(57)【要約】【課題】  構造が簡単で、処理対象である絶縁膜の絶縁破壊が減少する基板処理装置が提供される。【解決手段】  処理される基板が載置される基板載置部と；前記基板載置部の上部に順次に備えられている第１プラズマ空間及び第２プラズマ空間と；前記第１プラズマ空間と前記第２プラズマ空間との間に位置し、前記第２プラズマ空間で生成されたプラズマの陽イオンと電子のうちのいずれか一つを選択的に抽出する第１抽出電極と; 前記第１プラズマ空間と前記基板載置部との間に位置し、前記第１プラズマ空間のプラズマから陽イオンと電子を抽出する第２抽出電極と；前記基板載置部、前記第１プラズマ空間及び前記第２プラズマ空間を収容する真空チャンバーとを含む。【選択図】      図１
2007096299.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板処理処置において、
プラズマが形成されるプラズマ空間と基板の処理が行われる処理空間とを有する真空チャンバーと；
前記プラズマ空間と前記処理空間との間に位置する抽出電極と；
前記抽出電極に電源を供給する電源供給部と；
前記プラズマ空間のプラズマから陽イオンビームと負電荷ビームとが交互に前記処理空間に抽出されるように前記電源供給部を制御する制御部とを含むことを特徴とする基板処理処置。
【請求項２】
前記負電荷ビームは、電子ビームと陰イオンビームのうちの少なくともいずれか一つを含むことを特徴とする請求項１に記載の基板処理処置。
【請求項３】
前記抽出電極は、複数のグリッドを含むことを特徴とする請求項１に記載の基板処理処置。
【請求項４】
前記複数のグリッドは、互いに平行に配置されていることを特徴とする請求項３に記載の基板処理装置。
【請求項５】
前記制御部は、前記複数のグリッド各々に互いに異なる電圧が印加されるように前記電源供給部を制御することを特徴とする請求項３に記載の基板処理装置。
【請求項６】
前記制御部は、前記複数のグリッドのうちの前記処理空間と接する前記グリッドには、接地電圧が印加されるように前記電源供給部を制御することを特徴とする請求項３に記載の基板処理装置。
【請求項７】
前記複数のグリッド各々の電流値を測定して前記制御部に伝達する電流計をさらに含むことを特徴とする請求項３に記載の基板処理装置。
【請求項８】
前記制御部は、前記陽イオンビームの抽出時間と前記陰イオンビームの抽出時間とが実質的に同一になるように前記電源供給部を制御することを特徴とする請求項１に記載の基板処理装置。
【請求項９】
前記制御部は、前記処理空間に供給される陽イオンビームの電荷量と負電荷ビームの電荷量とが実質的に同一になるように前記電源供給部を制御することを特徴とする請求項１に記載の基板処理装置。
【請求項１０】
処理対象基板の電流値を測定して前記制御部に伝達する電流計をさらに含むことを特徴とする請求項１に記載の基板処理処置。
【請求項１１】
前記処理空間の下部に位置し、処理対象基板が載置される基板載置部をさらに含むことを特徴とする請求項１に記載の基板処理装置。
【請求項１２】
前記プラズマ空間に対応する前記真空チャンバーの外部に位置するコイルと、前記コイルに電源を供給するプラズマ形成電源供給部とをさらに含むことを特徴とする請求項１に記載の基板処理処置。
【請求項１３】
前記コイルと前記電源供給部との間に位置するインピーダンスマッチングユニットをさらに含むことを特徴とする請求項１２に記載の基板処理処置。
【請求項１４】
前記プラズマ空間に反応ガスを供給する反応ガス供給部をさらに含むことを特徴とする請求項１に記載の基板処理処置。
【請求項１５】
基板処理方法において、
真空チャンバー内の基板載置部上に絶縁膜が露出されている処理対象基板を載置させる段階と；
前記基板載置部の上部のプラズマ空間にプラズマを発生させる段階と；
前記プラズマから陽イオンビームと負電荷ビームとを交互に抽出して前記処理対象基板に供給する段階とを含むことを特徴とする基板処理方法。
