JP4981954B2 - 処理装置 - Google Patents

Description

本発明は，例えば被処理体に対して所定の処理を行う処理装置にかかり，特に被処理体を載置する載置台を備えた処理装置に関する。

この種の処理装置としては，例えば半導体素子などの製造過程において用いられるマイクロ波プラズマ処理装置がある。マイクロ波プラズマ処理装置においては，プラズマ着火時とプロセス時では，アンテナ（電極）と被処理体の載置台との距離が異なるため，あるいは，処理条件によってその距離を変える必要があるため，載置台は上下移動が可能なように構成されている。

図６は，従来のプラズマ処理装置１の構成を示す概略断面図である。図６に示すように，プラズマ処理装置１は，上部が開口している略円筒形状のチャンバー１０を有している。チャンバー１０は，例えばアルミニウム，ステンレススチール等の導体部材で形成されている。

チャンバー１０の上部開口には，平板状に形成された誘電体板４が水平に配置されている。誘電体板４は，例えば厚さ２０〜３０ｍｍ程度の石英またはセラミックなどが用いられる。チャンバー１０と誘電体板４との間は，オーリング等のシール材（図示せず）を介在させて，気密性を保持できるようになっている。

誘電体板４の上部には，例えばスロットアンテナの１つであるラジアルアンテナ５５が設置されている。ラジアルアンテナ５５は，同軸線路，矩形同軸変換器および矩形導波路（共に図示せず）を介してマイクロ波発生器（図示せず）に接続されている。マイクロ波発生器は３００ＭＨｚ〜３０ＧＨＺ，例えば２．４５ＧＨｚのマイクロ波を発生する。また，矩形導波路の途中にインピーダンスのマッチングを行うマッチング回路（図示せず）を設けて，電力の使用効率を向上させるように構成することができる。

マイクロ波発生器は，ラジアルアンテナ５５の上面中央部に接続されるようになっており，ラジアル導波路（図示せず）内にマイクロ波の電磁界を導入し，ラジアルアンテナ５５下面をなす導体板（図示せず）から誘電体板４を介してチャンバー１０内にマイクロ波の電磁界を放射する。

チャンバー１０の底部には，例えばロータリーポンプ（図示せず），ターボポンプ（図示せず）などが配置されており，チャンバー１０内を所望の真空度にすることができる。また，チャンバー１０の側壁には，各種処理ガスなどを導入するガスインジェクタ６が設けられている。

チャンバー１０の内部には，被処理体となる例えば半導体ウエハＷ等を載置する載置台８が上下動可能に設けられている。載置台８の内部には，発熱抵抗体（図示せず）が埋設され，発熱体に電力を印加して載置台８を加熱し，ウエハを加熱する構造になっている。載置台８の材質は，ＡｌＮ，Ａｌ_２Ｏ_３等のセラミックである。

載置台８の下部周縁部には，図示しないウエハピン駆動部により上下動可能する例えば３本のリフタピン１４が設けられている。このリフタピン１４は，ウエハＷを載置台８に載置する際には下方に移動し，搬出の際には上方に移動して，ウエハの移動を補助するようになっている。なお，載置台８の周りには，環状のバッフルプレート５０が設けられている。このバッフルプレート５０はバッフルプレート支持棒５２を介して後述の載置台固定部２４に固定されている。載置台固定部２４が上下動すると，載置台８とともにバッフルプレート５０も上下動する。

上記載置台８は，支持体１６を介して載置台固定部２４により支持されている。載置台固定部２４は，上記ガイド３６およびガイドレール３８により，チャンバー１０の下部に上下動可能に接続されている。具体的には，載置台固定部２４の下部には，縁部近傍にチャンバー１０の底部を突抜けてガイドレール３８が形成されている。チャンバー１０の底部には，上記ガイドレール３８の上下動を案内するガイド３６が設けられている。ガイド３６は，支持部材３４によりチャンバー１０の底部に固定されている。ガイド３６の上端部と載置台固定部２４の底部には，ガイドレースを内装して載置台固定部２４を気密に保持するためのベローズ２０が設けられている。

ガイド３６およびガイドレール３８により載置台固定部２４が上下されると，この載置台固定部２４に支持された載置台８は連動して上下する。載置台固定部２４の上下動に伴い，ベローズ２０は伸縮する。このように，ベローズ２０は，ガイド３６およびガイドレール３８と共に，載置台固定部２４を介して，載置台８を支持している。こうして，プラズマ処理装置１は，載置台８の下部に備えられた載置台固定部２４によって載置台８を支持すると共に真空が保つことができる。

しかしながら，このようなプラズマ処理装置１においては，載置台固定部２４はその下部に中心部よりもずれた縁部近傍に設けられたベローズ２０，ガイド３６およびガイドレール３８によりチャンバー１０に固定されるという，片持ち構造である。

このため，ベローズ２０，ガイド３６およびガイドレール３８の部分で少しでも傾くと，載置台固定部２４を介して支持されている載置台８では大きな傾きになってしまう。また，動作時に振動が起こりやすいという問題があった。

さらに，プラズマ処理装置１の内部が真空になったときに，載置台８を支持し，かつ上下移動する上下駆動部が外部の大気圧で押されたり，載置台８に加えられた熱歪や，載置台８そのものの重量により上下駆動部自体が傾き，そして載置台８が傾いてしまい，載置台８の水平調整や，リフタピン１４などの位置合わせを頻繁に行う必要があり，被処理体に均一な処理が行えないという問題があった。

本発明は，このような問題点に鑑みてなされたものであり，本発明の目的は，処理装置内を真空にしても載置台が傾くことのない，新規かつ改良された処理装置を提供することである。

