JP4028534B2 - 誘導結合プラズマ処理装置 - Google Patents

Description

本発明は半導体処理分野で使用される誘導結合プラズマ処理装置に関する。より具体的には、本発明は、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）用の基板（ＬＣＤガラス基板）等の被処理基板に対して、プラズマを使用して、成膜、エッチング等の処理を施すための誘導結合（ＩＣＰ）プラズマ処理装置に関する。なお、ここで、半導体処理とは、半導体ウエハやＬＣＤガラス基板等の被処理体上に半導体層、絶縁層、導電層等を所定のパターンで形成することにより、該被処理体上に半導体デバイスや、半導体デバイスに接続される配線、電極等を含む構造物を製造するために実施される種々の処理を意味する。

液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）の製造工程において、ガラス製の矩形のＬＣＤガラス基板の表面に対して、成膜、エッチング等の処理が施される。このような処理を、プラズマを使用して行う装置として、高密度プラズマを発生できる誘導結合プラズマ処理装置が知られている。

誘導結合プラズマ処理装置の典型的な構造において、気密な処理室の天井に誘電体壁（窓板）が配設され、該誘電体壁上に高周波（ＲＦ）アンテナが配設される。高周波アンテナにより、処理室内に誘導電界が形成され、該電界により、処理ガスがプラズマに転化される。このようにして生成された処理ガスのプラズマを使用して、処理室内に配置された被処理基板に対して成膜、エッチング等の処理が施される。

ＬＣＤの製造工程において処理される被処理基板（ＬＣＤガラス基板）は、通常、１枚の被処理基板から複数枚、例えば９枚のＬＣＤパネル製品が得られるような寸法に設定される。従って、被処理基板であるＬＣＤガラス基板の寸法は、市販のＬＣＤに比べてかなり大きなものとなる。更に、近年、ＬＣＤ自体の大型化に伴って、被処理基板であるＬＣＤガラス基板の寸法は、ますます大きくなり、例えば、１ｍ×１ｍのよう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、従って、また、ＬＣＤガラス基板と高周波アンテナとの間に配設される誘電体壁も大型化している。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、誘電体壁は平面寸法の大型化に伴って厚さも大きく設定される。しかし、誘電体壁が肉厚になると、高周波アンテナと処理室との距離が大きくなるため、エネルギー効率の低下の原因となる。

特許文献１は、誘導結合プラズマ処理装置におけるこのような問題に対処するためのある構造を開示する。この公報に開示の装置においては、本体容器が誘電体壁により下側の処理室と上側のアンテナ室とに区画される。本体容器の区画位置に対応して、容器の中心を十字状に横断するレール等の複数のレールを有する支持枠が配設され、支持枠上に誘電体壁が載置される。誘電体壁は、支持枠のレールに対応して分割された複数のセグメントからなる。

特許文献１の構造では、誘電体壁の重量及び処理室内外の圧力差は、最終的に、本体容器の内面に沿って走る支持枠の外側枠部分によって全て支持される。このため、支持枠のレールの存在に拘わらず、誘電体壁は、依然中央部で下側に向かって撓み易い。この現象を軽減するためには、支持枠全体を頑丈な構造にする必要があるが、この場合、支持枠自体の寸法及び重量も大きなものとなり、処理室内面のプロファイル、操作性、メンテナンス、コスト等の面で望ましくない結果をもたらす。
米国特許第5,589,737号明細書

本発明は、高周波アンテナに対応して処理室の天井に誘電体壁が配設された誘導結合プラズマ処理装置において、装置の大型化に伴って生じる種々の問題に対処するための改良を装置に加えることを目的とする。

本発明の第１の視点は、誘導結合プラズマ処理装置であって、
気密な処理室と、
前記処理室内で被処理基板を載置するための載置台と、
前記処理室内に処理ガスを供給するための処理ガス供給系と、
前記処理室内を排気すると共に前記処理室内を真空に設定するための排気系と、
前記処理室の天井に配設された誘電体壁と、
前記処理室外で前記誘電体壁に面して配設された高周波アンテナと、前記高周波アンテナは、前記処理ガスをプラズマに転化するための誘導電界を前記処理室内に形成することと、
前記載置台と前記誘電体壁との間に配設され、前記処理ガス供給系に接続されたガス流路と前記載置台に対して開口する複数のガス供給孔とを有する金属から実質的になるシャワー筐体を含むシャワーヘッドと、前記シャワー筐体は、前記高周波アンテナの延在する方向に対して実質的に直交する方向に延在する形状を有することと、
を具備することを特徴とする。

本発明の第２の視点は、第１の視点の装置において、前記高周波アンテナは渦巻きアンテナを具備し、前記シャワー筐体は放射方向に延在する形状を有することを特徴とする。

本発明の第３の視点は、第１の視点の装置において、前記高周波アンテナは互いに平行に延在する複数の長い直線部分を有するアンテナを具備し、前記シャワー筐体は前記直線部分に直交するように互いに平行に延在する複数の部分を有することを特徴とする。

本発明の第４の視点は、第１の視点の装置において、前記シャワー筐体は接地されることを特徴とする。

本発明の第５の視点は、第１の視点の装置において、前記シャワー筐体の下面を被覆する誘電体カバーを更に具備し、前記ガス供給孔に対応して前記誘電体カバーに孔が形成されることを特徴とする。

