JP2010232684A - Plasma processing device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、プラズマ処理装置に関し、特に、互いに対向するように配置された第1電極および第2電極を備えたプラズマ処理装置に関する。 The present invention relates to a plasma processing apparatus, and more particularly, to a plasma processing apparatus including a first electrode and a second electrode arranged to face each other.
従来、基板を保持することが可能な第1電極と、その第1電極と対向するように配置された第2電極とを備えた平行平板型のプラズマ処理装置およびプラズマ処理装置を用いた膜の製造方法が知られている(たとえば、特許文献1〜3参照)。 2. Description of the Related Art Conventionally, a parallel plate type plasma processing apparatus having a first electrode capable of holding a substrate and a second electrode disposed so as to face the first electrode and a film using the plasma processing apparatus Manufacturing methods are known (see, for example, Patent Documents 1 to 3).
上記特許文献1には、成膜速度を大きくする場合に、約665Pa(5Torr)以上の高圧雰囲気にするとともに、基板と対向電極(第2電極)との隙間を約10mm以下に設定するプラズマCVD(Chemical Vapor Deposition)装置(プラズマ処理装置)が開示されている。このプラズマCVD装置では、対向電極(第2電極)からガスが供給されるとともに、シリコン粉体(生成物)を含むガスを排出するための排気流路が基板を保持する電極(第1電極)および対向電極(第2電極)の側方に配置されている。また、上記特許文献1では、基板および対向電極の周囲を取り囲むように、円筒形状の流路制御板を設けることにより、ガスを流路制御板の上方および下方を通過させて排気流路から排気するようにしている。 In the above-mentioned patent document 1, when the film forming speed is increased, a high-pressure atmosphere of about 665 Pa (5 Torr) or more is set, and a plasma CVD that sets a gap between the substrate and the counter electrode (second electrode) to about 10 mm or less. (Chemical Vapor Deposition) apparatus (plasma processing apparatus) is disclosed. In this plasma CVD apparatus, gas is supplied from the counter electrode (second electrode), and an exhaust channel for discharging gas containing silicon powder (product) holds the substrate (first electrode) And it is arrange | positioned to the side of a counter electrode (2nd electrode). Further, in Patent Document 1, a cylindrical flow path control plate is provided so as to surround the periphery of the substrate and the counter electrode, so that gas is exhausted from the exhaust flow path by passing above and below the flow path control plate. Like to do.
また、上記特許文献2には、成膜速度を大きくする場合に、約1995Pa(15Torr)以上の高圧雰囲気にするとともに、接地電極(第1電極)と高周波供給電極(第2電極)との隙間を約6mm以下に設定することにより高密度なプラズマを発生させるプラズマCVD装置(プラズマ処理装置)が開示されている。このプラズマCVD装置では、接地電極および高周波供給電極の間にガスが供給されるとともに、生成物を含むガスが接地電極および高周波供給電極の側方および下方から排気される。
In
また、上記特許文献3には、プラズマCVD法を用いてシリコン系薄膜からなる光電変換層を形成する際に、成膜速度を大きくするために、約399Pa(3Torr)以上の高圧雰囲気にするシリコン系薄膜の製造方法が開示されている。
Further, in
図18は、従来の一例による平行平板型のプラズマ処理装置を示した概略図である。図19は、図18に示した従来の平行平板型のプラズマ処理装置の下部電極の拡大平面図である。図20は、図18に示した従来の平行平板型のプラズマ処理装置の下部電極の拡大断面図である。以下、図18〜図20を参照して、従来のプラズマ処理装置101について説明する。従来の平行平板型のプラズマ処理装置101では、図18に示すように、真空チャンバ102内に、上部電極103と下部電極104とが互いに対向するように設置されている。また、上部電極103には、下部電極104と対向する側に基板110を保持するための基板保持部103aが形成されている。また、下部電極104の上部電極103と対向する表面には、図19および図20に示すように、原料ガスを供給するための複数のガス供給口104aが設けられている。また、真空チャンバ102の一方の側面(上部電極103および下部電極104の側方)には、図18に示すように、排気口102aが設けられているとともに、その排気口102aは、排気流量調整バルブ105を介して真空排気設備106に接続されている。この真空排気設備106は、ターボ分子ポンプ(TMP)106aおよび油回転ポンプ(RP)106bによって構成されている。また、下部電極104のガス供給口104aは、原料ガス供給源107に接続されている。
FIG. 18 is a schematic view showing a parallel plate type plasma processing apparatus according to a conventional example. FIG. 19 is an enlarged plan view of a lower electrode of the conventional parallel plate type plasma processing apparatus shown in FIG. 20 is an enlarged cross-sectional view of a lower electrode of the conventional parallel plate type plasma processing apparatus shown in FIG. Hereinafter, a conventional
上記した従来の平行平板型のプラズマ処理装置101では、下部電極104の上面全体でプラズマが発生するとともに、そのプラズマにより原料ガスが分解される。また、上記した従来の平行平板型のプラズマ処理装置101の構成において、分解されなかった未反応ガス(原料ガス)や、原料ガスが分解されることにより生成される負イオン、悪性ラジカルおよびフレーク(負イオンの重合反応により生成される微粒子)などの生成物は、上部電極103および下部電極104の側方に設けられた排気口102aにより排出される。
In the conventional parallel plate type
しかしながら、図18に示した従来の平行平板型のプラズマ処理装置101では、成膜速度を大きくする場合に、高圧雰囲気下でプラズマを発生させる必要がある。このように高圧雰囲気下でプラズマを発生させるためには、大きい電圧を印加する必要がある。このため、プラズマを発生させるための電源が大きくなるので、その分、装置が大型化するという問題点があった。また、図18に示した従来のプラズマ処理装置101では、一方の側方に設けられた排気口102bにより排気を行うため、基板110の中央部からの未反応ガスおよび生成物の排気量と、端部からの未反応ガスおよび生成物の排気量とが不均一になりやすい。特に、従来のプラズマ処理装置101では、成膜速度を大きくするために、高圧雰囲気下でプラズマを発生させる場合、上部電極103と下部電極104との隙間を小さくする必要がある。このように上部電極103と下部電極104との隙間を小さくした状態で、一方の側方から排気を行うと、基板110の中央部からの未反応ガスおよび生成物の排気量と基板110の端部からの未反応ガスおよび生成物の排気量とがより不均一になりやすいので、膜厚および膜質が不均一になりやすいという問題点があった。
However, in the conventional parallel plate type
また、上記特許文献1〜3では、成膜速度を大きくするために、高圧雰囲気下でプラズマを発生させる必要があるため、図18に示した従来のプラズマ処理装置101と同様、プラズマを発生させるための電源が大きくなるという不都合がある。その結果、装置が大型化するという問題点がある。
In Patent Documents 1 to 3, since it is necessary to generate plasma under a high-pressure atmosphere in order to increase the deposition rate, plasma is generated as in the conventional
