JP2003229371A - リモートプラズマ処理装置 - Google Patents
リモートプラズマ処理装置Info
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- JP2003229371A JP2003229371A JP2002066108A JP2002066108A JP2003229371A JP 2003229371 A JP2003229371 A JP 2003229371A JP 2002066108 A JP2002066108 A JP 2002066108A JP 2002066108 A JP2002066108 A JP 2002066108A JP 2003229371 A JP2003229371 A JP 2003229371A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】ガスをプラズマを用いて励起するプラズマ部
と、プラズマに励起されたガスを用いて、反応、処理す
る処理部が分離されてなるリモートプラズマ処理装置に
おいて、異なるプラズマに対して基板のダメージ、基板
ステージのダメージを低減する。また異なるプラズマに
対し、処理効率の向上を図る。 【構成】絶縁性の材料からなるプラズマチャンバーと、
このプラズマチヤンバーから一定距離離れた位置に配置
した基板および基板ステージかで構成されるリモートプ
ラズマ処理装置において、ヒーターを含む基板ステージ
を上下方向に可動できるようにし、プラズマからの距離
をプラズマの種類により変化させる。
と、プラズマに励起されたガスを用いて、反応、処理す
る処理部が分離されてなるリモートプラズマ処理装置に
おいて、異なるプラズマに対して基板のダメージ、基板
ステージのダメージを低減する。また異なるプラズマに
対し、処理効率の向上を図る。 【構成】絶縁性の材料からなるプラズマチャンバーと、
このプラズマチヤンバーから一定距離離れた位置に配置
した基板および基板ステージかで構成されるリモートプ
ラズマ処理装置において、ヒーターを含む基板ステージ
を上下方向に可動できるようにし、プラズマからの距離
をプラズマの種類により変化させる。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】プラズマを用いた薄膜形成装置
（ＣＶＤ）、さらにプラズマを用いた表面酸化、窒化等
表面処理装置へ応用が期待できる。特に大面積に対応が
可能であり、液晶分野における、ａ−Ｓｉ ＴＦＴ、低
温ポリシリコンＴＦＴ ＬＣＤ用の薄膜形成装置への応
用が期待できる。
（ＣＶＤ）、さらにプラズマを用いた表面酸化、窒化等
表面処理装置へ応用が期待できる。特に大面積に対応が
可能であり、液晶分野における、ａ−Ｓｉ ＴＦＴ、低
温ポリシリコンＴＦＴ ＬＣＤ用の薄膜形成装置への応
用が期待できる。
【０００２】
【従来の技術】近年、低温ポリシリコンＴＦＴを用いド
ライバをモノリシック化した液晶パネルが実用化されて
きた。このような低温ポリシリコンＴＦＴはガラスの耐
熱温度６００℃以下で高品質のポリシリコン膜、ゲート
絶縁膜及びその界面を形成することが必要となる。特
に、ＴＦＴの特性を決定するポリシリコン、ゲート絶縁
膜とその界面の高品質化が重要である。このうちポリシ
リコンはエキシマレーザーを用いて結晶性を向上させる
技術が開発され一般に用いられている。一方、絶縁膜の
形成にはＳｉＨ４ガスあるいはＴＥＯＳガスと酸化性ガ
スを混合しプラズマにより分解反応させるプラズマＣＶ
Ｄ法によりＳｉＯ２絶縁膜を形成する方法が用いられて
きた。一般に用いられているプラズマＣＶＤ装置として
は成膜しようとする基板よりも大きい２枚のプラズマ電
極を対峙させ、この電極間に反応させるガスを導入させ
ると同時に高周波電力を印加して分解成膜させる、所謂
平行平板型プラズマＣＶＤ装置である。このプラズマＣ
ＶＤ装置ではいくつかの問題点が指摘されている。１つ
は均一性の問題である。２次元に広がった平面に対し、
均一なプラズマおよびガスの流れを得ることが必要であ
るが、基板が大きくなるに従い、困難となってきてい
る。また、この平行平板式のプラズマＣＶＤでは基板が
プラズマにさらされる。プラズマ中には薄膜形成に寄与
するラジカル以外にエネルギーの高いイオンが含まれて
おり、このイオンが表面に衝突することにより、半導
体、絶縁膜界面のトラップ準位が増加する。このトラッ
プ準位はＴＦＴ特性、信頼性に影響を与える。このよう
