CN1838386A - 等离子体处理装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种等离子体处理装置，在等离子体处理装置的处理室内的等离子体密度局部偏高的部位插入屏风部件，使等离子体失去活性，使等离子体密度均匀化。其特征在于，在等离子体处理装置(1)中，在处理室(3)内的等离子体密度局部偏高的部位上，设置使等离子体失去活性的屏风部件，使对被处理基板(G)的等离子体蚀刻率均匀化。

Description

等离子体处理装置

技术领域

本发明涉及一种对被处理基板进行蚀刻处理的等离子体处理装置。

背景技术

在半导体装置或者平板显示器(FPD：Flat Panel Display)等的制造过程中，为了在半导体晶片或玻璃基板(LCD基板)等被处理基板上进行蚀刻处理，而使用等离子体蚀刻装置等的等离子体处理装置。

在这种等离子体处理装置中，如图6所示，处理装置101是对LCD玻璃基板进行规定处理的装置，在此，以容量结合型平行平板等离子体蚀刻装置作为构成例。

该等离子体蚀刻装置101具有例如铝制的形成角筒形状的处理室102。在该处理室102内的底部，设置有由绝缘材料形成的角柱状绝缘板103，并且，在该绝缘板103上设置有承载作为被处理基板的LCD玻璃基板G用的基座104。而且，在基座104的基材104a的外围以及未设置上面的层105和电介质材料膜106的周边上，设置有绝缘部件108。

而且，在基座104上连接有用于供给高频电压的供电线123，在该供电线123上连接有匹配器124以及高频电源125。

另外，在基座104的上方，与该基座104平行相向设置有作为上部电极而动作的喷淋头111。喷淋头111被支撑于处理室102的上部，在内部具有内部空间112，并且在与基座104相对一侧形成有多个喷出处理气体的喷射孔113。该喷淋头111接地，与基座104一起构成一对平行平板电极。

在喷淋头111的上面设置有气体导入口114，处理气体供给管115连接在该气体导入口114上，处理气体供给源118通过阀门116和质量流量控制器(mass flow controller)117而连接在该处理气体供给管115上。

另外，排气管119与处理室102的侧壁底部连接，排气装置120与该排气管119连接，排气装置120具有涡轮分子泵等真空泵，由此构成为能够将处理室内102抽真空成规定的低压环境。而且，在处理室102的侧壁上设有基板搬入搬出口122和开关该基板搬入搬出口121的闸阀122，形成为在该闸阀122开启的状态下、在与临近的负载锁定室之间搬运基板G。

在如上所述构成的等离子体蚀刻装置101中，首先，作为被处理体的基板G在闸阀122开启后，通过基板搬入搬出口121从负载锁定室向处理室102而被搬入，并承载在形成于基座104上的电介质材料膜106的凸部107上。然后，将闸阀121关闭，通过排气装置120将处理室102抽真空至规定的真空度。

然后，开启阀门116，一边由流量控制器117调整处理气体的流量，一边从供给源118经由处理气体供给管115、气体导入口114向喷淋头111的内部空间112导入处理气体，并通过喷射孔113对基板G均匀喷出，将处理室102内的压力保持在规定值。

在上述状态下，经由匹配器124从高频电源125向基座104施加高频电压，以此，使作为下部电极的基座104和作为上部电极的喷淋头111之间产生高频电场，使处理气体离解而等离子体化，以此对基板G进行蚀刻处理(参照专利文献1)。

然而，在现有技术中的如上所述的等离子体处理装置中，随着被处理基板的增大，等离子体处理装置的处理室面积也增大，处理室内等离子体的均匀性变得参差不齐。因此，不能通过生成等离子体对被处理基板进行均匀的等离子体处理。

