マイクロ波を用いたプロセスプラズマ装置としては、エッチング装置やアッシング装置等がある。このプロセスプラズマ装置では、半導体装置、液晶表示装置等の歩留まりを向上させるために、プロセス加工の再現性に優れたものが要求される。
このようなプロセスプラズマ装置は、媒質ガスを数〜数10Paの圧力で気密容器に導入してマイクロ波電力により励起してプラズマ化し、このプラズマで生成されたラジカルやイオン等の活性種により、被加工物としての例えば液晶基板をエッチング又はアッシングする。
このプロセスプラズマ装置のなかで、大口径半導体ウエハ又は液晶基板等の大面積の被加工物、例えば液晶基板(アレイ基板)で50cm×60cmサイズの被加工物を処理する装置では、その液晶基板のサイズに対応した大面積で均一な活性種密度を得ることが要求される。
このような被加工物の大面積化に対応するため、気密容器内に複数のプラズマ発生部を並列に配置したプロセスプラズマ装置がある。
図52はかかるプロセスプラズマ装置の構成図である。気密容器1は、プラズマチャンバ2及びプロセスチャンバ3から構成されており、このうちプロセスチャンバ3の下部には加工ステージ4が設けられている。この加工ステージ4には、液晶基板等の被加工物(以下、基板と称する)5が載置されている。
プラズマチャンバ2は、CF4、O2、Cl2等の媒質ガスを封入するもので、これら媒質ガスに対する耐蝕性、マイクロ波をプラズマチャンバ2内に閉じ込めるため、電気導電性の高い材質で作製されることが要求されるという見地から例えばアルミニウムが多く使用されている。
このプラズマチャンバ2のサイド側には各ガス供給口6、7が設けられている。これらガス供給口6、7は、媒質ガスとしてCF4、O2、Cl2等の媒質ガスをプラズマチャンバ2内に供給するものである。
このプラズマチャンバ2の上部には、2つのマイクロ波導波管8、9が設けられている。これらマイクロ波導波管8、9は、マイクロ波発振器から発振されたマイクロ波を導くもので、その底部にはそれぞれマイクロ波放出口10、11が形成されている。
これらマイクロ波導波管8、9の下面には、それぞれマイクロ波導入窓12、13が設けられている。これらマイクロ波導入窓12、13は、マイクロ波を効率良くプラズマチュンバ2内に導入するために例えば石英、アルミナセラミック等の誘電体により形成されている。そして、これらマイクロ波導入窓12、13は、梁部分14を介して並列に配置され支持されている。
ここで、梁部分14は、補強部16を有しており、自身の変形を防いでいる。又、この梁部分14を端部にしてマイクロ波共振端15が形成されている。以下、このマイクロ波共振端15について説明する。
マイクロ波共振端15は、図53に示すように各マイクロ波導入窓12、13の下面にそれぞれ幅a、長さb、高さhの直方体空洞共振器17を形成するためのものである。すなわち、この直方体空洞共振器17は、各マイクロ波導入窓12、13の下面、マイクロ波共振端15の側壁及びプラズマチャンバ2の側壁により囲まれた空間により形成される。なお、直方体空洞共振器17は、幅a、長さb、高さhから次式を満たす。
(1/λo)2=(m/2a)2+(n/2b)2+(p/2h)2 …(1)
ここで、λoは伝送するマイクロ波の波長(2.45GHzで12.24cm)、m、n、lは整数である。
梁部分14のうちマイクロ波共振端15の高さは、上記式(1)のbを満たすように決定される。又、プラズマを安定に保持する見地から、通常は最低5mm程度が必要となる。
又、空洞共振器が円筒の場合には、半径x、高さtから次式を満たす。
(q/2t)2=(1/λo)2−(1/λc)2 …(1a)
λc =2πx/r …(1b)
ここで、λc は遮断波長、q,rは整数である。
なお、プロセスチャンバ3の下部には、排気口18が設けられている。
このような構成であれば、各マイクロ波導波管8、9内を伝搬してきたマイクロ波は、それぞれマイクロ波放出口10、11から放出され、マイクロ波導入窓12、13を通してプラズマチャンバ2内に導入される。
これと共にガス供給口6、7を通してCF4、O2、Cl2等の媒質ガスがプラズマチャンバ2内に供給されるので、この媒質ガスは、マイクロ波により励起され、それぞれプラズマ19、20が発生する。これらプラズマ19、20により生成された活性種は、排気口18に向かうガス流に運ばれて、基板5をプロセス加工する。
しかしながら、上記プラズマ装置では、梁部分14の下面でプラズマが生成されないため、この梁部分14の位置に対応するプラズマチャンバ2の中央部では、活性種の密度が各マイクロ波導入窓12、13の下方の活性種の密度よりも低くなる。このため、被処理物5におけるエッチングレート、アッシングレート等のプロセス速度は、図52に示すように梁部分14の下方位置で低くなる。
これを解決するために、梁部分14のサイズを小型化することが考えられる。これは、梁部分14におけるマイクロ波共振端15及び補強部16のうち、補強部16をできるだけ小さくする方法である。
しかしながら、プラズマチャンバ2内が真空であるため、各マイクロ波導入窓12、13には大きな力が加わり、この力を梁部分14とプラズマチャンバ2の側壁で支えることになり、これでは梁部分14は図54に示すように撓む。この梁部分14に加わる力は、例えばマイクロ波導入窓12のサイズがそれぞれ50cm×20cmであれば、
50cm×20cm×1 kgf/cm2=1000 kgf …(2)
の圧力が加わる。
2枚のマイクロ波導入窓12、13では、圧力1000kgfを、梁部分14とプラズマチャンバ2の2つの側壁で支えるので、梁部分14には、(1000/4)×2=500kgfの力が加わる。このような梁部分14の撓みにより、マイクロ波導入窓12、13が破壊されるなどの問題が発生する。
このため、梁部分14の補強部16を小型化することは困難であり、梁部分14は一定サイズ以下に小型化できず、梁部分14の下方におけるエッチングレート又はアッシングレートを向上させることはできない。
又、液晶表示パネル等の製造プロセスでは、液晶基板のサイズの大型化に合せ、大面積でかつ均一なプラズマを発生させることが要求されている。又、プロセス面からは、イオンを用いることが要求され、プラズマ源の低ガス化、すなわち動作ガス圧を低くすることが要求されている。
すなわち、液晶表示パネル等の製造プロセスの中で、Al、ITO、SiOXなどのエッチングでは、加工の高速化或いは加工形状の垂直化のためにイオンを主に用いた加工が要求される。この場合、中性ガスとの衝突によるイオン消滅をなくすため、動作ガス圧を低圧化することが望まれている。
しかしながら、プラズマ源において動作ガス圧を低くすると、マイクロ波によって励起される中性ガス密度が低くなるため、例えば動作ガス圧10Pa以下では、プラズマが安定に発生しなくなる。このため、マイクロ波電力を高めるなどの対策を取るが、中性ガス密度が例えば5Pa以下と低いため、安定なプラズマが得られなかった。
又、液晶表示パネル等の製造プロセスでは、上記の通り液晶基板のサイズに合せ、例えば400mm2 以上の大面積で均一なプラズマを発生させることが要求され、加工に均一性、処理の高速化のために発生させるプラズマは、加工対象の大きさと同等以上とすることが望まれている。
このような事からマイクロ波導波管8、9には、一定間隔を開けて並列に長尺プラズマを発生させる2つのマイクロ波放出口10、11(スロットアンテナ)が形成されている。
しかしながら、アッシング、エッチングのプロセス条件によってプラズマ放電の安定性が異なってしまう。例えば、アッシングに関しては、各マイクロ波放出口10、11の間隔長を長くする方向(≧40mm)でプラズマ放電が安定し、間隔長を短くする方向でプラズマ放電の広がりが小さく抑えられる。このため、液晶基板表面のレジスト剥離の均一性が悪くなる。
これに対してエッチングに関しては、CF4、Cl2、SF6などの不安定なガスをアッシングに比べ、O2と同等の流量を用いるため放電が不安定になりやすく、アッシングとは逆に各マイクロ波放出口10、11の間隔長を小さくしてプラズマの広がりを抑え、安定なプラズマ放電を維持することが必要とされている。
このような事からプロセス条件が変わる毎に、各々のプロセス条件にあったマイクロ波放出口10、11の間隔長の異なるスロット板をプロセスチャンバ3を開いて取り付け、再びプロセスチャンバ3を閉めるといった一連の大掛かりな作業を行っている。
このため、プロセスチャンバ3内を真空に要する時間とチャンバ側壁面からの脱ガス等を除去させてプロセスガスかプロセスチャンバ3内に馴染むまで放電(空放電)を繰り返す必要がある。これらを繰り返すうちに脱ガスがCF4ガスと化学反応してチャンバ側壁面に付着してしまうため、空放電を行ってもこれら付着物を除去できず、付着物によるチャンバー側壁面の腐食が促進されプラズマ放電が不安定になりやすいといった傾向がでる。従って、マイクロ波放出口10、11の間隔長を例えば40〜50mmの間で両プロセス条件に応じ、プロセスチャンバ3の外部から容易に可変することが理想である。
一方、図55は別のプロセスプラズマ装置の構成図であり、図56は同装置を上部から見た構成図である。気密容器20の下部には加工ステージ21が設けられている。この加工ステージ21には、液晶基板等の基板5が載置されている。この気密容器20の形状、大きさ等は、基板5が十分に収納でき、かつマイクロ波が均一に効率よく内部に入射するように設計されている。
又、気密容器20の上部には、2つのマイクロ波導波管22、23が設けられている。これらマイクロ波導波管22、23は、それぞれマイクロ波発振器24、25から発振されたマイクロ波を導くもので、その底部にはそれぞれマイクロ波放出口26、27が形成されている。
これらマイクロ波導波管22、23の下面には、それぞれマイクロ波導入窓28、29が設けられている。これらマイクロ波導入窓28、29は、上記同様にマイクロ波を効率良く気密容器20内に導入するために例えば石英、アルミナセラミック等の誘電体により形成されている。なお、これらマイクロ波導入窓28、29は、梁部分30により支持されている。
これらマイクロ波導入窓28、29の下面側つまり気密容器20の内部側で、かつ気密容器20の内壁及び梁部分30には、それぞれ複数の噴出ノズル31a、31b及び32a、32bが配設されている。すなわち、一方のマイクロ波導入窓28の下面側には複数の噴出ノズル31aと31bとが対向配置され、かつ他方のマイクロ波導入窓29の下面側には複数の噴出ノズル32aと32bとが対向配置されている。
これら噴出ノズル31a、31b及び32a、32bは、それぞれCF4、O2、Cl2等の媒質ガスを気密容器20内に噴出するものである。なお、気密容器20の下部には、2つのガス排気系33a、33bが接続されている。
このような構成であれば、各マイクロ波発振器24、25から発振され、それぞれマイクロ波導波管22、23内を伝搬してきたマイクロ波は、それぞれマイクロ波放出口26、27から放出され、マイクロ波導入窓28、29を通して気密容器20内に導入される。
