JP2005310478A - プラズマ処理装置および処理方法、並びに、フラットパネルディスプレイの製造方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】対向配置された2つの導体板11A,11Bからなる平行平板導波路と、この平行平板導波路に接続された方形導波管アレー32と、この方形導波管アレー32に接続されかつ方形導波管アレー32を構成する複数の導波管32A〜32Hにマイクロ波を同位相で供給するマイクロ波分配器33とを備え、平行平板導波路を構成する導体板11Aにスロット21が複数形成されたマイクロ波供給装置を用いる。平行平板導波路内には仕切りがないので、平行平板導波路内には誘電体からなる遅波材を1個配置すればよい。
【選択図】 図3
Description
図11に示す従来のプラズマ処理装置は、平面視方形をした有底筒状の処理容器1を有している。処理容器1はAlなどの金属で形成される。処理容器1の底面中央部には載置台2が配設されている。載置台2の上面には、被処理体としてLCD基板3などが配置される。載置台2には、マッチングボックス4を介して高周波電源5が接続されている。
処理容器1の上部開口は、そこからマイクロ波を導入しつつ、処理容器1内で生成されるプラズマを外部に漏らさないように、石英ガラスなどからなる誘電体板8で閉塞されている。なお、処理容器1の側壁上面と誘電体板8との間にOリングを介在させ、処理容器1内の気密性を確保している。
誘電体板8の上方には、導波管スロットアンテナアレー970が配設されている。誘電体板8および導波管スロットアンテナアレー970の外周は、処理容器1の側壁上に環状に配設されたシールド材9によって覆われ、導波管スロットアンテナアレー970から処理容器1内に供給されるマイクロ波が外部に漏れない構造になっている。
導波管の管内波長は、管内の比誘電率の平方根に反比例する。よって、放射導波管の管内波長を短くするには、管内に比誘電率が1より大きい誘電体からなる遅波材を配置すればよい。
分波器から方形導波管を介して平行平板導波路に導入されたマイクロ波は、平行平板導波路内を方形導波管の軸線方向に伝播しながら、第1の導体板に複数形成されたスロットから徐々に処理容器内に供給される。このため、このマイクロ波供給装置を用いることにより、導波管スロットアンテナアレーを用いた場合と同様の作用効果を得られる。
それに加えて、平行平板導波路内には導波管アレーのような仕切りがないので、平行平板導波路の管内波長を短くするには、平行平板導波路内に誘電体からなる遅波材を1個配置すればよい。平行平板導波路内に遅波材を配置し、平行平板導波路の管内波長を短くすることにより、管内波長に基づくスロット間隔も短くなる。したがって、平行平板導波路内に遅波材を配置しない場合と比較して、処理容器内にマイクロ波が短い間隔で供給されるので、プラズマ密度の分布が均一化される。
また、分配器は、給電用窓に対向する給電用導波管の壁面から給電用窓に向かって突出し、給電用導波管を伝播するマイクロ波を方形導波管へ誘導する誘導壁を更に有するものであってもよい。
また、遅波材は、方形導波管の一端に対向する端部に勾配を有していてもよい。これにより、方形導波管と平行平板導波路との境界における誘電率の変化が緩やかになり、この境界でのマイクロ波の反射が低減される。
ここで、平行平板導波路が仕切り部材により分割された領域の幅は、方形導波管の幅のN倍(Nは2以上の整数)であってもよい。なお、上記領域の幅とは、方形導波管の幅方向に平行な方向の長さをいう。
例えば、第1の導体板の中央部分を除く領域のみにスロットを形成してもよい。これにより、マイクロ波供給装置の中央部分からマイクロ波が供給されないので、載置台の中央部分の上部空間でのプラズマ生成が抑制される。通常、プラズマは載置台の中央部分の上部空間で高密度になる傾向にあるので、この空間でのプラズマ生成を抑制することにより、プラズマ密度の分布が均一化される。
