(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
試料台及び該試料台に対向配置された対向電極が設けられている反応室と、該反応室を前記対向電極側で封止するマイクロ波導入窓と、該マイクロ波導入窓を介して前記反応室に連結され、内部に誘電体線路が配置されたマイクロ波導入容器とを備え、前記誘電体線路を伝播して定在波を形成するマイクロ波により前記マイクロ波導入容器の内部に生成される電界を前記マイクロ波導入窓を経て前記反応室に導入し、該反応室の内部にプラズマを発生させて、前記試料台上の試料にプラズマ処理を施すプラズマ処理装置において、
前記対向電極は、陽極酸化処理によるアルミナ被膜を表面の一部に形成してあるアルミニウム製であり、その内部に冷媒を通流せしめるための中空路を有しており、
前記マイクロ波導入窓は、前記アルミナ被膜の形成部位を介して前記対向電極に接触させてあることを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項２】
前記対向電極は、マイクロ波を前記反応室内に導入するための開口部を略中央に有し、前記中空路は少なくとも前記開口部の周囲近傍に形成してある請求項１記載のプラズマ処理装置。
【請求項３】
前記冷媒は、Ｎ2 ガスである請求項１又は２記載のプラズマ処理装置。
【請求項４】
試料台及び該試料台に対向配置された対向電極が設けられている反応室と、該反応室を前記対向電極側で封止するマイクロ波導入窓と、該マイクロ波導入窓を介して前記反応室に連結され、内部に誘電体線路が配置されたマイクロ波導入容器とを備え、前記誘電体線路を伝播して定在波を形成するマイクロ波により前記マイクロ波導入容器の内部に生成される電界を前記マイクロ波導入窓を経て前記反応室に導入し、該反応室の内部にプラズマを発生させて、前記試料台上の試料にプラズマ処理を施すプラズマ処理方法において、
前記対向電極は、陽極酸化処理によるアルミナ被膜を表面の一部に形成してあるアルミニウム製であり、その内部に中空路を有しており、前記マイクロ波導入窓は、前記アルミナ被膜の形成部位を介して前記対向電極に接触させてあり、前記中空路に冷媒を通流しつつ、前記マイクロ波を前記反応室に導入してプラズマを発生せしめることを特徴とするプラズマ処理方法。
【請求項５】
前記中空路に通流させる冷媒として、Ｎ2 ガスを用いる請求項４記載のプラズマ処理方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、プラズマを利用して、半導体素子基板，液晶ディスプレイ用ガラス基板等にエッチング，アッシング又はＣＶＤ等の処理を施す装置及び方法に関し、特にマイクロ波の導入によりプラズマを生ぜしめるプラズマ処理装置及びプラズマ処理方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
反応ガスに外部からエネルギーを与えて生じるプラズマは、ＬＳＩ，ＬＣＤ等の製造プロセスにおいて広く用いられている。特に、ドライエッチングプロセスにおいて、プラズマの利用は不可欠の基本技術となっている。
【０００３】
図４は、本願出願人により提案された従来のプラズマ処理装置の構成を示す模式的縦断面図である。図に示すように、プラズマ処理装置は、直方体殻形状を有するアルミニウム又はステンレス鋼製の反応容器１１、該反応容器１１の上側に連結された金属製のマイクロ波導入容器２１、該マイクロ波導入容器２１のマイクロ波導入端に連結された導波管２２、該導波管２２のマイクロ波導入側に接続されたマイクロ波発振器２３、マイクロ波導入容器２１内に間隙を有して対向配置された誘電体線路２４及びマイクロ波導入窓２５、マイクロ波導入窓２５の下側周縁部に配された円形開口部を有する対向電極１３、並びに反応容器１１内に配設された試料台１５とを備えて構成されている。マイクロ波導入窓２５は、その下面を反応容器１１の内側に形成される反応室１２に臨ませて配しており、反応室１２を封止している。対向電極１３は電気的に接地されている。
【０００４】
反応室１２内の試料台１５はマイクロ波導入窓２５の対向位置に配設され、試料台上に試料Ｓが載置される。試料台１５には高周波電源１４が接続されている。また、反応室１２には、ガスを導入するための導入口１６及び図示しない排気装置に接続される排気口１７が形成されている。
