JP2006286883A - プラズマ成膜方法及びプラズマｃｖｄ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 基板の大きさによらず簡単な構成で均一な成膜を行なうこと。
【解決手段】 原料ガスが導入される真空容器内に設けられ成膜対象の平板部材が固定されるホルダー５と、平板部材２の平板面に対向させて配置されたアンテナとを備え、このアンテナは、表面を誘電体で覆った棒状の導電体からなるアンテナ素子３を間隔を開けて、かつ隣り合う各アンテナ素子３の一端に高周波電力を供給する基端部３３を異なる側に配列してなるプラズマＣＶＤ装置において、ホルダー５とアンテナを相対移動させるスライド機構７を備えること。
【選択図】 図１

Description

本発明は、プラズマ成膜方法及びプラズマＣＶＤ装置に関する。

プラズマを利用したＣＶＤ（化学的気相成長法）装置を用いて、基板の表面に薄膜を形成する技術が知られている。例えば、薄膜トランジスタの製造においては、基板上に半導体膜や絶縁膜などの薄膜を均一に形成するプラズマＣＶＤ装置が用いられている。このプラズマＣＶＤ装置は、減圧された容器内でプラズマを発生させ、プラズマ中で原料ガスを分解させて生成されるラジカルを基板面に付着させて成膜するものである。

従来から用いられているプラズマＣＶＤ装置として、例えば、平板状の高周波電極と接地電極を平行に配置し、接地電極側に基板を載置して構成される容量結合方式が知られている。

しかし、この構成によれば、例えば、成膜速度と膜特性の向上のため、高周波の周波数を高くすると、電極間に形成されるプラズマの空間密度が不均一となり、膜の均一性が低下するという問題がある。また、大面積の基板を成膜する場合は、電極面積が大きくなるため、電極間の隙間を均一な距離に保つことが難しくなる。

これに対し、基板に対向させて、導電体からなる棒状のアンテナ素子を交互に給電方向を反対にして、平行かつ平面状に所定の間隔で複数配列し、各アンテナ素子の表面を誘電体で覆ったプラズマＣＶＤ装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。

これによれば、隣り合う各アンテナ素子の定在波の振幅が互いに逆の関係となるため、各アンテナ素子から放射された電磁波が合成されて、平面方向に広く分布する比較的均一なプラズマを形成することができる。すなわち、各アンテナ素子から放射される電磁波エネルギーは、アンテナ素子の軸方向に沿って定在波の振幅の２乗に比例して変化するが、隣り合うアンテナ素子の高周波の給電端が異なるように配置されるため、軸方向の電磁波エネルギーが重なり合って相互に補完され、アンテナ軸方向の電磁波エネルギー分布を比較的均一にすることができる。

さらに、各アンテナ素子には、独立して電力を供給することができ、その電力は、例えば、容量結合方式ではプラズマの均一性が困難となる高周波領域（例えば、１００ＭＨｚ）を使用することができる。このような高周波を用いることで、プラズマポテンシャルが低くなり、例えば、容量結合方式と比べてイオンによる基板へのダメージを低減できる。

特開２００３−８６５８１号公報

しかしながら、処理対象の基板の成膜面積は一定とは限らず、様々な大きさの基板が存在する。このため、例えば、特許文献１のアンテナ素子の構成によれば、大面積の基板に対応できるように、その成膜面積に合わせて、多数のアンテナ素子を配置しておく必要がある。これにより、真空容器内は、アンテナ素子の構成が複雑化し、かつ高コスト化を招くおそれがある。

本発明は、基板の大きさによらず簡単な構成で均一な成膜を行なうことを課題とする。

上記課題を解決するため、本発明は、真空容器内に配置される棒状のアンテナ素子から高周波の電磁波を放射し、電磁波によって原料ガスのプラズマを発生させて、基板上の成膜対象面に成膜を行なうプラズマ成膜方法において、アンテナ素子の軸方向と直交する方向に基板を移動させることを特徴としている。

また、本発明は、原料ガスが導入される真空容器と、この真空容器内に設けられ成膜対象の平板部材が固定されるホルダーと、平板部材の平板面に対向させて配置されたアンテナとを備え、アンテナは、表面を誘電体で覆った棒状の導電体からなるアンテナ素子を間隔を開けて、かつ隣り合う各アンテナ素子の一端に高周波電力を供給する基端部を異なる側に配列してなるプラズマＣＶＤ装置において、ホルダーとアンテナを相対移動させるスライド機構を備えることにより、上記課題を解決できる。

このように、アンテナ素子と基板の相対移動に合わせて、基板上の成膜領域を移動させていくことにより、基板面積に関係なく、少ないアンテナ素子で基板全体を均一に成膜することができる。また、アンテナ素子の設置数を減らすことができるため、例えば、真空容器内の構成が簡単になり、装置の製作費用を低減できる。なお、相対移動量は、基板の大きさなどに応じて、適宜設定すればよい。

