JPH08148469A

JPH08148469A - プラズマ装置およびこれを用いたプラズマ処理方法

Info

Publication number: JPH08148469A
Application number: JP28627994A
Authority: JP
Inventors: Tetsuya Tatsumi; 哲也辰巳
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 1994-11-21
Filing date: 1994-11-21
Publication date: 1996-06-07
Anticipated expiration: 2019-04-05
Also published as: JP3516741B2

Abstract

(57)【要約】【目的】現有のコンパクトなプラズマ源を用いて、８
インチ以上の大口径半導体ウェハやフラット・パネル・
ディスプレイ基板等の大面積基板を均一にエッチングす
る。【構成】誘導結合プラズマ・エッチング装置のプラズ
マ生成チャンバ１と処理チャンバとの間に、被処理基板
Ｓの被処理面を等分割した面積に略等しい開口面積を持
つ窓部１３を有する隔板１２を設ける。この開口１３
は、均一プラズマ密度領域に面している。この隔板１２
と上記被処理面と間のギャップをイオン・シースと同等
以下に保ちながら、ＸＹステージ１５を用いて被処理基
板Ｓを該隔板１２に対して平行な面内で移動させること
により、等分割領域ａ〜ｈに対するドライエッチングを
順次行う。隔板１２の表面をラジカル消費性材料で構成
すれば、プラズマ中のラジカル／堆積種の比率が制御可
能である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ＬＳＩ製造用の大口径
の半導体ウェハ、あるいは半導体プロセスの応用で製造
可能なフラット・パネル・ディスプレイ（ＦＰＤ）製造
用の大面積基板に対し、均一なプラズマ密度を達成でき
る領域が限られているプラズマ源であっても基板の全面
に均一なプラズマ処理を施すことが可能なプラズマ装置
と、これを用いて均一なドライエッチング等のプラズマ
処理を行う方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】ＶＬＳＩやＵＬＳＩの製造分野において
は、高集積化に伴う加工パターンの微細化が進む一方で
１チップ当たりの面積が拡大しており、生産性を確保す
る必要から直径８インチ（約２００ｍｍ）もの大口径ウ
ェハが用いられるようになっている。したがって、かか
る大口径ウェハに対応できる製造プロセスや製造装置の
開発が、重要なテーマとなりつつある。特にドライエッ
チングに関しては、有磁場マイクロ波プラズマ装置，誘
導結合プラズマ装置，ヘリコン波プラズマ装置といっ
た、１×１０¹¹／ｃｍ³台のイオン密度を達成可能ない
わゆる高密度プラズマ装置が開発されてきている。

【０００３】有磁場マイクロ波プラズマ装置は、８．７
５×１０^-2Ｔ（８７５Ｇ）の磁場中で磁力線を軸に２．
４５ＧＨｚで回転する電子に、磁場と直交する２．４５
ＧＨｚのマイクロ波電界を印加してそのエネルギーを電
子に共鳴吸収させるものであり、電子はラーモア半径を
拡大しながら弱磁場方向に加速されることにより、ガス
と衝突して高密度のプラズマを生成する。

【０００４】誘導結合プラズマ装置は、図７の（ａ）図
に示されるように、チャンバ３０の一部を構成する絶縁
性シリンダ３２の外側にマルチターン・アンテナ３３を
配した構成を有し、このマルチターン・アンテナ３３に
よって誘導され経時的に変動する磁界に沿って電子を回
転させることでプラズマを励起するものである。チャン
バ３０の天井部は、矢印Ｄ方向から供給されるガスの流
路を兼ねた絶縁性の天板３１より構成され、内部は底面
の排気孔３６を通じて高真空系統により矢印Ｃ方向に排
気されている。マルチターン・アンテナ３３へのパワー
供給は、プラズマ励起用ＲＦ電源３５からマッチング・
ネットワーク３４を介して行われる。また、ウェハＷを
載置するステージには、バイアス印加用ＲＦ電源から３
９からマッチング・ネットワーク３８を介してバイアス
・パワーが印加できるようになされている。なお、誘導
結合プラズマ装置には図７に示されるタイプの他、絶縁
性の天板３１の上方に渦巻き状のアンテナを配したタイ
プも知られている。

