JP2005032797A

JP2005032797A - プラズマ処理方法および装置

Info

Publication number: JP2005032797A
Application number: JP2003193437A
Authority: JP
Inventors: Izuru Matsuda; 出松田; Mitsuhisa Saito; 光央斎藤; Tomohiro Okumura; 智洋奥村
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2003-07-08
Filing date: 2003-07-08
Publication date: 2005-02-03
Anticipated expiration: 2023-07-08
Also published as: JP4134832B2

Abstract

【課題】簡単でかつ所望の微小部分を精度よく加工することが可能なプラズマ処理方法および装置を提供すること。
【解決手段】マイクロプラズマ源は、セラミック製の外側板２１，内側板２２及び２３，外側板２４から成り、外側板２１及び２４には、外側ガス流路５１及び外側ガス噴出口５２が設けられ、内側板２２及び２３には、内側ガス流路５３及び内側ガス噴出口５４が設けられている。高周波電力が印加される電極５０には、外側板２１及び２４に設けられた貫通穴を通して高周波電力供給が行われる。ガス噴出の方法、ガス噴出口を所定の形状にすることで、微小部分のプラズマ処理を精度良く安定して行うことが可能となる。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体素子，液晶ディスプレイパネルや太陽電池などの製造における薄膜形成工程或いは微細加工工程などに用いられる微小部分のプラズマ処理方法および装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、プラズマ処理装置は、デバイスの高機能化とその処理コストの低減のために、高精度化、高速化、大面積化、低ダメージ化を実現する取り組みが盛んに行なわれている。中でも、微細加工に必要とされる真空プラズマを用いた処理装置においては、工程の簡易化・装置コストの削減が要求されている。
【０００３】
一般に、表面に薄膜が形成された基板に代表される被処理物にパターンニング加工を行う場合、レジストプロセスが用いられる。その一例を図５に示す。
【０００４】
同図において、まず、被処理物２６の表面に感光性レジスト２７を塗布する（図５（ａ））。次に、露光機を用いて露光した後現像すると、レジスト２７が所望の形状にパターンニングできる（図５（ｂ））。そして、被処理物２６を真空容器内に載置し、真空容器内にプラズマを発生させ、レジスト２７をマスクとして被処理物２６をエッチング加工すると、被処理物２６の表面が所望の形状にパターニングされる（図５（ｃ））。最後に、レジスト２７を酸素プラズマや有機溶剤などで除去することで、加工が完了する（図５（ｄ））。
【０００５】
以上のようなレジストプロセスは、微細パターンを精度良く形成するのに適しているため、半導体などの電子デバイスの製造において重要な役割を果たすに至った。しかしながら、工程が複雑であるという欠点がある。
【０００６】
そこで、レジストプロセスを用いない、新しい加工方法が検討されている。その一例として図２〜図４に、従来例で用いたマイクロプラズマ源を搭載したプラズマ処理装置の構成を示す。
【０００７】
図２に、マイクロプラズマ源の分解図を示す。マイクロプラズマ源は、セラミック製の外側板１，内側板２及び３，外側板４から成り、外側板１及び４には、外側ガス流路５及び外側ガス噴出口６が設けられ、内側板２及び３には、内側ガス流路７及び内側ガス噴出口８が設けられている。内側ガス噴出口８から噴出するガスの原料ガスは、外側板１に設けられた内側ガス供給口９から、内側板２に設けられた貫通穴１０を介して、内側ガス流路７に導かれる。
