(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
一つのマイクロ波発振器と，複数の誘電体層と，前記マイクロ波発振器から前記複数の誘電体層へマイクロ波を分岐して伝搬させるマイクロ波導波路と，マイクロ波導入窓を有する反応容器とを備え，
前記複数の誘電体層が並列して配置され，
前記マイクロ波導入窓は前記複数の誘電体層に応じて複数に分割され，
前記分割されたマイクロ波導入窓は，前記並列配置された複数の誘電体層に，それぞれ対向するように，反応容器に配置されていることを特徴とするプラズマ装置。
【請求項２】
前記複数の誘電体層及び，分割された各マイクロ波導入窓は，金属壁によって隔てられていることを特徴とする請求項１記載のプラズマ装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、半導体素子基板、液晶ディスプレイ用ガラス基板等にプラズマを利用してエッチング、アッシング、およびＣＶＤ等の処理を施すのに適したプラズマ装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
反応ガスに外部からエネルギ−を与えた際に発生するプラズマはＬＳＩ、ＬＣＤ製造プロセスにおいて広く用いられている。特にプラズマを用いたドライエッチング技術はＬＳＩ、ＬＣＤ製造プロセスにとって不可欠の基本技術となっている。
【０００３】
プラズマを発生させるための励起手段として、１３．５６ＭＨｚのＲＦ（高周波）が多く用いられているが、低温で高密度のプラズマが得られ、また装置の構成及び操作が簡単である等の利点があることから、マイクロ波も用いられるようになっている。しかし、従来のマイクロ波を用いたプラズマ装置では、大面積に均一なプラズマを発生させることが困難であるため、大口径の半導体基板、ＬＣＤ用ガラス基板を均一に処理することが困難であった。
【０００４】
この点に関し、本出願人は大面積に均一にマイクロ波プラズマを発生させることが可能なプラズマ装置として、特開昭６２−５６００号公報、特開昭６２−９９４８１号公報において、誘電体層を利用する方式を提案している。
【０００５】
図９、図１０および図１１は、この誘電体層を利用するプラズマ装置の模式的な平面図、部分的縦断面図および側断面図である。
【０００６】
この装置においては、マイクロ波はマイクロ波発振器２６から、導波管で構成されたマイクロ波導波路２３を介して誘電体層２１に導入される。この誘電体層２１を伝搬するマイクロ波により下方の空間２０に電界が形成され、この電界がマイクロ波導入窓４を透過して反応室２内に供給されて、プラズマが生成される。このプラズマによって試料Ｓの表面にプラズマ処理が施される。
【０００７】
誘電体層は導入部２１１、テーパ部２１２および平板部２１３からなる。マイクロ波導波路２３から誘電体層２１へのマイクロ波導入は、導入部２１１において導波管から誘電体層に導入し、テーパ部２１２において幅方向に拡げて、平板部２１３に導入することにより行われる。こうすることにより、マイクロ波導入窓４に対向する平板部２１３においてマイクロ波を幅方向に均一に伝搬させることができる。
【０００８】
この誘電体層を利用するプラズマ装置はマイクロ波の進行方向に沿って誘電体層の下にプラズマを生成するので、反応室２の上部に開口しているマイクロ波導入口３、それを封止するマイクロ波導入窓４、そして誘電体層２１を大きくすれば、容易に大面積のマイクロ波プラズマを生成させることができる。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
近年液晶用のガラス基板の大きさは大きくなり、４００ｍｍ×４００ｍｍ以上のガラス基板を均一に処理できる装置の要求が高まっている。この誘電体層を利用したプラズマ装置では、上述したようにマイクロ波導入口、マイクロ波導入窓、誘電体層を大きくすれば大面積プラズマを生成できる。
【００１０】
