JP5876463B2

JP5876463B2 - プラズマ処理装置

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Publication number: JP5876463B2
Application number: JP2013250162A
Authority: JP
Inventors: 幸司山岸; 保男小林; 征英岩崎
Original assignee: Tokyo Electron Ltd
Current assignee: Tokyo Electron Ltd
Priority date: 2013-12-03
Filing date: 2013-12-03
Publication date: 2016-03-02
Anticipated expiration: 2033-12-03
Also published as: JP2015109302A; US20150155141A1; KR20150064690A; KR101597054B1

Description

本発明は、処理ガスをプラズマ化させて被処理体を処理するプラズマ処理装置に関する。

従来から、例えば半導体ウェハなどの被処理体に対して所定のプラズマ処理を施すプラズマ処理装置として、処理容器内にマイクロ波を導入してプラズマを生成させるプラズマ処理装置が知られている。マイクロ波を用いたプラズマ処理装置では、処理容器内において低圧下で電子温度の低い高密度のプラズマを生成させることが可能であり、生成されたプラズマによって、例えば成膜処理やエッチング処理などが行われる。

上記プラズマ処理装置としては、例えば特許文献１に記載されたプラズマ処理装置が提案されている。このようなプラズマ処理装置においては、処理装置内部に処理ガス及びマイクロ波を供給し、当該処理ガスがマイクロ波によってプラズマ化される。そして、内部にウェハを搬入させ、装置内にウェハを載置した状態でプラズマ化された処理ガスを用いてウェハに対してプラズマ処理が行われる構成となっている。

ここで、特許文献１に代表される一般的なプラズマ処理装置には、処理装置内へのウェハの搬送や搬入出を行うための搬送チャンバーが隣接されている。プラズマ処理装置は、処理時に真空状態で封止される必要があるため、プラズマ処理装置と搬送チャンバーとの間には、ウェハ搬入出用の開閉自在なゲートバルブが設けられている。このような構成のプラズマ処理装置及び搬送チャンバーでは、安全性等の観点から処理装置内から搬送チャンバー等の外部へのマイクロ波の漏洩を防止する必要があり、従来より様々な方法が創案されている。

例えば特許文献１に記載のプラズマ処理装置では、ゲートバルブの弁体に気密封止のための気密封止部材（Ｏリング）を設け、更にこの気密封止部材の外周部に溝状のマイクロ波反射機構を設けた構成が開示されている。

また、一般的なプラズマ処理装置用の搬送チャンバー内には、ウェハの搬送を行う搬送機構（例えば搬送用ロボット）が設置されており、搬送機構の動作不良を防止するといった観点から搬送チャンバー内は例えば約５０℃程度の温度に保たれている。一方、プラズマ処理装置の内部は、処理中には一般的なプラズマ処理温度である例えば約１８０℃程度の温度になることが知られている。このように、プラズマ処理装置と搬送チャンバーには大きな温度差が生じる場合があることから、両者の間には絶縁体からなる断熱材が設けられる。

特開２００８−１３８１６号公報

しかしながら、上記特許文献１に記載されたプラズマ処理装置では、ゲートバルブの弁体において気密封止部材やマイクロ波反射機構を設けてマイクロ波の漏洩を防止する構成としているが、弁体とプラズマ処理装置の外面との間には隙間が存在し、十分にマイクロ波の漏洩が防止されない恐れがある。また、特許文献１に記載のプラズマ処理装置では、搬送チャンバーとの間の断熱材におけるマイクロ波の漏洩については言及されておらず、マイクロ波の漏洩を防止する技術として更に改良の余地がある。

本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、プラズマ処理装置と搬送チャンバーとの間の断熱性を損なうことなく、プラズマ処理装置内部からのマイクロ波の漏洩を簡易な構造で効率的に防止することを目的とする。

前記の目的を達成するため、本発明は、被処理体を処理するプラズマ処理装置であって、隣接するチャンバーとの間で前記被処理体を搬入出させるための開口部を有する処理容器と、前記処理容器内にマイクロ波を導入するマイクロ波導入機構と、前記処理容器を真空引きする排気装置と、前記開口部近傍に設けられるゲートバルブにおいて、当該ゲートバルブの外面と前記処理容器に隣接するチャンバーとの間に設置される断熱部材と、を備え、前記断熱部材には、少なくとも当該断熱部材と前記ゲートバルブの外面との対向面、当該断熱部材と前記処理容器に隣接するチャンバーとの対向面、及び当該断熱部材の外気に露出する面において導電性被膜が被覆されていることを特徴としている。

