JP2017172019A - プラズマ処理装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】筒形電極とシールドの接触を防止し、膜処理を安定して行う。
【解決手段】プラズマ処理装置は、開口部１１が設けられた一端である下端と、閉塞された他端である上端を有し、内部にプロセスガスが導入され、電圧が印加されることによって当該プロセスガスをプラズマ化させる筒形電極１０と、開口１ａを有する真空容器であるチャンバ１を備え、上端が開口１ａに絶縁部材２２を介して取り付けられた筒形電極１０が、チャンバ１の内部に延在する。プラズマ処理装置は、また、プロセスガスによって処理されるワークＷを、筒形電極１０の開口部１１の下に搬送する搬送部である回転テーブル３と、真空容器の内部に延在する筒形電極１０を、隙間ｄを介して覆うシールド１３と、筒形電極１０とシールド１３の隙間ｄに設置され、絶縁材料で構成されたスペーサ３０と、を備える。
【選択図】図３

Description

本発明は、プラズマ処理装置に関する。
半導体装置や液晶ディスプレイあるいは光ディスクなど各種の製品の製造工程において、例えばウェーハやガラス基板等のワーク上に光学膜等の薄膜を成膜することがある。薄膜は、ワークに対して金属等の膜を形成する成膜や、形成した膜に対してエッチング、酸化又は窒化等の膜処理を行うこと等によって、作成することができる。
成膜あるいは膜処理は様々な方法で行うことができるが、その一つとして、プラズマを用いたものがある。成膜では、ターゲットを配置したチャンバに不活性ガスを導入し、直流電流を印加する。プラズマ化した不活性ガスのイオンをターゲットに衝突させ、ターゲットから叩き出された材料をワークに堆積させて成膜を行う。膜処理では、電極を配置したチャンバにプロセスガスを導入し、電極に高周波電圧を印加する。プラズマ化したプロセスガスのイオンをワーク上の膜に衝突させることによって膜処理を行う。
このような成膜と膜処理を連続して行えるように、一つのチャンバの内部に回転テーブルを取り付け、回転テーブル上方の周方向に成膜用のユニットと膜処理用のユニットを複数配置したプラズマ処理装置がある（例えば、特許文献１参照）。ワークを回転テーブル上に保持して搬送し、成膜ユニットと膜処理ユニットの直下を通過させることで、光学膜等が形成される。
回転テーブルを用いたプラズマ処理装置において、膜処理ユニットとして、上端が塞がれ、下端に開口部を有する筒形の電極（以下、「筒形電極」と称する。）を用いることがある。筒形電極を用いる場合には、チャンバの上部に開口部を設け、この開口部に、筒形電極の上端を、絶縁物を介して取り付ける。筒形電極の側壁がチャンバの内部に延在し、下端の開口部が回転テーブルにわずかな隙間を介して面する。チャンバは接地され、筒形電極がアノード、チャンバと回転テーブルがカソードとして機能する。筒形電極の内部にプロセスガスを導入して高周波電圧を印加し、プラズマを発生させる。発生したプラズマに含まれる電子は、カソードである回転テーブル側に流れ込む。回転テーブルに保持されたワークを筒形電極の開口部の下を通過させることによって、プラズマに含まれるイオンがワークに衝突して膜処理がなされる。
特開２００２−２５６４２８号公報
チャンバには、内部を延びる筒形電極の側壁を覆うように、筒形のシールドが取り付けられている。シールドはチャンバの開口部の縁に取り付けられ、筒形電極の側壁と平行に延びる。このチャンバに接続したシールドも、カソードとして機能する。シールドは筒形電極に接触しないように、わずかな隙間を介して対向するように配置される。
近年、処理するワークが大型化する傾向があり、また処理効率の向上が要請されるため、筒形電極が大型化する傾向がある。筒形電極の大型化により増加する重量を低減するため、筒形電極を薄くする傾向がある。膜処理ではプラズマの発生により筒形電極の温度が大きく上昇するため、薄くなった筒形電極が熱によって変形し、シールドと接触する可能性が生じる。筒形電極がシールドと接触する、すなわち電圧のかかった電極が接地された電極に接触することによって、異常放電が発生し、プラズマが不安定となる。結果として、安定した膜処理が行えなくなる可能性がある。
本発明は、上述のような課題を解決するために、筒形電極とシールドの接触を防止し、膜処理を安定して行うことができる信頼性の高いプラズマ処理装置を提供することを目的とする。
