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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2022072166
(43)【公開日】2022-05-17
(54)【発明の名称】プラズマ処理装置
(51)【国際特許分類】
   H01L 21/31 20060101AFI20220510BHJP
   C23C 16/505 20060101ALI20220510BHJP
【FI】
H01L21/31 C
C23C16/505
【審査請求】未請求
【請求項の数】13
【出願形態】OL
(21)【出願番号】P 2020181467
(22)【出願日】2020-10-29
(71)【出願人】
【識別番号】000231464
【氏名又は名称】株式会社アルバック
(74)【代理人】
【識別番号】100141139
【弁理士】
【氏名又は名称】及川 周
(74)【代理人】
【識別番号】100134359
【弁理士】
【氏名又は名称】勝俣 智夫
(72)【発明者】
【氏名】植 喜信
【テーマコード(参考)】
4K030
5F045
【Fターム(参考)】
4K030CA12
4K030EA04
4K030FA03
4K030KA05
4K030KA17
5F045AA08
5F045AB32
5F045BB02
5F045DP03
5F045DQ10
5F045EB03
5F045EB05
5F045EF05
5F045EH01
5F045EH05
5F045EH14
5F045EK07
5F045EM10
(57)【要約】
【課題】リターン電流の均質化とパーティクル発生の防止を図る。
【解決手段】プラズマ処理装置1であって、電極フランジ4と、チャンバ2と、絶縁フランジ81と、反応室2aを有する処理室101と、基板10が載置される支持部(サセプタ)15と、昇降駆動部16Aと、高周波電圧を印加する高周波電源9と、支持部の側周面15aに周設されたキャパシタ形成部30と、チャンバの側壁24に形成された内周面24aにおいて、支持部のキャパシタ形成部に対向する位置に周設されたキャパシタ形成部30と、を有し、支持部の側周面とチャンバの側壁の内周面との間にギャップGを形成して、互いに対向するキャパシタ形成部どうしの間に、プラズマ形成時の高周波リターン電流に対するキャパシタを基板の全周となる位置に形成する。
【選択図】図1
【特許請求の範囲】
【請求項1】
プラズマ処理装置であって、
電極フランジと、
側壁および底部を有するチャンバと、
前記チャンバと前記電極フランジとの間に配置された絶縁フランジと、
前記チャンバと前記電極フランジと前記絶縁フランジとから構成されて反応室を有する処理室と、
前記反応室内に収容され処理面を有する基板が載置されるとともに前記基板の温度を制御可能な支持部と、
前記支持部を昇降駆動する昇降駆動部と、
前記電極フランジに接続され、高周波電圧を印加する高周波電源と、
前記支持部の側周面に周設されたキャパシタ形成部と、
前記チャンバの前記側壁に形成されて、前記チャンバの径方向で中心に向かう内周面において前記支持部の前記キャパシタ形成部に対向する位置に周設されたキャパシタ形成部と、
を有し、
前記昇降駆動部によって前記支持部を昇降させ、前記支持部の前記側周面の前記キャパシタ形成部と、前記チャンバの前記側壁の前記内周面の前記キャパシタ形成部との間にギャップを形成して、
互いに対向する前記キャパシタ形成部どうしの間に、プラズマ形成時の高周波リターン電流に対するキャパシタを前記支持部の全周となる位置に形成する
ことを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項2】
前記支持部の前記側周面の前記キャパシタ形成部は、前記昇降駆動部による前記支持部の昇降方向における幅寸法が、前記支持部の全周において略均一に形成される
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】
前記支持部の前記キャパシタ形成部と、前記チャンバの前記側壁の前記キャパシタ形成部とは、前記基板の径方向における離間距離が、前記支持部の全周において略均一に形成される
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4】
前記チャンバの前記側壁の前記内周面の前記キャパシタ形成部は、前記支持部の前記側周面の前記キャパシタ形成部よりも、前記基板の厚さ方向における幅寸法が大きく形成される
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5】
前記キャパシタ形成部が、前記基板の周方向において、連続的または断続的に形成される
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6】
前記支持部の前記側周面において、前記キャパシタ形成部の上方には絶縁部材が配置される
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7】
前記支持部において、前記キャパシタ形成部よりも径方向内側となる上面には絶縁部材が配置される
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8】
前記処理室には、前記電極フランジに電気的に接続されるとともに前記反応室の上側に位置するシャワープレートが設けられ、
前記支持部の前記上面における前記絶縁部材の内周輪郭と、前記シャワープレートにおける前記反応室に露出する外周輪郭とが、対応する形状を有する
ことを特徴とする請求項7記載のプラズマ処理装置。
【請求項9】
前記支持部の前記側周面の前記キャパシタ形成部と、前記チャンバの前記側壁の前記キャパシタ形成部とは、いずれも前記昇降駆動部による前記支持部の昇降方向に沿った面(鉛直面)に延在する
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10】
前記チャンバの前記側壁には、前記反応室に前記基板を搬出又は搬入するために用いられる搬出入部が設けられ、
前記キャパシタ形成部の下端が、前記搬出入部よりも前記電極フランジに近接する位置に設けられる
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11】
前記支持部の昇降方向において、前記支持部の前記上面における前記絶縁部材と前記絶縁フランジとの間となる前記チャンバの前記側壁の前記内周面には、絶縁部材が設けられる
ことを特徴とする請求項8記載のプラズマ処理装置。
【請求項12】
前記支持部の前記キャパシタ形成部と、前記チャンバの前記側壁の前記キャパシタ形成部とが、容量結合により電気的に接続されている
ことを特徴とする請求項1から11のいずれか記載のプラズマ処理装置。
【請求項13】
前記昇降駆動部は、前記支持部を昇降駆動する駆動支柱と、前記支持部の昇降姿勢を維持する姿勢規制支柱と、を有する
ことを特徴とする請求項12記載のプラズマ処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明はプラズマ処理装置に用いて好適な技術に関する。
【背景技術】
【0002】
従来から、プラズマを用いて原料ガスを分解し、例えば、基板の被成膜面に薄膜を形成するプラズマ処理装置が知られている。このプラズマ処理装置においては、例えば、特許文献1,2に示すように、チャンバと、電極フランジと、チャンバおよび電極フランジによって挟まれた絶縁フランジとによって、処理室が構成されている。処理室は、成膜空間(反応室)を有する。
【0003】
処理室内には、シャワープレートと、基板が配置されるヒータとが設けられている。シャワープレートは、電極フランジに接続され複数の噴出口を有する。シャワープレートと電極フランジとの間には空間が形成される。この空間は、原料ガスが導入されるガス導入空間である。つまり、シャワープレートは、処理室内を、基板に膜が形成される成膜空間と、ガス導入空間とに区画している。
【0004】
チャンバは、接地電位に接続されている。これによってヒータは、アノード電極として機能する。一方、電極フランジには高周波電源が接続されている。電極フランジおよびシャワープレートは、カソード電極として機能する。電極フランジの周囲には、例えば、電極フランジを覆うように形成され、かつチャンバに接続されたシールドカバーなどが設けられている。
【0005】
特許文献1,2において、ヒータの下面には、アースプレートの一端が接続されている。アースプレートの他端は、チャンバの内底面近傍に電気的に接続されている。
また、特許文献1において、ヒータの側部には、別のアースプレート(高周波デバイス)の一端が接続されている。このアースプレートの他端は、チャンバの側面の近傍に電気的に接続されている。
【0006】
このような構成において、ガス導入空間に導入されたガスは、シャワープレートの各噴出口から成膜空間に均一に噴出される。このとき、高周波電源を起動して電極フランジに高周波電圧を印加し、成膜空間内にプラズマを発生させる。そして、プラズマによって分解された原料ガスが基板の被成膜面に到達することにより所望の膜が形成される。
【0007】
電極フランジに高周波電圧を印加してプラズマを発生させる際、プラズマの発生に伴って流れる電流は、シャワープレート,ヒータ,およびアースプレートの順に伝達される。さらに、この電流は、チャンバおよびシールドカバーに伝達され、マッチングボックスにリターンされる。プラズマの発生に伴う電流は、このような電流経路を通じて流れる。
