JPWO2003046959A1 - プラズマ処理装置 - Google Patents

Abstract

電力損失を低減すると共に再現性及び安定性を向上することができるコスト安のプラズマ処理装置が提供される。プラズマ処理装置１は、装置本体２と、付帯設備３とを有する。付帯設備３は、プロセスチャンバ４に電力を供給する電力供給装置５と、複数のドライポンプ６，７等から構成される。電力供給装置５は、整合器９と、同軸ケーブル２４を介して整合器９に接続された高周波アンプ１３と、内部に直流アンプ１４を有する電力制御部１２とを備える。高周波アンプ１３は、直流アンプ１４と別体として、直流アンプ１４から離れた位置であって整合器９の近傍に配置され、通常ケーブル２５を介して直流アンプ１４に接続されている。

Description

技術分野
本発明は、半導体ウェハ、ガラス基板等の被処理体に所定のプラズマ処理を施す、プラズマ処理装置に関する。
背景技術
従来のプラズマ処理装置、例えば図３に示すプラズマ処理装置１は、装置本体２と、付帯設備３とを有する。装置本体２は、半導体ウェハ、ガラス基板等の被処理体へ酸化膜を形成する酸化膜形成処理、エッチング処理、アッシング処理等の一連の処理を行うプロセスチャンバ４等を備える。付帯設備３は、半導体ウェハの一連の処理を行うプロセスチャンバ４に電力を供給するＶＨＦ装置（以下「電力供給装置」とする）５と、装置本体２に接続された複数のドライポンプ６，７とを有する。
上記電力供給装置５は、給電棒状のケーブル８を介してプロセスチャンバ４に接続された整合器９と、同軸ケーブル１０を介して整合器９に接続されたサーキュレータ１１と、電力制御部１２とから構成されている。
電力制御部１２は、その内部に高周波アンプ１３と直流アンプ１４とを一体的に有し、直流アンプ１４にはケーブル１５を介して商用電源１６が接続されていると共に、高周波アンプ１３は、同軸ケーブル１７を介してサーキュレータ１１に接続されている。この同軸ケーブル１７は、曲げ剛性が高い上に単位長さ当たりの価格が高く、さらには、特に高周波での電力伝送時の電力の損失が大きいので、できるだけ配線長を短くすることが望まれている。
通常、上記のようなプラズマ処理装置１の装置本体２、整合器９、及びサーキュレータ１１が階上のクリーンルームＡに配置され、クリーン度が低いスペースへの配置が許容されるドライポンプ６，７等、及び電力供給装置５の電力制御部１２が階下の用力室Ｂに配置されることにより、高いクリーン度が必要とされるクリーンルームのフットプリントを低減している。
しかしながら、上記のようにサーキュレータ１１を階上に、高周波アンプ１３を階下に配置すると、これらを接続する同軸ケーブル１７の配線長が長くなり、電力供給装置５のコスト高や、高周波での電力伝送時の電力損失の増大を招くと共に伝送される電力の再現性や安定性が低下する等の問題がある。
本発明の目的は、コストを低減すると共に伝送される電力の損失を低減することができるプラズマ処理装置を提供することにある。
発明の開示
上記目的を達成するために、本発明によれば、被処理体を処理する処理チャンバと、
前記処理チャンバに高周波電力を供給する電力供給手段と、
前記処理チャンバ内を所定の減圧状態に真空排気する排気手段と、
前記処理チャンバ内に処理ガスを導入する処理ガス導入手段とを備え、
前記供給された高周波電力により前記処理チャンバ内に高周波電界を形成して前記導入された処理ガスをプラズマ化してプラズマ処理を行うプラズマ処理装置であって、
前記電力供給手段は、
前記処理チャンバに高周波電力を伝送する伝送路を介して前記処理チャンバに接続され、前記伝送路のインピーダンスを前記プラズマ化される処理ガスのインピーダンスに整合させる整合器と、
前記整合器に接続された高周波アンプと、
前記高周波アンプに接続された直流アンプとを備え、
前記高周波アンプは、前記直流アンプと別体として、前記直流アンプから離れた位置であって前記整合器の近傍に配置されているプラズマ処理装置が提供される。
前記高周波アンプは同軸ケーブルを介して前記整合器に接続されることが好ましい。
前記直流アンプは通常のケーブルを介して前記高周波アンプと接続されることが好ましい。
前記処理チャンバ及び前記整合器を収容するクリーンルームと、前記クリーンルームに隣接した用力室とを備え、前記高周波アンプは前記クリーンルームに設置され、前記直流アンプは前記用力室に設置されていることが好ましい。
前記前記用力室は、前記クリーンルームの階下に配置されていることが好ましい。
前記高周波アンプに内蔵されたサーキュレータを備えることが好ましい。
発明を実施するための最良の形態
以下、本発明の実施の形態に係るプラズマ処理装置を図面を参照して詳述する。
図１は、本発明の実施の形態に係るプラズマ処理装置の概略構成を示す図である。
図１において、本発明の実施の形態に係るプラズマ処理装置１は、装置本体２と、付帯設備３とを有する。
装置本体２は、半導体ウェハ、ガラス基板等の被処理体への所定のプラズマ処理、例えば、酸化膜形成処理、エッチング処理、アッシング処理等の一連の処理を行うプロセスチャンバ４と、プロセスチャンバ４（処理チャンバ）を載置するように、プロセスチャンバ４内を真空排気すべくプロセスチャンバ４の底部に接続された排気装置３７と、半導体ウェハ搬送チャンバ１８を介してプロセスチャンバ４に接続され、プロセスチャンバ４において処理された被処理体を収容するカセットチャンバ１９とから成る。
カセットチャンバ１９にセットされた半導体ウェハは、搬送チャンバ１８に配置された図示しない搬送ロボットによりプロセスチャンバ４に搬送される。
