(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
マイクロ波導入窓が上部に開口された反応器と、前記マイクロ波導入窓を封止し、マイクロ波を前記反応器内に導入する封止板と、複数の開口部を有し、前記封止板を支持する支持枠と、前記反応器の上部を覆う金属蓋と、該金属蓋の内側裏面に配されており、導波管が一端側に連結された誘電体線路と、導波管に接続されたマイクロ波発信器とを備えるプラズマ処理装置において、
前記封止板の上面側に、前記誘電体線路と所定の間隙を有して対向配置されており、前記マイクロ波導入窓を覆う寸法の誘電体製のカバー板を備え、
前記支持枠の幅寸法ａと、該支持枠の前記反応器に臨む面から試料のプラズマ処理面までの距離ｂとが、ａ／ｂ≦０．４であることを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項２】
前記支持枠の幅寸法ａは、３０ｍｍ以下である請求項１記載のプラズマ処理装置。
【請求項３】
前記支持枠の幅寸法ａが３０ｍｍのとき、前記距離ｂは８０ｍｍ以上である請求項１記載のプラズマ処理装置。
【請求項４】
前記支持枠の幅寸法ａが２０ｍｍのとき、前記距離ｂは５０ｍｍ以上である請求項１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、マイクロ波を利用してプラズマを発生せしめ、該プラズマにて半導体基板，液晶ディスプレイ用ガラス基板等の被処理材に、エッチング，アッシング，ＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition ）等の処理を施すプラズマ処理装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ＬＳＩ製造プロセスでは、反応ガスに外部からエネルギを与えてプラズマを発生せしめ、該プラズマを用いたエッチング，アッシング，ＣＶＤ等の処理が広く行なわれている。特に、プラズマを用いたドライエッチング技術は前記プロセスに不可欠な基本技術となっている。プラズマを発生せしめる励起手段としては、従来では13.56 ＭＨｚのＲＦ（高周波）が用いられていたが、低温で高密度のプラズマが得られること、装置の構成及び操作が簡単であることからマイクロ波を用いた装置が提案されている。しかしながら、マイクロ波を用いたプラズマ装置は、大きな面積に均一なプラズマを発生させることが困難であるために、大口径の半導体基板を均一にプラズマ処理することができないという問題があった。
【０００３】
そこで本願出願人は、誘電体線路を利用することにより、大口径の半導体基板に均一にプラズマ処理を施せるプラズマ処理装置を提案した（特開昭62−5600号公報）。図６は、この種のマイクロ波プラズマ装置の構造を示す模式的縦断面図である。図中３１は、中空の直方体形状をなす反応器である。反応器３１はその全体がＡｌのような金属で形成されており、内部は反応室３２が形成されている。反応器３１の周囲壁は二重構造を有し、二重壁間に冷却水用の通流路３８が形成されている。また反応器３１の上部にはマイクロ波導入窓が開口されており、該マイクロ波導入窓には封止板３３が反応室３２に臨む態様で配され、反応室３２は気密状態に封止されている。封止板３３は耐熱性及びマイクロ波透過性を有し、誘電損失が小さい石英ガラス，Ａｌ2 Ｏ3 等の誘電体にて形成されている。
【０００４】
反応器３１の上部には金属製容器４１が配されている。該金属製容器４１内には、封止板３３と略同寸法の誘電体線路４２が、封止板３３と所定の間隙を有して対向配置されている。誘電体線路４２の一側端面には導波管４３が連結され、導波管４３にはマイクロ波発振器４４が接続されている。マイクロ波発振器４４から発振されたマイクロ波は、導波管４３を経て誘電体線路４２に導入され、プラズマ発生に必要な電界を形成する。
