JP4800230B2 - 真空処理装置 - Google Patents

Description

本発明は真空処理装置の技術分野に係り、特に、誘電体材料で構成された基板、又は誘電体膜が形成された基板を真空処理するのに適した電極装置を有する真空処理装置に関する。

電子部品や表示装置等を製造する工程では、真空技術は重要であり、特に、その工程中、ＣＶＤ、エッチング、スパッタリング等では、処理対象物を電極装置上に配置して交流電圧を印加し、正電荷のイオンを処理対象物に入射させ、ＣＶＤやエッチング等の反応を補助させている。

しかし、処理対象物が誘電体材料で構成されている場合、処理対象物の厚さが厚くなると（例えば１０ｍｍ以上）、交流電圧を印加しても処理対象物にイオンが引き付けられず、処理対象物には拡散したイオンが到達することになる。
このようなイオンは入射エネルギーが低いので、ドライエッチングの用途では極端にエッチング速度が遅くなり、ＣＶＤやスパッタ等成膜の用途では所望の膜質が得られないことになる。
特開２００４−１８６５３２号公報

本発明は、誘電体基板又は誘電体膜が形成された基板を処理可能な真空処理装置を提供するものである。

上記課題を解決するため、本発明は、真空槽と、前記真空槽内に配置されたプラズマ生成装置とを有し、真空槽内に、誘電体で構成された処理対象物又は表面に誘電体膜が形成された処理対象物を配置し、前記プラズマ生成装置で生成した処理ガスのプラズマによって、前記処理対象物を真空処理する真空処理装置であって、前記処理対象物が配置される位置と、前記プラズマ生成装置との間には、イオンが通過する通過口を複数有する個別電極を二個以上有する補助電極が設けられ、前記各個別電極には、補助電源から、それぞれ異なる位相の交流電圧が印加されるように構成され、前記二個以上の個別電極のうち、隣接する個別電極の縁と縁との距離は、重なる方向では最大２０ｍｍ以下、離間する方向では最大５ｍｍ以下にされた真空処理装置である。
本発明は、真空槽と、前記真空槽内に配置されたプラズマ生成装置とを有し、真空槽内に、誘電体で構成された処理対象物又は表面に誘電体膜が形成された処理対象物を配置し、前記プラズマ生成装置で生成した処理ガスのプラズマによって、前記処理対象物を真空処理する真空処理装置であって、前記処理対象物が配置される位置と、前記プラズマ生成装置との間には、イオンが通過する通過口を複数有する個別電極を二個以上有する補助電極が設けられ、前記各個別電極には、補助電源から、それぞれ異なる周波数の交流電圧が印加されるように構成され、前記二個以上の個別電極のうち、隣接する個別電極の縁と縁との距離は、重なる方向では最大２０ｍｍ以下、離間する方向では最大５ｍｍ以下にされた真空処理装置である。
本発明は真空処理装置であって、前記真空槽内には、前記真空槽と同電位の接地電極が配置され、前記処理対象物は、前記接地電極上に配置された真空処理装置である。
本発明は真空処理装置であって、前記処理ガスには、前記処理対象物表面をエッチングするエッチングガスが用いられた真空処理装置である。

本発明は上記のように構成されており、処理対象物に厚膜（例えば１０ｍｍ以上）の誘電体膜が形成されている場合や、処理対象物が誘電体材料で構成されている場合には、処理対象物を接地電極に密着配置しても接地電位には接続されず、そのままでは処理対象物にイオンが引き付けられない。

本発明では、プラズマ生成装置と処理対象物の間に補助電極が配置されており、プラズマ生成装置でイオン（プラズマ）を生成する時に、補助電極に交流電圧を印加しておけば、イオンは補助電極に引き付けられ、補助電極を中心として往復移動するイオンが処理対象物に入射することになる。
そのようなイオンは、拡散で入射するイオンに比べて高エネルギーであるから、エッチング用途の場合は処理対象物のエッチング速度が速くなり、成膜の用途では所望の膜質の薄膜が形成される。

基板の厚みが厚くても高エネルギーイオンの入射が可能なので、エッチングの用途ではエッチング速度が速くなり、成膜の用途では所望の膜質が得られる。個別電極のピーク電圧が小さいため、アーク放電が発生する虞が無くなる。複数の個別電極を用いるので、大型基板の処理が可能である。

図１の符号１は、本発明の一例の真空処理装置を示している。
この真空処理装置１は、真空槽２を有している。真空槽２の天井にはプラズマ生成装置１０が配置されている。
このプラズマ生成装置１０は、真空槽２の天井の一部を構成し、真空槽２の壁面と電気的に接続された電極板６を有している。

