JP2003100721A - プラズマ処理装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 エッチング速度や成膜速度の均一性を向上さ
せることにより、液晶ディスプレイ等に用いる信頼性の
高い大型基板を作製可能なプラズマ処理装置を提供する
こと。 【解決手段】 第１電極を反応ガスを分散させる多数の
ガス流通孔を有するガス分散板と、そのガス分散板から
の反応ガスを第２電極に向けて吐出す多数のガス吐出口
を有する電極板とで構成し、被処理体を載置する第２電
極の周囲には、真空容器内を排気する排気部と、第２電
極を包囲しプラズマを上記２つの電極の間に集中させる
シールド部とをこの順で形成した。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、プラズマ処理装置
に関し、更に詳しくは、平行平板型電極を用いるプラズ
マ処理装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、液晶ディスプレイや半導体製品の
ＬＳＩ等のエッチングや成膜等の製造工程には、プロセ
スのドライ化の可能なプラズマ技術が多用されている。
図３は従来の平行平板型電極を用いたプラズマ処理装置
の構造を示す模式断面図である。以下、図３を用いて従
来のプラズマ処理装置の動作について説明する。

【０００３】真空容器５１内には、相対向するように上
部電極５２と下部電極５９とが配置され、絶縁体６０に
より真空容器５１と絶縁された下部電極５９には高周波
電源５６が接続されている。前工程から搬送した処理基
板５３を、温調された冷却水５８で一定の温度にコント
ロールされた下部電極５９の上に載置する。次に、スト
ップバルブ５４を開き真空排管６５を介して真空ポンプ
５５で真空容器５１を真空引きするとともに、エッチン
グガス６３を真空ポンプ５５の反対側からガスバルブ６
２を開けガス配管６４を介して真空容器５１に供給す
る。ポンプの排気能力をコントロールして真空容器５１
を一定圧力に保持する。

【０００４】圧力が一定になった段階で上部電極５２と
下部電極５９に高周波電源５６を用いて高周波電力を印
加して、ガスを放電させてガスプラズマを発生させる。
ここで、マッチングボックス５７内にあるチューニング
回路を、印加した高周波の出力に対して反射波が最少に
なるように調整し、シールド壁板６１によりプラズマを
上下電極間領域に集中させることにより、プラズマの安
定化と広がり防止を図る。発生したプラズマは処理基板
５３と反応し、生成ガスは真空ポンプ５５により真空排
管６５を介して排気される。処理が終了した時点で、高
周波電源５６の発振を停止しプラズマ放電を止め、ガス
バルブ６２を閉めてエッチングガス６３の供給を止め
る。次いで、真空容器５１内の残ガスを真空ポンプ５５
により真空排管６５を介して取り除いた後、処理基板５
３を次の工程へと搬出する。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】近年、生産性向上や低
コスト化の要求に応えるため、処理基板が大型化する傾
向にある。しかしながら、処理基板が大型化すると、処
理基板面内における反応ガスの分布が不均一となり、そ
れに伴い発生するプラズマの分布も不均一となる。その
ため、処理基板面内のエッチングレートの均一性が悪化
し、必要な線幅や膜厚を確保することができず、中央部
と周辺部にエッチング線幅や膜厚の違いからムラが発生
するという問題があった。特に、設計値通りの線幅を中
央部で得ようとすると、周辺部のパターンが細って更に
は消滅する場合もあった。

【０００６】本発明は上記の問題点を解決し、液晶ディ
スプレイ等に用いる信頼性の高い大型基板を作製可能な
プラズマ処理装置を提供することを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明のプラズマ処理装置は、真空容器内に対向し
て配置された第１電極及び第２電極を有し、上記の２つ
の電極の一方の上に被処理体を載置し、減圧された真空
容器内に反応ガスを導入して、該反応ガスのプラズマを
上記の２つの電極の間に形成するプラズマ処理装置にお
いて、上記第１電極は、反応ガスを分散させる多数のガ
ス流通孔を有するガス分散板と、該ガス分散板からの反
応ガスを第２電極に向けて吐出す多数のガス吐出口を有
する電極板とを有し、被処理体を載置する第２電極の周
囲には、真空容器内を排気する排気部と、第２電極を包
囲しプラズマを上記２つの電極の間に集中させるシール
ド部とがこの順で形成されて成ることを特徴とする。

