JP3972970B2

JP3972970B2 - Plasma reactor

Info

Publication number: JP3972970B2
Application number: JP22253798A
Authority: JP
Inventors: 裕奥村; 利規瀬川; 和基茂山
Original assignee: 株式会社エフオーアイ
Priority date: 1998-08-06
Filing date: 1998-08-06
Publication date: 2007-09-05
Anticipated expiration: 2018-08-06
Also published as: JP2000058298A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、プラズマ成膜装置やプラズマエッチング装置などのプラズマリアクタ（プラズマ処理装置）に関し、ＩＣ（半導体デバイス）やＬＣＤ（液晶表示パネル）あるいはＰＤＰ（プラズマディスプレイパネル）など高精度の製造工程において基板等を処理対象としてプラズマ処理すなわちプラズマ反応に基づく処理を行わせるのに好適なプラズマリアクタに関する。
【０００２】
【従来の技術】
シリコンウエハ等の基板を対象とするプラズマリアクタは、真空チャンバ内に形成されたプラズマ処理空間にプラズマを発生させ又は導入するとともにそのプラズマ処理空間内に所定の処理ガス等も導入して、プラズマ処理空間にてプラズマ反応を行わせ、これによってプラズマ処理空間内の基板に対して成膜やエッチングといった表面処理等を施すものである。図４に縦断面構造図を示した平行平板形の装置は、そのようなプラズマリアクタの典型例である。
【０００３】
この装置は、真空チャンバ本体部２の上に真空チャンバ蓋部３が開閉可能に取着された真空チャンバを備えており、被処理物である基板１が平板状をしていることから、水平に置かれたカソード部１２が真空チャンバ本体部２内のほぼ中央に設けられ、このカソード部１２の上面が平坦に形成されたうえ絶縁膜が張られて基板１を乗載しておくことが可能なようになっている。真空チャンバ本体部２の内底中央には筒状のローアーサポート１２ａが貫通して立設されており、カソード部１２はこのローアーサポート１２ａの上端に固着して支持されている。
【０００４】
このように、真空チャンバ内に植設され上面が基板乗載可能に形成された下部電極部は、真空チャンバに収められた基板支持体となっている。また、真空チャンバ蓋部３の内のほぼ中央であってカソード部１２の上方にはアノード部１１が筒状のアッパーサポート１１ａによって真空チャンバ蓋部３に垂設されている。そして、これら電極およびその支持体によって構成された上部電極部も、真空チャンバに収められたものとなっている。
【０００５】
これらのアノード部１１とカソード部１２は互いに対向しており、少なくともその対向面の中央部は一対の平行な電極となっており、その電極にブロッキングキャパシタを介してＲＦ電源３１から高周波が印加されると所定の真空圧の下でアノード部１１とカソード部１２との間にプラズマが発生する。あるいは、そこへ導入されたプラズマが活性化されたりその作用に異方性が付与されたりする。なお、ＲＦ電源３１には、５００ＫＨｚ〜２ＭＨｚの周波数で出力パワーの可変なものがよく用いられる。そして、そこに所定の処理ガスＡがアノード部１１等を介して供給されるとカソード部１２上面に乗載された基板１にガス状態等に応じたプラズマ処理がなされる。これにより、アノード部１１とカソード部１２は両者の挟む空間にプラズマ処理空間を形成する電極部となっている。
【０００６】
真空チャンバ本体部２には真空チャンバ内ガスを吸い出して適度な真空度を保つために内外貫通した吸引口２ａが加工形成され、この吸引口２ａに対し順に可変バルブ４、ターボポンプ等の真空ポンプ５が連結されている。この可変バルブ４は、バルブ開度を可変駆動するモータ等が付設されていてこれを電気信号で制御することで遠隔制御可能な通過流体の可変絞りとして機能する。そして、真空チャンバに付設された真空圧計４ｂによって真空チャンバ内の真空圧が検出され、この検出値と所定の設定目標値との差に基づいてＰＩＤ制御回路４ｃによって制御信号が生成出力されると、この制御信号に従って可変バルブ４による絞り量が可変駆動される。このような真空圧計４ｂを圧力検出器としＰＩＤ制御回路４ｃを圧力制御回路とし可変バルブ４を圧力制御機構とする圧力制御手段によって、真空チャンバ内の真空圧が設定圧力になるように自動制御される。
【０００７】
また、その真空圧計４ｂは、真空チャンバ本体部２に内外貫通してほぼ水平に穿孔形成された導圧孔２ｂに対し外側から接続されていて、導圧孔２ｂを介して真空チャンバ内の圧力がそこまで導かれるとその圧力を検出するようになっており、そのために、導圧孔２ｂは真空チャンバの内壁面のうちプラズマ処理空間１３の横のところに開口させられている。これにより、この真空チャンバは、その内外に通ずる導圧路がチャンバ側壁を貫通した穿孔にて形成されたものとなっている。
【０００８】
【前提の技術】
これに対し、プラズマの圧力制御性が高められるばかりか、基板が大形化してもプラズマ処理の均一性が確保されるようなプラズマリアクタもある。これは、同一出願人による基本発明のプラズマリアクタであり（特願平９−５５４８９号または特願平１０−５６０６０号を参照）、真空チャンバ内に設けられた基板乗載可能な基板支持体と、前記基板支持体の基板乗載面との間にプラズマ処理空間を形成するプラズマ空間形成機構とを具えて、前記プラズマ処理空間にてプラズマ反応を行わせるプラズマリアクタにおいて、前記真空チャンバ内に設けられ前記基板支持体及び前記プラズマ空間形成機構を基準とした前記プラズマ処理空間の開口部分を囲う可動壁体と、前記可動壁体が前記開口部分を囲う位置と前記可動壁体が前記開口部分を解放する位置との両位置に亘って前記可動壁体を進退させる壁体駆動機構とを備えたものである。
【０００９】
ここで、上記の「基板支持体及びプラズマ空間形成機構を基準としたプラズマ処理空間の開口部分」とは、基板支持体及びプラズマ空間形成機構は通常一体物ではないが仮に両者を一体物と見たときに開口と把握される部分を意味する。より具体的には、基板支持体とプラズマ空間形成機構とによって挟まれて形成されるプラズマ空間がそうでないところと連通するところを指し、例えば基板支持体及びプラズマ空間形成機構が一対の平行平板からなる場合では、両者を両端面とする筒状空間の側面部分が該当する。また、「開口部分を囲う」とは、完全に密閉して囲うのではなく、少なくとも処理済みのプラズマやガス等を排気してプラズマを維持しうる程度の隙間は残すようにして囲うという意味である。
【００１０】
この場合、真空チャンバの内部空間において基板支持体の上面等の基板乗載面に基板が乗載させられその上方等にプラズマ処理空間が形成されそこでプラズマ反応が行われることでその基板に対してプラズマ処理が施されるが、プラズマ処理空間の開口部分が可動壁体によって囲われることから、プラズマ処理空間は真空チャンバ内で基板支持体とプラズマ空間形成機構と可動壁体とによって概ね覆われることとなる。そこで、真空チャンバ内空間の一部がプラズマ処理空間に分割され、両者の圧力状態もほぼ分離されることとなる。その分離の程度は、可動壁体による囲いから残された隙間の大きさに依存する。
【００１１】
そして、可動壁体を壁体駆動機構によって進退させると、その隙間が広狭変化して、プラズマ処理空間内圧力は素早く真空チャンバ内の真空圧に近づいたりこれから離れて高くなったりするので、可動壁体の進退駆動に基づいてプラズマの圧力状態を制御することが可能となる。また、可動壁体の形状を基板支持体およびプラズマ処理空間形成機構に整合させてそれらとの間隙を出来るだけ一様に分散させることでプラズマ処理空間から流出する流れの形態における偏りも減ることとなる。
なお、基板を真空チャンバから出し入れする際には、プラズマ処理空間の開口部分が解放される位置まで可動壁体を壁体駆動機構によって進退移動させておけば、可動壁体を真空チャンバ内に設けたことの不都合は何も無い。
【００１２】
これにより、直接の圧力制御対象がチャンバ内圧力からその一部のプラズマ処理空間に分離されて応答性の劣る大容積の物から応答性の優れた小容積の物に絞り込まれる一方で、流れの形態が、真空チャンバ壁の吸引口による支配を外れて、中心を基準に対称にする等の一様分散化が比較的容易な可動壁体によってほとんど決せられるので、プラズマ処理空間内の圧力制御性を向上させると同時にプラズマ処理空間内における流れの状態を一様にさせることも容易となる。こうして、このプラズマリアクタでは、プラズマの均一性と圧力制御性とが共に良好となる。
