JP5090299B2

JP5090299B2 - プラズマ処理装置および基板載置台

Info

Publication number: JP5090299B2
Application number: JP2008236949A
Authority: JP
Inventors: 潤山下
Original assignee: Tokyo Electron Ltd
Current assignee: Tokyo Electron Ltd
Priority date: 2008-09-16
Filing date: 2008-09-16
Publication date: 2012-12-05
Anticipated expiration: 2028-09-16
Also published as: JP2010073751A

Description

本発明は、半導体ウエハ等の被処理基板にプラズマ処理を施すためのプラズマ処理装置、およびプラズマ処理装置の処理容器内で被処理基板を載置する基板載置台に関する。

半導体デバイスの製造工程においては、被処理基板である半導体ウエハ（以下単にウエハと記す）を処理容器内でウエハ載置台に載置し、ウエハを載置台本体内に設けられたヒーターで加熱しつつ、処理容器内にプラズマを生成して、ウエハに対して酸化処理、窒化処理、成膜、エッチング等を行うプラズマ処理が存在する。

このようなプラズマ処理においては、ウエハ載置台がプラズマに曝されるとその中の金属原子がコンタミネーションとなって被処理基板である半導体ウエハを汚染するおそれがある。

このようなコンタミネーションを防止する技術として特許文献１には、ウエハ載置台の本体を石英製のカバーで覆ってコンタミネーションが半導体ウエハに到達しないようにする技術が開示されている。

ウエハ載置台としては、熱伝導性の良好な絶縁性セラミックスであるＡｌＮを載置台本体として用い、その中にヒーターを埋め込んだものが多用されており、このようなウエハ載置台では、ＡｌＮ中のＡｌによる半導体ウエハの汚染が懸念されることから、特に、上記石英製のカバーが有効である。

しかしながら、ウエハ載置台には半導体ウエハを昇降するための昇降ピンが挿通するための挿通孔が設けられており、石英製のカバーで覆ってもこの挿通孔の周囲および挿通孔内にＡｌＮが露出しており、このような小面積のＡｌＮ部分からのＡｌによる汚染すらも問題となる場合もある。特に、近時、半導体ウエハのさらなる大型化およびデバイスのさらなる微細化が求められ、プラズマ処理の効率化や処理の均一性等の観点から、ウエハ載置台にバイアス用の高周波電力を印加してプラズマ処理を行う方法が試みられており、このような方法を採用した場合には、イオン引き込み効果等により汚染レベルが上昇してしまうため、小面積のＡｌＮ露出部分が存在していても汚染レベルが許容範囲を超えてしまうおそれが大きくなる。

このようなことを防止する手法としては、特許文献２に開示されているように、昇降ピンの先端に径を増大したヘッドを設け、そのヘッドにより挿通孔のＡｌＮ露出部を塞ぐようにしたものが考えられる。しかしながら、このような手法では、露出部分は狭くなるものの、位置合わせマージンの関係上、露出部分を完全にはなくすことはできず、また、均熱性等の観点から挿通孔サイズを大きくすることができず、また、精度上ヘッドの大きさが制限されるため、実際には昇降ピンとしてフローティングピンを用いざるを得ず、昇降ピン自体の位置精度が十分でないことから、昇降ピンと載置台本体がこすれてパーティクルとなってしまう。

また、石英製のカバーを、挿通孔内をカバーする筒状部分を一体的に有するものとして、ＡｌＮの露出部分を完全になくすことも考えられるが、このような手法では、ＡｌＮと石英との熱膨張差で筒状部分が破壊されるおそれがある。

特開２００７−２６６５９５号公報特開２００７−２３５１１６号公報

本発明はかかる事情に鑑みてなされたものであって、カバーの破壊等のトラブルを生じさせることなく、載置された被処理基板に対する汚染を少なくすることができるプラズマ処理装置およびそのようなプラズマ処理装置に用いられる基板載置台を提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、本発明の第１の観点では、真空に保持可能であり被処理基板を収容する処理容器と、前記処理容器内で被処理基板を載置する基板載置台と、前記処理容器内に処理ガスを供給する処理ガス供給機構と、前記処理容器内に処理ガスのプラズマを生成するプラズマ生成機構とを具備し、前記基板載置台は、ＡｌＮからなる載置台本体と、前記載置台本体内に設けられ、載置された被処理基板を加熱するための発熱体と、前記載置台本体の表面を覆う石英製の第１のカバーと、前記基板載置台の上面に対して突没自在に設けられ、被処理基板を昇降させる複数の昇降ピンと、前記載置台本体に設けられ、前記昇降ピンが挿通される複数の挿通孔と、前記第１のカバーの前記複数の挿通孔に対応する位置に設けられた複数の開口部と、前記開口部に露出する部分および前記挿通孔内面の一部または全部を覆うように、前記第１のカバーとは別体として設けられた石英製の第２のカバーとを有することを特徴とするプラズマ処理装置を提供する。

上記第１の観点において、前記プラズマ生成機構は、複数のスロットを有する平面アンテナと、該平面アンテナを介して前記処理容器内にマイクロ波を導くマイクロ波導入手段とを有し、導入されたマイクロ波により処理ガスをプラズマ化するものとすることができる。また、前記基板載置台にプラズマ中のイオンを引き込むための高周波バイアスを印加する高周波バイアス印加ユニットをさらに具備するものとすることができる。

