JP7386348B2 - プラズマ処理装置 - Google Patents

Description

本発明は、プラズマ処理装置に関する。

真空容器内の処理室に複数のガスを供給して、処理室内に配置された半導体ウエハ等の処理対象の基板状の試料を処理するプラズマ処理装置において、複数種のガスからなる混合ガスを処理ガスとして供給することが行われる。このようなプラズマ処理装置を用いた従来の技術が、例えば特許文献１、２に開示されている。

特許文献１に開示された技術によれば、処理室内でＳｉＣｌ_４ガスとＯ_２ガスの混合ガス、またはＳｉＣｌ_４ガスとメタンガスの混合ガスを用いてプラズマを形成することにより、処理室内に堆積膜を堆積させる。その後、フッ素元素を含有する第一のガスを用いて前記処理室内をプラズマクリーニングし、前記処理室内をプラズマクリーニングする。さらに、被処理材を前記処理室内に配置された試料台に載置し、前記被処理材を前記試料台に載置した後、前記被処理材をプラズマエッチングし、前記被処理材をプラズマエッチングした後、フッ素元素を含有する第二のガスを用いて前記処理室内をプラズマクリーニングする。

また、特許文献２に開示された技術によれば、処理室内にて金属元素を含有する膜が配置された試料をプラズマエッチングする際に、ホウ素元素を含有するガスを用いて前記処理室内をプラズマクリーニングし、前記プラズマクリーニング後、プラズマを用いて前記ホウ素元素を除去する。さらに前記ホウ素元素を除去後、フッ素元素を含有するガスを用いて前記処理室内をプラズマクリーニングし、前記フッ素元素を含有するガスによるプラズマクリーニング後、シリコン元素を含有するガスを用いたプラズマにより堆積膜を前記処理室内に堆積させ、前記堆積膜の堆積後、前記試料をプラズマエッチングする。

特開２０１６－０６６８０１号公報 特開２０１８－０４６２１６号公報

上記の従来技術においては、次の課題がある。
すなわち、従来技術において、混合ガスを用いて被処理材をエッチングするためのプラズマを形成する場合、各ガスが気体の状態を保つようにガス温度を適切な範囲内に管理することが要求される。特に、ＳｉＣｌ_４等の低蒸気圧のガスは、凝縮する温度が常温に近接しているため、真空処理装置を設置する建屋から供給される際に、液化を防いで気体状態を維持するための工夫を要する。このような低蒸気圧のガスの液化を防ぐためには、一般的にＳｉＣｌ_４ガス供給用の配管にヒータを巻きつけて加温することにより、当該ガスの温度を気体状態を維持可能な範囲内に維持する対策が考えられる。

しかしながら、発明者らの検討によれば、上記対策では主に次のような問題があることが判明した。

（１）ガスを供給するための配管は、一般的に相互にかなり密集して配置されるため、狭いスペースにヒータを巻くための作業に手間取り、プラズマ処理装置の設置あるいは運転開始までの時間が長くなる。

（２）さらに、一般的に、このような複数種類のガスを供給するガス用配管を１箇所に纏めて１つの容器（ガスボックス）内を通るように配置される。しかし、ヒータを各配管に巻きつける対策を施すことでガスボックスの容積が大きくなり、それにより他部品との干渉を招き実装スペースの確保が難しくなったり、あるいはガスボックス内に収納できるガス配管の数を低減せざるを得なくなり、プラズマ処理装置の機能を低下させるおそれがある。また、ガスボックス内は、配管の継手などから漏れ出るガスを外部に放出するためにガスパージを通常行っているが、ガスボックスの容器内の容積が増大することで、ガスパージ効率が落ちるおそれがある。

（３）また、ガス配管へのヒータの巻き付けが不均一であると、局所的に温度が低下する部位（コールドスポット）が生じ、ここにガスが滞留すると液化が生じてしまうおそれがある。

（４）さらに、ヒータに供給する電力が追加で必要になるため、プラズマ処理装置の稼働時の電力が増加する。

（５）また、可燃性を有するガスを利用する場合、その供給配管をガスボックス内に配置する際に、安全性確保の観点からガスボックスより着火源をなくす必要がある。ヒータは着火源となりうるため、可燃性を有するガスの供給配管が通るガスボックス内で使用することは困難である。さらに、可燃性のガスが漏れ出た場合に備えて、ガスボックス内のガス濃度を着火のおそれのないレベルまで希釈するために、ガスボックス内にパージ用のガスを供給することも行われる。したがって、仮に着火源とはならない加温装置にてガス配管を加温することができたとしても、ガスボックスの容積増大に伴い、パージ用のガスの流量増大が必要となり、プラズマ処理装置の運転コストが増大する。

