JP5045786B2

JP5045786B2 - プラズマ処理装置

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Publication number: JP5045786B2
Application number: JP2010120279A
Authority: JP
Inventors: 直輝三原; 賢治周藤; 和生村上; 哲史古川
Original assignee: Tokyo Electron Ltd
Current assignee: Tokyo Electron Ltd
Priority date: 2010-05-26
Filing date: 2010-05-26
Publication date: 2012-10-10
Anticipated expiration: 2030-05-26
Also published as: CN102260862B; TW201202469A; US20110308733A1; CN102260862A; TWI494460B; KR101286763B1; US8663424B2; JP2011249503A; KR20110129827A

Description

この発明は、プラズマ処理装置、およびガス供給部材支持装置（以下、単に支持装置ということもある）に関するものであり、特に、その内部でプラズマ処理を行う際にガスを供給するプラズマ処理装置、およびその内部でプラズマ処理を行う際にプラズマ処理用のガスを供給するプラズマ処理装置に用いられるガス供給部材支持装置に関するものである。

ＬＳＩ（ＬａｒｇｅＳｃａｌｅＩｎｔｅｇｒａｔｅｄｃｉｒｃｕｉｔ）やＭＯＳ（ＭｅｔａｌＯｘｉｄｅＳｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）トランジスタ等の半導体素子は、被処理基板となる半導体基板（ウェハ）に対して、エッチングやＣＶＤ（ＣｈｅｍｉｃａｌＶａｐｏｒＤｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）、スパッタリング等の処理を施して製造される。エッチングやＣＶＤ、スパッタリング等の処理については、そのエネルギー供給源としてプラズマを用いた処理方法、すなわち、プラズマエッチングやプラズマＣＶＤ、プラズマスパッタリング等がある。

ここで、その内部で上記したプラズマ処理を行うプラズマ処理装置に関する技術が、特開２００９−３０２３２４号公報（特許文献１）に開示されている。

特開２００９−３０２３２４号公報

ここで、上記した特許文献１に代表される一般的なプラズマ処理装置においては、円筒状の側壁を含み、その内部で被処理基板に対してプラズマ処理を行う処理容器と、処理容器内にプラズマ処理用のガスを供給するガス供給機構とを備える。ガス供給機構は、処理容器内にプラズマ励起用のガスや、プラズマエッチング処理用のガス等を適宜供給する。

ガス供給機構には、処理容器内に配置され、円環状に延びるガス供給部材を含むものがある。このガス供給部材は、処理容器内における効率的なプラズマ処理用ガスの供給の観点から、例えば、保持台の上方側に配置される。処理容器内において、ガス供給部材は、処理容器の側壁の内壁面から径方向、具体的には、内径側に延びた複数の棒状の支持部材によって固定され、支持されている。

ここで、プラズマ処理時やガス供給部材の取り付け時等において、支持部材に強い応力が付加される場合がある。このような場合、支持部材は側壁およびガス供給部材に固定されているため、付加された応力が集中してしまうおそれがある。そうすると、支持部材の交換やメンテナンス等が頻繁に発生することになり、好ましくない。

この発明の目的は、支持部材に対する応力集中を避けて、確実にガスを供給してプラズマ処理を行うことができるプラズマ処理装置を提供することである。

この発明の他の目的は、支持部材に対する応力集中を避けて、確実に処理容器内に配置されるガス供給部材を支持することができるガス供給部材支持装置を提供することである。

この発明に係るプラズマ処理装置は、被処理基板に対してプラズマ処理を行うプラズマ処理装置であって、下方側に位置する底部、および底部の外周から上方向に延びる筒状の側壁を含み、被処理基板をその内部に収容可能な処理容器と、処理容器内の所定の位置に配置され、所定の方向に延びる形状を有し、プラズマ処理用のガスを供給するガス供給口が設けられているガス供給部材と、ガス供給部材を、ガス供給部材および側壁を連結するように、ガス供給部材の延びる方向にそれぞれの間隔を空けて設けられる複数の支持部材と、支持部材を側壁に取り付け可能な取り付け部とを備える。支持部材は、取り付け部に固定して取り付けられる第一の支持部材と、取り付け部にフリーに支持されるように取り付けられる第二の支持部材とを含む。

このように構成することにより、プラズマ処理装置において、プラズマ処理時や取り付け時等におけるガス供給部材に対する応力の付加があった場合でも、第二の支持部材は、取り付け部にフリーに支持されるように取り付けられているため、ガス供給部材の移動を許容することができる。そうすると、第二の支持部材に対する応力の集中を避けることができる。この場合、第一の支持部材は取り付け部に固定されているため、ガス供給部材は、処理容器内の所定の位置に安定して支持される。したがって、確実にガスを供給してプラズマ処理を行うことができる。

