JP2014156658A - プラズマ処理装置及び方法 - Google Patents

Abstract

【課題】排気の偏りが無く、かつ、メンテナンスが容易となるように基板支持台を支持するプラズマ処理装置及び方法を提供する。
【解決手段】プラズマＣＶＤ装置１０において、対向する真空チャンバ１１の側壁１１ａを貫通する貫通孔１２ｃを内部に有し、上面に平面を有する矩形断面状であると共に、真空チャンバ１１の中心を通って横断する支持梁１２を真空チャンバ１１と一体に形成し、支持梁１２の上面の中央部に、基板支持台１３を取り付ける上面開口部１２ａを設け、真空側と大気側とをシールする第１シール部材を介して、上面開口部１２ａに円筒状の基板支持台１３を取り付けた。
【選択図】図１

Description

本発明は、基板を載置する基板支持台を有するプラズマ処理装置及び当該プラズマ処理装置を用いたプラズマ処理方法に関する。

プラズマ処理装置において、基板を載置する基板支持台の支持構造としては、大別して、真空容器の底面から支持する構造と真空容器の側面から支持する構造の２種類が、従来技術として知られている（特許文献１、２）。

特開平９−１６７７６２号公報 特開２００２−２０８５８４号公報

基板支持台を真空容器の底面から支持する支持構造の場合には、以下のような問題が生じる。これを、図７を参照して説明する。なお、図７は、基板支持台を真空容器の底面から支持する支持構造を有する従来のプラズマＣＶＤ装置の断面図である。なお、図７において、プラズマ発生機構、ガス供給機構、真空機構等の図示は省略する。

図７に示すプラズマＣＶＤ装置４０は、内部が真空にされて、プラズマＰが生成される真空容器４１と、真空容器４１のフランジ４１ａに取り付けられる底面４２と、底面４２の中央部に取り付けられ、伸縮可能なベローズ４３と、ベローズ４３を閉塞すると共に、ボールネジ４６の駆動により上下動する駆動板４４と、駆動板４４の上面に取り付けられ、駆動板４４と共に上下動する駆動部材４５と、駆動部材４５の上面に取り付けられ、基板４８を載置する載置台４７とを有している。つまり、プラズマＣＶＤ装置４０は、基板支持台（載置台４７、駆動部材４５）を真空容器４１の底面４２から支持する支持構造を有すると共に、基板支持台自体を上下動可能な駆動機構も有している。

図７に示すように、基板支持台の部分は、底面４２側に支持されており、メンテナンス時には、この底面４２を取り外す必要があるが、その取り外しは容易ではない。又、このような支持構造では、底面４２に真空用の排気口を設けることは困難となり、真空容器４１の側面に真空用の排気口４９が設けられることが多い。このような場合、真空容器４１内の排気が偏るため、比較的高い圧力の真空度、つまり、分子流に近い粘性流となる領域では、成膜プロセスやクリーニングプロセスのガス流れに影響が現れてしまう。

又、基板支持台を真空容器の側面から支持する支持構造の場合には、以下のような問題が生じる。これを、図８を参照して説明する。なお、図８は、基板支持台を真空容器の側面から支持する支持構造を有する従来のプラズマＣＶＤ装置の断面図である。なお、図８においても、プラズマ発生機構、ガス供給機構、真空機構等の図示は省略する。

図８に示すプラズマＣＶＤ装置５０は、内部が真空にされて、プラズマＰが生成される真空容器５１と、真空容器５１の側面から中央部へ向けて延設され、プレート５２により支持された腕部材５３と、腕部材５３の上面に支持され、基板５５を載置する基板支持台５４とを有している。

図８に示すように、基板支持台５４は、１つの腕部材５３により、真空容器５１の側面に支持されており、所謂、片持ち梁構造となっている。メンテナンス時には、真空容器５１の側面から支持台ユニット（腕部材５３、基板支持台５４）を取り外した後、新たな支持台ユニットを差し込めばよいが、これは、１つの大きな交換部品であり、高価で重量があり、この交換作業は容易ではない。このような支持構造では、真空容器５１の底面に真空用の排気口５６を設けることができるが、片持ち梁構造であることから、やはり、真空容器５１内の排気が偏り、比較的高い圧力の真空度、つまり、分子流に近い粘性流となる領域では、成膜プロセスやクリーニングプロセスのガス流れに影響が現れてしまう。

本発明は上記課題に鑑みなされたもので、排気の偏りが無く、かつ、メンテナンスが容易となるように基板支持台を支持するプラズマ処理装置及び方法を提供することを目的とする。

