JP3143290U - プラズマ生成用電極 - Google Patents
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Abstract
【課題】プラズマプロセス装置中に利用され、電界分布を調整し、プラズマ均一性を向上するプラズマ生成用電極を提供する。
【解決手段】プラズマ生成用電極100は、第1の表面111と第1の表面111に対して表裏の関係で設けられた第2の表面112とを有し、RF電流源130と電気的に接続し、電界を生成する電極片110と、電極片110の一側に隣接し、第1の表面111から第2の表面112にかけて対称に形成され、電界の強度分布を制御する摂動スロット120とを備える。摂動スロット120は、RF電流源130と同じ側に配置される。
【選択図】図1
【解決手段】プラズマ生成用電極100は、第1の表面111と第1の表面111に対して表裏の関係で設けられた第2の表面112とを有し、RF電流源130と電気的に接続し、電界を生成する電極片110と、電極片110の一側に隣接し、第1の表面111から第2の表面112にかけて対称に形成され、電界の強度分布を制御する摂動スロット120とを備える。摂動スロット120は、RF電流源130と同じ側に配置される。
【選択図】図1
Description
本考案は、電極に関し、特に、プラズマプロセス装置中に利用し、電界分布を調整することが可能なプラズマ生成用電極に関する。
今日の半導体製造工程技術において、プラズマは、非常に有効なプラズマ助成式化学蒸着(plasma−assisted chemical vapor deposition)、プラズマアシストエッチング(plasma−assisted etching)、プラズマ重合化(plasma polymerization)などの薄膜工程およびエッチング工程を行うことが可能であり、TFT(Thin Film Transistor) LCD(Liquid Crystal Display)工場、ソーラバッテリ工場およびウェーハ工場など、様々な分野で利用されている。例えば、ソーラバッテリ中の従来の微結晶シリコン薄膜ソーラバッテリの製造工程は、一般に、まず、プラズマエンハンスト化学蒸着(Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition:PECVD)の工程において大量の水素を加えてシランを希釈させた後、反応により微結晶シリコン薄膜を形成し、様々な電気特性を向上させて歩留まりを向上させていた。またそれら様々な工程で使用されるプラズマ周波数が増大すると、めっき膜速度も向上する。しかし、めっき膜を形成する基板面積が増大した場合、その上を伝播する電磁波はその位相変化により電界が変化し、相対的にプラズマ均一性およびめっき膜の効率に悪影響を与えることがあった。特に、めっき膜基板のサイズが従来の8インチや12インチのウェーハなどから、今日のTFT工場、ソーラーエネルギー工場で生産される1平方メートル以上の面積を有するガラス基板まで大型化するに伴い、生産の効率およびコストに重大な悪影響を及ぼすことがあった。
そのため、プラズマ均一性を向上させることが可能で、従来技術の欠点を有さない電極が求められていた。
本考案の目的は、プラズマプロセス装置中に利用され、電界分布を調整し、プラズマ均一性を向上するプラズマ生成用電極を提供することにある。
上述の目的を達成するため、本考案の請求項1に記載のプラズマ生成用電極によると、チャンバ中でプラズマを生成するために用いられ、第1の表面と前記第1の表面に対して表裏の関係で設けられた第2の表面とを有し、RF電流源と電気的に接続して電界を生成する電極片と、前記電極片の一側に隣接し、前記第1の表面から前記第2の表面にかけて対称に形成され、前記電界の強度分布を制御する摂動スロットとを備え、前記摂動スロットは、前記RF電流源と同じ側に配置されることを特徴とする。
本考案の請求項2に記載のプラズマ生成用電極によると、前記電極片は、アルミニウム、アルミ被覆材、シリコン、石英、炭化ケイ素、窒化ケイ素、カーボン、窒化アルミニウム、サファイア、ポリイミドおよびテフロン(登録商標)からなる群から選ばれた材料からなることを特徴とする。