【００１３】
図３に縦断面模式図を端面図的に示したものは、そのようなプラズマリアクタの具体例である。このプラズマリアクタが従来例における図４のものと相違するのは、従来の可変バルブ４を省いてその代わりに可動壁体４０及びこれを上下動させる壁体駆動機構４２〜４６が設けられた点である（特願平９−５５４８９号または特願平１０−５６０６０号を参照）。また、これに付随して、真空圧計の導圧路２ｂを真空チャンバ側壁面に配置するのが困難になったことから、新たなところに導圧孔４１が形成されている（特願平１０−２３８８７号を参照）。
以下、これらの相違点を中心に説明する。
【００１４】
可動壁体４０は、金属製の筒状体からなり、内径がカソード部１２の外径より僅かに大きくて内腔にカソード部１２が緩く上下動可能に嵌合されるようになっている。その上端はアノード部１１に接近したときに全周縁のところにほぼ同一の隙間Ｘができるようになっている。そして、そのときに、可動壁体４０は上部がプラズマ処理空間１３の側面周辺を塞ぐとともに下部がカソード部１２との嵌合が外れないところまで届くような長さに形成されている。これにより、可動壁体４０は、真空チャンバ２，３内に設けられ基板支持体１２及びプラズマ処理空間形成機構１１を基準としたプラズマ処理空間１３の開口部分を囲う形状のものとなっている。なお、この可動壁体４０は不所望にチャージアップしないように接地等されるようにもなっている。
【００１５】
壁体駆動機構は、可動壁体４０に駆動力を伝達すると共にそれを支持するプレート４６が、可動壁体４０の下端に連結され、気密性及び伸縮性を持ったベローズ４５が、吸引口２ａと重ならない位置で真空チャンバ本体部２の底面とプレート４６とを連結し、このベローズ４５内にサポート４４が縦に遊挿され、その上端がプレート４６に連結されていて、可動壁体４０を上下動可能に支持するものである。さらに、そのサポート４４は、ボールネジ４３に対して下端部が螺合され、ボールネジ４３は、真空チャンバ本体部２に対して固定されたモータ４２の回転軸に連結されている。そして、モータ４２が回転すると、これに応じてボールネジ４２が回転駆動され、それに伴って可動壁体４０が上下に進退駆動されて、上はアノード部１１にほぼ当接するまで下はカソード部１２の上面より低いところまで可動壁体４０が移動する。これにより、壁体駆動機構４２〜４６は、可動壁体４０がプラズマ処理空間１３の開口部分を覆う上方位置と、可動壁体４０がプラズマ処理空間１３の開口部分を解放する下方位置との両位置に亘って、可動壁体４０を上下に進退させるものとなっている。
【００１６】
また、導圧孔４１は、カソード部１２を貫通して形成されて、可動壁体４０があってもプラズマ処理空間１３の圧力を真空チャンバ外へ導出できるようになっており、真空圧計４ｂはその導圧孔４１のところに取着されている。そして、その検出信号を受けたＰＩＤ制御回路４ｃによってモータ４２の回転量や回転速度が制御される。これにより、このプラズマリアクタは、プラズマ処理空間１３の圧力に応じて壁体駆動機構４２〜４６による可動壁体４０の進退量を制御する圧力制御手段を備えたものとなっている。なお、真空チャンバ本体部２と真空ポンプ５との連結部など気密を要するところには適宜のシール６が介装される。
【００１７】
このような可動壁体４０を備えたプラズマリアクタは、可動壁体４０の上端とアノード部１１の下面との間に形成される隙間Ｘが通過流体の絞りとなり而も圧力制御対象の可変絞りとなることによってプラズマ処理空間１３内の圧力が適度に保たれる。しかも、その可変絞り部（隙間Ｘ）はプラズマ処理空間１３の上部周辺にほぼ一様に展開して形成され、プラズマ処理空間１３内圧力とその外側の真空チャンバ内圧力との差に応じて、隙間Ｘの何処でもガス等の通過流体の流れが概ね同様の状態となるので、プラズマの状態はほぼ対称形で均一性の高いものとなる。さらに、プラズマ処理空間１３の容量が基板１をプラズマに曝すのに必要な最小限のものになるので、圧力応答性も向上する。
【００１８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このような基本発明のプラズマリアクタでは、可動壁体の構造が単純でその製造も一見容易に見えるのであるが、可動部材であることに加えて制御に要する組立精度や位置精度も考慮すると、必ずしも容易とは言えない。
具体的には、圧力絞りを担う部分が可動壁体の厚さに対応した数ｍｍ程度しかなくて、オリフィスに近い絞り構造となっているため、プラズマ処理に際して圧力を制御するのに充分なまでコンダクタンスを下げるには、可変絞り部の隙間を狭くする必要があり、そのような状態では、僅かな位置の変化や精度の狂いが大きな圧力変動を引き起こしてしまうからである。
【００１９】
例えば、基板の直径が３００ｍｍ以上に大形化しているのに対応して、可動壁体の直径が約３６０ｍｍとなっている場合に、流量１０００ｓｃｃｍ（＝１２．７Ｔｏｒｒ・Ｌ／ｓ、なお、１Ｔｏｒｒは約１３３Ｐａである）のアルゴン（Ａｒ）ガスを数百ｍＴｏｒｒに圧力制御するには、可変絞り部の隙間を１ｍｍ以下に保たなければならない。このため、可動壁体に傾きが少しでもあれば圧力の排気状態が不均一となる等のことから、組立精度や位置精度を確保するのに必要とされる設計や加工時の負担が過大となる。
【００２０】
そこで、可動壁体を有してプラズマの均一性と圧力制御性との要請を両立させた基本発明のプラズマリアクタについて、その製造や制御が容易となるよう更に改良を進めることが課題となる。
この発明は、このような課題を解決するためになされたものであり、プラズマリアクタの可動壁体等についての必要精度を緩和することを目的とする。
【００２１】
【課題を解決するための手段】
このような課題を解決するために発明された第１乃至第７の解決手段について、その構成等を以下に説明する。
【００２２】
第１の解決手段のプラズマリアクタは（、出願当初の請求項１に記載の如く）、真空チャンバ内に設けられた基板乗載可能な基板支持体と、前記基板支持体の基板乗載面との間にプラズマ処理空間を形成するプラズマ空間形成機構と、前記プラズマ処理空間の開口部分を囲う可動壁体と、前記可動壁体が前記開口部分を囲う位置と前記可動壁体が前記開口部分を解放する位置との両位置に亘って前記可動壁体を進退させる壁体駆動機構とを備えたプラズマリアクタであって、前記可動壁体には（、前記開口部分を囲う位置に移動したとき通過流体の絞りを担う形状に形成された）鍔部が設けられている。
【００２３】
この場合、プラズマ処理空間からの流体は、可動壁体の鍔部のところで絞られてから、排出される。このように鍔部のところで通過流体が絞られることから、流れに沿って測った絞りの実効長が延長されるので、絞りの能力が強化される。そして、隙間が従前と同じであれば従前より強く絞られ、従前と同じ絞り効果を発揮させるのであれば隙間を従前より拡げることができる。
【００２４】
第２の解決手段のプラズマリアクタは（、出願当初の請求項２に記載の如く）、上記の第１の解決手段のプラズマリアクタであって、前記鍔部が前記可動壁体の外側面中間部から張り出して形成されるとともに、これと（前記進退方向を基準として）対向する対向部が前記真空チャンバ内側面から内向きに突きだして設けられていることを特徴とする。
【００２５】
この場合、プラズマ処理空間からの流体は、可動壁体の外へ流出してプラズマから通常のガスになり、その後、鍔部のところで絞られてから、排出される。このように鍔部で仕切られた可動壁体の外のところが、状態変化の激しいプラズマを状態の安定している通常のガスに戻すための中継室としての役目を果たし、その後に通過流体の絞りが行われることから、圧力制御が安定して行われるとともに、その中継室が圧力状態を等しくするための圧力バッファ空間としての機能も発揮するので、プラズマ処理空間から直に見た排気環境ひいてはプラズマ処理空間内のプラズマ分布の均一性が向上することとなる。
【００２６】
第３の解決手段のプラズマリアクタは（、出願当初の請求項３に記載の如く）、上記の第１，第２の解決手段のプラズマリアクタであって、前記可動壁体は、前記プラズマ処理空間の前記開口部分に対応した包囲部材と、これを支持するとともに前記基板支持体との嵌合部分に対応した嵌合部材とが分離可能に組み上げられたものである。
