(57)【要約】【課題】透過窓とチャンバとの間で気密保持するＯリングの損傷を防止することができるプラズマ処理装置を提供する。【解決手段】マイクロ波透過窓２０の下面２０ａの外周部であって円柱体１５の上面１５ａと連結する部分に位置する領域に、環状の導電性膜２５を形成し、マイクロ波透過窓２０の外周部分を透過するマイクロ波を該導電性膜２５にてシールドしてトッププレート側に透過させないようにした。そして、間隔保持板２３によってＯリング２１の内側に生じるマイクロ波透過窓２０の下面２０ａと円柱体１５の上面１５ａとの隙間Ｄにマイクロ波が導入されないようにした。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
反応ガスが導入されるチャンバに開口部を設け、その開口部を誘電体透過窓にて閉塞し、同誘電体透過窓を介して前記チャンバ内に高周波又はマイクロ波の電磁波を導入し、前記電磁波と前記反応ガスとでプラズマを生成するようにしたプラズマ発生装置であって、
前記誘電体透過窓の前記チャンバと連結する部分に位置する領域で、少なくとも密着するＯリングより内側に、前記透過する電磁波をシールドする導電膜を形成したことを特徴とするプラズマ発生装置。
【請求項２】
請求項１に記載のプラズマ発生装置において、
前記Ｏリングより内側の前記誘電体透過窓と前記チャンバとの間に、隙間を形成したことを特徴とするプラズマ発生装置。
【請求項３】
請求項２に記載のプラズマ発生装置において、
前記隙間は、前記Ｏリングより外側の前記誘電体透過窓と前記チャンバとの間に、間隔保持板を介在させることによって形成したことを特徴とするプラズマ発生装置。
【請求項４】
請求項３に記載のプラズマ発生装置において、
前記隙間は、前記Ｏリングより内側の前記チャンバの表面を、Ｏリングより外側の前記チャンバの表面より、低い段差面にして形成したことを特徴とするプラズマ発生装置。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか１に記載のプラズマ発生装置において、
前記導電膜は、アルミニウムで形成したことを特徴とするプラズマ発生装置。
【請求項６】
請求項５に記載のプラズマ発生装置において、
前記アルミニウムで形成した導電膜は、その表面をアルマイト処理又はセラミックス溶射処理したことを特徴とするプラズマ発生装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、プラズマ発生装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
チャンバ内に反応ガスと高周波又はマイクロ波を導入してプラズマを発生させるプラズマ発生装置が知られている。プラズマ発生装置は、各技術分野で広く利用され、例えば、発生させたプラズマに半導体装置を晒すことによって、半導体基板に対してドライエッチング、表面改質、アッシング等を行うプラズマ処理装置が知られている（例えば、特許文献１）。
【０００３】
この種のプラズマ処理装置は、例えば、半導体基板上に形成したレジスト膜を反応性ガスのプラズマを用いてアッシング（灰化）するアッシング処理装置では、プラズマ生成室をチャンバの上側部に設けるとともに、半導体基板を載置したステージを下側部に設けている。そして、プラズマ生成室で発生させたプラズマは下方に設けられたステージに向かって導出される。ステージに載置された半導体基板は、プラズマ生成室から導出されたプラズマに晒されることによってアッシングされる。
【０００４】
ところで、チャンバに設けたプラズマ生成室は、開口部をチャンバのトッププレートに設け、その開口部の上側にマイクロ波透過窓にて塞ぐとともに、その開口部の下側を下蓋で塞ぐことによって、トッププレート、マイクロ波透過窓及び下蓋で囲まれた空間にて形成される。そして、マイクロ波透過窓に導波管を連結し、その導波管を介して伝搬されたマイクロ波をプラズマ生成室に導入するとともに、トッププレートと下蓋との間で形成されたガス投入通路を介して反応ガス（例えば、酸素、窒素、四フッ化炭素）をプラズマ生成室に導入する。これによって、プラズマ生成室に導入されたマイクロ波と反応ガスによってプラズマ生成室にプラズマが発生する。
【０００５】
