JP2004165645A - プラズマ処理装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 印加電極側に処理基板を設けたプラズマ処理装置で、エッジ部での電界のゆがみや、プラズマのゆがみを補正し、基板面内で均一なプラズマ処理特性の実現が可能なプラズマ処理装置を提供する。
【解決手段】 処理室内に処理ガスを導入し、上記処理室内にプラズマを励起して、上記処理室内のカソード電極６上に、載置された被処理基板８に対してプラズマ処理を施すプラズマ処理装置であって、上記被処理基板８の外周縁部を内包し、内包面と上記被処理基板８の上面間にクリアランスを有するリング10aを設けたことを特徴とするプラズマ処理装置。
【選択図】 図１Ａ

Description

本発明は、半導体製造装置及び液晶製造装置のプラズマ処理装置に関するものである。

半導体製造装置及び液晶製造装置におけるプラズマ処理装置は、真空容器内にガスを供給しつつ真空容器内を排気し、真空容器内を所定の圧力に制御しながら、プラズマソース又は真空容器内の電極もしくはその両方に高周波電力を供給することにより、真空容器内に電界を発生させ、その電界により、反応ガスをプラズマ化し、真空容器内の電極上に載置された基板をプラズマ処理するものである。この場合、基板が高周波電力を印加するカソード電極側に載置されている場合においては、基板面上のプラズマシースを基板面に対して一様に分布させなければ、被処理基板の面内に均一に、複数のプラズマ処理特性を獲得することが困難になり、実際は基板面内においてある程度プラズマ特性にばらつきが生ずることが必至となる。特に、基板面上のプラズマシースは基板外縁部で極端に大きくなり、プラズマシースの分布に対応して、プラズマ処理特性が獲得される場合、直接その影響を受けることとなる。例えば、ドライエッチング装置では、エッチングレートが基板の周辺部分が中央部分に比べて大きくなる傾向にあった。

そのため、プラズマシースの分布に影響を受けるプラズマ処理特性を基板面内で均一に獲得するための方法として、基板の周囲に基板表面からの高さが全周囲を通じて一定でないリングを基板から一様に離れた距離に基板の周囲を囲うように立て、基板周辺部の反応ガスの流入と、反応生成物の流出を制御することによって、基板外周部の反応速度を落とし、エッチングレートのばらつきを低減させる技術が公知技術として存在する（例えば、特許文献１参照）。

次に、特許文献１に記載された従来のドライエッチング装置について、図８、図９を参照して説明する。特許文献１に記載された従来のドライエッチング装置は、図８に示すように真空容器１１１内にガス供給装置１１２より所定流量のガスを導入しつつ排気装置としての真空ポンプ１１３により排気を行い、真空容器１１１内を所定の圧力に保ちながら、下部電極１１５及びプラズマソース１１７に電極用高周波電源１１４、プラズマソース用高周波電源１１８によって高周波電力を供給して、真空容器１１１内にプラズマを発生し、下部電極１５に載置された基板１１６に対してエッチング処理を行うもので、基板１０６の周辺に基板１１６の全周囲を囲み、基板１０６の表面からの高さが全周囲を通じて一様でないリング１１９を置いて処理することにより、基板１１６の周辺、特にコーナー部のエッチングレートを中央部に対して選択的に押え、全体として均一エッチングレートが得られるドライエッチング処理を行うものである。

この技術は、従来、一定の高さのフォーカスリングで、エッチングレートの均一性を獲得していたが、エッチングのプロセスが多様化する中でさらにエッチングレートの均一性を獲得するために、基板表面からの高さが全周囲を通じて一様でないリングを設けることを特徴としている。

しかしながら、この方法は、電界によるプラズマシースの分布によるプラズマ処理特性のばらつきを、反応ガスのガス流れ制御で補正するというアプローチであり、プラズマシースの分布のばらつきは依然として存在し、根本的な解決になっていない。

