JP4632515B2

JP4632515B2 - プラズマプロセス装置

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Publication number: JP4632515B2
Application number: JP2000337053A
Authority: JP
Inventors: 直子山本; 孝光田寺; 達志山本; 昌樹平山; 忠弘大見
Original assignee: Sharp Corp
Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 2000-01-25
Filing date: 2000-11-06
Publication date: 2011-02-16
Anticipated expiration: 2020-11-06
Also published as: JP2001284331A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、プラズマプロセス装置に関し、より特定的には、大面積基板に対応可能でありかつプラズマを発生させるためのマイクロ波の供給部材における損傷の発生を防止することが可能なプラズマプロセス装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図５は、従来のプラズマプロセス装置をたとえばアッシング装置として構成した場合の断面模式図である。図５を参照して、このプラズマプロセス装置は、上蓋１０１と、チャンバ本体１０２と、基板ホルダ１１１と、誘電体被覆線路１２２と、シールド板１２１とを備えている。
【０００３】
上蓋１０１はアルミナなどのセラミックスを用いた誘電体からなる。上蓋１０１はチャンバ本体１０２上に配置されている。上蓋１０１とチャンバ本体１０２との間はガスケット（図示せず）を用いて封止されている。これにより処理室１１８の内部は大気から隔離されている。処理室１１８は予め真空ポンプなどを用いて真空状態に保持される。
【０００４】
処理室１１８の内部には基板１１２を保持するための基板ホルダ１１１が設置されている。基板１１２の表面が上蓋１０１に対向するように、基板ホルダ１１１上に基板１１２が配置されている。チャンバ本体１０２の壁面にはガス導入管１２０が設置されている。このガス導入管１２０から所定の反応ガスが処理室１１８の内部へと供給される。
【０００５】
上蓋１０１の上方には誘電体被覆線路１２２が配置されている。この誘電体被覆線路１２２の上方および外周はシールド板１２１により覆われている。誘電体被覆線路１２２にはマイクロ波導波管（図示せず）が接続されている。
【０００６】
図５に示した従来のプラズマプロセス装置を用いたアッシング処理を説明する。まず、反応室１１８の内部にガス導入管１２０から所定の反応ガスが供給される。そして、誘電体被覆線路１２２から上蓋１０１を介して処理室１１８の内部にマイクロ波が導入される。この導入されたマイクロ波が反応ガスに照射されることにより処理室１１８の内部においてプラズマが励起される。この励起されたプラズマによって、基板１１２表面に形成されていたレジストなどがアッシングによって除去される。
【０００７】
しかし、図５に示した従来のプラズマプロセス装置では、反応ガスは１つのガス導入管１２０から処理室１１８の内部へと導入されるので、処理室１１８の内部においては供給された反応ガスの分布が不均一となる。この結果、基板１１２の表面全体に対して均一なアッシング処理などのプラズマ処理を行なうことが困難であった。
【０００８】
このような問題を解決するため、たとえば特許第２６６９１６８号公報、特開平７−３３５６３３号公報には以下に説明するような技術が開示されている。
【０００９】
図６は、特許公報第２６６９１６８号に開示された、従来のもう１つのプラズマプロセス装置を示す断面模式図である。図６を参照して、プラズマプロセス装置は、基本的には図５に示したプラズマプロセス装置と同様の構造を備えるが、図５に示したプラズマプロセス装置の構成と比較すると、シャワーヘッド１２３が追加されている点と、ガス導入管１２０が処理室１１８の中心部に対してほぼ対称となるような位置に複数設置されている点が異なる。
【００１０】
シャワーヘッド１２３は、基板ホルダ１１１の上方で、かつ上蓋１０１の下面に対向する位置に、基板１１２の全面を覆うように設置されている。シャワーヘッド１２３は複数個の孔１２３ａを有している。シャワーヘッド１２３の外周部は断面形状がほぼＬ字形状となっている。この外周部においてシャワーヘッド１２３とチャンバ本体１０２の側壁とからバッファ室１２４が構成されている。シャワーヘッド１２３の外周部の終端はチャンバ本体１０２の内壁面に接続され固定されている。
【００１１】
なお、上述以外の構成については、上述のように図６に示したプラズマプロセス装置は図５に示したプラズマプロセス装置とほぼ同様の構成を備えているので、同一の部材については同一の参照番号を付し、その説明を省略する。
【００１２】
