JP2008282947A - プラズマ発生装置、プラズマ処理装置およびプラズマ処理方法 - Google Patents

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Abstract

【課題】マイクロ波を導波させる導波管の両側でプラズマ処理を行うことができるようにする。
【解決手段】マイクロ波の腹の位置に対応して配置されたスリット13a、13bを導波管12の両面にそれぞれ設け、ガス導入管17a、17bを介してチャンバ11内にプロセスガスを導入し、マイクロ波を導波管12内に導波させ、スリット13a、13bをそれぞれ介してマイクロ波を導波管12の両側から放射させることにより、導波管12の両側に表面波プラズマを発生させ、基板18a、18bのプラズマ処理を行う。
【選択図】 図1

Description

本発明はプラズマ発生装置、プラズマ処理装置およびプラズマ処理方法に関し、特に、マイクロ波励起表面波プラズマCVD装置に適用して好適なものである。
マイクロ波励起表面波プラズマ処理装置においては、ガスの励起源としてマイクロ波を使用することから、高い周波数をもつ電界にて電子を加速することができ、ガス分子を効率的にイオン化したり、励起させたりすることができる。このため、マイクロ波励起表面波プラズマ処理装置では、ガスのイオン化効率、励起効率及び解離効率が高く、高密度のプラズマを比較的容易に形成し、低温で高速に高品質な処理を行うことができる。また、マイクロ波が石英ガラスのような誘電体を透過する性質を有することから、マイクロ波励起表面波プラズマ処理装置を無電極放電タイプのものとして構成でき、プラズマ処理において高清浄性を確保することができる。
また、特許文献1には、被処理体の半径方向及び周方向における処理の制御性を高めるために、マイクロ波を放射する為の複数のスロットが設けられた面を有する環状導波路を有するプラズマ処理装置において、環状導波路の中心に対してスロットの中心を偏らせて配置する方法が開示されている。
特開2001−73150号公報
しかしながら、従来のマイクロ波励起表面波プラズマCVD装置では、導波管を導波するマイクロ波が下方に放射され、導波管の下方でのみしか成膜ができないことから、製造効率の向上の支障になるという問題があった。
そこで、本発明の目的は、マイクロ波を導波させる導波管の両側でプラズマ処理を行うことが可能なプラズマ発生装置、プラズマ処理装置およびプラズマ処理方法を提供することである。
上述した課題を解決するために、請求項1記載のプラズマ発生装置によれば、マイクロ波を導波させる導波管と、前記導波管の両面にそれぞれ設けられ、前記導波管を導波するマイクロ波の腹の位置に対応して配置されたスリットと、前記スリットにそれぞれ接するようにして前記導波管の両面にそれぞれ配置された誘電体と、前記スリットを介して放射されたマイクロ波にて前記導波管の両側に表面波プラズマを発生させるプラズマ発生手段とを備えることを特徴とする。
また、請求項2記載のプラズマ処理装置によれば、マイクロ波を導波させる導波管と、前記導波管の両面にそれぞれ設けられ、前記導波管を導波するマイクロ波の腹の位置に対応して配置されたスリットと、前記スリットにそれぞれ接するようにして前記導波管の両面にそれぞれ配置された誘電体と、前記スリットを介して放射されたマイクロ波にて発生された表面波プラズマによる処理を行う処理室とを備えることを特徴とする。
また、請求項3記載のプラズマ処理装置によれば、前記処理室内に設けられ、前記導波管の両面にそれぞれ対向配置されるようにして処理対象を保持する保持部と、前記処理室内にプロセスガスを導入するガス導入部とを備えることを特徴とする。
また、請求項4記載のプラズマ処理装置によれば、前記プロセスガスは、成膜用ガス、スパッタガスまたはエッチングガスであることを特徴とする。
