特許 5935461 プラズマ処理装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】5935461

(24)【登録日】2016年5月20日

(45)【発行日】2016年6月15日

(54)【発明の名称】プラズマ処理装置

(51)【国際特許分類】

   H01L 21/205 20060101AFI20160602BHJP

   H01L 21/3065 20060101ALI20160602BHJP

   C23C 16/509 20060101ALI20160602BHJP

   H05H 1/46 20060101ALI20160602BHJP

【ＦＩ】

   H01L21/205

   H01L21/302 101D

   C23C16/509

   H05H1/46 L

【請求項の数】3

【全頁数】9

(21)【出願番号】特願2012-84741(P2012-84741)

(22)【出願日】2012年4月3日

(65)【公開番号】特開2013-214646(P2013-214646A)

(43)【公開日】2013年10月17日

【審査請求日】2015年2月24日

(73)【特許権者】

【識別番号】000000099

【氏名又は名称】株式会社ＩＨＩ

(74)【代理人】

【識別番号】110000936

【氏名又は名称】特許業務法人青海特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】米澤 朋子

【審査官】 長谷川 直也

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００４−２００２３２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００４−２００２３３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００７−２６２５４１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００４−３４９１９９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００２−０６９６５３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００３−０８６５８１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 国際公開第２０１０／０５８５６０（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 特開２００３−１０９７９８（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０１Ｌ ２１／２０５、２１／３０２、２１／３０６５−２１／３１、

２１／３６５、２１／４６１、２１／４６９、２１／８６、

３１／０４−３１／０６、５１／４２、

Ｃ２３Ｃ １６／００−１６／５６、

Ｈ０５Ｈ １／００− １／５４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

真空状態に減圧可能な処理室にガス供給源から反応ガスが供給される真空チャンバと、
前記真空チャンバに設けられ、交流電源の給電側に基端が接続される給電側電極棒、前記交流電源の接地側に基端が接続されるとともに前記給電側電極棒に対向配置された接地側電極棒、該給電側電極棒および該接地側電極棒の先端同士を通電可能に接続する接続部材を有し、該交流電源からの電力供給によって前記処理室内でプラズマを発生させる複数のアンテナ体と、を備え、
前記複数のアンテナ体は、
前記真空チャンバの所定の第１の面に前記給電側電極棒および接地側電極棒の基端が設けられた第１アンテナ体と、前記第１の面に対向する第２の面に前記給電側電極棒および接地側電極棒の基端が設けられた第２アンテナ体と、を備え、
前記第１アンテナ体を構成する給電側電極棒および接地側電極棒と、前記第２アンテナ体を構成する給電側電極棒および接地側電極棒と、が同一平面上に整列配置されており、
前記接地側電極棒の内部には、前記ガス供給源から供給された前記反応ガスが流通するガス供給路が形成されており、該ガス供給路を通過した反応ガスは、該接地側電極棒に形成された噴出孔を介して前記真空チャンバに供給されていることを特徴とするプラズマ処理装置。

【請求項2】

前記第１アンテナ体を構成する給電側電極棒および接地側電極棒と、前記第２アンテナ体を構成する給電側電極棒および接地側電極棒と、が、これら両電極棒の長手方向に直交する方向において交互に設けられていることを特徴とする請求項１記載のプラズマ処理装置。

【請求項3】

前記第１アンテナ体を構成する電極棒と、前記第２アンテナ体を構成する電極棒とが、一直線上に軸心を沿わせて対向配置されていることを特徴とする請求項１記載のプラズマ処理装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、真空チャンバ内でプラズマを発生させて処理対象の被処理面に薄膜を生成したり、エッチングを行ったりするプラズマ処理装置に関する。

【背景技術】

【0002】

従来、特許文献１〜３に示されるプラズマ処理装置（プラズマＣＶＤ装置）が知られている。これらのプラズマ処理装置は、真空状態に減圧可能な処理室を有する真空チャンバを備えており、この真空チャンバの天井部に、高周波電源に電気的に接続された複数のコネクタが配設されている。また、処理室内には、複数本の電極棒を有するアレイアンテナユニットが設けられており、このアレイアンテナユニットの電極棒が、複数のコネクタそれぞれに接続されている。

