JP4980055B2 - 真空プラズマ処理された加工物を製造する方法 - Google Patents

Description

本発明は、一般的に、真空容器において１つまたは１つよりも多い加工物を同時にまたは続いて処理した後で、さらなる処理に進む前に真空容器を洗浄しなければならないところの、加工物を真空プラズマ処理するための方法およびシステムについて言及する。

これにより、本発明によって述べられるような処理は、高い周波数帯域にある周波数で最大エネルギを有する供給信号によって供給されたプラズマが与えられる種類のものである。

高い周波数帯域：３から３０ＭＨｚ、
非常に高い周波数帯域（ＶＨＦ）：３０から３００ＭＨｚであると規定する。

このような方法およびシステムの全体的なサイクル時間、したがってスループットは、処理のサイクル時間と洗浄のサイクル時間とによって大幅に左右される。これは、各処理サイクルの後で洗浄サイクルが行なわれる場合に特に明らかに当てはまる。全体的なサイクル時間は、所望の処理結果を構築するために、処理サイクルを短くすることによって、増大されたループットに従って短くされてもよい。これは、処理サイクルの間の処理効率性を上昇させることと一致する。高い周波数のプラズマを利用する処理プロセスの処理の効率性は、処理プラズマ周波数を増加させることによって、上昇され得ることが知られている。たとえば、プラズマ化学気相成長法の処理プロセスにおいて、高い周波数プラズマ、すなわちＰ_HfECVDを利用すると、堆積速度は、プラズマ周波数を上昇させることによって上昇され得、これにより処理サイクルが短くされ得ることが知られている。

加工物の処理のために用いられる高周波プラズマの周波数をＶＨＦ周波数帯域までおよびＶＨＦ周波数帯域へと上昇させるときに、これは加工物表面に沿った処理効果の均一性に関する問題を生じ得、これは特にこのような表面が大きい場合に、たとえば、フラットパネルディスプレイ、半導体装置、太陽電池の加工品、または感光性膜を有する加工物を製造するためのこのような_HfＰＥＣＶＤ処理に当てはまることが多いことも知られている。非常に高い処理プラズマ周波数での均一の処理効果のこれらの問題は、たとえば、米国特許第６２２８４３８号に記載されたような特別の電極概念によって対処され、解決されてきた。したがって、処理サイクルを意図して、プラズマ周波数を増加させることによってサイクル時間を減じることが知られており、特に処理の均質性または均一性に関する付随の問題が解決される。

それにもかかわらず、上述したように、全体的なサイクル、したがってスループットは、加工物の処理が行なわれてきた、および行なわれている真空容器を洗浄するための洗浄サイクル時間によっても左右される。

本発明によって扱われるような種類の処理プロセスにおける洗浄サイクル時間を短くすることは、米国特許第６４１０１０２号で扱われるトピックである。これにより、加工物の処理のために用いられるプラズマの周波数よりも低い周波数を有するプラズマを用いて、ドライエッチング技術によって洗浄時間を減じることが提案されている。

米国特許第６４１０１０２号では、ドライエッチングのためのプラズマ周波数を５０ＭＨｚ以上のＶＨＦ帯域よりも高く上昇させるときに、ドライエッチング効果が均一ではないことが報告され、これによって真空容器の洗浄が不精密になる。処理プラズマは、ＶＨＦ帯域またはそれよりも高い帯域で動作される。

本発明の目的は、上述のような処理／洗浄システムまたは製造方法において、処理サイクル時間に対して洗浄サイクルを短縮することである。これは、以下のステップを含む真空プラズマ処理された加工物を製造する方法によって本発明に従って実現され、以下のステップは、
（ａ） 処理される少なくとも１つの加工物を真空容器へと導入するステップと、
（ｂ） 真空チャンバにおいて加工物を処理するステップとを含み、これにより少なくともＨｆ周波数帯域における第１の周波数で最大エネルギを有する供給信号によって真空チャンバにプラズマ放電を確立し、さらに、
（ｃ） 真空容器から処理された加工物を取出すステップと、
（ｄ） 真空容器内部で洗浄を行なうステップとを含み、これにより述べられた第１の周波数よりも高い第２の周波数で最大エネルギを有する供給信号によってプラズマ放電を確立し、さらに、
（ｅ） ステップ（ａ）から（ｄ）を少なくとも一度繰返すステップを含む。

