JP2011029584A - 誘導結合プラズマ処理装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 被処理基板の大型化に対応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】 被処理基板を収容してプラズマ処理を施す処理室４と、処理室４内で被処理基板Ｇが載置される載置台２３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内に誘導電界を形成する高周波アンテナ１３と、高周波アンテナ１３に高周波電力を供給する第一の高周波電源１５と、を具備し、高周波アンテナ１３と処理室４との間に、処理室４を構成する本体容器１と絶縁されて形成された非磁性体で導電性の金属窓２が形成されている。
【選択図】図１

Description

この発明は、液晶表示装置（ＬＣＤ）等のフラットパネルディスプレイ（ＦＰＤ）製造用のガラス基板等の基板に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。

液晶表示装置（ＬＣＤ）等の製造工程においては、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（Ｉｎｄｕｃｔｉｖｅｌｙ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｐｌａｓｍａ：ＩＣＰ）処理装置が注目されている。

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室の誘電体窓の外側に高周波アンテナを配置し、処理室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、処理室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。誘導結合プラズマ処理装置の高周波アンテナとしては、平面状の所定パターンをなす平面アンテナが多用されている。公知例としては、特許文献１がある。

近時、被処理基板のサイズが大型化している。例えば、ＬＣＤ用の矩形状ガラス基板を例にあげると、短辺×長辺の長さが、約１５００ｍｍ×約１８００ｍｍのサイズから約２２００ｍｍ×約２４００ｍｍのサイズへ、さらには約２８００ｍｍ×約３０００ｍｍのサイズへとその大型化が著しい。

誘導結合プラズマ処理装置の場合、高周波アンテナと処理室との間に、誘電体窓を介在させる。被処理基板が大型化すれば、誘電体窓も大型化される。誘電体窓には、特許文献１にも記載されているように、一般的に石英ガラス、あるいはセラミックが用いられる。

しかし、石英ガラスやセラミックは脆く、大型化には不向きである。このため、例えば、特許文献２に記載されているように、石英ガラスを分割することで誘電体窓の大型化に対処している。

特許第３０７７００９号公報 特許第３６０９９８５号公報

しかしながら、被処理基板の大型化はなお著しい。このため、特許文献２に記載されているような誘電体窓を分割する手法においても、大型化への対応が困難化してきている。

この発明はかかる事情に鑑みてなされたものであって、被処理基板の大型化に対応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。

上記課題を解決するため、この発明の一態様に係る誘導結合プラズマ処理装置は、被処理基板を収容してプラズマ処理を施す処理室と、前記処理室内で被処理基板が載置される載置台と、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、前記処理室内に誘導電界を形成する高周波アンテナと、前記高周波アンテナに高周波電力を供給する第一の高周波電源と、を具備し、前記高周波アンテナと前記処理室との間に、前記処理室を構成する本体容器と絶縁されて形成された非磁性体で導電性の金属窓が形成されている。

この発明によれば、被処理基板の大型化に対応できる誘導結合プラズマ処理装置を提供できる。

この発明の第１の実施形態に係る誘導結合プラズマ処理装置を概略的に示す断面図 第１の実施形態に係る誘導結合プラズマ処理装置に用いられる非磁性体で導電性の金属窓の一例を示す平面図 第１の実施形態に係る誘導結合プラズマ処理装置に用いられる高周波アンテナの一例を示す平面図 第１の実施形態に係る誘導結合プラズマ処理装置をより概略的に示す図 第１の実施形態に係る誘導結合プラズマ処理装置から得られたプラズマ電子密度を示す図 推測されたプラズマ生成原理を示す図 四分割型金属窓の一例を示す平面図 四分割型金属窓の他例を示す平面図 高周波アンテナを直線状とした場合の金属窓の一例を示す平面図 この発明の第２の実施形態に係る誘導結合プラズマ処理装置が備える金属窓の一例を示す平面図 金属窓の具体的な一例を示す断面図 この発明の第２の実施形態に係る誘導結合プラズマ処理装置が備える金属窓の他例を示す平面図 この発明の第３の実施形態に係る誘導結合プラズマ処理装置が備える金属窓の一例を概略的に示す断面図 この発明の第４の実施形態に係る誘導結合プラズマ処理装置が備える金属窓の一例を概略的に示す断面図 この発明の第５の実施形態に係る誘導結合プラズマ処理装置が備える容量結合モード回路の一回路例を示す回路図 高周波アンテナ側の回路と容量結合モード回路側の各インピーダンスにおける可変コンデンサの容量依存性を示す図 プラズマ電子密度分布を示す図 金属窓２のチャンバ側表面に貼り付けたＳｉＯ膜の削れ量を示す図 図１９Ａはこの発明の第６の実施形態に係る誘導結合プラズマ処理装置が備える金属窓の一例を示す平面図、図１９Ｂは図１９Ａに示す金属窓の斜視図 この発明の第７の実施形態に係る誘導結合プラズマ処理装置の一例を概略的に示す断面図 第７の実施形態に係る誘導結合プラズマ処理装置から得られたプラズマ電子密度を示す図

