JP2017130485A - プラズマ処理装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】基板に対するプラズマ処理の均一性を向上させた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１１は、基板Ｇが載置される載置台２１を内部に収容するチャンバ２０と、チャンバ２０の内部に配置された隔壁部２２と、隔壁部２２の上面に配置された高周波アンテナ５０と、隔壁部２２の下面に配置されたガス導入ユニットを有し、高周波アンテナ５０により形成された電界により処理ガスをプラズマ化して基板Ｇをプラズマ処理する。ガス導入ユニットは、長尺状で基板載置面と略直交する方向に処理ガスを吹き出す複数のガス吹出孔２５ｂを有する第１シャワープレート２４ａ〜２４ｄと、長尺状で基板載置面と略平行な方向に処理ガスを吹き出す複数のガス吹出孔５５ｂを有する第２シャワープレート５４ａ〜５４ｄとが、長手方向が放射状に延びる方向となるように配置された構成を有する。【選択図】図３

Description

本発明は、誘導結合型プラズマ処理装置等のプラズマ処理装置に関する。
液晶ディスプレイ等のフラットパネルディスプレイ（ＦＰＤ）の製造工程では、ＦＰＤ用ガラス基板に対して例えば、プラズマエッチングやプラズマアッシング、プラズマ成膜等による回路形成が行われており、このようなプラズマ処理を行う装置として誘導結合型プラズマ処理装置（ＩＣＰ処理装置）が用いられている。
ＩＣＰ処理装置は、ＦＰＤ用ガラス基板に対してプラズマ処理が行われるチャンバと、高周波アンテナと、チャンバ内へ処理ガスを供給するガス供給部材とを備える。チャンバ内の下部には、ＦＰＤ用ガラス基板を載置する載置台が配置され、チャンバ内の上部には、載置台の基板載置面と対向するように誘電材料からなる複数の平板部材が配置される。高周波アンテナはこれらの平板部材の上面に配置され、ガス供給部材はこれらの平板部材の処理空間側に埋め込まれている。チャンバ内において載置台の基板載置面と平板部材との間の空間がプラズマを生成させるための処理空間となる（例えば、特許文献１参照）。
このように構成されたＩＣＰ処理装置では、ガス供給部材から処理空間へ処理ガスを供給すると同時に、高周波アンテナに高周波電力を印加することによって、処理空間に誘導電界を生成させる。これにより、処理空間に導入された処理ガスからプラズマが生成され、生成したプラズマによりＦＰＤ用ガラス基板に対してエッチング等のプラズマ処理が行われる。ここで、上記特許文献１には、ガス供給部材として十字形状を有するシャワーヘッドが用いられており、シャワーヘッドは、処理空間へ処理ガスを供給する機能に加えて、平板部材をチャンバ内に支持する役割を担っている。シャワーヘッドの所定位置には、ＦＰＤ用ガラス基板の処理面と直交する方向（鉛直方向）に処理ガスを吹き出すガス吹出孔が設けられている。
特許第４０２８５３４号公報
しかしながら、プラズマエッチングを行うＩＣＰ処理装置において、上記特許文献１に記載された十字型のシャワーヘッドを用い、シャワーヘッドから基板載置面と略直交する方向に処理ガスを吹き出す構成とした場合、ＦＰＤ用ガラス基板の処理面においてシャワーヘッドと対向する領域及びその近傍の領域とＦＰＤ用ガラス基板の角部及びその近傍領域とでは、エッチングレートに大きな差が生じてしまい、ＦＰＤ用ガラス基板に処理の不均一が生じてしまうという問題がある。
本発明の目的は、基板に対してプラズマ処理を均一に行うことができるプラズマ処理装置を提供することにある。
上記目的を達成するために、請求項１記載のプラズマ処理装置は、基板が載置される基板載置面を有する載置台と、前記載置台を内部に収容するチャンバと、前記チャンバの内部において前記基板載置面と対向するように配置された隔壁部と、前記隔壁部の上面に配置され、高周波電力が印加されることにより前記基板載置面と前記隔壁部との間の処理空間にプラズマを生成させる高周波アンテナと、前記隔壁部の下面に配置され、前記処理空間に処理ガスを導入するガス導入ユニットと、を有し、前記載置台に載置された基板に対して前記プラズマによる処理を施すプラズマ処理装置であって、前記ガス導入ユニットは、長尺状の形状を有し、前記基板載置面と略直交する方向に前記処理ガスを吹き出す複数のガス吹出孔を有する複数の第１のシャワープレートと、長尺状の形状を有し、前記基板載置面と略平行な方向に前記処理ガスを吹き出す複数のガス吹出孔を有する複数の第２のシャワープレートと、を備え、複数の前記第１のシャワープレートと前記第２のシャワープレートは、前記隔壁部から前記載置台に載置された基板を見たときに、前記第１のシャワープレートと前記第２のシャワープレートの長手方向が放射状に延びる方向となるように配置されていることを特徴とする。