【0008】
ところで、特許文献1の図4や、特許文献2に記載されるように、チャンバの側壁には、基板をチャンバ内に搬出又は搬入するために用いられる搬出入部が設けられ、これを開閉するドアバルブが設けられている。
【0009】
しかし、特許文献1の図4や、特許文献2に記載されるように、搬出入部が形成されている場合、搬出入部が形成されているチャンバの内側面を流れる高周波電流の経路は、搬出入部が形成されていないチャンバの内側面を流れる高周波電流の経路よりも長くなる。これによって、搬出入部が形成されている内側面を流れる高周波電流の経路において、インダクタンスが大きくなる。
【0010】
このため、基板およびヒータの周方向において、リターン電流の分布が均一でなくなるため、電場勾配が不均一となり、局所放電(異常放電)やプラズマの偏りを生じ、成膜の均一性に影響を与えるという問題があった。
【0011】
特に、高周波電圧を大きくする必要がある場合には、搬出入部の近傍における異常放電が発生するおそれがある。
このため、異常放電に起因するインピーダンスの不整合が生じ、電極フランジに印加できる高周波電圧が低下してしまうという課題がある。
【0012】
特許文献1では、このドアバルブよりもシャワープレートに近接する位置に高周波デバイスを設けて、これを防止している。
また、特許文献2では、ドアバルブを二重にして、これを防止している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0013】
【特許文献1】特許第5883652号公報
【特許文献2】再公表WO2010/079756号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0014】
しかし、特許文献1,2に記載されるように、成膜空間に、変形する部分、接触する部分あるいは摺動する部分があると、パーティクルの発生原因となる可能性があるため、好ましくない。
特に、特許文献1に記載されるように、成膜処理時あるいは基板が昇降したときのいずれにおいても、基板よりもシャワープレートに近接する位置に、これら変形する部分、接触する部分あるいは摺動する部分があると、非常に好ましくない。
【0015】
また、特許文献2のように、成膜空間に可動部分あるいは駆動部分があると、パーティクルの発生原因となる場合があるため、好ましくない。
【0016】
また、特許文献1,2に記載されるように、リターン電流が、ヒータの下面、アースプレート、チャンバ底部を経由してシールドカバーに伝達される場合、基板の周方向におけるリターン電流の不均一性は改善されるが、さらにリターン電流の経路を短縮して、インダクタンスを減少させたいという要求があった。
【0017】
本発明は、上記の事情に鑑みてなされたもので、以下の目的を達成しようとするものである。
1.パーティクルの発生を防止すること。
2.プラズマ形成における均一性を向上すること。
3.高周波リターン電流の経路の短縮を図ること。
4.基板周方向における高周波リターン電流の分布均一性を向上すること。
5.高周波リターン電流の経路においてインダクタンスの低減を図ること。
6.高周波リターン電流の経路の安定性を向上すること。
7.これらを同時に実現すること。
【課題を解決するための手段】
【0018】
本発明のプラズマ処理装置は、
プラズマ処理装置であって、
電極フランジと、
側壁および底部を有するチャンバと、
前記チャンバと前記電極フランジとの間に配置された絶縁フランジと、
前記チャンバと前記電極フランジと前記絶縁フランジとから構成されて反応室を有する処理室と、
前記反応室内に収容され処理面を有する基板が載置されるとともに前記基板の温度を制御可能な支持部と、
前記支持部を昇降駆動する昇降駆動部と、
前記電極フランジに接続され、高周波電圧を印加する高周波電源と、
前記支持部の側周面に周設されたキャパシタ形成部と、
前記チャンバの前記側壁に形成されて、前記チャンバの径方向で中心に向かう内周面において前記支持部の前記キャパシタ形成部に対向する位置に周設されたキャパシタ形成部と、
を有し、
前記昇降駆動部によって前記支持部を昇降させ、前記支持部の前記側周面の前記キャパシタ形成部と、前記チャンバの前記側壁の前記内周面の前記キャパシタ形成部との間にギャップを形成して、
互いに対向する前記キャパシタ形成部どうしの間に、プラズマ形成時の高周波リターン電流に対するキャパシタを前記支持部の全周となる位置に形成する
ことにより上記課題を解決した。
本発明のプラズマ処理装置は、
前記支持部の前記側周面の前記キャパシタ形成部は、前記昇降駆動部による前記支持部の昇降方向における幅寸法が、前記支持部の全周において略均一に形成される
ことができる。
本発明のプラズマ処理装置は、
前記支持部の前記キャパシタ形成部と、前記チャンバの前記側壁の前記キャパシタ形成部とは、前記基板の径方向における離間距離(ギャップ)が、前記支持部の全周において略均一に形成される
ことができる。
本発明のプラズマ処理装置は、
前記チャンバの前記側壁の前記内周面の前記キャパシタ形成部は、前記支持部の前記側周面の前記キャパシタ形成部よりも、前記基板の厚さ方向における幅寸法が大きく形成される
ことができる。
本発明のプラズマ処理装置は、
前記キャパシタ形成部が、前記基板の周方向において、連続的または断続的に形成される
ことができる。
本発明のプラズマ処理装置は、
前記支持部の前記側周面において、前記キャパシタ形成部の上方には絶縁部材が配置される
ことができる。
本発明のプラズマ処理装置は、
前記支持部において、前記キャパシタ形成部よりも径方向内側となる上面には絶縁部材が配置される
ことができる。
本発明のプラズマ処理装置は、
前記処理室には、前記電極フランジに電気的に接続されるとともに前記反応室の上側に位置するシャワープレートが設けられ、
前記支持部の前記上面における前記絶縁部材の内周輪郭と、前記シャワープレートにおける前記反応室に露出する外周輪郭とが、対応する形状(平面視して一致するかその近傍)を有する
ことができる。
本発明のプラズマ処理装置は、
前記支持部の前記側周面の前記キャパシタ形成部と、前記チャンバの前記側壁の前記内周面の前記キャパシタ形成部とは、いずれも前記昇降駆動部による前記支持部の昇降方向に沿った面(鉛直面)に延在する
ことができる。
本発明のプラズマ処理装置は、
前記チャンバの前記側壁には、前記反応室に前記基板を搬出又は搬入するために用いられる搬出入部が設けられ、
前記キャパシタ形成部の下端が、前記搬出入部よりも前記電極フランジに近接する位置に設けられる
ことができる。
本発明のプラズマ処理装置は、
前記支持部の昇降方向において、前記支持部の前記上面における前記絶縁部材と前記絶縁フランジとの間となる前記チャンバの前記側壁の内周面には、絶縁部材が設けられる
ことができる。
本発明のプラズマ処理装置は、
前記支持部の前記キャパシタ形成部と、前記チャンバの前記側壁の前記キャパシタ形成部とが、容量結合により電気的に接続されている
ことができる。
本発明のプラズマ処理装置は、
前記昇降駆動部は、前記支持部を昇降駆動する駆動支柱と、前記支持部の昇降姿勢を維持する姿勢規制支柱と、を有する
ことができる。
【0019】
本発明のプラズマ処理装置は、
プラズマ処理装置であって、
電極フランジと、
側壁および底部を有するチャンバと、
前記チャンバと前記電極フランジとの間に配置された絶縁フランジと、
前記チャンバと前記電極フランジと前記絶縁フランジとから構成されて反応室を有する処理室と、
前記反応室内に収容され処理面を有する基板が載置されるとともに前記基板の温度を制御可能な支持部と、
前記支持部を昇降駆動する昇降駆動部と、
前記電極フランジに接続され、高周波電圧を印加する高周波電源と、
前記支持部の側周面に周設されたキャパシタ形成部と、
前記チャンバの前記側壁に形成されて、前記チャンバの径方向で中心に向かう内周面において前記支持部の前記キャパシタ形成部に対向する位置に周設されたキャパシタ形成部と、
を有し、
前記昇降駆動部によって前記支持部を昇降させ、前記支持部の前記側周面の前記キャパシタ形成部と、前記チャンバの前記内周面の前記キャパシタ形成部との間にギャップを形成して、
互いに対向する前記キャパシタ形成部どうしの間に、プラズマ形成時の高周波リターン電流に対するキャパシタを前記支持部の全周となる位置に形成する。
これにより、支持部の側周面とチャンバの側壁の内周面との間に数ミリ程度の極小の間隙(ギャップ)が形成される。また、高周波電圧が印加されている際に、高周波リターン電流の経路として、支持部の側周面とチャンバの側壁の内周面とは容量結合を介して互いに電気的に接続される。
この構成によれば、電極フランジに高周波の高電力を供給したときに、高周波電流を電極フランジから支持部を介してチャンバ側壁に流すことができる。従って、電極フランジと支持部との間にプラズマを発生させることができる。
このとき、プラズマ形成時に、マッチングボックスにリターンする高周波リターン電流の経路を、支持部、支持部の側周面のキャパシタ形成部、チャンバ側壁の内周面のキャパシタ形成部、チャンバ側壁、とすることができる。
これにより、高周波リターン電流の経路が、チャンバ底部を経由する場合よりも短くすることができる。したがって、高周波リターン電流の経路におけるインダクタンスを減少することができる。
同時に、昇降駆動部によって設定される支持部の高さに関わりなく、支持部の側周面とチャンバ側壁の内周面との間のギャップを均一幅寸法に形成することが可能となる。このため、高周波リターン電流経路が、基板の周方向の全周において、均等に形成されることになる。
