(57)【要約】【課題】アンテナを交換することなく、装置コストおよび電力コストを高くすることなく、かつ高精度のプラズマ密度分布制御を行うことができる誘導結合プラズマ処理装置を提供すること。【解決手段】処理室４の上方に誘電体壁２を介して、高周波電力が供給されることにより処理室４内の主に外側部分に誘導電界を形成する外側アンテナ部１３ａと主に内側部分に誘導電界を形成する内側アンテナ部１３ｂとを有する高周波アンテナ１３を配置し、外側アンテナ部１３ａと内側アンテナ部１３ｂの一方に可変コンデンサ２１を接続し、可変コンデンサ２１の容量を調節することにより外側アンテナ部１３ａおよび内側アンテナ部１３ｂの電流値を制御し、処理室４内に形成される誘導結合プラズマのプラズマ密度分布を制御する。【選択図】図１
2007311182.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被処理基板を収容してプラズマ処理を施す処理室と、
前記処理室内で被処理基板が載置される載置台と、
前記処理室内に処理ガスを供給する処理ガス供給系と、
前記処理室内を排気する排気系と、
前記処理室の外部に誘電体部材を介して配置され、高周波電力が供給されることにより前記処理室内にそれぞれ異なる電界強度分布を有する誘導電界を形成する複数のアンテナ部を有する高周波アンテナと、
前記各アンテナ部を含むアンテナ回路のうち少なくとも一つに接続され、その接続されたアンテナ回路のインピーダンスを調節するインピーダンス調節手段と
を具備し、
前記インピーダンス調節手段によるインピーダンス調節により、前記複数のアンテナ部の電流値を制御し、前記処理室内に形成される誘導結合プラズマのプラズマ密度分布を制御することを特徴とする誘導結合プラズマ処理装置。
【請求項２】
前記インピーダンス調節手段は、可変コンデンサを有することを特徴とする請求項１に記載の誘導結合プラズマ処理装置。
【請求項３】
アプリケーションごとに最適なプラズマ密度分布が得られる前記インピーダンス調節手段の調節パラメータが予め設定され、所定のアプリケーションが選択された際にそのアプリケーションに対応する前記インピーダンス調節手段の調節パラメータが予め設定された最適な値になるように前記インピーダンス調節手段を制御する制御手段をさらに有することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の誘導結合プラズマ処理装置。
【請求項４】
被処理基板を収容してプラズマ処理を施す処理室と、
前記処理室内で被処理基板が載置される載置台と、
前記処理室内に処理ガスを供給する処理ガス供給系と、
前記処理室内を排気する排気系と、
前記処理室の上方に誘電体部材を介して配置され、高周波電力が供給されることにより前記処理室内の主に外側部分に誘導電界を形成する外側アンテナ部と主に内側部分に誘導電界を形成する内側アンテナ部とを有する高周波アンテナと、
前記外側アンテナ部と前記内側アンテナ部の一方に接続された可変コンデンサと
を具備し、
前記可変コンデンサの容量を調節することにより前記外側アンテナ部を含む外側アンテナ回路および前記内側アンテナ部を含む内側アンテナ回路のいずれかのインピーダンスを調整して、前記外側アンテナ部および前記内側アンテナ部の電流値を制御し、前記処理室内に形成される誘導結合プラズマのプラズマ密度分布を制御することを特徴とする誘導結合プラズマ処理装置。
【請求項５】
前記外側アンテナ部は前記処理室の外側部分に対応する位置にアンテナ線を密に配置してなり、前記内側アンテナ部は前記処理室の内側部分に対応する位置にアンテナ線を密に配置してなることを特徴とする請求項４に記載の誘導結合プラズマ処理装置。
【請求項６】
前記外側アンテナ部および前記内側アンテナ部は、複数のアンテナ線を有する多重アンテナであることを特徴とする請求項４または請求項５に記載の誘導結合プラズマ処理装置。
【請求項７】
アプリケーションごとに最適なプラズマ密度分布が得られる前記可変コンデンサのポジションが予め設定され、所定のアプリケーションが選択された際にそのアプリケーションに対応する前記可変コンデンサのポジションが予め設定された最適な値になるように可変コンデンサのポジションを制御する制御手段をさらに有することを特徴とする請求項４から請求項６のいずれか１項に記載の誘導結合プラズマ処理装置。
【請求項８】
処理室の内部に設けられた載置台に基板を載置し、処理室の外部に誘電体部材を介して、高周波電力が供給されることにより前記処理室内にそれぞれ異なる電界強度分布を有する誘導電界を形成する複数のアンテナ部を有する高周波アンテナを設け、処理室内に処理ガスを供給するとともに、前記高周波アンテナに高周波電力を供給しつつ前記各アンテナ部を含むアンテナ回路のうち少なくとも一つのインピーダンスを調節して、前記複数のアンテナ部の電流値を制御し、前記処理室内に形成される誘導結合プラズマのプラズマ密度分布を制御することを特徴とする誘導結合プラズマ処理方法。
【請求項９】
前記インピーダンスが調整されるアンテナ回路において、アプリケーションごとに最適なプラズマ密度分布が得られるインピーダンスの調節パラメータを予め求めておき、所定のアプリケーションが選択された際にそのアプリケーションに対応する前記調節パラメータを予め求められた最適な値になるようにしてプラズマ処理を行うことを特徴とする請求項８に記載の誘導結合プラズマ処理方法。
【請求項１０】