本考案の請求項3に記載のプラズマ生成用電極によると、前記電極片は、上面図で見て方形状、円形状、六角形状および多角形状からなる群から選ばれた形状からなることを特徴とする。
本考案の請求項4に記載のプラズマ生成用電極によると、前記RF電流源は、10MHzから10GHzの間の周波数範囲で操作されることを特徴とする。
本考案の請求項4に記載のプラズマ生成用電極によると、前記RF電流源は、10MHzから10GHzの間の周波数範囲で操作されることを特徴とする。
本考案の請求項5に記載のプラズマ生成用電極によると、前記電極片のサイズは、前記RF電流源の操作周波数に対し、0.0001から0.5ガイド波長であることを特徴とする。
本考案の請求項6に記載のプラズマ生成用電極によると、前記電極片の長さは、前記RF電流源の操作周波数に対し、0.126ガイド波長であることを特徴とする。
本考案の請求項6に記載のプラズマ生成用電極によると、前記電極片の長さは、前記RF電流源の操作周波数に対し、0.126ガイド波長であることを特徴とする。
本考案の請求項7に記載のプラズマ生成用電極によると、前記電極片の幅は、前記RF電流源の操作周波数に対し、0.047ガイド波長であることを特徴とする。
本考案の請求項8に記載のプラズマ生成用電極によると、前記摂動スロットの長さは、前記電極片の長さの95%よりも小さいことを特徴とする。
本考案の請求項8に記載のプラズマ生成用電極によると、前記摂動スロットの長さは、前記電極片の長さの95%よりも小さいことを特徴とする。
本考案の請求項9に記載のプラズマ生成用電極によると、前記摂動スロットの幅は、前記電極片の幅の1%よりも小さいことを特徴とする。
本考案の請求項10に記載のプラズマ生成用電極によると、前記RF電流源と前記摂動スロットとの間の距離は、前記電極片の幅の0.024%であることを特徴とする。
本考案の請求項10に記載のプラズマ生成用電極によると、前記RF電流源と前記摂動スロットとの間の距離は、前記電極片の幅の0.024%であることを特徴とする。
(考案の効果)
本考案のプラズマ生成用電極は、構造が簡素であり、大型基板の製造が可能なため、商業価値が高く、プラズマ処理装置に広く利用することができる。
本考案のプラズマ生成用電極は、構造が簡素であり、大型基板の製造が可能なため、商業価値が高く、プラズマ処理装置に広く利用することができる。
以下、本考案の実施形態を図面に基づいて説明する。なお、これにより本考案が限定されるものではない。
(第1実施形態)
図1を参照する。図1は、本考案の第1実施形態によるプラズマ生成用電極100を示す模式図である。本考案の第1実施形態によるプラズマ生成用電極100は、少なくとも電極片110および摂動スロット120を含む。電極片110は、第1の表面111および第2の表面112を有し、RF電流源130と電気的に接続され、電界を生成する。摂動スロット120は、電極片110の一面で対称にエッチングされ、電界強度分布を制御し、摂動スロット120とRF電流源130とは同じ側に配置されている。
(第1実施形態)
図1を参照する。図1は、本考案の第1実施形態によるプラズマ生成用電極100を示す模式図である。本考案の第1実施形態によるプラズマ生成用電極100は、少なくとも電極片110および摂動スロット120を含む。電極片110は、第1の表面111および第2の表面112を有し、RF電流源130と電気的に接続され、電界を生成する。摂動スロット120は、電極片110の一面で対称にエッチングされ、電界強度分布を制御し、摂動スロット120とRF電流源130とは同じ側に配置されている。
プラズマプロセス工程を利用する蒸着システムにとって、プラズマ生成用電極100は、常圧化学気相成長(APCVD)、減圧化学気相成長(LPCVD)、高密度プラズマCVD(HDP CVD)、プラズマエンハンスト化学蒸着(PECVD)、誘導結合プラズマ(ICP)イオンエッチングに利用することができる。
プラズマ生成用電極100は、アルミニウム、アルミ被覆材、シリコン、石英、炭化ケイ素、窒化ケイ素、カーボン、窒化アルミニウム、サファイア、ポリイミドおよびテフロンからなる群から選ばれてもよい。今日、ソーラバッテリ、オプトエレクトロニック表示装置、ICの製造工程で用いられる加工基板およびそのサイズは様々である。第1実施形態の電極片110は方形状であるが、この電極片110は、円形状ウェーハや方形状ガラス基板など、方形状、円形状、六角形状、多角形状などといった様々な形状で加工基板に利用することができる。
