JPH11144891A - プラズマ処理装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 基板表面の処理を均一に行うことが可能なプ
ラズマ処理装置を提供すること。 【解決手段】 基板２５を保持可能に設けられた第１の
電極板２２と、上記第１の電極板２２と対向して設けら
れると共に処理ガスを導入するための複数の導入路２６
を有する第２の電極板２３と、上記第２の電極板２３に
所定間隔毎に配置された排気手段２８と、上記第１或い
は第２の電極板２２，２３の少なくとも一方に接続され
て高周波を印加する高周波電源２４を有することを特徴
としている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体ウエハや液
晶基板などを基板を真空にてプラズマ処理するプラズマ
処理装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】半導体素子を用いた各種デバイスや記録
媒体デバイスを製造する工程では、半導体ウエハなどの
基板に薄膜を形成するために、プラズマ処理が用いられ
ている。このプラズマ処理は、処理ガスへの放電によっ
てプラズマを発生させ、この発生したプラズマを利用し
て基板の処理を行うものである。この構成を図４に示
す。

【０００３】このプラズマ処理装置１は、内部を真空吸
引可能であり、形状が例えば円筒形状に形成された処理
容器２を有しており、この処理容器２には処理ガスが導
入されるようになっている。

【０００４】上記処理容器２内部には、一対の電極板
３，４が対向して設けられている。第１の電極板３には
高周波を発生する高周波電源５が接続されており、また
電極板３の上面には被処理物である、例えば半導体ウエ
ハや液晶ガラス基板などの基板６が載置されるようにな
っている。電極板４は接地されているが、この電極板４
にも高周波電源５が接続されていても構わない。

【０００５】ここで、電極板４には、対向している電極
板３，４間に処理ガスを導入させるために、複数のガス
導入口７が形成されている。このガス導入口７には、電
極板４内部に形成された複数のガス導入管８と連通して
いる。

【０００６】また、上記処理容器２の電極板３の径方向
外方には、上記基板６の処理により生じた反応生成物等
を吸引排気するための排気路９が設けられている。この
排気路９は、図示しない吸引手段に連結されている。

【０００７】このようなプラズマ処理装置１において
は、上記高周波電源５を作動させ、対向している電極板
３，４の間に存する処理ガスに高周波を印加してプラズ
マ化する。ここで、電極板３，４は対向して設けられて
いるため電界が存在し、この電界によってプラズマが基
板６の表面に衝突して、基板６の薄膜をエッチングする
など種々のプラズマ処理が行えるようになっている。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】ところで、最近は上記
基板６のサイズも大型化しており、そのため基板６の処
理においてこの基板６の反応の均一性が保てなくなると
いう問題が生じている。これは図５に示すように、上記
基板６の表面には、上記排気路９による吸引排気によっ
て上記基板６の中心から端部に向かう気流が生じ、その
ため、中心側にはそれ程基板６との反応によって生じた
反応生成物が存しないが、上記基板６の端部側では基板
６の表面と反応した反応生成物が吸引により多く集まり
（図５の右方向の矢印）、その分だけ処理ガスの濃度が
薄くなる（図５の左方向の矢印）。

【０００９】このため、基板６の中央部においては処理
ガスは反応を良好に行っているが、基板６の端部側で
は、徐々に反応性が悪くなるという問題が生じている。
これは、上記処理ガスが基板６の中央部において反応し
て基板６の端部側に向かう場合には、この端部側へ向か
う過程で上記基板６の表面と反応し、これによって処理
ガスの反応性が基板６の端部においては低下することに
もよる。

【００１０】よって基板６の中央部と端部とでは処理ガ
スの成分、或いは流出速度、などが大幅に異なるものと
なっている。このため、基板６の表面の処理が中央部と
端部側では均一に行うことができないという問題が生じ
ている。よって基板６の処理にむらが生じたものとなっ
てしまうという欠点を有している。

【００１１】本発明は上記の事情にもとづきなされたも
ので、その目的とするところは、基板表面の処理を均一
に行うことが可能なプラズマ処理装置を提供しようとす
るものである。

【００１２】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、請求項１記載の発明は、基板を保持可能に設けられ
た第１の電極板と、上記第１の電極板と対向して設けら
れると共に処理ガスを導入するための複数の導入路を有
する第２の電極板と、上記第２の電極板に所定間隔毎に
配置された排気手段と、上記第１或いは第２の電極板の
少なくとも一方に接続されて高周波を印加する高周波電
源を有することを特徴とするプラズマ処理装置である。

