JP3583294B2

JP3583294B2 - Plasma emission device and plasma processing device

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Publication number: JP3583294B2
Application number: JP19529098A
Authority: JP
Inventors: 日出夫竹井; 裕明川村; 賀文太田
Original assignee: Ulvac Inc
Current assignee: Ulvac Inc
Priority date: 1998-07-10
Filing date: 1998-07-10
Publication date: 2004-11-04
Anticipated expiration: 2018-07-10
Also published as: JP2000031121A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、プラズマ放出装置及びプラズマ処理装置に関し、特に、均一な高密度プラズマを生成して、大型の半導体基板や液晶表示装置用のガラス基板等にプラズマエッチングやプラズマ成膜処理をする技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体装置や液晶表示装置を製造する際には、スパッタリング法やＣＶＤ法による薄膜形成と、エッチングによる薄膜のパターニングを繰り返し行うことから、半導体装置等の製造工程に於いて、エッチング装置は非常に重要視されている。
【０００３】
そのようなエッチング装置の従来のものを説明すると、図８を参照し、符号１００は、従来技術の平行平板型のプラズマエッチング装置を示している。このプラズマエッチング装置１００は、処理室１０１を有しており、その内部底面側には、下部電極１０３が設けられ、下部電極１０３の上方の処理室１０１の天井側には、上部電極１０２が設けられている。
【０００４】
下部電極１０３は、マッチングボックス１１０を介して高周波電源１０５に接続されており、上部電極１０２は、処理室１０１の壁面を介してグラウンド電位に接続されている。
【０００５】
処理室１０１には、真空ポンプ１０７と、ガス導入系１１１とが接続されており、このプラズマエッチング装置１００を用いてプラズマ処理を行う場合には、先ず、真空ポンプ１０７を起動して、処理室１０１内を真空排気し、予め高真空状態にしておく。
【０００６】
次いで、高真空状態を維持しながら、処理室１０１内にエッチング対象である基板１０６を搬入し、下部電極１０６上に載置し、ガス導入系１１１に設けられたバルブ１０４を開け、ガス導入管１０８から処理室１０１内にエッチングガスを導入する。
【０００７】
処理室１０１内が所定圧力で安定した後、高周波電源１０５を起動し、マッチングボックス１１０を介して、下部電極１０３に高周波電圧を印加すると、下部電極１０３表面近傍にエッチングガスのプラズマが発生し、基板１０６表面上の薄膜がエッチングされる。
【０００８】
このようなプラズマを用いたエッチングを行えば、ウェットエッチングに比べてパターンの加工寸法精度が向上し、製造工程が簡略化され、エッチングが均一になるという利点があることから、近年主流の技術である。
【０００９】
しかし、最近では半導体装置の製造において微細化の要求がさらに進んできており、その要求に対応するためには、プラズマなどの荷電粒子の直進性を向上させる技術が必要となる。
【００１０】
そこで従来技術でも対策が採られており、１Ｐａ以下の低圧雰囲気でプラズマを生成し、平均自由行程が長い雰囲気でプラズマエッチングを行おうという試みが成されている。
【００１１】
しかし、一般には低圧雰囲気ではプラズマ密度が著しく低下し、安定にプラズマを維持することが困難なばかりでなく、特に口径３００ｍｍ以上の大型基板上の薄膜をエッチングしようとすると、基板面内へ入射するプラズマの密度が不均一になり、その結果、エッチング量の面内均一性が悪化してしまう。
【００１２】
また、液晶表示装置（以下ＬＣＤと称する）の基板として用いられるガラス基板は、約１ｍ×１ｍ程度と非常に大きく、このような大型基板のプラズマエッチングは、事実上不可能であった。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、このような従来の技術の課題を解決するために創作されたもので、その目的は、大型基板のエッチングや成膜処理などのプラズマ処理に適した技術を提供することにある。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、請求項１記載の発明は、プラズマ放出装置であって、一対の放電電極と、前記放電電極間内にある放出口とを有し、前記一対の放電電極間にガスが導入されると共に高周波電圧が印加されると、前記ガスがプラズマ化され、前記放出口から放出されるように構成されたプラズマ発生源が複数設けられたプラズマ放出装置であって、前記各プラズマ発生源が有する前記一対の放電電極のうち、第１の放電電極は複数の穴を有する共通の電極板によって構成され、前記第２の放電電極は、前記共通の電極板に設けられた前記複数の孔内に前記電極板とは離間して配置された電極で構成され、個々のプラズマ発生源に独立に高周波電力を供給できるように構成されたことを特徴とする。
【００１５】
請求項２記載の発明は、請求項１記載のプラズマ放出装置であって、前記第１、第２の放電電極は、前記各孔内で孔の内周面と側面が互いに対向する放電面となり、前記放電面間で放電が生じるように構成されたことを特徴とする。
【００１６】
請求項３記載の発明は、請求項２記載のプラズマ放出装置であって、前記各プラズマ発生源の前記放電面は、前記放出口が形成する面に対し、略垂直に配置されたことを特徴とする。
【００１７】
請求項４記載の発明は、請求項１乃至請求項３のいずれか１項記載のプラズマ放出装置であって、前記各プラズマ発生源内で発生したプラズマは、略同一方向に放出されるように構成されたことを特徴とする。
【００１８】
請求項５記載の発明は、請求項１乃至請求項４のいずれか１項記載のプラズマ放出装置であって、前記各プラズマ発生源には、前記一対の放電電極間に前記ガスを導入するガス導入孔がそれぞれ設けられたことを特徴とする。
【００１９】
請求項６記載の発明は、請求項１乃至請求項５のいずれか１項記載のプラズマ放出装置であって、前記各プラズマ発生源が有する前記一対の放電電極のうち、いずれか一方又は両方の放電電極内に磁石が設けられたことを特徴とする。
【００２０】
請求項７記載の発明は、プラズマ放出装置であって、前記各プラズマ発生源が請求項５記載のガス導入孔を有する請求項６記載のプラズマ放出装置であって、前記磁石は、前記ガス導入孔と前記放出口の間に配置されたことを特徴とする。
【００２１】
請求項８記載の発明は、プラズマ放出装置であって、一対の放電電極と、前記放電電極間内にある放出口とを有し、前記一対の放電電極間にガスが導入されると共に高周波電圧が印加されると、前記ガスがプラズマ化され、前記放出口から放出されるように構成されたプラズマ発生源が複数設けられたプラズマ放出装置であって、前記一対の放電電極のうち、いずれか一方又は両方の放電電極内に磁石が設けられたことを特徴とする。
【００２２】
請求項９記載の発明は、請求項８記載のプラズマ放出装置であって、前記各プラズマ発生源が有する前記一対の放電電極は互いに対向する放電面をそれぞれ有し、その放電面間で放電が生じるように構成されたことを特徴とする。
【００２３】
請求項１０記載の発明は、請求項９記載のプラズマ放出装置であって、前記各プラズマ発生源の前記放電面は、前記放出口が形成する面に対し、略垂直に配置されたことを特徴とする。
【００２４】
請求項１１記載の発明は、請求項８乃至請求項１０のいずれか１項記載のプラズマ放出装置であって、前記各プラズマ発生源が有する前記一対の放電電極のうち、第１の放電電極は第２の放電電極の周囲に離間して配置されたことを特徴とする。
【００２５】
請求項１２記載の発明は、請求項１１記載のプラズマ放出装置であって、前記各プラズマ発生源が有する前記一対の放電電極のうち、前記第１の放電電極は共通の電極板によって構成され、前記第２の放電電極は、前記共通の電極板に設けられた複数の孔内に電極板とは離間して配置された電極で構成されたことを特徴とする。
【００２６】
請求項１３記載の発明は、請求項８乃至請求項１２のいずれか１項記載のプラズマ放出装置であって、前記各プラズマ発生源内で発生したプラズマは、略同一方向に放出されるように構成されたことを特徴とする。
請求項１４記載の発明は、請求項８乃至請求項１３のいずれか１項記載のプラズマ放出装置であって、前記各プラズマ発生源には、前記一対の放電電極間に前記ガスを導入するガス導入孔がそれぞれ設けられたことを特徴とする。
請求項１５記載の発明は、請求項１４記載のプラズマ放出装置であって、前記磁石は、前記ガス導入孔と前記放出口の間に配置されたことを特徴とする。
請求項１６記載の発明は、請求項１乃至請求項１５のいずれか１項記載のプラズマ放出装置であって、前記各プラズマ発生源のうち、少なくとも１個以上のプラズマ発生源には、他のプラズマ発生源とは異なる大きさの高周波電力を供給できるように構成されたことを特徴とする。
請求項１７記載の発明は、プラズマ処理装置であって、真空排気可能な処理室と、請求項１乃至請求項１６のいずれか１項記載のプラズマ放出装置と、処理対象物である基板を配置する基板配置電極とを有し、前記プラズマ放出装置は、前記各プラズマ発生源の放出口を前記基板配置電極に向け、前記基板配置電極に対し、前記処理室内で略平行に対向配置されたことを特徴とする。
請求項１８記載の発明は、請求項１７記載のプラズマ処理装置であって、前記プラズマ放出装置と前記基板配置電極との間には、網目状の電極が設けられたことを特徴とする。
請求項１９記載の発明は、請求項１７又は請求項１８のいずれか１項記載のプラズマ処理装置であって、前記基板配置電極は、高周波電圧を印加できるように構成されたことを特徴とする。
【００２７】
本発明は上記のように構成されており、プラズマ発生源が複数設けられている。
各プラズマ発生源は、一対の放電電極と放出口とを有しており、その一対の放電電極間にガスが導入されると共に高周波電圧が印加されると、導入されたガスがプラズマ化され、放出口から放出されるように構成されている。
【００２８】
従って、各プラズマ発生源からプラズマが放出されるので、処理対象物である基板面積と形状に対応して配置しておくと、各プラズマ発生源から放出されたプラズマが基板表面に均一に到達するので、大面積基板であっても均一なエッチングや成膜を行うことが可能となる。
【００２９】
各プラズマ発生源が有する一対の放電電極は、点状、棒状、板状等、その形状は種々のものを用いることができるが、板状に成形し、一対の放電電極に放電面を持たせる場合、平行平板電極によって一対の放電電極を構成してもよいし、円筒等の曲面で放電面を構成してもよい。
【００３０】
放電面を持たせる場合、一方の放電電極をリング状又は円筒状とし、他方の放電電極を棒状又は円筒状とし、一方の放電電極内に他方の放電電極を離間して挿入配置すると、一方の放電電極が他方の放電電極の周囲に配置され、一方の放電電極の内周面と他方の放電電極の外周面が放電面となり、小さなプラズマ発生源でも、プラズマが生成される空間を大きくすることができる。
【００３１】
他方の放電電極を棒状に成形し、リング又は円筒状の一方の放電電極を、他方の放電電極の周囲に配置した場合、リング又は円筒の開口部分が放出口になり、放電面は放出口が形成する面に対して垂直になり、各プラズマ発生源の放出口を処理対象物の基板方向に向けておくと、プラズマが基板表面に均一に照射されるようになる。
【００３２】
一対の放電電極が、上記したのとは異なる形状であっても、各プラズマ発生源の放出口を、プラズマが略同一方向に放出されるように配置しておくと、プラズマは基板表面に均一に照射されるようになる。
【００３３】
他方、各プラズマ発生源内に、ガス導入孔を設け、一対の放電電極間に導入するようにすると、各プラズマ発生源内で、プラズマが安定に発生するようになり、また、各プラズマ発生源から放出されるプラズマの量を制御しやすくなる。
【００３４】
更に、一対の放電電極内のいずれか一方又は両方に磁石を設けると、磁束によってプラズマを閉じ込めることができるので、低圧力でも安定してプラズマを維持できるようになる。
【００３５】
その場合、磁石はガス導入孔と放出口の間に配置し、プラズマ発生源内ではガス導入孔を磁石よりも奥に位置させると、ガス導入孔から導入されたガスが放出口に向かって流れる際に、磁石が形成する磁界内を通過するので、プラズマ化されやすくなる。
【００３６】
また、例えば各プラズマ発生源のうち、少なくとも１個以上のプラズマ発生源には、他のプラズマ発生源と異なる大きさの高周波電力を供給できるように構成しておく等、各プラズマ発生源の一対の放電電極に投入できる電力を制御できるようにしておくと、基板表面に照射されるプラズマの量を制御できるので、プラズマ処理を行う場合の、エッチング量や成膜膜厚等の基板面内の均一性を向上させることができる。
【００３７】
上記のようなプラズマ放出装置と、真空排気可能な処理室と、処理対象物である基板を配置する基板配置電極とでプラズマ処理装置を構成する場合、各プラズマ発生源の放出口を基板配置電極に向け、処理室内で、プラズマ放出装置を基板配置電極に対して略平行に対向配置すると、大型の基板を均一にプラズマ処理できるようになる。
【００３８】
その場合、プラズマ放出装置と基板配置電極との間に、網目状の電極を設けておくと、各プラズマ発生源内のプラズマが安定になる。
また、基板配置電極に対し、高周波電圧を印加できるように構成しておくと、基板表面に入射する正負イオンやラジカル等の入射エネルギーを制御できるので、入射エネルギーを小さくしてダメージを低減させたり、入射エネルギーを大きくして処理速度を大きくする等の制御を行うことが可能となる。
【００３９】
【発明の実施の形態】
以下で、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。
【００４０】
図１を参照し、符号５０は、本発明の一実施形態のプラズマエッチング装置であり、処理室３０を有している。処理室３０は、側壁３１と、その底面側の開放部分に設けられた下部電極３２と、天井側の開放部分に設けられたプラズマ放出装置３３とで構成されている。
【００４１】
下部電極３２は、板状の基板配置電極６０を有しており、該基板配置電極６０が、絶縁物３５を介して、側壁３１と絶縁した状態で気密に固定されている。他方、プラズマ放出装置３３は、同様に、板状の電極支持アース板７０を一枚有しており、該電極支持アース板７０が、オーリング３６を介して、側壁３１と気密且つ同電位になるように固定されている。
【００４２】
基板配置電極６０と電極支持アース板７０とは、互いに平行に対向して配置されており、基板配置電極６０周囲には、クランプ６１が設けられ、電極支持アース板７０には、同直径の複数の貫通孔７１（図１では、４個の貫通孔７１_１〜７１_４を示す。）が設けられている。
【００４３】
電極支持アース板７０のうち、下部電極３２と対向する面を表面とした場合、各貫通孔７１が形成されている部分には、リング形状の絶縁板２がその中央の穴部分を貫通孔７１の中心付近に一致させた状態で、貫通孔７１周辺部分を塞ぐようにそれぞれ気密に固定されている（図１では４個の絶縁板２_１〜２_４を示す。）。
【００４４】
また、プラズマ放出装置３３は、貫通孔７１の個数と同数の高周波電極７２を有している（図１では、４個の高周波電極７２_１〜７２_４を示す。）。各高周波電極７２は、フランジ部７６と、該フランジ部７６上に立設する棒状電極部７７とで構成されており、各高周波電極７２の棒状電極部７７は、それぞれ同直径に形成されている（図１には、各４個のフランジ部７６_１〜７６_４、棒状電極部７７_１〜７７_４を示す。）。
【００４５】
各高周波電極７２は、電極支持アース板７０の裏面側から、棒状電極部７７が絶縁板２の中央の穴部分に挿入された後、フランジ部７６と絶縁板２とが、オーリングを介して気密に固定されている。
【００４６】
従って、各高周波電極７２の棒状電極部７７は、電極支持アース板７０と非接触の状態で、貫通孔７１内部に配置されている。また、棒状電極部７７の中心軸線と、各棒状電極部７７が配置された貫通孔７１の中心軸線とは一致するようにされており、従って、各貫通孔７１内では、棒状電極部７７の外周面と貫通孔７１の内周面との距離は、等しくなっている。
【００４７】