【０００５】
反応器３１内の反応室３２の底部中央には試料Ｓを載置する試料台３４が配されている。試料台３４はその下面に連結された昇降棒３５により昇降可能であり、また図示しないモータに連結されて回転可能になっている。反応器３１には周囲壁を貫通してガス導入管３６が設けられ、プラズマ処理に必要な処理ガスを反応室３２に導入するようになっている。また、反応器３１の底部壁には図示しない排気装置に接続される排気口３７が開設されている。
【０００６】
このような装置を用いて試料Ｓにプラズマ処理を施す際には、試料台３４に試料Ｓを載置し、通流路３８内に冷却水を循環させつつ排気口３７から排気を行なって反応室３２内を所定の真空度に設定した後、ガス導入管３６から反応ガスを導入する。そして、マイクロ波発振器４４からマイクロ波を発振させる。マイクロ波は誘電体線路４２に導入して電界を形成し、封止板３３を透過して反応室３２内に導入され、プラズマを生成する。このプラズマによって試料Ｓの表面にエッチング等のプラズマ処置が均一に施される。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
上述したプラズマ処理装置を用いることにより、大口径の試料に均一なプラズマ処理を施すことができるが、処理面積が大きい試料に対しては、さらに大寸法のマイクロ波導入窓を有する反応器を用いる必要がある。特に、この処理装置をフラットパネル・ディスプレイの製造に用いる場合には、試料Ｓの面積が４００mm×４００mm以上になることが多い。この場合、マイクロ波導入窓を封止する封止板の寸法も大きくなり、封止板の熱歪みによる損傷が生じ易くなるという虞があった。これを解決するために、本願出願人は、特開平８−017595号公報において、封止板を複数に分割し、小寸法の複数の封止板を格子形状の支持枠で支持せしめてマイクロ波導入窓を封止すべく構成したプラズマ処理装置を提案している。
【０００８】
この装置により、マイクロ波導入窓が大寸法化されても封止板が破損する虞はない。しかしながら、支持枠の幅寸法を広くした場合は機械的強度は高いが、マイクロ波は支持枠を透過しないために、支持枠の直下ではプラズマの生成密度が小さくなり、プラズマ処理が不均一になり易い。試料と支持枠との間の距離が大きければ、支持枠の幅寸法が大きくてもプラズマの生成密度は拡散により均一になるが、その距離が大きいほどプラズマ処理速度は低下してしまう。また、支持枠の直下と封止板の直下とでプラズマ生成密度を同程度にするためには、支持枠の幅を狭くすれば良いが、幅が狭いと支持枠の機械的強度が低くなるという問題があった。
【０００９】
本発明は、かかる事情に鑑みてなされたものであり、支持枠の幅寸法と、支持枠から試料処理面までの距離との関係を定めることにより、支持枠の機械的強度が充分で、且つ、試料にプラズマ処理を均一に施すことが可能なプラズマ処理装置を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
第１発明に係るプラズマ処理装置は、マイクロ波導入窓が上部に開口された反応器と、前記マイクロ波導入窓を封止し、マイクロ波を前記反応器内に導入する封止板と、複数の開口部を有し、前記封止板を支持する支持枠と、前記反応器の上部を覆う金属蓋と、該金属蓋の内側裏面に配されており、導波管が一端側に連結された誘電体線路と、導波管に接続されたマイクロ波発信器とを備えるプラズマ処理装置において、前記封止板の上面側に、前記誘電体線路と所定の間隙を有して対向配置されており、前記マイクロ波導入窓を覆う寸法の誘電体製のカバー板を備え、前記支持枠の幅寸法ａと、該支持枠の前記反応器に臨む面から試料のプラズマ処理面までの距離ｂとが、ａ／ｂ≦０．４であることを特徴とする。
