JP2006318689A

JP2006318689A - 表面波励起プラズマ処理装置

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Publication number: JP2006318689A
Application number: JP2005138159A
Authority: JP
Inventors: Masayasu Suzuki; 正康鈴木
Original assignee: Shimadzu Corp
Current assignee: Shimadzu Corp
Priority date: 2005-05-11
Filing date: 2005-05-11
Publication date: 2006-11-24

Abstract

【課題】表面波励起プラズマの均一性と安定性を向上させること。
【解決手段】誘電体部材２は、Ｏリング１４を介して金属製のボルト２１により蓋体１２に固定されている。ボルト２１の側面にはポリイミド製のスリーブ２２が、ボルト２１の頭頂部にはポリイミド製のキャップ２３が配設され、ボルト２１の特に頭部２１ｂの周囲がポリイミドの絶縁材料で充填されている。スリーブ２２の端面２２ｅとキャップ２３の端面２３ｅは誘電体部材２の下面と同一面であり、この面に密着して誘電体板３がアルミナセラミックス製のボルト３０により固定されている。このような構造により、ボルト２１での局所的な放電発生を阻止でき、均一で安定した表面波励起プラズマＰを生成、維持することができる。
【選択図】図３

Description

本発明は、表面波励起プラズマを利用してＣＶＤやエッチングなどを行う表面波励起プラズマ処理装置に関する。

表面波励起プラズマ処理装置では、誘電体部材は、マイクロ波導波管のスロットアンテナが形成された底板に接して、処理室のフランジにボルトによって取り付けられている。誘電体部材は処理室内部の真空を保持しなければならないので、誘電体部材をフランジに固定する際には、シール部材（Ｏリング）に所定の弾性変形を与えて密閉するボルト締めを行う。したがって、誘電体部材を締結するボルトの材料には強度的に信頼性のあるステンレス鋼を使用し、誘電体部材のザグリ穴とボルトとの隙間にテフロン（登録商標）等の誘電材料を介在させて誘電体部材をフランジに固定し、さらにボルトの露出部分を別の誘電体板で覆っている。（例えば、特許文献１参照）。

特開２００４−２８９０９９号公報（第７，８頁、図９）

特許文献１のプラズマ処理装置では、金属製のボルトを誘電体板で覆っているが、誘電体部材と誘電体板で囲まれた狭小な空間で放電が生じ、ボルトの露出部分ではアーク放電を引き起こす場合がある。このような局所的な放電は、表面波励起プラズマの均一性を乱す要因となる。

（１）本発明の請求項１による表面波励起プラズマ処理装置は、誘電体部材を介して外部からチャンバ内にマイクロ波を導入し、チャンバ内に形成される表面波励起プラズマによりチャンバ内でプラズマ処理を行う表面波励起プラズマ処理装置に適用される。そして、誘電体部材をチャンバに取り付ける固着部材と、固着部材がチャンバ内に露出しないように設けられる誘電体板と、固着部材と誘電体部材との間、および固着部材と誘電体板との間に介在される絶縁性充填部材とを備えることを特徴とする。
（２）請求項２の発明は、請求項１に記載の表面波励起プラズマ処理装置において、固着部材は頭付きボルトであり、その表面を絶縁性被覆材で被覆することを特徴とする。
（３）請求項３の発明は、請求項２に記載の表面波励起プラズマ処理装置において、充填部材は、ボルトの頭部側面側に介在される円筒状スリーブと、頭部頂面側に介在される平板状キャップとで構成されることを特徴とする。
（４）請求項４の発明は、請求項３に記載の表面波励起プラズマ処理装置において、スリーブとキャップは、ポリイミドおよびアルミナセラミックスのいずれかの材料で作製され、もしくは、ポリイミドおよびアルミナセラミックスのいずれかの材料でその表面が被覆されていることを特徴とする。
（５）請求項５の発明は、請求項２〜４のいずれか一項に記載の表面波励起プラズマ処理装置において、ボルト、充填部材および誘電体板には、ボルトの周囲空間をチャンバ内空間と連通するための連通孔が設けられていることを特徴とする。