また、上記特許文献1に開示されたプラズマ処理装置では、基板および対向電極の周囲を取り囲むように円筒形状の流路制御板を設けることにより、ガスの排気量の不均一をある程度緩和することが可能である。しかしながら、流路制御板を設けた場合にも、流路制御板の上部付近では、ガスが一方の側方に設けられた排気流路に向かって排気されるので、その一方方向への排気に起因して、流路制御板の内部に配置された基板および対向電極の反応ガスを十分に均一に流動させることが困難であるという不都合がる。これにより、膜厚および膜質を十分に均一にするのが困難であるという問題点がある。 Further, in the plasma processing apparatus disclosed in Patent Document 1, by providing a cylindrical flow path control plate so as to surround the periphery of the substrate and the counter electrode, it is possible to alleviate the non-uniformity of the gas exhaust amount to some extent. Is possible. However, even when the flow path control plate is provided, the gas is exhausted toward the exhaust flow path provided on one side near the upper portion of the flow path control plate. As a result, there is an inconvenience that it is difficult to flow the reaction gas of the substrate and the counter electrode arranged inside the flow path control plate sufficiently uniformly. As a result, there is a problem that it is difficult to make the film thickness and film quality sufficiently uniform.
また、上記特許文献2に開示されたプラズマ処理装置では、接地電極および高周波供給電極の両側方に設けられた流路と、高周波供給電極の下方に設けられた流路とにより排気を行うため、基板の両方の端部からの未反応ガスおよび生成物の排気量を均一にすることは可能である。しかしながら、基板の中央部と端部とでは、排気流路の距離が異なるため、基板の中央部からの未反応ガスおよび生成物の排気量と、基板の端部からの未反応ガスおよび生成物の排気量とが不均一になりやすい。このため、膜厚および膜質が不均一になりやすいという問題点がある。
Further, in the plasma processing apparatus disclosed in
この発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、この発明の1つの目的は、電源が大きくなるのを抑制しながら、成膜速度を大きくするとともに、膜厚および膜質が不均一になるのをより有効に抑制することが可能なプラズマ処理装置を提供することである。 The present invention has been made in order to solve the above-described problems, and one object of the present invention is to increase the film forming speed and suppress the film thickness and film quality while suppressing an increase in the power source. It is an object of the present invention to provide a plasma processing apparatus capable of more effectively suppressing non-uniformity.
上記目的を達成するために、この発明の一の局面によるプラズマ処理装置は、基板を保持することが可能な第1電極と、第1電極と対向するように設置され、第1電極と対向する部分に複数の凸部および複数の凹部が形成される第2電極とを備え、第2電極の凸部および凹部の一方には、ガスを供給するためのガス供給口が形成されるとともに、第2電極の凸部および凹部の他方には、ガスを排出するためのガス吸引口が形成される。 In order to achieve the above object, a plasma processing apparatus according to an aspect of the present invention is disposed so as to face a first electrode capable of holding a substrate, face the first electrode, and face the first electrode. A second electrode in which a plurality of convex portions and a plurality of concave portions are formed in the portion, and a gas supply port for supplying gas is formed in one of the convex portion and the concave portion of the second electrode, A gas suction port for discharging gas is formed on the other of the convex portion and the concave portion of the two electrodes.
この一の局面によるプラズマ処理装置では、上記のように、第1電極と対向する部分に複数の凸部が形成される第2電極を設けることによって、第2電極の凸部に電界を集中させることができるので、第1電極と第2電極との間に高密度なプラズマを発生させることができる。これにより、ガス(原料ガス)の分解効率を向上させることができるので、より多くの成膜種を形成することができる。その結果、成膜速度を向上させることができる。また、第2電極の凸部および凹部の一方に、ガスを供給するためのガス供給口を形成するとともに、第2電極の凸部および凹部の他方に、ガスを排出するためのガス吸引口を形成することによって、第2電極の全ての領域において、ガス供給口とガス吸引口とを均一に配置することができる。これにより、高圧雰囲気にするとともに、第1電極および第2電極の隙間を小さくした場合にも、第2電極に設けられたガス吸引口により、基板の中央部および端部における未反応ガスおよび生成物を均一に排出することができるので、基板の中央部と端部との原料ガスの濃度をより均一にすることができる。これにより、膜厚および膜質が不均一になるのをより有効に抑制することができる。 In the plasma processing apparatus according to this aspect, as described above, the electric field is concentrated on the convex portion of the second electrode by providing the second electrode having a plurality of convex portions formed on the portion facing the first electrode. Therefore, high-density plasma can be generated between the first electrode and the second electrode. Thereby, since the decomposition efficiency of gas (raw material gas) can be improved, more film-forming seed | species can be formed. As a result, the deposition rate can be improved. In addition, a gas supply port for supplying gas is formed in one of the convex portion and the concave portion of the second electrode, and a gas suction port for discharging gas is provided in the other of the convex portion and the concave portion of the second electrode. By forming, the gas supply port and the gas suction port can be arranged uniformly in all regions of the second electrode. As a result, even when a high-pressure atmosphere is provided and the gap between the first electrode and the second electrode is reduced, unreacted gas and generation at the center and end portions of the substrate are generated by the gas suction port provided in the second electrode. Since the object can be discharged uniformly, the concentration of the source gas at the center and the end of the substrate can be made more uniform. Thereby, it can suppress more effectively that a film thickness and film quality become non-uniform | heterogenous.