【００１１】
例えば、支持枠の幅寸法ａが３０mmのときに、支持枠の下面からの距離ｂが８０mmの位置で反応室内の電子密度が、支持枠下方と封止板下方とで同程度になった。また幅寸法ａが２０mmのときに、距離ｂが５０mmの位置で電子密度が両者で同程度になった。これは、プラズマの発生密度が両者で同程度であることを意味しており、プラズマ処理を均一に施せる。支持枠の幅寸法ａが小さいほど、また、距離ｂが大きいほど両者の電子密度が同程度になることから、ａ／ｂ≦０．４の関係をなすことにより、試料表面に均一なプラズマ処理が施せる。
【００１２】
第２発明に係るプラズマ処理装置は、第１発明において、前記支持枠の幅寸法ａは、３０ｍｍ以下であることを特徴とする。
【００１３】
支持枠の幅寸法ａは３０ｍｍ以下であり、機械的強度を充分に保つために略１５mm以上が好ましい。
【００１４】
第３発明に係るプラズマ処理装置は、第１発明において、前記支持枠の幅寸法ａが３０ｍｍのとき、前記距離ｂは８０ｍｍ以上であることを特徴とする。
【００１５】
支持枠の幅寸法ａが３０ｍｍのとき、支持枠の下面から前記試料のプラズマ処理面までの距離ｂは８０ｍｍ以上であり、許容のプラズマ処理速度を保つためには、略１５０mm以下が好ましい。
【００１６】
第４発明に係るプラズマ処理装置は、第１発明において、前記支持枠の幅寸法ａが２０ｍｍのとき、前記距離ｂは５０ｍｍ以上であることを特徴とする。
【００１７】
支持枠の幅寸法ａが２０ｍｍのとき、支持枠の下面から前記試料のプラズマ処理面までの距離ｂは５０ｍｍ以上であり、許容のプラズマ処理速度を保つためには、略１５０mm以下が好ましい。
【００１８】
【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、本発明のプラズマ処理装置の構造を示す模式的縦断面図である。図中１０は中空の直方体形状をなす反応器であり、例えばＡｌのような金属で形成されている。反応器１０は上部に開口（マイクロ波導入窓）を有し、内部は反応室１９が形成されている。反応器１０の上方には反応器１０の上部を覆う寸法のＡｌ製の金属蓋２１ａが配されている。金属蓋２１ａの内側裏面には誘電体線路２０が配されている。誘電体線路２０は、誘電損失が小さいフッ素樹脂，ポリスチレン，ポリエチレン等の誘電体で形成されており、誘電体線路２０の一端側には導波管２３が連結され、導波管２３にはマイクロ波発振器２４が接続されている。
【００１９】
反応器１０のマイクロ波導入窓には、金属製の格子形状をなす支持枠１５が配されている。図２は図１のII−II線から見た平面図であり、反応室１９側から見た支持枠及び封止板の形状を示している。図２に示すように、支持枠１５はマトリクス状に並ぶ９つの矩形状の開口部１５ａ，１５ａ…を有しており、枠部分の断面は、図１に示すように凸型形状に形成されている。支持枠１５はこの突出側を誘電体線路２０側に向けて、反応器１０の上部に架設されている。支持枠１５には、９つの矩形状の封止板１５，１５…が９つの開口部１５ａを各別に封止するように載置されている。封止板１３は、マイクロ波の透過が可能で、誘電損失が少なく、耐熱性を有する材料、例えば石英ガラス，Ａｌ2 Ｏ3 板等で形成されている。また封止板１３は開口部１５ａの寸法よりも少し大きな寸法を有し、上述した如き凸型の支持枠１５の段差部分で封止板１３の外縁部分が架設支持されている。
【００２０】
本実施の形態では、プラズマ発生面積が４００mm×４００mmである反応器１０を用い、各封止板１３は１３０mm×１３０mmの面積で厚み５mmのＡｌ3 Ｏ2 板を用い、支持枠１５の枠幅寸法ａは３０mmである。なお、後述するカバー板１４は４５０mm×４５０mmの面積で厚み１０mmの石英板を用いた。
【００２１】
