プラズマ処理装置
【課題】プラズマの密度及び均一性の向上を図るプラズマ処理装置を提供する。
【解決手段】基板Ｓｂを収容する処理室５０を有する真空槽１１と、電磁波を処理室５０へ出力する高周波アンテナ２０と、高周波アンテナ２０と処理室５０との間に介在し、電磁波の導入口となる誘電体窓１２とを備えたプラズマ処理装置において、誘電体窓１２には、電磁波を処理室５０に導入する窓部と、窓部よりも厚い補強部とが一体に形成されている。
【解決手段】基板Ｓｂを収容する処理室５０を有する真空槽１１と、電磁波を処理室５０へ出力する高周波アンテナ２０と、高周波アンテナ２０と処理室５０との間に介在し、電磁波の導入口となる誘電体窓１２とを備えたプラズマ処理装置において、誘電体窓１２には、電磁波を処理室５０に導入する窓部と、窓部よりも厚い補強部とが一体に形成されている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、処理室内にプラズマを発生させて基板を処理するプラズマ処理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、高密度なプラズマを生成できるプラズマ源として、誘導結合型プラズマ（ＩＣＰ：Inductively Coupled Plasma）源を有する装置、磁束密度が「０」となるゼロ磁場領域をプラズマ中に生成する、いわゆる磁気中性線放電（ＮＬＤ magnetic Neutral Loop Discharge）型装置、電子サイクロトロン共鳴プラズマ（ＥＣＲ：Electron Cyclotron Resonance plasma）源を有する装置等が知られている。
【０００３】
これらの装置は、電磁波源から出力された電磁波を、誘電体からなる誘電体窓を介して基板を収容した処理室に伝播させてプラズマを生成する。例えば、誘導結合型プラズマ源を有する装置は、高周波電圧が印加された誘導コイルから出力された高周波電力を、誘導窓を介して処理室に伝播し、処理室に供給された原料ガスをプラズマ化する。
【０００４】
この誘電体窓は、一般的に平板状をなしており、処理室内の真空圧と大気圧との圧力差に耐えうる強度を確保するための厚さを有している。しかし、誘電体窓の厚さが大きいと、電磁波源と処理室との相対距離が長くなるために電磁波の損失が大きくなる。このため、プラズマ密度のさらなる向上を図る場合においては、誘電体窓の強度を確保しなければならないために、限界があった。
【０００５】
これに対し、特許文献１では、誘電体窓を金属製の梁で支持して強度を確保することによって、誘電体窓を薄くしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平１０−２７７８２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかし、誘電体窓を金属製の梁で支持する場合には、部品点数が増加するだけでなく、誘電体窓を介して電磁波を導入する際に、電磁波の伝播が梁によって遮断されて、処理室内のプラズマの均一性が低下する虞がある。プラズマの均一性が低下すると、エッチングを実施する場合にはエッチングレートの均一性の低下を招来し、ＣＶＤ装置の場合では膜厚や膜質の均一性が低下する。
【０００８】
本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、部品点数を低減しつつ、プラズマ密度を向上できるプラズマ処理装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記問題点を解決するために、請求項１に記載の発明は、請求項１に記載のプラズマ処理装置において、基板を収容する処理室を有する真空槽と、電磁波を前記処理室へ出力する電磁波源と、前記電磁波源と前記処理室との間に介在し、前記電磁波の導入口となる誘電体窓とを備えたプラズマ処理装置において、前記誘電体窓には、前記電磁波を前記処理室に導入する窓部と、前記窓部よりも厚い補強部とが一体に形成されていることを要旨とする。
【００１０】
請求項１に記載の発明によれば、誘電体窓には、窓部よりも厚い補強部が一体に形成されているので、窓部を補強する部材を別に設けることなく、誘電体窓の厚さ方向において強度を向上することができる。また、このため、電磁波源を処理室に近づけて、高密度のプラズマを生成することができる。
【００１１】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載のプラズマ処理装置において、前記電磁波源は、誘導コイルを有し、前記誘電体窓は、複数の前記窓部を有し、前記誘電体窓の前記補強部は、前記誘電体窓の中央に形成された突部と、前記突部から前記誘電体窓の外周に向かって延びる突条とを有することを要旨とする。
【００１２】
請求項２に記載の発明によれば、補強部は、誘電体窓の中央に形成された突部と、外周に向かって延びる突条とから構成されるので、突部の周囲であって突条の間に窓部を配置することができる。誘導コイルの構造や処理室のガスの流れ等の要因により、処理室の中央はプラズマ密度が高くなる傾向があるが、上記したように誘電体窓の中央の突部を配置することによって、処理室の中央部は、その外側よりも相対的に誘電損失が大きくなる。このため、処理室の径方向におけるプラズマ密度の勾配を小さくすることができる。
【００１３】
請求項３に記載の発明は、請求項１又は２に記載のプラズマ処理装置において、前記誘電体窓は、３本の前記突条を備えることを要旨とする。
請求項３に記載の発明によれば、誘電体窓に形成される突条を３本とすることで、誘電体窓の強度を確保しつつ、誘電体窓に形成される突部を極力少なくして誘電体窓に生成される電場を阻害しないようにすることができる。このため、処理室へ伝播される電磁波の損失を抑制することができる。
【００１４】
請求項４に記載の発明は、請求項１〜３のいずれか１項に記載のプラズマ処理装置において、前記誘電体窓は、前記補強部が形成された第１の側面と、前記第１の側面と平行な平面状の第２の側面とを有し、前記第１の側面を前記処理室に向けて配置する状態、及び前記第２の側面を前記処理室内に向けて配置する状態のうち一方を選択可能に構成されたことを要旨とする。
【００１５】
請求項４に記載の発明によれば、誘電体窓自体が強度が確保されているため、第１の側面を処理室に向けた状態、第２の側面を処理室に向けた状態のいずれでも、使用可能である。第２の側面を処理室に向けた場合、突部が形成された第１の側面が大気圧に曝されるが、この場合には平面状の第２の側面において一律に大気圧を受けるよりも、圧力が分散される。このため、第２の側面を処理室に向けた方が各側面に対し直交する方向における強度を大きくすることができる。従って、目的に応じて、誘電体窓の配置を適宜変更することで、誘電体窓の寿命を長くすることができる。
【００１６】
請求項５に記載の発明は、請求項１〜４のいずれか１項に記載のプラズマ処理装置において、前記補強部には、プラズマ処理によって生じる生成物の前記誘電体窓への付着を抑制するカバーを取り付けるためのカバー固定部が形成されていることを要旨とする。
【００１７】
請求項５に記載の発明によれば、補強部のカバー固定部にカバーを取り付けることができるので、誘電体窓から離間させた位置にカバーを取り付けなくてもよい。処理室は、カバーの下方に位置するため、電磁波源と処理室との相対距離を短くすることができる。
【００１８】
請求項６に記載の発明は、請求項１〜５のいずれか１項に記載のプラズマ処理装置において、前記補強部のうち、前記窓部の側面と平行な面以外の側面はテーパ状に形成されていることを要旨とする。
【００１９】
請求項６に記載の発明によれば、補強部のうち、窓部の側面以外の領域にはテーパ面が形成されているため、補強部の破損を防止するとともに、補強部の基端部での生成物の堆積を抑制できる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明に係るプラズマ処理装置の一実施形態であるＮＬＤエッチング装置の概略構成を示す模式図。