処理室の内部に設けられた載置台に基板を載置し、処理室の外部に誘電体部材を介して、高周波電力が供給されることにより前記処理室内の主に外側部分に誘導電界を形成する外側アンテナ部と主に内側部分に誘導電界を形成する内側アンテナ部とを有する高周波アンテナを設け、前記外側アンテナ部を含む外側アンテナ回路と前記内側アンテナ部を含む内側アンテナ回路のいずれかに可変コンデンサを設け、前記処理室内に処理ガスを供給するとともに、前記高周波アンテナに高周波電力を供給しつつ、前記可変コンデンサの容量を調節することによりそのアンテナ回路のインピーダンスを調節して、前記外側アンテナ部と前記内側アンテナ部の電流値を制御し、前記処理室内に形成される誘導結合プラズマのプラズマ密度分布を制御することを特徴とする誘導結合プラズマ処理方法。
【請求項１１】
アプリケーションごとに最適なプラズマ密度分布が得られる前記可変コンデンサのポジションを予め求めておき、所定のアプリケーションが選択された際にそのアプリケーションに対応する前記可変コンデンサのポジションが予め求められた最適な値になるように可変コンデンサのポジションを調整してプラズマ処理を行うことを特徴とする請求項１０に記載の誘導結合プラズマ処理方法。
【請求項１２】
コンピュータ上で動作する制御プログラムが記憶されたコンピュータ読取可能な記憶媒体であって、
前記制御プログラムは、実行時に、請求項８から請求項１１のいずれかの方法が行われるように誘導結合プラズマ処理装置を制御させることを特徴とするコンピュータ読取可能な記憶媒体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液晶表示装置（ＬＣＤ）等のフラットパネルディスプレイ（ＦＰＤ）製造用のガラス基板等の基板にプラズマ処理を施す誘導結合プラズマ処理装置およびプラズマ処理方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
液晶表示装置（ＬＣＤ）等の製造工程においては、ガラス基板に所定の処理を施すために、プラズマエッチング装置やプラズマＣＶＤ成膜装置等の種々のプラズマ処理装置が用いられる。このようなプラズマ処理装置としては従来、容量結合プラズマ処理装置が多用されていたが、近時、高真空度で高密度のプラズマを得ることができるという大きな利点を有する誘導結合プラズマ（Ｉｎｄｕｃｔｉｖｅｌｙ  Ｃｏｕｐｌｅｄ  Ｐｌａｓｍａ：ＩＣＰ）処理装置が注目されている。
【０００３】
誘導結合プラズマ処理装置は、被処理基板を収容する処理容器の誘電体窓の外側に高周波アンテナを配置し、処理容器内に処理ガスを供給するとともにこの高周波アンテナに高周波電力を供給することにより、処理容器内に誘導結合プラズマを生じさせ、この誘導結合プラズマによって被処理基板に所定のプラズマ処理を施すものである。誘導結合プラズマ処理装置の高周波アンテナとしては、平面状の所定パターンをなす平面アンテナが多用されている。
【０００４】
このような、平面アンテナを用いた誘導結合プラズマ処理装置では、処理容器内の平面アンテナ直下の空間にプラズマが生成されるが、その際に、アンテナ直下の各位置での電界強度に比例して高プラズマ密度領域と低プラズマ領域の分布を持つことから、平面アンテナのパターン形状がプラズマ密度分布を決める重要なファクターとなっている。
【０００５】
ところで、一台の誘導結合プラズマ処理装置が対応すべきアプリケーションは一つとは限らず、複数のアプリケーションに対応する必要がある。その場合には、それぞれのアプリケーションにおいて均一な処理を行うためにプラズマ密度分布を変化させる必要があり、そのために高密度領域および低密度領域の位置を異ならせるように異なる形状のアンテナを複数準備してアプリケーションに応じてアンテナを取り替えることが行われている。
【０００６】
しかしながら、複数のアプリケーションに対応して複数のアンテナを準備し、異なるアプリケーションごとに交換することは非常に多くの労力を要し、また、近時、ＬＣＤ用のガラス基板が著しく大型化していることからアンテナ製造費用も高価なものとなっている。また、このように複数のアンテナを用意したとしても、与えられたアプリケーションにおいて必ずしも最適条件とは限らず、プロセス条件の調整により対応せざるを得ない。
【０００７】
これに対して、特許文献１には、渦巻き形アンテナを内側部分と外側部分の２つに分割して、各々に独立した高周波電流を流すようにしたプラズマ処理装置が開示されている。このような構成によれば、内側部分へ供給するパワーと外側部分へ供給するパワーとを調整することにより、プラズマ密度分布を制御することができる。
【０００８】
しかしながら、特許文献１に記載された技術では、渦巻き形アンテナの内側部分用の高周波電源と外側部分用の高周波電源の２つの高周波電源を設けるか、または電力分配回路を設ける必要があり、装置が大がかりなものとなり、装置コストが高いものとなる。また、この場合は電力ロスが大きく電力コストが高くなり、かつ高精度のプラズマ密度分布制御を行うことが困難である。