各高周波電極７２は、マッチングボックス１３を介して高周波電源１５に接続されており、また、アース電極支持板７０は、側壁３１と共にアース電位に置かれており、従って、高周波電源１５を起動して各高周波電極７２に高周波電圧を印加すると、各貫通孔７１内で、アース電極支持板７０と、棒状電極部７７との間に電圧が印加されるようになっている。
【００４８】
その場合、貫通孔７１内を低圧力にした後、高周波電源７２を起動すると、各貫通孔７１内でプラズマを生成することができる。従って、各高周波電極７２と、各貫通孔７１と、アース電極支持板７０の貫通孔７１を形成する部分とで、それぞれプラズマ発生源２０（図１では、４個のプラズマ発生源２０_１〜２０_４を示す。）が構成されていることになる。
【００４９】
かかるプラズマ発生源２０では、図２に示すように棒状電極部７７の内部に通水可能な水冷チャンネル３Ａが設けられており、プロセス中は常時この中に冷却水を通水して、棒状電極部７７を冷却することで、絶縁板２とフランジ部７６の間に設けられたオーリングが過熱しないようにしている。
【００５０】
また、電極支持アース板７０の内部に、貫通孔７１内壁の絶縁板２付近に設けられたガス導入孔２１より貫通孔７１内に通じるガス導入路４が設けられており、貫通孔７１内にエッチングガスを導入することができるように構成されている。さらに、ガス導入孔２１の下方の電極支持アース板７０内には、貫通孔７１を取り囲むようにリング状の磁石１１が設けられ、貫通孔７１内部に磁界を発生できるように構成されている。
このようなプラズマ発生源２０は、図３に示すように同一平面内で基板８の大きさや形状に合わせて均等に配置されている。
【００５１】
以上のようなプラズマエッチング装置５０を用いて、基板８の表面に成膜された不図示のＩＴＯ膜のプラズマエッチングをするには、まず不図示の排気系で処理室３０内を真空排気して真空状態にし、この真空状態を維持しつつ不図示の搬送系で基板８を処理室３０内に搬入して基板配置電極６０上に載置し、クランプ６１で固定しておく。
【００５２】
次に基板８を不図示のヒータで加熱して昇温させ、基板配置電極６０内に設けられた水冷チャンネル３Ｂに通水して基板配置電極６０自身が過熱しないようにし、又、基板配置電極６０内に設けられた基板冷却用ガス導入路１０より冷却用ガスを基板８に吹き付け、基板８が過熱されないように調整しながら所定の処理温度に保つ。
【００５３】
次いで、ガス導入路４にＨＩとＡｒの混合ガスなどのエッチングガスを通して、ガス導入孔２１より貫通孔７１内に導入し、高周波電源１５を起動し、高周波電極７２と電極支持アース板７０との間にＶＨＦ帯域の高周波、好ましくは８０〜１５０ＭＨｚの高周波電圧を印加してこの間に放電を発生させる。
【００５４】
この放電は、図２に示す電極支持アース板７０の貫通孔７１内壁の放電面７８と、棒状電極部７７の円筒状の側面の放電面７９との間で生じる。放電によって貫通孔７１内のエッチングガスがプラズマ化し、貫通孔７１の下方に設けられた放出口２２より放出される。
【００５５】
貫通孔７１内でガス導入孔２１は磁石１１よりも奥に配置されているので、ガス導入孔２１から導入されたエッチングガスが放出口２２に向かって流れる際に、磁石１１が形成する磁界内を通過してプラズマ化されやすくなる。また、磁石１１が生成する磁束によってプラズマが閉じ込められるので、低圧力でも安定してプラズマを維持することが可能である。
【００５６】
また、放出口２２と基板配置電極６との間には網目状のメッシュ電極５が設けられているので、メッシュ電極５によって各プラズマ発生源２０内のプラズマが安定になる。
【００５７】
このようにして生成されたプラズマが、メッシュ電極５を通過して基板８表面に形成されたＩＴＯ膜に入射することにより、ＩＴＯ膜のエッチングがなされる。
このエッチングの際に、バイアス電源７からマッチングボックス１４を介して基板配置電極６０にも周波数が１３．５６ＭＨｚの高周波電圧を印加することで、基板８の表面に入射する正負イオンやラジカル等の入射エネルギーを制御している。これにより入射エネルギーを小さくしてダメージを低減させたり、逆に入射エネルギーを大きくしてエッチングレートを大きくする等の制御を行うことができる。
【００５８】
以上説明したように、本実施形態のプラズマエッチング装置５０は複数のプラズマ発生源２０を有し、その各々に設けられた高周波電極７２に一律の高周波電圧を印加できるように構成されている。
【００５９】
このため、全てのプラズマ発生源２０に同一密度のプラズマを発生させることができ、かつこれらのプラズマ発生源２０は図３に示すように基板８の大きさに合わせて同一平面内に均等配置されているので、プラズマ放出装置３３全体で生成されるプラズマの密度はほぼ均一になる。
【００６０】
従って、大型の基板８を処理するような場合においても、その全面にわたってプラズマ密度が均一なプラズマを生成することができ、基板８表面の全面にわたってエッチング量がほぼ均一なエッチングをすることが可能になる。
【００６１】
本発明の発明者等は、上記のプラズマエッチング装置５０の効果を確認するために、各種の特性についての測定を行った。
【００６２】
図４に、基板８上にＩＴＯ膜を形成したときに、本実施形態のプラズマエッチング装置５０を用いてＩＴＯ膜をエッチングしたときの、エッチングレートのばらつき状態を示す。
【００６３】
図４において横軸は規格化位置を示す。ここで規格化位置とは、基板８の中心からどの程度ずれているかを示す相対的な値であって、４００ｍｍ×５００ｍｍの矩形の基板８の中心を０とし、この中心から基板８の一つの頂点に向かう方向を正方向とし、これと反対の方向を負方向として、基板８の対角線の長さ（約６４０ｍｍ）全体を±１００とした値である。そして、図４の縦軸はＩＴＯ膜のエッチングレートを示す。
【００６４】
ここでは全ての高周波電極７２に０．８Ｗ／ｃｍ^２の高周波電力を一律に供給して、基板配置電極６０との間に０．８４Ｗ／ｃｍ^２の高周波電力が供給されるようにした。処理室３０内の圧力は１５ｍＴｏｒｒとし、基板温度は８０℃に保った。
【００６５】
図４において、曲線（Ａ）は基板８と放出口２２との距離ｄが９０ｍｍ、曲線（Ｂ）は距離ｄが１１０ｍｍ、曲線（Ｃ）は距離ｄが２３０ｍｍの場合の測定結果をそれぞれ示す。
【００６６】
曲線（Ａ）〜（Ｃ）のいずれにおいても、規格化位置が０〜±２０程度（基板中心部）のエッチングレートが、規格化位置が±６０〜８０程度（基板端部）のエッチングレートよりも大きいという傾向がみられるが、曲線（Ａ）ではエッチングレートの最大値と最小値との差が４００Å／ｍｉｎ程度であり、曲線（Ｃ）ではこの差が約１００Å／ｍｉｎ程度であるので、エッチングレートのばらつきは実用上許容範囲内に収まっている。これより、４００ｍｍ×５００ｍｍ程度の大型基板においても、基板８の面内でほぼ均一にエッチングすることができるという本発明の効果が確認できた。
【００６７】
図５に、本実施形態のプラズマエッチング装置５０を用いて、フォトレジストをアッシングした場合のアッシングレートの測定結果を示す。図５で横軸は処理室３０の内部圧力を示し、縦軸はアッシングレートを示している。
【００６８】
図５において曲線（Ｄ）は、各高周波電極７２に０．８Ｗ／ｃｍ^２の高周波電力を一律に供給して、基板配置電極６０との間に０．６Ｗ／ｃｍ^２の高周波電力が供給されるようにし、処理室３０内に流量７００ｓｃｃｍのＯ_２ガスを導入してアッシングしたときの測定結果を示している。
【００６９】
また、曲線（Ｅ）は各高周波電極７２に０．７５Ｗ／ｃｍ^２の高周波電力を一律に供給して、基板配置電極６０との間に０．６Ｗ／ｃｍ^２の高周波電力が供給されるようにし、処理室３０内に流量３００ｓｃｃｍのＯ_２ガスを導入してアッシングしたときの測定結果を示している。
【００７０】
さらに曲線（Ｆ）は、従来の平行平板型ＲＩＥ装置を用いて、ＲＩＥ装置の平行平板電極間に０．６Ｗ／ｃｍ^２の高周波電力が供給されるようにし、処理室３０内に流量２００ｓｃｃｍのＯ_２ガスを導入してアッシングしたときの測定結果を示している。
【００７１】
図５において、曲線（Ｆ）ではアッシングレートが０．４〜０．５μｍ／ｍｉｎ程度であったのに対し、曲線（Ｅ）では１．５〜１．７μｍ／ｍｉｎ程度に、曲線（Ｄ）では１．７〜１．８μｍ／ｍｉｎ程度になり、従来の平行平板型ＲＩＥ装置に比して約３〜４倍程度にアッシングレートが大きくなっていることがわかる。このように、本実施形態のプラズマ処理装置５０でアッシングを行った場合には、アッシングレートが従来のＲＩＥ装置に比して大きくなるという利点もあることが確認できた。
【００７２】
図６に、ガラス基板上に形成されたＩＴＯ膜をエッチングする際のエッチングレートと圧力の関係を示す。横軸は処理室３０の内部圧力を示し、縦軸はエッチングレートを示している。
【００７３】
ここでは、基板温度を８０℃とし、エッチングガスとしてＨＩとＡｒとの混合ガスを用いた。
曲線（Ｇ）、曲線（Ｈ）は本実施形態の装置を用いた測定結果であって、曲線（Ｇ）は０．８Ｗ／ｃｍ^２の高周波電力を、曲線（Ｈ）は０．７５Ｗ／ｃｍ^２の高周波電力を、各高周波電極７２に一律に供給した場合の測定結果をそれぞれ示している。また、曲線（Ｇ）、（Ｈ）のいずれにおいても、基板配置電極６０と各高周波電極７２との間に、０．８４Ｗ／ｃｍ^２の高周波電力が供給されるようにした。
【００７４】
さらに、曲線（Ｉ）は、従来の平行平板型ＲＩＥ装置を用いて同様のエッチングを行った場合の測定結果を示す。
曲線（Ｉ）ではエッチングレートが５００〜７００Å／ｍｉｎ程度であったのに対し、曲線（Ｈ）では２３００〜２６００Å／ｍｉｎ程度に、また、曲線（Ｇ）では２６００〜３２００Å／ｍｉｎ程度になっており、本実施形態のプラズマ処理装置５０では、従来の平行平板型ＲＩＥ装置に比して５〜６倍程度にエッチングレートが大きくなるという利点があることがわかる。
【００７５】
図７に、ガラス基板上に形成されたＩＴＯ膜をエッチングする際のエッチングレートと高周波電力との関係と、ＩＴＯ膜をエッチングする際のＩＴＯ膜とＳｉＮ膜、ＳｉＯ_２膜との選択比と高周波電力の関係をそれぞれ示す。横軸は高周波電力を示し、縦軸はエッチングレートと、ＩＴＯ膜とＳｉＮ膜やＳｉＯ_２膜との選択比を示している。
【００７６】
ここでは、基板温度を８０℃とし、エッチングガスとしてＨＩとＡｒとの混合ガスを用いた。処理室内の圧力は１５ｍＴｏｒｒに保った。
曲線（Ｊ）は、高周波電極７２に０．８Ｗ／ｃｍ^２の高周波電力を供給し、基板配置電極６に供給する高周波電力を変化させたときの測定結果を示し、曲線（Ｋ）は、高周波電極７２に０．７５Ｗ／ｃｍ^２の高周波電力を供給したときの測定結果を示す。
【００７７】
また、曲線（Ｍ）は、従来の平行平板型ＲＩＥ装置を用いたときの測定結果を示している。
曲線（Ｊ）、（Ｋ）、（Ｍ）のいずれにおいても、供給する高周波電力が大きくなればなるほどエッチングレートが大きくなっている。しかし、曲線（Ｍ）のエッチングレートがせいぜい１０００Å／ｍｉｎ程度にしかならないのに対し、曲線（Ｊ）、（Ｋ）では、３０００〜３２００Å／ｍｉｎ程度にまで達するので、本実施形態のプラズマ処理装置５０では、従来の平行平板型ＲＩＥ装置に比してエッチングレートが３倍以上に大きくなるという利点があることがわかる。
【００７８】
また、曲線（Ｌ）は、本実施形態のプラズマ発生源２０に供給する高周波電力を変化させたときにＩＴＯ膜をエッチングする際のＩＴＯ膜とＳｉＮ膜、ＳｉＯ_２膜の選択比の測定結果を示している。この結果によれば、高周波電力を大きくすると選択比を向上させることができるということがわかる。
【００７９】
なお、本実施形態では、プラズマ処理装置としてプラズマエッチング装置５０について説明しているが、本発明はエッチング装置に限らず、プラズマＣＶＤ装置等の他のプラズマ処理装置にも適用可能である。
【００８０】
また、本実施形態では図１に示すように、全ての高周波電極７２には一律な高周波電圧が印加され、全てのプラズマ発生源２０に一律な高周波電力が供給できるように構成されているが、本発明はこれに限らず、個々のプラズマ発生源２０に独立に高周波電力を供給できるような構成にしたり、複数のプラズマ発生源２０を１ブロックとし、このブロックごとに共通の高周波電力が供給できるように構成してもよい。
【００８１】
このように構成することで、例えば全てのプラズマ発生源２０に同量の高周波電力を供給すると、基板８の端部よりも中心部のエッチングレートが小さくなってしまうというような不具合が発生する場合でも、基板８の端部付近のプラズマ発生源２０に供給する高周波電力を、中心部付近のプラズマ発生源２０に供給する高周波電力よりも少なくして、エッチングレートが全面で均一になるように調整することが可能になる。
【００８２】
また、本実施形態では一対の放電電極として電極支持アース板７０と高周波電極１５を設け、一方の放電電極である電極支持アース板７０は全てのプラズマ発生源２０で共通の電極としているが、本発明はこれに限らず、プラズマ発生源２０ごとに両方の放電電極を設けるという構成にしてもよい。
【００８３】
さらに、一対の放電電極を板状の電極とし、これらが対向配置されるように構成しても良い。
また、本実施形態では基板配置電極６０を下方に配置して、基板８の処理面が上方を向くように配置しているが、本発明はこれに限らず、基板８の処理面が側方を向くように配置し、放出口２２がこの処理面と対向するように配置してもよい。
【００８４】
【発明の効果】
以上述べたように本発明によれば、大面積にわたってプラズマ密度を均一にできる。従って大型基板を均一にプラズマ処理することが可能になる。また、低圧力で安定なプラズマを生成することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態のプラズマエッチング装置を説明する断面図
【図２】本発明の実施形態のプラズマ発生源の部分拡大図
【図３】本発明の実施形態のプラズマエッチング装置のプラズマ発生源の配置関係を説明する平面図
【図４】本実施形態のプラズマエッチング装置におけるエッチングレートのばらつきを示すグラフ
【図５】本実施形態のプラズマエッチング装置と、従来のプラズマエッチング装置のそれぞれについて、アッシングレートと圧力との関係を示すグラフ
【図６】本実施形態のプラズマエッチング装置と、従来のプラズマエッチング装置のそれぞれについて、エッチングレートと圧力との関係を示すグラフ
【図７】本実施形態のプラズマエッチング装置と、従来のプラズマエッチング装置のそれぞれについて、高周波電力とエッチングレートとの関係を示すグラフ
【図８】従来のプラズマエッチング装置の構成を説明する断面図
【符号の説明】
２、２_１〜２_４…絶縁板４…ガス導入路５…メッシュ電極（網目状の電極）７…バイアス電源８…基板（処理対象）１１…磁石１５…高周波電源２０、２０_１〜２０_４…プラズマ発生源２１…ガス導入孔２２…放出口３０…処理室３１…側壁３２…下部電極３３…プラズマ放出装置３５…絶縁物４０…プラズマ放出装置５０…プラズマ発生装置６０…基板配置電極７０…電極支持アース板（放電電極）７１、７１_１〜７１_４…貫通孔（孔）７２、７２_１〜７２_４…高周波電極（放電電極）７８、７９…放電面[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a plasma emission apparatus and a plasma processing apparatus, and more particularly to a technique of generating uniform high-density plasma and performing plasma etching or plasma film formation on a large semiconductor substrate, a glass substrate for a liquid crystal display device, or the like. .
[0002]
[Prior art]
When manufacturing a semiconductor device or a liquid crystal display device, a thin film is formed repeatedly by a sputtering method or a CVD method and a thin film is patterned by etching. Have been watched.
[0003]
