JP7326646B1 - プラズマ処理装置 - Google Patents

Abstract

本発明の目的は、歩留まりを向上させたプラズマ処理装置を提供することに有る。プラズマ処理装置は、試料台の外周に配置された試料台ベースと、試料台ベースに連結管とバッファ部とを介して接続された圧力センサと、連結管や前記バッファ部の温度が前記圧力センサに向かうに伴って高くなる様に温度勾配を形成し、かつ、圧力センサが試料台の上のプラズマ生成空間に近似した温度にされる様に加熱を調整するヒータと、試料台ベースの下側に配置された矩形状のベースプレートと、を備える。圧力センサは、矩形状のベースプレートの上の試料台ベースの外側のベースプレートの角部の防熱板で区画された箇所に格納され、当該角部の箇所の内外が開口を通し連通された構成とされる。

Description

本発明は、真空容器内部の処理室内に配置された試料台上に支持された半導体ウエハ等の基板状の試料を当該処理室内に形成されたプラズマを用いて処理するプラズマ処理装置に係り、特に、処理室内部の圧力を検知する圧力計の出力を用いて処理室内の圧力を調節しつつ前記試料を処理するプラズマ装置に関する。

プラズマ処理装置は、半導体ウエハ（試料）の処理中において、処理室内部の圧力を、長期間また高い精度で、プラズマ処理に適した範囲内の所望の値にすることが求められる。このような処理室内部の圧力は、処理室内部と連通させて真空容器に取り付けられた圧力計を用いて検出され、当該圧力計の出力の値から検出される圧力の値を用いて、処理室内部の圧力の値が調節されている。

一方、このような圧力計は、検知する温度によって同じ圧力の値であっても出力の値が異なる、所謂温度への依存性を有している（圧力計の出力値が温度依存性を有する）ことが知られている。また、圧力計の出力値は、プラズマ処理装置の運転時間の経過あるいは希少の処理の枚数の累計が大きくなるに伴って、初期の状態から変動するという、経時変化性を有している（圧力計の出力値が経時変化性を有する）ことが知られている。そのため、プラズマ処理装置の運転時間が所定の期間に到達した場合や半導体ウエハ（試料）の処理の枚数の累計が所定の処理の量に到達した場合において、到達後に、圧力計の出力値とその精度とを補正する校正の作業が行われていた。

一方、近年のプラズマ処理装置に対しては、ウエハの処理の精度を向上するため、ウエハを支持する試料台を処理室の上下方向の中央部に配置して、処理室が試料台上面の上方の空間であってプラズマが内部で形成される放電領域と、試料台底面の下方の空間であって当該底面の直下方に位置する排気口に面した排気領域と、これらの間を連結して連通する試料台外側壁の外周側の空間とで構成されるものが開発されてきた。このような技術では、プラズマが形成される試料台上面の上方の空間（放電領域）から排気領域までの処理室内部のガスや粒子の流れの周方向のバラつきが低減され、処理の精度が向上される。

このようなプラズマ処理装置の例としては、国際公開第２０２１／１４９２１２号（特許文献１）に記載のものが知られていた。特許文献１には、処理室を囲む真空容器は、上部容器と下部容器とこれらの間に挟持されて試料台を含むリング状の部材とで構成され、試料台上面上方にプラズマを形成する放電用の空間と、さらに試料台底面下方に排気口に面する空間とを備えて、試料台が上下方向についてこれらの空間の間に支持されたプラズマ処理装置が開示されている。さらに、上下の容器の間で保持されるリング状の部材に接続されて処理室内部と連通された制御用圧力計に加え、処理室と繋がる空間に接続された校正用圧力計により、大気圧下で行われる制御用の圧力計の校正作業を不要とする技術が開示されている。

国際公開第２０２１／１４９２１２号

しかしながら、特許文献１では、次のような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、特許文献１では、圧力計がプラズマが形成される試料台上面上方の空間から離間した箇所に配置されている。このため、プラズマが形成されていることで当該空間を囲む箇所は加熱されるが、圧力計が配置されたプラズマから離間した箇所の温度と、プラズマが形成される領域の温度の差が大きいと、これに起因して圧力計により検出される温度も差が大きくなってしまい、当該圧力計の出力を用いて処理室内の圧力を調節して行うウエハの処理は、所期のものからのバラつきやズレが大きくなってしまう。

さらに、このような課題を解決するために、圧力計を加熱して温度を調節する構成を適用する場合が考えられる。この場合には、複数の部材から構成される圧力を検出するユニットでは、圧力計が一般にプラズマ処理装置の端部に配置される。この時、圧力計は、その周囲を十分に排熱しなければ、圧力計内に設けられた圧力センサが過度に加熱され、却って圧力の検知の精度が損なわれてしまう。この様な点についても、考慮されていなかった。

このように、特許文献１では、圧力を検知する箇所と検知対象との間の距離により、検知する温度の誤差の低減について、十分に考慮されていなかった。このため、ウエハの処理の再現性や処理の結果としての加工後の形状の精度が損なわれ、処理の歩留まりが損なわれてしまうことについて、考慮されていなかった。

本発明の目的は、歩留まりを向上させたプラズマ処理装置を提供することに有る。

プラズマ処理装置は、試料台の外周に配置された試料台ベースと、試料台ベースに連結管とバッファ部とを介して接続された圧力センサと、連結管や前記バッファ部の温度が前記圧力センサに向かうに伴って高くなる様に温度勾配を形成し、かつ、圧力センサが試料台の上のプラズマ生成空間に近似した温度にされる様に加熱を調整するヒータと、試料台ベースの下側に配置された矩形状のベースプレートと、を備える。圧力センサは、矩形状のベースプレートの上の試料台ベースの外側のベースプレートの角部の防熱板で区画された箇所に格納され、当該角部の箇所の内外が開口を通し連通された構成とされる。

構造的に端部に在る圧力センサを、高温のバッファ部との温度差を大きく維持しで排熱を向上し、過加熱されてしまうことを抑制して、圧力センサの検出誤差を低減する。このことにより、ウエハ処理条件のばらつきを低減して、処理の歩留まりを向上させる。

