JP2003100723A

JP2003100723A - 誘導結合プラズマ処理装置

Info

Publication number: JP2003100723A
Application number: JP2001297723A
Authority: JP
Inventors: Tsutomu Satoyoshi; 務里吉
Original assignee: Tokyo Electron Ltd
Current assignee: Tokyo Electron Ltd
Priority date: 2001-09-27
Filing date: 2001-09-27
Publication date: 2003-04-04

Abstract

(57)【要約】【課題】容量結合成分を増加させることなく効果的に
高周波アンテナのインピーダンスを低下することができ
る誘導結合プラズマ処理装置を提供すること。【解決手段】被処理基板Ｇを収容してプラズマ処理を
施す処理室４と、処理室４内に処理ガスを供給する処理
ガス供給系２０と、処理室４内を排気する排気系３０
と、処理室４の上部壁または側壁を構成する誘電体壁２
と、処理室４外における誘電体壁２に対応する部分に設
けられ、高周波電力が供給されることにより処理室４内
に誘導電界を形成するための高周波アンテナ１３とを具
備する。高周波アンテナ１３は、実質的に同じパターン
の少なくとも２つのアンテナ線４１，４２が絶縁部材４
３を挟んで一体化された複合アンテナ線４４で構成され
ている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、被処理基板に対し
てエッチング等のプラズマ処理を施す誘導結合プラズマ
処理装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】液晶表示装置（ＬＣＤ）の製造工程にお
いては、被処理基板であるガラス基板に所定の処理を施
すために、プラズマエッチング装置やプラズマＣＶＤ成
膜装置等の種々のプラズマ処理装置が用いられる。この
ようなプラズマ処理装置としては従来、容量結合プラズ
マ処理装置が多用されていたが、近時、高真空度で高密
度のプラズマを得ることができるという大きな利点を有
する誘導結合プラズマ（ＩｎｄｕｃｔｉｖｅｌｙＣｏ
ｕｐｌｅｄＰｌａｓｍａ：ＩＣＰ）処理装置が注目さ
れている。

【０００３】誘導結合プラズマ処理装置は、被処理基板
を収容する処理容器の誘電体壁の外側に高周波アンテナ
を配置し、処理容器内に処理ガスを供給するとともにこ
の高周波アンテナに高周波電力を供給することにより、
処理容器内に誘導結合プラズマを生じさせ、この誘導結
合プラズマによって被処理基板に所定のプラズマ処理を
施すものである。高周波アンテナとしては、例えば渦巻
き状の平面アンテナが多用されている。

【０００４】ところで、近時、ＬＣＤガラス基板の大型
化が進み、そのため誘導結合プラズマ処理装置も大型化
せざるを得ず、それに対応して高周波アンテナも大型化
している。

【０００５】しかし、高周波アンテナをそのまま大型化
するとそのインピーダンスが高くなり、高周波アンテナ
に供給する高周波電力の整合がとりにくくなるととも
に、その電位が高くなり高周波アンテナとプラズマとの
間の容量結合が強まって誘導結合プラズマを効果的に形
成することができなくなるという問題がある。このた
め、高周波アンテナを平面内にて多重化し、インピーダ
ンスを低減する技術が提案されている（特開平８−８３
６９６号公報等）。例えば、図５の（ａ）に示した渦巻
き状の高周波アンテナのインダクタンスをＬとすると、
図５の（ｂ）に示すようにアンテナを二重化することで
インダクタンスはＬ／２となり、図５の（ｃ）に示すよ
うに四重化することでインダクタンスはＬ／４となる。
このように高周波アンテナを多重化してインダクタンス
を低減することにより、インピーダンスを低く抑えるこ
とができる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな高周波アンテナにおいて、アンテナ線自体が幅を有
しているため、基板のさらなる大型化にともなって高周
波アンテナの多重化が進むと、高周波アンテナの中央の
分岐部が平板化して容量結合成分が増加し、やはり誘導
結合プラズマを効果的に形成することができなくなって
しまう。

