WO2007094416A1 - プラズマ処理装置及びプラズマ処理方法 - Google Patents
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Definitions
- an inert gas is supplied into the processing container by the gas supply means when the substrate is carried in and out, and a plasma density of 1 is obtained by the pressure control means.
- the pressure fluctuation in the processing container is adjusted so as to be within a predetermined range at a pressure at which the mean free path between gas molecules is shorter than the digit-changing distance, and the plasma generating means moves away from the substrate transfer area.
- a plasma in a small plasma region is generated in advance in the region,
- an inert gas is supplied into the processing container when the substrate is carried in and out, and the pressure fluctuation in the processing container is adjusted to be within a predetermined range. Then, the plasma is generated in advance, and is in a non-grounded state by an insulating member that also has an insulating material force, and a substrate having a conductive material force larger than the outer diameter of the substrate is used for the substrate with respect to the support base. It is characterized by carrying in and carrying out.
- Plasma 20 is generated in the processing chamber 2 and the opening of the pressure control valves 31 and 33 is adjusted so that there is no pressure fluctuation in the vacuum chamber 1 (processing chamber 2) when the gate door 18 is opened. Keep it. This prevents the plasma density from changing transiently. And By keeping the laser power relatively low, the plasma density, plasma temperature, and electron density of the plasma 20 are made sufficiently low, and the substrate 5 is transferred to the support 4. That is, when the substrate 5 is transported, the ignition of the plasma 20 is avoided and the substrate 5 is transported in the plasma 20 in a state where the plasma density is sufficiently small.
- the pressure in the vacuum chamber 1 is increased so that the region of the plasma 21 is located as far as possible from the region force that the substrate 5 moves.
- the position of the high-frequency antenna 7 is As a movable configuration, when the substrate 5 is transported, the high frequency antenna 7 is moved to a position away from the substrate 5 so that the region force in which the substrate 5 moves is located as far away from the plasma 21 as possible. Also good.
- the high-frequency antenna 7 may be arranged on the outer peripheral portion of the side surface of the vacuum chamber 1 not above the vacuum chamber 1 (the ceiling plate 3) to change the position where the plasma 21 is generated. ,.
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Abstract