上記一の局面によるプラズマ処理装置において、好ましくは、凸部には、ガスを供給するためのガス供給口が形成されており、凸部を中心とするプラズマ発生領域と、隣接する凸部を中心とするプラズマ発生領域とがオーバラップするように、複数の凸部が配置されている。このように構成すれば、隣接する凸部間の領域にも、プラズマ発生領域を配置することができるので、プラズマ発生領域を第2電極の全面に配置することができる。これにより、第2電極の全面で成膜種を生成することができるので、凸部を設けたとしても、膜厚および膜質が不均一になるのを有効に抑制することができる。 In the plasma processing apparatus according to the above aspect, preferably, a gas supply port for supplying gas is formed in the convex portion, and a plasma generation region centered on the convex portion and an adjacent convex portion are the center. A plurality of convex portions are arranged so as to overlap with the plasma generation region. If comprised in this way, since a plasma generation area | region can also be arrange | positioned also in the area | region between adjacent convex parts, a plasma generation area | region can be arrange | positioned in the whole surface of a 2nd electrode. Thereby, since the film-forming seed | species can be produced | generated on the whole surface of a 2nd electrode, even if it provides a convex part, it can suppress effectively that a film thickness and film quality become non-uniform | heterogenous.
上記一の局面によるプラズマ処理装置において、好ましくは、凹部には、ガスを排出するためのガス吸引口が形成されており、凹部のガス吸引口以外の部分に配置される絶縁部材をさらに備える。このように構成すれば、ガスが凹部を通過してガス吸引口から排出される場合に、凹部のガスが通過する部分の面積を絶縁部材が配置された分だけ小さくすることができるので、ガス吸引口付近のガスの流速を大きくすることができる。これにより、ガスに含まれるフレークなどが凹部などに付着するのを抑制することができる。この場合、凹部に配置する部材を絶縁部材により形成することによって、第2電極の凸部に集中
する電界が分散するのを抑制することができるので、絶縁部材を設けたとしても、プラズマの密度が低下するのを抑制することができる。
In the plasma processing apparatus according to the above aspect, preferably, the recess is formed with a gas suction port for discharging gas, and further includes an insulating member disposed in a portion other than the gas suction port of the recess. If comprised in this way, when gas passes a recessed part and is discharged | emitted from a gas suction port, since the area of the part which the gas of a recessed part can pass can be made small by the arrangement | positioning of an insulating member, gas The flow rate of the gas near the suction port can be increased. Thereby, it can suppress that the flakes etc. which are contained in gas adhere to a recessed part. In this case, since the member arranged in the concave portion is formed of the insulating member, the electric field concentrated on the convex portion of the second electrode can be prevented from being dispersed. Therefore, even if the insulating member is provided, the plasma density Can be suppressed.
上記一の局面によるプラズマ処理装置において、好ましくは、第1電極に保持される基板は、揺動可能に構成されている。このように構成すれば、基板の揺動により、プラズマ密度の高い第2電極の凸部に対応する領域を成膜時に基板の表面に均一に分布させることができるので、凸部を設けたとしても、膜厚および膜質が不均一になるのを抑制することができる。 In the plasma processing apparatus according to the above aspect, the substrate held by the first electrode is preferably configured to be swingable. With this configuration, the region corresponding to the convex portion of the second electrode having a high plasma density can be evenly distributed on the surface of the substrate during film formation by swinging the substrate. Moreover, it can suppress that a film thickness and film quality become non-uniform | heterogenous.
上記一の局面によるプラズマ処理装置において、好ましくは、凹部は、平面的に見て、凸部の近傍に複数配置されているとともに、複数の凹部は、凸部の中心に対して対称に配置されている。このように構成すれば、たとえば、凸部にガス供給口を設けるとともに、凹部にガス吸引口を設けるようにすれば、凸部のガス供給口の中心に対して対称に配置された凹部のガス吸引口により、未反応ガスや生成物を凸部のガス供給口に対してより均一に排出することができる。これにより、凸部のガス供給口により原料ガスをより均一に供給することができるので、膜厚および膜質が不均一になるのを抑制することができる。 In the plasma processing apparatus according to the above aspect, preferably, the plurality of concave portions are arranged in the vicinity of the convex portion in plan view, and the plurality of concave portions are arranged symmetrically with respect to the center of the convex portion. ing. With this configuration, for example, when the gas supply port is provided in the convex portion and the gas suction port is provided in the concave portion, the gas in the concave portion arranged symmetrically with respect to the center of the gas supply port of the convex portion. By the suction port, the unreacted gas and the product can be discharged more uniformly with respect to the gas supply port of the convex portion. Thereby, since source gas can be supplied more uniformly by the gas supply port of a convex part, it can suppress that a film thickness and film quality become non-uniform | heterogenous.
上記一の局面によるプラズマ処理装置において、好ましくは、凸部および凹部は、基板の主表面に沿った所定の方向に延びるように形成されるとともに、所定の方向と交差する方向に所定の間隔を隔てて配置される。このように構成すれば、ガス供給口およびガス吸引口を、それぞれ、所定の方向に沿って配置することができるので、所定の方向に沿った膜厚および膜質の均一性を向上させることができる。 In the plasma processing apparatus according to the above aspect, the convex portion and the concave portion are preferably formed so as to extend in a predetermined direction along the main surface of the substrate, and have a predetermined interval in a direction intersecting the predetermined direction. Spaced apart. If comprised in this way, since a gas supply port and a gas suction port can each be arrange | positioned along a predetermined direction, the uniformity of the film thickness and film quality along a predetermined direction can be improved. .
