉式の処理装置である。
これにより、被処理体を載置する載置台は、処理容器の底部から直線状に下方へ延びる排気管路内の中心部に起立する載置台支持支柱により支持される構造なので、処理容器内の雰囲気を偏流させることなく載置台の周辺部から略均等に真空引きして排気することができる結果、被処理体の表面上におけるガスの流れを面内において均一化させることができ、この結果、プロセス処理の面内均一性を向上させることが可能となる。
【０００８】
この場合、例えば請求項２に規定するように、前記真空ポンプの上流側には、前記排気管路の流路面積を制御するための流路調整弁が設けられている。
また、例えば請求項３に規定するように、前記上部中空パイプ部材と前記下部中空パイプ部材との接合部にはシール部材と冷却ジャケットが設けられており、前記下部中空パイプ部材内と前記ライン取り出し管内には前記冷却ジャケットへ冷媒を流すための冷媒循環路が挿通されている。
また、例えば請求項４に規定するように、前記排気管路は、前記処理容器の底部に接続された上部管と、前記上部管に接続されて管径を調整するための管径調整管と、前記管径調整管に接続されると共に前記真空ポンプが設けられた下部管とよりなる。
また、例えば請求項５に規定するように、前記処理容器の天井部には、誘導結合プラズマ用の高周波電源に接続された高周波コイルが設けられると共に、前記載置台には、バイアス用の高周波電源に接続されたバイアス電極が設けられている。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明に係る枚葉式の処理装置の一実施例を添付図面に基づいて詳述する。
図１は本発明の枚葉式の処理装置の一実施例を示す構成図、図２は図１中のＡ−Ａ線矢視断面図、図３は図１中のＢ−Ｂ線矢視断面図である。
本実施例では、処理装置として誘導結合プラズマ（ＩＣＰ：Ｉｎｄｕｃｔｉｖｅｌｌｙ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｐｌａｓｍａ）により自然酸化膜をエッチングする処理装置を一例にとって説明する。
図示するように、この処理装置２６は、例えば天井部が開口された円筒体状のアルミニウム製の処理容器２８を有している。この処理容器２８の中心部には、その上面に被処理体である半導体ウエハＷを載置する例えば窒化アルミ（ＡｌＮ）等のセラミックよりなる円板状の載置台３０が設置されている。この載置台３０内には、必要に応じて加熱手段としての抵抗加熱ヒータ３２や高周波電圧を印加するためのバイアス電極３４が予め埋め込まれている。
【００１０】
そして、この載置台３０には、これを上下方向に貫通した複数、例えば３つのピン孔３６（図１中では２つのみ記す）が形成されており、各ピン孔３６には下端が連結リング３８により共通に連結された例えば石英製の押し上げピン４０が遊嵌状態で収容されている。そして、この連結リング３８は、処理容器２８の底部を上下動可能に貫通する昇降ロッド４２により、押し上げ可能になされており、上記押し上げピン４０を上下動してウエハＷを持ち上げ、或いは持ち下げ得るようになっている。また、上記昇降ロッド４２の容器底部の貫通部には、金属製の蛇腹状のベローズ４４が設けられており、上記処理容器２８内の気密性を維持しつつこの昇降ロッド４２の上下動を許容している。
尚、図示されていないが、載置台３０の周縁部の上方には、エッチング時にウエハ周縁部や載置台周縁部をエッチングから保護するためのシャドウリングも上下動可能に設けられている。
【００１１】
また、上記処理容器２８の天井開口部には、例えば石英等よりなる短い円筒体の有天井の天井ドーム４６がＯリング等のシール部材４８を介して気密に設けられている、そして、この天井ドーム４６の周囲には、十数ターン程度巻回された誘導結合プラズマ用の高周波コイル５０が設けられており、この高周波コイル５０には、マッチング回路５２を介して例えば４５０ＫＨｚの誘導結合プラズマ用の高周波電源５４に接続されている。
そして、処理容器２８の上部側壁には、ウエハＷの搬入・搬出時に開閉されるゲートバルブ５６が設けられると共に、上部側壁の周方向に沿って、ガス供給手段としての多数、例えば２０個程度のガス噴射孔５８が形成されており、このガス噴射孔５８より、流量制御されたプラズマガス等の処理ガスを処理容器２８内へ供給し得るようになっている。
【００１２】
そして、この処理容器２８の底部６０の略中央部には、処理容器２８の内径が略３６２ｍｍ程度に対して、直径が略２１０ｍｍ程度の大口径の開口６２が形成されている。そして、この開口６２に、その下方（鉛直方向）へ実質的に直線上に延びる同じく大口径の排気管路６４がＯリング等のシール部材６６を介して気密に接続されており、排気コンダクタンスをできるだけ大きくしている。
具体的には、この排気管路６４は、上記底部６０に接続される上部管６４Ａと、この下端に管径を調整するために直径が順次縮小された管径調整管６４Ｂを介して接続される下部管６４Ｃとにより主に構成されている。上記各管６４Ｂ、６４Ｃの接合部には、それぞれＯリング等のシール部材６５、６８が介設されて気密性を保持している。そして、この下部管６４Ｃの下端には、真空ポンプ９８が接続されており、この真空ポンプ９８の側部に設けた排気フランジ９９には、Ｏリング等のシール部材７０を介して後流排気管７２が接続されている。