プロセス時のプラズマダメージを低減するプラズマ処理装置及びプラズマ処理方法を提供する。そのため、基板５に所望のプラズマ処理を施すとき、基板５の搬入及び搬出の際には、処理室２内に不活性ガスを供給し、処理室２の圧力変動を所定範囲内に収まるように調整して、処理室２内に供給された不活性ガスのプラズマ２０を生成しておくと共に、所定範囲のプラズマパワーに制御して、基板５の搬送領域におけるプラズマ２０の密度を低くして、支持台４に対して基板５の搬入及び搬出を行う。
Description
明 細 書
プラズマ処理装置及びプラズマ処理方法
技術分野
[0001] 本発明は、所定のガスのプラズマを用いて基板等にプラズマ処理を施すプラズマ 処理装置及びプラズマ処理方法に関する。
背景技術
[0002] 半導体基板や FPD (Flat Panel Display)用ガラス基板等の基板は、所定のガスの プラズマを生成するプラズマ処理装置を用いて、成膜やエッチング等のプロセスが施 される。
特許文献 1 :特開 2001—156051号公報
発明の開示
発明が解決しょうとする課題
[0003] プラズマ処理装置お 、ては、所定のガスをプラズマ化して用いることで、半導体基 板や FPD用ガラス基板に、成膜やエッチング等のプロセスが施されるが、基板上に 作製されたデバイス力 プロセス時のプラズマによりダメージを受ける問題が指摘され ていた (特許文献 1)。
[0004] 本発明は上記課題に鑑みなされたもので、プロセス時のプラズマダメージを低減す るプラズマ処理装置及びプラズマ処理方法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
[0005] 上記課題を解決する第 1の発明に係るプラズマ処理装置は、
基板が載置される支持台を収容する処理容器と、
前記処理容器内の圧力を調整する圧力調整手段と、
前記支持台に対して、基板の搬入及び搬出を行う搬送手段と、
前記処理容器に所望のガスを供給するガス供給手段と、
前記処理容器内に供給されたガスをプラズマ化するプラズマ生成手段と、 前記圧力制御手段、前記搬送手段、前記ガス供給手段及び前記プラズマ生成手 段を制御する制御手段とを有し、
前記制御手段は、
前記基板に所望のプラズマ処理を施すとき、前記基板の搬入及び搬出の際には、 前記ガス供給手段により前記処理容器内に不活性ガスを供給し、前記圧力制御手 段により前記処理容器内の圧力変動を所定範囲内に収まるように調整し、前記ブラ ズマ生成手段によりプラズマを予め生成しておくと共に、基板より上方のプラズマ生 成領域に対して、プラズマパワーを 2kW以上、 4kW以下の範囲に制御して、前記基 板の搬送領域のプラズマ密度を低くしておき、
前記低 、プラズマ密度のプラズマの領域下で、前記搬送手段により前記支持台に 対して基板の搬入及び搬出を行うことを特徴とする。
[0006] 上記課題を解決する第 2の発明に係るプラズマ処理装置は、
基板が載置される支持台を収容する処理容器と、
前記処理容器内の圧力を調整する圧力調整手段と、
前記支持台に対して、基板の搬入及び搬出を行う搬送手段と、
前記処理容器に所望のガスを供給するガス供給手段と、
前記処理容器内に供給されたガスをプラズマ化するプラズマ生成手段と、 前記圧力制御手段、前記搬送手段、前記ガス供給手段及び前記プラズマ生成手 段を制御する制御手段とを有し、
前記制御手段は、
前記基板に所望のプラズマ処理を施すとき、前記基板の搬入及び搬出の際には、 前記ガス供給手段により前記処理容器内に不活性ガスを供給し、前記圧力制御手 段により、プラズマ密度が 1桁変化する距離よりガス分子同士の平均自由行程が短く なる圧力で前記処理容器内の圧力変動を所定範囲内に収まるように調整し、前記プ ラズマ生成手段により、前記基板の搬送領域から離れた領域に、小さいプラズマ領 域のプラズマを予め生成しておき、
前記基板の搬送領域から前記プラズマの領域を離して、前記搬送手段により前記 支持台に対して基板の搬入及び搬出を行うことを特徴とする。
[0007] 上記課題を解決する第 3の発明に係るプラズマ処理装置は、
基板が載置される支持台を収容する処理容器と、
前記支持台を昇降させる昇降手段と、
前記処理容器内の圧力を調整する圧力調整手段と、
前記支持台に対して、基板の搬入及び搬出を行う搬送手段と、
前記処理容器に所望のガスを供給するガス供給手段と、
前記処理容器内に供給されたガスをプラズマ化するプラズマ生成手段と、 前記昇降手段、前記圧力制御手段、前記搬送手段、前記ガス供給手段及び前記 プラズマ生成手段を制御する制御手段とを有し、
前記制御手段は、
前記基板に所望のプラズマ処理を施すとき、前記基板の搬入及び搬出の際には、 前記ガス供給手段により前記処理容器内に不活性ガスを供給し、前記圧力制御手 段により前記処理容器内の圧力変動を所定範囲内に収まるように調整し、前記ブラ ズマ生成手段によりプラズマを予め生成しておき、
前記支持台に載置された基板と前記処理容器の天井部分との間にお ヽて、ガス分 子同士の平均自由行程より、プラズマ密度が 1桁変化する距離が長くなるように、前 記昇降手段により前記支持台を降下させ、前記プラズマの領域から前記基板の搬送 領域を離して、前記搬送手段により前記支持台に対して基板の搬入及び搬出を行う ことを特徴とする。
[0008] 上記課題を解決する第 4の発明に係るプラズマ処理装置は、
上記第 1〜第 3に記載のプラズマ処理装置において、
前記搬送手段は、前記基板を上面に載置するハンド部と、前記ハンド部を移動させ る駆動部とからなり、
前記ハンド部は、該ハンド部の大きさが前記基板の外径より大きい導電性材料から なると共に、絶縁材料からなる絶縁部材を介して、前記駆動部に取り付けられたもの であることを特徴とする。
[0009] 上記課題を解決する第 5の発明に係るプラズマ処理装置は、
基板が載置される支持台を収容する処理容器と、
前記処理容器内の圧力を調整する圧力調整手段と、
大きさが前記基板の外径より大きい導電性材料力もなると共に前記基板を上面に
載置するハンド部と、絶縁材料力 なる絶縁部材を介して前記ハンド部を支持すると 共に前記ハンド部を移動させる駆動部とからなり、前記支持台に対して、基板の搬入 及び搬出を行う搬送手段と、
