JP4833143B2 - 基板処理装置 - Google Patents

Description

本発明は基板処理装置に係り、特にプラズマを利用してシリコンウエハ等の被処理基板に所定の処理を行う基板処理装置に関する。

図５を用いて従来の基板処理装置を説明する。ここでは、バッチ式のプラズマプロセスを用いて複数の被処理基板を一括してプラズマ処理する縦型処理炉を一例として説明する。

縦型処理炉には、開口部２２０を有する処理室２０１と、処理室２０１内にガスを供給するガス導入ポート３２０と、処理室２０１内を排気する排気管３１７及び真空ポンプ３１９とが設けられており、処理室２０１はガスを供給しつつ排気するように構成されている。

処理室２０１の開口部２２０から基板保持具としてのボート２１７が処理室２０１内に挿入されるようになっており、ボート２１７は処理室２０１内で複数のウエハ２００を保持するように構成されている。

ボート２１７にはウエハ２００を載置する板状の第１サセプタ電極３０５及び第２サセプタ電極３０６が交互に積層されており、第１、第２サセプタ電極３０５、３０６はその電極間でプラズマを発生できるように構成されている。ボート２１７は回転板としてのキャップ受３０９上に載置されている。キャップ受３０９にはモータ３６７により回転駆動される回転軸３６６が連結されており、回転軸３６６はボート２１７を処理室２０１内で回転自在に支持できるように構成されている。

また、回転軸３６６は、処理室２０１の開口部２２０を塞ぐ蓋体としてのシールキャップ２１９に磁気シール３６９を介して軸支されている。シールキャップ２１９はボート２１７を処理室２０１内に挿入したとき処理室２０１を気密に閉塞するとともに、回転軸３６６を回転自在に軸支するように構成されている。

前述したキャップ受３０９の下側に、キャップ受３０９と電気的に絶縁された端子受３５１、３５２が設けられており、端子受３５１、３５２は高周波（ＲＦ）フィーダ３５３、３５４を介して第１サセプタ電極３０５及び第２サセプタ電極３０６に電気的に接続されるように構成されている。

シールキャップ２１９の下方には、ガイド軸３６５、３６５に嵌合された可動板３６４が配設されており、可動板３６４はガイド軸３６５、３６５によりシールキャップ２１９に対して上下移動自在に支持されるように構成されている。シールキャップ２１９と可動板３６４との間にはシリンダ３６３が設けられており、シリンダ３６３は可動板３６４を上下移動させるように構成されている。

可動板３６４にはシールキャップ２１９を貫通する第１、第２ＲＦ導入端子３６１、３６２が設けられており、処理室２０１の内部側の第１、第２ＲＦ導入端子３６１、３６２は、シリンダ３６３による可動板３６４の上下移動に伴ってシールキャップ２１９から出没して端子受３５１、３５２に接触、非接触するように構成されている。

シールキャップ２１９及び可動板３６４との間には、第１、第２ＲＦ導入端子３６１、
３６２を囲むようにフランジ付きのベローズ３５５、３５５及び絶縁シール３６８、３６８が設けられており、フランジ付きのベローズ３５５、３５５及び絶縁シール３６８、３６８は、第１、第２ＲＦ導入端子３６１、３６２の上下移動を、シールキャップ２１９及び可動板３６４との電気的絶縁を保持しつつ気密に行えるように構成されている。

処理室２０１の外部側の第１、第２ＲＦ導入端子３６１、３６２には整合器３１６を介して発振器３１５が接続されており、発振器３１５は、第１、第２ＲＦ導入端子３６１、３６２、端子受３５１、３５２、ＲＦフィーダ３５３、３５４を介して、処理室２０１内の第１、第２サセプタ電極３０５、３０６にＲＦ電力をそれぞれ印加できるよう構成されている。

このような構成において、ＲＦ電力を第１、第２サセプタ電極３０５、３０６に印加してプラズマを生成するときは、ボート２１７の回転を停止した状態で、シリンダ３６３の動作により第１、第２ＲＦ導入端子３６１、３６２をボート２１７のキャップ受３０９の下面に設けられた端子受３５１、３５２に接触させて、ＲＦ電力をサセプタ電極３０５、３０６に通電可能な状態とする。ＲＦ電力をサセプタ電極３０５、３０６に通電可能な状態とした後、発振器３１５の出力する交流電力を整合器３１６を介してサセプタ電極３０５、３０６間に供給する。ＲＦ電力は端子受３５１、３５２を介して各サセプタ電極３０５、３０６に印加され、サセプタ電極３０５、３０６間にプラズマが生成される。サセプタ電極３０５、３０６間に生成されたこのプラズマによりウエハ２００が処理される。

また、プラズマを生成しないときは、ボート２１７全体を回転させた状態でウエハ２００が処理される。ボート２１７を回転させることで、処理室２０１内のガス流れが均一になりウエハ２００の処理の均一性が改善される。

しかしながら、上述した従来技術では、プラズマ生成時に基板保持具の回転を停止するため、被処理基板のプラズマ処理の均一性が悪化し、面内均一性が低下するという問題があった。