図６に示したプラズマプロセス装置の動作について説明する。まず、基板ホルダ１１１上に基板１１２が配置される。その後、処理室１１８の内部が所定の真空度に設定される。次いで複数のガス導入管１２０から所定の反応ガスがバッファ室１２４の内部へと導入される。導入された反応ガスはバッファ室１２４からシャワーヘッド１２３の孔１２３ａを介して反応室１１８の内部へと導入される。シャワーヘッド１２３の孔１２３ａは、基板１１２の表面全体に対向して配置されているので、基板１１２上の領域全体に反応ガスをほぼ均一に供給することができる。そして、マイクロ波導波管から誘電体被覆線路１２２、上蓋１０１を介してマイクロ波が処理室１１８の内部に導入される。この導入されたマイクロ波により処理室１１８の内部にプラズマが励起される。そして、このプラズマによって基板１１２の表面に対してプラズマ処理を施すことができる。
【００１３】
図７は、上記特開平７−３３５６３３号公報に開示された、従来のもう１つのプラズマプロセス装置を示す断面模式図である。図７を参照して、プラズマプロセス装置は基本的に図５に示したプラズマプロセス装置と同様の構造を備えるが、上蓋１０１の下に金属板１２５が設置されている点が異なる。金属板１２５は、上蓋１０１の下面に接するように配置されている。金属板１２５は、図８に示すようにスリット状のマイクロ波透過孔１２５ｂと、複数の孔１２５ａと、ガス供給孔１２５ｃとを有している。図８は、図７に示したプラズマプロセス装置の金属板を示す斜視模式図である。図８は、基板ホルダ１１１側から見た金属板１２５を示している。金属板１２５の基板ホルダ１１１に対向する面には上述の複数の孔１２５ａが設けられている。そして、ガス供給孔１２５ｃには、図７を参照してガス導入管１２０が接続されている。金属板１２５は中空となっている。
【００１４】
なお、図７に示したプラズマプロセス装置は、上述の構成以外は図５に示したプラズマプロセス装置とほぼ同様の構成となっているので、同一の部材については同一の参照番号を付し、その説明は繰返さない。
【００１５】
図７および８に示したプラズマプロセス装置の動作を説明する。まず基板ホルダ１１１上に基板１１２が設置される。その後、処理室１１８の内部が所定の真空度に設定される。次いで、ガス導入管１２０から所定の反応ガスがガス供給孔１２５ｃを介して金属板１２５の内部へと供給される。その後、金属板１２５の内部から複数の孔１２５ａを介して反応ガスは処理室１１８の内部へと供給される。この複数の孔１２５ａから、処理室１１８の内部へと反応ガスを均一に供給することができる。誘電体被覆線路１２２と上蓋１０１とを介して供給されるマイクロ波は、金属板１２５のマイクロ波透過孔１２５ｂを介して処理室１１８の内部へと導入される。この導入されたマイクロ波により処理室１１８の内部にプラズマが励起される。この励起されたプラズマによって基板１１２の表面に対してプラズマ処理が行なわれる。
【００１６】
近年、半導体記憶装置などに代表される半導体デバイスや液晶などの分野で基板の大型化が進んでいる。特に、ＴＦＴ（Thin Film Transistor）液晶表示装置の場合、基板は５００ｍｍ角から１ｍ角というような大きなサイズからさらにそれ以上の大きなものが用いられる可能性がある。このような大型基板に対して、図６〜８に示したようなプラズマプロセス装置を適用する場合、上記のような大型基板に対応した大面積のセラミックスなどからなる誘電体を用いた上蓋１０１を形成する必要がある。しかし、このような大面積の誘電体からなる上蓋１０１を形成することは技術的に大変難しく、かつコストの上昇を招くなど、さまざまな問題が発生するため、上記の図６〜８に示したプラズマプロセス装置を大型基板の処理に適用することは難しかった。
【００１７】
【発明が解決しようとする課題】
上述の問題点を解消して大面積の基板のプラズマ処理を実現するため、発明者らは図９および１０に示すようなプラズマプロセス装置を特願平１１−３４７５５０号において提案している。図９は、本発明の背景技術としてのプラズマプロセス装置の断面模式図であり、図１０は、図９に示した線分２００−２００における断面模式図である。図９および１０を参照して、プラズマプロセス装置を説明する。
【００１８】
図９および１０を参照して、プラズマプロセス装置はチャンバ蓋１とチャンバ本体２と導波管１３と導波管端部３とマイクロ波導入窓４と誘電体板５と誘電体板支持部材７とを備える。チャンバ蓋１とチャンバ本体２とはその接続部にガスケット９が配置され、処理室１８の内部は大気から隔離されている。チャンバ蓋１にはスリット状の開口部が形成されている。そして、この開口部には、誘電体からなるマイクロ波導入窓４が挿入されている。チャンバ蓋１とマイクロ波導入窓４との間はガスケット１０が配置されることによりシールされている。マイクロ波導入窓４下には誘電体板５が設置されている。誘電体板５は、誘電体板支持部材７によってチャンバ蓋１の下面にマイクロ波導入窓４と接触した状態で固定されている。チャンバ蓋１上には導波管端部３がマイクロ波導入窓４上に位置する領域に設置されている。導波管端部３には導波管１３が接続されている。また、導波管端部３には保温材流路１６が設けられている。保温材流路１６の内部には導波管端部３およびその周辺部が所定の温度を保つことができるように水などの保温材が流されている。
