JP2017216346A - プラズマ処理装置、プラズマ処理方法及び記憶媒体 - Google Patents
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Abstract
【課題】除電ガスのプラズマに対する耐食性を備えた材料により構成された載置台から被処理基板を上昇させる期間中に除電ガスのプラズマを形成するにあたり、当該プラズマが載置台に与える影響を低減する技術を提供する。【解決手段】プラズマ処理装置1は処理容器10内に設けられた載置台2の静電チャック22上に被処理基板Gを保持し、プラズマ化された処理ガスによりプラズマ処理を行う。プラズマ処理を終えた被処理基板Gを載置台2から上昇移動させる期間中に、除電ガスのプラズマを用いて被処理基板Gの除電を行うにあたり、処理容器10に付着した副生成物と除電ガスのプラズマとの反応成分が、被処理基板Gの下方側へ進入することを抑えるために、載置台2と被処理基板Gとに挟まれる空間へ進入抑制ガスを供給する。さらにこの載置台2は、除電ガスのプラズマに対する耐食性を備えた材料によって構成されている。【選択図】図2
Description
本発明は、プラズマ化された処理ガスにより被処理基板のプラズマ処理を行う技術に関する。
液晶表示装置(LCD)などのフラットパネルディスプレイ(FPD)の製造工程においては、被処理基板であるガラス基板にプラズマ化された処理ガスを供給して、エッチング処理や成膜処理などのプラズマ処理を行う工程が存在する。
例えばプラズマ処理は、真空雰囲気が形成される処理容器内に設けられた載置台の静電チャック上にガラス基板を吸着保持した状態で実施される。プラズマ処理を終えたガラス基板は、吸着保持状態が解除され、載置台の上方側へ搬送された後、処理容器から搬出される。
ここで、プラズマ処理後のガラス基板を上昇移動させる際に、処理容器内に酸素ガスなどの除電ガスを供給してプラズマ化することにより、静電チャックの除電などを行う場合がある。一方で、ガラス基板の上昇移動の期間中は、載置台の上面がガラス基板によって覆われていない(ガラス基板が載置されていない)ので、プラズマが載置台に到達することに伴う悪影響を受けるおそれもある。
ここで特許文献1には、除電ガスである酸素ガスのプラズマとの接触により腐食しやすいカーボン製の載置台を、樹脂であるポリイミド製の耐食膜で被覆する技術が記載されている。当該載置台の上面には、プラズマ処理中のガラス基板の温度調整を精度よく行うことを目的として、ガラス基板の裏面に熱伝達ガス(例えばヘリウムガス)を供給するための多数のガス供給孔が開口している。各ガス供給孔の内面は、前述の耐食膜により覆われているが、樹脂製の耐食膜は、長時間のプラズマ曝露によって腐食が徐々に進行する。この点につき、特許文献1には、ガラス基板の上昇移動の期間中にガス供給孔からHeガスなどの不活性ガスを吐出することにより、当該ガス供給孔内へのプラズマの進入を阻止し、耐食膜で被覆されたガス供給孔の内壁面における腐食の進行を抑える技術が記載されている。
上述の特許文献1に記載の技術とは異なり、カーボンや樹脂製の耐食膜と比較して除電ガスプラズマに対する耐食性が高く、腐食防止の対策を講じる必要のない材料からなる載置台においては、コスト低減の観点から、ガラス基板の上昇移動の期間中における腐食防止を目的とした不活性ガス吐出は行う必要はない。また、ガラス基板の移動期間中に載置台が除電ガスプラズマに曝されることに伴う腐食以外の悪影響は、特許文献1には何ら記載されていない。
本発明はこのような事情の下になされたものであり、その目的は、除電ガスのプラズマに対する耐食性を備えた材料により構成された載置台から被処理基板を上昇移動させる期間中に除電ガスのプラズマを形成するにあたり、当該プラズマが載置台に与える影響を低減する技術を提供することにある。
本発明のプラズマ処理装置は、プラズマ化された処理ガスにより被処理基板に対するプラズマ処理を行うためのプラズマ処理装置において、
被処理基板に対するプラズマ処理が行われ、内壁面に前記プラズマ処理の際に生成した副生成物が付着する処理容器と、
前記処理容器内に設けられ、前記被処理基板を吸着保持する静電チャック上の吸着保持位置と、この吸着保持位置の上方側の位置との間で被処理基板の昇降搬送を行うための昇降機構を備えた載置台と、
前記処理容器内に被処理基板の除電を行う除電ガスを供給するための除電ガス供給部と、
前記被処理基板を上昇させる期間中に、前記除電ガスのプラズマを形成するためのプラズマ形成部と、
前記被処理基板を上昇させる期間中に、前記処理容器に付着した副生成物と除電ガスのプラズマとの反応成分が、前記被処理基板の下方側へ進入することを抑えるために、前記載置台と被処理基板とに挟まれる空間へ進入抑制ガスを供給する進入抑制ガス供給部と、を備え、
前記載置台は、前記除電ガスのプラズマに対する耐食性を備えた材料によって構成されていることを特徴とする。
被処理基板に対するプラズマ処理が行われ、内壁面に前記プラズマ処理の際に生成した副生成物が付着する処理容器と、
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前記被処理基板を上昇させる期間中に、前記処理容器に付着した副生成物と除電ガスのプラズマとの反応成分が、前記被処理基板の下方側へ進入することを抑えるために、前記載置台と被処理基板とに挟まれる空間へ進入抑制ガスを供給する進入抑制ガス供給部と、を備え、
前記載置台は、前記除電ガスのプラズマに対する耐食性を備えた材料によって構成されていることを特徴とする。
本発明は、プラズマ処理後の被処理基板の上昇移動の期間中に、処理容器内に除電ガスのプラズマを形成するにあたり、載置台と被処理基板との間の空間へ進入抑制ガスを供給する。この結果、除電ガスのプラズマにより発生した反応成分の被処理基板の下方側への進入が抑えられるので、載置台が除電ガスのプラズマに対する耐食性を備えている場合であっても、腐食以外の理由による載置台に対する悪影響の発生を抑制することができる。