【０００７】本発明はかかる事情に鑑みてなされたもの
であって、容量結合成分を増加させることなく効果的に
高周波アンテナのインピーダンスを低下することができ
る誘導結合プラズマ処理装置を提供することを目的とす
る。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明は、被処理基板を収容してプラズマ処理を施
す処理室と、前記処理室内に処理ガスを供給する処理ガ
ス供給系と、前記処理室内を排気する排気系と、前記処
理室の上部壁または側壁を構成する誘電体壁と、前記処
理室外の前記誘電体壁に対応する部分に設けられ、高周
波電力が供給されることにより前記処理室内に誘導電界
を形成するための高周波アンテナとを具備し、前記高周
波アンテナに高周波電力を供給することにより前記処理
室内に誘導結合プラズマを形成して被処理基板にプラズ
マ処理を施すプラズマ処理装置であって、前記高周波ア
ンテナは、実質的に同じパターンの少なくとも２つのア
ンテナ線が絶縁部材を挟んで一体化された複合アンテナ
線で構成されていることを特徴とする誘導結合プラズマ
処理装置を提供する。

【０００９】本発明においては、高周波アンテナが、実
質的に同じパターンの少なくとも２つのアンテナ線が絶
縁部材を挟んで一体化された複合アンテナ線で構成され
ているので、従来の単独のアンテナ線の場合よりも電流
が流れる部分の面積を大きくすることができ、アンテナ
インピーダンスを小さくすることができる。つまり、高
周波電流は表皮効果により導体の表面部分しか流れない
が、本発明の実質的に同じパターンの少なくとも２つの
アンテナ線を絶縁部材を挟んで一体化させた複合アンテ
ナ線では、アンテナ断面積を大きく変えずに、単独のア
ンテナ線よりも導体の表面積を大きくして電流が流れる
部位を大きくすることができ、結果としてインピーダン
スを小さくすることができる。例えば、２つのアンテナ
線を複合化した場合には、表面積が２倍となり、計算
上、インピーダンスを１／２にすることができる。

【００１０】本発明の誘導結合プラズマ処理装置におい
て、少なくとも２つのアンテナ線は水平方向に配列され
ていてもよいし、垂直方向に配列されていてもよい。ま
た、高周波アンテナを構成する複合アンテナ線は、実質
的に同じパターンの２つのアンテナが絶縁部材を挟んで
一体化されていることが好ましい。一体化するアンテナ
線の数は２以上であればよいが、２つのアンテナ線の場
合には一体化が容易であり、しかも十分な効果が得られ
るので２つのアンテナ線を一体化することが好ましい。

【００１１】前記高周波アンテナは、複合アンテナ線が
渦巻き状をなして構成されていることが好ましい。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下、添付図面を参照して本発明
の実施の形態について説明する。図１は本発明の一実施
形態に係る誘導結合プラズマエッチング装置を示す断面
図である。この装置は、例えばＬＣＤの製造においてＬ
ＣＤガラス基板上に薄膜トランジスターを形成する際
に、メタル膜、ＩＴＯ膜、酸化膜等をエッチングするた
めに用いられる。

【００１３】このプラズマエッチング装置は、導電性材
料、例えば、内壁面がアルマイト処理（陽極酸化処理）
されたアルミニウムからなる角筒形状の気密な本体容器
１を有する。この本体容器１は分解可能に組み立てられ
ており、接地線１ａにより接地されている。本体容器１
は、誘電体壁２により上下にアンテナ室３および処理室
４に区画されている。したがって、誘電体壁２は処理室
４の天井壁を構成している。誘電体壁２は、Ａｌ₂Ｏ₃等
のセラミックス、石英等で構成されている。

【００１４】誘電体壁２の下側部分には、処理ガス供給
用のシャワー筐体１１が嵌め込まれている。シャワー筐
体１１は十字状に設けられており、誘電体壁２を下から
支持する構造となっている。なお、上記誘電体壁２を支
持するシャワー筐体１１は、複数本のサスペンダ（図示
せず）により本体容器１の天井に吊された状態となって
いる。

【００１５】このシャワー筐体１１は導電性材料、望ま
しくは金属、例えば汚染物が発生しないようにその内面
が陽極酸化処理（アルマイト処理）されたアルミニウム
で構成されている。このシャワー筐体１１には水平に伸
びるガス流路１２が形成されており、このガス流路１２
には、下方に向かって延びる複数のガス吐出孔１２ａが
連通している。一方、誘電体壁２の上面中央には、この
ガス流路１２に連通するようにガス供給管２０ａが設け
られている。ガス供給管２０ａは、本体容器１の天井か
らその外側へ貫通し、処理ガス供給源およびバルブシス
テム等を含む処理ガス供給系２０に接続されている。し
たがって、プラズマ処理においては、ガス供給系２０か
ら供給された処理ガスがガス供給管２０ａを介してシャ
ワー筐体１１内に供給され、その下面のガス供給孔１２
ａから処理室４内へ吐出される。