上記課題を解決する第１の発明に係るプラズマ処理装置は、
円筒状の真空容器内に所望のガスを供給すると共に、前記真空容器の下部に取り付けた圧力制御弁と前記圧力制御弁の下部に取り付けた真空ポンプを用いて、前記真空容器内の圧力を制御して、前記真空容器内の円筒状の基板支持台上に載置した基板に所望のプラズマ処理を施すプラズマ処理装置において、
対向する前記真空容器の側壁を貫通する貫通孔を内部に有し、上面に平面を有する矩形断面状であると共に、前記真空容器の中心を通って横断する支持梁を前記真空容器と一体に形成し、
前記支持梁の上面の中央部に、前記基板支持台を取り付ける開口部を設け、
真空側と大気側とをシールする第１シール部材を介して、前記開口部に前記基板支持台を取り付けたことを特徴とする。

上記課題を解決する第２の発明に係るプラズマ処理装置は、
円筒状の真空容器内に所望のガスを供給すると共に、前記真空容器の下部に取り付けた振り子式ゲート弁と前記振り子式ゲート弁の下部に取り付けた真空ポンプを用いて、前記真空容器内の圧力を制御して、前記真空容器内の円筒状の基板支持台上に載置した基板に所望のプラズマ処理を施すプラズマ処理装置において、
対向する前記真空容器の側壁を貫通する貫通孔を内部に有し、上面に平面を有する矩形断面状であると共に、前記真空容器の中心を通って横断する支持梁を前記真空容器と一体に形成し、
前記支持梁の上面の中央部に、前記基板支持台を取り付ける開口部を設け、
真空側と大気側とをシールする第１シール部材を介して、前記開口部に前記基板支持台を取り付け、
前記真空容器の軸中心に、前記振り子式ゲート弁の開口率の使用推奨値の中心値における開口領域の面積中心が一致するように、前記支持梁の横断方向又は横断方向に垂直な方向に偏心して、前記振り子式ゲート弁を前記真空容器に取り付けたことを特徴とする。

上記課題を解決する第３の発明に係るプラズマ処理装置は、
上記第１、第２の発明に記載のプラズマ処理装置において、
前記基板支持台は、
前記支持梁の開口部の周囲に、前記第１シール部材を介して、下端側が取り付けられた円筒状の内筒と、
前記内筒の外周側に配置されると共に、前記内筒の上端側に、溶接するか又は第２シール部材を介して、上端側が取り付けられたベローズと、
前記ベローズの外周側に配置されると共に、前記ベローズの下端側に、溶接するか又は第３シール部材を介して、下端側が取り付けられた円筒状の外筒と、
前記外筒の上端側の開口部を閉塞するように、第４シール部材を介して取り付けられ、前記基板を載置する円盤状の載置台と、
前記外筒全面を覆うように、前記外筒と密接して設けられ、腐食耐性がある材料からなる円筒状の覆設部材と、
前記開口部及び前記内筒の内部を通って、前記載置台の裏面に取り付けられた駆動部材と、
前記貫通孔の内部に設けられ、前記駆動部材を駆動することにより、前記載置台上に載置された基板の位置を変更する駆動機構とを有することを特徴とする。

上記課題を解決する第４の発明に係るプラズマ処理方法は、
上記第１〜第３の発明のいずれか１つに記載のプラズマ処理装置を用いたプラズマ処理方法であって、
前記真空容器内にガスを供給し、
前記圧力制御弁及び前記真空ポンプを用いて、前記真空容器内の圧力を制御し、
前記ガスのプラズマを生成し、
前記基板支持台上に載置した基板にプラズマ処理を施すことを特徴とする。

第１の発明によれば、真空容器を横断する支持梁上に円筒状の基板支持台を取り付けたので、基板支持台の部分では、基板支持台を軸とする軸対称に均一に排気が行われ、支持梁の部分では、支持梁の部分を面とする面対称に均一に排気が行われることになる。又、真空容器と一体の支持梁上の開口部に基板支持台を取り付けたので、基板支持台の位置決めが容易となり、又、メンテナンス時には、基板支持台の取り外し、組立、交換等も容易となる。この結果、排気の偏りを抑制し、かつ、メンテナンス性を向上させることができる。