【００１９】
誘電体板５と誘電体板支持部材７とのチャンバ蓋１に対向する面には溝が形成されている。この溝とチャンバ蓋１の下面とによりガス流路１５は構成される。このガス流路１５に接続するように、誘電体板５および誘電体支持部材７にはガス導入孔８、１９が形成されている。また、チャンバ蓋１には、ガス流路１５に接続するようにガス導入口１４が形成されている。
【００２０】
処理室１８の内部には、誘電体板５に対向するように基板ホルダ１１が設置されている。基板ホルダ１１上には基板１２が配置される。基板１２上の領域に電界を形成することが可能なように、基板ホルダ１１（基板１２）には交流電源（図示せず）が接続されている。
【００２１】
なお、誘電体板支持部材７およびチャンバ蓋１、チャンバ本体２はそれぞれステンレス鋼などの金属により構成されている。誘電体板支持部材７はネジなどを用いてチャンバ蓋１に固定されている。誘電体板支持部材７には、誘電体板５を支持することが可能なようにその端部に誘電体板５をチャンバ蓋１へと押圧するための爪部が設けられている。
【００２２】
図９および１０に示したプラズマプロセス装置の動作を説明する。処理室１８の内部はガスケット９、１０によって大気とは隔離されている。真空排気手段（図示せず）により処理室１８の内部から雰囲気ガスを排気することによって処理室１８の内部は真空状態に保持される。ガス導入口１４からガス流路１５およびガス導入孔８、１９を介して反応ガスが処理室１８の内部へと供給される。そして、マイクロ波発生部材（図示せず）で発生したマイクロ波は導波管１３から導波管端部３を介して誘電体からなるマイクロ波導入窓４へと供給される。そして、マイクロ波導入窓４に伝搬したマイクロ波は誘電体板５へと伝搬し、誘電体板５から処理室１８の内部へと導入される。導入されたマイクロ波により反応ガスが励起されてプラズマが発生する。この発生したプラズマによって基板１２の表面においてアッシングなどのプラズマ処理を行なうことができる。マイクロ波導入窓４および誘電体板５は図７の紙面に垂直な方向に複数個配置されていてもよい。
【００２３】
このように、図９および１０に示したプラズマプロセス装置によれば、基板１２が大面積化した場合、マイクロ波導入窓４および誘電体板５をその基板１２の面積に対応して複数個組合せることにより容易に大面積の基板に対して均一なプラズマを発生させることができる。
【００２４】
しかし、上述の図９および１０に示したプラズマプロセス装置においては、以下に述べるような問題があった。
【００２５】
すなわち、図９および１０に示したプラズマプロセス装置では、処理室１８の内部においてプラズマを発生させる際、誘電体板５、マイクロ波導入窓４およびチャンバ蓋１の温度がこのプラズマを発生させる処理に伴って４００℃程度まで上昇することがあった。誘電体板５、マイクロ波導入窓４およびチャンバ蓋１の温度が上昇すると、これらの部材は熱膨張する。この際、チャンバ蓋１は通常ステンレス鋼やアルミニウムなどの金属からなり、誘電体板５およびマイクロ波導入窓４はセラミックスなどの誘電体からなる。そして、このチャンバ蓋１を構成する材料と誘電体板５およびマイクロ波導入窓４を構成する材料とは熱膨張係数が異なる。具体的には、チャンバ蓋１を構成する金属などの材料の方が誘電体板５およびマイクロ波導入窓４を構成するセラミックスよりも熱膨張係数が大きい。このため、図９および１０に示したプラズマプロセス装置では、上述のような温度上昇に伴ってチャンバ蓋１、マイクロ波導入窓４および誘電体板５が熱膨張した場合、チャンバ蓋１の熱膨張による寸法変化の方がマイクロ波導入窓４および誘電体板５の熱膨張による寸法変化よりも大きくなる。そして、この寸法変化はチャンバ蓋１の厚さ方向においても発生する。この場合、チャンバ蓋１における厚さ方向での熱膨張による寸法変化とマイクロ波導入窓４におけるチャンバ蓋１の厚さ方向での熱膨張による寸法変化とは熱膨張係数の違いによりその変位量が異なる。このため、チャンバ蓋１の下面上に設置されている誘電体板５とマイクロ波導入窓４との間に空隙が形成される場合があった。このような空隙が発生すると、マイクロ波導入窓４から誘電体板５へと伝送されるマイクロ波は、このマイクロ波導入窓４と誘電体板５との間の空隙を経由して誘電体板５へと伝えられる。このような空隙においては、伝送されるマイクロ波によって異常放電が発生する場合がある。そして、このような異常放電が発生した場合、この異常放電によって誘電体板５およびマイクロ波導入窓４の温度が局所的に上昇する。この結果、誘電体板５およびマイクロ波導入窓４がこの異常放電により損傷を受けるといった問題が発生していた。このような誘電体板５などの損傷が発生すると、結果的に均一なプラズマを安定して形成することは困難であった。
【００２６】