【００２７】
第４の解決手段のプラズマリアクタは（、出願当初の請求項４に記載の如く）、上記の第１〜第３の解決手段のプラズマリアクタであって、前記可動壁体は、前記基板支持体との遊嵌面に溝が形成されたものである。
【００２８】
第５の解決手段のプラズマリアクタは（、出願当初の請求項５に記載の如く）、上記の第１〜第４の解決手段のプラズマリアクタであって、前記可動壁体が前記壁体駆動機構に対し棒状部材を介して連結されている。
【００２９】
第６の解決手段のプラズマリアクタは（、出願当初の請求項６に記載の如く）、上記の第２の解決手段のプラズマリアクタであって、前記対向部が前記真空チャンバにて支承されていることを特徴とする。
【００３０】
第７の解決手段のプラズマリアクタは（、出願当初の請求項７に記載の如く）、上記の第１〜第６の解決手段のプラズマリアクタであって、前記可動壁体が薄く形成されていることを特徴とする。
【００３１】
【発明の実施の形態】
このような解決手段で達成された本発明のプラズマ処理装置についての実施形態を第１，第２実施例により具体的に説明するが、第１実施例は、上述した第１〜第７解決手段を具現化したものであり、第２実施例は、上述の第１，第３、第４，第５，第７解決手段を具現化したものである。なお、図１，図２は、既述の図３に対応しており、その図示に際して同一の構成要素には同一の符号を付して示した。また、前提の技術の欄にて述べた基本発明は各実施例についても前提となるものであり、改良点以外はそのまま適合するので、その重複する説明は割愛し、以下、図３の基本発明との相違点を中心に説明する。
【００３２】
【第１実施例】
本発明のプラズマリアクタの第１実施例について、その具体的な構成を、図１を引用して説明する。
このプラズマリアクタが図３のものと相違するのは、単純な円筒形状をしていた可動壁体４０がそれより複雑な形状の可動壁体５０によって置換されている点である。
【００３３】
可動壁体５０は、プレート４６に植設された数本のロッド５１（棒状部材）と、ロッド５１によってその上方に支持された略円筒状のスリーブ５２（嵌合部材）と、スリーブ５２の上に装着され円筒部を上方に延長する側壁部５６（包囲部材）と、側壁部５６の下端から張り出して形成された鍔部５４と、鍔部５４の上方における対向位置に設けられた対向部５５（対向部材）とを具えている。
【００３４】
ロッド５１は、スリーブ５２とプレート４６とを連結して壁体駆動機構４２〜４６による上下方向における進退駆動力を可動壁体５０に伝達するとともに、それらの間を流体が抵抗無く通過するように、充分な間隔を開けて設けられる。なお、同様の観点から、プレート４６も、幾つかの窓部４６ａが打ち抜き形成されたものとなっている。なお、プレート４６は、環状でなくても良く、流体の抵抗が発生し難い構造の物であれば、例えば平面図で見た形状が長方形状や“コ”の字状などの細いプレートでも良い。
【００３５】
スリーブ５２は、少し厚めの円筒部材を加工して作られるが、高さがほぼカソード部１２の高さと同じにされるとともに、内側壁面に一周する溝５３が彫り込み形成される。また、スリーブ５２は、カソード部１２を遊嵌させることが可能なように、内径がカソード部１２の外径より僅かに大きく形成されている。これにより、このスリーブ５２は、基板支持体１２との嵌合部分に対応した嵌合部材となり、スリーブ５２を含んだ可動壁体５０は、基板支持体１２との遊嵌面に溝５３が形成されたものとなっている。
【００３６】
側壁部５６は、２ｍｍ程度の薄い円筒部材を加工して作られるが、高さがアノード部１１とカソード部１２との距離すなわちプラズマ処理空間１３の高さとほぼ同じにされるとともに、その下端がスリーブ５２の上端にぴったり嵌め合わせられるように形成されている。これにより、この側壁部５６は、プラズマ処理空間１３の開口部分に対応した包囲部材であって、嵌合部材５２に装着されて支持されるものとなっている。また、側壁部５６は引っ張り上げれば簡単にスリーブ５２から外れるので、可動壁体５０は、包囲部材５６と嵌合部材５２とが分離可能に組み上げられたものとなっている。
【００３７】
鍔部５４は、ドーナッツ状や環状の薄い平板からなり、内周縁の部分が側壁部５６の下端部分に接合されている。真空チャンバ本体部２の内径が約４８０ｍｍであるのに対応して、鍔部５４の外径は約４６０ｍｍにされ、鍔部５４の内径は側壁部５６と同様の約４２０ｍｍにされる。これにより、鍔部５４は、包囲部材５６と嵌合部材５２とを連ねた可動壁体５０を基準にしてみると、その外側面中間部から張り出して形成されたものとなっている。
【００３８】
対向部５５は、ドーナッツ状や環状の薄い平板からなり、可動壁体５０がプラズマ処理空間１３の開口部分を囲う位置へ移動した際に鍔部５４の直上で鍔部５４と対向する位置に設けられる。そのために、真空チャンバ本体部２の内壁であってその位置に対応した高さのところに段差が形成され、そこに対向部５５の外縁部分が乗せられるよう対向部５５の外径は真空チャンバ本体部２の内径より僅かに小さめにされる一方、対向部５５の内径は、側壁部５６の径より充分大きな約４４０ｍｍにされる。これにより、鍔部５４と対向する対向部５５は、真空チャンバ２にて支承されて、その真空チャンバ内側面から内向きに突きだして設けられたものとなっている。また、鍔部５４と対向部５５とが隙間Ｘで対向するところの重なりしろが約２０ｍｍになるとともに、これらと側壁部５６の外周面と真空チャンバ本体部２の内壁などで囲まれた中継室５７も確保されることとなる。
【００３９】
この実施例のプラズマリアクタについての使用態様及び動作を説明する。
【００４０】
先ず可動壁体５０がカソード部１２よりも下方へ下げられ、その状態で真空チャンバ２，３内へ横から水平状態の基板１が搬入され、この基板１がカソード部１２の上面に載置される。そして、図示しない基板搬入口等が閉められると同時に真空ポンプ５による真空引きが行われる。このとき、可変バルブ４が存在しないので、真空チャンバ２内は速やかに真空状態となる。その際、カソード部１２の下面と可動壁体５０の内周面とで囲まれたところに在った気体も、ロッド５１の間を通過して、速やかに排気される。
【００４１】
次に、モータ４２を回転させて可動壁体５０の鍔部５４が対向部５５の直ぐ下に来るところまで可動壁体５０が上昇させられ、さらに所定のガスＡがアノード部１１側から供給されると、鍔部５４と対向部５５とが隙間Ｘで対向することで発揮される絞り機能によってプラズマ処理空間１３内の圧力が適度に保たれる。その状態で、アノード部１１及びカソード部１２間にＲＦ電源３１から所定の高周波が印加されると、プラズマ処理空間１３内にプラズマが発生する。
【００４２】
このプラズマは、可動壁体５０の側壁部５６の上端とアノード部１１の下面との間に形成されるオリフィス様の隘路によってプラズマ処理空間１３内に閉じこめられる一方、プラズマを閉じこめる側の可動壁体５０特に側壁部５６は、プラズマから熱を貰って暖められるが、薄いので、断熱状態に近い真空雰囲気中であっても速やかに昇温する。こうしてプラズマ処理空間１３に形成されたプラズマによって、カソード部１２上面に載置された基板１に対してガス状態等に応じたプラズマ処理がなされる。
【００４３】
そして、プラズマ処理空間１３から流れ出たプラズマは、側壁部５６とアノード部１１との隙間を通るときに通常のガス状態に戻り、環状の中継室５７内でほぼ同じ圧力に均される。それから、鍔部５４と対向部５５との隙間Ｘを絞られながら通過し、さらに真空チャンバ本体部２を経由して、吸引口２ａから真空ポンプ５によって排気される。
また、少量ではあるが、カソード部１２とスリーブ５２との環状隙間からリークしたプラズマは、その隙間を通るときにやはり通常のガス状態に戻り、環状の溝５３内でほぼ同じ圧力に均される。それから、ロッド５１の間やプレート４６の窓部４６ａのところを通過して、真空チャンバ本体部２内で排気の流れに加わる。
【００４４】
