JP3913681B2 - 誘導結合プラズマ処理装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は液晶表示装置（ＬＣＤ）基板等の被処理基板に対して誘導結合プラズマによりドライエッチング等の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。
【０００２】
【従来の技術】
ＬＣＤ製造プロセスにおいては、被処理基板であるＬＣＤガラス基板に対して、エッチングやスパッタリング、ＣＶＤ（化学気相成長）等のプラズマ処理が多用されている。
【０００３】
このようなプラズマ処理を行うためのプラズマ処理装置としては、種々のものが用いられているが、その中で、高密度プラズマを発生することができるものとして誘導結合プラズマ（ＩＣＰ）処理装置が知られている。
【０００４】
誘導結合プラズマ処理装置としては、真空に保持可能なプラズマ処理を行うための処理室の天井が誘電体壁で構成され、その上に高周波（ＲＦ）アンテナが配設されたものが用いられている。そして、この高周波アンテナに高周波電力が供給されることにより、処理室内に誘導電界が形成され、この誘導電界により処理室に導入された処理ガスがプラズマ化し、このようにして形成された処理ガスのプラズマによりエッチング等のプラズマ処理が施される。
【０００５】
ところで、近時、処理の効率化等のためＬＣＤガラス基板が著しく大型化しており、一辺が１ｍを超えるような巨大なものも出現している。このため、ＬＣＤガラス基板を処理するための誘導結合プラズマ処理装置も大型化し、したがって、誘電体壁も大型化している。誘電体が大型化すると、処理室の内外の圧力差や自重等に耐えるだけの十分な強度を有するように、その厚さも厚くせざるを得ないが、誘電体壁が厚くなると、高周波アンテナが処理室から遠ざかることとなり、エネルギー効率が悪くなる。
【０００６】
これに対して、特許文献１には、シャワーヘッドを構成する金属製のシャワー筐体に支持梁の機能を持たせ、この支持梁によって誘電体壁を支持することにより誘電体壁の撓みを防止し、これにより誘電体壁を薄くしてエネルギー効率を向上させること、およびシャワー筐体と高周波アンテナとが直交するようにして高周波アンテナからの誘導電界が支持梁によって妨げられることを極力防止してエネルギー効率の低下を防止することが開示されている。
【０００７】
【特許文献１】
特開２００１−２８２９９公報（特許請求の範囲、段落００４１〜００７０、図１〜６）
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記特許文献１の技術のように、高周波アンテナと処理室内のプラズマとの間にシャワー筐体のような金属製部材、すなわち導電性部材が存在すると、高周波アンテナと導電性部材との交差部分においてこれらの間に容量結合が生じ、この容量結合によって導電性部材に電流が流れ、この電流とプラズマとが誘導結合して導電性部材直下のプラズマ強度が大きくなり、所望のプラズマの均一性が得られず、処理が不均一になってしまう。
【０００９】
このような不都合を回避するために、高周波アンテナを導電性部材から遠ざけると、所望のプラズマの均一性は得られ、処理の均一性は確保されるもののアンテナとプラズマとの距離が大きくなり、プラズマ密度が低下してしまう。
【００１０】
本発明はかかる事情に鑑みてなされたものであって、高周波アンテナと処理室内に形成されるプラズマとの間に部分的に導電性部材を有しながら、プラズマ密度を低下させることなく所望のプラズマ均一性を得ることができ、均一なプラズマ処理を行うことができる誘導結合型プラズマ処理装置を提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明は、被処理基板にプラズマ処理を施す処理室と、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、前記処理室の壁部の一部を構成する誘電体壁と、前記誘電体壁を介して前記処理室外に設けられ、高周波電力が供給されることにより前記処理室内に誘導電界を形成するための高周波アンテナと、前記高周波アンテナと前記処理室内に形成されるプラズマとの間に設けられた導電性部材とを具備し、誘導電界により処理ガスをプラズマ化して被処理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おいて、前記高周波アンテナは、前記導電性部材と複数の交差部で交差するように設けられ、かつ、前記交差部における前記高周波アンテナと前記誘電体壁との距離が、前記複数の交差部以外における前記高周波アンテナと前記誘電体壁との最短距離よりも大きいことを特徴とする誘導結合プラズマ処理装置を提供する。
【００１２】
また、本発明は、被処理基板にプラズマ処理を施す処理室と、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、前記処理室の上部壁を構成する誘電体壁と、前記処理室外の前記誘電体壁の上に設けられ、高周波電力が供給されることにより前記処理室内に誘導電界を形成するための高周波アンテナと、前記高周波アンテナと前記処理室内の被処理基板との間に部分的に設けられた導電性部材とを具備し、誘導電界により処理ガスをプラズマ化して被処理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おいて、前記高周波アンテナは、前記導電性部材と複数の交差部で交差するように設けられ、かつ、１以上の前記交差部における前記高周波アンテナの位置が前記複数の交差部以外における位置よりも高いことを特徴とする誘導結合プラズマ処理装置を提供する。
【００１３】
