(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
マイクロ波を透過し得る材料からなる被処理物を収容するチャンバーと、
該チャンバー内に処理用ガスを供給するガス供給手段と、
マイクロ波を透過し得る材料からなり、前記チャンバーに設けられて前記被処理物を保持する被処理物保持部と、
前記チャンバー外部の前記被処理物保持部の下面に設けられ、前記チャンバー内でプラズマを生成させるためのマイクロ波を、前記被処理物保持部および被処理物を通して供給するマイクロ波供給手段と、
前記マイクロ波供給手段の下面に接続されたマイクロ波発生源と、
を具備したことを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項２】
前記被処理物保持部が前記チャンバーの底部を構成す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。
【請求項３】
前記マイクロ波供給手段がラジアルラインスロットアンテナ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。
【請求項４】
前記ガス供給手段が、前記被処理物に対向する方向から前記処理用ガスを供給する構成となってい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。
【請求項５】
マイクロ波を透過し得る材料からなる被処理物を収容するチャンバーと、
該チャンバー内に処理用ガスを供給するガス供給手段と、
マイクロ波を透過し得る材料からなり、前記チャンバーに設けられて前記被処理物を保持する被処理物保持部と、
前記チャンバー外部の前記被処理物保持部の下面に設けられ、前記チャンバー内でプラズマを生成させるためのマイクロ波を、前記被処理物保持部および被処理物を通して供給するマイクロ波供給手段と、
前記マイクロ波供給手段の下面に接続されたマイクロ波発生源と、
前記チャンバー内に前記被処理物の処理面に対向するように設置され、前記プラズマによる荷電粒子が照射されるターゲットと、
前記マイクロ波よりも低い周波数の電磁波を前記ターゲットに供給する電磁波供給手段と、
を具備したことを特徴とするスパッタ装置。
【請求項６】
前記被処理物保持部が前記チャンバーの底部を構成することを特徴とする請求項５に記載のスパッタ装置。
【請求項７】
前記マイクロ波供給手段がラジアルラインスロットアンテナであることを特徴とする請求項５に記載のスパッタ装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、プラズマＣＶＤ装置、プラズマドライエッチング装置等のマイクロ波を用いたプラズマ処理装置およびスパッタ装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
例えば、半導体製造プロセスに用いるプラズマＣＶＤ装置、プラズマドライエッチング装置、プラズマアッシング装置等をはじめとする従来のプラズマ処理装置の一つの方式にマイクロ波を用いたプラズマ処理装置がある。この種のプラズマ処理装置としては、ガラス基板等の被処理物を収容するチャンバーに、処理用ガスを供給するガス供給部、被処理物を保持するステージ等の被処理物保持部をそれぞれ設け、チャンバー内の処理空間を挟んで被処理物に対向する側にマイクロ波を供給するマイクロ波発生源を設けた構造のものが一般的である。
【０００３】
この装置においては、マイクロ波発生源より処理空間を挟んで被処理物に向かってマイクロ波を供給することにより、被処理物上の処理空間でプラズマを生成させ、被処理物に対して成膜、エッチング等、所定の処理を行なっている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、従来の装置では、マイクロ波と処理用ガスとを被処理物の処理面に向かって供給するために、マイクロ波発生源とガス供給部の双方をチャンバー内の被処理物の処理面と対向する側に設けていたので、ガス供給部をマイクロ波が透過し易い材料により構成する必要がある等、装置設計上の制約が多いという問題点があった。
【０００５】
また、従来の装置では、例えば、液晶ディスプレイに用いられる平面度の高いガラス基板のような大きな被処理物の処理を行なう場合、被処理物の処理面に処理用ガスを均一に供給するために、いわゆるシャワーヘッドを用いて処理面に対して処理用ガスをシャワー状に供給するのが望ましい。