更に、本発明に係る実施の形態には種々の段階の発明が含まれており、開示される複数の構成要件における適宜な組み合わせにより種々の発明が抽出され得る。例えば、実施の形態に示される全構成要件から幾つかの構成要件が省略されることで発明が抽出された場合、その抽出された発明を実施する場合には省略部分が周知慣用技術で適宜補われるものである。

本発明によれば、高周波アンテナに対応して処理室の天井に誘電体壁が配設された誘導結合プラズマ処理装置において、装置の大型化に伴って生じる種々の問題に対処するための改良を装置に加えることができる。

以下に、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。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、同一符号を付し、重複説明は必要な場合にのみ行う。

図１は本発明の実施の形態に係る誘導結合プラズマエッチング装置を示す縦断正面図である。この装置は、例えば、ＬＣＤの製造において、ＬＣＤガラス基板上にＴＦＴ（Thin Film Transistor）を形成するため、ポリシリコン膜或いはアモルファスシリコン膜をパターニングするために使用される。

図１図示の如く、本プラズマエッチング装置は、導電性材料、例えばアルミニウム製の筐体から分解可能に組立てられた気密な本体容器１を有する。本体容器１は接地線１ａによって接地される。本体容器１は、壁面から汚染物が発生しないように、内壁面が陽極酸化によりアルマイト処理される。本体容器１内は、仕切り構造２により、上側のアンテナ室４と下側の処理室５とに気密に区画される。仕切り構造２の位置に対応して、本体容器１の内面には２つの水平な棚面７ａ、７ｂ（図３参照）を規定する支持棚７が配設される。

図２は図１図示装置の仕切り構造２を、その下側カバーを除いて示す底面図、図３及び図４は図２中のIII −III 線及びIV−IV線に沿った仕切り構造２の断面図である。

仕切り構造２は、実質的に同一寸法の４つの石英等からなるセグメント３ｓを組み合わせてなる厚さ約３０ｍｍの誘電体壁３を含み、誘電体壁３の周縁部は、支持棚７の下側の棚面７ａ上に載置される。セグメント３ｓが互いに隣接する位置に対応して、本体容器１の中央には線対称の十字形状の支持梁兼補強梁１６が配設される。支持梁１６は、誘電体壁３の周縁部から離れた位置において、後述する複数のサスペンダ８ａ、８ｂによって本体容器１の天井に吊るされ、水平状態を維持するように設定される。支持梁１６はサスペンダ８ａ、８ｂと接続するための円形凸部１６ｂを除いて水平な支持面１６ａを規定し、セグメント３ｓの互いに対向する縁部は、該支持面１６ａ上に載置される。

セグメント３ｓの周縁部には、支持棚７及び支持梁１６と相補形状の下向きの段部が形成される。即ち、支持棚７及び支持梁１６は、これ等の段部により規定される誘電体壁３の下面の凹部内に嵌め込まれ、支持棚７、支持梁１６及び誘電体壁３の下面が水平面上で実質的に整一した状態となる。支持棚７、支持梁１６及び誘電体壁３の下面は、更に、平滑な下面を有する石英等からなる誘電体カバー１２により被覆される。カバー１２は、その凹部内に埋め込まれた複数のビス１２ａによって支持梁１６に固定される。ビス１２ａは、カバー１２の凹部内に埋め込まれた石英等からなる誘電体キャップ１２ｂによって被覆され、ここで、カバー１２及びキャップ１２ｂの下面は実質的に整一する。

一方、誘電体壁３の上側には、ＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン：商品名テフロン等）等からなる樹脂板１７が配設される。樹脂板１７は、１枚の板からなり、誘電体壁３、支持棚７の上側棚面７ｂ及び支持梁１６の円形凸部１６ｂの上に載置される。樹脂板１７の周縁部に沿って押え枠１８が配設され、樹脂板１７の周縁部を挟み込むように通しビス１８ａによって支持棚７に固定される。

また、樹脂板１７には、サスペンダ８ａ、８ｂと接続するための支持梁１６の円形凸部１６ｂに対応して開口が形成される。サスペンダ８ａ、８ｂの下端部にはフランジ１０が配設され、樹脂板１７の開口の周囲部分を挟み込むように通しビス１０ａによって支持梁１６の凸部１６ｂに固定される。樹脂板１７と支持棚７の上側棚面７ｂとの間、及び樹脂板１７と支持梁１６の円形凸部１６ｂとの間には弾性材料からなるシールリング１７ａが配設され、これにより、アンテナ室４と処理室５とを気密に区画するための、仕切り構造２の気密性が保証される。

図５は図１図示装置の仕切り構造２とサスペンダ８ａ、８ｂとの関係を示す概略斜視図である。サスペンダ８ａ、８ｂは、支持梁１６の中央に接続された１本の管状のサスペンダ８ａと、支持梁１６の十字形状の端部に接続された４本の中実ロッド状のサスペンダ８ｂとからなる。各サスペンダ８ａ、８ｂは本体容器１の天井から仕切り構造２へ垂直に延在し、その下端部には、前述のフランジ１０が配設され、上端部には、同様なフランジ９が配設される。

全サスペンダ８ａ、８ｂの上側のフランジ９は、ビス９ａによって連結板１１に固定される。連結板１１は、本体容器の１の天井を貫通する複数のボルト１１ａによって該天井に固定される。なお、サスペンダ８ａ、８ｂ及びこれ等を取付けるための部材９、１０、１１やビス９ａ、１０ａ及びボルト１１ａは、プラズマに接触しない部分であるため、全て機械的強度の高いステンレス鋼から形成される。また、支持梁１６は接地線１ｂにより本体容器１に接続され、従って、支持梁１６は、接地線１ｂ、本体容器１、接地線１ａを介して接地される。