Referring to FIG. 8, reference numeral 100 indicates a conventional parallel plate type plasma etching apparatus of the prior art. The plasma etching apparatus 100 has a processing chamber 101, a lower electrode 103 is provided on the inner bottom surface side, and an upper electrode 102 is provided on the ceiling side of the processing chamber 101 above the lower electrode 103. Have been.
[0004]
The lower electrode 103 is connected to a high-frequency power supply 105 via a matching box 110, and the upper electrode 102 is connected to a ground potential via a wall surface of the processing chamber 101.
[0005]
A vacuum pump 107 and a gas introduction system 111 are connected to the processing chamber 101. When plasma processing is performed using the plasma etching apparatus 100, first, the vacuum pump 107 is started and the processing chamber 101 is started. The inside of 101 is evacuated to a high vacuum state in advance.
[0006]
Next, while maintaining a high vacuum state, the substrate 106 to be etched is loaded into the processing chamber 101, placed on the lower electrode 106, the valve 104 provided in the gas introduction system 111 is opened, and the gas introduction pipe is opened. From 108, an etching gas is introduced into the processing chamber 101.
[0007]
After the inside of the processing chamber 101 is stabilized at a predetermined pressure, the high-frequency power supply 105 is activated, and a high-frequency voltage is applied to the lower electrode 103 via the matching box 110, whereby plasma of an etching gas is generated near the surface of the lower electrode 103, The thin film on the surface of the substrate 106 is etched.
[0008]
By performing etching using such plasma, there is an advantage that the processing dimensional accuracy of the pattern is improved, the manufacturing process is simplified, and the etching becomes uniform, as compared with wet etching. is there.
[0009]
However, in recent years, the demand for miniaturization has been further advanced in the manufacture of semiconductor devices, and in order to meet the demand, a technology for improving the straightness of charged particles such as plasma is required.
[0010]
Therefore, measures have been taken in the prior art as well, and attempts have been made to generate plasma in a low-pressure atmosphere of 1 Pa or less and perform plasma etching in an atmosphere having a long mean free path.
[0011]
However, in general, in a low-pressure atmosphere, the plasma density is remarkably reduced, and not only is it difficult to stably maintain plasma, but particularly, when a thin film on a large-sized substrate having a diameter of 300 mm or more is to be etched, it is incident on the substrate surface. The plasma density becomes non-uniform, and as a result, the in-plane uniformity of the etching amount deteriorates.
[0012]
Further, a glass substrate used as a substrate of a liquid crystal display device (hereinafter, referred to as an LCD) is very large, about 1 m × 1 m, and plasma etching of such a large substrate has been practically impossible.
[0013]
[Problems to be solved by the invention]
The present invention has been made to solve such a problem of the conventional technology, and an object of the present invention is to provide a technology suitable for plasma processing such as etching and film formation of a large substrate.
[0014]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above problem, the invention according to claim 1 is a plasma emission device, comprising a pair of discharge electrodes, and an emission port located between the discharge electrodes, and between the pair of discharge electrodes. When a gas is introduced and a high-frequency voltage is applied, the gas is turned into plasma, and the plasma emission device is provided with a plurality of plasma generation sources configured to be emitted from the emission port. Of the pair of discharge electrodes of the plasma generation source, the first discharge electrode is With multiple holes The second discharge electrode is configured by a common electrode plate, and the second discharge electrode is provided on the common electrode plate. Said In multiple holes Said It consists of electrodes that are spaced apart from the electrode plate, so that high-frequency power can be supplied independently to each plasma source. To It is characterized by comprising.
[0015]
The invention according to claim 2 is the plasma emission device according to claim 1, The first and second discharge electrodes serve as discharge surfaces in which the inner peripheral surface and the side surface of the hole are opposed to each other in each of the holes. It is characterized in that discharge is generated between discharge surfaces.
[0016]
According to a third aspect of the present invention, in the plasma emission apparatus according to the second aspect, the discharge surface of each of the plasma generation sources is disposed substantially perpendicular to a surface formed by the emission port. And
[0017]
The invention according to claim 4 is the invention according to claims 1 to 3 5. The plasma emission device according to claim 1, wherein the plasma generated in each of the plasma generation sources is emitted in substantially the same direction.
[0018]
According to a fifth aspect of the present invention, there is provided the plasma emission apparatus according to any one of the first to fourth aspects, wherein each of the plasma generation sources includes a gas for introducing the gas between the pair of discharge electrodes. It is characterized in that introduction holes are respectively provided.
[0019]
The invention according to claim 6 is the plasma emission device according to any one of claims 1 to 5, wherein one or both of the pair of discharge electrodes included in each of the plasma generation sources are provided. A magnet is provided in the discharge electrode.
[0020]
The invention according to claim 7 is a plasma emission device, wherein each of the plasma generation sources has the gas introduction hole according to claim 5, and the magnet is a gas introduction source. It is characterized by being arranged between the hole and the outlet.
[0021]
The invention according to claim 8, which is a plasma emission device, comprising a pair of discharge electrodes and an emission port provided between the discharge electrodes, wherein a gas is introduced between the pair of discharge electrodes and a high-frequency voltage is applied. Is applied, the gas is turned into plasma, a plasma emission device provided with a plurality of plasma generation sources configured to be emitted from the emission port, any one of the pair of discharge electrodes A magnet is provided in one or both of the discharge electrodes.
[0022]
According to a ninth aspect of the present invention, in the plasma emission device according to the eighth aspect, the pair of discharge electrodes included in each of the plasma generation sources have discharge surfaces facing each other, and discharge is generated between the discharge surfaces. Characterized in that it is caused to occur.
[0023]
According to a tenth aspect of the present invention, in the plasma emission device according to the ninth aspect, the discharge surface of each of the plasma generation sources is arranged substantially perpendicular to a surface formed by the emission port. And
[0024]