この発明の他の局面において、ガス供給部材支持装置は、下方側に位置する底部、および底部の外周から上方向に延びる筒状の側壁を含み、被処理基板をその内部に収容可能な処理容器と、処理容器内の所定の位置に配置され、所定の方向に延びる形状を有し、プラズマ処理用のガスを供給するガス供給口が設けられているガス供給部材とを備え、被処理基板に対してプラズマ処理を行うプラズマ処理装置に設けられ、処理容器内においてガス供給部材を支持するガス供給部材支持装置であって、ガス供給部材および側壁を連結するように、ガス供給部材の延びる方向にそれぞれの間隔を空けて設けられる複数の支持部材と、側壁に固定され、支持部材を取り付け可能な取り付け部とを含み、支持部材は、取り付け部に固定して取り付けられる第一の支持部材と、取り付け部にフリーに支持されるように取り付けられる第二の支持部材とを含む。

このようなガス供給部材支持装置によると、確実に処理容器内に配置されるガス供給部材を支持することができる。

このようなプラズマ処理装置およびガス供給部材支持装置によると、プラズマ処理時や取り付け時等におけるガス供給部材に対する応力の付加があった場合でも、第二の支持部材は、取り付け部にフリーに支持されるように取り付けられているため、ガス供給部材の移動を許容することができる。そうすると、第二の支持部材に対する応力の集中を避けることができる。この場合、第一の支持部材は取り付け部に固定されているため、ガス供給部材は、処理容器内の所定の位置に安定して支持される。したがって、確実にガスを供給してプラズマ処理を行うことができる。

この発明の一実施形態に係るプラズマ処理装置の構成を概略的に示す概略断面図である。この発明の一実施形態に係るプラズマ処理装置に備えられるスロットアンテナ板を板厚方向から見た図である。図１に示すプラズマ処理装置に備えられるガス供給機構に含まれるアウターガス供給部材を上方向から見た図である。図３に示すアウターガス供給部材を含むジャケット部を示す図である。第一の取り付け部と第一の支持部材との連結部を示す拡大図である。第二の取り付け部と第二の支持部材との連結部を示す拡大図である。第二の取り付け部と第二の支持部材との連結部を示す拡大図である。熱膨張前の第二の取り付け部と第二の支持部材との連結部を、径方向に垂直な方向で切断した場合の拡大断面図である。熱膨張前の第二の取り付け部と第二の支持部材との連結部を、径方向で切断した場合の拡大断面図である。熱膨張後の第二の取り付け部と第二の支持部材との連結部を、径方向に垂直な方向で切断した場合の拡大断面図である。熱膨張後の第二の取り付け部と第二の支持部材との連結部を、径方向で切断した場合の拡大断面図である。

以下、この発明の実施の形態を、図面を参照して説明する。まず、この発明の一実施形態に係るプラズマ処理装置の構成について説明する。図１は、この発明に係るプラズマ処理装置の構成を概略的に示す概略断面図である。図２は、図１に示すプラズマ処理装置に備えられるスロットアンテナ板を、板厚方向から見た図である。図３は、図１に示すプラズマ処理装置に備えられるガス供給機構に含まれるアウターガス供給部材を、プラズマ処理装置の上方向から見た図である。

図１〜図３を参照して、この発明の一実施形態に係るプラズマ処理装置１１は、マイクロ波をプラズマ源とするマイクロ波プラズマ処理装置である。プラズマ処理装置１１は、その内部で被処理基板Ｗにプラズマ処理を行う処理空間を有する処理容器１２と、処理容器１２内にプラズマ処理用のガス等を供給するガス供給機構１３と、処理容器１２内に設けられ、その上に被処理基板Ｗを保持する保持台１４と、処理容器１２の外部に設けられ、プラズマ励起用のマイクロ波を発生させるマイクロ波発生器１５と、マイクロ波発生器１５により発生させたマイクロ波を処理容器１２内に導入する導波管１６および同軸導波管１７と、同軸導波管１７の下方端部に連結されており、同軸導波管１７によって導入されたマイクロ波を径方向に伝播する誘電体板１８と、誘電体板１８の下方側に配置されており、誘電体板１８によって伝播されたマイクロ波を放射するスロット孔１９を複数有するスロットアンテナ板２０と、スロットアンテナ板２０の下方側に配置されており、スロット孔１９から放射されたマイクロ波を径方向に伝播すると共に処理容器１２内に透過させる誘電体窓２１と、プラズマ処理装置１１全体を制御する制御部（図示せず）とを備える。制御部は、ガス供給機構１３におけるガス流量、処理容器１２内の圧力等、被処理基板Ｗをプラズマ処理するためのプロセス条件を制御する。なお、理解の容易の観点から、図１において、スロット孔１９の開口形状を概略的に示している。

処理容器１２は、被処理基板Ｗを収容可能な構成である。処理容器１２は、保持台１４の下方側に位置する底部２２と、底部２２の外周から上方向に延びる側壁２３と、側壁２３の上方側に載置するようにして配置され、その上に誘電体窓２１を載置可能な環状部材２４とを含む。側壁２３は、アルミニウム等の金属製であって、円筒状である。処理容器１２の底部２２の径方向の中央側には、排気用の排気孔２５が設けられている。処理容器１２の上部側は開口しており、処理容器１２の上部側に配置される誘電体窓２１、および誘電体窓２１と処理容器１２、具体的には、処理容器１２を構成する環状部材２４との間に介在するシール部材としてのＯリング３１によって、処理容器１２は密封可能に構成されている。