前記処理容器に所望のガスを供給するガス供給手段と、
前記処理容器内に供給されたガスをプラズマ化するプラズマ生成手段と、 前記圧力制御手段、前記搬送手段、前記ガス供給手段及び前記プラズマ生成手 段を制御する制御手段とを有し、
前記制御手段は、
前記基板に所望のプラズマ処理を施すとき、前記基板の搬入及び搬出の際には、 前記ガス供給手段により前記処理容器内に不活性ガスを供給し、前記圧力制御手 段により前記処理容器内の圧力変動を所定範囲内に収まるように調整し、前記ブラ ズマ生成手段によりプラズマを予め生成しておき、
前記搬送手段により、前記ハンド部に前記基板を戴置して、前記支持台に対して 基板の搬入及び搬出を行うことを特徴とする。
[0010] 上記課題を解決する第 6の発明に係るプラズマ処理方法は、
処理容器内の支持台に基板を載置し、前記処理容器に所望のガスを供給し、前記 処理容器内を所望の圧力に調整し、前記処理容器内に供給されたガスをプラズマ化 して、所望のプラズマ処理を行うプラズマ処理方法にぉ ヽて、
前記基板に所望のプラズマ処理を施すとき、前記基板の搬入及び搬出の際には、 前記処理容器内に不活性ガスを供給し、前記処理容器内の圧力変動を所定範囲 内に収まるように調整して、プラズマを予め生成しておくと共に、前記基板の搬送領 域におけるプラズマの密度を低くして、前記支持台に対して基板の搬入及び搬出を 行うことを特徴とする。
[0011] 上記課題を解決する第 7の発明に係るプラズマ処理方法は、
上記第 6に記載のプラズマ処理方法にぉ 、て、
基板より上方のプラズマ生成領域に対して、プラズマパワーを 2kW以上、 4kW以 下の範囲に制御して、前記基板の搬送領域におけるプラズマの密度を低くすることを 特徴とする。
[0012] 上記課題を解決する第 8の発明に係るプラズマ処理方法は、
上記第 6に記載のプラズマ処理方法にぉ 、て、
プラズマ密度が 1桁変化する距離よりガス分子同士の平均自由行程が短くなる圧 力下で、前記基板の搬送領域から離れた領域に、小さいプラズマ領域のプラズマを 予め生成して、前記基板の搬送領域におけるプラズマの密度を低くすることを特徴と する。
[0013] 上記課題を解決する第 9の発明に係るプラズマ処理方法は、
上記第 6に記載のプラズマ処理方法にぉ 、て、
前記支持台に載置された基板と前記処理容器の天井部分との間にお ヽて、ガス分 子同士の平均自由行程より、プラズマ密度が 1桁変化する距離が長くなるように、前 記支持台を降下させ、前記支持台の位置を前記プラズマから離して、前記基板の搬 送領域におけるプラズマの密度を低くすることを特徴とする。
[0014] 上記課題を解決する第 10の発明に係るプラズマ処理方法は、
上記第 6〜第 9に記載のプラズマ処理方法において、
絶縁材料カゝらなる絶縁部材により非接地状態とされ、前記基板の外径より大きい導 電性材料カゝらなるハンド部により、前記基板を搬送することを特徴とする。
[0015] 上記課題を解決する第 11の発明に係るプラズマ処理方法は、
処理容器内の支持台に基板を載置し、前記処理容器に所望のガスを供給し、前記 処理容器内を所望の圧力に調整し、前記処理容器内に供給されたガスをプラズマ化 して、所望のプラズマ処理を行うプラズマ処理方法にぉ ヽて、
前記基板に所望のプラズマ処理を施すとき、前記基板の搬入及び搬出の際には、 前記処理容器内に不活性ガスを供給し、前記処理容器内の圧力変動を所定範囲 内に収まるように調整して、プラズマを予め生成しておくと共に、絶縁材料力もなる絶 縁部材により非接地状態とされ、前記基板の外径より大きい導電性材料力 なるハン ド部により、前記支持台に対して基板の搬入及び搬出を行うことを特徴とする。
発明の効果
[0016] 本発明によれば、処理容器内の支持台に対して基板の搬送 (搬入、搬出）を行なう 際、プラズマを予め生成しておいたので、基板の搬送毎にプラズマの点火を行うこと
が無ぐプラズマ点火時におけるプラズマ密度の過渡的な変化が発生することはなく 、基板上のデバイスのプラズマダメージを抑えることができる。更に、プラズマ自体の ノ ヮ一を低減したり、プラズマ領域自体を小さくしたり、プラズマ領域との距離を離し たりして、搬送領域におけるプラズマ密度を低減したので、処理容器内での基板の 搬送時に、プラズマに曝される部分と曝されない部分で生じる電位差を低減して、基 板上のデバイスのプラズマダメージを更に抑えることができる。
[0017] 又、本発明によれば、処理容器内の支持台に対して基板の搬送を行なう際、絶縁 材料カゝらなる絶縁部材により非接地状態とされ、基板の外径より大きい導電性材料か らなるハンド部により基板の搬送が行われるので、導電性材料力 なるハンド部により 、プラズマに曝される部分と曝されない部分で生じる電位差を低減して、基板上のデ バイスのプラズマダメージを更に抑えることができる。
図面の簡単な説明
[0018] [図 1]本発明に係るプラズマ処理装置の実施形態の一例を示す構成図である。
[図 2]本発明に係るプラズマ処理装置の実施形態の他の一例を示す構成図である。
[図 3]本発明に係るプラズマ処理装置の実施形態の他の一例を示す構成図であり、 基板の搬送時の状態を示すものである。
[図 4]本発明に係るプラズマ処理装置の実施形態の他の一例を示す構成図であり、 基板のプラズマ処理時の状態を示すものである。
[図 5]本発明に係るプラズマ処理装置で用いる搬送装置のハンド部を示す構成図で ある。
符号の説明
[0019] 1 真空チャンバ、 2 成膜室、 3 天井板、 4 支持台、 5 基板、 6 薄膜、 7 高周波アンテナ、 8 整合器、 9 高周波電源、 10a ガスノズ ル、 10b ガスノズル、 11 昇降装置、 12 高周波バイアス電極、 13 整合器、 14 高周波バイアス電源、 15 搬送チャンバ、 16 搬送装置、 17 ハンド部、 17A ハンド部、 17a フォーク部、 17b 絶縁部材、 17c 駆動部、 18 ゲー トドア、 19 支持ピン、 20 プラズマ領域、 21 プラズマ領域、 22 プラズマ領 域、 30 搬送ポート、 31 圧力制御弁、 32 排気装置、 33 圧力制御弁、 3