本発明によれば、処理容器と、当該処理容器に隣接するチャンバーとの間に設置される断熱部材が導電性被膜によって被覆されているため、断熱性を担保しつつ、従来のように断熱部材を通じて処理容器内部からマイクロ波が外部に漏洩してしまうのを防止・抑制することができる。これにより、プラズマ処理装置の安全性が向上し、成膜処理やエッチング処理等のプラズマ処理を安定して適切に行うことができる。

前記導電性被膜は、前記断熱部材の外周面全面に被覆されても良い。

前記導電性被膜の厚みは５μｍ以上１００μｍ以下であっても良い。

前記断熱部材は絶縁性樹脂であっても良い。

本発明によれば、プラズマ処理装置と搬送チャンバーとの間の断熱性を損なうことなく、プラズマ処理装置内部からのマイクロ波の漏洩を簡易な構造で効率的に防止することができる。

本実施の形態にかかるプラズマ処理装置の構成の概略を示す縦断面図である。本実施の形態にかかる処理容器の側面に設けられる搬入出口近傍の拡大断面図である。封止部材近傍の拡大図である。断熱部材におけるマイクロ波の漏洩についての検証装置の概略説明図であり、（ａ）は導電性被膜を設けていない場合を示し、（ｂ）は導電性被膜を設けた場合を示している。本発明の他の実施の形態にかかる処理容器の側面に設けられる搬入出口近傍の拡大断面図である。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。なお、本明細書および図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。なお、本実施の形態のプラズマ処理装置１では、被処理体としてのウェハＷの表面に対してプラズマＣＶＤ（ＣｈｅｍｉｃａｌＶａｐｏｒＤｅｐｏｓｉｏｔｉｏｎ）処理を行い、当該ウェハＷの表面にＳｉＮ膜（シリコン窒化膜）を形成する。

プラズマ処理装置１は、図１に示すように処理容器１０を有している。処理容器１０は、天井面が開口した略円筒形状を有し、当該天井面開口部には後述するラジアルラインスロットアンテナ４０が配置されている。また、処理容器１０の側面には、開口部としてのウェハＷの搬入出口１１が形成され、当該搬入出口１１にはゲートバルブ１２が設けられている。そして、処理容器１０はその内部を密閉可能に構成されている。これら搬入出口１１やゲートバルブ１２の構成については、図１では簡略的に図示し、詳細な構成等については、図２等を参照して後述する。なお、処理容器１０にはアルミニウム又はステンレス鋼等の金属が用いられ、処理容器１０は接地されている。

処理容器１０の底面には、ウェハＷを載置する載置部としての載置台２０が設けられている。載置台２０は円筒形状を有し、また載置台２０には例えばアルミニウムが用いられる。

載置台２０の上面には静電チャック２１が設けられている。静電チャック２１は、絶縁材の間に電極２２が挟み込まれた構成を有している。電極２２は処理容器１０の外部に設けられた直流電源２３に接続されている。この直流電源２３により載置台２０の表面にクーロン力を生じさせて、ウェハＷを載置台２０上に静電吸着することができる。

また載置台２０には、コンデンサ２４を介して、ＲＦバイアス用の高周波電源２５が接続されていてもよい。高周波電源２５は、ウェハＷに引き込むイオンのエネルギーを制御するのに適した一定の周波数、例えば１３．５６ＭＨｚの高周波を所定のパワーで出力する。

また載置台２０の内部には、例えば冷却媒体を流通させる温度調節機構２６が設けられている。温度調節機構２６は、冷却媒体の温度を調整する液温調節部２７に接続されている。そして、液温調節部２７によって冷媒媒体の温度が調節され、載置台２０の温度を制御でき、この結果、載置台２０上に載置されたウェハＷを所定の温度に維持できる。なお、載置台２０には、ウェハＷの裏面に伝熱媒体、例えばＨｅガスなどを所定圧力（バックプレッシャー）にて供給するためのガス通路（図示せず）が形成されている。

載置台２０の上面には、静電チャック２１上のウェハＷを囲むように環状のフォーカスリング２８が設けられている。フォーカスリング２８には例えばセラミックスあるいは石英などの絶縁性材料が用いられ、フォーカスリング２８はプラズマ処理の均一性を向上させるように作用する。