上記課題を解決するために、本発明のある観点によれば、処理容器内で被処理体に所定の処理を行う処理装置であって，前記処理容器内に配置され，前記被処理体を載置する載置台と，前記載置台に接続され，前記載置台を支持する載置台支持体と，前記載置台支持体を支持し，前記処理容器内で前記載置台を上下動自在に支持する載置台固定部と，前記載置台支持体の下部と前記載置台固定部の上部との間に配置され，前記載置台支持体と前記載置台固定部との間の熱の移動を抑制する支持固定部と，前記載置台固定部の上下にそれぞれ気密に配置され，前記載置台の傾きを吸収して前記載置台固定部とともに前記載置台の水平状態を保持するものであり，伸縮可能な蛇腹状の円筒形状に形成されたベローズである水平保持部材と，前記載置台固定部に連結され，前記載置台固定部を上下動させる載置台駆動機構と，前記各水平保持部材それぞれの内部空間である中空部と，前記載置台固定部の下方に設けられ，前記処理容器内を排気するための排気口および当該排気口に連通されたラフ引き排気口を含む下部排気口フランジと，前記載置台固定部内部に形成され，前記各水平保持部材の中空部を連通させ前記処理容器内を排気するための連通孔と，を備え，前記載置台駆動機構は，リニアレールと，前記リニアレールに沿って前記載置台固定部を支持して上下方向に案内する案内部材と，前記案内部材を介して前記載置台固定部を上下方向に駆動させるためのモータと，を有し，前記載置台固定部は，前記載置台固定部を固定する前記案内部材をリニアレールに沿って上下駆動させる前記載置台駆動機構と，前記処理容器に前記リニアレールと平行になるよう固定されたスライド棒に沿って上下にスライド可能とされたスライド保持機構と，を有し，前記載置台固定部の側面は，前記案内部材により支持されており，前記処理容器と前記載置台固定部との間および前記載置台固定部と前記下部排気口フランジとの間に位置する前記水平保持部材の中空部と，前記載置台固定部の連通孔と，を介して前記処理容器内の排気を行い，前記載置台固定部の内部および前記載置台支持体の内部には，大気開放された空間が形成されており，前記連通孔は，前記処理容器内を均一に排気するように均等に複数形成されていることを特徴とする処理装置が提供される。

前記載置台固定部には，前記処理装置の外部から冷却水を導入するための冷却水路が形成されていてもよい。

前記載置台固定部には，水平断面が円形形状の大気開放された空間が形成されていてもよい。

以上説明したように，本発明によれば，載置台を固定するブロックの上下にベローズを設けたので，処理室内の真空度にかかわらず，被処理体の載置台を安定して保持することが可能であり，頻繁に微調節する必要がないという点でメンテナンス性に優れ，均一および安定したプラズマ処理が可能な処理装置を提供できる。

本発明の第１の実施の形態にかかるプラズマ処理装置を示す概略断面構成図である。 支持体および載置台固定部を示す断面図である。 図２に示す載置台固定部の断面図であり，同図（ａ）はＡ−Ａ断面図，同図（ｂ）はＢ−Ｂ断面図である。 載置台駆動機構を示す断面図である。 本発明の第２の実施の形態にかかるプラズマ処理装置を示す概略断面構成図である。 従来のプラズマ処理装置を示す概略断面構成図である。

以下に添付図面を参照しながら，本発明にかかるプラズマ処理装置の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお，本明細書及び図面において，実質的に同一の機能構成を有する構成要素については，同一の符号を付することにより重複説明を省略する。

（第１の実施の形態）
図１は，本発明の１実施の形態にかかるプラズマ処理装置１００を示す概略断面構成図である。図１に示すように，プラズマ処理装置１００は，チャンバー１１０を有している。チャンバー１１０は，上部が開口している円筒形状の処理容器であり，例えばアルミニウム，ステンレススチール等の金属或はその合金からなる導体部材で形成されている。

チャンバー１１０の上部開口部には，平板状に形成された誘電体板１０４が水平に配置されている。誘電体板１０４は，例えば厚さ２０〜３０ｍｍ程度の石英またはセラミック，例えばＡｌＮ，Ａｌ_２Ｏ_３，サファイヤなどにより形成される。チャンバー１１０と誘電体板１０４との間は，オーリング等のシール材（図示せず）を介在させて，気密性を保持できるようになっている。

誘電体板１０４の上部には，例えばスロットアンテナの１つであるラジアルアンテナ１０２が設置されている。ラジアルアンテナ１０２は，放射面を構成する第１の導体板（下部導体板）１５１と，導体板１５１に対して上方に対向配置された第２の導体板（上部導体板）１５３と，導体板１５１，１５３の外周部を接続して両導体板間をシールドするリング部材１５５とにより構成される。

ラジアルアンテナ１０２は，同軸線路，矩形同軸変換器および矩形導波路を介してマイクロ波発生器（図示せず）に接続されている。マイクロ波発生器は３００ＭＨｚ〜３０ＧＨＺ，例えば２．４５ＧＨｚのマイクロ波を発生し，ラジアル導波路１５９へ導入される。
また，矩形導波路の途中にインピーダンスのマッチングを行うマッチング回路（図示せず）を設けて，電力の使用効率を向上させるように構成することができる。

マイクロ波発生器は，ラジアルアンテナ１０２上面をなす導体板１５３の中央部に接続されるようになっており，２枚の導体板１５１，１５３によって構成されるラジアル導波路１５９内にマイクロ波の電磁界を導入する。

ラジアルアンテナ１０２の下面をなす導体板１５１は，誘電体板１０４と平行に配置されている。導体板１５１には多数のスロット１５７が，例えば径方向のピッチＰで同心円上に形成されている。この同心円の半径は，等差数列的に増加している。ピッチＰは，導体板１５１の法線方向すなわち垂直方向に対して傾斜する方向に電磁界を放射するように設定される。以上の構成により，マイクロ波の電磁界は，導体板１５１から誘電体板１０４を介してチャンバー１１０内に放射される。

ラジアル導波路１５９内を伝搬する電磁界の波長（以下，管内波長という）が，λｇであるとき，２枚の導体板１５１，１５３の間隔はλｇ／２未満に設定される。例えば周波数が２．４５ＧＨｚの高周波を使用する場合，ラジアル導波路１５９内の比誘電率εｖが１であれば，２枚の導体板１５１，１５３の間隔は６ｃｍ未満となる。この間隔をλｇ／２未満とすることにより，導体板１５１，１５３間に定在波が形成されることを防止できる。ただし，導体板１５１および１５３間の放電を防止するため，上記間隔は，０．５／（εｖ）１／２ｃｍ以上とすることが好ましい。

