JP2547035B2 - プラズマ処理装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、プラズマ処理装置に関する。

（従来の技術） プラズマ処理装置においては、対向する電極間に直流
又は交流又はこれらの重複電圧を印加し所望の圧力にす
ることによってプラズマを発生させてエッチングやデポ
ジションおよび膜改質、スパッタリング、イオンの発
生、電子の発生等を行なってきた。プラズマCVD装置
は、例えば特開昭61−201779号、実開昭62−2238号公報
により周知の如く、長手方向に対して平行な電極が所定
間隔毎に複数枚配置され、この電極に複数枚の被処理基
板例えば半導体ウエハを載置し、この電極間に電圧を印
加することにより行われていた。

また、長手方向に対して垂直に電極が配置されたもの
は特開昭55−123130号、実開昭62−2239号、実開昭62−
2240号公報により周知である。

（発明が解決しようとする問題点） しかしながら上記長手方向に対して平行に電極が設け
られたプラズマ処理装置においては、電極板面積が大き
いために非常に高価なものとなっていた。また、被処理
基板の自動着脱等が困難であると共に電極板の分解・組
立てが容易ではなく、この為、スループットの向上が困
難であった。また更に、被処理基板が大型化・大口径化
するに従ってバッチ当りの装着枚数が急激に減少し、こ
れもスループットの向上を困難としていた。

バッチ当りの装着枚数における問題点は、上記した長
手方向に対して垂直に電極が配置しているプラズマ処理
装置により解決されるが、上記の装置では分解・組立て
が容易でなく長時間要するという問題が依然として残っ
ていた。また、これは給電体と電極との電気的接続が導
電性部材を介して行なわれるため接触不良事故等も発生
する可能性が大きかった。

本発明は上記点に対処してなされたもので、被処理基
板及び電極板の着脱及び分解・組立てが容易なプラズマ
処理装置を提供しようとするものである。

（発明の構成） 各々絶縁管で被覆された第１の給電体及び第２の給電
体を互に平行に配置すると共に、複数のプラズマ発生用
電極板を各々第１の給電体及び第２の給電体の間でこれ
ら給電体に直交しかつ垂直な状態で給電体の長さ方向に
略等間隔で配置し、 前記電極板の両面に被処理基板を配置して各電極板を
交互に第１、第２の給電体に接触させ、給電体を介して
電極板間に印加された電圧によりプラズマを発生させて
被処理基板を処理する装置において、 前記絶縁管を丸棒状に構成すると共に、各絶縁管に
は、電極板の厚さに適合し、給電体が露出するように形
成された電極板支持用の溝を、電極板の配列領域を挟ん
で交互に対向するように設け、更に前記溝に続く給電体
の露出部にも電極板の厚さに適合する電極板支持用の溝
を形成し、 各電極板において給電体と接触する個所と反対側の個
所には、絶縁管の外周面に係合する半円状の切り欠き部
を形成し、 電極板の下部を支持すると共に電極板の厚さに適合す
る溝を備えた少なくとも２本の絶縁性の支持棒を前記絶
縁管よりも下方位置に設けたことを特徴とする。

（作用効果） 電極板の下部を少なくとも２本の絶縁性支持棒で支持
すると共に、電極板の左右の一方側及び他方側を夫々給
電体及び絶縁管に接触させ、絶縁管及び絶縁性の支持棒
の各溝に電極板を差し込んで姿勢を維持しているため、
電極板を確実に垂直姿勢に維持できて電極板間の距離を
一定に保つことができ、しかも被処理基板及び電極板の
着脱及び分解組立てを容易に行うことができる。また、
給電体が露出状態になっている溝に電極を躅接接続する
ため接触不良事故を回避することが可能となる。

（実施例） 以下、本発明装置を半導体ウエハ製造工程におけるプ
ラズマCVD装置に適用した一実施例を説明する。

このプラズマCVD装置は、一定の圧力に定められた反
応管例えば石英反応管内に反応ガスを供給し、反応管内
部に所定の間隔を設けて同軸的即ち長手方向に対して垂
直に配列した電極間に高周波電圧を印加し、各電極間に
流入する反応ガスを励起してプラズマエネルギーを発生
させ、このエネルギーによって薄膜を気相によりウエハ
上に成長させる装置である。この構成は次の通りであ
る。