ここで、側壁２３は、底部２２の外周から連なって上方向に延び、円筒状である下壁部２６と、下壁部２６の上方側に載置するようにして配置される円筒状のジャケット部２７と、ジャケット部２７の上方側に載置するようにして配置される円筒状の上壁部２８とを含む。すなわち、側壁２３は、底部２２側である下方側から順に、下壁部２６、ジャケット部２７、上壁部２８を積み重ねて構成されている。

ここで、下壁部２６とジャケット部２７とは、分離可能に設けられている。すなわち、側壁２３は、ジャケット部２７を境に上下方向に分離可能である。このように構成することにより、処理容器１２を上側領域、および下側領域に分離して、側壁２３の内壁面のクリーニング等を行うことが容易になる。したがって、メンテナンス性が良好となる。なお、ジャケット部２７と上壁部２８とを分離可能に構成するようにしてもよい。

保持台１４は、円板状の被処理基板Ｗをその上に載置するようにして保持する。保持台１４には、ＲＦ（ｒａｄｉｏｆｒｅｑｕｅｎｃｙ）バイアス用の高周波電源がマッチングユニットおよび給電棒（いずれも図示せず）を介して電気的に接続されている。

マイクロ波発生器１５は、中心導体２９ａおよび外周導体２９ｂから構成される同軸導波管１７およびモード変換器３０を介して、マイクロ波を導入する導波管１６の上流側に接続されている。同軸導波管１７を構成し、いずれも円筒状である中心導体２９ａおよび外周導体２９ｂは、径方向の中心を一致させ、中心導体２９ａの外径面と、外周導体２９ｂの内径面との間隔を開けるようにして、図１中の紙面上下方向に延びるようにして配置される。

スロットアンテナ板２０は、薄板状であって、円板状である。スロットアンテナ板２０の板厚方向の両面は、それぞれ平らである。スロットアンテナ板２０には、板厚方向に貫通する複数のスロット孔１９が複数設けられている。スロット孔１９は、一方方向に長い第一のスロット孔３２ａと、第一のスロット孔３２ａと直交する方向に長い第二のスロット孔３２ｂとが、隣り合って一対となるように形成されている。具体的には、隣り合う２つのスロット孔３２ａ、３２ｂが一対となって、略ハ字状となるように配置されて構成されている。内周側に配置される７対のスロット孔１９および外周側に配置される２８対のスロット孔１９はそれぞれ、周方向に等間隔に配置されている。スロットアンテナ板２０の径方向の中央にも、貫通孔３３が設けられている。スロットアンテナ板２０は、径方向の中心を中心とした回転対称性を有する。

誘電体窓２１は、略円板状であって、所定の板厚を有する。誘電体窓２１は、誘電体で構成されており、誘電体窓２１の具体的な材質としては、石英やアルミナ等が挙げられる。誘電体窓２１は、下側を処理容器１２の環状部材２４の上に載せるようにしてプラズマ処理装置１１に取り付けられ、備えられる。誘電体窓２１の径方向の中央には、板厚方向、すなわち、図１中の紙面上下方向に貫通する貫通孔３４が設けられている。貫通孔３４は、上側領域の径が下側領域の径よりも大きくなるように形成されている。誘電体窓２１のうち、プラズマ処理装置１１に備えられた際にプラズマを生成する側となる下面３５の径方向外側領域には、環状に連なり、誘電体窓２１の板厚方向内方側、ここでは、図１における紙面上方向に向かってテーパ状に凹む誘電体窓凹部３６が設けられている。

処理容器１２内には、ガス供給機構１３によりプラズマ処理用のガスが供給される。プラズマ処理装置１１においては、制御部により、処理容器１２の温度が、例えば、３０℃〜８０℃程度の温度範囲内で、処理に適した温度が設定される。マイクロ波発生器１５により発生させたマイクロ波は、同軸導波管１７を通って、誘電体板１８に伝播され、スロットアンテナ板２０に設けられた複数のスロット孔１９から誘電体窓２１に放射される。誘電体窓２１を透過したマイクロ波は、誘電体窓２１の直下に電界を生じさせ、処理容器１２内にプラズマを生成させる。誘電体窓２１の直下で生成されたプラズマは、誘電体窓２１から離れる方向、すなわち、保持台１４に向かう方向に拡散していく。そして、拡散したプラズマで形成され、保持台１４に載置された被処理基板Ｗを含むプラズマ拡散領域で、被処理基板Ｗに対するプラズマエッチング処理等のプラズマ処理を行う。上記したスロットアンテナ板２０を用いたプラズマ処理装置をＲＬＳＡ（ＲａｄｉａｌＬｉｎｅＳｌｏｔＡｎｔｅｎａ）方式のマイクロ波プラズマ処理装置と呼称している。

次に、処理容器１２内にプラズマ処理用のガスを供給するガス供給機構１３の構成について説明する。ガス供給機構１３は、被処理基板Ｗの中央に向かってガスを供給するガス供給口３７を有するセンターガス供給部材としてのインジェクター３８と、径方向内側に向かってガスを噴出するようにして供給するガス供給口３９を有するアウターガス供給部材４０とを含む。