電極板６には複数のプラズマ生成孔９が形成されており、各プラズマ生成孔９内には、棒状電極１１がそれぞれ配置されている。各プラズマ生成孔９は円筒形、棒状電極１１は円柱状であり、棒状電極１１の中心軸線とプラズマ生成孔９の中心軸線とが一致するようにされており、各プラズマ生成孔９は同じ内径であり、各棒状電極１１は同じ直径であり、従って、棒状電極１１側面とプラズマ生成孔９の内周面とが、各同じ距離だけ離間されている。棒状電極１１と電極板６とは、誘電体(絶縁物)１４によって絶縁されている。各棒状電極１１は、プラズマ生成電源５に接続されており、このプラズマ生成電源５により、各棒状電極１１には、同じ大きさ、同じ周波数、同位相の高周波電圧が印加されるように構成されている。

真空槽２の底壁には、台２０（接地電極）が配置されている。台２０は金属製であり、ここでは真空槽２と同電位の接地電位に接続されている。
台２０とプラズマ生成孔９の間には、プラズマ生成孔９に近い位置に、生成源側網状電極１５が配置されており、台２０に近い位置には、補助電極２２が配置されている。
生成源側網状電極１５は、棒状電極１１とは非接触であり、真空槽２とは電気的に接続されている。
補助電極２２は、二個以上の複数の個別電極２１ａ、２１ｂによって構成されている。

各個別電極２１ａ、２１ｂは、平面形状が四角形の網状の電極である。台２０の周囲には、複数の支柱２５ａ、２５ｂが立設されており、各個別電極２１ａ、２１ｂはその四隅をそれぞれ異なる支柱２５ａ、２５ｂに取り付けられ、後述するように台２０上に配置された処理対象物の表面と、平行になるように配置されている。

個別電極２１ａ、２１ｂ相互間の位置関係を説明すると、各個別電極２１ａ、２１ｂは、幅２０ｍｍ以下の重なり幅で重なり合っているか、又は、５ｍｍ以下の隙間を隔てて離間されている。
重なり合っている場合は、隣接する個別電極２１ａ、２１ｂは、台２０の上下方向で１０ｍｍ以下の範囲で離間されており、いずれにしろ、各個別電極２１ａ、２１ｂ同士は接触しておらず、互いに異なる電圧を印加できるように構成されている。

真空槽２の外部には、補助電源３０が配置されている。補助電源３０には、それぞれ個別電極２１ａ、２１ｂと同数の、マッチングボックス３６ａ、３６ｂと個別電源３１ａ、３１ｂとが設けられている。
各個別電極２１ａ、２１ｂが取り付けられた四本の支柱２５ａ、２５ｂはそれぞれ同じマッチングボックス３６ａ、３６ｂに接続され、各マッチングボックス３６ａ、３６ｂを介して、個別電源３１ａ、３１ｂにそれぞれ接続されている。

また、補助電源３０には制御装置３５が設けられており、各個別電源３１ａ、３１ｂは制御装置３５に接続され、出力電圧と周波数と位相がそれぞれ制御されるように構成されている。

本発明では、各個別電極２１ａ、２１ｂには、同じ大きさで同じ周波数であるが、位相が異なる交流電圧を印加するように制御される。
この実施例では、個別電極２１ａ、２１ｂの枚数が二枚であり、０、π／２の位相の電圧が印加される。

真空槽２には真空排気系８が接続されており、その真空排気系８によって真空槽２内を真空排気し、真空槽２内に処理対象物を搬入し、台２０上に配置する。図１の符号７はその状態の処理対象物を示している。処理対象物７は特に限定されないが、一例を述べると、厚さ１２ｍｍ、一辺が１．５ｍの正方形の石英基板である。

各プラズマ生成孔９は、ガス供給源１８にそれぞれ接続されており、真空槽２と生成源側網状電極１５を接地電位に接続した状態でプラズマ生成電源５を起動し、各プラズマ生成孔９内の棒状電極１１に、高周波電圧を印加しながら各プラズマ生成孔９内に処理ガス(ここではエッチングガス)を導入すると、プラズマ生成孔９の壁面と棒状電極１１の側面との間に放電が生じ、各プラズマ生成孔９の内部で導入した処理ガスのプラズマが生成され、生成源側網状電極１５を通過し、個別電極２１ａ、２１ｂに到達する。

