JPH11111620A - プラズマ処理装置およびスパッタ装置 - Google Patents

プラズマ処理装置およびスパッタ装置

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JPH11111620A
JPH11111620A JP9270187A JP27018797A JPH11111620A JP H11111620 A JPH11111620 A JP H11111620A JP 9270187 A JP9270187 A JP 9270187A JP 27018797 A JP27018797 A JP 27018797A JP H11111620 A JPH11111620 A JP H11111620A
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plasma
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泰彦 笠間
Tadahiro Omi
忠弘 大見
Shoichi Ono
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 装置設計上の制約が少なく、しかも、装置の
小型化が可能なマイクロ波を用いたプラズマ処理装置お
よびスパッタ装置を提供する。 【解決手段】 本プラズマ処理装置は、マイクロ波11
を透過し得る材料からなるガラス基板1を収容するチャ
ンバー2と、チャンバー2内に処理用ガス4を供給する
ガス供給手段3と、マイクロ波11を透過し得る石英材
料からなり、チャンバー2の一部を構成してガラス基板
1を保持する底板7と、チャンバー2内でプラズマ9を
生成させるためのマイクロ波11を底板7およびガラス
基板1を通して供給するラジアルラインスロットアンテ
ナ8とを具備している。

Description

【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CVD装
置、プラズマドライエッチング装置等のマイクロ波を用
いたプラズマ処理装置およびスパッタ装置に関するもの
である。
【0002】
【従来の技術】例えば、半導体製造プロセスに用いるプ
ラズマCVD装置、プラズマドライエッチング装置、プ
ラズマアッシング装置等をはじめとする従来のプラズマ
処理装置の一つの方式にマイクロ波を用いたプラズマ処
理装置がある。この種のプラズマ処理装置としては、ガ
ラス基板等の被処理物を収容するチャンバーに、処理用
ガスを供給するガス供給部、被処理物を保持するステー
ジ等の被処理物保持部をそれぞれ設け、チャンバー内の
処理空間を挟んで被処理物に対向する側にマイクロ波を
供給するマイクロ波発生源を設けた構造のものが一般的
である。
【0003】この装置においては、マイクロ波発生源よ
り処理空間を挟んで被処理物に向かってマイクロ波を供
給することにより、被処理物上の処理空間でプラズマを
生成させ、被処理物に対して成膜、エッチング等、所定
の処理を行なっている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】ところで、従来の装置
では、マイクロ波と処理用ガスとを被処理物の処理面に
向かって供給するために、マイクロ波発生源とガス供給
部の双方をチャンバー内の被処理物の処理面と対向する
側に設けていたので、ガス供給部をマイクロ波が透過し
易い材料により構成する必要がある等、装置設計上の制
約が多いという問題点があった。
【0005】また、従来の装置では、例えば、液晶ディ
スプレイに用いられる平面度の高いガラス基板のような
大きな被処理物の処理を行なう場合、被処理物の処理面
に処理用ガスを均一に供給するために、いわゆるシャワ
ーヘッドを用いて処理面に対して処理用ガスをシャワー
状に供給するのが望ましい。しかしながら、この装置の
場合もシャワーヘッド側からマイクロ波を供給するため
に、構造が若干複雑なシャワーヘッドをマイクロ波が透
過し得る材料で構成する必要がある、という上記と同様
の問題が生じる。さらに、シャワーヘッドが直接プラズ