センターガス供給部材は、同軸導波管１７を構成する中空状の中心導体２９ａの中空部分を、ガスの供給路としている。インジェクター３８は、誘電体窓２１の内方側に配置されている。具体的には、誘電体窓２１に設けられた貫通孔３４のうち、径の小さな下側領域は、インジェクター３８におけるガス供給口３７となり、径の大きな上側領域は、インジェクター３８を載置するようにして受け入れる受け入れ凹部４１となる。

次に、アウターガス供給部材４０の構成について説明する。アウターガス供給部材４０は、プラズマが発生する処理容器１２内に配置されるため、誘電体材料で構成されている。具体的には、アウターガス供給部材４０の材質は、石英である。

処理容器１２内において、アウターガス供給部材４０は、被処理基板Ｗの真上領域を避けるようにして、誘電体窓２１と保持台１４との間に配置されている。アウターガス供給部材４０は、円環状であって、中空状である。アウターガス供給部材４０の内径寸法は、被処理基板Ｗの外径寸法よりもやや大きく構成されている。アウターガス供給部材４０の中空部分については、その断面の形状が略矩形状となるように構成されている。アウターガス供給部材４０のガス供給口３９は、円環状のアウターガス供給部材４０のうち、内側の壁面４２を丸穴状に開口するようにして複数設けられている。複数のガス供給口３９は、所定の間隔を空けて、略等配となるように設けられている。

インジェクター３８およびアウターガス供給部材４０はそれぞれ、処理容器１２外から処理容器１２内にプラズマ処理用のガス等を供給する。ガス供給口３７、３９から供給されるガスのそれぞれの流れ方向については、図１中の矢印Ｆ_１およびＦ_２で図示している。なお、インジェクター３８およびアウターガス供給部材４０から供給されるガスの流量比やガスの種類については、任意に選択が可能であり、例えば、異なる種類のガスをインジェクター３８およびアウターガス供給部材４０のそれぞれから供給することや、インジェクター３８からのガスの供給を全く無しにして、アウターガス供給部材４０からのみ処理容器１２内にガスを供給するということも、もちろん可能である。また、ガスの流れ方向についても、プロセスに合わせ任意に選択することが可能である。

処理容器１２内においてアウターガス供給部材４０は、アウターガス供給部材支持装置によって支持されている。図４は、プラズマ処理装置１１をジャケット部２７と上壁部２８との間で分離した状態において、アウターガス供給部材支持装置としてのジャケット部２７を上方向から見た概略図である。図５は、図４中のＶで示す部分の拡大図であり、後述する第一の取り付け部と第一の支持部材との連結状態を示す図である。図６は、図４中のＶＩで示す部分の拡大図であり、後述する第二の取り付け部と第二の支持部材との連結状態を示す図である。図７は、図４中のＶＩＩで示す部分の拡大図であり、後述する第二の取り付け部と第二の支持部材との連結状態を示す図である。図８は、図６中のＶＩＩＩ−ＶＩＩＩ断面で切断した場合の断面図であり、第二の取り付け部と第二の支持部材との連結部を、径方向に垂直な方向で切断した場合の拡大断面図である。図９は、図６中のＩＸ−ＩＸ断面で切断した場合の断面図であり、第二の取り付け部と第二の支持部材との連結部を、径方向で切断した場合の拡大断面図である。なお、図８および図９は、熱膨張前の状態を示す図である。

図１〜図９を参照して、支持装置としてのジャケット部２７は、下壁部２６および上壁部２８との間に配置される環状の円筒部４３と、アウターガス供給部材４０および側壁２３を連結するように、アウターガス供給部材４０が延びる方向である周方向にそれぞれの間隔を空けて設けられる３つの支持部材４４、４５、４６と、側壁２３に固定され、３つの支持部材４４〜４６を取り付ける３つの取り付け部４７、４８、４９とを含む。３つの取り付け部４７〜４９は、円筒部４３において、周方向に等配となるように配置され、円筒部４３に固定されている。取り付け部４７〜４９はそれぞれ、円筒部４３の内側の壁面５０の一部を外径側に凹ませるようにして設けられている。ここでは、円筒部４３の径方向の中心を中心としてほぼ１２０°ずつ周方向に回転させた位置にそれぞれの取り付け部４７〜４９が固定されている。

支持部材４４は、径方向に真直ぐに延びるように設けられる棒状部５１と、棒状部５１の外径側端部に設けられ、上方向から見た場合にその外形形状の一部、具体的には、その端部領域が円弧状である円弧部５４とを含む。支持部材４５、４６についても同様に、それぞれ同様の形状の棒状部５２、５３、と円弧部５５、５６とを含む。アウターガス供給部材４０の外側の壁面５７には、外径側に突出し、３つの支持部材４４〜４６を接続する３つの突出部５８、５９、６０が設けられている。この３つの突出部５８〜６０と３つの支持部材４４〜４６とが接続されている。一方、取り付け部４７には、円弧部５４を受け入れるように、上方向から見た場合に曲面で凹む凹み部６１が設けられている。取り付け部４８、４９も同様に、それぞれ凹み部６２、６３が設けられている。この３つの凹み部６１〜６３に円弧部５４〜５６を嵌め込むようにして取り付け部４７〜４９と支持部材４４〜４６とが接続されている。第一の取り付け部４７においては、第一の支持部材４４が取り付けられており、第二の取り付け部４８、４９においては、第二の支持部材４５、４６が取り付けられている。このようにして、アウターガス供給部材４０と側壁２３、具体的には側壁２３の一部を構成するジャケット部２７とが連結されている。