【００１３】
そして、上記排気管路６４の上部管６４Ａ内の実質的に略中心部には、上記載置台３０を支持するための例えばアルミニウム製の載置台支持支柱７４が、同軸状に設けられている。具体的には、この載置台支持支柱７４は、上部中空パイプ部材７４Ａと、この下端部にＯリング等のシール部材７６を介して気密に接合される下部中空パイプ部材７４Ｂとよりなり、上記上部中空パイプ部材７４Ａの上端に、上記載置台３０の下面を気密に接合して、この載置台３０を支持するようになっている。
【００１４】
このようにして、上記下部中空パイプ部材７４Ｂとこの外側の上部管６４Ａとであたかも２重管構造のようになされており、この両部材間のドーナツ状の空間７７（図２参照）を排気ガスが流下するようになっている。そして、上記下部中空パイプ部材７４Ｂの外周壁と上記上部管６４Ａの内周壁との間を接続するようにして、複数の、図示例では４つの取付板７８（図２参照）が略等間隔で設けられており、この載置台３０と載置台支持支柱７４の全体荷重を支えるようになっている。尚、空間７７は、上記取付板７８により４つに分割された状態となっている。
また、これらの取付板７８は、排気ガスの流れ方向（鉛直方向）に沿って設けられており、排気抵抗をできるだけ抑制するようになっている。尚、この取付板７８の数は、排気抵抗を抑制するために、４つに限定されず、その数を減少させて２つ或いは３つ設けるようにしてもよい。
【００１５】
そして、上記載置台支持支柱７４の下部中空パイプ部材７４Ｂの下端は、上記上部管６４Ａを横方向へ貫通させてガス流れ方向に直交するように内部を横断して設けた中空状のライン取り出し管８０に互いに連通状態で接合されている。そして、このライン取り出し管８０によっても上記載置台３０や載置台支持支柱７４の荷重を受けるようになっている。そして、上記取付板７８の下端は、上記ライン取り出し管８０の外周壁の上端部分に接合されている。尚、このライン取り出し管８０が十分に上記荷重を受ける得る程に強度を高く設定しておけば、上記取付板７８の取り付けを省略するようにしてもよい。
そして、上記ライン取り出し管８０の上部管６４Ａに対する貫通部にはＯリング等のシール部材８２が介在されており、排気管路６４内の気密性を保持している。また、このライン取り出し管８０内や載置台支持支柱７４内は、外気と連通して大気圧になされており、このライン取り出し管８０内には、電力供給ラインとして、上記抵抗加熱ヒータ３２へ接続されるヒータ線８４や上記バイアス電極３４へ接続される高周波線８６が挿通されている。そして、このヒータ線８４の他端はヒータ電源（図示せず）に接続され、また、上記高周波線８６の他端はマッチング回路８８を介して例えば１３．５６ＭＨｚのバイアス用の高周波を出力するバイアス用の高周波電源９０に接続されている。
【００１６】
また、上記載置台支持支柱７４の上部中空パイプ部材７４Ａと下部中空パイプ部材７４Ｂとの接合部には、ここに設けたシール部材７６の熱損傷を防止するための冷却ジャケット９２が設けられており、この冷却ジャケット９２に冷媒を流すための冷媒循環路９４も上記載置台支持支柱７４内及びライン取り出し管８０内に挿通されている。
そして、排気管路６４の下部管６４Ｃには、３位置ゲートバルブよりなる流路調整弁９６が設けられており、この排気管路６４の全開状態及び全閉状態も含めて流路面積を調整し得るようになっている。尚、この流路調整弁９６として、上記ゲートバルブに代えて任意に流路面積を調整できるバタフライバルブ等を用いてもよい。
そして、この下部管６４Ｃには、この流路調整弁９６の真下において例えばターボ分子ポンプ等よりなる真空ポンプ９８が直接的に介在されている。この場合、この真空ポンプ９８の吸入口９８Ａは、排気ガスの流れに対して直交するように配置されており、排気抵抗をできるだけ少なくするようになっている。
ここで、上記上部中空パイプ部材７４Ａの長さＨ１は、冷却下のシール部材７６が熱劣化しないような十分な温度勾配を得られるように、例えば１５９ｍｍ程度に設定されている。
尚、上記説明では、上部管６４Ａ、下部中空パイプ部材６４Ｂ、取付板７８、ライン取り出し管８０及び下部中空パイプ部材７４Ｂの各部材は、それぞれ別体で設けたが、これらの各部材を、例えばアルミニウムのブロック体を切り出し加工等することによって一体的に成形するようにしてもよい。これによれば、シール性能の確実性、機械部品強度の向上を図ることが可能となる。
【００１７】
次に、以上のように構成された本実施例の動作について説明する。
まず、未処理の半導体ウエハＷは、図示しない搬送アームに保持されて開状態となったゲートバルブ５６を介して処理容器２８内へ搬入され、このウエハＷは押し上げピン４０に受け渡された後に、この押し上げピン４０を降下させることにより、ウエハＷを載置台３０上に載置保持する。
この載置台３０は予め所定の温度に予備加熱されており、ウエハＷの載置後に抵抗加熱ヒータ３２への供給電力を増加させてこのウエハＷを所定のプロセス温度、例えば６００℃まで昇温すると共にこのプロセス温度を維持する。
そして、処理容器２８の上部側壁に設けた各ガス噴射孔５８から流量制御された処理ガス、例えばプラズマガスとしてＡｒガスやＨ２ ガス等を処理容器２８内
