JP6567886B2 - プラズマ処理装置 - Google Patents

Description

本発明は、真空容器内の処理室内を減圧してこの処理室内で半導体ウエハ等の基板状の試料を処理するプラズマ処理装置に係わる。

半導体デバイスを製造する工程では、一般に、真空容器内部の処理室内に配置された台上に半導体ウエハ等基板状の試料を載せて、処理室内部を減圧してプラズマを形成して試料上面に予め形成された薄膜に所望の処理を行う真空処理装置が用いられる。このような真空処理装置としては、例えば処理室内に形成したプラズマを用いて、試料表面のマスクを含む複数の膜層を有した膜構造の処理対象の膜層を除去するプラズマエッチング処理装置や試料の表面に膜を堆積して積層させるプラズマ成膜装置が挙げられる。

このような処理装置内では、減圧した処理室内に処理用のガスを導入して、当該ガスの原子または分子を励起して化学的に活性なプラズマを形成し、当該プラズマに含まれるイオン等の荷電粒子や活性を有したガスの粒子と試料上面の処理対象の膜層の材料の粒子との間で化学的または物理的な反応を生起させて、是等反応によって膜層の処理を進行させている。このような反応によって処理室内に生成される反応生成物は揮発し気体の分子として試料の表面から脱離し処理室内を浮遊するが、これらの一部は真空容器に接続されたターボ分子ポンプ等の真空ポンプを含む真空排気設備の動作によって処理室外部に排出されるが、一部は処理室の内壁の表面に再度付着してしまい堆積する。

このため、処理される試料の累計の枚数や処理の時間が増大するに伴なって、処理室を構成する部材の表面にはこのような反応生成物が付着して層として堆積し、その量や厚さが増大してしまうことになる。このような堆積した生成物の層は、処理室内に形成されるプラズマとの間で相互作用を生起し、堆積する量が変化することによりこのような相互作用も変化してしまい、処理室内のプラズマやガスの組成や密度、強度とその分布を変化させてしまう。

このような変化は処理の性能や特性を所期のものから変化させ低下させてしまったり、処理室の内壁表面に付着し堆積した生成物がプラズマとの間の相互作用や外部からの力を受けて剥がれてしまい、処理室内に遊離したり試料上面に付着したりして、処理の結果得られる半導体デバイスの性能が損されて不良を発生させて歩留まりを低下させてしまう等の問題が生じてしまう。

このような問題に対して、従来の真空処理装置では、装置の使用者が、所定の期間毎に処理室の内部に配置される部材の表面を清掃する、例えば布等で拭き掃除(ウエットクリーニング)することが行われている。このようなクリーニングを行うためには、処理室内部を大気圧にして開放することが必要であり、試料の処理を当該期間毎に中断する必要がある。このため、このようなクリーニングの作業を行なう時間を出来るだけ短くすることが、真空処理装置の稼働率を高めて全体としての処理の効率を向上するために重要となっている。

ウェットクリーニング時間を短縮する方法としては、真空処理雰囲気に晒され反応生成物が付着する真空容器、あるいは、部品は、取り外して、新品あるいは洗浄品に取り換え可能にする方法が知られている。

ところで、前記真空容器は、処理性能の高い均一性を得るために、試料台の中心軸に対して、同軸、且つ、略軸対称な形状となることが好ましい。従って、真空容器の内面は通常、略円筒形状となる。さらに、この真空容器の側面には、真空容器内に試料を搬入出させるための開口が設けられるが、この開口により、真空容器形状の軸対称性が低下するため、この開口を気密にシール可能なゲートバルブを設ける方法が知られている。この略円筒形状の真空容器と真空容器側面の開口を閉塞するゲートバルブ弁体は、前記理由により、取り外して交換可能な構造とするのが好ましい。

また、真空処理装置は、内部で真空処理を行う真空処理ユニットと、真空処理ユニットに試料を搬送する真空搬送室で構成されており、通常、真空搬送室には複数の真空処理ユニットが接続されるが、ここで、一つの真空処理ユニットをウェットクリーニングするときに、別の真空処理ユニットでは処理を継続できるのが好ましい。そのためには、前記のように真空処理ユニットを構成する部品を交換したり清掃したりする間も搬送室は真空状態を保持する必要ある。そこで真空処理ユニットと真空搬送室の境界には真空搬送室内を気密に保持できるゲートバルブを有している。

前記の通り、真空容器は略円筒形状とし、その側面の開口にはゲートバルブを設けるのが好ましい。また、この真空容器と前記ゲートバルブ弁体は通常のメンテナンス時に解体して、新品や洗浄済み品に交換可能であることが好ましい。一方、前記真空容器と前記ゲートバルブ弁体を交換する間も前記真空搬送室は真空に保持するのが好ましい。

