ガス流路構造体及び基板処理装置
【課題】設置場所を確保する上でレイアウト上の問題がなく、且つ可動する電極に追従して確実にガスを供給することができる信頼性の高いガス流路構造体を提供する。
【解決手段】 内部を減圧可能な処理室１１と、処理室１１内に配置された対向電極２４を載置電極１２に対して移動可能に支持するシャフト２６と、シャフト２６が処理室１１の壁面１３を貫通する貫通部において壁面１３に対する対向電極２４の変位を吸収し、シャフト２６周辺の雰囲気から処理室１１内をシールするようにシャフト２６の外周部に、シャフト２６と同心状に配置された環状の第１のベローズ３１と、第１のベローズ３１の外周部に、同心状に配置された第２のベローズ３２とを有し、第１のベローズ３１と第２のベローズ３２で環状のガス流路３５を形成する。
【解決手段】 内部を減圧可能な処理室１１と、処理室１１内に配置された対向電極２４を載置電極１２に対して移動可能に支持するシャフト２６と、シャフト２６が処理室１１の壁面１３を貫通する貫通部において壁面１３に対する対向電極２４の変位を吸収し、シャフト２６周辺の雰囲気から処理室１１内をシールするようにシャフト２６の外周部に、シャフト２６と同心状に配置された環状の第１のベローズ３１と、第１のベローズ３１の外周部に、同心状に配置された第２のベローズ３２とを有し、第１のベローズ３１と第２のベローズ３２で環状のガス流路３５を形成する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ガス流路構造体及び基板処理装置に関し、特に、電極可動式の基板処理装置におけるガス流路構造体及び該ガス流路構造体を備えた基板処理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
基板としての半導体ウエハ（以下、単に「ウエハ」という。）にプラズマ処理を施す基板処理装置は、ウエハを収容し且つ内部を減圧可能なチャンバ（処理室）と、該チャンバ内部の下方に配されたサセプタ（載置台）と、チャンバ内部においてサセプタに対向するように配されたシャワーヘッドとを備える。サセプタはウエハを載置するとともに、高周波電源が接続されてチャンバ内部に高周波電力を印加する載置電極として機能し、シャワーヘッドはチャンバ内部に処理ガスを導入するとともに、接地されて対向電極として機能する。このような基板処理装置では、チャンバ内部に供給された処理ガスを高周波電力によって励起してプラズマを生成し、該プラズマによってウエハにプラズマ処理を施す。
【０００３】
ところで、チャンバ内部のシャワーヘッド及びサセプタの間の空間においてプラズマを適切に分布させるために、従来、サセプタを可動に構成してシャワーヘッド及びサセプタの間の空間の厚さ（以下、「ギャップ」という。）を調整可能な基板処理装置が開発されている。また、近年、基板処理装置の周辺におけるレイアウト上の制約からサセプタではなくシャワーヘッドが可動に構成された基板処理装置が検討されている。
【０００４】
図４は、シャワーヘッドが可動に構成された従来の基板処理装置の構成を概略的に示す断面図である。
【０００５】
図４の基板処理装置１００では、円筒状のチャンバ１０１内部においてサセプタ１０２に対向するように配置されたシャワーヘッド１０３は、チャンバ１０１の内径とほぼ等しい外径を有する略円板状を呈し、不図示のリフト機構によってチャンバ１０１内部においてピストンのように上下動する。なお、図４中において、最も下降した場合のシャワーヘッド１０３を実線で示し、最も上昇した場合のシャワーヘッド１０３を破線で示す。
【０００６】
シャワーヘッド１０３は、ガス流路１０４、バッファ室１０５やガス孔１０６からなる処理ガス導入系と、該処理ガス導入系に外部より処理ガスを供給するためのガス供給元（図示しない）に接続されるガス供給管１０７とを有する。また、上下動する電極としてのシャワーヘッド１０３を釣支するシャフト部分１１１の外周部には、同心状に、真空遮断機能を備えたベローズ１１２が配設されている。上述したように、シャワーヘッド１０３は上下動するが、通常、ガス供給元は固定されており動かないため、ガス供給管１０７はシャワーヘッド１０３の上下動に追従して屈曲する必要がある。
【０００７】
通常、固定された流体供給元から可動の構成物へ向けて流体を供給するための供給管としてフレキシブルチューブが知られている。例えば、宇宙環境試験装置において、真空容器から可動の扉部シュラウドへ向けて液化窒素を供給するために可撓性断熱配管としてフレキシブルチューブが用いられている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００８】
ところが、図５に示すように、フレキシブルチューブ１０８は、複数の波形の絞り加工が施された薄肉の金属パイプ１０９と、該金属パイプ１０９の周りを覆う金属メッシュのブレード１１０とからなるため、曲げに対する剛性が比較的高く、柔軟性に欠ける。従って、大きく屈曲させた場合に大きな応力が発生し易く、変位量の大きい可動の構成物に適用した場合、早期に破断する虞がある。このため、上下方向の変位量が、例えば７０ｍｍと大きく、且つ頻繁に上下動するシャワーヘッド１０３に処理ガスを供給するガス供給管としてフレキシブルチューブ１０８を適用するのは困難である。
【０００９】
すなわち、フレキシブルチューブは、繰り返し屈曲させることを前提としたものではなく、不定期の破断による寿命がある。従って、１年程度の定期交換品として取り扱う必要があり、寿命上の安全性に問題がある。また、繰り返し屈曲させることを前提としない一体成型ベローズもフレキシブルチューブと同様の問題があり、頻繁に上下動するシャワーヘッド１０３に処理ガスを供給するガス供給管として適用するのは困難である。
【００１０】
一方、ガス供給管の可動部分に回転ジョイント継ぎ手を適用することも考えられるが、回転ジョイントは、物理的摺動部を有するためにパーティクルの発生を回避することが困難であり、パーティクルの発生が最終製品の品質を大きく左右する基板処理装置においては、実用的でない。
【００１１】
ところで、フレキシブルチューブ又は回転ジョイント継ぎ手に代えてベローズを適用することが考えられる。ベローズは、縦断面形状が山形の円環状部材（以下、「コマ（piece）」という。）が幾つも連結されて構成された金属パイプのみからなるために、曲げに対する剛性が比較的低く、柔軟性に富む。従って、頻繁且つ大きく変位するシャワーヘッド１０３の変位吸収部材として適用しても、大きな応力が発生しないので、早期に破断することはないと考えられる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１２】
【特許文献１】特開２００３−１３７２００号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
しかしながら、上下動するシャワーヘッドにガスを供給する供給管として、曲げに対する剛性が比較的低く、柔軟性に富むベローズを適用したとしても、ガス配管のためだけにベローズを使用するとなると、そのための設置スペースが必要となり、特に多くの機器が搭載される基板処理装置の上部ユニットの上面部における配置場所を確保することが困難であり、レイアウト上の問題がある。
【００１４】
また、ベローズは、フレキシブルチューブ等に比べて高価であり、できるだけ使用長さ、使用数量等を低減する必要もある。
【００１５】
本発明の目的は、設置場所を確保する上でレイアウト上の問題がなく、且つ可動する電極に追従して確実にガスを供給することができる信頼性の高いガス流路構造体及び基板処理装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