一方、付帯設備３は、装置本体２を動作させるための用力を装置本体２に供給する設備であって、例えば、プロセスチャンバ４に電力を供給する電力供給装置５と、搬送チャンバ１８に配管２１を介して接続され、搬送チャンバ１８を真空排気する第１のドライポンプ６と、排気装置３７に配管２２を介して接続され、排気装置３７と協働してプロセスチャンバ４を真空排気する第２のドライポンプ７と、プロセスチャンバ４に配管２３を介して接続され、プロセスチャンバ４内を冷却するためにプロセスチャンバ内に冷媒を供給するチラーユニット２０とから成る。
電力供給装置５は、例えば、給電棒状のケーブル８（伝送路）を介してプロセスチャンバ４に接続された整合器９と、同軸ケーブル２４を介して整合器９に接続された高周波アンプ１３と、電力制御部１２とから構成されている。
電力制御部１２は、その内部に直流アンプ１４を有し、直流アンプ１４にはケーブル１５を介して商用電源１６が接続されていると共に、直流アンプ１４は、ケーブル２５を介して高周波アンプ１３に接続されている。このケーブル２５として、例えば、平行芯ケーブルのような通常の安価なケーブルを用いることができる。
商用電源１６からの交流電力は、直流アンプ１４により直流電力に変換された後、高周波アンプ１３に供給される。高周波アンプ１３は、所定の高周波電力を整合器９に供給し、供給された高周波電力は、整合器９によりケーブル８のインピーダンスをプロセスチャンバ４において生成されるプラズマのインピーダンスに整合されてからプロセスチャンバ４に供給される。
上記プラズマ処理装置１の装置本体２、電力供給装置５の整合器９、及び電力供給装置５の高周波アンプ１３は、階上のクリーンルームＡに配置され、ドライポンプ６，７、チラーユニット２０、及び電力供給装置５の電力制御部１２は、階下の用力室Ｂに配置されている。
階上のクリーンルームＡは、０．１μｍオーダのゴミが０．０２８３ｍ^３（１立方フィート）当り１０個以下に管理された第１のクリーンルームＡ１と、０．１μｍオーダのゴミが０．０２８３ｍ^３（１立方フィート）当り１００個以下に管理された第２のクリーンルームＡ２とから成る。第１のクリーンルームＡ１には、カセットチャンバ１９が設置され、第２のクリーンルームＡ２には、プロセスチャンバ４、排気装置３７、搬送チャンバ１８、整合器９、及び高周波アンプ１３が設置されている。
また、階下の用力室Ｂは、０．１μｍオーダのゴミが０．０２８３ｍ^３（１立方フィート）当り１０００個以下に管理されると共に、ドアの開閉時に用力室Ｂ内から室外に空気が流れるように室内圧が室外圧よりも高く設定してある。階下の用力室Ｂには、ドライポンプ６，７、チラーユニット２０、及び電力供給装置５の電力制御部１２が配置されている。
上記のように、高周波アンプ１３は、直流アンプ１４と別体として、直流アンプ１４から離れた位置であって整合器９の近傍に配置され、高周波アンプ１３と整合器９とを接続する同軸ケーブル２４はできる限り短くしている。
以下、図１のプラズマ処理装置１の作動を以下に説明する。
まず、排気装置３７及び第２のドライポンプ７を用いてプロセスチャンバ４内を所定の内圧、例えば０．０１３３〜０．１３３Ｐａ程度にまで減圧し、第１のドライポンプ６を用いて、カセットチャンバ１９及び搬送チャンバ１８を減圧状態にする。その後、図１中の矢印方向から半導体ウェハをカセットチャンバ１９にセットすると、セットされた半導体ウェハは、図示しない搬送ロボットによりカセットチャンバ１９から取り出され、搬送チャンバ１８を介してプロセスチャンバ４に搬送され、プロセスチャンバ４内の図示しないサセプタ上に載置される。
次いで、図示しない処理ガス導入手段によりＣＦ４等の処理ガスをサセプタに向けて均等に吐出する。さらに、電力供給装置５は高周波電力を図示しない平行平板の電極間に印加し、プロセスチャンバ４内に高周波電界を形成して処理ガスをプラズマ化することにより、プラズマをプロセスチャンバ４内に発生させる。プラズマ発生後、サセプタに載置されたウェハは、プラズマエッチング処理等の一連の処理がなされ、その後、搬送ロボットにより搬出され、プラズマ処理装置１の一連の動作が終了する。
図２Ａは、図１における電力供給装置５の配線要領の説明図であり、図２Ｂは、従来の電力供給装置５の配線要領の説明図である。
従来の電力供給装置５（図３）では、図２Ｂに示すように、高周波アンプ１３は、直流アンプ１４と一体的に配置されており、商用電源１６と直流アンプ１４とを接続するケーブル１５の長さは２ｍ、高周波アンプ１３と整合器９とをサーキュレータ１１を介して接続する同軸ケーブル１０，１７の合計長さは２０ｍである。また、上記同軸ケーブル１７は、高周波アンプ１３及びサーキュレータ１１と夫々高周波コネクタ３２，３１を介して接続されていると共に、上記同軸ケーブル１０は、サーキュレータ１１及び整合器９と夫々高周波コネクタ３０，２９を介して接続されている。
これに対して、本発明に係る電力供給装置５（図１）では、図２Ａに示すように、高周波アンプ１３は、直流アンプ１４とは別体として、直流アンプ１４から離れた位置であって整合器９の近傍に配置されている。
図２Ａにおいて、商用電源１６と直流アンプ１４とを接続するケーブル１５の長さは２ｍ、直流アンプ１４と高周波アンプ１３とを接続するケーブル２５は２０ｍ、高周波アンプ１３と整合器９とを接続する同軸ケーブル２４は２ｍである。また、上記ケーブル２５は、直流アンプ１４及び高周波アンプ１３と夫々高周波コネクタ２７，２６を介して接続されている。
このように、本発明に係る電力供給装置５によれば、同軸ケーブル２４の長さ２ｍは、従来のＶＨＳ装置５における同軸ケーブル１０，１７の合計長さ２０ｍと比べて短く、高周波コネクタ２６，２７の数も従来のものと比べて少ない。
以下、本発明に係る電力供給装置５と従来の電力供給装置５の電力伝送損失の比較結果を示す（表１参照）。