ここで、分配器が、平行平板導波路における仕切り部材により分割された領域のそれぞれに、その領域に形成されたスロットの数に応じた電力を供給するようにしてもよい。スロットの数が少ない領域ほど小さい電力を供給するようにすることにより、スロットの数が少ない領域において、スロットから放射されない電力の損失が低減される。
ここで、インピーダンス整合器は、分配器とマイクロ波導波管との接続部付近に設けられた、マイクロ波導波管の管路を狭めるアイリスで構成してもよい。
ここでも、すべてのマイクロ波供給装置の前記第1の導体板により形成される面の中央部分を除く領域のみにスロットを形成してもよい。また、処理容器の平行平板導波路側端部を閉塞する誘電体板と、隣り合う複数の平行平板導波路の境界に対向するように延在し誘電体板を支える補強部材とを備えるようにしてもよい。
また、本発明のフラットパネルディスプレイの製造方法は、上述したプラズマ処理方法を用いて、被処理体にエッチング、アッシングまたはCVDの処理を行う工程を備えたことを特徴とする。
また、方形導波管の幅を、給電用導波管の管内波長の略1/2とし、給電用導波管の壁面に開口する給電用窓を、給電用導波管の管内波長と略同一の間隔で配置することにより、給電用導波管から方形導波管のそれぞれを介して平行平板導波路へマイクロ波を同位相で導入することができる。
また、マイクロ波発振器から出力されるマイクロ波を分配器に導くマイクロ波導波管にインピーダンス整合器を設けることにより、マイクロ波導波管と分配器との接続部でのマイクロ波の反射が抑制され、マイクロ波を分配器へ効率よく導入することができる。
また、処理容器の平行平板導波路側端部を閉塞する誘電体板と、誘電体板を支える補強部材とを備え、この補強部材を隣り合う複数の平行平板導波路の境界に対向するように延在させることにより、平行平板導波路の境界からはマイクロ波が放射されないので、マイクロ波に対する補強部材の影響を小さくすることができる。
図1は、本発明の第1の実施の形態に係るプラズマ処理装置の全体構成を示す縦断面図である。この図では、一部の構成要素を機能ブロックで示している。
図1に示すプラズマ処理装置は、被処理体としてLCD基板3などを載置する載置台2と、載置台2を収容する平面視方形をした有底筒状の処理容器1と、処理容器1の上部開口を閉塞する誘電体板8と、誘電体板8を介して外部から処理容器1内にマイクロ波を供給するマイクロ波供給装置50とを有している。ここで、マイクロ波供給装置50は、アンテナ装置10と、マイクロ波導波管41と、マイクロ波発振器42とから構成されている。
図3に示すように、アンテナ装置10は、平行平板導波路スロットアンテナ(以下、平行平板アンテナと略記する)31と、方形導波管アレー32と、マイクロ波分配器33とから構成されている。
λg=λg0/(εr)1/2 ・・・(1)
となる。なお、開口部側の遅波材22の端部は、厚みが徐々に変化してゆくように勾配22Aが形成されている。
平行平板導波路の内部にはまた、開口部に対向する終端部にマイクロ波吸収材23が配置されている。なお、終端部は側壁14によりショートされているので、マイクロ波吸収材23は必ずしも必要ではない。
なお、以上の構成例の説明では、方形導波管のE面18と仕切り部材18のように、対応する部材には同一符号を付している。
マイクロ波発振器42を駆動すると、マイクロ波MWがマイクロ波導波管41を介してマイクロ波分配器33の開口13Aからマイクロ波分配器33の給電用導波管の管内に導入される。マイクロ波導波管41の管内にはアイリス43が設けられ、インピーダンス整合がとれているので、マイクロ波導波管41と給電用導波管との接続部でのマイクロ波の反射が抑制される。
処理容器1内に供給されたマイクロ波MWの電界により電子が加速され、処理容器1内のガスが電離、励起、解離され、反応活性種が生成される。この反応活性種により、載置台2上のLCD基板3の表面にエッチング、アッシングまたはCVDなどの処理が施される。
ここで、平行平板導波路内には従来用いられていた導波管スロットアンテナアレー970にあるような仕切りがないので、平行平板導波路内には遅波材22を1個配置すればよい。したがって、使用する遅波材22の個数が従来より少なくなるので、プラズマ密度分布の均一化に伴うプラズマ処理装置の製造コスト上昇を抑制することができる。
