JP3996002B2

JP3996002B2 - 真空処理装置

Info

Publication number: JP3996002B2
Application number: JP2002201999A
Authority: JP
Inventors: 雅青砥; 滋先崎
Original assignee: Tokyo Electron Ltd
Current assignee: Tokyo Electron Ltd
Priority date: 2002-07-10
Filing date: 2002-07-10
Publication date: 2007-10-24
Anticipated expiration: 2022-07-10
Also published as: JP2004047652A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、被処理基板に所定の真空処理、例えばプラズマによるエッチング処理、成膜処理等を行う真空処理装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、被処理基板を真空チャンバ内に収容して所定の真空処理を行う真空処理装置が多用されている。例えば、半導体装置の製造分野においては、半導体装置の微細な回路構造を形成する際に、半導体ウエハ等の被処理基板を真空チャンバ内に収容し、所定の真空雰囲気において真空処理、例えばプラズマを作用させたエッチング処理や成膜処理等を行っている。
【０００３】
このような真空処理装置では、定期的に真空チャンバ内のメンテナンスを行う必要があることから、例えば、真空チャンバを、上部開口を有する容器状の真空チャンバ本体部と、この上部開口を開閉自在に且つ気密に閉塞する蓋状の上側部とから構成し、この上側部を開けることによって、上部開口から真空チャンバ内のメンテナンスを行えるようにしたものが知られている。
【０００４】
また、真空処理装置のうち、例えば、真空チャンバ内に上部電極と下部電極を設け、これらの上部電極と下部電極との間に高周波電力を供給してプラズマを生起する所謂平行平板型の装置では、下部電極上に載置された半導体ウエハ等の被処理基板の全面に均一に処理ガスを供給するため、上部電極に多数のガス供給孔を設け、シャワー状に処理ガスを供給するよう構成されたものが多い。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上記のようなシャワー状に処理ガスを供給する装置では、前述した上側部に、シャワー状に処理ガスを供給するシャワー機構（処理ガス導入部）を設ける必要があるが、この上側部は前述したとおり、開閉動作可能とする必要があるため、この上側部に処理ガス供給源からの処理ガス供給配管を直接接続すると、上側部を開閉させる度に処理ガス供給配管を着脱する必要等が生じてしまう。
【０００６】
このため、処理ガス供給源からの処理ガス供給配管を取り付ける取付部は真空チャンバ本体部側に設け、この取付部と、上側部のシャワー機構とを接続する処理ガス流路接続機構、つまり、上側部を閉じた状態では取付部とシャワー機構とが連通し、上側部を開いた状態ではこれらの連通が解かれるよう構成された処理ガス流路接続機構を設けることが行われている。
【０００７】
しかしながら、このような処理ガス流路接続機構により、上側部が閉じられた際に、確実に取付部とシャワー機構とが気密な状態で連通されるようにするには、細かな位置調整等が必要となり、そのメンテナンスが繁雑となるという問題があった。また、このような細かな位置調整を行うためには、位置調整用の多くのネジ等を使用する必要があるため、輸送中等にこれらのネジが緩み、部品が脱落したり、接続部分の真空保持力が低下し、真空チャンバ内を真空に保持した状態で輸送している際に、真空保持ができなくなる等の問題があった。
【０００８】
本発明は、かかる従来の事情に対処してなされたもので、処理ガス流路接続機構における接続状態を確実にかつ良好な状態に維持できるとともに、従来に比べてメンテナンスに要する労力の低減を図ることのできる真空処理装置を提供しようとするものである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