へ供給しつつ真空ポンプ９８により処理容器２８内を真空引きして所定の圧力、例えば５ｍＴｏｒｒ（０．７Ｐａ）〜５Ｔｏｒｒ（６６５Ｐａ）程度に維持する。これと同時に、載置台３０に埋め込んだバイアス電極３４に１３．５６ＭＨｚのバイアス用の高周波電力を印加し、更に、天井ドーム４６に巻回した高周波コイル５０に、４５０ＫＨｚの高周波電力を印加し、これにより、誘導結合を生ぜしめて処理空間Ｓにプラズマを励起させる。この結果、アルゴンガスや水素の活性種等が生じて載置台３０上のウエハ表面の自然酸化膜等をエッチングすることになる。
【００１８】
ここで、本実施例にあっては、各ガス噴射孔５８から処理容器２８内へ導入された処理ガスがプラズマ化し、或いは活性種となって真空引きされる際に、載置台３０の外側部を流下して排気管路６４内を鉛直方向に流れて行くが、この載置台３０は図７に示す従来装置とは異なり、この排気管路６４内を同軸状態で鉛直方向に延びる載置台支持支柱７４によって支持されているので、処理容器２８内にはこの排気ガスの流れを阻害する部材は全くなく、従って、この排気ガスは偏流することなく載置台３０の周辺部から略均等に真空引きすることが可能となる。この結果、ウエハ面上においてガスの流れを均一化させることができるので、プラズマ密度を面内において均一化させ、プラズマ処理の面内均一性を大幅に向上させることが可能となる。
また、載置台支持支柱７４を排気管路６４側へ取り付け固定してこれを支持する例えばアルミニウム製の取付板７８は、非常に薄くて、しかも排気ガスの流れ方向に沿って配列しているので、ほとんど排気抵抗にはならず、高い排気コンダクタンスを維持することができる。
【００１９】
また、同様に、処理容器２８の底部から略鉛直方向に直線状に延びる排気管路６４の下部管６４Ｃに直接的に真空ポンプ９８を取り付けているので、処理容器２８内の雰囲気を円滑に真空引きでき、この点よりも更に高い排気コンダクタンスを維持することが可能となる。
上記排気管路６４内を横断するライン取り出し管８０の取り付け位置は、上記処理容器２８の底部６０よりもかなり下方に位置するので、処理容器２８内の雰囲気の流れを乱す恐れはほとんどなく、しかも、それ程大きな排気抵抗となることもない。
また、載置台３０を支持する載置台支持支柱７４の長さを、十分に長く設定して、載置台３０の温度分布に悪影響を与えないように十分に小さな温度勾配としているので、ウエハ温度分布に悪影響を与えることもない。
尚、上記実施例では、ヒータ線８４や高周波線８６等の電力供給ラインを外部へ取り出すためのライン取り出し管８０を、流路である上部管６４Ａの断面直径方向へ横断させるようにして設けたが、これに限定されず、これを半径部分のみに設けるようにしてもよい。図４はこのような本発明装置の変形例の一部を示す部分断面図、図５は図４中のＣ−Ｃ線矢視断面図である。ここで、図４中の他の部分は図１に示す構造と同一である。図示するように、この装置例にあっては、ライン取り出し管８０Ａは、載置台支持支柱７４の下部中空パイプ部材７４Ａの下端と、排気管路６４の一側壁とを貫通させて接続することにより半径方向に設けており、いわば、載置台支持支柱７４を片持ち支持するような状態となっている。
【００２０】
これによれば、図１に示すライン取り出し管８０の構造と比較して、図４及び図５に示すライン取り出し管８０Ａは、これと反対側の他の半径方向におけるライン取り出し管の設置を省略した分だけ、排気抵抗が少なくなり、より円滑に排気ガスを排出させることが可能となる。
また、上記各実施例では誘導結合プラズマ型のエッチング処理装置を例にとって説明したが、これに限定されず、どのような形式のエッチング処理装置でもよく、例えば平行平板型の処理装置等にも適用することができる。
更には、本発明は、エッチング処理装置に限定されず、ＣＶＤ成膜装置、酸化拡散装置、アッシング装置、改質装置等にも適用することができるし、加熱手段も抵抗加熱ヒータに限定されず、加熱ランプを用いた装置にも適用できる。
例えば図６は、本発明装置の他の変形例を示す構成図であって、熱ＣＶＤ成膜用の処理装置に適用している。尚、図１に示す構成部分については、同一符号を付して説明を省略する。
【００２１】
ここでは、処理容器２８の天井部に、図１に示す天井ドーム４６及び高周波コイル５０に代えて、ガス供給手段として多数のガス噴射孔１００を有するシャワーヘッド１０２を設けて、熱ＣＶＤ処理を行うようになっている。従って、ここでは図１中にて記載したガス噴射孔５８、バイアス電極３４及びこれに伴うバイアス用の高周波電極９０等の設置は省略されている。
この装置によれば、ウエハ表面上のガスの流れを、偏りが生ずることなく均一にすることができるので、処理の均一化、すなわち膜厚の面内均一性を向上させることが可能となる。
また、本実施例では、被処理体として半導体ウエハを例にとって説明したが、これに限定されず、ＬＣＤ基板、ガラス基板等にも適用できるのは勿論である。
【００２２】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の枚葉式の処理装置によれば、次のように優れた作用効果を発揮することができる。
