(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
真空容器の天井壁面を構成する誘電板の上部に配置された第１のコイルまたはアンテナと第２のコイルまたはアンテナに高周波電圧を印加し、前記誘電板を介して真空容器内に電磁波を導入することによりプラズマを発生させ、基板を処理するプラズマ処理方法において、
前記第１のコイル又はアンテナは、その外径が前記基板の外径よりも大きくかつ中心に近いほど前記誘電板との距離が大きくなるように形成され、
前記第２のコイルまたはアンテナは、前記第１のコイル又はアンテナと同軸にかつ前記第１のコイル又はアンテナと前記誘電板とで形成された空間内に配置された、前記第１のコイル又はアンテナに比べ外径が小さい平面コイルまたは平面アンテナである
ことを特徴とするプラズマ処理方法。
【請求項２】
第２のコイルまたはアンテナの軸方向の位置を調整することを特徴とする請求項１記載のプラズマ処理方法。
【請求項３】
第２のコイルまたはアンテナの形状を調整することを特徴とする請求項１記載のプラズマ処理方法。
【請求項４】
天井壁面を構成する誘電板を有する真空容器と、
前記誘電板の上部でかつ中心に近いほど前記誘電板との距離が大きくなるように形成された第１のコイルまたはアンテナと、
前記第１のコイルまたはアンテナと同軸にかつ前記第１のコイルまたはアンテナと前記誘電板とで形成された空間内に配置された、前記第１のコイル又はアンテナに比べ外径が小さい第２の平面コイルまたは平面アンテナと、
前記第１のコイルまたはアンテナと前記第２のコイルまたはアンテナとに高周波電圧を印加する高周波電源と、
基板を載置するように前記真空容器内に配置された電極とを備え、
前記第１のコイルまたはアンテナの外径は前記電極の外径より大きい
ことを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項５】
第２のコイルまたはアンテナの軸方向の位置を調整する位置調整手段を備えたことを特徴とする請求項４記載のプラズマ処理装置。
【請求項６】
第２のコイルまたはアンテナの形状を調整する形状調整手段を備えたことを特徴とする請求項４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、ドライエッチング等のプラズマ処理に関し、特に高周波誘導方式のプラズマ処理方法及び装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、半導体素子や液晶駆動用素子の微細化に対応して、ドライエッチング技術においては高アスペクト比の加工を実現することが、またプラズマＣＶＤ技術においては高アスペクト比の埋め込みを実現することが要請され、そのためにより高真空でプラズマ処理を行うことが求められている。
【０００３】
例えば、ドライエッチングの場合においては、高真空において高密度プラズマを発生すると、被処理基板表面に形成されるイオンシース中でイオンが中性ガス粒子等と衝突する確率が小さくなるために、イオンの方向性が被処理基板に向かって揃い、また電離度が高いために被処理基板に達するイオン対中性ラジカルの入射粒子束の比が大きくなる。したがって、エッチング異方性が高められ、高アスペクト比の加工が可能となる。
【０００４】
このように高真空において高密度プラズマを発生させることができるプラズマ処理装置の１つとして、コイルまたはアンテナに高周波電圧を印加することよって真空容器内に電磁波を導入し、プラズマを発生させる高周波誘導方式のプラズマ処理装置がある。この方式のプラズマ処理装置は、真空容器内に高周波磁界を発生させ、その高周波磁界によって真空容器内に誘導磁界を発生させて電子の加速を行い、プラズマを発生させるもので、コイル電流を大きくすれば高真空においても高密度プラズマを発生することができ、十分な処理速度を得ることができる。
【０００５】
従来の高周波誘導方式のプラズマ処理装置の一例を、図４を参照して説明する。図４において、真空容器２１内にガス導入手段３０にて適当なガスを導入しつつ排気手段２４にて排気を行って真空容器２１内を適当な圧力に保ちながら、コイルまたはアンテナ２３にコイルまたはアンテナ用の高周波電源２２により高周波電力を印加すると、誘電板２８を介して真空容器２１内に電磁波が導入されてプラズマが発生し、電極２５上の被処理基板２６に対してエッチング、堆積、表面改質等のプラズマ処理を行うことができる。このとき、電極２５にも電極用の高周波電源２７により高周波電圧を印加することで、被処理基板２６に到達するイオンエネルギーを制御することができる。２９は、誘電板２８に反応生成物が付着するのを防止するため誘電板２８を加熱する加熱手段である。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、近年、デバイスの微細化により、より高均一なプラズマ処理が要求されてきている。特に、液晶用途などでは、被処理基板自体の大型化により、広範囲で高均一なプラズマ処理が要求されてきている。
