(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
プラズマ処理装置であって、
プラズマ処理空間を囲う真空チャンバであって、底壁の中央に円形の開口部を有する真空チャンバと、
前記円形の開口部に対して外側から吸引口が連通接続された真空ポンプと、
前記プラズマ処理空間に臨んで基板を乗載可能な基板支持体であって、前記真空ポンプを介して前記真空チャンバに固設されている基板支持体と、
前記基板支持体を支持すると共に、前記真空ポンプから前記円形の開口部の中央を介して前記基板支持体に至る支持脚であって、前記真空ポンプにおける排気用回転部材を回転可能に支持する支軸である支持脚とを備え、
前記支軸は中空の杆体であり、
前記基板支持体は、前記支軸の中空部分を介してケーブルと接続されている下側電極を備える、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、プラズマ成膜装置やプラズマエッチング装置などのプラズマ処理装置（プラズマリアクタ）に関し、ＩＣ（半導体デバイス）や，ＬＣＤ（液晶表示パネル），ＰＤＰ（プラズマディスプレイパネル）など高精度の製造工程において基板等を処理対象としてプラズマ処理すなわちプラズマ反応に基づく処理を行わせるのに好適なプラズマ処理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】  シリコンウエハ等の基板を対象とするプラズマ処理装置は、真空チャンバ内に形成されたプラズマ処理空間にプラズマを発生させ又は導入するとともにそのプラズマ処理空間内に所定の処理ガス等も導入して、プラズマ処理空間にてプラズマ反応を行わせ、これによってプラズマ処理空間内の基板に対して成膜やエッチングといった表面処理等を施すものである。図５（ａ）に縦断面構造図を示した平行平板形の装置は、そのようなプラズマリアクタの典型例であり、図５（ｂ）に縦断面構造図を示した平行平板形の装置は、その改良例である。【０００３】  図５（ａ）の装置は、真空チャンバ本体部２の上に真空チャンバ蓋部３が開閉可能に取着された真空チャンバを備えており、被処理物である基板１が平板状をしていることから、水平に置かれたカソード部１２が真空チャンバ本体部２内のほぼ中央に設けられ、このカソード部１２の上面が平坦に形成されたうえ絶縁膜が張られて基板１を乗載しておくことが可能なようになっている。このようなカソード部１２は、ＲＦ電源３１から高周波電力を印可される下部電極と、真空チャンバに囲われたプラズマ処理空間１３に臨んで基板１を乗載可能な基板支持体とを兼ねたものとなっている。真空チャンバ本体部２の内底中央には筒状のローアーサポート１２ａが貫通して立設されており、カソード部１２はこのローアーサポート１２ａの上端に固着して支持されている。また、真空チャンバ蓋部３の内のほぼ中央であってカソード部１２の上方には、上部電極であるアノード部１１が筒状のアッパーサポート１１ａによって真空チャンバ蓋部３に垂設されている。さらに、プラズマ処理に必要な処理ガスＡが、アノード部１１等を介してプラズマ処理空間１３に供給されるされるようにもなっている。【０００４】  真空チャンバ本体部２には、真空チャンバ内ガスを吸い出して適度な真空度を保つために、チャンバ壁を内外に貫通して開口２ａが加工形成されている。また、この開口２ａを囲むチャンバ外壁面に対し、順に、適宜なシールリング等も介在させて、可変バルブ４と、ターボポンプ等の真空ポンプ５とが連結されている。これにより、真空ポンプ５は、開口２ａに対して外側から吸引口が間接的に連通接続されたものとなる。間の可変バルブ４は、バルブ開度を可変駆動するモータ等が付設されていて、これを電気信号で制御することで遠隔制御可能な通過流体の可変絞りとして機能する。そして、真空チャンバに貫通形成された導圧孔２ｂのところに付設された真空圧計４ｂによって真空チャンバ内の真空圧が検出され、この検出値と所定の設定目標値との差に基づいてＰＩＤ制御回路４ｃによって制御信号が生成出力されると、この制御信号に従って可変バルブ４による絞り量が可変駆動される。このような真空圧計４ｂを圧力検出器としＰＩＤ制御回路４ｃを圧力制御回路とし可変バルブ４を圧力制御機構とする圧力制御手段によって、真空チャンバ内の真空圧が設定圧力になるように自動制御される。【０００５】  このような真空チャンバにおけるプラズマやガスの圧力均一性を高めるには、プラズマ処理空間１３と吸引排気用貫通開口２ａとの間にラビリンスやバッフル板を設けることが、一般的に行われる。
