(57)【要約】      （修正有）【課題】真空チャンバの大型化を抑制しつつ原料ガスの分解効率を向上する。【解決手段】真空チャンバ２内においてプラズマ生成領域ＰＲと被処理体Ｗとが離間したリモートプラズマ処理装置１００であって、円筒管３４に巻き付けた高周波コイル３１に高周波電圧を印加して、円筒管３４の内部空間をプラズマ生成領域ＰＲとし、同時に円筒管３４内に原料ガス導入管４１を配置し、原料ガス導入管４１が誘導加熱され、原料ガスが効率よく加熱されるリモートプラズマ処理装置１００。【選択図】図１
2017150023.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
真空チャンバ内において、原料ガスを分解するためのプラズマが生成されるプラズマ生成領域と前記プラズマにより分解された原料ガスによって処理される被処理体とが離間したリモートプラズマ処理装置であって、
前記プラズマ生成領域に設けられ、前記原料ガスを加熱する原料ガス加熱部を備えるリモートプラズマ処理装置。
【請求項２】
前記プラズマ生成領域に位置して前記プラズマ生成領域に前記原料ガスを導入する導入管を備え、
前記原料ガス加熱部は、前記導入管が加熱されることにより構成される請求項１記載のリモートプラズマ処理装置。
【請求項３】
前記導入管は、誘導加熱されるものである請求項２記載のリモートプラズマ処理装置。
【請求項４】
前記プラズマ生成領域を形成するプラズマ生成部を備え、
前記プラズマ生成部は、誘導結合プラズマを生成する高周波コイルを有しており、
前記導入管は、前記高周波コイルの内側に設けられている請求項２又は３記載のリモートプラズマ処理装置。
【請求項５】
前記導入管は、高周波電圧が印加される前記高周波コイルにより誘導加熱されるものである請求項４記載のリモートプラズマ処理装置。
【請求項６】
前記導入管は、前記原料ガスの分解を促進する触媒機能を有する材料から形成されている請求項２乃至５の何れか一項に記載のリモートプラズマ処理装置。
【請求項７】
前記導入管は、螺旋状をなすものである請求項２乃至６の何れか一項に記載のリモートプラズマ処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えばＣＶＤ（chemical vapor deposition）装置などに用いられるリモートプラズマ処理装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
プラズマ処理装置は、真空チャンバ内に供給したガスにエネルギーを与えてプラズマ化し、そのプラズマによって分解や活性化したガスを被処理体に供給して、被処理体への成膜やエッチングを行うものである。
【０００３】
このプラズマ処理装置において、被処理体がプラズマに曝されることによるダメージを低減するために、例えば特許文献１に示すように、プラズマが生成されるプラズマ生成領域と被処理体とを離間させたリモートプラズマ処理装置が考えられている。
【０００４】
ところが、リモートプラズマ処理装置は、プラズマ生成領域と被処理体とが離間しているので、プラズマで分解されたガスが、被処理体に到達するまでの間に拡散したり又は再結合してしまう。その結果、リモートプラズマ処理装置では、被処理体への成膜やエッチングの処理速度が小さくなってしまうという問題がある。
【０００５】
そこで、プラズマ生成領域での原料ガスの分解を促進して被処理体への処理速度を向上させるために、特許文献２に示すように、真空チャンバ内においてプラズマ生成領域を有する反応管とこの反応管に原料ガスを導入するガス導入口との間に触媒電極を有する触媒槽を設けたものが考えられている。
【０００６】
しかしながら、真空チャンバ内において反応管の上流側に触媒槽を設けると、反応管とは別に触媒槽の設置空間を確保する必要があり、真空チャンバの内容積の増大を招いてしまう。真空チャンバの内容積が増えてしまうと、真空引きに必要な時間が長くなり、被処理体を交換して再び処理を開始するまでの時間がかかり、生産性が低下するといったことも考えられる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２０１２−１８５８７７号公報