本発明の課題は、上述した従来技術の問題点を解消して、被処理基板のプラズマ処理の面内均一性を向上することが可能な基板処理装置を提供することにある。

本発明の第１の態様によれば、開口部を有し内部に処理室を形成する処理室と、前記開口部から前記処理室内に挿入され、被処理基板を保持する基板保持具と、前記基板保持具を支持するとともに前記開口部を気密に閉塞する蓋体と、前記処理室内にガスを供給するガス供給手段と、前記処理室内を排気する排気手段と、前記基板保持具に積層されるプラズマ生成用の少なくとも１対の電極であって、該電極間に前記被処理基板が配置される第１電極及び第２電極と、前記蓋体を貫通して前記処理室内で前記基板保持具を回転自在に支持するための回転軸と、前記回転軸の中を通って前記処理室の内部に導入され前記第１電極と前記第２電極とにそれぞれ電気的に接続される第１電力供給ライン及び第２電力供給ラインと、前記回転軸の中を通って前記処理室の外部に導出される前記第１電力供給ライン及び第２電力供給ラインにそれぞれ接続される第１回転コンデンサ及び第２回転コンデンサと、前記第１回転コンデンサ及び第２回転コンデンサを介して、前記第１電極及び第２電極に異なる位相の高周波電力を別々に供給する高周波電力供給手段と、を備えた基板処理装置が提供される。

本発明の第２の態様によれば、開口部を有し内部に処理室を形成する処理容器と、前記
処理室内にガスを供給するガス供給手段と、前記処理室内を排気する排気手段と、前記開口部から前記処理室内に挿入され被処理基板を保持する基板保持具と、前記基板保持具に積層されるプラズマ生成用の少なくとも１対の電極であって、該電極間に前記被処理基板が配置される第１電極及び第２電極と、前記基板保持具を前記処理室内で回転自在に支持するための筒状の回転軸と、前記筒状の回転軸を回転自在に軸支し前記開口部を閉塞する蓋体と、前記筒状の回転軸内の中心に挿通されて前記処理室の内部で前記第１電極に電気的に接続される導電性の第１回転軸と、前記第１回転軸を同心状に囲むように前記筒状の回転軸内に挿通されて前記第２電極に電気的に接続される導電性で中空の第２回転軸と、前記第１回転軸と第２回転軸との間、及び第２回転軸と前記筒状の回転軸との間を絶縁する絶縁体と、前記第１回転軸及び前記第２回転軸を介して第１電極及び前記第２電極間に異なる位相の高周波電力を別々に供給する高周波電力供給手段と、を備えた基板処理装置が提供される。

本発明によれば被処理基板のプラズマ処理の面内均一性を向上することができる。

次に、本発明の好ましい実施の形態を説明する。
本発明の好ましい実施の形態では、ウエハが載置される第１、第２サセプタ電極をボートに積載し、ボートに連結される回転軸を回転させ、処理ガスがウエハに対して均一に流れるようにした。
第１、第２サセプタ電極へ電力供給を行うにあたり、第１、第２サセプタ電極に第１、第２回転コンデンサを介して、異なる位相の高周波電力を別々に供給することにより、ウエハを回転しながら高密度プラズマで処理できるようにした。
また、ボートに連結される回転軸を筒状の回転軸として、この筒状の回転軸内に相互に絶縁された導電性の第１、第２回転軸を通し、これら第１、第２回転軸を介して第１、第２サセプタ電極間に異なる位相の高周波電力を別々に供給することにより、ウエハを回転しながら高密度プラズマで処理できるようにした。

本発明を実施するための最良の形態において、基板処理装置は、一例として、半導体装置（ＩＣ）の製造方法における処理工程を実施する半導体製造装置として構成されている。尚、以下の説明では、基板処理装置として基板に酸化、エッチング、拡散処理やＣＶＤ処理などを行なう縦型の装置（以下、単に処理装置という）を適用した場合について述べる。図２は、本発明に適用される処理装置の斜透視図として示されている。また、図３は図２に示す処理装置の側面透視図である。

図２および図３に示されているように、シリコン等からなるウエハ（被処理基板）２００を収納したウエハキャリアとしてフープ（基板収容器。以下ポッドという。）１１０が使用されている本発明の処理装置１００は、筐体１１１を備えている。筐体１１１の正面壁１１１ａの正面前方部にはメンテナンス可能なように設けられた開口部としての正面メンテナンス口１０３が開設され、この正面メンテナンス口１０３を開閉する正面メンテナンス扉１０４、１０４がそれぞれ建て付けられている。

筐体１１１の正面壁１１１ａにはポッド搬入搬出口（基板収容器搬入搬出口）１１２が筐体１１１の内外を連通するように開設されており、ポッド搬入搬出口１１２はフロントシャッタ（基板収容器搬入搬出口開閉機構）１１３によって開閉されるようになっている。

ポッド搬入搬出口１１２の正面前方側にはロードポート（基板収容器受渡し台）１１４が設置されており、ロードポート１１４はポッド１１０を載置されて位置合わせするよう
に構成されている。ポッド１１０はロードポート１１４上に工程内搬送装置（図示せず）によって搬入され、かつまた、ロードポート１１４上から搬出されるようになっている。

筐体１１１内の前後方向の略中央部における上部には、回転式ポッド棚（基板収容器載置棚）１０５が設置されており、回転式ポッド棚１０５は複数個のポッド１１０を保管するように構成されている。すなわち、回転式ポッド棚１０５は垂直に立設されて水平面内で間欠回転される支柱１１６と、支柱１１６に上中下段の各位置において放射状に支持された複数枚の棚板（基板収容器載置台）１１７とを備えており、複数枚の棚板１１７はポッド１１０を複数個宛それぞれ載置した状態で保持するように構成されている。

