JP4074168B2 - 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，高周波電源が接続された高周波アンテナとプラズマ生成部との間に設けられた誘電体への異物の付着を防止するプラズマ処理装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
誘導結合プラズマ処理装置（以下ＩＣＰ装置という）は，処理容器の一部である石英等の誘電体を介して，処理容器外部に配置した渦巻き，コイルまたは螺旋状の高周波アンテナに高周波電力を供給し，その高周波アンテナによって処理容器内に形成された誘導電界によって，処理ガスのプラズマを生成するプラズマ処理装置である。
【０００３】
このＩＣＰ装置は，主に誘導電界によってプラズマが生成されるため高密度プラズマが得られるという点で優れており，半導体装置および液晶表示装置用基板（以下ＬＣＤ基板という）等の製造におけるエッチングおよび成膜工程に用いられている。
【０００４】
しかしながら，ＩＣＰ装置は，高周波アンテナとプラズマ生成部との間に設けられた誘電体のプラズマ生成部側の面に異物が付着し，処理条件の変動や，パーティクルの発生を引き起こしてしまうことがある。
【０００５】
更に，水平成分を有する高周波アンテナ（例えば上から見たとき複数巻かれている形状の高周波アンテナ）を用いたＩＣＰ装置では，誘電体の面内位置によって異物の付着量が異なる。これは，高周波アンテナの各位置での電位の違いが，高周波アンテナとプラズマとの間の容量結合強度の違いとなり，容量結合が強い部分では誘電体のスパッタが誘電体への異物の付着より優勢になるのに対して，容量結合が弱い部分では誘電体への異物の付着が誘電体のスパッタより優勢になるためと考えられる。誘電体の面内位置による異物の付着量の相違は，上記問題点に加えて，被処理基板面内でのプラズマ処理の不均一という問題も生じてしまった。この問題は装置が大きくなるほど顕著に現れてしまう。（例えば，特許文献１参照）
【０００６】
【特許文献１】
特開平１０−２７５６９４（第３−４頁，第１図）
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
この問題を解決するため，誘電体を加熱して異物の付着を防止する方法もある。ところが，このような方法では，近年の装置の大型化に伴い，加熱手段自体も大掛かりになってしまい装置のコストアップにつながる。また，処理中は被処理基板を冷却制御しなければならないので，誘電体をあまり高温にすることはできない。
【０００８】
本発明は，従来のプラズマ処理装置が有する上記課題に鑑みてなされたものであり，その目的は，高周波アンテナとプラズマ生成部との間に設けられた誘電体への異物の付着を防止したプラズマ処理装置を提供することである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため，本発明の第１の観点によれば，被処理体を設置するサセプタと，前記サセプタに対向して配設され、前記被処理体の処理面に平行な一平面内に配置された高周波アンテナと，前記高周波アンテナに接続された高周波電源と，前記高周波アンテナと前記サセプタとの間に設けられた誘電体と，前記高周波アンテナから離れて、前記誘電体と前記誘電体の被処理体側の面に配置された誘電体カバーとの間に設けられた導電体と，前記導電体に接続された接地回路と，前記接地回路中に設けられたインダクタと，を備え、前記誘電体の被処理体側の面は、前記導電体を介して厚さが前記誘電体より薄い前記誘電体カバーにより覆われているプラズマ処理装置が提供される。
【００１０】
上記構成によれば，高周波アンテナとプラズマ生成部との間に設けられた誘電体への異物の付着を防止して，高品質の製品を製造することが可能になる。尚，上記特許文献１のようにインダクタに代えて電気抵抗を用いた場合には，開閉スイッチ等で前記導電体を電気的に浮かせたときに誘電体への異物の付着が最小となるが，これでもまだ付着量が多いような装置には対応できない。これに対して，インダクタを用いると，インダクタンスの設定値によって誘電体のスパッタ量を増加させることができ，様々な装置で誘電体への異物の付着を防止することができる。
【００１１】
また，インダクタのインダクタンスは可変であることが好ましい。更に，接地回路中にはキャパシタや回路開閉手段を有していてもよい。上記キャパシタのキャパシタンスは可変であることが好ましい。
【００１２】
上記構成によれば，高周波アンテナの電位，高周波アンテナとプラズマ生成部との間に設けられた誘電体の材質や厚さ，高周波アンテナと被処理体との距離の変化に対応して，誘電体への異物の付着を防止するための微調整が可能になる。
【００１３】
更に，この装置に導電体の電位を測定する測定手段と，前記測定手段により測定された前記導電体の電位に基づいて，インダクタのインダクタンスとキャパシタのキャパシタンスのいずれか１つ以上を変更する制御手段とを有する構成により，処理条件の変化に応じて，インダクタのインダクタンスとキャパシタのキャパシタンスを変化させることが容易になるので，より的確なプラズマ処理が可能なプラズマ処理装置が提供できる。
【００１４】
上記課題を解決するため，本発明の第２の観点によれば，被処理体を設置するサセプタと，前記サセプタに対向して配設され，前記被処理体の処理面に平行な成分を有する高周波アンテナと，前記高周波アンテナに接続された高周波電源と，前記高周波アンテナと前記サセプタとの間に設けられた誘電体と，前記高周波アンテナと前記誘電体との間に設けられた導電体と，前記導電体に接続された接地回路と，前記接地回路中に設けられたインピーダンス素子と，を備えたプラズマ処理装置が提供される。
【００１５】
