(57)【要約】【課題】反応室内に発生するプラズマの密度を均一にする。【解決手段】誘電体線路５の下側に所定間隔を有してマイクロ波導入窓６が対向配置されている。誘電体線路５は、板状をなす線路本体と、この線路本体の下面中央部に設けた厚み調整部５ａとを備えている。線路本体と厚み調整部５ａとは、フッ素樹脂製である。厚み調整部５ａは、矩形断面を有する円環であり、反応室１０内部の試料台９に載置される試料Ｓのエッチングレートが最も高い領域に対応するように配置してある。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
導波管を経て供給されたマイクロ波が誘電体線路を伝搬し、該誘電体線路と空間を隔てて対向配置されたマイクロ波導入窓を介して反応室に導入され、該反応室内にプラズマを発生させるプラズマ処理装置において、
前記誘電体線路は、前記反応室内でプラズマがより高密度に発生する位置に対応する中央部分を厚くすべく、その線路方向で厚みを異ならせてある厚み調整部を前記空間側に設けてあることを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項２】
導波管を経て供給されたマイクロ波が誘電体線路を伝搬し、該誘電体線路と空間を隔てて対向配置されたマイクロ波導入窓を介して反応室に導入され、該反応室内にプラズマを発生させるプラズマ処理装置において、
前記誘電体線路は、円環状の厚み調整部を前記反応室に臨む領域の前記空間側に設けてあることを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項３】
前記厚み調整部の断面は、矩形状としてある請求項２記載のプラズマ処理装置。
【請求項４】
導波管を経て供給されたマイクロ波が誘電体線路を伝搬し、該誘電体線路と空間を隔てて対向配置されたマイクロ波導入窓を介して反応室に導入され、該反応室内にプラズマを発生させるプラズマ処理装置において、
前記誘電体線路は、前記マイクロ波の供給側が厚く他側に向けて厚みを減じる厚み調整部を、前記反応室に臨む領域の前記空間側に設けてあることを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項５】
前記厚み調整部の厚みは、前記供給側から他側に向けてテーパ状に減じてある請求項４記載のプラズマ処理装置。
【請求項６】
導波管を経て供給されたマイクロ波が誘電体線路を伝搬し、該誘電体線路と空間を隔てて対向配置されたマイクロ波導入窓を介して反応室に導入され、該反応室内にプラズマを発生させるプラズマ処理装置において、
前記誘電体線路は、前記反応室に臨む領域の全体を厚くした厚み調整部を前記空間側に設けてあることを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項７】
導波管を経て供給されたマイクロ波が誘電体線路を伝搬し、該誘電体線路と空間を隔てて対向配置されたマイクロ波導入窓を介して反応室に導入され、該反応室内にプラズマを発生させるプラズマ処理装置において、
前記誘電体線路は、前記反応室に臨む領域の中央が厚く、周辺に向けて厚みを減じる厚み調整部を前記空間側に設けてあることを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項８】
前記厚み調整部は、凸レンズ形をなす請求項７記載のプラズマ処理装置。
【請求項９】
導波管を経て供給されたマイクロ波が誘電体線路を伝搬し、該誘電体線路と空間を隔てて対向配置されたマイクロ波導入窓を介して反応室に導入され、該反応室内にプラズマを発生させるプラズマ処理装置において、
前記誘電体線路は、前記反応室に臨む領域の中央が薄く、周辺に向けて厚みを増す厚み調整部を前記空間側に設けてあることを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項１０】
