JP6317138B2 - High frequency plasma processing apparatus and high frequency plasma processing method - Google Patents
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Description
本発明は、被処理基板に高周波電力を用いてプラズマ処理を施す高周波プラズマ処理装置および高周波プラズマ処理方法に関する。 The present invention relates to a high frequency plasma processing apparatus and a high frequency plasma processing method for performing plasma processing on a substrate to be processed using high frequency power.
半導体基板や液晶表示装置(LCD)等のフラットパネルディスプレイ(FPD)の製造工程においては、基板にプラズマエッチングや成膜処理等のプラズマ処理を行う工程が存在し、このようなプラズマ処理を行うためにプラズマエッチング装置やプラズマCVD装置等の種々のプラズマ処理装置が用いられる。プラズマ処理装置としては、高周波電力を用いてプラズマを生成するものが一般的である。 In a manufacturing process of a flat panel display (FPD) such as a semiconductor substrate or a liquid crystal display device (LCD), there is a step of performing plasma processing such as plasma etching or film formation on the substrate, and such plasma processing is performed. In addition, various plasma processing apparatuses such as a plasma etching apparatus and a plasma CVD apparatus are used. A plasma processing apparatus generally generates plasma using high-frequency power.
高周波電力を用いたプラズマ処理装置としては、近時、高真空度で高密度のプラズマを得ることができるという大きな利点を有する誘導結合プラズマ(Inductively Coupled Plasma:ICP)処理装置が注目されている。 As a plasma processing apparatus using high-frequency power, an inductively coupled plasma (ICP) processing apparatus having a great advantage that a high-density plasma can be obtained with a high degree of vacuum has recently attracted attention.
誘導結合プラズマ処理装置としては、被処理基板を収容する処理容器の天壁を構成する誘電体窓の上側にアンテナ室を設けて、その中に高周波アンテナを配置し、処理容器内に処理ガスを供給するとともにこの高周波アンテナに高周波電力を供給することにより、処理容器内に誘導結合プラズマを生じさせ、この誘導結合プラズマによって被処理基板に所定のプラズマ処理を施すものが知られている(例えば特許文献1)。 As an inductively coupled plasma processing apparatus, an antenna chamber is provided on the upper side of a dielectric window that constitutes the top wall of a processing container that accommodates a substrate to be processed, a high-frequency antenna is disposed therein, and a processing gas is introduced into the processing container. In addition, a high frequency power is supplied to the high frequency antenna to generate inductively coupled plasma in the processing vessel, and a predetermined plasma treatment is performed on the substrate to be processed by the inductively coupled plasma (for example, patents). Reference 1).
ところで、アンテナ室内の高周波アンテナは、絶縁物で押さえられているが、高周波アンテナに高周波電力を印加した際に、主に絶縁物の部分で沿面放電が生じることがあることが判明した。沿面放電が生じると、絶縁物の劣化が進み絶縁破壊等につながる可能性がある。 By the way, although the high frequency antenna in the antenna chamber is held by an insulator, it has been found that creeping discharge may occur mainly in the portion of the insulator when high frequency power is applied to the high frequency antenna. When creeping discharge occurs, there is a possibility that the deterioration of the insulator progresses and leads to dielectric breakdown.
このような沿面放電は、誘導結合プラズマ処理装置に限らず、平行平板型の容量結合プラズマ処理装置において、高周波電力が印加される電極を押さえる絶縁物の部分にも生じることがある。 Such creeping discharges may occur not only in the inductively coupled plasma processing apparatus, but also in an insulating portion that holds an electrode to which high frequency power is applied in a parallel plate type capacitively coupled plasma processing apparatus.
本発明は、かかる事情に鑑みてなされたものであって、高周波電力が印加される電極に接触する絶縁物の部分で沿面放電が生じ難い高周波プラズマ処理装置および高周波プラズマ処理方法を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of such circumstances, and provides a high-frequency plasma processing apparatus and a high-frequency plasma processing method in which creeping discharge is unlikely to occur in an insulating portion that contacts an electrode to which high-frequency power is applied. Objective.
上記課題を解決するため、本発明の第1の観点は、絶縁物に接触した電極を有し、前記電極に高周波電力を印加し、それにより生じたプラズマにより基板をプラズマ処理する高周波プラズマ処理装置であって、基板に対してプラズマ処理を行う処理室と、前記絶縁物に接触した状態の前記電極を収容する電極収容部と、前記電極に高周波電力を印加する高周波電源と、前記電極収容部内の湿度を、前記電極収容部内で沿面放電が生じないように調整する湿度調整手段とを具備し、前記湿度調整手段は、前記電極収容部に乾燥気体を供給する乾燥気体供給機構を有し、かつ、前記電極収容部内の湿度を測定する湿度計と、前記乾燥気体供給機構から前記電極収容部に乾燥気体が供給された際に、前記湿度計の測定値が所定の閾値を超えている場合に、前記高周波電源の作動を許可せず、前記湿度計の測定値が前記閾値以下の場合に前記高周波電源の作動を許可する放電防止部とをさらに具備することを特徴とする高周波プラズマ処理装置を提供する。 In order to solve the above-mentioned problems, a first aspect of the present invention is a high-frequency plasma processing apparatus having an electrode in contact with an insulator, applying high-frequency power to the electrode, and plasma-treating the substrate with plasma generated thereby. A treatment chamber for performing plasma treatment on the substrate, an electrode housing portion for housing the electrode in contact with the insulator, a high-frequency power source for applying high-frequency power to the electrode, and the inside of the electrode housing portion Humidity adjustment means for adjusting the humidity of the electrode housing portion so that creeping discharge does not occur , the humidity adjustment means has a dry gas supply mechanism for supplying a dry gas to the electrode housing portion, And when the dry gas is supplied to the electrode housing part from the dry gas supply mechanism and the hygrometer for measuring the humidity in the electrode housing part, the measured value of the hygrometer exceeds a predetermined threshold value. In the not allow the operation of the high frequency power source, high-frequency plasma processing apparatus the measured value of the humidity meter, characterized by further comprising a discharge preventing portion for permitting the operation of the high frequency power source in the case of equal to or smaller than the threshold value I will provide a.
