JP2009170237A - 局所プラズマ処理装置及び処理方法 - Google Patents

Abstract

【課題】
ＴＦＴ基板の発生した欠陥の修正に適用することを目的に、局所的に安定なプラズマ流を生成する。
【解決手段】
誘電体管を用いた高周波誘導結合方式によって発生したプラズマを利用した局所プラズマ処理装置であって、誘電体管（約１ｍｍ径）の先端部から大気中に射出されたプラズマ流の径寸法を制御するため、誘電体管の先端部と試料表面との間に電界制御部を配置し、更にプラズマ流の先端部と試料表面とが交差する領域に反応性ガスを供給するためのガス供給口を配置した。これにより、極めて細い（約数１００μｍ径）のプラズマ流を安定に形成することが出来、そして高品質の薄膜形成や良好なエッチング処理を実現可能にした。
【選択図】 図１

Description

本発明は大気圧下で細径プラズマ流の生成可能なプラズマ処理装置であり、更に、生成したプラズマ流を用いて試料表面の局所的なエッチング処理方法もしくは薄膜形成処理方法に係る。

一般に、電子回路基板上に回路配線を形成する場合、配線材料である導電膜や層間絶縁材料である絶縁膜等を全面に形成し、フォトリソグラフィ法及びエッチング法を用いて不要な領域を除去して所望の配線あるいは絶縁膜を形成してきた。しかしながら、これらの方法は多くのプロセス工程を経て電子回路基板が完成するため多大なコストを要し、特に、回路基板上の極めて限られた領域のみに配線あるいは絶縁膜を形成する方法として適切な方法とは言えなかった。

一方、回路基板上に局所的に薄膜を形成する方法として、特許文献１が報告されている。この方法はレーザＣＶＤ法と呼ばれ、回路基板上の所望に領域に金属配線の原料となるガスを供給し、そこにレーザ光を照射することによって原料ガスを分解し、金属薄膜を析出する。

また、特許文献２〜４には、レーザ光の代わりにプラズマを用いて原料ガスを分解し、その反応生成物を電子回路基板上に形成する方法が報告されている。具体的には、平行に対向配置した電極を有する反応容器に希ガスと反応性ガスを混合して導入し、対向電極の間で大気圧下にプラズマ励起させ、生成した活性種を対向電極の間から基板方向に輸送させることによって回路基板上に薄膜を形成する方法である。この方法は原材料ガスとしてシリコン原子含有ガスを用いることが出来るので、金属箔膜の形成というより絶縁性薄膜あるいは半導体薄膜の形成に適している。

特公平７−４８４９６７ 特開２００５−２６２１１１ 特開平０４−３５８０７６ 特開平０４−０１５９２１

しかしながら、特許文献１に記載されたレーザＣＶＤ技術は原料ガスの分解が照射したレーザ光の吸収特性に大きく依存するという欠点を有するため、形成可能な物質はパラジウム等の金属薄膜である場合が多く、シリコン酸化膜等の絶縁薄膜等の形成が困難であるという問題点を有するばかりでなく、回路基板上に形成された物質のエッチング除去が不可能であるという致命的欠点を有していた。

また、特許文献２〜４に記載されたプラズマ技術は励起源としてマイクロ波を含む高周波電源を用いて比較的口径の大きな反応容器（石英）内で反応性ガスを分解し、生成した活性種を基板方向に向けて均一に、かつ広範囲に照射する方法である。

従って、生成した活性種の一部は反応容器の内壁に付着することによって反応性ガスの分解効率が低下する、あるいは反応容器内でのプラズマ反応が不安定になる等の問題点を有し、この技術を用いて基板上の所望の領域にのみ、安定して薄膜を形成することは困難であると言わざるを得なかった。

本発明は上記した問題点を解決し、大気圧下で生成した細径プラズマ流を用いて基板表面の所望の領域に局所的な薄膜を形成する、あるいは基板の一部をエッチング除去することの可能な局所プラズマ処理装置及びその処理方法を提供することを目的とする。

上記した本発明の目的を達成させるための局所プラズマ処理装置は、プラズマ生成部とガス供給部とプラズマ反応部を備えた装置構成とした。そして、このプラズマ生成部は誘電体からなるプラズマ生成用細管とこの細管の外周領域に高周波電源からマッチングネットワークを介して高周波電力を供給するための電極を配置して構成されている。

また、プラズマ反応部はその一端に開放部が設けられ、この開放部の対面側からプラズマ反応部の内部に上記した細管の一方の端部が挿入されている。この端部から細管の内部で生成したプラズマ流が放出されることになるが、その延長線上であってプラズマ反応部の開放部に対面する形で基板ステージ上に搭載された試料が配置されている。

ガス供給部は第１のガス供給部と第２のガス供給部とで構成され、第１のガス供給部の配管は上記した細管の他方の端部に接続されており、プラズマ生成部に第１のガスを供給する役割を持っている。また、第２のガス供給部の配管は直接プラズマ反応部の内部に挿入されており、その配管の供給口は上記した細管の延長線上であって試料表面と交差する領域に配置され、第２のガスをプラズマ処理の行われる試料表面に対して可能な限り接近させて配置されている。
尚、ここで第１のガスはＡｒ、Ｈｅ等に代表される不活性ガスであって、プラズマ流の形成に用いられ、第２のガスはシランやＴＥＯＳ等に代表される薄膜形成用原料ガス、または塩素やフッ化炭素等に代表されるエッチング用ガスであるが、本発明で適用可能なガス種は上記の具体例に限定されるものではない。

