特許第6567886号(P6567886)IP Force 特許公報掲載プロジェクト 2015.5.11 β版

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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】6567886
(24)【登録日】2019年8月9日
(45)【発行日】2019年8月28日
(54)【発明の名称】プラズマ処理装置
(51)【国際特許分類】
   C23C 16/44 20060101AFI20190819BHJP
   H01L 21/205 20060101ALI20190819BHJP
   C23C 16/50 20060101ALI20190819BHJP
【FI】
   C23C16/44 B
   H01L21/205
   C23C16/50
【請求項の数】4
【全頁数】16
(21)【出願番号】特願2015-119882(P2015-119882)
(22)【出願日】2015年6月15日
(65)【公開番号】特開2017-2382(P2017-2382A)
(43)【公開日】2017年1月5日
【審査請求日】2018年6月13日
(73)【特許権者】
【識別番号】501387839
【氏名又は名称】株式会社日立ハイテクノロジーズ
(74)【代理人】
【識別番号】100091720
【弁理士】
【氏名又は名称】岩崎 重美
(72)【発明者】
【氏名】佐藤 浩平
(72)【発明者】
【氏名】田内 勤
(72)【発明者】
【氏名】植村 崇
【審査官】 村岡 一磨
(56)【参考文献】
【文献】 特開2001−185534(JP,A)
【文献】 特開2012−104755(JP,A)
【文献】 特表平11−503793(JP,A)
【文献】 特開2007−260624(JP,A)
【文献】 特開2008−024975(JP,A)
(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
C23C 16/00−16/56
H01L 21/205
(57)【特許請求の範囲】
【請求項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。
【請求項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。
【請求項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。
【請求項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。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
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。
【背景技術】
【0002】
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。
【0003】
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。
【0004】
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。
【0005】
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。
【0006】
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。
【0007】
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。
【0008】
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。
【0009】
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。
【0010】
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。
【0011】
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。
【0012】
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。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0013】
【特許文献1】特開2005−101598号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0014】
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。
【0015】
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。
【0016】
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。
【0017】
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。
【0018】
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。
【0019】
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。
【課題を解決するための手段】
【0020】
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。
【発明の効果】
【0021】
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。
【図面の簡単な説明】
【0022】
図1】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2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3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4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5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6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7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。
【発明を実施するための形態】
【0023】
本発明の実施の形態を図面を参照して以下説明する。
【実施例】
【0024】
本発明の実施例を図1乃至7を用いて説明する。
【0025】
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。
【0026】
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。
【0027】
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。
【0028】
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。
【0029】
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。
【0030】
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。
【0031】
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。
【0032】
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。
【0033】
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。
【0034】
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。
【0035】
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。
【0036】
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。
【0037】
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。
【0038】
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。
【0039】
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。
【0040】
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。
【0041】
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。
【0042】
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。
【0043】
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。
【0044】
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。
【0045】
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。
【0046】
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。
【0047】
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。
【0048】
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。
【0049】
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。
【0050】
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。
【0051】
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。
【0052】
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。
【0053】
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。
【0054】
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。
【0055】
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。
【0056】
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。
【0057】
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。
【0058】
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。
【0059】
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。
【0060】
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。
【0061】
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。
【0062】
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。
【0063】
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。
【0064】
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。
【0065】
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。
【0066】
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。
【0067】
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。
【0068】
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。
【0069】
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。
【符号の説明】
【0070】
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。
図1
図2
図3
図4
図5
図6
図7