JP3922752B2

JP3922752B2 - プラズマ処理装置

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Publication number: JP3922752B2
Application number: JP35871396A
Authority: JP
Inventors: 憲一高木
Original assignee: Canon Anelva Corp
Current assignee: Canon Anelva Corp
Priority date: 1995-12-28
Filing date: 1996-12-27
Publication date: 2007-05-30
Anticipated expiration: 2016-12-27
Also published as: JPH09235677A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はプラズマ処理装置に関し、特に、主にプラズマＣＶＤおよびプラズマエッチングへ応用されるプラズマ処理装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図９と図１０を参照して、誘電体製の電力導入窓と環状アンテナからなる誘導結合型プラズマ発生機構を備えた従来のプラズマ処理装置を説明する。
【０００３】
各図において、円板状の電力導入窓７１は金属製の真空容器７２の上壁部の円形開口部に嵌め込み式にて設けられ、この真空容器７２によって、被処理基板をプラズマ処理するための真空槽が形成される。図示例では真空容器７２の下部は開放状態で示されているが、実際の装置では真空槽を形成すべく閉じた状態にある。電力導入窓７１の大気側の表面上には、一部が開いた環状のアンテナ７３が配置されている。真空容器７２に付設された排気機構（図示せず）により真空槽内の真空排気が行われ、同時に真空容器７２からガス導入機構により反応ガスを導入し、例えば１００Ｐａ以下の望ましい減圧状態に保たれる。そして、電力導入機構により、電力導入窓７１上に設けたアンテナ７３に高周波電力を供給する。このとき、アンテナ７３には交流電流７４が流れ、これによりアンテナ７３の周りに交流磁場７５が発生する。交流磁場７５が発生すると、これを打ち消すための電流を発生する誘導電場７６がアンテナ７３の近傍空間に生じ、これにより、真空槽内の電子が加速される。そして、加速された電子は衝突によりエネルギを真空槽内の分子、原子等の粒子に受け渡す。加速された電子と衝突した粒子はイオン化または励起され、真空槽内にプラズマが発生する。そして、プラズマ内に存在する活性種は、真空容器７２内に電力導入窓７１に対向して配置された基板保持機構７７上の被処理基板７８の表面を処理する。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上記の従来のプラズマ発生機構で、電力導入窓７１は、大きな面積で形成されると共に、真空槽内を真空にした際の大気との圧力差に耐えるため、直径３００ｍｍの真空容器７２に対して２０ｍｍ以上の厚みが必要となる。
【０００５】
上記プラズマ発生機構により生成される誘導結合型プラズマでは、プラズマ中のイオンによるスパッタリングにより電力導入窓７１が削られる現象が発生する。この原因は、アンテナ７３とプラズマの間に容量的な結合が発生するためと考えられる。アンテナ７３には高い電圧の交流電位が発生しており、交流電位によりプラズマ中の荷電粒子がアンテナに向かって加速される。このとき、電力導入窓７１のアンテナ７３を投影した部分には、電子を跳ね返すと共に正イオンを引き込む負の自己バイアスが発生する。この自己バイアスにより加速された正イオンにより、電力導入窓７１はスパッタリングされる。従って、大きな面積の電力導入窓７１では、大気圧と真空槽内の圧力差による応力が大きく、スパッタリングされた部分に大きな応力が集中するため、応力集中部分で破壊が起きる可能性があり、装置の安全性に問題がある。
【０００６】
また、上記プラズマ処理装置において、被処理基板７８の直径を例えば３００ｍｍ以上に広げるためには、誘電体製の電力導入窓７１の面積をさらに広げる必要があり、これに伴い、電力導入窓７１の厚みも増す必要がある。
【０００７】
またプラズマ処理においては、プラズマの接触する真空槽の内側壁面の温度は重要な因子である。プラズマの接触する真空槽の内側壁面の表面温度により、プラズマ中の活性種の相対的な比率が変化することが判っている（参照：菅井他、第４１回応用物理学関連連合講演会予稿集第二分冊 p536 ）。従って、真空容器７２の壁中に温度調整機構を設けて真空槽内側壁面の温度を望ましい所定温度になるように制御することにより、プラズマ中の粒子のうち、プラズマ処理に必要な活性種の相対的な割合の制御が可能である。ただし、本効果は、プラズマに接触する面積のうち、前記所定温度となる面積を相対的に広くするほど効果的となる。従って、電力導入窓７１の面積を、前記所定温度を常時維持することが容易な金属製の面積に対して相対的に小さくすることによって、前述の効果を大きくすることが可能である。
