JP2013214393A - ドライエッチング装置 - Google Patents

Abstract

【課題】誘導結合型プラズマ源により、シート状の被処理体にエッチングを施すことができるドライエッチング装置を提供する。
【解決手段】被処理層を有するシートＳを巻回した回転体１５と、回転体１５を収容する真空槽１１と、回転体１５に高周波電力を供給するバイアス用高周波電源と、細長状の高周波アンテナ２６と、高周波アンテナ２６に高周波電力を供給するアンテナ用高周波電源３３と、高周波アンテナ２６と真空槽１１との間に介在する細長状の誘電体窓３０とを備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、薄板状のシートを処理対象とするドライエッチング装置に関する。

薄板状のシートに積層された有機層等にエッチングを施す方法として、フォトリソグラフィと成膜装置とを使ったリフトオフ方式や、ウェットエッチングが用いられている。
シートをエッチングするドライエッチング装置として、フィルム状処理物をメインローラーで搬送しながら、反応性イオンエッチングを行う装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。この装置は、いわゆる容量結合型のプラズマ源を有し、このプラズマ源は、カソード電極として機能するメインローラーと、アノード電極として機能するシャワープレートとから構成される。また、該装置は、フィルム状処理物をメインローラーの表面に送り出す、送り出し軸及びガイドローラと、メインローラーからフィルム状処理物を巻き取る巻取り軸及びガイドローラとを有する。そして、フィルム状処理物を、メインローラーの表面に連続的に送り出しながら、シャワープレートからエッチングガスを供給し、エッチングガスのプラズマを生成することによって、フィルム状処理物をエッチングする。

特開２００３−４９２８８号公報

一方、ガラス等の基板に積層された有機層等を処理対象とする一般的な反応性イオンエッチング装置には、容量結合型のプラズマ源の他に、誘導結合型プラズマ源等も広く用いられている。誘導結合型プラズマ源は、高周波電力が印加される円形状や渦巻き状の高周波アンテナを有し、真空槽内にプラズマを生成する。この誘導結合型プラズマ源は、容量結合型プラズマ源に比べ、生成可能なプラズマ密度の上限値が高く、エッチングレートの向上を図ることができるといった点で有利である。

しかし、シート状の被処理体をエッチングする装置に、従来構成の誘導結合型プラズマ源を採用する場合、以下のような問題点があった。シート状の被処理体を処理対象とする装置では、被処理体を巻回した回転体（ローラー）を真空槽に収容するために、板状の被処理体をエッチングする装置に比べ、真空槽が大型化する傾向にある。一方、誘導結合型のプラズマ源を有するドライエッチング装置は、高周波アンテナからの高周波電力を、真空槽の上部開口に備えられた誘電体窓を介して、真空槽内部に伝播させる構成である。

従来構成のエッチング装置では、上述のように真空槽が大型化すれば、真空槽の上部開口に備えられる誘電体窓も大面積化してしまう。また、誘電体窓が大面積化すれば、自身の重量のために、中央部付近で誘電体窓が撓んでしまう可能性がある。これを解決するために、誘電体窓の板厚を大きくして強度を確保すると、高周波電力の伝播効率が低下し、真空槽内に生成されるプラズマの密度が低下してしまう。このため、これまではシート状の被処理体をエッチングする装置には、誘導結合型プラズマ源を採用することが困難であるとみなされていた。

本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、誘導結合型プラズマ源により、シート状の被処理体にエッチングを施すことができるドライエッチング装置を提供することにある。

上記問題点を解決するために、請求項１に記載の発明は、被処理層を有するシートを巻回した回転体と、前記回転体を収容する真空槽と、前記回転体に高周波電力を供給するバイアス用高周波電源と、細長状の高周波アンテナと、前記高周波アンテナに高周波電力を供給するアンテナ用高周波電源と、前記高周波アンテナと前記真空槽との間に介在する細長状の誘電体窓とを備えることを要旨とする。

