JP3703877B2 - プラズマ装置 - Google Patents
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Description
【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)が多く用いられているが、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、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、誘電体層を利用する方式を提案している。
【0005】
図9、図10および図11は、この誘電体層を利用するプラズマ装置の模式的な平面図、部分的縦断面図および側断面図である。
【0006】
この装置においては、マイクロ波はマイクロ波発振器26から、導波管で構成されたマイクロ波導波路23を介して誘電体層21に導入される。この誘電体層21を伝搬するマイクロ波により下方の空間20に電界が形成され、この電界がマイクロ波導入窓4を透過して反応室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試料Sの表面にプラズマ処理が施される。
【0007】
誘電体層は導入部211、テーパ部212および平板部213からなる。マイクロ波導波路23から誘電体層21へのマイクロ波導入は、導入部211において導波管から誘電体層に導入し、テーパ部212において幅方向に拡げて、平板部213に導入することにより行われる。こうすることにより、マイクロ波導入窓4に対向する平板部213においてマイクロ波を幅方向に均一に伝搬させることができる。
【0008】
この誘電体層を利用するプラズマ装置はマイクロ波の進行方向に沿って誘電体層の下にプラズマを生成するので、反応室2の上部に開口し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窓4、そして誘電体層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させることができる。
【0009】
【発明が解決しようとする課題】
近年液晶用のガラス基板の大きさは大きくなり、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。この誘電体層を利用したプラズマ装置では、上述したようにマイクロ波導入口、マイクロ波導入窓、誘電体層を大きくすれば大面積プラズマを生成できる。
【0010】
しかしながら、この誘電体層の面積を大きくしていくと、誘電体層の幅方向にマイクロ波が均一になるように導入するには、誘電体層のテーパ部の誘電体層を幅方向に広げるテーパ角度をより緩やかにする等の対策が必要になる。このため、このテーパ部が大きくなるという問題があった。
【0011】
また、誘電体層の面積が大きくなると、マイクロ波の伝搬の不均一に伴う誘電体層の不均一加熱が強調されて、誘電体層の面内温度分布が不均一となり、誘電体層の変形を生じ、これがプラズマ処理に処理速度の再現性等に悪影響を与えるという問題があった。
【0012】
さらに、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、マイクロ波導入窓には反応容器内外での圧力差による耐圧強度が要求される。したがって、マイクロ波導入窓の寸法が大きくなると、反応容器内外での圧力差に対する耐圧強度を高める必要があり、マイクロ波導入窓をより厚くする必要がある。
【0013】
しかしマイクロ波導入窓を厚くすると、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窓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窓が破損するおそれが生じるという問題があった。
【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容易な構成で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し、さらに熱ひずみでマイクロ波導入窓が破損するおそれの少ない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,図2および図3に示すように,一つのマイクロ波発振器26と,複数の誘電体層21a,21bと,マイクロ波発振器26から複数の誘電体層21a,21bへマイクロ波を分岐して伝搬させるマイクロ波導波路23と,マイクロ波導入窓4を有する反応容器1とを備え,複数の誘電体層21a,21bが並列して配置され,その並列配置された誘電体層21a,21bにマイクロ波導入窓4が対向するように反応容器1が配置されているプラズマ装置を要旨とし,さらに図5,図6および図7に示すように,さらにマイクロ波導入窓が複数の誘電体層21a,21bに応じて複数のマイクロ波導入窓4a,4bに分割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、マイクロ波導入窓に対向する誘電体層を複数に分割し、また一つのマイクロ波発振器からマイクロ波導波路を分岐してこの複数の誘電体層のそれぞれに接続している。こうすることにより、テーパ部を大きくすることなく、誘電体層の幅方向に均一なマイクロ波の導入が容易にできる。