前記厚み調整部は、凹レンズ形をなす請求項９記載のプラズマ処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、プラズマを利用して、半導体素子基板，液晶ディスプレイ用ガラス基板等にエッチング，アッシング又はＣＶＤ等の処理を施す装置及び方法に関し、特にマイクロ波の導入によりプラズマを生ぜしめるプラズマ処理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
反応ガスに外部からエネルギーを与えて生じるプラズマは、ＬＳＩ，ＬＣＤ等の製造プロセスにおいて広く用いられている。特に、ドライエッチングプロセスにおいて、プラズマの利用は不可欠の基本技術となっている。
【０００３】
図８は、従来のプラズマ処理装置の構成を示す模式的縦断面図である。本図に示すようにプラズマ処理装置は、直方体殻形状を有するアルミニウム又はステンレス鋼製の反応容器１、該反応容器１の上側に連結された金属製のマイクロ波導入容器２、該マイクロ波導入容器２のマイクロ波導入端に連結された導波管３、該導波管３のマイクロ波導入側に接続されたマイクロ波発振器４、マイクロ波導入容器２内に間隙を有して対向配置された誘電体線路５及びマイクロ波導入窓６、マイクロ波導入窓６の下側周縁部に配された円形開口部を有する対向電極７、マイクロ波導入窓６の上面外周部分に載置されたマイクロ波分散板８並びに反応容器１内に配設された試料台９とを備えて構成されている。マイクロ波導入窓６は、その下面を反応容器１の内側に形成される反応室１０に臨ませて配しており、反応室１０を封止している。対向電極７は電気的に接地されている。
【０００４】
反応室１０内の試料台９はマイクロ波導入窓６と対向して配設され、試料台９上に試料Ｓが載置される。試料台９には高周波電源１１が接続されている。また、反応室９には、ガスを導入するための導入口１２及び図示しない排気装置に接続される排気口１３が形成されている。
【０００５】
このようなプラズマ装置にあっては、誘電体線路５は、誘電損失が小さい材質、例えばテフロン（登録商標）のようなフッ素樹脂で形成され、マイクロ波導入窓６は、耐熱性及びマイクロ波透過性を有し、且つ誘電損失が小さい材質、例えば石英ガラス又はアルミナ（Ａｌ2 Ｏ3 ）のような誘電体を用いて形成されている。また、分散板８はアルミニウムのような金属製の板の中央部に矩形状の孔を設けた形状を有しており、反応室１０内に導入されるマイクロ波の電界を分散させ、反応室１０内でプラズマを均一に発生させる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
以上の如き構成のプラズマ処理装置にあっては、マイクロ波発振器４から供給されるマイクロ波が誘電体線路５の導波管３側から伝搬されるので、マイクロ波の電界は誘電体線路５の入り側の方が強くなり、反応室１０内に発生するプラズマは、誘電体線路５の導波管３側に対応する側で高密度になる。これを防止するために前述したような分散板８を設けているが、分散板８はマイクロ波導入窓６の外周側、即ちマイクロ波が反応室１０内に導入される開口部よりも外側に設けられている。そのためにマイクロ波の電界の分散を充分に行いにくく、反応室１０内のプラズマの密度が不均一になるという問題があった。
【０００７】
また、反応室１０内のプラズマの密度は、一般的には導波管３に近い側が大きい傾向にあるが、プラズマ処理装置の各部寸法、プラズマ処理条件、分散板８の孔部の形状等が異なると、発生するプラズマの密度分布が異なる。プラズマが高密度に発生する領域では、反応室１０内に載置された試料Ｓのエッチングレートが大きくなるという問題があった。      
【０００８】
本発明は、かかる事情に鑑みてなされたものであり、誘電体線路に、プラズマが高密度に発生する領域に対応する領域を厚くする厚み調整部を設けることにより、反応室内でのプラズマの発生が均一化されるプラズマ処理装置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】
【０００９】