本発明の第２の観点では、真空に保持された処理容器内で被処理基板に対してプラズマ処理を行うためのプラズマ処理装置において、前記処理容器内で被処理基板を載置する基板載置台であって、被処理基板の載置面を有し、ＡｌＮからなる載置台本体と、前記載置台本体内に設けられ、載置された被処理基板を加熱するための発熱体と、前記載置台本体の表面を覆う石英製の第１のカバーと、前記基板載置台の上面に対して突没自在に設けられ、被処理基板を昇降させる複数の昇降ピンと、前記載置台本体に設けられ、前記昇降ピンが挿通される複数の挿通孔と、前記第１のカバーの前記複数の挿通孔に対応する位置に設けられた複数の開口部と、前記開口部に露出する部分の表面および前記挿通孔内面の一部または全部を覆うように、前記第１のカバーとは別体として設けられた石英製の第２のカバーとを有することを特徴とする基板載置台を提供する。

上記第１および第２の観点において、前記第２のカバーは、前記挿通孔の内面の少なくとも上部を覆う筒状部と、この筒状部の上端部から外側に延び、前記開口部を覆うフランジ部とを有するものとすることができる。この場合に、前記挿通孔が、その上部に、より大きい径の大径孔部を有し、前記筒状部は前記大径孔部に嵌め込まれている構成とすることができる。また、前記筒状部が前記挿通孔の内面の全部を覆う構成とすることもできる。

また、前記開口部は、上段開口部と、上段開口部よりも大径の下段開口部を有する２段構造を有しており、前記第１のカバーは、前記下段開口部の上に突出した庇部を有し、前記第２のカバーのフランジ部は前記庇部の下方の前記下段開口部に入り込んでいる構成とすることができる。

さらに、前記第１のカバーは、前記開口部の周囲に形成された凹部を有し、前記第２のカバーの前記フランジ部は、前記凹部に挿入されている構成とすることができる。

本発明によれば、ＡｌＮからなる載置台本体の表面を覆うように石英製の第１のカバーを設け、さらに、載置台本体の昇降ピン挿通孔に対向する位置に設けられた第１のカバーの開口部に露出する部分および挿通孔内面の一部または全部を覆うように、第１のカバーとは別体として石英製の第２のカバーを設けたので、ＡｌＮと石英との熱膨張差に起因するカバーの破壊を生じることなく、コンタミネーションの発生が問題となる載置台本体の露出部分を覆って載置台本体へのプラズマの接触を遮断し、載置台本体からのコンタミネーションを確実に防止することができる。

以下、添付図面を参照しながら本発明の実施形態について説明する。
図１は、本発明の一実施形態に係るプラズマ処理装置の概略断面図である。このプラズマ処理装置１００は、複数のスロットを有する平面アンテナであるＲＬＳＡ（Radial Line Slot Antenna；ラジアルラインスロットアンテナ）にて処理室内にマイクロ波などのマイクロ波を導入してプラズマを発生させることにより、高密度かつ低電子温度のマイクロ波プラズマを発生させ得るプラズマ処理装置として構成されている。このプラズマ処理装置１００では、１×１０^１０〜５×１０^１２／ｃｍ^３のプラズマ密度で、かつ０．７〜２ｅＶの低電子温度を有するプラズマによる処理が可能である。

プラズマ処理装置１００は、気密に構成され、被処理基板である半導体ウエハ（以下単にウエハと記す）Ｗが搬入される接地された略円筒状のチャンバー（処理容器）１を有している。このチャンバー１は、アルミニウムまたはステンレス鋼等の金属材料からなり、その下部を構成するハウジング部２と、その上に配置された筒壁部３とで構成されている。ただし、チャンバー１は一体構成でもよい。また、チャンバー１の上部には、処理空間にマイクロ波を導入するためのマイクロ波導入部２６が開閉可能に設けられている。処理に際しては、筒壁部３の上端部にはマイクロ波導入部２６が気密にシールされた状態で係合し、筒壁部３の下端はハウジング部２の上端と気密にシールされた状態で係合される。筒壁部３には、冷却水流路３ａが形成されており、熱膨張により係合部位の位置ずれ等によるシール性低下やパーティクル発生を防止するようになっている。

ハウジング部２の底壁２ａの略中央部には円形の開口部１０が形成されており、底壁２ａにはこの開口部１０と連通し、下方に向けて突出してチャンバー１内部を均一に排気するための排気室１１が連設されている。

ハウジング部２内には被処理基板であるウエハＷを水平に載置するためのウエハ載置台（基板載置台）５が、排気室１１の底部中央から上方に延びる円筒状の支持部材４により支持された状態で設けられている。ウエハ載置台５は、ＡｌＮからなる載置台本体５１を有している。載置台本体５１は第１のカバー５４および第２のカバー５５で覆われている。また、載置台本体５１内にはウエハＷを昇降するための３つ（２つのみ図示）の昇降ピン５２が挿通されている。さらに、載置台本体５１には、抵抗加熱型のヒーター５６が埋め込まれており、載置台本体５１の表面側には電極５７が埋設されている。なお、ウエハ載置台５の詳細な構成は後述する。

上記ヒーター５６には、支持部材４の中を通る給電線６ａを介してヒーター電源６が接続されており、このヒーター電源６からヒーター５６に給電されることにより、ヒーター５６が発熱してウエハ載置台５に載置されているウエハＷを加熱するようになっている。給電線６ａには、ヒーター電源６への高周波ノイズを遮断するためのノイズフィルターを有するフィルターボックス４５が介装されている。ウエハ載置台５の温度は、ウエハ載置台５に挿入された熱電対（図示せず）によって測定され、熱電対からの温度信号に基づいてヒーター電源６の出力が制御され、これにより例えば室温から９００℃までの範囲で温度制御可能となっている。