このような課題を達成するために、真空搬送室と真空処理ユニットの真空容器の処理室との間に複数のゲートバルブを配置して、それぞれが独立して動作可能に構成され、処理中またはメンテナンスのため処理室を大気開放している最中にこれらの何れか一方を閉塞することができる装置が、従来から考えられてきた。例えば、特開２００５−１０１５９８号公報（特許文献１）には、真空処理ユニットの真空容器内に配置され処理容器のゲートを開閉するプロセスゲートバルブと真空搬送室内に配置されて真空処理ユニットと真空搬送室との間を連通してウエハが搬送されるゲートを開閉する大気ゲートバルブとを備え、真空処理ユニットがその内部を大気開放する等のメンテナンスの最中には大気ゲートバルブを気密に閉塞するものが開示されている。

また、この従来技術では、真空容器の内部には内外を気密に仕切られた別の真空容器である内側の処理容器が備えられ、大気ゲートバルブが閉じられ外側の真空容器内を大気開放した状態で内側の処理容器を当該外側の真空容器内部から外部に取り外して交換可能に構成されている。このことにより、本従来技術では大気開放して実施するメンテナンスの作業に要する時間が短縮され装置が可動していない非稼働時間（ダウンタイム）を低減して全体的な装置によるウエハの処理の効率を向上させることを図っている。

特開２００５−１０１５９８号公報

上記の従来技術では次の点について考慮が不十分であったため問題が生じていた。

すなわち、上記従来技術では、真空容器の内部に別の容器が多重に配置され最も内側の容器内にプラズマが形成される処理室を備えた構成である。内側の容器の内表面はプラズマに面してウエハの処理に伴なって形成される反応生成物等の粒子が付着するため交換して処理室内表面の状態を処理の性能に悪影響が及ぶことを抑制できる程度に清浄にするための作業の短縮を図っている。しかし、内外の容器を多重に配置した構成では内部の容器の取り外しの際に作業者に大きな負荷を要していた。

このように内側に配置された容器の内外を気密に仕切るためには内側の容器には、内側の容器に接するＯリング等のシール部材を変形させるために上下方向に荷重を印加する必要があるため、これを実現するために内側の容器は、装置が可動される状態で外部から荷重が伝達されるように真空容器の内側に容器が内包されるように収納される構成でなければならない。このため、内側の容器を取り出すには、外側の真空容器の内部から当該真空容器の側壁の上端と距離を開けて作業者が少くない重量の内側の容器を上下方向に移動させなければならず、メンテナンスの作業に長い時間を要していた。

このため、作業者に大きな負担となっていた。また、装置のダウンタイムが長くなり装置による処理の効率が損なわれていた。

さらに、処理対象のウエハの径が大きくなると、ウエハを内部に収納する内側の容器よりも外側の真空容器の径はさらに大きいものとならざるを得ない。このため、ウエハを処理する装置が設置される建屋の床で占有する面積はさらに増大してしまう。

本発明の目的は、メンテナンスの作業を容易にして作業に要する時間を短縮し効率を向上させた真空処理装置を提供することにある。

上記目的は、減圧された内側に配置されたウエハがプラズマを用いて処理される処理室を有した真空容器と、この真空容器が載せられて当該真空容器内部の処理室からのガスが排出される開口を有したベースプレートとを有し、前記真空容器が前記ベースプレートに対して水平方向に移動して取り外し可能に構成されたプラズマ処理装置であって、前記真空容器が当該真空容器の水平方向に隣り合って配置され減圧されたその内部を前記ウエハが搬送される真空搬送室と連結されるものであって、前記真空容器の側壁上に配置され前記ウエハが内側を通り前記処理室に搬送される開口と、前記真空容器及び前記真空搬送室の間の連結部と前記真空容器との間を締結する締結部材であって前記真空容器の１つの箇所と当該１つの箇所から水平方向及び下方の前記ベースプレートに向かう方向に離間した前記連結部の他の箇所との間に挿入されて両者を締結して前記開口の周囲の前記側壁と当該開口を囲んで配置されたシール部材を挟んだ前記連結部との間を気密に封止して連結させる締結部材とを備えたことにより達成される。

本発明によれば、メンテナンスの作業を容易にして作業に要する時間を短縮し効率を向上させた真空処理装置を提供することができる。

本発明の実施例に係るプラズマ処理装置を備えた真空処理装置の構成の概略を示す図である。 図１に示す実施例の真空処理ユニットの構成の概略を模式的に示す縦断面図である。 図１に示す実施例に係る真空処理装置において真空搬送ロボット１１０が試料Ｗを真空処理ユニット内部に搬入出する動作を模式的に示す横断面図である。 図１に示す実施例の真空処理ユニット内において試料Ｗが処理されている最中の真空処理装置の状態を模式的に示す横断面図である。 図１に示す実施例に係るプラズマ処理装置においてメンテナンスの際に上部容器２０６が取り外された状態を模式的に示す横断面図である。 図１に示す実施例に係るプラズマ処理装置の真空容器が取り外された状態を模式的に示す斜視図である。 図１に示す実施例に係るプラズマ処理装置の真空容器が取り付けられる状態を模式的に示す斜視図である。