筐体１１１内におけるロードポート１１４と回転式ポッド棚１０５との間には、ポッド搬送装置（基板収容器搬送装置）１１８が設置されており、ポッド搬送装置１１８は、ポッド１１０を保持したまま昇降可能なポッドエレベータ（基板収容器昇降機構）１１８ａと搬送機構としてのポッド搬送機構（基板収容器搬送機構）１１８ｂとで構成されており、ポッド搬送装置１１８はポッドエレベータ１１８ａとポッド搬送機構１１８ｂとの連続動作により、ロードポート１１４、回転式ポッド棚１０５、ポッドオープナ（基板収容器蓋体開閉機構）１２１との間で、ポッド１１０を搬送するように構成されている。

筐体１１１内の前後方向の略中央部における下部には、サブ筐体１１９が後端にわたって構築されている。サブ筐体１１９の正面壁１１９ａにはウエハ２００をサブ筐体１１９内に対して搬入搬出するためのウエハ搬入搬出口（基板搬入搬出口）１２０が一対、垂直方向に上下二段に並べられて開設されており、上下段のウエハ搬入搬出口１２０、１２０には一対のポッドオープナ１２１、１２１がそれぞれ設置されている。

ポッドオープナ１２１はポッド１１０を載置する載置台１２２、１２２と、ポッド１１０のキャップ（蓋体）を着脱するキャップ着脱機構（蓋体着脱機構）１２３、１２３とを備えている。ポッドオープナ１２１は載置台１２２に載置されたポッド１１０のキャップをキャップ着脱機構１２３によって着脱することにより、ポッド１１０のウエハ出し入れ口を開閉するように構成されている。

サブ筐体１１９はポッド搬送装置１１８や回転式ポッド棚１０５の設置空間から流体的に隔絶された移載室１２４を構成している。移載室１２４の前側領域にはウエハ移載機構（基板移載機構）１２５が設置されており、ウエハ移載機構１２５は、ウエハ２００を水平方向に回転ないし直動可能なウエハ移載装置（基板移載装置）１２５ａおよびウエハ移載装置１２５ａを昇降させるためのウエハ移載装置エレベータ（基板移載装置昇降機構）１２５ｂとで構成されている。図２に模式的に示されているようにウエハ移載装置エレベータ１２５ｂは、耐圧の筐体１１１右側端部とサブ筐体１１９の移載室１２４前方領域右端部との間に設置されている。これら、ウエハ移載装置エレベータ１２５ｂおよびウエハ移載装置１２５ａの連続動作により、ウエハ移載装置１２５ａのツイーザ（基板保持体）１２５ｃをウエハ２００の載置部として、ボート（基板保持具）２１７に対してウエハ２００を装填（チャージング）および脱装（ディスチャージング）するように構成されている。

移載室１２４の後側領域には、ボート２１７を収容して待機させる待機部１２６が構成されている。待機部１２６の上方には、処理炉２０２が設けられている。処理炉２０２の下端部は、炉口シャッタ（炉口開閉機構）１４７により開閉されるように構成されている。

図２に模式的に示されているように、耐圧の筐体１１１右側端部とサブ筐体１１９の待機部１２６右端部との間にはボート２１７を昇降させるためのボートエレベータ（基板保
持具昇降機構）１１５が設置されている。ボートエレベータ１１５の昇降台に連結された連結具としてのアーム１２８には蓋体としてのシールキャップ２１９が水平に据え付けられており、シールキャップ２１９はボート２１７を垂直に支持し、処理炉２０２の下端部を閉塞可能なように構成されている。

ボート２１７は複数本の保持部材を備えており、複数枚（例えば、５０枚〜１２５枚程度）のウエハ２００をその中心を揃えて垂直方向に整列させた状態で、それぞれ水平に保持するように構成されている。

図２に模式的に示されているように移載室１２４のウエハ移載装置エレベータ１２５ｂ側およびボートエレベータ１１５側と反対側である左側端部には、清浄化した雰囲気もしくは不活性ガスであるクリーンエア１３３を供給するよう供給フアンおよび防塵フィルタで構成されたクリーンユニット１３４が設置されており、ウエハ移載装置１２５ａとクリーンユニット１３４との間には、図示はしないが、ウエハの円周方向の位置を整合させる基板整合装置としてのノッチ合わせ装置１３５が設置されている。

クリーンユニット１３４から吹き出されたクリーンエア１３３は、ノッチ合わせ装置１３５およびウエハ移載装置１２５ａ、待機部１２６にあるボート２１７に流通された後に、図示しないダクトにより吸い込まれて、筐体１１１の外部に排気がなされるか、もしくはクリーンユニット１３４の吸い込み側である一次側（供給側）にまで循環され、再びクリーンユニット１３４によって、移載室１２４内に吹き出されるように構成されている。

次に、本発明の処理装置の動作について説明する。
図２および図３に示されているように、ポッド１１０がロードポート１１４に供給されると、ポッド搬入搬出口１１２がフロントシャッタ１１３によって開放され、ロードポート１１４の上のポッド１１０はポッド搬送装置１１８によって筐体１１１の内部へポッド搬入搬出口１１２から搬入される。

搬入されたポッド１１０は回転式ポッド棚１０５の指定された棚板１１７へポッド搬送装置１１８によって自動的に搬送されて受け渡され、一時的に保管された後、棚板１１７から一方のポッドオープナ１２１に搬送されて載置台１２２に移載されるか、もしくは直接ポッドオープナ１２１に搬送されて載置台１２２に移載される。この際、ポッドオープナ１２１のウエハ搬入搬出口１２０はキャップ着脱機構１２３によって閉じられており、移載室１２４にはクリーンエア１３３が流通され、充満されている。例えば、移載室１２４にはクリーンエア１３３として窒素ガスが充満することにより、酸素濃度が２０ｐｐｍ以下と、筐体１１１の内部（大気雰囲気）の酸素濃度よりも遥かに低く設定されている。

