(57)【要約】【課題】プラズマ処理装置において処理室に設けた防着板に対する絶縁物の付着を抑制する。【解決手段】プラズマ処理装置は、処理室内にプロセスガスを導入するプロセスガス導入部と、処理室内で放電電圧を印加する電源部と、処理室内で基板上以外に絶縁物が付着するのを妨げる導電性の防着板と、を備え、防着板の少なくとも一部は、その外面が、処理室内壁と小隙間を有するように配置された小隙間防着板であり、小隙間防着板と処理室との間に配置された通電部を介して処理室と小隙間防着板とが電気的に接続されており、小隙間防着板と処理室内壁とは、プラズマ処理時に処理室内壁と小隙間防着板とによって小隙間防着板表面側にプラズマが発生する大きさの小隙間を有する。【選択図】図２
2018186183.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
処理室内でプラズマを用いて被処理体に対する処理を行うプラズマ処理装置において、
前記処理室内にプロセスガスを導入するプロセスガス導入部と、
前記処理室内で放電電圧を印加する電源部と、
前記処理室内で前記基板上以外に絶縁物が付着するのを妨げる導電性の防着板と、を備え、
前記防着板の少なくとも一部は、その外面が、前記処理室内壁と小隙間を有するように配置された小隙間防着板であり、前記小隙間防着板と前記処理室との間に配置された通電部を介して前記処理室と前記小隙間防着板とが電気的に接続されており、
前記小隙間防着板と前記処理室内壁とは、プラズマ処理時に前記処理室内壁と小隙間防着板とによって小隙間防着板表面側にプラズマが発生する大きさの前記小隙間を有することを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項２】
前記小隙間は２〜５ｍｍの大きさであることを特徴とする請求項１記載のプラズマ処理装置。
【請求項３】
前記通電部が、前記小隙間防着板に対し点状に分散配置されていることを特徴とする請求項１または２に記載のプラズマ処理装置。
【請求項４】
前記通電部が、前記小隙間防着板を前記処理室内壁に取り付ける取付部材であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載のプラズマ処理装置。
【請求項５】
前記取付部材がビスまたは／およびボルト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。  
【請求項６】
前記小隙間防着板は、前記処理室内壁に設けた凹部に設置されており、小隙間防着板は、その内面が、隣接する部材内面と面一となるように配置されていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載のプラズマ処理装置。
【請求項７】
少なくとも一部の前記小隙間防着板の間に、隣接する前記部材として、通気孔が形成されたガス吹き出し板が配置されていることを特徴とする請求項５記載のプラズマ処理装置。
【請求項８】
成膜装置であることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載のプラズマ処理装置。
【請求項９】
前記処理室は、成膜に寄与する領域と、プラズマを生成して成膜を行わない領域とを有することを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載のプラズマ処理装置。
【請求項１０】
前記小隙間防着板が、少なくとも処理室の天井に配置されているものであることを特徴とする請求項１〜８のいずれか１項に記載のプラズマ処理装置。
【請求項１１】
誘導結合プラズマを発生させるものであることを特徴とする請求項１〜９のいずれか１項に記載のプラズマ処理装置。
【請求項１２】
前記処理室内に配置される誘導アンテナを有することを特徴とする請求項１０記載のプラズマ処理装置。
【請求項１３】
前記小隙間防着板は、電圧負荷によるプラズマ発生によって絶縁物の付着および堆積を抑止するセルフクリーニング機能を有することを特徴とする請求項１〜１１のいずれか１項に記載のプラズマ処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、処理室内でプラズマによって被処理体の処理を行うプラズマ処理装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