本発明の第2の観点は、絶縁物に接触した電極を有し、前記電極に高周波電力を印加し、それにより生じたプラズマにより基板をプラズマ処理する高周波プラズマ処理装置であって、基板に対してプラズマ処理を行う処理室と、前記絶縁物に接触した状態の前記電極を収容する電極収容部と、前記電極に高周波電力を印加する高周波電源と、前記電極収容部内の湿度を、前記電極収容部内で沿面放電が生じないように調整する湿度調整手段とを具備し、前記湿度調整手段は、前記電極収容部に乾燥気体を供給する乾燥気体供給機構を有し、かつ、前記電極収容部に前記乾燥気体が供給される際の流量を測定する流量センサと、乾燥気体供給機構から前記電極収容部に所定流量で乾燥気体を流した際における、前記電極収容部内の湿度が所定の閾値以下になるまでの必要時間が設定され、前記流量センサが前記所定流量となった後、前記必要時間経過するまでは前記高周波電源の作動を許可せず、前記必要時間経過後に前記高周波電源の作動を許可する放電防止部とをさらに具備することを特徴とする高周波プラズマ処理装置を提供する。 A second aspect of the present invention is a high-frequency plasma processing apparatus that has an electrode in contact with an insulator, applies high-frequency power to the electrode, and plasma-processes the substrate with the plasma generated thereby. A plasma processing chamber, an electrode housing portion that houses the electrode in contact with the insulator, a high-frequency power source that applies high-frequency power to the electrode, and humidity in the electrode housing portion. Humidity adjusting means for adjusting so as not to cause creeping discharge in the section, the humidity adjusting means has a dry gas supply mechanism for supplying dry gas to the electrode accommodating portion, and the electrode accommodating portion A flow rate sensor for measuring a flow rate when the dry gas is supplied, and a humidity in the electrode housing portion when the dry gas is flowed from the dry gas supply mechanism to the electrode housing portion at a predetermined flow rate is predetermined. The required time until the value becomes less than or equal to the value is set, and after the flow rate sensor reaches the predetermined flow rate, the operation of the high frequency power supply is not permitted until the required time has elapsed, and after the required time has elapsed, There is provided a high-frequency plasma processing apparatus, further comprising a discharge prevention unit that permits operation.
上記第2の観点において、前記放電防止部は、前記流量センサにより乾燥気体の流量異常が検出され、その異常時間が所定時間を超えた場合に、前記高周波電源の作動を許可しないようにすることができる。 In the second aspect, the discharge prevention unit does not allow the operation of the high-frequency power supply when an abnormal flow rate of the dry gas is detected by the flow sensor and the abnormal time exceeds a predetermined time. Can do.
前記第1および第2の観点において、前記高周波プラズマ処理装置は、誘導結合プラズマ処理装置であり、前記電極は、前記処理室内に誘導磁界を形成する高周波アンテナであり、前記電極収容部は、前記処理室の上方に設けられた、前記高周波アンテナを収容するアンテナ室である構成とすることができる。 In the first and second aspects, the high-frequency plasma processing apparatus is an inductively coupled plasma processing apparatus, the electrode is a high-frequency antenna that forms an induction magnetic field in the processing chamber, and the electrode housing portion It can be set as the structure which is the antenna chamber which accommodates the said high frequency antenna provided above the process chamber.
本発明の第3の観点は、絶縁物に接触した電極に高周波電源から高周波電力を印加し、それにより生じたプラズマにより処理室内の基板をプラズマ処理する高周波プラズマ処理方法であって、前記絶縁物に接触した状態の前記電極を電極収容部に収容し、前記電極収容部内の湿度を、前記電極収容部内で沿面放電が生じないように調整しつつ、プラズマ処理を行い、前記湿度の調整は、前記電極収容部に乾燥気体を供給することにより行われ、前記電極収容部内の湿度を湿度計により測定し、前記電極収容部に乾燥気体が供給された際に、前記湿度計の測定値が所定の閾値を超えている場合に、前記高周波電源の作動を許可せず、前記湿度計の測定値が前記閾値以下の場合に前記高周波電源の作動を許可することを特徴とする高周波プラズマ処理方法を提供する。 According to a third aspect of the present invention, there is provided a high-frequency plasma processing method for applying a high-frequency power from a high-frequency power source to an electrode in contact with an insulator, and plasma-treating a substrate in a processing chamber by plasma generated thereby. the electrode of the contact state accommodated in the electrode accommodating portion, the humidity in the electrode accommodating unit, while adjusting to creeping discharge in the electrode receptacle does not occur, have rows plasma treatment, adjustment of the humidity The measurement is performed by supplying a dry gas to the electrode housing portion, and measuring the humidity in the electrode housing portion with a hygrometer, and when the dry gas is supplied to the electrode housing portion, the measured value of the hygrometer is If it exceeds the predetermined threshold value, the not allow the operation of the high frequency power source, high-frequency plasma measurements of the hygrometer and permits the operation of the high frequency power source in the case of equal to or smaller than the threshold value To provide a management method.