【特許文献１】特許第３０７７００９号公報（図５、段落００２６〜００２８）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明はかかる事情に鑑みてなされたものであって、アンテナを交換することなく、装置コストおよび電力コストを高くすることなく、かつ高精度のプラズマ密度分布制御を行うことができる誘導結合プラズマ処理装置および誘導結合プラズマ処理方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記課題を解決するため、本発明の第１の観点では、被処理基板を収容してプラズマ処理を施す処理室と、前記処理室内で被処理基板が載置される載置台と、前記処理室内に処理ガスを供給する処理ガス供給系と、前記処理室内を排気する排気系と、前記処理室の外部に誘電体部材を介して配置され、高周波電力が供給されることにより前記処理室内にそれぞれ異なる電界強度分布を有する誘導電界を形成する複数のアンテナ部を有する高周波アンテナと、前記各アンテナ部を含むアンテナ回路のうち少なくとも一つに接続され、その接続されたアンテナ回路のインピーダンスを調節するインピーダンス調節手段とを具備し、前記インピーダンス調節手段によるインピーダンス調節により、前記複数のアンテナ部の電流値を制御し、前記処理室内に形成される誘導結合プラズマのプラズマ密度分布を制御することを特徴とする誘導結合プラズマ処理装置を提供する。
【００１１】
上記第１の観点において、前記インピーダンス調節手段は、可変コンデンサを有するものとすることができる。また、アプリケーションごとに最適なプラズマ密度分布が得られる前記インピーダンス調節手段の調節パラメータが予め設定され、所定のアプリケーションが選択された際にそのアプリケーションに対応する前記インピーダンス調節手段の調節パラメータが予め設定された最適な値になるように前記インピーダンス調節手段を制御する制御手段をさらに有してよい。
【００１２】
本発明の第２の観点では、被処理基板を収容してプラズマ処理を施す処理室と、前記処理室内で被処理基板が載置される載置台と、前記処理室内に処理ガスを供給する処理ガス供給系と、前記処理室内を排気する排気系と、前記処理室の上方に誘電体部材を介して配置され、高周波電力が供給されることにより前記処理室内の主に外側部分に誘導電界を形成する外側アンテナ部と主に内側部分に誘導電界を形成する内側アンテナ部とを有する高周波アンテナと、前記外側アンテナ部と前記内側アンテナ部の一方に接続された可変コンデンサとを具備し、前記可変コンデンサの容量を調節することにより前記外側アンテナ部を含む外側アンテナ回路および前記内側アンテナ部を含む内側アンテナ回路のいずれかのインピーダンスを調整して、前記外側アンテナ部および前記内側アンテナ部の電流値を制御し、前記処理室内に形成される誘導結合プラズマのプラズマ密度分布を制御することを特徴とする誘導結合プラズマ処理装置を提供する。
【００１３】
上記第２の観点において、前記外側アンテナ部は前記処理室の外側部分に対応する位置にアンテナ線を密に配置してなり、前記内側アンテナ部は前記処理室の内側部分に対応する位置にアンテナ線を密に配置してなる構成とすることができる。また、前記外側アンテナ部および前記内側アンテナ部は、複数のアンテナ線を有する多重アンテナとすることができる。さらに、アプリケーションごとに最適なプラズマ密度分布が得られる前記可変コンデンサのポジションが予め設定され、所定のアプリケーションが選択された際にそのアプリケーションに対応する前記可変コンデンサのポジションが予め設定された最適な値になるように可変コンデンサのポジションを制御する制御手段をさらに有してよい。
【００１４】
本発明の第３の観点では、処理室の内部に設けられた載置台に基板を載置し、処理室の外部に誘電体部材を介して、高周波電力が供給されることにより前記処理室内にそれぞれ異なる電界強度分布を有する誘導電界を形成する複数のアンテナ部を有する高周波アンテナを設け、処理室内に処理ガスを供給するとともに、前記高周波アンテナに高周波電力を供給しつつ前記各アンテナ部を含むアンテナ回路のうち少なくとも一つのインピーダンスを調節して、前記複数のアンテナ部の電流値を制御し、前記処理室内に形成される誘導結合プラズマのプラズマ密度分布を制御することを特徴とする誘導結合プラズマ処理方法を提供する。
【００１５】
上記第３の観点において、前記インピーダンスが調整されるアンテナ回路にて、アプリケーションごとに最適なプラズマ密度分布が得られるインピーダンスの調節パラメータを予め求めておき、所定のアプリケーションが選択された際にそのアプリケーションに対応する前記調節パラメータを予め求められた最適な値になるようにしてプラズマ処理を行うことができる。
【００１６】
本発明の第４の観点では、処理室の内部に設けられた載置台に基板を載置し、処理室の外部に誘電体部材を介して、高周波電力が供給されることにより前記処理室内の主に外側部分に誘導電界を形成する外側アンテナ部と主に内側部分に誘導電界を形成する内側アンテナ部とを有する高周波アンテナを設け、前記外側アンテナ部を含む外側アンテナ回路と前記内側アンテナ部を含む内側アンテナ回路のいずれかに可変コンデンサを設け、前記処理室内に処理ガスを供給するとともに、前記高周波アンテナに高周波電力を供給しつつ、前記可変コンデンサの容量を調節することによりそのアンテナ回路のインピーダンスを調節して、前記外側アンテナ部と前記内側アンテナ部の電流値を制御し、前記処理室内に形成される誘導結合プラズマのプラズマ密度分布を制御することを特徴とする誘導結合プラズマ処理方法を提供する。
【００１７】
上記第４の観点において、アプリケーションごとに最適なプラズマ密度分布が得られる前記可変コンデンサのポジションを予め求めておき、所定のアプリケーションが選択された際にそのアプリケーションに対応する前記可変コンデンサのポジションが予め求められた最適な値になるように可変コンデンサのポジションを調整してプラズマ処理を行うようにすることができる。
