WO2007046414A1

WO2007046414A1 - 処理装置

Info

Publication number: WO2007046414A1
Application number: PCT/JP2006/320737
Authority: WO
Inventors: Shinya Nishimoto; Tamaki Yuasa
Original assignee: Tokyo Electron Limited
Priority date: 2005-10-18
Filing date: 2006-10-18
Publication date: 2007-04-26
Also published as: JP4997842B2; KR100920280B1; TWI390605B; TW200733197A; JP2007142363A; US8485127B2; US20090133835A1; KR20080046284A

Abstract

　金属製の筒体状の処理容器内において処理ガスを用いて加熱された半導体ウエハ等の被処理体を処理する処理装置の改良された処理容器の構造が開示される。処理容器３４は、上下方向に積層されて互いに連結された複数のブロック体８０，８２，８４から構成される。隣接するブロック体の間には真空断熱層８６，８８が設けられる。これにより各ブロック体間の熱伝達が抑制され、各ブロック体の温度を個別に制御することができ、エネルギー効率が向上する。

Description

明細書

処理装置

技術分野

[0001] 本発明は、半導体ウェハ等の被処理体に所定の処理を施す際に使用される処理装置に関する。

背景技術

[0002] 一般に、集積回路等の半導体製品を製造するためには、シリコン基板等の半導体ウェハに対して成膜処理、酸化拡散処理、エッチング処理、改質処理、ァニール処理等の各種の処理が繰り返し行われる。成膜、エッチング、アツシング等の処理を行う場合にはプラズマ処理装置が用いられる場合がある（例えば JP2003— 257933A を参照）。近年では、 0. lmTorr (13. 3mPa)〜数 lOmTorr (数 Pa)程度の高真空状態でも安定して高密度プラズマを立てることができるという利点から、マイクロ波プラズマ装置がよく使用される傾向にある。このようなプラズマ処理装置は、 JP3— 191 073A、 JP5— 343334A、JP9— 181052A等に開示されている。

[0003] 図 11は、従来の一般的なマイクロ波プラズマ処理装置の構造を概略的に示す断面図である。マイクロ波プラズマ処理装置 2において、真空引き可能になされた処理容器 4内に半導体ウェハ Wを載置する載置台 6が設けられている。載置台 6に対向する処理容器 4の天井部には、マイクロ波を透過する窒化アルミまたは石英からなる円板状の天板 8が気密に装着されている。処理容器 4の側壁には、容器内へ処理ガスを導入するためのガスノズノレ 9が設けられている。

[0004] 天板 8の上方には、厚さ数 mm程度の円板状の平面アンテナ部材 10と、この平面アンテナ部材 10の半径方向におけるマイクロ波の波長を短縮するために誘電体からなる遅波材 12が設置されている。平面アンテナ部材 10には、細長いスロットの形のマイクロ波放射孔 14が多数形成されている。平面アンテナ部材 10の中心部に同軸導波管 16の中心導体 18が接続されている。マイクロ波発生器 20で発生した 2. 45G Hzのマイクロ波は、モード変換器 22にて所定の振動モードへ変換された後、平面ァンテナ部材 10に導かれる。マイクロ波は、アンテナ部材 10の半径方向へ放射状に伝播するとともにマイクロ波放射孔 14から放射され、天板 8を透過して、処理容器 4内に導入される。このマイクロ波のエネルギにより処理容器 4内の処理空間 Sに処理ガス由来のプラズマが生成され、このプラズマを用いて半導体ウェハ Wにエッチングまたは成膜等の所定のプラズマ処理が施される。

[0005] プラズマ CVD(Chemical Vapor D印 osition)により成膜を行う際に処理容器の側壁内表面に不要な膜が付着することを防止するために、また、不要な膜が付着したとしてもドライクリーニングにより除去しやすくするために、成膜時に処理容器の側壁内表面をある程度の高温に維持することが必要な場合がある。例えば、 CF系ガスを用いて低誘電率のフロロカーボン膜 (層間絶縁膜）をプラズマ CVDによりウェハ上に成膜するときに処理容器の側壁内表面の温度が低いと、そこに不要な膜が堆積し易ぐまた、低温で付着したこの不要な膜はドライクリーニングでは取り難レ、。

[0006] この問題を解決するため、図 11に示すように、処理容器 4の側壁内表面から数 mm 程度内側に、側壁内表面に沿ってヒータ内蔵型の厚さ 4〜9mm程度のインナーゥォール 24が設けられる。成膜時には、インナーウォール 24を 100〜200°C程度に加熱することにより、インナーウォールの内側表面に不要な膜が堆積することを防止することができる。一方、処理容器 4の側壁には冷媒を流すための冷媒通路 26が設けられ、これに冷媒を流すことにより、処理容器 4の温度を 90°C程度の安全な温度に維持している。

[0007] し力ながら、上記の解決策には以下の問題がある。まず、インナーウォール 24を設けると、ウェハ Wの半径方向外側の空間が狭くなるためにウェハ W周辺を流れるガス流が変化し、また、ウェハ Wが受ける輻射熱も変化する。このため、膜厚の面内均一性が低下するおそれがある。また、インナーウォール 24を加熱したとしても、多数のウェハを処理すればインナーウォール 24に不要な膜が堆積することは避けられなレ、。前述したようにウェハ Wとインナーウォール 24との間の距離が小さいと、不要な膜の堆積によりインナーウォールの表面状態が変化してゆくことにより、膜厚の再現性が低下するおそれもある。インナーウォール 24の設置スペース分だけ処理容器 4 のサイズを増すことにより上記の問題は解決できる力処理容器 4のサイズが増大すると装置占有スペースが増加するため好ましくなレ、。 [0008] さらに、処理容器 4の側壁の冷却と処理容器 4に近接配置されたインナーウォール 24の加熱とを同時に行うと、加熱効果と冷却効果の相殺によりエネルギーが無駄に消費され、エネルギー効率が低くなるという問題がある。また、図 11に示す構造では、処理容器の上下方向に関して意図的に温度分布を生じさせうる温度制御ができなレ、、特に、特定の部分を局所的に冷却することができなレ、、という問題がある。

発明の開示

[0009] 本発明は、上記の問題点に着目してなされたものであり、その主要な目的は、処理容器の各部分を個別に温度制御することを可能とし、かつ、処理容器の加熱及び/ 又は冷却に関するエネルギー効率を向上させることを目的としている。

