(57)【要約】      （修正有）【課題】スペースを過大にすることなく電磁波透過窓を冷却することができるプラズマ処理装置とする。【解決手段】整合器１４の遮蔽カバーを空気チャンバ３１とし、遮蔽カバーと空気チャンバ３１とを統合しスペース化を図り、整合器自体を空気チャンバ内で空冷すると共に、スペースを過大にすることなく空気噴出孔３２から天井板に向けて空気を噴射して天井板を冷却する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電磁波透過窓を備えた容器と、電磁波透過窓に対向して容器の外側に設けられるアンテナと、アンテナを挟んで電磁波透過窓の上部に配置される整合器と、整合器を介してアンテナに給電することにより電磁波透過窓から電磁波を容器内に透過させてプラズマを生成して容器内の基板の表面に処理を施す電源と、電磁波透過窓の上部に設けられ内部に整合器が配されると共に電磁波を遮蔽する部材で形成された空気チャンバと、空気チャンバの内部の空気を電磁波透過窓に向けて噴射する空気噴射手段とを備えたことを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項２】
請求項１に記載のプラズマ処理装置において、
空気噴射手段は、空気チャンバの電磁波透過窓に対する対向面に設けられた多数の空気噴出孔を含むことを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項３】
電磁波透過窓を備えた容器と、電磁波透過窓に対向して容器の外側に設けられるアンテナと、アンテナを挟んで電磁波透過窓の上部に配置される整合器と、整合器を介してアンテナに給電することにより電磁波透過窓から電磁波を容器内に透過させてプラズマを生成して容器内に基板の表面に処理を施す電源と、整合器を覆う状態で設けられ電磁波を遮蔽する遮蔽カバーと、遮蔽カバーの下部に設けられる複数の空気噴出孔と、遮蔽カバーに空気を圧送することで遮蔽カバーの内部の空気を電磁波透過窓に向けて噴射する空気噴射手段とを備えたことを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項４】
請求項１乃至請求項３のいずれか一項に記載のプラズマ処理装置において、
電磁波透過窓に向けて噴射された空気を回収する回収手段が備えられたことを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項５】
請求項１乃至請求項４のいずれか一項に記載のプラズマ処理装置において、
整合器には水冷手段が備えられていることを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項６】
請求項１乃至請求項５のいずれか一項に記載のプラズマ処理装置において、
整合器には放熱用のフィンが設けら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】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、プラズマを生成して基板の表面に処理を施すプラズマ処理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
現在、半導体の製造では、プラズマＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition)装置を用いた成膜が知られている。プラズマＣＶＤ装置は、膜の材料となる材料ガスを容器内の成膜室の中に導入してプラズマ状態にし、プラズマ中の活性な励起種によって基板表面の化学的な反応を促進して成膜を行う装置である。成膜室内をプラズマ状態にするために、容器には電磁波透過窓が備えられ、容器の外側に配置されたアンテナに整合器を介して電力を供給して電磁波透過窓から電磁波を入射させることで成膜室をプラズマ状態にしている。
【０００３】
従来のプラズマ処理装置として、例えば、特許文献１が公知となっている。
【０００４】
【特許文献１】特開２００２−８９９６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
従来のプラズマ処理装置（プラズマＣＶＤ装置）における電磁波透過窓は、電磁波を通す材料、例えば、高純度アルミナで構成され、温度差に弱いものとなっている。一方、アンテナに電力を供給して成膜室内をプラズマ状態にする場合、輻射熱等によって電磁波透過窓が加熱される。このため、電磁波透過窓は熱に晒され温度差が生じやすい、といった問題があった。