上記導体板１５１，１５３およびリング部材１５５は，銅，アルミニウム，ＳＵＳ，ニッケル，又はこれらそれぞれの合金等の導体により形成される。なお，導体板１５１，１５３間，すなわちラジアル導波路１５９内に，セラミックなどの誘電体部材（比誘電率＞１）を配置してもよい。また，ラジアルアンテナ１０２は誘電体板１０４によりチャンバー１１０から隔離されて保護されており，プラズマに曝されることはない。

円筒形状のシールド部材１６１は，誘電体板１０４およびラジアルアンテナ１０２の周囲を覆っている。シールド部材１６１は，例えばアルミニウム，ＳＵＳ，ニッケル，銅，又はこれらそれぞれの合金等の金属で形成されている。ラジアルアンテナ１０２から放射された電磁界はこのシールド部材１６１により遮断されるので，プラズマ処理装置１００の外部に漏れることはない。

チャンバー１１０の底部の略中央には排気用の孔が設けられ，チャンバー１１０内は，この孔から後述するベローズ１２０，１２２を通って，さらに下方に設けた下部フランジ１６６へ向けて排気される。

下部排気口フランジ１６６には，例えば排気口１７１が形成されている。下部排気口フランジ１６６の下部には，バルブ１４３を介してターボポンプ１４２が接続されている。バルブ１４３は，例えばシャットオフバルブ（ハイバックバルブ）とＡＰＣ（Ａｕｔｏ Ｐｒｅｓｓｕｒｅ Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ）バルブのような圧力制御バルブとから構成される。

下部排気口フランジ１６６には排気口１７１と連通するラフ引き排気口１７３が設けられ，このラフ引き排気口１７３には，電磁バルブ１３９を介して接続したラフ引きライン１４０が図示しない真空ポンプに接続されている。

チャンバー１１０内を排気する際には，バルブ１４３を閉にし，電磁バルブ１３９を開にして，上記排気口１７１からラフ引き排気口１７３，ラフ引きライン１４０を介してロータリーポンプ（図示せず）で所定の真空度まで粗引きする。その後，電磁バルブ１３９を閉にし，バルブ１４３を開にして排気口１７１に接続されたターボポンプ１４２により，排気出口１４１から排気する。これにより，チャンバー１１０内を所望の真空度にすることができる。

チャンバー１１０の側壁には，載置台１０８の被処理体載置面より上方側に，各種処理ガスなどを導入するガスインジェクタ１０６が設けられている。ガスインジェクタ１０６には，例えば環状に形成するノズル部が設けられ，そのノズル部に形成された複数の孔より処理ガスを供給するように構成されている。なお，ガスインジェクタは，チャンバー１１０内の均等の位置に複数のノズルを設けて構成してもよいし，またシャワー状に形成されていてもよい。

チャンバー１１０の内部には，載置台１０８が設けられている。載置台１０８は，被処理体としての例えば半導体ウエハ（図示せず）等を載置する台であり，上下動可能に構成されている。載置台１０８上面（載置面）には，半導体ウエハの外径より少し外側まで，例えば０．５〜１ｍｍ程度深さの凹部が形成され，その凹部内に半導体ウエハが載置されて，載置位置がずれるのを防いでいる。

なお，載置台１０８の載置面に静電チャックを設けてもよい。この場合には，半導体ウエハは静電チャックにより静電吸着されるので，載置台１０８の載置面に凹部を形成しなくても，載置位置がずれることはない。

載置台１０８の内部には，発熱抵抗体（図示せず）が埋設されている。発熱抵抗体に配線１７７を介して電源（図示せず）により電力を印加して載置台１０８を加熱し，ウエハを加熱するようになっている。また，配線１７５に接続された温度測定部材（図示せず），例えば熱電対等が設けられている。温度測定部材は，載置台１０８の温度をモニタし，その測定値を用いて半導体ウエハの温度を均一に加熱，制御する。載置台１０８の材質は，ＡｌＮ，Ａｌ_２Ｏ_３等のセラミックで形成される。このうち，ＡｌＮは熱伝導が良い点で，このＡｌＮにより形成することが好ましい。

さらに，載置台１０８内の表面側に下部電極が埋設されている。なお，この下部電極に，マッチングボックス（図示せず）を介して高周波電源（図示せず）を接続してもよい。この場合，高周波電源は例えば４５０ｋＨｚ〜１３．６５ＭＨｚの高周波を印加して高周波バイアスをかけられるようにしてもよく，また，直流電源を接続して，連続バイアスをかけるようにしてもよい。

チャンバー１１０の下側には，載置台１０８を上下動可能に保持する機構を備える。チャンバー１１０の底部下面には，チャンバー１１０の底部の孔と略同径の孔を有する上部フランジ１３４が設けられている。上部フランジ１３４と下部排気口フランジ１６６との間には載置台１０８を支持する載置台固定部１２４が上下動可能に保持されている。

載置台固定部１２４は，載置台支持体１１６を介して載置台１０８を支持している。載置台固定部１２４は例えばＡｌ等の金属で形成され，載置台支持体１１６は例えばＡｌＮ等のセラミックで形成される。載置台固定部１２４は，上部フランジ１３４と下部排気口フランジ１６６との間に，上述したベローズ１２０，１２２により支持され，スライド保持機構２４０と載置台駆動機構２２０により上下方向に移動可能に取付けられている。載置台固定部１２４が上下されると，連動して載置台１０８が上下するように構成されている。

ここで，上記載置台固定部１２４の詳細な構成について，図１，図２，図３を参照しながら説明する。図２は，載置台固定部１２４の空間１９１をその開口部に沿って切断した場合の断面図である。図３（ａ）は図２に示すＡ−Ａ断面図，図３（ｂ）は図２に示すＢＢ断面図である。

