JP5351625B2

JP5351625B2 - プラズマ処理装置

Info

Publication number: JP5351625B2
Application number: JP2009139795A
Authority: JP
Inventors: 竜一松田; 和人吉田; 雄一河野
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date: 2009-06-11
Filing date: 2009-06-11
Publication date: 2013-11-27
Anticipated expiration: 2029-06-11
Also published as: KR20120014201A; WO2010143525A1; JP2010285650A; KR101421331B1; TW201130389A; US8960124B2; US20120125891A1; TWI419616B; EP2441859A1

Description

本発明は、真空容器内壁への生成物の付着を防止する内筒を、真空容器の内部に有するプラズマ処理装置に関する。

真空容器の内壁面への生成物の付着を防止する内筒を、真空容器の内部に有するプラズマ処理装置が従来技術として知られている（特許文献１）。内筒は、通常、真空容器の内部の形状に沿って形成されており、例えば、真空容器が円筒状であれば、内筒も円筒状に形成されている。又、内筒は、真空容器の内部に交換可能に設置されており、メンテナンス時には、内筒自体を交換することで、簡単にメンテナンスできるようになっている。内筒の材料としては、セラミックスが一般的であるが、表面をアルマイト処理したアルミニウムでもよい。

特開２００５−１９１０２３号公報

表面をアルマイト処理したアルミニウムからなる内筒を有するプラズマ処理装置において、プラズマ拡散領域に基板を配置して、プラズマによるダメージを抑制しながら、プラズマ処理を行う場合、以下のような問題があることが、本願発明の発明者等の知見により見出された。この問題について、図１（ａ）〜図１（ｃ）を参照して説明する。なお、図１（ａ）は、内筒を有するプラズマＣＶＤ装置の断面図であり、図１（ｂ）は、図１（ａ）のＡ線、Ｂ線に沿うプラズマ電位のプロファイルを示すグラフであり、図１（ｃ）は、図１（ａ）のＣ線に沿うプラズマ電位及びＤ線に沿う電位のプロファイルを示すグラフである。

まず、図１（ａ）に示したプラズマＣＶＤ装置１０の構成について、簡単に説明する。
プラズマＣＶＤ装置１０は、アルミニウムからなる円筒形状の真空チャンバ１１と、真空チャンバ１１の上部開口部を閉塞するセラミックスからなる円盤状の天井板１２と、真空チャンバ１１の内部に設けられ、半導体等からなる基板１４を支持する載置台１３と、真空チャンバ１１の内壁に設けられた段差部１１ａ上に設置され、表面をアルマイト処理したアルミニウムからなる円筒状の内筒１５とを有する。この内筒１５は、内筒１５自体の熱的安定状態を保つため、突起部１５ａにより、段差部１１ａとは点接触にて支持されている。

又、真空チャンバ１１の下部には、圧力制御用のゲート弁１８を介して、ターボ分子ポンプ１９が接続されており、真空チャンバ１１内部の圧力は、ゲート弁１８及びターボ分子ポンプ１９等により、制御可能となっている。なお、プラズマＣＶＤ装置１０は、天井板１２の上部、真空チャンバ１１の側部に、プラズマ発生機構、ガス供給機構を備えているが、ここでは、それらの図示は省略する。又、載置台１３は円筒状の形状であり、その下部が真空チャンバ１１の側壁に支持される構造であるが、ここでは、その図示も省略する。

上記構成のプラズマＣＶＤ装置１０において、プラズマダメージを抑制するためには、プラズマ密度の高いプラズマ発生領域Ｐとの間に距離を取って、プラズマ発生領域Ｐから電子密度が拡散して減少するプラズマ拡散領域に基板１４を配置すればよい。このような場合、真空チャンバ１１の半径方向におけるプラズマ電位のプロファイルは、図１（ｂ）のようなグラフとなる。ここで、図１（ａ）のＡ線は、プラズマ発生機構（例えば、高周波電磁波を入射するプラズマアンテナ等）に近い位置のプラズマ発生領域Ｐにおける真空チャンバ１１の半径方向の直線であり、そのＡ線に沿うプラズマ電位は、図１（ｂ）のグラフＡに示すようなプロファイルとなる。又、図１（ａ）のＢ線は、基板１４に近い位置のプラズマ発生領域Ｐにおける真空チャンバ１１の半径方向の直線であり、そのＢ線に沿うプラズマ電位は、図１（ｂ）のグラフＢに示すようなプロファイルとなる。又、真空チャンバ１１の中心軸方向、即ち、Ｃ線におけるプラズマ電位は、図１（ｃ）のグラフＣに示すようなプロファイルとなる。

