JP2007042744A - プラズマ処理装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 下部電極の四辺周囲における等電位面の歪を矯正して、被処理物の四辺周囲におけるプラズマ処理を、中央におけるプラズマ処理と同程度の均一性を以て処理することができるプラズマ処理装置を提供する。
【解決手段】 プラズマ処理装置に備わる電界矯正用誘電体１は、対向配置された電極間に高周波電力を印加して反応チャンバ内に処理ガスのプラズマを発生させる反応チャンバ内において、一方の電極である下部電極１８上に配置された枠板２及び枠板２上の壁板３を備えている。電界矯正用誘電体１は、枠板２内において、下部電極１８上に載置された処理基板１２の特に周辺近傍での電界の変化を抑制し、下部電極１８の中央上方と同じ程度に平行な当電位面を形成する。したがって、処理基板１２の周辺部分におけるプラズマ処理速度が処理基板１２の中央部分と比較して不均一になるのを防止することができる。【選択図】 図２

Description

この発明は、例えばコンピュータやテレビジョン装置などのディスプレイに利用される液晶表示パネルや半導体ウェハを製造するのに用いられるプラズマ処理装置に関する。

液晶パネルのアクティブマトリクス基板の一般的な例が、図１２に示されている。図１２（ａ）は、アクティブマトリクス基板を備えた従来の液晶表示装置の一例を示す回路図である。アクティブマトリクス基板には、複数の画素電極４０がマトリクス状に形成されており、画素電極４０にはスイッチング素子であるＴＦＴ４１が接続され、ＴＦＴ４１のゲート電極４２（図１２（ｂ）参照）にはＴＦＴ４１を駆動制御する走査信号を供給するためゲート配線４３が接続され、ＴＦＴ４１のソース電極には画素電極４０に入力される表示信号（データ信号）を供給するソース配線４４が接続されている。更に、液晶層に印加される電圧を保持するため、ＴＦＴ４１のドレイン電極には付加容量４５が設けられている。ＴＦＴ４１のドレイン電極は、接続電極及びコンタクトホールを通じて画素電極と接続される（特許文献１参照）。各ゲート配線４３とソース配線４４とは、マトリクス状に配列された画素電極４０の周囲を通り、互いに直交差するように設けられている。ＴＦＴ４１のドレイン電極は画素電極４０及び付加容量４５に接続されており、付加容量４５の対向電極はそれぞれ共通配線４６に接続されている。付加容量４５は、アクティブマトリクス基板に形成された画素電極と対向基板に形成された対向電極とに挟持された液晶層を含む液晶容量と、並列に設けられる。
特開平１１−１１９２６１号公報（段落［００６５］〜［００７２］、図２）

図１２（ｂ）は、図１２（ａ）に示す液晶表示装置におけるアクティブマトリクス基板のＴＦＴ部分の断面図である。ガラス基板のような透明絶縁性基板５０上には、ゲート配線４３に接続されたゲート電極４２、その上を覆うゲート絶縁膜５３、更にその上にゲート電極４２と重畳するように半導体層５４が形成され、その中央部上にチャネル保護層５５が形成されている。チャネル保護層５５の両端部および半導体層５４の一部を覆いチャネル保護層５５上で分断された状態で、ソース電極５６ａ及びドレイン電極５６ｂが形成されている。ソース電極５６ａ上にはソース配線４４となる金属層５７ａが形成され、ドレイン電極５６ｂ上にはドレイン電極５６ｂと画素電極４０とを接続する金属層５７ｂが形成されている。更に、これらのＴＦＴ４１、ゲート配線４３及びソース配線４４の上部を覆って層間絶縁膜５８が形成されている。層間絶縁膜５８の上には、画素電極４０となる透明導電膜６０が形成され、透明導電膜６０は、層間絶縁膜５８を貫いて形成されるコンタクトホール５９を介して、ＴＦＴ４１のドレイン電極５６ｂと接続した金属層５７ｂと接続されている。

層間絶縁膜５８は、窒化シリコン（ＳｉＮ）などの無機膜をＣＶＤ法を用いて膜厚５００ｎｍ程度に形成されている。また、層間絶縁膜５８上には、ＳｉＮ_Ｘ，ＳｉＯ_２、ＴａＯ_ＸなどをＣＶＤ法又はスパッタ法により透明絶縁膜が成膜されることがある。また、画素部を平坦化するために層間絶縁膜５８上にポリイミドなどの有機膜の塗布により絶縁膜を成膜することも行われている。この場合、マスク材を用いてフォトパターニングを行い、エッチングにより、層間絶縁膜５８を貫いてコンタクトホール５９を形成することで、画素電極４０とドレイン電極５６ｂとが電気的に接続される。最後に、不要となったフォトレジストが剥離される。

