TW497123B - Plasma etching apparatus having parallel plate structure of capacitive coupling type and plasma etching method using the same - Google Patents

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497123 A7. 經 濟 部 智 慧 財 產 局 員 工 消 費 合 作 社 印 製 五、發明說明（ 發明背景 本發明係有關於一種用以對液晶顯示裝置（LCD )之 基板荨大型的矩形被處理基板進行餘刻之具有容量結合型 平行平板構造之電漿蝕刻裝置及用於該裝置之電漿蝕刻方 法。又，於此，所謂的蝕刻係意指藉化學及/或物理的作用， 將被處理基板上之對象物去除之處理。 諸如，於LCD製造過程中，通常係利用電漿對作為被 處理基板之玻璃製LCD基板進行乾蝕刻。又，於種種用以 進行電漿蝕刻之裝置中則又以具有容量結合型平行平板構 造之裝置為主流。 通常具有容量結合型平行平板構造之蝕刻裝置係具備 有一處理至，该處理室内配設有一對平行平板電極（上部 電極及下部電極）。於蝕刻時，係一面導入處理氣體至處 理室内，一面外加RF (高頻）電力至上述電極中之至少一 方’藉著因RF電力而形成於電極間之rf電界，則可將處理 氣體電漿化，然後，再以此電漿化氣體對被處理基板進行 蝕刻。又，於蝕刻裝置中，通常是使用U 56MHz或ι3·56ΜΗζ 之整數倍的頻率作為電漿發生用之RF電力之頻率。 近年來’對LCD基板大型化之需求愈來愈高，邊長為 1 m之極大型基板目前亦已有製造中。又，伴隨著被處理基 板大型化的緣故’處理室亦須大型化，因此，將難以得到 均勻之電漿，導致蝕刻被處理基板之均勻性下降。 發明之簡單說明 鑑於以上問題，本發明之目的係提供一種可對大型被 .‘·裝--------訂--------- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) -4- 五、發明說明（2 ) 處理基板施予均W刻之具有容量結合型平行平板構造之 電漿蝕刻裝置及用於該裝置之電漿蝕刻方法。 本赉月之苐觀點係提供一種具有容量結合型平行平 板構造之電漿餘刻裝置，包含有： 氣i處理至’係構造成可收納長邊6⑼以上之矩 形被處理基板者； 一處理氣體供給系統，係用以供給蝕刻用處理氣體至 該處理室内者； 一排氣系統，係用以將該處理室排氣至真空狀態者； 一下部電極，係配設於該處理室内並接地，且除了作 為電極外，同時亦具有載置該被處理基板之機能者； 一上部電極，係配設於該處理室内且與該下部電極相 對者；及 一 RF電源，係用以供給具有1〇MHz以上、ΐ3·56ΜΗζ 以下頻率範圍之頻率的RF (高頻）電力至該上部電極，以 使該處理氣體電漿化者。 本發明之第二觀點係提供一種用於具有容量結合型平 行平板構造之電漿蝕刻裝置之電漿蝕刻方法，包含有·· 一載置步驟，係用以載置長邊6〇〇mm以上之矩形被處 理基板於配設於氣密處理室内之下部電極上者； 一設定步驟，係一面由該處理室排氣、一面供給蝕刻 用處理氣體至該處理室内，以將該處理室内設定於處理壓 力者； 一電漿化步驟，係於下部電極呈接地狀態下，藉供給 本紙張尺^適用中^家標準X 297公羞) 497123 A7

