JP2012017497A - プラズマプロセス装置 - Google Patents

Abstract

【課題】プラズマプロセス装置において反応生成物の堆積による光学窓の曇りを防ぎ、装置内の観察継続の為に必要なメンテナンス作業の頻度を抑制する。
【解決手段】反応チャンバ１と、反応チャンバ１からの光の一部が投影される光学窓８を有するビューポート９とを備えたプラズマプロセス装置において、ビューポート９内に設けられ、シャッター１１及び光透過性を有する複数の保護窓１２を備えるプレート１３と、保護窓１２及びシャッター１１のうちの一つが反応チャンバ１から光学窓８への光路上に位置するようにプレート１３の位置を切り換える切換手段１５とを有するプラズマプロセス装置を提供する。これにより、観察時、非観察時のいずれにおいても反応生成物が光学窓８に堆積しなくなる。プレート１３のメンテナンス作業は必要となるが、その頻度は従来のメンテナンス作業と比べて大幅に抑制される。
【選択図】図２

Description

本発明は、光学窓を具備したプラズマプロセス装置に関する。

プラズマプロセス技術は、プラズマスパッタリング法やプラズマCVD（Chemical Vapor Deposition）法などに代表され、減圧された反応チャンバ内でプラズマを生成し、生成したプラズマを利用して基板上に薄膜を形成する技術である。

図１にプラズマプロセス装置の反応チャンバの概略図を示す。反応チャンバ１内の上部には上部電極２が、下部には下部電極３がそれぞれ配置されており、下部電極３の上には基板４が載置されている。上部電極２には高周波電源（図示なし）が接続されており、上部電極２と下部電極３の間がプラズマ発生部５となる。反応チャンバ１はチャンバ１内にエッチングガスを供給するガス供給ライン６と、真空ポンプ（図示なし）に接続された排気ライン７を有する。また、反応チャンバ１側面にはチャンバ内部の様子を目視または光学機器により観察するための光学窓８が設けられている。プラズマ発生は、反応チャンバ１内を真空ポンプにより高真空にした後、ガス供給ライン６によって反応チャンバ１内にエッチングガスを導入し、上部電極２に高周波電圧を印加することによって行う。

発生したプラズマによって反応生成物が生じると、その反応生成物が反応チャンバ１の内壁や光学窓８に付着・堆積するため、装置の稼働時間が増すにつれて光学窓８の光透過率が次第に低下する。そこで、光学窓８の光透過率がある程度低下した時点で光学窓８をクリーニング、又は交換するメンテナンス作業が定期的に行われている。
しかし、光学窓８は高真空に保持される反応チャンバ１に取り付けられている。従って、このようなメンテナンスのために光学窓８を取り外すと、取り付けの際に気密性に十分な配慮が必要となり、手間とコストがかかる。

このような手間とコストを削減するため、光学窓８にシャッターを設置し、観察を行わない間はシャッターで光学窓８を遮蔽することによって、光学窓８への反応物の蓄積を抑制する方法が提案されてきた。

特開2004-31776

しかし、上記の方法によっても観察時にはシャッターを開く必要があるため、光学窓８への反応生成物の堆積を完全に防止することはできない。本発明は上記の問題に鑑みて成されたものであり、その目的はメンテナンス作業の頻度を更に抑制する点にある。

上記課題を解決するために成された本発明の第一の態様に係るプラズマプロセス装置は、反応チャンバと、反応チャンバからの光の一部が投影される光学窓を有するビューポートとを備えたプラズマプロセス装置において、
a)前記ビューポート内に設けられ、シャッター及び光透過性を有する複数の保護窓を備えるプレートと、
b)前記シャッター及び前記保護窓のうちの一つが前記反応チャンバから前記光学窓への光路上に位置するように前記プレートの位置を切り換える切換手段と、
を有することを特徴とする。

また、上記課題を解決するために成された本発明の第二の態様に係るプラズマプロセス装置は、第一の態様に係るプラズマプロセス装置において、前記反応チャンバと前記ビューポートが分離可能に接続されていることを特徴とする。