【０００５】
このようなプラズマ装置にあっては、誘電体線路２４は、誘電損失が小さい材質、例えばテフロン（登録商標）のようなフッ素樹脂で形成され、マイクロ波導入窓２５は、耐熱性及びマイクロ波透過性を有し、且つ誘電損失が小さい材質、例えば石英ガラス又はアルミナ（Ａｌ2 Ｏ3 ）のような誘電体を用いて形成されている。また、試料Ｓの表面にバイアス電圧を安定して発生させるために設けられている対向電極１３は、プラズマ発生時の反応物質の生成を防止するために、アルミニウムの一部表面が陽極酸化処理、所謂アルマイト処理を施されており、少なくとも反応室１２内にてプラズマに晒される部分はアルミナ（Ａｌ2 Ｏ3 ）で覆われている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
以上の如き構成のプラズマ処理装置を用いて試料Ｓにプラズマ処理を施す場合に、マイクロ波導入容器２１内を加熱する。マイクロ波導入窓２５を２００℃程度の高温にすることにより、プラズマ処理が高速化され、また、エッチング時のマイクロ波導入窓２５のデポジションによるパーティクルの発生が防止される。プラズマ処理中のマイクロ波導入容器２１内へのマイクロ波の導入により、マイクロ波導入窓２５はさらに加熱される。
【０００７】
マイクロ波導入窓２５の加熱により、マイクロ波導入窓２５の下側に設けられた対向電極１３はプラズマ処理中は２００℃を超える高温になる。図５は図４に示す対向電極１３の領域Ａの表面を拡大して示した図であり、図６は図５に示す領域Ｂの拡大断面図である。上述したように、対向電極１３は母材（アルミニウム）１３ａの一部表面をアルミナ皮膜１３ｂで覆っており、２００℃より高温になった場合に、母材１３ａとアルミナ皮膜１３ｂとの膨張率の相違によりアルミナ皮膜１３ｂの表面にクラック１３ｃが生じる。対向電極１３にクラック１３ｃが生じると、プラズマによりクラック１３ｃのエッジ部分及び母材１３ａの露出部分に反応生成物が付着し、パーティクルとなって試料Ｓを汚染するという問題があった。
【０００８】
本発明は、かかる事情に鑑みてなされたものであり、対向電極の中空路に冷媒を通流せしめて対向電極を冷却し、対向電極表面に生じるひび割れを防止するプラズマ処理装置及びプラズマ処理方法を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
第１発明に係るプラズマ処理装置は、試料台及び該試料台に対向配置された対向電極が設けられている反応室と、該反応室を前記対向電極側で封止するマイクロ波導入窓と、該マイクロ波導入窓を介して前記反応室に連結され、内部に誘電体線路が配置されたマイクロ波導入容器とを備え、前記誘電体線路を伝播して定在波を形成するマイクロ波により前記マイクロ波導入容器の内部に生成される電界を前記マイクロ波導入窓を経て前記反応室に導入し、該反応室の内部にプラズマを発生させて、前記試料台上の試料にプラズマ処理を施すプラズマ処理装置において、前記対向電極は、陽極酸化処理によるアルミナ被膜を表面の一部に形成してあるアルミニウム製であり、その内部に冷媒を通流せしめるための中空路を有しており、前記マイクロ波導入窓は、前記アルミナ被膜の形成部位を介して前記対向電極に接触させてあることを特徴とする。
【００１０】
第１発明にあっては、対向電極に設けた中空路に冷媒を通流して該対向電極を効果的に冷却する一方、対向電極をアルミニウム製とし、陽極酸化処理により表面の一部に形成されたアルミナ（Ａｌ2 Ｏ3 ）被膜を介してマイクロ波導入窓に接触させ、冷媒の通流によるマイクロ波導入窓の冷却を抑えつつ対向電極を２００℃以下に冷却して、パーティクルの原因となるクラックの発生を防止する。
【００１１】
第２発明に係るプラズマ処理装置は、第１発明において、前記対向電極は、マイクロ波を前記反応室内に導入するための開口部を略中央に有し、前記中空路は少なくとも前記開口部の周囲近傍に形成してあることを特徴とする。
【００１２】
第２発明にあっては、主に対向電極の開口部の周囲を冷却する。対向電極は、プラズマに晒される部分が被覆材で覆われており、２００℃より高温になると被覆材にクラックが生じやすくなる。開口部の周囲近傍、特に反応室に臨む内周面及び下側周縁は強いプラズマに晒される部分であり、この部分を冷却することによりクラックの発生を防止できる。