【請求項１６】
前記負電荷ビームは、電子ビームと陰イオンビームのうちの少なくともいずれか一つを含むことを特徴とする請求項１５に記載の基板処理方法。
【請求項１７】
前記陽イオンビームの抽出時間と前記陰イオンビームの抽出時間とは実質的に同一であることを特徴とする請求項１５に記載の基板処理方法。
【請求項１８】
前記処理対象基板に供給される前記陽イオンビームの電荷量と前記負電荷ビームの電荷量とは実質的に同一であることを特徴とする請求項１５に記載の基板処理方法。
【請求項１９】
前記抽出は、前記処理対象基板と前記プラズマ空間との間に位置する抽出電極を利用して遂行されることを特徴とする請求項１５に記載の基板処理方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は基板処理装置と基板処理方法に係り、より詳しくは、プラズマから陽イオンビームと負電荷ビームとを交互に抽出する基板処理装置と、これを利用した基板処理方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体ウェーハまたは各種表示装置の基板は（以下、‘基板’と言う。）、基板上に薄膜を形成し、部分的にその薄膜をエッチングするなどの基板処理工程を反復して遂行することによって製造できる。このうちの絶縁膜をエッチングする工程には、プラズマから抽出された方向性を持つイオンビームが多く用いられている。プラズマを利用する工程は、異方性エッチング特性と高いエッチング率など多い長所を有している。
【０００３】
イオンビームを利用する方法においては、イオンが持つ電気的特性を利用してポテンシャルの差を利用して方向性を持つビームを形成する。このように形成されたビームは方向性を維持しながら絶縁膜に入射し、絶縁膜をエッチングするようになる。
【０００４】
しかし、絶縁膜には電流通路が形成されていないため、入射するイオンの電荷は絶縁膜に蓄積(チャージアップ)される。このように蓄積された電荷は絶縁破壊などの問題を起こして基板を損傷させ、アンダーカットなどエッチング不良を引き起こす。
【０００５】
このような問題を解決するために、イオンビームを中性ビーム(neutral  beam)に変換するか、または基板に蓄積された電荷と反対極性の電荷を供給して電荷を補償する方法などが用いられる。
【０００６】
これを詳しく説明すると、次の通りである。
【０００７】
イオンビームを中性ビームに変換する方法のうちの一つは、別途の電子銃(electron gun)または電子抽出装置で電子を抽出し、陽イオンビームの進行方向に電子を入射することである。電子と陽イオンとの衝突によってエネルギー移動が発生し、陽イオンは中性化される。陽イオンは相対的に質量が小さい電子と衝突するため進行方向が変わらない。
【０００８】
イオンビームを中性ビームに変換する他の方法は、イオンビームを中性化装置に通過させて中性化させることである。方向性を持つイオンビームは中性化装置の反射板と小さな入射角で衝突し、同一の角度で反射される。衝突の際に電荷の交換が発生してイオンビームは中性化され、反射角度が一定であるために方向性を持つようになる。
【０００９】
反対極性の電荷を供給する方法においては、電子銃のような別途の電子供給装置を利用して陽イオンビームが入射する基板に直接に電子を供給する。陽イオンビームによって蓄積される正電荷を、陰極を有する電子を供給して相殺させる方式である。
【００１０】
しかし、このような従来の方法は次のような問題がある。
【００１１】
第一に、電子を利用して陽イオンビームを中性化する方式においては、イオンビームを抽出する装置以外に電子を供給する装置が別途に必要である。また、陽イオンビームの外郭から陽イオンビームの中心方向に物理的衝突が起きるため、陽イオンビームの断面における中心部の中性化が円滑に行われないという問題がある。