上記目的を達成するために、請求項１記載のガス流路構造体は、内部を減圧可能な処理室と、該処理室内に配置され、被処理基板を載置する載置電極と、該載置電極と対向するように配置された対向電極とを備え、ガス流路を介して前記載置電極及び前記対向電極の間に供給される処理ガスを励起してプラズマを生成し、該プラズマによって前記被処理基板にプラズマ処理を施す基板処理装置のガス流路構造体であって、前記載置電極及び対向電極の一方を他方に対して移動可能に支持する支持部材と、該支持部材が前記処理室の壁面を貫通する貫通部において前記壁面に対する前記電極の変位を吸収し、前記支持部材周辺の雰囲気から前記処理室内をシールするように前記支持部材の外周部に、該支持部材と同心状に配置された環状の第１の変位吸収圧力隔壁と、該第１の変位吸収圧力隔壁の外周部に、該第１の変位吸収圧力隔壁と同心状に配置された環状の第２の変位吸収圧力隔壁とを有し、前記第１の変位吸収圧力隔壁と前記第２の変位吸収圧力隔壁とで環状の第１のガス流路を形成したことを特徴とする。
【００１７】
請求項２記載のガス流路構造体は、請求項１記載のガス流路構造体において、前記第２の変位吸収圧力隔壁の外周部に、該第２の変位吸収圧力隔壁と同心状に環状の第３又はそれ以上の変位吸収圧力隔壁を設け、前記第２の変位吸収圧力隔壁の外側に、それぞれ隣接する変位吸収圧力隔壁相互に挟持された環状の第２又はそれ以上のガス流路を形成したことを特徴とする。
【００１８】
請求項３記載のガス流路構造体は、請求項１又は２記載のガス流路構造体において、前記第１の変位吸収圧力隔壁の外周部に対向するように、前記第１の変位吸収圧力隔壁の長さ方向に直交する方向への屈曲を制限するガイド部材を設けたことを特徴とする。
【００１９】
請求項４記載のガス流路構造体は、請求項１乃至３のいずれか１項に記載のガス流路構造体において、前記変位吸収圧力隔壁の断面形状は、円形、楕円形又は矩形であることを特徴とする。
【００２０】
請求項５記載のガス流路構造体は、請求項１乃至４のいずれか１項に記載のガス流路構造体において、前記変位吸収圧力隔壁は、ベローズであることを特徴とする。
【００２１】
上記目的を達成するために、請求項６記載の基盤処理装置は、内部を減圧可能な処理室と、該処理室内に配置され、被処理基板を載置する載置電極と、該載置電極と対向配置された対向電極とを備え、前記載置電極及び前記対向電極の間に供給される処理ガスを励起してプラズマを生成し、該プラズマによって前記被処理基板にプラズマ処理を施す基板処理装置であって、前記載置電極及び前記対向電極の間に処理ガスを供給するガス流路構造体を有し、該ガス流路構造体は、請求項１乃至５のいずれか１項に記載のガス流路構造体であることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２２】
請求項１記載のガス流路構造体及び請求項６記載の基板処理装置によれば、ガス流路構造体が、載置電極及び対向電極の一方を他方に対して移動可能に支持する支持部材と、この支持部材が処理室の壁面を貫通する貫通部において壁面に対する電極の変位を吸収し、支持部材周辺の雰囲気から処理室内をシールするように支持部材の外周部に、支持部材と同心状に配置された環状の第１の変位吸収圧力隔壁と、第１の変位吸収圧力隔壁の外周部に、第１の変位吸収圧力隔壁と同心状に配置された環状の第２の変位吸収圧力隔壁とを有し、第１の変位吸収圧力隔壁と第２の変位吸収圧力隔壁とで環状の第１のガス流路を形成するので、電極の可動に追従してその変位を吸収するガス流路を処理室内に設けることができる。これによって、設置場所を確保する上でのレイアウト上の問題がなくなり、且つ可動する電極の変位を確実に吸収してガスを安定に供給することができ、またガス流路構造体としての信頼性を向上させることができる。
【００２３】
請求項２記載のガス流路構造体によれば、第２の変位吸収圧力隔壁の外周部に、第２の変位吸収圧力隔壁と同心状に環状の第３又はそれ以上の変位吸収圧力隔壁を設け、第２の変位吸収圧力隔壁の外側に、それぞれ隣接する変位吸収圧力隔壁相互に挟持された環状の第２又はそれ以上のガス流路を形成したので、多系統の処理ガスを使用する基板処理装置に適用することができる。
【００２４】
請求項３記載のガス流路構造体によれば、第１の変位吸収圧力隔壁の外周部に対向するように、第１の変位吸収圧力隔壁の長さ方向に直交する方向への屈曲を制限するガイド部材を設けたので、内側大気、外側真空に曝される第１の変位吸収隔壁の座屈を抑制することができる。
【００２５】
請求項４記載のガス流路構造体によれば、変位吸収圧力隔壁の断面形状を、円形、楕円形又は矩形としたので、適用する変位吸収圧力隔壁のバリエーションを広げることができる。
【００２６】
請求項５記載のガス流路構造体によれば、変位吸収圧力隔壁としてベローズを適用したので、可動する電極に追従してその変位を吸収することができ、確実にガスを供給することができ、ガス流路構造体としての信頼性が向上すると共に、パーティクルの発生を極力低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明の実施の形態に係るガス流路構造体を備える基板処理装置の構成を概略的に示す断面図である。
【図２】図１における第１のベローズ（第２のベローズも同様）の部分拡大図である。
【図３】本発明の実施の形態の変形例の構成を概略的に示す断面図である。
【図４】シャワーヘッドが可動に構成された従来の基板処理装置の構成を概略的に示す断面図である。
【図５】フレキシブルチューブの部分拡大図である。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。
【００２９】
図１は、本発明の実施の形態に係るガス流路構造体を備える基板処理装置の構成を概略的に示す断面図である。この基板処理装置はウエハにドライエッチング処理を施すように構成されている。
【００３０】
図１において、基板処理装置１０は、直径が、例えば、３００ｍｍのウエハＷを収容する円筒形状のチャンバ１１（処理室）を有し、該チャンバ１１内部の図中下方には半導体デバイス用のウエハＷを載置する円板形状のサセプタ１２（載置電極）が配置されており、チャンバ１１の図中上端は開閉自在な円板状の蓋部１３によって覆われている。
【００３１】
チャンバ１１内部はＴＭＰ（Turbo Molecular Pump）及びＤＰ（Dry Pump）（ともに図示しない）等によって減圧され、また、チャンバ１１内部の圧力はＡＰＣバルブ（図示しない）によって制御される。なお、半導体デバイスにナノレベルのパーティクルが付着しても欠陥の原因となるため、チャンバ１１内部にはドライエッチング処理に先立って清浄処理が施されてパーティクルが除去される。
【００３２】
サセプタ１２には第１の高周波電源１４が第１の整合器１５を介して接続され、且つ第２の高周波電源１６が第２の整合器１７を介して接続されており、第１の高周波電源１４は比較的低い周波数、例えば、３．２ＭＨｚの高周波電力であるバイアス電力をサセプタ１２に印加し、第２の高周波電源１６は比較的高い周波数、例えば、４０ＭＨｚの高周波電力であるプラズマ生成電力をサセプタ１２に印加する。そして、サセプタ１２はチャンバ１１内部にプラズマ生成電力を印加する。
【００３３】
サセプタ１２の上部には、静電電極１８を内部に有する静電チャック１９が配置されている。静電チャック１９は円板状のセラミックス部材で構成され、静電電極１８には直流電源２０が接続されている。静電電極１８に正の直流電圧が印加されると、ウエハＷにおける静電チャック１９側の面（以下、「裏面」という。）には負の電位が生じて静電電極１８及びウエハＷの裏面の間に電位差が生じ、該電位差に起因するクーロン力又はジョンソン・ラーベック力により、ウエハＷは静電チャック１９に吸着保持される。
【００３４】
