JP2006278719A - Plasma processing apparatus and plasma processing method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、プラズマ処理装置と、プラズマ処理の終点を検出して処理を終了するプラズマ処理方法に係り、特に、大気圧近傍のプラズマを用いてエッチング処理を行なうプラズマ処理装置と、プラズマ処理方法に関する。 The present invention relates to a plasma processing apparatus, a plasma processing method for detecting an end point of plasma processing, and ending the processing, and more particularly to a plasma processing apparatus for performing etching processing using plasma near atmospheric pressure, and a plasma processing method. .
近年、液晶表示装置等のフラットパネルディスプレイの発展に伴って、ディスプレイの製造段階でプラズマ処理装置等が使用されている。例えば、ガラス基板等の透明基板にITO等の電極パターンを形成し、その後に、駆動回路を内蔵したポリシリコン薄膜トランジスタ(poly silicon thin film transistor、「TFT」)を形成する等の製造過程が行なわれているが、電極パターンの上に各種の薄膜が形成されるため、最終的に薄膜を除去して電極パターンの一部をリード電極としている。そのため、従来のウェットエッチング法や、ドライエッチング法等の製造技術が利用されている。この種のエッチング法では、電極パターン上の薄膜を完全に除去し、電極パターンを傷つけないことが要求され、終点検出が重要となる。 In recent years, with the development of flat panel displays such as liquid crystal display devices, plasma processing devices and the like are used in the display manufacturing stage. For example, an electrode pattern such as ITO is formed on a transparent substrate such as a glass substrate, and then a manufacturing process such as forming a polysilicon thin film transistor (“TFT”) with a built-in drive circuit is performed. However, since various thin films are formed on the electrode pattern, the thin film is finally removed and a part of the electrode pattern is used as a lead electrode. Therefore, manufacturing techniques such as a conventional wet etching method and a dry etching method are used. In this type of etching method, it is required that the thin film on the electrode pattern is completely removed and the electrode pattern is not damaged, and end point detection is important.
従来、この種のプラズマ処理装置として、特許文献1に記載のプラズマエッチング装置は、プラズマエッチング終点検出機構を有しており、プラズマ発光強度のモニタによってプラズマエッチングのエッチング終点を検出する検出手段と、プラズマインピーダンスをモニタしてプラズマインピーダンスの変化時点をエッチング終点と判定する手段と、高周波電源の整合を行なう整合器の整合調整時点をエッチング終点と判定する手段とを有し、これら三手段の比較判定によってプラズマエッチングにおけるエッチング終点や異常を検出するものである。
Conventionally, as this type of plasma processing apparatus, the plasma etching apparatus described in
また、特許文献2に記載のドライエッチング装置は、第1の電極と第2の電極間に高周波電力によりプラズマを発生させ、プラズマ光を反応室外に導き、プラズマ光の光変化を検出し、この検出結果によりドライエッチングの終点を判定し、高周波電力を停止している。
Further, the dry etching apparatus described in
ところで、前記構造の終点検出機構は、真空チャンバーや反応室内での終点検出には適用できたが、大気圧近傍の圧力下でのエッチング終点処理では、プラズマの発光変化による終点の検出が行なえないという問題点があった。これらの終点検出方法を用いて、過度に処理を行なうと、ガラス等の下地材が溶解し、処理部に残渣を発生させると共に、露出したい処理面の表面を侵食するおそれがある。 By the way, the end point detection mechanism of the above structure can be applied to the end point detection in the vacuum chamber or the reaction chamber, but in the etching end point processing under the pressure near the atmospheric pressure, the end point cannot be detected due to the change in plasma emission. There was a problem. If the processing is performed excessively using these end point detection methods, the base material such as glass is dissolved, and a residue is generated in the processing portion, and the surface of the processing surface to be exposed may be eroded.
本発明は、このような問題に鑑みてなされたものであって、その目的とするところは、被処理材の位置や変位を精度良く検出し、プラズマ処理の終点を精度良く検出して処理を終了できるプラズマ処理装置を提供することにある。また、真空チャンバーや反応室を使用しないで、大気圧近傍下でのプラズマ処理の終点を検出して処理を終了するプラズマ処理方法を提供することにある。さらに、エッチング処理の終点を検出し、検出された終点よりさらに所定時間処理を行なうことで、エッチング処理の品質を高めることができるプラズマ処理方法を提供することにある。 The present invention has been made in view of such problems, and the object of the present invention is to accurately detect the position and displacement of the material to be processed and accurately detect the end point of the plasma processing. The object is to provide a plasma processing apparatus which can be terminated. Another object of the present invention is to provide a plasma processing method for detecting the end point of plasma processing near atmospheric pressure and terminating the processing without using a vacuum chamber or reaction chamber. It is another object of the present invention to provide a plasma processing method capable of improving the quality of the etching process by detecting the end point of the etching process and performing the process for a predetermined time from the detected end point.