サスペンダ８ａ、８ｂを周回するようにコイル状の抵抗加熱ヒータ６が配設され、電源６ａに接続される。ヒータ６によりサスペンダ８ａ、８ｂ、支持梁１６を介して誘電体壁３を含む仕切り構造２が加熱され、これにより、処理室５に露出する仕切り構造２の下面即ち、誘電体カバー１２の下面に副生成物が付着するのが防止される。

支持梁１６は、導電性材料、望ましくは金属、例えばアルミニウム製の筐体からされた中空の部材からなり、シャワーヘッドを構成するためのシャワー筐体として兼用される。支持梁１６を構成する筐体の内外表面は、壁面から汚染物が発生しないように、陽極酸化によりアルマイト処理される。支持梁兼シャワー筐体１６には、ガス流路１９が内部に形成されると共に、ガス流路１９に連通し且つ後述するサセプタ即ち載置台２２に対して開口する複数のガス供給孔１９ａが下面に形成される。なお、誘電体カバー１２には、シャワー筐体１６のガス供給孔１９ａに対応して、孔１２ｃが形成される。

支持梁１６の中央に接続された管状のサスペンダ８ａ内には、支持梁１６内のガス流路１９に連通するガス供給管２０ａが配設される。ガス供給管２０ａは、連結板１１及び本体容器の１の天井を貫通し、本体容器１外に配設された処理ガス源部２０に接続される。即ち、プラズマ処理中、処理ガスが、処理ガス源部２０からガス供給管２０ａを介して、支持梁兼シャワー筐体１６内に供給され、更に、その下面のガス供給孔１９ａから処理室５内に放出される。

アンテナ室４内には、誘電体壁３に面するように、仕切り構造２上に配設された高周波（ＲＦ）アンテナ１３が配設される。図６は図１図示装置の仕切り構造２と高周波アンテナ１３との関係を示す概略斜視図である。図示の如く、アンテナ１３は、仕切り構造２上の部分が略正方形の角形渦巻き状をなす平面型のコイルアンテナからなる。アンテナ１３は、渦巻きの中心端部が本体容器１の天井の略中央から導出され、整合器１４を介して高周波電源１５に接続される。一方、渦巻きの外側端部は本体容器１に接続され、これにより接地される。

プラズマ処理中、電源１５からは、誘導電界形成用の高周波電力、例えば１３．５６ＭＨｚの高周波電力がアンテナ１３へ供給される。アンテナ１３により、処理室５内に誘導電界が形成され、この誘導電界により、支持梁兼シャワー筐体１６から供給された処理ガスがプラズマに転化される。このため、電源１５は、プラズマを発生させるのに十分な出力で高周波電力を供給できるように設定される。

誘電体壁３を挟んで高周波アンテナ１３と対向するように、処理室５内にはＬＣＤガラス基板ＬＳを載置するためのサセプタ即ち載置台２２が配設される。サセプタ２２は、導電性材料、例えばアルミニウム製の部材からなり、その表面は、汚染物が発生しないように、陽極酸化によりアルマイト処理される。サセプタ２２の周囲には基板ＬＳを固定するためのクランプ２３が配設される。基板ＬＳがサセプタ２２上の所定位置に配置された時、支持梁１６の十字形状の中心は、基板ＬＳの中心と実質的に整一する。

サセプタ２２は絶縁体枠２４内に収納され、更に、中空の支柱２５上に支持される。支柱２５は本体容器１の底部を気密に貫通し、本体容器１外に配設された昇降機構（図示せず）に支持される。即ち、サセプタ２２は、基板ＬＳのロード／アンロード時に、この昇降機構により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、これにより、処理室５内の気密性が保証される。また、処理室５の側部には、基板ＬＳをロード／アンロードする際に使用されるゲートバルブ２７が配設される。

サセプタ２２は、中空の支柱２５内に配置された給電棒により、整合器２８を介して高周波電源２９に接続される。プラズマ処理中、高周波電源２９からは、バイアス用の高周波電力、例えば３８０ＫＨｚの高周波電力がサセプタ２２に印加される。このバイアス用の高周波電力は、処理室５内で励起されたプラズマ中のイオンを効果的に基板ＬＳに引込むために使用される。

更に、サセプタ２２内には、基板ＬＳ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、温度センサとが配設される（いずれも図示せず）。これ等の機構や部材に対する配管や配線は、いずれも中空の支柱２５を通して本体容器１外に導出される。

処理室５の底部には、排気管３０ａを介して、真空ポンプなどを含む真空排気機構３０が接続される。真空排気機構３０により、処理室５内が排気されると共に、プラズマ処理中、処理室５内が真空雰囲気、例えば１０ｍＴｏｒｒの圧力雰囲気に設定及び維持される。

次に、図１図示の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ＬＳに対してプラズマエッチング処理を施す場合について説明する。

まず、ゲートバルブ２７を通して搬送機構により基板ＬＳをサセプタ２２の載置面に載置した後、クランプ２３により基板ＬＳをサセプタ２２に固定する。次に、処理室５内にガス供給源２０からエッチングガス（例えばＳＦ6 ガス）を含む処理ガス吐出させると共に、排気管２３を介して処理室５内を真空引きすることにより、処理室５内を例えば１０ｍＴｏｒｒの圧力雰囲気に維持する。

