JP5749071B2 - プラズマ処理装置 - Google Patents

Description

本発明は、プラズマ処理装置に関する。

近年、半導体装置は人間の生活に欠かせないものとなっている。ここで、半導体装置は、少なくとも一のトランジスタを含む装置であり、あらゆる電子機器が半導体装置に含まれる。

このような半導体装置に含まれるトランジスタなどの素子は、薄膜により構成される。このような薄膜の形成には、プラズマ処理が不可欠である。なお、ここで、プラズマＣＶＤ法などもプラズマ処理に含まれる。例えば、ガラス基板上に薄膜トランジスタを作製するに際して、ゲート絶縁膜の形成にプラズマＣＶＤ法を適用することで、緻密な膜を低温で形成することができる。

このように半導体装置に含まれるトランジスタなどの素子を作製する際に用いられるため、プラズマ処理装置に対しても様々な技術開発が進められてきた。

なお、プラズマ処理装置には、上部電極に電気的に接続された整合器が備えられ、該整合器内にはバリアブルコンデンサ（可変容量器またはバリコンとも呼ばれる。）が備えられている。このようなバリアブルコンデンサは、真空環境下に備えられている真空バリアブルコンデンサと、大気に曝された状態のエアーバリアブルコンデンサがある。

特開２００２−３１３７８５号公報 特開２００３−０４２１６９号公報

本発明の一態様は、従来よりも信頼性の高いプラズマ処理装置を提供することを主要な課題とする。なお、該プラズマ処理装置は、少なくとも以下のいずれか一を課題とし、少なくとも以下のいずれか一の課題を解決することで、信頼性の高いプラズマ処理装置を得ることができる。

本発明の一態様のプラズマ処理装置は、従来のプラズマ処理装置では大気中に含まれる水分などにより腐食されていた部分の腐食を生じさせないことを課題の一とする。このように腐食を生じさせないことで、メンテナンス頻度を低下させ、平均故障間隔（ＭＴＢＦ；Ｍｅａｎ Ｔｉｍｅ Ｂｅｔｗｅｅｎ Ｆａｉｌｕｒｅ）を大きくすることを課題の一とする。

本発明の一態様のプラズマ処理装置は、従来のプラズマ処理装置では大気に曝露されていた上部電極の表面を大気に曝さずに、該上部電極の表面が曝される雰囲気を制御することで、該上部電極の表面が曝される雰囲気の誘電率を制御し、上部電極に供給する電力が高周波である場合の上部電極の表面における電力の伝播を安定なものとすることを課題の一とする。

本発明の一態様のプラズマ処理装置は、チャンバーのリークが生じた際にチャンバー内への大気成分の混入を防ぐことができることを課題の一とする。

本発明の一態様のプラズマ処理装置は、上部電極に電気的に接続された整合器内に備えるバリアブルコンデンサとして、安価なエアーバリアブルコンデンサを用いる場合であっても、動作を安定なものとすることができることを課題の一とする。

本発明の一態様のプラズマ処理装置は、上部電極にヒーターが備えられていてもよく、該上部電極にヒーターが備えられたプラズマ処理装置において、上部電極に接続された導体板及び整合器が過熱されることを防ぐことを課題の一とする。

本発明の一態様のプラズマ処理装置は、従来のプラズマ処理装置よりも上部電極の伝送効率を向上させることを課題の一とする。

本発明の一態様は、上部電極と下部電極が対向してチャンバー内に備えられたプラズマ処理装置であって、該上部電極と該上部電極を覆うチャンバー壁の間（同軸管内）の雰囲気は、陽圧の不活性ガス雰囲気であることを特徴とするプラズマ処理装置である。

本発明の一態様は、上部電極と下部電極が対向してチャンバー内に備えられたプラズマ処理装置であって、該上部電極と該上部電極を覆うチャンバー壁の間の雰囲気は、陽圧の不活性ガス雰囲気であり、前記上部電極と前記上部電極を覆う前記チャンバー壁は同軸形状であることを特徴とするプラズマ処理装置である。