支持部材４４〜４６のうちの第一の支持部材４４については、中空状に構成されている。また、突出部５８についても中空状であり、アウターガス供給部材４０と中空部分が連なっている。そして、この第一の支持部材４４の中空状部分を用いて、処理容器１２の外部からアウターガス供給部材４０、具体的には、アウターガス供給部材４０の中空部分で形成されるガス流路６４にガスを供給可能に構成されている。一方、支持部材４４〜４６のうちの２つの第二の支持部材４５、４６については、中実状に構成されている。すなわち、支持部材４５、４６の内部には、空洞は設けられていない。

ここで、支持部材４４〜４６は、第一の取り付け部４７に固定して取り付けられる第一の支持部材４４と、第二の取り付け部４８、４９にフリーに支持されるように取り付けられる第二の支持部材４５、４６とを含む。具体的には、以下のように構成されている。

第一の支持部材４４は、第一の取り付け部４７に固定して取り付けられている。具体的には、円弧部５４と第一の取り付け部４７とが固定されており、円弧部５４と凹み部６１との間のすき間６５の間隔が、いずれの方向においても変わらない構成である。すなわち、図５中の矢印Ａ_１で示す第一の支持部材４４が延びる方向も含め、全ての方向において第一の取り付け部４７に固定された第一の支持部材４４が移動することはない。なお、この場合、第一の支持部材４４と第一の取り付け部４７との間に、Ｏリング（図示せず）を設けることにしてもよい。この場合、Ｏリングについては、すき間６５の領域に配置され、摺動性が低く、密封性の高いものが好ましい。

一方、第二の支持部材４５は、第二の取り付け部４８にフリーに支持されるように取り付けられている。具体的には、第二の支持部材４５において、円弧部５５と凹み部６２との間のすき間６６の間隔は、許容範囲内において、各方向で可変な構成である。

第二の取り付け部４８においては、第二の支持部材４５が、図６中の矢印Ａ_１で示す方向や、矢印Ａ_２で示す第二の支持部材４５が延びる方向を含む各方向において、すき間６６の間隔分の移動が可能なように支持されている。すなわち、図６中の寸法Ｌ_１や寸法Ｌ_２で示す円弧部５５の外径面７１と凹み部６２との間のすき間や、図６中の寸法Ｌ_３や寸法Ｌ_４で示す円弧部５５の根元部７２の周方向端部７３、７４と、第二の取り付け部４８のうち、根元部７２を受け入れる凹み部６２の周方向端部７５、７６との間のすき間の許容する範囲内で、移動可能である。

第二の支持部材４６については、第二の支持部材４５と同様に、第二の取り付け部４９にフリーに支持されるように取り付けられている。具体的には、第二の支持部材４６において、円弧部５６と凹み部６３との間のすき間６７の間隔は、許容範囲内において、各方向で可変な構成である。すなわち、図６中の矢印Ａ_１で示す方向や、矢印Ａ_３で示す第二の支持部材４６が延びる方向を含む各方向において、すき間６７の間隔分の移動が可能なように支持されている。

ここで、ガス供給部材を備えるプラズマ処理装置でプラズマ処理を行うに際し、プラズマ処理の内容等に応じて、処理温度が変更される場合がある。そうすると、次のような問題が生ずる。処理容器を構成する側壁は、一般的には、アルミニウム等の金属製である。一方、処理容器内に配置される円環状のガス供給部材については、石英製である。ここで、プラズマ処理装置における処理温度を変更した場合に、上記した各部材の熱膨張係数の相違から、ガス供給部材を支持する支持部材が径方向に大きな応力を受けることとなる。具体的には、例えば、処理温度が上昇した場合、アルミニウム製の円筒状の側壁は、石英製の環状のガス供給部材よりも、径方向により大きく膨張しようとする。そうすると、この膨張時に発生する外径側への強い応力が、支持部材に付加されることになる。このような場合、支持部材は側壁およびガス供給部材に固定されているため、熱による変形に追従できないおそれがある。そうすると、支持部材の交換やメンテナンス等が頻繁に発生することにより、好ましくない。

ここで、このようなプラズマ処理装置１１によると、プラズマ処理装置１１において温度変化があった場合でも、第二の支持部材４５、４６は、第二の取り付け部４８、４９にフリーに支持されるように取り付けられているため、温度変化によるアウターガス供給部材４０の変形に基づくアウターガス供給部材４０の移動を許容することができる。そうすると、それぞれ異なる熱膨張係数を有するアウターガス供給部材４０および側壁２３がそれぞれ温度に応じて変形しても、第二の支持部材４５、４６に対する応力の集中を避けることができる。この場合、第一の支持部材４４は第一の取り付け部４７に固定されているため、アウターガス供給部材４０は、処理容器１２内の所定の位置に安定して支持される。したがって、確実にガスを供給してプラズマ処理を行うことができる。