また、サセプタ１２には、吸着保持されたウエハＷを囲うように、リング状部材であるフォーカスリング２１が載置される。フォーカスリング２１は、導電体、例えば、ウエハＷを構成する材料と同じ単結晶シリコンによって構成される。フォーカスリング２１は導電体からなるので、プラズマの分布域をウエハＷ上だけでなく該フォーカスリング２１上まで拡大してウエハＷの周縁部上におけるプラズマの密度を該ウエハＷの中央部上におけるプラズマの密度と同程度に維持する。これにより、ウエハＷの全面に施されるドライエッチング処理の均一性を維持することができる。
【００３５】
サセプタ１２の図中上部には、サセプタ１２と対向するようにシャワーヘッド２２が配置されている。シャワーヘッド２２は、多数のガス孔２３を有する導電性の上部電極２４と、該上部電極２４を着脱可能に釣支するクーリングプレート２５と、該クーリングプレート２５をさらに釣支する支持部材としてのシャフト２６とを有する。上部電極２４は接地されてチャンバ１１内部に印加されるプラズマ生成電力に対する接地電極（対向電極）として機能する。上部電極２４の外径はチャンバ１１の内径とほぼ等しく、上部電極２４はチャンバ１１内部に遊合するように配置される。
【００３６】
シャフト２６は蓋部１３（壁面）を貫通し、該シャフト２６の上部は基板処理装置１０の上方に配置されたリフト機構（図示しない）に接続される。該リフト機構はシャフト２６を図中上下方向に移動させるが、このとき、上部電極２４を備えたシャワーヘッド２２がチャンバ１１内部においてピストンのように上下動する。これにより、シャワーヘッド２２及びサセプタ１２の間の空間の厚さであるギャップを調整することができる。シャワーヘッド２２の図中上下方向に関する移動量の最大値は、例えば、７０ｍｍである。
【００３７】
シャフト２６は蓋部１３と擦れる可能性があり、パーティクルの発生源となりうる。従って、シャフト２６の外周面は、第１の変位吸収隔壁としての第１のベローズ３１で覆われている。シャフト２６は円柱状を呈しており、円筒状の第１のベローズ３１は、シャフト２６と同心円状に配置される。第１のベローズ３１の図中上方の一端は蓋部１３の下面に接合されており、図中下方の一端はシャワーヘッド２２のクーリングプレート２５の上面に接合されている。これによって、シャフト２６が蓋部１３を貫通する貫通部において蓋部１３（壁面）に対する電極の変位を吸収し、シャフト２６周辺の雰囲気と処理室１１内とがシールされ、チャンバ１１内部と大気との隔絶状態が保持される。
【００３８】
第１のベローズ３１に隣接するように、その外周部に同心円状に断面円形の第２の変位吸収圧力隔壁として第２のベローズ３２が配置されている。第２のベローズ３２は、第１のベローズ３１との間の所定の空隙を有する直径を有している。第２のベローズ３２の図中上方の一端は蓋部１３の下面に接合されており、図中下方の一端はシャワーヘッド２２のクーリングプレート２５の上面に接合されている。第１のベローズ３１と第２のベローズ３との間の間隙はガス流路３５となる。ガス流路３５は、蓋部１３を貫通する処理ガス供給管３６を介してガス供給系（不図示）に接続されている。また、ガス流路３５は、ガス孔３８を介してクーリングプレート２５の内部のバッファ室２９と連通している。バッファ室２９は、複数のガス孔２３によってチャンバ１１内部と連通している。処理ガスは、ガス供給系から、処理ガス供給管３６を経て第１のベローズ３１と第２のベローズ３２とで形成されるガス流路３５に流入し、その後、ガス孔３８を経てクーリングプレート２５の内部のバッファ室２９に流入し、複数のガス孔２３を介してチャンバ１１内部に導入される。
【００３９】
図２は、図１における第１のベローズ（第２のベローズも同様）の部分拡大図である。図２において、左半分は断面を示し、右半分は側面を示す。
【００４０】
図２において、第１のベローズ３１は、縦断面（長さ方向に沿う断面）形状が山形の円環状部材（以下、「コマ（piece）」という。）３１ａが長さ方向に多数連結されて構成された金属パイプからなる。各コマ３１ａではテーパ状に成形された２つの金属の円環板３１ｂがその裾同士を溶接することによって接合されている。すなわち、山形の頂部は溶接部３１ｃで接合されているのみなので、図中矢印Ａ方向の伸縮に対する剛性は低く、柔軟性に富み、矢印Ａ方向に容易に伸縮する。また、各コマ３１ａの長さ方向に垂直な断面形状は円環であり、各コマ３１ａは金属からなるため、第１のベローズ３１は殆どねじれることがない。
【００４１】
図１に戻り、シャワーヘッド２２を上下方向に移動させる際は、図示省略したリフト機構を稼働させる。リフト機構が稼働することによって、シャフト２６に連結されたシャワーヘッド２２のサセプタ１２に対する相対位置が変化するが、ガス流路３５を形成する第１のベローズ３１及び第２のベローズ３２がそれぞれシャワーヘッド２２の上下方向の移動に追従して伸縮し、相対位置の変化を吸収する。その結果、ガス流路３５は、シャワーヘッド２２が図中上下方向に移動しても、常に処理ガスを供給可能に処理ガス導入系に接続される。
【００４２】
上述した基板処理装置１０の各構成部品、例えば、第１の高周波電源１４や第２の高周波電源１６の動作は、基板処理装置１０が備える制御部（図示しない）のＣＰＵがドライエッチング処理に対応するプログラムに応じて制御する。
【００４３】
このような構成の基板処理装置１０において、先ず、プラズマを適切に分布させるためには、リフト機構（図示しない）を駆動させてシャフト２６を図１中上下方向に移動させてサセプタ１２とシャワーヘッド２２との間のギャップを調整する。次いで、処理ガス供給管３６を経てチャンバ１１内に処理ガスを供給する。処理ガス供給管３６内を流れる処理ガスは、例えば、処理ガス供給管３６の途中に設けられたフィルタによってパーティクルが除去された後、ガス流路３５に流入し、その後、クーリングプレート２５の内部のバッファ室２９及びガス孔２３を経てチャンバ１１内部へ流入する。チャンバ１１内に流入した処理ガスは、チャンバ１１内部へ印加されたプラズマ生成電力によって励起されてプラズマとなる。
【００４４】
プラズマ中の陽イオンは、サセプタ１２に印加されるバイアス電力に起因する負のバイアス電位によってサセプタ１２に載置されたウエハＷに向けて引きこまれ、該ウエハＷにドライエッチング処理を施す。
【００４５】
本実施の形態によれば、基板処理装置１０のサセプタ１２とシャワーヘッド２２との間に処理ガスを導入するガス流路を、シャワーヘッド２２を支持するシャフト２６の周りに同心円状に配置された伸縮自在の第１のベローズ３１及び第２のベローズ３２で形成したので、ガス流路の設置場所を確保し易くなり、しかもシャワーヘッド２２の上下方向の移動に追従してその変位を吸収することができ、これによって処理ガスを安定、且つ確実にシャワーヘッドに供給することができ、信頼性も向上する。
【００４６】
本実施の形態によれば、シャワーヘッドが上下動する構成の基板処理装置に、予め設けられている、チャンバ内空間を大気から隔絶する圧力隔壁としての第１のベローズ３１を伸縮するガス流路３５の構成部材として活用するようにしたので、ガス流路を伸縮させる構造と、シャワーヘッドの上下動を吸収する構成を一体化することができ、これによって、部品点数の増加を必要最小限に抑えることができる。また、伸縮するガス流路３５をチャンバ内に設けたので、チャンバ上方の構成が複雑になることもない。
【００４７】
本実施の形態において、第１のベローズ３１と第２のベローズ３２として、例えば、１００ｍｍφ以上の内径のものを適用することが好ましい。これによって、通常のガス管に比べてガス流路３５のコンダクタンスが大きくなり、例えば、第１のベローズ３１と第２のベローズ３２との間の間隙を極力小さくすることができる。すなわち、第１のベローズ３１と第２のベローズ３２との間隙の設定は、大半がベローズの動作マージンの設計に依存する。但し、座屈等の垂直動作を妨げる現象に対処し得る最低限の間隙、例えば、１０ｍｍ程度を確保する必要がある。