本発明の一態様である前記プラズマ処理装置において、好ましくは、前記上部電極には整合器が電気的に接続され、該整合器は、前記上部電極と前記上部電極を覆うチャンバー壁の間と同一の雰囲気中に備えられている。

本発明の一態様である前記プラズマ処理装置において、前記上部電極にはヒーターが備えられていてもよい。そして、前記上部電極と前記上部電極を覆うチャンバー壁の間には冷却された不活性ガスが導入されることで前記上部電極の温度を制御可能な構成としてもよい。ここで、冷却された不活性ガスの導入時の温度は、−２００℃から室温であるとよい。

なお、本明細書において、「陽圧」とは、好ましくは大気圧よりも高い気圧をいうが、これに限定されず、少なくとも処理室内の気圧よりも高ければよい。

なお、本明細書において、チャンバー内壁とは、チャンバー壁の内側の面をいい、チャンバー外壁とは、チャンバー壁の外側の面をいう。

本発明の一態様により、信頼性の高いプラズマ処理装置を得ることができる。

本発明の一態様により、プラズマ処理装置の部品が腐食されることを防ぎ、メンテナンス頻度を低下させ、平均故障間隔（ＭＴＢＦ；Ｍｅａｎ Ｔｉｍｅ Ｂｅｔｗｅｅｎ Ｆａｉｌｕｒｅ）を大きくすることができる。

本発明の一態様により、上部電極に供給する電力が高周波であっても安定な電力の伝播が可能である。

本発明の一態様により、チャンバー内のリークが生じた際にチャンバー内への大気成分の混入を防ぐことができる。

本発明の一態様により、上部電極に電気的に接続される整合器内に備えるバリアブルコンデンサとして安価なエアーバリアブルコンデンサを用いる場合であっても、動作を安定なものとすることができる。

本発明の一態様により、上部電極にヒーターが備えられたプラズマ処理装置においても上部電極が過熱されることを防ぐことができる。

本発明の一態様により、上部電極の伝送効率を向上させることができる。

本発明の一態様であるプラズマ処理装置の一例を示す図。

以下では、本発明の実施の形態について図面を用いて詳細に説明する。ただし、本発明は以下の説明に限定されず、本発明の趣旨及びその範囲から逸脱することなくその形態及び詳細を様々に変更し得ることは、当業者であれば容易に理解される。したがって、本発明は、以下に示す実施の形態の記載内容に限定して解釈されるものではない。

図１（Ａ）及び（Ｂ）は、本発明の一態様であるプラズマ処理装置の概略を示す図である。

図１（Ａ）及び（Ｂ）に示すプラズマ処理装置は、チャンバー内に第１の空間１４０と第２の空間１４２を有し、第１の空間１４０には、面が対向した上部電極１００と下部電極１０２が備えられ、上部電極１００の側面とチャンバー壁１０４の間には絶縁物１０６が備えられて第１の空間１４０と第２の空間１４２の雰囲気を異なるものとし、第１の空間１４０は、処理用ガス供給源１０８に接続された第１の供給管１１０と、排気手段１１２に接続された排気管１１４に接続され、第２の空間１４２では、上部電極１００は、導体板１１６を介して整合器１２０に電気的に接続されており、第２の空間１４２は、第２の供給管１２２を介して不活性ガス供給源１２４に接続されている。第２の空間１４２は陽圧に保たれている。整合器１２０は交流電源１２６に電気的に接続され、下部電極１０２は接地されている。ただし、下部電極１０２は必ずしも接地されていなくてもよい。

なお、図１（Ａ）に示されるように、上部電極１００と上部電極１００を覆うチャンバー壁１０４は同軸形状であることが好ましい。同軸形状とすることで伝送効率を高めることができる。

更には、図１（Ａ）及び（Ｂ）に示すように、上部電極１００に整合器１２０が接続され、整合器１２０はバリアブルコンデンサ１３０を含み、整合器１２０内の雰囲気は上記第２の空間１４２と同一の雰囲気であることが好ましい。このように整合器１２０内の雰囲気を上記第２の空間１４２と同一の雰囲気とすると、エアーバリアブルコンデンサを用いても、真空バリアブルコンデンサと同様に安定した動作を可能とすることができる。