本発明の発明者は、Ｈｆ範囲における処理プラズマの周波数を確立することによって、加工物を処理するためのサイクル時間が短縮されるときは常に、洗浄プラズマの周波数がそれに応じて上昇されるかまたは処理プラズマの周波数よりも高く維持されるという点で、スループットに関してそれぞれ得られた利点が、洗浄サイクル時間をそれに応じて短くすることによって減じられ得るということを認識している。

処理プラズマ周波数を増加することによって処理サイクル時間を短縮するために、処理の均一性の問題を解決するための特別な電極概念を適用しなければならない場合、これらの措置も、それに応じて洗浄プラズマの高い周波数での不均質の洗浄を打ち消すであろう。

さらに、洗浄プラズマの周波数を上昇させかつそれを処理プラズマの高い周波数よりもかなり上に保つことによって、増大した洗浄プラズマ電力を与えることにより、さらに不精密な洗浄を防ぎ、かつ洗浄サイクル時間を短縮することが可能になることを発明者は認識している。

洗浄の際に洗浄プラズマの周波数を処理プラズマの高い周波数よりもかなり上に維持することによって、チャンバ壁およびスパッタリングにもたらし得る電極のイオン衝撃が減じられる。これはプラズマ電力をかなり増加させることを可能にする。洗浄プラズマの周波数を増加させるまたはそれを処理プラズマの高い周波数よりもかなり上に保つことによって、電極の内面の前にある、およびしたがって電極として作用する容器の内面の前にあるシース電圧は大幅に減じられ、これはこのような電極表面にイオン衝撃を与えるエネルギを減じる。したがって、かなり高い電力が与えられ得、これは表面スパッタリングが明白になる限界出力に達する前に、容器壁に沿った、起こり得る洗浄効果のばらつきを過補償する。

本発明に従った方法の一実施例において、導入するステップ（ａ）から取出すステップ（ｃ）までが、その後に続く洗浄するステップ（ｄ）が行なわれる前に、少なくとも一度繰返される。これは、真空容器が最初に少なくとも２つの後に続く処理サイクルにおいて、またはなおさら洗浄サイクルが確立され
る前に、少なくとも１つの加工物をそれぞれ処理するために用いられ得ることを意味している。

より重要な加工物の処理のために、およびさらなる実施例として、各々の処理および取出しサイクルの後に、取出すステップ（ｃ）から洗浄するステップ（ｄ）へ直接進むことによって確立される洗浄サイクルが実行される。

さらなる実施例においては、洗浄するステップ（ｄ）の間に、真空容器において全体的な圧力Ｐ_totが確立され、このためには、
０．２ｍバール≦Ｐ_tot≦０．６ｍバールが有効である。

これにより、プラズマ活性ガス基の比較的長い中間の自由経路が洗浄の間に確立される。これは小さな孔およびギャップにおいても十分な洗浄をもたらす。低い圧力はむしろ洗浄速度の制限および表面内部でのイオンエネルギの衝撃の増加をもたらすが、洗浄プラズマ周波数が処理プラズマの高い周波数よりもかなり上に維持されているために、これらの効果は過補償される。

洗浄するステップの間に本発明に従った方法のさらなる実施例において、フッ素含有ガスが真空容器へと与えられる。

さらなる実施例において、ＳＦ₆およびＮＦ₃の少なくとも１つが与えられる。

一実施例において、述べられた第１の周波数、処理プラズマの周波数、ｆ₁は、
１０ＭＨｚ≦ｆ₁≦３０ＭＨｚ
となるように選択される。

さらなる実施例において、述べられた第１の周波数ｆ₁は、約１３．５６ＭＨｚとなるように選択される。

さらなる実施例において、洗浄プラズマ周波数に従う第２の周波数ｆ₂は、第１の周波数ｆ₁の高調波となるように選択される。

さらに他の実施例において、第２の周波数ｆ₂は、ＶＨＦ周波数帯域において選択される。

さらに他の実施例において、それは、ＶＨＦ周波数帯域において選択される第１の周波数ｆ₁である。

さらに他の実施例において、第２の周波数ｆ₂は、
３０ＭＨｚ≦ｆ₂≦１００ＭＨｚ
となるように選択される。

さらに他の実施例において、第２の周波数ｆ₂は、約４０ＭＨｚとなるように選択される。

さらに他の実施例において、第２の周波数ｆ₂も、高い周波数帯域において選択される。これにより、さらに他の実施例ｆ₂は、
２０ＭＨｚ≦ｆ₂≦３０ＭＨｚ
となるように選択される。

