JP4546303B2 - Plasma processing equipment - Google Patents
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Description
本発明は、被処理基板に対してエッチング処理を施すプラズマ処理装置に関する。 The present invention relates to a plasma processing apparatus that performs an etching process on a substrate to be processed.
半導体デバイスやフラットパネルディスプレイ(FPD)等の製造工程では、半導体ウェハやガラス基板(LCD基板)等の被処理基板にエッチング処理を施すために、プラズマエッチング装置等のプラズマ処理装置が用いられている。 In a manufacturing process of a semiconductor device, a flat panel display (FPD) or the like, a plasma processing apparatus such as a plasma etching apparatus is used to perform an etching process on a target substrate such as a semiconductor wafer or a glass substrate (LCD substrate). .
この種のプラズマ処理装置では、図6に示すように、処理装置101は、LCDガラス基板の所定の処理を行う装置であり、ここでは容量結合型平行平板プラズマエッチング装置を例として構成されている。
In this type of plasma processing apparatus, as shown in FIG. 6, the
このプラズマエッチング装置101は、例えばアルミニウムからなる角筒形状に成形された処理室102を有している。この処理室102内の底部には絶縁材からなる角柱状の絶縁板103が設けられており、さらにこの絶縁板103の上には、被処理基板であるLCDガラス基板Gを載置するためのサセプタ104が設けられている。また、サセプタ104の基材104aの外周および上面の層105および誘電性材料膜106が設けられていない周縁には、絶縁部材108が設けられている。
The
さらにサセプタ104には、高周波電力を供給するための給電線123が接続されており、この給電線123には整合器124および高周波電源125が接続されている。
Further, a
また、サセプタ104の上方には、このサセプタ104と平行に対向して上部電極として機能するシャワーヘッド111が設けられている。シャワーヘッド111は処理室102の上部に支持されており、内部に内部空間112を有するとともに、サセプタ104との対向面に処理ガスを吐出する複数の吐出孔113が形成されている。このシャワーヘッド111は接地されており、サセプタ104とともに一対の平行平板電極を構成している。
A
シャワーヘッド111の上面にはガス導入口114が設けられ、このガス導入口114には、処理ガス供給管115が接続されており、この処理ガス供給管115には、バルブ116、およびマスフローコントローラ117を介して、処理ガス供給源113が接続されている。
A
また、処理室102の側壁底部には排気管119が接続されており、この排気管119には排気装置120が接続されており、排気装置120はターボ分子ポンプなどの真空ポンプを備えており、これにより処理室102内を所定の減圧雰囲気まで真空引き可能なように構成されている。また、処理室102の側壁には基板搬入出口121と、この基板搬入出口121を開閉するゲートバルブ122とが設けられており、このゲートバルブ122を開にした状態で基板Gが隣接するロードロック室との間で搬送されるようになっている。
An
このように構成されるプラズマエッチング装置101では、まず、被処理体である基板Gは、ゲートバルブ122が開放された後、ロードロック室から基板搬入出口121を介して処理室102内へと搬入され、サセプタ104上に形成された誘電性材料膜106の凸部107上に載置される。その後、ゲートバルブ122が閉じられ、排気装置120によって、処理室102内が所定の真空度まで真空引きされる。
In the
その後、バルブ116が開放されて、処理ガス供給源118から処理ガスがマスフローコントローラ117によってその流量が調整されつつ、処理ガス供給管115、ガス導入口114を通ってシャワーヘッド111の内部空間112へ導入され、さらに吐出孔113を通って基板Gに対して均一に吐出され、処理室102内の圧力が所定の値に維持される。
After that, the
この状態で高周波電源125から整合器124を介して高周波電力がサセプタ104に印加され、これにより、下部電極としてのサセプタ104と上部電極としてのシャワーヘッド111との間に高周波電界が生じ、処理ガスが解離してプラズマ化し、これにより基板Gにエッチング処理が施される(特許文献1参照)。
In this state, high-frequency power is applied from the high-
しかしながら、従来のこのようなプラズマ処理装置では、被処理基板の大型化に伴いプラズマ処理装置の処理室が大面積化すると、処理室内のプラズマの均一性にバラツキが生じていた。そのため、被処理基板に対して生成プラズマにより均一なプラズマ処理ができなかった。
本発明が、解決しようとする問題点は、プラズマ処理装置の処理室のプラズマの不均一性である。 The problem to be solved by the present invention is the non-uniformity of plasma in the processing chamber of the plasma processing apparatus.