本発明によれば、誘電体部材をチャンバ内に取り付けるための固着部材がチャンバ内に露出しないように誘電体板で覆い、固着部材と誘電体部材との間、および固着部材と誘電体板との間に絶縁性充填部材を介在させるようにしたので、固着部材外表面で発生しやすい局所的な放電を阻止し、表面波励起プラズマの均一性と安定性を向上させることができる。

以下、本発明の実施の形態による表面波励起プラズマ（ＳＷＰ：Surface Wave Plasma）を利用する処理装置（以下、ＳＷＰ処理装置という）について図１〜４を参照しながら説明する。
図１は、本発明の実施の形態によるＳＷＰ処理装置を模式的に示す全体構成図である。図１を参照すると、ＳＷＰ処理装置１００は、マイクロ波導波管１、誘電体部材２、誘電体板３およびチャンバ１０を備える。チャンバ１０は、容器本体１１と蓋体１２とを有し、いずれもステンレス鋼、アルミニウム、アルミニウム合金等の非磁性材料で作製されている。容器本体１１と蓋体１２とはＯリング１３を介して気密を保持して接合され、内部にプラズマ処理室が形成される。容器本体１１には、被処理基板Ｓを保持する基板ホルダー４と、チャンバ１０内に所定のガスを導入するガス導入部５と、不図示の真空ポンプに配管接続され、チャンバ１０内から気体を排気する真空排気口６とが設けられている。

マイクロ波導波管１は、アルミニウム合金や非磁性のステンレス鋼などで作製され、直管状を呈し、蓋体１２に取り付けられている。マイクロ波導波管１の底板１ａには、管の軸方向（紙面と垂直方向）に沿って複数のスロットアンテナ１ｂが配設されている。スロットアンテナ１ｂは、底板１ａを貫通して形成される長矩形状の開口である。底板２ｃの内面は磁界面（Ｈ面）と呼ばれる。

誘電体部材２は、石英、アルミナ、ジルコニア等の誘電性材料から平板状に加工され、
その上面がマイクロ波導波管１の底板１ａに接して配設されているとともに、チャンバ１０内の気密を保持するために、Ｏリング１４を介して蓋体１２に取り付けられている。誘電体部材２の蓋体１２への取付けにはポリイミド被覆が施された金属製ボルト２１が使用される。平板状の誘電体板３は、誘電体部材２と同様、石英、アルミナ、ジルコニア等で作製され、誘電体部材２の下側に誘電体部材２の下面とボルト２１の頭頂部を覆って蓋体１２に取り付けられている。誘電体部材２の取り付け力に比して誘電体板３の取付け力は小さいから、誘電性材料、例えばアルミナセラミックスで作製されたボルト３０を使用できる。したがって、このボルト３０はチャンバ内に露出していてもアーク放電は発生しない。

図２は、誘電体部材２の下面図であり、二点鎖線で示すＯリング１４の周囲にザグリ穴２ａが所定間隔で２列に穿設され、その外周部に貫通穴２ｂが所定間隔で２列に穿設されている。ザグリ穴２ａは、ボルト２１を通すためのものであり、貫通穴２ｂは、ボルト３０を通すためのものである。誘電体部材２および誘電体板３の取付け部（図１の領域Ａ）の構造や取付け方法については後に詳述する。

不図示のマイクロ波出力部から発振された周波数２．４５ＧＨｚのマイクロ波は、マイクロ波導波管１の内部を伝搬し、定在波が形成される。マイクロ波は、スロットアンテナ１ｂを通過して誘電体部材２に入射し、誘電体部材２から誘電体板３に浸透し、誘電体板３の表面に表面波ＳＷが形成される。表面波ＳＷは誘電体板３の表面全体に拡がる。この表面波ＳＷのエネルギーによりチャンバ１０内の誘電体板３の下方に、誘電体板３の面積にほぼ等しい大きさの表面波励起プラズマＰが生成される。

