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JP2020077759A - プラズマ処理装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】歩留まりや処理の効率を向上するプラズマ処理装置を提供する。【解決手段】プラズマが形成される真空チャンバと、これから取り外し可能な内側チャンバと、内側チャンバ内に配置された試料台と、内側チャンバ内に配置され試料台の下方の周囲にリング状に配置された試料台リングベースと、真空チャンバと内側チャンバとの間の空間で試料台リングベースと連結され試料台を吊り下げて上方から支持する吊下げ梁と、真空チャンバの内側が気密に封止された状態で、内側チャンバは試料台リングベース上に載せられてその内側が気密に封止されると共に真空チャンバ外部から気密に封止され、吊下げ梁の上部が真空チャンバ上部を構成して内部を覆う試料台ベースプレートに対し上下方向に移動可能に保持され、当該吊下げ梁のＳＵＳ製の上部部材と試料台ベースプレートとの間で挟まれた導電コネクタとを備えたプラズマ処理装置。【選択図】図２

Description

本発明は、半導体デバイスを製造する工程において、真空容器内の処理室に形成したプラズマを用いて当該処理室内に配置された試料台上面上に載せられた半導体ウエハ等の基盤状の試料を処理するプラズマ処理装置に係り、特に試料台上面に載せられたウエハを当該試料台内部に配置されたヒータ等の温度調節器により温度を調節しつつウエハを処理するプラズマ処理装置に関する。
従来より、半導体ウエハ（以下、ウエハ）の表面に配置された膜層にエッチング等の処理をして加工して半導体デバイスを製造するプラズマ処理装置に対しては、当該ウエハ表面の膜層への加工の微細化や高精度化あるいは当該処理を長期間に渡り加工結果の変動を抑えて実施できる処理の信頼性が要求されてきた。さらには、処理の効率を向上させ単位時間内に処理するウエハの枚数（スループット）を向上させることも求められてきた。
このような課題を実現するため、従来のプラズマ処理装置は、ウエハを処理する真空容器内部の処理室内に配置された試料台の内部に試料台上面あるいはこの上に載せられたウエハを所望の範囲内の温度に調節可能な温度調節機を備えた構成を備えたものが考えられてきた。或いは、当該処理室内部の空間を軸対称性を有したものとして、処理室からの排気とこれに乗って処理室外に排気される処理室内に生成された生成物等の処理室の密度とを、中心軸周りでの変動を低減できる構成を備えたものが知られていた。
また、ガスやプラズマ等の粒子の流れる処理室内の経路の偏芯が低減されて流れの速度や量が周方向に均等に近づけられた処理室の構造を有したものが考えられてきた。さらに、スループットの向上のため、各々でウエハが処理される複数の処理室をウエハを内部で搬送する搬送室を介して連結した、所謂マルチチャンバや搬送室同士をウエハを内部に収納可能な中継室で連結した構成を備えたものが知られていた。
このようなプラズマ処理装置、あるいは真空処理装置の例としては、特開２００５−１０１５９８号公報（特許文献１）に開示のものが知られている。
一方、近年の半導体デバイスでは高集積化を実現するため多くの種類の材料及び多種多様な集積構造が半導体デバイスに用いられつつある。これに対応するべく様々な方式のプラズマ処理装置が開発されている。このようなプラズマ処理装置のプラズマ生成には、誘導結合方式、電子サイクロトロン共鳴方式および並行平板方式（マグネトロン方式含む）が主に用いられている。一般的に、電子サイクロトロン共鳴方式には主に２．４５ＧＨｚの電磁波帯あるいは３０乃至３００ＭＨｚ（より好適には３０乃至２００ＭＨｚ）程度の範囲内のＶＨＦ帯の電界が用いられ、一方、誘導結合方式および並行平板方式では、主に１３．５６ＭＨｚの高周波帯の電界が用いられる。
並行平板方式でプラズマを生成するプラズマ処理装置としては、真空容器内部の処理室の上方でこれを覆って配置され上記の高周波の電力を供給する高周波電源に電気的に接続された円板状の上部電極と処理室の下方で当該上部電極と上面が対向して配置された試料台の内部に配置され上記プラズマ形成用の高周波の電力の周波数より小さい周波数の電力が供給される円板または円筒形状を有した下部電極とを備え、上部電極の下面下方に配置され処理室の天井面を構成する導体または誘電体製のシャワープレートに備えられ処理室内に処理用のガスを導入する複数のガス導入孔を備えたものが一般的である。当該処理用のガスを用いて上部電極と下部電極との間の処理室内にプラズマを形成し試料台上面に乗せられたウエハが処理される。このようなプラズマ処理装置の例としては、特開２０１６−１６２２６６号公報（特許文献２）に開示のものが知られている。
特開２００５−１０１５９８号公報 特開２０１６−１６２２６６号公報
上記従来技術においては、次のような点について考慮が足らず、問題が生じていた。
並行平板によりプラズマを形成するプラズマ処理装置において、近年プラズマ密度の向上と低圧力域でのプラズマ生成を可能とするＶＨＦ帯の高周波の電界が用いられるようになってきた。また、試料台内部に配置された下部電極に供給される高周波電力によりウエハ表面にプラズマ中のイオン等荷電粒子を誘引して入射させ衝突させ、ウエハ表面の処理対象の膜層のエッチングを入射の方向に相対的に促進するため、従来から下部電極には数百ｋＨｚから数ＭＨｚの周波数帯の高周波電力が供給されて試料台あるいはウエハ上面上方にバイアス電位が形成することが行われてきた。入射イオンのエネルギー制御性をより向上させるため、従来よりも高い周波数の電力が用いられる傾向にある。
このようなプラズマ処理装置の複数が相互に連結された構成で半導体製造の工程に用いられる場合には、１つのプラズマ処理装置の処理室内に１枚のウエハを配置した状態で、複数の工程を一貫して実施して処理の効率及びスループットを高めるため、多くの周波数が用いられる可能性があり、この場合複数のプラズマ処理装置同士の間で相互に電界が干渉することにより所期の処理の結果が得られなくなるという問題について上記従来技術では考慮されていなかった。
また、上記特許文献１では、１つの処理ユニットを構成する真空容器はその内部に別の容器（内側チャンバ）を備えた、所謂多重チャンバを有し、内側チャンバの内側をウエハが配置されプラズマが形成される処理室として用いてウエハの処理を実施するものである。一般的に、安定したプラズマを得るためにはプラズマに面する処理室の内壁は特定の電位に設定されることが望ましい。例えば、特許文献２では処理室を囲む内周側壁を構成する真空容器の側壁の部材は接地電位に設定されている。
また、特許文献１に開示された内側チャンバ内部に配置される試料台は、当該試料台の外周側に配置されてこれを囲むリング状の試料台リングベースの内周側部分と試料台の外周側部分との間が複数本の支柱を介して接続されると共に、試料台リングベースの外周側部分が複数本の吊下げ梁の下端部と接続され当該吊下げ梁の上端部に連結された試料台ベースプレートから下方に吊下げられて保持されている。そして、試料台ベースプレートは外側に位置する真空容器としての外側チャンバを構成する部材として、真空容器の側壁を構成する部材の上端上方に載せられてこれに取り付けられ部材の表面同士が接続され、これらの間に挟まれたＯリング等のシール部材により真空容器の内外を気密に封止する構成を有している。このような構成では、吊下げ梁を接地電位にするために、真空容器を構成して外側チャンバに接続され接地電位にされた試料台ベースプレートと吊下げ梁との間が導電性を有した部材を介して電気的に接続されている。
一方で、上記の構成において、真空容器を構成する試料台ベースプレートが外側チャンバに吊下げ梁により保持された試料台リングベース及びこれと接続された試料台は、試料台リングベースの下方の部材との間に僅かな距離を挟んでその上方に浮いた状態で保持される必要があり、処理室内の条件の変化に伴って、吊下げ梁及び試料台リングベースが僅かながら上下に変位することになる。このため、このような変位に伴って吊下げ梁と試料台ベースプレートとの間を電気的に接続する部材に生じる消耗や吊下げ梁と試料台ベースプレート及び真空容器との間の高周波電力の漏洩を抑制する点については、特許文献１及び２において十分に考慮されていなかった。このため、上記従来技術では、部材の消耗やこれによる電力の漏洩が生じてプラズマ処理装置の運転に支障が生じ、処理の歩留まりやスループットが損なわれる虞が有った。
