JP2007096354A - プラズマ処理装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 上部電極と下部電極の間の処理空間以外でのプラズマの発生が抑制されるプラズマ処理装置を提供する。
【解決手段】 プラズマ処理装置の一実施形態であるプラズマエッチング装置１は、基板Ｇを収容する接地されたチャンバ２と、チャンバ２内に処理ガスを供給するガス供給源１９を有するガス供給手段と、チャンバ２内に絶縁部材３を介して設けられ、基板Ｇを保持する下部電極たるサセプタ５と、サセプタ５と対向してチャンバ２との間に絶縁部材７を介在させてチャンバ２と完全に絶縁された状態でチャンバ２内に設けられた上部電極１２と、処理ガスのプラズマを形成する高周波電源２６と、上部電極１２とチャンバ２との間にインダクタンスを発生させるために、シャワーヘッド１２とチャンバ２とを接続するインダクタたる銅板８とを具備する。
【選択図】 図１

Description

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プラズマ処理装置に関する。

半導体デバイスや液晶表示装置の製造工程においては、半導体ウエハやガラス基板といった被処理基板にエッチング処理や成膜処理等のプラズマ処理を施すために、プラズマエッチング装置やプラズマＣＶＤ成膜装置等のプラズマ処理装置が用いられる。

図４は、このようなプラズマ処理装置の一例である、ガラス基板のドライエッチング処理を行うプラズマエッチング装置を示す概略断面図である。このプラズマエッチング装置１００は、チャンバ１０１内に互いに対向するように設けられた上部電極として機能するシャワーヘッド１０２と下部電極として機能するサセプタ１０３とを有している。シャワーヘッド１０２は接地（ＧＲＤ、アース）されており、シャワーヘッド１０２はチャンバ１０１と電気的に接続されるようにしてチャンバ１０１に保持されている。また、サセプタ１０３は絶縁板１０６によってチャンバ１０１と絶縁されており、サセプタ１０３の上部の中央部にはガラス基板Ｇが保持される保持面１０３ｂを有する突出部１０３ａが上方に突出するように形成され、サセプタ１０３の上面周辺部および側面は絶縁部材１０５によって覆われている。

サセプタ１０３上にガラス基板Ｇが載置され、シャワーヘッド１０２を通して外部からチャンバ１０１内に処理ガスが供給された状態で、高周波電源１０４からサセプタ１０３に高周波電力を供給すると、チャンバ１０１内にプラズマが発生し、このプラズマによりガラス基板Ｇ上に形成された所定の膜がエッチングされる。

しかしながら、上記プラズマエッチング装置１００では、プラズマが上部電極と下部電極の間の処理空間、つまりシャワーヘッド１０２とサセプタ１０３との間の処理空間以外の空間で強く発生して、チャンバ１０１の内壁が損傷したり、チャンバ１０１内に設けられた種々の部品の損傷や消耗が進みやすくなるという問題がある。

本発明はかかる事情に鑑みてなされたものであって、上部電極と下部電極の間の処理空間以外でのプラズマの発生を抑制することができるプラズマ処理装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、本発明の第１の観点によれば、被処理基板を収容する接地されたチャンバと、
前記チャンバ内に処理ガスを供給するガス供給手段と、
前記チャンバ内を排気する排気機構と、
前記チャンバ内に絶縁部材を介して設けられ、前記被処理基板を保持する下部電極と、
前記下部電極と対向して前記チャンバとの間に絶縁部材を介在させて前記チャンバと完全に絶縁された状態で前記チャンバ内に設けられた上部電極と、
前記上部電極と前記チャンバとの間にインダクタンスを発生させるために、前記上部電極と前記チャンバを接続するインダクタと、
前記下部電極に高周波電力を供給し、前記下部電極と前記上部電極との間の処理空間に前記処理ガスのプラズマを形成する高周波電源と、
を具備することを特徴とするプラズマ処理装置、が提供される。

