JPH1079379A - プラズマ処理装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】反応副生成物の堆積による排気性能の低下を防
止し、かつメンテナンス性に優れたプラズマ処理装置を
提供する。 【解決手段】真空室１と、この真空室内に処理基板を保
持する基板保持手段３と、前記真空室内にプラズマを形
成するための電力供給手段５と、前記真空室内にプラズ
マ処理に必要な処理ガスを導入するガス供給手段６と、
前記真空室内の処理ガスを排気する真空排気手段２０
と、前記真空排気手段２０から排気される廃ガスを無害
化する除害手段１２とから少なくとも構成されるプラズ
マ処理装置において、前記真空排気手段２０の一部また
は全部に加熱手段１３を具備した。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ガラスあるいは半
導体ウェーハを真空中でプラズマ処理するプラズマ処理
装置に係り、特に稼働率の低下や製品不良の発生原因と
なる反応副生成物の抑制および除去を容易としたプラズ
マ処理装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】液晶表示パネル用のガラス基板や半導体
製造用のウェーハに各種の薄膜を成膜したり、成膜した
薄膜に所要のパターニングを施すための装置としてプラ
ズマ処理装置が知られている。

【０００３】この種のプラズマ処理装置として代表的な
ものに、プラズマＣＶＤ装置、ドライエッチング装置が
ある。

【０００４】図４はプラズマ処理のアノード加熱方式の
平行平板形プラズマＣＤＶ装置の概念図であって、１は
真空室、２はカソード、３は被処理材であるガラス基板
４を保持すると共にヒータ３ａを持つアノード（サセプ
タ）、５は高周波電源である。

【０００５】この構成のプラズマ処理装置では、真空室
１内に処理ガス（原料ガス）を導入し、高周波電源５か
ら高周波電力を印加してカソード２とアノード３の間に
プラズマを形成し、加熱されたアノード３上に保持した
ガラス基板４の表面に強固な薄膜を成膜する。

【０００６】しかし、カソード２や真空室１の内壁の低
温部分にも反応副生成物や薄膜が付着するが、これらは
付着力が小さいため、この反応副生成物が剥離しフレー
クとなってガラス基板４の膜中に取り込まれ、膜品質を
劣化させる。そのため、真空室１の内部も加熱する構成
としたものもある。

【０００７】なお、従来のプラズマ処理装置の構成を開
示したものとしては、例えば、工業調査会発行の「電子
材料」１９９４年７月号、第５８〜６２頁に記載されて
いる。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】上記従来技術において
は、真空室の内部を加熱することで反応副生成物による
膜品質の劣化が防止されるが、真空室から処理ガスを排
気する真空排気手段の温度は低いため、この真空排気手
段にも反応副生成物が堆積し、排気性能が低下するた
め、定期的に装置を停止してクリーニングを行う必要が
ある。

【０００９】すなわち、従来技術では、真空室内の真空
度を向上させるために真空室を加熱してその内壁に吸着
した吸着不純物や反応副生成物を除去して安定した成膜
特性を得ることのみを考慮している。

【００１０】反応副生成物は排気系の何れかの場所、例
えば温度が急激に低下する排気口付近や、圧力が急激に
上昇する排気ポンプの排気口付近で堆積する。堆積した
反応副生成物は処理を重ねるに従って排気通路を狭め、
十分な排気特性ができなくなるという問題がある。

【００１１】本発明の目的は、上記従来技術の問題を解
消することにあり、反応副生成物の堆積による排気性能
の低下を防止し、かつメンテナンス性に優れたプラズマ
処理装置を提供することにある。

【００１２】

【課題を解決するための手段】上記目的は、処理ガスの
排気手段を加熱することで解決される。従来この部分の
加熱が考慮されていなかったのは、真空室内の反応副生
成物の除去のみに注意が払われ、排気系に堆積すること
による排気速度の低下、および反応副生成物除去の方法
など、装置の安定稼働とメンテナンス性に関する考慮が
不足していたためである。