本発明によれば、処理室の壁部の一部、特に上部壁を構成する誘電体壁に対応する部分に高周波アンテナを設け、高周波アンテナと処理室内に形成されるプラズマとの間に導電性部材を設けた構成において、高周波アンテナを導電性部材と複数の交差部で交差するように設け、かつ、前記交差部における前記高周波アンテナと前記誘電体壁と距離が、前記複数の交差部以外における前記高周波アンテナと前記誘電体壁との最短距離よりも大きくなるようにして、その部分の容量結合が極力小さくなるようにしたので、その交差部の直下位置のプラズマが強くなることを回避することができる。したがって、プラズマ密度を低下させることなく、所望のプラズマ均一性を確保することができ、均一なプラズマ処理を行うことができる。
【００１４】
前記高周波アンテナの前記少なくとも一部の交差部は、前記導電性部材の存在部分を跨ぐように設けることができる。これにより、容易に誘電体壁からの離隔距離を大きくすることができる。また、前記高周波アンテナは、前記導電性部材と直交するように設けられることが好ましい。これにより、高周波アンテナと導電性部材が誘導結合することを極力防止することができ、高周波アンテナからの誘導電界が導電性部材によって妨げられることが防止される。
【００１５】
誘電体壁が処理室の上部壁を構成する場合に、導電性部材として、誘電体壁を支持する支持部材を適用することが可能である。この場合に、誘電体壁は、支持部材上で複数の分割片を組み合わせて構成することができる。
【００１６】
また、同様に誘電体壁が処理室の上部壁を構成する場合に、前記導電性部材として、誘電体壁に設けられた処理ガスを吐出するシャワーヘッドを適用することが可能である。この場合に、シャワーヘッドが、誘電体壁の支持機能を有するように構成することができる。このようにシャワーヘッドに誘電体壁の支持機能を有する場合に、シャワーヘッドが十字状をなすようにし、誘電体壁は、シャワーヘッド上で複数の分割片を組み合わせて構成することができる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。図１は本発明の一実施形態に係る誘導プラズマエッチング装置を示す断面図である。この装置は、例えばＬＣＤの製造においてＬＣＤガラス基板上に薄膜トランジスターを形成する際に、メタル膜、ＩＴＯ膜、酸化膜等をエッチングするために用いられる。
【００１８】
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は分解可能に組み立てられており、接地線１ａにより接地されている。本体容器１は、誘電体壁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。したがって、誘電体壁２は処理室４の天井壁（上部壁）を構成している。誘電体壁２は、Ａｌ2Ｏ3等のセラミックス、石英等で構成されている。
【００１９】
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との間には内側に突出する支持棚５が設けられており、この支持棚５の上に誘電体壁２が載置される。したがって、支持棚５は処理室４の壁部の一部として機能する。誘電体壁２と支持棚５はビス６によって固定されており、誘電体壁２と支持棚５との間には、樹脂製のシールリング７（例えば商品名バイトン）が介装されている。
【００２０】
図２に示すように、誘電体壁２には十字状をなすシャワーヘッド１１が埋設されており、誘電体壁２の下面全面は誘電体カバー１０で覆われている。十字状をなすシャワーヘッド１１は、誘電体壁２を下から支持しており、支持部材としての機能を有する。また、誘電体壁２は４つの分割片２ａからなっており、十字状をなすシャワーヘッド１１上でこれら分割片２ａを組み立てることで誘電体壁２が構成されるようになっている。なお、上記誘電体壁２を支持するシャワーヘッド１１は、複数本のサスペンダ（図示せず）により本体容器１の天井に吊された状態となっている。なお、図２は、誘電体カバー１０を取り去った状態を示す底面図である。
【００２１】
このシャワーヘッド１１は導電性材料、望ましくは金属、例えば汚染物が発生しないようにその内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。このシャワーヘッド１１には水平に伸びるガス流路１２が形成されており、このガス流路１２には、下方に向かって延び、誘電体カバー１０を経て開口する複数のガス吐出孔１２ａが連通している。一方、誘電体壁２の上面中央には、このガス流路１２に連通するようにガス供給管２０ａが設けられている。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から供給されたエッチング用の処理ガス（ハロゲン含有ガス等）がガス供給管２０ａを介してシャワーヘッド１１内に供給され、その下面のガス供給孔１２ａから処理室４内へ吐出される。
【００２２】
アンテナ室３内には誘電体壁２の上に誘電体壁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、図３に示すように、ガス供給管２０ａの外周に設けられた給電部材１６から四方に略角形渦巻き状に延びる４つのアンテナ片１３ａを有しており、平面型の四重アンテナとなっている。給電部材１６には整合器１４を介して高周波電源１５が接続されており、一方、各アンテナ片１３ａの外側端部は本体容器１を介して接地されている。また、高周波アンテナ１３は、十字状のシャワーヘッド１１の延材方向にほぼ直交するように配置されている。
【００２３】
高周波アンテナ１３は、図４に示すように大部分が誘電体壁２に接するように設けられているが、十字状のシャワーヘッド１１と交差する交差部１３ｂは、シャワーヘッド１１の存在部分を跨ぐようにブリッジを構成している。これにより交差部１３ｂの誘電体壁２からの距離がアンテナ１３の他の部分よりも大きくなっている。
【００２４】
プラズマ処理中、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の高周波電力が高周波アンテナ１３へ供給される。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シャワーヘッド１１から供給された処理ガスがプラズマ化される。この際の高周波電源１５の出力は、プラズマを発生させるのに十分な値になるように適宜設定される。