感光性を有しない有機膜から成りアルカリ性溶液によるエッチングが使えない層間絶縁膜１８のパターニング、及び窒化シリコン（ＳｉＮ）などの無機膜のエッチングには、ＣＦ_４ＣＦ_３ＨやＳＦ_６等を含有するエッチングガスを用いたドライエッチングで行われる。エッチングガスを用いたドライエッチングは、プラズマエッチング装置で行われる。

図９には、プラズマエッチング装置の一例が概略図示されている。プラズマエッチング装置は、被処理物である処理基板１２を収容するとともに電極間に高周波電力を印加してプラズマを生じさせる反応チャンバ１０を有し、該反応チャンバ１０内にて半導体膜や絶縁膜にプラズマ粒子を選択的に衝突させて削り出すことにより、エッチング処理を行う装置である。プラズマエッチング装置の反応チャンバ１０内には、下部電極１８と、下部電極１８に対向した上部電極１７とが配置されている。反応チャンバ１０には処理ガス導入口１１が接続され、反応チャンバ１０への各種ガスの供給については、マスフローコントローラ１４によって供給停止を含めて所望のガス流量になるように流量制御が行われる。導入口１１は上部電極１７に接続され、上部電極１７にシャワ状に形成されている多数のガス噴射孔１５（孔径、約１ｍｍ）を通じて、ガスが反応チャンバ１０内に噴出される。

反応チャンバ１０に関しては、ガス導入口１１、上部電極１７及び下部電極１８に加えて、モノクロメータ１９、終点検出器２０、終点検出用窓２１、圧力計２２、温度調節機構２３、排気口２４、ＲＦ電源２５が設けられている。下部電極１８には、ＲＦ電源２５からマッチング回路２６を通じて高周波電力が印加され、上部電極１７は接地されている。なお、反応チャンバ１０、上部電極１７及び下部電極１８は、温度調節機構２３によって温度制御されている。アルミニウム等の金属薄膜が被着されることで薄膜形成された処理基板１２が下部電極１８上に載置される。ドライエッチング時に終点検出用窓２１からプラズマ発光をモノクロメータ１９で捉え、終点検出器２０で終点検出を行う。なお、接地される電極、及び高周波電力が印加される電極は逆であってもよい。処理ガスが反応チャンバ１０内に供給され、下部電極１８に高周波電力が供給されると、接地されている上部電極１７との間の空間で生じる高周波電界により、処理ガスが電離されて放電現象が生ずる。このとき、発生するプラズマにより処理ガスの解離が促進され、下部電極１８上に装着された処理基板１２上では形成基板のエッチングが起こる。

従来のプラズマエッチング装置では、有機膜及びＳｉＮ膜をエッチングによって削るのであるが、図１０に示すように、処理基板１２の有機膜（層間絶縁膜）５８又は透明電極６０の周辺部分において、符号Ｂで示す領域では他の部分と比べてより大きな表面荒れが生じる現象が観察される。処理基板の周辺部分において生じる表面荒れ６１が、図１１において説明的に示されている。表面荒れ６１が画素にもかかってくると、バックライト光源からの光が表面の荒れ６１で乱反射されて白く濁って見える。このような表面荒れ６１は、液晶パネルの特性劣化につながるものであり、プラズマプロセスにより液晶などのディスプレイ池を製造する上で大きな問題となる。特に、大型液晶ディスプレイのように、基板が１５００×１８００ｍｍもの大型の基板になると、こうした現象が顕著である。

そこで、本件発明者等は、このような成膜処理での不均一性が生じた原因を探るため、上下両電極間に高周波電圧を印加した場合に生じる電界分布を調べてみた。この現象は、プラズマエッチング装置の反応容器内における電極間での電界分布の不均一によって電極面内でのエッチング速度にバラツキが生じていることに起因している。図４（ｂ）には反応チャンバ内の等電位面のシミュレーション結果が示されている。この図から判るように、処理基板１２が載置される下部電極１８の周辺においては、下部電極１７の中央上方では互いに殆ど平行な等電位面が形成されている。電磁界の計算によって得られるカソード−アノード電極間に生じる電界強度は、面内でほぼ一定となる。このことが、エッチング速度、成膜速度や成膜膜質の面内均一化に寄与している。一方、四辺周辺では、等電位面に傾きが現れるとともに中央上方の場合と比較して等電位面の間隔が狭くなっていることが判る。