さらに他の実施例において、ｆ₂は約２７ＭＨｚとなるように選択され、これは約１３．５６ＭＨｚとなるように選択されたｆ₁の第１の高調波である。なぜなら、ｆ₂を約４０ＭＨｚとなるように選択すると、それはそのｆ₁の第２の高調波と一致するからである。

さらなる実施例において、第２の周波数ｆ₂は、第１の周波数ｆ₁の少なくとも２倍となるように選択される。

本発明に従った方法のさらなる実施例において、少なくとも２０００ｃｍ²である加工物表面が処理される。

さらに他の実施例において、処理ステップ（ｂ）の間に、ＳｉＮコーティングが加工物上に堆積される。

さらに他の実施例において、処理ステップ（ｂ）の間に、ＰＶＤおよびＰＥＣＶＤのうちの少なくとも１つが行なわれ、さらに他の実施例において、このような処理するステップ（ｂ）はＰＥＣＶＤ処理からなる。

本発明に従った方法のさらに他の実施例においては、平坦な加工物が製造され、さらなる実施例においては、フラットパネルディスプレイの加工物、すなわちフラットパネルディスプレイの製造のために用いられる加工物が製造される。

さらに他の実施例において、太陽電池の加工品が製造されるか、または感光性膜を有する加工物もしくは半導体加工物のための加工物が製造される。

本発明に従うと、以下を含む加工物を真空プラズマ処理するためのシステムがさらに提案され、以下のものは、
・排気可能な真空容器と、
・第１のガス供給および第２のガス供給に接続可能な容器におけるガス入口構成と、
・電極への電気入力を有する容器におけるプラズマ発生装置と、
・第１の出力と第２の出力とを有し、第１の出力で、高い周波数帯域にある第１の周波数で最大電力を有する信号を生成し、第２の出力で、第１の周波数よりも高い第２の周波数で最大電力を有する信号を生成する発生装置と、
・発生装置の第１の出力を容器におけるプラズマ発生装置の電気入力に、および第１のガス供給をガス入口に代替的に動作可能に接続するか、または発生装置の第２の出力を電気入力に、および第２のガス供給をガス入口に接続する制御装置とを含む。

ここで本発明は、図面を利用しておよび例によって説明される。

図１において、本発明に従った製造方法を実行する、本発明に従ったシステムの第１の実施例が概略的に示されている。

真空容器１は、入力ロードロック３と出力ロードロック５とを有する。特に少なくとも２０００ｃｍ^２を処理される大きな表面を有する、特にフラットパネルディスプレイもしくは太陽電池または感光性膜を有する基板を製造するための平坦な基板７としての加工物は、入力ロードロック３によって入力され、基板受け面７ａ上に堆積される。図１に従うと、容器１の底面は、基板受け面７ａとして用いられる。処理の後で、基板７は出力ロードロック５を介して降ろされる。単一の加工物の代わりに、いくつかの応用例においては、１つよりも多い加工物の束を同時に真空容器１に供給してもよい。真空容器１内部において、加工物受け面７ａの反対側に、（ここで１つの電極として作用する）第２の電極配
置９が設けられ、この第２の電極配置は、容器１の壁を通る隔離貫通接続１１を介して容器１における電気入力Ｅ₁に接続される。

図１の実施例に従った電気入力Ｅ₁は、マッチ箱構成１３の出力Ａ₁₃に動作可能に接続され、この入力Ａ₁₃は、発生装置１５の第１の出力Ａ_Hfまたは第２の出力Ａ_Hf+のいずれかに動作可能に接続可能である。発生装置１５は、発生器段階１５_Hfによって出力Ａ_Hfで、高い周波数帯域にある周波数ｆ₁において最大エネルギを有する信号を生成する。装置１５は、出力Ａ_Hf+で周波数ｆ₁よりも高い周波数ｆ₂で最大エネルギを有する電気信号をさらに生成する。制御された切換装置１７によって概略的に示されるように、電極９は出力Ａ_Hfまたは出力Ａ_Hf+のいずれかに動作可能に接続される。

