JP2001110777A

JP2001110777A - プラズマ処理方法及び装置

Info

Publication number: JP2001110777A
Application number: JP28376499A
Authority: JP
Inventors: Riyuuzou Houchin; 隆三宝珍; Teiichi Kimura; 悌一木村; Yoshihiro Yanagi; 義弘柳
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1999-10-05
Filing date: 1999-10-05
Publication date: 2001-04-20

Abstract

(57)【要約】【課題】誘電体の厚みを薄くできて真空室内に高周波
電力を効率的に導入できるとともに製作費及びメンテナ
ンス費用を低減できてコスト低下を図ることができるプ
ラズマ処理方法及び装置を提供する。【解決手段】真空室１内にガス導入口２からガスを供
給しつつ真空室１を排気口３から真空排気し、真空室１
内を所定圧力に制御しながら、真空室１内の電極５上に
加工物４を載置し、真空室１外で電極５とほぼ平行に対
向するように配設した複数の螺旋状コイル９に高周波電
力を印加し、真空室１に設けた支持構造体８にて真空室
１内外の圧力差に耐えられるように保持された誘電体７
を介して真空室１内に高周波電力を導入してプラズマを
発生させ、加工物４を処理するようにした。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、薄膜デバイス、特
に液晶パネル、太陽電池、ＰＤＰ（プラズマディスプレ
イパネル）、ＦＥＤ（フィールドエミッションデバイ
ス）等の製造に利用されるドライエッチングやプラズマ
ＣＶＤ等のプラズマ処理方法及び装置に関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】従来、例えば液晶パネルの製造工程で用
いられる大形基板を処理できるドライエッチング装置
は、反応性イオンエッチング（以降、ＲＩＥ）方式やプ
ラズマエッチング（以降、ＰＰＥ）方式が用いられてき
た。

【０００３】一方、半導体分野では、高密度プラズマを
発生させる手段として誘導結合型平面プラズマ（ＩＣ
Ｐ）方式が実用化されている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
ＲＩＥ方式やＰＰＥ方式では、Ａｌ、Ｔｉ、ＩＴＯ（Ｉ
ｎとＳｎの酸化物）等をエッチングする際には、エッチ
ング速度が遅く、形状制御性が悪く、選択比が低く、ト
ランジスタのダメージが大きいといった問題がある。

【０００５】一方、半導体分野のＩＣＰ方式を液晶等の
大面積基板に適用しようとすると、高周波を透過させる
ための誘電体窓を、真空と大気圧の圧力差に耐えるよう
にするため、非常に厚くしなければならないという問題
がある。

【０００６】誘電体の必要な厚みは以下の式で計算でき
る。

【０００７】 σ_max＝ｋ・Ｐ・Ｌ／ｔ² ・・・（１）ｓ＝Ｔ／σ_max ・・・（２） σ_max：誘電体に発生する最大応力（ kgf／mm²）ｋ：誘電体の形状定数Ｐ：圧力（ kgf／mm²）Ｌ：誘電体の短辺長さ（mm) ｔ：誘電体の厚み（mm) ｓ：安全率Ｔ：誘電体の引張強度（ kgf／mm²）（１）、（２）式より、ｔ＝｛ｋ・Ｐ／（Ｔ／ｓ）｝^1/2・Ｌ・・・（３）ここで、ｋ（誘電体の形状定数）は、長方形の長辺を短
辺で割った値で決まる定数で、長辺／短辺が１．０なら
０．２９、１．１なら０．３３である。

【０００８】（３）式から明らかなように、誘電体の大
きさが大きくなればなる程、誘電体の厚みも厚くしなけ
れば成らない。誘電体として、石英を用いた場合の主な
基板サイズに対する誘電体のサイズ及び厚みを次の表１
に示す。

【０００９】表１基板サイズと石英誘電体の厚み基板サイズ 370×470 550×670 370×470- 4分割 550×670-4 分割石英サイズ 620×720 780×900 290×340- 4枚 390×450-4 枚最小石英厚 47mm 60mm 22mm 30mm このように、３７０ｍｍ×４７０ｍｍサイズの基板を加
工する場合、誘電体サイズは６２０ｍｍ×７２０ｍｍ位
になり、誘電体の厚みは５０ｍｍ以上必要になる。５５
０ｍｍ×６７０ｍｍサイズの基板を加工する場合、誘電
体サイズは７８０ｍｍ×９００ｍｍ位になり、誘電体の
厚みは６０ｍｍ以上必要になる。

