JP2004319871A

JP2004319871A - 処理装置、処理方法およびプラズマ処理装置

Info

Publication number: JP2004319871A
Application number: JP2003113907A
Authority: JP
Inventors: Hiroyuki Ogawa; 裕之小川
Original assignee: Advanced LCD Technologies Development Center Co Ltd
Current assignee: Advanced LCD Technologies Development Center Co Ltd
Priority date: 2003-04-18
Filing date: 2003-04-18
Publication date: 2004-11-11

Abstract

【課題】活性化された処理ガスによる封止部材の損傷を防止するようにした処理装置、処理方法およびプラズマ処理装置を提供すること。
【解決手段】本発明の処理装置（１０）は、ガスを励起して被処理体を処理する気密容器（１１）を備え、気密容器を構成する一部の容器壁が、封止部材（１６）を介して構成され、封止部材近傍の気密容器内側にガス導入管（１５）が設けられている。本発明の処理方法では、気密容器内に被処理体（２１）を設け、少なくともこの被処理体を処理している期間中、封止部材（１６）の近傍から気密容器内にガスを供給する。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、処理装置、処理方法およびプラズマ処理装置、特に、半導体装置や液晶表示装置の製造プロセスに用いられる処理装置およびプラズマ処理装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、半導体装置や液晶表示装置等の製造プロセスにおいて、膜堆積、表面改質、あるいはエッチング等のプラズマ処理が行われている。このようなプラズマ処理を行う装置としては例えば平行平板対向電極を備えた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は、被処理体を上方から搬入出するため上部電極を着脱自在に設け、この上部電極着脱自在部を封止部材であるＯリングを介して、気密容器を構成したものである。このようなプラズマ処理装置は、気密容器内を真空にすることから上部電極が反りを発生し、上部電極への導通が不完全となる問題がある。この上部電極の反りによる不完全な非導通現象を回避するための手段としては、離隔して２重の導電性材料からなるＯリングを設けた封止構造のプラズマ装置がある（例えば特許文献１参照）。
【０００３】
また、上述のような平行平板電極構造を有するプラズマ処理装置で得られるプラズマは、電子温度が高く、またプラズマ密度が低いことから、処理中に基板のダメージが大きくかつ処理速度が遅いというプロセス上の課題があった。次世代製品においては、線幅、選択比、ダメージ制御などの要求はますます高くなっており、そのため従来とは異なる、高密度でかつ電子温度が低いプラズマ処理装置の開発が行われている。
【０００４】
高密度プラズマ処理装置１として、マイクロ波を利用して高密度プラズマを発生させる図７に示すものがある。高密度プラズマ源の共通の特徴は、平行平板型プラズマ装置のように電力が電極に直接結合するのではなく、ＲＦあるいはマイクロ波電力２が誘電体窓３を通してプラズマに結合していることである。このように電力を非容量的に伝達させることにより、電極や壁の表面における電子の消滅を抑制することができるため、電子密度の高いプラズマを発生することができる。
【０００５】
図８は図７のうち電磁放射窓３と成膜室４のシール部を拡大して示している。上記プラズマ処理装置のシール部は、図８に示すとおり、電磁放射窓３と成膜室４の封止部材をＯリング５によって封止されている。
【０００６】
このようにシール部を有する処理装置においては、Ｏリングを用いた封止構造を実施する場合、シールされる部材の両者の間に数ｍｍ程度の空間６が設けられることとなる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
この隙間６の存在によって、例えば図９に示すように、酸素ガス（Ｏ_２）でプラズマを生成した場合、励起された酸素原子（Ｏ）がこの空間に侵入し、封止部材であるＯリング５は、プラズマ７に晒されることとなる。