電極５７の材料としては、例えばモリブデン、タングステンなどの高融点金属材料を好適に用いることができる。電極５７は、例えば網目状、格子状、渦巻き状の形状に形成されている。電極５７には、支持部材４の中を通る給電線４２を介してバイアス印加用の高周波電源４４が接続されており、高周波電源４４から電極５７へ高周波電力を供給することにより、載置台本体５１に高周波バイアスを印加し、さらに載置台本体５１を介してその上のウエハＷにも高周波バイアスを印加して、ウエハＷにプラズマ中のイオン種を引き込むことができる構成となっている。給電線４２には高周波電源４４とプラズマインピーダンスを整合するためのマッチング回路を有するマッチングボックス４３が設けられている。

上記フィルターボックス４５とマッチングボックス４３とは、シールドボックス４６により連結されてユニット化され、排気室１１の底壁の下側に取り付けられている。シールドボックス４６は、例えばアルミニウムまたはステンレス鋼等の導電性材料で形成されており、マイクロ波の漏れを遮断する機能を有している。

筒壁部３の上下の係合部には、例えばＯリングなどのシール部材９ａ，９ｂ，９ｃが設けられており、これにより係合部の気密状態が保たれる。これらシール部材９ａ，９ｂ，９ｃは、例えばフッ素系ゴム材料からなっている。

図２の拡大図に示すように、ハウジング部２内の任意の箇所（例えば均等な４箇所）には、垂直方向に複数のガス供給路１２が形成されている。このガス供給路１２にはガス供給配管１６ａを介してガス供給装置１６が接続されており（図１参照）、このガス供給装置１６から後述するようにしてチャンバー１内に所定の処理ガス等が供給される。

ガス供給路１２は、ハウジング部２の上部と、筒壁部３の下部との接面部に形成された処理ガスの供給連通路である環状通路１３に接続されている。また、筒壁部３の内部には、この環状通路１３に接続する複数のガス通路１４が形成されている。また、筒壁部３の上端部には、内周面に沿って複数箇所（例えば３２箇所）にガス導入口１５ａが均等に設けられており、これらガス導入口１５ａからは、水平に延びるガス導入路１５ｂが設けられている。このガス導入路１５ｂは、筒壁部３内で鉛直方向に形成されたガス通路１４と連通している。

環状通路１３は、ハウジング部２の上部と、筒壁部３の下部との接面部において、後述する段部１８と段部１９との隙間で構成される。この環状通路１３は、ウエハＷ上方の処理空間を囲むように水平にかつ環状に連通している。

環状通路１３は、ガス供給路１２を介してガス供給装置１６と接続されている。環状通路１３は、各ガス通路１４へガスを均等配分して供給するガス分配手段としての機能を有しており、処理ガスが特定のガス導入口１５ａに偏って供給されることを防ぐ機能を有する。

そして、ガス供給装置１６からのガスを、このように各ガス供給路１２、環状通路１３、各ガス通路１４を介して３２箇所設けられたガス導入口１５ａからチャンバー１内に供給するようになっている。このように３２箇所のガス導入口１５ａから均一にガスが導入されるため、チャンバー１内のプラズマの均一性を高くすることができる。

筒壁部３の内周面の下端部には、下方に袴状（スカート状）に垂下した突出部１７が環状に形成されている。この突出部１７は、筒壁部３とハウジング部２との境界（接面部）を覆うように設けられており、プラズマに曝されると劣化し易い材料からなるシール部材９ｂにプラズマが直接作用することを防止する役割を果たしている。

段部１８はハウジング部２の上端に形成され、段部１９は筒壁部３の上端に設けられており、環状通路１３はこれら段部１８および１９が組み合わせて形成される。段部１９の高さは段部１８の高さよりも大きくなっており、そのため、筒壁部３の下端とハウジング部２の上端とを係合した状態では、シール部材９ｂが設けられている側では、段部１９の突出面と段部１８の非突出面とが当接している一方、シール部材９ａが設けられている側では、段部１９の非突出面と段部１８の突出面とが非当接状態となっている。このようにすることにより、段部１９の突出面と段部１８の非突出面とを確実に当接した状態とすることができ、シール部材９ｂにより確実にこれらの間をシールことができる。すなわちシール部材９ｂが主シール部として機能する。なお、シール部９ａは、非当接状態の段部１９の非突出面と段部１８の突出面の間に介装されることにより、外部へガスが漏れない程度の気密性を保つ補助シール部としての機能を有する。

図１に示すように、チャンバー１の内周には、石英からなる円筒状のライナー４９が設けられている。ライナー４９は、主に筒壁部３の内面を覆う上部ライナー４９ａと、上部ライナー４９ａに連なって主にハウジング部２の内面を覆う下部ライナー４９ｂとを有する。上部ライナー４９ａおよび下部ライナー４９ｂは、チャンバー構成材料による金属汚染を防止するとともに、ウエハ載置台５とチャンバー１の側壁との間に高周波電力による異常放電が生じることを防止する機能を有する。異常放電を確実に防止する観点からウエハ載置台５により近い下部ライナー４９ｂの厚みを上部ライナー４９ａよりも厚くし、かつ下部ライナー４９ｂをウエハ載置台５よりも低い高さ位置である排気室１１の途中まで覆うように設けられている。また、ウエハ載置台５の外周側には、チャンバー１内を均一排気するため、多数の排気孔３０ａを有する石英製のバッフルプレート３０が環状に設けられている。なお、上部ライナー４９ａと下部ライナー４９ｂとは一体構成であってもよい。