これに対し、図５（ｂ）の装置は、圧力制御性や均一性の向上を達成すべく、可変バルブ４に代えて、カソード部１２の周囲を縦に囲む可動壁体６を設けるとともに、その可動壁体６に付随して、溝６ａを形成したり、鍔状絞り６ｂも形成したものである（特開２０００−５８２９８号公報を参照）。
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】  しかしながら、このような従来のプラズマ処理装置では、プラズマ処理空間から基板支持体の周りを通って吸引排気用貫通開口に至る排気路が基板支持体側面の何処を通るかで形や長さが異なっているため、それが均一性に及ぼす影響度の相違を上述のような手法で緩和することで、それなりに圧力均一性の向上を達成しているが、完全な不均一性の解消は望めない。
そこで、圧力均一性の更なる向上を図るべく、それも比較的簡便な手法で達成するべく、プラズマ処理空間から吸引排気用貫通開口に至る排気路が基板支持体の周りの何処でも同じになるように、真空ポンプも含めて真空チャンバの構造に工夫を凝らすことが技術的な課題となる。
【０００７】  この発明は、このような課題を解決するためになされたものであり、プラズマ処理空間からの排気を均一に行うプラズマ処理装置を実現することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】  このような課題を解決するために発明された第１乃至第４の解決手段について、その構成および作用効果を以下に説明する。
【０００９】  ［第１の解決手段］
第１の解決手段のプラズマ処理装置は、出願当初の請求項１に記載の如く、プラズマ処理空間を囲う真空チャンバと、その壁を貫通する開口に対して外側から吸引口が連通接続された真空ポンプと、前記プラズマ処理空間に臨んで基板を乗載可能な基板支持体とを備えたプラズマ処理装置において、前記基板支持体が、前記真空ポンプを介して前記真空チャンバに固設されている、というものである。
【００１０】  このような第１の解決手段のプラズマ処理装置にあっては、プラズマ処理空間と基板支持体と吸引排気用貫通開口とが直列に並ぶので、プラズマ処理空間から吸引排気用貫通開口に至る排気路が基板支持体の周りの何処でも同じようになる。しかも、可動壁体やバッフルの有無等に束縛されないので、排気路に関する制約がほとんど無いうえ、構造の簡素化もし易い。
したがって、この発明によれば、プラズマ処理空間からの排気を均一に行うプラズマ処理装置を実現することができる。
【００１１】    ［第２の解決手段］
第２の解決手段のプラズマ処理装置は、出願当初の請求項２に記載の如く、上記の第１の解決手段のプラズマ処理装置であって、前記基板支持体を支持する支持脚が、前記真空ポンプから延びて前記開口の中央を通って前記基板支持体に至っている、というものである。
【００１２】  このような第２の解決手段のプラズマ処理装置にあっては、基板支持体の支持に必要な支持脚が、吸引排気用貫通開口のところで、その中央を通っている。これにより、プラズマ処理空間から吸引排気用貫通開口に至った排気路は、その開口のところでも、支持脚の周囲総てについて、同じようになる。
したがって、この発明によれば、プラズマ処理空間からの排気を一層均一に行うプラズマ処理装置を実現することができる。
【００１３】    ［第３の解決手段］
第３の解決手段のプラズマ処理装置は、出願当初の請求項３に記載の如く、上記の第２の解決手段のプラズマ処理装置であって、前記支持脚が、前記真空ポンプにおける排気用回転部材を回転可能に支持する支軸を兼ねている、というものである。
【００１４】  このような第３の解決手段のプラズマ処理装置にあっては、支持脚と支軸とが一体化されているので、装置が簡素化されるとともに小形になる。
したがって、この発明によれば、プラズマ処理空間からの排気を一層均一に行うプラズマ処理装置をコンパクトに実現することができる。
【００１５】    ［第４の解決手段］
第４の解決手段のプラズマ処理装置は、出願当初の請求項４に記載の如く、上記の第３の解決手段のプラズマ処理装置であって、前記支軸が中空の杆体で出来ている、というものである。
【００１６】  このような第４の解決手段のプラズマ処理装置にあっては、支軸の中を通すことにより、外部から基板支持体に至る配線や配管を付設することが、プラズマ処理空間の真空を破ること無く容易に行える。