載置台１２２に載置されたポッド１１０はその開口側端面がサブ筐体１１９の正面壁１１９ａにおけるウエハ搬入搬出口１２０の開口縁辺部に押し付けられるとともに、そのキャップがキャップ着脱機構１２３によって取り外され、ウエハ出し入れ口が開放される。

ポッド１１０がポッドオープナ１２１によって開放されると、ウエハ２００はポッド１１０からウエハ移載装置１２５ａのツイーザ１２５ｃによってウエハ出し入れ口を通じてピックアップされ、ノッチ合わせ装置１３５にてウエハを整合した後、移載室１２４の後方にある待機部１２６へ搬入され、ボート２１７に装填（チャージング）される。ボート２１７にウエハ２００を受け渡したウエハ移載装置１２５ａはポッド１１０に戻り、次のウエハ２００をボート２１７に装填する。

この一方（上段または下段）のポッドオープナ１２１におけるウエハ移載機構１２５によるウエハのボート２１７への装填作業中に、他方（下段または上段）のポッドオープナ
１２１には回転式ポッド棚１０５から別のポッド１１０がポッド搬送装置１１８によって搬送されて移載され、ポッドオープナ１２１によるポッド１１０の開放作業が同時進行される。

予め指定された枚数のウエハ２００がボート２１７に装填されると、炉口シャッタ１４７によって閉じられていた処理炉２０２の下端部が、炉口シャッタ１４７によって、開放される。続いて、ウエハ２００群を保持したボート２１７はシールキャップ２１９がボートエレベータ１１５によって上昇されることにより、処理炉２０２内へ搬入（ローディング）されていく。

ローディング後は、処理炉２０２にてウエハ２００に任意の処理が実施される。
処理後は、ノッチ合わせ装置１３５でのウエハの整合工程を除き、概上述の逆の手順で、ウエハ２００およびポッド１１０は筐体１１１の外部へ払出される。

次に上述した処理炉２０２を図１を用いて具体的に説明する。なお、以下の説明では、処理炉２０２を、バッチ式のプラズマプロセスを用いて複数のウエハを一括してプラズマで処理する縦型処理炉に適用した場合を代表として説明する。

処理炉２０２は、加熱手段としてのヒータ３０４と、処理容器としての反応管２０３とを備える。

反応管２０３の外周に上記したヒータ３０４が設けられており、ウエハ２００を加熱するように構成されている。

《処理容器》
ヒータ３０４の内部に上記した反応管２０３が設けられており、反応管２０３はウエハ２００をプラズマ処理するように構成されている。反応管２０３は略円筒形をしており、内部に複数のウエハ２００を一括処理する処理室２０１が形成されている。反応管２０３の上部は閉じ下部には開口部２２０が設けられており、開口部２２０はウエハ２００を保持する基板保持具としてのボート２１７を処理室２０１内に挿入したり、処理室２０１内から抜き出したりするように構成されている。反応管２０３及びボート２１７は例えば石英などの誘電体で成形されている。

反応管２０３にはガス供給手段としてのガス導入ポート３２０が設けられ、ガス導入ポート３２０は処理室２０１内に処理ガスを供給するように構成されている。このガス導入ポート３２０には、処理室２０１内に処理ガスを均等に導入できるように、さらにその下流にノズルを立ち上げるようにしてもよい。

また、反応管２０３には排気手段が設けられ、排気手段は処理室２０１を排気するように構成されている。すなわち、排気手段は反応管２０３に接続された排気管３１７と、排気管３１７に設けられた圧力調整バルブ３１８と、圧力調整バルブ３１８の下流側の排気管３１７に設けられた真空ポンプ３１９とを備えており、真空ポンプ３１９は排気管３１７を介して処理室２０１内の雰囲気を排気するように構成されている。

図示例では処理室２０１内にボート２１７が挿入されており、ボート２１７は複数のウエハ２００を積層保持するように多段に構成されている。すなわち、上記したボート２１７には一対となる第１電極及び第２電極としての第１サセプタ電極３０５及び第２サセプタ電極３０６が交互に多段に重なるように積層されており、第１、第２サセプタ電極３０５、３０６間にプラズマを生成するように構成されている。図示例では、第１サセプタ電極３０５が４枚、第２サセプタ電極３０６が３枚で、合計７枚の電極が積層されている。
ウエハ２００は、対向する第１、第２サセプタ電極３０５、３０６間に保持される。図示例では、第１、第２サセプタ電極３０５、３０６上にウエハ２００を直接保持している。しかし、第１、第２サセプタ電極３０５、３０６の間にウエハ２００を浮かして保持するようにしてもよい。
第１、第２サセプタ電極３０５、３０６は導電性材料を含む部材で形成されている。

ボート２１７の下部には回転板としてのキャップ受３０９が設けられており、キャップ受３０９はボート２１７を支持するように構成されている。このキャップ受３０９には後述する回転軸３１０を介して、開口部２２０を塞ぐ蓋体としてのシールキャップ２１９が設けられており、ボート２１７が処理室２０１内に挿入されたときに、シールキャップ２１９は処理室２０１を気密に閉塞するように構成されている。
なお、シールキャップ２１９やキャップ受３０９、回転軸３６６はステンレスやハステロイなどの金属製部材で形成され、一般的には接地される。