これにより、基板の周方向の全周において、電場勾配の不均一を抑制でき、プラズマ処理特性、つまり、成膜特性の分布を均等に維持することができる。
また、高周波リターン電流の経路が、キャパシタ形成部よりもチャンバの底部に近接する位置を経由しない。これにより、高周波リターン電流の経路が経由しない位置である、キャパシタ形成部よりも底部に近接する位置となるチャンバの側壁に搬出入部を設けることが可能となる。
これにより、高周波リターン電流の経路に対して、搬出入部が影響を及ぼすことを防止できる。これにより、搬出入部によるインダクタンスの増加を防止することができ、高周波リターン電流のインダクタンスを低下させることができる。
したがって、プラズマを発生させる際、搬出入部内における異常放電を防止でき、電極フランジに印加できる高周波電圧を大きくすることができる。
また、同時に、高周波リターン電流の経路に対して、搬出入部が影響を及ぼさないことで、高周波リターン電流の経路が、基板の周方向において、均等に形成されることになる。
これにより、基板の周方向において、電場勾配の不均一を抑制でき、プラズマ処理特性、つまり、成膜特性の分布を均等に維持することができる。
このような構成においては、支持部の側周面とチャンバ側壁の内周面とが接触しないとともに、昇降駆動部以外の可動部分が処理室内に存在しないため、互いに摺動する部分がなく、パーティクル(塵埃)などが発生することを防止できる。
【0020】
本発明のプラズマ処理装置は、
前記支持部の前記側周面の前記キャパシタ形成部は、前記昇降駆動部による前記支持部の昇降方向における幅寸法が、前記支持部の全周において略均一に形成される。
これにより、支持部の側周面のキャパシタ形成部と、チャンバ側壁の内周面のキャパシタ形成部と、で形成されるキャパシタが、基板の周方向において均等に形成される。
したがって、高周波リターン電流経路が、基板の周方向において、均等に形成されることになる。
これにより、基板の周方向において、電場勾配の不均一を抑制でき、プラズマ処理特性、つまり、成膜特性の分布を均等に維持することができる。
従って、プラズマを発生させる際、インダクタンスが変動した部分で発生する異常放電を防止でき、電極フランジに印加できる高周波電圧を大きくすることができる。
【0021】
本発明のプラズマ処理装置は、
前記支持部の前記キャパシタ形成部と、前記チャンバの前記側壁の前記キャパシタ形成部とは、前記基板の径方向における離間距離(ギャップ)が、前記支持部の全周において略均一に形成される。
これにより、支持部のキャパシタ形成部と、チャンバの側壁のキャパシタ形成部とによって形成されるギャップが、基板の周方向の全周において均等に形成されることになる。したがって、高周波リターン電流の経路となるキャパシタが、基板の周方向の全周において均等に形成される。これにより、基板の周方向の全周において、高周波リターン電流の経路が均等に形成されることができる。
【0022】
本発明のプラズマ処理装置は、
前記チャンバの前記側壁の前記内周面の前記キャパシタ形成部は、前記支持部の前記側周面の前記キャパシタ形成部よりも、前記基板の厚さ方向における幅寸法が大きく形成される。
これにより、サセプタ(支持部)の高さ位置が変化した状態でプラズマ処理をおこなう場合でも、前記支持部の前記側周面の前記キャパシタ形成部が、前記チャンバの前記側壁の前記内周面の前記キャパシタ形成部に対して、その全面積が互いに対向した状態を維持することができる。この状態で、プラズマ処理条件にともなって変化したサセプタ(支持部)の高さ位置に影響されることなく、キャパシタ形成部による必要なキャパシタの形成が維持される。これにより、必要な高周波リターン電流の経路が均等に形成されることを維持可能である。
【0023】
本発明のプラズマ処理装置は、
前記キャパシタ形成部が、前記基板の周方向において、連続的または断続的に形成される。
これにより、前記キャパシタ形成部を、基板の輪郭形状および支持部の輪郭形状に因って影響を受けないように、前記基板の周方向において配置することが容易となる。
【0024】
本発明のプラズマ処理装置は、
前記支持部の前記側周面において、前記キャパシタ形成部の上方には絶縁部材が配置される。
これにより、サセプタ(支持部)の上面外周部付近を絶縁部材で覆うことができる。したがって、サセプタ(支持部)の上面外周部付近へのプラズマの回り込みによるキャパシタ形成部へ着膜を防止する。また、高周波リターン経路の安定化を図る。
また、前記支持部の前記側周面と前記チャンバの前記側壁の前記内周面とで、互いに対向するキャパシタ形成部により、高周波リターン電流へのキャパシタを形成可能である。同時に、前記支持部の前記側周面のキャパシタ形成部において、導電部材が露出する領域の面積を規定して、所望の値となるキャパシタ形成を可能とすることができる。
さらに、支持部(サセプタ)における側周面の上側位置で、電極フランジあるいはシャワープレート等に対する異常放電の発生を防止することができる。
従って、前記支持部の前記側周面と前記チャンバの前記側壁の前記内周面との間で異常放電が生じるのを抑制することができる。結果として、装置に供給できる高周波電力の上限値を上昇させることができる。
【0025】
本発明のプラズマ処理装置は、
前記支持部において、前記キャパシタ形成部よりも径方向内側となる上面には絶縁部材が配置される。
これにより、サセプタ(支持部)の上面縁部付近を絶縁部材で覆うことができる。したがって、サセプタ(支持部)の上面縁部付近へのプラズマの回り込みによるキャパシタ形成部へ着膜を防止する。また、高周波リターン経路の安定化を図る。
また、支持部(サセプタ)における上面縁部付近で、電極フランジあるいはシャワープレート等に対する異常放電の発生を防止することができる。
従って、前記支持部の前記側周面と前記チャンバの前記側壁の前記内周面との間で異常放電が生じるのを抑制することができる。結果として、装置に供給できる高周波電力の上限値を上昇させることができる。
【0026】
本発明のプラズマ処理装置は、
前記処理室には、前記電極フランジに電気的に接続されるとともに前記反応室の上側に位置するシャワープレートが設けられ、
前記支持部の前記上面における前記絶縁部材の内周輪郭と、前記シャワープレートにおける前記反応室に露出する外周輪郭とが、対応する形状を有する。
ここで、前記支持部の前記上面における前記絶縁部材の内周輪郭と、前記シャワープレートにおける前記反応室に露出する外周輪郭とが、対応する形状であるとは、平面視してこれらの輪郭が一致する状態であるか、これらの輪郭が一致する近傍にあり、形成するプラズマが基板の縁部よりも外側に影響を及ぼさない状態を意味する。
これにより、前記支持部の前記上面における前記絶縁部材の内周輪郭と、前記シャワープレートにおける前記反応室に露出する外周輪郭と、を上下方向に結んだ内側である基板の上方にプラズマの形成される空間を主に限定することができる。したがって、プラズマ処理中に、キャパシタ形成部よりも、チャンバの径方向内側に位置する基板に対して、発生させるプラズマがキャパシタ形成部付近には到達することを防止できる。
これにより、キャパシタ形成部にプラズマが影響を及ぼすことを防止して、高周波リターン電流の経路におけるキャパシタを確実に形成することが可能となる。
したがって、高周波リターン電流経路が、基板の周方向において、均等に形成されることになる。
さらに、基板サイズを縮小することなく、高周波リターン電流の経路となるキャパシタを容易に形成することが可能となる。
しかも、昇降駆動部以外の可動部分を処理室内に設ける必要がないため、パーティクル(塵埃)などが発生することを防止して、成膜特性が低下することを防止できる。
【0027】
本発明のプラズマ処理装置は、
前記支持部の前記側周面の前記キャパシタ形成部と、前記チャンバの前記側壁の前記内周面の前記キャパシタ形成部とは、いずれも前記昇降駆動部による前記支持部の昇降方向に沿った面に延在する。
つまり、支持部の側周面が支持部の輪郭に沿って鉛直方向に切り立った面とされ、前記チャンバ側壁の内周面がチャンバの輪郭に沿って鉛直方向に切り立った面とされる。これにより、支持部の側周面と、チャンバ側壁の内周面とが、同心状に形成されるとともに、チャンバの径方向にギャップを有した状態で互いに離間する。
したがって、支持部のキャパシタ形成部と、チャンバ側壁のキャパシタ形成部とが、互いに平行な筒状に形成される。
これにより、支持部が昇降駆動された際に、ギャップの間隔を維持したままで上下方向に移動できる。また、支持部のキャパシタ形成部と、チャンバ側壁のキャパシタ形成部とのギャップを、高さ方向の全長で一定にすることができる。また、ギャップが一定の状態を、支持部が昇降駆動された際に維持することができる。
【0028】
本発明のプラズマ処理装置は、
前記チャンバの前記側壁には、前記反応室に前記基板を搬出又は搬入するために用いられる搬出入部が設けられ、
前記キャパシタ形成部の下端が、前記搬出入部よりも前記電極フランジに近接する位置に設けられる。
これにより、リターン電流の経路に対して、搬出入部が影響を及ぼすことを防止できる。これにより、搬出入部によるインダクタンスの増加を防止することができ、高周波リターン電流のインダクタンスを低下させることができる。
従って、プラズマを発生させる際、搬出入部内における異常放電を防止でき、電極フランジに印加できる高周波電圧を大きくすることができる。
また、同時に、リターン電流の経路に対して、搬出入部が影響を及ぼさないことで、高周波リターン電流経路が、基板の周方向において、均等に形成されることになる。