次に、電源１５から１３．５６ＭＨｚの高周波電力をアンテナ１３に印加することにより、仕切り壁構造２を介して処理室５内に均一な誘導電界を形成する。かかる誘導電界により、処理室５内で処理ガスがプラズマに転化され、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、電源２９からサセプタ２２に対して印加される３８０ＫＨｚの高周波電力によって、基板ＬＳに効果的に引込まれ、基板ＬＳに対して均一なエッチング処理が施される。

上述のような構成を有する図１図示の誘導結合プラズマエッチング装置においては、以下に述べるような効果が得られる。

エッチング処理中、誘電体壁３を含む仕切り壁構造２は、重力及び処理室５内外の圧力差により下方向に力を受ける。しかし、図１図示の装置においては、誘電体壁３が、複数本のサスペンダ８ａ、８ｂ及び支持梁１６によって本体容器１の天井に吊持されるため、下方に撓むことはない。このため、誘電体壁３を肉薄に形成することができ、アンテナ１３のエネルギー効率の低下を防止することができる。また、誘電体壁３を支持梁１６上で組み合わされる複数のセグメント３ｓから構成したため、誘電体壁３の製造が容易となる。

誘電体壁３を含む仕切り壁構造２に配設された金属製の支持梁１６は、シャワーヘッドのシャワー筐体として使用される。即ち、仕切り壁構造２を補強及び支持するための部材と、処理ガスを供給するための部材とが兼用されるため、処理室５内の部品点数の増加を抑えることができる。また、金属製のシャワーヘッドは、石英等の誘電体からなる従来のシャワーヘッドと比較して、加工性及び機械的強度に優れたものとなる。

支持梁兼シャワー筐体１６は金属製であるため、これがアンテナ１３に対してシールドとして機能し、その内部のガス流路１９内において異常放電が発生して処理ガスがプラズマ化されるのを防止することができる。また、接地された支持梁兼シャワー筐体１６は、サセプタ２２の対向電極として機能するため、バイアス電界の広がりを防止し、従って、プラズマの広がりを防止することができる。

支持梁兼シャワー筐体１６は、アンテナ１３の延在する方向に対して実質的に直交する方向に延在する形状を有するため、アンテナ１３からの誘導電界が、支持梁１６によって、妨げられる度合いが低下する。即ち、アンテナ１３と基板ＬＳとの間に金属の部材を介在させることにより生じるアンテナ１３のエネルギー効率の低下を最小限とすることができる。

仕切り壁構造２において、支持棚７、支持梁１６及び誘電体壁３の下面は、平滑な下面を有する誘電体カバー１２により被覆される。即ち、処理室５の天井の下面は凹凸のない面となるため、プラズマによる損傷やクリーニングが困難になる等の問題が発生しない。この点に関し、前述の特許文献１の構造のように、処理室側に誘電体壁の支持枠が突出した構造であると、円周方向の電界によって加速されるプラズマ中の電子等が支持枠に衝突し、支持枠を損傷させる。この場合、削られた支持枠から発生したパーティクルやエネルギーを失ったイオン等が支持枠の側面に堆積して、クリーニングを頻繁に必要とするが、誘電体壁と支持枠との間に段差があるためその作業は容易ではない。

なお、図示の実施の形態においては、サスペンダ８ａ、８ｂは、本体容器１の天井即ちアンテナ室４の天井に支持されるが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、処理室の上方に上方枠（overhead frame）を配設し、ここに、サスペンダ８ａ、８ｂを取付けるようにしてもよい。このような構成は、例えば、アンテナを包囲するアンテナ室を設けない場合に用いることができる。

図７は本発明の別の実施の形態に係る誘導結合プラズマエッチング装置を示す縦断正面図である。この実施の形態は、誘電体壁をサスペンダによって本体容器の天井に吊持するという本発明の特徴を組込んだ、より単純な構造のエッチング装置に関する。しかし、図７図示の装置における仕切り構造は、図１図示の装置の構造とは幾分相違する。

この装置において、誘電体壁３は厚さが約３０ｍｍで、その外周縁が本体容器１の内周壁に突出して配設された支持棚７にビス４１ａによって固定される。誘電体壁３と支持棚７との間には弾性材料からなるシールリング４１ｂが配設され、これにより、アンテナ室４と処理室５とが気密に区画される。誘電体壁３の中央部周辺、即ち誘電体壁３の周縁部から離れた位置において、誘電体壁３は４本のサスペンダ８ｂによって本体容器１の天井に吊持される。

図８は図７図示装置の誘電体壁３とサスペンダ８ｂとの関係を示す概略斜視図、図９（Ａ）は該誘電体壁３とサスペンダ８ｂとの接続部を示す拡大断面図である。サスペンダ８ｂの上下両端部にはフランジ９、１０が一体に配設される。上側のフランジ９はビス９ａによって天井に固定され、下側のフランジ１０はビス１０ａによって誘電体壁３の上面に固定される。なお、図９（Ｂ）図示の如く、サスペンダ８ｂが誘電体壁３を貫通し、フランジ１０がビス１０ａによって誘電体壁３の下面に取付けられるような構造とすることもできる。

更に、図７図示の装置においては、図１図示の装置のような支持梁兼シャワー筐体１６が配設されていない。処理ガスは、支持棚７の下側に配設された複数の噴出ノズル４２から処理室５内に供給される。