このような構造の支持枠１５に支持された封止板１３を、反応室１９に臨む態様でマイクロ波導入窓に配することにより、反応室１９は気密状態に封止されている。また、封止板１３の上面には、マイクロ波導入窓を覆う寸法の誘電体製のカバー板１４が配されており、カバー板１４は誘電体線路２０と所定の間隙を有して対向配置されている。なお、カバー板１４は、複数の封止板１３を用いた場合にプラズマ処理の均一性を向上させる別の手段であり（既出願）、カバー板１４を配さない場合でも本発明の効果を得ることができる。
【００２２】
図１に示すように、反応器１０内の反応室１９の底部中央には試料Ｓを載置する試料台１７が配されている。試料台１７は図示しない駆動機構により高さ調節が可能であり、支持枠１５の下面から試料台１７上に載置された試料Ｓの処理面までの距離ｂを調整可能にしている。本実施の形態では、支持枠１５の下面から試料Ｓの処理面までの距離ｂは８０mmに設定してある。反応器１０には周囲壁を貫通してガス導入管１６が設けられ、プラズマ処理に必要な処理ガスを反応室１９内に導入するようになっている。また、反応器１０の底部壁には図示しない排気装置に接続される排気口１８が開設されている。
【００２３】
このような装置を用いて試料Ｓにプラズマ処理を施す際には、試料台１７に試料Ｓを載置し、排気口１８から排気を行なって反応室１９内を所要の真空度に設定した後、ガス導入管１６から反応ガスを導入する。そして、マイクロ波発振器２４からマイクロ波を発振させる。マイクロ波は誘電体線路２０に導入されて電界を形成してカバー板１４を透過し、さらに、夫々の封止板１３を透過して反応室１９内に導入され、プラズマを生成する。このプラズマによって試料Ｓの表面にエッチング等のプラズマ処置が施される。
【００２４】
以上の如きプラズマ処理装置にＡｒプラズマを発生せしめて、プラズマ処理の均一性を評価した。圧力は 0.3 Torr,マイクロ波電力３ｋＷでプラズマを発生せしめた。図３は、反応室内にて支持枠１５及び封止板１３の夫々の下方の電子密度を測定した結果を示すグラフであり、縦軸は電子密度を示している。横軸は支持枠下面からの鉛直方向の位置を示し、零点は支持枠下面の位置であり、下方向は負値，上方向は正値である。グラフ中、‘○’は支持枠下方，‘□’は封止板下方の結果を示している。図３から判るように、支持枠１５の幅寸法ａが３０mmの場合は、支持枠下方と封止板下方とで電子密度が同程度になるのは、支持枠１５の下面から下方向へ８０mm以上の位置である。従って、支持枠１５の幅寸法ａが３０mm、支持枠１５の下面から試料Ｓまでの距離ｂが８０mmである本実施の形態は、均一なプラズマ処理が可能であると言える。
【００２５】
さらに、支持枠１５の下面から下方向に８０mmの位置における、イオン電流密度（飽和イオン電流密度）の水平分布を調べた。図４はその結果を示すグラフであり、縦軸はイオン電流密度を示している。横軸は反応室の中央からの水平方向の位置を示し、零点は反応室の水平方向の中央位置である。また、横軸には支持枠の幅寸法ａも示されている。支持枠１５の幅寸法ａが３０mm（本実施の形態）の場合と、その他に比較例として、ａ＝５０mm，ａ＝７０mmの場合も同様に調べた。グラフ中、‘○’はａ＝３０mm，‘△’はａ＝５０mm，‘×’はａ＝７０mmの結果を示している。
【００２６】
図４から判るように、幅寸法ａが３０mmの場合は、支持枠１５から８０mmの位置で、水平方向に均一なイオン電流密度分布を示している。図３の結果に加えてこのことから、本実施の形態のプラズマ処理装置は、試料Ｓの表面に均一なプラズマ処理を施すことが可能であることが判る。また図４から、ａ＝５０mm，ａ＝７０mmの場合はいずれも、支持枠１５の下面からの距離が８０mmの位置では、水平方向のイオン電流密度分布は不均一であることが判る。次に、支持枠の幅寸法ａが２０mmのときの、支持枠下方と封止板下方との電子密度を測定した。