製造工程を行う際は、プラズマの周波数に応じてプラズマ生成用電極100のサイズを選択しなければならず、操作するプラズマ周波数のガイド波長(guided wavelength)によりそのサイズを決めなければならない。プラズマ生成用電極100が電気的に接続されたRF電流源130の操作周波数は、10MHzから10GHzの間である。本考案の一実施形態によると、RF電流源130の最適な操作周波数は13.56MHzである。電極片110は、サイズが0.0001から0.5ガイド波長であるが、好ましくは長さLが0.126ガイド波長であり、幅Wが0.047ガイド波長である。さらに、製造工程を行う際は、RF電流源130から電極片110への給電状況を考慮しなければならない。電磁波の反射が大きくなることを防ぐために、RF電流源130から電極片110に入力されるインピーダンスは、1から300オームであり、好ましくは50オームである。一方、RF電流源130は、インピーダンス整合回路によりインピーダンスの大きさを変え、反射波が大きくなりすぎることを防ぐことができる。
電極100には、プラズマ均一性の向上効果を得るために、摂動スロット120が、電極片110中に形成され、RF電流源130と同じ側に配置されている。摂動スロット120の作用は、RF電流源130に入力された電流方向を摂動させて電極片110上の電界分布を変化させ、電極片110上のプラズマ密度に影響を与える。摂動スロット120は、加工基板と接触されておらず、摂動スロット120のサイズが変わると、入力電流の摂動レベルも変化し、摂動スロット120のサイズが電極片110の電界強度を良好に制御することが可能な条件下で決定しなければならない。摂動スロット120は、長さL1が電極片110の長さLの95%よりも小さく、幅W1が電極片110の幅Wの1%よりも小さい。本考案の第1実施形態において、摂動スロット120の長さL1は、電極片110の長さLの84%であることが好ましく、幅W1が電極片110の幅Wの0.8%であることが好ましい。さらに、RF電流源130と摂動スロット120の間の距離dも入力電流の強度に影響を与えるため、摂動スロット120とRF電流源130の間の距離dが小さすぎるときに摂動スロット120の摂動効果が大きくなり、摂動スロット120とRF電流源130の間の距離dが大きすぎるときに摂動スロット120の摂動効果が小さくなる。摂動スロット120とRF電流源130の間の距離dは、好ましくは電極片110の幅の0.024%である。プラズマ工程は、真空かつ汚染されていない環境で行わなければならないため、プラズマ生成用電極片110は、製造工程を行う際に接地金属チャンバで覆ってプラズマ工程を行う。
図1および図2を参照する。図2は、本考案の第1実施形態による摂動スロット120を有さない電極100の操作周波数が13.56MHzのときの状態を示す電界分布図である。図2の電界分布図は、電極片110の長さLが1510mmであり、幅Wが781mmであるときの状態を示す。この電極片110の縁は電界が大きく変化し、その箇所で発生する電界は、電極片110上の他の箇所の電界と比べて明らかに不均一の状態である。そのため、電極片110の不均一な電界を改善するために、摂動スロット120を加える。図3を参照する。図3は、本考案の第1実施形態によるプラズマ生成用電極100の操作周波数が13.56MHzのときの状態を示す電界分布図である。図3に示す電界分布図は、電極片110の長さLが1230mmであり、幅Wが781mmであるときの状態を示す。この第1実施形態の摂動スロット120は、長さL1が1275mmであり、幅W1が10mmであり、摂動スロット120とRF電流源130の間の距離dは30mmである。図3を参照する。図3に示す摂動スロット120の他の三辺の縁の電界変化は、図2に示す電界変化よりも小さく、電極片110上の電界が不均一な状態は、摂動スロット120を加えることにより改善させることができる。
(第2実施形態)