図１に示すように，載置台固定部１２４の上下には，本発明の特徴である，載置台１０８を水平保持可能な水平保持部材として例えばベローズ１２０，１２２が気密に配置されている。ベローズ１２０，１２２についての詳細は後述する。載置台固定部１２４は，上側ベローズ１２０の中空部と下側ベローズ１２２の中空部とを連通する連通孔（排気口）１２６が複数設けられている。上側ベローズ１２０の中空部は，チャンバー１１０内の空間（処理空間）に連通しており，下側ベローズ１２２の中空部は下方のフランジ１６６に設けられた排気口１７１に連通している。またフランジ１６６の排気口１７１は，ラフ引きライン１４０およびターボポンプ１４２と，チャンバー１１０との間を連通させている。このように，チャンバー１１０内の空間は，チャンバー１１０の底部略中央に形成した孔より，均一に排気する構成になっているので，上側ベローズ１２０の中空部，載置台固定部１２４の連通孔１２６，下側ベローズ１２２の中空部を介して下方の排気口１７１に連通されて，排気口１７１からチャンバー１１０内の排気を均一に行うことができる。

載置台固定部１２４の排気口１２６は，例えば図３（ａ），（ｂ）に示すように均等に分割されて設けられている。排気口１２６は，載置台固定部１２４の中心Ｃ１に対してほぼ点対称に形成され，処理室内の排気が均等に行われ，かつ載置台固定部１２４にかかる圧力が均等になるように考慮されている。このように，水平保持部材をベローズ１２０，１２２のような中空部を有する部材とし，このベローズ１２０，１２２を介して載置台固定部１２４をチャンバー１１０から排気口１７１の間を連通するように設けることにより，排気口１７１からチャンバー１１０の吸引を効率よく均一に行うことができる。

また，載置台固定部１２４には，中央部から側部へ向けて開口した空間１９１が設けられている。この空間１９１は，開口部１９１ａを介して大気と連通している。空間１９１は，載置台支持体１１６内の空間１９３と連通しており，共に大気開放されている。

載置台固定部１２４の空間には，載置台１０８内に設けられた発熱抵抗体（図示せず）へ電力を供給する配線１７７，および載置台１０８の温度を測定制御する熱電対の配線１７５などの内容物が配設されている。上記配線１７７，熱電対の配線１７５などは，載置台支持体１１６内の空間１９３，および載置台固定部１２４内を経て，大気側の空間１９１からプラズマ処理装置１００の外部へ引き出されているのでメンテナンス等を容易に行うことができる。

さらに載置台固定部１２４下部には，図２，図３（ａ）に示すように冷却水路１８３が埋設され，プラズマ処理装置１００外部から冷却水を導入できるようになっている。冷却水は，載置台１０８の熱が載置台支持体１１６を経て載置台固定部１２４の温度を上昇させるのを防止する。

載置台１０８と載置台支持体１１６は一体成形，またはロー付け等で接合されており，真空シールおよび固定用のネジが不要な構造となっている。載置台１０８と載置台支持体１１６は，例えばＡＬＮなどの同一材料で形成される。載置台支持体１１６の下部は，例えＡｌ_２Ｏ_３などの断熱材又はセラミック等の絶縁材からなる支持固定部１８１の上側に，Ａｌ等の金属又は合金からなる固定リング１８０を介してネジなどにより固定され，載置台支持体１１６からの熱の移動を抑制している。載置台支持体１１６と支持固定部１８１は，Ｏリング１７９等により気密にシールされている。また，支持固定部１８１は，載置台固定部１２４にＯリング等で気密に固定される。

載置台固定部１２４に気密に接続するベローズは，例えば載置台固定部１２４の上部に設けられた上側ベローズ１２０と，載置台固定部１２４の下部に設けられた下側ベローズ１２２からなる。ベローズ１２０，１２２は，伸縮可能な蛇腹状の略円筒形状に形成され，チャンバー１１０内を真空に減圧した後，載置台１０８が傾くのを吸収して水平に保持する。

上側ベローズ１２０の上部は，上部フランジ１３４に形成された孔の下側縁部にフランジ部１２０ａを介して接続されている。上側ベローズ１２０の下部はフランジ部１２０ｂを介して載置台固定部１２４の上部に接続されている。下側ベローズ１２２の上部はフランジ部１２２ａを介して載置台固定部１２４の下部に接続されており，下側ベローズ１２２の下部はフランジ部１２２ｂを介して下部排気口フランジ１６６の上部に接続されている。

このようにベローズ１２０，１２２を介して載置台固定部１２４を上部フランジ１３４と下部排気口フランジ１６６との間に設けることにより，載置台固定部１２４を介して載置台１０８を水平に安定して保持することができる。なお，水平保持部材は，載置台１０８を水平に保持可能なものであれば，ベローズには限られない。本実施の形態では，水平保持部材をベローズ１２０，１２２としたことにより，載置台１０８の移動と共に伸縮させることができるので，可動する載置台１０８に適用できる点で有利である。

チャンバー１１０内には，図１に示すリフタピン１１４を上下させるリフタ駆動機構（図示しない）が設けられている。リフタピン１１４は，半導体ウエハを載置する際にはリフタ駆動機構により降下して半導体ウエハを載置台１０８に降下させ，搬出する際にリフタ駆動機構により上昇して半導体ウエハを載置台１０８から押し上げる。半導体ウエハは，図１に示すウエハ搬出入口１０５，ゲートバルブ１０７を介して搬入または搬出される。

次に本実施の形態にかかるプラズマ処理装置１００によりエッチング処理を行う場合の作用について説明する。まず，位置ｄにある載置台１０８上に被処理体を搬入し，リフタ駆動機構（図示せず）によりリフタピン１１４を下降させ，被処理体搬入出口（図示せず）より搬入された被処理体を載置台１０８に載置する。そして，静電チャックをオンにし，被処理体を保持する。このとき，被処理体の温度を例えば−２０℃〜２０℃に制御する。なお，載置台には高周波電力を印加してバイアスをかけられるようにしてもよい。

続いてまずラフ引きライン１４０から排気を行う。その後一定の真空度に達した後はターボポンプ１４２によって，チャンバー１１０内を例えば１〜１３３．３Ｐａの所定の真空度にまで排気する。この真空度を維持した状態で，ガスインジェクタ１０６より，例えば，Ａｒ，ＣＦ_４，Ｃ_４Ｆ_８等のプラズマガスおよび処理ガスを流量制御しながら導入する。