上記排気室１１の側面には排気管２３が接続されており、この排気管２３には高速真空ポンプを含む排気装置２４が接続されている。そしてこの排気装置２４を作動させることによりチャンバー１内のガスが、排気室１１の空間１１ａ内へ均一に排出され、排気管２３を介して排気される。これによりチャンバー１内は所定の真空度、例えば０．１３３Ｐａまで高速に減圧することが可能となっている。

ハウジング部２の側壁には、ウエハＷの搬入出を行うための搬入出口と、この搬入出口を開閉するゲートバルブとが設けられている（いずれも図示せず）。

チャンバー１の上部は開口部となっており、この開口部を塞ぐようにマイクロ波導入部２６が気密に配置可能となっている。このマイクロ波導入部２６は、図示しない開閉機構により開閉可能となっている。

マイクロ波導入部２６は、ウエハ載置台５の側から順に、蓋枠２７、透過板２８、平面アンテナ３１、遅波材３３を有している。これらは、例えばステンレス鋼（ＳＵＳ）、アルミニウム、アルミニウム合金等からなる導電性のカバー部材３４によって覆われ、支持部材３６を介して断面視Ｌ字形をした環状の押えリング３５によりＯリングを介して蓋枠２７に固定されている。マイクロ波導入部２６が閉じられた状態においては、チャンバー１の上端と蓋枠２７とがシール部材９ｃによりシールされた状態となるとともに、後述するように透過板２８を介して蓋枠２７に支持された状態となっている。蓋枠２７の外周面には、冷却水流路２７ｂが形成され、熱膨張による接合部位の位置ずれの発生によるシール性低下やプラズマの接触によるパーティクルの発生が防止されている。

透過板２８は、誘電体、例えば石英やＡｌ_２Ｏ_３、ＡｌＮ、サファイヤ、ＳｉＮ等のセラミックスからなり、マイクロ波を透過しチャンバー１内の処理空間に導入するマイクロ波導入窓として機能する。透過板２８の下面（ウエハ載置台５側）は平坦状に限らず、マイクロ波を均一化してプラズマを安定化させるため、例えば凹部や溝を形成してもよい。この透過板２８の外周部は、環状に配備された蓋枠２７の内周面のチャンバー１内の空間に向けて突出した突部２７ａの上面により、シール部材２９を介して気密状態で支持されている。したがって、マイクロ波導入部２６が閉じられた状態でチャンバー１内を気密に保持することが可能となる。

平面アンテナ３１は、円板状をなしており、透過板２８の上方位置において、カバー部材３４の内周面に係止されている。この平面アンテナ３１は、例えば表面が金または銀メッキされた銅板、アルミニウム板、ニッケル板または真ちゅう板からなり、マイクロ波などの電磁波を放射するための多数のマイクロ波放射孔（スロット）３２が所定のパターンで貫通して形成された構成となっている。

スロット３２は、例えば図３に示すように長い形状をなすものが対をなし、典型的には対をなすスロット３２同士が「Ｔ」字状に配置され、これらの対が複数、同心円状に配置されている。スロット３２の長さや配列間隔は、マイクロ波の波長（λｇ）に応じて決定され、例えばマイクロ波放射孔３２の間隔は、λg／４〜λgとなるように配置される。なお、図２においては、同心円状に形成された隣接するスロット３２同士の間隔をΔｒで示している。また、スロット３２は、円形状、円弧状等の他の形状であってもよい。さらに、スロット３２の配置形態は特に限定されず、同心円状のほか、例えば、螺旋状、放射状に配置することもできる。

遅波材３３は、真空よりも大きい誘電率を有しており、平面アンテナ３１の上面に設けられている。この遅波材３３は、例えば、石英、セラミックス、ポリテトラフルオロエチレン等のフッ素系樹脂やポリイミド系樹脂により構成されており、真空中ではマイクロ波の波長が長くなることから、マイクロ波の波長を短くしてプラズマを調整する機能を有している。なお、平面アンテナ３１と透過板２８との間、また、遅波材３３と平面アンテナ３１との間は、それぞれ密着させても離間させてもよいが、密着させることが好ましい。

カバー部材３４には、冷却水流路３４ａが形成されており、そこに冷却水を通流させることにより、カバー部材３４、遅波材３３、平面アンテナ３１、透過板２８、蓋枠２７を冷却するようになっている。これにより、変形や破損を防止し、安定したプラズマを生成することが可能である。なお、カバー部材３４は接地されている。

カバー部材３４の上壁の中央には、開口部３４ｂが形成されており、この開口部３４ｂには導波管３７が接続されている。この導波管３７の端部には、マッチング回路３８を介してマイクロ波発生装置３９が接続されている。これにより、マイクロ波発生装置３９で発生した、例えば周波数２．４５ＧＨｚのマイクロ波が導波管３７を介して上記平面アンテナ３１へ伝搬されるようになっている。マイクロ波の周波数としては、８．３５ＧＨｚ、１．９８ＧＨｚ等を用いることもできる。

導波管３７は、上記カバー部材３４の開口部３４ｂから上方へ延出する断面円形状の同軸導波管３７ａと、この同軸導波管３７ａの上端部にモード変換器４０を介して接続された水平方向に延びる矩形導波管３７ｂとを有している。矩形導波管３７ｂと同軸導波管３７ａとの間のモード変換器４０は、矩形導波管３７ｂ内をＴＥモードで伝播するマイクロ波をＴＥＭモードに変換する機能を有している。同軸導波管３７ａの中心には内導体４１が延在しており、内導体４１は、その下端部において平面アンテナ３１の中心に接続固定されている。これにより、マイクロ波は、同軸導波管３７ａの内導体４１を介して平面アンテナ３１へ放射状に効率よく均一に伝播される。