4 排気装置
発明を実施するための最良の形態
[0020] プロセス時のプラズマによるダメージは、プラズマ密度分布によって生じるウェハ上 の電位差が要因として考えられ、プラズマ点火時におけるプラズマ密度の過渡的な 変化は、大きな要因の 1つと考えられる。従って、本発明では、基板の搬送の際には 、プラズマを予め点火させておくこと、更には、搬送領域におけるプラズマ密度を低 減することにより、プロセス時のプラズマダメージを抑制するものである。
以下、本発明に係るプラズマ処理装置及びプラズマ処理方法の実施形態の 、くつ かを、図 1〜5を用いて詳細に説明する。
実施例 1
[0021] 図 1は、本発明に係るプラズマ処理装置の実施形態の一例を示す概略構成図であ る。
本発明に係るプラズマ処理装置は、図 1に示すように、円筒状の真空チャンバ 1 (処 理容器)の内部が処理室 2として構成されるものであり、真空チャンバ 1の上部開口部 には円板状のセラミクス製の天井板 3が、開口部を塞ぐように配設されている。この天 井板 3の上部には、例えば、円形リング状の高周波アンテナ 7が複数配置され、高周 波アンテナ 7には整合器 8を介して高周波 (RF)電源 9が接続されている（プラズマ生 成手段)。この高周波アンテナ 7に電力を供給することにより、天井板 3を介して処理 室 2に電磁波が入射され、処理室 2内に供給されたガスがプラズマ化されるようにな つている。
[0022] 真空チャンバ 1の下部には支持台 4が収容されており、半導体等の基板 5が支持台 4の上面に載置される。基板 5を支持する支持台 4には、高周波バイアス電極 12が設 けられており、高周波バイアス電極 12には整合器 13を介して高周波バイアス電源 1 4が接続されている。高周波バイアス電源 14は、高周波バイアス電極 12を介して、基 板 5にバイアス電力を印加できるようになつている。
[0023] 真空チャンバ 1には、処理室 2内に所望のガス (例えば、 Ar、 N等の不活性ガスや
2
成膜やエッチングに必要な原料ガス等)を供給するガスノズル 10a、 10b (ガス供給手 段）が複数設けられている。又、処理室 2内は、圧力制御弁 31 (圧力調整手段）により
所望の圧力に制御されると共に、排気装置 32により排気されている。ガスノズル 10a 、 10bにより処理室 2内に供給され、所望の圧力に制御されたガスは、天井板 3を介 して処理室 2に入射された電磁波により、イオンィ匕されて、プラズマ状態 (プラズマ 20 )となる。このプラズマ 20を基板 5に作用させることによって、 CVD (Chemical Vapor Deposition)等による薄膜 6の成膜を行ったり、基板 5上の薄膜 6のエッチングを行つ たりすることとなる。
[0024] 真空チャンバ 1は、搬送ポート 30を介して、搬送チャンバ 15に接続されており、この 搬送チャンバ 15と真空チャンバ 1との間で、基板 5の搬入、搬出が行われる。搬送チ ヤンバ 15の内部には、基板 5の搬送を行う搬送装置 16 (搬送手段）が配置されており 、基板 5を保持するハンド部 17を、駆動部 17cにより真空チャンバ 1内へ移動させるこ とで、ハンド部 17上の基板 5を支持台 4の上へ載置可能となって 、る。
[0025] 具体的には、搬送ポート 30には、真空チャンバ 1と搬送チャンバ 15を隔離するゲー トドア 18が設けられており、ハンド部 17が真空チャンバ 1内へ移動する際、ゲートドア 18が開いた後、ハンド部 17が真空チャンバ 1内へ移動する。そして、ハンド部 17が 保持する基板 5が、支持台 4の所定の位置に到達すると、支持台 4の内部に配置され た支持ピン 19が、上方向に移動して、ハンド部 17から基板 5を持ち上げた後、ハンド 部 17を真空チャンバ 1から引き戻すと、支持ピン 19上には基板 5のみが残されること となる。その後、支持ピン 19を下方向に移動することで、基板 5が支持台 4上に載置 されることとなる。なお、搬送チャンバ 15も、その内部は、圧力制御弁 33により所望の 圧力に制御されると共に、排気装置 34により排気されて 、る。
[0026] 本実施例のプラズマ処理装置においては、制御手段（図示せず）により各装置等を 制御して、基板 5の搬送時に、プラズマ密度分布の影響を受けないように工夫するこ とで、基板 5上に電位差が生じ無いようにして、基板 5上のデバイスをプラズマダメー ジから保護するようにして ヽる。
[0027] 具体的には、成膜に寄与しない不活性ガス (例えば、 Ar、 N等）を用いて、予め、
2
処理室 2内にプラズマ 20を生成しておくと共に、ゲートドア 18を開いたとき、真空チヤ ンバ 1 (処理室 2)内の圧力変動が無いように、圧力調整弁 31、 33の開度を調整して おく。このことにより、プラズマ密度が過渡的に変化するのを防止している。そして、プ
ラズマパワーを比較的低く抑えることにより、プラズマ 20のプラズマ密度、プラズマ温 度、電子密度を十分小さい状態にして、支持台 4に対して基板 5の搬送を行っている 。つまり、基板 5が搬送される際には、プラズマ 20の点火を避けると共に、プラズマ密 度が十分小さ 、状態のプラズマ 20の中での基板 5の搬送を行うようにして 、る。
[0028] 基板 5の搬送時のプラズマパワーとしては、基板より上方のプラズマ生成領域に対 して、 2kW以上〜 4kW以下の範囲が望ましい。この上限値 4kWは、基板 5の搬送時 に、基板 5に 12V以上の電位差を生じることのな 、プラズマ密度分布を有するプラズ マのパワー、つまり、基板 5上のデバイスにプラズマダメージを与えないようなプラズ マのパワーであり、かつ、成膜 Zエッチング処理時のプラズマパワー以下の値である 。又、この下限値 2kWは、このプラズマパワーと成膜/エッチング処理時のプラズマ ノ ヮ一との差により、真空チャンバ 1自体に大きな温度差が生じないようなプラズマの パワー、つまり、プラズマパワーの差により生じる真空チャンバ 1の温度差により発生 する微粒子 (パーティクル）が許容範囲内となるプラズマのパワーである。
