JP3067579B2 - プラズマ装置 - Google Patents

プラズマ装置

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JP3067579B2
JP3067579B2 JP7071070A JP7107095A JP3067579B2 JP 3067579 B2 JP3067579 B2 JP 3067579B2 JP 7071070 A JP7071070 A JP 7071070A JP 7107095 A JP7107095 A JP 7107095A JP 3067579 B2 JP3067579 B2 JP 3067579B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、半導体素子基板、液晶
ディスプレイ用ガラス基板等にプラズマを利用してエッ
チング、アッシング、およびCVD等の処理を施すのに
適したプラズマ装置に関する。
【0002】
【従来の技術】反応ガスに外部からエネルギ−を与えた
際に発生するプラズマはLSI、LCD等の製造プロセ
スにおいて広く用いられている。特にプラズマを用いた
ドライエッチング技術はLSI、LCD等の製造プロセ
スにとって不可欠の基本技術となっている。
【0003】プラズマを発生させるための励起手段とし
て、13.56MHzのRF(高周波)が用いられるこ
とが多い。しかし、低温で高密度のプラズマが得られ、
また装置の構成及び操作が簡単である等の利点があるこ
とから、マイクロ波も用いられるようになっている。し
かしながら、従来のマイクロ波を用いたプラズマ装置で
は、大面積に均一なプラズマを発生させることが困難で
あるため、大口径の半導体基板、LCD用ガラス基板を
均一に処理することが困難であった。
【0004】この点に関し、本出願人は大面積に均一に
マイクロ波プラズマを発生させることが可能なプラズマ
装置として、特開昭62−5600号公報、特開昭62
−99481号公報において、誘電体線路を利用する方
式を提案している。
【0005】図7はこの誘電体線路を利用する従来のプ
ラズマ装置を模式的に示した断面図である。図中1は中
空直方体の反応容器である。反応容器1はアルミニウム
(Al)等の金属を用いて形成されている。反応容器1
の内部には反応室2が設けられている。反応容器1の上
部にはマイクロ波導入口3が開口してあり、このマイク
ロ波導入口3はマイクロ波導入板4にて反応容器1の上
部壁との間にOリング11を挟持することにより気密に
封止されている。なおマイクロ波導入板4は、耐熱性と
マイクロ波透過性を有し、かつ誘電損失が小さい石英ガ
ラス(SiO2)、アルミナ(Al2 3 )等の誘電体
で形成される。
【0006】反応容器1の上方には、マイクロ波導入板
4と対向して、これを覆うように誘電体層21aと金属
板21bからなる誘電体線路21が形成されている。誘
電体層21aにはテフロン(登録商標)等のフッ素樹脂
が用いられる。金属板21bはアルミニウム等で作られ
る。誘電体線路21の一端には、導波管23を介してマ
イクロ波発振器24が連結されている。マイクロ波は発
振器24から導波管23を経て誘電体線路21に導入さ
れ、ここから反応容器1内に導入される。
【0007】反応室2内にはマイクロ波導入板4とは対
向する位置に、被処理物Sを載置する試料台14が配設
されている。反応容器1の周囲壁には所要の反応ガスを
導入するためのガス導入孔12が各壁毎に2ケ所ずつ以
上設けられている。また反応容器1の下部壁には図示し
ない排気装置に接続される排気口13が形成されてい
る。
【0008】この装置において試料台14上に載置され
た被処理物Sの表面にプラズマ処理を施す場合について
説明する。まず、排気口13から排気を行って反応室2
内を所要の圧力まで排気した後、周囲壁に設けられたガ
ス導入孔12から反応ガスを供給し反応室2内を所定の
圧力とする。次いで、マイクロ波発振器24においてマ
イクロ波を発振させ、導波管23を介して誘電体線路2
1に導入する。誘電体線路21の下方の空間22に電界
が形成され、この電界がマイクロ波導入板4を透過して
マイクロ波導入口3から反応室2内に供給されて、プラ
ズマが生成される。このプラズマによって被処理物Sの
表面にプラズマ処理が施される。
【0009】図8はマイクロ波導入口と被処理物Sとの
関係を説明する図である。マイクロ波は反応容器1の上
部に開口されたマイクロ波導入口3全体から導入され、
プラズマが被処理物Sを含む全体に均一に生成される。
【0010】上述の誘電体線路を利用するプラズマ装置
ではマイクロ波の進行方向に沿って誘電体線路の下にプ
ラズマが生成するので、反応容器1の上部に開口されて