プラズマ反応部の内部に挿入された細管の端部から試料の表面方向に向かって不活性ガスのプラズマが放出されるが、そのプラズマ流は通過可能な開口部を有するプラズマ電界制御部を通って試料表面に到達する。そして、そのプラズマ流はプラズマ電界制御部によってプラズマ流の径が制御される。
尚、プラズマ流を中心軸として、試料を挟む両側にプラズマ磁界制御部を設けることによって、プラズマ流の径を制御することも可能である。

以上が試料の表面上に局所的なプラズマ領域を形成るための処理装置構成の概要を説明した。次に、この装置を用いて試料を処理する場合について説明する。

細管の一方の端部から細管の内部に供給した不活性ガスに高周波電力を印加することによってプラズマを発生させ、細管の他方の端部と試料との間に配置したプラズマ制御部の開口部を通過させてプラズマ流を所望の大きさに細径化し、これを用いて試料の表面近傍に供給した反応性ガスを分解させることで、生成した反応生成物を試料の表面に堆積させるようにした。このとき、反応性ガスとしてシリコン原子含有ガス、例えばＴＥＯＳガスを用いれば試料の表面にシリコン酸化膜を堆積することが出来る。

一方、細管の一方の端部から管の内部に供給した不活性ガスに高周波電力を印加することによってプラズマを発生させ、細管の他方の端部と試料との間に配置したプラズマ制御部の開口部を通過させてプラズマ流を所望の大きさに細径化し、これを用いて試料の表面近傍に供給した反応性ガスを分解させることによって生成した反応生成物を試料の表面で反応させるようにした。このとき、使用した反応性ガスが少なくとも塩素系またはハロゲン系ガスを含有していればその反応生成物が試料の一部を除去する役割を果たすことになる。

以上で述べたように、プラズマ流の生成とその細径化という過程と原料ガスと反応させるという過程を分離し、特に後者の過程を試料表面の極近傍で行なうことによって、限られた所望の領域に薄膜を形成すること、あるいは試料の限られた一部の領域を除去することを安定して行なうことが可能になる。

以下、本発明の最良の実施形態について、図面を用いて詳細に説明する。
（第1の実施例）
図１に、本発明の第１の実施例である誘導結合型の局所プラズマ処理装置の概略図を示す。局所プラズマ処理装置は大別してプラズマ生成部１とガス供給部２、３とプラズマ反応部４とで構成されている。そして、このプラズマ生成部１は誘電体からなるプラズマ生成用細管６とこの細管６の外周領域に高周波電源７からマッチングネットワーク８を介して高周波電力を供給するための電極９を配置して構成されている。

具体的な例として、細管６には内径φ１ｍｍ、外径φ４ｍｍの石英管を用いた。そして、高周波電源７（１４４ＭＨｚ、２００Ｗ電源）から所定の高周波電力を細管６に印加するための電極９には対向する２つの銅製電極９を細管６の外周部に設けた。尚、細管１に高周波電力を供給する際、高周波電源７からの反射波が最小になるようにマッチングネットワーク８を経由して行った。

尚、後述するが、細管６の一方の端部にはガス供給部を構成する第１のガス供給部２の配管１２が接続されており、細管６の内部には第１のガスが供給され、そして高周波電源７から所望の高周波電力が印加された後、イグナイタ（図示せず）を用いてプラズマの着火が行なわれる。

また、少なくともプラズマ生成部１、細管６、高周波印加用電極９及びプラズマ反応部４は一体となって移動する機構とし、試料１１との距離を可変させる場合にはこれらが同時に移動するようにした。

次に、プラズマ反応部４はその一端に開放部５が設けられ、この開放部５の対面側からプラズマ反応部４の内部に上記した細管６の一方の端部が挿入されている。この端部から細管６の内部で生成した第１のガスによるプラズマ流が上記の開放部５に向かって放出される。細管６の延長線上には、プラズマ反応部４の開放部５に対面する形で基板ステージ１０上に搭載された試料１１が配置されている。

ガス供給部を構成する第２のガス供給部３の配管１３は直接プラズマ反応部４の内部に挿入されており、その配管１３の供給口１４は上記した細管６の延長線上であって試料１１の表面と交差する領域に可能な限り接近させて配置されている。

ここで、第１のガスはＡｒ、Ｈｅ等に代表される不活性ガスであって、プラズマ反応室４の内部におけるプラズマ流１５の形成に用いられる。そして、第２のガスはシランやＴＥＯＳ等に代表される薄膜形成用原料ガス、または塩素やフッ化炭素等に代表されるエッチング用ガスであるが、本発明で適用可能なガス種は上記の具体例に限定されるものではない。

以下、試料１１として電子回路基板であり、その上に局所的にシリコン酸化膜からなる保護膜または絶縁膜を形成することを想定して、より具体的に説明する。

プラズマ流１５の生成には第１のガス（不活性ガス）としてアルゴンガス（以下Ａｒ）を用い、絶縁膜形成用の第２のガス（反応性ガス）としてＴＥＯＳ（ｔｅｔｒａｅｔｈｏｘｙｓｉｌａｎｅ）ガスを用いた。これら２種類のガスは夫々別系統のガス配管（第１の配管１２及び第２の配管１３）からプラズマ反応部４の内部に供給される。

ここで、第１のガス及び第２のガスを個別に供給し、試料１１の表面に接近させた領域で反応させることの重要性は下記の理由による。即ち、（１）薄膜形成用である第２のガス（ＴＥＯＳガス）を細管６の内部に導入し、そこでプラズマを生成する場合、ＴＥＯＳガスによる活性種（ラジカル）が細管６の内部に堆積し、その結果として安定したプラズマの維持が困難になる、（２）薄膜形成に寄与するプラズマ中の活性種やイオンの寿命は比較的短いため（大気圧下では活性種の平均自由工程は数十ｎｍ程度）、活性種が試料１１の表面に輸送されるまでの間に活性種の性質が変化してしまう、等の問題がある。