【0017】
しかも、誘電体層のマイクロ波の伝搬を均一にできるため、マイクロ波の伝搬の不均一に伴う誘電体層の不均一加熱による誘電体層の変形やプラズマ処理の再現性等に悪化を防ぐことができる。
【0018】
本発明のプラズマ装置では、マイクロ波導入窓を複数の誘電体層に応じて分割することにより、それぞれのマイクロ波導入窓の面積を小さくできる。こうすることにより、個々のマイクロ波導入窓を厚くする必要がなくなるため、熱ひずみによる破損のおそれも減少させることができる。
【0019】
【実施例】
本発明のプラズマ装置の一実施例を図面に基づき説明する。
【0020】
図1は本発明の実施例の前提となるプラズマ装置の模式的な平面図であり,マイクロ波の誘電体層への導入を説明するものである。マイクロ波導波路23は導波管からなり途中で2つに分岐している。マイクロ波導波路23の途中にはマイクロ波分配器(図示しない)が設けられており,2つの導波路にマイクロ波が均等に分けられて供給される。このマイクロ波導波路23を介して,マイクロ波発振器26と誘電体層21a,21bとが連結されている。2つに誘電体層21a,21bの上面は金属板22で覆われている。誘電体層21a,21b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22はアルミニウム等で作られる。このマイクロ波導波路23の途中にはそれぞれマイクロ波の整合(マッチング)をとるためのチューナー24a,24bが,またマイクロ波の反射波をとり除くアイソレータ25a,25bが設けられている。それぞれにチューナーおよびアイソレータを設けることにより,誘電体層の各々独立した整合調整が可能であり,それぞれの反射波による悪影響を取り除くことができる。
【0021】
マイクロ波はマイクロ波発振器26で発振された後、マイクロ波導波路23の途中で2つに分岐され、それぞれ誘電体層21a、21bの導入される。そして、それぞれの誘電体層21a、21bにおいて、導入部211a、211bにおいて導波管から誘電体層に導入され、テーパ部212a、212bにおいて幅方向に拡げられて、平板部213a、213bに導入される。こうして、マイクロ波導入口3およびマイクロ波導入窓4に対向する平板部213a、213bにおいてマイクロ波を均一に伝搬させる。
【0022】
図2は図1のプラズマ装置の模式的な部分断面図であり,反応容器および反応容器と誘電体層との配置を説明するものである。
【0023】
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はマイクロ波導入窓4にて反応容器1の上部壁との間にOリング9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窓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 O3 )等の誘電体で形成される。
【0024】
反応室2内にはマイクロ波導入窓4とは対向する位置に、試料Sを載置する試料台7が配設されている。反応ガスを導入するためのガス導入孔5および排気装置(図示しない)に接続される排気口6が設けられている。また反応容器1の周囲壁には溶媒通流路8が形成され、所定の温度の溶媒を循環させることにより、反応容器1の周囲壁を所定の温度に保持するようになっている。
【0025】
反応容器1の上方には、マイクロ波導入窓4と対向して、これを覆うように誘電体層21aと21b(図示されていない)が配置される。
【0026】
図3は,図1のプラズマ装置の模式的な側断面図である。マイクロ波導入窓4と対向して誘電体層21aと21bが並列配置されている。
【0027】
上記プラズマ装置はプラズマ発生面積が500mm×500mmとなるものとした。主要部の寸法および材質は以下のとおりである。マイクロ波導入口3が500mm×500mmである。マイクロ波導入窓4は600mm×600mmで厚みが20mmの石英板である。誘電体層21a,21bの平板部が600mm×300mmで厚みが20mmのテフロンである。
【0028】
本発明のプラズマ装置において試料台上に載置された試料Sの表面にプラズマ処理を施す場合について説明する。まず所定の温度の溶媒を溶媒通路8内に循環させる。排気口6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5から反応ガスを供給し反応室2内を所定の圧力とする。
【0029】
マイクロ波発振器26においてマイクロ波を発振させ、マイクロ波導波路23の途中において2つの導波路に分岐させてそれぞれ誘電体層21a、21bに導入する。誘電体層21a、21bの下方の空間20に電界が形成され、この電界がマイクロ波導入窓4を透過して反応室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試料Sの表面にプラズマ処理が施される。