ボート２１７には回転機構はボート２１７を回転させる回転機構が設けられている。回転機構は、回転軸３１０、シール手段３１１、動力伝達手段３１２、回転駆動手段３１３とを備えており、回転駆動手段３１３の回転力を動力伝達手段３１２により回転軸３１０に与え、シール手段３１１で気密を保持しつつ回転軸３１０を回転させてボート２１７を回転するように構成されている。

すなわち、回転軸３１０は、ボート２１７を支持するキャップ受３０９の下面に鉛直方向に連結されている。回転軸３１０は内部が中空の円筒形をしており、キャップ受３０９と連結された回転軸３１０の上部はキャップ受３０９に設けた開口と連通してキャップ上部に開放されている。回転軸３１０の下部はシールキャップ２１９を貫通して大気に開放されている。
回転軸３１０はシールキャップ２１９の貫通部で軸支されている。軸支部にはシール手段３１１、例えば磁気シールが設けられており、回転軸３１０の貫通部を真空シールして、シールキャップ２１９により閉塞されている処理室２０１内の気密を保持するように構成されている。
動力伝達手段３１２は回転軸３１０の下部に取り付けられ、回転駆動手段３１３から回転軸３１０に与えられる回転力を制御して、ボート２１７の回転を制御するように構成されている。動力伝達手段３１２は、例えばギアまたはプーリ／ベルトから構成され、回転駆動手段３１３は例えばモータから構成される。
このようにして回転機構は、処理室２０１内の気密を保持しつつボート２１７を処理室内で回転自在に支持するように構成されている。

前記回転軸３１０の内部には第１及び第２電力供給ライン３７１、３７２が通り、回転軸３１０の上部から導出された第１及び第２電力供給ライン３７１、３７２は、ボート２１７上の第１、第２サセプタ電極３０５、３０６に電気的に接続されている。また、回転軸３１０の下部から導出された前記第１及び第２電力供給ライン３７１、３７２にそれぞれ第１回転コンデンサ３１４ａ及び第２回転コンデンサ３１４ｂが連結されており、第１回転コンデンサ３１４ａ及び第２回転コンデンサ３１４ｂは、ボート２１７が回転しても容量結合によって第１、第２サセプタ電極３０５、３０６に高周波電力をそれぞれ供給できるように構成されている。

上記第１及び第２電力供給ライン３７１、３７２は、実施の形態によっては、円筒形の回転軸３１０内に挿通された回転軸３３１、３３２であることもある。図１に示す実施の形態では、回転軸３１０の内部に第１及び第２電力供給ライン３７１、３７２としての第１、第２回転軸３３１、３３２が挿通されており、第１、第２回転軸３３１、３３２は回転軸３１０内に同軸的に、かつ回転軸３１０及び第１、第２回転軸３３１、３３２が相互
に電気的な絶縁を保持されて、中空回転軸３１０と一体に回転するように構成されている。

すなわち、第１回転軸３３１は導電性材料で形成され、回転軸３１０内の中心に挿通されて、第１回転軸上部が第１ＲＦフィーダ３０７を介して第１サセプタ電極３０５に接続され、第１回転軸下部が第１回転コンデンサ３１４ａに接続されて、ボート２１７を回転させた状態でも、容量結合によってＲＦ電力を第１回転コンデンサ３１４ａを介して第１回転軸３３１から第１サセプタ電極３０５に供給することができるように構成されている。

また、第２回転軸３３２は中空で導電性材料で形成され、第１回転軸３３１を同心状に囲むように筒状の回転軸３１０内に挿通されて、第２回転軸上部が第２ＲＦフィーダ３０８を介して第２サセプタ電極３０６に接続され、第２回転軸下部が第２回転コンデンサ３１４ｂに接続されて、ボート２１７を回転させた状態でも、容量結合によって、第１サセプタ電極３０５とは位相の異なるＲＦ電力を第２回転コンデンサ３１４ｂを介して第２回転軸３３２から第２サセプタ電極３０６に供給することができるように構成されている。

さらに、第１回転軸３３１と第２回転軸３３２との間、及び第２回転軸３３２と中空回転軸３１０との間には絶縁体が設けられ、これらの絶縁体は、第１、第２回転軸３３１、３３２、及び中空回転軸３１０を相互に絶縁するように構成されている。これらの絶縁体は、中空回転軸３１０と同軸的に配設された筒状の絶縁スリーブ３３３、３３４を構成している。したがって、中空回転軸３１０の内側に中心側から第１回転軸３３１、絶縁スリーブ３３３、第２回転軸３３２、絶縁スリーブ３３４が同軸的に配設されることになる。

前記第１回転コンデンサ３１４ａ及び第２回転コンデンサ３１４ｂに高周波電力供給手段が接続されており、高周波電力供給手段は第１及び第２サセプタ電極３０５、３０６に異なる位相の高周波電力を別々に供給するように構成されている。すなわち、高周波電力供給手段は、発振器３１５と、発振器３１５の非接地側に接続された整合器３１６と、整合器３１６と発振器３１５の接地側との間に一次側が接続され二次側がともに非接地の絶縁トランス３３０とを備えており、絶縁トランス３３０は二次側出力をともに接地から浮かすことにより、発振器３１５の出力する高周波電力を、例えば交互に１８０度位相が異なるように、第１、第２回転コンデンサ３１４ａ、３１４ｂを経由して第１、第２サセプタ電極３０５、３０６に印加できるように構成されている。