以下、図1、図2を参照しながら本発明の実施の形態に係るプラズマ処理装置1の構成を説明する。
本例のプラズマ処理装置1は、被処理基板である矩形ガラス基板、例えば、FPD用のガラス基板(以下単に基板と記す)G上に例えば薄膜トランジスタを形成するにあたり、基板Gの表面に形成されたメタル膜、ITO膜、酸化膜などの被エッチング膜に対し、プラズマ化された処理ガスを供給して、エッチング処理を実行するエッチング処理装置として構成されている。
ここで、FPDとしては、液晶ディスプレイ(LCD)、エレクトロルミネセンス(Electro Luminescence;EL)ディスプレイ、プラズマディスプレイパネル(PDP)などが例示される。
本例のプラズマ処理装置1は、被処理基板である矩形ガラス基板、例えば、FPD用のガラス基板(以下単に基板と記す)G上に例えば薄膜トランジスタを形成するにあたり、基板Gの表面に形成されたメタル膜、ITO膜、酸化膜などの被エッチング膜に対し、プラズマ化された処理ガスを供給して、エッチング処理を実行するエッチング処理装置として構成されている。
ここで、FPDとしては、液晶ディスプレイ(LCD)、エレクトロルミネセンス(Electro Luminescence;EL)ディスプレイ、プラズマディスプレイパネル(PDP)などが例示される。
図1の縦断側面図に示すように、プラズマ処理装置1は、導電性材料、例えば、内壁面がアルマイト処理されたアルミニウムからなる角筒形状の容器本体10を備え、容器本体10は電気的に接地されている。容器本体10の上面には開口が形成され、この開口は、天板部11によって気密に塞がれる。これら容器本体10及び天板部11は、本例のプラズマ処理装置1の処理容器に相当し、これら容器本体10及び天板部11によって囲まれた空間は基板Gの処理空間100となる。
また容器本体10の側壁には、基板Gを搬入出するための搬入出口101および搬入出口101を開閉するゲートバルブ102が設けられている。
また容器本体10の側壁には、基板Gを搬入出するための搬入出口101および搬入出口101を開閉するゲートバルブ102が設けられている。
処理空間100の下部側には、前記天板部11と対向するように、基板Gを載置するための載置台2が設けられている。載置台2は、導電性の金属材料、例えば表面がアルマイト処理されたアルミニウムで構成された載置台本体21を備えている。載置台本体21の上面は、例えばイットリアなどのセラミクス層内に不図示のチャック電極を配置してなる静電チャック22が設けられ、直流電源(不図示)からの電力の給断により基板Gの吸着保持、解除を切り替えることができる。載置台本体21は絶縁体枠24内に収納され、この絶縁体枠24を介して容器本体10の底面に設置されている。
また載置台2は、搬入出口101を介して処理空間100内に進入した外部の基板搬送機構(不図示)との間で基板Gの受け渡しを行うために、静電チャック22上の吸着保持位置と、この吸着保持位置の上方側の受け渡し位置との間で基板Gの昇降搬送を行うための4本以上(本実施の形態では4本)の昇降ピン23を備えている。各昇降ピン23は、載置台本体21及び容器本体10の底板を上下方向に貫通するように設けられ、これら昇降ピン23の下端部は容器本体10の外部に設けられた共通の昇降板231に接続されている。
昇降板231はさらに駆動部232に接続され、この駆動部232を用いて昇降板231を昇降させ、静電チャック22から昇降ピン23の上端を突没させることにより、吸着保持位置と受け渡し位置との間での基板Gの昇降搬送を実行する。なお、各昇降ピン23が貫通する容器本体10の底板と昇降板231との間にはベローズ233が設けられ、容器本体10(処理空間100)内の気密が保たれている。
昇降ピン23、昇降板231、駆動部232は、本例の昇降機構に相当する。
昇降ピン23、昇降板231、駆動部232は、本例の昇降機構に相当する。
載置台2(載置台本体21)には、整合器251を介して第2の高周波電源252が接続されている。第2の高周波電源252は、バイアス用の高周波電力、例えば周波数が3.2MHzの高周波電力を載置台2に印加する。このバイアス用の高周波電力により生成されたセルフバイアスによって、処理空間100内に生成されたプラズマ中のイオンを基板Gに引き込むことができる。
さらに、載置台2内には、基板Gの温度を制御するために、セラミックヒータなどの加熱手段と、冷媒流路とからなる温度制御機構と、温度センサーとが設けられている(いずれも図示せず)。
一方、エッチング処理が実行される容器本体10(処理空間100)内は真空雰囲気となっているため、静電チャック22の上面と基板Gの裏面との間の僅かな隙間によって基板Gと載置台2とが断熱され、基板Gを高精度で温度制御することが困難となる。そこで、本例の載置台2は静電チャック22(載置台2)と基板Gとの間に熱伝達ガスを供給する機構を備える。
一方、エッチング処理が実行される容器本体10(処理空間100)内は真空雰囲気となっているため、静電チャック22の上面と基板Gの裏面との間の僅かな隙間によって基板Gと載置台2とが断熱され、基板Gを高精度で温度制御することが困難となる。そこで、本例の載置台2は静電チャック22(載置台2)と基板Gとの間に熱伝達ガスを供給する機構を備える。
前記熱伝達ガスの供給機構として、載置台2の載置台本体21内には、静電チャック22に沿って広がる扁平な載置台ガス拡散室211が形成されている。載置台ガス拡散室211の上面側には、載置台本体21及び静電チャック22を上下方向に貫通する多数のガス供給路212が形成され、これら多数のガス供給路212は静電チャック22の面内に分散して形成されている。