【０００８】本発明のプラズマ処理装置に用いる第１電
極は、反応ガスを分散させる多数のガス流通孔を有する
ガス分散板と、ガス分散板からの反応ガスを第２電極に
向けて吐出す多数のガス吐出口を有する電極板とを有し
ている。ガス分散板は、ガス導入部から導入された反応
ガスを多数のガス流通孔を通過させることにより分流
し、反応ガスの運動エネルギーを分散・減少させること
ができる。次いで、ガス分散板を通過した反応ガスは、
電極板のガス吐出口より吐出量を制御されて第２電極側
に吐出される。これにより、反応ガスの運動エネルギー
を均一化することができ、第１電極と第２電極の間の処
理空間に反応ガスを均一に分布させることが可能とな
る。さらに、第２電極とシールド部の間に排気部を設
け、処理空間を通過した反応ガスを、第２電極とシール
ド部との間に誘導して排気するようにしたので、処理空
間における反応ガスの滞留が抑制され、反応ガスの分布
をより均一にすることができる。これにより、プラズマ
を均一に発生させることができ、エッチング速度や成膜
速度の均一性を向上させることが可能となる。さらに、
シールド部はプラズマを処理空間に集中させるので、エ
ッチング速度や成膜速度の均一性を一層向上させること
ができる。

【０００９】また、本発明のプラズマ処理装置は、第１
電極の電極板に、第２電極に対向する主面を有し、その
第２電極側の主面には多数の凸条と凹溝とが交互に形成
されて成る電極板を用いることができる。従来のプラズ
マ処理装置では、エッチング時の反応生成物やマスクで
あるレジスト等の分解物、そして成膜時の生成物が真空
容器の内壁に付着し、これらの付着物が、真空容器内に
乱流が発生した場合などに内壁から剥がれて舞い上がり
ダストとなり、成膜した膜中に混入したり、あるいはエ
ッチングのパターンに異常変形を発生させる原因となる
という問題があった。特に、第１電極の第２電極側には
反応ガスの乱流が発生し易いという問題があった。本発
明によれば、第１電極の第２電極側の主面に多数の凸条
と凹溝とを交互に設け、凸条と凹溝とが延びる方向に直
交する方向の表面粗さを大きくしたので、凸条と凹溝と
が延びる方向に沿って反応ガスが流れ易くなり、乱流の
発生を抑制することが可能となる。

【００１０】また、本発明のプラズマ処理装置は、第１
電極の電極板に、矩形形状を有し、凸条と凹溝とが上記
電極板の長辺方向に概ね平行に形成され、第２電極側の
主面は長辺方向と短辺方向とで異なる表面粗さＲａを有
する電極板を用いることができる。

【００１１】また、本発明のプラズマ処理装置は、第２
電極として、被処理体を載置する矩形ステージと、その
矩形ステージを支持する支持部とから成り、排気部が矩
形ステージの長辺方向に概ね直角に形成された排気溝か
ら成るものを用いることができる。

【００１２】また、本発明のプラズマ処理装置は、第１
電極の第２電極側の主面に、短辺方向の表面粗さＲａが
０．７μｍ〜１．７μｍであり、長辺方向の表面粗さＲ
ａが０．４μｍより小さい主面を用いることができる。

【００１３】また、本発明のプラズマ処理装置は、第１
電極の電極板に、ニッケル合金又はアルミニウム合金か
ら成るものを用いることができる。

【００１４】

【発明の実施の形態】以下に、本発明の実施の形態につ
いて、図面を参照して説明する。図１は、本発明の一実
施の形態に係るプラズマ処理装置の構造を示す模式断面
図である。真空容器１内には、相対向する第１電極とし
ての上部電極２と第２電極としての下部電極９とが配置
されている。上部電極２は、多数のガス吐出口２１ａを
有する矩形の電極板２１と、多数のガス流通孔２２ａを
有するガス分散板２２とが相対向して配置された直方体
形状を有し、電極板２１が下部電極９側となり、ガス分
散板２２が反応ガス供給管１４からエッチンガス等の反
応ガス１３が供給可能に真空容器１の上部に配置されて
いる。反応ガス１３は、ガスバルブ１２を開けることに
より、ガス分散板２２に供給される。