このようなプラズマ処理装置において、インダクタとしては１以上の導電部材が好適に用いられ、例えば、線状または棒状または板状の金属部材が挙げられる。特に、金属部材としては銅板が好適に用いられる。銅板を用いた場合において、チャンバおよび上部電極にこの銅板を挟み込んで固定する溝を形成すると、銅板の脱着が容易である。

上部電極は、ガス供給手段に接続されてガス供給手段から供給される処理ガスをチャンバ内に供給するように構成されたものとすることができ、好適な例としてはシャワーヘッドを挙げることができる。

本発明の第２観点によれば、 被処理基板を収容するチャンバと、
前記チャンバ内に処理ガスを供給するガス供給手段と、
前記チャンバ内を排気する排気機構と、
前記チャンバ内に絶縁物を介して設けられ、前記被処理基板を保持する下部電極と、
前記下部電極と対向するように前記チャンバ内に絶縁部材を介して設けられた上部電極と、
前記下部電極または前記上部電極に高周波電力を供給し、前記下部電極と前記上部電極との間の処理空間に前記処理ガスのプラズマを形成する高周波電源と、
１０ｎＨ以上のインダクタンスを有し、前記下部電極および前記上部電極のうち前記高周波電源から高周波電力が供給されないものと接続された、インダクタのみにより接地される電流経路と、
を具備することを特徴とするプラズマ処理装置、が提供される。

インダクタンスを１０ｎＨ以上としたのは、これよりも小さいインダクタンスではインピーダンスが小さくなり、結果的に上部電極および下部電極のうち高周波電源から高周波電力が供給されないものを直接に接地するという従来のプラズマ処理装置の構成と同様になるからである。なお、高周波電源は下部電極に接続することが好ましい。

本発明によれば、チャンバおよびチャンバ内に設けられた種々の接地された部品に対して、上部電極と下部電極の間の容量結合が強化されるため、上部電極と下部電極の間の処理空間以外でのプラズマの発生が抑制される。これによりチャンバの内部損傷や消耗が抑制され、さらに損傷または消耗した部品の成分による被処理基板の汚染が防止される。

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であるＬＣＤガラス基板用のプラズマエッチング装置の概略断面図である。このプラズマエッチング装置１は、容量結合型平行平板プラズマエッチング装置として構成されている。

プラズマエッチング装置１は、例えば表面が陽極酸化処理されたアルミニウムからなる角筒形状のチャンバ２を有している。このチャンバ２は接地されており、ＧＮＤ電位に保持されている。

チャンバ２内の底部には絶縁材料からなる角板状の絶縁板３が設けられており、さらにこの絶縁板３の上に下部電極として機能するサセプタ５が設けられている。サセプタ５は、例えばアルミニウムからなり、その表面に酸化被膜（陽極酸化被膜）が形成されている。サセプタ５の上部の中央部には、被処理基板であるＬＣＤガラス基板Ｇ（以下「基板Ｇ」と記す）が載置される柱状の突出部５ａが上方に突出するように形成されており、この突出部５ａの上面は基板Ｇを保持する保持面５ｂとなっている。

また、サセプタ５上面の突出部５ａの周辺部および側面はセラミックス等からなる絶縁部材６によって囲まれており、サセプタ５の上面のうち実質的に保持面５ｂのみが露出するようになっている。突出部５ａの保持面５ｂは、基板Ｇよりも小さい面積を有しており、基板Ｇが載置された際には、基板Ｇの外周部がはみ出た状態となり、保持面５ｂ上に基板Ｇを保持した状態では、サセプタ５の上面には露出部分が存在せず、突出部５ａの側面部５ｃがわずかに露出した状態となる。

サセプタ５には、高周波電力を供給するための給電線２４が接続されており、この給電線２４には整合器２５および高周波電源２６が接続されている。高周波電源２６からは、例えば１３．５６ＭＨｚの高周波電力がサセプタ５に供給される。

サセプタ５の上方には、このサセプタ５と平行に対向するように、上部電極として機能するシャワーヘッド１２が設けられている。シャワーヘッド１２はチャンバ２の上壁に設けられた開口部２ｂの縁に沿ってチャンバ２の内部に配置された絶縁材料からなる角筒状の絶縁部材７に取り付けられている。シャワーヘッド１２はサセプタ５とともに一対の平行平板電極を構成している。