図７図示の装置の仕切り構造においては、誘電体壁３が、複数本のサスペンダ８ｂによって本体容器１の天井に吊持されるため、下方に撓むことはない。このため、誘電体壁３を肉薄に形成することができ、アンテナ１３のエネルギー効率の低下を防止することができる。

図１０は図７図示の装置における仕切り構造の変更例を示す斜視図、図１１（Ａ）は当該変更例の誘電体壁３とサスペンダ８ｂとの接続部を示す拡大断面図である。この変更例にあっては、誘電体壁３を十字状に横断する支持梁４３が配設され、支持梁４３にサスペンダ８ｂが接続される。支持梁４３は誘電体壁３の下面の凹部内に嵌め込まれ、支持梁４３及び誘電体壁３の下面が水平面上で実質的に整一した状態となる。このように、支持梁４３を使用することにより、より強固に誘電体壁３を本体容器１の天井に吊持することができる。なお、図１１（Ｂ）図示の如く、支持梁４３が誘電体壁３の下面から突出するようなものとしてもよい。

また、支持梁４３を金属製とする場合、前述の如く、支持梁４３は、アンテナ１３の延在する方向に対して実質的に直交する方向に延在する形状を有することが望ましい。これにより、アンテナ１３と基板ＬＳとの間に金属の部材を介在させることにより生じるアンテナ１３のエネルギー効率の低下を最小限とすることができる。

図１２は図７図示の装置における仕切り構造の別の変更例を示す拡大断面図である。図１２図示の変更例において、誘電体壁３は、図１図示の装置のように、支持梁４３上で組み合わされる複数のセグメント３ｓから構成される。支持梁４３とセグメント３ｓの端部との間に弾性材料からなるパッキング４４が配設され、これにより、アンテナ室４と処理室５とが気密に区画される。誘電体壁３を複数のセグメント３ｓから構成することにより、誘電体壁３の製造が容易となる。

図１３は図７図示の装置における仕切り構造の更に別の変更例を示す斜視図、図１４は当該変更例の支持枠を示す平面図である。図１３図示の変更例において、誘電体壁３と同じ外輪郭形状を有する支持枠４５が配設され、支持枠４５上に誘電体壁３が載置される。支持枠４５は矩形部分４６ａと、矩形部分４６ａの４辺から内方に延在する延長部分４６ｂとを有し、サスペンダ８ｂは延長部分４６ｂの内端部に接続される。

図１５は本発明の更に別の実施の形態に係る誘導結合プラズマエッチング装置を示す縦断正面図である。この実施の形態は、誘電体壁のための金属製の支持梁或いは補強梁をシャワー筐体として使用するという本発明の特徴を組込んだ、より単純な構造のエッチング装置に関する。

この装置において、誘電体壁３は、その外周縁が本体容器１の内周壁に突出して配設された支持棚７にビス４１ａによって固定される。誘電体壁３と支持棚７との間には弾性材料からなるシールリング４１ｂが配設され、これにより、アンテナ室４と処理室５とが気密に区画される。誘電体壁３の中央部下側には、補強梁兼シャワー筐体５１が嵌め込まれる。

図１６及び図１７は図１５図示の装置の仕切り構造を示す底面図及び拡大断面図である。補強梁５１は、図１図示の装置の支持梁１６と同様に、線対称の十字形状をなし、アンテナ１３の延在する方向に対して実質的に直交する方向に延在する（図６参照）。補強梁５１は中央部に接続された１本の管状のサスペンダ８ａにより本体容器１の天井に接続される。補強梁５１は誘電体壁３の下面の凹部内に嵌め込まれ、補強梁５１及び誘電体壁３の下面が水平面上で実質的に整一した状態となる。

補強梁５１は、支持梁１６と同様に、導電性材料、望ましくは金属、例えばアルミニウム製の筐体からされた中空の部材からなり、シャワーヘッドを構成するためのシャワー筐体として兼用される。補強梁５１を構成する筐体の内外表面は、壁面から汚染物が発生しないように、陽極酸化によりアルマイト処理される。補強梁兼シャワー筐体５１には、ガス流路５２が内部に形成されると共に、ガス流路５２に連通し且つサセプタ即ち載置台２２に対して開口する複数のガス供給孔５２ａが下面に形成される。

補強梁５１の中央に接続された管状のサスペンダ８ａ内には、補強梁５１内のガス流路５２に連通するガス供給管２０ａが配設される。ガス供給管２０ａは、本体容器の１の天井を貫通し、本体容器１外に配設された処理ガス源部２０に接続される。即ち、プラズマ処理中、処理ガスが、処理ガス源部２０からガス供給管２０ａを介して、補強梁兼シャワー筐体５１内に供給され、更に、その下面のガス供給孔５２ａから処理室５内に放出される。また、ガス供給管２０ａに沿って接地線５３が配設され、これにより、補強梁兼シャワー筐体５１が接地される。

図１５図示の装置の仕切り構造においては、誘電体壁３を補強及び支持するための部材と、処理ガスを供給するための部材とが兼用されるため、処理室５内の部品点数の増加を抑えることができる。また、金属製のシャワーヘッドは、石英等の誘電体からなる従来のシャワーヘッドと比較して、加工性及び機械的強度に優れたものとなる。