まず、商用電源１６及び直流アンプ１４間の電力伝送損失、即ち交流伝送損失は、ケーブル１５として断面積８ｍｍ^２（径３ｍｍφ）、抵抗が２．４３７５Ω／ｋｍ、規格が電圧２００Ｖ×電流２０Ａのケーブルを用いたときに、従来の電力供給装置５の場合と同じく、３．９Ｗであった。
直流アンプ１４及び高周波アンプ１３間の電力伝送損失、即ち直流伝送損失は、ケーブル２５として、通常のケーブル、例えば、抵抗が０．０９９３Ω／Ｋｍのナンネンフレン（登録商標）口出線を用いて、直流アンプ１４が電圧４０Ｖ×電流１７０Ａ（電力６．８ＫＷ）の電力を出力したときに、従来の電力供給装置５の場合０Ｗであるのに対し、１１５Ｗであった。
高周波アンプ１３及び整合器９間の電力伝送損失、即ち高周波伝送損失は、同軸ケーブル１０，１７，２４として、振幅減衰率が０．３５ｄＢ／２０ｍのケーブル（ＬＭＲ−９００）、サーキュレータ１１として振幅減衰率が０．３ｄＢのサーキュレータを用いて、高周波アンプ１３が３ＫＷの電力を出力したときに、従来の電力供給装置５の場合４８４Ｗであるに対して、２４Ｗであった。
以上により、ＲＦコネクタ２６，２７，２９〜３２による電力損失をαとすると、従来の電力供給装置５の合計電力損失が（４８８＋４α）Ｗであるのに対し、本発明の電力供給装置５の合計電力損失は（１４３＋２α）Ｗとなる。
本実施の形態によれば、高周波アンプ１３は、直流アンプ１４と別体として、直流アンプ１４から離れた位置であって整合器９の近傍に配置されているので、高周波電力の伝送距離を短くし、直流電力の伝送距離を長くすることができ、もって電力供給装置５全体のコストの低減並びに電力供給装置５全体の電力損失の低減を図ることができる。
上記本実施の形態によれば、直流アンプ１４と高周波アンプ１３との接続を同軸ケーブル２４より曲げ剛性が低い通常ケーブル２５を介して行っているので、直流アンプ１４及び高周波アンプ１３の設置位置の自由度を増加することができる。
上記本実施の形態によれば、高周波アンプ１３はサーキュレータ１１を内蔵しているので、電力供給における再現性及び安定性を向上させることができるのに加えて、高周波コネクタの数を４箇所から２箇所に減らすことができ、もって接続作業ミスによる危険性を低減することができる。
なお、同軸ケーブル２４、通常ケーブル２５、ケーブル１５等の長さは本実施の形態における長さに限定されるものでないことは云うまでもない。
また、本実施の形態では、階上のクリーンルームが第１及び第２のクリーンルームから成っているが、本発明はそれに限定されるものではない。
また、本実施の形態では、クリーンルームが階上、用力室が階下であるが、本発明はそれに限定されるものではなく、例えば、クリーンルームと用力室が同じフロアであってもよい。
産業上の利用可能性
以上詳細に説明したように、本発明の電力供給装置によれば、高周波アンプは直流アンプと別体として、直流アンプから離れた位置であって整合器の近傍に配置されているので、高周波電力の伝送距離を短くし、直流電力の伝送距離を長くすることができ、もって電力供給装置全体のコストの低減並びに電力供給装置全体の電力損失の低減を図ることができる。
また、この高周波アンプはサーキュレータを内蔵しているので、電力供給における再現性及び安定性を向上させることができるのに加えて、高周波コネクタの数を４箇所から２箇所に減らすことができ、もって接続作業ミスによる危険性を低減することができる。
【図面の簡単な説明】
図１は、本発明の実施の形態に係るプラズマ処理装置の概略構成を示す図である。
図２Ａは、図１における電力供給装置５の配線要領の説明図である。
図２Ｂは、従来の電力供給装置５の配線要領の説明図である。
図３は、従来のプラズマ処理装置の概略構成を示す図である。