各ガス供給路212の下端部は、載置台ガス拡散室211に連通している一方、これらガス供給路212の上端部は、静電チャック22の表面に開口している。当該構成により、載置台ガス拡散室211内のガスを静電チャック22の上面より分散して吐出することができる。載置台ガス拡散室211の下面側には、載置台ガス供給ライン213が接続されている。図2に示すように載置台ガス供給ライン213の上流側は、開閉バルブV3、圧力調節バルブ431を介して熱伝達ガス供給部43に接続されている。熱伝達ガス供給部43からは、熱伝達ガスとして例えばヘリウム(He)ガスが供給される。
また図1に示すように、容器本体10の底面には、排気口103が形成され、この排気口103には真空ポンプなどを含む真空排気部12が接続されている。処理空間100の内部は、この真空排気部12によってエッチング処理時に必要な圧力となるまで真空排気される。さらに処理空間100内に供給されたガスが載置台2の周方向に向けて均一に流れるようにするため、載置台2(絶縁体枠24)の側周面と容器本体10の内壁面との間に、多数の小孔が穿設された整流板104を配置してもよい。
図1、図2に示すように、天板部11の下面側には、処理空間100に処理ガスなどを供給するためのシャワーヘッド31が設けられている。シャワーヘッド31は、静電チャック22に吸着保持された基板Gの全面に向けて処理ガスなどを供給可能な扁平なシャワーガス拡散室311を備える。シャワーヘッド31の下面側には多数のシャワーガス吐出孔312が形成され、シャワーガス拡散室311内に拡散したガスは、これらのシャワーガス吐出孔312を介して処理空間100へ向けて分散供給される。
またシャワーヘッド31の上面側には、シャワーガス拡散室311に連通するシャワーガス供給ライン32が接続されている。図2に示すように、シャワーガス供給ライン32の上流側は、2系統に分岐し、一方側の系統は、開閉バルブV21、流量調節部421を介してエッチングガス供給部42に接続されている。またシャワーガス供給ライン32の他方側の系統は、開閉バルブV1、流量調節部411を介して希釈ガス供給部41に接続されている。
本例のプラズマ処理装置1において、エッチングガス供給部42からは、基板Gの表面に形成された被エッチング膜に対するエッチング作用を有するエッチングガス(作用ガス)が供給される。図2に示す例においては、被エッチング膜がモリブデン膜であり、エッチングガス供給部42からは、モリブデン膜に対するエッチング作用を有する六フッ化硫黄(SF6)ガスが供給される。また希釈ガス供給部41からは、エッチングガスを希釈するための希釈ガスである酸素(O2)ガスが供給される。
シャワーヘッド31に対しては、これらエッチングガスと希釈ガスとが混合された処理ガスが供給される。
シャワーヘッド31に対しては、これらエッチングガスと希釈ガスとが混合された処理ガスが供給される。
また、希釈ガス供給部41から供給されるO2ガスは、エッチング処理後の基板Gを載置台2(静電チャック22)上の吸着位置から受け渡し位置まで搬送する際に、静電チャック22の除電を行うための除電ガスとしても利用される。また発明者は、静電チャック22による吸着保持状態を解除して基板Gを上昇移動させる期間中に、基板Gにも残留電荷が存在し、帯電状態となっていることを見出した。基板Gが帯電状態となっていると、搬送時などに基板Gと逆電位に帯電したパーティクルを引き寄せ、汚染を引き起こす要因ともなる。上述の除電プラズマは、当該基板Gの除電を行う作用も有している。
この観点において、希釈ガス供給部41、流量調節部411、開閉バルブV1、シャワーガス供給ライン32及びシャワーヘッド31は、容器本体10内に除電ガスを供給するための除電ガス供給部に相当する。
この観点において、希釈ガス供給部41、流量調節部411、開閉バルブV1、シャワーガス供給ライン32及びシャワーヘッド31は、容器本体10内に除電ガスを供給するための除電ガス供給部に相当する。
また図1、図2に示すように、天板部11の下面には凹部が形成され、シャワーヘッド31の上面と天板部11の下面と囲まれた前記凹部内の空間は、高周波アンテナ5を配置するためのアンテナ室50となっている。既述のシャワーヘッド31は、例えば石英などの誘電体により構成された誘電体窓を構成している。
例えば、高周波アンテナ5は、シャワーヘッド31に対応する面内で、シャワーヘッド31の周方向に沿って周回するように、渦巻状に形成される。なお、高周波アンテナ5の形状は、渦巻に限定されるものではなく、一本または複数のアンテナ線を環状にした環状アンテナまたはコイル状アンテナであってもよい。
例えば、高周波アンテナ5は、シャワーヘッド31に対応する面内で、シャワーヘッド31の周方向に沿って周回するように、渦巻状に形成される。なお、高周波アンテナ5の形状は、渦巻に限定されるものではなく、一本または複数のアンテナ線を環状にした環状アンテナまたはコイル状アンテナであってもよい。
各高周波アンテナ5には、整合器511を介して第1の高周波電源512が接続されている。各高周波アンテナ5には、第1の高周波電源512から整合器511を介して、例えば13.56MHzの高周波電力が供給される。これにより、誘電体窓を介して処理空間100内に供給された処理ガスや除電ガスが誘導結合によりプラズマ化し、所望のエッチング処理や除電処理を行うことができる。
ここで高周波アンテナ5、誘電体窓であるシャワーヘッド31、整合器511や第1の高周波電源512は、処理ガスや除電ガスのプラズマを形成するためのプラズマ形成部に相当する。
なお、プラズマ形成部の構成は、誘導結合プラズマを形成する高周波アンテナ5、誘電体窓を備える場合に限定されるものではない。例えば載置台2と金属製のシャワーヘッド31との間に容量結合プラズマを形成する構成を採用してもよい。