【００１０】誘電体窓を厚くすると、誘電体窓を通過し
て供給される高周波電力が低下して真空室内に十分な電
界及び誘導磁界を発生させられないという問題が発生
し、また誘電体が厚くなると、重量が大きくなるため、
メンテナンス時の作業性が悪くなり、誘電体の価格も高
くなり、コスト高になるという問題がある。

【００１１】本発明は、上記従来の問題点に鑑み、誘電
体の厚みを薄くできて真空室内への高周波電力を効率的
に導入できるとともに製作費及びメンテナンス費用を低
減できてコスト低下を図ることができるプラズマ処理方
法及び装置を提供することを目的としている。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明のプラズマ処理方
法は、真空室内にガスを供給しつつ真空室を真空排気
し、真空室内を所定圧力に制御しながら、真空室内の電
極上に加工物を載置し、真空室外に電極とほぼ平行に対
向するように配設したコイルに高周波電力を印加し、真
空室に設けた支持構造体にて真空室内外の圧力差に耐え
られるように保持された誘電体を介して真空室内に高周
波電力を導入してプラズマを発生させ、加工物を処理す
るものであり、誘電体が支持構造体で保持されているこ
とによってその厚みを薄くしても真空室内外の圧力差に
耐え、従って高周波電力が誘電体を通して真空室内に効
率的に導入され、また誘電体の重量が軽くなるので、製
作費及びメンテナンス費用を低減できてコスト低下を図
ることができる。

【００１３】好適には、誘電体の支持構造体が、複数の
開口部を有し、その総開口面積が加工物の面積の５０％
以上とされ、それにより支持構造体による高周波電力の
導入阻害を抑制して上記効果を奏することができる。

【００１４】また、このプラズマ処理は、真空室に、Ｃ
ｌ₂、ＢＣｌ₂、ＣＦ₄、ＣＨＦ₃、Ｃ₄Ｆ₈、Ｃ₅Ｆ
₈、Ｃ₃Ｆ₈、ＳＦ₆、Ａｒ、Ｎ₂、Ｈｅ、ＨＢｒ、Ｈ
Ｃｌ、ＨＩ、Ｏ₂等のエッチングガスを導入し、加工物
をエッチングするエッチング処理に好適に適用できる。

【００１５】また、本発明のプラズマ処理装置は、加工
物を内部で加工するための真空室と、真空室内で加工物
を載置する電極と、真空室内を真空排気する真空排気手
段と、真空室内にガスを供給するガス供給手段と、真空
室内にプラズマを発生させるための高周波電力を印加す
る高周波印加手段と、高周波印加手段にて発生された高
周波を真空室内に透過させるための誘電体と、誘電体が
真空室内外の圧力差に耐えられるように保持する支持構
造体とを備えたものであり、上記プラズマ処理方法を実
施してその効果を奏することができる。

【００１６】また、誘電体の支持構造体を、複数の開口
部を有し、その総開口面積を加工物の面積の５０％以上
とすると、支持構造体による高周波電力の導入阻害を抑
制して上記効果を奏することができ、また支持構造体
は、表面を陽極酸化したアルミ合金、ステンレス鋼、表
面をニッケルメッキやフッ化ニッケル処理したステンレ
ス鋼の何れかにて構成すると、強度が高く耐蝕性が高い
ので好ましい。

【００１７】また、好適には、高周波印加手段は、真空
室の誘電体配置窓の外部に設置された複数のコイルに高
周波電源からマッチングチューナを経て高周波電力を印
加するように構成され、複数のコイルは高周波電力の印
加点から螺旋状に引き出されて終端部が同心円上でそれ
ぞれ接地され、かつ各コイルは誘電体に対して垂直に立
てた状態で設置された銅板にて構成される。

【００１８】

【発明の実施の形態】以下、本発明のプラズマ処理方法
及び装置の一実施形態について、図１〜図５を参照して
説明する。

【００１９】図１において、１は真空室で、ガスを導入
するガス導入口２と真空排気する排気口３が設けられて
いる。真空室１内には加工物４を載置する電極５が絶縁
体６にて真空室１と絶縁した状態で配設されている。真
空室１の電極５と対向する天井壁に高周波電力を外部か
ら導入するための誘電体７が支持構造体８にて保持され
た状態で配設されている。誘電体７上には螺旋状コイル
９が配設され、高周波電源１０からマッチングチューナ
１１を介して高周波電力を印加するように構成されてい
る。また、螺旋状コイル９の周囲は誘電体７側を除いて
アースシールド１２にて覆われている。電極５に対して
もマッチングチューナ１３を介して高周波電源１４にて
高周波電力を印加するように構成されている。

