JP3153768B2 - プラズマ処理装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、処理室内におい
て、被処理体、例えば半導体ウェハやＬＣＤ基板などに
プラズマ処理を施すためのプラズマ処理装置にかかり、
特に高周波アンテナに高周波電力を印加することにより
処理室内に誘導結合プラズマを励起する誘導結合プラズ
マ処理装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、被処理体、例えば半導体ウェ
ハやＬＣＤ基板などを処理室内においてプラズマ処理す
るための装置として、高周波（ＲＦ）を用いた平行平板
型のプラズマ処理装置が広く採用されている。かかる平
行平板型プラズマ処理装置は、いずれか一方の電極又は
両方の電極に高周波を印加することにより、両電極間に
プラズマを発生させ、このプラズマと被処理体との間の
自己バイアス電位差により、被処理体の処理面にプラズ
マ流を流入させ、例えばエッチング処理を行うものであ
る。

【０００３】しかしながら、上記の平行平板型プラズマ
処理装置では、半導体デバイスの超高集積化に伴って要
求されるサブミクロン単位、さらにサブハーフミクロン
単位の超微細加工を実施することは困難である。

【０００４】すなわち、かかるプロセスをプラズマ処理
装置により実施するためには、高真空雰囲気（例えば１
〜７０ｍＴｏｒｒ）において、高密度のプラズマを高い
精度で制御することが重要であり、しかもそのプラズマ
は大口径ウェハや大型のＬＣＤ基板にも対応できるよう
に、大面積で高均一なものであることが必要である。

【０００５】このような技術的要求に対して、新しいプ
ラズマソースを確立すべく、多くのアプローチがなされ
ている。例えば、欧州特許公開明細書第３７９８２８号
には、高周波アンテナを用いる高周波誘導結合プラズマ
処理装置が開示されている。この高周波誘導結合プラズ
マ処理装置１０は、図８に示すように、被処理体１２を
載置する載置台１４と対向する処理室１６の一面（天井
面）を石英ガラスなどの誘電体１８で構成して、その外
壁面に、例えば渦巻きコイルから成る高周波アンテナ２
０を設置し、この高周波アンテナ２０に高周波電源２２
よりマッチング回路２４を介して高周波電力を印加する
ことにより処理室１６内に高周波による電界を形成し、
この電界内を流れる電子を処理ガスの中性粒子に衝突さ
せてガスを電離させ、プラズマを生成するように構成さ
れている。なお、載置台１４には、被処理体１２の処理
面へのプラズマ流の入射を促進するように、高周波電源
２６よりバイアス用の高周波電力を印加することが可能
である。また、処理室１６の底部には、処理室１６内を
所定の圧力雰囲気にするように不図示の排気手段に連通
する排気口２８が設けられるとともに、処理室１６の天
井面を成す誘電体１８の中央部には所定の処理ガスを処
理室１６内に導入するための処理ガス導入口３０が設け
られている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上記のよう
な従来の高周波誘導結合プラズマ処理装置においては、
高周波アンテナが設置される誘電体は、高真空雰囲気に
保持される処理室の天井部を構成しているので、外気と
処理室内との圧力差に抗するためには誘電体の肉厚を厚
くせねばならず、その結果、高周波電源からの投入エネ
ルギーの利用効率が悪いという問題があった。そして、
特に大口径ウェハや大面積ＬＣＤ基板を処理するための
大型の処理装置において、上記問題は顕著であった。

【０００７】また、上記のような従来の高周波誘導結合
プラズマ処理装置においては、高周波アンテナは、誘電
体の外壁面に平面状に配置された渦巻コイルから構成さ
れている。従って、そのコイル中間部においてより強い
電界が形成され、処理室の中間領域においてより密度の
濃いプラズマが発生する。そのため、図７（Ａ）に示す
ように、被処理体の処理面の中間領域（Ｍ）と、中央領
域（Ｃ）および周縁領域（Ｓ）とではエッチング速度が
相違し、面内均一処理を達成することが困難であるとい
う問題があった。そして、この問題も、特に大型の処理
装置において顕著であった。

【０００８】本発明は、従来の高周波誘導プラズマ処理
装置が有する上記のような問題点に鑑みて成されたもの
であり、その目的は、高周波電源から投入されるエネル
ギーの利用効率を高め、高真空条件下であってもより高
密度で均一なプラズマを発生させることが可能な新規か
つ改良された高周波誘導プラズマ処理装置を提供するこ
とである。

