JP2008211243A - プラズマ処理装置 - Google Patents
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Abstract
。
【解決手段】 対向する一対の平板電極3、17間にガスを供給し、一対の平板電極の少
なくとも一方の平板電極に高周波電力を印加してプラズマを発生させて基板4にプラズマ処理を行うプラズマ処理装置において、前記高周波電力が印加されるひとつながりの平板電極17に複数の突起50を設け、前記複数の突起50に前記ガスを供給するガス供給孔40を設けた。
【選択図】 図1
Description
中でも種々の基板上に電子材料の層を堆積するプラズマ促進化学気相堆積法(Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition:PECVD)を用いたプラズマ処理装置は、半導
体デバイスの製造に広く用いられている。
り、気密な処理室1に基板4を収容し、処理室1内に設けられている一対の平板電極2、3間に成膜ガスを供給しながら高周波電力を印加してプラズマを発生させ、成膜ガス中の
ガス分子を分解して化学反応を起こし、基板表面上に薄膜を形成するものである。
成膜ガスは、カソード電極2に接続されたガス導入口15を通って供給され、カソード電極2に設けた分散板12、ガス導入孔5を経由してカソード電極2とアノード電極3間へと導入される。アノード電極3と対向するカソード電極2の平板部45に、電極面積を拡大するための凹部70を複数設けてある。この凹部70にはガス供給口は設けずに、凹部70を設けずに残ったアノード電極3の平板部分にガス供給孔5を設けてある。ガス導入口15から先に非成膜ガスを導入し、後から成膜ガスを導入する。これにより非成膜ガスを凹部に入り込ませ、後から導入される成膜ガスが凹部70に入らないようにしている。
電極2、3間へ導入された成膜ガスに、結合コンデンサ19、ガス導入口15、アノードサセプタ13を経由したRF高周波電源9の高周波電力を電極3に印加してプラズマを発生させ、基板4上に所定の成膜を行う。なお、上ヒータ10と下ヒータ11は、基板4を一定の温度に均一に加熱するために設けられている。
極に複数の凹部を設けて電極面積を増加したので、凹部を設けないものに比べて、フッ化物の生成の低減とともに、低い高周波電力で成膜ガスを有効に電離できるので、プラズマ生成効率は改善されている。しかしながら、この場合でも、ガス供給孔が電極の平板部分に設けられているので、高周波電力によって形成される電極間の電界を、この平板部分に設けられているガス供給孔から導入されるガス分子に、より有効に作用するようには企図されていないため、プラズマ生成効率に改善の余地がある。
まず、図1を用いて、PECVDを用いて成膜処理を行うプラズマ処理装置の全体構成を説明する。
図1に示すように、プラズマ処理装置の処理室1は、インナケース18とアウタケース
31とからなる減圧可能な二槽構造となっている。密閉されたアウタケース31の内部にインナケース18が設けられる。インナケース18はアウタケース31の天井に取り付けられて上部が閉じ底部が開口したケース本体と、底部開口を塞ぐケース外蓋としてのアノードサセプタ13とから構成される。
これらの図では、ガス供給ヘッド35は、ガス導入口15と、ガス導入口に連通した中空のヘッド本体と、ヘッド本体の底部を構成するカソード電極17とから主に構成される。ガス導入口15は3本設けられ、3本のうちの1本には成膜ガスを流し、残りの2本に
はプラズマ生成用ガス、例えばアルゴン(Ar)ガスを流すように構成される。成膜ガスを流す1本のガス導入口15には、RF高周波電源9をマッチングボックス37及び結合コンデンサ19を介して接続し高周波電力を印加する。アノード電極3は接地する。
また、カソード電極17は、アノード電極3と対向する平板部45と、その平板部45に電界勾配を形成するための複数の突起50と、各突起50に設けられた第1の供給孔となるガス供給孔40とから構成される。平板部45と突起50とは個別に形成しても一体に形成してもよい。この場合、突起50の一部を平板部45に設けた孔に圧入することにより一体化してもよい。
このガス供給孔41は、例えば、カソード電極17の平板部45に多数の貫通孔を設け、これら貫通孔の一部に突起50を設けて、残りの貫通孔をガス供給孔41として利用するようにしてもよい。
なお、ガス導入口15とアノード電極3とをつなぐ中空のヘッド本体は、内部の分散板12の記載を省略してある。
突起50の形状は、電界勾配を付けることができるように形成し、例えばアノード電極3に向って突出する形状に形成される。具体的には、図9〜図12に例示するような形状とするとよい。図9には先端部が半球形をした円柱状のもの、図10は先端部が円錐形をした円柱状のもの、図11は円錐状のもの、図12は断面半楕円状のものがそれぞれ示されている。なおこの他に、先端部が三角錐状、四角錐状、多角錐状をしていてもよい。
これらに示された突起50は、カソード電極17の平板部45(例えば貫通孔)に装着される円柱状の装着部51と、その装着部51に同軸に一体的に設けられ、装着部51との境目(基端部)52が装着部51及び平板部45の貫通孔より径が大きく形成されて平板部45から突出する突出部53とから形成されている。この突起50の軸にその軸方向に沿ってガス供給孔40が設けられている。