【０００６】
また、アンテナの近傍には整合器が配置され、整合器は電磁波を遮蔽する遮蔽カバーで覆われた状態になっている。このため、電磁波透過窓を冷却する手段を設けるとプラズマＣＶＤ装置として多くのスペースを必要とすることになっていた。
【０００７】
本発明は上記状況に鑑みてなされたもので、スペースを過大にすることなく電磁波透過窓を冷却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】
【０００８】
上記目的を達成するための請求項１に係る本発明の構成は、
電磁波透過窓を備えた容器と、電磁波透過窓に対向して容器の外側に設けられるアンテナと、アンテナを挟んで電磁波透過窓の上部に配置される整合器と、整合器を介してアンテナに給電することにより電磁波透過窓から電磁波を容器内に透過させてプラズマを生成して容器内の基板の表面に処理を施す電源と、電磁波透過窓の上部に設けられ内部に整合器が配されると共に電磁波を遮蔽する部材で形成された空気チャンバと、空気チャンバの内部の空気を電磁波透過窓に向けて噴射する空気噴射手段とを備えたことを特徴とする。
【０００９】
そして、請求項２に係る本願発明は、
請求項１に記載のプラズマ処理装置において、
空気噴射手段は、空気チャンバの電磁波透過窓に対する対向面に設けられた多数の空気噴出孔を含むことを特徴とする。
【００１０】
上記目的を達成するための請求項３に係る本発明の構成は、
電磁波透過窓を備えた容器と、電磁波透過窓に対向して容器の外側に設けられるアンテナと、アンテナを挟んで電磁波透過窓の上部に配置される整合器と、整合器を介してアンテナに給電することにより電磁波透過窓から電磁波を容器内に透過させてプラズマを生成して容器内に基板の表面に処理を施す電源と、整合器を覆う状態で設けられ電磁波を遮蔽する遮蔽カバーと、遮蔽カバーの下部に設けられる複数の空気噴出孔と、遮蔽カバーに空気を圧送することで遮蔽カバーの内部の空気を電磁波透過窓に向けて噴射する空気噴射手段とを備えたことを特徴とする。
【００１１】
そして、請求項４に係る本願発明は、
請求項１乃至請求項３のいずれか一項に記載のプラズマ処理装置において、
電磁波透過窓に向けて噴射された空気を回収する回収手段が備えられたことを特徴とする。
【００１２】
また、請求項５に係る本願発明は、
請求項１乃至請求項４のいずれか一項に記載のプラズマ処理装置において、
整合器には水冷手段が備えられていることを特徴とする。
【００１３】
また、請求項６に係る本願発明は、
請求項１乃至請求項５のいずれか一項に記載のプラズマ処理装置において、
整合器には放熱用のフィンが設けられていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
請求項１に係る本発明のプラズマ処理装置は、電磁波透過窓を備えた容器と、電磁波透過窓に対向して容器の外側に設けられるアンテナと、アンテナを挟んで電磁波透過窓の上部に配置される整合器と、整合器を介してアンテナに給電することにより電磁波透過窓から電磁波を容器内に透過させてプラズマを生成して容器内の基板の表面に処理を施す電源と、電磁波透過窓の上部に設けられ内部に整合器が配されると共に電磁波を遮蔽する部材で形成された空気チャンバと、空気チャンバの内部の空気を電磁波透過窓に向けて噴射する空気噴射手段とを備えたので、空気チャンバが整合器の遮蔽カバーとなり、遮蔽カバーと空気チャンバとが統合され、整合器自体が空気チャンバ内で空冷されると共に、スペースを過大にすることなく空気噴射手段から電磁波透過窓に向けて空気を噴射して電磁波透過窓を冷却することが可能になる。
【００１５】
この結果、スペースを過大にすることなく電磁波透過窓を冷却することができるプラズマ処理装置となる。
【００１６】
そして、請求項２に係る本願発明は、
請求項１に記載のプラズマ処理装置において、
空気噴射手段は、空気チャンバの電磁波透過窓に対する対向面に設けられた多数の空気噴出孔を含むので、天井板の冷却に必要な熱伝達率に応じて空気を噴射することができる。
【００１７】