【０００９】上記課題を解決するために，請求項１によ
れば，高周波アンテナに高周波電力を印加することによ
り処理室内に誘導プラズマを励起して、前記処理室内の
被処理体に対して処理を施す如く構成されたプラズマ処
理装置において、前記処理室内に誘電体から成る側壁に
より囲まれたアンテナ室を形成し，そのアンテナ室内に
前記高周波アンテナを設置し，前記アンテナ室内は，大
気圧未満の圧力雰囲気に保持され，前記アンテナ室の側
壁は，接地された前記処理室内の内壁面に接している。
好ましくは，前記アンテナ室内は，請求項２に記載のよ
うに，大気圧未満でありかつ１００Ｔｏｒｒ以上に調整
することができる。

【００１０】このように、請求項１または２によれば、
大気圧未満，好ましくは１００Ｔｏｒｒ以上の圧力雰囲
気に保持されたアンテナ室が処理室内に設置されている
ので、大気圧と高真空の処理室内とを隔離していた従来
の誘電体の肉厚に比較して、アンテナ室の側壁の肉厚を
薄く構成することが可能となり、高周波電源より印加さ
れる高周波エネルギーをより効率的に処理室内に伝播さ
せることができる。また同時にアンテナ室の側壁は接地
された処理室の側面に接しているので、その反対面（す
なわち、被処理体に対向する面）に高周波による電界を
集中させることが可能となり、より高密度のプラズマを
発生させることができる。

【００１１】また請求項３によれば、上記プラズマ処理
装置に、さらに前記アンテナ室内を冷却ガスにより冷却
する冷却ガス給気／排気手段が設けられている。そのた
め、高周波電源より高周波エネルギーが印加され加熱し
た高周波アンテナを冷却ガスにより冷却することが可能
である。また冷却ガスの給気量および／または排気量を
調整することにより、アンテナ室内の圧力を大気圧未満
の所望の圧力に制御することができる。

【００１２】さらに請求項４のように、上記プラズマ処
理装置において、前記アンテナ室の前記被処理体に対向
する側の壁の厚みを前記アンテナ室が接する前記処理室
の内壁面側の壁の厚みよりも薄く形成することが好まし
い。かかる構成によれば、高周波による高密度の電界が
被処理体方向に形成され、さらに高周波エネルギーの利
用効率を高め高密度のプラズマを処理室内に生成するこ
とができる。

【００１３】さらにまた請求項５のように、上記プラズ
マ処理装置において、前記被処理体の処理面を中央領域
とその中央領域を囲む中間領域とその中間領域を囲む周
縁領域とに分けた場合に、前記中間領域の正投影領域に
属する前記アンテナ室の中間領域に配置される前記高周
波アンテナ部分を前記アンテナ室の他の領域に配置され
る前記高周波アンテナ部分よりも前記被処理体に対して
離隔するように構成することもできる。かかる構成によ
れば、処理室内の電界強さを均一化することができ、従
ってプラズマ密度の均一化が図れる。

【００１４】さらにまた請求項６のように、上記プラズ
マ処理装置において、前記被処理体の処理面を中央領域
とその中央領域を囲む中間領域とその中間領域を囲む周
縁領域とに分けた場合に、前記アンテナ室の前記被処理
体に対向する側の壁は、前記中間領域の正投影領域に属
する壁部分が他の領域に属する壁部分よりも肉厚に構成
することもできる。かかる構成によれば、より強い電界
が発生する中間領域における高周波エネルギーの伝播を
緩和することが可能となり、処理室の中間領域おいて高
密度になり易いプラズマを、中央領域や周縁領域と同程
度の密度に調整することが可能となり、プラズマ密度の
均一化を図ることができる。

【００１５】さらにまた請求項７のように、上記プラズ
マ処理装置において、前記アンテナ室の前記被処理体に
対向する側の壁に、処理ガス供給手段を設け、例えば、
被処理体の対向面側に形成された複数の処理ガス供給孔
から処理室内に処理ガスを供給することにより、処理ガ
スの分布密度を均一化し、従って処理室内に生成するプ
ラズマ密度の均一化を図ることができる。

【００１６】さらにまた請求項８のように、上記プラズ
マ処理装置において、前記アンテナ室の前記被処理体に
対向する側の壁に、冷媒が流通する冷媒流路を設けても
良い。かかる構成によっても、例えば、上記冷媒流路中
に冷水を流通させることにより過熱したアンテナ室内を
冷却することができる。