专利文献1：日本特开2002-313898号公报

发明内容

本发明的目的在于解决等离子体处理装置的处理室的等离子体不均匀性。

本发明的等离子体处理装置，其特征在于：在处理室内的等离子体密度局部偏高的部位插入屏风(screen)部件，通过离子、电子撞击该部件来使等离子体失去活性，从而在被处理基板整个表面上使等离子体均匀化。

根据本发明的等离子体处理装置，通过在被处理基板和处理容器的内壁面之间的等离子体密度局部偏高的位置上，插入构造十分简单的屏风部件使等离子体失去活性，来使等离子体均匀，可以实现蚀刻率(etching rate)的均匀性。

附图说明

图1是本发明的等离子体处理装置的模型图(纵截面)，在处理室内与被处理基板接近设置屏风部件的实施例。

图2是图1所示本发明的等离子体处理装置的平面横截面图。

图3是图1所示本发明的等离子体处理装置的A箭头所示部分的放大纵截面图，在处理室内与被处理基板接近设置屏风部件的实施例；图3(a)是在处理室内与被处理基板接近设置箱形截面的屏风部件的实施例；图3(b)是设置斜面形状的屏风部件的实施例；图3(c)是设置直立的壁状屏风部件的实施例；图3(d)为设置L形状的屏风部件的实施例。

图4表示本发明的等离子体处理装置(具有屏风部件)与现有技术的等离子体处理装置(无屏风部件)中，从被处理基板中心至被处理基板端部的等离子体电子密度的变化(下降)及屏风部件的设置位置。

图5表示测定图4所示等离子体电子密度的变化中所使用的测定方法。

图6是现有技术中的未设置屏风部件的等离子体处理装置的纵截面图。

符号说明

1、等离子体处理装置

2、处理容器

3、处理室

4、下部电极

5、上部电极

11、(11a～11d)屏风部件

13、挡板

14、闸阀

15、探针

16、网络分析器

17、绝缘管

G、被处理基板(玻璃基板)

具体实施方式

(等离子体处理装置的构造)

如图1所示，本发明的等离子体处理装置1由导电性的保持气密的处理容器2(处理容器内侧尺寸为：宽2890mm、长3100mm、高600mm)构成，在该处理容器2内形成有处理室3。此外，在该处理室3内设置有兼作承载台的导电性的下部电极4，其承载从闸阀14搬入搬出的玻璃基板等平面视图为矩形状的被处理基板G(例如外形为1870mm×2200mm的玻璃基板)。该下部电极4通过13.56MHz用匹配电路7和3.2MHz用匹配电路8而分别与13.56MHz的高频电源部和3.2MHz的高频电源部连接。而且，在与下部电极4的基板承载面相向的位置处，平行于下部电极4而设置有上部电极5，其与阻抗调整电路9、10(13.56MHz用阻抗调整电路9和3.2MHz用阻抗调整电路10)连接。其中，其它结构与现有技术的平行平板型等离子体蚀刻装置基本相同。

如上所述，通过构成本发明的等离子体处理装置1，当在上部电极5以及下部电极4之间重叠施加高频电压而生成等离子体来处理被处理基板G时，通过在上部电极5和处理容器2之间设置含有电容成分的阻抗调整电路9(13.56MHz用)和阻抗调整电路10(3.2MHz用)，可以使来自下部电极4的等离子体，并经由上部电极5和处理容器2的壁部而到达返回用导电路的阻抗值，比来自上部电极5的等离子体，并经由处理容器2的壁部而到达返回用导电路的阻抗值小。因此，抑制在下部电极4和处理容器2的壁部之间产生等离子体，可以在处理室3内产生均匀性高的等离子体，并对被处理基板G进行面内均匀性高的等离子体处理。

但是，如上所述，随着被处理基板G的增大，处理室3的面积也增大，等离子体处理装置的处理室内的等离子体均匀性还是会产生偏差。

(屏风部件的状态)

在此，在本发明的等离子体处理装置1中，在处理室3内的等离子体密度(蚀刻率)高的部位，设置与等离子体接触面积尽可能大的屏风部件11(11a，11b，11c，11d)(或者在处理容器2的内壁表面2a上一体地形成凸出部)，使处理室3内的等离子体均匀化。