【００１８】
本発明の第５の観点では、コンピュータ上で動作する制御プログラムが記憶されたコンピュータ読取可能な記憶媒体であって、前記制御プログラムは、実行時に、上記第３または第４の方法が行われるように誘導結合プラズマ処理装置を制御させることを特徴とするコンピュータ読取可能な記憶媒体を提供する。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、高周波アンテナをそれぞれ異なる電界強度分布を有する誘導電界を形成する複数のアンテナ部を有するものとし、各アンテナ部を含むアンテナ回路のうち少なくとも一つにその接続されたアンテナ回路のインピーダンスを調節するインピーダンス調節手段を設け、インピーダンス調節手段によるインピーダンス調節により、複数のアンテナ部の電流値を制御し、処理室内に形成される誘導結合プラズマのプラズマ密度分布を制御するので、高周波アンテナを交換する必要がなく、アンテナ交換の労力やアプリケーションごとにアンテナを準備しておくコストが不要となる。また、インピーダンス調節により複数のアンテナ部の電流制御を行うだけであるから、装置が大がかりで高コストのものになったり、電力コストが高くなる等の不都合は存在せず、制御の精度も高い。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下、添付図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。図１は本発明の一実施形態に係る誘導結合プラズマ処理装置を示す断面図、図２はこの誘導結合プラズマ処理装置に用いられる高周波アンテナを示す平面図である。この装置は、例えばＦＰＤ用ガラス基板上に薄膜トランジスターを形成する際のメタル膜、ＩＴＯ膜、酸化膜等のエッチングや、レジスト膜のアッシング処理に用いられる。ここで、ＦＰＤとしては、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）、発光ダイオード（ＬＥＤ）ディスプレイ、エレクトロルミネセンス（Electro Luminescence；ＥＬ）ディスプレイ、蛍光表示管（Vacuum Fluorescent Display；ＶＦＤ）、プラズマディスプレイパネル（ＰＤＰ）等が例示される。
【００２１】
このプラズマ処理装置は、導電性材料、例えば、内壁面が陽極酸化処理されたアルミニウムからなる角筒形状の気密な本体容器１を有する。この本体容器１は分解可能に組み立てられており、接地線１ａにより接地されている。本体容器１は、誘電体壁２により上下にアンテナ室３および処理室４に区画されている。したがって、誘電体壁２は処理室４の天井壁を構成している。誘電体壁２は、Ａｌ2Ｏ3等のセラミックス、石英等で構成されている。
【００２２】
誘電体壁２の下側部分には、処理ガス供給用のシャワー筐体１１が嵌め込まれている。シャワー筐体１１は十字状に設けられており、誘電体壁２を下から支持する構造となっている。なお、上記誘電体壁２を支持するシャワー筐体１１は、複数本のサスペンダ（図示せず）により本体容器１の天井に吊された状態となっている。
【００２３】
このシャワー筐体１１は導電性材料、望ましくは金属、例えば汚染物が発生しないようにその内面が陽極酸化処理されたアルミニウムで構成されている。このシャワー筐体１１には水平に伸びるガス流路１２が形成されており、このガス流路１２には、下方に向かって延びる複数のガス吐出孔１２ａが連通している。一方、誘電体壁２の上面中央には、このガス流路１２に連通するようにガス供給管２０ａが設けられている。ガス供給管２０ａは、本体容器１の天井からその外側へ貫通し、処理ガス供給源およびバルブシステム等を含む処理ガス供給系２０に接続されている。したがって、プラズマ処理においては、処理ガス供給系２０から供給された処理ガスがガス供給管２０ａを介してシャワー筐体１１内に供給され、その下面のガス供給孔１２ａから処理室４内へ吐出される。
【００２４】
本体容器１におけるアンテナ室３の側壁３ａと処理室４の側壁４ａとの間には内側に突出する支持棚５が設けられており、この支持棚５の上に誘電体壁２が載置される。
【００２５】
アンテナ室３内には誘電体壁２の上に誘電体壁２に面するように高周波（ＲＦ）アンテナ１３が配設されている。この高周波アンテナ１３は絶縁部材からなるスペーサ１７により誘電体壁２から離間している。高周波アンテナ１３は、外側部分においてアンテナ線を密に配置してなる外側アンテナ部１３ａと、内側部分においてアンテナ線を密に配置してなる内側アンテナ部１３ｂとを有している。これら外側アンテナ部１３ａおよび内側アンテナ部１３ｂは、図２に示すように渦巻状の多重（四重）アンテナを構成している。なお、多重アンテナの構成は、内側外側とも二重の構成、あるいは内側二重外側四重の構成でもよい。
【００２６】
外側アンテナ部１３ａは４つのアンテナ線を９０°ずつ位置をずらして全体が略矩形状になるように配置してなり、その中央部は空間となっている。また、各アンテナ線へは中央の４つの端子２２ａを介して給電されるようになっている。また、各アンテナ線の外端部はアンテナ線の電圧分布を変化させるためにコンデンサ１８ａを介してアンテナ室３の側壁に接続されて接地されている。ただし、コンデンサ１８ａを介さず直接接地することも可能であり、さらには端子２２ａの部分やアンテナ線の途中、例えば屈曲部１００ａにコンデンサを挿入してもよい。
【００２７】