本発明は上記のような課題を解決するためになされたものであり、この発明の目的は、大面積の基板に対応することができると同時に、マイクロ波による異常放電の発生を防止し、この異常放電に起因する装置の破損を防止することによって均一なプラズマを安定して供給することが可能なプラズマプロセス装置を提供することである。
【００２７】
【課題を解決するための手段】
本発明の一の局面におけるプラズマプロセス装置は、壁部材とマイクロ波導入手段とを備える。処理室はプラズマを用いた処理を行なう処理室を形成する。マイクロ波導入手段は、処理室に供給された反応ガスをプラズマ状態にするためのマイクロ波を処理室に導入する。マイクロ波導入手段は、マイクロ波導入窓部材とマイクロ波放射部材とを含む。マイクロ波導入部材は、誘電体からなり、処理室の外部から内部にまで処理室の壁部材を貫通して壁部材の厚み方向に延在するように配置される。マイクロ波放射部材は、誘電体からなり、処理室の内部において壁部材の厚み方向に延在するマイクロ波導入窓部材の外周側壁面と接触し、かつ、壁部材表面上に接触する（第１の発明）。
【００２８】
ここで、プラズマプロセス装置におけるプラズマ処理中に、処理室の壁部材、マイクロ波導入窓部材およびマイクロ波放射部材がこのプラズマ処理に起因して加熱される場合を考える。処理室の壁部材を構成する材料とマイクロ波導入窓部材との構成材料の熱膨張係数が異なる場合、壁部材の厚さ方向における熱膨張による変形量は壁部材とマイクロ波導入窓部材とで異なる。つまり、処理室内におけるマイクロ波導入窓部材に対する壁部材の表面の相対的な位置は、熱膨張の前後で壁部材の厚さ方向において変化することになる。しかし、本発明によれば、マイクロ波導入窓部材とマイクロ波放射部材とが、壁部材の厚み方向に延在するマイクロ波導入窓部材の外周側壁面において接触しているので、上記のような熱膨張による相対的な位置の変化が起きても、マイクロ波導入窓部材とマイクロ波放射部材とが上記外周側壁面に沿って互いに摺動するだけで、確実にマイクロ波導入窓部材とマイクロ波放射部材との接触状態を保つことができる。そのため、熱膨張に起因してマイクロ波導入窓部材とマイクロ波放射部材との間に空隙が発生することを防止できる。これにより、この空隙において異常プラズマや異常放電が発生することを防止できる。この結果、このような異常プラズマに起因してマイクロ波導入窓部材もしくはマイクロ波放射部材に損傷が発生することを防止できるので、プラズマを安定して発生させることができる。
【００２９】
上記一の局面におけるプラズマプロセス装置では、マイクロ波放射部材には開口部が形成されることが好ましく、マイクロ波導入窓部材は、マイクロ波放射部材の開口部に挿入される挿入部を含むことが好ましい。マイクロ波導入窓部材の挿入部の表面は、外周側壁面を含むことが好ましい（第２の発明）。
【００３０】
このように、マイクロ波導入窓部材の挿入部をマイクロ波放射部材の開口部に挿入することによって、マイクロ波導入窓部材とマイクロ波放射部材とを接続するような構造とすれば、マイクロ波導入窓部材とマイクロ波放射部材とを確実に接触させておくことができる。この結果、マイクロ波導入窓部材とマイクロ波放射部材との間に空隙が発生することをより確実に防止できる。
【００３１】
上記一の局面におけるプラズマプロセス装置では、マイクロ波導入窓部材を構成する材料の熱膨張係数が、マイクロ波放射部材を構成する材料の熱膨張係数より大きいことが好ましい（第３の発明）。
【００３２】
マイクロ波導入窓部材およびマイクロ波放射部材の温度がプラズマ処理中に上昇するような場合、マイクロ波放射部材の開口部に挿入されたマイクロ波導入窓部材の挿入部の熱膨張による変形量（寸法変化）は、マイクロ波放射部材の熱膨張による変形量よりも大きくなる。これにより、マイクロ波導入窓部材の挿入部の表面は、マイクロ波放射部材の開口部の側壁面に押圧されることになる。つまり、熱膨張による寸法変化によって、マイクロ波導入窓部材の挿入部とマイクロ波放射部材との密着性をより向上させることができる。この結果、マイクロ波導入窓とマイクロ波放射部材との間における空隙の発生を確実に防止することができるので、異常プラズマや異常放電の発生をより確実に防止できる。
【００３３】
上記一の局面におけるプラズマプロセス装置では、マイクロ波導入窓部材とマイクロ波放射部材とは、同一の熱膨張係数を有する材料を含んでいてもよい（第４の発明）。
【００３４】
このようにすれば、マイクロ波導入窓部材とマイクロ波放射部材とがプラズマ処理中に加熱される場合、マイクロ波導入窓部材とマイクロ波放射部材との接続部近傍における熱膨張による変形量をほぼ同一とすることができる。このため、マイクロ波導入窓部材とマイクロ波放射部材との接続部において、熱膨張による変形量の差に起因する空隙が形成されることを有効に防止できる。この結果、マイクロ波導入窓部材からマイクロ波放射部材へ確実にマイクロ波を伝送できると共に、この空隙においてマイクロ波による異常プラズマや異常放電が発生することを確実に防止できる。
【００３５】
上記一の局面におけるプラズマプロセス装置では、マイクロ波導入窓部材とマイクロ波放射部材とは誘電体からなることが好ましい。
