(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
プラズマを生じさせるプラズマチャンバと、
前記プラズマチャンバに接続され、前記プラズマチャンバで生じたプラズマによってプラズマ処理される被処理基板が内部に配置されるプロセスチャンバと、を備えたプラズマ処理装置であって、
前記プラズマチャンバは、前記プロセスチャンバに下部伸縮機構を介して昇降可能に接続されると共に反応ガス供給手段が設けられた下部プラズマチャンバと、前記下部プラズマチャンバに上部伸縮機構を介して昇降可能に接続されると共に励起ガス供給手段が設けられた上部プラズマチャンバとにより構成されていることを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項２】
請求項１において、
前記プロセスチャンバは、前記被処理基板を前記反応ガス供給手段とは独立して搬送する基板搬送手段と、前記基板搬送手段の下方に配置されて前記被処理基板を加熱する基板加熱手段とを備えていることを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項３】
請求項１において、
前記上部伸縮機構及び前記下部伸縮機構は、それぞれベローズにより構成されていることを特徴とするプラズマ処理装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、集積回路等の半導体装置、液晶表示装置、または太陽電池等を製造するための装置に関するもので、特にプラズマ処理装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、薄膜を基板上に形成する方法として、平行に電極を配した平行平板プラズマＣＶＤ装置が用いられている。平行平板プラズマＣＶＤ装置では、プラズマが基板の表面から２〜５ｃｍ上方に位置するために、ガスがプラズマ電位によって励起されて分解されると同時に、分解されたガスは基板の表面と反応し、基板の表面が損傷または汚染されることがある。
【０００３】
このような問題を解決する方法として、特開平８−２７９４９８号公報に開示されているように、プラズマを基板から遠隔に配置したプラズマ処理装置が提案されている。このプラズマ処理装置を図６に示す。
【０００４】
図６に示すプラズマ処理装置は、処理される基板８が、プラズマチャンバ１に対して、矢印Ａに示す方向に移動する。
【０００５】
プラズマチャンバ１の外側に、高周波電源３とレゾネータ４とにより構成される電界生成器２１が配置される。高周波電源３より発生された高周波は、レゾネータ４により、誘電体窓６を通して、プラズマチャンバ１の内部へ導入されて電界を結合する。
【０００６】
プラズマチャンバ１の内部上方には、励起ガスを導入する励起ガス導入ノズル１５が配置され、内部下方には反応ガスを導入する反応ガス導入ノズル１６が配置される。励起ガス導入ノズル１５より導入された励起ガスは高周波によりプラズマ化され、反応ガス導入ノズル１６より導入された反応ガスは励起ガスと混合され、基板８の表面において気相反応するように、プラズマチャンバ開口部３５から放出される。
【０００７】
プラズマチャンバ１は、機能的にプラズマ領域３０とドリフト領域３１に分離される。プラズマ領域３０は、活性種が生成されるプラズマ３２と崩壊する放射性活性種が移動するアフターグロー３３とを含む放射性種ボリューム３４を有する。
【０００８】
ドリフト領域３１は、放射性ボリューム３４と非放射性活性種が移動するプラズマチャンバ開口部３５との間の領域である。また、ドリフト領域３１は、選択されなかった活性種を濾過して除去し、非常に動的な活性種の衝突の機会与え、それによって基板８表面への損傷を防止する役割を果たす。さらに、ドリフト領域３１は、励起ガスの流れを有し、反応ガスがプラズマ３２に逆流することを低減させる働きをする。