このため、酸素原子（Ｏ）がＯリング５と反応して、Ｏリング５の材料であるフッ素や炭素を含む不純物ガスや異物が発生するといった課題があった。
【０００８】
Ｏリングによるクロスコンタミネーションの発生を回避する手段としては、２重のＯリングによる封止構造にし、内側のＯリングの径を外側のＯリングの径より１／４以下の大きさに小さくする封止構造が知られている（例えば特許文献２参照）。
【０００９】
しかしながら、内側のＯリングの径が小さいながらも依然として間隙が必要である。このため、例えば酸素ガスによるプラズマＣＶＤでは、生成されたプラズマ中の励起された酸素原子が上記隙間に侵入し、これが上記Ｏリングと反応し、このＯリングが損傷を受ける。その結果、上記Ｏリングからこれを構成するフッ素や炭素を含む不純物ガスが発生する。前記不純物ガスは、上記プラズマ生成空間に拡散し、クロスコンタミネーションの原因となり、被プラズマ処理基板の膜を劣化させる。
【００１０】
【特許文献１】
特開平６−１１２１６８号公報（［００１２］〜［００１４］図１〜図３）。
【特許文献２】
特開平９−２６３９４４号公報（［０００８］、図４）。
【００１１】
本発明の目的は、活性化された処理ガスによる封止部材の損傷を防止するようにした処理装置、処理方法およびプラズマ処理装置を提供するものである。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明の処理装置は、ガスを励起して被処理体を処理する気密容器と、この気密容器を構成する一部の容器壁を、封止部材を介して構成するようにした処理装置であって、前記封止部材近傍の前記気密容器内側にガス導入管を設けたことを特徴とする。
本発明の処理装置は、処理ガスを励起して被処理体を処理する気密容器と、この気密容器を構成する一部の容器壁を、封止部材を介して気密容器を構成するようにした処理装置であって、前記封止部材近傍の前記気密容器内側にガスを流入させるようにしたことを特徴とする。
本発明の処理方法は、気密容器を構成する一部の容器壁を、封止部材を介して気密に構成された気密容器内に被処理体を設け、少なくともこの被処理体を処理している期間中、前記封止部材の近傍から前記気密容器内にガスを供給することを特徴とする。
本発明のプラズマ処理装置は、プラズマ生成空間を有する気密容器と、この気密容器を構成する一部の容器壁を、封止部材を介して前記気密容器を構成するようにしたプラズマ処理装置であって、前記封止部材近傍の前記気密容器内側にガス導入管を設けたことを特徴とする。
【００１３】
【発明の作用および効果】
本発明によれば、活性化された処理ガスによる封止部材の損傷を防止することができる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
次に、本発明を高密度プラズマ処理装置に適用した実施形態を、図１を参照して説明する。
【００１５】
プラズマ処理装置１０は、気密容器１１と、ステージ１２と、誘電性部材１３と、マイクロ波源１４と、処理ガス供給管１５と封止手段１６と、排気孔１７からなる。気密容器１１は、金属材料例えばアルミニュウムにより形成され、気密容器１１内にはプラズマが生成され、このプラズマにより処理される被処理基板２１を支持するためのステージ１２が設けられている。このステージ１２は、気密容器１１の底部に固定され、被処理基板２１の形状に応じて角型、円形などの形状であり、金属又は絶縁性の支持面が形成されている。ステージ１２には、プラズマ処理が施される被処理基板２１例えば半導体装置や液晶表示装置の基板が載置される。
【００１６】
気密容器１１（チャンバ）は、上端開放の側壁２２を有し、この側壁２２によりプラズマ生成空間が規定されている。側壁２２は、図示の例では、全体に矩形の横断面形状を有するが、他の横断面形状のものを任意に選択することができる。
【００１７】
誘電性部材１３は、気密容器１１を構成する一部の容器壁例えば気密容器１１の上蓋として着脱自在に気密に設けられ、プラズマを生成するためのマイクロ波などの電波を伝達するためのプレートである。誘電性部材１３は、気密容器１１（チャンバ）の開放上端の平面形状にほぼ合致する平面形状、図示の例では矩形の平面形状を有するプレートからなる。
【００１８】
誘電性部材１３は石英、アルミナ、窒化アルミニウム等からなる。誘電性部材１３は、気密容器１１に封止部材を介して気密に封止される。誘電性部材１３は、気密容器１１の側壁２２の開放上端に嵌合され、かつ、環状フランジ２６上に載置されている。誘電性部材１３上には、誘電性部材１３を通して気密容器１１内にマイクロ波のような電波を放射し、これによりプラズマ生成空間内にプラズマを生じさせるためのマイクロ波源１４が配置されている。
