JP2020029621A - Plasma treatment apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、プラズマ処理装置に関する。 The present invention relates to a plasma processing apparatus.
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。 2. Description of the Related Art In a manufacturing process of various products such as a semiconductor device, a liquid crystal display, and an optical disk, a thin film such as an optical film may be formed on a work such as a wafer or a glass substrate. The thin film can be formed by forming a film of a metal or the like on the work, or performing film processing such as etching, oxidation, or nitridation on the formed film.
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。 Film formation or film treatment can be performed by various methods, and one of them is one using plasma. In film formation, an inert gas is introduced into a chamber in which a target is placed, and a direct current is applied. The film is formed by causing ions of the inert gas that has been turned into plasma to collide with the target and depositing the material beaten from the target on the work. In the film processing, a process gas is introduced into a chamber in which electrodes are arranged, and a high-frequency voltage is applied to the electrodes. Film processing is performed by colliding ions of the process gas that has been turned into plasma with the film on the work.
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。 In order to perform such film formation and film processing continuously, a rotating table is mounted inside one chamber, and a plurality of film forming units and film processing units are arranged in the circumferential direction above the rotary table. There is a processing device (for example, see Patent Document 1). An optical film or the like is formed by holding and transporting the work on the rotary table and passing the work immediately below the film forming unit and the film processing unit.
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。 In a plasma processing apparatus using a rotary table, a cylindrical electrode having a closed upper end and an opening at a lower end (hereinafter, referred to as a “cylindrical electrode”) may be used as a film processing unit. When a cylindrical electrode is used, an opening is provided in the upper part of the chamber, and the upper end of the cylindrical electrode is attached to this opening via an insulator. The side wall of the cylindrical electrode extends into the chamber, and the opening at the lower end faces the rotary table with a slight gap. The chamber is grounded, the cylindrical electrode functions as the anode, and the chamber and the turntable function as the cathode. A process gas is introduced into the cylindrical electrode, and a high-frequency voltage is applied to generate plasma. Electrons contained in the generated plasma flow into the rotary table, which is the cathode. By passing the work held on the turntable below the opening of the cylindrical electrode, ions contained in the plasma collide with the work and perform film processing.
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。 A cylindrical shield is attached to the chamber so as to cover the side wall of the cylindrical electrode extending inside. The shield is attached to the edge of the opening of the chamber and extends parallel to the side wall of the tubular electrode. The shield connected to this chamber also functions as a cathode. The shield is disposed so as to be opposed to the cylindrical electrode with a small gap so as not to contact the cylindrical electrode.
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。 In recent years, the size of a workpiece to be processed tends to be large, and an improvement in processing efficiency has been demanded. In order to reduce the weight that increases due to the enlargement of the cylindrical electrode, the cylindrical electrode tends to be thin. In the film processing, the temperature of the cylindrical electrode is greatly increased due to the generation of plasma, so that the thinned cylindrical electrode may be deformed by heat and come into contact with the shield. When the cylindrical electrode comes into contact with the shield, that is, when the voltage-applied electrode comes into contact with the grounded electrode, abnormal discharge occurs and the plasma becomes unstable. As a result, stable film processing may not be performed.
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。 An object of the present invention is to provide a highly reliable plasma processing apparatus capable of preventing contact between a cylindrical electrode and a shield and performing stable film processing in order to solve the above-described problems. I do.
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。 In order to achieve the above object, a plasma processing apparatus of the present invention has one end provided with an opening and the other end closed, and a process gas is introduced into the inside and a voltage is applied thereto. A cylindrical electrode for converting the process gas into plasma, a vacuum vessel having an opening, the cylindrical electrode having the other end attached to the opening via an insulating member, and a vacuum vessel extending therein; The work to be performed, a transport unit that transports below the opening of the cylindrical electrode, a shield that is connected to the vacuum container and covers the cylindrical electrode extending inside the vacuum container via a gap, And a spacer formed of an insulating material and provided in a gap between the cylindrical electrode and the shield.
前記スペーサはブロック形状としても良い。 The spacer may have a block shape.
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。 The spacer may have a surface facing the cylindrical electrode and a surface facing the shield having an area of 1 to 3 cm 2 .
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。 The spacer may have an inclined portion inclined toward the shield at a corner of the surface facing the cylindrical electrode, which is located on the opening side of the vacuum vessel.
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。 The spacer may be fixed to the shield with a bolt made of an insulating material.
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。 The spacer may be provided near one end of the cylindrical electrode.
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。 The spacer may be installed near one end of the cylindrical electrode, near the other end, and near the middle between one end and the other end.
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。 The cylindrical electrode and the shield may have a rectangular cylindrical shape, and the spacer may be provided in a gap between the cylindrical electrode and the shield.
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。 By providing a spacer in the gap between the side wall of the cylindrical electrode and the shield, it is possible to prevent the contact between the cylindrical electrode and the shield and provide a highly reliable plasma processing apparatus capable of performing stable film processing. it can.
[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。
[Constitution]
Embodiments of the present invention will be specifically described with reference to the drawings.