このとき、補助電源３０を起動しておき、各個別電極２１ａ、２１ｂに、棒状電極１１に印加される高周波電圧よりも低周波の交流電圧をそれぞれ印加する。一例を述べると、棒状電極１１に印加する高周波電圧が１００ＭＨｚ、３ｋＷの場合、各個別電極２１ａ、２１ｂに印加する低周波電圧は２００ｋＨｚ〜２ＭＨｚ、６ｋＷであるが、本発明はこれに限定されない。
各棒状電極１１には、同じ大きさで、同位相、同周波数の高周波電圧が印加される。

図２、図３の符号Aは、処理対象物７の縁を示している。図３に示すように、個別電極が重なり合っておらず、最大５ｍｍの距離で離間している場合は、その距離の分だけは覆われていないが、他の部分では、処理対象物７は、個別電極２１ａ、２１ｂで覆われている。
処理対象物７上の位置では、各個別電極２１ａ、２１ｂ毎に異なる位相の交流電圧が印加され、各個別電極２１ａ、２１ｂには、異なる時期にピーク電流が流れる。

従って、補助電源３０に流れるピーク電流が分散されるので、補助電源３０やプラズマ生成電源５が出力する電流のピークが、補助電極を一枚の電極で構成した場合に比べ、小さくなる。従って、補助電極２２を一枚の電極で構成した場合には、プラズマ生成源との間でアーク放電が生じていた場合であっても、本発明では、個別電極２１ａ、２１ｂのピーク電圧が小さいため、アーク放電が生じない。
棒状電極１１と台２０の間には生成源側網状電極１５が配置されているから、棒状電極１１に印加される高周波電圧は個別電極２１ａ、２１ｂに影響を与えない。

各個別電極２１ａ、２１ｂに印加される交流電圧は低周波であり、導入された処理ガスのイオンが個別電極２１ａ、２１ｂに印加される交流電圧により、個別電極２１ａ、２１ｂを中心として、交流電圧に追随して往復移動し、処理対象物７表面に入射すると、処理対象物７表面のエッチングが効率的に行なわれる。

上述したように、個別電極２１ａ、２１ｂは、重なり合っているか、離間していても５ｍｍ以下と、離間した距離が短いので、処理対象物７の表面には、個別電極２１ａと個別電極２１ｂの離間した位置であっても、処理ガスのイオンが入射し、エッチングが均一に行なわれる。

なお、上記実施例では、二枚の個別電極２１ａ、２１ｂで補助電極２２を構成したが、本発明はそれに限定されるものではなく、図４に示したように、三枚以上の個別電極２１ｃ〜２１ｅで補助電極２７を構成してもよい。
例えば四枚の個別電極で構成する場合、各個別電極には、０、π／４、π／２、(３π)／４の位相の電圧を印加すればよい。

以上は、各個別電極に同じ周波数の交流電圧を印加する場合について説明したが、本発明はこれに限定されず、各個別電極に互いに異なる周波数の交流電圧を印加してもよく、この場合も補助電源３０に流れるピーク電流を分散することができる。

三枚以上の個別電極２１ｃ〜２１ｅを重ね合わせて配置する場合、各個別電極２１ｃ〜２１ｃを全て異なる高さ（処理対象物７からの距離）に配置すると、個別電極の高さが低い程、その個別電極と対向する処理対象物７の部分ではイオン衝撃が大きく、個別電極の高さが高い程、その個別電極と対向する処理対象物７の部分ではイオン衝撃が小さくなり、高さの差が大きい程エッチング速度の差が大きくなる。

３枚以上の個別電極を重ね合わせて一列に並べる場合、個別電極を交互に高い面と低い面に配置すれば、個別電極の高さは二種類ですむ。更に、処理対象物７らの距離の上限と下限が予め設定されている場合は、その上限と下限の間で個別電極の高さを３段階以上に設定することができる。
個別電極２１ａ〜２１ｅの高さ（処理対象物７表面からの距離）は特に限定されないが、２０ｍｍ以上（例えば５０ｍｍ）であることが望ましい。

上記実施例では、プラズマ生成装置１０を用いたが、接地電極を台２０とし、台２０の上方に高周波電極を設けた平行平板型のプラズマ生成装置を用い、台２０と高周波電極に間に、複数の個別電極によって構成した補助電極を配置しても良い。

なお、本発明の個別電極は、金属製のワイヤーを網状に編んで構成した場合の他、平板状の薄い金属板に、複数の貫通孔を穿設して構成することもできる。また、網ではなく、櫛形であっても良い。要するに、個別電極は、処理ガスのイオンが通過できる通過口が複数均一に形成されていればよい。