また、内側アンテナ部１３ｂは外側アンテナ部１３ａの中央部の空間に４つのアンテナ線を９０°ずつ位置をずらして全体が略矩形状になるように配置してなっている。また、各アンテナ線へは中央の４つの端子２２ｂを介して給電されるようになっている。さらに、各アンテナ線の外端部はアンテナ線の電圧分布を変化させるためにコンデンサ１８ｂを介してアンテナ室３の上壁に接続されて接地されている。ただし、コンデンサ１８ｂを介さず直接接地することも可能であり、さらには端子２２ｂの部分やアンテナ線の途中、例えば屈曲部１００ｂにコンデンサを挿入してもよい。そして、内側アンテナ部１３ｂの最外側のアンテナ線と外側アンテナ部１３ａの最内側のアンテナ線との間には大きな空間が形成されている。
【００２８】
アンテナ室３の中央部付近には、外側アンテナ部１３ａに給電する４本の第１給電部材１６ａおよび内側アンテナ部１３ｂに給電する４本の第２給電部材１６ｂ（図１ではいずれも１本のみ図示）が設けられており、各第１給電部材１６ａの下端は外側アンテナ部１３ａの端子２２ａに接続され、各第２給電部材１６ｂの下端は内側アンテナ部１３ｂの端子２２ｂに接続されている。これら第１および第２給電部材１６ａおよび１６ｂには整合器１４を介して高周波電源１５が接続されている。高周波電源１５および整合器１４は給電線１９に接続されており、給電線１９は整合器１４の下流側で給電線１９ａと１９ｂに分岐し、給電線１９ａが４本の第１給電部材１６ａに接続され、給電線１９ｂが４本の第２給電部材１６ｂに接続されている。給電線１９ａには可変コンデンサ２１が介装されている。したがって、この可変コンデンサ２１と外側アンテナ部１３ａによって外側アンテナ回路が構成される。一方、内側アンテナ回路は内側アンテナ部１３ｂのみで構成される。そして、可変コンデンサ２１の容量を調節することにより、後述するように、外側アンテナ回路のインピーダンスが制御され、外側アンテナ回路と内側アンテナ回路に流れる電流の大小関係を調整することができる。
【００２９】
プラズマ処理中、高周波電源１５からは、誘導電界形成用の例えば周波数が１３．５６ＭＨｚの高周波電力が高周波アンテナ１３へ供給され、このように高周波電力が供給された高周波アンテナ１３により、処理室４内に誘導電界が形成され、この誘導電界によりシャワー筐体１１から供給された処理ガスがプラズマ化される。この際のプラズマの密度分布は、可変コンデンサ２１による外側アンテナ部１３ａと内側アンテナ部１３ｂのインピーダンスを制御することにより制御させる。
【００３０】
処理室４内の下方には、誘電体壁２を挟んで高周波アンテナ１３と対向するように、ＬＣＤガラス基板Ｇを載置するための載置台２３が設けられている。載置台２３は、導電性材料、例えば表面が陽極酸化処理されたアルミニウムで構成されている。載置台２３に載置されたＬＣＤガラス基板Ｇは、静電チャック（図示せず）により吸着保持される。
【００３１】
載置台２３は絶縁体枠２４内に収納され、さらに、中空の支柱２５に支持される。支柱２５は本体容器１の底部を気密状態を維持しつつ貫通し、本体容器１外に配設された昇降機構（図示せず）に支持され、基板Ｇの搬入出時に昇降機構により載置台２３が上下方向に駆動される。なお、載置台２３を収納する絶縁体枠２４と本体容器１の底部との間には、支柱２５を気密に包囲するベローズ２６が配設されており、これにより、載置台２３の上下動によっても処理容器４内の気密性が保証される。また処理室４の側壁４ａには、基板Ｇを搬入出するための搬入出口２７ａおよびそれを開閉するゲートバルブ２７が設けられている。
【００３２】
載置台２３には、中空の支柱２５内に設けられた給電線２５ａにより、整合器２８を介して高周波電源２９が接続されている。この高周波電源２９は、プラズマ処理中に、バイアス用の高周波電力、例えば周波数が６ＭＨｚの高周波電力を載置台２３に印加する。このバイアス用の高周波電力により、処理室４内に生成されたプラズマ中のイオンが効果的に基板Ｇに引き込まれる。
【００３３】
さらに、載置台２３内には、基板Ｇの温度を制御するため、セラミックヒータ等の加熱手段や冷媒流路等からなる温度制御機構と、温度センサーとが設けられている（いずれも図示せず）。これらの機構や部材に対する配管や配線は、いずれも中空の支柱２５を通して本体容器１外に導出される。
【００３４】
処理室４の底部には、排気管３１を介して真空ポンプ等を含む排気装置３０が接続される、この排気装置３０により、処理室４が排気され、プラズマ処理中、処理室４内が所定の真空雰囲気（例えば１．３３Ｐａ）に設定、維持される。
【００３５】
載置台２３に載置された基板Ｇの裏面側には冷却空間（図示せず）が形成されており、一定の圧力の熱伝達用ガスとしてＨｅガスを供給するためのＨｅガス流路４１が設けられている。このように基板Ｇの裏面側に熱伝達用ガスを供給することにより、真空下において基板Ｇの温度上昇や温度変化を回避することができるようになっている。
【００３６】
Ｈｅガス流路４１にはＨｅガスライン４２が接続されており、このＨｅガスライン４２には図示しないＨｅ源が接続されている。このＨｅガスライン４２には圧力制御バルブ４４が設けられており、その下流側にＨｅガスのタンク４７に繋がる配管４３が設けられている。Ｈｅガスライン４２の配管４３接続部の下流側には開閉バルブ４５が設けられ、さらにその下流側には開放ライン４８が接続されており、この開放ライン４８にはリリーフバルブ４９が設けられている。タンク４７には、基板Ｇの裏面側の冷却空間を設定圧力で満たした時と同等の圧力になるように、タンク４７の容量に対して最適な圧力のＨｅガスが充填されており、このタンク４７から速やかに冷却空間に熱伝達用のＨｅガスが供給可能となっている。なお、熱伝達用ガスはＨｅガスに限らず他のガスであってもよい。