【0003】

そして、真空状態に減圧された処理室内に、処理対象である基板を保持する基板搬送用の台車を搬送するとともに、当該基板をアレイアンテナユニットに対向させた状態で、真空チャンバ内に反応ガスを供給しつつ、電極棒に高周波電力を供給する。これにより、真空雰囲気中にプラズマが発生するとともに、プラズマによって分解された反応ガスの成分が基板の表面に付着し、非結晶シリコン膜または微結晶シリコン膜などの薄膜が基板表面に生成されることとなる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２００７−２６２５４１号公報

【特許文献2】特開２００３−８６５８１号公報

【特許文献3】特開２００３−１０９７９８号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

アンテナ式のプラズマ処理装置は、真空チャンバ内において、各電極棒の基端側のプラズマ密度が、各電極棒の先端側のプラズマ密度に比べて高くなる傾向がある。そのため、上記のように、全ての電極棒が真空チャンバの天井部に垂下支持されている場合には、天井部近傍のプラズマ密度が極めて高くなり、処理対象に均一な処理を施すことができなくなるばかりか、部分的にプラズマ処理が過剰となってしまい、処理対象の品質を劣化させてしまうおそれがある。

【0006】

本発明は、処理対象に施されるプラズマ処理の均一性を向上するとともに、プラズマ処理が過剰に施されるのを防ぐことができるプラズマ処理装置を提供することを目的としている。

【課題を解決するための手段】

【0007】

上記課題を解決するために、本発明のプラズマ処理装置は、真空状態に減圧可能な処理室にガス供給源から反応ガスが供給される真空チャンバと、前記真空チャンバに設けられ、交流電源の給電側に基端が接続される給電側電極棒、前記交流電源の接地側に基端が接続されるとともに前記給電側電極棒に対向配置された接地側電極棒、該給電側電極棒および該接地側電極棒の先端同士を通電可能に接続する接続部材を有し、該交流電源からの電力供給によって前記処理室内でプラズマを発生させる複数のアンテナ体と、を備え、前記複数のアンテナ体は、前記真空チャンバの所定の第１の面に前記給電側電極棒および接地側電極棒の基端が設けられた第１アンテナ体と、前記第１の面に対向する第２の面に前記給電側電極棒および接地側電極棒の基端が設けられた第２アンテナ体と、を備え、前記第１アンテナ体を構成する給電側電極棒および接地側電極棒と、前記第２アンテナ体を構成する給電側電極棒および接地側電極棒と、が同一平面上に整列配置されており、前記接地側電極棒の内部には、前記ガス供給源から供給された前記反応ガスが流通するガス供給路が形成されており、該ガス供給路を通過した反応ガスは、該接地側電極棒に形成された噴出孔を介して前記真空チャンバに供給されていることを特徴とする。

【0009】

また、本発明のプラズマ処理装置は、第１アンテナ体を構成する給電側電極棒および接地側電極棒と、第２アンテナ体を構成する給電側電極棒および接地側電極棒と、が、これら両電極棒の長手方向に直交する方向において交互に設けられていることを特徴とする。

【0010】

また、本発明のプラズマ処理装置は、第１アンテナ体を構成する電極棒と、第２アンテナ体を構成する電極棒とが、一直線上に軸心を沿わせて対向配置されていることを特徴とする。

【発明の効果】

【0011】

本発明によれば、処理対象に施されるプラズマ処理の均一性を向上するとともに、プラズマ処理が過剰に施されるのを防ぐことができる。

【図面の簡単な説明】

【0012】

【図1】（ａ）は真空チャンバの正面側の断面図、（ｂ）は（ａ）におけるＩ（ｂ）−Ｉ（ｂ）線断面図である。

【図2】第１コネクタおよび第２コネクタと高周波電源との接続関係を示す図である。

【図3】第１電極棒および第２電極棒の部分断面図である。

【図4】プラズマ処理について説明する図である。

【図5】変形例のプラズマ処理装置を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0013】

以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。かかる実施形態に示す寸法、材料、その他具体的な数値等は、発明の理解を容易とするための例示にすぎず、特に断る場合を除き、本発明を限定するものではない。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能、構成を有する要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略し、また本発明に直接関係のない要素は図示を省略する。