まず、カソード電極17に高周波電力が印加されると、アノード電極3に向って突出する突起50は、先端にいくにつれて電界が高くなる。図14では、電界が高くなる様子を分かり易いようにドットの濃淡で表示した。このように電界が突起50の先端にいくにつれて高くなると、突起50の周囲に存在する電子e-は加速されることになる。
ると、この加速された電子e-は、突起50に設けられたガス供給孔40を通って電極3
、17間の空間に供給された成膜ガスの分子Aと衝突する(図14(a))。このガス分子Aは衝突によってA+イオンと電子e-に分れ、ガス分子Aに衝突した電子e-及びガス
分子Aから電離した電子e-は、軽量であるためさらに別のガス分子と衝突する(図14
(b))。これが連鎖的に繰り返されることによってガス分子の電離が促進され、プラズマが生成する。平板部45に設けた突起50には電界の勾配が形成され、突起先端で電界が高くなるので、その周辺の電子e-は特に高速に加速されやすく、連鎖的な衝突及びガ
ス分子Aの電離が激しく繰り返されて電子密度が特に高くなり、プラズマ生成効率が向上する。
、A+イオンより電子e-のほうがはるかに軽量であるので、圧倒的に電子による衝突が多いと考えられる。
また、衝突の激しさは、ガスの圧力や高周波電源の出力などによって変わるが、基本的な衝突の原理は図14を用いて説明したものと同じであると考えられる。
したがって、従来例のものでは、ガス分子はこれを加速するように電界の影響をガス供給孔50内で受けないので、ガス供給孔5から出るガスの分子が凸部によっては加速されることはなく、したがって電子密度は高めることができない。
ロー放電が起こりやすく、しかも周縁部は分断されることなく全体がひとつながりであるため、放電による効果は矢印で示すように周縁部全体に広がってしまい、凹部70の内側には伝播しにくい(ホローカソード現象によるプラズマ密度の増加は、凹部が1つだけの場合が最も効果的である)。一方、実施の形態による平板電極17では、空間に突出した突起50の先端で最もホロー放電が生じやすく、図17(b)に示すように、突起先端で生じたホロー放電による効果は突起50側面を伝わり平板電極17の電極表面に達する。電極表面は突起50によって分断されることなく、全体がひとつながりであるため、突起先端から生じた放電による効果は矢印で示すように平板電極全体に広がる。
図1に示す構成のプラズマ処理装置を用い、処理室1内圧力を100〜1000mTorrに維持して、カソード電極17のガス供給孔40、41からアルゴンを流しつつ(凹凸部両方の孔からガス供給し)、20mm離間して配設された一対の直径165mmの電極17、3間に周波数13.56MHz、出力20Wの高周波電力を印加し、一対の電極17、3間の電子密度を調べた。電子密度は、Mo製シングルプローブをプラズマの中心位置に挿入して測定し、その結果を図15に示した。
上記突起付カソード電極としては図8に示すものを用いた。このカソード電極17は碁盤目状に配置され、その突起50の個数は373個である。平板部45のガス供給孔41は、突起50を避けるように、碁盤目状に配置され、その個数は352個であり、その直径は1.6mmである。
突起50としては図13に示す形状の、ガス供給孔直径:0.8、突起傾斜広がり角度:40°、装着部直径:2.2mm、長さ:2.5mm、突出部長さ:6.3mm、基端部直径:6mmのものを用いた。突起50のカソード電極への取付けは、装着部51の外周にねじ山56を設け、このねじ山56に螺合するねじ溝を平板部45の貫通孔を形成する壁に設けて、ねじ止めによって行った。
また、比較のために上記突起付カソード電極と同一の電極を用いるが、どちらのガス供給孔からもガスを供給せずに、代りに一対の電極間にアルゴンを供給する場合(凹凸部どちらの孔からもガス供給なし)と、カソード電極として平板円盤状の平行平板電極を用いた場合(平行平板電極)とについても前記と同様にして電子密度を調べた。
度の値となった。また、突起付カソード電極を用いても凹凸部どちらの孔からもガス供給なしの場合は、平行平板電極の場合の1.5〜2倍ぐらいの電子密度の値となった。
また、例えば、平行平板電極の場合の1.5倍の電子密度を得たいのであれば、実施の形態のカソード電極17のガス供給孔40,41の半分を閉塞させるとか、またはガスの流量と排気速度を下げるとかすることにより簡単に対応できることになる。
3 アノード電極
4 基板
7 排気管
9 RF高周波電源
15 ガス導入口
17 カソード電極
40 ガス供給孔
41 ガス供給孔
Claims (2)
- 対向する一対の平板電極間にガスを供給し、一対の平板電極の少なくとも一方の平板電極に高周波電力を印加してプラズマを発生させて基板にプラズマ処理を行うプラズマ処理装置において、
前記高周波電力が印加されるひとつながりの平板電極に複数の突起を設け、
前記複数の突起に前記ガスを供給するガス供給孔を設けたことを特徴とするプラズマ処理装置。 - 対向する一対の平板電極間にガスを供給し、一対の平板電極の少なくとも一方の平板電極に高周波電力を印加してプラズマを発生させて基板にプラズマ処理を行うプラズマ処理装置において、
前記高周波電力が印加されるひとつながりの平板電極に複数の突起を設け、
前記平板電極の突起間の平板部にガス供給孔を設けたことを特徴とするプラズマ処理装置。
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