プラズマ処理の目的に応じてガス導入部５からＯ_２，Ｈ_２Ｏ_２，Ｈ_２，Ｈ_２Ｏ，Ｎ_２，Ｃｌ_２，ＮＨ_３，ＳｉＨ_４，ＴＥＯＳ，ＳＦ_６，Ａｒ，Ｈｅ等のガスが導入される。ガスを導入しながら真空排気口６から排気することによって、チャンバ１０内の圧力は通常、０．１〜５０Ｐａ程度に保持される。このような減圧雰囲気で形成される表面波励起プラズマＰを利用してチャンバ１０内のガスを電離、解離し、プラズマ中または近傍に被処理基板Ｓを置くことによって、成膜、エッチング、アッシング等のプラズマ処理が行われる。

図３、図４を参照して、表面波励起プラズマＰを生成するための誘電体部材２および誘電体板３の取付け部（図１の領域Ａ）の構造および組立て手順について説明する。
図３に示されるように、誘電体部材２は、Ｏリング１４を介してボルト２１により蓋体１２に固定されている。ボルト２１は、Ｏリング１４に囲まれた面積にかかる大気圧および誘電体部材２の重量を支え、Ｏリング１４を弾性変形させるだけの強度が必要であり、この実施の形態ではアルミニウム合金で作製されている。ボルト２１は、その先端部にネジ部２１ａが形成され、その中心軸上に直径０．５〜１ｍｍの細い貫通孔２１ｄが穿設されている。ボルト２１の頭部２１ｂは円柱状であり、頂面に六角孔が穿設されている。ボルト２１の側面には、誘電体部材２のザグリ穴２ａに嵌合されたポリイミド製のスリーブ２２が配設されている。スリーブ２２の内周面の開放端側には雌ネジが形成されている。

ボルト２１の頭頂部には、突部２３ａと蓋部２３ｂとを有するポリイミド製のキャップ２３が、その突部２３ａをボルト２１の六角孔に嵌合させて配設されている。キャップ２３の中心軸上には直径０．５〜１ｍｍの細い貫通孔２３ｄが穿設され、キャップ２３の蓋部２３ｂの側面には雄ネジが形成されている。このようにスリーブ２２とキャップ２３を配設することにより、ボルト２１の外周部、とくに頭部外周部を絶縁性部材で充填し、ボルト周囲に無用な空間が極力形成されないようにしている。スリーブ２２の端面２２ｅとキャップ２３の端面２３ｅは誘電体部材２の下面２ｃと同一面である。

誘電体板３は、ネジ部３０ａと頭部３０ｂとを有するボルト３０により、スリーブ２２の端面２２ｅ、キャップ２３の端面２３ｅおよび誘電体部材２の下面２ｃに密着して固定されている。誘電体板３には、直径０．５〜１ｍｍの細い貫通孔３ａと貫通孔３ｂが穿設されている。ボルト２１の貫通孔２１ｄ、キャップ２３の貫通孔２３ｄおよび誘電体板３の貫通孔３ａは、孔の位置がほぼ合致しており一直線上に配列されている。これらの貫通孔２１ｄ，２３ｄ，３ａの直径０．５〜１ｍｍは、プラズマの進入による局所放電防止と穴あけ加工性を考慮して決定された寸法範囲である。