第２の発明によれば、真空容器を横断する支持梁上に円筒状の基板支持台を取り付け、更に、振り子式ゲート弁の開口率の使用推奨値の中心値における開口領域の面積中心が真空容器の軸中心に一致するように、支持梁の横断方向又は横断方向に垂直な方向に偏心して、振り子式ゲート弁を真空容器に取り付けたので、基板支持台の部分では、基板支持台を軸とする軸対称により均一に排気が行われ、支持梁の部分では、支持梁の部分を面とする面対称により均一に排気が行われることになる。又、真空容器と一体の支持梁上の開口部に基板支持台を取り付けたので、基板支持台の位置決めが容易となり、又、メンテナンス時には、基板支持台の取り外し、組立、交換等も容易となる。この結果、排気の偏りをより抑制し、かつ、メンテナンス性を向上させることができる。

第３の発明によれば、基板支持台が基板の位置を変更可能な駆動機構を備える場合でも、支持梁内部の貫通孔に駆動機構を配置できるので、真空容器内の排気に与える影響はなく、均一に排気を行うことができる。

第４の発明によれば、第１〜第３の発明に記載のプラズマ処理装置を用いてプラズマ処理をする場合、排気の偏りが抑制されているので、基板支持台上に載置した基板に施すプラズマ処理の面内均一性を向上させることができる。

本発明に係るプラズマ処理装置の実施形態の一例を示すものであり、（ａ）、（ｂ）は、プラズマＣＶＤ装置において、互いに９０°異なる位置における断面図である。 （ａ）は、図１に示したプラズマＣＶＤ装置の下部チャンバの斜視図であり、（ｂ）は、図１に示したプラズマＣＶＤ装置の下部チャンバ、上部チャンバ及び基板支持台部分の斜視図である。 上下動可能な基板支持台の一例を示す断面図である。 図１に示したプラズマＣＶＤ装置の下部に取り付ける排気構造の一例を示す断面図である。 図４のＡ−Ａ線矢視断面図である。 図４に示した接続部材の変形例を示す斜視図である。 基板支持台を真空容器の底面から支持する支持構造を有する従来のプラズマＣＶＤ装置の断面図である。 基板支持台を真空容器の側面から支持する支持構造を有する従来のプラズマＣＶＤ装置の断面図である。

本発明に係るプラズマ処理装置及び方法の実施形態例について、図１〜図６を参照して、その説明を行う。なお、ここでは、一例として、プラズマＣＶＤ装置を例示するが、プラズマＣＶＤ装置に限らず、プラズマエッチング装置にも適用可能である。

（実施例１）
本実施例のプラズマＣＶＤ装置について、図１〜図２を参照して説明する。ここで、図１（ａ）は、本実施例のプラズマＣＶＤ装置の断面図であり、図１（ｂ）は、図１（ａ）とは直交する位置におけるプラズマＣＶＤ装置の断面図である。又、図２（ａ）は、図１に示したプラズマＣＶＤ装置の下部チャンバの斜視図であり、図２（ｂ）は、図１に示したプラズマＣＶＤ装置の下部チャンバ、上部チャンバ及び基板支持台部分の斜視図である。なお、図１、図２において、真空容器内に所望のガスを供給するガス供給機構、真空容器内にプラズマを発生させるプラズマ発生機構、真空容器内の圧力を制御する真空機構等の図示は省略している。

本実施例において、プラズマ処理装置１０は、円筒状の真空容器を構成する下部チャンバ１１、上部チャンバ１６及び天井板１７を有する。下部チャンバ１１と上部チャンバ１６とはフランジ１１ｂ、１６ｃにて取り付けられており、図示しないＯリング等のシール部材により、内部を真空にできるようにシールされている。又、上部チャンバ１６の上部開口部のフランジ１６ｂには、天井板１７が取り付けられており、図示しないＯリング等のシール部材により、内部を真空にできるようにシールされている。なお、下部チャンバ１１の下部のフランジ１１ｃは、通常の円形フランジであり、真空容器内の圧力を制御する圧力制御弁、真空ポンプ（例えば、後述の図４に示すような振り子式ゲート弁、ターボ分子ポンプ）が順次取り付けられるが、ここでは、それらの図示は省略している。

そして、真空容器の内部には、基板１５を載置する円盤状の載置台１３ｂと、載置台１３ｂを支持する円筒状の支持筒１３ａからなる基板支持台１３が設けられ、この基板支持台１３上に載置した基板１５に所望のプラズマ処理が施されることになる。なお、載置台１３ｂと支持筒１３ａとの間は、図示しないＯリング等のシール部材によりシールされている。

