JPH08250477A

JPH08250477A - プラズマ装置

Info

Publication number: JPH08250477A
Application number: JP5386595A
Authority: JP
Inventors: Takahiro Yoshiki; 隆裕吉識; Tadashi Miyamura; 忠志宮村
Original assignee: Sumitomo Metal Industries Ltd
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 1995-03-14
Filing date: 1995-03-14
Publication date: 1996-09-27

Abstract

(57)【要約】【構成】マイクロ波導入口３を気密に封止しかつマイク
ロ波を反応容器１内に導入するためのマイクロ波導入板
４及びこれを支える梁５ｂを有する支持枠５と、反応容
器１の周囲壁及びこの支持枠５の梁５ｂから反応容器１
内にガスを導入する孔１２および８とを備えた誘電体線
路２１を利用したプラズマ装置。【効果】液晶ディスプレイ用ガラス基板等の大面積の基
板を安定してかつ均一にプラズマ処理することができ
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、半導体素子基板、液晶
ディスプレイ用ガラス基板等にプラズマを利用してエッ
チング、アッシング、およびＣＶＤ等の処理を施すのに
適したプラズマ装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】反応ガスに外部からエネルギ−を与えた
際に発生するプラズマはＬＳＩ、ＬＣＤ製造プロセスに
おいて広く用いられている。特にプラズマを用いたドラ
イエッチング技術はＬＳＩ、ＬＣＤ製造プロセスにとっ
て不可欠の基本技術となっている。

【０００３】プラズマを発生させるための励起手段とし
て、１３．５６ＭＨｚのＲＦ（高周波）が多く用いられ
ているが、低温で高密度のプラズマが得られ、また装置
の構成及び操作が簡単である等の利点があることから、
マイクロ波も用いられるようになっている。しかし、従
来のマイクロ波を用いたプラズマ装置では、大面積に均
一なプラズマを発生させることが困難であるため、大口
径の半導体基板、ＬＣＤ用ガラス基板を均一に処理する
ことが困難であった。

【０００４】この点に関し、本出願人は大面積に均一に
マイクロ波プラズマを発生させることが可能なプラズマ
装置として、特開昭６２−５６００号公報、特開昭６２
−９９４８１号公報において、誘電体線路を利用する方
式を提案している。

【０００５】図５はこの誘電体線路を利用する従来のプ
ラズマ装置を模式的に示した縦断面図である。図中１は
中空直方体の反応容器である。反応容器１はアルミニウ
ム（Ａｌ）等の金属を用いて形成されている。反応容器
１の周囲壁の内部には冷却水通路１５が形成されてい
る。反応容器１の上部にはマイクロ波導入口３が開口し
てあり、このマイクロ波導入口３はマイクロ波導入板４
にて反応容器１の上部壁との間にＯリング１１を挟持す
ることにより気密に封止されている。なおマイクロ波導
入板４は、耐熱性とマイクロ波透過性を有し、かつ誘電
損失が小さい石英ガラス（ＳｉＯ₂）、アルミナ（Ａｌ
₂Ｏ₃）等の誘電体で形成される。

【０００６】反応容器１の上方には、マイクロ波導入板
４と対向して、これを覆うように誘電体層２１ａと金属
板２１ｂからなる誘電体線路２１が形成されている。誘
電体層２１ａにはテフロン（登録商標）等のフッ素樹脂
が用いられる。金属板２１ｂはアルミニウム等で作られ
る。誘電体線路２１の一端には、導波管２３を介してマ
イクロ波発振器２４が連結されている。マイクロ波は発
振器２４から導波管２３を経て誘電体線路２１に導入さ
れ、ここから反応容器１内に導入される。

【０００７】反応室２内にはマイクロ波導入板４とは対
向する位置に、被処理物Ｓを載置する試料台１４が配設
されている。反応容器１の周囲壁には所要の反応ガスを
導入するためのガス導入孔１２が各壁毎に２ケ所ずつ設
けられている。これらのガス導入孔１２へは、１つのガ
ス供給管から均等に分岐して、ほぼ同一流量の反応ガス
が供給される。

