JP4951279B2 - Plasma processing equipment - Google Patents
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Description
本発明は、プラズマ処理技術にかかり、特に、内側チャンバと該内側チャンバを収容する外側チャンバを備えたプラズマ処理装置において、前記内側チャンバを効率よく温度調整することのできるプラズマ処理技術に関する。 The present invention relates to a plasma processing technique, and more particularly to a plasma processing technique capable of efficiently adjusting the temperature of an inner chamber in a plasma processing apparatus including an inner chamber and an outer chamber that accommodates the inner chamber.
半導体ウエハ処理装置などのプラズマ処理装置は、真空状態に減圧した処理室内部にプラズマを形成して試料に処理を施す。 A plasma processing apparatus such as a semiconductor wafer processing apparatus forms a plasma in a processing chamber whose pressure is reduced to a vacuum state, and processes a sample.
プラズマ処理装置では、試料の温度が処理速度や処理性能に影響を与える。このため、プラズマ処理室内部のプラズマに面する部品からの輻射熱による試料の温度斑(温度むら)をなくすため、プラズマ処理室を構成する部品は、試料台を中心に軸対称な形状とする。さらに、プラズマ処理室内部のプラズマに面する部品は、処理室内部で形成されるプラズマのアースとしての機能を有する。このため、プラズマ処理室を構成する部品を試料台を中心に軸対称な形状とすることで、試料台上でのプラズマ密度分布を試料台を中心とした軸対称な分布とすることができる。 In the plasma processing apparatus, the temperature of the sample affects the processing speed and processing performance. For this reason, in order to eliminate the temperature variation (temperature unevenness) of the sample due to radiant heat from components facing the plasma in the plasma processing chamber, the components constituting the plasma processing chamber have an axisymmetric shape around the sample stage. Further, the part facing the plasma inside the plasma processing chamber has a function as a ground of the plasma formed inside the processing chamber. For this reason, the plasma density distribution on the sample stage can be made to be an axially symmetric distribution around the sample stage by forming the parts constituting the plasma processing chamber into an axially symmetric shape about the sample stage.
プラズマ処理を継続すると、プラズマ処理室内部のプラズマに面する部品には反応生成物が付着する。反応生成物が処理室内面壁に付着すると前記アースとしての機能が低下し、例えば、プラズマ密度分布の均一性が低下したり、反応生成物が試料上に剥れ落ちて(異物となって)、製品の歩留まりが低下する。 When the plasma processing is continued, reaction products adhere to the parts facing the plasma inside the plasma processing chamber. When the reaction product adheres to the inner wall of the processing chamber, the function as the earth decreases, for example, the uniformity of the plasma density distribution decreases, or the reaction product peels off on the sample (becomes foreign matter) Product yield decreases.
処理室内面壁に付着する反応生成物は、処理室内面壁の温度が低いほど付着量が多くなる。このため、処理室を構成する部品を加熱器で加熱し、処理室内面壁の温度を上げることで反応生成物の付着量を抑えることができる。 The amount of the reaction product adhering to the inner wall of the processing chamber increases as the temperature of the inner wall of the processing chamber decreases. For this reason, the adhesion amount of the reaction product can be suppressed by heating the components constituting the processing chamber with a heater and raising the temperature of the inner wall of the processing chamber.
しかし、この場合、処理室内面壁を構成する材料や付着した前記反応生成物の表面からはガスが放出される。放出されるガスは、処理室内面壁温度が高いほど多くなり、この放出ガスによって試料が汚染されて、試料に性能不良が発生することがある。 In this case, however, gas is released from the material constituting the inner wall of the processing chamber and the surface of the attached reaction product. The released gas increases as the temperature of the inner wall of the processing chamber increases, and the sample may be contaminated by the released gas, resulting in poor performance of the sample.
このように、プラズマ処理室を形成する側壁部材の温度は、プラズマ処理の性能や安定性に大きな影響を与える。このため、処理条件やチャンバを形成する部品の材料、温度、試料台からの距離などをそれぞれ最適に設定することが必要である。 As described above, the temperature of the side wall member that forms the plasma processing chamber greatly affects the performance and stability of the plasma processing. For this reason, it is necessary to optimally set the processing conditions, the material of the parts forming the chamber, the temperature, the distance from the sample stage, and the like.
また、プラズマ処理によって前記処理室内面壁に堆積した反応生成物は、プラズマ処理を行う毎に、プラズマクリーニング呼ばれるクリーニング処理を施して除去する。しかし、プラズマ処理の回数(処理枚数)が増加すると、前記プラズマクリーニングでは除去しきれない生成物が徐々に堆積する。このため、定期的に処理室内部を大気開放して、処理室を構成する部品を専用の洗浄装置で洗浄したり、純水や有機溶剤やIPA(イソプロピルアルコール)などで手拭洗浄したりする。 Further, the reaction product deposited on the inner wall of the processing chamber by the plasma processing is removed by performing a cleaning process called plasma cleaning every time the plasma processing is performed. However, as the number of plasma treatments (number of treatments) increases, products that cannot be removed by the plasma cleaning gradually accumulate. For this reason, the inside of the processing chamber is periodically opened to the atmosphere, and the components constituting the processing chamber are cleaned with a dedicated cleaning device, or hand-washed with pure water, an organic solvent, IPA (isopropyl alcohol), or the like.