上記蓋枠２７の内側は、チャンバー１内のプラズマ生成領域に臨んで形成されており、その表面が強いプラズマに曝されることによりスパッタリングされ、コンタミネーションとなるとともに消耗する。このため、ウエハ載置台に対して対向電極として機能するアルミニウム製の蓋枠２７の突部２７ａがプラズマに曝される表面には、保護膜としてのシリコン膜４８がコーティングされている。すなわち、シリコン膜４８は、蓋枠２７の表面をプラズマによる酸化作用やスパッタ作用から保護し、蓋枠２７を構成するアルミニウム等がコンタミネーションとして発生することを防止する。シリコン膜４８は、結晶であってもアモルファスであってもよい。また、シリコン膜４８は導電性であるため、ウエハ載置台５からプラズマ処理空間を隔てて対向電極である蓋枠２７へと流れる高周波電流経路を効率的に形成して他の部位における短絡や異常放電を抑制する機能も有する。

シリコン膜４８は、ＰＶＤ法（物理蒸着法）およびＣＶＤ法（化学蒸着法）等の薄膜形成技術やプラズマ溶射法等で形成することができるが、その中でも比較的安価に厚い膜を形成することができることからプラズマ溶射法が好ましい。

マイクロ波プラズマ処理装置１００の各構成部は、制御部６０に接続されて制御されるようになっている。制御部６０はコンピュータで構成されており、図４に示すように、マイクロプロセッサを備えたプロセスコントローラ６１と、このプロセスコントローラに接続されたユーザーインターフェース６２と、記憶部６３とを備えている。

プロセスコントローラ６１は、プラズマ処理装置１００において、温度、圧力、ガス流量、マイクロ波出力、バイアス印加用の高周波電力等のプロセス条件が所望のものとなるように、各構成部、例えばヒーター電源６，ガス供給装置１６、排気装置２４、マイクロ波発生装置３９、高周波電源４４などを制御するようになっている。

ユーザーインターフェース６２は、オペレータがプラズマ処理装置１００を管理するためにコマンドの入力操作等を行うキーボードや、プラズマ処理装置１００の稼働状況を可視化して表示するディスプレイ等を有している。また、記憶部６３は、プラズマ処理装置１００で実行される各種処理をプロセスコントローラ６１の制御にて実現するための制御プログラムや、処理条件に応じてプラズマ処理装置１００の各構成部に処理を実行させるためのプログラムすなわち処理レシピが格納されている。

制御プログラムや処理レシピは記憶部６３の中の記憶媒体に記憶されている。記憶媒体は、ハードディスクや半導体メモリであってもよいし、ＣＤＲＯＭ、ＤＶＤ、フラッシュメモリ等の可搬性のものであってもよい。また、記憶媒体に記憶しておく代わりに、処理レシピ等を他の装置から、例えば専用回線を介して適宜伝送させるようにしてもよい。

そして、必要に応じて、ユーザーインターフェース６２からの指示等にて任意の処理レシピを記憶部６３から呼び出してプロセスコントローラ６１に実行させることで、プロセスコントローラ６１の制御下で、プラズマ処理装置１００での所望の処理が行われる。

次に、ウエハ載置台５について詳細に説明する。
図５はウエハ載置台５を拡大して示す断面図、図６はその要部を拡大して示す斜視図である。ウエハ載置台５は、上述したように、ハウジング部２内に排気室１１の底部中央から上方に延びる円筒状の支持部材４により支持された状態で設けられている。ウエハ載置台５の載置台本体５１は、熱伝導性が良好なセラミックス材料であるＡｌＮからなり、その内部に昇降ピン５２が挿通される３つ（２つのみ図示）の挿通孔５３が垂直に貫通して形成されている。挿通孔５３の上部は、より大きい径の大径孔部５３ａとなっている。第１のカバー５４は高純度の石英製であり、載置台本体５１の上面と側面を覆うように設けられている。第１のカバー５４の貫通孔５３に対応する位置には、貫通孔５３よりも広い開口部５４ａが形成されている。第１のカバー５４の開口部５４ａは上下２段に形成されており、上段開口部５４ｂと上段開口部５４ｂよりも大径の下段開口部５４ｃを有している。第２のカバー５５は高純度の石英製であり、第１のカバー５４と別体で設けられ、第１のカバー５４の開口部５４ａと挿通孔５３上部の大径孔部５３ａの内面を覆うように設けられており、挿通孔５３上部の大径孔部５３ａに嵌め込まれた筒状部５５ａと、筒状部５５ａの上端から外側に延び、開口部５４ａの挿通孔５３よりも外側部分を覆うフランジ部５５ｂとを有している。フランジ部５５ｂは、下段開口部５４ｃに入り込んでおり、第１のカバー５４の、下段開口部５４ｃの上に突出した庇部５４ｄの下方に位置している。したがって、載置台本体５１の上面全面と、挿通孔５３の上部内面が第１のカバー５４および第２のカバー５５によって覆われており、これらの部分ではＡｌＮの露出が実質的に存在しない。

載置台本体５１の上面にはウエハＷの載置部に対応する位置に座繰り部５１ａが形成されている。また、第１のカバー５４の上面には、座繰り部５１ａに対応する凹部５４ｅが形成されており、この凹部５４ｅがウエハＷ載置部となる。