以下、添付図面を参照してこの発明の実施の形態について説明する。

（第１の実施形態）
図１はこの発明の第１の実施形態に係る誘導結合プラズマ処理装置を概略的に示す断面図、図２はこの誘導結合プラズマ処理装置に用いられる非磁性体で導電性の金属窓の一例を示す平面図、図３はこの誘導結合プラズマ処理装置に用いられる高周波アンテナの一例を示す平面図である。この装置は、例えばＦＰＤ用ガラス基板上に薄膜トランジスターを形成する際のメタル膜、ＩＴＯ膜、酸化膜等のエッチングや、レジスト膜のアッシング処理に用いられる。ここで、ＦＰＤとしては、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）、エレクトロルミネセンス（Electro Luminescence；ＥＬ）ディスプレイ、プラズマディスプレイパネル（ＰＤＰ）等が例示される。

このプラズマ処理装置は、導電性材料、例えば、内壁面が陽極酸化処理（アルマイト処理）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、接地線１ａにより接地されている。本体容器１は、この本体容器１と絶縁されて形成された金属窓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。金属窓２は、本例では処理室４の天井壁を構成する。金属窓２は、例えば、非磁性体で導電性の金属で構成される。非磁性体で導電性の金属の例は、アルミニウム、又はアルミニウムを含む合金である。

本体容器１におけるアンテナ室３の側壁３ａと処理室４の側壁４ａとの間には、本体容器１の内側に突出する支持棚５、及び処理ガス供給用のシャワー筐体を兼ねる十字形状の支持梁１１が設けられている。支持梁１１がシャワー筐体を兼ねる場合には、支持梁１１の内部に、被処理基板Ｇの被処理面に対して平行に伸びるガス流路１２が形成され、このガス流路１２には、処理室４内にガスを噴出する複数のガス吐出孔１２ａが連通される。また、支持梁１１の上部には、ガス流路１２に連通するようにガス供給管２０ａが設けられる。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、処理ガス供給系２０から供給された処理ガスがガス供給管２０ａを介して支持梁１１内に供給され、ガス吐出孔１２ａから処理室４内へ吐出される。支持棚５、及び支持梁１１は導電性材料、望ましくは金属で構成される。金属の例としてはアルミニウムである。

また、本例では、金属窓２は、図２に示すように金属窓２−１〜２−４に四分割されており、これら四つの金属窓２−１〜２−４は、支持棚５、及び支持梁１１の上に絶縁物６を介して載置される。本例では、載置台２３に対向する処理室４の壁面形状を矩形とすると、この矩形の中心から各辺の中点を結ぶ線に沿って、金属窓２が金属窓２−１〜２−４に四分割されている。このように、矩形のマス目状に四分割された金属窓２−１〜２−４は、絶縁物６を介して支持棚５、及び支持梁１１の上に載置されることで、支持棚５、支持梁１１、並びに本体容器１から絶縁され、かつ、金属窓２−１〜２−４どうしも互いに絶縁される。絶縁物６の材料例は、例えば、セラミックやポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）である。

アンテナ室３内には金属窓２の上に、この金属窓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は絶縁部材からなるスペーサ１７により金属窓２から離間している。高周波アンテナ１３は、図３に示すように渦巻アンテナを構成しており、金属窓２は、この渦巻きの中心から周辺へ放射状に延びる線に沿って、分割されていることになる。

プラズマ処理中、第一の高周波電源１５からは、誘導電界形成用の、例えば、周波数が１３．５６ＭＨｚの高周波電力が給電部材１６を介して高周波アンテナ１３へ供給される。本例の高周波アンテナ１３は、その中心部の周囲に、中心からほぼ同一半径位置で９０°ずつ、ずれた位置に給電部材１６に接続される４つの給電部４１、４２、４３、４４を有し、これら各給電部４１、４２、４３、４４から２本ずつのアンテナ線が外側に延びて構成される。各アンテナ線の終端にはコンデンサ１８が接続され、各アンテナ線はコンデンサ１８を介して接地される。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複数のガス吐出孔１２ａから供給された処理ガスがプラズマ化される。

処理室４内の下方には、金属窓２を挟んで高周波アンテナ１３と対向するように、被処理基板Ｇ、例えば、ＬＣＤガラス基板を載置するための載置台２３が設けられている。載置台２３は、導電性材料、例えば表面が陽極酸化処理されたアルミニウムで構成されている。載置台２３に載置された被処理基板Ｇは、静電チャック（図示せず）により吸着保持される。

載置台２３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、被処理基板Ｇの搬入出時に昇降機構により載置台２３が上下方向に駆動される。なお、載置台２３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、載置台２３の上下動によっても処理室４内の気密性が保証される。また、処理室４の側壁４ａには、被処理基板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。

載置台２３には、中空の支柱２５内に設けられた給電線２５ａにより、整合器２８を介して第二の高周波電源２９が接続されている。この第二の高周波電源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３．２ＭＨｚの高周波電力を載置台２３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。

さらに、載置台２３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。

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、本体容器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１．３３Ｐａ）に設定、維持される。

載置台２３に載置された被処理基板Ｇの裏面側には冷却空間（図示せず）が形成されており、一定の圧力の熱伝達用ガスとしてＨｅガスを供給するためのＨｅガス流路４５が設けられている。Ｈｅガス流路４５にはＨｅガスライン４６が接続され、圧力制御バルブ４７を介して図示せぬＨｅ源に接続される。