【０００８】
また、外側ガス噴出口６から噴出するガスの原料ガスは、外側板１に設けられた外側ガス供給口１１から、内側板２に設けられた貫通穴１２、内側板３に設けられた貫通穴１３を介して、外側ガス流路５に導かれる。高周波電力が印加される電極１４は、内側板２及び３に設けられた電極固定穴１５に挿入され、外側板１及び４に設けられた貫通穴１６を通して高周波電力供給のための配線と冷却が行われる。
【０００９】
図３にマイクロプラズマ源をガス噴出口側から見た平面図を示す。外側板１、内側板２及び３、外側板４が設けられ、外側板１と内側板２の間と、内側板３と外側板４の間に外側ガス噴出口６が設けられ、内側板２及び３の間に内側ガス噴出口８が設けられている。
【００１０】
図４に被処理物としての薄板１７及びマイクロプラズマ源を薄板１７に垂直な面で切った断面を示す。マイクロプラズマ源は、セラミック製の外側板１、内側板２及び３、外側板４から成り、外側板１及び４には、外側ガス流路５及び外側ガス噴出口６が設けられ、内側板２及び３には、内側ガス流路７及び内側ガス噴出口８が設けられている。高周波電力が印加される電極１４には、外側板１及び４に設けられた貫通穴１６を通して高周波電力供給のための配線と冷却が行われる。内側板２及び３は、その最下部がテーパー形状をなし、より微細な線状領域をプラズマ処理できるようになっている。なお、マイクロプラズマ源の開口部としての内側ガス噴出口８がなす微細線の太さは０．１ｍｍである。
【００１１】
このような構成のマイクロプラズマ源を搭載したプラズマ処理装置において、内側ガス噴出口からヘリウム（Ｈｅ）を、外側ガス噴出口から６フッ化硫黄（ＳＦ_６）を供給しつつ、電極１４に高周波電力を供給することにより、シリコン製薄板１７の微小な線状部分をエッチング処理することができる。これはヘリウムと６フッ化硫黄の大気圧近傍の圧力下における放電のしやすさの差（ヘリウムの方が格段に放電しやすい）を利用することで、ヘリウムが高濃度となる内側ガス噴出口８の近傍にのみマイクロプラズマを発生させることができるからである。このような構成については、例えば、未公開自社出願の特願２００２−２５４３２４号明細書に詳しく述べられている。
【００１２】
更に性能を上げるため、エッチング速度を高めるために高周波電力を大きくする取り組みを実施している。すなわち、被処理物としての薄板表面でアーク放電（火花）の発生を防止し、滑らかな処理表面を得る取り組みである。この取り組みについては、例えば、未公開自社出願の特願２００２−３４２００６号明細書に詳しく述べられている。
【００１３】
【特許文献１】
特開平８−１１６０７８号公報
【特許文献２】
特開平８−１３９３５１号公報
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前述する従来例のマイクロプラズマ処理技術においては、幅２００μｍ以下の線状エッチングや、直径２００μｍ以下の穴状エッチング処理において、所定の大きさでエッチングができない、すなわち、プラズマ領域が拡大するという問題があった。また、構造が複雑で組み付けによる処理の再現性が得られないという問題があった。
【００１５】
本発明は、上記従来の問題点に鑑み、簡単でかつ所望の微小部分を精度よく加工することのできるプラズマ処理方法および装置を提供することを目的としている。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
本願第１発明のプラズマ処理方法は、被処理物の近傍に配置させたマイクロプラズマ源にガスを供給しつつ、マイクロプラズマ源に設けられた電極または被処理物に電力を供給することによりマイクロプラズマを発生させ、生成された活性粒子を被処理物に作用させ、前記被処理物の表面の微小部分を加工するプラズマ処理方法であって、供給するガスおよびその噴出口は複数あり、各噴出方向が前記被処理物の表面の処理を施す線部分に向かって前記ガスが吹き出すことを特徴とする。