これにより、ボート２１７が回転した状態でも第１、第２回転コンデンサ３１４ａ、３１４ｂを経由して第１、第２サセプタ電極３０５、３０６にＲＦ電力を供給することができるようになっている。

なお、第１、第２回転コンデンサ３１４ａ、３１４ｂの本体は固定する必要があるが、好ましくはシールキャップ２１９に取り付けて固定するようにするとよい。

また、回転コンデンサは、できるだけ大きな静電容量を確保するため、その対向電極の比誘電率及び面積がともに大きく、対向電極間のギャップが小さくなるように、その形状を工夫して設計することが好ましい。例えば、図示例のように、シールキャップ２１９に取り付ける一方の電極と、これと対向するよう回転軸に取り付ける他方の電極とをかみ合わせて配置するようにした櫛形電極としたり、あるいは図示しないが対向する２つの電極のうちのシールキャップ２１９側に取り付ける一方の電極の面積を、回転軸側に取り付ける他方の電極よりも大きくし、その一方の電極の端部を折り曲げて、他方の電極をすっぽり覆うようにした袋状電極としたりするとよい。

このように図示例の実施の形態では、第１回転軸３３１及び第２回転軸３３２を介して第１サセプタ電極３０５及び第２サセプタ電極３０６間に位相の異なる高周波電力を供給するように構成されている。

なお、後述する各工程におけるヒータ３０４、圧力調整バルブ３１８、回転手段３１３、発振器３１５、ガス導入ポート３２０に設けたバルブ（図示せず）等の各部の制御は制御手段としのコントローラ３００により行う。

次に、上述の縦型処理炉を使用して、半導体装置の製造工程の一工程として、ウエハ２００にプラズマ処理を施す方法について説明する。

処理室２０１が大気圧の状態で、ボートエレベータ１１５（図２参照）によりシールキャップ２１９を下降してボート２１７を処理室２０１からアンロードする。このとき、ヒータ３０４の温度を下げて行うが、下げ過ぎてしまうと、ウエハ２００のロード終了後、処理室２０１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ため、通常はウエハ２００の移送に支障が無い温度まで下げて、その温度に保持した状態で移送を行う。

ボート２１７とウエハ移載機構１２５（図２、図３参照）との相互動作により複数枚（１バッチ分）のウエハ２００を第１サセプタ電極３０５及び第２サセプタ電極３０６上に移載する。ウエハ移載後、シールキャップ２１９を上昇させて処理室２０１内部にボート２１７をロードし、シールキャップ２１９により処理室２０１内を密閉する。

次に、真空ポンプ３１９により処理室２０１内を真空引きし、コントローラ３００により処理室２０１の圧力が大気圧よりも低い所定の処理圧力となるよう制御する。また、回転機構によりボート２１７が所定の回転速度で回転するようにする。

また、ヒータ３０４に電力を投入して反応管２０３内のボート２１７、第１、第２サセプタ電極３０５、３０６等、処理室２０１内部の部材を加熱して、ウエハ２００を所定の処理温度となるよう制御する。

同時に処理室２０１内部のガスを排気管３１７を通して真空ポンプ３１９により排気する。ウエハ２００が所定の温度になった時点で減圧下の処理室２０１にガス導入ポート３２０から処理ガスを導入しつつ排気する。このとき圧力調整バルブ３１８によって処理室２０１内の圧力を一定の値に保持する。

処理室２０１内部が所定の圧力になったら、回転手段３１３をコントローラ３００により回転制御してボート２１７を回転させる。そして、ボート２１７を回転しつつ、発振器３１５の出力する高周波電力を絶縁トランス３３０から、第１、第２回転コンデンサ３１４ａ、３１４ｂ、及び第１、第２ＲＦフィーダ３０７、３０８を介してサセプタ電極３０５、３０６に供給して、サセプタ電極３０５、３０６間にプラズマを生成する。第１、第２ＲＦフィーダ３０７、３０８に供給する高周波電力の周波数は１３．５６ＭＨｚや４００ＫＨｚ程度のものが利用される。

なお、サセプタ電極３０５、３０６の数は、プラズマ生成の条件等で決まるサセプタ電極３０５、３０６間の間隔と、処理室２０１の高さ方向の大きさの制約で決定される。

第１、第２サセプタ電極３０５、３０６間に生成されたプラズマにより処理ガスから反応種が生成され、この反応種によりウエハ２００に成膜処理が施される。
処理温度としては、例えば、プラズマ処理が成膜処理である場合、クリーンルームの室
温（例えば２０℃）〜８５０℃、処理圧力としては１〜１０００Ｐａが例示される。

ウエハ２００のプラズマ処理が終了すると、真空引き、不活性ガスによるパージ等により処理室２０１内の残留ガスを除去し、処理室２０１内温度を所定の温度まで降温した後、ボート２１７を処理室２０１からアンロードし、ボート２１７に保持された全てのウエハ２００が冷えるまで、ボート２１７を所定位置で待機させる。待機させたボート２１７に保持されたウエハ２００が所定温度まで冷却されると、ウエハ移載機構１２５等によりウエハを回収する。

本実施の形態によれば、ボート２１７を回転手段３１３によって回転させながらプラズマ処理する場合でも、発振器３１５の出力する交流電力を整合器３１６及び絶縁トランス３３０を介し、さらに第１、第２回転コンデンサ３１４ａ、３１４ｂ経由して回転中のボート２１７に設置した複数のサセプタ電極に供給することができる。したがって、ウエハ２００のプラズマ処理の面内均一性、さらには面間均一を一層向上することができる。