チャンバ２とシャワーヘッド１２とは、所定のインダクタンスを有する複数の銅板８によって電気的に接続されている。図２は銅板８の接続形態を示す概略平面図である。銅板８はチャンバ２の開口部２ｂの縁に沿って略等間隔で配置されており、シャワーヘッド１２の電位分布が均一になるようになっている。また、銅板８の一端は、例えばネジによってシャワーヘッド１２にネジ止めされ、他端はネジによってチャンバ２にネジ止めされている。これにより銅板８の脱着が容易であり、シャワーヘッド１２と接地されたチャンバ２との間のインダクタンスの調整を容易に行うことができる。

シャワーヘッド１２は内部空間１３を有するとともに、サセプタ５との対向面に処理ガスを吐出する多数の吐出孔１４が形成され、上面にガス導入口１５が設けられている。このガス導入口１５には、処理ガス供給管１６が接続されており、処理ガス供給管１６には、バルブ１７およびマスフローコントローラ１８を介して処理ガス供給源１９が接続されている。処理ガス供給源１９からは、エッチングのための処理ガスが供給される。処理ガスとしては、ハロゲン系のガス、酸素（Ｏ_２）ガス、アルゴン（Ａｒ）ガス等、通常この分野で用いられるガスを用いることができる。

前記チャンバ２の側壁底部には排気管２０が接続されており、この排気管２０には排気装置２１が接続されている。排気装置２１はターボ分子ポンプなどの真空ポンプを備えており、これによりチャンバ２内を所定の減圧雰囲気まで真空引き可能なように構成されている。また、チャンバ２の側壁には基板搬入出口２２と、この基板搬入出口２２を開閉するゲートバルブ２３とが設けられており、このゲートバルブ２３を開にした状態で基板Ｇが隣接するロードロック室（図示せず）との間で搬送されるようになっている。

上述した構造を有するプラズマエッチング装置１によれば、処理空間２ａ以外の空間でのプラズマの発生が抑制され、これによってチャンバ２の内部損傷や消耗が抑制される。

この理由は以下のように考えられる。つまり、図４に示した従来のプラズマエッチング装置１００のようにシャワーヘッド１０２が直接に接地されている場合には、サセプタ１０３（カソード）とシャワーヘッド１０２（アノード）間の容量結合だけでなく、サセプタ１０３とチャンバ１０１との間の容量結合も強いために、サセプタ１０３とチャンバ１０１との間で高周波電界が生じ、これによってサセプタ１０３とシャワーヘッド１０２間の処理空間以外の空間でプラズマ（以下「異常プラズマ」という）が発生する。

しかし、プラズマエッチング装置１のように、シャワーヘッド１２に適切な値のインダクタンスを有する銅板８を接続して、この銅板８を接地した場合には、プラズマの容量成分と銅板８のインダクタンス成分との間で直列共振が発生する。これによってサセプタ５とシャワーヘッド１２との間のインピーダンスが、サセプタ５とチャンバ２との間のインピーダンスよりも小さくなり、サセプタ５とシャワーヘッド１２との間の容量結合が強化されてプラズマは処理空間２ａに閉じこめられ、異常プラズマ発生が抑制されるようになる。

このように異常プラズマの発生が抑制される場合には、安定放電電力値（異常プラズマが発生する最小の電力値）が大きくなり、所定の供給電力における異常プラズマの発生を抑制して、処理空間２ａにプラズマを安定して発生させることができる。

図３は、銅板８の設置枚数と安定放電電力値との関係を示す説明図（グラフ）である。この関係を求めるに際して、最高出力が１５ｋＷの高周波電源２６を用いている。銅板８が６枚以上の場合には、安定放電電力値は１０ｋＷ〜１２ｋＷの範囲に収まっている。この値は従来のプラズマエッチング装置１００の安定放電電力値と同等であり、例えば、出力１２ｋＷでのエッチング処理においては、異常プラズマの発生によって、チャンバ２の内部の損傷が進むことを示している。このような結果は、銅板８の配置数を多くした場合には、銅板８全体のインピーダンスが小さくなってインダクタンスも小さくなり、結果的に従来と同様にシャワーヘッド１２を直接に接地した場合と同じ構成となることによると考えられる。