【０００８】図６は反応室２内への反応ガスの供給方法
を説明する図である。矢印はガス導入の方向を示してい
る。反応容器１の周囲壁に設けられた８ケ所のガス導入
孔１２から反応室２の中央部に配置された被処理物Ｓの
方向に反応ガスが導入される。これにより、反応室２内
へほぼ均一に反応ガスを供給できる。また反応容器１の
下部壁には図示しない排気装置に接続される排気口１３
が形成されており、ここから排気される。

【０００９】この装置において試料台１４上に載置され
た被処理物Ｓの表面にプラズマ処理を施す場合について
説明する。まず冷却水を冷却水通路１５内に循環させ
る。排気口１３から排気を行って反応室２内を所要の圧
力まで排気した後、周囲壁に設けられたガス導入孔１２
から反応ガスを供給し反応室２内を所定の圧力とする。

【００１０】次いで、マイクロ波発振器２４においてマ
イクロ波を発振させ、導波管２３を介して誘電体線路２
１に導入する。誘電体線路２１の下方の空間２２に電界
が形成され、この電界がマイクロ波導入板４を透過して
反応室２内に供給されて、プラズマが生成される。この
プラズマによって被処理物Ｓの表面にプラズマ処理が施
される。

【００１１】この誘電体線路を利用するプラズマ装置は
マイクロ波の進行方向に沿って誘電体線路の下にプラズ
マを生成するので、反応容器１の上部に開口されている
マイクロ波導入口３、それを封止するマイクロ波導入板
４、そして誘電体線路２１を大きくすれば、容易に大面
積のマイクロ波プラズマを生成させることができる。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】近年液晶用のガラス基
板の大きさは大きくなり、最大４００ｍｍ×４００ｍｍ
以上のガラス基板を均一に処理できる装置の要求が高ま
っている。前記図５に示したプラズマ装置では、上記の
ようにマイクロ波導入口、マイクロ波導入板、誘電体線
路を大きくすれば大面積プラズマを生成できる。

【００１３】しかし、プラズマの生成は反応容器内が減
圧された状態で行われるので、マイクロ波導入板には反
応容器内外での圧力差による耐圧強度が要求される。し
たがって、マイクロ波導入板の寸法が大きくなると、反
応容器内外での圧力差に対する耐圧強度を高める必要が
あり、マイクロ波導入板をより厚くする必要がある。

【００１４】マイクロ波導入板を厚くすると、プラズマ
生成時にはプラズマ加熱によりマイクロ波導入板の反応
室側の面と反対側の面との温度差が大きくなり、その熱
歪でマイクロ波導入板が破損するという問題が生じる。

【００１５】また、このプラズマ装置においては、マイ
クロ波導入口及び反応容器を大きくし大面積の基板を処
理しようとすると、基板の中心での処理速度が基板の周
縁での処理速度に比べ小さくなるという問題もあった。
これは、ガス導入を反応容器の周囲壁のみから行ってい
るので、マイクロ波導入口及び反応容器を基板にあわせ
て大きくしていくと、基板の中央へのガス供給が不十分
となるためである。

【００１６】本発明はこのような課題に鑑みてなされた
ものであり、液晶ディスプレイ用ガラス基板等の大面積
の基板を安定してかつ均一にプラズマ処理することがで
きるプラズマ装置を提供することを目的としている。

【００１７】

【課題を解決するための手段】本発明は、図１に示すよ
うに、マイクロ波導波路となる誘電体線路２１と、この
誘電体線路２１に対向する面にマイクロ波導入口３が開
口された金属製の反応容器１と、このマイクロ波導入口
３を気密に封止しかつマイクロ波を反応容器１内に導入
するためのマイクロ波導入板４及びこれを支える梁５ｂ
を有する支持枠５と、反応容器１の周囲壁及びこの支持
枠の梁５ｂから反応容器１内にガスを導入する孔１２お
よび８とを備えるプラズマ装置を要旨とする。