【００４８】
本実施の形態において、ベローズは伸縮に対する柔軟性に富み、伸縮時に大きな応力が発生しないため、ガス流路３５が早期に破断するのを防止することができ、信頼性が向上する。
【００４９】
本実施の形態において、第１のベローズ３１及び第２のベローズ３２の断面形状を、円形としたが、円形以外、例えば楕円形、矩形等であってもよい。
【００５０】
本実施の形態において、第１のベローズ３１のみがチャンバ内空間を大気から隔絶する圧力隔壁として機能する。従って、第１のベローズ３１は、第２のベローズ３２に比べて「内圧＞＞外圧」という圧力状態に耐える必要があるため、座屈防止の施策（例えばガイド設置）に留意する必要がある。従って、座屈防止用のガイド部材を第１のベローズの外周部に設けることが好ましい。
【００５１】
第２のベローズ３２は、ガス流路３５を形成するためのものであり、ガス流路３５はチャンバ１１内と連通しており、チャンバ１１内部と同様に減圧される。従って、第２のベローズ３１には、特に、真空と大気とを隔絶する第１のベローズ３１ほどの機能は要求されない。また、多系統のガス流路を形成するためにベローズを３個又はそれ以上同心状に配置する場合であっても、第１のベローズ以外のベローズに作用する真空応力が極端に増大することはない。
【００５２】
本実施の形態において、変位吸収隔壁としてベローズを適用したが、ベローズに代えて磁性流体シールを有する摺動シール構造を適用することもできる。但し、摺動シール構造は摺動部を有するので、パーティクル対策を施す必要がある。
【００５３】
本実施の形態では、シャワーヘッド２２が上下方向に移動する場合について説明したが、本発明は、例えば、チャンバ１１内部の下方に配置されたサセプタ１２が上下方向に移動する場合についても同様に適用することができる。具体的には、サセプタ１２が上下方向に移動し、且つ該サセプタ１２へガスを外部から供給する必要がある場合、外部のガス供給元に接続された基板処理装置内のガス流路を、サセプタ１２を移動可能に支持するシャフトにベローズを同心状に複数配置して形成することができる。
【００５４】
図３は、本実施の形態の変形例の構成を概略的に示す断面図である。
【００５５】
図３において、この基板処理装置は、図１の基板処理装置における処理ガス供給系及びガス流路を２系統とし、チャンバ１１内に２系統のガスを供給するようにしたものである。図３において、図１と同様の構成については同様の符号を付与し、その説明を省略する。
【００５６】
この基板処理装置５０が、図１と異なるところは、第２のベローズ３２の外周部に所定の間隔を隔てて、第３のベローズ３３を設けて第２のベローズ３２と第３のベローズ３３との間隙を第２のガス流路４５とした点である。また、バッファ室２９を内側バッファ室２９ａと外側バッファ室２９ｂに区画し、第１のガス流路３５をガス孔３８を介して内側バッファ室２９ａと連通させ、第２のガス流路４５をガス孔３９を介して外側バッファ室２９ｂと連通させたものである。
【００５７】
このような構成の基板処理装置５０において、処理ガス供給管３６及び４６を経て第１のガス流路３５及び第２のガス流路４５へそれぞれ異なる２系統の処理ガスが供給される。処理ガス供給管３６及び４６の途中には、例えば処理ガス中に含まれる微小且つ微量のパーティクルを除去するフィルタが設けられる。第１系統の処理ガスは、フィルタによってパーティクルが除去された後、ガス流路３５に流入し、その後、ガス孔３８、バッファ室２９ａ及びガス孔２３を経てチャンバ１１内部へ導入される。また第２系統の処理ガスは、フィルタによってパーティクルが除去された後、ガス流路４５に流入し、その後ガス孔３９、バッファ室２９ｂ及び別のガス孔２３を経てチャンバ１１内部へ導入される。チャンバ１１内に導入された２系統の処理ガスは、チャンバ１１内部へ印加されたプラズマ生成電力によって励起されてプラズマとなる。
【００５８】
プラズマ中の陽イオンは、サセプタ１２に印加されるバイアス電力に起因する負のバイアス電位によってサセプタ１２に載置されたウエハＷに向けて引きこまれ、該ウエハＷにドライエッチング処理を施す。
【００５９】
本実施の形態においても、上記実施の形態と同様、ガス流路の設置場所を確保し易くなり、しかもシャワーヘッド２２の上下方向の移動に追従してその変位を吸収し、処理ガスを安定、且つ確実にシャワーヘッドに導入することができるので、信頼性が向上する。
【００６０】
本実施の形態において、ガス流路は２系統に限定されるものではなく、同心状に配置したベローズの数を順次増加させることによって、３系統又はそれ以上に対応することもできる。
【００６１】
なお、上述した本実施の形態では、ドライエッチング処理が施される基板を半導体デバイス用のウエハとして説明したが、ドライエッチング処理が施される基板はこれに限られず、例えば、ＬＣＤ（Liquid Crystal Display）を含むＦＰＤ（Flat Panel Display）等のガラス基板であってもよい。
【符号の説明】
【００６２】
Ｗ ウエハ
１０ 基板処理装置
１１ チャンバ
１２ サセプタ
２２ シャワーヘッド
３１ 第１のベローズ
３２ 第２のベローズ
３３ 第３のベローズ
３５ （第１の）ガス流路
４５ 第２のガス流路
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ガス流路構造体及び基板処理装置に関し、特に、電極可動式の基板処理装置におけるガス流路構造体及び該ガス流路構造体を備えた基板処理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
基板としての半導体ウエハ（以下、単に「ウエハ」という。）にプラズマ処理を施す基板処理装置は、ウエハを収容し且つ内部を減圧可能なチャンバ（処理室）と、該チャンバ内部の下方に配されたサセプタ（載置台）と、チャンバ内部においてサセプタに対向するように配されたシャワーヘッドとを備える。サセプタはウエハを載置するとともに、高周波電源が接続されてチャンバ内部に高周波電力を印加する載置電極として機能し、シャワーヘッドはチャンバ内部に処理ガスを導入するとともに、接地されて対向電極として機能する。このような基板処理装置では、チャンバ内部に供給された処理ガスを高周波電力によって励起してプラズマを生成し、該プラズマによってウエハにプラズマ処理を施す。
【０００３】
ところで、チャンバ内部のシャワーヘッド及びサセプタの間の空間においてプラズマを適切に分布させるために、従来、サセプタを可動に構成してシャワーヘッド及びサセプタの間の空間の厚さ（以下、「ギャップ」という。）を調整可能な基板処理装置が開発されている。また、近年、基板処理装置の周辺におけるレイアウト上の制約からサセプタではなくシャワーヘッドが可動に構成された基板処理装置が検討されている。
【０００４】
図４は、シャワーヘッドが可動に構成された従来の基板処理装置の構成を概略的に示す断面図である。
【０００５】
図４の基板処理装置１００では、円筒状のチャンバ１０１内部においてサセプタ１０２に対向するように配置されたシャワーヘッド１０３は、チャンバ１０１の内径とほぼ等しい外径を有する略円板状を呈し、不図示のリフト機構によってチャンバ１０１内部においてピストンのように上下動する。なお、図４中において、最も下降した場合のシャワーヘッド１０３を実線で示し、最も上昇した場合のシャワーヘッド１０３を破線で示す。
【０００６】