図１（ｂ）のグラフＡ、Ｂからわかるように、プラズマの電位は、プラズマ発生領域Ｐの内部では略一定であり、真空チャンバ１１の内壁においては、真空チャンバ１１が接地されているため、０となる。又、図１（ｃ）のグラフＣからわかるように、プラズマの電位は、天井板１２から離れるに従って一旦上昇し、プラズマ発生機構に近いプラズマ発生領域Ｐでピークを迎えた後、徐々に減少していく。従って、天井板１２から十分離れた位置、即ち、プラズマ拡散領域に基板１４を配置すれば、低いプラズマ電位（≒低電子温度）の状態で、プラズマ処理を行うことになり、プラズマダメージを抑制することが可能となる。

そして、プラズマ拡散領域に基板１４を配置する場合には、内筒１５の高さ（長さ）も、基板１４の配置位置に応じて長くする必要がある。ところが、内筒１５自体は、その表面がアルマイト処理されているため、その内部のアルミニウムは、真空チャンバ１１から電気的に浮いた状態となっており、プラズマの生成により、電位を持つようになる。例えば、内筒１５の高さ方向のＤ線に沿う電位は、図１（ｃ）のグラフＤに示すようなプロファイルとなり、内筒１５の下端部において、グラフＣより電位が高い逆転領域Ｅが発生することになる。この逆転領域Ｅの発生では、内筒１５の下端部に電子が衝突して、異常加熱が発生し、局所的に突起物がある場合には、プラズマや真空チャンバ１１との間で異常放電が発生することになる。

内筒１５は、付着した生成物が剥離しないように、内筒１５全体を一定温度に保つ必要があるが、上記のような異常加熱が発生すると、その部分に付着している生成物が剥離し、パーティクルの要因になるおそれがある。又、異常放電が発生した場合には、内筒１５表面のアルマイト部分が剥離して、パーティクルの要因になるおそれもある。

又、載置台１３が、静電吸着機構、バイアス印加機構を備えている場合には、それらの機構の使用により、基板１４が負の電位となる。この結果、基板１４に衝突して消費される陽イオンの増加を補うため、プラズマ生成領域では陽イオンが生成され、プラズマ電位が正にシフトして、逆転領域Ｅにおける電位差が更に大きくなると、異常加熱、異常放電が更に顕著となり、それらによるパーティクルも更に顕著となるおそれがある。

プラズマ拡散領域に基板１４を配置する場合でも、内筒１５を使用しなければ、このような問題は発生しないと考えられる。しかしながら、その場合、成膜とプラズマクリーニングの繰返し頻度が多くなると、クリーニング過剰な部分と膜が残る部分が現れ、パーティクル増大の要因となり、真空チャンバ１１の内壁の清掃や真空チャンバ１１自体の交換が必要となる。内筒１５であれば容易に交換可能であり、安価である。従って、内筒１５を使用しても、内筒１５の内部電位に起因するパーティクルを低減することが望まれている。

本発明は上記課題に鑑みなされたもので、真空容器の内部に設置した内筒の内部電位に起因するパーティクルを低減するプラズマ処理装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決する第１の発明に係るプラズマ処理装置は、
金属製の真空容器の内部に、表面をアルマイト処理したアルミニウムからなる内筒を有し、プラズマ拡散領域に基板を配置して、プラズマ処理を行うプラズマ処理装置において、
表面をアルマイト処理したアルミニウムからなり、前記真空容器の内側壁に設けると共に前記内筒に設けた貫通孔を貫通させて配置したガスノズルを有する場合、
前記内筒の貫通孔に、前記ガスノズルと点接触する突起部を設けると共に、当該突起部の先端のアルマイトを剥離し、
前記内筒の突起部と点接触する部分及び前記真空容器と接触する部分の前記ガスノズル表面のアルマイトを剥離して、前記内筒と前記真空容器とを電気的に導通させたことを特徴とする。