[0010] 上記目的を達成するため、本発明は、被処理体に対して所定の処理を施す処理装置であって、排気が可能になされた金属製の処理容器と、被処理体を載置するために前記処理容器内に設けられた載置台と、前記被処理体を加熱するための加熱手段と、前記処理容器内に処理ガスを導入するガス導入手段と、を備え、前記処理容器は互いに連結された複数のブロック体からなり、隣接するブロック体の間にブロック間真空断熱層が設けられている処理装置を提供する。

これによれば、ブロック体間に設けられた真空断熱層がブロック体間の熱移動を抑制するため、各ブロック体を個別に効率的に温度制御することができる。

[0011] 好適な一実施形態において、前記隣接するブロック体は上下方向に関して互いに隣接するように配置され、前記ブロック間真空断熱層は、前記上下方向に関して隣接するブロック体と、これらブロック体の間に設けられたブロック間隙間の内周側及び外周側を気密に封じるシール部材とにより画成され、この処理装置は更に、前記プロック間隙間を真空引きして前記ブロック間真空断熱層として機能させる真空排気系を更に備えている。

[0012] 好適な一実施形態において、前記隣接するブロック体は互いに直接接触していなレ、。好ましくは、前記隣接するブロック体の間に前記ブロック間隙間を形成するための非金属製のスぺーサ部材が前記隣接するブロック体の間に介設されている。

[0013] 好適な一実施形態において、前記複数のブロック体のうちの少なくとも一つのブロック体の外周面は、保護カバー部材により覆われており、前記外周面と保護カバー部材との間に外側真空断熱層が設けられている。前記外側真空断熱層は、前記プロック体及び前記保護カバー部材と、これらの間に設けられた外側隙間の両端部を気密に封じるシール部材により画成することができる。好ましくは、この処理装置は更に、前記外側隙間を真空引きして前記外側真空断熱層として機能させる真空排気系を更に備えている。好ましくは、前記ブロック間隙間と前記外側隙間とは連通路により連通され、共通の真空排気系により真空引きされる。

[0014] 好適な一実施形態において、前記複数のブロック体のうちの少なくとも一つに、ブロック体加熱手段が設けられるか、或いはブロック体冷却手段が設けられる。好ましくは、前記各ブロック体には、該ブロック体を加熱するブロック体加熱手段または冷却するブロック体冷却手段が設けられており、前記各ブロック体には、該ブロック体の温度を検出するための温度測定手段が設けられており、前記各ブロック体に設けられた前記ブロック体加熱手段又は前記ブロック体冷却手段は温度制御手段に接続され、前記温度制御手段は、該温度測定手段により測定された各ブロック体の温度に基づレ、て各ブロック体の温度が目標値となるように前記各ブロック体に設けられた前記ブロック体加熱手段又は前記ブロック体冷却手段を制御する。前記各ブロック体は、それぞれ異なる温度に制御することができる。

[0015] 好適な一実施形態において、この処理装置は、前記処理容器内でプラズマを生成するために前記処理容器内に電場、磁場若しくは電磁場を形成するプラズマ形成手段、或いは、前記処理容器外で生成されたプラズマを前記処理容器内に供給するプラズマ導入手段を更に備え、前記ブロック間隙間において、前記内周側のシール部材よりも更に内周側に、処理容器内のプラズマが前記ブロック間隙間に侵入することを防止するためのプラズマ侵入防止用リング部材が介在してレ、る。好適な一実施形態においては、前記処理装置は前記プラズマ形成手段を備え、前記プラズマ形成手段は、前記処理容器内にマイクロ波または高周波を供給する手段からなり、前記プロック間隙間に、前記隣接するブロック体間を電気的に導通させて、前記処理容器の外部へのマイクロ波またた高周波の漏洩を防止するためのシールド部材が介在している。

[0016] 好適な一実施形態において、前記処理装置は前記プラズマ形成手段を備え、前記プラズマ形成手段は、前記処理容器内にマイクロ波を供給する手段からなり、前記処理容器の天井部には、マイクロ波を透過させる天板が設けられており、前記天板上に、マイクロ波を前記処理容器内へ導入するための平面アンテナ部材が設けられてレ、る。

[0017] 好適な一実施形態において、前記複数のブロック体は、前記天板を支持する上段ブロック体と、前記ガス導入手段の一部としての、前記処理容器内に処理ガスを吐出するガス吐出部を支持する中段ブロック体と、前記載置台の位置する部分に対応する下段ブロック体とを含む。

[0018] 好適な一実施形態において、前記中段ブロック体は、上下方向に積層された複数のピースからなり、前記複数のピースのうちの最下段のピース以外の一つのピースが前記ガス吐出部を支持している。好適な一実施形態において、前記複数のピースは、上下方向に隣接するピースが直接的に接触するように積層されており、前記上段ブロック体と前記ガス吐出部を支持するピースは一体的に結合されており、前記ガス吐出部を支持するピースは、その下方にあるピースから分離可能であり、前記上段ブロック体と前記ガス吐出部を支持するピースを一体的に展開させる展開手段が設けられている。別の好適な実施形態に置いて、前記中段ブロック体は 3つのピースを備え、前記 3つのピースのうちの上段のピースにはクリーニングガスを供給するガスリング構造が設けられ、前記 3つのピースのうちの中段のピースには前記ガス吐出部が支持され、前記上段ブロック体と前記上段ピース及び前記中段ピースとは一体的に結合されており、前記 3つのピースのうちの下段のピースは前記中段ピースから分離可能であり、前記上段ブロック体と前記上段ピース及び前記中段ピースとを、一体的に展開させる展開手段が設けられ、この展開手段を動作させることにより、一体化された前記上段ブロック体と前記上段ピース及び前記中段ピースが、前記下段ピース力分離されるように構成されてレ、る。

