JP2003003265A

JP2003003265A - プラズマ試料処理法、薄膜及び平面表示装置

Info

Publication number: JP2003003265A
Application number: JP2001188447A
Authority: JP
Inventors: Kenichi Chiyabara; 健一茶原; Masatoshi Wakagi; 政利若木; Kenichi Kizawa; 賢一鬼沢; Tadashi Sato; 忠佐藤; Yukio Kawakubo; 幸雄川久保
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 2001-06-21
Filing date: 2001-06-21
Publication date: 2003-01-08

Abstract

(57)【要約】【課題】荷電粒子照射処理における試料加熱装置を不
要とすること。【解決手段】圧力１００Ｐａ以上のガス中で、試料へ
の電子ビーム照射及び電子ビームの照射によってガスが
電離生成したプラズマ照射を行う。【効果】試料全体の加熱が試料と試料周囲ガスとの熱
交換によって抑制され、周囲のガス圧力の制御により、
処理中の試料温度を所望値に制御できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、荷電粒子を用いた
試料のプラズマ処理方法、薄膜及びそれを用いた平面表
示装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、プラズマ処理法として、成膜法と
してはプラズマ化学気相成長法、スパッタ蒸着法、プラ
ズマ重合法などが知られている。試料の加工法としては
プラズマドライエッチング法などが知られている。ま
た、表面処理法として、プラズマアッシング法、プラズ
マ洗浄法、表面窒化法、表面酸化法、表面炭化法などが
知られている。これらの装置は、反応ガスを収納する容
器内に一対の電極を相対向させて平行に配置するととも
に、一方の電極上に試料として基板を配置し、平行平板
の電極間に高周波あるいは直流の電圧を印加してガスを
電離し、このガスの電離により電極間にプラズマを発生
させて、基板にエッチング処理や成膜処理などを施すよ
うに構成されている。例えば、プラズマドライエッチン
グ法及びこれを用いた処理装置並びにプラズマ化学気相
成長法及びこれを用いた処理装置について、エレクトロ
ケミカルソサイアティ（１９７４年、１９頁）が知られ
ている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】このようなプラズマを
生成するために電極間に投入されたエネルギーは、プラ
ズマ照射、荷電粒子線照射、輻射によって試料へ注入さ
れるため、試料温度が上昇する。処理試料の温度は試料
とプラズマの間の熱的平衡関係によって決定されてお
り、試料の温度が所望の温度より低い場合には、試料支
持部にヒーター等を備えて試料を加熱する必要があっ
た。

【０００４】本発明の目的は、処理時の試料温度を、ヒ
ーターなどを用いずに制御するに好適なプラズマ試料処
理法を提供することにある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】前記した課題を克服する
ために、本発明では、試料を配置する処理室に１００Ｐ
ａ以上の圧力のガスを導入する工程と、電子ビーム源と
処理室の間に配された伝送路を通して電子ビームを処理
室へ導入する工程と、電子ビームを前記試料へ照射する
工程及び前記電子ビームの照射による処理室内の前記ガ
スの電離により生成したプラズマを前記試料に照射する
工程とからなる試料処理法を用いる。

【０００６】また、試料を配置する処理室に１００Ｐａ
以上の圧力のガスを導入する工程と、電子ビーム源と処
理室との間に配された処理室のガス圧力よりも低圧力の
減圧室を伝送して電子ビームを処理室へ導入する工程
と、電子ビームを前記試料へ照射する工程及び電子ビー
ムの照射による前記ガスの電離により生成したプラズマ
を前記試料に照射する工程とからなる試料処理法を用い
る。

【０００７】また、試料を配置する処理室に１００Ｐａ
以上の圧力のガスを導入する工程と、電子ビーム源と処
理室との間に配置された両者を分離する、前記処理室の
ガス圧力よりも低圧力の減圧室を伝送して電子ビームを
処理室へ導入する工程と、電子ビームを試料へ照射する
工程及び電子ビームの照射による前記ガスの電離により
生成したプラズマを前記試料に照射する工程とからなる
試料処理法を用いる。

【０００８】また、前記試料処理法において、ガスによ
って試料を冷却する工程を付加した試料処理法を用い
る。

【０００９】前記ガスには、窒素、希ガス、酸素の少な
くとも何れかを含有するガスを用いる。前記試料には、
金属などの単体試料、酸化物、窒化物、炭化物などの無
機化合物試料、高分子化合物などの有機化合物試料、単
体、無機化合物、有機化合物などからなる混合物試料を
用いる。

【００１０】前記の膜形成法においては、以下の要素を
付加することができる。電子ビームを発生する工程は、
電界レンズによる電子ビームを収束させる工程と、減圧
室内に配置された磁界レンズによる前記電界レンズを通
過した電子ビームを収束させる工程を備える。また、電
子ビームを発生する工程は、電界レンズによる電子ビー
ム収束させる工程と、隣接して配置された複数からなる
前記減圧室内に配置された磁界レンズによって、前記電
界レンズを通過した電子ビームまたは他の減圧室内を通
過した電子ビームを収束させる工程を備える。また、電
子ビームを発生する工程には、パルス電子ビーム源を用
いることも可能である。また、電子ビームの照射に伴う
前記基板上の試料の帯電量を調整する工程と、前記処理
室内のプラズマに含まれる正イオンの前記基板上の試料
への流入による中和量を調整する工程を備える。また、
前記処理室内のプラズマを、前記試料の周囲に形成した
磁場によって前記試料の被処理面側に閉じ込める工程を
備える。

