JP4011315B2 - Plasma process equipment - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体膜や絶縁膜の製造に用いられているプラズマプロセス装置に関し、特に、プラズマ励起化学気相成長法を用いた装置として好適な薄膜形成用プラズマ化学蒸着装置、ドライエッチング装置、または、アッシング装置などのプラズマプロセス装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
従来より、電子産業におけるアモルファスシリコン(以下、「a−Si」という。)などの半導体膜や絶縁膜の製造には、プラズマプロセス装置が用いられている。このプラズマプロセス装置には、プラズマ励起化学気相成長法を用いた装置として好適な薄膜形成用プラズマ化学蒸着装置、ドライエッチング装置、または、アッシング装置等がある。以下、これらの装置を用いた半導体装置の製造方法の一例を説明する。
【0003】
プラズマ11を使って半導体膜などを成膜し、集積回路・液晶ディスプレイ・アモルファス太陽電池などの電子デバイスを製造する方法、いわゆる、プラズマ励起化学気相成長(Chemical Vapor Deposition(CVD))法は、簡便性・操作性に優れているため、さまざまな電子デバイスを製造することに用いられている。その方法を用いる装置(プラズマ化学蒸着装置、以下、「プラズマCVD装置」という。)の形態としては、以下の図7および図8に示すようなものが一般的である。
【0004】
プラズマCVD装置は、処理室(真空容器)5を用いて閉空間を構成し、その中にお互いに電気的に絶縁された対向する位置に平行に設置された2枚の導電板からなる電極2の間にプラズマ11を発生させ、そこに材料ガスを流してガスを分解および解離することにより、一方の電極2に取付けられたシリコンやガラスといった成膜基板4の上に半導体膜を成膜する。
【0005】
成膜するための材料ガスを分解するためのプラズマ11を発生する手段としては、通常、周波数が13.56MHzの高周波などの電気エネルギが使用される。つまり、一方の導体板電極2は接地電位とし、もう一方の対向する電極2に電圧を印加して両導体板間に電界を発生させ、その絶縁破壊現象によるグロー放電現象としてプラズマ11を生成する。
【0006】
電圧がかかる側の電極、すなわち、電気的エネルギを印加する電極2をカソード電極2aまたは放電電極と呼び、その近傍に大きな電界が形成されるため、そこで加速されるプラズマ11の中の電子が材料ガスの解離を促しラジカルを生成する。そこで生成されたラジカルが、接地電位の電極2の上の成膜基板4までラジカル流れ12として拡散して成膜面に堆積することにより、膜が成長する。なお、接地電位にある電極2をアノード電極2bと呼ぶ。
【0007】
このようなプラズマCVD法はさまざまな産業で広く用いられている。たとえば、アクティブ駆動型の液晶ディスプレイの製造工程では、TFT(Thin Film Transistor)と呼ばれているスイッチング素子が作製されるが、TFT内ではその構成部としてa−Si膜や窒素シリコンなどのゲート酸化膜が重要な役割を果たしている。各々の膜がその役割を果たすためには、高品質膜を効率よく成膜する技術が不可欠である。
【0008】
また、ドライエッチング装置またはアッシング装置は、上記と同様のプラズマ11を利用して、用いるガスを変えることで薄膜の除去またはレジストの除去を行なうものであり、同様にアクティブ駆動型の液晶ディスプレイのTFT製造工程で重要な役割を果たしている。これらプラズマ11を利用して薄膜の堆積・加工を行なう装置を総称してプラズマプロセス装置と呼んでいる。
【0009】
しかしながら、従来使用されてきたプラズマプロセス装置には限界があり、たとえば、プラズマCVD装置としては液晶ディスプレイ・アモルファス太陽電池などの電子デバイスを作製する場合、しばしば、成膜基板4へ高品質膜を形成できるようにプラズマCVD装置を安定動作させることができないという問題が生じていた。
【0010】
ごく一般的なプラズマCVD装置は、図7および図8のような構造をしている。前述のように、プラズマ11はカソード電極2aとアノード電極2bとの間に発生するため、成膜基板4は常にプラズマ11にさらされた状態となる。したがって、成膜面にはプラズマ11から出てくるイオンの衝撃によるダメージを受けるため、膜を高品質化するのが困難である。
【0011】
そこで、成膜基板4へ高品質膜を成膜する方法としては、たとえば、特開平11−144892号公報に記載の技術があるが、以下、これを説明する。
【0012】
この方法においては、図5および図6に示すように、凸面を有する電極2を複数設けた成膜基板4を電極2から離れた位置に設置することで、横電界を形成し高品質の成膜が可能になるとしている。このように、成膜基板4を電極2から離れた場所に位置させることで、成膜基板4がプラズマ11にさらされることがなくなり、薄膜の成膜表面へのイオン衝撃による膜質劣化がなく高品質膜の形成が可能となる。