四辺周辺では、電位勾配、即ち、電界強さが大きくなって電離したエッチングガス（ＣＦ_４や０_２）が強く処理基板１２側に引き寄せられ、大きなエネルギーで衝突する。ＣＦ_４や０_２のタイプのエッチングガスは、処理基板への入射エネルギーの大きさに依存してエッチングを行う。図１１に基づいて説明したように、処理物であるパネルの有機膜やＳｉＮ_Ｘをエッチング処理する際に、四辺周辺では等電位線が密になって電界強度が増すので、入射エネルギーが大きくなって有機膜の表面を荒らす。その上に透明電極（ＩＴＯ）を形成するときに、透明電極の表面は、有機膜の荒れた表面の影響が及んで同様に荒れた表面になるものと考えられる。

上記のように、ドライエッチングは、印加された高周波電界により反応容器内でガスを電離・プラズマ化して、このときに生じる反応性の高い原子・分子及びイオンを基板表面と接触・反応させることでエッチングを行う処理である。基板中央では被エッチング物質が多く存在しているが、基板外では被エッチング物質が存在しておらず且つ基板端では排気口に近いこともあって、基板端の方が基板中央よりもエッチングレートが大きくなる。そのため、反応種や反応生成物が基板上では不均一に成り易い。そこで、ドライエッチングにおいて、エッチング均一性を向上させる対策としては、一般的には、（１）プラズマを均一に生成すること、（２）電極（基板）に入射するイオンのエネルギーを均一にすること、（３）上記反応種を基板上において均一にすること、（４）反応生成物を基板表面上において均一にすること等が挙げられる。

被エッチング材の外周に設置したリングの高さやリング周面の開口面積を変化させて基板上のガスや反応生成物の排気状態を制御してエッチングを行うことにより、複数の異なる種類の膜を積層した積層構造をエッチングする場合に被エッチング材の膜種やプロセス条件が異なるときでも、各膜種に対する好適なエッチング条件（膜に応じたリングの高さや形状を選択）でのエッチングを可能とし、各膜種に対して良好でかつ積層膜全体で均一なエッチングを行うことを図ったエッチング方法が提案されている（特許文献２）。被エッチング材の外周に設置したリングを上下移動機構によってその高さを変化させることで、膜種やプロセス条件が異なる場合でも、その都度異なる高さや異なる形状のリングを付け替える必要を無くして、高い汎用性を図っている。但し、リングについては、排気流れに対する制御のみを考慮しており、厚みの変更や比誘電率の変更といった事項とは無縁である。
特開平７−７４１５５号公報（段落［００１０］〜［００１１］、図２〜図３）

上部電極の中央部の円形領域の細孔から被処理基板に向けてエッチングガスを供給すると同時に、上部電極の周縁部の環状領域に形成されている細孔から、エッチング速度が速くなりがちな被処理基板の周縁部に向けて、エッチング生成物を含むエッチングガスを供給することにより、被処理基板の面内におけるエッチング速度を部分的に抑制して、エッチング処理の面内均一性を向上することを図ったエッチング方法が提案されている（特許文献３）。
特開平６−１５１３７７号公報（段落［００１８］〜［００２２］、図１〜図２）

誘導結合形の平行平板ドライエッチング装置においては、処理基板の大型化に伴って下部電極の電界強度に生じるバラツキとエッチングレートの不均一性との間に関係があることに着目して、下部電極の中心より対称な位置に高周波給電線に接続される複数の給電点を配置することが提案されている（特許文献４）。
特開２００２−１１０６４９号公報（段落［００３２］〜［００４１］、図１〜図４）

エッチング処理物が載置される試料台に対向する対向電極の形状について、試料台との距離が中央部で短く周辺部で長くする等の工夫を凝らすことにより、電極表面に対する電界を垂直にすることが提案されている（特許文献５）。
特開平１１−６７７２５号公報（段落［００１０］〜［００１４］、図１〜図３）

高周波電源に接続された給電電極（下部電極）側に被エッチング材料が配置され、接地電位に置かれた接地電極（上部電極）との間で高周波放電を起こすことで、試料に対して垂直異方性エッチングを行うＲＩＥ法において、急激なバイアス電圧変化が試料に及ぶのを防止するエッチング方法が示されている。その説明の一環として、基板への正イオン入射をドライブする電界が生じる様子も示されている。但し、電極の形状やチャンバ壁と電極との距離によって、不均一な電圧が発生し、結果として基板にも不均一な電圧が印加されることについては触れられていない。
特開平９−４５６７２号公報（段落［００３８］〜［００４６］、図１〜図２）

更に、基板表面に効率よくまた、エネルギー分布を小さくした状態でイオンを入射させる方法が提案されている（特許文献７）。等価回路が示されているが、基板面内の均一性についてまでは述べられていない。
特開２００３−７７６９９号公報（段落［００３２］〜［００３６］、図１〜図２）

