(57)【要約】【課題】大面積基板を処理する場合においても、均一性の高いプラズマを生成することができるプラズマ処理装置を提供する。複数個のスリットを配置してなる導波管アンテナ【解決手段】マイクロ波の伝播方向１１に沿って複数個のスリット２ａ〜２ｄを配置してなる導波管アンテナ３と、誘電体からなる電磁波放射窓４とを具備し、導波管アンテナ３から電磁波放射窓４を通して放射された電磁波によってプラズマを生成するプラズマ処理装置において、スリット２ａ〜２ｄのマイクロ波の伝播方向１１に対する角度θが段階的に変化し、電磁界強度が最も小さくなる位置のスリット２ｄの角度θを９０°とした構成。【選択図】　　図１
2004014831.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電磁波の伝播方向に沿って複数個のスリットを配置してなる導波管アンテナと、
誘電体からなる電磁波放射窓とを具備し、
前記導波管アンテナから前記電磁波放射窓を通して放射された電磁波によってプラズマを生成するプラズマ処理装置において、
前記スリットの前記伝播方向に対する角度が段階的に変化していることを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項２】
電磁界強度が最も小さくなる位置の前記スリットの前記角度を９０°としたことを特徴とする請求項１記載のプラズマ処理装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、プラズマ処理装置に係り、特に、大型の角型基板に対して、膜堆積、表面改質、あるいはエッチング等のプラズマ処理を施すための装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、半導体装置や液晶表示装置等の製造プロセスにおいて、膜堆積、表面改質、あるいはエッチング等のプラズマ処理を施すためには、平行平板型の高周波プラズマ処理装置や、電子サイクロトロン共鳴（ＥＣＲ）プラズマ処理装置などが用いられている。
【０００３】
しかしながら、平行平板型プラズマ処理装置では、プラズマ密度が低く、電子温度が高い（処理基板に対するダメージが大きくなる）、また、ＥＣＲプラズマ処理装置では、プラズマ励起に直流磁場が必要であるため、大面積の処理が困難であるという問題を抱えている。
【０００４】
これに対して、近年、プラズマ励起に磁場が不要であり、高密度でかつ電子温度が低いプラズマが生成し得るプラズマ処理装置が提案されている。
【０００５】
以下、そのような装置について説明する。
【０００６】
《従来の第１のプラズマ処理装置》
図４（ａ）は、第１のプラズマ処理装置の上面図、（ｂ）は断面図である。
【０００７】
この従来の第１のプラズマ処理装置は、特許第２７２２０７０号公報に記載されている。
【０００８】
４１は同軸伝送路、４２は円形マイクロ波放射板、４３は円形マイクロ波放射板４２に同心円状に設けたスリット、４４は誘電体からなる電磁波放射窓、４５は真空容器、４６はガス導入系、４７はガス排気系、４８はプラズマ処理する基板、４９は基板載置部である。
【０００９】
このプラズマ処理装置は、同心円状に配されたスリット４３を有する円形マイクロ波放射板４２に、同軸伝送路４１からマイクロ波電力が供給される。
【００１０】
このプラズマ処理装置では、同軸伝送路４１から円形マイクロ波放射板４２の中心に向けて導入したマイクロ波を、円形マイクロ波放射板４２の径方向に伝播させつつ、円形マイクロ波放射板４２に設けたスリット４３から放射することにより、真空容器４５内に均一なプラズマを生成しようとするものである。
【００１１】
《従来の第２のプラズマ処理装置》
図５（ａ）は、第２のプラズマ処理装置の上面図、（ｂ）は断面図である。
【００１２】
この従来の第２のプラズマ処理装置は、特許第２８５７０９０号公報に記載されている。
【００１３】