【００１９】
マイクロ波源１４は、気密容器１１内に供給された処理ガスを励起して高密度プラズマを発生するマイクロ波を発生する装置であり、発生したマイクロ波は、図示しない導波管により誘電性部材１３を介して気密容器１１内に伝播される。
【００２０】
処理ガス供給管１５は、気密容器１１の側壁２２に設けられ、被処理基板２１を処理例えば成膜処理するための原料ガス例えば酸素ガスやアルゴンガスを気密容器１１内に供給するための配管である。
【００２１】
封止手段１６は、上蓋である誘電性部材１３と気密容器１１間に介在され気密に封止するもので、弾性を有する絶縁材料や金属材料からなる例えばＯリング２５である。封止手段１６は、環状フランジ２６に設けられ、この環状フランジ２６にはＯリング２５が一部埋まる程度の溝が設けられている。環状フランジ２６は、誘電性部材１４を支持するためのもので、側壁２２の上端部にて内方に張り出し、側壁２２の内周面に沿って一体に設けられ、断面矩形の平面形状を呈する。環状フランジ２６には、Ｏリング２５が気密容器１１内に発生するプラズマにより損傷を受けないようにするためにガスを気密容器１１内に流入させるための配管２７が設けられている。
【００２２】
この配管２７に流すガスは、原料ガスでも、不活性ガス、希釈ガスなど何れでもよい。このガス流は、Ｏリング２５の全周面に渉って形成されるように構成されている。即ち、配管２７は、ガス流のＯリング２５の全周面に渉って形成されるように設けられている。例えば複数の配管２７が環状フランジ２６又は側壁２２の周方向に互いに間隔をおいて設けられる。
【００２３】
この環状フランジ２６と誘電性部材１３の周縁部には、封止手段１６としてＯリング２５が介在されている。排気孔１７は、側壁２２の下端に位置して設けられ、気密容器１１内から外部に不要ガスを排出し、処理期間中原料ガスを導入し、設定圧力に調整するための図示しない排気ポンプが接続される。
【００２４】
次に、封止手段１６の第１の実施形態を、図２乃至図６を参照して具体的に説明する。図１と同一部分には、同一符号を付与し、その詳細な説明は、重複するので省略する。誘電性部材１３と、側壁２２の一部をなす環状フランジ部２６との間には、これらの間を密封するためのシール構造の一部をなすＯリング２５が介在されている。このため、Ｏリング２５に接する誘電性部材１３と環状フランジ部２６との間にはわずかな環状隙間３２が存する。
【００２５】
フランジ部２６にはＯリング２５の一部を受け入れるための凹溝３０が形成されている。凹溝３０は側壁２２に沿ってその周方向へ伸び、上方に向けて開放している。凹溝３０及び凹溝３０に部分的に受け入れられたＯリング２５は、共に、環状フランジ部２６をその周方向へ断面矩形状の４辺に沿って設けられている。
【００２６】
Ｏリング２５の内周側には、このＯリング２５がプラズマからの損傷を受けないようにＯリング保護手段としてＯリング２５側から気密容器１１内方向にガス流が形成される。このガス流を形成するための例として、図２に示すように環状フランジ部２６にはＯリング２５より気密容器１１内にガス例えば原料ガスを導入するための複数の配管２７又は環状配管２７が設けられている。
【００２７】
配管２７は側壁２２及び環状フランジ部２６内にこれらの厚さ方向及び上下方向へＬ字状に伸びている。配管２７の一端は、側壁２２の外周面に開口し、また、その他端はＯリング２５が取り巻く空間すなわちＯリング２５の内周側において誘電性部材１３の内壁面に向けて隙間３２に開放している。即ち、原料ガスは、矢印３１で示すように配管２７を介して隙間３２に流入する。
【００２８】
Ｏリング２５の内周側には、Ｏリング保護手段としてさらにプラズマの侵入路を拘束するためにガス流路を狭くするための機構たとえば環状突起３３が設けられている。この環状突起３３は、Ｏリング２５の設置位置より気密容器１１内側で、隙間３２を形成する誘電性部材１３内壁面および環状フランジ２６の少なくとも一方の例えば環状フランジ２６の内端側に設けられている。配管２７から供給されたガス流は、狭くなった環状突起３３部において。急速に高速化され、プラズマの侵入を防止し、Ｏリング２５は保護される。環状突起３３は、気密容器１１内のプラズマ生成空間に対する開口面積を小さくし、これにより、隙間３２への生成プラズマの侵入又は流入量をより少なくし、Ｏリング２５に対する前記プラズマによる悪影響をより低減することができる。
【００２９】