本発明の実施の形態を図面を参照して以下説明する。

本発明の実施例を図１乃至７を用いて説明する。

図１は、本発明の実施例に係るプラズマ処理装置を備えた真空処理装置の構成の概略を示す図である。図１（ａ）は上方から見た横断面図、図１（ｂ）は斜視図である。

本実施例の真空処理装置１００は、大きく分けて、前方側（図上右側）部分を構成する大気ブロック１０１と、後方側（図上左側）部分を構成する真空側ブロックである処理ブロック１０２とを備えている。大気ブロック１０１は、大気圧下で試料を搬送して目標となる下に収納したりその位置決めをする部分であり、処理ブロック１０２は、大気圧から減圧された圧力下でウエハ等の試料を搬送して処理を施したり内部に試料を載置した状態で容器内の圧力を上下させる部分である。

本実施例の大気側ブロック１０１は、直方体またはこれと見做せる程度に近似した形状を有する容器の内部に大気搬送ロボット１０９を備えて大気圧またはこれと見做せる程度に近似した圧力にされた空間である大気搬送室１０６を有し、この容器前方側の壁面に沿って、処理用又はクリーニング用の半導体ウエハ等基板状の試料が内部に収納可能なカセットがその上面に載せられる複数のカセット台１０７が並列に配置されている。

真空側ブロック１０２は、真空容器とその内部が減圧され試料が処理される処理室を有する複数の真空処理ユニット１０３−１，１０３−２，１０３−３，１０３−４と、減圧された内部で試料をアーム先端部に載せて保持してこれらの真空処理ユニットの処理室内に搬送するための複数の真空搬送ロボット１１０各々を備えた真空搬送室１０４−１，１０４−２、及びこれら真空搬送室１０４−１，１０４−２との間でこれらと連結して配置され両者でやり取りされる試料が内部に収納される中間室１０８を備え、さらに真空搬送室１０４−１とその前方に配置された大気ブロック１０１の容器の背面との間でこれらを連結して配置されたロック室１０５を備えている。この処理ブロック１０２は減圧されて高い真空度の圧力に維持可能なユニットである。

図２を用いて、図１に示す真空処理ユニット１０３の構成について詳細に説明する。図２は、図１に示す実施例の真空処理ユニットの構成の概略を模式的に示す縦断面図である。本実施例の真空処理装置１００は４つ備えた真空処理ユニット１０３は同一またはこれと見做せる程度に近似した同等の構成、構造を備えているが、別の構成を有する真空処理ユニット備えていても良い。

図２に示す例では、真空処理装置１００に備えられたもののうち真空搬送室１０４−１に連結されたもの（１０３−１，２）の一方の真空処理ユニットを示しており代表する符号として１０３を用いて説明する。この真空処理ユニット１０３では、上部容器２０６や下部容器３１８を含む真空容器と、これに連結されて配置された下方の排気ポンプ３１５と、上方の第１の高周波電源３０１および真空容器の上方または側方を囲んで配置されたソレノイドコイル３０４とを備えている。

上部容器２０６や下部容器３１８は水平断面形状が円形状の内壁を有した円筒形を有し、これらが囲む内側の空間である処理室もこれらと中心の位置が合致またはこれと見做せる程度に近似した位置に配置された円筒形を有している。処理室の中央部には、円筒形状の試料台２０４が、処理室の前記上下方向に延在する中心の軸とその中心を合致またはこれと見做せる程度に近似した位置に配置されている。なお、上部容器２０６や下部容器３１８の外壁は真空処理装置１００の外周の雰囲気である大気に曝されており、これら容器が処理室の内部と外部との間を気密に仕切っている真空隔壁を構成している。

試料台２０４は、上部容器２０６と下部容器３１８との間でこれらに挟まれて真空容器を構成する円筒形を有した試料台ベース２０５の中心側に配置され中央に向けて延在する複数本の梁状の部材である支持梁２０８と連結されて当該試料台ベース２０５の円筒形の中央部に、円筒形の上下方向の中心軸を合致またはこれと見做せる程度に近似した位置に配置され保持されている。本実施例の複数本の支持梁２０８は、試料台２０４の中心を軸として軸対称（試料台の中心を通る上下方向の軸３０２の周囲に等しいかこれと見做せる程度に近似した同等の角度の間隔で）配置され、処理室の試料台２０４上下の空間のガスの粒子が通過するこれら支持梁２０８同士の間の空間の上下方向の断面積あるいは容積が同等にされ、試料台２０４の上面上方におけるガスの粒子の流れの流量または速度が同軸周りの方向について軸対称（均等またはこれと見做せる程度に同等に）されている。

すなわち、上部容器２０６内の試料台２０４上方の処理室内空間のガス等（処理ガス、プラズマ中の粒子や反応生成物）が、この支持梁同士の間の空間を通り下部容器３１８を介して排気される。このため、試料Ｗが載置された試料台２０４の中心周りの周方向について当該ガスの流れの不均一が抑制され、試料Ｗ上面の処理の周方向についての不均一が低減される。なお、試料台ベース２０５は支持梁を備えたリング形状を有しており、このリング部分が真空容器である下部容器と上部上記の周囲で保持され、真空シールされるため、試料台等の重量が増加しても対応可能である。