マに曝されるため、プラズマ耐性を有する材料により構
成する必要があり、また、シャワーヘッドにも成膜され
てしまうことから、高い頻度でメンテナンスを行なう必
要がある等の問題点があった。
【0006】そこで、これらの装置を改良したものとし
て、チャンバーの側面からマイクロ波を供給し、被処理
物の処理面上方からシャワーヘッドを用いて処理用ガス
をシャワー状に供給する構成としたものが提案されてい
る。しかし、この装置では、チャンバーの外周をマイク
ロ波導波用の導波管が取り囲んだ構成とする必要があ
り、装置全体が非常に大きなものになってしまうという
問題点があった。一例を挙げると、導波管の内径が被処
理物の直径の約5倍にもなってしまうものがあり、装置
の小型化は非常に困難なものになってしまう。
【0007】本発明は、上記の事情に鑑みてなされたも
のであって、装置設計上の制約が少なく、しかも、装置
の小型化が可能な、マイクロ波を用いたプラズマ処理装
置およびスパッタ装置を提供することを目的とする。
【0008】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明は次のようなプラズマ処理装置およびスパッ
タ装置を提案する。すなわち、本発明のプラズマ処理装
置は、マイクロ波を透過し得る材料からなる被処理物を
収容するチャンバーと、該チャンバー内に処理用ガスを
供給するガス供給手段と、マイクロ波を透過し得る材料
からなり、上記チャンバーに設けられて上記被処理物を
保持する被処理物保持部と、上記チャンバー内でプラズ
マを生成させるためのマイクロ波を上記被処理物保持部
および被処理物を通して供給するマイクロ波供給手段と
を具備したものである。なお、本発明において、「マイ
クロ波を透過し得る材料からなる被処理物」とは、例え
ば液晶ディスプレイ基板に用いるガラス基板等を一例と
して挙げることができる。また、被処理物保持部を構成
する「マイクロ波を透過し得る材料」には、石英等を用
いることができる。
【0009】このプラズマ処理装置では、チャンバー内
でプラズマを生成させるためのマイクロ波を被処理物保
持部および被処理物を通して供給するマイクロ波供給手
段を具備したことにより、このマイクロ波供給手段によ
り供給されるマイクロ波は、被処理物保持部および被処
理物を透過した後にチャンバー内の処理空間でプラズマ
を生成させ、被処理物に対して所定の処理を行なう。す
なわち、被処理物を収容するチャンバーに対してマイク
ロ波供給手段とガス供給手段を互いに対向する側に配置
することができ、この構成によってガス供給手段をマイ
クロ波が透過し易い材料で構成する必要がなくなり、ガ
ス供給手段の構成を制約することがなくなる。
【0010】また、上記マイクロ波供給手段を上記チャ
ンバーの被処理物保持部および被処理物を透過させる位
置に設ければよいので、プラズマ処理装置全体の大型化
を防止し、さらに小型化することが可能になる。なお、
上記マイクロ波供給手段としては、ラジアルラインスロ
ットアンテナを用いるとよい。このラジアルラインスロ
ットアンテナに関しては、平山昌樹、大見忠弘、「高品
質成膜用マイクロ波励起高密度プラズマ装置、第30回
超LSIウルトラクリーンテクノロジーシンポジウム、
49〜59ページ、(1997)」に詳しく述べられて
いる。また、上記ガス供給手段を、上記被処理物に対向
する方向から上記処理用ガスを供給する構成とするとよ
い。具体的にはシャワーヘッド等を用いることができ
る。
【0011】本発明のスパッタ装置は、マイクロ波を透
過し得る材料からなる被処理物を収容するチャンバー
と、該チャンバー内に処理用ガスを供給するガス供給手
段と、マイクロ波を透過し得る材料からなり、上記チャ
ンバーに設けられて上記被処理物を保持する被処理物保
持部と、上記チャンバー内でプラズマを生成させるため
のマイクロ波を、上記被処理物保持部および被処理物を
通して供給するマイクロ波供給手段と、上記チャンバー
内に上記被処理物の処理面に対向するように設置され、
上記プラズマによる荷電粒子が照射されるターゲット
と、上記マイクロ波よりも低い周波数の電磁波を上記タ