そこで、プラズマ処理装置において、下部電極の四辺周囲における等電位面を、その歪を矯正して、下部電極の中央上方と同じ程度に電極表面に対して平行な当電位面に形成する点で解決すべき課題がある。

この発明の目的は、被処理物の四辺周囲におけるプラズマ処理が、中央におけるプラズマ処理と同程度の均一性を以て処理することができるプラズマ処理装置を提供することである。

上記の課題を解決するため、この発明によるプラズマ処理装置は、反応チャンバ内に対向配置された電極間に高周波電力を印加して一方の前記電極上に載置された被処理物にプラズマ処理を行うプラズマ処理装置において、前記反応チャンバ内に、前記被処理物の周囲にプラズマ処理速度を均一化するための電界矯正用誘電体を備えることを特徴としている。

このプラズマ処理装置によれば、反応チャンバ内に、被処理物の周囲にプラズマ処理速度を均一化するための電界矯正用誘電体を備えているので、対向配置された電極間に高周波電力を印加して反応チャンバ内に処理ガスのプラズマを発生させたとき、一方の電極上に載置された被処理物の近傍においては、被処理物上の場所の違いに応じた電界の変化を可及的に抑制することができる。したがって、被処理物に対してはどの位置でも実質的に同じ電界を維持することができ、電界によって引き寄せられるプラズマの被処理物に対する衝突程度が均一化される。その結果、被処理物に対するプラズマ処理が被処理物の場所の違いによって不均一となる、即ち、特に被処理物の周辺部分でのプラズマ処理が中央部分と比較して不均一となるのを防止することができる。

このプラズマ処理装置において、電界矯正用誘電体は、一方の電極上で被処理物の四辺周囲に配置された枠状誘電体であるとすることができる。電界矯正用誘電体が、被処理物を載置した一方の電極上において当該被処理物の四辺周囲に配置された枠状誘電体であるので、枠状誘電体は、当該被処理物に対する電界の不均一さを当該被処理物に最も接近した状態で且つ効率良く矯正することができる。その結果、被処理物に対するプラズマ処理が被処理物の場所の違いによって不均一となる、即ち、特に被処理物の周辺部分でのプラズマ処理が中央部分と比較して不均一となるのを効果的に防止することができる。

電界矯正用誘電体として枠状誘電体を備えるプラズマ処理装置において、当該枠状誘電体は、被処理物の周囲に沿って起立し被処理物の高さを超える同じ高さに揃えられた壁部を持つことが装置メンテナンス及び枠上誘電体の製造上好ましい。ただし、基板に対する電界の発生の不均一はチャンバ内部の構造に依存するため、生じる不均一に対応して、場所によって誘電体の高さを一部高くする又は低くすることは可能である。枠状誘電体がこのような構造を備えることによって、同じ高さに揃えられた壁部は、当該壁部に囲まれる領域において電極の表面に対して平行な等電位線を形成し、被処理物の周辺周囲を含めて被処理物の上方に均一な電界を確保することができる。しかも、電界矯正用誘電体を壁部構造とすることにより、必要な材料が可及的に少なくなり、高い費用対効果を得ることができる。被処理物の高さは当該壁部の高さより低いので、被処理物の全体が、平行な等電位面の領域の底部に置かれる状態となり、不均一な電界に曝されることがない。

このプラズマ処理装置において、枠状誘電体を下部電極から持ち上げ可能なリフタ機構を備えていることが好ましい。被処理物のプラズマ処理においては、被処理物を一方の電極上に搬入・載置させるとともに処理済みの被処理物を電極から搬出する必要がある。当該電極上に枠状誘電体が配置されたままであると、枠状誘電体は被処理物の搬入・搬出の際にその支障となる。そこで、被処理物の搬入・搬出の際に枠状誘電体を当該電極から一時的に退避可能とすることが好ましい。枠状誘電体を下部電極から持ち上げ可能なリフタ機構を備えることによって、被処理物の搬入・搬出の際に枠状誘電体を当該電極からリフトさせることができ、被処理物を支障のない状態で当該電極上に搬入・搬出することができる。

このプラズマ処理装置において、電界矯正用誘電体は、反応チャンバの周壁内面に配置されたチャンバ周壁誘電体とすることができる。反応チャンバの周壁内面に配置したチャンバ周壁誘電体は、電極の上方を含みチャンバ周壁誘電体に至る広い領域で電位線の歪、即ち、チャンバ内の電界を矯正し、被処理物の近傍、特に、四辺の周辺部分での電界が中央部分と比較して不均一となるのを防止することができる。

