JP2003017472A - プラズマ処理方法及び装置 - Google Patents

プラズマ処理方法及び装置

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JP2003017472A
JP2003017472A JP2001199372A JP2001199372A JP2003017472A JP 2003017472 A JP2003017472 A JP 2003017472A JP 2001199372 A JP2001199372 A JP 2001199372A JP 2001199372 A JP2001199372 A JP 2001199372A JP 2003017472 A JP2003017472 A JP 2003017472A
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plasma
processing chamber
vacuum processing
adjusting
vacuum
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Akihisa Okazaki
晃九 岡崎
Kiyohiko Takagi
清彦 高木
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Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 比較的簡単に機構にて、基板付近でプラズマ
密度を均一できるプラズマ処理方法及び装置を提供す
る。 【解決手段】 真空処理室1と、真空処理室1内の真空
排気手段2と、真空処理室1内にガスを導入するガス導
入手段3と、真空処理室1内にプラズマに接するように
配設された電極7と、高周波電源6と、真空処理室1外
に真空処理室1内の電極7と対向して配設されるととも
に高周波電源6からの高周波電圧が印加されるプラズマ
発生手段としての高周波アンテナ5と、プラズマ密度分
布を調整する調整手段10とを備え、真空処理室1内に
配置された調整手段10の調整部材11の壁面でのイオ
ンの再結合にてプラズマ粒子を消失させ、プラズマ密度
を減少させてプラズマ密度分布を均一にするようにし
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、プラズマを利用し
て半導体あるいは液晶パネルなどの基板上の物質をエッ
チングしたり、基板上に薄膜を成膜するプラズマ処理方
法及び装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】この種のプラズマ処理装置として、例え
ば特開平11−241189号公報に開示されているよ
うに、高真空において高密度プラズマを発生させること
ができる高周波誘導方式のプラズマ処理装置が知られて
いる。
【0003】図5を参照して説明すると、21は真空処
理室、22は真空処理室21内を真空排気する排気手
段、23は真空処理室21内にガスを導入するガス導入
手段である。24は真空処理室21の上壁を構成する誘
電体板であり、この誘電体板24上に放電プラズマを発
生するための環状コイルから成る高周波アンテナ25が
配設され、高周波電源26から高周波電力を印加するよ
うに構成されている。27は真空処理室21の下部に配
設された電極で、バイアス用の高周波電源28から高周
波電力を印加するように構成されている。電極27上に
処理すべき基板29が載置される。30は、真空処理室
21内の基板29付近のプラズマ密度分布を調整するた
め、環状の高周波アンテナ25から放出される静電場及
び誘導電場を調整する電場調整手段で、環状の高周波ア
ンテナ25の内側に配設されている。
【0004】以上の構成において、電極27上に基板2
9を載置し、真空処理室21内にガス導入手段23から
ガスを導入しながら真空処理室21内を真空排気するこ
とによって所定の圧力状態に維持し、高周波アンテナ2
5に高周波電源26から高周波電力を印加することによ
って真空処理室21内にプラズマを発生させ、電極27
にバイアス用の高周波電力を印加してプラズマ中の原
子、分子、ラジカル、イオンを積極的に利用し、プラズ
マに接する電極27上の基板29を処理する。また、電
場調整手段30で基板29付近のプラズマ密度を均一に
調整し、処理の均一性が確保される。
【0005】このような誘導結合型プラズマ処理装置で
は、プラズマを形成するための高周波アンテナ25と、
バイアス電圧を発生させるため電気的に浮遊状態の電極
27に高周波電力が印加され、高周波アンテナ25によ
って形成されたプラズマは電極27の方に拡散し、電極
27に発生した自己バイアス電位によってプラズマ中の
イオンが引き寄せられ、イオンが基板29の表面に衝突
する。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】ところで、一般に誘導
結合放電に代表されるような拡散方式の放電では、大口
径の基板29を均一に処理することは非常に難しいとい