【００１７】
また、本願第２発明のプラズマ処理方法は、被処理物の近傍に配置させたマイクロプラズマ源にガスを供給しつつ、マイクロプラズマ源に設けられた電極または被処理物に電力を供給することによりマイクロプラズマを発生させ、生成された活性粒子を被処理物に作用させ、前記被処理物の表面の微小部分を加工するプラズマ処理方法であって、供給するガスおよびその噴出口は複数あり、各噴出方向が前記被処理物の表面の処理を施す点部分に向かって前記ガスが吹き出すことを特徴とする。
【００１８】
また、本願第３発明のプラズマ処理装置は、被処理物の近傍に配置させたマイクロプラズマ源にガスを供給しつつ、前記プラズマ源に設けられた電極または被処理物に電力を供給することによりマイクロプラズマを発生させ、前記被処理物の表面の微小部分を処理するプラズマ処理装置であって、供給するガスの噴出口の表面粗さがＲａ１０μｍ以下であることを特徴する。
【００１９】
更に、本願第４発明のプラズマ処理装置は、被処理物の近傍に配置させたマイクロプラズマ源にガスを供給しつつ、前記プラズマ源に設けられた電極または被処理物に電力を供給することによりマイクロプラズマを発生させ、前記被処理物の表面の微小部分を処理するプラズマ処理装置であって、供給する複数のガス噴出口の少なくとも一つが、前記電極と近傍の絶縁体との間に設けられた狭小空間であることを特徴とする。
【００２０】
【発明の実施の形態】
本発明の第一実施形態について、図１を参照しながら説明する。なお、マイクロプラズマ源の基本的な構成については従来例と同様である。
【００２１】
図１は従来仕様の図４における改善点が盛り込まれているため、図１と図４の違いを述べる。電極５０においては、従来の電極１４の形状を内側ガス噴出口５４まで延長、先端部を６０度のシャープエッジ形状に変更した。内側板２２と内側板２３の間に電極６０を挟み込み、狭小空間を構成しすなわち内側ガス流路５３とし、内側ガス噴出口５４は電極５０の先端部で一つに合流し、開口５０μｍのスリットとなっている。外側ガス噴出口５２は５０μｍ幅のスリット形状とし、その方向は内側ガス噴出口５４と被処理物上の処理する点で交差するように構成されている。
【００２２】
マイクロプラズマ源は数Ｐａから数気圧まで動作可能であるが、典型的には１０^４Ｐａから３気圧程度の範囲の圧力で動作する。特に、大気圧付近での動作は、厳重な密閉構造や特別な排気装置が不要であるとともに、プラズマや活性粒子の拡散が適度に抑制されるため、特に好ましい。
【００２３】
まず、第１ステップとして、内側ガス流路５３を介して内側ガス噴出口５４から不活性ガスとしてのＨｅを１０^３ｓｃｃｍ、外側ガス流路５１を介して外側ガス噴出口５２から不活性ガスとしてのＨｅを５００ｓｃｃｍ供給し、高周波電力を１５０Ｗ供給して、マイクロプラズマを発生させ、生成された活性粒子としてのヘリウムイオンを５秒間照射した。
【００２４】
次いで、プラズマを維持したままで、第２ステップとして、内側ガス噴出口５４から不活性ガスとしてのＨｅを１０^３ｓｃｃｍ、外側ガス噴出口５２から反応性ガスとしてのＳＦ_６を５００ｓｃｃｍ供給し、高周波電力を１５０Ｗ供給して、マイクロプラズマを形成し、生成された活性粒子としてのフッ素ラジカルを３０秒間照射した。
【００２５】
ここで、各ガス噴出口の表面粗さはＲａ５μｍとしているため、噴出する際の乱流を押さえ、すなわち噴出口幅から拡散を押さえながら噴出することを可能にした。その噴出口幅を保持しながら吹き出される各ガスは、被処理物の面上に線状に供給されるため、微小なマイクロプラズマ領域を実現することができる。
【００２６】