ここで，被処理体の処理面に平行な成分を有する高周波アンテナとは，例えば被処理体を水平に配置する場合には，水平成分を有する高周波アンテナのことをいう。水平成分を有する高周波アンテナとは，例えば渦巻き状に巻かれた高周波アンテナのように，鉛直方向から見たとき（例えば上から見たとき）複数巻かれているように見える形状の高周波アンテナのことをいう。なお，水平成分を有する高周波アンテナには，鉛直方向にコイル状に巻かれた高周波アンテナのように，鉛直方向から見たとき（例えば上から見たとき）１回だけ巻かれているように見える形状の高周波アンテナ形状は含まれない。また，被処理体の処理面に平行な成分を有する高周波アンテナには，例えば被処理基板を鉛直に立てて処理する場合には，水平方向の成分を有する高周波アンテナではなく，鉛直方向の成分を有する高周波アンテナのことをいう。
【００１６】
上記構成によれば，誘電体の面内位置による異物の付着量の相違を緩和することができ，被処理体の面内処理均一性を向上させることができる。特に，高周波アンテナが，前記高周波アンテナの被処理体の被処理面への正射影の少なくとも一部が前記被処理体の処理部と重なるように設けられている装置においては，この高周波アンテナの影響も加わって誘電体の面内位置による異物の付着量の相違が大きいが，この構成によればこの相違を解消することができ，被処理体の面内均一処理が可能となる。
【００１７】
上記課題を解決するため，本発明の第３の観点によれば，被処理体を設置するサセプタと，前記サセプタに対向し、前記被処理体の処理面に平行な一平面内に配置され、少なくともアンテナの一部が処理時の前記被処理体の真上になるように設けられた高周波アンテナと，前記高周波アンテナに接続された高周波電源と，前記高周波アンテナと前記サセプタとの間に設けられた誘電体と，前記高周波アンテナから離れて、前記誘電体と前記誘電体の被処理体側の面に配置された誘電体カバーとの間に設けられた導電体と，前記導電体に接続された接地回路と，前記接地回路中に設けられたインピーダンス素子と，を備え、前記誘電体の被処理体側の面は、前記導電体を介して厚さが前記誘電体より薄い前記誘電体カバーにより覆われているプラズマ処理装置が提供される。
【００１８】
高周波アンテナの少なくとも一部が処理時の被処理体の真上にある装置においては，この高周波アンテナの影響も加わって誘電体の面内位置による異物の付着量の相違が大きくなるが，上記構成によればこの相違を解消することができ，被処理体の面内均一処理が可能となる。
【００１９】
上述した本発明の第２，第３の観点においては，インピーダンス素子はインダクタであることが好ましい。高周波アンテナの電位，高周波アンテナとプラズマとの間に設置される誘電体の材質や厚さ，高周波アンテナと被処理体との距離が相違する装置に幅広く適用できるからである。尚，インダクタのインダクタンスは可変であることが好ましい。さらに，接地回路中にはキャパシタや回路開閉手段を有してもよい。この場合には，キャパシタのキャパシタンスは可変であることが好ましい。
【００２０】
【発明の実施の形態】
本発明が適用されるプラズマ処理装置の一例として，プラズマエッチング装置を挙げて説明する。図１は，本発明の実施の形態にかかるプラズマエッチング装置１００の概略断面図，図２，図３，図４は，水平成分を有するアンテナの形状を説明する図，図５は，水平成分を有するアンテナに該当しない形状を説明する図，図６は，非処理体を鉛直に立てて処理するプラズマ処理装置の概略図，図７は，高周波アンテナの被処理体の被処理面への正射影の少なくとも一部が被処理面と重なるように設けられている装置の概略図である。
【００２１】
図１に示すように，プラズマエッチング装置１００は，例えばアルミニウム等の導電性材料からなる角筒形状の処理容器１０２を有する。処理容器１０２は接地されており，エッチング処理はこの処理容器１０２内で行われる。
【００２２】
処理容器１０２の底部には，絶縁部材１０７を介して略矩形状のサセプタ１０６が設けられている。サセプタ１０６には被処理体，例えばＬＣＤ基板Ｌが載置される。サセプタ１０６は，電極部１０６ａと，電極保護部１０６ｂとから構成されている。
【００２３】
電極部１０６ａ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。電極保護部１０６ｂは，電極部１０６ａの載置面以外の部分を覆っており，セラミックスなどの絶縁性材料からなる。
【００２４】
サセプタ１０６の電極部１０６ａには，マッチング回路１１１を介して，高周波電源１１３が電気的に接続されている。プラズマ処理時には，高周波電源１１３から，所定の高周波，例えば６ＭＨｚ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，処理部１０３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こむことが可能である。ここでサセプタ１０６の電極部１０６ａは，単に接地される構成でもよい。
【００２５】
サセプタ１０６の上方にはアンテナ室１１０が設けられている。アンテナ室１１０内部に，高周波アンテナ１１２が備えられている。高周波アンテナ１１２は，例えば銅，アルミニウム，ステンレス等の導体を渦巻き状，コイル状，あるいはループ状に形成したものであり，処理容器１０２上部に備えられている。高周波アンテナ１１２の両端子間には，マッチング回路１６２を介してプラズマ生成用の高周波電源１６０が接続されている。尚，アンテナインピーダンスが高いときは高周波アンテナを多重化してもよい。
【００２６】
ここで，高周波アンテナとしては，被処理体の処理面に平行な成分を有する高周波アンテナが好ましい。特に被処理体を水平に配置する場合には，図２〜図４に示すように，水平成分を有する高周波アンテナが好ましい。水平成分を有する高周波アンテナとは，鉛直方向から見たとき（例えば上から見たとき）複数巻かれているように見える形状の高周波アンテナのことをいう。図２に示す例では，高周波アンテナ１１２は，平板状の誘電体１２０上に渦巻き状に構成されている。高周波アンテナ１１２の両端子１１２ａ，１１２ｂ間には，マッチング回路１６２を介してプラズマ生成用の高周波電源１６０が接続されている。
【００２７】