本発明は、処理室内のプラズマ密度が局所的に高い部位に衝立部材を挿入し、イオン、電子が該部材に衝突することによりプラズマを失活させ、被処理基板全面にわたってプラズマを均一化したことを特徴とするプラズマ処理装置である。 In the present invention, a partition member is inserted in a region where the plasma density in the processing chamber is locally high, and the plasma is deactivated by collision of ions and electrons with the member, and the plasma is made uniform over the entire surface of the substrate to be processed. Is a plasma processing apparatus.
本発明のプラズマ処理装置によれば、極めて簡単な構造の衝立部材を被処理基板と処理容器の内壁面との間のプラズマ密度が局所的に高い部位に挿入して、プラズマを失活させ、プラズマを均一にすることによりエッチングレートの均一性を達成することができる。 According to the plasma processing apparatus of the present invention, a partition member having a very simple structure is inserted into a region where the plasma density between the substrate to be processed and the inner wall surface of the processing container is locally high, and the plasma is deactivated. The uniformity of the etching rate can be achieved by making the plasma uniform.
プラズマ処理装置の構成
添付した図1に示すように、本発明のプラズマ処理装置1は、導電性の気密に保持された処理容器2(処理容器の内側寸法で、巾方向:2,890mm、長手方向:3,100mm、高さ600mm)からなり、この処理容器2内に処理室3が形成されている。そして、この処理室3内には、ゲートバルブ14から搬入・搬出されるガラス基板等の平面視矩形形状の被処理基板G(例えば、外形1,870mm×2,200mmのガラス基板)を載置する載置台を兼ねた導電性の下部電極4が配設されている。この下部電極4は、13.56MHz用整合回路7と3.2MHz用整合回路8を介して13.56MHzの高周波電源部と3.2MHzの高周波電源部とにそれぞれ接続されている。さらに、下部電極4の基板載置面に対向する位置には、上部電極5が下部電極4と平行に配設され、インピーダンス調整回路9,10(13.56MHz用のインピーダンス調整回路9と、3.2MHz用のインピーダンス調整回路10)に接続されている。なお、その他の構成は、従来の平行平板型プラズマエッチング装置とほぼ同じ構成である。
Configuration of Plasma Processing Apparatus As shown in FIG. 1 attached, a
このように、本発明のプラズマ処理装置1を構成することにより、上部電極5及び下部電極4間に高周波電力を重畳的に印加してプラズマを発生させて被処理基板Gを処理するにあたり、上部電極5と処理容器2との間に容量成分を含むインピーダンス調整回路9(13.56MHz用)とインピーダンス調整回路10(3.2MHz用)を設けたことにより、下部電極4からのプラズマ、ならびに上部電極5及び処理容器2の壁部を介してリターン用導電路に至るまでのインピーダンス値を、上部電極5からのプラズマならびに処理容器2の壁部を介してリターン用導電路に至るまでのインピーダンス値よりも小さくできる。このため、下部電極4と処理容器2の壁部との間でプラズマが発生することを抑え、処理室3内に均一性の高いプラズマを発生させて被処理基板Gに対して面内均一性の高いプラズマ処理を行うことができる。
As described above, by configuring the
しかしながら、前述したように、被処理基板Gの大型化に伴って処理室3が大面積化すると、依然としてプラズマ処理装置の処理室内のプラズマの均一性にバラツキが生じていた。
However, as described above, when the
衝立部材の態様
そこで、本発明のプラズマ処理装置1では、処理室3内のプラズマ密度(エッチングレート)が高い所にプラズマとの接触面積を出来るだけ大きくした衝立部材11(11a,11b,11c,11d)を配設して(あるいは処理容器2の内壁面2aに凸状部を一体に形成して)処理室3内のプラズマを均一化する。
Aspect of the shielding member where, in the