そして、基板支持台１３を支持する支持構造として、下部チャンバ１１には、下部チャンバ１１の中心を通って直径方向に横断する支持梁１２が設けられている。支持梁１２は、上面に平面を有する矩形断面状のものであり、円筒状の側壁１１ａの一方側から、下部チャンバ１１の中心を挟んで、当該一方側に対向する側壁１１ａの他方側まで設けられている。更に、支持梁１２の内部には矩形断面状の貫通孔１２ｃが設けられている。つまり、支持梁１２の貫通孔１２ｃは、下部チャンバ１１の中心を通り、対向する円筒状の側壁１１ａを直径方向に貫通するように形成されている。この支持梁１２は、下部チャンバ１１と一体に形成している。なお、下部チャンバ１１は、上部チャンバ１６と一体に形成してもよい。

そして、支持梁１２の上面の中央部分には、基板支持台１３を設置するため、円形状の上面開口部１２ａが設けられており、この上面開口部１２ａに基板支持台１３の支持筒１３ａを、図示しないＯリング等のシール部材（第１シール部材）を介して取り付けて、真空側と大気側とをシールしている。又、上面開口部１２ａと対面する支持梁１２の下面の中央部分には、メンテナンスの際、貫通孔１２ｃの部分にアクセス可能とするための下面開口部１２ｂが設けられており、この下面開口部１２ｂには、図示しないＯリング等のシール部材を介して、閉塞板１８を取り付けている。なお、支持梁１２の上面、下面は平面となっているので、円形状の上面開口部１２ａの形成、下面開口部１２ｂの形成は容易である。

従って、基板支持台１３の内部は、支持梁１２の貫通孔１２ｃを介して、真空容器外部と連通しており、貫通孔１２ｃを含めて、大気状態となっている。一方、基板支持台１３の外部は、上述した下部チャンバ１１、上部チャンバ１６及び天井板１７からなる真空容器に閉塞されて、真空ポンプにより、真空状態とすることが可能である。

このように、支持梁１２による支持構造は、所謂、両持ち梁であり、両持ち梁である支持梁１２の上に基板支持台１３は設置されることになる。

載置台１３ｂには、通常、静電吸着用の電極、バイアス印加用の電極、加熱用のヒータ、温度検出用のセンサ、冷却用の流路等が設けられている。そして、上記支持構造により、基板支持台１３の内部、支持梁１２の貫通孔１２ｃが大気状態となっているので、上記機器等は大気側で接続されることになる。その場合には、真空状態の場合とは違って、高電圧が印加される電極部分で放電を起こすことはない。又、もし、冷却用の流路等から冷媒が漏れることがあったとしても、大気側で漏れることになるので、真空容器内に影響を及ぼすこともない。更には、後述の実施例２に示すように、基板支持台を上下動させる駆動機構を組み込む際にも、基板支持台１３の内部、支持梁１２の貫通孔１２ｃの内部に設置すればよいので、真空機構（圧力制御弁、真空ポンプ等）を真空容器の真下に配置することができる。

又、支持梁１２は、下部チャンバ１１と一体に形成されているので、メンテナンス時に取り外しする部分は、軽量な載置台１３ｂ、支持筒１３ａのみであり、メンテナンスは非常に容易である。例えば、メンテナンス時には、まず、天井板１７を取り外し、順次、載置台１３ｂ、支持筒１３ａを取り外せばよく、交換が必要な場合には、支持梁１２より上の載置台１３ｂ、支持筒１３ａのみを交換すればよい。又、支持筒１３ａの設置場所である上面開口部１２ａは、支持梁１２に予め形成されているので、設置するだけで、基板支持台１３のセンタリングすることになり、その位置決めも非常に容易である。このように、支持構造である支持梁１２がシンプルであるため、基板支持台１３の取り外し、組立、交換等のメンテナンスが容易となる。

又、真空容器内の排気については、基板支持台１３の部分では、基板支持台１３の部分が円筒状であることから、基板支持台１３を軸とする軸対称に均一に排気が行われ、支持梁１２の部分では、支持梁１２の部分を面とする面対称に均一に排気が行われることになる。その結果、基板支持台１３上に載置した基板１５に施すプラズマ処理（例えば、プラズマＣＶＤにより成膜された薄膜等）の面内均一性を向上させることができる。

（実施例２）
本実施例は、実施例１の構造を前提とし、基板支持台として、基板の位置を上下動可能なものを用いたものである。そこで、上下動可能な構造の基板支持台の断面図を図３に示し、図３を参照して、本実施例を説明する。