図３に示す例では，高周波アンテナ２１２は，断面が略台形状の誘電体２２０上に螺旋状に構成されている。高周波アンテナ２１２の両端子２１２ａ，２１２ｂ間には，マッチング回路１６２を介してプラズマ生成用の高周波電源１６０が接続されている。また，図４に示す例では，載置台３０６上に載置された基板を，円形の例えば半導体ウエハＷとし，高周波アンテナ３１２は，断面が略半円状のドーム型の誘電体３２０上に螺旋状に構成されている。高周波アンテナ３１２の両端子３１２ａ，３１２ｂ間には，マッチング回路１６２を介してプラズマ生成用の高周波電源１６０が接続されている。このドーム型の誘電体３２０は，ＬＣＤ基板を処理する際には，底面が矩形のドーム型とすることが好ましい。図３，図４の高周波アンテナ２１２，３１２は，被処理体の被処理面に投影すると，いずれも高周波アンテナ１１２のように渦巻き状になる。
【００２８】
これに対して，図５に示した例では，高周波アンテナ４１２は，中空の四角柱のような筒状の誘電体４２０の側面に，同じ径で鉛直方向に巻かれたコイル状に構成されており，鉛直方向から見たとき（例えば上から見たとき）１回だけ巻かれているように見える形状である。このような高周波アンテナの形状は，被処理体の被処理面に投影すると四角形状であり，水平成分を有する高周波アンテナには含まれない。
【００２９】
但し，例えば図６のように被処理基板Ｌを鉛直に立てたサセプタ２０６の側面に保持して処理する装置の場合には，被処理体の処理面に平行な成分を有する高周波アンテナは，水平方向の成分を有する高周波アンテナではなく，高周波アンテナ５１２のように，鉛直方向に立てて備えられた板状の誘電体５２０の側面に平面状に設置された渦巻き状に構成され，鉛直方向の成分を有する高周波アンテナということになる。
【００３０】
なお，図６では高周波アンテナ５１２を誘電体５２０のサセプタ２０６の側面に設けた場合を示したが，必ずしもこれに限定されることはなく，サセプタ２０６とは反対側の側面に高周波アンテナ５１２を設けてもよい。さらに，上述した図３に示す誘電体２２０では，図７のように前記高周波アンテナ２１２の被処理体の被処理面への正射影の少なくとも一部（図７の点ｈ）が前記被処理体の処理部と重なるように設けられることもある。図４に示す誘電体３２０なども同様である。
【００３１】
ところで，上記誘電体１２０の下部には，図１に示すように本発明の特徴である導電体１７０が設けられており，インダクタンスが可変のインダクタ３０２及びキャパシタンスが可変なキャパシタ３０４を有する接地回路１８０が接続されている。接地回路１８０は回路開閉手段（図示せず）を有していてもよい。さらに導電体１７０の下部のＬＣＤ基板Ｌに対向する部分に，誘電体カバー１７４が備えられる。誘電体カバー１７４は，誘電体１２０に比べて薄い例えば石英やセラミックなどの誘電体で構成されており，異物付着に伴う交換時にはこの誘電体カバー１７４のみを交換することで，コストを抑えている。
【００３２】
誘電体カバー１７４には，シャワーヘッド（図示せず）が備えられ，処理ガス源１３０から，流量制御装置（ＭＦＣ）１３２を介して所定の処理ガス，例えばフロロカーボンガスやＡｒガス等を，処理部１０３に導入する。
【００３３】
また，処理容器１０２の底部には排気管１５２が接続されて，この処理容器１０２内囲気を，不図示の排気手段，例えば真空ポンプにより排気できるように構成されており，処理部１０３の雰囲気を任意の減圧度にすることが可能である。
【００３４】
なお，処理容器１０２の側部には，ゲートバルブ１５４が設けられており，隣接して設置されるロードロック室から，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を処理部１０３内に搬入することができる。
【００３５】
以上のように構成されたプラズマエッチング装置１００の動作について説明する。まず，ゲートバルブ１５４を開放してＬＣＤ基板Ｌを不図示の搬送アームによりゲート１５０を介して処理部１０３に搬送する。この後，サセプタ１０６から，不図示のリフタピンが上昇する。ＬＣＤ基板Ｌはこのリフタピン上に置かれ，リフタピンが下降すると，ＬＣＤ基板Ｌはサセプタ１０６上に載置される。
【００３６】
所定の処理ガスを処理部１０３に導入し，排気管１５２に接続される不図示の真空ポンプにより所定の真空度まで真空引きされ，たとえば３０ｍＴｏｒｒの真空度に調節される。
【００３７】
続いて，高周波電源１６０より，マッチング回路１６２を介して例えば１３．５６ＭＨｚの高周波電力をアンテナ室１１０内の高周波アンテナ１１２に供給する。このとき，高周波アンテナ１１２の誘導作用により，処理部１０３にプラズマが生成される。
【００３８】
このようにして生成された処理部１０３のプラズマは，サセプタ１０６に印加されるバイアス電位によりサセプタ１０６上のＬＣＤ基板Ｌの方向に移動し，被処理面に所望のエッチング処理を行うことができる。エッチング処理終了後，処理済みのＬＣＤ基板Ｌはゲート１５０を介してロードロック室に搬出される。
【００３９】
次に，上記のようにプラズマエッチング装置１００を用いてエッチング処理を行う場合の，導電体１７０による誘電体カバー１７４の処理部１０３側への異物の付着防止作用について説明する。
【００４０】
本実施の形態の導電体１７０がない場合，誘電体カバー１７４の中央部は，電力供給点近傍であるため電位が非常に高く，高周波アンテナ１１２とプラズマとが容量結合して，誘電体カバー１７４がスパッタされるので異物は付着しにくい。一方，高周波アンテナ１１２の端部や，高周波アンテナ１１２の給電部から離れた場所では，誘電体カバー１７４に対する垂直な電界が小さくスパッタ速度が小さいため，異物が多く付着する。
【００４１】
そこで，本実施形態のように導電体１７０を誘電体１２０と誘電体カバー１７４との間に設置し，インダクタ３０２及びキャパシタ３０４とを介して接地すると，インダクタ３０２，キャパシタ３０４，と導電体１７０，誘電体カバー１７４，プラズマからなる閉回路が形成され，導電体１７０とプラズマが容量結合するようになる。
【００４２】
