JP6069874B2

JP6069874B2 - プラズマ処理装置

Info

Publication number: JP6069874B2
Application number: JP2012084742A
Authority: JP
Inventors: 米澤　朋子; 朋子米澤
Original assignee: IHI Corp
Current assignee: IHI Corp
Priority date: 2012-04-03
Filing date: 2012-04-03
Publication date: 2017-02-01
Anticipated expiration: 2032-04-03
Also published as: JP2013214446A

Description

本発明は、真空チャンバ内でプラズマを発生させて処理対象の被処理面に薄膜を生成したり、エッチングを行ったりするプラズマ処理装置に関する。

従来、特許文献１〜３に示されるプラズマ処理装置（プラズマＣＶＤ装置）が知られている。これらのプラズマ処理装置は、真空状態に減圧可能な処理室を有する真空チャンバを備えており、この真空チャンバの天井部に、高周波電源に電気的に接続された複数のコネクタが配設されている。また、処理室内には、複数本の電極棒を有するアレイアンテナユニットが設けられており、このアレイアンテナユニットの電極棒が、複数のコネクタそれぞれに接続されている。

そして、真空状態に減圧された処理室内に、処理対象である基板を保持する基板搬送用の台車を搬送するとともに、当該基板をアレイアンテナユニットに対向させた状態で、真空チャンバ内に反応ガスを供給しつつ、電極棒に高周波電力を供給する。これにより、真空雰囲気中にプラズマが発生するとともに、プラズマによって分解された反応ガスの成分が基板の表面に付着し、非結晶シリコン膜または微結晶シリコン膜などの薄膜が基板表面に生成されることとなる。

特開２００７−２６２５４１号公報特開２００３−８６５８１号公報特開２００３−１０９７９８号公報

従来のプラズマ処理装置においては、複数本の電極棒が並列に配置されている。したがって、処理対象の被処理面が平面状である場合には、当該被処理面に対して薄膜生成やエッチング等のプラズマ処理を均一に施すことが可能である。しかしながら、例えば、本体に孔状または凹み状の対象空間が形成され、この対象空間に面する部分を被処理面とする処理対象等、処理対象の形状や被処理面の位置によっては、プラズマ処理を施すことができない。

本発明は、特に、孔状または凹み状の空間に面する被処理面を備えた処理対象に対してもプラズマ処理を施すことが可能なプラズマ処理装置を提供することを目的としている。

上記課題を解決するために、本発明のプラズマ処理装置は、孔状または凹み状の対象空間に面する被処理面を備えた処理対象にプラズマ処理を施すプラズマ処理装置であって、真空状態に減圧可能な処理室にガス供給源から反応ガスが供給される真空チャンバと、処理室内に設けられ、交流電源の給電側に接続される直線形状の給電側電極棒、および、交流電源の接地側に接続される、直線形状かつ円筒形状であり、内部に反応ガスの供給路が形成された接地側電極棒が、給電側電極棒および接地側電極棒の先端同士を通電可能に接続する接続部材により接続されて対向配置されるとともに、交流電源からの電力供給によって両電極棒の周囲にプラズマを発生させるアンテナ体と、処理対象の被処理面によって囲繞される対象空間の中央にアンテナ体を進入させた状態で、処理対象を処理室内に保持する処理対象保持手段と、を備えたことを特徴とする。

本発明によれば、特に、孔状または凹み状の空間に面する被処理面を備えた処理対象に対してもプラズマ処理を施すことができる。

（ａ）は真空チャンバの断面図、（ｂ）は真空チャンバの上面図である。第１電極棒および第２電極棒の部分断面図である。アンテナ体と処理対象との相対位置関係を示す図である。プラズマ処理について説明する図である。他の処理対象を説明する図である。変形例におけるアンテナ体と処理対象との相対位置関係を示す図である。

以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。かかる実施形態に示す寸法、材料、その他具体的な数値等は、発明の理解を容易とするための例示にすぎず、特に断る場合を除き、本発明を限定するものではない。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能、構成を有する要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略し、また本発明に直接関係のない要素は図示を省略する。

本実施形態のプラズマ処理装置は、処理対象の被処理面に薄膜を生成するプラズマＣＶＤ装置や、処理対象の被処理面をエッチング加工するプラズマエッチング装置として用いることが可能であるが、ここでは、プラズマ処理装置をプラズマＣＶＤ装置として用いる場合について説明する。

図１（ａ）は真空チャンバの断面図、図１（ｂ）は真空チャンバの上面図である。真空チャンバ１は、筐体２を備えて構成されている。この筐体２は、天井部２ａと、側面部２ｂと、この側面部２ｂの下端に設けられた底面開口部２ｃと、を備えている。