第１図に示すように、直径例えば220mm、長さ例えば2
500mmの密閉された容器例えば円筒状石英反応管１の一
端には被処理基板例えば半導体ウエハ２を搬入搬出する
ための蓋が開閉可能に設けられ、この蓋３にはガス例え
ば反応ガスを流入するためのガス供給パイプ４が結合さ
れている。また、この反応管１の蓋３の他端には、上記
流入した反応ガスを排出するためのガス排出パイプ５が
結合されている。この反応管１を囲撓する如く筒状に例
えばヒーター６が設けられている。

上記反応管１へ搬入するウエハ２は例えば次のように
構成されている。

即ち所定間隔例えば26mmでプラズマ電極例えば耐熱性
材料で構成された第２図（Ａ）の正面及び第２図（Ｂ）
の側面図に示す如く直径例えば180mm、厚さ例えば4mm、
材質例えばグラファイト製であるプラズマ発生用電極板
７が例えば26枚配列されている。この電極板７の両面に
例えば６インチシリコンウエハ２を支持する。このウエ
ハ２支持方法は、例えばグラファイト製支持ピン８を上
記ウエハ２の周囲に接触する位置即ちウエハ２円周上の
複数箇所例えばウエハ２下方部２箇所に配設し、この支
持ピン８によりウエハ２を支持して落下を防止する。こ
の時、支持ピン８は第２図（Ｂ）に示す如くウエハの下
端を正確に支持する如く例えば断面Ｌ字状に形成されて
おり、これが上記電極板７に垂設している。

このような支持ピン８の形状は、少なくとも上記ウエ
ハ２の接触部をテーパー形状に設けてよい。

また、上記電極板７の外周部の例えば１箇所には後に
説明するボートに係合する切り欠き９が半円形状に設け
られている。更にこの電極板７の例えば両面には各１箇
所ずつ、この電極板７外周から中心に向けてウエハ２外
周の内側まで延びた位置まで溝10が設けられており、ウ
エハ２の脱着を容易としている。

このように構成された電極板７を複数枚例えば26枚電
極ポート11に所定間例えば26mm設けて設置する。この電
極ボート11は、絶縁性支持体により構成されている。こ
の絶縁性支持体の構成は、例えば第３図（Ａ）の側面図
及び第３図（Ｂ）の正面図に示す如く内部に給電体例え
ば直径12mm、長さ930mmのグラファイト製給電体12を備
えた複数本例えば２本の例えば外径16mm、長さ930mmで
ある絶縁管例えば石英管13と、複数本例えば２本の例え
ば直径16mm、長さ930mmである石英製支持棒14とが上記
電極板７の外周に対応する位置即ち同円周上に位置する
ように上記石英管13及び支持棒14が平行状態に設けられ
ている。これら２本の石英管13及び２本の支持棒14を固
定するために固定具例えば直径10mm、長さ150mmの石英
製ムク棒15が上記石英管13及び支持棒14の両端に複数本
例えば一端に２本ずつ接続して上記石英管13及び支持棒
14が電極板７外周と対応する位置に設けられているが、
２本の石英管13は上記石英製ムク棒15両端の上部にそれ
ぞれ接続固定され、また、２本の支持棒14は上記両端の
上部に接続した２本の石英管13の内側例えば夫々の端部
から50mmの位置及び上記石英製ムク棒15の下側に接続固
定されている。

上記給電体12は、アルミニウムやステンレス等の金属
もしくはグラファイトや半導体等であって、しかも耐熱
で反応ガスに反応しない材質であり十分な機械的強度を
有する材料或いは外側又は内側に導電性物質を具備した
セラミック、石英等の同様な絶縁材料で構成されていれ
ばいずれでもよいが、この実施例においてはグラファイ
トを使用して説明する。