【０００５】ヘリコン波プラズマ装置は、絶縁性のプラ
ズマ生成チャンバをループ・アンテナとソレノイド・コ
イルとで周回することにより、磁場中を低周波数で伝搬
できるヘリコン波を生成させ、これを高密度プラズマ生
成に利用するものである。ヘリコン波は、その位相速度
よりも熱速度のやや小さい電子に衝突を起こすことなく
効率良くエネルギーを与えてこれを加速することができ
る。この過程は、ランダウ減衰と呼ばれている。

【０００６】以上、ＬＳＩのドライエッチングに関連し
て開発されてきた装置について説明したが、大面積基板
を取り扱うプロセスはＬＳＩ以外の分野にもあり、たと
えば、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ），エレクトロルミネ
ッセンス・ディスプレイ（ＥＬＤ），フィールド・エミ
ッション・ディスプレイ（ＦＥＤ）といったＦＰＤの製
造分野がその例である。ＦＰＤの分野では、エッチング
と言えばウェットエッチングが従来の主流であったが、
近年はドライエッチングへ徐々に移行する必要性が指摘
されている。ＦＰＤの場合、一辺の長さが４０〜８０ｃ
ｍにも及ぶ大面積基板上に電極や水平／垂直アドレス線
等の微細配線のアレイを形成するが、このアレイの高精
細化やパネルの大型化に伴って選択比や加工精度に対す
る要求が厳しくなっているからである。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】ところで、現状のドラ
イエッチング装置の大きな課題のひとつに、均一性の向
上が挙げられる。

【０００８】上述の高密度プラズマ装置の中で最も良く
理解されている有磁場マイクロ波プラズマ装置の場合、
口径８インチ以上のウェハに対応させようとすると、大
きなエッチング・チャンバ内に高度に均一な磁界やマイ
クロ波電界を生成させる手段が必要となる。すなわち、
磁界を均一化するためには一般に大型で高価なソレノイ
ド・コイルを要し、たとえばひとつの方法として、共鳴
吸収点（ＥＣＲポイント）を広げるために主コイルの他
にサブコイルを設けること等が行われている。一方、マ
イクロ波電界を均一化するためには、複雑なモード制御
が必要となり、この対策のひとつとしてエッチング・チ
ャンバの内壁面近傍に多数のマイクロ波導波管を配し、
外部に多極磁石を配して導波管周囲でＥＣＲ放電を起こ
す装置が知られている。

【０００９】これらの対策は、いずれもプラズマ装置の
巨大化、重量化、高コスト化につながるものである。し
かし、エッチング・チャンバの容積が増大すればその内
部で安定に存在できる電磁界の伝搬モード数も増える。
たとえば、第４０回応用物理学関係連合講演会（１９９
３年春季年会）講演予稿集ｐ．１７，講演番号３０ａ−
Ｘ−６には、複数の安定な状態間におけるエネルギー遷
移が、プラズマ不安定化の原因となることが述べられて
いる。

【００１０】近年開発されてきた誘導結合プラズマ装置
やヘリコン波プラズマ装置は、上述の有磁場マイクロ波
プラスマ装置に比べれば一般にプラズマ密度の均一性は
高いと言われている。これは、これらのプラズマ装置に
おけるプラズマ生成の原理が、有磁場マイクロ波プラズ
マ装置のような共鳴吸収ではないために、ある程度広い
範囲内でのプラズマ生成が可能とされているからであ
る。しかし、たとえば誘導結合プラズマ装置についてみ
ると、図７の（ｂ）図に示されるように、均一プラズマ
密度領域はやはりチャンバの中央寄りに存在し、内壁面
近傍ではプラズマ密度が低下している。したがって、均
一プラズマ密度領域の拡大には自ずと限度がある。

【００１１】一方、ヘリコン波プラズマ装置の場合は、
プラズマ生成チャンバを周回するソレノイド・コイルを
内側コイルと外側コイルとの２重構成としたものが知ら
れており、これら内外のコイルに供給する電流値の比率
を最適化することでイオン電流密度の分布を制御して、
大口径ウェハのプラズマ処理に対応できるようになされ
ている。しかし、プラズマ生成チャンバの直径が生成す
るヘリコン波の波長にほぼ合致されているため、半導体
ウェハの寸法をはるかに上回るようなＦＰＤ基板の加工
には、現状のままではやはり対応することができない。