また、マイクロ波分配器33の給電用導波管の管内に誘導壁20を配設し、給電用導波管を伝播するマイクロ波を給電用窓17Aを介して方形導波管32A〜32Hへ誘導することにより、給電用導波管から軸線方向が直交する方形導波管32A〜32Hへマイクロ波を効率よく供給することができる。
なお、マイクロ波分配器33の給電用導波管の管内には遅波材を配置せず、中空のままにしておくことにより、給電用導波管の口径を小さくし、供給電力を小さくする必要がない。したがって、マイクロ波分配器30がマイクロ波を分配可能な方形導波管の数は変わらず、装置構成の設計自由度を制約することはない。
また、放射用スロット21としてハの字型スロットを形成し、処理容器1内に円偏波を放射することにより、放射用スロット21が形成された導体板11Aに平行な面内で電界が回転するので、この面内では時間平均で均一なプラズマが生成される。したがって、放射用スロット21が形成された導体板11Aと平行にLCD基板3を配置することにより、LCD基板3の表面に均一な処理を施すことができる。
また、本実施の形態では、方形導波管アレー32が8個の方形導波管32A〜32Hからなる例を示したが、方形導波管アレーは2個以上の方形導波管からなるものであればよい。
これらの変形例は、以下の実施の形態でも適用可能なことは言うまでもない。
本発明の第2の実施の形態に係るプラズマ処理装置は、平行平板アンテナのスロットが形成された面内でマイクロ波の供給電力に分布をもたせたマイクロ波供給装置を用いたものである。
図6は、このマイクロ波供給装置の構成を示す横断面図である。この図では、図2に示した構成要素に相当する構成要素を図2と同一符号で示し、また一部の構成要素を機能ブロックで示している。
仕切り部材218は、平行平板導波路を形成する第1,第2の導体板11A,11Bに垂直な方形導波管のE面18に接続され、平行平板導波路の開口部からこの開口部に対向する側壁14にまで側壁15,16と平行に延在するとともに、第1の導体板11Aと第2の導体板11Bとの間に延在している。仕切り部材218には、平板11と12との間に延在する導体板を使用するが、マイクロ波が通過できない程度の短い間隔で導体ピンを配置したものを使用してもよい。
なお、上記構成は、方形導波管のE面18が平行平板導波路の側壁14にまで側壁15,16と平行に延在していると言い換えることもできる。
処理容器1内におけるプラズマ密度の分布は、プラズマが定常状態になると、載置台2の中央部分の上部空間で高くなる傾向にある。載置台2の中央部分に対向する部分260に放射用スロット21を配置しなければ、プラズマ密度が高い載置台2の中央部分の上部空間にマイクロ波が放射されないので、この空間でのプラズマ生成が抑制される。したがって、プラズマ密度の分布を均一化することができる。
また、マイクロ波分配器233は、平行平板導波路の各領域A〜Cに連通する方形導波管の組毎にマイクロ波の供給電力を調整する。具体的には、中央部分260に放射用スロット21が配置されていない領域Bに連通する方形導波管には、領域A,Cに連通する方形導波管よりもマイクロ波の供給電力を小さくする。なお、マイクロ波の供給電力は、給電用窓17Aの幅や誘導壁20の位置により調整することができる。
また、平行平板導波路の領域A〜Cの間でマイクロ波の供給電力が異なっていても、領域A〜Cが仕切り部材218により完全に分割されているので、各領域を伝播するマイクロ波がその隣の領域に影響を及ぼすことはない。
本発明の第3の実施の形態に係るプラズマ処理装置は、複数のマイクロ波供給装置を組み合わせて用いるものである。
図8は、複数のマイクロ波供給装置を組み合わせて用いる場合の一構成例を示す図である。この図では、図2または図6に示した構成要素に相当する構成要素を図2または図6と同一符号で示している。
より具体的には、平行平板アンテナ310A,310Bのそれぞれの平行平板導波路の領域A,Cには全域に放射用スロット21が配置されているのに対し、領域Bには終端部である側壁14に近い部分を除く部分のみに放射用スロット21が配置される。