なお、載置台２０の下方には、ウェハＷを下方から支持し昇降させるための昇降ピン（図示せず）が設けられている。昇降ピンは、載置台２０に形成された貫通孔（図示せず）を挿通し載置台２０の上面から突出可能になっている。

載置台２０の周囲において、当該載置台２０と処理容器１０の側面との間には、環状の排気空間３０が形成されている。排気空間３０の上部には、処理容器１０内を均一に排気するため、複数の排気孔が形成された環状のバッフル板３１が設けられている。排気空間３０の底部であって、処理容器１０の底面には、排気管３２が接続されている。排気管３２の数は任意に設定でき、円周方向に複数形成されていてもよい。排気管３２は、例えば真空ポンプを備えた排気装置３３に接続されている。排気装置３３は、処理容器１０内の雰囲気を所定の真空度まで減圧することができる。

処理容器１０の天井面開口部には、プラズマ生成用のマイクロ波を供給するラジアルラインスロットアンテナ４０（ｒａｄｉａｌｌｉｎｅｓｌｏｔａｎｔｅｎｎａ）が設けられている。ラジアルラインスロットアンテナ４０は、マイクロ波透過板４１、スロット板４２、遅波板４３、シールド蓋体４４を有している。

マイクロ波透過板４１は、例えばＯリング等のシール材（図示せず）を介して、処理容器１０の天井面開口部に密に設けられている。したがって、処理容器１０の内部は気密に保持される。マイクロ波透過板４１には誘電体、例えば石英、Ａｌ_２Ｏ_３、ＡｌＮ等が用いられ、マイクロ波透過板４１はマイクロ波を透過させる。

スロット板４２は、マイクロ波透過板４１の上面であって、載置台２０と対向するように設けられている。スロット板４２には複数のスロットが形成され、スロット板４２はアンテナとして機能する。スロット板４２には、導電性を有する材料、たとえば銅、アルミニウム、ニッケル等が用いられる。

遅波板４３は、スロット板４２の上面に設けられている。遅波板４３には低損失誘電体材料、例えば石英、Ａｌ_２Ｏ_３、ＡｌＮ等が用いられ、遅波板４３はマイクロ波の波長を短縮する。

シールド蓋体４４は、遅波板４３の上面において、遅波板４３とスロット板４２覆うように設けられている。シールド蓋体４４の内部には、例えば冷却媒体を流通させる円環状の流路４５が複数設けられている。流路４５を流れる冷却媒体によって、マイクロ波透過板４１、スロット板４２、遅波板４３、シールド蓋体４４が所定の温度に調節される。

シールド蓋体４４の中央部には同軸導波管５０が接続されている。同軸導波管５０は、内部導体５１と外管５２を有している。内部導体５１は、スロット板４２と接続されている。内部導体５１のスロット板４２側は円錐形に形成されて、スロット板４２に対してマイクロ波を効率よく伝播するようになっている。

同軸導波管５０には、マイクロ波を所定の振動モードに変換するモード変換器５３、矩形導波管５４、マイクロ波を発生するマイクロ波発生装置５５が同軸導波管５０側からこの順で接続されている。マイクロ波発生装置５５は、所定周波数、例えば２．４５ＧＨｚのマイクロ波を発生させる。

かかる構成により、マイクロ波発生装置５５により発生されたマイクロ波は、矩形導波管５４、モード変換器５３、同軸導波管５０を順次伝播し、ラジアルラインスロットアンテナ４０内に供給され、遅波板４３で圧縮され短波長化され、スロット板４２で円偏波を発生させた後、スロット板４２からマイクロ波透過板４１を透過して処理容器１０内に放射される。このマイクロ波により処理容器１０内では処理ガスがプラズマ化し、このプラズマによりウェハＷのプラズマ処理が行われる。

処理容器１０の天井面、すなわちラジアルラインスロットアンテナ４０の中央部には、第１の処理ガス供給部としての第１の処理ガス供給管６０が設けられている。第１の処理ガス供給管６０はラジアルラインスロットアンテナ４０を貫通し、当該第１の処理ガス供給管６０の一端部はマイクロ波透過板４１の下面において開口している。また、第１の処理ガス供給管６０は同軸導波管５０の内部導体５１の内部を貫通し、さらにモード変換器５３内を挿通して、当該第１の処理ガス供給管６０の他端部は第１の処理ガス供給源６１に接続されている。第１の処理ガス供給源６１の内部には、処理ガスとして、例えばＴＳＡ（トリシリルアミン）、Ｎ_２ガス、Ｈ_２ガス、Ａｒガスがそれぞれ個別に貯留されている。このうち、ＴＳＡ、Ｎ_２ガス、Ｈ_２ガスはＳｉＮ膜の成膜用の原料ガスであり、Ａｒガスはプラズマ励起用ガスである。なお、以下において、この処理ガスを「第１の処理ガス」という場合がある。また、第１の処理ガス供給管６０には、第１の処理ガスの流れを制御するバルブや流量調節部等を含む供給機器群６２が設けられている。