【００１７】

【発明の実施の形態】以下に添付図面を参照しながら本
発明にかかるプラズマ処理装置をＬＣＤ基板用のエッチ
ング装置に適用した実施の一形態について詳細に説明す
る。

【００１８】図１に示すプラズマエッチング装置１００
は、導電性材料、例えばアルミニウムなどからなる円筒
あるいは矩形の角筒状に成形された処理容器１０２を有
しており、所定のエッチング処理は、この処理容器１０
２内に形成される処理室１０２ａ内で行われる。

【００１９】前記処理容器１０２は接地されており、さ
らにその底部には、被処理体、例えばＬＣＤ基板Ｌを載
置するための略矩形状の載置台１０６が設けられてい
る。載置台１０６は、例えば表面に酸化アルマイト処理
が施されたアルミニウムやステンレスなどの導電性材料
からなる電極部１０６ａと、その電極部１０６ａの載置
面以外の部分を覆うセラミックスなどの絶縁材料から成
る電極保護部１０６ｂとから構成されている。載置台１
０６は、処理容器１０２の底部に貫装された昇降軸１０
６ｃ上に取り付けられている。この昇降軸１０６ｃは、
不図示の昇降機構により昇降自在であり、必要に応じて
載置台１０６全体を昇降させることができる。また昇降
軸１０６ｃの外周部には、処理室１０２ａ内を気密に保
持するための収縮自在のベローズ１０８が設けられてい
る。

【００２０】載置台１０６の電極部１０６ａには、マッ
チング回路１１１を介して高周波電源１１３が電気的に
接続されており、プラズマ処理時に、所定の高周波、例
えば２ＭＨｚの高周波電力を印加することにより、バイ
アス電位を生じさせ、処理室１０２ａ内に励起されたプ
ラズマをＬＣＤ基板Ｌの処理面に効果的に引き込むこと
が可能である。なお図１に示す装置では、載置台１０６
にバイアス用の高周波電力を印加する構成を示したが、
単に載置台１０６を接地させる構成を採用することもで
きる。

【００２１】さらに載置台１０６の電極部１０６ａに
は、冷却ジャケット１１４が内設されている。この冷却
ジャケット１１４内には、たとえばチラーにより温調さ
れたエチレングリコールなどの熱媒を、熱媒導入管１１
４ａを介して導入可能であり、導入されたエチレングリ
コールは同冷却ジャケット１１４内を循環して冷熱を生
じる。かかる構成により、エチレングリコールの冷熱が
冷却ジャケット１１４から載置台１０６を介してＬＣＤ
基板Ｌに対して伝熱し、ＬＣＤ基板Ｌの処理面を所望す
る温度まで温調することが可能である。なお、冷却ジャ
ケット１１４を循環したエチレングリコールは熱媒排出
管１１４ｂより容器外へ排出される。なお、図１に示す
装置では省略しているが、載置台１０６に加熱ヒータな
どの加熱手段を設け、ＬＣＤ基板Ｌの処理面の温調を行
うように構成してもよい。また、載置台１０６の載置面
には多数の孔１１５ａが穿設されており、ガス供給管１
１５から、所定の伝熱ガス、例えばヘリウムガスを載置
台１０６の載置面とＬＣＤ基板Ｌの裏面との間に供給す
ることにより伝熱効率を高め、減圧雰囲気下であって
も、効率的にＬＣＤ基板Ｌの温調を行うことが可能であ
る。

【００２２】また、載置台１０６の上部には、ＬＣＤ基
板Ｌの外縁部をクランプすることが可能なクランプフレ
ーム１１６が設けられている。このクランプフレーム１
１６は、載置台１０６の周囲に立設された、例えば４本
の支持柱１１６ａにより支持されており、ＬＣＤ基板Ｌ
が載置された載置台１０６を上昇させ、ＬＣＤ基板Ｌの
外縁部にクランプフレーム１１６を当接させることによ
り、ＬＣＤ基板Ｌを載置台１０６上に載置固定すること
が可能である。なお、載置台１０６には、不図示のプッ
シャピンも設けられており、このプッシャピンを昇降さ
せることにより、ＬＣＤ基板Ｌを載置台１０６上に載置
したり、載置台１０６から持ち上げたりすることが可能
である。

【００２３】また載置台１０６の前記ＬＣＤ基板Ｌの載
置面とほぼ対向する処理容器１０２の天板部１０２ｂに
接するように、例えば石英ガラスやセラミックなどの誘
電体から側壁が構成されたアンテナ室１１０が設けられ
ている。そして、このアンテナ室１１０内に、図２に示
すように、導体、例えば銅板、アルミニウム、ステンレ
スなどを渦巻き状、コイル状、あるいはループ状に形成
した高周波アンテナ１１２が配置されている。図２に示
す高周波アンテナ１１２は２ターンの渦巻状に構成され
ているが、このアンテナ１１２はプラズマを発生するた
めのアンテナ作用を呈する機能が有ればよく、周波数が
高くなれば１ターンでも良い。