特開２０００−３１５６７６号公報（第４頁、第１図、第２図）

通常、電極最縁部が無視できるほど大きなカソード電極面を仮定し、その中央に、高周波電力を印加した場合は、カソード電極面に発生する電界は、印加点で最も高く、カソード電極外側に向かってなだらかに低下するという分布になり、被処理基板のプラズマ処理特性も、この分布に影響を受ける。被処理基板面上に発生するプラズマシースは、カソード電極上の電界分布に対応して発生するが、実際は、必ずしも一致しない。なぜなら、通常、カソード電極面は、被処理基板に対して、ある程度寸法を大きく設計し、そのカソード電極上に処理基板が載置されるか、乃至は、被処理基板に対して、ある程度寸法を小さく設計し、そのカソード電極上に処理基板が載置されている。よって、仮にカソード電極面に一様に高周波電力を印加して、カソード電極面に一様な電界を発生させたとしても、前者の場合、被処理基板外周縁部は、カソード電極面内側に位置し、後者はその逆となる。いずれの場合も、被処理基板外周縁部に発生する電界は、被処理基板の厚みによる形状変化や被処理基板の材質によるインピーダンスの変化を回避できない状態になるため、被処理基板外周縁部の電界を歪ませる原因となり、被処理基板外周縁部近傍のプラズマシースは、極端に増加するようになる。さらに、被処理基板の寸法とカソード電極面の寸法を同一に設計した場合では、上記の場合よりもはるかに、形状変化やインピーダンス変化が著しくなるため、上記の場合よりも、さらに被処理基板外周縁部近傍のプラズマシースは増加する。このため、被処理基板外周縁部では、被処理基板内面部よりも極端にプラズマ処理特性にばらつきを生じさせ、均一な処理ができないという課題があった。

従って、本発明の目的は、印加電極側に処理基板を設けたプラズマ処理装置であって、エッジ部での電界のゆがみや、プラズマのゆがみを補正し、基板面内で均一なプラズマ処理特性の実現が可能なプラズマ処理装置を提供する。

本発明のプラズマ処理装置は、上記被処理基板外周縁部を内包するリングを設けることを特徴とするプラズマ処理装置である。このような構成とすることで、被処理基板の厚みによる形状変化や被処理基板の材質によるインピーダンスの変化を補正することができる。つまりは、基板外周縁部上面近傍の電界を補正するために、基板外周縁部上面と基板外周縁部縦方向の面に、電界を遮蔽又は緩和させる目的で、基板外周最縁部を内包するようにリングを設けたことを特徴とする。さらに、基板にリングが直接接した場合、逆に基板自体のインピーダンスが、リングが接触したことで変化するので、被処理基板とリングが直接接触しないように、ある程度の距離を確保するため被処理基板とリング内包面との間にクリアランスを設けたことを特徴とする。

このような構成とすることで、一様な電界を発生させることが可能になり、被処理基板外周縁部で近傍のプラズマシースが極端に増加する現象が抑制でき、被処理基板外周縁部でのプラズマ処理特性にばらつきが発生するのを抑制し、均一な処理が可能となる。

本発明のプラズマ処理装置は、被処理基板の外周縁部を内包するリングを設けたことにより、被処理基板の厚みによる形状変化や被処理基板の材質によるインピーダンスの変化を補正することができ、さらに被処理基板とリング内包面との間にクリアランスを設けることで、一様な電界を発生させることが可能になり、被処理基板の外周縁部近傍のプラズマシースが極端に増加する現象を抑制でき、被処理基板の外周縁部でのプラズマ処理特性にばらつきが発生するのを抑制し、均一なプラズマ処理が可能となる。

本発明の種々の実施形態を説明する前に、本発明の種々の態様について説明する。

本発明の第１態様にかかるプラズマ処理装置は、処理室内に処理ガスを導入し、上記処理室内でプラズマを励起して、上記処理室内のカソード電極上に載置された被処理基板に対してプラズマ処理を施すプラズマ処理装置であって、
上記被処理基板の外周縁部に近接して、上記被処理基板の上記外周縁部を内包し、その内包面と上記被処理基板の上面との間にクリアランスを有するリングを設けることで、被処理基板外周部のエッチングレートの補正を行い、電界を一様に発生させることが可能となり、被処理基板外周縁部近傍のプラズマシースの極端な増加や、プラズマ処理特性にばらつきが発生するのを抑制し、均一なプラズマ処理が可能となる作用を有する。

本発明の第２態様にかかるプラズマ処理装置は、第１の態様において、上記カソード電極の被処理基板載置面が上記被処理基板に対して大きく、上記リングは、上記カソード電極上に設置され、かつ上記リングの断面形状が、上記被処理基板の上記外周縁部を内包しうる向きにＬ字型を有することを特徴とするもので、一様な電界を発生させることが可能になり、被処理基板外周縁部でのプラズマ処理特性にばらつきが発生するのを抑制し、均一なプラズマ処理が可能となる作用を有する。

本発明の第３態様にかかるプラズマ処理装置は、第２の態様において、上記Ｌ字型リングは、上記被処理基板の上記外周縁部に対して、上記被処理基板の外側方向にクリアランスを有して上記被処理基板の上記外周縁部の外側面を覆う外側面被覆部分と、上記被処理基板の上記外周縁部の上面に対して、上記被処理基板の厚み方向にクリアランスを有して上記被処理基板の上記外周縁部の上記上面を覆う上面被覆部分とに分割されていることを特徴とするもので、分割構造を有することにより製作が簡便になる作用を有する。