さらに、キャパシタ形成部よりも底部に近接する位置となるチャンバの側壁に搬出入部が位置するため、搬出入部で発生したパーティクルが基板に到達することを抑制して、成膜特性が低下することを防止できる。
【0029】
本発明のプラズマ処理装置は、
前記支持部の昇降方向において、前記支持部の前記上面における前記絶縁部材と前記絶縁フランジとの間となる前記チャンバの前記側壁の前記内周面には、絶縁部材が設けられる。
ここで、前記支持部の前記上面における前記絶縁部材と前記絶縁フランジとの間となる前記チャンバ側壁の内周面は、プラズマの形成される空間の径方向外側となる側壁部分となる。したがって、この部分に形成された絶縁部材によって、電極プレートやシャワープレートからチャンバ側壁の内周面への異常放電が発生することを防止できる。同時に、支持部上面あるいは基板の比処理面からチャンバ側壁の内周面への異常放電が発生することを防止できる。
【0030】
本発明のプラズマ処理装置は、
前記支持部の前記キャパシタ形成部と、前記チャンバの前記側壁の前記キャパシタ形成部とが、容量結合により電気的に接続されている。
これにより、互いに対向するキャパシタ形成部によって、キャパシタを形成し、高周波リターン電流の経路におけるインダクタンスを低下させるとともに、基板の周方向において、略等しいインダクタンスを形成することが可能となる。
【0031】
本発明のプラズマ処理装置は、
前記昇降駆動部は、前記支持部を昇降駆動する駆動支柱と、前記支持部の昇降姿勢を維持する姿勢規制支柱と、を有する。
これにより、支持部(サセプタ)の全周に形成されるキャパシタ形成部のギャップを維持したままで、支持部(サセプタ)の昇降を可能として、プラズマ形成条件による支持部(サセプタ)の高さ位置の変動にもキャパシタの値を適正な範囲に維持することが可能となる。したがって、支持部(サセプタ)の高さ位置によらずに、基板の周方向において、略等しいインダクタンスを維持することが可能となる。
【発明の効果】
【0032】
本発明によれば、成膜空間において昇降駆動部以外の変形部、可動部、接触部を設けることなく、パーティクルの発生を防止し、搬出入部から基板へ到達するパーティクルを低減し、高周波リターン電流の経路を短縮する。
これらとともに、基板周方向における高周波リターン電流の分布均一性を向上し、高周波リターン電流の経路においてインダクタンスを低下させることを可能とするとともに、これらを同時に実現することができるという効果を奏することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【0033】
図1】本発明に係るプラズマ処理装置の第1実施形態を示す概略縦断面図である。
図2】本発明に係るプラズマ処理装置の第1実施形態におけるキャパシタ形成部を示す拡大断面図である。
図3】本発明に係るプラズマ処理装置の第1実施形態における平面視したキャパシタ形成部を示す説明図である。
図4】本発明に係るプラズマ処理装置の第1実施形態における高周波リターン電流の経路を示す概略縦断面図である。
図5】本発明に係るプラズマ処理装置の第2実施形態を示す概略縦断面図である。
図6】本発明に係るプラズマ処理装置の第2実施形態における平面視したキャパシタ形成部を示す説明図である。
図7】本発明に係るプラズマ処理装置の第3実施形態におけるキャパシタ形成部を示す拡大断面図である。
図8】本発明に係るプラズマ処理装置の第4実施形態におけるキャパシタ形成部を示す拡大断面図である。
【発明を実施するための形態】
【0034】
以下、本発明に係るプラズマ処理装置の第1実施形態を、図面に基づいて説明する。
図1は、本実施形態におけるプラズマ処理装置を示す概略断面図であり、図において、符号1は、プラズマ処理装置である。
【0035】
本実施形態に係るプラズマ処理装置1は、プラズマCVD法を用いた成膜装置である。 プラズマ処理装置1は、図1に示すように、反応室である成膜空間2aを有する処理室101を含む。
処理室101は、真空チャンバ(チャンバ)2と、電極フランジ4と、真空チャンバ2および電極フランジ4に挟持された絶縁フランジ81とから構成されている。
【0036】
真空チャンバ2は、底部(内底面)11と、底部(内底面)11の周縁から立設された側壁(壁部)24と、を有する。
真空チャンバ2は、アルミニウム、アルミニウム合金等で形成される。
【0037】
真空チャンバ2の底部(内底面)11には、開口部が形成されている。この開口部には支柱16が挿通され、支柱16は真空チャンバ2の下部に配置されている。
支柱16の先端は、真空チャンバ2内に位置する。支柱16の先端には、板状のサセプタ(支持部)15が接続されている。
底部(内底面)11と側壁(壁部)24とは、アルミニウム、アルミニウム合金等で形成される。
【0038】
支柱16は、真空チャンバ2の外部に設けられた昇降駆動部(昇降機構)16Aに接続されている。支柱16は、昇降駆動部(昇降機構)16Aによって、上下方向に移動可能である。つまり、支柱16の先端に接続されているサセプタ15は、上下方向に昇降可能に構成されている。サセプタ15は、真空チャンバ2の内部に収容されている。
【0039】
真空チャンバ2の外部においては、支柱16の外周を覆うようにベローズ(不図示)が設けられている。ベローズにより、支柱16が上下動した際に、成膜空間2aの密閉が維持される。
【0040】
真空チャンバ2には、サセプタ15の上下移動する範囲よりも底部11に近接する高さ位置に、排気管27が接続されている。排気管27の先端には、真空ポンプ28が設けられている。真空ポンプ28は、真空チャンバ2内が真空状態となるように減圧する。
【0041】
真空チャンバ2の上部には、絶縁フランジ81を介して電極フランジ4が取り付けられている。
真空チャンバ2において、側壁24の上端には、高周波電極支持部23が設けられている。
高周波電極支持部23は、それぞれ導電材で構成されている。高周波電極支持部23は、アルミニウム、アルミニウム合金などで形成される。
高周波電極支持部23の上端には、シールドカバー13の下端が載置されている。
【0042】
側壁24は、略円筒状とされて、真空チャンバ2の高さ方向の全長においてほぼ等しい内径寸法を有する。側壁24の内径寸法は、サセプタ15の外径寸法よりもやや大きく設定される。
側壁24の内径寸法は、高周波電極支持部23の内径寸法とほぼ等しく設定される。
側壁24の上端には、その内周面24aに沿って絶縁部材25が設けられる。
【0043】
絶縁部材25は、側壁24の内周面24aにおいて、プラズマPの形成される成膜空間2aに対応する位置に露出している。具体的には、側壁24の内周面24aにおいて、後述する絶縁フランジ81の下端から、プラズマ処理時における基板絶縁カバー82の上面までに対応する高さを有する。
【0044】
絶縁部材25の厚さ寸法、つまり、真空チャンバ2の径方向における寸法は、プラズマ形成時に、側壁24を絶縁可能であれば、特に限定されない。
なお、絶縁部材25の上端は、側壁24の上端と同じ高さ位置とされる。また、絶縁部材25の下端は、後述するキャパシタ形成部30の導電帯部35まで到達しなければ特に限定されない。絶縁部材25の内周面は、絶縁部材25のない側壁24内周面24aと面一となるように設定される。
【0045】
側壁24上端、絶縁部材25、高周波電極支持部23の径方向内側には、絶縁フランジ81が接している。
絶縁フランジ81は側壁24よりも小さい径方向寸法を有する。絶縁フランジ81の径方向断面は、略Z字状に形成される。すなわち、絶縁フランジ81は、側壁24上端、絶縁部材25、高周波電極支持部23の径方向内側に接するとともに、側壁24に平行に延在する枠部81bを有する。
【0046】
絶縁フランジ81における枠部81bの上端には、径方向外側に向けて突出する上絶縁フランジ部81cが設けられる。絶縁フランジ81における枠部81bの下端には、径方向内側に向けて突出する下絶縁フランジ部81aが設けられる。
上絶縁フランジ部81cは、高周波電極支持部23の上端に接して、絶縁フランジ81を支持可能とする。
【0047】
下絶縁フランジ部81aおよび枠部81bの径方向内側には、電極フランジ4の下端およびシャワープレート5が接している。
なお、下絶縁フランジ部81aの径方向内側輪郭は、電極フランジ4およびシャワープレート5が成膜空間2aに露出する範囲を制限している。下絶縁フランジ部81aは、電極絶縁カバーとして機能する。
【0048】
電極フランジ4は、上板41と周壁43とを有する。
電極フランジ4は、周壁43の開口部が基板10の鉛直方向において下方に位置するように配置されている。
【0049】
周壁43の下端によって形成される開口部には、シャワープレート5が取り付けられている。上板41とシャワープレート5とは上下方向に離間して、互いに略平行に配置される。これにより、電極フランジ4とシャワープレート5との間に空間14が形成される。
【0050】
電極フランジ4の上板41は、シャワープレート5に対向している。上板41には、ガス導入口42が設けられている。
また、処理室101の外部に設けられたプロセスガス供給部21とガス導入口42との間には、ガス導入管7が設けられている。
【0051】
ガス導入管7の一端は、ガス導入口42に接続される。ガス導入管7の他端は、プロセスガス供給部21に接続されている。
ガス導入管7は、後述するシールドカバー13を貫通している。ガス導入管7を通じて、プロセスガス供給部21から空間14にプロセスガスが供給される。
【0052】
空間14は、プロセスガスが導入されるガス導入空間として機能する。
シャワープレート5には、複数のガス噴出口6が形成されている。