【００１２】
第二に、反射体を利用するイオンビームを中性化する方式においては、物理的衝突によって中性粒子のエネルギー減少が発生する。また、反射板はイオンの衝突によって熱変形、ポリマの蒸着、アーチング(arching)などの問題があり得、反射板の照度によって方向性を無くし易いという問題がある。
【００１３】
第三に、反対極性の電荷を供給する方法においては、電子銃の方向を基板に向かうようにするかまたは磁場を利用して電子に方向性を付与する装置が非常に複雑になるという問題がある。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
本発明の目的は、構造が簡単で、処理対象である絶縁膜の絶縁破壊が減少する基板処理装置を提供することにある。
【００１５】
本発明の他の目的は、構造が簡単で、処理対象である絶縁膜の絶縁破壊が減少する基板処理装置を利用して基板を処理する方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
前記の本発明の目的は、プラズマが形成されるプラズマ空間と基板の処理が行われる処理空間とを有する真空チャンバーと；前記プラズマ空間と前記処理空間との間に位置する抽出電極と；前記抽出電極に電源を供給する電源供給部と；前記プラズマ空間のプラズマから陽イオンビームと負電荷ビームとが交互に前記処理空間に抽出されるように前記電源供給部を制御する制御部とを含む基板処理処置によって達成されることができる。
【００１７】
前記負電荷ビームは、電子ビームと陰イオンビームのうちの少なくともいずれか一つを含むことが好ましい。
【００１８】
前記抽出電極は、複数のグリッドを含むことが好ましい。
【００１９】
前記複数のグリッドは、互いに平行に配置されていることが好ましい。
【００２０】
前記制御部は、前記複数のグリッド各々に互いに異なる電圧が印加されるように前記電源供給部を制御することが好ましい。
【００２１】
前記制御部は、前記複数のグリッドのうちの前記処理空間と接する前記グリッドには、接地電圧が印加されるように前記電源供給部を制御することが好ましい。
【００２２】
前記複数のグリッド各々の電流値を測定して前記制御部に伝達する電流計をさらに含むことが好ましい。
【００２３】
前記制御部は、前記陽イオンビームの抽出時間と前記陰イオンビームの抽出時間とが実質的に同一になるように前記電源供給部を制御することが好ましい。
【００２４】
前記制御部は、前記処理空間に供給される陽イオンビームの電荷量と負電荷ビームの電荷量とが実質的に同一になるように前記電源供給部を制御することが好ましい。
【００２５】
処理対象基板を測定して前記制御部に伝達する電流計をさらに含むことが好ましい。
【００２６】
前記処理空間の下部に位置し、処理対象基板が載置される基板載置部をさらに含むことが好ましい。
【００２７】
前記プラズマ空間に対応する前記真空チャンバーの外部に位置するコイルと、前記コイルに電源を供給するプラズマ形成電源供給部とをさらに含むことが好ましい。
【００２８】
前記コイルと前記電源供給部との間に位置するインピーダンスマッチングユニットをさらに含むことが好ましい。
【００２９】
前記プラズマ空間に反応ガスを供給する反応ガス供給部をさらに含むことが好ましい。
【００３０】
前記本発明の他の目的は、真空チャンバー内の基板載置部上に絶縁膜が露出されている処理対象基板を載置させる段階と；前記基板載置部の上部のプラズマ空間にプラズマを発生させる段階と；
前記プラズマから陽イオンビームと負電荷ビームとを交互に抽出して前記処理対象基板に供給する段階とを含むことを特徴とする基板処理方法によって達成されることができる。
【００３１】
前記負電荷ビームは、電子ビームと陰イオンビームのうちの少なくともいずれか一つを含むことが好ましい。
【００３２】