第１発明に係るプラズマ処理装置は、導波管を経て供給されたマイクロ波が誘電体線路を伝搬し、該誘電体線路と空間を隔てて対向配置されたマイクロ波導入窓を介して反応室に導入され、該反応室内にプラズマを発生させるプラズマ処理装置において、前記誘電体線路は、前記反応室内でプラズマがより高密度に発生する位置に対応する中央部分を厚くすべく、その線路方向で厚みを異ならせてある厚み調整部を前記空間側に設けてあることを特徴とする。
【００１０】
また第２発明に係るプラズマ処理装置は、導波管を経て供給されたマイクロ波が誘電体線路を伝搬し、該誘電体線路と空間を隔てて対向配置されたマイクロ波導入窓を介して反応室に導入され、該反応室内にプラズマを発生させるプラズマ処理装置において、前記誘電体線路は、円環状の厚み調整部を前記反応室に臨む領域の前記空間側に設けてあることを特徴とし、また厚み調整部の断面が、矩形状としてあることを特徴とする。
【００１１】
また第３発明に係るプラズマ処理装置は、導波管を経て供給されたマイクロ波が誘電体線路を伝搬し、該誘電体線路と空間を隔てて対向配置されたマイクロ波導入窓を介して反応室に導入され、該反応室内にプラズマを発生させるプラズマ処理装置において、前記誘電体線路は、前記マイクロ波の供給側が厚く他側に向けて厚みを減じる厚み調整部を、前記反応室に臨む領域の前記空間側に設けてあることを特徴とし、また厚み調整部の厚みが、前記供給側から他側に向けてテーパ状に減じてあることを特徴とする。
【００１２】
また第４発明に係るプラズマ処理装置は、導波管を経て供給されたマイクロ波が誘電体線路を伝搬し、該誘電体線路と空間を隔てて対向配置されたマイクロ波導入窓を介して反応室に導入され、該反応室内にプラズマを発生させるプラズマ処理装置において、前記誘電体線路は、前記反応室に臨む領域の全体を厚くした厚み調整部を前記空間側に設けてあることを特徴とする。
【００１３】
また第５発明に係るプラズマ処理装置は、導波管を経て供給されたマイクロ波が誘電体線路を伝搬し、該誘電体線路と空間を隔てて対向配置されたマイクロ波導入窓を介して反応室に導入され、該反応室内にプラズマを発生させるプラズマ処理装置において、前記誘電体線路は、前記反応室に臨む領域の中央が厚く、周辺に向けて厚みを減じる厚み調整部を前記空間側に設けてあることを特徴とし、また厚み調整部が、凸レンズ形をなすことを特徴とする。
【００１４】
更に第６発明に係るプラズマ処理装置は、導波管を経て供給されたマイクロ波が誘電体線路を伝搬し、該誘電体線路と空間を隔てて対向配置されたマイクロ波導入窓を介して反応室に導入され、該反応室内にプラズマを発生させるプラズマ処理装置において、前記誘電体線路は、前記反応室に臨む領域の中央が薄く、周辺に向けて厚みを増す厚み調整部を前記空間側に設けてあることを特徴とし、また厚み調整部が、凹レンズ形をなすことを特徴とする。
【００１５】
本発明にあっては、誘電体線路に厚み調整部を設けてあり、厚くした部分において誘電体線路とマイクロ波導入窓との間の空間を伝わる電界の減衰が大きくなり、電界の強度分布を調整でき、反応室内部の高密度発生領域でのプラズマの発生が抑制されてプラズマ密度が均一になる。厚み調整部は、誘電体線路として一体成形されていても良く、例えば、テフロン（登録商標）のようなフッ素樹脂で別体に成形し、誘電体線路の空間側（マイクロ波導入窓と対向する側）に取付けてあっても良い。
【発明の効果】
【００１６】
本発明のプラズマ処理装置においては、誘電体線路の厚みが、マイクロ波導入窓と対向する空間側に向けて、反応室内でプラズマがより高密度に発生する位置に対応する領域を厚くしてあるので、厚い領域で電界が減衰し、反応室内でのプラズマの発生が均一になる等、本発明は優れた効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、本発明をその実施の形態を示す図面に基づき具体的に説明する。
図１は、本発明の第１の実施の形態のプラズマ処理装置の構成を示す模式的縦断面図である。図に示すように、本実施の形態のプラズマ処理装置は、直方体殻形状を有するアルミニウム製の反応容器１の上側に、蓋形状の金属製のマイクロ波導入容器２を連結している。マイクロ波導入容器２は、マイクロ波導入のための導波管３をマイクロ波の導入側である一端側に連結しており、他端側は閉塞されている。導波管３のマイクロ波の導入側にはマイクロ波発振器４が接続されている。