すなわち、請求項１の真空処理装置は、上部開口を有する容器状の真空チャンバ本体部と、前記上部開口を閉塞する上側部とを有し、被処理基板を収容して所定の真空処理を施すための真空チャンバと、所定の処理ガスを供給する処理ガス供給源に接続された入口側ブロックと、前記真空チャンバ内に処理ガスを導入する処理ガス導入部に接続された出口側ブロックとを気密に当接させて、前記処理ガス供給源と処理ガス導入部とを接続するための処理ガス流路接続機構とを具備した真空処理装置であって、前記処理ガス流路接続機構は、前記真空チャンバ本体部又は前記上側部のいずれか一方に設けられ、容器状に形成され、前記入口側ブロック又は出口側ブロックの少なくとも一方が挿入されて内部で移動可能な状態に係止されるガイドと、前記ガイドの底部と前記入口側ブロック又は出口側ブロックとの間に介在し、前記入口側ブロック又は出口側ブロックを、他方に向けて弾性的に付勢し、前記入口側ブロックと前記出口側ブロックとを弾性的に当接させる弾性部材と、前記入口側ブロック又は出口側ブロックと、前記ガイドの底部との間に位置し、前記入口側ブロック又は出口側ブロックが前記ガイドから抜けることを防止するストッパと、前記入口側ブロックと前記出口側ブロックとの当接部に、同心状に設けられた複数のＯリングと、前記複数のＯリングの間から真空排気するための真空排気用流路とを具備したことを特徴とする。
【００１０】
また、請求項２の真空処理装置は、請求項１記載の真空処理装置において、
前記入口側ブロックと前記出口側ブロックとの当接部が、一方の凹部に他方の凸部を嵌合させることによって、前記入口側ブロックと前記出口側ブロックとを所定位置に位置決めされた状態で当接させるよう構成されたことを特徴とする。
【００１１】
また、請求項３の真空処理装置は、請求項１又は２記載の真空処理装置において、前記真空チャンバが、上部開口を有する容器状の真空チャンバ本体部と、前記上部開口を開閉自在に且つ気密に閉塞する上側部とから構成され、前記入口側ブロックが前記真空チャンバ本体部に設けられ、前記出口側ブロックが前記上側部に設けられていることを特徴とする。
【００１２】
また、請求項４の真空処理装置は、請求項１〜３いずれか１項記載の真空処理装置において、前記弾性部材が、前記入口側ブロックを前記出口側ブロックに向けて付勢するコイルスプリングから構成されていることを特徴とする。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明をエッチング装置に適用した実施の形態について図面を参照して説明する。
【００１５】
図１は、本実施形態に係るエッチング装置の全体の概略構成を模式的に示すもので、同図において、符号１は、材質が例えばアルミニウム等からなり、内部を気密に閉塞可能に構成された円筒状の真空チャンバを示している。この真空チャンバ１は、上部開口を有する容器状、つまり有底円筒状の真空チャンバ本体部１ａと、この真空チャンバ本体部１ａの上部開口を閉塞する上側部１ｂとから構成されており、上側部１ｂは、図中矢印で示すように、係止軸１ｃの回りに回動することによって、開閉自在とされている。
【００１６】
上記真空チャンバ１内には、略円板状に形成され、下部電極を兼ねた基板載置台２が設けられており、この基板載置台２は、セラミックなどの絶縁板３を介して真空チャンバ１の底部から支持されている。
【００１７】
この基板載置台２の表面には、図示しない静電チャックが設けられており、基板載置台２内には、温度調節媒体として、例えば冷却用の絶縁性流体を循環させるための温調媒体流路４と、載置面と半導体ウエハＷの裏面との間にヘリウム等の温調ガスを供給するためのガス流路５が形成されており、これらの機構によって、基板載置台２上に配置された半導体ウエハＷを所定温度に温度調節できるように構成されている。
【００１８】
さらに、基板載置台２の半導体ウエハＷの載置面の周囲を囲むように、導電性材料または絶縁性材料から環状に形成されたフォーカスリング６が設けられている。
【００１９】
また、基板載置台２のほぼ中央には、高周波電力を供給するための給電線７が接続されている。この給電線７には、マッチングボックス８及び高周波電源９が接続され、高周波電源９からは、所定周波数、例えば、数ＭＨｚ〜百数十ＭＨｚの範囲の高周波電力が、基板載置台２に供給されるようになっている。