【００１２】このように、今後の大面積基板のプラズマ
処理を目指すにあたり、現有のプラズマ装置を単に比例
拡大するのみでは、占有スペースの拡大、コストの増
大、制御性の低下等の問題が生ずる他、装置によっては
比例拡大そのものが理論的に不可能な場合もあり、対応
は極めて困難である。そこで本発明は、高密度プラズマ
による高精度プラズマ処理、特に高精度ドライエッチン
グを、通常程度の寸法で実現できるプラズマ装置および
プラズマ処理方法を提供することを目的とする。

【００１３】

【課題を解決するための手段】本発明のプラズマ装置
は、上述の目的を達するために提案されるものであり、
プラズマ生成チャンバと、前記プラズマ生成チャンバに
同軸的に接続され、内部で被処理基板に対して所定のプ
ラズマ処理を行うための処理チャンバと、前記プラズマ
生成チャンバと前記処理チャンバとの間に介在され、該
プラズマ生成チャンバから該処理チャンバ内へプラズマ
を引き出すための窓部が開口されてなる隔板と、前記プ
ラズマ生成チャンバ内に収容され、被処理基板を前記隔
板から微小距離だけ離間させた位置に対向保持する基板
ステージと、前記基板ステージを前記隔板に対して平行
な面内で移動させる駆動手段とを備えたものである。こ
のとき、前記窓部の開口面積を、前記プラズマ生成チャ
ンバ内で生成されるプラズマからプラズマ密度の実質的
に均一な部分のみを引き出すように選択すると、被処理
基板へ向けて常に均一な密度のプラズマを照射すること
ができる。

【００１４】本発明のプラズマ処理方法では、かかるプ
ラズマ装置の前記駆動手段を用いて該基板ステージを移
動させることにより、前記基板ステージ上に載置される
被処理基板の被処理面上で前記隔板の窓部を通じてプラ
ズマが照射される部位を経時的に変化させる。

【００１５】ところで、上記駆動手段は、一定距離の移
動と一定時間の停止とを交互に繰り返すステップ移動を
行うものであっても、あるいは所定方向への移動を低速
かつ一定速度で行う連続移動を行うものであっても良
い。駆動に要する動力伝達機構は、スクリューねじをモ
ータで駆動するタイプ、ガイドレールとリニアモータを
併用するタイプ、あるいは空／油圧系統を持つタイプ
等、特に限定されるものではないが、たとえば近年のス
テッパ（縮小投影露光装置）の露光ステージ等に用いら
れているＸＹステージと同様の機構を用いると簡便であ
る。

【００１６】特に、前者のステップ移動式の駆動手段を
採用した場合には、前記窓部の開口面積を、被処理基板
の被処理面を等分割した面積に略等しく設定すると便利
である。このようなプラズマ装置を用いた場合のプラズ
マ処理方法としては、前記駆動手段による前記基板ステ
ージの移動を、被処理基板の被処理面の等分割領域のひ
とつに対するプラズマ処理が終了するごとにこの等分割
領域を１単位として逐次的に行えば良い。なお、窓部の
形状は特に限定されるものではないが、被処理基板の被
処理面の特定部分が他部分に比べて多数回あるいは長時
間のプラズマ照射を受けることが無いよう、矩形または
これに準ずる多角形とすることが望ましい。

【００１７】本発明のプラズマ装置は、プラズマＣＶ
Ｄ、あるいはプラズマを用いた表面改質等、プラズマを
用いる従来公知のあらゆる処理に用いることができる
が、特にイオン・モード主体で進行するドライエッチン
グを行う装置とされた場合に極めて有効である。この場
合、前記隔板と被処理基板との間の微小距離を、隔板の
裏面へのラジカルの回り込みが起こらない程度に十分に
薄く設定することにより、窓部の内側で異方性加工が実
現される。この微小距離は、被処理基板の表面に生成す
るイオン・シースの厚さと同等もしくはそれ以下に選ぶ
ことが好適である。