このプラズマ処理装置の各構成部は、コンピュータからなる制御部５０に接続されて制御される構成となっている。また、制御部５０には、工程管理者がプラズマ処理装置を管理するためにコマンドの入力操作等を行うキーボードや、プラズマ処理装置の稼働状況を可視化して表示するディスプレイ等からなるユーザーインターフェース５１が接続されている。さらに、制御部５０には、プラズマ処理装置で実行される各種処理を制御部５０の制御にて実現するための制御プログラムや、処理条件に応じてプラズマ処理装置の各構成部に処理を実行させるためのプログラムすなわちレシピが格納された記憶部５２が接続されている。レシピはハードディスクや半導体メモリーに記憶されていてもよいし、ＣＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ等の可搬性の記憶媒体に収容された状態で記憶部５２の所定位置にセットするようになっていてもよい。さらに、他方の装置から、例えば専用回線を介してレシピを適宜伝送させるようにしてもよい。そして、必要に応じて、ユーザーインターフェース５１からの指示等にて任意のレシピを記憶部５２から呼び出して制御部５０に実行させることで、制御部５０の制御下で、プラズマ処理装置での所望の処理が行われる。

第１の実施形態に係る誘導結合プラズマ処理装置によれば、従来、誘電体、例えば、石英製であった窓を、非磁性体で導電性の金属、例えば、アルミニウム製、又はアルミニウムを含む合金製の金属窓２とした。これにより、金属窓２の剛性が、誘電体、例えば、石英製であった場合に比較して向上し、被処理基板の大型化に対応することが可能となった。図４に、図１よりもさらに簡略化した構成を示す。

図１、又は図４に示す誘導結合プラズマ処理装置における被処理基板Ｇの中央と短辺中央を結ぶ線に沿ったプラズマ電子密度測定結果を図５に示す。

図５に示すように、パワー５０００Ｗのとき、中央（Ｘ＝０）及びその近傍において、ほぼ６×１０^１０ｃｍ^−３のプラズマ電子密度を持つ高密度プラズマの生成が確認された。

この推測されるプラズマ生成原理を、図６に示す。

図６に示すように、高周波アンテナ１３に流れた電流Ｉ_ＲＦより、金属窓２の上面（高周波アンテナ側表面）に渦電流Ｉ_ＬＯＯＰが発生する。金属窓２は、支持棚５、支持梁１１、及び本体容器１から絶縁されている。このため、金属窓２の上面に流れた渦電流Ｉ_ＬＯＯＰは、金属窓２の側面に流れる。さらに、金属窓２の側面に流れた渦電流Ｉ_ＬＯＯＰは、金属窓２の下面（処理室側表面）に流れ、さらに、金属窓２の側面を介して、再度金属窓２の上面に戻る。このようにして、金属窓２の上面（高周波アンテナ側表面）から下面（処理室側表面）にループする渦電流Ｉ_ＬＯＯＰが生成される。このループする渦電流Ｉ_ＬＯＯＰのうち、金属窓２の下面を流れた電流が処理室４内に誘導電界を形成する。処理室４内に誘導電界が形成されることにより、処理室４内のガスが励起されてプラズマが生成される。生成原理は、このように推測される。さらに、金属窓２の下面を流れた電流は、処理室４内に生成されたプラズマの表皮（数ｃｍ程度）を誘導加熱する。このようにして、高密度のプラズマが生成される。図７に、四分割型金属窓の一平面例を、図８に四分割型金属窓の他平面例を示しておく。

さらに、金属窓２を分割するか否かは、高周波アンテナ１３の平面形状による。例えば、高周波アンテナ１３の平面形状が、図３に示したように渦巻き状、あるいは環状の場合には、図７、又は図８に示したように、渦巻き状あるいは環状の高周波アンテナ１３の中心から周辺へ放射状に延びる線に沿って、金属窓２を分割する。これは、高周波アンテナ１３の平面形状が渦巻き状、あるいは環状であった場合、金属窓２を一枚板とすると、高周波アンテナ１３によって金属窓２の上面に形成される渦電流Ｉ_ＬＯＯＰは、金属窓２の上面をループするのみとなる。即ち、金属窓２の下面に廻らない。このため、金属窓２を複数に分割し、かつ、複数に分割した金属窓２を互いに絶縁しなければならない。

対して、高周波アンテナ１３の形状が、例えば、図９に示すように直線状であった場合には、金属窓２を一枚板で構成することができる。

このように、第１の実施形態によれば、従来、誘電体で構成されていた窓を、非磁性体で導電性の金属窓２とすることで、窓自体の剛性が高まり、被処理基板の大型化に対応できる誘導結合プラズマ処理装置を提供することができる。

（第１の変形例）
なお、第１の実施形態に係る誘導結合プラズマ処理装置において、金属窓２の表面に、誘電体膜が形成されても良い。誘電体膜の例は、陽極酸化膜、又は溶射セラミック膜である。

このように、金属窓２の表面、少なくとも処理室４側表面に、陽極酸化膜、又は溶射セラミック膜の被膜を形成することにより、金属窓２をそのまま、例えば、アルミニウム、又はアルミニウムを含む合金製の金属窓２をそのまま、処理室４側に露出させる場合に比較して、金属窓２の耐プラズマを向上させることができる。