すなわち、このようなプラズマ処理装置によると、プラズマ処理時や取り付け時等におけるガス供給部材に対する応力の付加があった場合でも、第二の支持部材は、取り付け部にフリーに支持されるように取り付けられているため、ガス供給部材の移動を許容することができる。そうすると、第二の支持部材に対する応力の集中を避けることができる。この場合、第一の支持部材は取り付け部に固定されているため、ガス供給部材は、処理容器内の所定の位置に安定して支持される。したがって、確実にガスを供給してプラズマ処理を行うことができる。

また、この発明に係るガス供給部材支持装置は、下方側に位置する底部、および底部の外周から上方向に延びる筒状の側壁を含み、被処理基板をその内部に収容可能な処理容器と、処理容器内の所定の位置に配置され、プラズマ処理用のガスを供給するガス供給口が設けられているガス供給部材とを備え、被処理基板に対してプラズマ処理を行うプラズマ処理装置に設けられ、処理容器内においてガス供給部材を支持するガス供給部材支持装置であって、ガス供給部材および側壁を連結するように、それぞれの間隔を空けて設けられる複数の支持部材と、側壁に固定され、支持部材を取り付け可能な取り付け部とを含み、支持部材は、取り付け部に固定して取り付けられる第一の支持部材と、取り付け部にフリーに支持されるように取り付けられる第二の支持部材とを含む。

これについて説明すると、以下の通りである。図１０は、熱膨張後の第二の取り付け部と第二の支持部材との連結部を、径方向に垂直な方向で切断した場合の拡大断面図である。図１１は、熱膨張後の第二の取り付け部と第二の支持部材との連結部を、径方向で切断した場合の拡大断面図である。なお、図１０は、図８に対応し、図１１は、図９に対応する。なお、図８および図１０において、紙面左側が、矢印Ａ_１で示す方向に沿う方向となる。図８において、熱膨張前のすき間６６の間隔は、寸法Ｌ_５、寸法Ｌ_６で示し、図９において、熱膨張前のすき間６６の間隔は、寸法Ｌ_７で示している。一方、図１０において、熱膨張後のすき間６６の間隔は、寸法Ｌ_８、寸法Ｌ_９で示し、図１１において、熱膨張後のすき間６６の間隔は、寸法Ｌ_１０で示している。寸法Ｌ_５は、寸法Ｌ_８に対応し、寸法Ｌ_６は、寸法Ｌ_９に対応し、寸法Ｌ_７は、寸法Ｌ_１０にそれぞれ対応する。寸法Ｌ_５および寸法Ｌ_８は、第一の支持部材４４側のすき間である。

図１〜図１１を参照して、処理容器１２の温度が上昇した場合について考える。処理容器１２の温度が上昇すると、ジャケット部２７を含む円筒状の側壁２３およびアウターガス供給部材４０はそれぞれ外径側に拡径するようにして熱膨張する。この場合、側壁２３はアルミニウム製であり、アウターガス供給部材４０は石英製であるため、その膨張度合いが異なる。具体的には、プロセス温度帯でのアルミニウムの熱膨張係数の方が石英の熱膨張係数よりも１桁程度大きいため、アウターガス供給部材４０の拡径する度合いよりも、円筒状の側壁２３の拡径する度合いの方が大きい。

ここで、アウターガス供給部材４０は、第一の支持部材４４で第一の取り付け部４７に固定されているため、図４中の矢印Ａ_１の方向にやや移動する。すなわち、径方向に拡径するようにして膨張する側壁２３の膨張分だけ引っ張られる。一方、円環状のアウターガス供給部材４０は拡径するように熱膨張するため、第二の支持部材４５においては、径方向、すなわち、図６中の矢印Ａ_２で示す外径側に延びようとすると共に、矢印Ａ_１で示す方向、すなわち、第一の支持部材４４が配置される側に移動しようとする。この場合、すき間６６が設けられているため、第二の支持部材４５の円弧部５５が、図１０および図１１に示すように移動するのみで、第二の取り付け部４８に設けられた凹み部６２と円弧部５５とが、干渉することはない。ここでは、寸法Ｌ_５に対して、寸法Ｌ_８は大きくなり、寸法Ｌ_６に対して、寸法Ｌ_９は小さくなる。一方、径方向においては、寸法Ｌ_７に対して、寸法Ｌ_１０は小さくなる。すなわち、熱膨張によっても、円弧部５５と凹み部６２との間には、すき間６７を有するため、温度変化による変形に基づく応力は発生しない。もう一方の第二の支持部材４６についても、同様である。

また、処理容器１２の温度が低下した場合についても同様である。すなわち、熱収縮の度合いが側壁２３およびアウターガス供給部材４０との間で異なるため、第二の支持部材４５、４６については、上記した熱膨張と逆の方向に円弧部５５が移動することになる。しかし、熱収縮した際にも、円弧部５５と凹み部６２との間には、すき間６７を有するため、温度変化による変形に基づく応力は発生しない。

以上より、このようなプラズマ処理装置およびガス供給部材支持装置によると、プラズマ処理時や取り付け時等におけるガス供給部材に対する応力の付加があった場合でも、第二の支持部材は、取り付け部にフリーに支持されるように取り付けられているため、ガス供給部材の移動を許容することができる。そうすると、第二の支持部材に対する応力の集中を避けることができる。この場合、第一の支持部材は取り付け部に固定されているため、ガス供給部材は、処理容器内の所定の位置に安定して支持される。したがって、確実にガスを供給してプラズマ処理を行うことができる。