な問題点に対し、ライン状のプラズマを用いた、所謂ラ
イン型リモートプラズマＣＶＤ装置が提案されている。
これは、ライン状のプラズマの直下を基板が移動するこ
とにより、基板上に薄膜を堆積させるものである。この
方法は大きく２つの特長を持つ。１つはプラズマの均一
性、ガスの流れの均一性である。一次元ガスの噴出しお
よび排気を行うことにより反応ガスの流れを一定にする
ことが可能である。また、プラズマもライン状にするこ
とにより、均一化が容易となる。これは基板の大きさが
大きくなっても変わることが無く、大基板対応の装置と
して有効である。さらに、プラズマを基板から遠ざける
ことにより、イオン等によるプラズマダメージを低減す
ることができる。特にゲート絶縁膜に対してプラズマダ
メージの低減は重要である。
ライバをモノリシック化した液晶パネルが実用化されて
きた。このような低温ポリシリコンＴＦＴはガラスの耐
熱温度６００℃以下で高品質のポリシリコン膜、ゲート
絶縁膜及びその界面を形成することが必要となる。特
に、ＴＦＴの特性を決定するポリシリコン、ゲート絶縁
膜とその界面の高品質化が重要である。このうちポリシ
リコンはエキシマレーザーを用いて結晶性を向上させる
技術が開発され一般に用いられている。一方、絶縁膜の
形成にはＳｉＨ４ガスあるいはＴＥＯＳガスと酸化性ガ
スを混合しプラズマにより分解反応させるプラズマＣＶ
Ｄ法によりＳｉＯ２絶縁膜を形成する方法が用いられて
きた。一般に用いられているプラズマＣＶＤ装置として
は成膜しようとする基板よりも大きい２枚のプラズマ電
極を対峙させ、この電極間に反応させるガスを導入させ
ると同時に高周波電力を印加して分解成膜させる、所謂
平行平板型プラズマＣＶＤ装置である。このプラズマＣ
ＶＤ装置ではいくつかの問題点が指摘されている。１つ
は均一性の問題である。２次元に広がった平面に対し、
均一なプラズマおよびガスの流れを得ることが必要であ
るが、基板が大きくなるに従い、困難となってきてい
る。また、この平行平板式のプラズマＣＶＤでは基板が
プラズマにさらされる。プラズマ中には薄膜形成に寄与
するラジカル以外にエネルギーの高いイオンが含まれて
おり、このイオンが表面に衝突することにより、半導
体、絶縁膜界面のトラップ準位が増加する。このトラッ
プ準位はＴＦＴ特性、信頼性に影響を与える。このよう
な問題点に対し、ライン状のプラズマを用いた、所謂ラ
イン型リモートプラズマＣＶＤ装置が提案されている。
これは、ライン状のプラズマの直下を基板が移動するこ
とにより、基板上に薄膜を堆積させるものである。この
方法は大きく２つの特長を持つ。１つはプラズマの均一
性、ガスの流れの均一性である。一次元ガスの噴出しお
よび排気を行うことにより反応ガスの流れを一定にする
ことが可能である。また、プラズマもライン状にするこ
とにより、均一化が容易となる。これは基板の大きさが
大きくなっても変わることが無く、大基板対応の装置と
して有効である。さらに、プラズマを基板から遠ざける
ことにより、イオン等によるプラズマダメージを低減す
ることができる。特にゲート絶縁膜に対してプラズマダ
メージの低減は重要である。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】本発明が解決しようと
する課題としては、上記のライン状リモートプラズマ処
理装置の改善にある。プラズマによるダメージの低減に
対しリモートプラズマ処理装置は有効であるが異なるプ
ラズマに対し、効果が異なる。たとえば、酸素プラズマ
では励起した０２、０の寿命は最大数秒程度あるのに対
して、窒素プラズマでは一桁から二桁寿命が短くなる。
したがって、プラズマ発生部、基板位置を固定した状態
では、個々のプラズマに対し、最適値を得ることは困難
である。一般のＣＶＤでは、アノード電極を上下できる
ようにし、最適化を可能にしている。この方法を本発明
のリモートプラズマ処理装置に適応しようとした場合、
以下の問題を生じる。 １． コイルの位置を変化させるとガスの噴出し部から
の距離、反応チャンバーまでの距離が同時に変化し、プ
ラズマの安定性に問題を生じる。 ２． コイルと高周波電源が直接接続されており、また
プラズマチャンバーの長さにも制限があることから、可
動範囲が極度に制限される。
する課題としては、上記のライン状リモートプラズマ処
理装置の改善にある。プラズマによるダメージの低減に
対しリモートプラズマ処理装置は有効であるが異なるプ
ラズマに対し、効果が異なる。たとえば、酸素プラズマ