したがって、この発明によれば、プラズマ処理空間からの排気を一層均一に行うコンパクトなプラズマ処理装置を簡便に実現することができる。
【発明を実施するための形態】
【００１７】  このような解決手段で達成された本発明のプラズマ処理装置について、これを実施するための具体的な形態を、以下の第１，第２実施例により説明する。
図１，図２に示した第１実施例は、上述した解決手段を総て具現化したものであり、図３に示した第２実施例や、図４に示した第３実施例は、その変形例である。
なお、それらの図示に際し従来と同様の構成要素には同一の符号を付して示したので、重複する再度の説明は割愛し、以下、従来との相違点を中心に説明する。
【第１実施例】
【００１８】  本発明のプラズマ処理装置の第１実施例について、その具体的な構成を、図面を引用して説明する。図１は、要部である下部電極および真空ポンプの詳細構造を示し、（ａ）が外観斜視図、（ｂ）が縦断面図である。また、図２は、チャンバ全体を含む縦断面模式図であり、従来例の図５（ａ）に対応している。
【００１９】  このプラズマ処理装置が、図５（ａ）の従来装置と相違するのは、吸引排気用貫通開口２ａが真空チャンバ本体部２の底壁のうちカソード部１２（基板支持体）の直下のところに形成されている点と、真空ポンプ５に後述のターボポンプ５０が採用されるとともにその吸引口５１ａが開口２ａに対して直に連通接続されている点と、その支軸５２とローアーサポート１２ａ（支持脚）とが一体のものになっている点である。これにより、プラズマ処理空間１３とカソード部１２と開口２ａとターボポンプ５０とが、縦一列に並び、鉛直軸を基準にして回転対称形になっている。
【００２０】  ターボポンプ５０が一般的なターボポンプと相違するのは、排気用回転部材であるスリーブ５３及びフィン５４を回転可能に支持する支軸５２に、中空の杆体が採用されていることと、その支軸５２がポンプ本体５１の内底から上に延び更に開口２ａの中央を通ってカソード部１２に至っていることである。これにより、支軸５２はローアーサポート１２ａを兼ねるものとなり、カソード部１２はターボポンプ５０を介して真空チャンバ本体部２に固設されたものとなる。
【００２１】  支軸５２の軸芯を貫く穴５２ａは、上端部ではカソード部１２の保護部材１２ｂを貫き、下端部ではポンプ本体５１の底壁を貫いて大気に通じている。その貫通穴５２ａはＲＦケーブル３２の配線にも利用されている。すなわち、外部のＲＦ電源３１から延びた来たＲＦケーブル３２が、その貫通穴５２ａを通ってカソード部１２に至り、その電極部材１２ｃに接続されている。図示は割愛したが、冷媒送給用の配管なども、必要であれば、貫通穴５２ａを利用して簡単に設置される。
【００２２】  ターボポンプ５０の吸引口５１ａが直に開口２ａと連結されるので、可変バルブ４に代えてゲートバルブ４０が導入され、それがターボポンプ５０の排出口５１ｂに連結されるとともに、ポンプ本体５１に固定されたステータ５５やスリーブ５３に装着されたロータ５６からなるフィン回転駆動用電動モータを、インバータ５７にて可変速制御することで、ＰＩＤ制御回路４ｃによる圧力制御が遂行されるようになっている。さらに、それらのＰＩＤ制御回路４ｃ及びインバータ５７の作動やゲートバルブ４０の開閉も、ＲＦ電源３１の出力や処理ガスＡの流量と共に、コントローラ４１にセットしたレシピ等に従ってシーケンス制御されるようになっている。
【００２３】  この第１実施例のプラズマ処理装置について、その使用態様及び動作を説明するが、プラズマ処理装置の一般的な動作等については特開平１０−３３５３１５号公報や特開２０００−５８２９８号公報などに開示されているので、ここでは、従来との主な相違点である真空引き（吸引排気動作）や圧力制御を中心に述べる。
【００２４】  コントローラ４１のシーケンス制御の下で、真空チャンバ（２＋３）内へ横から水平状態の基板１が搬入され、この基板１がカソード部１２の上面に載置される。そして、図示しない基板搬入口等が閉められると同時にゲートバルブ４０が開けられ、それからターボポンプ５０による真空引きが行われる。このとき、可変バルブ４が存在しないので、真空チャンバ内は速やかに真空状態となる。