本発明の第４態様にかかるプラズマ処理装置は、第１の態様において、上記カソード電極の被処理基板接触面が上記被処理基板に対して小さく、上記リングは、上記カソード電極の上記被処理基板接触面外でかつ上記カソード電極上に設置され、かつ上記リングの断面形状が、上記被処理基板の外周縁部を内包しうる向きにコの字型を有することを特徴とするもので、第１の態様に記載の発明と同じ作用を有する。

本発明の第５態様にかかるプラズマ処理装置は、第４の態様において、上記コの字型リングは、上記被処理基板の外周縁部に対して、上記被処理基板の外側方向にクリアランスを有して上記被処理基板の上記外周縁部の外側面を覆う外側面被覆部分と、上記被処理基板の外周縁部の上面に対して、上記被処理基板の厚み方向にクリアランスを有して上記被処理基板の上記外周縁部の上記上面を覆う上面被覆部分とに分割されていることを特徴とするもので、第４の態様に記載の発明と同じ作用を有する。

本発明の第６態様にかかるプラズマ処理装置は、第３又は５の態様において、上記上面被覆部分は上記外側面被覆部分に、上記上面被覆部分が上記外側面被覆部分から上記厚み方向に移動可能なように、載置されていることを特徴とするもので、上記部分を駆動することで、被処理基板の搬送が可能になる作用を有する。

本発明の第７態様にかかるプラズマ処理装置は、第１〜６のいずれか１つの態様において、上記被処理基板の外周縁部を内包する領域は、上記被処理基板の外周縁から上記被処理基板の上面の内側にかけて覆う領域が、略３ｍｍ以上１０ｍｍ以下であり、上記リング内包面と、上記被処理基板の上面及びに対するクリアランスは、略０．１ｍｍ以上０．５ｍｍ以下であることを特徴とするもので、基板とリング間に上記のクリアランスを設けることで、最適かつ一様な電界を発生させることが可能となり、かつ基板とリングの接触による基板自体のインピーダンスの変化を防止する作用を有する。

本発明の第８態様にかかるプラズマ処理装置は、第１〜７いずれか１つの態様において、上記リングの上記被処理基板の外周縁から上記被処理基板の上面の内側にかけて覆う領域は、上記リングの下面に対して上記リングの上面が、上記リングの最内縁部から上記リングの外側にかけて、厚み方向にテーパを有することを特徴とするもので、リング厚みの形状変化によるインピーダンスの変化を補正できる作用を有する。

次に、本発明の種々の実施形態について説明する。
（第１実施形態）
図１Ａ，図１Ｂ，図１Ｃは本発明の第１実施形態にかかるプラズマ処理装置を示した図である。

図１Ａ，図１Ｂ，図１Ｃにおいて、真空ポンプなどの排気装置３０により排気されて所定の圧力に減圧された真空室又は処理室の一例としての真空容器１内に、マスフローコントローラ２で流量制御された処理ガスの一例としての反応ガスが矩形のアノード電極３に設置された多数の噴出し穴４より真空容器１内に供給可能となっている。高周波電力は、高周波電源５から矩形板状のカソード電極６に印加可能とされ、途中のマッチングボックス７によりインピーダンス整合可能とされ、真空容器１内のカソード電極６に供給可能とされる。真空容器１とカソード電極６との間には矩形板状の絶縁部材２０が介在されており、真空容器１及びアノード電極３は接地されている。

この第１実施形態では、図１Ｂ，図１Ｃに示されるように、カソード電極６の被処理基板載置面（上面）が、上記被処理基板８のカソード電極接触面（下面）に対して相対的に大きく、セラミックやジュラコン（登録商標）、石英などの、プラズマ中でも安定な絶縁体より構成されるリング１０ａは、実質的にカソード電極６の上面（被処理基板載置面）上の外周縁に設置されている。そして、リング１０ａの断面形状は、被処理基板８の厚みより大きな寸法の部分が、被処理基板８の外周縁の外側面を覆う側面被覆部として機能し、残りの上端部１０ａ−１が、被処理基板８の外周縁の上面を覆う上面被覆部として機能するようにカソード電極６の大略上面沿いに中心向きに突出して、リング内包面と外周縁の上面との間及びリング内包面と外周縁の側面との間にクリアランス４１，４２を設けつつ、被処理基板８の外周縁部を内包しうる向きにＬ字型となっている。なお、クリアランス４２は無くてもよく、少なくとも、リング１０ａのリング内包面と被処理基板８の外周縁の上面間にクリアランス４１を設けるようにすればよい。

