JPH06168910A - 縦型プラズマリアクター - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 金属製円筒体の係止機構を改良することによ
り、安定したプラズマ処理を可能にした縦型プラズマリ
アクターを提供する。 【構成】 同軸給電型またはエッチトンネルを使用した
対向電極型の縦型プラズマリアクターであって、円筒状
反応容器の両端部にはボトムプレートとトッププレート
とを配置し、円筒状反応容器内の金属製円筒体の少なく
とも一端をダイアフラムを介してボトムプレート及び／
又はトッププレートに係止した。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、縦型プラズマリアクタ
ーに関するものであり、詳しくは、縦型プラズマリアク
ターを構成する金属製円筒体の係止機構を改良すること
により、安定したプラズマ処理を可能にした縦型プラズ
マリアクターに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】周知の通り、プラズマリアクターは、プ
ラズマ低温エッチング処理、プラズマ低温アッシング処
理、プラズマＣＶＤ処理などに用いられる反応器であ
る。プラズマリアクターは、ガス導入管と真空系に連結
されたガス排出管とを備え且つ周囲に温度制御機構を設
けた円筒状反応容器から主として構成される。そして、
円筒状反応器の配置方向により、縦型プラズマリアクタ
ーや横型プラズマリアクターの種類があり、また、その
電極構造により、同軸給電型（円筒同軸型）やエッチト
ンネルを使用した対向電極型などが知られている。

【０００３】縦型プラズマリアクターは、円筒状反応容
器を縦方向に配置し、ウェハーボートが複数枚の試料の
装填を順次受けながら上昇して上記の円筒状反応容器の
下部から装入される形式のものである。従来、この縦型
プラズマリアクターにおいては、側壁に多数の小孔を有
する金属製円筒体が円筒状反応容器の内部に同軸に配置
されており、この金属製円筒体を内部電極、または、エ
ッチトンネルとして利用し、円筒状反応容器の外周囲に
密着配置された外部電極との間でプラズマを発生させる
ように構成されている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
縦型プラズマリアクターにおいては、上記の金属製円筒
体が円筒状反応容器に、詳しくは該反応容器の両端部に
配置されたボトムプレート及びトッププレートに直接固
着されている。従って、外気に接触する円筒状反応容器
と該反応容器内にある金属製円筒体とでは、プラズマ処
理に伴う熱歪みに差異が生じ、金属製円筒体が歪曲して
金属製円筒体と外部電極との間隙が一様でなくなる。そ
の結果、発生回路のインピーダンスが変化するため、プ
ラズマの流量に変動を来たし、装填された試料について
又は各試料間において均一なプラズマ処理が施せないと
いう問題が生じる。

【０００５】本発明は、上記実情に鑑みなされたもので
あり、その目的は、リアクターを構成する金属製円筒体
の係止機構を改良することにより、安定したプラズマ処
理を可能にした縦型プラズマリアクターを提供すること
にある。

【課題を解決するための手段】

【０００６】すなわち、本発明の要旨は、ガス導入管と
真空系に連結されたガス排出管とを備え且つ周囲に温度
制御機構を設けた円筒状反応容器、該反応容器の外周囲
に密着配置された外部電極および前記反応容器の内部に
同軸に配置され且つ側壁に多数の小孔を有する金属製円
筒体から主として構成される同軸給電型またはエッチト
ンネルを使用した対向電極型の縦型プラズマリアクター
であって、前記の円筒状反応容器の両端部にはボトムプ
レートとトッププレートとが配置され、前記の金属製円
筒体の少なくとも一端は、ダイアフラムを介してボトム
プレート及び／又はトッププレートに係止されているこ
とを特徴とするプラズマリアクターに存する。

【０００７】

【作用】本発明では、金属製円筒体の少なくとも一端が
ダイアフラムを介して係止されているため、プラズマ処
理に伴って円筒状反応容器よりも金属製円筒体がより高
温になった場合、金属製円筒体の長手方向の膨脹がダイ
アフラムの撓みにより緩衝され、そして、金属製円筒体
と外部電極との間隙が常に一様に保持される。

【０００８】

【実施例】以下、本発明の一実施例を添付図面に基づい
て説明する。図１は本発明の縦型プラズマリアクターの
一実施例を示す側面図、図２は図１に示す縦型プラズマ
リアクターの円筒状反応容器の側断面図、図３は円筒状
反応容器の平面図、図４は金属製円筒体の係止機構を示
す要部の側断面図である。

【０００９】本発明の縦型プラズマリアクターは、図１
に示されるように、ガス導入管（１３）と真空系に連結
されたガス排出管（１５）とを備え且つ周囲に温度制御
機構（３）を設けた円筒状反応容器（１）、該反応容器
の外周面に密着配置された外部電極（２）及び前記反応
容器（１）の内部にこれと所定間隔を設けて同軸に配置
され且つ側壁に多数の小孔を有する金属製円筒体（４）
から主として構成される。