図面の簡単な説明

[0019] [図 1]本発明に係る処理装置の一実施形態を示す断面図である。

[図 2]処理容器の下段ブロック体を示す平面図である。

[図 3]処理容器の側壁部分を示す部分拡大断面図である。 [図 4]処理容器の一部を示す分解図である。

[図 5]ブロック体同士の金属ボルトによる連結を説明する図である。

[図 6]真空断熱層内の圧力とギャップが熱流束に対する影響を示すグラフである。

[図 7]本発明に係る処理装置の処理容器の第 1の変形例を示す部分拡大断面図である。

[図 8]本発明に係る処理装置の第 2の変形例を示す部分拡大断面図である。

[図 9]処理容器が分離できる位置を説明するための部分拡大断面図である。

[図 10]上段ブロック体及びそれに結合された中段ブロック体のピースが展開した時の状態を示す図である。

[図 11]従来の一般的なプラズマ処理装置を示す概略構成図である。

発明を実施するための最良の形態

[0020] 以下に、本発明に係る処理装置の一実施例を添付図面に基づいて詳述する。なお、添付図面においては、処理容器の側壁部分の構造を理解し易くするために、この部分を拡張して示していることに注意されたい。本実施形態では、処理装置は、マイク口波プラズマ処理装置 32として形成されてレヽる。

[0021] 図 1に示すように、プラズマ処理装置 32は全体として筒形に形成された処理容器 3 4を有しており、処理容器 34の内部には密閉された処理空間 Sが画成される。処理容器 34の側壁及び底壁は、アルミニウム等の金属により構成されている。処理容器 3 4は電気的に接地されている。

[0022] 処理容器 34内には、その上面に被処理体例えば半導体ウェハ Wが載置される円板形の載置台 36が収容されている。載置台 36は、アルマイト処理したアルミニウムから形成することができる。載置台 36は、処理容器 34の底壁から起立する絶縁性材料力なる支柱 38により支持されている。載置台 36には、その上面に載置されたゥェハ Wを加熱するため、適当なヒータ例えば抵抗加熱ヒータ 40が埋め込まれている。載置台 36の上部には、ウェハ Wを保持するための静電チャック或いはクランプ機構（図示せず）が設けられている。なお、載置台 36は、所定周波数例えば 13. 56MHz のバイアス用高周波電源に接続される場合もある。

[0023] 載置台 36の上方には、この処理容器 34内へ必要なガスを吐出するために、シャヮ一ヘッド 44の形態のガス吐出部 42が設けられている。例示された実施形態においては、シャワーヘッド 44は、平面視で格子状に配列された複数の石英パイプ力構成されており、石英パイプの配列ピッチは 5cm程度である。シャワーヘッド 44は、処理容器 34の側壁に取り付けられ、当該側壁により支持されている。シャワーヘッド 44は、その下面側に形成された多数のガス噴射孔 44Aから、制御された流量で処理空間 Sに成膜ガス等の処理ガスを吐出することができる。なお、シャワーヘッド 44の構造は上記のものに限定されるものではない。

[0024] 図 2に示すように、処理容器 34の側壁には、処理容器 34にウェハを搬入及び搬出する時に開放されるゲートバルブ 46が設けられている。容器底壁には排気口 48が設けられている。排気口 48には圧力調整弁 50及び真空ポンプ 52が介設された排気路 54が接続されており、これにより必要に応じて処理容器 34内を所望の圧力まで真空引きすることができる。処理容器 34は天井部に開口を有しており、この開口は、石英またはアルミナ等のセラミック材からなるマイクロ波透過性の天板 56により、〇リング等のシール部材 58を介して気密に閉塞されている。天板 56の厚さは耐圧性を考慮して 20mm程度に設定される。

[0025] プラズマ処理装置 32は、処理容器 34内にプラズマを形成するためのプラズマ形成手段を有している。例示された実施形態においては、プラズマ形成手段は、処理容器 34内にマイクロ波を供給するマイクロ波供給手段 60からなる。マイクロ波供給手段 60は天板 56の上面に設けられた平面アンテナ部材 62を有している。平面アンテナ部材 62上には高誘電率材料例えば窒化アルミからなる遅波材 64が設けられる。遅波材 64は、その波長短縮効果により、マイクロ波の管内波長を短くする。平面アンテナ部材 62は、遅波材 64の上方全域を覆う導電性の中空円筒状容器よりなる導波箱 66の底板として構成されている。平面アンテナ部材 62は、処理容器 34内の載置台 3 6に対向している。

[0026] 導波箱 66及び平面アンテナ部材 62の周辺部は共に電気的に接地されている。導波箱 66の上部の中心部には、同軸導波管 68の外側導体 68Aが接続されている。外側導体 68Aの内部に配置された中心導体 68Bは、遅波材 64の中心の貫通孔を通つて平面アンテナ部材 62の中心部に接続される。同軸導波管 68は、モード変換器 7 0、導波管 72及び整合器 74を介して所定周波数例えば 2. 45GHzのマイクロ波を発生するマイクロ波発生器 76に接続されている。マイクロ波の周波数は、 2· 45GHzに限定されず、他の周波数、例えば 8. 35GHzであってもよレ、。なお、導波管として、断面円形若しくは矩形の導波管、或いは同軸導波管を用いることができる。

[0027] 平面アンテナ部材 62は、被処理体が 8インチサイズのウェハの場合には、直径が 3 00〜400mmとすることができる。例示された実施形態においては、平面アンテナ部材 62は、厚みが 1〜数 mmの導電性材料、例えば表面が銀メツキされた銅板或いはアルミ板から形成される。平面アンテナ部材 62には、細長い貫通孔ないしスロットからなる多数のマイクロ波放射孔 62Aが形成されている。マイクロ波放射孔 62Aの配置態様は同心円状、渦卷状または放射状とすることができ、あるいはアンテナ部材 62 全面に均一に分布するようにしてもよい。

[0028] 特に図 3及び図 4に詳細に示されるように、処理容器 34は、複数、ここでは 3つのリング状の金属製のブロック体 80、 82、 84力構成されている。言い換えれば、処理容器 34は、この処理容器 34を水平面に沿って切断するすることにより複数のブロック体に分割されている。ブロック体 80、 82、 84は、上下方向に積層されており、隣接するブロック体の間の境界部には真空断熱層（ブロック間真空断熱層） 86、 88が設けられている。