本発明の第4の観点は、絶縁物に接触した電極に高周波電源から高周波電力を印加し、それにより生じたプラズマにより処理室内の基板をプラズマ処理する高周波プラズマ処理方法であって、前記絶縁物に接触した状態の前記電極を電極収容部に収容し、前記電極収容部内の湿度を、前記電極収容部内で沿面放電が生じないように調整しつつ、プラズマ処理を行い、前記湿度の調整は、前記電極収容部に乾燥気体を供給することにより行われ、前記電極収容部に前記乾燥気体が供給される際の流量を流量センサにより測定し、前記電極収容部に所定流量で乾燥気体を流した際における、前記電極収容部内の湿度が所定の閾値以下になるまでの必要時間を設定しておき、前記流量センサが前記所定流量となった後、前記必要時間経過するまでは前記高周波電源の作動を許可せず、前記必要時間経過後に前記高周波電源の作動を許可することを特徴とする高周波プラズマ処理方法を提供する。 According to a fourth aspect of the present invention, there is provided a high-frequency plasma processing method in which high-frequency power is applied from a high-frequency power source to an electrode in contact with an insulator, and plasma processing is performed on a substrate in a processing chamber by plasma generated thereby. The electrode in a state of contact with the electrode is accommodated in an electrode accommodating portion, the humidity in the electrode accommodating portion is adjusted so that creeping discharge does not occur in the electrode accommodating portion, plasma treatment is performed, and the humidity adjustment is performed as follows: This is performed by supplying a dry gas to the electrode housing portion, and a flow rate when the dry gas is supplied to the electrode housing portion is measured by a flow sensor, and the dry gas is caused to flow through the electrode housing portion at a predetermined flow rate. The required time until the humidity in the electrode housing part becomes equal to or lower than a predetermined threshold is set, and after the flow rate sensor reaches the predetermined flow rate, the required time elapses. Serial not allow the operation of high-frequency power source, to provide a high frequency plasma processing method and permits the operation of the high frequency power supply after the lapse the time required.
上記第4の観点において、前記流量センサにより乾燥気体の流量異常が検出され、その異常時間が所定時間を超えた場合に、前記高周波電源の作動を許可しないようにすることができる。 In the fourth aspect, when the flow rate abnormality of the dry gas is detected by the flow rate sensor and the abnormal time exceeds a predetermined time, the operation of the high-frequency power source can not be permitted.
上記第3および第4の観点において、前記高周波プラズマは、誘導結合プラズマであり、前記電極は、前記処理室内に誘導磁界を形成する高周波アンテナであり、前記電極収容部は、前記処理室の上方に設けられた、前記高周波アンテナを収容するアンテナ室である構成とすることができる。 In the third and fourth aspects, the high-frequency plasma is inductively coupled plasma, the electrode is a high-frequency antenna that forms an induction magnetic field in the processing chamber, and the electrode housing portion is located above the processing chamber. It can be set as the structure which is the antenna room which accommodates the said high frequency antenna provided in.
本発明によれば、電極収容部内の湿度を、前記電極収容部内で沿面放電が生じないように調整する湿度調整手段を設けたので、電極収容部内で沿面放電が生じることを極めて有効に抑制することができる。 According to the present invention, since the humidity adjusting means for adjusting the humidity in the electrode housing portion so as to prevent the occurrence of the creeping discharge in the electrode housing portion is provided, the occurrence of the creeping discharge in the electrode housing portion is extremely effectively suppressed. be able to.
以下、添付図面を参照して、本発明の実施形態について説明する。
図1は本発明の一実施形態に係る高周波プラズマ処理装置を示す断面図である。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings.
FIG. 1 is a sectional view showing a high-frequency plasma processing apparatus according to an embodiment of the present invention.
この高周波プラズマ処理装置は、誘導結合プラズマ装置として構成され、例えば液晶ディスプレイ(LCD)、エレクトロルミネセンス(Electro Luminescence;EL)ディスプレイ等のFPD用基板上に薄膜トランジスターを形成する際のメタル膜、ITO膜、酸化膜等のエッチングや、レジスト膜のアッシング処理に用いられる。 This high-frequency plasma processing apparatus is configured as an inductively coupled plasma apparatus. For example, a metal film for forming a thin film transistor on an FPD substrate such as a liquid crystal display (LCD), an electroluminescence (EL) display, etc., ITO It is used for etching of films, oxide films, etc., and ashing of resist films.
この高周波プラズマ処理装置は、導電性材料、例えば、内壁面が陽極酸化処理されたアルミニウムからなる角筒形状の気密な本体容器1を有する。この本体容器1は分解可能に組み立てられており、接地線1aにより電気的に接地されている。本体容器1は、誘電体壁(誘電体窓)2により上下にアンテナ室3および処理室4に区画されている。したがって、誘電体壁2は処理室4の天壁として機能する。誘電体壁2は、Al2O3等のセラミックス、石英等で構成されている。
This high-frequency plasma processing apparatus has a rectangular tube-shaped airtight
誘電体壁2の下側部分には、処理ガス供給用のシャワー筐体11が嵌め込まれている。シャワー筐体11は例えば十字状に設けられており、誘電体壁2を下から支持する梁としての機能を有する。誘電体壁2はシャワー筐体11により分割されていてもよい。シャワー筐体11は、複数本のサスペンダ(図示せず)により本体容器1の天井に吊されている。
