JP2010285667A - Plasma cvd apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、処理ガスをプラズマ化して基板を処理するプラズマCVD装置に関する。 The present invention relates to a plasma CVD apparatus for processing a substrate by converting a processing gas into plasma.
従来、成膜処理やエッチング処理において、例えばマイクロ波や高周波を用いたプラズマCVD装置(プラズマ処理装置)が使用されている。 Conventionally, in a film forming process or an etching process, for example, a plasma CVD apparatus (plasma processing apparatus) using a microwave or a high frequency is used.
例えば、特許文献1には、基板に薄膜を形成するプラズマCVD(plasma-enhanced chemical vapor deposition)装置が開示されている。特許文献1のプラズマCVD装置は、高周波電源に接続されたカソード電極と、カソード電極に対向するように基板を支持するサセプタ(アノード電極)とをチャンバ内に備えている。上記カソード電極は、ガス導入系とも接続されており、処理ガス供給部材としても働く。特許文献1のプラズマCVD装置では、ガス導入系からカソード電極を介して処理室内に処理ガスを供給し、両電極に高周波電圧を印加すると、カソード電極とアノード電極との間に発生したプラズマが処理ガスを活性化させ、この活性化された処理ガスがアノード電極上の基板に到達して薄膜を形成する。 For example, Patent Document 1 discloses a plasma CVD (plasma-enhanced chemical vapor deposition) apparatus for forming a thin film on a substrate. The plasma CVD apparatus of Patent Document 1 includes a cathode electrode connected to a high-frequency power source and a susceptor (anode electrode) that supports the substrate so as to face the cathode electrode. The cathode electrode is also connected to a gas introduction system and serves as a processing gas supply member. In the plasma CVD apparatus of Patent Document 1, when a processing gas is supplied from a gas introduction system to a processing chamber via a cathode electrode and a high frequency voltage is applied to both electrodes, plasma generated between the cathode electrode and the anode electrode is processed. The gas is activated, and the activated processing gas reaches the substrate on the anode electrode to form a thin film.
一般に、処理ガス供給部材の役割を有するカソード電極は、その内部にバッファ空間を有するように、バッキングプレート(支持プレート)とシャワープレートとから構成される。カソード電極に供給される処理ガスは、バッファ空間に供給され、その後シャワープレートに設けられた複数の開口部を介して処理室内に供給される。上記バッファ空間は、シャワープレートから基板に対して処理ガスを均一に供給し、均一なプラズマ処理を行うことを可能にしている。 In general, a cathode electrode serving as a processing gas supply member is composed of a backing plate (support plate) and a shower plate so as to have a buffer space therein. The processing gas supplied to the cathode electrode is supplied to the buffer space, and then supplied to the processing chamber through a plurality of openings provided in the shower plate. The buffer space can uniformly supply a processing gas from the shower plate to the substrate and perform uniform plasma processing.
また、近年、複数の基板を同時に処理することのできるプラズマ処理装置が提案されている。例えば特許文献2には、マルチ電極構造のプラズマ処理装置が開示されている。この装置では、1つのチャンバ内に、カソード電極とアノード電極とから構成されるカソード‐アノード電極対が複数組、配列されている。
In recent years, plasma processing apparatuses capable of processing a plurality of substrates simultaneously have been proposed. For example,
ところで、特許文献1などのプラズマCVD装置では、薄膜形成時、目的とする基板だけでなくカソード電極の表面などにも薄膜材料が付着する。付着した薄膜材料は、蓄積するほどカソード電極の表面から剥離し、基板の表面に落下して不良品を発生させるという問題を生じる。このため、カソード電極に付着した薄膜材料を定期的に除去する必要がある。この除去のためには、一般にドライクリーニングが用いられる。ドライクリーニングでは、処理室内にクリーニングガスを導入し、薄膜形成と同様、プラズマにより活性化させることによって、カソード電極に付着した薄膜材料をプラズマエッチングして除去する。 By the way, in the plasma CVD apparatus such as Patent Document 1, when forming a thin film, the thin film material adheres not only to the target substrate but also to the surface of the cathode electrode. As the deposited thin film material accumulates, it peels off from the surface of the cathode electrode, and falls on the surface of the substrate to cause a defective product. For this reason, it is necessary to periodically remove the thin film material adhering to the cathode electrode. For this removal, dry cleaning is generally used. In dry cleaning, a cleaning gas is introduced into a processing chamber and activated by plasma, as in the case of thin film formation, so that the thin film material attached to the cathode electrode is removed by plasma etching.
特許文献2に開示されたプラズマ処理装置では、一度に処理できる基板の数を増やすために、1つのチャンバ内に、多くのカソード‐アノード電極対を配置することが好ましい。ここで、カソード電極およびアノード電極は、互いに対向する面および当該面の反対側の面、即ち表裏面を処理室内の気相に露出している。
In the plasma processing apparatus disclosed in
しかしながら、このような電極構造を有するプラズマ処理装置を、薄膜形成用のプラズマCVD装置として用いると、カソード電極に反りや歪みが生じやく、これによって、成膜される膜の特性にバラつきが生じてしまうという問題がある。 However, when a plasma processing apparatus having such an electrode structure is used as a plasma CVD apparatus for forming a thin film, the cathode electrode is likely to be warped or distorted, which causes variations in the characteristics of the film to be formed. There is a problem of end.