【図２】同ＮＬＤエッチング装置の高周波アンテナの平面図。
【図３】同ＮＬＤエッチング装置が備える誘電体窓の斜視図。
【図４】（ａ）は同誘電体窓の中央突部の端面図、（ｂ）は同誘電体窓の突条の端面図。
【図５】同誘電体窓と、誘電体窓に取り付けられるカバーガラスとの平面図。
【図６】本発明に係るプラズマ処理装置に用いられる誘電体窓の別例を示す断面図。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、本発明のプラズマ処理装置を、磁気中性線放電型エッチング装置（以下、ＮＬＤ型エッチング装置）に具体化した一実施形態について、図１〜図５にしたがって説明する。
【００２２】
図１に示すように、ＮＬＤエッチング装置は、略有底筒状に形成された真空槽１１を有している。真空槽１１はアルミニウム等の金属製であって、その内部に基板Ｓｂを収容する処理室５０を有し、処理室５０の上部開口を、石英、サファイア等の誘電体から形成された誘電体窓１２によって密閉している。
【００２３】
真空槽１１には、エッチングを実施する処理対象となる基板Ｓｂを隣室から真空槽１１内へ搬入するとともに、真空槽１１から他の処理室へ搬送するための図示しない搬送口が設けられている。さらに、真空槽１１には、真空槽１１内のエッチングガスや大気等の流体を排気する排出口１１ｄが設けられ、該排出口１１ｄには図示しない排気装置が接続されている。また、真空槽１１には、処理室５０に連通するガス供給部１３が設けられている。エッチングを実施する際には、このガス供給部１３を介して各種ガスが真空槽内に供給される。
【００２４】
真空槽１１の下部には、ステージ１５が設けられている。ステージ１５は、その上面が平坦に形成され、基板Ｓｂを載置可能となっている。また、ステージ１５は、ステージ電極を兼ねており、整合回路１６を介して、バイアス用高周波電源１８に電気的に接続されている。整合回路１６は、プラズマ生成領域とバイアス用高周波電源１８から基板Ｓｂまでの伝送路とのインピーダンスの整合を図る整合回路とブロッキングコンデンサとを含んでいる。
【００２５】
また、誘電体窓１２の上方には、電磁波源を構成する誘導コイルとしての２段の高周波アンテナ２０が、異なる面上であって、真空槽１１の中心軸Ｘ１の回りを周回するように積み重ねられている。
【００２６】
図２に示すように、各高周波アンテナ２０は、平面視において渦巻き形状をなしている。そして、その平面が、上記中心軸Ｘ１に対して直交し、且つ渦巻き形状の開始点である始端２０ａが中心軸Ｘ１付近に位置するように配設されている。
【００２７】
また、各高周波アンテナ２０は、その始端２０ａが、真空槽１１の中心軸Ｘ１と平行に延びる柱状の入力端子２１に、その外周側に位置する終端２０ｂが、中心軸Ｘ１と平行な方向に延びる出力端子２２に電気的に並列に接続されている。
【００２８】
図１に示すように、上段の高周波アンテナ２０から突出する入力端子２１の端部には、電磁波源を構成する高周波電源２５と整合回路２６とからなる直列回路と、直列に接続された直流電源ＤＣとローパスフィルタ２８とからなる直列回路とが、入力側コンデンサ２９を介して並列に接続されている。
【００２９】
高周波電源２５は、処理室５０にプラズマを生成するための高周波電力、例えば１３．５６ＭＨｚの高周波電力を出力する。整合回路２６は、負荷となる上記処理室５０内のガスと、高周波アンテナ２０を含む高周波電源２５から真空槽１１までの伝送路とのインピーダンスの整合を図る。入力側コンデンサ２９は、容量の変更が可能ないわゆる可変コンデンサであって、例えば１０ｐＦ〜１００ｐＦの範囲で任意に静電容量を変更する。直流電源ＤＣは、例えば０Ｖ〜−２０００ｋＶの直流電圧を入力端子２１に印加可能な電源である。またローパスフィルタ２８は、直流電源ＤＣの出力した電圧からノイズを除去する。
【００３０】
また、上段の高周波アンテナ２０から突出する出力端子２２の端部は、可変コンデンサである出力側コンデンサ２７に接続され、この出力側コンデンサ２７及びＮＬＤエッチング装置の筐体を介して設置電位に接続されている。尚、この出力側コンデンサ２７も入力側コンデンサ２９同様、その静電容量は、例えば１０ｐＦ〜１００ｐＦの範囲で任意に変更可能である。
【００３１】
さらに、真空槽１１の側面には三段の磁場コイル３０が設けられている。この磁場コイル３０は、第１磁場コイル３１、第２磁場コイル３２及び第３磁場コイル３３を有している。各磁場コイル３１〜３３は、真空槽１１の外周に配設され、それらの中心軸が、上記中心軸Ｘ１とほぼ一致するように配置されている。
【００３２】
第１磁場コイル３１及び第３磁場コイル３３には、各電力供給部（図示略）から、同一方向の電流が供給される。第２磁場コイル３２には、第１磁場コイル３１及び第３磁場コイル３３に供給される電流の向きとは逆の電流が供給される。その結果、磁場コイル３０の周方向、即ち真空槽１１の周方向に沿って、ゼロ磁場領域５１が形成される。ゼロ磁場領域５１の上記中心軸Ｘ１方向の位置は、第２磁場コイル３２の上記中心軸Ｘ１方向における位置とほぼ同じである。
【００３３】
次に、誘電体窓１２について詳細に説明する。図３に示すように、誘電体窓１２は、真空槽１１の上部開口を封止可能な大きさの略円盤状をなしている。誘電体窓１２は、処理室５０に向けて配置された側面が真空圧、その反対側の側面が大気圧に曝されるため、それらの側面に直交する方向からの外力に対する強度を確保する必要がある。特に誘電体窓１２の中央部は、真空槽１１の上部開口に支持される外周部に比べ、高応力状態となる。このため、中央部における応力がその許容応力を超えないように、中央部の剛性を高めなければならない。
【００３４】
このため、誘電体窓１２の側面１２ａには、誘電体窓自体の剛性を高めるための補強部４０が形成されている。また、誘電体窓１２のうち、補強部４０が形成された側面１２ａと平行な面であって、反対側の側面１２ｂは、平面状に形成されている。また、エッチング対象物に対する化学的及び物理的な反応等により生成される生成物が付着して堆積することを抑制する等の目的で、その表面は、表面粗さＲａ２．２〜３．６程度に研磨されている。
【００３５】
補強部４０は、他の領域に比べ厚さを大きくした領域であって、中央に設けられた中央突部４４と、中央突部４４から誘電体窓１２の外周に向かって放射状に広がる３本の突条４２とを有している。中央突部４４は、略三角形状をなし、窓部４１の側面に対して突出している。突条４２は、細長状且つ窓部４１の側面から突出した形状であって、誘電体窓１２の周方向に等間隔に配置されている。この中央突部４４によって、誘電体窓１２の中央における強度が確保され、突条４２によってその周囲の強度が確保されている。
【００３６】
また、突条４２の間には、３つの窓部４１が周方向において等間隔に設けられている。窓部４１は、高周波アンテナ２０から出力される高周波電力を処理室５０に導入する入口となる領域であり、誘電体からなる母材を削ることにより薄肉化されている。この窓部４１は、それぞれ扇状に形成されるとともに、誘電体窓１２の中央から周縁までの範囲に亘って形成されている。
【００３７】
上記したように、誘電体窓１２には補強部４０が設けられることにより、誘電体窓自体の強度が確保されているため、それらの窓部４１は、例えば中央突部４４の厚さの半分程度に薄くすることができる。このため、補強部４０が形成された側面１２ａを処理室５０側に配置した際に、高周波アンテナ２０と処理室５０（ゼロ磁場領域５１）との相対距離が短くなる。
【００３８】
また、図４（ａ）に示すように、中央突部４４のうち、窓部４１の側面と平行な面は平面状であるが、窓部４１の側面に連続する外周面は、テーパ面４４ａとなっている。さらに中央突部４４のテーパ面４４ａには、スリット状のカバー固定部４４ｂが側面１２ａと平行に形成されている。このカバー固定部４４ｂには、エッチング対象物に対する化学的及び物理的な反応等により生成される生成物が誘電体窓１２へ付着するのを防止するカバーＧ（図５参照）の一端が固定される。即ち、誘電体窓１２の補強部４０にカバーＧを取り付けることができるので、誘電体窓１２から離間させた位置にカバーＧを取り付ける構成を設けなくてもよい。また、誘電体窓１２にカバーＧを取り付けることで、カバーＧの下方に位置する処理室５０と高周波アンテナ２０を短くすることができる。