又、プラズマダメージを与えないプラズマ密度分布とするためには、上記プラズマパ ヮ一が印加されて生成されるプラズマ生成領域の体積として、基板の大きさに応じた 領域を考慮することが望ましい。例えば、 8インチ (約 200mm)径の基板であれば、 基板上方の空間の領域の体積として、基板を完全に覆う広さ（例えば、径の 2倍程度 の広さ）であり、後述の実施例 3で述べるような垂直方向の距離 (約 167mm)を有す るのであれば、その空間の体積が 20リットル程度となり、 12インチ（約 300mm)径の 基板であれば、基板上方の空間の領域の体積として、基板を完全に覆う広さ（例えば 、径の 2倍程度の広さ)であり、後述の実施例 3で述べるような垂直方向の距離 (約 16 7mm)を有するのであれば、その空間の体積力 0リットル程度となる。
[0029] (1)基板 5の搬入→ (2)基板 5へのプラズマ処理→ (3)基板 5の搬出までの一連の 制御を説明すると以下のようになる。
(1)支持台 4へ基板 5を搬入する際には、不活性ガスを用いて、予め、処理室 2内に プラズマ 20を生成しておくと共に、ゲートドア 18を開いたとき、真空チャンバ 1内の圧 力変動が無いように、圧力調整弁 31、 33の開度を調整して、支持台 4へ基板 5を搬 入して、支持台 4上に基板 5を載置する。
(2)基板 5に所望のプラズマ処理を施す際には、ゲートドア 18を閉じた後、プラズマ 2 0を生成した状態のままで、プラズマ 20を生成するガスを成膜やエッチングに用いる 原料ガスに置換すると共に、真空チャンバ 1内の圧力及びプラズマパワーを所望の 値に変更して、所望のプラズマ処理を行う。
(3)支持台 4から基板 5を搬出する際には、プラズマ処理の終了後、プラズマ 20を生 成した状態のままで、プラズマ 20を生成するガスを不活性ガスに置換すると共に、ゲ ートドア 18を開いたとき、真空チャンバ 1内の圧力変動が無いように、圧力調整弁 31 、 33の開度を調整して、支持台 4から基板 5を搬出する。
[0030] このように、基板 5の搬送毎にプラズマの点火を行うことが無ぐプラズマ密度が十 分小さい状態のプラズマ 20の中で、基板 5の搬送を行うので、プラズマ点火時にお けるプラズマ密度の過渡的な変化の影響を受けることはなぐ基板 5上のデバイスの プラズマダメージを抑えることができる。又、プラズマ 20のプラズマ密度が十分小さい 状態であるので、基板 5の搬送時に、プラズマに曝される部分と曝されない部分で生 じる電位差を低減して、基板 5上のデバイスのプラズマダメージを更に抑えることがで きる。なお、許容可能な電位差としては、デバイスのキャパシタ耐圧、ゲート耐圧より 小さいものが望ましぐ基板 5内で 12V以下の電位差となるようにすればよい。
実施例 2
[0031] 図 2は、本発明に係るプラズマ処理装置の実施形態の他の一例を示す概略構成図 である。本実施例のプラズマ処理装置は、図 2に示すように、プラズマ 21の状態を除 いて、実施例 1の図 1に示すプラズマ処理装置と同等のものである。従って、図 1に示 すプラズマ処理装置と重複する装置構成には同じ符号を付し、主に、相違のある部 分に基づいて、本実施例の説明を行う。
[0032] 本実施例のプラズマ処理装置においても、制御手段（図示せず）により各装置等を 制御して、基板 5の搬送時に、基板 5がプラズマ密度分布の影響を受けないようにェ 夫している。
[0033] 具体的には、成膜に寄与しない不活性ガス (例えば、 Ar、 N等）を用いて、予め、
2
処理室 2内にプラズマ 21を生成しておくと共に、ゲートドア 18を開いたとき、真空チヤ ンバ 1 (処理室 2)内の圧力変動が無いように、圧力調整弁 31、 33の開度を調整して
おく。このことにより、プラズマ密度が過渡的に変化するのを防止している。そして、こ のとき、真空チャンバ 1内の圧力を比較的高い状態にして、プラズマ 21を生成するよ うにしておく。比較的高い圧力状態では、プラズマ 21はアンテナ 7に近いところに生 成されるため、基板 5の搬送を行う領域におけるプラズマ密度を十分小さい状態にし て、基板 5の搬送を行っている。つまり、基板 5が搬送される際には、プラズマ 21の点 火を避けると共に、プラズマ密度が十分小さい状態のプラズマ 21の中での基板 5の 搬送を行うようにしている。
ここで述べた比較的高い圧力とは、ガス分子同士の平均自由行程が基板より上方 のプラズマ生成領域の高さ方向の長さ（以降、プラズマ生成領域の高さと言う。）の 3 %以下となる圧力である。更に、プラズマ生成領域の高さの 3%とは、プラズマ密度が 1桁小さくなる距離、例えば、 1立方メータ当たり 1017個オーダーのプラズマ密度が、 比較的プラズマダメージが小さくなる、 1立方メータ当たり 1016個オーダーのプラズマ 密度となる距離を、プラズマ解析により求め、これを、プラズマ生成領域の高さとの比 較により算出したものである。従って、ガス分子同士の平均自由行程を、プラズマ生 成領域の高さの 3%以下とする比較的高い圧力状態、つまり、プラズマ密度が 1桁変 化する距離よりガス分子同士の平均自由行程が短くなる比較的高い圧力状態とすれ ば、基板 5の搬送を行う領域におけるプラズマ密度を十分小さ 、状態とすることがで きる。
(1)基板 5の搬入→ (2)基板 5へのプラズマ処理→ (3)基板 5の搬出までの一連の 制御を説明すると以下のようになる。
(1)支持台 4へ基板 5を搬入する際、不活性ガスを用いて、予め、比較的高い圧力状 態で、処理室 2内にプラズマ 21を生成しておくと共に、ゲートドア 18を開いたとき、真 空チャンバ 1内の圧力変動が無いように、圧力調整弁 31、 33の開度を調整して、支 持台 4へ基板 5を搬入して、支持台 4上に基板 5を載置する。このとき、プラズマ 21は 、基板 5の搬送領域から離れた領域に生成されている。
(2)基板 5に所望のプラズマ処理を施す際には、ゲートドア 18を閉じた後、プラズマ 2 1を生成した状態のままで、プラズマ 21を生成するガスを成膜やエッチングに用いる 原料ガスに置換すると共に、真空チャンバ 1内の圧力及びプラズマパワーを所望の