また、第１及び第２回転コンデンサ３１４ａ、３１４ｂを経由して異なる位相の高周波電力を別々に第１及び第２サセプタ電極３０５、３０６に供給するようにしたので、第１及び第２サセプタ電極３０５、３０６間に大きな電圧を加えることが可能となり、第１及び第２サセプタ電極３０５、３０６間で容易にプラズマ放電させることができる。したがって、ウエハ２００のプラズマ処理の面内均一性を向上することができ、さらに面間均一性も向上することができる。特に、１８０度位相が異なるように第１、第２サセプタ電極３０５、３０６に高周波電力を印加すると、より容易にプラズマ放電させることができ、ウエハ２００のプラズマ処理の面内均一性、さらには面間均一を一層向上することができる。

また、本実施の形態によれば、第１、第２回転軸３３１、３３２は中空回転軸３１０と絶縁されているので、第１、第２サセプタ電極３０５、３０６に加えられるべき電界の一部が、中空回転軸３１０からシールキャップ２１９を介して筐体１１１（図２、図３参照）に向かって第１、第２サセプタ電極３０５、３０６間以外にプラズマが広がることがなくなるので、第１、第２サセプタ電極３０５、３０６間のプラズマ密度の低下を抑えることができる。したがって、ウエハ２００のプラズマ処理の面内均一性、さらには面間均一性を向上することができる。

また、第１、第２回転軸３３１、３３２は中空回転軸３１０と同軸的に設けるのが好ましい。第１、第２回転軸３３１、３３２を中空回転軸３１０と同軸的に設けることで、第１、第２回転コンデンサ３１４ａ、３１４ｂの回転軸の軸心を第１、第２回転軸３３１、３３２と一致させることができるようになり、第１、第２回転コンデンサ３１４ａ、３１４ｂの取り付けが容易になる。

なお、上記実施の形態は、バッチ式の装置についてであったが、本発明は枚葉式の装置にも適用可能である。
また、本発明は、シリコンウエハなどの基板の表面をプラズマを用いてエッチンクしたり、薄膜を形成したり、表面を改質したりする処理装置に適用可能である。

（比較例）
次に比較例を説明する。

比較例では、回転軸の内部に２本の供給ラインを通し、一方の供給ラインを接地して第１電極に接続し、非接地の他方の供給ラインを回転可能な回転コンデンサを介して第２電極に接続した。２つの電極間に１つの回転コンデンサを介して高周波電力を供給すること
により被処理基板を回転しながらプラズマ処理できるようにした。

次に、比較例について図面を参照してより詳細に説明する。
図４は、比較例の縦型処理炉を示す構成図である。縦型処理炉の基本的構成要素は図１に関連して記述した実施例の縦型処理炉の対応する構成要素と同じであり、従ってここでは同一符号を付して説明を省略する。

比較例では、ガス導入ポート３２０の下流にノズル３２２を設け、このノズル３２２は処理室２０１内部に反応管２０３の側面に沿って垂直方向に設けるようにする。ノズル３２２には複数のガス供給用細孔３２１が設けられ、複数のガス供給用細孔３２１は、処理ガスを高さ方向に均等に供給するように大きさが調整されて、処理室２０１内に均等に処理ガスを導入できるように構成されている。

また、比較例では、ウエハ２００は電極３０５、３０６間の中間に配置されるように構成されている。すなわち、電極上にではなくボート２１７に多段に設けた係止溝にウエハ２００を係止するようになっている。

さらに、比較例では、シールキャップ２１９にシール手段３１１を介して貫通させた回転軸３１０の内部に第１、第２供給ライン３０７、３０８を通している。

第１供給ライン３０７により、第１電極３０５は、回転コンデンサ３１４を経由し、整合器３１６を介して発振器３１５に接続されており、第２電極３０６は発振器３１５の接地側である第２供給ライン（接地ライン）３０８に接続されており、発振器３１５の出力する高周波電力を整合器３１６を介して第１、第２電極３０５、３０６間に印加できるようになっている。

このような構成においては、回転コンデンサ３１４ａが設けられていない側の発振器３１５の接地側が、回転軸３１０から接地（アース）の経路で電気的に接続されることになるので、発振器３１５の非接地側の第１電極３０５からの電界が接地（アース）に向かい、プラズマが第１、第２電極３０５、３０６間以外に広がって、プラズマ密度が低下することが避けられない。したがって、この状態でプラズマを生成して処理すると、処理状態が不均一となる。

また、第２電極３０６が接地された第２供給ライン３０８に接続されているので、第１電極３０５に加えられている高周波電力が、同じく接地されている回転軸３１０の周囲のシールキャップ等へ逃げてしまうのが避けられず、プラズマ密度が低下してしまう。この状態でプラズマを生成して処理すると、処理状態が不均一となる。したがって、ウエハ２００のプラズマ処理の面内均一性が実施例よりも劣る。

以下に本発明の好ましい形態を付記する。
減圧下の処理室の中に多段に被処理基板を重ねて載置しプラズマを用いて一括処理する装置において、ボートを回転させるためにシールキャップに設けた中空の回転軸の内側に２系統のＲＦ導入ポートを同軸に設け、それぞれのＲＦ導入ポートに回転可能に設けた回転コンデンサを介してＲＦ電力を導入可能とすることで、被処理基板の均一性を確保できるために、プラズマ生成時もボートを回転できる。

