JP2007059501A - 基板処理装置 - Google Patents

Abstract

【課題】高周波電力が印加される電極によって生じる被処理基板の加熱の不均一性を抑制または防止できる基板処理装置を提供する。
【解決手段】基板８を収容する処理管２と、処理管２の外部であって、処理管２を囲うように配置された加熱手段４と、処理管２内に所望の処理ガスを供給するガス供給手段１３と、処理管２と加熱手段４との間に配置され、少なくとも一対の高周波電力が印可される第１の電極６とアース設置される第２の電極７とから構成される電極と、処理管２と電極との間に配置される均熱管と１６、を備え、均熱管１６は、黒色石英、不透明石英、アルミナから選ばれた材質にて構成される。
【選択図】 図１

Description

本発明は、基板処理装置に関し、特に、高周波電力によって発生させたプラズマを利用して所定の処理を行うプラズマ処理装置に関するものである。

例えば、半導体集積回路の製造においては、ＣＶＤ、エッチング、アッシング、スパッタリング工程で、処理ガスのイオン化や化学反応等を促進する為にプラズマが利用されている。従来より、半導体製造装置においてプラズマを発生させる方法には、平行平板方式、高周波誘導方式、ヘリコン波方式、ＥＣＲ方式等がある。平行平板方式は、１対の平行平板型電極の一方を接地し他方を高周波電源に容量結合して両電極間にプラズマを生成する方法である。高周波誘導方式は、螺旋状又は渦巻き状のアンテナに高周波を印加して高周波電磁場を作り、その電磁場空間内で流れる電子を気体中の中性粒子に衝突させてプラズマを生成する方法である。ヘリコン波方式は、コイルで作った一様な磁場内で特殊な形状のアンテナにより磁場に平行に進む特殊な電磁波（ヘリコン波）を発生させ、このヘリコン波に伴うランダウダンピング効果を利用して速度制御可能な電子流によりプラズマを生成する方法である。ＥＣＲ方式は、コイルで作った一様な磁場内に電子のサイクロトロン周波数に等しい周波数（２．４５ＧＨｚ）のマイクロ波を導波管を通じて導くことにより共鳴現象を起こさせ、電子にマイクロ波のパワーを吸収させてプラズマを生成する方法である。これらのプラズマ生成方法は、被処理体を１枚毎に処理をする枚葉方式と複数の被処理体をバッチ的に処理する方法がある。

従来のプラズマ処理装置では、その内部に被処理体が載置される処理管と、処理管の外部に処理管を取り囲むように設けられた加熱ヒータと、加熱ヒータと処理管との間に設けられ高周波電力が印加される高周波電極とを備えている。

このような構造では、高周波電極（ＲＦ電極）が処理管と加熱ヒータとの間に配置される為、処理管内部に載置される被処理体には、ＲＦ電極を介して加熱される場所と直接加熱される場所が生じ被処理体の温度均一性が低下するという問題がある。温度が不均一の場合、被処理体の処理後の性能のバラツキ原因となる可能性が生じる。

従って、本発明の主な目的は、高周波電力が印加される電極によって生じる被処理基板の加熱の不均一性を抑制または防止できる基板処理装置を提供することにある。

本発明よれば、
基板を収容する処理管と、
前記処理管の外部であって、前記処理管を囲うように配置された加熱手段と、
前記処理管内に所望の処理ガスを供給するガス供給手段と、
前記処理管と前記加熱手段との間に配置され、少なくとも一対の高周波電力が印可される第１の電極とアース設置される第２の電極とから構成される電極と、
前記処理管と前記電極との間に配置される均熱管と、を備え、
前記均熱管は、黒色石英、不透明石英、アルミナから選ばれた材質にて構成されることを特徴とする基板処理装置が提供される。

本発明によれば、高周波電力が印加される電極によって生じる被処理基板の加熱の不均一性を抑制または防止できる基板処理装置が提供される。

次に、本発明の好ましい実施例を説明する。

本発明の好ましい実施例では、処理管外周に載置した電極に、高周波電力（１３．５６ＭＨｚ）を印加して処理ガスをプラズマ化して、被処理体をプラズマ処理するバッチ式プラズマ処理装置において、加熱ヒータからの熱によって高周波電力を印加する電極の有無に影響を受けずに被処理基板を均一に加熱する為、電極と処理管との間に誘電体で構成された均熱管を設けている。そして、均熱管の外側に高周波電力が印加される電極を固定している。