なお、プラズマ形成部の構成は、誘導結合プラズマを形成する高周波アンテナ5、誘電体窓を備える場合に限定されるものではない。例えば載置台2と金属製のシャワーヘッド31との間に容量結合プラズマを形成する構成を採用してもよい。
さらに図1に示すように、このプラズマ処理装置1には制御部6が設けられている。制御部6は不図示のCPU(Central Processing Unit)と記憶部とを備えたコンピュータからなり、この記憶部には基板Gが配置された処理空間100内を真空排気し、高周波アンテナ5を用いて処理ガスをプラズマ化して基板Gを処理した後、除電ガスのプラズマによる除電処理を行いながら基板Gの上昇移動動作を実行させる制御信号を出力するためのステップ(命令)群が組まれたプログラムが記録されている。このプログラムは、例えばハードディスク、コンパクトディスク、マグネットオプティカルディスク、メモリカードなどの記憶媒体に格納され、そこから記憶部にインストールされる。
以上に説明した構成を備えるプラズマ処理装置1において、例えばSF6ガス(エッチングガス)とO2ガス(希釈ガス)とを含む処理ガスにより、モリブデン膜のエッチング処理を行うと、主としてSF6ガスとの反応により、モリブデン(Mo)のエッチングが進行する。この反応に際しては、SF6とMoとの反応に伴う副生成物(例えばMoFxOy、但し、x、yはフッ素、及び酸素の原子数)が生成する。これら副生成物の大部分は、排気口103を介して外部に排出されるが、その一部はシャワーヘッド31や容器本体10の表面に付着、堆積して堆積層7となる場合がある。
一方で、静電チャック22や基板Gの除電を行う際には、処理空間100内にはO2ガス(除電ガス)のプラズマが形成される。図3に模式的に示すように、エッチングガスや希釈ガスの単体ガスのプラズマを形成しても、被エッチング膜に対するエッチング速度は小さい場合が多い。一方で、これらエッチングガスと希釈ガスとを適切な比率で混合した処理ガスを用いることにより、効率的なエッチング処理が可能となることが知られている。
しかしながら、希釈ガスの単体のプラズマであっても、被エッチング膜に対してわずかながらエッチング作用を呈する場合がある。このため、基板Gを上昇移動させる期間中にプラズマを形成する除電ガスとして希釈ガス(例えばO2ガス)を用いると、シャワーヘッド31や容器本体10に堆積している堆積層7をエッチングする場合もある。この結果、図7に模式的に示すように堆積層7がエッチングされて反応成分71が生成し、プラズマ化した除電ガスに乗って処理空間100内を浮遊するおそれがある。
ここで除電ガスのプラズマが形成されるのは、基板Gを上昇移動させる期間中であり、載置台2(静電チャック22)の上面は基板Gによって覆われた状態(基板Gが載置された状態)となっていない。また、温度調節が行われている載置台2は、エッチング処理や除電処理の際にプラズマに曝されているシャワーヘッド31や容器本体10と比較して、相対的に温度が低い。このため、処理空間100内を浮遊する反応成分71は、熱泳動により載置台2側へ移動し、載置台2の表面に再付着するおそれがある。
載置台2の表面に反応成分71が付着して、新たな堆積層7が形成されると、載置台2内に設けられた既述の温度制御機構による均一な温度制御が困難になり、エッチング処理の結果が基板Gの面内で不均一になる処理ムラの発生につながるおそれもある。
そこで本例のプラズマ処理装置1は、基板Gを上昇させる期間中に、処理容器(容器本体10やシャワーヘッド31)に付着した副生成物(堆積層7)と除電ガスのプラズマとの反応成分71が、基板Gの下方側へ進入することを抑えるために、載置台2と基板Gとに挟まれる空間へ向けて進入抑制ガスを供給する機構を備えている。
進入抑制ガスは、基板Gの下方側へ進入しようとする反応成分71を押し戻す作用を得ることが可能であれば、そのガス種に特段の限定はない。例えば、エッチング処理の期間中に、熱伝達ガスとして基板Gの裏面側に供給されるHeガスをガス供給路212から供給してもよい。
一方で、後述の実施例にて説明するように、分子量が大きく、密度の高いガス種ほど、反応成分71の進入を抑制する効果が高い。この点、Heガス(分子量4)やO2ガス(分子量32)と比較して、例えばSF6ガスは分子量が大きく(分子量146)、進入抑制ガスとして好適である。
また図3を用いて説明したように、希釈ガスでもある除電ガス(O2ガス)と混合されることにより、エッチングガスであるSF6ガスは堆積層7に対しても高いエッチング作用を呈することができる。この結果、一部の反応成分71が基板Gの下方側に進入して、載置台2の表面に再付着した場合であっても、進入抑制ガスとしてSF6ガスを採用することにより、O2ガスのプラズマとSF6ガスとの混合ガス雰囲気が形成される領域では、再付着した反応成分71をエッチング除去する作用も期待できる。
これらの観点から本例のプラズマ処理装置1は、図2に示すように、エッチングガス供給部42に接続された流路が流量調節部421の下流側で分岐し、開閉バルブV22を介して分岐ライン214が載置台ガス供給ライン213に合流している。当該構成により、エッチング処理を終えた後、基板Gを上昇移動させている期間中は、載置台2と基板Gとに挟まれる空間へガス供給路212から進入抑制ガスとしてSF6ガスを供給することができる。
この観点において、エッチングガス供給部42、流量調節部421、開閉バルブV22、分岐ライン214、分岐ライン214との合流位置より下流側の載置台ガス供給ライン213、載置台ガス拡散室211や各ガス供給路212は本例の進入抑制ガス供給部に相当している。
この観点において、エッチングガス供給部42、流量調節部421、開閉バルブV22、分岐ライン214、分岐ライン214との合流位置より下流側の載置台ガス供給ライン213、載置台ガス拡散室211や各ガス供給路212は本例の進入抑制ガス供給部に相当している。
上述の構成を備えたプラズマ処理装置1の作用について、図4〜図7を参照しながら説明する。