更に、内側ガス噴出口５４は、内側板２２と内側板２３の間に電極５０を挟み込み、狭小空間を構成しているため、ガスを電極５０先端の電荷が集中する部分に送ることが可能となる。これによりマイクロプラズマ領域の不要な拡散を防止することができる。
【００２７】
更に、各ガス噴出部の開口寸法が、いずれの場所も５０μｍ±５μｍ以内としたため、エッチング均一性を向上することができた。しかも内側ガス噴出口と外側ガス噴出口を一体型にて構成したため、プラズマ領域の長手方向に直角の断面いずれの場所もほぼ同面積であり、±１％以内であった。これにより構造が複雑で組み付けによる処理の再現性が得られないという従来の問題を解決することができた。
【００２８】
以上のような処理を行った結果、被処理物であるシリコン薄板１７の表面の微小部分に対して、線幅１００μｍの微細線状エッチング加工が可能となった。
【００２９】
本願発明者らの評価では、マイクロプラズマを線状に発生させる場合、内側ガス噴出口と外側ガス噴出口のスリット幅を３０μｍまで狭くする評価まで行い、良好な結果を得た。またマイクロプラズマを点状に発生させる場合、内側ガス噴出口を直径２０μｍ、外側ガス噴出口のスリット幅を３０μｍの評価を行い、同じく良好な結果を得た。
【００３０】
また、以下の目安が必要であることも確認した。
【００３１】
１）マイクロプラズマを発生する領域でのガス噴出部の断面積が、±３％より大きくなると、均一なエッチングレートおよび形状が得られないこと。
【００３２】
２）マイクロプラズマを発生する領域でのガス噴出部の開口寸法が、±１０％より大きくなると、ガス濃度分布が均一とならないこと。
【００３３】
３）ガス噴出口の表面粗さがＲａ１０μｍより大きいと、ガス流れが乱流を起こすこと。
【００３４】
４）マイクロプラズマを線状に発生させる場合の電極先端部が６０度より大きい場合、またマイクロプラズマを点状に発生させる場合の電極先端部が３０度より大きい場合においても、狭小なマイクロプラズマ領域の拡散を防止できないこと。
【００３５】
５）マイクロプラズマを発生する領域でのガス噴出部の開口寸法が、１００μｍより大きいと、幅２００μｍ以下の線状エッチングや、直径２００μｍ以下の穴状エッチング処理が実現できないこと。
【００３６】
しかしながら、微小なエッチング領域を実現するために、上記１）〜５）を全て実施することが望ましいことは言うまでもないが、目的とするエッチング領域、コストに見合う選択を行う必要があることも言うまでもない。我々の評価では、以下のような使い分けを実施している。
【００３７】
（１）幅１００μｍ以下の線状エッチング、直径５０μｍ以下の穴状エッチングを行う場合、上記１）〜５）全て。
【００３８】
（２）幅１００〜２００μｍ以下の線状エッチング、または、直径１００〜２００μｍ以下の穴状エッチングを行う場合、上記３）〜５）。
【００３９】
（３）幅２００〜３００μｍ以下の線状エッチング、または、直径２００〜３００μｍ以下の穴状エッチングを行いコストパフォーマンスを高める場合、上記４）及び５）。
【００４０】
本発明においては、マイクロプラズマ源の開口部と被処理物との距離は、概ね１ｍｍ以下であることが好ましい。更に、マイクロプラズマ源の開口部と被処理物との距離が０．５ｍｍ以下であることがより好ましい。マイクロプラズマ源の開口部と被処理物との距離が小さいほど、プラズマによって発生した活性粒子が、基板表面の微細線状部分より外側に触れにくくなり、微細線状部分に限定された領域のみを加工することができるという利点がある。
【００４１】
一方、マイクロプラズマ源を構成する部品の加工の精度や、繰り返し処理による形状の経時変化、更には、マイクロプラズマ源の開口部と被処理物との距離の再現性や安定性などを考慮すると、あまり極端に小さくすることも避けるべきであり、概ね０．０５ｍｍ以上であることが好ましい。