本発明によれば、プラズマ拡散領域に基板を配置して、プラズマ処理を行うプラズマ処理装置において、内筒表面のアルマイトを一部剥離して、真空容器と電気的に導通させたので、内筒の内部電位を０にして、内部電位に起因するパーティクルを低減することができる。その結果、プラズマ処理装置におけるプラズマ処理の性能及び信頼性を向上させることができる。

（ａ）は、内筒を有するプラズマ処理装置の断面図であり、（ｂ）は、（ａ）のＡ線、Ｂ線に沿うプラズマ電位のプロファイルを示すグラフであり、（ｃ）は、（ａ）のＣ線、Ｄ線に沿うプラズマ電位又は電位のプロファイルを示すグラフである。本発明に係るプラズマ処理装置の参考例１を示すものであり、内筒と真空容器との接触部分を示す断面図である。従来のプラズマ処理装置におけるパーティクルの推移と、参考例１のプラズマ処理装置におけるパーティクルの推移とを比較するグラフである。本発明に係るプラズマ処理装置の実施形態の他の一例（実施例１）を示すものであり、内筒とガスノズルとの接触部分を示す断面図である。

本発明に係るプラズマ処理装置の実施形態例について、図２〜図４を参照して、その説明を行う。なお、本発明は、図１（ａ）に示したプラズマＣＶＤ装置を前提としているので、重複する説明は省略する。又、一例として、プラズマＣＶＤ装置を例示しているが、プラズマＣＶＤ装置に限らず、プラズマエッチング装置にも適用可能である。

（参考例１）
本参考例は、図１（ａ）に示したように、金属製の真空チャンバ（真空容器）１１の内部に、表面をアルマイト処理したアルミニウムからなる内筒１５を配置し、真空チャンバ１１内部のプラズマ拡散領域の位置に基板１４を配置し、基板１４に対して、プラズマ処理を行うプラズマＣＶＤ装置１０を前提とするものである。なお、内筒１５は、真空チャンバ１１の内壁面への生成物の付着を防止すると共に、真空チャンバ１１の内壁面をプラズマに曝されることから保護している。

本参考例において、内筒１５は、真空チャンバ１１の段差部１１ａに点接触で支持されるように、その下端部に複数（少なくとも３つ）の突起部１５ａを有している。内筒１５は、その全表面がアルマイト処理によりアルマイト被覆１６が形成されるが、突起部１５ａの先端部１５ｂ、つまり、点接触部分のアルマイト被覆１６を剥離して、真空チャンバ１１との電気的導通が保たれるようにしている。なお、真空チャンバ１１の内壁もアルマイト処理によりアルマイト被覆を形成してもよいが、その場合には、段差部１１ａのみ、アルマイト被覆を剥離し、内筒１５との電気的導通が保たれるようにする。

このように、内筒１５の突起部１５ａの先端部１５ｂのアルマイト被覆１６を剥離し、即ち、アルマイト被覆１６の一部を剥離し、内部のアルミニウム部分を露出することにより、電気的には、真空チャンバ１１との導通を保ち、熱的には、真空チャンバ１１とは点接触状態となっている。

そして、真空チャンバ１１は接地されており、又、内筒１５は真空チャンバ１１と電気的に導通しているため、内筒１５内部のアルミニウム部分の電位は０となり、図１（ｃ）に示したような、逆転領域Ｅが発生することはない。従って、電界集中を招くことはなく、局所的に電子が衝突することはなく、異常加熱、異常放電が発生することもない。その結果、内部電位に起因するパーティクルを低減することになる。

又、内筒１５は、付着した生成物が剥離しないように、内筒１５全体を一定温度に保つ必要がある。そこで、前述したように、熱的には、真空チャンバ１１とは点接触状態としており、加えて、真空チャンバ１１の内壁面に接触しない程度の隙間、例えば、０．５ｍｍ程度の間隔を空けて、真空チャンバ１１の内部に設置している。このように設置すると、プラズマからの入熱と真空チャンバ１１からの冷却とにより、略一定温度に安定することになる。

図３に、従来のプラズマＣＶＤ装置におけるプラズマクリーニング後のパーティクルの推移と、本参考例のプラズマＣＶＤ装置におけるプラズマクリーニング後のパーティクルの推移とを比較するグラフを示す。なお、従来のプラズマＣＶＤ装置において、内筒１５は、その全面がアルマイト処理されて、電気的導通箇所が全く無いものであり、本参考例のプラズマＣＶＤ装置において、内筒１５は、その全面がアルマイト処理されながらも、その一部（先端部１５ｂのみ）に電気的導通箇所を設けたものである。