初めに、ゲートバルブ102を開き、隣接する真空搬送室から搬送機構の搬送アーム(いずれも図示せず)を進入させて、搬入出口101を介して処理空間100内に基板Gを搬入する。次いで、昇降ピン23を上昇させ、搬送アームから昇降ピン23へ基板を受け渡す。
初めに、ゲートバルブ102を開き、隣接する真空搬送室から搬送機構の搬送アーム(いずれも図示せず)を進入させて、搬入出口101を介して処理空間100内に基板Gを搬入する。次いで、昇降ピン23を上昇させ、搬送アームから昇降ピン23へ基板を受け渡す。
処理空間100から搬送アームを退避させ、ゲートバルブ102を閉じた後、昇降ピン23を降下させ、載置台2に設けられた静電チャック22上の吸着保持位置に基板Gを載置する。次いで、不図示のチャック電極に直流電力を印加して基板Gを吸着保持する。
しかる後、エッチングガス供給部42の下流の開閉バルブV21と、希釈ガス供給部41の下流の開閉バルブV1とを開き(図4中に「O」と記載してある。以下、開状態の開閉バルブV1、V21、V22、V3について同じ)、流量調節部421、411により流量調節を行ってSF6ガス(エッチングガス)とO2ガス(希釈ガス)とが所定の比率で混合された処理ガスをシャワーヘッド31より処理空間100内に供給する。一方、真空排気部12により処理空間100内の真空排気を行って、処理空間100内を例えば1.33Pa(10mTorr)程度の圧力雰囲気に調節する。
また、熱伝達ガス供給部43の下流の開閉バルブV3を開き、圧力調節バルブ431による圧力調節を行って、静電チャック22上に吸着保持された基板Gの裏面に、各ガス供給路212からHeガス(熱伝達ガス)を供給する。このとき、エッチングガス供給部42に接続された分岐ライン214の開閉バルブV22は閉じられている(図4中に「S」と記載してある。以下、閉状態の開閉バルブV1、V21、V22、V3について同じ)。
次いで、第1の高周波電源512から高周波アンテナ5に高周波電力(例えば4kW)を印加し、これにより誘電窓であるシャワーヘッド31を介して処理空間100内に供給された処理ガスを誘導結合によりプラズマ化する(図5のプラズマP)。この結果、基板Gの表面に形成されたモリブデン膜のエッチング処理が行われる。
なお、本例に示すモリブデン膜のエッチングでは、第2の高周波電源252から載置台2へのバイアス用の高周波電力の印加は行わなくてもよい。第2の高周波電源252を用いる場合には、バイアス電力によりプラズマP中のイオンが基板Gに向けて引き込まれ、よりアスペクト比の高いエッチング処理を行うこともできる。
そして、予め設定した時間だけエッチング処理を行ったら、高周波電源512からの電力供給、エッチングガス供給部42、希釈ガス供給部41からの処理ガス供給、及び熱伝達ガス供給部43からの熱伝達ガスの供給を停止する。
そして、予め設定した時間だけエッチング処理を行ったら、高周波電源512からの電力供給、エッチングガス供給部42、希釈ガス供給部41からの処理ガス供給、及び熱伝達ガス供給部43からの熱伝達ガスの供給を停止する。
ここで多数枚の基板Gに対して、容器本体10内でエッチング処理を繰り返し行うと、既述の反応機構により、シャワーヘッド31や容器本体10の表面にエッチング処理の際に発生した副生成物が付着、堆積して堆積層7となる場合がある(図5)。
次いで、堆積層7が形成されている容器本体10内から、エッチング処理を終えた基板Gを搬出する動作について説明する。
エッチング処理終了後、シャワーガス供給ライン32に接続された開閉バルブV1を開き、希釈ガス供給部41からシャワーヘッド31を介してO2ガスを供給し、処理空間100内の圧力雰囲気を1.33〜13.3Pa(10〜100mTorr)程度に調節する。このとき、エッチングガス供給部42側の開閉バルブV21は閉状態であり、エッチングガス供給部42からシャワーヘッド31へのSF6ガスの供給は行われない。
しかる後、静電チャック22のチャック電極に印加する直流電力を停止すると、静電チャック22側の電荷がなくなる(直流電位が低くなる)ので、基板G側で直流放電が発生し、当該基板Gが除電されて静電チャック22への吸着が解除される。
エッチング処理終了後、シャワーガス供給ライン32に接続された開閉バルブV1を開き、希釈ガス供給部41からシャワーヘッド31を介してO2ガスを供給し、処理空間100内の圧力雰囲気を1.33〜13.3Pa(10〜100mTorr)程度に調節する。このとき、エッチングガス供給部42側の開閉バルブV21は閉状態であり、エッチングガス供給部42からシャワーヘッド31へのSF6ガスの供給は行われない。
しかる後、静電チャック22のチャック電極に印加する直流電力を停止すると、静電チャック22側の電荷がなくなる(直流電位が低くなる)ので、基板G側で直流放電が発生し、当該基板Gが除電されて静電チャック22への吸着が解除される。
次いで、第1の高周波電源512から高周波アンテナ5に高周波電力(例えば4kW)を印加すると、誘導結合により除電ガスがプラズマ化する(図5のプラズマP’)。この結果、プラズマP’を介して静電チャック22が容器本体10と短絡し、静電チャック22表面の残留電荷が除電される。
その後、昇降ピン23を上昇させて基板Gを持ち上げ、吸着保持位置から、搬送アームへの基板の受け渡し位置まで基板Gを上昇移動させる。この期間中においても、除電ガスのプラズマによる除電処理は除電ガスのプラズマが基板Gの裏面に回り込むまで継続される。その結果、基板Gの除電処理が完了する。なお、これらの除電処理の期間中は、第2の高周波電源252からのバイアス用の高周波電力の印加を行う必要はない。
一方で既述のように、堆積層7が形成されている容器本体10内にて除電ガスのプラズマを形成すると、図7に示すように、わずかにエッチングされた堆積層7から反応成分71が発生することがある。この反応成分71は熱泳動により載置台2側へ移動する。