Claims (6)

1. 被処理体を処理する処理チャンバと、
   前記処理チャンバに高周波電力を供給する電力供給手段と、
   前記処理チャンバ内を所定の減圧状態に真空排気する排気手段と、
   前記処理チャンバ内に処理ガスを導入する処理ガス導入手段とを備え、
   前記供給された高周波電力により前記処理チャンバ内に高周波電界を形成して前記導入された処理ガスをプラズマ化してプラズマ処理を行うプラズマ処理装置であって、
   前記電力供給手段は、
   前記処理チャンバに高周波電力を伝送する伝送路を介して前記処理チャンバに接続され、前記伝送路のインピーダンスを前記プラズマ化される処理ガスのインピーダンスに整合させる整合器と、
   前記整合器に接続された高周波アンプと、
   前記高周波アンプに接続された直流アンプとを備え、
   前記高周波アンプは、前記直流アンプと別体として、前記直流アンプから離れた位置であって前記整合器の近傍に配置されているプラズマ処理装置。
2. 前記高周波アンプは同軸ケーブルを介して前記整合器に接続されている請求の範囲第１項のプラズマ処理装置。
3. 前記直流アンプは通常のケーブルを介して前記高周波アンプと接続されている請求の範囲第１項のプラズマ処理装置。
4. 前記処理チャンバ及び前記整合器を収容するクリーンルームと、前記クリーンルームに隣接した用力室とを備え、前記高周波アンプは前記クリーンルームに設置され、前記直流アンプは前記用力室に設置されている請求の範囲第１項記載のプラズマ処理装置。
5. 前記用力室は、前記クリーンルームの階下に配置されている請求の範囲第４項記載のプラズマ処理装置。
6. 前記高周波アンプに内蔵されたサーキュレータを備えるる請求の範囲第１項乃至第５項のいずれか１項に記載のプラズマ処理装置。

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