図１は、本発明の実施例に係るプラズマ処理装置の構成の概略を示す斜視図である。 図２は、本発明の実施例に係るプラズマ処理装置の構成の概略を示す断面図である。 図３は、図２に示す実施例に係るプラズマ処理装置の試料台ベース周りの構成の概略を模式的に示す上面図である。 図４は、図２に示す実施例に係るプラズマ処理装置の真空計ユニットの構成の概略を模式的に示す断面図である。 図５は、図２に示す実施例に係るプラズマ処理装置の真空計ユニットの構成の概略を模式的に示す斜視図である。 図６は、図１に示す実施例に係るプラズマ処理装置のカバーの構成を拡大して示す斜視図である。 図７は、図４に示す真空計ユニットのヒータについて説明する図である。

以下、図面を用いて本発明の実施の形態を説明する。

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の構成の概略を示す斜視図である。本図に示すプラズマ処理装置１００は、図示しない少なくとも１つの真空搬送容器を含む真空処理装置の一部を構成するものであって、その側壁が半導体ウエハ等の処理対象の基板状の試料が内部で搬送される１つの真空搬送容器に連結される処理ユニットである。プラズマ処理装置１００は、後述のように、内部に真空容器を有した処理ユニットであって、真空搬送容器の内部の搬送室に配置された搬送用のロボットのアーム先端部に載せられて未処理のウエハが真空容器内部の処理室に搬入され、処理後のウエハが処理室から搬送室に搬出される。

プラズマ処理装置１００は、上方から見た場合におおよそ矩形状の形状を有して、その最下部には、真空容器内部でウエハを処理する動作を行うための電源や電力の中継用の機器、真空処理装置本体や真空処理装置が設置される建屋との間の信号やガスのやり取りするインターフェースが内蔵された、直方体形状を有した架台部１４を備えている。架台部１４の上方に載せられて、ターボ分子ポンプ等の真空ポンプとこの真空ポンプを含む排気部１３、内部で処理用ガスが供給されてウエハが処理される処理室を内蔵する真空容器および内部にゲートバルブを有して真空容器と真空搬送容器との間を連結するインターフェース機能を奏するバルブボックスを備えた真空容器部１２と、真空容器内部の処理室内に処理用ガスを用いてウエハの処理に用いられるプラズマを形成するための電界または磁界を形成して供給する電源あるいはコイルや部材を含むプラズマ形成部１１とが、この順で下方から上方に配置されている。

図１において、プラズマ形成部１１と真空容器部１２との上下方向の領域が一部重なっているのは、本実施例のプラズマ処理装置１００が、後述するように、μ波の電界と磁界とにより生起させたＥＣＲ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｃｙｃｌｏｔｒｏｎ Ｒｅｓｏｎａｎｃｅ）を用いてプラズマを形成するものであって、ソレノイドコイルが真空容器の上部の一部の外周囲を覆っているからである。

さらに、本実施例のプラズマ処理装置１００は、プラズマ形成部１１と真空容器部１２との周囲は、各々が矩形状の面が組み合わされた板部材を含むカバー（側壁カバー）１５により覆われている。カバー１５は、プラズマ形成部１１と真空容器部１２との各々が備える図示しない外枠に着脱自在に取り付けられ、これらの周囲の前後左右の４つの方向を板部材で覆う。このことで、カバー１５で覆われたプラズマ形成部１１と真空容器部１２との各々の外側壁面は、直方体またはこれと見なせる程度に近似した形状にされる。

図２は、本発明の実施例に係るプラズマ処理装置の構成の概略を示す断面図である。図２に示すプラズマ処理装置１００は、大きく分けて、中央部に円形の排気口１２４を有するベースプレート１０９とその上方に配置され内側の側壁面が円筒形を有した上部容器１０１およびその下方に配置された下部容器１０２並びにこれらの間に挟まれた試料台ベース１０７とを含む真空容器を有している。さらに、真空容器の下方には、これに連結されて配置されたターボ分子ポンプ等の排気ポンプ１０３を含む排気部が備えられている。さらに、真空容器の上方には、真空容器内部の空間にプラズマを形成するための所定の周波数の電界が内側を伝播する導波管１２２およびソレノイドコイル１０５を有したプラズマ形成部が配置されている。

上部容器１０１、下部容器１０２、試料台ベース１０７は、これらの外側の壁面がプラズマ処理装置１００の周囲の雰囲気に面しており、内側の壁面が排気ポンプ１０３により減圧されプラズマが形成される空間である処理室１０４の周囲を囲んでいる。これらの部材の内壁面は、水平方向の断面が円形を有した円筒形状を備え、各々の部材の囲む処理室１０４の円筒形の中心が上下方向に合致またはこれとみなせる程度に近似した位置で内側壁面の継ぎ目での段差ができるだけ小さくなるように、Ｏリング等のシール部材を間に挟んで上下方向に押し付けられて、位置決めされて相互に接続されている。このように接続された状態でこれらの部材は真空隔壁を構成して、処理室１０４の内部と外部の雰囲気との間が気密に区画される。

処理室１０４の上部の空間は、放電部としてプラズマが形成される空間であって、その下方に処理対象のウエハ１０８が上面に載せられる試料台１０６が配置されている。本実施例の処理室１０４は、試料台１０６底面の下方であって処理室１０４底面との間に空間を有すると共に、試料台１０６底面の下方の処理室１０４の底面には処理室１０４内のガスやプラズマ等の粒子が排出される排気口１２４の円形状の開口が配置されている。

上部容器１０１の上方には、リング形状を有して導電性を有する部材製のアースリング１１６，アースリング１１６上面上方に載せられてリング形状を有した放電ブロックベース１１９及び放電ブロックベース１１９上に載せられて放電部の外周を囲んで円筒形状を有した放電部容器１１７が配置されている。放電部容器１１７の円筒形の内側の側壁部分は放電ブロックベース１１９の内周側の側壁を覆って配置されると共に、放電部容器１１７の内側であってプラズマが形成される空間である放電部との間には、放電部容器１１７の内側壁面を覆って配置された石英製の内筒が配置され、プラズマと放電部容器１１７の内側壁との相互作用を抑制し損傷や消耗を低減している。