【００１１】以上の方法によれば、電子ビーム照射及び
電子ビームの照射によって試料周辺ガスが電離生成した
プラズマ照射による試料全体の加熱と、試料と試料周囲
のガスとの熱交換による冷却とにより、試料の処理温度
を制御することができる。本発明における試料処理と
は、試料の改質、試料表面の改質、試料の形成、薄膜試
料の改質、薄膜試料表面の改質、及び薄膜の形成などで
ある。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施形態を図面
に基づいて説明する。

【００１３】（実施例１）本発明の薄膜処理法の一実施
形態を行う薄膜処理装置の縦断面図が、図１である。薄
膜処理装置は、電子ビーム源１０、減圧室１２、処理室
１４を備えて構成されており、処理室１４上に減圧室１
２を介して電子ビーム源１０が配置されている。電子ビ
ーム源１０は、プラズマ生成室を構成する容器１６を備
えており、容器１６は、軸方向の一端が閉塞され、他端
が開口された箱型形状に形成されている。この容器１６
の上部側にはガス導入口１８が形成されており、このガ
ス導入口１８から容器１６内にプラズマ生成用のガスが
導入されるようになっている。ガス導入口１８の両側の
壁には複数の絶縁材２０が壁を貫通した状態で固定され
ており、各絶縁材２０には、タングステンからなるカソ
ード（マイナスの電極）２２が挿入されている。各カソ
ード２２は熱フィラメントとしてマイナスの直流電源に
接続されており、各カソード２２からは熱電子が放出さ
れるようになっている。また容器１６の内壁面にはアノ
ード（プラスの電極）２４が設けられており、このアノ
ード２４はプラスの直流電源に接続されている。そして
アノード２４とカソード２２との間に直流電源から直流
電圧が印加されると、各電極間にアーク放電が発生し、
容器１６内にプラズマが形成されるようになっている。
また容器１６の外周側には磁性体として複数の永久磁石
２６が配置されている。各永久磁石２６はＮ極とＳ極が
交互になるように、すなわち、相隣接する他の永久磁石
２６の磁極が互いに異なるように並べられ、各永久磁石
２６によって多極磁界が形成されるようになっている。
そしてこの多極磁界によって、容器１６内に形成された
プラズマが容器１６内に閉じ込められるようになってい
る。

【００１４】一方、容器１６の開口端側には複数の引出
電極２８、３０が互いに離れて、例えば、１〜５ｍｍ程
度の絶縁距離を保って配置されている。引出電極２８は
マイナスの直流電源に接続され、引出電極３０は接地さ
れており、各引出電極２８、３０には複数の引出電極孔
３２が形成されている。引出電極孔３２は、例えば、直
径が３ｍｍのものが３００個形成されている。そして容
器１６内にプラズマが生成された状態で、引出電極２
８、３０間に直流電圧が印加されると、プラズマから電
子ビーム３４が引き出されるようになっている。この場
合、各引出電極孔３２から電子ビーム３４が引き出され
ることにより、容器１６内のプラズマから３００本の電
子ビーム３４が引き出されることになる。

【００１５】引き出される電子ビーム３４のエネルギー
は、例えば、約１ｋｅＶであり、３００本の電子ビーム
３４によって１０００ｍＡの出力電子ビーム量を有する
電子ビーム３４が減圧室１２内に引き出される。減圧室
１２は、電子ビーム源１０と処理室１４との間に配置さ
れて両者を分離するとともに電子ビーム源１０からの電
子ビーム３４を処理室１４に導く電子ビーム伝送路を形
成する分離手段として、直方体形状に形成されており、
排気口３６が真空ポンプに接続されている。すなわち減
圧室１２は、処理室１４のガス圧よりも圧力が低い空間
部として、真空ポンプにより、処理室１４のガス圧の１
／１０程度に圧力が保たれている。

【００１６】また、減圧室１２と処理室１４との境界と
なる隔壁３８には直径３ｍｍの電子ビーム通過孔４０が
３００個形成されており、３００本の電子ビーム３４が
各電子ビーム通過孔４０を介して処理室１４に導入され
るようになっている。また、隔壁３８に各電子ビーム通
過孔４０を形成するに際しては、機械加工によって形成
することも可能であるが、処理室１４と減圧室１２との
差圧を大きくすることで、真空ポンプの負担を小さくす
るためには、隔壁３８に直径１ｍｍ以下の孔を３００個
開けることが望ましい。しかし、３００本の電子ビーム
３４を全て偏芯させずに確実に各電子ビーム通過孔４０
を通過させることは機械加工によるアライメントでは困
難である。そこで、本実施形態においては、処理室１
４、減圧室１２、電子ビーム源１０を組み立てた後、平
板上の隔壁３８に向けて、電子ビーム源１０からの電子
ビーム３４を照射し、電子ビーム３４によって電子ビー
ム通過孔４０を穿孔することとしている。この方法を採
用することで、電子ビーム通過孔４０の直径を電子ビー
ム３４のビーム径とほぼ同じにすることができるととも
に、電子ビーム３４の偏芯をゼロにすることができる。