図4を参照する。図4は、本考案の第2実施形態によるコンデンサ結合型プラズマ装置200を示す模式図である。コンデンサ結合型プラズマ装置200は、少なくともチャンバ210と、ステージ230と、プラズマ生成用電極100と、ガス排出孔213と、ガス導入孔214とを含む。
図4を参照する。図4は、本考案の第2実施形態によるコンデンサ結合型プラズマ装置200を示す模式図である。コンデンサ結合型プラズマ装置200は、少なくともチャンバ210と、ステージ230と、プラズマ生成用電極100と、ガス排出孔213と、ガス導入孔214とを含む。
本考案の第2実施形態において、チャンバ210は、第1の表面211および第2の表面212を有して接地され、製造工程に必要な密閉空間を有する。ステージ230は、チャンバ210の第1の表面211上に配置され、チャンバ210中で製造工程を行うときに必要なプラズマ生成用電極100を載置してもよい。またステージ230は、絶縁材料を使用してチャンバ210の第1の表面211と、製造工程を行う時に必要な電極とを絶縁させてもよい。このステージは、シリコン、GaAs、セラミック、ガラス、ガラス繊維、炭化水素セラミック、テフロン、テフロンガラス繊維およびテフロンセラミックからなる群から選ばれた材料からなってもよい。
プラズマ生成用電極100は、チャンバ210中においてステージ230上に配置され、チャンバ210中に均一な電界を生成し、電極100とチャンバ210の第1の表面211との間にコンデンサ効果を発生させてプラズマを発生させる。このプラズマ生成用電極100は、好ましくは長さLが0.126ガイド波長であり、幅Wが0.047ガイド波長である。製造工程を行う際は、プラズマ生成用電極100の上方に加工基板220を配置し、プラズマ反応を発生させてもよい。加工基板は、サスペンション基板、シリコン基板、GaAs基板、セラミック基板、ガラス基板、ガラス繊維基板、炭化水素化合物セラミック基板、テフロン基板、テフロンガラス繊維基板およびテフロンセラミック基板からなる群から選んでもよい。
本考案の第2実施形態において、ガス排出孔213は、チャンバ210の第2の表面212上に設けられ、チャンバ210中の製造工程で発生した排気ガスを排出させ、チャンバ210中の真空排気を行う。ガス導入孔は、チャンバの第2の表面上に設けられ、プラズマの発生に必要なガスをチャンバ中へ導入し、ガス導入孔からSixOyCzNlHm(ここで、x、y、z、lおよびmは、0または整数である。)で表される化合物気体を導入し、これにはSiH4、Si(OC2H5)、(CH3)2Si(OCH3)2、C6H6ガスが含まれる。
(第3実施形態)
図5を参照する。図5は、本考案の第3実施形態による噴射式コンデンサ結合型プラズマ装置300を示す模式図である。第3実施形態による噴射式コンデンサ結合型プラズマ装置300は、少なくともチャンバ310と、ステージ320と、プラズマ生成用電極100と、ガス導入孔350と、ガス排出孔313とを含む。
図5を参照する。図5は、本考案の第3実施形態による噴射式コンデンサ結合型プラズマ装置300を示す模式図である。第3実施形態による噴射式コンデンサ結合型プラズマ装置300は、少なくともチャンバ310と、ステージ320と、プラズマ生成用電極100と、ガス導入孔350と、ガス排出孔313とを含む。
本考案の第3実施形態において、チャンバ310は、第1の表面311および第2の表面312を有して接地され、製造工程に必要な密閉空間を得る。ガス導入孔350は、チャンバ310の第2の表面312上に設けられ、プラズマの発生に必要なガスをチャンバ310中へ導入し、ガス導入孔350からSixOyCzNlHm(ここで、x、y、z、lおよびmは、0または整数である。)で表される化合物気体を導入し、これにはSiH4、Si(OC2H5)、(CH3)2Si(OCH3)2、C6H6ガスが含まれる。ステージ320は、チャンバ310の第1の表面311上に配置することにより、チャンバ310中で製造工程を行う際に必要な電極を載置し、ステージ320は、絶縁材料を使用してチャンバ310の第1の表面311と、製造工程を行う時に必要な電極とを絶縁させる。このステージ320は、シリコン、GaAs、セラミック、ガラス、ガラス繊維、炭化水素化合物セラミック、テフロン、テフロンガラス繊維およびテフロンセラミックからなる群から選ばれた材料からなる。