また、電極と処理管との間に誘電体の均熱管を設けその上面を密封している。このようにしたことで、電極及び加熱ヒータから飛来する金属性不純物が処理管に付着することを防止し被処理基板に対して金属汚染リスクを低減することが可能となる。

次に、図面を参照して本発明の好ましい実施例をより詳細に説明する。

図１、図２は、本発明の好ましい実施例の基板処理装置の処理炉を説明するための概略縦断面図であり、図３は、本発明の好ましい実施例の基板処理装置の処理炉を説明するための概略横断面図である。図１は、反応室１外面に載置された電極の構成を示すもので、図２は反応室１の断面を示すもので、図３は反応室を上方から見た断面を示すものである。

反応室１は、処理管２及びシールキャップ３で気密に構成されている。処理管２の周囲には、筐体１０１（図４、図５参照）から均熱管サポート１７を介して誘電体で構成された均熱管１６が設置されている。均熱管１６には、高周波電源５に接続される第１の電極６（６ａ〜６ｈ）とアースに接続される第２の電極７（７ａ〜７ｈ）が被処理体（本実施例では半導体ウエハ）８に対し垂直なストライプ状に交互になるよう固定されている。

高周波電力（ＲＦ電力）の供給は高周波電源５の出力する交流電力を整合器９を介して印加できるようになっている。第１の電極に供給する交流電力の周波数は１３．５６ＭＨｚの高周波が利用されることが多い。

均熱管１６の周囲には、加熱ヒータ４が反応室１を取り囲むように設けてあり、加熱ヒータ４の熱は電極６、７、均熱管１６、処理管２を介して被処理体８へと供給される構造とした。均熱管１６の材質は、加熱ヒータ４からの熱の吸収率が高く熱伝導率が良好なものが必要となり、黒色石英、不透明石英、アルミナ等から構成されることが望ましい。

なお、黒色石英は、例えば、合成石英製造方法に類似した方法を使用し、バーナー中に４塩化ケイ素を溶融させる際にカーボン粒子を混入させＳｉＯ_２結晶粒界にカーボンを取り込み黒色化させることにより製造される。また、不透明石英は、例えば、溶融状態時にガスを混入させ、微細な気泡を作り不透明化させる方法や、溶融状態時、融点の異なる微細ガラス粉を入れ不透明化する方法で製造される。

反応室１は、排気管１０、圧力調整バルブ１１を介してポンプ１２に接続され、反応室１内部のガスを排気できる構造となっている。又、反応室１には、ガス導入ポート１３が設けてあり、反応室１内部の側面には処理ガスを高さ方向均等に反応ガスを供給するような大きさが調整された複数のガス供給細孔１８を有するガス供給用ノズル１４より均等に導入することが可能となっている。

反応室１内部には、被処理体８でもある半導体ウエハ−をバッチ処理できるように、例えば１００〜１５０枚程度、それぞれ一枚ずつ水平に搭載置できるボート１５が設けられている。

次に本装置の動作を説明する。

反応室１が大気圧の状態で、被処理体８をボート１５に装填する為、エレベータ機構１２１（図４参照）でシールキャップ３を下げて被処理体搬送用ロボット（ウエハ移載機１２１、図４、図５参照）の相互動作により所用の数の被処理体８をボート１５に載置した後、シールキャップ３を上昇させて反応室１内部に挿入する。

加熱ヒータ４に電力を投入し、被処理体８など反応室１内部の部材を所定の温度に加熱する。被処理体搬送時、ヒータの温度を下げ過ぎてしまうと、被処理体の搬送終了後、反応室内部で温度を所定の値まで上昇させて安定させるのに相当の時間がかかってしまう為、通常は被処理体の搬送に支障が無い温度まで下げて、その値で保持した状態で搬送を行う。

同時に処理管１内部の気体を図示しない排気口から排気管１０を通してポンプ１２で排気する。被処理体８が所定の温度になった時点で反応室１にガス導入ポート１３から処理ガスを導入し、圧力調整バルブ１１によって反応室１内の圧力を一定の値に保持する。

