JP2006086470A - Plasma generator - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、プラズマCVD装置などのプラズマ発生装置に関する。 The present invention relates to a plasma generating apparatus such as a plasma CVD apparatus.
プラズマCVD(chemical vapour deposition)法は、CVDプロセスの低温化を実現させるものであり、半導体プロセス等に広く適用されている。 The plasma CVD (chemical vapor deposition) method realizes lowering of the CVD process and is widely applied to semiconductor processes and the like.
特許文献1には、反応室内で、高周波が印加されるRF電極と、電気的に絶縁された基板との間に、多数の反応ガス通過穴が形成されてアース電位にされたメッシュ電極をRF電極から発生プラズマのシース領域より外側に配置し、前記RF電極に反応ガスを供給する反応ガス流入管を設けたプラズマCVD装置が開示されている。そして、これによれば、メッシュ電極によりアース電極側のシース領域を通過させて電位を降下させた反応ガスを基板に反応させるので、イオン衝突が生じることがない、と記載されている。
In
特許文献2には、平行平板型のカソード及びアノードを備えた容量結合型プラズマCVD装置において、アノード上に被成膜物たるガラス基板を設置するとともに、ガラス基板の直上に金属製メッシュなどの第3電極を配置し、第3電極とガラス基板の距離は10mm以下とすることが開示されている。そして、これによれば、微結晶シリコン太陽電池等の製造に適用でき、高い結晶性を有する微結晶膜を高速で堆積でき、かつパウダーの発生が少なく生産性に優れることとなる、と記載されている。
上記特許文献1及び2にそれぞれ開示されているような平板状のメッシュ電極を備えた構造のプラズマCVD装置を、液晶表示装置のTFT基板の作製工程において、処理基板上へのシリコン薄膜の形成に用いた場合、高特性を示すTFTが得られることが期待される。
A plasma CVD apparatus having a structure having a flat mesh electrode as disclosed in
しかしながら、近年、液晶表示装置のサイズの大型化に伴って処理基板のサイズも大きくなってきており、それを処理するプラズマCVD装置も大型となってきているため、それに伴って当然にメッシュ電極のサイズも大きくなり、そのため、メッシュ電極の中央部分が撓んで、その部分において基板セット台上の処理基板までの距離が短くなる。その結果、メッシュ電極の中央部分に対応して処理基板上に形成される被膜の厚さが周縁部分に対応して形成されるものよりも厚くなり、全体として形成される被膜の厚さや物性の不均一が生じるという問題がある。 However, in recent years, the size of the processing substrate has increased with the increase in the size of the liquid crystal display device, and the plasma CVD apparatus for processing it has also increased in size. Therefore, the size of the mesh electrode is bent, and the distance to the processing substrate on the substrate setting table is shortened at that portion. As a result, the thickness of the coating formed on the processing substrate corresponding to the central portion of the mesh electrode is thicker than that formed corresponding to the peripheral portion, and the thickness and physical properties of the coating formed as a whole are increased. There is a problem that non-uniformity occurs.
本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、大型の処理基板であってもその上に対する処理が均一となるプラズマ発生装置を提供することにある。 The present invention has been made in view of the above points, and an object of the present invention is to provide a plasma generating apparatus in which processing on a large processing substrate is uniform.
上記の目的を達成する本発明のプラズマ発生装置は、
プラズマ発生用電極と
上記プラズマ発生用電極の下方に設けられ、基板上面が該プラズマ発生用電極側を向くように処理基板がセットされる基板セット台と、
上記プラズマ発生用電極と上記基板セット台との間に、それらのいずれからも間隔をおいて設けられた平板状のメッシュ電極と、
を備え、
上記メッシュ電極の中央部分の撓みを規制して該メッシュ電極の下面と上記基板セット台にセットされた処理基板の上面との位置関係を全体的に平行に保持する平行保持手段が設けられている。
The plasma generator of the present invention that achieves the above-described object provides:
An electrode for plasma generation; and a substrate set base on which the processing substrate is set so that the upper surface of the substrate faces the electrode for plasma generation, provided below the electrode for plasma generation;
Between the plasma generating electrode and the substrate set stand, a plate-like mesh electrode provided with an interval from any of them,
With
There is provided parallel holding means for restricting the deflection of the central portion of the mesh electrode and holding the positional relationship between the lower surface of the mesh electrode and the upper surface of the processing substrate set on the substrate setting table in parallel. .