【００１０】本発明の縦型プラズマリアクターは、同軸
給電型またはエッチトンネルを使用した対向電極型のい
ずれであってもよい。同軸給電型のプラズマリアクター
は、金属製円筒体（４）をアースして内部電極として利
用した方式のプラズマリアクターであり、一方、エッチ
トンネルを使用した対向電極型のプラズマリアクター
は、金属製円筒体（４）をアースすることなく、エッチ
トンネルとして利用した方式のプラズマリアクターであ
る。

【００１１】円筒状反応容器（１）は、通常、石英ガラ
スで形成され、架台上に軸線を鉛直方向に向けて配置さ
れる。斯かる架台は、例えば、下部ベース（１２）に立
設された支柱（９）、（９）にて上部ベース（１０）を
支持して構成される。

【００１２】図２に示されるように、円筒状反応容器
（１）には、該反応容器内にプラズマ用ガスを導入する
ため、多数のガス噴出孔（図示せず）が長手方向に沿っ
て設けられたガス導入管（１３）が上方から挿入されて
いる。また、円筒状反応容器（１）の上方からは、多数
のガス吸引孔（図示せず）が長手方向に沿って設けられ
たガス排出管（１５）が挿入されており、真空系の駆動
により、前記吸引孔を通じて反応排ガスが系外に排気さ
れる。

【００１３】温度制御機構（３）は、例えば、遠赤外線
ヒータ等の熱源（３０）および円筒状反応容器（１）に
おいて輻射熱を利用するためのリフレクター（３１）か
ら構成される。そして、図３に示されるように、温度制
御機構（３）は、例えば、円筒状反応容器（１）を取り
巻く４箇所の位置に配置される。

【００１４】円筒状反応容器（１）の外周面に配置され
る外部電極（２）は、高周波電源（図示せず）に接続さ
れる。また、金属製円筒体（４）は、通常、アルミニュ
ウムやアルマイト処理された金属などで構成され、試料
を装填するウェハーボート（１６）を挿通し得る直径に
形成される。図２に示されるように、金属製円筒体
（４）の側壁に設けられる小孔の直径は、通常、０．５
〜１０ｍｍとされ、当該小孔は、通常、０．５〜２０ｍ
ｍ間隔で設けられる。

【００１５】ところで、円筒状反応容器（１）は、図２
に示されるように、下端のボトムプレート（７）を介し
て上部ベース（１０）に搭載されるが、ボトムプレート
（７）の中央部には、金属製円筒体（４）よりも大径の
円形開口部が設けられており、一方、上部ベース（１
０）には、前記開口部と同軸に且つ幾分大径の円形開口
部が設けられている。

【００１６】上記のボトムプレート（７）の円形開口部
は、断面が凸状に形成された反応容器下蓋（１０２）に
より封止される。即ち、反応容器下蓋（１０２）の上段
部は、上部ベース（１０）の円形開口部に緊密に嵌合す
るように形成され、そして、その上端面にボトムプレー
ト（７）の下面に当接するシール部材（図示せず）が付
設されている。

【００１７】一方、円筒状反応容器（１）の上端には、
トッププレート（５）が配設されており、このトッププ
レート（５）の中央部には、処理後の放熱を行うため、
段付きの円形開口部が開設されている。斯かる円形開口
部には、断面が凸状の反応容器上蓋（５２）が嵌合させ
られて封止される。また、反応容器上蓋（５２）の段部
には、気密を保持するためのシール部材（図示せず）が
付設されている。

【００１８】上記の反応容器上蓋（５２）は、トッププ
レート（５）側に支持されたエアーシリンダー（１４）
により昇降可能に形成されると共に、運転時は、トップ
プレート（５）に押圧されている。なお、図１に示され
るように、トッププレート（５）は、該トッププレート
とボトムプレート（７）との間にシールフランジ
（６）、（６）を両端に介して架設される支持ロッド
（８）、（８）により支持される。

【００１９】プラズマ処理される試料は、図２に一部示
されているウェハーボート（１６）に搭載され、ボトム
プレート（７）の円形開口部を介して金属製円筒体
（４）の内部に装入される。ウェハーボート（１６）
は、通常、複数の切欠を設けた石英製支柱を試料の外周
を包囲する状態に適宜に立設して構成され、前記切欠に
より装填される多数枚の試料を上下方向に間隙を設けて
保持する。

【００２０】ウェハーボート（１６）は、架台を構成す
る下部ベース（１２）と上部ベース（１０）との間に配
置された移動機構（１１）のステージ（１１０）上に上
記の反応容器下蓋（１０２）を介して搭載される。移動
機構（１１）は、図１中の仮想線にて示されるように、
サーボモータ或いはシリンダ装置等の駆動手段（図示せ
ず）により、ウェハーボート（１６）への試料の装填お
よび排出に伴って、水平に取り付けられたステージ（１
１０）を上方または下方に間欠移動し得るように構成さ
れている。