【００２０】
さらに、フォーカスリング６の外側には、環状に構成され、多数の排気孔が形成された排気リング１０が設けられており、この排気リング１０を介して、排気ポート１１に接続された排気系１２により、真空チャンバ１内の処理空間の真空排気が行われるよう構成されている。
【００２１】
一方、基板載置台２の上方の真空チャンバ１の天壁部分、つまり、前述した上側部１ｂの下面側には、シャワーヘッドを構成する上部電極１３が、基板載置台２と平行に対向する如く設けられており、この上部電極１３と基板載置台（下部電極）２が、一対の電極として機能するようになっている。
【００２２】
上記上部電極１３には、その下面に多数のガス吐出孔１４が設けられている。また、この上部電極１３の周縁部は、絶縁性材料、例えばＡｌ₂Ｏ₃等から環状に構成されたインシュレータリング１５によって、上側部１ｂの下面側に支持されており、上部電極１３の上側にはガス拡散用空隙１６が形成されている。また、このガス拡散用空隙１６の天井部には、ガス導入口１７が設けられ、これらによって、真空チャンバ１内にシャワー状にガスを導入するシャワー機構（処理ガス導入部）が構成されている。
【００２３】
上記ガス導入口１７には、処理ガスを導入するための処理ガス配管１８の一端が接続され、この処理ガス配管１８の他端は、真空チャンバ外側の側壁部分に設けられた処理ガス流路接続機構１９に接続されている。この処理ガス流路接続機構１９の構成については、後述する。
【００２４】
一方、真空チャンバ１の外側周囲には、真空チャンバ１と同心状に、環状の磁場形成機構（リング磁石）２０が配置されており、基板載置台２と上部電極１３との間の処理空間に磁場を形成するようになっている。この磁場形成機構２０は、回転機構２１によって、その全体が、真空チャンバ１の回りを所定の回転速度で回転可能とされている。
【００２５】
次に、前述した処理ガス流路接続機構１９の構成について説明する。この処理ガス流路接続機構１９は、図２に示すように、真空チャンバ本体部１ａ側に設けられた入口側ブロック３０と、上側部１ｂ側に設けられた出口側ブロック５０とを有しており、前述した処理ガス配管１８は、出口側ブロック５０に接続されている。
【００２６】
上記出口側ブロック５０内には、処理ガス配管１８が接続された上面側から、下面側に至る出口側ガス流路５１が形成されており、その下面５２は、入口側ブロック３０との当接面とされている。この入口側ブロック３０との当接面である下面５２は、円形とされている。
【００２７】
一方、入口側ブロック３０内には、上記出口側ガス流路５１に対応して、入口側ガス流路３１が形成されており、入口側ブロック３０の上面３２は、出口側ブロック５０との当接面とされている。
【００２８】
この入口側ブロック３０の上面３２は、図２，３に示されるように、上記した出口側ブロック５０の下面５２の形状に合わせて円形の領域が凹陥された形状となっている。そして、この凹陥部に出口側ブロック５０の底部が嵌合されることによって、入口側ブロック３０と出口側ブロック５０が所定位置に位置決めされた状態で当接され、入口側ガス流路３１と出口側ガス流路５１が、ズレのない状態で連通されるよう構成されている。
【００２９】
また、入口側ブロック３０の上面３２には、図３にも示すように、複数、本実施形態では３本のＯリング３３，３４，３５、が、溝３６，３７，３８内に挿入された状態で配置されている。入口側ガス流路３１は、このうち中央に配置されたＯリング３３の内側に位置するよう配置されており、このＯリング３３と、その外側に配置されたＯリング３４との間には、真空排気を行うための真空排気用流路３９が開口している。
【００３０】
図２に示すように、上記真空排気用流路３９には、真空排気装置に接続された排気配管４０が接続され、また、入口側ガス流路３１には、処理ガス供給源に接続された処理ガス供給配管４１が接続されている。
【００３１】
さらに、上記入口側ブロック３０は、この入口側ブロック３０の外側形状に合わせた内側形状を有する容器状のガイド４２内に挿入された状態で係止されており、ガイド４２の底部と入口側ブロック３０の下面との間には、入口側ブロック３０を出口側ブロック５０に向けて付勢する弾性部材、例えばコイルスプリング４３が設けられている。