５１は矩形導波管、５２は矩形導波管５１に設けた２個のスリット、５３は矩形導波管５１にスリット５２を配置してなる導波管アンテナ、６０はマイクロ波源、５４は誘電体からなる電磁波放射窓、５５は真空容器、５６はガス導入系、５７はガス排気系、５８はプラズマ処理する基板、５９は基板載置部、８２は矩形導波管５１の反射面（短絡面、Ｒ面）、８３は矩形導波管５１のＨ面（マイクロ波の電界方向に垂直な面）である。
【００１４】
このプラズマ処理装置は、矩形導波管５１のＨ面８３の一部にスリット５２を配した矩形導波管５１からなる導波管アンテナ５３から、電磁波放射窓５４を介してマイクロ波電力を供給することにより、真空容器５５内にプラズマを生成する。
【００１５】
このプラズマ処理装置では、矩形導波管５１の反射面９０でのマイクロ波の反射を考慮し、矩形導波管５１のＨ面８３に設けた２つのスリット５２の幅（開口面積）を変化させることにより、マイクロ波の該スリット５２からの放射電力を均一化しようとするものである。なお、図５（ａ）では、スリット５２の幅の変化については、図示省略しているが、当該公報に記載されているように、例えば、該スリット５２は、矩形導波管５１の反射面８２に向かって狭くなるように、階段状あるいはテーパ状に変化した形状を有する。
【００１６】
これにより、生成されたプラズマが十分に拡散すれば、２つのスリット５２から放射されたマイクロ波電力により比較的均一なプラズマを発生させることが可能となる。
【００１７】
なお、最近では、半導体装置や液晶表示装置を製造するために用いるプラズマ処理装置においては、基板サイズの拡大に伴って、装置の大型化が進み、特に液晶表示装置の場合には、１メートル級の基板を処理するための装置が必要である。これは半導体装置の製造に用いる直径３００ｍｍの基板の約１０倍の面積に当たる。
【００１８】
さらに、上記プラズマ処理には、モノシランガス、酸素ガス、水素ガス、塩素ガスといった反応性ガスが原料ガスとして利用されている。これらのガスのプラズマ中には、多くの負イオン（Ｏ−、Ｈ−、Ｃｌ−等）が存在しており、これらの振る舞いを考慮に入れた製造設備および製造方法が求められている。
【００１９】
《従来の第３のプラズマ処理装置》
図６（ａ）は、第３のプラズマ処理装置の上面図、（ｂ）は断面図、図７は別の例を示す図６（ａ）の要部拡大図である（図６（ａ）と図７とでは、スリットの個数が異なる）。
【００２０】
６１は矩形導波管、６２ａ、６２ｂ、６２ｃ、６２ｄ（図７においては、６２ａ〜６２ｅ）は矩形導波管６１に設けたスリット、６２は矩形導波管６１にスリット６２ａ〜６２ｄ（６２ａ〜６２ｅ）を配置してなる導波管アンテナ、７０はマイクロ波源、６４は誘電体からなる電磁波放射窓、６５は真空容器、６６はガス導入系、６７はガス排気系、６８はプラズマ処理する基板、６９は基板載置部、８１はマイクロ波の伝播方向である。
【００２１】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記の従来の第１〜第３のプラズマ処理装置には、以下に示すような課題があった。
【００２２】
《従来の第１のプラズマ処理装置の課題》
図４に示した従来の第１のプラズマ処理装置のように、マイクロ波を同軸伝送路４１や円形マイクロ波放射板４２等の導体中を伝播させる場合には、これら導体中での銅損などの伝播ロスが発生する。この伝播ロスは、周波数が高くなるほど、また、同軸伝送距離や放射板面積が大きくなるほど、深刻な問題となる。したがって、液晶表示装置等の非常に大きな基板に対応した大型装置の場合には、マイクロ波の減衰が大きく、効率的なプラズマ生成が困難である。
【００２３】
また、円形マイクロ波放射板４２からマイクロ波を放射するこのプラズマ処理装置においては、半導体装置のような円形基板を処理する場合には適しているが、液晶表示装置のような角型基板に対する処理の場合、基板の角部においてプラズマが不均一になってしまうという問題もある。
【００２４】
したがって、従来の第１のプラズマ処理装置においては、大面積基板、特に角型基板を処理することが困難であるといった課題がある。
【００２５】
《従来の第２のプラズマ処理装置の課題》