【００２５】
処理室４内の下方には、誘電体壁２を挟んで高周波アンテナ１３と対向するように、ＬＣＤガラス基板Ｇを載置するための載置台としてのサセプタ２２が設けられている。サセプタ２２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。サセプタ２２に載置されたＬＣＤガラス基板Ｇは、静電チャック（図示せず）によりサセプタ２２に吸着保持される。ＬＣＤガラス基板Ｇがサセプタ２２の所定位置に保持された状態では、シャワーヘッド１１の十字の交点の位置が基板Ｇの中心と実質的に一致する。
【００２６】
サセプタ２２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、基板Ｇの搬入出時に昇降機構によりサセプタ２２が上下方向に駆動される。なお、サセプタ２２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、サセプタ２２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、基板Ｇを搬入出する搬入出口２７が設けられており、この搬入出口２７はゲートバルブ２７ａにより開閉可能となっている。
【００２７】
サセプタ２２には、中空の支柱２５内に設けられた給電棒により、整合器２８を介して高周波電源２９が接続されている。この高周波電源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６ＭＨｚの高周波電力をサセプタ２２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。
【００２８】
さらに、サセプタ２２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。
【００２９】
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機構３０が接続される、この排気機構３０により、処理室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。
【００３０】
次に、以上のように構成される誘導結合プラズマエッチング装置を用いてＬＣＤガラス基板Ｇに対してプラズマエッチング処理を施す際の処理動作について説明する。
【００３１】
まず、ゲートバルブ２７ａを開にした状態で搬入出口２７から搬送機構（図示せず）により基板Ｇを処理室４内に搬入し、サセプタ２２の載置面に載置した後、静電チャック（図示せず）により基板Ｇをサセプタ２２上に固定する。次に、処理室４内に処理ガス供給系２０からエッチングガスを含む処理ガスをシャワーヘッド１１のガス吐出孔１２ａから処理室内に吐出させるとともに、排気機構３０により排気管３１を介して処理室４内を真空排気することにより、処理室内を例えば１．３３Ｐａ程度の圧力雰囲気に維持する。
【００３２】
次に、高周波電源１５から１３．５６ＭＨｚの高周波を高周波アンテナ１３に印加し、これにより誘電体壁２を介して処理室４内に均一な誘導電界を形成する。このようにして形成された誘導電界により、処理室４内で処理ガスがプラズマ化し、高密度の誘導結合プラズマが生成される。このようにして生成されたプラズマ中のイオンは、高周波電源２９からサセプタ２２に対して印加される例えば６ＭＨｚの高周波電力によって基板Ｇに効果的に引き込まれ、基板Ｇに対してエッチング処理が施される。
【００３３】
この場合に、従来のように、高周波アンテナ１３が全体的に誘電体壁２に接触している場合には、高周波アンテナ１３のシャワーヘッド１１との交差部においてこれらが近接するため、その部分においてこれらの間に容量結合が生じる。図５に示すように、この容量結合によってシャワーヘッド１１に電流が流れ、この電流とプラズマとが誘導結合してシャワーヘッド１１の直下位置においてプラズマ強度が大きくなり、プラズマが不均一となって、結果として均一な処理を行い難くなる。
【００３４】
これに対して、本実施形態では、図４に示すように、高周波アンテナ１３において、シャワーヘッド１１と交差する交差部１３ｂは、シャワーヘッド１１の存在部分を跨ぐようにブリッジを構成しており、これにより交差部１３ｂの誘電体壁２からの距離が高周波アンテナ１３の他の部分よりも大きくなっている。容量結合による電界強度は距離の２乗に比例するため、このようにブリッジを構成して距離を大きくすることにより、交差部１３ｂとシャワーヘッド１１との間に容量結合がほとんど生じない状態とすることができるので、交差部１３ｂの直下位置のプラズマが強くなることを回避することができる。したがって、プラズマ密度を低下させることなく、所望のプラズマ均一性を確保することができ、均一なプラズマ処理を行うことができる。また、高周波アンテナ１３と導電性部材であるシャワーヘッド１１が近接している場合には、シャワーヘッド１１に誘導電流が流れこれによって効率が低下するが、このように交差部１３ｂにおいてこれらの間の距離を大きくすることにより、このような誘導電流を防ぐこともできる。この場合に、交差部１３ｂにおける高周波アンテナ１３の離間距離や、ブリッジの形状は、容量結合の大きさ等に応じてプラズマが所望な状態になるように適宜調整すればよい。ブリッジの形状としては、図４のような半円状の他、図６の（ａ）に示すような矩形状や（ｂ）に示すような台形状等種々の形状が考えられる。また、必要なプラズマ均一性は被処理体である基板Ｇの形状や大きさによって変化するため、必ずしも全ての交差部１３ｂについてこのようなブリッジを形成する必要はなく、交差部１３ｂのうち容量結合を解消する必要がある部分のみ部分的にこのようなブリッジを形成すればよい。また、高周波アンテナ１３とシャワーヘッド１１との間の空洞を誘電体で埋めるようにしてもよい。これにより高周波アンテナのブリッジ部の経時変形を防止することができる。
【００３５】