では励起した０２、０の寿命は最大数秒程度あるのに対
して、窒素プラズマでは一桁から二桁寿命が短くなる。
したがって、プラズマ発生部、基板位置を固定した状態
では、個々のプラズマに対し、最適値を得ることは困難
である。一般のＣＶＤでは、アノード電極を上下できる
ようにし、最適化を可能にしている。この方法を本発明
のリモートプラズマ処理装置に適応しようとした場合、
以下の問題を生じる。 １． コイルの位置を変化させるとガスの噴出し部から
の距離、反応チャンバーまでの距離が同時に変化し、プ
ラズマの安定性に問題を生じる。 ２． コイルと高周波電源が直接接続されており、また
プラズマチャンバーの長さにも制限があることから、可
動範囲が極度に制限される。
【０００４】
【課題を解決するための手段】問題を解決するための方
法として、基板ステージを上下させる方法を用いる。基
板ステージは基板を加熱するためのヒーターユニット
と、基板をライン状のプラズマに対して垂直方向に移動
させるボールねじ、レールガイド等の移動機構よりなる
が、本発明ではこの移動機構も含め基板ステージユニッ
トを上下可動機構ユニット上に載せることにより解決す
る。
法として、基板ステージを上下させる方法を用いる。基
板ステージは基板を加熱するためのヒーターユニット
と、基板をライン状のプラズマに対して垂直方向に移動
させるボールねじ、レールガイド等の移動機構よりなる
が、本発明ではこの移動機構も含め基板ステージユニッ
トを上下可動機構ユニット上に載せることにより解決す
る。
【０００５】
【作用】リモートプラズマ処理装置において、異なるプ
ラズマに対し、基板位置の最適化が可能となり、良好な
プラズマ処理が可能となる。必要以外のプラズマ処理を
避けることが可能となり、基板ステージへの不必要な成
膜、ダメージを低減できる。
ラズマに対し、基板位置の最適化が可能となり、良好な
プラズマ処理が可能となる。必要以外のプラズマ処理を
避けることが可能となり、基板ステージへの不必要な成
膜、ダメージを低減できる。
【０００６】
【実施例】プラズマＣＶＤ装置を例にとって説明する。
図１は本発明も用いたプラズマチャンバーの断面を示す
図である。まず基本構成は石英で作られたプラズマチャ
ンバー１００があり、このプラズマチャンバーの中央付
近に高周波コイル１１０が設置され励起ガス導入管１３
０から導入されたガスを励起する。この高周波コイルは
表面を銀メッキ処理した銅板で構成され、石英チャンバ
ーの周囲を巻く形で形成されている。またこの銅板には
冷却用のパイプ１２０が設置されている。このプラズマ
チャンバーは成膜チャンバー１５０につながっており、
反応ガス導入部１６０から導入されたガスと反応し基板
１７０上に薄膜を堆積させる。この基板１７０はステー
ジ１８０の走査（矢印方向の移動１８１）により、基板
全体に成膜させる。また、励起ガス導入管１３０から導
入されるガスの種類やプラズマ処理の内容によって、プ
ラズマと基板との距離の最適値が存在するため、基板１
７０およびステージ１８０は上下可動ユニット１９０の
上にのっている。
図１は本発明も用いたプラズマチャンバーの断面を示す
図である。まず基本構成は石英で作られたプラズマチャ
ンバー１００があり、このプラズマチャンバーの中央付
近に高周波コイル１１０が設置され励起ガス導入管１３
０から導入されたガスを励起する。この高周波コイルは
表面を銀メッキ処理した銅板で構成され、石英チャンバ
ーの周囲を巻く形で形成されている。またこの銅板には
冷却用のパイプ１２０が設置されている。このプラズマ
チャンバーは成膜チャンバー１５０につながっており、
反応ガス導入部１６０から導入されたガスと反応し基板
１７０上に薄膜を堆積させる。この基板１７０はステー
ジ１８０の走査（矢印方向の移動１８１）により、基板
全体に成膜させる。また、励起ガス導入管１３０から導
入されるガスの種類やプラズマ処理の内容によって、プ
ラズマと基板との距離の最適値が存在するため、基板１
７０およびステージ１８０は上下可動ユニット１９０の
上にのっている。
【０００７】以下、実際のＣＶＤを用いたＳｉＯ２成膜
例および窒素ガスを用いたプラズマ処理を挙げながら具
体的な実験を示す。ＳｉＯ２の成膜では、まずガス導入
管１３０から酸素を含む励起ガスを導入する。導入した
酸素は高周波コイル１１０により励起され、プラズマ状
態となる。この励起された酸素ラジカルは成膜チャンバ
ー１５０に流れ、基板表面に流れていく。基板表面付近
では反応性ガス導入部１６０から導入されたシランガス
