(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
試料台と該試料台に対向配置された対向電極とを反応室内に設けており、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、該誘電体線路に対向して配置されたマイクロ波導入窓と前記対向電極とを介して前記反応室に導入され、前記試料台上の試料にプラズマ処理を施すプラズマ処理装置において、
前記対向電極は、略矩形状を有する１つの開口部を備え、該開口部の２辺が夫々、ｎ1 ×（λ／２）及びｎ2 ×（λ／２）の寸法を有することを特徴とするプラズマ処理装置。  但し、λは、前記誘電体線路でのマイクロ波の波長であり、ｎ1 ，ｎ2 は、正の整数である。
【請求項２】
前記マイクロ波導入窓の前記誘電体線路側に、マイクロ波の前記反応室への導入量を調整するマイクロ波調整板をさらに備える請求項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、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、本願出願人により特開平６−104098号公報にて提案された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。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対向電極１７、並びに反応容器１内に配設された試料台８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９に臨ませて配しており、反応室９を封止している。対向電極１７はスリット状の透過孔１７ａ，１７ａ…を複数有しており、電気的に接地されている。
【０００４】
反応室９内の試料台８はマイクロ波導入窓６と対向して配設され、試料台８上に試料Ｓが載置される。試料台８には高周波電源１０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１１及び図示しない排気装置に接続される排気口１２が形成されている。
【０００５】
このようなプラズマ装置の誘電体線路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、対向電極１７はアルミニウム製であり、試料Ｓの表面にバイアス電圧を安定して発生させるために設けられている。
【０００６】
以上の如き構成のプラズマ処理装置にあっては、対向電極１７を設けてあるので、試料台８に高周波電界を印加した際に、試料Ｓの表面に安定したバイアス電圧を生ぜしめることができる。しかしながら、この対向電極１７は、マイクロ波を反応室９内へ導入するためのスリット状の透過孔１７ａ，１７ａ…を対向電極７の中央に設けており、試料Ｓの直上には対向電極１７の下面が存在する。そのために、対向電極１７に付着した堆積物又は対向電極自体がプラズマによりスパッタされて落下し、試料Ｓに付着する。このようなパーティクルの試料Ｓへの付着、金属汚染等の問題が生じ易い。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
この問題を解決するプラズマ処理装置を、本願出願人は特願平８−73467 号にて提案している。図８は、上述した本願出願人の提案によるプラズマ処理装置が備える対向電極の平面図であり、図９は図８のIX−IX線から見たプラズマ処理装置の部分断面図である。マイクロ波導入窓６の下側に配された対向電極２７は、中央部分に平面視で円形状を有する１つの開口部２７ａを備えている。開口部２７ａは試料台８上に載置された試料Ｓの直上に設けられているので、対向電極２７から落下するパーティクルが試料Ｓに付着することを防止できる。
【０００８】
しかしながらこのプラズマ処理装置にあっては、対向電極２７の開口部２７ａが円形状であるために、電界がマイクロ波導入窓６を透過する際に、図８に示すように、導波管３に最も近い開口部２７ａの周縁に電界が集中する。図８中、誘電体線路を伝搬する定在波の節を対向電極２７上に破線で示し、マイクロ波の伝搬の状態を矢符で示している。これは、マイクロ波が誘電体線路５を伝搬する際に、導波管３から導入されて互いに平行に伝搬しているマイクロ波が、誘電体線路５に導入されてから最も早く電界を反応室９内に導入する位置、即ち、入り側に最も近い周縁の上方に寄り合って集中するからであり、誘電体線路５のマイクロ波の入り側領域に対応する反応室９の領域（以下、単に入り側領域という）内のさらに一部領域に、プラズマが集中して発生する（図９参照）。これにより、反応室９内の入り側領域を含む面内でのプラズマ密度分布が不均一になり、試料Ｓへのプラズマ処理が試料面内において不均一に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、矩形状の１つの開口部を有する対向電極を備えることにより、また開口部の２辺の寸法が夫々マイクロ波の半波長の整数倍であることにより、反応室内の入り側領域でプラズマ密度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。