請求項１に記載の発明によれば、エッチング対象となるシートを回転体に巻回し、その回転体を真空槽に収容した。このように、真空槽を、回転体を収容可能な大きさにしても、高周波アンテナを細長状にすることで、真空槽内に高周波電力を伝播する誘電体窓を高周波アンテナの短手方向に短くすることができる。従って、誘電体窓の大面積化が抑制され、誘電体窓の強度が確保されるため、強度を確保するためにその板厚を極端に大きくする必要が無い。このため、真空槽が大型化する場合であっても、高周波電力の伝播効率を良好に保つことができる。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載のドライエッチング装置において、前記高周波アンテナの長手方向に沿った長さは、前記回転体に巻回された前記シートの幅以上の長さであることを要旨とする。

請求項２に記載の発明によれば、高周波アンテナの長手方向に沿った長さは、シートの幅以上であるため、プラズマが生成される領域が、シートの幅以上となる。このため、シートの幅方向における各端部も良好にエッチングできるため、１つのアンテナコイルによって、シートの幅方向におけるエッチングの均一性を向上することができる。

請求項３に記載の発明は、請求項１又は２に記載のドライエッチング装置において、前記高周波アンテナは、前記回転体に巻回された前記シートの幅方向に並ぶ複数のアンテナコイルから構成されることを要旨とする。

請求項３に記載の発明によれば、高周波アンテナは複数のコイルから構成されるため、幅方向の均一性を確保しつつ、プラズマ密度を制御しやすくすることができる。
請求項４に記載の発明は、請求項１〜３のいずれか１項に記載のドライエッチング装置において、前記高周波アンテナの周縁部に永久磁石を備えたことを要旨とする。

請求項４に記載の発明によれば、高周波アンテナの周縁部に、永久磁石が配置されている。即ち、高周波アンテナの周縁部は、プラズマ密度が低下する傾向がある空間の上方に相当する。このため、永久磁石が形成する磁場により、真空槽内であって高周波アンテナの周縁部の直下の空間におけるプラズマ密度を高めることができる。従って、真空槽内のプラズマ密度の均一性を向上することができる。

請求項５に記載の発明は、請求項１〜４のいずれか１項に記載のドライエッチング装置において、バイアス用高周波電源が、前記回転体に供給する高周波電力は、低周波数域側の周波数であることを要旨とする。

請求項５に記載の発明によれば、高周波アンテナに供給される高周波電力は、供給可能な周波数域のうち、低周波数側であるため、電力損失が少なく、且つプラズマを安定して生成することができる。

本発明を具体化したドライエッチング装置を正面からみた断面図。 同ドライエッチング装置を側面からみた断面図。 同ドライエッチング装置に搭載される誘導結合型プラズマ源の平面図。 本発明を具体化した第２実施形態のドライエッチング装置に搭載される誘導結合型プラズマ源の平面図。

（第１実施形態）
以下、本発明を具体化したドライエッチング装置の一実施形態を図１〜図３にしたがって説明する。

図１に示すように、ドライエッチング装置１０は、略有底筒状に形成された真空槽１１を有している。真空槽１１はアルミニウム等の金属製である。
真空槽１１には、真空槽１１内のエッチングガス等の流体を排気する排出口１１ｂが設けられ、該排出口１１ｂには、ターボ分子ポンプ等を有する排気系１２が接続されている。また、真空槽１１には、処理室１１ａに連通するガス供給部１１ｃが設けられている。該ガス供給部１１ｃには、ガスボンベやマスフローコントローラを備えたガス供給系(図示略)が接続され、エッチングが実施される際には、各種エッチングガスがこのガス供給部１１ｃを介して所定流量で真空槽１１内に供給される。

この処理室１１ａ内には、被処理層を有するシートを搬送するための回転体１５が設けられている。回転体１５は、真空槽１１に対し固定された、放電防止用のアースシールド１６と、真空槽１１に回転可能に支持される略円柱状のドラム２０とを備えている。

アースシールド１６は、内側にドラム２０を収容可能であって外周面が曲面からなる円筒部１６ａと、図２に示す軸貫挿部１６ｂとから構成されている。この軸貫挿部１６ｂは、円筒部１６ａの両端に設けられた各開口をそれぞれ閉塞する。尚、図１では、軸貫挿部１６ｂを省略した状態の回転体１５を示している。