第3実施形態において、プラズマ生成用電極100は、ステージ320上に配置され、チャンバ310中に均一な電界を生成させる。プラズマ生成用電極100とチャンバのガス導入孔350との間にコンデンサ効果を発生させてプラズマを発生させ、電極100とチャンバ310の第1の表面311との間にコンデンサ効果を発生させる。このプラズマ生成用電極100は、好ましくは長さLが0.126ガイド波長であり、幅Wが0.047ガイド波長である。この工程を行う際は、プラズマ生成用電極100の上方にステージ320を配置させてプラズマ反応を発生させてもよい。加工基板は、サスペンション基板、シリコン基板、GaAs基板、セラミック基板、ガラス基板、ガラス繊維基板、炭化水素化合物セラミック基板、テフロン基板、テフロンガラス繊維基板およびテフロンセラミック基板からなる群から選んでもよい。
また、チャンバ310の第2の表面312上にガス排出孔313を設け、チャンバ310中の製造工程で発生した排気ガスを排出させ、真空排気を行ってもよい。
また、チャンバ310の第2の表面312上にガス排出孔313を設け、チャンバ310中の製造工程で発生した排気ガスを排出させ、真空排気を行ってもよい。
以上、当該分野の技術を熟知するものが理解できるように本考案の好適な実施形態を開示したが、本考案は上述した実施形態に限定されるものではなく、本考案の主旨と領域を脱しない範囲内で各種の変更や修正を加えることができる。従って、本考案の実用新案登録請求の範囲は、このような変更や修正を含めて広く解釈される。
100:プラズマ生成用電極、110:電極片、111:第1の表面、112:第2の表面、120:摂動スロット、130:RF電流源、200:コンデンサ結合型プラズマ装置、210:チャンバ、211:第1の表面、212:第2の表面、213:ガス排出孔、214:ガス導入孔、220:加工基板、230:ステージ、240:RF電流源、300:噴射式コンデンサ結合型プラズマ装置、310:チャンバ、311:第1の表面、312:第2の表面、313:ガス排出孔、320:ステージ、330:加工基板、340:RF電流源、350:ガス導入孔
Claims (10)
- チャンバ中でプラズマを生成するために用いられるプラズマ生成用電極であって、
第1の表面と前記第1の表面に対して表裏の関係で設けられた第2の表面とを有し、RF電流源と電気的に接続し、電界を生成する電極片と、
前記電極片の一側に隣接し、前記第1の表面から前記第2の表面にかけて対称に形成され、前記電界の強度分布を制御する摂動スロットと、を備え、
前記摂動スロットは、前記RF電流源と同じ側に配置され、プラズマ均一性を向上することを特徴とするプラズマ生成用電極。 - 前記電極片は、アルミニウム、アルミ被覆材、シリコン、石英、炭化ケイ素、窒化ケイ素、カーボン、窒化アルミニウム、サファイア、ポリイミドおよびテフロン(登録商標)からなる群から選ばれた材料からなることを特徴とする請求項1に記載のプラズマ生成用電極。
- 前記電極片は、上面図で見て方形状、円形状、六角形状および多角形状からなる群から選ばれた形状からなることを特徴とする請求項1に記載のプラズマ生成用電極。
- 前記RF電流源は、10MHzから10GHzの間の周波数範囲で操作されることを特徴とする請求項1に記載のプラズマ生成用電極。
- 前記電極片のサイズは、前記RF電流源の操作周波数に対し、0.0001から0.5ガイド波長であることを特徴とする請求項4に記載のプラズマ生成用電極。
- 前記電極片の長さは、前記RF電流源の操作周波数に対し、0.126ガイド波長であることを特徴とする請求項4に記載のプラズマ生成用電極。
- 前記電極片の幅は、前記RF電流源の操作周波数に対し、0.047ガイド波長であることを特徴とする請求項4に記載のプラズマ生成用電極。
- 前記摂動スロットの長さは、前記電極片の長さの95%よりも小さいことを特徴とする請求項1に記載のプラズマ生成用電極。
- 前記摂動スロットの幅は、前記電極片の幅の1%よりも小さいことを特徴とする請求項1に記載のプラズマ生成用電極。
- 前記RF電流源と前記摂動スロットとの間の距離は、前記電極片の幅の0.024%であることを特徴とする請求項1に記載のプラズマ生成用電極。
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