JP2006032344A - 超高速均一プラズマ処理装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 プラズマ処理装置にあっては、電極間に形成される処理のためのプロセス領域に、比較的大型の基板を配置した場合、基板の表面にわたって処理の不均一が生じる。
【解決手段】 プラズマを用いて基板を処理するための装置は、互いに間隔を隔てて配置された、第１の電極と第２の電極とを備える。第１の電極と第２の電極との対向面には、真空気密に分離リングが係合して、両電極の間には、ガス抜きが可能なプロセス領域が形成される。プロセス領域には、プロセス領域へ処理用ガスを導入するための処理用ガスポートが連通している。第１及び第２の電極のいずれかに形成された真空ポートを介してプロセス領域を排気することで、プロセス領域内の処理用ガスからプラズマを励起させるのに適した圧力にして、第１及び第２の電極に電力を与える。
【選択図】 図２

Description

本発明は一般的に、プラズマを用いて基板を処理するための処理装置に関する。

プラズマ処理装置は、様々な産業用途において、基板の表面特性を改質するために、一般的に使用されている。プラズマ処理装置は、例えば、集積回路や、電子パッケージ、半導体用途における印刷回路基板、太陽電池パネル、水素燃料電池の部品、自動車の部品、フラット・パネル・ディスプレイ用の矩形ガラス基板などの表面に対して、プラズマ処理を施すために日常的に使用されている。また、プラズマ処理装置は、医療用途においても、人体に挿入されるステントやインプラントなどの装置において、それらの表面特性を改質するために使用されている。従来の平行平板タイプの電極を用いたプラズマ処理装置にあっては、電極間に形成される処理のためのプロセス領域に、比較的大型の基板を配置した場合、基板の表面にわたって処理の不均一が生じる。電極に高周波電力を供給すると、基板の表面にわたって等ポテンシャル場となるそれぞれの等ポテンシャル曲線が誘導される。プラズマ処理中には、プロセス領域において、プラズマからの正イオンが等ポテンシャル曲線を横切って加速し、基板の表面に衝突する。プラズマは代表的には、電極を取り囲んでいるプロセスチャンバにおける、排気された全容積にわたって分布し、プラズマの密度は電極間において最も高くなる。電極間のプロセス領域におけるプラズマ密度の均一性は、接地されたチャンバの側壁など、外界の電場効果要因による影響を受けて、電極間の等ポテンシャル曲線が変化して、これによって、プラズマを構成する帯電成分の分布が変化する。不均一性は、プロセス領域の周辺縁部において、特に著しくなる。

外界の電場効果を低下させるための従来のひとつの方法は、プロセスチャンバを大型化して、接地された側壁を電極から遠ざけることである。これには多数の不都合があるが、とりわけ、チャンバの体積と処理装置の占有設置面積とが大きくなる。チャンバ体積が大きくなると、プロセスチャンバの排気をする時間が長くなり、また、未処理の基板を挿入したり処理済みの基板を取り出す際、プロセスチャンバを大気圧にするために吹き込みや通気させる時間が長くなる。特に、大量の基板を連続的にプラズマ処理することを意図している、インライン型のプラズマ処理装置においては、毎回の処理サイクル後に基板を交換するために、周期的な排気および通気が必要になるので、スループットが著しく低下するという不都合な結果が生じる。

従来のプラズマ処理装置についての他の不都合は、電極間のプロセス領域の周辺におけるプロセスチャンバの内部の排気された領域において、意図に反してプラズマが発生することである。これらの領域に発生するプラズマは、プラズマ処理の制御を難しくすると共に、これらの領域内に配置された部品を損傷することがある。また、このような閉じ込められないプラズマは、プラズマ処理チャンバの内部において、プラズマに吸収される電力の位置を変化させ、これにより，一貫した再現性の良い処理が実行できるような電極への電力の送出の制御が困難になる。

プラズマを閉じ込めるための従来のアプローチでは一般的に、電気的又は磁力的のいずれかの性質である反発場を用いている。ひとつの従来のアプローチにおいては、平行平板タイプの電極の外周まわりに、閉じ込めリングを配置している。閉じ込めリングは、電気絶縁体から形成される。閉じ込めリングは、プラズマのポテンシャルに匹敵するポテンシャルに帯電し反発電場を発生させて、この電場がプラズマを横方向に閉じ込める。それにもかかわらず、電極及び閉じ込めリングは、排気することが必要であってプラズマの放出が依然として存在するかなり大型の真空チャンバの内部に配置され、取り囲まれている。閉じ込めリングは、電極間に形成されるプロセス領域を適切にガス抜きできるように、ギャップをもって配置される。

従って、従来のプラズマ処理装置における、これらの及びその他の欠点を解消できるような、プラズマ処理装置を提供することが求められる。

本発明の実施形態による、基板をプラズマ処理する装置は、間隔を隔てて配置された第１及び第２の電極と、第１の電極と第２の電極との対向面と真空気密に係合して第１の電極と第２の電極との間に排気可能な真空プロセス領域を形成するような分離リングとを備えている。第１の電極又は第２の電極のいずれかは、プラズマ処理のために、プロセス領域内に基板を支持するようになっている。分離リングは、第１の電極と第２の電極とを電気的に絶縁する。装置はさらに、プロセス領域へ処理用ガスを導入のための処理用ガスポートと、第１の電極及び／又は第２の電極に電力が与えられる際にプロセス領域内の処理用ガスからプラズマの発生に適した圧力にするためのプロセス領域の排気のための真空ポートと、を備えている。