本実施例において、基板支持台２０は、支持梁１２の上面開口部１２ａの周囲に、下端側となる下部フランジ２２ａが取り付けられた円筒状の内筒２２と、内筒２２の外周側に配置されると共に、内筒２２の上端側の外周面に、上端側となる上部フランジ２３ａが取り付けられたベローズ２３と、ベローズ２３の外周側に配置されると共に、ベローズ２３の下端側となる下部フランジ２３ｂに、下端側が取り付けられた円筒状の外筒２４と、外筒２４の上端側の開口部を閉塞するように、上部フランジ２４ａに取り付けられた載置台２６とを有する。又、外筒２４の外周には、外筒２４の全面を覆うように外周面に密接させたカバー部材２５（覆設部材）が設けられている。つまり、載置台２６の直下において、内筒２２が最内周側に配置されており、互いに径の異なる円筒状の内筒２２、ベローズ２３、外筒２４及びカバー部材２５が、順次、内側から同心円状で設置された構造となっている。

又、支持梁１２と下部フランジ２２ａとの間は、Ｏリング等のシール部材（第１シール部材）を介して取り付けられている。同様に、内筒２２と上部フランジ２３ａとの間は、Ｏリング等のシール部材（第２シール部材）を介して、又、下部フランジ２３ｂと外筒２４との間は、Ｏリング等のシール部材（第３シール部材）を介して、又、上部フランジ２４ａと載置台２６との間は、Ｏリング等のシール部材（第４シール部材）を介して、取り付けられている。つまり、支持梁１２、内筒２２、ベローズ２３、外筒２４、載置台２６同士の間は、シール部材を介して取り付けてあり、このような構成により、真空容器内部を真空に保ちつつ、駆動機構（図示省略）により、載置台２６を上下動可能な構成としている。なお、内筒２２、ベローズ２３及び外筒２４においては、内筒２２とベローズ２３との間、ベローズ２３と外筒２４との間の少なくとも一方を、リークが無いように溶接により溶着し、一体化させて、真空を保つ構成としてもよい。

又、内筒２２、ベローズ２３及び外筒２４のうち、少なくとも外筒２４は、高温下でも載置台２６を支持する構造を保つため、比較的融点の高い金属又は合金、例えば、ステンレス製等とすることが望ましい。又、カバー部材２５は、腐食性ガスによる外筒２４の高温腐食を避けるため、腐食耐性がある材料からなり、例えば、表面をアルマイト加工したアルミニウム、又は、高純度アルミナ等のセラミックスから形成されている。特に、載置台２６は４００℃程度の高温に設定されることがあるため、載置台２６と直接接している上部フランジ２４ａの部分は、隙間無く、カバー部材２５を密着させることが望ましい。例えば、図３に示すように、上部フランジ２４ａが外周側に出っ張っている場合には、カバー部材２５の上端部２５ａも、その形状に倣って形成して、隙間無く密着するようにしている。この結果、外筒２４が腐食性ガスにできるだけ曝されないようにすることができる。

なお、カバー部材２５の更に外周側に、カバー部材２５の全面を覆うように、円筒状のスカート部材（外装部材）２８を設けるようにしてもよい。このスカート部材２８は、カバー部材２５と同様に、腐食耐性がある材料からなり、例えば、表面をアルマイト加工したアルミニウム、又は、高純度アルミナ等のセラミックスから形成されている。スカート部材２８を設けることにより、その外周側を流れるガスを整流して、均一に排気できるようにすると共に、外筒２４、ベローズ２３及び内筒２２側へのガスの進入を防いでおり、その結果、外筒２４、ベローズ２３及び内筒２２の腐食を防止して、腐食による金属汚染を防止すると共に、それらの製品寿命を長くしている。

又、載置台１６の裏面側には、開口部１２ａ及び内筒２２の内部を通って、駆動部材２１が取り付けられており、この駆動部材２１が、図示していない駆動機構により上下動されることにより、載置台２６及び基板１５を上下動させて、基板１５の位置を変更可能となっている。駆動機構は、基板支持台２０の内部、支持梁１２の貫通孔１２ｃの内部に設置することができ、真空機構（圧力制御弁、真空装置等）の真空容器の真下への配置を妨げることはない。従って、実施例１と同様に、真空容器内の排気については、駆動機構を有する基板支持台２０の部分では、基板支持台２０の部分が円筒状であることから、基板支持台２０を軸とする軸対称に均一に排気が行われ、支持梁１２の部分では、支持梁１２の部分を面とする面対称に均一に排気が行われることになる。その結果、基板支持台２０上に載置した基板１５に施すプラズマ処理（例えば、プラズマＣＶＤにより成膜された薄膜等）の面内均一性を向上させることができる。