これを回避して試料１１の表面に所望の特性を有する薄膜（例えば、シリコン酸化膜の絶縁破壊電界強度が５００ＭＶ／ｍ以上）を形成するためには、上記したようにプラズマ形成用に用いられるＡｒガスと薄膜形成用に用いられるＴＥＯＳガスとを個別に供給し、Ａｒガスによるプラズマ流１６を用いてＴＥＯＳガスを試料１１の表面近傍で反応させ、生じたＴＥＯＳガスの活性種を直ちに試料１１の表面上に輸送し、シリコン酸化膜の形成に寄与させることが極めて重要である。

ところで、ＴＥＯＳガスは室温において液体であるため、ＴＥＯＳガスの供給はＴＥＯＳガスをＡｒガスや窒素ガス等の不活性ガスを用いてバブリングしながら供給しなければならない。このとき、ＴＥＯＳガスが第２の供給部３からプラズマ反応部４内に到達するまでに第２の配管１３内に付着することを抑制するために、リボンヒータなどの温度調整機能付きのヒータ（図示せず）を第２の配管１３に装着させ、第２の配管１３自身を約１００℃程度に保温することが必要である。更に、ＴＥＯＳガスを効率よく供給するため、第２のガス供給部３そのものを約１００℃程度に保温することは効果的である。

プラズマ形成用Ａｒガス及び薄膜形成用ＴＥＯＳガスの流量は、夫々の配管１２及び１３に設置されたマス・フロー・コントローラ１２ａ及び１３ａ（以下、ＭＦＣとする）により流量制御される。ＴＥＯＳガスのバブリングに用いる不活性ガス（Ａｒガス）の流量は第１のガス供給部２に接続されたＭＦＣ１３ｂを用いて行なわれ、ＴＥＯＳガスと共にプラズマ反応部４の内部に供給される。尚、配管１２及び１３にはステンレス製の１／４インチ管を用いるが、プラズマ反応部４の内部で１／８インチ管等を用いて絞込み、試料１１の表面近傍に限定して供給出来るようにした。

プラズマ反応部４内に供給されたＴＥＯＳガスはプラズマ反応部４に接続された真空制御部２０を介して排気設備及び除害設備（図示せず）で処理される。また、プラズマ反応部４内の圧力は真空制御部２０に内蔵された圧力計を用いて制御されるが、ＴＥＯＳガスの一部がプラズマ反応部４の開放部５から散逸されることを防止するためにプラズマ反応部４内の圧力は大気圧より低くなるように真空制御部２０で調整される。

次に、本発明の局所プラズマ処理装置を用いてＡｒプラズマ放電の制御方法、プラズマ流の細径化方法及び薄膜形成方法をより具体的に説明する。
（１）Ａｒプラズマ放電の制御方法
図１において、第１のガス供給部２からプラズマ生成用ガスとしてＡｒガスを１Ｌ／ｍｉｎの割合で細管６に導入する。そして、高周波電源7からは投入電力７０Ｗをマッチングネットワーク８を介して電極９に印加した。Ａｒガスのプラズマはイグナイタ（図示せず）を用いて行われるが、高周波電源７への反射波が大きく、プラズマ放電が不安定である場合には、反射波が最小となるようにマッチングネットワーク８を用いて調整する。

プラズマの放電状態はプラズマ反応部４に設置された観察用窓（図示せず）から観察されるプラズマ発光を、分光計測装置を用いて分析することで知ることが出来る。本実施例では、Ａｒの発光輝線６９６ｎｍや７５０ｎｍを計測してその電離状態からプラズマの安定性を判断した。また、プラズマ反応部４の内部を５〜１５μｍの波長領域に感度を有する赤外線温度計を用いて計測し、試料１１や細管６の温度を計測した。

上記の放電条件において、細管６の先端部から試料１１の方向に向って約１０ｍｍ程度のＡｒプラズマ流１５が観察された。プラズマ流１５の径は細管６の先端から徐々に先細り、プラズマ流１５の先端部では約数１００μｍであった。そして、プラズマ流１５の温度は細管６の先端から１ｍｍ以内ではガラス基板上に形成したアルミニウム配線が容易に溶融する６６０℃以上に達し、プラズマ流１５の先端近傍ではもはやアルミニウム配線の溶融が生じない程度にプラズマ流１５の温度が低下していることを確認した。

更に、高周波電力を変化させずにＡｒガスの流量を３Ｌ／ｍｉｎに増加させた場合、プラズマ流１５の長さは１５ｍｍまで増大したが、プラズマ流１５の温度は細管６の先端から１ｍｍ以内であってもアルミニウム配線が溶融することはなかった。そして、細管６に供給するＡｒガスの流量を１〜１０Ｌ／ｍｉｎの範囲で変化させ、また、高周波電源７の投入電力を３０〜２００Ｗまで変化させた場合、プラズマ流１５の商社によって試料１１の表面温度を５０〜８００℃の範囲で制御することができた。

（２）プラズマ流の形状制御方法
プラズマ反応部４の内部に生成されるプラズマ流の直径は細管６の内径を上記の１ｍｍから更に細くすることで可能である。しかしながら、細管６の内径が０．５ｍｍ以下である場合、細管６中で発生するプラズマ自身が不安定になる。

そこで、図１に示すように電界制御部１７を用いたプラズマ流１５の径制御を検討した。即ち、電界制御部１７は細管６の先端部から射出されるプラズマ流１５を十分に通過可能な開口部１６を有しており、上記した細管６と試料１１との間に配置されている。

