WO2003046959A1 - Systeme de traitement de plasma - Google Patents

Description

明 細 書 プラズマ処理装置 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、 半導体ゥュハ、 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、 エツチン グ処理、 アツ 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 プロセスチヤ ンバ 4 に電力を供給する V H F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、 給電棒状のケ一ブル 8 を介してプロセスチヤ ンバ 4 に接続された整合器 9 と、 同軸ケーブル 1 0 を介して整合器 9 に 接続されたサーキユレ一夕 1 1 と、 電力制御部 1 2 とから構成されてい る。

電力制御部 1 2 は、 その内部に高周波ア ンプ 1 3 と直流アンプ 1 4 と を一体的に有し、 直流アンプ 1 4 にはケーブル 5 を介して商用電源 1 6 が接続されている と共に、 高周波アンプ 1 3 は、 同軸ケーブル 1 7 を 介してサーキユ レータ 1 1 に接続されている。この同軸ケーブル 1 7 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 ぴサ一キュ レータ 1 1 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 1 2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 にサーキユ レ一タ 1 1 を階上に、 高周波ァ ンプ 1 3 を階下に配置する と、 これら を接続する同軸ケーブル 1 7 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牴下 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 ンノ と、

前記処理チヤ ンパに高周波電力を供給する電力供給手段と、

前記処理チヤ ンパ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 ンパ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 ヤ ンパに接続され、 前記伝送路のイ ン ピーダンス を前記プラズマ化され る処理ガスのィ ン ピ一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つ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。

前記高周波ァ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。

前記処理チヤ ンバ及び前記整合器を収容するク リ 一 ンルーム と、 前記 ク リ一ンル一ム 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 リ一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ユ レータ を備えるこ とが好ま し い o 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 2 A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 2 B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。 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 ツ 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 内を真空排気すベ く プロセスチャ ンパ 4 の底部に接続された排気装置 3 7 と、 半導体ゥヱ ハ搬送チャンパ 1 8 を介してプロセスチャ ンバ 4 に接続され、 プロセス チヤ 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 1 9 とから成る。

カセッ トチャ ンノ 1 9 にセ ッ ト された半導体ウェハは、 搬送チャ ンバ 1 8 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 1 8 に配管 2 1 を介して接続され、 搬送チヤ ンバ 1 8 を真空排気する第 1 の ドラ イポンプ 6 と、 排気装置 3 7 に配管 2 2 を介して接続され、 排気装置 3 7 と協働してプロセスチヤ 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 2 3 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一ュニ ッ ト 2 0 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 てプロセスチヤ ンバ 4 に接続された整合器 9 と、 同軸ケーブル 2 4 を介 して整合器 9 に接続された高周波アンプ 1 3 と、 電力制御部 1 2 とから 構成されている。

電力制御部 1 2 は、 その内部に直流アンプ 1 4 を有し、 直流ア ンプ 1 4 にはケーブル 1 5 を介して商用電源 1 6が接続されている と共に、 直 流ア ンプ 1 4 は、 ケーブル 2 5 を介して高周波アンプ 1 3 に接続されて いる。 このケーブル 2 5 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 1 6 からの交流電力は、 直流ァンプ 1 4 によ り直流電力に変 換された後、 高周波アンプ 1 3 に供給される。 高周波アンプ 1 3 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 ンノ 4 において生 成される プラズマのィ ンピ一ダンスに整合されてからプロセスチャ ンパ 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 1 3 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、 チラ一ユニッ ト 2 0、 及び電力供給装 置 5 の電力制御部 1 2 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 . 1 mオーダのゴミ が 0 . 0 2 8 3 m ³ ( 1 立方フ ィ ー ト） 当 り 1 0個以下に管理された第 1 のク リ ーンル ーム A 1 と、 0 . 1 / mオーダのゴミ が 0 . 0 2 8 3 m ³ ( 1 立方フ ィ - ト） 当 り 1 0 0個以下に管理された第 2 のク リ ー ンルーム A 2 とから 成る。 第 1 のク リ ーンルーム A 1 には、 カセッ ト チャ ンノ 1 9 が設置さ れ、 第 2 のク リ ーンルーム A 2 には、 プロセスチャ ンバ 4、 排気装置 3 7、 搬送チヤ ンバ 1 8 、 整合器 9 、 及び高周波ァンプ 1 3 が設置されて いる。

また、 階下の用力室 Bは、 0 . 1 mオーダのゴミが 0 . 0 2 8 3 m ³ ( 1 立方フ ィ ー ト） 当 り 1 0 0 0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 —ユニッ ト 2 0 、 及び電力供給装置 5 の電力制御部 1 2 が配置されてい る ₀