【００３９】
また、図４（ｂ）に示すように、突条４２のうち、窓部４１の側面と平行な面は平面状であって、窓部４１の側面に連続する面は、テーパ面４２ａとなっている。そのテーパ面４２ａには、スリット状のカバー固定部４２ｂが側面１２ａと平行に且つ突条４２の長手方向と平行に形成されている。
【００４０】
カバーＧは、図５に示すように窓部４１の形状に合わせて扇状に形成されている。このカバーＧを誘電体窓１２に取り付ける際には、図５中、左下の窓部４１に示すように、誘電体窓１２の周縁側から、カバーＧの側辺を、突条４２のカバー固定部４２ｂに挟み込み、カバーＧを誘電体窓１２の中央に向かってスライドさせる。そして、カバーＧの先端を、中央突部４４のカバー固定部４４ｂに固定する。これにより、カバーＧが、取り外し可能に誘電体窓１２に固定される。
【００４１】
カバーＧが固定された誘電体窓１２は、真空槽１１の上部開口に取り付けられる。図１に示すように、真空槽１１の上部開口には、真空槽１１の環状の壁部における端面に間欠的に形成された３つの溝１１ａと、突条４２を嵌合するための３つの嵌合溝（図示略）とが形成されている。誘電体窓１２を取り付ける際は、この３つの溝１１ａにエラストマー等からなる３つのシール部材Ｓをそれぞれ圧入し、突条４２を対応する各嵌合溝に嵌合して、誘電体窓１２を真空槽１１に固定する。
【００４２】
その結果、中央突部４４が高周波アンテナ２０の入力端子２１の真下に配置され、窓部４１は、入力端子２１の回りを巻回する高周波アンテナ２０の真下に配置される。
また、誘電体窓１２は、補強部４０と窓部４１とが一体に形成されていることから、図１のように補強部４０が形成された側面１２ａを処理室５０側に配置しても使用可能であるし、平面状の側面１２ｂを処理室５０側に配置しても使用可能である。尚、補強部４０が形成された側面１２ａを処理室５０側に向ける場合には、カバー固定部４２ｂ、４４ｂに各カバーＧをそれぞれ固定するが、平面状の側面１２ｂを処理室５０側へ向ける場合には、その側面１２ｂと同じ外形を有するカバーガラス（図示略）を側面１２ｂと平行に取り付ける。
【００４３】
具体的には、高密度プラズマを生成する通常時には、補強部４０が形成された側面１２ａを処理室５０側に向けて配置する。上記したように、この場合には、平面状の側面１２ｂに近付けて高周波アンテナ２０と処理室５０との距離を短くすることができる。一方、平面状の側面１２ｂを処理室５０側に向けて配置した場合には、補強部４０の分だけ、高周波アンテナ２０と処理室５０との距離が長くなるものの、補強部４０が形成された側面１２ａを処理室５０へ向けて配置するよりも大きい強度を得ることができる。つまり、従来構造の平板状の誘電体窓の場合には、その側面に直交する方向（Ｘ１軸方向）に大気圧が一律に加わるが、上記誘電体窓１２は、補強部４０と、テーパ面４２ａ，４４ａとが設けられているので、中心軸Ｘ１方向以外の方向からも大気圧が加わる。このため、誘電体窓１２の中心軸Ｘ１方向に加わる圧力としては、全体として平板状の誘電体窓に加わる圧力よりも小さくなる。このため、プラズマ密度が比較的小さくてもよい場合には、補強部４０が形成された側面１２ａを大気圧側に向けて配置すると、誘電体窓１２の劣化を抑制できる。
【００４４】
次に、ＮＬＤエッチング装置の作用について説明する。まず、ＮＬＤエッチング装置の搬送口を介して基板Ｓｂが真空槽１１内に搬入され、ステージ１５上に載置される。次いで、ガス供給部１３を介して、処理室５０内にエッチングガスが供給される。また、図示しない排気装置の駆動により、真空槽１１内がプラズマエッチング処理の条件に応じた圧力とされる。このエッチングガスの供給と、排気装置による真空槽１１内の排気は、プラズマエッチング処理の実施中にわたり継続されるものである。
【００４５】
次に、図示しない各電力供給部から、第１磁場コイル３１及び第３磁場コイル３３に同一方向の電流が供給され、第２磁場コイル３２に第１磁場コイル３１及び第３磁場コイル３３を流れる電流とは逆方向の電流が供給され、処理室５０に、ゼロ磁場領域５１が形成される。また、高周波電源２５から、例えば１３．５６ＭＨｚの高周波電力が、整合回路２６及び入力側コンデンサ２９を介して高周波アンテナ２０に供給される。また、直流電源ＤＣからもローパスフィルタ２８を介して直流電圧が高周波アンテナ２０に印加される。
【００４６】
そして、高周波アンテナ２０から出力される高周波電力が、誘電体窓１２の窓部４１を介して処理室５０に伝播され、ゼロ磁場領域５１周辺に誘導電場が生成される。そして、この誘導電場の生成により、エッチングガスを原料とするプラズマが生成される。この際、プラズマ中の電子が処理室５０の磁場勾配によってゼロ磁場領域５１に移動するため、高密度のプラズマを生成することができる。また、各磁場コイル３１〜３３に供給する電流値を調整することにより、ゼロ磁場領域５１の径が変更可能であるため、プラズマ密度の分布を調整することができる。
【００４７】
この際、渦巻き状の高周波アンテナ２０には、入力端子２１から電力が投入されるため、例えば従来構成の平板状の誘電体窓を用いた場合には、処理室５０のうち、入力端子２１の直下であって、コイルの密度が相対的に高い部位では、誘導電場が強まり、プラズマ密度が高くなる。一方、処理室５０の中央に配置された入力端子２１から外側に向かうにつれて、入力端子２１から離れ、且つコイルの密度が小さくなる結果、誘導電場が弱まり、プラズマ密度が低くなる。しかし、本実施形態のように、誘電体窓１２に、厚さの大きい中央突部４４を中央に設け、その外周に厚さが小さい窓部４１を設けることにより、誘電体窓１２の中央では、相対的に誘電損失が大きくなる。それゆえに、処理室５０の中央から外周にかけてのプラズマ密度の勾配を小さくすることができる。
【００４８】
また、誘電体窓１２は、従来構成の平板状の誘電体窓の厚さに比べ、薄く加工された窓部４１を備えているので、高周波アンテナ２０の位置を処理室５０に近付けることができる。従って、処理室５０内であって窓部４１の直下の領域は、誘電体窓１２における高周波電力の伝播損失が、従来構成の平板状の誘電体窓を用いた場合に比べ小さくなる。また、誘電体窓１２は、強度を確保するための突条４２を必要最小限の３本としているため、窓部４１の占有面積を大きくとることができる。このため、処理室５０内のプラズマの密度を均一化しつつ、密度を大きくすることができる。
【００４９】
また、誘電体窓１２の直下には、高周波アンテナ２０の周囲に形成される誘導磁場により、誘電体窓１２の周方向に変動する誘電電界が発生する。この際、誘電体窓１２内部を電磁波が伝播するため、誘電体の厚さが相対的に大きくなる突条４２では、電磁波の誘電損失が相対的に大きくなる。そして、誘電体窓１２の周方向にて突条４２の直下では、相対的にプラズマの密度が低くなる。その結果、誘電体窓１２の周方向に多数の凸部が形成されていると、その凸部の直下が節となるような定在波が誘電体窓１２の直下に形成されてしまう可能性がある。そして、凸部の下方におけるプラズマ密度が低下し、処理室５０内のプラズマの均一性が低下する可能性がある。
【００５０】
この問題に対し、上記した誘電体窓１２では、該誘電体窓１２の周方向にて、突条４２が節として機能しないように、突条４２の数量が奇数であって、且つ２以上の奇数のうちで最小となる３本とされている。それゆえに、電磁波が突条４２内を伝播する際に減衰するとしても、こうした減衰が強調され難くなる。尚、突条を窓部４１とは別の金属製の部材とした場合には、突条が等電位になる結果、誘電体窓１２の凹凸形状を増加させるよりも誘導電場の偏りが強調されることとなる。
【００５１】
そして、ステージ１５にバイアス用の高周波電力が供給されると、基板Ｓｂにバイアス電圧が印加される。このバイアス電圧によって、処理室５０内に存在するプラズマ中の活性種、特に正イオンが基板Ｓｂに引き込まれてエッチャントとして機能する。こうして、基板Ｓｂの所定領域が、その垂直方向、厚さ方向に沿ってエッチングされる。