【００２７】
図５は、支持枠の幅寸法ａが２０mmのときの電子密度を測定した結果を示すグラフであり。縦軸は電子密度を示している。横軸は支持枠下面からの鉛直方向の位置を示し、零点は支持枠下面の位置であり、下方向は負値，上方向は正値である。グラフ中、‘○’は支持枠下方，‘□’は封止板下方の結果を示している。図５から判るように、支持枠１５の幅寸法ａが２０mmの場合は、支持枠下方と封止板下方とで電子密度が同程度になるのは、支持枠１５の下面から下方向へ５０mm以上の位置である。このような、幅寸法ａが２０mmで距離ｂが５０mm以上である場合は、ａ／ｂ≦０．４を満たしている。
【００２８】
以上の結果から、支持枠１５の幅寸法ａと支持枠の下面から試料までの距離ｂとの間に、ａ／ｂ≦０．４の関係が成り立つとき、試料Ｓに均一なプラズマ処理が施されると言える。なお、幅寸法ａはプラズマの均一性からは３０mm以下、機械的強度からは１５mm以上が好ましい。また、距離ｂはプラズマ処理速度の許容速度から１５０mm以下が好ましい。
【００２９】
なお、上述した電子密度及びイオン電流密度はイオン電流測定プローブを用いて測定しており、電子密度はプローブに正の電圧（反応器に対して）を印加したときの電子電流に基づいて求められ、イオン電流測定プローブは負の電圧を印加した場合のイオン電流に基づいて求められる。
【００３０】
また、上述した本実施の形態の支持枠１５は、９つの矩形状の開口部１５ａを有する格子形状のものを例に挙げて説明しているが、開口部の数及び形状はこれに限るものではない。さらに本実施の形態では、矩形状の９枚の封止板１３を、支持枠１５の開口部１５ａに配した場合を説明しているが、これに限るものではなく、開口部１５ａを封止する形状であればどのような形状でも良く、枚数は９枚に限らない。例えば、９つの開口部１５ａの全領域を覆う寸法の１枚の封止板を支持枠１５に配してあっても良い。
【００３１】
また、上述した本実施の形態では、反応器１０としてプラズマ発生面積が４００mm×４００mmである寸法のものを例に挙げて説明しているが、これに限るものではなく、支持枠の幅寸法ａと支持枠から試料までの距離ｂとが、ａ／ｂ≦０．４を満たしていれば良い。さらに、反応器１０は中空直方体形状のものを用いているが、これに限るものではなく、例えば円筒形状であっても同様の効果を得ることができる。
【００３２】
【発明の効果】
以上のように本発明においては、支持枠の幅寸法ａと支持枠の下面から試料処理面までの距離ｂとの関係が、ａ／ｂ≦０．４を満たしているので、支持枠の機械的強度が充分であり、且つ、試料にプラズマ処理を均一に施すことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のプラズマ処理装置の構造を示す模式的縦断面図である。
【図２】図１のII−II線から見た平面図である。
【図３】幅寸法ａが３０mmのときの支持枠及び封止板の夫々の下方の電子密度を測定した結果を示すグラフである。
【図４】距離ｂが８０mmの位置でのイオン電流密度の水平方向分布を示すグラフである。
【図５】幅寸法ａが２０mmのときの支持枠及び封止板の夫々の下方の電子密度を測定した結果を示すグラフである。
【図６】従来のプラズマ処理装置の構造を示す模式的縦断面図である。
【符号の説明】
１０  反応器
１３  封止板
１４  カバー板
１５  支持枠
１５ａ  開口部
１７  試料台
１９  反応室
２０  誘電体線路
２３  導波管
２４  マイクロ波発振器
【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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