（第２の変形例）
また、金属窓２の処理室４側表面に、誘電体カバーを設けても良い。誘電体カバーの一例は、石英製のカバー、又はセラミック製のカバーである。セラミックの一例は、アルミナセラミックである。

このように、金属窓２の処理室４側表面を、石英製のカバー、又はセラミック製のカバーで覆うことによっても、金属窓２をそのまま、例えば、アルミニウム、又はアルミニウムを含む合金製の金属窓２をそのまま、処理室４側に露出させる場合に比較して、金属窓２の耐プラズマを向上させることができる。

（第３の変形例）
また、金属窓２の表面に、この金属窓２を構成する材料よりも導電率が高い、非磁性体で導電性の膜を形成しても良い。上述したように、金属窓２の表面には、ループ電流Ｉ_ＬＯＯＰが流れる。金属窓２の表面の導電率を高くしておけば、高周波アンテナ１３を流れる電流によって生成されるループ電流Ｉ_ＬＯＯＰを、より効率よく生成することができる。

非磁性体で導電性の膜の例は、例えば、金属窓２がアルミニウム、又はアルミニウムを含む合金から構成される場合、銅、又は銅を含む合金、又は銀、又は銀を含む合金である。

これら、第１〜第３の変形例は、以下に説明する他の実施形態にも適用することができる。

（第２の実施形態）
図９に示したように、高周波アンテナ１３の形状を直線状とすることにより、金属窓２を一枚板で構成することができる。金属窓２を一枚板とした場合には、支持梁１１が必要なくなる。このため、ガス吐出孔１２ａを何処に形成するかが選択事項となる。ガス吐出孔１２ａを本体容器１の側壁に形成しても良い。しかし、金属窓２は、誘電体、例えば、石英やセラミックに比較して加工性が良いことを考慮すると、金属窓２自体に、ガス流路１２、及びガス吐出孔１２ａを形成することができる。

図１０は、この発明の第２の実施形態に係る誘導結合プラズマ処理装置が備える金属窓２ｂの一例を示す平面図である。

図１０に示すように、金属窓２ｂには、ガス流路１２が形成されている。本例では、ガス流路１２は、シャワーヘッドのガス拡散室のような空間を金属窓２ｂ内部に設けることによって形成されている。空間状のガス流路１２には、図１に示したガス供給管２０ａが接続されており、同じく図１に示したガス供給系２０から処理ガスが供給される。ガス流路１２に供給された処理ガスは、ガス流路１２に連通された複数のガス吐出孔１２ａを介して処理室４の内部へと吐出される。

このように、金属窓２には、ガス流路１２、及びガス吐出孔１２ａを形成することもできる。

図１１は、金属窓２ｂの、より具体的な一例を示す断面図である。

図１１に示すように、本例に係る金属窓２ｂは、処理室４の内部に面した複数のガス吐出孔１２ａを有するシャワープレート１０２と、シャワープレート１０２の周縁に対応した縁部１０３及び縁部１０３に囲まれた凹部を有する本体１０１と、を備えている。シャワープレート１０２を縁部１０３に取り付けることにより、本体１０１の凹部がガス拡散室のような空間状のガス流路１２となる。シャワープレート１０２と縁部１０３との間には気密封止部材１０４が介在されている。気密封止部材１０４を介在させることで、シャワープレート１０２と縁部１０３との間からのガス漏れを防ぐ。気密封止部材１０４の一例は、例えば、Ｏリングである。

本体１０１のシャワープレート１０２の取り付け面と反対側の面には、ガス流路１２に連通するガス供給孔１０５が形成されている。ガス供給孔１０５には、絶縁物１０６を介してガス供給管２０ａが取り付けられている。ガス供給管２０ａを絶縁物１０６を介してガス供給孔１０５に取り付けることで、金属窓２ｂの上面から下面に流れる渦電流Ｉ_ＬＯＯＰが、ガス供給管２０ａに流れ込むことを抑制できる。

さらに、本例に係る金属窓２ｂにおいては、シャワープレート１０２と縁部１０３との間に、電気的接触部材１０７が設けられている。電気的接触部材１０７は、本体１０１とシャワープレート１０２との電気的な接触をより確実にする役目を持つ。例えば、シャワープレート１０２と縁部１０３との間には、シャワープレート１０２の自重による僅かな撓みに起因した微小な隙間が生じることがある。また、本例のように、シャワープレート１０２と縁部１０３との間にＯリングのような気密封止部材１０４を介在させるような場合には隙間はより生じやすい。このような隙間が生じると、渦電流Ｉ_ＬＯＯＰが、シャワープレート１０２の下面（処理室側表面）に流れることを妨げる虞がある。このような虞は、本例のように、シャワープレート１０２と縁部１０３との間に、電気的接触部材１０７を設けることで解消できる。このような電気的接触部材１０７の一例としては、伸縮可能な導電性部材を挙げることができる。さらに、伸縮可能な導電性部材の一例としては導電性部材を螺旋状に巻いたもの、具体的には、金属製のシールドスパイラルを挙げることができる。