[0029] 例示された実施形態において、処理容器 34の側壁は、天板 56を支持する上段ブロック体 80と、シャワーヘッド 44を支持する中段ブロック体 82と、載置台 36の高さ位置に対応する下段ブロック体 84とに分割されている。下段ブロック体 84の下部は、処理容器 34の底壁 90と直接的に金属接触するように接続され、図示しない金属ボルトにより結合されている。下段ブロック体 84と底壁 90との間には、〇リング等のシール部材 92が介設されている。中段ブロック体 82及び下段ブロック体 84の外周面は、ステンレススチール等の金属からなる保護カバー部材 98、 100に覆われている。中段ブロック体 82及び下段ブロック体 84と保護カバー部材 98、 100との間にはそれぞれ外側真空断熱層 94、 96が設けられている。保護カバー部材 98、 100の外側表面には、樹脂製のカバー本体 98A、 100Aがそれぞれ設けられており、火傷等に対する安全性を向上させている。 [0030] 特に図 3に示すように、隣接するブロック体 80、 82及び隣接するブロック体 82、 84 の間にはそれぞれ、隣接するブロック体の間の隙間（ブロック間隙間）すなわち真空断熱層のサイズを調整するために、複数の非金属製のスぺーサ部材 102、 104が介設されている。スぺーサ部材 102、 104は、直方体若しくは立方体の形状を有し、円周方向に等間隔に配置されている。下段ブロック体 84の上面を示す図 2に示されるように、 4つのスぺーサ部材 104が円周方向に複数個配置されている。スぺーサ部材 104の数は図示例に限定されなレ、。スぺーサ部材 102、 104は、ブロック体間の熱伝達を抑制するため、非金属製の材料、例えば熱伝導性の低いポリイミド樹脂により形成されている。

[0031] 各ブロック体の形状は、互いに異なっていてもよレ、。図 2に示すように、下段ブロック体 84の形状は平面視で四角形である。中段ブロック体 82は平面視で八角形の形状に形成することができる。図 1、図 3及び図 4等では図面の煩雑化を防止するため、各ブロック体 80、 82、 84は同じ断面形状で表記されている。

[0032] 例示された実施形態においては、真空断熱層 86、 88を形成するために、中段プロック体 82及び下段ブロック体 84の上面に、処理容器 34の周方向に沿って延びる比較的幅広のリング状の凹部 106、 108が形成されている。この凹部 106、 108の内周側及び外周側には、リング状のシール溝 110、 112及び 114、 116が形成されている。各シーノレ溝 110、 112及び 114、 116内 ίこ〇リング等のシーノレ咅才 110A、 112A 及び 114A、 116Aがそれぞれ装着されている。ブロック体 80、 82、 84を互いに結合すると、凹部 106、 108の内周部分および外周部分がシール部材 110A、 112A及び 114A、 116Aにより気密にシールされ、断熱用隙間 118、 120がそれぞれ形成される。断熱用隙間 118、 120の部分におけるブロック体間のギャップ HIは lmm程度であり、断熱用隙間 118、 120以外の部分におけるブロック体間のギャップ H2は 0. 2mm程度である。

[0033] 中段ブロック体 82及び下段ブロック体 84の内部には、断熱用隙間 118及び 120を相互に連通するとともに下段ブロック体 84の下面に開口する出口 122Aを有する排気路 121が貫通している。排気路 121の出口 122Aには、図 1に示すように隙間用真空排気系 124が接続されている。真空排気系 124は、出口 122Aにその一端が接続された排気通路 126と、この排気通路 126に順次介設されたターボ分子ポンプ 128 、圧力計 130、圧力制御弁 132及びドライポンプ 134とから構成されている。真空排気系 124により断熱用隙間部 118、 120内を所定の圧力まで真空引きすることにより、断熱用隙間 118及び 120は真空断熱層 86、 88として機能する。なお、ターボ分子ポンプ 128は高真空引き用のポンプであるので、高真空が要求されない場合には、ターボ分子ポンプ 128を省略することができる。また、排気路 121の数を増やすことにより、真空断熱層 86、 88間の排気速度を促進させることもできる。

[0034] また図 3に戻って、断熱用隙間 118、 120を区画する両凹部 106、 108内の内周側の一部には、処理容器 34の周方向に延びるリング状のシールド用凹部 138、 140力 S 形成されている。シールド用凹部 138、 140内には、コイルスプリングの形態を有する全体としてリング状のシールド部材 142、 144が設置されている。各シールド部材は、その上下のブロック体の間に挟まれて上下方向に弹性的につぶれた状態で当該上下のブロック体に接触し、当該上下のブロック体間の電気的な導通を確保する。従つて、処理空間 S側からブロック体の間の隙間を伝播してくるマイクロ波又は高周波は、シーノレド部材 142、 144により遮蔽され、処理容器 34の外側に漏洩することはない。なお、例示された実施形態においては、各ブロック体 80、 82、 84はそれぞれ電気的に接地されている。

[0035] 更に、内周側のシール部材 110A、 114Aの更に内側において、隣接するブロック体間の隙間には、例えば樹脂材料からなるプラズマ侵入防止用リング部材 150、 15 2が処理容器 34の周方向に沿って設けられており、処理空間 S内のプラズマ等のラジカルがシール部材 110A、 114Aに到達することにより生じうるシール部材 110A、 114Aの損傷を防止してレ、る。

[0036] 一方、中段及び下段ブロック体 82、 84の外周側に形成される外側真空断熱層 94 、 96は、外側断熱用隙間（外側隙間） 162、 164からなる。外側断熱用隙間 162、 16 4は、各ブロック体 82、 84の外周面と各保護カバー部材 98、 100との間に形成された小さな隙間の上下両端部を Oリング等のシール部材 154、 156及び 158、 160によりそれぞれ気密に封じることにより画成される。外側断熱用隙間 162、 164は、連通路 166、 168を介して前述した排気路 121に連通している。従って、排気路 121に接続された真空排気系 124を動作させることより、外側断熱用隙間 162、 164も真空引きされ、その結果、外側断熱用隙間 162、 164が外側真空断熱層 94、 96として機能する。断熱用隙間 118、 120と外側断熱用隙間部 162、 164とを連通させずに、断熱用隙間 118及び 120を互レ、に連通させ、かつ外側断熱用隙間 162及び 164を互レ、に連通させ、隙間 118及び 120と隙間 162及び 164とを別の真空排気系に接続してもよレ、。これによれば、例えば、断熱用空間部 118、 120のみを大気圧にすることにより、メンテナンス時等に高温にされた処理容器 34の温度を速く下げることができる。