さらに、そのようなプラズマの排気に際して、導圧孔４１を介して真空圧計４ｂによってプラズマ処理空間１３内の真空圧が検出され、この検出値と所定の設定目標値との差に基づいてＰＩＤ制御回路４ｃによって制御信号が生成出力され、この制御信号に従ってモータ４２が回転してボールネジ４３及びサポート４４を進退させることで可動壁体５０が上下動する。具体的には、プラズマ処理空間１３の真空度が低下して絶対圧力が上がり過ぎると、可動壁体５０が下降するように駆動されて、鍔部５４と対向部５５との隙間Ｘが開き気味になってプラズマ処理空間１３の圧力が速やかに下がって所定圧になる。逆に、プラズマ処理空間１３の真空度が高くなって絶対圧力が下がり過ぎると、可動壁体５０が上昇するように駆動されて、鍔部５４と対向部５５との隙間Ｘが閉まり気味になってプラズマ処理空間１３の圧力が速やかに上がって所定圧になる。あるいは、そのような検出圧力のフィードバックでの圧力制御で所定圧力を確保する制御方法に代えて、位置制御にて所定圧力とする方法も行われる。すなわち、隙間Ｘとガス流量とを種々変えて行った圧力測定等にて既知となっているそれら物理量の関係に基づき、目標の圧力とガス流量とから可動壁体５０の在るべき位置を算出等で求め、その位置へ可動壁体５０を移動させておく。それから、所定の整定時間が経過するのを待つ。それで、プラズマ処理空間１３の圧力は所定圧に落ち着く。
【００４５】
こうして、可動壁体５０及び壁体駆動機構４２〜４６を圧力制御機構とする圧力制御手段によって、真空チャンバ内の真空圧が速やかに設定圧力になるよう自動制御される。
しかも、その圧力制御に際して通過流体を絞る鍔部５４と対向部５５との隙間Ｘは、例えば流量１０００ｓｃｃｍのアルゴンガスを数百ｍＴｏｒｒに圧力制御するのには約４ｍｍ程度かそれ以下に維持されれば良い。これにより、可動壁体に多少の傾きがあっても、プラズマ処理空間１３からの排気状態、そしてプラズマ処理空間内の圧力分布状態は、概ね均一に保たれる。
【００４６】
なお、保守作業等のために側壁部５６をスリーブ５２から外すようなときには、先にアノード部１１を開けて対向部５５を外しておくことで、簡単に側壁部５６が持ち上げられる状態となる。また、隙間Ｘの可変範囲を設定する等のために壁体駆動機構４２〜４６等の調整作業を行う際に、誤って鍔部５４が対向部５５に衝突したとしても対向部５５は一時的に持ち上げられるだけで双方とも傷つくことがないので、気楽に組立や調整を行うことができる。
【００４７】
【第２実施例】
本発明のプラズマリアクタの第２実施例について、その具体的な構成を、図２を引用して説明する。
このプラズマリアクタが上述した第１実施例と相違するのは、鍔部５４が側壁部５６の下端でなく上端に接合されている点である。
また、これに伴って、対向部５５や中継室５７は、省かれている。
【００４８】
この場合、プラズマ処理空間１３からの通過流体を絞る役目は、鍔部５４の上面とアノード部１１の下面とにおける隙間Ｘによって果たされる。
そして、中継室５７による圧力緩衝機能等を除いて上述の第１実施例のものとほぼ同様に動作するが、対向部５５が不要な分だけ構造が簡素化されて製造も容易になっている。
【００４９】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明の第１の解決手段のプラズマリアクタにあっては、可動壁体に鍔部を設けたことにより、可動壁体の全体を厚くしなくても鍔部を利用して通過流体を絞る能力を強化できることから、可変絞り部の隙間が従前ほど狭くなくても充分に通過流体が絞られるので、可動壁体等についての必要精度を緩和することができたという有利な効果が有る。
【００５０】
また、本発明の第２の解決手段のプラズマリアクタにあっては、鍔部を可動壁体の外側面中間部に設けたことにより、流体の通過途中に中継室や圧力バッファ空間を付加したのと同様の効果が得られて、可動壁体等についての必要精度を緩和しても、容易に、圧力制御性および均一性の両要請に応えることができるという有利な効果を奏する。
【００５１】
さらに、本発明の第３の解決手段のプラズマリアクタにあっては、必要精度の緩和に基づいて、可動壁体を一体物でなく分離可能な包囲部材と嵌合部材などを組み上げて作るようにしたことにより、鍔部等の付加された複雑な形状の可動壁体でも、容易に製造することができるようになったという有利な効果が有る。
【００５２】
また、本発明の第４の解決手段のプラズマリアクタにあっては、可動壁体における基板支持体との遊嵌面に溝を形成したことにより、可動壁体と基板支持体との嵌合隙間を介してプラズマ処理空間から漏れ出る流体についても、圧力分布の傾斜を無くす圧力バッファ空間を付加したのと同様の効果が得られて、プラズマ処理空間におけるプラズマの均一性を向上させることができたという有利な効果を奏する。
【００５３】
また、本発明の第５の解決手段のプラズマリアクタにあっては、可動壁体と壁体駆動機構との連結部に棒状部材を配したことにより、可動壁体を開口部分の解放位置に移動させたときでも、真空チャンバからの排気が棒状部材の充分な合間を通して円滑に行われるという有利な効果が有る。
【００５４】
また、本発明の第６の解決手段のプラズマリアクタにあっては、対向部を真空チャンバにて支承するようにしたことにより、調整作業に際して可動壁体の鍔部が対向部に衝突する等の不所望な機械干渉が万一起きてしまったとしても、強い固定を伴わない対向部は持ち上げられて干渉状態解除後速やかに原状復帰するので、鍔部の付加された複雑な形状の可動壁体であっても破損し難くくすることができたという有利な効果を奏する。
【００５５】
また、本発明の第７の解決手段のプラズマリアクタにあっては、可動壁体を薄くしたことにより、可動壁体の熱容量が小さくなって、プラズマを用いた予備加熱に要する時間が短縮され、プラズマ処理に先立つ段取りの時間を短時間で済ませることができるようになったという有利な効果が有る。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のプラズマリアクタの第１実施例について、縦断面模式図である。
【図２】本発明のプラズマリアクタの第２実施例について、縦断面模式図である。
【図３】本発明の前提となっている基本発明のプラズマリアクタについて、縦断面模式図である。
【図４】従来のプラズマリアクタの縦断面模式図である。
【符号の説明】
１基板（被処理物、ウエハ）
２真空チャンバ本体部（真空チャンバ）
２ａ吸引口（排気路）
２ｂ導圧孔（導圧路）
３真空チャンバ蓋部（真空チャンバ）
４可変バルブ（流量制御、可変絞り、圧力制御機構、圧力制御手段）
４ｂ真空圧計（圧力検出器、圧力制御手段）
４ｃＰＩＤ制御回路（圧力制御回路、圧力制御手段）
５真空ポンプ（排気ポンプ）
６シール
１１アノード部（プラズマ空間形成機構、上部電極部）
１１ａアッパーサポート
１２カソード部（プラズマ空間形成機構、下部電極部、基板支持体）
１２ａローアーサポート（支持脚、下部電極支持部）
１３プラズマ処理空間（プラズマ空間）
３１ＲＦ電源（高周波印加回路）
４０可動壁体（流量制御、可変絞り）
４１導圧孔（導圧路）
４２モータ（電動機、壁体駆動機構）
４３ボールネジ（進退駆動軸、壁体駆動機構）
４４サポート（支柱、壁体駆動機構）
４５ベローズ（蛇腹、壁体駆動機構）
４６プレート（連結板、壁体支持部、壁体駆動機構）
４６ａ窓部（打ち抜き部）
５０可動壁体（流量制御、可変絞り）
５１ロッド（連結棒、壁体脚部、棒状部材）
５２スリーブ（鞘部、側壁部搭載部材、基板支持体嵌合部材）
５３溝（圧力バッファ空間、リーク圧力緩衝手段、等圧空間）
５４鍔部（薄肉リング、張出部、絞り部、鍔状部材）
５５対向部（薄肉リング、突出部、絞り部、対向部材）
５６側壁部（円筒部材、角筒部材、プラズマ空間包囲部材）
５７中継室（圧力バッファ空間、排気圧力緩衝手段、等圧空間）[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a plasma reactor (plasma processing apparatus) such as a plasma deposition apparatus or a plasma etching apparatus, and relates to a substrate in a high-precision manufacturing process such as an IC (semiconductor device), an LCD (liquid crystal display panel), or a PDP (plasma display panel). The present invention relates to a plasma reactor suitable for causing plasma processing, that is, processing based on a plasma reaction, to be performed as a processing target.