これにより，誘電体カバー１７４の外縁部もスパッタされることになり，異物の付着が軽減される。ただ，この異物の付着速度よりもスパッタされる速度が速いと，誘電体カバー１７４が削られ，被処理体に不純物が混入することが懸念されるので，インダクタ３０２のインダクタンスやキャパシタ３０４のキャパシタンスを調整して異物の付着速度とスパッタ速度がほぼ同等になるようにすることが必要である。
【００４３】
導電体１７０がない装置，及び，ある装置でキャパシタ３０４のキャパシタンスを変化させたものについて，誘電体カバー１７４の中心部，中間部，外縁部にガラス小片を配置し，被処理体にエッチング処理を行い，その表面の変化について測定した。ただしこのとき，被処理体のエッチングレートおよび分布には有意な差はなかった。以下，プラス値は異物の付着量を，マイナス値は，ガラス小片の削れ量を表す。
【００４４】
この結果，導電体１７０がない装置では，中心部が−０．７μｍ，中間部が＋０．２μｍ，外縁部が＋０．９μｍであった。導電体１７０がある装置においては，キャパシタ３０４のキャパシタンスが１０００ｐＦのときは，中心部が＋０．５μｍ，中間部が＋０．５μｍ，外縁部が＋０．４μｍであり，キャパシタンスが１５００ｐＦのときは，中心部が−０．３μｍ，中間部が−０．８μｍ，外縁部が−０．３μｍであった。
【００４５】
この評価に使用した導電体１７０がある装置では，キャパシタ３０４のキャパシタンスが１０００ｐＦと１５００ｐＦの間に異物の付着速度とスパッタ速度がほぼ同等になる最適な値があることが分かる。また，誘電体カバー１７４への異物の付着の面内不均一が大幅に緩和されることも分かった。
【００４６】
これに対して，導電体１７０がある装置で，接地回路１８０にインダクタを設けずキャパシタ３０４のみを設けたものの等価回路を用いて，キャパシタ３０４のキャパシタンスを０〜４０００ｐＦの範囲で１７点変化させてみたが，異物の付着速度とスパッタ速度がほぼ同等になることはなかった。
【００４７】
さらに，この等価回路にインダクタを設けたものを用いて，導電体とプラズマ間の抵抗を大幅に増加させて評価したところ，インダクタのインダクタンスを調整することで，異物の付着速度とスパッタ速度がほぼ同等になる箇所があった。
【００４８】
以上詳細に説明したように，本実施の形態にかかるプラズマエッチング装置１００によれば，導電体１７０を誘電体１２０と誘電体カバー１７４との間に設置し，インダクタ３０２及びキャパシタ３０４とを介して接地し，インダクタ３０２のインダクタンスとキャパシタ３０４のキャパシタンスを調整することで，異物の付着速度とスパッタ速度をほぼ同等にして異物の付着を防止することができる。従って，本発明は，高周波アンテナの電位，高周波アンテナとプラズマとの間に設置される誘電体の材質や厚さ，高周波アンテナと被処理体との距離が異なる様々な装置に適用できると言える。
【００４９】
【発明の効果】
本発明によれば，誘導結合型のプラズマ処理装置において，高周波アンテナと誘導プラズマとの間に導電体を設け，その導電体をインダクタ及びキャパシタを介して接地することで，アンテナとプラズマとの間に設けられる誘電体への異物の付着を防止するとともに，異物の付着の面内不均一を緩和することが可能となり，高品質なプラズマ処理の可能なプラズマ処理装置が提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態にかかるプラズマエッチング装置１００の概略断面図である。
【図２】同実施の形態における水平成分を有する高周波アンテナの１例を説明する図である。
【図３】同実施の形態における水平成分を有する高周波アンテナの他の例を説明する図である。
【図４】同実施の形態における水平成分を有する高周波アンテナの他の例を説明する図である。
【図５】同実施の形態における水平成分を有する高周波アンテナに該当しない例を説明する図である。
【図６】同実施の形態における被処理基板を鉛直に立てて処理する装置の概略図である。
【図７】同実施の形態における高周波アンテナの被処理体の被処理面への正射影の少なくとも一部が被処理面と重なるように設けられている装置の概略図である。
【符号の説明】
１００ プラズマエッチング装置
１０２ 処理容器
１０３ 処理部
１０６ サセプタ
１１０ アンテナ室
１１２ 高周波アンテナ
１２０ 誘電体
１６０ 高周波電源
１７０ 導電体
１７４ 誘電体カバー
１８０ 接地回路
３０２ インダクタ
３０４ キャパシタ
【発明の属する技術分野】
本発明は，高周波電源が接続された高周波アンテナとプラズマ生成部との間に設けられた誘電体への異物の付着を防止するプラズマ処理装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
誘導結合プラズマ処理装置（以下ＩＣＰ装置という）は，処理容器の一部である石英等の誘電体を介して，処理容器外部に配置した渦巻き，コイルまたは螺旋状の高周波アンテナに高周波電力を供給し，その高周波アンテナによって処理容器内に形成された誘導電界によって，処理ガスのプラズマを生成するプラズマ処理装置である。
【０００３】
このＩＣＰ装置は，主に誘導電界によってプラズマが生成されるため高密度プラズマが得られるという点で優れており，半導体装置および液晶表示装置用基板（以下ＬＣＤ基板という）等の製造におけるエッチングおよび成膜工程に用いられている。
【０００４】
しかしながら，ＩＣＰ装置は，高周波アンテナとプラズマ生成部との間に設けられた誘電体のプラズマ生成部側の面に異物が付着し，処理条件の変動や，パーティクルの発生を引き起こしてしまうことがある。
【０００５】
更に，水平成分を有する高周波アンテナ（例えば上から見たとき複数巻かれている形状の高周波アンテナ）を用いたＩＣＰ装置では，誘電体の面内位置によって異物の付着量が異なる。これは，高周波アンテナの各位置での電位の違いが，高周波アンテナとプラズマとの間の容量結合強度の違いとなり，容量結合が強い部分では誘電体のスパッタが誘電体への異物の付着より優勢になるのに対して，容量結合が弱い部分では誘電体への異物の付着が誘電体のスパッタより優勢になるためと考えられる。誘電体の面内位置による異物の付着量の相違は，上記問題点に加えて，被処理基板面内でのプラズマ処理の不均一という問題も生じてしまった。この問題は装置が大きくなるほど顕著に現れてしまう。（例えば，特許文献１参照）