被処理体を載置する載置台は、処理容器の底部から直線状に下方へ延びる排気管路内の中心部に起立する載置台支持支柱により支持される構造なので、処理容器内の雰囲気を偏流させることなく載置台の周辺部から略均等に真空引きして排気することができる結果、被処理体の表面上におけるガスの流れを面内において均一化させることができ、この結果、プロセス処理の面内均一性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の枚葉式の処理装置の一実施例を示す構成図である。
【図２】図１中のＡ−Ａ線矢視断面図である。
【図３】図１中のＢ−Ｂ線矢視断面図である。
【図４】本発明装置の変形例の一部を示す部分断面図である。
【図５】図４中のＣ−Ｃ線矢視断面図である。
【図６】本発明装置の他の変形例を示す構成図である。
【図７】従来の一般的な枚葉式の処理装置を示す概略構成図である。
【図８】図７中の載置台の部分を示す平面図である。
【符号の説明】
２６ 処理装置
２８ 処理容器
３０ 載置台
３２ 抵抗加熱ヒータ
４６ 天井ドーム
５０ 誘導結合プラズマ用の高周波コイル
５８ ガス噴射孔（ガス供給手段）
６４ 排気管路
６４Ａ 上部管
６４Ｂ 管径調整管
６４Ｃ 下部管
７４ 載置台支持支柱
７４Ａ 上部中空パイプ部材
７４Ｂ 下部中空パイプ部材
７８ 取付板
８０ ライン取り出し管
８４ ヒータ線（電力供給ライン）
８６ 高周波線（電力供給ライン）
９８ 真空ポンプ
Ｗ 半導体ウエハ（被処理体）
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体ウエハ等に対して１枚ずつエッチングや成膜やアニール等の処理を施す枚葉式の処理装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、半導体集積回路を製造するには、半導体ウエハ等の基板に、成膜処理、エッチング処理、酸化拡散処理、アニール改質処理等の各種の処理を繰り返し行なって、所望する集積回路を形成するようになっている。上記したような各種の処理を行なう場合には、その処理の種類に対応して必要な処理ガス、例えば成膜処理の場合には成膜ガスを、アニール改質処理の場合にはオゾンガスを、エッチング（プラズマエッチングも含む）する場合にはエッチングガス等を処理容器内へ導入する。
この場合、処理容器内の雰囲気は、その処理の種類に対応した好ましい一定圧力を維持するように、真空引きされているが、この真空引きされるガスの流れは、処理の面内均一性を高く維持する上から半導体ウエハの表面に対して均等に流れることが要請される。
【０００３】
ここで半導体ウエハの表面に付着した自然酸化膜（ＳｉＯ２ ）等をプラズマを
用いて除去するための従来の一般的な処理装置（例えば特表２０００−５１１７００号公報等）について説明する。図７は従来の一般的な枚葉式の処理装置を示す概略構成図、図８は図７中の載置台の部分を示す平面図である。図７に示すように、プラズマを用いた処理装置は、例えば断面が円筒形状のアルミニウム製の処理容器２を有しており、この処理容器２の内部には容器側壁より延在させた中空状の幅広の支持アーム部材４の先端に設置した載置台６が設けられ、この載置台６上に半導体ウエハＷを載置するようになっている。そして、処理容器２の上部側壁には、この中に処理ガスとして例えばＡｒガスやＨ２ ガスのプラズマ用の
ガスを導入するガス孔７がその周方向に沿って多数設けられている。
また、処理容器２の天井部は開放されて、この部分に例えば石英等よりなる有天井の円柱状の天井ドーム８が気密に設けられる。この円柱状の天井ドーム８の外側壁には、誘導結合コイル１０が巻回されており、これに誘導結合プラズマ用の高周波電源１２から例えば４５０ＫＨｚの高周波を印加するようになっている。
【０００４】
また、上記載置台６は例えば窒化アルミ（ＡｌＮ）等のセラミックよりなり、この内部には、抵抗加熱ヒータ１４及びバイアス電極１６が埋め込まれており、それぞれヒータ電源、及び例えば１３．５６ＭＨｚの高周波を発生するバイアス用の高周波電源１６に接続されている。
また、処理容器２の底部の中心部には、下方に直線的に延びる大口径の所定の長さの排気管路１８が接続されると共に、この排気管路１８には、流路調整弁２０及び例えばターボ分子ポンプよりなる真空ポンプ２２が順次介設されており、上記処理容器２内を真空引きするようになっている。そして、この真空ポンプ２２の排出口のフランジは、排気ダクト２４に接続されており、最終的な処理系（図示せず）へ排気ガスを流すようになっている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記した装置例にあっては、処理容器２の上部側壁に設けた多数のガス孔７から処理空間Ｓに略均等に処理ガス（プラズマ用ガス）が供給され、そして、この処理ガスは、誘導結合によってプラズマ化されて、ウエハ表面をエッチングしつつ、載置台６の周辺部を下方へ流下して排気管路１８内を真空引きされて行くことになる。
しかしながら、この装置例にあっては、載置台６を支持する幅広の支持アーム部材４が容器側壁に取り付けられていることから、この支持アーム部材４が真空引きされる処理容器２内の雰囲気の流れを阻害し、これを偏流させてしまっていた。このため、上記偏流によって排気ガス（容器内雰囲気）の流れがウエハ表面上において不均一になり、プロセス処理、ここではエッチング処理がウエハ面内において不均一になって面内均一性が劣化してしまう、といった問題があった。