放電部容器１１７の外側の壁面上には、ヒータ１１８が当該壁面の外周側で巻かれて、当該壁面に接して配置されている。ヒータ１１８は、図示していない直流電源と電気的に接続され直流電源から電流が供給されて発熱して、放電部容器１１７の内側壁面の温度が所望の範囲内の値となるように調節される。

放電部容器１１７及び放電ブロックベース１１９の下端面とその下方に配置された上部容器１０１上端面との間には、導電性を有した材料から構成されたリング状部材であるアースリング１１６が配置されている。アースリング１１６は、その上面が放電部容器１１７の円筒形状部の下端下面との間で、さらにアースリング１１６下面が上部部材１０１上端上面とＯリングを挟んで接続され、上下方向にこれらを押し付ける力が供給されることで、処理室１０４の内外が気密に封止される。アースリング１１６は、図示していないが接地電極と電気的に接続され、内周側の端部が処理室１０４内部の放電部に周囲から中央側に突出してプラズマと接することで、プラズマの電位が所有者の所望の範囲内のものに調節される。さらにアースリング１１６の内周側端部の上面上方には、内筒１１４が放電部容器１１７の内側壁面との間に隙間を開けて載せられて配置される。

さらに、放電部容器１１７の上端上方には、処理室１０４内にプラズマを形成するために供給される処理用のガスの通路が配置されたリング状の部材であるガスリング１１５がＯリングを挟んで載せられている。ガスリング１１５の上面の上方には、真空容器を構成して放電部に供給される電界が透過する石英等の誘電体製の部材である円板形状を有した窓部材１１２がＯリングを挟んで載せられて、窓部材１１２外周縁部下面とガスリング１１５の上面とが相互に接続されている。

窓部材１１２の下面下方には隙間を開けて石英等の誘電体製の円板状部材であるシャワープレート１１３が配置され、処理室１０４の放電部上方を覆ってその天面を構成している。シャワープレート１１３の中央部の円形の領域には複数の貫通孔が配置されている。ガスリング１１５の内部には、図示しない複数のタンクを有して構成されたガス源と流量調節器（マスフローコントローラ、ＭＦＣ）を挟んで配管を介して接続された処理用ガスの供給路と窓部材１１２及びシャワープレート１１３との間の隙間に連通されたガス流路１１５’が備えられている。流量調節器によりその流量または速度が調節された各種類のガス源からのガスは、配管に沿って供給されて１つのガス供給路として合流した後、ガスリング１１５内のガス流路１１５’を通って窓部材１１２及びシャワープレート１１３の間の隙間内に流入して当該隙間内で拡散した後、シャワープレート１１３の中央部の複数の貫通孔から処理室１０４に上方から導入される。

窓部材１１２、シャワープレート１１３、ガスリング１１５、放電部容器１１７、放電ブロックベース１１９は、Ｏリングを挟んで連結され真空容器を構成するとともに、内筒１１４と共に放電ブロックを構成する。放電ブロックは後述の通り図示しないリフターの上下方向の軸に沿って上下方向に移動して、真空容器を分解または組み立てすることが可能に構成されている。放電ブロックはアースリング１１６を含んで構成されていても良く、上部容器１０１とアースリング１１６との間で真空容器を上下に分割して分解可能に構成されていても良い。

窓部材１１２の上方には、処理室１０４の放電部にプラズマを形成するために供給されるマイクロ波の電界を伝播するための導波管１２２が配置されている。導波管１２２は、上下方向の軸に沿って延在してその上下方向の軸に垂直な水平方向の断面が円形を有する円筒形の円形導波管部と、水平方向の軸に沿って延在し水平方向の軸に垂直な上下方向の断面が矩形または方形を有すると共にその一端部が円形導波管部の上端部と接続された方形導波管部とを備え、方形導波管部の他端側の部分には発振して電界を形成するマグネトロン１２３が配置されている。形成されたマイクロ波の電界は方形導波管部を水平方向に伝播して円形導波管部の上端で向きを変えて下方の窓部材１１２下方の処理室１０４に向けて伝播する。

円形導波管部の下端部は、この下端部下方であって窓部材１１２の上方で当該窓部材１１２と同じかこれとみなせる程度に近似した大きさの内径を有する円筒形の空洞部１２１の円形の天井部の中央部と接続されている。円形導波管部の内部と空洞部１２１の内部の空洞とは円形の天井部中央の円形導波管の内径と同じ円形の開口を介して連通されており、空洞部１２１は導波管１２２の一部を構成する。円形導波管内を伝播したマイクロ波の電界は、空洞部１２１内に導入された後、空洞部１２１内部で所望の電界のモードが形成され、窓部材１１２及び下方のシャワープレート１１３を透過して処理室１０４内に伝播する。

さらに、本実施例では、空洞部１２１上方の導波管１２２の円形導波管部の外周側、及び空洞部１２１並びに放電部容器１１７の円筒形の外側側壁の外周側を囲んで、上下方向に複数段のリング状のソレノイドコイル１０５がヨークと共に配置されている。これらソレノイドコイル１０５は図示しない直流電源と電気的に接続されて直流電流が供給されて磁界を生成する。導波管１２２から供給されたマイクロ波の電界とソレノイドコイル１０５から生起されて供給された磁界とが処理室１０４内部で相互に作用を及ぼし電子サイクロトロン共鳴（Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｃｙｃｌｏｔｒｏｎ Ｒｅｓｏｎａｎｃｅ、ＥＣＲ）を生起して、処理室１０４内に供給された処理用ガスの原子又は分子を励起し、これらを電離または解離させて、ウエハ１０８の処理中の放電部内にプラズマを形成する。

