專利名稱：等離子體處理裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種對(duì)被處理基板進(jìn)行蝕刻處理的等離子體處理裝置。
背景技術(shù)：
在半導(dǎo)體裝置或者平板顯示器(FPDFlat Panel Display)等的制造過程中，為了在半導(dǎo)體晶片或玻璃基板(LCD基板)等被處理基板上進(jìn)行蝕刻處理，而使用等離子體蝕刻裝置等的等離子體處理裝置。
在這種等離子體處理裝置中，如圖6所示，處理裝置101是對(duì)LCD玻璃基板進(jìn)行規(guī)定處理的裝置，在此，以容量結(jié)合型平行平板等離子體蝕刻裝置作為構(gòu)成例。
該等離子體蝕刻裝置101具有例如鋁制的形成角筒形狀的處理室102。在該處理室102內(nèi)的底部，設(shè)置有由絕緣材料形成的角柱狀絕緣板103，并且，在該絕緣板103上設(shè)置有承載作為被處理基板的LCD玻璃基板G用的基座104。而且，在基座104的基材104a的外圍以及未設(shè)置上面的層105和電介質(zhì)材料膜106的周邊上，設(shè)置有絕緣部件108。
而且，在基座104上連接有用于供給高頻電壓的供電線123，在該供電線123上連接有匹配器124以及高頻電源125。
另外，在基座104的上方，與該基座104平行相向設(shè)置有作為上部電極而動(dòng)作的噴淋頭111。噴淋頭111被支撐于處理室102的上部，在內(nèi)部具有內(nèi)部空間112，并且在與基座104相對(duì)一側(cè)形成有多個(gè)噴出處理氣體的噴射孔113。該噴淋頭111接地，與基座104一起構(gòu)成一對(duì)平行平板電極。
在噴淋頭111的上面設(shè)置有氣體導(dǎo)入口114，處理氣體供給管115連接在該氣體導(dǎo)入口114上，處理氣體供給源118通過閥門116和質(zhì)量流量控制器(mass flow controller)117而連接在該處理氣體供給管115上。
另外，排氣管119與處理室102的側(cè)壁底部連接，排氣裝置120與該排氣管119連接，排氣裝置120具有渦輪分子泵等真空泵，由此構(gòu)成為能夠?qū)⑻幚硎覂?nèi)102抽真空成規(guī)定的低壓環(huán)境。而且，在處理室102的側(cè)壁上設(shè)有基板搬入搬出口122和開關(guān)該基板搬入搬出口121的閘閥122，形成為在該閘閥122開啟的狀態(tài)下、在與臨近的負(fù)載鎖定室之間搬運(yùn)基板G。
在如上所述構(gòu)成的等離子體蝕刻裝置101中，首先，作為被處理體的基板G在閘閥122開啟后，通過基板搬入搬出口121從負(fù)載鎖定室向處理室102而被搬入，并承載在形成于基座104上的電介質(zhì)材料膜106的凸部107上。然后，將閘閥121關(guān)閉，通過排氣裝置120將處理室102抽真空至規(guī)定的真空度。
然后，開啟閥門116，一邊由流量控制器117調(diào)整處理氣體的流量，一邊從供給源118經(jīng)由處理氣體供給管115、氣體導(dǎo)入口114向噴淋頭111的內(nèi)部空間112導(dǎo)入處理氣體，并通過噴射孔113對(duì)基板G均勻噴出，將處理室102內(nèi)的壓力保持在規(guī)定值。
在上述狀態(tài)下，經(jīng)由匹配器124從高頻電源125向基座104施加高頻電壓，以此，使作為下部電極的基座104和作為上部電極的噴淋頭111之間產(chǎn)生高頻電場，使處理氣體離解而等離子體化，以此對(duì)基板G進(jìn)行蝕刻處理(參照專利文獻(xiàn)1)。