10MHz以上、l3.56MHz以下頻率範圍内之頻率的rf電力至 配設於該處理室内且與該下部電極呈相對狀態之上部電 極，以使該處理氣體電漿化者；及 餘刻步驟，係以該電漿餘刻該被處理基板者。 圖面之簡單說明 圖1係顯不處理室内之真空度壓力與Vpp之關係圖。 圖2係顯示本發明之實施形態2LCD基板用之電漿蝕 刻裝置之斷面圖。 圖3係顯示圖2中之電漿蝕刻裝置之收容部（下部電極） 之平面圖。 圖4係顯示RF電力之頻率及平均蝕刻速率、蝕刻均勻 性之關係圖。 圖5係顯示RF電力之頻率與蝕刻速率之關係圖。 本發明之詳細說明 本發明者們於開發之過程中，致力於研究對長邊 600mm以上之長方形或邊長600mm以上之正方形，如此大 之被處理基板蝕刻均勻性偏低的原因，結果發現如下： 圖1係顯示處理室内之真空度壓力與Vpp之關係圖。如 圖中所示，處理室内之真空度（壓力）與電極中之RF電壓 之Vpp之關係中’存在有Vpp之極小值。又，於此，所謂的 Vpp係思指電壓之峰間值（peak_t〇_peak )。由實驗觀察到 隨著基板之體積變大，Vpp之極小值有朝高真空側（低壓 側）移動之現象。即，Vpp極小值之移動係為電漿均勻性 偏低’且對被處理基板之|虫刻均勻性低之原因。 本紙張尺度適用中關家標準（CNS)A4規格（210 X 297公璧

Μ--------tr--------- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 497123 A7 ------— B7____— —___ 五、發明說明（4 ) 又，由Vpp極小值附近之電漿密度較均勻的觀點出 發，隨著基板大型化，Vpp之極小值朝高真空側（低壓側） 移動時，此時，由於處理室内之真空度（壓力）也將移動 至高真空側（低壓側），故將產生濺鍍陰極電極（上部電 極）及電漿密度低等缺點。因此，為改善上述缺點，經研 究後，結果發現如將供給2RF電力之頻率降低至較習知之 13.56MHz低之頻率，即可使Vpp之極小值朝低真空側（高 壓側）移動。 將R F電力之頻率降至較丨3 · 5 6 M H z低之頻率時，即使是 大型基板，於不會發生陰極電極之濺鍍及電漿密度低下等 缺點之處理壓力内，亦可得到Vpp之極小值。又，於V卯 極小值之附近進行電漿蝕刻，亦不會伴隨著產生如上之問 題，而可以均勻之電漿進行均勻之處理。換言之，RF電力 之頻率宜經選擇而可藉RF電力峰間值Vpp之極小值隨著 RF電力頻率之低於13·56ΜΗζ而朝處理壓力高之一側移動 之現象，補償Vpp之極小值隨著該被處理基板尺寸之變大 而朝處理壓力低之一側移動之現象。但，由於RF電力之頻 率於未滿10MHz時，將使電漿密度降低，故須為1〇以^^以 上。 又’外加RF電力於用以載置被處理體之下部電極之 RIE模式中，由於電漿中之離子作用係蝕刻之主作用，故 亦不會發現上述缺點。因此，本發明亦適用於外加RF電力 於無載置被處理體之上部電極之PE模式。 又’本舍明雖可適用於長邊6〇〇mm以上之矩形（長方 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 x 297公爱）- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) ^--------^--------- 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 ^/123 ^/123 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 ^____B7_____ 五、發明說明（5 ) 形或正方形）被處理基板上，但如由處理室設計上之觀點 考量，被處理基板之邊長則宜為3m以下。 以下係由圖示詳細說明依上述發現所構造成之本發明 之最佳實施形態。又，於以下之說明中，關於具有大略相 同之機能及構成之構成要素，皆以同一符號表示，僅於必 要時才重複說明。 圖2係顯示本發明之實施形態之Lcd基板用之電漿餘 刻裝置之斷面圖。圖3係顯示圖2中之電漿蝕刻裝置之收容 部（下部電極）之平面圖。如圖中所示，蝕刻裝置1係電極 板上下相對平行，且於上部電極接續有電漿形成用電源之 具有容量結合型平行平板構造者。 餘刻裝置1係具有一形成角筒形狀之氣密處理室2，該 氣密處理室2係由表面經防蝕處理（陽極氧化處理）之鋁所 構成者。又，處理室2係構造成可容納長邊600mm以上、3m 以下之大型矩型LCD基板G者。進而，處理室2係經由接地 線3而接地，且於處理室2内之底部則配設有角柱狀收容部 之支持台4。於該收容部之支持台4上，則配設有用以載置 被處理基板’如LCD基板G之收容部5。該收容部5係接地 且具有下部電極之機能。 於該收容部之支持台4之内部係配設有冷媒室7。於冷 媒室7中係反覆循環著冷媒，該冷媒之循環係經由冷媒導入 管8而導入至冷媒室7,再由冷媒排出管9排出。冷媒之冷熱 則經由收容部5而傳導至基板g，藉此，而可控制晶圓…之 被處理面於預定之溫度。 本紙張尺度適用中國國豕標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 一裝---- 訂---------· A7 、發明說明 、广口P 5亦構造成與收容部之支持台4相同之角柱形。 :卩5上之中央部係構造成凸狀部，該凸狀部之上面則 係用以載置基板G之載置面化。該載置面h係具有與基板G 同之平面尺寸，即，載置面5a，係如圖2所示，具有與基 板G相似之形狀，且具有對應於基板g之長邊6〇〇匪以上、 3m以下的長邊之長度L。χ，收容部5之載置面^亦可為邊 長60〇mm以上之正方形，此時，係用以載置邊長綱麵以 上之正方形基板G。 又，如圖3所示，由收容部5係突出設置有四支可上下 移動之提升用栓14 (lift pin)。於對載置面&進行基板〇 之父接時，提升用栓14係由載置面5a突出。又，於收容部5 之上端之周緣部，則係配置有一環繞基板G且呈框狀之集 中環16 ( f0cus ring )，該集中環丨6係由陶瓷等絶緣性材料 所構成。 於收容部5之上方係配設有一上部電極21。該上部電極 21則係具有一與載置面5a相平行且相對之對向面2 u。該對 向面21a係具有與基板相同之平面尺寸，或較基板G大之平 面尺寸（於本實施形態中為大），且配置成與載置面化相 距諸如30〜300mm。 上部電極21係經由絶緣材2 5而支持固定於處理室2之 上部。上部電極2 1係具有一構成對向面2 1 a之電極板23，及 一用以支持電極板23，且由導電性材料，諸如表面經防钱 處理之銘所構成之電極支持體2 2。又，為了將上部電極2 1 構造成具有喷灑之功能，係於電極支持體22形成有處理氣 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) ^--------^---------^wi. 經濟部智慧財產局員工消費合作社印