【０００６】
【特許文献１】
特開平１０−２７５６９４（第３−４頁，第１図）
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
この問題を解決するため，誘電体を加熱して異物の付着を防止する方法もある。ところが，このような方法では，近年の装置の大型化に伴い，加熱手段自体も大掛かりになってしまい装置のコストアップにつながる。また，処理中は被処理基板を冷却制御しなければならないので，誘電体をあまり高温にすることはできない。
【０００８】
本発明は，従来のプラズマ処理装置が有する上記課題に鑑みてなされたものであり，その目的は，高周波アンテナとプラズマ生成部との間に設けられた誘電体への異物の付着を防止したプラズマ処理装置を提供することである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため，本発明の第１の観点によれば，被処理体を設置するサセプタと，前記サセプタに対向して配設され、前記被処理体の処理面に平行な一平面内に配置された高周波アンテナと，前記高周波アンテナに接続された高周波電源と，前記高周波アンテナと前記サセプタとの間に設けられた誘電体と，前記高周波アンテナから離れて、前記誘電体と前記誘電体の被処理体側の面に配置された誘電体カバーとの間に設けられた導電体と，前記導電体に接続された接地回路と，前記接地回路中に設けられたインダクタと，を備え、前記誘電体の被処理体側の面は、前記導電体を介して厚さが前記誘電体より薄い前記誘電体カバーにより覆われているプラズマ処理装置が提供される。
【００１０】
上記構成によれば，高周波アンテナとプラズマ生成部との間に設けられた誘電体への異物の付着を防止して，高品質の製品を製造することが可能になる。尚，上記特許文献１のようにインダクタに代えて電気抵抗を用いた場合には，開閉スイッチ等で前記導電体を電気的に浮かせたときに誘電体への異物の付着が最小となるが，これでもまだ付着量が多いような装置には対応できない。これに対して，インダクタを用いると，インダクタンスの設定値によって誘電体のスパッタ量を増加させることができ，様々な装置で誘電体への異物の付着を防止することができる。
【００１１】
また，インダクタのインダクタンスは可変であることが好ましい。更に，接地回路中にはキャパシタや回路開閉手段を有していてもよい。上記キャパシタのキャパシタンスは可変であることが好ましい。
【００１２】
上記構成によれば，高周波アンテナの電位，高周波アンテナとプラズマ生成部との間に設けられた誘電体の材質や厚さ，高周波アンテナと被処理体との距離の変化に対応して，誘電体への異物の付着を防止するための微調整が可能になる。
【００１３】
更に，この装置に導電体の電位を測定する測定手段と，前記測定手段により測定された前記導電体の電位に基づいて，インダクタのインダクタンスとキャパシタのキャパシタンスのいずれか１つ以上を変更する制御手段とを有する構成により，処理条件の変化に応じて，インダクタのインダクタンスとキャパシタのキャパシタンスを変化させることが容易になるので，より的確なプラズマ処理が可能なプラズマ処理装置が提供できる。
【００１４】
上記課題を解決するため，本発明の第２の観点によれば，被処理体を設置するサセプタと，前記サセプタに対向して配設され，前記被処理体の処理面に平行な成分を有する高周波アンテナと，前記高周波アンテナに接続された高周波電源と，前記高周波アンテナと前記サセプタとの間に設けられた誘電体と，前記高周波アンテナと前記誘電体との間に設けられた導電体と，前記導電体に接続された接地回路と，前記接地回路中に設けられたインピーダンス素子と，を備えたプラズマ処理装置が提供される。
【００１５】
ここで，被処理体の処理面に平行な成分を有する高周波アンテナとは，例えば被処理体を水平に配置する場合には，水平成分を有する高周波アンテナのことをいう。水平成分を有する高周波アンテナとは，例えば渦巻き状に巻かれた高周波アンテナのように，鉛直方向から見たとき（例えば上から見たとき）複数巻かれているように見える形状の高周波アンテナのことをいう。なお，水平成分を有する高周波アンテナには，鉛直方向にコイル状に巻かれた高周波アンテナのように，鉛直方向から見たとき（例えば上から見たとき）１回だけ巻かれているように見える形状の高周波アンテナ形状は含まれない。また，被処理体の処理面に平行な成分を有する高周波アンテナには，例えば被処理基板を鉛直に立てて処理する場合には，水平方向の成分を有する高周波アンテナではなく，鉛直方向の成分を有する高周波アンテナのことをいう。
【００１６】
上記構成によれば，誘電体の面内位置による異物の付着量の相違を緩和することができ，被処理体の面内処理均一性を向上させることができる。特に，高周波アンテナが，前記高周波アンテナの被処理体の被処理面への正射影の少なくとも一部が前記被処理体の処理部と重なるように設けられている装置においては，この高周波アンテナの影響も加わって誘電体の面内位置による異物の付着量の相違が大きいが，この構成によればこの相違を解消することができ，被処理体の面内均一処理が可能となる。
【００１７】
上記課題を解決するため，本発明の第３の観点によれば，被処理体を設置するサセプタと，前記サセプタに対向し、前記被処理体の処理面に平行な一平面内に配置され、少なくともアンテナの一部が処理時の前記被処理体の真上になるように設けられた高周波アンテナと，前記高周波アンテナに接続された高周波電源と，前記高周波アンテナと前記サセプタとの間に設けられた誘電体と，前記高周波アンテナから離れて、前記誘電体と前記誘電体の被処理体側の面に配置された誘電体カバーとの間に設けられた導電体と，前記導電体に接続された接地回路と，前記接地回路中に設けられたインピーダンス素子と，を備え、前記誘電体の被処理体側の面は、前記導電体を介して厚さが前記誘電体より薄い前記誘電体カバーにより覆われているプラズマ処理装置が提供される。
