JP2008294118A

JP2008294118A - 基板処理装置

Info

Publication number: JP2008294118A
Application number: JP2007136321A
Authority: JP
Inventors: Akira Kumagai; 晃熊谷; Keiji Ishibashi; 啓次石橋
Original assignee: Canon Anelva Corp
Current assignee: Canon Anelva Corp
Priority date: 2007-05-23
Filing date: 2007-05-23
Publication date: 2008-12-04

Abstract

【課題】減圧下で、高周波電力が供給される高周波電極３と、この高周波電極３と対向する対向電極７との間でプラズマを生成し、当該プラズマを用いて基板５を処理する平行平板型電極の基板処理装置におけるプラズマ密度を均一化し、もって処理の均一化を図る。
【解決手段】高周波電極３を、対向電極７と対向する平板電極部８と、平板電極部８の周縁から基板処理装置の内部側面に沿って延出する周縁電極部９とで構成し、濃度が低下しやすい周縁部のプラズマへ周縁電極部９から容量的に電力を供給して増強する。
【選択図】図１

Description

本発明は、平行平板型電極を用いて励起したプラズマを利用して、基板にエッチング、成膜、改質などの処理を施すのに用いられる基板処理装置に関する。

従来、平行平板型電極を用いた基板処理装置が知られており、特に平行平板型電極の成膜装置としたときの膜厚の均一化を図るために、平行平板電極間の平行度と基板の平行度が確実に得られるようにすることが知られている（特許文献1参照）。

特開平６−１２０１４７号公報

しかしながら、従来のように平行平板電極間の平行度と基板の平行度を高めただけでは十分な膜厚の均一化が得られない問題がある。

即ち、プラズマは電極全面で均一に生成されるが、基板に到達する前に拡散したプラズマの一部は、チャンバ内壁面で消失する。このため、基板面上では、中央部のプラズマ密度が高く、周縁部のプラズマ密度が低くなり、基板に形成される薄膜の膜厚も、中央部が厚く周縁部が薄くなる。このプラズマ密度の濃淡による膜厚のむらは、上記従来の平行度の改善だけでは解消することができない。

電極サイズを基板サイズに比して十分に大きくすることで改善することはできるが、チャンバ全体の大きさが大きくなり、設備コスト及び設置面積が増大するだけでなく、非効率的である。

本発明は、平行平板型電極を用いた基板処理装置におけるプラズマ密度を均一化し、もってエッチング、成膜、改質などの処理の均一化を図ることを目的とする。

本発明は、減圧下で、高周波電力が供給される高周波電極と、この高周波電極と対向する対向電極との間でプラズマを生成し、当該プラズマを用いて基板を処理する平行平板型電極の基板処理装置において、当該高周波電極が、対向電極と対向する平板電極部と、平板電極部の周縁から基板処理装置の内部側面に沿って延出する周縁電極部とを有していることを特徴とする基板処理装置を提供するものである。

また、本発明は、記平板電極部の表面を絶縁板で覆うことが好ましい。

周縁電極部は、容量的に電力をプラズマに供給することができ、これによって周縁部のプラズマ密度が高められる。従って、周縁部のプラズマが拡散し、チャンバ内壁面で一部が消失しても、周縁部におけるラズマ密度の大きな低下を防止することができる。そして、これにより、大きな高周波電極と対向電極を用いることなく、基板面におけるプラズマ密度を均一化することができる。基板面におけるプラズマ密度が均一化されることにより、基板に均一な処理を施すことが可能となる。

一方、前記平板電極部の表面を絶縁板で覆っておくと、平板電極部は絶縁板を介して誘導的に電力をプラズマに供給することができるが、絶縁板が存在しない場合に比してプラズマへの電力供給が押さえられる。従って、中央部のプラズマ密度が抑制される。そして、上記周縁電極部による周縁部のプラズマ密度の増強と、中央部のプラズマ密度の抑制との両者によって、基板面におけるプラズマ密度を均一化することができる。また、平板電極部の表面が絶縁板で覆われるため、電極として用いられる金属の露出面積が大幅に抑制される。このため、電極がスパッタリングされることによる金属汚染を激減させることができる。

図１は本発明に係る基板処理装置の第一の例を示す断面模式図である。

図中１は真空排気可能なチャンバで、チャンバ１の上部には、高周波電源２に接続された高周波電極３が設けられている。高周波電極３は、絶縁体４を介してチャンバ１に取り付けられている。また、基板５が載置される基板ホルダ６上には、この高周波電極２に対向する平板状の対向電極７が設けられている。対向電極７は電気的に接地されている。

高周波電極３は、対向電極７と平行に配置された平板状の平板電極部８と、この平板電極部８の周縁から基板処理装置の内部側面に沿って対向電極７側へ延出した周縁電極部９とを有している。また、周縁電極部９より内側の平板電極部８の表面は絶縁板１０で覆われている。絶縁板１０は、周縁電極部９の突出量より厚さが薄く、周縁電極部９の内周面がチャンバ１内の空間に露出するようになっている。絶縁板１０としては、例えばアルミナ、石英などが用いられる。周縁電極部９は、対向電極７側の端面も絶縁体７で覆われており、チャンバ１内の空間に露出しているのは、内周面のみとなっている。