加えて、基板支持台２０では、載置台２６を４００℃程度に加熱しても、外筒２４は、カバー部材２５に保護されており、高温部分が腐食性ガスに曝される可能性が小さくなり、高温腐食が抑制される。又、ベローズ２３、そして、内筒２２は、載置台２６からの道程が遠く、熱伝導しにくいため、高温となることがなく、もし、腐食性ガスに曝されたとしても、高温腐食が抑制されることになる。従って、金属製の部材である内筒２２、ベローズ２３及び外筒２４において、それらの部材の高温腐食が抑制されて、それらの部材の製品寿命が長くなると共に、それらの部材からの金属汚染を抑制することができる。

又、基板支持台２０では、基板１５の搬送時に伸びているベローズ２３は、基板１５へのプラズマ処理時には縮んでいるので、ベローズ２３の表面に付着する生成物や副生成物が少なくなる。特に、プラズマＣＶＤ装置の場合には、ベローズ２３の表面への成膜が少なくなるので、成膜された薄膜の膜剥がれが要因となるパーティクルの発生が少なくなる。

又、基板支持台２０では、ベローズ２３の上部フランジ２３ａを境にして、載置台２６側のみを上下動させ、内筒２２側は固定しているので、真空容器内部での被駆動部分の体積、重量を小さくして、駆動機構への負担を小さくすることができる。又、駆動機構の故障等により、もし、大気圧による圧力が載置台２６の裏面に働いたとしても、その場合には、ベローズ２３を縮める方向に動くので、伸びる方向と比較して、安全な状態であり、ベローズ２３が破断したりすることはない。

（実施例３）
本実施例は、実施例１の構造を前提とするものであるが、真空容器の下部に設けた振り子式ゲート弁の位置に特徴があるものである。従って、振り子式ゲート弁を含めたプラズマ処理装置の断面図を図４に示すと共に、図４のＡ−Ａ線矢視断面図を図５に示し、図４、図５を参照して、本実施例を説明する。なお、図４において、プラズマ発生機構、ガス供給機構等の図示は省略している。

本実施例では、図４に示すように、実施例１（図１等参照）に示したプラズマ処理装置１０の排気構造として、接続部材３１を介して、下部チャンバ１１の下部に取り付けられ、真空容器内部の圧力の制御を行う振り子式ゲート弁３２と、振り子式ゲート弁３２の下部に取り付けられ、真空容器内部の雰囲気を排気するＴＭＰ（ターボ分子ポンプ）３４とを有するものである。なお、接続部材３１は、下部チャンバ１１のフランジ１１ｃへ取り付けられており、振り子式ゲート弁３２は、上方から差し込まれたボルト３３により、接続部材３１のフランジ３１ｃに取り付けられており、ＴＭＰ３４は、下方から差し込まれたボルト３３により、ＴＭＰ３４自体のフランジが振り子式ゲート弁３３に取り付けられている。

本実施例において、振り子式ゲート弁３２は、偏心して下部チャンバ１１に取り付けてある。具体的には、図５に示すように、円筒状の下部チャンバ１１の軸中心Ｃｃと振り子式ゲート弁３２の開口領域Ｍの面積中心Ｍｃが一致するように、振り子式ゲート弁３２が偏心して配置されている。開口領域Ｍは、振り子式ゲート弁３２の開口率により当然ながら変化するが、本実施例では、振り子式ゲート弁３２における開口率の使用推奨値（１０％〜５０％）の中心値３０％の開口領域Ｍを基準にして、その開口領域Ｍの面積中心Ｍｃを求め、軸中心Ｃｃと面積中心Ｍｃが一致するように、振り子式ゲート弁３２を偏心配置している。従って、振り子式ゲート弁３２の開口部３２ａの全開時の中心Ｇｃは、下部チャンバ１１の軸中心Ｃｃに対して、開口部３２ａの開閉を行う弁体３２ｂの開方向Ｄに偏心することになる。なお、上部チャンバ１６の軸中心は、下部チャンバ１１の軸中心Ｃｃと一致している。又、ＴＭＰ３４の接続部中心は、振り子式ゲート弁３２の開口部３２ａの中心Ｇｃと一致するように配置されている。

振り子式ゲート弁３２の配置位置は、その上方に位置する支持梁１２に対しては、支持梁１２の横断方向に偏心させており、支持梁１２を１つの面と考えると、支持梁１２に対して、振り子式ゲート弁３２の開口領域Ｍが面対称に位置することになる。つまり、軸中心Ｃｃ＝面積中心Ｍｃを通る支持梁１２の横断方向の中心線を考えると、当該中心線が開口領域Ｍの形状を線対称に２等分し、面積を２等分することになる。