反応室１内部が所定の圧力になったら高周波電源５の出力する交流電力を整合器９を介して第１の電極６に供給し、第２の電極７をアースに接地させ電極間にプラズマを生成して被処理体８の処理を行う。

本実施例では、処理管２とＲＦ電極６、７間に誘電体で構成された均熱管１６を挿入することで、ＲＦ電極を介して加熱される場所と直接加熱される場所との不均一が解消された。又、均熱管２の上面を密封することにより、加熱ヒータ４及びＲＦ電極６、７から飛散する金属性不純物が処理管に付着することを防止することが可能となった。

次に、図４、図５を参照して、本発明の好ましい実施例の基板処理装置についてその概略を説明する。

筐体１０１内部の前面側には、図示しない外部搬送装置との間で基板収納容器としてのカセット１００の授受を行う保持具授受部材としてのカセットステージ１０５が設けられ、カセットステージ１０５の後側には昇降手段としてのカセットエレベータ１１５が設けられ、カセットエレベータ１１５には搬送手段としてのカセット移載機１１４が取りつけられている。又、カセットエレベータ１１５の後側には、カセット１００の載置手段としてのカセット棚１０９が設けられると共にカセットステージ１０５の上方にも予備カセット棚１１０が設けられている。予備カセット棚１１０の上方にはクリーンユニット１１８が設けられクリーンエアを筐体１０１の内部を流通させるように構成されている。

筐体１０１の後部上方には、処理炉４０が設けられ、処理炉４０の下方には基板としてのウエハ８を水平姿勢で多段に保持する基板保持手段としてのボート１５を処理炉４０に昇降させる昇降手段としてのボートエレベータ１２１が設けられ、ボートエレベータ１２１に取りつけられた昇降部材１２２の先端部には蓋体としてのシールキャップ３が取りつけられボート２６を垂直に支持している。ボートエレベータ１２１とカセット棚１０９との間には昇降手段としての移載エレベータ１１３が設けられ、移載エレベータ１１３には搬送手段としてのウエハ移載機１１２が取りつけられている。又、ボートエレベータ１２１の横には、開閉機構を持ち処理炉４０の下面を塞ぐ遮蔽部材としての炉口シャッタ１１６が設けられている。

ウエハ８が装填されたカセット１００は、図示しない外部搬送装置からカセットステージ１０５にウエハ８が上向き姿勢で搬入され、ウエハ８が水平姿勢となるようカセットステージ１０５で９０°回転させられる。更に、カセット１００は、カセットエレベータ１１５の昇降動作、横行動作及びカセット移載機１１４の進退動作、回転動作の協働によりカセットステージ１０５からカセット棚１０９又は予備カセット棚１１０に搬送される。

カセット棚１０９にはウエハ移載機１１２の搬送対象となるカセット１００が収納される移載棚１２３があり、ウエハ８が移載に供されるカセット１００はカセットエレベータ１１５、カセット移載機１１４により移載棚１２３に移載される。

カセット１００が移載棚１２３に移載されると、ウエハ移載機１１２の進退動作、回転動作及び移載エレベータ１１３の昇降動作の協働により移載棚１２３から降下状態のボート１５にウエハ８を移載する。

ボート１５に所定枚数のウエハ８が移載されるとボートエレベータ１２１によりボート１５が処理炉４０に挿入され、シールキャップ３により処理炉４０が気密に閉塞される。気密に閉塞された処理炉４０内ではウエハ８が加熱されると共に処理ガスが処理炉４０内に供給され、ウエハ８に処理がなされる。

ウエハ８への処理が完了すると、ウエハ８は上記した作動の逆の手順により、ボート１５から移載棚１２３のカセット１００に移載され、カセット１００はカセット移載機１１４により移載棚１２３からカセットステージ１０５に移載され、図示しない外部搬送装置により筐体１０１の外部に搬出される。尚、炉口シャッタ１１６は、ボート１５が降下状態の際に処理炉４０の下面を塞ぎ、外気が処理炉２４内に巻き込まれるのを防止している。