【０００８】
さらに、異なる電位である複数面に接触しているプラズマのプラズマ空間電位は、通常はプラズマが接触している最大面積である面部分の電位を基準として決定される。このため、プラズマの接する面のうち、最大面積である面部分の電位を安定な電位、例えば接地電位とすることで、プラズマ空間電位は安定する傾向に向う。しかし、従来例で示すようなプラズマが接する面に大きな誘電体製の電力導入窓７１を持つ構造では、プラズマ空間電位は不安定となりやすい。
【０００９】
本発明の目的は、上記の各問題を解決することにあり、安全性を高め、プラズマの安定性およびこの安定性によるプラズマ処理の再現性を向上し、かつ、真空槽の内側壁面の温度制御によるプラズマの制御性が良好となるプラズマ処理装置を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段および作用】
第１の本発明（請求項１に対応）に係るプラズマ処理装置は、壁部の一部に誘電体製の電力導入窓を含み、当該壁部の内側の表面温度を所定温度に調整する温度調整機構を設けた真空容器と、電力導入窓に対応してその大気側に配置されるアンテナを含み、真空容器の内部でプラズマを発生するためのプラズマ生成機構と、真空容器の内部を減圧状態に保持する排気機構と、真空容器の内部に反応ガスを導入するガス導入機構と、真空容器の内部に配置され、被処理基板を保持する基板保持機構を備えた誘導結合型プラズマ処理装置であり、前記の電力導入窓は、基板保持機構に対向する真空容器の平板状壁部（上壁部）に形成された、真空容器において相対的に小さい面積を形成する隙間に設けられ、アンテナは、電力導入窓の設置状態に対応し当該電力導入窓に沿って設けられる。
【００１１】
上記第１の発明では、真空容器の壁部に設けられた電力導入窓の面積を真空容器の全体の面積に対して相対的に小さくし、真空容器の内外の圧力差に起因して発生する電力導入窓における応力をできる限り小さくし、応力集中破壊の可能性を少なくし、装置の安全性を高めるものである。
【００１２】
第２の本発明（請求項２に対応）に係るプラズマ処理装置は、第１の発明において、真空容器の平板状壁部は環状周辺部（上部フランジ）と円板状中心部（電極）からなり、中心部は支持機構で支持され、周辺部と中心部の間に環状の隙間が形成され、電力導入窓は、隙間と同等の形態を有し、当該隙間に嵌め込まれて固定され、さらにアンテナは電力導入窓に対応して円弧状に形成される。
【００１３】
第３の本発明（請求項３に対応）に係るプラズマ処理装置は、第１の発明において、真空容器の平板状壁部は環状周辺部と円板状中心部からなり、環状の電力導入窓は環状周辺部との係合関係によって環状周辺部で係合支持され、かつ中心部は電力導入窓との係合関係によって電力導入窓で係合支持され、さらに環状周辺部と電力導入窓と中心部が固定され、またアンテナは電力導入窓に対応して円弧状に形成される。
【００１４】
第４の本発明（請求項４に対応）に係るプラズマ処理装置は、第１の発明において、真空容器の平板状壁部には環状周辺部と円板状中心部を形作る円弧状の隙間が形成され、環状周辺部と円板状中心部は１箇所で結合され、電力導入窓は、隙間と同等の形態を有し、当該隙間に嵌め込まれて固定され、アンテナは電力導入窓に対応して円弧状に形成される。この構成では、周辺部と中心部は１箇所で結合されることにより一体的に作られ、中心部を支持するための支持構造が不要となる。またメンテナンスの上で電力導入窓の交換が容易となる。
【００１５】
第５の本発明（請求項５に対応）に係るプラズマ処理装置は、第１の発明において、真空容器の平板状壁部には環状周辺部と円板状中心部を形作る少なくとも２つの円弧状の隙間が形成され、環状周辺部と円板状中心部は２箇所で結合され、電力導入窓は、隙間と同等の形態を有し、当該隙間に嵌め込まれて固定され、アンテナは電力導入窓に対応して円弧状に形成される。この構成では、周辺部と中心部は２箇所の部分で結合されて一体的に作られ、中心部を支持するための構造が不要となる。さらに中心部は２箇所で支持されるため、強固な支持構造となる。
【００１６】
第６の本発明（請求項６に対応）に係るプラズマ処理装置は、第１の発明において、真空容器の平板状壁部には複数の矩形の隙間が形成され、電力導入窓は、隙間と同等の形態を有し、当該隙間に嵌め込まれて固定され、アンテナは複数の電力導入窓に対応する部分からなる簾形状を有することを特徴とする。この構成によれば、本発明に係る電力導入窓の構造を、各種形状のアンテナに対応させることができる。
【００１７】
第７の本発明（請求項７に対応）に係るプラズマ処理装置は、前記の各構成において、好ましくは、平板状壁部における電力導入窓によって囲まれる部分は導電性を有しかつ真空容器と同じ一定電位（例えば接地電位）に保持され、さらに表面温度を調整する温度調整機構が設けられる。