なお、リング１０ａのリング内包面と被処理基板８の外周縁の上面間は大略平行であることが好ましく、また、リング１０ａのリング内包面と被処理基板８の外周縁の側面間は大略平行であることが好ましい。

このような構造のプラズマ処理装置によれば、アノード電極３とカソード電極６間で電界が発生し、電界により反応ガスがプラズマ化する。プラズマは、カソード電極６上に載置された矩形板状の被処理基板８をエッチング処理するが、被処理基板８の面内均一性を獲得するため、上記したように、カソード電極６上に被処理基板８の外周縁部を内包し、リング内包面と被処理基板８の外周縁の少なくとも上面との間にクリアランス４１を設け、又は、好ましくはリング内包面と外周縁の上面との間及び外周縁の側面との間にクリアランス４１，４２をそれぞれ設けた矩形リング１０ａが設置され、被処理基板８の外周縁部近傍のエッチングレートの補正を行っている。そのため、一様な電界を発生させることが可能になり、被処理基板８の外周縁部近傍のプラズマシースが極端に増加する現象を抑制でき、プラズマ処理特性にばらつきが発生するのを抑制し、被処理基板８の均一なプラズマ処理が可能となる。

なお、図１Ａにおいて、１０００は制御装置であって、排気装置３０と高周波電源５とマスフローコントローラ２と後述する基板搬送機構とドア１５と基板搬送アーム１４と駆動装置２２と基板昇降駆動装置２１とのそれぞれの動作制御を行うものである。

上記反応ガスの一例としては、被処理基板８の被エッチング膜がチタン又はアルミニウムのときはＣｌ_２とＢＣｌ_３の混合ガス、被エッチング膜がシリコンのときはＣｌ_２ガス、被エッチング膜がチッ化シリコンのときはＣＦ_４などのＣＦ系のガスを使用する。また、一例として、被処理基板８の大きさは５５０ｍｍ×６７０ｍｍ、圧力は被エッチング膜の種類によるが１５Ｐａ〜３Ｐａ、高周波電源５からカソード電極６に印加される高周波は、１３．５６ＭＨｚ、電力は１０００Ｗ〜３０００Ｗである。単位面積あたりの電力は０．００２７１〜０．００８１４Ｗ／ｍｍ^２である。

（第２実施形態）
図２Ａは本発明の第２実施形態にかかるプラズマ処理装置を示した図であって、被処理基板８の外周縁部近傍を拡大したものである。第２実施形態が、図１Ａのプラズマ処理装置において第１実施形態と異なるのは、以下の点である。すなわち、カソード電極６Ａの中央部分が上向きに突出した被処理基板接触面６ａの寸法が、上記被処理基板８のカソード電極接触面の寸法に対して相対的に小さいこと、及び、矩形リング１０ｂは、実質的にカソード電極６Ａの被処理基板接触面６ａの外側に設置され、リング１０ｂの断面形状が、カソード電極６Ａの大略被処理基板接触面６ａ沿いに上端部１０ｂ−１及び下端部１０ｂ−２が中心向きに突出して、リング内包面と被処理基板８の外周縁の上面との間及びリング内包面と外周縁の側面との間及びリング内包面と外周縁の下面との間にクリアランス４１，４２，４３をそれぞれ設けつつ被処理基板８の外周縁部を内包しうる向きにコの字型となっていることである。リング１０ｂの上端部１０ｂ−１はその下端部１０ｂ−２よりも中心向きに突出している。リング１０ｂの上端部１０ｂ−１は被処理基板８の外周縁の上面を覆うとともに、下端部１０ｂ−２は被処理基板８の外周縁の上面を覆い、リング１０ｂの残りの部分が被処理基板８の外周縁の外側面を覆うようにしている。

なお、リング１０ｂのリング内包面と被処理基板８の外周縁の上面間は大略平行であることが好ましく、また、リング１０ｂのリング内包面と被処理基板８の外周縁の側面間は大略平行であることが好ましく、さらに、リング１０ｂのリング内包面と被処理基板８の外周縁の下面間は大略平行であることが好ましい。