試料台１０６はリング状の試料台ベース１０７の内側の中央部に配置され、これらの間を接続する複数本の支持梁により試料台ベース１０７で接続されている。本実施例の支持梁は、図上一点鎖線で示される、円筒形を有した試料台１０６の上下方向の中心軸について上方から見てその周方向に同じかこれとみなせる程度に近似した角度毎に放射状に、所謂軸対称に配置されている。このような構成により、上部容器１０１の内側の放電部内で形成されたプラズマや供給されたガス、ウエハ１０８の処理中に生じた反応生成物等の粒子が、排気ポンプ１０３の動作により、試料台１０６と上部容器１０１との間および、試料台１０６と試料台ベース１０７の間の空間であって支持梁同士の間の空間を通り下部容器１０２内側の空間を通って、試料台１０６の直下方の排気口１２４を通って排出され、ウエハ１０８上面上方の処理室１０４内部での粒子の流れがウエハ１０８の周方向についてバラツキが低減されウエハ１０８の処理の均一性が向上する。

試料台１０６は内部に空間を有し底面を試料台底蓋１２０が内外を気密に封止して取り付けられることで当該空間が密封されている。さらに複数本の支持梁の内部には試料台ベース１０７の外側の大気圧の雰囲気と連通した通路が配置されて試料台１０６内部の空間と当該外側の箇所とが連通される。これらの空間と通路とは、試料台ベース１０７の外側に配置され試料台に電力や冷媒、ガス等の流体を供給するケーブルや配管等の供給路の配置用の領域になっている。当該通路と試料台１０６内の空間とは雰囲気と同じ大気圧かこれとみなせる程度に近似した圧力にされている。

また、上部容器１０１および下部容器１０２は、各々の外側壁に図示していないフランジ部を有している。下部容器１０２およびその上方の上部容器１０１はベースプレート１０９に対して各々のフランジ部がネジやボルトを用いて締結され位置決めされている。つまり、下部容器１０２がベースプレート１０９の上方に設けられ、試料台ベース１０７が下部容器１０２の上方に設けられ、上部容器１０１が試料台ベース１０７の上方に設けられている。なお、本実施例の上部容器１０１、下部容器１０２、試料台ベース１０７の外周側壁は円筒形状を有するが、これら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。

ベースプレート１０９は、プラズマ処理装置１００が設置されるクリーンルーム等の建屋の床の上に複数本の支柱１２５の上端部と接続され、これら支柱１２５の上に載せられて支持されている。つまり、ベースプレート１０９を含む真空容器は複数本の支柱１２５を介して建屋の床面上に位置決めされている。

さらに、ベースプレート１０９の下方の支柱１２５同士の間の空間には排気ポンプ１０３が配置され排気口１２４を介して処理室１０４と連通されている。排気口１２４は、試料台１０６の直下方でその円形の開口の中心を通る上下方向の軸は上記中心軸と合致またはこれとみなせる程度に近似した位置に配置され、排気口１２４上方の処理室１０４の内部には当該排気口１２４に対して閉塞または上下方向に移動する略円板形状を有する排気口蓋１１０が配置されている。排気口蓋１１０は、ベースプレート１０９の下方に配置されアクチュエータ等の駆動用の機器を有する排気調節機１１１の動作に伴って上下に移動することにより、排気口１２４から排出される処理室１０４内の粒子の流路の面積を増減することで排気口１２４からの処理室１０４内の粒子の排気のコンダクタンスを増減する流量調節バルブの機能を奏するものであり、図示しない制御部からの指令信号に基づいて排気口蓋１１０が駆動されることで排気ポンプ１０３により排出される内部の粒子の量や速度が調節される。

プラズマ処理装置１００の真空容器は、これに水平方向について隣接して配置された別の真空容器であって、内部の減圧された空間である搬送室にウエハ１０８をアームの先端部の上面に保持して当該搬送室内を搬送する搬送ロボットが配置された真空搬送容器１２６と連結されている。プラズマ処理装置１００と真空搬送容器１２６との間は、内部の処理室１０４と真空搬送室とがウエハ１０８が内側を通る通路であるゲートを介して連通される。さらに、真空搬送室内には、上下方向に移動すると共に真空搬送容器１２６内側壁面に対して水平方向に移動して当該内側壁面に配置されたゲートの開口を開放および内側壁面とＯリングを挟んで当接して開口を気密に閉塞するゲートバルブ１２８が備えられている。

さらに、本実施例では、上部容器１０１と真空搬送容器１２６との間に、別のゲートバルブ１２９を内部の空間内に備えたバルブボックス１２７が配置されている。バルブボックス１２７はその２つ端部の各々が上部容器１０１の外側側壁面および真空搬送容器１２６の側壁面の各々にＯリング等のシール部材を間に挟んで接続され、内部に外部の大気圧の雰囲気から気密に区画される空間を有している。バルブボックス１２７の一方の端部の側壁面は真空搬送容器１２６側壁のゲートの開口の周囲と接続され、他方の端部の側壁面は上部容器１０１の側壁に配置されたゲートの開口の周囲と接続されることで、バルブボックス１２７の内の空間は、ウエハ１０８が搬送ロボットのアームに載せられて搬送される通路を構成する。

なお、バルブボックス１２７内部に配置されたゲートバルブ１２９は、上下方向に移動するとともに上部容器１０１の外側壁に対して水平方向に移動して、上部容器１０１のゲートの開口を開放またはＯリングを挟んで当接して気密に封止する。真空搬送容器１２６、バルブボックス１２７の各々の下方には、各々の内部に配置されたゲートバルブ１２８，１２９と接続されてこれら移動させるためのアクチュエータ等の駆動機１３０が配置されている。

また、本実施例のバルブボックス１２７は、ネジやボルト等で、建屋の床面に下端が接続されて位置決めされた別の支柱１２５の上端部と接続されてこれに支持されて、バルブボックス１２７の一端部の側壁面がゲート外周側の上部容器１０１の外側壁面とＯリングを挟んで接続して気密な封止が実現できるように位置決めされて配置されている。図１の実施例のバルブボックス１２７は、建屋の床面上に支柱１２５により支持される態様の他に、ベースプレート１０９下方の支柱１２５に接続された別の支柱１２５により支持される、或いはベースプレート１０９の真空搬送容器１２６側の端部の上面にネジやボルト等で締結されて位置決めされる態様であっても良い。