そして、プラズマ生成室で生成されたプラズマは、下蓋の中央位置に形成された導出穴から、下方に設けられたステージに導出される。ステージには半導体基板が載置され、その半導体基板の表面がプラズマ生成室から導出されたプラズマに晒されてアッシングされる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００５−１２２９３９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところで、チャンバのトッププレートに形成した開口部を塞ぐマイクロ波透過窓は、トッププレートとの間にＯリングを介在させてトップレートに対して連結固定されている。これによって、トッププレートとマイクロ波透過窓との間の気密状態が保持されている。このＯリングをマイクロ波透過窓とトッププレートの間に介在させると、Ｏリングを境に内、外でトッププレートとマイクロ波透過窓の間に僅かな隙間が生ずる。
【０００８】
Ｏリングの外側に形成される隙間は、問題ないが、Ｏリングの内側（プラズマ生成室側）に形成される隙間は問題が生じる。
つまり、Ｏリングの内側（プラズマ生成室側）に形成される隙間に、プラズマ生成室に導入された反応ガスが侵入し、その反応ガスとマイクロ波透過窓を透過してきたマイクロ波とで、該隙間でプラズマが発生する。このとき、Ｏリングの内側は、この隙間で発生するプラズマに晒されて劣化するという問題が生じていた。
【０００９】
そこで、反応ガスが侵入しないように、トッププレートとマイクロ波透過窓を強く連結固定して、トッププレートとマイクロ波透過窓を密着させることが考えられる。しかしながら、トッププレートとマイクロ波透過窓は、プラズマ生成室で生成されるプラズマの発光熱による温度の変動によって、それぞれ膨張・収縮が繰り返されている。その結果、強く密着固定されたトッププレートとマイクロ波透過窓を密着させると、線膨張率の相違によって、直接摩擦接触して摩耗し、その接触部分の劣化、及び、パーティクルが発生するといった問題が生じる。
【００１０】
本発明は、上記課題を解決するためになされたものであって、その目的は、透過窓とチャンバとの間で気密保持するＯリングの損傷を防止することができるプラズマ発生装置を提供するにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
請求項１に記載の発明は、反応ガスが導入されるチャンバに開口部を設け、その開口部を誘電体透過窓にて閉塞し、同誘電体透過窓を介して前記チャンバ内に高周波又はマイクロ波の電磁波を導入し、前記電磁波と前記反応ガスとでプラズマを生成するようにしたプラズマ発生装置であって、前記誘電体透過窓の前記チャンバと連結する部分に位置する領域で、少なくとも密着するＯリングより内側に、前記透過する電磁波をシールドする導電膜を形成した。
【００１２】
請求項１に記載の発明によれば、誘電体透過窓とチャンバとの連結部分であってＯリングより内側の誘電体透過窓とチャンバとの間には、導電膜によって電磁波が透過することはない。従って、Ｏリングより内側の誘電体透過窓とチャンバとの間に侵入した反応ガスが電磁波によってプラズマが発生することはない。その結果、前記隙間の近傍に位置するＯリングにプラズマに晒されて損傷する虞がない。
【００１３】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載のプラズマ発生装置において、前記Ｏリングより内側の前記誘電体透過窓と前記チャンバとの間に、隙間を形成した。
請求項１に記載の発明によれば、Ｏリングより内側の誘電体透過窓とチャンバとの連結する部分に隙間を設けても、その隙間においてプラズマが発生しない。しかも、隙間を設けたことにより、チャンバ内で生成されたプラズマの発光熱によって誘電体透過窓とチャンバがそれぞれ膨張・収縮しても、誘電体透過窓とトッププレートが直接擦れて摩耗するのが防止される。
【００１４】
請求項３に記載の発明は、請求項２に記載のプラズマ発生装置において、前記隙間は、前記Ｏリングより外側の前記誘電体透過窓と前記チャンバとの間に、間隔保持板を介在させることによって形成した。
【００１５】
請求項３に記載の発明によれば、間隔保持板により、チャンバを成形加工しないで、簡単に誘電体透過窓とチャンバとの間に、所望の隙間を簡単に形成することができる。
請求項４に記載の発明は、請求項３に記載のプラズマ発生装置において、前記隙間は、前記Ｏリングより内側の前記チャンバの表面を、Ｏリングより外側の前記チャンバの表面より、低い段差面にして形成した。