【００１６】本体容器１におけるアンテナ室３の側壁３
ａと処理室４の側壁４ａとの間には内側に突出する支持
棚５が設けられており、この支持棚５の上に誘電体壁２
が載置される。

【００１７】アンテナ室３内には誘電体壁２の上に誘電
体壁２に面するように高周波（ＲＦ）アンテナ１３が配
設されている。この高周波アンテナ１３にはその中央部
に給電部材１６が接続されており、給電部材１６には整
合器１４を介して高周波電源１５が接続されている。給
電部材１６は、上記ガス供給管２０ａの周囲に設けられ
ている。

【００１８】この高周波アンテナ１３は、図２の断面図
に示すように、実質的に同じパターンの２つのアンテナ
線４１，４２が絶縁部材４３を挟んで垂直方向に一体化
された複合アンテナ線４４で構成されている。そして、
この高周波アンテナ１３は、図３に示すように、複合ア
ンテナ線４４が給電部材１６を中心として平面的に渦巻
き状に巻回されて構成されている。そしてこのように渦
巻き状に巻回された複合アンテナ線４４の外側端部には
接地線１７が接続されて、この接地線１７はコンデンサ
１８を介してアンテナ室３の側壁３ａに接続され、これ
により接地されている。すなわち、コンデンサ１８は高
周波アンテナ１３と直列に挿入されている。

【００１９】プラズマ処理中、高周波電源１５からは、
誘導電界形成用の例えば周波数が１３．５６ＭＨｚの高
周波電力が高周波アンテナ１３へ供給される。このよう
に高周波電力が供給された高周波アンテナ１３により、
処理室４内に誘導電界が形成され、この誘導電界により
シャワー筐体１１から供給された処理ガスがプラズマ化
される。この際の高周波電源１５の出力は、プラズマを
発生させるのに十分な値になるように適宜設定される。

【００２０】処理室４内の下方には、誘電体壁２を挟ん
で高周波アンテナ１３と対向するように、ＬＣＤガラス
基板Ｇを載置するための載置台としてのサセプタ２２が
設けられている。サセプタ２２は、導電性材料、例えば
表面が陽極酸化処理（アルマイト処理）されたアルミニ
ウムで構成されている。サセプタ２２に載置されたＬＣ
Ｄガラス基板Ｇは、静電チャック（図示せず）によりサ
セプタ２２に吸着保持される。

【００２１】サセプタ２２は絶縁体枠２４内に収納さ
れ、さらに、中空の支柱２５に支持される。支柱２５は
本体容器１の底部を気密状態を維持しつつ貫通し、本体
容器１外に配設された昇降機構（図示せず）に支持さ
れ、基板Ｇの搬入出時に昇降機構によりサセプタ２２が
上下方向に駆動される。なお、サセプタ２２を収納する
絶縁体枠２４と本体容器１の底部との間には、支柱２５
を気密に包囲するベローズ２６が配設されており、これ
により、サセプタ２２の上下動によっても処理容器４内
の気密性が保証される。また処理室４の側壁４ａには、
基板Ｇを搬入出するための搬入出口２７ａおよびそれを
開閉するゲートバルブ２７が設けられている。

【００２２】サセプタ２２には、中空の支柱２５内に設
けられた給電棒２５ａにより、整合器２８を介して高周
波電源２９が接続されている。この高周波電源２９は、
プラズマ処理中に、バイアス用の高周波電力、例えば周
波数が６ＭＨｚの高周波電力をサセプタ２２に印加す
る。このバイアス用の高周波電力により、処理室４内に
生成されたプラズマ中のイオンが効果的に基板Ｇに引き
込まれる。

【００２３】さらに、サセプタ２２内には、基板Ｇの温
度を制御するため、セラミックヒータ等の加熱手段や冷
媒流路等からなる温度制御機構と、温度センサーとが設
けられている（いずれも図示せず）。これらの機構や部
材に対する配管や配線は、いずれも中空の支柱２５を通
して本体容器１外に導出される。

