JP3729939B2 - プラズマ処理方法及び装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、大型基板対応の高周波誘導結合放電を利用したプラズマ処理方法及び装置に関するものであり、高真空度で大面積にわたり高密度プラズマが発生することが可能で、耐久性と印加電力効率に優れた低価格のプラズマ処理方法及び装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、半導体素子や液晶素子の製造コスト削減のため、製造装置の低価格化を望む声が高まっており、特に、液晶素子については液晶パネルの大型化傾向に伴い、大型基板対応の製造装置を低価格で供給することが求められている。
図７は、従来の大型基板対応の平板型の高周波誘導結合型プラズマ処理装置の一部断面の分解斜視図である。図７において、１２１は高周波誘導結合用コイル、１２２は第１高周波電源、１２３は第２高周波電源、１２４は電極、１２５は第１誘電板、１２６は真空室、１２７は上記第１誘電板１２５の真空室側表面を加熱するための抵抗加熱ヒータで、１２８は第２誘電板である。１２９は製造対象物である例えば液晶素子等の基板である。１３０は真空室１２６内にガスを供給するためのガス供給用の導入口、１３１は上記真空室１２６内を排気するためのポンプである。この装置の動作は、高周波誘導結合用コイル１２１に第１高周波電源１２２によって高周波電力を供給し、電極１２４に第２高周波電源１２３によって高周波電力を印加することにより、高真空において高密度のプラズマを発生させ、基板１２９に対して、例えば、保護膜等の薄膜の形成処理やエッチング処理等の処理を行うものであり、この装置は、プラズマ密度の分布及びイオンエネルギーの制御に優れているものである。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、基板１２９のサイズが大きい場合、高周波誘導結合用コイル１２１を敷設するための誘電体として使用している第１誘電板１２５も上記基板１２９のサイズに合わせて大きく、厚くする必要があり、機械的強度と価格、高周波電力の供給効率の面で問題となる。
すなわち、真空保持のために誘電板を厚くするとその面積比以上に価格が高くなり、耐久性の面から見ても欠け等が生じやすくなり、また供給する高周波電力の効率が悪化するという問題点がある。
本発明は、このような従来の問題点に鑑み、高真空で大面積にわたり印加電力の効率の良好な高密度プラズマを発生させることが可能で耐久性に優れた低価格のプラズマ処理方法及び装置を供給することを目的とする。
【０００４】
【課題を解決するための手段及びその作用効果】
上記目的を達成するために、本発明は以下のように構成している。
本発明の第１態様によれば、プラズマ処理方法は、真空室の一つの面は複数の貫通窓に各誘電板が嵌め込まれた金属製枠体を有し、上記金属製枠体上に絶縁層を介して配設され、前記各誘電板の全てに跨って形成された高周波誘導結合用コイルの中心に高周波電圧を印加することで、上記真空室内にプラズマを発生させて液晶素子の基板を処理する液晶素子の基板のプラズマ処理方法であって、上記高周波誘導結合用コイルの中心は上記誘電板のいずれか１つの上面に配置されるように構成している。
【０００５】
本発明の第２態様によれば、上記第１態様において、上記金属製枠体の真空室側表面積が、上記複数の誘電板の真空室側表面積の総和と上記金属製枠体の真空室側表面積の総和の和の約４０％以下の状態で上記基板をプラズマ処理することもできる。
本発明の第３態様によれば、上記第１又は２態様において、上記枠体の枠部分が上記コイルの中心の直下を避けるように配置することもできる。