値に変更して、所望のプラズマ処理を行う。
(3)支持台 4から基板 5を搬出する際には、プラズマ処理の終了後、プラズマ 21を生 成した状態のままで、プラズマ 21を生成するガスを不活性ガスに置換すると共に比 較的高い圧力状態に制御し、ゲートドア 18を開いたとき、真空チャンバ 1内の圧力変 動が無いように、圧力調整弁 31、 33の開度を調整して、支持台 4から基板 5を搬出 する。このときも、プラズマ 21は、基板 5の搬送領域から離れた領域に生成されてい る。
[0035] このように、基板 5の搬送毎にプラズマの点火を行うことが無ぐプラズマ 21を基板 5 の搬送領域から離して生成することで、基板 5の搬送領域におけるプラズマ 21のブラ ズマ密度を十分小さくして、基板 5の搬送を行うので、プラズマ点火時におけるプラズ マ密度の過渡的な変化の影響を受けることはなぐ基板 5上のデバイスのプラズマダ メージを抑えることができる。又、基板 5の移動領域におけるプラズマ 21のプラズマ密 度が十分小さい領域であるので、基板 5の搬送時に、プラズマに曝される部分と曝さ れな 、部分で生じる電位差を低減して、基板 5上のデバイスのプラズマダメージを更 に抑えることができる。
[0036] なお、本実施例では、真空チャンバ 1内の圧力を高くして、プラズマ 21の領域を基 板 5が移動する領域力 できるだけ離れた位置としたが、例えば、高周波アンテナ 7 の位置を移動可能な構成として、基板 5の搬送時に、基板 5から離れた位置へ高周 波アンテナ 7を移動して、プラズマ 21の領域を基板 5が移動する領域力もできるだけ 離れた位置とするようにしてもよい。この際、高周波アンテナ 7を、真空チャンバ 1 (天 井板 3)の上方ではなぐ真空チャンバ 1の側面の外周部分に配置して、プラズマ 21 が生成される位置を変更すするようにしてもょ 、。
実施例 3
[0037] 図 3、 4は、本発明に係るプラズマ処理装置の実施形態の他の一例を示す概略構 成図である。本実施例のプラズマ処理装置は、図 3、 4に示すように、実施例 1の図 1 に示すプラズマ処理装置や実施例 2の図 2に示すプラズマ処理装置に対して、支持 台 4を上下方向に昇降させる昇降装置 11 (昇降手段)を設けたものであり、そのことを 除いて、図 1、 2に示すプラズマ処理装置と同等のものである。従って、図 1、 2に示す
プラズマ処理装置と重複する装置構成には同じ符号を付し、主に、相違のある部分 に基づいて、本実施例の説明を行う。
[0038] 本実施例のプラズマ処理装置においては、支持台 4を上下方向に昇降させる昇降 装置 11を設け、基板 5の搬送時には、支持台 4を降下させ、プラズマ 22の領域から 離れた位置で基板 5を搬送し（図 3参照）、プラズマ処理時には、支持台 4を上昇させ 、プラズマ 22の領域の内部に基板 5を移動することで（図 4参照）、基板 5の搬送時に 、基板 5がプラズマ密度分布の影響を受けな 、ように工夫して 、る。
[0039] 具体的には、成膜に寄与しない不活性ガス (例えば、 Ar、 N等）を用いて、予め、
2
処理室 2内にプラズマ 22を生成しておくと共に、ゲートドア 18を開いたとき、真空チヤ ンバ 1 (処理室 2)内の圧力変動が無いように、圧力調整弁 31、 33の開度を調整して おく。このことにより、プラズマ密度が過渡的に変化するのを防止している。そして、昇 降装置 11により支持台 4を下方に降下させ、プラズマ 22から基板 5の搬送領域を離 すことで、基板 5の搬送領域におけるプラズマ密度を十分小さい状態にして、基板 5 の搬送を行っている。つまり、基板 5が搬送される際には、プラズマ 22の点火を避け ると共に、プラズマ 22の領域力 垂直方向に離れて、プラズマ密度が十分小さい領 域で基板 5の搬送を行うようにしている。なお、このとき、ガス分子同士の平均自由行 程が、支持台 4に載置された基板 5と真空チャンバ 1の上部の天井板 3との垂直方向 の距離 (以降、垂直方向の距離という。）の 3%以下であることが望ましい。これは、実 施例 2の説明と同様に、プラズマ密度が 1桁小さくなる距離を、プラズマ解析により求 め、これを、垂直方向の距離との比較により算出したものである。従って、昇降装置 1 1により支持台 4を降下させて、支持台 4に載置された基板 5と天井板 3との間におい て、プラズマ密度の変化勾配を小さくし、ガス分子同士の平均自由行程より、プラズ マ密度が 1桁変化する距離が長くなるようにすればよい。例えば、 N
2ガスにおいて、 圧力 lOmTorrの時の平均自由行程は 5mm程度である力 これを 3%以下とする基 板 5と天井板 3との垂直方向の距離は、少なくとも 167mm程度である。
[0040] (1)基板 5の搬入→ (2)基板 5へのプラズマ処理→ (3)基板 5の搬出までの一連の 制御を説明すると以下のようになる。
(1)支持台 4へ基板 5を搬入する際、不活性ガスを用いて、予め、処理室 2内にブラ
ズマ 22を生成しておくと共に、ゲートドア 18を開いたとき、真空チャンバ 1内の圧力 変動が無いように、圧力調整弁 31、 33の開度を調整して、昇降装置 11により下方に 降下された支持台 4へ基板 5を搬入して、支持台 4上に基板 5を載置する。このとき、 基板 5の搬送領域は、プラズマ 22から離れた位置となって 、る。
(2)基板 5に所望のプラズマ処理を施す際には、ゲートドア 18を閉じた後、昇降装置 11により支持台 4を上方に上昇させて、プラズマ 22の領域へ基板 5を移動させる。そ して、プラズマ 22を生成した状態のままで、プラズマ 22を生成するガスを成膜やエツ チングに用いる原料ガスに置換すると共に、真空チャンバ 1内の圧力及びプラズマパ ヮーを所望の値に変更して、所望のプラズマ処理を行う。
(3)支持台 4から基板 5を搬出する際、プラズマ処理の終了後、昇降装置 11により支 持台 4を下方に降下させ、プラズマ 22を生成した状態のままで、プラズマ 22を生成 するガスを不活性ガスに置換すると共に、ゲートドア 18を開いたとき、真空チャンバ 1 内の圧力変動が無いように、圧力調整弁 31、 33の開度を調整して、支持台 4から基 板 5を搬出する。このときも、基板 5の搬送領域は、プラズマ 22から離れた位置となつ ている。
