JP2010009779A - プラズマ処理装置、プラズマ処理方法及び有機電子デバイス - Google Patents
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Abstract
【課題】有機膜のエッチング速度及び陰極膜に対する有機膜のエッチング選択比を向上させる。
【解決手段】基板ＧのＩＴＯ上には、有機膜、メタル電極（陰極膜）が形成される。プラズマ処理装置２０は、メタル電極をマスクとして、有機膜と化学反応させるための特定の処理ガス又は有機膜をスパッタするための特定の不活性ガスの少なくともいずれかのガスをガス供給源３６５から処理容器内に導入する。プラズマ処理装置２０は、また、導入されたガスを励起させるためのエネルギーとしてマイクロ波発生器３５５からマイクロ波を投入する。プラズマ処理装置２０は、投入されたマイクロ波の電界エネルギーを用いて、前記導入されたガスからプラズマを生成し、生成されたプラズマを用いて有機膜をエッチングする。
【選択図】図４
【解決手段】基板ＧのＩＴＯ上には、有機膜、メタル電極（陰極膜）が形成される。プラズマ処理装置２０は、メタル電極をマスクとして、有機膜と化学反応させるための特定の処理ガス又は有機膜をスパッタするための特定の不活性ガスの少なくともいずれかのガスをガス供給源３６５から処理容器内に導入する。プラズマ処理装置２０は、また、導入されたガスを励起させるためのエネルギーとしてマイクロ波発生器３５５からマイクロ波を投入する。プラズマ処理装置２０は、投入されたマイクロ波の電界エネルギーを用いて、前記導入されたガスからプラズマを生成し、生成されたプラズマを用いて有機膜をエッチングする。
【選択図】図４
Description
本発明は、プラズマ処理装置及びプラズマ処理方法に関し、特に、基板上に形成された有機膜をエッチングするためのプラズマ処理装置及びプラズマ処理に関する。
有機ＥＬ素子は、ガラス基板上にパターン化された陽極層（アノード）に有機層、陰極層（カソード）を順に積層することにより形成される。有機膜をサンドイッチした陽極及び陰極に外部から数Ｖの電圧を印加すると、陰極側から有機層に電子が注入され、陽極側から有機層にホールが注入される。電子とホールの注入により有機分子は励起状態になるが、電子とホールが再結合したとき、励起有機分子は再び基底状態に戻り、その過程で余分なエネルギーが光として放出される。
上記原理から有機ＥＬ素子を自発光させるためには、電源から電極に電圧を印加するための配線が必要となる。そこで、有機層を成膜後、有機膜に配線用のパターンニングを施す。このとき、陰極層をマスクとして有機膜をエッチングするため、有機膜をエッチングする間、極力、陰極層をエッチングさせないために有機膜と陰極層とのエッチング選択比が重要となる。それとともに有機膜のエッチング速度を高めてスループットを向上させることが望まれる。
そこで、従来からエッチング速度を向上させるために様々な提案がされている（たとえば、特許文献１参照）。前記文献では、平行平板型プラズマ処理装置において、被処理体を載置した下部電極にプラズマ形成用の高周波電力とイオン引き込み用の高周波電力を別々に印加する。これによれば、ウエハにより近いところでプラズマが生成されるので、エッチングレートを上昇させることができる。また、プラズマエッチングに必要なプラズマ生成機能とイオン引き込み機能とを独立して制御することにより、高い微細加工が可能となる。
しかしながら、前記文献では、下部電極にイオン引き込み用の高周波電力を印加するため、単に陰極膜をマスクとした有機膜のエッチングに用いると、有機膜だけでなく陰極膜のエッチング速度も上昇させてしまう。特に、陰極膜が銀Ａｇにて形成されている場合には、有機膜より陰極膜の方が速くエッチングされてしまう場合も生じる。
そこで、上記課題に対処するために、本発明は、特定の処理ガス又は特定の不活性ガスを導入することにより、有機膜のエッチング速度及び陰極膜に対する有機膜のエッチング選択比を向上させるプラズマ処理装置及びプラズマ処理方法を提供する。
具体的には、上記課題に対処するために、本発明のある態様によれば、内部にて基板上の有機膜にプラズマを用いたエッチング処理が施される処理容器と、前記有機膜上の陰極膜をマスクとして、前記有機膜と化学反応させるための特定の処理ガス又は前記有機膜をスパッタするための特定の不活性ガスの少なくともいずれかのガスを前記処理容器内に導入するガス供給源と、前記ガス供給源から導入されたガスからプラズマを生成するためのエネルギーを投入するエネルギー源と、を備えたプラズマ処理装置が提供される。
これによれば、陰極膜をマスクとして、前記有機膜と化学反応させるための特定の処理ガス又は前記有機膜をスパッタするための特定の不活性ガスが処理容器内に導入される。特定の処理ガスとしては、有機膜を化学反応によりエッチング可能なガスとして、たとえば、窒素ガス（Ｎ２）又は酸素ガス（Ｏ２）が導入されてもよい。
特に、窒素ガスは、陰極膜を腐食させる懸念がなく、有機膜と化学反応することにより有機膜を化学的にエッチングする。有機膜の化学的なエッチングは、窒素ガスから生成されたプラズマ中の主にＮラジカルが、有機膜ＣｘＨｙと化学反応することにより進行する。これにより生じた反応生成物ＨＣＮは、気体となって処理容器の外部に排気される。一方、窒素ガスと陰極膜との化学反応では、窒化物が生成され、その窒化物は陰極膜上に堆積する。この結果、マスクとして機能する陰極膜に対する有機膜の選択比を高くして、陰極膜を過度にエッチングすることなく有機膜に所望のパターンニングのエッチング処理を実行することができる。