【００１７】一方、処理室１４は、高さ５０ｃｍ、横８
０ｃｍ、奥行き８０ｃｍの直方体の部屋として構成され
ており、処理室１４の底部側にはガス導入口４２と排気
口４４が形成されている。そして処理室１４内に、ガス
導入口４２から処理ガスとして少なくとも酸素、希ガ
ス、窒素の何れかを含有する処理ガスを導入する。処理
室１４内のガスの一部は排気口４４から排出されるよう
になっている。この排気口４４は真空ポンプに接続され
ている。

【００１８】また、処理室１４のほぼ中央部には、試料
支持台２０上に基板ホルダ４６が固定されており、基板
４７上の薄膜４８とともに処理室１４内にガスが満たさ
れ、この雰囲気中に３００本の電子ビーム３４が導入さ
れると、ガスが電離しプラズマ５０が生成される。つま
り、電子ビーム３４は薄膜４８に照射されるとともに、
ガスにも照射され電子ビームによってプラズマ５０が生
成されているのであり、電力の投入は電子ビームに対し
て行われる。電子は負の電荷を持ち電子ビーム照射によ
って、薄膜や基板は負に帯電するが、正の電荷を持つプ
ラズマ５０の中のイオン照射によって、電子ビーム照射
による負に帯電が打ち消されるため、荷電粒子である電
子やイオンは薄膜に効率的に照射される事になる。

【００１９】図２は、基板の支持方法の変形を示してお
り、図１とは異なる試料支持台２０を用いた別の実施形
態である。

【００２０】インジウムアセチルアセトナートとスズア
セチルアセトナートのインジウムに対するスズの原子数
濃度が３ａｔ％の混合物を溶質とし、アセチルアセトン
とエタノールのアセチルアセトンに対するエタノールの
濃度が２０ｖｏｌ％の混合溶液を溶媒とし、インジウム
とスズの総量が１０ｍｏｌ／ｌとなる塗布溶液を作製し
た。コーニング１７３７ガラス基板（コーニング社製、
歪点６６７℃）上に、回転数７５０ｒｐｍ、回転時間４
５ｓｅｃスピンコーティング法により、塗布膜を形成し
た。塗布後、温度１２０℃の恒温炉で１０分の乾燥を行
った。窒素、ヘリウム、アルゴン、キセノン、窒素と酸
素の混合ガス（酸素１０％）を処理ガスに用いて、本発
明の薄膜処理法を塗布膜に適用し、錫添加酸化インジウ
ム（ＩＴＯ）透明導電膜を形成した。膜厚は約１００ｎ
ｍであった。ここで、ＩＴＯ膜の表面状態を調べるた
め、膜の表面エネルギーの大きさを評価した。表面エネ
ルギーＥは、分散表面エネルギ−Ｅ（ｄ）と、分極表面
エネルギーＥ（ｐ）の和として次のように表現される。

【００２１】Ｅ＝Ｅ（ｄ）＋Ｅ（ｐ）また、固体と液
滴の接触角：θ（固体表面上に滴下した液滴の表面と固
体表面との交点における、液滴表面の接線と固体表面の
なす角で、液滴を含む方の角として定義される。）を用
いると、試験液体の分散表面エネルギ−と分極表面エネ
ルギーを、それぞれＥ_L（ｄ）、Ｅ_L（ｐ）として、以下
の関係式（Young Dupreの式）が成り立つ。

【００２２】Ｅ_L（ｄ）Ｅ（ｄ）＋Ｅ_L（ｐ）Ｅ（ｐ）＝０．２５［Ｅ_L（ｄ）＋Ｅ_L（ｐ）］²［１＋ｃｏｓ
θ］² つまり、表面エネルギーの値が既知の２つ試験液体を用
いて接触角の測定を行えば、薄膜の表面エネルギーを求
めることができる。試験液体として、蒸留水：（Ｅ_L（ｄ）＝４６．８ｍＪ／ｍ２、Ｅ_L（ｐ）
＝４．０ｍＪ／ｍ２）ヨウ化メチル：（Ｅ_L（ｄ）＝２９．１ｍＪ／ｍ２、Ｅ_L
（ｐ）＝１．３ｍＪ／ｍ２）を用いた。接触角の測定によって求めたＩＴＯ膜の表面
エネルギーを表１に示す。

【００２３】

【表１】処理直後の基板裏面温度は、表の上から順に、１５２
℃、４２２℃、１５９℃、４４３℃、１５１℃、４２２
℃、１５５℃、４３１℃、１５２℃、４２２℃であっ
た。

【００２４】図３は、処理ガスが圧力３５００Ｐａの窒
素の際の、透過型電子顕微鏡による断面像である。基板
側の膜断面には大きい結晶粒が観察されるのに対し、表
面は微細な構造が観察され、薄膜表面の改質が効果的に
行われることが分かる。このように、処理ガス中で電子
ビーム照射と電子ビーム照射により酸素、窒素ガス等が
電離生成したプラズマを照射する本発明の薄膜形成法を
用いることにより、処理容器や基板等を加熱せずに処理
時の薄膜の有効温度を上昇させることができ、基板温度
が低温のままでの試料の処理が可能となる。ガラス基板
としては、コーニング７０５９ガラス基板（コーニング
社製、歪点５９３℃）、ＡＮ６３５ガラス基板（旭硝子
社製、歪点６３５℃）、ＡＮ１００ガラス基板（旭硝子
社製、歪点６７０℃）や、ＡＳソーダライムガラス基板
（旭硝子社製、歪点５１１℃）、ＡＷホワイトクラウン
ガラス基板（旭硝子社製、歪点６７０℃）などの青板ガ
ラス等を用いることができる。