空間14内に導入されたプロセスガスは、ガス噴出口6から真空チャンバ2内の成膜空間2aに噴出される。
【0053】
電極フランジ4とシャワープレート5は、それぞれ導電材で構成されている。
電極フランジ4の周囲には、電極フランジ4を覆うようにシールドカバー13が設けられている。
シールドカバー13は、電極フランジ4と非接触である。シールドカバー13は、真空チャンバ2に電気的に接続するように配置されている。
【0054】
電極フランジ4には、真空チャンバ2の外部に設けられた高周波電源(RF電源)9がマッチングボックス12を介して接続されている。
マッチングボックス12は、シールドカバー13に取り付けられている。
電極フランジ4およびシャワープレート5は、カソード電極として構成されている。 真空チャンバ2は、シールドカバー13を介して接地されている。
【0055】
サセプタ(支持部)15は、表面が平坦に形成された板状の部材である。サセプタ15の上面には、基板10が載置される。サセプタ15は、載置された基板10の法線方向が、支柱16の軸線と平行となるように形成される。
サセプタ15は、ヒータを内蔵してもよい。サセプタ15は、載置した基板10をヒータによって加熱制御可能および温度調節可能としてもよい。
【0056】
サセプタ15は、接地電極、つまりアノード電極として機能する。このため、サセプタ15は、導電性を有する金属等で形成されている。例えば、サセプタ15は、アルミニウム、アルミニウム合金などで形成されている。
【0057】
サセプタ15は、アルミニウム、アルミニウム合金の表面にアルマイト処理したものとされる。
基板10がサセプタ15上に配置されると、基板10とシャワープレート5とは互いに近接して平行に位置される。
【0058】
サセプタ15に基板10が配置された状態で、ガス噴出口6からプロセスガスを噴出させると、プロセスガスは基板10の処理面10a上の空間に供給される。
サセプタ15の内部には図示しないヒータ線が設けられている。ヒータ線によってサセプタ15の温度が所定の温度に調整される。
【0059】
ヒータ線は、サセプタ15の鉛直方向から見たサセプタ15の略中央部の裏面から下方に向けて突出されている。
ヒータ線は、サセプタ15の略中央部および支柱16に形成された貫通孔の内部に挿通されて、真空チャンバ2の外部へと導かれている。
【0060】
ヒータ線は、真空チャンバ2の外部において、電源(不図示)に接続される。
ヒータ線は、電源から供給される電力に応じて、サセプタ15および基板10の温度を調節する。
【0061】
サセプタ15の上面には、基板10の径方向外側に隣接する位置に、基板絶縁カバー(絶縁部材)82が周設される。
基板絶縁カバー82は、基板10の全周に配置される。基板絶縁カバー82の厚さ寸法は、基板10の厚さ寸法よりも大きくされる。つまり、基板絶縁カバー82の高さは、基板10の処理面10aよりも上向きに突出することができる。
【0062】
または、基板絶縁カバー82の高さは、基板10の処理面10aと同じとすることができる。あるいは、基板絶縁カバー82の高さは、基板10の処理面10aよりも低くすることができる。
基板絶縁カバー82の内周輪郭と、シャワープレート6における反応室2aに露出する外周輪郭とが対応する形状を有する。つまり、基板絶縁カバー82の内周輪郭と、シャワープレート6における反応室2aに露出する外周輪郭とが平面視して一致するかその近傍に配置される。
【0063】
真空チャンバ2の側壁24には、基板10を搬出又は搬入するために用いられる搬出入部26(搬出入口)が形成されている。
真空チャンバ2の側壁24における外側面には、搬出入部26を開閉するドアバルブ26aが設けられている。ドアバルブ26aは、上下方向にスライド可能である。
【0064】
ドアバルブ26aが下方(真空チャンバ2の底部11に向けた方向)にスライド移動したときは、搬出入部26が開口され、搬出入部26からロボットハンド等の基板搬送部が挿入されて、基板10を搬出又は搬入することができる。
一方、ドアバルブ26aが上方(電極フランジ4に向けた方向)にスライド移動したときは、搬出入部26が閉口され、基板10の処理(プラズマ処理)をおこなうことができる。
【0065】
図2は、本実施形態におけるプラズマ処理装置のキャパシタ形成部を説明するための拡大断面図である。図3は、本実施形態におけるプラズマ処理装置のキャパシタ形成部を説明するためのサセプタを平面視した図である。
サセプタ15の側周面15aには、図1図3に示すように、キャパシタ形成部30が形成されている。
真空チャンバ2の側壁24の内周面24aには、図1図3に示すように、キャパシタ形成部30が形成されている。
【0066】
キャパシタ形成部30としては、サセプタ15の側周面15aにおいて、基板絶縁カバー82の径方向外側に近接する位置に、導電帯部31が周設される。
導電帯部31は、サセプタ15の全周に亘って連続的または断続的に設けられる。
導電帯部31は、サセプタ15の全周に亘って略均一の幅寸法、つまり等幅に設けられる。つまり、導電帯部31は、サセプタ15の全周に亘って等しい上下方向の寸法(幅寸法)を有する。
導電帯部31の幅寸法は、サセプタ15の厚さ寸法とほぼ同じ幅寸法とされるか、サセプタ15の厚さ寸法よりも小さい幅寸法を有する。
【0067】
導電帯部31は、サセプタ15の全周に亘って連続して設けられる。導電帯部31は、鉛直面である側周面15aに配置される。
導電帯部31は、平面視して円形輪郭とされるサセプタ15の側周面15aにおいて、サセプタ15の上面と下面とに平行に周設される。
導電帯部31は、略円筒面である側周面15aの全周に亘って、同一高さに設けられる。
導電帯部31は、サセプタ15の全周に亘って基板絶縁カバー82の外縁の下側位置に接触して設けられる。
【0068】
導電帯部31は、サセプタ15の全周に亘って、サセプタ15の側周面15aと平行に設けられる。導電帯部31は、サセプタ15の全周に亘って、鉛直方向に延在するサセプタ15の外形輪郭となる側周面15aと同様に、鉛直方向に延在する。
平面視して、導電帯部31とサセプタ15の外形輪郭とは、サセプタ15の全周に亘って一致する。
【0069】
サセプタ15の側周面15aにおいて、導電帯部31と基板絶縁カバー82の外縁との離間距離は、サセプタ15の全周に亘って等しく設けられる。
サセプタ15の側周面15aにおいて、導電帯部31と基板絶縁カバー82との間には、絶縁部材33が形成された領域が存在する。
【0070】
絶縁部材33は、サセプタ15の側周面15aにおいて、基板絶縁カバー82の下側となる領域まで連続して設けられる。
絶縁部材33は、サセプタ15の上面縁部に周設される。絶縁部材33は、サセプタ15の全周に亘ってサセプタ15の外形輪郭に沿って形成される。絶縁部材33は、サセプタ15の径方向において、基板絶縁カバー82の内周輪郭よりも外側に位置する。
サセプタ15の側周面15aにおいて、絶縁部材33の形成されていない導体材料の露出した部分が、導電帯部31とされている。
【0071】
絶縁部材33より径方向内側となるサセプタ15の上面には、絶縁膜32が形成されていてもよい。
導電帯部31と基板絶縁カバー82との間には、絶縁膜32で覆われた領域が存在してもよい。
絶縁膜32は、基板絶縁カバー82の下側となる領域まで連続して設けられてもよい。
【0072】
導電帯部31よりも、底部11に近接するサセプタ15の裏面は、絶縁膜で覆われていてもよい。
絶縁部材33は、サセプタ15の側周面15aの上側を覆っていれば基板絶縁カバー82と連続して形成されていてもよい。
絶縁膜32および絶縁部材33は、いずれも、セラミック等の絶縁体からなることができる。
【0073】
さらに、導電帯部31よりも、底部11に近接するサセプタ15の側周面15aの下側が、絶縁膜で覆われていてもよい。この場合、導電帯部31の幅寸法を小さくすることができる。
【0074】
絶縁膜32および絶縁部材33は、アルマイト合金等とすることができる。
なお、図において、絶縁部材33の厚さ寸法が、絶縁膜32の厚さ寸法よりも大きく図示しているが、この構成に限定されない。
絶縁膜32の厚さ寸法と、絶縁部材33の厚さ寸法とは、同じ値とすることもできる。ここで、絶縁部材33の厚さ寸法とは、サセプタ15の側周面15aの法線方向を意味する。
基板絶縁カバー82、絶縁膜32および絶縁部材33は、絶縁部材を構成する。
【0075】
導電帯部31は、サセプタ15の側周面15aにおいて、上方位置形成された絶縁部材33がなく、導体材料が露出することで形成される。
導電帯部31は、サセプタ15の側周面15aにおいて、絶縁部材33の側周面と面一に形成される。
導電帯部31は、サセプタ15の側周面15aにおいて、基板絶縁カバー82の側周面と面一に形成される。あるいは、導電帯部31は、サセプタ15の側周面15aにおいて、基板絶縁カバー82の側周面よりも凹んだ状態とされてもよい。
【0076】
キャパシタ形成部30としては、真空チャンバ2の側壁(壁部)24の内周面24aにおいて、サセプタ15の導電帯部31に対向する位置に、導電帯部35が周設される。
導電帯部35は、導電帯部31に対応して、内周面24aの全周に亘って設けられる。
導電帯部35は、内周面24aの全周に亘って等幅に設けられる。
【0077】
導電帯部35は、導電帯部31と同様に、内周面24aの全周に亘って連続して設けられる。
導電帯部35は、導電帯部31と同様に、平面視して円形とされるサセプタ15の輪郭に対して、同心状となる内周面24aの輪郭と一致または同心状の円形に形成される。