【００１３】請求項２記載の発明は、処理ガスを導入す
るための複数の導入路を有する電極板と、上記電極板に
所定間隔毎に配置された排気手段を具備することを特徴
とする電極ユニットである。

【００１４】請求項３記載の発明は、基板を保持可能に
設けられた第１の電極板と、請求項２記載の電極ユニッ
トを複数組合せることにより構成された第２の電極板
と、上記第１或いは第２の電極板の少なくとも一方に接
続されて高周波を印加する高周波電源を有することを特
徴とするプラズマ処理装置である。

【００１５】請求項４記載の発明は、基板を保持可能に
設けられた第１の電極板と、処理ガスを導入するための
複数の導入路を有する電極板と該電極板に所定間隔毎に
配置された排気手段を具備する電極ユニットを複数組合
せることにより構成された第２の電極板を有するプラズ
マ処理装置におけるプラズマ処理方法において、上記排
気手段により排気する工程と、上記導入路より処理ガス
を導入する工程と、上記第１或いは第２の電極板の少な
くとも一方に高周波を印加して処理ガスをプラズマ化し
て基板を処理する工程とを有することを特徴とするプラ
ズマ処理方法である。

【００１６】請求項１、請求項４の発明によると、上記
第２の電極板に所定間隔毎に配置された排気手段と、上
記第１或いは第２の電極板の少なくとも一方に接続され
て高周波を印加する高周波電源を有するため、高周波の
印加によりプラズマ化される処理ガスがこの排気手段に
より排気される。このため、排気手段を配置する間隔を
調整すれば、上記基板の処理によって発生した反応性生
物の濃度が基板の端部側と中心側とで変化せずに排気を
行うことが可能となる。よって基板の処理を比較的均一
に行うことが可能となる。

【００１７】請求項２、請求項３の発明によると、処理
ガスを導入するための複数の導入路を有する電極板と、
上記電極板に所定間隔毎に配置された排気手段を具備す
る電極ユニットを用いることにより、基板の大きさに応
じてこの電極ユニットの組み合わせによって第２の電極
板の大きさを設定することが可能となり、また個々のユ
ニットごとに処理ガスの流量や高周波電源などの制御を
行えば、基板の細かい制御を行うことが可能となってい
る。

【００１８】

【発明の実施の形態】（第一の実施の形態）以下、本発
明の一実施の形態について、図１に基づいて説明する。
プラズマ処理装置２０は、形状が例えば底面及び上端面
を有する円筒形状の導電性を有する材質より形成された
処理容器２１を有している。

【００１９】この処理容器２１には、図示しないが基板
２５を内部に導入可能とするために、開閉自在であり、
かつ内部を気密に封止するための開閉機構が設けられて
いる。

【００２０】この処理容器２１内部には、一対の電極板
２２，２３が対向して設けられている。そのうち第１の
電極板２２には、３ＫＨｚの高周波を発生させる高周波
電源２４が接続されている。この高周波電源２４は、図
示しない高周波電力のインピーダンス調整を行うための
マッチングボックスなどを介して接続されている。そし
て、第２の電極板２３は接地されたものとなっている。

【００２１】上記第１の電極板２２上には、例えば大型
の液晶ガラス基板などの基板２５が載置されるようにな
っている。そして、上記高周波電源２４を作動させるこ
とによって、上記基板２５のプラズマ処理を行うことが
可能となっている。

【００２２】なお、上記基板２５は液晶ガラス基板に限
られず、半導体ウエハのような種々の基板が適用可能で
ある。上記第２の電極板２３には、例えばＯ₂ ガスのよ
うな処理ガスを第１の電極板２２と第２の電極板２３の
間の空間に供給するための複数の導入路２６が形成され
ている。そして、この導入路２６の第２の電極板２３の
表面側端部で処理ガス導入口２７となって設けられてい
る。

【００２３】上記導入路２６は、上記処理容器２１外部
で図示しない処理ガスの供給源に接続され、電極板２
２，２３間に処理ガスを供給可能としている。この第２
の電極板２３には、電極板２２，２３の対向空間に突出
するように、所定径の排気管２８が設けられている。こ
の排気管２８は、上記第２の電極板２３の下面側に所定
間隔ごとに配置されている。

【００２４】以上のような構成を有するプラズマ処理装
置２０の動作について、以下に説明する。上記第１の電
極板２２に基板２５を載置した後に、排気管２８により
処理容器２１内の気体を排気すると共に上記第２の電極
板２３に形成された導入路２６より処理ガスを処理容器
２１内部に導入し、所定圧力とする。この処理ガスを処
理容器２１内部への導入した後に、電極板２２に高周波
電力を印加すると、電極２２，２３間に導入された処理
ガスがプラズマ化され、基板２５の表面を処理する。