上記の構成によれば、平行保持手段によって、メッシュ電極の中央部分の撓みが規制され、それと基板セット台にセットされた処理基板の上面との位置関係が全体的に平行に保持されるので、それらの間の間隔がどの部位においても同一となり、その結果、例えば、プラズマCVD用途では、処理基板上に厚さの均一な被膜を形成させることができる。 According to the above configuration, the parallel holding means regulates the deflection of the central portion of the mesh electrode, and the positional relationship between it and the upper surface of the processing substrate set on the substrate setting table is held in parallel as a whole. The distance between them is the same in any part, and as a result, for example, in a plasma CVD application, a film having a uniform thickness can be formed on a processing substrate.
また、メッシュ電極の撓みが規制されるので、メッシュ基板と処理基板との距離を近く設定することができ、それによって成膜速度の大幅な増加を図ることができる。 Further, since the deflection of the mesh electrode is regulated, the distance between the mesh substrate and the processing substrate can be set close, and thereby the film formation rate can be significantly increased.
具体的な構成として、本発明のプラズマ発生装置は、上記平行保持手段が、上記プラズマ発生用電極と上記メッシュ電極とを連結するように設けられた絶縁材料製の連結部材であるものを挙げることができる。 As a specific configuration, in the plasma generator of the present invention, the parallel holding means is a connecting member made of an insulating material provided to connect the plasma generating electrode and the mesh electrode. Can do.
この場合、上記平行保持手段である連結部材は、上記の作用効果が効果的に奏されるためには、横方向に相互に間隔をおいて複数設けられているものであることが好ましい。また、プラズマはプラズマ発生用電極、連結部材及びメッシュ電極が境界を作る空間内で発生するため、連結部材の間隔が一定であるなら、メッシュ電極の面積が拡大しても電極サイズに依存しないプラズマを発生することが可能である。 In this case, it is preferable that a plurality of connecting members as the parallel holding means are provided at intervals in the lateral direction in order to achieve the above-described effects. In addition, since plasma is generated in a space where the plasma generating electrode, the connecting member, and the mesh electrode form a boundary, the plasma does not depend on the electrode size even if the mesh electrode area is enlarged if the interval between the connecting members is constant. Can be generated.
また、本発明のプラズマ発生装置は、上記連結部材が、上記プラズマ発生用電極に固設されており、上記メッシュ電極が、上記連結部材に着脱可能に取り付けられているものであってもよい。 In the plasma generator of the present invention, the connecting member may be fixed to the plasma generating electrode, and the mesh electrode may be detachably attached to the connecting member.
上記の構成によれば、メッシュ電極がプラズマ発生用電極に固設された連結部材に着脱可能に取り付けられているので、プラズマ発生用電極とメッシュ電極との間のプラズマ形成空間のメンテナンスを容易に行うことができる。 According to the above configuration, since the mesh electrode is detachably attached to the connecting member fixed to the plasma generating electrode, maintenance of the plasma forming space between the plasma generating electrode and the mesh electrode is facilitated. It can be carried out.
本発明のプラズマ発生装置は、上記プラズマ発生用電極に反応ガス導入口が設けられているものであってもよい。 In the plasma generator of the present invention, the plasma generating electrode may be provided with a reactive gas inlet.
上記の構成によれば、反応ガス導入口がプラズマ発生用電極に設けられているので、プラズマ発生用電極の直近で効率よくプラズマを発生させることができる。 According to the above configuration, since the reactive gas inlet is provided in the plasma generating electrode, it is possible to efficiently generate plasma in the immediate vicinity of the plasma generating electrode.
メッシュ電極の大きさが大きければ大きい程、その自重による撓みが生じ易くなるので、本発明のプラズマ発生装置は、上記メッシュ電極の大きさが150mm角以上である場合に特に有効である。 As the size of the mesh electrode is larger, bending due to its own weight is more likely to occur. Therefore, the plasma generator of the present invention is particularly effective when the size of the mesh electrode is 150 mm square or more.