図４を参照しながら組立て手順を説明する。
（１）誘電体部材２のザグリ穴２ａにスリーブ２２を嵌め込む。すなわち、スリーブ２２の外周面２２ａおよび端面２２ｄをザグリ穴２ａの内面に密着させる。
（２）誘電体部材２を蓋体１２に密着させ、スリーブ２２を介してボルト２１のネジ部２１ａをザグリ穴２ａに通し、六角レンチを使用してボルト２１のネジ部２１ａを蓋体１２のネジ部１２ａに螺合させる。
（３）キャップ２３の雄ネジ２３ｃとスリーブ２２の雌ネジ２２ｃとを螺合させ、同時にキャップ２３の突部２３ａをボルト２１の六角孔２１ｃに嵌合させる。なお、キャップ２３の表面にはマイナスドライバ用溝が設けられている。この状態で、ボルト２１の貫通孔２１ｄとキャップ２３の貫通孔２３ｄとが一直線上に配列し、ボルト２１の頭部２１ｂ全体がスリーブ２２とキャップ２３でカバーされた構造となる。

（４）誘電体板３をスリーブ２２の端面２２ｅ、キャップ２３の端面２３ｅおよび誘電体部材２の下面２ｃに密着させ、ボルト３０のネジ部３０ａを誘電体板３の貫通孔３ｂ、誘電体部材２の貫通孔２ｂを順次通して蓋体１２のネジ部１２ｂに螺合させる。この状態で、誘電体部材２の下面２ｃとザグリ穴２ａ内のスリーブ２２およびキャップ２３は誘電体板３によりカバーされ、誘電体部材２と誘電体板３とが一体化される。

このように、誘電体部材２および誘電体板３の一体化構造を有する表面波励起プラズマ処理装置１００は、次のような作用効果を奏する。
（１）絶縁性のポリイミド製でボルト２１を被覆し、さらにポリイミド製スリーブ２２およびポリイミド製キャップ２３でボルト２１の周面の隙間を隈無く埋めるようにした。これにより、ボルト周囲で発生しがちな局所放電を阻止でき、均一で安定した表面波励起プラズマを生成、維持することができる。また、局所的な放電、例えばボルト２１の角部のアーク放電が発生しなくなるので、プラズマの金属コンタミネーションや、金属粒子が被処理基板表面や被処理基板上の薄膜などに不純物として混入することを防止することができる。

（２）ポリイミド製のスリーブ２２およびキャップ２３を誘電体板３でカバーすることにより、表面波励起プラズマからの高速電子がスリーブ２２やキャップ２３に衝突するのを阻止でき、温度上昇による劣化、変質を招くことがなくなる。つまり、ポリイミドの耐熱限度内での使用が可能となる。
（３）誘電体部材２を誘電体板３でカバーすることにより、誘電体板３は誘電体部材２の防着シールドとして機能し、蒸着やエッチングなどの作用を受けた場合には誘電体板３のみを交換するだけで済み、メンテナンス性が向上する。
（４）一直線上に配設された直径０．５〜１ｍｍの細い貫通孔２１ｄ，２３ｄ，３ａは、ガス抜き孔として機能するので、ボルト２１の周囲でザグリ穴２ａ内に残存するガスを容易に排気でき、ザグリ穴２ａ内のガス圧上昇を防止することができる。

本発明は、その特徴を損なわない限り、以上説明した実施の形態に何ら限定されない。（１）例えば、上記の実施の形態では、誘電体板３により、スリーブ２２の端面２２ｅ、キャップ２３の端面２３ｅおよび誘電体部材２の下面２ｃをすべてカバーしたが、局所的な放電防止とスリーブ２２およびキャップ２３の保護の観点から、スリーブ２２の端面２２ｅとキャップ２３の端面２３ｅのみをカバーするだけでもよい。

（２）上記の実施の形態では、スリーブ２２およびキャップ２３をポリイミド製としたが、ポリイミドと同様の化学的、電気的性質を有するポリアミドイミド、ポリエーテルイミド製としてもよい。また、ポリイミドの代わりに耐熱性に優れたアルミナセラミックスでスリーブ２２およびキャップ２３を作製してもよい。もしくは、金属材料で作製したスリーブ２２およびキャップ２３の表面をポリイミドおよびアルミナセラミックスのいずれかの材料で被覆してもよい。
（３）ボルト２１の表面をポリイミドで被覆したが、アルミナセラミックスで被覆してもよい。なお、ポリイミドやアルミナセラミックスの厚膜を形成するには、プラズマ溶射法が用いられる。