【００１８】
上記構成によれば、真空容器において電力導入窓が占める部分の面積が相対的に小さくなり、電力導入窓以外の他の広い面積の部分（平板状壁部の中心部、真空容器のその他の部分）を、例えば接地電位等の所定電位に保持するようにしたため、真空容器内に生成されるプラズマの空間電位を安定に保つことができ、プラズマの再現性を高めることができる。さらに、電力導入窓以外の他の広い面積の部分の内側表面を、上記温度調整機構によって望ましい温度（例えば７０℃以上の温度）に保持することができ、プラズマ処理に必要な活性種の相対的な割合を望ましい状態に制御できる。
【００１９】
第８の本発明（請求項８に対応）に係るプラズマ処理装置は、前記の各構成において、好ましくは、電力導入窓に供給される高周波電力の周波数が１３．５６ＭＨｚでかつ前記電力導入窓の幅が８０ｍｍ以上であり、アンテナは、電力導入窓の上において電力導入窓以外の真空容器に関係する部分から少なくとも４０ｍｍ以上離れて配置される。電力導入窓の幅方向に関して言えば、アンテナは当該幅方向の中心位置に配置される。このような配置関係でアンテナを電力導入窓上に配置することにより、大気放電を防止できる。
【００２０】
第９の本発明（請求項９に対応）に係るプラズマ処理装置は、前記の各構成において、好ましくは、平板状壁部における電力導入窓によって囲まれる部分（または円板状中心部）は、導電性を有した電極であって、この電極は切替え手段（スイッチ）を介して交流電源と接地部のうちのいずれかに接続されように構成され、真空容器をクリーニングする際に電極を切替え手段によって交流電源に接続してバイアスを印加するようにした。この構成によれば、交流バイアスによりプラズマ中のイオンを電極に引き込み、イオン照射によるスパッタリングによりクリーニング時間を短縮できる。
【００２１】
第１０の本発明（請求項１０に対応）に係るプラズマ処理装置は、前記の各構成において、好ましくは、真空容器は内壁部を有し、当該内壁部は切替え手段を介して交流電源と接地部のうちいずれかに接続されるように構成され、真空容器をクリーニングする際に内壁部を切替え手段によって交流電源に接続してバイアスを印加するようにした。この構成によれば、交流バイアスによりプラズマ中のイオンを真空容器の内壁部の内面に引き込み、イオン照射によるスパッタリングにより堆積膜の除去を促進し、クリーニング時間を短縮できる。
【００２２】
上記の電極および内壁部のクリーニングに関する構成によれば、プラズマ処理の再現性が得られる範囲内において、或る一定の処理枚数ごとにクリーニングを行うことにより、常に、放電が行われる真空容器の内側壁面を清浄に保つことができる。
【００２３】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の好適な実施形態を添付図面に基づいて説明する。
【００２４】
図１と図２は本発明に係るプラズマ処理装置の第１実施形態を示す。図において、１１は誘電体製の電力導入窓であり、電力導入窓は、例えば外径４００ｍｍ、内径２００ｍｍであって幅１００ｍｍの環状の形態を有する。電力導入窓１１は、金属製の真空容器１２の上壁部において、上部フランジ１３と、中央部に位置する導電性の円板状電極１４との間に形成される環状隙間の部分に配置され、固定される。環状の当該隙間と環状の電力導入窓１１とはぼ同じ形態を有する。電力導入窓１１は隙間に嵌め込まれる。電力導入窓１１は、その下部の内外縁部に段差部が形成され、上部フランジ１３の内縁段差部および電極１４の外縁段差部の上に、これらの段差部と電力導入窓の段差部とが係合した状態で配置され、固定される。電力導入窓１１は例えば石英等の誘電体で作られる。
【００２５】
電極１４は、支持金具１５によって上側から懸架され、真空槽を封じる真空フランジの役目を持ち、さらに、真空容器１２と同様に接地電位に保持される。ガス導入機構（図示せず）に接続されるガス吹出し口が、電極１４または真空容器１２に設けられる。
【００２６】
１６は基板保持機構であり、基板保持機構１６は、その基板載置面が電力導入窓１１と電極１４と上部フランジ１３からなる上壁部に対向するように、設置される。１７は、基板保持機構１６の上に載置された被処理基板である。１８は、一部が開放されたほぼ環状のアンテナで、電力導入窓１１の大気側表面においてその幅方向の中心位置にかつ長手方向に沿うように配置されている。アンテナ１８には、高周波電源１９から高周波電力が供給される。２０は給電回路に設けられた可変容量である。本実施形態の構造で、高周波電力の周波数として１３．５６ＭＨｚを用いた場合、アンテナ１８と、接地電位である真空容器１２または電極１４の距離が４０ｍｍ以下になると、大気放電が発生する。そこで、アンテナ１８と接地電位である部分との距離が５０ｍｍになるように設定した。ただし、整合回路の違いまたは使用する高周波の電力および周波数により、アンテナ１８と接地電位である部分との間において必要とされる距離は異なる。