切換装置１７は制御入力Ｃ₁₇を有する。

電極配置９および加工物支持面７ａは、たとえば、米国特許第６２２８４３８号に示されるような高周波プラズマが基板表面にもたらした不均質処理の効果に対処するために、特定の必要性に従った形状にされてもよい。

真空容器１は、ガス入口１９をさらに有し、このガス入口は制御されたフロー切換装置２１を介してガス供給Ｇ１またはガス供給Ｇ２のいずれかにフロー接続される。フロー切換装置２１は制御入力Ｃ₂₁を有する。

切換装置１７およびフロー切換装置２１は、それぞれの制御入力Ｃ₁₇およびＣ₂₁を介してプロセスサイクル制御装置２３によって制御される。さらに、図１では１つのマッチ箱構成１３が設けられ、容器１の壁が基準電位上で、たとえば接地電位上で接続されるものとして示されているが、第２のマッチ箱構成を介して容器１の壁を基準電位上に接続するか、またはマッチ箱構成を介してＲｆエネルギを容器１に供給することによってというように、電極配置９と基板支持面７ａとの間に異なる方法で高周波電気電圧を与えることもできることに注目すべきである。それにもかかわらず、示されるように、容器１を基準電位に締めることの方がより一般的である。基板７が一旦容器１へと導入されると、高周波プラズマ補助処理がその上で行なわれる。そうするために、制御装置２３は、切換装置１７を動作させて電極配置９に発生装置１５の出力Ａ_Hfからの電気エネルギを供給するようにする。高周波プラズマ補助処理は、反応性または非反応性のＰＶＤ処理であってもよいが、高周波プラズマエンハンスドＣＶＤ処理である。したがって、特にこのような処理のために、おそらく動作ガス、たとえばアルゴンを有する処理ガスが入口１９を介してガス供給Ｇ₁から容器１へと供給される。これは装置２３およびフロー制御装置２１によって制御される。

基板７の高周波プラズマ処理が終了するとすぐに、既に処理された基板が出力ロードロック５を介して容器１から取出される。その後に、容器１の内部は汚染堆積を洗浄されなければならず、この汚染堆積は、高周波プラズマ補助処理の間の膜蒸着またはエッチングからの基板処理のために生じるものである。

その後に続く洗浄サイクルは、加工物の各々の処理サイクルの直後で、またはあまり重要ではない（less critical）応用例においては、予め定められた数の処理サイクルが行なわれた後で行なわれる。

洗浄サイクルについて、電極９は、制御装置２３および切換装置１７によって制御される発生装置１５の出力Ａ_Hf+に電気的に動作可能に接続される。同時におよび大半の場合に、ガス入口１９を介して容器１に与えられるガスは、制御装置２３およびフロー切換装置２１によって第２のガス供給Ｇ₂へと切換えられる。洗浄の目的のために、このガス供
給Ｇ₂はフッ素、それによりＳＦ₆および／またはＮＦ₃を含んでもよい。おそらく酸素もガス供給Ｇ₂に含まれる。出力Ａ_Hf+で発生装置１５によって生成された信号は、出力Ａ_HFで生成された周波数ｆ₁よりも高い周波数ｆ₂を有するため、洗浄サイクルのプラズマは、処理サイクルの間よりも高い周波数で最大エネルギを有する供給信号によって供給される。

「最大エネルギ」の周波数について言及するが、発生装置１５の出力信号は正弦波状である必要はなく、通常、特定のスペクトル周波数における最大エネルギによって特徴付けられる、それに応じて分散された周波数スペクトルを与えることを考慮に入れる。