図１（Ａ）に示すように、上部電極１００とチャンバー壁１０４を同軸形状にする（同軸管１２８とする）ことで、インピーダンスを小さくすることができる。

ここで、上部電極１００の直径をｄ、チャンバー壁１０４の内側の直径をＤ、上部電極１００と上部電極１００を覆うチャンバー壁１０４の間の雰囲気の比誘電率をεとすると、インピーダンスＺは式（１）で表される。

上記式（１）によれば比誘電率εを大きくすることでインピーダンスＺを小さくすることができる。本発明の一態様によれば、第２の空間１４２（上部電極１００と上部電極１００を覆うチャンバー壁１０４の間）の雰囲気を選択することができるため、比誘電率εを大きくしてインピーダンスＺを小さくすることができる。例えば、第２の空間１４２（上部電極１００と上部電極１００を覆うチャンバー壁１０４の間）の雰囲気を窒素雰囲気とすると、雰囲気中の温度が２０℃のときに比誘電率ε＝５．４７となる。または、第２の空間１４２（上部電極１００と上部電極１００を覆うチャンバー壁１０４の間）の雰囲気をアルゴン雰囲気とすると、雰囲気中の温度が２０℃のときに比誘電率ε＝５．１７となる。

なお、上部電極１００は、下部電極１０２に平行な面を有する第１の部分と、下部電極１０２に垂直な方向に延伸した第２の部分と、を有する。上部電極１００に印加される電圧が高周波である場合には、図１（Ｂ）に示されるように、第１の部分と第２の部分の接続箇所となる部分には面取りが施されていることが好ましい。

なお、図１に示すように、上部電極１００にはヒーター１３２が備えられていてもよい。ヒーターは溝が設けられたヒーターブロックの当該溝に電熱線を這わせた構造のものを用いればよい。更には下部電極１０２にもヒーター１３４が備えられていてもよい。

なお、上部電極１００にヒーターが備えられているときには、特に、同軸管１２８内には冷却された不活性ガスを導入することが好ましく、このとき、まず整合器１２０に冷却された不活性ガスを導入し、このガスが導体板１１６と、上部電極１００の第２の部分を経て、上部電極１００の第１の部分に達するように冷却された不活性ガスを流すことが好ましい。すなわち、冷却することによる効果が最も大きい部分から冷却していくことが好ましい。

そして、本発明の一態様により、図１に示すように同軸管１２８内に上部電極１００が配されて不活性ガスの経路が阻害されないため、不活性ガスを良好に流すことができる。そのため、上部電極１００の第２の部分において、同一高さにおける温度分布の均一性が高まり、上部電極に供給する電力が高周波である場合の上部電極の表面における電力の伝播を更に安定なものとすることができる。この点が、上部電極を同軸形状とし、且つ該同軸管内に上部電極を配することによる相乗効果であるといえる。

以上説明したように、本発明の一態様によればプラズマ処理装置の信頼性を高くすることができる。

１００ 上部電極
１０２ 下部電極
１０４ チャンバー壁
１０６ 絶縁物
１０８ 処理用ガス供給源
１１０ 第１の供給管
１１２ 排気手段
１１４ 排気管
１１６ 導体板
１２０ 整合器
１２２ 第２の供給管
１２４ 不活性ガス供給源
１２６ 交流電源
１２８ 同軸管
１３０ バリアブルコンデンサ
１３２ ヒーター
１３４ ヒーター
１４０ 第１の空間
１４２ 第２の空間

Claims (2)

1. 上部電極と下部電極とが対向してチャンバー内に備えられたプラズマ処理装置であって、
   前記上部電極はヒーターを有し、
   前記上部電極と、前記上部電極を覆うチャンバー壁との間の空間は、陽圧の不活性ガス雰囲気であり、
   前記空間は、冷却された不活性ガス雰囲気であり、
   前記上部電極と、前記上部電極を覆う前記チャンバー壁とは、同軸形状であることを特徴とするプラズマ処理装置。
2. 請求項１において、
   前記上部電極は、整合器と電気的に接続されており、
   前記整合器は、前記空間に設けられていることを特徴とするプラズマ処理装置。

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