ウエハ１０８の処理に先立って、予め減圧された処理室１０４の内部に処理前のウエハ１０８が搬送ロボットのアームの先端部上面に載せられ保持されて真空搬送室内からバルブボックス１２７内部の空間を通して搬入される。ウエハ１０８は、処理室１０４内部の試料台１０６上面上方でアーム上に保持された状態から試料台１０６上面から突き出した複数のピン上に受け渡されると、搬送ロボットのアームが処理室１０４から真空搬送室内に退出する。ウエハ１０８が試料台１０６上面に載せられると共に、ゲートバルブ１２９が駆動されて上部容器１０１のゲートが気密に閉塞される。

この状態で、流量調節器により流量または速度が調節された複数のガスから構成された処理用のガスがガス供給路及びガス流路１１５’から窓部材１１２とシャワープレート１１３との隙間とシャワープレート１１３の貫通孔を通して処理室１０４内に導入されると共に、排気口１２４と連通した排気ポンプ１０３の動作による処理室１０４内のガスの粒子が排気され、これらのバランスにより処理室１０４内の圧力が処理に適した範囲内の値に調節される。さらに、マグネトロン１２３を用いて形成されたマイクロ波の電界が導波管１２２及び空洞部１２１内を伝播して窓部材１１２，シャワープレート１１３を透過して処理室１０４内に供給されると共に、ソレノイドコイル１０５により形成された磁界が処理室１０４内に供給され、処理用のガスを用いて放電部内にプラズマが形成される。

ウエハ１０８が上面に載せられて保持された状態で、試料台１０６の内部に配置された図示されない電極に所定の周波数の高周波電力が供給されて、ウエハ１０８の上面上方にプラズマとの間に差を有したバイアス電位が形成され、当該電位差によってプラズマ中のイオン等の荷電粒子がウエハ１０８上面に誘引されて、ウエハ１０８上面に予め配置された処理対象の膜層とその上方に積層されたレジスト等の材料から構成されたマスク層とを有する膜構造の当該処理対象の膜層に衝突してエッチング処理が進行する。

処理対象の膜層のエッチング処理が所定の残り膜厚さ或いは深さまで到達したことが、図示しない検出器により検出されると、試料台１０６内部の電極への高周波電力の供給ならびにプラズマの形成が停止されてエッチング処理が終了する。次に、処理室１０４内部の粒子を十分に排気した後に、ゲートバルブ１２９が駆動されて上部容器１０１のゲートが開放されて当該ゲートを通して搬送用ロボットのアームが処理室１０４内に進入し、ウエハ１０８がアーム上に試料台１０６から受け渡され、アームが処理室１０４外に退出することで、処理後のウエハ１０８が真空搬送室に搬出される。

次に処理されるべき未処理のウエハ１０８が在るか否かが制御部により判定され、次のウエハ１０８が在る場合には再度ゲートを通してウエハ１０８が処理室１０４内に搬入されて試料台１０６に受け渡された後、上記と同様にウエハ１０８へのエッチング処理が行われる。次に処理されるべきウエハ１０８が無いと判定された場合には、半導体デバイスを製造するためにウエハ１０８を処理するプラズマ処理装置１００の運転が停止または休止される。

本実施例のプラズマ処理装置１００の試料台ベース１０７が有する試料台１０６の外周側に位置する円筒形またはリング状形の試料台リングベース１０７’には、処理室１０４内部と連通され当該内部の圧力を検知する圧力センサ１３４を備えた真空計ユニット１３０が連結されている。真空計ユニット１３０は、圧力センサ１３４と、圧力センサ１３４に接続されたバッファ室（バッファ部）１３３と、バッファ室１３３と試料台リングベース１０７’との間を連結する管路とを備えている。さらに、真空計ユニット１３０の管路の端部は、試料台リングベース１０７’に接続された状態で、試料台リングベース１０７’を図上左右方向に貫通する貫通孔と連通されて、圧力センサ１３４と処理室１０４内部とが連通されることで、圧力センサ１３４が処理室１０４内部の圧力を検知可能に構成されている。

図３は、図２に示す実施例に係るプラズマ処理装置の試料台ベース周りの構成の概略を模式的に示す上面図である。本図では、図２に示すプラズマ処理装置１００の試料台ベース１０７を含めてこれより下方の部分を上方から見た場合の図を示している。また本図では、プラズマ処理装置１００が接続された真空搬送容器１２６側（図上上方側）のベースプレート１０９の端部の上面に接続されたバルブボックス１２７は、これを上面から見た図として示されている。

さらに、本図では、試料台リングベース１０７’に接続された真空計ユニット１３０の一部をこれが配置された高さの水平面で切った場合の横断面が示されている。本図に示されているように、真空計ユニット１３０は、その一端部に配置された圧力センサ１３４が、圧力センサ１３４に接続されたバッファ室１３３と管路とによって試料台リングベース１０７’と連結され、圧力センサ１３４と処理室１０４内部との間で、これらを連通して処理室１０４内部のガスや粒子が通流する経路が構成されている。

すなわち、バッファ室１３３と試料台リングベース１０７’との間を接続し、真空計ユニット１３０の他方の端部に相当する管路の端部は、試料台リングベース１０７’の外周側壁であって図上左右方向に延在する貫通孔の周囲の側壁と内外を気密に封止して接続されている。貫通孔は、バルブボックス１２７が設置される真空搬送容器１２６と接続される側（図３では、上側）の試料台リングベース１０７’の端部（第１端部）Ａと試料台１０６の中心を挟んだ反対側（図３では、下側）の試料台リングベース１０７’の端部（第２端部）Ｂとの間の中間の位置（Ｃ）に外周側壁面の箇所と内側との間を連通するように配置される。貫通孔の設置箇所は、試料台１０６を試料台リングベース１０７’の中央部で支持する複数本の支持梁１３７同士の間に位置している。支持梁１３７は、円筒形の試料台１０６の外周側壁と試料台リングベース１０７’の円筒形の内周側壁との間で試料台１０６の中心の軸の周囲に等角度で放射状に延在してこれらを接続する。この構成により、圧力センサ１３４は、バッファ室１３３および管路、貫通孔を介して、処理室１０４内部と連通される。これにより、圧力センサ１３４は、処理室１０４内部の圧力、特には、ウエハ１０８がその上に載置される試料台１０６上の載置面の上方の、プラズマが形成される処理室１０４の領域、所謂放電領域の圧力を検知することが可能となる。