また、上記のようなプラズマCVD装置では、処理室(例えば電極等)に堆積した不要な堆積膜を、例えばフッ素系ガスのプラズマによりドライクリーニングを行い除去する。成膜時に高い出力でプラズマを印加すると一般的には膜質の劣化が生ずる。一方、ドライクリーニング時には、薄膜を堆積するわけではないため膜質に関する問題は生じず、高い出力でプラズマを印加して処理能力を高くすることが望ましい。このため、ドライクリーニング時の方が、成膜時よりもプラズマの熱による電極の温度上昇が大きくなる。よって、ドライクリーニング時、温度上昇による熱応力でカソード電極全体の反りが発生するという問題や、局所的に歪んでしまうという問題が生じやすい。 Further, in the plasma CVD apparatus as described above, an unnecessary deposited film deposited in a processing chamber (for example, an electrode) is removed by dry cleaning using, for example, fluorine-based gas plasma. When plasma is applied at a high output during film formation, film quality generally deteriorates. On the other hand, since a thin film is not deposited at the time of dry cleaning, there is no problem with the film quality, and it is desirable to apply plasma with a high output to increase the processing capability. For this reason, the temperature rise of the electrode due to the heat of plasma becomes larger during dry cleaning than during film formation. Therefore, at the time of dry cleaning, the problem that the entire cathode electrode is warped due to the thermal stress due to the temperature rise, and the problem of local distortion are likely to occur.
本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、電極の反りや歪み等を抑制し、薄膜形成やドライクリーニングを安定的に実施可能なプラズマCVD処理装置を提供することにある。 The present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to provide a plasma CVD processing apparatus capable of stably performing thin film formation and dry cleaning by suppressing warping or distortion of electrodes. It is in.
本発明者らは上記課題を解決するために鋭意検討を行った。具体的には、本発明者らは以下のように考えた。 The present inventors have intensively studied to solve the above problems. Specifically, the present inventors considered as follows.
プラズマCVD装置において、カソード電極のうち、プラズマ発生領域に面したシャワープレートはプラズマの熱の影響を受けやすく、一方、バッキングプレート即ち支持プレートは放電面に接していない処理室の壁面や他の組のアノード電極における制御された温度の影響を受けやすい。したがって、カソード電極において、シャワープレートとバッキングプレートとの間には温度差が発生してしまう。本発明者らは、この温度差によってシャワープレートとバッキングプレートとの膨張量が異なり、これに起因してカソード電極に反りが生じていると考えた。 In a plasma CVD apparatus, of the cathode electrode, the shower plate facing the plasma generation region is easily affected by the heat of the plasma, while the backing plate, that is, the support plate, is not in contact with the discharge surface. It is susceptible to controlled temperature at the anode electrode. Therefore, in the cathode electrode, a temperature difference is generated between the shower plate and the backing plate. The present inventors considered that the expansion amount of the shower plate and the backing plate was different due to this temperature difference, which caused warpage of the cathode electrode.
また、本発明者らは、プラズマCVD装置をドライクリーニングする時、高周波電力をハイパワー設定にすると、ハイパワーのプラズマによりシャワープレート側の温度がより上昇し、シャワープレートとバッキングプレートとの間の温度差が特に生じることを見出した。さらに、クリーニングガスのカソード電極への導入口付近では、導入されたガスの温度の影響によって上記温度差がより生じることを見出し、これによって、カソード電極が局所的に歪んでしまうと考えた。 In addition, when the present inventors dry-clean the plasma CVD apparatus, if the high frequency power is set to a high power setting, the temperature on the shower plate side rises due to the high power plasma, and the temperature between the shower plate and the backing plate increases. It has been found that a temperature difference occurs particularly. Furthermore, it has been found that the temperature difference is more caused in the vicinity of the inlet of the cleaning gas to the cathode electrode due to the influence of the temperature of the introduced gas, and the cathode electrode is considered to be locally distorted.
そこで、本発明者らは、シャワープレートとバッキングプレートとの間の温度差を抑制することによって、上記反りや歪みを抑制できることを見出し、本発明を完成させるに至った。 Therefore, the present inventors have found that the above warpage and distortion can be suppressed by suppressing the temperature difference between the shower plate and the backing plate, and have completed the present invention.
すなわち、本発明に係るプラズマCVD装置は、処理室内で、処理ガスをプラズマ化して基板上に成膜を行うプラズマCVD装置であって、表裏面を気相に露出して上記処理室内に互いに対向して配置された電極により構成され、かつ上記処理ガスをプラズマ化する電極対を備え、少なくとも一方の上記電極は、当該電極の備える、支持プレートと複数の貫通孔を有するシャワープレートとによって、上記処理室へ上記処理ガスを供給するためのバッファ室を構成し、上記支持プレートと上記シャワープレートとは、少なくとも1つ以上の中間締結部によって接続されていることを特徴としている。 That is, the plasma CVD apparatus according to the present invention is a plasma CVD apparatus for forming a film on a substrate by converting a processing gas into a plasma in a processing chamber, wherein the front and back surfaces are exposed to the gas phase and face each other in the processing chamber. And an electrode pair for converting the processing gas into plasma, and at least one of the electrodes is provided by the support plate and the shower plate having a plurality of through holes provided in the electrode. A buffer chamber for supplying the processing gas to the processing chamber is configured, and the support plate and the shower plate are connected by at least one intermediate fastening portion.
上記のように、本発明に係るプラズマCVD装置は、真空等の外気環境と隔離された処理室内で、処理ガスをプラズマ化して、例えばガラスやシリコン等の基板の表面に薄膜を成膜処理する。 As described above, the plasma CVD apparatus according to the present invention forms a thin film on the surface of a substrate such as glass or silicon by converting the processing gas into plasma in a processing chamber isolated from an outside air environment such as vacuum. .