【００２７】
真空容器１２および電極１４にはヒータ線２１が埋め込まれる。ヒータ線２１に対して電流を供給する電源の図示は省略される。ヒータ線２１で真空容器１２および電極１４を加熱することにより、真空容器１２および電極１４の真空槽の内側表面の温度制御を行うことができる。本実施形態では、真空容器１２および電極１４は、かかる温度調整機構により、好ましくは７０℃程度以上の温度に保持される。
【００２８】
上記構造を有する真空容器１２を動作させるには、一度、真空容器１２に付設された排気機構により真空槽内を所定レベルの真空状態にした後、ガス導入機構により反応ガスを真空槽内に導入し、同時に真空排気し、１００Ｐａ以下の所定の減圧状態を保つ。そして、電力導入機構により、電力導入窓１１に設けたアンテナ１８に高周波電力を導入して、真空槽内でプラズマを生成し、ガスの粒子を活性化させる。真空容器１２内の基板保持機構１６に保持された被処理基板１７の表面は、プラズマ中の活性種により処理される。
【００２９】
図２では、支持金具１５の図示は省略されている。ヒータ線２１からなる温度調整機構によって、真空容器１２および電極１４は望ましい所定温度に保持され、それによって、プラズマ中の粒子のうち、プラズマ処理に必要な活性種の相対的な割合の制御が行われる。この効果は、プラズマに接触する表面の面積のうち、上記所定温度である面積が相対的に広いほど効果的となる。従って本実施形態のように、電力導入窓１１を小さくすることにより、加熱の難しい電力導入窓１１の面積を、上記所定温度に常時維持することが容易な金属製の真空容器１２と電極１４の面積に対して、相対的に小さくすることによって、前述の効果を大きくすることができる。
【００３０】
また、プラズマ処理により絶縁体の堆積物が真空槽の内側壁面に付着する場合には、真空槽の加熱により堆積物の付着を抑制する手法が採られる。本実施形態でも、同様に、真空容器１２および電極１４を加熱することにより、絶縁体の堆積物が付着することを抑制した。その結果として、真空容器１２および電極１４の表面電位が常に接地電位に保持されるため、これに直接に接触しているプラズマのプラズマ空間電位を安定させることができる。
【００３１】
また、支持金具１５を非導電性の材質で形成し、真空容器１２と電極１４を電気的に絶縁する構成とすることにより、電極１４に直流および交流を単独または併用して印加することで、常にプラズマ中のイオンを照射させることによって電極１４の表面を清浄に保つことも可能である。
【００３２】
通常、異なる電位である複数の面に接触しているプラズマのプラズマ空間電位は、プラズマが接触している最大面積である面の電位を基準として決定される。このため、プラズマの接触する面のうち、最大面積である面の電位を安定な電位、例えば接地電位とすることで、プラズマ空間電位は安定する傾向となる。
【００３３】
従来装置で示したような大きな面積の電力導入窓の場合には、電力導入窓７１と真空容器７２のうちプラズマの接触する面積の広い方によってプラズマ空間電位の基準が決定され、かつ電力導入窓７１が大きいために、プラズマのプラズマ空間電位は不安定となっていた。被処理基板に照射されるプラズマ中のイオンの加速は、プラズマ空間電位と被処理基板の表面電位の電位差によって生じる。そして、被処理基板の表面で発生する化学的および物理的な反応過程においては、前記イオンの加速エネルギが重要な役割を担っている。従って、プラズマ空間電位の安定はプラズマ処理の再現性に欠くことができない要素である。
【００３４】
本実施形態の構成によれば、浮遊電位である電力導入窓１１の面積に対してプラズマの接触する接地電位の部分の面積の相対比率を大きくするようにしたため、接地電位をプラズマの基準電位とすることができる。その結果、真空容器１２内のプラズマ空間電位を安定させることができると共に、プラズマ空間電位の再現性を向上させることができる。
【００３５】
従って、電力導入窓１１の表面積の縮小化と、真空容器１２および電極２１の加熱構造の組合せとによって、プラズマ処理に使用するプラズマのプラズマ空間電位を一定とすることから、プラズマ処理の再現性を向上させるためにも有効な手段となる。さらに本実施形態において、真空容器１２の口径のみを直径４００ｍｍ以上に大口径化した場合には、前述の面積の相対比率はさらに大きくなり、前述の効果をさらに大きくすることができる。
【００３６】
上記のように、本実施形態によれば、誘電体製の電力導入窓１１の面積を小さくできる構造を採用したことから、プラズマの接触する面積のうち、温度制御可能である部分の面積を増大させることが可能であり、プラズマ中の粒子のうちプラズマ処理に必要な活性種の相対的な割合の制御を行える観点からプラズマ処理の制御がより容易となり、その上に、接地電位の部分の面積を増加できることから、プラズマの空間電位を所定電位に保持でき、プラズマの再現性を向上させることができる。また、電力導入窓１１の面積を小さくしたため、大気側と真空容器１２内の圧力差に起因して電力導入窓１１に発生する応力を小さくでき、応力集中破壊の可能性を小さくでき、その安全性を向上できる。
