JP2020202243A - プラズマ処理装置 - Google Patents
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Abstract
Description
ここで、「クリーニングの終点」とは、クリーニングされにくい箇所のうちでも、クリーニング処理が最も遅れる傾向を示す箇所であり、最後にクリーニング処理される箇所及びそのタイミングを意味する。
しかしながら、この発光は必ずしも生じるものではなく、膜種によっては発光を伴わない反応の場合もある。このように発光を伴わない反応では、クリーニングの終点を判断することが難しかった(たとえば、特許文献3)。
プラズマ処理装置であって、
チャンバと、ガス導入口を有する電極フランジと、前記チャンバ及び前記電極フランジによって挟まれた絶縁フランジとから構成され、成膜空間(反応室)を有する処理室と、
前記成膜空間内に収容され、処理面を有する基板が載置され、前記基板の温度を制御する機能を有する支持部と、
前記成膜空間内に収容され、前記処理面に対向するように配置され、前記基板に向けてプロセスガスを供給する複数の小孔を有するシャワープレートと、
前記シャワープレートと前記支持部との間に電圧を印加し、前記プロセスガスのプラズマを生成する電圧印加部と、
前記シャワープレートと前記支持部との間に設けられた空間内へ活性化(ラジカル化)されたクリーニングガスを導入するクリーニングガス供給手段と、
を含み、
前記シャワープレートの外周部と接触する部位αと前記基板の外周部と接触する部位βとを各々検知可能な位置に放射温度計をさらに備えた、
ことを特徴とする。
前記クリーニングガス供給手段と、その上下に重なる位置に設けられた前記放射温度計とを備え、
前記放射温度計の一方が前記部位αの温度を検知可能な位置に、前記放射温度計の他方が前記部位βの温度を検知可能な位置に、それぞれ配置されている、
ことを特徴とする。
前記クリーニングガス供給手段と、その上下に重なる位置に設けられた前記放射温度計とが1組のユニットを構成しており、
前記チャンバは、複数の前記ユニットを備え、各ユニットが前記基板を載置する支持部を取り囲むように、互いに離間して配置されている、
ことを特徴とする。
前記ユニットは、該ユニットを構成する1つ以上の放射温度計の計測情報に基づき、該ユニットを構成するクリーニングガス供給手段から放出されるクリーニングガスの条件(たとえば、流量や流速、放出角度(上下左右)、温度など)を制御する手段を有する、
ことを特徴とする。
部位αと部位βは、電極表面や基板マスクの低温部であり、クリーニングされにくい箇所であり、着膜された膜が最後まで残存しやすい箇所であること、及び、クリーニング処理を行っている最中でも、放射温度計を用いて部位αと部位βの温度を逐次入手できることを本発明者らは、後述する予備実験の結果(a1)〜(a6)により初めて見出した。
これにより、本発明は、クリーニング時に発光を伴わない反応の場合であっても、クリーニングの終点を判断することが可能な、プラズマ処理装置の提供に貢献する。
(a1)クリーニング処理時、発光を伴った反応の他に発熱を伴った反応が起こること。
(a2)上記(a1)の発熱を伴った反応は、発光を伴った反応の有無に関わらず、放射温度計を用いることにより、検知可能であること。
(a3)放射温度計による測定された温度情報は、クリーニング処理を行っている最中に、逐次入手が可能であること。
(a4)この温度情報から、クリーニングされにくい箇所のうちでも、クリーニング処理の程度が遅れている箇所を特定できること。
(a5)上記(a4)のクリーニング処理の程度が遅れている箇所は、シャワープレートの外周部と接触する部位αと基板の外周部と接触する部位βであり、電極表面や基板マスクの低温部であること。
(a6)放射温度計を用いることにより、上記(a4)の低温部をなす部位αと部位βは、その低温部に比較してより高温を示す近傍の部位と識別可能であること。
すなわち、請求項1に記載の発明は、
成膜空間内において、シャワープレートの外周部と接触する部位αと基板の外周部と接触する部位βとを各々検知可能な位置に放射温度計を備えたことにより、クリーニング時に発光を伴わない反応の場合であっても、クリーニングの終点を判断することが可能な、プラズマ処理装置の提供に貢献する。
(プラズマ処理装置)
本発明の実施形態1に係るプラズマ処理装置を図1〜図4に基づいて説明する。なお、以下の説明に用いる各図面では、各部材を認識可能な大きさとするため、各部材の縮尺を適宜変更している。
プラズマ処理装置の一例として、プラズマCVD法を実施する成膜装置1に、本発明を適用した構成に基づき、以下では詳細に説明する。
圧力調整プレート51が設けられる構成とした場合、圧力調整プレート51は、電極フランジ4と同様に導電材で板状に形成されている。圧力調整プレート51には、複数のガス噴出口61(第一ガス噴出口)が形成されている。