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五、發明說明（7 ) 員 工 消 費 印 體通路，同時於電極板23則形成有複數的吐出孔24。 於上部電極21之電極支持體22中，係形成有氣體導入 口 26，該氣體導入口 26則與氣體供給管27相接續。於氣體 供給管27中則經由閥28及流量調節器29而與處理氣體供給 源30相接續。本發明係由處理氣體供給源％供給用以蝕 刻’即電漿蝕刻之處理氣體。 排氣管31則接續於處理室2之底部，排氣裝置35則係接 續於排氣管31中。排氣裝置35係具備有渦輪分子幫浦等之 真空幫浦，藉此，而可將處理室2内真空吸引至預定之減壓 氣氛。又，於處理室2之側壁係藉出入口閥32而形成有一可 開閉之通路。於出入口閥32呈開放狀態時，係可通過通路 將基板G搬送於相鄰之負載室間（圖中未示）。 又，上部電極21係經由整合器41與&17電源仙相接續。 電力供給則係藉接續於上部電極21上面中央部之給電棒^ 而進行。RF電源40-對上部電極21外加具有麵以以上、 U.56廳以下範圍頻率之RF電力，就可藉外加於此範圍頻 率之RF電力，而進行均勻之電漿蝕刻。 以下，關於於蝕刻裝置1中之處理動作，係以對形成於 基板G之非晶質矽膜進行蝕刻為例而說明之。 首先於出人口閥32開放後’將作為被處理體之基板 G由負載圖中未示）朝處理室2内搬送，載置於收容部 ^基板〇之父接係藉著插通於收容部5内部且設 置成可由收容部5突出之提升用栓“而進行。之後，闕閉出 入口閥32,以排氣裝置35將處理室2内真空吸引至預定之真 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 裝 ----訂-----