【００２４】処理室４の底部には、排気管３１を介して
真空ポンプ等を含む排気装置３０が接続される、この排
気装置３０により、処理室４が排気され、プラズマ処理
中、処理室４内が所定の真空雰囲気（例えば１．３３Ｐ
ａ）に設定、維持される。

【００２５】次に、以上のように構成される誘導結合プ
ラズマエッチング装置を用いてＬＣＤガラス基板Ｇに対
してプラズマエッチング処理を施す際の処理動作につい
て説明する。

【００２６】まず、ゲートバルブ２７を開にした状態で
そこから搬送機構（図示せず）により基板Ｇを処理室４
内に搬入し、サセプタ２２の載置面に載置した後、静電
チャック（図示せず）により基板Ｇをサセプタ２２上に
固定する。次に、処理室４内に処理ガス供給系２０から
エッチングガスを含む処理ガスをシャワー筐体１１のガ
ス吐出孔１２ａから処理室４内に吐出させるとともに、
排気装置３０により排気管３１を介して処理室４内を真
空排気することにより、処理室内を例えば１．３３Ｐａ
程度の圧力雰囲気に維持する。

【００２７】次いで、高周波電源１５から１３．５６Ｍ
Ｈｚの高周波を高周波アンテナ１３に印加し、これによ
り誘電体壁２を介して処理室４内に均一な誘導電界を形
成する。このようにして形成された誘導電界により、処
理室４内で処理ガスがプラズマ化し、高密度の誘導結合
プラズマが生成される。

【００２８】高周波アンテナ１３は、上述したように平
面型の渦巻きアンテナとして構成されているが、従来の
単線のアンテナ線を用いた高周波アンテナでは、一辺が
１ｍ以上の超大型の基板に対してはインピーダンス低減
効果が十分ではなく、またアンテナを多重化しようとす
ると、高周波アンテナ中央部の分岐部の面積が大きくな
って容量結合成分が増加してしまう。これに対して、本
実施形態では、高周波アンテナ１３を、実質的に同じパ
ターンの２つのアンテナ線４１，４２が絶縁部材４３を
挟んで一体化された複合アンテナ線４４で構成したの
で、アンテナ断面積を大きく変えることなく、表皮効果
により導体の表面部分しか流れない高周波電流の流路面
積を従来の単独のアンテナ線の場合の２倍程度とするこ
とができ、アンテナインピーダンスを１／２にすること
ができる。したがって、高周波アンテナの多重化による
不都合を生じさせることなく、高周波アンテナ１３のイ
ンピーダンスを十分に低い値とすることができる。

【００２９】このため、高周波アンテナに供給する高周
波電力の整合がとりにくくなるとともに、その電位が高
くなり高周波アンテナとプラズマとの間の容量結合が強
まって誘導結合プラズマを効果的に生成することができ
なくなるという不都合を防止して、均一で高密度の誘導
結合プラズマが生成され、プラズマ中のイオンは、高周
波電源から２９からサセプタ２２に対して印加される６
ＭＨｚの高周波電力によって基板Ｇに効果的に引き込ま
れ、基板Ｇに対して均一なエッチング処理が施される。

【００３０】また、高周波アンテナの断面構造が変わる
のみのため、従来のアンテナパターンを維持したままイ
ンピーダンスを低減することができるという利点を得る
ことができる。

【００３１】さらに、コンデンサ１８が高周波アンテナ
１３と直列に挿入されているのでインピーダンス低減効
果を一層高くすることができる。ここで、インピーダン
スを低減するためにコンデンサ１８を挿入する場合に
は、高周波アンテナが多重化するとその多重化した数の
コンデンサが必要となるが、アンテナ線４１，４２が絶
縁部材４３を挟んで一体化された構造の複合アンテナ線
４４を用いることにより、このようなコンデンサの数を
低減することができるという利点も有する。

【００３２】以上のようにしてエッチング処理を施した
後、高周波電源１５および２９からの高周波電力の印加
を停止し、処理室４内の圧力を所定の圧力まで昇圧して
ゲートバルブ２７を開いた状態とし、搬入出口２７ａを
介して処理室４内から図示しないロードロック室に基板
Ｇを搬出することにより、基板Ｇのエッチング処理は終
了する。