本発明におけるこれらの及びその他の利点については、添付図面と以下の詳細な説明によって明らかになるだろう。

添付図面は、本願に組み込まれてその一部を構成するものであって、本発明の実施形態を示しており、前述した本発明の概要、及び以下の詳細な説明と併せて、本発明の原理を説明する上で役に立つものである。

図１及び図２を参照すると、プラズマ処理装置１０は、蓋部１４とその蓋１４が載せられるベース部１６とを有する格納器１２と、蓋部１４から延びる一対の支持アーム１８及び２０と、上側電極２２と下側電極２４とを備えている。プラズマ処理装置１０はさらに、上側電極２２と下側電極２４との間に配置され、上側電極２２と下側電極２４との周囲の対向面に対して接触する分離部材または分離リング２６を備えている。電極２２及び２４の対向面は、略平坦で平行な平板であって、両者は、おおよそ同一である表面積を有している。シュラウド２５は、プラズマ処理装置１０へベース部１６から下方に延びている。

空気圧シリンダとして図示したように、支持アーム１８及び２０と機械的に結合されている昇降装置２８が、上昇位置（図３Ａ）と下降位置（図３Ｂ）との間において、蓋部１４をベース部１６に対して垂直に上昇させ、または下降させる。上昇位置で後述するプロセス領域４０（図３Ｂ）にアクセス可能になって、未処理の基板５５を挿入したり、処理済みの基板５５を取り出したりすることができる。下降位置（図３Ｂ）でプロセス領域４０の中に配置された基板５５に対してプラズマ処理を施すのに適した環境が、プロセス領域４０の中に確立される。本発明においては、プロセス領域４０に対するアクセスは、例えばベース部１６に対して蓋部１４をピボットさせるヒンジ結合など、当業者が理解するであろう、あらゆる代替的な方法によって行われることを想定している。

インラインの用途にあっては、処理装置１０は、未処理の基板５５を提供する入口キャリアと、処理済みの基板５５を受け取る出口キャリアとを備えると共に、入口キャリアからプロセスチャンバへ基板５５を搬送し、またプロセスチャンバから出口キャリアへ基板を搬送するための搬送アームまたはそのようなものを備える。さらに、複数の個々の基板５５を導入するに際しては、複数の基板５５の個々を独立的に処理装置１０の中に導入しても良いし、あるいは、複数の基板５５の１又は複数の基板５５を一緒に処理装置１０の中に導入しても良い。また、個々の基板５５は支持体又はキャリアの上に載置され、これを処理装置１０の中へ搬送しても良い。処理装置１０は、組立ラインのようなやり方で、複数の基板５５を順次複数の処理ステーションに移動させて、これを協働して処理するような、複数の処理ステーションのうちの、ひとつの処理ステーションを構成するものであっても良い。

電源３０は、シールド同軸ケーブル又は伝送線３２及び３４のそれぞれによって、電極２２及び２４に接続されていて、電極２２及び２４の動作について、電力レベルと周波数とを制御する。電源３０は、交流電源であって、５０Ｈｚ及び６０Ｈｚなどの極低周波や、４０ｋＨｚ及び１３．５６ＭＨｚなどの高周波、１ｋＨｚなどの中間的な高周波、または、２．４ＧＨｚなどのマイクロ波周波数において動作する。電源３０は、互いに重畳する２つの周波数にて動作するものでも良い。代替的には、電源３０は直流（ＤＣ）電源であって、プラズマは振動しない。変形例の実施形態においては、電源３０は、密なプラズマを得るための高周波（ＲＦ）である電力成分と、プラズマ密度に影響を与えずにイオンエネルギーを独立的に増加させるＤＣ電力成分とを供給する。

本発明のある種の実施形態においては、電源３０は、１又は複数の高周波にて動作するもので、インピーダンス・マッチング・ネットワーク（図示せず）を備えていて、電極２２及び２４とこれらの間に閉じ込められたプラズマによって代表される負荷から電源３０に戻ってくる反射電力を測定する。インピーダンス・マッチング・ネットワークは、反射電力が最小になるように、電源３０の動作周波数を調節する。そうしたマッチング・ネットワークの構成については、当業者に理解されている。例えば、インピーダンス・マッチング・ネットワークは、マッチング・ネットワークに含まれる可変コンデンサの容量を変化させることによって、マッチング・ネットワークを調節し、負荷の変動に対して、電源３０のインピーダンスを負荷のインピーダンスに整合させる。電力及び電圧のレベル、及び動作周波数は、もちろん、特定の用途に応じて変えられる。

真空ポンプ３６は、プラズマ処理装置１０が動作している間には常に、プラズマ処理によって生成した副産物と、反応しなかった処理用ガスとを、真空マニホールド３８を介して、プロセス領域４０からポンプ排出する。真空ポンプ３６は、プロセス領域４０の総圧力を、プラズマが容易に生成できるほどに充分に低い部分真空レベルに維持すべく動作する。プラズマの生成に適している代表的な圧力は、約２０ミリtorr〜約５０torrを越えるまでの範囲である。プロセス領域４０内の圧力は、特定の所望のプラズマ処理に従って制御され、かかる圧力は主として処理用ガスの分圧からなり、処理用ガスは１又は複数の独立したガス種であって、ガス抜きされたプロセス領域４０に供給される。

プラズマ処理装置１０は、マイクロプロセッサをベースとする制御装置を備えていて、この制御装置は、他の構成要素と併せて、特に電源３０と真空ポンプ３６と処理用ガス供給源１１４との動作を制御すべくプログラムされている。例えば、制御装置は、電源３０については、電力レベル、電圧、電流、及び周波数を調節し、処理用ガス供給源１１４からの処理用ガスの供給と、真空ポンプ３６のポンプ送出速度とを調和させて、プロセス領域４０の中の圧力を、特定のプラズマ処理及び用途に応じた適切な圧力にする。