[0037] 図 2に示すように、下段ブロック体 84の保護カバー部材 100は、容器周方向における適当な箇所において複数、例えば 4つに分割されており、この保護カバー部材 10 0の装着を行い易くしている。中段ブロック体 82の保護カバー部材 98も好ましくは同様に分割される。

[0038] 図 1に示すように、上段ブロック体 80には、ブロック体冷却手段として、その内部に冷媒を流すことができる冷媒流路 170が設けられている。ブロック体冷却手段としてチラ一を用いることもできる。中段ブロック体 82及び下段ブロック体 84には、それぞれブロック体加熱手段 172、 174が設けられている。中段ブロック体 82に設けるブロック体加熱手段 172は、中段ブロック体 82内に埋め込まれて処理容器 34の周方向に延びる抵抗加熱シースヒータとすることができる。下段ブロック体 84に設けるブロック体加熱手段 174は、下段ブロック体 84に坦め込まれた棒状の複数のカートリッジヒータとすることができる。これらのヒータの種類は上記のものに限定されない。

[0039] ブロック体 80、 82、 84同士を互いに連結するために、金属製のボルトとナットを用レ、ることができる。図 5には中段ブロック体 82と下段ブロック体 84との連結が示されている。ボルト孔に金属製のボルト 180を揷通し、これをナット 182で締め付ける。ボルト 180及びナット 182とその座面との間に、リング状の座金 184に加えて、熱伝導性の低い耐熱樹脂製のリング状のスぺーサ 185、 186がそれぞれ介在しており、スぺーサ 185、 186の断熱作用により両ブロック体 82、 84間の熱伝導が抑制されている。スぺーサ 185はその高さが 20〜30mm程度とされ、他方のスぺーサ 186よりも高い断熱作用を有する。上段ブロック体 80と中段ブロック体 82との連結も同様に実施することができる。 [0040] 図 1へ再度戻って、各ブロック体 80、 82、 84には、温度測定手段として例えば熱電対 188A、 188B、 188Cがそれぞれ設けられている。各熱電対 188A〜188Cの出力は、マイクロコンピュータ等からなる温度制御手段 190へ入力される。温度制御手段 190は、熱電対 188A、 188B、 188Cの出力（すなわち各ブロックの実際温度）および各ブロック体の目標温度に基づいて、上述したブロック体冷却手段 170及びプロック体加熱手段 172、 174を個別に制御する。

[0041] 次に、プラズマ処理装置 32を用いて行なわれるプラズマ CVDによる成膜方法について説明する。まず処理容器 34を形成する各ブロック体 80、 82、 84の目標 (設定）温度について説明すると、天板 56を支持する上段ブロック体 80の設定温度は、アルミナ製の天板 56の消耗を抑制するために、 100°C程度とする。中段ブロック体 82の設定温度は、中段ブロック体 82の内側表面への不要な付着膜の堆積を防止するために、 200°C程度とする。下段ブロック体 84の設定温度は、下段ブロック体 84の内側表面への不要な付着膜の堆積を防止するために、 150〜200°Cの範囲、例えば 1 50°C程度とする。なお、処理容器 34の底壁 90の温度も、下段ブロック体 84の温度と概ね同じである。なお、中段ブロック体 82より下段ブロック体 84の制御温度を低くする理由は、下段ブロック体 84は底壁 90と熱的に接触していることから、不要な付着膜の堆積が生じない最低限の温度としているからである。

[0042] 成膜に際しては、まず、ゲートバルブ 46 (図 2参照）を介して半導体ウェハ Wを搬送アーム（図示せず）により処理容器 34内に収容し、リフタピン（図示せず）を上下動させることによりウェハ Wを載置台 36の上面の載置面に載置する。そして、載置台 36 の抵抗加熱ヒータ 40によりウェハ Wをプロセス温度に維持する。

[0043] また、処理容器 34内を所定のプロセス圧力、例えば 0. 01〜数 Paの範囲内に維持して、ガス吐出部 42のシャワーヘッド 44から例えば CF系等のガスを流量制御しつつ供給する。同時にマイクロ波発生器 76にて発生したマイクロ波を、導波管 72及び同軸導波管 68を介して平面アンテナ部材 62に供給し、処理空間 Sに遅波材 64によつて波長が短くされたマイクロ波を導入し、これにより処理空間 Sにプラズマを発生させて所定のプラズマ CVD処理を行う。この際、天板 56の直下の領域 200にはプラズマが立ち、このプラズマがこの下方に拡散してガスを活性化して活性種を作り、この活性種の作用でウェハ Wの表面に所定のプラズマ CVD処理が施されることになる。この結果、ウェハ表面に例えばフロロカーボン膜が形成されることになる。この時のプロセス温度は例えばウェハ温度で 330°C程度である。

[0044] このような処理と同時に、隙間用真空排気系 124が駆動されて各真空断熱層 86、 88や各外側真空断熱層 94、 96内は真空引きされていると共に、温度制御手段 190 からの制御により、各ブロック体 80、 82、 84は、前述したような所定の温度に個別に制御されている。処理の実行中、天板 56はこの直下の領域 200に形成されるプラズマの輻射熱により高温に晒される力この天板 56を支持する上段ブロック体 80は冷却流路 170に冷媒を流すことにより、天板 56及び上段ブロック体 80は 100°C程度に維持されている。このため、プラズマによる天板 56の消耗が抑制され、天板 56の消耗に伴うパーティクルの発生も抑制でき、また天板 56の寿命を長くすることができる。

[0045] また、中段ブロック体 82は、これに設けたブロック体加熱手段 172により加熱されて 200°C程度に維持されており、また下段ブロック体 84及びこれと金属接触している底壁 90は下段ブロック体 84に設けたブロック体加熱手段 174により加熱されて、例えば 150°Cに維持されている。ブロック体 82、 84を比較的高温に維持することにより、その内側表面に不要なフロロカーボン膜が付着することを防止することができ、また付着したとしてもドライエッチングにより容易に除去することができる。

[0046] また、隣接するブロック体 80、 82、 84同士は直接的に金属接触しておらず、しかも隣接するブロック体の間には真空断熱層 86、 88が設けられているので、各ブロック体間の熱伝導を大幅に抑制することができる。この結果、各ブロック体を個別に且つ効率的に温度制御することができる。また従来装置のようにインナーウォールを設ける必要がないので、構造も簡単であり、装置サイズを大きくする必要もない。