[0002]
[Prior art]
A plasma reactor for a substrate such as a silicon wafer generates or introduces plasma into a plasma processing space formed in a vacuum chamber, and introduces a predetermined processing gas into the plasma processing space to perform plasma processing. A plasma reaction is performed in the space, and thereby a surface treatment such as film formation or etching is performed on the substrate in the plasma processing space. A parallel plate type apparatus whose longitudinal sectional structure is shown in FIG. 4 is a typical example of such a plasma reactor.
[0003]
This apparatus includes a vacuum chamber in which a vacuum chamber lid 3 is attached on a vacuum chamber main body 2 so as to be openable and closable, and a substrate 1 which is an object to be processed has a flat plate shape. The cathode portion 12 placed on the substrate 2 is provided at substantially the center in the vacuum chamber main body portion 2, and the upper surface of the cathode portion 12 is formed flat and an insulating film is stretched thereon to place the substrate 1 thereon. It is possible. A cylindrical lower support 12a is provided in the center of the inner bottom of the vacuum chamber main body 2 so as to penetrate therethrough, and the cathode portion 12 is fixedly supported on the upper end of the lower support 12a.
[0004]
As described above, the lower electrode portion that is implanted in the vacuum chamber and has an upper surface that can be mounted on the substrate is a substrate support housed in the vacuum chamber. An anode portion 11 is suspended from the vacuum chamber lid portion 3 by a cylindrical upper support 11a at the center of the vacuum chamber lid portion 3 and above the cathode portion 12. And the upper electrode part comprised by these electrodes and its support body is also accommodated in the vacuum chamber.
[0005]
The anode portion 11 and the cathode portion 12 are opposed to each other, and at least the central portion of the facing surface is a pair of parallel electrodes, and a high frequency is applied to the electrodes from the RF power source 31 via a blocking capacitor. Then, plasma is generated between the anode portion 11 and the cathode portion 12 under a predetermined vacuum pressure. Alternatively, the plasma introduced therein is activated or anisotropy is imparted to its action. As the RF power source 31, one having a variable output power at a frequency of 500 KHz to 2 MHz is often used. Then, when a predetermined processing gas A is supplied to the substrate 1 through the anode portion 11 and the like, the substrate 1 mounted on the upper surface of the cathode portion 12 is subjected to plasma processing corresponding to the gas state and the like. Thereby, the anode part 11 and the cathode part 12 are electrode parts that form a plasma processing space in a space between them.
[0006]
The vacuum chamber main body 2 is formed with a suction port 2a penetrating inside and outside in order to suck out the gas in the vacuum chamber and maintain an appropriate degree of vacuum, and in order to this suction port 2a, a vacuum pump such as a variable valve 4 and a turbo pump. 5 are connected. The variable valve 4 is provided with a motor or the like that variably drives the valve opening degree, and functions as a variable throttle for the passing fluid that can be remotely controlled by controlling the motor with an electric signal. When the vacuum pressure in the vacuum chamber is detected by the vacuum pressure gauge 4b attached to the vacuum chamber, and a control signal is generated and output by the PID control circuit 4c based on the difference between the detected value and a predetermined set target value. The throttle amount by the variable valve 4 is variably driven in accordance with this control signal. Such a vacuum pressure gauge 4b is used as a pressure detector, a PID control circuit 4c is used as a pressure control circuit, and a variable valve 4 is used as a pressure control mechanism to automatically control the vacuum pressure in the vacuum chamber to a set pressure. The
[0007]
Further, the vacuum pressure gauge 4b is connected from the outside to a pressure guide hole 2b that is formed in the vacuum chamber body 2 so as to penetrate the inside and outside of the vacuum chamber substantially horizontally, and the pressure in the vacuum chamber is passed through the pressure guide hole 2b. When the pressure is led to that point, the pressure is detected. For this purpose, the pressure introducing hole 2b is opened at the side of the plasma processing space 13 on the inner wall surface of the vacuum chamber. As a result, the vacuum chamber is formed by perforating through the side wall of the chamber with a pressure guiding path leading to the inside and outside of the vacuum chamber.
[0008]
[Prerequisite technology]
On the other hand, there are plasma reactors that not only improve the pressure controllability of the plasma but also ensure the uniformity of the plasma processing even if the substrate size is increased. This is a plasma reactor according to the basic invention of the same applicant (see Japanese Patent Application No. 9-55489 or Japanese Patent Application No. 10-56060), and a substrate support that can be mounted on a substrate provided in a vacuum chamber; A plasma reactor having a plasma space forming mechanism for forming a plasma processing space between the substrate support and the substrate mounting surface of the substrate support, and performing a plasma reaction in the plasma processing space; A movable wall that surrounds the opening of the plasma processing space based on the substrate support and the plasma space forming mechanism, a position where the movable wall surrounds the opening, and the movable wall that defines the opening. And a wall body drive mechanism for moving the movable wall body forward and backward over both positions of the release position.
[0009]
Here, the “opening portion of the plasma processing space based on the substrate support and the plasma space formation mechanism” described above means that the substrate support and the plasma space formation mechanism are not normally integrated, but are assumed to be both integrated. It means the part that is grasped as an opening. More specifically, it refers to a place where the plasma space formed between the substrate support and the plasma space forming mechanism communicates with the other place. For example, the substrate support and the plasma space forming mechanism are formed from a pair of parallel plates. In this case, the side surface portion of the cylindrical space having both end surfaces corresponds to this. In addition, “surrounding the opening” does not mean that it is completely sealed and enclosed, but at least leaves a gap that can maintain plasma by exhausting the treated plasma or gas. is there.
[0010]
In this case, in the internal space of the vacuum chamber, the substrate is placed on a substrate mounting surface such as the upper surface of the substrate support, and a plasma processing space is formed above the substrate, and a plasma reaction is performed there, so that the substrate is subjected to Although plasma processing is performed, since the opening portion of the plasma processing space is surrounded by the movable wall body, the plasma processing space is generally covered by the substrate support, the plasma space forming mechanism, and the movable wall body in the vacuum chamber. It becomes. Therefore, a part of the space in the vacuum chamber is divided into the plasma processing space, and the pressure states of both are substantially separated. The degree of separation depends on the size of the gap left from the enclosure by the movable wall.
[0011]
Then, when the movable wall body is advanced and retracted by the wall body driving mechanism, the gap changes widely, and the pressure in the plasma processing space quickly approaches the vacuum pressure in the vacuum chamber and increases away from it. It is possible to control the pressure state of the plasma based on the body's advance / retreat drive. In addition, by aligning the shape of the movable wall body with the substrate support and the plasma processing space forming mechanism and distributing the gap between them as uniformly as possible, the deviation in the form of the flow flowing out from the plasma processing space can be reduced. Become.
When the substrate is taken in and out of the vacuum chamber, the movable wall body is provided in the vacuum chamber if the movable wall body is moved forward and backward by the wall body driving mechanism to a position where the opening of the plasma processing space is released. There is no inconvenience.
[0012]
As a result, the direct pressure control object is separated from the pressure inside the chamber into a part of the plasma processing space, so that a large volume object with poor responsiveness is narrowed down to a small volume object with excellent responsiveness. Since the shape is almost determined by the movable wall body that is relatively easy to uniformly disperse, such as making it symmetric with respect to the center, with the vacuum chamber wall being out of control by the suction port, pressure control in the plasma processing space It is easy to make the flow state in the plasma processing space uniform at the same time. Thus, in this plasma reactor, both plasma uniformity and pressure controllability are good.
[0013]
FIG. 3 is a specific example of such a plasma reactor, which is a schematic longitudinal sectional view shown in an end view. This plasma reactor is different from that of the conventional example shown in FIG. 4 in that the conventional variable valve 4 is omitted and a movable wall body 40 and wall body driving mechanisms 42 to 46 for moving the same up and down are provided instead. (See Japanese Patent Application No. 9-55489 or Japanese Patent Application No. 10-56060). Along with this, since it is difficult to dispose the pressure guiding path 2b of the vacuum pressure gauge on the side wall surface of the vacuum chamber, a pressure guiding hole 41 is formed in a new place (Japanese Patent Application No. 10). -23887).
Hereinafter, these differences will be mainly described.
[0014]
The movable wall body 40 is made of a metal cylindrical body, and has an inner diameter slightly larger than the outer diameter of the cathode part 12 and is fitted into the inner cavity so that the cathode part 12 can move up and down loosely. When the upper end approaches the anode portion 11, a substantially identical gap X is formed at the entire periphery. At that time, the movable wall body 40 is formed to have such a length that the upper portion closes the periphery of the side surface of the plasma processing space 13 and the lower portion reaches a position where the fitting with the cathode portion 12 cannot be removed. Thereby, the movable wall 40 has a shape that is provided in the vacuum chambers 2 and 3 and surrounds the opening portion of the plasma processing space 13 with respect to the substrate support 12 and the plasma processing space forming mechanism 11. The movable wall 40 is also grounded so as not to be charged up undesirably.