このとき、前記手拭洗浄による装置のダウンタイムを短縮する為に、プラズマに面するほぼ総ての部品を、取外しおよび再組立可能な構造としておき、定期メンテナンス作業に際しては、予め洗浄された部品との交換作業のみとすることで、手拭洗浄を不要とする装置構成が知られている。 At this time, in order to reduce the downtime of the apparatus due to the hand cleaning, almost all the parts facing the plasma are structured to be removable and reassembled. There has been known an apparatus configuration that eliminates the need for hand-wiping cleaning by performing only the replacement work.
また、プラズマ処理室の内面壁を形成する部品を、取り外しおよび再組立可能な構造とするために、大気圧荷重に耐え得る十分な強度を有する真空チャンバ(以下、外側チャンバとする)と、その内部にプラズマ処理室を形成する処理チャンバ(以下、内側チャンバとする)を有する二重構造のチャンバとする方法が知られている。この場合は、内側チャンバの内面壁のみがプラズマに面し、外側チャンバはプラズマに面しない構造とする。この場合、定期メンテナンスで交換が必要とされる部品は、内側チャンバを形成する部品および内側チャンバの内部に設置される部品のみとなる。 In addition, a vacuum chamber (hereinafter referred to as an outer chamber) having a sufficient strength to withstand atmospheric pressure load in order to make a part that forms the inner wall of the plasma processing chamber into a structure that can be removed and reassembled, There is known a method of forming a dual structure chamber having a processing chamber (hereinafter referred to as an inner chamber) in which a plasma processing chamber is formed. In this case, only the inner wall of the inner chamber faces the plasma, and the outer chamber does not face the plasma. In this case, the parts that need to be replaced in the regular maintenance are only the parts that form the inner chamber and the parts that are installed inside the inner chamber.
前述したように、二重構造の処理チャンバを有するプラズマ処理装置において、内側チャンバを目標の温度に調整する際に、内側チャンバの内部に加熱器(ヒータ)を入れると、プラズマによって加熱器が劣化したり、加熱器から放出されるガスが処理性能に悪影響を与えることが懸念される。また、内側チャンバの外側であっても外側チャンバの内部に加熱器を入れた場合、外側チャンバ内部の真空度が低下したり、内側チャンバの内外に試料を搬入出する際に内側チャンバ内部に残った腐食ガスなどが外側チャンバ内に侵入し前記加熱器が劣化するなどの恐れがある。 As described above, in a plasma processing apparatus having a dual-structure processing chamber, when the inner chamber is adjusted to a target temperature, if the heater is placed inside the inner chamber, the heater deteriorates due to the plasma. There is a concern that the gas discharged from the heater adversely affects the processing performance. In addition, if a heater is placed inside the outer chamber, even if it is outside the inner chamber, the degree of vacuum inside the outer chamber decreases, or the sample remains in the inner chamber when the sample is carried in and out of the inner chamber. There is a risk that a corrosive gas or the like enters the outer chamber and the heater deteriorates.
また、前記加熱器として、放出ガスが少なく耐腐食性のある、例えばセラミックス製のヒータなどを使用することができる。しかし、この場合は、加熱器を内側チャンバの全周にわたって均等に加熱することは困難であり、試料台位置に対する内側チャンバの温度分布を軸対称とすることは困難である。このため、プラズマ処理性能は試料面内において均一にはならない。 Further, as the heater, for example, a heater made of ceramics having a small amount of released gas and having corrosion resistance can be used. However, in this case, it is difficult to heat the heater evenly over the entire circumference of the inner chamber, and it is difficult to make the temperature distribution of the inner chamber with respect to the sample stage position axisymmetric. For this reason, the plasma processing performance is not uniform in the sample plane.
また、外側チャンバを加熱器により加熱し、外側チャンバから内側チャンバへの熱伝達により内側チャンバの温度を調整することができる。この方法は、内側チャンバを直接加熱器により加熱する方法に比べて、外側チャンバから内側チャンバ内面壁までの熱伝達により効率が低下し、内側チャンバの温度調整範囲が狭くなる。また、外側チャンバは内側チャンバより高温になる為、作業者が外側チャンバに触れると火傷などの負傷する恐れがある。このため、外側チャンバの外面に断熱材を貼り付けたり、作業者が外側チャンバに触れることができないように保護カバー等を設置することが必要である。 In addition, the outer chamber can be heated by a heater, and the temperature of the inner chamber can be adjusted by heat transfer from the outer chamber to the inner chamber. In this method, compared with a method in which the inner chamber is directly heated by a heater, the efficiency is lowered by heat transfer from the outer chamber to the inner chamber inner wall, and the temperature adjustment range of the inner chamber is narrowed. Further, since the outer chamber is hotter than the inner chamber, there is a risk of injury such as burns when an operator touches the outer chamber. For this reason, it is necessary to affix a heat insulating material on the outer surface of an outer chamber, or to install a protective cover etc. so that an operator cannot touch an outer chamber.
本発明はこれらの問題点に鑑みてなされたもので、外側チャンバの内部に処理容器となる内側チャンバを有する二重構造の処理チャンバにおいて、内側チャンバを熱伝達効率よく温度調整することのできるプラズマ処理技術を提供するものである。 The present invention has been made in view of these problems, and in a double-structured processing chamber having an inner chamber serving as a processing container inside the outer chamber, plasma capable of adjusting the temperature of the inner chamber with high heat transfer efficiency. Processing technology is provided.