本発明の目的は、歩留まりや処理の効率を向上するプラズマ処理装置を提供することにある。
上記目的は、真空容器を構成する接地された真空チャンバおよびこの真空チャンバの上部に配置された蓋部材と、前記真空チャンバ内に配置され内部の室内に処理ガスが供給されてプラズマが形成され前記真空チャンバから取り外し可能な内側チャンバと、内側チャンバ内でその中心部に配置されその上面にウエハが載置される試料台と、前記試料台下方の前記内側チャンバ底部の中央部に配置されこの内側チャンバ内部が排気される排気開口と、前記真空チャンバの下方で前記試料台の下方に配置され前記排気口と連通して前記内側チャンバ内部を排気する排気ポンプと、前記内側チャンバ内に配置され前記試料台の下方の周囲にリング状に配置され水平方向に延在する支持梁を介して当該試料台と連結された試料台リングベースと、前記真空チャンバと内側チャンバとの間の空間に上下方向に延在して配置され前記試料台リングベースと連結され前記試料台を吊り下げて上方から支持する吊下げ梁と、この吊下げ梁および前記支持梁との内側に配置され前記試料台内部に供給される液体が通流する配管とを備え、
前記真空チャンバ上に前記蓋部材が載せられてその内側が気密に封止された状態で、前記内側チャンバは前記試料台リングベース上に載せられてその内側が前記真空チャンバとの間で気密に封止されると共に真空チャンバの外部との間で気密に封止され、前記吊下げ梁はその上部が前記真空チャンバ上部を構成して内部を覆う試料台ベースプレートと前記真空容器の蓋部材との間で挟まれた間を上下方向に移動可能に保持され、前記試料台ベースプレートと前記吊下げ梁のＳＵＳ製の前記上部部材との間で挟まれて前記試料台ベースプレートに保持された導電コネクタとを備えたプラズマ処理装置により達成される。
本発明のプラズマ処理装置の実施例に係る真空処理装置の構成の概略を示す上面図である。 図１に示す実施例に係る真空処理装置の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２に示す実施例に係る真空処理ユニットの真空容器部および試料台の構成の概略を示す横断面図である。 図２に示す実施例に係る真空処理ユニットの真空容器部の試料台及びその周囲の構成の概略を拡大して示す縦断面図である。 図３に示す実施例に係る真空容器部の吊下げ梁の構成の概略を拡大して示す縦断面図である。
本発明の実施の形態を以下図面を用いて説明する。
以下、本発明の実施例を図１乃至図５を用いて説明する。
図１は、本発明のプラズマ処理装置の実施例に係る真空処理装置の構成の概略を示す上面図である。この図において、真空処理装置１００は、図上下方側である前方側に大気ブロック１１０、図上上方側である後方側に真空ブロック１１１の２つのブロックにて構成されており、大気ブロック１１０の背面において接続されている。
大気ブロック１１０は、大気圧下において半導体基板（ウエハ）が取り扱われる箇所であり、装置前面に位置して水平方向に並列に配置されてその上に複数枚の試料としての半導体ウエハが内部に収納可能な容器である収納カセットが搭載可能な複数のカセット台１０１と、これらのカセット台１０１がその前方側に連結または取り付けられ直方体またはこれと見做せる程度に近似した形状を備えた大気側試料搬送室１０２とを備えている。この大気側試料搬送室１０２は、試料が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ウエハが搬送される空間である搬送室を有し、この搬送室内には試料を先端部上に載せて保持したアームを伸縮させて移動して試料を搬送する搬送用ロボット（図示しない）が配置されている。
真空ブロック１１１は内部に搬送用ロボットにより搬送された試料が収納されるロック室１０３と、減圧された内部に試料搬送用の空間を有した複数の真空側試料搬送室１０４，１０４’、２つの真空側試料搬送室同士の間に配置されこれらを連結する中間室１０５、各々が内部に試料が搬送されて処理される処理室を有した真空容器を備えた真空処理ユニット１０６，１０７，１０８，１０９を備えている。ロック室１０３は、大気側試料搬送室１０２の背面に接続され他方を真空側試料搬送室１０４と連結された真空容器である。
真空側試料搬送室１０４は、上方から見て矩形またはこれに近似した形状を有して図上当該矩形の左右の辺に相当する図上左右側の側面には真空処理ユニット１０６，１０７が連結されるとともに、残り１辺である図上上方の面である背面が中間室１０５と連結されている。さらに、中間室１０５は、内部に試料が収納される空間である収納室を有し、図上下方の端部において真空側試料搬送室１０４の背面と、図上上端部において真空側試料搬送室１０４’と接続されてこれらを連結している。真空側試料搬送室１０４’は、真空側試料搬送室１０４と同様に左右の側面において真空処理ユニット１０８，１０９が取り付けられ連結されている。
このように真空ブロック１１１が大気ブロック１１０と連結されることで試料収納カセットと各真空処理ユニットが連結され、すなわちウエハを真空処理ユニットに供給可能となっている。本実施例においては、真空処理ユニット１０６，１０７，１０８をエッチング処理ユニット、真空処理ユニット１０９をアッシング処理ユニットとして説明するが、実際のプラズマ処理装置においては、要求される処理工程毎に装置構成が異なるためこの限りではない。
ロック室１０３は、図示しないロータリーポンプ等の真空排気装置と連結されており、ロック室１０３内に配置された試料を収納可能な空間の圧力を大気圧またはこれに近似した圧力値と所定の真空度の低い圧力値との間で可変に調節可能に構成されている。また、試料の収納室は複数備えられるか各々が試料を収納可能な複数の領域に区画され、各々の内部には、試料がその上面に保持される台または試料はその外周端部を載せられて保持されるラックが配置され、試料が保持された状態で内部の圧力が変更される。
真空側試料搬送室１０４，１０４’は、平面形状が多角形（本実施例では四角形）を有した真空容器により構成され、ロック室１０３と同様に真空排気装置（図示しない）と連結されて内側の試料が保持され搬送される空間である真空搬送室内が所定の真空度の低い圧力に維持される。各々の真空側試料搬送室１０４，１０４’の真空搬送室内の水平方向について中央部にはアーム上に載せられた試料を搬送する装置である真空搬送用ロボット（図示せず）が配置されている。これらの真空搬送用ロボットにより、回転動作およびアームを伸縮動作を行って真空側試料搬送室１０４においてはロック室１０３と処理ユニット１０６，１０９との間およびロック室１０３と中間室１０５との間で、真空側試料搬送室１０４’においては中間室１０５と処理ユニット１０７，１０８との間で試料が搬送される。
中間室１０５は、真空処理装置１００の前後方向の端部が真空側試料搬送室１０４，１０４’と連結され、その内側の空間が各々の真空搬送室と連通された真空容器により構成されている。中間室１０５内部の空間は上下方向に間隔を開けて複数枚の試料が収納される空間であって各々の試料が上面に載せられる複数の試料台または試料の外周端部が載せられて試料を支持するラックを有している。
またロック室１０３の前後方向の２つの端部と大気側試料搬送室１０２及び真空側試料搬送室１０４の内部の搬送室との間には、図示しないアクチュエータ等駆動装置により駆動され上下方向に移動してロック室１０３内部の収納空間と搬送室との間を連通する試料の通路の端部を開放および気密に閉塞するゲートバルブが配置されている。同様の構造と動作機能とを備えたゲートバルブが、中間室１０５と真空側試料搬送室１０４，１０４’との各々の間、さらには真空側試料搬送室１０４と処理ユニット１０６，１０９との間および真空側試料搬送室１０４’と処理ユニット１０７，１０８との各々の間にも配置され、これら内部の試料の収納室及び搬送室の間、あるいは搬送室と処理ユニットの真空容器内部の処理室との間を連通する試料の通路の端部を開放および気密に閉塞するゲートバルブが配置されている。各ゲートバルブは試料が通路を通り搬送される際には開放され、試料の搬送が終了した後に気密に通路を閉塞して各々の真空容器部の試料の収納用の空間を密封して当該空間内部が所定の真空度の低い圧力に維持可能に構成されている。