[0041] このように、基板 5の搬送毎にプラズマの点火を行うことが無ぐ昇降装置 11により 支持台 4を下方に降下させ、基板 5の搬送領域をプラズマ 22から離すことで、基板 5 の搬送領域におけるプラズマ 21のプラズマ密度を十分小さくして、基板 5の搬送を行 うので、プラズマ点火時におけるプラズマ密度の過渡的な変化の影響を受けることは なぐ基板 5上のデバイスのプラズマダメージを抑えることができる。又、基板 5の移動 領域におけるプラズマ 21のプラズマ密度が十分小さ 、領域であるので、基板 5の搬 送時に、プラズマに曝される部分と曝されない部分で生じる電位差を低減して、基板 5上のデバイスのプラズマダメージを更に抑えることができる。
実施例 4
[0042] 図 5は、本発明に係るプラズマ処理装置の実施形態の他の一例を示す概略構成図 であり、実施例 1 (図 1)等において示したプラズマ処理装置におけるハンド部 17を、 特有の構成としたものである。従って、プラズマ処理装置自体の構成は、実施例 1等 において示したプラズマ処理装置と同等のものでよいので、ここは、ハンド部 17Aの
構成のみを示して、本実施例の説明を行う。
[0043] 本実施例のプラズマ処理装置では、ハンド部 17Aにおいて、二股状のフォーク部 1 7aを電気伝導性のよい材料力も構成すると共に、フォーク部 17aの大きさを、基板 5 の外径より大きいものとし、更に、フォーク部 17aを絶縁材料力もなる絶縁部材 17bを 介して、搬送装置 16の駆動部 17cに取り付けたものである。これは、基板 5において 、プラズマに曝されている部分と曝されていない部分に電位差が生じないように、基 板 5より大きぐ電気伝導性のよいフォーク部 17aにより、その電位差を解消するように したものである。
[0044] 又、フォーク部 17aは、絶縁部材 17bを介して、駆動部 17cと接続しているので、金 属材料力もなるフォーク部 17aは非接地状態とされて、プラズマに悪影響を与えるこ とはない。又、支持ピン 19自体も絶縁性の材料力も構成されているので、同様に、プ ラズマに悪影響を与えることはない。
[0045] なお、フォーク部 17aは、図 5に示すように、その先端が二股に分かれたフォーク形 状となっており、支持台 4に基板 5を載置したり、支持台 4から基板 5を取り上げたりす る際には、二股に分かれたフォーク形状の内側に支持ピン 19が配置されて、フォー ク部 17a、支持ピン 19の動作が互!ヽに干渉しな!、ようになって!/、る。
[0046] 図 1に示すプラズマ処理装置を参照して、上記構成のハンド部 17Aを用いる場合 を説明すると、成膜に寄与しない不活性ガス (例えば、 Ar、 N等)を用いて、予め、処
2
理室 2内にプラズマ 20を生成しておくと共に、ゲートドア 18を開いたとき、真空チャン バ 1 (処理室 2)内の圧力変動が無いように、圧力調整弁 31、 33の開度を調整してお く。このことにより、プラズマ密度が過渡的に変化するのを防止している。そして、ブラ ズマ 20の領域下において、ハンド部 17Aを用いて、基板 5の搬送を行うようにしてい る。つまり、基板 5が搬送される際、プラズマの点火を避けると共に、ハンド部 17Aに より、基板 5がプラズマ 20の影響を受けにくい状態にして、基板 5の搬送を行うように している。
[0047] このように、基板 5の搬送毎にプラズマの点火を行うことが無 、状態で、基板 5の搬 送を行うので、プラズマ点火時におけるプラズマ密度の過渡的な変化の影響を受け ることはなく、基板 5上のデバイスのプラズマダメージを抑えることができる。又、導電
性材料力もなるハンド部 17Aにより、基板 5がプラズマ 20の影響を受けにくい状態に しているので、基板 5の搬送時に、プラズマに曝される部分と曝されない部分で生じ る電位差を低減して、基板 5上のデバイスのプラズマダメージを更に抑えることができ る。
[0048] 本実施例は、基板 5の搬送時に、単に、プラズマを予め生成しておくことで、基板 5 上のデバイスのプラズマダメージを抑えることができる力 更に、実施例 1〜3に示し たように、基板 5の移動領域のプラズマ密度自体を低減する制御を行うことで、基板 5 上のデバイスのプラズマダメージを更に効果的に抑えることが可能である。
産業上の利用可能性
[0049] 本発明は、プラズマ処理装置であれば、どのようなものでも適用可能なものである。
Claims
[1] 基板が載置される支持台を収容する処理容器と、
前記処理容器内の圧力を調整する圧力調整手段と、
前記支持台に対して、基板の搬入及び搬出を行う搬送手段と、
前記処理容器に所望のガスを供給するガス供給手段と、
前記処理容器内に供給されたガスをプラズマ化するプラズマ生成手段と、 前記圧力制御手段、前記搬送手段、前記ガス供給手段及び前記プラズマ生成手 段を制御する制御手段とを有し、
前記制御手段は、
前記基板に所望のプラズマ処理を施すとき、前記基板の搬入及び搬出の際には、 前記ガス供給手段により前記処理容器内に不活性ガスを供給し、前記圧力制御手 段により前記処理容器内の圧力変動を所定範囲内に収まるように調整し、前記ブラ ズマ生成手段によりプラズマを予め生成しておくと共に、基板より上方のプラズマ生 成領域に対して、プラズマパワーを 2kW以上、 4kW以下の範囲に制御して、前記基 板の搬送領域のプラズマ密度を低くしておき、
前記低 、プラズマ密度のプラズマの領域下で、前記搬送手段により前記支持台に 対して基板の搬入及び搬出を行うことを特徴とするプラズマ処理装置。
[2] 基板が載置される支持台を収容する処理容器と、
前記処理容器内の圧力を調整する圧力調整手段と、
前記支持台に対して、基板の搬入及び搬出を行う搬送手段と、
前記処理容器に所望のガスを供給するガス供給手段と、
前記処理容器内に供給されたガスをプラズマ化するプラズマ生成手段と、 前記圧力制御手段、前記搬送手段、前記ガス供給手段及び前記プラズマ生成手 段を制御する制御手段とを有し、
前記制御手段は、