次に，チャンバー１１０内にプラズマガスおよび処理ガスが導入された状態で，例えば載置台１０８を位置ｕに移動させ，その後，ラジアルアンテナ１０２にマイクロ波電磁界を供給する。ラジアルアンテナ１０２に供給された電磁界は，導体板１５１，および１５３によって構成されるラジアル導波路１５９の中央部から外周部に向かって放射状に伝搬して行き，導体板１５１に形成された多数のスロット１５７から放射される。

この高周波の電磁界は，誘電体板１０４を透過してチャンバー１１０内に導入される。高周波の電磁界は，チャンバー１１０に電界を形成してＡｒを電離させ，半導体ウエハの上部空間にプラズマを生成させる。この後，エッチング処理に最適な例えば位置ｃに載置台１０８を移動し，半導体ウエハにエッチング処理を行う。

プラズマ処理装置１００においては，載置台１０８に負電位をバイアスすることにより生成されたプラズマからイオンが引き出されて，半導体ウエハ表面に衝突することでエッチング処理が行われる。

エッチング処理が終了すると再び載置台１０８は位置ｄに降下される。そして，静電チャックをオフにする。半導体ウエハは，リフタピン１１４が押し上げられることにより，載置台１０８から離間して移動可能となり，チャンバー１１０外へ搬出される。

次に，載置台を上下に駆動する機構の構成を，図１，図４を参照しながら説明する。図４は，図１に示す載置台固定部近傍の部分拡大図である。載置台１０８は上述したように，載置台固定部１２４に支持されてともに移動する。上記載置台固定部１２４は，載置台駆動機構２２０と，他方の側面を支持するスライド保持機構２４０とにより支持されている。

先ず，載置台駆動機構２２０の構成を説明する。上部フランジ１３４の端部下側には，保持部材２２２が設けられ，この保持部材２２２にリニアレール２２４とモータ２２６が取付けられている。リニアレール２２４は，保持部材２２２の内側に固定部材２２４ａ，２２４ｂを介して上下方向にわたるように固定されている。リニアレール２２４には，案内部材２２８がリニアレール２２４に沿って移動可能に取付けられている。この案内部材２２８には載置台固定部１２４の端部の側面が固定されており，載置台固定部１２４は案内部材２２８を介してリニアレール２２４に沿って上下動可能となっている。このリニアレール２２４と案内部材２２８により移動補助部材を構成してもよい。

モータ２２６は，保持部材２２２の外側に設けられている。モータ２２６は，電源供給部２２６ａを介して図示しない電源から電力が供給される。モータ２２６の下方には，プーリ２３０が設けられている。このモータ２２６側のプーリ２３０は，ベルト２３２を介してリニアレール２２４側のプーリ２３４に接続されている。リニアレール２２４内にはプーリ２３４の回転運動を案内部材２２８のスライド運動に変換する図示しない変換機構が設けられている。

上記変換機構としては，例えば案内部材２２８に設けたねじ孔に螺合してなるボールねじで構成してもよい。これによれば，モータ２２６を駆動すると，プーリ２３０，ベルト２３２を介してプーリ２３４が回転してボールねじが回転することにより，載置台固定部１２４は案内部材２２８を介してリニアレール２２４に沿って上下し，高速かつ精度よく可動される。

次に，スライド保持機構２４０について説明する。上部フランジ１３４の下面と下部排気口フランジ１６６の上面との間にスライド棒２４２が設けられている。スライド棒２４２は，上部支持棒２４４と下部支持棒２４６の間にそれぞれストッパ２４４ａ，２４６ａを介して固定されている。上記載置台固定部１２４の端部には上記スライド棒２４２にスライド可能に挿入される貫通孔２５０が設けられている。載置台固定部１２４は，上記端部がスライド棒２４２に沿ってスライドすることによって上下方向に案内される。

なお，スライド保持機構２４０は，載置台固定部１２４における載置台駆動機構２２０が設けられた端部とは反対側の端部に設けることが好ましい。これにより，載置台１０８を載置台固定部１２４により上下動する際に，より安定して水平を保持させることができ，上下移動をよりスムーズに行うことができる。また，スライド保持機構２４０は複数設けてもよい。本実施の形態ではスライド保持機構２４０が２つ設けられており，そのうちの１つを図１，図４に示している。これにより，載置台を上下動する際の水平安定性を高めることができる。このスライド保持機構２４０により移動補助部材を構成してもよい。

このように，載置台固定部１２４は，その端部が載置台駆動機構２２０，スライド保持機構２４０により支えられるとともに，その下部がベローズ１２２により支えられる。これにより，半導体ウエハの処理動作の間，載置台１０８は，位置ｕ，ｃまたはｄのどの位置にあっても，載置台固定部１２４およびベローズ１２２に支えられて水平かつ安定に保持される。

以上，詳細に説明したように，本実施の形態にかかるプラズマ処理装置１００においては，載置台１０８を固定する載置台固定部１２４の下部にもベローズ１２２を設けて，載置台固定部１２４の安定性を高めることができる構成になっている。すなわち，ベローズ１２０，１２２は気密を保持すると共に，載置台１０８を水平に安定して保持するように構成されている。

このため，従来のプラズマ処理装置のようにベローズ１２２がなく，載置台固定ブロックが気密を保持するように穴のない構成では，載置台固定ブロックは載置台保持機構によって片側のみ保持されることになり，チャンバー内の真空度が高くなって外部からの気圧がかかるようになると，傾斜が生じて半導体ウエハに均一な処理が行えなかったが，これを改善する効果がある。

また，載置台１０８が傾くことで，リフタピン１１４の微調整が必要になることがあったが，この調整が不用となり，メンテナンス面での機能向上の効果がある。また，処理装置はチャンバー１１０内の底部の中央に排気口を設けて，チャンバー１１０内を均一に排気する構成をとっており，本発明の載置台固定方法は，気密性，上下駆動の安定性，メンテナンス性を効果的に改善することができる。

なお，載置台固定部１２４は，その側部が載置台駆動機構２２０，スライド保持機構２４０により支えられるとともに，その上下部がそれぞれベローズ１２０，１２２により気密に接続される。