例えば、ガラス基板(FPD)のプラズマエッチング装置1において、被処理基板Gの長辺中央のみエッチングレートが高い場合には、図1及び図2に示すように、該長辺aの中央に対向する処理容器2の内壁面2aに衝立部材11を配置する。
For example, in the
すなわち、ガラス基板のような略矩形の被処理基板を処理するプラズマエッチング装置1の内壁面2aは、ほぼ、該被処理基板Gの長辺a及び短辺bに平行な平坦な面となっている。
That is, the
そこで、図1及び図2に示すように、処理容器2の内壁面2aと下部電極4との間にバッフル板5を下部電極4の長辺及び短辺にそれぞれ平行になるように取付け、このバッフル板5と内壁面2aに接するように、被処理基板Gに出来るだけ近接して衝立部材11(例えば、高さ約150mm以上)を配設する。すなわち、図1と図2の実施例では、図2に示すように、被処理基板Gの長辺aと短辺bのほぼ中央部に対向して平面視矩形状であって所定高さの衝立部材11を配設する。衝立部材11のバッフル板5へ取付けは、別途脚を付けて行ってもよいし、また、他のいずれかの取付方法によってもよい。
Therefore, as shown in FIGS. 1 and 2, a
図3(a)に示す実施例では、衝立部材11aは、所定の長さをもつ中空の箱形部材、または中実箱形部材とする。
In the embodiment shown in FIG. 3A, the
また、衝立部材の構成材料は、金属等の導体(例えば、5mm厚の鋼板)または絶縁物であってもよい。要は、本発明のプラズマ処理装置では、プラズマエッチング処理の均一性を確保するために、プラズマ密度の高いところに衝立部材11aを挿入し、イオン、電子が該部材11aに衝突してプラズマを失活させればよい。被処理基板Gと処理容器2の内壁面2aとの間に選択的に衝立部材を挿入して、エッチングレートの均一性を向上させて、均一なプラズマ処理を可能とする。
The constituent material of the partition member may be a conductor such as a metal (for example, a 5 mm thick steel plate) or an insulator. In short, in the plasma processing apparatus of the present invention, in order to ensure the uniformity of the plasma etching process, the
なお、図1と図2の実施例では、被処理基板Gの長辺aと短辺bのほぼ中央に対向する位置に、それぞれ衝立部材11を配設したが、被処理基板Gの四隅のプラズマのエッチングレートが高い場合には、当該四隅に平面視三角形状あるいは板状であって所定高さの衝立部材をそれぞれ配設するようにする(図2にハッチングで示す「三角形状の衝立部材11」参照)。
In the embodiment of FIGS. 1 and 2, the
また、図2に示すように、被処理基板Gの搬入・搬出口であるゲートバルブに対向して衝立部材11aを配設する場合には、被処理基板Gを載置する下部電極4を昇降させて被処理基板Gのゲートバルブ14からの処理室3への搬入・搬出の妨げにならないようにする。また、衝立部材11自体を昇降させて被処理基板Gの搬入・搬出時には、該基板搬入・搬出に干渉しないように、処理室3内に存在せず、処理時のみに処理室3内に現出するようにしてもよい。
In addition, as shown in FIG. 2, when the
さらに、同一の処理室内で多種類のプロセスを行なう場合には、プラズマ失活プレートとして機能する衝立部材を選択的に動作させて、同一の処理室内で各プロセス条件に合った最適なプラズマを生成できる構造にする。 In addition, when many types of processes are performed in the same processing chamber, a partition member that functions as a plasma deactivation plate is selectively operated to generate an optimal plasma that matches each process condition in the same processing chamber. Make it possible.
また、処理室内でのプロセス条件・種類に応じて衝立部材の形状を異ならせ、また、それらの配置個所を異ならせてもよい。 Further, the shape of the partition members may be varied according to the process conditions and types in the processing chamber, and the arrangement positions thereof may be varied.