【００２４】この高周波アンテナ１１２の両端子、即ち
端子１１２ａおよび端子１１２ｂ間には、マッチング回
路１１４を介してプラズマ生成用の高周波電源１１６が
接続されている。

【００２５】アンテナ室１１０の壁体は、ＬＣＤ基板Ｌ
に対向する側の壁体１１０ａの肉厚が、接地された処理
容器１０２の天井部１０２ｂに接する側の壁体１１０ｂ
の肉厚よりも薄くなるように構成されている。かかる構
成により、高周波電源１１６より高周波アンテナ１１２
に印加された高周波エネルギーによる電界を、ＬＣＤ基
板Ｌ側に集中させることができるので、従来の装置に比
較して、より高密度のプラズマを処理室１０２ａ内に生
成することが可能となる。

【００２６】またアンテナ室１１０には冷却ガス給気管
１１６と冷却ガス排気管１１８が接続されており、所定
の冷却ガスをアンテナ室１１０内に導入し、高周波電源
１１６より高周波エネルギーが印加された際に過熱した
高周波アンテナ１１２を冷却し、高周波アンテナ１１２
の寿命を延ばすことが可能である。

【００２７】また図１に示すように、アンテナ室１１０
の壁内に冷媒、例えば冷水が流通する冷媒流通路１１３
を形成し、冷水を流すことによっても、アンテナ室１１
０の過熱を防止し、高周波アンテナ１１２の寿命を延ば
すことができる。

【００２８】また上記構成によれば、冷却ガス給気管１
１６からアンテナ室１１０に導入される冷却ガスの流量
および／または冷却ガス排気管１１８から排気される冷
却ガスの排気量を調整することにより、アンテナ室１１
０内を大気圧未満、好ましくは１００Ｔｏｒｒ以上に調
整することができる。ところで、従来の装置では、高周
波アンテナは大気圧雰囲気に置かれていたため、大気と
処理室内とを隔てる誘電体の肉厚を厚くして、大気圧と
処理室内圧力、例えば数１０ｍＴｏｒｒとの圧力差に抗
するように構成する必要があった。しかし、本発明によ
れば、アンテナ室１１０内の圧力が大気圧未満に調整さ
れるので、高周波アンテナ１１２が設置されるアンテナ
室内１１０と処理室１０２ａ内との圧力差を小さくする
ことが可能となり、従って、アンテナ室１１０と処理室
１０２ａ内とを隔てる壁体１１０ａの肉厚をより薄く形
成できる。その結果、高周波電源１１６より高周波アン
テナ１１２に印加された高周波エネルギーによる電界
を、処理室１０２ａ内に従来の装置に比較してより集中
することが可能となり、高密度のプラズマを得ることが
できる。

【００２９】さらに、処理ガス供給部１１８について説
明すると、処理ガス供給部１１８は、上記アンテナ室１
１０の下面に配置されている。この処理ガス供給部１１
８は、石英などの誘電体中にガス流通路１２８が形成さ
れた構造を有しており、さらに、処理ガス供給部１１８
の載置台１０６側の面には、このガス流通路１２８に連
通する多数の孔１２８ａが穿設されている。従って、処
理ガス源１３０から流量制御装置（ＭＦＣ）１３２を介
してガス流通路１２８に供給される所定の処理ガス、例
えば、酸化膜処理を行う場合にはＨＦ₄ガス、アルミニ
ウム膜処理を行う場合にはＢＣｌ₃＋Ｃｌ₂混合ガス、上
記孔１２８ａからシャワー状に処理室１２０ａ内に吹き
出し、処理室１０２内の処理ガス濃度を均一化し、従っ
て均一な密度のプラズマを処理室１０２ａ内に励起する
ことが可能である。

【００３０】また、前記処理容器１０２の底部には排気
管１５２が接続されて、この処理容器１０２内の雰囲気
を不図示の排気手段、例えば、真空ポンプにより排出し
得るように構成されており、処理室１０２ａの雰囲気を
任意の減圧度にまで真空引きすることが可能である。

【００３１】なお前記処理容器１０２の側部にはゲート
バルブ１５４が設けられており、隣接して設置されるロ
ードロック室より、搬送アームなどを備えた搬送機構に
より、未処理のＬＣＤ基板Ｌを処理室１０２ａ内に搬入
するとともに、処理済みのＬＣＤ基板Ｌを搬出すること
ができる。