一方、図２Ｂ，図２Ｃは、第２実施形態の変形例であって、図２Ａと異なるのは、被処理基板８の外周縁の下面側にクリアランスが無いことであり、その他の構成は大略同一である。すなわち、リング１０ｂの断面形状は、カソード電極６Ａの大略被処理基板接触面６ａ沿いに上端部１０ｂ−１及び下端部１０ｂ−２が中心向きに突出して、リング内包面と被処理基板８の外周縁の上面との間及びリング内包面と外周縁の側面との間にクリアランス４１，４２をそれぞれ設けつつ被処理基板８の外周縁部を内包しうる向きにコの字型となっている。なお、カソード電極６Ａ−１の被処理基板接触面６ａ−１の突出量と及びリング１０ｂの下端部１０ｂ−２の厚さとが大略同一として、被処理基板８の外周縁部の下面が、カソード電極６Ａ−１の被処理基板接触面６ａ−１とリング１０ｂの下端部１０ｂ−２とにまたがって載置されているため、被処理基板８の外周縁の下面側にはクリアランスが無い。

図２Ａ，図２Ｂ〜図２Ｃのいずれの場合でも、一様な電界を発生させることが可能になり、被処理基板８の外周縁部近傍のプラズマシースが極端に増加する現象が抑制でき、被処理基板８の外周縁部でのプラズマ処理特性のばらつきを抑制し、均一なプラズマ処理が可能となる。

（第３実施形態）
図３Ａは本発明の第３実施形態にかかるプラズマ処理装置を示した図であって、基板外周縁部近傍を拡大したものである。図３Ａは、上記図１Ａ〜図１ＣのＬ字型のリング１０ａが、被処理基板８の厚さよりも大きな厚みを持ち、かつ被処理基板８の外周縁部に対して、被処理基板８の外側方向にクリアランス４２を有する外側面被覆部分１０ｃと、外側面被覆部分１０ｃよりも中心側に突出し、かつ、被処理基板８の外周縁部の上面に対して、被処理基板８の厚み方向にクリアランス４１を有する上面被覆部分１０ｄとに分割可能にカソード電極６上に設けられる構造を有するリング１０ｇとして構成されている。リング１０ｇの上面被覆部分１０ｄは被処理基板８の外周縁の上面を覆うとともに、外側面被覆部分１０ｃは被処理基板８の外周縁の外側面を覆うようにしている。

図３Ｂは第３実施形態の変形例であって、上記図２Ａのコの字型のリング１０ｂが、被処理基板８の厚さよりも大きな厚みを持ち、かつ被処理基板８の外周縁部に対して、被処理基板８の外側方向及び下面側方向の両方にクリアランス４２，４３を有する外側面及び下面被覆部分１０ｅと、外側面及び下面被覆部分１０ｅよりも中心側に突出し、かつ、被処理基板８の外周縁部の上面に対して、被処理基板８の厚み方向にクリアランス４１を有する上面被覆部分１０ｆとに分割可能にカソード電極６Ａ上に設けられる構造を有するリング１０ｈとして構成されている。リング１０ｈの上面被覆部分１０ｆは被処理基板８の外周縁の上面を覆うとともに、外側面及び下面被覆部分１０ｅは被処理基板８の外周縁の外側面及び下面を覆うようにしている。

図３Ａ，図３Ｂのいずれの場合も、一様な電界を発生させることが可能になり、被処理基板８の外周縁部近傍のプラズマシースが極端に増加する現象を抑制できることから、被処理基板８の外周縁部でのプラズマ処理特性にばらつきが生ずるのを抑制し、均一なプラズマ処理が可能となる。

また、分割構造を有することにより製作が簡便であるとともに、被処理基板８の外周縁部の上面に対して、被処理基板８の厚み方向にクリアランスを有する上面被覆部分１０ｄ又は１０ｆを、図４Ａ，図４Ｂに示すような駆動機構により真空容器１内で駆動することにより、被処理基板８の搬送が可能となる。

図４Ａ，図４Ｂは、基板搬送を可能足らしめる基板搬送機構の一例を示す図である。なお、ここでは、図３Ｂに示すように外側面及び下面被覆部分１０ｅと上面被覆部分１０ｆとの分割方式をとるリング１０ｈを、図２Ａの被処理基板接触面６ａ−１を有するカソード電極６Ａ−１に載置して下面側のクリアランス４３が無い場合について説明する。

まず、真空容器１内のカソード電極６Ａ−１に被処理基板８を載置する際には、リング１０ｈの矩形の短辺沿いに４つ支持バー１３が取り付けられた、リング１０ｈの上面被覆部分１０ｆが、上記駆動機構の一例であるリング昇降ユニット１１により上昇する。各リング昇降ユニット１１は、ピストン又はモータなどの駆動装置２２と、駆動装置２２に駆動されるロッド２３の上端に連結された断面Ｌ字状の当接板２４とで構成され、駆動装置２２の駆動により当接板２４が昇降される。当接板２４は、駆動装置２２による上昇時に、同時的に、リング１０ｈの矩形の短辺沿いに４つ支持バー１３に当接してこれらを持ち上げることにより、リング１０ｈの上面被覆部分１０ｆが大略平行に図４Ｂの実線で示される載置位置から、１点鎖線で示される上端位置まで上昇させられる。