ロック室１０３及び中間室１０５は、処理前あるいは処理後の試料が一時的に収納された後に真空処理装置１００の前後方向について試料が搬送される領域である。これらの未処理の試料が後方に搬送される方向をロード側、処理済みの試料が前方に搬送されるアンロード側として区別することができる。
なお、本実施例では、中間室１０５を構成する真空容器にはロータリーポンプ等の真空排気装置の入り口に連結された管路は接続されておらず、中間室１０５内部の収納空間は前後端側に配置された少なくとも何れかのゲートバルブが開かれて連通された真空側試料搬送室１０４，１０４’の何れかに接続された真空排気装置の動作により、真空搬送室と併せて排気されることで、中間室１０５内部の収納空間は真空搬送室内部と同一またはこれと見做せる程度に近似した圧力にされる。
このような真空処理装置１００において、カセット台１０１上に設置されかつ大気側試料搬送室１０２と連結された試料収納カセットに収納された複数枚の試料各々は、大気側試料搬送室１０２内に配置された搬送用ロボットの動作によりそのアーム先端部の保持部上面に載せられて一枚ずつロック室１０３内部に搬送される。この際、ロック室１０３内部は搬送用ロボットアームの進入に合わせて真空処理装置１００の前方側（アンロード側）の大気側試料搬送室１０２に面したゲートバルブが開放され、ロック室１０３内部の収納空間と大気側試料搬送室１０２内の大気搬送室とが連通され、当該大気搬送室内部と同じ大気圧またはこれに近似した値の圧力にされている。試料がロック室１０３内部の保持台またはラックに載せられた後、上記したゲートバルブが閉塞されて収納空間が密封された後、備えられた所定の真空度の値まで減圧される。
ロック室１０３内の収納用の空間の圧力が真空側試料搬送室１０４内の真空搬送室と同じかこれと見做せる程度に近似した値になったことがロック室１０３に備えられた図示しない検知器の出力から検出された後、真空処理装置１００の後方側（ロード側）の真空側試料搬送室１０４内部に面したゲートバルブが開放され、真空側試料搬送室１０４内部の真空搬送室内に配置された搬送用ロボットのアームが伸長してロック室１０３内に収納された試料をアーム先端部に載せて真空搬送室に搬出する。アームを収縮させた搬送用ロボットは真空搬送室内で自らの上下方向の軸周りに回転して旋回し、試料が試料収納カセットから搬出される前に予め定められた目標の箇所である中間室１０５または処理ユニット１０６乃至１０９の何れかに試料を対向させた位置からアームを伸長させて当該目標の箇所にアーム先端部の試料を進入させて搬入する。中間室１０５に搬送された未処理の試料は、ロック室１０３に搬入された未処理の試料と同様に、真空側試料搬送室１０４’内部の真空搬送室内に配置された搬送用ロボットによって、予め定められた目標の箇所である処理ユニット１０８，１０９の何れかに搬送される。
目標の処理ユニットの真空容器内部の処理室内に搬入された試料は、当該処理室内で予め定められた条件で当該試料表面に配置された処理対象の膜層のエッチング等の処理を施された後、説明したものと逆の経路上をロック室１０３まで搬送されて戻される。処理済みの試料がロック室１０３内に搬入される際は、ロック室１０３の真空側試料搬送室１０４内の真空搬送室に面するゲートバルブは開放されて当該真空搬送室と連通されており、当該試料が内部の試料台またはラック上に保持された後、搬送用ロボットのアームが退室しゲートバルブが閉塞されてロック室１０３内の収納用空間が密閉される。当該収納用空間内にガス供給装置によって窒素等の希ガスが供給されて内部の圧力が大気圧またはこれに近似した値の圧力まで加圧された後、大気側試料搬送室１０２側のゲートバルブが開放され、ロック室１０３内に収納された処理済みの試料が大気側試料搬送室１０２内部の搬送ロボットにより元の試料収納カセット内部の収納用空間の元の位置に戻される。
また、上記の説明では、試料を単一の処理ユニットに搬送して処理する場合の真空処理装置１００の動作を説明した。試料に施す処理の工程の条件に応じて試料を複数の処理ユニットに順次搬送して各々で処理を実施する場合や、処理ユニット１０６乃至１０８の少なくとも１つに搬送して試料のエッチング処理を施した後に当該試料を処理ユニット１０９に搬送してアッシング処理を実施することも可能である。また、処理ユニット１０６乃至１０８で実施される試料のエッチング処理は、単一の膜層を単一条件で実施されても良く、或いは単一の膜層或いは複数の膜層に対して複数の条件、複数に分けられた工程を順次実施しても良い。
次に、図１に示す本実施例の真空処理装置１００の真空処理ユニット１０６乃至１０８のうちの１つの処理ユニット１０６について、図２を用いて説明する。図２は、図１に示す実施例に係る真空処理装置の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。特に本図では、真空容器及びその周囲の部分の構成を拡大して示している。
本図に示す処理ユニット１０６は、大きく上下に分けて、上方に配置された真空容器部２００と下方に配置された当該真空容器部を支持する架台を備えた直方形状を有するベッド部（図示しない）とを備えている。図２は、上方の真空容器部２００を拡大してその主要部を図示している。真空容器を構成する真空チャンバ２１０の内部にはその内側の空間でプラズマが形成される処理室２１１が配置されている。
処理室２１１の上方には、処理室２１１内部でプラズマを形成するために導入される電界を形成する電界発生器を含む電界源部２１２と、電界源部２１２で形成された電界の電力が伝播されて供給されるアンテナ部材及び電界との相互作用で処理室２１１内に導入され試料の処理に用いるプロセスガスを励起してプラズマを生成する磁界の発生器を含む放電部２１３が配置されている。なお、本実施例の放電部２１３は、アンテナ部材と共に真空チャンバ２１０の上部を構成して処理室２１１を外部の大気圧にされた雰囲気と気密に封止する蓋部材を含んでいる。処理室２１１のプラズマが形成される放電用空間の下方には半導体ウエハ等の基板状の試料がその上面に載置される円筒形を有した試料台２１４が配置されている。
また、真空チャンバ２１０の下方には、当該真空チャンバ２１０の底面の部材と連結され処理室２１１と連通されたターボ分子ポンプ等の真空ポンプ２２７を含む排気部２１５が配置されている。排気部２１５の動作により、処理室２１１内のプラズマや反応生成物等の粒子が試料台２１４の直下方に配置された排気用の開口を通して処理室２１１外に排出され、処理室２１１内部の圧力が低減される。真空容器部２００の下方に位置してこれを支持する複数の支持柱が上面上方に接続されたベッド部の内部には、真空容器部２００に電力を供給する電源や当該電力や処理ガス、冷却用冷媒、操作用Ａｉｒ等の流体の供給を調節する制御装置が配置されている。
この図において、真空チャンバ２１０の図上左端部は真空側試料搬送室１０４に接続されている。本実施例の真空側試料搬送室１０４内部の真空搬送室内には、処理室２１１と当該真空搬送室との間を連通する試料の通路であるゲートの真空搬送室側の端部を開閉するゲートバルブ２１６が配置され、さらに真空チャンバ２１０内部には別のゲートバルブであるプロセスゲートバルブ２１７が配置されている。ゲートバルブ２１６及びプロセスゲートバルブ２１７が共に開放された状態で、試料が処理室２１１内に搬送され試料台２１４に受け渡される。プロセスゲートバルブ２１７が処理室２１１内部を密閉した状態で試料の処理が開始される。
処理室上部に配置された放電部２１３は、真空チャンバ２１０の上部を構成する円板または円筒形状を有した蓋部材２１８と、この蓋部材２１８の処理室２１１側に配置されたアンテナ部材を備えている。さらに、蓋部材２１８の上方及び外周縁の外周側に配置された電磁コイル及びヨークを有した磁場発生器２１９と、アンテナ部材の下方に配置され処理室２１１の天井面を構成する天面部材とを備えている。