上記の目的を達成するために、本発明のプラズマ処理装置は、開口部が設けられた一端と閉塞された他端を有し、内部にプロセスガスが導入され、電圧が印加されることによって当該プロセスガスをプラズマ化させる筒形電極と、開口を有し、当該開口に前記他端が絶縁部材を介して取り付けられた前記筒形電極が内部に延在する真空容器と、前記プロセスガスによって処理されるワークを、前記筒形電極の開口部の下に搬送する搬送部と、前記真空容器に接続し、前記真空容器の内部に延在する前記筒形電極を隙間を介して覆うシールドと、絶縁材料で構成され、前記筒形電極と前記シールドの隙間に設置されたスペーサと、を備える。
前記スペーサはブロック形状としても良い。
前記スペーサは、前記筒形電極と対向する面及び前記シールドと対向する面の面積が１〜３ｃｍ２としても良い。
前記スペーサは、前記筒形電極と対向する面の、前記真空容器の前記開口側に位置する角に、前記シールド側に傾斜した傾斜部を有するようにしても良い。
前記スペーサは、絶縁材料で構成されたボルトで前記シールドに固定されるようにしても良い。
前記スペーサは、前記筒形電極の一端の近傍に設置しても良い。
前記スペーサは、前記筒形電極の一端の近傍、他端の近傍、及び一端と他端の中間付近に設置しても良い。
前記筒形電極及び前記シールドは角筒状であり、前記スペーサは、前記筒形電極及び前記シールドの対向する隙間にそれぞれ設置しても良い。
筒形電極の側壁とシールドの隙間にスペーサを配置することによって、筒形電極とシールドの接触を防止し、膜処理を安定して行うことができる信頼性の高いプラズマ処理装置を提供することができる。
本発明の実施形態に係るプラズマ処理装置の構成を模式的に示す平面図である。 図１のＡ−Ａ断面図である。 図１のＢ−Ｂ断面図であり、膜処理ユニットを回転テーブルの中心から見た図である。 スペーサの拡大側面図である。 スペーサの拡大正面図である。 スペーサをシールドに取り付けた状態を示す図である。 スペーサの設置態様の別の例を示す図である。 比較例として、絶縁部材が筒形電極とシールドの隙間全体を覆う態様を示す図である。
［構成］
本発明の実施形態について、図面を参照して具体的に説明する。
図１及び図２に示すように、プラズマ処理装置は略円筒形のチャンバ１を有する。チャンバ１には排気部２が設けられており、チャンバ１の内部を真空に排気可能になっている。すなわち、チャンバ１は真空容器として機能する。チャンバ１の上面には開口１ａが設けられているが、この開口１ａには後述する筒形電極１０が嵌め込まれ、チャンバ１の内部は気密に保たれている。回転軸３ｂが、チャンバ１の底部を貫通してチャンバ１の内部に立設している。回転軸３ｂには略円形の回転テーブル３が取り付けられている。回転軸３ｂには不図示の駆動機構が連結される。駆動機構の駆動によって回転テーブル３は回転軸３ｂを中心に回転する。
チャンバ１、回転テーブル３及び回転軸３ｂは、プラズマ処理装置においてカソードとして作用するので、電気抵抗の少ない導電性の金属部材で構成すると良い。回転テーブル３は、例えば、ステンレス鋼の板状部材の表面に酸化アルミニウムを溶射したものとしても良い。
回転テーブル３の上面には、ワークＷを保持する保持部３ａが複数設けられる。複数の保持部３ａは、回転テーブル３の周方向に沿って等間隔に設けられる。回転テーブル３が回転することによって、保持部３ａに保持されたワークＷが回転テーブル３の周方向に移動する。言い替えると、回転テーブル３の面上には、ワークＷの円形の移動軌跡である搬送経路（以下、「搬送路Ｐ」という。）が形成される。保持部３ａは、例えばワークＷを載置するトレイとすることができる。
以降、単に「周方向」という場合には、「回転テーブル３の周方向」を意味し、単に「半径方向」という場合には、「回転テーブル３の半径方向」を意味する。また、本実施形態ではワークＷの例として、平板状の基板を用いているが、プラズマ処理を行うワークＷの種類、形状及び材料は特定のものに限定されない。例えば、中心に凹部あるいは凸部を有する湾曲した基板を用いても良い。また、金属、カーボン等の導電性材料を含むもの、ガラスやゴム等の絶縁物を含むもの、シリコン等の半導体を含むものを用いても良い。
回転テーブル３の上方には、プラズマ処理装置における各工程の処理を行うユニット（以下、「処理ユニット」という。）が設けられている。各処理ユニットは、回転テーブル３の面上に形成されるワークＷの搬送路Ｐに沿って、互いに所定の間隔を空けて隣接するように配置されている。保持部３ａに保持されたワークＷが各処理ユニットの下を通過することで、各工程の処理が行われる。