【００１８】
マイクロ波導入容器２内には、板状の誘電体線路５がマイクロ波導入容器２及び導波管３の上壁内側に接触せしめて配されている。これにより、導波管３から導入されたマイクロ波は誘電体線路５内を長さ方向に伝搬する。誘電体線路５はテフロン（登録商標）のようなフッ素樹脂で形成されている。
【００１９】
誘電体線路５と所定間隔を有してその下側に、マイクロ波導入窓６が対向配置されている。マイクロ波導入窓６により、反応容器１の内側に形成される反応室１０が封止されている。マイクロ波導入窓６は、一定の厚みを有する板材であり、石英ガラスを用いて形成されている。
【００２０】
図１に示すように、マイクロ波導入窓６の下面には対向電極７が接触させてある。対向電極７は、アルミニウムを用いて形成されており、略中央に円形の開口部を有している。図１中の８は、従来のプラズマ処理装置にも設けられている分散板である。また、反応室１０の底部には、マイクロ波導入窓６に対面するように試料台９が配されており、この試料台９上に、例えば、半導体基板のような試料Ｓを載置してプラズマ処理するようになっている。反応容器１の側壁には、反応ガスを導入するための供給口１２と、反応室１０内を真空排気するための排気口１３が形成されている。排気口１３には図示しない排気装置が接続されている。
【００２１】
このように構成されたプラズマ処理装置において、誘電体線路５は、板状をなす線路本体の下面に突設された厚み調整部５ａを備えている。厚み調整部５ａは、矩形断面を有する円環であり、誘電体線路５の線路本体と同様、テフロン（登録商標）のようなフッ素樹脂製とし、マイクロ波導入窓６を介して反応室１０の内部に臨む領域に、試料台９に対面させて配してある。線路本体と厚み調整部５ａとは、一体成形してあっても良いし、別工程で形成された後に着設してあっても良い。
【００２２】
以上の構成を有するプラズマ処理装置において、試料Ｓにエッチング処理を施した場合のエッチングレートを測定した。反応室１０内に２０sccmでＣＨＦ3 ガスを供給し、圧力を１０mTorr に保ち、マイクロ波消費電力１．３ｋＷでプラズマを発生させて試料Ｓのエッチングレートを光学式膜厚計を用いて測定した。図２は、図１に示した本発明に係るプラズマ処理装置を用いた場合の試料Ｓのエッチングレートの分布図であり、図３は、従来のプラズマ処理装置を用いた場合の試料Ｓのエッチングレートの分布図である。これらの図中には、エッチングレートの同値を線で結んで示してある。
【００２３】
測定の結果、図１に示すプラズマ処理装置を用いた場合のエッチングレートは、最大２７２４Å／min （領域Ａ，Ｂ付近）、最小２０４６Å／min 、平均が２３９８Å／min であり、±１４．１％のエッチングレートのばらつき範囲を有していた。これに対して従来の装置を用いた場合のエッチングレートは、最大２８４２Å／min （領域Ａ，Ｂ付近）、最小１８４３Å／min 、平均が２２３０Å／min であり、±２２．４％のエッチングレートのばらつき範囲を有していた。これらにより、本実施の形態のプラズマ処理装置を用いることによりエッチングレートのばらつきの範囲が狭くなり、試料Ｓに均一なエッチングを施すことができると言える。なお、図２及び図３に示す領域Ａ，Ｂは、誘電体線路５の厚み調整部５ａが設けられた位置に対向する領域である。
【００２４】
以上の如く第１の実施の形態のプラズマ装置においては、厚み調整部５ａの設置により誘電体線路５が厚くなる領域でマイクロ波の電界が減衰されるので、反応室１０へ導入されるマイクロ波の電界強度を導入方向と略垂直な面内で均一化することができる。これにより、反応室１０内でのプラズマの発生密度が均一化され、試料Ｓを均一にエッチングすることができる。
【００２５】
ところで、反応室１０の内部でプラズマ処理された試料Ｓのエッチングレート分布は、図２，図３に示すパターンには限らない。以下に、他のエッチングレートパターンに適合の形状を図と共に説明する。