A
このシャワー筐体11は導電性材料で構成されている。このシャワー筐体11は電気的に接地されている。
The
このシャワー筐体11には水平に伸びるガス流路12が形成されており、このガス流路12には、下方に向かって延びる複数のガス吐出孔12aが連通している。一方、誘電体壁2の上面中央には、このガス流路12に連通するようにガス供給管20aが設けられている。ガス供給管20aは、本体容器1の天井からその外側へ貫通し、処理ガス供給源およびバルブシステム等を含む処理ガス供給系20に接続されている。したがって、プラズマ処理においては、処理ガス供給系20から供給された処理ガスがガス供給管20aを介してシャワー筐体11内に供給され、その下面のガス吐出孔12aから処理室4内へ吐出される。
The
本体容器1におけるアンテナ室3の側壁3aと処理室4の側壁4aとの間には内側に突出する支持棚5が設けられており、この支持棚5の上に誘電体壁2が載置される。
A
アンテナ室3内には、高周波電極である高周波(RF)アンテナ13が設けられている。高周波アンテナ13には、給電線19が接続されており、給電線には整合器14および高周波電源15が接続されている。高周波アンテナ13は、例えば渦巻き状をなす平面アンテナとして構成されている。この高周波アンテナ13を構成するアンテナ線13aは、絶縁物17に支持されるとともに絶縁物17に押さえられ、互いに絶縁されるようになっている。そして、高周波アンテナ13に、高周波電源15から例えば周波数が13.56MHzの高周波電力が供給されることにより、処理室4内に誘導電界が生成され、この誘導電界によりシャワー筐体11から供給された処理ガスがプラズマ化される。絶縁物17の材料は、特に限定されないが、比較的剛性の高い樹脂材料、例えばポリエーテルイミド(PEI)樹脂(商品名:ウルテム(登録商標))を好適に用いることができる。
In the
処理室4内の下方には、誘電体壁2を挟んで高周波アンテナ13と対向するように、矩形状のFPD用基板(以下単に基板と記す)Gを載置するための載置台23が設けられている。載置台23は、導電性材料、例えば表面が陽極酸化処理されたアルミニウムで構成されている。載置台23に載置された基板Gは、静電チャック(図示せず)により吸着保持される。
A mounting table 23 for mounting a rectangular FPD substrate (hereinafter simply referred to as a substrate) G is provided below the
載置台23は絶縁体枠24内に収納され、さらに、中空の支柱25に支持される。支柱25は本体容器1の底部を貫通し、本体容器1外に配設された昇降機構(図示せず)に支持され、基板Gの搬入出時に昇降機構により載置台23が上下方向に駆動される。載置台23を収納する絶縁体枠24と本体容器1の底部との間には、支柱25を気密に包囲するベローズ26が配設されており、これにより、載置台23の上下動によっても処理室4内の気密性が保証される。また処理室4の側壁4aには、基板Gを搬入出するための搬入出口27aおよびそれを開閉するゲートバルブ27が設けられている。
The mounting table 23 is housed in an
載置台23には、中空の支柱25内に設けられた給電線25aにより、整合器28を介して高周波電源29が接続されている。この高周波電源29は、プラズマ処理中に、バイアス用の高周波電力、例えば周波数が6MHzの高周波電力を載置台23に印加する。このバイアス用の高周波電力により生成されたセルフバイアスによって、処理室4内に生成されたプラズマ中のイオンが効果的に基板Gに引き込まれる。
A high
さらに、載置台23内には、基板Gの温度を制御するため、セラミックヒータ等の加熱手段や冷媒流路等からなる温度制御機構と、温度センサとが設けられている(いずれも図示せず)。これらの機構や部材に対する配管や配線は、いずれも中空の支柱25を通して本体容器1外に導出される。
Furthermore, in order to control the temperature of the substrate G, a temperature control mechanism including a heating means such as a ceramic heater, a refrigerant flow path, and the like, and a temperature sensor are provided in the mounting table 23 (both not shown). ). Piping and wiring for these mechanisms and members are all led out of the
処理室4の底部には、排気管31を介して真空ポンプ等を含む排気装置30が接続される。この排気装置30により、処理室4が排気され、プラズマ処理中、処理室4内が所定の真空雰囲気(例えば1.33Pa)に設定、維持される。
An
載置台23に載置された基板Gの裏面側には冷却空間(図示せず)が形成されており、一定の圧力の熱伝達用ガスとしてHeガスを供給するためのHeガス流路41が設けられている。このように基板Gの裏面側に熱伝達用ガスを供給することにより、真空下において基板Gの温度上昇や温度変化を回避することができるようになっている。
A cooling space (not shown) is formed on the back side of the substrate G mounted on the mounting table 23, and a He
本実施形態の高周波プラズマ処理装置は、アンテナ室3内の湿度を調整する湿度調整手段としてドライエア供給機構58を有している。ドライエア供給機構58は、ドライエア供給源51と、ドライエア配管52と、流量調節バルブ53とを有している。ドライエア供給機構58では、ドライエア供給源51からドライエア配管52を介してアンテナ室3内にドライエアを供給し、流量調節バルブ53でドライエアの流量を調節することにより、アンテナ室3内の湿度を低下させることが可能となっている。
The high-frequency plasma processing apparatus of the present embodiment has a dry
ドライエア配管52には流量センサ54が設けられている。流量センサ54は、実際に必要量のドライエアが供給されているかをモニタするモニタ手段として用いられる。アンテナ室3には、その中の湿度を測定する湿度計56が設けられている。
The dry air piping 52 is provided with a
アンテナ室3には開閉可能なカバー33が設けられており、その側部には排気ポート55が設けられている。排気ポート55には、アンテナ室3内に供給される高周波を遮蔽するためのパンチングプレートまたは排気ファン等が設けられ、外部から高湿度のエアの流入を極力抑えつつ排気することができる構造となっている。排気ポート55を設けずにアンテナ室3を密閉してもよい。
The
流量センサ54の情報および湿度計56の情報は、放電防止部57に入力され、ドライエアの流量が規定量以下のとき、またはアンテナ室3内の湿度が所定の閾値を超えたとき、高周波電源15が作動しないように高周波電源15にインターロック信号を出力するようになっている。さらに、放電防止部57から流量調節バルブ53に制御信号を与えることが可能となっている。
The information of the
高周波プラズマ処理装置の各構成部、例えばガス供給系、高周波電源15および29、排気装置30等は、全体制御部60により制御されるようになっている。全体制御部60は、マイクロプロセッサ(コンピュータ)からなる本体部と、本体部に接続されたユーザーインターフェース部および記憶部とを有する。ユーザーインターフェース部は、オペレータによるプラズマ処理装置を管理するためのコマンド入力等の入力操作を行うキーボードや、プラズマ処理装置の稼働状況を可視化して表示するディスプレイ等からなる。記憶部は、高周波プラズマ処理装置で実行される各種処理を本体部の制御にて実現するための制御プログラムや、処理条件に応じてプラズマ処理装置の各構成部に処理を実行させるためのプログラムすなわち処理レシピが格納されたている。処理レシピ等のプログラムは、記憶部の中の記憶媒体に記憶されている。記憶媒体は、コンピュータに内蔵されたハードディスクであってもよいし、CDROMやフラッシュメモリ等の可搬性のものであってもよい。また、他の装置から、例えば専用回線を介してレシピを適宜伝送させるようにしてもよい。そして、ユーザーインターフェースからの指示等にて所定の処理レシピが記憶部から呼び出されて高周波プラズマ処理装置により所定の処理が実行される。
Each component of the high-frequency plasma processing apparatus, for example, the gas supply system, the high-
次に、以上のように構成される高周波プラズマ処理装置を用いて基板Gに対してプラズマ処理、例えばプラズマエッチング処理を施す際の処理動作について説明する。 Next, a processing operation when performing plasma processing, for example, plasma etching processing, on the substrate G using the high-frequency plasma processing apparatus configured as described above will be described.