これに対して、銅板８が１枚〜５枚の範囲（インダクタンスが６０〜１０ｎＨの範囲）では、１５ｋＷの安定放電電力値が得られており、例えば、出力１２ｋＷでも、異常プラズマを発生させることなく、処理空間２ａに安定して高出力のプラズマを発生させることができることが確認された。

また、銅板８を設けずに、シャワーヘッド１２を電気的にフロート状態とした場合にも、１４．５ｋＷの安定放電電力値が得られている。この場合にも、チャンバ２およびチャンバ２内に設けられた種々の接地された部品に対して、サセプタ５とシャワーヘッド１２との間の容量結合が強化されるため、異常プラズマの発生が抑制されると考えられる。以上の結果から、銅板８のインダクタンス（合計値）は１０ｎＨ以上とすることが好ましい。

ところで、図２には４本の銅板８が示されているが、図３に示される結果を考慮すれば、例えば、１枚の銅板の長さが長い場合や断面積が小さい場合等のように１本あたりのインピーダンスが大きい場合には、より多くの銅板を配置することができ、逆に１本あたりのインピーダンスが小さい場合には、配置することができる銅板の数は少なくなる。

次に、上記プラズマエッチング装置１における処理動作について説明する。最初に、被処理体である基板Ｇは、ゲートバルブ２３が開放された後、図示しないロードロック室から基板搬入出口２２を介してチャンバ２内へと搬入され、サセプタ５の上部の中央部に形成された突出部５ａの保持面５ｂに保持される。この場合に、基板Ｇの受け渡しはサセプタ５の内部を挿通しサセプタ５から突出可能に設けられたリフターピン（図示せず）を介して行われる。その後、ゲートバルブ２３が閉じられ、排気装置２１によってチャンバ２内が所定の真空度まで真空引きされる。

その後、バルブ１７が開放されて、処理ガス供給源１９から処理ガスがマスフローコントローラ１８によってその流量が調整されつつ、処理ガス供給管１６、ガス導入口１５を通ってシャワーヘッド１２の内部空間１３へ導入され、さらに吐出孔１４を通って基板Ｇに対して均一に吐出され、チャンバ２内の圧力が所定の値に維持される。

この状態で高周波電源２６から整合器２５を介して高周波電力をサセプタ５に印加することによりサセプタ５とシャワーヘッド１２との間の処理空間２ａに高周波電界が生じ、処理ガスが解離してプラズマ化し、これにより基板Ｇにエッチング処理が施される。上述したように、エッチング処理時には異常プラズマの発生が抑制されるために、チャンバ２の内部損傷や消耗が抑制され、これによりチャンバ２の耐久性が高められる。また、異常プラズマの発生による基板Ｇの損傷や、異常プラズマによって消耗された部品等の成分による基板Ｇの汚染が回避される。

エッチング処理を施した後、高周波電源２６からの高周波電力の印加を停止し、ゲートバルブ２３が開放され、基板Ｇが基板搬入出口２２を介してチャンバ２内から図示しないロードロック室へ搬出されることにより基板Ｇのエッチング処理が終了する。

以上、本発明の実施の形態について説明してきたが、本発明はこのような形態に限定されるものではない。例えば、シャワーヘッド１２とチャンバ２とを電気的に接続するインダクタとして、銅板８を使用した形態について説明したが、このような回路素子は、板材に限らず、線材や棒材であっても構わない。また、その素材は銅に限定されるものではなく、アルミニウム等の他の金属材料であってもよく、サーメット等の複合材料であってもよい。