う問題がある。即ち、拡散する間に真空処理室21の壁
面などで粒子の再結合反応などがあり、プラズマ密度が
減少する。そのため、真空処理室21内において、中央
部に比して周辺部のプラズマ密度が減少し、基板29付
近においても基板29の中央部でプラズマ密度が高く、
外周部で低くなり、それに伴って基板29に対する処理
速度分布も中央部が高く、外周部で低くなるような分布
を示し、均一な処理ができないという問題がある。ま
た、その対策のために高周波アンテナ25の内側に上記
のように電場調整手段30を配置すると、高周波アンテ
ナ25の形状に制限がかかるという問題がある。
【0007】本発明は、上記従来の問題点に鑑み、比較
的簡単な機構にて、基板付近でプラズマ密度を均一でき
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。
【0008】
【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、真空処理室内にガスを導入しつつ真空排気して所
定の圧力に維持し、真空処理室外に真空処理室内の電極
に対向して配設したコイル又はアンテナに高周波電力を
印加して真空容器内にプラズマを発生させ、真空処理室
内の電極上に設置された基板を処理するプラズマ処理方
法において、真空処理室内に調整部材を配置し、プラズ
マ密度分布を調整するものであり、真空処理室内のプラ
ズマ密度分布の高い部分に調整部材を配置することで、
その壁面でイオンが再結合してプラズマ粒子が消失し、
プラズマ密度が減少するため、プラズマ密度分布を均一
にすることができる。
【0009】また、調整部材の位置を調整してプラズマ
密度分布を均一にすることにより、ガス種や流量の変更
などによってプラズマ密度分布が異なる場合にも、プラ
ズマ密度分布の最適な均一化が可能となる。
【0010】また、調整部材を真空処理室の上壁付近で
上下に位置調整すると、最も簡単な調整動作でプラズマ
密度分布を効果的に均一化することができる。
【0011】また、本発明のプラズマ処理装置は、真空
処理室と、真空処理室内の真空排気手段と、真空処理室
内にガスを導入するガス導入手段と、真空処理室内に配
設されて基板が載置される電極と、高周波電源と、真空
処理室外に真空処理室内の電極と対向して配設されると
ともに高周波電源からの高周波電圧が印加されるコイル
又はアンテナから成るプラズマ発生手段と、真空処理室
内に配置されてプラズマ密度分布を調整する調整部材を
有する調整手段とを備えたものであり、上記方法を実施
して大面積の基板を均一処理することができる。
【0012】また、調整手段が、導体から成る調整部材
を備えていると、導体表面ではイオンが再結合し易いの
で、誘電体から成るものを用いるよりも効果的である。
【0013】また、調整手段が、円筒、円盤、円環など
の回転体の形状の調整部材を備えていると、プラズマ分
布は球状になり易いため、そのプラズマ密度の高い部分
のプラズマ密度の減少に効果的であり、特にプラズマ発
生手段のコイル又はアンテナが円形の場合には一層効果
的である。
【0014】また、調整手段が、板、棒などの平面又は
直線状の形状またはそれらを組み合わせた形状の調整部
材を備えていると、電極が角型であったり、真空処理室
が角型である場合に、電極上のプラズマ密度分布を均一
にするのに効果的である。
【0015】また、調整手段が、複数の調整部材を備え
ていると、プラズマ密度分布の微調整が可能となるとと
もに、特殊な形状の電極や真空処理室においてプラズマ
密度分布を均一にするのに効果的である。
【0016】また、調整部材を、真空処理室の上部中心
から放射状に配設すると、プラズマ分布は球状になり易
いため、そのプラズマ密度の高い部分のプラズマ密度の
減少に効果的で、特にプラズマ発生手段のコイル又はア
ンテナが円形の場合には一層効果的である。
【0017】また、調整手段が、調整部材の位置を調整
する移動手段を備えていると、ガスによってプラズマ密
度分布が異なっても、装置を改造したり、あるいは装置
を停止しなくても、調整部材の位置調整によってプラズ
マ密度分布の最適化が可能となる。
【0018】また、調整手段が、調整部材を真空処理室
の上壁付近で上下に位置調整する移動手段を備えている
と、最も簡単な構造で最も大きな効果が期待できる位置
に調整部材を位置調整してプラズマ密度分布の最適化が
可能となる。
【0019】
【発明の実施の形態】以下、本発明のプラズマ処理装置
の実施形態について、図1〜図4を参照して説明する。
【0020】(第1の実施形態)本発明の第1の実施形
態のプラズマ処理装置について、図1を参照して説明す
る。
【0021】図1において、1は円筒形の真空処理室、
2は真空処理室1内を真空排気する真空排気手段、3は
真空処理室1内にガスを導入するガス導入手段である。
4は真空処理室1の上壁を構成する誘電体板であり、こ
の誘電体板4上に放電プラズマを発生するための環状コ
イルから成る高周波アンテナ5が配設され、高周波電源
6から高周波電力を印加するように構成されている。7
は真空処理室1の下部に配設された電極で、バイアス用