【０００９】
尚、図６において、２はプロセスチャンバ、５はシールド板、７は基板ホルダ、９は基板加熱手段、１０は基板搬送手段、１１はゲートバルブ、１３は真空排気口を示している。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述のプラズマ処理装置では、プロセス圧力または高周波出力等のプロセス条件により、プラズマ３２とアフターグロー３３とを含むプラズマ領域３０のボリュームが変化する。ここで、図７（ａ）〜（ｃ）に、異なるプロセス圧力でのプラズマ領域３０のボリュームの変化を示す。
【００１１】
図７（ｃ）は、図７（ｂ）に比ベてプロセス圧力が低い状態を示す。図７（ｃ）に示すように、プロセス圧力が低い場合、プラズマ領域３０が大きくなり、アフターグロー３３は反応ガス導入ノズル１６付近まで達し、このとき反応ガスもプラズマ化し得る。その結果として、処理速度は向上するが、少なからず基板８の表面を損傷または汚染する。
【００１２】
逆に、図７（ａ）は、図７（ｂ）に比ベてプロセス圧力が高い状態を示す。図７（ａ）に示すように、プロセス圧力が高い場合、プラズマ領域３０が小さくなり、基板８表面への損傷または汚染が低減するが、処理速度が低くなってしまう。
【００１３】
また、高周波出力の変化によっても、プラズマ領域３０のボリュームが変化し、同様の問題点が生じることになる。
【００１４】
このように、プロセス条件によってプラズマ領域３０のボリュームが変化し、その結果、基板８の表面への損傷または汚染度合いと処理速度が変化する。しかも、これらの間にはトレードオフの関係がある。
【００１５】
本発明は、以上のような従来の問題点に鑑みなされたものであって、プロセス圧力または高周波出力等のプロセス条件が異なる場合においても、プラズマ領域と基板との距離を一定に保つことにより、より広範囲のプロセス条件下で高品質の処理を可能とするプラズマ処理装置を提供することを目的としている。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
前述した目的を達成するために、本発明のプラズマ処理装置は、プラズマを生じさせるプラズマチャンバと、前記プラズマチャンバに接続され、前記プラズマチャンバで生じたプラズマによってプラズマ処理される被処理基板が内部に配置されるプロセスチャンバと、を備えたプラズマ処理装置であって、前記プラズマチャンバは、前記プロセスチャンバに下部伸縮機構を介して昇降可能に接続されると共に反応ガス供給手段が設けられた下部プラズマチャンバと、前記下部プラズマチャンバに上部伸縮機構を介して昇降可能に接続されると共に励起ガス供給手段が設けられた上部プラズマチャンバとにより構成されていることを特徴としている。
【００１７】
また、前記プロセスチャンバは、前記被処理基板を前記反応ガス供給手段とは独立して搬送する基板搬送手段と、前記基板搬送手段の下方に配置されて前記被処理基板を加熱する基板加熱手段とを備えていることを特徴としている。
【００１８】
また、前記上部伸縮機構及び前記下部伸縮機構は、それぞれベローズにより構成されていることを特徴としている。
【００１９】
本発明のプラズマ処理装置によれば、上部プラズマチャンバを下部プラズマチャンバに対して昇降させ、励起ガス供給手段と反応ガス供給手段との距離を可変にすることにより、反応ガス供給手段がプラズマ領域に覆われることがなく、有効な活性種のみを反応ガスと結合させることができ、反応ガスのプラズマ化による被処理基板の損傷を防止して、安定したプラズマ処理を行うことができる。
【００２０】