このように放射用スロット21を配置することにより、第2の実施の形態と同様に、プラズマ密度が高い載置台2の中央部分の上部空間でのプラズマ生成を抑制し、プラズマ密度の分布を均一化することができる。
図9に示す構成例では、図1〜3に示したマイクロ波供給装置50と同様に、平行平板導波路の内部が分割されていない平行平板アンテナを有する6つのマイクロ波供給装置450A,450B,450C,450D,450E,450Fが用いられている。
このように図8に示した構成例よりも更に多くのマイクロ波供給装置450A〜450Fを組み合わせて用いることにより、更に低出力で価格が安いマイクロ波発振器を用い、プラズマ処理装置全体の製造コストを低減することができる。
より具体的には、マイクロ波供給装置450A,450C,450D,450Fのそれぞれの第1の導体板11Aには全域に放射用スロット21が配置されているのに対し、マイクロ波供給装置450B,450Eの第1の導体板11Aには側壁14に近い部分を除く部分のみに放射用スロット21が配置される。
このように放射用スロット21を配置することにより、第2の実施の形態と同様に、プラズマ密度が高い載置台2の中央部分の上部空間でのプラズマ生成を抑制し、プラズマ密度の分布を均一化することができる。
Claims (21)
- 被処理体を載置する載置台と、この載置台を収容する処理容器と、前記処理容器内にマイクロ波を供給するマイクロ波供給装置とを備えたプラズマ処理装置において、
前記マイクロ波供給装置は、
前記載置台に対向配置された平面視方形の第1の導体板と、この第1の導体板と略平行に配置された、前記第1の導体板と平面視同形の第2の導体板とを有する平行平板導波路と、
前記第1の導体板に複数形成されたスロットと、
複数の方形導波管が軸線方向に直交する幅方向に整列配置され、前記方形導波管の一端が前記平行平板導波路に接続された方形導波管アレーと、
前記方形導波管の他端に接続され、それぞれにマイクロ波を同位相で分配供給する分配器と
を備えたことを特徴とするプラズマ処理装置。 - 請求項1に記載されたプラズマ処理装置において、
前記分配器は、
前記方形導波管の前記幅方向に延びる給電用導波管と、
この給電用導波管の壁面に開口し、前記給電用導波管と前記方形導波管とを連通する給電用窓と
を有することを特徴とするプラズマ処理装置。 - 請求項2に記載されたプラズマ処理装置において、
前記方形導波管の幅は、前記給電用導波管の管内波長の略1/2であり、
前記給電用窓は、前記給電用導波管の管内波長と略同一の間隔で配設され、それぞれ隣り合う2つの方形導波管を前記給電用導波管に連通させることを特徴とするプラズマ処理装置。 - 請求項2または3に記載されたプラズマ処理装置において、
前記分配器は、前記給電用窓に対向する前記給電用導波管の壁面から前記給電用窓に向かって突出し、前記給電用導波管を伝播するマイクロ波を前記方形導波管へ誘導する誘導壁を更に有することを特徴とするプラズマ処理装置。 - 請求項1〜4のいずれか1項に記載されたプラズマ処理装置において、
前記マイクロ波供給装置は、前記平行平板導波路の内部のみに配置された誘電体からなる遅波材を備えたことを特徴とするプラズマ処理装置。 - 請求項5に記載されたプラズマ処理装置において、
前記遅波材は、前記方形導波管の前記一端に対向する端部に勾配を有することを特徴とするプラズマ処理装置。 - 請求項1〜6のいずれか1項に記載されたプラズマ処理装置において、
前記平行平板導波路は、前記第1の導体板と前記第2の導体板との間に延在するとともに前記方形導波管の側からこれに対向する側まで延在する仕切り部材を有し、
この仕切り部材は、前記方形導波管の壁面のうち前記第1または第2の導体板に垂直な壁面に接続されかつ導体からなることを特徴とするプラズマ処理装置。 - 請求項7に記載されたプラズマ処理装置において、
前記平行平板導波路が前記仕切り部材により分割された領域の幅は、前記方形導波管の幅のN倍(Nは2以上の整数)であることを特徴とするプラズマ処理装置。 - 請求項7または8に記載されたプラズマ処理装置において、
