(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
処理室内に配置され基板が載置されるステージと、このステージ上方でプラズマが形成される領域を囲む前記処理室の誘電体製の壁と、この壁の外周に巻かれて配置されプラズマを形成するための電力が供給されるコイル状のアンテナと、この壁の下方側に配置され前記処理室にガスを導入するガス導入部材とを備え、前記ガス導入部材からのガスが前記プラズマの形成領域に向けて上向きに導入され前記ステージの周囲から排気されるプラズマ処理装置。
【請求項２】
処理室内に配置され基板が載置されるステージと、このステージ上方でプラズマが形成される領域を囲む前記処理室の誘電体製の壁と、この壁の外周に巻かれて配置されプラズマを形成するための電力が供給されるコイル状のアンテナと、この壁の下方側に配置され前記処理室内の前記プラズマの形成領域に向けて上向きにガスを導入するガス導入部材と、前記ステージの周囲から前記ガスが排気される空間とを備えたプラズマ処理装置。
【請求項３】
請求項１または２に記載のプラズマ処理装置であって、前記ガス導入部材は前記プラズマの形成領域に向けて前記ガスを導入するガス導入手段を前記処理室の内側に備えたプラズマ処理装置。
【請求項４】
請求項３に記載にプラズマ処理装置であって、前記ガス導入手段が前記壁の内側に沿って配置された整流板であるプラズマ処理装置。
【請求項５】
請求項３に記載のプラズマ処理装置であって、前記ガス導入手段が前記壁の内側に配置された管路であるプラズマ処理装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体装置、液晶ディスプレー用基板等の製造工程において、エッチングや成膜、アッシング等の処理に好適なプラズマ処理装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
半導体装置の製造工程において、プラズマエッチング装置、プラズマＣＶＤ装置、プラズマアッシング装置などのプラズマ処理装置が広く利用されている。半導体装置の量産現場においては、上記プラズマ処理装置に対し生産性の観点から、大きい処理速度、処理速度の均一性、装置設置面積の縮小化、ランニングコストの低減の等の要求がある。
【０００３】
プラズマ処理装置におけるプラズマ源としては、平行平板プラズマ装置に代表される容量結合型プラズマ、電子サイクロトロン共鳴（ＥＣＲ）を利用した有磁場マイクロ波プラズマ、誘導結合型プラズマ等が存在している。プラズマ処理装置では、数ミリＴｏｒｒ  〜  数Ｔｏｒｒの圧力にて処理用のガスを真空排気された反応容器に導入し、上記のようなプラズマ源を用いプラズマを生成し、発生したイオンや活性種を被処理基板に照射することにより処理を行っている。これらのプラズマ源の中で、誘導結合型プラズマ源は、簡易な装置構成で、大口径、高密度のプラズマを生成することが可能であり、近年注目を集めている。以下に、誘導結合型プラズマ源について説明する。
【０００４】
誘導結合型プラズマ源は、特開平２−２３５３３２  号公報に見られるように、基板載置用ステージに対向するように誘電体の板を配置し、その上に渦巻状のアンテナを配置した構成や、特開平８−２１３１９６号公報に見られるように、誘電体円筒の側面にコイル状のアンテナを配置した構成をしており、アンテナに高周波電流を流すことにより誘導電界を処理室内に発生させ、プラズマの生成、維持を行っている。誘導結合型プラズマ源は、無電極放電であるために金属表面にプラズマが逃げる割合が少なく、高密度のプラズマを生成することが可能であり、また、上記のように装置構成が簡易であるため、低コスト化がしやすいといった利点を持つ。
【０００５】
次に誘導型プラズマ処理装置の一例として、アッシング装置を例に説明を行う。アッシングは比較的大流量（５００  ｓｃｃｍ  〜）、高圧力下（０．１  Ｔｏｒｒ  〜  １０  Ｔｏｒｒ）で行われる。大流量で処理を行うために処理室内のガス流速は速くなり、圧力が高いために拡散速度は遅くなるため、処理用ガスのガス流れが処理速度及び均一性に大きく影響する。また、圧力が高いため、プラズマ自身の拡散速度も遅く、アンテナの近傍に強いプラズマが生成する。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