の電極用電源8から高周波電力を印加するように構成さ
れている。処理すべき基板9は電極7上に載置されてい
る。10はプラズマ密度調整手段で、本実施形態では真
空処理室1内の誘電体板4の中心下部付近に配設され
た、導体である金属からなる円盤状の調整部材11にて
構成されている。
【0022】以上の構成において、電極7上に基板9を
載置し、真空処理室1内にガスを導入しながら真空処理
室1内を真空排気することによって所定の圧力状態に維
持し、高周波アンテナ5に高周波電源6から高周波電力
を印加することによって真空処理室1内にプラズマが形
成される。プラズマは電極7の方に拡散し、電極7に発
生した自己バイアス電位によってプラズマ中のイオンが
引き寄せられ、イオンが基板9の表面に衝突する。ま
た、電極用電源8にて印加された高周波電力にてイオン
入射がコントロールされる。
【0023】その際、プラズマが拡散する間に真空処理
室1の壁面での粒子の再結合などの反応が生じてプラズ
マ密度が減少する。そのため、真空処理室1内の周辺部
のプラズマ密度が減少し、基板9付近では基板9の中央
部のプラズマ密度が高く、外周部で低くなるプラズマ密
度分布になり易い。本実施形態では、誘電体板4の下部
の中心付近で金属円盤11にてプラズマの再結合反応が
発生してプラズマ密度が減少する。そのため、装置全体
のプラズマ密度は減少して処理速度は減少すると考えら
れるが、基板29の中央部で高くなり勝ちなプラズマ密
度分布をより平坦な分布にすることができ、その結果基
板9の処理速度のばらつきを抑えることができ、基板9
の不良率を減少させることができる。
【0024】以上のように、本実施形態においては、金
属円盤11を真空処理室1内の誘電体板4の下側中心付
近に配置したことにより、中心付近のプラズマ密度を減
少させ、プラズマ密度を均一にすることができる。な
お、プラズマ密度の調整部材10は、誘電体にて構成し
ても良いが、その効果は導体に比べて小さくなる。
【0025】(第2の実施形態)次に、本発明の第2の
実施形態のプラズマ処理装置について、図2を参照して
説明する。なお、以下の実施形態の説明で、第1の実施
形態と同一の構成要素については同一参照符号を付して
説明を省略し、相違点のみを説明する。
【0026】図2において、本実施形態のプラズマ密度
調整手段10は、複数の比較的小さな調整部材12を、
真空処理室1内の誘電体板4の下側中心付近から放射状
に配設して構成されている。
【0027】本実施形態においては、比較的小さな調整
部材12を放射状に配設しているので、装置全体のプラ
ズマ密度の低減を抑制しながら、プラズマ密度が高くな
る中央部でのプラズマ密度を低減し、プラズマ密度分布
の均一化を図ることができる。
【0028】(第3の実施形態)次に、本発明の第3の
実施形態のプラズマ処理装置について、図3を参照して
説明する。
【0029】図3において、本実施形態の真空処理室1
は、液晶パネルなどの角型の基板9を処理するもので、
真空処理室1及び電極7が角型の形状であり、誘電体板
4の上部に配設されるプラズマ発生手段も平行スロット
アンテナ(図示せず)等の角形構造である。そのため、
プラズマ密度調整手段10も棒状部材13a、13bを
組み合わせた十字形調整部材13にて構成している。
【0030】本実施形態においては、真空処理室1及び
プラズマ発生手段の形状・構造に合わせた形状のプラズ
マ密度調整手段10を用いていることによってプラズマ
密度の均一化を図ることができる。このように真空処理
室1及びプラズマ発生手段の形状・構造に応じて、板、
棒などの平面又は直線状の調整部材またはそれらを組み
合わせた形状の調整部材を適切に用いることによりプラ
ズマ密度の均一化を図ることができる。
【0031】(第4の実施形態)次に、本発明の第4の
実施形態のプラズマ処理装置について、図4を参照して
説明する。
【0032】図4において、本実施形態のプラズマ密度
調整手段10は、金属円盤から成る調整部材11とこの
調整部材11の上下位置を調整する移動手段14にて構
成されている。
【0033】本実施形態においては、導入ガスによって
プラズマ密度の分布が異なり、プラズマの高密度部分の
位置が変化するのに応じて、移動手段14によって装置
を停止することなく、調整部材11の位置を調整するこ
とができ、プラズマ密度分布の均一性を向上することが
できる。
【0034】また、調整部材11の最適位置を決定する
際にも、装置を停止することなく、移動手段14により
調整部材11を移動させて最適位置を検討することがで
きる。特に、プラズマ密度は環状に分布する傾向がある
ため、真空処理室1の中心部を上下に移動させる移動手
段14が効果的である。
【0035】
【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、以上のように真空処理室内のプラズマ密度分布の
高い部分に調整部材を配置することにより、その壁面で
イオンが再結合してプラズマ粒子が消失し、プラズマ密
度を減少させてプラズマ密度分布を均一にすることがで
きる。
【0036】また、導体から成る調整部材を用いると、