本発明者らは、前記目的を達成すべく、エッチング処理等のプラズマ処理の終点検出につき鋭意研究を重ねた結果、除去すべき薄膜等を形成した基板の基準面を正確に検出することで精度良く処理終点を検出できることを見出し、以下の特徴を有する本発明を完成させるに至った。すなわち、本発明に係るプラズマ処理装置は、対向する電極に電圧を印加するとともに該電極間に処理ガスを流してプラズマガスを発生させ、該プラズマガスを被処理材の表面に接触させてエッチング処理を行なう装置であって、この装置は被処理材の基準面を検出するレーザー変位計を備えており、エッチング処理中に、このレーザー変位計を用いて基準面を検出し、この検出値の変動に基づいてエッチング処理の終点を検出することを特徴としている。エッチング処理はドライエッチングが適用され、電圧は高周波電圧が好ましい。 In order to achieve the above object, the present inventors have conducted extensive research on detecting the end point of plasma processing such as etching processing, and as a result, accurately detected the reference surface of the substrate on which the thin film to be removed has been accurately detected. The inventors have found that the processing end point can be detected well, and have completed the present invention having the following characteristics. That is, the plasma processing apparatus according to the present invention applies a voltage to opposing electrodes, causes a processing gas to flow between the electrodes, generates a plasma gas, and makes the plasma gas contact the surface of the material to be processed. This apparatus is equipped with a laser displacement meter that detects the reference surface of the material to be processed. During the etching process, the laser displacement meter is used to detect the reference surface, and fluctuations in the detected value are detected. The end point of the etching process is detected based on the above. The etching process is dry etching, and the voltage is preferably a high frequency voltage.
前記のごとく構成された本発明のプラズマ処理装置は、レーザー変位計を用いてエッチング処理を行なう被処理材の基準面を検出して、例えば除去するべき薄膜が確実に除去されたことをレーザー変位計から出力された基準面の変位量により検出するため、高精度にエッチング終了時点を検出することができる。このように、エッチング処理の終点を無接触で精度良く検出してプラズマ処理の品質を高めることができる。また、エッチング処理の終点検出は、大気圧近傍下で行なうこともできる。基準面としては、基板と薄膜との境界面や、薄膜の表面等が好ましい。 The plasma processing apparatus of the present invention configured as described above uses a laser displacement meter to detect the reference surface of the material to be etched and to detect that the thin film to be removed has been removed reliably, for example. Since the detection is performed based on the displacement amount of the reference surface output from the meter, the etching end point can be detected with high accuracy. In this way, the end point of the etching process can be accurately detected without contact, and the quality of the plasma process can be improved. The end point of the etching process can be detected near atmospheric pressure. As the reference surface, a boundary surface between the substrate and the thin film, the surface of the thin film, and the like are preferable.
また、本発明に係るプラズマ処理装置の好ましい具体的な態様としては、前記レーザー変位計は、前記プラズマガスと接触しない位置に配置されることを特徴としている。この構成によれば、処理の終点を検出するレーザー変位計が、活性化された処理ガス(プラズマガス)に触れることを防止できるため、レーザー変位計の機能を安定させることができると共に、レーザー変位計の耐久性を向上させることができる。 As a preferred specific aspect of the plasma processing apparatus according to the present invention, the laser displacement meter is arranged at a position not in contact with the plasma gas. According to this configuration, since the laser displacement meter that detects the end point of the treatment can be prevented from touching the activated processing gas (plasma gas), the function of the laser displacement meter can be stabilized and the laser displacement can be prevented. The durability of the meter can be improved.
さらに、本発明に係るプラズマ処理装置の好ましい具体的な他の態様としては、前記被処理材は透明基板であり、この透明基板を載置固定する架台内部にレーザー変位計が設置され、レーザー変位計のレーザー光が透過できる透明窓が架台の載置面に開設されていることを特徴としている。この構成によれば、ガラス等の透明基板を架台の載置面に固定し、レーザー変位計の測定用のレーザー光を架台の内部から、架台の載置面に開設された透明窓を通して被処理材に照射するため、レーザー変位計にプラズマガスが当たることがなく、透明基板の上面のエッチング処理部分を、透明窓と透明基板を通して無接触で精度良く検出することができる。 Furthermore, as another preferable specific embodiment of the plasma processing apparatus according to the present invention, the material to be processed is a transparent substrate, and a laser displacement meter is installed inside a gantry on which the transparent substrate is placed and fixed. A transparent window through which the total laser beam can pass is opened on the mounting surface of the gantry. According to this configuration, a transparent substrate such as glass is fixed to the mounting surface of the gantry, and the laser beam for measurement of the laser displacement meter is processed from the inside of the gantry through the transparent window opened on the mounting surface of the gantry. Since the material is irradiated, the plasma displacement does not hit the laser displacement meter, and the etching processing portion on the upper surface of the transparent substrate can be detected accurately without contact through the transparent window and the transparent substrate.