スパッタ、ＣＶＤ、エッチャーなどに利用するプラズマ処理装置では、表面処理、堆積、エッチング処理といった様々なプロセスに用いられており、半導体デバイス製造プロセスなどに利用されている（例えば特許文献１〜６参照）。
これらの多くの装置では、真空中でプラズマ放電が行われ、成膜を行う場合には処理室内でデバイス上に分子が成膜される。また、エッチングを行う場合には、プラズマによってエッチングガスの分子を分解してエッチングに用いるイオンやラジカルを生成する。
デバイス上に成膜される分子以外の絶縁物は、処理室の内壁に付着してプロセスに影響を生じさせるため、処理室の内壁上などに防着板を配置して処理室内壁に絶縁物が直接付着するのを抑制している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００４−２２８３５４号公報
【特許文献２】特開２００９−１２３５１３号公報
【特許文献３】特開２０１０−２１２１０５号公報
【特許文献４】特許第３８３６６３６号公報
【特許文献５】特許第３８３６８６６号公報
【特許文献６】特許第３９２０２０９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
防着板を配置すると、処理室内面への絶縁物の付着は抑えられるが、絶縁物は防着板に付着して堆積する。特に成膜装置では通常デバイス上に成膜される膜厚と同程度の膜が処理室内面の防着板（防着板が無ければ処理室内面）に付着することになる。このため、そのまま使用を続けると防着板に付着・堆積した絶縁物（例えば５μｍ以上）がパーティクルとしてデバイス基板上などに落下してデバイスの不良要因となる。これを回避するためには、処理を停止して定期的にクリーニング処理を行ったり、防着板の取り替えを行ったりすることが必要になり、生産効率の低下やランニングコストが増加するという問題がある。
【０００５】
本発明は、上記事情を背景としてなされたものであり、生産性の低下を招くことなく被処理体に対するパーティクルの混入を防止することができるプラズマ処理装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
すなわち、本発明のプラズマ処理装置のうち、第１の形態は、処理室内でプラズマを用いて被処理体に対する処理を行うプラズマ処理装置において、
前記処理室内にプロセスガスを導入するプロセスガス導入部と、
前記処理室内で放電電圧を印加する電源部と、
前記処理室内で前記基板上以外に絶縁物が付着するのを妨げる導電性の防着板と、を備え、
前記防着板の少なくとも一部は、その外面が、前記処理室内壁と小隙間を有するように配置された小隙間防着板であり、前記小隙間防着板と前記処理室との間に配置された通電部を介して前記処理室と前記小隙間防着板とが電気的に接続されており、
前記小隙間防着板と前記処理室内壁とは、プラズマ処理時に前記処理室内壁と小隙間防着板とによって小隙間防着板表面側にプラズマが発生する大きさの前記小隙間を有することを特徴とする。
【０００７】
他の形態のプラズマ処理装置の発明は、前記形態の発明において、前記小隙間は２〜５ｍｍの大きさであることを特徴とする。
【０００８】
他の形態のプラズマ処理装置の発明は、前記形態の発明において、前記通電部が、前記小隙間防着板に対し点状に分散配置されていることを特徴とする。
【０００９】
他の形態のプラズマ処理装置の発明は、前記形態の発明において、前記通電部が、前記小隙間防着板を前記処理室内壁に取り付ける取付部材であることを特徴とする。
【００１０】
他の形態のプラズマ処理装置の発明は、前記形態の発明において、前記取付部材がビスまたは／およびボルトであることを特徴とする。  
【００１１】
他の形態のプラズマ処理装置の発明は、前記形態の発明において、前記小隙間防着板は、前記処理室内壁に設けた凹部に設置されており、小隙間防着板は、その内面が、隣接する部材内面と面一となるように配置されていることを特徴とする。
【００１２】
他の形態のプラズマ処理装置の発明は、前記形態の発明において、少なくとも一部の前記小隙間防着板の間に、隣接する前記部材として、通気孔が形成されたガス吹き出し板が配置されていることを特徴とする。
【００１３】
他の形態のプラズマ処理装置の発明は、前記形態の発明において、成膜装置であることを特徴とする。
【００１４】
他の形態のプラズマ処理装置の発明は、前記形態の発明において、前記処理室は、成膜に寄与する領域と、プラズマを生成して成膜を行わない領域とを有することを特徴とする。
【００１５】