本発明によれば、平行保持手段によって、メッシュ基板の下面と基板セット台にセットされた処理基板の上面との間の間隔がどの部位においても同一となり、その結果、処理基板上に対する処理を均一なものにすることができる。 According to the present invention, the parallel holding means makes the distance between the lower surface of the mesh substrate and the upper surface of the processing substrate set on the substrate setting table the same in any part, and as a result, the processing on the processing substrate is uniform. Can be made.
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
図1は、本発明の実施形態に係るプラズマCVD装置(プラズマ発生装置)10の概略構成を示す。 FIG. 1 shows a schematic configuration of a plasma CVD apparatus (plasma generator) 10 according to an embodiment of the present invention.
このプラズマCVD装置10は、平行平板型のものであって、大型の液晶表示装置のTFT基板を作製する際に、処理基板20にアモルファスシリコン被膜や絶縁膜(窒化シリコン被膜、酸化シリコン被膜)を形成させるのに用いられるものである。
The
このプラズマCVD装置10は、図示しないチャンバと、そのチャンバ内の上下にそれぞれ設けられたプラズマ発生用電極11及び基板セット台12と、それらの間にそのいずれからも間隔をおいて設けられたメッシュ電極13とを備えている。また、チャンバには、図示しない反応ガス供給系、真空排気系及び排ガス処理系が接続されている。
The
プラズマ発生用電極11は、例えばアルマイト処理されたアルミニウム合金で平板状に形成され、且つ、処理基板20よりも面積が広く形成さたものであり、その厚さ方向に穿孔された反応ガス導入孔14が間隔をおいて複数設けられている。反応ガス導入孔14は反応ガス供給制御系に連通している。また、プラズマ発生用電極11は、高周波電源15に接続されている。
The
基板セット台12は、例えばアルマイト処理されたアルミニウム合金で平板状に形成されたものであり、内部に図示しない基板加熱用ヒーターが内蔵されている。また、基板セット台12は接地されている。この基板セット台12には、基板上面がプラズマ発生用電極11側を向くように、ガラスやプラスティックやシリコンなどの処理基板20がセットされる。
The
メッシュ電極13は、例えばアルミニウム合金で平板状に形成されたものであり、多数の細孔が形成されたメッシュ構造を有している。具体的な構成としては、針金で編んだ網のような構造のもののほか、鉄板に孔を開けた構造のものであってもよい。また、細孔の大きさは、使用圧力、所望する膜質によって好適な範囲が異なると共に、ホロー効果、イオントラップ効果などの影響が圧力と相関性を持つために絶対的なものを一義的に限定することは困難であるが、一般的には加工性の観点から百μm以上、電界の生じる部分のシース領域の幅の観点から10mm以下とするのがよい。さらに、細孔の形状は、特に限定されない。メッシュ電極13は、大きさが150mm角以上である。メッシュ電極13は、基板セット台12との間で放電が起こらないように、基板セット台12同様に接地されている。
The
プラズマ発生用電極11とメッシュ電極13とは複数の連結部材(平行保持手段)16を介して連結固定されている。各連結部材16は、例えばアルミナやアルミナ混合物質の絶縁材料で平板棒状に形成されたものであり(例えば、幅10〜20mm、厚さ5〜10mm、図1の奥行き方向の長さは少なくとも基板サイズ以上)、プラズマ発生用電極11に隔壁を形成するように固設されて下方に垂下した形態となっている。複数の連結部材16は、横方向に一定間隔をおいて相互に並行に延びるように設けられている。各連結部材16の下面(頂面)は同一平面上にあり、メッシュ電極13は、それらの連結部材16のそれぞれの下面に止めネジ17で着脱可能に取り付け固定されており、それによって、メッシュ電極13の中央部分の撓みが規制され、メッシュ電極13の下面と基板セット台12の上面、つまり、そこにセットされた処理基板20の上面との位置関係が全体的に平行に保持されるようになっている。
The
処理基板20に被膜を形成する際には、まず、基板上面がプラズマ発生用電極11側を向くように処理基板20が基板セット台12にセットされた後に、チャンバが密閉されて真空排気系によりチャンバ内が減圧される。次いで、高周波電源15からプラズマ発生用電極11に高周波が印加されると共に、反応ガス供給系から反応ガス導入孔14を介して反応ガス(SiH4、H2、NH3等)がチャンバ内に導入される。これにより、プラズマ発生用電極11とメッシュ電極13との間の空間で放電が起こり、そこに反応ガスが励起乃至イオン化されたプラズマが形成される。そして、形成される高反応性の中性ラジカルはメッシュ電極13の細孔を通って処理基板20に達するものの、プラズマを形成するイオンの多くはメッシュ電極13でトラップされるため、処理基板20上にはダメージの少ない被膜が形成される。