図１に示すように、この円筒部１６ａの外周面のうち、上方位置には、開口部１６ｅが形成されている。また、円筒部１６ａは、２つに分割された分割アースシールド１６Ｌ，１６Ｒから構成され、各分割アースシールド１６Ｌ，１６Ｒは、ヒンジ機構(図示略)を有する連結部１６ｆによって互いに連結されている。そしてアースシールド１６にドラム２０を収容する際には、真空槽１１の搬送口(図示略)側の分割アースシールド１６Ｌを、連結部１６ｆを中心に、下方に回動して開放位置に配置し、開口部１６ｅを拡開する。

図２に示すように、軸貫挿部１６ｂは、ドラム２０の端面を覆う円盤部１６ｃと、円盤部から外側に向かって垂直に延在する筒状部１６ｄとから構成される。この筒状部１６ｄは、円盤部１６ｃから真空槽１１の内側面に至る長さを有している。

ドラム２０は、中空構造を有する円柱状に形成され、その外周面には、被処理層を有するシートＳが１周分巻回されている。また、円盤部１６ｃによって覆われる各端面における中心からは、回転軸２０ａ，２０ｂが突出している。

このドラム２０は、アースシールド１６の円筒部１６ａに回転可能に収容され、その回転軸２０ａ，２０ｂは、アースシールド１６の筒状部１６ｄにそれぞれ貫挿され、真空槽１１によって支持される。回転軸２０ａは、真空槽１１の外側に突出した駆動軸１８と連結されている。駆動軸１８は、伝達機構Ｇを介して、モータＭに連結されている。この構成により、モータＭが駆動すると、伝達機構Ｇ及び駆動軸１８を介して、モータＭの回転力がドラム２０に伝達され、ドラム２０が所定方向に回転する。

また回転軸２０ｂは、真空槽１１の外側に突出する電力供給軸２１に連結されている。電力供給軸２１の先端には、バイアス用の高周波電力を入力するためのブラシ２１ａ，２１ｂからなる入力端子が設けられている。これらのブラシ２１ａ，２１ｂは、電力供給軸２１に摺接可能に配置されるとともに、バイアス用高周波電源２２にバイアス用整合器３７を介して接続されている。この構成により、ドラム２０に従動し回転する電力供給軸２１に対しても、バイアス用の高周波電力を供給することができる。

また、図１に示すように、真空槽１１は、その上壁部１１ｄの中央に、長方形状に切り欠いた上部開口１１ｅを有している。この上部開口１１ｅは、上部開口１１ｅの形状に合わせて長方形状に形成された誘電体窓３０によって封止されている。誘電体窓３０は、石英、アルミナ等の誘電体から形成され、真空槽１１内にプラズマ生成用の高周波電力を伝播する窓として機能する。

真空槽１１によって回転可能に支持されたドラム２０と誘電体窓３０との間には空間が設けられ、該空間がプラズマ生成空間Ｐとなっている。さらに真空槽１１の上壁部には、このプラズマ生成空間Ｐを囲むように防着板１４が設けられている。

次に、プラズマ源２５について説明する。本実施形態のプラズマ源２５は、誘電体窓３０の上方に設けられた高周波アンテナ２６を有している。図３に示すように、高周波アンテナ２６は、全体として細長状をなし、平面視において楕円形状をなす環状部２６ａと、高周波電源の入力端子２３に接続される直線状の接続部２６ｂと、出力端子２４に接続された直線状の接続部２６ｃとから構成される。

高周波アンテナ２６は、環状部２６ａの長手方向が、ドラム２０に巻回されたシートＳの幅方向と平行となり、且つ真空槽内に収容されたドラム２０の上方となるように配置されている。また、環状部２６ａは、その長手方向（図中Ｙ方向）の長さＬ１が、ドラム２０に巻回されたシートＳの幅Ｗよりも大きく形成され、シートＳの幅Ｗ方向の全域を覆うように配置されている。また、環状部２６ａの短手方向の長さＬ２は、アースシールド１６の開口部１６ｅの長さＬ３（図１参照）とほぼ同じ長さになっている。