このプラズマ処理装置において、電界矯正用誘電体は、反応チャンバの天井内面に配置されたチャンバ天井誘電体とすることができる。反応チャンバの天井内面に配置したチャンバ天井誘電体は、チャンバ天井誘電体に至る電極の上方の広い領域で電位線の歪、即ち、チャンバ内の電界を矯正し、被処理物の近傍、特に、四辺の周辺部分での電界が中央部分と比較して不均一となるのを防止することができる。

上記各プラズマ処理装置において、電界矯正用誘電体は、アルミナセラミックス製とすることができる。アルミナセラミックスはプラズマの照射を浴びても劣化しにくい材料であり、長期間に渡って電界の不均一を矯正する作用を持続することができる。

上記各プラズマ処理装置において、プラズマ処理は、エッチングガスから成る処理ガスの雰囲気下で前記被処理物が有する基板上の成膜をエッチングするプラズマエッチングであるとすることができる。本発明において用いられるエッチングガスとしては、基板上の処理面に渡って電位を均等化させる矯正を図っていることから、ＣＦ_４、ＣＦ_３ＨやＳＦ_５等の電位勾配である電界強さに応じて処理面に引き寄せられるタイプのガスとするのが好適である。

この発明によるプラズマ処理装置は、上記のように構成されているので、下部電極の四辺周囲における等電位面の歪が矯正され、下部電極の中央上方と同じ程度に平行な当電位面が形成される。したがって、被処理物に対してはどの位置でも実質的に同じ電界を維持することができ、電界によって引き寄せられるプラズマの被処理物に対する衝突程度が均一化される。その結果、被処理物に対するプラズマ処理が被処理物の場所、特に被処理物の周辺部分と中央部分との違いによって不均一となることがなく、被処理物に対するプラズマ処理を均一にすることができる。プラズマ処理がエッチングの場合には、特に、被処理物の周囲においてエッチングレートが上昇するのを防止し、被処理物に対して四辺周囲或いは中央部分などのように、場所に応じてエッチングの程度に不均一を生じさせることなく、均一な削り出し処理を行うことができる。プラズマ処理が成膜処理である場合も、同様に、成膜速度を被処理物の四辺周囲又は中央部分などのように場所に応じて不均一を生じさせることなく、均一な成膜を得ることができる。

また、この発明によるプラズマ処理装置によれば、基板の四辺周辺で等電位線が密になること、すなわち電位勾配が基板周辺において基板中央部と比較して急峻になることを回避できるので、有機膜等から成るマスク材料の表面の荒れを未然に防止することができ、またエッチングレートが基板周辺で高くなるのを防ぐことができる。したがって、その上に透明電極（ＩＴＯ）を形成する場合などには、マスク材料の表面の荒れの影響が及ぶことによる透明電極の表面の荒れも防止することができる。更に、被処理物の表面に不均一な電圧がかかることに起因して生じる、被処理物上で形成されている電子装置の破壊等の不具合や、エッチングの場合のエッチング形状のばらつきを防止することもできる。更にまた、正イオンの基板への入射エネルギーが大きいことによる選択比の低下も防止することができる。

以下、添付した図面に基づいて、この発明によるプラズマ処理装置の実施例を説明する。図１はこの発明によるプラズマ処理装置に用いられる電界矯正誘電体の一例を示す斜視図。図２は図１に示す電界矯正誘電体が用いられたプラズマ処理装置の下部電極とその周囲の断面図、図３は図２に示すプラズマ処理装置における基板搬送時の断面図である。なお、電界矯正誘電体以外のプラズマ処理装置それ自体の構造は、従来図として図９に示したものと同等であってよいので、ここでは図示とその再度の説明を省略する。

図１に示す電界矯正誘電体１は、全体として矩形の枠状構造を持ち、平坦な枠板２と、枠板２の内周位置に巡らされた壁板３とから構成されている。枠板２及び壁板３は、耐プラズマ性が優れているアルミナセラミック製である。誘電体については、被誘電率が高くて厚さが厚いものほど電位歪を緩和させる効果が高いが、図６に示すように、厚過ぎる、或いは比誘電率が大き過ぎると、逆に基板周辺部での電位勾配が緩やかになり過ぎる場合があり、最良のエッチング性能が発揮できるように、厚み・高さ・比誘電率の大きさを調整する必要がある。アルミナセラミックは比誘電率の値が１０程度であり、十分その目的に適う材料である。壁板３は、電界の矯正作用を与える整流壁板であり、全周に渡って例えば、幅ｔ＝１５ｍｍ、高さｈ＝４０ｍｍの同じ寸法を有している。なお、壁板３のこれら寸法は一例であり、後述する処理基板のサイズに応じて、異なる大きさのものを用いることができることは明らかである。枠板２の所要箇所（図示の例では左右各２箇所）には張出部４が設けられており、都合４箇所の張出部４にはリフト機構５（リフト棒と図示しないアクチュエータとから成る）が連係されている。