導電帯部35は、略円筒面である側周面15aに形成された導電帯部31よりも拡径された略円筒面である内周面24aに設けられる。
導電帯部35は、略円筒面である内周面24aの全周に亘って、同一高さに設けられる。
導電帯部35は、サセプタ15の上面および下面に平行に配置される。
導電帯部35は、内周面24aの全周に亘ってサセプタ15の輪郭である側周面15aと離間して設けられる。
【0078】
導電帯部35は、内周面24aの全周に亘って等幅に設けられる。つまり、導電帯部35は、内周面24aの全周に亘って等しい上下方向の寸法(幅寸法)を有する。
導電帯部35の幅寸法は、導電帯部31の幅寸法よりも大きく設定される。これは、プラズマ形成状態においてサセプタ15が上下動した場合でも、導電帯部31に対して、導電帯部35が対向する位置を維持することが可能な幅寸法を確保するためである。
導電帯部35は、プラズマ形成状態においてサセプタ15が上下動した場合に、上限位置における導電帯部31の上端位置よりも導電帯部35の上端が上方に位置し、下限位置における導電帯部31の下端位置よりも導電帯部35の下端が下方に位置する。
【0079】
導電帯部35の上端よりも上方に位置する側壁24の内周面24aには、領域36が存在する。
導電帯部35の下端よりも下方に位置する側壁24の内周面24aには、領域37が存在する。
【0080】
領域36は、側壁(壁部)24の内周面24aにおける絶縁部材25の下端に接する位置まで連続している。
領域36は、たとえば、内周面24aのうち、絶縁部材33の側周面、および、基板絶縁カバー82の側周面の一部に対向する位置とされる。
【0081】
領域37は、側壁(壁部)24の内周面24aにおけるサセプタ15の裏面、あるいは、プラズマ形成状態においてサセプタ15が上下動した場合に、サセプタ15の下限位置における側周面15aの下端より下方となる位置まで連続している。
領域37は、例えば、側周面15aにおいて、プラズマ形成状態における導電帯部31の下端に対向する位置より下方の領域とされる。
【0082】
領域37は、側壁(壁部)24における内周面24aの下端に接する位置まで連続している。
領域36および領域37は、いずれも、導電帯部35と面一で連続している。導電帯部35、領域36および領域37は、絶縁部材25の下側となる内周面24aに位置している。
【0083】
つまり、側壁(壁部)24における絶縁部材25の下側となる内周面24aは、たとえば、アルミニウムとされる導電体が全面で露出している。
導電帯部35は、導電帯部31に対向するキャパシタ形成部30対向面として、その範囲が規定される。
つまり、導電帯部35は、導電帯部31と対向することで、内周面24aにおいて形成される。
【0084】
導電帯部31と導電帯部35との離間距離(ギャップ)Gは、側周面15aおよび内周面24aの全周に亘って等しく設定される。
導電帯部31と導電帯部35との離間距離(ギャップ)Gは、側周面15aおよび内周面24aの全周に亘って、導電帯部31と導電帯部35との周方向の全長で略均一に設定される。
なお、導電帯部31と導電帯部35との離間距離(ギャップ)Gとは、真空チャンバ2の径方向における 導電帯部31と導電帯部35との離間距離を意味する。
【0085】
次に、プラズマ処理装置1を用いて基板10の処理面10aに膜を形成する場合の作用について説明する。
図4は、本実施形態におけるプラズマ処理装置の高周波リターン電流を説明するための断面図である。
【0086】
まず、真空ポンプ28を用いて真空チャンバ2内を減圧する。真空チャンバ2内が真空に維持された状態で、ドアバルブ26aが開き、真空チャンバ2の搬出入部26を介して、真空チャンバ2の外部から成膜空間2aに向けて基板10が搬入される。基板10は、サセプタ15上に載置される。基板10は、基板絶縁カバー82によって、サセプタ15上における載置位置を規定される。
【0087】
基板10を搬入した後、ドアバルブ26aが閉じる(閉動作)。
基板10を載置する前には、サセプタ15が真空チャンバ2内の下方に位置している。
基板10を載置する前には、サセプタ15が搬出入部26よりも下方に位置している。 つまり、サセプタ15とシャワープレート5との間隔が広くなっているので、ロボットアーム(不図示)を用いて基板10をサセプタ15上に容易に載置することができる。
【0088】
基板10がサセプタ15上に載置された後には、昇降駆動部16Aを駆動し、支柱16を上昇させる。支柱16上端のサセプタ15も上方へ移動する。上方へ押し上げられたサセプタ15上に載置された基板10も上方へ移動する。これによって、適切に成膜を行うために必要な間隔になるようにシャワープレート5と基板10との間隔が所望の値に設定され、この間隔が維持される。
このとき、真空チャンバ2の径方向において、絶縁フランジ81と基板絶縁カバー82との外側位置には絶縁部材25が位置する。
【0089】
サセプタ15の上昇時には、サセプタ15の側周面15aと側壁(壁部)24の内周面24aとが離間した状態を維持する。
さらに、サセプタ15の上昇を終了して停止した状態で、サセプタ15の側周面15aにおいて、導電帯部31が側壁(壁部)24の内周面24aとの導電帯部35に対向する位置となる。
【0090】
このとき、少なくとも導電帯部31の上端は導電帯部35の上端よりも下側位置にあり、かつ、導電帯部31の下端は導電帯部35の下端よりも上側位置にある。つまり、導電帯部31の全領域が導電帯部35と対向した状態となっている。
【0091】
さらに、サセプタ15の側周面15aの導電帯部31と、側壁(壁部)24の内周面24aの導電帯部35とのギャップGは、後述する高周波リターン電流の経路におけるキャパシタを形成するために、必要な間隔になるように所望の値に決定され、この間隔が維持される。
【0092】
具体的には、サセプタ15の導電帯部31と側壁24の導電帯部35とのギャップGは、0.1mm~10mm程度の範囲、より好ましくは、1mm~8mm程度の範囲、2mm~5mm程度の範囲、即ち、ナローギャップに設定される。
【0093】
サセプタ15の側周面15aと側壁(壁部)24の内周面24aとにおいて、導電帯部31と導電帯部35とは、平面視して互いに同心状となる位置に形成されている。したがって、サセプタ15の外周に沿って、高周波リターン電流の経路におけるキャパシタが形成される。
【0094】
ここで、キャパシタ形成部30としてのキャパシタの値は、対向電極となる導電帯部31と導電帯部35との面積、および、導電帯部31と導電帯部35とのギャップGの値によって設定される。
対向電極となる導電帯部31と導電帯部35との面積は、露出している導体材料である導電帯部31の面積によって規定される。導電帯部35の面積は、導電帯部31の面積よりも広いため、導電帯部35の面積によってはキャパシタの値は設定されない。
つまり、導電帯部31の面積によってキャパシタの値が設定される。
【0095】
ここで、導電帯部31と導電帯部35とは、サセプタ15の全周に亘って形成されているため、対向電極としての導電帯部31の面積は、導電帯部31における上下方向(昇降方向)の幅寸法Wによって規定される。
具体的には、導電帯部31における上下方向の幅寸法Wは、20mm~120mm程度の範囲、より好ましくは、60mm~80mm程度の範囲に設定される。
なお、上記のギャップGおよび幅寸法Wの範囲は、シリコンウェーハ等の処理、すなわち、Φ200mm~Φ300mm~Φ450mm程度の基板10のプラズマ処理をおこなう場合の値である。
【0096】
これによって、適切に成膜を行うために必要なキャパシタが、サセプタ15の外周に沿って全周に形成される。
【0097】
導電帯部31と導電帯部35との間で形成されるキャパシタは、サセプタ15の外周に沿って全周で均一な値を有する。
したがって、サセプタ15の外周に沿って全周に均一な高周波リターン電流が形成可能となる。
【0098】
しかも、この、サセプタ15の全周におけるキャパシタ形成は、昇降駆動部16Aによるサセプタ15の昇降位置を設定するだけで、容易におこなうことができる。
ここで、導電帯部31の上側となる側周面15aは、導電帯部35に対向する部分が絶縁部材33で覆われている。
【0099】
このため、サセプタ15の全周におけるキャパシタを確実に形成することができる。
同時に、サセプタ15の全周において均一な値のキャパシタを確実に形成することができる。
【0100】
その後、プロセスガス供給部21からガス導入管7およびガス導入口42を介して空間14にプロセスガスが導入される。そして、シャワープレート5のガス噴出口6から成膜空間2a内にプロセスガスが噴出される。
【0101】
次に、高周波電源9を起動して電極フランジ4に高周波電力を印加する。
すると、電極フランジ4の表面からシャワープレート5の表面を伝って高周波電流が流れ、シャワープレート5とサセプタ15との間に放電が生じる。そして、シャワープレート5と基板10の処理面10aとの間にプラズマPが発生する。
【0102】
こうして発生したプラズマP内でプロセスガスが分解され、プラズマ状態のプロセスガスが得られ、基板10の処理面10aで気相成長反応が生じ、薄膜が処理面10a上に成膜される。
サセプタ15に伝達された高周波電流は、キャパシタ形成部30を介して側壁(壁部)24および高周波電極支持部23の内周面に流れる(図4)。
そして、高周波電流は、シールドカバー13を伝ってリターンされる(リターン電流)。
【0103】
このとき、キャパシタ形成部30から、導電帯部35より下側の真空チャンバ2の側壁(壁部)24に、高周波リターン電流はリターンされない。