次いで、退避位置ＩＩでＵ字状基板搬送アーム１４に被処理基板８を載置した状態で、真空容器１に隣接する準備室から、予め開いたドア１５を基板搬送アーム１４が通過して、リング１０ｈの上面被覆部分１０ｆが１点鎖線で示される上端位置に位置した状態の真空容器１内に基板搬送アーム１４が入り、リング１０ｈの上面被覆部分１０ｆとカソード電極６Ａ−１との間の挿入位置Ｉまで基板搬送アーム１４が挿入される。

次に、例えば４個のピストンなどの基板昇降駆動装置２１の駆動により例えば４個の基板昇降ピン１２が実線の下端位置から１点鎖線の上端位置まで上昇し、基板搬送アーム１４上の被処理基板８を基板搬送アーム１４から持ち上げられる。

その後、基板搬送アーム１４は、真空容器１外へと移動し、ドア１５が閉じられる。

その後、基板昇降駆動装置２１の駆動により基板昇降ピン１２が降下してカソード電極６Ａ−１上に被処理基板８が載置され、最後に、駆動装置２２により、リング１０ｈの上面被覆部分１０ｆを降下させて、リング１０ｈの上面被覆部分１０ｆにより被処理基板８の外周縁部をカバーできるようにする。

プラズマ処理が終了したのちは、上記とは逆の動作となる。

すなわち、被処理基板８の外周縁部をカバーしているリング１０ｈの上面被覆部分１０ｆが駆動装置２２により上端位置にまで上昇させられる。

次いで、基板昇降駆動装置２１の駆動により基板昇降ピン１２が実線の下端位置から１点鎖線の上端位置まで上昇し、カソード電極６Ａ−１上の被処理基板８をカソード電極６Ａ−１から持ち上げられる。

次いで、真空容器１に隣接する準備室から、予め開いたドア１５を基板搬送アーム１４が通過して、真空容器１内に入り、持ち上げられた被処理基板８とカソード電極６Ａ−１との間の挿入位置Ｉまで挿入される。

次いで、基板昇降ピン１２が降下して基板搬送アーム１４上に、被処理基板８が載置されるとともに、基板昇降ピン１２は下端位置まで下降する。

次いで、被処理基板８が載置された基板搬送アーム１４は、真空容器１外へと移動し、ドア１５が閉じられる。

なお、図４Ａ及び図４Ｂでは簡単化のため、図１Ａのマスフローコントローラ２、アノード電極３、ガス噴出し穴４、高周波電源５、マッチングボックス７などは省略されている。

（第４実施形態）
図５は本発明の第４実施形態にかかるプラズマ処理装置を示した図で、上記図２Ａの第２実施形態を例にとって、被処理基板８の外周縁部近傍を拡大したものである。第４実施形態は、第２実施形態におけるクリアランス４１，４２の間隔を特定したもので、上記被処理基板８の上面から被処理基板８の下面にかけて直視した場合における、被処理基板８の外周縁から被処理基板８の上面の内側（中心側）にかけて覆う領域Ｄが、およそ１ｍｍ以上１０ｍｍ以下であることを特徴としているとともに、、リング内包面と上記被処理基板８の外周縁の上面との間及びリング内包面と上記被処理基板８の外周縁との間のクリアランス４１，４２の間隔ｄ１、ｄ２はそれぞれおよそ０．１ｍｍ以上１．０ｍｍ以下であることを特徴としている。いずれの場合も、これらの距離を有することで、最適に、一様な電界を発生させることが可能になり、被処理基板８の外周縁部近傍のプラズマシースが極端に増加する現象を抑制できる。なお、リング１０ｂの上端部１０ｂ−１の内縁端厚みｄ３は、３ｍｍ以下であれば、リング１０ｂの厚みによるプラズマシースのゆがみを無視できる。