また、高周波アンテナ２６の下方に配置される誘電体窓３０は、高周波アンテナ２６の形状に合わせて長方形状に形成されている。この誘電体窓３０は、真空槽１１の細長状の上部開口１１ｅを封止するように配置されている。また、誘電体窓３０の長辺の長さは、環状部２６ａの長手方向の長さＬ１以上である。さらに、誘電体窓３０は、その長手方向が、高周波アンテナ２６の長手方向と平行となるように配置されている。

また、誘電体窓３０は長方形状に形成されているため、１辺の長さが誘電体窓３０の長手方向の長さである正方形の誘電体窓に比べ、強度を確保できる。このため、誘電体窓３０は、強度確保のためにその厚さを大きくする必要はなく、平板状の基板をエッチングする一般的な装置の誘電体窓と同程度とすることができる。

また、高周波アンテナ２６と誘電体窓３０との間であって、環状部２６ａの真下からその外側にかけての周縁部には、複数の永久磁石２８が支持台２７によって支持されている。永久磁石２８は、誘電体窓３０を介して、処理室１１ａ内に、永久磁石２８のＮ極からＳ極に向かう磁場を生成し、磁力線に沿って電子を螺旋運動させることで、電子を捕捉する。その結果、永久磁石２８の下方のプラズマ密度が高められる。

高周波アンテナ２６の入力端子２３には、図１に示すアンテナ用高周波電源３３とアンテナ用整合回路３２とが、入力側コンデンサ３１を介して接続されている。アンテナ用高周波電源３３は、処理室１１ａに、プラズマを生成するための高周波電力、例えば２ＭＨｚ以上の高周波電力を出力する。アンテナ用整合回路３２は、負荷となる上記処理室１１ａ内のガスと、高周波アンテナ２６を含むアンテナ用高周波電源３３から真空槽１１までの伝送路とのインピーダンスの整合を図る。入力側コンデンサ３１は、容量の変更が可能ないわゆる可変コンデンサであって、例えば１０ｐＦ〜１００ｐＦの範囲で任意に静電容量を変更する。

また、高周波アンテナ２６の出力端子２４（図３参照）は、接地電位に接続されている。
次に、ドライエッチング装置１０の動作について説明する。まず、アースシールド１６の分割アースシールド１６Ｌが開放位置に配置され、真空槽１１の上記搬送口から、シートＳを１周分巻回したドラム２０が搬入される。シートＳは、ＰＥＴ等の基材と、基材上に積層された有機層等の被処理層と、被処理層の上に積層された開口を有するマスクとを有している。そしてそのドラム２０の回転軸２０ａ，２０ｂが筒状部１６ｄに嵌挿され、真空槽１１に支持される。

アースシールド１６内にドラム２０を収容すると、分割アースシールド１６Ｌを回動して固定位置に配置する。これにより、ドラム２０が、その上部をプラズマ生成空間Ｐに露出された状態で、回転軸２０ａ，２０ｂを中心に真空槽１１に回転可能に支持される。

次いで、ガス供給部１１ｃを介して、処理室１１ａ内にエッチングガスが供給される。また、排気系１２の駆動により、真空槽１１内がエッチング処理の条件に応じた圧力とされる。このエッチングガスの供給と、排気装置による真空槽１１内の排気は、エッチング処理の実施中にわたり継続されるものである。

次に、アンテナ用高周波電源３３から、２ＭＨｚ以上の高周波電力が、アンテナ用整合回路３２を介して高周波アンテナ２６に供給される。そして、高周波アンテナ２６から出力される高周波電力が、誘電体窓３０を介して処理室１１ａに伝播されて誘導電場が生成される。そして、この誘導電場の生成により、エッチングガスを原料とするプラズマが生成される。この際、上述したように、プラズマ中の電子が永久磁石２８の磁力線に沿って螺旋運動することで電子が閉じ込められ、プラズマ生成空間Ｐの周縁部におけるプラズマ密度の低下を抑制し、プラズマ生成空間Ｐ内のプラズマ密度を均一化することができる。

また、上述したように誘電体窓３０の板厚は、平板状の基板をエッチングする一般的な装置と同程度であるため、誘電体窓３０における高周波電力の伝播効率の低下が抑制される。