まず、ゲートバルブ27を開にした状態で搬入出口27aから搬送機構(図示せず)により基板Gを処理室4内に搬入し、載置台23の載置面に載置した後、静電チャック(図示せず)により基板Gを載置台23上に固定する。次に、処理室4内に処理ガス供給系20から供給される処理ガスをシャワー筐体11のガス吐出孔12aから処理室4内に吐出させるとともに、排気装置30により排気管31を介して処理室4内を真空排気することにより、処理室内を例えば0.66〜26.6Pa程度の圧力雰囲気に維持する。
First, the substrate G is loaded into the
また、このとき基板Gの裏面側の冷却空間には、基板Gの温度上昇や温度変化を回避するために、Heガス流路41を介して、熱伝達用ガスとしてHeガスを供給する。
At this time, He gas is supplied to the cooling space on the back side of the substrate G as a heat transfer gas via the He
次いで、高周波電源15から例えば13.56MHzの高周波を高周波電極である高周波アンテナ13に印加し、これにより誘電体壁2を介して処理室4内に均一な誘導電界を生成する。このようにして生成された誘導電界により、処理室4内で処理ガスがプラズマ化し、高密度の誘導結合プラズマが生成される。このプラズマにより、基板Gに対してプラズマ処理として、例えばプラズマエッチング処理が行われる。
Next, a high frequency of, for example, 13.56 MHz is applied from the high
ところで、このようなプラズマ処理を行う際に、従来から、アンテナ室内において高周波電極である高周波アンテナに沿面放電が生じることが問題となっていた。沿面放電とは、絶縁物上に置いた電極に高電圧を印加した際に、絶縁物の表面に沿って放電が生じる現象である。すなわち、図1の装置において、アンテナ室3内において、高周波アンテナ13は、アンテナ線13aが絶縁物17に支持された状態で取り付けられているため、高周波電源15から高電圧の高周波電力が印加されると、絶縁物17に沿って放電が生じることがある。
By the way, when performing such plasma processing, it has been a problem that creeping discharge is generated in a high-frequency antenna that is a high-frequency electrode in the antenna chamber. Creeping discharge is a phenomenon in which discharge occurs along the surface of an insulator when a high voltage is applied to an electrode placed on the insulator. That is, in the apparatus of FIG. 1, in the
この沿面放電が生じる原因は、装置が設置されるクリーンルーム内の湿度が高いことにあることが判明した。すなわち、クリーンルーム内は、静電気を防止するために、比較的高い湿度に維持されており、そのため、アンテナ室において、沿面放電が生じやすくなることが判明した。 It has been found that the cause of the creeping discharge is that the humidity in the clean room where the apparatus is installed is high. That is, it has been found that the clean room is maintained at a relatively high humidity in order to prevent static electricity, and therefore creeping discharge is likely to occur in the antenna room.
低湿度では、電極間において空間放電が発生する。その際の電極間の耐圧は空間距離により決まり、およそ1kV/mmであり、それを超えると放電が生じる。しかし、湿度が高くなると空間放電の耐圧が低下し、さらに湿度が高くなると空間放電が生じる電圧の1/5程度の電圧で沿面放電が生じるようになる。このことを確認するために、図2のように、絶縁物101の上に20mmの間隔をおいて電極102を配置し、その上にスリット103を有する絶縁物104を配置したテストピースを用い、温度25℃において電極102間に電圧を印加し、沿面放電が生じるようになる湿度について実験した。なお、絶縁物101,104としては、ポリエーテルイミド(PEI)樹脂(商品名:ウルテム(登録商標))を用いた。その結果、図3に示すように、湿度(相対湿度)が50%を超えると急激に耐圧が低下し、沿面放電が生じることが確認された。また、温度を変化させて水蒸気量(絶対湿度)と耐電圧との関係を調査した結果、図4(a),(b)に示すように、25℃において耐圧が低下する(沿面放電が生じる)水蒸気量であっても、温度を上昇させて相対湿度を低下させると耐圧が高く維持されていることが確認された。このことから、沿面放電に寄与しているのは絶対湿度ではなく、相対湿度であることが判明した。さらに、図5に示すように、沿面放電が生じる湿度になると、電極(導電体)間距離を広くしても耐圧はあまり変化しないことが判明した。
At low humidity, space discharge occurs between the electrodes. In this case, the withstand voltage between the electrodes is determined by the spatial distance, and is approximately 1 kV / mm. However, when the humidity increases, the withstand voltage of the space discharge decreases, and when the humidity increases further, creeping discharge occurs at a voltage about 1/5 of the voltage at which the space discharge occurs. In order to confirm this, as shown in FIG. 2, a test piece in which an
そこで、本実施形態では、アンテナ室3内の湿度を調整する湿度調整手段としてドライエア供給機構58を設け、アンテナ室3内の湿度(相対湿度)を沿面放電が生じ難い値になるように管理する。
Therefore, in the present embodiment, a dry
具体的な手法として、第1の手法は、アンテナ室3のカバー33を閉め、ドライエア供給源51から所定流量でドライエアを流し、湿度計56によりアンテナ室3の湿度(相対湿度)を測定し、その測定値を放電防止部57に送り、放電防止部57においてその湿度の測定値がアンテナ室3内で沿面放電しない閾値として設定された値を超えているか否かを判断し、その値が閾値以下になるまでは、放電防止部57から高周波電源15が作動しないようにインターロック信号を出力し、湿度計56の測定値が閾値以下になったらインターロック解除信号を出力し、高周波電源15を作動可能状態(レディ状態)とする。
As a specific method, the first method closes the
湿度計56の測定値が閾値以下になった後、継続して湿度計56によりアンテナ室3内の湿度を測定し、その測定値がアンテナ室3内で沿面放電しない閾値として設定された値を超えない所定値になるように、放電防止部57により流量調整バルブ53を制御してドライエア供給源51からのドライエアの流量をリアルタイムで制御するようにしてもよい。
After the measured value of the