特定の実施例の図１に従ったシステムを動作および構成する方法に関して、本明細書で扱われる導入部分および特定の実施例を参照する。

２つの周波数ｆ₁およびｆ₂がスペクトル的に互いから非常に大きく離れている場合、マッチ箱構成１３を双方の周波数にとって十分適切になるように調整することは難しくなるかもしれない。そこで、マッチ箱構成１３は、図１において破線で示されるように、それぞれの周波数ｆ₁およびｆ₂への適合ために制御されるか、または図２に従うと、マッチ箱構成は、それぞれの供給とともに使用可能になる２つの分離したマッチ箱１３_Hfおよび１３_HF+を含む。

実施例
４１０×５２０ｍｍ²を処理される表面を有するガラス基板は、図１に従ったシステムにおけるそれぞれの処理ステップにおいて、ＳｉＮ層でコーティングされ、これにより処理プラズマ周波数ｆ₁＝１３．５６ＭＨｚが選択された。次に、基板は容器１から取出された。

それぞれのコーティングの後で、後に続く洗浄ステップが、図１のガス供給Ｇ₂から容器１へのＳＦ₆およびＯ₂の入口で行なわれた。ガスの流れはすべての例につき以下のとおりであった。

ＳＦ₆：５００ｓｃｃｍ
Ｏ₂：１００ｓｃｃｍ
すべての洗浄サイクルの間に容器１における全体的な圧力ｐ_totは０．４ｍバールであった。

最初に、ＳｉＮからの洗浄がｆ₂＝１３．５６ＭＨｚ、および約５００Ｗで与えられる電力で行なわれた。５００Ｗのこの電力は、イオン衝撃および結果として生じる電極スパッタリングのために電極を損傷し始める前に、およそ制限電力Ｐ_critであった。

さらにｆ₂は、ｆ₂＝２７ＭＨｚおよびｆ₂＝４０ＭＨｚそれぞれに上昇された。これらの周波数ｆ₂で、Ｒｆ電力は変更された。結果は図３に示されている。コース（ａ）は、ｆ₂＝２７ＭＨｚでのＷにおけるＲｆ電力からのÅ／ｓにおける洗浄速度の依存性を示しており、コース（ｂ）は４０ＭＨｚの場合を示している。洗浄プラズマの上昇周波数ｆ₂を用いると、与えられたＲｆ電力は、Ｐ_critに達することなく、相当のものであり得ることが認識された。

ｆ₂に依存する限界出力Ｐ_critは、およそ図４に示されたようなコースを有することがわかった。

そこから、上昇周波数ｆ₂を用いると、プラズマ電力は、Ｐ_critに達することなく、さ
らに電極および壁表面をスパッタリングする危険性を被ることなく、実質的に上昇され得ることが理解され得る。

したがって、処理プラズマの周波数を上昇させることによって、処理サイクル時間を短縮することと、同時に洗浄プラズマの周波数を処理プラズマの周波数よりもさらに高く保つことにより洗浄プラズマの電力も上昇させることによって、処理サイクル時間を短縮することとを組合わせることが可能になる。したがって、全体的なサイクル時間は、実質的に短縮され、それに応じて本発明に従ったシステムを通した加工物のスループットおよびそれぞれの製造方法が実質的に増加される。

以下の表において、１３，５６ＭＨｚのおよび２７ＭＨｚのｆ₂周波数値で行なわれる反応器の洗浄速度が示されている。洗浄はＳＦ₆／Ｏ₂で行なわれる。これによって、ＳｉＮおよび低い堆積速度で堆積されたアモルファスシリコン、ａ−Ｓｉ−ＬＤＲの反応器における汚染層が除去される。双方の周波数値について、与えられるＲｆ電力は、電極表面および容器壁表面の表面スパッタリングが始まるＰ_critのちょうど下であった。ｆ₂＝２７ＭＨｚで、応用可能な高い電力のために、かなり高い洗浄速度が実現されることが理解され得る。

本発明に従った製造方法を実行する、本発明に従ったシステムの第１の実施例の概略図である。 さらなる変形における図１の発明のシステムの一部を示す図である。 製造方法に従って、および本発明に従ったシステムを用いて、処理プラズマ周波数よりも高い洗浄プラズマ周波数で洗浄を行なうときの洗浄速度（Å／ｓ）対Ｒｆ電力（ｗ）を示す図である。 本発明に従ったシステムおよび方法におけるスパッタ限界プラズマ出力対プラズマ周波数を示す図である。