一方、試料台リングベース１０７’は、図２に示すとおり、上部容器１０１および下部容器１０２によりこれらの間に挟まれた高さ位置で挟持されている。このため、圧力センサ１３４は、検知目標である放電領域とは、少なくとも試料台１０６の高さ及び管路、バッファ室１３３の長さの分だけ、距離を開けた位置に配置されている。さらに、試料台１０６の外周側には、プラズマ閉込めリング１３１が配置されると共に、処理中の放電領域で形成されるプラズマにより、プラズマ閉込めリング１３１やウエハ１０８の放電領域に面する箇所はプラズマからの熱を受けて相対的に高い温度にされる。一方、圧力センサ１３４は、検知対象（放電領域）から離れて設置され、かつ、温度が検知対象（放電領域）と異なる箇所において、当該検知対象の圧力温度を検知することが求められる。

このため、本例の真空計ユニット１３０は、図４に後述するように、圧力センサ１３４と試料台リングベース１０７’との間の、バッファ室１３３および管路を含む箇所の周囲にヒータ４０５を配置して、これらを加熱する構成を備えている。当該ヒータ４０５により、バッファ室１３３および管路の少なくとも一部は、放電領域においてプラズマが形成されている状態でプラズマに面する部材の温度にされる。このことにより、圧力センサ１３４が検知する圧力と放電領域内の圧力とのズレを低減することができる。そして、これにより、圧力センサ１３４により検知する圧力の精度を向上することができる。特に、本例では、真空計ユニット１３０の試料台リングベース１０７’に接続された端部と圧力センサ１３４との間の経路を構成する管路やバッファ室１３３等の各部材の温度が、圧力センサ１３４に向かうに伴って高くなるように、ヒータ４０５からの出力によるに加熱が調節される。つまり、ヒータ４０５は、「圧力センサ１３４の温度≧バッファ室１３３の温度」の様に温度勾配を形成し、圧力センサ１３４のセンサ部がプラズマ生成空間（放電領域）に近似した雰囲気へ温度調節することができるように構成されている。

図３に示すように、さらに、本例では、圧力センサ１３４は、真空容器を構成する試料台リングベース１０７’との間にバッファ室１３３等を備えて、真空容器から離間され、ベースプレート１０９の図上左下端の角部（隅部）近傍の上方で、ベースプレート１０９上面から隙間を開けて配置される。さらに、圧力センサ１３４は、真空容器を構成する試料台リングベース１０７’、下部容器１０２との間に防熱板１３６を備えて、真空容器およびバッファ室１３３から区画された冷却室１３５内に配置されている。

冷却室１３５は、少なくとも２箇所に配置された開口６０２，６０３によりプラズマ処理装置１００の周囲の空間と連通される。一箇所の開口（第１開口部）６０２から冷却室１３５内部に流入するプラズマ処理装置１００外部の雰囲気としての気体（大気）３００が、当該内部の圧力センサ１３４あるいは冷却室１３５の内側壁面の部材と熱交換し、他の箇所の開口（第２開口部）６０３からプラズマ処理装置１００外部の空間に流出する。このことにより、圧力センサ１３４の外周壁面の温度の増大が抑制される。また、上面から見た場合において、プラズマ処理装置１００の端部（角部）に位置する圧力センサ１３４の温度が過度に高くなり、圧力の検知の精度が損なわれることが抑制される。開口６０２，６０３については、図６でさらに詳細に説明する。

図４は、図２に示す実施例に係るプラズマ処理装置の真空計ユニットの構成の概略を模式的に示す断面図である。本図では、本例の真空容器および内部の処理室１０４と、真空容器を構成する試料台リングベース１０７’と冷却室１３５内部の圧力センサ１３４との間の真空計ユニット１３０の構成を模式的に示している。

さらに、図５は、図２に示す実施例に係るプラズマ処理装置の真空計ユニットの構成の概略を模式的に示す斜視図である。この図５では、図３と同様に、上部容器１０１より下方の試料台リングベース１０７’と下部容器１０２，ベースプレート１０９、バルブボックス１２７および真空計ユニット１３０の配置が模式的に示されている。

上述の通り、圧力センサ１３４と試料台リングベース１０７’との間は、バッファ室１３３および当該バッファ室と試料台リングベース１０７’との間を接続する接続管（連結管）４０２により接続されている。さらに、接続管４０２の端部は、試料台リングベース１０７’の外周側壁の当該貫通孔の開口部４０１の周囲の箇所に接続される。接続管４０２は、試料台リングベース１０７’の外周側壁に接続された箇所では、その軸方向はバッファ室１３３に向かって当該外周側壁に垂直な水平方向（図３では、左右方向）に延在し、さらに軸方向はバッファ室１３３との間の箇所で下方に曲がって延在する。

本例では、接続管４０２はバッファ室１３３に接続されるまでの箇所で複数回、その軸方向が９０度またはこれと見なせる程度に近似した角度で曲げられる。この結果、バッファ室１３３およびこれに接続された圧力センサ１３４は、ベースプレート１０９のバルブボックス１２７が設置される側（プラズマ処理装置１００の真空搬送容器に接続される側）の端部に対して、試料台１０６の（処理室１０４の）中心部を挟んだ反対の側に向けて水平方向（図３では、下方向）に離間した箇所に配置される。結果として、圧力センサ１３４は、矩形状の平面形を有するベースプレート１０９の当該試料台１０６の（処理室１０４の）中心部を挟んだ反対の側の角部に位置する。このような箇所は、下部容器１０２や試料台リングベース１０７’から離間する距離を相対的に大きく取ることができると共に、プラズマ処理装置１００の外部に対して相対的に近い箇所で外部の雰囲気としての気体３００を効果的に通流させることのできる箇所である。