（第２の実施の形態）
図５は，第２の実施の形態にかかるプラズマ処理装置３００を示す概略断面図である。図５に示すように，プラズマ処理装置３００は，上部が開口している円筒形状のチャンバー３１０を有している。チャンバー３１０は，例えばアルミニウム，ステンレススチール等の金属又はその合金からなる導体部材で形成されている。

チャンバー３１０の上部開口部には，平板状に形成された誘電体板３０４が水平に配置されている。誘電体板３０４は，例えば厚さ２０〜３０ｍｍ程度の石英またはセラミックなどが用いられる。チャンバー３１０と誘電体板３０４との間は，オーリング等のシール材（図示せず）を介在させて，気密性を保持できるようになっている。

誘電体板３０４の上部には，例えばスロットアンテナの１つであるラジアルアンテナ３５０が設置されている。ラジアルアンテナ３５０は，導波管３５２，同軸導波変換器３５３および矩形導波管３５４で構成された導波路３５９を介して，マイクロ波発生電源部３５６に接続されている。マイクロ波発生器は３００Ｍ〜３０ＧＨＺ，例えば２．４５ＧＨｚのマイクロ波を発生する。ラジアルアンテナ３５０上部には，導電体３５５で覆われて，その上に冷却ジャケット３５７を備えたクリーニングプレートが配置されている。これにより，ラジアルアンテナ３５０，誘電体板３０４を効率よく冷却することができる。また，矩形導波路の途中にインピーダンスのマッチングを行うマッチング回路（図示せず）を設けて，電力の使用効率を向上させるように構成することができる。

導波管３５２の内部には，導電性材料よりなる軸部３５１がラジアルアンテナ３５０上面中央部に接続される。これにより導波管３５２は同軸導波管として構成され，誘電体板３０４を介してチャンバー３１０内に高周波の電磁界を放射する。ラジアルアンテナ３５０は誘電体板３０４によりチャンバー３１０から隔離されて保護される。このためラジアルアンテナ３５０は，プラズマに曝されることがない。

チャンバー３１０の下部には，中空のフランジ管３７５，３７７が気密に設けられている。フランジ管３７７の底面には，排気口３７１が形成されている。このフランジ管３７７の下部には，バルブ３４３を介してターボポンプ３４２が接続されている。バルブ３４３は例えばハイバックバルブとＡＰＣバルブのような圧力制御バルブから構成される。また，フランジ管３７７の下部側面には，チャンバー３１０内をラフ引きするラフ引き排気口３７３が設けられ，このラフ引き排気口３７３には，電磁バルブ３３９を介して接続したラフ引きライン３４０を介して図示しない真空ポンプが設けられ，この真空ポンプにターボポンプ３４２の排気ライン３４１が接続している。

上記ラフ引きライン３４０，ターボポンプ３４２を介して排気することで，チャンバー３１０内を所望の真空度にすることができる。また，チャンバー３１０の側壁には，各種処理ガスなどを導入するガスインジェクタ３０６が例えばノズル状又は均一に供給されるシャワー状にチャンバー３１０の上部に設けられている。

チャンバー３１０の内部には，被処理体となる例えば半導体ウエハ（図示せず）等を載置する載置台３０８が設けられている。載置台３０８上面には，半導体ウエハの外径より少し外側まで，例えば０．５〜１ｍｍ程度深さの凹部が形成され，半導体ウエハの載置する位置がずれるのを防いでいる。なお，例えば静電チャックを設けた場合には，静電力で保持されるので，凹部の溝はなくてもよい。

上記載置台３０８の内部には，発熱抵抗体（図示せず）が埋設されている。発熱抵抗体に電力を印加して載置台３０８を加熱し，ウエハを加熱する構造になっている。載置台３０８の材質は，ＡｌＮ，Ａｌ_２Ｏ_３等のセラミックである。

また載置台３０８内に下部電極が埋設されている。この下部電極に，マッチングボックス（図示せず）を介して高周波電源（図示せず）を接続してもよい。この場合，高周波電源は例えば４５０ｋＨｚ〜１３．６５ＭＨｚの高周波を印加して高周波バイアスをかけられるようにしてもよく，また，直流電源を接続して，連続バイアスをかけるようにしてもよい。

載置台固定部３２４は，支持体３１６等を介して載置台３０８を支持している。載置台固定部３２４は例えばＡｌなどの金属又はその合金で形成され，載置台支持体３１６は例えばＡｌＮ等のセラミックで形成される。載置台３０８と支持体３１６は一体，またはロー付け等で接合されており，真空シールおよび固定用のネジが不要な構造となっている。

載置台支持体３１６の下部は，例えＡｌなどの金属又はその合金からなる支持固定部３８１に，Ａｌ等の金属又は合金からなる固定リング３８０を介してネジなどにより固定され，載置台３０８面上と誘電体板３０４とのギャップの調整が可能である。また載置台支持体３１６と支持固定部３８１は，図示しないＯリング等により気密にシールされている。また，支持固定部３８１は，載置台固定部３２４に図示しないＯリング等で気密に固定される。

載置台固定部３２４は，フランジ管３７７の側面にネジ等により図示しないＯリング等で気密に固定されている。具体的には載置台固定部３２４の側部が，フランジ管３７７の内側面に接続されている。また載置台固定部３２４の下部は，メンテナンスなどの組立時に載置台３０８を載置台固定部３２４を介して水平に位置決めする位置決め部材の機能を有する固定部材３８４により支持されている。この固定部材３８４はフランジ管３７７に設けた固定孔に外側から気密に挿入されて，フランジ管３７７に固定される。固定部材３８４の端部には，載置台固定部３２４がその下部に設けられた係止部材３２８を介して載置台を容易に水平にできるように取付けられている。

