JP3709272B2 - Plasma processing equipment - Google Patents

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Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は，プラズマ処理装置にかかり，特に高周波アンテナに高周波電力を印加することにより，誘電体を介して処理室内に誘導プラズマを励起する誘導結合プラズマ処理装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年，半導体デバイスやＬＣＤの超高集積化に伴って，サブミクロン単位，さらにサブハーフミクロン単位の超微細加工を行う必要が生じている。そして，かかるプロセスをプラズマ処理装置により実施するためには，高真空雰囲気（例えば１〜７０ｍＴｏｒｒ）において，高密度のプラズマを高い精度で制御することが重要であり，しかもそのプラズマは大口径半導体ウェハや大型のＬＣＤ用ガラス基板にも対応できるように，大面積で高均一なものであることが必要である。
【０００３】
このような技術的要求に対して，新しいプラズマソースを確立すべく，多くのアプローチがなされている。例えば，欧州特許公開明細書第３７９８２８号には，高周波アンテナを用いる高周波誘導結合プラズマ処理装置が開示されている。この高周波誘導プラズマ処理装置１０は，図８に示すように，被処理体１２を載置する載置台１４と対向する処理室１６の一面（天井面）を石英ガラスなどの誘電体１８で構成して，その外壁面に，例えば渦巻きコイルから成る高周波アンテナ２０を設置し，この高周波アンテナ２０に高周波電源２２よりマッチング回路２４を介して高周波電力を印加することにより処理室１６内に高周波による電界を形成し，この電界内を流れる電子を処理ガスの中性粒子に衝突させてガスを電離させ，プラズマを生成するように構成されている。なお，載置台１４には，被処理体１２の処理面へのプラズマ流の入射を促進するように，高周波電源２６よりバイアス用の高周波電力を印加することが可能である。また，処理室１６の底部には，処理室１６内を所定の圧力雰囲気にするように不図示の排気手段に連通する排気口２８が設けられるとともに，処理室１６の天井面を成す誘電体１８の中央部には所定の処理ガスを処理室１６内に導入するための処理ガス導入口３０が設けられている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで，上記のような従来の高周波誘導結合プラズマ処理装置においては，高周波アンテナから励起された高周波を誘電体を介して処理室内に導入して電界を形成させ，この電界によって処理室内に導入されている処理ガス中の電子およびイオンを加速し，それら電子およびイオンがお互いに衝突することによりプラズマが励起される構成となっている。従って，高密度で均一なプラズマを生成させるためには，処理ガスを処理室内に均一に導入し，かつ電界を均一にしなければならない。
【０００５】
このように，処理ガスを処理室内に均一に導入するためには，載置台上に載置される被処理体の被処理面に対向する位置に処理ガス供給手段，例えばいわゆるシャワーヘッドを備え，被処理体の被処理面に対して均一にガスを吹き出すように構成することが好ましい。一般的なシャワーヘッドは，シャワーヘッド内にバッファ部を構成する中空状の拡散室内を形成し，この拡散室内にガス導入口から導入される処理ガスを一旦蓄えた後，その処理ガスを拡散室と処理室を連通する略シャワー状の多数の小孔（ガス吐出孔）を介して，被処理体の処理面方向に吐出するように構成されている。
【０００６】
しかしながら，誘導結合プラズマ処理装置に上記シャワーヘッド構造を採用した場合には，高周波アンテナと処理室との間に拡散室が介在することになる。その結果，高周波アンテナから発振される高周波エネルギ（電界）の一部によって拡散室内の処理ガスがプラズマ化し，処理室内に導入される高周波エネルギが減少してしまう。拡散室内でプラズマが励起された場合でも，そのプラズマが処理室内に供給されれば，処理室内のプラズマ密度が低下することがないが，ガス吐出孔は，非常に小径であるため，拡散室内で励起されたプラズマがガス吐出孔内を通過することができない。その結果，当該装置にシャワーヘッド構造を適用した場合には，処理室内に伝達される高周波エネルギの減少に伴ってプラズマ密度が低下してしまう。
【０００７】
本発明は，従来の高周波誘導結合プラズマ処理装置が有する上記のような問題点に鑑みて成されたものであり，本発明の第１の目的は，高周波アンテナから処理室内に伝達される高周波エネルギを均一化し，処理室内に均一な密度のプラズマを励起することが可能な新規かつ改良された高周波誘導結合プラズマ処理装置を提供することである。
【０００８】
また，上記従来の装置では，高周波アンテナを誘電体壁を介して処理室の外部に設置しているため，処理室内の減圧雰囲気と処理室外の大気圧雰囲気との圧力差に抗するために，誘電体壁の肉厚を厚くせねばならなかった。このような肉厚の誘電体壁の下面側に処理ガス供給手段を設置するような構成は，高周波アンテナにより励起された電界がさらに弱まることになり，高周波エネルギの利用効率が悪化する点において採用が困難であった。そして，かかる問題は，特に大口径半導体ウェハや大面積ＬＣＤ用ガラス基板を処理するための大型のプラズマ処理装置において顕著であった。
【０００９】
本発明は，従来の高周波誘導結合プラズマ処理装置が有する上記のような問題点に鑑みて成されたものであり，本発明の第２の目的は，処理室内に生じる電界に影響を与えることなく処理室内に均一な処理ガスを導入することにより，高密度で均一なプラズマを発生させることが可能な新規かつ改良された高周波誘導結合プラズマ処理装置を提供することである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために，本発明のある観点によれば，高周波アンテナに高周波電力を印加することにより，誘電体を介して処理室内に誘導結合プラズマを励起し，前記処理室内の被処理体に対して所定のプラズマ処理を施すように構成されたプラズマ処理装置において：前記誘電体の前記被処理体に対する対向面側にガス供給手段を形成し；前記ガス供給手段は，誘電体本体と，ガス供給インレットと，そのガス供給インレットから前記誘電体本体内を略水平方向に延伸し前記高周波アンテナと前記被処理体の間にある１または２以上のガス経路と，そのガス経路から分岐して前記被処理体に対する対向面側に開口するとともに前記ガス経路より小径の１または２以上のガス供給口とから構成されることを特徴とするプラズマ処理装置が提供される。
【００１１】
かかる構成によれば，上記ガス供給手段は，誘電体本体内に形成されているため，高周波アンテナから励起される高周波，あるいは処理室内に生じる電界に影響を与えることなく，均一な処理ガスを処理室内に導入することが可能となるため，高密度で均一なプラズマにより，被処理体に対して均一なプラズマ処理を施すことができる。
【００１２】
上記ガス経路を，高周波アンテナから励起され処理室内に至る電界経路を妨げないように，誘電体本体内に巡らせば，電界を弱めるなど，電界を不均一にすることなく処理室内に均一な処理ガスを導入することができる。
【００１３】
さらに，上記ガス経路は，高周波アンテナから励起され処理室内に至る電界経路を制御して，処理室内の電界密度を均一化するように，誘電体本体内に巡らすことができるため，処理室内に均一な密度のプラズマが励起され，被処理体の被処理面の全面に渡って均一な処理を施すことができる。
【００１４】
また，上記ガス経路は，複数の分岐路から構成され，さらに各分岐路に１または２以上のガス供給口が備えられる構成において，ガス供給インレットから各第２ガス経路の各開口部に至るガス流通長さは，それぞれ実質的に同一に構成することができる。これによれば，各ガス供給口の各開口部から処理室内に導入される処理ガスのコンダクタンスがそれぞれ実質的に同一となるため，その各開口部から処理室内に均一な処理ガスを導入することができる。
【００１５】
また前記載置台の載置面に対する前記ガス経路が形成されていない部分の投影面積（Ａ１）と，前記載置台の載置面に対する前記ガス経路が形成されている部分の投影面積（Ａ２）は，Ａ２／（Ａ１＋Ａ２）が０．４未満となるように構成してもよい。かかる構成によれば，高周波アンテナから発信される高周波エネルギーのガス経路中におけるエネルギー損失を最小限に抑えることが可能である。
【００１６】