-n V 本紙張 -10- 497123 A7 五、發明說明（8 智 慧 財 員 工 消 費 空度。 /後’打開㈣…面藉㈣量調節器29’調節由處 理氣體供給源30供給之處理氣體之流哥， 里一面供給至上部 電極21。此時，處理氣體係通過處理氣體供給管27及氣體 導入口 26而導入至上部電極21之内部。進而，處理氣體則 通過電極板23之吐出孔24,如圖2中箭頭所示，對基板叫 勾地喷出。又’處理氣體之供給係於_面進行處理室2内之 排氣而一面進行之，藉此，則可將處理室2内之壓力維持於 預定之值。 ^ 又，由RF電源40外加於上部電極21之灯電力㈣上部 電極21與作為下部電極之收容部5間形成rf電界。藉該灯 電界則可激發處理氣體解離，同時使其電漿化，藉可 進行蝕刻。 9 此時，如與習知相同，外加RF電力之頻率為 或13·56ΜΗζ之整數倍時，處理室内之壓力將與習知一樣， 即，長邊60〇mm以上之長方形或邊長6〇〇mm以上之正方形 等大型基板將發生如前述般之問題。即，基板〇將難以受 到均勻之電漿，有發生電漿不均勻之傾向。原因則如前所 述，基板一大型化，Vpp之極小值將移動至高真空側（ 壓側），又，已知於Vpp之極小值附近可得到均勻之電 密度。 Vpp之極小值一移動，將使處理室内之真空度（壓力 到達兩真空度（低壓），產生濺鍍具有陰極電極之機能 上部電極21之電極板23之缺點。因此，為避免濺鍍電極板 參 低 漿 之 本紙張尺標準（CNSM4規袼咖χ撕公爱〉

I 7 7 五、 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 發明說明（9 ) 23及確保電漿之均一性，於本實施形態中，由rf電源扣外 加於上部電極21之RF電力之頻率為10MHz以上、未滿 13.56MHz。因頻率未滿13·56ΜΗζ，故可使Vpp之極小值朝 高壓側移動，避免產生濺鍍作為陰極電極之上部電極21之 電極板23之問題，而可於Vpp之極小值附近進行電漿蝕 刻。因此，得到均勻之電漿，即表示可進行均勻之處理。 但，由於頻率未滿10“1^時，電漿密度會降低，即處理効 率變低，故頻率須為1〇MHz以上。 又’於本實施形態中，如為了使外加RF電力於未載置 基板之上部電極21之PE模式時，亦能得到良好之電漿狀 態’處理室2内之壓力則宜為13 3Pa (約i〇〇mT〇rr)以上。 處理室内之壓力上限通常設定於可進行電漿蝕刻之範圍 中，諸如300Pa (約2.26Torr)。具體而言，通常蝕刻時， 且為25〜40Pa (約200〜300mTorr )，研磨加工時則宜為 133〜200Pa (約 1〜1 5Torr) 〇 以下，係設定蝕刻之處理條件，同時說明為確認本發 明之効果之實驗。 使用圖1中所示裝置，對68〇mmx680mm之正方形LCD 基板進行蝕刻實驗。由RF電源供給之RF電力係設定於 2400W，進行頻率為 13·56ΜΗζ、12·〇ΜΗζ&10·ΟΜΗζ之實 驗。又，處理氣體則使用St、HC1&He之混合氣體，處理 室内壓力則設定於3〇pa。 圖4係顯示由上述實驗所得到之頻率、基板G之平均蝕 刻速率及蝕刻均勻性之關係圖。於圖4中實線為平均蝕刻速 ^紙張尺度適用中國國家標準（〇^4規格（21〇><297公1 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) -裝--------訂--- -12- 497123 A7 五、發明說明（l〇) 率，虛線為蝕刻均勻性。 、如圖4中所示，頻率13 56顧2時，基板G之平均敍刻速 率為165.4nm/min，餘刻均勻性為土 24%。頻率a•麵z時， 平均钱刻速率為242.3nm/min，钱刻均勻性為土 ιι%。頻率 0.0ΜΗ脚，平均蝕刻速率為24〇·2ηιη/_，蝕刻均勻性為 土 16% 〇 圖5係顯示由上述實驗所得到之頻率與姓刻速率之關 係圖。於圖5中之特性曲線川系顯示於被處理基板中央部 之钱刻速率之平均值，特性曲線糊顯示於被處理基板周 邊部之餘刻速率之平均值。 如圖5所示，中央部之特性曲線ai係於 10MHz〜13.56MHz頻率範圍内之略中央處具有一最高峰 (12MHz)，特性曲線A2則於相同之頻率範圍内，隨著頻 率下降而上升，並與特性曲線“交差。因此，只須選擇於 特性曲線Al、A2之交點附近之頻率，即可得到高银刻速率 及高蝕刻均一性之蝕刻條件。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 由圖4及圖5中可知頻率於12MHz附近，蝕刻速率高且 蝕刻之均一性亦佳。又，於綜合評估蝕刻速率及蝕刻均一 性後’係選擇特性曲線Al、A2之交點附近之頻率作為最適 當頻率。 如上所述，依本發明，藉供給頻率為⑺馗以以上、未 滿13.56MHz之RF電力至電極，即可於長邊600mm以上之矩 之 形大型基板之電漿蝕刻中，得到均勻之電漿，進行均句 電漿蝕刻。 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） -13- 497123