基板５５の処理中には、後述の如く、蓋部１４とベース部１６とを接触させて、プラズマ処理に適した環境が得られると、電極２２及び２４の間に電源３０によって加えられる電力のために、２つの電極２２及び２４の間で画定されるプロセス領域４０に電磁場が生成する（図３Ｂ及び図４）。電磁場は、プロセス領域の中に存在している処理用ガスを励起して、これをプラズマ状態として、この状態は、プラズマ処理の持続時間にわたり電源３０から電力が加えられることで維持される。

プラズマの構成成分は、基板５５上に露出している材料と相互作用して、所望の表面改質を行う。プラズマは、基板５５に所望の表面改質を行うべく構成されていて、そのために、処理用ガスの化学組成や、プロセス領域４０の内部圧力、電極２２及び２４に加えられる電力の大きさ及び／又は周波数などのパラメータが選定される。処理装置１０は、プラズマ処理（例えばエッチング処理）が所定の終点に達したことを自動的に認識するような終了点認識装置（図示せず）を備えているか、あるいは、代替的に、プラズマ処理は経験的に定められた処理時間に基づいた時間ベースにて行われる。

図３Ａ及び図３Ｂを参照すると、上側電極２２は、複数の電気的絶縁スペーサを介して、上側ハウジングから吊下されていて、図３Ａにはスペーサ４２及び４４が、図４にはスペーサ４６が示されている。本発明のひとつの実施形態では、上側電極２２は矩形形状になっていて、上側電極２２の各角部と蓋部１４における各角部との間には、スペーサ４２，４４，４６と同様な絶縁スペーサが配置されている。分離リング参照２６を蓋部１４に固定するための役目をもった保持リング４８は、蓋部１４の周辺に、在来式の固定具によって固定されている。その結果、昇降装置２８によって、蓋部１４がベース部１６に対して上昇位置と下降位置との間にて移動すると、上側電極２２と保持リング４８とは、蓋部１４と共に移動する。

シール部材５０は、保持リング４８が蓋部１４に固定されたときに、加えられる垂直な力によって、分離リング２６と上側電極２２との間に圧縮される。蓋部１４を下降させて、図３Ｂに示す如く、ベース部１６に対して接触させると、シール部材５２は、分離リング２６と下側電極２４の周辺との間にて圧縮される。シール部材５０及び５２は、在来式のエラストマーのＯリングとして図示しているけれども、本発明はそれに限定されるものではない。

下側電極２４には、基板ホルダ５４が取り付けられていて、この基板ホルダは、１又は複数の基板５５を支持するように構成され、あるいは、プロセス領域４０の内部におけるプラズマ処理に適した位置に、１又は複数の基板５５をそれぞれ支えるような１又は複数のキャリアを支持するように構成されている。基板ホルダ５４は、下側電極２４に対して良好に電気的に接触し、基板ホルダ５４と基板５５とは、下側電極２４と同一である電位になっている。しかしながら、本発明はそうした態様に限定されるものではなく、変形例の実施形態においては、基板ホルダ５４は、浮遊電位に置かれていて、下側電極２４から電気的に絶縁されていても良い。本発明においては、基板５５を上側電極２２によって支持したり、分離リング２６によって支持したりすることも想定している。蓋部１４とベース部１６とが接触しているとき、プロセス領域４０は、垂直方向については、電極２２及び２４の内側を向いた水平面の間によって区切られ、横方向については、分離リング２６により画定される側壁の内側を向いた垂直面によって区切られているような、空間として形成される。

ベース部１６は開口６１を備えていて、これにかぶせられて、ベースの薄壁金属製の囲み６２が配置され、これは格納器１２の構成要素になっている。下側電極２４と、ベース部１６及び囲み６２との組立体の間には、ポンプ送出されることのない、大気圧のキャビティないし空気ギャップ５８が形成されている。蓋部１４と、蓋部１４から取り外し可能である蓋カバー６０と、上側電極２２との間には、もうひとつの、ポンプ送出されることのない、大気圧のキャビティないし空気ギャップ５６が形成されている。代表的には、空気ギャップ５６及び５８は、その寸法が、電極２２及び２４から、蓋部１４、ベース部１６、及び囲み６２へのエネルギー損失が最小になるように定められ、図３Ｂに良く示されているように、電極２２及び２４の周縁を取り囲むギャップ５６及び５８の部分と分離リング２６とによって、単一の連続した空気充填空間として互いに結合されている。

蓋部１４が下降された位置にあるとき、蓋部１４とベース部１６とのそれぞれの周縁に保持されている、金属製である導電部材６４が、蓋部１４とベース部１６との間に良好な電気的接触を与える。蓋部１４と、ベース部１６と、カバー６０と、囲み６２とが一緒になることで、実質的に閉じられた電気的に導電体のシェルが形成されて、このシェルは、電極２２及び２４に供給される電力を格納器１２の内部に閉じ込めるためのシールドとして作用する。

伝送線３４は、公知のやり方にて、下側電極２４に電気的に接続されるものであって、開口６１を介して下側電極２４に経由している。伝送線３２は、着脱可能である蓋カバー６０と上側電極２２との間の箇所を介して、蓋部１４の中に入り、公知のやり方にて、上側電極２２に電気的に接続されている。両方の電極２２及び２４が電源３０に接続されて、電源３０が交流電流電源である場合には、電極２２及び２４のうち一方は、電極２２及び２４の他方に対して１８０度の位相差にて駆動され、両方の電極２２及び２４に電力が与えられる。変形例としては、電極２２及び２４のうちの一方を接地して、電極２２及び２４の他方に電力を与えても良い。