また、請求項5記載のプラズマ処理方法によれば、導波管を導波するマイクロ波を前記導波管の両側から放射させることにより、前記導波管の両側に表面波プラズマを発生させる工程と、前記導波管の両側に発生された表面波プラズマによる処理を行う工程とを備えることを特徴とする。
以上説明したように、本発明によれば、導波管を導波するマイクロ波を導波管の両側から放射させることにより、導波管の両側に表面波プラズマを発生させることができる。このため、導波管の両側でプラズマ処理を行うことが可能となり、導波管の下方のみでプラズマ処理を行う方法に比べて、製造効率を2倍に向上させることが可能となる。
以下、本発明の実施形態に係るプラズマ処理装置について図面を参照しながら説明する。
図1は、本発明の第1実施形態に係るプラズマ処理装置の概略構成を示す断面図である。なお、図1(a)は、図1(b)のA−A´線で切断したものである。
図1において、プラズマ処理装置には、マイクロ波を導波させる導波管12が設けられ、導波管12には、マイクロ波の腹の位置に対応して配置されたスリット13a、13bが導波管12の両面にそれぞれ設けられている。なお、マイクロ波としてはTE10モードのマイクロ波を使用することができる。そして、導波管12の両面にはスリット13a、13bにそれぞれ接するように配置された誘電体14a、14bが設けられている。なお、誘電体14a、14bとしては、例えば、石英板や酸化アルミニウムを使用することができる。
また、プラズマ処理装置には、導波管12の周囲を囲むように配置されたチャンバ11が設けられ、チャンバ11内には、導波管12の両面にそれぞれ対向配置されるように基板18a、18bをそれぞれ載置するステージ15a、15bが設けられている。そして、導波管12の両側には、チャンバ11内を排気する排気ポート16a、16bがそれぞれ設けられるとともに、チャンバ11内にプロセスガスを導入するガス導入管17a、17bがそれぞれ設けられている。なお、プロセスガスとしては、成膜用ガス、スパッタガスまたはエッチングガスを用いることができる。
そして、基板18a、18bのプラズマ処理を行う場合、ステージ15a、15b上に基板18a、18bをそれぞれ載置する。そして、排気ポート16a、16bを介してチャンバ11内を排気するとともに、ガス導入管17a、17bを介してチャンバ11内にプロセスガスを導入する。そして、マイクロ波を導波管12内に導波させ、スリット13a、13bをそれぞれ介してマイクロ波を導波管12の両側から放射させることにより、導波管12の両側に表面波プラズマを発生させる。
例えば、誘電体14a、14bとして、1m角の酸化アルミニウムを使用し、誘電体14a、14bと基板18a、18bとの距離をそれぞれ200mmとすることができる。そして、基板温度を200℃、チャンバ11内の圧力を100mTorr、マイクロ波の周波数を2.45GHzに設定し、Arの流量を100sccm、H2の流量を100sccm、SiH4の流量を500sccmに設定することにより、a−Siを基板18a、18bに成膜することができる。
これにより、導波管12の両側でプラズマ処理を行うことが可能となり、導波管12の下方のみでプラズマ処理を行う方法に比べて、製造効率を2倍に向上させることが可能となる。
なお、基板18a、18bは、半導体であっても、導電性のものであっても、あるいは電気絶縁性のものであってもよく、例えば、Siウエハ、SOIウエハ、GaAaウエハ等の半導体基体が挙げることができる。
導電性基体としては、Fe、Ni、Cr、Al、Mo、Au、Nb、Ta、V、Ti、Pt、Pbなどの金属またはこれらの合金、例えば真鍮、ステンレス鋼などを挙げることができる。
絶縁性基体としては、石英ガラスやそれ以外の各種ガラス、Si34 、NaCl、KCl、LiF、CaF2 、BaF2 、Al23 、AlN、MgOなどの無機物、ポリエステル、ポリカーボネート、セルロースアセテート、ポリプロピレン、ポリ塩化ビニル、ポリ塩化ビニリデン、ポリスチレン、ポリアミド、ポリイミドなどの有機物のフィルム、シートなどを挙げることができる。