【００３７】
このプラズマ処理装置の各構成部は、コンピュータからなる制御部５０に接続されて制御される構成となっている。また、制御部５０には、工程管理者がプラズマ処理装置を管理するためにコマンドの入力操作等を行うキーボードや、プラズマ処理装置の稼働状況を可視化して表示するディスプレイ等からなるユーザーインターフェース５１が接続されている。さらに、制御部５０には、プラズマ処理装置で実行される各種処理を制御部５０の制御にて実現するための制御プログラムや、処理条件に応じてプラズマ処理装置の各構成部に処理を実行させるためのプログラムすなわちレシピが格納された記憶部５２が接続されている。レシピはハードディスクや半導体メモリーに記憶されていてもよいし、ＣＤＲＯＭ、ＤＶＤ等の可搬性の記憶媒体に収容された状態で記憶部５２の所定位置にセットするようになっていてもよい。さらに、他の装置から、例えば専用回線を介してレシピを適宜伝送させるようにしてもよい。そして、必要に応じて、ユーザーインターフェース５１からの指示等にて任意のレシピを記憶部５２から呼び出して制御部５０に実行させることで、制御部５０の制御下で、プラズマ処理装置での所望の処理が行われる。
【００３８】
次に、高周波アンテナ１３のインピーダンス制御について説明する。図３は、高周波アンテナ１３の給電回路を示す図である。この図に示すように、高周波電源１５からの高周波電力は整合器１４を経て外側アンテナ回路６１ａと内側アンテナ回路６１ｂに供給される。ここで、外側アンテナ回路６１ａは、外側アンテナ部１３ａと可変コンデンサ２１で構成されているから、外側アンテナ回路６１ａのインピーダンスＺｏｕｔは、可変コンデンサ２１のポジションを調節してその容量を変化させることにより変化させることができる。一方、内側アンテナ回路６１ｂは内側アンテナ部１３ｂのみからなり、そのインピーダンスＺｉｎは固定である。このとき、外側アンテナ回路６１ａの電流ＩｏｕｔはインピーダンスＺｏｕｔの変化に対応して変化させることができる。そして、内側アンテナ回路６１ｂの電流ＩｉｎはＺｏｕｔとＺｉｎの比率に応じて変化する。この際のＩｏｕｔおよびＩｉｎの変化を図４に示す。この図に示すように、可変コンデンサ２１の容量調節によってＺｏｕｔを変化させることにより、外側アンテナ回路６１ａの電流Ｉｏｕｔと内側アンテナ回路６１ｂの電流Ｉｉｎとを自在に変化させることができる。このため、外側アンテナ部１３ａに流れる電流と内側アンテナ部１３ｂに流れる電流を制御することができ、これによってプラズマ密度分布を制御することができる。
【００３９】
次に、以上のように構成される誘導結合プラズマエッチング装置を用いてＬＣＤガラス基板Ｇに対してプラズマエッチング処理を施す際の処理動作について説明する。
【００４０】
まず、ゲートバルブ２７を開にした状態でそこから搬送機構（図示せず）により基板Ｇを処理室４内に搬入し、載置台２３の載置面に載置した後、静電チャック（図示せず）により基板Ｇを載置台２３上に固定する。次に、処理室４内に処理ガス供給系２０から処理ガスをシャワー筐体１１のガス吐出孔１２ａから処理室４内に吐出させるとともに、排気装置３０により排気管３１を介して処理室４内を真空排気することにより、処理室内を例えば０．６６〜２６．６Ｐａ程度の圧力雰囲気に維持する。
【００４１】
また、このとき基板Ｇの裏面側の冷却空間には、基板Ｇの温度上昇や温度変化を回避するために、Ｈｅガスライン４２、Ｈｅガス流路４１を介して、熱伝達用ガスとしてＨｅガスを供給する。この場合に、従来は、ガスボンベから直接Ｈｅガスライン４２にＨｅガスを供給し、圧力制御バルブにて圧力を制御していたが、基板の大型化にともなう装置の大型化によりガスラインの距離が長くなり、ガスで満たす空間容量が大きくなることで、ガス供給から調圧が完了するまでの時間が長くなってしまっていたが、ここでは圧力制御バルブ４４の下流側にＨｅガスのタンク４７を設け、そこに予めＨｅガスを充填しておくので、極めて短時間で調圧を行うことができる。すなわち、基板Ｇの裏面に熱伝達用ガスであるＨｅガスを供給する際には、まず、タンク４７からＨｅガスを供給し、不足分を従来のガスボンベからのラインから補填することにより瞬時に設定圧力に近い圧力を得ることができ、また圧力制御バルブを介して補填されるガス量も微量であるので、極めて短時間のうちに調圧を完了することが可能となる。この場合に、タンク４７に充填するガスの圧力は、冷却空間を設定圧力で満たした時と同等となるように、タンク４７の容量に対して最適な圧力とすることが好ましい。なお、タンク４７にガスを充填させる動作は基板Ｇの搬送時等、基板処理時間に影響を与えない時に行うことが好ましい。
【００４２】
次いで、高周波電源１５から例えば１３．５６ＭＨｚの高周波を高周波アンテナ１３に印加し、これにより誘電体壁２を介して処理室４内に均一な誘導電界を形成する。このようにして形成された誘導電界により、処理室４内で処理ガスがプラズマ化し、高密度の誘導結合プラズマが生成される。
【００４３】