また、下部プラズマチャンバをプロセスチャンバに対して昇降させ、プラズマ領域及び反応ガス供給手段と被処理基板表面との距離を可変とし、かつ励起ガス供給手段と反応ガス供給手段との距離を可変とすることにより、プロセス条件に応じてプラズマ領域と被処理基板表面との距離を最適に設定することができ、ドリフト領域を最適に設定して被処理基板表面への損傷を防止することができる。したがって、広範囲のプロセス条件下での高品質のプラズマ処理が可能となる。さらに、反応ガス供給手段がプラズマ領域に覆われることがなく、有効な活性種のみを反応ガスと結合させることができ、常に安定したプラズマ処理を行うことができる。
【００２１】
また、被処理基板を基板加熱手段により加熱すると共に基板搬送手段により搬送しながら、連続して被処理基板にプラズマ処理を行うことができる。
【００２２】
【発明の実施の形態】
図１乃至図５を用いて、本発明の実施の形態について説明する。
【００２３】
（実施の形態１）
図１乃至図３を用いて本発明の実施の形態１について説明する。図１は実施の形態１に係るプラズマ処理装置を示す断面図、図２は図１のＺ−Ｚ線における断面図、図３はプロセス圧力が異なる状況でのプラズマボリュームおよびプラズマチャンバの状態を示す説明図である。
【００２４】
実施の形態１に係るプラズマ処理装置は、図１および図２に示すように、プラズマを生成するためのプラズマチャンバ１がプロセスチャンバ２の上部に配置され、プラズマチャンバ１の下部に細長いプラズマチャンバ開口部３５を有している。
【００２５】
プラズマチャンバ１の外部には、高周波を発生する高周波電源３と、電界を生成するレゾネータ４と、レゾネータ４からの電界を内部に導入するための誘電体窓６とが配置されている。誘電体窓６は左右両側に配置されている。さらに、レゾネータ４で生成された電界が外部へ漏れるのを防ぐために、シールド板５が配置される。
【００２６】
プラズマチャンバ１内部の上面付近には、励起ガスを導入するためのライン状に並んだ導入孔を有する励起ガス導入ノズル１５が配置され、下方には反応ガスを導入するためのライン状に並んだ導入孔を有する反応ガス導入ノズル１６が配置される。
【００２７】
尚、プラズマチャンバ１は、基板８の進行方向Ａに対して斜めに配置されてもかまわない。また、励起ガス導入ノズル１５および反応ガス導入ノズル１６は、それぞれプラズマチャンバ１の中央以外にも配置され得る。
【００２８】
プラズマチャンバ１は、下部プラズマチャンバ１Ｂと上部プラズマチャンバ１Ｔとに分割されている。プロセスチャンバ２と下部プラズマチャンバ１Ｂとは、下部チャンバベローズ２４により柔軟に接続される。さらに、下部プラズマチャンバ１Ｂと上部プラズマチャンバ１Ｔとは、上部チャンバベローズ２５により柔軟に接続される。下部チャンバベローズ２４および上部チャンバベローズ２５は、例えば楕円形のステンレス鋼板を溶接して形成される。
【００２９】
プラズマチャンバ１の外部には、下部チャンバベローズ２４と上部チャンバーベローズ２５とに対応して、下部ジャッキ４０と上部ジャッキ４１とが配置され、それぞれ、プロセスチャンバ２と下部プラズマチャンバ１Ｂ、下部プラズマチャンバ１Ｂと上部プラズマチャンバ１Ｔとに固定される。
【００３０】
例えば下部ジャッキ４０は、図２に示すように、４個のジャッキ４２とモーター４５とをギア４４とロッド４３とによって接続することで構成され、モーター４５が回転することによりジャッキ４２を昇降する。また、上部ジャッキ４１も同様に構成され、モーター４５が回転することによりジャッキ４２を昇降し、上部プラズマチャンバ１Ｔを昇降させる。尚、昇降機構は他の如何なる構成もとり得る。
【００３１】
プロセスチャンバ２の上面壁には、プラズマチャンバ開口部３５と近接し平行に配置された細長い真空排気口１３が配置される。プロセスチャンバ２の内部には、基板８を搭載する基板ホルダ７が基板搬送手段１０の上に配置され、基板搬送手段１０の動作により矢印Ａの方向に搬送される。さらに、基板搬送手段１０より下側に、少なくともプラズマチャンバ開口部３５から真空排気口１３までの長さを有する基板加熱手段９が配置される。