挿通孔５３に挿通される昇降ピン５２は、ピン支持部材５８に固定されている。すなわち昇降ピン５２は固定ピンとして構成されている。ピン支持部材５８には垂直方向に延びる昇降ロッド５９が接続されており、図示しないアクチュエータにより昇降ロッド５９を昇降することにより、ピン支持部材５８を介して昇降ピン５２が昇降されるようになっている。なお、５９ａは気密状態で昇降ロッド５９を昇降可能なように設けられたベローズである。

次に、このように構成されたプラズマ処理装置１００の動作について説明する。
まず、ウエハＷをチャンバー１内に搬入し、サセプタ５上に載置する。そして、ガス供給装置１６から、例えばＡｒ、Ｋｒ、Ｈｅなどの希ガス、例えばＯ_２、Ｎ_２Ｏ、ＮＯ、ＮＯ_２、ＣＯ_２などの酸化ガス、例えばＮ_２、ＮＨ_３などの窒化ガス、成膜ガスなどの処理ガスを所定の流量でガス導入口１５ａを介してチャンバー１内に導入する。

次に、マイクロ波発生装置３９からのマイクロ波を、マッチング回路３８を経て導波管３７に導き、矩形導波管３７ｂ、モード変換器４０、および同軸導波管３７ａを順次通過させて内導体４１を介して平面アンテナ部材３１に供給し、平面アンテナ部材３１のスロットから透過板２８を介してチャンバー１内に放射させる。

マイクロ波は、矩形導波管３７ｂ内ではＴＥモードで伝搬し、このＴＥモードのマイクロ波はモード変換器４０でＴＥＭモードに変換されて、同軸導波管３７ａ内を平面アンテナ部材３１に向けて伝搬されていく。平面アンテナ部材３１から透過板２８を経てチャンバー１に放射されたマイクロ波によりチャンバー１内で電磁界が形成され、処理ガスがプラズマ化する。

このプラズマは、マイクロ波が平面アンテナ部材３１の多数のスロット孔３２から放射されることにより、略１×１０^１０〜５×１０^１２／ｃｍ^３の高密度で、かつウエハＷ近傍では、略１．５ｅＶ以下の低電子温度プラズマとなる。したがって、このプラズマをウエハＷに対して作用させることにより、プラズマダメージを抑制した処理が可能になる。

また、本実施形態では、このようなプラズマ処理に際し、高周波電源４４から所定の周波数の高周波電力を載置台本体５１の電極５７に供給して、載置台本体５１に高周波バイアスを印加し、さらに載置台本体５１を介してその上のウエハＷにも高周波バイアスを印加する。これにより、高周波電力を載置台本体５１の電極５７に供給して、載置台本体５１に高周波バイアスを印加し、さらに載置台本体５１を介してその上のウエハＷにも高周波バイアスを印加する。これにより、プラズマの低い電子温度を維持しつつ、プラズマ中のイオン種をウエハＷへ引き込む作用が発揮され、プラズマ処理の処理レートを高め、かつプラズマ処理の面内均一性を高めることができる。高周波バイアスを印加するための高周波電力の周波数は、例えば１００ｋＨｚ〜６０ＭＨｚの範囲が好ましく、４００ｋＨｚ〜１３．５６ＭＨｚの範囲がより好ましい。高周波電力のパワーは、ウエハＷの単位面積当たりのパワー密度として、例えば０．２〜２．３Ｗ／ｃｍ^２の範囲が好ましい。また、高周波パワー自体として、２００〜２０００Ｗの範囲が好ましい。

このようにしてプラズマ処理を行っている際には、載置台本体５１がＡｌＮ製であるため、載置台本体５１がプラズマに曝されると、Ａｌを含むパーティクルが生成され、これがウエハＷに付着してコンタミネーションとなる。特に、本実施形態のようにウエハ載置台５に高周波バイアスを印加する場合には、イオン引き込み効果等によりコンタミネーションレベルがより高いものとなるおそれがある。

そこで、本実施形態では、高純度の石英製の第１のカバー５４により載置台本体５１の上面と側面を覆い、高純度の石英製の第２のカバー５５により第１のカバー５４の挿通孔５３に対応する開口部５４ａおよび昇降ピン５２挿通用の挿通孔５３上部の大径孔部５３ａを覆うようにした。このため、プラズマに露出したＡｌＮ部分をほとんどなくすことができ、Ａｌコンタミネーションによる汚染レベルを極めて低くすることができる。しかも、第１のカバー５４と第２のカバー５５とが別体で構成されているため、ＡｌＮと石英との熱膨張差でこれらが破壊されるおそれがない。

また、コンタミネーションを少なくする観点からは挿通孔５３の内面全面が石英でカバーされていることが好ましいが、その場合には、昇降ピン５２と挿通孔５３内のカバーとの間のクリアランスが非常に狭いものとなり、昇降ピン５２の位置精度の限界から位置調整が困難であり、昇降ピンと筒状部分とがこすれる、昇降ピンがカバーを押し上げる、ピンが折れる等のトラブルが発生するおそれがある。このため、第２のカバー５５の筒状部５５ａを挿通孔５３上部の大径孔部５３ａに嵌め込まれた状態とし、挿通孔５３の下部には第２のカバーが存在しない状態として、このような不都合を防止するようにしている。このように挿通孔５３の下部がＡｌＮが露出した状態となっていても、挿通孔５３の内部まで入り込むプラズマフラックスはわずかであるので大きな影響はない。また、第１のカバー５４の庇部５４ｄと第２のカバー５５のフランジ部５５ｂとの間にパーティクルが通り抜けるルートがあるが、これらの距離をある程度長くすることにより、通り抜けるパーティクルの影響を少なくすることができる。