【００２１】本発明の特徴は、金属製円筒体（４）の係
止機構にあり、本発明の縦型プラズマリアクターでは、
図３及び図４に示されるように、円筒状反応容器（１）
の内部に配置された金属製円筒体（４）の上端がダイア
フラム（４２）を介してトッププレート（５）に係止さ
れる。

【００２２】ダイアフラム（４２）は、アルミニウム合
金等の非鉄金属から形成された可撓性部材であり、本実
施例においては、板厚が略０．１〜０．５ｍｍ、好まし
くは、約０．３ｍｍのアルミニウム板により形成され
る。また、ダイアフラム（４２）は、図３に示されるよ
うに、処理後にトッププレート（５）の円形開口部から
放熱を行う関係上、平面形状がドーナッツリング状とさ
れる。

【００２３】ダイアフラム（４２）の外径は、金属製円
筒体（４）の直径とほぼ同一であり、また、内径は上記
のトッププレート（５）の円形開口部の直径となってい
る。更に、ダイアフラム（４２）の盤面には、金属製円
筒体（４）の内部の通気効率およびダイアフラム（４）
の放熱効率を向上させるため、複数の開口が設けられて
いる。

【００２４】ダイアフラム（４２）の外周は、アルミニ
ウム合金等の非鉄金属からなる環状の縁部材（図示せ
ず）が介装されて金属製円筒体（４）の上端に溶着され
る。また、ダイアフラム（４２）の上面の内周側には、
図４に示されるように、内径がトッププレート（５）の
円形開口部と略同一である環状の支持部材（５４）が設
けられ、そして、ダイアフラム（４２）は、支持部材
（５４）を介して上記のトッププレート（５）の下面に
取り付けられている。

【００２５】金属製円筒体（４）の上端は、上記のよう
なダイアフラム（４２）を含む係止機構によりトッププ
レート（５）の下面に係止される。他方、金属製円筒体
（４）の下端は、図２に示されるボトムプレート（７）
の円形開口部に緊密に嵌入されて振れ止めが施される。

【００２６】本発明のプラズマリアクターによる処理条
件は、従来の場合と同様であり、プラズマガスとして
は、処理目的に応じ、例えば、アッシング処理の場合
は、酸素、窒素、水素、アルゴン、アンモニア、水など
が用いられ、また、エッチング処理の場合は、フッ素、
酸素、オゾンなどが用いられる。そして、これらプラズ
マガスの種類、および、設定される電界強度により、円
筒状反応容器（１）内が適宜の真空度とされる。

【００２７】このようなプラズマ処理を行った場合、付
設された温度制御機構（３）により円筒状反応容器
（１）の内部が加熱されるため、該反応容器の内部に配
置された金属製円筒体（４）が昇温させられて膨脹す
る。この際、通常、大気に接触している円筒状反応容器
（１）と金属製円筒体（４）とに温度差が生じ、線膨脹
率にも差異が生じる。

【００２８】しかしながら、本発明の縦型プラズマリア
クターでは、金属製円筒体（４）の上端がダイアフラム
（４２）を介してトッププレート（５）に係止されてい
るため、金属製円筒体（４）が円筒状反応容器（１）よ
りも高温になった場合でも、金属製円筒体（４）の熱に
よる長手方向の膨脹がダイアフラム（４２）の撓みによ
り緩衝され、金属製円筒体（４）と円筒状反応容器
（１）、即ち、外部電極（２）との間隙が一様に保持さ
れる。

【００２９】すなわち、プラズマ処理の進行中も金属製
円筒体（４）の外面が歪曲することなく、外部電極
（２）と金属製円筒体（４）との離間距離を常に一様に
保持することが出来、プラズマ発生回路におけるインピ
ーダンスに変化を来すことがない。その結果、外部電極
（２）と金属製円筒体（４）との間で発生するプラズマ
の流量を常に安定に保持することが出来、装填された試
料について又は各試料間において均一で安定したプラズ
マ処理を施すことが出来る。

【００３０】ところで、上述のトッププレート（５）と
ボトムプレート（７）との間に架設された支持ロッド
（８）、および、その両端が固定されるシールフランジ
（６）、（６）は、本発明の縦型プラズマリアクターの
好ましい態様として設けられるものである。

【００３１】すなわち、図２に示されるように、本実施
例の縦型プラズマリアクターにおいて、円筒状反応容器
（１）の外側であってボトムプレート（７）とトッププ
レート（５）との間には、支持ロッド（８）が架設さ
れ、そして、支持ロッド（８）の両端であって、ボトム
プレート（７）及びトッププレート（５）の円筒状反応
容器（１）側の端面には、該反応容器の端部を包囲する
シールフランジ（６）が配置され、円筒状反応容器
（１）とシールフランジ（６）との間には、シール部材
（６３）が介装される。