シャワーヘッド１０３は、ガス流路１０４、バッファ室１０５やガス孔１０６からなる処理ガス導入系と、該処理ガス導入系に外部より処理ガスを供給するためのガス供給元（図示しない）に接続されるガス供給管１０７とを有する。また、上下動する電極としてのシャワーヘッド１０３を釣支するシャフト部分１１１の外周部には、同心状に、真空遮断機能を備えたベローズ１１２が配設されている。上述したように、シャワーヘッド１０３は上下動するが、通常、ガス供給元は固定されており動かないため、ガス供給管１０７はシャワーヘッド１０３の上下動に追従して屈曲する必要がある。
【０００７】
通常、固定された流体供給元から可動の構成物へ向けて流体を供給するための供給管としてフレキシブルチューブが知られている。例えば、宇宙環境試験装置において、真空容器から可動の扉部シュラウドへ向けて液化窒素を供給するために可撓性断熱配管としてフレキシブルチューブが用いられている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００８】
ところが、図５に示すように、フレキシブルチューブ１０８は、複数の波形の絞り加工が施された薄肉の金属パイプ１０９と、該金属パイプ１０９の周りを覆う金属メッシュのブレード１１０とからなるため、曲げに対する剛性が比較的高く、柔軟性に欠ける。従って、大きく屈曲させた場合に大きな応力が発生し易く、変位量の大きい可動の構成物に適用した場合、早期に破断する虞がある。このため、上下方向の変位量が、例えば７０ｍｍと大きく、且つ頻繁に上下動するシャワーヘッド１０３に処理ガスを供給するガス供給管としてフレキシブルチューブ１０８を適用するのは困難である。
【０００９】
すなわち、フレキシブルチューブは、繰り返し屈曲させることを前提としたものではなく、不定期の破断による寿命がある。従って、１年程度の定期交換品として取り扱う必要があり、寿命上の安全性に問題がある。また、繰り返し屈曲させることを前提としない一体成型ベローズもフレキシブルチューブと同様の問題があり、頻繁に上下動するシャワーヘッド１０３に処理ガスを供給するガス供給管として適用するのは困難である。
【００１０】
一方、ガス供給管の可動部分に回転ジョイント継ぎ手を適用することも考えられるが、回転ジョイントは、物理的摺動部を有するためにパーティクルの発生を回避することが困難であり、パーティクルの発生が最終製品の品質を大きく左右する基板処理装置においては、実用的でない。
【００１１】
ところで、フレキシブルチューブ又は回転ジョイント継ぎ手に代えてベローズを適用することが考えられる。ベローズは、縦断面形状が山形の円環状部材（以下、「コマ（piece）」という。）が幾つも連結されて構成された金属パイプのみからなるために、曲げに対する剛性が比較的低く、柔軟性に富む。従って、頻繁且つ大きく変位するシャワーヘッド１０３の変位吸収部材として適用しても、大きな応力が発生しないので、早期に破断することはないと考えられる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１２】
【特許文献１】特開２００３−１３７２００号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
しかしながら、上下動するシャワーヘッドにガスを供給する供給管として、曲げに対する剛性が比較的低く、柔軟性に富むベローズを適用したとしても、ガス配管のためだけにベローズを使用するとなると、そのための設置スペースが必要となり、特に多くの機器が搭載される基板処理装置の上部ユニットの上面部における配置場所を確保することが困難であり、レイアウト上の問題がある。
【００１４】
また、ベローズは、フレキシブルチューブ等に比べて高価であり、できるだけ使用長さ、使用数量等を低減する必要もある。
【００１５】
本発明の目的は、設置場所を確保する上でレイアウト上の問題がなく、且つ可動する電極に追従して確実にガスを供給することができる信頼性の高いガス流路構造体及び基板処理装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
上記目的を達成するために、請求項１記載のガス流路構造体は、内部を減圧可能な処理室と、該処理室内に配置され、被処理基板を載置する載置電極と、該載置電極と対向するように配置された対向電極とを備え、ガス流路を介して前記載置電極及び前記対向電極の間に供給される処理ガスを励起してプラズマを生成し、該プラズマによって前記被処理基板にプラズマ処理を施す基板処理装置のガス流路構造体であって、前記載置電極及び対向電極の一方を他方に対して移動可能に支持する支持部材と、該支持部材が前記処理室の壁面を貫通する貫通部において前記壁面に対する前記電極の変位を吸収し、前記支持部材周辺の雰囲気から前記処理室内をシールするように前記支持部材の外周部に、該支持部材と同心状に配置された環状の第１の変位吸収圧力隔壁と、該第１の変位吸収圧力隔壁の外周部に、該第１の変位吸収圧力隔壁と同心状に配置された環状の第２の変位吸収圧力隔壁とを有し、前記第１の変位吸収圧力隔壁と前記第２の変位吸収圧力隔壁とで環状の第１のガス流路を形成したことを特徴とする。
【００１７】
請求項２記載のガス流路構造体は、請求項１記載のガス流路構造体において、前記第２の変位吸収圧力隔壁の外周部に、該第２の変位吸収圧力隔壁と同心状に環状の第３又はそれ以上の変位吸収圧力隔壁を設け、前記第２の変位吸収圧力隔壁の外側に、それぞれ隣接する変位吸収圧力隔壁相互に挟持された環状の第２又はそれ以上のガス流路を形成したことを特徴とする。
【００１８】
請求項３記載のガス流路構造体は、請求項１又は２記載のガス流路構造体において、前記第１の変位吸収圧力隔壁の外周部に対向するように、前記第１の変位吸収圧力隔壁の長さ方向に直交する方向への屈曲を制限するガイド部材を設けたことを特徴とする。
【００１９】
請求項４記載のガス流路構造体は、請求項１乃至３のいずれか１項に記載のガス流路構造体において、前記変位吸収圧力隔壁の断面形状は、円形、楕円形又は矩形であることを特徴とする。
【００２０】
請求項５記載のガス流路構造体は、請求項１乃至４のいずれか１項に記載のガス流路構造体において、前記変位吸収圧力隔壁は、ベローズであることを特徴とする。
【００２１】
上記目的を達成するために、請求項６記載の基盤処理装置は、内部を減圧可能な処理室と、該処理室内に配置され、被処理基板を載置する載置電極と、該載置電極と対向配置された対向電極とを備え、前記載置電極及び前記対向電極の間に供給される処理ガスを励起してプラズマを生成し、該プラズマによって前記被処理基板にプラズマ処理を施す基板処理装置であって、前記載置電極及び前記対向電極の間に処理ガスを供給するガス流路構造体を有し、該ガス流路構造体は、請求項１乃至５のいずれか１項に記載のガス流路構造体であることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２２】
請求項１記載のガス流路構造体及び請求項６記載の基板処理装置によれば、ガス流路構造体が、載置電極及び対向電極の一方を他方に対して移動可能に支持する支持部材と、この支持部材が処理室の壁面を貫通する貫通部において壁面に対する電極の変位を吸収し、支持部材周辺の雰囲気から処理室内をシールするように支持部材の外周部に、支持部材と同心状に配置された環状の第１の変位吸収圧力隔壁と、第１の変位吸収圧力隔壁の外周部に、第１の変位吸収圧力隔壁と同心状に配置された環状の第２の変位吸収圧力隔壁とを有し、第１の変位吸収圧力隔壁と第２の変位吸収圧力隔壁とで環状の第１のガス流路を形成するので、電極の可動に追従してその変位を吸収するガス流路を処理室内に設けることができる。これによって、設置場所を確保する上でのレイアウト上の問題がなくなり、且つ可動する電極の変位を確実に吸収してガスを安定に供給することができ、またガス流路構造体としての信頼性を向上させることができる。
【００２３】
