JP2013214445A

JP2013214445A - プラズマ処理装置

Info

Publication number: JP2013214445A
Application number: JP2012084740A
Authority: JP
Inventors: Tomoko Yonezawa; 朋子米澤
Original assignee: IHI Corp
Current assignee: IHI Corp
Priority date: 2012-04-03
Filing date: 2012-04-03
Publication date: 2013-10-17

Abstract

【課題】特に、屈曲部もしくは湾曲部を有する被処理面を備えた処理対象に対して、一度のプラズマ処理によって施される薄膜やエッチングの均一性を向上する。
【解決手段】真空状態に減圧可能な処理室３内には、複数のアンテナ体Ａが天井部２ａに垂下支持されている。各アンテナ体Ａは、高周波電源の給電側に接続される第１電極棒８と、高周波電源の接地側に接続される第２電極棒９と、を備えており、これら両電極棒８、９の周囲にプラズマが発生可能に構成されている。各電極棒８、９は、ワーク保持装置５によって保持されるワークＷの被処理面に対して、一定の離間距離を維持するように、環状に配置されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、真空チャンバ内でプラズマを発生させて処理対象の被処理面に薄膜を生成したり、エッチングを行ったりするプラズマ処理装置に関する。

従来、特許文献１〜３に示されるプラズマ処理装置（プラズマＣＶＤ装置）が知られている。これらのプラズマ処理装置は、真空状態に減圧可能な処理室を有する真空チャンバを備えており、この真空チャンバの天井部に、高周波電源に電気的に接続された複数のコネクタが配設されている。また、処理室内には、複数本の電極棒を有するアレイアンテナユニットが設けられており、このアレイアンテナユニットの電極棒が、複数のコネクタそれぞれに接続されている。

そして、真空状態に減圧された処理室内に、処理対象である基板を保持する基板搬送用の台車を搬送するとともに、当該基板をアレイアンテナユニットに対向させた状態で、真空チャンバ内に反応ガスを供給しつつ、電極棒に高周波電力を供給する。これにより、真空雰囲気中にプラズマが発生するとともに、プラズマによって分解された反応ガスの成分が基板の表面に付着し、非結晶シリコン膜または微結晶シリコン膜などの薄膜が基板表面に生成されることとなる。

特開２００７−２６２５４１号公報特開２００３−８６５８１号公報特開２００３−１０９７９８号公報

従来のプラズマ処理装置においては、複数本の電極棒が並列に配置されている。したがって、平面状の被処理面を有する処理対象については、薄膜生成やエッチングを均一に施すことが可能であるが、被処理面が湾曲している処理対象については、被処理面と電極棒との距離が不均一となってしまい、被処理面に対して均一な処理を施すことができない。また、例えば、矩形状の全周囲に被処理面を有する処理対象については、処理対象の向きを変えて、プラズマ処理を複数回行わなければならない。

本発明は、特に、屈曲部もしくは湾曲部を有する被処理面を備えた処理対象に対して、一度のプラズマ処理によって施される薄膜やエッチングの均一性を向上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している。

上記課題を解決するために、本発明のプラズマ処理装置は、屈曲部もしくは湾曲部を有する被処理面を備えた処理対象にプラズマ処理を施すプラズマ処理装置であって、真空状態に減圧可能な処理室にガス供給源から反応ガスが供給される真空チャンバと、前記処理室内に設けられ、交流電源の給電側に接続される給電側電極棒、および、前記交流電源の接地側に接続される接地側電極棒が対向配置されるとともに、前記交流電源からの電力供給によって両電極棒の周囲にプラズマを発生させる複数のアンテナ体と、前記処理室内に処理対象を保持する処理対象保持手段と、を備え、前記複数のアンテナ体の全部もしくは一部は、当該アンテナ体における前記給電側電極棒の中心軸と前記接地側電極棒の中心軸とを結んで描かれる直線のうち、前記両中心軸に直交する同一平面上に描かれる直線が、隣接するアンテナ体において交差する関係を維持し、前記給電側電極棒および接地側電極棒は、当該各電極棒の長手方向に直交する方向に描かれる仮想線であって、前記処理対象保持手段によって保持される処理対象の被処理面に対して一定の離間距離を維持して描かれる仮想線上に配置されていることを特徴とする。

本発明によれば、特に、屈曲部もしくは湾曲部を有する被処理面を備えた処理対象に対して、一度のプラズマ処理によって施される薄膜やエッチングの均一性を向上することができる。