【０００７】
ところが、図４に示した従来の方式では、真空容器２１内に丸いドーナツ状のプラズマが励起されるため、被処理基板２６の中央部分と外周部分でプラズマ密度が下がることが多く、プラズマ密度の分布に偏りが生じ易く、高均一なプラズマ処理ができないという問題がある。
【０００８】
従来より、このプラズマの偏りを制御するため、ガスの供給方法を調整したり、プラズマを制御するための部材を真空容器２１内に設置したりするなどの改善方法が提案されているが、十分ではなかった。
【０００９】
本発明は、上記従来の問題に鑑み、プラズマの分布の偏りを低減し、高均一なプラズマ処理を実現できるプラズマ処理方法及び装置を提供することを目的としている。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明のプラズマ処理方法は、真空容器の天井壁面を構成する誘電板の上部に配置された第１のコイルまたはアンテナと第２のコイルまたはアンテナに高周波電圧を印加し、前記誘電板を介して真空容器内に電磁波を導入することによりプラズマを発生させ、基板を処理するプラズマ処理方法において、前記第１のコイル又はアンテナは、その外径が前記基板の外径よりも大きくかつ中心に近いほど前記誘電板との距離が大きくなるように形成され、前記第２のコイルまたはアンテナは、前記第１のコイル又はアンテナと同軸にかつ前記第１のコイル又はアンテナと前記誘電板とで形成された空間内に配置された、前記第１のコイル又はアンテナに比べ外径が小さい平面コイルまたは平面アンテナであるものであり、第２のコイルまたはアンテナにてプラズマ密度が低い被処理基板の中央部付近のプラズマ密度を局所的に向上させることができ、被処理基板全面で均一なプラズマが得られて、高均一なプラズマ処理が施すことができる。
【００１１】
また、第２のコイルまたはアンテナの軸方向の位置を調整すると、プラズマ密度が低い被処理基板の中央部付近のプラズマ密度を、その程度に応じて局所的に向上することができる。
【００１２】
また、第２のコイルまたはアンテナの形状を調整すると、水平方向の直径や巻数を変化させることで、プラズマ密度が低い被処理基板の中央部付近のプラズマ密度を、その程度に応じて局所的に向上することができる。
【００１３】
また、本発明のプラズマ処理装置は、天井壁面を構成する誘電板を有する真空容器と、前記誘電板の上部でかつ中心に近いほど前記誘電板との距離が大きくなるように形成された第１のコイルまたはアンテナと、前記第１のコイルまたはアンテナと同軸にかつ前記第１のコイルまたはアンテナと前記誘電板とで形成された空間内に配置された、前記第１のコイル又はアンテナに比べ外径が小さい第２の平面コイルまたは平面アンテナと、前記第１のコイルまたはアンテナと前記第２のコイルまたはアンテナとに高周波電圧を印加する高周波電源と、基板を載置するように前記真空容器内に配置された電極とを備え、前記第１のコイルまたはアンテナの外径は前記電極の外径より大きいものであり、上記本発明方法を実施してその効果を奏することができる。
【００１４】
また、第２のコイルまたはアンテナの軸方向の位置を調整する位置調整手段を備え、また第２のコイルまたはアンテナの形状を調整する形状調整手段を備えることにより、それぞれ上記作用・効果を奏する。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明のプラズマ処理装置の実施形態について、図１〜図３を参照して説明する。
【００１６】
（第１の実施形態）
本発明の第１の実施形態のプラズマ処理装置について、図１を参照して説明する。
【００１７】
図１において、１は真空容器、２はその天井壁面を構成するように配設された誘電板、３は誘電板２を加熱して反応生成物が付着するのを防止する加熱手段である。４は真空容器１内を真空排気する排気手段、５は真空容器１内に適当なガスを導入するガス導入手段である。６は真空容器１の誘電板２の上部に、その中央を軸芯として略全面に覆うように配設された第１のコイルまたはアンテナ、７は第１のコイルまたはアンテナ６の中央部と誘電板２との間にそれと同軸に配置した第２のコイルまたはアンテナで、これら第１と第２のコイルまたはアンテナ６、７の軸芯部にコイルまたはアンテナ用の高周波電源８が接続されている。９は真空容器１内に下部に配設された電極で、電極用の高周波電源１０が接続されている。電極９上に被処理基板１１を載置するように構成されている。
【００１８】
以上の構成において、真空容器１内を排気手段４にて排気しつつガス導入手段５にて適当なガスを導入して真空容器１内を適当な圧力に保ちながら、第１と第２のコイルまたはアンテナ６、７にコイルまたはアンテナ用の高周波電源８により高周波電力を印加すると、誘電板２を介して真空容器１内に電磁波が導入されてプラズマが発生し、電極９上の被処理基板１１に対してエッチング、堆積、表面改質等のプラズマ処理を行うことができる。このとき、電極９にも電極用の高周波電源１０により高周波電圧を印加することで、被処理基板１１に到達するイオンエネルギーを制御することができる。