[0015]
In the wall body driving mechanism, a plate 46 that transmits driving force to the movable wall body 40 and supports the movable wall body 40 is connected to the lower end of the movable wall body 40, and a bellows 45 having airtightness and stretchability is provided in the suction port 2a. The bottom surface of the vacuum chamber main body 2 and the plate 46 are connected to each other so as not to overlap with each other, the support 44 is vertically inserted into the bellows 45, and the upper end of the support 44 is connected to the plate 46. It is supported to move up and down. Further, the lower end portion of the support 44 is screwed to the ball screw 43, and the ball screw 43 is connected to a rotating shaft of a motor 42 fixed to the vacuum chamber main body 2. When the motor 42 is rotated, the ball screw 42 is rotationally driven in accordance with the rotation of the motor 42, and the movable wall body 40 is driven to move up and down accordingly, and the upper portion of the cathode portion 12 is lowered until it substantially contacts the anode portion 11. The movable wall body 40 moves to a position lower than the upper surface. As a result, the wall drive mechanisms 42 to 46 have both an upper position where the movable wall 40 covers the opening of the plasma processing space 13 and a lower position where the movable wall 40 releases the opening of the plasma processing space 13. The movable wall body 40 is moved up and down over the position.
[0016]
The pressure introducing hole 41 is formed through the cathode portion 12 so that the pressure in the plasma processing space 13 can be led out of the vacuum chamber even if the movable wall 40 is present. The pressure guide hole 41 is attached. Then, the rotation amount and the rotation speed of the motor 42 are controlled by the PID control circuit 4c receiving the detection signal. As a result, the plasma reactor includes pressure control means for controlling the amount of movement of the movable wall body 40 by the wall body driving mechanisms 42 to 46 in accordance with the pressure in the plasma processing space 13. In addition, an appropriate seal 6 is interposed in a place requiring airtightness such as a connecting portion between the vacuum chamber main body 2 and the vacuum pump 5.
[0017]
In the plasma reactor provided with such a movable wall body 40, the gap X formed between the upper end of the movable wall body 40 and the lower surface of the anode portion 11 serves as a throttle for the passing fluid. As a result, the pressure in the plasma processing space 13 is kept moderate. In addition, the variable throttle portion (gap X) is formed to expand substantially uniformly around the upper portion of the plasma processing space 13, and according to the difference between the pressure in the plasma processing space 13 and the pressure in the vacuum chamber outside thereof, Since the flow of passing fluid such as gas is almost the same in any gap X, the plasma state is substantially symmetrical and highly uniform. Furthermore, since the capacity of the plasma processing space 13 becomes the minimum necessary for exposing the substrate 1 to plasma, the pressure responsiveness is also improved.
[0018]
[Problems to be solved by the invention]
However, in such a plasma reactor of the basic invention, the structure of the movable wall body is simple and the manufacture thereof seems to be easy at first glance. However, considering the assembly accuracy and position accuracy required for control in addition to the movable member, It's not always easy.
Specifically, the portion responsible for the pressure restriction is only a few millimeters corresponding to the thickness of the movable wall body, and has a restriction structure close to the orifice, so that it is sufficient to control the pressure during plasma processing. In order to reduce the conductance, it is necessary to narrow the gap of the variable restrictor, and in such a state, a slight change in position or a deviation in accuracy causes a large pressure fluctuation.
[0019]
For example, when the diameter of the movable wall body is about 360 mm corresponding to the increase in the diameter of the substrate to 300 mm or more, the flow rate is 1000 sccm (= 12.7 Torr · L / s, 1 Torr. In order to control the pressure of argon (Ar) gas of about 133 Pa) to several hundred mTorr, the gap of the variable throttle must be kept at 1 mm or less. For this reason, if the movable wall body has a slight inclination, the exhaust state of the pressure becomes non-uniform, and so on, and the burden of design and processing required to ensure assembly accuracy and position accuracy is excessive. Become.
[0020]
Therefore, it is a problem to further improve the plasma reactor of the basic invention having a movable wall body and satisfying both the requirements of plasma uniformity and pressure controllability so as to facilitate the manufacture and control thereof.
This invention is made in order to solve such a subject, and it aims at relieving the required precision about the movable wall body etc. of a plasma reactor.
[0021]
[Means for Solving the Problems]
The configuration and the like of the first to seventh solving means invented to solve such problems will be described below.
[0022]
The plasma reactor of the first solving means (as described in claim 1 at the time of filing) includes a substrate support provided in a vacuum chamber and capable of mounting a substrate, a substrate mounting surface of the substrate support, A plasma space forming mechanism for forming a plasma processing space therebetween, a movable wall body surrounding the opening portion of the plasma processing space, a position where the movable wall body surrounds the opening portion, and the movable wall body serving as the opening portion. A plasma reactor comprising a wall drive mechanism for moving the movable wall body forward and backward over both positions of the release position, wherein the movable wall body passes through when moved to a position surrounding the opening. There is a collar (formed in the shape of a fluid constriction).
[0023]
In this case, the fluid from the plasma processing space is discharged after being squeezed at the buttocks of the movable wall body. Since the passing fluid is squeezed at the flange portion in this way, the effective length of the squeeze measured along the flow is extended, so that the squeezing ability is enhanced. And if a clearance gap is the same as before, it will squeeze stronger than before, and if the same aperture effect as before is exhibited, a clearance gap can be expanded more than before.
[0024]
The plasma reactor of the second solution means (as described in claim 2 at the beginning of the application) is the plasma reactor of the first solution means, wherein the flange portion is an intermediate portion of the outer surface of the movable wall body. And a facing portion facing this (based on the advancing / retreating direction) is provided so as to protrude inward from the inner surface of the vacuum chamber.
[0025]
In this case, the fluid from the plasma processing space flows out of the movable wall body and becomes a normal gas from the plasma, and is then squeezed at the buttocks and then discharged. In this way, the outside of the movable wall body partitioned by the flange serves as a relay chamber for returning the rapidly changing plasma to a normal gas having a stable state, and then the passage fluid is throttled. Therefore, the pressure control is stably performed, and the relay chamber also functions as a pressure buffer space for equalizing the pressure state. The uniformity of the plasma distribution in the processing space is improved.
[0026]
The plasma reactor of the third solving means is the plasma reactor of the first and second solving means (as described in claim 3 at the beginning of the application), wherein the movable wall body is the plasma processing space. The surrounding member corresponding to the opening portion and the fitting member that supports the surrounding member and that corresponds to the fitting portion with the substrate support are assembled in a separable manner.
[0027]
A plasma reactor of a fourth solution means (as described in claim 4 at the time of filing) is the plasma reactor of the first to third solution means, wherein the movable wall body is the substrate support body. A groove is formed on the loose fitting surface.
[0028]
The plasma reactor of the fifth solution means (as described in claim 5 at the beginning of the application) is the plasma reactor of the first to fourth solution means, wherein the movable wall body is the wall body drive mechanism. Are connected to each other via a rod-shaped member.
[0029]
The plasma reactor of the sixth solution means (as described in claim 6 at the beginning of the application) is the plasma reactor of the above-mentioned second solution means, wherein the facing portion is supported by the vacuum chamber. It is characterized by that.
[0030]
The plasma reactor of the seventh solution means (as described in claim 7 at the time of filing) is the plasma reactor of the first to sixth solution means, wherein the movable wall body is formed thin. It is characterized by that.
[0031]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Embodiments of the plasma processing apparatus of the present invention achieved by such a solution will be specifically described with reference to the first and second examples. The first example includes the first to seventh solutions described above. In the second embodiment, the first, third, fourth, fifth and seventh solving means described above are embodied. 1 and 2 correspond to FIG. 3 described above, and the same constituent elements are denoted by the same reference numerals in the illustration. In addition, the basic invention described in the column of the premise technology is also a premise for each embodiment, and other than the improvements, the basic invention is applied as it is. Therefore, the redundant description is omitted, and the basic invention of FIG. The difference will be mainly described.
[0032]
[First embodiment]
A specific configuration of the first embodiment of the plasma reactor of the present invention will be described with reference to FIG.
The plasma reactor differs from that shown in FIG. 3 in that the movable wall body 40 having a simple cylindrical shape is replaced with a movable wall body 50 having a more complicated shape.