前記陽イオンビームの抽出時間と前記陰イオンビームの抽出時間とは実質的に同一であることが好ましい。
【００３３】
前記処理対象基板に供給される前記陽イオンビームの電荷量と前記負電荷ビームの電荷量とは実質的に同一であることが好ましい。
【００３４】
前記抽出は、前記処理対象基板と前記プラズマ空間との間に位置する抽出電極を利用して遂行されることが好ましい。
【発明の効果】
【００３５】
本発明によれば、構造が簡単でありながら、処理対象である絶縁膜の絶縁破壊が減少する基板処理装置が提供される。
【００３６】
また、本発明によれば、構造が簡単で、処理対象である絶縁膜の絶縁破壊が減少する基板処理装置を利用して基板を処理する方法が提供される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３７】
以下、添付された図面を参照して、本発明についてさらに詳細に説明する。
【００３８】
図１は本発明の第１実施形態による基板処理装置の断面図である。
【００３９】
基板処理処置１は、処理空間３１及びプラズマ空間３２が形成されている真空チャンバー１０、処理対象基板１００が載置される載置部２１、プラズマから陽イオンビーム及び負電荷ビームを抽出するための抽出電極４１、プラズマ形成のためのコイル８１、及びプラズマ形成電源供給部８２を含む。ここで、抽出電極４１は電源供給部５１に連結されており、抽出電極４１に供給される電源は制御部８１によって制御される。
【００４０】
真空チャンバー１０は、抽出電極４１と共に、基板処理が行われる処理空間３１とプラズマが形成されるプラズマ空間３２とを形成し、これら空間３１、３２を真空と一定の温度に維持させる機能を行う。反応チャンバー１０の上部側面にはプラズマが形成する反応ガスが流入する反応ガス供給部１１が備えられている。反応ガスとしては、ＣＦｘ、Ａｒ、Ｏ２、ＳＦ６などが用いられることができる。
【００４１】
真空チャンバー１０の下部には反応の際に発生する副産物などを外部に放出する排気口１２が設置されている。図示していないが、真空チャンバー１０は排気口１２に連結された真空ポンプをさらに含むことができる。
【００４２】
真空チャンバー１０の下部には処理対象基板１００が載置される基板載置部２１が位置している。処理対象基板１００にはエッチング対象である絶縁膜が露出されており、エッチングされない絶縁膜の上部には感光膜が形成されている。
【００４３】
基板載置部２１の上部が基板処理が行われる処理空間３１となり、処理空間３１の上部には抽出電極４１を間にしてプラズマ空間３２が形成されている。
【００４４】
処理空間３１とプラズマ空間３２との間には抽出電極４１が備えられている。抽出電極４１は３つのグリッド４１ａ、４１ｂ、４１ｃからなっている。３つのグリッド４１ａ、４１ｂ、４１ｃは互いに平行に配置されている。各グリッド４１ａ、４１ｂ、４１ｃは、図２に示したように、四角形状の平板に複数の通過孔４２が形成されている形態であり、各グリッド４１ａ、４１ｂ、４１ｃの通過孔４２は一列に配置されている。グリッド４１ａ、４１ｂ、４１ｃの形態と通過孔４２の配置は必要に応じて変形され得る。
【００４５】
抽出電極４１は、電源供給部５１から電源が供給され、プラズマ空間３２で必要な成分を処理空間３１に伝達させる。具体的に見れば、各グリッド４１ａ、４１ｂ、４１ｃはそれぞれ別途の独立電源部５１ａ、５１ｂ、５１ｃに連結されており、グリッド４１ａ、４１ｂ、４１ｃ別に独立した電源供給が可能である。
【００４６】
各グリッド４１ａ、４１ｂ、４１ｃと各独立電源部５１ａ、５１ｂ、５１ｃ
との間には電流計６１ａ、６１ｂ、６１ｃが連結されていて、実際グリッド４１ａ、４１ｂ、４１ｃに流れる電流値を測定する。一方、処理対象基板１００も電流計６１ｄに連結されており、電流計６１ｄは処理対象基板１００の電荷蓄積を測定するようになる。
【００４７】