【００１８】
高周波アンテナの少なくとも一部が処理時の被処理体の真上にある装置においては，この高周波アンテナの影響も加わって誘電体の面内位置による異物の付着量の相違が大きくなるが，上記構成によればこの相違を解消することができ，被処理体の面内均一処理が可能となる。
【００１９】
上述した本発明の第２，第３の観点においては，インピーダンス素子はインダクタであることが好ましい。高周波アンテナの電位，高周波アンテナとプラズマとの間に設置される誘電体の材質や厚さ，高周波アンテナと被処理体との距離が相違する装置に幅広く適用できるからである。尚，インダクタのインダクタンスは可変であることが好ましい。さらに，接地回路中にはキャパシタや回路開閉手段を有してもよい。この場合には，キャパシタのキャパシタンスは可変であることが好ましい。
【００２０】
【発明の実施の形態】
本発明が適用されるプラズマ処理装置の一例として，プラズマエッチング装置を挙げて説明する。図１は，本発明の実施の形態にかかるプラズマエッチング装置１００の概略断面図，図２，図３，図４は，水平成分を有するアンテナの形状を説明する図，図５は，水平成分を有するアンテナに該当しない形状を説明する図，図６は，非処理体を鉛直に立てて処理するプラズマ処理装置の概略図，図７は，高周波アンテナの被処理体の被処理面への正射影の少なくとも一部が被処理面と重なるように設けられている装置の概略図である。
【００２１】
図１に示すように，プラズマエッチング装置１００は，例えばアルミニウム等の導電性材料からなる角筒形状の処理容器１０２を有する。処理容器１０２は接地されており，エッチング処理はこの処理容器１０２内で行われる。
【００２２】
処理容器１０２の底部には，絶縁部材１０７を介して略矩形状のサセプタ１０６が設けられている。サセプタ１０６には被処理体，例えばＬＣＤ基板Ｌが載置される。サセプタ１０６は，電極部１０６ａと，電極保護部１０６ｂとから構成されている。
【００２３】
電極部１０６ａ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。電極保護部１０６ｂは，電極部１０６ａの載置面以外の部分を覆っており，セラミックスなどの絶縁性材料からなる。
【００２４】
サセプタ１０６の電極部１０６ａには，マッチング回路１１１を介して，高周波電源１１３が電気的に接続されている。プラズマ処理時には，高周波電源１１３から，所定の高周波，例えば６ＭＨｚ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，処理部１０３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こむことが可能である。ここでサセプタ１０６の電極部１０６ａは，単に接地される構成でもよい。
【００２５】
サセプタ１０６の上方にはアンテナ室１１０が設けられている。アンテナ室１１０内部に，高周波アンテナ１１２が備えられている。高周波アンテナ１１２は，例えば銅，アルミニウム，ステンレス等の導体を渦巻き状，コイル状，あるいはループ状に形成したものであり，処理容器１０２上部に備えられている。高周波アンテナ１１２の両端子間には，マッチング回路１６２を介してプラズマ生成用の高周波電源１６０が接続されている。尚，アンテナインピーダンスが高いときは高周波アンテナを多重化してもよい。
【００２６】
ここで，高周波アンテナとしては，被処理体の処理面に平行な成分を有する高周波アンテナが好ましい。特に被処理体を水平に配置する場合には，図２〜図４に示すように，水平成分を有する高周波アンテナが好ましい。水平成分を有する高周波アンテナとは，鉛直方向から見たとき（例えば上から見たとき）複数巻かれているように見える形状の高周波アンテナのことをいう。図２に示す例では，高周波アンテナ１１２は，平板状の誘電体１２０上に渦巻き状に構成されている。高周波アンテナ１１２の両端子１１２ａ，１１２ｂ間には，マッチング回路１６２を介してプラズマ生成用の高周波電源１６０が接続されている。
【００２７】
図３に示す例では，高周波アンテナ２１２は，断面が略台形状の誘電体２２０上に螺旋状に構成されている。高周波アンテナ２１２の両端子２１２ａ，２１２ｂ間には，マッチング回路１６２を介してプラズマ生成用の高周波電源１６０が接続されている。また，図４に示す例では，載置台３０６上に載置された基板を，円形の例えば半導体ウエハＷとし，高周波アンテナ３１２は，断面が略半円状のドーム型の誘電体３２０上に螺旋状に構成されている。高周波アンテナ３１２の両端子３１２ａ，３１２ｂ間には，マッチング回路１６２を介してプラズマ生成用の高周波電源１６０が接続されている。このドーム型の誘電体３２０は，ＬＣＤ基板を処理する際には，底面が矩形のドーム型とすることが好ましい。図３，図４の高周波アンテナ２１２，３１２は，被処理体の被処理面に投影すると，いずれも高周波アンテナ１１２のように渦巻き状になる。
【００２８】
これに対して，図５に示した例では，高周波アンテナ４１２は，中空の四角柱のような筒状の誘電体４２０の側面に，同じ径で鉛直方向に巻かれたコイル状に構成されており，鉛直方向から見たとき（例えば上から見たとき）１回だけ巻かれているように見える形状である。このような高周波アンテナの形状は，被処理体の被処理面に投影すると四角形状であり，水平成分を有する高周波アンテナには含まれない。
【００２９】
但し，例えば図６のように被処理基板Ｌを鉛直に立てたサセプタ２０６の側面に保持して処理する装置の場合には，被処理体の処理面に平行な成分を有する高周波アンテナは，水平方向の成分を有する高周波アンテナではなく，高周波アンテナ５１２のように，鉛直方向に立てて備えられた板状の誘電体５２０の側面に平面状に設置された渦巻き状に構成され，鉛直方向の成分を有する高周波アンテナということになる。