【００２５】ポリカーボネートプラスチック基板上に、
圧力３５００Ｐａの窒素中で電子ビームを６０ｓｅｃ照
射して形成したＩＴＯ膜の場合、表面エネルギーは４
６．２ｍＪ／ｍ²で、膜厚は約１００ｎｍであった。プ
ラスチック基板上としては、ポリアリレート、ポリエー
テルスルホン、ポリエポキシ、ポリオレフィン、ポリエ
ステル、ポリエチレンテレフタレート等を用いることが
できる。

【００２６】塗布溶液の溶媒・添加剤には、アセチルア
セトンを含むケトン類、エタノールを含むアルコール
類、酢酸ブチル等のエステル類、エーテル類・アミン類
を含む脂肪族化合物、フェノール類を含む芳香族化合物
やこれらの混合物も用いることができる。溶質には、イ
ンジウムに対するスズの原子数濃度が１．０から１０ａ
ｔ％の、金属セッケン、キレート化合物、アセチルアセ
トネート塩、２−エチルヘキサン錯体、酢酸塩、硝酸
塩、イソブロボキシド、ブトキシド、水酸化ゾル、塩化
物、酸化物、トルイル酸塩、プロポキシド、オクチル酸
塩、インジウム酸化物微粒子、スズ酸化物微粒子等の混
合物を用いることができ、インジウムに対するスズの原
子数濃度はより望ましくは２．５から６．０ａｔ％であ
る。塗布方法としては、スピンコート法以外に、ディッ
プ法、スプレー法、ロール法、印刷等の方法も可能であ
る。また、基板には、ガラス基板やプラスチック基板以
外に、石英基板、シリコン基板等の使用も可能である。
処理薄膜としては、塗布形成膜に限らず、蒸着膜、スパ
ッタ膜、イオンプレーティング膜などの物理蒸着膜、Ｃ
ＶＤ膜などの化学蒸着膜などを用いることも可能であ
る。処理材料としては、チタン酸化物、シリコン酸化
物、アルミニウム酸化物、高温超伝導物体、酸化物磁性
体などの酸素化合物、チタン窒化物、シリコン窒化物、
ニオビウム窒化物、アルミニウム窒化物、ガリウム窒化
物などの窒素化合物、シリコン炭化物などの炭素化合
物、タンタルケイ素化物、タングステンケイ素化物、鉄
ケイ素化物などのケイ素化合物その他の化合物、アルミ
ニウム、モリブデン、銅、銀、金、パラジウムなどの単
体金属、または合金、アモルファスシリコン、多結晶シ
リコン、単結晶シリコン、ガラス及びプラスチックなど
の高分子化合物などを用いることができる。また、試料
は薄膜に限らず、上記のバルク試料でも可能である。

【００２７】なお、電子ビーム源１０は、図１に示す熱
フィラメント方式に限定されるものではなく、図４に示
すマイクロ波方式による電子ビーム源５２を用いること
も可能である。図１と同一物には同一符号を付し、重複
説明を避け、図１と異なる電子ビーム源５２の構成につ
いてのみ説明する。電子ビーム源５２は、カソード２２
の代わりに、容器１６の上部側に、マイクロ波導波管５
４が接続されて構成されている。このマイクロ波導波管
５４には、マイクロ波電源（図示省略）からマイクロ波
が導入されるようになっており、容器１６内に導入され
たプラズマ生成用ガスにマイクロ波が照射されると容器
１６内にプラズマが生成されるようになっている。そし
てこのプラズマは引出電極２８、３０（図示せず）によ
って電子ビームとして減圧室１２に引き出されるように
なっている。

【００２８】（実施例２）次に、本発明の第２実施形態
を図５にしたがって説明する。本実施形態におけるプラ
ズマ処理装置は、電子ビーム源５６、減圧室５８、６０
を備えて構成されており、処理室１４の中に基板ホルダ
４６、基板上の薄膜４８が配置されている。電子ビーム
源５６は、タングステンフィラメント６４が設けられ、
下部には電界レンズ６６が配置されている。この電子ビ
ーム源５６は、内壁に設けられたアノードとフィラメン
ト６４との間に直流電圧が印加されるとともに電子ビー
ム源５６内にプラズマ生成ガスが導入されることによ
り、電子ビーム源５６内に単一のプラズマを生成し、電
界レンズ６６によってプラズマから単一の電子ビーム３
４を引き出すとともに、電子ビーム３４のビーム径を絞
るように構成されている。減圧室５８、６０は電子ビー
ム３４を伝送するための電子ビーム伝送路を形成してお
り、各減圧室５８、６０には、それぞれ磁界レンズ７
０、７２が電界レンズ６６と同心状に配置されている。
各磁界レンズ７０、７２は、例えば、ソレノイドコイル
で構成されており、ソレノイドコイルから発生する磁場
を電子ビーム３４に与えて、電子ビーム３４のビーム径
を絞るように構成されている。そして電子ビーム３４
は、永久磁石２６を用いた磁界レンズ７０，７２でビー
ム径が絞られた状態で、ビーム通過孔７６を通過して基
板上の薄膜４８上に照射されるようになっている。また
各減圧室５８、６０はそれぞれ排気口８２、８４を介し
て真空ポンプに接続されており、各真空ポンプの作動に
より、減圧室５８、６０は指定のガス圧に維持されてい
る。