図２は試料１１に向って放出されたプラズマ流１５の径が電界制御部１７によって変化する様子を模擬的に示した図である。図２ａは電界制御用電源１８を用いて電界制御部１７に正電位を印加した場合であって、Ａｒプラズマ流１５中の陽イオンには電界制御部１７の内側に向う力が働き、その結果としてプラズマ流１５が細径化される。一方、図２ｃは電界制御部１７に負電位を印加した場合であって、Ａｒプラズマ流１５中の陽イオンには電界制御部１７の外側に向う力が働き、その結果としてプラズマ流１５の径が拡大される。尚、図２ｂの状態は電界制御部１７を接地した場合であって、細管６の先端部から放出されたプラズマ流１５の径は大気との衝突によって次第に先細りとなる。

図３は、複数の電界制御部１７ａ、１７ｂ、１７ｃを用いてプラズマ流１５の径のみならず、その形状を制御する場合の説明図である。図３において、電界制御部１７ａ、１７ｂ、１７ｃはその順番で細管６と試料１１との間に配置され、電界制御部１７ａ、１７ｂ、１７ｃに印加される電圧は電界制御用電源１８ａ、１８ｂ、１８ｃを用いて各々独立に印加される。

例えば、電界制御用電源１８ａ、１８ｂ、１８ｃの順番で電界制御部１７ａ、１７ｂ、１７ｃに印加される電圧を大きくした場合（電界制御部１７ａから１７ｃに向って電位勾配を形成する）、電界制御部１７ａから１７ｃに従ってプラズマ流１５中の陽イオンを内側に移動させる力が強くなり、その結果として電界制御部１７ａ、１７ｂ、１７ｃを通過するに従ってプラズマ流１５の径が細く制御されることになる。この場合、プラズマ流１５の径制御のみならず、プラズマ流１５が維持される長さ（プラズマ流の放出長さ）も同時に伸長される。

一方、電界制御部１７ａに比較して１７ｃに印加する電圧を小さくし、電界制御部１７ｃから１７ａに向う電位勾配を形成することで試料１１の表面に入射するＡｒイオンの入射強度を抑制し、イオン衝撃による試料１１への損傷を低減することが可能である。

図２〜３では電界制御部１７を用いたプラズマ流の形状制御方法について示したが、電界制御部１７の代わりにプラズマ流１５の径よりも小さな開口部を有する遮蔽板を用いても有効である。但し、遮蔽板はプラズマ流１５に直接曝されるため、Ａｒプラズマに対するエッチング耐性に優れた材料、例えば石英や酸化アルミニウムなどのセラミックス材料を用いることが必要である。

（３）プラズマ密度の制御方法
細管６の内部で形成されるＡｒプラズマの密度は高周波電源７から供給される高周波電力、第１のガス供給部２から供給されるＡｒガスの流量等によって決定される。そして、その密度は細管６の先端部からプラズマ反応部４の内部に放射されるに従って低下する。しかしながら、プラズマ反応部４の内部に放射されたプラズマ流１５を用いてＴＥＯＳガス等を分解し、シリコン酸化膜の形成に利用するためには、必要に応じてプラズマ流１５の密度の低下を抑制することが重要である。
図４は図１に示した局所プラズマ処理装置のプラズマ反応部４を中心に描いた説明図である。図１との違いは、プラズマ流１５のプラズマ密度制御用のプラズマ磁界制御部（環状構造）を更に設置したことである。即ち、プラズマ流１５を中心軸として、試料１１を挟む両側にプラズマ流１５の径及び密度を制御するためのプラズマ磁界制御部１９ａ、１９ｂを設けた。

プラズマ反応部４の内部に配置したプラズマ磁界制御部１９ａと試料１１の下方に配置したプラズマ磁界制御部１９ｂとの間には、プラズマ流１５を中心軸にして試料１１の方向またはその反対方向に磁力線が形成されており、この筒状の磁力線の内部にプラズマ流１５が閉じ込められる。当然のことながら、プラズマ磁界制御部１９ａ、１９ｂで作られる磁力線の強度が大きくなるとともにプラズマ流１５の閉じ込め効果が増大し、結果的にはプラズマ流１５の径も細くなるように制御される。

図４に示した例はプラズマ磁界制御部１９ａ、１９ｂを一組だけ示したが、これを更に分割し、夫々を適宜制御することによって図３に示したプラズマ電界制御部の場合同様にプラズマ流１５中の電子の挙動を制御することが出来る。また、図４ではプラズマ磁界制御部１９ａをプラズマ電界制御部１７と細管６の先端部との間に配置したが、プラズマ電界制御部１７と試料１１との間に配置しても同様の効果が得られる。

（４）局所領域への薄膜形成
上記の図１に示した局所プラズマ処理装置を用い、ＡｒガスとＴＥＯＳガスによる絶縁膜（シリコン酸化膜）の形成を試みた。一例として、試料１１はガラス基板を用い、成膜条件である高周波電源７の投入電力を７０Ｗ、第１のガス供給部２から細管６に供給されるＡｒガスの流量を３Ｌ／ｍｉｎ、第２のガス供給部３から試料１１の表面近傍に供給されるＴＥＯＳガスの供給量はそのバブリングに用いたＡｒガスの流量をマスフリーコントローラＭＦＣ１３ａで制御し、その流量を０．１５Ｌ／ｍｉｎとした。細管６と試料１１の表面までの距離、即ち、Ａｒプラズマ流の長さは、約１５ｍｍになるように調整した。