図１２は、この発明の第２の実施形態に係る誘導結合プラズマ処理装置が備える金属窓２ｂの他例を示す平面図である。

図１２に示すように、金属窓２ｂを複数に分割、例えば、金属窓２ｂ−１〜２ｂ−４のように四分割した場合においても、分割された金属窓２ｂ−１〜２ｂ−４それぞれに対して、ガス流路１２、及びガス吐出孔１２ａを形成することもできる。

例えば、四分割した金属窓２ｂ−１〜２ｂ−４を備える誘導結合プラズマ処理装置においては、ガス吐出孔１２ａは、十字型の支持梁１１に形成される。このため、処理室４に対するガス吐出孔１２ａの分布は、十字型にならざるを得ない。このため、処理室４の内部において、処理ガスの分布を均一にすることが難しい。

対して、図１２に示す金属窓２ｂ−１〜２ｂ−４に示すように、金属窓２ｂ−１〜２ｂ−４にもガス流路１２、及びガス吐出孔１２ａを形成することで、処理室４に対するガス吐出孔１２ａの分布を、十字型に比較して、より均一にすることができる。

また、本例のように、金属窓２ｂを金属窓２ｂ−１〜２ｂ−４のように分割した場合においても、金属窓２ｂ−１〜２ｂ−４のそれぞれには、図１１に示したような金属窓２ｂをガス流路１２となる凹部を有した本体１０１と、複数のガス吐出孔１２ａを有したシャワープレート１０２とから構成される構造を採用することができる。

さらに、このような構造を採用した場合、金属窓２ｂ−１〜２ｂ−４のそれぞれには、ガス流路１２となる凹部を有した本体１０１と、複数のガス吐出孔１２ａを有したシャワープレート１０２とを含んで構成されるようにしても良い。

さらに、本体１０１とシャワープレート１０２との接合面、例えば、本体１０１の縁部１０３とシャワープレート１０２との間には、図１１に示したように、本体１０１とシャワープレート１０２とを電気的に接触させる導電性部材１０７を設けるようにしても良い。

このように、第２の実施形態に係る誘導結合プラズマ処理装置によれば、第１の実施形態により説明した利点に加えて、１枚の金属窓２ｂ、あるいは分割された金属窓２ｂ−１〜２ｂ−４に、ガス流路１２、及びガス吐出孔１２ａを形成することで、処理室４に対する吐出孔１２ａの分布を均一にでき、処理室４の内部における処理ガスの分布の均一化を、より促進させることが可能になる、という利点も得ることができる。

（第３の実施形態）
図１３は、この発明の第３の実施形態に係る誘導結合プラズマ処理装置が備える金属窓の一例を概略的に示す断面図である。

図１３に示すように、第３の実施形態に係る誘導結合プラズマ処理装置が備える金属窓２ｃは、金属窓２ｃの内部に、温調用流路２０３を設けたものである。金属窓２ｃは、上述したように、誘電体、例えば、石英やセラミックに比較して加工性が良い。このため、窓が誘電体で構成されていた場合には実現不可能であった、窓自体に温調用流路２０３を形成し、窓自体の温度調節が可能となる。

このように、第３の実施形態に係る誘導結合プラズマ処理装置によれば、第１の実施形態により説明した利点に加えて、例えば、金属窓２ｃに、温調流路２０３を形成することで、金属窓２ｃ自体の温度調節、例えば、金属窓２ｃの温度分布が均一になるように、金属窓２ｃ自体の温度調節が可能となる。例えば、金属窓２ｃの温度を、温度分布が均一になるように調節することで、被処理基板Ｇに対するより均一な処理を促進させることが可能になる、という利点も得ることができる。

なお、図１３は金属窓２ｃを複数に分割している場合を示したが、特に、図示しないが、温調流路２０３は、金属窓２ｃが一枚板の場合にも適用可能であるし、もちろん、第２の実施形態において説明した、ガス流路１２、ガス吐出孔１２ａと併用することも可能である。

（第４の実施形態）
図１４は、この発明の第４の実施形態に係る誘導結合プラズマ処理装置が備える金属窓の一例を概略的に示す断面図である。

図１４に示すように、第４の実施形態に係る誘導結合プラズマ処理装置が備える金属窓２ｄは、第二の高周波電源２９を載置台２３に接続した際、金属窓２ｄを、第二の高周波電源２９の高周波のみを通すフィルタ２０４を介して接地し、金属窓２ｄ自体を、第二の高周波電源２９に接続されて下部電極として機能する載置台２３に対する対向電極として機能させたものである。金属窓２ｄは非磁性体であるが、導電性である。このため、対向電極として使うこともできる。

金属窓２ｄを下部電極である載置台２３の対向電極として機能させることで、誘電体の窓を用いた場合には不可能であった窓への堆積物付着の抑制効果を期待することができる。

これは、金属窓２ｄを対向電極として機能させることで、金属窓２ｄの下面に対して垂直な方向に電界を発生させることができ、この電界によって堆積物付着が抑制されるものである。

このように、第４の実施形態に係る誘導結合プラズマ処理装置によれば、第１の実施形態により説明した利点に加えて、例えば、金属窓２ｄを対向電極として機能させることで、金属窓２ｄへの堆積物付着を抑制することができ、被処理基板Ｇに対するより清浄な処理、及びメンテナンスの省力化を促進させることが可能になる、という利点も得ることができる。