このように構成された被処理基板配列体即ち電極ボー
ト11上にウエハ２を支持している電極板７を配列するた
めに、第４図に示す如く上記２本の支持棒14の上面に例
えば幅4.1mmの溝16a、16bが複数箇所例えば26箇所に所
定の間隔例えば26mmで設けられ、更に内部に給電体12を
備えた上記２本の石英管13の上面に例えば幅4.1mmの溝1
7a、17bが電極板の配列領域を挟んで交互に対向するよ
うに複数箇所例えば13箇所に所定の間隔例えば52mmで設
けられている。そして給電体12において、溝17a、17bに
続く露出面にも同様の幅の溝が形成されている。この２
本の支持棒14及び２本の石英管13に設けられた各々溝16
a、16b、17a、17bは、長手方向に対して垂直な方向即ち
上記ムク溝15に対して平行な一直線上に位置する如く配
置されている。この時、上記溝16aと溝16bと溝17a、又
は溝16aと溝16bと溝17bは上記一直線上に位置するが、
溝17aと溝17bとは同一直線状に位置することがないよう
に、一溝おきに位置する構成になっている。即ち、電極
板７をこの電極ボート11に載置する際、溝16aと溝16bと
溝17aに挿入されるか、又は溝16aと溝16bと溝17bに挿入
されるかのいずれかになるように設定しておく。溝17a
又は溝17bを形成していない部分は石英管13により絶縁
されている。

このように石英管13、支持棒14に夫々溝16a、16b、17
a、17bを設けて上記電極板７載置時における支持を可能
とする。この時、石英管13に溝17a、17bを形成すること
により、上記内部の給電体即ちグラファイト製給電体12
がこの溝17a、17b部において露出する構成になってい
る。この時、この給電体12の露出部にも同形状即ち幅4.
1mmの溝を形成しておくと、上記電極板７との接触率を
高めることができる。

このように、電極板７は交互に異なった給電体12と接
触することにより容量結合型の電極集合体を形成する。
なおこの実施例では、互いに平行な給電体12、12は夫々
第１の給電体、第２の給電体に相当する。

また、上記空電体12は、蓋３を貫通して反応管１外部
の図示しない電源に接続されている導電機構例えばグラ
ファイト製導電体18と接続している。この時、上記電極
ボート11の石英管13に内蔵しているグラファイト製給電
体12を延長させて、上記と同様に電源に接続してもよ
い。また、この蓋３を貫通している導電体18は、この蓋
３部において例えば気密シールにより気密を保ちなおか
つ電気的に絶縁されている。このようにプラズマCVD装
置が構成されている。

次に、上述したプラズマCVD装置による半導体ウエハ
のプラズマ処理であるプラズマナイトライド膜の成長方
法を説明する。

まず、被処理基板例えば６インチ半導体ウエハ２をグ
ラファイト製であるプラズマ発生用電極板７の両面に支
持する。この支持方法は、ピンセット例えばバキューム
ピンセットによりウエハ２を保持し、このウエハ２を電
極板７に設けられているグラファイト製支持ピン８の溝
に挿入してこの電極板７に支持する。この時、この電極
板７に溝10が設けられているため、上記ピンセットの使
用に差し支えはない。このようにウエハ２を両面に支持
した電極板７を第４図に示す２本の石英管13及び２本の
支持棒14に配列している溝16a、16b、17a、17bに挿入設
定する。

この時、電極板７が支持棒14に形成された溝16a、16b
と一方の石英管13に形成された溝17a及びこれに続く給
電棒12の溝に挿入された場合、他方の石英管13接触部に
は溝が形成されていないため、電極板７側の上記接触部
に設けられた切り欠き９を係合させる。この切り欠き９
の形状を石英管13の形状即ち直径16mmの半円状に形成し
ておくことにより、クリアランスをなくして上記電極板
７を正確に支持する。また、上記とは逆に電極板７が支
持棒14に形成された溝16、16bと他方の石英管13に形成
された溝17b及びこれに続く給電棒12の溝に挿入された
場合、反対側の石英管13接触部には溝が形成されていな
いため電極板７に設けられている切り欠き９を上記と同
様に係合させる。