このように寸法構成すれば、被処理基板８の外周縁部でのプラズマ処理特性のばらつきをより確実に抑制することができて、より確実に均一なプラズマ処理が可能となる。

（第５実施形態）
図６は本発明の第５実施形態にかかるプラズマ処理装置を示す図で、上記図２Ａの第２実施形態を例にとって、被処理基板８の外周縁部近傍を拡大したものである。上記被処理基板８の上面から被処理基板８の下面にかけて直視した場合における、被処理基板８の外周縁から被処理基板８の上面の内側にかけて覆う上記リング１０ｊの上面被覆部分１０ｋを、上面被覆部分１０ｋの下面に対して、上面被覆部分１０ｋの上面が、上面被覆部分１０ｋの最内縁部から上面被覆部分１０ｋの外側にかけて厚みが増加するように、厚み方向にテーパを有している。通常、リング１０ｊを形成する材質は、セラミックやジュラコン（登録商標）、石英などの、プラズマ中でも安定な絶縁体であるのが望ましいが、これらは脆性を有する材料である。このため、上面被覆部分１０ｋの内縁端厚みｄ３を３ｍｍ以下にする場合、実際の使用を考慮すると、リング１０ｊのメンテナンス時や、取り付け取り外し時等に破損する可能性が非常に高いため、強度的に厚さを確保しなければならない。しかし、上記のように厚み方向にテーパを有する形状にすることにより、リング１０ｊの厚みの形状変化によるインピーダンスの変化をも補正することができ、最適にかつ一様な電界を発生させることが可能になり、被処理基板８の外周縁部近傍のプラズマシースが極端に増加する現象を抑制できる。このことから、被処理基板８の外周縁部でのプラズマ処理特性のばらつきを抑制し、均一なプラズマ処理が可能となる。なお、リング１０ｊの上面被覆部分１０ｋのテーパ角度θは、上面被覆部分１０ｋの内縁端部の強度を考慮し、１０°から３０°が望ましい。

図７Ａは本発明を適用しなかったプラズマ処理装置において、５５０ｍｍ×６７０ｍｍ基板対応液晶用ドライエッチング装置を用いて、チッ化シリコン膜基板をＡｒガス内でエッチングしたとき（処理条件としては、Ａｒガス：１２００ｓｃｃｍ、圧力：０．５Ｐａ、印加電力：４５００Ｗ）のエッチングレートを示している。図７Ｂは、本発明の第１実施形態に示したプラズマ処理装置において、５５０ｍｍ×６７０ｍｍ基板対応液晶用ドライエッチング装置を用いて、チッ化シリコン膜基板をＡｒガス内でエッチングしたとき（処理条件としては、Ａｒガス：１２００ｓｃｃｍ、圧力：０．５Ｐａ、印加電力：４５００Ｗ）のエッチングレートを示している。チッ化シリコン膜をＡｒガス内でエッチングする場合、ほぼイオン性エッチングであるため、被処理基板８の面上のシース分布を測定していることと同等である。

この結果、本発明を適用しなかった図７Ａにおいては、被処理基板８の外周縁部のエッチングレートが極端に増加しているのに対して、本発明の第１実施形態のプラズマ処理装置を使用した図７Ｂでは、被処理基板８の外周縁部のエッチングレートが抑制されていることが確認できる。

よって、本発明の上記種々の実施形態にかかるプラズマ処理装置によれば、従来例に比べて、一様に電界を発生させることが可能になり、被処理基板の外周縁部近傍のプラズマシースが極端に増加する現象を抑制できる。このことから、被処理基板の外周縁部でのプラズマ処理特性のばらつきを抑制し、均一なプラズマ処理が可能となることが証明できた。

なお、上記様々な実施形態のうちの任意の実施形態を適宜組み合わせることにより、それぞれの有する効果を奏するようにすることができる。

本発明の第１実施形態にかかるプラズマ処理装置の全体を示す一部断面側面図である。 本発明の上記第１実施形態にかかるプラズマ処理装置のリングを示す平面図である。 図１Ｂの矢印Ａ方向から見た図であって、上記本発明の第１実施形態にかかるプラズマ処理装置のリング及びカソード電極などを示す一部断面拡大側面図である。 本発明の第２実施形態にかかるプラズマ処理装置のリング及びカソード電極などを示す一部断面拡大側面図である。 本発明の上記第２実施形態の変形例にかかるプラズマ処理装置のリングを示す平面図である。 図２Ｂの矢印Ｂ方向から見た図であって、上記本発明の第２実施形態の上記変形例にかかるプラズマ処理装置のリング及びカソード電極などを示す一部断面拡大側面図である。 本発明の第３実施形態にかかるプラズマ処理装置のリング及びカソード電極などを示す一部断面拡大側面図である。 本発明の第３実施形態の変形例にかかるプラズマ処理装置のリング及びカソード電極などを示す一部断面拡大側面図である。 本発明の第３実施形態の上記変形例にかかるプラズマ処理装置において基板搬送機構により基板が搬送される状態を説明するための平面図である。 本発明の第３実施形態の上記変形例にかかるプラズマ処理装置において基板搬送機構により基板が搬送される状態を説明するための一部断面拡大側面図である。 本発明の第４実施形態にかかるプラズマ処理装置のリング及びカソード電極などを示す一部断面拡大側面図である。 本発明の第５実施形態にかかるプラズマ処理装置のリング及びカソード電極などを示す一部断面拡大側面図である。 本発明を適用しなかったプラズマ処理装置として５５０ｍｍ×６７０ｍｍ基板対応液晶用ドライエッチング装置を用いて、チッ化シリコン膜基板をＡｒガス内でエッチングしたときのエッチングレートを示すグラフである。 本発明の第１実施形態にかかるプラズマ処理装置として５５０ｍｍ×６７０ｍｍ基板対応液晶用ドライエッチング装置を用いて、チッ化シリコン膜基板をＡｒガス内でエッチングしたときのエッチングレートを示すグラフである。 従来のプラズマ処理装置を示す一部断面側面図である。 従来のリングを示す斜視図である。