制御部７１は、電源供給部５１が抽出電極４１に供給する電源を制御する。制御部７１派、電源制御によってプラズマ空間３２のプラズマから陽イオンビームと負電荷ビームとを交互に抽出し、処理空間３１に伝達する。制御部７１は各電流計６１ａ、６１ｂ、６１ｃ、６１ｄで測定した電流値のフィードバックを受け、処理対象基板１００の電荷蓄積が発生しないように電源供給部５１を制御する。
【００４８】
プラズマ空間３２に対応する真空チャンバー１０の外部にはコイル８１が位置し、コイル８１はプラズマ形成電源供給部８２に連結されている。プラズマ形成電源供給部８２は第１コイル６１に高周波電源を供給し、供給される電源の周波数は数ｋＨｚ乃至数百ＭＨｚであり得る。プラズマ形成電源供給部８２の電源供給によってプラズマ空間３２には誘導結合プラズマが形成される。コイル８１とプラズマ形成電源供給部８２との間には、インピーダンスマッチングユニット８３が備えられている。
【００４９】
以上のような基板処理処置１は、プラズマ領域３２に形成されたプラズマから陽イオンビームと負電荷ビームとを交互に抽出する。抽出電極４１が陽イオンビームまたは／そして負電荷ビームを選択的に抽出する原理は、各々のエネルギーと抽出電極４１のポテンシャルとの関係を利用したことである。このような方法は、例えば、ＩＡＮ  Ｇ．ＢＲＯＷＮのＴＨＥ  ＰＨＹＳＩＣＳ  ＡＮＤ  ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ  ＯＦ  ＩＯＮ  ＳＯＵＲＣＥＳ、２版、６１頁〜６４頁に開示されている。
【００５０】
以下では、本発明において、プラズマから陽イオンビームと負電荷ビームとを抽出する方法について、図３及び図４を参照して説明する。
【００５１】
本発明で負電荷ビームとは、陰イオンビームそして／または電子ビームであって、陽イオンビームを中性化させることができるものを言う。以下では負電荷ビームとして陰イオンビームを例に挙げて説明する。
【００５２】
図３は本発明の一実施形態による基板処理装置でグリッドに印加される電圧を示したグラフであり、図４は本発明の一実施形態による基板処理装置で陽イオンビームと陰イオンビームとのポテンシャルを説明するためのグラフである。
【００５３】
図３を見れば、各グリッド４１ａ、４１ｂ、４１ｃに供給する電圧のパターンが相違することが分かる。第１グリッド４１ａと第２グリッド４１ｂとに供給される電圧は一定の周期を有して変化する矩形波であり、互いに行き違っている。第３グリッド４１ｃには時間に拘わらずグラウンド電圧が印加されている。
【００５４】
実施形態において、第１グリッド４１ａのポテンシャルが低く、第２グリッド４１ｂのポテンシャルが高い場合、陰イオンビームが抽出され、反対に第１グリッド４１ａのポテンシャルが高く、第２グリッド４１ｂのポテンシャルが低い場合、陽イオンビームが抽出される。陰イオンビームの抽出時間と陽イオンビームの抽出時間とは互いに同一である。第１グリッド４１ａと第２グリッド４１ｂの周波数は１Ｈｚから数百ｋＨｚの中から選択されることができる。
【００５５】
制御部７１は、各グリッド４１ａ、４１ｂ、４１ｃに供給される電源パターンが、図３に示したようになるように電源供給部５１を制御する。制御部７１は、この過程で各電流計６１ａ、６１ｂ、６１ｃ、６１ｄで測定した電流値に基づいて電源パターンを変更することができる。
【００５６】
ここで、第１グリッド４１ａと第２グリッド４２ｂとに印加される電圧は、矩形波以外にサイン波や三角波なども可能である。
【００５７】
図４は真空チャンバー１０内で垂直方向による陽イオンビームと陰イオンビームとのポテンシャルを例示したものである。
【００５８】
陽イオンビームのポテンシャルは、第１グリッド４１ａと第２グリッド４１ｂとの間で急激に減少し、第２グリッド４１ｂと第３グリッド４１ｃとの間では比較的緩やかに増加する。陰イオンビームのポテンシャルは第１グリッド４１ａと第２グリッド４１ｂとの間で急激に増加し、第２グリッド４１ｂと第３グリッド４１ｃとの間では比較的緩やかに減少する。