本発明の第４態様によれば、上記第１又は２態様において、上記枠体の枠部分が上記コイルの中心に対してほぼ対称に配置することもできる。
【０００６】
本発明の第５態様によれば、上記第１〜４態様のいずれかにおいて、上記絶縁層は空気層であるようにすることもできる。
本発明の第６態様によれば、上記第１〜４態様のいずれかにおいて、上記絶縁層は絶縁用誘電板であるようにすることもできる。
本発明の第７態様によれば、上記第１〜６態様のいずれかにおいて、上記誘電板を加熱ヒータで加熱し、上記誘電板の真空室側表面を加熱した状態で上記基板をプラズマ処理することもできる。
【０００７】
本発明の第８態様によれば、プラズマ処理装置は、真空室の一つの面が複数の貫通窓に各誘電板が嵌め込まれた金属製枠体で構成され、上記金属製枠体上に絶縁層を有し、前記各誘電板の全てに跨って高周波誘導結合用コイルが形成され、前記高周波誘導結合用コイルの中心に高周波電源が接続された液晶素子の基板のプラズマ処理装置であって、上記高周波誘導結合用コイルの中心は上記誘電板のいずれか１つの上面に配置され、上記真空室内に配置された、液晶素子の基板を処理するように構成している。
【０００９】
本発明の第９態様によれば、上記第８態様において、上記金属製枠体の真空室側表面積が、上記複数の誘電板の真空室側表面積の総和と上記金属製枠体の真空室側表面積の総和の和の約４０％以下の状態で上記基板をプラズマ処理することもできる。
本発明の第１０態様によれば、上記第９態様において、上記枠体の枠部分が上記コイルの中心の直下を避けるように配置することもできる。
本発明の第１１態様によれば、上記第９態様において、上記枠体の枠部分が上記コイルの中心に対してほぼ対称に配置することもできる。
【００１０】
本発明の第１２態様によれば、上記第９〜１１態様のいずれかにおいて、上記絶縁層は空気層であるようにすることもできる。
本発明の第１３態様によれば、上記第９〜１１態様のいずれかにおいて、上記絶縁層は絶縁用誘電板であるようにすることもできる。
本発明の第１４態様によれば、上記第９〜１３態様のいずれかにおいて、上記誘電板を加熱する加熱ヒータをさらに備え、上記誘電板の真空室側表面を加熱した状態で上記基板をプラズマ処理することもできる。
本発明によれば、金属製の梁又は枠体により誘電体を真空室に対して支持するようにしたので、誘電体自体の強度を高くする必要がなくなり、液晶素子の基板の高周波誘導結合型プラズマ処理方法及び装置において、高周波を透過する誘電板を、薄くすることができ、耐久性と印加電力効率に優れた低価格のプラズマ処理方法及び装置を提供することができる。
【００１１】
【発明の実施の形態及び実施例】
以下、本発明のプラズマ処理方法及び装置の各実施形態について図面を参照しつつ説明する。
図１は、本発明の第１実施形態にかかるプラズマ処理方法を実施するための第１実施形態にかかるプラズマ処理装置の一部断面の分解斜視図を示している。図１において、１は第１誘電板であり、接地されている金属製の梁２で真空室３の上面に支えられ、真空室３をＯリング３１を介して封止している。上記金属製の梁２は、真空室３の上面の中央を横断するように真空室３の長手方向に延びる１本の縦梁２ａと、該縦梁２ａより横方向に延びた３本の横梁２ｂとより構成されている。上記横梁２ｂの幅寸法は上記縦梁２ａの幅寸法より大きくしており、縦梁２ａと横梁２ｂとの組み合わせからなる梁２により、第１誘電板１を真空室３の上面開口に安定して支持するようにしている。縦梁２ａ及び横梁２ｂは、図２に示すように、それぞれ、各端面に大略矩形状のＯリング７１を備え、この各端面を真空室３の内壁面にＯリング７１を介して密着させた状態でボルト７０を真空室内壁面に貫通させて梁２ａ，２ｂの各端面のタップ孔２ｄ内にねじ込ませて、各梁２ａ，２ｂを真空室内壁面に固定するようにしている。