図１の例では、回転テーブル３上の搬送路Ｐに沿って７つの処理ユニット４ａ〜４ｇが配置されている。本実施形態では、処理ユニット４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄ，４ｆ，４ｇはワークＷに成膜処理を行う成膜ユニットである。処理ユニット４ｅは、成膜ユニットによってワークＷに形成された膜に対して処理を行う膜処理ユニットである。本実施形態では、成膜ユニットは、スパッタリングを行うものとして説明する。また、膜処理ユニット４ｅは、後酸化を行うものとして説明する。後酸化とは、成膜ユニットで成膜された金属膜に対して、プラズマにより生成された酸素イオン等を導入することによって金属膜を酸化する処理である。
処理ユニット４ａと処理ユニット４ｇの間には、外部から未処理のワークＷをチャンバ１の内部に搬入し、処理済みのワークＷをチャンバ１の外部へ搬出するロードロック部５が設けられている。なお、本実施形態では、ワークＷの搬送方向を、図１の時計回りに、処理ユニット４ａの位置から処理ユニット４ｇへ向かう方向とする。もちろん、これは一例であり、搬送方向、処理ユニットの種類、並び順及び数は特定のものに限定されず、適宜決定することができる。
成膜ユニットである処理ユニット４ａの構成例を図２に示す。他の成膜ユニット４ｂ，４ｃ，４ｄ，４ｆ，４ｇも、成膜ユニット４ａと同様に構成しても良いが、その他の構成を適用しても良い。図２に示すように、成膜ユニット４ａは、スパッタ源としてチャンバ１の内部の上面に取り付けられたターゲット６を備えている。ターゲット６は、ワークＷ上に堆積させる材料で構成された板状の部材である。ターゲット６は、ワークＷが成膜ユニット４ａの下を通過する際に、ワークＷと対向する位置に設置される。ターゲット６には、ターゲット６に対して直流電圧を印加するＤＣ電源７が接続されている。また、チャンバ１の内部の上面の、ターゲット６を取り付けた箇所の近傍には、スパッタガスをチャンバ１の内部に導入するスパッタガス導入部８が設置されている。スパッタガスは、例えば、アルゴン等の不活性ガスを用いることができる。ターゲット６の周囲には、プラズマの流出を低減するための隔壁９が設置されている。なお、電源に関してはＤＣパルス電源、ＲＦ電源等周知のものが適用できる。
膜処理ユニット４ｅの構成例を図２及び図３に示す。膜処理ユニット４ｅは、チャンバ１の内部の上面に設置され筒形電極１０を備えている。筒形電極１０は、角筒状であり、一端に開口部１１を有し、他端は閉塞されている。筒形電極１０は、開口部を有する一端（以降、「下端」という）を下側にし、閉塞された他端（以降、「上端」という）を上側にして、上端がチャンバ１の上面に設けられた開口１ａに絶縁部材２２を介して取り付けられている。筒形電極１０の側壁はチャンバ１の内部に延在し、下端の開口部１１が回転テーブル３に面している。より具体的には、上端には、外方へ張り出すフランジ１０ａが設けられている。絶縁部材２２が、フランジ１０ａの下面とチャンバ１の開口１ａの周縁に固定されることで、チャンバ１の内部を気密に保っている。絶縁部材２２は特定の材料に限定されないが、たとえばポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）等の材料から構成することができる。
筒形電極１０の開口部１１は、回転テーブル３上に形成された搬送路Ｐと向かい合う位置に配置される。すなわち、回転テーブル３は、搬送部として、ワークＷを搬送して開口部１１の直下を通過させる。そして、開口部１１の直下の位置が、ワークＷの通過位置となる。
図１に示すように、筒形電極１０は上から見ると回転テーブル３の半径方向における中心側から外側に向けて拡径する扇形になっている。ここでいう扇形とは、扇子の扇面の部分の形を意味する。筒形電極１０の開口部１１も、同様に扇形である。回転テーブル３上に保持されるワークＷが開口部１１の下を通過する速度は、回転テーブル３の半径方向において中心側に向かうほど遅くなり、外側へ向かうほど速くなる。そのため、開口部１１が単なる長方形又は正方形であると、半径方向における中心側と外側とでワークＷが開口部１１の直下を通過する時間に差が生じる。開口部１１を半径方向における中心側から外側に向けて拡径させることで、ワークＷが開口部１１を通過する時間を一定とすることができ、後述するプラズマ処理を均等にできる。ただし、通過する時間の差が製品上問題にならない程度であれば、長方形又は正方形でもよい。筒形電極１０の大きさや壁面の厚みは、特定のものに限られないが、大型化及び薄型化する傾向があり、例えば、周方向の幅が３００〜４００ｍｍ、半径方向の幅が８００ｍｍ、壁面の厚みが１ｍｍ程度のものが用いられることがある。