これと共にCF4、O2、Cl2等の媒質ガスが、各噴出ノズル31a、31b及び32a、32bからそれぞれ噴出されて気密容器20内に供給される。この場合、互いに対向する各噴出ノズル31a、31bからそれぞれ噴出された媒質ガスは、矢印(イ)に示すガス流に沿って流れてマイクロ波導入窓28の下方に向かい、かつ互いに対向する各噴出ノズル32a、32bからそれぞれ噴出された媒質ガスは、矢印(ロ)に示すガス流に沿って流れてマイクロ波導入窓29の下方に向かう。このように媒質ガスが気密容器20内に供給されるので、この媒質ガスは、マイクロ波により励起され、各マイクロ波導入窓28、29の下方でそれぞれプラズマが発生する。これらプラズマにより生成された活性種は、各ガス排気系33a、33bに向かうガス流に運ばれて、基板5をプロセス加工する。
しかしながら、上記装置では、液晶基板等のような大面積の基板5を加工するために、小さい寸法のマイクロ波導入窓28、29を組み合わせているが、このような構成では、各マイクロ波導入窓28、29の間に梁部分30を設け、かつ各噴出ノズル31a、31b及び32a、32bを各マイクロ波導入窓28、29の下面でそれぞれ対向配置することになる。このため、媒質ガスの流れが、各マイクロ波導入窓28、29の下方になってしまい、梁部分30の直下に流れにくくなってしまう。これにより、梁部分30の直下の活性種密度が低くなり、図57に示すように梁部分30の下方におけるエッチングレートが低下し、加工速度が遅くなる。
又、プロセスに用いる活性種が複数ある場合、それぞれの噴出ノズル31a、31b及び32a、32bから異なる媒質ガスを噴出するが、この場合、大面積の被処理物5の全面において被処理物5が静電破壊され易い場合やエッチングレートの不均一性を±10%以内で抑えたい場合でも各種の活性種を均一にすることが困難となる。
一方、プロセスプラズマ装置には、図58に示すようにプラズマチャンバ2に対してマイクロ波を遮蔽するパンチングプレート34が設けられている。なお、このパンチングプレート34は、ホルダ35によりパンチングプレート34に止め付けられている。
このような構成においてプラズマを発生させる場合、プラズマチャンバ2には、マイクロ波発生源からのkwオーダのエネルギーが供給される。このエネルギーはプラズマ19、20を発生させると共に媒質ガスを加熱する。そして、この加熱された媒質ガスにより、又プラズマ19、20からの輻射熱によりパンチングプレート34は加熱される。その結果、パンチングプレート34は、加熱のため例えば図59に示すように熱変形する。
このパンチングプレート34の熱変形に伴い、プラズマチャンバ2の形状、寸法が変化するため、放電の安定性や放電の広がりが変化する。その結果、活性種密度の均一性が低下したり、基板5に対する加工速度が遅くなる。
このため、一定時間の加工量の面内分布は、パンチングプレート34の変形とともに大きくなり、図60に示すようにプロセスプラズマの動作時間とともに大きくなり、加工プロセスが一定に行われなくなる。又、面内のプロセス加工量が変化することで、半導体装置、液晶表示装置の歩留まりが悪くなる。そこで、型押し加工によりパンチングプレート34を予め変形させる等の手段もとられたが、パンチングプレート34の加工費が高くなる。
一方、マイクロ波をマイクロ波導入窓28、29からプロセスチャンバ3内に放出する場合、このプロセスチャンバ3内に放出するマイクロ波エネルギーが効率よくプラズマに吸収されるように、プロセスチャンバ3の放電部に放出されたマイクロ波の位相をチューナ(マイクロ波位相調整機構)を用いて調整している。なお、プロセスチャンバ3の形状、大きさ等は、マイクロ波導波管8、9から放射されるマイクロ波が効率よくプロセスチャンバ3内に入射できるように設計されている。
しかしながら、上記マイクロ波位相調整機構を用いたプラズマ装置の処理では、通常、数10枚の被処理物5を連続的な加工する。この場合、個々の被処理物の処理において、最初の1枚目の被処理物5と後半の被処理物5とでは、プロセスチャンバ3内のガス室壁の温度などはかなり異なってしまう。
このため、動作開始時、すなわち室温で最適動作ができるように調整したガス室形状の場合、動作後半では、最適形状からずれてしまい、その結果、動作が不安定になったり、加工の均一性が低下することがある。
又、被処理物5の種類などを変更する場合、それぞれのプロセス条件にあった形状、開口率を有するパンチングプレート34を用いる必要があり、このような場合には、プロセスに合わせてパンチングプレート34を交換している。
以上のような事から上記各プロセスプラズマ装置によるプロセス製造方法は、薄膜トランジスタ、SRAMやDRAM等の半導体装置を製造する際、例えば金属膜をエッチングする場合、図61(a)に示すようにSi基板36上に形成された金属膜37上に、エッチングして必要な形状を得るためのレジスト38がパターン形成される。
エッチング処理の進行により金属膜37は、同図(b)に示すようにエッチングされ、最終的に同図(c)に示すようにその断面形状が台形状となるように加工される。このような金属膜37の台形状の形状は、エッチングプロセスにおいて金属膜37のみならずレジスト38も同時にエッチングすることにより得られる。
従って、かかるプロセス製造では、金属膜37をエッチングするための媒質ガス(エッチャント源)と、レジスト38をエッチングするための媒質ガス(アッシング源)との2種類のガスを用いることが一般的である。なお、エッチング源としては通常ハロゲン系のガス、例えばCF4ガスが用いられ、又アッシング源としては通常O2ガス(以下、酸素ガスと称する)が用いられる。
しかしながら、上記各プロセスプラズマ装置により液晶基板等の大面積の被処理物5に対してエッチング処理する場合、上記の如く処理すべき面内での2種類の活性種密度の比が均一でないので、エッチングにより得られる金属膜37の形状が面内においてばらつくことがある。例えば、金属膜37は台形状に加工されるが、気密容器内の周辺部と中心部とではプラズマ密度が均一でないことから、図62に示すように台形状の金属膜37における傾き面の傾き勾配、すなわちテーパー角が気密容器内の周辺部と中心部とで異なってしまう。この例の場合、気密容器内の周辺部における金属膜37のテーパー角の方が気密容器内の中心部における金属膜37のテーパー角よりも大きく加工されてしまう。
(1)以下、本発明の第1の実施の形態について図面を参照して説明する。なお、図52と同一部分には同一符号を付してその詳しい説明は省略する。
図1はプロセスプラズマ処理装置の構成図である。プラズマチャンバ2の外部には、外部補強部40が設けられている。この外部補強部40は、プラズマ及びマイクロ波に接触しないので、腐食に強い金属を用いる必要がなく、曲げ強度のみに着目することができる。そのため曲げ強度の強い材質、例えばステンレス鋼、鉄により形成されている。
この外部補強部40は、プラズマチャンバ2の外部に設けられ、2つのマイクロ波導波管8、9の間に、これらマイクロ波導波管8、9を跨ぐようにして設置されている。
この外部補強部40には、複数の止め具41、例えばボルトを介してプラズマチャンバ2内におけるマイクロ波共振端15が連結固定されている。
なお、このマイクロ波共振端15は、各マイクロ波導入窓12、13の下面、マイクロ波共振端15の側壁及びプラズマチャンバ2の側壁により囲まれた空間により直方体空洞共振器を形成し、マイクロ波を共振励起させるものである。
このマイクロ波共振端15と2つのマイクロ波導入窓12、13との間には、Oリング42が挿入され、プラズマチャンバ2の気密が保たれている。従って、マイクロ波共振端15は、外部補強部40に対して固定されるので、2つのマイクロ波導入窓12、13に加わる圧力が外部補強部40及びマイクロ波共振端15により支持される。そして、プラズマチャンバ2内の従来は梁部分であったところが、マイクロ波共振端15となるので、梁部分の断面積の比が2分の1以下に小さくなる。それにも拘らず、このような支持によりマイクロ波共振端15における撓みは、例えば0.3mm以下となり、活性種密度の均一化を図りながら、マイクロ波導入窓12、13の破損がなくなる。
なぜならば、従来のようにプラズマチャンバ2の内部に補強部を設けた場合には、耐腐食性を高くする必要からアルミニウムを用いていたが、これでは縦断性係数(ヤング率)は、7.4×103kg/mm2程度しかなかった。従って、梁部分の断面積を増やす必要があった。
これに対して本発明では、プロセスチャンバ2の外部に補強部を設けているので、プロセスチャンバ2内での腐食を考慮する必要がなく、縦断性係数が2.0×104kg/mm2と高い高剛性のステンレス鋼を用いることができるからである。
又、このような構造をとることにより、梁の寸法を小さくすることができるので、マイクロ波放出口10、11の間隔を狭めたり、梁部分のマイクロ波導入方向の厚さを小さくすることができる。
このことはプラズマ19、20により生成された活性種密度の均一化にも多大に貢献するものである。つまり後に示す処理レートの算出式(3)によって示される処理レートの分布率は、±10%とすることが要望されているが、このためには各マイクロ波放出口10、11の間隔をd、各マイクロ波放出口10、11を結ぶ向きの梁の幅をgとすると、
d/g≧3
の関係を満たすことが望ましく、又、マイクロ波導入方向の梁の厚さをtとすると、
d/t≧10
の関係を満たすことが望ましい。
さらには、マイクロ波放出口10、11から加工ステージ4までの鉛直方向の距離をfとすると、
f/t≧3
の関係を満たすことが望ましい。
例えば、マイクロ波放出口10、11から加工ステージ4までの鉛直方向の距離fを例えば150mmにした場合、マイクロ波導入方向の梁の厚さtを例えば10mm、18mm、36mmに変えてみると、処理レートの被処理物(基板5)での面内分布率は、それぞれ8〜9%、10±1%、30%となる。この結果から面内ばらつきの均一性が30%では大きいことから、マイクロ波導入方向の梁の厚さtはほぼ18mm以下の方がよい。
上記各条件を満足する寸法としては、例えば各マイクロ波放出口10、11の間隔dを220mm、梁の幅gを46mm、マイクロ波放出口10、11から加工ステージ4までの鉛直方向の距離fを150mm、梁の厚さtを18mmにする。
これらは本出願人が実験によって得たデータである。
このような条件を満たすことは、本発明の外部補強部40を用いることで達成されるものである。
このような構成であれば、2つのマイクロ波導波管8、9内を伝搬してきたマイクロ波は、それぞれマイクロ波放出口10、11から放出され、マイクロ波導入窓12、13を通してプラズマチャンバ2内に導入される。
これと共にガス供給口6、7を通してCF4、O2、Cl2等の媒質ガスがプラズマチャンバ2内に供給されるので、この媒質ガスは、マイクロ波により励起され、それぞれプラズマ19、20が発生する。
ここで、プラズマチャンバ2内の梁部分は、従来装置の梁部分よりもその断面積比が2分の1以下に小さいマイクロ波共振端15であるので、プラズマ19、20により生成された活性種は、プラズマチャンバ2内で広がり均一に分布するようになる。これらプラズマ19、20により生成された活性種は、排気口18に向かうガス流に運ばれて、基板5をプロセス加工する。