上記のよ う に、 高周波アンプ 1 3 は、 直流アンプ 1 4 と別体と して、 直流アンプ 1 4 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 1 3 と整合器 9 と を接続する同軸ケーブル 2 4 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 3 7及び第 2 の ドライ ポンプ 7 を用いてプロ セスチヤ ンバ 4 内を所定の内圧、 例えば 0 . 0 1 3 3 〜 0 . 1 3 3 P a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 ンノ 1 9 及ぴ 搬送チヤ ンバ 1 8 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 ンノ 1 9 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 ンノ 1 9 から 取り 出され、搬送チヤ ンバ 1 8 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 C F 4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 2 A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 2 B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 2 Bに示すよ う に、 高周波ァ ンプ 1 3 は、 直流アンプ 1 4 と一体的に配置されてお り 、 商用電源 1 6 と直流アンプ 1 4 と を接続するケーブル 1 5 の長さは 2 m、 高周波アン プ 1 3 と整合器 9 と をサーキユレータ 1 1 を介して接続する同軸ケープ ル 1 0， 1 7の合計長さは 2 0 mである。 また、 上記同軸ケーブル 1 7 は、 高周波アンプ 1 3 及ぴサーキユ レ一タ 1 1 と夫々高周波コネク タ 3 2 , 3 1 を介して接続されている と共に、 上記同軸ケーブル 1 0 は、 サ ーキユ レータ 1 1 及ぴ整合器 9 と夫々高周波コネク タ 3 0 , 2 9 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 2 Aに 示すよ う に、 高周波ア ンプ 1 3 は、 直流アンプ 1 4 と は別体と して、 直 流アンプ 1 4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 2 Aにおいて、 商用電源 1 6 と直流アンプ 1 4 と を接続するケープ ル 1 5 の長さは 2 m、 直流アンプ 1 4 と高周波ア ンプ 1 3 と を接続する ケーブル 2 5 は 2 0 m、 高周波ア ンプ 1 3 と整合器 9 と を接続する同軸 ケーブル 2 4 は 2 mである。 また、 上記ケーブル 2 5 は、 直流アンプ 1 4及び高周波アンプ 1 3 と夫々高周波コネク タ 2 7 , 2 6 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 2 4 の長さ 2 mは、 従来の V H S装置 5 における同軸ケーブル 1 0 , 1 7 の合計長さ 2 0 mと比べて短く 、 高周波コネク タ 2 6 , 2 7 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） 。

表 1

まず、 商用電源 1 6及び直流アンプ 1 4間の電力伝送損失、 即ち交流 伝送損失は、 ケ—ブル 1 5 と して断面積 8 mm² (径 3 m m j5 ) 、 抵抗 が 2. 4 3 7 5 Ω / k. m , 規格が電圧 2 0 0 V X電流 2 O A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. 9 Wであ つた。

直流ァンプ 1 4及び高周波ァンプ 1 3間の電力伝送損失、 即ち直流伝 送損失は、 ケーブル 2 5 と して、 通常のケーブル、 例えば、 抵抗が 0. 0 9 9 3 Ω / K mのナンネ ンフ レン （登録商標） 口出線を用いて、 直流 アンプ 1 4が電圧 4 0 V X電流 1 7 0 A (電力 6. 8 K W) の電力を出 力したと きに、 従来の電力供給装置 5の場合 0 Wであるのに対し、 1 1 5 Wであった。

高周波ァンプ 1 3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 1 0， 1 7 , 2 4 と して、 振幅減衰率が 0. 3 5 d 2 0 mのケーブル （L MR— 9 0 0 ) 、 サーキユレータ 1 1 と して 振幅減衰率が 0. 3 d Bのサーキユ レ一タを用いて、 高周波ア ンプ 1 3 が 3 KWの電力を出力したと きに、 従来の電力供給装置 5の場合 4 8 4 Wである に対して、 2 4 Wであった。

以上によ り、 R Fコネク タ 2 6 , 2 7 , 2 9 〜 3 2 による電力損失を a とする と、 従来の電力供給装置 5 の合計電力損失が （ 4 8 8 + 4 a ) 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 （ 1 4 3 + 2 ひ ） Wとなる。

本実施の形態によれば、 高周波アンプ 1 3 は、 直流アンプ 1 4 と別体 と して、 直流ア ンプ 1 4 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 つて電力供給装置 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、 直流ァンプ 1 4 と高周波ァンプ 1 3 との 接続を同軸ケーブル 2 4 よ り 曲げ剛性が低い通常ケ一ブル 2 5 を介して 行っているので、 直流ァンプ 1 4及ぴ高周波ァンプ 1 3 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、 髙周波ア ンプ 1 3 はサーキユ レータ 1 1 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 つて接続作業ミ 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 2 4 、 通常ケーブル 2 5、 ケーブル 1 5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 o

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

7 ンプは直流ァンプと別体と して、 直流アンプから離れた位置であつて 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一キユレータ 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。

Claims

請 求 の 範 囲

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、

前記処理チヤ ンバ内を所定の減圧状態に真空排気する排気手段と、 前記処理チヤ 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 ブラズマ処理装置であつて、

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 ヤ ンバに接続され、 前記伝送路のィ ンピーダンスを前記プラズマ化され る処理ガスのィ 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ァンプと、

前記高周波アンプに接続された直流ァンプとを備え、

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 . 前記処理チヤ 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ユ レ一 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。