しかしながら、この装置の場合もシャワーヘッド側からマイクロ波を供給するために、構造が若干複雑なシャワーヘッドをマイクロ波が透過し得る材料で構成する必要がある、という上記と同様の問題が生じる。さらに、シャワーヘッドが直接プラズマに曝されるため、プラズマ耐性を有する材料により構成する必要があり、また、シャワーヘッドにも成膜されてしまうことから、高い頻度でメンテナンスを行なう必要がある等の問題点があった。
【０００６】
そこで、これらの装置を改良したものとして、チャンバーの側面からマイクロ波を供給し、被処理物の処理面上方からシャワーヘッドを用いて処理用ガスをシャワー状に供給する構成としたものが提案されている。
しかし、この装置では、チャンバーの外周をマイクロ波導波用の導波管が取り囲んだ構成とする必要があり、装置全体が非常に大きなものになってしまうという問題点があった。一例を挙げると、導波管の内径が被処理物の直径の約５倍にもなってしまうものがあり、装置の小型化は非常に困難なものになってしまう。
【０００７】
本発明は、上記の事情に鑑みてなされたものであって、装置設計上の制約が少なく、しかも、装置の小型化が可能な、マイクロ波を用いたプラズマ処理装置およびスパッタ装置を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明は次のようなプラズマ処理装置およびスパッタ装置を提案する。
すなわち、本発明のプラズマ処理装置は、マイクロ波を透過し得る材料からなる被処理物を収容するチャンバーと、該チャンバー内に処理用ガスを供給するガス供給手段と、マイクロ波を透過し得る材料からなり、上記チャンバーに設けられて上記被処理物を保持する被処理物保持部と、上記チャンバー外部の上記被処理物保持部の下面に設けられ、上記チャンバー内でプラズマを生成させるためのマイクロ波を上記被処理物保持部および被処理物を通して供給するマイクロ波供給手段と、前記マイクロ波供給手段の下面に接続されたマイクロ波発生源とを具備したものである。なお、本発明において、「マイクロ波を透過し得る材料からなる被処理物」とは、例えば液晶ディスプレイ基板に用いるガラス基板等を一例として挙げることができる。また、被処理物保持部を構成する「マイクロ波を透過し得る材料」には、石英等を用いることができる。
【０００９】
このプラズマ処理装置では、チャンバー内でプラズマを生成させるためのマイクロ波を被処理物保持部および被処理物を通して供給するマイクロ波供給手段を具備したことにより、このマイクロ波供給手段により供給されるマイクロ波は、被処理物保持部および被処理物を透過した後にチャンバー内の処理空間でプラズマを生成させ、被処理物に対して所定の処理を行なう。すなわち、被処理物を収容するチャンバーに対してマイクロ波供給手段とガス供給手段を互いに対向する側に配置することができ、この構成によってガス供給手段をマイクロ波が透過し易い材料で構成する必要がなくなり、ガス供給手段の構成を制約することがなくなる。
【００１０】
また、上記マイクロ波供給手段を上記チャンバーの被処理物保持部および被処理物を透過させる位置に設ければよいので、プラズマ処理装置全体の大型化を防止し、さらに小型化することが可能になる。
なお、上記マイクロ波供給手段としては、ラジアルラインスロットアンテナを用いるとよい。このラジアルラインスロットアンテナに関しては、平山昌樹、大見忠弘、「高品質成膜用マイクロ波励起高密度プラズマ装置、第３０回超ＬＳＩウルトラクリーンテクノロジーシンポジウム、４９〜５９ページ、（１９９７）」に詳しく述べられている。
また、上記ガス供給手段を、上記被処理物に対向する方向から上記処理用ガスを供給する構成とするとよい。具体的にはシャワーヘッド等を用いることができる。
【００１１】
本発明のスパッタ装置は、マイクロ波を透過し得る材料からなる被処理物を収容するチャンバーと、該チャンバー内に処理用ガスを供給するガス供給手段と、マイクロ波を透過し得る材料からなり、上記チャンバーに設けられて上記被処理物を保持する被処理物保持部と、上記チャンバー外部の上記被処理物保持部の下面に設けられ、上記チャンバー内でプラズマを生成させるためのマイクロ波を、上記被処理物保持部および被処理物を通して供給するマイクロ波供給手段と、前記マイクロ波供給手段の下面に接続されたマイクロ波発生源と、上記チャンバー内に上記被処理物の処理面に対向するように設置され、上記プラズマによる荷電粒子が照射されるターゲットと、上記マイクロ波よりも低い周波数の電磁波を上記ターゲットに供給する電磁波供給手段とを具備したものである。