【００３２】次に、以上のように構成された本実施例に
かかるプラズマエッチング装置の動作について説明す
る。

【００３３】まず、ゲートバルブ１５４を介してＬＣＤ
基板Ｌを、不図示の搬送アームにより処理室１０２ａ内
に収容する。この時、載置台１０６は、下方位置にあ
り、不図示のプッシャピンが上昇しており、不図示の搬
送アームは、ＬＣＤ基板Ｌをこの不図示のプッシャピン
上に置き、ゲートバルブ１５４から処理容器１０２外に
待避する。次いで、不図示のプッシャピンが下降し、Ｌ
ＣＤ基板Ｌは載置台１０６の載置面に載置される。次い
で、不図示の昇降機構により、載置台１０６が上昇し、
クランプ１１６の下面にＬＣＤ基板Ｌの周縁部が押圧さ
れ、ＬＣＤ基板Ｌが載置台１０６に固定される。

【００３４】この処理室１０２ａ内は、排気管１５２に
接続される不図示の真空ポンプにより真空引きされ、同
時に側壁に設けた処理ガス供給口１５０より所定の処理
ガス、例えば、酸化膜処理を行う場合にはＨＦ₄ガス、
アルミニウム膜処理を行う場合にはＢＣｌ₃＋Ｃｌ₂混合
ガス、を処理室１０２ａ内へ導入し、例えば処理室内を
３０ｍＴｏｒｒ程度の高真空状態にする。また、アンテ
ナ室１１０内には、冷却ガス給気口１１６より冷却ガス
が供給され、例えば１００Ｔｏｒｒ程度の大気圧未満の
圧力状態に保持される。

【００３５】そして、高周波電源１１６よりマッチング
回路１１４を介して、例えば１３．５６ＭＨｚの高周波
エネルギーをアンテナ室１１０内の高周波アンテナ１１
２に印加する。すると、高周波アンテナ１１２のインダ
クタンス成分の誘導作用により処理室１０２ａ内に電界
が形成される。その際、本実施例によれば、アンテナ室
１１０は設置された処理容器１０２の天井部１０２ｂに
接して設けられるとともに、そのアンテナ室１１０の被
処理体に対する対向面側の壁１１０ａの肉厚は従来のも
のに比較して薄く形成されているので、従来の装置に比
較してより強い電界が処理室１０２ａ内に形成される。
その結果、より高密度のプラズマを処理室１０２ａ内に
生成することができる。

【００３６】さて、このようにして処理室１０２ａ内に
生成したプラズマは、載置台１０６に印加されるバイア
ス電位により載置台１０６上のＬＣＤ基板Ｌの方向に移
動し、処理面に対して所望のエッチング処理を施すこと
が可能である。そして、所定のエッチング処理が終了し
た後、処理済みのＬＣＤ基板Ｌはゲートバルブ１５４を
介してロードロック室に搬出される。

【００３７】以上、本発明にかかるプラズマ処理装置を
ＬＣＤ基板用のエッチング装置に適用した一実施例に即
して説明したが、上記装置においては、渦巻状の高周波
アンテナ１１２が設置されるプラズマ室１１０の壁１１
０ａが平板状に構成されているので、高周波アンテナ１
１２が密に配置される中間部においてより強い電界が形
成され、その結果、処理室の中間領域のプラズマ密度が
高くなり、図７（Ａ）に示されるように、中間領域
（Ｍ）と、中央領域（Ｃ）および周縁領域（Ｓ）とのエ
ッチングレート（ＥＲ）が不均一になるおそれがある。

【００３８】なお本明細書において、被処理体の処理面
の中央領域の正投影に属する処理室またはアンテナ室内
の領域を中央領域（Ｃ）、該処理面の中央領域を囲む中
間領域の正投影に属する処理室またはアンテナ室内の領
域を中間領域（Ｍ）、該処理面の中間領域を囲む外縁領
域（すなわち、最外側領域）の正投影に属する処理室ま
たはアンテナ室内の領域を周縁領域（Ｓ）とそれぞれ称
しているが、これらの中央領域（Ｃ）、中間領域
（Ｍ）、周縁領域（Ｓ）の概念は、相対的な概念であ
り、被処理体の寸法および載置位置、処理室およびアン
テナ室の寸法および配置位置に応じて相対的に決定され
るものである。