請求項２記載のプラズマ処理装置は、請求項１記載のプラズマ処理装置において、前記第１のシャワープレートに設けられたガス吹出孔の数と前記第２のシャワープレートに設けられたガス吹出孔の数は等しく、且つ、前記第１のシャワープレートに設けられたガス吹出孔のコンダクタンスと前記第２のシャワープレートに設けられたガス吹出孔のコンダクタンスとは略等しいことを特徴とする。
請求項３記載のプラズマ処理装置は、請求項１又は２記載のプラズマ処理装置において、２対で構成される複数の前記第１のシャワープレートのうち、１対は前記隔壁部の長辺の中央部を結ぶ線上に位置し、別の１対は前記隔壁部の短辺の中央部を結ぶ線上に位置していることを特徴とする。
請求項４記載のプラズマ処理装置は、請求項１記載のプラズマ処理装置において、前記ガス導入ユニットは、複数の前記第２のシャワープレートのみで構成され、複数の前記第２のシャワープレートはそれぞれ、長手方向が放射状に延びる方向となるように配置されていることを特徴とする。
請求項５記載のプラズマ処理装置は、請求項１乃至３のいずれか１項に記載のプラズマ処理装置において、複数の前記第２のシャワープレートは、その長手方向の一端がそれぞれ、前記載置台に矩形の基板が載置されたときの前記基板の角部又はその近傍の上部に位置するように、配置されていることを特徴とする。
請求項６記載のプラズマ処理装置は、請求項５記載のプラズマ処理装置において、前記隔壁部は、矩形形状を有し、前記第１のシャワープレートを４つ有し、４つの前記第１のシャワープレートのうち、２つの第１のシャワープレートは、前記隔壁部の長辺の中央部を結ぶ線上に位置し、残る２つの第１のシャワープレートは、前記隔壁部の短辺の中央部を結ぶ線上に位置していることを特徴とする。
本発明に係るプラズマ処理装置では、載置台の基板載置面と略直交する方向に処理ガスを吹き出す複数の第１の吹出孔が形成された複数の第１のシャワープレートと、基板載置面と略平行な方向に処理ガスを吹き出す複数の第２の吹出孔が形成された複数の第２のシャワープレートとが放射状に交互にチャンバ内の上部に配置される。
このような構成とすることにより、処理空間での処理ガスの分布を均一化させて、基板に対してプラズマ処理を均一に行うことができ、ひいては、基板を用いた製品の生産性を高めることが可能になる。また、より高精度なプラズマ処理を行うことも可能となる。
本発明の実施の形態に係るプラズマ処理装置を備える基板処理システムの概略構成を示す斜視図である。 基板処理システムが備えるプラズマ処理装置の概略構成を示す断面図である。 プラズマ処理装置のチャンバ内に設けられた隔壁部と第１シャワープレートの位置関係、第１シャワープレートの概略構造とその支持構造を説明する図である。 図２のプラズマ処理装置のチャンバ内に配置される第１シャワープレートの概略構成を示す断面図である。 第１シャワープレートが配置された図２のプラズマ処理装置でプラズマエッチングを行ったときのエッチングレート（Ｅ／Ｒ）の分布を模式的に示す図と、線Ｂ−Ｂ下でのエッチングレートの分布を模式的に示す実施例及び参考例の図である。 図２のプラズマ処理装置のチャンバ内に設けられた隔壁部と第１シャワープレート及び第２シャワープレートの位置関係、第２シャワープレートの概略構造とその支持構造を説明する図である。 図２のプラズマ処理装置のチャンバ内に配置される第２シャワープレートの概略構成を示す断面図である。 第１シャワープレート及び第２シャワープレートが配置された図２のプラズマ処理装置でプラズマエッチングを行ったときのエッチングレート（Ｅ／Ｒ）の分布を模式的に示す図と、線Ｄ−Ｄ下でのエッチングレートの分布を模式的に示す図である。
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。図１は、本発明の実施の形態に係るプラズマ処理装置１１を備える基板処理システム１０の概略構成を示す斜視図である。基板処理システム１０は、ＦＰＤ用ガラス基板等の基板Ｇへプラズマ処理、例えば、プラズマエッチングを施す３つのプラズマ処理装置１１を備える。なお、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（ＥＬ）ディスプレイ、プラズマディスプレイパネル（ＰＤＰ）等が挙げられる。
