JP4107596B2

JP4107596B2 - プラズマ処理装置

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Publication number: JP4107596B2
Application number: JP2004236706A
Authority: JP
Inventors: 貴一浜
Original assignee: Tokyo Electron Ltd
Current assignee: Tokyo Electron Ltd
Priority date: 1996-10-02
Filing date: 2004-08-16
Publication date: 2008-06-25
Anticipated expiration: 2017-09-25
Also published as: JP2005026233A

Description

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。

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。

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。

欧州特許出願公開第３７９８２８号明細書

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。

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。

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。

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。

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。

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。

上記課題を解決するため，本発明は，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，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を提供するものである。そして，上記プラズマ処理装置は，誘電体の被処理体に対する対向面側にガス供給手段が形成され，このガス供給手段は，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被処理体に対する対向面側に開口するとともにガス経路よりも小径の１または２以上のガス供給口とを具備している。

かかる構成によれば，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。

また，誘電体は，導電性材料から成り接地された処理室の内壁面に接するように配置することができ，さらに高周波アンテナは，誘電体の内部に埋設することができる。

かかる構成によれば，処理室内に誘電体を配置し，さらにこの誘電体内に高周波アンテナが形成されるため，処理室内外の圧力差を考慮することなく，誘電体の厚さを適宜設定することができる。その結果，誘電体の高周波アンテナ側面と被処理体側面との間の厚さを薄くすることにより，処理室内に相対的に強い電界を形成することができ，高密度プラズマを励起することができる。

また，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妨げないように，誘電体本体内に巡らすことができるため，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。

さらに，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。

また，高周波アンテナは，密に配される領域と粗に配される領域を有し，少なくともガス経路は，高周波アンテナが粗に配される領域に対応する誘電体本体内に巡らすことができる。

かかる構成によれば，ガス経路は，高周波アンテナが粗に配される領域，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，高周波アンテナが粗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粗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。

また，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。

かかる構成によれば，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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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（登録商標）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（登録商標）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。

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。

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。

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が粗に配される中間部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。

再び，図１を参照すると，パイレックス（登録商標）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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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が粗に配される中間部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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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，高周波アンテナが粗に配される領域，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。

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。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。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

Claims

高周波アンテナから誘電体を介して処理室内に供給された高周波電力により、ガス供給手段から前記処理室内に供給されたガスを励起させて誘導結合プラズマを生成し、被処理体に所定のプラズマ処理を施すプラズマ処理装置において、
前記高周波アンテナは、前記被処理体の中心点と対向する部分を中心として導電体が渦巻き状に巻かれた内周部と、前記内周部から所定の間隔を隔てて導電体が渦巻き状に巻かれた外周部と、前記内周部と前記外周部とを接続する導電体が前記内周部および前記外周部より疎に配された中間部とを有し、
前記ガス供給手段は、前記誘電体本体内であって前記高周波アンテナの中間部近傍に１または２以上のガス経路を有し、前記ガス経路に設けられたガス供給孔から処理ガスを供給し、
前記高周波アンテナの前記内周部、前記中間部および前記外周部に設けられた帯状の導電体は、Ｗ字が連続して現れるように配置され、かつ、前記連続したＷ字に含まれる角の内側部分に切欠き部が設けられた状態にて前記誘電体本体内に埋設されていることを特徴とするプラズマ処理装置。
前記１または２以上のガス経路は、被処理体に対して略水平方向に前記誘電体内を延伸することを特徴とする、請求項１に記載されたプラズマ処理装置。
前記誘電体は、前記処理容器内に配置されていることを特徴とする、請求項１または２のいずれかに記載のプラズマ処理装置。
前記ガス経路および前記高周波アンテナは、載置台の載置面の中心に対して線対称状または点対称状に配置されていることを特徴とする、請求項１〜３のいずれかに記載のプラズマ処理装置。
前記ガス経路は、前記誘電体内であって前記高周波アンテナと前記被処理体との間に設けられることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載されたプラズマ処理装置。
前記ガス経路は、第１のガス経路および第２のガス経路を有し、
前記第２のガス経路の両端は、前記第２のガス経路よりも断面積が大きい前記第１のガス経路と連通する複数のガス経路から構成され、
前記ガス供給孔は、記第２のガス経路に複数設けられ、
前記ガス供給手段は、ガスを前記第１のガス経路を経由して前記複数の第２のガス経路の両端から各第２のガス経路に通し、前記各第２のガス経路に設けられた複数のガス供給孔から処理室に向けてシャワー状に導入することを特徴とする、請求項１〜５のいずれかに記載のプラズマ処理装置。