【００１８】

【作用】本発明のプラズマ装置は、従来周縁部のみで支
持していたマイクロ波導入板を梁を有する支持枠によっ
て支持する構成としたので、減圧時にマイクロ波導入板
に加わる反応容器内外での圧力差による力を梁で支え、
マイクロ波導入板に要求される耐圧強度を補うことがで
きる。このため、面積が大きいマイクロ波導入板であっ
ても、マイクロ波導入板を面積に応じた厚みにする必要
がなくなる。したがって、マイクロ波導入板の厚みを厚
くしなくても良いので、プラズマ処理中に熱歪によって
マイクロ波導入板が破損するおそれがない。

【００１９】また、梁を用いることにより、マイクロ波
導入板を複数に分割することもでき、マイクロ波導入板
の個々の面積を小さくできる。この場合、減圧時に個々
のマイクロ波導入板に反応容器内外での圧力差による力
が小さくなるので、同じ厚みのマイクロ波導入板を用い
たとしても、マイクロ波導入板の破損するおそれが小さ
くなる。すなわち、マイクロ波導入板は１枚板としても
良いが、４分割された４枚等の複数枚とすることによ
り、マイクロ波導入板が破損するおそれをより小さくす
ることができる。また、薄いマイクロ波導入板を使用す
ることもできる。

【００２０】一方、梁を有する支持枠を用いると以下の
ような問題が生じる。支持枠は強度の点からステンレス
等の金属を基材として作られるため、支持枠の梁直下で
はプラズマは発生せず、被処理物を支持枠の梁直下に置
くと、プラズマ処理速度の分布は支持枠の梁の形が反映
された分布となる。被処理物に均一なプラズマ処理を施
すためには、プラズマが充分に拡散する距離だけ被処理
物を梁から離す必要がある。しかしプラズマ密度はマイ
クロ波導入板から離れる従い小さくなるので、均一なプ
ラズマ処理を行うために被処理物を梁から離すとプラズ
マ処理速度が低下するという問題を生じる。

【００２１】本発明装置は、支持枠の梁にもガスを導入
する手段を設けたので、反応容器の中央部へも反応ガス
を十分に供給でき、大面積の基板に対しても均一なプラ
ズマ処理を行うことができる。また、プラズマの発生量
が少ない梁の部分から反応容器内へ反応ガスを供給する
ので、この梁の近傍のガス圧力を高め、梁近傍のプラズ
マ発生量を増加させることもできる。このため、梁から
の距離が短くてもプラズマが拡散により均一になるの
で、上記の問題が解決される。

【００２２】また、反応容器の周囲壁から導入するガス
の流量と支持枠の梁から導入するガスの流量との流量比
を調節することにより、ガスの種類及びプラズマ発生状
況の異なる種々のプラズマ処理に対しても対応すること
ができる。

【００２３】なお、反応容器の周囲壁からのガスの導入
方法は周囲壁に孔を直接設けて導入する場合に限られな
い。反応容器の周囲壁の近傍にガス導入のための孔を設
けたガス導入配管を設けて導入する等しても良い。

【００２４】

【実施例】本発明のプラズマ装置の一実施例を示す模式
的縦断面図を図１に示す。本実施例では、マイクロ波導
入板は４分割されたものが用いられている。図中１は中
空直方体の反応容器である。反応容器１は主にアルミニ
ウム等の金属で形成されている。反応容器１の周囲壁は
二重構造であり内部に冷却水用の通流路１５が形成され
ている。反応容器１の内部には被処理物Ｓを載置する試
料台１４が設けられている。また反応容器１の周囲壁に
は反応ガス供給のためのガス導入孔１２が各壁毎に２ケ
所ずつ設けられている。底壁には図示しない排気ポンプ
につながる排気口１３が設けられている。