この縦梁２ａと横梁２ｂと真空室３の壁面との間で８個の開口３０を形成して、この開口３０を通じて第１誘電板１の真空室側の表面が真空室３の内部に露出した状態となっている。上記金属製の梁２の上記第１誘電板１に対する射影面積は、上記第１誘電板１の全面積の２０％とするのが好ましい。上記射影面積が約４０％を越えると放電しなくなる。したがって、上記射影面積は約４０％以下である必要がある。
【００１２】
４は上記第１誘電板１の真空室側とは反対側に配置されて第１誘電板１の真空室側表面を加熱し、プラズマ処理時における真空室３内で発生する反応生成物の付着を防止するための抵抗加熱ヒータである。５は抵抗加熱ヒータ４の上に配置され絶縁層として機能する第２誘電板で、６は第２誘電板５の上面に載置された高周波誘導結合用コイル、７は真空室３内に配置された電極、８は真空室３内の電極７の上に配置された基板、９は高周波電力をコイル６に印加する第１高周波電源、１０は電極７に高周波電力を印加する第２高周波電源である。１１は真空室３内にガスを供給するためのガス供給用の導入口、１２は上記真空室３内を排気するためのポンプである。
ここで、上記ガス供給用の導入口１１より任意のガスを真空室３内に導入し、上記ポンプ１２で真空室３内の排気を行うことにより、真空室３内を適当な真空度に保つ。この状態で、上記高周波誘導結合用コイル６に第１高周波電源９より高周波電力を印加すると、プラズマが真空室３内に発生する。また、電極７に第２高周波電源１０により高周波電力を印加することによって、基板８に入射するイオンのエネルギーを制御することが出来るようになっている。
【００１３】
実際のプラズマ処理方法の一実施例としては、上記コイル６に第１高周波電源９から２ｋＷの高周波を印加し、真空室３内に導入するガスはＣｌ_２／ＢＣｌ_３／Ｎ_２（それぞれ、８０ｓｃｃｍ／４０ｓｃｃｍ／４０ｓｃｃｍ）を使用する。真空室３内の真空度は２０ｍＴｏｒｒとし、電極７には第２高周波電源１０から４００Ｗの高周波を印加して、アルミニウム膜をエッチングした。梁２により第１誘電板１を支持するようにしたので、この場合の第１誘電板１の厚さ寸法は、梁２無しの場合の第１誘電板１の厚さ寸法の約４０％程度にまで薄くすることができたので、第１高周波電源９からコイル６に印加する電力を８０％程度に抑えることができた。
【００１４】
上記したように第１実施形態によれば、第１誘電板１のみを真空室３の上面に載置するのではなく、梁２により第１誘電板１を真空室３の上面に支持するようにしたので、従来の装置に比べて第１誘電板１の厚さを大幅に薄くすることが可能となる。例えば、梁２を備えない場合と比較として第１誘電板１の厚さ寸法を約４０％程度にまで大幅に薄くすることが可能となる。よって、耐久性、印加電力効率に優れ、低価格のプラズマ処理装置を提供することができる。また、上記梁２を金属より構成することにより、接地させることができるとともに、安価で高い強度を持たせることができる。
【００１５】
図３は、本発明の第２実施形態にかかるプラズマ処理方法を実施するための第２実施形態にかかるプラズマ処理装置の一部断面の分解斜視図を示している。図３において、１４は第１誘電板であり、接地された金属製の枠体１３で真空室１８の上面に支えられ、この第１誘電体１４と枠体１３とにより真空室１８をＯリング４１を介して封止している。
上記第１誘電体１４は、６枚の同じ正方形の分割体１４ａ、１４ｂ、１４ｃ、１４ｄ、１４ｅ、１４ｆより構成されている。この分割体１４ａ〜１４ｆは、図４に示すように、金属製枠体１３に設けられた６個の貫通窓４０にそれぞれＯリング４３を介して埋め込まれている。詳しくは、図４に示すように、枠体１３より４個の支持突起１３ａを貫通窓４０側に突出させ、この４個の支持突起１３ａにより各分割体１４ａ〜１４ｆの４辺をＯリング４３を介して支持しつつ、分割体を貫通窓４０内に嵌合させるようにしている。