本実施例の処理室は、クリーンルーム等の真空処理装置１００が設置される建屋内の床上の複数本（３本以上の）支柱３１４上に載せられて是等に保持されたベースプレート３１７の上方に、順次上方に載せられた複数の円筒形状を有した部材である下部容器３１８、支持梁を備えたリング状の試料台ベース２０５、円筒形状の上部容器２０６、アースリング３１０、円筒形状の放電ブロック３０７、ガス導入リング３０６を含む複数の部材に囲まれた内部の空間である。これらの部材同士の間にはＯリング３０９等の真空シール用の部材が配置され、上下に配置された部材により挟まれて変形することにより、内部の処理室と外部の大気（雰囲気）との間が気密に封止されている。

円筒形の放電ブロック３０７の部材内側には、その内壁に沿ってこれを覆って配置され円筒形状を有した石英等誘電体製の内筒３１９が配置されて、内周側の表面が処理室の内壁を構成している。また、放電ブロック３０７の外周側壁上にはヒータ３０８が巻き付けられて取り付けられ放電ブロックベース３２０に固定されて放電ブロックユニットを構成している。

さらに、本実施例の上部容器２０６、下部容器３１８、ベースプレート３１７は、後述のようにこれらの外周側に延在するフランジ部を有し、上部容器２０６と下部容器３１８とは当該フランジ部を介してベースプレート３１７にそれぞれネジ止めされ、連結され位置固定されている。なお、真空処理ユニット１０３の処理室を構成する部材は円筒形状を有するが、外壁形状に関しては水平断面形状が円形ではなく矩形であっても、他の形状であってもよい。

処理室の試料台２０４上方には、真空容器を構成して円板形状を有する蓋部材３０３及びその下方で試料台２０４の上面と対向して配置され処理室の天井面を構成する円板形状のシャワープレート３０５が配置されている。これらの蓋部材３０３とシャワープレート３０５は石英等の誘電体製の部材であり、マイクロ波やＵＨＦ、ＶＨＦ波等の高周波電界が透過可能に構成されており、上方に配置された第１の高周波電源からの電界がこれらを通り処理室内に供給される。また、真空容器の外側壁の外周側の箇所にはこれを囲んで磁場の形成手段であるソレノイドコイル３０４が配置され、発生された磁場が処理室内に供給可能に構成されている。

シャワープレート３０５の中央部には複数の貫通孔である処理用ガスの導入孔が配置されており、ガス導入リング３０５を通して図示しないガス源のタンク等の貯留部内から管路を通りシャワープレート３０５と蓋部材３０３との間の空間に導入された処理用ガスが、当該空間内に拡散して充填されこれら導入孔を通して処理室内に試料台２０４の上方から供給される。シャワープレート３０５の導入孔は、試料台２０４の上面である試料の載置面の上方であって試料台２０４の中心軸３０２の回りの軸対称の領域に複数個配置されており、均等に配置された導入孔を通り所定の組成を有して異なるガス成分から構成された処理用ガスが処理室内に導入可能に構成されている。

真空処理室内部に導入された処理用ガスの原子または分子は、電界形成手段である第１高周波電源３０１と磁界形成手段であるソレノイドコイル３０４により発生する電界及び磁場が真空処理室内に供給されることにより励起され、試料台２０４上方の放電ブロック３０７内の空間においてプラズマ化される。このとき、処理用ガスの原子または分子は電子とイオンに電離されたり励起されて活性が増大したラジカルに解離されたりする。このようなプラズマが生成される放電領域を囲む円筒形の放電ブロック３０７の外周側壁には、第１の温度コントローラ３１１に接続されたヒータ３０８が巻かれて取り付けられ、放電ブロック３０７の円筒形の内周側壁あるいはその内側に配置された内筒３１９の表面が処理に適した所望の範囲内の温度となるように調節される。

プラズマによる処理を行う際は試料Ｗであるウエハは、試料台２０４の上面を構成する誘電体製の膜の円形を有した載置面上に載せられて、誘電体膜内に配置された膜状の電極に供給された直流の電力によって膜に形成された静電気により、膜上に吸着されて保持（静電吸着）される。このように試料台２０４は静電チャックの機能を有して、試料Ｗは静電吸着され、その裏面と試料台２０４上面の誘電体の膜上面との間にＨｅ等の熱伝達性のガスが導入された状態で処理が行われる。

また、試料台２０４内部に配置された金属製の電極には、高周波バイアス電源である第２の高周波電源３１６が電気的に接続されて、これから供給される高周波電力により、試料台２０４及びこの上に載せられた試料Ｗの上方に高周波バイアス電位が形成され、プラズマの電位と当該高周波バイアス電位との間の電位差に応じてプラズマ中の荷電粒子が試料Ｗの表面に予め形成されたマスクを含む複数の膜層により構成された膜構造の処理対象の膜上に誘引され衝突する。この衝突による物理的反応とプラズマ中に形成されたラジカル等活性を有した粒子と処理対象の膜層表面の材料との間の化学的反応等の相互反応により、当該膜層のエッチング処理が進行する。