この状態で、圧力センサ１３４は、ベースプレート１０９の上方で、下部容器１０２の外周側壁に面する高さで、当該側壁と隙間を開けて配置されている。図４に示す様に（図５には省略されている）、圧力センサ１３４およびこれが内部収納された冷却室１３５と、バッファ室１３３および下部容器１０２、試料台リングベース１０７’の外周側壁面との間に、防熱板１３６が配置される。冷却室１３５が下部容器１０２および試料台リングベース１０７’の外周の他の空間から区画されている。特に、本例の下部容器１０２の外周側壁面には、下部容器１０２を加熱して内側壁面に処理室１０４内部の粒子が付着して堆積することを抑制するための外周ヒータ４０４が備えられる。図４に示すように（図５では省略されている）、太い点線で示すヒータ４０５によりバッファ室１３３の周囲の外壁と接続管４０２の周囲の外壁とが加熱される。防熱板１３６は外周ヒータ４０４とこれにより加熱される下部容器１０２あるいは試料台リングベース１０７’、さらには、ヒータ４０５により加熱されるバッファ室１３３と接続管４０２の熱により、圧力センサ１３４の外側壁が及ぼされる影響を低減する。このため、防熱板１３６は遮熱性能の高い材料で構成された部材が用いられる。つまり、圧力センサ１３４は、矩形状のベースプレート１０９の上の試料台ベース１０７（試料台リングベース１０７’）の外側のベースプレート１０９の角部の防熱板で区画された箇所に格納されている。４０３は、模式的に示されたプラズマまたはプラズマの発生領域（放電領域）である。

図７は、図４に示す真空計ユニットのヒータについて説明する図である。図７に示すように、真空計ユニット１３０に設けられたヒータ４０５は、複数のヒータ部ＨＴ１－ＨＴ１３から構成されている。ヒータ部ＨＴ１－ＨＴ１３は、開口部４０１と圧力センサ１３４との間の経路を構成する管路４０２やバッファ室１３３の各部材の外周部を加熱可能に取り付けられている。そして、ヒータ部ＨＴ１－ＨＴ１３は制御線Ｃ１－Ｃ１３にそれぞれ接続され、制御線Ｃ１－Ｃ１３はヒータ制御部９００に接続されている。ヒータ部ＨＴ１－ＨＴ１３はそれぞれ個別にその温度が制御線Ｃ１－Ｃ１３の電圧値または電流値により調整および制御可能に構成されている。ヒータ制御部９００は、制御線Ｃ１－Ｃ１３の電圧値または電流値の出力を制御することで、制御ヒータ部ＨＴ１－ＨＴ１３の加熱温度を調整および制御することができる。この例では、真空計ユニット１３０の試料台リングベース１０７’の外周側壁の貫通孔の開口部４０１と圧力センサ１３４との間の経路を構成する管路４０２やバッファ室１３３の各部材の温度が、圧力センサ１３４に向かうに伴って高くなるように、ヒータ制御部９００が制御線Ｃ１~Ｃ１３の電圧値または電流値の出力を制御して、ヒータ部ＨＴ１－ＨＴ１３の加熱を調節している。図９のその他の構成は図４と同じであるので説明は省略する。

図４に示すように、直方体またはこれと見なせる程度に近似した形状を有する空間である冷却室１３５は、当該直方体の隣接する２つの面に対応する箇所の各々に開口６０２，６０３を有している。冷却室１３５は、これらの開口６０２，６０３を介してプラズマ処理装置１００の外部の空間と連通されている。これらの開口６０２，６０３の一方６０２から冷却室１３５内部に流入した外部の空間の雰囲気（大気）により、圧力センサ１３４の外壁や冷却室１３５の温度の上昇が抑制される。このことにより、圧力センサ１３４の内部の圧力検知部は、放電領域に面する部材の温度に近似した温度に加熱されたバッファ室１３３を通って処理室１０４内部に連通され、放電領域の圧力を高い精度で検知することができる。

なお、図５においてＯリング５０１は、試料台リングベース１０７’上端部に配置され、この上に載せられる上部容器１０１の下端部と接して変形し処理室１０４内外を気密に封止する。同様に、Ｏリング５０２は、バルブボックス１２７の部分的に円筒形に湾曲して試料台リングベース１０７’上に載せられる上部容器１０１の円筒形の外周側壁と接して変形しバルブボックス１２７および処理室１０４内外を気密に封止する。

図６は、図１に示す実施例に係るプラズマ処理装置のカバーの構成を拡大して示す斜視図である。本図では、特に、真空容器部１２のカバー（側壁カバー）１５を示している。カバー１５は、直方体またはこれに近似した形状を有した冷却室１３５の２つの隣接する面に対応する箇所を覆う箇所に２つの開口６０２，６０３を備えている。

カバー１５は、ベースプレート１０９上方の真空容器部１２の外周の箇所に着脱自在に取り付けられ、特に本例では、カバー１５の下端部がベースプレート１０９と接続されて、取り付けられる。着脱が可能に取り付けられるカバー１５は、運搬あるいは取り付けの作業の安全性を高めるため、外部の壁面上の２つの箇所の各々に取手６０１が配置されている。

本例のカバー１５は、矩形状のベースプレート１０９上の真空容器の外周囲のうち、ベースプレート１０９の矩形状の隣接する各辺に対応する面を覆う２つの板部材１５１，１５２が接続された構成を有している。２つの板部材１５１，１５２同士が短い距離で対向する、あるいは隣接する箇所１５３は、ベースプレート１０９の矩形の角部６０４（図５参照）に対応し、角部６０４に真空計ユニット１３０の冷却室１３５が配置されている。このことから、２つの板部材１５１，１５２上の上記隣接する箇所には、各々開口６０２，６０３が配置されている。