誘導型プラズマ装置において、特開平８―２８８２６６号公報に見られるように、処理室の側面に誘導アンテナを配置し、処理室の天井の中央付近から処理用のガスを導入した場合、処理用のガスは、アンテナ近傍のプラズマの強い領域をあまり通過せずに排気されることになる。これは、処理室に導入する処理用ガスが有効に利用されていないことを意味し、処理速度の観点からは好ましくない。ことに、高圧力下で行われるプロセスでは、アンテナ近傍に強いプラズマが発生し、さらに処理用ガスの流れが処理速度、均一性に大きく影響を与える為、この点を考慮した装置構成が望まれる。
【０００７】
本発明の目的は、処理速度及び処理の均一性を向上させ、スループットの向上、もしくは、ランニングコストの低減を図ることのできるプラズマ処理装置を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記目的は、処理室内に配置され基板が載置されるステージと、このステージ上方でプラズマが形成される領域を囲む前記処理室の誘電体製の壁と、この壁の外周に巻かれて配置されプラズマを形成するための電力が供給されるコイル状のアンテナと、この壁の下方に配置され前記処理室にガスを導入するガス導入部材とを備え、前記ガス導入部材からのガスが前記プラズマの形成領域に向けて上向きに導入され前記ステージの周囲から排気されるプラズマ処理装置により達成される。または、処理室内に配置され基板が載置されるステージと、このステージ上方でプラズマが形成される領域を囲む前記処理室の誘電体製の壁と、この壁の外周に巻かれて配置されプラズマを形成するための電力が供給されるコイル状のアンテナと、この壁の下方に配置され前記処理室内の前記プラズマの形成領域に向けて上向きにガスを導入するガス導入部材と、前記ステージの周囲から前記ガスが排気される空間とを備えたプラズマ処理装置により達成される。
【０００９】
さらには、前記ガス導入部材は前記プラズマの形成領域に向けて前記ガスを導入するガス導入手段を前記処理室の内側に備えたプラズマ処理装置により達成される。さらにまた、前記ガス導入手段が前記壁の内側に沿って配置された整流板であるプラズマ処理装置により達成される。さらにまた、前記ガス導入手段が前記壁の内側に配置された管路であるプラズマ処理装置により達成される。
【００１０】
【発明実施の形態】
図１に本発明の第１の実施例を示す。本発明に係わるプラズマ処理装置は、略円筒型をした誘電体製放電管２と、ベースチャンバ１と、蓋部３と、放電管２の側面に巻き付けた２ターン以上のコイル状アンテナ４と、被処理基板７を載置するステージ５と、ステージを加熱するヒータ６と、温調装置８と、上部アンテナと下部アンテナの間に配置されたガス導入用部材９と、ガス供給システム１０と、アンテナに電力を投入する高周波電源１１と、整合器１２と、から構成される。ただし、処理室を構成する放電管２と蓋部４は、両者が一体化された、なべ底形状をしたものであっても差し支えない。
【００１１】
ガス導入部材９には、処理用ガスを周方向に均一に行き渡らせる為のバッファ室１５が備えられており、放電管２の側壁には、バッファ室の高さの所に、放電部に処理用ガスを注入する為のガス穴１６が、３個以上開けられている。ガス穴の個数、径は、周方向にガスを均一に導入するために必要かつ十分なものであれば、いくつであっても構わない。
【００１２】
本一実施例において、アンテナ４に高周波電源１１から整合器１２を介して電力を投入することによりプラズマ１３が発生する。この際、先にも述べたように、０．１〜１０Ｔｏｒｒといった高圧力の条件では、プラズマの拡散が遅い為に、プラズマはアンテナのごく近傍にリング場に発生する。この時、ガス導入部材９からガス穴１６を介して処理室内に導入された処理用ガスは、図中１４に示すような流れパターンを描くことになる。処理室内に導入されたガスは、プラズマ領域１３を通過することにより十分に解離され、処理に寄与する活性種を十分に発生させることができるため、処理速度が向上する。さらに、プラズマ領域１３で生成された活性種は、ガス流れにより処理室の中央部にまで輸送される為、処理の均一性も向上する。
【００１３】
図２には、ガス導入用部材９の詳細の一例を示す。ガス導入部材９は、処理用ガスを周方向に均一に行き渡らせるためのバッファ室１５を備えたバッファリング１０１と、バッファ室及び処理室を大気からシールする為のＯリング１０３と、バッファリング、Ｏリングを冷却する為の冷媒用流路１０４と、Ｏリングによるシールを補助する為の補助リング１０２と、バッファリングと補助リングを締結する為のネジ１０５と、からなり、処理用ガスは、放電管に存在する複数個のガス穴１６より、処理室中心に向かって導入される。