【００２６】
図４は、本発明の第２の実施の形態のプラズマ処理装置の要部の構成を示す模式的縦断面図である。この実施の形態において誘電体線路５は、マイクロ波の供給側（導波管３の連設側）が厚く、他側に向けて厚みを減じるテーパ形状を有する厚み調整部５ｂを、線路本体の下面に備えている。他の構成は、第１の実施の形態と同様であり、対応する部分に同一の参照符号を付してその説明を省略する。このような形状の誘電体線路５を備えるプラズマ処理装置は、マイクロ波の供給側、即ち、反応室１０の内部において導波管３に近い側でプラズマ密度が高い場合に適用される。
【００２７】
図５は、本発明の第３の実施の形態のプラズマ処理装置の要部の構成を示す模式的縦断面図である。この実施の形態において誘電体線路５は、反応室１０に臨む領域の中央部分で厚みが厚い円柱形の厚み調整部５ｃを、線路本体の下面に備えている。他の構成は、第１の実施の形態と同様であり、対応する部分に同一の参照符号を付してその説明を省略する。このような形状の誘電体線路５を備えるプラズマ処理装置は、反応室１０の中央側、即ち試料台９の中央側でプラズマ密度が高い場合に適用される。
【００２８】
図６は、本発明の第４の実施の形態のプラズマ処理装置の要部の構成を示す模式的縦断面図である。この実施の形態において誘電体線路５は、反応室１０に臨む領域の中央部が最も厚く周辺に向けて厚みを減じる凸レンズ形の厚み調整部５ｄを、線路本体の下面に備えている。他の構成は、第１の実施の形態と同様であり、対応する部分に同一の参照符号を付してその説明を省略する。このような形状の誘電体線路５を備えるプラズマ処理装置は、反応室１０の中央、即ち試料台９の中央が最もプラズマ密度が高く、外周側ほど低い場合に適用される。
【００２９】
図７は、本発明の第５の実施の形態のプラズマ処理装置の要部の構成を示す模式的縦断面図である。この実施の形態において誘電体線路５は、反応室１０に臨む領域の中央部が最も薄く周辺に向けて厚みを減じる凹レンズ形の厚み調整部５ｅを、線路本体の下面に備えている。他の構成は、第１の実施の形態と同様であり、対応する部分に同一の参照符号を付してその説明を省略する。このような形状の誘電体線路５を備えるプラズマ処理装置は、反応室１０の中央、即ち試料台９の中央が最もプラズマ密度が低く、外周側ほど高い場合に適用される。なお、図４〜図７に示した誘電体線路５は、線路本体と厚み調整部５ｂ〜５ｅとが一体成形してあっても良いし、別工程で形成された後に互いに着設してあっても良い。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本発明の第１の実施の形態のプラズマ処理装置の構成を示す模式的縦断面図である。
【図２】図１のプラズマ処理装置を用いて処理された試料のエッチングレートの分布図である。
【図３】従来のプラズマ処理装置を用いて処理された試料のエッチングレートの分布図である。
【図４】本発明の第２の実施の形態のプラズマ処理装置の要部の構成を示す模式的縦断面図である。
【図５】本発明の第３の実施の形態のプラズマ処理装置の要部の構成を示す模式的縦断面図である。
【図６】本発明の第４の実施の形態のプラズマ処理装置の要部の構成を示す模式的縦断面図である。
【図７】本発明の第５の実施の形態のプラズマ処理装置の要部の構成を示す模式的縦断面図である。
【図８】従来のプラズマ処理装置の構成を示す模式的縦断面図である。
【符号の説明】
【００３１】
１  反応容器
３  導波管
５  誘電体線路
５ａ〜５ｅ  厚み調整体
６  マイクロ波導入窓
８  分散板
９  試料台
１０  反応室
Ｓ  試料
【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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【図８】
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