電極対を構成する電極は、互いに対向する面およびその反対側の面、即ち表裏面を、処理室内の処理ガス雰囲気や真空雰囲気を意味する気相に露出しており、処理室内に互いに対向して配置されている。また、上記電極は、高周波電力が印加されることにより、電極間において、処理室内に放出された処理ガスをプラズマ化する。 The electrodes constituting the electrode pair are such that the surfaces facing each other and the opposite surfaces, that is, the front and back surfaces, are exposed to a gas phase meaning a processing gas atmosphere or a vacuum atmosphere in the processing chamber, and are opposed to each other in the processing chamber. Are arranged. Further, the high-frequency power is applied to the electrodes, and the processing gas released into the processing chamber is converted into plasma between the electrodes.
電極の少なくとも一方は、バッキングプレートとも呼ばれる支持プレートと、処理室内へガスを供給するための複数の貫通孔を有したシャワープレートとにより、上記処理室へ上記処理ガスを供給するためのバッファ室を構成する。この電極は例えばガス供給系と接続され、当該ガス供給系から供給された処理ガスは、バッファ室と、シャワープレートに形成された複数の孔とを介して処理室内に放出される。 At least one of the electrodes has a buffer chamber for supplying the processing gas to the processing chamber by a support plate, also called a backing plate, and a shower plate having a plurality of through holes for supplying gas into the processing chamber. Constitute. The electrode is connected to, for example, a gas supply system, and the processing gas supplied from the gas supply system is discharged into the processing chamber through the buffer chamber and a plurality of holes formed in the shower plate.
また、支持プレートとシャワープレートとは、少なくとも1つ以上の中間締結部により接続されている。 The support plate and the shower plate are connected by at least one intermediate fastening portion.
なお、バッファ室を構成する電極は、電極対のうち、カソード電極であってもよいし、アノード電極であってもよいし、または、両方の電極であってもよい。 The electrode constituting the buffer chamber may be a cathode electrode, an anode electrode, or both electrodes in the electrode pair.
上記構成において、シャワープレートおよび支持プレートのうち、シャワープレートがプラズマの生成領域に面しており、支持プレートはバッファ室を挟んで反対側に配されている。このため、プラズマCVD装置における薄膜処理時、プラズマの熱は、まずシャワープレートに伝達される。このとき、シャワープレートと支持プレートは中間締結部により接続されているため、シャワープレートに伝達された熱は、中間締結部を介して支持プレートに伝達される。よって、シャワープレートと支持プレートとの間に温度差が生じることが抑制される。 In the above configuration, of the shower plate and the support plate, the shower plate faces the plasma generation region, and the support plate is disposed on the opposite side across the buffer chamber. For this reason, during the thin film processing in the plasma CVD apparatus, the heat of the plasma is first transmitted to the shower plate. At this time, since the shower plate and the support plate are connected by the intermediate fastening portion, the heat transmitted to the shower plate is transmitted to the support plate via the intermediate fastening portion. Therefore, it is suppressed that a temperature difference arises between a shower plate and a support plate.
中間締結部はシャワープレートおよび支持プレートと別部材でも良いが、シャワープレートと支持プレートの互いに対向する面のうち、シャワープレートおよび支持プレートのいずれかの一方の面に同一部材として形成され、他方の面には接する形で形成される構成が熱伝導の面から好ましい。 The intermediate fastening portion may be a separate member from the shower plate and the support plate, but is formed as the same member on one surface of the shower plate and the support plate among the opposing surfaces of the shower plate and the support plate. The structure formed in contact with the surface is preferable from the viewpoint of heat conduction.
また、中間締結部は1つでもよいが、複数の中間締結部が形成されている方が、熱伝導箇所が多くなるため、熱伝導の量および均一性の観点から好ましい。 Further, although one intermediate fastening portion may be provided, it is preferable that a plurality of intermediate fastening portions are formed from the viewpoint of the amount and uniformity of heat conduction because the number of heat conduction portions increases.
上記構成によれば、シャワープレートと支持プレートとの温度差による膨張量の差が抑えられ、上記電極対のうち、バッファ室を構成する電極の反りや歪みを防止することができる。したがって、薄膜形成やドライクリーニングを安定して実施可能なプラズマCVD装置を提供することができる。 According to the said structure, the difference of the expansion amount by the temperature difference of a shower plate and a support plate is suppressed, and the curvature and distortion of the electrode which comprises a buffer chamber among the said electrode pairs can be prevented. Therefore, it is possible to provide a plasma CVD apparatus that can stably perform thin film formation and dry cleaning.
また、本発明に係るプラズマCVD装置において、上記処理室内には、複数の上記電極対が並んで配置されていてもよい。 In the plasma CVD apparatus according to the present invention, a plurality of the electrode pairs may be arranged side by side in the processing chamber.
上記構成によれば、本発明に係るプラズマCD装置を、マルチ電極構造のプラズマCVDとすることができる。本構成においても、電極対のうちガス供給部に接続された電極の反りや歪みを抑え、薄膜形成やドライクリーニングを安定して実施することができる。 According to the above configuration, the plasma CD apparatus according to the present invention can be a plasma CVD having a multi-electrode structure. Also in this configuration, warping and distortion of the electrode connected to the gas supply unit in the electrode pair can be suppressed, and thin film formation and dry cleaning can be performed stably.