さらに、図3(b)に示すように、処理室2の内壁面2aと下部電極4の外縁に立て掛けるように、斜面状の衝立部材11bを配設してもよい。この場合には、被処理基板Gから離れた部位程プラズマの失活率が低下する。
Further, as shown in FIG. 3B, a slope-shaped
また、図3(c)に示すように、プロセスのエッチングレートを均一化するために、直立した板状の衝立部材11bを出来るだけ被処理基板Gに近接させて、バッフル板5に取付けてもよい。
Further, as shown in FIG. 3C, in order to make the etching rate of the process uniform, the upright plate-
またさらに、図3(d)に示すように、処理室2の内壁面2aに断面L字状の衝立部材11aを配設してプラズマと接触させプラズマエッチングレートを均一化してもよい。
Furthermore, as shown in FIG. 3 (d), a
プラズマ均一化の実証
本発明のプラズマ処理装置では、処理室内のプラズマ密度が局所的に高いために、局所的にエッチングレートが高くなるような部位に、選択的に衝立部材を挿入してプラズマと接触させ失活させプラズマ密度を均一化し、エッチングレートの均一性を向上させることができる。
Demonstration of Plasma Uniformity In the plasma processing apparatus of the present invention, since the plasma density in the processing chamber is locally high, a screen member is selectively inserted into a portion where the etching rate is locally increased and plasma is generated. It can be brought into contact and deactivated to make the plasma density uniform and improve the uniformity of the etching rate.
(i)プラズマ測定によるプラズマ均一化効果の実証
まず、図4(衝立部材のプラズマ均一化効果)に示すように、本発明のプラズマ処理装置のように、衝立部材を処理室内に被処理基板に近接して設けたものと、従来装置のように衝立部材を設けないものとのプラズマの電子密度の差をPAP(Plasma Absorption Probe)により測定した。
(I) Demonstration of plasma homogenization effect by plasma measurement First, as shown in FIG. 4 (plasma homogenization effect of screen member), the screen member is placed on the substrate to be processed in the processing chamber as in the plasma processing apparatus of the present invention. The difference in the plasma electron density between the adjacent device and the device without a screen member as in the conventional apparatus was measured by PAP (Plasma Absorption Probe).
すなわち、PAPによる本発明の効果の確認方法では、図5に示すように、プラズマ処理装置の処理容器2の両壁部に絶縁管17を貫通させ、Oリングで絶縁管17を両端支持・真空封止し、同軸プローブ15を絶縁管17に挿入し、同軸プローブ15だけを摺動させて、ネットワークアナライザー16から同軸プローブ15に電磁波信号を周波数掃引しながら印加して、下部電極4の真上60mmからプラズマの電子密度を測定した。ここでは、処理ガスSF6/N2、RF電源15,000w、バイアス電源7,000w、静電チャック吸着電圧3.0kV、バックプレッシャ圧力3.0Torr、70mTorrの雰囲気の下での処理室3内のプラズマの電子密度を測定した。
That is, in the method for confirming the effect of the present invention by PAP, as shown in FIG. 5, the insulating
PAPによると、ある周波数信号がプラズマ電子振動数fpと一致すると、その電磁波はプラズマに吸収される。この特性を利用して、電子密度Neが式(1)から求まる。 According to PAP, when a certain frequency signal matches the plasma electron frequency fp, the electromagnetic wave is absorbed by the plasma. Using this characteristic, the electron density Ne is obtained from the equation (1).