蓋部材２１８の上方にはアンテナ部材に供給されるＶＨＦ帯の高周波の電界を形成する高周波電源２２０及び整合器２２１を備えた電界源部２１２がアンテナ部材と電気的に接続されて配置されている。アンテナ部材はＳＵＳ等金属の導電性を有した部材で構成された蓋部材２１８の処理室２１１側に配置され円板形状を有したアンテナ２２２と、当該アンテナ２２２と蓋部材２１８との間に配置されてこれらの間を絶縁する誘電体部材２２３を備えている。誘電体部材２２３はアンテナ２２２の上方で蓋部材２１８との間に配置された部材とアンテナ２２２の外周側で蓋部材２１８との間に配置され当該アンテナ２２２から放出される高周波の電界がその内部を通って天面部材の側に伝播するリング形状を有した部分を備えている。
天面部材は、アンテナ２２２の下方に配置され誘電体部材２２３の内部を伝播されてきた電界が下方に向けて放出される石英等の誘電体で構成された石英プレート２２４と、この石英プレート２２４の下方に配置されてその下面が処理室２２１に面し、試料の処理のために導入される複数の種類の物質が所定の組成の比率で混合されたプロセスガスが処理室２２１内部に均一に分散してシャワー状に分散導入するための複数のガス導入孔が配置されたシャワープレート２２５とを有している。
なお、図示していないが、本実施例の処理ユニット１０６乃至１０８の各々は、各々の真空容器部２２０の外部に配置されたプロセスガスを構成する複数の物質のガス各々を内部に貯めた複数のガス貯留部及びこれらガス貯留部と真空チャンバ２１０とを接続する管路並びに管路上に配置されて管路を通流するプロセスガスの流量または速度を調節する調節器（マスフローコントローラ、Ｍａｓｓ Ｆｌｏｗ Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ、ＭＦＣ）とを備えたガス供給手段を備えている。試料の処理用のプロセスガスは、ガス供給手段の動作により、蓋部材２１８に接続された管路を通して真空チャンバ２１０に導入されアンテナ２２２または石英プレート２２４に備えられた複数の導入口を通り分散しつつシャワープレート２２５上面と石英部レート２２４との間の隙間に導入される。石英プレート２２４とシャワープレート２２５との間には溝等の空間が配置され、導入されたプロセスガスが当該空間にこの空間に充填され拡散した後、所定の流量でシャワープレート２２５のガス導入孔を通して処理室２２１内に試料台２１４の上方から供給される。
試料の処理の際には、電界源部２１２の高周波電源２２０からの高周波の電界がアンテナ部材から天面部材を通して伝播されて処理室２１１内に導入されると共に磁場発生器２１９において形成された磁界が処理室２２１内に導入される。これらの電界と磁界とが相互に作用して処理室２１１内のプラズマの原子または分子が励起され、電離、解離して処理室２１１内にプラズマが形成される。このプラズマを用いて試料台２１４上面上方に載せられて保持された試料上面の処理対象の膜層にエッチング処理が施される。
一方、本実施例の試料台２１４下方の真空チャンバ２１０の底部には、処理室２１１に面して開口２２６が配置されている。開口２２６と排気ポンプ２２７の入り口との間は排気用の管路により連結されて処理室２２１と排気ポンプ２２７の入り口とが連通され、処理室２２１と排気用の管路上に配置された当該排気用の管路の流路面積を増減して排気の流量または速度を調節する真空排気バルブ２２８を含む排気部２１５とが連通されている。真空排気バルブ２２８は排気用の管路を横切る軸が中心を通る板状の部材を備えた複数のフラップを備えたバルブを有してフラップが軸周りに回転することにより管路の流路面積を増減してバルブの開度を調節し排気のコンダクタンスを調節する機能を備えている。シャワープレート２２５のガス導入孔から導入されるプロセスガスの流量、速度と排気ポンプ２２７を含む排気部２１５の協調した動作によって、密閉された処理中または試料の搬送中の処理室２１１の内部の圧力が所定の範囲内の値に維持される。
さらに、試料台２１４及び真空チャンバ２１０内部の構成について、図３と共に説明する。本実施例の真空チャンバ２１０はその内側に１つ以上の別のチャンバを有した多重チャンバを備えている。本実施例では、内外２つのチャンバを有しており、すなわち、外側の容器である真空チャンバ２１０の内側に、内側の容器を構成する２分割されたインナーチャンバ２２９，２３０が備えられている。
円筒形状を備えた内側の容器であるインナーチャンバ２２９，２３０は処理室２１１の周囲を囲んで内周側壁を構成し、これらの内側に試料台２１４が配置されている。処理室２１１内に導入されたプロセスガスとこれを用いて形成されたプラズマ及び試料の処理中に処理室２１１内に形成された反応生成物は試料台２１４の外周側壁とインナーチャンバ２２９の内周側壁との間の空間及び試料台２１４下方のインナーチャンバ２３０により囲まれた処理室２１１の空間を通して開口２２６から排気される。なお、インナーチャンバ２２９，２３０の内側の壁面と試料台２１４表面との間の空間は、試料台２１４上方のプラズマが形成される空間と連通されており、同様な真空度の圧力の値に調節される。
本実施例に示すインナーチャンバ２２９，２３０は導電性を備えた金属等の部材を用いて構成され、外側の容器であって図示しない接地された電極と配線等により電気的に接続された真空チャンバ２１０と電気的に接続され、所定の電位（本例では接地電位）にされる。このことにより、内側の処理室２１１の内周側壁を構成し処理室２１１内で形成されたプラズマに接するインナーチャンバ２２９，２３０曵いてはプラズマの電位が所定の範囲内の値に維持され、プラズマを用いた処理室２１１内での試料の処理、或いはプラズマの粒子とのインナーチャンバ２２９，２３０及び試料との間の相互作用の量や特性が安定化される。
本実施例では、インナーチャンバ２２９は金属等の導電性を有した部材から構成されその上端部に配置されたフランジ部の下面おいて同じく金属等導電性を有した部材から構成された試料台ベースプレート２３１の開口部の内周縁部と接続され、当該試料台ベースプレート２３１を通して接地電位にされた真空チャンバ２１０と電気的に接続されている。同様に、インナーチャンバ２３０は金属等の導電性を有した部材から構成され、上端部のフランジ部下面あるいは底面が真空チャンバ２１０の底部の内壁面と接して真空チャンバ２１０と電気的に接続されている。
真空チャンバ２１０上部の蓋部材２１８上方に配置された放電部２１３は、その上方に配置された部材が載せられて接している板状の部材である放電ベースプレート２３１を備えている。放電ベースプレート２３１は、図上真空チャンバ２１０の上端部上方に載せられて、上方の蓋部材２１８や磁場発生器２１９、電界源部２１２とともに真空チャンバ２１０に重量を下方に向けて押圧する。
すなわち、蓋部材２１８の下端部に配置され内側を囲んでリング状に配置され外周側に延びるフランジ部の外周縁部は、放電ベースプレート２３１の中央部の開口の内周縁の上部においてこれにリング状に沿って囲む段差部の内側に嵌められる。フランジ部の外周縁部の下面が当該段差部の底面にＯリング等のシール部材２３３を挟んで当接することで、放電ベースプレート２３１に対してその上方に蓋部材２１８が位置決めされる。これらが当接した状態で、内部が減圧された処理室２１１の内側の空間と真空処理装置１００の外部の雰囲気との間がシール部材２３３の働きにより気密に区画されると共に、蓋部材２１８に印加される下向きの重量は放電ベースプレート２３１にも印加される。
さらに、放電ベースプレート２３１の開口の内周縁部の下面は上方のインナーチャンバ２２９の上端部に配置され外周方向に延在するフランジ部の上面に当接する。さらに、蓋部材２１８の外周縁部の下端面が、Ｏリング等のシール部材２３３を挟んで、インナーチャンバ２２９の上記フランジ部上面に当接する。このことにより、蓋部材２１８に下向きに加えられる上方からの力は放電ベースプレート２３１にも印加され、さらにアッパーチャンバ２２９にも印加される。本実施例では、アッパーチャンバ２２９の上端部のフランジ部下面は、試料台２１４を吊下げて支持する複数本（本例では４本）の吊下げ梁２３４の上部が貫通して連結された試料台ベースプレート２３２の中央部に配置された開口の内周縁の上部においてこれにリング状に沿って囲む段差部の内側に嵌められて、真空チャンバ２１０の内部に挿入される。