図１に示すように処理容器１０の側面には、第２の処理ガス供給部としての第２の処理ガス供給管７０が設けられている。第２の処理ガス供給管７０は、処理容器１０の側面の円周上で等間隔に複数、例えば２４本設けられている。第２の処理ガス供給管７０の一端部は処理容器１０の側面において開口し、他端部はバッファ部７１に接続されている。第２の処理ガス供給管７０は、その一端部が他端部より下方に位置するように斜めに配置されている。

バッファ部７１は、処理容器１０の側面内部に環状に設けられ、複数の第２の処理ガス供給管７０に共通に設けられている。バッファ部７１には、供給管７２を介して第２の処理ガス供給源７３が接続されている。第２の処理ガス供給源６３の内部には、処理ガスとして、例えばＴＳＡ（トリシリルアミン）、Ｎ_２ガス、Ｈ_２ガス、Ａｒガスがそれぞれ個別に貯留されている。なお、以下において、この処理ガスを「第２の処理ガス」という場合がある。また、供給管７２には、第２の処理ガスの流れを制御するバルブや流量調節部等を含む供給機器群７４が設けられている。

第１の処理ガス供給管６０からの第１の処理ガスはウェハＷの中心部に向けて供給され、第２の処理ガス供給管７０からの第２の処理ガスはウェハＷの外周部に向けて供給される。

なお、第１の処理ガス供給管６０と第２の処理ガス供給管７０から処理容器１０内にそれぞれ供給される第１の処理ガス及び第２の処理ガスは、同種のガスでよいが、別種類のガスであってもよく、各々独立した流量で、或いは任意の流量比で供給することができる。

次に、以上のように構成されたプラズマ処理装置１で行われるウェハＷのプラズマ処理について説明する。本実施の形態では、上述したようにウェハＷにプラズマ成膜処理を行って、当該ウェハＷの表面にＳｉＮ膜を形成する。

先ず、ゲートバルブ１２を開き、処理容器１０内にウェハＷを搬入する。ウェハＷは、昇降ピンによって載置台２０上に載置される。このとき、直流電源２３をオンにして静電チャック２１の電極２２に直流電圧を印可し、静電チャック２１のクーロン力によりウェハＷを静電チャック２１上に静電吸着する。そして、ゲートバルブ１２を閉じ、処理容器１０内を密閉した後、排気装置３３を作動させ、処理容器１０内を所定の圧力、例えば４００ｍＴｏｒｒ（＝５３Ｐａ）に減圧する。

その後、第１の処理ガス供給管６０から処理容器１０内に第１の処理ガスを供給し、第２の処理ガス供給管７０から処理容器１０内に第２の処理ガスを供給する。このとき、第１の処理ガス供給管６０から供給されるＡｒガスの流量は例えば１００ｓｃｃｍ（ｍＬ／ｍｉｎ）であり、第２の処理ガス供給管７０から供給されるＡｒガスの流量は例えば７５０ｓｃｃｍ（ｍＬ／ｍｉｎ）である。

このように処理容器１０内に第１の処理ガス、第２の処理ガスが供給される際、マイクロ波発生装置５５を作動させ、当該マイクロ波発生装置５５において、例えば２．４５ＧＨｚの周波数で所定のパワーのマイクロ波を発生させる。マイクロ波は、矩形導波管５４、モード変換器５３、同軸導波管５０、ラジアルラインスロットアンテナ４０を介して、処理容器１０内に放射される。このマイクロ波によって処理容器１０内では第１の処理ガス及び第２の処理ガスがプラズマ化し、プラズマ中で各処理ガスの解離が進み、その際に発生した活性種によってウェハＷ上に成膜処理がなされる。こうして、ウェハＷの表面にＳｉＮ膜が形成される。