本発明は上記課題を解決するため、次のような手段を採用した。 In order to solve the above problems, the present invention employs the following means.
真空処理容器と、該真空処理容器内部の処理室内に配置された試料台を備え、前記処理室内に導入した処理ガスに高周波電力を供給して前記試料台上方の処理室内にプラズマを生成し、このプラズマにより前記試料台上に載置された試料にプラズマ処理を施すプラズマ処理装置において、前記真空処理容器内に配置されて前記処理室の周囲を囲んでその内部を密封するとともにこの真空処理容器内から上方に向けて取り外し可能な内側チャンバであって、前記真空処理容器との間に真空の空隙を介して前記真空処理容器内に配置される上部チャンバと、前記真空処理容器の内部に収容されて前記上部チャンバがその上方に載せられて配置され前記試料台の下方で前記処理室の周囲を囲むとともにその外周の側壁面と前記真空処理容器との間に該側壁の外周を囲んで前記真空の空隙から区画され大気圧にされた空間を挟んで配置された下部チャンバとを有した内側チャンバと、前記大気圧にされた空間内に配置され前記下部チャンバの外周壁に取り付けられたヒータとを備えた。 A vacuum processing container, and a sample stage disposed in the processing chamber inside the vacuum processing container, supplying high-frequency power to the processing gas introduced into the processing chamber to generate plasma in the processing chamber above the sample stage, In the plasma processing apparatus for performing plasma processing on the sample placed on the sample stage by the plasma, the vacuum processing container is disposed in the vacuum processing container so as to surround the processing chamber and to seal the inside thereof. An inner chamber that is removable upward from the inside, and is accommodated in the vacuum processing container, and an upper chamber disposed in the vacuum processing container via a vacuum gap between the vacuum processing container and the vacuum processing container between to the upper chamber sidewall surface in the outer periphery surrounds the periphery of the processing chamber mounted is disposed above the sample stage downward to the upward and the vacuum processing vessel An inner chamber and a lower chamber disposed across a space that is the atmospheric pressure is partitioned from the air gap of the vacuum surrounding the outer periphery of the side wall, the arranged has been space to the atmospheric pressure of the lower chamber And a heater attached to the outer peripheral wall.
本発明は、以上の構成を備えるため、外側チャンバの内部に処理容器となる内側チャンバを有する二重構造の処理チャンバにおいて、内側チャンバを熱伝達効率よく温度調整することができる。 Since the present invention has the above-described configuration, the temperature of the inner chamber can be adjusted with high heat transfer efficiency in the dual-structure processing chamber having the inner chamber serving as a processing container inside the outer chamber.
以下、最良の実施形態を添付図面を参照しながら説明する。図1、2は、それぞれ真空処理装置全体の構成を示す上面図、および側面図である。図に示すように、真空処置装置は大気ブロック101と処理ブロック102に大別される。
Hereinafter, the best embodiment will be described with reference to the accompanying drawings. 1 and 2 are a top view and a side view, respectively, showing the overall configuration of the vacuum processing apparatus. As shown in the figure, the vacuum treatment apparatus is roughly divided into an
大気ブロック101は大気圧下でウエハを搬送、収納、位置決め等をする部分であり、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、処理等を施す。また、試料を試料台に載置した状態で処理室内圧力を調整する部分である。大気ブロック101は、内部に搬送ロボットを備えた筐体107を備える。この筐体107は、処理用又はクリーニング用の試料を収納したカセット108を備えている。
The
処理理ブロック102は、処理室内を減圧して、減圧下にある試料に処理を施すプラズマ処理装置として、例えばプラズマエッチング装置103、103’およびプラズマアッシング装置104、104’を備える。また、これらの処理装置に試料を減圧下で搬送する搬送室105(バッファ室)およびこの搬送室105と大気ブロック101を接続するロック室106、106’を備えている。なお、前記プラズマ処理装置は減圧されて高い真空度に維持することが可能である。
The
図3は、図1、2に示す真空処理装置のうち、プラズマ処理装置103の詳細を説明する図である。図3において、プラズマ処理装置103を構成する真空処理室200は搬送室105に接続されており、これらの間に配置したゲートバルブ224を開閉することにより、これらの間を連通あるいは遮断する。ゲートバルブ224が開放された状態で搬送室105内部の空間と処理室200との空間が連通し、両者の圧力はほぼ等しくなる。
FIG. 3 is a diagram for explaining the details of the
また、ゲートバルブ224の開放時には、試料を搬送室112から処理室200内部に配置された試料台201上に搬送して載置する。コントローラ228は、試料台201上に試料が載置されたことを検知した後、ゲートバルブ224を閉塞して処理室200と搬送室105間を遮断して処理室200を密封した後、プラズマ処理を開始する。
In addition, when the
図3に示すように、処理室200の上部には放電室210が形成される。また、放電室210の上方には、真空処理容器の蓋を構成する蓋部材206、蓋部材206の内側に配置されたアンテナ204、該アンテナ204の側方および上方で前記放電室を囲むように配置したソレノイドコイル207、およびアンテナ204の下方に配置した天井部材を備える。なお、ソレノイドコイル207は、後述の放電室ベースプレート214の上方に位置している