このとき、上昇移動している基板Gと載置台2とに挟まれる空間へ向けて、ガス供給路212から進入抑制ガスであるSF6ガスを供給することにより、基板Gの下方側へ進入しようとする反応成分71がSF6ガスの流れにより押し戻される。この結果、基板Gの上昇移動に伴って露出した載置台2の表面に付着することを防止できる。
また、除電ガスであるO2ガスのプラズマと、進入抑制ガスであるSF6ガスとの混合ガス雰囲気が形成される領域では、反応成分71の一部が載置台2に再付着した場合であっても、反応成分71をエッチングすることが可能な混合ガスにより、当該反応成分71が除去される。
このように、除電ガスのプラズマによる静電チャック22や基板Gの除電処理と、載置台2への反応成分71の付着抑制とを並行に行いつつ、基板Gが受け渡し位置に到達し、除電処理が十分に実施されたら、高周波電源512からの電力供給、希釈ガス供給部41からの除電ガス供給、及びエッチングガス供給部42からの進入抑制ガスの供給を停止する。
しかる後、容器本体10内の圧力を、隣接する真空搬送室の圧力に合わせる圧力調節を行った後、ゲートバルブ102を開き、搬送アームを進入させて昇降ピン23から搬送アームへ処理後の基板Gを受け渡し、プラズマ処理装置1から基板Gを搬出する。
本実施の形態に係るプラズマ処理装置1によれば、以下の効果がある。エッチング処理後の基板Gの搬送動作の期間中に、容器本体10内に除電ガスのプラズマを形成するにあたり、載置台2と基板Gとの間の空間へ進入抑制ガスを供給する。この結果、除電ガスのプラズマにより発生した反応成分71の基板Gの下方側への進入が抑えられるので、載置台2に対する反応成分71の付着を抑制することができる。そして、載置台2に設けられた温度制御機構による温度制御性能を維持することが可能となり、面内均一性の高いエッチング処理を実行することができる。
ここで既述のように、載置台2はアルマイト処理され、表面に不動態膜が形成されたアルミニウムにより構成され、カーボンや樹脂と比較してO2ガスのプラズマに対して高い耐食性を備えている。従って、プラズマに対する耐食性を備えた材料によって構成された載置台2を用いる場合には、除電ガスのプラズマを利用した除電処理を行う際に、載置台2と基板Gとに挟まれる空間に対して進入抑制ガスの供給を行うことは、腐食防止という観点では実施する必要のない、一見無駄な行為に他ならない。
これに対して本発明者は、エッチング処理の際に発生した副生成物の堆積層7と除電用のプラズマとにより反応成分71が発生し、基板Gの上昇移動の期間中に載置台2の表面に付着するおそれがあるという課題を新たに見出した。そして本発明は、除電用ガスのプラズマに対する耐食性を備えた材料によって構成された載置台2であっても、進入抑制ガスの供給を行うことにより、上述の課題を解決することが可能であることを明らかにした技術である。
ここでモリブデン膜のエッチングに利用可能な処理ガスは、SF6ガス(エッチングガス)とO2ガス(希釈ガス)との組み合わせに限定されない。例えば、エッチングガスとして四フッ化炭素(CF4)ガスなどのフッ素系のガスを用いることができる。また、希釈ガスとして窒素(N2)ガスやアルゴン(Ar)ガスなどの不活性ガスを用いてもよい。
さらに、除電ガスは除電対象の静電チャック22や基板Gを容器本体10と短絡させることができればよいので、O2ガスの他、N2ガスやArガスを用いてもよい。
従って、これらの除電ガスのプラズマとの混合により静電チャック22に付着したモリブデンの反応成分71を除去することが可能な進入抑制ガスのガス種についてもSF6ガスに限定されず、CF4ガスなどのエッチングガスを採用してもよい。
従って、これらの除電ガスのプラズマとの混合により静電チャック22に付着したモリブデンの反応成分71を除去することが可能な進入抑制ガスのガス種についてもSF6ガスに限定されず、CF4ガスなどのエッチングガスを採用してもよい。
以上、被エッチング膜がモリブデン膜である場合の処理ガス(エッチングガス、希釈ガス)、進入抑制ガスの選択例を具体列記したが、他の膜種を被エッチング膜とする場合にも、同様の考え方が成り立つ。即ち、この膜種のエッチングガスを進入抑制ガスとして採用し、希釈ガスを除電ガスとして採用することにより、当該膜種からの副生成物と除電ガスのプラズマとの反応成分71が載置台2の表面に付着した場合であっても、当該反応成分71を除去する効果が発揮される。
また、進入抑制ガスとして利用可能なガス種は、基板Gの表面に形成された膜種に対するエッチング作用を有するものに限定されない。基板Gの下方側へ進入しようとする反応成分71を押し戻す作用を得ることが可能なであれば、HeガスやN2ガス、Arガスなどの不活性ガスであってもよい。この場合においても、反応成分71と共に基板Gの下方側へ進入しようとする除電ガスのプラズマよりも分子量が大きいガス種を採用すると、より高い押し戻し効果が発揮される。
また、除電ガスのプラズマにより、静電チャック22や基板Gの除電が必要となるプラズマ処理は、エッチング処理に限定されない。基板G上に薄膜を形成する成膜処理、レジスト膜のアッシング処理などの各種プラズマ処理においても除電ガスのプラズマを用いた除電処理が行われる。このとき、容器本体10などの表面に堆積層7が付着し、除電処理の際に反応成分71が発生する場合には、載置台2と基板Gとに挟まれる空間に対して進入抑制ガスを供給する本発明は、図7を用いて説明した例と同様の効果を発揮することができる。
これらの場合にも、成膜処理やアッシング処理のガスである成膜ガスやアッシングガスの希釈ガスを除電ガスとして採用してもよい。また、成膜処理により成膜される膜に対してエッチング作用を有するガス種を進入抑制ガスとして採用してもよい。
