(57)【要約】【課題】チャンバの内部でのダメージを防止するために、Ｆを含まないガスとＦを含むガスとを分離するためのガス分離板を設けても、イオンの失活を防止することのできるプラズマ処理装置を提供すること。【解決手段】ガス供給管１２、１３をチャンバ１の内部で、誘電体窓２と離間して平行に設けられているガス分離板４、４Ａを挟んだ位置にそれぞれ配置し、アンテナ手段を導波管３の底部に誘電体窓２を貫通するように設け、その先端部の位置がガス分離板４、４Ａより突出して設けられ、かつ、アンテナ手段５とガス分離板４、４Ａとの間には間隙ｄを設ける。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
導波管内を進行したマイクロ波をチャンバ内に導くアンテナ手段と誘電体窓とを具備し、かつ、前記チャンバ内には前記誘電体窓と所定空間を介して対向した位置に被処理物を保持するためのホルダが配置され、かつ、該チャンバの上部から前記チャンバ内へガスを供給するガス供給管が設けられ、該チャンバ内のガスを前記マイクロ波によりプラズマ化することにより前記被処理物を処理するプラズマ処理装置であって、
前記ガス供給管は、前記チャンバの内部に前記誘電体窓と離間して平行に設けられているガス分離板を挟んだ位置にそれぞれ配置されており、前記アンテナ手段は、前記導波管の底部に前記誘電体窓を貫通するように設けられ、先端部の位置が前記ガス分離板より突出して設けられたアンテナ手段で、かつ、前記アンテナ手段とガス分離板との間には間隙が設けられていることを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項２】
前記アンテナ手段とガス分離板との間の間隙でホロ−カソード放電を生成していることを特徴とする請求項１記載のプラズマ処理装置。
【請求項３】
前記ガス分離板より上に配置されているガス供給管は、前記チャンバの内部にＦを含まないＯ２ガスを供給し、一方、ガス分離板より下に配置されているガス供給管はＦを含んだガスを、チャンバの内部に供給するようにしていることを特徴とする請求項１記載のプラズマ処理装置。
【請求項４】
前記アンテナ手段は、所定間隔で複数本が配設されていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載のプラズマ処理装置。
【請求項５】
前記マイクロ波の放電周波数は、２．４５ＧＨｚであることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載のプラズマ処理装置。
【請求項６】
前記ガス分離板は、Ｓｉの板または、Ｓｉの板に石英板を重ね合わせて構成していることを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに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、装置に対するダメージが少なく、かつ、被処理物に対して良好なプラズマ処理をおこなうことのできるプラズマ処理装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来のプラズマ処理装置の一例を、図６に示した模式図を参照して説明する。すなわち、プラズマ処理装置はチャンバ５１の内部を、水平方向に配置したガス通過孔（不図示）の孔設された金属プレートからなるガス分離板５２によりプラズマ生成部５３と処理室５４とに上下に区画し、また、チャンバ５１の内部にプロセスガスを供給するガス供給管５５ａ、５５ｂを２本設けている。このガス供給管５５ａ、５５ｂは、チャンバ５１の上部の側壁を貫通する形で、ガス分離板５２を挟んで上下方向に配設している。
【０００３】
ガス分離板５２より上に設けられたガス供給管５５ａからは、プロセスガスとしてＦを含まないＯ２ガスをチャンバ１の内部に供給し、一方、ガス分離板５２より下のガス供給管５５ｂからはＦを含んだ、ＣＦ４、ＮＦ３、ＳＦ６等のフッ素系ガスを添加した混合ガス、又は、これらのガスに水素ガスを添加したガスを、チャンバ５１の内部に供給するようにしている。