【００１６】
請求項４に記載の発明によれば、チャンバを成形加工するだけで、部品点数を増やすことなく簡単に誘電体透過窓とチャンバとの間に、隙間を形成することができる。
請求項５に記載の発明は、請求項１〜４のいずれか１に記載のプラズマ発生装置において、前記導電膜は、アルミニウムで形成した。
【００１７】
請求項５に記載の発明によれば、アルミニウムは導電性金属なため、高周波又はマイクロ波等の電磁波を確実にシールドする。
請求項６に記載の発明は、請求項５に記載のプラズマ発生装置において、前記アルミニウムで形成した導電膜は、その表面をアルマイト処理又はセラミックス溶射処理した。
【００１８】
請求項６に記載の発明によれば、アルミよりなる導電膜が直接プラズマに晒されるのが防止されることから、直接プラズマに晒されることによって、導電性膜からアルミ金属が放出されることはない。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、透過窓とチャンバとの間で気密保持するＯリングの損傷を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】実施形態のプラズマアッシング装置の概略断面図。
【図２】トッププレートとマイクロ波透過窓を説明するための断面図。
【図３】マイクロ波透過窓を説明するための分解斜視図。
【図４】トッププレートと下蓋を説明するための分解斜視図。
【図５】別例を説明するためのトッププレートとマイクロ波透過窓を説明するための断面図。
【図６】同じく、別例を説明するためのトッププレートとマイクロ波透過窓を説明するための断面図。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、本発明のプラズマ発生装置をプラズマ処理装置の１つであるプラズマアッシング装置に具体化した一実施形態を図面に従って説明する。
図１は、プラズマ発生装置としてのプラズマアッシング装置１０の概略断面図を示す。プラズマアッシング装置１０のチャンバ１１は、全体形状が直方体をなし、アルミニウム（Ａｌ）製で形成されている。チャンバ１１の内底面１１ａには、脚部１２を介してステージ１３が配置固定されている。ステージ１３は、その上面に加工対象物としての半導体基板Ｗを載置する載置面１３ａが形成されている。
【００２２】
チャンバ１１を形成するトッププレート１４は、その外側上方に突出した円柱体１５が延出形成され、その円柱体１５の中央位置にチャンバ１１の外側と内側を貫通する開口部としての貫通穴１８が形成されている。
【００２３】
円柱体１５の上面１５ａには、導波管１９が連結固定されている。導波管１９は、前記貫通穴１８に対応する位置に連結穴１９ａが形成され、その連結穴１９ａには円板状の誘電体透過窓としてのマイクロ波透過窓２０が、同貫通穴１８の上側開口部を閉塞するように配設されている。そして、導波管１９の上流に設けた図示しないマイクロ波発振器からのマイクロ波が導波管１９を伝搬しマイクロ波透過窓２０を介して前記貫通穴１８に導入されるようになっている。
【００２４】
円板状のマイクロ波透過窓２０は、セラミックスや石英製などの誘電体透過窓であって、Ｏリング２１を介して円柱体１５の上面１５ａに対して密着固定されている。
詳述すると、図２に示すように、円柱体１５の上面１５ａであって貫通穴１８の上側開口部の外周には、環状の環状溝２２が形成されている。その環状溝２２には、Ｏリング２１が、その上側が上面１５ａから突出するように配設されている。また、円柱体１５の上面１５ａであって環状溝２２の外側には、環状の間隔保持板２３が配設されている。間隔保持板２３は金属製であって、その厚さは環状溝２２に配設されたＯリング２１の上部が同間隔保持板２３の上面２３ａから突出する厚さである。
【００２５】
そして、マイクロ波透過窓２０は、その下面２０ａの外周部が環状の間隔保持板２３を介して円柱体１５の上面１５ａに連結固定される。このとき、マイクロ波透過窓２０の下面２０ａは、Ｏリング２１と圧着し、マイクロ波透過窓２０と円柱体１５とが気密状態に保持連結されている。また、図３に示すように、Ｏリング２１の内側におけるマイクロ波透過窓２０と円柱体１５との間には、間隔保持板２３の厚さ分だけ隙間Ｄが生じる。
【００２６】