上記凸部および凹部が基板の主表面に沿った所定の方向に延びるように形成されるプラズマ処理装置において、好ましくは、ガス供給口およびガス吸引口は、基板の主表面に沿った所定の方向に延びるようにスリット状に形成されている。このように構成すれば、ガス供給口およびガス吸引口を、それぞれ、所定の方向に延びるように配置することができるので、所定の方向に沿った膜厚および膜質の均一性をより向上させることができる。 In the plasma processing apparatus in which the convex portion and the concave portion are formed so as to extend in a predetermined direction along the main surface of the substrate, the gas supply port and the gas suction port are preferably in a predetermined direction along the main surface of the substrate. It is formed in a slit shape so as to extend. If comprised in this way, since a gas supply port and a gas suction port can each be arrange | positioned so that it may extend in a predetermined direction, the uniformity of the film thickness and film quality along a predetermined direction can be improved more Can do.
上記一の局面によるプラズマ処理装置において、好ましくは、第2電極の凸部の第1電極側の先端部の幅は、第2電極の凸部の根元部の幅よりも小さい。このように構成すれば、第2電極の凸部の先端部に電界をより集中させることができるので、第1電極と第2電極との間に、より高密度なプラズマを発生させることができる。 In the plasma processing apparatus according to the above aspect, preferably, the width of the tip portion on the first electrode side of the convex portion of the second electrode is smaller than the width of the root portion of the convex portion of the second electrode. If comprised in this way, since an electric field can be concentrated more on the front-end | tip part of the convex part of a 2nd electrode, a higher-density plasma can be generated between a 1st electrode and a 2nd electrode. .
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
(第1実施形態)
図1は、本発明の第1実施形態によるプラズマ処理装置を示した概略図である。図2は、図1に示した第1実施形態によるプラズマ処理装置の上部電極および下部電極の周辺の正面図である。図3〜図6は、図1に示した第1実施形態によるプラズマ処理装置の下部電極の構造を詳細に説明するための図である。まず、図1〜図6を参照して、第1実施形態によるプラズマ処理装置1の構成について説明する。
(First embodiment)
FIG. 1 is a schematic view showing a plasma processing apparatus according to a first embodiment of the present invention. FIG. 2 is a front view of the periphery of the upper electrode and the lower electrode of the plasma processing apparatus according to the first embodiment shown in FIG. 3 to 6 are views for explaining in detail the structure of the lower electrode of the plasma processing apparatus according to the first embodiment shown in FIG. First, with reference to FIGS. 1-6, the structure of the plasma processing apparatus 1 by 1st Embodiment is demonstrated.
第1実施形態によるプラズマ処理装置1は、図1に示すように、真空チャンバ2内に、上部電極3と下部電極4とが互いに対向するように設置された平行型構造を有する。また、上部電極3および下部電極4は、それぞれ、本発明の「第1電極」および「第2電極」の一例である。また、上部電極3および下部電極4の主表面は、約600mm×約600mmの面積を有している。また、上部電極3には、下部電極4と対向する側に基板10を保持するための基板保持部3aが形成されている。また、基板10は、約400mm(X方向)×約300mm(図3のY方向)の面積を有している。また、上部電極3は、X方向に揺動可能に設けられている。また、上部電極3は、基板10を所定の温度に保持するための加熱冷却機構部(図示せず)を含んでいる。
As shown in FIG. 1, the plasma processing apparatus 1 according to the first embodiment has a parallel structure in which an
ここで、第1実施形態では、下部電極4は、図2に示すように、上部電極3と対向する側に複数の凸部4aおよび複数の凹部4bが一体的に形成されている。これにより、成膜時に凸部4aを中心として高密度なプラズマを発生させることが可能となる。また、図4に示すように、凸部4aの先端部から凹部4bの底面までの距離hは、約10mmである。また、図2および図4に示すように、凸部4aの先端部は、根元部から先端部に向かって幅が小さくなるように形成されている。これにより、凸部4aの幅の小さい先端部に電界をより集中させることが可能となるので、より高密度なプラズマを発生させることが可能となる。また、凸部4aは、図4および図5に示すように、隣接する凸部4a間で、プラズマ発生領域20がオーバラップするように配置されている。また、下部電極4の凸部4aには、プラズマに原料ガスを供給するためのガス供給口4cが設けられている。また、凸部4aのガス供給口4cの先端部4dは、図6に示すように、半径が約0.5mm以下の曲面形状を有するように形成されている。これにより、ガス供給口4cから供給されるガスを、矢印Sのように凸部4aの先端付近で滞留させることが可能となるので、プラズマ発生領域20における原料ガスの滞留時間を長くすることが可能となる。その結果、より多くの成膜種を生成することが可能となるので、成膜速度をより大きくすることが可能となる。また、凸部4aは、図3に示すように、X方向およびY方向にそれぞれd1(約7mm)およびd2(約7mm)の間隔で配置されている。
Here, in the first embodiment, as shown in FIG. 2, the
また、第1実施形態では、下部電極4の凹部4bには、図3〜図5に示すように、未反応ガス、および、原料ガスが分解されることにより生成される負イオン、悪性ラジカルおよびフレークなどの生成物を排出するためのガス吸引口4eが設けられている。また、凹部4bは、凸部4aの中心部30(図3参照)に対して対称に配置されている。具体的には、図3に示すように、隣接する4つの凸部4aの中心部30で形成される正方形の中心部に凹部4bのガス吸引口4eが配置されている。したがって、凹部4bのガス吸引口4eも凸部4aと同様、X方向およびY方向にそれぞれ約7mm間隔で配置されている。
In the first embodiment, in the
また、図1に示すように、真空チャンバ2は、側方に排気口2aを有するとともに、その排気口2aは、排気流量調整バルブ5を介して真空排気設備6に接続されている。この真空排気設備6は、ターボ分子ポンプ(TMP)6aおよび油回転ポンプ(RP)6bによって構成されている。また、下部電極4のガス供給口4cは、原料ガス供給源7に接続されている。また、下部電極4のガス吸引口4eは、真空排気設備8に接続されている。この真空排気設備8は、メカニカルブースターポンプ(MBP)8aおよび油回転ポンプ(RP)8bによって構成されている。
As shown in FIG. 1, the