本発明のある種の実施形態においては、処理装置１０を冷却するため、特に電極２２及び２４を冷却するために、これらの空気ギャップ５６及び５８には、適当な冷媒が循環させられる。そのために、蓋部１４に取付具５７（図２）を設けることで冷媒ポートを形成し、冷媒供給源５９（図２）を空気ギャップ５６に結合させる。空気などの冷媒を、冷媒供給源５９から取付具５７を介して空気ギャップ５６へと押し流し、電極２２及び２４のまわりに、空気ギャップ５６及び５８を通るような連続的な冷媒流れを確立させる。空気ギャップ５８には、流れる冷媒を、処理装置１０の周囲の開かれた環境に排出するような排気経路が設けられている。

電極２２及び２４と、分離リング２６とによって境界を区切られた体積は、プロセス領域４０を構成し、真空マニホールド３８を除いて考えるならば、処理装置１０において、真空ポンプ３６によって排気される唯一の体積であり、ゆえに、プラズマ処理装置１０における真空包絡面を形成するものである。このことは、従来のプラズマ処理装置との顕著な対照的な相違点であって、従来の装置においては、電極は真空チャンバの内部に配置されていて、電極のまわりには排気すべき相当に大きな容積があって、その中で、処理ガスを励起させ、利用可能な電力を用いて閉じ込められないプラズマを発生させていたが、かかる閉じ込められないプラズマは、電極２２及び２４の間に配置されたワークピース５５を処理する上では利用できないものであった。その結果、従来のプロセスチャンバにおけるガス抜きされる体積に比べたとき、装置１０における有効排気体積は著しく小さい体積になる。このことは、複数の効果を奏するもので、限定はしないが、それらの効果には、プラズマ密度の向上や、プラズマの励起に適した圧力になるようにプロセスチャンバのガス抜きを行うための所要時間の顕著な短縮、及び、プロセスチャンバを大気圧に逃がし乃至通気させるための所要時間の顕著な短縮が含まれる。これらの効果は、従来のプラズマ処理装置に比べると、スループットを高めることに貢献し、運転コストを引き下げ、目的とするプラズマ処理を施すために要する処理時間を短縮する。

電極２２及び２４は、例えばアルミニウムなど電気導電材料から形成されている。分離リング２６は、非導電体の絶縁材料から形成されていて、この材料は、処理された基板５５をひどい汚染をすることなく、プロセス領域４０の内部のプラズマ環境において耐えることができる。このことは、一般的には、分離リング２６を形成する材料が、プロセス領域４０に存在するプラズマによるエッチングに対して、実質的に抵抗力を備えるべきであることを意味している。分離リング２６は、不導体材料による垂直側壁を形成すると共に、電極２２及び２４の間に真空シールを提供する。

従来の真空チャンバを必要としないため、外部の電場の影響を低減化し、あるいは少なくとも著しく減少させる。より詳しくは、プラズマ処理装置１０における電極２２及び２４は、従来の真空チャンバを特徴付けていた接地された金属製の壁によって、取り囲まれていることがない。代わりに、不導体である分離リング２６が、効果的に働いて、プロセス領域４０における垂直な側壁境界になる。従って、外部の電場の影響を最小限にとどめ、あるいは無くすことができ、等ポテンシャル曲線は基板５５の全面にわたって均一になって、電極の縁部におけるフリンジグが生じることがなく、基板５５にわたって均一な態様にて、プラズマ処理を進行させることが可能になる。

ひとつの実施形態においては、分離リング２６のための絶縁材料として、ジェードガラス（すなわち、カルシウム・マグネシウム・鉄・珪酸塩、または珪酸・アルミニウム・鉄・珪酸塩）を用いたけれども、例えばアルミナや、フロートガラス、シリカ、又は石英などのその他のセラミック材料を使用することもできる。本発明の代替的な実施形態においては、分離リング２６を構成する絶縁材料は、多数が存在するフルオロカーボン重合体のうちの任意のものであって、それらには限定はしないが、ＤｕＰｏｎｔ社によってＴＥＦＬＯＮ（登録商標）として販売されているテトラフルオロエチレンの単独重合体であるポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）や、ＤｕＰｏｎｔ社によってＴＥＦＬＯＮ（登録商標）ＦＥＰとして販売されているテトラフルオロエチレンとヘキサフルオロプロピレンとの共重合体であるパーフルオロエチレンプロピレン（ＦＥＰ）、ＤｕＰｏｎｔ社によってＴＥＦＬＯＮ（登録商標）ＰＦＡとして販売されているテトラフルオロエチレンとパーフルオロビニルエーテルとの共重合体である、パーフルオロアルコキシフルオロカーボン樹脂（ＰＦＡ）、または、ＤｕＰｏｎｔ社によってＴＥＦＺＥＬの登録商標の下で販売されているエチレンとテトラフルオロエチレンとの共重合体である、エチレンテトラフルオロエチレン（ＥＴＦＥ）、が含まれる。分離リング２６をそのような重合体を使用して構成することは、例えば、セラミックスを化学的に攻撃できるようなプラズマ種を用いる、エッチング用途において適している。分離リング２６は、プロセス領域４０における真空包絡面の一部分を構成するので、分離リング２６は、ガス抜きされたプロセス領域４０と、空気ギャップ５６及び５８の大気圧との圧力差から生じる外力に対して、充分に耐えられる強度を備えるように設計すべきである。