アッパーチャンバ２２９のフランジ部の下面が試料台ベースプレート２３２の開口部の内周縁の段差部の底面とＯリング等のシール部材２３３を挟んで当接し、アッパーチャンバ２２９が試料台ベースプレート２３２に対して位置決めされる。これらが当接した状態で、内部が減圧された処理室２１１の内側の空間と真空処理装置１００の外部の雰囲気との間がシール部材２３３の働きにより気密に区画されると共に、接した上方の部材からアッパーチャンバ２２９に印加される下向きの力は試料台ベースプレート２３２にも印加される。
さらに、試料台ベースプレート２３２の外周縁部の下面は、真空チャンバ２１０の側壁部分の上端部の上面とＯリング等のシール部材２３３を挟んで当接して放電ベースプレート２３２が真空チャンバ２１０上で位置決めされる。これらが当接した状態で、内部が減圧された処理室２１１の内側の空間と真空処理装置１００の外部の雰囲気との間がシール部材２３３の働きにより気密に区画されると共に、接した上方の部材からの試料台ベースプレート２３２印加される下向きの力は真空チャンバ２１０の側壁部にも印加される。
処理室２１１の内側の空間が排気され減圧されるに伴って、インナーチャンバ２２９が真空チャンバ２１０内部に収納された状態で、インナーチャンバ２２９の側壁部に配置された試料が通過する開口であるゲートを介して連通された真空チャンバ２１０側壁部とインナーチャンバ２２９との間の空間が減圧されるとともに、真空チャンバ２１０上に備えられた試料台ベースプレート２３２と放電ベースプレート２３１及び蓋部材２１８とは、真空チャンバ２１０側壁部を上方から押圧するように下方に微小距離移動して真空チャンバ２１０内部と外部との間の気圧の差による力を真空チャンバ２１０に印加する。さらに、本実施例では、放電ベースプレート２３１が試料台ベースプレート２３２に対してボルト等を用いて締結され接続される際に、放電ベースプレート２３１の開口部の周縁部下面からこれに当接したインナーチャンバ２２９を下方に押し付ける押圧力が印加される共に、試料台ベースプレート２３２の開口部外周側の部分を貫通して配置され横断面が楕円形状を有した吊下げ梁２３４の上端部に配置され径が下方の部分より大きくされたフランジ部の上面は、放電ベースプレート２３１から、これらの間に挟まれて配置された球状あるいは楕円球状の弾性体２５０を介して、下向きに押圧する力を受ける。
この下向きの力を受けて、各吊下げ梁２３４は貫通孔及び試料台ベースプレート２３２に対して下方に僅かな距離移動することで、吊下げ梁２３４上端部のフランジ部下面と試料台ベースプレート２３２との間に挟まれて配置され弾性を有するＯリング等シール部材２３６が押し付けられて変形し、当該シール部材２３６の内側と連通したインナーチャンバ２２９及び真空チャンバ２１０との間の空間と真空容器部２００外部の雰囲気との間を気密に区画させる。
一方、放電ベースプレート２３１がその上方に載せられて真空チャンバ２１０が閉じられていない状態では、吊下げ梁２３４は相対的にシール部材２３６を間に挟んで試料台ベースプレート２３２上面に対して僅かな距離だけ浮き上がった位置に保持され、貫通孔に対して上下方向に変位可能な状態にされている。
上記の作用は、本実施例の１つの吊下げ梁２３４とこれが係合する試料台ベースプレート２３２と放電ベースプレート２３１とに係るものであるが、本実施例では他の吊下げ梁２３４の各々についても、同様の作用を奏する。
処理対象である試料は、インナーチャンバ２２９の側壁部に配置され試料が通過可能な大きさを備えた通路であるゲートを通りインナーチャンバ２２９，２３０の内側に配置された試料台２１４上に搬送される。さらには、本実施例では、処理室２１１内での試料の処理の開始前及び終了後に当該ゲートの開口を開閉してインナーチャンバ２２９内側の処理室２１１とその外側の真空チャンバ２１０の内側の空間とを遮断、連通するゲートバルブと、真空チャンバ２１０は真空側試料搬送室１０４または１０４’と接続された状態で真空側試料搬送室１０４，１０４’内部の真空搬送室と真空チャンバ２１０内部との間を連通する位置に配置されたゲート端部の開口を開閉してこれらの間を遮断、連通するゲートバルブとが備えられ、これらのゲ−トを通り試料が搬送される。
すなわち、本実施例では、駆動されて上下方向に移動して真空容器部２００と真空側試料搬送室１０４または１０４’との間のゲ−ト端部の開口を開放或いは気密に閉塞して処理室２１１と真空真空室とを連通、遮断する弁である大気ゲ−トバルブ２１６と共に、インナ−チャンバ２２９と真空チャンバ２１０との間の空間に配置され、駆動されて上下に移動してインナーチャンバ２２９内側と外側との間を開放或いは気密に閉塞してこれらの間を連通、遮断するプロセスゲートバルブ２１７が備えられている。大気ゲートバルブ２１６は弁体が真空側試料搬送室１０４，１０４’の内部に配置され真空側試料搬送室１０４，１０４’を構成する真空容器の下方に配置された駆動機によって上下方向に駆動されると共に、弁体を上限位置まで上昇させた後に真空側試料搬送室１０４，１０４’の内側側壁に対して水平方向に移動してこれと当接して当該側壁上に配置されたゲートを開放、気密に閉塞する。
また、インナーチャンバ２２９の側壁上に配置されたゲートの開口を開放或いは気密に閉塞するプロセスゲートバルブ２１７はインナーチャンバ２２９と真空チャンバ２１０との間の空間に配置され、その弁体は、真空チャンバ２１０の底部下方に配置された駆動機により上下方向に駆動されて上限位置まで上昇させた後にインナーチャンバ２２９の側壁に対して水平（図上左右）方向に移動して、ゲートの開口周囲のインナーチャンバ２２９側壁面に当接する。弁体の当該側壁に当接する面にはＯリング等のシール部材が配置され、弁体が押し付けられた状態でゲート開口部の内側と外側との間は気密に封止或いは開放される。
本実施例のインナーチャンバは、上下２つの部材を備え、試料台リングベースの上下に２２９，２３０に分けられて配置されている。円筒形状を有した試料台リングベース２３５の上方に配置されたインナーチャンバ２２９は、円筒形状を有してその内径は試料台リングベース２３５と同じ又はこれと見做せる程度に近似した値を有している。
試料台リングベース２３５はその内周側壁が、これより小さな径の円筒形状を有する試料台２１４の外周側壁と当該試料台２１４を上下方向の中心の軸周りに放射状に配置された複数本の支持梁２３７によって連結され接続されている。これら支持梁２３７によって試料台２１４がインナーチャンバ２２９，２３０内の処理室２１１内部のプラズマ形成（放電）用の空間と排気用の開口２２６上方のガス溜まり用の空間との間の上下方向のついての中間の位置に保持されている。試料台２１４を上方から見てその上下方向の中心軸周りの複数の支持梁２３７の放射状の中心軸同士の間の角度は、同じ又はこれと見做せる程度に近似した値にされ、処理室２１１内に導入されたプロセスガスまたは形成されたプラズマ、反応生成物の粒子が、支持梁２３７同士の間であって試料台２１４外周側壁とインナーチャンバ２２９または試料台リングベース２３５との間の空間に分散して下方のインナーチャンバ２３０の内側の空間に流入する際の流量または速度の試料台２１４の中心軸周りについてのバラつきが低減される。
試料台２１４及び支持梁２３５、試料台リングベース２３５の下方に円筒形状を有したインナーチャンバ２３０が真空チャンバ２１０下部中央部の凹み部に嵌め込まれて配置され、その上端部の外周側に延在して配置されたフランジ部が凹み部の内周縁の上端部で凹み部をリング状に囲む段差部に載せられて位置決めされている。インナーチャンバ２３０の中央側部分であって試料台２１４の直下方に配置された配置された円形の開口２２６は、真空排気バルブ２２８、真空ポンプ２２７を備えた排気部と連通され、試料台２１４の周囲を流れて流入したガス等の処理室２１１内の粒子が通過して処理室２１１外に排出される、つまり、排気経路を構成している。
図３に支持梁の配置を示す。図３は、図２に示す実施例に係る真空処理ユニットの真空容器部および試料台の構成の概略を示す横断面図である。本図では、図２において支持梁の上下方向の中間高さの位置の断面を示している。