ーゲットに供給する電磁波供給手段とを具備したもので
ある。
【0012】このスパッタ装置では、チャンバー内でプ
ラズマを生成させるためのマイクロ波を被処理物保持部
および被処理物を通して供給する上記マイクロ波供給手
段を具備したことにより、このマイクロ波供給手段によ
り供給されるマイクロ波は、被処理物保持部および被処
理物を透過した後にチャンバー内の処理空間でプラズマ
を生成させ、プラズマによる荷電粒子をターゲットに照
射させ、被処理物に対してスパッタリングを行なう。
【0013】これにより、上記ガス供給手段をマイクロ
波が透過し易い材料により構成する必要がなくなり、ガ
ス供給手段の構成を制約することが無くなる。また、上
記マイクロ波供給手段をチャンバーの被処理物保持部お
よび被処理物を透過させる位置に設ければよいので、ス
パッタ装置全体の大型化を防止し、さらに小型化するこ
とが可能になる。なお、マイクロ波供給手段としては、
上記と同様、ラジアルラインスロットアンテナを用いる
とよい。
【0014】
【発明の実施の形態】以下、本発明のプラズマ処理装置
およびスパッタ装置の各実施の形態について図面に基づ
き説明する。
【0015】[第1の実施の形態]図1は本発明の第1
の実施の形態のプラズマ処理装置を示す構成図であり、
図において、符号1はガラス基板(マイクロ波を透過し
得る材料からなる被処理物)、2はガラス基板1を収容
するチャンバー、3はチャンバー2の一方の側壁2aに
設けられチャンバー2内に処理用ガス4を供給するガス
供給管(ガス供給手段)である。また、5はチャンバー
2の他方の側壁2bに設けられチャンバー2内で生じた
排ガス6を排出させる排気口である。
【0016】また、符号7はチャンバー2の底部を構成
する底板(被処理物保持部)であり、石英(マイクロ波
を透過し得る材料)により構成され、ガラス基板1を保
持している。8は底板7の下面に設けられチャンバー2
内でプラズマ9を生成させるためのマイクロ波を底板7
およびガラス基板1を通して供給するラジアルラインス
ロットアンテナ(RLSA;マイクロ波供給手段)であ
る。図2はラジアルラインスロットアンテナ8の平面図
である。この図に示すように、ラジアルラインスロット
アンテナ8には同心円状に多数のスロット12、12、
…が配置され、これらスロットから発生する円偏波マイ
クロ波がチャンバー2内に導入され、このマイクロ波の
電界によってプラズマ9が励起されるようになってい
る。
【0017】また、符号10はラジアルラインスロット
アンテナ8の下面に接続されマイクロ波11を供給する
導波管等からなるマイクロ波発生源である。なお、チャ
ンバー2の天板2cの底板7からの高さは、プラズマ9
により生成される反応生成物が付着しない程度に十分な
高さとされている。
【0018】このプラズマ処理装置では、ガス供給管3
より所定の処理用ガス4をチャンバー2内に供給し、ラ
ジアルラインスロットアンテナ8より、底板7およびガ
ラス基板1を通してチャンバー2内の処理空間にマイク
ロ波11を供給することによりプラズマ9を生成させ、
ガラス基板1に対して所定の処理を行なう。ラジアルラ
インスロットアンテナ8は、マイクロ波11をチャンバ
ー2内の処理空間に向かって平行に放出させることがで
きるので、プラズマ9が必要以上に広がらず、ガラス基
板1以外の部分を直接プラズマ9と接触しないようにす
ることが可能であり、例えば、高いプラズマ耐性を持つ
材料を用いなければならないというような、チャンバー
2の側壁の材料等への制約が少なく、装置設計の自由度
を増すことができる。
【0019】特に、プラズマ9が広がる面積よりも大き
なガラス基板1を用いる場合、プラズマ9に直接曝され
るのはガラス基板1のみとなるため、例えば、成膜処理
装置として用いた場合においても、チャンバー2の内壁
に付着した成膜材料の除去が非常に少なくて済み、メン
テナンスが非常に簡単になる。
【0020】このプラズマ処理装置では、処理用ガス4
のガス種を変更することにより、酸化、窒化、ドライエ
ッチング、成膜、熱処理等の種々の処理を行なうことが
可能である。例えば、熱処理としては、プラズマ9から