また、この場合、取り付け部と第二の支持部材との間には、温度変化によるガス供給部材の変形に基づくガス供給部材の移動を許容するすき間が設けられている。したがって、このすき間を利用して、温度変化によるガス供給部材の変形に追従して移動する第二の支持部材の移動を許容することができる。

また、この場合、第一の支持部材は、中空状であって、第一の支持部材の中空状部分を用いて、処理容器の外部からガス供給部材にガスを供給可能である。したがって、固定された第一の支持部材の中空状部分を用いて、ガス供給部材にガスを確実に供給することができる。

また、この場合、第二の支持部材と前記取り付け部との間には、第二の支持部材の変位を許容する弾性部材が設けられている。

なお、上記した第二の支持部材と第二の取り付け部との間に設けられたすき間の量については、側壁２３およびアウターガス供給部材の材質、アウターガス供給部材の径、プラズマ処理装置における処理温度の想定幅等により、任意に設定される。ここで、このような機構を備えるプラズマ処理装置においては、温度変化の差が大きくとも、アウターガス供給部材を支持する支持部材の耐久性が確保されるため、例えば、側壁の内部にヒータを設け、処理温度を、例えば、１００℃以上とするような場合にも、安定して使用できる。

また、第二の支持部材と第二の取り付け部との間において、第二の支持部材を弾性的に支持する弾性部材として、Ｏリングを設けることとしてもよい。再び図８を参照して、第二の支持部材４５と第二の取り付け部４８との間、具体的には、円弧部５５と、円弧部５５の上方側に配置され、第二の取り付け部４８を構成する支持押さえ部８１との間には、Ｏリング８２が設けられている。Ｏリング８２は、円弧部５５の上方側端面８３と、支持押さえ部８１の下方側端面８４との間に配置されるようにして設けられている。Ｏリング８２は、円弧部５５の上方側端面８３からはみ出さないように構成されている。Ｏリング８２は、上方側端面８３と下方側端面８４との間に配置された際に、上下方向に弾性変形するようにして配置されている。この弾性変形については、第二の支持部材４５と第二の取り付け部４８との上下方向の交差、すなわち、円弧部５５の上方側端面８３と支持押さえ部８１の下方側端面８４との最大値と最小値のいずれにおいても、弾性変形でそれぞれの面に接触するように構成されている。このように構成することにより、移動可能な円弧部５５において、この支持領域における第二の支持部材４５の保持力を高めることができる。なお、第二の支持部材を支持するＯリング８２は、第一の支持部材を支持するシール部材としてのＯリング（図示せず）よりもシール性は低いが、クッション性および摺動性（滑り性）が良好であるＯリングが好適に用いられる。この場合、取り付け部にフリーに支持される支持部材の保持力を向上させることができる。

また、上記の実施の形態については、固定側となる第一の支持部材において、中空状とし、ガスの供給路とすることとしたが、これに限らず可動側となる第二の支持部材において、中空状とし、ガスの供給路とするよう構成してもよい。

なお、上記の実施の形態においては、第一の支持部材を１つとし、第二の支持部材を２つとするよう構成したが、これに限らず、例えば、第二の支持部材を３つ以上とするよう構成してもよい。また、それぞれの支持部材は、略等配に設けなくともよい。

また、上記の実施の形態においては、処理容器において、円筒状の側壁を備える構成としたが、これに限らず、側壁は、筒状であればよい。すなわち、例えば、上下方向から見た場合に、内壁面が矩形状であってもよい。また、アウターガス供給部材についても同様で、円環状である必要はなく、例えば、円環状の部材を一部切断した円弧状部材で構成されていてもよい。

なお、上記の実施の形態においては、支持装置を構成するジャケット部と側壁とは、別部材で構成されていることとしたが、これに限らず、ジャケット部と側壁とを一体型として、側壁の一部によって支持装置を構成するようにしてもよい。

また、上記の実施の形態においては、取り付け部と第二の支持部材との間に、ガス供給部材の移動を許容するすき間を設けることとしたが、このすき間は、いわゆる空隙でなくともよく、このすき間について柔軟性を有する部材で埋められていてもよい。こうすることにより、より密封性を高くすることができる。

なお、上記の実施の形態においては、アウターガス供給部材は、石英製であったが、これに限らず、誘電体材料であれば、アルミナやアルミナイトライドなど、他の材質であっても良い。また、アウターガス供給部材が金属であっても、側壁部材との熱膨張係数や側壁部材との温度が異なる場合には、効果が期待できる。また、側壁についても、アルミニウム製としたが、例えば、他の金属材料で構成されていても構わない。

また、上記の実施の形態においては、ガス供給部材の熱膨張係数と側壁を構成する部材の熱膨張係数とが異なることとしたが、ガス供給部材の熱膨張係数と側壁を構成する部材の熱膨張係数とが同じである場合についても適用される。この場合、例えば、ガス供給部材の熱膨張係数と、側壁を構成する部材の熱膨張係数とが同じであって、プラズマ処理装置の組み立てる際にガス供給部材を取り付ける場合において、支持部材に強い応力が付加された場合でも、第二の支持部材が取り付け部にフリーに支持されるように取り付けられているため、ガス供給部材の移動を許容することができ、第二の支持部材に対する応力の集中を避けることができる。