特定の不活性ガスとしては、有機膜をスパッタによりエッチング可能なガスとして、たとえば、ヘリウムガス、ネオンガス、アルゴンガス、クリプトンガス又はキセノンガスが導入されてもよい。特に、ヘリウムガスに代表される軽元素が好ましい。これにより、スパッタによる陰極へのダメージを抑えて、有機膜を物理的にエッチングすることができる。特に、軽元素の不活性ガスと窒素等の特定の処理ガスとの組み合わせにより、化学的エッチング及び物理的エッチングの両観点から、有機膜のエッチング速度を向上させ、かつ陰極膜に対する有機膜のエッチング選択比を向上させることができる。
基板を載置するサセプタに約０．１２５〜約０．５（Ｗ／ｃｍ２）の高周波電力を高周印加してもよい。前記エネルギー源は、５〜２０（ｍＴｏｒｒ）の圧力に保持された前記処理容器の内部にマイクロ波を投入してもよい。
これによれば、プラズマの生成及び拡散を助長するプロセス条件を設定することにより、有機膜のエッチング速度及び陰極膜に対する有機膜のエッチング選択比を向上させることができる。
また、上記課題に対処するために、本発明の他の態様によれば、基板上に形成された有機膜上の陰極膜をマスクとして、前記有機膜と化学反応させるための特定の処理ガス又は前記有機膜をスパッタするための特定の不活性ガスの少なくともいずれかのガスを処理容器内に導入し、前記導入されたガスを励起させるためのエネルギーを投入し、前記投入されたエネルギーを用いて前記ガスからプラズマを生成し、生成されたプラズマを用いて前記有機膜をエッチングするプラズマ処理方法が提供される。
また、上記課題に対処するために、本発明の他の態様によれば、前記プラズマ処理装置を用いてエッチング処理された有機膜のパターニング部分に電極との配線を形成した有機電子デバイスが提供される。
これによれば、有機膜のエッチング速度を高めることにより、有機電子デバイスの生産性を向上させることができる。また、陰極膜に対する有機膜のエッチング選択比を高めることにより、陰極層（メタル電極）のエッチングを抑制して、有機膜のエッチングを促進することができる。
以上説明したように、本発明によれば特定の処理ガス又は特定の不活性ガスを導入することにより、有機膜のエッチング速度及び陰極膜に対する有機膜のエッチング選択比を向上させることができる。
以下に添付図面を参照しながら、本発明の一実施形態について詳細に説明する。なお、以下の説明及び添付図面において、同一の構成及び機能を有する構成要素については、同一符号を付することにより、重複説明を省略する。また、本明細書中、１ｍＴｏｒｒは（１０−３×１０１３２５／７６０）Ｐａ、１ｓｃｃｍは（１０−６／６０）ｍ３／ｓｅｃとする。
まず、本発明の一実施形態について図１及び図２を参照しながら説明する。図１は、有機ＥＬ電子デバイス製造工程を示す。図２は、図１の各工程を実行するクラスタ型の基板処理システム１０を模式的に示す。
最初に、図１（ａ）に示したように、ガラス基板（以下、基板Ｇと称呼する）が有機成膜装置内に搬入される。基板Ｇには、陽極として機能するＩＴＯ（インジウムスズ酸化物：ＩＴＯ：Ｉｎｄｉｕｍ Ｔｉｎ Ｏｘｉｄｅ）５００が予めパターニングされている。図２に示したように、基板ＧはロードロックモジュールＬＬＭからクリーニング処理室ＣＭにてクリーニングされた後、有機成膜装置ＰＭ１に搬入される。
有機成膜装置ＰＭ１は、蒸着法によりＩＴＯ５００上に有機膜５１０を６層連続成膜する（図１（ｂ））。具体的には、図３に示したように、ＩＴＯ５００上にホール注入層（第１層）、ホール輸送層（第２層）、青発光層（第３層）、緑発光層（第４層）、赤発光層（第５層）、電子輸送層（第６層）が形成される。
つぎに、基板Ｇは、プロセスモジュールＰＭ４に搬送される。プロセスモジュールＰＭ４では、スパッタにより電子注入層を成膜後、パターンマスクを使用して銀Ａｇの陰極膜（メタル電極５２０）を成膜する（図１（ｃ））。次に、基板Ｇは、プロセスモジュールＰＭ２に搬送され、同モジュールにてメタル電極５２０をマスクとして有機層をドライエッチングする（図１（ｄ））。
つぎに、基板Ｇは、再びプロセスモジュールＰＭ４に搬入される。プロセスモジュールＰＭ４は、パターンマスクを使用したスパッタリングにより、前工程にてエッチングされた有機膜５１０のパターニング部分に電極間を接続する配線部分を成膜する（図１（ｅ））。次いで、基板Ｇは、プロセスモジュールＰＭ３に搬送され、同モジュールにてＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ：気相成長法）により封止膜５３０を成膜する（図１（ｆ））。封止膜５３０は、有機素子を外部の水分や酸素から保護する。
製造された有機ＥＬ電子デバイスは、有機膜５１０を陽極（ＩＴＯ５００）及び陰極（メタル電極５２０）にてサンドイッチした構造をしている。陽極及び陰極間に外部から数Ｖの電圧を印加すると、メタル電極５２０側から有機膜５１０に電子が注入され、ＩＴＯ５００側から有機膜５１０にホールが注入される。この電子とホールの注入により有機分子は励起状態になるが、電子とホールが再結合したとき、励起有機分子は再び基底状態に戻り、その過程で放出される光により有機ＥＬ素子は自発光する。
（有機膜のエッチング工程）
