JP2008226514A - プラズマ処理装置 - Google Patents

Abstract

【課題】セルフバイアス電圧を安定して検出してプラズマ放電の状態を適正に監視することができるプラズマ処理装置を提供することを目的とする。
【解決手段】ＲＦ電極３の上面を絶縁プレート４で覆って構成された第１電極上に基板８を載置し、第１電極と対向する蓋部材２との間に形成される放電空間７でプラズマ放電を発生させて基板８の表面処理を行うプラズマ処理装置において、絶縁プレート４の基板載置範囲外の部位に絶縁プレート４を貫通する開口部４ａを設け、さらにＲＦ電極３に導電性のピン部材１０を植設して開口部４ａ内に位置させ、ピン部材１０の頂部を放電空間７に露呈させる。これにより、プラズマ放電によって発生したイオンをピン部材１０に安定して入射させることができ、セルフバイアス電圧を安定して検出してプラズマ放電の状態を適正に監視することができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、プラズマによって基板の表面処理を行うプラズマ処理装置に関するものである。

電子機器の製造分野では、電子部品が実装される基板の表面清浄化のためのクリーニングや表面改質を目的としてプラズマ処理が広く用いられている。このようなプラズマ処理を行う装置として、減圧雰囲気下で上下１対の電極を対向させて配置し、高周波電源部に接続された非接地側の電極上に処理対象の基板を載置した構成の平行平板電極型のプラズマ処理装置が知られている（例えば特許文献１参照）。この方式のプラズマ処理装置では、プラズマ放電発生時に非接地側の電極に発生するセルフバイアス電圧を検出して、プラズマ放電の状態を監視することが行われる。
特開２００３−３１８２１４号公報

ところで処理対象の基板が載置される電極として、発生するプラズマの分布の均一化やプラズマ放電を安定させることを目的として、アルミニウムなどの導電体の上面をセラミックなどの絶縁体で覆った構成のものが用いられる場合がある。しかしながら、このような構成の下部電極を採用するプラズマ処理装置においては、プラズマ放電が発生しているにもかかわらずプラズマによって生じたイオンは大部分が絶縁体によって遮られ、導電体自体に入射するイオンの数は限定される。このため、セルフバイアス電圧の検出値が不安定になりやすく、特に低い高周波電源出力によってプラズマ処理を行う場合には、プラズマ放電の状態の監視を適正に行うことが困難な場合があった。

そこで本発明は、セルフバイアス電圧を安定して検出してプラズマ放電の状態を適正に監視することができるプラズマ処理装置を提供することを目的とする。

本発明のプラズマ処理装置は、導電体の上面を絶縁体で覆って構成された第１電極上に基板を載置し、前記第１電極とこの第１電極に対向する第２電極との間に形成される放電空間でプラズマ放電を発生させて前記基板の表面処理を行うプラズマ処理装置であって、前記放電空間を減圧する真空排気部と、前記放電空間にプラズマ発生用ガスを供給するガス供給部と、前記第１電極に高周波電圧を印加することにより前記放電空間においてプラズマ放電を発生させる高周波電源部と、プラズマ放電発生時に前記第１電極に生じるセルフバイアス電圧を検出するセルフバイアス電圧検出部と、前記絶縁体において前記基板が載置される基板載置範囲以外の部位に前記絶縁体を貫通する開口部を設けることにより前記導電体を前記放電空間に露呈させる導電体露呈部とを備えた。

本発明によれば、絶縁体で導電体を覆う構成の電極において絶縁体を貫通する開口部を設けて導電体をプラズマ放電が発生する放電空間に露呈させる導電体露呈部を備えることにより、プラズマ放電によって発生したイオンを導電体に安定して入射させることができ、セルフバイアス電圧を安定して検出してプラズマ放電の状態を適正に監視することができる。