また、試料台２０４の金属製の円筒形を有した基材の内部には、熱交換媒体が通流する中心周りに同心または螺旋状に配置された冷媒流路が配置され、当該冷媒流路に第２の温度コントローラ３１２により所望の範囲内の温度に調節された熱交換媒体が供給されることで基材または試料台２０４の温度が処理に適した温度の範囲内に調節される。試料台２０４の電極への高周波電力の供給や試料台２０４の基材への冷媒の供給は、支持梁２０８を含む試料台ベース２０５内部に予め配置された大気と連通された空間内に配置された電源用配線コードや温度制御用の配線コード或いは冷媒用配管を介して行われる。

なお、図示してはいないが、配線コードの他、温度センサーや静電チャック用配線コードも含むことができる。試料台ベース２０５の上方に配置され処理室の内壁を構成する上部容器２０６の内側壁面には、処理中に形成される反応生成物が付着し易いため、上部容器２０６は定常メンテナンスでの清掃あるいは交換をする対象の部材である。

処理室の下方にはその底部及び排気開口３１３’を有するベースプレート３１７と、その下方に配置され排気開口連結された排気ポンプ３１５が配置されている。ベースプレート３１７に設けられた排気開口３１３’は、試料台２０４の下方でその円形の中心の軸を試料台２０４の中心の軸と合致またはこれと見做せる程度に近似した同等の位置に配置されている。

また、排気開口３１３’上方には、その中心を合致またはこれと同等の位置に配置された略円板形状を有する排気部蓋３１３が備えられ、当該排気部蓋３１３がその円形の外周縁から外側に延在した腕部の下面と連結されたアクチュエータ３２１の上下方向の伸縮の動作により上下に移動することにより、排気部蓋３１３と排気開口３１３’との間の隙間を増減することで、これらにより影響される排気の流量や速度或いはコンダクタンスが調節される。このことにより、排気開口３１３’の下方でこれと連通されて配置されたターボ分子ポンプ等の排気ポンプ３１５の動作による処理室内部のガスやプラズマ、生成物の処理室外への排出の量、速度が調節される。

この排気部蓋３１３は被処理物を処理する際には開放されており、処理用ガスの供給と共に排気ポンプ３１５等の排気手段の動作とのバランスにより、真空処理室内部の空間の圧力は所望の真空度に保持される。なお、排気部蓋３１３は、処理室内部或いはプラズマ処理装置のメンテナンスの際で処理室を大気開放する必要が生じた場合には排気開口３１３’を気密に閉塞して排気ポンプ３１５と大気開放される処理室内部との間を気密に区画することができる。

処理室内に導入された処理用ガス及びプラズマや処理の際の反応生成物は排気ポンプ３１５等の排気手段の動作により真空処理室上部から試料台２０４の外周壁と試料台ベース２０５との内周壁面との間の空間を通り、下部容器３１８を介して下方の排気開口３１３’を通り排出される。このため、下部容器３１８は試料台２０４上方からの排気のガス流れに曝されることからその表面には反応生成物が付着し易いため、定常メンテナンスの際に、後述のように、試料台リング２０５を水平方向に回転させて移動させることで下部容器３１８上方から取り外した上で、その内部表面を清浄化或いは洗浄済みで清浄なものと交換が可能に構成されている。

上記の実施例において、試料Ｗをエッチング処理中の処理室内部の圧力は、図示しない真空計からの出力を用いて当該真空計と通信可能に接続された図示しない制御部において検出され、この検出された圧力の値に基づいて当該制御部において算出されて制御部から発信された指令信号を受信したアクチュエータ３２１の動作による排気部蓋３１３の上下方向の移動により排気の流量、速度が調節されて処理室内部の圧力が調節される。図示していない制御部は、内部に半導体製のマイクロプロセッサ等の演算器と外部と信号を送受信するためのインターフェースと当該演算器が動作するアルゴリズムが記載されたソフトウエアや外部から受信したデータや内部で演算される信号のデータを記憶するＲＡＭ，ＲＯＭやハードディスクドライブ等の記憶装置とを備えてこれらが通信可能に構成されており、プラズマ処理装置の処理用ガスの供給、電界形成手段、磁界形成手段、高周波バイアス電力の供給、排気手段と通信可能に接続され、これらに指令信号を発信してこれらの動作を調節可能に構成されている。

試料Ｗの処理に使用する処理用ガスは、各処理の工程で使用される条件毎に単一種類のガス、あるいは複数種類のガスを最適な流量比で混合された組成を有するガスが用いられる。このような混合ガスは、各種類のガス流量がガス流量制御器（図示せず）により調節されこれと連結されたガス導入リング３０６を介してシャワープレート３０５と蓋部材３０３との間のガス滞留用の空間に導入される。本実施例ではステンレス製のガス導入リング３０６が用いられる。

図３及び４を用いて、本実施例における試料Ｗの真空処理ユニット１０３と真空搬送室１０４との間での搬送の態様を説明する。図３は、図１に示す実施例に係る真空処理装置において真空搬送ロボット１１０が試料Ｗを真空処理ユニット内部に搬入出する動作を模式的に示す横断面図である。