本発明に係るプラズマ処理方法は、対向する電極に電界を印加するとともに該電極間に処理ガスを流してプラズマガスを発生させ、該プラズマガスを被処理材の表面に接触させて被処理材の表面に形成された薄膜をエッチング処理で除去するプラズマ処理方法であって、被処理材の表面と薄膜との境界面にレーザー変位計の焦点を合わせ、エッチング処理の進行に伴う境界面の変位量を検出し、前記レーザー変位計の変位量が、前記薄膜の除去時に変動することを用いてプラズマ処理の終点を検出することを特徴としている。 In the plasma processing method according to the present invention, an electric field is applied to opposing electrodes, a processing gas is caused to flow between the electrodes to generate a plasma gas, and the plasma gas is brought into contact with the surface of the processing material to be processed. A plasma processing method that removes a thin film formed on the surface by etching, and a laser displacement meter is focused on the interface between the surface of the material to be processed and the thin film, and the amount of displacement of the interface as the etching process proceeds , And the end point of the plasma processing is detected using the fact that the amount of displacement of the laser displacement meter varies when the thin film is removed.
このように構成されたプラズマ処理の終点検出方法は、大気圧近傍の圧力下でエッチング処理の終点を精度良く検出でき、プラズマ処理の品質を高めることができる。また、水蒸気プラズマを用いて処理を行なう場合や、処理時に処理部分に大気中の水分が付着した場合でも、処理表面に形成される液相の影響を受けないで境界面における変位変動を検出できるため、エッチング処理の終点の検出精度を高めることができる。例えば、作業者は、レーザー変位計の変位変動をモニタで確認し、その時点で作業を終了することができる。また、変位変動のピークを検出して、コントローラによりエッチング作業を終了させるようにしてもよい。 The plasma processing end point detection method configured as described above can accurately detect the end point of the etching process under a pressure in the vicinity of the atmospheric pressure, and can improve the quality of the plasma processing. In addition, even when processing is performed using water vapor plasma or when moisture in the atmosphere adheres to the processing portion during processing, it is possible to detect displacement fluctuations at the boundary surface without being affected by the liquid phase formed on the processing surface. Therefore, the detection accuracy of the end point of the etching process can be increased. For example, the operator can confirm the displacement variation of the laser displacement meter on the monitor, and can finish the work at that time. Alternatively, the peak of displacement fluctuation may be detected and the etching operation may be terminated by the controller.
本発明に係るプラズマ処理方法は、対向する電極に電界を印加するとともに該電極間に処理ガスを流してプラズマガスを発生させ、該プラズマガスを被処理材の表面に接触させて被処理材の表面に形成された薄膜をエッチング処理で除去するプラズマ処理方法で、被処理材の表面と薄膜との境界面にレーザー変位計の焦点を合わせ、エッチング処理の進行に伴う境界面の変位量を検出し、前記レーザー変位計の変位量が、変動することを用いて前記薄膜の除去を確認した後、さらに所定時間エッチング処理を行ない、処理を終了することを特徴としている。前記のプラズマガスを用いたエッチング処理は、大気圧近傍下で処理されることが好ましい。 In the plasma processing method according to the present invention, an electric field is applied to opposing electrodes, a processing gas is caused to flow between the electrodes to generate a plasma gas, and the plasma gas is brought into contact with the surface of the processing material to be processed. A plasma processing method that removes the thin film formed on the surface by etching. The laser displacement meter is focused on the interface between the surface of the workpiece and the thin film, and the displacement of the interface as the etching process progresses is detected. Then, after confirming the removal of the thin film using the fact that the displacement amount of the laser displacement meter fluctuates, an etching process is further performed for a predetermined time, and the process is terminated. The etching process using the plasma gas is preferably performed under atmospheric pressure.
このように構成されたプラズマ処理方法では、エッチング処理の終点が精度良く検出された後に、さらに所定時間エッチング処理を継続してから処理を終了するため、エッチング処理された処理表面には、除去すべき部分が残る確立が極めて少なくなり、処理品質を高めることができる。特に、大気圧近傍下での処理で、電極等のパターン上に形成された薄膜をエッチング処理で除去する場合に、電極上の薄膜を確実に除去できて好適である。 In the plasma processing method configured in this way, after the end point of the etching process is accurately detected, the etching process is continued for a predetermined time and then the process is terminated. The probability that the power part remains is extremely reduced, and the processing quality can be improved. In particular, when a thin film formed on a pattern such as an electrode is removed by an etching process in a process near atmospheric pressure, the thin film on the electrode can be reliably removed.