【００３９】そして、本発明の別の実施の形態によれ
ば、上記のように、中央領域（Ｃ）、中間領域（Ｍ）、
周縁領域（Ｓ）において異なるプラズマ密度を、処理室
内において均一にするための様々な構成を加えることが
できる。以下、プラズマ密度を均一化するためのいくつ
かの態様について説明するが、これらの態様に用いられ
る構成部材のうち、図１に示す装置と同じ機能構成を有
するものについては同じ参照番号を付することにより詳
細説明は省略する。

【００４０】上記実施の形態においては、図２に示すよ
うに、一系統の高周波電源１１６より高周波電力が印加
される高周波アンテナ１１２を用いた結果、中間領域
（Ｍ）と、中央領域（Ｃ）および周縁領域（Ｓ）におい
てプラズマ密度の不均一を招くおそれがあった（図７
（Ａ）参照）。これに対して、本発明の別の実施の形態
によれば、図３に示すように、二系統の高周波電源２２
２ａ、２２２ｂより、それぞれマッチング回路２２４
ａ、２２４ｂを介して二系統の高周波アンテナ２０２
ａ、２０２ｂに、それぞれ異なる電力の高周波電力を印
加する構成を採用することも可能である。図示のよう
に、高周波アンテナを多系統構造とすることにより、例
えば、プラズマ密度の薄い場所に対して高周波アンテナ
を密に配置し、および／または高い高周波電力を印加
し、プラズマ密度の高い場所に対して高周波アンテナを
粗に配置し、および／または低い高周波電力を印加する
ことが可能となり、処理室内のプラズマ密度の均一化を
図ることができる。なお、図示の例では、第１の高周波
アンテナ２０２ａの外周を囲むように電界シールド２１
０により相互干渉しないよう第２の高周波アンテナ２０
２ｂを配置することにより、プラズマ密度が薄くなりが
ちな処理室の周縁部に対してより強い電波を供給するこ
とが可能なように構成している。

【００４１】あるいは、図４に示すように、アンテナ室
１１０内に設置される渦巻状の高周波アンテナ２０４の
中間部２０４Ｍを、アンテナ室１１０の被処理体側の壁
１１０ａから浮き上がらせるように配置して、壁１１０
ａに接する中心部２０４Ｃ（端子１１２ａ付近）および
周縁部２０４Ｓ（端子１１２ｂ付近）とＬＣＤ基板との
間隔よりも、中間部２０４ＭとＬＣＤ基板Ｌとの間隔を
広げることができる。その結果、プラズマ密度が濃くな
りやすい処理室の中間領域（Ｍ）の電界を弱くすること
が可能となり、図７（Ｂ）に示すように、処理室内に生
成するプラズマ密度を均一化し、エッチングレート（Ｅ
Ｒ）の面内均一を達成することができる。

【００４２】図４に示す実施例では、アンテナ室１１０
内に設置される渦巻状の高周波アンテナ２０４の中間部
２０４Ｍを、アンテナ室１１０の被処理体側の壁１１０
ａから浮き上がらせるように配置したが、アンテナの設
置をより安定化させるために、図５に示すように、アン
テナ室１１０の被処理体側の壁２０６自体を、その中間
領域（Ｍ）に属する部分（２０６Ｍ）が他の部分（中央
領域（Ｃ）および周縁領域（Ｓ）に属する部分（２０６
Ｃ、２０６Ｓ））よりも処理室の天井側に向かって盛り
上がった段々形状に構成し、各段上に高周波アンテナ２
０４の各ターンを配置するように構成することもでき
る。

【００４３】さらにまた、図６に示すように、アンテナ
室１１０の被処理体側の壁２０８を、その中間部２０８
Ｍの肉厚を他の部分、すなわち中央部２０８Ｃおよび周
縁部２０８Ｓの肉厚よりも厚く構成することができる。
かかる構成によっても、プラズマ密度が濃くなりがちな
中間領域（Ｍ）における高周波エネルギーの伝播力を弱
めることが可能となり、処理室内に生成するプラズマ密
度の均一化を図ることができる。なお、図示の例では、
アンテナ室１１０の被処理体側の外壁面を平面状にし、
アンテナ室１１０の内壁面を中央部が盛り上がる腕状に
構成することにより、中間部２０８Ｍの肉厚が厚くなる
ようにしているが、かかる例とは逆に、アンテナ室１１
０の内壁面を平面状にし、外壁面を被処理体側に中央部
が盛り上がる腕状にして、中央部の肉厚が厚くなるよう
に構成することもできる。