前記基板に所望のプラズマ処理を施すとき、前記基板の搬入及び搬出の際には、 前記ガス供給手段により前記処理容器内に不活性ガスを供給し、前記圧力制御手 段により、プラズマ密度が 1桁変化する距離よりガス分子同士の平均自由行程が短く
なる圧力で前記処理容器内の圧力変動を所定範囲内に収まるように調整し、前記プ ラズマ生成手段により、前記基板の搬送領域から離れた領域に、プラズマを予め生 成しておき、
前記基板の搬送領域から前記プラズマの領域を離して、前記搬送手段により前記 支持台に対して基板の搬入及び搬出を行うことを特徴とするプラズマ処理装置。
[3] 基板が載置される支持台を収容する処理容器と、
前記支持台を昇降させる昇降手段と、
前記処理容器内の圧力を調整する圧力調整手段と、
前記支持台に対して、基板の搬入及び搬出を行う搬送手段と、
前記処理容器に所望のガスを供給するガス供給手段と、
前記処理容器内に供給されたガスをプラズマ化するプラズマ生成手段と、 前記昇降手段、前記圧力制御手段、前記搬送手段、前記ガス供給手段及び前記 プラズマ生成手段を制御する制御手段とを有し、
前記制御手段は、
前記基板に所望のプラズマ処理を施すとき、前記基板の搬入及び搬出の際には、 前記ガス供給手段により前記処理容器内に不活性ガスを供給し、前記圧力制御手 段により前記処理容器内の圧力変動を所定範囲内に収まるように調整し、前記ブラ ズマ生成手段によりプラズマを予め生成しておき、
前記支持台に載置された基板と前記処理容器の天井部分との間にお ヽて、ガス分 子同士の平均自由行程より、プラズマ密度が 1桁変化する距離が長くなるように、前 記昇降手段により前記支持台を降下させ、前記プラズマの領域から前記基板の搬送 領域を離して、前記搬送手段により前記支持台に対して基板の搬入及び搬出を行う ことを特徴とするプラズマ処理装置。
[4] 請求項 1乃至請求項 3の何れかに記載のプラズマ処理装置にぉ 、て、
前記搬送手段は、前記基板を上面に載置するハンド部と、前記ハンド部を移動させ る駆動部とからなり、
前記ハンド部は、該ハンド部の大きさが前記基板の外径より大きい導電性材料から なると共に、絶縁材料からなる絶縁部材を介して、前記駆動部に取り付けられたもの
であることを特徴とするプラズマ処理装置。
[5] 基板が載置される支持台を収容する処理容器と、
前記処理容器内の圧力を調整する圧力調整手段と、
大きさが前記基板の外径より大きい導電性材料力もなると共に前記基板を上面に 載置するハンド部と、絶縁材料力 なる絶縁部材を介して前記ハンド部を支持すると 共に前記ハンド部を移動させる駆動部とからなり、前記支持台に対して、基板の搬入 及び搬出を行う搬送手段と、
前記処理容器に所望のガスを供給するガス供給手段と、
前記処理容器内に供給されたガスをプラズマ化するプラズマ生成手段と、 前記圧力制御手段、前記搬送手段、前記ガス供給手段及び前記プラズマ生成手 段を制御する制御手段とを有し、
前記制御手段は、
前記基板に所望のプラズマ処理を施すとき、前記基板の搬入及び搬出の際には、 前記ガス供給手段により前記処理容器内に不活性ガスを供給し、前記圧力制御手 段により前記処理容器内の圧力変動を所定範囲内に収まるように調整し、前記ブラ ズマ生成手段によりプラズマを予め生成しておき、
前記搬送手段により、前記ハンド部に前記基板を戴置して、前記支持台に対して 基板の搬入及び搬出を行うことを特徴とするプラズマ処理装置。
[6] 処理容器内の支持台に基板を載置し、前記処理容器に所望のガスを供給し、前記 処理容器内を所望の圧力に調整し、前記処理容器内に供給されたガスをプラズマ化 して、所望のプラズマ処理を行うプラズマ処理方法にぉ ヽて、
前記基板に所望のプラズマ処理を施すとき、前記基板の搬入及び搬出の際には、 前記処理容器内に不活性ガスを供給し、前記処理容器内の圧力変動を所定範囲 内に収まるように調整して、プラズマを予め生成しておくと共に、前記基板の搬送領 域におけるプラズマの密度を低くして、前記支持台に対して基板の搬入及び搬出を 行うことを特徴とするプラズマ処理方法。
[7] 請求項 6に記載のプラズマ処理方法にぉ 、て、
基板より上方のプラズマ生成領域に対して、プラズマパワーを 2kW以上、 4kW以
下の範囲に制御して、前記基板の搬送領域におけるプラズマの密度を低くすることを 特徴とするプラズマ処理方法。
[8] 請求項 6に記載のプラズマ処理方法にぉ ヽて、
プラズマ密度が 1桁変化する距離よりガス分子同士の平均自由行程が短くなる圧 力下で、前記基板の搬送領域から離れた領域に、小さいプラズマ領域のプラズマを 予め生成して、前記基板の搬送領域におけるプラズマの密度を低くすることを特徴と するプラズマ処理方法。
[9] 請求項 6に記載のプラズマ処理方法にぉ ヽて、
前記支持台に載置された基板と前記処理容器の天井部分との間にお ヽて、ガス分 子同士の平均自由行程より、プラズマ密度が 1桁変化する距離が長くなるように、前 記支持台を降下させ、前記支持台の位置を前記プラズマから離して、前記基板の搬 送領域におけるプラズマの密度を低くすることを特徴とするプラズマ処理方法。
[10] 請求項 6乃至請求項 9の何れかに記載のプラズマ処理方法にぉ ヽて、
絶縁材料カゝらなる絶縁部材により非接地状態とされ、前記基板の外径より大きい導 電性材料カゝらなるハンド部により、前記基板を搬送することを特徴とするプラズマ処 理方法。
[11] 処理容器内の支持台に基板を載置し、前記処理容器に所望のガスを供給し、前記 処理容器内を所望の圧力に調整し、前記処理容器内に供給されたガスをプラズマ化 して、所望のプラズマ処理を行うプラズマ処理方法にぉ ヽて、
前記基板に所望のプラズマ処理を施すとき、前記基板の搬入及び搬出の際には、 前記処理容器内に不活性ガスを供給し、前記処理容器内の圧力変動を所定範囲 内に収まるように調整して、プラズマを予め生成しておくと共に、絶縁材料力もなる絶 縁部材により非接地状態とされ、前記基板の外径より大きい導電性材料力 なるハン ド部により、前記支持台に対して基板の搬入及び搬出を行うことを特徴とするプラズ マ処理方法。
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