ウェハＷにプラズマ成膜処理を行っている間、高周波電源２５をオンにして、例えば１３．５６ＭＨｚの周波数で所定のパワーの高周波を出力させてもよい。この高周波はコンデンサ２４を介して載置台２０に印加され、ＲＦバイアスがウェハＷに印加される。プラズマ処理装置１では、プラズマの電子温度を低く維持できるので、膜へのダメージがなく、しかも、高密度プラズマにより、処理ガスの分子が解離されやすいので、反応が促進される。また、適切な範囲でのＲＦバイアスの印加は、プラズマ中のイオンをウェハＷへ引き込むように作用するため、ＳｉＮ膜の緻密性を向上させるとともに、膜中のトラップを増加させるように作用する。

その後、ＳｉＮ膜が成長し、ウェハＷに所定の膜厚のＳｉＮ膜が形成されると、第１の処理ガス、第２の処理ガスの供給と、マイクロ波の照射が停止される。その後、ウェハＷは処理容器１０から搬出されて、一連のプラズマ成膜処理が終了する。

次に、本実施の形態にかかる処理容器１０の側面に設けられる搬入出口１１近傍の構成について図面を参照して説明する。なお、以下の説明では、プラズマ処理装置１に隣接して配置されるチャンバーとして搬送用チャンバー８０が搬入出口１１を介して処理容器１０と接続している構成として説明する。

図２は本実施の形態にかかる処理容器１０の側面に設けられる搬入出口１１近傍の拡大断面図である。図２に示すように、搬入出口１１には、その形状に合わせて矩形状に構成され、搬入出口１１より大きな寸法を有する板状の弁体８３が設けられている。弁体８３は、図示しない駆動部に接続しており、駆動部により弁体８３が上下方向（図中矢印方向）に移動することにより、搬入出口１１を開放状態と閉塞状態とに切り替えることが可能な構成となっている。即ち、ウェハＷを搬送用チャンバー８０から処理容器１０内に搬入出可能な状態と、処理容器１０内を気密に閉塞した状態とに切り替え自在となっている。また、弁体８３には、例えばゴムや樹脂等からなり、処理容器１０の外側に当接、押圧されて気密封止を行うための枠状の封止部材（Ｏリング）８５が設けられている。

また、ゲートバルブ１２の外面側には、搬送用チャンバー８０の筐体８０ａ側面との間に断熱部材９０が搬入出口１１を囲うような形状で設けられている。これは、処理容器１０内部がプラズマ処理中に例えば約１８０℃の雰囲気になるのに対し、搬送用チャンバー８０内部は約５０℃程度に抑える必要があり、処理容器１０からの熱伝導を抑えるために設けられるものである。この断熱部材９０は耐熱性が高く、熱伝導の低い絶縁体であることが好ましく、例えば絶縁性樹脂（プラスチック部材等）からなる。上述したように処理容器１０内部は高温時に約１８０℃まで上昇することから、この温度に対して耐熱性のある材質である必要がある。

また、図２に示すように、断熱部材９０のゲートバルブ１２外面との対向面（界面）、及び断熱部材９０の搬送チャンバー８０（筐体８０ａ）外面との対向面（界面）には、導電性被膜１００が形成されている。更に、断熱部材９０の装置外部への露出面（外気側の面）にも同様の導電性被膜１００が形成されている。この導電性被膜１００は、例えばアルミ等の金属膜であり、厚さ５μｍ〜１００μｍである。この導電性被膜１００は断熱部材９０の表面に例えばめっき法あるいは溶射法によって被覆される。

図３は、図２に破線の円で示した封止部材８５近傍の拡大図である。図３に示すように、ゲートバルブ１２において弁体８３が閉塞状態とされ、処理容器１０内にてプラズマ処理が行われている場合であっても、封止部材８５が設けられていることにより弁体８３と処理容器１０の外面（側壁）との間には、微小な隙間Ｓが形成されている。上述したように、封止部材８５はゴムや樹脂等の絶縁体からなる部材であるため、マイクロ波を透過させてしまう。そのため、処理容器１０内にてプラズマ処理が行われている際に、ゲートバルブ１２の隙間Ｓを通り封止部材８５を透過してマイクロ波が搬送用チャンバー８０側に漏洩してしまう（図３中の一点鎖線矢印参照）。ここで、搬送用チャンバー８０側に漏洩したマイクロ波は、更に絶縁体からなる断熱部材９０を透過し、装置外部へ漏洩してしまう恐れがある。