導体表面ではイオンが再結合し易いのでより効果的であ
る。
【0037】また、調整部材を真空処理室の中心回りに
回転体形状に配設すると、プラズマ分布は球状になり易
いため、そのプラズマ密度の高い部分のプラズマ密度の
減少に効果的であり、特にプラズマ発生手段が円形の場
合には一層効果的である。
【0038】また、調整部材を真空処理室の中心から放
射状に配設しても同様の作用効果が得られる。
【0039】また、調整部材の位置をプラズマ密度分布
が均一になるように調整することにより、ガスによって
プラズマ密度分布が異なっても、プラズマ密度分布均一
性の最適化が可能となる。
【0040】また、調整部材を真空処理室の上壁付近で
上下に位置調整すると、最も簡単な調整動作でプラズマ
密度分布を効果的に均一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の実施形態のプラズマ処理装置の
縦断面図である。
【図2】本発明の第2の実施形態のプラズマ処理装置の
斜視図である。
【図3】本発明の第3の実施形態のプラズマ処理装置の
斜視図である。
【図4】本発明の第4の実施形態のプラズマ処理装置の
部分縦断面図である。
【図5】従来例のプラズマ処理装置の縦断面図である。
【符号の説明】
1 真空処理室 2 真空排気手段 3 ガス導入手段 5 高周波アンテナ(プラズマ発生手段) 6 高周波電源 7 電極 9 基板 10 プラズマ密度調整手段 11 円盤状の調整部材 12 比較的小さな調整部材 13 十字形調整部材 13a、13b 棒状部材 14 移動手段
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Fターム(参考) 4G075 AA24 AA30 AA62 BC01 BC06 DA02 EB01 EB42 EC09 EC21 EE02 EE04 EE31 FB02 FC11 FC15 4K030 FA01 KA30 KA41 5F004 AA01 BA20 BB11 BB32 BD04 5F045 AA08 BB02 CA15 EB02 EH02 EH11 EH19

Claims (10)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 真空処理室内にガスを導入しつつ真空排
    気して所定の圧力に維持し、真空処理室外に真空処理室
    内の電極に対向して配設したコイル又はアンテナに高周
    波電力を印加して真空処理室内にプラズマを発生させ、
    真空処理室内の電極上に設置された基板を処理するプラ
    ズマ処理方法において、真空処理室内に調整部材を配置
    し、プラズマ密度分布を調整することを特徴とするプラ
    ズマ処理方法。
  2. 【請求項2】 調整部材の位置を調整してプラズマ密度
    分布を均一に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。
  3. 【請求項3】 調整部材を真空処理室の上壁付近で上下
    に位置調整することを特徴とする請求項2記載のプラズ
    マ処理方法。
  4. 【請求項4】 真空処理室と、真空処理室内の真空排気
    手段と、真空処理室内にガスを導入するガス導入手段
    と、真空処理室内に配設されて基板が載置される電極
    と、高周波電源と、真空処理室外に真空処理室内の電極
    と対向して配設されるとともに高周波電源からの高周波
    電圧が印加されるコイル又はアンテナから成るプラズマ
    発生手段と、真空処理室内に配置されてプラズマ密度分
    布を調整する調整部材を有する調整手段とを備えたこと
    を特徴とするプラズマ処理装置。
  5. 【請求項5】 調整手段は、導体から成る調整部材を備
    えていることを特徴とする請求項4記載のプラズマ処理
    装置。
  6. 【請求項6】 調整手段は、円筒、円盤、円環などの回
    転体の形状の調整部材を備えてい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。
  7. 【請求項7】 調整手段は、板、棒などの平面又は直線
    状の形状またはそれらを組み合わせた形状の調整部材を
    備えてい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。
  8. 【請求項8】 調整手段は、真空処理室の上部中心から
    放射状に配設した複数の調整部材を備えていることを特
    徴とする請求項4又は5記載のプラズマ処理装置。
  9. 【請求項9】 調整手段は、調整部材の位置を調整する
    移動手段を備えていることを特徴とする請求項4〜8の
    何れかに記載のプラズマ処理装置。
  10. 【請求項10】 調整手段は、調整部材を真空処理室の
    上壁付近で上下に位置調整する移動手段を備えているこ
    とを特徴とする請求項9記載のプラズマ処理装置。
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