なお、上記の実施の形態においては、ＲＬＳＡマイクロ波プラズマ処理装置を採用することとしたが、これに限らず、マイクロ波をプラズマ源とする種々のマイクロ波プラズマ処理装置に適用することもできる。また、マイクロ波プラズマ処理装置以外にも、平行平板型プラズマ、ＩＣＰ（Ｉｎｄｕｃｔｉｖｅｌｙ−ＣｏｕｐｌｅｄＰｌａｓｍａ）、ＥＣＲ（ＥｌｅｃｔｒｏｎＣｙｃｌｏｔｒｏｎＲｅｓｏｎａｎｃｅ）プラズマ等をプラズマ源とするプラズマ処理装置に適用してもよい。

以上、図面を参照してこの発明の実施形態を説明したが、この発明は、図示した実施形態のものに限定されない。図示した実施形態に対して、この発明と同一の範囲内において、あるいは均等の範囲内において、種々の修正や変形を加えることが可能である。

１１プラズマ処理装置、１２処理容器、１３ガス供給機構、１４保持台、１５マイクロ波発生器、１６導波管、１７同軸導波管、１８誘電体板、１９，３２ａ，３２ｂスロット孔、２０スロットアンテナ板、２１誘電体窓、２２底部、２３側壁、２４環状部材、２５排気孔、２６下壁部、２７ジャケット部、２８上壁部、２９ａ中心導体、２９ｂ外周導体、３０モード変換器、３１，８２Ｏリング、３３，３４貫通孔、３５下面、３６誘電体窓凹部、３７，３９ガス供給口、３８インジェクター、４０アウターガス供給部材、４１受け入れ凹部、４２，５０，５７壁面、４３円筒部、４４，４５，４６支持部材、４７，４８，４９取り付け部、５１，５２，５３棒状部、５４，５５，５６円弧部、５８，５９，６０突出部、６１，６２，６３凹み部、６４ガス流路、６５，６６，６７すき間、７１外径面、７２根元部、７３，７４，７５，７６端部、８１支持押さえ部、８３，８４端面。

Claims

被処理基板に対してプラズマ処理を行うプラズマ処理装置であって、
下方側に位置する底部、および前記底部の外周から上方向に延びる筒状の側壁を含み、前記被処理基板をその内部に収容可能な処理容器と、
前記処理容器内の所定の位置に配置され、プラズマ処理用のガスを供給するガス供給口が設けられているガス供給部材と、
前記ガス供給部材を、前記ガス供給部材および前記側壁を連結するように、それぞれの間隔を空けて設けられる複数の支持部材と、
前記支持部材を前記側壁に取り付け可能な取り付け部とを備え、
前記支持部材は、前記取り付け部に固定して取り付けられる第一の支持部材と、前記取り付け部にフリーに支持されるように取り付けられる第二の支持部材とを含み、
前記ガス供給部材の熱膨張係数と、前記側壁を構成する部材の熱膨張係数とは、異なり、
前記取り付け部と前記第二の支持部材との間には、前記ガス供給部材の移動を許容するすき間が設けられており、
前記第一の支持部材は、中空状であって、
前記第一の支持部材の中空状部分を用いて、前記処理容器の外部から前記ガス供給部材にガスを供給可能である、プラズマ処理装置。
前記第二の支持部材と前記取り付け部との間には、前記第二の支持部材の変位を許容する弾性部材が設けられている、請求項１に記載のプラズマ処理装置。
前記ガス供給部材を構成する部材の材質は、誘電体であり、
前記側壁を構成する部材の材質は、金属である、請求項１または２に記載のプラズマ処理装置。
前記取り付け部は、前記側壁の一部を構成しており、
前記側壁は、前記取り付け部を境に上下方向に分離可能である、請求項１〜３のいずれかに記載のプラズマ処理装置。
前記ガス供給部材は、円環状に延びる形状を有し、
複数の前記支持部材は、円環状の前記ガス供給部材の周方向に略等配に設けられている、請求項１〜４のいずれかに記載のプラズマ処理装置。
前記支持部材は、径方向に真直ぐに延びるように設けられる棒状部と、前記棒状部の外径側端部に設けられ、その端部領域が円弧状である円弧部とを含む、請求項５に記載のプラズマ処理装置。
前記取り付け部には、前記円弧部を受け入れるように曲面で凹む凹み部が設けられている、請求項６に記載のプラズマ処理装置。
前記被処理基板の中央に向かってガスを供給するガス供給口を有するインジェクターを備える、請求項１〜７のいずれかに記載のプラズマ処理装置。
マイクロ波を発生するマイクロ波発生器と、
前記マイクロ波発生器により発生させたマイクロ波を前記処理容器内に透過させる誘電体窓と、
複数のスロット孔が設けられており、前記マイクロ波発生器により発生させたマイクロ波を前記誘電体窓に放射するスロットアンテナ板とを備える、請求項１〜８のいずれかに記載のプラズマ処理装置。