請求項３に係る本発明のプラズマ処理装置は、電磁波透過窓を備えた容器と、電磁波透過窓に対向して容器の外側に設けられるアンテナと、アンテナを挟んで電磁波透過窓の上部に配置される整合器と、整合器を介してアンテナに給電することにより電磁波透過窓から電磁波を容器内に透過させてプラズマを生成して容器内に基板の表面に処理を施す電源と、整合器を覆う状態で設けられ電磁波を遮蔽する遮蔽カバーと、遮蔽カバーの下部に設けられる複数の空気噴出孔と、遮蔽カバーに空気を圧送することで遮蔽カバーの内部の空気を電磁波透過窓に向けて噴射する空気噴射手段とを備えたので、整合器の遮蔽カバーが空気チャンバとなり、整合器自体が遮蔽カバー内で空冷されると共に、遮蔽カバーと空気チャンバとが統合され、スペースを過大にすることなく空気噴射手段から電磁波透過窓に向けて空気を噴射して電磁波透過窓を冷却することが可能になる。
【００１８】
この結果、スペースを過大にすることなく電磁波透過窓を冷却することができるプラズマ処理装置となる。
【００１９】
そして、請求項４に係る本願発明は、
請求項１乃至請求項３のいずれか一項に記載のプラズマ処理装置において、
電磁波透過窓に向けて噴射された空気を回収する回収手段が備えられたので、冷却後の空気が装置の周囲に飛散することがない。
【００２０】
また、請求項５に係る本願発明は、
請求項１乃至請求項４のいずれか一項に記載のプラズマ処理装置において、
整合器には水冷手段が備えられているので、整合器自体の空冷と相俟って簡単な水冷装置で大きな冷却効果を発揮させることができる。
【００２１】
また、請求項６に係る本願発明は、
請求項１乃至請求項５のいずれか一項に記載のプラズマ処理装置において、
整合器には放熱用のフィンが設けられているので、空冷効果を高めることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
図１には本発明の一実施形態例に係るプラズマ処理装置としてのプラズマＣＶＤ装置の概略側面、図２には容器上部の概略拡大状況を示してある。
【００２３】
図１に示すように、基部１には円筒状のアルミニウム製の容器２が設けられ、容器２内に成膜室３が形成されている。容器２の上部には円形の天井板４が設けられ、容器２の中心における成膜室３にはウエハ支持台５が備えられている。ウエハ支持台５は半導体の基板６を静電的に吸着保持する円盤状の載置部７を有し、載置部７は支持軸８に支持されている。
【００２４】
載置部７にはバイアス電源２１及び静電電源２２が接続され、載置部７に低周波を発生させると共に静電気力を発生させる。ウエハ支持台５は全体が昇降自在もしくは支持軸８が伸縮自在とすることで、上下方向の高さが最適な高さに調整できるようになっている。
【００２５】
電磁波透過窓としての天井板４の上には、例えば、円形リング状の高周波アンテナ１３が配置され、高周波アンテナ１３には整合器１４を介して高周波電源１５が接続されている。高周波アンテナ１３に電力を供給することにより電磁波が容器２の成膜室３に入射する。容器２内に入射された電磁波は、成膜室３内のガスをイオン化してプラズマを発生させる。
【００２６】
容器２には、例えば、シラン（例えばSiH4）等の材料ガスを供給するガス供給ノズル１６が設けられ、ガス供給ノズル１６から成膜室３内に成膜材料（例えばSi）となる材料ガスが供給される。
【００２７】
また、容器２にはアルゴンやヘリウム等の不活性ガス（希ガス）や酸素、水素等の補助ガスを供給する補助ガス供給ノズル１７が設けられ、基部１には容器２の内部を排気するための真空排気系（図示省略）に接続される排気口１８が設けられている。また、図示は省略したが容器２には基板６の搬入・搬出口が設けられ、図示しない搬送室との間で基板６が搬入・搬出される。
【００２８】
尚、プラズマ処理手段として、プラズマにより成膜を行う装置を例に挙げているが、成膜以外でもエッチング等他の処理を行う装置を適用することも可能である。
【００２９】
ウエハ支持台５の載置部７に基板６が載せられ、静電的に吸着される。ガス供給ノズル１６から所定流量の材料ガスを成膜室３内に供給すると共に補助ガス供給ノズル１７から所定流量の補助ガスを成膜室３内に供給し、成膜室３内を成膜条件に応じた所定圧力に設定する。
【００３０】
その後、高周波電源１５から高周波アンテナ１３に電力を供給して高周波を発生させると共にバイアス電源２１から載置部７に電力を供給して低周波を発生させる。
【００３１】
これにより、成膜室３内の材料ガスが放電して一部がプラズマ状態となる。このプラズマは、材料ガス中の他の中性分子に衝突して更に中性分子を電離、あるいは励起する。こうして生じた活性な粒子は、基板６の表面に吸着して効率良く化学反応を起こし、堆積してＣＶＤ膜となる。
【００３２】