【００３２】支持ロッド（８）は、図３に示されるよう
に、例えば、円筒状反応容器（１）の外周側の４箇所に
立設される。これらの支持ロッド（８）は、反応容器上
蓋（５２）を含むトッププレート（５）の荷重を担うた
めに設けられるものであり、これにより、円筒状反応容
器（１）を一層薄く形成して設備コストの低減を図るこ
とが出来る。

【００３３】しかも、支持ロッド（８）がトッププレー
ト（５）とボトムプレート（７）との間に架設された場
合、円筒状反応容器（１）内を真空とすることによりト
ッププレート（５）及びボトムプレート（７）が吸引さ
れて生じる円筒状反応容器（１）の軸線方向の荷重を支
持することが出来る。すなわち、トッププレート（５）
とボトムプレート（７）との距離を常に一定に保持する
ことが出来、円筒状反応容器（１）内の過剰または急激
な減圧、円筒状反応容器（１）自体の異常等、不測の事
態において円筒状反応容器（１）の爆発的な破壊を防止
し、安全性を向上し得る。

【００３４】また、シールフランジ（６）は、円筒状反
応容器（１）の両端部を封止するため、ボトムプレート
（７）及びトッププレート（５）の円筒状反応容器
（１）側の端面に該反応容器と同軸に各々配置される。
各シールフランジ（６）の内周面は、互いに対向するフ
ランジに向けて拡径されたテーパー面に形成されてい
る。斯かるテーパー面と円筒状反応容器（１）の外周面
とで形成される空間部には、シール部材（６３）が各々
介装されており、そして、シール部材（６３）は、上記
の傾斜面（６ｓ）および円筒状反応容器（１）の外周面
に密着させられる。

【００３５】図４には円筒状反応容器（１）の上端部分
が示されているが、下端部分も同様に構成される。この
ようなシール機構によれば、シール部材（６３）が円筒
状反応容器（１）の外周側に位置しているため、プラズ
マガスに曝されることによるシール部材（６３）からの
パーティクルの発生が防止される。しかも、高温処理に
伴うシール部材（６３）の変形、融着および劣化が防止
され、円筒状反応容器（１）内の気密性を長期に渡って
維持することが出来る。

【００３６】上記の実施例では、ダイアフラム（４２）
にて構成される係止機構により、金属製円筒体（４）の
上端をトッププレート（５）に係止しているが、金属製
円筒体（４）の少なくも一端をダイアフラム（４２）を
介してボトムプレート（７）及び／又はトッププレート
（５）に係止してもよい。この場合も上記の実施例と同
様に、金属製円筒体（４）に生じる熱歪を緩衝して金属
製円筒体（４）と外部電極（２）との離間距離を常に一
様に保持することが出来、安定したプラズマ処理が可能
となる。

【００３７】また、ダイアフラム（４２）は、金属製円
筒体（４）の端部の内周側に位置するように介装されて
いるが、ダイアフラム（４２）の内径を金属製円筒体
（４）の外径と略等しく形成し、金属製円筒体（４）の
端部の外周側に位置させて該円筒体を係止することも可
能である。

【００３８】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の縦型プラ
ズマリアクターによれば、金属製円筒体が歪曲すること
なく該円筒体と外部電極との間隙が常に一様に保持され
るため、プラズマの流量に変動を来すことなく、安定し
たプラズマ処理が可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の縦型プラズマリアクターの一実施例を
示す側面図である。

【図２】図１に示す縦型プラズマリアクターの円筒状反
応容器の側断面図である。

【図３】円筒状反応容器の平面図である。

【図４】金属製円筒体の係止機構を示す要部の側断面図
である。

【符号の説明】

１ 円筒状反応容器 ２ 外部電極 ３ 温度制御機構 ４ 金属製円筒体 ４２ ダイアフイラム ５ トッププレート ７ ボトムプレート ８ 支持ロッド １３ ガス導入管 １５ ガス排出管

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ガス導入管と真空系に連結されたガス排
   出管とを備え且つ周囲に温度制御機構を設けた円筒状反
   応容器、該反応容器の外周囲に密着配置された外部電極
   および前記反応容器の内部に同軸に配置され且つ側壁に
   多数の小孔を有する金属製円筒体から主として構成され
   る同軸給電型またはエッチトンネルを使用した対向電極
   型の縦型プラズマリアクターであって、前記の円筒状反
   応容器の両端部にはボトムプレートとトッププレートと
   が配置され、前記の金属製円筒体の少なくとも一端は、
   ダイアフラムを介してボトムプレート及び／又はトップ
   プレートに係止されていることを特徴とする縦型プラズ
   マリアクター。