つぎに、図１（ｄ）に示した有機膜のドライエッチング処理についてさらに詳しく説明する。本実施形態のエッチング処理は、図４に示したプラズマ処理装置２０（図２のプロセスモジュールＰＭ２に設置）を用いて実行される。プラズマ処理装置２０は、ラジアルラインスロットアンテナＲＬＳＡ（Ｒａｄｉａｌ Ｌｉｎｅ Ｓｌｏｔ Ａｎｔｅｎｎａ）を有するプラズマ処理装置である。プラズマ処理装置２０は、天井面が開口された円筒状の処理容器３００を有している。天井面の開口には、シャワープレート３０５が嵌め込まれている。処理容器３００とシャワープレート３０５とは、処理容器３００の内壁の段差部とシャワープレート３０５の下面外周部との間に配設されたＯリング３１０により密閉され、これにより、プラズマ処理を施す処理室Ｕが形成されている。たとえば、処理容器３００はアルミニウム等の金属からなり、シャワープレート３０５はアルミニウム等の金属または誘電体からなり、電気的に接地されている。
つぎに、図１（ｄ）に示した有機膜のドライエッチング処理についてさらに詳しく説明する。本実施形態のエッチング処理は、図４に示したプラズマ処理装置２０（図２のプロセスモジュールＰＭ２に設置）を用いて実行される。プラズマ処理装置２０は、ラジアルラインスロットアンテナＲＬＳＡ（Ｒａｄｉａｌ Ｌｉｎｅ Ｓｌｏｔ Ａｎｔｅｎｎａ）を有するプラズマ処理装置である。プラズマ処理装置２０は、天井面が開口された円筒状の処理容器３００を有している。天井面の開口には、シャワープレート３０５が嵌め込まれている。処理容器３００とシャワープレート３０５とは、処理容器３００の内壁の段差部とシャワープレート３０５の下面外周部との間に配設されたＯリング３１０により密閉され、これにより、プラズマ処理を施す処理室Ｕが形成されている。たとえば、処理容器３００はアルミニウム等の金属からなり、シャワープレート３０５はアルミニウム等の金属または誘電体からなり、電気的に接地されている。
処理容器３００の底部には、ウエハＷを載置するサセプタ（載置台）３１５が絶縁体３２０を介して設置されている。サセプタ３１５には、整合器３２５ａを介して高周波電源３２５ｂが接続されていて、高周波電源３２５ｂから出力された高周波電力により処理容器３００の内部に所定のバイアス電圧を印加するようになっている。また、サセプタ３１５には、コイル３３０ａを介して高圧直流電源３３０ｂが接続されていて、高圧直流電源３３０ｂから出力された直流電圧により基板Ｇを静電吸着するようになっている。また、サセプタ３１５の内部には、ウエハＷを冷却するために冷却水を供給する冷却ジャケット３３５が設けられている。
シャワープレート３０５は、その上部にてカバープレート３４０により覆われている。カバープレート３４０の上面には、ラジアルラインスロットアンテナ３４５が設けられている。ラジアルラインスロットアンテナ３４５は、多数の図示しないスロットが形成されたディスク上のスロット板３４５ａとスロット板３４５を保持するディスク上のアンテナ本体３４５ｂとスロット板３４５ａとアンテナ本体３４５ｂとの間に設けられ、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）などの誘電体から形成される遅波板３４５ｃとから構成されている。ラジアルラインスロットアンテナ３４５には、同軸導波管３５０を介して外部にマイクロ波発生器３５５が設置されている。
処理容器３００には、真空ポンプ（図示せず）が取り付けられていて、ガス排出管３６０を介して処理容器３００内のガスを排出することにより、処理室Ｕを所望の真空度まで減圧するようになっている。
ガス供給源３６５は、複数のバルブＶ、複数のマスフローコントローラＭＦＣ、ヘリウム（Ｈｅ）ガス供給源３６５ａ及び窒素（Ｎ２）ガス供給源３６５ｂから構成されている。ガス供給源３６５は、各バルブＶの開閉および各マスフローコントローラＭＦＣの開度をそれぞれ制御することにより、所望の濃度のガスを処理容器３００の内部に供給するようになっている。
このようにして、ヘリウムガスが、第１の流路３７０ａを通って、シャワープレート３０５を貫通するガス導入管３７５から処理室Ｕの上方に供給され、窒素ガスが、第２の流路３７０ｂを通って一体型ガスパイプ３８０から第１のガスより下方に供給される。かかる構成によれば、マイクロ波発生器３５５からスロットおよびシャワープレート３０５を介して処理室Ｕ内に入射されたマイクロ波により、ヘリウムガス及び窒素ガスが解離、電離し、これにより、プラズマが生成される。プラズマ中のヘリウムイオンＨ＋は有機膜５１０をアタックし、プラズマ中の窒素イオンＮ＋や窒素ラジカルＨ＊は、有機膜５１０と化学反応することにより、有機膜５１０は物理的及び化学的にエッチングされる。反応生成物ＨＣＮは、気体となってガス排出管４１９から排気される。
（エッチング速度及びエッチング選択比）
本実施形態のプラズマ処理装置２０では、前述したように、高周波電源４１２ｂからサセプタ４１１にイオン引き込み用の高周波電力を印加してヘリウムイオンＨｅ＋による物理的なエッチング速度を上昇させる。このため、有機膜５１０だけでなくマスクとして機能するメタル電極５２０のエッチング速度も上昇する可能性がある。そこで、有機膜５１０のエッチング速度を上昇させながら、メタル電極５２０が必要以上にエッチングされないようなプロセス条件を特定することが重要になる。
本実施形態のプラズマ処理装置２０では、前述したように、高周波電源４１２ｂからサセプタ４１１にイオン引き込み用の高周波電力を印加してヘリウムイオンＨｅ＋による物理的なエッチング速度を上昇させる。このため、有機膜５１０だけでなくマスクとして機能するメタル電極５２０のエッチング速度も上昇する可能性がある。そこで、有機膜５１０のエッチング速度を上昇させながら、メタル電極５２０が必要以上にエッチングされないようなプロセス条件を特定することが重要になる。