【０００４】
この場合、真空ポンプ（不図示）により吸引されている排気口５６が被処理物Ｗを載置しているステージ５７より下方に位置しているために、チャンバ５１の内部ではガスは、上方から下方に向かって流れている。そのため、Ｆを含んだガスはガス分離板５２より上方にあるプラズマ生成部５３には到達しないようになり、導波管５８からのマイクロ波をチャンバ５１の内部に導く誘電体である誘電体窓５９を支えているキャビティ６０（チャンバの一部）にダメージが生じるのを防止している。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上述のように、チャンバ５１の内部に設けられたガス分離板５２は、誘電体窓５９を支えているキャビティ６０をプラズマ中に存在する電子やイオンによるダメージから保護する役目も果たしている。また、同時に、被処理物Ｗに対しても、電子やイオンをカットし、さらに熱を遮断することにより、例えば、被処理物であるデバイスの表面が２００℃以上に加熱され、下地がエッチングされやすくなってしまう等の不具合が生じるのを防止している。
【０００６】
しかし、ガス分離板５２の存在は、活性種を失活させてエッチングやアッシング速度を遅くしてしまう不具合もある。すなわち、処理圧力が高圧（６０〜２００Ｐａ程度）の場合は、ラジカルリッチの処理であるため、ガス分離板５２でのラジカルの失活は大きくないが、圧力を低圧（５〜３０Ｐａ程度）にした状態で、イオンを用いて処理する場合は、ガス分離板５２によってイオンが失活してエッチング等の処理レートが低下してしまう。
【０００７】
本発明はこれらの事情にもとづいてなされたもので、チャンバの内部でのダメージを防止するために、Ｆを含まないガスとＦを含むガスとを分離するためのガス分離板を設けても、イオンの失活を防止することのできるプラズマ処理装置を提供することを目的としている。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明によれば、導波管内を進行したマイクロ波をチャンバ内に導くアンテナ手段と誘電体窓とを具備し、かつ、前記チャンバ内には前記誘電体窓と所定空間を介して対向した位置に被処理物を保持するためのホルダが配置され、かつ、該チャンバの上部から前記チャンバ内へガスを供給するガス供給管が設けられ、該チャンバ内のガスを前記マイクロ波によりプラズマ化することにより前記被処理物を処理するプラズマ処理装置であって、
前記ガス供給管は、前記チャンバの内部に前記誘電体窓と離間して平行に設けられているガス分離板を挟んだ位置にそれぞれ配置されており、前記アンテナ手段は、前記導波管の底部に前記誘電体窓を貫通するように設けられ、先端部の位置が前記ガス分離板より突出して設けられたアンテナ手段で、かつ、前記アンテナ手段とガス分離板との間には間隙が設けられていることを特徴とするプラズマ処理装置である。
【０００９】
また本発明によれば、前記同軸変換アンテナとガス分離板との間の間隙でホロ−カソード放電を生成していることを特徴とするプラズマ処理装置である。
【００１０】
また本発明によれば、前記ガス分離板より上に配置されているガス供給管は、前記チャンバの内部にＦを含まないＯ２ガスを供給し、一方、ガス分離板より下に配置されているガス供給管はＦを含んだガスを、チャンバの内部に供給するようにしていることを特徴とするプラズマ処理装置である。
【００１１】
また本発明によれば、前記アンテナ手段は、所定間隔で複数本が配設されていることを特徴とするプラズマ処理装置である。
【００１２】
また本発明によれば、前記マイクロ波の放電周波数は、２．４５ＧＨｚであることを特徴とするプラズマ処理装置である。
【００１３】
また本発明によれば、前記ガス分離板は、Ｓｉの板または、Ｓｉの板に石英板を重ね合わせて構成していることを特徴とするプラズマ処理装置である。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。