【００４４】さらに、図６に示す実施例では、アンテナ
室１１０のＬＣＤ基板Ｌに対向する側の壁２０８内に処
理ガス供給路２２０を設けている。この処理ガス供給路
２２０は壁２０８の被処理体側外壁面に開口する複数の
処理ガス供給孔２２２を備えている。かかる構成によれ
ば、複数の処理ガス供給孔２２２から処理室内に処理ガ
スが均一に供給されるので、処理室１０２ａ内の処理ガ
ス分布密度をより均一化することが可能となり、従って
処理室１０２ａ内に生成するプラズマ密度の均一化を図
ることができる。

【００４５】以上、本発明にかかるプラズマ処理装置を
ＬＣＤ基板用のエッチング装置に適用した一実施例に即
して説明したが、本発明はかかる実施例に限定されず、
特許請求の範囲に記載された技術的思想の範囲内におい
て、当業者であれば、各種の修正および変更を施すこと
が可能であり、これらについても当然に本発明の技術的
範囲に属するものと了解される。

【００４６】例えば、上記実施例においては、基板を被
処理体として処理する例を示したが、本発明は、半導体
ウェハを被処理体とする処理装置に対しても適用でき
る。また上記実施例では、本発明をエッチング装置に適
用した例を示したが、本発明は、プラズマを利用した各
種装置、例えばアッシング装置やプラズマＣＶＤ装置に
対しても適用することが可能である。

【００４７】

【発明の効果】以上説明したように、本発明に基づいて
構成されたプラズマ処理装置によれば、以下に示すよう
な優れた作用効果を奏することができる。

【００４８】請求項１または２によれば、大気圧未満，
好ましくは１００Ｔｏｒｒ以上の圧力雰囲気に保持され
たアンテナ室が処理室内に設置されているので、大気圧
と高真空の処理室内とを隔離していた従来の誘電体の肉
厚に比較して、アンテナ室の側壁の肉厚を薄く構成する
ことが可能となり、高周波電源より印加される高周波エ
ネルギーをより効率的に処理室内に伝播させることがで
きる。また同時にアンテナ室の側壁は接地された処理室
の側面に接しているので、その反対面（すなわち、被処
理体に対向する面）に高周波による電界を集中させるこ
とが可能となり、より高密度のプラズマを発生させるこ
とができる。

【００４９】請求項３によれば、高周波電源より高周波
エネルギーが印加され加熱した高周波アンテナを冷却ガ
スにより冷却することが可能である。また冷却ガスの給
気量および／または排気量を調整することにより、アン
テナ室内の圧力を大気圧未満の所望の圧力に制御するこ
とができる。

【００５０】請求項４によれば、アンテナ室の被処理体
に対向する側の側壁の厚みが、処理室の壁面側の側壁の
厚みよりも薄いので、高周波による高密度の電界が被処
理体方向に形成されるので、さらに高周波エネルギーの
利用効率を高め高密度のプラズマを処理室内に生成する
ことができる。

【００５１】請求項５によれば、より強い電界が形成さ
れやすい処理室の中間領域については、高周波アンテナ
と被処理体との間隔を広げて配するので、中間領域の電
界と中央領域および周縁領域の電界の強さを均一化で
き、その結果プラズマ密度の均一化を図ることができ
る。

【００５２】請求項６によれば、より強い電界が発生す
る中間領域における高周波エネルギーの伝播を緩和する
ことが可能となり、処理室の中間領域おいて高密度にな
り易いプラズマを、中央領域や周縁領域と同程度の密度
に調整することが可能となり、プラズマ密度の均一化を
図ることができる。

【００５３】請求項７によれば、アンテナ室の被処理体
に対向する側の壁に、処理ガス供給手段を設けているの
で、例えば、被処理体の対向面側に形成された複数の処
理ガス供給孔から処理室内に処理ガスを供給することに
より、処理ガスの分布密度を均一化し、従って処理室内
に生成するプラズマ密度の均一化を図ることができる。

【００５４】請求項８によれば、アンテナ室の被処理体
に対向する側の壁に、冷媒が流通する冷媒流路を設けて
いるので、例えば、上記冷媒流路中に冷水を流通させる
ことにより過熱したアンテナ室内を冷却することができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明にかかるプラズマ処理装置をＬＣＤ基板
用のエッチング装置に適用した一実施例の概略的な構成
図である。

