(57)【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、
前記マイクロ波導入窓は、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部分を厚くすべく、その面内方向で厚みを異ならせてある導入窓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。
【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。
【０００２】
【従来の技術】
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７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。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
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、マイクロ波導入窓に、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。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本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、前記マイクロ波導入窓は、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部分を厚くすべく、その面内方向で厚みを異ならせてある導入窓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。
【００１１】
本発明にあっては、マイクロ波導入窓の厚みを反応室内にてプラズマが高密度に発生する領域に対応する部分において空間側に向けて厚くしてあり、この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。マイクロ波導入窓の厚み調整部は、マイクロ波導入窓として一体成形されていても良いし、例えば石英ガラス又はアルミナのような誘電体で形成された別体を、前記空間側に取付けてあっても良い。
【００１９】
【発明の実施の形態】
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要部の構成を示す模式的縦断面図である。このプラズマ処理装置の全体構成は、図７に示す従来のプラズマ処理装置と同様であり、図中に一部を示す反応容器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のマイクロ波導入側にはマイクロ波発振器４が接続されている。
【００２０】
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。
【００２１】
誘電体線路５と所定間隔を有してその下側に、本発明の特徴となるマイクロ波導入窓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が封止されている。マイクロ波導入窓６は、板状の窓本体の上面中央部に厚み調整板６ｂを載置して構成されている。厚み調整板６ｂはマイクロ波の供給側が厚いテーパ形状を有している。窓本体及び厚み調整板６ｂは、石英ガラス、アルミナ（Ａｌ2 Ｏ3 ）等の誘電体製である。
【００２２】
マイクロ波導入窓６の下面には対向電極７を接触させて設けてある。対向電極７は、アルミニウム製であり、略中央に円形状の開口部を有している。マイクロ波導入窓６は、厚み調整板６ｂを設けた中央部が前記開口部と整合するように対向電極７の上に配置されている。この配置によりマイクロ波導入窓６の厚み調整板６ｂは、反応容器１の内側の反応室の底部に図７に示すように設けられた試料台、及びこの試料台上に載置される試料に対向する。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。
【００２３】
このような形状のマイクロ波導入窓６を備えるプラズマ処理装置は、マイクロ波の供給側、即ち、反応容器１の内側の反応室の導波管に近い側でプラズマ密度が高い場合に適用される。以上の如き構成のプラズマ処理装置を用いて、試料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、試料のエッチングレートを光学式膜厚計を用いて測定した。
【００２４】
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。
【００２５】
図２、図３から明らかなように、従来の装置の結果ではマイクロ波の供給側でエッチングレートが高くなっているが、本実施の形態では、従来の装置の結果と比較してエッチングレートのばらつきの範囲が狭くなっており、反応室内でのプラズマの発生が均一になっていることが判る。このことから、プラズマ処理により、図３に示したようなエッチングレート分布のパターンを示す場合には、図１に示すプラズマ処理装置を用いることが有効であることが判る。
【００２６】
本実施の形態のプラズマ装置によれば、反応容器１の内部の反応室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できる。これにより、反応室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。
【００２７】
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。この実施の形態のマイクロ波導入窓６は、窓本体の上面に厚み調整板６ｃを載置しており、厚み調整板６ｃはマイクロ波導入窓６の中央部分で厚みが厚い円柱状を有している。その他の構成は、第１の実施の形態と同様であり、同部分に同符号を付してその説明を省略する。このような形状のマイクロ波導入窓６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の中央側のプラズマ密度が高い場合に適用される。
【００２８】
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。この実施の形態のマイクロ波導入窓６は、窓本体の上面に厚み調整板６ｄを載置しており、厚み調整板６ｄはマイクロ波導入窓６の中央部分で最も厚みが厚い凸レンズ形を有している。その他の構成は、第１の実施の形態と同様であり、同部分に同符号を付してその説明を省略する。このような形状のマイクロ波導入窓６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。この実施の形態のマイクロ波導入窓６は、窓本体の上面に厚み調整板６ｅを載置しており、厚み調整板６ｅはマイクロ波導入窓６の中央部分で最も厚みが薄い凹レンズ形を有している。その他の構成は、第１の実施の形態と同様であり、同部分に同符号を付してその説明を省略する。このような形状のマイクロ波導入窓６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１及び図４〜図６に示したマイクロ波導入窓６は、導入窓本体と厚み調整板６ｂ〜６ｅ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。
【００３０】
【発明の効果】
以上のように、本発明においては、マイクロ波導入窓を、誘電体線路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。
【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の要部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】  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】
１  反応容器
３  導波管
５  誘電体線路
６  マイクロ波導入窓
６ｂ〜６ｅ  厚み調整板
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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