そして、バイアス用高周波電源２２から、ドラム２０に対し、バイアス用の高周波電力が供給され、シートＳにバイアス電圧が印加される。この際、ドラム２０に対して供給されるバイアス用の高周波電力の周波数は、１３．５６ＭＨｚ、２７ＭＨｚといった高い周波数域よりも、２ＭＨｚといった低周波数側が好ましい。比較的低い周波数域を用いることで、電力損失が小さくなり、ドラム２０に効率よくバイアスをかけることができるとともに、プラズマを安定して生成することができる。

このバイアス電圧によって、処理室１１ａ内に存在するプラズマ中の活性種、特に正イオンがシートＳに引き込まれてエッチャントとして機能する。こうして、ドラム２０に巻回されたシートＳのうち、上記被処理層が、該被処理層に積層されたマスクを介して、その垂直方向、厚さ方向に沿ってエッチングされる。

また、ドラム２０は、モータＭの駆動により、所定速度で回転し続ける。このとき、高周波アンテナ２６の長さＬ１が、シートＳの幅Ｗよりも大きいため、シートＳの幅方向における両端においてプラズマ密度が低下することを抑制することができる。このため、シートＳの幅方向におけるエッチングレート及びエッチング形状の均一性を向上することができる。また、シートＳは、高周波アンテナ２６の短手方向に回転するため、高周波アンテナ２６が細長状であっても、シートＳの被処理層を順次エッチングすることができる。尚、ドラム２０は、シートＳの長手方向の各領域を、プラズマに曝される時間が同じとなるように回転する。

シートＳの全領域にエッチングを実施すると、アンテナ用高周波電源３３からの高周波電力の供給、バイアス用高周波電源２２からの高周波電力の供給が停止されるとともに、エッチングガスの供給及び排気動作も停止される。また、モータＭを停止することにより、ドラム２０の回転も停止される。ドラム２０の回転を停止すると、分割アースシールド１６Ｌを開放位置に配置して、ドラム２０を上記搬送口を介して取り出す。

第１実施形態によれば、以下のような効果を得ることができる。
（１）第１実施形態では、エッチング対象となるシートＳをドラム２０に巻回し、該ドラム２０を回転可能に真空槽１１に収容した。このように、真空槽１１を、回転体１５を収容可能な大きさにしても、高周波アンテナ２６を細長状にすることで、真空槽内に高周波電力を伝播する誘電体窓３０を高周波アンテナ２６の短手方向に短くすることができる。このため、誘電体窓３０が大面積化しないため、誘電体窓３０の強度が確保され、強度確保のためにその板厚を大きくする必要が無い。このため、真空槽が大型化する場合であっても、高周波電力の伝播効率を良好に保つことができる。

（２）第１実施形態では、高周波アンテナ２６の長手方向に沿った長さＬ１は、シートの幅Ｗ以上であるため、プラズマが生成される領域を、シートの幅以上とすることができる。このため、シートの幅方向における各端部も良好にエッチングできるため、１つのアンテナコイルによって、シートの幅方向におけるエッチングの均一性を向上することができる。

（３）第１実施形態では、高周波アンテナ２６の周縁部に、永久磁石２８が配置されている。即ち、高周波アンテナ２６の周縁部は、プラズマ密度が低下する傾向がある空間の上方に相当する。このため、永久磁石２８が形成する磁場により、真空槽内であって高周波アンテナ２６の周縁部の直下の空間におけるプラズマ密度を高めることができる。従って、真空槽内のプラズマ密度の均一性を向上することができる。

（４）第１実施形態では、バイアス用の高周波電力は、供給可能な周波数域のうち、低周波側であるため、電力損失が少なく、且つプラズマを安定して生成することができる。
（第２実施形態）
次に、本発明を具体化したドライエッチング装置の第２実施形態を図４にしたがって説明する。なお、第２実施形態は、第１実施形態のプラズマ源を変更したのみの構成であるため、同様の部分についてはその詳細な説明を省略する。