第2の手法は、アンテナ室3のカバー33を閉め、ドライエア供給源51から所定流量でドライエアを流した際に、アンテナ室3内の湿度が所定の閾値以下になるまでの時間をあらかじめ把握して放電防止部57に設定しておき、実際にアンテナ室3のカバーを閉め、ドライエア供給源51からドライエアを供給し、流量センサ54が所定流量となった後、設定時間経過するまでは、放電防止部57から高周波電源15が作動しないようにインターロック信号を出力し、設定時間経過後にインターロック解除信号を出力し、高周波電源15を作動可能状態(レディ状態)とする。
In the second method, when the
一方、流量センサ54によりドライエア流量異常(ドライエアが流れていない、またはドライエアの流量が規定量より少ない)を検出した場合、その異常時間が所定時間を超えると、湿度が閾値を超えてしまうため、あらかじめその時間を放電防止部57に設定しておき、異常時間が設定時間を超えた場合に高周波電源15を作動させない(プラズマを生成させない)ようにインターロック信号を出力する。
On the other hand, if the
この第2の手法では、第1の手法で用いた湿度計を用いずに湿度管理を行うことができる。また、第1の手法と第2の手法とを併用してもよい。 In the second method, humidity management can be performed without using the hygrometer used in the first method. Further, the first method and the second method may be used in combination.
以上の第1の手法または第2の手法を用いてアンテナ室3内の湿度を閾値以下に管理することにより、アンテナ室3内で沿面放電が生じることを極めて有効に抑制することができる。
By managing the humidity in the
上記いずれの手法においても、上述した図3に示すように、湿度(相対湿度)が50%以下であれば沿面放電の発生を抑制することができる。図3の結果は、絶縁物としてポリエーテルイミド(PEI)樹脂(商品名:ウルテム(登録商標))を用いた場合の結果であり、沿面放電の生じやすさは、絶縁物の材質(吸水率等)によっても変化するが、材料にかかわらず、ほぼ湿度が50%以下であれば沿面放電が生じ難いことが判明している。 In any of the above methods, as shown in FIG. 3 described above, the occurrence of creeping discharge can be suppressed if the humidity (relative humidity) is 50% or less. The results in FIG. 3 are the results when polyetherimide (PEI) resin (trade name: Ultem (registered trademark)) is used as an insulator. The ease of creeping discharge is determined by the material of the insulator (water absorption rate). However, it has been found that creeping discharge hardly occurs when the humidity is approximately 50% or less regardless of the material.
したがって、アンテナ室3内の湿度は50%以下とすればよいが、材料によらず、安定的に沿面放電を抑制する効果を得る観点からは、湿度40%以下が好ましく、さらには30%以下が好ましい。さらに、沿面放電を確実に防止する観点から、20%以下が一層好ましい。
Therefore, the humidity in the
なお、絶縁物17としては、吸水率が小さいもののほうが沿面放電が生じ難い傾向にあり、その点からは吸水率が0.18〜0.28%のウルテム(登録商標)より吸水率がほぼ0のテフロン(登録商標)のほうが好ましいが、テフロン(登録商標)は、熱膨張係数が大きく柔らかい材料であるため、高周波アンテナ13を押さえる用途に適していない。このためアンテナを押さえる用途にはウルテム(登録商標)のほうが好ましい。
As the
本実施形態において、アンテナ室3内の湿度を管理する際には、アンテナ室3のカバーを閉じた状態で、ドライエア供給源51からドライエアを供給しつつ、パンチングプレートまたは排気ファン等を設けた排気ポート55からドライエアを排気する。これにより、アンテナ室3内を十分に低い湿度に保持することができる。排気ポート55にパンチングプレートを設けた場合、および排気ファンを設けた場合の湿度の経時変化を、それぞれ図6、7に示す。これらの図に示すように、いずれの場合も、ドライエアを所定流量で流し続けることで、十分に低い湿度が得られることがわかる。また、このようにドライエアを所定流量で流すことにより、アンテナ室3内を冷却する効果も得ることができる。このため、アンテナ室3内の沿面放電を抑制しつつ、温度の上昇による不都合を防止することができる。ただし、排気ポートとして単に開口を設けた場合には、開口から高湿度のエアがアンテナ室3内に流入するため、湿度が上昇する傾向があり好ましくない。
In this embodiment, when the humidity in the
アンテナ室3内を冷却する必要がない場合には、排気ポート55を設けずにアンテナ室3をほぼ密閉空間としてもよい。この場合は、ドライエアを常時流す必要はなく、アンテナ室3内が所定圧力のドライエア雰囲気となった後は、ドライエア供給源51からのドライエアの供給は、アンテナ室3から漏出したドライエアを補う程度でよい。図8に、ドライエアの圧力を変化させた場合の、ドライエアの供給時間と湿度との関係を示す。この図に示すように、ドライエアの圧力が0.05MPaのときよりも0.1MPaのほうが到達湿度が低くなるが、圧力を0.19MPaに上げても到達湿度は低下せず、圧力0.1MPa程度で到達湿度が飽和する。また、アンテナ室3内が所定の圧力に到達してから湿度が低下するまでには一定の時間がかかることがわかる。
When there is no need to cool the inside of the
なお、本発明は上記実施形態に限定されることなく種々変形可能である。例えば、上記実施形態では、湿度調整手段としてドライエア供給機構を用いたが、ドライエア以外の乾燥気体を用いてもよい。また、乾燥気体に限らず、例えば温度を変化させることにより湿度を調整するもの等、他の手段を用いることもできる。また、アンテナの形状として渦巻き状のものを例示したが、これに限らず、生成しようとするプラズマに応じて、任意の形状のものを用いることができる。 The present invention can be variously modified without being limited to the above embodiment. For example, in the above embodiment, the dry air supply mechanism is used as the humidity adjusting means, but a dry gas other than dry air may be used. In addition to the dry gas, other means such as one that adjusts the humidity by changing the temperature can be used. Moreover, although the spiral-shaped thing was illustrated as an antenna shape, not only this but the thing of arbitrary shapes can be used according to the plasma to produce | generate.