ソレノイドコイル207の上方には、アンテナに供給するUHF帯あるいはVHF帯の高周波を供給する高周波電源208が配置されている。アンテナ204はSUS等の導電性部材で構成された蓋部材206の内側に配置される。また、アンテナ204と蓋部材206との間には誘電体205を配置する。誘電体205はアンテナ204と蓋部材206間を絶縁するとともにアンテナ204から放出された電磁波を下方の天井部材側に伝導する
天井部材は、石英等の誘電体で構成された石英プレート203およびシャワープレート202を備え、石英プレート203とシャワープレート202の間に供給された処理用のプロセスガスを、シャワープレートに形成された多数の孔を通して処理室内に分散して供給する。
As shown in FIG. 3, a
シャワープレート202の下方の、試料台201の上方には放電室210が形成される。この空間では、供給されたプロセスガスに、石英プレート203を介して導入された電磁波とソレノイドコイルで生成された磁場とを印加してプラズマを生成する。この放電室で形成されたプラズマにより、試料台201に載置された試料にエッチングを施す。また、前述のように、石英プレート203とシャワープレート202との間には微小な隙間の空間が形成されており、この空間に供給されたプロセスガスは、シャワープレート202に形成した多数の孔を介して前記放電室210に流入する。このように前記空間は、蓄積されたプロセスガスを複数の孔を介して分散して放電室210に流入させるバッファ室209として機能する。
A
蓋部材206の下方で石英プレート203およびシャワープレート202の外周側には下部リング211が配置される。下部リング211には、バッファ室209に処理ガスを供給するガス通路が設けられ、ガスバルブ231を介して供給されたプロセスガスは前記ガス通路を介してバッファ室に供給される。
A
シャワープレート202の下方には、放電室内側壁部材213が備えられる。放電室内側壁部材213は、下部リング211およびシャワープレート202の下面に接して配置され、真空処理容器内に生成するプラズマに面して放電室210を区画する。
Below the
放電室内側壁部材213の外周側には、これを取り囲んで放電室外側壁部材212が備えられる。なお、放電室内側壁部材213の外側の壁面は放電室外側壁部材212の内側の壁面に対向して良好な熱伝導で接触している。
A discharge chamber
放電室外側部材212の下方には、これと連結された真空処理容器である外側チャンバ217が配置されている。この外側チャンバ217の内側には、真空にされている空隙を挟んで内側チャンバ215,216が配置され、これらは試料台201の側方および下方において処理室200の空間を挟んで周囲を囲んでいる。つまり、内側チャンバ215,216は、処理室200を内側に含む容器である。
Below the discharge chamber
処理対象である試料を内側チャンバ215,216内の試料台201上に載置するには、内側チャンバ215あるいは216に試料を搬送するためのゲートおよびこのゲートを開閉してチャンバの内側と外側の空間を遮断し連通するゲートバルブが必要となる。
In order to place the sample to be processed on the sample table 201 in the
図3の例では、ゲートバルブとして、処理室200と搬送室105との間に設けられた大気ゲートバルブ224、および内側チャンバ215の内側と外側とを開放し或いは閉塞して両者間を連通、遮断するプロセスゲートバルブ221とを備える。
In the example of FIG. 3, as the gate valve, the
大気ゲートバルブ224は、搬送室105の内側の側壁上に配置されて駆動手段223によって上下および水平方向に移動可能に構成されており、搬送室の内側側壁上でゲートを密封するよう閉塞しあるいは開放する。また、真空処理容器を構成する外側チャンバ217には、搬送室105と処理室200が接続されたときに前記搬送室105側のゲートと連通する位置にゲートを設ける。ゲートの位置は、搬送室105内に設置したウエハ搬送用のロボットがウエハを搬送する際に、ウエハおよびロボットアームが接触しない位置であることが必要である。また、内側チャンバ215には、内側チャンバ215が外側チャンバ217内に設置された状態で、外側チャンバのゲートあるいは搬送室105のゲートに対向する位置にプロセスゲートが配置されており、このプロセスゲートを通ってウエハが搬送される。
The
処理室200内に供給された処理ガスは、プラズマ化され、生成された反応生成物とともに試料台201の側方周囲の空間、および試料台201の下方の内側チャンバ216で囲まれた空間を通り、処理室200の中心軸上の円筒形状の試料台201下方に位置する排気用開口からから排出される。この排出は、前記開口を開閉する略円形の排気ゲートプレート225、開口に連通する通路上のコンダクタンス可変バルブ227および排気ポンプ226の動作により調整される。
The processing gas supplied into the
真空処理容器である外側チャンバ217の内側を整備する場合には、大気ゲートバルブ224を閉塞する。次に、この閉鎖を確認後、プロセスゲートバルブ221を開放する。プロセスゲートが連通され内側チャンバ215の内外の空間が連通された状態で、大気開放バルブ230を開放して外側チャンバ217,218内の圧力を大気圧まで上昇させる、すなわち、大気開放する。
When maintaining the inside of the
この大気開放後、処理室内を開放する。まず、処理室の外側チャンバ217の上部に配置されてこの内側を密封している蓋部材203を上方に持ち上げて開放する。この際、クレーン等で上方に持ち上げても良いが、予めヒンジ部を設けておき、ヒンジを軸にして上方に跳ね上げて180度以上開くようにしても良い。次に、内側チャンバ215を整備する作業を行う。この整備作業に際しては、清掃や交換、修理等を容易に行えるようにするため、内側チャンバ215、216を外側チャンバ217から取り外して取出しても良い。
After this atmosphere release, the processing chamber is opened. First, the
このように、内側チャンバ215の内外の圧力を一致させた後に整備を施すため、内側チャンバを構成する部材の厚さを抑制することができる。このため、内側チャンバ215、216の重量を軽減することができる。また、取外し等取り扱い作業が容易となり、作業時間が低減され装置の稼働効率が向上する。
Thus, since maintenance is performed after the internal and external pressures of the
図4は、プラズマ処理装置(試料台より上方に配置される真空処理室壁)を加熱する加熱構造を説明する図である。前述のように、真空処理室を形成する側壁部材の温度は、プラズマ処理の性能や安定性に大きな影響を与える。このため、処理条件やチャンバを形成する部品の温度などは、それぞれ最適に設定することが必要である。 FIG. 4 is a diagram illustrating a heating structure for heating the plasma processing apparatus (the vacuum processing chamber wall disposed above the sample stage). As described above, the temperature of the side wall member forming the vacuum processing chamber greatly affects the performance and stability of the plasma processing. For this reason, it is necessary to optimally set the processing conditions and the temperature of the parts forming the chamber.