【００１２】
このスパッタ装置では、チャンバー内でプラズマを生成させるためのマイクロ波を被処理物保持部および被処理物を通して供給する上記マイクロ波供給手段を具備したことにより、このマイクロ波供給手段により供給されるマイクロ波は、被処理物保持部および被処理物を透過した後にチャンバー内の処理空間でプラズマを生成させ、プラズマによる荷電粒子をターゲットに照射させ、被処理物に対してスパッタリングを行なう。
【００１３】
これにより、上記ガス供給手段をマイクロ波が透過し易い材料により構成する必要がなくなり、ガス供給手段の構成を制約することが無くなる。また、上記マイクロ波供給手段をチャンバーの被処理物保持部および被処理物を透過させる位置に設ければよいので、スパッタ装置全体の大型化を防止し、さらに小型化することが可能になる。
なお、マイクロ波供給手段としては、上記と同様、ラジアルラインスロットアンテナを用いるとよい。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明のプラズマ処理装置およびスパッタ装置の各実施の形態について図面に基づき説明する。
【００１５】
［第１の実施の形態］
図１は本発明の第１の実施の形態のプラズマ処理装置を示す構成図であり、図において、符号１はガラス基板（マイクロ波を透過し得る材料からなる被処理物）、２はガラス基板１を収容するチャンバー、３はチャンバー２の一方の側壁２ａに設けられチャンバー２内に処理用ガス４を供給するガス供給管（ガス供給手段）である。また、５はチャンバー２の他方の側壁２ｂに設けられチャンバー２内で生じた排ガス６を排出させる排気口である。
【００１６】
また、符号７はチャンバー２の底部を構成する底板（被処理物保持部）であり、石英（マイクロ波を透過し得る材料）により構成され、ガラス基板１を保持している。８は底板７の下面に設けられチャンバー２内でプラズマ９を生成させるためのマイクロ波を底板７およびガラス基板１を通して供給するラジアルラインスロットアンテナ（ＲＬＳＡ；マイクロ波供給手段）である。図２はラジアルラインスロットアンテナ８の平面図である。この図に示すように、ラジアルラインスロットアンテナ８には同心円状に多数のスロット１２、１２、…が配置され、これらスロットから発生する円偏波マイクロ波がチャンバー２内に導入され、このマイクロ波の電界によってプラズマ９が励起されるようになっている。
【００１７】
また、符号１０はラジアルラインスロットアンテナ８の下面に接続されマイクロ波１１を供給する導波管等からなるマイクロ波発生源である。
なお、チャンバー２の天板２ｃの底板７からの高さは、プラズマ９により生成される反応生成物が付着しない程度に十分な高さとされている。
【００１８】
このプラズマ処理装置では、ガス供給管３より所定の処理用ガス４をチャンバー２内に供給し、ラジアルラインスロットアンテナ８より、底板７およびガラス基板１を通してチャンバー２内の処理空間にマイクロ波１１を供給することによりプラズマ９を生成させ、ガラス基板１に対して所定の処理を行なう。ラジアルラインスロットアンテナ８は、マイクロ波１１をチャンバー２内の処理空間に向かって平行に放出させることができるので、プラズマ９が必要以上に広がらず、ガラス基板１以外の部分を直接プラズマ９と接触しないようにすることが可能であり、例えば、高いプラズマ耐性を持つ材料を用いなければならないというような、チャンバー２の側壁の材料等への制約が少なく、装置設計の自由度を増すことができる。
【００１９】
特に、プラズマ９が広がる面積よりも大きなガラス基板１を用いる場合、プラズマ９に直接曝されるのはガラス基板１のみとなるため、例えば、成膜処理装置として用いた場合においても、チャンバー２の内壁に付着した成膜材料の除去が非常に少なくて済み、メンテナンスが非常に簡単になる。
【００２０】
このプラズマ処理装置では、処理用ガス４のガス種を変更することにより、酸化、窒化、ドライエッチング、成膜、熱処理等の種々の処理を行なうことが可能である。例えば、熱処理としては、プラズマ９からの荷電粒子照射による加熱、マイクロ波１１の一部を吸収させることによる加熱等を利用することができる。特に、ガラス基板１等の被処理物の表面にマイクロ波１１を吸収し易い材料をパターニングしておけば、このパターニングした部分を選択的に加熱することができる。また、この熱処理を成膜処理と併用すれば、選択的な成膜、選択的な結晶化も可能である。