本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、ランニングコストを抑制しつつ、安全性の高いプラズマ処理装置を提供することを目的とする。

代表的な本発明のプラズマ処理装置の一つは、真空容器と、前記真空容器の内部に配置される処理室と、前記処理室内にプラズマを形成するために前記処理室内に処理用ガスを供給する処理用ガスラインを備えたガス供給ユニットと、複数種類のガスを各々種類毎に通流させる複数の配管と、前記配管を囲う箱体と、を有するプラズマ処理装置であって、前記箱体には、所定の範囲に温度調節された空気が供給され、前記プラズマ処理装置は、前記真空容器の上蓋を構成する天板と、前記天板に接するように形成された空洞容器と、外部から前記空洞容器内に供給される空気を加熱するヒータとを有し、前記空洞容器を通過した空気が、前記箱体に供給される、ことにより達成される。

本発明によれば、ランニングコストを抑制しつつ、安全性の高いプラズマ処理装置を提供することができる。

図１Ａは、本発明の実施形態に係るプラズマ処理装置を有する真空処理装置の構成の概略を模式的に示す図である。 図１Ｂは、図１Ａに示す真空処理装置の上面図である。 図２は、図１に示す実施形態に係る真空処理装置の真空処理ユニットの構成の概略を示す側面図である。 図３は、図２に示す真空処理ユニットをＡ－Ａ面で切った断面を平面視して概略を示す図である。 図４は、図２に示す真空処理ユニットをＡ－Ａ面で切った断面を平面視して概略を示す図である。 図５は、図２に示す真空処理ユニットをＢ－Ｂ面に対向して側面視した構成の概略を示す側面図である。 図６は、図５に示す実施形態に係るガスの供給ユニットの概略構成を模式的に示す図である。 図７は、図１に示す実施形態に係る真空処理装置のプラズマ処理ユニットが実施する天板温度調節の時間の経過に伴う動作の流れを示すタイムチャートである。

以下、本発明の実施形態について図面を用いて説明する。

［実施形態１］
以下、本発明の実施形態１を図１乃至７を用いて説明する。
まず、図１Ａ，１Ｂを用いて、本実施形態に係るプラズマ処理装置の構成について説明する。図１Ａは、本実施形態に係るプラズマ処理装置を有する真空処理装置の構成の概略を模式的に示す図であり、該真空処理装置の全体の構成の概略を示す斜視図である。また、図１Ｂは、図１Ａに示す真空処理装置の上面図である。図１Ａ，１Ｂにて右側を前面側、左側を後面側とする。

図において、本実施形態の真空処理装置は、前後方向（図で左右方向）に沿って、大きく分けて真空側ブロック１０００と大気側ブロック２０００とを有している。これらの間は、図示しないゲートバルブによりその連通が気密に開閉される通路を介して連結されている。

真空側ブロック１０００は、相互に連結された真空搬送ブロック１１００および真空処理ユニット１２００を有し、各々は真空容器を有して減圧された真空容器内部の空間に対して、半導体ウエハ等の処理対象である基板状の試料が搬送される。

大気側ブロック２０００は、内部の圧力が大気圧と同等またはこれに近似した（本例では僅かに高い）値に維持される容器内部を試料が搬送される大気搬送容器２１１０、および大気搬送容器２１１０の前面に配置され内側に処理対象の試料を複数枚収納可能なカセットが上面に載せられるカセット載置台２１００を有する。カセット載置台２１００は本例では、２１２０ａ乃至２１２０ｃの３台が、大気搬送容器２１１０の前面に沿って水平方向に並べられて配置される。

本例の真空搬送ブロック１１００は、平面視で略矩形状を有した複数の真空搬送容器１１１０ａ，１１１０ｂと、これらに接続されて内部同士が連通する中間室容器１１２０と、真空搬送容器１１１０ｂと大気搬送容器２１１０とを接続するロック室容器１１３０とを有する。本例の真空搬送容器１１１０ａ，１１１０ｂの各々の側壁面には、複数の真空処理ユニット１２００ａ～１２００ｄ（総称して１２００とする）が接続されている。