【００１３】
第３発明に係るプラズマ処理装置は、第１又は第２発明における冷媒が、Ｎ2 ガスであることを特徴とする。
【００１５】
第４発明に係るプラズマ処理方法は、試料台及び該試料台に対向配置された対向電極が設けられている反応室と、該反応室を前記対向電極側で封止するマイクロ波導入窓と、該マイクロ波導入窓を介して前記反応室に連結され、内部に誘電体線路が配置されたマイクロ波導入容器とを備え、前記誘電体線路を伝播して定在波を形成するマイクロ波により前記マイクロ波導入容器の内部に生成される電界を前記マイクロ波導入窓を経て前記反応室に導入し、該反応室の内部にプラズマを発生させて、前記試料台上の試料にプラズマ処理を施すプラズマ処理方法において、前記対向電極は、陽極酸化処理によるアルミナ被膜を表面の一部に形成してあるアルミニウム製であり、その内部に中空路を有しており、前記マイクロ波導入窓は、前記アルミナ被膜の形成部位を介して前記対向電極に接触させてあり、前記中空路に冷媒を通流しつつ、前記マイクロ波を前記反応室に導入してプラズマを発生せしめることを特徴とし、また第５発明に係るプラズマ処理方法は、前記中空路に通流させる冷媒として、Ｎ2 ガスを用いることを特徴とする。
【００１６】
マイクロ波導入窓は、例えばエッチングのようなプラズマ処理時のデポジションを防止するために２００℃より高温に保つ必要があり、マイクロ波の導入以前及び以後にわたって加熱している。第４発明にあっては、少なくともマイクロ波の反応室への導入中は、中空路に冷媒を通流させて、アルミナ被膜を介して接触するマイクロ波導入窓の高温を維持しつつ対向電極のみを冷却し、クラックの発生を防止する。なお、マイクロ波の導入以前から対向電極に冷媒を通流させても良く、プラズマ処理の開始時から対向電極のパーティクルの発生を防止できる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明をその実施の形態を示す図面に基づき具体的に説明する。
図１は、本発明に係るプラズマ処理装置の構成を示す模式的縦断面図である。図に示すように、本実施の形態のプラズマ処理装置は、直方体殻形状を有するアルミニウム製の反応容器１１の上側に、蓋形状の金属製のマイクロ波導入容器２１を連結している。マイクロ波導入容器２１は、マイクロ波導入のための導波管２２をマイクロ波導入側である一端側に連結しており、他端側は閉塞されている。導波管２２のマイクロ波導入側にはマイクロ波発振器２３が接続されている。
【００１８】
マイクロ波導入容器２１内には、板状の誘電体線路２４がマイクロ波導入容器２１及び導波管２２の上壁内側に接触せしめて配され、誘電体線路２４と所定間隔を有して下側に板状のマイクロ波導入窓２５が対向配置されている。マイクロ波導入窓２５により、反応容器１１の内側に形成される反応室１２が封止されている。導波管２２から導入されたマイクロ波は誘電体線路２４内を長さ方向に伝搬する。誘電体線路２４はテフロン（登録商標）のようなフッ素樹脂で形成され、マイクロ波導入窓２５は石英ガラス又はアルミナ（Ａｌ2 Ｏ3 ）のような誘電体を用いて形成されている。
【００１９】
反応室１２の底部には、マイクロ波導入窓２５に対面させて試料台１５が配されており、試料台１５上に例えば半導体基板のような試料Ｓを載置してプラズマ処理するようになっている。反応容器１１の側壁には、反応ガスを導入するための供給口１６と、反応室１２内を真空排気するための排気口１７が形成されている。排気口１７には図示しない排気装置が接続されている。
【００２０】
反応室１２の上部には、本発明の特徴となる対向電極３が、マイクロ波導入窓２５の下面に接触させて設けられている。図２は本実施の形態の対向電極の平面図であり、図３はそのIII-III 線からみた断面図である。図に示すように、対向電極３は矩形板状であり、略中央に円形状の開口部３ｃを有している。対向電極３は母材３ａにアルミニウムが用いられ、その表面に陽極酸化処理が施されており、開口部３ｃの内周面と開口部３ｃ近傍の上面及び下面とにアルミナ皮膜３ｂを形成させている。なお、対向電極３の外周部分は通電を必要とするために、アルミナ皮膜３ｂは形成されていない。
【００２１】