然而，在現(xiàn)有技術(shù)中的如上所述的等離子體處理裝置中，隨著被處理基板的增大，等離子體處理裝置的處理室面積也增大，處理室內(nèi)等離子體的均勻性變得參差不齊。因此，不能通過生成等離子體對(duì)被處理基板進(jìn)行均勻的等離子體處理。
專利文獻(xiàn)1日本特開2002-313898號(hào)公報(bào)發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的在于解決等離子體處理裝置的處理室的等離子體不均勻性。
本發(fā)明的等離子體處理裝置，其特征在于在處理室內(nèi)的等離子體密度局部偏高的部位插入屏風(fēng)(screen)部件，通過離子、電子撞擊該部件來使等離子體失去活性，從而在被處理基板整個(gè)表面上使等離子體均勻化。
根據(jù)本發(fā)明的等離子體處理裝置，通過在被處理基板和處理容器的內(nèi)壁面之間的等離子體密度局部偏高的位置上，插入構(gòu)造十分簡單的屏風(fēng)部件使等離子體失去活性，來使等離子體均勻，可以實(shí)現(xiàn)蝕刻率(etching rate)的均勻性。
圖1是本發(fā)明的等離子體處理裝置的模型圖(縱截面)，在處理室內(nèi)與被處理基板接近設(shè)置屏風(fēng)部件的實(shí)施例。
圖2是圖1所示本發(fā)明的等離子體處理裝置的平面橫截面圖。
圖3是圖1所示本發(fā)明的等離子體處理裝置的A箭頭所示部分的放大縱截面圖，在處理室內(nèi)與被處理基板接近設(shè)置屏風(fēng)部件的實(shí)施例；圖3(a)是在處理室內(nèi)與被處理基板接近設(shè)置箱形截面的屏風(fēng)部件的實(shí)施例；圖3(b)是設(shè)置斜面形狀的屏風(fēng)部件的實(shí)施例；圖3(c)是設(shè)置直立的壁狀屏風(fēng)部件的實(shí)施例；圖3(d)為設(shè)置L形狀的屏風(fēng)部件的實(shí)施例。
圖4表示本發(fā)明的等離子體處理裝置(具有屏風(fēng)部件)與現(xiàn)有技術(shù)的等離子體處理裝置(無屏風(fēng)部件)中，從被處理基板中心至被處理基板端部的等離子體電子密度的變化(下降)及屏風(fēng)部件的設(shè)置位置。
圖5表示測定圖4所示等離子體電子密度的變化中所使用的測定方法。
圖6是現(xiàn)有技術(shù)中的未設(shè)置屏風(fēng)部件的等離子體處理裝置的縱截面圖。
符號(hào)說明1、等離子體處理裝置2、處理容器3、處理室4、下部電極5、上部電極
11、(11a～11d)屏風(fēng)部件13、擋板14、閘閥15、探針16、網(wǎng)絡(luò)分析器17、絕緣管G、被處理基板(玻璃基板)具體實(shí)施方式
(等離子體處理裝置的構(gòu)造)如圖1所示，本發(fā)明的等離子體處理裝置1由導(dǎo)電性的保持氣密的處理容器2(處理容器內(nèi)側(cè)尺寸為寬2890mm、長3100mm、高600mm)構(gòu)成，在該處理容器2內(nèi)形成有處理室3。此外，在該處理室3內(nèi)設(shè)置有兼作承載臺(tái)的導(dǎo)電性的下部電極4，其承載從閘閥14搬入搬出的玻璃基板等平面視圖為矩形狀的被處理基板G(例如外形為1870mm×2200mm的玻璃基板)。該下部電極4通過13.56MHz用匹配電路7和3.2MHz用匹配電路8而分別與13.56MHz的高頻電源部和3.2MHz的高頻電源部連接。而且，在與下部電極4的基板承載面相向的位置處，平行于下部電極4而設(shè)置有上部電極5，其與阻抗調(diào)整電路9、10(13.56MHz用阻抗調(diào)整電路9和3.2MHz用阻抗調(diào)整電路10)連接。其中，其它結(jié)構(gòu)與現(xiàn)有技術(shù)的平行平板型等離子體蝕刻裝置基本相同。