また、本発明のプラズマＣＶＤ装置は、原料ガスが導入される真空容器と、この真空容器内に設けられ成膜対象の平板部材が固定されるホルダーと、平板部材の平板面に対向させて配置されたアンテナとを備え、該アンテナは、表面を誘電体で覆った棒状の導電体からなるアンテナ素子を間隔を開けて、かつ隣り合う各アンテナ素子の一端に高周波電力を供給する基端部を異なる側に配列してなるプラズマＣＶＤ装置において、ホルダーとアンテナを相対移動させるスライド機構を備えることにより上記課題を解決できる。

この場合において、スライド機構は、アンテナ素子の軸と直交する方向に延在する第１の軌道面を有する案内レールと、第１の軌道面と対向する第２の軌道面を有し第１の軌道面上を移動する移動体と、第１の軌道面と第２の軌道面との間に転動自在に設けられた転動体とを備えたリニアガイドであって、ホルダーは、スライダ上に固定されたものであることが好ましい。このように、スライド機構をリニアガイドで構成することにより基板の移動をスムーズに行なうことができ、しかも廉価な構成となる。

また、アンテナは、少なくとも２本のアンテナ素子から構成されることが好ましい。このように、最低２本のアンテナ素子があれば、アンテナ軸方向で合成された均一な電磁波を形成することができるため、多数のアンテナ素子を配置する構成と比べて、プラズマの空間密度分布の影響が低減することができ、膜厚の均一性を向上できる。

本発明によれば、基板の大きさによらず簡単な構成で均一な成膜を行なうことができる。

以下、本発明に係るプラズマＣＶＤ装置の実施の形態について図面を参照して説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。図１は、本発明の実施形態のプラズマＣＶＤ装置の一例を示す縦断側面図であり、図２は、図１の横断平面図である。

本実施形態のプラズマＣＶＤ装置は、図に示すように、チャンバ１、棒状のアンテナ素子３（電磁波結合型電極ともいう）、成膜用の基板２を載せるホルダー５、ホルダー５をスライドさせるリニアガイド７を備えて構成される。

チャンバ１内の頂部には、天井壁を貫通して設けられるガス供給管９と連結されたシャワープレート１１が配置されている。シャワープレート１１の下方には、チャンバ１の対向する側壁からそれぞれ延在して設けられる一対のアンテナ素子３が平行に配設されている。チャンバ１の床面には、原料ガスを排気するガス排気口１３が設けられている。ガス排気口１３は、圧力調整弁１５を介して真空ポンプ１７と接続され、チャンバ１内のガスを排気口１９から系外に排気して、チャンバ１内を設定圧力に調節するようになっている。

チャンバ１内の底部には、支持台２１が設置され、支持台２１の上には、ホルダー５のスライド機構となるリニアガイド７が固定されている。なお、ホルダー５には、基板を加熱するための発熱体（図示せず）が設けられている。

リニアガイド７は、アンテナ素子３の軸方向と直交する方向に延在するレール軌道面を備えた案内レール（図示せず）と、レール軌道面と対向するスライダ軌道面を備えてレール軌道面上を移動するスライダ（図示せず）を有して構成される。レール軌道面とスライダ軌道面との間には、転動体となるボールが複数設けられ、案内レール上をスライダがスムーズに移動するようになっている。スライダの上には、ホルダー５が固定され、スライダの移動と共に矢印の方向に移動可能になっている。なお、本実施形態では、スライダを移動させる駆動手段として、位置精度の高いボールねじ２３を用いるが、これに限定されず、例えば、ラックピニオンなどを用いてもよい。

ホルダー５の発熱体には、ヒータシース２５が接続され、このヒータシース２５はチャンバ１の床面を貫通させて設けられるスリーブ２７を通ってチャンバ１から系外に抜き出され、ヒータ線２９を介して電力調整器３１と接続されている。チャンバ１内のヒータシース２５は、ホルダー５の移動量に合わせて十分な長さが確保されている。

アンテナ素子３は、給電方向が交互に異なるように少なくとも２本設けられ、各アンテナ素子３の給電部３３は、例えば、同軸ケーブルなどの電送線路を通じて高周波電源（図示せず）と接続されている。高周波電源から出力された高周波電力は、各アンテナ素子３の給電部３３に分配されて供給されるようになっている。各アンテナ素子３に供給される高周波電力は、例えば、３０〜３００ＭＨｚに設定されている。

アンテナ素子３は、例えば、銅、アルミニウム、白金などの非磁性の電気良導体によって棒状又はパイプ状に形成され、その表面を石英などの誘電体で被覆して形成されている。アンテナ素子３の先端から給電部３３にかけての長さは、アンテナ素子３に供給される高周波電力の波長λに対して（２ｎ＋１）／４倍（ｎは０又は正の整数）となり、少なくとも基板２０の幅寸法よりも長めに設定されている。また、アンテナ素子３は、給電部３３が反対向きに配置された隣り合うアンテナ素子３と、基板２の平板面と平行な面内に平行に配列され、１組の電極単位を構成している。このアンテナ素子３は、少なくとも１組、つまり２本備えていればよいが、装置の大きさや処理能力などに応じて適宜増やしてもよい。