When forming a film on the
以上のような構成のプラズマCVD装置10によれば、横方向に相互に間隔をおいて複数設けられた連結部材16によって、メッシュ電極13の中央部分の撓みが規制され、それと基板セット台12にセットされた処理基板20の上面との位置関係が全体的に平行に保持されるので、それらの間の間隔がどの部位においても同一となり、その結果、処理基板20上に厚さの均一な被膜を形成させることができる。
According to the
また、プラズマはプラズマ発生用電極11、連結部材16及びメッシュ電極13が境界を作る空間内で発生するため、連結部材16の間隔が一定であれば、メッシュ電極13の面積が拡大しても電極サイズに依存しないプラズマを発生することが可能である。
Further, since plasma is generated in a space where the
また、メッシュ電極13がプラズマ発生用電極11に固設された連結部材16に着脱可能に取り付けられているので、プラズマ発生用電極11とメッシュ電極13との間のプラズマ形成空間のメンテナンスを容易に行うことができる。
Further, since the
また、反応ガス導入口がプラズマ発生用電極11に設けられているので、プラズマ発生用電極11の直近で効率よくプラズマを発生させることができる。
Further, since the reactive gas inlet is provided in the
また、メッシュ電極13の撓みが規制されるので、メッシュ基板と処理基板20との距離を近く設定することができ、それによって成膜速度の大幅な増加を図ることができる。
Further, since the deflection of the
なお、上記実施形態では、プラズマCVD装置10としたが、特にこれに限定されるものではなく、プラズマエッチング装置であってもよい。この場合、反応ガスには、エッチングガスが用いられ、処理基板20上のエッチング処理が均一に行われるという作用効果が奏される。
In the above embodiment, the
上記実施形態では、連結部材16を平板棒状に形成されたものとしたが、特にこれに限定されるものではなく、プラズマ発生用電極11の下面に立設された柱状のものであってもよい。
In the above embodiment, the connecting
上記実施形態と同一構成のプラズマCVD装置を用いてシリコン薄膜を処理基板上に気相成長させて形成した(発明例)。高周波周波数は13MHz、供給電力は100W、基板温度は300℃とした。反応ガスとして水素で20%に希釈したシランを50sccm流した。処理基板として180×150cmのガラス基板を用いた。メッシュ電極の下面と処理基板の上面との間隔を3cmに設定した。 A silicon thin film was formed by vapor phase growth on a processing substrate using a plasma CVD apparatus having the same configuration as that of the above embodiment (invention example). The high frequency was 13 MHz, the supplied power was 100 W, and the substrate temperature was 300 ° C. Silane diluted to 20% with hydrogen as a reaction gas was allowed to flow at 50 sccm. A 180 × 150 cm glass substrate was used as the treatment substrate. The distance between the lower surface of the mesh electrode and the upper surface of the processing substrate was set to 3 cm.
図2に示すように連結部材が設けられずメッシュ電極が同一の位置に配置されたCVD装置を用いたことを除いて上記と同様にシリコン薄膜を処理基板上に気相成長させて形成した(比較例)。 As shown in FIG. 2, a silicon thin film was formed by vapor phase growth on a processing substrate in the same manner as described above except that a CVD apparatus in which a connecting member was not provided and a mesh electrode was arranged at the same position was used ( Comparative example).