上記課題を解決するために，本発明の別の観点によれば，高周波アンテナに高周波電力を印加することにより，誘電体を介して処理室内に誘導結合プラズマを励起し，前記処理室内の被処理体に対して所定のプラズマ処理を施すように構成されたプラズマ処理装置において：前記高周波アンテナは，密に配される内周部と外周部と，この内周部と外周部の間の疎に配される中間部を有し，前記誘電体の前記被処理体に対する対向面側にガス供給手段を形成し；前記ガス供給手段は，誘電体本体と，ガス供給インレットと，そのガス供給インレットから前記誘電体本体内を略水平方向に延伸する１または２以上のガス経路と，そのガス経路から分岐して前記被処理体に対する対向面側に開口するとともに前記ガス経路より小径の１または２以上のガス供給口とから構成されることを特徴とするプラズマ処理装置が供給される。
【００１７】
かかる構成によれば，ガス経路は，高周波アンテナが疎に配される領域，すなわち高周波アンテナが密に配される領域よりも相対的に高い電界が形成される領域に対応する誘電体本体内に設けられるため，ガス経路内でプラズマを励起させることにより，高周波アンテナが疎に配される領域から処理室内に伝達される電界を減衰させることができる。その結果，高周波アンテナが密に配される領域と疎に配される領域から各々処理室内に伝達される電界を均一にすることができるため，処理室内に均一な高密度プラズマを安定して励起することができる。
【００１８】
上記課題を解決するために，本発明の別の観点によれば，高周波アンテナに高周波電力を印加することにより，誘電体を介してガス供給手段を形成した処理室内に誘導結合プラズマを励起し，前記処理室内の被処理体に対して所定のプラズマ処理を施すように構成されたプラズマ処理装置において：前記高周波アンテナは，密に配される内周部と外周部と，この内周部と外周部の間の疎に配される中間部とを有し，前記ガス供給手段は，前記誘電体本体内を略水平方向に延伸する１または２以上のガス経路を備え，前記ガス経路は，前記高周波アンテナが疎に配される領域に配設されることを特徴とするプラズマ処理装置が提供される。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下に，添付図面を参照しながら，本発明にかかるプラズマ処理装置をＬＣＤ用ガラス基板用の高周波誘導結合プラズマエッチング装置に適用した実施の一形態について詳細に説明する。なお，以下の説明において，略同一の機能及び構成を有する構成要素については，同一符号を付することにより，重複説明を省略する。
【００２１】
図１に示すプラズマエッチング装置１００は，導電性材料，例えば表面に陽極酸化処理が施されたアルミニウムやステンレスなどからなる円筒あるいは矩形の角筒状に成形された処理容器１０２を有しており，所定のエッチング処理は，この処理容器１０２内に形成される処理室１０２ａ内で行われる。
【００２２】
前記処理容器１０２は接地されており，さらにその底部には，被処理体，例えばＬＣＤ用ガラス基板（以下，「ＬＣＤ基板」と称する。）Ｌを載置するための略矩形状の載置台１０６が設けられている。載置台１０６は，例えば表面に陽極酸化処理が施されたアルミニウムやステンレスなどの導電性材料からなる電極部１０６ａと，その電極部１０６ａの載置面以外の部分を覆うセラミックスなどの絶縁材料から成る電極保護部１０６ｂとから構成されている。載置台１０６は，処理容器１０２の底部に貫装された昇降軸１０６ｃ上に取り付けられている。この昇降軸１０６ｃは，不図示の昇降機構により昇降自在であり，必要に応じて載置台１０６全体を昇降させることができる。また昇降軸１０６ｃの外周部には，処理室１０２ａ内を気密に保持するための収縮自在のベローズ１０８が設けられている。
【００２３】
載置台１０６の電極部１０６ａには，マッチング回路１１０を介して高周波電源１１２が電気的に接続されており，プラズマ処理時に，所定の高周波，例えば２ＭＨｚの高周波電力を印加することにより，バイアス電位を生じさせ，処理室１０２ａ内に励起されたプラズマをＬＣＤ基板Ｌの処理面に効果的に引き込むことが可能である。なお図１に示す装置では，載置台１０６にバイアス用の高周波電力を印加する構成を示したが，単に載置台１０６を接地させる構成を採用することもできる。
【００２４】
さらに載置台１０６の電極部１０６ａには，冷却ジャケット１１４が内設されている。この冷却ジャケット１１４内には，たとえばチラーにより温調されたエチレングリコールなどの熱媒を，熱媒導入管１１４ａを介して導入可能であり，導入されたエチレングリコールは同冷却ジャケット１１４内を循環して冷熱を生じる。かかる構成により，エチレングリコールの冷熱が冷却ジャケット１１４から載置台１０６を介してＬＣＤ基板Ｌに対して伝熱し，ＬＣＤ基板Ｌの処理面を所望する温度まで温調することが可能である。なお，冷却ジャケット１１４を循環したエチレングリコールは熱媒排出管１１４ｂより容器外へ排出される。なお，図１に示す装置では省略しているが，載置台１０６に加熱ヒータなどの加熱手段を設け，ＬＣＤ基板Ｌの処理面の温調を行うように構成してもよい。また，載置台１０６の載置面には多数の孔１１５ａが穿設されており，ガス供給管１１５から，所定の伝熱ガス，例えばヘリウムガスを載置台１０６の載置面とＬＣＤ基板Ｌの裏面との間に供給することにより伝熱効率を高め，減圧雰囲気下であっても，効率的にＬＣＤ基板Ｌの温調を行うことが可能である。
【００２５】
また，載置台１０６の上部には，ＬＣＤ基板Ｌの外縁部をクランプすることが可能なクランプフレーム１１６が設けられている。このクランプフレーム１１６は，載置台１０６の周囲に立設された，例えば４本の支持柱１１６ａにより支持されており，ＬＣＤ基板Ｌが載置された載置台１０６を上昇させ，ＬＣＤ基板Ｌの外縁部にクランプフレーム１１６を当接させることにより，ＬＣＤ基板Ｌを載置台１０６上に載置固定することが可能である。なお，載置台１０６には，不図示のプッシャピンも設けられており，このプッシャピンを昇降させることにより，ＬＣＤ基板Ｌを載置台１０６上に載置したり，載置台１０６から持ち上げたりすることが可能である。
【００２６】
また，載置台１０６のＬＣＤ基板Ｌの載置面とほぼ対向する処理容器１０２の天板部１０２ｂに接するように，高周波アンテナ１２０が埋設された誘電体１１８が設けられている。この誘電体１１８は，積層構造を有しており，図示の例では，それぞれ誘電体部材から成る４層構造を成している。すなわち，天板部１０２ｂ側から，パイレックス層１１８ａ，石英層１１８ｂ，マイカなどの誘電体材料中に高周波アンテナ１２０が埋設された高周波アンテナ層１１８ｃ，そして本実施の形態にかかる，石英中に処理ガス経路が内設された処理ガス供給層１１８ｄから構成されている。なお，積層される誘電体材料は，高周波電力の印加により高周波アンテナ１２０が加熱した場合に，その熱により剥離等の現象が生じないように，熱膨張率が等しい材料を用いることが好ましい。また，図示の例では，加工性およびコストに鑑みマイカやパイレックスを利用しているが，もちろんすべてを石英層から構成することも可能である。また，積層する数も４層に限定されず，数の誘電体層を積層することも可能である。あるいは，積層構造にせずに，単に誘電体材料中に高周波アンテナを埋設するように構成することも可能である。
【００２７】
なお，処理容器１０２の天板部１０２ｂは，誘電体１１８および高周波アンテナ１２０とともに取り外し自在であり，誘電体１１８および高周波アンテナ１２０のメンテナンスを容易に行うことが可能なように構成されている。
【００２８】
高周波アンテナ層１１８ｃは，図２に示すように，マイカなどの誘電体層１１８ｃ中に帯状の導電体，例えば銅板，アルミニウム板，ステンレス板などを高周波アンテナ１２０として挟み込んだ構造を有している。ここで，マイカなどの誘電体層１１８ｃと高周波アンテナ１２０の熱膨張率は相違するため，高周波アンテナ１２０に高周波電力が印加され，高周波アンテナ１２０およびその周囲が加熱された場合に，高周波アンテナ１２０の熱膨張によりひずみが生じ，剥離等の現象が生じるおそれがある。この点，本実施の形態にかかる装置では，高周波アンテナ１２０のところどころに切欠き部１２０ａが設けられているので，この切欠き部１２０ａにより高周波アンテナ１２０の熱膨張分が吸収され，ひずみが生じにくく，剥離等の好ましくない現象を未然に防止することが可能である。
【００２９】
また，高周波アンテナ１２０は，載置台１０６上のＬＣＤ基板Ｌの中心点と対向する部分を中心として帯状導電体が略渦巻き状に数ターンの巻かれた内周部１２０ｂと，この内周部１２０ｂから所定の間隔を隔てて配され，内周部１２０ｂと同様にして帯状導電体が略渦巻き状に数ターン巻かれた外周部１２０ｃから構成されている。さらに，高周波アンテナ１２０が密に配される内周部１２０ｂと外周部１２０ｃの間には，高周波アンテナ１２０が疎に配される中間部１２０ｄが形成され，この中間部１２０ｄに配置される帯状導電体により，内周部１２０ｂと外周部１２０ｃが接続されている。なお，図示の例では，高周波アンテナ１２０は，数ターンの渦巻き状に構成されているが，この高周波アンテナ１２０はプラズマを発生するためのアンテナ作用を呈する機能があればよく，周波数が高くなれば巻き数を減少させても良い。