従って、上記位置関係となるように配置すれば、振り子式ゲート弁３２における開口率を３０％近傍で制御して、真空容器内部を所望の圧力に制御するときには、基板支持台１３の部分では、基板支持台１３の部分が円筒状であることから、基板支持台１３を軸とする軸対称に均一に排気が行われ、支持梁１２の部分では、支持梁１２の部分を面とする面対称に均一に排気が行われることになる。３０％から離れた開口率で、真空容器内部を所望の圧力に制御するときには、開口率３０％のときと比較して、やや不均一にはなるが、そのときでも、真空容器の軸中心に振り子式ゲート弁の開口部中心を一致させた場合より均一に排気することができる。その結果、基板支持台１３上に載置した基板１５に施すプラズマ処理（例えば、プラズマＣＶＤにより成膜された薄膜等）の面内均一性をより向上させることができる。

この効果は、比較的高い圧力の真空度のプロセスで顕著に表れる。例えば、プラズマＣＶＤ装置におけるプラズマクリーニングは、比較的高い圧力の真空度で実施される。従来は、プラズマクリーニングに偏りがあり、所定のクリーニングを実施するために、余分なガスを消費したり、一部余分にクリーニングが行われて、プラズマダメージが発生したりすることがあった。これに対し、本実施例では、上述した排気構造を用いることにより、下部チャンバ１１、上部チャンバ１６、基板支持台１３に対して、均一なプラズマクリーニングが施され、その結果、無駄なガスの使用やプラズマによるダメージが低減され、メンテナンス頻度の低減や部品の長寿命化を図ることができる。

なお、振り子式ゲート弁３２を支持梁１２の横断方向に垂直な方向に偏心させてもよく、その場合、上述した中心線は、開口領域Ｍの形状を線対称に２等分するわけではないが、面積は２等分することになり、振り子式ゲート弁３２を支持梁１２の横断方向に偏心させた場合に近い効果を得ることができる。

又、振り子式ゲート弁３２を偏心して取り付けたために、接続部材３１の開口部３１ａも偏心して設けており、この偏心方向も、弁体３２ｂの開方向Ｄに偏心させている。その結果、偏心させた反対側の部分にスペースが生まれ、振り子式ゲート弁３２の側方に隣接して、下部チャンバ１１の下部に、粗引き用排気配管３５のためのポート３１ｂを設けたり、ポートが下部チャンバ１１の側壁にあっても、下部チャンバ１１の直下に粗引き配管３５、バルブ３６等を配置したりすることが可能となる。そこで、本実施例では、真空容器内部の粗引きのために、真空容器の底部となるポート３１ｂに、粗引き配管３５を接続し、バルブ３６及び排気配管３８を介して、粗引き用真空ポンプ３９と接続しており、又、バルブ３７を介して、ＴＭＰ３４の排気ポートに排気配管３８を接続している。このように、下部チャンバ１１の直下に粗引き配管３５、バルブ３６等を配置することができ、処理装置の内部空間に、ＴＭＰ３４等と共に効率的に配置することが可能となる。

又、振り子式ゲート弁３２を偏心して接続しているため、待機部３２ｅを真空容器の側壁からより外側に配置することになる。従って、フランジ３２ｄの位置もより外側となり、待機部３２ｅへのアクセスも容易となる。従って、回転軸３２ｃを中心に弁体３２ｂを回転させて、弁体３２ｂを待機部３２ｅの位置へ移動させることにより、弁体３２ｂへのメンテナンスが可能となり、振り子式ゲート弁３２に対するメンテナンス性を向上させることもできる。

振り子式ゲート弁３２を偏心して接続していることは、待機部３２ｅの反対側にあるボルト３３を、より手前側に配置することになり、そのボルト３３の締め付け、取り外しの困難性を低減させることもできる。

なお、図４、図５において、接続部材３１は、円形平板状の部材に偏心した開口部３１ａを設けた単純な構造であったが、よりスムーズな排気を行うため、図６に示す接続部材３１’のような構成としてもよい。接続部材３１’は、具体的には、接続部材３１と同様に、偏心した開口部３１ａ’、粗引き配管用のポート３１ｂ’を有するものであるが、接続部材３１’の上部の開口部分から開口部３１ａ’にかけて、傾斜部３１ｃ’が形成されており、開口部３１ａ’に向かって、スムーズに排気される構造となっている。なお、接続部材３１’においては、上部フランジ３１ｄ’が下部チャンバ１１のフランジ１１ｃへ接続され、下部フランジ３１ｅ’が振り子式ゲート弁３２へ接続される。更に、本実施例は、実施例２に記載した基板支持台２０と組み合わせても良い。