【００１０】
さらに、本発明は、加えてマイクロ波導入窓の誘電体線路側にプラズマ調整板を配することにより、反応室内の入り側領域とその他の領域とでプラズマ密度を均一にするプラズマ処理装置を提供することを目的とする。
【００１１】
【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、試料台と該試料台に対向配置された対向電極とを反応室内に設けており、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、該誘電体線路に対向して配置されたマイクロ波導入窓と前記対向電極とを介して前記反応室に導入され、前記試料台上の試料にプラズマ処理を施すプラズマ処理装置において、前記対向電極は、略矩形状を有する１つの開口部を備え、該開口部の２辺が夫々、ｎ1 ×（λ／２）及びｎ2 ×（λ／２）の寸法を有し、λは、前記誘電体線路でのマイクロ波の波長であり、ｎ1 ，ｎ2 は、正の整数であることを特徴とする。
【００１２】
第１発明にあっては、矩形状の一辺が、マイクロ波の伝搬方向に略垂直な方向にあるように対向電極を配した場合に、反応室内の入り側の領域において導入されるマイクロ波の電界が均一であるので、発生するプラズマの密度が入り側領域を含む面内で均一化される上、電界が反応室内へ導入される入口となる開口部の辺の寸法が、誘電体線路内でのマイクロ波の半波長の整数倍であるので、誘電体線路で定在波を形成して伝搬するマイクロ波が、開口部からの導入の影響を受けてその波長を変化させることがない。
【００１５】
第２発明に係るプラズマ処理装置は、第１発明において、前記マイクロ波導入窓の前記誘電体線路側に、マイクロ波の前記反応室への導入量を調整するマイクロ波調整板をさらに備えることを特徴とする。
【００１６】
第２発明にあっては、反応室の入り側領域でマイクロ波の電界を均一に導入し、さらにマイクロ波調整板を備えることにより反応室内に導入されるマイクロ波の電界の分布を、マイクロ波の入り側とその逆側とを含む領域で調整する。これにより、プラズマを反応室全体で均一に発生させる。
【００１７】
【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。
【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。誘電体線路５はマイクロ波が誘電体線路５内に均一に伝搬されるように導波管３内にテーパ部を設けており、テーパ部の最大厚み寸法が導波管３と同程度になっている。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は矩形板状を有し、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。
【００２０】
マイクロ波導入窓６の下側には、本発明の特徴となる対向電極７をマイクロ波導入窓６の下面に接触させて設けてある。図２は対向電極７の平面図である。対向電極７はアルミニウム製で、図２に示すように、その中央に略矩形状の開口部７ａを有し、開口部７ａの二辺の寸法は夫々Ｌ1 ，Ｌ2 である。辺の寸法Ｌ1 ，Ｌ2 は、Ｌ1 ＝ｎ1 ×（λ／２），Ｌ2 ＝ｎ2 ×（λ／２）を有することにより、誘電体線路５を伝搬するマイクロ波が、開口部７ａの影響を受けて波長を変化させることを防止する。また、開口部７ａの四隅は丸みを有する形状に整形してあり、角部に電界が集中することにより異常放電が起こることを防止している。なお、本実施の形態の開口部の寸法は、例えばＬ1 ＝Ｌ2 ＝１１０ｍｍ，角部のアールが５ｍｍであり、これはテフロン製の誘電体線路５を伝搬するマイクロ波の半波長（λ／２）が略５５ｍｍの場合である。
【００２１】
また、図１に示すように、反応室９の底部にはマイクロ波導入窓６に対面させて試料台８が配されており、試料台８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１１と、反応室９内を真空排気するための排気口１２が形成されている。排気口１２には図示しない排気装置が接続されている。
【００２２】
このプラズマ処理装置の反応室９内に発生するプラズマの状態について説明する。上述した図２に示す矢符は、誘電体線路５でのマイクロ波の伝搬方向である。また、図３は図２の III−III 線から見たプラズマ処理装置の部分拡大断面図である。マイクロ波が誘電体線路５を伝搬して電界がマイクロ波導入窓６を透過し、対向電極７の開口部７ａから反応室９内に導入される。本実施の形態において、マイクロ波が誘電体線路５に導入されてから最も早く電界を反応室９内に導入する領域は、図２に示すように、マイクロ波の入り側に最も近い開口部７ａの一辺の全長にわたる領域である。マイクロ波はこの一辺に略垂直な方向に伝搬するので、寄り合うことなく互いに平行に伝搬する。この結果、この一辺の全長にわたる領域から電界が反応室９内に導入され、図３に示すように、反応室の入り側領域を含む面内で密度を均一にしてプラズマが発生する。