図３からわかるように、従来のプラズマＣＶＤ装置においては、プラズマクリーニングの後、５枚程度成膜を行っても、１枚目よりはパーティクルは低減するとは言え、そのパーティクルは許容値を超えるレベルである。これに対して、本参考例のプラズマＣＶＤ装置においては、１枚目から許容値を下まわるパーティクルのレベルまで低減されている。

（実施例１）
本実施例も、図１（ａ）に示したプラズマＣＶＤ装置１０を前提とするものである。しかしながら、参考例１では、内筒１５の下端部（先端部１５ｂ）に電気的導通箇所を設けたが、段差部１１ａのような構造が無い場合には、例えば、内筒１５を貫通するガスノズル２１を真空チャンバ１１の内側壁に設け、このガスノズル２１に内筒１５が電気的に導通するように構成してもよい。このような構成について、図４を参照して、説明する。

本実施例の場合、真空チャンバ１１の内側壁から内筒１５を貫通するガスノズル２１が複数設けられている。このガスノズル２１の設置位置は、天井板１２の高さ位置と基板１４の高さ位置との間であれば、どの位置でもよいが、天井板１２寄りの位置が望ましい。

ガスノズル２１は、円筒状のものであり、内筒１５と同様に、表面がアルマイト処理されたアルミニウムから形成されている。しかしながら、ガスノズル２１において、内筒１５と接触する接触部２１ａ及び真空チャンバ１１と接触する接触部２１ｂでは、アルマイト被覆２２が剥離されている。一方、内筒１５には、ガスノズル２１が貫通する貫通孔１７が設けられており、この貫通孔１７の内側にガスノズル２１と点接触する複数の突起部１５ｃが形成されて、その先端部１５ｄのアルマイト被覆１６が剥離されている。従って、電気的には、ガスノズル２１を介して、内筒１５と真空チャンバ１１の導通が保たれる構成となっている。一方、熱的には、突起部１５ｃが接触部２１ａと点接触状態となっている。

従って、内筒１５は、参考例１と同様に、真空チャンバ１１と電気的に導通しているため、内筒１５内部のアルミニウム部分の電位が０となり、図１（ｃ）に示したような、逆転領域Ｅが発生することはない。従って、電界集中を招くことはなく、局所的に電子が衝突することはなく、異常加熱、異常放電が発生することもない。その結果、内部電位に起因するパーティクルを低減することになる。

又、内筒１５は、参考例１と同様に、熱的には、真空チャンバ１１側とは点接触状態となっており、又、真空チャンバ１１の内壁面に接触しない程度の隙間、例えば、０．５ｍｍ程度の間隔を空けて、真空チャンバ１１の内部に設置されている。このように設置することにより、付着した生成物が剥離しないように、内筒１５全体を一定温度に保つことになる。

本発明は、表面をアルマイト処理したアルミニウムからなる内筒を有し、プラズマ拡散領域に基板を配置して、プラズマ処理を行うプラズマ処理装置、例えば、プラズマＣＶＤ装置、プラズマエッチング装置に好適なものである。

１０プラズマ処理装置
１１真空チャンバ
１２天井板
１３載置台
１４基板
１５内筒
１６アルマイト
１７貫通孔
２１ガスノズル

Claims

金属製の真空容器の内部に、表面をアルマイト処理したアルミニウムからなる内筒を有し、プラズマ拡散領域に基板を配置して、プラズマ処理を行うプラズマ処理装置において、
表面をアルマイト処理したアルミニウムからなり、前記真空容器の内側壁に設けると共に前記内筒に設けた貫通孔を貫通させて配置したガスノズルを有する場合、
前記内筒の貫通孔に、前記ガスノズルと点接触する突起部を設けると共に、当該突起部の先端のアルマイトを剥離し、
前記内筒の突起部と点接触する部分及び前記真空容器と接触する部分の前記ガスノズル表面のアルマイトを剥離して、前記内筒と前記真空容器とを電気的に導通させたことを特徴とするプラズマ処理装置。