図3は、発明例及び比較例のそれぞれについて基板エッジから基板中央に向かう方向に沿っての被膜の厚さの分布を所定値を基準にした規格値として示す。 FIG. 3 shows the distribution of the thickness of the coating along the direction from the substrate edge to the center of the substrate as a standard value based on a predetermined value for each of the inventive example and the comparative example.
図3によれば、発明例では、±3%以内に収まる程度に膜厚の均一性が優れることが分かる。 According to FIG. 3, it can be seen that in the inventive example, the film thickness uniformity is excellent enough to be within ± 3%.
一方、比較例では、端部分に比べて中央部分の方が膜厚が20%以上厚くなっているのが分かる。これは、メッシュ電極が自重によって中央部分が撓み、その部分において基板セット台の処理基板までの距離が短くなるためであると考えられる。 On the other hand, in the comparative example, it can be seen that the thickness of the central portion is 20% or more thicker than that of the end portion. This is presumably because the center portion of the mesh electrode is bent by its own weight, and the distance from the substrate set base to the processing substrate is shortened at that portion.
本発明は、プラズマCVD装置などのプラズマ発生装置に有用である。 The present invention is useful for a plasma generation apparatus such as a plasma CVD apparatus.
10 プラズマCVD装置(プラズマ発生装置)
11 プラズマ発生用電極
12 基板セット台
13 メッシュ電極
14 反応ガス導入孔
15 高周波電源
16 連結部材(平行保持手段)
17 止めネジ
20 処理基板
10 Plasma CVD equipment (plasma generator)
11
17
Claims (6)
上記プラズマ発生用電極の下方に設けられ、基板上面が該プラズマ発生用電極側を向くように処理基板がセットされる基板セット台と、
上記プラズマ発生用電極と上記基板セット台との間に、それらのいずれからも間隔をおいて設けられた平板状のメッシュ電極と、
を備え、
上記メッシュ電極の中央部分の撓みを規制して該メッシュ電極の下面と上記基板セット台にセットされた処理基板の上面との位置関係を全体的に平行に保持する平行保持手段が設けられている、プラズマ発生装置。 An electrode for plasma generation; and a substrate set base on which the processing substrate is set so that the upper surface of the substrate faces the electrode for plasma generation; provided below the electrode for plasma generation;
Between the plasma generating electrode and the substrate set stand, a plate-like mesh electrode provided with an interval from any of them,
With
There is provided parallel holding means for restricting the deflection of the central portion of the mesh electrode and holding the positional relationship between the lower surface of the mesh electrode and the upper surface of the processing substrate set on the substrate setting table in parallel. , Plasma generator.
上記平行保持手段は、上記プラズマ発生用電極と上記メッシュ電極とを連結するように設けられた絶縁材料製の連結部材である、プラズマ発生装置。 In the plasma generator according to claim 1,
The plasma generation apparatus, wherein the parallel holding means is a connecting member made of an insulating material provided to connect the plasma generating electrode and the mesh electrode.
上記平行保持手段である連結部材は、横方向に相互に間隔をおいて複数設けられている、プラズマ発生装置。 In the plasma generator according to claim 2,
The plasma generating apparatus, wherein a plurality of connecting members as the parallel holding means are provided in the lateral direction at intervals.
上記連結部材は、上記プラズマ発生用電極に固設されており、
上記メッシュ電極は、上記連結部材に着脱可能に取り付けられている、プラズマ発生装置。 In the plasma generator according to claim 2,
The connecting member is fixed to the plasma generating electrode,
The plasma generating apparatus, wherein the mesh electrode is detachably attached to the connecting member.
上記プラズマ発生用電極には、反応ガス導入口が設けられている、プラズマ発生装置。 In the plasma generator according to claim 1,
The plasma generating apparatus, wherein the plasma generating electrode is provided with a reactive gas inlet.
上記メッシュ電極は、大きさが150mm角以上である、プラズマ発生装置。 In the plasma generator according to claim 1,
The mesh generator is a plasma generator having a size of 150 mm square or more.
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