このことから、第一空間24aは圧力調整プレート51の上流側の空間であり、第二空間24bは圧力調整プレート51の下流側の空間である。
また、第二空間24bはシャワープレート5の上流側の空間であり、真空チャンバ2内はシャワープレート5の下流側の空間である。
(c1)ユニットごとに得られた温度情報に基づき、部位α(43t)に向けて積極的にクリーニングガス導入管8aからクリーニングガスが照射される条件を採用する。
(c2)部位β(13t)に向けて積極的にクリーニングガス導入管8aからクリーニングガスが照射される条件を採用する。
(c3)部位α(43t)と部位β(13t)の両方に向けて均等にクリーニングガス導入管8aからクリーニングガスが照射される条件を採用する。
このような運用を行うことにより、クリーニング処理に要する時間の短縮を図ることができる。
図3における符号は、2が真空チャンバを、8a〜8hがクリーニングガス導入管を、10が基板を、10aが基板10の表面を、13がマスクを、13tが部位βを、それぞれ表している。
なお、本発明においては、クリーニングガス導入管の数は、8本に限定されるものではなく、2本以上あれば構わない。
図4における符号は、102が真空チャンバを、8a〜8hがクリーニングガス導入管を、110が基板を、110aが基板110の表面を、113がマスクを、113tが部位βを、それぞれ表している。
図4における符号は、102が真空チャンバを、8a〜8hがクリーニングガス導入管を、110が基板を、110aが基板110の表面を、113がマスクを、113tが部位βを、それぞれ表している。
以下では、図5に示す従来のプラズマ処理装置を用い、基板の支持体上の異なる位置における処理時間と温度との関係を評価した結果について述べる。
前述したとおり、チャンバー内部に着膜された膜がクリーニングされる際には発光を伴った反応が起こる。ただし、膜種によっては発光を伴わない反応の場合もある。既存技術では覗き窓からチャンバー内部の2方向のみの発光ををモニターしクリーニングの終点を判断していた。ゆえに、従来のプラズマ処理装置では、発光を伴わない反応の場合、クリーニングの終点を判断することが難しかった。
クリーニング処理時の反応と反応時の熱は、以下のような実験により確かめた。
(e1)ヒーターを内蔵した基板の支持体117上にアルミのブロック(不図示)を設置し、ブロックに熱電対(不図示)を取り付け、温度測定が可能な構成とする。
(e2)この状態で成膜放電を実施し、チャンバーの内部が着膜された状態にする。
(e3)その後、クリーニング処理を実施するとチャンバーの内部のうち、クリーニングされやすいところからクリーニングの反応が進む。
ここで、M1は、支持体117の上面において中央域にブロックが配置された場合である。M2は、支持体117の上面において短辺近傍の中央域にブロックが配置された場合である。M3は、支持体117の上面において長辺近傍の中央域にブロックが配置された場合である。
図6のグラフにおいて、温度が上昇し始める点(15sec付近)は、クリーニングの反応が始まる瞬間である。温度指示がピークを示す点(M1:30sec付近、M2:50sec付近、M3:135sec付近)は、クリーニングが終了したことを示す。
図6のグラフから、異なる位置M1、M2、M3に置いたブロックは、クリーニングが始まる時間により温度指示値がずれているのがわかる。この位置的なずれは、Fをチャンバー外部から導入する方法をとる限り発生してしまう。
以下では、図5に示す従来のプラズマ処理装置を用い、シャワープレート(SWP)5側のクリーニング進行状況を確認した。
図8A〜図8Eは順に、図5の装置(従来)においてシャワープレート5側のクリーニング進行状況を示す第一乃至第五平面図である。ここで、符号5はシャワープレートであり、符号123a、123bは対向して配置されたラジカル源である。シャワープレート5において、白地領域はクリーニング処理により被膜が除去された部分を、メッシュ領域はクリーニング処理により被膜が未だ除去されていない部分を、おのおの表している。白地領域とメッシュ領域の境界に交差する矢印は、その矢印の方向にクリーニング処理が進行することを意味する。
図8Bは、クリーニング処理の進行に連れて、図8Aの傾向が顕著となることを示す。すなわち、対向配置されたラジカル源123a、123bを結ぶ方向(図8Bにおいて左右方向)よりも、この方向に交差する方向(図8Bにおいて上下方向)にクリーニング処理が優先的に進行することを示している。
図8Cは、図8Bの傾向がさらに進み、シャワープレート5の短辺付近の被膜が全て除去された後、中央付近に残された被膜の除去が始まることを示す。
図8Dは、図8Cの傾向がさらに進み、シャワープレート5のほぼ全域に亘って被膜が除去され、対向配置されたラジカル源123a、123bの近傍に各々2箇所(合計4箇所)にのみ被膜が残存することを示している。