この場合に、高周波アンテナ１３は、上述のように、外側部分においてアンテナ線を密に配置してなる外側アンテナ部１３ａと、内側部分においてアンテナ線を密に配置してなる内側アンテナ部１３ｂとを有する構造とし、外側アンテナ部１３ａに可変コンデンサ２１を接続して、外側アンテナ回路６１ａのインピーダンス調節を可能にしたので、図４に模式的に示すように、外側アンテナ回路６１ａの電流Ｉｏｕｔと内側アンテナ回路６１ｂの電流Ｉｉｎとを自在に変化させることができる。このため、可変コンデンサ２１のポジションを調節することにより、外側アンテナ部１３ａに流れる電流と内側アンテナ部１３ｂに流れる電流を制御することができる。誘導結合プラズマは、高周波アンテナ１３直下の空間でプラズマを生成させるが、その際の各位置でのプラズマ密度は、各位置での電界強度に比例するため、このように外側アンテナ部１３ａに流れる電流と内側アンテナ部１３ｂに流れる電流を制御することにより、プラズマ密度分布を制御することが可能となる。
【００４４】
この場合に、アプリケーションごとに最適なプラズマ密度分布を把握し、予めそのプラズマ密度分布が得られる可変コンデンサ２１のポジションを記憶部５２に設定しておくことにより、制御部５０によりアプリケーションごとに最適な可変コンデンサ２１のポジションを選択してプラズマ処理を行えるようにすることができる。
【００４５】
このようにして可変コンデンサ２１によるインピーダンス制御によりプラズマ密度分布を制御することができるので、アンテナを交換する必要がなく、アンテナ交換の労力やアプリケーションごとにアンテナを準備しておくコストが不要となる。また、可変コンデンサ２１のポジション調節によりきめ細かな電流制御を行うことができ、アプリケーションに応じて最適なプラズマ密度分布が得られるように制御することが可能となる。さらに、複数の高周波電源を用いたり、高周波電力のパワーを分配するものではなく、単に可変コンデンサ２１によりインピーダンス調整を行って外側アンテナ部１３ａと内側アンテナ部１３ｂの電流制御を行うだけであるから、装置が大がかりで高コストのものとなったり、電力コストが高くなる等の不都合は存在しないし、制御の精度も複数の高周波電源を用いたりパワーを分配する場合よりも高い。
【００４６】
次に、図１に示す装置を用いて、実際に可変コンデンサ２１のポジションを変化させた際の外側アンテナ部１３ａと内側アンテナ部１３ｂの電流値の変化を測定した。図５は、その際の可変コンデンサ２１のポジションと外側アンテナ部１３ａおよび内側アンテナ部１３ｂの電流値との関係を示す図である。ここで、可変コンデンサ２１のポジション０〜１００％は１００〜５００ｐＦの容量変化に相当する。図５に示すように、可変コンデンサ２１のポジションを変化させることにより外側アンテナ部１３ａと内側アンテナ部１３ｂの電流値を変化させることが可能であることが確認された。具体的には、可変コンデンサ２１のポジションが５０％までは外側アンテナ部１３ａのほうが内側アンテナ部１３ｂよりも電流値が大きく、５０％でほぼ同じになり、５０％を超えると逆に内側アンテナ部１３ｂのほうが外側アンテナ部１３ａよりも電流値が大きくなった。
【００４７】
このように可変コンデンサ２１によりインピーダンス調節を行った各条件において、Ｏ２ガスを用いて（アッシング条件）プラズマを生成した際のプラズマの発光状態を把握した。その結果、外側アンテナ部１３ａの電流値が大きい可変コンデンサ２１のポジションが３０％の時には外側のほうが発光強度が強く、外側アンテナ部１３ａと内側アンテナ部１３ｂの電流値が同等の５０％の時には外側と内側が発光強度がほぼ同等であり、内側アンテナ部１３ｂの電流値が大きい１００％の時には内側のほうが発光強度が強くなった。すなわち、可変コンデンサ２１によるインピーダンス調節により、外側アンテナ部１３ａと内側アンテナ部１３ｂの電流値の制御が可能であり、その電流値状態とプラズマ状態とが一致することが確認された。すなわち、可変コンデンサによるインピーダンス制御によりプラズマ状態を制御できることが確認された。
【００４８】
次に、可変コンデンサのポジションを２０％、５０％、１００％とし、各ポジションにおいてＯ２ガスを用いて（アッシング条件）プラズマを生成した際の電子密度分布を測定した結果を図６に示す。この図に示すように、可変コンデンサ２１によるインピーダンス制御により、電子密度分布（プラズマ密度分布）も制御可能であることが確認された。
【００４９】
次に、可変コンデンサ２１を組み込んだ図１に示す装置を用い、可変コンデンサ２１のポジションを変化させてガラス基板に対してアッシング処理を行った結果について説明する。ここでは、可変コンデンサ２１のポジションを２０〜１００％の範囲で１０段階変化させ、ガラス基板のセンター１箇所、エッジ３箇所、中間位置１箇所の計５箇所についてアッシングレートを測定した。なお、アッシング条件としては、Ｏ２ガス流量：７５０ｍＬ／ｍｉｎ（ｓｃｃｍ）、圧力：２．６７Ｐａ（２０ｍＴｏｒｒ）、高周波パワー：６ｋＷとした。その結果を図７に示す。また、この際のアッシングレートを測定した部分を図８に示す。なお、エッジのアッシングレートは３箇所の最大値と最小値を示している。図７に示すように、本発明に従って可変コンデンサによるインピーダンス調節を行って、外側部分と内側部分のプラズマ密度分布の制御を行うことにより、アッシングレートの均一性が高いアッシング処理を行うことができることが確認された。この例の場合には、可変コンデンサ２１のポジションが３６％のときにアッシングレートの平均値が２６０．７ｎｍでばらつきが±６．２％と良好な均一性が得られた。
【００５０】