五、發明說明（u) 本啦明係不限於上述貫施形態，即亦有種種變形 之可此諸如於上述貫施形態中，係顯示本發明適用於LCD 基板之餘刻裝置，但本發明亦可適用於處理LCD以外之平 面形顯示裝置之基板的蝕刻裝置。此外，於本發明之思想 範可中所忐想到之種種變更例及修正例，係皆屬於本發明 之範圍中。 $ 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 符號說明 G…基板 2 5…絶緣材 1…蝕刻裝置 26···氣體導入口 2···處理室 27·.·氣體供給管 3…接地線 28…閥 4···收容部之支持台 29…流量調節器 5a…載置面 3 0…處理氣體供給源 5 · · ·收容部 31···排氣管 7…冷媒室 32·..出入口閥 8···冷媒導入管 33···給電棒 9…冷媒排出管 35…排氣裝置 14…提升用栓 40…RF電源 16···集中環 41...整合器 21…上部電極 21 a…對向面 22···電極支持體 2 3 · ·.電極板 24.··吐出孔 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） (請先閱讀背面之注音？事項再填寫本頁) C-----II —訂---------^ -14-

Claims (1)

1. ^/123 ^/123 經濟部智慧財是局員工消費合作社印製 B8 C8 D8 i六、申請專利範圍 一―一 I ^ I L —種具有容量結合型平行平板構造之電㈣刻裝1 含有： 氣在處理室，係構造成可收納長邊600mm以上之矩形 被處理基板者； 夕 一處理氣體供給系統，係用以供給㈣用處理氣體至該 處理室内者； 排氣系統，係用以將該處理室排氣至真空狀態者； 下。卩電極，係配设於該處理室内並接地，且除了作為 電極外，同時亦具有載置該被處理基板之機能者； 上。卩電極，係配設於該處理室内且與該下部電極相對 者；及 一RF電源，係用以供給具有10MHz以上、13 56MHz以 下頻率範圍之頻率的RF(高頻）電力至該上部電極，以 使該處理氣體電漿化者。 2.如申明專利範圍第丨項之具有容量結合型平行平板構造 之電水蝕刻I置，其中該處理室及該下部電極係用以處 理邊長3m以下之矩形被處理基板者。 3·如申請專利範圍第丨項之具有容量結合型平行平板構造 之電漿餘刻裝置，其中該下部電極係具有一與該被處理 基板之平面尺寸相同之載置面，而，該上部電極則係具 有一與該載置面相對，且與該被處理基板之平面尺寸相 同或較該被處理基板之平面尺寸大之對向面者。 4·如申請專利範圍第1項之具有容量結合型平行平板構造 之電漿蝕刻裝置，其中該頻率係約12MHz者。 本紙張尺度適用中國國家標^7^77八4規格（ϋ2〇7公嫠}----- f請先間讀背面之注意事項再填寫本頁)