本発明は、以上のような問題点に着目し、これを有効に解決すべく創案されたものである。本発明の目的は、処理空間の雰囲気を載置台の周辺部から均等に真空引きして被処理体の表面におけるプロセス処理の面内均一性を向上させることが可能な枚葉式の処理装置を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
請求項１に係る発明は、所定の処理が施される被処理体を載置する載置台を処理容器内に配置してなる枚葉式の処理装置において、前記処理容器の底部の中央部に形成された開口に、その下方へ直線状に延びるように接続された排気管路と、上端が前記載置台の下面に接合された上部中空パイプ部材と該上部中空パイプ部材の下端部に接続された下部中空パイプ部材とよりなり、前記排気管路に対して２重管構造となるように前記排気管路の中心部に同軸状に設けられると共に、内部に電力供給ラインが配設された載置台支持支柱と、前記排気管路の内周壁と前記下部中空パイプ部材の外周壁との間に接続されて前記載置台支持支柱と前記載置台とを支持すると共に、排気ガスの流れ方向に沿って鉛直方向に延びるように設けられた複数の取付板と、前記排気管路の途中に設けられて、前記電力供給ラインを外部へ取り出すために前記下部中空パイプ部材の下端に連通状態で接合されたライン取り出し管と、前記排気管路の下端部に設けた真空ポンプと、を備えたことを特徴とする枚葉式の処理装置である。
これにより、被処理体を載置する載置台は、処理容器の底部から直線状に下方へ延びる排気管路内の中心部に起立する載置台支持支柱により支持される構造なので、処理容器内の雰囲気を偏流させることなく載置台の周辺部から略均等に真空引きして排気することができる結果、被処理体の表面上におけるガスの流れを面内において均一化させることができ、この結果、プロセス処理の面内均一性を向上させることが可能となる。
【０００８】
この場合、例えば請求項２に規定するように、前記真空ポンプの上流側には、前記排気管路の流路面積を制御するための流路調整弁が設けられている。
また、例えば請求項３に規定するように、前記上部中空パイプ部材と前記下部中空パイプ部材との接合部にはシール部材と冷却ジャケットが設けられており、前記下部中空パイプ部材内と前記ライン取り出し管内には前記冷却ジャケットへ冷媒を流すための冷媒循環路が挿通されている。
また、例えば請求項４に規定するように、前記排気管路は、前記処理容器の底部に接続された上部管と、前記上部管に接続されて管径を調整するための管径調整管と、前記管径調整管に接続されると共に前記真空ポンプが設けられた下部管とよりなる。
また、例えば請求項５に規定するように、前記処理容器の天井部には、誘導結合プラズマ用の高周波電源に接続された高周波コイルが設けられると共に、前記載置台には、バイアス用の高周波電源に接続されたバイアス電極が設けられている。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明に係る枚葉式の処理装置の一実施例を添付図面に基づいて詳述する。
図１は本発明の枚葉式の処理装置の一実施例を示す構成図、図２は図１中のＡ−Ａ線矢視断面図、図３は図１中のＢ−Ｂ線矢視断面図である。
本実施例では、処理装置として誘導結合プラズマ（ＩＣＰ：Ｉｎｄｕｃｔｉｖｅｌｌｙ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｐｌａｓｍａ）により自然酸化膜をエッチングする処理装置を一例にとって説明する。
図示するように、この処理装置２６は、例えば天井部が開口された円筒体状のアルミニウム製の処理容器２８を有している。この処理容器２８の中心部には、その上面に被処理体である半導体ウエハＷを載置する例えば窒化アルミ（ＡｌＮ）等のセラミックよりなる円板状の載置台３０が設置されている。この載置台３０内には、必要に応じて加熱手段としての抵抗加熱ヒータ３２や高周波電圧を印加するためのバイアス電極３４が予め埋め込まれている。
【００１０】
そして、この載置台３０には、これを上下方向に貫通した複数、例えば３つのピン孔３６（図１中では２つのみ記す）が形成されており、各ピン孔３６には下端が連結リング３８により共通に連結された例えば石英製の押し上げピン４０が遊嵌状態で収容されている。そして、この連結リング３８は、処理容器２８の底部を上下動可能に貫通する昇降ロッド４２により、押し上げ可能になされており、上記押し上げピン４０を上下動してウエハＷを持ち上げ、或いは持ち下げ得るようになっている。また、上記昇降ロッド４２の容器底部の貫通部には、金属製の蛇腹状のベローズ４４が設けられており、上記処理容器２８内の気密性を維持しつつこの昇降ロッド４２の上下動を許容している。
尚、図示されていないが、載置台３０の周縁部の上方には、エッチング時にウエハ周縁部や載置台周縁部をエッチングから保護するためのシャドウリングも上下動可能に設けられている。
【００１１】