また、上記第一、又は第二の態様に係るプラズマプロセス装置において、
a)前記プレートは円盤状のディスクであり、
b)前記シャッター及び前記複数の保護窓は前記ディスク上に同一円周状に配置され、
c)前記切換手段は回転軸と該回転軸の回転手段から成る構成にしてもよい。

本発明に係るプラズマプロセス装置では、反応チャンバ内の状態を観測する際、プレートの位置を切り換えてプレート上の保護窓の一つが反応チャンバから光学窓への光路上に位置するようにする。保護窓は光透過性を有するため、反応チャンバ内の様子は光学窓から保護窓を介して観察することが出来る。
観察を行わないときは、プレート上のシャッターが反応チャンバから光学窓への光路上に位置するようにプレートの位置を切り換える。

プラズマにより生じる反応生成物は保護窓やシャッターを備えるプレートに遮断されるため、光学窓には到達しない。従って、観察時、非観察時のいずれにおいても、プラズマにより生じる反応生成物が光学窓に堆積することはない。

もっとも、プレート上の保護窓及びシャッターには反応生成物が堆積する。本発明に係るプラズマプロセス装置では、一つの保護窓に反応生成物が厚く堆積して光透過性が低下すると、他の保護窓が反応チャンバから光学窓への光路上に位置するようにプレートの位置を切り換えられるため、切り換えられた保護窓を介して反応チャンバ内の観察を継続することができる。プレート上に設けられた保護窓の全てが反応生成物で曇ると、プレートを取り出して保護窓の交換又はクリーニングをするメンテナンス作業が必要となる。

このように、光学窓８にシャッターを取り付けただけの従来技術に比べ、本発明に係るプラズマプロセス装置ではメンテナンス作業を行う頻度が大幅に減少し、気密性に配慮した取り付け作業の頻度も大幅に抑制することができる。

プラズマプロセス装置の反応チャンバの概略図。 本願実施例１に係る反応チャンバ及びビューポートの断面図。 本願実施例１に係る保護ユニットの斜視図。 本願実施例１に係る光学窓と保護ユニットの正面図。 本願実施例２に係るプラズマプロセス装置の反応チャンバ及びビューポートの断面図。 本願実施例２に係るプラズマプロセス装置のビューポート及び反応チャンバの部分斜視図。 本願実施例２に係るディスクと隔壁の正面図。 本願実施例３に係るプラズマプロセス装置の反応チャンバ及びビューポートの断面図。 本願発明の変形例に係るプレートの正面図。

以下、本発明を実施するための形態について実施例を用いて説明する。なお、従来のプラズマプロセス装置と同一部分には同一符号を付して説明を省略する。

図２は本発明の第一の実施例に係る反応チャンバ１及びビューポート９の断面図を示している。
反応チャンバ１の一側面には直方体型のビューポート９が設けられている。ビューポート９には、反応チャンバ１に対向する壁面に円形の光学窓８が取り付けられている。光学窓８は、ビューポート９の壁面に形成された円形の開口に０リングを介して取り付けられている。
ビューポート９は内部に保護ユニット１０を備える。保護ユニット１０は、シャッター１１と複数の保護窓１２とを備える円盤状のプレート１３（以下、ディスク１３という）、ディスク１３を回転させるためのモータ１５、及びこれらを内包する枠体１６から成る。また、反応チャンバ１の上部にはメンテナンス用の扉１７が設けられている。

保護ユニット１０の斜視図を図３に示す。保護ユニット１０の枠体１６は直方体であり、一面が取り外し可能に構成されている。枠体１６の内側面にはモータ１５が取り付けられており、ディスク１３の中心がモータ１５の回転軸１４に固定されている。ディスク１３にはシャッター１１及び複数の保護窓１２が同一円周上に並んで設けられている。保護窓１２は光透過性を有し、円形で、光学窓８と略同一サイズである。枠体１６の対向する２面には円形の孔１８が形成されている。