本実施形態の誘導結合プラズマ装置は、この他、以下のような効果を奏する。シャワーヘッド１１は誘電体壁２の支持部材として機能し、このシャワーヘッド１１が図示しないサスペンダーにより本体容器１の天井に吊された状態となっているので、誘電体壁２の撓みが防止される。したがって、誘電体壁２を薄くすることができ、エネルギー効率を向上させることができる。また、誘電体壁２を複数の分割片２ａを組み合わせて構成したため、大型の誘電体壁が必要な場合でも製造が容易である。
【００３６】
また、高周波アンテナ１３は、十字状のシャワーヘッド１１の延材方向にほぼ直交するように配置されているので、高周波アンテナ１３とシャワーヘッド１１が誘導結合することを極力防止することができ、高周波アンテナ１３からの誘導電界がシャワーヘッド１１によって妨げられることが防止される。
【００３７】
さらに、高周波アンテナ１３は四重アンテナを構成しているが、このように多重化することにより、インダクタンスを低減してアンテナインピーダンスを低下させ、アンテナ電位を低下させることができ、処理室４内の電界分布をより均一にすることができる。
【００３８】
なお、本発明は上記実施の形態に限定されることなく種々変形可能である。例えば、上記実施形態では高周波アンテナとプラズマとの間の導電性部材としてシャワーヘッドを例にとって説明したが、これに限らず、シャワーヘッド機能を有しない単なる支持部材であっても適用可能であるし、その他のいかなる導電性部材であっても同様に適用可能である。
【００３９】
また、高周波アンテナの形状は上記実施形態に限るものではなく、上述の四重以外の他の多重アンテナであってもよいし、一重の渦巻きであってもよいし、さらに全く他の形状であってもよい。高周波アンテナは必ずしも誘電体壁に接している必要はなく、所望のプラズマ密度が得られる限り、全体的に誘電体壁から浮いていてもよく、その場合でも容量結合を低減したい交差部において他の部分よりも誘電体壁からの距離を大きくすれば同様の効果を得ることができる。
【００４０】
さらに、上記実施の形態では、誘電体壁２を処理室４の天壁を構成するように水平に設け、その上に平面状の高周波アンテナ１３を設けた場合について示したが、このような場合に限らず、例えば、誘電体壁が処理室の側壁を構成するようにし、その周囲に高周波アンテナをコイル状に巻回する場合であってもよい。
【００４１】
さらにまた、上記実施形態では、本発明をエッチング装置に適用した場合について示したが、エッチング装置に限らず、スパッタリングや、ＣＶＤ成膜等の他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ＬＣＤ基板を用いたが、本発明はこれに限らず半導体ウエハ等他の基板を処理する場合にも適用可能である。
【００４２】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、処理室の壁部の一部、特に上部壁を構成する誘電体壁に対応する部分に高周波アンテナを設け、高周波アンテナと処理室内に形成されるプラズマとの間に導電性部材を設けた構成において、高周波アンテナを導電性部材と複数の交差部で交差するように設け、かつ、前記交差部における前記高周波アンテナと前記誘電体壁と距離が、前記複数の交差部以外における前記高周波アンテナと前記誘電体壁との最短距離よりも大きくなるようにして、その部分の容量結合が極力小さくなるようにしたので、その交差部の直下位置のプラズマが強くなることを回避することができる。したがって、プラズマ密度を低下させることなく、所望のプラズマ均一性を確保することができ、均一なプラズマ処理を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に係る誘導結合プラズマエッチング装置を示す断面図。
【図２】図１の装置に用いられる誘電体壁のカバー部材を取り去った状態を示す底面図。
【図３】図１の装置の高周波アンテナおよび誘電体壁を示す平面図。
【図４】図１の装置における高周波アンテナとシャワーヘッドとの交差部を拡大して示す断面図。
【図５】従来の高周波アンテナによる誘導電流を説明するための図。
【図６】高周波アンテナとシャワーヘッドとの交差部のブリッジ形状の他の例を示す図。
【符号の説明】
１；本体容器
２；誘電体壁
４；処理室
１１；シャワーヘッド（導電性部材）
１３；高周波アンテナ
１３ａ；アンテナ片
１３ｂ；交差部
２０；処理ガス供給系
２２；サセプタ
３０；排気機構
Ｇ；ＬＣＤ基板
【発明の属する技術分野】
本発明は液晶表示装置（ＬＣＤ）基板等の被処理基板に対して誘導結合プラズマによりドライエッチング等の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。
【０００２】
【従来の技術】
ＬＣＤ製造プロセスにおいては、被処理基板であるＬＣＤガラス基板に対して、エッチングやスパッタリング、ＣＶＤ（化学気相成長）等のプラズマ処理が多用されている。
【０００３】
このようなプラズマ処理を行うためのプラズマ処理装置としては、種々のものが用いられているが、その中で、高密度プラズマを発生することができるものとして誘導結合プラズマ（ＩＣＰ）処理装置が知られている。
【０００４】
誘導結合プラズマ処理装置としては、真空に保持可能なプラズマ処理を行うための処理室の天井が誘電体壁で構成され、その上に高周波（ＲＦ）アンテナが配設されたものが用いられている。そして、この高周波アンテナに高周波電力が供給されることにより、処理室内に誘導電界が形成され、この誘導電界により処理室に導入された処理ガスがプラズマ化し、このようにして形成された処理ガスのプラズマによりエッチング等のプラズマ処理が施される。
【０００５】
ところで、近時、処理の効率化等のためＬＣＤガラス基板が著しく大型化しており、一辺が１ｍを超えるような巨大なものも出現している。このため、ＬＣＤガラス基板を処理するための誘導結合プラズマ処理装置も大型化し、したがって、誘電体壁も大型化している。誘電体が大型化すると、処理室の内外の圧力差や自重等に耐えるだけの十分な強度を有するように、その厚さも厚くせざるを得ないが、誘電体壁が厚くなると、高周波アンテナが処理室から遠ざかることとなり、エネルギー効率が悪くなる。