The invention according to claim 11 is the plasma emission device according to any one of claims 8 to 10, wherein a first discharge electrode of the pair of discharge electrodes included in each of the plasma generation sources is It is characterized in that it is arranged at a distance around the second discharge electrode.
[0025]
According to a twelfth aspect of the present invention, in the plasma emission device according to the eleventh aspect, among the pair of discharge electrodes included in each of the plasma generation sources, the first discharge electrode is configured by a common electrode plate, The second discharge electrode is characterized in that the second discharge electrode is constituted by an electrode disposed in a plurality of holes provided in the common electrode plate and separated from the electrode plate.
[0026]
According to a thirteenth aspect of the present invention, in the plasma emission apparatus according to any one of the eighth to twelfth aspects, the plasma generated in each of the plasma generation sources is emitted in substantially the same direction. It is characterized by having been done.
According to a fourteenth aspect of the present invention, in the plasma emission device according to any one of the eighth to thirteenth aspects, each of the plasma generation sources includes a gas for introducing the gas between the pair of discharge electrodes. It is characterized in that introduction holes are respectively provided.
According to a fifteenth aspect of the present invention, in the plasma emission device according to the fourteenth aspect, the magnet is disposed between the gas introduction hole and the emission port.
According to a sixteenth aspect of the present invention, in the plasma emission device according to any one of the first to fifteenth aspects, at least one or more of the plasma generation sources include another plasma generation source. It is characterized in that it is configured to be able to supply high-frequency power of a magnitude different from that of the plasma generation source.
According to a seventeenth aspect of the present invention, there is provided a plasma processing apparatus, comprising: a processing chamber capable of evacuating, a plasma emitting apparatus according to any one of the first to sixteenth aspects, and a substrate to be processed. The plasma discharge device is disposed so as to face the discharge electrode of each of the plasma generation sources to the substrate transfer electrode in the processing chamber substantially in parallel with the substrate transfer electrode. It is characterized by.
The invention according to claim 18 is the plasma processing apparatus according to claim 17, wherein a mesh-like electrode is provided between the plasma emission device and the substrate arrangement electrode.
According to a nineteenth aspect of the present invention, in the plasma processing apparatus according to any one of the seventeenth and eighteenth aspects, the substrate arrangement electrode is configured to be capable of applying a high-frequency voltage. .
[0027]
The present invention is configured as described above, and a plurality of plasma sources are provided.
Each plasma source has a pair of discharge electrodes and a discharge port, and when a gas is introduced between the pair of discharge electrodes and a high-frequency voltage is applied, the introduced gas is turned into plasma, It is configured to be discharged from the discharge port.
[0028]
Therefore, since plasma is emitted from each plasma source, if the plasma is emitted according to the area and shape of the substrate to be processed, the plasma emitted from each plasma source uniformly reaches the substrate surface. Therefore, uniform etching and film formation can be performed even on a large-area substrate.
[0029]
The pair of discharge electrodes included in each plasma generation source may have various shapes such as a point shape, a bar shape, and a plate shape, but may be formed into a plate shape, and the pair of discharge electrodes have a discharge surface. In this case, a pair of discharge electrodes may be constituted by parallel plate electrodes, or a discharge surface may be constituted by a curved surface such as a cylinder.
[0030]
When a discharge surface is provided, one of the discharge electrodes has a ring shape or a cylindrical shape, the other discharge electrode has a rod shape or a cylindrical shape, and the other discharge electrode is inserted and arranged in one discharge electrode at a distance. A discharge electrode is arranged around the other discharge electrode, and the inner peripheral surface of one discharge electrode and the outer peripheral surface of the other discharge electrode become discharge surfaces, so that even a small plasma source increases the space where plasma is generated. Can be.
[0031]
When the other discharge electrode is formed into a rod shape and one ring or cylindrical discharge electrode is arranged around the other discharge electrode, the opening of the ring or cylinder becomes the discharge port, and the discharge surface has the discharge port. When the discharge port is perpendicular to the surface to be formed and the emission port of each plasma generation source is directed toward the substrate of the processing target, the plasma is uniformly irradiated on the substrate surface.
[0032]
Even if the pair of discharge electrodes has a shape different from that described above, if the discharge ports of the respective plasma generation sources are arranged so that the plasma is emitted in substantially the same direction, the plasma will be uniform on the substrate surface. Will be irradiated.
[0033]
On the other hand, if a gas introduction hole is provided in each plasma generation source and the gas is introduced between a pair of discharge electrodes, plasma will be stably generated in each plasma generation source, and discharge from each plasma generation source will be performed. This makes it easier to control the amount of plasma to be generated.
[0034]
Further, when a magnet is provided in one or both of the pair of discharge electrodes, the plasma can be confined by the magnetic flux, so that the plasma can be stably maintained even at a low pressure.
[0035]
In that case, the magnet is arranged between the gas inlet and the outlet, and if the gas inlet is located deeper than the magnet in the plasma generation source, the gas introduced from the gas inlet will flow toward the outlet. In addition, since it passes through the magnetic field formed by the magnet, it is easily converted into plasma.
[0036]
Further, for example, at least one or more of the plasma generation sources may be configured to be able to supply high-frequency power having a magnitude different from that of the other plasma generation sources. If the power that can be applied to the discharge electrode can be controlled, the amount of plasma applied to the substrate surface can be controlled. Uniformity can be improved.
[0037]
When a plasma processing apparatus is composed of the plasma emission device as described above, a processing chamber capable of evacuating, and a substrate placement electrode on which a substrate to be processed is placed, the emission port of each plasma generation source is set to a substrate placement electrode. When the plasma emission device is disposed in the processing chamber so as to be substantially parallel to the substrate arrangement electrode, a large substrate can be uniformly subjected to plasma processing.