また、下部電極である載置台２３に接続された第二の高周波電源２９から見ると、金属窓２ｄはアノード電極として見える。このため従来の誘導結合プラズマ処理装置に比べると、第二の高周波に対するアノード電極の面積が増加したことになり、結果的にカソード電極に対するアノード電極の面積比が大きくなることから、自己バイアス電圧（Ｖｄｃ）の増加やプラズマの均一化することができる。

なお、図１４は金属窓２ｃを複数に分割している場合を示したが、特に、図示しないが、第４の実施形態は、金属窓２ｃが一枚板の場合にも適用可能であり、上記第２、第３の実施形態と併用することも可能である。

（第５の実施形態）
上記第１乃至第４の実施形態においては、例えば、四分割された金属窓２−１〜２−４を、絶縁物６を介して支持棚５、及び支持梁１１の上に載置することで、金属窓２−１〜２−４を、支持棚５、支持梁１１、並びに本体容器１から絶縁し、かつ、金属窓２−１〜２−４どうしも互いに絶縁する。これにより、高密度な誘導電界プラズマ（ＩＣＰ）を生成することができた。

しかしながら、誘導電界が金属窓２−１〜２−４に対して水平方向であるため、垂直電界がほとんど無く、金属窓２−１〜２−４に反応生成物が付着しやすく、パーティクルが発生しやすい。

そこで、本第５の実施形態おいては、金属窓２−１〜２−４に付着した反応生成物を除去することが可能な誘導結合プラズマ処理装置を提供する。

図１５は、この発明の第５の実施形態に係る誘導結合プラズマ処理装置が備える容量結合モード回路の一回路例を示す回路図である。

図１５に示すように、容量結合モード回路６０は、一端を高周波アンテナ１３とマッチングボックス（インピーダンス整合器）１４との相互接続点Ａに接続し、他端を金属窓２に接続した可変コンデンサＶＣを有している。

第５の実施形態においては、可変コンデンサＶＣの容量を調整することにより、誘導結合プラズマモード（ＩＣＰモード）と、容量結合プラズマモード（ＣＣＰモード）との切り替えを可能とする。

図１６は、高周波アンテナ１３側の回路と容量結合モード回路６０側の各インピーダンスにおける可変コンデンサの容量依存性を示す図である。

図１６に示すように、可変コンデンサＶＣの容量が低容量側では、容量結合モード回路６０のインピーダンスは、大きな容量性（インピーダンスが負）を示す。そのため電流は、低インピーダンスの高周波アンテナ１３に流れ、プラズマ処理装置は主にＩＣＰモードで動作する。

反対に、可変コンデンサＶＣの静電容量が大容量側では、容量結合モード回路６０のインピーダンスがほとんど“０”になるため、電流は容量結合モード回路６０を介して金属窓２に流れる。このため、プラズマ処理装置は主にＣＣＰモードで動作する。

図１７に、プラズマ電子密度分布を示す。

図１７に示すように低容量側（ＶＣ１％）では、高周波アンテナ１３に電流が流れて、高密度な誘導結合プラズマ（ＩＣＰ）が生成される。

一方、大容量側（ＶＣ１００％）では、金属窓２に電流が流れ、上部電極を金属窓２とし、対向電極をチャンバ１の側壁、又は載置台（下部電極）２３として容量結合プラズマ（ＣＣＰ）が生成される。

図１８に金属窓２のチャンバ１側表面に貼り付けたＳｉＯ膜の削れ量を示す。チャンバ１内には塩素（Ｃｌ）ガスを流した。チャンバ１の内部には、塩素プラズマが生成されるが、垂直電界が大きいほど、ＳｉＯのエッチングレートは大きくなる。

図１８に示すように、ＩＣＰモード（ＶＣ１％）においてはＳｉＯの削れ量が小さく、ＣＣＰモード（ＶＣ１００％）においてはＳｉＯの削れ量が大きい、という結果が得られた。

このように、第５の実施形態によれば、一端を高周波アンテナ１３とマッチングボックス（インピーダンス整合器）１４との相互接続点Ａに接続し、他端を金属窓２に接続した可変コンデンサＶＣを有した容量結合モード回路６０を備えることで、プラズマ処理装置をＩＣＰモードとＣＣＰモードとのいずれか一方を主に選択して動作させることができる。あるいは、可変コンデンサＶＣの容量を適当に選ぶことにより、誘導結合プラズマモード（ＩＣＰモード）と、容量結合プラズマモード（ＣＣＰモード）が適当な割合にて混在した状態で、プラズマ処理装置を動作させることも可能である。

これにより、通常の基板処理においては、プラズマ処理装置をＩＣＰモードで動作せることで、高密度なプラズマを用いて基板を処理することができ、また、金属窓２に付着物が付着した時には、プラズマ処理装置をＣＣＰモードで動作せることで、金属窓２に付着した付着物をエッチングし、金属窓２をクリーニングすることができる。

このように、第５の実施形態によれば、第１〜第４の実施形態と同様の利点を得ることができるとともに、金属窓２をクリーニングすることができるので、通常の基板処理においては、パーティクルの発生を抑制できる、という利点をさらに得ることができる。