【００５２】
この際、基板Ｓｂのエッチングにより、プラズマ処理によって生じる生成物が、真空槽１１の内側面やカバーＧの側面、誘電体窓１２の中央突部４４の側面、突条４２の側面等、処理室５０に露出された面に付着する。この際、中央突部４４及び突条４２には、テーパ面４４ａ、４２ａが設けられているので、テーパ面４４ａ，４２ａと、カバーＧとからなる隅部に上記生成物が堆積しにくい。従って、誘電体窓１２における上記生成物の堆積を抑制し、エッチング実施中に、基板の処理面に堆積物が落下するようなことを抑制することができる。
【００５３】
また、誘電体窓１２は、高周波電力を導入する窓部４１と補強部４０とを一体に設けているため、窓部と補強部とを別部材として備える場合のように、誘電体窓１２内にプラズマ処理によって生じる生成物が侵入する隙間が形成されない。電磁波を導入する窓部と該窓部を補強する補強部とを別部材として備えた装置では、部品点数が多くなる他、窓部と補強部とを密着させたとしても、その間に微小な隙間が生じる可能性がある。この隙間は、窓部や補強部の製造公差や、窓部に補強部を取り付ける際の組み付け誤差でも生じる。
【００５４】
また例えば、高周波電力を処理室に導入した際、誘電体窓１２に電力が伝播されることで発熱するが、窓部と補強部とが別部材である場合、熱膨張率の違いから、窓部と補強部との間に隙間が生じやすくなる。窓部と補強部との間に隙間が生じると、プラズマ処理によって生じる生成物等が隙間に侵入して堆積する。この堆積物が、処理室内の圧力変化や温度変化等の要因によって剥離すると、基板Ｓｂの処理面に付着してしまう虞がある。また、上記隙間が生じる場合には、プラズマ中のラジカル種等がその隙間に侵入し、窓部と補強部との間に介在するシール材等を劣化させる可能性もある。
【００５５】
その点、窓部４１と補強部４０とを一体に設けた誘電体窓１２では、窓部４１と補強部４０との間に隙間が生じることはないので、誘電体窓１２における上記生成物の堆積を抑制することができる。
【００５６】
上記実施形態によれば、以下のような効果を得ることができる。
（１）上記実施形態では、ＮＬＤエッチング装置に用いられる誘電体窓１２を、高周波電力を処理室５０に導入する窓部４１と、窓部４１よりも厚い補強部４０とを一体とした構成とした。このため、窓部４１を補強する部材を別部材として設けることなく、誘電体窓１２の側面１２ａ，１２ｂに直交する方向における外力に対する剛性を向上し、窓部４１を薄くすることができる。従って、窓部４１を補強する部材を別部材として設ける場合のように、電磁波の伝播がその部材によって遮断されないので、従来構造の平板状の誘電体窓と比較して、プラズマの均一性が低下しない。このため、プラズマの均一性低下を抑制しつつ、厚さの小さい窓部４１を介して高周波電力を導入することができるので、高密度なプラズマを生成することができる。
【００５７】
（２）上記実施形態では、誘電体窓１２を、３つの窓部４１と、誘電体窓１２の中央に形成された中央突部４４と、該中央突部４４から誘電体窓１２の外周に向かって延びる突条４２とを有する構造とした。即ち、高周波アンテナ２０の入力端子２１の真下に中央突部４４を配置するため、コイルの密度が相対的に高い中央部において、誘導損失を相対的に大きくすることができる。このため、平板状の誘電体窓を用いた場合に比べ、処理室５０の中央におけるプラズマ密度が小さくなる。従って、処理室５０内の径方向のプラズマ密度の勾配を小さくすることができる。
【００５８】
（３）上記実施形態では、誘電体窓１２に、３本の突条４２を形成した。従って誘電体窓１２の強度を確保しつつ、窓部４１の占有面積を大きくすることができる。また、誘電体窓１２に形成される凹凸形状を極力少なくすることで、誘電体窓１２内の電磁波の伝播を妨げないので、処理室５０内への電磁波の伝播を阻害せず、プラズマ密度の均一性低下を抑制することができる。
【００５９】
（４）上記実施形態では、誘電体窓１２は、補強部４０が形成された側面１２ａと、側面１２ａと平行な平面状の側面１２ｂとの両方を真空槽１１を封止可能な形状とした。そして、目標とするプラズマ密度に応じて、補強部４０が形成された側面１２ａを処理室５０に向けて配置する状態、及び平面状の側面１２ｂを処理室５０内に向けて配置する状態の一方を適宜選択するようにした。即ち、同じ装置を用いて異なる種の基板を処理する場合、エッチング対象によっては、必ずしも高密度のプラズマを生成しなくても良い場合もある。そういった場合には、誘電体窓１２を、補強部４０が形成された側面１２ａを大気圧側に向け、強度を高めた状態で使用することができる。このため、誘電体窓１２の寿命を長くすることができるとともに、一つの誘電体窓１２で多様なエッチング条件に適応することができる。
【００６０】
尚、上記実施形態は以下のように変更してもよい。
・誘電体窓１２は、図６に示すように、その外周部に、環状シール部材５２を圧入するための溝部５３を備えるようにしてもよい。この場合には、溝部５３に環状シール部材５２を圧入した状態で、誘電体窓１２が真空槽１１の上部開口に固定される。この場合には、カバーＧは窓部４１の下方から取り付けられる。尚、この場合には、誘電体窓１２の両側面を使用可能とはならない。
【００６１】
・高周波アンテナ２０は、同一平面上を巻回する渦巻き状としたが、１重の環状のコイルでもよいし、真空槽１１の上部開口を横切るコの字状のコイルでもよい。
・上記実施形態では、突条４２を３本としたが、突条４２の幅を小さく形成できる場合には、３本以上の奇数本でもよい。
【００６２】
・上記実施形態では、本発明のプラズマ処理装置を、ＮＬＤエッチング装置に具体化したが、誘導結合型のプラズマ源を有するエッチング装置、電子サイクロトロン共鳴プラズマ源を有するエッチング装置に具体化してもよい。また、エッチング装置に限定されず、ＣＶＤ装置等、電磁波を誘電体窓から処理室に導入する他の装置に具体化してもよい。
【符号の説明】
【００６３】
Ｇ…カバー、Ｓｂ…基板、１１…真空槽、１２…誘電体窓、１２ａ…第１の側面としての側面、１２ｂ…第２の側面としての側面、２０…電磁波源を構成する高周波アンテナ、２５…電磁波源を構成する高周波電源、４０…補強部、４１…窓部、４２…突条、４２ａ，４４ａ…テーパ面、４２ｂ，４４ｂ…カバー固定部、４４…中央突部、５０…処理室。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、処理室内にプラズマを発生させて基板を処理するプラズマ処理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、高密度なプラズマを生成できるプラズマ源として、誘導結合型プラズマ（ＩＣＰ：Inductively Coupled Plasma）源を有する装置、磁束密度が「０」となるゼロ磁場領域をプラズマ中に生成する、いわゆる磁気中性線放電（ＮＬＤ magnetic Neutral Loop Discharge）型装置、電子サイクロトロン共鳴プラズマ（ＥＣＲ：Electron Cyclotron Resonance plasma）源を有する装置等が知られている。
【０００３】
これらの装置は、電磁波源から出力された電磁波を、誘電体からなる誘電体窓を介して基板を収容した処理室に伝播させてプラズマを生成する。例えば、誘導結合型プラズマ源を有する装置は、高周波電圧が印加された誘導コイルから出力された高周波電力を、誘導窓を介して処理室に伝播し、処理室に供給された原料ガスをプラズマ化する。
【０００４】
この誘電体窓は、一般的に平板状をなしており、処理室内の真空圧と大気圧との圧力差に耐えうる強度を確保するための厚さを有している。しかし、誘電体窓の厚さが大きいと、電磁波源と処理室との相対距離が長くなるために電磁波の損失が大きくなる。このため、プラズマ密度のさらなる向上を図る場合においては、誘電体窓の強度を確保しなければならないために、限界があった。
【０００５】