【００３２】
また、ゲートバルブ１１がプロセスチャンバ２の側面壁に配置され、基板８がゲートバルブ１１を通して外部チャンバ、例えばロードロックチャンバからプロセスチャンバ２に搬入される。基板８への処理が終了すれば、ゲートバルブ１１を通してプロセスチャンバ２から外部チャンバへ基板８が搬出される。
【００３３】
尚、基板ホルダ７は、例えば抵抗体を内蔵した基板加熱機構を有してもかまわない。また、基板搬送手段１０は、ローラー、ラックアンドピニオン等の如何なる構成でもかまわない。
【００３４】
次に、プラズマ処理の動作について説明する。励起ガス導入ノズル１５より導入された励起ガスは、誘電体窓６を通してレゾネータ４により励起され、反応ガス導入ノズル１６より導入された反応ガスと混合されて、プラズマチャンバ開口部３５を通って真空排気口１３に排出される。
【００３５】
一方、基板ホルダ７に搭載された基板８が、基板加熱手段９により所定温度に加熱されながら基板搬送手段１０により矢印Ａの方向に搬送され、上記混合ガスが導入されている処理ゾーンを通過する。
【００３６】
このとき、所定温度に加熱された基板８の表面付近において混合ガスが気相反応し、基板８の表面が順次処理される。気相反応は、用いられるガス種に応じて、基板８の表面に対して堆積、エッチングまたはアッシングの何れかを行う。
【００３７】
ここで、図３（ａ）〜（ｃ）に、異なるプロセス圧力でのプラズマ領域３０のボリュームおよびプラズマチャンバ１の状態を示す。
【００３８】
図３（ａ）〜（ｃ）は、プロセス圧力に応じてプラズマ領域３０のボリューム、即ちプラズマ３２およびアフターグロー３３のボリュームが変化し、それに応じて下部プラズマチャンバ１Ｂおよび上部プラズマチャンバ１Ｔをそれぞれ昇降していることを示している。
【００３９】
図３（ｃ）は、図３（ｂ）に比ベてプロセス圧力が低い状態を示す。図３（ｃ）に示すように、プロセス圧力が低い場合、プラズマ領域３０が大きくなるので、下部プラズマチャンバ１Ｂおよび上部プラズマチャンバ１Ｔをそれぞれ上昇させている。
【００４０】
逆に、図３（ａ）は、図３（ｂ）に比ベてプロセス圧力が高い状態を示す。図３（ａ）に示すように、プロセス圧力が高い場合、プラズマ領域３０が小さくなるので、下部プラズマチャンバ１Ｂおよび上部プラズマチャンバ１Ｔをそれぞれ下降させている。
【００４１】
このように、下部プラズマチャンバ１Ｂおよび上部プラズマチャンバ１Ｔが昇降することにより、ドリフト領域３１を最適に設定し、即ちプラズマ領域３０と基板８との距離を最適に設定することができる。また、上部プラズマチャンバ１Ｔを昇降することにより、有効な活性種のみが反応ガスと結合できるように、プラズマ領域３０と反応ガス導入ノズル１６との距離を最適に設定できる。
【００４２】
（実施の形態２）
図４および図５を用いて本発明の実施の形態２について説明する。図４は実施の形態２に係るプラズマ処理装置を示す断面図、図５は図４のＺ−Ｚ線における断面図である。尚、実施の形態１と同様の構成については、説明を省略する。
【００４３】
実施の形態２に係るプラズマ処理装置は、図４に示すように、励起ガスおよび反応ガスを導入するための配管が、それぞれプロセスチャンバ２の上面壁より接続され、プラズマチャンバ１の内部を側壁に沿って配置され、励起ガス導入ノズル１５および反応ガス導入ノズル１６に接続される。
【００４４】
励起ガスを導入するための配管は、プロセスチャンバ２と下部プラズマチャンバ１Ｂと上部プラズマチャンバ１Ｔとに対応して分割され、それぞれ下部励起ガスベローズ２８と上部励起ガスベローズ２９とにより柔軟に接続される。また、反応ガスを導入するための配管は、プロセスチャンバ２と下部プラズマチャンバ１Ｂに対応して分割され、反応ガスベローズ２７で柔軟に接続される。