第1実施形態では、上記のように、上部電極3と対向する部分に複数の凸部4aが形成される下部電極4を設けることによって、下部電極4の凸部4aに電界を集中させることができるので、下部電極4の凸部4aに高密度なプラズマを発生させることができる。これにより、原料ガスの分解効率を向上させることができるので、成膜速度を向上させることができる。また、下部電極4の凸部4aに、原料ガスを供給するためのガス供給口4cを形成するとともに、下部電極4の凹部4bに、原料ガスを排出するためのガス吸引口4eを形成することによって、下部電極4の全ての領域において、ガス供給口4cとガス吸引口4eとを均一に配置することができる。これにより、高圧雰囲気にするとともに、上部電極3および下部電極4の隙間を小さくした場合にも、下部電極4に設けられたガス吸引口4eにより、基板10の中央部および端部における未反応ガスおよび生成物を同じ排気量で均一に排出することができるので、基板10の中央部と端部との原料ガスの濃度をより均一にすることができる。これにより、膜厚および膜質が不均一になるのをより有効に抑制することができる。
In the first embodiment, as described above, the electric field can be concentrated on the
また、第1実施形態では、凸部4aを中心とするプラズマ発生領域20と、隣接する凸部4aを中心とするプラズマ発生領域20とがオーバラップするように、複数の凸部4aを配置することによって、隣接する凸部4a間の領域にも、プラズマ発生領域20を配置することができるので、プラズマ発生領域20を下部電極4の全面に配置することができる。これにより、下部電極4の全面で成膜種を生成することができるので、凸部4aを設けたとしても、膜厚および膜質が不均一になるのを有効に抑制することができる。
In the first embodiment, the plurality of
また、第1実施形態では、上部電極3および基板10を、揺動可能に設けることによって、上部電極3および基板10の揺動により、プラズマ密度の高い下部電極4の凸部4aに対応する領域を成膜時に基板10の表面に均一に分布させることができるので、凸部4aを設けたとしても、膜厚および膜質が不均一になるのを抑制することができる。
Further, in the first embodiment, the
また、第1実施形態では、凹部4bを、平面的に見て、凸部4aの近傍に複数配置するとともに、複数の凹部4bを、凸部4aの中心部30に対して対称に配置することによって、凸部4aのガス供給口4cの中心部30に対して対称に配置された凹部4bのガス吸引口4eにより、未反応ガスや生成物を凸部4aのガス供給口4cに対してより均一に排出することができる。これにより、凸部4aのガス供給口4cにより原料ガスをより均一に供給することができるので、膜厚および膜質が不均一になるのを抑制することができる。
In the first embodiment, a plurality of the
次に、図1および図2を参照して、第1実施形態によるプラズマ処理装置1により基板10上に所定の膜を形成する方法について説明する。
Next, a method of forming a predetermined film on the
まず、図1に示すように、プラズマ処理装置1の上部電極3の下部電極4と対向する側に形成された基板保持部3aに基板10を固定した後、真空チャンバ2の排気口2aに接続された真空排気設備6により真空チャンバ2内を真空排気する。
First, as shown in FIG. 1, the
次に、上部電極3と下部電極4との間に、図2に示すように、原料ガス供給源7(図1参照)に接続された下部電極4のガス供給口4cから原料ガスを供給する。そして、上部電極3および基板10をX方向に所定の量だけ揺動させる。この後、下部電極4に高周波電力を供給することにより、下部電極4の凸部4aを中心としてプラズマを発生させる。これにより、原料ガスがプラズマにより分解されて成膜種が生成される。このとき、上部電極3と下部電極4との間には、成膜種以外に、プラズマにより分解されない未反応ガス(原料ガス)や、原料ガスがプラズマにより分解されて生成された負イオンおよび悪性ラジカルが存在する。また、負イオンの重合反応により生成される微粒子(フレーク)も存在する。
Next, as shown in FIG. 2, the source gas is supplied between the
この際、第1実施形態では、下部電極4において、ガス供給口4cにより原料ガスを供給しながら、ガス吸引口4eにより、未反応ガス、負イオン、悪性ラジカルおよびフレークを吸引する。なお、負イオン、悪性ラジカルおよびフレークは、図1に示すように、真空チャンバ2の排気口2aからも排出される。
At this time, in the first embodiment, in the
この後、原料ガスがプラズマにより分解されて生成された成膜種が基板10上に堆積することによって、基板10上に所定の膜(図示せず)が形成される。
Thereafter, a film formation species generated by the decomposition of the source gas by plasma is deposited on the
図7は、図1に示した第1実施形態によるプラズマ処理装置の効果を確認するための実験を詳細に説明するための図である。次に、上記第1実施形態の成膜速度、膜厚および膜質に関する効果を確認するために行った実験について説明する。この確認実験では、凸部4aおよびガス吸引口4eを設けた下部電極4を備えたプラズマ処理装置1を用いて、基板10上に実施例1による微結晶系Si膜を形成した。そして、実施例1による微結晶系Si膜の膜厚を測定するとともに、膜厚のばらつきを算出した。また、実施例1による微結晶系Si膜のラマンスペクトル強度を測定するとともに、ラマン強度比(Ic/Ia)を算出した。なお、ラマン強度比は、Ic(結晶シリコンに起因するラマンスペクトル強度)をIa(アモルファスシリコンに起因するラマンスペクトル強度)で割ったものである。なお、実施例1に対する比較例1として、ガス供給口104aのみを有する平坦面状の下部電極104を備えたプラズマ処理装置101を用いて、基板110上に比較例1による微結晶系Si膜を形成した。そして、比較例1による微結晶系Si膜の膜厚を測定するとともに、膜厚のばらつきを算出した。また、比較例1による微結晶系Si膜のラマンスペクトル強度を測定するとともに、ラマン強度比(Ic/Ia)を算出した。以下、実施例1および比較例1について詳細に説明する。
FIG. 7 is a diagram for explaining in detail an experiment for confirming the effect of the plasma processing apparatus according to the first embodiment shown in FIG. Next, an experiment conducted for confirming the effects relating to the film forming speed, film thickness, and film quality of the first embodiment will be described. In this confirmation experiment, the microcrystalline Si film according to Example 1 was formed on the
(実施例1)
この実施例1では、図1に示した第1実施形態によるプラズマ処理装置1を用いて、基板10としてのガラス基板上に、微結晶系Si膜を形成した。なお、下部電極4の凸部4aの先端から基板10までの距離を15mmに設定した。また、実施例1では、上部電極3および基板10を揺動させずに微結晶系Si膜を形成した。実施例1による微結晶系Si膜の形成条件を以下の表1に示す。
Example 1
In Example 1, a microcrystalline Si film was formed on a glass substrate as the
上記表1を参照して、実施例1による微結晶系Si膜を形成する際には、周波数、高周波電力、圧力および基板温度を、それぞれ、40MHz、500W、665Paおよび230℃に設定した。また、実施例1による微結晶系Si膜を形成する際の原料ガス流量を、SiH4(2%:H2希釈):65sccmおよびH2:3000sccmに設定した。また、形成時間を30分(min)に設定した。 Referring to Table 1 above, when the microcrystalline Si film according to Example 1 was formed, the frequency, high frequency power, pressure, and substrate temperature were set to 40 MHz, 500 W, 665 Pa, and 230 ° C., respectively. Further, the raw material gas flow rates when forming the microcrystalline Si film according to Example 1 were set to SiH 4 (2%: H 2 dilution): 65 sccm and H 2 : 3000 sccm. The formation time was set to 30 minutes (min).