【００３７】
図３は本発明の第２の実施形態を示す。図３において、第１の実施形態と同一の要素には同一の符号を付している。本実施形態では、第１の実施形態と同様に環状電力導入窓１１ａは、真空容器１２の上壁部において、上部フランジ１３と円板状電極１４ａとの間に形成される環状隙間の部分に配置され固定されるが、この場合に、電極１４ａを支持するための支持金具が不要な構造となっている。環状隙間と電力導入窓の各形態はほぼ同じである。本実施形態では、上部フランジ１３の内縁部に形成された段差部（内縁下部で内方に突き出る凸部）と、電力導入窓１１ａの外縁部に形成された段差部（外縁下部で内方へ凹む凹部）との係合関係によって、上部フランジ１３で電力導入窓１１ａを支持するように構成し、さらに電力導入窓１１ａの内縁部に形成された段差部（内縁下部で内方に突き出る凸部）と、電極１４ａの周縁部に形成された段差部（外縁下部で内方へ凹む凹部）との係合関係によって、電力導入窓１１ａで電極１４ａを支持するように構成する。上部フランジ１３と電力導入窓１１ａと電極１４ａのそれぞれの間は上記の支持構造に基づいて固定される。
【００３８】
第２の実施形態によれば、電極１４ａを上側から懸架することなく、真空槽を形成することができる。ただし、電極１４ａが真空容器１２と異なる電位となるので、電極１４ａと真空容器１２を導電性の部材で接続し、同一電位とすることが望ましい。
【００３９】
また、電極１４ａと真空容器１２の接続部材を非導電性の材質で形成し、真空容器１２と電極１４ａを電気的に絶縁する構成とすることにより、電極１４ａに直流および交流を単独または併用して印加することで、常にプラズマ中のイオンを照射させることによって電極１４ａの表面を清浄に保つことも可能である。
【００４０】
その他の構成および作用は第１の実施形態の場合と同じである。
【００４１】
第２の実施形態によれば、真空容器１２と円板状電極１４ａと電力導入窓１１ａの３つの部品で真空槽が形成されるが、電極１４ａを懸架する必要がないため、第１の実施形態と比較して、構造が簡単となる。また本実施形態の構造によれば、第１の実施形態の効果と同等の効果を発揮し、さらに電力導入窓の交換を容易に行えることによってメインテナンス性を向上できる。
【００４２】
図４は本発明の第３の実施形態を示す。本実施形態では、真空容器１２の上壁部の一部を円弧状に切り欠いて１つの円弧孔１２ａを形成し、この円弧孔１２ａに同じ形態を有する円弧状の電力導入窓３１を配置した構造となっている。真空容器１２において、上部フランジ１３と電極１４は１箇所の結合部３２で結合され、一体化されている。その他の構造は第１実施形態の場合と同じであり、同一の要素には同一の符号を付している。電力導入窓３１は、石英製であり、外径４００ｍｍ、内径２００ｍｍ、幅１００ｍｍの円弧形状を有する。本実施形態の構造では、第１の実施形態で説明した電極１４と真空容器１２が一体となる構造であるため、第１の実施形態で示した電極１４への単独のバイアス印加は不可能である。
【００４３】
アンテナ１８は、アンテナ１８の電力供給点が、真空容器１２の上壁部の切り欠いていない部分、すなわち結合部３２を挟み、かつ、第１の実施形態と同様に、電力導入窓３１の大気側表面で幅方向の中心位置にその長手方向に沿って配置される。本実施形態の構造でも、高周波電力の周波数として１３．５６ＭＨｚを用いた場合、アンテナ１８と接地電位である真空容器１２（または電極１４と結合部３２）の距離が４０ｍｍ以下になると大気放電が発生するため、アンテナ１８が、電力導入窓３１の１００ｍｍの幅方向の中心位置に配置され、かつ、アンテナ１８の電力導入点も、真空容器１２の部分から５０ｍｍ離れるように配置した。ただし、整合回路の違いまたは使用する高周波の電力および周波数により、アンテナ１８と真空容器１２との間の距離は異なる。
【００４４】
本実施形態によれば、真空容器１２（電極１４と結合部３２を含む）と電力導入窓３１の２つの部品から真空槽が構成されるため、第１および第２の実施形態の構造で真空槽を形成した場合と比較して、電力導入窓３１の交換を容易に行える。本実施形態は、第１の実施形態と同様の効果を発揮し、さらにメインテナンス性を向上できる。
【００４５】
図５は本発明の第４の実施形態を示す。本実施形態では真空容器１２の上壁部の２箇所を同心の円弧状に切り欠き、２つの同一寸法の円弧孔１２ｂを形成し、これらの円弧孔１２ｂの各々に同じ形態を有する円弧状の電力導入窓４１を配置した構造となっている。真空容器１２において、上部フランジ１３と電極１４は２箇所の結合部４２で結合され、一体化されている。２つの電力導入窓４１の各々に対して、対応する円弧形状のアンテナ４３が配置される。その他の構造は第１実施形態の場合と同じであり、同一の要素には同一の符号を付している。