試料１１の表面には、約１００μｍ径の領域にシリコン酸化膜（膜厚約１μｍ）が形成されていることがラマン分光法によって確認された。そして、一般にＴＥＯＳガスの熱分解によってシリコン酸化膜を堆積させる場合、試料１１を予め６００℃以上に過熱しておくことが必要とされているが、上記の例では試料１１の表面温度が約３００℃程度（赤外線温度計による測定）で形成可能であることが明らかになった。

これは、Ａｒプラズマ流１５の形成とＴＥＯＳガスの供給を独立して行い、しかもＴＥＯＳガスの供給をＡｒプラズマ流１５が試料１１と交差する領域に直接行うことによって、Ａｒプラズマ流１５によって分解されたＴＥＯＳガスの活性種が寿命になる前に試料１１の表面に到達し、薄膜形成に貢献することによると考えられる。尚、得られたシリコン酸化膜の絶縁破壊特性は約５００ＭＶ／ｍであって、一般的な熱酸化膜と同程度の良好な特性を示している。

次に、半導体薄膜（アモルファスシリコン膜）の形成例について説明する。
第２のガス供給部３からプラズマ反応部４の内部に供給される反応性ガスとしてＳｉＨ_２Ｃｌ_２（ジクロロロシラン）ガスを用いた。前述したように、大気圧下では分子の平均自由工程が数十ｎｍ程度であるため、緻密な薄膜を形成するには反応性ガスとプラズマとの反応を試料１１の表面近傍で行い、形成した活性種（ラジカル）を素早く試料１１の表面で再結合させることが望ましい。

Ａｒガスの流量や高周波電力は上記したシリコン酸化膜形成の場合と同じであり、細管６の先端部からプラズマ反応部４の内部に約１５ｍｍのプラズマ流１５を形成した。試料１１の位置はほぼこのプラズマ流１５の先端から約１ｍｍ程度離して設置した。ＳｉＨ_２Ｃｌ_２ガスの流量を０．２Ｌ／ｍｉｎとし、更に水素ガスを数〜数十％混合させてプラズマ流１５と試料１１とが交差する近傍に第２の配管供給口１４から供給した。水素ガスの混合はシリコン膜中の不純物乖離反応を促進させ、より不純物の少ない高品質な薄膜の形成を行うためである。

また、ＳｉＨ_２Ｃｌ_２ガスの供給は間歇的に行い、形成した薄膜の品質向上を更に図った。即ち、ＳｉＨ_２Ｃｌ_２ガスを５秒間供給した後、次の５秒間はＳｉＨ_２Ｃｌ_２ガスの供給を停止した。この停止期間では試料１１の表面に対してＡｒプラズマ流１５によるプラズマ処理を行うようにした。これはプラズマ流１５の照射を継続することで堆積したアモルファスシリコン膜の原子間のネットワーク形成が促進されることを目的とした。

その結果、試料１１上には約１ｍｍ径の範囲にアモルファスシリコン膜（膜厚約０．５μｍ）が形成され、アモルファスシリコン膜として基本的な特性である光照射オン・オフ時の電流比は一般的な手法である平行平板型プラズマＣＶＤ法を用いて形成されたアモルファスシリコン膜と同程度の数値を得ることが出来た。

（５）局所領域でのエッチング処理
上記したように、図１における第２のガス供給部３からＴＥＯＳガスを供給することで試料１１上に局所的にシリコン酸化膜を形成することが可能であることを説明した。

そこで、ＴＥＯＳガスの代わりにＣＦ_４ガスを第２のガス供給部３からプラズマ反応部４の内部に供給した。Ａｒガスの流量、高周波電力、ＣＦ_４ガスの流量はシリコン酸化膜の形成の場合とほぼ同じ条件で行った。試料１１としてガラス基板上に窒化シリコン膜（膜厚約１μｍ）を形成して用いた。尚、細管６にはＣＦ_４ガスに対してエッチング耐性の優れた材料を使用することが望ましく、ここではセラッミックチューブ（内径約１ｍｍ）を用いた。

その結果、試料１１上に形成した窒化シリコン膜が約数１００μｍ径の範囲ですり鉢状にエッチングされていることを確認した。

以上に述べたように、プラズマ系生成ガスとしてＡｒガスを、また薄膜形成用反応性ガスとしてＴＥＯＳガスを、そしてエッチング用ガスとしてＣＦ_４ガスを用いた例を説明したが、これらのガス種に限定されるものではない。例えば、プラズマ系生成ガスとしてＨｅガス、薄膜形成用反応性ガスとしてＳｉＨ_４ガスやＳｉＨ_２Ｃｌ_２ガス、エッチング用ガスとしてＯ_３ガスやＣｌ_２ガスなどは一例であって、通常の半導体製造工程で使用されているガスを用いることが可能である。

（第２の実施例）
次に、本発明の第２の実施例として、上記した局所プラズマ処理装置を用いて行った液晶表示素子の欠陥修正について説明する。
一般的に液晶表示装置（図示せず）は一方のガラス基板（ＴＦＴ基板）上に形成された複数の画素部と他方のガラス基板（カラーフィルタ基板）上に形成された複数のカラーフィルタ部とを、画素部とカラーフィルタ部とを対抗させて配置し、その間に液晶を挟みこんだ構造である。

そして、上記の画素部は次の工程を経て形成される。即ち、ガラス基板上にゲート配線が形成され、その上にゲート絶縁層が形成される。そして、このゲート絶縁層上であって、ゲート配線に接続されたゲート電極の位置する領域にアイランド状の半導体層（アモルファスシリコン膜）が形成される。そして、この半導体層の一方の端部に電極（ドレイン電極）を介して接続されたドレイン配線がゲート配線と交差する方向に形成されている。半導体層の他方の端部にはソース電極が形成され、更にその上を全体が覆われるように形成された保護膜を貫いて形成されたコンタクトホールを介してソース電極と透明電極とが接続されている。２本のドレイン配線及び２本のゲート配線で囲まれ、ゲート電極、ドレイン電極、ソース電極、透明電極及び半導体層で構成された薄膜トランジスタ部（ＴＦＴ）でひとつの画素部が構成されている。