補強梁兼シャワー筐体５１は金属製であるため、これがアンテナ１３に対してシールドとして機能し、ガス流路５２内において異常放電が発生して処理ガスがプラズマ化されるのを防止することができる。また、接地された筐体５１は、サセプタ２２の対向電極として機能するため、バイアス電界の広がりを防止し、従って、プラズマの広がりを防止することができる。

補強梁兼シャワー筐体５１は、アンテナ１３の延在する方向に対して実質的に直交する方向に延在する形状を有するため、アンテナ１３からの誘導電界が、補強梁５１によって妨げられる度合いが低下する。即ち、アンテナ１３と基板ＬＳとの間に金属の部材を介在させることにより生じるアンテナ１３のエネルギー効率の低下を最小限とすることができる。

図１８（Ａ）〜（Ｃ）は図１５図示の装置におけるアンテナ及び補強梁の組み合わせの変更例を示す図である。図１８（Ａ）図示の変更例において、渦巻き状の平面型のコイルアンテナ１３に対して、一本のビーム状の補強梁兼シャワー筐体５４が放射方向に延在する。図１８（Ｂ）図示の変更例において、渦巻き状の平面型のコイルアンテナ１３に対して、星形の補強梁兼シャワー筐体５５の複数のビームが放射方向に延在する。図１８（Ｃ）図示の変更例において、アンテナ１３は互いに平行に延在する複数の長い直線部分を有し、補強梁兼シャワー筐体はこれ等の直線部分に直交するように互いに平行に延在する複数のビーム状部分５６からなる。これ等のいずれの変更例においても、アンテナ及び補強梁兼シャワー筐体が互いに直交して延在するため、アンテナからの誘導電界が、補強梁によって妨げられる度合いが低い。

図１９（Ａ）〜（Ｃ）は図１５図示の装置における補強梁兼シャワー筐体５１の変更例を示す図である。図１９（Ａ）〜（Ｃ）図示の変更例において、補強梁兼シャワー筐体は、夫々、円形の断面形状、逆三角形の断面形状、半円形の断面形状をなす。このように、本発明において、補強梁兼シャワー筐体の断面形状は特に制限されない。

なお、図１５図示の装置において、補強梁兼シャワー筐体５１は、中央部に接続された１本の管状のサスペンダ８ａにより本体容器１の天井に吊持されるが、本実施の形態の特徴はこれに制限されるものではない。即ち、誘電体壁３のための金属製の補強梁５１をシャワー筐体として使用することにより得られる効果は、補強梁５１がサスペンダ８ａにより吊持されていない場合にも得ることができる。

図２０は本発明の更に別の実施の形態に係る誘導結合プラズマエッチング装置を示す縦断正面図である。この実施の形態は、支持梁が組み合わされた誘電体壁の下面を誘電体カバーで被覆するという本発明の特徴を組込んだ、より単純な構造のエッチング装置に関する。

この装置において、本体容器１の内周壁には支持棚が配設されておらず、誘電体壁３は、これを横断する３本の支持梁６１ａ、６１ｂによって支持される。図２１及び図２２は夫々図２０図示の装置の仕切り構造を示す底面図及び拡大断面図である。誘電体壁３の下面には、サセプタ２２と対向するように３本の溝部６２が間隔を互いに間隔をおいて平行に形成される。溝部６２内に支持梁６１ａ、６１ｂが夫々配設され、支持梁６１ａ、６１ｂ及び誘電体壁３の下面は水平面上で実質的に整一した状態となる。

中央の支持梁６１ａは２本の管状のサスペンダ８ａにより本体容器１の天井に接続され、両側の支持梁６１ｂは夫々２本の中実ロッド状のサスペンダ８ｂにより本体容器１の天井に接続される。即ち、誘電体壁３は、６本のサスペンダ８ａ、８ｂと、３本の支持梁６１ａ、６１ｂを介して、本体容器１の天井に吊持される。なお、各サスペンダ８ａ、８ｂは、ネジ及びナットにより本体容器１の天井に直接取付けられる。支持梁６１ａ、６１ｂは、導電性材料、望ましくは金属、例えばアルミニウム製で、その表面は、壁面から汚染物が発生しないように、陽極酸化によりアルマイト処理される。支持梁６１ａ、６１ｂは、サスペンダ８ａ、８ｂを介して接地される。

両側の支持梁６１ｂは単なる梁として使用されるが、中央の支持梁６１ａはシャワーヘッドを構成するためのシャワー筐体として兼用される。即ち、支持梁兼シャワー筐体６１ａには、ガス流路６６が内部に形成されると共に、ガス流路６６に連通し且つサセプタ即ち載置台２２に対して開口する複数のガス供給孔６６ａが下面に形成される。

支持梁６１ａ、６１ｂ及び誘電体壁３の下面は、平滑な下面を有する石英等からなる誘電体カバー１２により被覆される。誘電体カバー１２には、支持梁兼シャワー筐体６１ａのガス供給孔６６ａに対応して孔１２ｃが形成される。カバー１２は、図３図示の態様と同じ態様で、その凹部内に埋め込まれた複数のビスによって支持梁６１ａ、６１ｂに固定される。なお、カバー１２は、ビスに
中央の支持梁６１ａに接続された管状のサスペンダ８ａ内には、支持梁兼シャワー筐体６１ａ内のガス流路６６に連通するガス供給管２０ａが配設される。ガス供給管２０ａは、本体容器の１の天井を貫通し、本体容器１外に配設された処理ガス源部２０に接続される。即ち、プラズマ処理中、処理ガスが、処理ガス源部２０からガス供給管２０ａを介して、支持梁兼シャワー筐体６１ａ内に供給され、更に、その下面のガス供給孔６６ａから処理室５内に放出される。