[0047] また、高温状態に維持されている中段及び下段ブロック体 82、 84の外周には、それぞれ外側真空断熱層 94、 96を介して保護カバー部材 98、 100を設けているので、ブロック体 82、 84力、ら保護カバー部材 98、 100への熱伝導を大幅に抑制することができ、この結果、構造を複雑化させることなく保護カバー部材 98、 100の温度を安全温度に維持することができる。また、熱が外部に逃げることを抑制できるので、加熱効率を向上させることができる。 [0048] また、プラズマ侵入防止用リング部材 150、 152が設けられているため、処理空間 S 側から各ブロック体 80、 82、 84間の隙間に侵入してくるプラズマ等のラジカルによりシール部材 110A、 114Aがダメージを受けることを防止することができる。また、シーノレド部材 142、 144が設けられているため、処理空間 S側から各ブロック体 80、 82、 8 4間の隙間に表皮効果によりマイクロ波（高周波の場合も同じ)が侵入して処理容器 3 4の外部に漏洩することを防止することができる。

[0049] また、処理容器 34の内壁面等に付着した不要な膜をドライエッチング (クリーニング )する場合には、シャワーヘッド 44から酸化ガス、例えば O ガスを流しつつプラズマ

2

を立てることによって行う。この場合にも、先に説明したプラズマ CVD処理時と同様に、隙間用真空排気系 124や温度制御手段 190を作動させて、各ブロック体 80、 82 、 84を例えばプラズマ CVD処理時の温度と同様な温度にそれぞれ維持する。

[0050] ここで各真空断熱層 86、 88及び外側真空断熱層 94、 96のギャップ HIの最適値について検討したので、その検討結果について説明する。図 6は真空断熱層内の圧力とギャップ HIが熱流束に対する影響を示すグラフである。ここではギャップ HIを 1 〜： 100mmの範囲で変化させている。このグラフから明らかなように、真空断熱層内の圧力を 10^_3Torr以下に設定すれば、ギャップ HIの大きさに関係がなくなり、熱流束は圧力に依存することになる。従って、装置の小型化の観点からは、ギャップ HIを lmm程度に、好ましくは lmm以上に設定し、真空断熱層内の圧力を 10^_3Torr以下に設定すれば、高い断熱効果が得られることを確認することができた。また、圧力力 S10— ²〜： 10— ³Torrにおいては、ギャップが lmmの場合と 10mmの場合とで熱流束に差がほとんど生じていない。従って、圧力を 10_²Torr以下に保つことができる隙間用真空排気系 124を用いれば、ギャップ HIを lmm程度に、好ましくは lmm以上に設定すればょレ、ことが確認できた。

[0051] 次に、 2つのブロック体間において流れる伝熱量を部位毎に比較したので、その比較結果について下記の表 1を参照して説明する。ここでは比較のために真空ではなレ、空気断熱層とした場合の値を併記してレ、る。

[0052] [表 1]

[0053] 表 1中において、 Qvacは lmTorrの真空断熱層を介して流れる伝熱量、 Qatmは隙間中の空気層（外側シール部材の外周側）を介して流れる伝熱量、 Qradは放射による伝熱量、 Qo_ringはシール部材、樹脂製のスぺーサ部材、樹脂製のプラズマ侵入防止用リング部材を介して流れる伝熱量、 Qshieldは金属製のシールド部材を介して流れる伝熱量を、それぞれ示す。

[0054] この表 1から明らかなように、ブロック体間の断熱用隙間が大気で満たされている場合 (空気断熱層）には、 538W (ワット）の伝熱量が存在するのに対して、本発明の真空断熱層の場合には伝熱量は 149Wまで減少しており、伝熱量を 30%以下に低減できることが確認できた。更に、真空断熱層の場合における伝熱量において、真空断熱層を介して流れる伝熱量 Qvacの値は、他の部分の伝熱量と比較して極めて小さいこと力ら、ギャップ HIは lmm以下に設定することも可能である。

[0055] また、表 1から明らかなように、真空断熱層を介して伝わる伝熱量 Qvacはトータルの伝熱量に対して非常に少ない割合であり、従って、先に図 6に示すグラフを参照して説明したように、真空断熱層内の圧力を 10^_2Torr程度に設定しても十分に断熱効果を維持することができる。このように、到達圧力をそれ程低くない圧力に設定すれば、ターボ分子ポンプ等の高真空用のポンプを用いなくてもよいことになる。

[0056] また、外側真空断熱層 94、 96の効果についても検討したところ、この断熱層に空気を入れて大気圧にした場合には、保護カバー部材 98、 100の表面側の温度は 78 °Cであったのに対し、外側真空断熱層 94、 96を機能させた場合には、保護カバー部材 98、 100の表面側の温度は 40°Cになり、 38°Cも低下させることができることを確言忍すること力 Sできた。

[0057] <第 1の変形例 >

上述の実施形態では中段ブロック体 82は単一のピースから構成されている力 S、図 7 に示すように、中段ブロック体 82を互いに積層された複数、例えば 3つのピース 82A 、 82B、 82Cから構成してもよレ、。この場合、隣接するピース（82A〜82C)間には O リング等のシール部材 202を介設してピース間の隙間をシールするとともに、隣接するピース（82A〜82C)同士を金属接触させてピース間の熱伝導姓を良好に保つ。この場合にも、隣接するピース間にマイクロ波等の漏洩防止用のシールド部材を介在させるてもよレ、。このように中段ブロック体 82を複数のピースの組み合わせて構成することにより、各ピースにそれぞれ特別な機能を持たせることができる。例えば、上段のピース 82Aに、その内周面に沿って複数のガス噴射口を形成してクリーニングガスを供給するガスリング構造を設けるようにすることができる（図 8参照）。

[0058] <第 2の変形例 >

先に説明した図 1や図 7に示す処理装置にぉレ、て、例えばこの処理容器 34内をメンテナンスする場合には、処理容器 34の天井部に設けた上段ブロック体 80と共に天板 56を取り外して処理容器 34を開放し、その後、作業者が処理容器 34内のメンテナンス作業を行なうことになる。