   -15- Αό Β8 C8 D8 '申請專利範圍 5·如申請專利範圍第！項之具有容量結合型平行平板構造 之電漿韻職置，其中該犯電力之頻率係經選擇而可藉 RF電力峰間值Vpp之極小值隨著RF電力頻率之低於 13.56MHz而朝處理壓力高之—側移動之現象，補償、 之極小值隨著該被處理基板尺寸之變大而朝處理屢力 低之一側移動之現象者。 旁 6. -種用於具有容量結合型平行平板構造之電㈣刻裝 置之電漿蝕刻方法，包含有·· -載置步驟’係用以载置長邊__以上之矩形被處理 基板於配設於氣密處理室内之下部電極上者； 一設定步驟，係一面由該處理室排氣、一面供給蝕刻用 訂 處理氣體至該處理室内，以將該處理室内設定於處理壓 力者； 經«部智慧財.4^員工消費合作社印製 一電漿化步驟，係於下部電極呈接地狀態下，藉供給 10MHz以上、13.56MHz以下頻率範圍内之頻率的RF電 力至配設於該處理室内且與該下部電極呈相對狀態之 上部電極，以使該處理氣體電漿化者；及 一蝕刻步驟，係以該電漿蝕刻該被處理基板者。 7·如申請專利範圍第6項之用於具有容量結合型平行平板 構造之電漿蝕刻裝置之電漿蝕刻方法，其中該被處理基 板係邊長3m以下之矩形者。 8·如申請專利範圍第6項之用於具有容量結合型平行平板 構造之電漿蝕刻裝置之電漿蝕刻方法，其中該下部電極 係具有一與該被處理基板之平面尺寸相同之載置面，

   本紙張又度適用中國國家標準 -16 - 497123 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 Λ 8 Β8 C8 D8 六、申請專利範圍 而，該上部電極則係具有一與該載置面相對，且與該被 處理基板之平面尺寸相同或較該被處理基板之平面尺 寸大之對向面者。 9·如申請專利範圍第6項之用於具有容量結合型平行平板 構ie之電桌飯刻裝置之電漿餘刻方法，其中該頻率係約 12MHz 者。 10.如申請專利範圍第6項之用於具有容量結合型平行平板 構ie之電菜姓刻裝置之電漿餘刻方法，其中該處理壓力 係13.3Pa以上、3〇〇Pa以下者。 11·如申請專利範圍第6項之用於具有容量結合型平行平板 構k之電展餘刻裝置之電漿姓刻方法，其中該電力頻 率之選擇係以以下原則為之，即，使其可藉RF電力峰間 值Vpp之極小值隨著RF電力頻率之低於13·56ΜΗζ而朝 處理壓力高之一側移動之現象，補償Vpp之極小值隨著 忒被處理基板尺寸之變大而朝處理壓力低之一側移動 之現象者。 12·如申請專利範圍第6項之用於具有容量結合型平行平板 構造之電漿餘刻裝置之電漿蝕刻方法，其中該1^電力之 頻率係由分別表示該頻率與該被處理基板中央部之蝕 刻速率關係及表示該頻率與該被處理基板周邊部之蝕 刻速率關係的第1及第2特性曲線於該頻率範圍内相互 父差之交點附近對應處選擇者。 (請先闊讀背而之注意事項再填寫本頁)

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