これに対し、特許文献１では、誘電体窓を金属製の梁で支持して強度を確保することによって、誘電体窓を薄くしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平１０−２７７８２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかし、誘電体窓を金属製の梁で支持する場合には、部品点数が増加するだけでなく、誘電体窓を介して電磁波を導入する際に、電磁波の伝播が梁によって遮断されて、処理室内のプラズマの均一性が低下する虞がある。プラズマの均一性が低下すると、エッチングを実施する場合にはエッチングレートの均一性の低下を招来し、ＣＶＤ装置の場合では膜厚や膜質の均一性が低下する。
【０００８】
本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、部品点数を低減しつつ、プラズマ密度を向上できるプラズマ処理装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記問題点を解決するために、請求項１に記載の発明は、請求項１に記載のプラズマ処理装置において、基板を収容する処理室を有する真空槽と、電磁波を前記処理室へ出力する電磁波源と、前記電磁波源と前記処理室との間に介在し、前記電磁波の導入口となる誘電体窓とを備えたプラズマ処理装置において、前記誘電体窓には、前記電磁波を前記処理室に導入する窓部と、前記窓部よりも厚い補強部とが一体に形成されていることを要旨とする。
【００１０】
請求項１に記載の発明によれば、誘電体窓には、窓部よりも厚い補強部が一体に形成されているので、窓部を補強する部材を別に設けることなく、誘電体窓の厚さ方向において強度を向上することができる。また、このため、電磁波源を処理室に近づけて、高密度のプラズマを生成することができる。
【００１１】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載のプラズマ処理装置において、前記電磁波源は、誘導コイルを有し、前記誘電体窓は、複数の前記窓部を有し、前記誘電体窓の前記補強部は、前記誘電体窓の中央に形成された突部と、前記突部から前記誘電体窓の外周に向かって延びる突条とを有することを要旨とする。
【００１２】
請求項２に記載の発明によれば、補強部は、誘電体窓の中央に形成された突部と、外周に向かって延びる突条とから構成されるので、突部の周囲であって突条の間に窓部を配置することができる。誘導コイルの構造や処理室のガスの流れ等の要因により、処理室の中央はプラズマ密度が高くなる傾向があるが、上記したように誘電体窓の中央の突部を配置することによって、処理室の中央部は、その外側よりも相対的に誘電損失が大きくなる。このため、処理室の径方向におけるプラズマ密度の勾配を小さくすることができる。
【００１３】
請求項３に記載の発明は、請求項１又は２に記載のプラズマ処理装置において、前記誘電体窓は、３本の前記突条を備えることを要旨とする。
請求項３に記載の発明によれば、誘電体窓に形成される突条を３本とすることで、誘電体窓の強度を確保しつつ、誘電体窓に形成される突部を極力少なくして誘電体窓に生成される電場を阻害しないようにすることができる。このため、処理室へ伝播される電磁波の損失を抑制することができる。
【００１４】
請求項４に記載の発明は、請求項１〜３のいずれか１項に記載のプラズマ処理装置において、前記誘電体窓は、前記補強部が形成された第１の側面と、前記第１の側面と平行な平面状の第２の側面とを有し、前記第１の側面を前記処理室に向けて配置する状態、及び前記第２の側面を前記処理室内に向けて配置する状態のうち一方を選択可能に構成されたことを要旨とする。
【００１５】
請求項４に記載の発明によれば、誘電体窓自体が強度が確保されているため、第１の側面を処理室に向けた状態、第２の側面を処理室に向けた状態のいずれでも、使用可能である。第２の側面を処理室に向けた場合、突部が形成された第１の側面が大気圧に曝されるが、この場合には平面状の第２の側面において一律に大気圧を受けるよりも、圧力が分散される。このため、第２の側面を処理室に向けた方が各側面に対し直交する方向における強度を大きくすることができる。従って、目的に応じて、誘電体窓の配置を適宜変更することで、誘電体窓の寿命を長くすることができる。
【００１６】
請求項５に記載の発明は、請求項１〜４のいずれか１項に記載のプラズマ処理装置において、前記補強部には、プラズマ処理によって生じる生成物の前記誘電体窓への付着を抑制するカバーを取り付けるためのカバー固定部が形成されていることを要旨とする。
【００１７】
請求項５に記載の発明によれば、補強部のカバー固定部にカバーを取り付けることができるので、誘電体窓から離間させた位置にカバーを取り付けなくてもよい。処理室は、カバーの下方に位置するため、電磁波源と処理室との相対距離を短くすることができる。
【００１８】
請求項６に記載の発明は、請求項１〜５のいずれか１項に記載のプラズマ処理装置において、前記補強部のうち、前記窓部の側面と平行な面以外の側面はテーパ状に形成されていることを要旨とする。
【００１９】
請求項６に記載の発明によれば、補強部のうち、窓部の側面以外の領域にはテーパ面が形成されているため、補強部の破損を防止するとともに、補強部の基端部での生成物の堆積を抑制できる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明に係るプラズマ処理装置の一実施形態であるＮＬＤエッチング装置の概略構成を示す模式図。
【図２】同ＮＬＤエッチング装置の高周波アンテナの平面図。
【図３】同ＮＬＤエッチング装置が備える誘電体窓の斜視図。
【図４】（ａ）は同誘電体窓の中央突部の端面図、（ｂ）は同誘電体窓の突条の端面図。
【図５】同誘電体窓と、誘電体窓に取り付けられるカバーガラスとの平面図。
【図６】本発明に係るプラズマ処理装置に用いられる誘電体窓の別例を示す断面図。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、本発明のプラズマ処理装置を、磁気中性線放電型エッチング装置（以下、ＮＬＤ型エッチング装置）に具体化した一実施形態について、図１〜図５にしたがって説明する。
【００２２】
図１に示すように、ＮＬＤエッチング装置は、略有底筒状に形成された真空槽１１を有している。真空槽１１はアルミニウム等の金属製であって、その内部に基板Ｓｂを収容する処理室５０を有し、処理室５０の上部開口を、石英、サファイア等の誘電体から形成された誘電体窓１２によって密閉している。
【００２３】
真空槽１１には、エッチングを実施する処理対象となる基板Ｓｂを隣室から真空槽１１内へ搬入するとともに、真空槽１１から他の処理室へ搬送するための図示しない搬送口が設けられている。さらに、真空槽１１には、真空槽１１内のエッチングガスや大気等の流体を排気する排出口１１ｄが設けられ、該排出口１１ｄには図示しない排気装置が接続されている。また、真空槽１１には、処理室５０に連通するガス供給部１３が設けられている。エッチングを実施する際には、このガス供給部１３を介して各種ガスが真空槽内に供給される。
【００２４】
真空槽１１の下部には、ステージ１５が設けられている。ステージ１５は、その上面が平坦に形成され、基板Ｓｂを載置可能となっている。また、ステージ１５は、ステージ電極を兼ねており、整合回路１６を介して、バイアス用高周波電源１８に電気的に接続されている。整合回路１６は、プラズマ生成領域とバイアス用高周波電源１８から基板Ｓｂまでの伝送路とのインピーダンスの整合を図る整合回路とブロッキングコンデンサとを含んでいる。
【００２５】
また、誘電体窓１２の上方には、電磁波源を構成する誘導コイルとしての２段の高周波アンテナ２０が、異なる面上であって、真空槽１１の中心軸Ｘ１の回りを周回するように積み重ねられている。
【００２６】
図２に示すように、各高周波アンテナ２０は、平面視において渦巻き形状をなしている。そして、その平面が、上記中心軸Ｘ１に対して直交し、且つ渦巻き形状の開始点である始端２０ａが中心軸Ｘ１付近に位置するように配設されている。
【００２７】