また、昇降ピン５２がピン支持部材５８に固定された固定ピンであるので、最初に位置合わせしておくことで、フローティングピンの場合よりも昇降ピン５２と挿通孔５３の内面との間のこすれが生じるおそれを小さくすることができる。

さらに、第１のカバー５４の挿通孔５３に対応する部分に設けられた開口部５４ａが上段開口部５４ｂよりも下段開口部５４ｃのほうが広い２段構造になっており、第２のカバー５５のフランジ部５５ｂが下段開口部５４ｃに入り込んで、第１のカバー５４の庇部５４ｄの下に位置しているので、第２のカバー５５がウエハＷに付着して外れるおそれがない。すなわち、第２のカバー５５が単に第１のカバー５４の上に載せられただけの場合には、処理が終了してウエハＷを上昇させる際に第２のカバー５５がウエハＷに吸着して外れる場合がある。特に、静電吸着の場合には、電圧をオフにしても静電吸着力が残存していることがあり、第２のカバー５５がウエハＷに吸着して外れるおそれが大きいが、本実施形態ではこのような吸着力が作用しても、第２のカバー５５のフランジ部５５ｂを第１のカバー５４の庇部５４ｄの下に位置させているので、第２のカバー５５がウエハＷに吸着されて外れることがない。

実際に本実施形態のプラズマ処理装置で処理を行ったところ、挿通孔周囲にＡｌＮ露出部分が存在する従来の装置のＡｌ汚染レベルの１．０×１０^１０ａｔｏｍｓ／ｃｍ^２を５．０×１０^９ａｔｏｍｓ／ｃｍ^２まで低減することができた。

次に、ウエハ載置台５の他の例について説明する。
図７はウエハ載置台５の他の例の要部を示す部分拡大断面図である。この例では、上記筒状部５５ａの代わりに挿通孔５３の下端まで達する筒状部５５ａ′を有する第２のカバー５５′を用いている点のみが従前のウエハ載置台とは異なっている。

従前のウエハ載置台５では、昇降ピン５２と挿通孔５３の内面との間のこすれ等を生じさせないことを重視して、挿通孔５３上部の大径孔部５３ａまでの筒状部５５ａを有する第２のカバー５５を設けたが、このようなこすれ等が生じ難く、むしろ挿通孔５３内のパーティクルによるコンタミネーションをも極力防止したい場合には、図７に示すような構造が適している。

次に、ウエハ載置台５のさらに他の例について説明する。
図８はウエハ載置台５のさらに他の例の要部を示す部分拡大断面図である。この例では、挿通孔５３に対応する開口部５４ａ′の周囲に凹部５４ｆが形成された第１のカバー５４″と、凹部５４ｆに挿入されるフランジ部５５ｂ″および挿通孔５３の下端まで達する筒状部５５ａ″を有する第２のカバー５５″を有している。この例では、昇降ピン５２と筒状部５５ａ″との間のこすれ等が生じやすくまた、第２のカバー５５″がウエハＷに吸着されやすいが、第１のカバー５４″と第２のカバー５５″との間にパーティクルが通り抜けるルートがなく、挿通孔５３内にもＡｌＮの露出部分がないのでパーティクルを極力防止したい場合に適しており、構造も比較的単純にすることができる。したがって、昇降ピン５２と筒状部５５ａ″との間のこすれ等や、第２のカバー５５″の吸着の問題が生じ難く、むしろパーティクルによるコンタミネーションを一層少なくしたい場合には、図８に示す構造が適している。

なお、本発明は上記実施形態に限定されることなく、種々の変形が可能である。例えば、上記実施形態では、ウエハ載置台に高周波バイアスを印加する装置を例にとって説明したが、高周波バイアスを印加する装置に限るものではない。また、上記実施形態では、プラズマ処理装置として、ＲＬＳＡ方式のプラズマ処理装置を例にとって説明したが、例えばリモートプラズマ方式、ＩＣＰ方式、ＥＣＲ方式、表面反射波方式、マグネトロン方式等の他のプラズマ処理装置であってもよいし、プラズマ処理の内容も、特に限定されるものではなく、酸化処理、窒化処理、酸窒化処理、成膜処理、エッチングなどの種々のプラズマ処理を対象とすることができる。さらに、被処理基板についても、半導体ウエハに限らず、ＦＰＤ用ガラス基板などの他の基板を対象にすることができる。

本発明の一実施形態に係るプラズマ処理装置の概略構成を示す概略断面図。図１の装置のチャンバー壁部を拡大して示す断面図。図１のプラズマ装置に用いられる平面アンテナ部材の構造を示す図。図１の装置の制御部の概略構成を示すブロック図。図１のプラズマ処理装置に用いられるウエハ載置台を示す拡大図。図１のプラズマ処理装置に用いられるウエハ載置台の要部を拡大して示す斜視図。ウエハ載置台の他の例の要部を示す部分拡大断面図。ウエハ載置台のさらに他の例の要部を示す部分拡大断面図。