本発明のプラズマ処理装置およびプラズマ処理方法は、エッチング処理の終点を精度良く検出できるため、真空チャンバー等を使用せずに大気圧近傍の圧力下でエッチング処理の品質を高めることができる。また、本発明のプラズマ処理方法の他の態様では、エッチング処理の終点を精度良く検出して、さらに所定時間処理を継続することで、プラズマ処理の品質を高めることができる。 Since the plasma processing apparatus and the plasma processing method of the present invention can accurately detect the end point of the etching process, the quality of the etching process can be improved under a pressure near atmospheric pressure without using a vacuum chamber or the like. In another aspect of the plasma processing method of the present invention, the quality of plasma processing can be improved by accurately detecting the end point of the etching processing and continuing the processing for a predetermined time.
以下、本発明に係るプラズマ処理装置の一実施形態を図面に基づき詳細に説明する。図1は、本実施形態に係るプラズマ処理装置を模式的に示す要部構成図、図2は、図1のプラズマ処理の終点を検出する要部構成の斜視図である。 Hereinafter, an embodiment of a plasma processing apparatus according to the present invention will be described in detail with reference to the drawings. FIG. 1 is a main part configuration diagram schematically showing the plasma processing apparatus according to the present embodiment, and FIG. 2 is a perspective view of the main part configuration for detecting the end point of the plasma processing of FIG.
図1,2において、プラズマ処理装置1は、エッチング処理を行う透明基板であるガラス基板2(被処理材)に、プラズマ化した処理ガスを吹付ける処理ヘッドとしてプラズマソース10を備えているリモート型(ダウンフロー型)の処理装置である。このプラズマソース10は処理ガス供給源3から処理ガス4が導入される放電処理部11を備えている。本実施形態のプラズマ処理装置1は、ガラス基板2の表面上にSiO2薄膜2aが形成された被処理材のSiO2薄膜に、吹付けられた処理ガスを接触させてドライエッチングにより除去する装置である。
1 and 2, a
また、プラズマ処理装置1はガラス基板2を載置固定する架台5を備えており、プラズマソース10の下方に位置する架台5に固定されたガラス基板2が、放電処理部11の下方でエッチング処理される構成となっている。プラズマ処理装置1は、放電処理部11内に2つの対向する電極部材12,13を備え、その一方に例えばパルス状の高周波電圧等を電源7より供給し、その他方はGND8に接地される。この構成により、架台5に固定されたガラス基板2にプラズマ化した処理ガス(プラズマガス)4aを吹付けて、ガラス基板2上に形成された薄膜のドライエッチング処理を行う構成となっている。ガラス基板2は、例えば図示していない減圧手段により吸着される構成が好ましい。
The
放電処理部11の対向する2つの電極部材12,13は長尺状あるいは長棒状をしており、ガラス基板2のエッチング処理の幅方向に沿って平行に配列されている。2つの電極部材は所定の幅を有する中心間隙14を介して対向している。中心間隙14は、各電極部材に電源7から電圧が印加されているとき、グロー放電が発生して放電空間となる。この放電空間にエッチング用の処理ガス4を供給して活性化させ、プラズマガス4aを発生させる。各電極部材12,13は銅、アルミニウム等の金属単体、ステンレス、黄銅等の合金、金属間化合物等から構成される。
The two opposing
電極部材12,13は少なくとも電極対向面が固体誘電体のコーティング層(図示せず)で被覆されており、コーティング層の厚さは0.01〜4mm程度が好ましい。固体誘電体として、アルミナの他に、例えばポリテトラフルオロエチレン、ポリエチレンテレフタレート等のプラスチックや、ガラス、二酸化珪素、二酸化ジルコニウム、二酸化チタン等の金属酸化物、チタン酸バリウム等の複酸化物や、これらを複層化したもの等、種々のものを用いることができる。中心間隙14で安定したグロー放電をさせるために、セラミックスや樹脂等の板状物、シート状物、フィルム状のものを用いて電極部材の外周面を被覆してもよい。また、少なくとも電極部材の中心間隙側の角部はアール加工することが好ましく、図示のように4つのコーナーにアール加工をすると好ましい。
The
中心間隙14の幅は、電極部材12,13を被覆する固体誘電体の厚さ、印加電圧の大きさ、プラズマを利用する目的等を考慮して適宜決定されるが、1〜3mmであることが好ましい。1mm未満では、電極間に間隔を置いて設置するのに充分でないことがある。3mmを超えると、均一な放電プラズマを発生させにくい。架台5は搬送手段6により電極部材12,13の長手方向と直交する方向に移動できる構成とし、エッチング処理幅を広げるように構成してもよい。
The width of the
電源7は放電処理部11内の2つの電極部材12,13にパルス状の高周波電圧を印加するものであり、一方の電極部材にパルス状電圧を印加し、対向する他方の電極部材を接地して電極間の中心間隙14に放電を立たせるものである。パルス状の電圧は、例えば立上り時間及び立下り時間が10μs以下、パルス継続時間は200μs以下で、電界強度が1〜1000kV/cm、周波数は0.5kHz以上であることが好ましい。
The
電界強度が1kV/cm未満であると処理に時間がかかりすぎ、1000kV/cmを超えるとアーク放電が発生しやすくなる。0.5kHz未満であるとプラズマ密度が低いため処理に時間がかかりすぎる。上限は特に限定されないが、常用されている13.56MHz、試験的に使用されている500MHzといった高周波帯でも構わない。負荷との整合のとり易さや取り扱い性を考慮すると、500kHz以下が好ましい。このような高周波パルス電圧を印加することにより、処理速度を大きく向上させることができる。 If the electric field strength is less than 1 kV / cm, the process takes too much time, and if it exceeds 1000 kV / cm, arc discharge tends to occur. If it is less than 0.5 kHz, the plasma density is low, and the process takes too much time. The upper limit is not particularly limited, but it may be a high frequency band such as 13.56 MHz that is commonly used and 500 MHz that is used experimentally. In consideration of ease of matching with the load and handleability, 500 kHz or less is preferable. By applying such a high-frequency pulse voltage, the processing speed can be greatly improved.