（水素化珪素）と反応し、ＳｉＯ２が基板１７０に形成
される。この時、励起され酸素ガスのうち、多くの酸素
イオンは輸送中にエネルギーを失い実際に反応に寄与す
るのは中性ラジカルとなる。このことにより、イオンに
よる基板へのダメージが低減できる。このため、プラズ
マと基板との距離は重要となる。酸素／ヘリウムの混合
気体を励起ガスとして用い、５０〜１５０ｓｃｍｍ／５
０ｓｃｃｍの流量を流した。また、６０ＭＨｚ、９００
Ｗの高周波電力を印加した。シランガスは１０％水素希
釈ガスを用い、１０〜５０ｓｃｃｍの流量を用いた。上
下可動ユニットにてプラズマと基板との距離を５０〜１
５０ｍｍと変えてＳｉＯ２膜を成膜した。イオンによる
基板へのダメージを評価するために、Ｓｉウェハー基板
上にＳｉＯ２膜を成膜し、フラットバンド電圧および界
面準位密度等を評価した。プラズマと基板との距離が７
０ｍｍ付近において界面準位密度が最小になり、ＳｉＯ
２膜成膜での最適値は７０ｍｍ程度であることがわかっ
た。次に、窒素ガスを用いたプラズマ処理を示す。前述
の基板上に成膜したＳｉＯ２膜に窒素ガスを用いてプラ
ズマ処理を行い、表面を窒化し信頼性の高い絶縁膜を作
製する。ガス導入管１３０から窒素ガスを導入する。導
入した窒素は高周波コイル１１０により励起され、プラ
ズマ状態となる。この励起された窒素ラジカルは成膜チ
ャンバー１５０に流れ、基板表面に流れていく。基板表
面にて反応し、基板表面の膜の改質を行う。窒素ガス５
０〜１５０ｓｃｍｍの流量をガス導入管１３０から流し
た。また、６０ＭＨｚ、９００Ｗの高周波電力を印加し
た。Ｓｉウェハー基板上にＳｉＯ２膜を成膜した基板を
準備した。上下可動ユニットにてプラズマと基板との距
離を３０〜１５０ｍｍと変えて基板表面のＳｉＯ２膜の
窒化を行った。窒化処理を行った基板で、ＢＴ（Ｂｉａ
ｓ−Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ）試験を行い、絶縁膜への
電荷注入量から絶縁膜の信頼性を評価した。プラズマと
基板との距離が５０ｍｍ程度のとき最も電荷注入量が少
なく、信頼性が高いとわかった。
例および窒素ガスを用いたプラズマ処理を挙げながら具
体的な実験を示す。ＳｉＯ２の成膜では、まずガス導入
管１３０から酸素を含む励起ガスを導入する。導入した
酸素は高周波コイル１１０により励起され、プラズマ状
態となる。この励起された酸素ラジカルは成膜チャンバ
ー１５０に流れ、基板表面に流れていく。基板表面付近
では反応性ガス導入部１６０から導入されたシランガス
（水素化珪素）と反応し、ＳｉＯ２が基板１７０に形成
される。この時、励起され酸素ガスのうち、多くの酸素
イオンは輸送中にエネルギーを失い実際に反応に寄与す
るのは中性ラジカルとなる。このことにより、イオンに
よる基板へのダメージが低減できる。このため、プラズ
マと基板との距離は重要となる。酸素／ヘリウムの混合
気体を励起ガスとして用い、５０〜１５０ｓｃｍｍ／５
０ｓｃｃｍの流量を流した。また、６０ＭＨｚ、９００
Ｗの高周波電力を印加した。シランガスは１０％水素希
釈ガスを用い、１０〜５０ｓｃｃｍの流量を用いた。上
下可動ユニットにてプラズマと基板との距離を５０〜１
５０ｍｍと変えてＳｉＯ２膜を成膜した。イオンによる
基板へのダメージを評価するために、Ｓｉウェハー基板
上にＳｉＯ２膜を成膜し、フラットバンド電圧および界
面準位密度等を評価した。プラズマと基板との距離が７
０ｍｍ付近において界面準位密度が最小になり、ＳｉＯ
２膜成膜での最適値は７０ｍｍ程度であることがわかっ
た。次に、窒素ガスを用いたプラズマ処理を示す。前述
の基板上に成膜したＳｉＯ２膜に窒素ガスを用いてプラ
ズマ処理を行い、表面を窒化し信頼性の高い絶縁膜を作
製する。ガス導入管１３０から窒素ガスを導入する。導
入した窒素は高周波コイル１１０により励起され、プラ
ズマ状態となる。この励起された窒素ラジカルは成膜チ
ャンバー１５０に流れ、基板表面に流れていく。基板表
面にて反応し、基板表面の膜の改質を行う。窒素ガス５
０〜１５０ｓｃｍｍの流量をガス導入管１３０から流し
た。また、６０ＭＨｚ、９００Ｗの高周波電力を印加し
た。Ｓｉウェハー基板上にＳｉＯ２膜を成膜した基板を
準備した。上下可動ユニットにてプラズマと基板との距
離を３０〜１５０ｍｍと変えて基板表面のＳｉＯ２膜の
窒化を行った。窒化処理を行った基板で、ＢＴ（Ｂｉａ
ｓ−Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ）試験を行い、絶縁膜への