【００３０】
再び，図１を参照すると，パイレックス層１１８ａおよび石英層１１８ｂを貫通し，さらにマイカ層１１８ｃ中の高周波アンテナ１２０に至るまで，給電経路１２２ａおよび接地経路１２２ｂが設けられている。給電経路１２２ａには，マッチング回路１２４を介して高周波電源１２６が接続されており，処理時には，この高周波電源１２６から所定の周波数，例えば１３．５６ＭＨｚの高周波電力を高周波アンテナ１２０に印加し，処理室１０２ａ内に誘導プラズマを励起することが可能である。
【００３１】
上記のような構成により，本実施の形態にかかるエッチング装置１００の誘電体１１８および高周波アンテナ１２０は，処理容器１０２の内部に一体的に設けられているので，大気圧と処理室内との圧力差にかかわらず，高周波アンテナ１２０からＬＣＤ基板Ｌ側の誘電体層の肉厚を薄く構成することができる。従って，高周波電源１２６より高周波アンテナ１２０に印加される高周波電力により，より強い電界を処理室１０２ａ内に形成することができるので，高周波エネルギの有効利用が図れる。
【００３２】
ここで，本実施の形態にかかる，処理ガス供給層１１８ｄについて，図３を参照しながら説明する。処理ガス供給層１１８ｄは，前述したように誘電体，例えば石英から成り，その内部には，例えば断面が略長方形状で複数本，例えば６本の第２ガス経路１５０が，処理室１０２ａ側壁付近からその略反対方向に向かって略梯子状に形成されている。また，処理ガス供給層１１８ｄの載置台１０６側の面には，この第２ガス経路１５０に連通する多数のガス供給孔１５０ａが穿設されている。
【００３３】
そして，第２ガス経路１５０の両端には，この第２ガス経路１５０よりも実質的に断面積が大きい第１ガス経路１５２が接続されており，各第２ガス経路１５０と第１ガス経路１５２とはお互いに連通している。さらに，第１ガス経路１５２の第２ガス経路１５０が接続されている面の略対称面の略中央部には，後述の処理ガス源１３０から所定の処理ガスを第１ガス経路１５２内に導入するためのガス供給インレット１５４が接続されている。
【００３４】
従って，処理ガス源１３０から流量制御装置（ＭＦＣ）１３２，ガス供給インレット１５４を介して，所定の処理ガス，例えば酸化膜処理の場合にはＣＦ4ガス，アルミニウム膜処理の場合にはＢＣｌ3＋Ｃｌ2の混合ガスが第１ガス経路１５２内に供給された後，各第２ガス経路１５０に供給され，その各第２ガス経路１５０に設けられている各ガス供給孔１５０ａからシャワー状に処理室１０２ａ内に吹き出すことにより，処理室１０２ａ内の処理ガス濃度を均一化し，従って均一な密度のプラズマを処理室１０２ａ内に励起することが可能である。
【００３５】
また，処理ガス供給層１１８ｄは，誘電体から構成されているが，上述の如く処理ガス供給層１１８ｄの内部には，ガス経路１５１が形成されている。従って，高周波アンテナ１２０から発振される高周波エネルギ（電界）を，処理ガス供給層１１８ｄを介して処理室１０２ａ内に十分に伝達するためには，ガス経路１５１でのエネルギ損失を考慮する必要がある。そこで，発明者の知見によれば，載置台１０６の載置面の平面外輪郭内に対する処理ガス供給層１１８ｄの誘電体部１１９，すなわちガス経路１５１が形成されていない部分の投影面積（Ａ１）と，ガス経路１５１の投影面積（Ａ２）は，Ａ２／（Ａ１＋Ａ２）が０．４未満，好ましくは０．１５〜０．２５となるように設定されることが望ましい。
【００３６】
次に，図４を参照しながら，処理室１０２ａ内でのプラズマの生成過程について説明する。まず，所定の減圧雰囲気等の諸条件が整えられている処理室１０２ａ内に，前述のようにして第２ガス経路１５０から所定の処理ガス，例えばＢＣｌ3＋Ｃｌ2の混合ガスが導入された後，前述のように，高周波アンテナ１２０に所定の高周波電力が印加されると高周波が励起され，その高周波により，誘電体，例えば石英から成る処理ガス供給層１１８ｄを介して，処理室１０２ａ内に電界が生じる。そして，この電界により，処理室１０２ａ内に導入されている所定の処理ガス中の電子が，処理ガス中の中性粒子に衝突することにより，プラズマが励起される。この際，高周波は，処理ガス供給層１１８ｄ内に設けられている各第１ガス経路１５２と各第２ガス経路１５０との間の誘電体部分から処理室１０２ａ内に導入されるため，高密度で均一なプラズマを生成することができる。
【００３７】
ところで，高周波アンテナ１２０から励起される高周波により，第１ガス経路１５２内と第２ガス経路１５０内にも電界が生じるため，その内部の処理ガスが解離してプラズマが生成される。その結果，高周波アンテナ１２０から発振された高周波エネルギがガス経路１５１内に進入した場合には，その高周波エネルギは処理室１０２ａ内へ実質的に伝達されない。しかしながら，処理ガス供給層１１８ｄには，高周波アンテナ１２０から発振される高周波エネルギを十分に透過することができる誘電体部１１９が相対的に多く存在するため，処理室１０２ａ内に十分なプラズマを生成させることができる。
【００３８】
なお，上記誘電体１１８中に冷却水が循環する経路を内設し，冷却水を循環させることにより，高周波電力の印加により加熱した高周波アンテナ１２０を冷却し，高周波アンテナ１２０および誘電体１１８の寿命を延ばすように構成することも可能である。
【００３９】
以上のように，本実施の形態にかかるエッチング装置１００においては，高周波アンテナ１２０が処理容器１０２の内部の誘電体１１８内に一体的に設けられているので，大気圧と処理室１０２ａ内との圧力差にかかわらず，高周波アンテナ１２０からＬＣＤ基板Ｌ側の誘電体層の肉厚を薄く構成することができ，処理室１０２ａ内に強い電界を形成することができる。このため，高周波アンテナ１２０とＬＣＤ基板Ｌとの間の処理ガス供給層１１８ｄ内に，処理ガスの供給手段であるガス供給インレット１５４，第１ガス経路１５２および第２ガス経路１５０を設けても，処理室１０２ａ内に生じる電界に影響を与えることはない。そして，その第２ガス経路１５０ａのガス供給孔１５０ａから処理ガスが処理室１０２ａ内に均一に導入されるため，従来，困難であった高密度で均一なプラズマの生成が可能となり，ＬＣＤ基板Ｌに対して均一なプラズマ処理を施すことができる。
【００４０】
また，処理ガス供給層１１８ｄは，上述の如くガス経路１５１が形成されている部分と，ガス経路１５１が形成されていない誘電体部１１９から構成されているため，それら各部分で高周波アンテナ１２０から発振される高周波エネルギの処理室１０２ａ内への透過率が異なる。従って，処理室１０２ａ内に励起されるプラズマの均一性を考慮すると，ガス経路１５１と高周波アンテナ１２０を，載置台１０６の載置面の中心に対して略線対称状または略点対称状に配置することが好ましい。
【００４１】
また，高周波アンテナ１２０から処理室１０２ａ内に供給される電界エネルギ強度分布は，図５に示したように，高周波アンテナ１２０が疎に配される中間部１２０ｄで最も強くなる。そこで，本実施の形態では，図６に示したように，電界エネルギが最も高い中間部１２０ｄの下方の処理ガス供給層１１８ｄ内に第１ガス経路１５２と第２ガス経路１５０を形成し，該部分から処理室１０２ａ内に供給される電界エネルギを相対的に低下させるように構成されている。その結果，処理室１０２ａ内に形成される電界強度分布が均一化されるため，プラズマ密度の均一性を向上させることができる。
【００４２】
再び図１に戻り，前記処理容器１０２の底部には排気管１３６が接続されて，この処理室１０２ａ内の雰囲気を不図示の排気手段，例えば，真空ポンプにより排出し得るように構成されており，処理室１０２ａの雰囲気を任意の減圧度にまで真空引きすることが可能である。
【００４３】
なお，前記処理容器１０２の側部にはゲートバルブ１３８が設けられており，隣接して設置されるロードロック室より，搬送アームなどを備えた搬送機構により，未処理のＬＣＤ基板Ｌを処理室１０２ａ内に搬入するとともに，処理済みのＬＣＤ基板Ｌを搬出することができる。
【００４４】
次に，以上のように構成された実施の形態に係るプラズマエッチング装置の動作について説明する。
【００４５】
まず，ゲートバルブ１３８を介してＬＣＤ基板Ｌを，不図示の搬送アームにより処理室１０２ａ内に収容する。この時，載置台１０６は，下方位置にあり，不図示のプッシャピンが上昇しており，不図示の搬送アームは，ＬＣＤ基板Ｌをこの不図示のプッシャピン上に置き，ゲートバルブ１３８から処理容器１０２外に待避する。次いで，不図示のプッシャピンが下降し，ＬＣＤ基板Ｌは載置台１０６の載置面に載置される。次いで，不図示の昇降機構により，載置台１０６が上昇し，クランプ１０６の下面にＬＣＤ基板Ｌの周縁部が押圧され，ＬＣＤ基板Ｌが載置台１０６に固定される。