３つのプラズマ処理装置１１はそれぞれ、水平断面が多角形状（例えば、水平断面が矩形状）の搬送室１２の側面へゲートバルブ１３を介して連結される。なお、プラズマ処理装置１１の構成の詳細については、図２を参照して後述する。搬送室１２には更に、ロードロック室１４がゲートバルブ１５を介して連結されている。ロードロック室１４には、基板搬出入機構１６がゲートバルブ１７を介して隣設される。基板搬出入機構１６には２つのインデックサ１８が隣設されている。インデックサ１８には、基板Ｇを収納するカセット１９が載置される。カセット１９には、複数枚（例えば、２５枚）の基板Ｇを収納することができる。
基板処理システム１０の全体的な動作は、不図示の制御装置によって制御される。基板処理システム１０において基板Ｇに対してプラズマエッチングを施す際には、まず、基板搬出入機構１６によってカセット１９に収納された基板Ｇがロードロック室１４の内部へ搬入される。このとき、ロードロック室１４の内部にプラズマエッチング済みの基板Ｇが存在すれば、そのプラズマエッチング済みの基板Ｇがロードロック室１４内から搬出され、未エッチングの基板Ｇと置き換えられる。ロードロック室１４の内部へ基板Ｇが搬入されると、ゲートバルブ１７が閉じられる。
次いで、ロードロック室１４の内部が所定の真空度まで減圧された後、搬送室１２とロードロック室１４の間のゲートバルブ１５が開かれる。そして、ロードロック室１４の内部の基板Ｇが搬送室１２の内部の搬送機構（不図示）によって搬送室１２の内部へ搬入された後、ゲートバルブ１５が閉じられる。
次いで、搬送室１２とプラズマ処理装置１１の間のゲートバルブ１３が開かれ、搬送機構によってプラズマ処理装置１１の内部に未エッチングの基板Ｇが搬入される。このとき、プラズマ処理装置１１の内部にプラズマエッチング済みの基板Ｇがあれば、そのプラズマエッチング済みの基板Ｇが搬出され、未エッチングの基板Ｇと置き換えられる。その後、プラズマ処理装置１１により搬入された基板Ｇにプラズマエッチングが施される。
図２は、プラズマ処理装置１１の概略構成を示す断面図である。プラズマ処理装置１１は、具体的には、誘導結合型プラズマ処理装置（ＩＣＰ処理装置）である。プラズマ処理装置１１は、水平断面が略矩状のチャンバ２０と、チャンバ２０内の下方に収容、配置され、頂部である基板載置面に基板Ｇを載置する台状の載置台２１とを有する。また、チャンバ２０内の上方には、載置台２１と対向するように、複数の平板部材２２ａからなる隔壁部２２が配置されており、隔壁部２２と載置台２１との間にプラズマが生成される処理空間Ｓが形成されている。
平板部材２２ａは、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）等のセラミックスや石英等の誘電材料からなり、本実施形態では、チャンバ２０の側壁に設けられた矩形形状の支持枠２３に支持されている。なお、図２には、第１シャワープレート２４ａ，２４ｂ，２４ｃのみが図示されている。隔壁部２２の上面には、渦巻き状の導体からなる高周波アンテナ（誘導結合アンテナ）５０が配置されている。また、隔壁部２２の下面（載置台２１側の面）には、チャンバ２０内の処理ガスを供給するガス供給部材としての第１シャワープレート２４ａ〜２４ｄに加えて、第１シャワープレート２４ｅ〜２４ｈ（図２に不図示、図３参照）が配置されている。第１シャワープレート２４ａ〜２４ｈの配置と詳細な構成については、図３等を参照して後述する。
第１シャワープレート２４ａ〜２４ｈは、処理ガス配管４４によって処理ガス供給機構４０と接続されている。処理ガス供給機構４０は、処理ガス供給源４１、ガス流量制御器４２及び圧力制御バルブ４３を有する。処理ガス供給機構４０から第１シャワープレート２４ａ〜２４ｈへ処理ガスが供給され、第１シャワープレート２４ａ〜２４ｈのそれぞれに設けられた不図示のガス吹出孔から処理空間Ｓへ処理ガスが導入される。
載置台２１は、導体からなるサセプタ２６を内蔵しており、サセプタ２６にはバイアス用高周波電源２７が整合器２８を介して接続されている。また、載置台２１の上部には、層状の誘電体から形成される静電吸着部２９が配置されており、静電吸着部２９は、上層の誘電体層と下層の誘電体層によって挟み込まれるように内包された静電吸着電極３０を有する。静電吸着電極３０には直流電源３１が接続されており、直流電源３１から静電吸着電極３０へ直流電圧が印加されると、静電吸着部２９は静電気力によって載置台２１に載置された基板Ｇを吸着保持する。バイアス用高周波電源２７は、比較的低い周波数の高周波電力をサセプタ２６へ供給して、静電吸着部２９に静電吸着された基板Ｇに直流バイアス電位を生じさせる。なお、静電吸着部２９は、板部材として形成されてもよく、また、載置台２１上に溶射膜として形成されてもよい。