【００１８】ところで、一般に高密度プラズマ装置にお
いては、プラズマ生成チャンバや処理チャンバの内壁と
プラズマとの間の相互作用も増大するため、安定なプラ
ズマ生成に関して壁材の選択が重要な鍵となることが知
られている。本発明では当然、隔板の構成材料の選択も
重要となる。この隔板は、導電体，半導体，絶縁体のい
ずれで構成されても良い。しかし、導電体に関しては金
属不純物の発生源とならず、しかもドライエッチングに
適用されるためにはエッチング種に対して耐性を持つこ
とも条件として考えると、選択枝は以外に少ない。たと
えば、ＳＵＳ鋼は金属不純物の発生源となり得るために
適切ではなく、したがって実用的にはアルミニウムが考
えられる程度である。一方、半導体や絶縁体の選択枝は
比較的豊富であり、ポリシリコン，アモルファス・シリ
コン，ＳｉＯ，ＳｉＮ，ＳｉＣ等のシリコン系材料やＡ
ｌ₂Ｏ₃を用いることができる。

【００１９】さらに本発明では、この隔板とプラズマと
の間の相互作用を積極的に利用することができる。具体
的には、この隔板の少なくとも表面をラジカル消費性材
料を用いて構成することである。このラジカルとは、典
型的には半導体プロセスに多用されるＦ^*やＣｌ^*等の
ハロゲン・ラジカル（Ｘ^*）である。上記ラジカル消費
性材料としてたとえば上述のようなシリコン系材料を用
いると、典型的にはＳｉ＋４Ｘ^*→ＳｉＸ₄で表される
反応により、隔板の表面で上記のハロゲン・ラジカルを
効率良く蒸気圧の高い化合物に変換することができ、プ
ラズマ中のラジカル生成比率を低下させることができ
る。上記隔板は、全体がラジカル消費性材料で構成され
ていてももちろん構わないが、より簡便には適当な構造
材の表面にラジカル消費性材料の小片を並べたり、ある
いはラジカル消費性材料の被膜を形成することができ
る。特に後者の場合は、チャンバ内でＣＶＤを行うこと
によりｉｎ−ｓｉｔｕに被膜を形成することも可能であ
る。なお、隔板は全体として誘電性である方が、モード
制御が容易である。

【００２０】かかるラジカル消費作用を利用してドライ
エッチングを行うと、過剰なラジカルを消費してラジカ
ル対イオンの比率、あるいはラジカル対堆積種の比率を
適正なレベルに下げることができ、異方性形状や下地選
択性を向上させることができる。

【００２１】あるいは逆に、上記隔板が高密度プラズマ
のイオン・スパッタ作用により特定の物質を放出するよ
うなものであっても良い。高密度プラズマ中では、ガス
の解離が高度に進行するため、場合によってはカーボン
系ポリマー等の堆積種が十分に重合できず、このことに
起因して側壁保護効果や下地選択性が不足する場合があ
る。しかし、隔板から側壁保護物質を供給することがで
きれば、少ない基板バイアスで優れた異方性加工を行う
ことが可能となる。

【００２２】

【作用】本発明では、プラズマ生成チャンバと処理チャ
ンバとの間の隔板に開口された窓部を通じてプラズマの
密度の均一な部分のみを引き出し、プラズマ照射を被処
理基板の被処理面の一部に対して行うことを順次繰り返
しながら、最終的に被処理面の全面のプラズマ処理を行
う。このため、被処理基板が半導体ウェハはもとよりＦ
ＰＤ基板のように大型であっても、プラズマ源としては
基本的には現有のプラズマ装置と同等の寸法のものを用
いることができ、プラズマ生成条件も変更する必要がな
い。しかも、被処理基板は上記隔板に十分に近接して配
置されるため、被処理面の一部、特に簡便には等分割領
域について行われるプラズマ処理は、いずれも均一かつ
再現性に優れたものとなる。このことは、特に本発明を
適用してドライエッチングを行った場合に、過剰なオー
バーエッチングを排して下地材料膜へのダメージや膜減
りを減少させることにつながる。また、隔板の構成材料
の選択により、プラズマ中のラジカル生成比を低下させ
ることもできるため、異方性形状や下地選択性の向上を
図ることができる。

【００２３】

【実施例】以下、本発明の具体的な実施例について説明
する。

【００２４】実施例１本実施例では、本発明を適用して構成した誘導結合プラ
ズマ・エッチング装置について、図１および図２を参照
しながら説明する。図１は、本エッチング装置の模式的
断面図、図２はその隔板と基板ステージの近傍を拡大し
た概略斜視図である。