さらに第１電極と第２電極とが板状のサセプタ電極であり、サセプタ電極の上に被処理基板を保持するようにすると、基板を保持する基板保持体を電極とは別個に設ける場合に比べて構造を簡易化できる。

好ましくは、第１系統のＲＦ導入ポートは中空回転軸内の中心を通り、第２系統の導入ポートは第１系統ＲＦ導入ポートを同心状に囲むように中空回転軸内を通り、第１、第２ＲＦ導入ポートとの間、及び第２ＲＦ導入ポートと中空回転軸との間が絶縁体で絶縁されるようにする。異なる位相の高周波電力を第１電極、第２電極に別々に導入することができるので、位相に応じた高い印加電圧を加えることが可能になり、プラズマ放電を容易に起こすことができる。

また好ましくは、前記第１回転コンデンサが、前記高周波電力供給手段の高周波電力を供給する一端と前記第１ＲＦ導入ポートとの間に回転可能に設けられ、前記第２回転コンデンサが、前記高周波電力供給手段の高周波電力を供給する他端と前記第２回高周波電力導入ポートとの間に回転可能に設けられ、前記高周波電力供給手段の一端と他端とから異なる位相の高周波電力を前記第１電極及び第２電極に別々に導入するようにする。異なる位相の高周波電力を第１電極、第２電極に別々に導入するので、位相に応じた高い印加電圧を加えることが可能になり、プラズマ放電を容易に起こすことができる。

また好ましくは、前記高周波電力供給手段の高周波電力（を供給する端子）が絶縁トランスを介して第１回転コンデンサ、第２回転コンデンサに接続されるようにする。絶縁トランスを介して第１回転コンデンサ、第２回転コンデンサ高周波電力を導入するので、第１電極、第２電極を接地から浮かして、位相をずらすことによって、より高い印加電圧を第１電極、第２電極間に加えることが可能になり、プラズマ放電を一層容易に起こすことができる。

本発明における一実施の形態の基板処理装置の縦型処理炉を説明するための概略縦断面図である。 本発明における一実施の形態の基板処理装置を説明するための概略透視斜視図である。 本発明における一実施の形態の基板処理装置を説明するための概略縦断面図である。 比較例の基板処理装置の縦型処理炉を説明するための概略縦断面図である。 従来例の基板処理装置の縦型処理炉を説明するための概略縦断面図である。

符号の説明

２００ ウエハ（被処理基板）
２０１ 処理室
２０３ 反応管（処理容器）
２１７ ボート（基板保持具）
２１９ シールキャップ（蓋体）
２２０ 開口部
３０５ 第１サセプタ電極
３０６ 第２サセプタ電極
３１０ 回転軸
３１４ａ 第１回転コンデンサ
３１４ｂ 第２回転コンデンサ
３１５ 高周波発振器（電力供給手段）
３１７ 排気管
３２０ ガス導入ポート（ガス供給手段）
３２９ 真空ポンプ
３３１ 第１回転軸
３３２ 第２回転軸
３３３、３３４ 絶縁スリーブ（絶縁体）
３７１ 第１電力供給ライン
３７２ 第２電力供給ライン

Claims (2)

1. 開口部を有し内部に処理室を形成する処理容器と、
   前記処理室内にガスを供給するガス供給手段と、
   前記処理室内を排気する排気手段と、
   前記開口部から前記処理室内に挿入され被処理基板を保持する基板保持具と、
   前記基板保持具に積層されるプラズマ生成用の少なくとも１対の電極であって、該電極間に前記被処理基板が配置される第１電極及び第２電極と、
   前記基板保持具を前記処理室内で回転自在に支持するための回転軸と、
   前記回転軸を回転自在に軸支し前記開口部を閉塞する蓋体と、
   前記回転軸の中を通って前記処理室の内部に導入され前記第１電極と前記第２電極とにそれぞれ電気的に接続される第１電力供給ライン及び第２電力供給ラインと、
   前記回転軸の中を通って前記処理室の外部に導出される前記第１電力供給ライン及び第２電力供給ラインにそれぞれ接続される第１回転コンデンサ及び第２回転コンデンサと、
   前記第１回転コンデンサ及び第２回転コンデンサを介して、前記第１電極及び第２電極に異なる位相の高周波電力を別々に供給する高周波電力供給手段と、
   を備えた基板処理装置。
2. 開口部を有し内部に処理室を形成する処理容器と、
   前記処理室内にガスを供給するガス供給手段と、
   前記処理室内を排気する排気手段と、
   前記開口部から前記処理室内に挿入され被処理基板を保持する基板保持具と、
   前記基板保持具に積層されるプラズマ生成用の少なくとも１対の電極であって、該電極間に前記被処理基板が配置される第１電極及び第２電極と、
   前記基板保持具を前記処理室内で回転自在に支持するための筒状の回転軸と、
   前記筒状の回転軸を回転自在に軸支し前記開口部を閉塞する蓋体と、
   前記筒状の回転軸内の中心に挿通されて前記処理室の内部で前記第１電極に電気的に接続される導電性の第１回転軸と、
   前記第１回転軸を同心状に囲むように前記筒状の回転軸内に挿通されて前記第２電極に電気的に接続される導電性で中空の第２回転軸と、
   前記第１回転軸と第２回転軸との間、及び第２回転軸と前記筒状の回転軸との間を絶縁する絶縁体と、
   前記第１回転軸及び前記第２回転軸を介して第１電極及び前記第２電極間に異なる位相の高周波電力を別々に供給する高周波電力供給手段と、
   を備えた基板処理装置。
   

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