なお、電極部材12,13に印加される電圧はパルス状電圧に限らず、連続波の電圧でもよい。パルス状の電圧波形は、インパルス型の他に、方形波型、変調型、あるいは前記の波形を組み合わせた波形等の適宜の波形を用いることができる。また、電圧波形は、電圧印加が正負の繰り返しであるものの他に、正又は負のいずれかの極性側に電圧を印加する、いわゆる片波状の波形を用いてもよい。また、バイポーラ型の波形を用いてもよい。もちろん、一般的なサイン波である交流波形を用いてもよい。
The voltage applied to the
本実施形態のプラズマ処理装置1は、大気圧近傍の圧力下でエッチング処理が行われる。大気圧近傍の圧力とは、100〜800Torr(約1.333×104〜10.664×104Pa)の圧力であり、実際には圧力調整が容易で、かつ放電プラズマ処理に使用される装置が簡便となる、700〜780Torr(約9.331×104〜10.397×104Pa)の圧力が好ましい。処理ガス4はグロー放電により活性化され、ガラス基板2表面の薄膜2a等をエッチング処理で除去する。
In the
プラズマエッチングは、ウェーハ等をドライエッチングできる処理ガス、例えば、主としてハロゲン系ガスを用いて行うが、プラズマ中でハロゲンを分離することのできるものであれば、基本的にはどのような処理ガスであってもよい。エッチングに用いる処理ガスとしてのハロゲン系ガスは、具体的には、塩素ガス、臭素ガス、フッ素ガス等があり、ハロゲンと炭素あるいはハロゲンと水素とを含有するハロゲン化合物ガスも含まれる。 Plasma etching is performed using a processing gas that can dry-etch a wafer or the like, for example, mainly a halogen-based gas, but basically any processing gas can be used as long as it can separate halogen in plasma. There may be. Specific examples of the halogen-based gas as a processing gas used for etching include chlorine gas, bromine gas, fluorine gas, and the like, and halogen compound gas containing halogen and carbon or halogen and hydrogen is also included.
ハロゲン化合物ガスとしては、例えば、CF4、CHF3等が挙げられる。また、酸素などの反応性のガスは、ハロゲン系ガスに由来して起こるエッチングに対して直接的あるいは触媒的に働いて効果を高める場合があるので、酸素あるいは空気等の汎用のガスで希釈してもよい。エッチング処理においては、前記のハロゲン系ガスをそのまま使用してもよいが、ネオン、アルゴン、キセノン等の希ガス、窒素ガス等を混合してもよい。これらは単独でも2種以上を混合して用いてもよい。 Examples of the halogen compound gas include CF 4 and CHF 3 . In addition, reactive gases such as oxygen may act directly or catalytically on the etching that occurs from halogen-based gases to enhance the effect, so they are diluted with a general-purpose gas such as oxygen or air. May be. In the etching process, the halogen-based gas may be used as it is, or a rare gas such as neon, argon, or xenon, nitrogen gas, or the like may be mixed. These may be used alone or in admixture of two or more.