本実施形態では、図4に示すように、放電室外側壁部材212の外周面にヒータ301を巻き付けて配置し、放電室外側壁部材212の温度を調節することにより、これに良好な熱伝導で接触した放電室内側壁部材213の表面の温度を調節している。
In the present embodiment, as shown in FIG. 4, the
放電室外側壁部材212の外周面はプラズマ処理中においても常に大気圧状態にあり、ヒータ取付部も大気圧状態にある。なお、例えば、ヒータをゴムなどの弾性部材で形成し、放電室外壁部材212の外周面全周に巻き付けて密着させることで、放電室外側壁部材212を介して放電室内側壁部材213の全周を均一な温度に調整することができる。
The outer peripheral surface of the discharge chamber
放電室外側壁部材212の外周側には、放電室ベースプレート214が接触して配置されている。また、放電室ベースプレート214の下面は、その下方に配置される真空処理容器を構成する内側チャンバと接触する。なお、放電室内側壁部材213は、放電室210内部のプラズマおよび下部電極の役目を果たす試料台210に対する接地電極の作用をする部材でもあり、プラズマ電位を安定させるために必要な面積を有している。このため放電室内側壁部材213は、放電室外側壁部材212および蓋部材211との間の熱伝導性および導電性を十分に確保する必要がある。
A discharge
このように、放電室内側壁部材213、放電室外側壁部材212および蓋部材211とはともに導電性を有する部材で構成され、これらの部材は処理室の大気側に露出されており、接地のための配線の接続が容易となるように構成されている。
As described above, the discharge chamber
前記放電室ベースプレート214の内側には、熱交換媒体が通流する媒体通路302を配置し、この媒体通路302内を水等の熱交換媒体を循環して通流することにより、放電室ベースプレート214の温度を調節する。すなわち、放電室ベースプレート214および内側チャンバ215に接する部材である放電室外側壁部材212を加熱し、さらに放電室ベースプレートに熱交換媒体を供給して該ベースプレートの温度を調整することにより内側チャンバ215の温度を調整することができる。
Inside the discharge
放電室外側壁部材212は温度計測センサ303を備える。このセンサにより放電室外側壁部材212の温度を計測しながら、ヒータ301および媒体流路302を循環する熱交換媒体の温度等を調整することにより、放電室外側壁部材212の温度を調節することができる。
The discharge chamber
このように、試料台より上方に配置される真空処理室を構成する筒状の壁(放電室内側壁部材213および内側チャンバ215表面)の温度を調節することにより、前記壁面とプラズマ(これに含まれる粒子、ガス、反応生成物を含む)との相互作用を調節することができる。このようにプラズマとこれに接する真空処理室の壁面との相互作用を適切に調節することにより、プラズマの密度や組成等のプラズマの特性を所望の状態に調整することができる。
In this way, by adjusting the temperature of the cylindrical walls (surfaces of the discharge chamber
図5は、プラズマ処理装置(試料台より下方に配置される真空処理室壁)を加熱する加熱構造を説明する図である。図5に示すように、試料台201(試料台保持プレート220)よりも下方に配置される内側チャンバ216(下部内側チャンバ)の外周面にもヒータ401を設置する。これにより、試料台より下方に配置される真空処理室を形成する壁部材の表面温度を調節することができる。また、内側チャンバ216には温度計測センサ403を取付け、内側チャンバの温度を計測する。
FIG. 5 is a diagram illustrating a heating structure for heating the plasma processing apparatus (the vacuum processing chamber wall disposed below the sample stage). As shown in FIG. 5, the
内側チャンバ216は、外側チャンバ218(下部外側チャンバ)の内部に取り外し可能に配置されており、処理室を整備する際には、内側チャンバ216を外側チャンバ218の上方向に移送して取外して交換することができる。内側チャンバ215,216の内側面はプラズマ処理室を形成する壁部材として形成され、外側面は外側チャンバ217,218内に収容される。
The
ここで、内側チャンバ215(上部内側チャンバ)の外側面と外側チャンバ217(上部外側チャンバ)の間には高真空の空間305が形成される。この空間305は試料であるウエハ処理中は内側チャンバ215と区画され、搬送室105内と連通する。また、内側チャンバ216の外側面と外側チャンバ218の間には、前記空間305とは隔離された空間404を形成し、この空間404にはヒータ401を配置する。ヒータ401は内側チャンバ216の外周面に巻き付け、ヒータ401の電源ケーブルや温度計測センサ403の電源ケーブルは、前記空間404と外部とを連結する開口405を介して取り出す。
Here, a
このように、本実施形態によれば、ヒータ部品やコントロール部品を真空処理室の外部に配置することが可能であり、また、真空処理室を形成する壁部材を直接ヒータによって加熱することができる。 As described above, according to this embodiment, it is possible to dispose the heater component and the control component outside the vacuum processing chamber, and the wall member forming the vacuum processing chamber can be directly heated by the heater. .