また、本発明に係るプラズマCVD装置において、上記バッファ室を構成する電極は、カソード電極であることが好ましい。 In the plasma CVD apparatus according to the present invention, the electrode constituting the buffer chamber is preferably a cathode electrode.
一般的にプラズマCVD装置においては、アノード電極には基板が搭載されるため、当該アノード電極に温度制御用の冷却水やヒータ等が配置される。この場合、カソード電極はアノード電極よりも構成が単純となるため、本発明に係るプラズマCVD装置をより簡単に構成することができる。 In general, in a plasma CVD apparatus, since a substrate is mounted on an anode electrode, cooling water, a heater, and the like for temperature control are arranged on the anode electrode. In this case, since the cathode electrode has a simpler configuration than the anode electrode, the plasma CVD apparatus according to the present invention can be more easily configured.
また、本発明に係るプラズマCVD装置において、上記シャワープレートにおける上記支持プレートと対向する面の外周部には、上記支持プレートに接したリブ状の外周締結部が形成されていることが好ましい。 In the plasma CVD apparatus according to the present invention, it is preferable that a rib-shaped outer periphery fastening portion in contact with the support plate is formed on an outer periphery of the surface of the shower plate facing the support plate.
上記構成によれば、シャワープレートの外周部に形成されたリブによって、シャワープレートの外周部の強度が向上する。これによって、例えば、バッファ室を構成する電極において、処理ガスの導入口付近で局所的な温度差が生じたとしても、カソード電極が局所的に歪むことを防止することができる。 According to the said structure, the intensity | strength of the outer peripheral part of a shower plate improves with the rib formed in the outer peripheral part of a shower plate. As a result, for example, even if a local temperature difference occurs in the vicinity of the processing gas inlet in the electrode constituting the buffer chamber, the cathode electrode can be prevented from being locally distorted.
また、本発明に係るプラズマCVD装置において、上記中間締結部は上記シャワープレートと一体的に形成されていることが好ましい。 In the plasma CVD apparatus according to the present invention, the intermediate fastening portion is preferably formed integrally with the shower plate.
上記構成によれば、シャワープレートの強度をより向上することができる。これによって、仮にシャワープレートに応力が集中したとしても、シャワープレートの反りを抑え、ひいては、上記電極対のうち、バッファ室を構成する電極の反りや歪みをより抑えることができる。 According to the said structure, the intensity | strength of a shower plate can be improved more. As a result, even if stress is concentrated on the shower plate, warping of the shower plate can be suppressed, and consequently, warping and distortion of the electrodes constituting the buffer chamber in the electrode pair can be further suppressed.
また、本発明に係るプラズマCVD装置において、上記シャワープレートにおいて、上記中間締結部は、上記孔同士の間の領域に形成されていることが好ましい。 In the plasma CVD apparatus according to the present invention, in the shower plate, the intermediate fastening portion is preferably formed in a region between the holes.
これにより、中間締結部が上記カソード電極の内部の空間と上記処理室とを連通する複数の孔を塞ぐことがない。よって、上記孔を介した処理ガスの通過が妨げられることを回避できる。 Thereby, the intermediate fastening portion does not block the plurality of holes communicating the space inside the cathode electrode and the processing chamber. Therefore, it is possible to avoid the passage of the processing gas through the hole.
また、本発明に係るプラズマCVD装置では、上記バッファ室の底面の面積に対する、上記シャワープレートまたは上記支持プレートが上記複数の中間締結部に接触する接触面の総面積の比率を、上記電極対に対する投入電力密度で割った値が、5以上となることが好ましい。 In the plasma CVD apparatus according to the present invention, the ratio of the total area of the contact surface where the shower plate or the support plate contacts the plurality of intermediate fastening portions to the area of the bottom surface of the buffer chamber is the electrode pair. The value divided by the input power density is preferably 5 or more.
上記構成によれば、中間締結部を介して、シャワープレートの熱を支持プレートに対してより効果的に伝達することができる。よって、シャワープレートと支持プレートとの間に温度差が生じることをより抑制することができる。 According to the said structure, the heat of a shower plate can be more effectively transmitted with respect to a support plate via an intermediate | middle fastening part. Therefore, it can suppress more that a temperature difference arises between a shower plate and a support plate.
本発明に係るプラズマCVD装置は、バッファ室を構成する少なくとも一方の電極は、支持プレートとシャワープレートとから構成され、上記シャワープレートと上記支持プレートは、少なくとも1つ以上の中間締結部により接続されているため、中間締結部を介して効率的に熱伝導が行われ、薄膜処理やドライクリーニングを安定して実施可能なプラズマCVD装置を提供することができる。 In the plasma CVD apparatus according to the present invention, at least one electrode constituting the buffer chamber is constituted by a support plate and a shower plate, and the shower plate and the support plate are connected by at least one intermediate fastening portion. Therefore, it is possible to provide a plasma CVD apparatus capable of efficiently conducting heat through the intermediate fastening portion and stably performing thin film processing and dry cleaning.
(プラズマCVD装置100の構成)
本発明の実施の形態について図1〜9を参照して説明すると以下の通りである。
(Configuration of plasma CVD apparatus 100)
The embodiment of the present invention will be described below with reference to FIGS.