また、図５に示した従来の第２のプラズマ処理装置のように、矩形導波管５１を伝播させたマイクロ波を２つのスリット、すなわち、導波管アンテナ５３から放射する方式の場合には、上記伝播ロスを低く抑えることができる。しかしながら、生成されたプラズマ中に負イオンが多く存在する反応性プラズマの場合には、プラズマの両極性拡散係数が小さくなるため、プラズマがマイクロ波の放射されているスリット近傍に偏ってしまうという問題がある。この問題は、プラズマの圧力が高い場合には、なおいっそう深刻化する。したがって、負イオンが生成されやすい酸素、水素および塩素等を含むガスを原料としたプラズマ処理を大面積に施すことが困難であり、特にその圧力が高い場合に困難であるといった課題がある。
【００２６】
《従来の第３のプラズマ処理装置の課題》
従来の第１、第２のプラズマ処理装置における前記課題を解決するべく、図６、図７に示した従来の第３のプラズマ処理装置のように、矩形導波管６１に対して複数個のスリット６２ａ〜６２ｄ（図７では、６２ａ〜６２ｅ）を配置したマルチスリット型の導波管アンテナ６３を有するプラズマ処理装置も提案されている。しかし、マイクロ波の伝播に対してこれらのスリット６２ａ〜６２ｄは放射ロスとなるため、矩形導波管６１のマイクロ波の伝播方向８１の長さが長くなるにつれ、スリット６２ａ〜６２ｄの位置による放射電磁界強度が変化してしまう。このため、図６（ａ）、図７に示すように、スリット６２ａ〜６２ｄ（図７では、６２ａ〜６２ｅ）の長さを、マイクロ波の伝播方向８１に沿って変化させて電磁界強度を制御することが考えられているが、この場合、スリット６２ａ〜６２ｄ（６２ａ〜６２ｅ）の開口面積がそれらの位置によって大きく変化するため、スリット６２ａ〜６２ｄ（６２ａ〜６２ｅ）の近傍に発生するプラズマのむらが大きくなるという課題がある。
【００２７】
本発明の目的は、前記課題を解決し、大面積基板を処理する場合においても、均一性の高いプラズマを生成することができるプラズマ処理装置を提供することにある。
【００２８】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明においては特許請求の範囲に記載するような構成をとる。
【００２９】
すなわち、請求項１記載のプラズマ処理装置は、電磁波の伝播方向に沿って複数個配置したスリットから構成される導波管アンテナと、誘電体からなる電磁波放射窓とを具備し、前記導波管アンテナから前記電磁波放射窓を通して放射された電磁波によってプラズマを生成するプラズマ処理装置において、前記スリットの前記伝播方向に対する角度が段階的に変化していることを特徴とする。
【００３０】
また、請求項２記載のプラズマ処理装置は、請求項１記載のプラズマ処理装置において、電磁界強度が最も小さくなる位置の前記スリットの前記角度を９０°としたことを特徴とする。
【００３１】
請求項１、２記載のプラズマ処理装置では、それぞれ上記のような構成により、均一性の高いプラズマを生成することが可能となる。
【００３２】
【発明の実施の形態】
以下、図面を用いて本発明の実施の形態について詳細に説明する。なお、以下で説明する図面で、同一機能を有するものは同一符号を付け、その繰り返しの説明は省略する。
【００３３】
図１（ａ）は、本発明の実施の形態のプラズマ処理装置の上面図、（ｂ）は断面図である。
【００３４】
１は矩形導波管、２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄは矩形導波管１に設けたスリット、３は矩形導波管１にスリット２ａ〜２ｄを配置してなる導波管アンテナ、１０はマイクロ波源、４は誘電体からなる電磁波放射窓、５は真空容器、６はガス導入系、７はガス排気系、８はプラズマ処理する基板、９は基板載置部、１１はマイクロ波の伝播方向（進行方向）、Ｌは矩形導波管１の長さ、θはスリット２ａ〜２ｄのマイクロ波の伝播方向１１に対する角度である。
【００３５】
プラズマが生成される真空容器５には、原料ガスを導入するためのガス導入系６と、導入されたガスを排気するためのガス排気系７が接続されている。マイクロ波源１０である発振器によって発振されたマイクロ波は、マイクロ波の伝播方向１１に矩形導波管１を伝送され、導波管アンテナ３を構成するスリット２ａ〜２ｄから、石英、セラミック等の誘電体材料からなる電磁波放射窓４を介して真空容器５内に放射される。