【００３０】
なお，図６では高周波アンテナ５１２を誘電体５２０のサセプタ２０６の側面に設けた場合を示したが，必ずしもこれに限定されることはなく，サセプタ２０６とは反対側の側面に高周波アンテナ５１２を設けてもよい。さらに，上述した図３に示す誘電体２２０では，図７のように前記高周波アンテナ２１２の被処理体の被処理面への正射影の少なくとも一部（図７の点ｈ）が前記被処理体の処理部と重なるように設けられることもある。図４に示す誘電体３２０なども同様である。
【００３１】
ところで，上記誘電体１２０の下部には，図１に示すように本発明の特徴である導電体１７０が設けられており，インダクタンスが可変のインダクタ３０２及びキャパシタンスが可変なキャパシタ３０４を有する接地回路１８０が接続されている。接地回路１８０は回路開閉手段（図示せず）を有していてもよい。さらに導電体１７０の下部のＬＣＤ基板Ｌに対向する部分に，誘電体カバー１７４が備えられる。誘電体カバー１７４は，誘電体１２０に比べて薄い例えば石英やセラミックなどの誘電体で構成されており，異物付着に伴う交換時にはこの誘電体カバー１７４のみを交換することで，コストを抑えている。
【００３２】
誘電体カバー１７４には，シャワーヘッド（図示せず）が備えられ，処理ガス源１３０から，流量制御装置（ＭＦＣ）１３２を介して所定の処理ガス，例えばフロロカーボンガスやＡｒガス等を，処理部１０３に導入する。
【００３３】
また，処理容器１０２の底部には排気管１５２が接続されて，この処理容器１０２内囲気を，不図示の排気手段，例えば真空ポンプにより排気できるように構成されており，処理部１０３の雰囲気を任意の減圧度にすることが可能である。
【００３４】
なお，処理容器１０２の側部には，ゲートバルブ１５４が設けられており，隣接して設置されるロードロック室から，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を処理部１０３内に搬入することができる。
【００３５】
以上のように構成されたプラズマエッチング装置１００の動作について説明する。まず，ゲートバルブ１５４を開放してＬＣＤ基板Ｌを不図示の搬送アームによりゲート１５０を介して処理部１０３に搬送する。この後，サセプタ１０６から，不図示のリフタピンが上昇する。ＬＣＤ基板Ｌはこのリフタピン上に置かれ，リフタピンが下降すると，ＬＣＤ基板Ｌはサセプタ１０６上に載置される。
【００３６】
所定の処理ガスを処理部１０３に導入し，排気管１５２に接続される不図示の真空ポンプにより所定の真空度まで真空引きされ，たとえば３０ｍＴｏｒｒの真空度に調節される。
【００３７】
続いて，高周波電源１６０より，マッチング回路１６２を介して例えば１３．５６ＭＨｚの高周波電力をアンテナ室１１０内の高周波アンテナ１１２に供給する。このとき，高周波アンテナ１１２の誘導作用により，処理部１０３にプラズマが生成される。
【００３８】
このようにして生成された処理部１０３のプラズマは，サセプタ１０６に印加されるバイアス電位によりサセプタ１０６上のＬＣＤ基板Ｌの方向に移動し，被処理面に所望のエッチング処理を行うことができる。エッチング処理終了後，処理済みのＬＣＤ基板Ｌはゲート１５０を介してロードロック室に搬出される。
【００３９】
次に，上記のようにプラズマエッチング装置１００を用いてエッチング処理を行う場合の，導電体１７０による誘電体カバー１７４の処理部１０３側への異物の付着防止作用について説明する。
【００４０】
本実施の形態の導電体１７０がない場合，誘電体カバー１７４の中央部は，電力供給点近傍であるため電位が非常に高く，高周波アンテナ１１２とプラズマとが容量結合して，誘電体カバー１７４がスパッタされるので異物は付着しにくい。一方，高周波アンテナ１１２の端部や，高周波アンテナ１１２の給電部から離れた場所では，誘電体カバー１７４に対する垂直な電界が小さくスパッタ速度が小さいため，異物が多く付着する。
【００４１】
そこで，本実施形態のように導電体１７０を誘電体１２０と誘電体カバー１７４との間に設置し，インダクタ３０２及びキャパシタ３０４とを介して接地すると，インダクタ３０２，キャパシタ３０４，と導電体１７０，誘電体カバー１７４，プラズマからなる閉回路が形成され，導電体１７０とプラズマが容量結合するようになる。
【００４２】
これにより，誘電体カバー１７４の外縁部もスパッタされることになり，異物の付着が軽減される。ただ，この異物の付着速度よりもスパッタされる速度が速いと，誘電体カバー１７４が削られ，被処理体に不純物が混入することが懸念されるので，インダクタ３０２のインダクタンスやキャパシタ３０４のキャパシタンスを調整して異物の付着速度とスパッタ速度がほぼ同等になるようにすることが必要である。
【００４３】
導電体１７０がない装置，及び，ある装置でキャパシタ３０４のキャパシタンスを変化させたものについて，誘電体カバー１７４の中心部，中間部，外縁部にガラス小片を配置し，被処理体にエッチング処理を行い，その表面の変化について測定した。ただしこのとき，被処理体のエッチングレートおよび分布には有意な差はなかった。以下，プラス値は異物の付着量を，マイナス値は，ガラス小片の削れ量を表す。
【００４４】
この結果，導電体１７０がない装置では，中心部が−０．７μｍ，中間部が＋０．２μｍ，外縁部が＋０．９μｍであった。導電体１７０がある装置においては，キャパシタ３０４のキャパシタンスが１０００ｐＦのときは，中心部が＋０．５μｍ，中間部が＋０．５μｍ，外縁部が＋０．４μｍであり，キャパシタンスが１５００ｐＦのときは，中心部が−０．３μｍ，中間部が−０．８μｍ，外縁部が−０．３μｍであった。
【００４５】
この評価に使用した導電体１７０がある装置では，キャパシタ３０４のキャパシタンスが１０００ｐＦと１５００ｐＦの間に異物の付着速度とスパッタ速度がほぼ同等になる最適な値があることが分かる。また，誘電体カバー１７４への異物の付着の面内不均一が大幅に緩和されることも分かった。
【００４６】