載置台２１は、載置された基板Ｇを冷却する冷媒流路３２を内蔵しており、冷媒流路３２は、伝熱ガスを供給する伝熱ガス供給機構３３に接続されている。伝熱ガスとしては、例えば、Ｈｅガスが用いられる。伝熱ガス供給機構３３は、伝熱ガス供給源３４とガス流量制御器３５とを有し、伝熱ガスを載置台２１へ供給する。載置台２１は、上部において開口する複数の伝熱ガス孔３６と、それぞれの伝熱ガス孔３６及び伝熱ガス供給機構３３を連通させる伝熱ガス供給経路３７とを有する。載置台２１では、静電吸着部２９に静電吸着された基板Ｇの裏面と載置台２１の上部との間に微少な隙間が生じるが、伝熱ガス孔３６から供給される伝熱ガスがこの隙間に充填されることで、基板Ｇと載置台２１の熱伝達効率を向上させて、載置台２１による基板Ｇの冷却効率を向上させることができる。
高周波アンテナ５０には、整合器４６を介してプラズマ生成用高周波電源４５が接続されており、プラズマ生成用高周波電源４５は、比較的高い周波数のプラズマ生成用の高周波電力を高周波アンテナ５０へ供給する。プラズマ生成用の高周波電力が供給される高周波アンテナ５０は、処理空間Ｓに電界を生じさせる。また、プラズマ処理装置１１は、チャンバ２０の内部と連通する排気管４７を備え、排気管４７を通してチャンバ２０の内部のガスを排出し、チャンバ２０の内部を所定の減圧状態とすることができる。
プラズマ処理装置１１を構成する各部の動作は、基板処理システム１０の制御装置による統括的な制御の下で、装置コントローラ４８が所定のプログラムを実行することによって制御される。プラズマ処理装置１１により基板Ｇに対してプラズマエッチングを施す際には、処理空間Ｓは減圧され、処理ガスが処理空間Ｓへ導入されると共に高周波アンテナ５０へプラズマ生成用の高周波電力が供給される。これにより、処理空間Ｓに電界が生じる。処理空間Ｓへ導入された処理ガスは、電界によって励起されてプラズマを生成し、プラズマ中の陽イオンは、載置台２１を介して基板Ｇに生じる直流バイアス電位によって基板Ｇへ引き込まれ、基板Ｇにプラズマエッチングを施す。また、プラズマ中のラジカルは、基板Ｇへ到達して基板Ｇにプラズマエッチングを施す。
図３（ａ）は、チャンバ２０内に設けられた隔壁部２２と第１シャワープレート２４ａ〜２４ｈの位置関係を示す平面図である。また、図３（ｂ）は、図３（ａ）中に示す矢視Ａ−Ａの概略断面図であり、第１シャワープレート２４ａの概略構造とその支持構造を示す図である。説明の便宜上、図３（ａ）に示す通りに、互いに直交するＸ方向、Ｙ方向及びＺ方向を設定する。なお、ＸＹ面は水平方向と略平行であり、Ｚ方向は鉛直方向と略平行である。
第１シャワープレート２４ａ〜２４ｈは、配置が異なるだけであって同等の構造を有しておいる。第１シャワープレート２４ａ〜２４ｈは、長尺状の略直方体形状を有しており、Ｚ方向から見たときに、図３（ａ）に示すように、２つの第１シャワープレート２４ａ，２４ｃは、チャンバ２０のＹ方向中央において、長手方向がＸ方向と平行となるように、且つ、チャンバ２０のＸ方向中央についてＸ方向で対称となる位置に配置されている。別の２つの第１シャワープレート２４ｂ，２４ｄは、チャンバ２０のＸ方向中央において、長手方向がＹ方向と平行となるように、且つ、チャンバ２０のＹ方向中央に対してＹ方向で対称となる位置に配置されている。つまり、４つの第１シャワープレート２４ａ〜２４ｄは、基板Ｇの中央部から外周に向けて十字状に配置されている。更に別の４つの第１シャワープレート２４ｅ〜２４ｈは基板Ｇの対角線上に配置されている。なお、第１シャワープレート２４ｅ〜２４ｈが基板Ｇの対角線上に配置される場合、第１シャワープレート２４ａ〜２４ｄと交差することによって生じる角度は、３５〜５５度の範囲となる。
第１シャワープレート２４ａ〜２４ｄに接続された処理ガス配管４４は、フランジ４９ａ，４９ｂによって、チャンバ２０の上壁２０ａに取り付けられている。こうして、第１シャワープレート２４ａ〜２４ｄに処理ガスが供給されている。
隔壁部２２は、４枚の平板部材２２ａにより形成されており、各平板部材２２ａの外周端部の一部はチャンバ２０に設けられた支持枠２３の上面に支持されている。また、平板部材２２ａの形状によっては、支持枠２３の他に、処理空間を横断するように形成された梁部材により支持されてもよい。