【００１５】
まず、本発明の基本的な考え方について説明する。誘電体窓を固定しているキャビティ（チャンバの一部）へのダメージを抑制する機能を持たせたまま、低圧放電領域におけるイオンの失活を防ぎ、所定の処理レートで被処理物を処理すると共に、被処理物への電子やイオンや熱によるダメージを防止することを同時に成立させることに関して考察した結果、以下の知見を得た。
【００１６】
すなわち、プラズマ処理装置で、スロットタイプの表面波プラズマが、チャンバの内部に生成された際に、チャンバの内部に従来構造のガス分離板が用いられていると、チャンバの内部でプラズマ生成部と処理部の空間が別々になる。その結果、生成されたプラズマがガス分離板によりプラズマ生成部の内部に閉じ込められたような状態になり、不具合が生じていた。
【００１７】
そこで、ガス分離板を用いてもプラズマ生成部と処理部が分離しないように構成し、プラズマが誘電体窓を固定しているキャビティの近傍の狭い領域に閉じ込められないようにすることで、上述の各問題を解決することができる。
【００１８】
具体的に説明すると、図１は、本発明のマイクロ波励起によるプラズマ処理装置の実施の形態を示す模式図である。プラズマ処理装置はチャンバ１の上部には誘電体窓２が設けられ、この誘電体窓２の上部には、チャンバ１内にマイクロ波を導入するための、断面が矩形状の導波管３の終端部が配置されている。また、誘電体窓２の下方の離間した位置には、誘電体窓２と平行にガス分離板４が配置されている。
【００１９】
導波管３は、マイクロ波の電界方向に垂直な面（Ｈ面）と、このＨ面に対して垂直方向に伸びるマイクロ波の電界方向に平行な面（Ｅ面）と、マイクロ波導入側と反対側にＨ面およびＥ面に対して垂直に設けられたマイクロ波を反射する反射面（Ｒ面）とを有しており、構造を後述する同軸変換アンテナ５は、Ｈ面の中心部に位置するように設けられている。
【００２０】
そして、同軸変換アンテナ５を用いて、一般的なＴＥＭモード（同軸表面波プラズマ）を使用することにより、プラズマ生成部６を縦方向にすることが可能となっている。そのため、ガス分離板４が存在していても、それによってプラズマ生成部６が分離されることはない。この方式をとることで表面波による誘電体窓２を固定しているキャビティ（チャンバ１の一部）７へ表面波によるダメージを抑える機能を持たせたまま、低圧放電領域におけるイオンの失活を防ぐことが可能になる。
【００２１】
なお、同軸変換アンテナ５の長さは、先端部５ａがガス分離板４より下の空間まで侵入していれば、任意の長さに設定することができる。
【００２２】
チャンバ１は、内部の上方にプラズマ生成部６が設けられ、このプラズマ生成部６の下方に処理室８が形成されている。この処理室８には被処理部材である例えば基板（半導体基板や液晶表示装置用基板等で、以下、単に基板と言う）９を載置する静電チャックであるホルダ１１が配置されている。ホルダ１１は図示しないＲＦバイアス、Ｈｅ冷却機構を備え、それらには同様に図示しないＲＦ発振器、およびチラーが連結されている。また、ガス供給管１２、１３は、チャンバ１の上部のプラズマ生成部６の側壁に形成されており、ガス排気管（不図示）は処理室８が形成されたチャンバ１の底部に取り付けられ、かつ、ガス排気管（不図示）の他端には真空ポンプ等の排気系（不図示）が連結されている。
【００２３】
また、導波管３からプラズマ生成部６にマイクロ波を導入するために、導波管３の内部を進行するマイクロ波の電界方向に垂直な面（Ｈ面）および対向する誘電体窓２に円形の開口部１５を設け、同軸変換アンテナ５を当該開口部１５を通して設置している。また、石英製の誘電体窓２は同軸変換アンテナ５の一部を構成している。
【００２４】
なお、同軸変換アンテナ５に対してガス分離板４は、その中心部が図２に示すように間隙ｄを空けて配置されている。この間隙ｄは、ガス供給管１２から供給されるプロセスガスが十分にチャンバ１の内部に流れ込めるように設定されている。同時に、この隙間ｄは、ホロ−カソード放電を発生させることも考慮されている。プラズマを確保するためには、シース領域以外にも空間が必要であり、表面波でのシースが１ｍｍ程度であることを考慮すれば、間隙ｄは、３〜２０ｍｍが必要である。なお、ホローカソード放電が生成されると、プラズマ中の電子は寿命が延び、また、ガスに衝突するので電子温度が下がる効果がある。