請求項２記載のガス流路構造体によれば、第２の変位吸収圧力隔壁の外周部に、第２の変位吸収圧力隔壁と同心状に環状の第３又はそれ以上の変位吸収圧力隔壁を設け、第２の変位吸収圧力隔壁の外側に、それぞれ隣接する変位吸収圧力隔壁相互に挟持された環状の第２又はそれ以上のガス流路を形成したので、多系統の処理ガスを使用する基板処理装置に適用することができる。
【００２４】
請求項３記載のガス流路構造体によれば、第１の変位吸収圧力隔壁の外周部に対向するように、第１の変位吸収圧力隔壁の長さ方向に直交する方向への屈曲を制限するガイド部材を設けたので、内側大気、外側真空に曝される第１の変位吸収隔壁の座屈を抑制することができる。
【００２５】
請求項４記載のガス流路構造体によれば、変位吸収圧力隔壁の断面形状を、円形、楕円形又は矩形としたので、適用する変位吸収圧力隔壁のバリエーションを広げることができる。
【００２６】
請求項５記載のガス流路構造体によれば、変位吸収圧力隔壁としてベローズを適用したので、可動する電極に追従してその変位を吸収することができ、確実にガスを供給することができ、ガス流路構造体としての信頼性が向上すると共に、パーティクルの発生を極力低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明の実施の形態に係るガス流路構造体を備える基板処理装置の構成を概略的に示す断面図である。
【図２】図１における第１のベローズ（第２のベローズも同様）の部分拡大図である。
【図３】本発明の実施の形態の変形例の構成を概略的に示す断面図である。
【図４】シャワーヘッドが可動に構成された従来の基板処理装置の構成を概略的に示す断面図である。
【図５】フレキシブルチューブの部分拡大図である。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。
【００２９】
図１は、本発明の実施の形態に係るガス流路構造体を備える基板処理装置の構成を概略的に示す断面図である。この基板処理装置はウエハにドライエッチング処理を施すように構成されている。
【００３０】
図１において、基板処理装置１０は、直径が、例えば、３００ｍｍのウエハＷを収容する円筒形状のチャンバ１１（処理室）を有し、該チャンバ１１内部の図中下方には半導体デバイス用のウエハＷを載置する円板形状のサセプタ１２（載置電極）が配置されており、チャンバ１１の図中上端は開閉自在な円板状の蓋部１３によって覆われている。
【００３１】
チャンバ１１内部はＴＭＰ（Turbo Molecular Pump）及びＤＰ（Dry Pump）（ともに図示しない）等によって減圧され、また、チャンバ１１内部の圧力はＡＰＣバルブ（図示しない）によって制御される。なお、半導体デバイスにナノレベルのパーティクルが付着しても欠陥の原因となるため、チャンバ１１内部にはドライエッチング処理に先立って清浄処理が施されてパーティクルが除去される。
【００３２】
サセプタ１２には第１の高周波電源１４が第１の整合器１５を介して接続され、且つ第２の高周波電源１６が第２の整合器１７を介して接続されており、第１の高周波電源１４は比較的低い周波数、例えば、３．２ＭＨｚの高周波電力であるバイアス電力をサセプタ１２に印加し、第２の高周波電源１６は比較的高い周波数、例えば、４０ＭＨｚの高周波電力であるプラズマ生成電力をサセプタ１２に印加する。そして、サセプタ１２はチャンバ１１内部にプラズマ生成電力を印加する。
【００３３】
サセプタ１２の上部には、静電電極１８を内部に有する静電チャック１９が配置されている。静電チャック１９は円板状のセラミックス部材で構成され、静電電極１８には直流電源２０が接続されている。静電電極１８に正の直流電圧が印加されると、ウエハＷにおける静電チャック１９側の面（以下、「裏面」という。）には負の電位が生じて静電電極１８及びウエハＷの裏面の間に電位差が生じ、該電位差に起因するクーロン力又はジョンソン・ラーベック力により、ウエハＷは静電チャック１９に吸着保持される。
【００３４】
また、サセプタ１２には、吸着保持されたウエハＷを囲うように、リング状部材であるフォーカスリング２１が載置される。フォーカスリング２１は、導電体、例えば、ウエハＷを構成する材料と同じ単結晶シリコンによって構成される。フォーカスリング２１は導電体からなるので、プラズマの分布域をウエハＷ上だけでなく該フォーカスリング２１上まで拡大してウエハＷの周縁部上におけるプラズマの密度を該ウエハＷの中央部上におけるプラズマの密度と同程度に維持する。これにより、ウエハＷの全面に施されるドライエッチング処理の均一性を維持することができる。
【００３５】
サセプタ１２の図中上部には、サセプタ１２と対向するようにシャワーヘッド２２が配置されている。シャワーヘッド２２は、多数のガス孔２３を有する導電性の上部電極２４と、該上部電極２４を着脱可能に釣支するクーリングプレート２５と、該クーリングプレート２５をさらに釣支する支持部材としてのシャフト２６とを有する。上部電極２４は接地されてチャンバ１１内部に印加されるプラズマ生成電力に対する接地電極（対向電極）として機能する。上部電極２４の外径はチャンバ１１の内径とほぼ等しく、上部電極２４はチャンバ１１内部に遊合するように配置される。
【００３６】
シャフト２６は蓋部１３（壁面）を貫通し、該シャフト２６の上部は基板処理装置１０の上方に配置されたリフト機構（図示しない）に接続される。該リフト機構はシャフト２６を図中上下方向に移動させるが、このとき、上部電極２４を備えたシャワーヘッド２２がチャンバ１１内部においてピストンのように上下動する。これにより、シャワーヘッド２２及びサセプタ１２の間の空間の厚さであるギャップを調整することができる。シャワーヘッド２２の図中上下方向に関する移動量の最大値は、例えば、７０ｍｍである。
【００３７】
シャフト２６は蓋部１３と擦れる可能性があり、パーティクルの発生源となりうる。従って、シャフト２６の外周面は、第１の変位吸収隔壁としての第１のベローズ３１で覆われている。シャフト２６は円柱状を呈しており、円筒状の第１のベローズ３１は、シャフト２６と同心円状に配置される。第１のベローズ３１の図中上方の一端は蓋部１３の下面に接合されており、図中下方の一端はシャワーヘッド２２のクーリングプレート２５の上面に接合されている。これによって、シャフト２６が蓋部１３を貫通する貫通部において蓋部１３（壁面）に対する電極の変位を吸収し、シャフト２６周辺の雰囲気と処理室１１内とがシールされ、チャンバ１１内部と大気との隔絶状態が保持される。
【００３８】
第１のベローズ３１に隣接するように、その外周部に同心円状に断面円形の第２の変位吸収圧力隔壁として第２のベローズ３２が配置されている。第２のベローズ３２は、第１のベローズ３１との間の所定の空隙を有する直径を有している。第２のベローズ３２の図中上方の一端は蓋部１３の下面に接合されており、図中下方の一端はシャワーヘッド２２のクーリングプレート２５の上面に接合されている。第１のベローズ３１と第２のベローズ３との間の間隙はガス流路３５となる。ガス流路３５は、蓋部１３を貫通する処理ガス供給管３６を介してガス供給系（不図示）に接続されている。また、ガス流路３５は、ガス孔３８を介してクーリングプレート２５の内部のバッファ室２９と連通している。バッファ室２９は、複数のガス孔２３によってチャンバ１１内部と連通している。処理ガスは、ガス供給系から、処理ガス供給管３６を経て第１のベローズ３１と第２のベローズ３２とで形成されるガス流路３５に流入し、その後、ガス孔３８を経てクーリングプレート２５の内部のバッファ室２９に流入し、複数のガス孔２３を介してチャンバ１１内部に導入される。
【００３９】
図２は、図１における第１のベローズ（第２のベローズも同様）の部分拡大図である。図２において、左半分は断面を示し、右半分は側面を示す。
【００４０】