例如，在玻璃基板(FPD)的等离子体蚀刻装置1中，如图1、2所示，当只有被处理基板G的长边中央的蚀刻率高时，在与该长边a的中央相向的处理容器2的内壁表面2a上设置有屏风部件11。

即，在处理如玻璃基板那种大约呈矩形的被处理基板的等离子体蚀刻装置1中，其内壁表面2a几乎是与该被处理基板G的长边a以及短边b平行的平坦表面。

因而，如图1、2所示，在处理容器2的内壁表而2a和下部电极4之间，以与下部电极4的长边和短边分别平行的方式安装有挡板13，并尽可能与被处理基板G接近来设置屏风部件11(例如，高度大约为150mm以上)，以使该挡板5与内壁表面2a接触。即、在图1和图2的实施例中，如图2所示，与被处理基板G的长边a和短边b的大致中央部位相对来设置平面视图为矩形状的规定高度的屏风部件11。向挡板13安装屏风部件11的过程，可以另安装支撑(脚)来进行，此外，也可以通过其它任何安装方法。

在图3(a)所示实施例中，屏风部件11a为具有规定长度的中空箱形部件，或者为内部实心的箱形部件。

另外，屏风部件的构成材料可以是金属等导体(例如5mm厚的钢板)或者绝缘体。尤其是在本发明的等离子体处理装置中，为了确保等离子体蚀刻处理的均匀性，只要在等离子体密度较高处插入屏风部件11a，能够使离子、电子撞击该部件11a而使等离子体失去活性即可。在被处理基板G和处理容器2的内壁面2a之间选择性地插入屏风部件，可以提高蚀刻率的均匀性，从而能够均匀地进行等离子体处理。

并且，在图1和图2的实施例中，在与被处理基板G的长边a和短边b的大约中央部位相对的位置上，分别设置有屏风部件11，但是，当被处理基板G的四角的等离子体蚀刻率较高时，在所述四角处分别设置平面视图为三角形或者板状的规定高度的屏风部件(参照图2中阴影线所示三角形的屏风部件11)。

另外，如图2所示，当与作为被处理基板G的搬入搬出口的闸阀相对而设置有屏风部件11a时，升降承载被处理基板G的下部电极4，以不妨碍被处理基板G从闸阀14至处理室3的搬入搬出。而且，也可以升降屏风部件11本身，以使被处理基板G在搬入搬出时不影响该基板的搬入搬出，从而使其并不存在于处理室3中，而只在处理时才出现在处理室3内。

而且，当在同一处理室内进行多种加工的情况下，可以构造成选择性地使作为等离子体失活板而工作的屏风部件动作，从而在同一处理室内生成适合各加工条件的最适宜的等离子体。

另外，也可以对应处理室内的加工条件、种类而改变屏风部件的形状，或者改变其设置位置。

而且，如图3(b)所示，为靠近处理室2的内壁面2a和下部电极4的外缘，也可以设置斜面形状的屏风部件11b。在这种情况下，距离被处理基板G部位附近的等离子体的失活率降低。

而且，如图3(c)所示，为了使加工的蚀刻率均匀化而使直立的板状屏风部件11c尽可能地接近被处理基板G而安装在挡板13上。

而且，如图3(d)所示，也可以在处理室2的内部面2a上设置截面为L型的屏风部件11d与等离子体接触，使等离子体蚀刻率均匀化。

(等离子体均匀化的实施例)

在本发明的等离子体处理装置中，由于处理室内的等离子体密度局部较高，因此，选择性地在局部蚀刻率增高的位置上插入屏风部件来与等离子体接触，以使等离子体失去活性，从而可以使其密度均匀化，并使蚀刻率的均匀性提高。