【0014】

本実施形態のプラズマ処理装置は、処理対象の被処理面に薄膜を生成するプラズマＣＶＤ装置や、処理対象の被処理面をエッチング加工するプラズマエッチング装置として用いることが可能であるが、ここでは、プラズマ処理装置をプラズマＣＶＤ装置として用いる場合について説明する。

【0015】

図１（ａ）は真空チャンバの正面側の断面図、図１（ｂ）は図１（ａ）におけるＩ（ｂ）−Ｉ（ｂ）線断面図である。真空チャンバ１は、筐体２を備えて構成されている。この筐体２は、真空チャンバ１の上面を構成する天井部２ａと、真空チャンバ１の側面を構成し、互いに対向配置された左側面部２ｂ（第１の面）および右側面部２ｃ（第２の面）と、真空チャンバ１の正面および背面を構成する正面部２ｄおよび背面部２ｅと、を備えており、これら各部によって処理室３が囲繞形成されている。ただし、筐体２の下部には底面開口部２ｆが形成されており、処理室３は、下方に開口を臨ませる構成となっている。

【0016】

また、真空チャンバ１の下方には、処理対象となるワークＷを搬送するための搬送チャンバ１００が設けられている。この搬送チャンバ１００は、ワークＷが載置された搬送台車１０１を搬送するものであり、搬送台車１０１は、ガイドレール１０２にガイドされて真空チャンバ１の下方まで搬送されることとなる。

【0017】

そして、真空チャンバ１と搬送チャンバ１００とは、真空チャンバ１の底面開口部２ｆを介して接続されている。両チャンバ１、１００の接続部には、ゲートバルブ１０３が開閉自在に設けられており、ゲートバルブ１０３が開状態にある場合には、両チャンバ１、１００が連通し、ゲートバルブ１０３が図示のように閉状態にある場合には、両チャンバ１、１００の連通が遮断されることとなる。このように、ゲートバルブ１０３が閉状態となると、真空チャンバ１内に設けられた処理室３が、外部から完全に密閉された状態となる。これにより、真空チャンバ１に接続された真空ポンプ４を駆動すれば、処理室３が減圧されて真空状態に維持されることとなる。

【0018】

なお、搬送チャンバ１００には、搬送台車１０１を昇降する昇降装置１０４が設けられており、真空チャンバ１の下方まで搬送されたワークＷは、昇降装置１０４によって、搬送台車１０１と一体となって上昇する。一方、真空チャンバ１には、ワーク保持装置５が設けられており、底面開口部２ｆから処理室３内に搬入されたワークＷは、このワーク保持装置５によって、所定の処理位置に保持されることとなる。

【0019】

そして、真空チャンバ１の左側面部２ｂおよび右側面部２ｃには、第１コネクタ６（給電側コネクタ）および第２コネクタ７（接地側コネクタ）がそれぞれ複数設けられており、第１コネクタ６には、第１電極棒８（給電側電極棒）の一端（基端）が接続され、第２コネクタ７には、第２電極棒９（接地側電極棒）の一端（基端）が接続されている。第１コネクタ６および第２コネクタ７は、両側面部２ｂ、２ｃにおいて、鉛直方向（図中上下方向）に所定の間隔を維持して一直線上に整列配置されており、また、左側面部２ｂに設けられた両コネクタ６、７と、右側面部２ｃに設けられた両コネクタ６、７と、が同一平面上に配置されている。

【0020】

ただし、左側面部２ｂに設けられた両コネクタ６、７と、右側面部２ｃに設けられた両コネクタ６、７とは、同一平面上において、鉛直方向に位相をずらして配置されている。このとき、両コネクタ６、７は、第１コネクタ６に接続される第１電極棒８と、第２コネクタ７に接続される第２電極棒９とが、図示のように、両電極棒８、９の長手方向に直交する方向（鉛直方向）に、交互に、かつ、一定の間隔で配設されるように設けられている。

【0021】

なお、両電極棒８、９は、その先端が接続部材１０によって通電可能に接続されており、これら第１電極棒８、第２電極棒９および接続部材１０によって、１つのアンテナ体Ａが構成されている。そして、左側面部２ｂに支持されるアンテナ体Ａを第１アンテナ体Ａ１とし、右側面部２ｃに支持されるアンテナ体Ａを第２アンテナ体Ａ２とすると、第１アンテナ体Ａ１と第２アンテナ体Ａ２とが、鉛直方向に交互に配列されることとなる。