如上所述，通過構(gòu)成本發(fā)明的等離子體處理裝置1，當(dāng)在上部電極5以及下部電極4之間重疊施加高頻電壓而生成等離子體來處理被處理基板G時(shí)，通過在上部電極5和處理容器2之間設(shè)置含有電容成分的阻抗調(diào)整電路9(13.56MHz用)和阻抗調(diào)整電路10(3.2MHz用)，可以使來自下部電極4的等離子體，并經(jīng)由上部電極5和處理容器2的壁部而到達(dá)返回用導(dǎo)電路的阻抗值，比來自上部電極5的等離子體，并經(jīng)由處理容器2的壁部而到達(dá)返回用導(dǎo)電路的阻抗值小。因此，抑制在下部電極4和處理容器2的壁部之間產(chǎn)生等離子體，可以在處理室3內(nèi)產(chǎn)生均勻性高的等離子體，并對(duì)被處理基板G進(jìn)行面內(nèi)均勻性高的等離子體處理。
但是，如上所述，隨著被處理基板G的增大，處理室3的面積也增大，等離子體處理裝置的處理室內(nèi)的等離子體均勻性還是會(huì)產(chǎn)生偏差。
(屏風(fēng)部件的狀態(tài))在此，在本發(fā)明的等離子體處理裝置1中，在處理室3內(nèi)的等離子體密度(蝕刻率)高的部位，設(shè)置與等離子體接觸面積盡可能大的屏風(fēng)部件11(11a，11b，11c，11d)(或者在處理容器2的內(nèi)壁表面2a上一體地形成凸出部)，使處理室3內(nèi)的等離子體均勻化。
例如，在玻璃基板(FPD)的等離子體蝕刻裝置1中，如圖1、2所示，當(dāng)只有被處理基板G的長邊中央的蝕刻率高時(shí)，在與該長邊a的中央相向的處理容器2的內(nèi)壁表面2a上設(shè)置有屏風(fēng)部件11。
即，在處理如玻璃基板那種大約呈矩形的被處理基板的等離子體蝕刻裝置1中，其內(nèi)壁表面2a幾乎是與該被處理基板G的長邊a以及短邊b平行的平坦表面。
因而，如圖1、2所示，在處理容器2的內(nèi)壁表而2a和下部電極4之間，以與下部電極4的長邊和短邊分別平行的方式安裝有擋板13，并盡可能與被處理基板G接近來設(shè)置屏風(fēng)部件11(例如，高度大約為150mm以上)，以使該擋板5與內(nèi)壁表面2a接觸。即、在圖1和圖2的實(shí)施例中，如圖2所示，與被處理基板G的長邊a和短邊b的大致中央部位相對(duì)來設(shè)置平面視圖為矩形狀的規(guī)定高度的屏風(fēng)部件11。向擋板13安裝屏風(fēng)部件11的過程，可以另安裝支撐(腳)來進(jìn)行，此外，也可以通過其它任何安裝方法。
在圖3(a)所示實(shí)施例中，屏風(fēng)部件11a為具有規(guī)定長度的中空箱形部件，或者為內(nèi)部實(shí)心的箱形部件。
另外，屏風(fēng)部件的構(gòu)成材料可以是金屬等導(dǎo)體(例如5mm厚的鋼板)或者絕緣體。尤其是在本發(fā)明的等離子體處理裝置中，為了確保等離子體蝕刻處理的均勻性，只要在等離子體密度較高處插入屏風(fēng)部件11a，能夠使離子、電子撞擊該部件11a而使等離子體失去活性即可。在被處理基板G和處理容器2的內(nèi)壁面2a之間選擇性地插入屏風(fēng)部件，可以提高蝕刻率的均勻性，從而能夠均勻地進(jìn)行等離子體處理。
并且，在圖1和圖2的實(shí)施例中，在與被處理基板G的長邊a和短邊b的大約中央部位相對(duì)的位置上，分別設(shè)置有屏風(fēng)部件11，但是，當(dāng)被處理基板G的四角的等離子體蝕刻率較高時(shí)，在所述四角處分別設(shè)置平面視圖為三角形或者板狀的規(guī)定高度的屏風(fēng)部件(參照?qǐng)D2中陰影線所示三角形的屏風(fēng)部件11)。