本例において、真空処理ユニット１０３及び真空搬送室１０４は、図上左右方向に連結され、真空処理ユニット１０３を構成する上部容器２０６、バルブボックス２０３と搬送室１０４との各々が、Ｏリング等のシール材を挟んで接続されて所定の真空度に減圧された内部が外部の大気に対して気密に封止されている。真空搬送室１０４の内部には、試料を搬送する真空搬送ロボット１１０が配置されている。上部容器２０６、バルブボックス２０３及び搬送室１０４の各々は、側面に試料Ｗが内部を通り搬送される通路であるゲートの開口を有しており、このゲートと開口とを通過して、真空搬送ロボット１１０のアームの先端部に配置された保持部上に載せられた試料Ｗが上部容器２０６内部の処理室と搬送室１０４との間で搬送される。

また、本実施例では、駆動され上下方向（図上紙面に垂直な方向）に移動して真空搬送室１０４及び上部容器２０６各々のゲートの開口を開放あるいは気密に閉塞するゲートバルブが配置されている。本実施例には、真空搬送室２０４内に配置され内部に面したゲートの開口を閉塞する第１のゲートバルブ２０１、及び上部容器２０６のゲートの外側に配置され当該ゲートの開口の閉塞する第２のゲートバルブ２０２を備えている。第１ゲートバルブは搬送室２０４の内部に、第２ゲートバルブは上部容器２０６の外側壁面に接続され真空搬送室１０４との間でこれらに連結されたバルブボックス２０３の内部に配置されている。

第１ゲートバルブ２０１および、第２ゲートバルブ２０２が開いた状態で、真空搬送ロボット１１０が複数の梁状部材の両端部が関節により連結されて各関節部のアクチュエータやモータの回転により全体を特定の方向に伸長及び収縮させるアーム先端に配置された保持部上に試料Ｗを載せた状態で当該アームが伸長することによって、試料Ｗが複数のゲートと通り真空搬送室１０４内部から上部容器２０６内の試料台２０４の載置面上方に搬入される。或いは、アームの収縮の動作によって処理が終了した試料Ｗが上部容器２０６内の試料台２０４の上方から真空搬送室１０４内に搬出される。

図４は、図１に示す実施例の真空処理ユニット内において試料Ｗが処理されている最中の真空処理装置の状態を模式的に示す横断面図である。本図において、試料Ｗが処理されている間は、第２のゲートバルブ２０２により上部容器２０６のゲートの開口は気密に閉塞され処理室内部がバルブボックス２０３の内部及び真空搬送室１０４とに対して密封され、この状態で処理室内に形成されたプラズマを用いて試料Ｗに処理が施される。この際、第１のゲートバルブ２０１は開いていても良く、また閉じていても良い。

第２のゲートバルブ２０２が閉じている間、第２のゲートバルブ２０２の弁体は上部容器２０６の開口周囲の上部容器２０６の外周側壁と弁体の当接面上の外周縁に沿って配置されたＯリング等のシール手段とが当接してゲートを通したガスの通流が防止される。この状態で弁体のＯリングの中央側でこれに囲まれて配置された凸部の上面は、上部容器２０６の円筒形を有した内壁面と一体の壁面を構成するような形状を備えている。

つまり、第２のゲートバルブ２０２の弁体のシール面側中央に配置された凸部は、第２のゲートバルブ２０２がゲートを閉塞した状態で、上部容易２０６の内壁または処理室の円筒形状と同軸であってその曲率が同等にされた円弧形状を有している。このことにより、上部容器２０６の内壁面と第２のゲートバルブ２０２の弁体の凸部端面で処理室に面する面とによって形成される処理室の形状は、試料台２０４の中心軸と同軸の円筒の側面を構成する。このことにより、処理室の内側壁面の第２のゲートバルブ２０２の弁体による凹凸が低減され、処理室内のガスやプラズマの周方向の分布が当該弁体による凹凸の存在のために偏ってしまい、この結果試料Ｗの処理に不均一が生起してしまうことが抑制される。

図５乃至７を用いて、本実施例のプラズマ処理装置のメンテナンスの際の真空容器の着脱の構成について説明する。図５は、図１に示す実施例に係るプラズマ処理装置においてメンテナンスの際に上部容器２０６が取り外された状態を模式的に示す横断面図である。本図において、真空処理ユニット１０３と真空搬送室１０４との連結の方向は図３，４に示したものと同等である。

本図において、第の１ゲートバルブ２０１はゲートの開口を気密に閉塞した状態、第２のゲートバルブ２０２は開放された状態であり、真空搬送室１０４の内部が大気圧にされる処理室及びバルブボックス２０３の内部との間が第一のゲートバルブ２０１により気密に区画されている。このように、上部容器２０６を真空容器下方の部分から取り外して洗浄または清掃済の別の上部容器２０６交換するために真空処理ユニット１０３の内部は大気開放されて大気圧雰囲気となっているが、第１ゲートバルブ２０１を気密に閉塞することにより、真空搬送室１０４の内部は他の処理ユニットでの処理に適した所定の値の真空度にを保持可能となっている。このことにより、任意の１つの真空処理ユニットをメンテナンス作業中で大気開放している最中にも、他の真空処理ユニットにおいて試料Ｗの処理が並行して実施可能にされている。