図３Ａ及び図５を参照すると、下側電極２４は、横方向に間隔を隔てた、一対の真空ポート６６及び６８を備えていて、これらの真空ポートのそれぞれは、真空マニホールド３８における反対向きアーム７４及び７６の端部にそれぞれ設けられてなるフランジ付きポート７０及び７２のうちのひとつに対して、空間的に一致すべく位置決めされている。フランジ付きポート７０及び７２は、ボルト（図示せず）を介して、下側電極２４に固定され、各シール部材７８及び８０を圧縮することで、真空シールを形成している。アーム７４及び７６は、垂直配管部分８２にて一点に集められて、その先は真空ポンプ３６につながっている。インサート８８は、フランジ付きポート７０の開口に部分的に受容され、またポート７０を取り囲んでいる取付プレート８４に部分的に受容される。同様に、インサート９０が、フランジ付きポート７２の開口に部分的に受容され、またポート７２を取り囲んでいる取付プレート８６における内側の一部分に受容される。また、フランジ付きポート７０及び７２のうち対応するひとつずつに、中心合わせリング９２及び９４が配置されている。ベース部１６と下側電極２４との間には、マニホールド取付スペーサ９６及び９８が配置され、これらはそれぞれ、真空ポート６６及び６８のうちのひとつに一致するような中央開口を有している。

互いに同一であるマニホールド取付スペーサ９６及び９８はそれぞれ、例えば熱可塑性エラストマー（ＴＰＥ）などの電気的な絶縁材料から形成されていて、これらの存在は、格納器１２のベース部１６に対して下側電極２４を絶縁する上で役に立っている。互いに同一であるインサート８８及び９０はそれぞれ、比較的高い誘電率をもったセラミックなどの電気的な絶縁材料から形成されていて、これらは、格納器１２のベース部１６と、真空マニホールド３８のフランジ付きポート７０及び７２とに対して、下側電極２４を電気的に絶縁する上で役に立っている。

インサート８８及び９０は、またある程度の意味では、中心合わせリング９２及び９４もまた、下側電極２４と真空マニホールド３８との間の結合部分の、さもなければ空洞であったはずの空間を充填する。下側電極２４と真空マニホールド３８とは間隔を隔てている。下側電極２４と格納器１２のベース部１６との間に、電気的な絶縁が必要だからである。インサート８８及び９０と中心合わせリング９２及び９４が設けられていることから、仮にこれらがないならば開け放されていることになる、真空マニホールド３８と下側電極２４との間の空間において、プラズマが励起することが防がれる。インサート８８及び９０は、プラズマをプロセス領域４０に閉じ込めるための帯電粒子フィルターとして、有効に機能する。

図３、図５、及び図７を参照すると、下側電極２４におけるそれぞれの真空ポート６６及び６８は、流路１００の配列が備えられていて、この流路１００の配列は、それぞれ、インサート８８及び９０のうち対応する一方に形成され、流路１００の配列に対応するような流路１０２の配列に対して、また、中心合わせリング９２及び９４のうち対応する一方に形成されてなる、対応する流路１０４の配列に対して、それぞれ位置合わせされる。真空ポンプ３６は、プラズマ処理によって生成した副産物と、反応しなかった処理用ガスとを、位置合わせされた流路１００、１０２、及び１０４を通し、真空マニホールド３８を介して、プロセス領域４０からポンプ排出する。流路１００、１０２、及び１０４については、代表的には実質的に同一である配置及び寸法をもっており、これらの配置及び寸法に関しては、ポンピングコンダクタンスを最大化すると同時に、中空カソード効果に基づいたプラズマ励起を防ぐように選定される。その結果、プラズマはプロセス領域４０に閉じ込められて、そのために、入力された励起電力が効率的に使用される。

図７Ａ及び図７Ｂを参照すると、流路１００、１０２、及び１０４のパターン及び形態は、図７に示した実施形態に限定されるものではなく、むしろ、プラズマ励起を生じさせることなく適当なポンピングコンダクタンスが得られるような、あらゆるパターン及び形態を含むものである。一般に、流路１００、１０２、及び１０４は、排出されるガスの流れの方向に対して、垂直である方向において、間隔を隔てられている。ひとつの特定の代替的な実施形態として、図７Ａを特に参照すると、図示のインサート８８ａに設けた流路１０２ａと、図示の下側電極２４ａの真空ポート６６ａに設けた流路１００ａとは、平行であるスロット溝孔のセットとして構成されている。中心合わせリング（図示せず）における流路は、流路１００ａ及び１０２ａに対して一致するように構成される。ひとつの別の代替的な実施形態として、図７Ｂを特に参照すると、図示のインサート８８ｂに設けた流路１０２ｂと、図示の下側電極２４ｂの真空ポート６６ｂに設けた流路１００ｂとは、同軸的に屈曲したスロット溝孔のセットとして構成されている。中心合わせリング（図示せず）における流路は、流路１００ｂ及び１０２ｂに対して一致するように構成される。

図４及び図６を参照すると、上側電極２２の水平である上面には、ガス入口板１０６が固定されている。ガス入口板１０６には、ガスポート１０８（図４）が延通していて、このガスポートは、導管１１０によって取付具１１２に結合されている。取付具１１２はさらに、送出ライン１１３を介して、処理用ガス供給源１１４（図２）に結合されている。送出ライン１１３と処理用ガス供給源１１４は、質量流量制御装置と流量測定装置（図示せず）とを備えていてこれらが協働して、個別の各処理用ガスについて、プロセス領域４０への流量を調節する。ガス入口板１０６において、上側電極２２に対面している平坦面１０６ａは、複数の凹状である放射状のチャネル１１６を備えていて、これらのチャネルは、ガスポート１０８の箇所にて交差していると共に、ガスポートの箇所から周辺へ向けて分岐している。上側電極２２には複数の打ち抜き孔ないしガス開口１１８が延通していて、これらが配列されているパターンは、ガス入口板１０６を上側電極２２に固定したときに、それぞれのガス開口１１８が、ガス入口板１０６における放射状チャネル１１６のうちのひとつに位置合わせされるようになっている。在来式のシール部材１２０は、在来式のエラストマーのＯリングとして図示されていて、ガス入口板１０６と上側電極２２とが隣接する周縁まわりをシールするために設けられている。