上方から見て、真空チャンバ２１０は水平方向の断面が矩形状またはこれとみなせる程度に近似した形状を有し、その内部に試料台２１４及び吊下げ梁２３４、試料台リングベース２３５、支持梁２３７を含む試料台モジュールが配置されている。４本の吊下げ梁２３４は試料台リングベース２３５の外周側壁の外側でこれと接続されて、そのうち２つの吊下げ梁２３４同士の間の空間は、真空チャンバ２１０と真空側試料搬送室１０４内の真空搬送室との間を連通する試料の通路であるゲートを通り図上矢印の方向に沿って、試料が試料台２１４上面上方と真空搬送室との間を搬送される空間を構成する。
本図に示すように、本実施例の真空チャンバ２１０内側のおよそ矩形形状の空間、すなわち真空チャンバ２１０とインナーチャンバ２２９または２３０との間の空間の内側に円筒形状の内壁面を備えた試料台リングベース２３５が配置されている。試料台リングベース２３５は、図２にも示す通り、インナーチャンバ２２９，２３０との間でシール部材２３３を挟んで配置されて、支持梁２３７と共に処理室２１１を構成している。また、試料台リングベース２３５の外周側には試料台２１４の上下方向の中心軸に対して支持梁２３７の外側の端部と同様な放射状の位置に吊下げ梁２３４が試料台リングベース２３５と接続されて配置されている。
本図において、円筒形を有した試料台２１４の内部には後述の収納空間２４４が配置され、４本の吊下げ梁２３４各々の内部に配置されたダクト２４５の各々と、吊下げ梁２３４各々の内部に配置された通路を通して連結され連通されている。４本の支持梁２３７は試料台２１４の上方から見てその上下方向の中心の軸の周りに相互の放射状の軸同士の間を等しいまたはこれと見做せる程度に近似した角度を開けて放射状に配置されている。
試料台２１４と試料台リングベース２３５との間の空間であって各支持梁２３７同士の間の空間は、試料台２１４上方の処理室２１１内のガス、プラズマ、生成物等の粒子が流れて試料台２１４下方のインナーチャンバ２３０内側のガス溜まり用の処理室２１１の下部空間に流れる部分である。各支持梁２３７は試料台２１４の上下方向の中心軸周りにその放射方向の軸同士が同じ又は略同じ角度で配置され、これらの間を通り粒子各々が試料台２１４上面の中心から開口２２６まで流れる排気経路の長さは、中心軸周りにバラつきが小さくなるように、また排気経路を構成する支持梁２３７同士の間の空間の上記軸の上方から見た形状が同じかこれと見做せる程度に近似したものとなるように構成されている。このことにより、試料台２１４上に保持されて処理される試料上方の処理室２１１の空間において、プラズマ中の粒子分布が上記中心軸周りについてバラつきが低減され処理の結果としての加工後の形状のバラつきが抑制される。
図４を用いて、真空容器部２００の試料台２１４を含む部分を更に詳細に説明する。図４は、図２に示す実施例に係る真空処理ユニットの真空容器部の試料台及びその周囲の構成の概略を拡大して示す縦断面図である。
本実施例に示す試料台２１４は、試料台はその内部に円板形状を備えた高い熱伝達性を有した金属製の円板である基材２３８と、この円形状の上面上方にこれを覆って配置されたアルミナやイットリアを主成分とする混合材料からなる誘電体製の誘電体膜２３９と、誘電体膜内部に配置された膜状の電極２４０を備えている。この電極には真空チャンバ外に設置された直流電源２４１からフィルター回路(図示しない)を介して直流電圧が印加される。この直流電圧により、誘電体膜を介して電極と試料台載置面上に搭載された試料との間にクーロン力を働かせ試料を静電吸着させる。
また、本実施例は、同心円状または螺旋状の形状を有した流路が基材２３８内部に備えられ、真空チャンバ２１０外部に設置された温調ユニット２４６から温度及び流量（速度）が調節された冷媒等の熱交換媒体がこれらを接続する配管を通して内部の流路に供給されて流路に沿って循環する。これらは試料台２１４と接続された試料台温度調節系を構成し、図示しない制御装置からの指令信号に応じて動作して基材２３８ひいては試料台２１４の温度が所望の温度となるように調節される。本実施例では、試料台温度調節系に循環ラインが１系統のみ備えられているが、基材２３８の内部に複数の流路を形成し各々に連結された複数台の温調ユニット各々が各々で所定の範囲内の温度の冷媒を供給して循環させて、試料または誘電体膜２３９上面の中心から試料の半径方向についての温度の分布を実現しても良い。
上記の通り、試料台２１４は、試料を試料台２１４の上面を構成する誘電体膜２３９上面に試料を静電吸着して保持して試料の温度を制御する性能を向上させる静電吸着装置と、高周波電力により形成したバイアス電位とプラズマとの電位差を用いてプラズマ中のイオン等荷電粒子を試料に誘引して衝突させ処理を特定の方向に促進するためのイオンのエネルギーを調節して異方性を向上させるイオンエネルギーコントローラと、さらに、基材２３８内部に循環させた所定の温度の熱交換媒体と熱交換させることで試料の温度を調節する試料台温度調節系、さらには試料と基材２３８との間の熱伝達を向上させるために試料裏面と誘電体膜２３９上面との間に伝熱ガスを所定の圧力または流量で供給する伝熱ガス供給系とを備えている。誘電体膜２３９上面上に載置された試料は、プラズマを用いた処理中にプラズマからの熱を受けて加熱されるが、熱交換媒体が流路内を循環することで好ましい範囲内の温度に調節されたに基材２３８との間で誘電体膜２３９を介して熱伝達がされることにより、試料の温度が処理に適した範囲内の値に調節される。また、試料の処理対象の面全体にわたりを誘電体膜２３９上面上に静電吸着して保持することで誘電体膜２３９と試料との間の熱伝達が向上し、試料の温度を処理に適した範囲内の値に精度良く実現し温度のバラつきを低減することが可能である。
本実施例では、試料と基材２３８との間の熱伝達を向上するため伝熱ガス供給系を用いている。試料台２１４に連結された伝熱ガス供給系を通して、誘電体膜２３９とこの上に静電吸着されて保持された試料との間に熱伝達性を有するガス、例えば所定の圧力となるように或いは所定の流量となるように調節されたＨｅガスが供給され、試料の温度を所期の範囲内に調節している。伝熱ガス供給系は、図示しない熱伝達性を有するガスのガス溜まりを含むガス源と金属製の基材２３８及びその上の誘電体膜２３９を貫通して配置された複数の貫通孔とこれらを接続する管路及び処理室２１１外部の管路上に配置され管路を通流して供給される伝熱ガスの流量または圧力を調節する伝熱ガス流量調節器２４２とを含む。伝熱ガス供給系の貫通孔の誘電体膜２３９上面の端部は伝熱ガスのガス導入口を構成し、ガス源からの伝熱ガスが、誘電体膜２３９上面に複数個配置された凸部上面に接触して保持された試料の裏面と複数の凸部の上面を除く誘電体膜２３９表面との間の隙間に複数のガス導入口から、伝熱ガス流量調節器２４２の動作により調節されて供給される。
本実施例において、試料台２１４の基材２３８は、真空チャンバ外に設置された高周波電源２４３と図示しない整合器を介して電気的に接続され、当該高周波電源２４３からプラズマ生成用の高周波電力とは異なる周波数の高周波電力が当該整合器を介して基材２３８に供給され、基材２３８及び誘電体膜２３９さらには試料上面上にバイアス電位を形成する。本実施例では、高周波電源２４３から供給される高周波電力はＲＦ周波数帯のもの、例えば４ＭＨｚの周波数のものが用いられている。当該高周波電力の供給により、試料の上面上方に形成された電位とプラズマの電位との差に応じてプラズマ中のイオン等の荷電粒子が試料上面に誘引して試料上面の処理対象の膜層に衝突させイオンアシスト反応を用いることで、異方性エッチング処理が実現されている。
基材２３８の下方には絶縁部材２５１を間に挟んで金属製の板部材２５２が配置されて図示しないボルト、ネジ等によって締結されて一体に接続されている。絶縁部材２５１及び板部材２５２の外周縁は上方の基材２３８と同じ径を有する円形状を備え、連結された状態で基材２３８と同心状に配置されている。板部材２５２は、４本の支持梁２３７が接続され試料台２１４と同心状に配置された円筒形状を有した基礎部分の側壁の上端部上に、Ｏリング等のシール部材を間に挟んでボルト、ネジ等で締結されて一体に連結される。試料台２１４の基礎部分に連結された板部材２５２上に絶縁部材２５１及び誘電体膜２３９を備えた基材２３８が連結されることで、試料台２１１内部の収納空間２４４がその外部の処理室２１１内部から気密に封止されて区画される。