【００４６】
この処理室１０２ａ内は，排気管１３６に接続される不図示の真空ポンプにより真空引きされ，同時に本実施の形態にかかる処理ガス供給層１１８ｄ内の各第２ガス経路１５０に設けられている各ガス供給孔１５０ａより所定の処理ガス，例えば，酸化膜処理の場合にはＣＦ4ガス，アルミニウム膜処理の場合にはＢＣｌ3＋Ｃｌ2の混合ガスが処理室１０２ａ内に均一に導入され，処理室１０２ａ内は，例えば３０ｍＴｏｒｒ程度の高真空状態に保持される。
【００４７】
そして，高周波電源１２６よりマッチング回路１２４を介して，例えば１３．５６ＭＨｚの高周波エネルギを誘電体１１８の高周波アンテナ層１１８ｃに埋設された高周波アンテナ１２０に印加する。すると，高周波アンテナ１２０のインダクタンス成分の誘導作用により処理室１０２ａ内に電界が形成される。その際，本実施の形態にかかる各ガス供給孔１５０ａより処理室１０２ａ内に均一な処理ガスが導入されているため，高密度で均一なプラズマを処理室１０２ａ内に生成することが可能となり，ＬＣＤ基板Ｌに対して均一なプラズマ処理を施すことができる。
【００４８】
さて，このようにして処理室１０２ａ内に励起されたプラズマは，載置台１０６に印加されるバイアス電位により載置台１０６上のＬＣＤ基板Ｌの方向に移動し，処理面に対して所望のエッチング処理を施すことが可能である。そして，所定のエッチング処理が終了した後，処理済みのＬＣＤ基板Ｌは不図示の搬送アームによりゲートバルブ１３８を介してロードロック室に搬出され，一連の動作が終了する。
【００４９】
以上，添付図面を参照しながら，本発明にかかるプラズマ処理装置をＬＣＤ基板用のエッチング装置に適用した実施の一形態について説明したが，本発明はかかる例に限定されない。特許請求の範囲に記載された技術的思想の範囲内において，当業者であれば，各種の修正および変更を施すことが可能であり，これらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。
【００５０】
例えば，上記実施の形態においては，第２ガス経路の形状を略梯子状とした例を挙げて説明したが，本発明はかかる構成に限定されない。例えば図７に示したように，誘電体１１８の処理ガス供給層１１８ｄ内に，処理室１０２ａの略中心方向に向かうガス供給インレット２００に，その略垂直方向に向かって延びる第１ガス経路２０２を接続し，さらにその第１ガス経路２０２の両端部に，例えば４方向の略放射状に向かって延びる第２ガス経路２０４を接続して，その第２ガス経路２０４の端部にガス供給孔２０４ａを設けるように構成できる。その際，ガス供給インレット２００と各ガス供給孔２０４ａとの間の距離がそれぞれ同じになるように構成されているため，ガス供給インレット２００から各ガス供給孔２０４ａに至るまでのコンダクタンスが略同一となり，その結果，処理ガスを処理室１０２ａ内に均一に分散させることができる。
【００５１】
また，上記実施の形態においては，高周波アンテナ１２０を誘電体１１８内に設けた構成を例に挙げて説明したが，本発明はかかる構成に限定されず，高周波アンテナを処理容器上部の誘電体壁外部に設けたプラズマ処理装置においても適用が可能である。
【００５２】
さらに，上記実施の形態においては，第２ガス経路１５０を高周波アンテナ１２０間の下方付近に設けた構成を例に挙げて説明したが，本発明はかかる構成に限定されず，第２ガス経路を高周波アンテナの下方に設けた構成としても実施可能である。
【００５３】
さらにまた，上記実施の形態においては，ＬＣＤ基板Ｌを被処理体として処理する例を示したが，本発明は，半導体ウェハを被処理体とする処理装置に対しても適用できる。また，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例を示したが，本発明は，プラズマを利用した各種装置，例えばアッシング装置やプラズマＣＶＤ装置に対しても適用することが可能である。
【００５４】
【発明の効果】
以上説明したように，本発明にかかるプラズマ処理装置によれば，高周波アンテナが処理容器の内部の誘電体内に一体的に設けられているので，大気圧と処理室内との圧力差にかかわらず，高周波アンテナから被処理体側の誘電体層の肉厚を薄く構成することができ，処理室内に強い電界を形成することができる。このため，高周波アンテナと被処理体との間の誘電体内に，処理ガスの供給手段であるガス供給インレット，ガス経路およびガス供給孔を設けても，処理室内に生じる電界に影響を与えることはない。また，そのガス供給孔から処理ガスが処理室内に均一に導入されるため，従来，困難であった高密度で均一なプラズマの生成が可能となり，被処理体に対して均一なプラズマ処理を施すことができる。さらに，各ガス経路の各ガス供給口の各開口部から処理室内に導入される処理ガスのコンダクタンスがそれぞれ実質的に同一となるため，その各開口部から処理室内に均一な処理ガスを導入することができる。
また，高周波アンテナが疎に配される領域，すなわち相対的に高い電界が形成される領域の処理室側にガス経路が形成されるため，ガス経路内でプラズマを励起させることにより，当該領域から処理室内に供給される電界を減衰させることができる。その結果，処理室内に均一な電界を形成することができるため，高密度プラズマを均一かつ安定して励起することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を適用可能なエッチング装置を示した概略的な断面図である。
【図２】図１に示すエッチング装置の誘電体に埋設される高周波アンテナの概略構成を示す概略的な説明図である。
【図３】図１に示すエッチング装置の処理ガス供給経路の実施の一形態を示す概略的な説明図である。
【図４】図１に示すエッチング装置における処理室内のプラズマの生成過程を示す概略的な説明図である。
【図５】図１に示したエッチング装置の高周波アンテナから処理室内に発振される電界エネルギの強度分布を説明するための概略的な説明図である。
【図６】図１に示したエッチング装置の高周波アンテナと処理ガス供給経路の配置を説明するための概略的な説明図である。
【図７】本発明にかかるプラズマ処理装置におけるガス供給経路の他の実施の一形態を示す概略的な説明図である。
【図８】従来の高周波誘導結合プラズマ処理装置の概略構成を示す断面図である。
【符号の説明】
１００ エッチング装置
１０２ａ 処理室
１０６ 載置台
１１８ 誘電体
１１８ｃ 高周波アンテナ層
１１８ｄ 処理ガス供給層
１２０ 高周波アンテナ
１２０ｂ 内周部
１２０ｃ 外周部
１２０ｄ 中間部
１５０ 第２ガス経路
１５０ａ ガス供給孔
１５２ 第１ガス経路
１５４ ガス供給インレット[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a plasma processing apparatus, and more particularly to an inductively coupled plasma processing apparatus that excites inductive plasma in a processing chamber via a dielectric by applying high-frequency power to a high-frequency antenna.
[0002]
[Prior art]
In recent years, with the ultra-high integration of semiconductor devices and LCDs, it is necessary to perform ultrafine processing in submicron units and further in subhalf micron units. In order to carry out such a process with a plasma processing apparatus, it is important to control high-density plasma with high accuracy in a high vacuum atmosphere (for example, 1 to 70 mTorr), and the plasma is a large-diameter semiconductor wafer. It is necessary to have a large area and high uniformity so that it can also be used for large and large LCD glass substrates.