プラズマCVD法にて基板18a、18b上に薄膜を形成するための成膜用ガスとしては、例えば、a−Si、poly−Si、SiCなどのSi系半導体薄膜を形成する場合には、SiH4 、Si26 などの無機シラン類、テトラエチルシラン(TES)、テトラメチルシラン(TMS)、ジメチルシラン(DMS)、ジメチルジフルオロシラン(DMDFS)、ジメチルジクロルシラン(DMDCS)などの有機シラン類、SiF4 、Si26 、Si38 、SiHF3 、SiH22 、SiCl4 、Si2 Cl6 、SiHCl3 、SiH2 Cl2 、SiH3 Cl、SiCl22 などのハロシラン類等を挙げることができる。また、この場合に混合してもよい添加ガスまたはキャリアガスとしては、H2 、He、Ne、Ar、Kr、Xe、Rnを挙ることができる。
Si34 、SiO2 などのSi化合物系薄膜を基板18a、18bに形成する場合には、SiH4 、Si26 などの無機シラン類、テトラエトキシシラン(TEOS)、テトラメトキシシラン(TMOS)、オクタメチルシクロテトラシラン(OMCTS)、ジメチルジフルオロシラン(DMDFS)、ジメチルジクロルシラン(DMDCS)などの有機シラン類、SiF4 、Si26 、Si38 、SiHF3 、SiH22 、SiCl4 、Si2 Cl6 、SiHCl3 、SiH2 Cl2 、SiH3 Cl、SiCl22 などのハロゲン化シラン類等を挙げることができる。また、この場合に混合してもよい窒素原料ガスまたは酸素原料ガスとしては、N2 、NH3 、N24 、ヘキサメチルジシラザン(HMDS)、O2 、O3 、H2 O、NO、N2 O、NO2 などを挙げることができる。
Al、W、Mo、Ti、Taなどの金属薄膜を基板18a、18bに形成する場合には、トリメチルアルミニウム(TMAl)、トリエチルアルミニウム(TEAl)、トリイソブチルアルミニウム(TIBAl)、ジメチルアルミニウムハイドライド(DMAlH)、タングステンカルボニル(W(CO)6)、モリブデンカルボニル(Mo(CO)6 )、トリメチルガリウム(TMGa)、トリエチルガリウム(TEGa)などの有機金属、AlCl3 、WF6 、TiCl3 、TaCl3 などのハロゲン化金属等を挙げることができる。また、この場合に混合してもよい添加ガスまたはキャリアガスとしては、H2 、He、Ne、Ar、Kr、Xe、Rnを挙げることができる。
Al23 、AlN、Ta25 、TiO2 、TiN、WO3 などの金属化合物薄膜を基板18a、18bに形成する場合には、トリメチルアルミニウム(TMAl)、トリエチルアルミニウム(TEAl)、トリイソブチルアルミニウム(TIBAl)、ジメチルアルミニウムハイドライド(DMAlH)、タングステンカルボニル(W(CO)6 )、モリブデンカルボニル(Mo(CO)6 )、トリメチルガリウム(TMGa)、トリエチルガリウム(TEGa)などの有機金属、AlCl3 、WF6 、TiCl3 、TaCl5 などのハロゲン化金属等を挙げることができる。また、この場合に混合してもよい酸素原料ガスまたは窒素原料ガスとしては、O2 、O3 、H2 、O、NO、N2 O、NO2 、N2 、NH3 、N24 、ヘキサメチルジシラザン(HMDS)などを挙げることができる。
アモーファスカーボン、ダイヤモンドライクカーボン、ダイヤモンド等のカーボン膜を基板18a、18bに形成する場合には、CH4 、C26 等の炭素含有ガスを用いることができ、フルオロカーボン膜を基板18a、18bに形成する場合には、CF4 やC26 等のフッ素、炭素含有ガスを用いることができる。
基板18a、18bの表面をエッチングする場合のエッチングガスとしては、F2 、CF4 、CH22 、C26 、C48 、CF2 Cl2 、SF6 、NF3 、Cl2 、CCl4 、CH2 Cl2 、C2 Cl6 などを挙げることができる。
フォトレジストなど基板18a、18b上の有機成分をアッシング除去する場合のアッシング用ガスとしては、O2 、O3 、H2 O、N2 、NO、N2 O、NO2 などを挙げることができる。