前記スロットの配置および数は、前記平行平板導波路が前記仕切り部材により分割された領域の位置により異なることを特徴とするプラズマ処理装置。 - 請求項9に記載されたプラズマ処理装置において、
前記スロットは、前記第1の導体板の中央部分を除く領域のみに形成されることを特徴とするプラズマ処理装置。 - 請求項9または10に記載されたプラズマ処理装置において、
前記分配器は、前記平行平板導波路が前記仕切り部材により分割された前記領域のそれぞれに、その領域に形成されたスロットの数に応じた電力を供給することを特徴とするプラズマ処理装置。 - 請求項7〜11のいずれか1項に記載されたプラズマ処理装置において、
前記平行平板導波路は、前記処理容器の外部に配置され、
前記処理容器の前記平行平板導波路側端部を閉塞する誘電体板と、
前記仕切り部材に対向するように延在し前記誘電体板を支える補強部材と
を備えたことを特徴とするプラズマ処理装置。 - 請求項1〜12のいずれか1項に記載されたプラズマ処理装置において、
前記マイクロ波供給装置は、
マイクロ波を発生するマイクロ波発振器と、
このマイクロ波発振器から出力される前記マイクロ波を前記分配器に導くマイクロ波導波管と、
このマイクロ波導波管に設けられ、電源側と負荷側とのインピーダンスを整合させるインピーダンス整合器と
を備えたことを特徴とするプラズマ処理装置。 - 請求項13に記載されたプラズマ処理装置において、
前記インピーダンス整合器は、前記分配器と前記マイクロ波導波管との接続部付近に設けられ、前記マイクロ波導波管の管路を狭めるアイリスからなることを特徴とするプラズマ処理装置。 - 請求項1〜9のいずれか1項に記載されたプラズマ処理装置において、
前記マイクロ波供給装置は、前記分配器にマイクロ波を供給するマイクロ波発振器を備え、
このマイクロ波供給装置を複数備え、
これらのマイクロ波供給装置のそれぞれの第1の導体板は、同一平面上に配置されていることを特徴とするプラズマ処理装置。 - 請求項15に記載されたプラズマ処理装置において、
前記スロットは、すべてのマイクロ波供給装置の前記第1の導体板により形成される面の中央部分を除く領域のみに形成されることを特徴とするプラズマ処理装置。 - 請求項15または16に記載されたプラズマ処理装置において、
複数の平行平板導波路は、前記処理容器の外部に配置され、
前記処理容器の前記平行平板導波路側端部を閉塞する誘電体板と、
隣り合う複数の平行平板導波路の境界に対向するように延在し前記誘電体板を支える補強部材と
を備えたことを特徴とするプラズマ処理装置。 - 請求項1〜17のいずれか1項に記載されたプラズマ処理装置において、
前記マイクロ波供給装置は、前記スロットより前記処理容器内に円偏波を供給することを特徴とするプラズマ処理装置。 - 処理容器内にマイクロ波を供給し、前記処理容器内に供給された前記マイクロ波によって生成されたプラズマを利用して前記処理容器内に収容された載置台上の被処理体を処理するプラズマ処理方法において、
方形導波管アレーを構成する複数の方形導波管のそれぞれにマイクロ波を同位相で供給し、
前記方形導波管を通過した前記マイクロ波を平行平板導波路へ導入し、
前記平行平板導波路を伝播する前記マイクロ波を、前記平行平板導波路を形成する互いに対向して配置された2つの導体板の一方に複数形成されたスロットを介して前記処理容器内に供給する
ことを特徴とするプラズマ処理方法。 - 請求項1〜18のいずれか1項に記載されたプラズマ処理装置を用いて、前記被処理体にエッチング、アッシングまたはCVDの処理を行う工程を備えたことを特徴とするフラットパネルディスプレイの製造方法。
- 請求項19に記載されたプラズマ処理方法を用いて、前記被処理体にエッチング、アッシングまたはCVDの処理を行う工程を備えたことを特徴とするフラットパネルディスプレイの製造方法。
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