【００１６】
ここで、上記金属製枠体１３の真空室側表面の面積と、上記第１誘電板１４の６個の分割体１４ａ、１４ｂ、１４ｃ、１４ｄ、１４ｅ、１４ｆの真空室側表面積の和とを加算した和を「枠体１３と第１誘電体１４との真空室側表面積和」と定義する。すると、上記第１誘電板１４（１４ａ、１４ｂ、１４ｃ、１４ｄ、１４ｅ、１４ｆ）の真空室側表面積和は、上記「枠体１３と第１誘電体１４との上記真空室側表面積和」の８０％とするのが好ましい。ここで、第２実施形態においても、第１実施形態と同様に、枠体１３の第１誘電体１４に対する射影面積が約４０％を越えると、言い換えれば、上記第１誘電板１４（１４ａ、１４ｂ、１４ｃ、１４ｄ、１４ｅ、１４ｆ）の真空室側表面積和が、上記「枠体１３と第１誘電体１４との上記真空室側表面積和」の約６０％未満だと放電しなくなる。したがって、上記第１誘電板１４（１４ａ、１４ｂ、１４ｃ、１４ｄ、１４ｅ、１４ｆ）の真空室側表面積和は、上記「枠体１３と第１誘電体１４との上記真空室側表面積和」の約６０％以上である必要がある。このような枠体１３により、第１誘電板１４を真空室１８の上面開口に安定して支持するようにしている。そして、上記枠体１３の６個の貫通窓４０を通じて、第１誘電板１４の真空室側の表面が真空室１８の内部に露出した状態となっている。
【００１７】
１５は上記第１誘電板１４の真空室側とは反対側に配置されて第１誘電板１４の真空室側表面を加熱し、プラズマ処理時における真空室１８内で発生する反応生成物の付着を防止するための抵抗加熱ヒータである。１６は抵抗加熱ヒータ１５の上に配置され絶縁層として機能する第２誘電板で、１７は第２誘電板１６の上面に載置された高周波誘導結合用コイル、１９は真空室１８内に配置された電極、２０は真空室１８内の電極１９の上に配置された基板、２２は高周波電力をコイル１７に印加する第１高周波電源、２３は電極１９に高周波電力を印加する第２高周波電源である。２１は真空室１８内にガスを供給するためのガス供給用の導入口、２４は上記真空室１８内を排気するためのポンプである。
ここで、上記ガス供給用の導入口２１より任意のガスを真空室１８内に導入し、上記ポンプ２４で真空室１８内の排気を行うことにより、真空室１８内を適当な真空度に保つ。この状態で、上記高周波誘導結合用コイル１７に第１高周波電源２２より高周波電力を印加すると、プラズマが真空室１８内に発生する。また、電極１９に第２高周波電源２３により高周波電力を印加することによって、基板２０に入射するイオンのエネルギーを制御することが出来るようになっている。また、上記枠体１３を金属より構成することにより、接地させることができるとともに、安価で高い強度を持たせることができる。
【００１８】
上記第２実施形態の実施例としては、第１誘電体１４が９枚の正方形の分割体より構成され、正方形の一辺は２６０ｍｍであり、各分割体の厚さは２５ｍｍとするとき、第１誘電体１４の各分割体が枠体１３で支持されるときの枠体１３の真空室３内壁面側より貫通窓４０側に突出した支持突起１３ａの幅を２０ｍｍ、貫通窓４０同士を区切る枠体１３の枠部分の幅が５０ｍｍ、第１誘電体１４の各分割体の真空室側に露出した表面が一辺２２０ｍｍの正方形であり、枠体１３の上下方向の厚さは５０ｍｍである。この場合、真空室１８は８００ｍｍ×８００ｍｍの正方形となっている。このときの枠体１３の枠部分の最小幅寸法としては、当該部分にＯリング４３を配置するため、３０ｍｍである。
【００１９】