（物理エッチング：バイアスパワー依存性）
そこで、発明者は、メタル電極５２０の一例として銀を選択するとともに、有機膜５１０の一例としてＡｌｑ３（ｔｒｉｓ（８−ｈｙｄｒｏｘｙｑｕｉｎｏｌｉｎｅ）ａｌｕｍｉｎｕｍ：キノリノールアルミ錯体）を選択し、各材料のガス種によるバイアス依存性を比較した。その結果を図５に示す。ガス種にはアルゴンガスＡｒ、及びヘリウムガスＨｅを用いた。
そこで、発明者は、メタル電極５２０の一例として銀を選択するとともに、有機膜５１０の一例としてＡｌｑ３（ｔｒｉｓ（８−ｈｙｄｒｏｘｙｑｕｉｎｏｌｉｎｅ）ａｌｕｍｉｎｕｍ：キノリノールアルミ錯体）を選択し、各材料のガス種によるバイアス依存性を比較した。その結果を図５に示す。ガス種にはアルゴンガスＡｒ、及びヘリウムガスＨｅを用いた。
プロセス条件は、以下のとおりである。
マイクロ波パワー：２ｋＷ（約０．５２Ｗ／ｃｍ２） 天板面積：３８７０（ｃｍ２）（３５１ｍｍφ）
バイアスパワー（高周波電力）：５０〜２００Ｗ（約０．１２５〜約０．５Ｗ／ｃｍ２）
処理容器内圧力：５ｍＴｏｒｒ
サセプタと天板とのギャップ：１１０ｍｍ
サセプタ温度：２０℃
処理時間：６０ｓ
マイクロ波パワー：２ｋＷ（約０．５２Ｗ／ｃｍ２） 天板面積：３８７０（ｃｍ２）（３５１ｍｍφ）
バイアスパワー（高周波電力）：５０〜２００Ｗ（約０．１２５〜約０．５Ｗ／ｃｍ２）
処理容器内圧力：５ｍＴｏｒｒ
サセプタと天板とのギャップ：１１０ｍｍ
サセプタ温度：２０℃
処理時間：６０ｓ
ガスは、アルゴンガスと窒素ガスとの混合ガスをＡｒ／Ｎ２＝１２０／３０ｓｃｃｍだけ導入する場合と、ヘリウムガスと窒素ガスとの混合ガスをＨｅ／Ｎ２＝１２０／１５ｓｃｃｍだけ導入する場合とを比較した。図５（ａ）は、エッチング値のバイアスパワー依存性を示し、図５（ｂ）は、Ａｌｑ３／Ａｇ選択比のバイアスパワー依存性を示す。
図５（ａ）の結果から、バイアスパワーが５０〜２００Ｗ（約０．１２５〜約０．５Ｗ／ｃｍ２）の範囲では、Ａｌｑ３をヘリウムのイオンＨｅ＋でスパッタする方が、Ａｌｑ３をアルゴンのイオンＡｒ＋でスパッタするよりエッチング値が大きいことがわかる。反対に、同バイアスパワーの範囲では、銀ＡｇをアルゴンのイオンＡｒ＋でスパッタする方が、銀ＡｇをヘリウムのイオンＨｅ＋でスパッタするよりエッチング値が大きい。この結果から、バイアスパワーが５０〜２００Ｗの範囲では、ヘリウムガスは、アルゴンガスより有機膜のエッチング速度が高く、かつ、陰極膜に対する有機膜のエッチング選択比が高いことが立証された。
次に、図５（ｂ）の結果から、アルゴンガスの場合、バイアスパワーが約７５Ｗ（約０．１９Ｗ／ｃｍ２）以下ではＡｌｑ３が銀Ａｇより速くエッチングされるのに対し、ヘリウムガスの場合、バイアスパワーが約１５０Ｗ以下ではＡｌｑ３が銀Ａｇより速くエッチングされることがわかる。また、ヘリウムガスは、アルゴンガスより銀Ａｇに対するＡｌｑ３のエッチング選択比が高い。以上の結果から、エッチングガスに軽元素の不活性ガスであるヘリウムガスを用いるほうが、ヘリウムガスより重いアルゴンガスを用いるより銀Ａｇに対するＡｌｑ３の選択比を向上させ、かつＡｌｑ３のエッチング速度も向上することが証明された。
また、図５（ａ）の結果から、ヘリウムガスの場合、バイアスパワーが５０〜１２５Ｗ（約０．１２５〜約０．３１３Ｗ／ｃｍ２）程度の範囲ではＡｌｑ３のエッチング値が銀のエッチング値より大きくなるため、バイアスパワーが５０〜２００Ｗの範囲のうち、この領域をプロセスの条件とすることがより好ましいことがわかる。また、図５（ｂ）から、バイアスパワーが１５０Ｗ（約３７５Ｗ／ｃｍ２）以上になると、ヘリウムのＡｌｑ３／Ａｇの選択比が１より小さくなることがわかる。この結果から、ヘリウムガスを用いた場合であっても、バイアスパワーは、１５０Ｗ（約０．３７５Ｗ／ｃｍ２）以下がよく、１２５Ｗ（約０．３１３Ｗ／ｃｍ２）以下であればより好ましい。
（物理エッチング：圧力依存性）
次に、発明者は、銀及びＡｌｑ３のガス種による圧力依存性を比較した。その結果を図６に示す。この場合にも、ガス種はアルゴンガス及びヘリウムガスを用いた。
次に、発明者は、銀及びＡｌｑ３のガス種による圧力依存性を比較した。その結果を図６に示す。この場合にも、ガス種はアルゴンガス及びヘリウムガスを用いた。
プロセス条件は、以下のとおりである。
マイクロ波パワー：２ｋＷ（約０．５２Ｗ／ｃｍ２）
バイアスパワー：２００Ｗ（約０．５０Ｗ／ｃｍ２）
処理容器内圧力：５〜２０ｍＴｏｒｒ
サセプタと天板とのギャップ：１１０ｍｍ
サセプタ温度：２０℃
処理時間：６０ｓ
マイクロ波パワー：２ｋＷ（約０．５２Ｗ／ｃｍ２）
バイアスパワー：２００Ｗ（約０．５０Ｗ／ｃｍ２）
処理容器内圧力：５〜２０ｍＴｏｒｒ
サセプタと天板とのギャップ：１１０ｍｍ
サセプタ温度：２０℃
処理時間：６０ｓ
ガスは、アルゴンガスと窒素ガスとの混合ガスをＡｒ／Ｎ２＝１２０／３０ｓｃｃｍだけ導入する場合と、ヘリウムガスと窒素ガスとの混合ガスをＨｅ／Ｎ２＝１２０／１５ｓｃｃｍだけ導入する場合とを比較した。図６（ａ）は、エッチング値の圧力依存性を示し、図６（ｂ）は、Ａｌｑ３／Ａｇ選択比の圧力依存性を示す。
図６（ａ）の結果から、圧力が５〜２０ｍＴｏｒｒの範囲では、銀ＡｇをアルゴンのイオンＡｒ＋でアタックする方が、ヘリウムのイオンＨｅ＋でアタックよりエッチング値が大きいことがわかる。反対に、同圧力範囲では、Ａｌｑ３をヘリウムのイオンＨｅ＋でスパッタする方が、Ａｌｑ３をアルゴンのイオンＡｒ＋でスパッタするよりエッチング値が大きい。この結果から、ヘリウムガスは、アルゴンガスより有機膜のエッチング速度が高く、かつ、陰極膜に対する有機膜のエッチング選択比が高いことが立証された。