また、上記処理容器２８の天井開口部には、例えば石英等よりなる短い円筒体の有天井の天井ドーム４６がＯリング等のシール部材４８を介して気密に設けられている、そして、この天井ドーム４６の周囲には、十数ターン程度巻回された誘導結合プラズマ用の高周波コイル５０が設けられており、この高周波コイル５０には、マッチング回路５２を介して例えば４５０ＫＨｚの誘導結合プラズマ用の高周波電源５４に接続されている。
そして、処理容器２８の上部側壁には、ウエハＷの搬入・搬出時に開閉されるゲートバルブ５６が設けられると共に、上部側壁の周方向に沿って、ガス供給手段としての多数、例えば２０個程度のガス噴射孔５８が形成されており、このガス噴射孔５８より、流量制御されたプラズマガス等の処理ガスを処理容器２８内へ供給し得るようになっている。
【００１２】
そして、この処理容器２８の底部６０の略中央部には、処理容器２８の内径が略３６２ｍｍ程度に対して、直径が略２１０ｍｍ程度の大口径の開口６２が形成されている。そして、この開口６２に、その下方（鉛直方向）へ実質的に直線上に延びる同じく大口径の排気管路６４がＯリング等のシール部材６６を介して気密に接続されており、排気コンダクタンスをできるだけ大きくしている。
具体的には、この排気管路６４は、上記底部６０に接続される上部管６４Ａと、この下端に管径を調整するために直径が順次縮小された管径調整管６４Ｂを介して接続される下部管６４Ｃとにより主に構成されている。上記各管６４Ｂ、６４Ｃの接合部には、それぞれＯリング等のシール部材６５、６８が介設されて気密性を保持している。そして、この下部管６４Ｃの下端には、真空ポンプ９８が接続されており、この真空ポンプ９８の側部に設けた排気フランジ９９には、Ｏリング等のシール部材７０を介して後流排気管７２が接続されている。
【００１３】
そして、上記排気管路６４の上部管６４Ａ内の実質的に略中心部には、上記載置台３０を支持するための例えばアルミニウム製の載置台支持支柱７４が、同軸状に設けられている。具体的には、この載置台支持支柱７４は、上部中空パイプ部材７４Ａと、この下端部にＯリング等のシール部材７６を介して気密に接合される下部中空パイプ部材７４Ｂとよりなり、上記上部中空パイプ部材７４Ａの上端に、上記載置台３０の下面を気密に接合して、この載置台３０を支持するようになっている。
【００１４】
このようにして、上記下部中空パイプ部材７４Ｂとこの外側の上部管６４Ａとであたかも２重管構造のようになされており、この両部材間のドーナツ状の空間７７（図２参照）を排気ガスが流下するようになっている。そして、上記下部中空パイプ部材７４Ｂの外周壁と上記上部管６４Ａの内周壁との間を接続するようにして、複数の、図示例では４つの取付板７８（図２参照）が略等間隔で設けられており、この載置台３０と載置台支持支柱７４の全体荷重を支えるようになっている。尚、空間７７は、上記取付板７８により４つに分割された状態となっている。
また、これらの取付板７８は、排気ガスの流れ方向（鉛直方向）に沿って設けられており、排気抵抗をできるだけ抑制するようになっている。尚、この取付板７８の数は、排気抵抗を抑制するために、４つに限定されず、その数を減少させて２つ或いは３つ設けるようにしてもよい。
【００１５】
そして、上記載置台支持支柱７４の下部中空パイプ部材７４Ｂの下端は、上記上部管６４Ａを横方向へ貫通させてガス流れ方向に直交するように内部を横断して設けた中空状のライン取り出し管８０に互いに連通状態で接合されている。そして、このライン取り出し管８０によっても上記載置台３０や載置台支持支柱７４の荷重を受けるようになっている。そして、上記取付板７８の下端は、上記ライン取り出し管８０の外周壁の上端部分に接合されている。尚、このライン取り出し管８０が十分に上記荷重を受ける得る程に強度を高く設定しておけば、上記取付板７８の取り付けを省略するようにしてもよい。
そして、上記ライン取り出し管８０の上部管６４Ａに対する貫通部にはＯリング等のシール部材８２が介在されており、排気管路６４内の気密性を保持している。また、このライン取り出し管８０内や載置台支持支柱７４内は、外気と連通して大気圧になされており、このライン取り出し管８０内には、電力供給ラインとして、上記抵抗加熱ヒータ３２へ接続されるヒータ線８４や上記バイアス電極３４へ接続される高周波線８６が挿通されている。そして、このヒータ線８４の他端はヒータ電源（図示せず）に接続され、また、上記高周波線８６の他端はマッチング回路８８を介して例えば１３．５６ＭＨｚのバイアス用の高周波を出力するバイアス用の高周波電源９０に接続されている。
【００１６】
また、上記載置台支持支柱７４の上部中空パイプ部材７４Ａと下部中空パイプ部材７４Ｂとの接合部には、ここに設けたシール部材７６の熱損傷を防止するための冷却ジャケット９２が設けられており、この冷却ジャケット９２に冷媒を流すための冷媒循環路９４も上記載置台支持支柱７４内及びライン取り出し管８０内に挿通されている。
そして、排気管路６４の下部管６４Ｃには、３位置ゲートバルブよりなる流路調整弁９６が設けられており、この排気管路６４の全開状態及び全閉状態も含めて流路面積を調整し得るようになっている。尚、この流路調整弁９６として、上記ゲートバルブに代えて任意に流路面積を調整できるバタフライバルブ等を用いてもよい。
そして、この下部管６４Ｃには、この流路調整弁９６の真下において例えばターボ分子ポンプ等よりなる真空ポンプ９８が直接的に介在されている。この場合、この真空ポンプ９８の吸入口９８Ａは、排気ガスの流れに対して直交するように配置されており、排気抵抗をできるだけ少なくするようになっている。