つまり、真空チャンバ2における搬出入部26の有無に関係なく、高周波リターン電流は、真空チャンバ2の底部11および側壁24を伝ってリターンされない。
【0104】
したがって、高周波リターン電流の経路を削減して、サセプタ15の全周に亘って、インダクタンスを小さくすることができる。
また、高周波リターン電流の経路の距離を、サセプタ15の全周に亘って等しくすることができる。つまり、サセプタ15の全周に亘って、高周波リターン電流の経路におけるインダクタンスを同一にすることができる。
【0105】
しかも、キャパシタ形成部30は、高周波リターン電流の経路において、特許文献1,2のアースプレートのように、導体を介したリアクタンスではないため、インダクタンスを小さくすることが可能である。
【0106】
本実施形態におけるプラズマ処理装置1においては、サセプタ(支持部)15の側周面15aと側壁(壁部)24の内周面24aとの間に、数ミリ程度の極小の離間距離である間隙(ギャップ)Gを形成することで、対向する導電帯部31と導電帯部35により、高周波リターン電流の経路としてキャパシタを形成することができる。
【0107】
このとき、プラズマ形成時に、マッチングボックス12にリターンする高周波リターン電流の経路を、サセプタ15、キャパシタ形成部30として、サセプタ15の側周面15aの導電帯部31、側壁(壁部)24の内周面24aの導電帯部35、側壁(壁部)24、高周波電極支持部23、シールドカバー13とすることができる。
【0108】
これにより、高周波リターン電流の経路を、真空チャンバ2の底部11を経由する場合よりも短い距離にすることができる。したがって、高周波リターン電流の経路におけるインダクタンスを減少することができる。
【0109】
同時に、サセプタ15の高さを昇降駆動部16Aによって設定するだけで、キャパシタ形成部30として、サセプタ15の側周面15aの導電帯部31と、側壁(壁部)24の内周面24aの導電帯部35との間のギャップGおよび幅寸法Wをサセプタ15の全周に亘って均一幅寸法に形成することが可能となる。このため、高周波リターン電流経路が、サセプタ15の周方向において、均等に形成されることになる。
【0110】
これにより、サセプタ15の周方向において、電場勾配の不均一を抑制でき、プラズマ処理特性、つまり、成膜特性の分布を均等に維持することができる。
したがって、プラズマを発生させる際、搬出入部26等における異常放電を防止でき、電極フランジ4に印加できる高周波電圧を大きくすることができる。
【0111】
また、同時に、高周波リターン電流の経路に対して、搬出入部26が影響を及ぼさないことで、高周波リターン電流の経路が、サセプタ15の周方向において、均等に形成されることになる。
【0112】
また、側壁24の内周面24aの上端における絶縁部材25と、絶縁フランジ81の下端と、シャワープレート5の下面と、基板絶縁カバー82の上面と、基板10の処理面10aと、によって、プラズマ処理時におけるプラズマPの形成される成膜空間2aが囲まれている。
【0113】
このように、成膜空間2aの周囲には、絶縁部材25と高周波電極支持部23とが配置されており、さらに、サセプタ15には絶縁部材33が配置されているため、プラズマPがキャパシタ形成部30に近接するように回り込むことを防止することができる。したがって、発生させたプラズマPが、導体の露出しているキャパシタ形成部30付近に到達してしまうことを防止できる。
【0114】
これにより、異常放電の発生を防止して、安定した高周波リターンを実現し、発生するプラズマPの安定性を確保することができる。これにより、成膜特性の均一性を向上することができる。
【0115】
このような構成においては、サセプタ15の側周面15aと側壁(壁部)24の内周面24aとが接触しないとともに、昇降駆動部16Aによる支柱16以外の可動部分が処理室101内に存在しないため、パーティクル(塵埃)などが発生することを防止できる。これにより、成膜特性が低下することを防止できる。
【0116】
サセプタ15の側周面15aと側壁(壁部)24の内周面24aとの間がギャップGとされており、この「ギャップはサセプタ15の上下移動によって変化しないので、このギャップGの制御を正確におこなうことが可能となる。
【0117】
さらに、昇降駆動部16Aによってサセプタ15を昇降させている際に、導電帯部31および導電帯部35は当接しないため、導電帯部31および導電帯部35における表面状態の変化によってキャパシタの変動が発生することを防止できる。
【0118】
さらに、サセプタ15の側周面15aにキャパシタ形成部30としての導電帯部31を形成したことにより、サセプタ15の上面には、基板10および基板絶縁カバー82のみがあるため、基板10のサイズを縮小することなく、高周波リターン電流の経路となるキャパシタを容易に形成することが可能となる。
【0119】
以下、本発明に係るプラズマ処理装置の第2実施形態を、図面に基づいて説明する。
図5は、本実施形態におけるプラズマ処理装置を示す断面図であり、図6は、本実施形態におけるプラズマ処理装置を示す平面図である。本実施形態において、上述した第1実施形態と異なるのは、昇降駆動部に関する点であり、これ以外の上述した第1実施形態と対応する構成には同一の符号を付してその説明を省略する。
【0120】
本実施形態におけるプラズマ処理装置1は、図5図6に示すように、サセプタ15を昇降駆動する構成として、16が支柱16a,16b,16cを有する。
支柱16a,16b,16cは、互いに平行に立設される。支柱16a,16b,16cは、互いに離間して立設される。
【0121】
支柱16a,16b,16cは、いずれも、上方の先端にサセプタ(支持部)15が接続されている。支柱16a,16b,16cは、いずれも、サセプタ15の中心から等距離となるように配置される。具体的には、平面視して、サセプタ15と同心の円上に 支柱16a,16b,16cの中心が位置している。支柱16a,16b,16cは、互いに等距離離間して配置される。
【0122】
支柱16a,16b,16cは、互いに一体として上下動する。支柱16a,16b,16cは、昇降駆動部16Aによって、一体として駆動される。なお、図において、支柱16a,16b,16cは、いずれも昇降駆動部16Aによって駆動されるように示しているが、1本だけが昇降駆動部15Aによって駆動されるとともに、他の2本がサセプタ15の姿勢維持用のガイドとして機能する構成とすることもできる。
【0123】
支柱16a,16b,16cは、なるべくサセプタ15の縁部に近接する位置に配置される。これにより、支柱16a,16b,16cによるサセプタ15の姿勢制御が容易になる。
【0124】
ここで、支柱16a,16b,16cによるサセプタ15の姿勢制御とは、昇降駆動部16Aによって、サセプタ15が上下動された際に、基板10の載置されるサセプタ15の上面が水平状態を維持することを意味する。同時に、昇降駆動部16Aによって、サセプタ15が上下動された際に、サセプタ15の側周面15aと真空チャンバ2の側壁24の内周面24aとの離間距離が一定に維持されることを意味すする。あるいは、昇降駆動部16Aによって、サセプタ15が上下動された際に、平面視したサセプタ15の中心位置が移動しないことを意味する。
【0125】
支柱16a,16b,16cは、いずれも、真空チャンバ2の底部(内底面)11に形成された開口部に挿通されている。
支柱16a,16b,16cは、真空チャンバ2の外部において、下端側の外周を覆うようにベローズ(不図示)が設けられている。ベローズにより、支柱16a,16b,16cが上下動した際に、成膜空間2aの密閉が維持される。
【0126】
本実施形態においては、支柱16a,16b,16cのうち、昇降駆動部16Aによって駆動される駆動支柱と、サセプタ(支持部)15の昇降姿勢を維持する姿勢規制支柱との機能を有する。
昇降駆動部16Aは、駆動支柱と、姿勢規制支柱とを有すると称することができる。ここで、支柱16a,16b,16cのうち、どれが駆動支柱であり、また、どれが姿勢規制支柱であるという区別は意味がないことになる。
【0127】
本実施形態においては、3本の支柱16a,16b,16cによって、昇降駆動部16Aによりサセプタ15が上下動された際に、サセプタ15の姿勢制御をおこなうことが可能となる。したがって、サセプタ15が上下動された際に、サセプタ(支持部)15の側周面15aと真空チャンバ2の側壁24の内周面24aとの離間距離Gを、一定に維持することができる。
【0128】
このため、サセプタ(支持部)15の側周面15aの全周に形成される導電帯部31と、真空チャンバ2の側壁24の内周面24aに形成される導電帯部35と、の離間距離Gを、一定に維持することができる。
これにより、キャパシタを形成するキャパシタ形成部30において、キャパシタ値を設定するファクターであるギャップGを維持したままで、支持部(サセプタ)の昇降を可能とすることができる。
【0129】
そして、プラズマ形成条件によって、サセプタ(支持部)15の高さ位置の変動が必要になった場合でも、キャパシタの値を適正な範囲に維持することが可能となる。したがって、サセプタ(支持部)15の高さ位置に依存することなく、基板10の周方向において、略等しいインダクタンスを維持することが可能となる。
【0130】
本実施形態においては、上述した実施形態と同等の効果を奏することができる。
【0131】
以下、本発明に係るプラズマ処理装置の第3実施形態を、図面に基づいて説明する。
【0132】
図7は、本実施形態のプラズマ処理装置におけるキャパシタ形成部を示す拡大断面図である。