【特許文献２】特開平１０−３１０８６７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
そこで本発明は、上記問題点を解決すべくなされたものであり、リモートプラズマ処理装置において真空チャンバの内容積の増大を抑制しつつ原料ガスの分解効率を向上させることをその主たる課題とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
すなわち本発明に係るリモートプラズマ処理装置は、真空チャンバ内において、原料ガスを分解するためのプラズマが生成されるプラズマ生成領域と前記プラズマにより分解された原料ガスによって処理される被処理体とが離間したリモートプラズマ処理装置であって、前記プラズマ生成領域に設けられ、前記原料ガスを加熱する原料ガス加熱部を備えることを特徴とする。
【００１０】
このようなリモートプラズマ処理装置であれば、プラズマ生成領域に原料ガス加熱部を設けているので、プラズマ生成領域において原料ガスを加熱することができ、プラズマによる原料ガスの分解だけでなく、原料ガス加熱部による加熱によっても原料ガスの分解することができる。また、原料ガス加熱部で原料ガスを加熱することによってプラズマによる原料ガスの分解を促進することもできる。これらにより、原料ガスの分解効率を向上させることができる。さらに、プラズマ生成領域に原料ガス加熱部を設けているので、プラズマ生成領域の外部に原料ガス加熱部を設ける場合に比べて真空チャンバの内容積の増大を抑えることができる。
なお、真空チャンバの外部で原料ガスを加熱することにより、真空チャンバの内容積の増大を抑制することも考えられるが、そうすると、真空チャンバに加熱された原料ガスを供給する場合に、原料ガスを保温するための保温機構が必要となってしまい、装置の大型化を招いてしまう。本発明では、プラズマ生成領域で原料ガスを加熱するので保温機構を不要にできる。
【００１１】
原料ガス加熱部が、プラズマ生成領域に導入されて分散した後の原料ガスを加熱する構成の場合には、原料ガスの分布する空間が大きくなってしまうため、原料ガスを効率良く加熱することが難しい。
この問題を好適に解決するためには、リモートプラズマ処理装置は、前記プラズマ生成領域に位置して前記プラズマ生成領域に前記原料ガスを導入する導入管を備え、前記原料ガス加熱部は、前記導入管が加熱されることにより構成されることが望ましい。
この構成であれば、導入管を用いて原料ガス加熱部を構成しているので、プラズマ生成領域に分散する前の原料ガスを加熱することができ、原料ガスを効率良く加熱することができる。また、装置構成を簡単化することもできる。
【００１２】
ここで、導入管を効率良く加熱するためには、前記導入管が誘導加熱されるものであることが望ましい。
【００１３】
具体的な実施の態様としては、前記プラズマ生成領域を形成するプラズマ生成部を備え、前記プラズマ生成部は、誘導結合プラズマを生成する高周波コイルを有しており、前記導入管は、前記高周波コイルの内側に設けられていることが考えられる。この構成の場合には、前記導入管は、高周波電圧が印加される前記高周波コイルにより誘導加熱されるものであることが望ましい。
この構成であれば、導入管を誘導加熱するための誘導コイルを高周波コイルで兼用できるとともに、別途加熱のための電源を不要とすることができる。これにより、誘導結合プラズマを生成する高周波コイルの構成を生かしつつ、装置構成を簡単にすることができる。
【００１４】
導入管を用いた加熱による原料ガスの分解効率をより一層向上させるためには、前記導入管は、前記原料ガスの分解を促進する触媒機能を有する材料から形成されていることが望ましい。
【００１５】
導入管と原料ガスとの接触面積を増やすことにより原料ガスの分解効率をより一層向上させるためには、前記導入管は、螺旋状をなすものであることが望ましい。
【発明の効果】
【００１６】
このように構成した本発明によれば、プラズマ生成領域に原料ガス加熱部を設けてプラズマ生成領域において原料ガスを加熱しているので、リモートプラズマ処理装置において真空チャンバの内容積の増大を抑制しつつ原料ガスの分解効率を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本実施形態の成膜装置の構成を模式的に示す断面図である。