(比較例1)
この比較例1では、図18〜図20に示した従来のプラズマ処理装置101を用いて、基板110としてのガラス基板上に、微結晶系Si膜を形成した。なお、下部電極104から基板110までの距離を15mmに設定した。なお、比較例1による微結晶系Si膜の形成条件は、上記実施例1による微結晶系Si膜の形成条件と同じである。
(Comparative Example 1)
In Comparative Example 1, a microcrystalline Si film was formed on a glass substrate as the
そして、上記実施例1および比較例1による微結晶系Si膜の膜厚およびラマンスペクトル強度を測定した。なお、測定ポイントは、図7に示すように、基板10および110を約133.3mm×約150mmのエリアに6等分した場合の各エリアの中心A〜Fである。これらの結果を以下の表2および表3に示す。
Then, the film thickness and Raman spectrum intensity of the microcrystalline Si film according to Example 1 and Comparative Example 1 were measured. As shown in FIG. 7, the measurement points are the centers A to F of the respective areas when the
上記表2および表3を参照して、下部電極4に凸部4aを設けたプラズマ処理装置1を用いた実施例1の成膜速度は、下部電極104の表面が平坦面状であるプラズマ処理装置101を用いた比較例1の成膜速度よりも、約22.9%増加することが判明した。具体的には、比較例1による微結晶系Si膜の膜厚は、平均値で681nmであり、実施例1による微結晶系Si膜の膜厚は、比較例1の膜厚の平均値(681nm)よりも約22.9%多い837nm(平均値)であった。これは、以下の理由によるものと考えられる。すなわち、実施例1による微結晶系Si膜の形成に用いたプラズマ処理装置1では、下部電極4に凸部4aを設けているので、凸部4aを中心としてプラズマが集中して発生される。これにより、プラズマの密度を高くすることができるので、原料ガスの分解効率を向上させることができたと考えられる。その結果、凸部4aを設けた実施例1では、下部電極104の表面が平坦面状である比較例1と比べて、成膜速度が大きくなったと考えられる。
Referring to Table 2 and Table 3 above, the film formation speed of Example 1 using the plasma processing apparatus 1 in which the
また、下部電極4に凸部4aを設けたプラズマ処理装置1を用いた実施例1の微結晶系Si膜の膜厚は、下部電極104の表面が平坦面状であるプラズマ処理装置101を用いた比較例1の微結晶系Si膜の膜厚よりも、均一性が高いことが判明した。具体的には、実施例1による微結晶系Si膜の膜厚の標準偏差は、17.2nmであり、比較例1による微結晶系Si膜の膜厚の標準偏差は、25.0nmであった。ここで、標準偏差が小さいということは、ばらつきが小さくて均一性が高いことを意味するので、実施例1による微結晶系Si膜は、比較例1による微結晶系Si膜よりも膜厚の均一性が高いと言える。これは、以下の理由によるものと考えられる。すなわち、実施例1による微結晶系Si膜の形成に用いたプラズマ処理装置1では、下部電極4に負イオン、悪性ラジカルおよびフレークを排出するためのガス吸引口4eを設けているので、下部電極4の全ての領域において、ガス供給口4cとガス吸引口4eとを均一に配置することができる。これにより、下部電極4に設けられたガス吸引口4eにより、基板10の中央部および端部における未反応ガスおよび生成物を均一に排出することができるので、基板10の中央部と端部との原料ガスの濃度をより均一にすることができる。これにより、膜厚が不均一になるのをより有効に抑制することができたと考えられる。
The film thickness of the microcrystalline Si film of Example 1 using the plasma processing apparatus 1 in which the
また、上記表2および表3に示すように、下部電極4に凸部4aを設けたプラズマ処理装置1を用いた実施例1のラマン強度比は、下部電極104の表面が平坦面状であるプラズマ処理装置101を用いた比較例1のラマン強度比よりも、ばらつきが小さくなることが判明した。具体的には、実施例1による微結晶系Si膜のラマン強度比の標準偏差は、0.420であり、比較例1による微結晶系Si膜のラマン強度比の標準偏差は、0.771であった。これは、以下の理由によるものと考えられる。すなわち、実施例1による微結晶系Si膜の形成に用いたプラズマ処理装置1では、下部電極4に負イオン、悪性ラジカルおよびフレークを排出するためのガス吸引口4eを設けているので、下部電極4の全ての領域において、ガス供給口4cとガス吸引口4eとを均一に配置することができる。これにより、下部電極4に設けられたガス吸引口4eにより、基板10の中央部および端部における未反応ガスおよび生成物を均一に排出することができるので、基板10の中央部と端部との原料ガスの濃度をより均一にすることができる。このため、膜質が均一になったと考えられる。
As shown in Tables 2 and 3, the Raman intensity ratio of Example 1 using the plasma processing apparatus 1 in which the
次に、上記第1実施形態の成膜時に上部電極3および基板10を揺動させた場合の効果を確認するために行った実験について説明する。この確認実験では、凸部4aおよびガス吸引口4eを設けた下部電極4を備えたプラズマ処理装置1を用いて、成膜時に上部電極3および基板10を揺動させる実施例2による微結晶系Si膜を形成するとともに、成膜時に上部電極3および基板10を揺動させない実施例3による微結晶系Si膜を形成した。そして、実施例2および3による微結晶系Si膜の膜厚をそれぞれ測定するとともに、膜厚のばらつきを算出した。以下、実施例2および3について詳細に説明する。
Next, an experiment conducted for confirming the effect when the
(実施例2)
この実施例2では、図1に示した第1実施形態によるプラズマ処理装置1を用いて、基板10としてのガラス基板上に、微結晶系Si膜を形成した。なお、下部電極4の凸部4aの先端部から基板10までの距離を15mmに設定した。また、実施例2では、上部電極3および基板10をX方向に揺動させながら微結晶系Si膜を形成した。なお、揺動速度および揺動幅を、それぞれ、5mm/secおよび100mmに設定した。なお、実施例2による微結晶系Si膜の形成条件は、上記実施例1による微結晶系Si膜の形成条件と同じである。