の荷電粒子照射による加熱、マイクロ波11の一部を吸
収させることによる加熱等を利用することができる。特
に、ガラス基板1等の被処理物の表面にマイクロ波11
を吸収し易い材料をパターニングしておけば、このパタ
ーニングした部分を選択的に加熱することができる。ま
た、この熱処理を成膜処理と併用すれば、選択的な成
膜、選択的な結晶化も可能である。
【0021】本実施の形態のプラズマ処理装置によれ
ば、チャンバー2の底部を石英からなる底板7により構
成し、この底板7の下面にチャンバー2内でプラズマ9
を生成させるためのマイクロ波11を底板7およびガラ
ス基板1を通して供給するラジアルラインスロットアン
テナ8を設けたので、チャンバー2の底部以外の部分や
ガス供給管3および排気口5をマイクロ波が透過し易い
材料により構成する必要がなくなり、チャンバー2の底
部以外の部分、ガス供給管3および排気口5の設計が容
易になり、設計上の制約を無くすことができる。また、
チャンバー2の底板7にラジアルラインスロットアンテ
ナ8を設けたので、装置全体をさらに小型化することが
できる。
【0022】本実施の形態のプラズマ処理装置では、チ
ャンバー2の底部を石英からなる底板7とし、この底板
7の下面にラジアルラインスロットアンテナ8を設けた
構成としたが、チャンバー2内でプラズマ9を生成させ
るためのマイクロ波11を底板7およびガラス基板1を
通して供給する構成であればよく、底板7の形状やガラ
ス基板の保持形態、ラジアルラインスロットアンテナ8
の形状等は上記実施の形態に限定されることなく、様々
な形状に変更可能である。
【0023】[第2の実施の形態]図3は本発明の第2
の実施の形態のプラズマ処理装置を示す構成図であり、
図3において、図1と同一の構成要素には同一の符号を
付し、説明を省略する。図3中、符号21は大型のガラ
ス基板(マイクロ波を透過し得る材料からなる被処理
物)、22はガラス基板21を収容する大型のチャンバ
ー、23はチャンバー22の天板22c中央部に設けら
れチャンバー22内に処理用ガス4を供給するシャワー
ヘッド(ガス供給手段)、24はチャンバー22の側壁
22aに設けられチャンバー22内にガラス基板21を
搬入・搬出する基板搬入搬出口である。
【0024】また、符号25はチャンバー22の底部を
構成する上面が平坦面とされた断面略コ字型の底板(被
処理物保持部)であり、石英(マイクロ波を透過し得る
材料)により構成され、上面に上記ガラス基板21を保
持している。上記シャワーヘッド23のガス吹出孔2
6、26、…は、処理用ガス4がガラス基板21の表面
に向かって均一かつ平行に吹き出すように、その数およ
び位置が設定され、ガス吹出孔26、26、…の底板2
5の上面からの高さは、プラズマ9により生成される反
応生成物が付着しない程度に十分な高さとされている。
【0025】特に、反応ガスを大量に供給する必要があ
るプラズマCVD装置やドライエッチング装置では、大
きな基板に対応するためにシャワーヘッドによるガス供
給が有効である。このプラズマ処理装置では、基板搬入
搬出口24よりチャンバー22内にガラス基板21を搬
入し、シャワーヘッド23のガス吹出孔26、26、…
より所定の処理用ガス4をガラス基板21の表面に向か
って均一かつ平行にシャワー状に吹き出させるととも
に、ラジアルラインスロットアンテナ8より底板25の
上面およびガラス基板21を通してチャンバー22内の
処理空間にマイクロ波11を供給することによりプラズ
マ9を発生させ、ガラス基板21に対して所定の処理を
行なう。処理後のガラス基板21は基板搬入搬出口24
よりチャンバー22から搬出される。
【0026】本実施の形態のプラズマ処理装置によれ
ば、シャワーヘッド23をマイクロ波を透過させる材質
により構成する等の、従来必要であった装置構成上の制
約がなくなる。また、ガラス基板21の周辺は、ガスを
排気するのに十分なコンダクタンスが得られるスペース
が確保されていればよいので、従来の装置に比べてはる
かに小型化することができる。
【0027】また、従来の装置では、シャワーヘッドの
プラズマ耐性が必要であったり、高い頻度のメンテナン