まず、本実施形態に係るプラズマCVD装置100の概略的な構成について図2を参照して説明する。
First, a schematic configuration of the
図2は、プラズマCVD装置100の概略的な構成を示す断面図である。図2に示すように、被処理物である基板を収容する密封可能な処理容器(処理室)103と、処理容器103内に配置され、カソード電極101とアノード電極102とから構成されるカソード‐アノード電極対とを備えている。
FIG. 2 is a cross-sectional view illustrating a schematic configuration of the
処理容器103は、例えばステンレス鋼からなり、内部を真空状態にできる構成を有している。処理容器103の内壁面には、例えばアルミナなどの保護膜が被覆されており、処理容器103は電気的に接地されている。
The
処理容器103の底部には排気管(図示しない)が設けられており、排気管の先には真空ポンプなどの排気装置が連結されている。排気装置は処理容器103内の雰囲気を適宜減圧でき、例えば、10Pa以上、6000Pa以下に設定することができる。
An exhaust pipe (not shown) is provided at the bottom of the
カソード‐アノード電極対では、カソード電極101およびアノード電極102の各電極は板状であって、互いに対向するように配置されている。カソード電極101とアノード電極102との間には基板が配置される。基板は、プラズマCVD装置100が処理を行う対象であれば特に限られず、例えばガラス基板が挙げられる。
In the cathode-anode electrode pair, each of the
アノード電極102は、基板を上に載置するための載置台となり、対をなすカソード電極101の下側に配置される。アノード電極102は、例えばステンレス鋼、アルミニウム合金、カーボンなどの、導電性および耐熱性を備えた材料で作成される。アノード電極102の寸法は、基板の寸法に合わせて適当な値に設計されればよい。
The
また、アノード電極102はヒータや冷却設備等の温度安定化手段を内蔵しており、この温度安定化手段によってその温度を室温(例えば、25℃)〜300℃に温度制御される。このため、アノード電極102上の基板では、発生したプラズマの熱による温度の上昇が制御され、均一な温度で膜形成が行われる。
Further, the
一方、カソード電極101は、対をなすアノード電極102の上側に配置され、ステンレス鋼やアルミニウム合金などの材料から作成される。カソード電極101の寸法は、アノード電極102と同様に、基板の寸法に合わせて適当な値に設計されればよい。
On the other hand, the
カソード電極101は、外部のプラズマ励起電源106に接続されている。プラズマ励起電源106は、例えばRF1MHz〜60MHzで基板の寸法に合わせて電力密度が20×10−6W/mm2〜5000×10−6W/mm2となる出力のものを使用する。
The
また、カソード電極101は、処理ガスを供給するガス供給系(図示しない)に接続されている。処理ガスとしては、例えば、モノシラン(SiH4)ガス等を使用することができる。ガス供給系からカソード電極101に導入された処理ガスは、カソード電極101の底面からアノード電極102上の基板に向かって処理容器103内に供給される。
The
カソード電極101およびアノード電極102の各々は、その両端を支持部(図示しない)によって支えられている。よって、カソード電極101およびアノード電極102は、互いに対向する面およびその反対側の面が、処理容器103内の気相に露出する構造をとっている。
Each of the
以上のように構成されたプラズマCVD装置100では、例えば以下のような動作が行われる。
In the
まず基板が処理容器103内に搬入され、アノード電極102上に載置される。次いで、排気装置が作動し、排気管から排気が行われて処理容器103内が減圧される。また、ヒータが作動し、アノード電極102を通して基板を所望の温度に保持する。
First, the substrate is carried into the
次いで、ガス供給系から供給された成膜用の処理ガスが、カソード電極101を介して、カソード電極101とアノード電極102との間隙であるプラズマ発生領域105に充填される。また、プラズマ励起電源106の作動により、カソード電極101とアノード電極102との間に高周波電力が印加されることによって、プラズマ発生領域105に電界が発生し、処理ガスがプラズマ化される。処理ガスがプラズマ化の際に発生した活性種によって、基板上に成膜処理がなされる。
Next, the film forming process gas supplied from the gas supply system is filled into the
所定時間の成膜処理が行われた後、処理容器103内への処理ガスの供給が停止し、またプラズマ励起電源106が停止し、基板が処理容器103内から搬出される。
After the film formation process for a predetermined time is performed, the supply of the processing gas into the
以上の一連の工程によって、プラズマCVD装置100による基板の成膜処理が終了する。
Through the series of steps described above, the film forming process of the substrate by the
なお、上記説明では、カソード‐アノード電極対が処理容器103内で横置きに配置された構成について説明しているが、本発明はこれに限られず、図3に示すように、カソード‐アノード電極対が縦置きに配置された構成であってもよい。
In the above description, the cathode-anode electrode pair is described as being arranged horizontally in the
また、図2は、処理容器103内に1つのカソード‐アノード電極対を備えるプラズマCVD装置100を示しているが、本発明はこれに限られず、図4に示すように、複数のカソード‐アノード電極対を備えるマルチ電極構造のプラズマCVD装置200として構成されてもよい。
2 shows the
プラズマCVD装置200では、図4に示すように、処理容器103内に複数組のカソード‐アノード電極対が互いに略等間隔で配置されている。図4中、一番上のカソード電極101のみを代表してプラズマ励起電源106との接続を示しているが、実際には、処理容器103内の全てのカソード電極101がプラズマ励起電源106と接続されている。処理容器103内に配置されるカソード‐アノード電極対の数は特に限られず、任意の数のカソード‐アノード電極対を配置することができる。
In the
また、プラズマCVD装置200についても、プラズマCVD装置100と同様に、カソード‐アノード電極対が横置きにされた構成に限られず、図5に示すように、カソード‐アノード電極対が縦置きに配置された構成であってもよい。
Further, the
(カソード電極101の構成)
カソード電極101の構成について図1、図6、および図7(a)(b)を参照してより詳細に説明する。
(Configuration of cathode electrode 101)