【００２１】
本実施の形態のプラズマ処理装置によれば、チャンバー２の底部を石英からなる底板７により構成し、この底板７の下面にチャンバー２内でプラズマ９を生成させるためのマイクロ波１１を底板７およびガラス基板１を通して供給するラジアルラインスロットアンテナ８を設けたので、チャンバー２の底部以外の部分やガス供給管３および排気口５をマイクロ波が透過し易い材料により構成する必要がなくなり、チャンバー２の底部以外の部分、ガス供給管３および排気口５の設計が容易になり、設計上の制約を無くすことができる。また、チャンバー２の底板７にラジアルラインスロットアンテナ８を設けたので、装置全体をさらに小型化することができる。
【００２２】
本実施の形態のプラズマ処理装置では、チャンバー２の底部を石英からなる底板７とし、この底板７の下面にラジアルラインスロットアンテナ８を設けた構成としたが、チャンバー２内でプラズマ９を生成させるためのマイクロ波１１を底板７およびガラス基板１を通して供給する構成であればよく、底板７の形状やガラス基板の保持形態、ラジアルラインスロットアンテナ８の形状等は上記実施の形態に限定されることなく、様々な形状に変更可能である。
【００２３】
［第２の実施の形態］
図３は本発明の第２の実施の形態のプラズマ処理装置を示す構成図であり、図３において、図１と同一の構成要素には同一の符号を付し、説明を省略する。
図３中、符号２１は大型のガラス基板（マイクロ波を透過し得る材料からなる被処理物）、２２はガラス基板２１を収容する大型のチャンバー、２３はチャンバー２２の天板２２ｃ中央部に設けられチャンバー２２内に処理用ガス４を供給するシャワーヘッド（ガス供給手段）、２４はチャンバー２２の側壁２２ａに設けられチャンバー２２内にガラス基板２１を搬入・搬出する基板搬入搬出口である。
【００２４】
また、符号２５はチャンバー２２の底部を構成する上面が平坦面とされた断面略コ字型の底板（被処理物保持部）であり、石英（マイクロ波を透過し得る材料）により構成され、上面に上記ガラス基板２１を保持している。
上記シャワーヘッド２３のガス吹出孔２６、２６、…は、処理用ガス４がガラス基板２１の表面に向かって均一かつ平行に吹き出すように、その数および位置が設定され、ガス吹出孔２６、２６、…の底板２５の上面からの高さは、プラズマ９により生成される反応生成物が付着しない程度に十分な高さとされている。
【００２５】
特に、反応ガスを大量に供給する必要があるプラズマＣＶＤ装置やドライエッチング装置では、大きな基板に対応するためにシャワーヘッドによるガス供給が有効である。
このプラズマ処理装置では、基板搬入搬出口２４よりチャンバー２２内にガラス基板２１を搬入し、シャワーヘッド２３のガス吹出孔２６、２６、…より所定の処理用ガス４をガラス基板２１の表面に向かって均一かつ平行にシャワー状に吹き出させるとともに、ラジアルラインスロットアンテナ８より底板２５の上面およびガラス基板２１を通してチャンバー２２内の処理空間にマイクロ波１１を供給することによりプラズマ９を発生させ、ガラス基板２１に対して所定の処理を行なう。処理後のガラス基板２１は基板搬入搬出口２４よりチャンバー２２から搬出される。
【００２６】
本実施の形態のプラズマ処理装置によれば、シャワーヘッド２３をマイクロ波を透過させる材質により構成する等の、従来必要であった装置構成上の制約がなくなる。また、ガラス基板２１の周辺は、ガスを排気するのに十分なコンダクタンスが得られるスペースが確保されていればよいので、従来の装置に比べてはるかに小型化することができる。
【００２７】
また、従来の装置では、シャワーヘッドのプラズマ耐性が必要であったり、高い頻度のメンテナンスが必要である等の問題点があったが、この装置では、ガス吹出孔２６、２６、…の底板２５の上面からの高さを、プラズマ９により生成される反応生成物が付着しない程度に十分な高さとしたので、これらの問題点が解決され、設計の自由度が増し、より最適な装置設計が可能になる。
【００２８】
［第３の実施の形態］
図４は本発明の第３の実施の形態のスパッタ装置を示す構成図であり、図４において、図１と同一の構成要素には同一の符号を付し、説明を省略する。
図４中、符号３１はガラス基板１を収容するチャンバー、３２はチャンバー３１の天板３１ｃ中央部に嵌め込まれたバッキングプレート、３３はガラス基板１の処理面に対向するようにバッキングプレート３２の下面に設置された例えばアルミニウム（Ａｌ）等のターゲット、３４はバッキングプレート３２に接続されたＲＦ電源（電磁波供給手段）である。