【図２】原料ガス加熱部である導入管の変形例を模式的に示す図である。
【図３】原料ガス加熱部である導入管の別の変形例を模式的に示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下に、本発明に係るリモートプラズマ処理装置を用いた成膜装置の一実施形態について、図面を参照して説明する。
【００１９】
＜装置構成＞
本実施形態の成膜装置１００は、被処理体である基板Ｗ上に例えばダイヤモンドライクカーボン膜（以下、ＤＬＣ膜）を成膜するプラズマＣＶＤ装置である。なお、成膜装置１００は、ＤＬＣ膜を成膜するための成膜室２Ｒと、当該成膜室とゲートバルブで仕切られたロードロック室（不図示）とを有する真空チャンバ２を有している。
【００２０】
この成膜装置１００は、図１に示すように、真空チャンバ２の成膜室２Ｒ内において、原料ガスを分解するためのプラズマが生成されるプラズマ生成領域ＰＲとプラズマにより励起されて分解された原料ガス（活性種を含むガス）によって処理される基板Ｗとが離間したものである。ＤＬＣ膜の原料ガスとしては、アセチレンガス等の炭化水素ガスが考えられる。
【００２１】
具体的に成膜装置１００は、プラズマ生成領域ＰＲを形成するプラズマ生成部３と、当該プラズマ生成領域ＰＲに原料ガスを導入する原料ガス導入部４と、基板Ｗを保持する基板保持部５とを備えている。
【００２２】
プラズマ生成部３は、誘導結合プラズマ（ＩＣＰ）を生成するものであり、成膜室２Ｒ内に配置された高周波コイル３１と、高周波コイル３１に高周波電圧を印加する高周波電源３２と、高周波コイル３１及び高周波電源３２の間に設けられたインピーダンスマッチング部（整合回路）３３とを備えている。
【００２３】
本実施形態の高周波コイル３１は、成膜室２Ｒ内においてその中心軸が上下方向に沿って配置されており、内部に円筒状の空間を形成するものである。また、本実施形態では、高周波コイル３１の内側に石英ガラスからなる円筒管３４が高周波コイル３１と同軸上に配置されている。この円筒管３４の内部空間には、高周波コイル３１によりプラズマが発生し、円筒管３４の内部空間がプラズマ生成領域ＰＲとなる。
【００２４】
原料ガス導入部４は、真空チャンバ２の外部から原料ガスをプラズマ生成領域ＰＲ内に供給するものである。本実施形態の原料ガス導入部４は、プラズマ生成部３の円筒管３４の上部に接続されて、当該円筒管３４の内部に原料ガスを供給する。
なお、原料ガス導入部４には、外部に設けられた原料ガス源（不図示）から原料ガスが供給される外部配管（不図示）が接続されている。この外部配管には、原料ガスの供給量を調整するための例えばマスフローコントローラ等の流量調整機構（不図示）が設けられている。
【００２５】
基板保持部５には、プラズマ生成部３により形成されたプラズマから所定距離離間した位置に基板Ｗを保持するものである。また、基板保持部５には、プラズマ生成領域ＰＲにより分解された原料ガス（活性種）を基板Ｗに到達させるためのバイアス電圧が印加されている。このバイアス電圧は、真空チャンバ２の外部に設けられたバイアス電源６により印加される。
【００２６】
しかして本実施形態の成膜装置１００は、プラズマ生成領域ＰＲにおいて原料ガスを加熱する原料ガス加熱部７を備えている。
【００２７】
この原料ガス加熱部７は、プラズマ生成領域ＰＲにおいてプラズマ生成部３の高周波コイル３１とは別に設けられており、プラズマ生成領域ＰＲに位置してプラズマ生成領域ＰＲに原料ガスを導入する導入管４１により構成されている。
【００２８】
この導入管４１は、原料ガス導入部４の一部を構成するものであり、高周波コイル３１の中心軸に沿って、高周波コイル３１の上方から挿し込まれることにより、プラズマ生成領域ＰＲに位置するように配置される。具体的に導入管４１は、円筒管３４の上部から円筒管３４の内部において下方に延び設けられている。つまり、導入管は、高周波コイル３１及び円筒管３４の内側に設けられている。
【００２９】