【００２５】反応容器１の上部にはマイクロ波導入口３
が開口してありこのマイクロ波導入口３を取り囲む上部
壁にはマイクロ波導入板４を固定した支持枠５が上部壁
との間でＯリング１１を挟持するように固定されてい
る。マイクロ波導入板４はやはり支持枠５との間でＯリ
ング７を挟持するように固定されている。支持枠５の梁
５ｂにはガス導入孔８が８ケ所設けられている。

【００２６】また、反応容器１の上方には、マイクロ波
導入板と対向して、マイクロ波導入板を覆うように誘電
体層２１ａと金属板２１ｂとからなる誘電体線路２１が
形成されている。誘電体層２１ａにはテフロン（登録商
標）を用いた。金属板２１ｂにはアルミニウムを用い
た。誘電体線路２１の一端には、導波管２３を介してマ
イクロ波発振器２４を連結している。マイクロ波は発振
器２４から導波管２３を経て誘電体線路２１に導入さ
れ、ここからマイクロ波導入板４を経て反応容器１内に
導入される。

【００２７】図２（ａ）は図１に示したマイクロ波導入
板を固定した支持枠５を示す模式的な平面図であり、ま
た図２（ｂ）はその模式的断面図（Ａ−Ａ’断面）であ
る。

【００２８】支持枠５は反応容器１の上部壁の形状に対
応した環状正四辺形の外枠５ａと領域を４等分する中央
の十字型の梁５ｂとからなる。そして、その４等分され
た領域には中空部６が開口され、マイクロ波導入板４が
Ｏリング７を挟持してこの上に載置されている。なお、
支持枠５はステンレス鋼を基材としプラズマに曝される
表面部分にアルミニウムを溶着して作製されている。ま
た、マイクロ波導入板４には石英ガラスを用い、マイク
ロ波導入板４の厚みは従来と同じとした。なお、支持枠
５の中空部６の数は外枠部分５ａの寸法及び強度に応じ
て定めれば良い。

【００２９】支持枠５の十字型の梁５ｂの内部にガス導
入経路９が設けられ、８ケ所にガス導入孔８が設けられ
ている。反応ガスはガス供給孔１０から導入され、十字
型の梁部分の中心からガス導入経路９へ導入され、ガス
導入経路９を経て、ガス導入孔８から反応室２内へ導入
される。

【００３０】図３は反応室２内への反応ガスの供給方法
を説明する図である。矢印はガス導入の方向を示してい
る。反応容器１の周囲壁に設けられた８ケ所のガス導入
孔１２から反応室２の中央部に配置された被処理物Ｓの
方向に反応ガスが導入される。また、点線で示す梁５ｂ
に設けられた８ケ所のガス導入孔８から被処理物Ｓの周
縁に向かって反応ガスが導入される。これにより、大面
積の被処理物Ｓが配置される大口径の反応室２に対して
も、反応ガスをより均一に供給することができる。

【００３１】本実施例の装置はプラズマ発生面積が６０
０ｍｍ×６００ｍｍとなるものとした。主要部の寸法は
以下のとおりである。マイクロ波導入口３が６００ｍｍ
×６００ｍｍである。支持枠５の外径が８００ｍｍ×８
００ｍｍで、２５０ｍｍ×２５０ｍｍの中空部６が４つ
設けられている。個々のマイクロ波導入板４は３００ｍ
ｍ×３００ｍｍで厚みが２０ｍｍである。誘電体線路２
１の誘電体２１ａが８００ｍｍ×６００ｍｍで厚みが２
０ｍｍである。