[0003]
Many approaches have been taken to establish a new plasma source in response to such technical demands. For example, European Patent Publication No. 379828 discloses a high frequency inductively coupled plasma processing apparatus using a high frequency antenna. In this high frequency induction plasma processing apparatus 10, as shown in FIG. 8, one surface (ceiling surface) of the processing chamber 16 facing the mounting table 14 on which the processing object 12 is mounted is composed of a dielectric 18 such as quartz glass. A high-frequency antenna 20 made of, for example, a spiral coil is installed on the outer wall surface, and a high-frequency electric field is applied to the high-frequency antenna 20 from a high-frequency power source 22 via a matching circuit 24 to thereby generate a high-frequency electric field in the processing chamber 16. The plasma is generated by causing the electrons flowing in the electric field to collide with neutral particles of the processing gas to ionize the gas. A high frequency power for bias can be applied to the mounting table 14 from a high frequency power supply 26 so as to promote the incidence of the plasma flow on the processing surface of the object 12 to be processed. Further, at the bottom of the processing chamber 16, an exhaust port 28 communicating with an exhaust unit (not shown) is provided so that the inside of the processing chamber 16 has a predetermined pressure atmosphere, and a dielectric 18 that forms the ceiling surface of the processing chamber 16. A processing gas introduction port 30 for introducing a predetermined processing gas into the processing chamber 16 is provided in the central portion.
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
By the way, in the conventional high frequency inductively coupled plasma processing apparatus as described above, a high frequency excited from a high frequency antenna is introduced into a processing chamber through a dielectric material to form an electric field, and this electric field is introduced into the processing chamber. Electrons and ions in the processing gas are accelerated, and the electrons and ions collide with each other to excite the plasma. Therefore, in order to generate a high-density and uniform plasma, the processing gas must be uniformly introduced into the processing chamber and the electric field must be made uniform.
[0005]
Thus, in order to uniformly introduce the processing gas into the processing chamber, a processing gas supply means, for example, a so-called shower head is provided at a position facing the processing surface of the target object mounted on the mounting table, It is preferable that the gas be blown uniformly to the surface to be processed of the object to be processed. A general shower head forms a hollow diffusion chamber that constitutes a buffer part in the shower head, temporarily stores the processing gas introduced from the gas inlet into the diffusion chamber, and then stores the processing gas in the diffusion chamber. In addition, a large number of substantially shower-shaped small holes (gas discharge holes) communicating with the processing chamber are discharged in the processing surface direction of the object to be processed.
[0006]
However, when the shower head structure is employed in the inductively coupled plasma processing apparatus, a diffusion chamber is interposed between the high frequency antenna and the processing chamber. As a result, the processing gas in the diffusion chamber is turned into plasma by a part of the high-frequency energy (electric field) oscillated from the high-frequency antenna, and the high-frequency energy introduced into the processing chamber is reduced. Even when the plasma is excited in the diffusion chamber, if the plasma is supplied into the processing chamber, the plasma density in the processing chamber will not decrease, but the gas discharge hole has a very small diameter. The excited plasma cannot pass through the gas discharge holes. As a result, when the shower head structure is applied to the apparatus, the plasma density is lowered as the high-frequency energy transmitted into the processing chamber is reduced.
[0007]
The present invention has been made in view of the above-described problems of conventional high-frequency inductively coupled plasma processing apparatuses, and a first object of the present invention is to provide high-frequency energy transmitted from a high-frequency antenna to a processing chamber. The present invention is to provide a new and improved high frequency inductively coupled plasma processing apparatus capable of exciting the plasma and exciting a uniform density plasma in the processing chamber.
[0008]
Moreover, in the above conventional apparatus, since the high frequency antenna is installed outside the processing chamber through the dielectric wall, in order to resist the pressure difference between the reduced pressure atmosphere inside the processing chamber and the atmospheric pressure atmosphere outside the processing chamber, The wall thickness of the dielectric had to be increased. Such a configuration in which the processing gas supply means is installed on the lower surface side of the thick dielectric wall is adopted because the electric field excited by the high frequency antenna is further weakened and the utilization efficiency of the high frequency energy is deteriorated. It was difficult. Such a problem is particularly noticeable in a large plasma processing apparatus for processing a large-diameter semiconductor wafer or a glass substrate for a large area LCD.
[0009]
The present invention has been made in view of the above-mentioned problems of the conventional high frequency inductively coupled plasma processing apparatus, and the second object of the present invention is to affect the electric field generated in the processing chamber. It is an object of the present invention to provide a new and improved high frequency inductively coupled plasma processing apparatus capable of generating high density and uniform plasma by introducing a uniform processing gas into a processing chamber.
[0010]
[Means for Solving the Problems]
  In order to solve the above problems, the present inventionFrom a certain point of view,A plasma processing apparatus configured to excite inductively coupled plasma in a processing chamber through a dielectric by applying high-frequency power to a high-frequency antenna and to perform a predetermined plasma processing on a target object in the processing chamber In:Forming a gas supply means on a surface of the dielectric facing the object to be processed;The gas supply means includes:From the dielectric body, the gas supply inlet, and its gas supply inletStretched in the horizontal direction in the dielectric bodyBetween the high-frequency antenna and the object to be processed.One or more gas paths andThe gas path branches off from the gas path and opens to the surface facing the object to be processed, and includes one or more gas supply ports having a smaller diameter than the gas path.A plasma processing apparatus is provided.
[0011]
  According to such a configuration,the aboveGas supply meansSince it is formed in the dielectric body, it is possible to introduce a uniform processing gas into the processing chamber without affecting the high frequency excited from the high frequency antenna or the electric field generated in the processing chamber. Uniform plasma treatment can be performed on the object to be processed by the uniform plasma density.
[0012]
  the aboveIf the gas path circulates in the dielectric body so as not to disturb the electric field path that is excited from the high-frequency antenna and enters the processing chamber, a uniform processing gas can be generated in the processing chamber without making the electric field nonuniform, such as weakening the electric field. Can be introduced.
[0013]
  further,the aboveThe gas path can be circulated in the dielectric body to control the electric field path that is excited from the high-frequency antenna to reach the processing chamber, and to uniformize the electric field density in the processing chamber. Plasma is excited, and uniform processing can be performed over the entire surface of the object to be processed.
[0014]
  Also, the aboveThe gas path isIn a configuration in which a plurality of branch passages are provided, and each branch passage is provided with one or more gas supply ports, the gas flow length from the gas supply inlet to each opening of each second gas passage is substantially Can be configured identically. According to this, since the conductance of the processing gas introduced into the processing chamber from each opening of each gas supply port becomes substantially the same, a uniform processing gas can be introduced into the processing chamber from each opening. Can do.
[0015]
  The projected area (A1) of the portion where the gas path is not formed on the mounting surface of the mounting table and the projected area (A2) of the portion where the gas path is formed on the mounting surface of the mounting table are: , A2 / (A1 + A2) may be less than 0.4. According to such a configuration, it is possible to minimize energy loss in the gas path of high-frequency energy transmitted from the high-frequency antenna.
[0016]
  In order to solve the above-described problem, according to another aspect of the present invention, by applying high-frequency power to a high-frequency antenna, inductively coupled plasma is excited in the processing chamber via a dielectric, and the processing target in the processing chamber is In a plasma processing apparatus configured to perform predetermined plasma processing on a body: the high-frequency antenna includes a densely arranged inner peripheral portion and an outer peripheral portion, and a sparse portion between the inner peripheral portion and the outer peripheral portion. A gas supply means is formed on a surface of the dielectric facing the object to be processed; the gas supply means includes a dielectric body, a gas supply inlet, and a gas supply inlet; One or more gas paths extending substantially horizontally in the dielectric body, and one or more gas paths branched from the gas path and opened on the side facing the object to be processed and having a smaller diameter than the gas path Plasma processing apparatus characterized in that it is constituted by a gas supply port is supplied.
[0017]
  According to such a configuration, the gas path is formed in the dielectric body corresponding to a region where the high frequency antenna is sparsely arranged, that is, a region where a relatively higher electric field is formed than a region where the high frequency antenna is densely arranged. Therefore, by exciting the plasma in the gas path, the electric field transmitted from the region where the high-frequency antenna is sparsely arranged to the processing chamber can be attenuated. As a result, the electric field transmitted from the densely sparsely arranged region to the sparsely arranged region into the processing chamber can be made uniform, so that uniform high-density plasma is stably excited in the processing chamber. can do.
[0018]
  In order to solve the above problems, according to another aspect of the present invention, by applying high frequency power to a high frequency antenna, inductively coupled plasma is excited in a processing chamber in which a gas supply means is formed via a dielectric, In a plasma processing apparatus configured to perform predetermined plasma processing on an object to be processed in the processing chamber: the high-frequency antenna includes an inner peripheral portion and an outer peripheral portion that are closely arranged, and an inner peripheral portion and an outer peripheral portion. The gas supply means includes one or more gas paths extending in a substantially horizontal direction in the dielectric body, and the gas path includes: A plasma processing apparatus is provided in which a high-frequency antenna is disposed in a sparsely arranged region.
[0020]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, an embodiment in which a plasma processing apparatus according to the present invention is applied to a high-frequency inductively coupled plasma etching apparatus for an LCD glass substrate will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In the following description, components having substantially the same function and configuration are denoted by the same reference numerals, and redundant description is omitted.