[0059] しかしながら、この場合、シャワーヘッド 44が中段ブロック体 82に固定されているためメンテナンス作業が非常に行い難ぐまた、場合によってはシャワーヘッド 44を取り外さなければならないので、メンテナンス作業が非常に面倒になる。また、上段ブロック体 80を再度組み付ける時には、これと中段ブロック体 82との間の断熱用隙間の幅を調整する面倒な作業を行わなければならない。

[0060] そこで、この第 2の変形例は、シャワーヘッド 44が固定された部分を上段ブロック体 80と一緒に、シャワーヘッド 44より下側の部分から分離できるようにして、メンテナンス作業を迅速に行なうことができるようにしている。

[0061] 以下、第 2の変形例について、図 8乃至図 10を参照して詳細に説明する。なお、図 8乃至図 10において、図 1及び図 7に示す構成部分と同一構成部分については同一参照符号を付してその説明を省略する。図 7を参照して既に説明したように、中段ブロック体 82は、複数、ここで 3つのリング状のピース 82A、 82B、 82Cに分割されている。上段のピース 82Aは、その内周面に沿って複数のガス噴射孔 204が設けられて、ガスリング構造とされている。ガス噴射孔 204から、必要に応じてクリーニングガスを処理容器 34内へ供給することができる。

[0062] 中段のピース 82Bは、シャワーヘッド 44を支持している。各ピース 82A、 82B、 82 Cは、メンテナンス時等に必要に応じて、下段のピース 82Cとその上の中段のピース 82Bとが分離できるように組み付けられている。上段ブロック体 80と上段及び中段のピース 82A及び 82Bとは、図示しないボルトにより一体的に結合されている。図 9は上述のように、上段ブロック体 80と上段及び中段のピース 82A、 82Bからなる一体物が、下段のピース 82Cから分離した状態を示してレ、る。

[0063] 上記構成に対応して、外側真空断熱層 94や保護カバー 98が、それぞれ上下の外側真空断熱層 94X、 94Yと保護カバー 98X、 98Yとにそれぞれ分割されて、上記分離操作に対応できるようになっている。また同様に、 2つに分離された外側真空断熱層 94X、 94Yに対応して、隙間用真空排気系 124の排気路 121に連通される連通路 166X、 166Yがそれぞれ形成されている。

[0064] また、図 10に示すように、処理容器 34の側部には、上段ブロック体 80を開閉するための展開機構 210が設けられている。この展開機構 210は、エアシリンダ等のァクチユエータにより回転する回転軸 212を有している。この回転軸 212からはアーム 21 4を延ばして、このアーム 214の先端を上段ブロック体 80に接続固定している。従つて、展開機構 210を動作させることにより、上段ブロック体 80と上段及び中段のピース 82A、 82Bとが一体化された一体物力図 10に示すように回転軸 212を回転の中心として旋回して展開する。

[0065] これにより処理容器 34の天井側が開放され、作業者はシャワーヘッド 44に邪魔されずに迅速且つ容易にメンテナンス作業を実行することができる。また、上記の一体物を逆回転させて組み付ける際には、分離していた中段のピース 82Bと下段のピース 82Cとを単に密着性良く接合するだけでよぐ両者間の微妙な調整等が不要であるため、作業は容易である。

[0066] 上記の展開動作は、上段ブロック体 80と上段及び中段のピース 82A、 82Bと力 S— 体的に結合されたまま行うことができるため、断熱用隙間 118の再調整は必要ない。この点よりも、メンテナンス作業を迅速に行なうことができる。ここでは、中段ブロック体

82を 3つに分割した力分割数はこれに限定されない。上段と中段のピース 82A、 8

2Bを統合して一つのピースとしてもよレ、。この場合には、中段ブロック体 82は 2つのピースに分割されたことになる。

[0067] なお、展開機構 210は、図 1及び図 7の実施形態にも適用することができる。ただし

、図 1の場合には、天板 56を含む上段ブロック体 80が展開される。

[0068] 本発明は、上述した実施形態並びに変形例に限定されるものではない。例えば、前述した各ブロック体 80、 82、 84の設定温度は、単に一例を示したに過ぎず、これに限定されないのは勿論である。

[0069] また、ブロック体 80の設定温度次第では、ブロック体 80にもブロック体加熱手段を設けてもよい。また、処理容器 34の分割数 (ブロック体の数)も 3つに限定されるものではない。

[0070] プラズマ処理装置が実行する処理は、プラズマ CVDによるフロロカーボン膜の成膜処理に限定されるものではなぐ例えば、 SiO 膜等の他の薄膜の堆積、プラズマ

2

エッチング処理若しくはプラズマアツシング処理等の他のプラズマ処理であってもよレ、。

[0071] 上記実施形態においては、プラズマを発生させるためにマイクロ波を用いた力これに限定されず、例えば 13. 54MHz等の高周波を用いるようにしてもよいし、マグネトロンによる磁界と直流電界とによるマグネトロン発振を用いるようにしてもよい。すなわち、プラズマ形成手段は、処理容器内に適当な強度の電場、磁場、電磁場を形成する手段として構成することができる。

[0072] 上記実施形態では、処理容器 34内でプラズマを形成するプラズマ形成手段を用いた力これに限定されず、いわゆるリモートプラズマ発生器のように、処理容器 34の外部でプラズマを発生させ、このプラズマを処理容器 34内へ導入するようにしたブラズマ導入手段を用レ、てもよレ、。

[0073] マイクロ波や高周波によるプラズマを用いない処理装置、例えば熱 CVD処理、改質処理、酸化拡散処理等を行う場合にも、本発明を適用することができる。この場合には、プラズマ侵入防止用リング材 150、 152ゃシーノレド部材 142、 144は不要にできるのは勿論である。

また、被処理体は、半導体ウェハに限定されず、 LCD基板、ガラス基板、セラミック基板等であってもよい。

Claims

請求の範囲

[1] 被処理体に対して所定の処理を施す処理装置であって、

排気が可能になされた金属製の処理容器と、

被処理体を載置するために前記処理容器内に設けられた載置台と、

前記被処理体を加熱するための加熱手段と、

前記処理容器内に処理ガスを導入するガス導入手段と、

を備え、

前記処理容器は互いに連結された複数のブロック体からなり、隣接するブロック体の間にブロック間真空断熱層が設けられていることを特徴とする処理装置。

[2] 請求項 1に記載の処理装置において、

前記隣接するブロック体は上下方向に関して互いに隣接するように配置され、前記ブロック間真空断熱層は、前記上下方向に関して隣接するブロック体と、これらブロック体の間に設けられたブロック間隙間の内周側及び外周側を気密に封じるシ一ル部材とにより画成され、