【００２０】支持構造体８は、図２に示すように、表面
を陽極酸化したアルミ合金からなる格子枠状の梁構造体
にて構成され、その開口部８ａの総開口面積は加工物４
の面積の５０％以上とされている。すなわち、開口面積
が小さいと、透過する高周波電力が少なくなり、プラズ
マ密度が低下して処理速度を低下することになる。ま
た、支持構造体８の外周部には誘電体７との間で真空シ
ールするためのＯリング溝（図示せず）が形成されてい
る。

【００２１】誘電体７は、内法が約５８０ｍｍ×６８０
ｍｍの真空室１のサイズにおいて石英の誘電体７が１気
圧の耐圧強度を持つように、厚みが２５ｍｍの石英の１
枚板を使用している。

【００２２】螺旋状コイル９は、図３に示すように、４
枚の帯状の銅板１５を誘電体７表面に対して垂直姿勢
で、中心部１６から外周部に向けて螺旋状に配設するこ
とによって構成されており、それらの終端が接地され、
中心部１６に高周波電力が印加される。

【００２３】電極５は、図４に示すように、温調機１８
で一定温度に保持された水冷板１７に密着して設置され
るとともに、この電極５と加工物４の間にＨｅガス供給
装置１９からＨｅガスが流され、Ｈｅの熱伝導を利用し
て加工物４を均一にかつ効率的に冷却するように構成さ
れている。加工物４の周辺部は、絶縁性のアルミナセラ
ミックから成るクランプリング２０にて押さえられてい
る。

【００２４】以上の構成のプラズマ処理装置において、
ガス導入口２からエッチングガスとして、Ｃｌ₂とＢＣ
ｌ₃の混合ガスを用い、螺旋状コイル９及び電極５にそ
れぞれ１３．５６ＭＨｚの高周波電力を印加し、ガラス
基板上にＡｌ膜を形成した加工物４とＴｉ膜を形成した
加工物４のドライエッチングを行った。その結果、Ａｌ
膜は３００ｎｍ／ｍｉｎ、Ｔｉ膜は２００ｎｍ／ｍｉｎ
以上の速度でエッチング処理することができた。エッチ
ング均一性も±１０％以内と良好であった。

【００２５】他のプラズマ処理として、透明導電体であ
るＩＴＯ膜（ＩｎとＳｎの酸化物）を、ＨＢｒ、Ｃ
ｌ₂、ＢＣｌ₃の混合ガスを用いて同様にドライエッチ
ングを行った。その結果、１００ｎｍ／ｍｉｎ以上のエ
ッチング速度を得た。

【００２６】さらに別のプラズマ処理として、ＣＦ₄、
ＣＨＦ₃の混合ガスを用いて同様にシリコン酸化膜をエ
ッチングした。その結果、２５０ｎｍ／ｍｉｎ以上のエ
ッチング速度を得た。

【００２７】上記以外にも、エッチング速度や、被エッ
チング膜と下地膜の選択比や、形状制御をするために、
Ｃｌ₂、ＢＣｌ₃、ＣＦ₄、ＣＨＦ₃、Ｃ₅Ｆ₈、Ｃ₃
Ｆ₈、ＳＦ₆、Ａｒ、Ｎ₂、Ｈｅ、ＨＢｒ、ＨＣｌ、Ｈ
Ｉ、Ｏ₂等のエッチングガスを組み合わせて最適な条件
を設定することが可能である。

【００２８】また、支持構造体８は、図２に示したよう
に田字形の格子枠状のものに限定されるものではなく、
図５（ａ）に示すように格子窓の数を６個や９個に増や
してもよく、その場合には誘電体７の厚みを薄くするこ
とができる。また、開口部の形状は、図５（ｂ）に示す
ような三角形の開口部や、図５（ｃ）に示すような円形
の開口部や、図５（ｄ）に示すような不定形な開口部、
あるいはこれらの組み合わせなど、自由に選択すること
ができる。ただ、支持構造体８の開口部８ａの形状や分
割の仕方は、誘電体７を通して真空室１に入る高周波の
均一分布を制御するために最適な形状と配置を選択する
のが望ましい。その最適形状は、螺旋状コイル９の形状
によっても異なることになる。

【００２９】また、支持構造体８の材質は、耐蝕性の高
い材料が望ましい。アルミ合金に陽極酸化で硬質アルマ
イトを形成したもの、ステンレス鋼、ステンレス鋼表面
にニッケルメッキやフッ化ニッケル処理したもの、モネ
ル等の金属の他、アルミナ等のセラミックも使用でき
る。