[0021]
A plasma etching apparatus 100 shown in FIG. 1 includes a processing container 102 formed into a cylindrical or rectangular rectangular tube made of a conductive material, for example, aluminum or stainless steel whose surface is anodized. The predetermined etching process is performed in a processing chamber 102 a formed in the processing container 102.
[0022]
The processing container 102 is grounded, and a substantially rectangular mounting table 106 for mounting an object to be processed, for example, a glass substrate for LCD (hereinafter referred to as “LCD substrate”) L, is provided at the bottom of the processing container 102. Is provided. The mounting table 106 is made of, for example, an electrode portion 106a made of a conductive material such as aluminum or stainless steel whose surface has been anodized, and an insulating material such as ceramic covering a portion other than the mounting surface of the electrode portion 106a. The electrode protection part 106b is comprised. The mounting table 106 is mounted on an elevating shaft 106 c that is inserted through the bottom of the processing container 102. The elevating shaft 106c can be raised and lowered by an elevating mechanism (not shown), and the entire mounting table 106 can be raised and lowered as necessary. A retractable bellows 108 is provided on the outer peripheral portion of the elevating shaft 106c to keep the inside of the processing chamber 102a airtight.
[0023]
A high frequency power source 112 is electrically connected to the electrode section 106a of the mounting table 106 via a matching circuit 110, and a bias potential is applied by applying a predetermined high frequency, for example, 2 MHz high frequency power during plasma processing. It is possible to effectively draw the plasma excited in the processing chamber 102a into the processing surface of the LCD substrate L. In the apparatus shown in FIG. 1, the configuration in which the high frequency power for bias is applied to the mounting table 106 is shown, but a configuration in which the mounting table 106 is simply grounded can also be adopted.
[0024]
Further, a cooling jacket 114 is provided in the electrode portion 106 a of the mounting table 106. In the cooling jacket 114, for example, a heat medium such as ethylene glycol whose temperature is controlled by a chiller can be introduced through the heat medium introduction pipe 114a. The introduced ethylene glycol circulates in the cooling jacket 114. Produce cold. With this configuration, the cooling heat of ethylene glycol is transferred from the cooling jacket 114 to the LCD substrate L via the mounting table 106, and the temperature of the processing surface of the LCD substrate L can be adjusted to a desired temperature. The ethylene glycol circulating through the cooling jacket 114 is discharged out of the container through the heat medium discharge pipe 114b. Although omitted in the apparatus shown in FIG. 1, the mounting table 106 may be provided with heating means such as a heater so as to adjust the temperature of the processing surface of the LCD substrate L. In addition, a large number of holes 115 a are formed in the mounting surface of the mounting table 106, and a predetermined heat transfer gas, for example, helium gas is supplied from the gas supply pipe 115 to the mounting surface of the mounting table 106 and the LCD substrate L. Heat transfer efficiency is improved by supplying the gap between the back surface and the temperature of the LCD substrate L can be efficiently controlled even under a reduced pressure atmosphere.
[0025]
A clamp frame 116 capable of clamping the outer edge of the LCD substrate L is provided on the mounting table 106. The clamp frame 116 is supported by, for example, four support pillars 116 a erected around the mounting table 106, raises the mounting table 106 on which the LCD substrate L is mounted, and the outer edge of the LCD substrate L By bringing the clamp frame 116 into contact with the part, the LCD substrate L can be placed and fixed on the placing table 106. The mounting table 106 is also provided with a pusher pin (not shown), and the LCD substrate L can be mounted on the mounting table 106 or lifted from the mounting table 106 by raising and lowering the pusher pin. It is.
[0026]
In addition, a dielectric 118 having a high-frequency antenna 120 embedded therein is provided so as to be in contact with the top plate portion 102b of the processing container 102 that is substantially opposite to the mounting surface of the LCD substrate L of the mounting table 106. The dielectric 118 has a laminated structure, and in the illustrated example, has a four-layer structure made of dielectric members. That is, from the top plate 102b side, the Pyrex layer 118a, the quartz layer 118b, the high frequency antenna layer 118c in which the high frequency antenna 120 is embedded in a dielectric material such as mica, and the processing gas in the quartz according to the present embodiment. The processing gas supply layer 118d is provided with a path. The laminated dielectric material is preferably a material having the same thermal expansion coefficient so that when the high frequency antenna 120 is heated by application of high frequency power, a phenomenon such as peeling does not occur due to the heat. In the illustrated example, mica and pyrex are used in view of workability and cost, but it is of course possible to configure all of them from a quartz layer. Further, the number of stacked layers is not limited to four, and a number of dielectric layers can be stacked. Alternatively, it is possible to simply embed a high frequency antenna in a dielectric material without using a laminated structure.
[0027]
The top plate portion 102b of the processing container 102 is detachable together with the dielectric 118 and the high frequency antenna 120, and is configured so that maintenance of the dielectric 118 and the high frequency antenna 120 can be easily performed.
[0028]
As shown in FIG. 2, the high-frequency antenna layer 118c has a structure in which a strip-shaped conductor, such as a copper plate, an aluminum plate, a stainless steel plate, or the like is sandwiched as a high-frequency antenna 120 in a dielectric layer 118c such as mica. Here, since the thermal expansion coefficients of the dielectric layer 118c such as mica and the high frequency antenna 120 are different, when the high frequency power is applied to the high frequency antenna 120 and the high frequency antenna 120 and its surroundings are heated, the high frequency antenna 120 There is a risk that distortion will occur due to thermal expansion, causing phenomena such as peeling. In this regard, in the apparatus according to the present embodiment, since the notch 120a is provided in places around the high-frequency antenna 120, the notch 120a absorbs the thermal expansion of the high-frequency antenna 120, and distortion is unlikely to occur. Undesirable phenomena such as peeling can be prevented in advance.
[0029]
The high-frequency antenna 120 includes an inner peripheral portion 120b in which a strip-shaped conductor is wound in a substantially spiral shape around a portion facing the center point of the LCD substrate L on the mounting table 106, and the inner peripheral portion 120b. The outer peripheral portion 120c is formed with a strip-like conductor wound in a substantially spiral shape in the same manner as the inner peripheral portion 120b. Further, between the inner peripheral portion 120b and the outer peripheral portion 120c where the high frequency antenna 120 is densely arranged, the high frequency antenna 120 is provided.SparseAn intermediate portion 120d is formed, and the inner peripheral portion 120b and the outer peripheral portion 120c are connected by a strip-shaped conductor disposed in the intermediate portion 120d. In the illustrated example, the high-frequency antenna 120 is formed in a spiral shape of several turns. However, the high-frequency antenna 120 only needs to have a function of exhibiting an antenna action for generating plasma, and the frequency increases. The number of turns may be reduced.
[0030]
Referring to FIG. 1 again, a feed path 122a and a ground path 122b are provided through the Pyrex layer 118a and the quartz layer 118b to reach the high frequency antenna 120 in the mica layer 118c. A high-frequency power source 126 is connected to the power supply path 122a via a matching circuit 124. At the time of processing, a high-frequency power of a predetermined frequency, for example, 13.56 MHz is applied from the high-frequency power source 126 to the high-frequency antenna 120. It is possible to excite the induction plasma in 102a.
[0031]
With the configuration as described above, the dielectric 118 and the high-frequency antenna 120 of the etching apparatus 100 according to the present embodiment are integrally provided inside the processing container 102, so that the pressure difference between the atmospheric pressure and the processing chamber Regardless, the thickness of the dielectric layer on the LCD substrate L side from the high-frequency antenna 120 can be reduced. Therefore, a stronger electric field can be formed in the processing chamber 102a by the high-frequency power applied to the high-frequency antenna 120 from the high-frequency power source 126, so that high-frequency energy can be effectively used.
[0032]
Here, the processing gas supply layer 118d according to the present embodiment will be described with reference to FIG. As described above, the processing gas supply layer 118d is made of a dielectric material such as quartz, and has a plurality of, for example, six second gas passages 150 having a substantially rectangular cross section in the vicinity of the side wall of the processing chamber 102a. Is formed in a substantially ladder shape in the substantially opposite direction. In addition, a large number of gas supply holes 150 a communicating with the second gas path 150 are formed on the surface of the processing gas supply layer 118 d on the mounting table 106 side.
[0033]
A first gas path 152 having a substantially larger cross-sectional area than that of the second gas path 150 is connected to both ends of the second gas path 150, and each of the second gas paths 150 and the first gas paths 152 are connected. And communicate with each other. Furthermore, a predetermined processing gas is introduced into the first gas path 152 from a processing gas source 130 described later at a substantially central portion of the plane of symmetry of the first gas path 152 to which the second gas path 150 is connected. A gas supply inlet 154 is connected for the purpose.