【００２９】本実施形態において、減圧室５８、６０内
のガス圧を順次大気圧よりも低くすることで、薄膜４８
を１気圧程度のガス雰囲気中で処理することも可能とな
る。塗布材料の作製法、塗布膜の形成法は実施例１と同
様である。

【００３０】表２に、窒素、ヘリウム、アルゴン、キセ
ノン、窒素と酸素との混合ガス（酸素１０％）を処理ガ
スに用いた場合の、ＩＴＯ膜の比抵抗値を示す。

【００３１】

【表２】処理直後の基板裏面温度は、表の上から順に、８６℃、
７０℃、８９℃、８７℃、８３℃、８７℃であった。こ
のように、処理ガス中で、電子ビーム照射と電子ビーム
照射によりガスが電離生成したプラズマを照射する本発
明の薄膜形成法を用いることにより、処理容器や基板等
を加熱せずに処理時の薄膜の有効温度を上昇させること
ができ、基板温度が低温のままで試料の処理が可能とな
る。

【００３２】（実施例３）次に、本発明の第３実施形態
を図６にしたがって説明する。本実施形態は、電子ビー
ム源８６として、パルス電子ビーム源６０を用い、パル
ス電子ビーム源６０から単一または３００本のパルス電
子ビーム８８を発生させるとともに、基板４７の背面側
に、複数の永久磁石９０を相対向させて配置し、各永久
磁石９０によってマグネトロン磁場９１を形成し、処理
室１４内のプラズマを基板４７の被処理面側（表面側）
に閉じ込めるようにしたものである。９２は２次電子ビ
ーム、９３はイオンパルスである。電子ビーム源６０
は、単一のパルス電子ビームを発生するときには図５の
電子ビーム源５６を用い、複数のパルス電子ビームを発
生させるときには図１の電子ビーム源１０を用いて構成
することができる。この場合、電界レンズ６６またはア
ノード２４とカソード２２間（図１参照）に１００〜２
００Ｖ程度のパルス信号を周期的に印加し、周期的にパ
ルスアーク放電を発生させる。そしてパルス信号を発生
するパルス信号発生器のパルス幅とパルス間隔をパルス
信号発生器のパルス信号調整手段によって調整する。す
なわち、電界レンズ６６やアノード、カソードに印加さ
れるパルス信号の印加時間はパルス電子ビーム８８のパ
ルス幅になる。あるパルス信号の印加時間と次のパルス
信号の印加時間の間隔はパルス電子ビーム８８のパルス
間隔になるため、パルス信号発生器から発生するパルス
信号のパルス幅とパルス信号の発生間隔を、例えば、電
源の入り切りのタイミングや電源オン時間等で調整す
る。また、電界レンズ６６またはアノードとカソードに
印加するパルス信号の電圧を調整することで、パルス電
子ビーム８８のエネルギーを調整する。さらに、ガス供
給容器９５から処理ガスとして少なくとも酸素、窒素の
何れかを含有する処理ガス９４を導入する。処理室１４
内のガス流量を調整するとともに、排気系を調整するこ
とで処理室１４内のガス圧を調整する。本実施形態にお
いて、処理室１４内の圧力を大気圧よりも減圧すること
ができるとともに、マグネトロン磁界９１により基板４
７上の薄膜４８の表面のプラズマ密度を高めてパルス電
子ビーム８８とによる帯電を減らすことができる。塗布
材料の作製法、塗布膜の形成法は実施例１と同様であ
る。表３に、窒素を処理ガスに用いた場合の、ＩＴＯ膜
の表面エネルギーを示す。パルス幅は１ｓｅｃである。

【００３３】

【表３】処理直後の基板裏面温度は、表の上から順に、１４３
℃、１４４℃であった。

【００３４】表４に、窒素を処理ガスに用いた場合の、
ＩＴＯ膜の表面エネルギーを示す。パルス幅は９００ｎ
ｓｅｃ、パルス周波数は１００Ｈｚである。

【００３５】

【表４】処理直後の基板裏面温度は、表の上から順に、１４７
℃、１５３℃であった。このように、塗布形成後に、パ
ルス電子ビーム照射と電子ビーム照射により酸素、窒素
ガスが電離生成したプラズマやラジカルを照射する本発
明の薄膜形成法を用いることにより、処理容器や基板等
を加熱せずに処理時の薄膜の有効温度を上昇させること
ができ、基板温度が低温のままでの試料の処理が可能と
なる。

【００３６】（実施例４）次に、本発明を液晶すなわち
平面表示装置に適用した実施例について説明する。図７
は、周辺駆動回路とＴＦＴアクティブマトリックスを同
一基板上に集積した平面表示装置全体の等価回路であ
る。ＴＦＴ１５１と画素部１５２と、これを駆動する垂
直走査回路１５３、一走査線分のビデオ信号を複数のブ
ロックに分割して時分割的に供給するための水平走査回
路１５４、ビデオ信号Ｄａｔａを供給するデータ信号線
Ｖｄｒ１，Ｖｄｇ１，Ｖｄｂ１，…、ビデオ信号を分割
ブロック毎に画素部へ供給するスイッチマトリックス回
路１５５および、ゲート配線１５６、ドレーン配線１５
７からなる。