また、本図では示していないが、真空容器２０６以外にも、試料台、試料台ベース、第２ゲートバルブ２０２の弁体等も取り外して、新品、あるいは、洗浄済み品に交換することを可能にしている。

図６を用いて、上部容器２０６の取り付け、取り外しの態様を説明する。図６は、図１に示す実施例に係るプラズマ処理装置の真空容器が取り外された状態を模式的に示す斜視図である。本図を用いて、上部容器２０６を取り付け、取り外しする際の真空シール面を説明する。

図２に示す本実施例のプラズマ処理装置の上部容器２０６は、試料台ベース２０５の上端上面上方にＯリング３０９等のシール部材を挟んで載せられて積み重ねられて配置される。本図に示すように、試料台ベース２０５のリング状部分の上面に配置され上方に載せられる上部容器２０６の下端面と対向してシール部材を挟む真空シート面にはＯリング４０４が、図示していないリング状の凹み部内に嵌めこめられて配置され、上部容器２０６がその軸を試料台ベース２０５の中心と通る軸と合致させる又は同等の位置にしてさせて上方に載せられた状態でリング状の下端面に配置されるシート面４０３と上下方向に位置が重ね合わされて、前記Ｏリング４０４の形状が変形することで、内部と外部との間を気密に区画する。

さらに、本実施例は、上部容器２０６が試料台ベース２０５の上方に重ね合わされて載せられるた状態で、円筒形を有する上部容器２０６の側壁面に配置され側壁を水平方向に貫通するゲートのゲート開口４０５を外周側で囲む壁面上で、当該上部容器２０６の側面とバルブボックス２０３の側面とが対向してシール部材を挟んで接続される構成を備えている。バルブボックス２０３と上部容器２０６とが対向して接続される面は相似した形状を有した曲面であり、両者が接続された状態でＯリング４０２を挟んで隙間なく嵌め合わさるような形状にされている。バルブボックス２０３の側壁面に配置される上部部材２０６の外周側壁に曲率半径を合わせて凹まされた円筒の曲面形状を有する真空シート面には、第２のゲートバルブ２０２が上下、水平方向に移動する空間を構成する貫通孔の周囲を囲んで配置されたＯリング４０２が嵌めこまれるリング状に配置された溝または凹み部が形成されており、当該真空シート面と上部容器２０６の側面に設けられたシート面４０１と重ね合わさって、前記Ｏリング４０２がつぶされることで内外を気密に区画する。

このような構成において、上部容器２０６の上端部上面も真空シート面４０６を構成するとともに、底面及び側面のそれぞれにも真空シート面を有しており、それぞれの真空シート面にて内外を気密に封止する性能を得るために、是等の真空シート面の間に配置されるＯリング３０９，４０２，４０４に十分は力を作用させて変形させる必要がある。

本実施例では、前記真空容器２０６を、ボルトを用いて、試料台ベース２０５、および、バルブボックス２０３に同時に締め付け可能な構造としている。この構成を、図７を用いて説明する。図７は、図１に示す実施例に係るプラズマ処理装置の真空容器が取り付けられる状態を模式的に示す斜視図である。

上部容器２０６の円筒形の外周側壁面上には貫通孔を有したブロック５０１およびブロック５０２が、図示しないボルト等により上部容器２０６に締結されて取り付けられている。また、図上２つのブロックのみが示されているが、上部容器２０６の図上裏面側の外周側壁面上にも、図示していないブロックが同様にボルト等により締結され取り付けられている。

本実施例では、図７に示すように、バルブボックス２０３の側壁面に対して斜め上方から下方に向けて傾斜した角度でボルト５０３をブロック５０１を貫通させメネジが形成されたネジ穴に挿入して締め付けることで、ブロック５０１を介して上部容器２０６をバルブボックス２０３に締結させる構成を備えている。本実施例のように水平方向に対して傾斜した角度でボルトを通して締結することにより、垂直方向（図上上下方向）すなわち試料台ベース４０４とその上方に載せられた上部容器２０６とに対してこれらの間のＯリング４０４を挟んで前者のリング状部分の上面と後者の下端部の面とを接近させ接続させてＯリング４０４を変形させる方向に荷重を作用させるとともに、水平方向（図上左右方向）すなわちバルブボックス２０３と上部容器２０６とに対してこれらの間のＯリング４０２挟んで前者の凹み部側壁表面と後者の円筒形の外周側壁面とを接近させ接続させＯリング４０２を変形させる荷重を作用させることができる。