[0034]
Accordingly, a predetermined processing gas, for example, CF in the case of an oxide film processing, is supplied from the processing gas source 130 through the flow rate control device (MFC) 132 and the gas supply inlet 154.FourBCl for gas and aluminum film processingThree+ Cl2Are supplied into the first gas passages 152 and then supplied to the second gas passages 150, and the processing chambers 102a are showered from the gas supply holes 150a provided in the second gas passages 150. By blowing in, it is possible to make the processing gas concentration in the processing chamber 102a uniform, and thus to excite the plasma in the processing chamber 102a with a uniform density.
[0035]
Further, the processing gas supply layer 118d is made of a dielectric, but as described above, the gas path 151 is formed in the processing gas supply layer 118d. Therefore, in order to sufficiently transmit the high frequency energy (electric field) oscillated from the high frequency antenna 120 into the processing chamber 102a through the processing gas supply layer 118d, it is necessary to consider energy loss in the gas path 151. . Therefore, according to the inventor's knowledge, the projected area (A1) of the dielectric portion 119 of the processing gas supply layer 118d, that is, the portion where the gas path 151 is not formed, within the outline outside the plane of the mounting surface of the mounting table 106. The projected area (A2) of the gas path 151 is desirably set so that A2 / (A1 + A2) is less than 0.4, preferably 0.15 to 0.25.
[0036]
Next, the plasma generation process in the processing chamber 102a will be described with reference to FIG. First, a predetermined processing gas, for example, BCl, is supplied from the second gas path 150 into the processing chamber 102a in which various conditions such as a predetermined reduced pressure atmosphere are set.Three+ Cl2As described above, when a predetermined high frequency power is applied to the high frequency antenna 120, the high frequency is excited, and the high frequency causes the high frequency antenna 120 to pass through the processing gas supply layer 118d made of a dielectric, for example, quartz. Thus, an electric field is generated in the processing chamber 102a. The electric field causes electrons in a predetermined processing gas introduced into the processing chamber 102a to collide with neutral particles in the processing gas, thereby exciting the plasma. At this time, the high frequency is introduced into the processing chamber 102a from the dielectric portion between each first gas path 152 and each second gas path 150 provided in the processing gas supply layer 118d. A uniform plasma can be generated.
[0037]
By the way, an electric field is also generated in the first gas path 152 and the second gas path 150 due to the high frequency excited from the high frequency antenna 120, so that the processing gas in the interior is dissociated to generate plasma. As a result, when high-frequency energy oscillated from the high-frequency antenna 120 enters the gas path 151, the high-frequency energy is not substantially transmitted into the processing chamber 102a. However, since the processing gas supply layer 118d has a relatively large number of dielectric portions 119 that can sufficiently transmit high-frequency energy oscillated from the high-frequency antenna 120, sufficient plasma is generated in the processing chamber 102a. Can be made.
[0038]
A path through which cooling water circulates is provided in the dielectric 118, and the cooling water is circulated to cool the high-frequency antenna 120 heated by the application of high-frequency power, and the life of the high-frequency antenna 120 and the dielectric 118 is reduced. It is also possible to configure so as to extend.
[0039]
As described above, in the etching apparatus 100 according to the present embodiment, the high-frequency antenna 120 is integrally provided in the dielectric 118 inside the processing container 102, so that the atmospheric pressure and the inside of the processing chamber 102a can be reduced. Regardless of the pressure difference, the thickness of the dielectric layer on the LCD substrate L side from the high-frequency antenna 120 can be reduced, and a strong electric field can be formed in the processing chamber 102a. Therefore, even if the gas supply inlet 154, the first gas path 152, and the second gas path 150, which are process gas supply means, are provided in the process gas supply layer 118d between the high-frequency antenna 120 and the LCD substrate L, There is no effect on the electric field generated in the processing chamber 102a. Then, since the processing gas is uniformly introduced into the processing chamber 102a from the gas supply hole 150a of the second gas path 150a, it becomes possible to generate high density and uniform plasma, which has been difficult in the past, and the LCD substrate L Can be subjected to uniform plasma treatment.
[0040]
Further, since the processing gas supply layer 118d is composed of the portion where the gas path 151 is formed as described above and the dielectric portion 119 where the gas path 151 is not formed, these portions are separated from the high-frequency antenna 120. The transmittance of the oscillated high frequency energy into the processing chamber 102a is different. Therefore, in consideration of the uniformity of the plasma excited in the processing chamber 102a, the gas path 151 and the high-frequency antenna 120 are arranged in a substantially line symmetry or substantially point symmetry with respect to the center of the placement surface of the placement table 106. It is preferable to do.
[0041]
In addition, the electric field energy intensity distribution supplied from the high frequency antenna 120 into the processing chamber 102a is as shown in FIG.SparseIt becomes strongest at the intermediate part 120d arranged in Therefore, in the present embodiment, as shown in FIG. 6, the first gas path 152 and the second gas path 150 are formed in the processing gas supply layer 118d below the intermediate portion 120d having the highest electric field energy, The electric field energy supplied from the portion into the processing chamber 102a is relatively reduced. As a result, the electric field strength distribution formed in the processing chamber 102a is made uniform, so that the uniformity of the plasma density can be improved.
[0042]
Returning to FIG. 1 again, an exhaust pipe 136 is connected to the bottom of the processing chamber 102 so that the atmosphere in the processing chamber 102a can be exhausted by an exhaust means (not shown), for example, a vacuum pump. , The atmosphere of the processing chamber 102a can be evacuated to an arbitrary degree of pressure reduction.
[0043]
A gate valve 138 is provided on the side of the processing vessel 102, and an unprocessed LCD substrate L is removed from the adjacent processing chamber 102 by a transfer mechanism including a transfer arm from a load lock chamber. While being carried into the 102a, the processed LCD substrate L can be carried out.
[0044]
Next, the operation of the plasma etching apparatus according to the embodiment configured as described above will be described.
[0045]
First, the LCD substrate L is accommodated in the processing chamber 102a by a transfer arm (not shown) via the gate valve 138. At this time, the mounting table 106 is in a lower position, and a pusher pin (not shown) is raised, and a transfer arm (not shown) places the LCD substrate L on the pusher pin (not shown) and from the gate valve 138 to the processing container 102. Evacuate outside. Next, pusher pins (not shown) are lowered, and the LCD substrate L is placed on the placement surface of the placement table 106. Next, the mounting table 106 is raised by an elevating mechanism (not shown), the peripheral portion of the LCD substrate L is pressed against the lower surface of the clamp 106, and the LCD substrate L is fixed to the mounting table 106.
[0046]
The inside of the processing chamber 102a is evacuated by a vacuum pump (not shown) connected to the exhaust pipe 136, and at the same time, each of the second gas paths 150 provided in the second gas paths 150 in the processing gas supply layer 118d according to the present embodiment. A predetermined processing gas from the gas supply hole 150a, for example, CF in the case of oxide film processingFourBCl for gas and aluminum film processingThree+ Cl2The mixed gas is uniformly introduced into the processing chamber 102a, and the processing chamber 102a is maintained in a high vacuum state of, for example, about 30 mTorr.
[0047]
Then, high frequency energy of, for example, 13.56 MHz is applied from the high frequency power supply 126 to the high frequency antenna 120 embedded in the high frequency antenna layer 118c of the dielectric 118 via the matching circuit 124. Then, an electric field is formed in the processing chamber 102 a by the induction effect of the inductance component of the high frequency antenna 120. At that time, since a uniform processing gas is introduced into the processing chamber 102a from each gas supply hole 150a according to the present embodiment, it becomes possible to generate a high-density and uniform plasma in the processing chamber 102a. A uniform plasma process can be performed on the LCD substrate L.
[0048]
The plasma excited in the processing chamber 102a in this way moves in the direction of the LCD substrate L on the mounting table 106 by a bias potential applied to the mounting table 106, and performs a desired etching process on the processing surface. Can be applied. After the predetermined etching process is completed, the processed LCD substrate L is carried out to the load lock chamber via the gate valve 138 by a transfer arm (not shown), and a series of operations is completed.
[0049]
As described above, an embodiment in which the plasma processing apparatus according to the present invention is applied to an etching apparatus for an LCD substrate has been described with reference to the accompanying drawings, but the present invention is not limited to such an example. Various modifications and changes can be made by those skilled in the art within the scope of the technical idea described in the claims, and these are naturally within the technical scope of the present invention. Understood.