【００３７】図８および図９に本実施例のＴＦＴアクテ
ィブマトリックス部の単位画素の平面図および断面図を
示す。図８中Ａ−Ａ′で示した点線部での断面構造が図
９に対応する。アクティブマトリックスはガラス基板上
に形成したゲート配線１５６と、これに交差するように
形成されたドレーン電極１５７と、これらの電極の交差
部付近に形成されたＴＦＴ１５１と、前記ＴＦＴのソー
ス電極１５８に保護絶縁膜１５９に設けたコンタクトホ
ール１６０と介して接続された画素電極１６１とから構
成される。画素電極１６１の他端は保護絶縁膜に設けた
コンタクトホール１６０と介して容量電極１６２に接続
され、容量電極１６２は隣接するゲート電極との間で付
加容量を形成している。Ａ−Ａ′断面は下から、ガラス
基板１６８、バッファ層１６９、真性半導体層１００、
低抵抗ｎ型半導体層１０２、高抵抗ｎ型半導体層１０
３、ゲート絶縁膜１０４、スルーホール部１０５、ソー
ス電極１５８、ドレーン配線１５７、層間絶縁膜１０
６、コンタクトホール１６０、第一のゲート電極１０
７、第二のゲート電極１０８からなる。

【００３８】図１０は、液晶表示装置の駆動回路に使用
されるＣＭＯＳ型薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）の断面図
である。図中左側はＣＭＯＳ周辺駆動回路のｎ型ＴＦＴ
を、右側はＣＭＯＳ駆動回路に用いられるｐ型ＴＦＴを
示す。ＴＦＴはガラス基板１１０上に形成されたバッフ
ァ絶縁膜１１１の上に形成されている。バッファ層１１
１はＳｉＯ２膜であり、ガラス基板１１０からの不純物
の拡散を防止する役割を持つ。バッファ層１１１上に真
性多結晶Ｓｉ（ｐｏｌｙ−Ｓｉ）膜１２０が形成され、
その真性ｐｏｌｙ−Ｓｉ膜１２０に一対の高抵抗のｎ型
ｐｏｌｙ−Ｓｉ層１２１および一対の高抵抗ｐ型ｐｏｌ
ｙ−Ｓｉ層１２２が接している。さらにこれら一対の高
抵抗ｐｏｌｙ−Ｓｉ層１２１、１２２のそれぞれに低抵
抗のｎ型ｐｏｌｙ−Ｓｉ層１２３およびｐ型ｐｏｌｙ−
Ｓｉ層１２４が接している。これら一連のｐｏｌｙ−Ｓ
ｉ層の上にはＳｉＯ２からなるゲート絶縁膜１２５を介
して、Ａｌからなる第１のゲート配線１２６が形成され
ており、この第１のゲート配線を被覆するようにＮｂか
らなる第２のゲート電極１２７が形成されている。上記
部材全部を被覆するようにＳｉＯ２からなる層間絶縁膜
１２８が形成され、層間絶縁膜に設けたコンタクトホー
ルを介してドレイン電極およびソース電極１３０が前記
低抵抗ｐｏｌｙ−Ｓｉ層１２３、に接続されている。素
子全体はＳｉ３Ｎ４からなる保護絶縁膜１３１によって
被覆されている。前記一対の高抵抗ｐｏｌｙ−Ｓｉ層１
２１あるいは１２２は第１のゲート配線１２６のパター
ンに対して自己整合的に形成されている。即ち、真性ｐ
ｏｌｙ−Ｓｉ層１２０と高抵抗ｐｏｌｙ−Ｓｉ層１２１
あるいは１２２の境界と第１のゲート電極１２６のパタ
ーン端の位置が一致している。また、前記第２のゲート
電極１２７の一部と前記高抵抗ｐｏｌｙ−Ｓｉ層１２
１、１２２の一部はゲート絶縁膜を介して重畳されてい
る。このように、ゲート電極の一部と高抵抗ｐｏｌｙ−
Ｓｉ層１２１、１２１の一部を重畳し高抵抗ｐｏｌｙ−
Ｓｉ層１２１、１２２の抵抗をゲート電極により低下さ
せることにより高抵抗ｐｏｌｙ−Ｓｉ層１２１、１２２
の横方向電界を緩和し素子の信頼性が向上する。また、
本実施例では第１のゲート電極１２６に抵抗の低いＡｌ
を用いたので、配線抵抗に起因する信号遅延を小さくで
き表示装置の大面積化、高精細化を達成できる。さら
に、Ａｌを高融点金属であるＮｂで被覆することによ
り、熱処理工程によるＡｌのヒロック成長を抑制できる
ので上層配線との短絡不良を防止できる効果がある。