図２０図示の装置の仕切り構造においては、支持梁６１ａ、６１ｂ及び誘電体壁３の下面は、平滑な下面を有する誘電体カバー１２により被覆される。即ち、処理室５の天井の下面は凹凸のない面となるため、プラズマによる損傷やクリーニングが困難になる等の前述の特許文献１において生じる問題が発生しない。

図２３は図２０図示の装置における仕切り構造の変更例を示す拡大断面図である。図２３図示の変更例において、誘電体壁３は、図１図示の装置のように、支持梁６１ａ上で組み合わされる複数のセグメント３ｓから構成される。支持梁６１ａとセグメント３ｓの端部との間に弾性材料からなるパッキング６３が配設され、これにより、アンテナ室４と処理室５とが気密に区画される。誘電体壁３を複数のセグメント３ｓから構成することにより、誘電体壁３の製造が容易となる。

なお、図２０図示の装置において、支持梁６１ａ、６１ｂは複数のサスペンダ８ａ、８ｂにより本体容器１の天井に吊持されるが、本実施の形態の特徴はこれに制限されるものではない。即ち、支持梁６１ａ、６１ｂが組み合わされた誘電体壁３の下面を誘電体カバーで被覆することにより得られる効果は、支持梁６１ａ、６１ｂがサスペンダ８ａ、８ｂにより吊持されていない場合にも得ることができる。

図２４は高周波アンテナ１３の変更例を示す図である。誘導結合プラズマ処理装置においては、装置の大型化に伴ってアンテナ長が長くなると、アンテナのインピーダンスが上昇する。高周波アンテナのインピーダンスが大きくなると、アンテナの給電部の電位が上昇すると共に電流が減少してプラズマ密度が低下する。図２４図示の変更例は、このような問題に対処するもので、前述のいずれの実施の形態に対しても例に適用することができる。

図２４図示の如く、この変更例に係る渦巻き状の平板型のコイルアンテナ部は、その中心部に、高周波電源１５（図１等参照）に接続された電力供給点７１を有し、外周端部に、本体容器１を介して接地された接地点７２を有する。アンテナ１３の接地側端子Ｐｃと接地点７２との間には、該アンテナ１３と直列に１個のコンデンサ７３が接続される。コンデンサ７３の容量は、コンデンサ７３のインピーダンスがアンテナ１３のインピーダンスの半分となるように決められる。このようにアンテナ１３と直列にコンデンサ７３を設置することによってアンテナ部のインピーダンスを低下させ、アンテナの電力供給点の電位を低下させると共に電流を増大させることができる。

図２５は図２４図示のアンテナ１３における接地点からの距離と電位との関係を示す図であり、図２６は該アンテナ１３における高周波の波形を示す図である。図２５図示の如く、アンテナ中心部の電力供給点７１をＰａ点、中間をＰｂ点、接地側端子をＰｃ点とすると、Ｐｂ点における電位はゼロになり、Ｐａ点及びＰｃ点における電位は、コンデンサ７３を介さずに直接接地した場合のＰａ点の電位の約半分になる。また、各Ｐａ点、Ｐｂ点、Ｐｃ点における高周波の波形は図２６図示のようになる。

このため、処理装置の大型化に伴ってアンテナ１３が長くなっても電力供給点７１（Ｐａ点）及び接地点近傍（Ｐｃ点）の電位差は低下し且つアンテナ１３を流れる電流も増加する。これによって誘導プラズマを均等且つ高密度に発生させることができる。

図２７は高周波アンテナ１３の別の変更例を示す図であり、これも、図２４図示の変更例と同様な問題に対処するもので、前述のいずれの実施の形態に対しても例に適用することができる。図２７図示の如く、この変更例に係る渦巻き状の平板型のコイルアンテナ部は、その中心部に、高周波電源１５（図１等参照）に接続された電力供給点７１を有し、外周端部に、本体容器１を介して接地された接地点７２を有する。電力供給点７１と接地点７２との間で、アンテナ１３は複数の、ここでは５個のアンテナセグメントに分割され、５個のアンテナセグメントと６個のコンデンサ７４とが交互に接続される。

このようにアンテナ１３と直列に複数個のコンデンサ７４を設置することによってアンテナ全体のインピーダンスを一層低下させ、アンテナ電位を低下させると共に電流の低下を防止することができる。

図２８は図２７図示のアンテナ１３における接地点からの距離と電位との関係を示す図である。図２８図示の如く、アンテナ中心部の電力供給点７１をＰａ点、アンテナセグメントの中間点をＰｂ点、Ｐｃ点、Ｐｄ点、Ｐｅ点及びＰｆ点、アンテナ１３の接地側の終端をＰｇとすると、アンテナ電位はＰｂ点〜Ｐｆ点においてゼロになり、各点間は均等に一層低下する。

このため、処理装置の大型化に伴ってアンテナ１３が長くなっても電力供給点７１（Ｐａ点）から接地点７２までの電位は低下し、アンテナ１３の中心部と周辺部との間の電界の不均一を低減できる。これによって誘導プラズマを均等且つ高密度に発生させることができる。

なお、上述の各実施の形態においては、エッチング装置を例に挙げて説明したが、本発明は、成膜装置やアッシング装置などの他の誘導結合プラズマ処理装置に対しても適用可能である。また、被処理基板として、ＬＣＤガラス基板ではなく、半導体ウエハを処理する装置にも、本発明を適用することができる。