【０００６】
これに対して、特許文献１には、シャワーヘッドを構成する金属製のシャワー筐体に支持梁の機能を持たせ、この支持梁によって誘電体壁を支持することにより誘電体壁の撓みを防止し、これにより誘電体壁を薄くしてエネルギー効率を向上させること、およびシャワー筐体と高周波アンテナとが直交するようにして高周波アンテナからの誘導電界が支持梁によって妨げられることを極力防止してエネルギー効率の低下を防止することが開示されている。
【０００７】
【特許文献１】
特開２００１−２８２９９公報（特許請求の範囲、段落００４１〜００７０、図１〜６）
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記特許文献１の技術のように、高周波アンテナと処理室内のプラズマとの間にシャワー筐体のような金属製部材、すなわち導電性部材が存在すると、高周波アンテナと導電性部材との交差部分においてこれらの間に容量結合が生じ、この容量結合によって導電性部材に電流が流れ、この電流とプラズマとが誘導結合して導電性部材直下のプラズマ強度が大きくなり、所望のプラズマの均一性が得られず、処理が不均一になってしまう。
【０００９】
このような不都合を回避するために、高周波アンテナを導電性部材から遠ざけると、所望のプラズマの均一性は得られ、処理の均一性は確保されるもののアンテナとプラズマとの距離が大きくなり、プラズマ密度が低下してしまう。
【００１０】
本発明はかかる事情に鑑みてなされたものであって、高周波アンテナと処理室内に形成されるプラズマとの間に部分的に導電性部材を有しながら、プラズマ密度を低下させることなく所望のプラズマ均一性を得ることができ、均一なプラズマ処理を行うことができる誘導結合型プラズマ処理装置を提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明は、被処理基板にプラズマ処理を施す処理室と、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、前記処理室の壁部の一部を構成する誘電体壁と、前記誘電体壁を介して前記処理室外に設けられ、高周波電力が供給されることにより前記処理室内に誘導電界を形成するための高周波アンテナと、前記高周波アンテナと前記処理室内に形成されるプラズマとの間に設けられた導電性部材とを具備し、誘導電界により処理ガスをプラズマ化して被処理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おいて、前記高周波アンテナは、前記導電性部材と複数の交差部で交差するように設けられ、かつ、前記交差部における前記高周波アンテナと前記誘電体壁との距離が、前記複数の交差部以外における前記高周波アンテナと前記誘電体壁との最短距離よりも大きいことを特徴とする誘導結合プラズマ処理装置を提供する。
【００１２】
また、本発明は、被処理基板にプラズマ処理を施す処理室と、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、前記処理室の上部壁を構成する誘電体壁と、前記処理室外の前記誘電体壁の上に設けられ、高周波電力が供給されることにより前記処理室内に誘導電界を形成するための高周波アンテナと、前記高周波アンテナと前記処理室内の被処理基板との間に部分的に設けられた導電性部材とを具備し、誘導電界により処理ガスをプラズマ化して被処理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おいて、前記高周波アンテナは、前記導電性部材と複数の交差部で交差するように設けられ、かつ、１以上の前記交差部における前記高周波アンテナの位置が前記複数の交差部以外における位置よりも高いことを特徴とする誘導結合プラズマ処理装置を提供する。
【００１３】
本発明によれば、処理室の壁部の一部、特に上部壁を構成する誘電体壁に対応する部分に高周波アンテナを設け、高周波アンテナと処理室内に形成されるプラズマとの間に導電性部材を設けた構成において、高周波アンテナを導電性部材と複数の交差部で交差するように設け、かつ、前記交差部における前記高周波アンテナと前記誘電体壁と距離が、前記複数の交差部以外における前記高周波アンテナと前記誘電体壁との最短距離よりも大きくなるようにして、その部分の容量結合が極力小さくなるようにしたので、その交差部の直下位置のプラズマが強くなることを回避することができる。したがって、プラズマ密度を低下させることなく、所望のプラズマ均一性を確保することができ、均一なプラズマ処理を行うことができる。
【００１４】
前記高周波アンテナの前記少なくとも一部の交差部は、前記導電性部材の存在部分を跨ぐように設けることができる。これにより、容易に誘電体壁からの離隔距離を大きくすることができる。また、前記高周波アンテナは、前記導電性部材と直交するように設けられることが好ましい。これにより、高周波アンテナと導電性部材が誘導結合することを極力防止することができ、高周波アンテナからの誘導電界が導電性部材によって妨げられることが防止される。
【００１５】
誘電体壁が処理室の上部壁を構成する場合に、導電性部材として、誘電体壁を支持する支持部材を適用することが可能である。この場合に、誘電体壁は、支持部材上で複数の分割片を組み合わせて構成することができる。
【００１６】
また、同様に誘電体壁が処理室の上部壁を構成する場合に、前記導電性部材として、誘電体壁に設けられた処理ガスを吐出するシャワーヘッドを適用することが可能である。この場合に、シャワーヘッドが、誘電体壁の支持機能を有するように構成することができる。このようにシャワーヘッドに誘電体壁の支持機能を有する場合に、シャワーヘッドが十字状をなすようにし、誘電体壁は、シャワーヘッド上で複数の分割片を組み合わせて構成することができる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。図１は本発明の一実施形態に係る誘導プラズマエッチング装置を示す断面図である。この装置は、例えばＬＣＤの製造においてＬＣＤガラス基板上に薄膜トランジスターを形成する際に、メタル膜、ＩＴＯ膜、酸化膜等をエッチングするために用いられる。