（ａ）は真空チャンバの断面図、（ｂ）は真空チャンバの上面図である。第１天井側コネクタおよび第２天井側コネクタと高周波電源との接続関係を示す図である。第１電極棒および第２電極棒の部分断面図である。処理対象とアンテナ体との相対位置関係を示す図である。プラズマ処理について説明する図である。他の処理対象を説明する図である。第２実施形態におけるアンテナ体と処理対象との相対位置関係を示す図である。第３実施形態におけるアンテナ体と処理対象との相対位置関係を示す図である。第４実施形態におけるアンテナ体と処理対象との相対位置関係を示す図である。第５実施形態におけるアンテナ体と処理対象との相対位置関係を示す図である。

以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。かかる実施形態に示す寸法、材料、その他具体的な数値等は、発明の理解を容易とするための例示にすぎず、特に断る場合を除き、本発明を限定するものではない。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能、構成を有する要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略し、また本発明に直接関係のない要素は図示を省略する。

本実施形態のプラズマ処理装置は、処理対象の被処理面に薄膜を生成するプラズマＣＶＤ装置や、処理対象の被処理面をエッチング加工するプラズマエッチング装置として用いることが可能であるが、ここでは、プラズマ処理装置をプラズマＣＶＤ装置として用いる場合について説明する。

図１（ａ）は真空チャンバの断面図、図１（ｂ）は真空チャンバの上面図である。真空チャンバ１は、筐体２を備えて構成されている。この筐体２は、天井部２ａと、側面部２ｂと、この側面部２ｂの下端に設けられた底面開口部２ｃと、を備えている。

また、真空チャンバ１の下方には、処理対象となるワークＷを搬送するための搬送チャンバ１００が設けられている。この搬送チャンバ１００は、ワークＷが載置された搬送台車１０１を搬送するものであり、搬送台車１０１は、ガイドレール１０２にガイドされて真空チャンバ１の下方まで搬送されることとなる。

そして、真空チャンバ１と搬送チャンバ１００とは、真空チャンバ１の底面開口部２ｃを介して接続されている。両チャンバ１、１００の接続部には、ゲートバルブ１０３が開閉自在に設けられており、ゲートバルブ１０３が開状態にある場合には、両チャンバ１、１００が連通し、ゲートバルブ１０３が図示のように閉状態にある場合には、両チャンバ１、１００の連通が遮断されることとなる。このように、ゲートバルブ１０３が閉状態となると、真空チャンバ１内に設けられた処理室３が、外部から完全に密閉された状態となる。これにより、真空チャンバ１に接続された真空ポンプ４を駆動すれば、処理室３が減圧されて真空状態に維持されることとなる。

なお、搬送チャンバ１００には、搬送台車１０１を昇降する昇降装置１０４が設けられており、真空チャンバ１の下方まで搬送されたワークＷは、昇降装置１０４によって、搬送台車１０１と一体となって上昇する。一方、真空チャンバ１には、ワーク保持装置５が設けられており、底面開口部２ｃから処理室３内に搬入されたワークＷは、このワーク保持装置５によって、所定の処理位置に保持されることとなる。

そして、真空チャンバ１の天井部２ａには、第１天井側コネクタ６および第２天井側コネクタ７がそれぞれ複数設けられており、第１天井側コネクタ６には、第１電極棒８の上端が接続され、第２天井側コネクタ７には、第２電極棒９の上端が接続されている。第１天井側コネクタ６および第２天井側コネクタ７は、図１（ｂ）からも明らかなように、天井部２ａにおいて環状に配置されており、しかも、第１天井側コネクタ６と第２天井側コネクタ７とが交互に整列して配置されている。したがって、第１電極棒８および第２電極棒９も、処理室３内において、環状に、かつ、交互に整列配置された状態で、天井部２ａから垂下支持されることとなる。

なお、両電極棒８、９は、その下端が接続部材１０によって通電可能に接続されており、これら第１電極棒８、第２電極棒９および接続部材１０によって、１つのアンテナ体Ａが構成されることとなる。

図２は、第１天井側コネクタ６および第２天井側コネクタ７と、高周波電源２１との接続関係を示す図である。この図に示すように、第１天井側コネクタ６は、高周波電力（本実施形態では８５ＭＨｚの交流電力）を供給する高周波電源２１の供給側（給電側）に接続され、第２天井側コネクタ７は、高周波電源２１の接地側に接続されている。また、第２天井側コネクタ７にはガス供給源２２が接続されており、このガス供給源２２から供給される反応ガスが、第２天井側コネクタ７に接続された第２電極棒９から、処理室３内に噴出可能となっている。

図３は、第１電極棒８および第２電極棒９の部分断面図である。第１電極棒８の上端部には、真空チャンバ１の天井部２ａに設けられた第１天井側コネクタ６に接続可能な第１アンテナ側コネクタ１２が固定されている。また、第２電極棒９の上端部には、真空チャンバ１の天井部２ａに設けられた第２天井側コネクタ７に接続可能な第２アンテナ側コネクタ１３が固定されている。