４枚の平板部材２２ａにはそれぞれ、第１シャワープレート２４ｅ〜２４ｈに接続された処理ガス配管４４を挿通させるための孔部が形成されている。第１シャワープレート２４ｅ〜２４ｈは、チャンバ２０の上壁２０ａに処理ガス配管４４を固定することによって保持してもよいし、４枚の平板部材２２ａのそれぞれに第１シャワープレート２４ｅ〜２４ｈを取り付けても構わない。
図４は、第１シャワープレート２４ａの概略構成を示す断面図である。なお、説明の便宜上、第１シャワープレート２４ａについて、長手方向をＸ方向、幅方向をＹ方向、高さ（厚み）方向をＺ方向として定める。第１シャワープレート２４ａは、例えば、アルミナ等のセラミックスからなり、内部に設けられたバッファ室２５ａと、バッファ室２５ａと連通するように第１シャワープレート２４ａの底壁に設けられた複数のガス吹出孔２５ｂを有する。第１シャワープレート２４ａにおいて、複数のガス吹出孔２５ｂは、円柱状の形状を有し、その軸方向がＺ方向と略平行（径方向がＸＹ面と略平行）となるように、Ｙ方向に２列で、且つ、Ｘ方向に所定の間隔で形成されている。
第１シャワープレート２４ａは、Ｚ方向が鉛直方向と略平行（ＸＹ面が水平方向と略平行）となるように、チャンバ２０内に保持される。これにより、複数のガス吹出孔２５ｂから処理空間Ｓへ、載置台２１の基板載置面と略直交する方向である鉛直方向に処理ガスが吹き出されることで、処理空間Ｓに処理ガスが導入される。バッファ室２５ａは、複数のガス吹出孔２５ｂのそれぞれから吹き出される処理ガスの流量を均等にする役割を担う。第１シャワープレート２４ｂ〜２４ｈの構造は、第１シャワープレート２４ａの構造と同じであるので、説明を省略する。
なお、処理空間Ｓに導入される処理ガスが、隔壁部２２とチャンバ２０の上壁２０ａとの間に形成される空間へ漏れることのないように、４枚の平板部材２２ａどうしの境界部やチャンバ２０の側壁と平板部材２２ａとの境界部、処理ガス配管４４と平板部材２２ａとの境界部の各境界部には、シール構造が適用される。これらのシール構造は、本発明の特徴とは直接の関係がなく、また、周知のシール構造を任意に選択して適用することができるため、説明を省略する。
図５（ａ）は、第１シャワープレート２４ａ〜２４ｈを備えるプラズマ処理装置１１でプラズマエッチングを行ったときのエッチングレート（Ｅ／Ｒ）の分布を模式的に示す平面図であり、図５（ｂ）は、第１シャワープレート２４ａ〜２４ｈを用いた場合の、図５（ａ）に示す線Ｂ−Ｂ下でのエッチングレートの分布（実施例）を模式的に示す図である。図５（ｃ）は、第１シャワープレート２４ａ〜２４ｄのみを用いた場合の、図５（ａ）に示す線Ｂ−Ｂ下でのエッチングレートの分布（参考例）を模式的に示す図である。なお、ここでは、塩素ガス（Ｃｌ２）を処理ガスとして用い、表面に所定のパターンで形成されたレジスト膜の下にエッチング対象であるアルミニウム（Ａｌ）膜が形成された基板Ｇを用いた場合の結果を模式的に示している。
基板Ｇに対するエッチング処理の際には、排気管４７を通して排気を行うことによりチャンバ２０の内部を所定の減圧雰囲気に維持しながら、ガス第１シャワープレート２４ａ〜２４ｈのガス吹出孔２５ｂから鉛直方向に処理ガスが吹き出される。ガス吹出孔２５ｂから吹き出された処理ガスは拡散しながら処理空間Ｓへ導入されるが、第１シャワープレート２４ａ〜２４ｈのそれぞれの直下及びその近傍で、処理ガスの濃度は高くなりやすい。そのため、第１シャワープレート２４ａ〜２４ｈのそれぞれの直下及びその近傍においてエッチングレートが高くなりやすい。図５（ａ）には、このようにして形成される高エッチングレート領域Ｋが模式的に示されている。
ここで、背景技術で説明した特許文献１に記載されている十字形状を有するシャワーヘッドに対応するように、４つの第１シャワープレート２４ａ〜２４ｄのみから等流量で処理ガスが吹き出されるように処理ガスの流量を制御して処理ガスを処理空間Ｓに導入した場合について説明する。４つの第１シャワープレート２４ａ〜２４ｄの直下及びその近傍には、上述の通り、高エッチングレート領域Ｋが形成される。これに対して、基板Ｇの４カ所の角部及びその近傍の領域では処理ガスの濃度が低くなりやすいために、エッチングレートが低くなりやすい。その結果、線Ｂ−Ｂ下では、図５（ｃ）に示されるように、エッチングレートに大きなばらつき（高低差ΔＲ０）が生じる。なお、基板Ｇの外周端でエッチングレートが僅かに上昇しているのは、所謂、ローディング効果によるものである。