本例の４つ真空処理ユニット１２００ａ～１２００ｄは、それぞれ内部に所定の真空度まで減圧される処理室を有する真空容器と、その下方に配置され内部の処理室を排気して減圧する真空ポンプとを備え、各々の真空容器の側壁と真空搬送容器１１１０ａ，１１１０ｂの側壁面とが着脱可能に連結される。さらに、これらの側壁を貫通して両者の内部を連通する通路であるゲートが配置され、当該ゲートは図示しないゲートバルブにより気密に閉塞または開放される。開放されたゲートを通して処理対象の試料が、真空処理ユニット１２００の真空容器内の処理室と真空搬送容器内の搬送室との間で搬入、搬出される。

試料の表面処理は、真空容器内部の空間である処理室を、バルブ等により気密に封止して区画した上で、その内部を真空ポンプ（図２の真空ポンプ２０２を参照）の駆動により排気し、所定の圧力まで減圧することにより行われる。

そして、当該減圧した空間に試料を処理するためのガスを、図示しないガス源であるガス貯留タンクと連結されたガス供給管路から供給しつつ、電界または磁界を供給する供給手段から電界または磁界を供給して当該ガスを励起し、試料台の載置面上方の空間にプラズマを形成する。

真空処理ユニット１２００の真空処理容器の詳細構成については後述する。

本実施形態の真空処理装置は、大気搬送容器２１１０を構成する筐体の前面側のカセット載置台２１２０ａ乃至２１２０ｃが配置される面を、クリーンルーム等の建屋の床上のカセットが搬送されるラインに沿って、隣接する真空処理装置と間隔を空けて配置される。前後方向で隣り合う真空処理ユニット１２００同士の間の空間、および真空処理装置の後方（図１Ｂの左方）側の空間といった真空処理装置の周囲の空間は、作業者が通る、あるいは作業を実施できる作業用のスペースとなっており、少なくとも人間一人の左右方向の幅より大きい距離が空けられている。

また、本実施形態の真空処理装置は、前後方向（図１Ｂの左右方向）に複数（本例では２個）の真空搬送容器１１１０ａ、１１１０ｂが、中間室容器１１２０を間に挟んで連結され、その側壁面を対向させ配置されている。また、各々の真空搬送容器１１１０ａ，１１１０ｂは平面視で矩形、またはこれと見做せる程度に近似した形状を有し、真空処理装置の前方から見て左右方向（図１Ｂの上下方向）の各々の側の側壁面に、真空処理ユニット１２００がそれぞれ連結されている。そして、前後方向（図１Ｂの左右方向）について、２つの真空処理ユニット１２００が、少なくとも各々の真空容器同士の間に空間を空けて隣り合って配置されている。よって、この空間は他機器に干渉することなく新規部品を実装可能な空間であり、かつ真空処理装置のウェットクリーニング作業エリアおよびメンテナンスエリアでない唯一の空間である。

次に、真空処理ユニット１２００の構成について説明する。図２は、図１に示す実施形態に係る真空処理装置における、真空処理ユニット１２００の構成の概略を示す側面図である。本実施形態は、図１Ｂに示す真空処理ユニット１２００ａ，１２００ｂ，１２００ｃ，１２００ｄの構成を示すものであるが、これらはいずれも同等の部品の形状、構造や相互の相対的な配置等の構成を有しているので、ここでは真空処理ユニット１２００ａを例に挙げて説明する。

真空処理ユニット１２００ａは、大きく分けて、以下の３つの部分に分けられる。１つの該部分は、内部に処理室を有する真空容器２０１（真空チャンバ）、および真空容器２０１の下方に配置され、処理室内部を排気するターボ分子ポンプを含む真空ポンプ２０２を含む処理部２００である。

他の１つの該部分は、真空容器２０１の上方に配置されて処理室内に供給する電界または磁界を形成して伝播させるプラズマ形成部３００である。残りの１つの該部分は、処理部２００の下方に配置され、処理部２００およびこの上方のプラズマ形成部３００を下方から支持する台となっているベッド部１００である。

処理部２００の真空容器２０１は、内部に処理室を有して外部の大気に対して内側が気密に封止されて区画されている。また、真空容器２０１は、図示していないが、例えば、上部に試料を処理室内に搬入する搬入口、つまり開口部を有し、当該開口部側の内部空間を仕切り弁によって仕切ることが可能な構造となっている。換言すれば、処理室は、基板を搬入する開口部を有し、当該開口部側の内部空間を仕切り弁によって気密に保持される構造となっている。