第１アンテナ側コネクタ１２は、円筒状の本体１２ａを備えており、この本体１２ａの底面部１２ｂに、第１電極棒８が貫通した状態で固定されている。また、第２アンテナ側コネクタ１３も、円筒状の本体１３ａを備えており、この本体１３ａの底面部１３ｂに、第２電極棒９が貫通した状態で固定されている。

第１電極棒８は、その外周にセラミックスまたは樹脂などの誘電体からなる被覆部材１４を備えている。一方、第２電極棒９は円筒形状をなしており、その長手方向に延在するガス供給路９ａが内部に形成されている。また、第２電極棒９は、ガス供給路９ａに垂直に連通する噴出孔９ｂを備えている。この第２電極棒９は、上述したように、処理室３内に垂下支持されたときに、第２天井側コネクタ７に接続されて、上記したガス供給源２２とガス供給路９ａと、が連通する関係をなしている。したがって、第２電極棒９が処理室３内に垂下支持された状態で、ガス供給源２２から反応ガスが供給されることにより、噴出孔９ｂから処理室３に向けて反応ガスが噴出することとなる。

図４は、処理室３内に搬入されたワークＷと、アンテナ体Ａとの相対位置関係を示す図である。この図に示すように、本実施形態においては、処理対象であるワークＷが円筒状に構成されており、処理室３内にワークＷが搬入されると、アンテナ体ＡがワークＷの内部空間に挿通する。本実施形態のワークＷは、円筒状のワーク本体の内周面を被処理面Ｗ１としていることから、被処理面Ｗ１に各アンテナ体Ａが対向配置されることとなる。

ここで、各アンテナ体Ａにおいて、第１電極棒８の中心軸と第２電極棒９の中心軸とを結んだ直線のうち、両電極棒８、９の中心軸に直交する同一平面上に描かれる直線をＬとすると、隣接するアンテナ体Ａの直線Ｌ（例えば、図示のアンテナ体Ａ１の直線Ｌ１と、アンテナ体Ａ２の直線Ｌ２）は、交差する関係を維持している。このとき、両電極棒８、９の長手方向（中心軸方向）に直交する方向に描かれる仮想線であって、ワークＷの被処理面Ｗ１に対して一定の離間距離を維持して描かれる仮想線、すなわち、被処理面Ｗ１の周面に沿って描かれる仮想円Ｃ上に、全ての第１電極棒８および第２電極棒９が位置している。これにより、各アンテナ体Ａすなわち第１電極棒８および第２電極棒９の周囲に形成されるプラズマ領域は、被処理面Ｗ１の全周に対して均一な距離関係を維持することとなる。なお、ここでは、第１電極棒８および第２電極棒９をワークＷの内側に配置することとしたが、例えば、第１電極棒８および第２電極棒９をワークＷの外側に配置し、ワークＷの外周面を被処理面とすることも可能である。

図５は、本実施形態のプラズマ処理装置によるプラズマ処理について説明する図である。まず、真空チャンバ１の処理室３を密閉するとともに、真空ポンプ４を駆動して処理室３を真空状態に減圧する。この状態で、内部が真空状態に維持された搬送チャンバ１００において、ワークＷが載置された搬送台車１０１を真空チャンバ１の下方まで搬送する。そして、ゲートバルブ１０３を開いて両チャンバ１、１００を連通させるとともに、昇降装置１０４を駆動して搬送台車１０１を上昇させ、処理室３内にワークＷを搬入する。

その後、図示のように、ワーク保持装置５によってワークＷを処理室３内に保持するとともに、ゲートバルブ１０３を閉じて、真空チャンバ１と搬送チャンバ１００との連通を遮断して処理室３を密閉する。この状態で、ガス供給源２２から第２電極棒９に反応ガスを供給して、噴出孔９ｂから真空チャンバ１内に反応ガスを噴出させるとともに、高周波電源２１によってアンテナ体Ａに高周波電力を供給する。これにより、アンテナ体Ａすなわち両電極棒８、９の周囲にプラズマが発生し、このプラズマによって分解された反応ガスの成分がワークＷの被処理面Ｗ１に付着する。このようにして、被処理面Ｗ１の表面に、非結晶シリコン膜または微結晶シリコン膜などの薄膜が成膜されることとなる。

以上のように、本実施形態によれば、ワークＷの被処理面Ｗ１が湾曲しているものの、当該被処理面Ｗ１に沿って両電極棒８，９が配置されているので、一度のプラズマ処理によって、被処理面Ｗ１全体に対して均一な薄膜を生成することが可能となる。

なお、上記実施形態においては、被処理面Ｗ１に対して薄膜を生成する場合について説明したが、被処理面Ｗ１に対してエッチング加工を施す場合にも、上記と同様の効果を実現することができる。