[0033]
The movable wall 50 includes several rods 51 (rod-like members) implanted in the plate 46, a substantially cylindrical sleeve 52 (fitting member) supported above the rods 51, and an upper portion of the sleeve 52. Attached to the side wall 56 (enclosure member) extending upward from the cylindrical portion, the flange 54 extending from the lower end of the side wall 56, and the opposing portion 55 provided at the opposing position above the flange 54. (Opposing member).
[0034]
The rod 51 connects the sleeve 52 and the plate 46 to transmit the vertical driving force in the vertical direction by the wall body driving mechanisms 42 to 46 to the movable wall body 50 so that the fluid passes between them without resistance. , Provided at a sufficient interval. From the same viewpoint, the plate 46 is also formed by punching several windows 46a. The plate 46 does not have to be annular, and may be a thin plate having a rectangular shape or a “U” shape, for example, as long as it has a structure in which fluid resistance hardly occurs. .
[0035]
The sleeve 52 is made by processing a slightly thicker cylindrical member. The height of the sleeve 52 is substantially the same as the height of the cathode portion 12, and a groove 53 is formed by engraving the inner wall surface. The sleeve 52 has an inner diameter slightly larger than the outer diameter of the cathode portion 12 so that the cathode portion 12 can be loosely fitted. As a result, the sleeve 52 becomes a fitting member corresponding to the fitting portion with the substrate support 12, and the movable wall 50 including the sleeve 52 has a groove 53 formed on the loose fitting surface with the substrate support 12. It has been made.
[0036]
The side wall portion 56 is made by processing a thin cylindrical member of about 2 mm, and the height is made substantially the same as the distance between the anode portion 11 and the cathode portion 12, that is, the height of the plasma processing space 13, and the lower end thereof is The sleeve 52 is formed so as to fit snugly. Thus, the side wall portion 56 is an enclosing member corresponding to the opening portion of the plasma processing space 13 and is attached to and supported by the fitting member 52. Further, since the side wall portion 56 is easily detached from the sleeve 52 when pulled up, the movable wall body 50 is assembled so that the surrounding member 56 and the fitting member 52 are separable.
[0037]
The flange portion 54 is formed of a donut-like or annular thin flat plate, and the inner peripheral edge portion is joined to the lower end portion of the side wall portion 56. Corresponding to the inner diameter of the vacuum chamber main body 2 being about 480 mm, the outer diameter of the flange 54 is set to about 460 mm, and the inner diameter of the flange 54 is set to about 420 mm, which is the same as that of the side wall 56. As a result, the flange 54 is formed so as to protrude from the intermediate portion of the outer side surface of the movable wall body 50 in which the surrounding member 56 and the fitting member 52 are linked.
[0038]
The facing portion 55 is formed of a donut-like or annular thin flat plate and is provided at a position facing the flange portion 54 immediately above the flange portion 54 when the movable wall body 50 moves to a position surrounding the opening portion of the plasma processing space 13. It is done. Therefore, a step is formed on the inner wall of the vacuum chamber body 2 at a height corresponding to the position, and the outer diameter of the facing portion 55 is set so that the outer edge portion of the facing portion 55 is placed thereon. While being slightly smaller than the inner diameter of the portion 2, the inner diameter of the facing portion 55 is set to about 440 mm, which is sufficiently larger than the diameter of the side wall portion 56. As a result, the facing portion 55 that faces the flange portion 54 is supported by the vacuum chamber 2 and protrudes inward from the inner surface of the vacuum chamber. Further, the overlapping space where the flange portion 54 and the facing portion 55 face each other with the gap X is about 20 mm, and the relay chamber is surrounded by these, the outer peripheral surface of the side wall portion 56, the inner wall of the vacuum chamber main body portion 2, and the like. 57 is also secured.
[0039]
The usage mode and operation of the plasma reactor of this embodiment will be described.
[0040]
First, the movable wall body 50 is lowered below the cathode portion 12, and in this state, the horizontal substrate 1 is carried into the vacuum chambers 2 and 3 from the side, and this substrate 1 is placed on the upper surface of the cathode portion 12. The Then, the substrate inlet and the like (not shown) are closed, and at the same time, evacuation is performed by the vacuum pump 5. At this time, since the variable valve 4 does not exist, the inside of the vacuum chamber 2 is quickly evacuated. At that time, the gas that is surrounded by the lower surface of the cathode portion 12 and the inner peripheral surface of the movable wall 50 also passes between the rods 51 and is quickly exhausted.
[0041]
Next, the motor 42 is rotated to raise the movable wall body 50 until the collar portion 54 of the movable wall body 50 comes just below the facing portion 55, and a predetermined gas A is supplied from the anode portion 11 side. Then, the pressure in the plasma processing space 13 is appropriately maintained by the throttling function that is exhibited when the flange portion 54 and the facing portion 55 face each other through the gap X. In this state, when a predetermined high frequency is applied from the RF power source 31 between the anode portion 11 and the cathode portion 12, plasma is generated in the plasma processing space 13.
[0042]
This plasma is confined in the plasma processing space 13 by an orifice-like bottleneck formed between the upper end of the side wall portion 56 of the movable wall body 50 and the lower surface of the anode portion 11, while the movable wall body on the side where the plasma is confined. 50. Particularly, the side wall 56 is heated by receiving heat from the plasma, but since it is thin, the temperature rapidly rises even in a vacuum atmosphere close to a heat insulating state. The plasma thus formed in the plasma processing space 13 is subjected to plasma processing corresponding to the gas state and the like on the substrate 1 placed on the upper surface of the cathode portion 12.
[0043]
The plasma flowing out from the plasma processing space 13 returns to a normal gas state when passing through the gap between the side wall portion 56 and the anode portion 11, and is equalized to substantially the same pressure in the annular relay chamber 57. Then, it passes through the gap X between the flange portion 54 and the facing portion 55 while being narrowed down, and is further evacuated from the suction port 2 a by the vacuum pump 5 via the vacuum chamber main body portion 2.
In addition, the plasma leaked from the annular gap between the cathode portion 12 and the sleeve 52 returns to a normal gas state when passing through the gap, and is equalized to almost the same pressure in the annular groove 53. . Then, it passes between the rods 51 and the window 46 a of the plate 46, and participates in the exhaust flow in the vacuum chamber body 2.
[0044]
Further, when such plasma is exhausted, the vacuum pressure in the plasma processing space 13 is detected by the vacuum pressure gauge 4b through the pressure guide hole 41, and PID control is performed based on the difference between the detected value and a predetermined set target value. A control signal is generated and output by the circuit 4c, and the motor 42 rotates according to the control signal to move the ball screw 43 and the support 44 forward and backward, so that the movable wall 50 moves up and down. Specifically, when the degree of vacuum in the plasma processing space 13 decreases and the absolute pressure increases too much, the movable wall body 50 is driven to move down, and the gap X between the flange portion 54 and the facing portion 55 opens. Then, the pressure in the plasma processing space 13 quickly decreases to a predetermined pressure. Conversely, when the degree of vacuum in the plasma processing space 13 increases and the absolute pressure decreases too much, the movable wall body 50 is driven to rise, and the gap X between the flange portion 54 and the facing portion 55 closes and feels like it. As a result, the pressure in the plasma processing space 13 quickly rises to a predetermined pressure. Alternatively, instead of a control method for ensuring a predetermined pressure by pressure control based on feedback of such detected pressure, a method of setting the predetermined pressure by position control is also performed. That is, the position where the movable wall body 50 should be calculated is calculated from the target pressure and the gas flow rate based on the relationship between the physical quantities known in the pressure measurement performed by changing the gap X and the gas flow rate in various ways. The movable wall body 50 is moved to that position. Then, wait for a predetermined settling time to elapse. As a result, the pressure in the plasma processing space 13 settles to a predetermined pressure.
[0045]
Thus, the pressure control means using the movable wall body 50 and the wall body drive mechanisms 42 to 46 as pressure control mechanisms are automatically controlled so that the vacuum pressure in the vacuum chamber quickly becomes the set pressure.
In addition, the gap X between the flange portion 54 and the facing portion 55 that restricts the fluid to be passed during the pressure control is maintained at about 4 mm or less in order to control the pressure of argon gas at a flow rate of 1000 sccm to several hundred mTorr, for example. It ’s fine. As a result, even if the movable wall body has a slight inclination, the exhaust state from the plasma processing space 13 and the pressure distribution state in the plasma processing space are kept substantially uniform.
[0046]
When the side wall portion 56 is removed from the sleeve 52 for maintenance work or the like, the side wall portion 56 can be easily lifted by opening the anode portion 11 and removing the facing portion 55 first. Further, when the adjustment work of the wall drive mechanisms 42 to 46 and the like is performed to set the variable range of the gap X, the facing portion 55 is temporarily stored even if the collar portion 54 accidentally collides with the facing portion 55. Since both are not damaged by just being lifted to the position, assembly and adjustment can be performed easily.