前述したように、高周波アンテナ１３に電力を供給することで電磁波が天井板４を透過して成膜室３内にプラズマが発生する。このため、天井板４は電磁波透過窓となっており、例えば、高純度アルミナで構成され、天井板４は電磁波が透過する際にプラズマからの熱によって加熱される。また、天井板４の上部における高周波アンテナ１３の上方には整合器１４が設置されている。
【００３３】
図１、図２に示すように、天井板４の上方の高周波アンテナ１３の上側の容器２には空気チャンバ３１（遮蔽カバー）が設けられ、空気チャンバ３１の内部に整合器１４が配置されると共に空気チャンバ３１は電磁波を遮蔽する部材（例えば、ステンレス）で形成されている。空気チャンバ３１の底面には多数（複数）の空気噴出孔３２が形成され、空気チャンバ３１には内部に空気を圧送する空気圧送手段３３（ブロア等）が連結されている。
【００３４】
つまり、天井板４の上方の高周波アンテナ１３の上側の容器２には整合器１４を覆う状態の遮蔽カバー（空気チャンバ３１）が設けられ、空気圧送手段３３は遮蔽カバー（空気チャンバ３１）に空気を圧送する構成となっている。そして、空気チャンバ３１の底面である下部に多数（複数）の空気噴出孔３２が形成されている。
【００３５】
空気圧送手段３３から空気を圧送することで、空気噴出孔３２から電磁波透過窓である天井板４に向けて遮蔽カバー内の空気を天井板の冷却に必要な熱伝達率に応じて噴射する構成（空気噴射手段）となっている。
【００３６】
天井板４に向けて噴射された空気は、回収手段としての回収通路３６から外部に排出され、周囲に飛散することがない。
【００３７】
プラズマを発生させるための高周波電源の周波数は高いため、整合器１４自体もジュール熱により発熱する。このため、整合器１４には水冷手段３４が設けられている。また、整合器１４には多数の放熱フィン３５が設けられている。
【００３８】
従って、空気圧送手段３３（ブロア）の作動により空気チャンバ３１に空気が圧送され、空気チャンバ３１の内部の整合器１４に空気が流通して空気噴出孔３２から高周波アンテナ１３に向けて（天井板４に向けて）空気が噴出する。これにより、高周波アンテナ１３に対向する加熱されやすい部位を中心に天井板４が空気により冷却される（インピンジ冷却）。また、整合器１４が空気により冷却される。天井板４を冷却した空気は外部に排出される。
【００３９】
上述したプラズマＣＶＤ装置では、空気噴出孔３２から天井板４に向けて空気を噴射しているので、天井板４が冷却され、電磁波が透過する際に天井板４がプラズマからの熱によって加熱されても天井板４には大きな温度差が生じることがない。
【００４０】
そして、整合器１４の遮蔽カバーが空気チャンバ３１となっているので、遮蔽カバーと空気チャンバ３１とが統合され、スペースを過大にすることなく天井板４を冷却することが可能になる。即ち、省スペース化を図ることが可能になる。
【００４１】
また、整合器１４が空気チャンバ３１に送られる空気により冷却されるので、水冷手段３４による整合器１４の冷却能力を分担することができ、水冷手段３４の負担を低減して簡易な手段により構成することが可能になる。また、整合器１４には多数の放熱フィン３５が設けられているので、空気チャンバ３１に送られる空気により冷却される際に効率よく冷却を行うことが可能になる。
【００４２】
尚、放熱フィン３５を省略することも可能である。また、場合によっては水冷手段３４を省略することも可能である。
【産業上の利用可能性】
【００４３】
本発明は、プラズマを生成して基板の表面に処理を施すプラズマ処理装置の産業分野で利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】本発明の一実施形態例に係るプラズマ処理装置としてのプラズマＣＶＤ装置の概略側面図である。
【図２】容器上部の概略拡大図である。
【符号の説明】
【００４５】
１  基部
２  容器
３  成膜室
４  天井板
５  ウエハ支持台
６  基板
７  載置部
８  支持軸
１３  高周波アンテナ
１４  整合器
１５  高周波電源
１６  ガス供給ノズル
１７  補助ガス供給ノズル
１８  排気口
２１  バイアス電源
２２  静電電源
３１  空気チャンバ
３２  空気噴射孔
３３  空気圧送手段
３４  水冷手段
３５  放熱フィン
３６  回収通路
【図１】
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【図２】
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