これに対して、８つの第１シャワープレート２４ａ〜２４ｈから等流量で処理ガスが吹き出されるように、処理ガスの流量を制御し、第１シャワープレート２４ａ〜２４ｈから処理空間Ｓへ向けて鉛直方向に処理ガスを吹き出して導入した場合には、第１シャワープレート２４ａ〜２４ｄによって形成される高エッチングレート領域Ｋに加えて、第１シャワープレート２４ｅ〜２４ｈのそれぞれの直下及びその近傍に高エッチングレート領域Ｋが形成される。これにより、線Ｂ−Ｂ下でのエッチングレートのばらつき（高低差ΔＲ１）は、図５（ｂ）に示すように小さくなる（ΔＲ１＜ΔＲ０）。
したがって、基板Ｇに対するプラズマ処理の均一性を向上させることができ、これにより、より高精度なプラズマ処理を行うことが可能になるという効果や、生産性を高めることができるという効果が得られ、ひいては、基板Ｇを用いて製造される製品の信頼性を向上させることができるという効果が得られる。
次に、プラズマ処理装置１１において、４つの第１シャワープレート２４ｅ〜２４ｈに代えて４つの第２シャワープレート５４ａ〜５４ｄを配置した構成について説明する。図６（ａ）は、チャンバ２０内に設けられた隔壁部２２と第１シャワープレート２４ａ〜２４ｄ及び第２シャワープレート５４ａ〜５４ｄの位置関係を示す平面図である。図６（ｂ）は、図６（ａ）中に示す矢視Ｃ−Ｃの断面図であり、第２シャワープレート５４ａの概略構造とその支持構造を示す図である。
第１シャワープレート２４ａ〜２４ｄはそれぞれ、図３乃至図５を参照して第１シャワープレート２４ａ〜２４ｄと同じであるため、チャンバ２０内での保持方法を含めて、説明を省略する。第２シャワープレート５４ａ〜５４ｄはそれぞれ、長尺状の略直方体形状を有しており、図３を参照して説明した第１シャワープレート２４ｅ〜２４ｈが設けられた位置に配置されている。こうして、第１シャワープレート２４ａ〜２４ｄと第２シャワープレート５４ａ〜５４ｄは、Ｚ方向から見て時計回り（又は反時計回り）に交互に配置される。第２シャワープレート５４ａ〜５４ｄは、第１シャワープレート２４ｅ〜２４ｈと同様に、チャンバ２０の上壁２０ａに吊支され或いは平板部材２２ａに取り付けられている。そのため、第２シャワープレート５４ａ〜５４ｄについての、チャンバ２０内での保持方法の詳細についての説明は省略する。なお、図６（ｂ）には、第２シャワープレート５４ａを平板部材２２ａに対してフランジ部５９により取り付けた例を示している。
図７は、第２シャワープレート５４ａの構造を示す断面図である。説明の便宜上、図７に示すように、第２シャワープレート５４ａの長手方向をＸ方向、幅方向をＹ方向、高さ（厚み）方向をＺ方向として定めるが、図７に設定したＸ方向、Ｙ方向及びＺ方向は、図６（ａ）に示すＸ方向、Ｙ方向及びＺ方向とは無関係である。
第２シャワープレート５４ａは、例えば、アルミナ等のセラミックスからなり、内部にＸ方向に沿って設けられた直方体形状のバッファ室５５ａと、バッファ室５５ａと連通するように第２シャワープレート５４ａの側壁（Ｙ方向側の壁部）にＹ方向と略平行に設けられた複数のガス吹出孔５５ｂを有する。ここでは、ガス吹出孔５５ｂとして、四角柱状の孔部を示しているが、これに限定されず、ガス吹出孔２５ｂのような円柱状の孔部であってもよい。
第２シャワープレート５４ａは、Ｘ方向及びＹ方向が水平方向と略平行（Ｚ方向が鉛直方向と略平行）となるようにチャンバ２０内に配置される。そのため、第２シャワープレート５４ａからは、処理ガスは、載置台２１の基板載置面と略平行な方向である水平方向に吹き出されて処理空間Ｓに導入される。第２シャワープレート５４ｂ〜５４ｄの構造は、第２シャワープレート５４ａの構造と同じであるため、ここでの説明を省略する。
図８（ａ）は、第１シャワープレート２４ａ〜２４ｄ及び第２シャワープレート５４ａ〜５４ｄを備えるプラズマ処理装置１１でプラズマエッチングを行ったときのエッチングレート（Ｅ／Ｒ）の分布を模式的に示す平面図であり、図８（ｂ）は、図８（ａ）に示す線Ｄ−Ｄ下でのエッチングレートの分布（実施例）を模式的に示す図である。なお、図５を参照して説明したエッチングレートとの比較の観点から、ここでも、塩素ガス（Ｃｌ２）を処理ガスとして用い、表面に所定のパターンで形成されたレジスト膜の下にエッチング対象であるアルミニウム（Ａｌ）膜が形成された基板Ｇを用いた場合の結果を模式的に示している。