また、処理対象物７を配置する台２０は、処理対象物７を保持できるように構成し、台２０を鉛直上方に配置し、補助電極２２とプラズマ生成装置１０とを、台２０の下方に配置した真空処理装置１も本発明に含まれる。

石英基板の表面に薄膜が形成された３種類の処理対象物７を作成し、本発明の真空処理装置１を用いて各処理対象物７の薄膜をエッチングした。ここでは、棒状電極１１の数は４本とし、エッチング時間はそれぞれ３分間とした。

処理対象物７の厚さ（石英基板の膜厚と薄膜の膜厚の合計）と、平面形状の大きさと、薄膜の種類を下記表１の「処理対象物」の欄に記載し、エッチングガスの種類及び流量と、真空槽２の内部圧力と、各棒状電極１１及び各個別電極２１ａ、２１ｂに投入した交流電圧の周波数及び電力を下記表１の「エッチング条件」の欄に記載し、エッチング速度と、エッチングの後の膜厚分布（均一性）を下記表１の「測定結果」の欄に記載する。

上記表１の「棒状電極」の欄のボルト数は、高周波電圧の正の最大値と負の最大値との差（ピークｔｏピーク）である。また、処理対象物７の薄膜がＳｉ層と、熱酸化膜の場合は、個別電極に上記表１の「棒状電極」の欄に記載した範囲で互いに異なる周波数の交流電圧を印加し、薄膜がＣｒ層の場合は各個別電極に同じ周波数の交流電圧を印加し、位相を変えた。

上記表１から明らかなように、各処理対象物７はエッチング速度が速く、しかもエッチング後の膜厚分布も均一であった。このことから、本発明の真空処理装置１を用いれば、エッチング速度が速く、エッチングむらも起こらないことが確認された。
尚、薄膜がＣｒ層の処理対象物７について、フォトレジストに対する選択性（Ｃｒのエッチング速度／フォトレジストのエッチング速度）も測定したところ、その選択性は１．８であった。

本発明の真空処理装置の一例を示す断面図 個別電極の配置の第一例を説明する平面図 個別電極の配置の第二例を説明する平面図 個別電極の配置の第三例を説明する平面図

符号の説明

１……真空処理装置 ２……真空槽 ７……処理対象物 １０……プラズマ生成装置 ２０……台（接地電極） ２１ａ〜２１ｅ……個別電極 ２２……補助電極 ２５ａ〜２５ｅ……支柱 ３０……補助電源

Claims (4)

1. 真空槽と、
   前記真空槽内に配置されたプラズマ生成装置とを有し、
   真空槽内に、誘電体で構成された処理対象物又は表面に誘電体膜が形成された処理対象物を配置し、前記プラズマ生成装置で生成した処理ガスのプラズマによって、前記処理対象物を真空処理する真空処理装置であって、
   前記処理対象物が配置される位置と、前記プラズマ生成装置との間には、イオンが通過する通過口を複数有する個別電極を二個以上有する補助電極が設けられ、
   前記各個別電極には、補助電源から、それぞれ異なる位相の交流電圧が印加されるように構成され、
   前記二個以上の個別電極のうち、隣接する個別電極の縁と縁との距離は、重なる方向では最大２０ｍｍ以下、離間する方向では最大５ｍｍ以下にされた真空処理装置。
2. 真空槽と、
   前記真空槽内に配置されたプラズマ生成装置とを有し、
   真空槽内に、誘電体で構成された処理対象物又は表面に誘電体膜が形成された処理対象物を配置し、前記プラズマ生成装置で生成した処理ガスのプラズマによって、前記処理対象物を真空処理する真空処理装置であって、
   前記処理対象物が配置される位置と、前記プラズマ生成装置との間には、イオンが通過する通過口を複数有する個別電極を二個以上有する補助電極が設けられ、
   前記各個別電極には、補助電源から、それぞれ異なる周波数の交流電圧が印加されるように構成され、
   前記二個以上の個別電極のうち、隣接する個別電極の縁と縁との距離は、重なる方向では最大２０ｍｍ以下、離間する方向では最大５ｍｍ以下にされた真空処理装置。
3. 前記真空槽内には、前記真空槽と同電位の接地電極が配置され、
   前記処理対象物は、前記接地電極上に配置された請求項１又は請求項２のいずれか１項記載の真空処理装置。
4. 前記処理ガスには、前記処理対象物表面をエッチングするエッチングガスが用いられた請求項１乃至請求項３のいずれか１項記載の真空処理装置。

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