図２において、第１のベローズ３１は、縦断面（長さ方向に沿う断面）形状が山形の円環状部材（以下、「コマ（piece）」という。）３１ａが長さ方向に多数連結されて構成された金属パイプからなる。各コマ３１ａではテーパ状に成形された２つの金属の円環板３１ｂがその裾同士を溶接することによって接合されている。すなわち、山形の頂部は溶接部３１ｃで接合されているのみなので、図中矢印Ａ方向の伸縮に対する剛性は低く、柔軟性に富み、矢印Ａ方向に容易に伸縮する。また、各コマ３１ａの長さ方向に垂直な断面形状は円環であり、各コマ３１ａは金属からなるため、第１のベローズ３１は殆どねじれることがない。
【００４１】
図１に戻り、シャワーヘッド２２を上下方向に移動させる際は、図示省略したリフト機構を稼働させる。リフト機構が稼働することによって、シャフト２６に連結されたシャワーヘッド２２のサセプタ１２に対する相対位置が変化するが、ガス流路３５を形成する第１のベローズ３１及び第２のベローズ３２がそれぞれシャワーヘッド２２の上下方向の移動に追従して伸縮し、相対位置の変化を吸収する。その結果、ガス流路３５は、シャワーヘッド２２が図中上下方向に移動しても、常に処理ガスを供給可能に処理ガス導入系に接続される。
【００４２】
上述した基板処理装置１０の各構成部品、例えば、第１の高周波電源１４や第２の高周波電源１６の動作は、基板処理装置１０が備える制御部（図示しない）のＣＰＵがドライエッチング処理に対応するプログラムに応じて制御する。
【００４３】
このような構成の基板処理装置１０において、先ず、プラズマを適切に分布させるためには、リフト機構（図示しない）を駆動させてシャフト２６を図１中上下方向に移動させてサセプタ１２とシャワーヘッド２２との間のギャップを調整する。次いで、処理ガス供給管３６を経てチャンバ１１内に処理ガスを供給する。処理ガス供給管３６内を流れる処理ガスは、例えば、処理ガス供給管３６の途中に設けられたフィルタによってパーティクルが除去された後、ガス流路３５に流入し、その後、クーリングプレート２５の内部のバッファ室２９及びガス孔２３を経てチャンバ１１内部へ流入する。チャンバ１１内に流入した処理ガスは、チャンバ１１内部へ印加されたプラズマ生成電力によって励起されてプラズマとなる。
【００４４】
プラズマ中の陽イオンは、サセプタ１２に印加されるバイアス電力に起因する負のバイアス電位によってサセプタ１２に載置されたウエハＷに向けて引きこまれ、該ウエハＷにドライエッチング処理を施す。
【００４５】
本実施の形態によれば、基板処理装置１０のサセプタ１２とシャワーヘッド２２との間に処理ガスを導入するガス流路を、シャワーヘッド２２を支持するシャフト２６の周りに同心円状に配置された伸縮自在の第１のベローズ３１及び第２のベローズ３２で形成したので、ガス流路の設置場所を確保し易くなり、しかもシャワーヘッド２２の上下方向の移動に追従してその変位を吸収することができ、これによって処理ガスを安定、且つ確実にシャワーヘッドに供給することができ、信頼性も向上する。
【００４６】
本実施の形態によれば、シャワーヘッドが上下動する構成の基板処理装置に、予め設けられている、チャンバ内空間を大気から隔絶する圧力隔壁としての第１のベローズ３１を伸縮するガス流路３５の構成部材として活用するようにしたので、ガス流路を伸縮させる構造と、シャワーヘッドの上下動を吸収する構成を一体化することができ、これによって、部品点数の増加を必要最小限に抑えることができる。また、伸縮するガス流路３５をチャンバ内に設けたので、チャンバ上方の構成が複雑になることもない。
【００４７】
本実施の形態において、第１のベローズ３１と第２のベローズ３２として、例えば、１００ｍｍφ以上の内径のものを適用することが好ましい。これによって、通常のガス管に比べてガス流路３５のコンダクタンスが大きくなり、例えば、第１のベローズ３１と第２のベローズ３２との間の間隙を極力小さくすることができる。すなわち、第１のベローズ３１と第２のベローズ３２との間隙の設定は、大半がベローズの動作マージンの設計に依存する。但し、座屈等の垂直動作を妨げる現象に対処し得る最低限の間隙、例えば、１０ｍｍ程度を確保する必要がある。
【００４８】
本実施の形態において、ベローズは伸縮に対する柔軟性に富み、伸縮時に大きな応力が発生しないため、ガス流路３５が早期に破断するのを防止することができ、信頼性が向上する。
【００４９】
本実施の形態において、第１のベローズ３１及び第２のベローズ３２の断面形状を、円形としたが、円形以外、例えば楕円形、矩形等であってもよい。
【００５０】
本実施の形態において、第１のベローズ３１のみがチャンバ内空間を大気から隔絶する圧力隔壁として機能する。従って、第１のベローズ３１は、第２のベローズ３２に比べて「内圧＞＞外圧」という圧力状態に耐える必要があるため、座屈防止の施策（例えばガイド設置）に留意する必要がある。従って、座屈防止用のガイド部材を第１のベローズの外周部に設けることが好ましい。
【００５１】
第２のベローズ３２は、ガス流路３５を形成するためのものであり、ガス流路３５はチャンバ１１内と連通しており、チャンバ１１内部と同様に減圧される。従って、第２のベローズ３１には、特に、真空と大気とを隔絶する第１のベローズ３１ほどの機能は要求されない。また、多系統のガス流路を形成するためにベローズを３個又はそれ以上同心状に配置する場合であっても、第１のベローズ以外のベローズに作用する真空応力が極端に増大することはない。
【００５２】
本実施の形態において、変位吸収隔壁としてベローズを適用したが、ベローズに代えて磁性流体シールを有する摺動シール構造を適用することもできる。但し、摺動シール構造は摺動部を有するので、パーティクル対策を施す必要がある。
【００５３】
本実施の形態では、シャワーヘッド２２が上下方向に移動する場合について説明したが、本発明は、例えば、チャンバ１１内部の下方に配置されたサセプタ１２が上下方向に移動する場合についても同様に適用することができる。具体的には、サセプタ１２が上下方向に移動し、且つ該サセプタ１２へガスを外部から供給する必要がある場合、外部のガス供給元に接続された基板処理装置内のガス流路を、サセプタ１２を移動可能に支持するシャフトにベローズを同心状に複数配置して形成することができる。
【００５４】
図３は、本実施の形態の変形例の構成を概略的に示す断面図である。
【００５５】
図３において、この基板処理装置は、図１の基板処理装置における処理ガス供給系及びガス流路を２系統とし、チャンバ１１内に２系統のガスを供給するようにしたものである。図３において、図１と同様の構成については同様の符号を付与し、その説明を省略する。
【００５６】
この基板処理装置５０が、図１と異なるところは、第２のベローズ３２の外周部に所定の間隔を隔てて、第３のベローズ３３を設けて第２のベローズ３２と第３のベローズ３３との間隙を第２のガス流路４５とした点である。また、バッファ室２９を内側バッファ室２９ａと外側バッファ室２９ｂに区画し、第１のガス流路３５をガス孔３８を介して内側バッファ室２９ａと連通させ、第２のガス流路４５をガス孔３９を介して外側バッファ室２９ｂと連通させたものである。
【００５７】
このような構成の基板処理装置５０において、処理ガス供給管３６及び４６を経て第１のガス流路３５及び第２のガス流路４５へそれぞれ異なる２系統の処理ガスが供給される。処理ガス供給管３６及び４６の途中には、例えば処理ガス中に含まれる微小且つ微量のパーティクルを除去するフィルタが設けられる。第１系統の処理ガスは、フィルタによってパーティクルが除去された後、ガス流路３５に流入し、その後、ガス孔３８、バッファ室２９ａ及びガス孔２３を経てチャンバ１１内部へ導入される。また第２系統の処理ガスは、フィルタによってパーティクルが除去された後、ガス流路４５に流入し、その後ガス孔３９、バッファ室２９ｂ及び別のガス孔２３を経てチャンバ１１内部へ導入される。チャンバ１１内に導入された２系統の処理ガスは、チャンバ１１内部へ印加されたプラズマ生成電力によって励起されてプラズマとなる。