このように上記第1の実施の形態においては、プラズマチャンバ2の外部に外部補強部40を設け、この外部補強部40に止め具41を介してプラズマチャンバ2内のマイクロ波共振端15を連結固定するので、プラズマチャンバ2内の梁部分を従来装置の梁部分よりもその断面比を2分の1以下に小さくでき、液晶基板等の大面積な基板5に対してプロセス処理するプラズマチャンバ2内においてプラズマ19、20により生成された活性種密度を均一にできる。
これにより、プラズマチャンバ2内の金属表面でのプラズマ損失(梁部分の金属によるプラズマ損失)を格段に低減でき、梁部分直下のプロセス速度を速くでき、図1に示すように梁部分直下のエッチングレート、又はアッシングレートを大幅に向上できる。
同図に示すように従来装置のエッチングレート又はアッシングレートであるe1 を本発明装置のエッチングレート又はアッシングレートであるe2に向上でき、基板5に対するエッチング又はアッシングの均一性を高くできる。
すなわち、次式に示す各レートの基板5の面内における分布率は、±30%から±10%となり、面内の処理レートの均一性が高まる。
分布率=(Rmax−Rmin)/(Rmax+Rmin)×100 …(3)
ここで、Rmax、Rminは、それぞれ基板5の面内での処理レートの最大値、最小値である。
又、プラズマ19、20により生成された活性種の損失を考慮する必要がないので、外部補強部40のサイズを大きくすることができ、マイクロ波共振端15の撓みを極力小さくできる。
なお、上記第1の実施の形態は、2つのマイクロ波導入窓12、13を設けた場合について説明したが、複数のマイクロ波導入窓で複数の梁部分がある場合でも、複数の外部補強部40を用いてプラズマチャンバ2内の活性種密度を均一にできる。
(2)次に本発明の第2の実施の形態について説明する。なお、図1と同一部分には同一符号を付してその詳しい説明は省略する。
図3はプロセスプラズマ処理装置の構成図である。プロセスチャンバ3の上部には、開口部の形成されたプラズマ源ベース板200が設けられている。このプラズマ源ベース板200の開口部には、マイクロ波導入窓201を介してマイクロ波導入管202が設けられている。
このマイクロ波導入管202におけるマイクロ波導入窓201と接触する部分には、2つのマイクロ波放出口203、204が形成されている。これら2つのマイクロ波放出口203、204は、例えば図4(a)に示すように左右対象の長い切り溝に形成されたり、又は同図(b)に示すように左右対象の長い切り溝でかつ多段の幅に形成されている。これらマイクロ波放出口203、204は、その長手方向がマイクロ波の伝搬方向と一致する方向に形成されている。
又、プラズマ源ベース板200には、ガス供給口205が形成され、このガス供給口205からCF4、O2、Cl2等の媒質ガスがプロセスチャンバ3内に供給されるようになっている。
マイクロ波導入窓201の近傍、例えばマイクロ波導入窓201の両側におけるプラズマ源ベース板200には、それぞれ磁界発生手段としての磁石206が設けられている。
これら磁石206は、プロセスチャンバ3内に発生するプラズマ207に磁界を加えることにより、電子をサイクロトロン運動(らせん運動)させて電子と中性子との衝突する頻度を高くし、これら電子と中性子との衝突により発生する活性種の発生量を多くする作用を有している。
又、これら磁石206は、マイクロ波導入管202に形成された各マイクロ波放出口203、204の長手方向に一致する方向に設けられている。
一方、図5は大面積の基板5に適用した場合のプロセスプラズマ処理装置の構成図である。なお、図52と同一部分には同一符号を付してその詳しい説明は省略する。
マイクロ波導入窓201の両側及び補強部16には、それぞれ磁界発生手段としての磁石208〜210が設けられている。なお、磁石210は、プロセス等に応じてなくてもよい。
これら磁石208〜210は、上記同様に、プロセスチャンバ3内に発生するプラズマ19、20に磁界を加えることにより、電子をサイクロトロン運動させて電子と中性子との衝突の頻度を高くして、これら電子と中性子との衝突により発生する活性種の発生量を多くする作用を有している。
又、これら磁石208〜210は、図6に示すように各マイクロハ導入管8、9に形成された各マイクロ波放出口10、11の長手方向に一致する方向に設けられている。
ところで、上記図3に適用した磁石206及び上記図5に適用した磁石208〜210の磁場強度及びその配置について説明すると、これらは図7(a)〜(c)に示すようにサイクロトロン運動方式、磁場閉じ込め方式及び電子サイクロトロン共鳴(ECR:Electron Cyclotron Resonance)方式のいずれか1つの方式が用いられる。
このうちサイクロトロン運動方式、磁場閉じ込め方式では、電子が磁場からのエネルギを受けてサイクロトロン運動できることが条件となる。マグネトロン方式はサイクロトロン運動により中性粒子が電離、又磁場閉じ込め方式では周りでサイクロトロン回転運動を行い電子の滞在時間が長くなり、電子密度が高まる。
サイクロトロン運動が起きるためには、サイクロトロンの回転半径(ラーマ半径ρ)が、電子の平均自由行程λ(熱による衝突の平均値)より小さいことが必要となる。
ラーマ半径ρは、次式により求まる。
ρ=mv/qB …(4)
ここで、Bは磁場強度、eは電荷量、mは質量。上式より電子温度とラーマ半径ρとの関係は、図8の通り計算されている。ここで、圧力0.5Paにおける平均自由行程は、図9に示すように0.5cm程度である。
電子は、平均自由行程λでほぼ一回中性粒子と衝突するので、平均自由行程λよりも小さいラーマ半径ρ(例えば平均自由行程λの1/10程度)であれば、十分に回転できる。
従って、図8からラーマ半径ρが0.05cm以下となる磁場強度は、100ガウス以上となり、サイクロトロン運動方式、磁場閉じ込め方式において上記磁石206及び上記磁石208〜210により発生する磁場強度は、100ガウス以上となる。
一方、ECR方式においてECR共鳴は、電子サイクロトロン周波数とマイクロ波の周波数とが等しくなるときに発生する。電子サイクロトロン周波数ωは次式で表される。
ω=eB/m …(5)
ECRの共振条件から、ω=2π×2.45GHz(マイクロ波の周波数)。上記式(5) にこれを代入し、磁場強度B=875ガウスとなる。これにより、プラズマ中でのECR条件に必要な875ガウス以上の磁場強度Bが必要となり、プラズマと磁石206、208〜210との距離、プロセスチャンバ3での磁場損失を考慮すると、これらの磁石自体の持つ表面磁場強度の値は、磁石206、208〜210としては、磁場強度Bが875ガウス(=0.0875T)の少なくとも10倍以上、1T以上のものが必要となる。
次に上記の如く構成された各装置の作用について説明する。
上記図3に示すプロセスプラズマ処理装置の構成であれば、マイクロ波導波管202内を伝搬してきたマイクロ波は、2つのマイクロ波放出口203、204から放出され、マイクロ波導入窓201を通してプロセスチャンバ3内に導入される。
これと共にガス供給口205を通してCF4、O2、Cl2等の媒質ガスがプロセスチャンバ3内に供給されるので、この媒質ガスは、マイクロ波により励起され、それぞれプラズマ207が発生する。
ここで、磁石206からは磁界がプラズマ207に対して加えられるので、プラズマ207中にある電子は、磁界が加わることによりサイクロトロン運動し、中性子との衝突が多く発生する。この電子と中性子との衝突により活性種が多く発生するようになり、プラズマ中の活性種の密度が高くなる。
従って、半導体装置製造プロセスや液晶表示装置製造プロセスの中でAl、ITO、SiOX等のエッチングでは、加工の高速化或いは加工形状の垂直化のためにイオンを主に用いた加工が要求され、かつ中性ガスとの衝突によるイオン消滅をなくすため、動作ガス圧を低圧化することが望まれている場合でも、プラズマ中の活性種の密度を高くでき、安定したプラズマが維持される。これにより、プラズマの安定動作範囲は、図19に示すように従来ガス圧5〜100Paの範囲であったものが、ガス圧0.05〜100Paの範囲に広がった。
プラズマ207により生成された活性種の密度は、プロセスチャンバ3内で均一に分布し、その活性種は、排気口18に向かうガス流に運ばれて、基板5をプロセス加工する。
一方、上記図5に示すプロセスプラズマ処理装置の構成であれば、2つのマイクロ波導波管8、9内を伝搬してきた各マイクロ波は、各マイクロ波放出口10、11から放出され、各マイクロ波導入窓12、13を通してプロセスチャンバ3内に導入される。
これと共にガス供給口6、7を通してCF4、O2、Cl2等の媒質ガスがプロセスチャンバ3内に供給されるので、この媒質ガスは、マイクロ波により励起され、それぞれプラズマ19、20が発生する。
ここで、各磁石208〜210からは磁界が、サイクロトロン運動方式、磁場閉じ込め方式又はECR方式のうちいずれか1つの方式によりプラズマ19、20に対して加えられるので、プラズマ19、20中にある電子は、磁界が加わることによりサイクロトロン運動し、中性子との衝突が多く発生する。この電子と中性子との衝突により活性種が多く発生するようになり、プラズマ中の活性種の密度が高くなる。
従って、上記同様に、半導体装置製造プロセスや液晶表示装置製造プロセスの中でAl、ITO、SiOX等のエッチングでは、加工の高速化或いは加工形状の垂直化のためにイオンを主に用いた加工が要求され、かつ中性ガスとの衝突によるイオン消滅をなくす必要性により、動作ガス圧を低圧化することが望まれている場合でも、プラズマ中の活性種の密度を高くでき、安定したプラズマが維持される。これにより、プラズマの安定動作範囲は、図10に示すように従来ガス圧5〜100Paの範囲であったものが、ガス圧0.05〜100Paの範囲に広がった。
プラズマ19、20により生成された活性種の密度は、プロセスチャンバ3内で均一に分布し、その活性種は、排気口18に向かうガス流に運ばれて、基板5をプロセス加工する。
このように上記第2の実施の形態においては、マイクロ波導入窓201又は12、13の両側に磁石206又は磁石208〜210を設け、プロセスチャンバ3内に発生したプラズマに対して磁界を加えるので、プラズマ中の電子がサイクロトン運動し、中性粒子との衝突が増加して活性種が生成され、低圧ガスにおいても安定したプラズマを維持できる。これにより、Al、ITO、SiOXなどのエッチングにもこのプラズマ源を適用できる。
又、アッシングやa−Si、SiN膜のエッチングなどこれまでのプロセスに適用した場合には、安定動作のガス圧領域が広がり、プラズマの安定性も高くなる。これにより、装置の安定性が高まり、プロセスの信頼性が向上する。
さらに、マイクロ波導入窓201又は12、13の両側に磁石206又は磁石208〜210を設けるという簡単な構造であるので、装置を安価にできる。
又、別の適用例を図11に示す。同図は上記第1の実施の形態のプロセスプラズマ処理装置にマイクロ波導入窓12、13の両側及びマイクロ波共振端15に各磁石208〜210を設けた構成である。