上述したように、筒形電極１０はチャンバ１の開口１ａを貫通し、一部がチャンバ１の外部に露出している。この筒形電極１０におけるチャンバ１の外部に露出した部分は、図２に示すように、ハウジング１２に覆われている。ハウジング１２によってチャンバ１の内部の空間が気密に保たれる。筒形電極１０のチャンバ１の内部に位置する部分、すなわち側壁の周囲は、シールド１３によって覆われている。
シールド１３は、筒形電極１０と同軸の扇形の角筒であり、筒形電極１０よりも大きい。シールド１３はチャンバ１に接続している。具体的には、シールド１３はチャンバ１の開口１ａの縁から立設し、チャンバ１の内部に向かって延び、下端は筒形電極１０の開口部１１と同じ高さに位置する。シールド１３は、チャンバ１と同様にカソードとして作用するので、電気抵抗の少ない導電性の金属部材で構成すると良い。シールド１３はチャンバ１と一体的に成型しても良く、あるいはチャンバ１に固定金具等を用いて取り付けても良い。
シールド１３は筒形電極１０内でプラズマを安定して発生させるために設けられている。シールド１３の各側壁は、筒形電極１０の各側壁と所定の隙間ｄを介して略平行に延びるように設けられる。隙間ｄが大きくなりすぎると静電容量が小さくなったり、筒形電極１０内で発生したプラズマが隙間ｄに入り込んだりしてしまうため、隙間ｄはできるたけ小さいことが望ましい。ただし、隙間ｄが小さくなり過ぎても、筒形電極１０とシールド１３との間の静電容量が大きくなってしまうため好ましくない。隙間ｄの大きさは、プラズマの発生に必要とされる静電容量に応じて適宜設定すると良いが、例えば７ｍｍとすると良い。なお、図３は、シールド１３及び筒形電極１０の半径方向に延びる２つの側壁面しか図示していないが、シールド１３及び筒形電極１０の周方向に延びる２つの側壁面の間も、半径方向の側壁面と同じ大きさの隙間ｄが設けられている。
また、筒形電極１０にはプロセスガス導入部１６が接続されており、プロセスガス導入部１６を介して外部のプロセスガス供給源から筒形電極１０の内部にプロセスガスが導入される。プロセスガスは、膜処理の目的によって適宜変更可能である。例えば、エッチングを行う場合は、エッチングガスとしてアルゴン等の不活性ガスを用いることができる。酸化処理又は後酸化処理を行う場合は酸素を用いることができる。窒化処理を行う場合は窒素を用いることができる。
筒形電極１０には、高周波電圧を印加するためのＲＦ電源１５が接続されている。ＲＦ電源１５の出力側には整合回路であるマッチングボックス２１が直列に接続されている。ＲＦ電源１５はチャンバ１にも接続されている。ＲＦ電源１５から電圧を印加すると、筒形電極１０がアノードとして作用し、チャンバ１、シールド１３及び回転テーブル３がカソードとして作用する。マッチングボックス２１は、入力側及び出力側のインピーダンスを整合させることで、プラズマの放電を安定化させる。なお、チャンバ１や回転テーブル３は接地されている。チャンバ１に接続されるシールド１３も接地される。ＲＦ電源１５及びプロセスガス導入部１６はともに、ハウジング１２に設けられた貫通孔を介して筒形電極１０に接続する。
プロセスガス導入部１６から筒形電極１０内にプロセスガスである酸素ガスを導入し、ＲＦ電源１５から筒形電極１０に高周波電圧を印加すると、酸素ガスがプラズマ化され、電子、イオン及びラジカル等が発生する。酸素ガスがプラズマ化される際、筒形電極１０の内部は高温になる。上述したように、筒形電極１０は大型化及び薄型化する傾向があるため、熱によって撓んだり変形したりする可能性がある。上述したように、筒形電極１０とシールド１３の間の隙間ｄは小さいため、筒形電極１０が変形すると、シールド１３に接触する可能性がある。
本発明の実施形態では、筒形電極１０とシールド１３の間の隙間ｄに、スペーサ３０が設置されている。筒形電極１０が変形したとしても、スペーサ３０が筒形電極１０の移動を抑制するため、筒形電極１０とシールド１３の接触が防止される。スペーサの拡大図を、図４〜図６に示している。スペーサ３０は、直方体のブロック形状である。アノード−カソード間の絶縁を維持するために、スペーサ３０は絶縁材料から構成すると良い。スペーサ３０は、絶縁部材２２と同様に、ＰＴＦＥで構成しても良い。