処理ガス供給管１５および配管２７から供給するガスは、同一種のガスでもよいし、異種のガスでもよい。例えば処理ガス供給管１５から原料ガスを供給し、配管２７から不活性ガスを供給するようにしてもよい。
【００３０】
例えば配管２７から流入された原料ガスは、Ｏリング２５の内周側において、配管２７から気密容器１１側へ環状突起３３で急流となって流れ、隙間３２から噴出され、隙間３２に原料ガスが流れるためＯリング２５が保護される。複数の配管２７を複数個設けたときは、前記原料ガスによる隙間３２の充填をより短時間で、またより完全に行うことができる。この結果Ｏリング２５は、気密容器１１内に発生したプラズマ中の励起原子によるＯリング２５の損傷と、この損傷に伴う不純物ガスの発生が防止される。
【００３１】
また、配管２７から供給されるガスは、処理ガス供給管１５から導入される原料ガスとは異なるガス例えばアルゴンガスのような不活性ガスを導入することができる。隙間３２に流入された不活性ガス流は、同様に、配管２７から気密容器１１側へ環状突起３３で急流となって流れ、隙間３２へのプラズマの侵入を阻止する働きをする。また、前記不活性ガスは活性種となっても前記Ｏリング２５に損傷を与えないことから、同様に、プラズマの生成に伴うＯリング２５の損傷を防止することができる。
【００３２】
なお、処理ガス供給管１５を設けず、配管２７のみから原料ガスの全部を導入してもよい。
【００３３】
次に、封止手段１６の第２の実施形態を、図３を参照して説明する。図１および図２と同一部分には、同一符号を付与し、その詳細な説明は重複するので省略する。この実施形態は、側壁２２に支持されている環状フランジ部２６と誘電性部材１３との間に複数例えばもう一つのＯリング３８を設置し、Ｏリング２５、３８間に排気孔４０を設けたものである。
【００３４】
Ｏリング３８は、Ｏリング２５の外周側の位置にＯリング２５と間隔をおいて配置されている。より詳細には、Ｏリング３８は、Ｏリング２５の受け入れ凹溝３０と並列に伸びるように環状フランジ部２６に設けられた他の凹溝４２に部分的に受け入れられている。Ｏリング３８は、一方のＯリング２５と同じ直径を有し、該Ｏリング２５と同様に環状フランジ部２６と誘電性部材１３とに接し、これらの間を封止している。Ｏリング３８、２５は、同一径でも異なる径でもよい。
【００３５】
他方の排気孔４０は、図３に示されているように環状フランジ部２６内から側壁１６の外周面に開口し、その他端が両Ｏリング２５、３８間で隙間３９に開放し、誘電性部材１３に相対している。隙間３９に連通する排気孔４０はその設置数を複数とし、これらを側壁１６の周方向へ互いに間隔をおいて設けてもよい。
【００３６】
排気孔４０に接続される排気ポンプは、排気孔４０を通して、両Ｏリング２５、３８間の隙間３９の部分に存する気体（図３に符号４４を付した矢印で示す。）を吸引し、該隙間３９の空間部分を真空にすることができる。この真空引きは、両Ｏリング２５，３８に対する環状フランジ部２６及び誘電性部材１３の接触圧をより高める効果がある。その結果、前記原料ガスの供給によって生じる隙間３２の圧力上昇を起因とする環状フランジ２６及び誘電性部材１４間のシール性の低下を抑制することができる。
【００３７】
上記実施形態では、誘電性部材１３が気密容器１１の上端部内に嵌合させた構造の例について説明したが、図４に示すように気密容器１１の上端部に環状フランジ４５を設け、この環状フランジ４５に上記封止手段としてＯリング２５を介して誘電性部材１３を気密に設けた構成でもよい。さらに、気密容器１１の側壁面に被処理基板搬入・出用ゲートバルブ４６を上記図２および図３に示す封止手段としてＯリング２５を介して気密に開閉可能にした構成に適用してもよい。
【００３８】
さらに、気密容器１１の底面４７を着脱自在な構成にし、気密容器１１の下端部に環状フランジ４８を設け、この環状フランジ４８に底面４７を上記封止手段としてＯリング２５を介して気密に設けるようにしてもよい。さらに、上記実施形態では、プラズマ処理装置に適用した実施形態に適用した例について説明したが、気密容器内に供給された処理ガスを例えば光励起して活性化し、活性化されたガスにより被処理基板を処理する処理装置に適用してもよい。
【００３９】
上記実施形態によれば、次のような効果を得ることができる。本発明によれば、前記チャンバの側壁と前記誘電性部材との間に配置されたＯリングの内方側において前記誘電性部材に向けて開放する原料ガスの導入孔が設けられていることから、プラズマ処理の間、前記導入孔から前記チャンバの側壁と前記誘電性部材との間の隙間を通して、前記チャンバのプラズマ生成空間に原料ガスの全部または一部を供給することができる。