いるマイクロ波導入口3、それを封止するマイクロ波導
入板4、そして誘電体線路21を大きくすれば、容易に
大面積のマイクロ波プラズマを生成することができる。
【0011】
【発明が解決しようとする課題】近年液晶用のガラス基
板は次第に大きくなり、400mm×400mm以上の
ガラス基板を均一に処理できる装置の要求が高まってい
る。図7に示したプラズマ装置では、上記のようにマイ
クロ波導入口、マイクロ波導入板、誘電体線路を大きく
すれば大面積プラズマを生成できる。
【0012】しかし、プラズマの生成は反応容器内が減
圧された状態で行われるので、マイクロ波導入板には反
応容器内外での圧力差に対する耐圧強度が要求される。
したがって、マイクロ波導入板の寸法が大きくなると、
反応容器内外での圧力差による耐圧強度を高める必要が
あり、マイクロ波導入板をより厚くする必要がある。
【0013】マイクロ波導入板を厚くすると、プラズマ
生成時にはプラズマ加熱によりマイクロ波導入板の反応
室側の面と反対側の面との温度差が大きくなり、その熱
ひずみでマイクロ波導入板が破損するという問題が生じ
る。
【0014】本発明はこのような課題に鑑みてなされた
ものであり、液晶ディスプレイ用ガラス基板等の大面積
の基板を安定してしかも均一にプラズマ処理することが
できるプラズマ装置を提供することを目的としている。
【0015】
【課題を解決するための手段】本発明は、図1に示すよ
うに、マイクロ波導波路となる誘電体線路21と、この
誘電体線路に対向する面にマイクロ波導入口3が開口さ
れた金属製の反応容器1と、このマイクロ波導入口3を
気密に封止しかつマイクロ波を反応容器1内に導入する
ためのマイクロ波導入板4およびこれを支持する支持体
5とを備え、この支持体には短辺の長さがマイクロ波の
波長の1/6以上でかつマイクロ波の波長以下である複
数のスリット状の中空部6がマイクロ波の波長以下の間
隔で開口されているプラズマ装置を要旨とする。
【0016】
【作用】本発明のプラズマ装置は、従来周縁部のみで支
持していたマイクロ波導入板を梁を有する支持体によっ
て支持する構成としたので、減圧時にマイクロ波導入板
に加わる反応容器内外での圧力差による力を梁で支え、
マイクロ波導入板に要求される耐圧強度を補うことがで
きる。このため、面積が大きいマイクロ波導入板であっ
ても、マイクロ波導入板を面積に応じた厚さにする必要
がなくなる。したがって、マイクロ波導入板の厚みを厚
くしなくても良いので、プラズマ処理中に熱ひずみによ
ってマイクロ波導入板が破損するおそれがない。
【0017】また、梁を用いることにより、マイクロ波
導入板を複数に分割することもでき、マイクロ波導入板
の個々の面積を小さくできる。この場合、減圧時に個々
のマイクロ波導入板に反応容器内外での圧力差による力
が小さくなるので、同じ厚みのマイクロ波導入板を用い
たとしても、マイクロ波導入板が破損するおそれをより
小さくできる。すなわち、マイクロ波導入板は1枚板と
しても良いが、4分割された4枚等の複数枚とすること
により、マイクロ波導入板が破損するおそれをより小さ
くすることができる。また、薄いマイクロ波導入板を使
用することもできる。
【0018】一方、支持体を用いると以下の問題が生じ
る。支持体は強度の点からステンレス等の金属を基材と
して作られるため、支持体の直下ではプラズマは発生せ
ず、被処理物を支持体の直下に置くと、プラズマ処理速
度は支持体の形が反映された分布となる。
【0019】例えば、図5は4分割されたマイクロ波導
入板を支持体で支持するプラズマ装置の1例の模式的縦
断面図である。4分割されたマイクロ波導入板4を外枠
5aおよび十字型の梁5bからなる支持体により支持し
ている。マイクロ波はマイクロ波導入板4および支持体
に開口された中空部6から反応室2に導入され、プラズ
マを生成する。
【0020】図6はこの装置のマイクロ波導入口3と被
処理物Sと支持体との関係を説明する図である。被処理
物S上に支持体の梁5bの陰があり、この十字型の梁5
bの形(図中の中央十字型斜線部)がプラズマ処理速度
の分布に反映する。
【0021】被処理物に均一なプラズマ処理を施すに
は、プラズマが充分に拡散し均一化される距離だけ被処
理物を支持体から離せば良い。しかしプラズマ密度はマ
イクロ波導入板から離れる従い小さくなるので、被処理
物を支持体から余り離すとプラズマ処理速度が急激に低
下するという問題が生じる。この問題は支持体の厚みが
大きいほど大きくなる。
【0022】本発明者は、十字型の梁5bで分割された
4つの中空部のそれぞれを複数のスリット状の中空部か
らなるものとし、スリットの形状を変化させて試験を行
い、上記の問題の解決を試みて以下のような結論を得
た。このとき、試験に用いたマイクロ波の周波数は2.