真空容器２０１内の処理室には、円筒形を有した当該処理室と、その中心軸同士を合致またはこれと見做せる程度に近接させて配置され円筒形を有した試料台と、試料台内部に配置され、高周波のバイアス電力が供給される基板電極を有する。試料（ウエハ）は、真空容器２０１の処理室内の試料台の載置面上に搬送され、これに保持された状態でチャンバの内部に導入された処理用のガスを用いて形成されたプラズマにより、試料表面に予め形成、配置された膜構造の対象の膜がエッチング処理される。真空ポンプ２０２は、真空容器２０１の下方に配置され、また当該真空容器２０１に連結し、真空容器内のガスを排気する。

プラズマ形成部３００は、処理部２００の処理容器上方に配置されている。そして、高周波発振部３０１、ウエハバイアス電源３０２、ウエハバイアス整合器３０３、ＥＳＣ電源３０４、コイル部３０５などを備えている。高周波発振部３０１は、プラズマ生成手段を構成するものであって、例えば、処理室内にプラズマを生成するための電界を形成するマグネトロン等からなる。

ウエハバイアス電源３０２は、基板電極にバイアス電力を供給する。基板電極は、真空容器２０１内に配置され、試料が処理中にその上面である載置面に載せられて吸着、保持される試料台の内部に配置される金属製円板形状を有する。ウエハバイアス整合器３０３は、基板電極に供給するバイアス電力を調整する。

ＥＳＣ電源３０４は、基板電極に被処理体を静電吸着するために、当該基板電極の載置面を構成する誘電体膜の内部に配置された電極に直流電力を供給する。基板電極は、試料台上面の載置面上に試料を静電吸着させるため、試料台の上面を覆うように配置される。

そして、これらは、処理部２００の真空容器２０１上方で処理室の上方と側方外周を囲んで配置され、直流電力が供給され円筒形を有したコイル部３０５の上面上方に配置されている。コイル部３０５は、真空容器の上方に配置され、電界、磁界の発生手段を含むプラズマ発生手段を構成する。なお、本実施形態では、ベッド部１００の上方で真空容器２０１の外周側の箇所に連結されボルトやネジ等で締結されて位置決めされ、真空容器２０１の上下方向の中心軸に平行に配置された軸体を有したリフター３０６を有している。リフター３０６の軸体には、全体が１つのユニットとしてコイル部３０５が連結され、コイル部３０５との連結部が軸体に沿って上下に移動することでコイル部３０５を上下方向に移動させることができる。

ベッド部１００は、処理部２００の真空容器２０１および真空ポンプ２０２の下方に配置されており、コイル電源、分電ユニット、処理室架台、レベル調整用アジャスタなどを備えている。

本実施形態では、以下、図３，４に示すように、真空処理ユニット１２００ａのメンテナンス作業では、真空容器２０１を構成する円筒形状を有した部材を旋回部２０３や２０４を用いて旋回移動させることができる。

図３及び図４は、図２に示す真空処理ユニットをＡ－Ａ面で切った断面を平面視して概略を示す図である。図の上向き矢印は、当該真空処理ユニット１２００ａに連結された真空搬送容器１１１０ａが配置された方向を示すものであり、図の下向き矢印は、真空処理装置の前方から見て左右方向に配置された空間であって、作業者が通る、あるいは作業を行なうことができる作業スペースが配置された方向である。

本実施形態の真空処理装置では、真空処理ユニット１２００ａをメンテナンスする作業中に、図４に示すように、リフター３０６の軸体に旋回可能に連結された旋回部２０３または２０４を用いて、真空容器２０１を構成する円筒形の部材を旋回させ作業スペースに移動させた上で、部品の交換や清掃等の保守、点検の作業を行う。

リフター３０６は、真空容器２０１の一部を構成し当該容器下端に配置されその下面が真空ポンプ２０２に接続されたベースプレート３１０の外周側領域の上面に載せられている。またリフター３０６は、ネジやボルト等の締結により、上下方向の軸体がベースプレート３１０および真空容器２０１に対して位置決めされている。円筒形の放電室チャンバ部分の放電部と、該放電ベースプレートが、該放電ベースプレートの上方に配置されたコイル部３０５および高周波発振部３０１、その上方に配置され前記放電ベースプレートに接続されたウエハバイアス電源３０２、ウエハバイアス整合器３０３、およびＥＳＣ電源３０４とともに、前記軸体回りに回転可能なように、リフター３０６の軸体は、円筒形の放電室チャンバ部分の放電部と、該円筒形の放電室チャンバ部分の放電部の外周側に接続された放電部ベースプレートに接続されている。この構成によりリフター３０６に接続された放電部ベースプレートと共に、これらは上下する機構になっている。