【００１４】
図３には、図２中Ａ−Ａ  面での処理室の断面図を示す。放電管２には、ガス穴１６が開けられており、放電管の外側にはバッファリング１０１が備えてある。バッファリングにはガス導入口１１０と、冷却用の冷媒入り口１０８と、冷媒出口１０９とが具備されている。バッファリングは、加工性、冷却性の観点からアルミニウム等の金属で制作されるが、完全に円環状にすると、誘導アンテナにより誘起される誘導磁場を打ち消すような渦電流が本リングに流れてしまい、アンテナに投入する電力をロスすることになる。したがって、これを防止する為にアルミナセラミックス等の絶縁材料で形成された絶縁部材１０７をバッファリングに挿入することにより渦電流が流れることを阻止する。同様の理由にて、補助リング１０２も、その一部を絶縁性の材料で構成するか、もしくは、補助リングすべてをアルミナのような絶縁体で構成する必要がある。
【００１５】
また、バッファリング１０１を金属部材で構成する理由の一つに、バッファ室内でプラズマが発生することを防止することもある。バッファリングを金属で構成し、バッファリング自体を接地することによりバッファ室内でプラズマが発生することを防止できる。
【００１６】
以上、本発明によるプラズマ処理装置の概要と、バッファリング、補助リング等から構成されるガス導入部材について説明してきたが、本発明によると、プラズマの最も強い領域に処理用ガスを効率よく投入できる為、所定のガス流量、投入電力に対し、処理用ガスを有効に利用することができ、処理速度を向上させることができ、均一性も向上できる。これにより、スループットの向上、もしくは、ランニングコストの低減が期待できる。
【００１７】
図４に本発明の第２の実施例を示す。本発明に係わるプラズマ処理装置は、略円筒型をした誘電体製放電管２と、ベースチャンバ１と、蓋部３と、放電管２の側面に巻き付けた２ターン以上のコイル状アンテナ４と、被処理基板７を載置するステージ５と、ステージを加熱するヒータ６と、温調装置８と、放電管２とベースチャンバ１の間に設けられたガス導入部材９と、処理用ガスをプラズマ生成部まで導く為の略円筒状の整流板１７と、ガス供給システム１０と、アンテナに電力を投入する高周波電源１１と、整合器１２と、から構成される。
【００１８】
ガス導入部材９は、処理用ガスを周方向に均一に行き渡らせる為のバッファ室１５と、放電部に処理用ガスを注入する為のガス穴１６が、３個以上開けられている。ガス穴の個数、径は、周方向にガスを均一に導入するために必要かつ十分なものであれば、いくつであっても構わない。
【００１９】
処理室内に導入した処理用ガスは、整流板１７により処理室内に導入された直後に直接排気されてしまうことなく、プラズマの強い領域を通過する為、強いプラズマにより効率よく解離され、処理に寄与する活性種を効率よく生成する事ができる。このため、所定のガス流量、投入電力に対し、処理用ガスを有効に利用することができ、処理速度を向上させることができ、均一性も向上できる。
【００２０】
整流板１７は渦電流によるパワーロスを防止する観点から、周方向の一部もしくは、すべてを絶縁体で構成することが望ましい。また、ガス穴１６での処理用ガス流速がおおむね５０ｍ／ｓ以上であれば、処理用ガスの慣性により整流板を設けずとも処理用ガスがプラズマ領域１３まで到達できる為、整流板１７を設けたのと同様な効果が得られ、所定のガス流量、投入電力に対し、処理用ガスを有効に利用することができ、処理速度を向上させることができ、均一性も向上できる。
【００２１】
図５には本発明の第３の実施例を示す。基本的な構成は第２の実施例に類似しているが、ガス導入部材９のバッファ室１５により周方向に均一に行き渡った処理用ガスが、ガス導入管１８によりプラズマ領域１３に直接導かれている点が特長である。その効果については、実施例１、２の場合に等しい。
【００２２】
図６には本発明の第４の実施例を示す。基本的な構成は第２の実施例に等しいが、ガスどう入部材９が処理室のより内側に入り込んでおり、整流板１７が上部アンテナ付近まで高くなっている点が異なっている。整流板１７は渦電流によるパワーロスを防止する観点から、周方向の一部もしくは、すべてを絶縁体で構成することが望ましい。このような構成にすることにより、整流板１７と放電管２との間でプラズマが形成されることになるが、処理用ガスすべてがプラズマ領域を通過する点にかわりはなく、これまでの実施例と同様に、処理用ガスはプラズマにより効率よく解離され、処理に寄与する活性種を効率よく生成する事ができる。このため、所定のガス流量、投入電力に対し、処理用ガスを有効に利用することができ、処理速度を向上させることができ、均一性も向上できる。