図５は、本発明の第３実施形態にかかるプラズマ処理方法を実施するための第３実施形態のプラズマ処理装置の部分平面図であって、梁６２とコイル１との位置関係を明確にするため誘電体１を取り除いた状態の図である。この第３実施形態では、コイル１７の中心の直下に梁６２の縦梁６２ａ及び横梁６２ｂが配置されないように、言い換えれば、縦梁６２ａと横梁６２ｂとにより形成される開口６３が配置されるようにしている。
一般に、誘導結合型放電は、コイル６に流れる高周波電流によって発生する高周波磁界が第１誘電体１を透過して真空室３内に浸透し、この高周波磁界により真空室３内に発生する誘導電界で電子を加速することにより維持されている。しかし、放電開始時について言えば、まず、コイル６の中心に印加された高周波電圧と真空室３内の自由電子との静電的な結合により自由電子の加速が生じることで放電が開始される。従って、金属製の梁６２がコイル中心の直下を避けて配置される方が、容易に放電を開始させることができるので、このような配置が好ましいのである。これは第２実施形態の金属製の枠体１３についても同様なことが言え、金属製の枠体１３の枠部分がコイル中心の直下を避けて配置される方が好ましい。
さらに、図５に示すように、梁６２の縦梁６２ａと横梁６２ｂは、プラズマ密度の面内分布を損なわないように、コイル６の中心に対してほぼ対称に配設されることが好ましい。これは第２実施形態の金属製の枠体１３についても同様なことが言える。
【００２０】
また、図６は、本発明の第４実施形態にかかるプラズマ処理方法を実施するための第４実施形態のプラズマ処理装置の一部断面側面図である。この第４実施形態では、図４の処理装置において第２誘電体１６を備えずに、コイル１７と第１誘電体１４との間に隙間５１を設けて、該隙間５１に空気が存在することにより、この部分の空気層を絶縁層として機能させるようにしたものである。このため、コイル１７を第１誘電体１４の上方で支持体５０により吊り支持するようにしている。
【００２１】
上記第２〜第４実施形態のように構成することにより、第１誘電体１，１４の厚さを従来の装置に比べて例えば約４０％程度にまで大幅に薄くすることが可能となる。したがって耐久性、印加電力効率に優れた低価格のプラズマ処理装置を提供することができる。
【００２２】
本発明は上記実施形態に限られるものではなく、種々の態様で実施することができるものである。
例えば、上記第２〜４実施形態において、第１誘電体１４を構成する分割体の形状は正方形に限定されるものではなく、長方形など任意の形状でよいとともに、分割体同士の大きさも総て同一の形状に限られるものではなく、例えば、分割体の形状をコイル中心側の分割体では大きく、真空室内壁面側の分割体では小さくするなどしてもよい。
また、上記第１〜４実施形態において、基板の形状も正方形などの矩形に限らず、円形などでもよい。すなわち、液晶素子の場合には矩形の基板を使用することができるが、半導体素子の場合には円形の基板を使用することができる。
また、上記梁２，６２及び枠体１３を構成する金属はアルミニウム又はステンレス鋼などが使用されるが、これに限らず任意の金属を使用してもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の第１実施形態にかかるプラズマ処理装置の一部断面の分解斜視図である。
【図２】 図１の処理装置の梁の真空室への固定方法を示す説明図である。
【図３】 本発明の第２実施形態にかかるプラズマ処理装置の一部断面の分解斜視図である。
【図４】 図３の処理装置の一部断面側面図である。
【図５】 本発明の第３実施形態にかかるプラズマ処理装置の概略平面図であって、誘電体を取り除いた状態での図である。
【図６】 本発明の第４実施形態にかかるプラズマ処理装置の一部断面側面図である。
【図７】 従来のプラズマ処理装置の一部断面の分解斜視図である。