真空処理ユニット１２００ａのメンテナンス作業において、真空容器２０１内部が大気圧と同等の圧力にされた上で内部が雰囲気に開放（大気開放）される際には、先ず、放電ベースプレートとその上方に配置された放電室チャンバ部およびコイル部３０５等が所定距離だけ持ち上げられ、その後、旋回部２０３と共にリフター３０６の上下方向の軸回りに旋回移動されて真空容器２０１上部が開放される。さらに、上部容器の載せられた試料台リングベース４０２が旋回部２０３と共にリフター３０６の上下方向の軸回りに回転移動されて、円筒形を有した下部容器４０１のリング状の上端部が露出された状態にされ、その後に下部容器４０１がベースプレート３１０上から取り外されて、上部容器や下部容器４０１、ベースプレート３１０に対して保守、点検の作業が行われる。

図５は、図２に示す真空処理ユニットをＢ－Ｂ面に対向して側面視した構成の概略を示す側面図である。

図５において、真空処理ユニット１２００ａの真空容器２０１内部の処理室内に供給される試料を処理するためのガスの供給を調節するガス供給装置は、リフター３０６の側面に配置されたガス供給ユニットＵＡと、ガス供給ユニットＵＡの下方であってベッド部１００の上部に配置されたガス供給ユニットＵＢとを備えている。これらの混合ガスを供給するガス供給ユニットＵＡ，ＵＢは、内部の空間に複数種類のガスが各々の内部を通流する配管と、当該配管上に各ガスの流量調節器および配管を開閉してガスの通流を開閉するバルブとが並列に配置され、これらが箱体（容器）によって囲われたガスボックスＡ，Ｂ（図６）を備える。

図において、ガス供給ユニットＵＡのガスボックスＡは、箱体（第１の箱体とする）の上方から並列して延びる４本のガス用配管が箱体上面壁を貫通して内部まで延在すると共に、箱体下面壁を貫通して１本のガス用配管が下方に延在している。ガス供給ユニットＵＢのガスボックスＢは、ベッド部１００下方から上向きに並列に伸びる２０本のガス用の配管が箱体下面壁を貫通して内部にまで延在すると共に、箱体上面壁を貫通して１本のガス用配管が上方に延在している。上下のガスボックスＡ，Ｂの箱体下面壁、上面壁を貫通して伸びる２本のガス用配管の各々は、接続されて１本の処理用ガスの混合ガス供給配管６００として真空容器２０１に接続される。

図６は、図５に示す実施形態に係るガス供給ユニットの概略構成を模式的に示す図である。なお、ガスボックスＡは構成の理解を助けるため、図５に示した配置に対して、上下を逆にして示されている。

ガスボックスＡにおいて、側面視で矩形状を有した箱体の内部に、４本のガス供給ライン（配管）ａ～ｄが並列に配置されており、各々の配管上にはガスの通流量を増減して調節する流量調節器と、配管を開閉する少なくとも１つのバルブと当該ガスの流量または圧力を検知する検知器が備えられている。ガス供給ラインａ～ｄの内部は、ＢＣｌ_３等の可燃性を有して真空処理装置が設置されたクリーンルーム等の建屋内の調節された温度においては液相となる原材料の物質を蒸気化したガス（以下、低蒸気圧ガスという）を含む複数種類のガスがそれぞれ通流する。なお、ガス供給ラインａ～ｄの少なくとも一本を、低蒸気圧ガスが通過すれば足りる。低蒸気圧ガスとしては、ＳｉＣｌ_４，ＢＣｌ_３等があるが、これに限られない。

図６において、ガスボックスＡの箱体内部のガス供給ラインａ～ｄの下端側は、箱体下面壁（図５では箱体上面壁）を貫通して外部へと延在している。一方、ガス供給ラインａ～ｄの各々の上端は、箱体の内部の空間で１本のガス供給配管（第１の配管）ｙに接続されて、箱体上面壁（図５では箱体下面壁）を貫通して外部に延在している。

ガスボックスＢにおいて、側面視で矩形状を有した箱体（第２の箱体とする）の内部に、低蒸気圧ガスを通流させない複数種類のガスごとのガス供給ライン（配管）ｅ～ｘが並列に配置されており、各々の配管上にはガスの通流量を増減して調節する流量調節器と、配管を開閉する少なくとも１つのバルブと当該ガスの流量または圧力を検知する検知器が備えられている。

図６において、ガス供給ラインｅ～ｘの下端側は、箱体下面壁を貫通して、真空処理装置が設置された建屋の床面からさらに下方へと延在してガス源に接続されており、これにより建屋の床下から供給される各種類のガスがガスボックスＢに供給される。一方、ガス供給ラインｅ～ｘの上端側は、箱体内部で１本のガス供給配管（第２の配管）ｚに接続され、箱体上面壁を貫通して外部に延在している。