このような構成であれば、2つのマイクロ波導波管8、9内を伝搬してきたマイクロ波は、それぞれマイクロ波放出口10、11から放出され、マイクロ波導入窓12、13を通してプラズマチャンバ2内に導入される。これと共にガス供給口6、7を通してCF4、O2、Cl2等の媒質ガスがプラズマチャンバ2内に供給されるので、この媒質ガスは、マイクロ波により励起され、それぞれプラズマ19、20が発生する。
ここで、各磁石208〜210からは磁界が、マグネトロン方式、磁場閉じ込め方式又はECR方式のうちいずれか1つの方式によりプラズマ19、20に対して加えられるので、プラズマ19、20中にある電子は、磁界が加わることによりサイクロトロン運動し、中性子との衝突が多く発生する。この電子と中性子との衝突により活性種が多く発生するようになり、プラズマ中の活性種の密度が高くなる。
従って、上記同様に、半導体製造プロセスや液晶表示装置製造プロセスの中でAl、ITO、SiOX等のエッチングでは、加工の高速化或いは加工形状の垂直化のためにイオンを主に用いた加工が要求され、かつ中性ガスとの衝突によるイオン消滅をなくす必要性により、動作ガス圧を低圧化することが望まれている場合でも、プラズマ中の活性種の密度を高くでき、安定したプラズマが維持される。そして、そのプラズマの安定動作範囲は、図10に示すように従来ガス圧5〜100Paの範囲であったものが、ガス圧0.05〜100Paの範囲に広がる。
これと共に、プラズマチャンバ2内の梁部分は、従来装置の梁部分よりもその断面積比が2分の1以下に小さいマイクロ波共振端15であるので、プラズマ19、20により生成された活性種は、プラズマチャンバ2内で広がり均一に分布するようになる。これらプラズマ19、20により生成された活性種は、排気口18に向かうガス流に運ばれて、基板5をプロセス加工する。
従って、外部補強部40を設けることによりマイクロ波共振端15の機械強度を補強できるなどの上記第1の実施の形態と同様に効果を奏することができ、かつ低圧ガスにおいても安定したプラズマを維持でき、Al、ITO、SiOXなどのエッチングにもこのプラズマ源を適用できる。
又、アッシングやa−Si、SiN膜のエッチングなどこれまでのプロセスに適用した場合には、安定動作のガス圧領域が広がり、プラズマの安定性も高くなる。これにより、装置の安定性が高まり、プロセスの信頼性が向上する。
さらに、マイクロ波導入窓201又は12、13の両側に磁石206又は磁石208〜210を設けるという簡単な構造であるので、装置を安価にできる。
(3)次に本発明の第3の実施の形態について説明する。なお、図3と同一部分には同一符号を付してその詳しい説明は省略する。
図12はプロセスプラズマ処理装置の全体構成図であり、図13はマイクロ波放出口の具体的な構成図である。マイクロ波導入管202に形成されている2つの並行なマイクロ波放出口220、211は、プロセスチャンバ3内のプロセス条件、例えばアッシング、エッチングのような各プロセスに応じて互いの間隔長La が可変自在に構成されている。
具体的に説明すると、図13に示すようにマイクロ波導入管202におけるマイクロ波導入窓201と接する部分には、スロットアンテナ部222が形成されている。このスロットアンテナ部203には、互いに並行な2つの開口部223、224が形成されている。これら開口部223、224は、長方形状で、かつその長手方向がマイクロ波の伝搬方向と一致する方向に形成されている。
このスロットアンテナ部203の内部には、2つの金属板225、226がそれぞれ各開口部223、224に対応する位置に矢印(A)及び(B)方向に移動自在に設けられている。すなわち、これら金属板225、226には、それぞれ細い操作用の各金属棒227、228が取り付けられ、これら金属棒227、228がスロットアンテナ部203の各案内孔229、230を通して突出している。
又、これら金属板225、226の幅は、それぞれ開口部223、224に配置した場合、各開口部223、224の半分を遮蔽すると共に半分を開放し、この開放される部分で所定幅の各マイクロ波放出口220、221が形成されるようになっている。
従って、操作用の各金属棒227、228が操作された場合、例えば一方の金属板225が矢印(A)方向に移動され、他方の金属板226が矢印(B)方向に移動されると、2つのマイクロ波放出口220、211の間隔長は図14(a)に示すようにLaとなる。
逆に、一方の金属板225が矢印(B)方向に移動され、他方の金属板226が矢印(A)方向に移動されると、2つのマイクロ波放出口220、211の間隔長は図14(b)
に示すようにLb(>La)となる。
ここで、プロセス条件、例えばエッチングでは2つのマイクロ波放出口220、211の間隔長La を小さく例えば40mmに設定し、アッシングではマイクロ波放出口220、211の間隔長Lbを大きく例えば50mmに設定する。
次に上記の如く構成された装置の作用について説明する。
マイクロ波導波管202内を伝搬してきたマイクロ波は、2つのマイクロ波放出口220、221から放出され、マイクロ波導入窓201を通してプロセスチャンバ3内に導入され、これと共にガス供給口205を通してCF4、O2、Cl2等の媒質ガスがプロセスチャンバ3内に供給されるので、この媒質ガスは、マイクロ波により励起され、それぞれプラズマ207が発生する。
ここで、プロセス条件、例えばエッチングでは、操作用の各金属棒227、228が移動操作され、一方の金属板225が矢印(A)方向に移動されるとともに他方の金属板226が矢印(B)方向に移動され、これらマイクロ波放出口220、211の間隔長が図14(a)に示すようにLa(例えば40mm)に設定される。
又、アッシングでは、一方の金属板225が矢印(B)方向に移動されるとともに他方の金属板226が矢印(A)方向に移動され、これらマイクロ波放出口220、211の間隔長が図14(b) に示すようにLb (例えば50mm)に設定される。
又、磁石206からは磁界がプラズマ207に対して加えられるので、プラズマ207中にある電子は、磁界が加わることによりサイクロトロン運動し、中性子との衝突が多く発生する。この電子と中性子との衝突により活性種が多く発生するようになり、プラズマ中の活性種の密度が高くなって安定したプラズマ207が維持される。
このプラズマ207により生成された活性種の密度は、プロセスチャンバ3内で均一に分布し、その活性種は、排気口18に向かうガス流に運ばれて、基板5に対するエッチング又はアッシングが行われる。
このように上記第3の実施の形態においては、2つのマイクロ波放出口220、221の間隔長を小さいLa又は大きいLbに選択的に可変自在な構成としたので、プロセス条件、すなわちエッチング、アッシングに応じた最適なマイクロ波放出口220、221の間隔長に設定でき、これらエッチング、アッシングにおいて安定したプラズマ放電が得られる。
従って、アッシングでは、各マイクロ波放出口10、11の間隔長(例えば50mm)を長くでき、プラズマ放電を安定させて、例えば液晶基板表面のレジスト剥離の均一性を向上できる。
又、エッチングでは、各マイクロ波放出口10、11の間隔長(例えば40mm)を短くできて、CF4、Cl2、SF6などの不安定なガスをO2と同等の流量を用いても安定したプラズマ放電が得られる。
これにより従来のように、プロセス条件が変わる毎に、各々のプロセス条件にあったマイクロ波放出口10、11の間隔長の異なるスロット板をプロセスチャンバ3を開いて取り付け、再びプロセスチャンバ3を閉めるといった一連の大掛かりな作業を行う必要もない。
(4)次に本発明の第4の実施の形態について説明する。なお、図12及び図13と同一部分には同一符号を付してその詳しい説明は省略する。
図15はプロセスプラズマ処理装置におけるマイクロ波放出口の具体的な構成図である。マイクロ波導入管202におけるマイクロ波導入窓201と接する部分には、スロットアンテナ部240が形成されている。このスロットアンテナ部240には、開口部241が形成されている。又、スロットアンテナ部240の内部には、開口部241の容積と等しい金属性の角材242が複数個短冊状、例えば6本の角材242がそれぞれ矢印(C)方向に移動自在に設けられている。
これら角材242には、それぞれ細い操作用の各金属棒243a〜243fが取り付けられ、これら金属棒243a〜243fがスロットアンテナ部240の案内孔244を通して突出している。
従って、操作用の各金属棒243a〜243fを操作し、図16(a)に示すように2つの角材242を中央部に配置し、残りの各角材242を両側にそれぞれ2つづつ配置することにより、例えば間隔長Laの2つのマイクロ波放出口220、221が形成される。
又、同図(b) に示すように4つの角材242を中央部に配置し、残りの各角材242を両側にそれぞれ配置することにより、例えば間隔長Lb(>La)の2つのマイクロ波放出口220、221が形成される。
又、同図(c)に示すように全ての角材242を中央部に配置することにより、例えば間隔長Lc(>Lb)の2つのマイクロ波放出口220、221が形成され、任意の間隔長のマイクロ波放出口220、221が形成される。
次に上記の如く構成された装置の作用について説明する。
マイクロ波導波管202内を伝搬してきたマイクロ波は、2つのマイクロ波放出口220、221から放出され、マイクロ波導入窓201を通してプロセスチャンバ3内に導入され、これと共にガス供給口205を通してCF4、O2、Cl2等の媒質ガスがプロセスチャンバ3内に供給されるので、この媒質ガスは、マイクロ波により励起され、それぞれプラズマ207が発生する。
ここで、プロセス条件、例えばエッチングでは、図16(a)に示すように操作用の各金属棒243a〜243fが操作され、2つの角材242が中央部に配置されるとともに残りの各角材242が両側に配置され、例えば間隔長La(例えば40mm)の2つのマイクロ波放出口220、221が形成される。
又、アッシングでは、同図(b)に示すように操作用の各金属棒243a〜243fが操作され、4つの角材242が中央部に配置されるとともに残りの各角材242が両側に配置され、例えば間隔長Lb(例えば50mm)の2つのマイクロ波放出口220、221が形成される。
又、磁石206からは磁界がプラズマ207に対して加えられるので、上記同様に、プラズマ207中にある電子はサイクロトロン運動し、中性子との衝突が多く発生し、プラズマ中の活性種の密度が高くなって安定したプラズマ207が維持される。
このプラズマ207により生成された活性種の密度は、プロセスチャンバ3内で均一に分布し、その活性種は、排気口18に向かうガス流に運ばれて、基板5に対するエッチング又はアッシングが行われる。
このように上記第4の実施の形態においては、上記第3の実施の形態と同様な効果を奏することは言うまでもなく、かつ2つのマイクロ波放出口220、221の間隔長をLa、Lbに限らず、プロセス条件に応じてLc等のように任意に可変できる。
なお、上記第3及び第4の実施の形態は、次の通り変形してもよい。