【００３６】
本実施の形態においては、長さＬが３２ｃｍの矩形導波管１のＨ面（図５の８３参照）に、導波管アンテナ３として、矩形導波管１内を伝播するマイクロ波の波長の１／２ごとに、マイクロ波放射用のスリット２ａ〜２ｄが設けられ、これらスリット２ａ〜２ｄがマイクロ波の伝播方向１１に対してなす角度（回転角）θは、図１（ａ）に示すように、段階的に変化（徐々に増加）している。各スリット２ａ〜２ｄの角度θは、電磁界強度がスリット２ａ〜２ｄ間でほぼ同等になるように設定されている。本実施の形態においては、マイクロ波は、スリット２ａ〜２ｄにおける放射ロスのために、矩形導波管１内を伝播するに従い、電磁界強度が弱くなる傾向が見られた。このため、マイクロ波の電磁界強度が最も弱くなる矩形導波管１の先端（図１（ａ）の右側の端部）に位置するスリット２ｄの角度θを、図１（ａ）に示すように、９０°として電磁波の放射効率を最も高くし、（マイクロ波の伝播方向１１と反対方向に向かうに従って）電磁界強度が強くなるに従い、スリットの角度θを小さくすることにより、各スリット２ａ〜２ｄから放射される電磁界強度が一定となるように調整した。
【００３７】
これにより、本実施の形態では、各スリット２ａ〜２ｄの開口面積をほぼ一定に保ちながら（スリット２ａ〜２ｄの開口面積はすべて同じ）、放射電磁界強度を一定に制御することができるため、スリット２ａ〜２ｄの近傍におけるプラズマのむらが減少し、均一性の高いプラズマが得られた。
【００３８】
図２は、本実施の形態の導波管アンテナ３の図１（ａ）とは別の一例を示す図である。図１（ａ）では、４個のスリット２ａ〜２ｄを配置したが、図２では、５個のスリット２ａ〜２ｅを配置してある。
【００３９】
さらに詳しく述べると、長さＬが４０ｃｍの矩形導波管１には、マイクロ波放射用の５個のスリット２ａ〜２ｅが、矩形導波管１内を伝播するマイクロ波の波長の１／２ごとに、約８ｃｍの間隔で設けてある。また、各スリット２ａ〜２ｅから放射されるマイクロ波の電磁界強度が均一となるように、マイクロ波の伝播方向１１とスリット２ａ〜２ｅとのなす角度θを調整しており、各スリット２ａ〜２ｅの開口面積はすべてほぼ一定である。これにより、各スリット２ａ〜２ｅから放射される電力だけでなく、各スリット２ａ〜２ｅの電力密度もほぼ一定にすることが可能となる。このため、各スリット２ａ〜２ｅ近傍における電磁界分布がスリット２ａ〜２ｅごとでほぼ等しくなり、プラズマへのエネルギー供給を大面積に対して均等に行うことができる。この結果、高圧力や負イオンを生成しやすいプラズマにおいても均一性の高いプラズマを生成することができる。
【００４０】
図３は、スリットの角度θと電界強度との関係を示す図である。図から、スリットの角度θの増加に従って電界強度が増加しているのがわかる。
【００４１】
図１（ａ）、図２に示す本実施の形態の場合、マイクロ波の伝播方向１１に対してスリット２ａ〜２ｅのなす角度θは、４５°から９０°まで徐々に増加するように、４段階または５段階に段階的に変化させており、矩形導波管１内のマイクロ波が最も弱くなる先端のスリット２ｅで最もマイクロ波の放射効率が良くなるように、スリット２ｄまたは２ｅのなす角度θを９０°としている。
【００４２】
なお、スリットのなす角度θは、本実施の形態の角度や配置に限定されるわけではなく、角度θは、導波管内のマイクロ波強度に応じて０°から９０°の間で変化させればよい。
【００４３】
なお、矩形導波管１内において電磁界強度が最も小さくなる位置に対応するスリット２ｄまたは２ｅのマイクロ波の伝播方向１１に対してなす角度θを９０°とすることは、導波管アンテナ３の効率が良くなるため望ましいが、これに限定されない。
【００４４】
また、本実施の形態においては、スリット２ａ〜２ｅの形状として、矩形を用いたが、これに限定されることはなく、角に丸みをおびた長い形状、楕円、ひし形、台形などを用いてもよい。
【００４５】