さらに、上記実施形態では、本発明を誘導結合プラズマ処理装置のアンテナ室に適用した場合について示したが、これに限らず、高周波電力が印加される電極が絶縁物上に配置され、沿面放電が生じ得る状態になっている高周波プラズマ装置であれば、例えば容量結合型のプラズマ処理装置等、他の高周波プラズマ装置にも適用可能である。 Furthermore, in the above-described embodiment, the case where the present invention is applied to the antenna chamber of the inductively coupled plasma processing apparatus has been described. Any high-frequency plasma apparatus in a state where it can occur can be applied to other high-frequency plasma apparatuses such as a capacitively coupled plasma processing apparatus.
さらにまた、上記実施形態では本発明をエッチング処理に適用した場合について示したが、CVD成膜等の他のプラズマ処理装置に適用することができる。さらにまた、基板としてFPD用の矩形基板を用いた例を示したが、太陽電池等の他の矩形基板を処理する場合にも適用可能であるし、矩形に限らず例えば半導体ウエハ等の円形の基板にも適用可能である。 Furthermore, although the case where the present invention is applied to the etching process is shown in the above embodiment, the present invention can be applied to other plasma processing apparatuses such as CVD film formation. Furthermore, although the example which used the rectangular substrate for FPD as a board | substrate was shown, it is applicable also when processing other rectangular substrates, such as a solar cell, and is not restricted to a rectangle, For example, circular, such as a semiconductor wafer It can also be applied to a substrate.
1;本体容器
2;誘電体壁
3;アンテナ室
4;処理室
13;高周波アンテナ
13a;アンテナ線
14;整合器
15;高周波電源
17;絶縁物
19;給電線
20;処理ガス供給系
23;載置台
30;排気装置
51;ドライエア供給源
52;ドライエア配管
53;流量調節バルブ
54;流量センサ
55;排気ポート
56;湿度計
57;放電防止部
58;ドライエア供給機構
60;全体制御部
G;基板
DESCRIPTION OF
Claims (8)
基板に対してプラズマ処理を行う処理室と、
前記絶縁物に接触した状態の前記電極を収容する電極収容部と、
前記電極に高周波電力を印加する高周波電源と、
前記電極収容部内の湿度を、前記電極収容部内で沿面放電が生じないように調整する湿度調整手段と
を具備し、
前記湿度調整手段は、前記電極収容部に乾燥気体を供給する乾燥気体供給機構を有し、
かつ、
前記電極収容部内の湿度を測定する湿度計と、
前記乾燥気体供給機構から前記電極収容部に乾燥気体が供給された際に、前記湿度計の測定値が所定の閾値を超えている場合に、前記高周波電源の作動を許可せず、前記湿度計の測定値が前記閾値以下の場合に前記高周波電源の作動を許可する放電防止部と
をさらに具備することを特徴とする高周波プラズマ処理装置。 A high-frequency plasma processing apparatus having an electrode in contact with an insulator, applying high-frequency power to the electrode, and plasma-treating the substrate with plasma generated thereby,
A processing chamber for performing plasma processing on the substrate;
An electrode housing portion for housing the electrode in contact with the insulator;
A high frequency power source for applying high frequency power to the electrodes;
Humidity adjusting means for adjusting the humidity in the electrode housing portion so that creeping discharge does not occur in the electrode housing portion ,
The humidity adjusting means has a dry gas supply mechanism for supplying a dry gas to the electrode housing portion,
And,
A hygrometer for measuring the humidity in the electrode housing;
When the dry gas is supplied from the dry gas supply mechanism to the electrode housing portion, if the measured value of the hygrometer exceeds a predetermined threshold, the operation of the high-frequency power supply is not permitted, and the hygrometer A discharge prevention unit that permits the operation of the high-frequency power source when the measured value of the
A high-frequency plasma processing apparatus , further comprising:
基板に対してプラズマ処理を行う処理室と、
前記絶縁物に接触した状態の前記電極を収容する電極収容部と、
前記電極に高周波電力を印加する高周波電源と、
前記電極収容部内の湿度を、前記電極収容部内で沿面放電が生じないように調整する湿度調整手段と
を具備し、
前記湿度調整手段は、前記電極収容部に乾燥気体を供給する乾燥気体供給機構を有し、
かつ、
前記電極収容部に前記乾燥気体が供給される際の流量を測定する流量センサと、
乾燥気体供給機構から前記電極収容部に所定流量で乾燥気体を流した際における、前記電極収容部内の湿度が所定の閾値以下になるまでの必要時間が設定され、前記流量センサが前記所定流量となった後、前記必要時間経過するまでは前記高周波電源の作動を許可せず、前記必要時間経過後に前記高周波電源の作動を許可する放電防止部と
をさらに具備することを特徴とする高周波プラズマ処理装置。 A high-frequency plasma processing apparatus having an electrode in contact with an insulator, applying high-frequency power to the electrode, and plasma-treating the substrate with plasma generated thereby,
A processing chamber for performing plasma processing on the substrate;
An electrode housing portion for housing the electrode in contact with the insulator;
A high frequency power source for applying high frequency power to the electrodes;
Humidity adjusting means for adjusting the humidity in the electrode housing portion so that creeping discharge does not occur in the electrode housing portion;
Comprising
The humidity adjusting means has a dry gas supply mechanism for supplying a dry gas to the electrode housing portion,
And,
A flow rate sensor for measuring a flow rate when the dry gas is supplied to the electrode housing portion;
When a dry gas is flowed from the dry gas supply mechanism to the electrode housing portion at a predetermined flow rate, a required time until the humidity in the electrode housing portion becomes a predetermined threshold value or less is set, and the flow sensor is set to the predetermined flow rate. after becoming the until passage requires time the not allow the operation of high-frequency power source, high frequency you wherein said further and a discharge preventing portion for permitting the operation of the high-frequency power source after elapse of the required time Plasma processing equipment.