【００２３】
以上の如きプラズマ処理装置を用いて、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。４０sccmでＣＨＦ3 ガスを供給し、圧力は２０mTorr 、マイクロ波消費電力１．６ｋＷでプラズマを発生させた。結果を図４に示す。図４は本実施の形態のプラズマ処理装置を用いた試料Ｓのエッチングレートの分布図であり、光学式膜厚計を用いて測定した結果である。図５は、従来のプラズマ処理装置を用いた試料Ｓのエッチングレートの分布図である。図中、エッチングレートの同値を線で結んで示した。また、図中の太線はエッチングレートの平均を示している。
【００２４】
図から明らかなように、本実施の形態では試料Ｓ上でのプラズマの密度パターンが、点対称、即ち同心円状であることが判る。これに対して従来例では、プラズマの密度パターンは非対称形である。これにより、本実施の形態のプラズマ処理装置を用いることにより、反応室９内の一部領域に高密度のプラズマが発生することがなく、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。
【００２５】
上述した構成の対向電極７を備えることにより、反応室９内のプラズマの密度は従来と比較して均一化されるが、反応室９には誘電体線路５のマイクロ波の入り側から電界が導入されるために、入り側のプラズマ密度が若干高くなる。以下に、この入り側の領域と他の領域とのプラズマ密度を均一にできる構成のプラズマ処理装置を説明する。
【００２６】
図６は、本発明の第２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。マイクロ波導入窓６の上面にマイクロ波調整板１３が載置されている。マイクロ波調整板１３はアルミニウム製であり、略中央に平面視で円形状の開口部を有している。マイクロ波調整板１３の開口部と対向電極７の開口部７ａとは対面位置に配されており、いずれも試料台８の真上に位置する。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。
【００２７】
以上の如き構成のプラズマ処理装置の反応室９内に発生するプラズマの状態について説明する。マイクロ波が誘電体線路５を伝搬して電界がマイクロ波導入窓６を透過するとき、マイクロ波調整板１３により、マイクロ波の入り側と逆側との電界が同程度になるように電界分布が調整される。これにより、電界が対向電極７の入り側に最も近い一辺の全長にわたる領域から反応室９内に導入され、且つ、入り側とその逆側との電界の強度が同程度になる。この結果、反応室９の入り側領域を含む面内での密度分布、及び入り側と逆側とを含む面内での密度分布がいずれも均一になるように、プラズマが発生する。これにより、反応室９全体でのプラズマの密度が均一になる。
【００２８】
【発明の効果】
以上のように、本発明においては、矩形状の１つの開口部を有する対向電極をマイクロ波導入窓の反応室側に備えており、この開口部の２辺の寸法が夫々マイクロ波の半波長の整数倍であるので、誘電体線路を伝搬するマイクロ波の波長を変化させることなく、反応室内の入り側の領域でプラズマ密度を均一化することができる。また、マイクロ波調整板をマイクロ波導入窓の誘電体線路側にさらに備えているので、反応室全体でプラズマ密度が均一化される等、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構成を示す模式的縦断面図である。
【図２】第１の実施の形態の対向電極の平面図である。
【図３】図２の III−III 線から見たプラズマ処理装置の部分拡大断面図である。
【図４】第１の実施の形態のエッチングレートの分布図である。
【図５】従来のプラズマ処理装置を用いたエッチングレートの分布図である。
【図６】本発明の第２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。
【図８】従来の対向電極の平面図である。
【図９】図８のIX−IX線から見たプラズマ処理装置の部分拡大断面図である。
【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
７  対向電極
７ａ  開口部
８  試料台
９  反応室
１３  マイクロ波調整板
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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【図９】
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