【００２５】  すなわち、ＰＩＤ制御回路４ｃに真空圧力の目標値が設定されるが、当初はそれと真空圧計４ｂの計測値とが離れているので、その差を縮めるようインバータ５７によってモータ５５＋５６及びフィン５４が高速回転させられて、ターボポンプ５０の排出口５１ｂから急速に排気がなされる。それに伴い、ターボポンプ５０の吸引口５１ａ及び真空チャンバの吸引排気用貫通開口２ａからも真空チャンバ内の気体が吸い出される。
【００２６】  そのとき、プラズマ処理空間１３の気体は、カソード部１２の側周部から下方へ回り込み、それから支軸５２に沿うように下方へ向きを変えて開口２ａを通り抜け、ターボポンプ５０によって排出されるが、その流れの経路途中には、流路を絞る可変バルブ４が無いばかりか、カソード部１２から真空チャンバ本体部２へ直に延びて流路を切り裂くような物も無いことから、プラズマ処理空間１３の気体は辺縁部の何処からもほぼ一様に減圧されるので、その分だけ圧力分布の均一性が改善される。
【００２７】  そして、プラズマ処理空間１３の圧力が目標圧力に達すると又は充分に近づくと、ＰＩＤ制御回路４ｃ及びインバータ５７の制御によって、モータ５５＋５６及びフィン５４の回転速度が下げられ、その後は、目標圧力を保つよう回転速度が上げ下げされる。プラズマ処理空間１３からターボポンプ５０までの排出経路には流れを阻害するものが無いので、モータ回転数を可変する方式であっても圧力制御は応答性も安定性も優れたものとなる。
【００２８】  その状態で、プラズマ処理空間１３に、プラズマが形成され又は導入されるとともに、処理ガスＡが供給され、さらにプラズマの励起や異方性の付与等に必要であればＲＦ電源３１から高周波も印可されて、基板１にプラズマ処理が施されるが、その状態でも、プラズマや副生成ガスは均一性良く排出される。
こうして、このプラズマ処理装置にあっては、プラズマ処理空間１３の圧力を可変制御するに際し迅速に可変することができる。しかも、その圧力の均一性まで高めることができる。
【第２実施例】
【００２９】  図３に要部の縦断面図を示した本発明のプラズマ処理装置が上述した第１実施例のものと相違するのは、電動モータ５５＋５６の組み込み箇所が変更された点である。具体的には、ステータ５５の装着箇所がポンプ本体５１の内側面から支軸５２の外側周面に移され、ロータ５６の装着箇所がスリーブ５３の外側周面から内周面に移されている。
【００３０】  この場合、ターボポンプ５０の高さ即ち軸方向の長さが同じであれば、フィン５４の段数を増やすことができ、フィン５４の段数を同じに維持すれば、ターボポンプ５０の高さを低くすることができる。
【第３実施例】
【００３１】  図４に要部の縦断面図を示した本発明のプラズマ処理装置が上述した第１実施例のものと相違するのは、従来例の図５（ａ）に示した可変バルブ４に対応する可変バルブ機構６１〜４６が真空チャンバ２内に設けられている点である。具体的には、真空チャンバ本体部２の内壁とカソード部１２の下面との間に、リング状・穴あき円板状の可動弁体６１と、それに一端が連結され他端が真空チャンバ本体部２の内壁に連結されたベローズ６２とが、開口２ａを通って真空チャンバ２内に延びた支軸５２すなわちローアーサポート１２ａの周りを囲むように設けられる。可動弁体６１から延びたロッド６３には、チャンバ外部の電動モータ６５によって進退駆動されるロッド６４が連結されていて、可動弁体６１が上下に移動しうるようになっている。
【００３２】  この場合、モータ６５を作動させて可動弁体６１を上限すなわちカソード部１２の下面まで上昇させると、その状態では（図４（ａ）参照）、開口２ａが閉めきられる。そして、モータ６５を作動させて可動弁体６１を下降させると、その状態では（図４（ｂ）参照）、カソード部１２と可動弁体６１との間に円環状の間隙６６ができる。その間隙６６を真空チャンバ内の検出圧力に応じて可変制御することにより、インバータ５７が無くても圧力制御を行うことができる。また、インバータ５７も併用することにより、多様な圧力制御を行うことができる。
なお、この場合、可動弁体６１が真空チャンバ本体部２の内壁側で移動してそれとの間隙を調節するようにしても良く、ロッド６４をベローズ６２の内側に配置しても良く、それに随伴してロッド６３を省くようにしても良い。
【その他】
【００３３】  なお、上記の各実施例では、平行平板形のプラズマ処理装置を説明したが、本発明の適用は平行平板形に限られない。カソード部１２やアノード部１１も、電極でなくても良い。プラズマ処理空間１３に臨んで基板１を乗載できるようになっていれば足りる。