【００４６】
本実施形態でも、１つの電力導入窓４１は、石英製で、外径４００ｍｍ、内径２００ｍｍ、幅１００ｍｍである。この構造では、電極１４と真空容器１２とが一体となるため、電極１４への単独のバイアス印加は不可能である。各電力導入窓４１におけるアンテナ４３の配置位置や、アンテナの電力供給点の配置位置は、上記第３実施形態の場合と同じである。
【００４７】
本実施形態では、１つの真空容器１２と２つの電力導入窓４１から真空槽を構成できるため、第１の実施形態で示した電極１４の懸架構造により真空槽を形成した場合と比較して、電力導入窓４１の交換が容易に行える。また、円弧状の電力導入窓４１に囲まれた真空容器の部分（上壁部の中央部）の支持が２点支持であるので、第３の実施形態の場合に比較して、当該部分の機械的強度が大きくなり、圧力差から生じる応力に耐えやすくなっている。さらに、第１〜第３の実施形態における一体型の電力導入窓に比較して、電力導入窓を小さくすることができ、電力導入窓に加わる圧力差により生じる応力を小さくでき、安全性の向上を図ることができる。なお本実施形態では、電力導入窓を２つの分割構造としたが、真空容器１２の直径に応じて、さらに分割することも可能である。以上に説明したように、本実施形態によっても、第１〜第３の実施形態と同様の効果が得られると共に、メインテナンス性、安全性を向上できる。
【００４８】
図６は本発明の第５の実施形態に係るプラズマ処理装置の一部を切り欠いた外観斜視図を示す。本実施形態では簾型のアンテナ５２を用いている。アンテナ５２も部分的に切り欠いて示される。このプラズマ処理装置では、アンテナ５２の複数の平行部の各々に対応して、例えば１００ｍｍ×３００ｍｍの矩形の石英製電力導入窓５１が複数個、真空容器２の上壁部に設けられる。その他の構造は、前述の各実施形態と同じであり、同一の要素には同一の符号を付している。この実施形態でも、第１〜第４の実施形態と同様に電力周波数は１３．５６ＭＨｚを用いている。電力周波数として１３．５６ＭＨｚを用いた場合、アンテナ５１の平行部と接地電位である真空容器１２との間の距離が４０ｍｍ以下になると、前述の通り、大気放電が発生するため、アンテナ５１の各平行部と接地電位の部分との間の距離を５０ｍｍとし、電力導入窓５１の１００ｍｍの幅の中心にアンテナ５２の平行部を配置した。アンテナ５２の各平行部と接地電位である部分との間の距離は、整合回路の違いや、使用する高周波の電力および周波数により異なる。
【００４９】
本実施形態では、１つの真空容器１２と複数個の電力導入窓５１の部品から構成され、電力導入窓５１の交換が容易に可能である。また一体型の電力導入窓に比較して、個々の電力導入窓を小さくすることができ、安全性を向上できる。本実施形態では、電力導入窓を３つの分割としたが、真空容器１２の直径に応じて、さらに分割することもできる。本実施形態によれば、前述の各実施形態と同様の効果が得られると共に、メインテナンス性、安全性も向上する。
【００５０】
以上の実施形態では、平面状部材を曲げて成る環状アンテナ、簾型平板アンテナを用いた誘導結合型プラズマ源の例を示したが、平面状スパイラルアンテナや平板状渦巻き型アンテナ等の平板の電力導入窓から高周波電力を導入する誘導結合型プラズマ源に対しても適用可能である。また本実施形態では、電力導入窓の幅を１００ｍｍとしたが、絶縁体を配置することで大気放電を抑制し、電力導入窓の幅を１００ｍｍ以下とすることもできる。
【００５１】
図７と図８は、前述した本発明に係るプラズマ処理装置をＣＶＤ装置に応用した具体例を示す。図７は一部を切り欠いて内部構成を示した外観図、図８は図７中のＣ３−Ｃ３線で切った断面図である。本実施形態で採用される電極構造は前述の第１実施形態における電極構造に類似するものであり、電力導入窓の構造は第１実施形態の電力導入窓と実質的に同じである。
【００５２】
本実施形態で、放電容器である真空容器１１１は内部に基板保持機構１１２が設けられる。基板保持機構１１２は真空容器１１１の底壁に配置され、基板保持機構１１２の上に基板１１３が配置される。真空容器１１１は、円筒形状の周囲壁１１４と、上部に配置される上部フランジ１１５とからなる。電極１１６は懸架部材１１７と一体に作られ、電極１１６は絶縁体のスペーサ１１８を介してカバー部材１１９に固定されている。このカバー部材１１９は上部フランジ１１５の上に固定される。カバー部材１１９の下側にはカバー部材１１９によって囲まれる空間が形成される。電極１１６の内部にはガス通路が形成され、かつヒータ線１２０が設けられている。
【００５３】
上部フランジ１１５と中央に位置する電極１１６との間には、リング形状の電力導入窓１２１が挿入され、固定される。さらに電力導入窓１２１の大気側（上側）にアンテナ１２２が固定される。アンテナ１２２は、カバー部材１１９と上部フランジ１１５等で囲まれた空間に配置される。アンテナ１２２の両端の引出し線１２２ａは、カバー部材１１９を通過して外部へ引き出される。上部フランジ１１５、電極１１６、電力導入窓１２１、アンテナ１２２等は実質的に一体の構成単位とした。この場合において、整合回路を当該構成単位の内部に収容することもできる。