カセット移載機１１４等の搬送動作は、搬送制御手段１２４により制御される。

（比較例）
図６は、反応室１外面に載置された電極の構成を示すもので、図７は反応室１の断面を、図８は反応室を上方から見た断面を示すものである。

反応室１は、処理管２及びシールキャップ３で気密に構成され、処理管２の周囲には、加熱ヒータ４が反応室１を取り囲むように設けてある。処理管２は石英などの誘電体で構成され、処理管２の外周には高周波電源５に接続される第１の電極６とアースに接続される第２の電極７が被処理体８に対し垂直なストライプ状に交互になるよう配置されている。又、ＲＦ電力の供給は、高周波電源５の出力する交流電力を整合器９を介して印加できるようになっている。

反応室１は排気管１０、圧力調整バルブ１１を介してポンプ１２に接続され、反応室１内部のガスを排気できる構造となっている。又、反応室１にはガス導入ポート１３が設けてあり、反応室１内部の側面には処理ガスを高さ方向均等に反応ガスを供給するよう大きさが調整された複数のガス供給用細孔１８が設けられたガス供給用ノズル１４より均等に導入することが可能となっている。

反応室１内部には、被処理体８でもある半導体ウエハ−をバッチ処理できるように、例えば１００〜１５０枚程度、それぞれ一枚ずつ水平に搭載置できるボート１５が設けられる。

この比較例では、ＲＦ電極６、７が処理管２と加熱ヒータ４との間に配置される為、処理管２内部に載置される被処理体８には、ＲＦ電極６、７を介して加熱される場所と直接加熱される場所とが生じ、被処理体８の温度均一性が低下する。温度が不均一の場合、被処理体８の処理後の性能のバラツキ原因となる可能性が生じる。

半導体の微細化に伴い被処理体８である半導体ウエハへの金属汚染レベル低減の必要があり、処理管２外周に加熱ヒータ４、ＲＦ電極６、７等の金属がある構成では金属性不純物が飛散し処理管に付着した場合、処理管２を透過して被処理体８を汚染してしまう問題も生じる。

なお、上記では、電極構造は被処理体８に対し垂直なストライプ状に交互になるよう配置された事例にて解説したが、公知のバレル型電極の場合においても同様な問題が生じる可能性が高い。

本発明の好ましい実施例の基板処理装置の処理炉を説明するための概略縦断面図である。 本発明の好ましい実施例の基板処理装置の処理炉を説明するための概略縦断面図である。 本発明の好ましい実施例の基板処理装置の処理炉を説明するための概略横断面図である。 本発明の好ましい実施例の基板処理装置を説明するための概略斜視図である。 本発明の好ましい実施例の基板処理装置を説明するための概略縦断面図である。 比較のための基板処理装置の処理炉を説明するための概略縦断面図である。 比較のための基板処理装置の処理炉を説明するための概略縦断面図である。 比較のための基板処理装置の処理炉を説明するための概略横断面図である。

符号の説明

１…反応室
２…処理管
３…シールキャップ
４…ヒータ
５…高周波電源
６…第１の電極（６ａ〜６ｈ）
７…第２の電ｓ極（７ａ〜７ｈ）
８…被処理体（シリコンウエハ）
９…整合器
１０…排気配管
１１…圧力調整バルブ
１２…ポンプ
１３…ガス導入ポート
１４…ガス供給用ノズル
１５…ボート
１６…均熱管
１７…均熱管サポート
１８…ガス供給用細孔
４０…処理炉
１００…カセット
１０１…筐体
１０５…カセットステージ
１０９…カセット棚
１１０…予備カセット棚
１１２…ウエハ移載機
１１３…移載エレベータ
１１４…カセット移載機
１１５…カセットエレベータ
１１６…炉口シャッタ
１１８…クリーンユニット
１２１…ボートエレベータ
１２２…昇降部材
１２３…移載棚
１２４…搬送制御手段

Claims (1)

1. 基板を収容する処理管と、
   前記処理管の外部であって、前記処理管を囲うように配置された加熱手段と、
   前記処理管内に所望の処理ガスを供給するガス供給手段と、
   前記処理管と前記加熱手段との間に配置され、少なくとも一対の高周波電力が印可される第１の電極とアース設置される第２の電極とから構成される電極と、
   前記処理管と前記電極との間に配置される均熱管と、を備え、
   前記均熱管は、黒色石英、不透明石英、アルミナから選ばれた材質にて構成されることを特徴とする基板処理装置。

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