スが必要である等の問題点があったが、この装置では、
ガス吹出孔26、26、…の底板25の上面からの高さ
を、プラズマ9により生成される反応生成物が付着しな
い程度に十分な高さとしたので、これらの問題点が解決
され、設計の自由度が増し、より最適な装置設計が可能
になる。
【0028】[第3の実施の形態]図4は本発明の第3
の実施の形態のスパッタ装置を示す構成図であり、図4
において、図1と同一の構成要素には同一の符号を付
し、説明を省略する。図4中、符号31はガラス基板1
を収容するチャンバー、32はチャンバー31の天板3
1c中央部に嵌め込まれたバッキングプレート、33は
ガラス基板1の処理面に対向するようにバッキングプレ
ート32の下面に設置された例えばアルミニウム(A
l)等のターゲット、34はバッキングプレート32に
接続されたRF電源(電磁波供給手段)である。
【0029】このRF電源34の周波数は、一般的には
13.56MHzが取り扱い易いが、スパッタリングに
必要なエネルギーが得られるようにターゲット33を構
成する材料毎に設定すればなおよい。また、ガラス基板
1側のマイクロ波11としては、通常数GHz以上のも
のを用いるが、より良質の膜を得るためには、ダメージ
を与えずに成膜を行なう原子がマイグレーションを起こ
すことができるエネルギーを十分に与える必要があるた
め、周波数は高い方(例えば8GHz以上)が望まし
い。
【0030】このスパッタ装置では、ガス供給管3より
アルゴン(Ar)等の所定の処理用ガス4をチャンバー
31内に供給し、ラジアルラインスロットアンテナ8よ
り、底板7およびガラス基板1を通してチャンバー31
内の処理空間にマイクロ波11を供給することによりプ
ラズマ9を発生させるとともに、RF電源34よりバッ
キングプレート32を介してターゲット33にマイクロ
波11より低い周波数の電磁波を供給することにより、
プラズマ9による荷電粒子をターゲット33に照射さ
せ、ターゲット33から発生したAl原子等によりガラ
ス基板1に対してスパッタリングを行なう。
【0031】本実施の形態のスパッタ装置によれば、ラ
ジアルラインスロットアンテナ8より底板7およびガラ
ス基板1を通してチャンバー31内の処理空間にマイク
ロ波11を供給する構成としたので、チャンバー31の
底部以外の部分、ガス供給管3および排気口5をマイク
ロ波が透過し易い材料で構成する必要がなくなり、チャ
ンバー31の底部以外の部分やガス供給管3および排気
口5の設計が容易になり、装置設計上の制約をなくすこ
とができる。
【0032】また、チャンバー31の底板7にラジアル
ラインスロットアンテナ8を設けたので、チャンバー3
1の大型化を防止することができ、装置全体をさらに小
型化することができる。また、マイクロ波11をガラス
基板1側から印加するので、マイクロ波プラズマの特徴
である高密度プラズマ、低電子温度、低イオンエネルギ
ーを成膜に活用することができる。一方、ターゲット3
3にはマイクロ波11より低い周波数の電磁波を印加す
るので、スパッタリングに必要なイオンエネルギーを得
ることができる。
【0033】
【発明の効果】以上、詳細に説明したように、本発明の
プラズマ処理装置によれば、チャンバー内でプラズマを
生成させるためのマイクロ波を被処理物保持部および被
処理物を通して供給するマイクロ波供給手段を具備した
ので、ガス供給手段をマイクロ波が透過し易い材料によ
り構成する必要がなくなり、前記ガス供給手段の構成を
制約する必要がなくなる。また、上記マイクロ波供給手
段をチャンバーの被処理物保持部および被処理物を透過
させる位置に設ければよいので、プラズマ処理装置全体
を小型化することができる。
【0034】本発明のスパッタ装置によれば、チャンバ
ー内でプラズマを生成させるためのマイクロ波を被処理
物保持部および被処理物を通して供給するマイクロ波供
給手段を具備したので、ガス供給手段をマイクロ波が透
過し易い材料により構成する必要がなくなり、上記ガス
供給手段の構成を制約する必要がなくなる。また、マイ
クロ波供給手段をチャンバーの被処理物保持部および被
処理物を透過させる位置に設ければよいので、スパッタ