ガス供給配管ｙとガス供給配管ｚとは合流した後、１本の混合ガス供給配管（第３の配管）６００に接続されている。さらに混合ガス供給配管６００は、処理室の内部に接続されている。このため、ガス供給配管ｙとガス供給配管ｚの接続部で合流して生成される混合ガスは、混合ガス供給配管６００を介して処理用ガスとして、真空容器２０１内部の処理室内に供給される。なお、混合ガス供給配管６００上には、当該配管のガスの通流を開放、閉塞するバルブ６０１が配置されている。

本例において、ガスボックスＡの箱体から混合ガス供給配管６００との接続箇所までのガス供給配管ｙの長さと、ガスボックスＢの箱体から混合ガス供給配管６００との接続箇所までのガス供給配管ｚの長さは等しくなるように構成されている。本実施形態では、混合ガス供給配管６００を含めてガスボックスＡとガスボックスＢから真空容器２０１までの配管長が最短になるように、ガスボックスＡ，Ｂの位置、ガス供給ラインａ～ｘの配置やガス供給配管ｙ，ｚと混合ガス供給配管６００との接続箇所等のガスラインの構造が、適切に選択される。

上記したように、ガスボックスＡは低蒸気圧ガスを含む複数の種類のガスを供給するためのものである。一方、ガスボックスＢは低蒸気圧ガス以外の通常ガスを供給するためのものである。ガスボックスＡ，Ｂの複数のガス供給配管は、パージガス、例えばアルゴンガス（Ａｒガス）や、窒素ガス（Ｎ_２ガス）を供給するものが、ガス出口から最も遠い位置（最上流）に配置される。ガスボックスＡでは、パージガス以外のガス供給ラインには低蒸気圧ガスが供給され、ガスボックスＢでは、他の種類のガスが通流するものとなっている。また、各ガス供給ライン上には、ガスの流れ方向について上流側から、フィルタ、手動バルブ、レギュレータ、第１エアオペレーションバルブ、マスフローコントローラ（流量調節器）、第２エアオペレーションバルブが配置されている。

ガスボックスＡ，Ｂは、混合ガス供給配管６００との接続位置の近傍で上下に配置されている。また、これらガスボックスＡ，Ｂ内のガス供給ラインから混合ガス供給配管６００との接続位置までの配管は、応答性の向上を目的として、連続の式とベルヌーイの定理に従い、できるだけ長さが短く、径が小さくされていることが好ましい。また、均一な処理用ガスの供給を目的として、各ガス供給ラインから当該接続箇所までの距離は、ガスの到達時間が等しくなるように構成されている。

また、ガスボックスＡの箱体は、後述するように真空容器２０１の上部を遮蔽する誘電体性の円形の天板３０７（図２）の温度調節に用いた気体の排気配管が接続され、ガスボックスＡ内は、排気された気体の熱を利用して、建屋内の温度（常温）より高く低蒸気圧ガスの液化を抑制できる４０～５０℃の温度に加熱されている。

上記のように、ガス供給ユニットＵＡ，ＵＢを分割することには、下記の利点がある。

（１）ガスボックスＡは、低蒸気圧ガス用の配管とパージガス用の配管のみを収容しており、箱体が小型化されるため、内部空間の熱容量が従来のガスボックスよりも小さく、効率的に加熱できる。

（２）ガスボックスＡ，Ｂに分割することで、箱体の容量が低下するため、ガスパージ効率が向上する。

（３）ガスボックスＡ，Ｂを小型化することで、処理用ガスの供給部近くにガス供給ユニットＵＡ，ＵＢを実装し易くなり、応答性が向上する。

本実施形態における天板３０７は、真空処理ユニット１２００ａの真空容器２０１の上蓋を構成して、マグネトロン等の高周波発振部３０１で形成され伝達された例えばマイクロ波帯の高周波電界を透過させて真空容器２０１の内部に上方から導入する機能を有する。そのため、天板３０７の温度を、所定の範囲内の値（本例では９０℃）に調節する必要がある。温度調節のため、天板３０７の上方には、導波管の下端に接続され天板３０７と同じかわずかに大きな直径を有した円筒形の空洞容器が配置されており、この空洞容器に、高周波電界が伝播する導波管の外周側に配置されたヒータ３０８、３０９により加温された空気が、導入口を介して導入される。また、該空洞容器から、加温された空気が排出口を介して排出される。これにより天板３０７の温度調節が行われる。