[0038]
In that case, if a mesh-like electrode is provided between the plasma emission device and the substrate arrangement electrode, the plasma in each plasma generation source will be stable.
If a high-frequency voltage can be applied to the substrate placement electrode, the incident energy of positive and negative ions and radicals incident on the substrate surface can be controlled, so that the incident energy can be reduced to reduce damage. It is possible to perform control such as increasing the incident energy to increase the processing speed.
[0039]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
[0040]
Referring to FIG. 1, reference numeral 50 denotes a plasma etching apparatus according to an embodiment of the present invention, which has a processing chamber 30. The processing chamber 30 includes a side wall 31, a lower electrode 32 provided at an open portion on the bottom surface thereof, and a plasma emission device 33 provided at an open portion on the ceiling side.
[0041]
The lower electrode 32 has a plate-shaped substrate-arranged electrode 60, and the substrate-arranged electrode 60 is hermetically fixed to the side wall 31 via an insulator 35. On the other hand, the plasma emission device 33 similarly has one plate-shaped electrode supporting ground plate 70, and the electrode supporting ground plate 70 is airtight and has the same potential as the side wall 31 via the O-ring 36. It is fixed to be.
[0042]
The substrate placement electrode 60 and the electrode supporting ground plate 70 are arranged in parallel and opposed to each other. A clamp 61 is provided around the substrate placing electrode 60, and the electrode supporting ground plate 70 has a plurality of electrodes having the same diameter. 1 (in FIG. 1, four through holes 71). ₁ ~ 71 ₄ Is shown. ) Is provided.
[0043]
When the surface of the electrode supporting ground plate 70 facing the lower electrode 32 is the front surface, the ring-shaped insulating plate 2 is provided at the center of the through hole 71 at the portion where each through hole 71 is formed. Are fixed in an air-tight manner so as to close the peripheral portion of the through hole 71 in a state where they are aligned with the vicinity of the center of FIG. ₁ ~ 2 ₄ Is shown. ).
[0044]
The plasma emission device 33 has the same number of high-frequency electrodes 72 as the number of through holes 71 (in FIG. 1, four high-frequency electrodes 72 are provided). ₁ ~ 72 ₄ Is shown. ). Each high-frequency electrode 72 includes a flange portion 76 and a bar-shaped electrode portion 77 erected on the flange portion 76, and the rod-shaped electrode portions 77 of each high-frequency electrode 72 are formed to have the same diameter. (FIG. 1 shows four flange portions 76 each. ₁ ~ 76 ₄ , Rod-shaped electrode part 77 ₁ ~ 77 ₄ Is shown. ).
[0045]
Each of the high-frequency electrodes 72 is formed such that, after the rod-shaped electrode portion 77 is inserted into the center hole of the insulating plate 2 from the back side of the electrode supporting ground plate 70, the flange portion 76 and the insulating plate 2 are connected via the O-ring. It is airtightly fixed.
[0046]
Therefore, the rod-shaped electrode portion 77 of each high-frequency electrode 72 is disposed inside the through hole 71 in a state of not contacting the electrode supporting ground plate 70. In addition, the central axis of the rod-shaped electrode portion 77 and the central axis of the through-hole 71 in which each rod-shaped electrode portion 77 is arranged are made to coincide with each other. The distance between the outer peripheral surface and the inner peripheral surface of the through hole 71 is equal.
[0047]
Each high-frequency electrode 72 is connected to the high-frequency power supply 15 via the matching box 13, and the ground electrode support plate 70 is placed at the ground potential together with the side wall 31. When a high-frequency voltage is applied to each high-frequency electrode 72, a voltage is applied between the ground electrode support plate 70 and the rod-shaped electrode portion 77 in each through-hole 71.
[0048]
In that case, when the high-frequency power supply 72 is activated after the inside of the through-hole 71 is set to a low pressure, plasma can be generated in each through-hole 71. Therefore, each of the high-frequency electrodes 72, each through-hole 71, and the portion of the ground electrode support plate 70 where the through-hole 71 is formed are respectively provided with the plasma generation sources 20 (in FIG. 1, four plasma generation sources 20). ₁ ~ 20 ₄ Is shown. ) Is configured.
[0049]
In the plasma generating source 20, as shown in FIG. 2, a water-cooling channel 3A through which water can flow is provided inside the rod-shaped electrode portion 77. During the process, cooling water is constantly passed through the channel, and the rod-shaped electrode By cooling the portion 77, the O-ring provided between the insulating plate 2 and the flange portion 76 is prevented from being overheated.
[0050]
Further, inside the electrode supporting earth plate 70, a gas introduction path 4 is provided, which leads from the gas introduction hole 21 provided near the insulating plate 2 on the inner wall of the through hole 71 to the inside of the through hole 71. It is configured so that an etching gas can be introduced. Further, a ring-shaped magnet 11 is provided in the electrode supporting earth plate 70 below the gas introduction hole 21 so as to surround the through hole 71, so that a magnetic field can be generated inside the through hole 71.
Such plasma generation sources 20 are evenly arranged in the same plane according to the size and shape of the substrate 8 as shown in FIG.
[0051]
In order to perform plasma etching of the ITO film (not shown) formed on the surface of the substrate 8 using the plasma etching apparatus 50 as described above, first, the processing chamber 30 is evacuated to a vacuum by an exhaust system (not shown). The substrate 8 is loaded into the processing chamber 30 by a transfer system (not shown) while being kept in a vacuum state, and is placed on the substrate arrangement electrode 60 while being maintained in the vacuum state, and is fixed by the clamp 61.
[0052]
Next, the substrate 8 is heated by a heater (not shown) to raise the temperature, and water is passed through a water cooling channel 3B provided in the substrate arrangement electrode 60 so that the substrate arrangement electrode 60 itself does not overheat. A cooling gas is blown onto the substrate 8 from the substrate cooling gas introduction passage 10 provided in the inside 60, and the substrate 8 is maintained at a predetermined processing temperature while being adjusted so as not to be overheated.
[0053]
Next, an etching gas such as a mixed gas of HI and Ar is passed through the gas introduction passage 4 and introduced into the through hole 71 through the gas introduction hole 21, the high-frequency power supply 15 is activated, and the high-frequency electrode 72 and the electrode supporting ground plate 70 are connected. A high-frequency voltage in the VHF band, preferably a high-frequency voltage of 80 to 150 MHz, is applied during this period to generate discharge.