【００３６】
この場合、マイクロ波は誘電体を透過するので、マイクロ波導入窓部材とマイクロ波放射部材とを介して処理室内に確実にマイクロ波を供給することができる。この結果、処理室内において確実に均一なプラズマを発生させることができるので、均一なプラズマ処理を行なうことができる。
【００３７】
上記一の局面におけるプラズマプロセス装置では、マイクロ波放射部材が複数のマイクロ波放射板を含むことが好ましい（第５の発明）。
【００３８】
この場合、大面積の基板の表面に対向するように比較的小さな面積のマイクロ波放射板を複数組み合わせて配置すれば、大面積の基板に対して均一なプラズマ処理を行なうことが可能なプラズマプロセス装置を容易に実現できる。
【００３９】
【発明の実施の形態】
以下図面に基づいて本発明の実施の形態を説明する。なお、以下の図面において同一または相当する部分には同一の参照番号を付しその説明は繰返さない。
【００４０】
（実施の形態１）
図１は、本発明によるプラズマプロセス装置の実施の形態１を示す断面模式図である。また、図２は、図１に示した矢印２１の方向から見たチャンバ蓋の下面を示す模式図である。なお、図１は、図２に示した線分１００−１００における断面図に対応する。図１および２を参照して、プラズマプロセス装置を説明する。
【００４１】
図１および２を参照して、プラズマプロセス装置は壁部材としてのチャンバ蓋１とチャンバ本体２と導波管端部３と導波管１３とマイクロ波導入窓部材としてのマイクロ波導入窓４とマイクロ波放射部材のマイクロ波放射板としての誘電体板５と誘電体板支持部材７ａ〜７ｆと基板ホルダ１１とを備える。チャンバ蓋１はチャンバ本体２上に配置されている。チャンバ蓋１とチャンバ本体２との間にはガスケット９が設置され、処理室１８の内部と大気とを隔離している。
【００４２】
チャンバ蓋１はステンレス鋼、アルミニウムなどの金属により形成されている。チャンバ蓋１にはスリット状の開口部が形成されている。このチャンバ蓋１の開口部には断面形状が略凸形状の６個のマイクロ波導入窓４が設置されている。つまり、マイクロ波導入窓４は処理室の外側から内部にまでチャンバ蓋１を貫通してチャンバ蓋１の厚み方向に延在するように設置されている。チャンバ蓋１と誘電体からなるマイクロ波導入窓４との間にはガスケット１０が設置されている。処理室１８には図示していないが真空排気手段が設置され、処理室１８の内部は真空状態に保持することが可能となっている。
【００４３】
チャンバ蓋１の下面上にはマイクロ波導入窓４に対応してチャンバ蓋１に接触するように誘電体板５が６枚設置されている。誘電体板５には図２に示すようにそれぞれ開口部６が形成されている。この誘電体板５の開口部６に挿入部としてのマイクロ波導入窓４の端部が挿入され、マイクロ波導入窓４と誘電体板５とは固定されている。つまり、マイクロ波導入窓４と誘電体板５とは、マイクロ波導入窓４の端部の表面でありチャンバ蓋１の厚み方向に延在するマイクロ波導入窓４の外周側壁面２０と誘電体板５の開口部６の側壁面とが接触することにより接続されている。マイクロ波導入窓４の外周側壁面２０と誘電体板５の開口部６の側壁面とは、チャンバ蓋１の厚み方向に延在するように形成されている。
【００４４】
誘電体板５は誘電体板支持部材７ａ〜７ｆによってチャンバ蓋１の下面へと押付けられることにより固定されている。誘電体板支持部材７ａ〜７ｆはチャンバ蓋１にネジ１７によって固定されている。誘電体板支持部材７ａ〜７ｆと誘電体板５とにはそれぞれガス導入孔８が形成されている。このガス導入孔８はチャンバ蓋１と誘電体板５および誘電体板支持部材７ａ〜７ｆとの間に形成されたガス流路１５に接続されている。このガス流路１５は、チャンバ蓋１の下面に形成された溝と誘電体板５および誘電体板支持部材７ａ〜７ｆの上面とにより構成されている。ガス流路１５と接続するように、チャンバ蓋１にはガス導入口１４が形成されている。
【００４５】
マイクロ波導入窓４上に位置する領域にはチャンバ蓋１の上部表面上に導波管端部３が設置されている。導波管端部３には、その上面中央部において導波管１３が接続されている。導波管１３は、図示していないがマイクロ波発生部材と接続されている。マイクロ波発生部材から発生したマイクロ波は導波管１３および導波管端部３を介してマイクロ波導入窓４へと伝播する。誘電体板５とマイクロ波導入窓４と導波管端部３と導波管１３とはマイクロ波導入手段を構成する。導波管端部３には保温材流路１６が形成されている。保温材流路１６の内部には導波管端部３およびその周辺部を所定の温度に保つための水などの保温材が流される。処理室１８の内部においては、誘電体板５に対向するように基板ホルダ１１が設置されている。基板ホルダ１１上には基板１２が配置されている。マイクロ波導入窓４および誘電体板５の枚数は処理室１８の大きさや処理対象となる基板１２の大きさに合わせて変更することが可能である。
【００４６】