スペーサ３０は、チャンバ１の上面及び底面に対向する、相互に平行な上面及び下面を有し、さらに上面と下面を接続する四つの側面３０ａ，３０ｂ，３０ｃ，３０ｄを有する。筒形電極１０に対向する側面３０ａと、シールド１３に対向する側面３０ｂを貫通するようにボルト穴３１が設けられている。ボルト穴３１は筒形電極１０側ではボルト３２の頭部が入る大きさであるが、シールド１３側で縮径してボルト３２の軸部のみが通る大きさとなっている。図示の例では、ボルト穴３１は平行して二つ設けられているが、ボルト穴３１の数やボルト穴３１の位置は図示の例に限定されず、適宜設計することができる。図６に示すように、スペーサ３０は、ボルト穴３１に通したボルト３２によって、シールド１３に固定される。なお、ボルト３２はＰＥＥＫ又はＰＴＦＥ等の絶縁材料で構成したものを用いると良い。
スペーサ３０の大きさは適宜決定することができるが、絶縁材料で構成するスペーサ３０が、アノード−カソード間の静電容量に大きな影響を与えないように、小型にすることが望ましい。例えば、筒形電極１０と対向する面である側面３０ａと、シールド１３と対向する面である側面３０ｂの面積は、１〜３ｃｍ２程度とすると良い。
側面３０ａ及び３０ｂに直交し、かつ側面３０ａ及び３０ｂを接続する面である側面３０ｃ，３０ｄの幅は、筒形電極１０とシールド１３の間の隙間ｄと同じか若干小さくし、シールド１３と筒形電極１０の間の隙間ｄに嵌まり込むようにすると良い。例えば、隙間ｄが７ｍｍであれば、側面３０ｃ，３０ｄの幅を６ｍｍとしても良い。
筒形電極１０に対向する側面３０ａは、チャンバ１の開口１ａ側に位置する角が面取りされ、シールド１３側に傾斜する傾斜部３３が設けられている。傾斜角度は適宜設定することができるが、例えば、側面ａに対して３０°としても良い。スペーサ３０の取り付けの際には、筒形電極１０をチャンバ１の開口１ａから取り外した状態で、スペーサ３０をボルト３２でシールド１３に取り付ける。その後、開口１ａから筒形電極１０を嵌め込む。上述したようにスペーサ３０の寸法は隙間ｄに嵌まり込むようにできているため、傾斜部３３があることによって、筒形電極１０をスムーズに挿入することができる。
図３の例では、２つのスペーサ３０が、角筒状のシールド１３及び筒形電極１０の、半径方向に沿った２つの側壁面の間の隙間ｄ、すなわち対向する隙間ｄにそれぞれ設置されている。２つのスペーサ３０を対向する隙間ｄにそれぞれ設置することで、安定して隙間ｄを維持することができる。また、２つのスペーサ３０は筒形電極１０の下端近傍にそれぞれ設置されている。筒形電極１０は、チャンバ１に取り付けられている上端付近よりも、開放端となっている下端付近の方が変形しやすいと考えられる。スペーサ３０を下端近傍に設置することによって、筒形電極１０の変形しやすい下端付近がシールド１３に接触することを防止することができる。
しかしながら、図３の例はあくまで一例であり、スペーサ３０の設置数及び設置位置はこれに限られない。筒形電極１０が変形した場合でも、シールド１３と筒形電極１０の隙間ｄを維持して接触を防ぐことができ、かつスペーサ３０による静電容量の増加がマッチングボックス２１での制御に影響を与えない範囲であれば、設置位置及び設置数は適宜設定することができる。
例えば、図７に示すように、下端の近傍だけでなく、上端の近傍、上端と下端の中間付近にスペーサ３０を設置して、全体的に安定して隙間ｄを維持できるようにしても良い。もちろん、３つの位置すべてに配置しなくても良く、例えば上端近傍又は中間付近のみに設置しても良い。スペーサ３０の設置間隔は、等間隔であっても良い。あるいは、設置は等間隔でなくても良く、例えば、下端付近に多く設置しても良い。
また、図３、図７は、角筒状のシールド１３及び筒形電極１０の、半径方向に沿った２つの側壁面の間の隙間ｄに設置した例を示しているが、周方向に沿った２つの側壁面の間の隙間ｄに設置しても良い。もちろん、半径方向の隙間ｄ及び周方向の隙間ｄの両方に設置しても良い。あるいは、対向する隙間ｄの両方に設置せず、半径方向の隙間ｄの１つと周方向の隙間ｄの１つにスペーサ３０を設置しても良い。
プラズマ処理装置は、さらに制御部２０を備えている。制御部２０はＰＬＣやＣＰＵなどの演算処理装置から構成される。制御部２０は、チャンバ１へのスパッタガスおよびプロセスガスの導入および排気に関する制御、ＤＣ電源７及びＲＦ電源１５の制御、および、回転テーブル３の回転速度の制御などの制御を行う。
［動作及び作用］
本実施形態のプラズマ処理装置の動作と、スペーサ３０の作用を説明する。ロードロック室から未処理のワークＷをチャンバ１に搬入する。搬入したワークＷは、回転テーブル３の保持部３ａによって保持される。チャンバ１の内部は、排気部２によって排気されて真空状態にされている。回転テーブル３を駆動することにより、ワークＷを搬送路Ｐに沿って搬送して、各処理ユニット４ａ〜４ｇの下を通過させる。