例えば、上記第3又は第4の実施の形態における互いの間隔長を可変自在なマイクロ波放出口を複数組み並列に配置してもよい。これにより、大面積で安定したプラズマ放電ができ、大面積の基板5に対して高品質な加工特性を得ることができる。
又、図17に示すように2つの金属板225、226の移動を機械的又は電気的な構造で自動化してもよい。すなわち、操作用の各金属棒227、228には、例えばピストンシリンダー等を備えた油圧又は空気圧回路から構成される伝達機構部245が接続されている。
この伝達機構部245は、信号制御部246から送出される制御信号に従って駆動するするもので、この信号制御部246は、予め記憶された制御プログラムを実行し、2つのマイクロ波放出口220、221の間隔長、例えばエッチング、アッシングに応じた間隔長La 、Lb を得るのに必要な各金属板225、226の移動方向及びその距離を制御信号として送出する機能を有している。
このように2つのマイクロ波放出口220、221の間隔長La、Lbを自動化することにより、これらマイクロ波放出口220、221の間隔長La、Lbを可変する時間を大幅に短縮でき、エッチング、アッシングなどのプロセス条件による加工効率を高くできる。
又、このような互いの間隔長を可変自在とするマイクロ波放出口は、図5や図11に示すプロセスプラズマ処理装置にも適用可能である。
(5)次に本発明の第5の実施の形態について説明する。なお、図55と同一部分には同一符号を付してその詳しい説明は省略する。
図18はプロセスプラズマ処理装置の構成図であり、図19は同装置を上方から見た構成図である。気密容器20内には、複数の噴出ノズル50、51が互いに対向配置されている。すなわち、これら噴出ノズル50と51とは、2つのマイクロ波導入窓28、29の間にある梁部分52を介して互いに対向配置され、それぞれ気密容器20の両サイドの内壁上部で、各マイクロ波導入窓28、29下面の極近傍となっている。
これら噴出ノズル50、51は、それぞれCF4、O2、Cl2等の媒質ガスを気密容器20内の中央部に向けて噴出するものである。
このような構成であれば、各マイクロ波発振器24、25から発振され、それぞれマイクロ波導波管22、23内を伝搬してきたマイクロ波は、それぞれマイクロ波放出口26、27から放出され、マイクロ波導入窓28、29を通して気密容器20内に導入される。これと共にCF4、O2、Cl2等の媒質ガスが、気密容器20の両サイドに対向配置された各噴出ノズル50、51からそれぞれ気密容器20の中央部に向けて噴出される。
この噴出された媒質ガスは、矢印(ハ)及び(ニ)に示すように気密容器20の中央部に向かい、梁部分42の直下まで到達する。このように媒質ガスが気密容器20内に供給されると、この媒質ガスは、マイクロ波により励起され、各マイクロ波導入窓28、29の下方でそれぞれプラズマ53、54が発生する。これらプラズマ53、54により生成された活性種は、各ガス排気系33a、33bに向かうガス流に運ばれて、基板5をプロセス加工する。
このとき、活性種は、媒質ガスが気密容器20の両サイドから梁部分42の直下に向けて流れるので、気密容器20内の基板5の全面に亘って均一な密度になる。
このように上記第5の実施の形態においては、気密容器20の両サイドに複数の噴出ノズル50、51を対向配置したので、これら噴出ノズル50、51からそれぞれ噴出された媒質ガスは、気密容器20内の中央部に向けて流れるので、プラズマ53、54によって生成される気密容器20内の活性種密度は均一に分布する。
このように気密容器20内で活性種密度を均一に分布できるので、大面積の基板5に対するエッチングレートやアッシングレートは、図20に示すように従来装置と比較して梁部分52直下のエッチングレートやアッシングレートが向上し、基板5の全面に亘って均一化でき、かつ加工速度が速くなる。
(6)次に本発明の第6の実施の形態について説明する。なお、図1と同一部分には同一符号を付してその詳しい説明は省略する。
図21はプロセスプラズマ処理装置の構成図であり、図22は同装置を上方から見た構成図である。気密容器60の下部には加工ステージ61が設けられ、この加工ステージ61には、液晶基板等の基板5が載置されている。この気密容器60の上部には、3つのマイクロ波導波管62〜64が設けられている。これらマイクロ波導波管62〜64は、それぞれマイクロ波発振器65a〜65cから発振されたマイクロ波を導くもので、その底部にはそれぞれマイクロ波放出口67〜69が形成されている。
これらマイクロ波導波管62〜64の下面には、例えば石英、アルミナセラミック等の誘電体により形成された各マイクロ波導入窓70〜72がそれぞれ設けられている。これら3つのマイクロ波導入窓70〜72の各間には、それぞれ梁部分73、74が設けられ、これら梁部分73、74により各マイクロ波導入窓70〜72を支持している。
このような3つのマイクロ波導入窓70〜72を備えた気密容器60内には、複数の噴出ノズル75、76が互いに対向配置されている。すなわち、これら噴出ノズル75と76とは、3つのマイクロ波導入窓70〜72の間にある各梁部分73、74を介して互いに対向配置され、かつそれぞれ気密容器60の両サイドの内壁上部で、3つのマイクロ波導入窓70〜72下面のごく近傍となっている。
又、気密容器60内における各噴出ノズル75、76が設けられた内壁とは異なる他方の対向する内壁には、各マイクロ波導入窓70〜72ごとに1対づつの噴出ノズル75aと76aとが対向配置されている。
このような構成であれば、各マイクロ波発振器65a〜65cから発振され、それぞれマイクロ波導波管62〜64内を伝搬してきたマイクロ波は、それぞれマイクロ波放出口67〜69から放出され、3つのマイクロ波導入窓70〜72を通して気密容器60内に導入される。これと共にCF4、O2、Cl2等の媒質ガスが、気密容器60の両サイドに対向配置された各噴出ノズル75、76からそれぞれ気密容器60の中央部に向けて噴出される。又、各噴出ノズル75aと76aからもCF4、O2、Cl2等の媒質ガスが、気密容器60内に噴出される。
これら噴出された媒質ガスは、矢印(ホ)及び(ヘ)に示すように気密容器60の中央部に向かい、各梁部分73、74の直下を通って中央部のマイクロ波導入窓72の下方にまで到達する。
このように媒質ガスが気密容器60内に供給されると、この媒質ガスは、マイクロ波により励起され、3つのマイクロ波導入窓70〜72の下方でそれぞれプラズマ77〜79が発生する。これらプラズマ77〜79により生成された活性種は、各ガス排気系33a、33bに向かうガス流に運ばれて、基板5をプロセス加工する。
このとき、活性種は、媒質ガスが気密容器60の両サイドから各梁部分73、74の下方を通って中央部のマイクロ波導入窓72の下方に向けて流れるので、気密容器60内の基板5の全面に亘って均一な密度になる。
このように上記第6の実施の形態においては、気密容器60の両サイドに複数の噴出ノズル75〜76を対向配置したので、3つのマイクロ波導入窓70〜72が設けられていても、プラズマ77〜79によって生成される気密容器60内の活性種密度を大面積の基板5上において均一に分布でき、この大面積の基板5に対するエッチングレートやアッシングレートを基板5の全面に亘って均一化でき、かつ加工速度が速くなる。
(7)次に本発明の第7の実施の形態について説明する。なお、図21及び図22と同一部分には同一符号を付してその詳しい説明は省略する。
図23はプロセスプラズマ処理装置の構成図であり、図24は同装置を上方から見た構成図である。3つのマイクロ波導入窓70〜72が設けられた気密容器60には、両サイド側で互いに対向配置された第1の噴出ノズル群75、76とに加えて、3つのマイクロ波導入窓70〜72の各間に設けられている各梁部分73、74に、これも互いに対向配置された第2の噴出ノズル群80、81が設けられている。これら第2の噴出ノズル群80と81とは、それぞれ各梁部分73、74に気密容器60の中央部に向けて対向配置されている。
このような構成であれば、各マイクロ波発振器65a〜65cから発振され、それぞれマイクロ波導波管62〜64内を伝搬してきたマイクロ波は、それぞれマイクロ波放出口67〜69から放出され、3つのマイクロ波導入窓70〜72を通して気密容器60内に導入される。これと共にCF4、O2、Cl2等の媒質ガスが、気密容器60の両サイドに対向配置された第1の噴出ノズル群75、76からそれぞれ気密容器60の中央部に向けて噴出され、これと共に各梁部分73、74に設けられた第2の噴出ノズル群80、81からそれぞれ気密容器60の中央部に向けて噴出される。又、各噴出ノズル75aと76aからもCF4、O2、Cl2等の媒質ガスが、気密容器60内に噴出される。
これら噴出された媒質ガスは、矢印(ト)(チ)及び(リ)に示すように気密容器60内の3つのマイクロ波導入窓70〜72の下方に一様に流れる。このように媒質ガスが気密容器60内に供給されると、この媒質ガスは、マイクロ波により励起され、3つのマイクロ波導入窓70〜72の下方でそれぞれプラズマ82〜84が発生する。これらプラズマ82〜84により生成された活性種は、各ガス排気系33a、33bに向かうガス流に運ばれて、基板5をプロセス加工する。
このとき、活性種は、3つのマイクロ波導入窓70〜72の下方に一様に流れるので、気密容器60内の基板5の全面に亘って均一な密度になる。
このように上記第7の実施の形態においては、気密容器60内に両サイド側で互いに対向配置された第1の噴出ノズル群75、76に加えて、各梁部分73、74にも互いに対向配置された第2の噴出ノズル群80、81を設けたので、上記各実施の形態と同様に、プラズマ77〜79によって生成される気密容器60内の活性種密度を大面積の基板5上において均一に分布でき、この大面積の基板5に対するエッチングレートやアッシングレートを基板5の全面に亘って均一化でき、かつ加工速度が速くなる。
(8)次に本発明の第8の実施の形態について説明する。
図25はプロセスプラズマ処理装置の構成図であり、図26は同装置を上方から見た構成図である。気密容器90の下部には加工ステージ91が設けられ、この加工ステージ91には、大口径半導体ウエハ又は液晶基板等の基板5が載置されている。この気密容器90の上部には、4つのマイクロ波導波管92、93が設けられている。なお、2つのマイクロ波導波管は、図面の関係上不図示である。これらマイクロ波導波管92、93は、それぞれマイクロ波発振器94から発振されたマイクロ波を導くもので、その底部にはそれぞれマイクロ波放出口95、96が形成されている。
これらマイクロ波導波管92、93の下面には、例えば石英、アルミナセラミック等の誘電体により形成された4つのマイクロ波導入窓97〜100がそれぞれ設けられている。これら4つのマイクロ波導入窓97〜100の各間には、それぞれ梁部分101〜103が設けられ、これら梁部分101〜103により各マイクロ波導入窓97〜100を支持している。