(i)根据等离子体测定得到的等离子体均匀化效果的实证

首先，如图4(屏风部件的等离子体均匀化效果)所示，如本发明的等离子体处理装置所示，通过PAP(Plasma Absorption Probe：等离子体吸收探针)测定在处理室内与被处理基板接近设置屏风部件的情况和现有技术中的未设置屏风部件情况下的等离子体的电子密度差。

即，在根据PAP进行的本发明效果的确认方法中，如图5所示，在等离子体处理装置的处理容器2的两壁部中贯穿绝缘管17，通过O形环来两端支撑绝缘管17并将其真空密封，将同轴探针(Probe)15插入绝缘管17，只滑动同轴探针15，从网络分析器(network analyzer)16向同轴探针15施加电磁波信号并进行高频扫描，从下部电极4的正上方60mm测定等离子体的电子密度。在此，测定的是在处理气体为SF₆/N₂、RF电源为15000w、偏置电源为7000w、静电卡盘(chuck)吸附电压为3.0kV、背压(back pressure)为3.0Torr、70mTorr环境下的处理室3内的等离子体的电子密度。

根据PAP，若某频率信号与等离子体电子振动频率fp一致，则该电磁波被等离子体吸收。利用这一特性，由公式(1)求得电子密度Ne。

[数1]

$=0.012*(1+{\mathrm{\ϵ}}_r)*f_p^2\·\left[m^{-3}\right]---\left(1\right)$

m_e＝电子的重量

e＝电子

ε₀＝真空介电常数

ε_r＝介电常数

f_p＝等离子体电子振动频率

在现有技术的未设置屏风部件的等离子体处理装置中，具体如图4所示，与现有技术的不具有屏风部件的情况相比，等离子体的电子密度(Ne[m^-3])在屏风部件的设置范围内大幅降低，随之等离子体更均匀。并且，如图4所示，本实验中的屏风部件的设置范围是指，从被处理基板的中心至大约600mm的位置，或者如图4所示，从处理室2的内壁至被处理基板G的端部的距离Lp的1/2(图4中以◆表示)、1/3(图4中以■表示)。另外，宽度0表示使屏风部件与内壁接触设置的情况(图4中以×表示)。

(ii)来自蚀刻加工的等离子体均匀化效果的实证

(a)在与被处理基板长边相对的位置上设置屏风部件的情况

通过在与图2所示的被处理基板G的长边a相对的位置上设置屏风部件11，与不具有屏风部件的现有技术比较因屏风部件导致的蚀刻率的减小、即等离子体的均匀性。

[表1]

                   表1

(a)闸侧           蚀刻深度

20082240237220471999

21792134217721182063

25642196228321872779

18021820203417722097

15761783173416241563

(b)闸侧           蚀刻深度

19132088238420701980

19332016218820902053

22912104222720642266

19321944205017631798

18091903203717781822

(c)闸侧           蚀刻深度

19872134230519751963

22191932216320852247

23511958214320742383

19841913203918221970

17801872206317471723

在表1中，表1(a)显示在没有设置屏风部件时、被处理基板的长边方向(横轴)和短边方向(纵轴)的规定位置的蚀刻深度，表1(b)显示设置箱形屏风部件(图3(a)所示)，其长度为电极尺寸的1/2、宽度Wp为挡板宽度Wb的2/3(在此，从内壁设置内壁与基板端部距离Lp的2/3厚度)情况下的蚀刻深度，此外，表1(c)表示设置斜面状屏风部件(如图3(b)符号11a所示)，其长度Lp为电极尺寸的1/4、宽度Wp与挡板宽度相同(在此，从内壁设置与内壁和基板端部距离Lp相同厚度。即，本实施例中，通过屏风部件填充内壁和基板端部之间)情况下的蚀刻深度(在短边一侧均不设置屏风部件)。