（４）ボルト２１，キャップ２３，および誘電体板３にそれぞれ貫通孔を設け、ボルト２１の周囲に形成される空間をチャンバ内の処理室と連通させたが、ボルト周囲に形成されるザグリ内空間をチャンバ処理室と連通する手段であれば、その手段は上記の貫通孔に限定されない。

（５）本発明による表面波励起プラズマ処理装置のチャンバ形状やその用途は実施の形態に何ら限定されない。すなわち、本発明は、誘電体部材を介して外部からチャンバ内にマイクロ波を導入し、チャンバ内に形成される表面波励起プラズマによりチャンバ内でプラズマ処理を行う表面波励起プラズマ処理装置であって、誘電体部材をチャンバに取り付ける固着部材がチャンバ内に露出しないように設けられる誘電体板と、固着部材と誘電体部材との間、および固着部材と誘電体板との間に介在される絶縁性充填部材とを備えるものであれば、被処理基板に対するプラズマ処理に限らず、プラズマによる殺菌処理や滅菌処理など種々の用途のものに適用できる。また、固着部材をボルト以外の機械部品や機構で構成してもよく、また、チャンバ形状、誘電体部材の形状、誘電体板の形状、充填部材であるスリーブおよびキャップの構成は何ら実施の形態に限定されない。

本発明の実施の形態に係るＳＷＰ処理装置を模式的に示す全体構成図である。実施の形態に係るＳＷＰ処理装置の誘電体部材の構造を模式的に示す平面図である。図１に示す領域Ａを拡大して示す部分断面図である。図１に示す領域Ａの組立て工程を説明するための各構成部品の断面図である。

符号の説明

１：マイクロ波導波管２：誘電体部材
２ａ：ザグリ穴３：誘電体板
１０：チャンバ１１：容器本体
１２：蓋体１３，１４：Ｏリング
２１：ボルト２２：スリーブ
２３：キャップ３０：ボルト
１００：ＳＷＰ処理装置Ｓ：被処理基板
ＳＷ：表面波Ｐ：表面波励起プラズマ

Claims

誘電体部材を介して外部からチャンバ内にマイクロ波を導入し、チャンバ内に形成される表面波励起プラズマによりチャンバ内でプラズマ処理を行う表面波励起プラズマ処理装置において、
前記誘電体部材を前記チャンバに固着する固着部材と、
前記固着部材が前記チャンバ内に露出しないように設けられる誘電体板と、
前記固着部材と前記誘電体部材との間、および前記固着部材と前記誘電体板との間に介在される絶縁性充填部材とを備えることを特徴とする表面波励起プラズマ処理装置。
請求項１に記載の表面波励起プラズマ処理装置において、
前記固着部材は頭付きボルトであり、その表面を絶縁性被覆材で被覆することを特徴とする表面波励起プラズマ処理装置。
請求項２に記載の表面波励起プラズマ処理装置において、
前記充填部材は、前記ボルトの頭部側面側に介在される円筒状スリーブと、前記頭部頂面側に介在される平板状キャップとで構成されることを特徴とする表面波励起プラズマ処理装置。
請求項３に記載の表面波励起プラズマ処理装置において、
前記スリーブとキャップは、ポリイミドおよびアルミナセラミックスのいずれかの材料で作製され、もしくは、ポリイミドおよびアルミナセラミックスのいずれかの材料でその表面が被覆されていることを特徴とする表面波励起プラズマ処理装置。
請求項２〜４のいずれか一項に記載の表面波励起プラズマ処理装置において、
前記ボルト、前記充填部材および前記誘電体板には、前記ボルトの周囲空間を前記チャンバ内空間と連通するための連通孔が設けられていることを特徴とする表面波励起プラズマ処理装置。