ここで、プラズマ処理を行なった際にチャンバ蓋１、マイクロ波導入窓４および誘電体板５が加熱される場合を考える。チャンバ蓋１は金属から構成され、マイクロ波導入窓４および誘電体板５はセラミックスなどの誘電体から構成されるが、これらの金属と誘電体とは熱膨張係数が異なる。このため、チャンバ蓋１の厚さ方向（チャンバ蓋１の表面に対してほぼ垂直な方向）における熱膨張による変形量は、チャンバ蓋１とマイクロ波導入窓４とでは異なる。そのため、マイクロ波導入窓４に対するチャンバ蓋１の下面の相対的な位置は、上記熱膨張の前後でチャンバ蓋１の厚さ方向において変化する。そして、誘電体板５はチャンバ蓋１の下面上に接触するように設置されているので、マイクロ波導入窓４に対する誘電体板５の相対的な位置は、上記熱膨張にともなって変化する。しかし、上述のように、処理室１８の壁部材であるチャンバ蓋１の厚み方向に延在する外周側壁面２０と誘電体板５の開口部６の側壁面とにおいてマイクロ波導入窓４と誘電体板５とは接続されている。このため、上記のような熱膨張が起きる場合には、マイクロ波導入窓４と誘電体板５とが上記外周側壁面２０に沿って熱膨張による相対的な位置変化分だけずれが、マイクロ波導入窓４と誘電体板５との間に空隙は形成されない。特に、このマイクロ波導入窓４と誘電体板５との接触長さを充分に大きくしておけば、このような熱膨張による相対的な位置変化の後においても、マイクロ波導入窓４と誘電体板５とを確実に接触させておくことができる。そのため、熱膨張に起因してマイクロ波導入窓４と誘電体板５との間に空隙が発生することを防止できる。これにより、この空隙において異常プラズマや異常放電が発生することを防止できる。この結果、このような異常プラズマに起因してマイクロ波導入窓４もしくは誘電体板５に損傷が発生することを防止できるので、プラズマを安定して発生させることができる。
【００４７】
なお、誘電体板支持部材７ａ〜７ｆはチャンバ蓋１と同様ステンレス鋼、あるいはアルミニウムなどからなる金属を用いて形成されていてもよい。そして、誘電体支持部材７ａ〜７ｆの端部には誘電体板５をチャンバ蓋１の下面へと押圧するための爪部が形成されていることが好ましい。また、マイクロ波導入窓４の外周側壁面２０は、上記熱膨張の前後でマイクロ波導入窓４と誘電体板５とが接触を保てるように、チャンバ蓋１の厚み方向に対してある程度傾斜して形成されていてもよい。
【００４８】
また、誘電体板５の開口部６にマイクロ波導入窓４を挿入して固定しているので、マイクロ波導入窓４と誘電体板５との接続を容易にかつ確実に行なうことができる。なお、開口部６の加工精度は数十μｍ程度の精度で行なわれている。
【００４９】
また、マイクロ波導入窓４および誘電体板５は酸化珪素、酸化アルミニウム、窒化アルミニウムなどの誘電体を用いて形成しているが、このマイクロ波導入窓４と誘電体板５とを同一の材料によって構成すれば、マイクロ波導入窓４と誘電体板５とをほぼ同一の熱膨張係数を有する材料によって構成することになる。このようにすれば、上述のようにプラズマプロセスにおいてマイクロ波導入窓４および誘電体板５が加熱された場合に、マイクロ波導入窓４と誘電体板５との接続部近傍における熱膨張による変形量をほぼ同一とすることができる。このため、この熱に起因する熱膨張によってマイクロ波導入窓４と誘電体板５との相対的な位置がずれることや、マイクロ波導入窓４と誘電体板５との接続部に空隙が発生するといった問題の発生を防止できる。この結果、上述のような温度の上昇があった場合にも確実にマイクロ波導入窓から誘電体板５へとマイクロ波を伝送することができる。
【００５０】
また、上述のようにマイクロ波導入窓４および誘電体板５は複数設置されており、処理対象である基板１２のサイズや処理室１８の大きさによってその数を調整することにより、容易に大面積の基板に対して均一なプラズマ処理を行なうことが可能なプラズマプロセス装置を構成することができる。
【００５１】
また、ガス導入孔８の直径、断面形状および配置は容易に変更することができる。特に誘電体板支持部材７ａ〜７ｆは金属から構成されており、このような金属においてガス導入孔８のような孔開け加工を行なうことは比較的容易である。処理室１８における真空ポンプの配置、処理室１８内の構造物の配置などによって処理室１８内の反応ガスの流れが微妙に変るような場合、基板１２の中央部と基板１２の外周部とでは発生するプラズマの状態が異なる場合も考えられる。このような場合に、ガス導入孔８の直径などを微調整することができる。また、ガス流路１５はチャンバ蓋１に形成された溝を利用しているが、この溝の深さなどを変更すれば、それぞれのガス挿入孔８における反応ガスの流量などを容易に変更することができる。この結果、均一なプラズマを発生させるための反応ガスの供給量や分布などを容易に制御することができる。
【００５２】
また、マイクロ波導入窓４は図１に示すようにブロック状の中実体であるので、このマイクロ波導入窓４をチャンバ蓋１の強度補強部材として利用することも可能である。さらに、チャンバ蓋１を貫通するように設置されたマイクロ波導入窓４とチャンバ蓋１との接触部のみをガスケット１０で封止することにより、容易にマイクロ波導入窓４が設置されている部分でのリークの発生を防止できる。
【００５３】