根据表1(a)可知，在不设置屏风部件时，被处理基板的长边及短边的中央部位的蚀刻深度较高(2564，2372)，产生蚀刻不均。

对此，在设置表1(b)所示的箱形屏风部件时，通过设置屏风部件，在长边部分上，蚀刻率的抑制效果十分显著(从2564减小至2291，从2779减小至2266)。

另外，在设置表1(c)所示的斜面状屏风部件(如图3(b)符号11b所示)时，与上述设置箱形屏风部件的情况相同，在长边中央部位上蚀刻率的抑制效果十分显著(从2564减小至2351，从2779减小至2383)。

(b)在处理室的四角拐角处设置屏风部件的情况

其次，在处理室的四角拐角处设置图2中阴影线所示三角形状的屏风部件，以此与不具有屏风部件的现有技术比较蚀刻深度的减小，即，比较由于屏风部件导致蚀刻率(等离子体)的均匀性。

[表2]

                      表2

(a)闸侧           蚀刻深度

275921442868

19561946

202220042112

18721814

272420972753

(b)闸侧           蚀刻深度

247622442582

19271957

226523492262

18341620

247222932491

(c)闸侧           蚀刻深度

253722182564

19341973

239022562358

18131863

250823112366

在表2中，表2(a)显示未设置屏风部件的情况下的被处理基板的长度方向(横轴)和短边方向(纵轴)的规定位置的蚀刻深度，表2(b)显示在从处理室内侧角至被处理基板的角距离(图2所示Wt)的2/3的位置，处理室内侧的四角上设置箱形屏风部件(如图3(a)所示)的情况下蚀刻深度；表2(c)显示在从处理时内侧至基板的四角整个距离(接近基板的四角)上设置屏风部件的情况下的蚀刻深度。

根据表2(b)可知，通过在四角部分设置屏风部件，可以确认在处理室四角部分上的蚀刻率得到抑制(分别抑制为2759至2476、2868至2582、2724至2472、2753至2491)。

而且，如表2(c)所示，与被处理基板至在更接近的位置上通过更加接近屏风部件，抑制四角部分的蚀刻率效果更加显著。

工业适用性

本发明的等离子体处理装置并不局限于等离子体蚀刻装置，其适用于在等离子体CVD或者其它等离子体装置中，防止局部等离子体密度较高，有必要提高等离子体的均匀性的各种处理装置。

Claims (9)

1.一种等离子体处理装置，其特征在于：在等离子体处理装置中，在处理室内的等离子体密度局部较高的部位上设置使等离子体失去活性的屏风部件，使对被处理基板的等离子体或蚀刻率均匀化。

2.如权利要求1所述的等离子体处理装置，其特征在于：所述屏风部件在所述处理室的内壁面和所述被处理基板之间接近所述被处理基板而设置。

3.如权利要求1所述的等离子体处理装置，其特征在于：所述屏风部件的平面视图为矩形，具有箱形中空矩形截面或箱形内部实心矩形截面。

4.如权利要求1所述的等离子体处理装置，其特征在于：所述屏风部件为直立的板状。

5.如权利要求1所述的等离子体处理装置，其特征在于：所述屏风部件为平面视图呈矩形状的板状物体，接近所述处理室的内壁面和所述被处理基板而相对于等离子体照射方向倾斜设置。

6.如权利要求1所述等离子体处理装置，其特征在于：所述屏风部件的平面视图为矩形，具有L形状的截面，且安装在所述处理室的内壁面。

7.如权利要求1所述的等离子体处理装置，其特征在于：所述屏风部件为平面视图呈三角形状或者板状，设置在所述处理室的四角处。

8.如权利要求1所述的等离子体处理装置，其特征在于：所述屏风部件，根据所述处理室内的加工条件而选择设置或者可动作地设置。

9.如权利要求1所述的等离子体处理装置，其特征在于：在将被处理基板向所述处理室搬入搬出时，所述屏风部件不影响该基板的搬入搬出，且只在被处理基板处理时才出现在所述处理室内。

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