このような4つのマイクロ波導入窓97〜100を備えた気密容器90内には、第1の噴出ノズル群104、105が互いに対向配置されている。すなわち、これら第1の噴出ノズル群104と105とは、4つのマイクロ波導入窓97〜100の間にある各梁部分101〜103を介して互いに対向配置され、それぞれ気密容器90の両サイドの内壁上部で、両サイド側の各マイクロ波導入窓97、100下面の極近傍となっている。
又、3つの梁部分101〜103のうち中央の梁部分102を除く各梁部分101、103には、第2の噴出ノズル群106、107が設けられている。これら第2の噴出ノズル106と107とは、互いに中央の梁部分102を介して対向配置されている。
なお、気密容器90内における各噴出ノズル104、105が設けられた内壁とは異なる他方の対向する内壁には、4つのマイクロ波導入窓97〜100ごとに1対づつの噴出ノズル108と109とが対向配置されている。
このような構成であれば、各マイクロ波発振器94から発振され、それぞれマイクロ波導波管92、93内を伝搬してきたマイクロ波は、それぞれマイクロ波放出口95、96から放出され、4つのマイクロ波導入窓97〜100を通してそれぞれ気密容器60内に導入される。これと共にCF4、O2、Cl2等の媒質ガスが、気密容器90の両サイドに対向配置された第1の噴出ノズル群104、105からそれぞれ気密容器90の中央部に向けて噴出され、これと共に各梁部分106、107に設けられた第2の噴出ノズル群106、107からそれぞれ気密容器90の中央部に向けて噴出される。又、各噴出ノズル108、109からもCF4、O2、Cl2等の媒質ガスが、気密容器90内に噴出される。これら噴出された媒質ガスは、矢印(ヌ)及び(ル)に示すように気密容器90内の中央部の梁部分102の下方に向かって流れる。このように媒質ガスが気密容器90内に供給されると、この媒質ガスは、マイクロ波により励起され、4つのマイクロ波導入窓97〜100の下方でそれぞれプラズマが発生する。これらプラズマにより生成された活性種は、各ガス排気系33a、33bに向かうガス流に運ばれて、基板5をプロセス加工する。
このとき、活性種は、中央部の梁部分102の下方に向かって流れるので、気密容器90内の基板5の全面に亘って均一な密度になる。
このように上記第8の実施の形態においては、気密容器90内に両サイド側で互いに対向配置された第1の噴出ノズル群104、105に加えて、各梁部分101、103にも互いに対向配置された第2の噴出ノズル群106、107を設けたので、上記各実施の形態と同様に、プラズマによって生成される気密容器90内の活性種密度を大面積の基板5上において均一に分布でき、この大面積の基板5に対するエッチングレートやアッシングレートを基板5の全面に亘って均一化でき、かつ加工速度が速くなる。
(9)次に本発明の第9の実施の形態について説明する。なお、図18及び図19と同一部分には同一符号を付してその詳しい説明は省略する。
図27はプロセスプラズマ処理装置の構成図であり、図28は同装置を上方から見た構成図である。気密容器20内の梁部分52には、複数の噴出ノズル110、111が配置されている。これら噴出ノズル110、111のうち一方の噴出ノズル110は噴出ノズル50に対して対向配置され、他方の噴出ノズル111は噴出ノズル51に対して対向配置されている。これら梁部分52の各噴出ノズル110、111のノズル径は、両サイド側の各噴出ノズル50、51のノズル径に比べて小さく形成され、媒質ガスの噴出量が少なくなっている。
このような構成であれば、各マイクロ波発振器24、25から発振され、それぞれマイクロ波導波管22、23内を伝搬してきたマイクロ波は、それぞれマイクロ波放出口26、27から放出され、マイクロ波導入窓28、29を通して気密容器20内に導入される。これと共にCF4、O2、Cl2等の媒質ガスが、気密容器20の両サイドに対向配置された各噴出ノズル50、51からそれぞれ気密容器20の中央部に向けて噴出される。この噴出された媒質ガスは、矢印(ハ)及び(ニ)に示すように気密容器20の中央部に向かい、梁部分52の直下まで到達する。これと共に梁部分52の各噴出ノズル110、111からそれぞれCF4、O2、Cl2等の媒質ガスが噴出され、この媒質ガスも梁部分52の下方に向かって流れる。これら噴出ノズル110、111から噴出される媒質ガス量は、両サイドの各噴出ノズル50、51から噴出される媒質ガス量に比べて少ない媒質ガス量となっている。このように媒質ガスが気密容器20内に供給されると、この媒質ガスは、マイクロ波により励起され、各マイクロ波導入窓28、29の下方でそれぞれプラズマが発生する。これらプラズマにより生成された活性種は、各ガス排気系33a、33bに向かうガス流に運ばれて、基板5をプロセス加工する。
このとき、活性種は、媒質ガスが気密容器20の両サイド及び梁部分52からこの梁部分52の下方に向かって流れるので、気密容器20内の基板5の全面に亘って均一な密度になる。
このように上記第9の実施の形態においては、気密容器20の両サイドに複数の噴出ノズル50、51を設けるとともに梁部分52にノズル径の小さい複数の噴出ノズル110、111を設けたので、上記各実施の形態と同様に、プラズマによって生成される気密容器20内の活性種密度を大面積の基板5上において均一に分布でき、この大面積の基板5に対するエッチングレートやアッシングレートを基板5の全面に亘って均一化でき、かつ加工速度が速くなる。
(10)次に本発明の第10の実施の形態について説明する。なお、図27及び図28と同一部分には同一符号を付してその詳しい説明は省略する。
図29はプロセスプラズマ処理装置の構成図であり、図30は同装置を上方から見た構成図である。気密容器20内の梁部分52には、複数の噴出ノズル112、113が配置されている。これら噴出ノズル112、113のうち一方の噴出ノズル112は噴出ノズル50に対して対向配置され、他方の噴出ノズル113は噴出ノズル51に対して対向配置されている。これら噴出ノズル112、113の配置数は、両サイド側の各噴出ノズル50、51の配置数に比べて少なく、例えば両サイド側の各噴出ノズル50、51の配置数5本に対して2本に設定され、媒質ガスの噴出量が少なくなっている。
このような構成であれば、各マイクロ波導波管22、23内を伝搬してきたマイクロ波は、それぞれマイクロ波放出口26、27から放出され、マイクロ波導入窓28、29を通して気密容器20内に導入される。これと共にCF4、O2、Cl2等の媒質ガスが、気密容器20の両サイドに対向配置された各噴出ノズル50、51からそれぞれ気密容器20の中央部に向けて噴出される。この噴出された媒質ガスは、矢印(ハ)及び(ニ)に示すように気密容器20の中央部に向かい、梁部分52の直下まで到達する。これと共に梁部分52の各噴出ノズル112、113からそれぞれCF4、O2、Cl2等の媒質ガスが噴出され、この媒質ガスも梁部分52の下方に向かって流れる。これら噴出ノズル112、113から噴出される媒質ガス量は、両サイドの各噴出ノズル50、51から噴出される媒質ガス量に比べて少ない媒質ガス量となっている。このように媒質ガスが気密容器20内に供給されると、この媒質ガスは、マイクロ波により励起され、各マイクロ波導入窓28、29の下方でそれぞれプラズマが発生する。これらプラズマにより生成された活性種は、各ガス排気系33a、33bに向かうガス流に運ばれて、基板5をプロセス加工する。
このとき、活性種は、媒質ガスが気密容器20の両サイド及び梁部分52からこの梁部分52の下方に向かって流れるので、気密容器20内の基板5の全面に亘って均一な密度になる。
このように上記第10の実施の形態においては、気密容器20の両サイドに複数の噴出ノズル50、51を設けるとともに梁部分52に配置数の少ない複数の噴出ノズル112、113を設けたので、上記各実施の形態と同様に、プラズマによって生成される気密容器20内の活性種密度を大面積の基板5上において均一に分布でき、この大面積の基板5に対するエッチングレートやアッシングレートを基板5の全面に亘って均一化でき、かつ加工速度が速くなる。
(11)次に本発明の第11の実施の形態について説明する。なお、図18及び図19と同一部分には同一符号を付してその詳しい説明は省略する。
図31はプロセスプラズマ処理装置の構成図であり、図32は同装置を上方から見た構成図である。気密容器20内の梁部分52の下部には、気密容器20内のガスを吸引する複数のガス吸込ポート120が設けられている。
このような構成であれば、各マイクロ波発振器24、25から発振され、それぞれマイクロ波導波管22、23内を伝搬してきたマイクロ波は、それぞれマイクロ波放出口26、27から放出され、マイクロ波導入窓28、29を通して気密容器20内に導入される。これと共にCF4、O2、Cl2等の媒質ガスが、気密容器20の両サイドに対向配置された各噴出ノズル50、51からそれぞれ気密容器20の中央部に向けて噴出される。この噴出された媒質ガスは、矢印(ハ)及び(ニ)に示すように気密容器20の中央部に向かい、梁部分42の直下まで到達し、そして、ガス吸込ポート120から吸込まれる。このように媒質ガスが気密容器20内に供給されると、この媒質ガスは、マイクロ波により励起され、各マイクロ波導入窓28、29の下方でそれぞれプラズマ53、54が発生する。これらプラズマ53、54により生成された活性種は、各ガス排気系33a、33bに向かうガス流、及びガス吸込ポート120に吸込まれるガス流に運ばれて、基板5をプロセス加工する。このように活性種は運ばれるので、活性種密度は、気密容器20内の基板5の全面に亘って均一になる。
このように上記第11の実施の形態においては、梁部分42にガス吸込ポート120を設けたので、活性種は、各ガス排気系33a、33bに向かうガス流及びガス吸込ポート120に吸込まれるガス流に運ばれ、その活性種密度は気密容器20内の基板5の全面に亘って均一になり、大面積の基板5に対するエッチングレートやアッシングレートを基板5の全面に亘って均一化でき、かつ加工速度が速くなる。
(12)次に本発明の第12の実施の形態について説明する。なお、図58と同一部分には同一符号を付してその詳しい説明は省略する。
図33はプロセスプラズマ処理装置の構成図である。プラズマチャンバ2に対してマイクロ波を遮蔽するパンチングプレート130が設けられている。なお、このパンチングプレート130は、プラズマチャンバ2に電気的に接続され、接地されている。このパンチングプレート130は、図34に示すようにホルダ35及び曲面ホルダ131によりプラズマチャンバ2からプロセスチャンバ3へ向かって凸形状に突き出る所定の曲率半径に湾曲して、プラズマチャンバ2に止め付けられている。
この曲面ホルダ131は、例えば弧の厚みが10mm程度になるように決められ、長さ50cmではパンチングプレート130の曲率半径が約6000mmとするものである。
このような構成であれば、2つのマイクロ波導波管8、9内を伝搬してきたマイクロ波は、それぞれマイクロ波放出口10、11から放出され、マイクロ波導入窓12、13を通してプラズマチャンバ2内に導入される。
これと共にガス供給口6、7を通してCF4、O2、Cl2等の媒質ガスがプラズマチャンバ2内に供給されるので、この媒質ガスは、マイクロ波により励起され、それぞれプラズマ19、20が発生する。これらプラズマ19、20により生成された活性種は、排気口18に向かうガス流に運ばれて、基板5をプロセス加工する。