【符号の説明】
１ 第１誘電板
２ 金属製梁
２ａ 縦梁
２ｂ 横梁
３ 真空室
４ 抵抗加熱ヒータ
５ 第２誘電板
６ 高周波誘導結合用コイル
７ 電極
８ 基板
９ 第１高周波電源
１０ 第２高周波電源
１１ ガス導入口
１２ 真空ポンプ
１３ 金属製枠体
１４ 第１誘電板
１４ａ〜１４ｆ 分割体
１５ 抵抗加熱ヒータ
１６ 第２誘電板
１７ 高周波誘導結合用コイル
１８ 真空室
１９ 電極
２０ 基板
２１ ガス導入口
２２ 第１高周波電源
２３ 第２高周波電源
２４ 真空ポンプ
３０ 開口
３１ Ｏリング
４０ 開口
４１ Ｏリング
４３ Ｏリング
５０ 支持体
５１ 隙間（空気層）
６２ 梁
６２ａ 縦梁
６２ｂ 横梁
６３ 開口

Claims (14)

1. 真空室の一つの面は複数の貫通窓に各誘電板が嵌め込まれた金属製枠体を有し、上記金属製枠体上に絶縁層を介して配設され、前記各誘電板の全てに跨って形成された高周波誘導結合用コイルの中心に高周波電圧を印加することで、上記真空室内にプラズマを発生させて液晶素子の基板を処理する液晶素子の基板のプラズマ処理方法であって、上記高周波誘導結合用コイルの中心は上記誘電板のいずれか１つの上面に配置されることを特徴とするプラズマ処理方法。
2. 上記金属製枠体の真空室側表面積が、上記複数の誘電板の真空室側表面積の総和と上記金属製枠体の真空室側表面積の総和の和の約４０％以下の状態で上記基板をプラズマ処理するようにした請求項１に記載のプラズマ処理方法。
3. 上記枠体の枠部分が上記コイルの中心の直下を避けるように配置されている請求項１又は２に記載のプラズマ処理方法。
4. 上記枠体の枠部分が上記コイルの中心に対してほぼ対称に配置されている請求項１又は２に記載のプラズマ処理方法。
5. 上記絶縁層は空気層であるようにした請求項１〜４のいずれかに記載のプラズマ処理方法。
6. 上記絶縁層は絶縁用誘電板であるようにした請求項１〜４のいずれかに記載のプラズマ処理方法。
7. 上記誘電板を加熱ヒータで加熱し、上記誘電板の真空室側表面を加熱した状態で上記基板をプラズマ処理するようにした請求項１〜６のいずれかに記載のプラズマ処理方法。
8. 真空室の一つの面が複数の貫通窓に各誘電板が嵌め込まれた金属製枠体で構成され、上記金属製枠体上に絶縁層を有し、前記各誘電板の全てに跨って高周波誘導結合用コイルが形成され、前記高周波誘導結合用コイルの中心に高周波電源が接続された液晶素子の基板のプラズマ処理装置であって、上記高周波誘導結合用コイルの中心は上記誘電板のいずれか１つの上面に配置され、上記真空室内に配置された、液晶素子の基板を処理することを特徴とするプラズマ処理装置。
9. 上記金属製枠体の真空室側表面積が、上記複数の誘電板の真空室側表面積の総和と上記金属製枠体の真空室側表面積の総和の和の約４０％以下の状態で上記基板をプラズマ処理するようにした請求項８に記載のプラズマ処理装置。
10. 上記枠体の枠部分が上記コイルの中心の直下を避けるように配置されている請求項９に記載のプラズマ処理装置。
11. 上記枠体の枠部分が上記コイルの中心に対してほぼ対称に配置されている請求項９に記載のプラズマ処理装置。
12. 上記絶縁層は空気層であるようにした請求項９〜１１のいずれかに記載のプラズマ処理装置。
13. 上記絶縁層は絶縁用誘電板であるようにした請求項９〜１１のいずれかに記載のプラズマ処理装置。
14. 上記誘電板を加熱する加熱ヒータをさらに備え、上記誘電板の真空室側表面を加熱した状態で上記基板をプラズマ処理するようにした請求項９〜１３のいずれかに記載のプラズマ処理装置。

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