そこで、本発明者らは、プラズマ処理中に処理容器１０から漏洩したマイクロ波が、更に断熱部材９０を通して装置外部へ漏洩してしまうのを防止するために、図２に示すように断熱部材９０の外面に導電性被膜１００を被覆させる技術を創案した。また、本発明者らは、断熱部材９０の外面のどの箇所に導電性被膜１００を被覆させれば効率的にマイクロ波の漏洩を防止できるかを実験によって検証した。以下では、本検証について図面ならびに表を参照して説明する。

図４は、断熱部材９０におけるマイクロ波の漏洩についての検証装置１１０の概略説明図であり、（ａ）は導電性被膜１００を設けていない場合を示し、（ｂ）は導電性被膜１００を設けた場合を示している。図４に示すように、検証装置１１０は、断熱部材９０と、当該断熱部材９０の両側面に形成される空間１１２、１１３から構成されており、空間１１２、１１３は気密状態となっている。空間１１２、１１３はそれぞれ本実施の形態における処理容器１０内部と搬送用チャンバー８０内部を想定したものであり、説明のため図４では左側を処理容器１０内部を想定した空間１１２とし、右側を搬送用チャンバー８０内部を想定した空間１１３とする。また、装置外部の空間（外気側の空間）を空間１１４と符号を付して説明する。また、ここでは、空間１１２を囲うように構成される筐体を１１６、空間１１３を囲うように構成される筐体を１１７と符号を付して説明する。

先ず、図４（ａ）に示すように、空間１１２と空間１１３との間に導電性被膜１００が被覆されていない断熱部材９０を設置し、空間１１２においてマイクロ波を生成させ、そのマイクロ波の漏洩状況について検証した。

次いで、図４（ｂ）に示すように、空間１１２と空間１１３との間に導電性被膜１００を被覆した断熱部材９０を設置し、空間１１２においてマイクロ波を生成させ、そのマイクロ波の漏洩状況について検証した。なお、導電性被膜１００の被覆箇所は、図４（ｂ）に示すように、筐体１１６と断熱部材９０との界面、断熱部材９０の空間１１３側の側面全面、及び断熱部材９０の外面のうち外気に接する上下の面全面とした。

以下に示す表１は、図４を参照して説明した各条件においてマイクロ波の断熱部材９０への入力を１００（％）とした場合の反射（％）、透過（％）、吸収（％）、漏洩（％）を示す検証結果である。ここで、表１における未処理とは、図４（ａ）に示す断熱部材９０に導電性被膜１００を被覆させていない条件である。また、めっき法とは、図４（ｂ）に示す導電性被膜１００の被覆をめっき法によって５μｍの厚みで行った条件であり、溶射法とは、導電性被膜１００の被覆を溶射法によって１００μｍの厚みで行った条件である。なお、導電性被膜１００としては、金属膜を用いた。

また、表１における反射（％）とは、空間１１２において生成したマイクロ波が断熱部材９０に入力された後、反射して空間１１２に戻る割合を示しており、透過（％）とは、空間１１２において生成したマイクロ波が断熱部材９０を透過し、空間１１３まで達した割合を示す。また、吸収（％）とは、空間１１２において生成したマイクロ波が断熱部材９０に吸収された割合を示しており、漏洩（％）とは、マイクロ波が空間１１２と断熱部材９０との界面において外部空間１１４に漏洩した割合を示している。なお、表１の漏洩減衰率とは、外部空間１１４に漏洩するマイクロ波が実際に減衰したマイクロ波量（ｄＢ）を示している。

表１に示すように、図４（ａ）に図示した導電性被膜１００を被覆させない場合には、反射が３．２５（％）、透過が７５．４（％）、吸収が２．１８（％）、漏洩が１９．１（％）であった。即ち、断熱部材９０に入力されたマイクロ波の内、１９．１（％）のマイクロ波が外部に漏洩している。

一方、図４（ｂ）に図示した導電性被膜１００を被覆させた場合には、めっき法による５μｍ被覆で、反射が９７．０（％）、透過が１．３７Ｅ−０５（％）、吸収が３．０３（％）、漏洩が１．４５Ｅ−０３（％）であった。また、この時の漏洩減衰率は−４１．２（ｄＢ）であった。更には、溶射法による１００μｍ被覆で、反射が９６．１（％）、透過が１．１２Ｅ−０５（％）、吸収が３．８６（％）、漏洩が５．３０Ｅ−０４（％）であった。またこの時の漏洩減衰率は−４５．６（ｄＢ）であった。