次に本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。図１は本発明の一実施の形態のプラズマ処理装置の断面図、図２は本発明の一実施の形態のプラズマ処理装置の平面図、図３は本発明の一実施の形態のプラズマ処理装置におけるＲＦ電極の斜視図、図４は本発明の一実施の形態のプラズマ処理装置におけるＲＦ電極の構成説明図、図５は本発明の一実施の形態のプラズマ処理装置におけるＲＦ電極の拡大部分断面図である。

まず図１、図２を参照してプラズマ処理装置について説明する。図１において、平板状のベース部１の上方には、下方が開口した箱形状の蓋部材２が開閉機構（図示省略）によって昇降自在に配設されている。ベース部１には電極装着用の開口部１ａが設けられており、開口部１ａにはアルミニウムなどの導電体よりなるＲＦ電極３が絶縁部材５を介して装着されている。ベース部１の上面およびＲＦ電極３の上面は、セラミックスなどの絶縁体で形成された絶縁プレート４で上面を覆われており、絶縁プレート４上にはプラズマ処理対象の基板８が載置される。すなわちＲＦ電極３および絶縁プレート４は導電体の上面を絶縁体で覆った第１電極を構成し、この第１電極上にはプラズマ処理対象の基板８が載置される。

図２に示すように、ベース部１の開口部１ａの外側には、シール部材６が蓋部材２の下端部の形状に対応した配置で装着されている。蓋部材２を下降させて下端部をベース部１に設けられたシール部材６に当接させることにより、蓋部材２の下方には密閉された放電空間７が形成される。このとき、ベース部１、ＲＦ電極３および絶縁プレート４よりなる第１電極は、接地部１１に接地された蓋部材２の天井部と平行に対向する。すなわち蓋部材２は第１電極と対向する第２電極となっており、第１電極と第２電極との間にはプラズマ放電を発生するための放電空間７が形成される。絶縁プレート４上に基板８が載置された状態で、放電空間７においてプラズマ放電を発生させることにより、絶縁プレート４上に搬入された基板８を対象として表面清浄化のためのクリーニングや表面改質などを目的としたプラズマ処理が行われる。このプラズマ処理において、絶縁プレート４は発生するプラズマの分布の均一化やプラズマ放電を安定させる機能を有している。

ベース部１および絶縁プレート４の上面には、基板８の搬送をガイドするためのガイド部材９が、蓋部材２の下端部と干渉する位置および開口部１ａの縁部に相当する位置を除いて、基板搬送方向（矢印ａ方向）に３列配設されている。処理対象の基板８の搬送は蓋部材２を上昇させた状態で行われ、矢印ａ方向から供給された基板８は両側端をガイド部材９によってガイドされた状態で搬入され、プラズマ処理終了後の基板８は同様にガイド部材９によってガイドされて搬出される。

図２に示すように、ベース部１には、放電空間７内に開孔する排気用開孔部１ｂ、ガス供給孔１ｃが設けられている。排気用開孔部１ｂには真空排気部１７が接続されており、真空排気部１７は放電空間７内を真空排気することにより所定の処理圧力に減圧する。ガス供給孔１ｃにはガス供給部１８が接続されており、ガス供給部１８は放電空間７内にアルゴンガス、酸素ガス、フッ素ガスなど、プラズマ処理対象に応じた種類のプラズマ発生用ガスを供給する。

ＲＦ電極３は、マッチングボックス１２を介して高周波電源部１４に電気的に接続されており、高周波電源部１４は制御部１５によって制御される。高周波電源部１４によってＲＦ電極３に高周波電圧を印加することにより、放電空間７内にはプラズマ放電が発生する。マッチングボックス１２は、放電空間７内でプラズマを発生させるプラズマ放電回路と高周波電源部１４のインピーダンスを整合させる。

マッチングボックス１２はセルフバイアス電圧検出部１３を備えており、セルフバイアス電圧検出部１３は、放電空間７においてプラズマ放電が発生したときに第１の電極を構
成するＲＦ電極３に生じるセルフバイアス電圧を検出する。セルフバイアス電圧は、相対向する２つの電極（ここでは第１の電極としてのＲＦ電極３と第２の電極としての蓋部材２）の間に、交番電圧を印加してプラズマ放電を発生させたときの電極間電圧が負電圧側にバイアスされることによって生じ、プラズマ放電によってプラズマ発生用ガスが電離して生じる正負の荷電粒子、すなわちガスのイオンと電子の質量が大きく異なることに起因する。