另外，如圖2所示，當(dāng)與作為被處理基板G的搬入搬出口的閘閥相對(duì)而設(shè)置有屏風(fēng)部件11a時(shí)，升降承載被處理基板G的下部電極4，以不妨礙被處理基板G從閘閥14至處理室3的搬入搬出。而且，也可以升降屏風(fēng)部件11本身，以使被處理基板G在搬入搬出時(shí)不影響該基板的搬入搬出，從而使其并不存在于處理室3中，而只在處理時(shí)才出現(xiàn)在處理室3內(nèi)。
而且，當(dāng)在同一處理室內(nèi)進(jìn)行多種加工的情況下，可以構(gòu)造成選擇性地使作為等離子體失活板而工作的屏風(fēng)部件動(dòng)作，從而在同一處理室內(nèi)生成適合各加工條件的最適宜的等離子體。
另外，也可以對(duì)應(yīng)處理室內(nèi)的加工條件、種類而改變屏風(fēng)部件的形狀，或者改變其設(shè)置位置。
而且，如圖3(b)所示，為靠近處理室2的內(nèi)壁面2a和下部電極4的外緣，也可以設(shè)置斜面形狀的屏風(fēng)部件11b。在這種情況下，距離被處理基板G部位附近的等離子體的失活率降低。
而且，如圖3(c)所示，為了使加工的蝕刻率均勻化而使直立的板狀屏風(fēng)部件11c盡可能地接近被處理基板G而安裝在擋板13上。
而且，如圖3(d)所示，也可以在處理室2的內(nèi)部面2a上設(shè)置截面為L型的屏風(fēng)部件11d與等離子體接觸，使等離子體蝕刻率均勻化。
(等離子體均勻化的實(shí)施例)在本發(fā)明的等離子體處理裝置中，由于處理室內(nèi)的等離子體密度局部較高，因此，選擇性地在局部蝕刻率增高的位置上插入屏風(fēng)部件來與等離子體接觸，以使等離子體失去活性，從而可以使其密度均勻化，并使蝕刻率的均勻性提高。
(i)根據(jù)等離子體測定得到的等離子體均勻化效果的實(shí)證首先，如圖4(屏風(fēng)部件的等離子體均勻化效果)所示，如本發(fā)明的等離子體處理裝置所示，通過PAP(Plasma Absorption Probe等離子體吸收探針)測定在處理室內(nèi)與被處理基板接近設(shè)置屏風(fēng)部件的情況和現(xiàn)有技術(shù)中的未設(shè)置屏風(fēng)部件情況下的等離子體的電子密度差。
即，在根據(jù)PAP進(jìn)行的本發(fā)明效果的確認(rèn)方法中，如圖5所示，在等離子體處理裝置的處理容器2的兩壁部中貫穿絕緣管17，通過O形環(huán)來兩端支撐絕緣管17并將其真空密封，將同軸探針(Probe)15插入絕緣管17，只滑動(dòng)同軸探針15，從網(wǎng)絡(luò)分析器(network analyzer)16向同軸探針15施加電磁波信號(hào)并進(jìn)行高頻掃描，從下部電極4的正上方60mm測定等離子體的電子密度。在此，測定的是在處理氣體為SF6/N2、RF電源為15000w、偏置電源為7000w、靜電卡盤(chuck)吸附電壓為3.0kV、背壓(back pressure)為3.0Torr、70mTorr環(huán)境下的處理室3內(nèi)的等離子體的電子密度。
根據(jù)PAP，若某頻率信號(hào)與等離子體電子振動(dòng)頻率fp一致，則該電磁波被等離子體吸收。利用這一特性，由公式(1)求得電子密度Ne。