【００２９】
このＲＦ電源３４の周波数は、一般的には１３．５６ＭＨｚが取り扱い易いが、スパッタリングに必要なエネルギーが得られるようにターゲット３３を構成する材料毎に設定すればなおよい。
また、ガラス基板１側のマイクロ波１１としては、通常数ＧＨｚ以上のものを用いるが、より良質の膜を得るためには、ダメージを与えずに成膜を行なう原子がマイグレーションを起こすことができるエネルギーを十分に与える必要があるため、周波数は高い方（例えば８ＧＨｚ以上）が望ましい。
【００３０】
このスパッタ装置では、ガス供給管３よりアルゴン（Ａｒ）等の所定の処理用ガス４をチャンバー３１内に供給し、ラジアルラインスロットアンテナ８より、底板７およびガラス基板１を通してチャンバー３１内の処理空間にマイクロ波１１を供給することによりプラズマ９を発生させるとともに、ＲＦ電源３４よりバッキングプレート３２を介してターゲット３３にマイクロ波１１より低い周波数の電磁波を供給することにより、プラズマ９による荷電粒子をターゲット３３に照射させ、ターゲット３３から発生したＡｌ原子等によりガラス基板１に対してスパッタリングを行なう。
【００３１】
本実施の形態のスパッタ装置によれば、ラジアルラインスロットアンテナ８より底板７およびガラス基板１を通してチャンバー３１内の処理空間にマイクロ波１１を供給する構成としたので、チャンバー３１の底部以外の部分、ガス供給管３および排気口５をマイクロ波が透過し易い材料で構成する必要がなくなり、チャンバー３１の底部以外の部分やガス供給管３および排気口５の設計が容易になり、装置設計上の制約をなくすことができる。
【００３２】
また、チャンバー３１の底板７にラジアルラインスロットアンテナ８を設けたので、チャンバー３１の大型化を防止することができ、装置全体をさらに小型化することができる。
また、マイクロ波１１をガラス基板１側から印加するので、マイクロ波プラズマの特徴である高密度プラズマ、低電子温度、低イオンエネルギーを成膜に活用することができる。一方、ターゲット３３にはマイクロ波１１より低い周波数の電磁波を印加するので、スパッタリングに必要なイオンエネルギーを得ることができる。
【００３３】
【発明の効果】
以上、詳細に説明したように、本発明のプラズマ処理装置によれば、チャンバー内でプラズマを生成させるためのマイクロ波を被処理物保持部および被処理物を通して供給するマイクロ波供給手段を具備したので、ガス供給手段をマイクロ波が透過し易い材料により構成する必要がなくなり、前記ガス供給手段の構成を制約する必要がなくなる。
また、上記マイクロ波供給手段をチャンバーの被処理物保持部および被処理物を透過させる位置に設ければよいので、プラズマ処理装置全体を小型化することができる。
【００３４】
本発明のスパッタ装置によれば、チャンバー内でプラズマを生成させるためのマイクロ波を被処理物保持部および被処理物を通して供給するマイクロ波供給手段を具備したので、ガス供給手段をマイクロ波が透過し易い材料により構成する必要がなくなり、上記ガス供給手段の構成を制約する必要がなくなる。また、マイクロ波供給手段をチャンバーの被処理物保持部および被処理物を透過させる位置に設ければよいので、スパッタ装置全体を小型化することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態のプラズマ処理装置を示す断面図である。
【図２】同プラズマ処理装置に用いるラジアルラインスロットアンテナを示す平面図である。
【図３】本発明の第２の実施の形態のプラズマ処理装置を示す断面図である。
【図４】本発明の第３の実施の形態のスパッタ装置を示す断面図である。
【符号の説明】
１，２１  ガラス基板（マイクロ波を透過し得る材料からなる被処理物）
２，２２，３１  チャンバー
３  ガス供給管（ガス供給手段）
４  処理用ガス
５  排気口
６  排ガス
７，２５  底板（被処理物保持部）
８  ラジアルラインスロットアンテナ（マイクロ波供給手段）
９  プラズマ
１０  マイクロ波発生源
１１  マイクロ波
２３  シャワーヘッド（ガス供給手段）
２４  基板搬入搬出口
３３  ターゲット
３４  ＲＦ電源（電磁波供給手段）
【図１】
0003566046.tif 000002
【図２】
0003566046.tif 000003
【図３】
0003566046.tif 000004
【図４】
0003566046.tif 000005