【００３３】なお、本発明は上記実施の形態に限定され
ることなく種々変形可能である。例えば、上記実施形態
では複合アンテナ線を、実質的に同じパターンの２つの
アンテナ線４１，４２が絶縁部材４３を挟んで垂直方向
に一体化された構造としたが、これに限らず、図４の
（ａ）に示すように２つのアンテナ線４１ａ，４２ａを
絶縁部材４３ａを挟んで水平方向に一体化された構造で
あっても、図４の（ｂ）に示すように３つのアンテナ線
４１ｂ，４２ｂ，４３ｂを絶縁部材４４ｂを介して一体
化した構造であっても、４つ以上のアンテナ線を一体化
した構造であってもよい。ただし、２つのアンテナ線の
場合には一体化が容易であり、しかも十分な効果が得ら
れるので２つのアンテナ線を一体化することが好まし
い。また、一体化する少なくとも２つのアンテナ線の断
面形状は特に限定されるものではなく、図示のような断
面形状の他、正方形や扁平形状、円形等種々の形状を採
用することができる。

【００３４】また、上記実施形態では、誘電体壁を処理
室の天壁として配置したが、処理室の側壁を誘電体壁と
して高周波アンテナを処理室の側壁の外側に巻回する構
造としてもよい。

【００３５】さらに、上記実施の形態では、本発明をエ
ッチング装置に適用した場合について示したが、エッチ
ング装置に限らず、スパッタリングや、ＣＶＤ成膜等の
他のプラズマ処理装置に適用することができる。さらに
また、被処理基板としてＬＣＤ基板を用いたが、本発明
はこれに限らず半導体ウエハ等他の基板を処理する場合
にも適用可能である。

【００３６】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
高周波アンテナが、実質的に同じパターンの少なくとも
２つのアンテナ線が絶縁部材を挟んで一体化された複合
アンテナ線で構成されているので、アンテナ断面積を大
きく変えることなく、従来の単独のアンテナ線の場合よ
りも電流が流れる部分の面積を大きくすることができ、
容量結合成分を増加させることなく効果的に高周波アン
テナのインピーダンスを小さくすることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態に係る誘導結合プラズマエ
ッチング装置を模式的に示す断面図。

【図２】図１に示した誘導結合プラズマエッチング装置
の高周波アンテナを示す断面図。

【図３】図１に示した誘導結合プラズマエッチング装置
の高周波アンテナを示す平面図。

【図４】高周波アンテナの他の例を示す断面図。

【図５】アンテナ部材の多重化を説明するための図。

【符号の説明】

１；本体容器２；誘電体壁４；処理室１３；高周波アンテナ１５；高周波電源２０；処理ガス供給系２２；サセプタ３０；排気装置４１，４１ａ，４１ｂ，４２，４２ａ，４２ｂ，４３
ｂ；アンテナ線４３，４３ａ，４４ｂ；絶縁部材４４；複合アンテナ線Ｇ；ＬＣＤガラス基板

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】被処理基板を収容してプラズマ処理を施
す処理室と、前記処理室内に処理ガスを供給する処理ガス供給系と、前記処理室内を排気する排気系と、前記処理室の上部壁または側壁を構成する誘電体壁と、前記処理室外の前記誘電体壁に対応する部分に設けら
れ、高周波電力が供給されることにより前記処理室内に
誘導電界を形成するための高周波アンテナとを具備し、
前記高周波アンテナに高周波電力を供給することにより
前記処理室内に誘導結合プラズマを形成して被処理基板
にプラズマ処理を施すプラズマ処理装置であって、前記高周波アンテナは、実質的に同じパターンの少なく
とも２つのアンテナ線が絶縁部材を挟んで一体化された
複合アンテナ線で構成されていることを特徴とする誘導
結合プラズマ処理装置。
【請求項２】前記少なくとも２つのアンテナ線は水平
方向に配列されていることを特徴とする請求項１に記載
の誘導結合プラズマ処理装置。
【請求項３】前記少なくとも２つのアンテナ線は垂直
方向に配列されていることを特徴とする請求項１に記載
の誘導結合プラズマ処理装置。
【請求項４】前記複合アンテナ線は、実質的に同じパ
ターンの２つのアンテナが絶縁部材を挟んで一体化され
ていることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれ
か１項に記載の誘導結合プラズマ処理装置。
【請求項５】前記高周波アンテナは、前記複合アンテ
ナ線が渦巻き状をなして構成されていることを特徴とす
る請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の誘導結
合プラズマ処理装置。