図２に示すように、電界矯正誘電体１は反応チャンバ１０内に配置されている下部電極１８の上に載置されており、枠状構造の内部において処理の対象となる処理基板１２が下部電極１８の上に載置される。したがって、処理基板１２は壁板３によって囲まれる状態となる。壁板３の高さは、処理基板１２の厚さと比較して、その厚さを超えるが処理基板１２の近傍において十分な電位勾配を維持できる高さに設定されている。処理基板１２は、例えば、１５００ｍｍ×１８００ｍｍ、厚み０．７ｍｍ程度の液晶用ガラス基板の上に各種の成膜を施した基板とすることができる。本例でのプラズマ処理は、プラズマエッチング処理とする。

図３に示すように、電界矯正誘電体１は、リフト機構５によって昇降可能に設けられている。未処理の処理基板１２は、入れ換えアーム６，６によって支持された状態で下部電極１８の上方位置に搬入され、退出する入れ換えアーム６，６に代わってリフターピン７，７によって支持された状態で下降されて、下部電極１８上の所定位置に載置される。また、処理済みの処理基板１２は、リフターピン７，７によって支持された状態で持ち上げられ、その状態で下部電極１８と処理基板１２との間に入れ換えアーム６，６が差し入れられてリフターピン７，７が下降することで、入れ換えアーム６，６に移し換えられる。入れ換えアーム６，６が退出することで、処理済みの処理基板１２が搬出される。

電界矯正誘電体１の高さがリフターピン７の昇降行程で十分クリアできる高さであれば、電界矯正誘電体１を昇降させる必要がない。しかしながら、処理基板のサイズによっては、リフターピン７の昇降行程が例えば３００ｍｍを超えるような場合があるが、この高さまでのリフトは技術的にも難しさを伴うので、リフト機構５を用いて電界矯正誘電体１を昇降させることが行われる。電界矯正誘電体１を昇降させることにより、リフターピン７の昇降行程は短くて済み、また、入れ換えアーム６，６を出し入れする高さの調節も殆ど必要がなくなる。

図４には、図１〜図３に示す電界矯正誘電体１を用いた場合の下部電極１８の上方における電位分布が示されている。電位分布は、シミュレーション結果として等電位線で示されている。図４（ａ）が、本発明による電界矯正誘電体１を用いたときの等電位線図であり、既に説明した図４（ｂ）は矯正誘電体が設けられていない場合に下部電極１８に電圧を印加したときのある瞬間の電位分布を示す等電位線図である。図４（ｂ）において、図中の数字は反応チャンバの壁部の電位を０としたときの電極電位に対する電位の割合を示す。等電位線は、下部電極１８からチャンバ壁までの電圧降下を１０分割して表示されている（他の図についても同様であるが、数値の記載を省略する）。なお、本例では、ガス流れや圧力不均一に起因するプラズマの偏り或いは基板表面に生じる自己バイアス等は省略されている。下部電極１８はその周囲に支持枠８を備えており、電界矯正誘電体１は支持枠８上に載置される。図４（ｂ）に示す等電位面と比較して、下部電極１８の周辺部分１８ｂに対応した領域Ａでの等電位線は、電界矯正誘電体１の矯正作用を受けて下部電極１８の上面１８ａと実質的に平行となっている。等電位線の疎密（電位勾配）が電圧降下の急峻さに対応しており、また、９／１０の等電位線が通る位置と、基板の位置との比較から、図４（ｂ）に示すような矯正誘電体が設けられていない従来の場合に等電位線が下部電極８の周辺部分１８ｂの近傍の領域Ａで斜めに且つ密になっている状態と対比して、電界強さが均一化されているのが判る。