また、外側チャンバ218の内側に熱交換媒体が通流する媒体通路402を配置し、この媒体通路402内に水等の熱交換媒体を循環して通流することにより内側チャンバ216の温度を調整することができる。すなわち、外側チャンバ218と内側チャンバ216の側壁部材とは熱的に接続されており、両者間で熱が伝導されて熱交換される。このように熱交換が可能であれば、外側チャンバ218と内側チャンバ216との間に他の部材が配置されていてもよい。
Further, a
また、本実施形態によれば、真空処理室内の壁の温度を調整する際に、試料台より上方に配置される壁部材の温度と、試料台より下方に配置される壁部材の温度を別系統の制御により個別に調節することができる。この場合、例えば、試料台より上方の壁部材を低温に温度調整して、試料台より下方に配置される壁部材を高温に温度調節するなど、プラズマ処理条件や、処理室内部のプラズマクリーニング条件などに合わせて、真空処理室を形成する壁部材の温度を最適な温度に調整することが可能である。 Further, according to the present embodiment, when adjusting the temperature of the wall in the vacuum processing chamber, the temperature of the wall member disposed above the sample table is different from the temperature of the wall member disposed below the sample table. It can be adjusted individually by controlling the system. In this case, for example, the temperature of the wall member above the sample table is adjusted to a low temperature, and the temperature of the wall member disposed below the sample table is adjusted to a high temperature. It is possible to adjust the temperature of the wall member forming the vacuum processing chamber to an optimum temperature according to the above.
また、真空処理室を形成する壁部材が、試料台より上方から下方までまたがるような大きな部材により形成される場合においては、その上部と下部にそれぞれヒータを巻きつけることで、その上部と下部とに温度差を形成したり、あるいは上側と下側をより均一な温度分布となるように制御することができる。 In addition, when the wall member forming the vacuum processing chamber is formed by a large member that extends from above to below the sample stage, the upper and lower portions can be It is possible to form a temperature difference between them, or to control the upper side and the lower side to have a more uniform temperature distribution.
また、内側チャンバ216をヒータ401によって高温に加熱した場合でも、外側チャンバ218を熱交換媒体によって冷却することにより、外側チャンバ218の温度を作業者が手を触れても危険のない温度に調整することができる。また、外側チャンバ218の外周面に断熱部材を貼り付けることにより、前記外側チャンバ218を覆うカバーなどの保護部材を必要としない構成とする場合においては、前記断熱材として比較的薄い断熱材を用いることができる。
Even when the
図6は、本実施形態のプラズマ処理装置を用いたプラズマ処理およびメンテナンス作業の手順を説明する図である。 FIG. 6 is a diagram for explaining procedures of plasma processing and maintenance work using the plasma processing apparatus of the present embodiment.
プラズマ処理に際しては、まず、内側チャンバの内部を真空状態にし、この内側チャンバ内部にプラズマを発生させて試料に処理を施す。このため、まず、真空ポンプによって内側チャンバの内部を真空排気する(ステップ501)。次に、前記ヒータ301、401に供給する電力を調整し、さらに媒体通路302,402に供給する熱媒体の温度を調整して、内側チャンバを構成する各部品をそれぞれプラズマ処理に最適な温度に調節する(ステップ502)。次に、プラズマ処理を施すための処理ガスを導入(ステップ503)した後、プラズマを発生させる(ステップ504)。次に、プラズマ処理装置内部の圧力を調整(ステップ505)し、プラズマ処理を行う(ステップ506)。次に、プラズマ処理を停止して試料を処理室から取り出す(ステップ507)。以上の処理を各試料毎に繰り返し、全ての試料の処理が終了するとプラズマ処理を終了する。
In plasma processing, first, the inside of the inner chamber is evacuated, and plasma is generated inside the inner chamber to process the sample. For this reason, first, the inside of the inner chamber is evacuated by a vacuum pump (step 501). Next, the electric power supplied to the
このように、プラズマ処理を繰り返した処理チャンバは、その側壁に反応生成物などが付着して、プラズマ処理性能に経時変化が生じる。そこで、プラズマによるクリーニング作業(メンテナンス作業)を行う。 In this way, in the processing chamber in which the plasma processing is repeated, reaction products or the like adhere to the side walls, and the plasma processing performance changes with time. Therefore, a cleaning operation (maintenance operation) using plasma is performed.