【図２】図１に示すプラズマエッチング装置の高周波ア
ンテナの配置の様子を示す略水平方向断面図である。

【図３】本発明にかかるプラズマ処理装置に適用可能な
高周波アンテナの別の実施例を示す略水平方向断面図で
ある。

【図４】本発明にかかるプラズマ処理装置に適用可能な
高周波アンテナのさらに別の実施例を示す略垂直方向断
面図である。

【図５】本発明にかかるプラズマ処理装置に適用可能な
高周波アンテナおよびアンテナ室のさらに別の実施例を
示す略垂直方向断面図である。

【図６】本発明にかかるプラズマ処理装置に適用可能な
高周波アンテナおよびアンテナ室のさらに別の実施例を
示す略垂直方向断面図である。

【図７】高周波アンテナの配置とエッチングレートとの
関係を示す説明図であり、（Ａ）は高周波アンテナを平
面状に配置した場合、（Ｂ）は高周波アンテナの中間部
が盛り上がるように配置した場合をそれぞれ示してい
る。

【図８】従来の高周波誘導型プラズマ処理装置の概略構
成を示す略断面図である。

【符号の説明】

１００ プラズマエッチング装置 １０２ 処理容器 １０２ａ 処理室 １０２Ｂ 天井部 １０６ 載置台 １１０ アンテナ室 １１０ａ 被処理体側壁 １１２ 高周波アンテナ １１４ マッチング回路 １１６ 高周波電源 １１６ 冷却ガス給気口 １１８ 冷却ガス排気口

フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ // Ｃ２３Ｃ 16/50 Ｃ２３Ｃ 16/50 (56)参考文献 特開 平８−195297（ＪＰ，Ａ) 特開 平７−296989（ＪＰ，Ａ) 特開 平７−201495（ＪＰ，Ａ) 特開 平７−106096（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H01L 21/3065 B01J 19/08 C23F 4/00 H01L 21/205 H05H 1/46 C23C 16/50

Claims (8)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 高周波アンテナに高周波電力を印加する
   ことにより処理室内に誘導プラズマを励起して、前記処
   理室内の被処理体に対して処理を施す如く構成されたプ
   ラズマ処理装置において、前記処理室内に誘電体から成る側壁により囲まれたアン
   テナ室を形成し，そのアンテナ室内に前記高周波アンテ
   ナを設置し， 前記アンテナ室内は，大気圧未満の圧力雰囲気に保持さ
   れ， 前記アンテナ室の側壁は，接地された前記処理室内の内
   壁面に接している ことを特徴とする，プラズマ処理装
   置。
2. 【請求項２】 前記アンテナ室内は，大気圧未満であり
   かつ１００Ｔｏｒｒ以上の圧力雰囲気に保持されること
   を特徴とする，請求項１に記載のプラズマ処理装置。
3. 【請求項３】 さらに前記アンテナ室内を冷却ガスによ
   り冷却する冷却ガス給気／排気手段を設けたことを特徴
   とする、請求項１または２に記載のプラズマ処理装置。
4. 【請求項４】 前記アンテナ室の前記被処理体に対向す
   る側の壁の厚みを前記アンテナ室が接する前記処理室の
   内壁面側の壁の厚みよりも薄く形成したことを特徴とす
   る、請求項１〜３のいずれかに記載のプラズマ処理装
   置。
5. 【請求項５】 前記被処理体の処理面を中央領域とその
   中央領域を囲む中間領域とその中間領域を囲む周縁領域
   とに分け、前記中間領域の正投影領域に属する前記アン
   テナ室の中間領域に配置される前記高周波アンテナを前
   記アンテナ室の他の領域に配置される前記高周波アンテ
   ナよりも前記被処理体に対して離れた位置に配置させる
   ことを特徴とする、請求項１〜４のいずれかに記載のプ
   ラズマ処理装置。
6. 【請求項６】 前記被処理体の処理面を中央領域とその
   中央領域を囲む中間領域とその中間領域を囲む周縁領域
   とに分け、前記アンテナ室の前記被処理体に対向する側
   の壁は、前記中間領域の正投影領域に属する壁部分が他
   の領域に属する壁部分よりも肉厚に構成されることを特
   徴とする、請求項１〜５のいずれかに記載のプラズマ処
   理装置。
7. 【請求項７】 前記アンテナ室の前記被処理体に対向す
   る側の壁に、処理ガス供給手段を設けたことを特徴とす
   る、請求項１〜６のいずれかに記載のプラズマ処理装
   置。
8. 【請求項８】 前記アンテナ室の前記被処理体に対向す
   る側の壁に、冷媒が流通する冷媒流路を設けたことを特
   徴とする、請求項１〜７のいずれかに記載のプラズマ処
   理装置。