【００２５】ここで、処理ガスで基板２５の表面を処理
すると、例えばＣＯ₂ やＣＯ、あるいはＨ₂ Ｏのような
気体の反応生成物が生じる。このような反応生成物が多
く生じると、処理容器２１の内部の圧力はほぼ一定であ
ることから、処理容器２１内部の処理ガスの濃度を希釈
化してしまう。このため、反応生成物は生じた地点から
なるべく近傍にて排気されることが望ましい。よって、
所定間隔ごとに配置された上記排気管２８によって反応
生成物が吸引されるようになっている。すなわち、比較
的小面積に区切られた領域で、反応生成物が吸引排気さ
れるようになっている。

【００２６】このような構成のプラズマ処理装置２０に
よると、上記第２の電極板２３に排気管２８を配設した
構成であるため、上記基板２５との反応により生じた反
応生成物の濃度がさほど濃くならない段階で処理容器２
１の外方に排気することが可能となっている。このた
め、上記第１の電極板２２と第２の電極板２３の間の空
間に位置するプラズマの濃度を比較的均一にすることが
可能となる。そのため、基板２５を比較的均一にムラな
く処理することがことが可能となっている。

【００２７】（第二の実施の形態）以下、本発明の第二
の実施の形態について、図２（ａ），（ｂ）を参照して
説明する。

【００２８】なお、本実施の形態のプラズマ処理装置４
０では、処理容器２１、第１の電極板２２、高周波電源
２４、基板２５については第１の実施の形態と構成が同
様であるため、同符号を用いて説明する。

【００２９】本発明では、電極と複数のガス導入路４２
を兼ね備えた電極部４３と、基板２５表面の処理により
生じた反応生成物を排気する排気管４４とより構成され
たユニット４５を複数平面状に並べて設けることによ
り、第２の電極板４１を構成している。

【００３０】このような構成のプラズマ処理装置４０に
よると、第２の電極板４１は複数のユニット４５を組み
合わせて構成しているため、基板２５が大面積となった
場合はユニット４５をこれに対応させて第２の電極板４
１を大面積に設けることが可能となっている。このた
め、基板２５に応じた設計が容易に行えるものとなって
いる。

【００３１】また、それぞれのユニット４５を制御する
ことにより、これら個々のユニット４５と対向して設け
られている第１の電極板２２との間で発生するプラズマ
の密度を制御することが可能となっている。このため、
基板２５に対するきめの細かい処理をすることが可能と
なっている。

【００３２】さらに、それぞれのユニット４５ごとに処
理ガスの流量や高周波電源２４による高周波電圧の調整
を行うことにより、上記基板２５の処理を良好に行うこ
とが可能となっている。

【００３３】（第三の実施の形態）以下、本発明の第三
の実施の形態について、図３（ａ）を参照して説明す
る。本実施の形態におけるプラズマ処理装置５０では、
処理容器２１、第１の電極板２２、第２の電極板２３、
高周波電源２４、基板２５、導入路２６、処理ガス導入
口２７、排気管２８といった構成は、上記第一の実施の
形態における構成と同様のため、同符号を用いて説明す
る。

【００３４】本実施の形態においては、第一の実施の形
態とは用いられ方が異なったものとなっている。すなわ
ち、本実施の形態では、処理容器２１を直立させて設け
た構成であり、内部に設けられた第１の電極板２２、お
よび第２の電極板２３も垂直方向に設けられて、対向空
間も垂直に立設したものとなっている。

【００３５】第１の電極板２２は基板２５を垂直方向で
立設保持されるようになっている。そのため、この基板
２５の上記第１の電極板２２に対する保持性能を良好に
するべく、クランプ機構５１が設けられている。このク
ランプ機構５１は、基板２５の外周縁部を良好に保持す
るために、この基板２５の外周に沿って複数設けられる
構成となっている。

【００３６】排気管２８は対向空間に水平方向に突出す
る構成となっていて、この排気管２８の端部から鉛直方
向下方には基板２５のいずれの部分も位置しないように
なっている。

【００３７】このような構成のプラズマ処理装置５０に
よると、上記排気管２８が反応生成物を排気するために
この排気管２８により吸引し、この排気管２８の端部周
辺に付着物が滞積した場合でも、この付着物が基板２５
に向かって落下することがなく、全て基板２５と平行な
方向に落下していくように設けられている。このため、
基板２５の処理が付着物の落下によって悪化することを
防止可能となっていて、基板２５の良好な処理につなが
るものとなっている。