【００４５】
この構成により、プラズマチャンバ１の昇降にあわせて、励起ガス導入ノズル１５および反応ガス導入ノズル１６が移動し、その所定の位置を保つことができる。
【００４６】
さらに、下部プラズマチャンバ１Ｂの内部には下部隔壁４６が配置され、プロセスチャンバ２に固定されている。また、上部プラズマチャンバ１Ｔの内部には、下部隔壁４６の内側に上部隔壁４７が配置され、上部プラズマチャンバ１Ｔに固定されている。
【００４７】
下部プラズマチャンバ１Ｂおよび上部プラズマチャンバ１Ｔの昇降にあわせ、上部隔壁４７が移動することにより、伸縮機構、即ち下部チャンバベローズ２４、上部チャンバベローズ２５、下部励起ガスベローズ２８、上部励起ガスベローズ２９および反応ガスベローズ２７を常に上部隔壁４７でカバーし、チャンバベローズおよびガスベローズヘのプラズマ３２による損傷および生成物の付着を防止するとともに、チャンバベローズおよびガスベローズが伸縮するときに発生するダストパーティクルの飛散を防止することができる。
【００４８】
【発明の効果】
以上の説明のように、本発明のプラズマ処理装置によれば、上部プラズマチャンバを下部プラズマチャンバに対して昇降させ、励起ガス供給手段と反応ガス供給手段との距離を可変にすることにより、反応ガスのプラズマ化による被処理基板の損傷を防止して、安定したプラズマ処理を行うことができる。
【００４９】
また、下部プラズマチャンバをプロセスチャンバに対して昇降させ、プラズマ領域と被処理基板表面との距離を可変とし、かつ励起ガス供給手段と反応ガス供給手段との距離を可変とすることにより、広範囲のプロセス条件下での高品質のプラズマ処理が可能となり、常に安定したプラズマ処理を行うことができる。
【００５０】
また、被処理基板を基板加熱手段により加熱すると共に基板搬送手段により搬送しながら、連続して被処理基板にプラズマ処理を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  実施の形態１に係るプラズマ処理装置を示す断面図である。
【図２】  図１のＺ−Ｚ線における断面図である。
【図３】  プロセス圧力が異なる状況でのプラズマボリュームおよびプラズマチャンバの状態を示す説明図である。
【図４】  実施の形態２に係るプラズマ処理装置を示す断面図である。
【図５】  図４のＺ−Ｚ線における断面図である。
【図６】  従来のプラズマ処理装置を示す断面図である。
【図７】  （ａ）〜（ｃ）は従来のプラズマ処理装置におけるプラズマボリュームの状態を示す説明図である。
【符号の説明】
１ プラズマチャンバ
１Ｂ 下部プラズマチャンバ
１Ｔ 上部プラズマチャンバ
２ プロセスチャンバ
３ 高周波電源
４ レゾネータ
５ シールド板
６ 誘電体窓
７ 基板ホルダ
８ 基板
９ 基板加熱手段
１０ 基板搬送手段
１１ ゲートバルブ
１３ 真空排気口
１５ 励起ガス導入ノズル
１６ 反応ガス導入ノズル
２１ 電界生成器
２４ 下部チャンバベローズ
２５ 上部チャンバベローズ
２７ 反応ガスベローズ
２８ 下部励起ガスベローズ
２９ 上部励起ガスベローズ
３０ プラズマ領域
３１ ドリフト領域
３２ プラズマ
３３ アフターグロー
３４ 放射性種ボリューム
３５ プラズマチャンバ開口部
４０ 下部ジャッキ
４１ 上部ジャッキ
４２ ジャッキ
４３ ロッド
４４ ギア
４５ モーター
４６ 下部隔壁
４７ 上部隔壁
【図１】
0003662779.tif 000002
【図２】
0003662779.tif 000003
【図３】
0003662779.tif 000004
【図４】
0003662779.tif 000005
【図５】
0003662779.tif 000006
【図６】
0003662779.tif 000007
【図７】
0003662779.tif 000008