また、上述の実施の形態においては、第1の高周波電源512から高周波アンテナ5に高周波電力を印加することにより除電ガスのプラズマを形成したが、プラズマの形成手法はこれに限定されない。例えばバイアス用の高周波電力を供給する第2の高周波電源252から高周波電力を載置台2に印加して基板Gと静電チャック22間の隙間に除電ガスのプラズマを形成してもよい。この場合、プラズマ照射時間を短くすることができるので静電チャック22表面への副生成物の付着をさらに抑制する効果が得られる。
さらに、本発明のプラズマ処理装置1で処理可能な基板Gは、FPD用の基板Gに限らず、太陽電池パネル用の基板Gに対して上述の各種プラズマ処理を実施する場合にも適用することができる。
さらに、本発明のプラズマ処理装置1で処理可能な基板Gは、FPD用の基板Gに限らず、太陽電池パネル用の基板Gに対して上述の各種プラズマ処理を実施する場合にも適用することができる。
(実験)
モリブデン板を配置した容器本体10内で基板Gの除電ガスのプラズマを形成し、載置台2と基板Gとの間に、ガス種を変えて進入抑制ガスを供給し、モリブデンの反応成分71の進入抑制効果を確認した。
A.実験条件
図1に示すプラズマ処理装置1の容器本体10内に、載置台2の上面から1mmの隙間を空けて基板Gを配置した。基板Gの表面、及び容器本体10の内側壁面にモリブデン板を張り付け、エッチングガス(SF6ガス)/希釈ガス(O2ガス)=500sccm(0℃、1気圧の標準状態基準。以下、同じ)/1000sccmを混合した処理ガスを供給して、高周波アンテナ5に4kWの高周波電力を、2分間ずつ合計20回印加して容器本体10内にモリブデンの堆積雰囲気を形成した。容器本体10内の圧力は1.33Pa(10mTorr)に調節した。
(実施例1−1)ガス供給路212より、載置台2と基板Gとの間の隙間に200SccmのHeガス(分子量4)を進入抑制ガスとして供給し、主として青色の反応成分71が付着した領域の載置台本体21の地色からの色彩変化量rを測定した。色彩変化量rは、前記青色領域の撮像データのRGB階調データ(各8ビット、256階調)をR、G、Bとし、前記地色の階調データをR’、G’、B’としたとき、r={(R−R’)2+(G−G’)2+(B−B’)2}0.5の式にて算出した。反応成分71の付着量が多くなる程、色彩変化量rの値は大きくなる。さらに載置台2の周縁部に付着した主として黄色の反応成分71の付着幅を計測した。なお、反応成分71の色の違いは、各領域に付着する反応成分71の分子構造の違いによるものである。
(実施例1−2)進入抑制ガスとしてN2ガス(分子量28)を用いた点以外は、実施例1−1と同様の実験を行った。
(実施例1−3)進入抑制ガスとしてSF6ガス(分子量146)を用いた点以外は、実施例1−1と同様の実験を行った。
(比較例)進入抑制ガスの供給を行わなかった点以外は、実施例1−1と同様の実験を行った。
モリブデン板を配置した容器本体10内で基板Gの除電ガスのプラズマを形成し、載置台2と基板Gとの間に、ガス種を変えて進入抑制ガスを供給し、モリブデンの反応成分71の進入抑制効果を確認した。
A.実験条件
図1に示すプラズマ処理装置1の容器本体10内に、載置台2の上面から1mmの隙間を空けて基板Gを配置した。基板Gの表面、及び容器本体10の内側壁面にモリブデン板を張り付け、エッチングガス(SF6ガス)/希釈ガス(O2ガス)=500sccm(0℃、1気圧の標準状態基準。以下、同じ)/1000sccmを混合した処理ガスを供給して、高周波アンテナ5に4kWの高周波電力を、2分間ずつ合計20回印加して容器本体10内にモリブデンの堆積雰囲気を形成した。容器本体10内の圧力は1.33Pa(10mTorr)に調節した。
(実施例1−1)ガス供給路212より、載置台2と基板Gとの間の隙間に200SccmのHeガス(分子量4)を進入抑制ガスとして供給し、主として青色の反応成分71が付着した領域の載置台本体21の地色からの色彩変化量rを測定した。色彩変化量rは、前記青色領域の撮像データのRGB階調データ(各8ビット、256階調)をR、G、Bとし、前記地色の階調データをR’、G’、B’としたとき、r={(R−R’)2+(G−G’)2+(B−B’)2}0.5の式にて算出した。反応成分71の付着量が多くなる程、色彩変化量rの値は大きくなる。さらに載置台2の周縁部に付着した主として黄色の反応成分71の付着幅を計測した。なお、反応成分71の色の違いは、各領域に付着する反応成分71の分子構造の違いによるものである。
(実施例1−2)進入抑制ガスとしてN2ガス(分子量28)を用いた点以外は、実施例1−1と同様の実験を行った。
(実施例1−3)進入抑制ガスとしてSF6ガス(分子量146)を用いた点以外は、実施例1−1と同様の実験を行った。
(比較例)進入抑制ガスの供給を行わなかった点以外は、実施例1−1と同様の実験を行った。
表1の結果によると、載置台2と基板Gとの間に進入抑制ガスを供給した実施例1−1〜1−3においては、進入抑制ガスの供給を行わなかった比較例と比べて、青色領域の色彩変化量rが小さく、黄色領域の付着幅も狭かった。従って、進入抑制ガスを供給することにより、反応成分71の付着を抑制する作用効果が発揮されることを確認できた。
また、実施例1−1〜1−3における青色領域の色彩変化量rを比較すると、進入抑制ガスの分子量が大きくなるに連れて、色彩変化量rの値は小さくなった。従って、同量の進入抑制ガスを供給した場合は、分子量の大きなガス種ほど、反応成分71の進入を抑制する効果が高いことが分かる。
さらに、進入抑制ガスとしてSF6ガスを用いた実施例1−3では、載置台2の周縁部における主として黄色の反応成分71付着幅はゼロであった。これは、容器本体10内に供給された処理ガス(SF6ガス/O2ガス=500sccm/1000sccm)と進入抑制ガス(SF6ガス)とが混合されて、反応成分71をエッチング除去する作用が発揮されたものと考えられる。