メンテナンス作業に際しては、まず、前記ヒータ301、401に供給する電力を調整し、さらに媒体通路302,402に供給する熱媒体の温度を調整して、内側チャンバを構成する各部品をそれぞれプラズマクリーニングに最適な温度に調節する(ステップ502)。例えば、放電室内壁部材213の表面を100℃、内側チャンバ216の表面を100℃となるように調整する。この結果、内側チャンバは中間の温度帯にされる。
In the maintenance work, first, the power supplied to the
プラズマクリーニング作業を行った(ステップ510)後、前記ヒータによる加熱を停止し(ステップ511)、プラズマ処理チャンバの内部を大気開放する。前記処理チャンバが十分に冷却された後、処理室上部の蓋部材を取り外す。このとき、外側チャンバの外部に取り出し可能な部品については、外部に取り出して洗浄、乾燥する(ステップ515)。外側チャンバの外部に取り出すことが不可能な部品については、純水やエタノールなどで手拭洗浄する(ステップ514)。 After performing the plasma cleaning operation (step 510), heating by the heater is stopped (step 511), and the inside of the plasma processing chamber is opened to the atmosphere. After the processing chamber is sufficiently cooled, the lid member at the top of the processing chamber is removed. At this time, parts that can be taken out of the outer chamber are taken out, washed, and dried (step 515). Parts that cannot be taken out of the outer chamber are hand-washed with pure water or ethanol (step 514).
次に、外部に取り出して洗浄、、乾燥した部品を元の位置に戻して再組み立てした後、前記ヒータを加熱(ステップ517)し、プラズマ処理室内部を真空排気する(ステップ518)。真空排気後、リーク試験により真空リークがないことを確認して(ステップ519)、メンテナンス作業を終了する。 Next, after the parts taken out, cleaned and dried are returned to their original positions and reassembled, the heater is heated (step 517), and the inside of the plasma processing chamber is evacuated (step 518). After evacuation, it is confirmed by a leak test that there is no vacuum leak (step 519), and the maintenance work is finished.
以上説明したように、本実施形態によれば、外側チャンバ217、218の内部に処理容器となる内側チャンバ215,216を配置して、二重構造の処理チャンバを形成する。この際、外側チャンバ217と内側チャンバ215間には、内側チャンバ215の外周を囲む真空空間305を配置する。また、前記内側チャンバ215と蓋部材206を結合する筒状の放電室壁部材212,213外周には、放電室壁部材212,213を加熱するヒータ301を備える。
As described above, according to the present embodiment, the
これにより、ヒータ301は、内側チャンバ内部あるいは外側チャンバ内部の真空環境に悪影響を与えることなく、内側チャンバを熱伝達効率よく温度調整することができる。また、最小のヒータ容量で内側チャンバの温度調整範囲を拡大することができる。
Accordingly, the
また、本実施形態では、放電室壁部材212,213を加熱するヒータ301の外、内側チャンバ216の外周に内側チャンバを加熱するヒータ216を備える。この場合、ヒータ301の温度はコントローラ228により調整可能であり、ヒータ401の温度はコントローラ228により調整可能である。すなわち、ヒータ301および401をそれぞれ異なる温度に調整することができる。このため、内側チャンバを形成する各部品について、その材料や試料台201からの距離、プラズマ処理条件などに合わせて、それぞれ最適な温度に調整することが可能である。
In the present embodiment, in addition to the
また、放電室壁部材は、放電室部に対向する放電室内側壁部材213、該内側壁部材と接触する放電室外側壁部材212、および該放電室外側壁部材と接触して放電室外側壁部材を冷却する放電室ベースプレート214を備える。また、前記放電室ベースプレート214および外側チャンバ218には、例えば冷媒を供給する熱媒体通路302および402を設ける。このため、内側チャンバの温度に対して、外側チャンバの温度を低く設定することが可能であり、作業者の火傷などへの危険を低減することができる。
The discharge chamber wall member cools the discharge chamber outer wall member by contacting the discharge chamber
また、放電室210あるいは試料台201から距離が大きい内側チャンバ216の温度を、ウエハの処理に対する影響を抑える温度域に調整できる。例えば、内側チャンバ216の温度を、放電室内側壁部材213と同等または試料台201上の試料より高い温度にすることで、内側チャンバ216表面への放電室210内の処理に伴い生成された反応生成物の付着を抑制できる。
Further, the temperature of the
内側チャンバ216は、試料台の下方の排気ゲートに近接して配置されており、プラズマが到達し難い。このため上記のような高い温度に設定することによって付着物の低減を行うことで、試料処理の歩留まりと、処理の効率を向上することができる。一方、内側チャンバ215は、プラズマと接触し易く、また、試料台201に近く配置されている。このため、付着物の剥離の抑制の点から、試料処理中またはクリーニング中は、内側チャンバ216、放電室内側壁部材213、試料台201より低い温度に調整される。
The
101 大気ブロック
102 処理ブロック
103,104 プラズマ処理装置
105 搬送室
106 ロック室
107 大気搬送室筐体
108 カセット
200 真空処理室
201 処理台
202 シャワープレート
203 石英プレート
204 アンテナ
205 誘電体
206 蓋部材
207 ソレノイドコイル
208 高周波電源
209 バッファ室
210 放電室
211 リング
212 放電室外側壁部材
213 放電室内側壁部材
214 放電室ベースプレート
215 内側チャンバ(上部内側チャンバ)
216 内側チャンバ(下部内側チャンバ)
217 外側チャンバ(上部外側チャンバ)
218 外側チャンバ(下部外側チャンバ)
219 ベースプレート
220 処理台保持プレート
221 プロセスゲートバルブ(弁体)
222 プロセスゲートバルブ駆動部
223 大気ゲートバルブ駆動部
224 大気ゲートバルブ(弁体)
225 排気ゲートプレート
226 排気ポンプ
227 コンダクタンス可変バルブ
228 コントローラ
230 大気開放バルブ
301,401 ヒータ
302,402 熱交換媒体流路
303,403 温度計測センサ
305 外側チャンバ内部真空室
404 (大気圧)空間
405 開口
406 コネクタ
DESCRIPTION OF
216 Inner chamber (lower inner chamber)
217 outer chamber (upper outer chamber)
218 Outer chamber (lower outer chamber)
219
222 Process Gate
225
Claims (4)
前記真空処理容器内に配置されて前記処理室の周囲を囲んでその内部を密封するとともにこの真空処理容器内から上方に向けて取り外し可能な内側チャンバであって、
前記真空処理容器との間に真空の空隙を介して前記真空処理容器内に配置される上部チャンバと、前記真空処理容器の内部に収容されて前記上部チャンバがその上方に載せられて配置され前記試料台の下方で前記処理室の周囲を囲むとともにその外周の側壁面と前記真空処理容器との間に該側壁の外周を囲んで前記真空の空隙から区画され大気圧にされた空間を挟んで配置された下部チャンバとを有した内側チャンバと、