また、マイクロ波透過窓２０の下面２０ａの外周部であって円柱体１５の上面１５ａと連結する部分に位置する領域に、環状の導電性膜２５が形成されている。詳述すると、環状の導電性膜２５の径方向幅は、その内周端が貫通穴１８の開口縁と対向し、その外周端が間隔保持板２３の外周縁と対向する幅となっている。本実施形態では、導電性膜２５はアルミニウム（Ａｌ）よりなる金属膜であって、金属蒸着によって形成している。そして、導電性膜２５は、間隔保持板２３を介して円柱体１５の上面１５ａ（チャンバ１１）と電気的に接続されていることによって、アースされている。
【００２７】
従って、マイクロ波透過窓２０を透過するマイクロ波のうち、マイクロ波透過窓２０の外周部分を透過するマイクロ波は、マイクロ波透過窓２０の下面２０ａに形成した環状の導電性膜２５にてシールドされて、トッププレート１４側に透過されない。つまり、間隔保持板２３によってＯリング２１の内側に生じるマイクロ波透過窓２０の下面２０ａと円柱体１５上面１５ａとの隙間Ｄにマイクロ波が導入されることはない。
【００２８】
貫通穴１８の下側開口部は、図４に示すように、貫通穴１８の内径より大きな内径に拡開形成された嵌合凹部３０が形成され、その嵌合凹部３０の奥面３０ａには、４個の雌ねじ孔３１が形成されている。また、前記嵌合凹部３０に隣接した貫通穴１８の内周面１８ａには、ガス導入路３２が、前記円柱体１５の外周面と連通するように貫通形成されている。そして、ガス導入路３２は、上流に設けた図示しないガス供給手段から供給されるプラズマ形成用ガスを貫通穴１８に導入する通路を形成する。
【００２９】
嵌合凹部３０が形成された貫通穴１８の下側開口部は、円板状の下蓋３３にて閉塞されている。下蓋３３は、中央に導出穴３３ａを貫通形成した円板状の下蓋本体３４と、その下蓋本体３４の下側外周面に延出形成したフランジ部３５を有している。下蓋３３は、下蓋本体３４が貫通穴１８に貫挿され、フランジ部３５が嵌合凹部３０に嵌合するようになっている。このとき、フランジ部３５と嵌合凹部３０の奥面３０ａの間には、緩衝用シート３６が配設されている。緩衝用シート３６は、フランジ部３５の上面３５ａ及び嵌合凹部３０の奥面３０ａが膨張・収縮し、フランジ部３５の上面３５ａ及び嵌合凹部３０の奥面３０ａとの間で直接擦れて摩耗するのを防止する。
【００３０】
そして、フランジ部３５に前記嵌合凹部３０の雌ねじ孔３１に対応して形成した挿通穴３７にそれぞれ雄ねじ３８を通して、各雄ねじ３８を雌ねじ孔３１に螺着させることによって、下蓋３３（フランジ部３５の上面３５ａ）は、トッププレート１４（嵌合凹部３０の奥面３０ａ）に対して締結固定される。
【００３１】
これにより、円柱体１５に形成した貫通穴１８の上下両開口部がマイクロ波透過窓２０と下蓋３３にて閉塞された空間に、プラズマ生成室Ｓが区画形成される。
下蓋本体３４の外周面には、環状の環状溝４１が形成され、同環状溝４１とその環状溝４１を塞ぐ貫通穴１８の内周面１８ａとで環状通路を形成している。環状溝４１は、前記貫通穴１８の内周面１８ａに形成したガス導入路３２の開口部と対向する位置に形成され、ガス導入路３２から導入されてくるプラズマ形成用ガスが環状通路（環状溝４１）に導入されるようになっている。
【００３２】
下蓋本体３４の上面外周縁には、プラズマ生成室Ｓと環状溝４１（環状通路）を連通する４個の切り溝４２が、等角度（９０度）の間隔で切り欠き形成されている。そして、環状溝４１に導入されたプラズマ形成用ガスは、該切り溝４２を介してプラズマ生成室Ｓに導入される。
【００３３】
プラズマ生成室Ｓに導入されたプラズマ形成用ガスは、同じくマイクロ波透過窓２０を介して投入されたマイクロ波によって励起されプラズマとなる。そして、プラズマ生成室Ｓで生成されたプラズマは、下蓋３３に形成された導出穴３３ａを介して下方のステージ１３に載置された半導体基板Ｗに向かって導出される。
【００３４】
下蓋本体３４の下側であって前記導出穴３３ａの開口部と対向する位置に拡散板４３が配置されている。拡散板４３は、アルミニウム（Ａｌ）製よりなり、間隔保持部材４４を介してボルト４５にて下蓋本体３４に対して連結固定されている。拡散板４３は、下蓋本体３４の導出穴３３ａから導出されたプラズマを拡散させ均一に半導体基板Ｗに晒すようにしている。そして、ステージ１３に載置された半導体基板Ｗは、その半導体基板Ｗ上に形成したレジスト膜がプラズマにてアッシングされる。
【００３５】
以上記述したように、本実施形態によれば、以下の効果を奏する。