ガスポート１０８に供給された処理用ガスは、放射状のチャネル１１６を介して、ガス開口１１８に分配される。処理用ガスは、下側電極２４の上方における間隔を隔てた位置に、基板ホルダ５４に支持された基板５５の全域にわたるように配置されてなる、ガス開口１１８を通ることによって、プロセス領域４０へと進入する。ガスの分配は、１又は複数のガス開口１１８に栓１２２を挿入し、処理用ガスの流れを有効に封鎖することによって、特定の処理用途に応じてあつらえることができる。本発明のひとつの実施形態においては、ガス開口１１８にはネジが設けられていて、栓１２２は適切なサイズをもつ止めネジである。ガス分配の調節は、処理済みの基板５５上における処理の均一性を調べることによって、経験的に定められる。プロセス領域４０の中への処理用ガスの流れと、真空ポンプ３６のポンプ送出速度とを調節して、処理用ガスの分圧から、プラズマが容易に生成できるほどに充分に低いレベルに、プロセス領域４０内における総ガス圧力を維持する。

本発明によるガス分配装置は、基板５５の全域にわたる処理用ガスの均一な分布を促進し、ガス分布のパターンを調節可能であるという自在性を備える。本発明の変形例による実施形態においては、処理用ガスをプロセス領域４０へ供給するために、ガス分配リングや、ガス注入器、単一のガスポートなど、異なったタイプのガス分配装置を用いても良い。

本発明においては、プロセス領域４０内に、無イオンの又は下方へ流れるプラズマを発生させるように電極２２を構成することをも想定している。電極２２として適した構成は、共有され現在係属中である、２００２年１２月２０日にJames Scott Tyler らが出願した、発明の名称が「プラズマ処理装置」である出願、第１０／３２４，４３６号に開示されているので、同出願をここで参照してその全文を引用する。

本願において、「垂直」や「水平」などの用語は、説明の枠組みを確立するために用いられた例示であって、限定のための手段ではない。本願において、「水平」という用語は、その方位にかかわらず、電極２２及び２４の対向面のうちひとつを含む平面に対して実質的に平行である平面を定義している。「垂直」という用語は、上に記載した水平に対して垂直である方向を意味している。「上側」、「下側」、「上に」、「上方」、「下方」、「側方」（例えば「側壁」）、「高く」、「低く」、「わたって」、「直下に」、及び「下に」などの用語は、水平面に対して定義される。本発明の精神及び範囲を逸脱せずに、様々な別の参照用語の枠組みを採用することができ、当業者は、参照用語の枠組みは相対的なものであり、絶対的なものではないことを理解するだろう。

図８及び図９を参照すると、本発明の第２の実施形態によるプラズマ処理装置１０ａは、第１の処理レベルに対して垂直に積み重ねるようにして、第２の処理レベルを備えており、図１から図７と対応する要素には同一の参照符号を付している。これにより、１回の処理動作についての、装置１０ａのワークピース容量が増加して、装置１０（図１から図７）に比べて、装置のスループットは拡大する。第２のレベルを設けるために、上側電極２２と下側電極２４との間に、中間電極１３０を挿入すると共に、実質的には分離リング２６と同一である、追加的な分離部材ないし分離リング１３２を追加している。電極１３０と分離リング１３２とは、フレーム１３４に支持されていて、電気絶縁部材１３６（図８）によって、フレーム１３４に対して電気的に絶縁されている。

昇降装置２８（図１及び図２）と類似した、昇降装置（図示せず）によって、蓋部１４を上昇位置（図３Ａ）へと移動させた後、フレーム１３４をベース部１６に対して垂直に上昇及び下降させる。こうして、蓋部１４とフレーム１３４とが下降位置にあるとき（図８及び図９）、上側電極２２と分離リング２６と中間電極１３０とによって境界を区切られてなる第１の部分４０ａと、下側電極２４と中間電極１３０と分離リング１３２とによって境界を区切られてなる第２の部分４０ｂとからなる、プロセス領域に対するアクセスが提供される。

フレーム１３４は、この代替的な実施形態においては、格納器１２の一部分を構成していて、空気ギャップ５６及び５８に連続した空気ギャップ１３３によって、電極１３０及び分離リング１３２から隔てられている。蓋部１４が下降された位置にあるとき、導電部材と同一又は類似である導電部材１３８は、フレーム１３４と蓋部１４とのそれぞれの周縁に保持される。このとき、導電部材６４は、フレーム１３４とベース部１６とのそれぞれの周縁の間に保持される。蓋部１４と、ベース部１６と、囲み６２と、フレーム１３４とが一緒になることで、実質的に閉じられた電気的に導電体のシェルが形成されて、このシェルは、電極２２及び２４に供給される電力を格納器１２の内部に閉じ込めるためのシールドとして作用する。