【００１８】
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は分解可能に組み立てられており、接地線１ａにより接地されている。本体容器１は、誘電体壁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。したがって、誘電体壁２は処理室４の天井壁（上部壁）を構成している。誘電体壁２は、Ａｌ2Ｏ3等のセラミックス、石英等で構成されている。
【００１９】
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との間には内側に突出する支持棚５が設けられており、この支持棚５の上に誘電体壁２が載置される。したがって、支持棚５は処理室４の壁部の一部として機能する。誘電体壁２と支持棚５はビス６によって固定されており、誘電体壁２と支持棚５との間には、樹脂製のシールリング７（例えば商品名バイトン）が介装されている。
【００２０】
図２に示すように、誘電体壁２には十字状をなすシャワーヘッド１１が埋設されており、誘電体壁２の下面全面は誘電体カバー１０で覆われている。十字状をなすシャワーヘッド１１は、誘電体壁２を下から支持しており、支持部材としての機能を有する。また、誘電体壁２は４つの分割片２ａからなっており、十字状をなすシャワーヘッド１１上でこれら分割片２ａを組み立てることで誘電体壁２が構成されるようになっている。なお、上記誘電体壁２を支持するシャワーヘッド１１は、複数本のサスペンダ（図示せず）により本体容器１の天井に吊された状態となっている。なお、図２は、誘電体カバー１０を取り去った状態を示す底面図である。
【００２１】
このシャワーヘッド１１は導電性材料、望ましくは金属、例えば汚染物が発生しないようにその内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。このシャワーヘッド１１には水平に伸びるガス流路１２が形成されており、このガス流路１２には、下方に向かって延び、誘電体カバー１０を経て開口する複数のガス吐出孔１２ａが連通している。一方、誘電体壁２の上面中央には、このガス流路１２に連通するようにガス供給管２０ａが設けられている。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から供給されたエッチング用の処理ガス（ハロゲン含有ガス等）がガス供給管２０ａを介してシャワーヘッド１１内に供給され、その下面のガス供給孔１２ａから処理室４内へ吐出される。
【００２２】
アンテナ室３内には誘電体壁２の上に誘電体壁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、図３に示すように、ガス供給管２０ａの外周に設けられた給電部材１６から四方に略角形渦巻き状に延びる４つのアンテナ片１３ａを有しており、平面型の四重アンテナとなっている。給電部材１６には整合器１４を介して高周波電源１５が接続されており、一方、各アンテナ片１３ａの外側端部は本体容器１を介して接地されている。また、高周波アンテナ１３は、十字状のシャワーヘッド１１の延材方向にほぼ直交するように配置されている。
【００２３】
高周波アンテナ１３は、図４に示すように大部分が誘電体壁２に接するように設けられているが、十字状のシャワーヘッド１１と交差する交差部１３ｂは、シャワーヘッド１１の存在部分を跨ぐようにブリッジを構成している。これにより交差部１３ｂの誘電体壁２からの距離がアンテナ１３の他の部分よりも大きくなっている。
【００２４】
プラズマ処理中、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の高周波電力が高周波アンテナ１３へ供給される。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シャワーヘッド１１から供給された処理ガスがプラズマ化される。この際の高周波電源１５の出力は、プラズマを発生させるのに十分な値になるように適宜設定される。
【００２５】
処理室４内の下方には、誘電体壁２を挟んで高周波アンテナ１３と対向するように、ＬＣＤガラス基板Ｇを載置するための載置台としてのサセプタ２２が設けられている。サセプタ２２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。サセプタ２２に載置されたＬＣＤガラス基板Ｇは、静電チャック（図示せず）によりサセプタ２２に吸着保持される。ＬＣＤガラス基板Ｇがサセプタ２２の所定位置に保持された状態では、シャワーヘッド１１の十字の交点の位置が基板Ｇの中心と実質的に一致する。
【００２６】
サセプタ２２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、基板Ｇの搬入出時に昇降機構によりサセプタ２２が上下方向に駆動される。なお、サセプタ２２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、サセプタ２２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、基板Ｇを搬入出する搬入出口２７が設けられており、この搬入出口２７はゲートバルブ２７ａにより開閉可能となっている。
【００２７】
サセプタ２２には、中空の支柱２５内に設けられた給電棒により、整合器２８を介して高周波電源２９が接続されている。この高周波電源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６ＭＨｚの高周波電力をサセプタ２２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。
【００２８】
さらに、サセプタ２２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。