同様に、フッ素系ガスを使用したタングステンなどの高融点金属膜のエッチングでは、可変コンデンサ２１のポジションが４０％のときに良好な均一性が得られることが確認されている。そのため、同一処理チャンバにて、タングステンなどの高融点金属のエッチング処理を行った後、フォトレジストのアッシング処理を行う等、異なるアプリケーションを連続して実施する場合は、各アプリケーションに対応したガスや圧力などの従来の処理条件の変更以外に、予め求めておいた各アプリケーションごとの最適な可変コンデンサ２１のポジションを選択した後に各アプリケーションの処理を行うことによって、たとえ同一処理チャンバの処理であっても、良好な均一性を有するプロセス特性を得ることが可能となる。
【００５１】
なお、上記実施形態では、１００〜５００ｐＦの範囲で可変のコンデンサを使用したが、アンテナ線外端に接地したコンデンサ１８ａ，１８ｂの値、あるいはアンテナ線途中にコンデンサを挿入する場合は、そのコンデンサの値を適当に選ぶことにより、プラズマ密度分布制御に有効な可変コンデンサの可変範囲を変更することができ、例えば１０〜２０００ｐＦの範囲の一部または全ての領域にて可変のコンデンサであれば十分に適用可能である。
【００５２】
なお、本発明は上記実施形態に限定されることなく種々変形可能である。例えば、上記実施形態では、可変コンデンサを外側アンテナ部に接続した例を示したが、これに限らず、図９に示すように、内側アンテナ部１３ｂ側に可変コンデンサ２１′を設けるようにしてもよい。この場合には、可変コンデンサ２１′のポジションを調節してその容量を変化させることにより、内側アンテナ回路６１ｂのインピーダンスＺｉｎを変化させることができ、これにより、図１０のように外側アンテナ回路６１ａの電流Ｉｏｕｔと、内側アンテナ回路６１ｂの電流Ｉｉｎを変化させることができる。
【００５３】
また、高周波アンテナの構造は上記構造に限るものではなく、同様の機能を持つ他の種々のパターンのものを採用することができる。また、上記実施形態では、高周波アンテナを外側にプラズマを形成する外側アンテナ部と内側にプラズマを形成する内側アンテナ部に分けたが、必ずしも外側と内側に分ける必要はなく、種々の分け方を採用することが可能である。さらに、プラズマを形成する位置が異なるアンテナ部に分ける場合に限らず、プラズマ分布特性の異なるアンテナ部に分けるようにしてもよい。さらにまた、上記実施形態では、高周波アンテナを外側と内側の２つに分けた場合について示したが、３つ以上に分けるようにしてもよい。例えば、外側部分と中央部分とこれらの中間部分の３つに分けることを挙げることができる。
【００５４】
さらに、インピーダンスを調整するために可変コンデンサを設けたが、可変コイル等他のインピーダンス調整手段であってもよい。
【００５５】
さらにまた、本発明をアッシング装置に適用した場合について示したが、アッシング装置に限らず、エッチングや、ＣＶＤ成膜等の他のプラズマ処理装置に適用することができる。さらにまた、被処理基板としてＦＰＤ基板を用いたが、本発明はこれに限らず半導体ウエハ等他の基板を処理する場合にも適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００５６】
【図１】本発明の一実施形態に係る誘導結合プラズマ処理装置を示す断面図。
【図２】図１の誘導結合プラズマ処理装置に用いられる高周波アンテナを示す平面図。
【図３】図１の誘導結合プラズマ処理装置に用いられる高周波アンテナの給電回路を示す図。
【図４】図３の給電回路におけるインピーダンス変化にともなう外側アンテナ回路の電流Ｉｏｕｔおよび内側アンテナ回路の電流Ｉｉｎの変化を示す図。
【図５】図３の給電回路におけるインピーダンス変化にともなう外側アンテナ回路の電流Ｉｏｕｔおよび内側アンテナ回路の電流Ｉｉｎの変化を示す図。
【図６】図１に示す装置を用いて、実際に可変コンデンサのポジションを変化させてプラズマを生成した際の電子密度分布を測定した結果を示す図。
【図７】図１の装置を用い、可変コンデンサのポジションを変化させた際における、ガラス基板のアッシングレートを測定した結果を示す図。
【図８】図７の給電回路におけるインピーダンス変化にともなう外側アンテナ回路の電流Ｉｏｕｔおよび内側アンテナ回路の電流Ｉｉｎの変化を示す図。
【図９】高周波アンテナの給電回路の他の例を示す図。
【図１０】図９の給電回路におけるインピーダンス変化にともなう外側アンテナ回路の電流Ｉｏｕｔおよび内側アンテナ回路の電流Ｉｉｎの変化を示す図。
【符号の説明】
【００５７】
１；本体容器
２；誘電体壁（誘電体部材）
３；アンテナ室
４；処理室
１３；高周波アンテナ
１３ａ；外側アンテナ部
１３ｂ；内側アンテナ部
１４；整合器
１５；高周波電源
１６ａ，１６ｂ；給電部材
２０；処理ガス供給系
２１；可変ンサコンデンサ
２３；載置台
３０；排気装置
５０；制御部
５１；ユーザーインターフェース
５２；記憶部
６１ａ；外側アンテナ回路
６１ｂ；内側アンテナ回路
Ｇ；基板
【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】
2007311182.tif 000009
【図８】
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【図９】
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【図１０】
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