しかしながら、この誘電体層の面積を大きくしていくと、誘電体層の幅方向にマイクロ波が均一になるように導入するには、誘電体層のテーパ部の誘電体層を幅方向に広げるテーパ角度をより緩やかにする等の対策が必要になる。このため、このテーパ部が大きくなるという問題があった。
【００１１】
また、誘電体層の面積が大きくなると、マイクロ波の伝搬の不均一に伴う誘電体層の不均一加熱が強調されて、誘電体層の面内温度分布が不均一となり、誘電体層の変形を生じ、これがプラズマ処理に処理速度の再現性等に悪影響を与えるという問題があった。
【００１２】
さらに、プラズマの生成は反応容器内が減圧された状態で行われるので、マイクロ波導入窓には反応容器内外での圧力差による耐圧強度が要求される。したがって、マイクロ波導入窓の寸法が大きくなると、反応容器内外での圧力差に対する耐圧強度を高める必要があり、マイクロ波導入窓をより厚くする必要がある。
【００１３】
しかしマイクロ波導入窓を厚くすると、プラズマ生成時にはプラズマ加熱によりマイクロ波導入窓の反応室側の面と反対側の面との温度差が大きくなり、その熱ひずみでマイクロ波導入窓が破損するおそれが生じるという問題があった。
【００１４】
本発明はこのような課題に鑑みてなされたものであり、液晶ディスプレイ用ガラス基板等の大面積の基板を安定してしかも容易な構成で均一にプラズマ処理することができるプラズマ装置を提供し、さらに熱ひずみでマイクロ波導入窓が破損するおそれの少ないプラズマ装置を提供することを目的としている。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
本発明は，図１，図２および図３に示すように，一つのマイクロ波発振器２６と，複数の誘電体層２１ａ，２１ｂと，マイクロ波発振器２６から複数の誘電体層２１ａ，２１ｂへマイクロ波を分岐して伝搬させるマイクロ波導波路２３と，マイクロ波導入窓４を有する反応容器１とを備え，複数の誘電体層２１ａ，２１ｂが並列して配置され，その並列配置された誘電体層２１ａ，２１ｂにマイクロ波導入窓４が対向するように反応容器１が配置されているプラズマ装置を要旨とし，さらに図５，図６および図７に示すように，さらにマイクロ波導入窓が複数の誘電体層２１ａ，２１ｂに応じて複数のマイクロ波導入窓４ａ，４ｂに分割されているプラズマ装置を要旨とする。
【００１６】
【作用】
本発明のプラズマ装置は、マイクロ波導入窓に対向する誘電体層を複数に分割し、また一つのマイクロ波発振器からマイクロ波導波路を分岐してこの複数の誘電体層のそれぞれに接続している。こうすることにより、テーパ部を大きくすることなく、誘電体層の幅方向に均一なマイクロ波の導入が容易にできる。
【００１７】
しかも、誘電体層のマイクロ波の伝搬を均一にできるため、マイクロ波の伝搬の不均一に伴う誘電体層の不均一加熱による誘電体層の変形やプラズマ処理の再現性等に悪化を防ぐことができる。
【００１８】
本発明のプラズマ装置では、マイクロ波導入窓を複数の誘電体層に応じて分割することにより、それぞれのマイクロ波導入窓の面積を小さくできる。こうすることにより、個々のマイクロ波導入窓を厚くする必要がなくなるため、熱ひずみによる破損のおそれも減少させることができる。
【００１９】
【実施例】
本発明のプラズマ装置の一実施例を図面に基づき説明する。
【００２０】
図１は本発明の実施例の前提となるプラズマ装置の模式的な平面図であり，マイクロ波の誘電体層への導入を説明するものである。マイクロ波導波路２３は導波管からなり途中で２つに分岐している。マイクロ波導波路２３の途中にはマイクロ波分配器（図示しない）が設けられており，２つの導波路にマイクロ波が均等に分けられて供給される。このマイクロ波導波路２３を介して，マイクロ波発振器２６と誘電体層２１ａ，２１ｂとが連結されている。２つに誘電体層２１ａ，２１ｂの上面は金属板２２で覆われている。誘電体層２１ａ，２１ｂにはテフロン（登録商標）等のフッ素樹脂が用いられる。金属板２２はアルミニウム等で作られる。このマイクロ波導波路２３の途中にはそれぞれマイクロ波の整合（マッチング）をとるためのチューナー２４ａ，２４ｂが，またマイクロ波の反射波をとり除くアイソレータ２５ａ，２５ｂが設けられている。それぞれにチューナーおよびアイソレータを設けることにより，誘電体層の各々独立した整合調整が可能であり，それぞれの反射波による悪影響を取り除くことができる。