また、上記実施形態においては、処理対象が円筒状であって、その内周面を被処理面とする場合について説明したが、処理対象の形状はこれに限らない。例えば、図６に示すように、処理対象の底面が閉塞されている有底筒状体であっても、アンテナ体ＡがワークＷに非接触の状態で筒状体内に挿入されることで、上記実施形態と同様に、均一なプラズマ処理を施すことが可能である。

また、上記実施形態においては、円環状に湾曲する被処理面を備えた処理対象にプラズマ処理を施す場合について説明したが、上記実施形態のプラズマ処理装置は、弧状に湾曲する被処理面を備えた薄板状もしくはフィルム状の処理対象にも適用可能である。この場合には、例えば、図７に示す第２実施形態のように、アンテナ体Ａを環状に配置せずに、被処理面Ｗ１に沿うように弧状に配置すればよい。

また、上記各実施形態においては、湾曲する被処理面を備えた処理対象にプラズマ処理を施す場合について説明したが、被処理面の一部が所定の角度で屈曲する処理対象に対しては、プラズマ処理装置を図８に示す第３実施形態のように構成することも可能である。例えば、図８に示すように、直方体状のワークＷの外側面を被処理面Ｗ１とする場合には、アンテナ体Ａを被処理面Ｗ１に沿うように配置すればよい。この場合には、アンテナ体Ａにおける第１電極棒８の中心軸と第２電極棒９の中心軸とを結んで描かれる直線が、隣接するアンテナ体において直交する部分と、一直線上に位置する部分と、が存することとなる。なお、ここでは、ワークＷの外側面を被処理面Ｗ１とする場合について説明したが、図４、図６に示す場合と同様に、ワークＷの内周面を被処理面Ｗ１とし、この被処理面Ｗ１に沿ってアンテナ体Ａを配置してもよい。

この他、処理対象の形状は、多角形状やジグザグ状など種々の形状が想定されるが、いずれにしても、上記各実施形態を用いて説明したように、処理対象は、屈曲部もしくは湾曲部を有する被処理面を備えていればよく、各電極棒の長手方向に直交する方向に描かれる仮想線であって、処理室内に保持される処理対象の被処理面に対して一定の離間距離を維持して描かれる仮想線上に、各電極棒が配置されていればよい。ただし、処理対象が屈曲もしくは湾曲していることから、複数のアンテナ体Ａの全部もしくは一部において、第１電極棒８の中心軸と第２電極棒９の中心軸とを結んで描かれる直線が、隣接するアンテナ体Ａにおいて交差することとなる。

なお、上記各実施形態においては、両電極棒８、９が直線状の棒状部材である場合について説明したが、例えば、図９に示す第４実施形態や、図１０に示す第５実施形態のように、処理対象Ｗの被処理面が電極棒の長手方向に沿って湾曲しているような場合には、これに沿うように、電極棒も湾曲させることが望ましい。

また、上記各実施形態においては、各電極棒を鉛直方向に沿って配置したり、水平方向に沿って配置したりしたが、各電極棒の向き等は特に問わず、また、その数も複数であればよい。

以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明はかかる実施形態に限定されないことは言うまでもない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された範疇において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。

本発明は、真空チャンバ内でプラズマを発生させて処理対象の被処理面にプラズマ処理を施すプラズマ処理装置に利用することができる。

１真空チャンバ
３処理室
５ワーク保持装置
８第１電極棒
９第２電極棒
１０接続部材
２１高周波電源
２２ガス供給源
Ａアンテナ体
Ｃ仮想円
Ｌ直線
Ｗワーク
Ｗ１被処理面

Claims

屈曲部もしくは湾曲部を有する被処理面を備えた処理対象にプラズマ処理を施すプラズマ処理装置であって、
真空状態に減圧可能な処理室にガス供給源から反応ガスが供給される真空チャンバと、
前記処理室内に設けられ、交流電源の給電側に接続される給電側電極棒、および、前記交流電源の接地側に接続される接地側電極棒が対向配置されるとともに、前記交流電源からの電力供給によって両電極棒の周囲にプラズマを発生させる複数のアンテナ体と、
前記処理室内に処理対象を保持する処理対象保持手段と、を備え、
前記複数のアンテナ体の全部もしくは一部は、
当該アンテナ体における前記給電側電極棒の中心軸と前記接地側電極棒の中心軸とを結んで描かれる直線のうち、前記両中心軸に直交する同一平面上に描かれる直線が、隣接するアンテナ体において交差する関係を維持し、
前記給電側電極棒および接地側電極棒は、
当該各電極棒の長手方向に直交する方向に描かれる仮想線であって、前記処理対象保持手段によって保持される処理対象の被処理面に対して一定の離間距離を維持して描かれる仮想線上に配置されていることを特徴とするプラズマ処理装置。