収納空間２４４は、各々の支持梁２３７内部の通路および各支持梁２３７の試料台リングベース２３５を挟んだ外周側に配置された各々の吊下げ梁２３４内部にこれを貫通して配置され支持梁２３７内部の通路に連通されたダクト２４５を介して真空チャンバ２１０外部の雰囲気に連通されて、収納空間２４４内部の圧力が雰囲気のものと同じか僅かに高い値にされている。
収納空間２４４は、少なくとも１つの円筒形状を備えた空間であって、本実施例では当該円筒の中心軸は試料台２１４の上下方向の中心軸と合致またはこれとみなせる程度に近似した位置に配置されている。収納空間２４４、吊下げ梁２３４内部のダクトおよびこれらを連通する支持梁２３４内部の通路には、試料台温度調節系の一部を成し基材２３８内部に配置された流路に温調ユニット２４６からの熱交換媒体を供給し排出する媒体の経路としての配管等の管路、イオンエネルギーコントローラの一部を成し基材２３８に供給されるバイアス電位形成用の高周波電力を供給する経路としてのケーブル及びこれと接続されたコネクタ、誘電体膜２３９内部に配置された静電吸着装置の静電吸着用の電極２４０に直流電力を供給する経路としてのケーブル及びこれと接続されたコネクタ、さらには伝熱ガス供給系の一部を成し誘電体膜２３９上面の複数のガス導入口と連通され伝熱性を有したガスが通流する経路としての配管等の管路が配置されている。
各支持梁２３７の通路の一端は収納空間２４４を構成する試料台２１４の基礎部分の内周側壁に配置された開口に連通し、これら開口を通してダクト２４５内に配置された上記熱交換媒体や伝熱ガスが通流する配管、高周波電力や直流電圧が供給されるケーブルやコネクタが、収納空間２４４の天井面を構成する金属製の板部材２５２を挟んで基材２３８に連結又は接続されている。支持梁２３７の通路の他端は試料台リングベース２３５を貫通して吊下げ梁２３４内部のダクト２４５の下端部と連通されている。各々のダクト２４５の上端部は、試料台ベースプレート２３２上面上方に位置した各々の吊下げ梁２３４の上端部に配置され開口と連通されて真空処理装置１００外部の雰囲気に連通されている。
つまり、ダクト２４５を通して収納空間２４４に配置された試料台温度調節系や伝熱ガス供給系の管路や静電吸着装置やイオンエネルギーコントローラのケーブルや配線は、内部真空チャンバ２１０の外部、例えばベット部等に備えられた直流電源２４１、伝熱ガス流量調節器２４２、高周波電源２４３，温調ユニット２４６と基材２３８及びこれに一体に接合された誘電体膜２３９とに連結され、ガス、電力が試料台２１４に導入される構成となっている。また、雰囲気の圧力またはこれに近似した圧力にされた収納空間２４４と雰囲気とを連通する各ダクト２４５もＯリング等のシール手段によって内外を気密に封止され、減圧される処理室２１１及び真空チャンバ２１０内部の空間と気密に区画される。
図５を用いて、本実施例の吊下げ梁２３４上部の構成について更に詳細に説明する。図５は、図３に示す実施例に係る真空容器部の吊下げ梁の構成の概略を拡大して示す縦断面図である。
本実施例では、試料台リングベース２３５は上下に配置されたインナーチャンバ２２９，２３０とともに処理室２１１の内壁面を構成し、試料台２１１条法に形成されるプラズマに面しプラズマ中の粒子やガス、反応生成物の流れる経路を囲む部材となる。このため、インナーチャンバ２２９，２３０は各々、試料台ベースプレート２３２を介して、或いは真空チャンバ２１０上に載せられて接続されて、接地電位にされた真空チャンバ２１０と同じ電位にされる。
一方、試料台リングベース２３５もインナーチャンバ２２９，２３０と同様に、試料台ベースプレート２３２及びこれを貫通して配置された吊下げ梁２３４を介して真空チャンバ２１０と電気的に接続されて接地電位にされる。このため、試料台ベースプレート２３２に配置され吊下げ梁２３４が内側を貫通する箇所に両者を電気的に接続する金属等の良好な導電性を有した部材から構成された導電コネクタ２４７が備えられている。
本図（ａ）に示すように、真空チャンバ２１０の内外が気密に区画される際に、蓋部材２１８がその上に載せられた放電ベースプレート２３１中央部の開口の内周縁部下面と接触したインナーチャンバ２２９のフランジ部及びこのフランジ部から当該フランジ部下面が載せられた内周縁部の凹み部の上面を通して試料台ベースプレート２３２に下向きの押付力が印加される。さらに、押付力を受けた試料台ベースプレート２３２の外周縁部下面が僅かに下方に変位してこれに対向して配置された真空チャンバ２１０側壁上端部上面とＯリング等シール部材２３３を挟んで接続され、真空チャンバ２１０の側壁上端部に押付力が印加される。なお、上記の下方に向かう押付力は、減圧された処理室２１１または真空チャンバ２１１内部の圧力と真空容器部２００周囲の雰囲気の圧力（大気圧またはこれに近似した値の圧力）との差に応じて印加される力も含まれている。
さらに、試料台ベースプレート２３２の中央部の開口の周囲には吊下げ梁２３４が貫通して嵌められる貫通孔が４箇所に配置され、真空チャンバ２１０の内外が気密に区画された状態で吊下げ梁２３４各々の上部は試料台ベースプレート２３２と当該試料台ベースプレート２３２及びインナーチャンバ２２９のフランジ部を覆ってこれらの上に載せられた放電ベースプレート２３１との間に挟まれて配置される。この状態で、各吊下げ梁２３４の上端部の下部よりも径が大きくされて外周側に延在したフランジ部は、その上面が放電ベースプレート２３１下面から下方に押付力を受けて、各吊下げ梁２３４を試料台ベースプレート２３２に対して下方に少しの距離だけ移動させて当該フランジ部下面と試料台ベースプレート２３２の貫通孔の外周側部分の上面との間に挟まれたＯリング等のシール部材２３６を下方に押し付けて変形させることで試料台ベースプレート２３２下面下方の真空チャンバ２１０内部と試料台ベースプレート２３２上面のシール部材２３６の外側との間を気密に封止する。
すなわち、真空チャンバ２１０の内外が気密に区画されていない状態での吊下げ梁２３４は、弾性を有するシール部材２３６をそのフランジ部と試料台ベースプレート２３２の上面との間に挟み、シール部材２３６は変形していないか気密に封止する性能を発揮しない程度に変形した状態にされ、試料台ベースプレート２３２に対して貫通孔内を図上矢印で示す方向に変位可能に保持されている。一方、真空チャンバ２１０または処理室２１１の内部が減圧された際に大気圧と圧力差による部分含めて放電ベースプレート２３１から押付力を受け下方に押し下げられ、押し潰されたシール部材２３６が真空チャンバ２１０とインナーチャンバ２２９との間の空間と雰囲気との間の気密な封止を保持出来る構成となっている。
図５では、吊下げ梁２３４上部のフランジ部と放電ベースプレート２３１との間に図２で示した弾性体２５０は省かれているが、吊下げ梁２３４上部のフランジ部が放電ベースプレート２３１から弾性体２５０を挟んで押付力を受けても良く、両者が直接接触して押付力を受けても良い。また、上記の吊下げ梁２３４の上下方向についての変位は、処理室２１１または真空チャンバ２１０内部の圧力の増減だけでなく、試料の処理中にプラズマからの熱を受ける試料台２１４あるいはインナーチャンバ２２９，２３０および試料台リングベース２３５の温度によって生じる処理室２１１内壁面を構成する部材の膨張や変位によっても生起される。
各吊下げ梁２３４は、試料台ベースプレート２３２のインナーチャンバ２２９が載せられる中央部の開口の周囲に配置された４つの開口各々を、吊下げ梁２３４外周側壁と試料台ベースプレート２３２の貫通孔の内周側壁との間の隙間を開けて、貫通して配置されている。さらに、吊下げ梁２３４の外周側壁は、金属等の良好な導電性を有した部材で構成され、真空チャンバ２１０と電気的に接続された試料台ベースプレート２３２と導電コネクタ２４７を挟んで電気的に接続されている。