なお、図１および２に示したプラズマプロセス装置では、誘電体板支持部材７ａ〜７ｆによって誘電体板５を支持しているが、誘電体板５に直接チャンバ蓋１に対して固定可能な機構を設けるようにしてもよい。このようにすれば、誘電体板支持部材７ａ〜７ｆにおいて爪部を形成する必要はない。
【００５４】
図１および２に示したプラズマプロセス装置をドライエッチング装置として用いた場合の動作を以下説明する。
【００５５】
処理室１８の内部には、処理対象である基板１２が配置される。そして、処理室１８の内部は真空排気手段を用いて真空状態に保持される。導波管１３に接続されたマイクロ波発生部材（図示せず）において、たとえば周波数２．４５ＧＨｚのマイクロ波を発生させる。このマイクロ波は導波管１３から導波管端部３、マイクロ波導入窓４、誘電体板５を介して処理室１８の内部へと導入される。そして、ＣＦ₄、ＣＨＦ₃、Ｏ₂などの反応ガスをガス導入口１４からガス流路１５およびガス導入孔８を介して処理室１８の内部へと導入する。なお、ガス導入口１４から導入された反応ガスが複数のガス導入孔８へと所定の流量で供給されるように、ガス流路１５はガス導入口１４から複数のガス導入孔８へと分岐するように形成されている。
【００５６】
反応ガスが処理室１８の内部へと供給されると、上述したマイクロ波が反応ガスに照射されることにより処理室１８の内部に均一なプラズマが発生する。このプラズマによって基板１２上に成膜されたシリコン酸化膜等に対し均一なエッチング処理が行なわれる。
【００５７】
また、反応ガスのガス種を変更し、ガス圧を所定の圧力に設定することにより、他の絶縁膜やアルミニウムなどの金属膜に対するエッチング処理を行なうことも可能である。
【００５８】
また、本発明によるプラズマプロセス装置は、上述のようなドライエッチング装置だけではなくＣＶＤ装置などの成膜装置やアッシング装置についても適用可能である。
【００５９】
（実施の形態２）
図１および２に示した本発明の実施の形態１によるプラズマプロセス装置においては、マイクロ波導入窓４と誘電体板５とは同一の材料を用いて形成されていた。しかし、本発明によるプラズマプロセス装置の実施の形態２においては、マイクロ波導入窓４をアルミナ（Ａｌ₂Ｏ₃）を用いて形成し、誘電体板５を窒化アルミニウム（ＡｌＮ）を用いて形成した。ここで、アルミナの熱膨張係数は７．８×１０^-6（１／Ｋ）であり、窒化アルミニウムの熱膨張係数は４．９×１０^-6（１／Ｋ）である。つまり、マイクロ波導入窓４を構成するアルミナの方が窒化アルミニウムよりも熱膨張係数が大きくなっている。このため、プラズマ処理においてマイクロ波導入窓４と誘電体板５とがともに加熱される場合、この熱による変形量はマイクロ波導入窓４の方が誘電体板５よりも大きくなる。このため、マイクロ波導入窓４の誘電体板５の開口部６に挿入された部分の外周側壁面２０と開口部６の側壁面との密着度はより向上することになる。この結果、より確実にマイクロ波導入窓４と誘電体板５との間に空隙が形成されることを防止できる。
【００６０】
なお、誘電体板５について窒化アルミニウムを用い、マイクロ波導入窓４についてアルミナを用いたが、誘電体板５の材料の熱膨張係数よりもマイクロ波導入窓４を構成する材料の熱膨張係数が大きくなるような材料の組合せであれば、誘電体板５およびマイクロ波導入窓４を構成する材料として他の材料を用いてもよい。
【００６１】
（実施の形態３）
図３は、本発明によるプラズマプロセス装置の実施の形態３を示す断面模式図である。また、図４は、図３に示した矢印２１の方向から見たチャンバ蓋の下面を示す模式図である。なお、図３は、図４に示した線分ＩＩＩ−ＩＩＩにおける断面に対応する。図３および４を参照して、プラズマプロセス装置を説明する。
【００６２】
図３および４に示したプラズマプロセス装置は、基本的には図１および２に示したプラズマプロセス装置と同様の構造を備えるが、誘電体板５にガス導入孔８（図１および２参照）を設けていない点（つまり、ガス導入孔８は誘電体板支持部材７ａ〜７ｅにのみ設けられている点）が異なる。これは、以下のような理由による。すなわち、図１および２に示したプラズマプロセス装置では、誘電体板５にガス導入孔８が設けられているため、使用するガス種、ガス圧力などの条件によっては、誘電体板５に形成されたガス導入孔８において好ましくない放電が生じる場合があった。一方、図３および４に示したプラズマプロセス装置のように、誘電体板５にガス導入孔８を設けないようにすれば、上述のようなガス種、ガス圧力などの条件下において好ましくない放電の発生を防止できる。
【００６３】
また、図１および２に示したプラズマプロセス装置では、チャンバ蓋１に溝加工を施すことによりガス流路１５を形成しているが、図３および４に示したプラズマプロセス装置では、誘電体板５にガス導入孔８を設けないため、誘電体板支持部材７ａ〜７ｅに溝加工を施すことによりガス流路１５およびガス導入孔８を形成している。つまり、チャンバ蓋１に溝加工を施す必要がない。従って,大型の部材であるチャンバ蓋１の加工が容易になる。
【００６４】