【００４２】
【発明の効果】
以上のように、本発明によれば幅２００μｍ以下の線状エッチングや、直径２００μｍ以下の穴状エッチング処理において、所定の大きさでエッチング等の処理が可能となり、また再現性が高いプラズマ処理方法および装置を提供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態に係るマイクロプラズマ源の断面図
【図２】本発明の実施形態に係るマイクロプラズマ源の分解図
【図３】本発明の実施形態に係るマイクロプラズマ源の平面図
【図４】従来のマイクロプラズマ源の断面図
【図５】従来のパターニング技術の工程を示す図
【符号の説明】
５外側ガス流路
７内側ガス流路
１７薄板
２１，２４外側板
２２，２３内側板
５０電極
５１外側ガス流路
５２外側ガス噴出口
５３内側ガス流路
５４内側ガス噴出口

Claims

被処理物の近傍に配置させたマイクロプラズマ源にガスを供給しつつ、マイクロプラズマ源に設けられた電極または被処理物に電力を供給することによりマイクロプラズマを発生させ、生成された活性粒子を被処理物に作用させ、前記被処理物の表面の微小部分を加工するプラズマ処理方法であって、供給するガスおよびその噴出口は複数あり、各噴出方向が前記被処理物の表面の処理を施す線部分に向かって前記ガスが吹き出すこと
を特徴とするプラズマ処理方法。
被処理物の近傍に配置させたマイクロプラズマ源にガスを供給しつつ、マイクロプラズマ源に設けられた電極または被処理物に電力を供給することによりマイクロプラズマを発生させ、生成された活性粒子を被処理物に作用させ、前記被処理物の表面の微小部分を加工するプラズマ処理方法であって、供給するガスおよびその噴出口は複数あり、各噴出方向が前記被処理物の表面の処理を施す点部分に向かって前記ガスが吹き出すこと
を特徴とするプラズマ処理方法。
マイクロプラズマを発生する領域でのガス噴出部の断面形状は、何れの場所も同一であることを特徴とする請求項１または２のプラズマ処理方法。
マイクロプラズマを発生する領域でのガス噴出部の断面積は、何れの場所も±３％以内であることを特徴とする請求項３のプラズマ処理方法。
マイクロプラズマを発生する領域でのガス噴出部の開口寸法は、何れの場所も±１０％以内であることを特徴とする請求項３のプラズマ処理方法。
被処理物の近傍に配置させたマイクロプラズマ源にガスを供給しつつ、前記プラズマ源に設けられた電極または被処理物に電力を供給することによりマイクロプラズマを発生させ、前記被処理物の表面の微小部分を処理するプラズマ処理装置であって、供給するガスの噴出口の表面粗さがＲａ１０μｍ以下であること
を特徴とするプラズマ処理装置。
被処理物の近傍に配置させたマイクロプラズマ源にガスを供給しつつ、前記プラズマ源に設けられた電極または被処理物に電力を供給することによりマイクロプラズマを発生させ、前記被処理物の表面の微小部分を処理するプラズマ処理装置であって、供給する複数のガス噴出口の少なくとも一つが、前記電極と近傍の絶縁体との間に設けられた狭小空間であること
を特徴するプラズマ処理装置。
電極の先端部はシャープエッジ形状で構成されていることを特徴とする請求項７のプラズマ処理装置。
電極先端部は６０度以下のシャープエッジ形状であることを特徴とする請求項８のプラズマ処理装置。
電極先端部は３０度以下の針状形状であることを特徴とする請求項８のプラズマ処理装置。
電極表面材質の少なくとも放電する領域は、Ｐｔ、Ａｕ、Ｔｉ、Ａｇ、Ｍｏ、Ｗ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ａｌ、Ｃｓ、Ｃの少なくとも１つで構成されていることを特徴とする請求項７のプラズマ処理装置。
マイクロプラズマを発生する領域でのガス噴出部の開口寸法は１００μｍ以下であることを特徴とする請求項６または７に記載のプラズマ処理装置。