【００１３】以下、本発明の構成の理解を容易にするた
めに、実施例の符号を付加して記述する。

【００１４】すなわち、請求項１に記載の第１の発明
は、真空室１と、この真空室内に処理基板を保持する基
板保持手段３と、前記真空室内にプラズマを形成するた
めの電力供給手段５と、前記真空室内にプラズマ処理に
必要な処理ガスを導入するガス供給手段６と、前記真空
室内の処理ガスを排気する真空排気手段２０と、前記真
空排気手段２０から排気される廃ガスを無害化する除害
手段１２とから少なくとも構成されるプラズマ処理装置
において、前記真空排気手段２０の一部または全部に加
熱手段１３を具備したことを特徴とする。

【００１５】また、請求項２に記載の第２の発明は、第
１の発明における前記真空排気手段２０が、前記真空室
１から前記除害手段１２に沿って直列に接続された複数
の分割排気管７ａ〜７ｄからなる排気管７と、前記複数
の分割排気管の間にコンダクタンスバルブ９、フォアラ
インバルブ１０および真空ポンプを設置してなり、前記
加熱手段１３が前記複数の分割排気管７ａ〜７ｄおよび
排気配管１５と前記コンダクタンスバルブ９およびフォ
アラインバルブ１０の一部または全部に加熱手段１３ａ
〜１３ｇを具備したことを特徴とする。

【００１６】さらに、請求項３に記載の第３の発明は、
第１の発明または第２の発明における前記加熱手段１３
ａ〜１３ｇのそれぞれに独立の温調手段１４ａ〜１４ｇ
を備えたことを特徴とする。

【００１７】さらに、請求項４に記載の第４の発明は、
第１の発明、第２の発明または第３の発明における前記
真空排気手段２０の前記除害手段１２に近接する一部を
着脱ユニット３１で構成すると共に、当該着脱ユニット
３１を除く前記真空排気手段２０の一部または全部に加
熱手段１３ａ〜１３ｆを具備したことを特徴とする。

【００１８】さらに、請求項５に記載の第５の発明は、
第１の発明、第２の発明、第３の発明または第４の発明
における前記処理ガスがシリコンを含むガスと窒素を含
むガスおよびフッ素を含むガスからなり、前記加熱手段
１３ａ〜１３ｇによる加熱温度が摂氏５０度以上である
ことを特徴とする。

【００１９】そして、請求項６に記載の第６の発明は、
第４の発明における前記着脱ユニット３１の温度が摂氏
５０度以下であることを特徴とする。

【００２０】なお、本発明における電力供給手段５は高
周波電源であり、例えば１３．５６ＭＨｚの周波数の電
力を真空室１内に供給する。

【００２１】上記本発明の構成によれば、真空室のみな
らず処理ガスの排気系をも加熱することで、排気能力の
安定したプラズマ処理装置を実現できる。

【００２２】また、逆に、反応副生成物が昇華する特性
を利用して積極的に堆積場所を制御することでメンテナ
ス性に優れたプラズマ処理装置を提供できる。

【００２３】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につ
き、実施例の図面を参照して詳細に説明する。

【００２４】図１は本発明によるプラズマ処理装置の第
１実施例の構成を説明する模式図であって、１は反応室
である真空室、２はカソード、３は基板保持手段である
サセプタ（アノード）、４は被処理材であるガラス基
板、５は電力供給手段である高周波電源、６は処理ガス
供給装置、７は排気管、７ａ〜７ｄは分割排気管、８は
ターボ分子ポンプ、９はコンダクタンスバルブ、１０は
フォアラインバルブ、１１は荒引きポンプ、１２は除害
装置、１３は加熱手段であるヒータ、１３ａ〜１３ｇは
各ヒータ、１４は温調器、１４ａ〜１４ｇは各温調器、
１５は排気配管、２０は真空排気手段（排気系全体）で
ある。

【００２５】同図において、真空室１内に設置される電
極であるカソード２とアノード３とは平板型の電極で、
カソード２には高周波電源５から１３．５６ＭＨｚの電
力が印加されている。

【００２６】ガラス基板４はアノードである基板保持手
段（サセプタ）３上に搬送され、成膜時は図示しないヒ
ータにより摂氏３００度に保たれる。

【００２７】真空排気手段２０は、複数の分割排気管７
ａ〜７ｄ（排気管７）、排気配管１５、ターボ分子ポン
プ８、コンダクタンスバルブ９、フォアラインバルブ１
０および荒引きポンプ１１で構成され、真空排気手段２
０から排気配管１５で除害装置１２に接続されている。