【００２３】
図７には本発明第５の実施例を示す。本一実施例によるプラズマ処理装置は、略円筒型をした誘電体製放電管２と、ベースチャンバ１と、蓋部３と、蓋部３の上面に巻き付けた２ターン以上の渦巻き状アンテナ４と、被処理基板７を載置するステージ５と、ステージを加熱するヒータ６と、温調装置８と、上部アンテナと下部アンテナの間に配置されたガス導入用部材９と、ガス供給システム１０と、アンテナに電力を投入する高周波電源１１と、整合器１２と、から構成される。ただし、処理室を構成する放電管２と蓋部４は、両者が一体化された、なべ底形状をしたものであっても差し支えない。
【００２４】
ガス導入部材９には、処理用ガスを周方向に均一に行き渡らせる為のバッファ室１５が備えられており、放電管２の側壁には、バッファ室の高さの所に、放電部に処理用ガスを注入する為のガス穴１６が、２個以上開けられている。ガス穴の個数、径は、周方向にガスを均一に導入するために必要かつ十分なものであれば、いくつであっても構わない。
【００２５】
本一実施例において、アンテナ４に高周波電源１１から整合器１２を介して電力を投入することによりプラズマ１３が発生する。ガス導入部材９からガス穴１６を介して処理室内に導入された処理用ガスは、プラズマ領域１３を通過することにより十分に解離され、処理に寄与する活性種を十分に発生させることができるため、処理速度が向上する。本実施例に示すように、本発明は、側面巻きアンテナに限られたものではなく、ＴＣＰタイプのように、処理室の天井に渦巻状に巻かれたアンテナにも適用可能である。
【００２６】
以上、本発明における一実施例について説明してきたが、これらはいずれも一例にすぎず、請求項の記載事項を何ら制限するものではない。たとえば、実施例に関しては誘電体製の円筒型放電管と蓋部により処理室上部を形成したが、これは、両者が一体型となったような、鍋底型形状や、半休型ベルジャ型のような形状にも適用可能である。さらに、プラズマ源として誘導型プラズマを例に説明を行ったが、他のプラズマ源、すなわち、マイクロ波プラズマ源、容量結合型プラズマ源にも適用可能である。さらに、アッシング装置を例に説明を行ったが、他のプラズマ処理装置、即ち、エッチング装置、ＣＶＤ装置等にも適用可能である。上記のような実施例によれば、処理用のガスをプラズマの強い領域を通過させることができ、処理用ガスは強いプラズマにより効率よく解離され、処理に寄与する活性種を効率よく生成する事ができる。このため、所定のガス流量、投入電力に対し、処理用ガスを有効に利用することができ、処理速度、均一性を向上させることができる。これにより、スループットの向上、もしくは、ランニングコストの低減が期待できる。
【００２７】
【発明の効果】
本発明によれば、処理速度及び処理の均一性を向上させ、スループットの向上、もしくは、ランニングコストの低減を図ることのできるプラズマ処理装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施例に係わるプラズマ処理装置の構成を示す断面図である。
【図２】図１の実施例に係わるガス導入部材の詳細を示す断面図である。
【図３】図２の実施例に係わるガス導入部材の詳細を示す断面図である。
【図４】本発明の第２の実施例に係わるプラズマ処理装置の構成を示す断面図である。
【図５】本発明の第３の実施例に係わるプラズマ処理装置の構成を示す断面図である。
【図６】本発明の第４の実施例に係わるプラズマ処理装置の構成を示す断面図である。
【図７】本発明の第５の実施例に係わるプラズマ処理装置の構成を示す断面図である。
【符号の説明】
１…ベースチャンバ、２…放電管、３…蓋部、４…アンテナ、５…ステージ、６…ヒーター、７…被処理基板、８…温調システム、９…ガス導入部材、１０…ガス導入システム、１１…高周波電源、１２…整合器、１３…プラズマ、１４…ガス流れパターン、１５…バッファ室、１６…ガス穴、１７…整流板、１８…ガス導入管、１０１…バッファリング、１０２…補助リング、１０３…Ｏリング、１０４…冷媒用流路、１０５…ネジ、１０７…絶縁用部材、１０８…冷媒入り口、１０９…冷媒出口、１１０…処理用ガス入り口。
【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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