【００２１】
マイクロ波はマイクロ波発振器２６で発振された後、マイクロ波導波路２３の途中で２つに分岐され、それぞれ誘電体層２１ａ、２１ｂの導入される。そして、それぞれの誘電体層２１ａ、２１ｂにおいて、導入部２１１ａ、２１１ｂにおいて導波管から誘電体層に導入され、テーパ部２１２ａ、２１２ｂにおいて幅方向に拡げられて、平板部２１３ａ、２１３ｂに導入される。こうして、マイクロ波導入口３およびマイクロ波導入窓４に対向する平板部２１３ａ、２１３ｂにおいてマイクロ波を均一に伝搬させる。
【００２２】
図２は図１のプラズマ装置の模式的な部分断面図であり，反応容器および反応容器と誘電体層との配置を説明するものである。
【００２３】
図中１は中空直方体の反応容器である。反応容器１はアルミニウム（Ａｌ）等の金属を用いて形成されている。反応容器１の内部には反応室２が設けられている。反応容器１の上部にはマイクロ波導入口３が開口してあり、このマイクロ波導入口３はマイクロ波導入窓４にて反応容器１の上部壁との間にＯリング９を挟持することにより気密に封止されている。なおマイクロ波導入窓４は、耐熱性とマイクロ波透過性を有し、かつ誘電損失が小さい石英ガラス（ＳｉＯ2 ）、アルミナ（Ａｌ2 Ｏ3 ）等の誘電体で形成される。
【００２４】
反応室２内にはマイクロ波導入窓４とは対向する位置に、試料Ｓを載置する試料台７が配設されている。反応ガスを導入するためのガス導入孔５および排気装置（図示しない）に接続される排気口６が設けられている。また反応容器１の周囲壁には溶媒通流路８が形成され、所定の温度の溶媒を循環させることにより、反応容器１の周囲壁を所定の温度に保持するようになっている。
【００２５】
反応容器１の上方には、マイクロ波導入窓４と対向して、これを覆うように誘電体層２１ａと２１ｂ（図示されていない）が配置される。
【００２６】
図３は，図１のプラズマ装置の模式的な側断面図である。マイクロ波導入窓４と対向して誘電体層２１ａと２１ｂが並列配置されている。
【００２７】
上記プラズマ装置はプラズマ発生面積が５００ｍｍ×５００ｍｍとなるものとした。主要部の寸法および材質は以下のとおりである。マイクロ波導入口３が５００ｍｍ×５００ｍｍである。マイクロ波導入窓４は６００ｍｍ×６００ｍｍで厚みが２０ｍｍの石英板である。誘電体層２１ａ，２１ｂの平板部が６００ｍｍ×３００ｍｍで厚みが２０ｍｍのテフロンである。
【００２８】
本発明のプラズマ装置において試料台上に載置された試料Ｓの表面にプラズマ処理を施す場合について説明する。まず所定の温度の溶媒を溶媒通路８内に循環させる。排気口６から排気を行って反応室２内を所要の圧力まで排気した後、周囲壁に設けられたガス導入孔５から反応ガスを供給し反応室２内を所定の圧力とする。
【００２９】
マイクロ波発振器２６においてマイクロ波を発振させ、マイクロ波導波路２３の途中において２つの導波路に分岐させてそれぞれ誘電体層２１ａ、２１ｂに導入する。誘電体層２１ａ、２１ｂの下方の空間２０に電界が形成され、この電界がマイクロ波導入窓４を透過して反応室２内に供給されて、プラズマが生成される。このプラズマによって試料Ｓの表面にプラズマ処理が施される。
【００３０】
上記プラズマ装置におけるプラズマの均一性を評価するために，イオン電流分布を測定した。試料台の中心位置を中心としてマイクロ波の進行方向Ｚとそれに垂直なＹ方向について測定を行った。なお，測定位置はマイクロ波導入窓から１００ｍｍの位置である。プラズマ発生はＡｒガスを用い，圧力１０ｍＴｏｒｒ，マイクロ波パワー３ｋＷで行った。
【００３１】
図４はイオン電流分布の測定結果を示すグラフである。図４から明かなように、ほぼ均一にプラズマを発生できている。
【００３２】