その他、本発明の思想の範疇において、当業者であれば、各種の変更例及び修正例に想到し得るものであり、それら変更例及び修正例についても本発明の範囲に属するものと了解される。

本発明によれば、高周波アンテナに対応して処理室の天井に誘電体壁が配設された誘導結合プラズマ処理装置において、装置の大型化に伴って生じる種々の問題に対処するための改良を装置に加えることができる。

本発明の実施の形態に係る誘導結合プラズマエッチング装置を示す縦断正面図。 図１図示装置の仕切り構造を、その下側カバーを除いて示す底面図。 図２中のIII −III 線に沿った仕切り構造の断面図。 図２中のIV−IV線に沿った仕切り構造の断面図。 図１図示装置の仕切り構造とサスペンダとの関係を示す概略斜視図。 図１図示装置の仕切り構造と高周波アンテナとの関係を示す概略斜視図。 本発明の別の実施の形態に係る誘導結合プラズマエッチング装置を示す縦断正面図。 図７図示装置の誘電体壁とサスペンダとの関係を示す概略斜視図。 （Ａ）、（Ｂ）は、図７図示装置の誘電体壁とサスペンダとの接続部を示す拡大断面図、及びその変更例を示す拡大断面図。 図７図示の装置における仕切り構造の変更例を示す斜視図。 （Ａ）、（Ｂ）は、図１０図示の変更例の誘電体壁とサスペンダとの接続部を示す拡大断面図、及びその更なる変更例を示す拡大断面図。 図７図示の装置における仕切り構造の別の変更例を示す拡大断面図。 図７図示の装置における仕切り構造の更に別の変更例を示す斜視図。 図１３図示の変更例の支持枠を示す平面図。 本発明の更に別の実施の形態に係る誘導結合プラズマエッチング装置を示す縦断正面図。 図１５図示の装置の仕切り構造を示す底面図。 図１５図示の装置の仕切り構造を示す拡大断面図。 （Ａ）〜（Ｃ）は、図１５図示の装置におけるアンテナ及び補強梁の組み合わせの変更例を示す図。 （Ａ）〜（Ｃ）は、図１５図示の装置における補強梁兼シャワー筐体の変更例を示す図。 本発明の更に別の実施の形態に係る誘導結合プラズマエッチング装置を示す縦断正面図。 図２０図示の装置の仕切り構造を示す底面図。 図２０図示の装置の仕切り構造を示す拡大断面図。 図２０図示の装置における仕切り構造の変更例を示す拡大断面図。 高周波アンテナの変更例を示す図。 図２４図示のアンテナにおける接地点からの距離と電位との関係を示す図。 図２４図示のアンテナにおける高周波の波形を示す図。 高周波アンテナの別の変更例を示す図。 図２７図示のアンテナにおける接地点からの距離と電位との関係を示す図。

符号の説明

１…本体容器、２…仕切り構造、３…誘電体壁、３ｓ…セグメント、４…アンテナ室、５…処理室、６…ヒータ、７…支持棚、８ａ、８ｂ…サスペンダ、１２…カバー、１３…アンテナ、１６…支持梁、１７…樹脂板、１８…押え枠、２９…ガス流路、２０…ガス源部、２２…サセプタ、２３…クランプ、２４…絶縁体枠、２５…支柱、２６…ベローズ、２７…ゲートバルブ、３０…真空排気機構、４２…ノズル、４５…支持梁、５１…補強梁、５２…ガス流路、６１ａ、６１ｂ…支持梁、６６…ガス流路、７３、７４…コンデンサ。

Claims (5)

1. 気密な処理室と、
   前記処理室内で被処理基板を載置するための載置台と、
   前記処理室内に処理ガスを供給するための処理ガス供給系と、
   前記処理室内を排気すると共に前記処理室内を真空に設定するための排気系と、
   前記処理室の天井に配設された誘電体壁と、
   前記処理室外で前記誘電体壁に面して配設された高周波アンテナと、前記高周波アンテナは、前記処理ガスをプラズマに転化するための誘導電界を前記処理室内に形成することと、
   前記載置台と前記誘電体壁との間に配設され、前記処理ガス供給系に接続されたガス流路と前記載置台に対して開口する複数のガス供給孔とを有する金属から実質的になるシャワー筐体を含むシャワーヘッドと、前記シャワー筐体は、前記高周波アンテナの延在する方向に対して実質的に直交する方向に延在する形状を有することと、
   を具備することを特徴とする誘導結合プラズマ処理装置。
2. 前記高周波アンテナは渦巻きアンテナを具備し、前記シャワー筐体は放射方向に延在する形状を有することを特徴とする請求項１に記載の誘導結合プラズマ処理装置。
3. 前記高周波アンテナは互いに平行に延在する複数の長い直線部分を有するアンテナを具備し、前記シャワー筐体は前記直線部分に直交するように互いに平行に延在する複数の部分を有することを特徴とする請求項１に記載の誘導結合プラズマ処理装置。
4. 前記シャワー筐体は接地されることを特徴とする請求項１に記載の誘導結合プラズマ処理装置。
5. 前記シャワー筐体の下面を被覆する誘電体カバーを更に具備し、前記ガス供給孔に対応して前記誘電体カバーに孔が形成されることを特徴とする請求項１に記載の誘導結合プラズマ処理装置。

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