また、導入管４１は、誘導加熱可能である導電性材料から形成されている。さらに本実施形態では、導入管４１に原料ガスの分解を促進する触媒機能を有する材料のものを用いている。例えば、導入管４１はモリブデン製又はタングステン製のものとすることが考えられる。
【００３０】
さらに、導入管４１は、プラズマ生成領域ＰＲに原料ガスを導出する１又は複数の導出口４１ｈを有している。プラズマ生成領域ＰＲに万遍なく原料ガスを供給するためには、複数の導入口４１ｈを有することが望ましく、特に、流路方向に沿って複数有しており、さらに、周方向に沿って例えば等間隔に有していることが望ましい。
【００３１】
この構成において、高周波コイル３１に高周波電圧が印加されると、高周波コイル３１が導入管４１の誘導コイルとなり、導入管４１に誘導電流（渦電流）が流れて導入管４１がジュール発熱して誘導加熱される。このように導入管４１が誘導加熱されることにより導入管４１を流れる原料ガスが加熱されることになり、導入管４１が原料ガスを加熱する原料ガス加熱部７となる。
【００３２】
＜装置の動作内容＞
次にこの成膜装置１００の動作内容について簡単に説明する。
ＤＬＣ膜を成膜する基板Ｗをロードロック室に設置した後に、ターボ分子ポンプ等の真空ポンプを用いて例えば５×１０−５Ｐａに真空引きする。その後、ゲートバルブを開いて真空引きされた成膜室２Ｒ内に基板Ｗを搬送機構により搬送して、基板保持部５に基板Ｗを設置する。ゲートバルブを閉めた後に、成膜室２Ｒをターボ分子ポンプ等の真空ポンプ８で５×１０−５Ｐａ以下に真空引きし、外部配管に設けられた流量調整機構により流量制御されたアルゴンガスを成膜室２Ｒ内に導入しながら、圧力センサと圧力調整バルブを用いて、成膜室２Ｒ内を所定の圧力に制御する。ここで、原料ガスの流量は、成膜室２Ｒの容積に依存した最適流量である。また、成膜室２内の圧力は、プラズマ生成部３によるプラズマが点灯可能な圧力であり、且つ、ＤＬＣ膜特性が優れた条件に設定する。一般には、０．１〜１０Ｐａ程度に設定され、好ましくは、０．５〜３Ｐａ程度である。
【００３３】
次に、成膜室２Ｒ内に設置した高周波コイル（誘導結合アンテナ）３１にインピーダンスマッチング３３を通じて高周波電源３２から高周波電圧を印加して、成膜室２Ｒ内に誘導結合プラズマを生成する。高周波コイル３１に高周波電圧を印加することにより、当該高周波コイル３１の内部に配置された導入管４１に誘導電流が発生して導入管４１が誘導加熱される。十分に導入管４１が加熱された後に、アルゴンガス中にアセチレンガス等の原料ガスを混合して導入する。これにより、原料ガスはプラズマ生成領域ＰＲに供給されてプラズマにより励起されて分解するとともに、導入管４１を通過する際に加熱されて分解する。この分解されたガス（活性種）は、基板保持部５に印加されるバイアス電圧により引き付けられて基板保持部５上の基板Ｗ表面に堆積してＤＬＣ膜が成膜される。
【００３４】
所望の膜厚のＤＬＣ膜が成膜される時間だけ高周波コイル３１に高周波電圧を印加した後、高周波コイル３１への給電を停止することにより、ＤＬＣ膜の成膜を停止する。その後、成膜室２Ｒへのガス供給を停止して、真空ポンプ８により成膜室２Ｒを５×１０−５Ｐａ以下に真空引きする。そして、ロードロック室との間のゲートバルブを開けて、ＤＬＣ膜が成膜された基板Ｗを基板保持部５から搬送機構よりロードロック室に搬送し、ゲートバルブを閉めた後に、ロードロック室を大気圧に戻して、ＤＬＣ膜が成膜された基板Ｗを取り出す。
【００３５】
＜本実施形態の効果＞
このように構成した成膜装置１００によれば、プラズマ生成領域ＰＲに原料ガス加熱部７を設けているので、プラズマ生成領域ＰＲにおいて原料ガスを加熱することができ、プラズマによる原料ガスの分解だけでなく、原料ガス加熱部７による加熱によっても原料ガスの分解することができる。また、原料ガス加熱部７で原料ガスを加熱することによってプラズマによる原料ガスの分解を促進することもできる。これらにより、原料ガスの分解効率を向上させることができる。
【００３６】
また、プラズマ生成領域ＰＲに原料ガス加熱部７を設けているので、プラズマ生成領域ＰＲの外部に原料ガス加熱部７を設ける場合に比べて真空チャンバ２の内容積の増大を抑えることができる。
【００３７】