[0054]
This discharge occurs between the discharge surface 78 on the inner wall of the through hole 71 of the electrode support ground plate 70 shown in FIG. 2 and the discharge surface 79 on the cylindrical side surface of the rod-shaped electrode portion 77. By the discharge, the etching gas in the through hole 71 is turned into plasma, and is discharged from the discharge port 22 provided below the through hole 71.
[0055]
Since the gas introduction hole 21 is disposed deeper than the magnet 11 in the through hole 71, when the etching gas introduced from the gas introduction hole 21 flows toward the discharge port 22, the gas introduction hole 21 is in a magnetic field formed by the magnet 11. , And is easily converted into plasma. Further, since the plasma is confined by the magnetic flux generated by the magnet 11, it is possible to stably maintain the plasma even at a low pressure.
[0056]
Since the mesh-shaped mesh electrode 5 is provided between the emission port 22 and the substrate arrangement electrode 6, the plasma in each plasma generation source 20 is stabilized by the mesh electrode 5.
[0057]
The plasma generated in this way passes through the mesh electrode 5 and enters the ITO film formed on the surface of the substrate 8, whereby the ITO film is etched.
At the time of this etching, a high frequency voltage having a frequency of 13.56 MHz is also applied from the bias power source 7 to the substrate arrangement electrode 60 via the matching box 14 so that positive and negative ions and radicals incident on the surface of the substrate 8 are incident. Controlling energy. As a result, it is possible to perform control such as reducing the incident energy to reduce the damage or conversely increasing the incident energy to increase the etching rate.
[0058]
As described above, the plasma etching apparatus 50 of the present embodiment has the plurality of plasma sources 20 and is configured so that a uniform high-frequency voltage can be applied to the high-frequency electrode 72 provided in each of them.
[0059]
For this reason, plasma of the same density can be generated in all the plasma generation sources 20, and these plasma generation sources 20 are uniformly arranged on the same plane according to the size of the substrate 8 as shown in FIG. Therefore, the density of the plasma generated in the entire plasma emission device 33 becomes substantially uniform.
[0060]
Therefore, even when a large substrate 8 is processed, a plasma having a uniform plasma density can be generated over the entire surface thereof, and the etching amount can be substantially uniform over the entire surface of the substrate 8. Become.
[0061]
The inventors of the present invention measured various characteristics in order to confirm the effects of the plasma etching apparatus 50 described above.
[0062]
FIG. 4 shows a variation state of the etching rate when the ITO film is etched using the plasma etching apparatus 50 of the present embodiment when the ITO film is formed on the substrate 8.
[0063]
In FIG. 4, the horizontal axis indicates the normalized position. Here, the normalized position is a relative value indicating the degree of deviation from the center of the substrate 8, and the center of the 400 mm × 500 mm rectangular substrate 8 is set to 0, and one center of the substrate 8 is set from this center. The direction toward the apex is defined as a positive direction, and the opposite direction is defined as a negative direction, with the entire length (about 640 mm) of the diagonal line of the substrate 8 being ± 100. The vertical axis in FIG. 4 indicates the etching rate of the ITO film.
[0064]
Here, 0.8 W / cm is applied to all the high frequency electrodes 72. ² Of high-frequency power of 0.84 W / cm ² High frequency power is supplied. The pressure in the processing chamber 30 was set to 15 mTorr, and the substrate temperature was kept at 80 ° C.
[0065]
In FIG. 4, a curve (A) shows a measurement result when the distance d between the substrate 8 and the emission port 22 is 90 mm, a curve (B) shows a measurement result when the distance d is 110 mm, and a curve (C) shows a measurement result when the distance d is 230 mm.
[0066]
In any of the curves (A) to (C), the etching rate at the normalized position of about 0 to ± 20 (substrate center) is higher than the etching rate at the normalized position of about ± 60 to 80 (substrate end). However, since the difference between the maximum value and the minimum value of the etching rate is about 400 ° / min in the curve (A) and the difference is about 100 ° / min in the curve (C), The variation in the etching rate is within a practically allowable range. From this, it was confirmed that the effect of the present invention that etching can be performed almost uniformly in the plane of the substrate 8 even on a large substrate of about 400 mm × 500 mm.
[0067]
FIG. 5 shows a measurement result of an ashing rate when the photoresist is ashed using the plasma etching apparatus 50 of the present embodiment. 5, the horizontal axis indicates the internal pressure of the processing chamber 30, and the vertical axis indicates the ashing rate.
[0068]
In FIG. 5, a curve (D) indicates that each high-frequency electrode 72 has 0.8 W / cm. ² Is supplied uniformly, and 0.6 W / cm ² Is supplied to the processing chamber 30 at a flow rate of 700 sccm. ₂ The measurement results when ashing is performed by introducing a gas are shown.
[0069]
The curve (E) shows that each high-frequency electrode 72 has 0.75 W / cm. ² Is supplied uniformly, and 0.6 W / cm ² Is supplied to the processing chamber 30 at a flow rate of 300 sccm. ₂ The measurement results when ashing is performed by introducing a gas are shown.
[0070]
Further, the curve (F) shows that a conventional parallel plate type RIE device was used to measure 0.6 W / cm between parallel plate electrodes of the RIE device. ² Is supplied to the processing chamber 30 at a flow rate of 200 sccm. ₂ The measurement results when ashing is performed by introducing a gas are shown.
[0071]
In FIG. 5, the curve (F) has an ashing rate of about 0.4 to 0.5 μm / min, whereas the curve (E) has an ashing rate of about 1.5 to 1.7 μm / min. In this case, the ashing rate is about 1.7 to 1.8 μm / min, which indicates that the ashing rate is about 3 to 4 times as large as that of the conventional parallel plate type RIE apparatus. As described above, it has been confirmed that when ashing is performed by the plasma processing apparatus 50 of the present embodiment, there is also an advantage that the ashing rate is higher than that of the conventional RIE apparatus.
[0072]
FIG. 6 shows the relationship between the etching rate and the pressure when etching the ITO film formed on the glass substrate. The horizontal axis indicates the internal pressure of the processing chamber 30, and the vertical axis indicates the etching rate.
[0073]
Here, the substrate temperature was set to 80 ° C., and a mixed gas of HI and Ar was used as an etching gas.
Curves (G) and (H) are measurement results using the apparatus of the present embodiment, and curve (G) is 0.8 W / cm. ² , The curve (H) is 0.75 W / cm ² 3 shows the measurement results when the high-frequency power is uniformly supplied to each high-frequency electrode 72. Further, in each of the curves (G) and (H), the distance between the substrate arrangement electrode 60 and each high-frequency electrode 72 is 0.84 W / cm. ² High frequency power is supplied.