電荷注入量から絶縁膜の信頼性を評価した。プラズマと
基板との距離が５０ｍｍ程度のとき最も電荷注入量が少
なく、信頼性が高いとわかった。
【０００８】
【発明の効果】本発明により、異なるプラズマに対し、
基板位置の最適化が可能となり、同一処理装置にて異な
る条件の処理ができ、基板ステージへの不必要な成膜、
ダメージが低減でき、装置の有効活用ができる。
基板位置の最適化が可能となり、同一処理装置にて異な
る条件の処理ができ、基板ステージへの不必要な成膜、
ダメージが低減でき、装置の有効活用ができる。
【０００１０】
【図１】本発明を用いたプラズマＣＶＤ装置の断面図。
１００…プラズマチャンバー
１１０…プラズマコイル
１２０…コイル冷却パイプ
１３０…ガス導入部
１５０…反応チャンバー
１６０…反応ガス導入部
１７０…基板
１８０…ステージ
１８１…ステージ移動方向
１９０…上下可動ユニット
Claims (2)
- 【請求項１】線状のプラズマ発生部と該プラズマ発生部
で発生した、活性なガスを反応部に輸送する線状の輸送
部と、該活性ガスが反応する反応部と、該反応部に設置
された処理基板を保持する基板ステージで構成されるプ
ラズマ処理装置において、該基板ステージは前記線状の
プラズマと直交する方向に移動する機構をそなえ、か
つ、移動ステージ全体が該プラズマ発生部の方向に可動
可能であることを特長とするリモートプラズマ処理装
置。 - 【請求項２】請求項第１項において、前記ステージは基
板を加熱する機構を備えてなることを特長とするリモー
トプラズマ処理装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2002066108A JP2003229371A (ja) | 2002-02-04 | 2002-02-04 | リモートプラズマ処理装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2002066108A JP2003229371A (ja) | 2002-02-04 | 2002-02-04 | リモートプラズマ処理装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2003229371A true JP2003229371A (ja) | 2003-08-15 |
Family
ID=27751317
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2002066108A Pending JP2003229371A (ja) | 2002-02-04 | 2002-02-04 | リモートプラズマ処理装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2003229371A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2009158883A (ja) * | 2007-12-28 | 2009-07-16 | Dainippon Printing Co Ltd | 薄膜トランジスタ基板及びその製造方法 |
| EP2570513A1 (en) * | 2011-09-16 | 2013-03-20 | Kern Energy Enterprise Co., Ltd. | Thin film processing equipment and the processing method thereof |
-
2002
- 2002-02-04 JP JP2002066108A patent/JP2003229371A/ja active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2009158883A (ja) * | 2007-12-28 | 2009-07-16 | Dainippon Printing Co Ltd | 薄膜トランジスタ基板及びその製造方法 |
| EP2570513A1 (en) * | 2011-09-16 | 2013-03-20 | Kern Energy Enterprise Co., Ltd. | Thin film processing equipment and the processing method thereof |
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