したがって、セルフバイアス電圧検出部１３によってセルフバイアス電圧が検出されたならば、放電空間７においてプラズマ放電が発生していることの証左となり、さらにセルフバイアス電圧の検出値が予め設定された正常範囲内にあれば、プラズマ放電の状態が正常であると判断することができる。すなわちここではセルバイアス電圧の検出結果に基づいて放電空間７におけるプラズマ放電の状態を監視するようにしており、セルフバイアス電圧検出部１３によるセルフバイアス電圧の検出値は放電状態監視用として制御部１５に送られる。制御部１５は、検出値を監視することにより、放電空間７におけるプラズマ放電の発生状態の良否を判定し、この判定結果は表示部１６に表示される。

次に図３，図４を参照して、ＲＦ電極３上に絶縁プレート４を装着した構成の第１電極について説明する。図３において、ＲＦ電極３上の絶縁プレート４には前述のように３条のガイド部材９が配列されており、２つのガイド部材９によって挟まれた平面エリアの中央部分は、処理対象の基板８が載置される基板載置範囲（８）となっている。絶縁プレート４において基板載置範囲（８）から外れ、常に絶縁プレート４が基板８に覆われることなく露呈する位置には、以下に説明する導電部露呈用の開口部４ａが設けられている（図２も参照）。

図４は、ＲＦ電極３から絶縁プレート４およびガイド部材９を取り外した状態を示している。絶縁プレート４の下面側の対角位置には１対の位置合わせピン２０が設けられている。絶縁プレート４をＲＦ電極３に装着する際には、位置合わせピン２０を絶縁プレート４の下面側に設けられた位置合わせ孔４ｂに嵌合させることにより、絶縁プレート４の位置合わせおよび位置保持が行われる。ＲＦ電極３の上面において、開口部４ａに対応した位置にはピン孔３ａ（図５参照）が設けられており、ピン孔３ａにはＲＦ電極３とともに導電体の一部をなす導電金属製のピン部材１０が植設されている（図１も参照）。

絶縁プレート４をＲＦ電極３の上面に装着した状態では、図５に示すように、ピン部材１０は開口部４ａ内に位置し、ピン部材１０の頂面１０ａは絶縁プレート４の表面４ｃから僅かに下方の高さに位置し、上方の放電空間７に露呈されている。ＲＦ電極３において基板７が載置される基板載置範囲（８）以外の部位に設けられた開口部４ａ内にＲＦ電極３と導通する導電性のピン部材１０を位置させた構成は、絶縁プレート４を貫通する開口部４ａを設けることによりＲＦ電極３を放電空間７に露呈させる導電体露呈部となっている。

このような導電体露呈部を絶縁プレート４に設けることの意義を説明する。前述のように本実施の形態のプラズマ処理装置においては、セルフバイアス電圧検出部１３によってＲＦ電極３のセルフバイアス電圧を検出することにより、放電空間７におけるプラズマ放電状態を監視するようにしている。しかしながら本実施の形態のように、絶縁プレート４をＲＦ電極３の上面を覆って装着した構成の第１電極においては、放電空間７で発生したプラズマ放電による荷電粒子は絶縁プレート４に遮られてＲＦ電極３に到達せず、したがってセルフバイアス電圧の検出感度は低くなる。特に、プラズマ処理の目的によっては高周波電源出力を低出力（例えば１００Ｗ未満）で行う必要があり、このような場合には、セルフバイアス電圧検出部１３による検出値が低く、放電空間７において正常にプラズマ放電が発生しているにも拘わらず、放電状態不良と判定されてしまう事態が生じる。