[0050]
For example, in the above embodiment, the example in which the shape of the second gas path is a substantially ladder shape has been described, but the present invention is not limited to such a configuration. For example, as shown in FIG. 7, a first gas path 202 extending in a substantially vertical direction is provided in a gas supply inlet 200 directed in a substantially central direction of the treatment chamber 102a in a treatment gas supply layer 118d of the dielectric 118. Further, for example, a second gas path 204 extending substantially radially in four directions is connected to both ends of the first gas path 202, and a gas supply hole 204 a is formed at the end of the second gas path 204. It can be configured to be provided. At this time, since the distance between the gas supply inlet 200 and each gas supply hole 204a is the same, the conductance from the gas supply inlet 200 to each gas supply hole 204a is substantially the same. As a result, the processing gas can be uniformly dispersed in the processing chamber 102a.
[0051]
In the above embodiment, the configuration in which the high-frequency antenna 120 is provided in the dielectric 118 has been described as an example. However, the present invention is not limited to this configuration, and the high-frequency antenna is disposed on the dielectric wall above the processing vessel. The present invention can also be applied to an external plasma processing apparatus.
[0052]
Furthermore, in the above-described embodiment, the configuration in which the second gas path 150 is provided near the lower portion between the high-frequency antennas 120 has been described as an example. However, the present invention is not limited to this configuration, and the second gas path 150 It can also be implemented as a configuration provided below the high frequency antenna.
[0053]
Furthermore, in the above embodiment, an example in which the LCD substrate L is processed as an object to be processed has been shown. However, the present invention can also be applied to a processing apparatus having a semiconductor wafer as an object to be processed. In the above embodiment, the present invention is applied to an etching apparatus. However, the present invention can be applied to various apparatuses using plasma, such as an ashing apparatus and a plasma CVD apparatus. is there.
[0054]
【The invention's effect】
  As described above, according to the plasma processing apparatus of the present invention,Since the high-frequency antenna is integrally provided in the dielectric inside the processing container, the thickness of the dielectric layer on the workpiece side is reduced from the high-frequency antenna regardless of the pressure difference between the atmospheric pressure and the processing chamber. And a strong electric field can be formed in the processing chamber. For this reason, even if a gas supply inlet, gas path, and gas supply hole, which is a process gas supply means, are provided in the dielectric body between the high frequency antenna and the object to be processed, the electric field generated in the process chamber is not affected. Absent. In addition, since the processing gas is uniformly introduced into the processing chamber through the gas supply holes, it is possible to generate high-density and uniform plasma, which has been difficult in the past, and to perform uniform plasma processing on the object to be processed. be able to. Further, since the conductance of the processing gas introduced into the processing chamber from each opening of each gas supply port of each gas path is substantially the same, a uniform processing gas is introduced into the processing chamber from each opening. be able to.
  Also,A gas path is formed on the processing chamber side of a region where the high-frequency antenna is sparsely arranged, that is, a region where a relatively high electric field is formed. The electric field supplied to can be attenuated. As a result, since a uniform electric field can be formed in the processing chamber, high-density plasma can be excited uniformly and stably.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic sectional view showing an etching apparatus to which the present invention is applicable.
2 is a schematic explanatory view showing a schematic configuration of a high-frequency antenna embedded in a dielectric of the etching apparatus shown in FIG.
FIG. 3 is a schematic explanatory view showing an embodiment of a processing gas supply path of the etching apparatus shown in FIG. 1;
4 is a schematic explanatory view showing a plasma generation process in a processing chamber in the etching apparatus shown in FIG. 1. FIG.
5 is a schematic explanatory diagram for explaining an intensity distribution of electric field energy oscillated from a high-frequency antenna of the etching apparatus shown in FIG. 1 into a processing chamber.
6 is a schematic explanatory diagram for explaining the arrangement of the high-frequency antenna and the processing gas supply path of the etching apparatus shown in FIG. 1; FIG.
FIG. 7 is a schematic explanatory view showing another embodiment of the gas supply path in the plasma processing apparatus according to the present invention.
FIG. 8 is a cross-sectional view showing a schematic configuration of a conventional high frequency inductively coupled plasma processing apparatus.
[Explanation of symbols]
100 Etching equipment
102a processing chamber
106 mounting table
118 Dielectric
118c High frequency antenna layer
118d Process gas supply layer
120 high frequency antenna
120b Inner circumference
120c outer periphery
120d middle part
150 Second gas path
150a Gas supply hole
152 First gas path
154 Gas supply inlet

Claims (6)

高周波アンテナに高周波電力を印加することにより，誘電体を介してガス供給手段を形成した処理室内に誘導結合プラズマを励起し，前記処理室内の被処理体に対して所定のプラズマ処理を施すように構成されたプラズマ処理装置において：
前記高周波アンテナは，密に配される領域と疎に配される領域とを有し，前記ガス供給手段は，前記誘電体本体内を略水平方向に延伸し前記高周波アンテナと前記被処理体の間にある１または２以上のガス経路を備え，前記ガス経路は，前記高周波アンテナが疎に配される領域に配設されることを特徴とする，プラズマ処理装置。By applying high frequency power to the high frequency antenna, inductively coupled plasma is excited in the processing chamber in which the gas supply means is formed through the dielectric, and a predetermined plasma processing is performed on the target object in the processing chamber. In the constructed plasma processing apparatus:
The high-frequency antenna has a densely arranged region and a sparsely arranged region, and the gas supply means extends in a substantially horizontal direction in the dielectric main body, and extends between the high-frequency antenna and the object to be processed. A plasma processing apparatus comprising one or more gas paths in between, wherein the gas paths are disposed in a region where the high-frequency antenna is sparsely arranged. 前記ガス経路は，前記被処理体に対する対向面側に開口するとともに，前記ガス経路よりも小径の１または２以上のガス供給口を備えてい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。The gas path is configured to open on the opposite surface side with respect to the workpiece, characterized in that it comprises one or more gas supply ports of smaller diameter than the gas path, a plasma according to claim 1 Processing equipment. 前記載置台の載置面に対する前記ガス経路が形成されていない部分の投影面積（Ａ１）と，前記載置台の載置面に対する前記ガス経路が形成されている部分の投影面積（Ａ２）は，Ａ２／（Ａ１＋Ａ２）が０．４未満となるように構成されていることを特徴とする，請求項１または２に記載のプラズマ処理装置。The projected area (A1) of the portion where the gas path is not formed on the mounting surface of the mounting table and the projected area (A2) of the portion where the gas path is formed on the mounting surface of the mounting table are: 3. The plasma processing apparatus according to claim 1, wherein A2 / (A1 + A2) is configured to be less than 0.4. 高周波アンテナに高周波電力を印加することにより，誘電体を介してガス供給手段を形成した処理室内に誘導結合プラズマを励起し，前記処理室内の被処理体に対して所定のプラズマ処理を施すように構成されたプラズマ処理装置において：
前記高周波アンテナは，密に配される内周部と外周部と，この内周部と外周部の間の疎に配される中間部とを有し，前記ガス供給手段は，前記誘電体本体内を略水平方向に延伸する１または２以上のガス経路を備え，前記ガス経路は，前記高周波アンテナが疎に配される領域に配設されることを特徴とする，プラズマ処理装置。By applying high frequency power to the high frequency antenna, inductively coupled plasma is excited in the processing chamber in which the gas supply means is formed through the dielectric, and a predetermined plasma processing is performed on the target object in the processing chamber. In the constructed plasma processing apparatus:
The high-frequency antenna has an inner peripheral portion and an outer peripheral portion that are densely arranged, and an intermediate portion that is sparsely arranged between the inner peripheral portion and the outer peripheral portion, and the gas supply means includes the dielectric body A plasma processing apparatus comprising one or two or more gas paths extending in a substantially horizontal direction, wherein the gas paths are disposed in a region where the high-frequency antenna is sparsely disposed. 前記ガス経路は，前記被処理体に対する対向面側に開口するとともに，前記ガス経路よりも小径の１または２以上のガス供給口を備えていることを特徴とする，請求項４に記載のプラズマ処理装置。5. The plasma according to claim 4 , wherein the gas path has an opening on a surface facing the object to be processed, and has one or more gas supply ports having a smaller diameter than the gas path. Processing equipment. 前記載置台の載置面に対する前記ガス経路が形成されていない部分の投影面積（Ａ１）と，前記載置台の載置面に対する前記ガス経路が形成されている部分の投影面積（Ａ２）は，Ａ２／（Ａ１＋Ａ２）が０．４未満となるように構成されていることを特徴とする，請求項４または５に記載のプラズマ処理装置。The projected area (A1) of the portion where the gas path is not formed on the mounting surface of the mounting table and the projected area (A2) of the portion where the gas path is formed on the mounting surface of the mounting table are: 6. The plasma processing apparatus according to claim 4 , wherein A2 / (A1 + A2) is configured to be less than 0.4.
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