成膜ユニット４ａでは、スパッタガス導入部８からスパッタガスを導入し、ＤＣ電源７からスパッタ源に直流電圧を印加する。直流電圧の印加によってスパッタガスがプラズマ化され、イオンが発生する。発生したイオンがターゲット６に衝突すると、ターゲット６の材料が飛び出す。飛び出した材料が成膜ユニット４ａの下を通過するワークＷに堆積することで、ワークＷに薄膜が形成される。他の成膜ユニット４ｂ，４ｃ，４ｄ，４ｆ，４ｇでも、同様の方法で成膜が行われる。ただし、必ずしもすべての成膜ユニットで成膜する必要はない。一例として、ここでは、ワークＷに対してＳｉ膜をＤＣスパッタリングにより成膜する。
成膜ユニット４ａ〜４ｄで成膜が行われたワークＷは、引き続き搬送路Ｐ上を回転テーブル３によって搬送され、膜処理ユニット４ｅにおいて、筒形電極１０の開口部１１の直下の位置、すなわち膜処理位置を通過する。上述したように、本実施形態では、膜処理ユニット４ｅにおいて後酸化を行う例を説明する。膜処理ユニット４ｅでは、プロセスガス導入部１６から筒形電極１０にプロセスガスである酸素ガスを導入し、ＲＦ電源１５から筒形電極１０に高周波電圧を印加する。高周波電圧の印加によって酸素ガスがプラズマ化され、電子、イオン及びラジカル等が発生する。プラズマはアノードである筒形電極１０の開口部１１から、カソードである回転テーブル３へ流れる。プラズマ中のイオンが開口部１１の下を通過するワークＷの薄膜に衝突することで、薄膜が後酸化される。
上述したように、ＲＦ電源１５にはマッチングボックス２１が接続されている。マッチングボックス２１は出力側インピーダンスを入力側インピーダンスと整合させ、カソード側に流れる電流が最大値となるようにして、安定したプラズマ放電が行われるようにしている。しかしながら、筒形電極１０がプラズマ処理の際に発生する熱によって撓んだり変形したりして、シールド１３に接触すると異常放電が発生する可能性がある。
本実施形態では、シールド１３と筒形電極１０の間の隙間ｄに、スペーサ３０が設置されているので、筒形電極１０が変形しても、シールド１３の接触を防ぐことができる。ここで、筒形電極１０のシールド１３への接触を防止することを目的とするのであれば、図８に示すように、筒形電極１０の上端のフランジ１０ａとチャンバ１の開口１ａの周縁との間に介在する絶縁部材２２を拡張して、筒形電極１０とシールド１３の間の隙間ｄの全体を覆うようにすれば良いとも考えられる。しかしながら、筒形電極１０とシールド１３の間の隙間ｄの全体を絶縁部材２２が占めることによって、アノード−カソード間の静電容量が大きく増加することになる。
マッチングボックス２１は、予め設定されたアノード−カソード間の静電容量に基づいてインピーダンス制御を行っている。既設のプラズマ処理装置に対して、絶縁部材２２を隙間ｄの全体を占めるものと交換する場合には、増加した静電容量値に基づいてマッチングボックス２１での再設定を行わなければならず、煩雑である。
そこで、本実施形態では、アノード−カソード間の静電容量に大きな影響を与えないように、ブロック形状のスペーサ３０を筒形電極１０とシールド１３の間の隙間ｄに設置している。スペーサ３０は隙間ｄの一部に設置されるものである。よって、隙間ｄ全体を占める図８の絶縁部材２２に比べれば、増加率は低く抑えられる。スペーサ３０によって静電容量が若干増加しても、マッチングボックス２１での制御の許容範囲であれば、マッチングボックス２１での再設定を行う必要は無い。静電容量の増加率がおよそ±１％未満であれば、マッチングボックス２１の再設定を行わなくても、安定したプラズマを維持することができることが知られている。
ここで、図８に示した、絶縁部材２２が筒形電極１０とシールド１３の間の隙間ｄの全体を覆った場合と、本実施形態のスペーサ３０を配置した場合との、静電容量の増加率を比較検討する。
図８の構成において、絶縁部材２２をＰＴＦＥで構成した場合、隙間ｄが比誘電率２．１のＰＴＥＦに置き換わるため、隙間ｄに何も配置しなかった場合と比べて静電容量は約２倍となり、静電容量の増加率は約１００％となる。すなわち、図８の構成とした場合には、マッチングボックス２１の制御の許容範囲を超えてしまうため、マッチングボックス２１での再設定が必要となる。
隙間ｄにスペーサ３０を配置した本実施形態の構成における、静電容量の増加率Ｒ［％］は、以下の通り求めることができる。
平行板のアノード−カソードから構成されるコンデンサにおいて、板間距離がｋ[ｍ]、各平行板の面積がＳ[ｍ２]である場合に、静電容量Ｃ［Ｆ］は以下の式（１）により求めることができる。