プロセス領域における２つの部分４０ａ及び４０ｂは、中間電極１３０の周縁まわりに配置された流路１３５の配列（図９）によって連通している。プロセス領域４０ｂは、真空ポート６６及び６８によって直接的にガス抜きされ、プロセス領域４０ｂは流路１３５を介してポンプ排出される。プロセス領域４０（図３から図７）の場合と同様に、装置１０において、プロセス領域４０ａ及び４０ｂは排気される唯一の容積であり、これ故に、装置１０に関して上述したのと同一である様々な効果と利益が得られる。本発明は、２つの処理レベルに限定されるものではなく、同様なやり方でさらに追加的なレベルを導入することができる。

シール部材５０と同一又は類似である、シール部材５０ａは、保持リング１３７によって加えられる垂直な力によって、分離リング１３２と、中間電極１３０における下側部分１３０ａの周辺との間に圧縮される。シール部材５２と同一又は類似である、シール部材５２ａは、分離リング２６と、中間電極１３０における上側部分１３０ｂの周辺との間に圧縮される。このとき、シール部材５２は、分離リング１３２と下側電極２４との間に圧縮されることになる。

フレーム１３４は、昇降装置（図示せず）に取り付けられていて、電極１３０と分離リング１３２から構成された組立体を、ベース部１６に対して上昇させる。格納器１２における蓋部１４を電極１３０に対して上昇させた後には、電極１３０と分離リング１３２とから構成された組立体をベース部１６に対して移動させて、電極１３０に取り付けられた基板ホルダ１３８にアクセスする。基板ホルダ５４と同一である基板ホルダ１４０は、１又は複数の基板５５を支持するように構成され、あるいは、プロセス領域４０ａの内部におけるプラズマ処理に適した位置に、１又は複数の基板５５をそれぞれ支えるような１又は複数のキャリアを支持するように構成されている。同様に、このとき基板ホルダ５４を保持している基板ホルダ５４は、１又は複数の基板５５を支持するように構成され、あるいは、プロセス領域４０ｂの内部におけるプラズマ処理に適した位置に、１又は複数の基板５５をそれぞれ支えるような１又は複数のキャリアを支持するように構成されている。

中間電極１３０は、上側電極２２と同様に構成されてなる下側部分１３０ａを備え、ガス分配装置を備えていて、プロセス領域４０ｂに処理用ガスを均等かつ均一に分配させると共に、その上側部分１３０は基板ホルダ１４０を支持している。中間電極１３０における下側部分１３０ａは、ガス入口板１０６と同一又は類似であるガス入口板１４２を備えていて、ガス入口板にはガスポート１４４が延通していて、このガスポートは、導管１４６によって取付具１４８に結合され、取付具はさらに、処理用ガス供給源１１４（図２）に結合されている。ガス入口板１４２において、中間電極１３０の下側部分１３０ａに対面している平坦面は、複数の凹状である放射状のチャネル１５０を備えていて、これらのチャネルはチャネル１１６と同一又は類似であって、ガスポート１４４の箇所にて交差していると共に、ガスポートの箇所から周辺へ向けて分岐している。下側部分１３０ａには、ガス開口１１８と同一又は類似である、複数の打ち抜き孔ないしガス開口１５２が延通していて、これらが配列されているパターンは、それぞれのガス開口１５２が、ガス入口板１４２における放射状チャネル１５０のうちのひとつに位置合わせされるようになっている。在来式のシール部材１５４は、在来式のエラストマーのＯリングとして図示されていて、ガス入口板１４２と中間電極１３０の下側部分１３０ａとが隣接する周縁まわりをシールするために設けられている。本発明のこの実施形態においては、ガス開口１１８は、プロセス領域４０ａの中にあるワークピース５５の対向面にわたって処理用ガスを均一に分配させ、同様に、ガス開口１５２は、プロセス領域４０ｂの中にあるワークピース５５の対向面にわたって処理用ガスを均一に分配させる。

伝送線１５６は、公知のやり方にて、中間電極１３０に電気的に接続されている。代表的には、３つのすべての電極２２、２４、及び１３０は、電源３０に接続されて、電源３０が交流電流電源である場合には、中間電極１３０は、その他の電極２２及び２４に対して１８０度の位相差にて駆動される。

本発明について、様々な実施形態の説明によって例示し、これらの実施形態は詳細であると考えられるものであるけれども、本出願人による発明は、そうした詳細事項に限定されるものではなく、特許請求の範囲もそれらの詳細事項に限定されるものではない。当業者にとっては、追加的な利点や改変が明らかである。従って、広義における本発明は、特定の詳細事項や代表的な装置及び方法、及び図示して説明した例示的な実施例に限定されるものではない。従って、本願出願人の一般的な発明概念の精神及び範囲から逸脱せずに、そうした詳細事項から逸脱することは可能である。

本発明の実施形態によるプラズマ処理装置を示した斜視図である。 図１のプラズマ処理装置を示した側面図である。 図１及び図２のプラズマ処理装置を示した前面断面図である。 図３Ａと同様な断面図であって、格納器の蓋部を格納器のベース部に係合させた状態について示している。 図１のプラズマ処理装置を示した側面断面図である。 図１のプラズマ処理装置における格納器のベース部について示した分解図である。 図１のプラズマ処理装置における格納器の蓋部について示した分解図である。 図３Ａの線７−７に沿っての上面図である。 図７と同様な上面図であって、本発明の変形例による実施形態について示している。 図７と同様な上面図であって、本発明のさらに別の変形例による実施形態について示している。 図３Ａ及び図４に類似した前部及び側部断面図であって、本発明の代替的な実施形態によるプラズマ処理装置について示している。 図３Ａ及び図４に類似した前部及び側部断面図であって、本発明の代替的な実施形態によるプラズマ処理装置について示している。

Claims (17)