本実施形態のプラズマ源は、３つの環状部５１ａ〜５１ｃを有する高周波アンテナ５１を備えている。環状部５１ａ〜５１ｃは、円環状をなし、一端が入力端子２３に接続され、他端が接地電位に接続されている。環状部５１ａ〜５１ｃは、長方形の誘電体窓３０の長手方向に沿って配置されている。即ち、これらの環状部５１ａ〜５１ｃからなる高周波アンテナ５１は、真空槽１１内に高周波電力を伝播する供給源として、全体として細長状をなす。

また、各環状部５１ａ〜５１ｃと入力端子２３との間には、直線状のコイルである接続部５１ｄ〜５１ｆが介在している。これらの接続部５１ｄ〜５１ｆは、接続部５１ｄ〜５１ｆと環状部５１ａ〜５１ｃとの連結部から、入力端子２３までの距離がそれぞれ同じ距離となるような形状に形成されている。つまり、高周波アンテナ５１のうち入力端子２３からの距離が近い領域の直下となる空間では、誘導電場が強まり、プラズマ密度が高くなるが、このように環状部５１ａ〜５１ｃとの連結部から入力端子２３までの距離を同じとすることで、環状部５１ａ〜５１ｃの直下におけるプラズマ密度を均一化することができる。

従って、第２実施形態によれば、第１実施形態に記載の（１）〜（４）の効果に加えて以下の効果を得ることができる。
（５）第２実施形態では、高周波アンテナ５１を、３つの環状部５１ａ〜５１ｃを誘電体窓３０の長手方向に沿って並べた構成とした。そして、接続部５１ｄ〜５１ｆと環状部５１ａ〜５１ｃとの連結部から、入力端子２３までの距離がそれぞれ同じ距離となるようにした。このようにしても、高周波アンテナ５１を全体として細長状とすることができるので、誘電体窓３０の強度が確保され、強度確保のためにその板厚を大きくする必要が無い。

尚、上記実施形態は以下のように変更してもよい。
・高周波アンテナ２６は、上記した直線形状及び楕円形状の組み合わせ以外の形状を有していても良い。例えば、楕円形状のみでもよく、円形状のみであってもよい。また、高周波アンテナ２６の本数は、１本だけでなく複数本であってもよい。

・上記実施形態では、ドラム２０は、ドラム２０の外周の１周分のシートＳを巻回するようにしたが、ドラム２０に対してシートＳを送り出すシート供給部と、ドラム２０に搬送されエッチングが実施されたシートＳを回収するシート巻取部とを備える構成にしてもよい。この構成にすると、所望の長さのシートＳを処理することができる。

・上記実施形態では、高周波アンテナ２６の環状部２６ａは、シートＳの幅よりも大きい長さを有するとしたが、シートＳの幅以上の長さであればよい。

１１…真空槽、１５…回転体、１６…回転体、２０…回転体を構成するドラム、Ｓ…シート、２２…バイアス用高周波電源、２６，５１…高周波アンテナ、３３…アンテナ用高周波電源、２８…永久磁石、３０…誘電体窓、５１ａ〜５１ｃ…アンテナコイルとしての環状部、Ｓ…シート。

Claims (5)

1. 被処理層を有するシートを巻回した回転体と、
   前記回転体を収容する真空槽と、
   前記回転体に高周波電力を供給するバイアス用高周波電源と、
   細長状の高周波アンテナと、
   前記高周波アンテナに高周波電力を供給するアンテナ用高周波電源と、
   前記高周波アンテナと前記真空槽との間に介在する細長状の誘電体窓とを備えることを特徴とするドライエッチング装置。
2. 前記高周波アンテナの長手方向に沿った長さは、前記回転体に巻回された前記シートの幅以上の長さである請求項１に記載のドライエッチング装置。
3. 前記高周波アンテナは、前記回転体に巻回された前記シートの幅方向に並ぶ複数のアンテナコイルから構成される請求項１又は２に記載のドライエッチング装置。
4. 前記高周波アンテナの周縁部に永久磁石を備えた請求項１〜３のいずれか１項に記載のドライエッチング装置。
5. 前記バイアス用高周波電源が、前記回転体に供給する高周波電力は、低周波数域側の周波数である請求項１〜４のいずれか１項に記載のドライエッチング装置。

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