本実施形態のプラズマ処理装置1は、その特徴構成として、エッチング処理の終点を検出する手段としてレーザー変位計20を備えている。このレーザー変位計は本体部に内蔵したレーザー光発生手段(図示せず)を備え、入射光21を被測定物(ガラス基板2)に照射してその反射光22を内部のCCDセンサ(図示せず)で検出し、三角測量を応用した測定原理で変位等を測定するものであり、ガラス基板2の位置や基準面等の変位を検出するものである。そして、50Hz程度の高速サンプリングタイムで測定できると共に、0.05μm程度の高分解能を備えている。
The
前記のレーザー変位計20は、ガラス基板2を載置固定するプラズマ処理装置1の架台5の内部に設置され、架台の上面には入射光21および反射光22が透過できるガラス板等の透明窓5aが嵌め込まれている。測定用の入射光21は上方に向けて照射され、透明窓5aを通してガラス基板2の基準面を測定できるように設置されている。このように、レーザー変位計20は架台5の内部に設置されているため、プラズマエッチング処理中に処理ガスに被爆することがない構成となっている。
The
前記の如く構成された本実施形態のプラズマ処理装置1の動作について、図3,4を参照して以下に説明する。放電処理部11の電極部材12,13にパルス状の高周波電圧を電源7から印加し、対向する中心間隙14でグロー放電させて放電空間を形成する。この放電空間に処理ガス供給源3からエッチング用の処理ガス4を供給し、活性化してプラズマ化エッチングガス4aとし、ガラス基板2の表面に吹付ける。エッチング処理は通常、常温、常圧で行われるが、例えば高温環境で行うようにしてもよい。また、エッチングしようとする薄膜の除去範囲以外の部分にはレジスト膜を形成してもよい。
The operation of the
レーザー変位計20の入射光21は、図3aに示されるように、焦点位置が透明なガラス基板2と薄膜2aとの境界面に合わされており、この境界面からの反射光22が本体部内のCCDで検出される。本実施形態では、ガラス基板と薄膜との境界面を基準面としている。すなわち、所定のサンプリング時間で0.05μmの分解能で焦点位置が検出され、ガラス基板2の基準面として境界面の位置を検出している。なお、図示していないが、エッチング処理後の排ガスは吸気装置等で吸い込んでから、処理装置で無害な状態の処理し廃棄する。
As shown in FIG. 3a, the
図3aの状態から、大気圧下でプラズマ化エッチングガス4aを吹付けて、SiO2薄膜2aの表面に接触させエッチング処理すると、ガラス基板2上のSiO2薄膜2aはドライエッチングされて、図3bに示されるように吹付けられた部分の膜厚が減少する。しかしながら、レーザー変位計20から照射される測定用の入射光21は、ガラス基板2とSiO2薄膜2aとの境界面に焦点が合わせられ、境界面の位置が変わらないため図4の期間Aに示すように変位量は±1μm程度の範囲で振れている。この変位の振れはノイズ等である。
When the plasma
プラズマ化エッチングガス4aを吹付け、SiO2薄膜2aに接触させる処理時間の経過に伴って、エッチング深さが増加する。そして、図3cに示されるように、SiO2薄膜2aが除去され、境界面が露出した状態になると、入射光21はSiO2薄膜2aが無いため、変位量は図4の期間Bに示すように4〜5μmの範囲の大きな変位変動を示す。すなわち、図4の期間Bに示すように変位量が大きく変化した時点を検出し、エッチング処理が終了したことを検出できるのである。
The etching depth increases with the lapse of processing time for spraying the
このように、エッチング処理中にレーザー変位計20により境界面の変位量を検出し、検出値の変動に基づいてエッチング処理の終点を容易に、高精度で短時間に検出できるため、エッチング処理の品質を高めることができる。また、エッチング処理中、レーザー変位計20は架台5の内部でプラズマガス4aと接触しないため、腐食が発生することがなく耐久性を向上できるとともに、出力も安定して高精度な検出が可能となる。作業者は、例えばモニタ等で変位変動を確認し、最適なタイミングでエッチング作業を終了することができる。
As described above, the displacement amount of the boundary surface is detected by the
本実施形態のプラズマ処理方法は、前記のようにエッチング処理の終点をレーザー変位計20で検出した後、さらに所定時間エッチング処理を継続し、確実にSiO2薄膜2aが除去され、下地材であるガラス基板2が僅かにオーバーエッチングされた時点まで継続する。レーザー変位計20の出力は、終点を検出した後は図4の期間Cに示すように変位量は±1μm程度の範囲で振れている。このように、終点検出後に所定時間オーバーエッチングをすることで、除去したい薄膜を確実に除去できるため、例えば、薄膜の下にITO等の電極パターンがある場合には、露出された電極パターンの接触抵抗を減少させることができる。
In the plasma processing method of this embodiment, after the end point of the etching process is detected by the
図3では、エッチング処理の環境を大気圧の空気中としており、エッチング処理に伴って空気中の水分が付着し液相WがSiO2薄膜2aの表面に付着している状態を示している。また、エッチング処理中に、積極的に水蒸気を供給して水蒸気プラズマを形成し、エッチング処理を行なうようにしてもよい。この場合も、エッチング処理部分には水分が付着して液相Wが形成されることがあるが、液相によりレーザー変位計20の検出状態が変わるものではない。すなわち、エッチング処理部分2bに液相Wが形成されても、基準面がガラス基板2とSiO2薄膜2aとの境界面であるためエッチング処理の終点は同様に精度良く検出できる。形成された水蒸気等の液相は、処理終了後に気化するが、加熱等のプロセスで除去するようにしてもよい。
FIG. 3 shows a state in which the environment of the etching process is atmospheric air, moisture in the air adheres along with the etching process, and the liquid phase W adheres to the surface of the SiO 2