（第６の実施形態）
図１９Ａは、この発明の第６の実施形態に係る誘導結合プラズマ処理装置が備える金属窓の一例を示す平面図、図１９Ｂは図１９Ａに示す金属窓の斜視図である。

図１９Ａ及び図１９Ｂに示すように、この発明の第６の実施形態に係る誘導結合プラズマ処理装置が備える金属窓２ｅは、金属窓２ｅの側面、及び処理室４側表面に、金属窓２ｅを構成する材料よりも導電率が高い、非磁性体で導電性の膜２０５を形成し、かつ、非磁性体で導電性の膜２０５が、処理室４の内部に生成される誘導電界の方向を規定するように配線状に形成したものである。

第１の実施形態において、金属窓の下面を流れる渦電流Ｉ_ＬＯＯＰは、最短経路で流れることを説明した。これは、金属窓の表面の導電率が均一であるからである。ここに、金属窓２ｅを構成する材料よりも導電率が高い、非磁性体で導電性の膜２０５を形成すれば、金属窓２ｅの下面を流れる渦電流Ｉ_ＬＯＯＰの経路を規定することができる。金属窓２ｅの下面を流れる渦電流Ｉ_ＬＯＯＰの経路を規定すれば、処理室４の内部に生成される誘導電界の方向を規定することが可能となる。

例えば、図１９Ａ及び図１９Ｂに示す例では、膜２０５を、複数に分割された金属窓２ｅ−１〜２ｅ−４に対し、鍵型に形成することで渦電流Ｉ_ＬＯＯＰの経路を、全体として矩形とする。この場合、処理室４の内部には矩形に循環する誘導電界が形成される。

このような矩形の誘導電界は、例えば、被処理基板Ｇの平面形状が矩形である場合に、誘導電界を、平面形状が矩形の被処理基板Ｇ上に、均一に生じさせることができる。従って、平面形状が矩形の被処理基板Ｇに対する処理の均一化をより促進させることが可能となる。

また、特に、図示しないが、膜２０５を、複数に分割された金属窓２ｅ−１〜２ｅ−４に対し、円弧に形成すれば、渦電流Ｉ_ＬＯＯＰの経路を、全体として円形とすることもできる。この場合、処理室４の内部には円形に循環する誘導電界が形成される。

円形の誘導電界は、例えば、被処理基板Ｇの平面形状が円形である場合に、誘導電界を、平面形状が円形の被処理基板Ｇ上に、均一に生じさせることができる。従って、平面形状が円形の被処理基板Ｇに対する処理の均一化をより促進させることが可能となる。

また、膜２０５の材料例としては、金属窓２ｅ−１〜２ｅ−４がアルミニウム、又はアルミニウムを含む合金から構成される場合、銅、又は銅を含む合金、又は銀、又は銀を含む合金を挙げることができる。

このように、第６の実施形態に係る誘導結合プラズマ処理装置によれば、第１の実施形態により説明した利点に加えて、金属窓２ｅの下面に、配線状の膜２０５を形成することで、処理室４の内部に形成される誘導電界の形状を制御することができ、様々な形状の被処基板Ｇに対応した誘導電界の形状を得ることができる。この結果、被処理基板に対する均一な処理を促進させることが可能になる、という利点も得ることができる。

なお、特に、図示しないが、第６の実施形態は、上記第２、第３、第４、第５の実施形態と併用することも可能である。

（第７の実施形態）
図２０は、この発明の第７の実施形態に係る誘導結合プラズマ処理装置の一例を簡略化して示す断面図である。

図２０に示すように、第７の実施形態に係る誘導結合プラズマ処理装置は、誘電体窓２０６上に、金属板２０７を形成したものである。

本例では、誘電体窓２０６が、例えば、図２に示したように、矩形のマス目状に四分割されており（図中では四分割された誘電体窓２０６のうちの２枚を示す）、これら四分割された誘電体窓２０６それぞれの上に、一枚ずつ、合計四枚の金属板２０７を、互いに絶縁された状態で固定する。

図２１に、図２０に示す誘導結合プラズマ処理装置から得られたプラズマ密度を示す。

図２１に示すように、第７の実施形態に係る誘導結合プラズマ処理装置においても、第１の実施形態に係る誘導結合プラズマ処理装置と同様に、高密度なプラズマを発生させることができる。

第７の実施形態に係る誘導結合プラズマ処理装置においても、誘電体窓２０６上に、金属板２０７を固定するので、誘電体窓２０６の剛性が、誘電体窓２０６のみの場合に比較して高めることができる。この結果、第１の実施形態と同様の利点を得ることができる。

誘電体窓２０６の材料例は、石英、又はセラミックである。セラミックの例は、アルミナセラミックである。

また、金属板２０７の材料例は、アルミニウム、又はアルミニウムを含む合金である。

以上、この発明の実施形態に係る誘導結合プラズマ処理装置によれば、被処理基板の大型化に対応できる誘導結合プラズマ処理装置を提供できる。

なお、この発明は上記実施形態に限定されることなく種々変形可能である。

例えば、高周波アンテナの構造は上記実施形態に開示した構造に限るものではなく、本体容器内に誘導電界を形成することができるならば、如何なる構造であっても採用することができる。