各開口６０２，６０３を通して、カバー１５の外部と内部の冷却室１３５とは連通されている。すなわち、開口６０２，６０３のおのおのは、ベースプレート１０９の角部の上方に配置された矩形状を有した冷却室１３５の隣接する２つの側面を覆うカバー１５の２つの板部材１５１，１５２上の箇所に配置されている。本例の開口６０２，６０３は板部材１５１，１５２を矩形状に貫通する貫通孔の内部に、網目あるいは多孔形状を有した板状の部材６０６が配置された構成を備えている。

また、その軸がバルブボックス１２７に対して試料台１０６を挟んだ反対の側に向けて延在する接続管４０２またはバッファ室１３３の端部に取り付けられた圧力センサ１３４に対して、当該軸の延在する方向に沿って配置された板部材１５２の開口６０２の開口面積Ｓ１は、他方の開口６０３の開口面積Ｓ２より大きくされている（Ｓ１＞Ｓ２）。開口６０２は、プラズマ処理装置１００が真空搬送容器に取り付けられ真空処理装置を構成した状態で、隣接する別のプラズマ処理装置または大気搬送容器との間の空間に面した位置に配置される。一方、開口６０３は、隣接する別の真空処理装置との間の空間であって装置の使用者が移動可能な空間に面した位置に配置されている。隣接する別のプラズマ処理装置または大気搬送容器との間の空間から流入したプラズマ処理装置１００の周囲の雰囲気は、冷却室１３５内部で圧力センサ１３４の外壁と熱交換して、開口６０３からプラズマ処理装置１００の外部に流出する。

本発明は、半導体ウエハ等の基板状の試料を処理室内に形成されたプラズマを用いて処理するプラズマ処理装置に適用可能である。

１００：プラズマ処理装置
１０１：上部容器
１０２：下部容器
１０３：真空ポンプ（排気ポンプ）
１０４：処理室
１０５：ソレノイドコイル
１０６：試料台
１０７：試料台ベース
１０８：ウエハ
１０９：ベースプレート
１１０：排気口蓋
１１１：排気調節機
１１２：窓部材
１１３：シャワープレート
１１４：内筒
１１５：ガスリング
１１５’：ガス流路
１１６：アースリング
１１７：放電部容器
１１８：ヒータ
１１９：放電ブロックベース
１２０：試料台底蓋
１２１：空洞部
１２２：導波管
１２３：マグネトロン
１２４：排気口
１２５：支柱
１２６：真空搬送容器
１２７：バルブボックス
１２８，１２９：ゲートバルブ
１３０：真空計ユニット
１３３：バッファ室
１３４：圧力センサ
１３５：冷却室
１３６：防熱板
４０５：ヒータ
６０２，６０３：開口
６０４：角部
Ｃ１－Ｃ１３：制御線
ＨＴ１－ＨＴ１３：ヒータ部
９００：ヒータ制御部

Claims (7)

1. 試料台の外周に配置された試料台ベースと、
   前記試料台ベースに連結管とバッファ部とを介して接続された圧力センサと、
   前記連結管や前記バッファ部の温度が前記圧力センサに向かうに伴って高くなる様に温度勾配を形成し、かつ、前記圧力センサが前記試料台の上のプラズマ生成空間に近似した温度にされる様に加熱を調整するヒータと、
   前記試料台ベースの下側に配置された矩形状のベースプレートと、を備え、
   前記圧力センサは、矩形状の前記ベースプレートの上の前記試料台ベースの外側の前記ベースプレートの角部の防熱板で区画された箇所に格納され、
   当該角部の箇所の内外が開口を通し連通された構成とされる、プラズマ処理装置。
2. 請求項１に記載のプラズマ処理装置であって、
   前記試料台ベースは、リング状とされ、かつ、前記連結管が接続される開口部を有する貫通孔を備え、
   前記連結管および前記バッファ部は、前記開口部と前記圧力センサとの間に接続され、
   前記圧力センサが格納される前記箇所は、前記矩形状の前記ベースプレートの上の前記リング状の前記試料台ベースの外側である、プラズマ処理装置。
3. 請求項１に記載のプラズマ処理装置であって、
   前記箇所の内外を通し連通する前記開口は、前記ベースプレートの角部を挟んで隣接する２つの側壁カバーのおのおのに設けられた第１開口部と第２開口部とにより構成され、
   前記第１開口部と前記第２開口部の一方から前記第１開口部と前記第２開口部の他方へ前記プラズマ処理装置の外部の雰囲気が通流する、プラズマ処理装置。
4. 請求項３に記載のプラズマ処理装置であって、
   前記外部の雰囲気が前記第１開口部から前記第２開口部へ通流するようにされ、
   前記第１開口部の開口面積は、前記第２開口部のそれより大きい、プラズマ処理装置。
5. 請求項１に記載のプラズマ処理装置であって、
   前記プラズマ生成空間にプラズマを生成するプラズマ形成部と、
   前記試料台を含む真空容器部と、を有し、
   前記真空容器部は、上部容器と、前記上部容器の下方に配置された下部容器と、前記上部容器と前記下部容器との間に挟まれた前記試料台ベースとから構成される、プラズマ処理装置。
6. 請求項２に記載のプラズマ処理装置であって、
   前記貫通孔は、真空搬送容器に接続される側の前記試料台ベースの第１端部と前記試料台の中心を挟んだ反対側の前記試料台ベースの第２端部との間の中間の位置に配置される、プラズマ処理装置。
7. 請求項６に記載のプラズマ処理装置であって、
   前記連結管は前記バッファ部に接続されるまでの箇所で複数回、その軸方向が９０度またはこれと見なせる程度に近似した角度で曲げられ、
   前記バッファ部および前記圧力センサは、前記ベースプレートの前記真空搬送容器に接続される側の端部に対して、前記試料台の中心部を挟んだ反対の側に向けて水平方向に離間した箇所に配置され、
   前記圧力センサは、矩形状の平面形を有する前記ベースプレートの前記試料台の中心部を挟んだ反対の側の角部に位置する、プラズマ処理装置。

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