また、各高周波アンテナ２０は、その始端２０ａが、真空槽１１の中心軸Ｘ１と平行に延びる柱状の入力端子２１に、その外周側に位置する終端２０ｂが、中心軸Ｘ１と平行な方向に延びる出力端子２２に電気的に並列に接続されている。
【００２８】
図１に示すように、上段の高周波アンテナ２０から突出する入力端子２１の端部には、電磁波源を構成する高周波電源２５と整合回路２６とからなる直列回路と、直列に接続された直流電源ＤＣとローパスフィルタ２８とからなる直列回路とが、入力側コンデンサ２９を介して並列に接続されている。
【００２９】
高周波電源２５は、処理室５０にプラズマを生成するための高周波電力、例えば１３．５６ＭＨｚの高周波電力を出力する。整合回路２６は、負荷となる上記処理室５０内のガスと、高周波アンテナ２０を含む高周波電源２５から真空槽１１までの伝送路とのインピーダンスの整合を図る。入力側コンデンサ２９は、容量の変更が可能ないわゆる可変コンデンサであって、例えば１０ｐＦ〜１００ｐＦの範囲で任意に静電容量を変更する。直流電源ＤＣは、例えば０Ｖ〜−２０００ｋＶの直流電圧を入力端子２１に印加可能な電源である。またローパスフィルタ２８は、直流電源ＤＣの出力した電圧からノイズを除去する。
【００３０】
また、上段の高周波アンテナ２０から突出する出力端子２２の端部は、可変コンデンサである出力側コンデンサ２７に接続され、この出力側コンデンサ２７及びＮＬＤエッチング装置の筐体を介して設置電位に接続されている。尚、この出力側コンデンサ２７も入力側コンデンサ２９同様、その静電容量は、例えば１０ｐＦ〜１００ｐＦの範囲で任意に変更可能である。
【００３１】
さらに、真空槽１１の側面には三段の磁場コイル３０が設けられている。この磁場コイル３０は、第１磁場コイル３１、第２磁場コイル３２及び第３磁場コイル３３を有している。各磁場コイル３１〜３３は、真空槽１１の外周に配設され、それらの中心軸が、上記中心軸Ｘ１とほぼ一致するように配置されている。
【００３２】
第１磁場コイル３１及び第３磁場コイル３３には、各電力供給部（図示略）から、同一方向の電流が供給される。第２磁場コイル３２には、第１磁場コイル３１及び第３磁場コイル３３に供給される電流の向きとは逆の電流が供給される。その結果、磁場コイル３０の周方向、即ち真空槽１１の周方向に沿って、ゼロ磁場領域５１が形成される。ゼロ磁場領域５１の上記中心軸Ｘ１方向の位置は、第２磁場コイル３２の上記中心軸Ｘ１方向における位置とほぼ同じである。
【００３３】
次に、誘電体窓１２について詳細に説明する。図３に示すように、誘電体窓１２は、真空槽１１の上部開口を封止可能な大きさの略円盤状をなしている。誘電体窓１２は、処理室５０に向けて配置された側面が真空圧、その反対側の側面が大気圧に曝されるため、それらの側面に直交する方向からの外力に対する強度を確保する必要がある。特に誘電体窓１２の中央部は、真空槽１１の上部開口に支持される外周部に比べ、高応力状態となる。このため、中央部における応力がその許容応力を超えないように、中央部の剛性を高めなければならない。
【００３４】
このため、誘電体窓１２の側面１２ａには、誘電体窓自体の剛性を高めるための補強部４０が形成されている。また、誘電体窓１２のうち、補強部４０が形成された側面１２ａと平行な面であって、反対側の側面１２ｂは、平面状に形成されている。また、エッチング対象物に対する化学的及び物理的な反応等により生成される生成物が付着して堆積することを抑制する等の目的で、その表面は、表面粗さＲａ２．２〜３．６程度に研磨されている。
【００３５】
補強部４０は、他の領域に比べ厚さを大きくした領域であって、中央に設けられた中央突部４４と、中央突部４４から誘電体窓１２の外周に向かって放射状に広がる３本の突条４２とを有している。中央突部４４は、略三角形状をなし、窓部４１の側面に対して突出している。突条４２は、細長状且つ窓部４１の側面から突出した形状であって、誘電体窓１２の周方向に等間隔に配置されている。この中央突部４４によって、誘電体窓１２の中央における強度が確保され、突条４２によってその周囲の強度が確保されている。
【００３６】
また、突条４２の間には、３つの窓部４１が周方向において等間隔に設けられている。窓部４１は、高周波アンテナ２０から出力される高周波電力を処理室５０に導入する入口となる領域であり、誘電体からなる母材を削ることにより薄肉化されている。この窓部４１は、それぞれ扇状に形成されるとともに、誘電体窓１２の中央から周縁までの範囲に亘って形成されている。
【００３７】
上記したように、誘電体窓１２には補強部４０が設けられることにより、誘電体窓自体の強度が確保されているため、それらの窓部４１は、例えば中央突部４４の厚さの半分程度に薄くすることができる。このため、補強部４０が形成された側面１２ａを処理室５０側に配置した際に、高周波アンテナ２０と処理室５０（ゼロ磁場領域５１）との相対距離が短くなる。
【００３８】
また、図４（ａ）に示すように、中央突部４４のうち、窓部４１の側面と平行な面は平面状であるが、窓部４１の側面に連続する外周面は、テーパ面４４ａとなっている。さらに中央突部４４のテーパ面４４ａには、スリット状のカバー固定部４４ｂが側面１２ａと平行に形成されている。このカバー固定部４４ｂには、エッチング対象物に対する化学的及び物理的な反応等により生成される生成物が誘電体窓１２へ付着するのを防止するカバーＧ（図５参照）の一端が固定される。即ち、誘電体窓１２の補強部４０にカバーＧを取り付けることができるので、誘電体窓１２から離間させた位置にカバーＧを取り付ける構成を設けなくてもよい。また、誘電体窓１２にカバーＧを取り付けることで、カバーＧの下方に位置する処理室５０と高周波アンテナ２０を短くすることができる。
【００３９】
また、図４（ｂ）に示すように、突条４２のうち、窓部４１の側面と平行な面は平面状であって、窓部４１の側面に連続する面は、テーパ面４２ａとなっている。そのテーパ面４２ａには、スリット状のカバー固定部４２ｂが側面１２ａと平行に且つ突条４２の長手方向と平行に形成されている。
【００４０】
カバーＧは、図５に示すように窓部４１の形状に合わせて扇状に形成されている。このカバーＧを誘電体窓１２に取り付ける際には、図５中、左下の窓部４１に示すように、誘電体窓１２の周縁側から、カバーＧの側辺を、突条４２のカバー固定部４２ｂに挟み込み、カバーＧを誘電体窓１２の中央に向かってスライドさせる。そして、カバーＧの先端を、中央突部４４のカバー固定部４４ｂに固定する。これにより、カバーＧが、取り外し可能に誘電体窓１２に固定される。
【００４１】
カバーＧが固定された誘電体窓１２は、真空槽１１の上部開口に取り付けられる。図１に示すように、真空槽１１の上部開口には、真空槽１１の環状の壁部における端面に間欠的に形成された３つの溝１１ａと、突条４２を嵌合するための３つの嵌合溝（図示略）とが形成されている。誘電体窓１２を取り付ける際は、この３つの溝１１ａにエラストマー等からなる３つのシール部材Ｓをそれぞれ圧入し、突条４２を対応する各嵌合溝に嵌合して、誘電体窓１２を真空槽１１に固定する。
【００４２】
その結果、中央突部４４が高周波アンテナ２０の入力端子２１の真下に配置され、窓部４１は、入力端子２１の回りを巻回する高周波アンテナ２０の真下に配置される。
また、誘電体窓１２は、補強部４０と窓部４１とが一体に形成されていることから、図１のように補強部４０が形成された側面１２ａを処理室５０側に配置しても使用可能であるし、平面状の側面１２ｂを処理室５０側に配置しても使用可能である。尚、補強部４０が形成された側面１２ａを処理室５０側に向ける場合には、カバー固定部４２ｂ、４４ｂに各カバーＧをそれぞれ固定するが、平面状の側面１２ｂを処理室５０側へ向ける場合には、その側面１２ｂと同じ外形を有するカバーガラス（図示略）を側面１２ｂと平行に取り付ける。
【００４３】