(Example 2)
In Example 2, a microcrystalline Si film was formed on a glass substrate as the
(実施例3)
この実施例3では、図1に示した第1実施形態によるプラズマ処理装置1を用いて、基板10としてのガラス基板上に、微結晶系Si膜を形成した。なお、下部電極4の凸部4aの先端から基板10までの距離を15mmに設定した。また、実施例3では、上部電極3および基板10を揺動させずに微結晶系Si膜を形成した。なお、実施例3による微結晶系Si膜の形成条件は、上記実施例1による微結晶系Si膜の形成条件と同じである。
Example 3
In Example 3, a microcrystalline Si film was formed on a glass substrate as the
そして、上記実施例2および実施例3による微結晶系Si膜の膜厚を測定した。なお、測定ポイントは、図8に示したG〜Lである。なお、G、IおよびKは、隣接する凸部4aと凸部4aとの中心部分に対向する基板10の部分である。また、H、JおよびLは、凸部4aの中心部分に対向する基板10の部分である。これらの結果を以下の表4に示す。
The film thickness of the microcrystalline Si film according to Example 2 and Example 3 was measured. Note that the measurement points are G to L shown in FIG. Note that G, I, and K are portions of the
上記表4を参照して、上部電極3および基板10を揺動させた実施例2の膜厚は、上部電極3および基板10を揺動しない実施例3の膜厚よりも、均一性が高いことが判明した。具体的には、実施例2による微結晶系Si膜の膜厚の標準偏差は、3.14nmであり、実施例3による微結晶系Si膜の膜厚の標準偏差は、38.0nmであった。つまり、実施例2では、実施例3の標準偏差の1/10以下の小さい標準偏差を有するので、実施例3に比べて均一性が大幅に高いと言える。これは、以下の理由によるものと考えられる。すなわち、上部電極3および基板10を揺動させた実施例2では、上部電極3および基板10の揺動により、プラズマ密度の高い下部電極4の凸部4aに対応する領域を成膜時に基板10の表面に均一に分布させることができるので、上部電極3および基板10を揺動しない実施例3と比べて、膜厚を均一にすることができたと考えられる。
Referring to Table 4 above, the film thickness of Example 2 in which the
(第2実施形態)
図9〜図11は、本発明の第2実施形態によるプラズマ処理装置の下部電極の構造を詳細に説明するための図である。図4および図9〜図11を参照して、この第2実施形態では、上記第1実施形態と異なり、下部電極4の凹部4bに絶縁部材14を配置したプラズマ処理装置について説明する。
(Second Embodiment)
9 to 11 are views for explaining in detail the structure of the lower electrode of the plasma processing apparatus according to the second embodiment of the present invention. With reference to FIGS. 4 and 9 to 11, in the second embodiment, a plasma processing apparatus in which an insulating
すなわち、この第2実施形態によるプラズマ処理装置では、図9〜図11に示すように、下部電極4の凹部4bには、アルミナや石英などからなる絶縁部材14が配置されている。この絶縁部材14には、ガスを排出するためのガス流路14a(図11参照)が形成されている。このガス流路14aは、凹部4bに設けられたガス吸引口4eと連続するように形成されている。また、この絶縁部材14の上面は、下部電極4の凸部4aの上面よりも少し低い位置に位置する。
That is, in the plasma processing apparatus according to the second embodiment, as shown in FIGS. 9 to 11, the insulating
なお、第2実施形態のその他の構成は、上記第1実施形態と同様である。 In addition, the other structure of 2nd Embodiment is the same as that of the said 1st Embodiment.
第2実施形態では、上記のように、ガス流路14aが形成された絶縁部材14を下部電極4の凹部4bに配置することによって、ガスが凹部4bを通過してガス吸引口4eから排出される場合に、凹部4bでのガスが通過する部分の面積をガス流路14aにより小さくすることができるので、下部電極4の上面での排出ガスの流速を大きくすることができる。これにより、凹部4bなどにフレークなどが付着するのを抑制することができる。なお、上記実施形態1のように電極の凹部4bに絶縁部材14を配置しない場合には、凹部4bに、図4に示すようなフレークfなどが付着しやすくなる。これは、以下の理由によると考えられる。すなわち、図4に示した下部電極4では、凹部4bの面積がガス吸引口4eの面積よりも大きいので、凹部4bに設けたガス吸引口4eによりガスを排気する際に、凹部4bでのガスの流速が小さくなる。これにより、下部電極4の凹部4bの表面にフレークfなどが付着しやすいと考えられる。
In the second embodiment, as described above, by disposing the insulating
また、第2実施形態では、凹部4bに絶縁物からなる絶縁部材14を配置することによって、金属からなる下部電極4の凸部4aに集中する電界が分散するのを抑制することができるので、絶縁部材14を設けたとしても、プラズマの密度が低下するのを抑制することができる。
Further, in the second embodiment, by disposing the insulating
なお、第2実施形態のその他の効果は、上記第1実施形態と同様である。 The remaining effects of the second embodiment are similar to those of the aforementioned first embodiment.