【００２５】
また、導波管３の底部３ａの板厚は所定の厚さに設定しされており、電極として用いられ、チャンバ１の金属製の内壁と接続して同軸線路を形成している。
【００２６】
同軸変換アンテナ５の構造は、同心状の構造で中心部が金属棒１６でその周辺部は誘電体１７（例えば、アルミナ、窒化アルミ等）で構成され、金属棒１６のチャンバ１側の先端は誘電体１７で封止されている。したがって、チャンバ１の内部では金属棒１６は露出していない。
【００２７】
チャンバ１の内部にプロセスガスを供給するガス供給管１２、１３は、チャンバ１の上部のプラズマ生成部６の側壁を貫通する形で、ガス分離板４を挟んで上下方向に配設されている。
【００２８】
プロセスガスとしては、例えば、被処理物（基板９）の表面の薄膜に対してエッチングを行う場合には、酸素ガス（Ｏ２）単体、或いは、酸素ガスにＣＦ４、ＮＦ３、ＳＦ６等のフッ素系ガスを添加した混合ガス、又は、これらのガスに水素ガスを添加したガスが使用される。
【００２９】
プロセスガスの供給は、ガス分離板４より上に設けられたガス供給管１２からは、Ｆを含まないＯ２ガスをチャンバ１の内部に供給し、一方、ガス分離板４より下のガス供給管１３からはＦを含んだ、ＣＦ４、ＮＦ３、ＳＦ６等のフッ素系ガスを添加した混合ガス、又は、これらのガスに水素ガスを添加したガスを、チャンバ１の内部に供給するようにしている。
【００３０】
この場合、真空ポンプ（不図示）により吸引されているガス排気管（不図示）が被処理物（基板９）を載置しているホルダ１１より下方設置されているため、チャンバ１の内部ではガスは、上方から下方に向かって流れている。そのため、ガス分離板４より上に設けられたガス供給管１２からチャンバ１の内部に供給されたＦを含まないＯ２ガスは、矢印Ａのように、同軸変換アンテナ５とガス分離板４との間隙ｄを通って、チャンバ１の内部に流入し、ガス分離板４より下のガス供給管１３よりチャンバ１の内部に供給されたＦを含んだガスと合流する。しかも、ガス分離板４より下のガス供給管１３よりチャンバ１の内部に供給されたＦを含んだガスは、ガス分離板４より上方には到達しないようになる。
【００３１】
これらの構造により、同軸変換アンテナ５を構成する金属棒１６から放射されるマイクロ波は、同軸変換アンテナ５の近傍でプラズマを生成する。
【００３２】
次に、これらの構成になるマイクロ波励起のプラズマ処理装置による処理の一例として、レジストパターンが表面に形成された液晶用ガラス基板９をエッチングする方法について説明する。
【００３３】
まず、チャンバ１の内部のホルダ１１の上にレジストパターンが表面に形成された被処理物Ｗである液晶用ガラス基板９を設置する。図示しない真空ポンプを作動させてチャンバ１の内部のガスをガス排気管（不図示）を通してチャンバ１から外部に排気し、チャンバ１の内部を真空に近い状態とする。排気後に、プロセスガスとして、例えば、Ｏ２ガスを、ガス分離板４より上に設けられたガス供給管１２よりチャンバ１の内部に供給し、また、Ｏ２と四フッ化炭素との混合ガスを、ガス分離板４より下に設けられたガス供給管１３よりチャンバ１の内部に供給する。
【００３４】
チャンバ１の内部が所定圧力になった時点で、マイクロ波発生源（不図示）からマイクロ波を導波管３の内部に導入することによって、チャンバ１の内部の同軸変換アンテナ５の近傍のプラズマ生成部６にプラズマが発生する。そして、発生したプラズマによる活性種が処理室８に導入される。この場合、プラズマにより発生した活性種と処理室８との間には、活性種を失活させる障害物が存在しないので、プラズマ中の活性な酸素原子を、ホルダ１１の上に載置された被処理物（基板９）の表面のレジストパターンと反応させて、良好な処理レートでレジストパターンを剥離することができる。
【００３５】