【００２８】真空室１は荒引きポンプ１１とターボ分子
ポンプ８により所要の真空度とされると共に、処理後の
ガスを排気管７と排気配管１５を通して除害装置１２に
排出されて無害化処理される。

【００２９】排気管７を構成する各分割排気管７ａ〜７
ｄにはヒータ１３ａ〜１３ｄが、また排気配管１５には
ヒータ１３ｇが設置されている。さらに、コンダクタン
スバルブ９とフォアラインバルブ１０にもヒータ１３ｅ
と１３ｆが設置されている。

【００３０】そして、各ヒータ１３ａ〜１３ｇのそれぞ
れには独立した温調器１４が取り付けられており、それ
ぞれのヒータを設定された温度に維持している。

【００３１】比較のために、上記したヒータ全てを用い
ずにガス供給装置６からモノシランとアンモニア窒素を
処理ガスとしてプラズマＣＶＤ法によりガラス基板４に
窒化シリコン膜を約５００ｎｍの厚さに成膜する工程
と、３フッ化窒素と窒素を用いて反応室である真空室１
内をプラズマクリーニングする工程を約５００回繰り返
した後に真空室内を調べたところ、白色の反応副生成物
が堆積していた。

【００３２】また、３００回前後から同じ圧力を実現す
るためにはコンダクタンスバルブ９の開角度を大きくす
る必要が起こり、反応副生成物の堆積で排気能力が低下
したことが認められた。

【００３３】図２は反応副生成物を真空室内で加熱した
場合の圧力変化図であって、横軸に温度（°Ｃ）を、縦
軸に真空室内の圧力（Ｔｏｒｒ）をとって示す。

【００３４】同図に示したように、摂氏５０度付近で急
激な圧力上昇があり、この温度において当該反応副生成
物の昇華温度があることが分かる。

【００３５】そこで、図１に示したヒータの全てに通電
して排気系である真空排気手段２０を摂氏５０度に加熱
し、前記成膜工程およびプラズマクリーニング工程を約
５００回繰り返した後、真空室１内を調べたところ、前
記した反応副生成物の堆積は極端に減少していた。

【００３６】これは、反応副生成物の昇華温度より排気
系の温度が高いため、反応副生成物が堆積できなくなっ
たことによる。

【００３７】また、上記加熱温度を摂氏８０度にする
と、反応生成物の堆積は殆ど確認されなかった。コンダ
クタンスバルブ９の開角度の変動も減少し、安定した排
気能力を保持していることが分かった。

【００３８】しかし、上記排気系のうち、ヒータの設置
位置の関係から少量の反応副生成物の堆積が見られた。
また、排気配管１５の部分のヒータ１３ｇを使用せずに
処理を行ったところ、当該排気配管１５に顕著な反応副
生成物の堆積が認められた。

【００３９】図３は本発明によるプラズマ処理装置の第
２実施例の構成を説明する模式図であって、３１は排気
配管の一部を着脱可能とした着脱ユニット、図１と同一
符号は同一機能部分に対応する。

【００４０】この実施例では、メンテナンス性を向上さ
せるために、排気配管１５にはヒータを設置せず、かつ
この部分を着脱可能に構成したものである。

【００４１】そして、真空排気手段２０を構成する排気
管７（分割配管７ａ〜７ｄ）、コンダクタンスバルブ９
およびフォアラインバルブ１０に設置したヒータ１３ａ
〜１３ｆ全てに通電して当該箇所を摂氏８０度に加熱
し、前記成膜工程およびプラズマクリーニング工程を約
５００回繰り返した後、真空室１内部を調べたところ、
加熱している部分には反応副生成物の堆積はほとんど確
認されず、加熱していない着脱ユニット３１の部分には
多くの反応副生成物が堆積していた。

【００４２】このことは、排気系の温度を制御すること
で反応副生成物の堆積場所を特定できることを示してお
り、図３に示したように、着脱ユニット３１の部分に反
応副生成物を集中的に堆積させ、これを交換することに
よって速やかな処理工程の継続が可能となる。

【００４３】なお、反応副生成物の堆積場所は上記の排
気配管部分に限るものではなく、メンテナンス性のよい
他の適当な部分とし、この部分を着脱式とすることもで
きる。