他の形態のプラズマ処理装置の発明は、前記形態の発明において、前記小隙間防着板が、少なくとも処理室の天井に配置されているものであることを特徴とする。
【００１６】
他の形態のプラズマ処理装置の発明は、前記形態の発明において、誘導結合プラズマを発生させるものであることを特徴とする。
【００１７】
他の形態のプラズマ処理装置の発明は、前記形態の発明において、前記処理室内に配置される高周波誘導アンテナを有することを特徴とする。
【００１８】
他の形態のプラズマ処理装置の発明は、前記形態の発明において、前記小隙間防着板は、電圧負荷によるプラズマ発生によって絶縁物の付着および堆積を抑止するセルフクリーニング機能を有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、処理室内壁と隙間を有する小隙間防着板によって、処理中に絶縁物の付着・堆積が抑止され、生産性を低下させることなく絶縁物が被処理体に混入するのを防止する効果がある。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の一実施形態のプラズマ処理装置の一部を示す断面図である。
【図２】同じく、拡大した斜視図である。
【図３】同じく、小隙間防着板の取付状態を示す一部拡大断面図である。
【図４】本発明の実施例における従来装置におけるパーティクルの付着状態を示す図である。
【図５】同じく、実施形態の装置におけるパーティクルの付着状態を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下に、本発明の一実施形態のプラズマ処理装置を図１〜３に基づいて説明する。
プラズマ処理装置１は、導電性を有する材質の処理室２を備えており、閉鎖環境により処理を行うことを可能にしている。処理室２は接地されている。
この実施形態では、処理室２は真空状態にして成膜を行うために使用される。ただし、本発明としては、処理室を真空状態とすることなくプラズマを発生させるものであってもよい。
また、この実施形態では、プラズマ処理装置１は、成膜装置として使用されるが、本発明としては、プラズマ処理装置は成膜を行うものに限定されるものではなく、エッチング、スパッタリング、ＣＶＤなど、適宜の処理に使用することができる。
【００２２】
処理室２は、下方側に、被処理体である基板を設置する図示しないステージを有し、上方側の天井部２Ａの一部に、所定間隔で通気板３が並列されている。通気板３には、複数の通気孔３Ａ（図２示）が形成されている。通気孔３Ａの位置は適宜設定される。
通気板３が設置される天井部２Ａには、通気孔３Ａの幅よりも小さくした通気溝４が通気板３の長手方向に沿って形成されている。通気板３は、通気溝４を塞ぐように天井部２Ａに密着して取り付けられている。通気板３は、全体を導電性のある材質で構成してもよく、また、通気孔３Ａの周辺を除いて表面を絶縁性の材料とするようにしてもよい。絶縁性の材料は通気板３の表面に酸化アルミニウムなどの被膜を形成することによって絶縁表面処理を行うことができる。
【００２３】
通気溝４の上部には、天井部２Ａに形成された通気路４Ａが連通しており、通気路４Ａは、天井部２Ａ上に配置した通気配管４Ｂに接続されている。通気路４Ａは、１つの通気溝４に対し長手方向において所定の間隔で複数設けることができる。通気配管４Ｂには、図示しないプロセスガス供給部が接続されている。上記した通気板３、通気孔３Ａ、通気溝４、通気路４Ａ、通気配管４Ｂは、本発明のプロセスガス導入部に相当する。
なお、この実施形態では、通気板３を通してガスを処理室内に導入する構成を示しているが、本発明としては、ガスを導入するための構造や導入位置などは特に限定されるものではない。
【００２４】
また、通気板３、通気孔３Ａの間には、両者の隙間を埋めるように導電性材料からなる小隙間防着板５が配置されている。小隙間防着板５の表面は、皮膜形成などによって絶縁性とする。絶縁性の材料は小隙間防着板５の表面に酸化アルミニウムなどの被膜を形成することによって絶縁表面処理を行うことができる。また、成膜する膜種により通電性のある膜の場合は表面のブラスト処理のみでも可能である。
【００２５】
天井部２Ａは、小隙間防着板５と小隙間Ｇを有し、小隙間防着板５の表面と通気板３の表面とが面一になるように、装着溝６を有している。この実施形態では、小隙間Ｇは、２〜５ｍｍとされている。小隙間防着板５は、天井部２Ａには直接接触しないように配置され、複数箇所において装着溝６の底部にビスやボルトなどの取付部材８（図２示）によって取り付けられている。したがって、小隙間防着板５は、上部側で天井部２Ａと隙間を有し、側部側で天井部２Ａの側壁と隙間を有している。