【0022】

図２は、第１コネクタ６および第２コネクタ７と、高周波電源２１との接続関係を示す図である。なお、図２（ａ）は、図１（ａ）におけるＩＩ（ａ）矢視図であり、図２（ｂ）は、図１（ａ）におけるＩＩ（ｂ）矢視図である。この図に示すように、第１コネクタ６は、高周波電力（本実施形態では８５ＭＨｚの交流電力）を供給する高周波電源２１の供給側（給電側）に接続され、第２コネクタ７は、高周波電源２１の接地側に接続されている。また、第２コネクタ７にはガス供給源２２が接続されており、このガス供給源２２から供給される反応ガスが、第２コネクタ７に接続された第２電極棒９から、処理室３内に噴出可能となっている。

【0023】

図３は、第１電極棒８および第２電極棒９の部分断面図である。第１電極棒８の基端部には、真空チャンバ１の左側面部２ｂおよび右側面部２ｃに設けられた第１コネクタ６に接続可能な第１アンテナ側コネクタ１２が固定されている。また、第２電極棒９の基端部には、真空チャンバ１の左側面部２ｂおよび右側面部２ｃに設けられた第２コネクタ７に接続可能な第２アンテナ側コネクタ１３が固定されている。

【0024】

第１アンテナ側コネクタ１２は、円筒状の本体１２ａを備えており、この本体１２ａの底面部１２ｂに、第１電極棒８が貫通した状態で固定されている。また、第２アンテナ側コネクタ１３も、円筒状の本体１３ａを備えており、この本体１３ａの底面部１３ｂに、第２電極棒９が貫通した状態で固定されている。

【0025】

第１電極棒８は、その外周にセラミックスまたは樹脂などの誘電体からなる被覆部材１４を備えている。一方、第２電極棒９は円筒形状をなしており、その長手方向に延在するガス供給路９ａが内部に形成されている。また、第２電極棒９は、ガス供給路９ａに垂直に連通する噴出孔９ｂを備えている。この第２電極棒９は、上述したように、処理室３内に支持されたときに、第２コネクタ７に接続されて、上記したガス供給源２２とガス供給路９ａと、が連通する関係をなしている。したがって、第２電極棒９が処理室３内に支持された状態で、ガス供給源２２から反応ガスが供給されることにより、噴出孔９ｂから処理室３に向けて反応ガスが噴出することとなる。

【0026】

図４は、本実施形態のプラズマ処理装置によるプラズマ処理について説明する図である。まず、真空チャンバ１の処理室３を密閉するとともに、真空ポンプ４を駆動して処理室３を真空状態に減圧する。この状態で、内部が真空状態に維持された搬送チャンバ１００において、ワークＷが載置された搬送台車１０１を真空チャンバ１の下方まで搬送する。そして、ゲートバルブ１０３を開いて両チャンバ１、１００を連通させるとともに、昇降装置１０４を駆動して搬送台車１０１を上昇させ、処理室３内にワークＷを搬入する。

【0027】

その後、図示のように、ワーク保持装置５によってワークＷを処理室３内に保持するとともに、ゲートバルブ１０３を閉じて、真空チャンバ１と搬送チャンバ１００との連通を遮断して処理室３を密閉する。本実施形態においては、処理対象であるワークＷが薄板状に構成されており、ワーク保持装置５によってワークＷが処理室３内に保持された状態では、第１アンテナ体Ａ１および第２アンテナ体Ａ２がワークＷの被処理面Ｗ１に対向配置されることとなる。

【0028】

この状態で、ガス供給源２２から第２電極棒９に反応ガスを供給して、噴出孔９ｂから真空チャンバ１内に反応ガスを噴出させるとともに、高周波電源２１によって両アンテナ体Ａ１、Ａ２に高周波電力を供給する。これにより、両アンテナ体Ａ１、Ａ２すなわち両電極棒８、９の周囲にプラズマが発生し、このプラズマによって分解された反応ガスの成分がワークＷの被処理面Ｗ１に付着する。このようにして、被処理面Ｗ１の表面に、非結晶シリコン膜または微結晶シリコン膜などの薄膜が成膜されることとなる。