[0074]
Further, a curve (I) shows a measurement result when the same etching is performed using a conventional parallel plate type RIE apparatus.
The curve (I) has an etching rate of about 500 to 700 ° / min, the curve (H) has an etching rate of about 2300 to 2600 ° / min, and the curve (G) has an etching rate of about 2600 to 3200 ° / min. Thus, it can be seen that the plasma processing apparatus 50 of the present embodiment has an advantage that the etching rate is increased about 5 to 6 times as compared with the conventional parallel plate RIE apparatus.
[0075]
FIG. 7 shows the relationship between the etching rate and the high frequency power when etching the ITO film formed on the glass substrate, the ITO film and the SiN film when etching the ITO film, and the SiON. ₂ The relationship between the selectivity with the film and the high-frequency power is shown. The horizontal axis indicates the high frequency power, and the vertical axis indicates the etching rate, the ITO film, the SiN film and the SiO film. ₂ The selectivity with the film is shown.
[0076]
Here, the substrate temperature was set to 80 ° C., and a mixed gas of HI and Ar was used as an etching gas. The pressure in the processing chamber was kept at 15 mTorr.
The curve (J) shows that the high-frequency electrode 72 has 0.8 W / cm. ² Shows the measurement results when the high-frequency power is supplied and the high-frequency power supplied to the substrate arrangement electrode 6 is changed. ² 4 shows the measurement results when high frequency power was supplied.
[0077]
Curve (M) shows the measurement result when a conventional parallel plate type RIE apparatus is used.
In each of the curves (J), (K), and (M), the higher the supplied high-frequency power, the higher the etching rate. However, while the etching rate of the curve (M) is at most about 1000 ° / min, the curves (J) and (K) reach up to about 3000 to 3200 ° / min. 50 shows that there is an advantage that the etching rate is three times or more as compared with the conventional parallel plate type RIE apparatus.
[0078]
The curve (L) shows the ITO film, the SiN film, and the SiON film when the ITO film is etched when the high-frequency power supplied to the plasma generation source 20 of the present embodiment is changed. ₂ The measurement result of the selectivity of a film is shown. According to this result, it is understood that the selection ratio can be improved by increasing the high-frequency power.
[0079]
In this embodiment, the plasma etching apparatus 50 is described as a plasma processing apparatus. However, the present invention is not limited to the etching apparatus, but can be applied to other plasma processing apparatuses such as a plasma CVD apparatus.
[0080]
In the present embodiment, as shown in FIG. 1, a uniform high-frequency voltage is applied to all the high-frequency electrodes 72, and a uniform high-frequency power can be supplied to all the plasma generation sources 20. The present invention is not limited to this, and it is possible to provide a configuration in which high-frequency power can be independently supplied to each of the plasma generation sources 20, or a plurality of plasma generation sources 20 can be made into one block, and a common high-frequency power can be supplied to each block. It may be configured as follows.
[0081]
With such a configuration, for example, when the same amount of high-frequency power is supplied to all the plasma generation sources 20, a problem occurs that the etching rate at the center of the substrate 8 becomes smaller than that at the end of the substrate 8. However, the high-frequency power supplied to the plasma source 20 near the end of the substrate 8 is made smaller than the high-frequency power supplied to the plasma source 20 near the center, and the etching rate is adjusted to be uniform over the entire surface. It becomes possible to do.
[0082]
Further, in the present embodiment, the electrode supporting ground plate 70 and the high-frequency electrode 15 are provided as a pair of discharge electrodes, and the electrode supporting ground plate 70 as one of the discharge electrodes is a common electrode for all the plasma generation sources 20. The invention is not limited to this, and a configuration in which both discharge electrodes are provided for each plasma generation source 20 may be adopted.
[0083]
Further, the pair of discharge electrodes may be plate-shaped electrodes, and may be arranged so as to face each other.
Further, in the present embodiment, the substrate arrangement electrode 60 is arranged below and the processing surface of the substrate 8 is arranged so as to face upward. However, the present invention is not limited to this, and the processing surface of the substrate 8 may be arranged sideways. And the discharge port 22 may be disposed so as to face the processing surface.
[0084]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, the plasma density can be made uniform over a large area. Therefore, a large substrate can be uniformly plasma-processed. In addition, stable plasma can be generated at low pressure.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a cross-sectional view illustrating a plasma etching apparatus according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a partially enlarged view of a plasma source according to the embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a plan view illustrating an arrangement relationship of a plasma generation source of the plasma etching apparatus according to the embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a graph showing a variation in an etching rate in the plasma etching apparatus of the present embodiment.
FIG. 5 is a graph showing a relationship between an ashing rate and a pressure for each of the plasma etching apparatus of the present embodiment and a conventional plasma etching apparatus.
FIG. 6 is a graph showing a relationship between an etching rate and a pressure in each of the plasma etching apparatus of the present embodiment and a conventional plasma etching apparatus.
FIG. 7 is a graph showing a relationship between a high-frequency power and an etching rate for each of the plasma etching apparatus of the present embodiment and a conventional plasma etching apparatus.
FIG. 8 is a cross-sectional view illustrating a configuration of a conventional plasma etching apparatus.
[Explanation of symbols]
Two, two ₁ ~ 2 ₄ ... insulating plate 4 ... gas introduction path 5 ... mesh electrode (mesh-like electrode) 7 ... bias power supply 8 ... substrate (processing target) 11 ... magnet 15 ... high frequency power supply 20, 20 ₁ ~ 20 ₄ ... Plasma generation source 21 ... Gas introduction hole 22 ... Emission port 30 ... Processing chamber 31 ... Side wall 32 ... Lower electrode 33 ... Plasma emission device 35 ... Insulator 40 ... Plasma emission device 50 ... Plasma generation device 60 ... Substrate placement electrode 70 ... Electrode supporting earth plate (discharge electrode) 71, 71 ₁ ~ 71 ₄ ... Through holes (holes) 72, 72 ₁ ~ 72 ₄ ... High-frequency electrodes (discharge electrodes) 78, 79 ... Discharge surface