図５を参照して説明した通り、第１シャワープレート２４ａ〜２４ｄのガス吹出孔２５ｂからは、処理空間Ｓに向けて鉛直方向に処理ガスが吹き出される。そして、ガス吹出孔２５ｂから吹き出された処理ガスは拡散しながら処理空間Ｓへ導入され、このとき、第１シャワープレート２４ａ〜２４ｄのそれぞれの直下及びその近傍に、高エッチングレート領域Ｋが、図５（ａ）と同様に形成される。
一方、第２シャワープレート５４ａ〜５４ｄのガス吹出孔５５ｂからは、処理空間Ｓに向けて水平方向に処理ガスが吹き出される。このとき、前述したように、基板Ｇに対するエッチング処理の際には、排気管４７を通してチャンバ２０内を排気することにより、チャンバ２０の内部は所定の減圧雰囲気に維持されるため、ガス吹出孔２５ｂから水平方向に吹き出された処理ガスは、その後、基板Ｇに向けて処理空間Ｓを拡散する。よって、図８（ａ）に示すようにＺ方向から見たときに、処理ガスが均一に拡散する範囲が広がり、高エッチングレート領域Ｋよりも広い高エッチングレート領域Ｍが形成される。その結果、線Ｄ−Ｄ下でのエッチングレートの分布は、図８（ｂ）に示されるように均一化され、エッチングレートのばらつき（高低差ΔＲ２）を極めて狭くすることができる（ΔＲ２＜ΔＲ１）。
したがって、基板Ｇに対するプラズマ処理の均一性を更に向上させることができ、これにより、より高精度なプラズマ処理を行うことが可能になるという効果や、生産性を更に高めることができるという効果が得られ、ひいては、基板Ｇを用いて製造される製品の信頼性を更に向上させることができるという効果が得られる。
なお、図８（ｂ）に示すようなエッチングレートの均一性を実現するためには、第１シャワープレート２４ａ〜２４ｄから吹き出されるガス流量と第２シャワープレート５４ａ〜５４ｄから吹き出されるガス流量の調整が必要となる。具体的には、ガス吹出孔２５ｂのコンダクタンスとガス吹出孔５５ｂのコンダクタンスとを略等しくすることによって、基板Ｇの処理面でのエッチングレートの均一化を図ることができる。
本実施の形態では、図４及び図７に示すように、第１シャワープレート２４ａ〜２４ｄにおけるガス吹出孔２５ｂの数と第２シャワープレート５４ａ〜５４ｄにおけるガス吹出孔５５ｂの数が同数に設定されている。この場合、１つの孔部ごとのコンダクタンスを同じにすればよい。ガス吹出孔２５ｂのコンダクタンスは、概略、径方向の断面積と孔深さＬ１（図４参照）によって決定され、同様に、ガス吹出孔５５ｂのコンダクタンスも、径方向の断面積と孔深さＬ２（図７参照）によって決定される。よって、これらのパラメータ（断面積、孔深さ）を計算によって決定すると共に、実験的にガス流量を変化させてエッチングレートのばらつきを調べることによって、適切なプラズマ処理条件を定めることができる。なお、ガス吹出孔２５ｂ，５５ｂから吹き出されるガス流量は、処理空間Ｓに形成されるプラズマのガス吹出孔２５ｂ，５５ｂへの侵入を防止可能な圧力が確保される値に設定される。
上述した第１シャワープレート２４ａ〜２４ｈを用いプラズマ処理装置１１或いは第１シャワープレート２４ａ〜２４ｄ及び第２シャワープレート５４ａ〜５４ｄを用いたプラズマ処理装置１１でのプラズマ処理の対象となる基板Ｇには限定はないが、プラズマ処理の均一性を高めることができる効果は、例えば、平面のサイズが８００ｍｍ×９００ｍｍ以上の基板Ｇで顕著に得ることができる。また、プラズマエッチングの対象となる膜は、アルミニウム（Ａｌ）膜に限定されるものではない。但し、本発明は、エッチングレートの処理ガスに対する依存性が高い材料からなる膜のプラズマエッチングに好適である。
上記実施の形態では、４枚の平板部材２２ａで隔壁部２２を構成したが、隔壁部２２を構成する平板部材の数は、これに限定されるものではない。更に、第１シャワープレート２４ｅ〜２４ｈ及び第２シャワープレート５４ａ〜５４ｄのそれぞれに対して２本の処理ガス配管４４を設けた構成で説明したが、これらのシャワープレートについては、１つのシャワープレートに対して１本の処理ガス配管４４が接続された構成としてもよい。その場合、高周波アンテナ５０の配置パターンの自由度を高めることができるため、処理空間Ｓに形成される電界の均一性を高めることが可能となる。これにより、より均一なプラズマを生成させることが可能となり、基板Ｇの処理面に対するプラズマ処理の均一性を更に高めることができる。第１シャワープレート２４ａ〜２４ｄについても、１本の処理ガス配管４４が接続された構成としてもよい。また、第１シャワープレート２４ａ〜２４ｄは、十字型に連続させた一体構造としてもよい。