図５は、電界矯正誘電体の形状・配置を変更したときの電位分布の比較例を示す図である。また、図６は、図４に示す実施例と矯正誘電体無しの場合の例、及び図５に示す各比較例についての均一化率を纏めた表を表す図である。図５における等電位線及び図中の符号については、図４に示す場合と同様であるので、再度の説明を省略する。また、図６に示す表において、Ｕｎｉｆ．は電位分布の均一化率（％表示）であり、式中のｄ（Ｅｄｇｅ）は基板端での９／１０等電位線の基板からの距離を示し、ｄ（Ｃｅｎｔｅｒ）は基板中央での９／１０等電位線の基板からの距離を示す。Ｕｎｉｆ．は値が小さいほど電位分布が均一化されていることを表す。図５（ａ）は支持枠８の外側端縁上に誘電体１ａを置いた例（誘電体の基板からの距離が６５ｍｍと大きい）、図５（ｂ）は支持枠８の内側端縁上に誘電体１ｂを置いた例、図５（ｃ）は支持枠８の内側端縁上により背の高い誘電体１ｃを置いた例（例１、例２が高さ３０ｍｍに対して、高さ４０ｍｍを持つ）、図５（ｄ）は図５（ｃ）の場合と比較して比有電率の小さい誘電体１ｄとした例（比誘電率２）、及び図５（ｅ）は図５（ｃ）の場合と比較して支持枠８上に幅の広い誘電体１ｅを置いた例である。図６に示す表の記載をも合わせて参照すれば、図５（ａ）及び図５（ｂ）から、誘電体は基板の近くに置かれる方が均一化効果が大きいことが判る。また、図５（ｃ）及び図５（ｄ）から、誘電率は大きい方が均一化効果が大きいことが判る。更に、図５（ｃ）と図５（ｅ）から、誘電体はサイズが大きい方が均一化効果が大きいが、サイズが大き過ぎると却って均一化効果が下がることが判る。

図７は矯正誘電体無しの場合（図７（ａ））と実施例の場合（図７（ｂ））とでの等電位線の位置とエッチングレートの変化を示すグラフである。図７は、電力（１３．５６ＭＨｚ）５ｋＷ、圧力１３．３Ｐａ、ガス条件ＳＦ６／Ａｒ：４００ｓｃｏｍ／５０ｓｃｏｍの実験条件でシリコン窒化膜をエッチングしたときの、基板端からの距離とエッチングレートとの関係をグラフとして示している。図７（ａ）及び図７（ｂ）とも、横軸は基板長を１としたときの基板端からの距離を示し、縦軸は左側が９／１０等電位線と基板表面との距離（黒丸印でプロットされる）であって、右側がエッチングレート（白丸印でプロットされる）である。図７（ａ）で示す矯正誘電体無しの場合には、基板端に近いほど９／１０等電位線は基板表面に接近し、エッチングレートも次第に高くなることを示しているが、本発明のように矯正誘電体を設けた場合には、図７（ｂ）に示すように、等電位線は基板端に向かっての急激な基板表面への接近が緩和され、それに応じてエッチングレートは基板端に向かっての急激な上昇の緩和、或いは低下が認められ、エッチングレートの均一化が達成されていることが理解される。

図８は、電界矯正誘電体を用いたこの発明によるプラズマ処理装置の別の例を示す概略図である。図８において、プラズマ処理装置の電界矯正誘電体以外の構造は図９に示す従来の構造と同等であるので、同じ符号を用いることで再度の説明を省略する。図８に示す電界矯正用誘電体は、反応チャンバ１０の周壁１０ａの内面に配置された周壁誘電体３０である。周壁誘電体３０は、周壁１０ａの全体に渡って巡らすことが好ましい。図１等に示す実施例においては、電界矯正誘電体１の壁板３が処理基板１２の四辺の直ぐ近傍で電界を矯正することができるのに対して、本実施例では、周壁誘電体３０が処理基板１２から幾分離れて設けられているので、その矯正作用は処理基板１２に対して緩やかに及ぶ。したがって、上下幅を壁板３の高さよりも十分広いものに選択される。下部電極１８の上方を含み周壁誘電体３０に至る広い領域で電位線の歪、即ち、チャンバ内の電界を矯正し、処理基板１２の近傍、特に、四辺の周辺部分での電界が中央部分と比較して不均一となるのを防止することができる。

また、このプラズマ処理装置において、電界矯正用誘電体は、反応チャンバ１０の天井１０ｂ内面に配置されたとすることができる。天井誘電体３１は、天井誘電体３１に至る電極の上方の広い領域で電位線の歪、即ち、チャンバ内の電界を矯正し、被処理物の近傍、特に、四辺の周辺部分での電界が中央部分と比較して不均一となるのを防止することができる。

上記図５にも示したように、基板の四辺周囲における電界歪の緩和効果としては、誘電体が基板の近くに設けられるほど（（ａ）と（ｂ））、誘電率が大きいほど（（ｃ）と（ｄ））、誘電体のサイズが大きいほど（（ｃ）、（ｅ））、効果は大きいという傾向がある。しかしながら、誘電体のサイズについては、大き過ぎると却って電界が不均一となる図５（ｅ）。また、チャンバのサイズ、電極の形状、電極周囲の部品配置の状況により誘電体の仕様は異なる。したがって、誘電体のサイズ・誘電率・形状は、等電位線が基板又は電極に対して平行になるように定められる。