図４は保護窓８と保護ユニット１０の正面図である。図４に示す通り、孔１８は光学窓８と略同一サイズであり、保護ユニット１０をビューポート９に取り付けた場合に光学窓８に対向する位置に形成されている。保護ユニット１０をビューポート９内に取り付けることによって反応チャンバ１とビューポート９とは完全に分断され、プラズマ発生部５周辺で生じる反応生成物から光学窓８が完全に遮蔽されるように枠体１６の外形寸法が決定されている。

薄膜形成は以下のプロセスで行われる。真空ポンプにより反応チャンバ１内を高真空にした後、ガス供給ライン６によって反応チャンバ１内にエッチングガスを導入する。上部電極２に高周波電圧を印加するとプラズマ発生部５からプラズマが発生し、下部電極３上に載置された基板４上に薄膜が形成される。

プラズマ発生や薄膜形成の様子を観察する場合、モータ１５を駆動してディスク１３を回転させる。保護窓１２の一つが反応チャンバ１から光学窓８への光路上に来るような位置でディスク１３を固定し、該保護窓１２を介して反応チャンバ１内の様子を光学窓８から観察・観測する。光学窓８は枠体１６及び保護窓１２によって反応チャンバ１のプラズマ発生部５から隔てられているため、観察時に反応生成物が光学窓８に到達することはない。

観察が終わると再度ディスク１３を回転させ、ディスク１３上のシャッター１１が反応チャンバ１から光学窓８への光路上に来る位置でディスク１３を固定する。この状態でも反応生成物はシャッター１１及び保護ユニット１０によって遮断されるため、非観察時にも反応生成物は光学窓８に到達しない。

このように、非観察時のみならず観察時にも保護窓１２又はシャッター１１と枠体１６によって反応生成物が遮断されるため、反応生成物が光学窓８に堆積することはない。従って、光学窓８のクリーニングや交換を行う必要がなくなる。

もっとも、観察を繰り返すと保護窓１２やシャッター１１に反応生成物が堆積する。従って観察を継続するためには保護窓１２のメンテナンスが必要となる。このメンテナンス作業について以下に説明する。

反応チャンバ１上面のメンテナンス用の扉１７を開き、工具を反応チャンバ１内に差し入れてビューポート９への枠体１６の取り付けを外し、保護ユニット１０全体を反応チャンバ１外に取り出す。反応チャンバ１外で保護ユニット１０の枠体１６の一面を取り外す。モータ１５の回転軸１４からディスク１３を取り外し、ディスク１３を保護ユニット１０から取り出す。ディスク１３面上の保護窓１２をクリーニング、又は交換し、再度保護ユニット１０を形成し、ビューポート９内に取り付ける。扉１７を閉じ、反応チャンバ１を再度密閉する。このとき、反応チャンバ１の気密性が保たれるよう充分注意をする。チャンバ１内の空気を真空ポンプで排気ライン７から排出し、再度薄膜形成プロセスを実行する。

本実施例に係るディスク１３は５つの保護窓１２を備えるため、保護窓１２の一つが光透過性の低下によって利用できなくなった場合にも、代わりに他の保護窓１２を用いて観察を行うことができる。即ち、ディスク１３上の全ての保護窓１２の光透過性が低下するまでメンテナンス作業を行う必要はない。これにより、光学窓８にシャッター１１を設けただけの従来技術と比べ、メンテナンス作業の頻度が大幅に抑制されるため、気密性に配慮した取り付け作業を行う頻度を大きく減らすことができる。

図５は本発明の第二の実施例に係るプラズマプロセス装置の反応チャンバ１及びビューポート９の断面図を、図６は同部分斜視図を、図７は隔壁２２、ディスク１３、及びモータ１５を光学窓８側から見た正面図を示している。なお、実施例１と同一部分には同一符号を付して説明を省略する。