【００２９】
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機構３０が接続される、この排気機構３０により、処理室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。
【００３０】
次に、以上のように構成される誘導結合プラズマエッチング装置を用いてＬＣＤガラス基板Ｇに対してプラズマエッチング処理を施す際の処理動作について説明する。
【００３１】
まず、ゲートバルブ２７ａを開にした状態で搬入出口２７から搬送機構（図示せず）により基板Ｇを処理室４内に搬入し、サセプタ２２の載置面に載置した後、静電チャック（図示せず）により基板Ｇをサセプタ２２上に固定する。次に、処理室４内に処理ガス供給系２０からエッチングガスを含む処理ガスをシャワーヘッド１１のガス吐出孔１２ａから処理室内に吐出させるとともに、排気機構３０により排気管３１を介して処理室４内を真空排気することにより、処理室内を例えば１．３３Ｐａ程度の圧力雰囲気に維持する。
【００３２】
次に、高周波電源１５から１３．５６ＭＨｚの高周波を高周波アンテナ１３に印加し、これにより誘電体壁２を介して処理室４内に均一な誘導電界を形成する。このようにして形成された誘導電界により、処理室４内で処理ガスがプラズマ化し、高密度の誘導結合プラズマが生成される。このようにして生成されたプラズマ中のイオンは、高周波電源２９からサセプタ２２に対して印加される例えば６ＭＨｚの高周波電力によって基板Ｇに効果的に引き込まれ、基板Ｇに対してエッチング処理が施される。
【００３３】
この場合に、従来のように、高周波アンテナ１３が全体的に誘電体壁２に接触している場合には、高周波アンテナ１３のシャワーヘッド１１との交差部においてこれらが近接するため、その部分においてこれらの間に容量結合が生じる。図５に示すように、この容量結合によってシャワーヘッド１１に電流が流れ、この電流とプラズマとが誘導結合してシャワーヘッド１１の直下位置においてプラズマ強度が大きくなり、プラズマが不均一となって、結果として均一な処理を行い難くなる。
【００３４】
これに対して、本実施形態では、図４に示すように、高周波アンテナ１３において、シャワーヘッド１１と交差する交差部１３ｂは、シャワーヘッド１１の存在部分を跨ぐようにブリッジを構成しており、これにより交差部１３ｂの誘電体壁２からの距離が高周波アンテナ１３の他の部分よりも大きくなっている。容量結合による電界強度は距離の２乗に比例するため、このようにブリッジを構成して距離を大きくすることにより、交差部１３ｂとシャワーヘッド１１との間に容量結合がほとんど生じない状態とすることができるので、交差部１３ｂの直下位置のプラズマが強くなることを回避することができる。したがって、プラズマ密度を低下させることなく、所望のプラズマ均一性を確保することができ、均一なプラズマ処理を行うことができる。また、高周波アンテナ１３と導電性部材であるシャワーヘッド１１が近接している場合には、シャワーヘッド１１に誘導電流が流れこれによって効率が低下するが、このように交差部１３ｂにおいてこれらの間の距離を大きくすることにより、このような誘導電流を防ぐこともできる。この場合に、交差部１３ｂにおける高周波アンテナ１３の離間距離や、ブリッジの形状は、容量結合の大きさ等に応じてプラズマが所望な状態になるように適宜調整すればよい。ブリッジの形状としては、図４のような半円状の他、図６の（ａ）に示すような矩形状や（ｂ）に示すような台形状等種々の形状が考えられる。また、必要なプラズマ均一性は被処理体である基板Ｇの形状や大きさによって変化するため、必ずしも全ての交差部１３ｂについてこのようなブリッジを形成する必要はなく、交差部１３ｂのうち容量結合を解消する必要がある部分のみ部分的にこのようなブリッジを形成すればよい。また、高周波アンテナ１３とシャワーヘッド１１との間の空洞を誘電体で埋めるようにしてもよい。これにより高周波アンテナのブリッジ部の経時変形を防止することができる。
【００３５】
本実施形態の誘導結合プラズマ装置は、この他、以下のような効果を奏する。シャワーヘッド１１は誘電体壁２の支持部材として機能し、このシャワーヘッド１１が図示しないサスペンダーにより本体容器１の天井に吊された状態となっているので、誘電体壁２の撓みが防止される。したがって、誘電体壁２を薄くすることができ、エネルギー効率を向上させることができる。また、誘電体壁２を複数の分割片２ａを組み合わせて構成したため、大型の誘電体壁が必要な場合でも製造が容易である。
【００３６】
また、高周波アンテナ１３は、十字状のシャワーヘッド１１の延材方向にほぼ直交するように配置されているので、高周波アンテナ１３とシャワーヘッド１１が誘導結合することを極力防止することができ、高周波アンテナ１３からの誘導電界がシャワーヘッド１１によって妨げられることが防止される。
【００３７】
さらに、高周波アンテナ１３は四重アンテナを構成しているが、このように多重化することにより、インダクタンスを低減してアンテナインピーダンスを低下させ、アンテナ電位を低下させることができ、処理室４内の電界分布をより均一にすることができる。
【００３８】
なお、本発明は上記実施の形態に限定されることなく種々変形可能である。例えば、上記実施形態では高周波アンテナとプラズマとの間の導電性部材としてシャワーヘッドを例にとって説明したが、これに限らず、シャワーヘッド機能を有しない単なる支持部材であっても適用可能であるし、その他のいかなる導電性部材であっても同様に適用可能である。
【００３９】
また、高周波アンテナの形状は上記実施形態に限るものではなく、上述の四重以外の他の多重アンテナであってもよいし、一重の渦巻きであってもよいし、さらに全く他の形状であってもよい。高周波アンテナは必ずしも誘電体壁に接している必要はなく、所望のプラズマ密度が得られる限り、全体的に誘電体壁から浮いていてもよく、その場合でも容量結合を低減したい交差部において他の部分よりも誘電体壁からの距離を大きくすれば同様の効果を得ることができる。