【0029】

そして、本実施形態によれば、対面する左側面部２ｂおよび右側面部２ｃのそれぞれに、アンテナ体Ａすなわち第１電極棒８および第２電極棒９が支持されている。より詳細には、プラズマ密度が高くなる第１電極棒８の基端が、左側面部２ｂと右側面部２ｃとに交互に設けられている。このとき、アンテナ体Ａ１においては、第１電極棒８および第２電極棒９の基端が左側面部２ｂに支持されており、先端が右側面部２ｃ近傍に位置し、アンテナ体Ａ２においては、第１電極棒８および第２電極棒９の基端が右側面部２ｃに支持されており、先端が左側面部２ｂ近傍に位置している。これにより、プラズマ密度が局部的に高くなってしまうことがなくなり、部分的に薄膜が厚くなり過ぎてしまうのを防いで、全体的に膜厚の均一性を向上することができる。

【0030】

なお、上記実施形態においては、被処理面Ｗ１に対して薄膜を生成する場合について説明したが、被処理面Ｗ１に対してエッチング加工を施す場合にも、上記と同様の効果を実現することができる。

【0031】

また、上記実施形態においては、第１アンテナ体Ａ１と第２アンテナ体Ａ２とを鉛直方向に位相をずらして設けることとしたが、アンテナ体は、図５に示す変形例のアンテナ体Ａ３、Ａ４のように構成してもよい。この変形例によれば、上記実施形態と同様に、第１アンテナ体Ａ３を構成する第１電極棒２８および第２電極棒２９と、第２アンテナ体Ａ４を構成する第１電極棒２８および第２電極棒２９と、が同一平面上に整列配置されている。

【0032】

このとき、第１アンテナ体Ａ３を構成する第１電極棒２８と、第２アンテナ体Ａ４を構成する第１電極棒２８とが、一直線上に軸心を沿わせて対向配置されており、第１アンテナ体Ａ３を構成する第２電極棒２９と、第２アンテナ体Ａ４を構成する第２電極棒２９とが、一直線上に軸心を沿わせて対向配置されている。このように、変形例のアンテナ体Ａによっても、上記と同様の作用効果を実現することができる。

【0033】

なお、この変形例において、第１アンテナ体Ａ３を構成する第１電極棒２８と、第２アンテナ体Ａ４を構成する第２電極棒２９と、を一直線上に軸心を沿わせて対向配置し、第１アンテナ体Ａ３を構成する第２電極棒２９と、第２アンテナ体Ａ４を構成する第１電極棒２８と、を一直線上に軸心を沿わせて対向配置することとしてもよい。

【0034】

また、上記実施形態および変形例においては、第１アンテナ体Ａ１（Ａ３）を構成する両電極棒８（２８）、９（２９）と、第２アンテナ体Ａ２（Ａ４）を構成する両電極棒８（２８）、９（２９）とが、同一平面上に位置することとしたが、両電極棒８（２８）、９（２９）は、必ずしも同一平面上に位置しなければならないものではない。また、上記実施形態においては、真空チャンバ１が矩形状に構成されており、その水平方向に対面する左側面部２ｂおよび右側面部２ｃに、両アンテナ体Ａ１（Ａ３）、Ａ２（Ａ４）が支持されることとしたが、真空チャンバ１は矩形状に限らず、例えば、円筒状であってもよいし、さらには、鉛直方向に対面する２つの対面部に両アンテナ体を支持することとしてもよい。いずれにしても、第１アンテナ体と第２アンテナ体とが、真空チャンバの中で対面する部分に設けられていれば、各部材等の形状、構成は特に限定されない。

【0035】

以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明はかかる実施形態に限定されないことは言うまでもない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された範疇において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。

【産業上の利用可能性】

【0036】

本発明は、真空チャンバ内でプラズマを発生させて処理対象の被処理面にプラズマ処理を施すプラズマ処理装置に利用することができる。

【符号の説明】

【0037】

１ 真空チャンバ
３ 処理室
５ ワーク保持装置
８ 第１電極棒
９ 第２電極棒
１０ 接続部材
２１ 高周波電源
２２ ガス供給源
Ａ アンテナ体
Ａ１、Ａ３ 第１アンテナ体
Ａ２、Ａ４ 第２アンテナ体
Ｗ ワーク
Ｗ１ 被処理面

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】