【００３２】
なお、コイルスプリング４３は、ガイド４２の底部から突出するように設けられスプリング係止部材４４に挿入され、係止されている。また、ガイド４２の底部に設けられた複数の透孔４５を貫通して、ストッパ４６が入口側ブロック３０の下面に固着（ネジ止め）されており、このストッパ４６によって、入口側ブロック３０が所定位置より上方に上昇したり、ガイド４２から抜けたりすることを防止するよう構成されている。
【００３３】
このように構成された処理ガス流路接続機構１９によれば、入口側ブロック３０と出口側ブロック５０とが、所定位置に位置決めされた状態で嵌合され、かつ、コイルスプリング４３の弾性力によって、入口側ブロック３０と出口側ブロック５０とが、所定の圧力で当接された状態に維持される。そして、この状態で、Ｏリング３３と、Ｏリング３４との間の排気を行うことにより、Ｏリング３３，３４，３５のつぶれ量も均一に所定量とすることができる。
【００３４】
したがって、これらの微細な位置合せ、つまり、高さ位置の微細な調整や、面だし（当接面同士を平行にする）の微細な調整を行うことなく、接続状態を良好に維持することができ、また、これらの位置合せを行うためのネジ等も設ける必要がないので、真空チャンバ１内を真空に保持した状態で輸送した場合でも、真空保持状態が損なわれることがなく、所望の真空状態を維持したまま輸送することができる。
【００３５】
なお、上記の処理ガス流路接続機構１９では、入口側ブロック３０を、コイルスプリング４３によって、出口側ブロック５０に向けて弾性的に付勢する場合について説明したが、これとは逆に、出口側ブロック５０を、入口側ブロック３０に向けて弾性的に付勢するよう構成しても良く、また、これらの双方を弾性的に付勢するよう構成することもできる。
【００３６】
次に、上記のように構成されたエッチング装置によるエッチング手順について説明する。
【００３７】
まず、真空チャンバ１に設けられた図示しない開閉機構を開放し、図示しない搬送機構により半導体ウエハＷを真空チャンバ１内に搬入し、基板載置台２上に載置する。そして、図示しない静電チャックにより、半導体ウエハＷをクーロン力等により吸着する。
【００３８】
この後、搬送機構を真空チャンバ１外へ退避させた後、開閉機構を閉じ、排気系１２の真空ポンプにより排気ポート１１を通じて真空チャンバ１内を排気する。真空チャンバ１内が所定の真空度になった後、真空チャンバ１内には、処理ガス供給源から、処理ガス供給配管４１、処理ガス流路接続機構１９、処理ガス配管１８、ガス導入口１７等を介して所定のエッチングガスが、所定流量で導入され、真空チャンバ１内が所定の圧力、例えば１．３３〜１３３Ｐａ（１０〜１０００ｍＴｏｒｒ）に保持される。
【００３９】
そして、この状態で高周波電源９から、基板載置台２に、所定周波数（例えば数ＭＨｚ〜百数十ＭＨｚ）の高周波電力を供給する。
【００４０】
この場合に、下部電極である基板載置台２と上部電極１３との間の処理空間には高周波電界が形成されるとともに、磁場形成機構２０による磁場が形成され、この状態でプラズマによる半導体ウエハＷのエッチング処理が行われる。
【００４１】
このエッチング処理の際に、基板載置台２の温調媒体流路４には、冷却用の絶縁性流体が循環され、また、ガス流路５を通じて、基板載置台２の載置面と半導体ウエハＷの裏面との間には、ヘリウム等の温調ガスが供給されることによって、半導体ウエハＷは、所定温度に保たれる。
【００４２】
そして、所定のエッチング処理が実行されると、高周波電源９からの高周波電力の供給を停止することによって、エッチング処理を停止し、上述した手順とは逆の手順で、半導体ウエハＷを真空チャンバ１外に搬出する。
【００４３】
以上のようなエッチング処理を繰り返して行うと、所定のメンテナンス周期で、真空チャンバ１内のメンテナンスを行う必要があり、この場合は、前述したとおり、上側部１ｂを、係止軸１ｃの回りに回動させて、真空チャンバ本体部１ａの上部開口を開放する。この際、処理ガス流路接続機構１９の出口側ブロック５０が、上側部１ｂとともに上昇するため、入口側ブロック３０と出口側ブロック５０とが離間され、処理ガス流路の接続が一旦開放される。