【００４０】
さらに、上記実施の形態では、誘電体壁２を処理室４の天壁を構成するように水平に設け、その上に平面状の高周波アンテナ１３を設けた場合について示したが、このような場合に限らず、例えば、誘電体壁が処理室の側壁を構成するようにし、その周囲に高周波アンテナをコイル状に巻回する場合であってもよい。
【００４１】
さらにまた、上記実施形態では、本発明をエッチング装置に適用した場合について示したが、エッチング装置に限らず、スパッタリングや、ＣＶＤ成膜等の他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ＬＣＤ基板を用いたが、本発明はこれに限らず半導体ウエハ等他の基板を処理する場合にも適用可能である。
【００４２】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、処理室の壁部の一部、特に上部壁を構成する誘電体壁に対応する部分に高周波アンテナを設け、高周波アンテナと処理室内に形成されるプラズマとの間に導電性部材を設けた構成において、高周波アンテナを導電性部材と複数の交差部で交差するように設け、かつ、前記交差部における前記高周波アンテナと前記誘電体壁と距離が、前記複数の交差部以外における前記高周波アンテナと前記誘電体壁との最短距離よりも大きくなるようにして、その部分の容量結合が極力小さくなるようにしたので、その交差部の直下位置のプラズマが強くなることを回避することができる。したがって、プラズマ密度を低下させることなく、所望のプラズマ均一性を確保することができ、均一なプラズマ処理を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に係る誘導結合プラズマエッチング装置を示す断面図。
【図２】図１の装置に用いられる誘電体壁のカバー部材を取り去った状態を示す底面図。
【図３】図１の装置の高周波アンテナおよび誘電体壁を示す平面図。
【図４】図１の装置における高周波アンテナとシャワーヘッドとの交差部を拡大して示す断面図。
【図５】従来の高周波アンテナによる誘導電流を説明するための図。
【図６】高周波アンテナとシャワーヘッドとの交差部のブリッジ形状の他の例を示す図。
【符号の説明】
１；本体容器
２；誘電体壁
４；処理室
１１；シャワーヘッド（導電性部材）
１３；高周波アンテナ
１３ａ；アンテナ片
１３ｂ；交差部
２０；処理ガス供給系
２２；サセプタ
３０；排気機構
Ｇ；ＬＣＤ基板
Claims (9)
- 被処理基板にプラズマ処理を施す処理室と、
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、
前記処理室の壁部の一部を構成する誘電体壁と、
前記誘電体壁を介して前記処理室外に設けられ、高周波電力が供給されることにより前記処理室内に誘導電界を形成するための高周波アンテナと、
前記高周波アンテナと前記処理室内に形成されるプラズマとの間に設けられた導電性部材と
を具備し、誘導電界により処理ガスをプラズマ化して被処理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おいて、
前記高周波アンテナは、前記導電性部材と複数の交差部で交差するように設けられ、かつ、前記交差部における前記高周波アンテナと前記誘電体壁との距離が、前記複数の交差部以外における前記高周波アンテナと前記誘電体壁との最短距離よりも大きいことを特徴とする誘導結合プラズマ処理装置。 - 被処理基板にプラズマ処理を施す処理室と、
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、
前記処理室の上部壁を構成する誘電体壁と、
前記処理室外の前記誘電体壁の上に設けられ、高周波電力が供給されることにより前記処理室内に誘導電界を形成するための高周波アンテナと、
前記高周波アンテナと前記処理室内の被処理基板との間に部分的に設けられた導電性部材と
を具備し、誘導電界により処理ガスをプラズマ化して被処理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おいて、
前記高周波アンテナは、前記導電性部材と複数の交差部で交差するように設けられ、かつ、１以上の前記交差部における前記高周波アンテナの位置が前記複数の交差部以外における位置よりも高いことを特徴とする誘導結合プラズマ処理装置。 - 前記高周波アンテナは、前記１以上の交差部において、前記導電性部材の存在部分を跨ぐように設けられていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の誘導結合プラズマ処理装置。
- 前記高周波アンテナは、前記導電性部材と直交するように設けられていることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の誘導結合プラズマ処理装置。
- 前記導電性部材は、誘電体壁を支持する支持部材であることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の誘導結合プラズマ処理装置。
- 前記誘電体壁は、前記支持部材上で複数の分割片を組み合わせて構成されることを特徴とする請求項５に記載の誘導結合プラズマ処理装置。
- 前記導電性部材は、誘電体壁に設けられた処理ガスを吐出するシャワーヘッドであることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の誘導結合プラズマ処理装置。
- 前記シャワーヘッドは、前記誘電体壁の支持機能を有す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。
- 前記シャワーヘッドは十字状をなし、前記誘電体壁は、前記シャワーヘッド上で複数の分割片を組み合わせて構成されることを特徴とする請求項８に記載の誘導結合プラズマ処理装置。
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