【００３９】図１１は、液晶表示装置の駆動回路に使用
されるＣＭＯＳ型薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）の別の例
の断面図である。本実施例は前記実施例とほぼ同様な構
成を有するが、第２のゲート電極１２７が第１のゲート
電極１２６の側面にのみ形成され、側面でコンタクトし
ている点が前記実施例とは異なる。また、本実施例では
第１のゲート電極にＮｂを第２のゲート電極にＮｂＮを
用いた。このような、側面にのみ電極を形成すること
は、基板全面にＮｂＮを形成後、これを異方性の強いリ
アクティブイオンエッチング法によりエッチングするこ
とにより達成される。機能的には第２のゲート電極１２
７は第１のゲート電極１２６に接続されている点は、前
記の実施例と同様であるので同様に高抵抗ｐｏｌｙ−Ｓ
ｉ層１２１、１２２内の横方向電界を緩和し素子の信頼
性が向上する効果がある。また、本実施例の構造では第
２のゲート電極１２７を加工するためのホトレジスト形
成工程が不要である。アルカリ金属等の不純物はＴＦＴ
特性に悪影響を及ぼすが、特に液晶表示装置の製造にお
いてはガラス基板が大きいため、基板の洗浄不足等で基
板表面に付着した不純物が素子部に拡散混入し易い。酸
化シリコン膜の密度が約２．３であるのに対し、窒化シ
リコン膜の密度は約３．０であり、この緻密な窒化シリ
コン膜を下地層に用いれば、ガラス基板からの不純物の
拡散が防止できる。下地層の構成は、窒化シリコン膜単
層、酸化シリコン膜上層／窒化シリコン膜下層、窒化シ
リコン膜上層／酸化シリコン膜下層、窒化シリコン膜上
層／酸化シリコン膜中間層／窒化シリコン膜下層とでき
る。

【００４０】図１２、図１３はそれぞれ窒化シリコン膜
上層２００／酸化シリコン膜下層２０１、窒化シリコン
膜上層２０２／酸化シリコン膜中間層２０３／窒化シリ
コン膜下層２０４の場合の素子断面である。

【００４１】（実施例５）次に、本発明を液晶すなわち
平面表示装置に適用した別の実施例につき説明する。図
１４は、作製した平面（液晶）表示装置の１つ画素とそ
の周辺部分の平面パターンである。画素の構成要素の中
のゲート配線３０１、データ配線３０３、遮光膜３３
１、透明画素電極３３２、ＴＦＴ３０５を示してある。

【００４２】図１５は切断線Ａ−Ａ’の断面図である。
表示パネルはＴＦＴガラス基板３０６の一方の表面に、
ゲート配線３０８、ゲート絶縁膜３１３、真性半導体３
１４、Ｎ型半導体３１５、データ配線３０３、保護膜３
１６、透明画素電極３３３、配向膜３１７を形成したも
のと、対向ガラス基板３１８の一方の表面にカラーフィ
ルタ３１９、対向基板保護膜３２９、共通透明電極３３
３、対向基板配向膜３３２を形成したものと、ＴＦＴガ
ラス基板３０６と対向ガラス基板３１８に挟持された液
晶層３２３と、偏向板３２６と、対向偏向板３２５で構
成される。先ず、ＴＦＴガラス基板３０６の片側全面上
に、ＤＣスパッタ法で、２００ｎｍのＣｒ膜からなるデ
ータ配線３０３を形成する。基板温度は１３０℃、Ａｒ
圧力は０．３Ｐａである。第１ホト工程（ホトレジスト
を塗付して、マスクを用いた選択パターン露光を行い、
パターン現像まで：この作業を以後ホト工程と呼ぶ）を
Ｃｒ膜上に行い、その後硝酸第二セリウムアンモニウム
水溶液（１５ｗｔ％、４０℃）によってＣｒ膜の選択エ
ッチングを行いゲート配線３０１及び遮光膜３３１のパ
ターンを作製する。次に、ＴＦＴガラス基板３０６上の
ゲート配線３０１及び遮光膜３３１パターンの上に、Ｓ
ｉＮゲート絶縁膜３１３（厚さ２００ｎｍ）、真性半導
体３１４（非晶質Ｓｉ、厚さ２００ｎｍ）、Ｎ型半導３
１５（非晶質Ｓｉ、厚さ３５ｎｍ）をプラズマＣＶＤ装
置にて、基板温度を３００℃として連続作製する。ここ
で、第２ホト工程を行い、真性半導体３１４、Ｎ型半導
体３１５をドライエッチング（ＣＣｌ３とＯ２混合ガス
使用）でパターン加工する。続いて、厚さ２００ｎｍの
Ｃｒ膜を、ＤＣスパッタ法にて基板温度を１３０℃とし
形成する。第３ホト工程を行い、その後硝酸第二セリウ
ムアンモニウム水溶液（１５ｗｔ％、４０℃）によって
Ｃｒ膜の選択エッチングを行いデータ配線３０３を形成
し、データ配線パターンをマスクとして、Ｎ型半導体３
１５をドライエッチング（ＣＣｌ３とＯ２混合ガス使
用）でパターン加工する。さらに、プラズマＣＶＤ装置
を用いてＳｉＮ保護膜３１６（厚さ５００ｎｍ）を作製
する。第４ホト工程により保護膜３１６をドライエッチ
ングし、スポット上にデータ配線３０３を露出させるス
ルーホールを形成する。ここで、スズ添加酸化インジウ
ム（ＩＴＯ）透明画素電極３３２を作製する。第５ホト
工程をし、透明画素電極３３２をＨＢｒを用い３０℃で
エッチングし所定パターンを作製する。こうして、液晶
表示装置のＴＦＴ基板が作製される。