次に、図６（ｂ）の結果から、圧力が５〜２０ｍＴｏｒｒの範囲では、ヘリウムガスの方がアルゴンガスより、銀Ａｇに対するＡｌｑ３の選択比が高い。以上の結果から、圧力が５〜２０ｍＴｏｒｒの範囲では、エッチングガスに軽元素の不活性ガスであるヘリウムガスを用いるほうが、ヘリウムガスより重いアルゴンガスを用いるより銀Ａｇに対するＡｌｑ３の選択比を向上させ、かつＡｌｑ３のエッチング速度も向上することが証明された。
特に、プラズマ処理装置２０では、マイクロ波のエネルギーを用いて、処理容器の天井に設置された誘電体窓付近にてプラズマが生成される。生成されたプラズマは、基板に向かって下方に拡散し、基板まで到達したプラズマによって所望の処理が実行される。よって、圧力が５〜２０ｍＴｏｒｒの範囲では、処理容器内に存在する分子に衝突せずに基板まで到達するプラズマの拡散量は比較的大きい。この結果、この範囲の圧力では基板直上のプラズマ密度は高くなる。しかしながら、圧力が５ｍＴｏｒｒ以下になると、イオンが処理容器内に存在する分子に衝突せずに基板まで到達した場合の衝突力が大きくなり、基板へのダメージが大きいため、処理容器内の圧力を５〜２０ｍＴｏｒｒに保持することが好ましい。
（物理エッチング）
以上の実験結果は、図７（ａ）に示した物理エッチングの観点から次のように考察される。高周波電源４１２ｂから印加される高周波電力によりＩＴＯ５００の表面がマイナスに帯電すると、拡散プラズマ中のイオンが有機膜５１０や銀のメタル電極５２０に向かって加速し、これらの膜に衝突して膜中の物質をたたき飛ばし、これにより、各膜が物理的にエッチングされる。この物理エッチングでは、供給される不活性ガスのうち、重いガスのほうが膜への衝突力が大きいため、エッチング速度は上昇する。以上から、銀のメタル電極５２０では、エッチング速度はアルゴンガスを供給した方がアルゴンガスより軽いヘリウムガスを供給するより上昇する。
以上の実験結果は、図７（ａ）に示した物理エッチングの観点から次のように考察される。高周波電源４１２ｂから印加される高周波電力によりＩＴＯ５００の表面がマイナスに帯電すると、拡散プラズマ中のイオンが有機膜５１０や銀のメタル電極５２０に向かって加速し、これらの膜に衝突して膜中の物質をたたき飛ばし、これにより、各膜が物理的にエッチングされる。この物理エッチングでは、供給される不活性ガスのうち、重いガスのほうが膜への衝突力が大きいため、エッチング速度は上昇する。以上から、銀のメタル電極５２０では、エッチング速度はアルゴンガスを供給した方がアルゴンガスより軽いヘリウムガスを供給するより上昇する。
一方、Ａｌｑ３（有機膜５１０）では、逆に、エッチング速度はヘリウムイオンを供給した方がアルゴンイオンを供給するより大きくなる。これは、化学エッチングの観点から次のように考察される。
有機膜５１０及びメタル電極５２０の化学エッチングについて、図８の実験結果を参照しながら説明する。図８は、３種類の不活性ガス（ヘリウムガス、アルゴンガス、キセノンガス）を用いて有機膜５１０をエッチングしたときの有機膜５１０及びメタル電極５２０の状態を示した電子顕微鏡の写真である。
プロセス条件は、以下のとおりである。
マイクロ波パワー：２ｋＷ（約０．５２Ｗ／ｃｍ２）
バイアスパワー：０ｋＷ（バイアス無し）
処理容器内圧力：２０ｍＴｏｒｒ
サセプタと天板とのギャップ：１１０ｍｍ
処理時間：６０ｓ×５
ガス：図８右写真の場合 ヘリウムと窒素の混合ガスＨｅ／Ｎ２＝７０／３５ｓｃｃｍ
図８中央写真の場合 アルゴンと窒素の混合ガスＡｒ／Ｎ２＝７０／３５ｓｃｃｍ
図８左写真の場合 キセノンと窒素の混合ガスＸｅ／Ｎ２＝７０／３５ｓｃｃｍ
サセプタ温度：図８右写真の場合 ６０℃より大きい
図８中央写真の場合 ４３℃より小さい
図８左写真の場合 ４８〜５４℃
マイクロ波パワー：２ｋＷ（約０．５２Ｗ／ｃｍ２）
バイアスパワー：０ｋＷ（バイアス無し）
処理容器内圧力：２０ｍＴｏｒｒ
サセプタと天板とのギャップ：１１０ｍｍ
処理時間：６０ｓ×５
ガス：図８右写真の場合 ヘリウムと窒素の混合ガスＨｅ／Ｎ２＝７０／３５ｓｃｃｍ
図８中央写真の場合 アルゴンと窒素の混合ガスＡｒ／Ｎ２＝７０／３５ｓｃｃｍ
図８左写真の場合 キセノンと窒素の混合ガスＸｅ／Ｎ２＝７０／３５ｓｃｃｍ
サセプタ温度：図８右写真の場合 ６０℃より大きい
図８中央写真の場合 ４３℃より小さい
図８左写真の場合 ４８〜５４℃
なお、図８の上部写真（３枚 ５００μｍ）は、図７（ｂ）の枠ＸＡ付近を示していて、左側には有機膜５１０及びメタル電極５２０が積層された状態が示され、その右側にはガス種による有機膜のエッチング状態が示されている。図８の下部写真（３枚 ５０μｍ）は、図７（ｂ）の枠ＸＢ付近を示した拡大図である。図８右写真に示したヘリウムガスと窒素ガスとの混合ガスでは、メタル電極５２０の右側の有機膜５１０はほぼエッチングされ、存在しない。図８中央写真に示したアルゴンガスと窒素ガスとの混合ガスでは、メタル電極５２０の右側に有機膜５１０が存在しない領域があるが、その領域を隔てたさらに右側に有機膜５１０が目視できる。図８左写真に示したキセノンガスと窒素ガスとの混合ガスでは、メタル電極５２０の右側に隣接して有機膜５１０が目視できる。この写真から、窒素ガスと混合させる３種類の上記不活性ガスでは、ヘリウムガス、アルゴンガス、キセノンガスの順に有機膜５１０のエッチング速度が上昇することがわかる。この結果を、図７（ｂ）に示す。