上記のように、本実施の形態のプラズマ処理装置では、マイクロ波（電磁波）の伝播方向１１に沿って複数個配置したスリット２ａ〜２ｄ（図２では２ａ〜２ｅ）から構成される導波管アンテナ３と、誘電体からなる電磁波放射窓４とを具備し、導波管アンテナ３から電磁波放射窓４を通して放射された電磁波によってプラズマを生成するプラズマ処理装置において、スリット２ａ〜２ｄ（２ａ〜２ｅ）のマイクロ波の伝播方向１１に対する角度θが段階的に変化している。また、電磁界強度が最も小さくなる位置のスリット２ｄ（図２では２ｅ）の角度θを９０°としている。
【００４６】
本実施の形態のプラズマ処理装置では、マイクロ波の伝送に導波管を用い、該導波管に設けたスリット２ａ〜２ｄ（２ａ〜２ｅ）からマイクロ波電力をプラズマ中に放射することにより、大電力のマイクロ波を効率よく放射することが可能となる。また、導波管アンテナ３は、マイクロ波の伝播方向１１に沿って複数のスリット２ａ〜２ｄ（２ａ〜２ｅ）を具備し、これらのスリット２ａ〜２ｄ（２ａ〜２ｅ）はマイクロ波の伝播方向１１に対してなす角度θが段階的に変化しているため、矩形導波管１が大きく（長く）なってもスリット２ａ〜２ｄ（２ａ〜２ｅ）の開口率（開口面積）を変化させることなく、各スリット２ａ〜２ｄ（２ａ〜２ｅ）から均一な電磁波を放射することが可能となる。これにより、大面積基板を処理するプラズマ処理装置においても、非常に均一性の高いプラズマを生成することが可能となる。このことは、基板面積が年々増大する液晶表示装置を製造する上で非常に有用な装置となる。
【００４７】
以上本発明を実施の形態に基づいて具体的に説明したが、本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々変更可能であることは勿論である。例えば、本発明を適用した図１に示したプラズマ処理装置の構造は、あくまで一例の構造であり、これに限定されない。
【００４８】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、大面積基板に対しても、均一性の高いプラズマを生成することができるプラズマ処理装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）は本発明の実施の形態のプラズマ処理装置の上面図、（ｂ）は断面図である。
【図２】本実施の形態の導波管アンテナの別の例を示す図である。
【図３】スリットの角度θと電界強度との関係を示す図である。
【図４】（ａ）は第１の従来例のプラズマ処理装置の上面図、（ｂ）は断面図である。
【図５】（ａ）は第２の従来例のプラズマ処理装置の上面図、（ｂ）は断面図である。
【図６】（ａ）は第３の従来例のプラズマ処理装置の上面図、（ｂ）は断面図である。
【図７】第３の従来例の導波管アンテナの別の例を示す図である。
【符号の説明】
１…矩形導波管、２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄ、２ｅ…スリット、３…導波管アンテナ、４…電磁波放射窓、５…真空容器、６…ガス導入系、７…ガス排気系、８…基板、９…基板載置部、１０…マイクロ波源、１１…マイクロ波の伝播方向、Ｌ…矩形導波管の長さ、θ…スリットのマイクロ波の伝播方向に対する角度、
４１…同軸伝送路、４２…円形マイクロ波放射板、４３…スリット、４４…電磁波放射窓、４５…真空容器、４６…ガス導入系、４７…ガス排気系、４８…基板、４９…基板載置部、
５１…矩形導波管、５２…スリット、５３…導波管アンテナ、５４…電磁波放射窓、５５…真空容器、５６…ガス導入系、５７…ガス排気系、５８…基板、５９…基板載置部、６０…マイクロ波源、
６１…矩形導波管、６２ａ、６２ｂ、６２ｃ、６２ｄ、６２ｅ…スリット、６３…導波管アンテナ、６４…電磁波放射窓、６５…真空容器、６６…ガス導入系、６７…ガス排気系、６８…基板、６９…基板載置部、７０…マイクロ波源、８１…マイクロ波の伝播方向、８２…反射面（短絡面、Ｒ面）、８３…Ｈ面。
【図１】
2004014831.tif 000003
【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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