【００３２】本発明装置のプラズマ装置を用いて、被処
理物Ｓにプラズマ処理を施す場合について説明する。ま
ず冷却水を冷却水通路１５内に循環させる。排気口１３
から排気を行って反応室２内を所要の圧力まで排気す
る。周囲壁に設けられたガス導入孔１２及び支持枠５の
十字型の梁５ｂに設けられたガス導入孔８から反応ガス
を供給し反応室２内を所定の圧力とする。次いで、マイ
クロ波発振器２４においてマイクロ波を発振させ、導波
管２３を介して誘電体線路２１に導入する。これにより
誘電体線路２１の下方の空間２２に電界を形成し、この
電界を４枚のマイクロ波導入板４を透過させて反応室２
内に供給してプラズマを生成させる。このプラズマによ
って被処理物Ｓ表面にプラズマ処理を施す。

【００３３】この装置で発生させたプラズマを評価する
ために、図２のＡ−Ａ’断面部分におけるマイクロ波進
行方向のイオン電流分布を測定した。なお、測定位置は
支持枠から６０ｍｍの位置である。プラズマ発生条件は
以下のとおりである。

【００３４】Ａｒガスを周囲壁の８ケ所のガス導入孔１
２から合計５００ｓｃｃｍ、支持枠５の梁５ｂの８ケ所
のガス導入孔８から合計５００ｓｃｃｍの総計１ｓｌｍ
反応室２内に導入した。反応室圧力は１０ｍＴｏｒｒ。
マイクロ波電力は１ｋＷ。また、比較例として、支持枠
５の梁５ｂのガス導入孔８から導入せず、Ａｒガスを周
囲壁の８ケ所のガス導入孔１２からのみ合計１ｓｌｍ導
入したものについて同様のイオン電流分布の測定を行っ
た。

【００３５】図４はイオン電流分布の測定結果を示すグ
ラフである。図４から明かなように、反応容器の周囲壁
に加え支持枠の梁からガスを導入することにより、支持
枠からの距離が近くても均一なプラズマ分布が得られて
いる。このことから、大面積の基板のエッチング処理等
のプラズマ処理に適用できることが確認できた。

【００３６】

【発明の効果】以上詳述したように、本発明装置にあっ
ては、処理面積の広い装置を従来と同じ厚みのマイクロ
波導入板で作製できるので、液晶ディスプレイ用ガラス
基板等の大面積の基板をマイクロ波導入板の破損のおそ
れもなく安定して処理できる。

【００３７】また、支持枠の梁からガスを流す構造とし
たので、中央部での梁の影響を減らし、均一なプラズマ
処理を行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のプラズマ装置の実施例の模式的縦断面
図である。

【図２】本発明のプラズマ装置の実施例の支持枠部分の
模式的な平面図である。

【図３】本発明のプラズマ装置の実施例の反応室内への
反応ガスの供給方法を説明する図である。

【図４】イオン電流分布の測定結果を示すグラフであ
る。

【図５】従来のプラズマ装置の模式的縦断面図である。

【図６】従来のプラズマ装置の反応室内への反応ガスの
供給方法を説明する図である。

【符号の説明】

１反応容器２反応室３マイクロ波導入口４マイクロ波導入板５支持枠５ａ外枠５ｂ梁６中空部７Ｏリング８ガス導入孔９ガス導入経路１０ガス供給孔１１Ｏリング１２ガス導入孔１３排気口１４試料台１５冷却水経路２１誘電体線路２１ａ誘電体層２１ｂ金属板２３導波管２４マイクロ波発振器

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】マイクロ波導波路となる誘電体線路と、こ
の誘電体線路に対向する面にマイクロ波導入口が開口さ
れた金属製の反応容器と、このマイクロ波導入口を気密
に封止しかつマイクロ波を反応容器内に導入するための
マイクロ波導入板及びこれを支える梁を有する支持枠
と、上記反応容器の周囲壁及び上記支持枠の梁から反応
容器内にガスを導入する手段とを備えることを特徴とす
るプラズマ装置。