45GHz、自由空間波長は122.45mmである。
【0023】すなわち、マイクロ波導入のため支持体に
開口されるスリット状の中空部の短辺の長さをマイクロ
波の波長の1/6(20mm)以上とすることにより、
マイクロ波をこの中空部を伝搬させ、プラズマを発生さ
せることができる。スリット状の中空部の短辺の長さを
マイクロ波の波長以下としこれをマイクロ波の波長以下
の間隔で配置することにより、マイクロ波の導入のとき
陰となる支持体の梁を効果的に分散させて、電界分布の
不均一を抑えることができる。また、そうすることによ
り個々のスリット状の中空部に供給される電界強度を強
めて、支持体から短い距離でプラズマを均一に発生させ
ることができる。さらに、このスリット状の中空部をマ
イクロ波の波長以下の間隔で配置することにより、マイ
クロ波の回折効果も利用できる。
【0024】スリット状の中空部が並ぶ方向としては、
マイクロ波の進行方向に対してスリットの短辺が平行と
しても良いし、スリットの短辺が垂直となるようにして
も良い。
【0025】中空部をスリット状として梁を増やすこと
により、支持体の機械的強度を高めることができるので
支持体の梁を薄く製作できる。このためさらに支持体か
ら短い距離でプラズマを均一に発生させることができ
る。
【0026】本発明の特徴はマイクロ波導入板を上記の
ような複数のスリット状の中空部を開口した支持体で支
持する点にあるので、支持体と反応容器とは一体であっ
ても良い。
【0027】
【実施例】本発明のプラズマ装置の一実施例を示す模式
的断面図を図1に示す。本実施例では、マイクロ波導入
板は4分割されたものが用いられている。図中1は中空
直方体の反応容器である。反応容器1は主にアルミニウ
ム等の金属で形成されている。反応容器1の周囲壁は二
重構造であり内部に冷却水用の通流路15が形成されて
いる。反応容器1の内部には被処理物Sを載置する試料
台14が設けられている。また反応容器1の周囲壁には
反応ガス供給のためのガス導入孔12が各壁毎に2ケ所
ずつ設けられている。底壁には図示しない排気ポンプに
つながる排気口13が設けられている。反応容器1の上
部にはマイクロ波導入口3が開口してありこのマイクロ
波導入口3を取り囲む上部壁にはマイクロ波導入板4を
固定した支持体5が上部壁との間でOリング11を挟持
するように固定されている。マイクロ波導入板4はやは
り支持体5との間でOリング7を挟持するように固定さ
れている。
【0028】反応容器1の上方には、マイクロ波導入板
と対向して、マイクロ波導入板を覆うように誘電体層2
1aと金属板21bとからなる誘電体線路21が形成さ
れている。誘電体層21aにはテフロン(登録商標)を
用いた。金属板21bはアルミニウムで作成した。誘電
体線路21の一端には、導波管23を介してマイクロ波
発振器24を連結している。マイクロ波は発振器24か
ら導波管23を経て誘電体線路21に導入され、ここか
らマイクロ波導入板4を経て反応容器1内に導入され
る。
【0029】図2(a)は図1に示したマイクロ波導入
板を固定した支持体5を示す模式的な平面図であり、ま
た図2(b)はその模式的断面図(A−A’断面)であ
る。
【0030】支持体5は反応容器1の上部壁の形状に対
応した環状正四辺形の外枠5aと、領域を4等分する中
央の十字型の梁5bと、さらにスリット状の中空部6を
形成する梁5cとからなる。そして、その4等分された
領域にはそれぞれ3ケ所づつスリット状の中空部6が開
口され、マイクロ波導入板4がOリング7を挟持してこ
の上に載置されている。なお、支持体5はステンレス鋼
を基材としプラズマに曝される表面部分にアルミニウム
を溶着して作製されている。また、マイクロ波導入板4
には石英ガラスを用い、マイクロ波導入板4の厚みは従
来と同じとした。
【0031】なお、支持体5のスリット状の中空部6の
形状および数は外枠5aの寸法及び強度に応じて定めれ
ば良い。
【0032】図3はマイクロ波導入口と被処理物Sと支
持体との関係を説明する図である。
【0033】被処理物S上に、支持体に設けられた矩形
のスリット状の中空部6がマイクロ波の進行方向に並ん
で設けられている。
【0034】本実施例の装置はプラズマ発生面積が60
0mm×600mmとなるものとした。主要部の寸法は
以下のとおりである。マイクロ波導入口3は600mm
×600mmである。支持体5の外径が800mm×8
00mm、十字型の梁5bの幅は100mm、梁5cの
幅は50mmである。スリット状の中空部6は250m
m×50mmである。個々のマイクロ波導入板4は30
0mm×300mmで厚みが20mmである。誘電体線
路21の誘電体21aが800mm×600mmで厚み
が20mmである。
【0035】本発明のプラズマ装置を用いて、被処理物
Sにプラズマ処理を施す場合について説明する。まず冷