図8Eは、図8Dの傾向がさらに進み、シャワープレート5のほぼ全域に亘って被膜が除去される。しかし、対向配置されたラジカル源123a、123bの近傍に各々2箇所(合計4箇所)には、島状に局在した被膜(EP)が残存することを示している。
以下では、図1に示す本発明のプラズマ処理装置を用い、シャワープレート(SWP)5側のクリーニング進行状況を確認した。
図9A〜図9Dは順に、図1の装置(本発明)においてシャワープレート5側のクリーニング進行状況を示す第一乃至第四平面図である。ここで、符号5はシャワープレートであり、符号23a、23bは対向して配置されたラジカル源である。シャワープレート5において、白地領域はクリーニング処理により被膜が除去された部分を、メッシュ領域はクリーニング処理により被膜が未だ除去されていない部分を、おのおの表している。白地領域とメッシュ領域の境界に交差する矢印は、その矢印の方向にクリーニング処理が進行することを意味する。
図9Dは、図9Cの傾向がさらに進み、図9Cにおいて、対向配置されたラジカル源123a、123bの近傍に各々2箇所(合計4箇所)のみに残存した被膜のうち、1箇所だけが島状に局在した被膜(EP)が残存することを示している。その後、図9Eに示すように、島状に局在した被膜(EP)は無くなった状態となる。
このように、本発明によれば、島状に局在した被膜(EP)が消滅する前に、図9Dに示すように、残存する島状に局在した被膜(EP)は、1箇所に絞り込むことができるので、上述した「実験1」で確認された課題(OverEtching→Damage)が解消される。
さらに、本発明によれば、クリーニングが終了していない箇所を優先的にクリーニングするような条件に逐次変更しながらクリーニング処理をすることが可能である。
本発明においては、クリーニングの進行具合によってフッ素(F)ラジカルの導入方法を途中で変更し、その時点ごとに最適な条件を都度変更しながらクリーニングを実施することで、クリーニングの時間を短縮することも可能となる。
これに対して、本発明のプラズマ処理装置を適用することで、結果として装置としての生産性が向上、部材がFにより腐食することが原因で発生するパーティクルを低減することが可能になり、装置のメンテナンスサイクルも飛躍的に延ばすことが可能になった。
たとえば、本実施形態において、フッ素(F)ラジカルを用いた例により説明したが、本発明は他のラジカル[塩素(Cl)等]を用いた場合にも適用することができる。
また、本発明は、ナローギャップによる高圧枯渇法を用いて基板の処理を行う場合において、製造コストの増大を抑制し、容易、かつ効率的に基板に膜を均一に形成することができ、電極強度を十分に確保できるプラズマ処理装置に有用である。
Claims (4)
- プラズマ処理装置であって、
チャンバと、ガス導入口を有する電極フランジと、前記チャンバ及び前記電極フランジによって挟まれた絶縁フランジとから構成され、成膜空間(反応室)を有する処理室と、
前記成膜空間内に収容され、処理面を有する基板が載置され、前記基板の温度を制御する機能を有する支持部と、
前記成膜空間内に収容され、前記処理面に対向するように配置され、前記基板に向けてプロセスガスを供給する複数の小孔を有するシャワープレートと、
前記シャワープレートと前記支持部との間に電圧を印加し、前記プロセスガスのプラズマを生成する電圧印加部と、
前記シャワープレートと前記支持部との間に設けられた空間内へ活性化(ラジカル化)されたクリーニングガスを導入するクリーニングガス供給手段と、
を含み、
前記シャワープレートの外周部と接触する部位αと前記基板の外周部と接触する部位βとを各々検知可能な位置に放射温度計をさらに備えた、
ことを特徴とするプラズマ処理装置。 - 前記クリーニングガス供給手段と、その上下に重なる位置に設けられた前記放射温度計とを備え、
前記放射温度計の一方が前記部位αの温度を検知可能な位置に、前記放射温度計の他方が前記部位βの温度を検知可能な位置に、それぞれ配置されている、
ことを特徴とする請求項1に記載のプラズマ処理装置。 - 前記クリーニングガス供給手段と、その上下に重なる位置に設けられた前記放射温度計とが1組のユニットを構成しており、
前記チャンバは、複数の前記ユニットを備え、各ユニットが前記基板を載置する支持部を取り囲むように、互いに離間して配置されている、
ことを特徴とする請求項2に記載のプラズマ処理装置。 - 前記ユニットは、該ユニットを構成する1つ以上の放射温度計の計測情報に基づき、該ユニットを構成するクリーニングガス供給手段から放出されるクリーニングガスの条件を制御する手段を有する、
ことを特徴とする請求項2または3に記載のプラズマ処理装置。
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