液晶表示素子は、薄膜トランジスタ部のオン・オフ状態に応じて透明電極に生じる電圧を変化させ、その変化に応じて液晶の配向を変えることで画素部を通過する光の量を制御する。

以上、液晶表示装置の概要を説明したが、複数の成膜工程（配線、半導体層、電極）やエッチング工程を経て作られるため、その過程で混入した異物やホトマスク等の不都合によって配線間の短絡、配線の断線、半導体層の形状不良等の問題が生じ、これらが液晶表示装置の特性や品質、更には製造歩留まりの低下を招く要因とされていた。従って、液晶表示装置の極めて限られた領域で発生した上記の欠陥部を必要に応じて修正することが極めて重要であると考えられる。
そこで、本発明の局所プラズマ処理装置を用いて行った、致命的な不良のひとつである配線の断線修正の例と、製造工程上で上記した不良を修正するときの方法を以下に説明する。

最初に、ゲート配線の一部欠落部分の修正の例について説明する。図５はゲート配線の断線を修正する過程を説明するための工程図である。図５（ａ）において、ガラス基板１０１上にＣｒ等からなるゲート配線１０２が形成されている。そして、ゲート配線１０２の上には窒化シリコン膜からなるゲート絶縁膜１０３が形成され、更にその上に窒化シリコン膜またはシリコン酸化膜からなる保護膜１０４が形成されている。しかしながら、ゲート配線１０２の形成工程にて異物の付着を起因としたゲート配線１０２の断線部１０５の生じていることが液晶表示装置の最終点灯試験の結果判明した。このままではゲート配線の一部に信号を供給することが不可能となって、所謂液晶表示装置として致命的な「線欠陥品」として処分されていた。

そこで、本発明の局所プラズマ処理装置を用いて上記した断線部１０５の修正を試みた。先ず、図５（ｂ）に示すように、断線部１０５を図１に示したプラズマ流１５の先端位置に配置し、第２のガス供給部３からプラズマ反応部４の内部にＣＦ_４ガスを供給した。そして、断線部１０６の上部を覆っている保護膜１０４及びゲート絶縁膜１０３を順次エッチングし、ガラス基板１０１の表面を露出させて、エッチング除去部１０７を形成した。尚、保護膜１０４やゲート絶縁膜１０３の開口部はゲート配線１０２の断線部１０５よりも大きくしておくことが必要である。

次に、図５（ｃ）に示すように、第２のガス供給部３から供給される反応性ガスをＣＦ_４ガスから（ＣＨ_３）_３Ａｌガス（トリメチルアルミニウムガス）に切り替えて供給し、ゲート配線１０２の一部が重なるようにしてＡｌ配線形成部１０７を形成した。ここでは（ＣＨ_３）_３Ａｌガスを用いたが、低抵抗特性を有する金属原子含有のガスであれば良い。

次に、図５（ｄ）に示すように、再び第２のガス供給部３から供給される反応性ガスの種類を変えて上記した配線形成部１０７の内部を埋めるように絶縁膜形成部領域１０８を形成した。ここで絶縁膜形成に用いた反応性ガスはＴＥＯＳガスであって、形成した絶縁膜１０８は酸化シリコン膜である。

このようにして液晶表示装置にとって致命的な欠陥とされたゲート配線の断線部を本発明の局所プラズマ処理装置を用いて修復し、新たな機能を取り戻すことを可能にした。

次に、液晶表示装置の製造工程で発生する様々な欠陥、例えば配線間の短絡（欠陥パターンＡ）、配線や絶縁膜等の積層膜の間に混入した異物（欠陥パターンＢ）、配線の断線（欠陥パターンＣ）について、製造工程中での修正手順について説明する。

図６はＴＦＴ形成工程の流れと上記した欠陥の検査・分類及びその修復の流れとを纏めて示した図である。先にも述べたが、ＴＦＴ形成工程では各種配線や半導体膜及び絶縁膜を形成する薄膜形成工程２０１、フォトリソ工程２０２及びエッチング・レジスト剥離工程２０３を経て所望の回路パターン及びＴＦＴを形成する。次に、ＴＦＴアレイ検査工程２０４により外観検査装置やアレイテスタなどを用いて様々な欠陥を検出する。上記の検査装置で検出された欠陥情報やその欠陥位置情報を生産ラインのネットワークを介して受信し、その情報に基づいて欠陥の検出された基板を搭載したステージを駆動して修正装置の光学系視野内に欠陥位置を再現する（欠陥情報収集工程２０５）。その後、修正装置に搭載されている観察カメラを用いて欠陥のレビューを行い（レビュー工程２０６）、色、平面形状、高さ情報などの欠陥種の詳細な弁別を行う（欠陥種弁別工程２０７）。

例えば、自動焦点機構により観察光学系全体をステージのＴＦＴ基板を設置する面に垂直なＺ方向に移動して、ＴＦＴ基板表面に焦点を合わせる。基板ステージにより基板をＺ軸方向に移動しても良い。そして、観察カメラにより撮像された画像から、欠陥の高さ情報を得た後、上記した局所プラズマ生成装置を用いて欠陥の修正を行う。

