JP2003243307A - リモートプラズマ処理装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 励起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、ライン状のプラズマを効率よく励起する方
法を提案する。 【構成】 プラズマ部は絶縁性の材料からなるチャンバ
ーからなり、チャンバー周囲に巻きつけた高周波コイル
に電流を流すことにより、プラズマを発生させる。この
時、チャンバー形状を図１に示すように楕円体構造と
し、ライン方向に均一なプラズマが発生するようにす
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【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。

【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。

【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Ｃ
ＶＤの改善にある。ライン状リモートプラズマＣＶＤは
成膜する領域がガラスの一部であるため、従来の平行平
板型のプラズマＣＶＤに比べ等価的に成膜速度が遅い。
このため高密度のプラズマを用いて、反応部に多くの活
性種を供給することが必要であり、また、ライン状に均
一なプラズマを得ることも重要である。

【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、楕円筒構造の絶縁体とその周りの巻きつけた
導体コイルにより構成されるプラズマチャンバーを用い
る。導体コイルは楕円状絶縁体周囲に一重に巻きつけた
非常に単純な構造を用いる。この構造によりプラズマを
発生させた場合、誘導結合プラズマが発生し、非常に高
密度のプラズマが実現できる。

【０００５】

【作用】プラズマ密度を向上させることができ、薄膜成
膜装置においては成膜速度の向上を図ることができ、プ
ラズマ処理装置においてはその処理効率の向上を図るこ
とができる。プラズマ発生室中央付近にプラズマが集中
し、反応室に広がることがないため、処理サンプル表面
へのイオンダメージの低減が図れ、ダメージフリーのプ
ロセスが実現できる。長尺方向に対し、プラズマの均一
性の向上が図れ、膜厚、膜質の均一性を図ることができ
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１
３０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。またこの銅板の外側
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の矢印方向の移動により、基板全体に成膜
させる。図２はこの石英のプラズマチャンバーを上から
見た図である。石英チャンバー１００は概楕円筒状に作
製されている。高周波コイルはこの石英チャンバーを巻
く形で設置されており、両端は高周波数電源に接続され
ている。このコイルに電流を流すと石英チャンバー内に
プラズマが発生する。流す電流が少ない場合、上下に広
がったプラズマ２１０が発生するが、高周波のパワーを
増加させていくと、コイルによる誘導電流がプラズマと
カップリングする、誘導結合型プラズマモードとなり、
コイルの中央付近に集中したプラズマ２００が得られ
る。図３は本発明で得られたプラズマの写真である。こ
の効果を実際のＣＶＤを用いたＳｉＯ２の成膜例を挙げ
ながら具体的な実験条件と結果を示す。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。このプラズマ状態に励起された酸素ラジカルは
成膜チャンバー１５０流れ、に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。ま
ず酸素／ヘリウムの混合気体を励起ガスとして用い、５
０〜１５０ｓｃｍｍ／５０ｓｃｃｍの流量を流した。ま
た、コイルに６０ＭＨｚ、６００Ｗ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。これらの条件で、成膜速
度１００ｎｍ／ｍｉｎ．以下の値しか得られなかった。
次に同じ条件でプラズマパワーを１ｋＷまで上昇させ
た。この時パワーが８００Ｗ付近からプラズマが中央付
近に集まり始め、９００Ｗ以上で前述のようなプラズマ
が得られた。この条件で成膜速度は３００ｎｍ／ｍｉ
ｎ．と大幅に改善された。また４００ｍｍ幅の成膜範囲
において、±５％以下の均一性が得られた。

【０００８】

【発明の効果】本発明により、効率的にプラズマを励起
することができ、成膜速度向上、膜厚、膜質の均一性を
改善することができる。

【０００１０】

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明を用いたプラズマＣＶＤ装置の断面図。

【図２】プラズマリアクタの平面図。

【図３】プラズマの状態を示す写真

【符号の説明】

１００…プラズマチャンバー １１０…プラズマコイル １２０…冷却管 １３０…ガス導入部 １４０…上部フランジ １５０…反応チャンバー １６０…反応ガス導入部 １７０…基板 １８０…ステージ

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】プラズマ発生部と該プラズマ発生部反応部
   から分離されてなるリモートプラズマ装置において、プ
   ラズマ発生部が楕円状の絶縁体筒とその周りに設けられ
   た高周波コイルにより構成されることを特長とする、リ
   モートプラズマ処理装置。
2. 【請求項２】請求項１に記載のリモートプラズマ処理装
   置において、高周波コイルは該楕円状絶縁体筒の周囲を
   巻く１重の導体からなることを特長とするリモートプラ
   ズマ処理装置
3. 【請求項３】請求項１および２において、該楕円筒状の
   絶縁体壁の厚さが１０ｍｍ以下で構成されることを特長
   とするリモートプラズマ処理装置。