【００５９】
以上の一実施形態による基板処理装置１は多様に変形可能である。例えば、グリッドの個数は１つまたは２つも可能であり、４つ以上を有することも可能である。
【００６０】
以下、上述した基板処理処置１を利用して基板を処理する方法について、図５を参照して説明する。図５は本発明の一実施形態による基板処理方法を説明するための手順図である。
【００６１】
まず、処理対象基板１００を基板載置部２１に載置させる（Ｓ１００）。処理対象基板１００にはエッチング対象である絶縁膜が露出されており、エッチングされない絶縁膜の上部には感光膜が形成されている。絶縁膜は窒化シリコン膜または酸化シリコン膜であり、その下部には金属からなる配線が位置することができる。処理対象基板１００は半導体ウェーハまたは表示装置用基板であり得、表示装置としては液晶表示装置、プラズマディスプレイ装置（ＰＤＰ）、有機発光ダイオード（ＯＬＥＤ）などが可能である。
【００６２】
処理対象基板１００を載置させた後、真空チャンバー１０の内部の温度と圧力を調節する。
【００６３】
次に、反応ガス供給部１１を通じて反応ガスを注入しながら、プラズマ形成電源供給部８２を通じてコイル８１に高周波電源を加える。このような過程を通じてプラズマ空間３２には誘導結合により反応ガスからプラズマが形成される（Ｓ２００）。プラズマには陽イオン、陰イオン、電子が全て含まれている。
【００６４】
プラズマが形成されれば、第１抽出電極４１の各グリッド４１ａ、４１ｂ、４１ｃに印加される電圧を調節して陽イオンビームと負電荷ビームを交互に抽出し、処理空間３１に伝達する（Ｓ３００）。負電荷ビームは陰イオンビームそして／または電子ビームであり得、陽イオンビームと実質的に同一の電荷量を有する。
【００６５】
処理空間３１に供給された陽イオンビームと負電荷ビームは、処理対象基板１００に入射して露出された絶縁膜をエッチングする（Ｓ４００）。この過程で陽イオンビームと負電荷ビームとは中性化され、絶縁膜には電荷が蓄積されない。これによって絶縁膜の絶縁が破壊されたり品質が低下したりする問題が減少する。
【００６６】
以上のように、本発明による基板処理装置１は複数のプラズマ空間と抽出電極とを利用して、中性化装置のような複雑な構成なしに、絶縁膜への電荷蓄積を防止する。
【００６７】
たとえ本発明の実施形態が図示されて説明されたが、本発明が属する技術分野の通常の知識を有する当業者であれば、本発明の原則や精神から逸脱せずに本実施形態を変形できることが分かる。本発明の範囲は添付された請求項とその均等物によって決められなければならない。
【図面の簡単な説明】
【００６８】
【図１】本発明の一実施形態による基板処理装置の断面図である。
【図２】本発明の一実施形態による基板処理装置におけるグリッドの斜視図である。
【図３】本発明の一実施形態による基板処理装置におけるグリッドに印加される電圧を示したグラフである。
【図４】本発明の一実施形態による基板処理装置における陽イオンビームと陰イオンビームとのポテンシャルを説明するためのグラフである。
【図５】本発明の一実施形態による基板処理方法を説明するための手順図である。
【符号の説明】
【００６９】
１０  真空チャンバー
１１  反応ガス供給部
１２  排気口
２１  基板載置部
３１  処理空間 
３２  プラズマ空間
４１  抽出電極
５１  電源供給部
６１Ａ〜６１Ｄ  電流計
７１  制御部
８１  コイル
８２  プラズマ形成電源供給部
８３  インピーダンスマッチングユニット
【図１】
2007096299.tif 000003
【図２】
2007096299.tif 000004
【図３】
2007096299.tif 000005
【図４】
2007096299.tif 000006
【図５】
2007096299.tif 000007