Claims (19)

1. 真空プラズマ処理された加工物を製造する方法であって、
   （ａ） 処理される少なくとも１つの加工物を真空チャンバへと導入するステップと、
   （ｂ） 少なくともＨｆ周波数帯域における１０ＭＨｚ≦ｆ₁≦３０ＭＨｚとなる第１の周波数ｆ₁で最大エネルギを有する供給信号によって前記真空チャンバにプラズマ放電を確立することにより、前記真空チャンバにおいて前記加工物を処理するステップと、
   （ｃ） 前記真空チャンバから前記処理された加工物を取出すステップと、
   （ｄ） 前記第１の周波数よりも高い第２の周波数ｆ₂で最大エネルギを有する供給信号によってプラズマ放電を確立することにより、前記真空チャンバ内部で洗浄を行なうステップとを含み、前記方法はさらに、
   （ｅ） ステップ（ａ）から（ｄ）を少なくとも一度繰返すステップを含み、
   ｆ₂は、３０ＭＨｚ≦ｆ₂≦１００ＭＨｚとなるように選択され、前記第２の周波数ｆ₂におけるＲｆ電力は、スパッタリングが始まる限界出力のすぐ下になるように選択される、方法。
2. 前記導入するステップ（ａ）から前記取出すステップ（ｃ）までを、前記洗浄するステップ（ｄ）に進む前に、少なくとも一度繰返すステップをさらに含む、請求項１に記載の方法。
3. 前記取出すステップ（ｃ）から前記洗浄するステップ（ｄ）に直接移行するステップをさらに含む、請求項１に記載の方法。
4. 前記洗浄するステップ（ｄ）の間に、前記真空チャンバにおいて全体的な圧力Ｐ_totを確立するステップをさらに含み、
   ２０Ｐａ（０．２ｍバール）≦Ｐ_tot≦６０Ｐａ（０．６ｍバール）
   である、請求項１から３のいずれかに記載の方法。
5. 前記洗浄するステップ（ｄ）の間に、前記真空チャンバにフッ素含有ガスを与えるステップをさらに含む、請求項１から４のいずれかに記載の方法。
6. 前記洗浄するステップ（ｄ）の間に、前記真空容器にＳＦ₆およびＮＦ₃のうちの少なくとも１つを与えるステップをさらに含む、請求項１から５のいずれかに記載の方法。
7. 前記第１の周波数ｆ₁を１３．５６ＭＨｚとなるように選択するステップをさらに含む、請求項１から６のいずれかに記載の方法。
8. 前記第２の周波数を前記第１の周波数の高調波となるように選択するステップをさらに含む、請求項１から７のいずれかに記載の方法。
9. 前記第２の周波数を４０ＭＨｚとなるように選択するステップをさらに含む、請求項１から８のいずれかに記載の方法。
10. 第２の周波数ｆ₂を、前記第１の周波数ｆ₁の少なくとも２倍となるように選択するステップをさらに含む、請求項１から８のいずれかに記載の方法。
11. ２０００ｃｍ²よりも大きい、処理される表面を有する加工物を製造する、請求項１から１０のいずれかに記載の方法。
12. 前記処理するステップは、ＳｉＮでコーティングするステップを含む、請求項１から１１のいずれかに記載の方法。
13. 前記処理するステップは、物理的蒸着法−ＰＶＤ−およびプラズマ化学気相成長法−ＰＥＣＶＤのうちの少なくとも１つを含む、請求項１から１２のいずれかに記載の方法。
14. 前記処理するステップは、プラズマ化学気相成長法ＰＥＣＶＤである、請求項１から１３のいずれかに記載の方法。
15. 前記加工物は平坦な加工物である、請求項１から１４のいずれかに記載の方法。
16. 前記加工物は、フラットパネルディスプレイのための加工物である、請求項１から１５のいずれかに記載の方法。
17. 前記加工物は太陽電池の加工品である、請求項１から１５のいずれかに記載の方法。
18. 前記加工物は、感光性膜を有する加工物である、請求項１から１５のいずれかに記載の方法。
19. 前記加工物は、半導体加工物のための加工物である、請求項１から１５のいずれかに記載の方法。

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