符号の説明

１；チャンバー（処理容器）
２；ハウジング部
３；筒壁部
４；支持部材
５；ウエハ載置台
６；ヒーター電源
１５；ガス導入路
１５ａ；ガス導入口
１６；ガス供給装置
２４；排気装置
２６；マイクロ波導入部
２７；蓋枠
２８；透過板
３１；平面アンテナ
３２；スロット孔
３７；導波管
３９；マイクロ波発生装置
４３；マッチングボックス
４４；高周波電源
５１；載置台本体
５２；昇降ピン
５３；挿通孔
５３ａ；大径孔部
５４，５４″；第１のカバー
５４ａ；開口部
５４ｂ；上段開口部
５４ｃ；下段開口部
５４ｄ；庇部
５４ｅ；凹部
５５，５５′，５５″；第２のカバー
５５ａ，５５ａ′，５５ａ″；筒状部
５５ｂ；フランジ部
５６；ヒーター
５７；電極
５８；ピン支持部材
１００；プラズマ処理装置
Ｗ…半導体ウエハ（被処理基板）

Claims

真空に保持可能であり被処理基板を収容する処理容器と、
前記処理容器内で被処理基板を載置する基板載置台と、
前記処理容器内に処理ガスを供給する処理ガス供給機構と、
前記処理容器内に処理ガスのプラズマを生成するプラズマ生成機構と
を具備し、
前記基板載置台は、
ＡｌＮからなる載置台本体と、
前記載置台本体内に設けられ、載置された被処理基板を加熱するための発熱体と、
前記載置台本体の表面を覆う石英製の第１のカバーと、
前記基板載置台の上面に対して突没自在に設けられ、被処理基板を昇降させる複数の昇降ピンと、
前記載置台本体に設けられ、前記昇降ピンが挿通される複数の挿通孔と、
前記第１のカバーの前記複数の挿通孔に対応する位置に設けられた複数の開口部と、
前記開口部に露出する部分および前記挿通孔内面の一部または全部を覆うように、前記第１のカバーとは別体として設けられた石英製の第２のカバーと
を有することを特徴とするプラズマ処理装置。
前記第２のカバーは、前記挿通孔の内面の少なくとも上部を覆う筒状部と、この筒状部の上端部から外側に延び、前記開口部を覆うフランジ部とを有す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。
前記挿通孔は、その上部に、より大きい径の大径孔部を有し、前記筒状部は前記大径孔部に嵌め込ま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。
前記筒状部は、前記挿通孔の内面の全部を覆うことを特徴とする請求項２に記載のプラズマ処理装置。
前記開口部は、上段開口部と、上段開口部よりも大径の下段開口部を有する２段構造を有しており、前記第１のカバーは、前記下段開口部の上に突出した庇部を有し、前記第２のカバーのフランジ部は前記庇部の下方の前記下段開口部に入り込んでいることを特徴とする請求項２から請求項４のいずれか１項に記載のプラズマ処理装置。
前記第１のカバーは、前記開口部の周囲に形成された凹部を有し、前記第２のカバーの前記フランジ部は、前記凹部に挿入されていることを特徴とする請求項２から請求項４のいずれか１項に記載のプラズマ処理装置。
前記プラズマ生成機構は、複数のスロットを有する平面アンテナと、該平面アンテナを介して前記処理容器内にマイクロ波を導くマイクロ波導入手段とを有し、導入されたマイクロ波により処理ガスをプラズマ化することを特徴とする請求項１から請求項６のいずれか１項に記載のプラズマ処理装置。
前記基板載置台にプラズマ中のイオンを引き込むための高周波バイアスを印加する高周波バイアス印加ユニットをさらに具備することを特徴とする請求項７に記載のプラズマ処理装置。
真空に保持された処理容器内で被処理基板に対してプラズマ処理を行うためのプラズマ処理装置において、前記処理容器内で被処理基板を載置する基板載置台であって、
被処理基板の載置面を有し、ＡｌＮからなる載置台本体と、
前記載置台本体内に設けられ、載置された被処理基板を加熱するための発熱体と、
前記載置台本体の表面を覆う石英製の第１のカバーと、
前記基板載置台の上面に対して突没自在に設けられ、被処理基板を昇降させる複数の昇降ピンと、
前記載置台本体に設けられ、前記昇降ピンが挿通される複数の挿通孔と、
前記第１のカバーの前記複数の挿通孔に対応する位置に設けられた複数の開口部と、
前記開口部に露出する部分の表面および前記挿通孔内面の一部または全部を覆うように、前記第１のカバーとは別体として設けられた石英製の第２のカバーと
を有することを特徴とする基板載置台。
前記第２のカバーは、前記挿通孔の内面の少なくとも上部を覆う筒状部と、この筒状部の上端部から外側に延び、前記開口部を覆うフランジ部とを有することを特徴とする請求項９に記載の基板載置台。
前記挿通孔は、その上部に、より大きい径の大径孔部を有し、前記筒状部は前記大径孔部に嵌め込まれていることを特徴とする請求項１０に記載の基板載置台。
前記筒状部は、前記挿通孔の内面の全部を覆うことを特徴とする請求項１０に記載の基板載置台。
前記開口部は、上段開口部と、上段開口部よりも大径の下段開口部を有する２段構造を有しており、前記第１のカバーは、前記下段開口部の上に突出した庇部を有し、前記第２のカバーのフランジ部は前記庇部の下方の前記下段開口部に入り込んでいることを特徴とする請求項１０から請求項１２のいずれか１項に記載の基板載置台。
前記第１のカバーは、前記開口部の周囲に形成された凹部を有し、前記第２のカバーの前記フランジ部は、前記凹部に挿入されていることを特徴とする請求項１０から請求項１２のいずれか１項に記載の基板載置台。