ここで、上記上部中空パイプ部材７４Ａの長さＨ１は、冷却下のシール部材７６が熱劣化しないような十分な温度勾配を得られるように、例えば１５９ｍｍ程度に設定されている。
尚、上記説明では、上部管６４Ａ、下部中空パイプ部材６４Ｂ、取付板７８、ライン取り出し管８０及び下部中空パイプ部材７４Ｂの各部材は、それぞれ別体で設けたが、これらの各部材を、例えばアルミニウムのブロック体を切り出し加工等することによって一体的に成形するようにしてもよい。これによれば、シール性能の確実性、機械部品強度の向上を図ることが可能となる。
【００１７】
次に、以上のように構成された本実施例の動作について説明する。
まず、未処理の半導体ウエハＷは、図示しない搬送アームに保持されて開状態となったゲートバルブ５６を介して処理容器２８内へ搬入され、このウエハＷは押し上げピン４０に受け渡された後に、この押し上げピン４０を降下させることにより、ウエハＷを載置台３０上に載置保持する。
この載置台３０は予め所定の温度に予備加熱されており、ウエハＷの載置後に抵抗加熱ヒータ３２への供給電力を増加させてこのウエハＷを所定のプロセス温度、例えば６００℃まで昇温すると共にこのプロセス温度を維持する。
そして、処理容器２８の上部側壁に設けた各ガス噴射孔５８から流量制御された処理ガス、例えばプラズマガスとしてＡｒガスやＨ２ ガス等を処理容器２８内
へ供給しつつ真空ポンプ９８により処理容器２８内を真空引きして所定の圧力、例えば５ｍＴｏｒｒ（０．７Ｐａ）〜５Ｔｏｒｒ（６６５Ｐａ）程度に維持する。これと同時に、載置台３０に埋め込んだバイアス電極３４に１３．５６ＭＨｚのバイアス用の高周波電力を印加し、更に、天井ドーム４６に巻回した高周波コイル５０に、４５０ＫＨｚの高周波電力を印加し、これにより、誘導結合を生ぜしめて処理空間Ｓにプラズマを励起させる。この結果、アルゴンガスや水素の活性種等が生じて載置台３０上のウエハ表面の自然酸化膜等をエッチングすることになる。
【００１８】
ここで、本実施例にあっては、各ガス噴射孔５８から処理容器２８内へ導入された処理ガスがプラズマ化し、或いは活性種となって真空引きされる際に、載置台３０の外側部を流下して排気管路６４内を鉛直方向に流れて行くが、この載置台３０は図７に示す従来装置とは異なり、この排気管路６４内を同軸状態で鉛直方向に延びる載置台支持支柱７４によって支持されているので、処理容器２８内にはこの排気ガスの流れを阻害する部材は全くなく、従って、この排気ガスは偏流することなく載置台３０の周辺部から略均等に真空引きすることが可能となる。この結果、ウエハ面上においてガスの流れを均一化させることができるので、プラズマ密度を面内において均一化させ、プラズマ処理の面内均一性を大幅に向上させることが可能となる。
また、載置台支持支柱７４を排気管路６４側へ取り付け固定してこれを支持する例えばアルミニウム製の取付板７８は、非常に薄くて、しかも排気ガスの流れ方向に沿って配列しているので、ほとんど排気抵抗にはならず、高い排気コンダクタンスを維持することができる。
【００１９】
また、同様に、処理容器２８の底部から略鉛直方向に直線状に延びる排気管路６４の下部管６４Ｃに直接的に真空ポンプ９８を取り付けているので、処理容器２８内の雰囲気を円滑に真空引きでき、この点よりも更に高い排気コンダクタンスを維持することが可能となる。
上記排気管路６４内を横断するライン取り出し管８０の取り付け位置は、上記処理容器２８の底部６０よりもかなり下方に位置するので、処理容器２８内の雰囲気の流れを乱す恐れはほとんどなく、しかも、それ程大きな排気抵抗となることもない。
また、載置台３０を支持する載置台支持支柱７４の長さを、十分に長く設定して、載置台３０の温度分布に悪影響を与えないように十分に小さな温度勾配としているので、ウエハ温度分布に悪影響を与えることもない。
尚、上記実施例では、ヒータ線８４や高周波線８６等の電力供給ラインを外部へ取り出すためのライン取り出し管８０を、流路である上部管６４Ａの断面直径方向へ横断させるようにして設けたが、これに限定されず、これを半径部分のみに設けるようにしてもよい。図４はこのような本発明装置の変形例の一部を示す部分断面図、図５は図４中のＣ−Ｃ線矢視断面図である。ここで、図４中の他の部分は図１に示す構造と同一である。図示するように、この装置例にあっては、ライン取り出し管８０Ａは、載置台支持支柱７４の下部中空パイプ部材７４Ａの下端と、排気管路６４の一側壁とを貫通させて接続することにより半径方向に設けており、いわば、載置台支持支柱７４を片持ち支持するような状態となっている。
【００２０】
これによれば、図１に示すライン取り出し管８０の構造と比較して、図４及び図５に示すライン取り出し管８０Ａは、これと反対側の他の半径方向におけるライン取り出し管の設置を省略した分だけ、排気抵抗が少なくなり、より円滑に排気ガスを排出させることが可能となる。
また、上記各実施例では誘導結合プラズマ型のエッチング処理装置を例にとって説明したが、これに限定されず、どのような形式のエッチング処理装置でもよく、例えば平行平板型の処理装置等にも適用することができる。