具体的には、高密度プラズマを生成する通常時には、補強部４０が形成された側面１２ａを処理室５０側に向けて配置する。上記したように、この場合には、平面状の側面１２ｂに近付けて高周波アンテナ２０と処理室５０との距離を短くすることができる。一方、平面状の側面１２ｂを処理室５０側に向けて配置した場合には、補強部４０の分だけ、高周波アンテナ２０と処理室５０との距離が長くなるものの、補強部４０が形成された側面１２ａを処理室５０へ向けて配置するよりも大きい強度を得ることができる。つまり、従来構造の平板状の誘電体窓の場合には、その側面に直交する方向（Ｘ１軸方向）に大気圧が一律に加わるが、上記誘電体窓１２は、補強部４０と、テーパ面４２ａ，４４ａとが設けられているので、中心軸Ｘ１方向以外の方向からも大気圧が加わる。このため、誘電体窓１２の中心軸Ｘ１方向に加わる圧力としては、全体として平板状の誘電体窓に加わる圧力よりも小さくなる。このため、プラズマ密度が比較的小さくてもよい場合には、補強部４０が形成された側面１２ａを大気圧側に向けて配置すると、誘電体窓１２の劣化を抑制できる。
【００４４】
次に、ＮＬＤエッチング装置の作用について説明する。まず、ＮＬＤエッチング装置の搬送口を介して基板Ｓｂが真空槽１１内に搬入され、ステージ１５上に載置される。次いで、ガス供給部１３を介して、処理室５０内にエッチングガスが供給される。また、図示しない排気装置の駆動により、真空槽１１内がプラズマエッチング処理の条件に応じた圧力とされる。このエッチングガスの供給と、排気装置による真空槽１１内の排気は、プラズマエッチング処理の実施中にわたり継続されるものである。
【００４５】
次に、図示しない各電力供給部から、第１磁場コイル３１及び第３磁場コイル３３に同一方向の電流が供給され、第２磁場コイル３２に第１磁場コイル３１及び第３磁場コイル３３を流れる電流とは逆方向の電流が供給され、処理室５０に、ゼロ磁場領域５１が形成される。また、高周波電源２５から、例えば１３．５６ＭＨｚの高周波電力が、整合回路２６及び入力側コンデンサ２９を介して高周波アンテナ２０に供給される。また、直流電源ＤＣからもローパスフィルタ２８を介して直流電圧が高周波アンテナ２０に印加される。
【００４６】
そして、高周波アンテナ２０から出力される高周波電力が、誘電体窓１２の窓部４１を介して処理室５０に伝播され、ゼロ磁場領域５１周辺に誘導電場が生成される。そして、この誘導電場の生成により、エッチングガスを原料とするプラズマが生成される。この際、プラズマ中の電子が処理室５０の磁場勾配によってゼロ磁場領域５１に移動するため、高密度のプラズマを生成することができる。また、各磁場コイル３１〜３３に供給する電流値を調整することにより、ゼロ磁場領域５１の径が変更可能であるため、プラズマ密度の分布を調整することができる。
【００４７】
この際、渦巻き状の高周波アンテナ２０には、入力端子２１から電力が投入されるため、例えば従来構成の平板状の誘電体窓を用いた場合には、処理室５０のうち、入力端子２１の直下であって、コイルの密度が相対的に高い部位では、誘導電場が強まり、プラズマ密度が高くなる。一方、処理室５０の中央に配置された入力端子２１から外側に向かうにつれて、入力端子２１から離れ、且つコイルの密度が小さくなる結果、誘導電場が弱まり、プラズマ密度が低くなる。しかし、本実施形態のように、誘電体窓１２に、厚さの大きい中央突部４４を中央に設け、その外周に厚さが小さい窓部４１を設けることにより、誘電体窓１２の中央では、相対的に誘電損失が大きくなる。それゆえに、処理室５０の中央から外周にかけてのプラズマ密度の勾配を小さくすることができる。
【００４８】
また、誘電体窓１２は、従来構成の平板状の誘電体窓の厚さに比べ、薄く加工された窓部４１を備えているので、高周波アンテナ２０の位置を処理室５０に近付けることができる。従って、処理室５０内であって窓部４１の直下の領域は、誘電体窓１２における高周波電力の伝播損失が、従来構成の平板状の誘電体窓を用いた場合に比べ小さくなる。また、誘電体窓１２は、強度を確保するための突条４２を必要最小限の３本としているため、窓部４１の占有面積を大きくとることができる。このため、処理室５０内のプラズマの密度を均一化しつつ、密度を大きくすることができる。
【００４９】
また、誘電体窓１２の直下には、高周波アンテナ２０の周囲に形成される誘導磁場により、誘電体窓１２の周方向に変動する誘電電界が発生する。この際、誘電体窓１２内部を電磁波が伝播するため、誘電体の厚さが相対的に大きくなる突条４２では、電磁波の誘電損失が相対的に大きくなる。そして、誘電体窓１２の周方向にて突条４２の直下では、相対的にプラズマの密度が低くなる。その結果、誘電体窓１２の周方向に多数の凸部が形成されていると、その凸部の直下が節となるような定在波が誘電体窓１２の直下に形成されてしまう可能性がある。そして、凸部の下方におけるプラズマ密度が低下し、処理室５０内のプラズマの均一性が低下する可能性がある。
【００５０】
この問題に対し、上記した誘電体窓１２では、該誘電体窓１２の周方向にて、突条４２が節として機能しないように、突条４２の数量が奇数であって、且つ２以上の奇数のうちで最小となる３本とされている。それゆえに、電磁波が突条４２内を伝播する際に減衰するとしても、こうした減衰が強調され難くなる。尚、突条を窓部４１とは別の金属製の部材とした場合には、突条が等電位になる結果、誘電体窓１２の凹凸形状を増加させるよりも誘導電場の偏りが強調されることとなる。
【００５１】
そして、ステージ１５にバイアス用の高周波電力が供給されると、基板Ｓｂにバイアス電圧が印加される。このバイアス電圧によって、処理室５０内に存在するプラズマ中の活性種、特に正イオンが基板Ｓｂに引き込まれてエッチャントとして機能する。こうして、基板Ｓｂの所定領域が、その垂直方向、厚さ方向に沿ってエッチングされる。
【００５２】
この際、基板Ｓｂのエッチングにより、プラズマ処理によって生じる生成物が、真空槽１１の内側面やカバーＧの側面、誘電体窓１２の中央突部４４の側面、突条４２の側面等、処理室５０に露出された面に付着する。この際、中央突部４４及び突条４２には、テーパ面４４ａ、４２ａが設けられているので、テーパ面４４ａ，４２ａと、カバーＧとからなる隅部に上記生成物が堆積しにくい。従って、誘電体窓１２における上記生成物の堆積を抑制し、エッチング実施中に、基板の処理面に堆積物が落下するようなことを抑制することができる。
【００５３】
また、誘電体窓１２は、高周波電力を導入する窓部４１と補強部４０とを一体に設けているため、窓部と補強部とを別部材として備える場合のように、誘電体窓１２内にプラズマ処理によって生じる生成物が侵入する隙間が形成されない。電磁波を導入する窓部と該窓部を補強する補強部とを別部材として備えた装置では、部品点数が多くなる他、窓部と補強部とを密着させたとしても、その間に微小な隙間が生じる可能性がある。この隙間は、窓部や補強部の製造公差や、窓部に補強部を取り付ける際の組み付け誤差でも生じる。
【００５４】
また例えば、高周波電力を処理室に導入した際、誘電体窓１２に電力が伝播されることで発熱するが、窓部と補強部とが別部材である場合、熱膨張率の違いから、窓部と補強部との間に隙間が生じやすくなる。窓部と補強部との間に隙間が生じると、プラズマ処理によって生じる生成物等が隙間に侵入して堆積する。この堆積物が、処理室内の圧力変化や温度変化等の要因によって剥離すると、基板Ｓｂの処理面に付着してしまう虞がある。また、上記隙間が生じる場合には、プラズマ中のラジカル種等がその隙間に侵入し、窓部と補強部との間に介在するシール材等を劣化させる可能性もある。
【００５５】
その点、窓部４１と補強部４０とを一体に設けた誘電体窓１２では、窓部４１と補強部４０との間に隙間が生じることはないので、誘電体窓１２における上記生成物の堆積を抑制することができる。
【００５６】
上記実施形態によれば、以下のような効果を得ることができる。
（１）上記実施形態では、ＮＬＤエッチング装置に用いられる誘電体窓１２を、高周波電力を処理室５０に導入する窓部４１と、窓部４１よりも厚い補強部４０とを一体とした構成とした。このため、窓部４１を補強する部材を別部材として設けることなく、誘電体窓１２の側面１２ａ，１２ｂに直交する方向における外力に対する剛性を向上し、窓部４１を薄くすることができる。従って、窓部４１を補強する部材を別部材として設ける場合のように、電磁波の伝播がその部材によって遮断されないので、従来構造の平板状の誘電体窓と比較して、プラズマの均一性が低下しない。このため、プラズマの均一性低下を抑制しつつ、厚さの小さい窓部４１を介して高周波電力を導入することができるので、高密度なプラズマを生成することができる。