【００１５】下部電極９は、真空容器１の底部に絶縁体
１０を介して配置され、処理基板３を載置する矩形のス
テージ９ａと、ステージ９ａを支持する支持部９ｂとか
ら成り、温調した冷却水８で一定の温度にコントロール
されている。また、下部電極９には、真空容器１の外部
に配置された高周波電源６がマッチングボックス７を介
して接続されている。

【００１６】また、図２に示すように、真空容器１の底
部には、ステージ９ａの周囲に排気部１８とシールド部
１６とがこの順に形成されている。シールド部１６は、
ステージ９ａを包囲する壁部１６ａと壁部１６ａを支持
する支持部１６ｂとから成る。シールド部１６は昇降可
能に真空容器に取り付けられており、昇降手段１７によ
り、上部電極２の方向へ上下移動させ壁部１６ａを所望
の位置に配置する。好ましくは、壁部１６ａの位置は、
下端面がステージ９ａと概ね同じ高さになるように配置
される。

【００１７】また、排気部として、ステージ９ａの長辺
方向に直角に、溝形状の排気口１８が形成されている。
ステージ９ａの周囲の反応ガスを効率良く吸引排気する
ことができる。なお、溝形状に代えて、孔形状の排気口
をステージ９ａの周囲に複数配置したものを用いても同
様の効果を得ることができる。その場合、ステージ９ａ
の周囲の四隅に排気口を配置したものが好ましい。

【００１８】また、上部電極の電極板とガス分散板は、
ニッケル合金、アルミニウム、アルミニウム合金、そし
て表面に酸化アルミニウム層を有する金属板を用いるこ
とができるが、エッチングガスに耐性のある、ニッケル
合金、特にモネルメタルが好ましい。また、ガス分散板
のガス流通孔は、孔径は、０．８〜１．２ｍｍ、より好
ましくは０．９〜１．１ｍｍである。ガス流通孔は、所
定のピッチで二次元的に配置されたもの、あるいは同心
円状に配置されたものを用いることができる。また、電
極板のガス吐出口は、単一の口径を有する貫通口とする
こともできるが、ガス分散板側の口径が下部電極側の口
径よりも大きい逆テーパ状の貫通口とすることが好まし
い。この場合、ガス分散板側の口径は９〜１１ｍｍ、下
部電極側の口径は０．９〜１．１ｍｍとすることが好ま
しい。ここで、ガス分散板側の口径を下部電極側の口径
の１０倍以上、より好ましくは１２倍以上とすることに
より、ガス分散板からの反応ガスが、電極板のガス吐出
口以外の部分に衝突して乱流が発生するのを抑制するこ
とができる。しかも、下部電極側の口径を小さくするこ
とで、さらに乱流の発生を防止することができる。な
お、電極板のガス吐出口も、所定のピッチで二次元的に
配置されたもの、あるいは同心円状に配置されたものを
用いることができる。

【００１９】また、上部電極の電極板に、下部電極側の
主面に多数の凸条と凹溝とを交互に複数設けたものを用
いることが好ましい。凸条と凹溝とは電極板に直線状に
設ける。上部電極に矩形の電極板を用いる場合、凸条と
凹溝とを電極板の長辺方向に概ね平行に設けることが好
ましい。その場合、上部電極板の下部電極側の主面は、
短辺方向で０．７〜１．７μｍの範囲であり、かつ、長
辺方向で０．４μｍ以下の表面粗さＲａを有することが
好ましい。反応ガスは表面粗さの小さい長辺方向に沿っ
て流れ易くなるので、上部電極板の下部電極側の主面に
おける乱流の発生が抑制される。短辺方向の表面粗さＲ
ａが１．７μｍより大きいとプラズマ発生時に異常放電
が起き易く、０．７μｍより小さいと長辺方向の表面粗
さと同じになり乱流が発生する。また、長辺方向の表面
粗さＲａが０．４μｍより大きいと、短辺方向の表面粗
さと同じになり乱流が発生する。