（１）本実施形態によれば、マイクロ波透過窓２０の下面２０ａの外周部であって円柱体１５の上面１５ａと連結する部分に位置する領域に、環状の導電性膜２５を形成し、マイクロ波透過窓２０の外周部分を透過するマイクロ波を該導電性膜２５にてシールドしてトッププレート１４側に透過させないようにした。つまり、間隔保持板２３によってＯリング２１の内側に生じるマイクロ波透過窓２０の下面２０ａと円柱体１５の上面１５ａとの隙間Ｄにマイクロ波が導入されないようにした。
【００３６】
従って、Ｏリング２１の内側に形成される隙間Ｄにおいて、プラズマ生成室Ｓに導入された反応ガスが侵入し、その反応ガスとマイクロ波透過窓２０を透過してきたマイクロ波とで、プラズマが発生することはない。その結果、Ｏリング２１はプラズマにて劣化されることはない。
【００３７】
（２）本実施形態によれば、間隔保持板２３によってＯリング２１の内側に隙間Ｄを形成した。従って、プラズマ生成室Ｓで生成されるプラズマの発光熱による温度の変動によってそれぞれ膨張・収縮が繰り返されても、円柱体１５（トッププレート１４）の上面１５ａとマイクロ波透過窓２０の下面２０ａが直接摩擦接触することがない。その結果、円柱体１５（トッププレート１４）の上面１５ａとマイクロ波透過窓２０の下面２０ａが摩耗することはないと共に、パーティクルも発生しない。
【００３８】
・上記実施形態では、誘電体透過窓としてのマイクロ波透過窓２０を窒化アルミ（ＡｌＮ）で形成したが、これに限定されるものではなく、例えば、石英等、その他誘電体部材でマイクロ波透過窓を形成してもよい。
【００３９】
・上記実施形態では、間隔保持板２３によってＯリング２１の内側に隙間Ｄを形成した。これを、図５に示すように、間隔保持板２３を省略し、円柱体１５の上面１５ａであって環状溝２２より内側の上面１５ａを、環状溝２２の外の上面１５ａより低くなるように、切り欠いて段差面１５ｂを形成し、隙間Ｄを形成してもよい。
【００４０】
・上記実施形態では、マイクロ波透過窓２０の下面２０ａにアルミニウムよりなる導電性膜２５を形成した。これを、図６に示すように、環状の導電性膜２５の表面であってＯリング２１より内側の表面に、アルマイト処理して酸化被膜５０を形成してもよい。これによって、アルミよりなる導電性膜２５が直接プラズマに晒されることによって、導電性膜２５からアルミ金属が放出されるのを防止することができる。また、セラミックス溶射処理によって、Ｏリング２１より内側の表面に、同様な、保護膜を形成するようにしてもよい。
【００４１】
・上記実施形態では、導電性膜２５を、マイクロ波透過窓２０の下面２０ａの外周部であって円柱体１５の上面１５ａと連結する部分に位置する領域に形成した。これを、Ｏリング２１から内側の領域に形成して実施してもよい。この場合にも、Ｏリング２１の内側に生じるマイクロ波透過窓２０の下面２０ａと円柱体１５の上面１５ａとの隙間Ｄにマイクロ波が透過されることはない。
【００４２】
・上記実施形態では、マイクロ波透過窓２０の下面２０ａに導電性膜２５を形成した。これを、マイクロ波透過窓２０の上面であってその外周部に形成してもよい。この場合にも、Ｏリング２１の内側に生じるマイクロ波透過窓２０の下面２０ａと円柱体１５の上面１５ａとの隙間Ｄにマイクロ波を透過させないようにすることができる。
【００４３】
・上記実施形態では、プラズマ発生装置をプラズマ処理装置の１つであるプラズマアッシング装置１０に具体化したが、プラズマを利用して半導体基板に対してドライエッチングを行うプラズマ処理装置に応用したり、表面改質を行うプラズマ処理装置に応用してもよい。また、プラズマ処理装置以外のプラズマ発生装置に応用してもよい。
【符号の説明】
【００４４】
１０…プラズマアッシング装置、１１…チャンバ、１３…ステージ、１４…トッププレート、１５…円柱体、１５ａ…上面、１５ｂ…段差面、１８…貫通穴、１８ａ…内周面、１９…導波管、１９ａ…連結穴、２０…マイクロ波透過窓、２０ａ…下面、２１…Ｏリング、２２…環状溝、２３…間隔保持板、２３ａ…上面、２５…導電性膜、３０…嵌合凹部、３０ａ…奥面、３２…ガス導入路、３３…下蓋、３３ａ…導出穴、３４…下蓋本体、３５…フランジ部、４１…環状溝、４２…切り溝、Ｄ…隙間、Ｓ…プラズマ生成室、Ｗ…半導体基板。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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