図2は、本発明の第2実施形態に係るプラズマ処理装置の概略構成を示す断面図である。なお、図2(a)は、図2(b)のB−B´線で切断したものである。
図2において、プラズマ処理装置には、マイクロ波を導波させる導波管22が設けられ、導波管22には、マイクロ波の腹の位置に対応して配置されたスリット23a、23bが導波管22の両面にそれぞれ設けられている。そして、導波管22の両面にはスリット23a、23bにそれぞれ接するように配置された誘電体24a、24bが設けられている。
また、導波管12の両側には、誘電体24a、24bをそれぞれ介してチャンバ21a、21bがそれぞれ設けられ、チャンバ21a、21b内には、導波管22の両面にそれぞれ対向配置されるように基板28a、28bをそれぞれ載置するステージ25a、25bが設けられている。そして、導波管22の両側には、チャンバ21a、21b内をそれぞれ排気する排気ポート26a、26bがそれぞれ設けられるとともに、チャンバ21内にプロセスガスを導入するガス導入管27a、27bがそれぞれ設けられている。
そして、基板28a、28bのプラズマ処理を行う場合、ステージ25a、25b上に基板28a、28bをそれぞれ載置する。そして、排気ポート26a、26bをそれぞれ介してチャンバ21a、21b内を排気するとともに、ガス導入管27a、27bをそれぞれ介してチャンバ21a、21b内にプロセスガスを導入する。そして、マイクロ波を導波管22内に導波させ、スリット23a、23bをそれぞれ介してマイクロ波を導波管22の両側から放射させることにより、導波管22の両側に表面波プラズマを発生させる。
本発明の第1実施形態に係るプラズマ処理装置の概略構成を示す断面図である。 本発明の第2実施形態に係るプラズマ処理装置の概略構成を示す断面図である。
符号の説明
11、21a、21b チャンバ
12、22 導波管
13a、13b、23a、23b スリット
14a、14b、24a、24b 誘電体
15a、15b、25a、25b ステージ
16a、16b、26a、26b 排気ポート
17a、17b、27a、27b ガス導入管
18a、18b、28a、28b 基板

Claims (5)

  1. マイクロ波を導波させる導波管と、
    前記導波管の両面にそれぞれ設けられ、前記導波管を導波するマイクロ波の腹の位置に対応して配置されたスリットと、
    前記スリットにそれぞれ接するようにして前記導波管の両面にそれぞれ配置された誘電体と、
    前記スリットを介して放射されたマイクロ波にて前記導波管の両側に表面波プラズマを発生させるプラズマ発生手段とを備えることを特徴とするプラズマ発生装置。
  2. マイクロ波を導波させる導波管と、
    前記導波管の両面にそれぞれ設けられ、前記導波管を導波するマイクロ波の腹の位置に対応して配置されたスリットと、
    前記スリットにそれぞれ接するようにして前記導波管の両面にそれぞれ配置された誘電体と、
    前記スリットを介して放射されたマイクロ波にて発生された表面波プラズマによる処理を行う処理室とを備えることを特徴とするプラズマ処理装置。
  3. 前記処理室内に設けられ、前記導波管の両面にそれぞれ対向配置されるようにして処理対象を保持する保持部と、
    前記処理室内にプロセスガスを導入するガス導入部とを備えることを特徴とする請求項2記載のプラズマ処理装置。
  4. 前記プロセスガスは、成膜用ガス、スパッタガスまたはエッチングガスであることを特徴とする請求項2または3記載のプラズマ処理装置。
  5. 導波管を導波するマイクロ波を前記導波管の両側から放射させることにより、前記導波管の両側に表面波プラズマを発生させる工程と、
    前記導波管の両側に発生された表面波プラズマによる処理を行う工程とを備えることを特徴とするプラズマ処理方法。
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