ボルト５０３の締め付けにより発生する水平方向について荷重により、真空シート面４０１上に配置されたＯリング４０２をその全周について押しつぶし変形させてシールの性能を発揮させている。本実施例のボルト５０３はブロック５０１について上下に複数箇所（本例では２箇所）に配置され、これらの締結による荷重を調節することで真空シート面４０１の上下方向の荷重の偏りを抑制してＯリング４０２のシール性能の不均一を低減できるように構成されている。なお、図示されていないが、図上裏面側の上部容器２０６の外周側壁に取り付けられたブロックについても、同様に複数本のボルトが当該ブロックを貫通してバルブボックス２０３側壁面に対して斜め上方から下方に向けて挿入されて締め付けられて上部容器２０６とバルブボックス２０３とを締結して両者に水平方向、上下方向について荷重を作用させている。

また、上部容器２０６は、バルブボックス２０３との合わせ面と反対側において取り付けられたブロック５０２を貫通して上下方向に挿入されるボルト５０４がベースプレート３１７上面のメネジ穴に挿入されて締め付けられる構成を備えている。ボルト５０３によりブロック５０２を介して上部容器２０６とベースプレート３１７とが締結され、ボルト５０３の締め付けにより垂直方向に荷重が作用して、試料台ベース２０５上端上面の真空シート面４０３上のＯリング４０４をその全周に渡り押しつぶして変形させ、上部容器２０６と試料台ベース２０５との間を気密に区画するシール性能を発揮させている。

上記実施例ではブロック５０１，５０２は上部容器２０６と別の部品を図示しないボルト等で結合させた構成を備えているが、上部容器２０６を外周側壁上にこれらブロック５０１，５０２と同様の形状の突起部を有した形状に製造しても良い。上部容器２０６側壁上に一体に形成された突起部を通してボルト５０３，５０４により上部容器２０６がバルブボックス２０３またはベースプレート３１７に締結され、荷重が直接的に上部容器２０６に印加される。

１０１…大気ブロック、
１０２…真空ブロック、
１０３…真空処理室、
１０４…真空搬送室、
１０５…ロック室、
１０６…大気搬送室、
１０７…カセット、
１０８…搬送中間室、
１０９…大気搬送ロボット、
１１０…真空搬送ロボット、
２０１…第１ゲートバルブ、
２０２…第２ゲートバルブ、
２０３…バルブボックス、
２０４…試料台、
２０５…試料台ベース、
２０６…上部容器、
３０１…第１の高周波電源、
３０２…中心軸、
３０３…蓋部材、
３０４…ソレノイドコイル、
３０５…シャワープレート、
３０６…ガス導入リング、
３０７…放電ブロック、
３０８…ヒータ、
３０９…Ｏリング、
３１０…アースリング、
３１１…第１の温度コントローラ、
３１２…第２の温度コントローラ、
３１３…排気部蓋、
３１４…支柱、
３１５…排気ポンプ、
３１６…第２の高周波電源、
３１７…ベースプレート、
３１８…下部容器、
３１９…石英内筒、
３２０…放電ブロックベース、
３２１…アクチュエータ、
４０１…真空シート面、
４０２…Ｏリング、
４０３…真空シート面、
４０４…Ｏリング、
４０５…開口、
４０６…真空シート面、
５０１…ブロック、
５０２…ブロック、
５０３…ボルト、
５０４…ボルト。

Claims (4)

1. 減圧された内側に配置されたウエハがプラズマを用いて処理される処理室を有した真空容器と、この真空容器が載せられて当該真空容器内部の処理室からのガスが排出される開口を有したベースプレートとを有し、前記真空容器が前記ベースプレートに対して水平方向に移動して取り外し可能に構成されたプラズマ処理装置であって、
   前記真空容器が当該真空容器の水平方向に隣り合って配置され減圧されたその内部を前記ウエハが搬送される真空搬送室と連結されるものであって、
   前記真空容器の側壁上に配置され前記ウエハが内側を通り前記処理室に搬送される開口と、前記真空容器及び前記真空搬送室の間の連結部と前記真空容器との間を締結する締結部材であって前記真空容器の１つの箇所と当該１つの箇所から水平方向及び下方の前記ベースプレートに向かう方向に離間した前記連結部の他の箇所との間に挿入されて両者を締結して前記開口の周囲の前記側壁と当該開口を囲んで配置されたシール部材を挟んだ前記連結部との間を気密に封止して連結させる締結部材とを備えたプラズマ処理装置。
   
2. 請求項１記載のプラズマ処理装置であって、
   前記締結部材による前記連結により前記真空容器の側壁表面に当接する前記シール部材及び当該真空容器の下面に当接する別のシール部材が当該真空容器内部と外部との間を気密に封止するプラズマ処理装置。
   
3. 請求項１または２に記載のプラズマ処理装置であって、
   前記連結部が前記真空搬送室と前記真空容器との間に配置され前記開口を開閉するバルブを内部に収納するバルブボックスであるプラズマ処理装置。
   
4. 請求項１乃至３の何れかに記載のプラズマ処理装置であって、
   上下方向に荷重を生起して前記真空容器と前記ベースプレートとを連結させる別の締結手段を備えたプラズマ処理装置。

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