次に上述の実施の形態で示したプラズマ処理装置の変形例について説明する。
【００３６】
（変形例１）
上述の実施の形態では、マイクロ波をチャンバ１の内部に導く同軸変換アンテナ５は１本で構成したが、図３（ａ）および（ｂ）に平面配置図を示すように、同軸変換アンテナ５を複数本ずつ配置することができる。すなわち、導波管３の終端部３ｂの構造に対応して、それぞれ、対照的な位置に配置するので、よりチャンバ１の内部でのプラズマの密度を高めることができ、効率のよい処理をおこなうことができる。
【００３７】
（変形例２）
プラズマ処理装置によるアッシングやエッチングの処理をおこなう際に使用されるプラズマは、デバイスへのダメージを考慮する必要がある。そのため、近年、低電子温度プラズマを使用することで、その問題を解決することができることが報告されている。
【００３８】
低電子温度プラズマを発生させる手段としては、マイクロ波の放電周波数を増加させることで達成できることが知られている。そこで、図１に示したプラズマ処理装置で、２．４５ＧＨｚのマイクロ波の同軸タイプのＴＥＭモードを用いた放電形式を用いることで、デバイスへのダメージのない良好な処理がおこなえることを確認できた。
【００３９】
（変形例３）
図４に示した模式構造図を参照して説明する。なお、図４において、図１と同一機能部分には同一符号を付して、その個々の説明を省略する。すなわち、複数本の同軸変換アンテナ５を配置したプラズマ処理装置において、ガス分離板４と同軸変換アンテナ５との間隙を、十分なホロ−カソード放電が生成されるように形成している。このホローカソード放電が生成されると、プラズマ中の電子は寿命が延び、ガスに衝突するので電子温度が下がる。また、このガス分離板４をＳｉ製にすることで、更なる効果が期待できる。それは、γ効果が発生することにより、効率よくホローカソード放電が生成されることによるものである。なお、このガス分離板４の構造は、図１で示したように同軸変換アンテナ５が１本の場合にも同様な効果を奏する。
【００４０】
（変形例４）
図５に示した模式構造図を参照して説明する。なお、図５において、図１と同一機能部分には同一符号を付して、その個々の説明を省略する。
【００４１】
変形例３の変形例では、ガス分離板４をＳｉ製にしたが、この変形例の場合は、ガス分離板４Ａの寿命を延ばすために、従来のＳｉ製ガス分離板４の下に石英１８を敷いて合板状の構成にしている。この構成により、実施例３で説明した効果に加えて、ガス分離板４Ａの寿命を延ばす効果も得られる。なお、このガス分離板４Ａの構造は、図１で示したように同軸変換アンテナ５が１本の場合にも同様な効果を奏する。
【００４２】
【発明の効果】
本発明によれば、チャンバの内部でのダメージを防止するために、Ｆを含まないガスとＦを含むガスとを分離するためのガス分離板を設けても、ガス分離板によるイオンの失活を防止することができる。
【００４３】
それにより、チャンバやデバイスへのダメージを防止することができ、かつ、被処理物に対して処理レートの高いプラズマ処理を施すことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のマイクロ波励起によるプラズマ処理装置の実施の形態を示す模式図。
【図２】ガス分離板と同軸変換アンテナとの間隙の説明図。
【図３】（ａ）および（ｂ）は、本発明の変形例の説明図。
【図４】本発明の変形例の説明図。
【図５】本発明の変形例の説明図。
【図６】従来のマイクロ波励起によるプラズマ処理装置の実施の形態を示す模式図。
【符号の説明】
１…チャンバ、２…誘電体窓、３…導波管、４、４Ａ…ガス分離板、５…同軸変換アンテナ（アンテナ手段）、６…プラズマ生成部、７…キャビティ、８…処理室、９…基板、１１…ホルダ、１２、１３…ガス供給管、１６…金属棒
【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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