符号の説明

１ 真空容器
２ マスフローコントローラ
３ アノード電極
４ ガス噴出し穴
５ 高周波電源
６，６Ａ，６Ａ−１ カソード電極
６ａ，６ａ−１ 被処理基板接触面
７ マッチングボックス
８ 被処理基板
１０ａ，１０ｂ，１０ｇ，１０ｈ，１０ｊ リング
１０ｂ−１ 上端部
１０ｂ−２ 下端部
１０ｃ 外側面被覆部分
１０ｄ，１０ｆ，１０ｋ 上面被覆部分
１０ｅ 外側面及び下面被覆部分
１１ リング昇降ユニット
１２ 基板昇降ピン
１３ 支持バー
１４ 基板搬送アーム
１５ ドア
２０ 絶縁部材
２１ 基板昇降駆動装置
２２ 駆動装置
３０ 排気装置
４１，４２，４３ クリアランス
１０００ 制御装置

Claims (8)

1. 処理室内に処理ガスを導入し、上記処理室内でプラズマを励起して、上記処理室内のカソード電極上に載置された被処理基板に対してプラズマ処理を施すプラズマ処理装置であって、
   上記被処理基板の外周縁部に近接して、上記被処理基板の上記外周縁部を内包し、その内包面と上記被処理基板の上面との間にクリアランスを有するリングを設けたことを特徴とするプラズマ処理装置。
2. 上記カソード電極の被処理基板載置面が上記被処理基板に対して大きく、上記リングは、上記カソード電極上に設置され、かつ上記リングの断面形状が、上記被処理基板の上記外周縁部を内包しうる向きにＬ字型を有す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. 上記Ｌ字型リングは、上記被処理基板の上記外周縁部に対して、上記被処理基板の外側方向にクリアランスを有して上記被処理基板の上記外周縁部の外側面を覆う外側面被覆部分と、上記被処理基板の上記外周縁部の上面に対して、上記被処理基板の厚み方向にクリアランスを有して上記被処理基板の上記外周縁部の上記上面を覆う上面被覆部分とに分割されていることを特徴とする請求項２に記載のプラズマ処理装置。
4. 上記カソード電極の被処理基板接触面が上記被処理基板に対して小さく、上記リングは、上記カソード電極の上記被処理基板接触面外でかつ上記カソード電極上に設置され、かつ上記リングの断面形状が、上記被処理基板の外周縁部を内包しうる向きにコの字型を有す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。
5. 上記コの字型リングは、上記被処理基板の外周縁部に対して、上記被処理基板の外側方向にクリアランスを有して上記被処理基板の上記外周縁部の外側面を覆う外側面被覆部分と、上記被処理基板の外周縁部の上面に対して、上記被処理基板の厚み方向にクリアランスを有して上記被処理基板の上記外周縁部の上記上面を覆う上面被覆部分とに分割されていることを特徴とする請求項４に記載のプラズマ処理装置。
6. 上記上面被覆部分は上記外側面被覆部分に、上記上面被覆部分が上記外側面被覆部分から上記厚み方向に移動可能なように、載置されていることを特徴とする請求項３又は５に記載のプラズマ処理装置。
7. 上記被処理基板の外周縁部を内包する領域は、上記被処理基板の外周縁から上記被処理基板の上面の内側にかけて覆う領域が、略３ｍｍ以上１０ｍｍ以下であり、上記リング内包面と、上記被処理基板の上面及びに対するクリアランスは、略０．１ｍｍ以上０．５ｍｍ以下であることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１つに記載のプラズマ処理装置。
8. 上記リングの上記被処理基板の外周縁から上記被処理基板の上面の内側にかけて覆う領域は、上記リングの下面に対して上記リングの上面が、上記リングの最内縁部から上記リングの外側にかけて、厚み方向にテーパを有することを特徴とする請求項１〜７いずれか１つに記載のプラズマ処理装置。
   

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