誘電体の仕様を決めるその他の要因としては、次の項目が考えられる。即ち、誘電体の配置を基板に接近し過ぎると、誘電体に付着した反応生成物が発塵源となり、歩留りの低下につながる。また、誘電体のサイズが大き過ぎると重量が増加し、メンテナンス性が低下する。更に、比誘電率が高く且つプラズマ雰囲気内でも比較的安定なアルミナセラミックを使用した場合、サイズが大きくなるとパーツ価格が上昇する。したがって、これらの事項を勘案して誘電体の使用が定められる。

本発明によるプラズマ処理の実施の態様として、ドライエッチングによるプラズマエッチング処理、即ち、シリコン結晶性薄膜などの半導体膜や絶縁膜などを高周波プラズマによる化学蒸着（以下、プラズマＣＶＤともいう。）により成膜する装置、及びこれらの半導体膜や絶縁膜を高周波プラズマによりエッチングする処置を取り上げて説明したが、電位−電界の不均一矯正を図る本プラズマ処理は、ドライエッチングによる表面の微細加工のみならず、プラズマＣＶＤによる基板上への薄膜形成、表面改質等の表面処理としても適用することができる。この場合、反応チャンバ内に供給されたガスから基板上に成膜される。

図１はこの発明によるプラズマ処理装置に用いられる電界矯正誘電体の一例を示す斜視図。 図２は、図１に示す電界矯正誘電体が用いられたプラズマ処理装置の下部電極とその周囲の断面図。 図３は図２に示すプラズマ処理装置における基板搬送時の断面図。 電界矯正誘電体を用いた場合と用いない場合の下部電極の上方における電位分布を示す等電位線図。 電界矯正誘電体の形状・配置を変更したときの電位分布の比較例を示す図。 図４に示す実施例と矯正誘電体無しの場合の例、及び図５に示す各比較例についての均一化率を纏めた表。 矯正誘電体無しの場合と実施例の場合とでの等電位線の位置とエッチングレートの変化を示すグラフ。 電界矯正誘電体を用いたこの発明によるプラズマ処理装置の別の実施例を示す概略図。 従来のプラズマエッチング装置の一例を示す概略図。 処理基板の周辺部分において生じる表面荒れの説明図。 処理基板の周辺部分において生じる表面荒れを説明する断面図。 液晶パネルのアクティブマトリクス基板の一般的な例を示す図。

符号の説明

１，１ａ〜１ｅ 電界矯正誘電体
２ 枠板 ３ 壁板
４ 張出部 ５ リフト機構
６ 入れ換えアーム ７ リフターピン
８ 支持枠
１０ 反応チャンバ
１０ａ 周壁 １０ｂ 天井
１１ 処理ガス導入口 １２ 処理基板
１４ マスフローコントローラ
１５ ガス噴射孔
１７ 上部電極 １８ 下部電極
１８ａ 上面 １８ｂ 周辺部分
１９ モノクロメータ ２０ 終点検出器
２１ 終点検出用窓 ２２ 圧力計
２３ 温度調節機構 ２４ 排気口
２５ ＲＦ電源 ２６ マッチング回路
Ａ 領域 Ｂ 領域

Claims (8)

1. 反応チャンバ内に対向配置された電極間に高周波電力を印加して一方の前記電極上に載置された被処理物にプラズマ処理を行うプラズマ処理装置において、前記反応チャンバ内に、前記被処理物の周囲にプラズマ処理速度を均一化するための電界矯正用誘電体を備えることを特徴とするプラズマ処理装置。
2. 前記電界矯正用誘電体は、前記一方の電極上で前記被処理物の四辺周囲に配置された枠状誘電体であることを特徴とする請求項１に記載のプラズマ処理装置。
3. 前記枠状誘電体は、前記被処理物の周囲に沿って起立し前記被処理物の高さを超える壁部を持つことを特徴とする請求項２に記載のプラズマ処理装置。
4. 前記枠状誘電体を前記下部電極から持ち上げ可能なリフタ機構を備えていることを特徴とする請求項２又は３に記載のプラズマ処理装置。
5. 前記電界矯正用誘電体は、前記反応チャンバの周壁内面に配置されたチャンバ周壁誘電体であることを特徴とする請求項１に記載のプラズマ処理装置。
6. 前記電界矯正用誘電体は、前記反応チャンバの天井内面に配置されたチャンバ天井誘電体であることを特徴とする請求項１に記載のプラズマ処理装置。
7. 前記電界矯正用誘電体は、アルミナセラミックス製であることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載のプラズマ処理装置。
8. 前記プラズマ処理は、エッチングガスから成る処理ガスの雰囲気下で前記被処理物が有する基板上の成膜をエッチングするプラズマエッチングであることを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載のプラズマ処理装置。