【００４３】図１６は、表示パネル周辺部の概略を示す
平面図である。表示パネルを作製する場合は、ＴＦＴガ
ラス基板３０６と対向ガラス基板を貼り合わせたシール
パターン３２６の開口部３２７から液晶を封入する。画
面部３２８に対し、ゲート端子群３２９とドレーン端子
群３３０が図に示したように配置される。ＴＦＴ基板３
０６には互いに平行な複数のゲート配線（走査信号線ま
たは水平信号線）と、このゲート配線と交差して形成さ
れた互いに平行なデータ配線（映像信号線または垂直信
号線）が形成されている。隣接する２本のゲート配線３
０１と隣接する２本のデータ配線３０３で囲まれた領域
が画素領域で、ほぼ全面に透明画素電極が形成されてい
る。

【００４４】

【発明の効果】以上説明したように、本発明のプラズマ
試料処理法によれば、電子ビーム照射及び電子ビームの
照射によって試料周辺ガスが電離生成したプラズマ照射
による試料全体の加熱が、試料と試料周囲のガスと熱交
換によって抑制されるため、周囲のガス圧力を制御する
ことにより、試料の処理温度を所望の温度に制御して試
料を処理することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施形態を示す薄膜処理装置の縦断面
図。

【図２】本発明の実施形態を示す薄膜処理装置の縦断面
図。

【図３】表面改質薄膜の断面透過型電子顕微鏡像。

【図４】本発明における電子ビーム源の要部断面図。

【図５】本発明の第２実施形態を示す薄膜処理装置の縦
断面図。

【図６】本発明の第３実施形態を示す要部模式図。

【図７】液晶表示装置の全体構成図。

【図８】液晶表示装置の画素の平面図。

【図９】液晶表示装置の画素の断面図。

【図１０】液晶表示装置に用いられる薄膜トランジスタ
の断面模式図。

【図１１】液晶表示装置に用いられる薄膜トランジスタ
の断面模式図。

【図１２】液晶表示装置に用いられる薄膜トランジスタ
の断面模式図。

【図１３】液晶表示装置に用いられる薄膜トランジスタ
の断面模式図。

【図１４】液晶表示装置の画素とその周辺部分の平面
図。

【図１５】図１４の切断線Ａ−Ａ’での断面図。

【図１６】液晶表示装置の概略平面図。

【符号の説明】

１０…電子ビーム源、１２…減圧室、１４…処理室、１
６…容器、１８…ガス導入口、２０…試料支持台、２２
…カソード、２４…アノード、２６…永久磁石、２８，
３０…引出電極、３４…電子ビーム、３８…隔壁、４０
…通過孔、４２…ガス導入口、４６…基板ホルダ、４７
…基板、４８…薄膜、５０…プラズマ。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者鬼沢賢一茨城県日立市大みか町七丁目１番１号株式会社日立製作所日立研究所内 (72)発明者佐藤忠茨城県日立市大みか町七丁目２番１号株式会社日立製作所電力・電機開発研究所内 (72)発明者川久保幸雄茨城県日立市大みか町七丁目２番１号株式会社日立製作所電力・電機開発研究所内Ｆターム(参考） 2H092 HA04 JA24 JA46 JB16 KA04 KA12 MA08 MA18 NA25 4K030 AA24 BA42 CA06 CA07 FA01 4M104 AA09 BB02 BB13 BB29 CC05 DD37 DD64 DD66 FF08 FF13 GG20 HH03 5G323 BB03 BB04 BB05 BB06

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】試料を配置する処理室に１００Ｐａ以上の
圧力のガスを導入する工程と、電子ビーム源と処理室の
間に配された伝送路を通して電子ビームを処理室へ導入
する工程と、電子ビームを前記試料へ照射する工程及び
前記電子ビームの照射による処理室内の前記ガスの電離
により生成したプラズマを前記試料に照射する工程とか
らなるプラズマ試料処理法。
【請求項２】試料を配置する処理室に１００Ｐａ以上の
圧力のガスを導入する工程と、電子ビーム源と処理室と
の間に配された処理室のガス圧力よりも低圧力の減圧室
を伝送して電子ビームを処理室へ導入する工程と、電子
ビームを前記試料へ照射する工程及び電子ビームの照射
による前記ガスの電離により生成したプラズマを前記試
料に照射する工程とからなるプラズマ試料処理法。
【請求項３】試料を配置する処理室に１００Ｐａ以上の
圧力のガスを導入する工程と、電子ビーム源と処理室と
の間に配置された両者を分離する、前記処理室のガス圧
力よりも低圧力の減圧室を伝送して電子ビームを処理室
へ導入する工程と、電子ビームを試料へ照射する工程及
び電子ビームの照射による前記ガスの電離により生成し
たプラズマを前記試料に照射する工程とからなるプラズ
マ試料処理法。
【請求項４】前記試料処理法において、ガスによって試
料を冷却する工程を付加したことを特徴とする請求項
１、２、又は３記載のプラズマ試料処理法。
【請求項５】前記ガスが、窒素、希ガス、酸素の少なく
とも何れかを含有することを特徴とする請求項１、２、
３、又は４記載のプラズマ試料処理法。
【請求項６】前記試料が単体元素からなる試料、化合物
からなる試料、混合物からなる試料の何れかであること
を特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載のプラズマ
試料処理法。
【請求項７】Ｘ線回折の結晶子径が１５〜５０ｎｍであ
る薄膜。
【請求項８】Ｘ線回折の半価幅が１．５〜３．０°であ
る薄膜。
【請求項９】プラスチック基板上、又は歪点６７０℃以
下のガラス基板上の請求項７又は８記載の薄膜。
【請求項１０】請求項７、８、又は９記載の薄膜を用い
た平面表示装置。