The configuration of the
図1に示すように、カソード電極101は、バッファ室4を内部に有するように、シャワープレート2とバッキングプレート(支持プレート)3とから構成される。図1はカソード電極101を部分的に示す断面図である。
As shown in FIG. 1, the
バッキングプレート3はガス供給系(図示しない)と接続されている。バッキングプレート3の内部には、図示しないが、ガス供給系との接続部からバッファ室4にまで処理ガスを導入するための通路が設けられている。処理ガスはバッファ室4においてカソード電極101の全体に広がるため、このバッファ室4を介することによって処理ガスを基板に対して均一に供給することができる。
The
一方、シャワープレート2は、バッキングプレート3の下側に対向して配置されており、バッキングプレート3に対向する面には、複数の中間締結部6および外周締結部7が形成されている。シャワープレート2は、中間締結部6および外周締結部7の上面においてバッキングプレート3と接触している。中間締結部6においてバッキングプレート3と接触する面を接触面8とする。また、シャワープレート2は、ビス5によってバッキングプレート3と締結されている。外周締結部7において、ビス5による締結ピッチは均等であることが好ましい。
On the other hand, the
外周締結部7は、図6に示すように、バッファ室4の外周を囲うように形成されたリブであり、シャワープレート2と一体的に形成されている。図6は上面から見たシャワープレート2を部分的に示す分解斜視図である。なお、図1は、図6中のA−A’切断線によるカソード電極101の断面図である。
As shown in FIG. 6, the outer
また、図6に示すように、中間締結部6は、バッファ室4内に断続的に形成されたリブであり、シャワープレート2と一体的に形成されている。中間締結部6の形状は、特に限定されず、例えば、角柱および円柱等の柱状を挙げることができ、図6に示すように、角柱の角部が湾曲するように面取りされた形状であってもよい。中間締結部6の数は1つ以上であればよいが、本実施形態のように複数形成されていることが好ましい。
As shown in FIG. 6, the
カソード電極101は、全体的には図7(a)(b)に示すような断面を示す。図7(a)は、図6中のB−B’切断線によるカソード電極101の断面図であり、図7(b)は、図6中のC−C’切断線によるカソード電極101の断面図である。
The
図7(b)に示すように、バッファ室4は、カソード電極101において全体的に処理ガスが流通するように繋がっている。
As shown in FIG. 7B, the
また、図7(a)(b)に示すように、シャワープレート2には、バッファ室4と処理容器103とが上下に貫通するための複数の孔9が形成されている。バッファ室4に供給された処理ガスは、孔9を介して処理容器103内に供給される。
7A and 7B, the
なお、シャワープレート2における中間締結部6と孔9とは、図7(a)に示すように、互いの位置が重ならないように設けられることが好ましい。すなわち、シャワープレート2において中間締結部6は孔9同士の間の領域に形成されることが好ましい。これにより、バッファ室4と処理容器103とを連通する複数の孔9を塞ぐことがなく、孔9を介した処理ガスの通過が妨げられることを回避できる。
In addition, as shown to Fig.7 (a), it is preferable that the
(カソード電極101における反りおよび歪みの防止)
中間締結部6は、バッキングプレート3との締結部として働くだけではなく、シャワープレート2の熱をバッキングプレート3に伝達する役割を果たす。具体的には、プラズマCVD装置100におけるプラズマ発生時、プラズマの熱が、図1中の矢印に示すようにシャワープレート2に伝達される。このとき、伝達されたシャワープレート2の熱は、中間締結部6を介して、さらにバッキングプレート3に伝達される。より具体的には、シャワープレート2の熱は、バッキングプレート3と中間締結部6との接触面8を介して、バッキングプレート3に伝達される。
(Preventing warpage and distortion in the cathode electrode 101)
The
上記熱伝達のためには、バッファ室4の底面の面積に対する、複数の接触面8の総面積の比率を、カソード電極101に対する投入電力密度で割った値が、5以上であることが好ましい。ここで、バッファ室4の底面とは、中間締結部6の形成されたシャワープレート2の面において、中間締結部6の形成された領域を含まず、かつバッファ室4に面する領域を意味する。接触面8の面積が上記範囲にあれば、シャワープレート2は、電力投入により発生するプラズマからの熱量を、中間締結部6を介して効果的にバッキングプレート3に伝達することができる。
For the heat transfer, a value obtained by dividing the ratio of the total area of the plurality of
また、上記熱伝達のために、中間締結部6の上面は平らであり、さらに、バッキングプレート3と全面的に密着していることが好ましい。さらに、上記熱伝導をより向上させるために、中間締結部6におけるシャワープレート2とバッキングプレート3が接触する部分に、熱伝導シートやグリース等を入れてもよい。
Further, for the heat transfer, it is preferable that the upper surface of the
本実施形態によれば、カソード電極101がヒータ等の温度調節装置を備えていなくとも、上述の中間締結部6を介する熱伝導によって、シャワープレート2とバッキングプレート3との間の温度差を抑制することができる。このため、プラズマ発生時であってもカソード電極101は全体的に均一な温度に保たれる。
According to the present embodiment, even if the
また、中間締結部6はシャワープレート2の面内におけるリブとして存在し、シャワープレート2の強度を向上する。さらに外周締結部7はシャワープレート2の外周におけるリブとして存在するため、シャワープレート2における局所的な歪みを抑制する。
Further, the
したがって、カソード電極101では反りや歪みが防止され、本実施形態は、成膜処理やドライクリーニングを安定して実施可能なプラズマCVD装置100を提供することができる。
Therefore, the
(カソード電極101の寸法)
次に、本実施形態におけるカソード電極101の寸法について、図8(a)(b)を参照して説明する。図8(a)は中間締結部6を示す断面図であり、図8(b)は外周締結部7を示す断面図である。
(Dimension of cathode electrode 101)
Next, the dimensions of the
図8(a)(b)に示すように、シャワープレート2の厚さtは、3mm以上であることが好ましい。
As shown in FIGS. 8A and 8B, the thickness t of the
例えば、プラズマCVD装置100の薄膜処理時、目的とする基板だけでなくカソード電極101(特にシャワープレート2)の表面にも薄膜材料が付着する。成膜回数を重ねるとカソード電極101に付着する膜の厚みが増加し、この膜の内部応力がカソード電極101に働く。ここで、従来のカソード電極のシャワープレートは、特に加工上の理由によりその厚みが3mmに満たないものである。このため、従来のシャワープレートは付着する膜の内部応力に対応できるだけの剛性を有さず、カソード電極には反りが生じてしまう。