【００５４】
電極１１６に対して切替え機構としてスイッチ１２３が設けられる。このスイッチ１２３によって、電極１１６は、バイアス用交流電源１２４と接地（アース）のうちいずれかに接続される。この場合、懸架部材１１７は、電極１１６にバイアスを印加するためのコネクタを兼ねている。電極１１６に対し交流電源１２４によって交流バイアスが印加される。
【００５５】
プラズマ処理の際には、電極１１６は接地（アース）に接続されて接地電位に保持される。真空容器１１１内をクリーニングする際には、電極１１６は交流電源１２４に接続されて交流バイアスが印加される。電極１１６の真空容器側の壁はプラズマ中の活性種によりクリーニングされる。また交流バイアスによりプラズマ中のイオンを電極１１６に引き込み、イオン照射によるスパッタリングによりクリーニング時間の短縮が可能である。
【００５６】
真空容器１１１の周囲壁１１４における内壁部１２５では、内壁部の内面を容易にクリーニングするために、角部が生じないようにしている。さらに真空容器１１１の周囲壁１１４は、常に接地電位である外壁部１２６と、その内側に配置される内壁部１２５とからなり、絶縁性のスペーサ１２７と隙間を間に挟み込んで、二重に形成される。内壁部１２５は、スイッチ１２８を介してその切替え動作によってバイアス用交流電源１２９または接地のいずれかに接続される。プラズマ処理の際には、内壁部１２５と電極１１６は接地電位に保持され、プラズマの安定が図られる。また真空容器内のクリーニングの際には、交流電源１２９によって内壁部１２５に交流バイアスが印加される。周囲壁１１４には、排気口部１３０が設けられる。
【００５７】
さらに上記のプラズマＣＶＤ装置では、プロセスガスは、ガス吹出し口１３１，１３２，１３３のいずれかから導入される。使用されるプロセスガスの種類に応じてガス吹出し口が選択される。これにより、成膜する膜の膜質や成膜分布の最適化が図られる。
【００５８】
上記構成を有するプラズマＣＶＤ装置では、前述の通り、スイッチ１２３を切替えることによって電極１１６を交流電源１２４または接地に接続することができ、スイッチ１２８を切替えることによって内壁部１２５を交流電源１２９または接地に接続することができる。電極１１６と内壁部１２５の各々に対して交流バイアスが印加できるようになっている。従って、かかる構成において、内壁部１２５に交流バイアスを印加しかつ電極１１６を接地電位に保持する、または、電極１１６に交流バイアスを印加しかつ内壁部１２５を接地電位と保持することが可能である。このようにすることにより、真空容器の内壁部１２５に対してイオンを加速して照射させることで、スパッタリングを行い、堆積膜の除去をさらに促進させることができる。そして、プラズマ処理の再現性が得られる範囲内で、すなわち、或る一定の処理枚数毎に、クリーニングを行うことにより、常に真空容器の内側壁面を清浄に保つことが可能である。
【００５９】
図７および図８で説明した実施形態の構成は、前述の第２から第５の各実施形態で説明した電力導入窓および電極の構成と組み合わすことができるのは勿論である。この場合にも前述と同様な効果が発揮される。
【００６０】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように本発明によれば、放電容器に設けた高周波電力を導入するための誘電体製電力導入窓の真空容器における占有面積を小さくしたため、電力導入窓部分の面積を装置全体に対して小さくでき、大気側と真空槽内の圧力差により電力導入窓に発生する応力を低減して装置の安全性の向上できると共に、プラズマの接触する面積のうち、温度制御可能である面積を相対的に増大させることができ、プラズマ処理の制御がより容易となる。また、放電容器における接地電位である部分の面積を増加させることができるため、プラズマの再現性を向上させることができる。
【００６１】
また電極または真空容器の内壁部の各々を切替え手段によってバイアス用交流電源または接地部に接続できるようにし、真空容器のクリーニングの際に電極と真空容器の内壁部のいずれか一方または両方に交流バイアスを印加するようにしたため、交流バイアスによりプラズマ中のイオンを電極または内壁部に引き込み、イオン照射によるスパッタリングによりクリーニング時間を短縮できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態に係る誘導結合型プラズマ処理装置の一部を切り欠いた斜視図である。
【図２】図１中のＣ１−Ｃ１線断面図である。
【図３】本発明の第２実施形態に係る誘導結合型プラズマ処理装置の一部を切り欠いた斜視図である。
【図４】本発明の第３実施形態に係る誘導結合型プラズマ処理装置の一部を切り欠いた斜視図である。