一般的なマイクロ波プラズマ処理装置のゲートバルブ構造において必要とされるマイクロ波漏洩減衰率は、安全性の観点から約−２０（ｄＢ）程度であることが知られている。上記検証結果によれば、めっき法、溶射法のいずれの方法で導電性被膜１００を断熱部材９０に被覆させた場合であってもマイクロ波の漏洩減衰率は−４０（ｄＢ）超であるため、断熱部材９０に導電性被膜１００を被覆させることで、マイクロ波の外部空間１１４への漏洩を十分に安全性が担保される程度に抑えることができる。また、断熱部材９０において導電性被膜１００を被覆させる範囲は、断熱部材９０と隣接するチャンバーとの界面及び外気に露出した面であれば十分にマイクロ波の漏洩を抑えることができる。

なお、表１においては、導電性被膜１００の被覆を５μｍ、１００μｍの厚みで行った場合を示したが、本発明者らの検証によれば、導電性被膜１００の厚みを５μｍ以上１００μｍ以下のいずれの膜厚とした場合であってもマイクロ波の外部空間１１４への漏洩を十分に安全性が担保される程度に抑えることができることが確認されている。

また、導電性被膜１００を被覆した断熱部材９０における吸収損失（表１中の「吸収」）は、導電性被膜１００の表面から後方へ励起される電流の密度に依存することが知られており、当該導電性被膜１００の表皮深さに関連している。本発明者らの検証によれば、導電性被膜１００が厚いほど吸収損失が増大し、外部空間１１４に漏洩するマイクロ波を抑制できることが分かっている。具体的には、導電性被膜１００の厚みが表皮深さの２倍以上であれば、マイクロ波漏洩減衰率を約−２０（ｄＢ）程度とすることができる。即ち、導電性被膜１００がアルミからなる金属膜である場合、アルミの表皮深さは２．５μｍであることから、導電性被膜１００の厚みは５μｍ以上とすることが望ましい。

以上の検証結果に基き、本実施の形態にかかるプラズマ処理装置１によれば、断熱部材９０外面の所定箇所に、導電性被膜１００を被覆させる構成としたことで、プラズマ処理中の処理容器１０からゲートバルブ１２を通じて漏洩したマイクロ波が、断熱部材９０や、断熱部材９０と隣接するチャンバー等との界面を通じて装置外部に漏洩する量を極めて低く抑えることが可能となる。これによりプラズマ処理装置１の安全性が向上し、効率的に安定したプラズマ処理を実施することが可能となる。

また、本実施の形態によれば、断熱部材９０に対する導電性被膜１００の被覆をめっき法あるいは溶射法で行うものとしている。即ち、マイクロ波漏洩を抑制するための新たな機構・装置等を導入することなく、従前より用いられていた断熱部材９０に対して簡易な構成にて表面処理を行い、マイクロ波の漏洩を抑制することができる。これは設備コストの面でも非常に有用である。

更には、本実施の形態において、断熱部材９０の外面に対して導電性被膜１００の被覆を行った場合でも、断熱部材９０の断熱性には何ら影響がないため、従来通り、処理容器１０と搬送用チャンバー８０との間の断熱性を担保しつつ、マイクロ波の装置外部への漏洩を抑制することができる。

また、本実施の形態において、断熱部材９０と隣接するチャンバー（例えば処理容器１０や搬送用チャンバー８０）とは、例えば樹脂製のボルト等で締め付けを行うことで接続される。そのような接続が行われる際に、ボルトによる締め付けによって断熱部材９０に被覆された導電性被膜１００に傷（いわゆる使用傷）がついてしまう場合がある。

そこで、本発明者らは、このように導電性被膜１００に傷がついた際のマイクロ波の漏洩減衰率についても検証を行った。以下の表２は、上記検証装置１１０において導電性被膜１００に傷がついた場合の、マイクロ波の反射（％）、透過（％）、吸収（％）、漏洩（％）を測定した検証結果である。なお、本検証は、導電性被膜１００に傷がついている点を除き、上記表１に示した条件と同様の条件下で行った。また、導電性被膜１００に傷がつく場合として、５．０Ｎ・ｍの力でもって５回ボルトによる締め付けを行い、断熱部材９０と隣接するチャンバーとを接続させた場合を試行した。