本発明のプラズマ装置の実施例を図面に基づき説明する。図５，図６および図７は本発明の実施例のプラズマ装置の模式的な平面図，部分的縦断面図および側断面図である。
【００３３】
本実施例は先の例とくらべ，梁３１を設けてマイクロ波導入口を３ａ，３ｂの２つに分割することによって，マイクロ波導入窓を４ａ，４ｂの２つに分割した点と，また金属壁３０によって誘電体層２１ａ，２１ｂを伝搬するマイクロ波の干渉をなくした点が異なる。マイクロ波は，マイクロ波発振器２６で発振された後，マイクロ波導波路２３の途中において２つの導波路に分岐してそれぞれ誘電体層２１ａ，２１ｂに導入され，マイクロ波導入窓４ａ，４ｂを透過して反応室２内に供給されて，プラズマが生成される。
【００３４】
本実施例の装置はプラズマ発生面積が５００ｍｍ×５００ｍｍとなるものとした。主要部の寸法は以下のとおりである。マイクロ波導入口３が５００ｍｍ×２１０ｍｍである。マイクロ波導入窓４は６２０ｍｍ×２９０ｍｍで厚みが２０ｍｍの石英板である。梁３１の幅は８０ｍｍである。誘電体層２１ａ、２１ｂの平板部が６２０ｍｍ×２９０ｍｍで厚みが２０ｍｍのテフロンである。
【００３５】
本実施例のプラズマ装置におけるプラズマの均一性を評価するために、先の実施例と同様イオン電流分布を測定した。試料台の中心位置を中心としてマイクロ波の進行方向Ｚとそれに垂直なＹ方向について、梁から１００ｍｍの位置で測定した。プラズマ発生も先の実施例と同様、Ａｒガスを用い、圧力１０ｍＴｏｒｒ、マイクロ波パワー３ｋＷで行った。
【００３６】
図８はイオン電流分布の測定結果を示すグラフである。梁３１があるにもかかわらず、梁３１から１００ｍｍ離れた位置では、ほぼ均一にプラズマを発生できている。これは、梁から十分に離れておりプラズマが十分に拡散したためと考えられる。
【００３７】
【発明の効果】
以上詳述したように、本発明装置にあっては、液晶ディスプレイ用ガラス基板等の大面積の基板を安定してしかも容易な構成で均一にプラズマ処理することができる。また、マイクロ波発振器が一つで良いため、装置の低コスト化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のプラズマ装置の実施例の模式的な平面図である。
【図２】本発明のプラズマ装置の実施例の模式的部分縦断面図である。
【図３】本発明のプラズマ装置の実施例の模式的側断面図である。
【図４】イオン電流分布の測定結果を示すグラフである。
【図５】本発明のプラズマ装置の別の実施例の模式的な平面図である。
【図６】本発明のプラズマ装置の別の実施例の模式的部分縦断面図である。
【図７】本発明のプラズマ装置の別の実施例の模式的側断面図である。
【図８】イオン電流分布の測定結果を示すグラフである。
【図９】従来のプラズマ装置の実施例の模式的な平面図である。
【図１０】従来のプラズマ装置の実施例の模式的部分縦断面図である。
【図１１】従来のプラズマ装置の実施例の模式的側断面図である。
【符号の説明】
１  反応容器
２  反応室
３、３ａ、３ｂ  マイクロ波導入口
４、４ａ、４ｂ  マイクロ波導入窓
５  ガス導入孔
６  ガス排気口
７  試料台
８  溶媒通流路
２０、２０ａ、２０ｂ  空間
２１、２１ａ、２１ｂ  誘電体層
２２  金属板
２３  マイクロ波導波路
２４、２４ａ、２４ｂ  チューナー
２５、２５ａ、２５ｂ  アイソレータ
２６  マイクロ波発振器
３０  金属壁
３１  梁
２１１、２１１ａ、２１１ｂ  （誘電体層の）導入部
２１２、２１２ａ、２１２ｂ  （誘電体層の）テーパ部
２１３、２１３ａ、２１３ｂ  （誘電体層の）平板部
【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
0003703877.tif 000010
【図１０】
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【図１１】
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