【００４４】
そして、メンテナンス終了後は、上側部１ｂを、係止軸１ｃの回りに回動させて、再び真空チャンバ本体部１ａの上部開口を閉塞するが、このような場合も、処理ガス流路接続機構１９の入口側ブロック３０と出口側ブロック５０とが、所定位置に位置決めされた状態で、所定圧で当接された状態となるので、前述したとおり、これらの微細な位置合せ、つまり、高さ位置の微細な調整や、面だしの微細な調整を行うことなく、接続状態を良好に維持することができる。
【００４５】
なお、上述した実施形態では、本発明を、下部電極に高周波電力を供給するタイプのエッチング装置に適用した例について説明したが、本発明はかかる場合に限定されるものではなく、例えば、上部電極と下部電極の双方に高周波電力を供給するタイプのエッチング装置や、成膜を行う成膜装置等、あらゆる真空処理装置に適用することができる。
【００４６】
【発明の効果】
以上説明したとおり、本発明の真空処理装置によれば、処理ガス流路接続機構における接続状態を確実にかつ良好な状態に維持できるとともに、従来に比べてメンテナンスに要する労力の低減を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態の真空処理装置の全体の概略構成を示す図。
【図２】図１の真空処理装置の要部概略構成を拡大して示す図。
【図３】図２の入口側部ブロックの上面の構成を示す図。
【符号の説明】
Ｗ……半導体ウエハ、１……真空チャンバ、２……基板載置台、１３……上部電極、１４……ガス吐出孔、１６……ガス拡散用空隙、１７……ガス導入口、１８……処理ガス配管、１９……処理ガス流路接続機構、３０……入口側ブロック、３１……入口側ガス流路、３３，３４，３５……Ｏリング、３９……真空排気用流路、４０……排気配管、４１……処理ガス供給配管、４３……コイルスプリング、５０……出口側ブロック、５１……出口側ガス流路。

Claims

上部開口を有する容器状の真空チャンバ本体部と、前記上部開口を閉塞する上側部とを有し、被処理基板を収容して所定の真空処理を施すための真空チャンバと、
所定の処理ガスを供給する処理ガス供給源に接続された入口側ブロックと、前記真空チャンバ内に処理ガスを導入する処理ガス導入部に接続された出口側ブロックとを気密に当接させて、前記処理ガス供給源と処理ガス導入部とを接続するための処理ガス流路接続機構と
を具備した真空処理装置であって、
前記処理ガス流路接続機構は、
前記真空チャンバ本体部又は前記上側部のいずれか一方に設けられ、容器状に形成され、前記入口側ブロック又は出口側ブロックの少なくとも一方が挿入されて内部で移動可能な状態に係止されるガイドと、
前記ガイドの底部と前記入口側ブロック又は出口側ブロックとの間に介在し、前記入口側ブロック又は出口側ブロックを、他方に向けて弾性的に付勢し、前記入口側ブロックと前記出口側ブロックとを弾性的に当接させる弾性部材と、
前記入口側ブロック又は出口側ブロックと、前記ガイドの底部との間に位置し、前記入口側ブロック又は出口側ブロックが前記ガイドから抜けることを防止するストッパと、
前記入口側ブロックと前記出口側ブロックとの当接部に、同心状に設けられた複数のＯリングと、
前記複数のＯリングの間から真空排気するための真空排気用流路と
を具備したことを特徴とする真空処理装置。
請求項１記載の真空処理装置において、
前記入口側ブロックと前記出口側ブロックとの当接部が、一方の凹部に他方の凸部を嵌合させることによって、前記入口側ブロックと前記出口側ブロックとを所定位置に位置決めされた状態で当接させるよう構成されたことを特徴とする真空処理装置。
請求項１又は２記載の真空処理装置において、
前記真空チャンバが、上部開口を有する容器状の真空チャンバ本体部と、前記上部開口を開閉自在に且つ気密に閉塞する上側部とから構成され、前記入口側ブロックが前記真空チャンバ本体部に設けられ、前記出口側ブロックが前記上側部に設けられていることを特徴とする真空処理装置。
請求項１〜３いずれか１項記載の真空処理装置において、
前記弾性部材が、前記入口側ブロックを前記出口側ブロックに向けて付勢するコイルスプリングから構成されていることを特徴とする真空処理装置。