次に、本実施形態のプラズマＣＶＤ装置を用いて基板面に薄膜を形成する動作について説明する。

先ず、チャンバ１を開放して基板２をホルダー５の上に載せた後、ガス排気口１３に接続される真空ポンプを作動させ、例えば、１ｍｍＰａ〜１Ｐａ程度の真空にチャンバ１内を減圧する。ここで、基板２は、ホルダー５上の発熱体により所定温度に加熱される。なお、基板２は、例えば、チャンバ内減圧後、チャンバ１と隣合せに設置されるロードロックチャンバ（図示せず）からゲートバルブ（図示せず）を介して搬送され、リニアガイド７の移動軸上で成膜を開始する位置（基準位置）にセットされる。

次に、原料ガスとして、例えば、ＴＥＯＳ（テトラエトキシシラン）と酸素の混合ガスをシャワープレート１１からチャンバ１内に供給する。この状態でチャンバ１内の圧力が安定したのち、各アンテナ素子３に高周波電力が供給され、アンテナ素子３から高周波の電磁波が放射される。これにより、混合ガスが電離して基板２とアンテナ素子３との間にプラズマが発生する。プラズマが発生すると成膜が開始され、これと同時に図示しない駆動モータが作動して、ボールねじ２３の回転とともに、基板５が所定の速度で移動する。基板５の移動は片側移動でもよいし往復移動でもよい。また、基板５の移動速度や移動量は、基板５の成膜面積、膜厚量などによって適宜設定できる。

このように、固定されたプラズマ領域に対し、アンテナ素子３の軸方向と直交する方向に基板５を移動させ、成膜領域をずらしていくことにより、基板面積に関係なく、少ないアンテナ素子３で、均一な成膜を行なうことができる。また、本実施形態によれば、所定の長さを有するアンテナ素子３を少なくとも２本設置すればよいため、チャンバ１内の構成が簡単になり、装置の製作費用を低減できる。

また、本実施形態では、アンテナ素子３を固定して基板２を移動させる例を説明したが、これに限定されるものではなく、例えば、基板２を固定してアンテナ素子３を移動させる構成にしてもよい。

また、本実施形態では、棒状のアンテナ素子３を誘電体バリア放電させてプラズマを形成する例を説明したが、これに限定されるものではなく、例えば、他の電極構成によるプラズマ源を用いたプラズマＣＶＤ装置においても、適用できることは言うまでもない。

また、本実施形態のプラズマＣＶＤ装置は、例えば、電極供給用として利用可能な薄膜太陽電池の製造、液晶薄膜の製造、薄膜トランジスタの製造、半導体などのエッチングその他の工業的用途に広く適用することができる。

本発明の実施形態のプラズマＣＶＤ装置の一例を示す縦断側面図である。 図１の横断平面図である。

符号の説明

１ チャンバ
２ 基板
３ 電極
５ ホルダー
７ リニアガイド
１１ シャワープレート
１７ 真空ポンプ
２３ ボールねじ
３１ 電力調整器

Claims (4)

1. 真空容器内に配置される棒状のアンテナ素子から高周波の電磁波を放射し、該電磁波によって原料ガスのプラズマを発生させて、基板上の成膜対象面に成膜を行なうプラズマ成膜方法において、前記アンテナ素子の軸方向と直交する方向に前記基板を移動させることを特徴とするプラズマ成膜方法。
2. 原料ガスが導入される真空容器と、該真空容器内に設けられ成膜対象の平板部材が固定されるホルダーと、前記平板部材の平板面に対向させて配置されたアンテナとを備え、前記アンテナは、表面を誘電体で覆った棒状の導電体からなるアンテナ素子を間隔を開けて、かつ隣り合う前記各アンテナ素子の一端に高周波電力を供給する基端部を異なる側に配列してなるプラズマＣＶＤ装置において、前記ホルダーと前記アンテナを相対移動させるスライド機構を備えていることを特徴とするプラズマＣＶＤ装置。
3. 前記スライド機構は、前記アンテナ素子の軸と直交する方向に延在する第１の軌道面を有する案内レールと、該第１の軌道面と対向する第２の軌道面を有し前記第１の軌道面上を移動する移動体と、前記第１の軌道面と前記第２の軌道面との間に転動自在に設けられた転動体とを備えてなるリニアガイドからなり、前記ホルダーは、前記スライダ上に固定されてなる請求項２に記載のプラズマＣＶＤ装置。
4. 前記アンテナは、少なくとも２本のアンテナ素子からなることを特徴とする請求項２に記載のプラズマＣＶＤ装置。
   

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