却水を冷却水通路15内に循環させる。排気口13から
排気を行って反応室2内を所要の圧力まで排気する。周
囲壁に設けられたガス導入孔12から反応ガスを供給し
反応室2内を所定の圧力とする。次いで、マイクロ波発
振器24においてマイクロ波(周波数:2.45GH
z、波長:122.45mm)を発振させ、導波管23
を介して誘電体線路21に導入する。これにより誘電体
線路21の下方の空間22に電界を形成し、この電界を
4枚のマイクロ波導入板4を透過させ、スリット状の中
空部6を通過させて反応室2内に供給してプラズマを生
成させる。このプラズマによって被処理物S表面にプラ
ズマ処理を施す。
【0036】この装置で発生させたプラズマの均一性を
評価するために、X、Y方向(図3の座標軸参照)にお
けるイオン電流分布を測定した。なお、測定位置は支持
体の下面から60mmの位置である。プラズマ発生条件
は以下のとおりである。Arガスを周囲壁の8ケ所のガ
ス導入孔12から合計1slm反応室内に導入した。
【0037】反応室圧力は10mTorr。マイクロ波
電力は1kW。また、比較例として、図5、図6に示し
た支持体に250mm×250mmの中空部を4個設け
たものについて同様の測定を行った。
【0038】図4はイオン電流分布の測定結果を示すグ
ラフである。比較例においては、X、Yいずれの方向
も、支持体の中空部にあたる部分のイオン電流値は高
く、支持体の陰となる中心部のイオン電流値は低かっ
た。これに対し、本発明例においては、比較例において
イオン電流値の高かった部分のイオン電流値を低下さ
せ、イオン電流値の低かった中心部のイオン電流値を高
め、全体としてイオン電流の分布を均一化することがで
きた。
【0039】
【発明の効果】以上詳述したように、本発明装置にあっ
ては、支持体によりマイクロ波導入板を支持するので、
液晶ディスプレイ用ガラス基板等の大面積の基板をマイ
クロ波導入板の破損のおそれもなく安定して処理でき
る。支持体の中空部をスリット形状とすることにより、
支持体の陰の影響を均一化し、均一なプラズマ処理を行
うことができる。また、こうすることにより、支持体の
機械的強度を高め、支持体を薄くでき、さらに均一なプ
ラズマ処理を可能にできる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明のプラズマ装置の実施例の模式的断面図
である。
【図2】本発明のプラズマ装置の実施例の支持体部分の
模式図であり、(a)は平面図、(b)はA−A’断面
図である。
【図3】本発明のプラズマ装置の実施例のマイクロ波導
入口と被処理物Sと支持体との関係を説明する図であ
る。
【図4】イオン電流分布の測定結果を示すグラフであ
る。
【図5】マイクロ波導入板を支持体で支持するプラズマ
装置の1例の模式的断面図である。
【図6】図5に示したプラズマ装置のマイクロ波導入口
と被処理物Sと支持体との関係を説明する図である。
【図7】従来のプラズマ装置の模式的断面図である。
【図8】従来のプラズマ装置のマイクロ波導入口と被処
理物Sとの関係を説明する図である。
【符号の説明】
1 反応容器 2 反応室 3 マイクロ波導入口 4 マイクロ波導入板 5 支持体 5a 外枠 5b 梁 5c 梁 6 中空部 14 試料台 21 誘電体線路 21a 誘電体層 21b 金属板 24 マイクロ波発振器
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI H05H 1/46 H05H 1/46 B (56)参考文献 特開 平8−255785(JP,A) 特開 平7−335393(JP,A) 特開 平8−3770(JP,A) 特開 昭63−293824(JP,A) 特開 平6−104098(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01L 21/3065 C23C 16/50 C23F 4/00 H01L 21/205 H05H 1/46

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】マイクロ波導波路となる誘電体線路と、こ
    の誘電体線路に対向する面にマイクロ波導入口が開口さ
    れた金属製の反応容器と、このマイクロ波導入口を気密
    に封止しかつマイクロ波を反応容器内に導入するための
    マイクロ波導入板およびこれを支持する支持体とを備
    え、この支持体には短辺の長さがマイクロ波の波長の1
    /6以上でかつマイクロ波の波長以下である複数のスリ
    ット状の中空部がマイクロ波の波長以下の間隔で開口さ
    れていることを特徴とするプラズマ装置。
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