また、真空チャンバ１の下方には、処理対象となるワークＷを搬送するための搬送チャンバ１００が設けられている。この搬送チャンバ１００は、ワークＷが載置された搬送台車１０１を搬送するものであり、搬送台車１０１は、ガイドレール１０２にガイドされて真空チャンバ１の下方まで搬送されることとなる。

そして、真空チャンバ１と搬送チャンバ１００とは、真空チャンバ１の底面開口部２ｃを介して接続されている。両チャンバ１、１００の接続部には、ゲートバルブ１０３が開閉自在に設けられており、ゲートバルブ１０３が開状態にある場合には、両チャンバ１、１００が連通し、ゲートバルブ１０３が図示のように閉状態にある場合には、両チャンバ１、１００の連通が遮断されることとなる。このように、ゲートバルブ１０３が閉状態となると、真空チャンバ１内に設けられた処理室３が、外部から完全に密閉された状態となる。これにより、真空チャンバ１に接続された真空ポンプ４を駆動すれば、処理室３が減圧されて真空状態に維持されることとなる。

なお、搬送チャンバ１００には、搬送台車１０１を昇降する昇降装置１０４が設けられており、真空チャンバ１の下方まで搬送されたワークＷは、昇降装置１０４によって、搬送台車１０１と一体となって上昇する。一方、真空チャンバ１には、ワーク保持装置５が設けられており、底面開口部２ｃから処理室３内に搬入されたワークＷは、このワーク保持装置５によって、所定の処理位置に保持されることとなる。

そして、真空チャンバ１の天井部２ａには、第１天井側コネクタ６および第２天井側コネクタ７が設けられており、第１天井側コネクタ６には、第１電極棒８の上端が接続され、第２天井側コネクタ７には、第２電極棒９の上端が接続されている。第１天井側コネクタ６および第２天井側コネクタ７は、図１（ｂ）からも明らかなように、天井部２ａの中央に１つずつ設けられている。したがって、第１電極棒８および第２電極棒９も、処理室３の中央位置において、天井部２ａから垂下支持されることとなる。

なお、両電極棒８、９は、その下端が接続部材１０によって通電可能に接続されており、これら第１電極棒８、第２電極棒９および接続部材１０によってアンテナ体Ａが構成されることとなる。

そして、第１天井側コネクタ６は、高周波電力（本実施形態では８５ＭＨｚの交流電力）を供給する高周波電源２１の供給側（給電側）に接続され、第２天井側コネクタ７は、高周波電源２１の接地側に接続されている。また、第２天井側コネクタ７にはガス供給源２２が接続されており、このガス供給源２２から供給される反応ガスが、第２天井側コネクタ７に接続された第２電極棒９から、処理室３内に噴出可能となっている。

図２は、第１電極棒８および第２電極棒９の部分断面図である。第１電極棒８の上端部には、真空チャンバ１の天井部２ａに設けられた第１天井側コネクタ６に接続可能な第１アンテナ側コネクタ１２が固定されている。また、第２電極棒９の上端部には、真空チャンバ１の天井部２ａに設けられた第２天井側コネクタ７に接続可能な第２アンテナ側コネクタ１３が固定されている。

第１アンテナ側コネクタ１２は、円筒状の本体１２ａを備えており、この本体１２ａの底面部１２ｂに、第１電極棒８が貫通した状態で固定されている。また、第２アンテナ側コネクタ１３も、円筒状の本体１３ａを備えており、この本体１３ａの底面部１３ｂに、第２電極棒９が貫通した状態で固定されている。

第１電極棒８は、その外周にセラミックスまたは樹脂などの誘電体からなる被覆部材１４を備えている。一方、第２電極棒９は円筒形状をなしており、その長手方向に延在するガス供給路９ａが内部に形成されている。また、第２電極棒９は、ガス供給路９ａに垂直に連通する噴出孔９ｂを備えている。この第２電極棒９は、上述したように、処理室３内に垂下支持されたときに、第２天井側コネクタ７に接続されて、上記したガス供給源２２とガス供給路９ａと、が連通する関係をなしている。したがって、第２電極棒９が処理室３内に垂下支持された状態で、ガス供給源２２から反応ガスが供給されることにより、噴出孔９ｂから処理室３に向けて反応ガスが噴出することとなる。