図７は、図１に示す真空処理装置のプラズマ処理ユニットが実施する天板温度調節の時間の経過に伴う動作の流れを示すタイムチャートである。本図において、縦軸の値は、上から、図２の天板３０７の温度［℃］、ヒータＯＮ／ＯＦＦのタイミング、プラズマＯＮ／ＯＦＦのタイミングを表す。プラズマの消勢に連動したヒータの制御は、不図示の制御装置により行うことができる。

真空処理ユニット１２００ａの運転が時刻ｔ０から開始されると、図２に示すヒータ３０８、３０９に電力が供給されて（ＯＮにされ）て発熱し、真空処理ユニット１２００ａの周囲の雰囲気（本例では空気）を加熱して、空洞容器の上面との接続部の近傍に配置された導入口から空洞容器内に温められた空気を供給する。この加熱された空気は、時刻ｔ０～ｔ１の期間中に空洞容器内の天板３０７に接しつつ、その上を旋回することで十分に熱交換を行い、天板３０７の温度を所望の範囲内の温度（例えば９０℃）に調節する。

時刻ｔ１に、真空容器２０１内の処理室内にプラズマが形成されると、試料の処理中において、天板３０７は、形成されるプラズマからの入熱によっても温められる。このため、ヒータ３０８，３０９に給電し続けると、天板３０７の温度が所望の範囲より増大してしまうおそれがある。

そこで、ヒータ３０８，３０９への給電を停止するとともに、一般的に２５℃前後の所謂常温に維持されている真空処理ユニット１２００ａ周囲の建屋内の空気を、発熱が中断されたヒータ３０８，３０９を通り導入口から空洞容器内に供給する。これにより、プラズマにより加熱された天板３０７の温度より低い温度の空気が、天板３０７の背面（上面）上を旋回して流れて熱交換を行うため、時刻ｔ１～ｔ２の間、天板３０７の温度が上がりすぎることがなく、所望の範囲内の値に維持される。

これに対し、時刻ｔ２で処理室内のプラズマが消火されると、プラズマによる天板３０７の加熱が中断されるため、天板３０７の温度低下を阻止すべく、再度ヒータ３０８，３０９に電力が供給される。これにより、当該ヒータ３０８，３０９により加熱された空気は、導入口から空洞容器内に供給され、天板３０７を加温することで、時刻ｔ３まで天板３０７の温度を処理中と同等の値に調節する。以下、時刻ｔ３以降、同様にしてプラズマの生成（ｔ３～ｔ４）と、ヒータ３０８，３０９への給電（ｔ４～ｔ５）とを交互に繰り返しつつ、同様な天板３０７の温度調節が行われる。

以上のように、ヒータ３０８，３０９により加熱され天板３０７の温度の調節のために空洞容器内に供給された空気は、十分に熱交換した後に導波管に形成された排気口から排気される。排気された時点での空気は、ヒータ３０８，３０９またはプラズマにより、常温より高い所定温度に加温されているため、これを建屋内に放出すると、空気に含まれる熱エネルギーが無駄になる。そこで、本実施形態では、排気された空気の熱エネルギーを有効利用している。

本実施形態では、当該排気された空気は、図６に示すガスボックスＡの空気導入口６０３を通してガスボックスＡの箱体内に導入され、内部を加熱した後に、空気排出口６０４から流出する。ガスボックスＡでは、天板３０７の温度調節に用いられた空気が持つ熱を利用して、箱体内のガス供給ラインの配管を加温し、その中を流れる低蒸気圧ガスの温度が４０～５０℃になるようにして、低蒸気圧ガスが液化することを抑制することができる。

このような排気空気の熱を有効に利用するため、ガスボックスＡは空洞容器の空気の排気口に近い位置（例えば２ｍ以内）に配置される。このような位置に配置することにより、排気空気が導波管の排気口からガスボックスＡの空気導入口６０３に移動する間に、冷やされすぎることを抑制できる。また、空気導入口６０３と空気排出口６０４とは、空気がガスボックスＡの箱体内に充満し、ガス供給ラインを流れるガスと十分に熱交換できるように、並列に並べられたガス供給ラインａ～ｄを、並び方向に挟む両側の側壁に配置される共に、一方の側壁の上端部と他方の下端部とに配置され、各々の上下方向の高さ位置を異ならせて、空気が箱体内部を一方の対角位置から他方の対角位置に向けて流れるように配置されている。この場合、低蒸気圧ガス用の配管は、パージガス用の配管よりも、空気導入口６０３側に配置されると好ましい。