本発明は、半導体装置の製造に用いるプラズマＣＶＤやプラズマエッチング等のプラズマ処理を実施するプラズマ処理装置及び方法に好適なものである。

１０ プラズマＣＶＤ装置
１１ 下部チャンバ
１２ 支持梁
１２ａ 上面開口部
１２ｃ 貫通孔
１３、２０ 基板支持台
１３ａ 支持筒
１３ｂ 載置台
１５ 基板
１６ 上部チャンバ
１７ 天井板
３１、３１’ 接続部材
３２ 振り子式ゲート弁
３４ ＴＭＰ

Claims (4)

1. 円筒状の真空容器内に所望のガスを供給すると共に、前記真空容器の下部に取り付けた圧力制御弁と前記圧力制御弁の下部に取り付けた真空ポンプを用いて、前記真空容器内の圧力を制御して、前記真空容器内の円筒状の基板支持台上に載置した基板に所望のプラズマ処理を施すプラズマ処理装置において、
   対向する前記真空容器の側壁を貫通する貫通孔を内部に有し、上面に平面を有する矩形断面状であると共に、前記真空容器の中心を通って横断する支持梁を前記真空容器と一体に形成し、
   前記支持梁の上面の中央部に、前記基板支持台を取り付ける開口部を設け、
   真空側と大気側とをシールする第１シール部材を介して、前記開口部に前記基板支持台を取り付けたことを特徴とするプラズマ処理装置。
2. 円筒状の真空容器内に所望のガスを供給すると共に、前記真空容器の下部に取り付けた振り子式ゲート弁と前記振り子式ゲート弁の下部に取り付けた真空ポンプを用いて、前記真空容器内の圧力を制御して、前記真空容器内の円筒状の基板支持台上に載置した基板に所望のプラズマ処理を施すプラズマ処理装置において、
   対向する前記真空容器の側壁を貫通する貫通孔を内部に有し、上面に平面を有する矩形断面状であると共に、前記真空容器の中心を通って横断する支持梁を前記真空容器と一体に形成し、
   前記支持梁の上面の中央部に、前記基板支持台を取り付ける開口部を設け、
   真空側と大気側とをシールする第１シール部材を介して、前記開口部に前記基板支持台を取り付け、
   前記真空容器の軸中心に、前記振り子式ゲート弁の開口率の使用推奨値の中心値における開口領域の面積中心が一致するように、前記支持梁の横断方向又は横断方向に垂直な方向に偏心して、前記振り子式ゲート弁を前記真空容器に取り付けたことを特徴とするプラズマ処理装置。
3. 請求項１又は請求項２に記載のプラズマ処理装置において、
   前記基板支持台は、
   前記支持梁の開口部の周囲に、前記第１シール部材を介して、下端側が取り付けられた円筒状の内筒と、
   前記内筒の外周側に配置されると共に、前記内筒の上端側に、溶接するか又は第２シール部材を介して、上端側が取り付けられたベローズと、
   前記ベローズの外周側に配置されると共に、前記ベローズの下端側に、溶接するか又は第３シール部材を介して、下端側が取り付けられた円筒状の外筒と、
   前記外筒の上端側の開口部を閉塞するように、第４シール部材を介して取り付けられ、前記基板を載置する円盤状の載置台と、
   前記外筒全面を覆うように、前記外筒と密接して設けられ、腐食耐性がある材料からなる円筒状の覆設部材と、
   前記開口部及び前記内筒の内部を通って、前記載置台の裏面に取り付けられた駆動部材と、
   前記貫通孔の内部に設けられ、前記駆動部材を駆動することにより、前記載置台上に載置された基板の位置を変更する駆動機構とを有することを特徴とするプラズマ処理装置。
4. 請求項１から請求項３のいずれか１つに記載のプラズマ処理装置を用いたプラズマ処理方法であって、
   前記真空容器内にガスを供給し、
   前記圧力制御弁及び前記真空ポンプを用いて、前記真空容器内の圧力を制御し、
   前記ガスのプラズマを生成し、
   前記基板支持台上に載置した基板にプラズマ処理を施すことを特徴とするプラズマ処理方法。

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