これに対して，導電体１７０がある装置で，接地回路１８０にインダクタを設けずキャパシタ３０４のみを設けたものの等価回路を用いて，キャパシタ３０４のキャパシタンスを０〜４０００ｐＦの範囲で１７点変化させてみたが，異物の付着速度とスパッタ速度がほぼ同等になることはなかった。
【００４７】
さらに，この等価回路にインダクタを設けたものを用いて，導電体とプラズマ間の抵抗を大幅に増加させて評価したところ，インダクタのインダクタンスを調整することで，異物の付着速度とスパッタ速度がほぼ同等になる箇所があった。
【００４８】
以上詳細に説明したように，本実施の形態にかかるプラズマエッチング装置１００によれば，導電体１７０を誘電体１２０と誘電体カバー１７４との間に設置し，インダクタ３０２及びキャパシタ３０４とを介して接地し，インダクタ３０２のインダクタンスとキャパシタ３０４のキャパシタンスを調整することで，異物の付着速度とスパッタ速度をほぼ同等にして異物の付着を防止することができる。従って，本発明は，高周波アンテナの電位，高周波アンテナとプラズマとの間に設置される誘電体の材質や厚さ，高周波アンテナと被処理体との距離が異なる様々な装置に適用できると言える。
【００４９】
【発明の効果】
本発明によれば，誘導結合型のプラズマ処理装置において，高周波アンテナと誘導プラズマとの間に導電体を設け，その導電体をインダクタ及びキャパシタを介して接地することで，アンテナとプラズマとの間に設けられる誘電体への異物の付着を防止するとともに，異物の付着の面内不均一を緩和することが可能となり，高品質なプラズマ処理の可能なプラズマ処理装置が提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態にかかるプラズマエッチング装置１００の概略断面図である。
【図２】同実施の形態における水平成分を有する高周波アンテナの１例を説明する図である。
【図３】同実施の形態における水平成分を有する高周波アンテナの他の例を説明する図である。
【図４】同実施の形態における水平成分を有する高周波アンテナの他の例を説明する図である。
【図５】同実施の形態における水平成分を有する高周波アンテナに該当しない例を説明する図である。
【図６】同実施の形態における被処理基板を鉛直に立てて処理する装置の概略図である。
【図７】同実施の形態における高周波アンテナの被処理体の被処理面への正射影の少なくとも一部が被処理面と重なるように設けられている装置の概略図である。
【符号の説明】
１００ プラズマエッチング装置
１０２ 処理容器
１０３ 処理部
１０６ サセプタ
１１０ アンテナ室
１１２ 高周波アンテナ
１２０ 誘電体
１６０ 高周波電源
１７０ 導電体
１７４ 誘電体カバー
１８０ 接地回路
３０２ インダクタ
３０４ キャパシタ
Claims (13)
- 被処理体を設置するサセプタと，
前記サセプタに対向して配設され、前記被処理体の処理面に平行な一平面内に配置された高周波アンテナと，
前記高周波アンテナに接続された高周波電源と，
前記高周波アンテナと前記サセプタとの間に設けられた誘電体と，
前記高周波アンテナから離れて、前記誘電体と前記誘電体の被処理体側の面に配置された誘電体カバーとの間に設けられた導電体と，
前記導電体に接続された接地回路と，
前記接地回路中に設けられたインダクタと，
を備え、
前記誘電体の被処理体側の面は、前記導電体を介して厚さが前記誘電体より薄い前記誘電体カバーにより覆われていることを特徴とするプラズマ処理装置。 - 前記インダクタは，そのインダクタンスが可変であ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。
- 前記接地回路は，キャパシタを有することを特徴とする請求項１または請求項２に記載のプラズマ処理装置。
- 前記キャパシタは，そのキャパシタンスが可変であることを特徴とする請求項３に記載のプラズマ処理装置。
- 前記接地回路は，回路開閉手段を有することを特徴とする請求項１，２，３または４のいずれか１項に記載のプラズマ処理装置。
- 前記導電体の電位を測定する測定手段と，
前記測定手段により測定された前記導電体の電位に基づいて，前記インダクタのインダクタンスと前記キャパシタのキャパシタンスのうち少なくとも１つを変更する制御手段と，
をさらに設けたことを特徴とする請求項３または請求項４に記載のプラズマ処理装置。 - 被処理体を設置するサセプタと，
前記サセプタに対向し、前記被処理体の処理面に平行な一平面内に配置され、少なくともアンテナの一部が処理時の前記被処理体の真上になるように設けられた高周波アンテナと，
前記高周波アンテナに接続された高周波電源と，
前記高周波アンテナと前記サセプタとの間に設けられた誘電体と，
前記高周波アンテナから離れて、前記誘電体と前記誘電体の被処理体側の面に配置された誘電体カバーとの間に設けられた導電体と，
前記導電体に接続された接地回路と，
前記接地回路中に設けられたインピーダンス素子と，
を備え、
前記誘電体の被処理体側の面は、前記導電体を介して厚さが前記誘電体より薄い前記誘電体カバーにより覆われていることを特徴とするプラズマ処理装置。 - 前記インピーダンス素子は，インダクタであることを特徴とする請求項７に記載のプラズマ処理装置。
- 前記インダクタは，そのインダクタンスが可変であることを特徴とする請求項８に記載のプラズマ処理装置。
- 前記高周波電源は，前記高周波アンテナの内側端付近から高周波電力が給電されるように接続されていることを特徴とする請求項７〜９のいずれか１項に記載のプラズマ処理装置。
- 前記接地回路は，キャパシタを有することを特徴とする請求項７〜１０のいずれか１項に記載のプラズマ処理装置。
- 前記キャパシタは，そのキャパシタンスが可変であることを特徴とする請求項１１に記載のプラズマ処理装置。
- 前記接地回路は，回路開閉手段を有することを特徴とする請求項７〜１２のいずれか１項に記載のプラズマ処理装置。
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