実施例２に係るプラズマプロセス装置は、ビューポート９が反応チャンバ１から分離可能に構成されている。
具体的には、反応チャンバ１の側壁には開口部２０が形成されており、この開口部２０にビューポート９が着脱可能に取り付けられている。ビューポート９には、開口部２０に対向する位置に光学窓８が設けられている。ビューポート９は、シャッター１１と複数の保護窓１２を備えるディスク１３、及びディスク１３を回転させるためのモータ１５を内部に備え、モータ１５はビューポート９の内壁に直接取り付けられている。ディスク１３は実施例１と同様、モータ１５の回転軸１４に取り付けられている。

図６は本実施例のビューポート９及び反応チャンバ１の部分斜視図を示している。ディスク１３は実施例１と同様の形状、構造であり、保護窓１２及びシャッター１１の内いずれか一つが反応チャンバ１から光学窓８への光路上に来るような位置にディスク１３が設置されている。ビューポート内には、孔２１の形成された隔壁２２がディスク１３と開口部２０との間に取り外し可能に設けられている。孔２１は円形で光学窓８と略同一サイズであり、光学窓８に対向する位置に形成されている。

プラズマ発生や薄膜形成の様子の観察・観測は、実施例１と同様の方法で行う。
反応チャンバ１で発生した反応生成物は開口部２０を通過してビューポート９側にも飛来するが、大部分の反応生成物が隔壁２２で遮られる。隔壁２２に形成された孔２１を通過した反応生成物だけがビューポート９内部に到達するが、孔２１の背後に配置されたディスク１３に遮られるため、反応生成物が光学窓８に達することはない。
このように、実施例２に係るプラズマプロセス装置においても、実施例１と同様、光学窓８のクリーニングや交換は不要となるが、ディスク１３のメンテナンス作業は必要となる。

全ての保護窓１２に反応生成物が堆積した場合のディスク１３のメンテナンス作業について以下に説明する。
まず、ビューポート９を反応チャンバ１から分離する。開口部２０からビューポート９内に工具を差し入れ、隔壁２２を取り外す。次にディスク１３をモータ１５から取り外し、開口部２０からビューポート９の外にディスク１３を取り出す。ディスク１３上の保護窓１２のクリーニング、交換などを行い、再度、開口部２０からビューポート９内にディスク１３を挿入し、ディスク１３、回転軸１４及び隔壁２２を元の位置に取り付ける。ビューポート９と反応チャンバ１の開口部２０を合わせ、ビューポート９と反応チャンバ１を緊密に接合する。このとき反応チャンバ１の気密性が保たれるよう、充分注意を払う。

本実施例では、反応チャンバ１とビューポート９が分離可能に構成されているため、メンテナンス時に開口部２０からディスク１３を出し入れすることができる。そのため、実施例１と異なり反応チャンバ１にはメンテナンス用の扉１７（図１参照）が不要となる。

本実施例では、隔壁２２を取り外し可能に構成し、メンテナンス時には隔壁２２を取り外してディスク１３を出し入れているが、ビューポート９の壁体の一部を取り外し可能に構成し、そこからディスク１３の取り出しを行う構成にすることもできる。

図８に本発明の第三の実施例に係るプラズマプロセス装置の反応チャンバ１及びビューポート９の断面図を示す。なお、実施例１及び２と同一部分には同一符号を付して説明を省略する。

本実施例に係るプラズマプロセス装置では、反応チャンバ１とビューポート９とが一体的に構成されている。反応チャンバ１とビューポート９との間には、孔３１の形成された隔壁３２が設けられている。孔３１は円形であり、光学窓８と略同一サイズであって、光学窓８に対向する位置に形成されている。ビューポート９は、ディスク１３及びモータ１５を備え、光学窓８が設けられた同一面の壁体にモータ１５が取り付けられ、ディスク１３はモータ１５の回転軸１４に取り付けられている。ビューポート９の上部壁体にはメンテナンス用の扉３３が設けられている。

プラズマ発生や薄膜形成の様子の観察・観測は、実施例２と同様の方法で行う。本実施例においても、光学窓８への反応生成物の堆積は、保護窓１２又はシャッター１１と隔壁３２によって妨げられる。