以上の実施形態によれば、天板３０７の温度の調節に用いられた空気の熱を利用してガスボックスＡのガス供給配管を加熱することにより、以下の利点がある。

（１）ガスボックスＡの内部全体の温度を一様に高くすることができ、局所的なコールドスポットの生起が抑制され、低蒸気圧ガスの液化による悪影響を抑制できる。

（２）ガスボックスＡの温度の調節のみのために電力を使用しないため、省エネに優れ、運転コストの増大を抑制できる。

本実施形態によれば、液化するおそれのある低蒸気圧ガスを他の種類のガスとに分けてガス供給用の配管を配置し、当該低蒸気圧ガスの流量調節器を含むガス供給配管を内蔵した箱体内の温度を高くしてガスの液化を低減することができ、プラズマ処理装置の安全性や信頼性の向上に貢献する。

１０００・・・真空側ブロック、
１１００・・・真空搬送ブロック、
１１１０・・・真空搬送容器、
１１２０・・・中間室容器、
１１３０・・・ロック室容器、
１２００・・・真空処理ユニット、
２０００・・・大気側ブロック、
２１００・・・カセット載置台、
２１１０・・・大気搬送容器、
２１２０ａ～ｃ・・・カセット載置台、
１００・・・ベッド部、
２００・・・処理部、
２０１・・・真空容器、
２０２・・・真空ポンプ、
２０３・・・旋回部、
２０４・・・旋回部、
３００・・・プラズマ形成部、
３０１・・・高周波発振部、
３０２・・・ウエハバイアス電源、
３０３・・・ウエハバイアス整合器、
３０４・・・ＥＳＣ電源、
３０５・・・コイル部、
３０６・・・リフター、
３０７・・・天板、
３０８・・・ヒータ、
３０９・・・ヒータ、
３１０・・・ベースプレート、
４０１・・・下部容器、
４０２・・・試料台リングベース、
６００・・・混合ガス供給配管、
ＵＡ・・・ガス供給ユニット、
ＵＢ・・・ガス供給ユニット、
ａ～ｘ・・・ガス供給ライン。

Claims (8)

1. 真空容器と、前記真空容器の内部に配置される処理室と、前記処理室内にプラズマを形成するために前記処理室内に処理用ガスを供給する処理用ガスラインを備えたガス供給ユニットと、複数種類のガスを各々種類毎に通流させる複数の配管と、前記配管を囲う箱体と、を有するプラズマ処理装置であって、
   前記箱体には、所定の範囲に温度調節された空気が供給され、
   前記プラズマ処理装置は、前記真空容器の上蓋を構成する天板と、前記天板に接するように形成された空洞容器と、外部から前記空洞容器内に供給される空気を加熱するヒータとを有し、
   前記空洞容器を通過した空気が、前記箱体に供給される、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において、
   前記配管の内部を流れるガスの流量を調節する流量調節器と、複数の前記配管が前記流量調節器の下流側の箇所で合流するように接続された合流部とを有しており、前記箱体は、前記配管とともに、前記流量調節器と前記合流部を囲っている、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において、
   前記箱体は、並列する複数の前記配管を並び方向に挟む両側の壁のうち一方の壁に、前記温度調節された空気を導入する導入口を備え、他方の壁に、前記箱体内の空気を排気する排出口を備えた、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において、
   前記導入口と前記排出口は、前記箱体の対角位置に配置されている、プラズマ処理装置。
5. 請求項２に記載のプラズマ処理装置において、
   低蒸気圧ガスを通流させる配管を含む複数の配管を収容した第１の箱体と、低蒸気圧ガス以外のガスを通流させる配管を収容した第２の箱体と、を有し、前記第１の箱体に、温度調節された空気が供給される、プラズマ処理装置。
6. 請求項５に記載のプラズマ処理装置において、
   前記第１の箱体に進入した複数の前記配管は、合流して第１の配管につながり、
   前記第２の箱体を進入した複数の前記配管は、合流して第２の配管につながり、
   前記第１の配管と前記第２の配管は、さらに合流して第３の配管を介して前記処理室につながる、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において、
   前記第１の箱体から前記第２の配管との合流部までの前記第１の配管の長さは、前記第２の箱体から前記第１の配管との合流部までの前記第２の配管の長さに等しい、プラズマ処理装置。
8. 請求項１に記載のプラズマ処理装置において、
   前記処理室に形成されるプラズマにより前記天板が加熱され、前記ヒータによる加熱は、前記プラズマの生成が中断した時に行われる、プラズマ処理装置。

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