【００４０】
プラズマ処理の間、前記チャンバの側壁と前記誘電性部材との間の隙間は、前記導入孔を通して導入される前記原料ガスで満たされる。前記隙間に導入された原料ガスは、前記チャンバのプラズマ生成空間に生じたプラズマと接し、その圧力が前記プラズマの圧力と拮抗する。このことから、前記プラズマ中の酸素原子のような励起原子が前記隙間を経て前記Ｏリングにまで達することが阻止され、前記Ｏリングの損傷及びこれに伴う不純物ガスの発生が防止される。
【００４１】
また、前記導入孔を通して例えばアルゴンガスを導入することができる。アルゴンガスは活性種となっても前記Ｏリングに損傷を与えることはない。また、前記プラズマ生成空間で生じたプラズマ中の励起原子は、前記隙間を満たすアルゴン原子と衝突してエネルギを失い、不活性の状態となり、前記Ｏリングに損傷を与えることはない。
【００４２】
前記Ｏリングに加えて、さらに前記Ｏリングの外周側にこれと間隔をおいて他のＯリングが配置され、かつこれらの間で開放する排気孔が設けられるときは、両Ｏリング間の隙間部分を真空にして前記側壁及び前記誘電性部材と前記Ｏリングとをより密接にすることができ、これにより、前記原料ガスの供給に伴う前記隙間の圧力上昇による前記側壁及び前記誘電性部材間のシール性の低下を抑えることができる。
【００４３】
さらに、前記導入孔の内周側の位置において前記チャンバの側壁から前記誘電性部材に向けて突出する突起が設けられるときは、前記隙間への前記プラズマの侵入をより少なくすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】プラズマ処理装置の概略的な縦断面図である。
【図２】図１に示すプラズマ処理装置の封止部材設置箇所における部分拡大断面図である
【図３】プラズマ処理装置の他の例の部分拡大断面図である。
【図４】気密容器の上部構造の他の例を示す部分断面図である。
【図５】気密容器の底部構造の他の例を示す部分断面図である。
【図６】気密容器の底部構造のさらに他の例を示す部分断面図である。
【図７】従来のプラズマ処理装置の概略的な縦断面図である。
【図８】図７に示すプラズマ処理装置の部分拡大図である。
【図９】気密容器におけるＯリングがプラズマに晒された状態を示す説明図である。
【符号の説明】
１０・・・プラズマ処理装置１１・・・気密容器１３・・・誘電性部材１５・・・ガス供給管１６・・・封止手段１７・・・排気孔

Claims

処理ガスを励起して被処理体を処理する気密容器と、
この気密容器を構成する一部の容器壁を、封止部材を介して気密容器を構成するようにした処理装置であって、
前記封止部材近傍の前記気密容器内側にガス導入管を設けたことを特徴とする処理装置。
前記気密容器および前記容器壁にそれぞれ対向するフランジを設け、この対向するフランジ間に前記封止部材を介在させ、この封止部材の前記気密容器内であって、前記対向するフランジの少なくとも一方のフランジに前記ガス導入孔を設けたことを特徴とする請求項１記載の処理装置。
封止部材は離隔して複数設けられ、封止部材間には排気管が設けられてなることを特徴とする請求項１又は２記載の処理装置。
前記ガス導入管の前記気密容器内壁面および前記容器壁の少なくとも一方には還状に突起が設けられ、前記封止部材と気密容器内との連通する空間を狭くすることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項記載の処理装置。
処理ガスを励起して被処理体を処理する気密容器と、
この気密容器を構成する一部の容器壁を、封止部材を介して気密容器を構成するようにした処理装置であって、
前記封止部材近傍の前記気密容器内側にガスを流入させるようにしたことを特徴とする処理装置。
前記ガス導入管に導入されるガスは、処理ガス、不活性ガス、希釈ガスなどであることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項記載の処理装置。
気密容器を構成する一部の容器壁を、封止部材を介して気密に構成された気密容器内に被処理体を設け、少なくともこの被処理体を処理している期間中、前記封止部材の近傍から前記気密容器内にガスを供給することを特徴とする処理方法。
プラズマ生成空間を有する気密容器と、
この気密容器を構成する一部の容器壁を、封止部材を介して前記気密容器を構成するようにしたプラズマ処理装置であって、
前記封止部材近傍の前記気密容器内側にガス導入管を設けたことを特徴とするプラズマ処理装置。