ここで、プラズマ発生時、プラズマ19、20には、マイクロ波によりkWオーダのエネルギが供給される。このエネルギは、活性種を生成させると共に媒質ガスを加熱する。
そして、この加熱された媒質ガス及びプラズマ19、20からの輻射によりパンチングプレート130を加熱される。
このようにパンチングプレート130にプラズマ19、20からの熱が上面から加わると、パンチングプレート130は、下方向の凸形状を保持したまま熱変形し、かつ上面が延びて下方向への突出が小さくなる。このような変形では、下方向への凸形状は維持されるので、プラズマチャンバ2の形状は大きく歪むことはなく、放電分布もプラズマ19、20の発生時である初期状態が維持される。なお、上方向への凸形状も考えられるが、マイクロ波放出口10、11とパンチングプレート130との距離が短くなってしまい、極端にプラズマ19、20の密度が高くなる場合があるで、下方向への凸形状の方が望ましい。従って、プラズマ19、20により生成される活性種密度は、プロセスチャンバ3内の基板5の全面に亘って均一になる。
このように上記第12の実施の形態においては、パンチングプレート130をホルダ35及び曲面ホルダ131によりプラズマチャンバ2からプロセスチャンバ3へ向かって凸形状となる所定の曲率半径に湾曲して設けたので、パンチングプレート130は、下方向の凸形状を保持したまま熱変形するため、プラズマチャンバ2の形状変化は最小限度に抑えられる。これにより、動作時間の経過によっても放電状態は変化することなく、基板5での加工量の面内分布の時間変化Koは、図35に示すように従来の加工量の面内分布の時間変化K1 と比べて2分の1以下となった。そして、基板5での加工量の面内分布率は、従来において時間経過と共に±10%〜±20%に上昇していたのに対し、本発明装置ではほぼ±10%前後のまま維持できる。又、曲面ホルダ131を用いる方式では、パンチングプレート130を型押し加工する方法に比べて1枚で具体的に5万円〜10万円程度安価にできる。
なお、上記第12の実施の形態は、次の通り変形してもよい。
例えば、上記第12の実施の形態では、曲面ホルダ131によりパンチングプレート130の一方向の曲面のみを湾曲させたが、これに限らず図36に示すように2つの曲面ホルダ131、132を用いて2方向の曲面でパンチングプレート130を湾曲させてもよい。このように2方向から湾曲させても、基板5での加工量の面内分布の時間変化は少なくできる。
(13)次に本発明の第13の実施の形態について説明する。なお、図58と同一部分には同一符号を付してその詳しい説明は省略する。
図37はプロセスプラズマ処理装置の構成図である。プロセスチャンバ250の上部には、マイクロ波導波管251が設けられている。このマイクロ波導波管251は、マイクロ波発振器252から発振されたマイクロ波253をプロセスチャンバ250内に導くもので、その中間部にはマイクロ波チューナ254が設けられている。
このマイクロ波導波管251の下面には、マイクロ波導入窓255が設けられ、このマイクロ波導入窓255がプロセスチャンバ250の上部に設けられている。又、マイクロ波導波管251のマイクロ波導入窓255と接する部分には図示しないがスリット状の2つのマイクロ波放出口が形成されている。マイクロ波導入窓255は、マイクロ波を効率良くプラズマチュンバ250内に導入するために例えば石英、アルミナセラミック等の誘電体により形成されている。
プラズマチャンバ250は、CF4、O2、Cl2等の媒質ガスを封入するもので、そのサイド側にはこれら媒質ガスをプラズマチャンバ2内に供給するためのガス供給口256が設けられている。なお、プラズマチャンバ250の下部には、排気系257が設けられている。
又、プロセスチャンバ250内下部には、加工ステージ258が設けられている。この加工ステージ258には、大口径半導体ウエハや液晶基板等の基板5が載置されている。
プロセスチャンバ250内には、パンチングプレート259が配置され、このパンチングプレート259によりプロセスチャンバ250内を放電室260と加工室261とに隔てている。
このパンチングプレート259は、例えば加工室261側に凸状に膨らんだ、いわゆるお椀のような形状に形成され、その底部が桟262により支持されている。
このように放電室260は、加工室261と隔てるパンチングプレート259によりマイクロ波に対して共振器が構成される寸法、形状に形成されている。
平均誘電率は、共振器内の構成物質(例えば窓、ガス)の寸法、固有誘電率等によって定まる。
上記パンチングプレート259には、放電室260の周壁の温度に応じてその形状を補正するための補正機構Fが設けられている。
この補正機構Fは、放電室260内におけるプラズマ放電部近傍の温度を検出するために放電室260の壁温度を測定する測定子263と、この測定子263により測定された放電室260の壁温度に応じた最適な位置に桟262を移動制御する制御部264と、この制御部264からの制御信号を受けて桟262を移動し、これによりパンチングプレート259を放電室260の周壁の温度に応じて形状に補正してパンチングプレート259と基板5との間隔を最適化する捩子送り等の桟移動機構265とから構成されている。
ここで、制御部264によるパンチングプレート259の形状の最適化制御は、上記の通り測定子263により測定される放電室260の周壁の温度に基づいて行っている。すなわち、放電室260の周壁温度の上昇に伴い、共振器内の平均誘電率は減少するとともに共振長さは長くなる。
図38は放電室260の温度と放電室260の長さ、言い換えればマイクロ波導入窓255からパンチングプレート259までの寸法の関係を定性的に示す。同図から装置温度の変化に追従して安定な動作を行うためには、放電室260の温度に応じて桟262を移動させればよいことが分かる。
従って、制御部264は、測定子263により測定された放電室260の壁温度を入力し、図38に示す放電室260の温度と放電室260の長さとの関係に基づき、放電室260の壁温度に応じた最適な位置に桟262を移動制御する制御信号を桟移動機構265に送出する機能を有している。
なお、パンチングプレート259は、プロセスチャンバ250の内壁に対して例えば上下方向に摺動自在に設けられ、かつ横方向にも滑ることが可能に設けられている。
次に上記の如く構成された装置の作用について説明する。
マイクロ波導波管251内を伝搬してきたマイクロ波253は、マイクロ波放出口から放出され、マイクロ波導入窓255を通してプロセスチャンバ250内に導入される。
これと共にガス供給口256を通してCF4、O2、Cl2等の媒質ガスがプロセスチャンバ3内に供給されるので、この媒質ガスは、マイクロ波により励起されてプラズマが発生する。
このプラズマにより生成された活性種の密度は、プロセスチャンバ3内で均一に分布し、その活性種は、排気系257に向かうガス流に運ばれて、基板5をプロセス加工する。
このように基板5を複数枚について連続的にプロセス加工すると、図39に示すように最初の1枚目と後半とでは、放電室260の周壁温度がかなり異なってくる。
そこで、測定子263は、放電室260の壁温度を測定し、その温度信号を制御部264に送る。
この制御部264は、測定子263により測定された放電室260の壁温度を入力し、図38に示す放電室260の温度と放電室260の長さとの関係に基づいて放電室260の壁温度に応じた最適な桟262の位置を求め、この桟262の位置に移動させる制御信号を桟移動機構265に送出する。
この桟移動機構265は、制御部264からの制御信号を入力すると、この制御信号で指示された桟262の位置に桟262を移動させる。これにより、パンチングプレート259と基板5との間隔は最適化され、放電室260の壁温度の変化に追従して安定な動作が維持される。
このように上記第13の実施の形態においては、測定子263により測定された放電室260の壁温度に応じた最適な位置に桟262を移動させるように構成したので、基板5を複数枚について連続的にプロセス加工した場合、最初の1枚目と後半とでは、放電室260の周壁温度がかなり異なっても、放電室260の壁温度の変化に追従して安定な動作が維持できる。例えば動作開始直後の装置が完全に冷えきった状態からの動作に発生していた動作不安定化を回避できる。
(14)次に本発明の第14の実施の形態について説明する。なお、図37と同一部分には同一符号を付してその詳しい説明は省略する。
図40はプロセスプラズマ処理装置の構成図である。パンチングプレート259を支持する桟270は、形状記憶合金により形成され、この桟270の周囲温度に応じてその形状が変化し、パンチングプレート259と基板5との間隔を最適化する機能を有している。例えば、プロセスチャンバ250内では、数十枚の基板5を連続的に処理するが、この場合、放電室260すなわちパンチングプレート259の温度は、処理枚数に伴って上昇し、その後、一定値Tcで推移する。
このような事から桟270は、例えば図41(a)に示すように温度が一定値Tcのときに最適な形状となり、室温時に同図(b)に示すような変形した形状となるようにする。
次に上記の如く構成された装置の作用について説明する。
マイクロ波導波管251内を伝搬してきたマイクロ波253は、マイクロ波放出口から放出され、マイクロ波導入窓255を通してプロセスチャンバ250内に導入され、これと共にガス供給口256を通してCF4、O2、Cl2等の媒質ガスがプロセスチャンバ3内に供給されるので、この媒質ガスは、マイクロ波により励起されてプラズマが発生する。このプラズマにより生成された活性種の密度は、プロセスチャンバ3内で均一に分布し、その活性種は、排気系257に向かうガス流に運ばれて、基板5をプロセス加工する。
このようにして基板5を複数枚連続的にプロセス加工すると、上記図39に示すように最初の1枚目の基板5とその後半の基板5とでは、放電室260の周壁温度がかなり異なる。
このような場合、パンチングプレート259を支持する桟270は、形状記憶合金により形成されているので、その周囲温度に応じてその形状が変化し、例えば数十枚の基板5を連続的に処理して放電室260の温度が一定値Tcで推移している場合、桟270は、例えば図41(a)に示すような最適な形状になる。
これによりパンチングプレート259と基板5との間隔は、最適化され、放電室260の壁温度の変化に追従して安定な動作が維持される。
このように上記第14の実施の形態においては、パンチングプレート259を支持する桟270を形状記憶合金により形成し、例えば数十枚の基板5を連続的に処理して放電室260の温度が一定値Tcで推移している場合に最適な形状になるようにしたので、上記第13の実施の形態と同様に、基板5を複数枚について連続的にプロセス加工した場合、最初の1枚目と後半とでは、放電室260の周壁温度がかなり異なっても、放電室260の壁温度の変化に追従して安定な動作が維持できる。例えば動作開始直後の装置が完全に冷えきった状態からの動作に発生していた動作不安定化を回避できる。