ディスク１３のメンテナンス作業は以下のように行う。
まず、扉３３を開き、工具をビューポート９内に差し入れてディスク１３をモータ１５から取り外す。扉３３からディスク１３を取り出す。プラズマプロセス装置外でディスク１３上の保護窓１２のクリーニング・交換作業を行う。作業が終わると再びディスク１３をビューポート９内の元の場所に取り付け、扉３３を密閉する。

本発明は上記実施例に限定されるものでなく、本発明の趣旨の範囲内で適切な構成が許容される。例えば上記の実施例１〜３では、５つの保護窓１２が設けられた円盤状のディスク１３が用いられているが、保護窓１２の個数をより増やしたディスクや、細長い形状で保護窓１２とシャッター１１が一列に並んだプレート（図９参照）を利用することもできる。保護窓１２をより多く設ければ、メンテナンスの頻度を更に抑制することができ、さらに有利な効果が生じる。プレート１３を細長い形状とした場合には、位置切り換え手段はプレート１３を一定方向に往復移動させるものとする。
また、ディスク１３の位置切り換え手段にモータ１５を含まず、手動で位置を切り換える構造としてもよい。
シャッター１１は非観察時に保護窓１２や光学窓８に反応生成物が堆積するのを防ぐものであるため、反応生成物の透過を防げればその素材を問わない。
また、枠体１６又は隔壁２２、３２に形成される孔１８、２１、３１、及び保護窓１２の形状やサイズも上記に限定されるものではない。
プラズマプロセス装置内に基板４４を搬入する搬入口のサイズや位置によっては、該搬入口を保護ユニット１０又はディスク１３の出し入れ口とすることができる場合もある。その場合、メンテナンス用の扉１７、３３を新たに設ける必要がなくなるため、手間とコストを更に削減することができる。

メンテナンス作業頻度の減少は、プラズマプロセス装置で製造される薄膜形成基板４の品質維持にも役立つ。即ち、基板４上への薄膜形成は極めて精密な作業であるため、作業状態の一定性が厳格に要求される。メンテナンス作業のために反応チャンバ内の高真空が一旦損なわれると、再度高真空状態を形成する際、メンテナンス前と厳密に同一の作業状態を回復するためには多大な労力が必要となる。本発明に係るプラズマプロセス装置ではメンテナンス作業の頻度が減少するため、作業状態を一定に保つための労力が大幅に抑制される。また、同一状態の下で製造可能な薄膜形成基板数を大幅に増加させるため、結果として製品の品質維持にも貢献することになる。

１…反応チャンバ
２…上部電極
３…下部電極
４…基板
５…プラズマ発生部
６…ガス供給ライン
７…排気ライン
８…光学窓
９…ビューポート
１０…保護ユニット
１１…シャッター
１２…保護窓
１３…プレート
１４…回転軸
１５…モータ
１６…枠体
１７…メンテナンス用扉
１８…孔
２０…開口部
２１…孔
２２…隔壁
３１…隔壁
３２…扉

Claims (3)

1. 反応チャンバと、反応チャンバからの光の一部が投影される光学窓を有するビューポートとを備えたプラズマプロセス装置において、
   a)前記ビューポート内に設けられ、シャッター及び光透過性を有する複数の保護窓を備えるプレートと、
   b)前記シャッター及び前記保護窓のうちの一つが前記反応チャンバから前記光学窓への光路上に位置するように前記プレートの位置を切り換える切換手段と、
   を有するプラズマプロセス装置。
2. 請求項１に係るプラズマプロセス装置において、前記反応チャンバと前記ビューポートが分離可能に接続されていることを特徴とするプラズマプロセス装置。
3. 請求項１又は２に係るプラズマプロセス装置において、
   a)前記プレートは円盤状のディスクであり、
   b)前記シャッター及び前記複数の保護窓は前記ディスク上に同一円周状に配置され、
   c)前記切換手段は回転軸と該回転軸の回転手段から成ることを特徴とするプラズマプロセス装置。

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