このように複数枚例えば26枚の電極板７を順次挿入し
ていくが、両端部の電極板７は、隣り合う電極板７方向
側面のみにウエハ２を支持して上記電極ポート11上に載
置する。このように両端２枚の電極板７にウエハ２を１
枚ずつ支持し、更に残りの電極板７、24枚にウエハ２を
２枚ずつ支持することにより上記電極ポート11上に合計
50枚のウエハ２を支持して、この電極ポート11を上記反
応管１内に搬入する。これは図示しない駆動機構によ
り、導電体18に接続した電極ポート11を蓋３ごと移動さ
せる。この搬入後、蓋３は閉制され反応管１は密閉状態
になる。次に反応管１内にパージガスとして例えばアル
ゴンガスにを流入して反応管１内をアルゴンガスに置換
する。そして、ヒータ６により反応管１内を例えば300
℃に保つ。ここで、上記ガス供給パイプ４から反応ガス
例えばSiH₄（シランガス）300SCCM（Standart Cubic Cm
/Minutes）とNH₃（アンモニアガス）2100SCCMに切換え
し、反応管１内の圧力を1.5Torrに保持する。この反応
ガスは予め定めた期間流入し、上記電極板７間に反応ガ
スを充満させる。次に、各対向電極板７間に反応管１外
部に設けられている電源から導電体18及び給電体12を介
して例えば400KHzの高周波電力400W（ワット）を印加す
ると各電極板７間の雰囲気は反応ガスのプラズマ状態と
なる。高エネルギーは励起され各電極板７に支持された
ウエハ２の表面にはプラズマSiN（Sillicon−Nitride）
膜が均一に形成される。この結果、膜厚均一性はウエハ
２内、ウエハ２間共に±４％と従来の±６〜10％に比
べ、優れた結果を得た。

また、上記電極ポート11の分解・組立て時間も従来の
４分の１に短縮することができ、作業性の向上が得られ
た。

上記実施例では、２本の給電体を電極板に交互に接触
させたが、２本に限定するものではなく、更に複数本の
給電体を接触させて実行しても同様な効果を得ることが
できる。即ち、例えば支持棒14にも給電体を設ける事も
でき、更に、別に配置することも可能である。更にまた
上記実施例ではプラズマCVD装置に適用した例について
説明したが、プラズマを取扱う装置であれば何れにも適
用できる。

（発明の効果） 以上述べたように本発明によれば、給電体を内蔵した
絶縁性支持体に所定間隔毎に溝が上記給電体の一部が露
出状態となる如く設けられ、この各溝に被処理基板を保
持する複数毎のプラズマ発生用電極板を接続配置する構
成であり、しかも電極板の半田状の切欠きに丸棒の絶縁
管を係合させ、電極板の他方の側縁を溝に挿入するだけ
で電極板を装着できるので、被処理基板及び電極板の着
脱及び分解組立てが容易であり、例えば従来の４分の１
の時間で行なうことができる。更に絶縁管として丸棒を
用い、そこに交互に給電体まで達する溝を形成する加工
ですむため加工が容易であるし、また、給電体が露出状
態になっている溝に電極を直接接続するため接触不良事
故を回避することが可能となる。

また、上記電極ボート構造によって１枚の電極板は少
なくとも３個所の溝に安定して保持され、電極板間の距
離を一定に保つことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明装置の一実施例を説明するためのプラズ
マCVD装置の構成図、第２図（Ａ）は第１図の電極板の
正面図、第２図（Ｂ）は第２図（Ａ）の側面図、第３図
（Ａ）は第１図の電極板及び電極ボートの側面図、第３
図（Ｂ）は第３図（Ａ）の正面図、第４図は第１図の電
極ボート説明図である。 ２……ウエハ、７……電極板、 ８……支持ピン、９……切り欠き、 11……電極ボート、12……給電体 13……石英管、14……支持棒、 15……ムク棒、 16a、16b、17a、17b……溝。

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】各々絶縁管で被覆された第１の給電体及び
   第２の給電体を互に平行に配置すると共に、複数のプラ
   ズマ発生用電極板を各々第１の給電体及び第２の給電体
   の間でこれら給電体に直交しかつ垂直な状態で給電体の
   長さ方向に略等間隔で配置し、 前記電極板の両面に被処理基板を配置して各電極板を交
   互に第１、第２の給電体に接触させ、給電体を介して電
   極板間に印加された電圧によりプラズマを発生させて被
   処理基板を処理する装置において、 前記絶縁管を丸棒状に構成すると共に、各絶縁管には、
   電極板の厚さに適合し、給電体が露出するように形成さ
   れた電極板支持用の溝を、電極板の配列領域を挟んで交
   互に対向するように設け、更に前記溝に続く給電体の露
   出部にも電極板の厚さに適合する電極板支持用の溝を形
   成し、 各電極板において給電体と接触する個所と反対側の個所
   には、絶縁管の外周面に係合する半円状の切り欠き部を
   形成し、 電極板の下部を支持すると共に電極板の厚さに適合する
   溝を備えた少なくとも２本の絶縁性の支持棒を前記絶縁
   管よりも下方位置に設けたことを特徴とするプラズマ処
   理装置。