装置全体を小型化することができる。
【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
置を示す断面図である。
【図2】 同プラズマ処理装置に用いるラジアルライン
スロットアンテナを示す平面図である。
【図3】 本発明の第2の実施の形態のプラズマ処理装
置を示す断面図である。
【図4】 本発明の第3の実施の形態のスパッタ装置を
示す断面図である。
【符号の説明】
1,21 ガラス基板(マイクロ波を透過し得る材料か
らなる被処理物) 2,22,31 チャンバー 3 ガス供給管(ガス供給手段) 4 処理用ガス 5 排気口 6 排ガス 7,25 底板(被処理物保持部) 8 ラジアルラインスロットアンテナ(マイクロ波供給
手段) 9 プラズマ 10 マイクロ波発生源 11 マイクロ波 23 シャワーヘッド(ガス供給手段) 24 基板搬入搬出口 33 ターゲット 34 RF電源(電磁波供給手段)
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 FI H01L 21/31 H05H 1/46 B H05H 1/46 H01L 21/302 B (72)発明者 蛇口 広行 宮城県仙台市泉区明通三丁目31番地 株式 会社フロンテック内 (72)発明者 笠間 泰彦 宮城県仙台市泉区明通三丁目31番地 株式 会社フロンテック内 (72)発明者 大見 忠弘 宮城県仙台市青葉区米ケ袋2−1−17− 301 (72)発明者 小野 昭一 東京都大田区雪谷大塚町1番7号 アルプ ス電気株式会社内

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 マイクロ波を透過し得る材料からなる被
    処理物を収容するチャンバーと、 該チャンバー内に処理用ガスを供給するガス供給手段
    と、 マイクロ波を透過し得る材料からなり、前記チャンバー
    に設けられて前記被処理物を保持する被処理物保持部
    と、 前記チャンバー内でプラズマを生成させるためのマイク
    ロ波を、前記被処理物保持部および被処理物を通して供
    給するマイクロ波供給手段と、を具備したことを特徴と
    するプラズマ処理装置。
  2. 【請求項2】 前記マイクロ波供給手段がラジアルライ
    ンスロットアンテナであ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】 前記ガス供給手段が、前記被処理物に対
    向する方向から前記処理用ガスを供給する構成となって
    い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。
  4. 【請求項4】 マイクロ波を透過し得る材料からなる被
    処理物を収容するチャンバーと、 該チャンバー内に処理用ガスを供給するガス供給手段
    と、 マイクロ波を透過し得る材料からなり、前記チャンバー
    に設けられて前記被処理物を保持する被処理物保持部
    と、 前記チャンバー内でプラズマを生成させるためのマイク
    ロ波を、前記被処理物保持部および被処理物を通して供
    給するマイクロ波供給手段と、 前記チャンバー内に前記被処理物の処理面に対向するよ
    うに設置され、前記プラズマによる荷電粒子が照射され
    るターゲットと、 前記マイクロ波よりも低い周波数の電磁波を前記ターゲ
    ットに供給する電磁波供給手段と、を具備したことを特
    徴とするスパッタ装置。
  5. 【請求項5】 前記マイクロ波供給手段がラジアルライ
    ンスロットアンテナであることを特徴とする請求項4に
    記載のスパッタ装置。
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Cited By (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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