表２に示すように、めっき法によって断熱部材９０に膜厚５μｍの導電性被膜１００を被覆した場合のマイクロ波漏洩減衰率は−４７．０（ｄＢ）となった。また、溶射法によって断熱部材９０に膜厚１００μｍの導電性被膜１００を被覆した場合のマイクロ波漏洩減衰率は−４３．２（ｄＢ）となった。このように、導電性被膜１００に傷がついた状態であっても、マイクロ波の漏洩減衰率は−４０（ｄＢ）超であることが確認されたため、安全性が十分に担保されることが分かる。

なお、断熱部材９０に被覆された導電性被膜１００に生じる使用傷は、場所に応じてその大きさや深さ等が変わるものと考えられるが、上記表２に示した検証等の結果から、具体的には断熱部材９０の表面が見えない程度に導電性被膜１００による被覆がなされていれば安全性が十分担保されるものと推定される。また、断熱部材９０の表面が見えている場合であっても、使用傷が比較的小さい場合には、マイクロ波の漏洩が十分に抑制されるものと推定される。

以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施の形態について説明したが、本発明はかかる例に限定されない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。

上記実施の形態では、断熱部材９０の外面の内、断熱部材９０と隣接するチャンバー等との界面及び外気に露出している面において導電性被膜１００を被覆させる構成を説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。具体的には、例えば図５に示すように、断熱部材９０の外面全面に導電性被膜１００を被覆させる構成としても良い。かかる構成によれば、上記実施の形態と同様の効果を享受できる上、更なるマイクロ波の漏洩抑制が図られる。

また、上記実施の形態では、導電性被膜１００としてアルミ等の金属膜を例示したが、これに限られるものではない。具体的には、カーボン膜やＩＴＯ（ＩｎｄｉｕｍＴｉｎＯｘｉｄｅ）が挙げられる。

また、導電性被膜１００の被覆方法としては、めっき法あるいは溶射法が好ましいと説明したが、当然他の被覆方法を用いても良い。具体的には、導電塗装、ＰＶＤ法（物理気相成長法）、ＣＶＤ法（化学気相成長法）であっても良い。但し、施工性やコストの面からは、上記実施の形態で挙げためっき法あるいは溶射法がより望ましい。

なお、以上の実施の形態では、マイクロ波を用いたプラズマ処理装置を例にとって、処理容器と搬送用チャンバーとの間でのマイクロ波の漏洩を抑制する点について説明したが、これに限定されるものではない。即ち、本発明はマイクロ波を用いた処理装置に付帯する種々の装置やチャンバーとの間でマイクロ波の漏洩を抑制するための技術に適用可能であり、具体的には、プラズマ処理装置内の圧力を測定する圧力計等との間でのマイクロ波の漏洩抑制などに有用である。更に、本発明のプラズマ処理で処理される被処理体は、ガラス基板、有機ＥＬ基板、ＦＰＤ（フラットパネルディスプレイ）用の基板等のいずれのものであってもよい。

本発明は、処理ガスをプラズマ化させて被処理体を処理するプラズマ処理装置に有用である。

１プラズマ処理装置
１０処理容器
１１搬入出口
１２ゲートバルブ
２０載置台
３２排気管
４０ラジアルラインスロットアンテナ
５０同軸導波管
６０第１の処理ガス供給管
７０第２の処理ガス供給管
８０搬送用チャンバー
８５封止部材
９０断熱部材
１００導電性被膜
Ｗウェハ

Claims

被処理体を処理するプラズマ処理装置であって、
隣接するチャンバーとの間で前記被処理体を搬入出させるための開口部を有する処理容器と、
前記処理容器内にマイクロ波を導入するマイクロ波導入機構と、
前記処理容器を真空引きする排気装置と、
前記開口部近傍に設けられるゲートバルブにおいて、当該ゲートバルブの外面と前記処理容器に隣接するチャンバーとの間に設置される断熱部材と、を備え、
前記断熱部材には、少なくとも当該断熱部材と前記ゲートバルブの外面との対向面、当該断熱部材と前記処理容器に隣接するチャンバーとの対向面、及び当該断熱部材の外気に露出する面において導電性被膜が被覆されていることを特徴とする、プラズマ処理装置。
前記導電性被膜は、前記断熱部材の外周面全面に被覆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。
前記導電性被膜の厚みは５μｍ以上１００μｍ以下であることを特徴とする、請求項１又は２に記載のプラズマ処理装置。
前記断熱部材は絶縁性樹脂である、請求項１〜３のいずれか一項に記載のプラズマ処理装置。