【００２０】ここで、電極板の表面に直線状の凸条と凹
溝とを設けるには、例えば、以下の方法を用いることが
できる。電極板の表面全体をフライス盤にて、切削加工
する。次に、ラップ加工により、電極板の表面全体を目
標とする長辺方向の表面粗さ、すなわち、０．４μｍ以
下に仕上げる。次に、研削盤にて、短辺方向を加工送り
方向として、短辺方向の表面粗さが０．７〜１．７μｍ
の範囲に入るように研削する。これにより、電極板の表
面に多数の凸条と凹溝を交互に直線状に形成することが
できる。

【００２１】図３は、上記の加工方法により表面仕上げ
を行った矩形の電極板の表面粗さＲａのバラツキの程度
を示すグラフである。１８枚の矩形の電極板を用い、各
電極板の長辺方向と短辺方向についてそれぞれ複数点測
定して、長辺方向と短辺方向のそれぞれの表面粗さＲａ
の平均値を求め、その平均値の分布を調べたものであ
る。ここで、凸条と凹溝とが矩形の電極板の長辺方向に
概ね平行になるように表面仕上げを行った。なお、表面
粗さＲａは、ＪＩＳ Ｂ０６０１に規定する中心線平均
粗さを指す。

【００２２】ここで、プラズマ処理装置を用いたエッチ
ング処理の動作について説明する。前工程から搬送され
た処理基板３を、下部電極９の上に載置する。次に、真
空容器１の外部に配置した真空ポンプ５を作動させ、ス
トップバルブ４を開き、真空排管１５を介して排気部１
８より真空容器１内を減圧し、所定の真空度に保持す
る。次いで、ガスバルブ１２を開き、反応ガス供給管１
４を介してエッチングガスから成る反応ガス１３を上部
電極２のガス分散板２２に供給する。

【００２３】反応ガス１３は、ガス分散板２２のガス流
通孔２３ａを通過して分散され、電極板２１に達し、ガ
ス吐出口２１ａから処理基板３の表面に吐出される。真
空容器１内を所定の圧力に保持した状態で、上部電極２
と下部電極９に高周波電源６を用いて高周波電力を印加
することで放電を開始させ、上部電極２と下部電極９と
の間の処理空間にプラズマを発生させる。このプラズマ
により処理基板３が所定のパターンにエッチングされ
る。

【００２４】プラズマ放電の調整は、印加した高周波の
出力に対して反射波が最少になるように、マッチングボ
ックス７内にあるチューニング回路を調整するととも
に、シールド部２２によりプラズマを処理空間に集中さ
せることにより行う。これにより、プラズマを安定化さ
せ、そしてプラズマの広がりを防止することができる。
また、プラズマ化したエッチングガス１３と処理基板３
との反応により生成したガス状生成物及び余分のエッチ
ングガス１３は、壁部１６ａと下部電極９との間に吸引
されて、排気口１８から排気される。これにより、反応
ガス流をほぼ均一に吸引排気することができる。

【００２５】次いで、所定の処理時間が終了した時点
で、高周波電源６の発振を停止しプラズマ放電を止め、
ガスバルブ１２を閉じてエッチングガス１３の供給を止
める。真空容器１内の残留ガスを真空ポンプ５により真
空排管１５を介して取り除いた後、基板を次の工程へ搬
出する。

【００２６】以上のように本実施の形態によれば、上部
電極をガス分散板と電極板とで構成し、反応ガスの運動
エネルギーをガス分散板により分散・減少させ、ガス分
散板を通過した反応ガスを逆テーパ状のガス吐出口を通
過させることにより、運動エネルギーが概ね均一な反応
ガスが下部電極側に供給される。また、下部電極の周囲
に広がった反応ガスは、下部電極とシールド部との間に
形成された排気口により均一に吸引排気される。これに
より、プラズマをより均一に発生させることが可能とな
る。

【００２７】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、第
１電極をガス流通孔を有するガス分散板とガス吐出口を
有する電極板とで構成し、被処理体を載置する第２電極
の周囲に排気部とシールド部とを設けたので、電極間に
プラズマを均一に発生させることができる。これによ
り、エッチング速度や成膜速度の均一性を向上させるこ
との可能なプラズマ処理装置を提供できる。