本例の基板処理装置を用いた処理は、基板ホルダ６の対向電極上７に基板５を載置し、チャンバ１内を所要の低圧に排気した後、基板５と高周波電極３の間に処理ガスを導入すると共に、高周波電源２から高周波電極８に高周波電力を供給することで行われる。

処理ガスは、処理目的に応じて選択される。例えばエッチングについてはＣＦ₄、ＣＣｌ₄などの基板５の表面材料との反応性ガスが用いられる。例えばシリコン膜の成膜の場合にはシラン（ＳｉＨ₄）と水素（Ｈ₂）の混合ガスなどが用いられる。例えば原子状水素による膜質改質処理の場合には水素（Ｈ₂）が用いられる。

減圧下で上記処理ガスを導入して高周波電極８に高周波電力を供給すると、高周波電極８と、対向電極７上の基板５との間にプラズマが励起され、所定の処理が基板５の表面に施されることになる。この時、前述のように、周縁電極部９による周縁部のプラズマ密度の増強と、絶縁板１０による中央部のプラズマ密度の抑制とが相俟って、基板５の表面におけるプラズマ密度を均一化することができる。従って、基板５の表面におけるプラズマ密度が均一化されることにより、基板５に均一な処理を施すことができる。

周縁電極部９が基板処理装置の内部側面を占める（覆う）割合と、絶縁板１０の厚さを調整することにより、周縁部と中央部のプラズマ濃度を調整することができる。従って、処理ガスの種類や処理時のチャンバ１内の真空度の変化などによってプラズマの生成状態が変動しても、これらを調整することで対応することができる。周縁電極部９が基板処理装置の内部側面を占める割合は、露出した内周面から容量的に電力をプラズマに供給することができる範囲で調整される。また、絶縁板１０の厚さは、平板電極部８から絶縁板１０を介して誘導的に電力をプラズマに供給することができる範囲で調整される。

図２は本発明に係る基板処理装置の第二の例を示す断面模式図である。なお、図２において図１と同じ符号は同様の部材を示す。

本例の基板処理装置は、高周波電極３周りの構成は上述の第一の例と同様であるが、対向電極７の設置位置及び構造が相違している。まず、対向電極７は基板ホルダ６上ではなく、基板５の上方に高周波電極３と対向して設けられており、チャンバ１内を上部のプラズマ室１１と、下部の基板処理室１２とに仕切っている。また、対向電極７は、多数の貫通孔１３（トラップホール）を有しており、しかもこの貫通孔１３とは仕切られた中空部１４を有する中空構造体となっており、下面にはこの中空部１４に連なる多数の孔１５が形成されている。対向電極７が電気的に接地されているのは前記第一の例と同じである。

本例の基板処理装置は、第一の処理ガスと第二の処理ガスを用いて処理を行うもので、プラズマ室１１に第一の処理ガス、対向電極７の中空部１４に第二の処理ガスを供給して高周波電極３に高周波電力を供給する。高周波電極３と対向電極７間にはプラズマが形成され、これによって生成された活性種が対向電極７の貫通孔１３を通って基板処理室１２へと流れる。その一方、対向電極７の中空部１４に供給された第二の処理ガスは孔１５から基板処理室１２へと供給され、例えば上記活性種と反応させることで基板５に成膜処理を施すことができる。具体的には、第一の処理ガスとして酸素を用い、第二の処理ガスとしてモノシランガスを用いると、基板５に酸化シリコン膜を成膜することができる。

本例の基板処理装置の場合、プラズマ室１１に形成されるプラズマの濃度が均一となる結果、対向電極７の貫通孔１３を介して基板処理室１２へ流入する活性種の量が各貫通孔孔１３で均一化され、均一な厚さの成膜を基板５に施すことが可能となる。

ちなみに、図２に示されるような本発明に係る基板処理装置と、図２における周縁電極部９と絶縁板１０を有しない平板電極部８のみの従来の基板処理装置とでそれぞれ成膜処理を行った。その結果、得られた膜の膜厚不均一性は、本発明に係る基板処理装置による場合が３．１％、従来の基板処理装置による場合が２０．２％であった。

なお、図１及び図２に示した例は、いずれも絶縁板１０を備えたものとなっているが、この絶縁板１０を省略し、周縁電極部９のみでプラズマ密度の均一化を図ることも可能である。

本発明に係る基板処理装置の第一の例を示す断面模式図である。本発明に係る基板処理装置の第二の例を示す断面模式図である。

符号の説明

１チャンバ
２高周波電源
３高周波電極
４絶縁体
５基板
６基板ホルダ
７対向電極
８平板電極部
９周縁電極部
１０絶縁板
１１プラズマ室
１２基板処理室
１３貫通孔
１４中空部
１５孔

Claims

減圧下で、高周波電力が供給される高周波電極と、この高周波電極と対向する対向電極との間でプラズマを生成し、当該プラズマを用いて基板を処理する平行平板型電極の基板処理装置において、当該高周波電極が、対向電極と対向する平板電極部と、平板電極部の周縁から基板処理装置の内部側面に沿って延出する周縁電極部とを有していることを特徴とする基板処理装置。
前記平板電極部の表面が、絶縁板で覆われていることを特徴とする請求項１に記載の基板処理装置。