【0030】
上記プラズマ装置におけるプラズマの均一性を評価するために,イオン電流分布を測定した。試料台の中心位置を中心としてマイクロ波の進行方向Zとそれに垂直なY方向について測定を行った。なお,測定位置はマイクロ波導入窓から100mmの位置である。プラズマ発生はArガスを用い,圧力10mTorr,マイクロ波パワー3kWで行った。
【0031】
図4はイオン電流分布の測定結果を示すグラフである。図4から明かなように、ほぼ均一にプラズマを発生できている。
【0032】
本発明のプラズマ装置の実施例を図面に基づき説明する。図5,図6および図7は本発明の実施例のプラズマ装置の模式的な平面図,部分的縦断面図および側断面図である。
【0033】
本実施例は先の例とくらべ,梁31を設けてマイクロ波導入口を3a,3bの2つに分割することによって,マイクロ波導入窓を4a,4bの2つに分割した点と,また金属壁30によって誘電体層21a,21bを伝搬するマイクロ波の干渉をなくした点が異なる。マイクロ波は,マイクロ波発振器26で発振された後,マイクロ波導波路23の途中において2つの導波路に分岐してそれぞれ誘電体層21a,21bに導入され,マイクロ波導入窓4a,4bを透過して反応室2内に供給されて,プラズマが生成される。
【0034】
本実施例の装置はプラズマ発生面積が500mm×500mm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が500mm×210mmである。マイクロ波導入窓4は620mm×290mmで厚みが20mmの石英板である。梁31の幅は80mmである。誘電体層21a、21bの平板部が620mm×290mmで厚みが20mmのテフロンである。
【0035】
本実施例のプラズマ装置におけるプラズマの均一性を評価するために、先の実施例と同様イオン電流分布を測定した。試料台の中心位置を中心としてマイクロ波の進行方向Zとそれに垂直なY方向について、梁から100mmの位置で測定した。プラズマ発生も先の実施例と同様、Arガスを用い、圧力10mTorr、マイクロ波パワー3kWで行った。
【0036】
図8はイオン電流分布の測定結果を示すグラフである。梁31があるにもかかわらず、梁31から100mm離れた位置では、ほぼ均一にプラズマを発生できている。これは、梁から十分に離れておりプラズマが十分に拡散したためと考えられる。
【0037】
【発明の効果】
以上詳述したように、本発明装置にあっては、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容易な構成で均一にプラズマ処理することができる。また、マイクロ波発振器が一つで良いため、装置の低コスト化を図ることができる。
【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な平面図である。
【図2】本発明のプラズマ装置の実施例の模式的部分縦断面図である。
【図3】本発明のプラズマ装置の実施例の模式的側断面図である。
【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】本発明のプラズマ装置の別の実施例の模式的な平面図である。
【図6】本発明のプラズマ装置の別の実施例の模式的部分縦断面図である。
【図7】本発明のプラズマ装置の別の実施例の模式的側断面図である。
【図8】イオン電流分布の測定結果を示すグラフである。
【図9】従来のプラズマ装置の実施例の模式的な平面図である。
【図10】従来のプラズマ装置の実施例の模式的部分縦断面図である。
【図11】従来のプラズマ装置の実施例の模式的側断面図である。
【符号の説明】
1 反応容器
2 反応室
3、3a、3b マイクロ波導入口
4、4a、4b マイクロ波導入窓
5 ガス導入孔
6 ガス排気口
7 試料台
8 溶媒通流路
20、20a、20b 空間
21、21a、21b 誘電体層
22 金属板
23 マイクロ波導波路
24、24a、24b チューナー
25、25a、25b アイソレータ
26 マイクロ波発振器
30 金属壁
31 梁
211、211a、211b (誘電体層の)導入部
212、212a、212b (誘電体層の)テーパ部
213、213a、213b (誘電体層の)平板部
Claims (2)
- 一つのマイクロ波発振器と,複数の誘電体層と,前記マイクロ波発振器から前記複数の誘電体層へマイクロ波を分岐して伝搬させるマイクロ波導波路と,マイクロ波導入窓を有する反応容器とを備え,
前記複数の誘電体層が並列して配置され,
前記マイクロ波導入窓は前記複数の誘電体層に応じて複数に分割され,
前記分割されたマイクロ波導入窓は,前記並列配置された複数の誘電体層に,それぞれ対向するように,反応容器に配置されていることを特徴とするプラズマ装置。 - 前記複数の誘電体層及び,分割された各マイクロ波導入窓は,金属壁によって隔てられていることを特徴とする請求項1記載のプラズマ装置。
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