（欠陥パターンＡの修正２０８）
先の欠陥種弁別工程２０７において、配線間の短絡欠陥である欠陥パターンＡ２０８が検出された場合、図１に示した局所プラズマ生成装置における第１のガス供給部２からＡｒガスを細管６に供給し、また、高周波電源７から高周波電力をＡｒガスに印加してＡｒプラズマ流１５を形成する。このプラズマ流１５をパターンＡ２０８に照射して配線間の余分な領域を除去する。
尚、第２のガス供給部３から配線材料のエッチング可能なガスを適宜選択して欠陥パターンＡ２０８近傍に供給して、余分な配線をエッチング除去しても良い。

その後、配線の除去された箇所を検査し、配線除去が不十分であればプラズマ処理条件を変更して再度処理を行う。仮に、余分な配線の除去が十分であると判定された場合、処理された配線近傍の表面に保護膜を形成（保護膜形成工程２１１）して欠陥修正を終了させ、ＴＦＴ基板を次工程に移送する。

（欠陥パターンＢの修正２０９）
次に、欠陥種弁別工程２０７において、配線や絶縁膜等の積層膜の間に混入した異物：凸欠陥（欠陥パターンＢ）が検出された場合の修正方法を説明する。
ここでは、ＴＦＴ素子のゲート配線上に異物（凸状欠陥）が存在した例を示す。凸状欠陥は配線膜を形成する際、例えばスパッタリングによるメタルの溶融物が付着するスプラッシュ欠陥や、成膜時の異物混入などにより発生する。この凸状欠陥の高さが大きい場合にはその上に形成したゲート絶縁膜や保護膜を突き抜けてカラーフィルタ基板に形成された透明対向電極に接触し、上下電極間ショートや液晶ギャップ不良による表示特性不良を齎すため、その凸状欠陥を出来るだけ早い段階で除去することが必要である。

先ず、異物を覆っている保護膜（必要に応じてゲート絶縁膜）を除去するため、図１に示した局所プラズマ生成装置における第１のガス供給部２からＡｒガスを細管６に供給し、また、高周波電源７から高周波電力をＡｒガスに印加してＡｒプラズマ流１５を形成する。そして、第２のガス供給部３から保護膜のエッチング可能なガスを適宜選択して凸状欠陥の存在する保護膜の表面に供給して、保護膜のエッチング除去を行う。保護膜が窒化シリコン膜である場合、第２のガス供給部３から供給されるガスはフッ化塩素ガスあるいは塩素ガスを用いる。保護膜の除去が不十分であればプラズマ条件の最適化を図る。次に、保護膜の下層に位置するゲート絶縁膜を同様にして除去する。そして、凸状欠陥が表面に露出したとき、第２のガス供給部３からのガス供給を中断し、第１のガス供給部２から供給されたＡｒガスによるＡｒプラズマを用いて上記の凸状欠陥を除去する。

Ａｒプラズマを用いて保護膜及び凸状欠陥を一括で除去することも可能であるが、保護膜と凸状欠陥との材料の違いにより除去すべき材料が周囲に飛散することもあって、上記したように夫々分離して除去することが望ましい。
その後、修正部分に改めて保護膜（必要に応じてゲート絶縁膜も形成する）を形成して（保護膜形成工程２１１）凸状欠陥の修正が完了する。

（欠陥パターンＣの修正２１０）
上記した欠陥パターンＢの修正２０９において、配線上に存在していた凸状欠陥した際に配線そのものが欠落している場合が多い。そのような場合には、ここで説明する欠陥パターンＣの修正２０９を継続して行う。

配線の断線修正の詳細については図５で説明したので、ここでは欠陥種弁別工程２０７において、配線の断線（欠陥パターンＣ）が検出された場合の手順を説明する。
先ず、配線の断線が発生している領域の保護膜を断線領域よりも広い領域に亘って除去する。即ち、局所プラズマ生成装置における第１のガス供給部２からＡｒガスを細管６に供給してＡｒプラズマ流１５を形成する。そして、第２のガス供給部３から保護膜（ここでは窒化シリコン膜とする）のエッチング可能なフッ化塩素ガスあるいは塩素ガスを用いて保護膜の除去を行う。保護膜の除去が不十分であればプラズマ条件の最適化を図り、配線の一部が表面に露出するまでプラズマ処理を行う。

次に、フッ化塩素ガスあるいは塩素ガスの代わりに第２のガス供給部３から導電率の高い金属を含むガスを上記した配線の一部を覆うようにして配線を形成する。配線修正部の同通が確認された後、その修正部に再び保護膜を形成し、配線の断線修正が終了する。

以上に述べたように、局所プラズマ処理装置を用いることによって単なる異物の除去のみならず保護膜や絶縁膜の除去、配線の接続等多様な用途に適用することが出来る。特に、液晶表示装置のＴＦＴ基板に適用すれば、配線間の短絡、層間膜の中に存在する異物、配線の断線といった液晶表示装置の致命的な欠陥の修復が可能となる。

尚、本発明においては１４４ＭＨｚの高周波電源を用いた例を説明したが、これに限定されるものではない。

数１００μｍ径に絞られたプラズマ流を安定に試料表面に照射し、そしてそのプラズマ流と試料表面との間に各種反応性ガスを供給することによって局所的なエッチングや高品質な薄膜の形成を可能とし、これによって従来は廃棄処分とされていた製品を復活させることが出来るなど、工業利用上更には環境維持の観点からその利するところが大きい。