対向電極３の内部には、冷媒を通流させるための中空路である冷却路３ｓが形成されている。冷却路３ｓは対向電極３の開口部３ｃの周囲に環状に形成されており、その両端は対向電極３の一側端面まで貫通されて冷媒供給口３ｄ及び冷媒排出口３ｅが夫々設けられている。対向電極３の前記一側端面に、開口部３ｃの近傍まで到達する温度測定用孔が穿孔されており、熱電対４が挿入されている。熱電対４の温度測定部分である先端部は開口部３ｃから外周側に３ｍｍの位置に配され、対向電極３の開口部３ｃ付近の温度を測定する。冷媒は冷媒供給口３ｄから対向電極３内に供給されて冷却路３ｓ内を通流した後、冷媒排出口３ｅから排出されるようになっている。
【００２２】
本実施の形態における対向電極３は、外寸法が483 mm×440 mm×10mmの矩形板であり、開口部３ｃの直径は258 mmである。冷却路３ｓは、開口部３ｃと同心円状に外径が328 mm、内径が278 mm、高さが４mmを有し、対向電極３の厚み方向の略中央に形成されている。なお、対向電極３及び形成される冷却路３ｓはこの寸法に限るものではなく、また、開口部３ｃの形状は円形に限らない。
【００２３】
以上の如き構成のプラズマ処理装置を用いて試料Ｓの表面にエッチング処理を施す際には、まず試料Ｓを反応室１２に搬入して試料台１５上に載置し、反応室１２を所望の圧力に調整する。マイクロ波導入窓２５を２００℃程度に加熱する。対向電極３のガス供給口からＮ2 ガスを冷却路３ｓに供給し、熱電対４により対向電極３の温度を測定する。所定の温度であることを確認した後、供給口１６から反応室１２に反応ガスを導入し、マイクロ波発振器２３からマイクロ波を発振して誘電体線路２４に導入する。マイクロ波は誘電体線路２４内を伝搬して定在波を形成し、誘電体線路２４の下方に電界を形成する。形成された電界はマイクロ波導入窓２５を透過して反応室１２内に導入される。このとき、マイクロ波の導入により、マイクロ波導入窓２５はさらに加熱されて２００℃を超えるが、対向電極３はＮ2 の通流により冷却され、２００℃以下の温度を保っている。反応室１２内は、導入された電界によりプラズマが生成され、このプラズマにより試料Ｓの表面がエッチングされる。
【００２４】
このようなプラズマ処理の期間中、対向電極３には冷媒としてＮ2 ガスが通流されており、熱電対４による測定温度は２００℃以下であった。このように、マイクロ波導入窓２５の温度を低下させずに、対向電極３だけをプラズマ処理中においても２００℃以下に冷却することができた。これにより、対向電極３の表面にクラックが生じるのを防止でき、パーティクルの発生を抑制できた。
【００２５】
なお、上述した実施の形態では、プラズマにより試料Ｓにエッチング処理を施す場合について説明しているが、これに限るものではなく、アッシング、ＣＶＤ等の処理を施す場合であっても良い。
【００２６】
【発明の効果】
以上のように、本発明においては、対向電極の内部に冷媒を通流させるための中空路を形成し、この対向電極をアルミナ被膜を介してマイクロ波導入窓に接触させてあるので、前記冷媒の作用により、プラズマ処理の高速化のために高温の維持が必要なマイクロ波導入窓の冷却を伴わずに対向電極だけを冷却することができ、対向電極表面に生じるひび割れを防止してパーティクルの発生を抑制できる等、本発明は優れた効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るプラズマ処理装置の構成を示す模式的縦断面図である。
【図２】本実施の形態の対向電極の平面図である。
【図３】図２のIII-III 線からみた断面図である。
【図４】本願出願人により提案された従来のプラズマ処理装置の構成を示す模式的縦断面図である。
【図５】図４に示す対向電極の領域Ａの表面を拡大して示した図である。
【図６】図５に示す領域Ｂの拡大断面図である。
【符号の説明】
３  対向電極
３ａ  母材
３ｂ  アルミナ皮膜
３ｃ  開口部
３ｄ  冷媒供給口
３ｅ  冷媒排出口
３ｓ  冷却路
４  熱電対
１２  反応室
１５  試料台
２２  導波管
２３  マイクロ波発振器
２４  誘電体線路
２５  マイクロ波導入窓
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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