For example, during the thin film processing of the
これに対して、本発明では、シャワープレート2の厚さtが3mm以上であることによって、カソード電極101について、上記温度差による変形だけでなく、シャワープレート2に付着する膜の内部応力による変形をも防止することができる。
On the other hand, in the present invention, since the thickness t of the
また、バッファ室4の高さh2については、カソード電極101の高さh1に対して10〜60%とすることが好ましい。これによって、シャワープレート2の厚みに伴うカソード電極101の総重量増加を抑えることができる。
The height h 2 of the
また、シャワープレート2に開いている孔9は、その直径が1mm程度である。シャワープレート2の厚さが直径(1mm)の5倍以上になる場合、孔9のアスペクト比が大きくなり、加工が困難となる。そこで、本実施形態では、シャワープレート2に孔9を加工するために、まず直径の大きなドリルを用いて、シャワープレート2の厚さの残りが孔9の直径(1mm)の5倍程度になるまで穴を開ける。次に細い直径(1mm)のドリルを用いて残りの加工を施し、これによって孔9を開通させる。このため、孔9は図7(a)(b)に示すように凸形状となる。
Further, the
なお、上述した実施形態では、中間締結部6および外周締結部7はシャワープレート2に形成されるものとして説明しているが、本発明はこれに限られない。例えば、図9に示すように、中間締結部16および外周締結部17がバッキングプレート13に形成されていてもよい。図9に示す構成によれば、中間締結部16による熱伝導によって、シャワープレート12とバッキングプレート13との温度差を抑えることができる。よって、上述の実施形態と同様に、上記温度差に起因するカソード電極101の変形を防止することができる。
In addition, in embodiment mentioned above, although the intermediate |
本発明は上述した各実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能である。すなわち、異なる実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても、本発明の技術的範囲に含まれる。 The present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications can be made within the scope shown in the claims. In other words, embodiments obtained by appropriately combining technical means disclosed in different embodiments are also included in the technical scope of the present invention.
以下、実施例に基づいて本発明をより詳細に説明するが、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。 EXAMPLES Hereinafter, although this invention is demonstrated in detail based on an Example, this invention is not limited to a following example.
実施例1および2として、上述した実施形態と同様のプラズマCVD装置を用いた。実施例1では、バッファ室4の底面の面積に対する複数の接触面8の総面積の比率を6.01%とした。また、実施例2では上記比率を1.20%とした。なお、処理容器103内に配置するカソード‐アノード電極対は4段とした。
As Examples 1 and 2, the same plasma CVD apparatus as in the above-described embodiment was used. In Example 1, the ratio of the total area of the plurality of
比較例1および2として、カソード電極の構成の他は、実施例1および2と同様のプラズマCVD装置を用いた。カソード電極の構成について、比較例1においては外周締結部7のみによってシャワープレートとバッキングプレートが接続される構成とした。比較例2では上記比率を0.07%とした。
As Comparative Examples 1 and 2, the same plasma CVD apparatus as in Examples 1 and 2 was used except for the configuration of the cathode electrode. Regarding the configuration of the cathode electrode, in Comparative Example 1, the shower plate and the backing plate were connected only by the outer
(カソード電極における温度差)
実施例1および2、ならびに比較例1および2において、温度上昇の過渡状態でシャワープレートとバッキングプレートとの温度差がどのような挙動を示すのかをシミュレーションを行った。シミュレーションは、電力条件1:900×10−6W/mm2投入と、電力条件2:1300×10−6W/mm2投入とについて各々行った。なお、電力条件1は、通常の薄膜形成時の電力条件とすることができ、電力条件2は、ハイパワーのドライクリーニング時の電力条件とすることができる。
(Temperature difference at cathode electrode)
In Examples 1 and 2 and Comparative Examples 1 and 2, a simulation was performed to see how the temperature difference between the shower plate and the backing plate shows in a transient state of temperature rise. The simulation was performed for power condition 1: 900 × 10 −6 W / mm 2 input and power condition 2: 1300 × 10 −6 W / mm 2 input. The power condition 1 can be a power condition during normal thin film formation, and the
温度差の比較は、電力投入から24時間経過した時点に行った。 The comparison of the temperature difference was performed when 24 hours passed after the power was turned on.