【００４４】すなわち、本実施例によれば、プラズマ処
理装置のクリーニングに要する作業時間を短縮し、稼働
率を低下させることなく高能率のプラズマ成膜処理を継
続させることができる。

【００４５】このように、上記各実施例により、処理室
である真空室１を含めた装置のクリーニング工程が短縮
され、またメンテナンス性に優れた高稼働率のプラズマ
処理装置が得られる。

【００４６】本発明は、上記構成に限定されるものでは
なく、真空室の排気系を構成する各構成部材の配列が異
なる場合にも有効である。また本発明は、上記したガラ
ス基板への成膜に限るものではなく、ドライエッチング
装置にも適用でき、さらに、液晶表示パネル用のガラス
基板のみならず、半導体ウェーハへの成膜あるいはドラ
イエッチング処理装置、その他のプラズマ利用装置にも
同様に適用できる。

【００４７】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
反応副生成物が排気系に堆積することがないため、常に
十分な排気特性を確保することができ、また排気配管の
あるいは排気管の一部を着脱可能とすることで、クリー
ニングのための装置停止を行う必要が無くなり、メンテ
ナンス性の良好な、かつ稼働率を低下させることのない
優れたプラズマ処理装置を提供できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明によるプラズマ処理装置の第１実施例の
構成を説明する模式図である。

【図２】反応副生成物を真空室内で加熱した場合の圧力
変化図である。

【図３】本発明によるプラズマ処理装置の第２実施例の
構成を説明する模式図である。

【図４】プラズマ処理のアノード加熱方式の平行平板形
プラズマＣＤＶ装置の概念図である。

【符号の説明】

１ 反応室である真空室 ２ カソード ３ 基板保持手段であるサセプタ（アノード） ４ 被処理材であるガラス基板 ５ 電力供給手段である高周波電源 ６ 処理ガス供給装置 ７ 排気管 ７ａ〜７ｄ 分割排気管 ８ ターボ分子ポンプ ９ コンダクタンスバルブ １０ フォアラインバルブ １１ 荒引きポンプ １２ 除害装置 １３ 加熱手段であるヒータ １３ａ〜１３ｇ 各ヒータ １４ 温調器 １４ａ〜１４ｇ 各温調器 １５ 排気配管 ２０ 真空排気手段（排気系全体） ３１ 着脱ユニット。

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】真空室と、この真空室内に処理基板を保持
   する基板保持手段と、前記真空室内にプラズマを形成す
   るための電力供給手段と、前記真空室内にプラズマ処理
   に必要な処理ガスを導入するガス供給手段と、前記真空
   室内の処理ガスを排気する真空排気手段と、前記真空排
   気手段から排気される廃ガスを無害化する除害手段とか
   ら少なくとも構成されるプラズマ処理装置において、 前記真空排気手段の一部または全部に加熱手段を具備し
   たことを特徴とするプラズマ処理装置。
2. 【請求項２】前記真空排気手段が、前記真空室から前記
   除害手段に沿って直列に接続された複数の分割排気管か
   らなる排気管と、前記複数の分割排気管の間にコンダク
   タンスバルブ、真空バルブおよび真空ポンプを設置して
   なり、前記加熱手段が前記複数の分割排気管および排気
   配管と前記コンダクタンスバルブおよび真空バルブの一
   部または全部に加熱手段を具備したことを特徴とする請
   求項１記載のプラズマ処理装置。
3. 【請求項３】前記加熱手段のそれぞれに独立の温調手段
   を備えたことを特徴とする請求項１または請求項２記載
   のプラズマ処理装置。
4. 【請求項４】前記真空排気手段の前記除害手段に近接す
   る一部を着脱ユニットで構成すると共に、当該着脱ユニ
   ットを除く前記真空排気手段の一部または全部に加熱手
   段を具備したことを特徴とする請求項１、２または３記
   載のプラズマ処理装置。
5. 【請求項５】前記処理ガスがシリコンを含むガスと窒素
   を含むガスおよびフッ素を含むガスからなり、前記加熱
   手段による加熱温度が摂氏５０度以上であることを特徴
   とする請求項１、２、３または４記載のプラズマ処理装
   置。
6. 【請求項６】前記着脱ユニットの温度が摂氏５０度以下
   であることを特徴とする請求項４記載のプラズマ処理装
   置。