【００３０】また、誘電体７は石英のほか、アルミナ、
窒化シリコンなどが使用できる。アルミナや窒化シリコ
ンは石英よりも強度が高いのでさらに薄くできる。

【００３１】

【発明の効果】本発明のプラズマ処理方法及び装置によ
れば、以上のように高周波を真空室内に透過させるため
の誘電体が真空室内外の圧力差に耐えられるように誘電
体を保持する支持構造体を設けているので、誘電体の厚
みを薄くしても真空室内外の圧力差に耐え、従って高周
波電力が誘電体を通して真空室内に効率的に導入され、
プラズマ密度が確保されて高い処理速度を確保でき、ま
た誘電体の重量が軽くなるので、製作費及びメンテナン
ス費用を低減できてコスト低下を図ることができる。

【００３２】また、誘電体の支持構造体が、複数の開口
部を有し、その総開口面積が加工物の面積の５０％以上
であると、支持構造体による高周波電力の導入阻害を抑
制でき、上記効果を奏することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態のプラズマ処理装置の概略
構成を示す縦断面図である。

【図２】同実施形態の支持構造体の平面図である。

【図３】同実施形態の螺旋状コイルの平面図である。

【図４】同実施形態の電極部の詳細縦断面図である。

【図５】同実施形態における支持構造体の各種変形例を
示す平面図である。

【符号の説明】

１真空室２ガス導入口３排気口４加工物５電極７誘電体８支持構造体８ａ開口部９螺旋状コイル１０高周波電源１１マッチングチューナ１５銅板

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者柳義弘大阪府門真市大字門真1006番地松下電器産業株式会社内Ｆターム(参考） 4K030 DA04 FA04 KA12 KA15 KA46 LA16 4K057 DB05 DB08 DD01 DE01 DE06 DE08 DE14 DM03 DM06 DM28 DN02 5F004 AA01 AA16 BA20 BB13 BC08 DA00 DA01 DA03 DA04 DA16 DA18 DA23 DA25 DA26 DA29 DB08 DB09

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】真空室内にガスを供給しつつ真空室を真
空排気し、真空室内を所定圧力に制御しながら、真空室
内の電極上に加工物を載置し、真空室外に電極とほぼ平
行に対向するように配設したコイルに高周波電力を印加
し、真空室に設けた支持構造体にて真空室内外の圧力差
に耐えられるように保持された誘電体を介して真空室内
に高周波電力を導入してプラズマを発生させ、加工物を
処理することを特徴とするプラズマ処理方法。
【請求項２】誘電体の支持構造体は、複数の開口部を
有し、その総開口面積が加工物の面積の５０％以上であ
ることを特徴とする請求項１記載のプラズマ処理方法。
【請求項３】真空室に、Ｃｌ₂、ＢＣｌ₂、ＣＦ₄、
ＣＨＦ₃、Ｃ₄Ｆ₈、Ｃ₅Ｆ₈、Ｃ₃Ｆ₈、ＳＦ₆、Ａ
ｒ、Ｎ₂、Ｈｅ、ＨＢｒ、ＨＣｌ、ＨＩ、Ｏ ₂等のエッ
チングガスを導入し、加工物をエッチングすることを特
徴とする請求項１記載のプラズマ処理方法。
【請求項４】加工物を内部で加工するための真空室
と、真空室内で加工物を載置する電極と、真空室内を真
空排気する真空排気手段と、真空室内にガスを供給する
ガス供給手段と、真空室内にプラズマを発生させるため
の高周波電力を印加する高周波印加手段と、高周波印加
手段にて発生された高周波電力を真空室内に透過させる
ための誘電体と、誘電体が真空室内外の圧力差に耐えら
れるように保持する支持構造体とを備えたことを特徴と
するプラズマ処理装置。
【請求項５】誘電体の支持構造体は、複数の開口部を
有し、その総開口面積を加工物の面積の５０％以上とし
たことを特徴とする請求項４記載のプラズマ処理装置。
【請求項６】誘電体の支持構造体は、表面を陽極酸化
したアルミ合金、ステンレス鋼、表面をニッケルメッキ
やフッ化ニッケル処理したステンレス鋼の何れかからな
ることを特徴とする請求項４又は５記載のプラズマ処理
装置。
【請求項７】高周波印加手段は、真空室の誘電体配置
窓の外部に設置された複数のコイルに高周波電源からマ
ッチングチューナを経て高周波電力を印加するように構
成され、複数のコイルは高周波電力の印加点から螺旋状
に引き出されて終端部が同心円上でそれぞれ接地され、
かつ各コイルは誘電体に対して垂直に立てた状態で設置
された銅板からなることを特徴とする請求項４記載のプ
ラズマ処理装置。