【００３８】以上、本発明の第三の実施の形態について
述べたが、本発明はこれ以外にも種々変形可能となって
いる。以下、それについて述べる。上記実施の形態で
は、基板を鉛直方向に立設する構成について述べたが、
本発明はこれに限られず、図３（ｂ）に示すように第１
の電極板２２と第２の電極板２３の位置を逆転させた構
成としても構わない。この場合には、第１の電極板２２
へ基板２５を保持させた場合にこの第１の電極板２２か
らの基板２５の落下を防止するために、より基板２５の
保持を良好とするためのクランプ機構５１を複数設ける
構成となる。なお、この場合には、基板２５のたわみを
防止するために、これ以外に例えば基板２５をこの中央
部において真空吸引する構成としても構わない。その
他、本発明の要旨を変更しない範囲において、種々変形
可能となっている。

【００３９】

【発明の効果】以上説明したように、請求項１、請求項
４記載の発明によると、上記第２の電極板に所定間隔毎
に配置された排気手段と、上記第１或いは第２の電極板
の少なくとも一方に接続されて高周波を印加する高周波
電源を有するため、高周波の印加によりプラズマ化され
る処理ガスがこの排気手段により排気される。このた
め、排気手段を配置する間隔を調整すれば、上記基板の
処理によって発生した反応性生物の濃度が基板の端部側
と中心側とで変化せずに排気を行うことが可能となる。
よって基板の処理を比較的均一に行うことが可能とな
る。

【００４０】請求項２、請求項３記載の発明によると、
処理ガスを導入するための複数の導入路を有する電極板
と、上記電極板に所定間隔毎に配置された排気手段を具
備する電極ユニットを用いることにより、基板の大きさ
に応じてこの電極ユニットの組み合わせによって第２の
電極板の大きさを設定することが可能となり、また個々
のユニットごとに処理ガスの流量や高周波電源などの制
御を行えば、基板の細かい制御を行うことが可能とな
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第一の実施の形態に係わるプラズマ処
理装置の構成を示す側断面図。

【図２】本発明の第二の実施の形態に係わるプラズマ処
理装置の構成を示す図であり、（ａ）は平面図であり、
（ｂ）は側断面図である。

【図３】本発明の第三の実施の形態に係わるプラズマ処
理装置の構成を示す図であり、（ａ）は処理容器が立設
されたプラズマ処理装置、（ｂ）は第２の電極板が第１
の電極板の上方に位置するように設けられたプラズマ処
理装置の状態を示す側断面図。

【図４】従来のプラズマ処理装置の構成を示す側断面
図。

【図５】従来のプラズマ処理装置の処理容器内部の処理
ガスおよび反応生成物の流れの様子を示す図。

【符号の説明】

２０，４０、５０…プラズマ処理装置 ２１…処理容器 ２２…第１の電極板 ２３，４１…第２の電極板 ２４…高周波電源 ２５…基板 ２６，４２…導入路 ２８、４４…排気管 ４３…電極部 ４５…ユニット ５１…クランプ機構

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 基板を保持可能に設けられた第１の電極
   板と、 上記第１の電極板と対向して設けられると共に処理ガス
   を導入するための複数の導入路を有する第２の電極板
   と、 上記第２の電極板に所定間隔毎に配置された排気手段
   と、 上記第１或いは第２の電極板の少なくとも一方に接続さ
   れて高周波を印加する高周波電源を有することを特徴と
   するプラズマ処理装置。
2. 【請求項２】 処理ガスを導入するための複数の導入路
   を有する電極板と、 上記電極板に所定間隔毎に配置された排気手段を具備す
   ることを特徴とする電極ユニット。
3. 【請求項３】 基板を保持可能に設けられた第１の電極
   板と、 請求項２記載の電極ユニットを複数組合せることにより
   構成された第２の電極板と、 上記第１或いは第２の電極板の少なくとも一方に接続さ
   れて高周波を印加する高周波電源を有することを特徴と
   するプラズマ処理装置。
4. 【請求項４】 基板を保持可能に設けられた第１の電極
   板と、処理ガスを導入するための複数の導入路を有する
   電極板と該電極板に所定間隔毎に配置された排気手段を
   具備する電極ユニットを複数組合せることにより構成さ
   れた第２の電極板を有するプラズマ処理装置におけるプ
   ラズマ処理方法において、 上記排気手段により排気する工程と、 上記導入路より処理ガスを導入する工程と、 上記第１或いは第２の電極板の少なくとも一方に高周波
   を印加して処理ガスをプラズマ化して基板を処理する工
   程とを有することを特徴とするプラズマ処理方法。