さらに、プラズマ生成領域ＰＲに原料ガスを導入する導入管４１により原料ガスを加熱しているので、プラズマ生成領域ＰＲに分散する前の原料ガスを加熱することができ、原料ガスを効率良く加熱することができる。また、装置構成を簡単化することもできる。ここで、導入管４１を高周波コイル３１により誘導加熱することにより、原料ガスを加熱する構成を一層簡単化することができる。なお、プラズマ生成領域ＰＲに供給されて分散した原料ガスと導体管４１の外面との接触によっても原料ガスを加熱することもできる。
【００３８】
その上、導入管４１を高周波コイル３１により誘導加熱して原料ガス加熱部を構成しているので、導入管４１を誘導加熱するための誘導コイルを高周波コイル３１で兼用できるとともに、別途加熱のための電源を不要とすることができる。これにより、誘導結合プラズマを生成する高周波コイル３１の構成を生かしつつ、装置構成を簡単にすることができる。
【００３９】
＜その他の実施形態＞
なお、本発明は前記実施形態に限られるものではない。
例えば、プラズマ生成部３は誘導結合プラズマ（ＩＣＰ）方式であったが、２つの電極間に高周波電圧を印加することにより２つの電極間にプラズマを生成する容量結合プラズマ（ＣＣＰ）方式であっても良いし、電子サイクロトロン共鳴（ＥＣＲ）方式であっても良い。
【００４０】
前記実施形態のプラズマ生成部３は、高周波コイル３１の内側に円筒管３４を有するものであったが、円筒管３４を有さない構成でも良い。この場合であっても導入管４１は、プラズマ生成領域ＰＲ、具体的には高周波コイル３１の内側に位置させる。
【００４１】
また、原料ガス加熱部７としては、導入管４１を高周波コイル３１以外の手段（例えばヒータ）で加熱することにより構成しても良い。導入管４１を用いる構成の他に、プラズマ生成領域ＰＲ内に、高周波コイル３１により誘導加熱される被加熱体を設置する構成であっても良いし、被加熱体とともに当該被加熱体を加熱するヒータを設置する構成であっても良い。また、原料ガスを直接加熱するヒータを設置する構成であっても良い。
【００４２】
さらに、前記実施形態の導入管４１は直管状をなすものであったが、図２に示すように螺旋状をなすものであっても良い。このように螺旋状をなすものであれば、プラズマ生成領域ＰＲに導出される前の原料ガスと導体管４１の内面との接触面積を増やすことができ、原料ガスの加熱効率を向上させることができる。また、プラズマ生成領域ＰＲに供給されて分散した原料ガスと導体管４１の外面との接触面積も増やすことができ、これによっても原料ガスの加熱効率を向上させることができる。
【００４３】
その上、導入管４１により十分に加熱された原料ガスをプラズマ生成領域ＰＲに導出するためには、導入口４１ｈは、導入管４１の下流側に形成することが望ましい。
【００４４】
加えて、図３に示すように、例えば直管状をなす導入管４１の内部に複数の仕切り板４１１を設けても良い。その仕切り板４１１には、原料ガスが通過する１又は複数の貫通孔４１１ａが形成されている。仕切り板４１１を設けることによって、導入管４１での流路長を長くすることができ、原料ガスを十分に加熱できるようになる。また、導入管４１を流れる原料ガスは、仕切り板４１１により分流及び合流を繰り返して満遍なく加熱されて、プラズマ生成領域ＰＲに供給される。この仕切り板４１１は、貫通孔４１１ａを有するものに限られず、導入管４１内の流路を例えば蛇行状に仕切るように設けられても良い。蛇行状に仕切ることによって、導入管４１での流路長を長くすることができ、原料ガスを十分に加熱できるようになる。
【００４５】
その他、本発明は前記実施形態に限られず、その趣旨を逸脱しない範囲で種々の変形が可能であるのは言うまでもない。
【符号の説明】
【００４６】
１００・・・成膜装置（リモートプラズマ処理装置）
ＰＲ・・・プラズマ生成領域
Ｗ・・・被処理体
２・・・真空チャンバ
３・・・プラズマ生成部
３１・・・高周波コイル
３２・・・高周波電源
４・・・原料ガス導入部
４１・・・導入管
７・・・原料ガス加熱部
【図１】
2017150023.tif 000003
【図２】
2017150023.tif 000004
【図３】
2017150023.tif 000005