【００２５】このエッチング装置は、図１に示されるよ
うに、大別して円筒形のプラズマ生成チャンバ１と処理
チャンバ７とに分かれている。これら両チャンバ１，７
は同軸的に接続され、その壁面の大部分はステンレス鋼
等の導電性材料にて構成されている。ただし、プラズマ
生成チャンバ１の軸方向の一部は石英シリンダ３からな
り、該石英シリンダ３の外周側にマルチターン・アンテ
ナ４が巻回されている。このマルチターン・アンテナ４
へのパワー供給は、プラズマ励起用ＲＦ電源６からマッ
チング・ネットワーク５を介して行われる。このプラズ
マ生成チャンバ１内へ、ガス供給管を兼ねた天板２を通
して矢印Ｂ方向からガスを供給し、マルチターン・アン
テナ４にＲＦパワーを供給すると、チャンバ内に誘導結
合プラズマＰが生成する。上記プラズマ励起用ＲＦ電源
６の周波数は、ここでは１３．５６ＭＨｚとした。

【００２６】上記処理チャンバ７は、前述のプラズマ生
成チャンバ１に比べてはるかに大きなチャンバであり、
その内部は図示されない高真空排気系統により排気孔８
を通じて矢印Ａ方向に高真空排気され、また壁面から電
気的に絶縁された導電性の基板ステージ９を収容してい
る。この上に被処理基板Ｓを保持し、所定のプラズマ処
理としてのドライエッチングを行うようになされてい
る。上記基板ステージ９には、誘導結合プラズマＰ中か
ら入射するイオンのエネルギーを制御するために被処理
基板Ｓに基板バイアスを印加するバイアス印加用ＲＦ電
源１１が、マッチング・ネットワーク１０を介して接続
されている。上記バイアス印加用ＲＦ電源１１の周波数
は、ここでは１３．５６ＭＨｚとした。また、上記基板
ステージ９の内部には、図示されない冷却配管もしくは
ヒータ等の温度調節手段が内蔵され、プロセスの内容に
応じた被処理基板の温度調節が可能となされていても良
い。

【００２７】本装置の最大の特色は、上記プラズマ生成
チャンバ１と処理チャンバ７との間に窓部１３を有する
隔板１２が設けられ、また基板ステージ９が駆動手段１
４に接続されていることである。この駆動手段１４は、
リニアモータの動力を利用して基板ステージ９を所定の
ガイドレールに沿って動かすようなものであっても良い
が、ここではステッパの露光ステージに多用されている
ＸＹステージの機構を採り入れた。これらの部分につい
て、図２を参照しながらより詳しく説明する。

【００２８】上記隔板１２の中央には、矩形の窓部１３
が開口されている。上記窓部１３の中心は、上記プラズ
マ生成チャンバ１の軸と合致されている。すなわち、こ
の窓部１３はチャンバ中央部の均一プラズマ密度領域に
面しており、均一なプラズマを処理チャンバ７側へ引き
出す役目を果たしている。上記窓部１３の開口面積は、
被処理基板Ｓの被処理面を等分割（ここでは８等分）し
た等分割領域ａ〜ｈに略等しく設定されており、しか
も、該隔板１２と被処理基板Ｓとの間のギッャプＧは、
イオン・シースＩの厚さＴ_Iより小さく設定されてい
る。イオン・シースＩ内では直流電界により正イオンが
基板に垂直に入射するため、窓部１３を通過するイオン
は大部分が垂直入射成分となる。これらの設定により、
隔板１３の裏側へのプラズマ拡散が防止され、上記窓部
１３の直下に位置する被処理面の等分割分をほぼ正確に
１単位としながらドライエッチングが行われる。誘導結
合プラズマ・エッチング装置におけるイオン・シースの
厚さＴ₁は、使用するガスや放電条件にもよるが通常、
数十μｍ〜数ｍｍ程度である。