なお、今回開示された実施形態および実施例は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施形態および実施例の説明ではなく特許請求の範囲によって示され、さらに特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれる。 The embodiments and examples disclosed this time should be considered as illustrative in all points and not restrictive. The scope of the present invention is shown not by the above description of the embodiments and examples but by the scope of claims for patent, and includes all modifications within the meaning and scope equivalent to the scope of claims for patent.
たとえば、上記第1実施形態では、凸部にガス供給口を設けるとともに、凹部にガス吸引口を設けた例を示したが、本発明はこれに限らず、図12に示した第1実施形態の第1変形例のように、下部電極24の凹部24bにガス供給口24cを設けるとともに、下部電極24の凸部24aにガス吸引口24eを設けてもよい。
For example, in the first embodiment, the example in which the gas supply port is provided in the convex portion and the gas suction port is provided in the concave portion is shown. However, the present invention is not limited thereto, and the first embodiment shown in FIG. As in the first modification, the
また、上記第1実施形態では、凸部をX方向およびY方向にそれぞれ約7mm間隔で配置するとともに、凹部をX方向およびY方向にそれぞれ約7mm間隔で配置した例を示したが、本発明はこれに限らず、図13および図14に示した第1実施形態の第2変形例、または、図15および図16に示した第1実施形態の第3変形例のように凸部および凹部を配置してもよい。具体的には、第1実施形態の第2変形例では、図13および図14に示すように、下部電極34の凸部34aおよび凹部34bを基板の主表面に沿ったY方向に延びるようにX方向に所定の間隔を隔てて形成する。そして、凸部34aにY方向に所定の間隔を隔ててガス供給口34cを設けるとともに、凹部34bにY方向に所定の間隔を隔ててガス吸引口34eを設ける。この場合、ガス供給口34cおよびガス吸引口34eを、それぞれ、Y方向に沿って配置することができるので、Y方向に沿った膜厚および膜質の均一性を向上させることができる。また、第1実施形態の第3変形例では、図15および図16に示すように、下部電極44の凸部44aおよび凹部44bを基板の主表面に沿ったY方向に延びるようにX方向に所定の間隔を隔てて形成する。そして、ガス供給口44cを凸部44aにY方向に延びるスリット状に形成するとともに、ガス吸引口44eを凹部44bにY方向に延びるスリット状に形成する。この場合、ガス供給口44cおよびガス吸引口44eを、それぞれ、Y方向に延びるように配置することができるので、Y方向に沿った膜厚および膜質の均一性をより向上させることができる。
Moreover, in the said 1st Embodiment, although the convex part was each arrange | positioned at a space | interval of about 7 mm in a X direction and a Y direction, the example which has arrange | positioned a recessed part at a space | interval of about 7 mm in a X direction and a Y direction was shown respectively. Is not limited to this, and a convex portion and a concave portion as in the second modified example of the first embodiment shown in FIGS. 13 and 14 or the third modified example of the first embodiment shown in FIGS. 15 and 16. May be arranged. Specifically, in the second modification of the first embodiment, as shown in FIGS. 13 and 14, the
また、上記第1実施形態では、下部電極の凸部に設けた孔によりガス供給口を構成するとともに、凹部に設けた孔によりガス吸引口を構成した例を示したが、本発明はこれに限らず、図17に示した第1実施形態の第4変形例のように、下部電極54の凸部54aおよび凹部54bを金型によりメッシュ状に成型するとともに、そのメッシュ状の凸部54aおよび凹部54bに、それぞれ、別途設けたパイプ状のノズルからなるガス供給口54cおよびガス吸引口54eを埋め込むようにしてもよい。
In the first embodiment, the gas supply port is configured by the hole provided in the convex portion of the lower electrode, and the gas suction port is configured by the hole provided in the concave portion. Not only, but as in the fourth modification of the first embodiment shown in FIG. 17, the
また、上記実施形態では、上部電極および基板をX方向に沿って揺動した例を示したが、本発明はこれに限らず、上部電極および基板をX方向以外のたとえばY方向に沿って揺動してもよい。 In the above-described embodiment, the upper electrode and the substrate are swung along the X direction. However, the present invention is not limited to this, and the upper electrode and the substrate are swung along the Y direction other than the X direction. You may move.
また、上記実施形態では、上部電極および基板の揺動幅を100mmに設定した例を示したが、本発明はこれに限らず、上部電極および基板の揺動幅をその他の値に設定してもよい。ただし、上部電極および基板の揺動幅は、凸部のピッチ(約7mm)以上に設定するのが望ましい。 In the above embodiment, the example in which the swing width of the upper electrode and the substrate is set to 100 mm is shown. However, the present invention is not limited to this, and the swing width of the upper electrode and the substrate is set to other values. Also good. However, it is desirable to set the swing width of the upper electrode and the substrate to be equal to or greater than the pitch of the convex portions (about 7 mm).
3 上部電極
4、24、34、44、54 下部電極
4a、24a、34a、44a、54a 凸部
4b、24b、34b、44b、54b 凹部
4c、24c、34c、44c、54c ガス供給口
4e、24e、34e、44e、54e ガス吸引口
10 基板
20 プラズマ発生領域
3
Claims (9)
前記第1電極と対向するように設置され、前記第1電極と対向する部分に、複数の凸部および複数の凹部が形成される第2電極とを備え、
前記凹部に絶縁部材が配置されている、プラズマ処理装置。 A first electrode capable of holding a substrate;
A second electrode provided with a plurality of convex portions and a plurality of concave portions formed in a portion facing the first electrode and facing the first electrode;
A plasma processing apparatus, wherein an insulating member is disposed in the recess.
前記凸部を中心とするプラズマ発生領域と、隣接する前記凸部を中心とするプラズマ発生領域とがオーバラップするように、前記複数の凸部が配置されている、請求項1に記載のプラズマ処理装置。 The convex portion is provided with a gas supply port for supplying a source gas,
2. The plasma according to claim 1, wherein the plurality of protrusions are arranged such that a plasma generation region centered on the protrusions overlaps a plasma generation region centered on the adjacent protrusions. Processing equipment.
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