1. プラズマを用いて基板を処理するための装置であって、
   第１の電極と、
   該第１の電極に対し離して配置された第２の電極と、
   該第１の電極と該第２の電極との間に真空気密シールを形成し、該第１の電極と該第２の電極との間に排気可能なプロセス領域を形成する分離リングであって、該第１の電極はプラズマ処理のために基板を該プロセス領域内に支持し、該第１の電極と該第２の電極とを電気的に絶縁するような分離リングと、
   該プロセス領域へ処理用ガスを導入するための処理用ガスポートと、
   該プロセス領域内の処理用ガスからプラズマを発生させるのに適した圧力にすべく、該プロセス領域を排気するための真空ポートと、
   を備えていることを特徴とする装置。
2. 請求項１に記載の装置であって、前記装置はさらに、
   該真空ポートに結合された真空マニホールドであって、該第１の電極および該第２の電極に対して電気的に絶縁されているような真空マニホールドを備えていることを特徴とする。
3. 請求項２に記載の装置であって、該真空マニホールドは、
   前記装置において、前記真空マニホールドは、前記真空ポートの近接した閉じた容積を含み、
   この装置はさらに、
   電気絶縁材料から作られ、該閉じた容積内に配置されるインサートであって、前記真空マニホールドを前記真空ポートに結合させる複数の第１の流路を含んでいるような前記インサートを備えていることを特徴とする装置。
4. 請求項３に記載の装置であって、
   該真空ポートは、前記第１の電極を通って延在する複数の第２の流路により画定され、前記複数の第１の流路に位置合わせされていることを特徴とする装置。
5. 請求項１に記載の装置であって、
   前記装置はさらに、前記真空ポートに結合され、該記プロセス領域内の処理用ガスからプラズマを発生させるような該圧力にするように、該プロセス領域を排気するための真空ポンプを備えていることを特徴とする装置。
6. 請求項１に記載の装置であって、
   前記装置はさらに、前記処理用ガスポートに結合され、前記プロセス領域に処理用ガスを導入するための処理用ガス供給源を備えていることを特徴とする装置。
7. 請求項１に記載の装置であって、
   前記第２の電極は、前記処理用ガスポートから前記プロセス領域に処理用ガスを流すようなパターンで配置された複数の開口を備えていることを特徴とする装置。
8. 請求項１に記載の装置であって、
   前記プロセス領域の内部に配置され、前記第１の電極上に基板を支持すべく構成されてなる基板ホルダをさらに備えていることを特徴とする装置。
9. 請求項８に記載の装置であって、
   前記基板ホルダは、前記第１の電極に電気的に接続されていることを特徴とする装置。
10. 請求項１に記載の装置であって、
    前記装置はさらに、
    前記分離リングと前記第１の電極と前記第２の電極とを取り囲むような、導電体の格納器を備え、前記第１の電極及び前記第２の電極は、空気ギャップによって前記導電体格納器から隔てられていることを特徴とする装置。
11. 請求項１０に記載の装置であって、
    前記格納器は、ベース部と、前記プロセス領域にアクセスすべく、開位置と閉位置との間にて該ベース部に対して可動であるような蓋部とを備え、該蓋部は、該ベース部に対して動かせるように前記第１の電極を支持していることを特徴とする装置。
12. 請求項１０に記載の装置であって、
    前記第１の電極及び前記第２の電極を冷却すべく、前記空気ギャップへ冷媒流体の流れを供給するための冷媒ポートを前記蓋部にさらに備えていることを特徴とする装置。
13. 請求項１に記載の装置であって、
    前記第１の電極は、該真空ポートを備え、該第２の電極は前記処理用ガスポートを備えていることを特徴とする装置。
14. 請求項１３に記載の装置であって、
    前記第２の電極は該処理用ガスポートに結合されてなる複数のガス開口を備え、前記複数のガス開口は前記第２の電極において、基板における対向面にわたって処理用ガスを分配させるように配置されていることを特徴とする装置。
15. 複数の基板をプラズマ処理するための装置であって、
    第１の電極と、
    該第１の電極に対して離して配置された第２の電極と、
    該第１の電極と該第２の電極との間に配置された、第３の電極と、
    前記第１の電極と該第３の電極との間に真空気密シールを形成し、該第１の電極と該第３の電極との間に排気可能な第１のプロセス領域を形成する第１の分離リングであって、該第１の電極は、プラズマ処理のために基板を該第１のプロセス領域内に支持し、該第１の電極と該第３の電極とを電気的に絶縁する第１の分離リングと、
    該第２の電極と該第３の電極との間に真空気密シールを形成し、該第２の電極と該第３の電極との間に排気可能な第２のプロセス領域を形成する第２の分離リングであって、該第３の電極は、プラズマ処理のために基板を前記第２のプロセス領域内に支持し、該第２の電極と該第３の電極とを電気的に絶縁する第２の分離リングと、
    該第１のプロセス領域と第２のプロセス領域とへ処理用ガスを導入するための少なくともひとつの処理用ガスポートと、
    該第１のプロセス領域および該第２のプロセス領域の中を処理用ガスからプラズマを発生させるような圧力にするための該プロセス領域を排気するための真空ポートと、
    を備えていることを特徴とする装置。
16. 請求項１５に記載の装置であって、前記真空ポートは前記第２の電極に形成されていることを特徴とする装置。
17. 請求項１６に記載の装置であって、前記第１の電極は前記第１のプロセス領域へ処理用ガスを導入するための第１の処理用ガスポートを備え、前記第３の電極は前記第２のプロセス領域へ処理用ガスを導入するための第２の処理用ガスポートを備えていることを特徴とする装置。

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