【００２９】被処理基板Ｓは、等分割領域ａ〜ｈのひと
つに対するドライエッチングが終了するごとに、隣の等
分割領域が窓部１３の直下に位置するように移動され
る。このような移動を可能とする機構が、ＸＹステージ
１５である。このＸＹステージ１５は、互いに斜面にて
接する上側摺動部材１５ａと下側摺動部材１５ｂのいず
れか一方、あるいは双方を作動させることにより、ギャ
ップＧを一定に保ったまま被処理基板ＳをＸＹ面内に移
動させる機構である。移動の方向は、できるだけ少ない
動線で被処理面全体のドライエッチングを終了できる限
りにおいて直線方向，ジグザグ方向，らせん方向等の別
を問わない。図２に示される例では、たとえば領域名で
ａ→ｂ→ｃ→ｄ→ｅ→ｆ→ｇ→ｈ、あるいはａ→ｈ→ｇ
→ｂ→ｃ→ｆ→ｅ→ｄ等の順序にしたがったドライエッ
チングが考えられる。

【００３０】このエッチング装置において、プラズマ生
成の原理に係わる部分については何ら現有の装置の設計
変更や条件変更を行っていない。したがって、コンパク
トなプラズマ源のメリットである安定性や制御性の高さ
を備えながらも、大面積の被処理基板のドライエッチン
グに対応可能とされている。

【００３１】実施例２本実施例では、実施例１で上述した誘導結合プラズマ・
エッチング装置を用い、ＦＥＤの陰極アレイの製造工程
の一部であるゲート膜形成を行った。

【００３２】本実施例で用いた被処理基板Ｓの被処理面
の寸法は６０ｃｍ×８０ｃｍの矩形である。窓部１３の
寸法は１５ｃｍ×２０ｃｍの矩形とし、ここから均一性
±５％以内の誘導結合プラズマＰを引き出して上記被処
理面の１６分割エッチングを行う。また、ギャップＧは
１ｍｍに設定した。

【００３３】ドライエッチングのプロセスは、図３およ
び図４に示されるとおりである。まず、図３に示される
ように、シリコン基板２０上に絶縁膜として厚さ１．５
μｍ程度のＳｉＯ₂膜２１を形成し、この上にゲート膜
となるＷ−ポリサイド膜２４を約０．３μｍの厚さに堆
積させた。このＷ−ポリサイド膜２４の下層側は不純物
含有ポリシリコン膜２２、上層側はタングステン・シリ
サイド（ＷＳｉ_x）膜２３である。さらに、上記Ｗ−ポ
リサイド膜２４の上に、直径１μｍ程度の開口２６が規
則的に配列されたレジスト・パターン２５を形成した。

【００３４】次に、上記被処理基板Ｓを前述の誘導結合
プラズマ・エッチング装置の基板ステージ９上にセット
し、ＸＹステージ１５を用いてその１６分割領域の各々
を順次窓部１３の直下１ｍｍの位置に移動させながら、
レジスト・パターン２５をマスクとするＷ−ポリサイド
膜２４のドライエッチングを行った。エッチング条件の
一例を以下に示す。

【００３５】Ｃｌ₂流量１００ＳＣＣＭＯ₂流量１５ＳＣＣＭガス圧０．５ＰａＲＦソース・パワー１８００Ｗ（１３．５６Ｍ
Ｈｚ）ＲＦバイアス・パワー１０Ｗ（１３．５６Ｍ
Ｈｚ）基板温度２０ ℃（水冷）上記放電条件により被処理基板Ｓの表面に形成されるイ
オン・シースの厚さＴ_Iは、約５ｍｍである。ここで
は、ギャップＧが１ｍｍに設定され、しかもイオン・モ
ード主体でエッチングが進行するＣｌ系ガスを用いてい
ることから、１６分割領域の各々はこれを正確にエッチ
ングの１単位としながら、窓部１３から引き出される均
一な誘導結合プラズマＰによりエッチングされた。この
結果、１６分割領域のすべてにおいて、図４に示される
ごとくＷ−ポリサイド膜２４に異方性形状を有する開口
２４ａを形成することができた。