=0.012*(1+ϵr)*fp2·[m-3]---(1)]]>me＝電子的重量e＝電子ε0＝真空介電常數(shù)εr＝介電常數(shù)fp＝等離子體電子振動(dòng)頻率在現(xiàn)有技術(shù)的未設(shè)置屏風(fēng)部件的等離子體處理裝置中，具體如圖4所示，與現(xiàn)有技術(shù)的不具有屏風(fēng)部件的情況相比，等離子體的電子密度(Ne[m-3])在屏風(fēng)部件的設(shè)置范圍內(nèi)大幅降低，隨之等離子體更均勻。并且，如圖4所示，本實(shí)驗(yàn)中的屏風(fēng)部件的設(shè)置范圍是指，從被處理基板的中心至大約600mm的位置，或者如圖4所示，從處理室2的內(nèi)壁至被處理基板G的端部的距離Lp的1/2(圖4中以◆表示)、1/3(圖4中以■表示)。另外，寬度0表示使屏風(fēng)部件與內(nèi)壁接觸設(shè)置的情況(圖4中以×表示)。
(ii)來自蝕刻加工的等離子體均勻化效果的實(shí)證(a)在與被處理基板長邊相對(duì)的位置上設(shè)置屏風(fēng)部件的情況通過在與圖2所示的被處理基板G的長邊a相對(duì)的位置上設(shè)置屏風(fēng)部件11，與不具有屏風(fēng)部件的現(xiàn)有技術(shù)比較因屏風(fēng)部件導(dǎo)致的蝕刻率的減小、即等離子體的均勻性。
表1(a)閘側(cè) 蝕刻深度
(b)閘側(cè) 蝕刻深度
(c)閘側(cè) 蝕刻深度
在表1中，表1(a)顯示在沒有設(shè)置屏風(fēng)部件時(shí)、被處理基板的長邊方向(橫軸)和短邊方向(縱軸)的規(guī)定位置的蝕刻深度，表1(b)顯示設(shè)置箱形屏風(fēng)部件(圖3(a)所示)，其長度為電極尺寸的1/2、寬度Wp為擋板寬度Wb的2/3(在此，從內(nèi)壁設(shè)置內(nèi)壁與基板端部距離Lp的2/3厚度)情況下的蝕刻深度，此外，表1(c)表示設(shè)置斜面狀屏風(fēng)部件(如圖3(b)符號(hào)11a所示)，其長度Lp為電極尺寸的1/4、寬度Wp與擋板寬度相同(在此，從內(nèi)壁設(shè)置與內(nèi)壁和基板端部距離Lp相同厚度。即，本實(shí)施例中，通過屏風(fēng)部件填充內(nèi)壁和基板端部之間)情況下的蝕刻深度(在短邊一側(cè)均不設(shè)置屏風(fēng)部件)。
根據(jù)表1(a)可知，在不設(shè)置屏風(fēng)部件時(shí)，被處理基板的長邊及短邊的中央部位的蝕刻深度較高(2564，2372)，產(chǎn)生蝕刻不均。
對(duì)此，在設(shè)置表1(b)所示的箱形屏風(fēng)部件時(shí)，通過設(shè)置屏風(fēng)部件，在長邊部分上，蝕刻率的抑制效果十分顯著(從2564減小至2291，從2779減小至2266)。
另外，在設(shè)置表1(c)所示的斜面狀屏風(fēng)部件(如圖3(b)符號(hào)11b所示)時(shí)，與上述設(shè)置箱形屏風(fēng)部件的情況相同，在長邊中央部位上蝕刻率的抑制效果十分顯著(從2564減小至2351，從2779減小至2383)。
(b)在處理室的四角拐角處設(shè)置屏風(fēng)部件的情況其次，在處理室的四角拐角處設(shè)置圖2中陰影線所示三角形狀的屏風(fēng)部件，以此與不具有屏風(fēng)部件的現(xiàn)有技術(shù)比較蝕刻深度的減小，即，比較由于屏風(fēng)部件導(dǎo)致蝕刻率(等離子體)的均勻性。
表2(a)閘側(cè) 蝕刻深度
(b)閘側(cè) 蝕刻深度
(c)閘側(cè) 蝕刻深度