上記固定部材３８４は位置決め部材としても機能する。上記載置台３０８は，載置台固定部３２４の下部が係止部材３２８を介して固定部材３８４の端部に予め設けられた係止部に係止されることにより位置決めされる。例えば図５に示すように固定部材３８４の端部上側に係止部として凹部を設け，この凹部に係止部材３２８の下部に形成された凸部が挿入されることにより，係止されるようにしてもよい。この場合，係止部材３２８は，固定部材３８４の係止部にネジやボルトで固定してもよい。また，図示はしないが，固定部材３８４の端部に位置決め部材の係止部として孔部を設け，この孔部に載置台固定部３２４の下部が差込まれるようにしてもよい。

また，上記載置台固定部３２４の内部には，フランジ管３７７の側壁へ向けて開口した空間３９１及び載置台固定部３２４と連通する開孔が設けられており，この空間３９１はフランジ管３７７の側面に設けられた開口部３７１ａを介して大気と連通している。また空間３９１は，支持固定部３８１内の空間３９２を介して，載置台支持体３１６内の空間３９４と連通しており，共に大気開放されている。

載置台固定部３２４の空間には，載置台３０８内に設けられた発熱抵抗体（図示せず）へ電力を供給する配線，および載置台３０８の温度を測定制御する熱電対の配線などの内容物が配設されている。なお，上記配線などの内容物は，図２に点線で示すものと同様であるため，図５では省略している。上記内容物は，載置台支持体３１６内の空間３９４，載置台固定部３２４の空間３９１を経て，フランジ管３７５の開口部３７１ａからプラズマ処理装置３００の外部へ引き出されている。

さらに載置台固定部３２４下部には冷却水路３８３が埋設され，プラズマ処理装置３００外部から冷却水を導入できるようになっている。冷却水は，載置台３０８の熱が載置台支持体３１６を経て載置台固定部３２４の温度を上昇させるのを防止する。

このように，プラズマ処理装置３００においては，載置台３０８はフランジ管３７７に複数箇所で固定されている。例えば本実施の形態では，載置台３０８は，載置台３０８が取付けられる載置台固定部３２４の側部と底部の２箇所で固定されている。載置台固定部３２４の底部は，係止部材３２８と固定部材３８４を介してフランジ管３７７に固定される。載置台固定部３２４の側部は，フランジ管３７７の内側面に固定されている。つまり，載置台３０８は，２箇所の固定部によってフランジ管３７７に固定されることにより，チャンバー３１０に対して固定されている。また，メンテナンスを行う際に，載置台３０８，載置台支持体３１６，支持固定部３８１，載置台固定部３２４等は，固定部材３８４の端部に形成された凹部に，係止部材３２８の凸部が指し込まれることにより位置決めされるため，容易にかつ水平に取付することができる。

なお，チャンバー３１０内には，コンタミネーション（汚染）防止のために，上記載置台３０８の周囲を囲むようにバッフルプレート３１０ａを設けてもよい。バッフルプレート３１０ａはバッフルプレート支持部材３１０ｂにより，支持されている。またチャンバー３１０の内壁には，内壁を保護するライナー３１０ｃを設けてもよい。このように，チャンバー３１０内をシールドプレートでシールドすることでクリーンな環境を形成することができる。

次に本実施の形態にかかるプラズマ処理装置３００による成膜処理動作の１例として，ＭＩＳ型半導体装置における，ゲート酸化膜例えばＳｉＯ_２，ＳｉＯＮ膜又はＳｉＮ膜等をウエハ上に形成する場合について説明する。プラズマ処理装置３００では，誘電体板３０４と載置台３０８の距離は，予め固定されているので，まず，ゲートバルブ３０７を開いてウエハ搬出入口３０５より載置台３０８上に半導体ウエハを搬入する。このとき半導体ウエハには，予め希フッ酸溶液（１％ＨＦ）等によりクリーンなＳｉ面を形成する。半導体ウエハが搬入されると，リフタピン３１４を下降させて，搬入された半導体ウエハを載置台３０８に載置する。

続いてまずラフ引きライン３４０から排気を行う。その後一定の真空度に達した後はターボポンプ３４２によって，チャンバー３１０内を例えば１〜１３３．３Ｐａの所定の真空度まで排気する。この真空度を維持した状態で，ガスインジェクタ３０６より，処理ガスを流量制御しながら均一に導入する。

次に，チャンバー３１０内にプラズマガスおよび処理ガスが導入された状態で，ラジアルアンテナ３５０にマイクロ波発生電源部３５６より導波路３５９を介して例えば２．４５ＧＨｚの高周波電磁界を供給する。この高周波の電磁界は，矩形導波管３５４内を矩形モードで伝送し，同軸導波変換器３５３にて矩形モードから円形モードに変換され，円形モードで円形同軸の導波管３５２を伝送し，さらにラジアルアンテナ３５０のスロットより放射される。さらに，高周波の電磁界は誘電体板３０４を透過してチャンバー３１０内に導入され，チャンバー３１０に電界を形成して処理ガスを電離させることにより，半導体ウエハの上部空間にプラズマを生成させ，半導体ウエハに所定の処理が施される。

Ｓｉ基板上に直接絶縁膜（ＳｉＯＮ膜）を形成する場合は，載置台３０８を加熱して半導体ウエハの温度を例えば４００℃に加熱する。その状態で，ガスインジェクタ３０６より処理ガスとして，例えばＸｅガス／Ｎ_２ガス／Ｈ_２ガス／Ｏ_２ガスをそれぞれ５００ｓｃｃｍ／２５ｓｃｃｍ／１５ｓｃｃｍ／１ｓｃｃｍ（＝Ｘｅガス／Ｎ_２ガス／Ｈ_２ガス／Ｏ_２ガス）の流量比で導入する。なお，上記処理ガスは，Ｘｅガスの代りにＡｒガスを含んでもよい。上記処理ガスのプラズマを形成して酸化窒化処理することにより，Ｓｉ基板上にＳｉＯＮ膜を形成する。なお，ＳｉＯ_２膜を形成する場合は，Ｎ_２ガスを除いた処理ガスを用いる。また，ＳｉＮ膜を形成する場合は，Ｏ_２ガスを除いた処理ガスを用いる。

このような成膜処理が終了すると，リフタピン３１４が押し上げられることにより，載置台３０８に静電チャックなどにより固定されていた半導体ウエハは押し上げられて移動可能となり，ウエハ搬出入口３０５より搬出される。