【００３６】実施例３本実施例では、表面にポリシリコン被膜が形成された隔
板１２を用い、実施例２で上述したプロセスの続きとし
て、リセス形成を行った。

【００３７】すなわち、図４に示される状態の被処理基
板Ｓを、同様に１６分割領域を１単位として順次エッチ
ングした。エッチング条件の一例を以下に示す。

【００３８】Ｃ₂Ｆ₆流量１００ＳＣＣＭＡｒ流量１００ＳＣＣＭガス圧０．１３Ｐａソース・パワー２００Ｗ（１３．５６
ＭＨｚ）ＲＦバイアス・パワー１５０Ｗ（１３．５６
ＭＨｚ）基板ステージ温度２０ ℃（水冷）このエッチング・プロセスの進行の様子を、図６に模式
的に示した。このエッチングにおける主エッチング種は
ＣＦ_x ⁺であり、下地のシリコン基板２０に対する選択
性は、Ｃ₂Ｆ₆ガス由来のカーボン（Ｃ）成分の重合・
堆積により達成される。Ｆ^*は異方性形状や下地選択性
の劣化の原因となり、本エッチングでは減少させたい化
学種であるが、誘導結合プラズマＰのような高密度プラ
ズマ中ではガスの解離が高度に進行するため、大量に生
成する。しかし、ここで隔板１２の表面にＳｉが存在す
ることにより、Ｆ^*がＳｉＦ_xの形で速やかに系外へ除
去され、プラズマのＣ／Ｆ比が適正に保たれた。この結
果、図５に示されるように、良好な異方性形状を有する
リセス２１ａを形成することができた。しかも、均一な
プラズマを利用することによりオーバーエッチング量も
最小限に抑えることができたため、シリコン基板２０の
浸食やダメージも回避された。

【００３９】この後は、レジスト・パターン２５を除去
し、スパッタリング法により金属膜を全面に被着させ、
マイクロガンを構成した。この金属膜の被着工程では、
該金属膜のオーバーハングにより上記開口２４ａの径が
次第に縮小し、これに伴ってリセス２１ａの内部への金
属膜の堆積量が漸次減少する巧妙なプロセスにより、円
錐形の陰極が自己整合的に形成される。このマイクロガ
ンを、典型的には約０．１ｍｍ²の面積内に３原色合わ
せて１０００個以上配列してひとつの画素を形成し、さ
らにこの画素を数千〜数百万個程度配列してＦＥＤの画
面を完成させた。

【００４０】以上、本発明を３例の実施例にもとづいて
説明したが、本発明はこれらの実施例に何ら限定される
ものではない。たとえば、上記の実施例ではいずれも被
処理基板の被処理面を等分割した領域を逐次的にドライ
エッチングする装置および方法について説明したが、被
処理基板を緩やかな一定速度で連続的に移動させる方式
を採用しても良い。この場合、プラズマ処理の均一化を
図る対策としては、プラズマの引出し効率を極端に劣化
させない程度に窓部の幅を細くすること、あるいは窓部
の開口面積は広く維持したままで、被処理基板を窓部に
対してオーバーランさせることにより基板端部における
処理時間を十分に確保すること等が考えられる。

【００４１】また、上述の実施例では誘導結合プラズマ
装置についてのみ説明したが、本発明は有磁場マイクロ
波プラズマ装置、ヘリコン波プラズマ装置その他の高密
度プラズマ装置に適用することもできる。被処理基板は
ＦＥＤのみならず、半導体ウェハであっても、ＬＣＤ基
板であっても良い。さらに本発明で行うプラズマ処理
ば、ドライエッチングに限られず、ＣＶＤであっても良
い。この他、デザイン・ルールや具体的なエッチング条
件等はすべて適宜変更可能である。

【００４２】

【発明の効果】以上の説明からも明らかなように、本発
明を適用すれば、既存の小型のプラズマ源を用いても、
均一で再現性に優れた大面積のプラズマ処理が可能とな
る。これにより、直径８インチを越える大口径の半導体
ウェハを用いた高集積化半導体装置の製造、あるいはＦ
ＥＤ，ＬＤＣといったフラットパネル・ディスプレイの
製造を、優れた経済性，歩留り，信頼性をもって行うこ
とが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明を適用した誘導結合プラズマ・エッチン
グ装置の一構成例を示す模式的断面図である。

【図２】上記の誘導結合プラズマ装置の隔板と基板ステ
ージの近傍を示す要部拡大斜視図である。

【図３】本発明を適用したＦＥＤの製造工程において、
シリコン基板上にＳｉＯ₂膜、Ｗ−ポリサイド膜、レジ
スト・パターンを順次形成した状態を示す模式的断面図
である。