在表2中，表2(a)顯示未設(shè)置屏風(fēng)部件的情況下的被處理基板的長度方向(橫軸)和短邊方向(縱軸)的規(guī)定位置的蝕刻深度，表2(b)顯示在從處理室內(nèi)側(cè)角至被處理基板的角距離(圖2所示W(wǎng)t)的2/3的位置，處理室內(nèi)側(cè)的四角上設(shè)置箱形屏風(fēng)部件(如圖3(a)所示)的情況下蝕刻深度；表2(c)顯示在從處理時(shí)內(nèi)側(cè)至基板的四角整個(gè)距離(接近基板的四角)上設(shè)置屏風(fēng)部件的情況下的蝕刻深度。
根據(jù)表2(b)可知，通過在四角部分設(shè)置屏風(fēng)部件，可以確認(rèn)在處理室四角部分上的蝕刻率得到抑制(分別抑制為2759至2476、2868至2582、2724至2472、2753至2491)。
而且，如表2(c)所示，與被處理基板至在更接近的位置上通過更加接近屏風(fēng)部件，抑制四角部分的蝕刻率效果更加顯著。
工業(yè)適用性本發(fā)明的等離子體處理裝置并不局限于等離子體蝕刻裝置，其適用于在等離子體CVD或者其它等離子體裝置中，防止局部等離子體密度較高，有必要提高等離子體的均勻性的各種處理裝置。
權(quán)利要求
1.一種等離子體處理裝置，其特征在于在等離子體處理裝置中，在處理室內(nèi)的等離子體密度局部較高的部位上設(shè)置使等離子體失去活性的屏風(fēng)部件，使對(duì)被處理基板的等離子體或蝕刻率均勻化。
2.如權(quán)利要求1所述的等離子體處理裝置，其特征在于所述屏風(fēng)部件在所述處理室的內(nèi)壁面和所述被處理基板之間接近所述被處理基板而設(shè)置。
3.如權(quán)利要求1所述的等離子體處理裝置，其特征在于所述屏風(fēng)部件的平面視圖為矩形，具有箱形中空矩形截面或箱形內(nèi)部實(shí)心矩形截面。
4.如權(quán)利要求1所述的等離子體處理裝置，其特征在于所述屏風(fēng)部件為直立的板狀。
5.如權(quán)利要求1所述的等離子體處理裝置，其特征在于所述屏風(fēng)部件為平面視圖呈矩形狀的板狀物體，接近所述處理室的內(nèi)壁面和所述被處理基板而相對(duì)于等離子體照射方向傾斜設(shè)置。
6.如權(quán)利要求1所述等離子體處理裝置，其特征在于所述屏風(fēng)部件的平面視圖為矩形，具有L形狀的截面，且安裝在所述處理室的內(nèi)壁面。
7.如權(quán)利要求1所述的等離子體處理裝置，其特征在于所述屏風(fēng)部件為平面視圖呈三角形狀或者板狀，設(shè)置在所述處理室的四角處。
8.如權(quán)利要求1所述的等離子體處理裝置，其特征在于所述屏風(fēng)部件，根據(jù)所述處理室內(nèi)的加工條件而選擇設(shè)置或者可動(dòng)作地設(shè)置。
9.如權(quán)利要求1所述的等離子體處理裝置，其特征在于在將被處理基板向所述處理室搬入搬出時(shí)，所述屏風(fēng)部件不影響該基板的搬入搬出，且只在被處理基板處理時(shí)才出現(xiàn)在所述處理室內(nèi)。
全文摘要
本發(fā)明提供一種等離子體處理裝置，在等離子體處理裝置的處理室內(nèi)的等離子體密度局部偏高的部位插入屏風(fēng)部件，使等離子體失去活性，使等離子體密度均勻化。其特征在于，在等離子體處理裝置(1)中，在處理室(3)內(nèi)的等離子體密度局部偏高的部位上，設(shè)置使等離子體失去活性的屏風(fēng)部件，使對(duì)被處理基板(G)的等離子體蝕刻率均勻化。
文檔編號(hào)H01L21/00GK1838386SQ200610058370
公開日2006年9月27日 申請(qǐng)日期2006年3月3日 優(yōu)先權(quán)日2005年3月24日
發(fā)明者里吉?jiǎng)?wù), 山本浩司, 田中勇一郎 申請(qǐng)人:東京毅力科創(chuàng)株式會(huì)社