この処理装置は更に、前記ブロック間隙間を真空引きして前記ブロック間真空断熱層として機能させる真空排気系を更に備えている

ことを特徴とする処理装置。

[3] 請求項 2に記載の処理装置において、

前記隣接するブロック体は互いに直接接触してレ、なレヽ

ことを特徴とする処理装置。

[4] 請求項 3に記載の処理装置において、

前記隣接するブロック体の間に前記ブロック間隙間を形成するための非金属製のスぺーサ部材が前記隣接するブロック体の間に介設されてレ、る

ことを特徴とする処理装置。

[5] 請求項 1に記載の処理装置において、

前記複数のブロック体のうちの少なくとも一つのブロック体の外周面は、保護カバー部材により覆われており、前記外周面と保護カバー部材との間に外側真空断熱層が設けられていることを特徴とする請求項 1に記載の処理装置。

[6] 請求項 5に記載の処理装置において、

前記外側真空断熱層は、前記ブロック体及び前記保護カバー部材と、これらの間に設けられた外側隙間の端部を気密に封じるシール部材により画成され、この処理装置は更に、前記外側隙間を真空引きして前記外側真空断熱層として機能させる真空排気系を更に備えている

ことを特徴とする処理装置。

[7] 請求項 6に記載の処理装置において、

前記ブロック間隙間と前記外側隙間とは連通路により連通され、共通の真空排気系により真空引きされる

ことを特徴とする処理装置。

[8] 請求項 1に記載の処理装置において、

前記複数のブロック体のうちの少なくとも一つに、ブロック体加熱手段が設けられることを特徴とする処理装置。

[9] 請求項 1に記載の処理装置において、

前記複数のブロック体のうちの少なくとも一つに、ブロック体冷却手段が設けられることを特徴とする処理装置。

[10] 請求項 1に記載の処理装置において、

前記各ブロック体には、該ブロック体を加熱するブロック体加熱手段または冷却するブロック体冷却手段が設けられており、

前記各ブロック体には、該ブロック体の温度を検出するための温度測定手段が設けられており、

前記各ブロック体に設けられた前記ブロック体加熱手段又は前記ブロック体冷却手段は温度制御手段に接続され、前記温度制御手段は、該温度測定手段により測定された各ブロック体の温度に基づいて各ブロック体の温度が目標値となるように前記各ブロック体に設けられた前記ブロック体加熱手段又は前記ブロック体冷却手段を制御する

ことを特徴とする処理装置。

[11] 請求項 10に記載の処理装置において、

前記各ブロック体は、それぞれ異なる温度に制御される

ことを特徴とする処理装置。

[12] 請求項 2に記載の処理装置において、

前記処理容器内でプラズマを生成するために前記処理容器内に電場、磁場若しくは電磁場を形成するプラズマ形成手段、或いは、前記処理容器外で生成されたブラズマを前記処理容器内に供給するプラズマ導入手段を更に備え、

前記ブロック間隙間において、前記内周側のシール部材よりも更に内周側に、処理容器内のプラズマが前記ブロック間隙間に侵入することを防止するためのプラズマ侵入防止用リング部材が介在している

ことを特徴とする処理装置。

[13] 請求項 12に記載の処理装置において、

前記処理装置は前記プラズマ形成手段を備え、

前記プラズマ形成手段は、前記処理容器内にマイクロ波または高周波を供給する手段からなり、

前記ブロック間隙間に、前記隣接するブロック体間を電気的に導通させて、前記処理容器の外部へのマイクロ波またた高周波の漏洩を防止するためのシールド部材が介在している

ことを特徴とする処理装置。

[14] 請求項 12に記載の処理装置において、

前記処理装置は前記プラズマ形成手段を備え、

前記プラズマ形成手段は、前記処理容器内にマイクロ波を供給する手段からなり、前記処理容器の天井部には、マイクロ波を透過させる天板が設けられており、前記天板上に、マイクロ波を前記処理容器内へ導入するための平面アンテナ部材が設けられている

ることを特徴とする処理装置。

[15] 請求項 14に記載の処理装置において、

前記複数のブロック体は、前記天板を支持する上段ブロック体と、

前記ガス導入手段の一部としての、前記処理容器内に処理ガスを吐出するガス吐出部を支持する中段ブロック体と、

前記載置台の位置する部分に対応する下段ブロック体と、

を含んでいる

ことを特徴とする処理装置。

[16] 請求項 15に記載の処理装置において、

前記中段ブロック体は、上下方向に積層された複数のピースからなり、

前記複数のピースのうちの最下段のピース以外の一つのピースが前記ガス吐出部を支持している

ことを特徴とする処理装置。

[17] 請求項 16に記載の処理装置において、

前記複数のピースは、上下方向に隣接するピースが直接的に接触するように積層されており、

前記上段ブロック体と前記ガス吐出部を支持するピースは一体的に結合されており前記ガス吐出部を支持するピースは、その下方にあるピースから分離可能であり、前記上段ブロック体と前記ガス吐出部を支持するピースを一体的に展開させる展開手段が設けられている

ことを特徴とする処理装置。

[18] 請求項 16に記載の処理装置において、

前記中段ブロック体は 3つのピースを備え、

前記 3つのピースのうちの上段のピースにはクリーニングガスを供給するガスリング構造が設けられ、

前記 3つのピースのうちの中段のピースには前記ガス吐出部が支持され、前記上段ブロック体と前記上段ピース及び前記中段ピースとは一体的に結合されており、

前記 3つのピースのうちの下段のピースは前記中段ピースから分離可能であり、前記上段ブロック体と前記上段ピース及び前記中段ピースとを、一体的に展開させる展開手段が設けられ、この展開手段を動作させることにより、一体化された前記上段ブロック体と前記上段ピース及び前記中段ピースが、前記下段ピースから分離されるように構成されている

ことを特徴とする処理装置。