【００１９】
このとき、第２のコイルまたはアンテナ７によって励起されるプラズマによって、被処理基板１１の中央部付近の密度を向上することができ、また第１のコイルまたはアンテナ６を、従来より外周部付近に集中するように配置することにより、被処理基板１１の外周部付近のプラズマ密度を向上することができる。その結果、高均一なプラズマを得ることができ、高均一なプラズマ処理を行うことができる。
【００２０】
本実施形態では、第２のコイルまたはアンテナ７と第１のコイルまたはアンテナ６は、共通の高周波電源８より電力を供給するように構成しており、この基本構成で第１のコイルまたはアンテナ６と第２のコイルまたはアンテナ７にそれぞれ供給する電力の配分調整を行う場合には、第２のコイルまたはアンテナ７の印加部にコンデンサ、コイル等を追加してインピーダンスを調整するようにするのが有効である。また、第１のコイルまたはアンテナ６と第２のコイルまたはアンテナ７にそれぞれ別の高周波電源８から電力を供給するようにしてもよい。
【００２１】
（第２の実施形態）
次に、本発明の第２の実施形態のプラズマ処理装置について、図２を参照して説明する。なお、第１の実施形態と同一の構成要素については同一参照符号を付して説明を省略し、相違点のみを説明する。
【００２２】
図２において、第２のコイルまたはアンテナ７を上下に昇降させるための位置調整手段１２が設けられている。
【００２３】
本実施形態においては、プラズマ処理の結果あるいは真空容器１に設置した測定器（図示せず）によるプラズマ密度分布の測定結果に応じて、位置調整手段１２にて第２のコイルまたはアンテナ７の上下位置を調整することにより、被処理基板１１の中央部付近のプラズマ密度を調整することができ、被処理基板１１の処理の均一性を容易に向上することができる。
【００２４】
（第３の実施形態）
次に、本発明の第３の実施形態のプラズマ処理装置について、図３を参照して説明する。なお、第１の実施形態と同一の構成要素については同一参照符号を付して説明を省略し、相違点のみを説明する。
【００２５】
図３において、第２のコイルまたはアンテナ７の外径、巻数などの形状を調整する形状調整手段１３が設けられている。この形状調整手段１３の具体構成としては、例えば第２のコイルまたはアンテナ７をばね板等の弾性板にて構成するとともに、支持板１４に形成された螺旋状のガイド溝に沿って移動可能に配設し、中央部にその弾性板を巻き取り・繰り出し可能な巻取機構１５を配設して構成することができる。
【００２６】
本実施形態においては、プラズマ処理の結果あるいは真空容器１に設置した測定器（図示せず）によるプラズマ密度分布の測定結果に応じて形状調整手段１３にて第２のコイルまたはアンテナ７の外径、巻数を調整することにより、被処理基板１１の中央部付近のプラズマ密度を調整することができ、被処理基板１１の処理の均一性を容易に向上することができる。
【００２７】
【発明の効果】
本発明のプラズマ処理方法及び装置によれば、以上のように外径が基板の外径よりも大きくかつ中心に近いほど誘電板との距離が大きくなるように形成された第１のコイルまたはアンテナと、第１のコイル又はアンテナと同軸にかつ第１のコイル又はアンテナと誘電板とで形成された空間内に配置された、第１のコイル又はアンテナに比べ外径が小さい第２の平面コイルまたは平面アンテナとに高周波電圧を印加するものであり、第２のコイルまたはアンテナにてプラズマ密度が低い被処理基板の中央部付近のプラズマ密度を局所的に向上させることができ、被処理基板全面で均一なプラズマが得られて、高均一なプラズマ処理が施すことができる。
【００２８】
また、第２のコイルまたはアンテナの軸方向の位置を調整すると、プラズマ密度が低い被処理基板の中央部付近のプラズマ密度を、その程度に応じて局所的に向上することができる。
【００２９】
また、第２のコイルまたはアンテナの形状を調整すると、水平方向の直径や巻数を変化させることで、プラズマ密度が低い被処理基板の中央部付近のプラズマ密度を、その程度に応じて局所的に向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態のプラズマ処理装置の縦断面図である。
【図２】本発明の第２の実施形態のプラズマ処理装置の縦断面図である。
【図３】本発明の第３の実施形態のプラズマ処理装置の縦断面図である。
【図４】従来例のプラズマ処理装置の縦断面図である。
【符号の説明】
１  真空容器
２  誘電板
６  第１のコイルまたはアンテナ
７  第２のコイルまたはアンテナ
８  高周波電源
９  電極
１１  被処理基板
１２  位置調整手段
１３  形状調整手段
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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