上記説明においては、銅板８をシャワーヘッド１２およびチャンバ２に対して脱着する手段としてネジを挙げたが、例えば、シャワーヘッド１２とチャンバ２に雌型プラグを設け、銅板８の端部にこの雌型プラグに嵌め込む雄型プラグを設けて、これらを脱着する構成とすることもできる。また、シャワーヘッド１２およびチャンバ２に銅板８を挟み込むクリップ部を設けて、このクリップ部を利用して銅板８の脱着を行うようにすることもできる。さらに、シャワーヘッド１２とチャンバ２に溝を切っておき、銅板８の弾性を利用して銅板８をこれらの溝に挟み込んで固定することもできる。シャワーヘッド１２とチャンバ２に直接溝を切らないで、溝がある導体をこれらに取り付けて銅板８を挟み込むようにしてもよい。なお、銅板８の一端は接地されているチャンバ２に接続しなければならないわけではなく、直接に接地してもよい。

本発明はエッチング装置に限らず、アッシング装置やＣＶＤ成膜装置等の種々のプラズマ処理装置に適用することが可能である。また、被処理基板はＬＣＤ用ガラス基板のような絶縁基板に限らず半導体ウエハのような導体の基板であってもよい。

本発明の一実施形態に係るプラズマエッチング装置の概略断面図。 シャワーヘッドとチャンバを接続する銅板の接続形態を示す概略平面図。 銅板の設置枚数と安定放電電力値との関係を示す説明図。 従来のプラズマエッチング装置の概略断面図。

符号の説明

１；プラズマエッチング装置
２；チャンバ
２ａ；処理空間
３；絶縁板
５；サセプタ（下部電極）
６；絶縁部材
７；絶縁部材
８；銅板
１２；シャワーヘッド（上部電極）
１９；処理ガス供給源
２１；排気装置
２６；高周波電源
Ｇ；ガラス基板

Claims (7)

1. 被処理基板を収容する接地されたチャンバと、
   前記チャンバ内に処理ガスを供給するガス供給手段と、
   前記チャンバ内を排気する排気機構と、
   前記チャンバ内に絶縁部材を介して設けられ、前記被処理基板を保持する下部電極と、
   前記下部電極と対向して前記チャンバとの間に絶縁部材を介在させて前記チャンバと完全に絶縁された状態で前記チャンバ内に設けられた上部電極と、
   前記上部電極と前記チャンバとの間にインダクタンスを発生させるために、前記上部電極と前記チャンバを接続するインダクタと、
   前記下部電極に高周波電力を供給し、前記下部電極と前記上部電極との間の処理空間に前記処理ガスのプラズマを形成する高周波電源と、
   を具備することを特徴とするプラズマ処理装置。
2. 前記インダクタは、１以上の導電部材であることを特徴とする請求項１に記載のプラズマ処理装置。
3. 前記インダクタは、線状または棒状または板状の金属部材であることを特徴とする請求項２に記載のプラズマ処理装置。
4. 前記金属部材は銅板であることを特徴とする請求項３に記載のプラズマ処理装置。
5. 前記上部電極は、前記ガス供給手段に接続され、前記ガス供給手段から供給される処理ガスを前記チャンバ内に供給す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項に記載のプラズマ処理装置。
6. 被処理基板を収容するチャンバと、
   前記チャンバ内に処理ガスを供給するガス供給手段と、
   前記チャンバ内を排気する排気機構と、
   前記チャンバ内に絶縁物を介して設けられ、前記被処理基板を保持する下部電極と、
   前記下部電極と対向するように前記チャンバ内に絶縁部材を介して設けられた上部電極と、
   前記下部電極または前記上部電極に高周波電力を供給し、前記下部電極と前記上部電極との間の処理空間に前記処理ガスのプラズマを形成する高周波電源と、
   １０ｎＨ以上のインダクタンスを有し、前記下部電極および前記上部電極のうち前記高周波電源から高周波電力が供給されないものと接続された、インダクタのみにより接地される電流経路と、
   を具備することを特徴とするプラズマ処理装置。
7. 前記下部電極に前記高周波電源から高周波電力が供給されることを特徴とする請求項６に記載のプラズマ処理装置。

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