【図５】本発明の第４実施形態に係る誘導結合型プラズマ処理装置の一部を切り欠いた斜視図である。
【図６】本発明の第５実施形態に係る誘導結合型プラズマ処理装置の一部を切り欠いた斜視図である。
【図７】本発明に係る誘導結合型プラズマ処理装置の具体例を示し、壁部の一部を切り欠いた斜視図である。
【図８】図７中のＣ３−Ｃ３線断面図である。
【図９】従来の誘導結合型プラズマ発生機構を備えたプラズマ処理装置の一部を切り欠いた斜視図である。
【図１０】図９中のＣ２−Ｃ２線断面図である。
【符号の説明】
１１，１１ａ，３１，４１，５１電力導入窓
１２，１１１真空容器
１３，１１５上部フランジ
１４，１４ａ，１１６電極
１５支持金具
１６，１１２基板保持機構
１７，１１３基板
１８，４３，５２，１２２アンテナ
２１ヒータ線
３２，４２結合部
１２１電力導入窓
１２３，１２８スイッチ
１２４，１２９交流電源

Claims

壁部の一部に誘電体製の電力導入窓を含み、前記壁部の表面温度を所定温度に調整する温度調整機構を設けた真空容器と、前記電力導入窓に対応してその大気側に配置されるアンテナを含み、前記真空容器の内部でプラズマを発生するためのプラズマ生成機構と、前記真空容器の内部を減圧状態に保持する排気機構と、前記真空容器の内部に反応ガスを導入するガス導入機構と、前記真空容器の内部に配置され、被処理基板を保持する基板保持機構を備えたプラズマ処理装置において、
前記電力導入窓は、前記基板保持機構に対向する前記真空容器の平板状壁部に形成された隙間に設けられ、前記アンテナは、前記電力導入窓の設置状態に対応し前記電力導入窓に沿って配置されることを特徴とするプラズマ処理装置。
前記真空容器の前記平板状壁部は環状周辺部と円板状中心部からなり、前記中心部は支持機構で支持され、前記周辺部と前記中心部の間に環状の隙間が形成され、前記電力導入窓は、前記隙間と同等の形態を有し、当該隙間に嵌め込まれて固定され、前記アンテナは前記電力導入窓に対応して円弧状に形成されることを特徴とする請求項１記載のプラズマ処理装置。
前記真空容器の前記平板状壁部は環状周辺部と円板状中心部からなり、環状の前記電力導入窓は前記環状周辺部で係合支持され、かつ前記中心部は前記電力導入窓で係合支持されて、前記環状周辺部と前記電力導入窓と前記中心部が固定され、前記アンテナは前記電力導入窓に対応して円弧状に形成されることを特徴とする請求項１記載のプラズマ処理装置。
前記真空容器の前記平板状壁部には環状周辺部と円板状中心部を形作る円弧状の隙間が形成され、前記周辺部と前記中心部は１箇所で結合され、前記電力導入窓は、前記隙間と同等の形態を有しかつ当該隙間に嵌め込まれて固定され、前記アンテナは前記電力導入窓に対応して円弧状に形成されることを特徴とする請求項１記載のプラズマ処理装置。
前記真空容器の前記平板状壁部には環状周辺部と円板状中心部を形作る少なくとも２つの円弧状の隙間が形成され、前記周辺部と前記中心部は２箇所で結合され、前記電力導入窓は、前記隙間と同等の形態を有しかつ当該隙間に嵌め込まれて固定され、前記アンテナは前記電力導入窓に対応して円弧状に形成されることを特徴とする請求項１記載のプラズマ処理装置。
前記真空容器の前記平板状壁部には複数の矩形の隙間が形成され、前記電力導入窓は、前記隙間と同等の形態を有しかつ当該隙間に嵌め込まれて固定され、前記アンテナは複数の前記電力導入窓に対応する部分を備える簾形状を有することを特徴とする請求項１記載のプラズマ処理装置。
前記平板状壁部における前記電力導入窓によって囲まれる部分は、導電性を有しかつ前記真空容器と同じ一定電位に保持され、表面温度を調整する温度調整機構が設けられることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載のプラズマ処理装置。
前記電力導入窓に供給される高周波電力の周波数が１３．５６ＭＨｚでかつ前記電力導入窓の幅が８０ｍｍ以上であり、前記アンテナは、前記電力導入窓の上において電力導入窓以外の前記真空容器に関係する部分から少なくとも４０ｍｍ以上離れて配置されることを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載のプラズマ処理装置。
前記平板状壁部における前記電力導入窓によって囲まれる部分は、導電性を有した電極であって、切替え手段を介して交流電源と接地部のうちのいずれかに接続され、前記真空容器をクリーニングする際に前記電極を前記切替え手段によって前記交流電源に接続したことを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載のプラズマ処理装置。
前記真空容器は内壁部を有し、当該内壁部は切替え手段を介して交流電源と接地部のうちいずれかに接続され、前記真空容器をクリーニングする際に前記内壁部を前記切替え手段によって前記交流電源に接続したことを特徴とする請求項１〜９のいずれか１項に記載のプラズマ処理装置。