前記大気圧にされた空間内に配置され前記下部チャンバの外周壁に取り付けられたヒータとを備えたことを特徴とするプラズマ処理装置。 A vacuum processing container, and a sample stage disposed in the processing chamber inside the vacuum processing container, supplying high-frequency power to the processing gas introduced into the processing chamber to generate plasma in the processing chamber above the sample stage, In the plasma processing apparatus for performing plasma processing on the sample placed on the sample table by the plasma,
An inner chamber which is disposed in the vacuum processing vessel and surrounds the periphery of the processing chamber to seal the inside thereof and is removable upward from the inside of the vacuum processing vessel;
An upper chamber disposed in the vacuum processing container via a vacuum gap between the vacuum processing container and the upper chamber housed in the vacuum processing container and placed on the upper chamber. Surrounding the periphery of the processing chamber below the sample stage and surrounding the outer periphery of the side wall between the outer peripheral side wall surface and the vacuum processing vessel, and sandwiching a space that is partitioned from the vacuum gap and brought to atmospheric pressure. An inner chamber having a lower chamber disposed therein ;
The plasma processing apparatus characterized by comprising said been disposed has been space to atmospheric pressure attached to the outer peripheral wall of the lower chamber heater.
前記真空処理容器は熱媒体が通流する媒体通路を備え前記内側チャンバと熱的に接続されたことを特徴とするプラズマ処理装置。 The plasma processing apparatus according to claim 1,
The plasma processing apparatus, wherein the vacuum processing container includes a medium passage through which a heat medium flows and is thermally connected to the inner chamber.
前記真空処理容器は、該真空処理容器の上部開口部を覆う蓋部材、前記内側チャンバと前記蓋部材を結合し前記処理室の上部を構成してプラズマが内部に形成される放電室を囲む筒状の放電室壁部材を備え、
前記放電室壁部材は、前記放電室に対向する放電室内側壁部材、並びに該放電室内側壁部材および前記内側チャンバの上部チャンバと熱伝導接触する放電室外側壁部材を備え、該放電室外側壁部材の外周に該外周壁面に当接する弾性体を介して備えられ前記放電室内側壁部材および内側チャンバを加熱する加熱手段を有し、
前記下部チャンバの外周に巻き付けられて配置された前記ヒータと、前記放電室壁部材に配置した加熱手段による加熱温度はそれぞれ異なる温度に設定可能であることを特徴とするプラズマ処理装置。 The plasma processing apparatus according to claim 1 or 2,
The vacuum processing container includes a lid member that covers an upper opening of the vacuum processing container, a cylinder that surrounds the discharge chamber in which the inner chamber and the lid member are combined to form an upper part of the processing chamber and plasma is formed therein. A discharge chamber wall member,
The discharge chamber wall member includes a discharge chamber side wall member facing the discharge chamber, and a discharge chamber outer wall member in thermal conductive contact with the discharge chamber side wall member and the upper chamber of the inner chamber, and the outer periphery of the discharge chamber outer wall member A heating means for heating the discharge chamber side wall member and the inner chamber provided via an elastic body in contact with the outer peripheral wall surface,
The plasma processing apparatus, wherein the heating temperature by the heater disposed around the outer periphery of the lower chamber and the heating means disposed on the discharge chamber wall member can be set to different temperatures.
前記内側チャンバは、前記真空の空隙を介して前記真空処理容器内に配置される上部チャンバと、前記大気圧にされた空間を挟んで前記真空処理容器内に配置される下部チャンバとを備え、前記上部チャンバ及び下部チャンバが前記真空処理容器内から取り外し可能なことを特徴とするプラズマ処理装置。 The plasma processing apparatus according to claim 1 or 2,
The inner chamber includes an upper chamber disposed in the vacuum processing container through the vacuum gap, and a lower chamber disposed in the vacuum processing container with the space at atmospheric pressure interposed therebetween, The plasma processing apparatus, wherein the upper chamber and the lower chamber are removable from the vacuum processing container.
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