さらに、進入抑制ガスとしてSF6ガスを用いた実施例1−3では、載置台2の周縁部における主として黄色の反応成分71付着幅はゼロであった。これは、容器本体10内に供給された処理ガス(SF6ガス/O2ガス=500sccm/1000sccm)と進入抑制ガス(SF6ガス)とが混合されて、反応成分71をエッチング除去する作用が発揮されたものと考えられる。
G 基板
1 プラズマ処理装置
2 載置台
212 ガス供給路
22 静電チャック
23 昇降ピン
31 シャワーヘッド
41 希釈ガス供給部
42 エッチングガス供給部
43 熱伝達ガス供給部
5 高周波アンテナ
6 制御部
7 堆積層
71 反応成分
1 プラズマ処理装置
2 載置台
212 ガス供給路
22 静電チャック
23 昇降ピン
31 シャワーヘッド
41 希釈ガス供給部
42 エッチングガス供給部
43 熱伝達ガス供給部
5 高周波アンテナ
6 制御部
7 堆積層
71 反応成分
Claims (14)
- プラズマ化された処理ガスにより被処理基板に対するプラズマ処理を行うためのプラズマ処理装置において、
被処理基板に対するプラズマ処理が行われ、内壁面に前記プラズマ処理の際に生成した副生成物が付着する処理容器と、
前記処理容器内に設けられ、前記被処理基板を吸着保持する静電チャック上の吸着保持位置と、この吸着保持位置の上方側の位置との間で被処理基板の昇降搬送を行うための昇降機構を備えた載置台と、
前記処理容器内に被処理基板の除電を行う除電ガスを供給するための除電ガス供給部と、
前記被処理基板を上昇させる期間中に、前記除電ガスのプラズマを形成するためのプラズマ形成部と、
前記被処理基板を上昇させる期間中に、前記処理容器に付着した副生成物と除電ガスのプラズマとの反応成分が、前記被処理基板の下方側へ進入することを抑えるために、前記載置台と被処理基板とに挟まれる空間へ進入抑制ガスを供給する進入抑制ガス供給部と、を備え、
前記載置台は、前記除電ガスのプラズマに対する耐食性を備えた材料によって構成されていることを特徴とするプラズマ処理装置。 - 前記進入抑制ガスの分子量が、前記除電ガスの分子量よりも大きいことを特徴とする請求項1に記載のプラズマ処理装置。
- 前記処理ガスは、被処理基板と作用する作用ガスと、前記作用ガスを希釈するための希釈ガスとを含み、前記除電ガスとして希釈ガスを用いることを特徴とする請求項1または2に記載のプラズマ処理装置。
- 前記プラズマ処理は、被処理基板に形成された被エッチング膜をエッチングするエッチング処理であり、前記作用ガスは、前記被エッチング膜に対するエッチング作用を有するエッチングガスであることを特徴とする請求項3に記載のプラズマ処理装置。
- 前記進入抑制ガスは、エッチングガスであることを特徴とする請求項4に記載のプラズマ処理装置。
- 前記除電ガスのプラズマに対する耐食性を備えた材料は、金属材料であることを特徴とする請求項1ないし5のいずれか一つに記載のプラズマ処理装置。
- 前記金属材料には不動態膜が形成されていることを特徴とする請求項6に記載のプラズマ処理装置。
- 前記載置台は、前記プラズマ処理の期間中に、前記吸着保持位置に載置された被処理基板の裏面に熱伝達ガスを供給するためのガス供給路を備え、進入抑制ガス供給部は前記ガス供給路を介して、前記前記載置台と被処理基板とに挟まれる空間に進入抑制ガスを供給することを特徴とする請求項1ないし7のいずれか一つに記載のプラズマ処理装置。
- 被処理基板に対するプラズマ処理を行うプラズマ処理方法において、
処理容器内に設けられた載置台の静電チャック上の吸着保持位置に被処理基板を吸着保持し、プラズマ化された処理ガスにより前記被処理基板のプラズマ処理を行う工程と、
前記プラズマ処理後の被処理基板を、前記吸着保持位置の上方側の位置へと上昇させる工程と、
被処理基板を上昇させる期間中に、前記処理容器内に除電ガスを供給し、当該除電ガスのプラズマを形成して前記被処理基板の除電を行う工程と、
前記被処理基板を上昇させる期間中に、前記処理容器に付着した副生成物と除電ガスのプラズマとの反応成分が、前記被処理基板の下方側へ進入することを抑えるために、前記載置台と被処理基板とに挟まれる空間へ進入抑制ガスを供給する工程と、を含み、
前記載置台は、前記除電ガスのプラズマに対する耐食性を備えた材料によって構成されていることを特徴とするプラズマ処理方法。 - 前記進入抑制ガスの分子量が、前記除電ガスの分子量よりも大きいことを特徴とする請求項9に記載のプラズマ処理方法。
- 前記処理ガスは、被処理基板と作用する作用ガスと、前記作用ガスを希釈するための希釈ガスとを含み、前記除電ガスとして希釈ガスを用いることを特徴とする請求項9または10に記載のプラズマ処理方法。
- 前記プラズマ処理は、被処理基板に形成された被エッチング膜をエッチングするエッチング処理であり、前記作用ガスは、前記被エッチング膜に対するエッチング作用を有するエッチングガスであることを特徴とする請求項11に記載のプラズマ処理方法。
- 前記進入抑制ガスは、エッチングガスであることを特徴とする請求項12に記載のプラズマ処理方法。
- プラズマ化された処理ガスにより被処理基板に対するプラズマ処理を行うためのプラズマ処理装置に用いられるコンピュータプログラムを格納した記憶媒体であって、前記プログラムは請求項9ないし13のいずれか一つに記載されたプラズマ処理方法を実行するためのステップが組まれていることを特徴とする記憶媒体。
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CN110473782A (zh) * | 2018-05-11 | 2019-11-19 | 东京毅力科创株式会社 | 蚀刻方法及蚀刻装置 |
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