【００２８】また、本発明によれば、第１電極の電極板
の第２電極板側の主面に、多数の凸条と凹溝とを交互に
形成したので、第２電極板側の主面における乱流の発生
が抑制され、ダストの発生を抑制することが可能とな
る。

【００２９】また、本発明によれば、矩形の電極板の長
辺方向に概ね平行に凸条と凹溝とを形成したので、表面
粗さの小さい長辺方向に沿って反応ガスが流れ易くな
り、矩形の電極板における乱流の発生を抑制することが
可能となる。

【００３０】また、本発明によれば、第２電極の矩形ス
テージの長辺方向に概ね直角に排気部を形成したので、
矩形ステージの周囲の反応ガスを排気部から均一に吸引
排気することができ、プラズマをより均一に発生させる
ことが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の一実施の形態に係るプラズマ処理装
置の構造を示す模式縦断面図である。

【図２】 図１のＩＩ−ＩＩ′線に沿った模式横断面図
である。

【図３】 本発明の一実施の形態に係るプラズマ処理装
置に用いる上部電極の電極板の表面粗さの度数分布の測
定結果を示すグラフであり、（ａ）は短辺方向、（ｂ）
は長辺方向の測定結果を示す。

【図４】 従来のプラズマ処理装置の構造を示す模式縦
断面図である。

【符号の説明】

１ 真空容器、２ 上部電極、３ 処理基板、４ スト
ップバルブ、５ 真空ポンプ、６ 高周波電源、７ マ
ッチングボックス、８ 冷却水、９ 下部電極、９ａ
矩形ステージ、９ｂ 支持部、１０ 絶縁物、１２ ガ
スバルブ、１３反応ガス、１４ ガス配管、１５ 真空
排管、１６ シールド部、１６ａ 壁部、１６ｂ 支持
部、１７ 昇降機構、１８ 排気口、２１ 電極板、２
１ａ ガス吐出口、２２ ガス分散板、２２ａ ガス流
通孔。

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 真空容器内に対向して配置された第１電
   極及び第２電極を有し、上記の２つの電極の一方の上に
   被処理体を載置し、減圧された真空容器内に反応ガスを
   導入して、該反応ガスのプラズマを上記の２つの電極の
   間に形成するプラズマ処理装置において、 上記第１電極は、反応ガスを分散させる多数のガス流通
   孔を有するガス分散板と、該ガス分散板からの反応ガス
   を第２電極に向けて吐出す多数のガス吐出口を有する電
   極板とを有し、 被処理体を載置する第２電極の周囲には、真空容器内を
   排気する排気部と、第２電極を包囲しプラズマを上記２
   つの電極の間に集中させるシールド部とがこの順で形成
   されて成ることを特徴とするプラズマ処理装置。
2. 【請求項２】 上記の第１電極の電極板は対向する主面
   を有し、第２電極側の主面には多数の凸条と凹溝とが交
   互に形成されて成る請求項１記載のプラズマ処理装置。
3. 【請求項３】 上記の第１電極の電極板は矩形であり、
   上記の凸条と凹溝とが上記電極板の長辺方向に概ね平行
   に形成され、上記の第２電極側の主面は長辺方向と短辺
   方向とで異なる表面粗さＲａを有する請求項２記載のプ
   ラズマ処理装置。
4. 【請求項４】 上記第２電極は、被処理体を載置する矩
   形ステージと、該矩形ステージを支持する支持部とから
   成り、上記排気部は上記矩形ステージの長辺方向に概ね
   直角に形成された排気溝から成る請求項３記載の装置。
5. 【請求項５】 上記の電極板の第２電極側の主面は、短
   辺方向の表面粗さＲａが０．７μｍ〜１．７μｍであ
   り、長辺方向の表面粗さＲａが０．４μｍより小さい請
   求項３又は４に記載のプラズマ処理装置。
6. 【請求項６】 上記電極板は、ニッケル合金又はアルミ
   ニウム合金から成る請求項１から５のいずれか一つに記
   載の装置。