なお、上記第13及び第14の実施の形態における桟262、270には、図42(a)に示すようなパンチングプレート259に対し、同図(b)に示すような複数の穴の形成された桟用パンチングプレート271を設けてもよい。
そして、この桟用パンチングプレート271をパンチングプレート259に対し位置をずらして配置したり、又は回転自在に設ける構成にすれば、桟用パンチングプレート271をパンチングプレート259に組み合わせた場合、穴の開口率を可変できる。
(15)次に本発明の第15の実施の形態について説明する。なお、図21と同一部分には同一符号を付してその詳しい説明は省略する。
図43はプロセスプラズマ処理装置の構成図である。気密容器60の両サイド側の内壁には、互いに対向する1対の第1の噴出ノズル群75、76が設けられている。又、気密容器60内の各梁部分73、74には、それぞれ互いに対向する1対の第2の噴出ノズル群140、141が設けられている。これら第1の噴出ノズル群75、76及び第2の噴出ノズル群140、141は、それぞれCF4、O2、Cl2等の媒質ガスを気密容器60の中央部に向けて噴出するものである。
又、気密容器60内の一方の梁部分73には、第3の噴出ノズル群142が第1の噴出ノズル群75と対向配置されている。又、気密容器60内の他方の梁部分74には、第4の噴出ノズル群143が第2の噴出ノズル群76と対向配置されている。
これら噴出ノズル群のうち、第1の噴出ノズル群75、76は、図44のガス制御系の構成図に示すように、第1のガス管144に共通接続され、第3と第4の噴出ノズル群142、143が第2のガス管145に共通接続されている。
そして、第2の噴出ノズル群140、141が第3のガス管146に共通接続されている。これら第1〜第3のガス管144〜146は、それぞれ共通接続されてガス源に接続されている。
なお、これら第1〜第3のガス管144〜146は、それぞれ共通接続せず、例えばCF4等のハロゲン系のガスと、酸素ガスとの各ガス源に別々に接続する構成としてもよい。これら第1〜第3のガス管144〜146には、それぞれ第1〜第3の調節弁147〜149が設けられている。
一方、制御装置150は、第1〜第3の調節弁147〜149の開度を調節して、各噴出ノズル75、76、…143から媒質ガスの噴出量を制御する機能を有している。
具体的に、制御装置150は、基板5に対するプロセス処理の終了点近くで、複数の噴出ノズル75、76、…143から噴出する各媒質ガスのうち所定の媒質ガス、例えばハロゲン系ガスと酸素ガスとであれば、酸素ガスの割合を大きくする、すなわち酸素ガスの流量を増加する機能を有している。
又、制御装置150は、エッチングレートが均一の場合、プロセス処理中ではハロゲン系ガスと酸素ガスとの流量比を所定の比率とし、プロセス処理の終了点近くでは気密容器60内の外周部における酸素ガスの割合を大きくする機能を有している。
又、制御装置150は、エッチングレートが不均一な場合、プロセス処理中では気密容器60内のエッチングレートの低い部分に対するハロゲン系ガスの割合を大きくし、プロセス処理の終了点近くでは気密容器60内の外周部における酸素ガスの割合を大きくする機能を有している。
又、制御装置150は、気密容器60内の圧力変動、気密容器60のガスを排気するポンプの負荷、又はこのポンプの回転数によりプロセス処理の終了点を監視する機能を有している。
次に上記の如く構成された装置の作用について説明する。
ところで、プロセスプラズマ装置によるプロセス製造方法は、上記の如く例えば金属膜をエッチングする場合、図61に示すようにエッチング処理の進行により金属膜37は、エッチングされ、最終的にその断面形状が台形状となるように加工される。
このような金属膜37の台形状の形状は、エッチングプロセスにおいて金属膜37のみならずレジスト38も同時にエッチングすることにより得られる。
従って、かかるプロセス製造では、金属膜37をエッチングするためのCF4等のハロゲン系のガス、レジスト38をエッチングするための酸素ガスとの2種類のガスを用いることが一般的である。
これらガス種の流量比により金属膜37の台形状が変化するが、一般に重要となるのは、台形状のテーパ角である。
ここで、流量比とエッチング特性との関係をまとめると次の通りとなる。
CF4等のハロゲン系のガスが多くなると、処理速度(エッチングレート)が速くなり、テーパ角が大きくなる。
酸素ガスが多くなると、処理速度が遅くなり、テーパ角が小さくなる。
図45は酸素ガス流量比に対するテーパ角の関係を示しており、酸素流量が多くなるに従ってテーパ角が小さくなっている。
図46は酸素ガス流量比に対するエッチングレートの関係を示しており、酸素流量が多くなるに従って金属膜に対するレートが低下し、レジストに対するレートが大きくなっている。
図47はエッチング時間に対するテーパ角の関係を示しており、エッチング時間経過に従ってテーパ角が大きくなっている。
一方、エッチング終了間際では、基板5内でエッチングレートが速い部分においてプロセスが終了しているので、エッチング処理すべき金属膜が急激に減少する。このため、エッチング終了間際の時間帯では、エッチングによって形成された金属膜の台形状の側面がエッチングされ易く、テーパ角が大きくなる傾向にある。図48はこの例では基板5上の測定位置に対するテーパ角を示しており、基板5上の中心部よりも周辺部の方がテーパ角が大きくなっている。従って、以上のことからプロセス終了時点近くでのガス流量比を、通常のプロセスを行う場合よりも酸素ガス流量の多いものとする。
各マイクロ波導波管62〜64内を伝搬してきたマイクロ波は、それぞれマイクロ波放出口67〜69から放出され、3つのマイクロ波導入窓70〜72を通して気密容器60内に導入される。これと共にCF4ガス及び酸素ガスが、各噴出ノズル75、76、…143から気密容器60内に噴出される。この場合、CF4ガス及び酸素ガスは、各噴出ノズル75、76、…143から混合して噴出される、又はCF4ガスと酸素ガスとの種別ごとに噴出ノズル75、76、…143を変えてそれぞれ別々に気密容器60内に噴出される。これら噴出された媒質ガスは、気密容器60内に一様に流れる。
このようにCF4ガス及び酸素ガスが気密容器60内に供給されると、これらCF4ガス及び酸素ガスは、マイクロ波により励起され、3つのマイクロ波導入窓70〜72の下方でそれぞれプラズマが発生する。これらプラズマにより生成された活性種は、各ガス排気系33a、33bに向かうガス流に運ばれて、基板5をプロセス加工する。
このとき、活性種は、気密容器60内の基板5の全面に亘って均一な密度になる。
このようなプロセス進行において、制御装置150は、気密容器60内の圧力変動、気密容器60のガスを排気するポンプの負荷、又はこのポンプの回転数によりプロセス処理の終了点を監視する。すなわち、図49に示すようにプロセスが行われる以前では気密容器60内に導入されるCF4 ガス及び酸素ガスと排気とが釣り合い、気密容器60内は一定の圧力に保たれる。
プロセスが開始すると、導入されるCF4ガス及び酸素ガス以外に反応生成ガスが生じるので、気密容器60内の圧力は上昇する。
その後、気密容器60内の圧力を一定に保つために、ポンプの回転数が多くなり、気密容器60内の圧力は、目標値に戻り一定になる。
プロセス終了が近付くと、反応生成ガスの発生が減少し、気密容器60内の圧力は減少する。
従って、制御装置150は、気密容器60内の圧力変動を監視し、プロセス処理の終了点において、第1〜第3の調節弁147〜149の開度を調節して酸素ガスの流量を増加する、又はCF4の流量を減少する。
これにより、金属膜37の断面形状は、図50のプロセス時間経過に対するテーパ角の関係に示すように、基板5の中心部及び周縁部において最終的に目標のテーパ角を有する台形状となるように加工される。
このような場合、各噴出ノズル75、76、…143の配置位置を調整することにより、テーパ角は、図51に示すように基板5の中心部及び周縁部において最終的に目標値に一致するように台形状に加工される。
なお、ここでは中心部のテーパ角が周縁部に比べて小さくなる例で説明したが、使用する装置の特性によっては周縁部が高くなる場合もある。しかし均一性が低いという面では同じ課題を持っている。
一方、大口径半導体ウエハや液晶基板等の大面積の基板5に対するプロセスを行う場合、処理すべき基板5の面内でのプラズマ密度が均一でないため、得られる金属膜の形状が面内においてばらつくことがある。
しかるに、基板5における面内のエッチングレートの均一性はよいが、金属膜のテーパ角が基板5の中心部と周辺部とで異なる場合、制御装置150は、第1〜第3の調節弁147〜149の開度を調節し、プロセス処理中においてCF4等のハロゲン系ガスと酸素ガスとの流量比を所定の比率としてエッチングを行う。
そして、制御装置150は、プロセス処理の終了点近くにおいて気密容器60内の外周部における酸素ガスの割合を大きくする。
又、基板5における面内の処理レートの均一性がやや悪い場合、制御装置150は、プロセス処理中において気密容器60内の処理レートの低い部分に対するハロゲン系ガスの割合を大きくしてエッチングを行う。
そして、制御装置150は、プロセス処理の終了点近くにおいて気密容器60内の外周部における酸素ガスの割合を大きくする。
このように上記第15の実施の形態においては、第1〜第3の調節弁147〜149の開度を調節して、各噴出ノズル75、76、…143から媒質ガスの噴出量を制御するようにしたので、金属膜を必要とするテーパ角の台形状に形成できる。
従って、このようなプロセス処理方法を適用すれば、液晶基板上に限らず、大口径半導体ウエハ上の半導体装置の製造において、例えばSi基板上に形成する各種層を必要とするテーパ角の台形状に形成できる。
1,20,60,90…気密容器、2…プラズマチャンバ、3…プロセスチャンバ、4,21,61…加工ステージ、5…被加工物(基板)、6,7…ガス供給口、8,9,22,23,62,63,64…マイクロ波導波管、10,11,26,27…マイクロ波放出口、12,13,28,29,70,71,72…マイクロ波導入窓、15…マイクロ波共振端、40…外部補強部、50,51,75,76,110,111,112,113…噴出ノズル、52,73,74…梁部分、75,76,80,81…噴出ノズル群、104,105,106,107…噴出ノズル群、120…ガス吸込ポート、130…パンチングプレート、131…曲面ホルダ、147〜149…調節弁、150…制御装置、200…プラズマ源ベース板、201…マイクロ波導入窓、202…マイクロ波導入管、203,204,220,221…マイクロ波放出口、206,208〜210…磁石、222…スロットアンテナ部、225,226……金属板、227,228…金属棒、229,230…案内孔、240…スロットアンテナ部、242…角材、243a〜243f…金属棒、250…プロセスチャンバ、251…マイクロ波導波管、252…マイクロ波発振器、255…マイクロ波導入窓、259…パンチングプレート、262,270…桟、263…測定子、264…制御部、265…桟移動機構。