Claims

Having a pair of discharge electrodes and an emission port located between the discharge electrodes,
When a gas is introduced between the pair of discharge electrodes and a high-frequency voltage is applied, the gas is turned into plasma, and a plurality of plasma generation sources configured to be discharged from the discharge port are provided. A device,
Of the pair of discharge electrodes of each of the plasma generation sources, the first discharge electrode is configured by a common electrode plate having a plurality of holes ,
The second discharge electrodes, wherein the electrode plates to the common electrode plate within the plurality of holes provided in the formed of electrodes which are spaced apart,
The plasma discharge apparatus being characterized in that is configured to supply a high frequency power to independently to each of the plasma generation source.

The said 1st, 2nd discharge electrode was comprised so that the inner peripheral surface and side surface of a hole may become a discharge surface which opposes mutually in each said hole, and a discharge may generate | occur | produce between the said discharge surfaces. Item 2. The plasma emission device according to Item 1.

The plasma discharge device according to claim 2, wherein the discharge surface of each of the plasma generation sources is disposed substantially perpendicular to a surface formed by the discharge port.

The plasma generated in each plasma source, the plasma discharge apparatus according to any one of claims 1 to 3, characterized in that it is configured to be released substantially in the same direction.

The plasma emission device according to any one of claims 1 to 4 , wherein each of the plasma generation sources is provided with a gas introduction hole for introducing the gas between the pair of discharge electrodes. .

The plasma according to any one of claims 1 to 5 , wherein a magnet is provided in one or both of the pair of discharge electrodes of each of the plasma generation sources. Discharge device.

7. The plasma emission device according to claim 6, wherein each of the plasma generation sources has the gas introduction hole according to claim 5 , wherein the magnet is disposed between the gas introduction hole and the emission hole. Plasma emission device.

Having a pair of discharge electrodes and an emission port located between the discharge electrodes,
When a gas is introduced between the pair of discharge electrodes and a high-frequency voltage is applied, the gas is turned into plasma, and a plurality of plasma generation sources configured to be discharged from the discharge port are provided. A device,
A plasma emission device, wherein a magnet is provided in one or both of the pair of discharge electrodes.

9. The plasma emission apparatus according to claim 8, wherein the pair of discharge electrodes of each of the plasma generation sources has a discharge surface facing each other, and discharge is generated between the discharge surfaces.

10. The plasma emission apparatus according to claim 9, wherein the discharge surface of each of the plasma generation sources is disposed substantially perpendicular to a surface formed by the emission port.

The first discharge electrode of the pair of discharge electrodes included in each of the plasma generation sources is arranged so as to be spaced around a second discharge electrode. 2. The plasma emission device according to claim 1.

Of the pair of discharge electrodes included in each of the plasma generation sources, the first discharge electrode is configured by a common electrode plate,
12. The plasma emission device according to claim 11, wherein the second discharge electrode is constituted by an electrode disposed in a plurality of holes provided in the common electrode plate and separated from the electrode plate. .

13. The plasma emission apparatus according to claim 8, wherein plasma generated in each of the plasma generation sources is emitted in substantially the same direction.

14. The plasma emission device according to claim 8, wherein each of the plasma generation sources is provided with a gas introduction hole for introducing the gas between the pair of discharge electrodes. .

The plasma emission device according to claim 14, wherein the magnet is disposed between the gas introduction hole and the emission port.

4. The apparatus according to claim 1, wherein at least one or more of the plasma generation sources can be supplied with high-frequency power having a magnitude different from that of the other plasma generation sources. Item 16. The plasma emission device according to any one of Items 15.

A processing chamber capable of evacuating,
A plasma emission device according to any one of claims 1 to 16 ,
A substrate arrangement electrode for arranging a substrate to be processed,
The plasma processing apparatus is characterized in that the plasma emission device is arranged such that an emission port of each of the plasma generation sources faces the substrate placement electrode and is substantially parallel to the substrate placement electrode in the processing chamber.

18. The plasma processing apparatus according to claim 17 , wherein a mesh electrode is provided between the plasma emission device and the substrate arrangement electrode.

The substrate placement electrode, the plasma processing apparatus of any one of claims 17 or claim 18, characterized in that it is configured to apply a high frequency voltage.