更には、本発明は、エッチング処理装置に限定されず、ＣＶＤ成膜装置、酸化拡散装置、アッシング装置、改質装置等にも適用することができるし、加熱手段も抵抗加熱ヒータに限定されず、加熱ランプを用いた装置にも適用できる。
例えば図６は、本発明装置の他の変形例を示す構成図であって、熱ＣＶＤ成膜用の処理装置に適用している。尚、図１に示す構成部分については、同一符号を付して説明を省略する。
【００２１】
ここでは、処理容器２８の天井部に、図１に示す天井ドーム４６及び高周波コイル５０に代えて、ガス供給手段として多数のガス噴射孔１００を有するシャワーヘッド１０２を設けて、熱ＣＶＤ処理を行うようになっている。従って、ここでは図１中にて記載したガス噴射孔５８、バイアス電極３４及びこれに伴うバイアス用の高周波電極９０等の設置は省略されている。
この装置によれば、ウエハ表面上のガスの流れを、偏りが生ずることなく均一にすることができるので、処理の均一化、すなわち膜厚の面内均一性を向上させることが可能となる。
また、本実施例では、被処理体として半導体ウエハを例にとって説明したが、これに限定されず、ＬＣＤ基板、ガラス基板等にも適用できるのは勿論である。
【００２２】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の枚葉式の処理装置によれば、次のように優れた作用効果を発揮することができる。
被処理体を載置する載置台は、処理容器の底部から直線状に下方へ延びる排気管路内の中心部に起立する載置台支持支柱により支持される構造なので、処理容器内の雰囲気を偏流させることなく載置台の周辺部から略均等に真空引きして排気することができる結果、被処理体の表面上におけるガスの流れを面内において均一化させることができ、この結果、プロセス処理の面内均一性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の枚葉式の処理装置の一実施例を示す構成図である。
【図２】図１中のＡ−Ａ線矢視断面図である。
【図３】図１中のＢ−Ｂ線矢視断面図である。
【図４】本発明装置の変形例の一部を示す部分断面図である。
【図５】図４中のＣ−Ｃ線矢視断面図である。
【図６】本発明装置の他の変形例を示す構成図である。
【図７】従来の一般的な枚葉式の処理装置を示す概略構成図である。
【図８】図７中の載置台の部分を示す平面図である。
【符号の説明】
２６ 処理装置
２８ 処理容器
３０ 載置台
３２ 抵抗加熱ヒータ
４６ 天井ドーム
５０ 誘導結合プラズマ用の高周波コイル
５８ ガス噴射孔（ガス供給手段）
６４ 排気管路
６４Ａ 上部管
６４Ｂ 管径調整管
６４Ｃ 下部管
７４ 載置台支持支柱
７４Ａ 上部中空パイプ部材
７４Ｂ 下部中空パイプ部材
７８ 取付板
８０ ライン取り出し管
８４ ヒータ線（電力供給ライン）
８６ 高周波線（電力供給ライン）
９８ 真空ポンプ
Ｗ 半導体ウエハ（被処理体）
Claims (5)
- 所定の処理が施される被処理体を載置する載置台を処理容器内に配置してなる枚葉式の処理装置において、
前記処理容器の底部の中央部に形成された開口に、その下方へ直線状に延びるように接続された排気管路と、
上端が前記載置台の下面に接合された上部中空パイプ部材と該上部中空パイプ部材の下端部に接続された下部中空パイプ部材とよりなり、前記排気管路に対して２重管構造となるように前記排気管路の中心部に同軸状に設けられると共に、内部に電力供給ラインが配設された載置台支持支柱と、
前記排気管路の内周壁と前記下部中空パイプ部材の外周壁との間に接続されて前記載置台支持支柱と前記載置台とを支持すると共に、排気ガスの流れ方向に沿って鉛直方向に延びるように設けられた複数の取付板と、
前記排気管路の途中に設けられて、前記電力供給ラインを外部へ取り出すために前記下部中空パイプ部材の下端に連通状態で接合されたライン取り出し管と、
前記排気管路の下端部に設けた真空ポンプと、
を備えたことを特徴とする枚葉式の処理装置。 - 前記真空ポンプの上流側には、前記排気管路の流路面積を制御するための流路調整弁が設けられていることを特徴とする請求項１記載の枚葉式の処理装置。
- 前記上部中空パイプ部材と前記下部中空パイプ部材との接合部にはシール部材と冷却ジャケットが設けられており、前記下部中空パイプ部材内と前記ライン取り出し管内には前記冷却ジャケットへ冷媒を流すための冷媒循環路が挿通されていることを特徴とする請求項１又は２記載の枚葉式の処理装置。
- 前記排気管路は、
前記処理容器の底部に接続された上部管と、
前記上部管に接続されて管径を調整するための管径調整管と、
前記管径調整管に接続されると共に前記真空ポンプが設けられた下部管とよりなることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の枚葉式の処理装置。 - 前記処理容器の天井部には、誘導結合プラズマ用の高周波電源に接続された高周波コイルが設けられると共に、前記載置台には、バイアス用の高周波電源に接続されたバイアス電極が設けられることを特徴とする請求項１乃至４記載のいずれか一項に記載の枚葉式の処理装置。
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