（化学エッチング）
以上の実験結果は、図７（ｂ）に示した化学エッチングの観点から次のように考察される。たとえば、窒素ガスが、メタル電極５２０と化学反応すると、窒化銀ＡｇＮとなってメタル電極５２０上に堆積する。よって、メタル電極５２０は、窒素ガスにより腐食されない。
以上の実験結果は、図７（ｂ）に示した化学エッチングの観点から次のように考察される。たとえば、窒素ガスが、メタル電極５２０と化学反応すると、窒化銀ＡｇＮとなってメタル電極５２０上に堆積する。よって、メタル電極５２０は、窒素ガスにより腐食されない。
一方、ＣｘＨｙにて表される有機膜５１０は、窒素ガスから生成されたプラズマ中の主にＮラジカルと化学反応することによりエッチングされ、これにより生じた反応生成物ＨＣＮは、気体となって処理容器の外部に排気される。
特に、上記写真でヘリウムガス、アルゴンガス、キセノンガスの順に有機膜５１０のエッチング速度が上昇していたように、有機膜５１０との化学反応を促進させるためには、不活性ガスのうち軽元素であるほどよい。その理由を説明する。図９は、不活性ガスの各元素に対するイオン化エネルギーを示す。これによれば、軽元素になるほどイオン化エネルギーは大きくなる。これは、軽元素になるほど原子中の電子と原子核とが分離するために必要なエネルギーが大きくなることを示している。すなわち、不活性ガスのうち、ヘリウム原子が最も電子を放出するために必要なエネルギーが大きいことになる。換言すれば、不活性ガスから電子が放出された場合、電子の持つエネルギーが最も大きいのはヘリウム原子である。このため、窒素ガスに混合させる不活性ガスとしてヘリウムガスを選択すると、マイクロ波のエネルギーを用いてヘリウムガスからプラズマが生成され、プラズマ中の電子が、窒素ガスを最も効率よく分解し、窒素ガスと有機膜との化学反応を最も促進させることができる。この論理から、図９を参照すれば、軽元素になるほど電子エネルギー（電子温度）が大きいため、窒素ガスと有機膜との化学反応が促進され、有機膜のエッチング速度が上昇する。反対に、重元素になるほど電子エネルギー（電子温度）が小さいため、窒素ガスと有機膜との化学反応が促進されず、有機膜のエッチング速度が低下する。
よって、図７（ｂ）に示したように、不活性ガスのうち、ヘリウムガス、アルゴンガス、キセノンガスの順に、有機膜５１０のエッチング速度が高くなる。以上に説明した、物理エッチング及び化学エッチングの結果、窒素ガスに混入させる不活性ガスは、軽元素であるほど有機膜５１０のエッチング速度及びメタル電極５２０に対する有機膜５１０のエッチング選択比を高めることができる。
以上の考察から、発明者は、物理エッチングと化学エッチングとの両観点から、特定の処理ガス又は特定の不活性ガスの少なくともいずれかを選択することにより、マスクとして機能するメタル電極５２０に対して有機膜５１０の選択比を高くするとともに、有機膜５１０のエッチング速度を向上させることができた。
なお、特定の不活性ガスとしては、ヘリウムガス、ネオンガス、アルゴンガス、クリプトンガス又はキセノンガスの少なくともいずれかが導入されてもよい。特に、ヘリウムガスに代表される軽元素が導入されるのが好ましいのは前述したとおりである。これによれば、軽元素は軽いため、スパッタによる膜へのダメージを抑えることができ、かつ、電子エネルギー（電子温度）が大きいため、有機膜５１０のエッチング速度及びメタル電極５２０（陰極膜）に対する有機膜５１０のエッチング選択比を向上させることができる。よって、ヘリウムガス、ネオンガス、アルゴンガス、クリプトンガス、キセノンガス、ラドンガスの順に有機膜５１０のエッチング速度及びメタル電極５２０に対する有機膜５１０のエッチング選択比を高めることができる。
また、特定の処理ガスとしては、窒素ガス又は酸素ガスのいずれかが好ましい。窒素ガスは、前述したように、メタル電極５２０（陰極膜）を腐食する懸念がなく好ましい。酸素ガスを選択する場合、メタル電極５２０に銀Ａｇを用いるとメタル電極５２０が酸化され腐食されるため、アルミニウムＡｌにてメタル電極５２０を形成する必要がある。アルミニウムであれば、酸素との化学反応により生成される物質はＡｌ２Ｏ３であるため、安定した状態でアルミニウムに堆積される。
有機膜のエッチング速度及び陰極膜に対する有機膜のエッチング選択比をより向上させることができるためには、５〜２０（ｍＴｏｒｒ）の圧力に保持された処理容器の内部にマイクロ波を投入し、基板を載置するサセプタに約０．１２５〜約０．５（Ｗ／ｃｍ２）の高周波電力を印加することが好ましい。
以上説明したように、本実施形態によれば、処理容器内に特定の処理ガス又は特定の不活性ガスを導入することにより、有機膜のエッチング速度及び陰極膜に対する有機膜のエッチング選択比を向上させることができる。
（変形例）
図１（ｄ）に示した有機膜のドライエッチング処理は、図４に示したＲＬＳＡプラズマ処理装置２０に限られず、たとえば、図１０のＣＭＥＰ（Ｃｅｌｌｕｌａｒ Ｍｉｃｒｏｗａｖｅ Ｅｘｃｉｔａｔｉｏｎ Ｐｌａｓｍａ）型のプラズマ処理装置２０を用いて実行してもよい。
図１（ｄ）に示した有機膜のドライエッチング処理は、図４に示したＲＬＳＡプラズマ処理装置２０に限られず、たとえば、図１０のＣＭＥＰ（Ｃｅｌｌｕｌａｒ Ｍｉｃｒｏｗａｖｅ Ｅｘｃｉｔａｔｉｏｎ Ｐｌａｓｍａ）型のプラズマ処理装置２０を用いて実行してもよい。