上記成膜処理動作の間，載置台３０８を支持する載置台固定部３２４は，固定部材３８４の端部に形成された凹部に，係止部材３２８の凸部が指し込まれることにより，位置決めおよび固定されている。さらに，載置台３０８は，載置台固定部３２４により，チャンバー３１０下部のフランジ管３７７に固定されているので，傾くことはない。

以上，詳述したように，本実施の形態にかかるプラズマ処理装置３００においては，載置台３０８を固定する載置台固定部３２４がフランジ管３７５，３７７および固定部材３８４によりチャンバー３１０等に固定されているので，載置台固定部３２４および載置台３０８の安定性を高めることができる構成になっている。

このため，従来のプラズマ処理装置では，載置台が傾くことで，半導体ウエハに均一な処理が行えなかったが，これを改善し，載置台を水平に保持できる効果がある。また，半導体ウエハの載置台３０８への載置を補助するリフタピンの微調整が必要になることがあったが，この調整が不用となり，メンテナンス性の向上に効果がある。

以上，添付図面を参照しながら本発明に係る好適な実施形態について説明したが，本発明は係る例に限定されないことは言うまでもない。当業者であれば，特許請求の範囲に記載された範疇内において，各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり，それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。

例えば，本実施の形態においては処理装置として，エッチング装置および成膜装置を例にして説明したが，必ずしもこれに限定されるものではなく，処理容器内を所定の真空度にして処理を行う処理装置であって，被処理体の載置台を上下動可能に設置する処理装置であれば，本発明は適用が可能である。例えば，平行平板型プラズマ処理装置，ヘリコン波プラズマ処理装置、誘導結合型プラズマ処理装置等，様々な処理装置に適用してもよい。

また，半導体装置製造用のプラズマ処理装置のみでなく，液晶表示装置用基板の製造に用いるプラズマ処理装置にも適用が可能である。その場合には，被処理体の形状に合わせて処理容器の形状が矩形筒状であれば，ベローズも矩形筒状のものを採用することは本発明の範囲である。真空処理装置で被処理体を載置する載置台を有する場合，又は処理装置の中央より排気する場合にはより有効である。

本発明は処理装置に利用可能であり，特に被処理体を載置する載置台を備えた処理装置に利用可能である。

１００ プラズマ処理装置
１０２ ラジアルアンテナ
１０４ 誘導体板
１０６ ガスインジェクタ
１０８ 載置台
１１０ チャンバー
１１６ 載置台支持体
１２０ 上側ベローズ
１２２ 下側ベローズ
１２４ 載置台固定部
１２６ 排気口
１３４ 上部フランジ
１４０ ラフ引きライン
１４２ ターボポンプ
１５９ ラジアル導波路
１６６ 下部排気口フランジ
１７１ 排気口
１７３ ラフ引き排気口
２２０ 載置台駆動機構
２２４ リニアレール
２２６ モータ
２２８ 案内部材
２４０ スライド保持機構
２４２ スライド棒
２４２ スライド棒
３００ プラズマ処理装置
３０８ 載置台
３１０ チャンバー
３１６ 載置台支持体
３２４ 載置台固定部
３２８ 係止部材
３４０ ラフ引きライン
３４２ ターボポンプ
３５０ ラジアルアンテナ
３５６ マイクロ波発生電源部
３７１ 排気口
３７３ ラフ引き排気口
３７５ フランジ管
３７７ フランジ管
３８４ 固定部材
Ｗ 半導体ウエハ
Ｐ ピッチ

Claims (3)

1. 処理容器内で被処理体に所定の処理を行う処理装置であって，
   前記処理容器内に配置され，前記被処理体を載置する載置台と，
   前記載置台に接続され，前記載置台を支持する載置台支持体と，
   前記載置台支持体を支持し，前記処理容器内で前記載置台を上下動自在に支持する載置台固定部と，
   前記載置台支持体の下部と前記載置台固定部の上部との間に配置され，前記載置台支持体と前記載置台固定部との間の熱の移動を抑制する支持固定部と，
   前記載置台固定部の上下にそれぞれ気密に配置され，前記載置台の傾きを吸収して前記載置台固定部とともに前記載置台の水平状態を保持するものであり，伸縮可能な蛇腹状の円筒形状に形成されたベローズである水平保持部材と，
   前記載置台固定部に連結され，前記載置台固定部を上下動させる載置台駆動機構と，
   前記各水平保持部材それぞれの内部空間である中空部と，
   前記載置台固定部の下方に設けられ，前記処理容器内を排気するための排気口および当該排気口に連通されたラフ引き排気口を含む下部排気口フランジと，
   前記載置台固定部内部に形成され，前記各水平保持部材の中空部を連通させ前記処理容器内を排気するための連通孔と，
   を備え，
   前記載置台駆動機構は，リニアレールと，前記リニアレールに沿って前記載置台固定部を支持して上下方向に案内する案内部材と，前記案内部材を介して前記載置台固定部を上下方向に駆動させるためのモータと，を有し，
   前記載置台固定部は，前記載置台固定部を固定する前記案内部材をリニアレールに沿って上下駆動させる前記載置台駆動機構と，前記処理容器に前記リニアレールと平行になるよう固定されたスライド棒に沿って上下にスライド可能とされたスライド保持機構と，を有し，前記載置台固定部の側面は，前記案内部材により支持されており，
   前記処理容器と前記載置台固定部との間および前記載置台固定部と前記下部排気口フランジとの間に位置する前記水平保持部材の中空部と，前記載置台固定部の連通孔と，を介して前記処理容器内の排気を行い，
   前記載置台固定部の内部および前記載置台支持体の内部には，大気開放された空間が形成されており，
   前記連通孔は，前記処理容器内を均一に排気するように均等に複数形成されていることを特徴とする処理装置。
2. 前記載置台固定部には，前記処理装置の外部から冷却水を導入するための冷却水路が形成されていることを特徴とする，請求項１に記載の処理装置。
3. 前記載置台固定部には，水平断面が円形形状の大気開放された空間が形成されていることを特徴とする，請求項１又は２に記載の処理装置。

Images