また、上記実施形態では、非磁性体で導電性の金属窓を、矩形のマス目状に四分割、又は四つの三角形状の金属窓に分割した例を示したが、分割数はこれに限られるものではない。例えば、矩形のマス目状に９分割、１６分割…、あるいは三角形のマス目状に８分割…、というように分割数は任意である。

さらにまた、上記実施系では誘導結合プラズマ処理装置の一例としてアッシング装置を例示したが、アッシング装置に限らず、エッチングや、ＣＶＤ成膜等の他方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ＦＰＤ基板を用いたが、この発明はこれに限らず半導体ウエハ等他方の基板を処理する場合にも適用可能である。

１；本体容器、２；金属窓、３；アンテナ室、４；処理室、１３；高周波アンテナ、１４；整合器、１５；第一の高周波電源、１６；給電部材、２０；処理ガス供給系、２３；載置台、２９；第二の高周波電源、３０；排気装置、５０；制御部、５１；ユーザーインターフェース、５２；記憶部、６０；容量結合モード回路、ＶＣ；可変コンデンサ、Ｇ；被処理基板

Claims (18)

1. 被処理基板を収容してプラズマ処理を施す処理室と、
   前記処理室内で被処理基板が載置される載置台と、
   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、
   前記処理室内に誘導電界を形成する高周波アンテナと、
   前記高周波アンテナに高周波電力を供給する第一の高周波電源と、を具備し、
   前記高周波アンテナと前記処理室との間に、前記処理室を構成する本体容器と絶縁されて形成された非磁性体で導電性の金属窓が形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。
2. 前記金属窓が、一枚板であ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。
3. 前記金属窓が、絶縁体により互いに絶縁された状態で、複数に分割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。
4. 前記高周波アンテナの平面形状が、渦巻き状あるいは環状であって、前記渦巻きあるいは環の中心から周辺へ放射状に延びる線に沿って、前記金属窓が分割されていることを特徴とする請求項３に記載の誘導結合プラズマ処理装置。
5. 前記載置台に対向する前記処理室壁面の形状が矩形であるとき、該矩形の中心から各辺の中点を結ぶ線に沿って、前記金属窓が分割されていることを特徴とする請求項４に記載の誘導結合プラズマ処理装置。
6. 前記載置台に対向する前記処理室壁面の形状が矩形であるとき、該矩形の中心から各角を結ぶ線に沿って、前記金属窓が分割されていることを特徴とする請求項４に記載の誘導結合プラズマ処理装置。
7. 前記金属窓の表面に、誘電体膜が形成されていることを特徴とする請求項１乃至請求項６いずれか一項に記載の誘導結合プラズマ処理装置。
8. 前記誘電体膜が、陽極酸化膜、又は溶射セラミック製であることを特徴とする請求項７に記載の誘導結合プラズマ処理装置。
9. 前記金属窓の処理室側表面に、誘電体カバーが設けられていることを特徴とする請求項１乃至請求項３いずれか一項に記載の誘導結合プラズマ処理装置。
10. 前記誘電体カバーが、石英製、又はセラミック製であることを特徴とする請求項９に記載の誘導結合プラズマ処理装置。
11. 前記金属窓の表面に、この金属窓を構成する材料よりも導電率が高い、非磁性体で導電性の膜が形成されていることを特徴とする請求項１乃至請求項３いずれか一項に記載の誘導結合プラズマ処理装置。
12. 前記非磁性体で導電性の膜は、前記金属窓の側面、及び前記処理室側表面に、前記処理室に生成される誘導電界の方向を規定するように配線状に形成されていることを特徴とする請求項１１に記載の誘導結合プラズマ処理装置。
13. 前記金属窓がアルミニウム、又はアルミニウムを含む合金から構成され、
    前記非磁性体で導電性の膜が、銅、又は銅を含む合金、又は銀、又は銀を含む合金から構成されていることを特徴とする請求項１１又は請求項１２に記載の誘導結合プラズマ処理装置。
14. 前記載置台に高周波電力を供給する第二の高周波電源を具備し、
    前記第二の高周波電源の高周波のみを通すフィルタを介して、前記金属窓を接地したことを特徴とする請求項１乃至請求項３いずれか一項に記載の誘導結合プラズマ処理装置。
15. 前記金属窓に、温調用流路が設けられていることを特徴とする請求項１乃至請求項３いずれか一項に記載の誘導結合プラズマ処理装置。
16. 前記金属窓に、前記処理ガスを吐出する吐出孔が設けられていることを特徴とする請求項１乃至請求項３いずれか一項に記載の誘導結合プラズマ処理装置。
17. 前記金属窓が、ガス流路となる凹部を有した本体と、吐出孔を有したシャワープレートとを含んで構成され、前記本体と前記シャワープレートとの接合面に、前記本体と前記シャワープレートとを電気的に接触させる導電性部材が設けられていることを特徴とする請求項１６に記載の誘導結合プラズマ処理装置。
18. 一端を前記第一の高周波電源と前記高周波アンテナとの相互接続点に接続し、他端を前記金属窓に接続した可変容量を含む容量結合モード回路を、さらに備えたことを特徴とする請求項１乃至請求項１７いずれか一項に記載の誘導結合プラズマ処理装置。

Images