ＣＭＥＰ型のプラズマ処理装置２０は、処理容器４１０を有し、その内部には基板Ｇを載置するためのサセプタ４１１（載置台）が設けられている。サセプタ４１１の内部には、給電部４１１ａ及びヒータ４１１ｂが設けられている。給電部４１１ａには、整合器４１２ａを介して高周波電源４１２ｂが接続され、高周波電源４１２ｂから出力される高周波電力により処理容器４１０の内部に所定のバイアス電圧を印加するとともに、コイル４１３ａを介して高圧直流電源４１３ｂが接続され、高圧直流電源４１３ｂから出力された直流電圧により基板Ｇを静電吸着する。ヒータ４１１ｂには、交流電源４１４が接続されていて、交流電源４１４から出力された交流電圧により基板Ｇを所定の温度に保持する。
処理容器４１０の底面は筒状に開口され、ベローズ４１５及び昇降プレート４１６により密閉されている。サセプタ４１１は、昇降プレート４１６及び筒体４１７と一体となって昇降することにより処理プロセスに応じた高さに調整される。サセプタ４１１の周囲には、処理室Ｕのガスの流れを調整するバッフル板４１８が設けられている。なお、処理容器４１０には、真空ポンプ（図示せず）が取り付けられていて、ガス排出管４１９を介して処理容器４１０内のガスを排出することにより、処理室Ｕを所望の真空度まで減圧する。
蓋体４２０には、蓋本体４２１、６本の導波管４３３、スロットアンテナ４３０、及び、誘電体窓（複数枚の誘電体パーツ４３１）が設けられている。６本の導波管４３３は、その断面形状が矩形状であり、蓋本体４２１の内部にて平行に並べて設けられていて、その内部は、誘電部材４３４で充填されている。
蓋体４２０の天板のサイズは、１０９０ｍｍ×８６６ｍｍであり、サセプタ４１１のサイズは、９８０ｍｍ×７９０ｍｍである。ＣＭＥＰ型のプラズマ処理装置２０にて処理される基板Ｇのサイズは、たとえば、７３０ｍｍ×９２０ｍｍである。
各導波管４３３の上部には可動部４３５が昇降自在に挿入されていて、可動部４３５の上面には昇降機構４３６が設けられている。昇降機構４３６は、可動部４３５を昇降移動させ、これにより、導波管４３３の高さを任意に変える。
スロットアンテナ４３０には、各導波管４３３の下面にてスロット４３７（開口）が設けられている。誘電体窓は、タイル状に形成された３９枚の誘電体パーツ４３１から構成されている。各誘電体パーツ４３１は、石英ガラス、ＡｌＮ、Ａｌ２Ｏ３、サファイア、ＳｉＮ、セラミックスなどの誘電材料から形成されている。各誘電体パーツ４３１には、基板Ｇとの対向面に凹凸が形成されている。
３９枚の誘電体パーツ３１は、格子状に形成された、非磁性金属体の梁４２６に支持されている。梁４２６の下面には、複数の支持体４２７を介して複数のガスパイプ４２８が天井面全体に均等につり下げられている。ガスパイプ４２８は、アルミナなどの誘電体から形成される。
ガス供給源４４３は、複数のバルブＶ、複数のマスフローコントローラＭＦＣ、ヘリウムガス供給源４４３ａ及び窒素ガス供給源４４３ｂから構成されている。ガス供給源４４３は、各バルブＶの開閉及び各マスフローコントローラＭＦＣの開度をそれぞれ制御することにより、所望の濃度のガスを処理容器４１０の内部に供給する。
ヘリウムガス供給源４４３ａは、第１の流路４４２ａを介してガス導入管４２９ａから処理容器内にヘリウムガスを導入する。窒素ガス供給源４４３ｂは、第２の流路４４２ｂを介してガス導入管４２９ｂから処理容器内に窒素ガスを導入する。冷却水供給源４４５から供給された冷却水は、冷却水配管４４４を循環し、これにより蓋体４２０の温度を調整する。
以上に説明した構成により、マイクロ波発生器から出力されたマイクロ波は、各導波管４３３及びスロット４３７を介して各誘電体パーツ４３１を透過し、処理室Ｕ内に投入される。このマイクロ波の電界エネルギーにより、ヘリウムガス及び窒素ガスが解離、電離し、これにより、プラズマが生成される。プラズマ中のヘリウムイオンＨ＋は有機膜５１０をアタックし、プラズマ中の窒素イオンＮ＋や窒素ラジカルＨ＊は、有機膜５１０と化学反応することにより、有機膜５１０は物理的及び化学的にエッチングされる。反応生成物ＨＣＮは、気体となってガス排出管４１９から排気される。
以上説明した変形例に係るプラズマ処理装置２０によっても、処理容器内に特定の処理ガス又は特定の不活性ガスを導入することにより、有機膜のエッチング速度及び陰極膜に対する有機膜のエッチング選択比を向上させることができる。
基板Ｇのサイズは、７３０ｍｍ×９２０ｍｍ以上であってもよく、たとえば、７３０ｍｍ×９２０ｍｍ（チャンバ内の寸法：１０００ｍｍ×１１９０ｍｍ）のＧ４．５基板サイズや、１１００ｍｍ×１３００ｍｍ（チャンバ内の寸法：１４７０ｍｍ×１５９０ｍｍ）のＧ５基板サイズであってもよい。また、素子が形成される被処理体は、上記サイズの基板Ｇに限られず、たとえば２００ｍｍや３００ｍｍのシリコンウエハであってもよい。
上記実施形態において、各部の動作はお互いに関連しており、互いの関連を考慮しながら、一連の動作として置き換えることができる。そして、このように置き換えることにより、プラズマ処理装置の実施形態をプラズマ処理方法の実施形態とすることができる。また、前記プラズマ処理方法を用いてエッチングされた有機膜のパターニング部分に電極との配線を形成した有機電子デバイスを製造することができる。
以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は係る例に限定されないことは言うまでもない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。