図３は、処理室３内に搬入されたワークＷと、アンテナ体Ａとの相対位置関係を示す図である。この図に示すように、本実施形態においては、処理対象であるワークＷが円筒状に構成されており、処理室３内にワークＷが搬入されると、アンテナ体ＡがワークＷの内部に形成される対象空間Ｘに挿通する。そして、ワークＷは、対象空間Ｘに面する内周面を被処理面Ｗ１としており、この被処理面Ｗ１によって囲繞される対象空間Ｘの中央にアンテナ体Ａが配置されることとなる。

図４は、本実施形態のプラズマ処理装置によるプラズマ処理について説明する図である。まず、真空チャンバ１の処理室３を密閉するとともに、真空ポンプ４を駆動して処理室３を真空状態に減圧する。この状態で、内部が真空状態に維持された搬送チャンバ１００において、ワークＷが載置された搬送台車１０１を真空チャンバ１の下方まで搬送する。そして、ゲートバルブ１０３を開いて両チャンバ１、１００を連通させるとともに、昇降装置１０４を駆動して搬送台車１０１を上昇させ、処理室３内にワークＷを搬入する。

その後、図示のように、ワーク保持装置５によってワークＷを処理室３内に保持するとともに、ゲートバルブ１０３を閉じて、真空チャンバ１と搬送チャンバ１００との連通を遮断して処理室３を密閉する。この状態で、ガス供給源２２から第２電極棒９に反応ガスを供給して、噴出孔９ｂから真空チャンバ１内に反応ガスを噴出させるとともに、高周波電源２１によってアンテナ体Ａに高周波電力を供給する。これにより、アンテナ体Ａすなわち両電極棒８、９の周囲にプラズマが発生し、このプラズマによって分解された反応ガスの成分がワークＷの被処理面Ｗ１に付着する。このようにして、被処理面Ｗ１の表面に、非結晶シリコン膜または微結晶シリコン膜などの薄膜が成膜されることとなる。

以上のように、本実施形態によれば、孔状の対象空間Ｘに面する被処理面Ｗ１を備えたワークＷに対しても確実にプラズマ処理を施すことができる。

なお、上記実施形態においては、被処理面Ｗ１に対して薄膜を生成する場合について説明したが、被処理面Ｗ１に対してエッチング加工を施す場合にも、上記と同様の効果を実現することができる。

また、上記実施形態においては、処理対象が円筒状であって、その内周面を被処理面とする場合について説明したが、処理対象の形状はこれに限らず、例えば、図５に示すように、処理対象の底面が閉塞されている有底筒状体であっても、上記実施形態により、均一なプラズマ処理を施すことが可能である。

また、上記実施形態においては、円環状に湾曲する被処理面を備えた処理対象にプラズマ処理を施す場合について説明したが、上記実施形態のプラズマ処理装置は、被処理面の一部が所定の角度で屈曲する処理対象に対しても適用可能である。いずれにしても、処理対象は、孔状または凹み状の対象空間に面する被処理面を備えており、アンテナ体が対象空間に進入可能な構成であればよい。また、上記各実施形態においては、両電極棒８、９を鉛直方向に沿って配置することとしたが、例えば、図６に示すように、両電極棒８、９を水平方向に沿って配置する等、両電極棒８、９の向き等は特に問わない。

以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明はかかる実施形態に限定されないことは言うまでもない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された範疇において、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。

本発明は、真空チャンバ内でプラズマを発生させて処理対象の被処理面にプラズマ処理を施すプラズマ処理装置に利用することができる。

１真空チャンバ
３処理室
５ワーク保持装置
８第１電極棒
９第２電極棒
１０接続部材
２１高周波電源
２２ガス供給源
Ａアンテナ体
Ｗワーク
Ｗ１被処理面
Ｘ対象空間

Claims

孔状または凹み状の対象空間に面する被処理面を備えた処理対象にプラズマ処理を施すプラズマ処理装置であって、
真空状態に減圧可能な処理室にガス供給源から反応ガスが供給される真空チャンバと、
前記処理室内に設けられ、交流電源の給電側に接続される直線形状の給電側電極棒、および、前記交流電源の接地側に接続される、直線形状かつ円筒形状であり、内部に前記反応ガスの供給路が形成された接地側電極棒が、該給電側電極棒および該接地側電極棒の先端同士を通電可能に接続する接続部材により接続されて対向配置されるとともに、該交流電源からの電力供給によって両電極棒の周囲にプラズマを発生させるアンテナ体と、
前記処理対象の前記被処理面によって囲繞される前記対象空間の中央に前記アンテナ体を進入させた状態で、前記処理対象を前記処理室内に保持する処理対象保持手段と、を備えたことを特徴とするプラズマ処理装置。