なお、レーザー変位計20から出力される入射光21の焦点は、ガラス基板2と薄膜2aとの境界面に合わせる例に限らず、薄膜の上面の位置を検出するように焦点合わせを行なってもよい。このように、エッチングしようとする薄膜の上面の位置をレーザー変位計で基準面として検出すると、エッチング処理に伴う膜厚の減少がレーザー変位計20から出力されるため、この変位量から処理終点を精度良く検出できる。
Note that the focus of the incident light 21 output from the
本発明のプラズマ処理方法では、図3cに示すように、エッチング処理の終点が検出された後、所定時間さらにエッチング処理を継続し、その後処理を終了している。すなわち、SiO2薄膜2aが除去された後、さらにエッチング処理が行なわれる。その結果、図3dに示すように、エッチング処理部分2bはオーバーエッチングされ、下地材であるガラス基板2の表面が僅かに侵食されている。なお、図4では、処理終了時のB期間以降、期間Cに示すように80秒程度、処理を継続しているが、この処理時間は被処理材の材質等により、適宜設定できるものである。
In the plasma processing method of the present invention, as shown in FIG. 3c, after the end point of the etching process is detected, the etching process is further continued for a predetermined time, and then the process is terminated. That is, after the SiO 2
このように、処理終点の検出後に、僅かにオーバーエッチングする本実施形態のプラズマ処理方法では、例えばガラス基板2の表面にITO等の透明電極パターンが形成されており、その上にSiO2薄膜2aが形成されている場合に、SiO2薄膜2aをエッチング処理で除去するのに適している。すなわち、透明電極パターンの表面にダメージが残らない範囲でガラス基板2の表面をオーバーエッチングすることで、透明電極パターンの接触抵抗を減らすことができる。
As described above, in the plasma processing method of the present embodiment, which is slightly over-etched after detection of the processing end point, for example, a transparent electrode pattern such as ITO is formed on the surface of the
ガラス基板2上にSiO2薄膜2aを10μmの厚さで形成した。エッチング処理のSiO2薄膜2aのエッチングレートが3μm/minに設定された場合、10μmの厚さをエッチングで除去する時間は計算上では約200秒となる。実際には、図4に示すように、200〜210秒間でレーザー変位計20の出力変位量は急激に変動し、計算時間と一致した。図4の期間Bに示す時点で、SiO2薄膜2aは図3cに示すように除去されており、エッチング処理部分2bにはガラスが露出した状態であり、ガラス基板2の表面にはエッチングによる残渣は発生していなかった。
A SiO 2
本発明のプラズマ処理装置1は、レーザー変位計20の検出値の変動(ピーク)を検出した時点でエッチング処理を終了するように制御することができる。また、処理終了のピークを検出した後、所定時間経過後に処理を終了するように制御することも可能である。このように、本発明のプラズマ処理装置及び終点検出方法では、レーザー変位計を用いて処理終了を精度良く検出できるため、エッチング等のプラズマ処理の制御が容易となり、処理品質を高めることができる。
The
以上、本発明の一実施形態について詳述したが、本発明は、前記の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の精神を逸脱しない範囲で、種々の設計変更を行うことができるものである。例えば、前記した実施形態では、対向する2つの電極間に処理ガスを通してプラズマ化し、このプラズマガスを被処理材の表面に吹付けてエッチング処理するリモート型の例を示したが、対向する電極間に被処理材を位置させて、電極間にプラズマを発生させてエッチング処理するダイレクト型のプラズマ処理装置で構成してもよい。 Although one embodiment of the present invention has been described in detail above, the present invention is not limited to the above-described embodiment, and various modifications can be made without departing from the spirit of the present invention described in the claims. Design changes can be made. For example, in the above-described embodiment, an example of a remote type in which a processing gas is converted into plasma between two opposed electrodes and this plasma gas is sprayed on the surface of the material to be processed for etching is shown. Alternatively, a direct-type plasma processing apparatus may be used in which a material to be processed is positioned and plasma is generated between the electrodes to perform an etching process.