たとえば、上記実施形態では、物理エッチング及び化学エッチングの両観点を融合させてエッチング速度及びエッチング選択比について考察した。しかしながら、本発明はこれに限られず、たとえば、有機膜をスパッタするための特定の不活性ガスのみを処理容器内に導入することにより、物理エッチングの観点のみから有機膜のエッチング速度を向上させ、かつ陰極膜に対する有機膜のエッチング選択比を向上させることが可能な不活性ガスを選択することも可能である。
同様に、有機膜と化学反応させるための特定の処理ガスのみを処理容器内に導入することにより、化学エッチングの観点のみから有機膜のエッチング速度を向上させ、かつ陰極膜に対する有機膜のエッチング選択比を向上させることが可能な処理ガスを選択することも可能である。
また、本発明にかかるプラズマ処理方法を用いて製造する有機電子デバイスは、有機ＥＬ素子に限られず、たとえば、成膜材料に主に液体の有機金属を用い、気化させた成膜材料を５００〜７００℃に加熱された被処理体上で分解させることにより、被処理体上に薄膜を成長させるＭＯＣＶＤ（Ｍｅｔａｌ Ｏｒｇａｎｉｃ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ：有機金属気相成長法）により形成された有機金属素子も含む。さらに、本発明にかかるプラズマ処理方法を用いて製造する有機電子デバイスは、有機トランジスタ、有機ＦＥＴ（Ｆｉｅｌｄ Ｅｆｆｅｃｔ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）、有機太陽電池などの有機素子も含む。
また、本発明にかかる封止膜の構造体を用いて素子を封止した有機ＥＬ電子デバイスとしては、有機発光ダイオードが挙げられる。
また、本発明にかかるプラズマ処理装置としては、本実施形態に示した複数枚の誘電体を有するＣＭＥＰ（Ｃｅｌｌｕｌａｒ Ｍｉｃｒｏｗａｖｅ Ｅｘｃｉｔａｔｉｏｎ Ｐｌａｓｍａ）方式やＲＬＳＡ（Ｒａｄｉａｌ Ｌｉｎｅ Ｓｌｏｔ Ａｎｔｅｎｎａ）方式、ＥＣＲ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｃｙｃｌｏｔｒｏｎ Ｒｅｓｏｎａｎｃｅ：電子サイクロトロン）方式のマイクロ波プラズマ処理装置に限られず、誘導結合型（ＩＣＰ：Ｉｎｄｕｃｔｉｖｅ Ｃｏｕｐｌｉｎｇ Ｐｌａｓｍａ）プラズマ処理装置や容量結合型のプラズマ処理装置など、基板上に形成された有機膜上の陰極膜をマスクとして、有機膜にプラズマを用いたエッチング処理を施す種々のプラズマ処理装置に使用することができる。
したがって、処理容器内に導入されるガスを解離又は電離させるために必要なエネルギーは、マイクロ波に限られず、たとえば、高周波であってもよい。
１０ 基板処理システム
２０ プラズマ処理装置
３２５ｂ，４１２ｂ 高周波電源
３００，４１０ 処理容器
３６５，４４３ ガス供給源
５００ ＩＴＯ
５１０ 有機膜
５２０ メタル電極
５３０ 封止膜
Ｇ 基板
ＰＭ１ 有機成膜装置
ＰＭ２〜ＰＭ４ プロセスモジュール
２０ プラズマ処理装置
３２５ｂ，４１２ｂ 高周波電源
３００，４１０ 処理容器
３６５，４４３ ガス供給源
５００ ＩＴＯ
５１０ 有機膜
５２０ メタル電極
５３０ 封止膜
Ｇ 基板
ＰＭ１ 有機成膜装置
ＰＭ２〜ＰＭ４ プロセスモジュール
Claims (9)
- 内部にて基板上の有機膜にプラズマを用いたエッチング処理が施される処理容器と、
前記有機膜上の陰極膜をマスクとして、前記有機膜と化学反応させるための特定の処理ガス又は前記有機膜をスパッタするための特定の不活性ガスの少なくともいずれかのガスを前記処理容器内に導入するガス供給源と、
前記ガス供給源から導入されたガスからプラズマを生成するためのエネルギーを投入するエネルギー源と、を備えたプラズマ処理装置。 - 前記ガス供給源は、前記特定の処理ガスとして窒素ガス又は酸素ガスのいずれかを導入する請求項１に記載されたプラズマ処理装置。
- 前記ガス供給源は、前記特定の不活性ガスとしてヘリウムガス、ネオンガス、アルゴンガス、クリプトンガス又はキセノンガスの少なくともいずれかを導入する請求項１又は請求項２のいずれかに記載されたプラズマ処理装置。
- 基板を載置するサセプタに約０．１２５〜約０．５（Ｗ／ｃｍ２）の高周波電力を印加する高周波電源を備える請求項１〜３のいずれかに記載されたプラズマ処理装置。
- 前記エネルギー源は、５〜２０（ｍＴｏｒｒ）の圧力に保持された前記処理容器の内部にマイクロ波を投入する請求項１〜４のいずれかに記載されたプラズマ処理装置。
- 基板上に形成された有機膜上の陰極膜をマスクとして、前記有機膜と化学反応させるための特定の処理ガス又は前記有機膜をスパッタするための特定の不活性ガスの少なくともいずれかのガスを処理容器内に導入し、
前記導入されたガスを励起させるためのエネルギーを投入し、
前記投入されたエネルギーを用いて前記ガスからプラズマを生成し、生成されたプラズマを用いて前記有機膜をエッチングするプラズマ処理方法。 - 前記処理ガスとして窒素ガス又は酸素ガスのいずれかを導入する請求項６に記載されたプラズマ処理方法。
- 前記不活性ガスとしてヘリウムガス、ネオンガス、アルゴンガス、クリプトンガス又はキセノンガスの少なくともいずれかを導入する請求項６又は請求項７のいずれかに記載されたプラズマ処理方法。
- 前記請求項１〜５のいずれかに記載されたプラズマ処理装置を用いてエッチングされた有機膜のパターニング部分に電極との配線を形成した有機電子デバイス。
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