本実施例の導電コネクタ２４７は、金属等の良好な導電性を有した板または線状の部材がその両端の間の箇所を曲げられて縦断面がＶ字状にされたクリップ状の部分が横方向にリング状に連結されて繋げられたものであって、各クリップ状の部分のＶ字の一方の端部が吊下げ梁２３４の外周側壁とその周囲に沿って接触して配置されている。各クリップ状の部分のＶ字の他方の端部は、試料台ベースプレート２３２の下面で貫通孔の内周縁に沿ってリング状に配置されたオサエ２４８，２４９に挟まれて保持されている。詳細には、各Ｖ字の他端部は、試料台ベースプレート２３２の下面に接続された縦断面がＬ字状のオサエ２４９に嵌め込まれた状態で、当該他端部がオサエ２４８とオサエ２４９とに挟まれた状態でオサエ２４８，２４９同士をネジ等で接続することで、導電コネクタ２４７がオサエ２４８，２４９に位置決めされて固定される。
オサエ２４８または２４９が貫通孔の外周縁に沿った試料台ベースプレート２３２下面に外周縁を囲んで取り付けられ電気的に接続された状態で、上方から見て導電コネクタ２４７のＶ字部の一端部は貫通孔の外周縁よりも内側に突出した箇所に位置している。吊下げ梁２３４が貫通孔に挿入された状態で、導電コネクタ２４７のＶ字部の一端は吊下げ梁２３４の金属製の外周側壁と摺動可能な状態で接触するように配置される。このことにより、真空チャンバ２１０の内部が減圧されて真空容器部２００の内外が気密に封止される或いは真空チャンバ２１０の内部が大気圧またはこれとみなせる程度に近似した圧力にされた後に放電ベースプレート２３１が上方に持ち上げられて当該内部が大気に開放される際に吊下げ梁２３４が上下方向の微小距離だけ移動しても、これに追随して導電コネクタ２４７と吊下げ梁２３４の外周側壁との接触及び電気的な接続が維持される。
本実施例において、導電コネクタ２４７の各々のクリップ状部分は上下方向について逆Ｖ字状にされ、Ｖ字の一端部は吊下げ梁２３４の外周側壁に対して断面が凸状に曲げられた断面を有し外周側壁の外周側（遠ざかる側）に曲げられている。導電コネクタ２４７の断面が凸状の曲面を有した箇所で吊下げ梁２３４の外周側壁と接触することにより、両者の相対的な摺動が容易にされている。さらに、面同士で接触させることにより上記の摺動の際にも相対的に大きな接触面積が確保され吊下げ梁２３４及び試料台リングベース２３５の試料台ベースプレート２３２或いは真空チャンバ２１０との電気的な接続が維持される。
本実施例において、蓋部材２１８を含む放電部２１３と、インナーチャンバ２２９，２３０、放電ベースプレート２３１、試料台ベースプレート２３２、吊下げ梁２３４、試料台リングベース２３５、導電コネクタ２４７、オサエ２４８，２４９は良好な導電性を有した部材で構成され、真空チャンバ２１０に対して電気的に接続され、所定の電位にされている。本実施例では、接地電位にされている。さらに、吊下げ梁２３４の外周側壁は、プロセスゲートバルブ２１７の開放時に処理室２１１内部からインナーチャンバ２２９外部に浮遊する反応生成物あるいはガスの粒子に曝され、これらの粒子あるいはこれらの粒子と腐食等の相互作用により生じた生成物が付着した後、搬送される試料に再度付着し汚染してしまう虞が有る。このため、本実施例では、吊下げ梁２３４の外周側壁は耐食性の高い金属、例えばＳＵＳやチタンから構成された部材が用いられている。このことにより、耐食性が向上すると共に、摺動による磨耗が低減される。
以上のように、本実施例によれば、試料台２１４上面上方から試料台２１４下方の開口２２６に至る処理室２１１内のプラズマ等の粒子の流れの量や速度等の試料台２１４の周方向についてのバラつき、曵いては試料の処理の周方向についてのバラつきが低減され、安定した処理が実現される。また、真空チャンバ２１０内部の耐食性や寿命等の信頼性を向上させ、長期間に渡り再現性低下やプラズマ処理装置同士の間での試料の処理の性能や処理の結果の差を抑制出来る。
１００…真空処理装置
１０１…カセット台
１０２…大気側試料搬送室
１０３…ロック室
１０４、１０４’…真空側試料搬送室
１０５…中間室
１０６…真空処理ユニット
１０７…真空処理ユニット
１０８…真空処理ユニット
１０９…真空処理ユニット
１１０…大気ブロック
１１１…真空ブロック
２００…真空容器部
２１０…真空チャンバ
２１１…処理室
２１２…電界源部
２１３…放電部
２１４…試料台
２１５…排気部
２１６…ゲートバルブ
２１７…プロセスゲートバルブ
２１８…蓋部材
２１９…磁場発生器
２２０…高周波電源
２２１…整合器
２２２…アンテナ
２２３…誘電体部材
２２４…石英プレート
２２５…シャワープレート
２２６…開口
２２７…真空ポンプ
２２８…真空排気バルブ
２２９，２３０…インナーチャンバ
２３１…放電ベースプレート
２３２…試料台ベースプレート
２３３…シール部材
２３４…吊下げ梁
２３５…試料台リングベース
２３６…リング
２３７…支持梁
２３８…基材
２３９…誘電体膜
２４０…電極
２４１…直流電源
２４２…伝熱ガス流量調節器
２４３…高周波電源
２４４…収納空間
２４５…ダクト
２４６…温調ユニット
２４７…導電コネクタ
２４８…オサエ1
２４９…オサエ２
２５０…弾性体
２５１…絶縁部材
２５２…板部材。

Claims (5)

  1. 真空容器を構成する接地された真空チャンバおよびこの真空チャンバの上部に配置された蓋部材と、前記真空チャンバ内に配置され内部の室内に処理ガスが供給されてプラズマが形成され前記真空チャンバから取り外し可能な内側チャンバと、内側チャンバ内でその中心部に配置されその上面にウエハが載置される試料台と、前記試料台下方の前記内側チャンバ底部の中央部に配置されこの内側チャンバ内部が排気される排気開口と、前記真空チャンバの下方で前記試料台の下方に配置され前記排気口と連通して前記内側チャンバ内部を排気する排気ポンプと、前記内側チャンバ内に配置され前記試料台の下方の周囲にリング状に配置され水平方向に延在する支持梁を介して当該試料台と連結された試料台リングベースと、前記真空チャンバと内側チャンバとの間の空間に上下方向に延在して配置され前記試料台リングベースと連結され前記試料台を吊り下げて上方から支持する吊下げ梁と、この吊下げ梁および前記支持梁との内側に配置され前記試料台内部に供給される液体が通流する配管とを備え、
    前記真空チャンバ上に前記蓋部材が載せられてその内側が気密に封止された状態で、前記内側チャンバは前記試料台リングベース上に載せられてその内側が前記真空チャンバとの間で気密に封止されると共に真空チャンバの外部との間で気密に封止され、前記吊下げ梁はその上部が前記真空チャンバ上部を構成して内部を覆う試料台ベースプレートと前記真空容器の蓋部材との間で挟まれた間を上下方向に移動可能に保持され、前記試料台ベースプレートと前記吊下げ梁のＳＵＳ製の前記上部部材との間で挟まれて前記試料台ベースプレートに保持された導電コネクタとを備えたプラズマ処理装置。
  2. 請求項１記載のプラズマ処理装置であって、前記蓋部材の下方に配置された前記内側チャンバ内部の前記試料台上方の空間にプラズマを形成するための第１の高周波電力が供給される円板状の電極及びこの板状の円板状の電極の外周側にリング状に配置され接地電位にされる接地部材とを備え、この接地部材と前記試料台ベースプレートとが電気的に接続されたプラズマ処理装置。
  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、前記内側チャンバが、その上端部に配置されたフランジ部を有し前記蓋部材が載せられた状態で前記試料台ベースプレートと蓋部材との間で当該フランジ部が挟まれて位置が固定されるものであって、前記試料台リングアース上端部が前記内側チャンバの下端部下方で封止部材を挟んで当該下端部とすき間をあけて保持されるプラズマ処理装置。
  4. 請求項１乃至３に記載のプラズマ処理装置であって、前記試料台ベースプレートと前記接地部材との間に封止部材が配置され真空チャンバの内部が外部から気密に封止され、前記導電コネクタが気密に封止された前記真空チャンバの内部に位置するプラズマ処理装置。
  5. 請求項１乃至４に記載のプラズマ処理装置であって、前記吊下げ梁が、前記ＳＵＳ製の上部部材の下方に配置されたアルミニウムまたはその合金製の下部部材を備え、前記上部部材の下端部が前記内側チャンバに配置され前記プラズマを用いて処理されるウエハが搬送される開口の上方に位置するプラズマ処理装置。
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