【００５７】
（２）上記実施形態では、誘電体窓１２を、３つの窓部４１と、誘電体窓１２の中央に形成された中央突部４４と、該中央突部４４から誘電体窓１２の外周に向かって延びる突条４２とを有する構造とした。即ち、高周波アンテナ２０の入力端子２１の真下に中央突部４４を配置するため、コイルの密度が相対的に高い中央部において、誘導損失を相対的に大きくすることができる。このため、平板状の誘電体窓を用いた場合に比べ、処理室５０の中央におけるプラズマ密度が小さくなる。従って、処理室５０内の径方向のプラズマ密度の勾配を小さくすることができる。
【００５８】
（３）上記実施形態では、誘電体窓１２に、３本の突条４２を形成した。従って誘電体窓１２の強度を確保しつつ、窓部４１の占有面積を大きくすることができる。また、誘電体窓１２に形成される凹凸形状を極力少なくすることで、誘電体窓１２内の電磁波の伝播を妨げないので、処理室５０内への電磁波の伝播を阻害せず、プラズマ密度の均一性低下を抑制することができる。
【００５９】
（４）上記実施形態では、誘電体窓１２は、補強部４０が形成された側面１２ａと、側面１２ａと平行な平面状の側面１２ｂとの両方を真空槽１１を封止可能な形状とした。そして、目標とするプラズマ密度に応じて、補強部４０が形成された側面１２ａを処理室５０に向けて配置する状態、及び平面状の側面１２ｂを処理室５０内に向けて配置する状態の一方を適宜選択するようにした。即ち、同じ装置を用いて異なる種の基板を処理する場合、エッチング対象によっては、必ずしも高密度のプラズマを生成しなくても良い場合もある。そういった場合には、誘電体窓１２を、補強部４０が形成された側面１２ａを大気圧側に向け、強度を高めた状態で使用することができる。このため、誘電体窓１２の寿命を長くすることができるとともに、一つの誘電体窓１２で多様なエッチング条件に適応することができる。
【００６０】
尚、上記実施形態は以下のように変更してもよい。
・誘電体窓１２は、図６に示すように、その外周部に、環状シール部材５２を圧入するための溝部５３を備えるようにしてもよい。この場合には、溝部５３に環状シール部材５２を圧入した状態で、誘電体窓１２が真空槽１１の上部開口に固定される。この場合には、カバーＧは窓部４１の下方から取り付けられる。尚、この場合には、誘電体窓１２の両側面を使用可能とはならない。
【００６１】
・高周波アンテナ２０は、同一平面上を巻回する渦巻き状としたが、１重の環状のコイルでもよいし、真空槽１１の上部開口を横切るコの字状のコイルでもよい。
・上記実施形態では、突条４２を３本としたが、突条４２の幅を小さく形成できる場合には、３本以上の奇数本でもよい。
【００６２】
・上記実施形態では、本発明のプラズマ処理装置を、ＮＬＤエッチング装置に具体化したが、誘導結合型のプラズマ源を有するエッチング装置、電子サイクロトロン共鳴プラズマ源を有するエッチング装置に具体化してもよい。また、エッチング装置に限定されず、ＣＶＤ装置等、電磁波を誘電体窓から処理室に導入する他の装置に具体化してもよい。
【符号の説明】
【００６３】
Ｇ…カバー、Ｓｂ…基板、１１…真空槽、１２…誘電体窓、１２ａ…第１の側面としての側面、１２ｂ…第２の側面としての側面、２０…電磁波源を構成する高周波アンテナ、２５…電磁波源を構成する高周波電源、４０…補強部、４１…窓部、４２…突条、４２ａ，４４ａ…テーパ面、４２ｂ，４４ｂ…カバー固定部、４４…中央突部、５０…処理室。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板を収容する処理室を有する真空槽と、
電磁波を前記処理室へ出力する電磁波源と、
前記電磁波源と前記処理室との間に介在し、前記電磁波の導入口となる誘電体窓とを備えたプラズマ処理装置において、
前記誘電体窓には、前記電磁波を前記処理室に導入する窓部と、前記窓部よりも厚い補強部とが一体に形成されていることを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項２】
前記電磁波源は、誘導コイルを有し、
前記誘電体窓は、複数の前記窓部を有し、
前記誘電体窓の前記補強部は、前記誘電体窓の中央に形成された突部と、前記突部から前記誘電体窓の外周に向かって延びる突条とを有する請求項１に記載のプラズマ処理装置。
【請求項３】
前記誘電体窓は、３本の前記突条を備える請求項２に記載のプラズマ処理装置。
【請求項４】
前記誘電体窓は、前記補強部が形成された第１の側面と、前記第１の側面と平行な平面状の第２の側面とを有し、前記第１の側面を前記処理室に向けて配置する状態、及び前記第２の側面を前記処理室内に向けて配置する状態のうち一方を選択可能に構成された請求項１〜３のいずれか１項に記載のプラズマ処理装置。
【請求項５】
前記補強部には、プラズマ処理によって生じる生成物が前記誘電体窓に付着することを抑制するカバーを取り付けるためのカバー固定部が形成されている請求項１〜４のいずれか１項に記載のプラズマ処理装置。
【請求項６】
前記補強部のうち、前記窓部の側面と平行な面以外の側面はテーパ状に形成されている請求項１〜５のいずれか１項に記載のプラズマ処理装置。
【請求項１】
基板を収容する処理室を有する真空槽と、
電磁波を前記処理室へ出力する電磁波源と、
前記電磁波源と前記処理室との間に介在し、前記電磁波の導入口となる誘電体窓とを備えたプラズマ処理装置において、
前記誘電体窓には、前記電磁波を前記処理室に導入する窓部と、前記窓部よりも厚い補強部とが一体に形成されていることを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項２】
前記電磁波源は、誘導コイルを有し、
前記誘電体窓は、複数の前記窓部を有し、
前記誘電体窓の前記補強部は、前記誘電体窓の中央に形成された突部と、前記突部から前記誘電体窓の外周に向かって延びる突条とを有する請求項１に記載のプラズマ処理装置。
【請求項３】
前記誘電体窓は、３本の前記突条を備える請求項２に記載のプラズマ処理装置。
【請求項４】
前記誘電体窓は、前記補強部が形成された第１の側面と、前記第１の側面と平行な平面状の第２の側面とを有し、前記第１の側面を前記処理室に向けて配置する状態、及び前記第２の側面を前記処理室内に向けて配置する状態のうち一方を選択可能に構成された請求項１〜３のいずれか１項に記載のプラズマ処理装置。
【請求項５】
前記補強部には、プラズマ処理によって生じる生成物が前記誘電体窓に付着することを抑制するカバーを取り付けるためのカバー固定部が形成されている請求項１〜４のいずれか１項に記載のプラズマ処理装置。
【請求項６】
前記補強部のうち、前記窓部の側面と平行な面以外の側面はテーパ状に形成されている請求項１〜５のいずれか１項に記載のプラズマ処理装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２０１２−２２２０６３（Ｐ２０１２−２２２０６３Ａ）
【公開日】平成２４年１１月１２日（２０１２．１１．１２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−８４３１３（Ｐ２０１１−８４３１３）
【出願日】平成２３年４月６日（２０１１．４．６）
【出願人】（０００２３１４６４）株式会社アルバック (1,740)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１１月１２日（２０１２．１１．１２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年４月６日（２０１１．４．６）
【出願人】（０００２３１４６４）株式会社アルバック (1,740)
【Ｆターム（参考）】
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