その結果、表1に示すような結果となった。なお、温度差とは、シャワープレート内における最高温度と、バッキングプレート内における最低温度との差を意味する。 As a result, the results shown in Table 1 were obtained. The temperature difference means the difference between the maximum temperature in the shower plate and the minimum temperature in the backing plate.
表1に示すように、実施例1および2では、比較例1および2に比して温度差を抑えることができることがわかった。特に、1300×10−6W/mm2電力投入時には、実施例1の効果が顕著に現れた。 As shown in Table 1, in Examples 1 and 2, it was found that the temperature difference can be suppressed as compared with Comparative Examples 1 and 2. In particular, when 1300 × 10 −6 W / mm 2 of power was turned on, the effect of Example 1 was noticeable.
上記結果によれば、1300×10−6W/mm2というハイパワーのドライクリーニング時であっても、カソード電極内の温度差を抑制できることが明らかとなった。 According to the above results, it became clear that the temperature difference in the cathode electrode can be suppressed even during high power dry cleaning of 1300 × 10 −6 W / mm 2 .
(カソード電極の反り量)
実施例1および2、ならびに比較例1および2において、温度差によるカソード電極の反り量のシミュレーションを行った。
(Curve amount of cathode electrode)
In Examples 1 and 2 and Comparative Examples 1 and 2, simulation of the amount of warpage of the cathode electrode due to temperature difference was performed.
具体的には、上記温度差シミュレーションと同一条件にて、各実施例および各比較例におけるカソード電極がどのような変形量となるのかについて、シミュレーションを行った。 Specifically, a simulation was performed on the deformation amount of the cathode electrode in each example and each comparative example under the same conditions as the temperature difference simulation.
その結果、表1に示すような結果となった。なお、表1において、変形量とは対向するアノード電極方向への変形量を意味し、つまり、カソード間のギャップの変動を意味する。 As a result, the results shown in Table 1 were obtained. In Table 1, the amount of deformation means the amount of deformation in the direction of the opposing anode electrode, that is, the change in the gap between the cathodes.
表1に示すように、実施例1および2では、比較例1および2に対して変形量を抑えることができることがわかった。特に実施例1ではより効果的に変形量を抑えることができた。 As shown in Table 1, in Examples 1 and 2, it was found that the amount of deformation can be suppressed compared to Comparative Examples 1 and 2. In particular, in Example 1, the amount of deformation could be more effectively suppressed.
また、上記結果を、図10(a)に示すように、縦軸を変形量とし、横軸をバッファ室4の底面の面積に対する複数の接触面8の総面積の比率を投入電力密度により割った値として、シミュレーション結果をプロットした。この結果から、上記値が5以上の場合、特に変形量を抑制できることが分かった。
In addition, as shown in FIG. 10A, the above results are obtained by dividing the ratio of the total area of the plurality of
同様に、図10(b)に、縦軸を温度差とした場合も同様に、上記値が5以上の場合、特に温度差を抑制できることが分かった。 Similarly, in FIG. 10B, it was found that the temperature difference can be particularly suppressed when the vertical axis is the temperature difference when the value is 5 or more.
さらに、実施例1および2において、実際に一定膜厚(例えば1μm)を堆積し、基板面内の膜厚均一性に関して比較を行った。その結果を図11および表1に示す。なお、基板内の膜厚の測定箇所については、図12に示すように複数の箇所において行った。 Further, in Examples 1 and 2, a constant film thickness (for example, 1 μm) was actually deposited, and the film thickness uniformity within the substrate surface was compared. The results are shown in FIG. In addition, about the measurement location of the film thickness in a board | substrate, as shown in FIG.
図11に示すように、実施例1では、実施例2に比べて、基板面内の膜厚均一性が改善されており、良好な結果が得られた。よって、カソード電極の変形量が実施例2よりも小さい実施例1によれば、膜厚をより均一に堆積できることが分かった。 As shown in FIG. 11, in Example 1, the film thickness uniformity in the substrate surface was improved as compared with Example 2, and good results were obtained. Therefore, it was found that according to Example 1 in which the deformation amount of the cathode electrode is smaller than that of Example 2, the film thickness can be deposited more uniformly.
本発明は、例えば薄膜形成を行うプラズマCVD装置として利用できる。 The present invention can be used as, for example, a plasma CVD apparatus for forming a thin film.
2 シャワープレート
3 バッキングプレート
4 バッファ室
6 中間締結部
7 外周締結部
100、200 プラズマCVD装置
101 カソード電極
102 アノード電極
103 処理容器(処理室)
106 プラズマ励起電源
2
106 Plasma excitation power supply
Claims (7)
表裏面を気相に露出して上記処理室内に互いに対向して配置された電極により構成され、かつ上記処理ガスをプラズマ化する電極対を備え、
少なくとも一方の上記電極は、当該電極の備える、支持プレートと複数の貫通孔を有するシャワープレートとによって、上記処理室へ上記処理ガスを供給するためのバッファ室を構成し、
上記支持プレートと上記シャワープレートとは、少なくとも1つ以上の中間締結部によって接続されていることを特徴とするプラズマCVD装置。 A plasma CVD apparatus for forming a film on a substrate by converting a processing gas into a plasma in a processing chamber,
It comprises an electrode pair that is exposed to the gas phase and is disposed opposite to each other in the processing chamber and that converts the processing gas into plasma,
At least one of the electrodes constitutes a buffer chamber for supplying the processing gas to the processing chamber by a support plate and a shower plate having a plurality of through-holes provided in the electrode,
The plasma CVD apparatus, wherein the support plate and the shower plate are connected by at least one intermediate fastening portion.
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