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。
As shown in FIGS. 1 and 2, the plasma processing apparatus has a substantially
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。
Since the
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。
On the upper surface of the
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。 Hereinafter, simply referring to “circumferential direction” means “circumferential direction of the rotary table 3”, and simply saying “radial direction” means “radial direction of the rotary table 3”. In the present embodiment, a flat substrate is used as an example of the work W, but the type, shape, and material of the work W to be subjected to plasma processing are not limited to specific ones. For example, a curved substrate having a concave portion or a convex portion at the center may be used. Further, a material containing a conductive material such as metal or carbon, a material containing an insulator such as glass or rubber, or a material containing a semiconductor such as silicon may be used.
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。
Above the
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。
In the example of FIG. 1, seven
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。
Between the
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。
FIG. 2 shows a configuration example of the
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。
2 and 3 show configuration examples of the
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。
The
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。
As shown in FIG. 1, when viewed from above, the
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。
As described above, the
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。
The
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。
The
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。
Further, a process
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。
An
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。
When an oxygen gas, which is a process gas, is introduced into the
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。
In the embodiment of the present invention, the
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。
The
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。
The size of the
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。
The width of the side surfaces 30c and 30d, which are orthogonal to the side surfaces 30a and 30b and connect the side surfaces 30a and 30b, is equal to or slightly smaller than the gap d between the
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。
The side surface 30 a facing the
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。
In the example of FIG. 3, two
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。
However, the example in FIG. 3 is merely an example, and the number and positions of the
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。
For example, as shown in FIG. 7, the
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。
FIGS. 3 and 7 show examples in which the rectangular
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。
The plasma processing apparatus further includes a
[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。
[Operation and Action]
The operation of the plasma processing apparatus according to the present embodiment and the operation of the
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。
In the
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。
The work W on which the film formation has been performed in the
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。
As described above, the
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。
In the present embodiment, since the
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。
The
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。
Therefore, in the present embodiment, the block-shaped
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。
Here, the capacitance between the case where the insulating
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。
In the configuration of FIG. 8, when the insulating
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。
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。
In the configuration of the present embodiment in which the
When a distance between plates is k [m] and an area of each parallel plate is S [m 2 ], a capacitance C [F] of a capacitor composed of an anode and a cathode of a parallel plate is expressed by the following formula ( 1).
Here, ε 0 is a vacuum dielectric constant, and is 8.85 × 10 −12 [F / m]. ε r is the relative permittivity of the dielectric.
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。
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。
When the
Here, Sp is the area [m 2 ] of the
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。
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。
The increase rate R [%] of the capacitance due to the use of the
Here, n is the number of
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。
That is, even if nine
[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。
[effect]
As described above, the plasma processing apparatus according to the present embodiment has the lower end that is one end where the
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。
In the film processing, the temperature rises significantly due to the generation of plasma, so that the
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。
The
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。
The
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。
The
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。
The
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。
The
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。
The
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。
The
[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。
[Other Embodiments]
(1) The present invention is not limited to the above embodiment. For example, in the above-described embodiment, post-oxidation is performed in the film processing, but etching or nitriding may be performed. In the case of an etching process, an argon gas is preferably introduced into the
(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。
(2) The shape of the rotary table 3 and the
(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。 (3) Although the embodiment of the present invention and the modification of each unit have been described above, the embodiment and the modification of each unit are presented as examples, and are not intended to limit the scope of the invention. . These novel embodiments described above can be implemented in other various forms, and various omissions, replacements, and changes can be made without departing from the spirit of the invention. These embodiments and their modifications are included in the scope and gist of the invention, and are also included in the invention described in the claims.
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
1 chamber (vacuum vessel)
1a Opening
2 Exhaust section
3 Rotary table (transport section)
3a Holder
3b Rotary axis
4a, 4b, 4c, 4d, 4f, 4g Processing unit (film formation unit)
4e Processing unit (membrane processing unit)
5 Load lock section
6 Target
7 DC power supply
8 Sputter gas inlet
9 Partition wall
10 cylindrical electrode
10a flange
11 Opening
12 Housing
13 Shield
15 RF power supply
16 Process gas inlet
20 control unit
21 Matching box
22 Insulating material
30 Spacer
30a, 30b, 30c, 30d side
31 bolt hole
32 volts
33 Inclined part
P transport path
W Work
d gap
Claims (8)
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。 A cylindrical electrode that has one end provided with an opening and the other end closed, a process gas is introduced therein, and a voltage is applied to convert the process gas into a plasma,
A vacuum vessel having an opening, wherein the cylindrical electrode attached to the opening at the other end via an insulating member extends therein;
A transport unit that transports the workpiece to be processed by the process gas below an opening of the cylindrical electrode,
A shield connected to the vacuum vessel and covering the cylindrical electrode extending inside the vacuum vessel via a gap,
A spacer formed of an insulating material and installed in a part of a gap between the cylindrical electrode and the shield,
A plasma processing apparatus comprising:
Priority Applications (1)
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