Figure 2017172019
 ここで、ε0は真空の誘電率であり、８．８５×１０−１２[Ｆ／ｍ]である。εrは誘電体の比誘電率である。
本実施形態のスペーサ３０をＰＴＦＥで構成した場合にはεrは２．１となる。スペーサ３０の１個あたりの静電容量の増加量Ｃpは、スペーサ３０の１個の静電容量からスペーサ３０の１個が置き換わる空間の静電容量を除けば良いので、以下の式（２）により求めることができる。
Figure 2017172019
 ここでＳpは、スペーサ３０の筒形電極１０と対向する面積[ｍ２]である。式（１）の板間距離ｋ［ｍ］が、隙間ｄの大きさと対応する。Ｓp=６×１０−４[ｍ２]＝６[ｃｍ２]、ｄ＝７×１０−３[ｍ]＝７[ｍｍ]を上記の式（２）に代入すると、Ｃpの値は、８．３５×１０−１３[Ｆ]となる。
スペーサ３０を使用したことによる静電容量の増加率Ｒ[％]は、スペーサ３０が無い場合の筒形電極１０の静電容量をＣ0[Ｆ]とすると、以下の式（３）により求めることができる。
Figure 2017172019
 ここで、ｎはスペーサ３０の設置個数である。スペーサ３０の設置個数を例えば９個とした場合、式（３）に、Ｃ0＝７．６×１０−１０[Ｆ]、ｎ＝９を代入すると、増加率Ｒ＝０．９９[％]程度となる。
すなわち、スペーサ３０を９個設置したとしても、スペーサ３０を配置しなかった場合と比べて静電容量の増加率は１％未満に抑えられているため、マッチングボックス２１での制御に影響を与えず、再設定を行わなくても、安定したプラズマを維持可能である。
［効果］
上述したように、本実施形態のプラズマ処理装置は、開口部１１が設けられた一端である下端と、閉塞された他端である上端を有し、内部にプロセスガスが導入され、電圧が印加されることによって当該プロセスガスをプラズマ化させる筒形電極１０と、開口１ａを有する真空容器であるチャンバ１を備え、チャンバ１の開口１ａに上端が絶縁部材２２を介して取り付けられた筒形電極１０がチャンバ１の内部に延在する。プラズマ処理装置は、また、プロセスガスによって処理されるワークＷを、筒形電極１０の開口部１１の下に搬送する搬送部である回転テーブル３と、真空容器の内部に延在する筒形電極１０を、隙間ｄを介して覆うシールド１３と、筒形電極１０とシールド１３の隙間ｄの一部に設置され、絶縁材料で構成されたスペーサ３０と、を備える。
膜処理ではプラズマの発生により温度が大きく上昇するため、筒形電極１０が熱によって変形し、シールド１３と接触する可能性が生じる。筒形電極１０の側壁とシールド１３の隙間ｄにスペーサ３０を配置することによって、筒形電極１０とシールド１３の接触を防止し、膜処理を安定して行うことができる。また、スペーサ３０が隙間ｄの全体ではなく一部のみに設置されることで、アノード−カソード間の静電容量に大きな影響を与えないため、既設のプラズマ処理装置にスペーサ３０を取り付ける場合でも、マッチングボックス２１の再設定が必要なく、利便性が高い。
スペーサ３０はブロック形状としても良い。これにより、筒形電極１０の側壁とシールド１３の狭い隙間ｄにも挿入しやすく、取付けも容易となる。
スペーサ３０は、筒形電極１０と対向する面である側面３０ａと、シールド１３と対向する面である側面３０ｂの面積が１〜３ｃｍ２としても良い。スペーサ３０を小型にすることで、アノード−カソード間の静電容量の変化を少なくすることができる。これによって、既設のプラズマ処理装置にスペーサ３０を取り付ける場合でも、マッチングボックス２１の再設定が必要なく、利便性が高い。
スペーサ３０は、側面３０ａの、チャンバ１の開口１ａの側に位置する角に、シールド１３側に傾斜した傾斜部３３を有するようにしても良い。筒形電極１０とシールド１３の隙間ｄは狭いため、スペーサ３０を設置してから筒形電極１０をチャンバ１の開口１ａから挿入すると、スペーサ３０にひっかかりやすい。ここで、スペーサ３０の角が傾斜していることによって、ひっかかりを防ぎ、筒形電極１０のスムーズな挿入が可能となる。これによって、組立効率を向上させることができる。
スペーサ３０は、絶縁材料で構成されるボルト３２でシールド１３に固定しても良い。スペーサ３０を固定するボルト３２も絶縁材料で構成することによって、アノード−カソード間の絶縁を維持することができる。
スペーサ３０は、開口部１１が設けられた筒形電極１０の下端の近傍に配置しても良い。スペーサ３０を変形しやすい筒形電極１０の下端近傍に配置することによって、シールド１３への接触を効果的に防止することができる。