[0047]
[Second embodiment]
A specific configuration of the second embodiment of the plasma reactor of the present invention will be described with reference to FIG.
This plasma reactor is different from the first embodiment described above in that the flange portion 54 is joined to the upper end of the side wall portion 56 instead of the lower end.
Along with this, the facing portion 55 and the relay chamber 57 are omitted.
[0048]
In this case, the role of constricting the fluid passing from the plasma processing space 13 is performed by the gap X between the upper surface of the flange portion 54 and the lower surface of the anode portion 11.
The operation is substantially the same as that of the first embodiment except for the pressure buffering function by the relay chamber 57, etc., but the structure is simplified and the manufacture is facilitated as much as the facing portion 55 is unnecessary. .
[0049]
【The invention's effect】
As is clear from the above description, in the plasma reactor of the first solving means of the present invention, the hook portion is provided on the movable wall body, so that the hook portion does not have to be thickened as a whole. The ability to restrict the passage fluid by using this can be strengthened, so the passage fluid can be sufficiently restricted even if the gap of the variable restriction portion is not as narrow as before, so the required accuracy of movable walls etc. could be relaxed There is an advantageous effect.
[0050]
Further, in the plasma reactor of the second solution of the present invention, the relay chamber and the pressure buffer space are added in the middle of the passage of the fluid by providing the eaves portion at the intermediate portion of the outer surface of the movable wall body. The same effect is obtained, and even if the required accuracy of the movable wall body is relaxed, there is an advantageous effect that both demands for pressure controllability and uniformity can be easily met.
[0051]
Further, in the plasma reactor according to the third solution of the present invention, the movable wall body is not formed as a single object but is assembled by making a separable surrounding member and fitting member based on the relaxation of necessary accuracy. As a result, there is an advantageous effect that even a movable wall having a complicated shape such as a collar portion can be easily manufactured.
[0052]
In the plasma reactor according to the fourth solving means of the present invention, a groove is formed in the loose fitting surface of the movable wall body with the substrate support, so that the fitting gap between the movable wall body and the substrate support is formed. As for the fluid leaking from the plasma processing space through the same effect, it was possible to improve the plasma uniformity in the plasma processing space by obtaining the same effect as adding a pressure buffer space that eliminates the gradient of pressure distribution. There is an advantageous effect.
[0053]
Further, in the plasma reactor of the fifth solution of the present invention, the movable wall body is moved to the opening position of the opening portion by arranging the rod-like member at the connecting portion between the movable wall body and the wall body driving mechanism. Even when this is done, there is an advantageous effect that the exhaust from the vacuum chamber is smoothly performed through a sufficient interval between the rod-shaped members.
[0054]
Further, in the plasma reactor of the sixth solution of the present invention, since the facing portion is supported in the vacuum chamber, the collar portion of the movable wall body collides with the facing portion during the adjustment work. Even if undesired mechanical interference occurs, the opposing part without strong fixation is lifted and returns to its original state immediately after the interference state is released. Even if it exists, there exists an advantageous effect that it was made difficult to break.
[0055]
Further, in the plasma reactor of the seventh solving means of the present invention, by reducing the thickness of the movable wall body, the heat capacity of the movable wall body is reduced, and the time required for preheating using plasma is shortened. There is an advantageous effect that the setup time prior to the plasma treatment can be completed in a short time.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic longitudinal sectional view of a first embodiment of a plasma reactor according to the present invention.
FIG. 2 is a schematic longitudinal sectional view of a second embodiment of the plasma reactor of the present invention.
FIG. 3 is a schematic longitudinal sectional view of the plasma reactor of the basic invention which is a premise of the present invention.
FIG. 4 is a schematic vertical sectional view of a conventional plasma reactor.
[Explanation of symbols]
1 Substrate (object to be processed, wafer)
2 Vacuum chamber body (vacuum chamber)
2a Suction port (exhaust passage)
2b Induction hole (Induction path)
3 Vacuum chamber lid (vacuum chamber)
4 Variable valves (flow control, variable throttle, pressure control mechanism, pressure control means)
4b Vacuum pressure gauge (pressure detector, pressure control means)
4c PID control circuit (pressure control circuit, pressure control means)
5 Vacuum pump (exhaust pump)
6 Seal
11 Anode (plasma space formation mechanism, upper electrode)
11a Upper support
12 Cathode (plasma space formation mechanism, lower electrode, substrate support)
12a Lower support (support leg, lower electrode support)
13 Plasma processing space (plasma space)
31 RF power supply (high frequency application circuit)
40 Movable wall (flow control, variable throttle)
41 Pressure guiding hole (pressure guiding path)
42 Motor (electric motor, wall drive mechanism)
43 Ball screw (advance / retreat drive shaft, wall drive mechanism)
44 Support (support, wall drive mechanism)
45 Bellows (bellows, wall drive mechanism)
46 plate (connecting plate, wall support, wall drive mechanism)
46a Window part (punching part)
50 Movable wall (flow control, variable throttle)
51 Rod (connecting rod, wall leg, rod-shaped member)
52 Sleeve (sheath part, side wall part mounting member, substrate support fitting member)
53 groove (pressure buffer space, leak pressure buffer means, equal pressure space)
54 collar (thin ring, overhang, throttle, collar)
55 Opposite part (thin ring, protrusion, throttle part, opposing member)
56 Side wall (cylindrical member, square tube member, plasma space surrounding member)
57 Relay chamber (pressure buffer space, exhaust pressure buffering means, isobaric space)

Claims

真空チャンバ内に設けられた基板乗載可能な基板支持体と、
前記基板支持体の基板乗載面との間にプラズマ処理空間を形成するプラズマ空間形成機構と、
前記プラズマ処理空間の開口部分を囲う可動壁体と、
前記可動壁体が前記開口部分を囲う位置と前記可動壁体が前記開口部分を解放する位置との両位置に亘って前記可動壁体を進退させる壁体駆動機構と
を備えたプラズマリアクタであって、
前記可動壁体の外側面中間部から張り出して形成された鍔部と、前記鍔部と対向して前記真空チャンバ内側面から内向きに突きだした対向部が設けられていることを特徴とするプラズマリアクタ。A substrate support that can be mounted on a substrate provided in a vacuum chamber;
A plasma space forming mechanism for forming a plasma processing space between the substrate support and the substrate mounting surface;
A movable wall surrounding an opening of the plasma processing space;
A plasma reactor comprising: a wall body drive mechanism for moving the movable wall body forward and backward over both a position where the movable wall body surrounds the opening portion and a position where the movable wall body releases the opening portion. And
The plasma is characterized in that there is provided a flange formed to project from an intermediate portion of the outer surface of the movable wall body , and a facing portion that faces the flange and protrudes inward from the inner surface of the vacuum chamber. Reactor.

前記可動壁体は、前記プラズマ処理空間の前記開口部分に対応した包囲部材と、これを支持するとともに前記基板支持体との嵌合部分に対応した嵌合部材とが分離可能に組み上げられたものであることを特徴とする請求項１に記載されたプラズマリアクタ。The movable wall body is constructed such that an encircling member corresponding to the opening portion of the plasma processing space and a fitting member supporting the enclosing member and corresponding to the fitting portion with the substrate support are separable. The plasma reactor according to claim 1 , wherein:

前記可動壁体は、前記基板支持体との遊嵌面に溝が形成されたものであることを特徴とする請求項１または請求項２の何れかに記載されたプラズマリアクタ。 3. The plasma reactor according to claim 1, wherein the movable wall has a groove formed in a loose fitting surface with the substrate support. 4.

前記可動壁体は、前記壁体駆動機構に対し棒状部材を介して連結されたものであることを特徴とする請求項１乃至請求項３の何れかに記載されたプラズマリアクタ。The plasma reactor according to any one of claims 1 to 3, wherein the movable wall body is connected to the wall body drive mechanism via a rod-shaped member.

前記対向部が前記真空チャンバにて支承されていることを特徴とする請求項１乃至請求項４の何れかに記載のプラズマリアクタ。The plasma reactor according to any one of claims 1 to 4, wherein the facing portion is supported by the vacuum chamber.

前記包囲部材が前記嵌合部材よりも薄く形成されていることを特徴とする請求項２に記載されたプラズマリアクタ。 The plasma reactor according to claim 2 , wherein the surrounding member is formed thinner than the fitting member .