装着溝６は、本発明における処理室内壁に設けた凹部に相当する。
【００２６】
取付部材８は、導電性の材料からなり、小隙間防着板５と処理室内壁である天井部２Ａとの間に点状に分散して両者を電気的に接続する。
小隙間防着板５と処理室天井部２Ａとの小隙間の大きさや、取付部材８の本数は処理室内でプラズマ放電を行う際の電界強度により微調整を行うのが望ましい。
【００２７】
図３は、小隙間防着板５が処理室２の天井部２Ａに取り付けられている状態を示している。
小隙間防着板５には、取付孔が形成されており、この取付孔にビスからなる取付部材８を挿入し、筒状のスペーサ９を介して天井部２Ａにねじ込み固定されている。装着溝６内において、小隙間防着板５と天井部２Ａとは２〜５ｍｍの隙間を有しており、スペーサ９の高さをこの隙間の大きさに合わせておくことで、所定の隙間量を確実に得ることができる。
【００２８】
上記では、天井部２Ａ側に小隙間防着板５を取り付ける構成について説明したが、処理室の側壁などにおいても同様に小隙間防着板を設けることができる。
図１に示すように、この実施形態では、処理室２の側壁２Ｂに装着溝１６を形成し、この装着溝１６に小隙間防着板１５を接地する。小隙間防着板１５は、側壁２Ｂに直接接触することなく配置されており、小隙間防着板１５の外面と装着溝１６内における側壁２Ｂの内面との間には小隙間Ｇを有している。この実施形態では、小隙間は２〜５ｍｍに設定されている。なお、天井部における小隙間と側壁における小隙間とは異なる大きさとしてもよく、また、小隙間防着板毎に異なる大きさの小隙間を有するものとしてもよい。その場合、この実施形態では、いずれの場合も２〜５ｍｍの範囲内とする。
【００２９】
小隙間防着板１５は、取付部材８と同様に、小隙間防着板１５に対し、点状に分散するように取付部材によって側壁２Ｂに取り付けられている。なお、小隙間防着板の設置位置は特に限定されるものではなく、天井部、側壁のいずれかであってもよい。
また、この実施形態では示していないが、処理室内壁との間で上記小隙間を確保することなく防着板を処理室内壁に直接取り付けるようにしてもよく、また、一部で処理室内壁と大きな隙間を有する状態で防着板が取り付けられているものであってもよい。
【００３０】
また、処理室２の内部には小隙間防着板５の下方において、筒状の高周波誘導アンテナ７が幅方向に間隔を置いて複数配置されており、処理室２を貫通して配置されている。
高周波誘導アンテナ７には、高周波電源１０が接続されている。なお、高周波誘導アンテナ７では、筒内に冷却剤を流すことで動作時の昇温を抑えることができる。
【００３１】
誘導結合型プラズマ源として用いられるアンテナの形状としては、処理対象の基板表面
に平行な平面上にラダー型や同心円等のパターンを形成する平板タイプと、円柱状のコイ
ル状アンテナ円柱の底面が基板表面に平行となるように配するコイルタイプとに大別され
る。コイルアンテナは、隣接した巻き同士の干渉によりコイル内部に高密度の誘導磁界を
形成するものであるが、これを分割しようとする場合、一般的に考えれば、一巻きの円環
コイルを、円環面を重ねるように積む。
【００３２】
この実施形態では、処理室２は、上方側がプラズマを生成して成膜を行わない領域２０Ａとなり、下方側が成膜に寄与する領域２０Ｂとなる。
領域２０Ｂには、被処理体である基板１００が設置される。
【００３３】
次に、プラズマ処理装置１における動作について説明する。
ステージ上に成膜対象となる基板１００を設置し、処理室２内を図示しない真空装置によって所定の圧力に減圧する。次いで、高周波電源で所定の周波数（例えば８００ｋ〜１００ＭＨｚ）を発生させ、高周波誘導アンテナ７に高周波電力（例えば〜２０ｋＶ）を印加する。
【００３４】
これにより高周波誘導アンテナ７で生じる電場によって高周波誘導が生じる。これとともに通気配管４Ｂにプロセスガスを導入する。プロセスガスは通気配管４Ｂ、通気路４Ａを通り、通気溝４に至った後に、通気板３に設けた通気孔３Ａから処理室２内に送り出される。プロセスガスは、高周波誘導アンテナ７による高周波誘導によってプラズマ化する。なお、プロセスガスとしては、Ａｒや窒素などを用いることができるが、本発明としてはその種別が特に限定されるものではない。