第１シャワープレート２４ａ〜２４ｄと第２シャワープレート５４ａ〜５４ｄを用いる場合、第１シャワープレート２４ａ〜２４ｄと第２シャワープレート５４ａ〜５４ｄの配設位置を、図６（ａ）に示した位置の逆にしてもよく、その場合に得られる効果には変わりはない。また、全てのシャワープレートを第２シャワープレートで構成してもよい。複数のシャワープレートの配設位置は、被処理基板の形状に応じて、適時、変更可能である。また、８つのシャワープレートを用いる場合、基板Ｇの長辺又は短辺と平行に配置される４つのシャワープレート以外の４つのシャワープレートの配設位置は、基板Ｇのアスペクト比に応じて変更が可能である。例えば、基板Ｇの短辺中央で長辺と平行に２つのシャワープレートを配置し、基板Ｇの長辺中央で短辺と平行に２つのシャワープレートを配置し、残る４つのシャワープレートをその長手方向の一端のそれぞれが基板Ｇの角部又はその近傍の上部に位置するように配置することが望ましく、これにより、基板Ｇに対するプラズマ処理の均一性を向上させることができる。
１０ 基板処理システム
１１ プラズマ処理装置
２０ チャンバ
２０ａ 上壁
２１ 載置台
２２ 隔壁部
２２ａ 平板部材
２３ 支持枠
２４ａ〜２４ｈ 第１シャワープレート
２５ｂ ガス吹出孔
４４ 処理ガス配管
５０ 高周波アンテナ
５４ａ〜５４ｄ 第２シャワープレート
５５ｂ ガス吹出孔

Claims (6)

  1. 基板が載置される基板載置面を有する載置台と、
    前記載置台を内部に収容するチャンバと、
    前記チャンバの内部において前記基板載置面と対向するように配置された隔壁部と、
    前記隔壁部の上面に配置され、高周波電力が印加されることにより前記基板載置面と前記隔壁部との間の処理空間にプラズマを生成させる高周波アンテナと、
    前記隔壁部の下面に配置され、前記処理空間に処理ガスを導入するガス導入ユニットと、を有し、前記載置台に載置された基板に対して前記プラズマによる処理を施すプラズマ処理装置であって、
    前記ガス導入ユニットは、
    長尺状の形状を有し、前記基板載置面と略直交する方向に前記処理ガスを吹き出す複数のガス吹出孔を有する複数の第１のシャワープレートと、
    長尺状の形状を有し、前記基板載置面と略平行な方向に前記処理ガスを吹き出す複数のガス吹出孔を有する複数の第２のシャワープレートと、を備え、
    複数の前記第１のシャワープレートと前記第２のシャワープレートは、前記隔壁部から前記載置台に載置された基板を見たときに、前記第１のシャワープレートと前記第２のシャワープレートの長手方向が放射状に延びる方向となるように配置されていることを特徴とするプラズマ処理装置。
  2. 前記第１のシャワープレートに設けられたガス吹出孔の数と前記第２のシャワープレートに設けられたガス吹出孔の数は等しく、且つ、前記第１のシャワープレートに設けられたガス吹出孔のコンダクタンスと前記第２のシャワープレートに設けられたガス吹出孔のコンダクタンスとは略等しいことを特徴とする請求項１記載のプラズマ処理装置。
  3. ２対で構成される複数の前記第１のシャワープレートのうち、１対は前記隔壁部の長辺の中央部を結ぶ線上に位置し、別の１対は前記隔壁部の短辺の中央部を結ぶ線上に位置していることを特徴とする請求項１又は２記載のプラズマ処理装置。
  4. 前記ガス導入ユニットは、複数の前記第２のシャワープレートのみで構成され、
    複数の前記第２のシャワープレートはそれぞれ、長手方向が放射状に延びる方向となるように配置されていることを特徴とする請求項１記載のプラズマ処理装置。
  5. 複数の前記第２のシャワープレートは、その長手方向の一端がそれぞれ、前記載置台に矩形の基板が載置されたときの前記基板の角部又はその近傍の上部に位置するように、配置されていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載のプラズマ処理装置。
  6. 前記隔壁部は、矩形形状を有し、
    前記第１のシャワープレートを４つ有し、
    ４つの前記第１のシャワープレートのうち、２つの第１のシャワープレートは、前記隔壁部の長辺の中央部を結ぶ線上に位置し、残る２つの第１のシャワープレートは、前記隔壁部の短辺の中央部を結ぶ線上に位置していることを特徴とする請求項５記載のプラズマ処理装置。
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