また、基板１は、シリコンウエハのように円板状で硬いものに限らず、ＬＣＤパネルのような角板状のものでも良く、プラスチックフィルムのように柔らかいでも良い。また、それらを出し入れするために必要であれば適宜な開閉ゲートや昇降リフタ等も真空チャンバに付設される。
【発明の効果】
【００３４】  以上の説明から明らかなように、本発明の第１の解決手段のプラズマ処理装置にあっては、プラズマ処理空間と基板支持体と吸引排気用貫通開口とが直列に並ぶようにしたことにより、プラズマ処理空間からの排気を均一に行うプラズマ処理装置を実現することができたという有利な効果が有る。
【００３５】  また、本発明の第２の解決手段のプラズマ処理装置にあっては、プラズマ処理空間から吸引排気用貫通開口に至った排気路がその開口のところでも同一性が維持されるようにしたことにより、プラズマ処理空間からの排気を一層均一に行うプラズマ処理装置を実現することことができたという有利な効果を奏する。
【００３６】  さらに、本発明の第３の解決手段のプラズマ処理装置にあっては、支持脚と支軸とが一体化されるようにもしたことにより、プラズマ処理空間からの排気を一層均一に行うプラズマ処理装置をコンパクトに実現することができたという有利な効果が有る。
【００３７】  また、本発明の第４の解決手段のプラズマ処理装置にあっては、このような第４の解決手段のプラズマ処理装置にあっては、支軸の中を通して配線や配管が行えるようにもしたことにより、プラズマ処理空間からの排気を一層均一に行うコンパクトなプラズマ処理装置を簡便に実現することができたという有利な効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明のプラズマ処理装置の第１実施例について、要部である下部電極および真空ポンプの詳細構造を示し、（ａ）が外観斜視図、（ｂ）が縦断面図である。
【図２】  チャンバ全体を含む縦断面模式図である。
【図３】  本発明のプラズマ処理装置の第２実施例について、要部の縦断面図である。
【図４】  本発明のプラズマ処理装置の第３実施例について、（ａ），（ｂ）共に要部の縦断面図である。
【図５】  従来のプラズマ処理装置について、（ａ），（ｂ）何れも縦断面模式図である。
【符号の説明】  １      基板（板状被処理物、フィルム、ウエハ）
２      真空チャンバ本体部（真空チャンバ）
２ａ      開口（真空ポンプ装着口、吸引排気用貫通開口、排気路）
２ｂ      導圧孔（導圧路）
３      真空チャンバ蓋部（真空チャンバ）
４      可変バルブ（流量制御、可変絞り、圧力制御機構、圧力制御手段）
４ｂ      真空圧計（圧力検出器、圧力制御手段）
４ｃ      ＰＩＤ制御回路（圧力制御回路、圧力制御手段）
５      真空ポンプ（排気ポンプ）
６      可動壁体（流量制御、可変絞り）
６ａ      溝（圧力バッファ空間、リーク圧力緩衝手段、等圧空間）
６ｂ      鍔状絞り（薄肉リング、張出部、絞り部、鍔状部材）
１１    アノード部（プラズマ空間形成機構、上部電極部）
１１ａ    アッパーサポート
１２    カソード部（プラズマ空間形成機構、下部電極部、基板支持体）
１２ａ    ローアーサポート（支持脚、下部電極支持部）
１２ｂ    保護部材（絶縁体）
１２ｃ    電極部材（良導体）
１３    プラズマ処理空間（プラズマ形成空間、プラズマ導入空間）
３１    ＲＦ電源（高周波印加回路）
３２    ＲＦケーブル（高周波印加回路）
４０    ゲートバルブ（開閉弁）
４１    コントローラ（シーケンス制御手段）
５０    ターボポンプ（ターボモレキュラーポンプ、真空ポンプ）
５１      ポンプ本体（外筒部）
５１ａ      吸引口
５１ｂ      排出口
５２      支軸（固設部材、中空杆、下部電極支持脚兼用部材）
５２ａ      貫通穴（中空部分）
５３      スリーブ（回転筒、排気用回転部材）
５４      フィン（羽根部材、翼部材、排気用回転部材）
５５      ステータ（コイル部、固定部、電動モータ）
５６      ロータ（マグネット部、回転部、電動モータ）
５７      インバータ（周波数変換、回転数制御、圧力制御手段）
【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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