本実施形態において上述した第1および第2実施形態と異なるのはキャパシタ形成部30に関する点であり、これ以外の対応する構成要素に関しては、同一の符号を付してその説明を省略する。
【0133】
本実施形態におけるキャパシタ形成部30は、図7に示すように、真空チャンバ2の側壁(壁部)24の内周面24aにおいて、導電帯部35と近接する位置に、絶縁膜36aおよび絶縁膜37aが形成されている。
絶縁膜36aは、内周面24aにおいて、導電帯部35と絶縁部材25の下端との間に設けられる。
絶縁膜36aは、内周面24aにおいて、第1実施形態における領域36を覆うように形成される。
なお、絶縁膜36aは、絶縁部材25と一体に形成されていることもできる。
【0134】
絶縁膜37aは、導電帯部35よりも、真空チャンバ2の底部(内底面)11に近接する内周面24aに設けられる。
絶縁膜37aは、内周面24aにおいて、第1実施形態における領域37を覆うように形成される。
【0135】
絶縁膜37aの上端は、導電帯部35との境界まで連続して内周面24aを覆っている。
絶縁膜37aの下端は、内周面24aにおいて、真空チャンバ2における底部(内底面)11に接する位置まで連続して設けられてもよい。
【0136】
また、絶縁膜37aは、真空チャンバ2における底部(内底面)11に接する位置よりも上側まで連続して設けられてもよい。この場合、絶縁膜37aは、基板10の搬送のために搬出入部26(搬出入口)に近接する下方の高さ位置とされたサセプタ15において、側周面15aの下端よりも下側まで連続していればよい。
【0137】
絶縁膜36aおよび絶縁膜37aは、いずれも、絶縁体からなる。
絶縁膜36aおよび絶縁膜37aは、アルマイト合金等とすることができる。
絶縁膜36aおよび絶縁膜37aは、同じ厚さ寸法を有する。
絶縁膜36aおよび絶縁膜37aは、絶縁部材を構成する。
【0138】
導電帯部35の上下方向に隣接する内周面24aは、絶縁膜36aおよび絶縁膜37aで覆われている。
導電帯部35は、真空チャンバ2の壁部(側壁)24において、内周面24aの全領域に形成された絶縁膜36aおよび絶縁膜37aを剥離することで形成される。
【0139】
なお、プラズマ処理をおこなって、導電帯部35として露出していた導電材料に成膜材料が付着する、あるいは、絶縁膜、酸化膜等が形成されてしまった場合には、内周面24aにおける所定の領域において、付着物あるいは絶縁膜、酸化膜等の付着膜を除去することで、所望のキャパシタ形成部30としての導電帯部35を再形成することが可能となる。
特に、メンテナンス工程等において、このように内周面24aの膜を除去して導電帯部35を再形成する再形成工程を有することができる。
【0140】
導電帯部35は、壁部(側壁)24の内周面24aにおいて、絶縁膜a36および絶縁膜37aよりも凹んだ状態とされる。つまり、導電帯部35は、壁部(側壁)24の内周面24aにおいて、絶縁膜36aおよび絶縁膜37aよりも、サセプタ15の側周面15aから大きく離間した状態とされる。
なお、絶縁膜36aおよび絶縁膜37aの膜厚、つまり、導電帯部35の凹んだ寸法は、0.1mm~1mmとすることができる。
【0141】
本実施形態におけるキャパシタ形成部30は、第1実施形態と同様に、導電帯部31と、導電帯部31に対向する導電帯部35とで高周波リターン電流の経路におけるキャパシタを形成することができる。
【0142】
本実施形態においては、上述した実施形態と同等の効果を奏することができる。
【0143】
以下、本発明に係るプラズマ処理装置の第4実施形態を、図面に基づいて説明する。
【0144】
図8は、本実施形態のプラズマ処理装置におけるキャパシタ形成部を示す拡大断面図である。
本実施形態において上述した第1~第3実施形態と異なるのはキャパシタ形成部30に関する点であり、これ以外の対応する構成要素に関しては、同一の符号を付してその説明を省略する。
【0145】
本実施形態におけるキャパシタ形成部30は、図7に示すように、サセプタ15の側周面15aにおいて、導電帯部31と近接する位置に、絶縁膜33aおよび絶縁膜33bが形成されている。
絶縁膜33aは、側周面15aにおいて、導電帯部31と基板絶縁カバー82の下端との間に設けられる。
絶縁膜33aは、サセプタ15において、上面に形成された絶縁膜32と連続していてもよい。この場合、絶縁部材33を設けないこともできる。または、絶縁膜33aは、絶縁部材33と一体に形成されていることもできる。
【0146】
絶縁膜33bは、導電帯部31よりも、サセプタ15の下面に近接する側周面15aに設けられる。
絶縁膜33bの上端は、導電帯部31との境界まで連続して側周面15aを覆っている。
絶縁膜33bの下端は、側周面15aにおいて、サセプタ15の下面に接する位置まで連続して設けられる。
なお図示していないが、サセプタ15の下面に絶縁膜を設けることもできる。この場合、側周面15aに近接する領域のみ絶縁膜をサセプタ15の下面に設けることもできる。
【0147】
絶縁膜33aおよび絶縁膜33bは、いずれも、絶縁体からなる。
絶縁膜33aおよび絶縁膜33bは、アルマイト合金等とすることができる。
絶縁膜33aおよび絶縁膜33bは、同じ厚さ寸法を有する。
絶縁膜33aおよび絶縁膜33bは、絶縁部材を構成する。
【0148】
導電帯部31の上下方向に隣接する側周面15aは、絶縁膜33aおよび絶縁膜33bで覆われている。
導電帯部31は、サセプタ15において、側周面15aの全領域に形成された絶縁膜33aおよび絶縁膜33bを剥離することで形成される。
【0149】
なお、プラズマ処理をおこなって、導電帯部31として露出していた導電材料に成膜材料が付着する、あるいは、絶縁膜、酸化膜等が形成されてしまった場合には、側周面15aにおける所定の領域において、付着物あるいは絶縁膜、酸化膜等の付着膜を除去することで、所望のキャパシタ形成部30としての導電帯部31を再形成することが可能となる。
特に、メンテナンス工程等において、このように側周面15aの膜を除去して導電帯部31を再形成する再形成工程を有することができる。
【0150】
導電帯部31は、サセプタ15の側周面15aにおいて、絶縁膜33aおよび絶縁膜33bよりも凹んだ状態とされる。つまり、導電帯部31は、サセプタ15の側周面15aにおいて、絶縁膜33aおよび絶縁膜33bよりも、壁部(側壁)24の内周面24aから大きく離間した状態とされる。
なお、絶縁膜33aおよび絶縁膜33bの膜厚、つまり、導電帯部31の凹んだ寸法は、0.1mm~1mmとすることができる。
【0151】
本実施形態におけるキャパシタ形成部30は、第1実施形態と同様に、導電帯部31と、導電帯部31に対向する導電帯部35とで高周波リターン電流の経路におけるキャパシタを形成することができる。
【0152】
本実施形態においては、上述した実施形態と同等の効果を奏することができる。
【0153】
なお、上記の各実施形態において、導電帯部31を、1本の線状に形成したが、複数本をまとめて、キャパシタ形成部30を構成することもできる。
また、上記の各実施形態において、導電帯部31を、サセプタの全周に亘って連続した線状に形成したが、サセプタ15の周方向に分割されていてもよい。この場合、側壁24の内周面24aに形成される導電帯部35も対応して、周方向に分割された配置、あるいは、周方向に破断された配置とすることができる。
【0154】
さらに、サセプタ15の厚さ寸法が大きい場合には、導電帯部31の幅寸法Wを導電帯部35の幅寸法より大きく設定することもできる。この場合、キャパシタ形成部30においてキャパシタ値を設定する作用は導電帯部35となる。
【0155】
なお、上記の各実施形態において、基板10およびサセプタ15の平面視した輪郭形状を円形として説明したが、矩形輪郭を有するものとすることができる。この場合、第2実施形態で説明した支柱が複数本設けられた昇降駆動部16Aを有することが好ましい。これは、サセプタ15の輪郭形状が矩形である場合には、より精密なサセプタ15の姿勢制御が必要となるためである。
【0156】
また、絶縁膜33a,33b,36a,37aに変えて、絶縁部材25,33のように、別部材としてサセプタ15あるいは側壁24に埋め込むように配置する絶縁部材を有する構成とすることもできる。
【0157】
さらに、本発明においては、上記の各実施形態で説明した構成を、各々個別に組み合わせて構成することや、特性の構成を省略した構成とすることも可能である。
【産業上の利用可能性】
【0158】
本発明の活用例として、プラズマCVD装置、プラズマエッチング装置、プラズマ表面処理装置などを挙げることができる。
【符号の説明】
【0159】
1…プラズマ処理装置
2…真空チャンバ(チャンバ)
2a…成膜空間(反応室)
4…電極フランジ
5…シャワープレート
6…ガス噴出口
7…ガス導入管
9…高周波電源
10…基板
10a…処理面
11…底部(内底面)
12…マッチングボックス
13…シールドカバー
14…空間
15…サセプタ(支持部)
15a…側周面
16,16a,16b,16c…支柱
16A…昇降駆動部(昇降機構)
23…高周波電極支持部
24…壁部(側壁)
24a…内周面
25,33…絶縁部材
26…搬出入部
26a…ドアバルブ
27…排気管
28…真空ポンプ
30…キャパシタ形成部
31,35…導電帯部
32,33a,33b,36a,37a…絶縁膜
41…上板
42…ガス導入口
43…周壁
81…絶縁フランジ
82…基板絶縁カバー
101…処理室
G…間隙(ギャップ)
W…幅寸法
P…プラズマ
図1
図2
図3
図4
図5
図6
図7
図8