また、図３および４に示したプラズマプロセス装置では、基板１２に高周波のバイアス電圧（例えば周波数が６ＭＨｚ、出力が１ｋＷ）を印加するため、基板ホルダ１１を介して基板１２に電源２２が接続されている。基板ホルダ１１の下部であってチャンバ本体２の壁面を貫通するように配置された部分とチャンバ本体２の壁面との間には絶縁体２３が配置されており、基板ホルダ１１とチャンバ本体２とは絶縁されている。このような構成により、被処理物である基板１２に照射されるイオンの照射エネルギーを制御することができる。したがって、プラズマプロセス装置として制御できるプロセス条件の範囲を広げることができる。また、バイアス電圧の条件は、上述した周波数や出力に限らず、他の条件を用いることもできる。したがって、電源２２として、上記のような周波数および出力の電源以外の高周波電源や直流電源を用いてもよく、装置の目的、ガス種などのプロセス条件、装置構成などに応じて電源２２を選択することができる。そして、このような基板１２にバイアス電圧を印加する構成（基板ホルダ１１に電源２２を接続する構成）は、本発明の実施の形態１および２にも適用可能であり、この場合、本発明の実施の形態１および２において実施の形態３と同様の効果を得ることができる。
【００６５】
なお、上述した本発明の実施の形態１〜３において、ガス流路１５の内壁面の構成材として反応ガス（プロセスガス）に侵されない材料を用いる、あるいはこのような材料からなる被覆層をガス流路１５の内壁面に形成することが好ましい。また,チャンバの内壁の材料としてプラズマプロセスで侵されない材料を用いる、あるいは、プラズマプロセスで侵されない材料からなる被覆層をチャンバの内壁に形成することが好ましい。
【００６６】
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した実施の形態ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【００６７】
【発明の効果】
このように、本発明によればマイクロ波導入窓部材とマイクロ波放射部材との間に空隙が形成されることを防止できるので、異常プラズマの発生を防止できる。このため、このような異常プラズマによってマイクロ波導入窓やマイクロ波放射部材が損傷を受けることを防止できる。この結果、大面積の基板に対応することができると同時に、均一なプラズマを安定して供給することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明によるプラズマプロセス装置の実施の形態１を示す断面模式図である。
【図２】図１に示した矢印２１の方向から見たチャンバ蓋の下面を示す模式図である。
【図３】本発明によるプラズマプロセス装置の実施の形態３を示す断面模式図である。
【図４】図３に示した矢印２１の方向から見たチャンバ蓋の下面を示す模式図である。
【図５】従来のプラズマプロセス装置を示す断面模式図である。
【図６】従来のもう１つのプラズマプロセス装置を示す断面模式図である。
【図７】従来のもう１つのプラズマプロセス装置を示す断面模式図である。
【図８】図７に示したプラズマプロセス装置の金属板を示す斜視模式図である。
【図９】本発明の背景技術としてのプラズマプロセス装置を示す断面模式図である。
【図１０】図９に示した線分２００−２００における断面模式図である。
【符号の説明】
１チャンバ蓋、２チャンバ本体、３導波管端部、４マイクロ波導入窓、５誘電体板、６開口部、７ａ〜７ｆ誘電体板支持部材、８，１９ガス導入孔、９，１０ガスケット、１１基板ホルダ、１２基板、１３導波管、１４ガス導入口、１５ガス流路、１６保温材流路、１７ネジ、１８処理室、２０マイクロ波導入窓の外周側壁面、２１矢印、２２電源、２３絶縁体。

Claims

プラズマを用いた処理を行なう処理室を形成する壁部材と、
前記処理室に供給された反応ガスをプラズマ状態にするためのマイクロ波を前記処理室に導入するマイクロ波導入手段とを備えるプラズマプロセス装置において、
前記マイクロ波導入手段は、
前記処理室の外部から内部にまで前記壁部材を貫通して前記壁部材の厚み方向に延在するように配置された、誘電体からなるマイクロ波導入窓部材と、
前記処理室の内部において、前記壁部材の厚み方向に延在する前記マイクロ波導入窓部材の外周側壁面と接触し、かつ、前記壁部材表面上に接触する、誘電体からなるマイクロ波放射部材とを含む、プラズマプロセス装置。
前記マイクロ波放射部材には開口部が形成され、
前記マイクロ波導入窓部材は、前記マイクロ波放射部材の開口部に挿入される挿入部を含み、
前記マイクロ波導入窓部材の挿入部の表面は、前記外周側壁面を含む、請求項１に記載のプラズマプロセス装置。
前記マイクロ波導入窓部材を構成する材料の熱膨張係数は、前記マイクロ波放射部材を構成する材料の熱膨張係数より大きい、請求項２に記載のプラズマプロセス装置。
前記マイクロ波導入窓部材と前記マイクロ波放射部材とは、同一の熱膨張係数を有する材料を含む、請求項１または２に記載のプラズマプロセス装置。
前記マイクロ波放射部材は複数のマイクロ波放射板を含む、請求項１〜４のいずれか１項に記載のプラズマプロセス装置。