これに対し、本実施の形態に示すプラズマ処理装置のように、絶縁プレート４に上述のような導電体露呈部を設けることにより、放電空間７においてプラズマ放電によって発生したイオンは、絶縁プレート４の表面で常に放電空間７に対して露呈された部分に存在する導電体部分、すなわち基板載置範囲（８）以外の部位に設けられた開口部４ａ内に位置するピン部材１０の頂面１０ａに入射し、電荷を確実にＲＦ電極３に与える。これにより、プラズマ処理装置を低出力で稼動する場合においても、安定してセルフバイアス電圧を検出することが可能となり、プラズマ放電の状態を高感度で適正に監視することができる。

なお本実施の形態においては、導電体露呈部の構成として、図５に示すように、ＲＦ電極３に植設されたピン部材１０を絶縁プレート４に設けられた開口部４ａ内に位置させた例を示したが、ピン部材１０を設けずに単に絶縁プレート４に開口部４ａを開口させる構成であっても、導電部であるＲＦ電極３を開口部４ａを介して放電空間７に露呈する効果を得ることができ、セルフバイアス電圧の検出感度を向上させることができる。但し、より良好な検出感度の向上効果を望む場合には、ピン部材１０を設ける構成の方が望ましい。

またプラズマ処理装置ではスパッタリング効果によって放電空間７内部は常にプラズマ処理による除去飛散物が付着堆積することによる汚損が避けられず、表面のクリーニングを要する。この場合、絶縁プレート４に開口部４ａを設けたのみの構成では、絶縁プレート４をＲＦ電極３から取り外さない限り開口部４ａ内部のＲＦ電極３の露呈部分の清掃が良好に行えないのに対し、ピン部材１０を設ける構成では、頂面１０ａは絶縁プレート４の上面４ｃの近傍に位置することから、絶縁プレート４を取り外すことなく容易に頂面１０ａの露呈部分の清掃を行うことが可能となる。

本発明のプラズマ処理装置は、セルフバイアス電圧を安定して検出してプラズマ放電の状態を適正に監視することができるという効果を有し、基板のエッチングや表面改質をプラズマ処理によって行う用途に有用である。

本発明の一実施の形態のプラズマ処理装置の断面図 本発明の一実施の形態のプラズマ処理装置の平面図 本発明の一実施の形態のプラズマ処理装置におけるＲＦ電極の斜視図 本発明の一実施の形態のプラズマ処理装置におけるＲＦ電極の構成説明図 本発明の一実施の形態のプラズマ処理装置におけるＲＦ電極の拡大部分断面図

符号の説明

１ ベース部
２ 蓋部材
３ ＲＦ電極
４ 絶縁プレート
４ａ 開口部
７ 放電空間
８ 基板
１０ ピン部材
１２ マッチングボックス
１３ セルフバイアス電圧検出部
１４ 高周波電源部
１５ 制御部
１６ 表示部
１７ 真空排気部
１８ ガス供給部

Claims (2)

1. 導電体の上面を絶縁体で覆って構成された第１電極上に基板を載置し、前記第１電極とこの第１電極に対向する第２電極との間に形成される放電空間でプラズマ放電を発生させて前記基板の表面処理を行うプラズマ処理装置であって、
   前記放電空間を減圧する真空排気部と、前記放電空間にプラズマ発生用ガスを供給するガス供給部と、前記第１電極に高周波電圧を印加することにより前記放電空間においてプラズマ放電を発生させる高周波電源部と、プラズマ放電発生時に前記第１電極に生じるセルフバイアス電圧を検出するセルフバイアス電圧検出部と、前記絶縁体において前記基板が載置される基板載置範囲以外の部位に前記絶縁体を貫通する開口部を設けることにより前記導電体を前記放電空間に露呈させる導電体露呈部とを備えたことを特徴とするプラズマ処理装置。
2. 前記導電体露呈部は、前記開口部内に前記導電体と導通する導電性のピン部材を設けて構成されることを特徴とする請求項１記載のプラズマ処理装置。

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