前記電極は、前記処理室内に誘導磁界を形成する高周波アンテナであり、
前記電極収容部は、前記処理室の上方に設けられた、前記高周波アンテナを収容するアンテナ室であることを特徴とする請求項1から請求項3のいずれか1項に記載の高周波プラズマ処理装置。 The high-frequency plasma processing apparatus is an inductively coupled plasma processing apparatus,
The electrode is a high-frequency antenna that forms an induction magnetic field in the processing chamber,
The electrode accommodating unit, provided above the process chamber, high-frequency plasma treatment according to any one of claims 1 to 3, characterized in that the antenna chamber for accommodating the high frequency antenna device .
前記絶縁物に接触した状態の前記電極を電極収容部に収容し、
前記電極収容部内の湿度を、前記電極収容部内で沿面放電が生じないように調整しつつ、プラズマ処理を行い、
前記湿度の調整は、前記電極収容部に乾燥気体を供給することにより行われ、
前記電極収容部内の湿度を湿度計により測定し、
前記電極収容部に乾燥気体が供給された際に、前記湿度計の測定値が所定の閾値を超えている場合に、前記高周波電源の作動を許可せず、前記湿度計の測定値が前記閾値以下の場合に前記高周波電源の作動を許可することを特徴とする高周波プラズマ処理方法。 A high-frequency plasma processing method of applying a high-frequency power from a high-frequency power source to an electrode in contact with an insulator, and plasma-treating a substrate in a processing chamber with plasma generated thereby,
Accommodating the electrode in contact with the insulator in an electrode accommodating portion;
The humidity in the electrode accommodating unit, while adjusting to creeping discharge in the electrode receptacle does not occur, have rows plasma treatment,
The adjustment of the humidity is performed by supplying a dry gas to the electrode housing portion,
Measure the humidity in the electrode housing with a hygrometer,
When the dry gas is supplied to the electrode housing portion, if the measured value of the hygrometer exceeds a predetermined threshold value, the operation of the high-frequency power supply is not permitted, and the measured value of the hygrometer is the threshold value. The high-frequency plasma processing method is characterized by permitting the operation of the high-frequency power source in the following cases .
前記絶縁物に接触した状態の前記電極を電極収容部に収容し、
前記電極収容部内の湿度を、前記電極収容部内で沿面放電が生じないように調整しつつ、プラズマ処理を行い、
前記湿度の調整は、前記電極収容部に乾燥気体を供給することにより行われ、
前記電極収容部に前記乾燥気体が供給される際の流量を流量センサにより測定し、
前記電極収容部に所定流量で乾燥気体を流した際における、前記電極収容部内の湿度が所定の閾値以下になるまでの必要時間を設定しておき、前記流量センサが前記所定流量となった後、前記必要時間経過するまでは前記高周波電源の作動を許可せず、前記必要時間経過後に前記高周波電源の作動を許可することを特徴とする高周波プラズマ処理方法。 A high-frequency plasma processing method of applying a high-frequency power from a high-frequency power source to an electrode in contact with an insulator, and plasma-treating a substrate in a processing chamber with plasma generated thereby,
Accommodating the electrode in contact with the insulator in an electrode accommodating portion;
While adjusting the humidity in the electrode housing portion so that creeping discharge does not occur in the electrode housing portion, performing plasma treatment,
The adjustment of the humidity is performed by supplying a dry gas to the electrode housing portion,
The flow rate when the dry gas is supplied to the electrode housing part is measured by a flow sensor,
After a dry gas is allowed to flow through the electrode housing part at a predetermined flow rate, a time required until the humidity in the electrode housing part falls below a predetermined threshold is set, and the flow rate sensor becomes the predetermined flow rate. the until passage of the required time the not allow the operation of high-frequency power source, high-frequency plasma treatment how to and permits the operation of the high frequency power supply after the lapse the time required.
前記電極は、前記処理室内に誘導磁界を形成する高周波アンテナであり、
前記電極収容部は、前記処理室の上方に設けられた、前記高周波アンテナを収容するアンテナ室であることを特徴とする請求項5から請求項7のいずれか1項に記載の高周波プラズマ処理方法。 The high frequency plasma is inductively coupled plasma,
The electrode is a high-frequency antenna that forms an induction magnetic field in the processing chamber,
The electrode accommodating unit, provided above the process chamber, high-frequency plasma processing method according to claims 5 to any one of claims 7, characterized in that the antenna chamber for accommodating the high frequency antenna .
Priority Applications (4)
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