局所プラズマ処理装置を説明するための概略図である。 電界制御部によるプラズマ流の径制御を説明するための図である。（ａ）は電界制御部に正電圧を印加した場合、（ｂ）は電界制御部が設置されている場合、（ｃ）は電界制御部に負電圧を印加した場合である。 複数の電界制御を用いたプラズマ流の径制御を説明するための図である。 磁界制御部を付加した局所プラズマ処理装置を説明するための概略図である。 配線の断線修正の一例を説明するための図である。（ａ）は配線の断線部を説明するための概略図、（ｂ）は保護膜及びゲート絶縁膜の除去を説明するための概略図、（ｃ）は配線形成を説明するための概略図、（ｄ）は絶縁膜形成を説明するための概略図である。 一般的なＴＦＴ形成工程及びその工程で発生した各種欠陥を局所プラズマ処理方法を用いて修正するためのフローチャートである。

符号の説明

１・・・プラズマ生成部、２・・・第１のガス供給部、３・・・第２のガス供給部、４・・・プラズマ反応部、５・・・開放部、６・・・細管、７・・・高周波電源、８・・・マッチングネットワーク、９・・・電極、１０・・・基板ステージ、１１・・・試料、１２・・・第１配管、１２ａ・・・マスフローコントローラー、 １３・・・第２配管、１３ａ・・・マスフローコントローラー、１４・・・第２配管供給口、１５・・・プラズマ流１６・・・開口部、１７、１７ａ、１７ｂ、１７ｃ・・・プラズマ電界制御部、１８、１８ａ、１８ｂ、１８ｃ・・・電界制御用電源、１９ａ、１９ｂ・・・プラズマ磁界制御部、２０・・・真空制御部、１０１・・・ガラス基板、１０２・・・ゲート配線、１０３・・・ゲート絶縁膜、１０４・・・保護膜、１０５・・・断線部、１０６・・・エッチング除去部、１０７・・・配線形成部、１０８・・・絶縁膜形成部、２０１・・・薄膜形成工程、２０１・・・フォトリソ工程、２０３・・・エッチング、剥離工程、２０４・・・ＴＦＴアレイ検査工程、２０５・・・欠陥情報収集工程、２０６・・・欠陥レビュー工程、２０７・・・欠陥種弁別工程、２０８・・・欠陥パターンＡの修正、２０９・・・欠陥パターンＢの修正、２１０・・・欠陥パターンＣの修正、２１１・・・保護膜形成工程

Claims (13)

1. プラズマ生成部と第１のガス供給部と第２のガス供給部と開放部を有するプラズマ反応部を備えた局所プラズマ処理装置であって、前記プラズマ生成部は誘電体からなるプラズマ生成用細管と該細管の外周領域に配置された、高周波電源からマッチングネットワークを介して高周波電力を供給するための電極とを備え、前記細管の一方の端部は前記プラズマ反応部の開放部の対面側から前記プラズマ反応部内部に挿入され、前記プラズマ反応部の開放部に基板ステージ上に搭載された試料が配置されてなり、前記第１のガス供給部の配管は前記細管の他方の端部に接続され、前記第２のガス供給部の配管は前記プラズマ反応部内部に挿入されてなり、前記プラズマ反応部の内部であって前記細管と前記試料との間に、前記細管の端部から射出されるプラズマ流を通過可能な開口部を有し、前記プラズマ流の径を制御するためのプラズマ電界制御部を配置したことを特徴とする局所プラズマ処理装置。
2. 前記第２のガス供給部の配管供給口が、前記細管の延長線上であって前記試料と交差する領域に配置されてなることを特徴とする請求項1に記載の局所プラズマ処理装置。
3. 前記プラズマ電界制御部は、前記プラズマ流の射出方向に複数配置されてなることを特徴とする請求項１に記載の局所プラズマ処理装置。
4. 前記複数のプラズマ電界制御部に、前記プラズマ流の出射方向もしくはその反対方向に電位勾配が形成されてなることを特徴とする請求項３に記載の局所プラズマ処理装置。
5. 前記プラズマ流を中心軸として、前記試料を挟む両側に前記プラズマ流の径及び密度を制御するためのプラズマ磁界制御部を更に設けたことを特徴とする請求項１に記載の局所プラズマ処理装置。
6. 前記プラズマ反応部に、該プラズマ反応部の内部を負圧状態に維持するための真空制御部を備えてなることを特徴とする請求項１に記載の局所プラズマ処理装置。
7. 前記第１のガス供給部から供給されるガスが不活性ガスであることを特徴とする請求項１に記載の局所プラズマ処理装置。
8. 前記第２のガス供給部から供給されるガスが反応性ガスであることを特徴とする請求項１に記載の局所プラズマ処理装置。
9. 細管の一方の端部から該細管の内部に供給した不活性ガスに高周波電力を印加することによってプラズマを発生させ、前記細管の他方の端部と試料との間に配置したプラズマ制御部の開口部を通過させて細径化したプラズマ流を用いて、前記試料の表面近傍に供給した反応性ガスを分解させることによって生成した反応生成物を前記試料の表面に堆積させることを特徴とする局所プラズマ処理方法。
10. 前記反応性ガスがシリコン原子含有ガスであって、前記試料の表面に堆積した反応生成物がシリコン酸化膜であることを特徴とする請求項９に記載の局所プラズマ処理方法。
11. 前記シリコン原子含有ガスがＴＥＯＳガスであることを特徴とする請求項１０に記載の局所プラズマ処理方法。
12. 細管の一方の端部から該細管の内部に供給した不活性ガスに高周波電力を印加することによってプラズマを発生させ、前記細管の他方の端部と試料との間に配置したプラズマ制御部の開口部を通過させて細径化したプラズマ流を用いて、前記試料の表面近傍に供給した反応性ガスを分解させることによって生成した反応生成物を前記試料と反応させ、該試料の一部を除去することを特徴とする局所プラズマ処理方法。
13. 前記反応性ガスが少なくとも塩素系またはハロゲン系ガスを含有してなることを特徴とする請求項１２に記載の局所プラズマ処理方法。

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