上記動作とともに、処理室２内に成膜ガスを導入し、プラズマにより成膜ガスの分子を分解して基板１００上に堆積させて膜１１０を成膜する。
【００３５】
上記成膜プロセスでは、成膜分子が基板１００上だけでなく周囲に飛散して処理室２の内壁にも付着する。防着板は、このような成膜分子などが処理室２の内壁に付着するのを防止するものであるが、防着板には成膜分子などが付着することになる。
しかし、小隙間防着板５、１５では、処理室２の内壁との小隙間によって誘導電界が生じ、小隙間防着板５、１５の表面側で僅かなプラズマ放電が起こり、小隙間防着板５、１５の表面でプラズマによってエッチング作用が生じる。このプラズマによって成膜分子が小隙間防着板５、１５の表面に付着するのを防止し、また、付着した成膜分子が塊となる前に除去することができるクリーニング機能を果たす。
【００３６】
なお、小隙間防着板５、１５と処理室内壁との隙間が小さすぎると、ショートなどが生じやすく、安定したプラズマ放電が得られない。一方、小隙間防着板５、１５と、処理室内壁との隙間が大きすぎるとプラズマ放電が起こりにくくなり、クリーニング機能が得られなくなる。このため、この実施形態では上記隙間を２〜５ｍｍに設定している。なお、隙間は、上記と同様の理由で下限を２．５ｍｍ、上限を３．５ｍｍとするのが望ましい。
【００３７】
本実施形態では、
１）処理室内で成膜を行われる際にデバイス（被生成膜面）以外（特に天板）に膜が付かないようにする。
２）成膜する際のプラズマ放電時と同時に天板などの「膜不要面」の膜の付着を低減する。
３）「膜不要面」に付着物が積層しないことでデバイスの信頼性などの性能を高く保つとともに、処理室内のメンテナンス（クリーニング）期間を長期化し、全体の生産効率も上げることができること来る。
本実施形態は上記の３つの課題に対して、解決するものである。
【００３８】
本発明は、真空装置などに関し、更に具体的には、半導体及びディスプレイ（以下、半導体に総称する）デバイスの製造において材料層をスパッタ、ＣＶＤ、エッチャーなどに利用するための真空プラズマ生成装置のチャンバー内部に付着する析出物を低減し（特に天板）、から被成膜物（デバイス）などに落下するパーティクル（特に５μｍ以上の大きなもの）を最小限に低減することができる。
【実施例１】
【００３９】
次に、上記プラズマ処理装置と、防着板を直接処理室内壁に取り付けた従来のプラズマ処理装置とを用いて、基板上に、高周波電力１．０ｋＷ、成膜時間６０秒の条件で成膜を行う試験を行った。
具体的には、ガラス基板上に２００ｍｍφのウエハを置き、成膜及びパーティクル測定を行い、基板の所定面積（３７０ｃｍ×４７０ｃｍ）当たりのパーティクルに換算した。測定としては０．１μｍ〜５μｍとそれ以上でカウントされるがディスプレイ系に特に関係する≧１μまでと５μまでを合計したパーティクルの個数をカウントした。
その結果を図４、５に示した。図４は、従来のプラズマ処理装置を用いた試験結果であり、従来の装置では、総積層膜厚３ミクロン付近でパーティクルが２０００個レベルに達しているが、本発明の装置では総積層膜厚が１０ミクロンを超えてもパーティクルは１２０個レベルを推移しており、本発明の効果は明らかになっている。
【００４０】
以上、本発明について説明したが、無論、本発明の様々な特徴における変形は、当業者には自明なものであると、あるいは、ルーティン的な機械的又は電気的なデザインの問題であるその他の検討の後に自明となるものもあると、理解されるべきである。また、この他の具体例も可能であり、その特定のデザインは用途に依存するものである。このように、本発明の範囲はここに記載した特定の具体例に限定されるものではなく、添付の請求の範囲及びこれと均等な事項によってのみ限定されるべきである。
【符号の説明】
【００４１】
１    プラズマ処理装置
２    処理室
３    通気板
３Ａ  通気孔
４    通気溝
４Ａ  通気路
４Ｂ  通気配管
５    小隙間防着板
６    装着溝
７    高周波誘導アンテナ
８    取付部材
９    スペーサ
１０    高周波電源
１５    小隙間防着板
１６    装着溝
２０Ａ  成膜を行わない領域
２０Ｂ  成膜に寄与する領域
１００  基板
１１０  膜
【図１】
2018186183.tif 000003
【図２】
2018186183.tif 000004
【図３】
2018186183.tif 000005
【図４】
2018186183.tif 000006
【図５】
2018186183.tif 000007