【図４】図３のＷ−ポリサイド膜を異方性エッチングし
た状態を示す模式的断面図である。

【図５】図４のＳｉＯ₂膜を異方性エッチングした状態
を示す模式的断面図である。

【図６】図１の誘導結合プラズマ・エッチング装置の隔
板をラジカル消費性材料を用いて構成した場合のエッチ
ング機構を示す模式的断面図である。

【図７】従来の誘導結合プラズマ装置の説明図であり、
（ａ）図はその模式的断面図、（ｂ）図はこれに対応し
たプラズマ密度分布図である。

【符号の説明】

１プラズマ生成チャンバ３石英シリンダ４マルチターン・アンテナ６プラズマ励起用ＲＦ電源７処理チャンバ９基板ステージ１２隔板１３窓部１５ＸＹステージ１６（被処理基板Ｓの）等分割領域２１ＳｉＯ₂膜２４ポリサイド膜２５レジスト・パターンＳ被処理基板Ｇ（隔板１３と非処理基板Ｓとの間の）ギャップＰ誘導結合プラズマ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】プラズマ生成チャンバと、前記プラズマ生成チャンバに同軸的に接続され、内部で
被処理基板に対して所定のプラズマ処理を行うための処
理チャンバと、前記プラズマ生成チャンバと前記処理チャンバとの間に
介在され、該プラズマ生成チャンバから該処理チャンバ
内へプラズマを引き出すための窓部が開口されてなる隔
板と、前記プラズマ生成チャンバ内に収容され、被処理基板を
前記隔板から微小距離だけ離間させた位置に対向保持す
る基板ステージと、前記基板ステージを前記隔板に対して平行な面内で移動
させる駆動手段とを備えたプラズマ装置。
【請求項２】前記窓部は、その開口面積が前記プラズ
マ生成チャンバ内で生成されるプラズマからプラズマ密
度の実質的に均一な部分のみを引き出すように選択され
てなる請求項１記載のプラズマ装置。
【請求項３】前記開口面積が被処理基板の被処理面を
等分割した面積に略等しく設定された請求項２記載のプ
ラズマ装置。
【請求項４】前記微小距離が基板の表面に生成するイ
オン・シースの厚さと同等もしくはそれ以下に選ばれて
なる請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載のプ
ラズマ装置。
【請求項５】前記所定のプラズマ処理としてドライエ
ッチングが行われるようになされ、前記隔板の少なくと
も表面がラジカル消費性材料を用いて構成されてなる請
求項１ないし請求項４のいずれか１項に記載のプラズマ
装置。
【請求項６】前記ラジカル消費性材料がシリコン系材
料である請求項５記載のプラズマ装置。
【請求項７】請求項１ないし請求項６のいずれか１項
に記載のプラズマ装置を用いて被処理基板に所定のプラ
ズマ処理を施すプラズマ処理方法であって、前記駆動手段を用いて該基板ステージを移動させること
により、前記基板ステージ上に載置される被処理基板の
被処理面上で前記隔板の窓部を通じてプラズマが照射さ
れる部位を経時的に変化させるプラズマ処理方法。
【請求項８】請求項３ないし請求項６のいずれか１項
に記載のプラズマ装置を用いて被処理基板に所定のプラ
ズマ処理を施すプラズマ処理方法であって、前記駆動手段を用いて該基板ステージを移動させること
により、前記基板ステージ上に載置される被処理基板の
被処理面上で前記隔板の窓部を通じてプラズマが照射さ
れる部位を経時的に変化させるプラズマ処理方法。
【請求項９】前記駆動手段による前記基板ステージの
移動を、被処理基板の被処理面の等分割領域のひとつに
対するプラズマ処理が終了するごとにこの等分割領域を
１単位として逐次的に行う請求項８記載のプラズマ処理
方法。
【請求項１０】前記所定のプラズマ処理としてドライ
エッチングを行う請求項７ないし請求項９のいずれか１
項に記載のプラズマ処理方法。
【請求項１１】前記ドライエッチングは、前記隔板の
ラジカル消費作用にもとづいてプラズマ中のラジカル生
成比率を低下させながら行う請求項７ないし請求項１０
のいずれか１項に記載のプラズマ処理方法。