また、エッチング処理を行うノズルヘッドとして、対向する平行平板型の電極を有するノズルヘッドの例を示したが、中心電極と、その外周に位置する円筒電極との間で放電させてプラズマガスを発生させる処理ヘッド等、適宜の電極を用いることができる。ノズルヘッドに対して被処理物である基板を搬送する構成を示したが、反対にノズルヘッドを移動させる構成としてもよいのは勿論である。 In addition, an example of a nozzle head having parallel plate-type electrodes facing each other was shown as the nozzle head for performing the etching process, but plasma gas is generated by discharging between the center electrode and the cylindrical electrode located on the outer periphery thereof. An appropriate electrode such as a processing head to be used can be used. Although the configuration in which the substrate, which is the object to be processed, is conveyed with respect to the nozzle head, it is needless to say that the nozzle head may be moved in the opposite direction.
本発明のプラズ処理装置、プラズマ処理の終点検出方法、およびプラズマ処理方法の活用例は、半導体の製造工程、LCDの製造工程等における常圧プラズマ処理全般において適用できる。被処理物である基板はガラス基板に限らず、シリコン基板等、どのような材料であってもよい。また、エッチング処理で除去する薄膜も、SiO2膜以外の膜でもよいことは勿論である。 The plasma processing apparatus, the plasma processing end point detection method, and the application example of the plasma processing method of the present invention can be applied to general atmospheric pressure plasma processing in semiconductor manufacturing processes, LCD manufacturing processes, and the like. The substrate to be processed is not limited to a glass substrate but may be any material such as a silicon substrate. Of course, the thin film removed by the etching process may be a film other than the SiO 2 film.
1:プラズマ処理装置、2:ガラス基板(被処理物)、2a:SiO2薄膜(薄膜)、2b:エッチング処理部分、4:処理ガス、4a:プラズマ化エッチングガス(プラズマガス)、5:架台、5a:透明窓、7:電源、8:GND、10:プラズマソース(処理ヘッド)、11:放電処理部、12,13:電極部材、14:中心間隙(放電空間)、20:レーザー変位計、21:入射光、22:反射光、B:検出された終点
1: plasma processing apparatus 2: a glass substrate (object to be processed), 2a: SiO 2 thin film (thin film) 2b: etched portion, 4: process gas, 4a: plasma etching gas (plasma gas), 5:
Claims (6)
該装置は、前記被処理材の基準面を検出するレーザー変位計を備えており、
エッチング処理中に、前記レーザー変位計を用いて前記基準面を検出し、該検出値の変動に基づいてエッチング処理の終点を検出することを特徴とするプラズマ処理装置。 A plasma processing apparatus that applies a voltage to opposing electrodes and generates a plasma gas by flowing a processing gas between the electrodes, and performs an etching process by bringing the plasma gas into contact with the surface of a material to be processed,
The apparatus includes a laser displacement meter that detects a reference surface of the workpiece.
A plasma processing apparatus, wherein the reference plane is detected using the laser displacement meter during an etching process, and an end point of the etching process is detected based on a change in the detected value.
前記被処理材の表面と前記薄膜との境界面にレーザー変位計の焦点を合わせ、
エッチング処理の進行に伴う前記境界面の変位量を検出し、
前記レーザー変位計の変位量が、前記薄膜の除去時に変動することを用いてプラズマ処理の終点を検出することを特徴とするプラズマ処理方法。 An electric field is applied to the opposing electrodes, a processing gas is flowed between the electrodes to generate plasma gas, and the plasma gas is brought into contact with the surface of the material to be processed to etch the thin film formed on the surface of the material to be processed. A plasma processing method for removing at
Focus the laser displacement meter on the interface between the surface of the material to be processed and the thin film,
Detecting the amount of displacement of the boundary surface as the etching process proceeds,
A plasma processing method for detecting an end point of plasma processing by using a change amount of the laser displacement meter when the thin film is removed.
前記被処理材の表面と前記薄膜との境界面にレーザー変位計の焦点を合わせ、
エッチング処理の進行に伴う前記境界面の変位量を検出し、
前記レーザー変位計の変位量が、変動することを用いて前記薄膜の除去を確認した後、さらに所定時間エッチング処理を行ない、処理を終了することを特徴とするプラズマ処理方法。 An electric field is applied to the opposing electrodes, a processing gas is flowed between the electrodes to generate plasma gas, and the plasma gas is brought into contact with the surface of the material to be processed to etch the thin film formed on the surface of the material to be processed. A plasma processing method for removing at
Focus the laser displacement meter on the interface between the surface of the material to be processed and the thin film,
Detecting the amount of displacement of the boundary surface as the etching process proceeds,
A plasma processing method comprising: performing an etching process for a predetermined time after the removal of the thin film is confirmed by using a change amount of a displacement of the laser displacement meter, and ending the process.
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JP2017091898A (en) * | 2015-11-13 | 2017-05-25 | 株式会社日本製鋼所 | Plasma generation unit and plasma sputtering device |
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