(ii)エッチングプロセスからのプラズマ均一化効果の実証
(a)被処理基板長辺に対向する位置に衝立部材を配置した場合
図2に示す被処理基板Gの長辺aに対向する位置に衝立部材11を配置することにより、衝立部材無しの従来のものと、衝立部材によるエッチングレートの減少、すなわちプラズマの均一性を比較した。
(Ii) Demonstration of plasma homogenization effect from etching process (a) When a partition member is arranged at a position facing the long side of the substrate to be processed A partition at a position facing the long side a of the substrate to be processed G shown in FIG. By arranging the
表1(a)から明らかなように、衝立部材を配置しないものでは、被処理基板の長辺及び短辺の中央部のエッチングデプスが高く(2564,2372)エッチングデプスにムラを生じている。 As apparent from Table 1 (a), in the case where the partition member is not disposed, the etching depth of the central part of the long side and the short side of the substrate to be processed is high (2564, 2372), and the etching depth is uneven.
これに対して、表1(b)に示す箱形の衝立部材を配置したものでは、衝立部材を配置することにより、長辺部では、エッチングレートの抑制効果が十分認められた(2564→2291、2779→2266に減少)。 On the other hand, in the case where the box-shaped partition members shown in Table 1 (b) are arranged, the effect of suppressing the etching rate is sufficiently recognized at the long side portion by arranging the partition members (2564 → 2291). 2779 → 2266).
また、表1(c)に示す斜面状の衝立部材(図3(b)符号11b参照)を配置したものでは、前記箱形衝立部材を配置したものと同様、長辺中央部でエッチングレートの抑制効果が十分認められた(2564→2351、2779→2383)。 In addition, in the case where the slope-shaped partition members (see reference numeral 11b in FIG. 3B) shown in Table 1 (c) are arranged, the etching rate at the center of the long side is the same as that in which the box-shaped partition members are arranged. The inhibitory effect was sufficiently recognized (2564 → 2351, 2779 → 2383).
(b)処理室の四隅コーナーに衝立部材を配置した場合
次に、図2にハッチングで示す三角形状の衝立部材を処理室の四隅コーナーに配置することにより、衝立部材無しの従来のものと比較してのエッチングデプスの減少すなわち衝立部材によるエッチングレート(プラズマ)の均一性の比較をした。
(B) When partitioning members are arranged at the four corners of the processing chamber Next, a triangular partitioning member shown by hatching in FIG. 2 is arranged at the four corners of the processing chamber to compare with a conventional one without a partitioning member. Thus, the etching depth was reduced, that is, the uniformity of the etching rate (plasma) by the screen member was compared.
表2(b)から明らかなように、四隅部に衝立部材を配置することにより、処理室の四隅部でのエッチングレートが抑制されたことが認められる(2759→2476、2868→2582、2724→2472、2753→2491にそれぞれ抑制された)。 As apparent from Table 2 (b), it is recognized that the etching rate at the four corners of the processing chamber is suppressed by arranging the partition members at the four corners (2759 → 2476, 2868 → 2582, 2724 → 2472, 2753 → 2491, respectively).
さらに、表2(c)のように被処理基板からより近い位置に衝立部材をさらに近づけることにより四隅部でのエッチングレートの抑制がより効果的に認められた。 Furthermore, as shown in Table 2 (c), the etching rate at the four corners was more effectively suppressed by bringing the screen member closer to a position closer to the substrate to be processed.
本発明のプラズマ処理装置は、プラズマエッチング装置に限らず、プラズマCVDやその他のプラズマ装置において、局所的にプラズマ密度が高くなるのを防止して、プラズマの均一性を向上させるのが不可欠な各種処理装置に適用できる。 The plasma processing apparatus of the present invention is not limited to a plasma etching apparatus, but is various indispensable to improve plasma uniformity by preventing local increase in plasma density in plasma CVD and other plasma apparatuses. Applicable to processing equipment.
1 プラズマ処理装置
2 処理容器
3 処理室
4 下部電極
5 上部電極
11(11a〜11d) 衝立部材
13 バッフル板
14 ゲートバルブ
15 プローブ
16 ネットワークアナライザー
17 絶縁管
G 被処理基板(ガラス基板)
DESCRIPTION OF
Claims (9)
The said partition member does not interfere with loading / unloading of the substrate when the substrate to be processed is loaded / unloaded into the processing chamber, and appears in the processing chamber only when processing the substrate to be processed. 2. The plasma processing apparatus according to 1.
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