スペーサ３０は、開口部１１が設けられた筒形電極１０の下端の近傍、上端の近傍、下端と上端の中間付近に設置しても良い。スペーサ３０を分散して配置することによって、筒形電極１０とシールド１３の間の隙間ｄを、全体的に安定して維持することができる。
筒形電極１０及びシールド１３は角筒状であり、スペーサ３０は、筒形電極１０及びシールド１３の対向する隙間ｄにそれぞれ設置しても良い。２つのスペーサ３０を対向する隙間ｄにそれぞれ設置することで、安定して隙間ｄを維持することができる。
［その他の実施形態］
（１）本発明は、上記の実施形態に限定されるものではない。たとえば、上述の実施形態では、膜処理において後酸化を行ったが、エッチング処理や窒化処理を行っても良い。エッチング処理の場合は、膜処理ユニット４ｅにアルゴンガスを導入し、窒化処理の場合は膜処理ユニット４ｅに窒素ガスを導入すると良い。
（２）回転テーブル３や各処理ユニットを収容するチャンバ１の形状や処理ユニットの種類及び配置態様も特定のものに限られず、ワークＷの種類や設置環境に応じて適宜変更可能である。
（３）以上、本発明の実施形態及び各部の変形例を説明したが、この実施形態や各部の変形例は、一例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。上述したこれら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明に含まれる。
１ チャンバ（真空容器）
１ａ 開口
２ 排気部
３ 回転テーブル（搬送部）
３ａ 保持部
３ｂ 回転軸
４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄ，４ｆ，４ｇ 処理ユニット（成膜ユニット）
４ｅ 処理ユニット（膜処理ユニット）
５ ロードロック部
６ ターゲット
７ ＤＣ電源
８ スパッタガス導入部
９ 隔壁
１０ 筒形電極
１０ａ フランジ
１１ 開口部
１２ ハウジング
１３ シールド
１５ ＲＦ電源
１６ プロセスガス導入部
２０ 制御部
２１ マッチングボックス
２２ 絶縁部材
３０ スペーサ
３０ａ，３０ｂ，３０ｃ，３０ｄ 側面
３１ ボルト穴
３２ ボルト
３３ 傾斜部
Ｐ 搬送路
Ｗ ワーク
ｄ 隙間

Claims (8)

  1. 開口部が設けられた一端と閉塞された他端を有し、内部にプロセスガスが導入され、電圧が印加されることによって当該プロセスガスをプラズマ化させる筒形電極と、
    開口を有し、当該開口に前記他端が絶縁部材を介して取り付けられた前記筒形電極が内部に延在する真空容器と、
    前記プロセスガスによって処理されるワークを、前記筒形電極の開口部の下に搬送する搬送部と、
    前記真空容器に接続し、前記真空容器の内部に延在する前記筒形電極を隙間を介して覆うシールドと、
    絶縁材料で構成され、前記筒形電極と前記シールドの隙間の一部に設置されたスペーサと、
    を備えたことを特徴とするプラズマ処理装置。
  2. 前記スペーサはブロック形状であることを特徴とする請求項１記載のプラズマ処理装置。
  3. 前記スペーサは、前記筒形電極と対向する面及び前記シールドと対向する面の面積が１〜３ｃｍ２であることを特徴とする請求項２記載のプラズマ処理装置。
  4. 前記スペーサは、前記筒形電極と対向する面の、前記真空容器の前記開口側に位置する角に、前記シールド側に傾斜した傾斜部を有することを特徴とする請求項２又は３記載のプラズマ処理装置。
  5. 前記スペーサは、絶縁材料で構成されたボルトで前記シールドに固定されることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載のプラズマ処理装置。
  6. 前記スペーサは、前記筒形電極の一端の近傍に設置されることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載のプラズマ処理装置。
  7. 前記スペーサは、前記筒形電極の一端の近傍、他端の近傍、及び一端と他端の中間付近に設置されることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載のプラズマ処理装置。
  8. 前記筒形電極及び前記シールドは角筒状であり、前記スペーサは、前記筒形電極及び前記シールドの対向する隙間にそれぞれ設置されることを特徴とする請求項１〜７のいずれか一項に記載のプラズマ処理装置。
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