【００５８】
プラズマ中の陽イオンは、サセプタ１２に印加されるバイアス電力に起因する負のバイアス電位によってサセプタ１２に載置されたウエハＷに向けて引きこまれ、該ウエハＷにドライエッチング処理を施す。
【００５９】
本実施の形態においても、上記実施の形態と同様、ガス流路の設置場所を確保し易くなり、しかもシャワーヘッド２２の上下方向の移動に追従してその変位を吸収し、処理ガスを安定、且つ確実にシャワーヘッドに導入することができるので、信頼性が向上する。
【００６０】
本実施の形態において、ガス流路は２系統に限定されるものではなく、同心状に配置したベローズの数を順次増加させることによって、３系統又はそれ以上に対応することもできる。
【００６１】
なお、上述した本実施の形態では、ドライエッチング処理が施される基板を半導体デバイス用のウエハとして説明したが、ドライエッチング処理が施される基板はこれに限られず、例えば、ＬＣＤ（Liquid Crystal Display）を含むＦＰＤ（Flat Panel Display）等のガラス基板であってもよい。
【符号の説明】
【００６２】
Ｗ ウエハ
１０ 基板処理装置
１１ チャンバ
１２ サセプタ
２２ シャワーヘッド
３１ 第１のベローズ
３２ 第２のベローズ
３３ 第３のベローズ
３５ （第１の）ガス流路
４５ 第２のガス流路
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内部を減圧可能な処理室と、該処理室内に配置され、被処理基板を載置する載置電極と、該載置電極と対向するように配置された対向電極とを備え、ガス流路を介して前記載置電極及び前記対向電極の間に供給される処理ガスを励起してプラズマを生成し、該プラズマによって前記被処理基板にプラズマ処理を施す基板処理装置のガス流路構造体であって、
前記載置電極及び対向電極の一方を他方に対して移動可能に支持する支持部材と、
該支持部材が前記処理室の壁面を貫通する貫通部において前記壁面に対する前記電極の変位を吸収し、前記支持部材周辺の雰囲気から前記処理室内をシールするように前記支持部材の外周部に、該支持部材と同心状に配置された環状の第１の変位吸収圧力隔壁と、
該第１の変位吸収圧力隔壁の外周部に、該第１の変位吸収圧力隔壁と同心状に配置された環状の第２の変位吸収圧力隔壁とを有し、
前記第１の変位吸収圧力隔壁と前記第２の変位吸収圧力隔壁とで環状の第１のガス流路を形成したことを特徴とするガス流路構造体。
【請求項２】
前記第２の変位吸収圧力隔壁の外周部に、該第２の変位吸収圧力隔壁と同心状に環状の第３又はそれ以上の変位吸収圧力隔壁を設け、前記第２の変位吸収圧力隔壁の外側に、それぞれ隣接する変位吸収圧力隔壁相互に挟持された環状の第２又はそれ以上のガス流路を形成したことを特徴とする請求項１記載のガス流路構造体。
【請求項３】
前記第１の変位吸収圧力隔壁の外周部に対向するように、前記第１の変位吸収圧力隔壁の長さ方向に直交する方向への屈曲を制限するガイド部材を設けたことを特徴とする請求項１又は２記載のガス流路構造体。
【請求項４】
前記変位吸収圧力隔壁の断面形状は、円形、楕円形又は矩形であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載のガス流路構造体。
【請求項５】
前記変位吸収圧力隔壁は、ベローズであることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載のガス流路構造体。
【請求項６】
内部を減圧可能な処理室と、該処理室内に配置され、被処理基板を載置する載置電極と、該載置電極と対向配置された対向電極とを備え、前記載置電極及び前記対向電極の間に供給される処理ガスを励起してプラズマを生成し、該プラズマによって前記被処理基板にプラズマ処理を施す基板処理装置であって、
前記載置電極及び前記対向電極の間に処理ガスを供給するガス流路構造体を有し、該ガス流路構造体は、請求項１乃至５のいずれか１項に記載のガス流路構造体であることを特徴とする基板処理装置。
【請求項１】
内部を減圧可能な処理室と、該処理室内に配置され、被処理基板を載置する載置電極と、該載置電極と対向するように配置された対向電極とを備え、ガス流路を介して前記載置電極及び前記対向電極の間に供給される処理ガスを励起してプラズマを生成し、該プラズマによって前記被処理基板にプラズマ処理を施す基板処理装置のガス流路構造体であって、
前記載置電極及び対向電極の一方を他方に対して移動可能に支持する支持部材と、
該支持部材が前記処理室の壁面を貫通する貫通部において前記壁面に対する前記電極の変位を吸収し、前記支持部材周辺の雰囲気から前記処理室内をシールするように前記支持部材の外周部に、該支持部材と同心状に配置された環状の第１の変位吸収圧力隔壁と、
該第１の変位吸収圧力隔壁の外周部に、該第１の変位吸収圧力隔壁と同心状に配置された環状の第２の変位吸収圧力隔壁とを有し、
前記第１の変位吸収圧力隔壁と前記第２の変位吸収圧力隔壁とで環状の第１のガス流路を形成したことを特徴とするガス流路構造体。
【請求項２】
前記第２の変位吸収圧力隔壁の外周部に、該第２の変位吸収圧力隔壁と同心状に環状の第３又はそれ以上の変位吸収圧力隔壁を設け、前記第２の変位吸収圧力隔壁の外側に、それぞれ隣接する変位吸収圧力隔壁相互に挟持された環状の第２又はそれ以上のガス流路を形成したことを特徴とする請求項１記載のガス流路構造体。
【請求項３】
前記第１の変位吸収圧力隔壁の外周部に対向するように、前記第１の変位吸収圧力隔壁の長さ方向に直交する方向への屈曲を制限するガイド部材を設けたことを特徴とする請求項１又は２記載のガス流路構造体。
【請求項４】
前記変位吸収圧力隔壁の断面形状は、円形、楕円形又は矩形であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載のガス流路構造体。
【請求項５】
前記変位吸収圧力隔壁は、ベローズであることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載のガス流路構造体。
【請求項６】
内部を減圧可能な処理室と、該処理室内に配置され、被処理基板を載置する載置電極と、該載置電極と対向配置された対向電極とを備え、前記載置電極及び前記対向電極の間に供給される処理ガスを励起してプラズマを生成し、該プラズマによって前記被処理基板にプラズマ処理を施す基板処理装置であって、
前記載置電極及び前記対向電極の間に処理ガスを供給するガス流路構造体を有し、該ガス流路構造体は、請求項１乃至５のいずれか１項に記載のガス流路構造体であることを特徴とする基板処理装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２０１０−２３８９６１（Ｐ２０１０−２３８９６１Ａ）
【公開日】平成２２年１０月２１日（２０１０．１０．２１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−８６０３６（Ｐ２００９−８６０３６）
【出願日】平成２１年３月３１日（２００９．３．３１）
【出願人】（０００２１９９６７）東京エレクトロン株式会社 (5,184)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年１０月２１日（２０１０．１０．２１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年３月３１日（２００９．３．３１）
【出願人】（０００２１９９６７）東京エレクトロン株式会社 (5,184)
【Ｆターム（参考）】
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