【0013】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、この方法ではプラズマ11発生空間へガスを噴出するガス導入口6あるいは噴出前にガスを滞留させておくガス滞留部7にて不要な放電が発生してしまうという問題が発生する。この原因としては、横電界を発生するためガス導入口6またはガス滞留部7が近傍にある複数の電極間に電圧を印加するため、ガス導入口6またはガス滞留部7にその漏れ電界が発生して絶縁破壊現象に至るためのものである。
【0014】
このような放電が発生してしまうと、パウダーと呼ばれる高微分子体が発生する。筆者らの知見では、特にこのような漏れ電界によるような不安定な放電がパウダーを発生させやすい。このような状態で装置を運転し続けると、ガス導入口6またはガス滞留部7にパウダーが蓄積されてガス導入口6に目詰まりを起こしたり、材料ガスとともにパウダーがプラズマ11発生空間に運ばれてそのまま基板上の膜内に取込まれてしまったりする。
【0015】
すなわち、パウダーを取除くためにプラズマCVD装置のメンテナンスが頻繁に必要となったり、作製したTFT基板の歩留まりが低下したりする。つまり、この方法では、プラズマCVD装置の安定動作が保証できない。さらに、このような不要な放電が発生することで余分な消費電力が発生し、成膜に費やされる正味の電力量が不明となるために、成膜膜厚の制御精度に支障をきたす。すなわち、高品質膜を基板にプラズマCVD装置の安定動作させて、成膜する方法が未だ確立されていない。
【0016】
また、従来使用されてきたドライエッチング装置またはアッシング装置は、図7および図8に示すプラズマCVD装置と同様の装置と使用しているが、これもまた問題を抱えていた。すなわち、プラズマ11が成膜基板4全面にあるので、プラズマ11内でラジカルの発生制御とイオンによる物理的エッチング動作を分離して制御できなかった。この場合に、特開平11−144892号公報の方法、すなわち、図5および図6に示すようなプラズマCVD装置と同様の構造の装置を使用すれば、制御性は向上するものの、ガスを噴出させるガス導入口6または噴出前にガス滞留をさせておくガス滞留部7にて不要な放電が発生してしまうことはプラズマCVD装置の場合と同様であり、不要な電力消費や不安定な装置動作を招いてしまうという課題を抱えている。要するに、プラズマプロセス装置として、高品質な成膜加工を安定動作で行なえる装置がこれまで確立されていなかった。
【0017】
本発明は、上述の問題に鑑みてなされたものであり、その目的は、高品質成膜および加工を安定動作で行なえるプラズマプロセス装置を提供することである。
【0018】
【課題を解決するための手段】
本発明のプラズマプロセス装置は、プラズマを利用して成膜処理がなされるプラズマ処理室と、プラズマ処理室内に設けられたカソード電極と、カソード電極およびそれに電気的に接続された部材によって囲まれ、プラズマ処理室内にプラズマを発生させるためのプラズマ発生用ガスを導入するためのガスが滞留するガス滞留部と、カソード電極に接するように設けられた絶縁部と、絶縁部を介してカソード電極に対向するように設けられたアノード電極と、カソード電極およびアノード電極とはプラズマ処理室内の空間を介して設けられた成膜基板と、カソード電極のみを貫通して前記ガス滞留部と空間とを連通させるガス導入口とを備え、ガス滞留部の内壁面全面が実質的に同電位になるように構成されている。
【0019】
このような構成によれば、ガス滞留部の内壁面各部位の電位差により生じる電界の影響により、パウダーが発生することを抑制することができる。その結果、高品質な成膜加工を安定動作で行なうことができる。
本発明の他の局面のプラズマ処理装置は、プラズマを利用して成膜処理がなされるプラズマ処理室と、プラズマ処理室内に設けられたカソード電極と、カソード電極およびそれに電気的に接続された部材によって囲まれ、プラズマ処理室内にプラズマを発生させるためのプラズマ発生用ガスを導入するためのガスが滞留するガス滞留部と、カソード電極に接するように設けられた絶縁部と、絶縁部を介してカソード電極に対向するように設けられたアノード電極と、カソード電極およびアノード電極とはプラズマ処理室内の空間を介して設けられた成膜基板と、カソード電極および絶縁部の双方を貫通してガス滞留部と空間とを連通させるガス導入口とを備え、ガス滞留部の内壁面全面が実質的に同電位になるように構成されている。
このような構成によっても、ガス滞留部の内壁面各部位の電位差により生じる電界の影響により、パウダーが発生することを抑制することができる。その結果、高品質な成膜加工を安定動作で行なうことができる。
【0026】
【発明の実施の形態】
以下に、本実施の形態のプラズマプロセス装置を、図を用いて具体的に説明する。
【0027】
(実施の形態1)
本実施の形態のプラズマプロセス装置を、図1および図2に示すようなプラズマCVD装置を例にして説明する。本実施の形態のプラズマプロセス装置は、ガスを排出するためのメカニカル・ブースタ・ポンプ、またはロータリー・ポンプを装置に取付けて使用している。プラズマ発生のための材料ガスは、SiH4(1000sccm)と水素(1500sccm)とを用いている。この材料ガスの導入は、図1に示すように、ストライプ状のカソード電極2aに整列したガス導入口6から行なうものとする。電気的エネルギの印加を行なうために周波数13.56MHzの高周波電源を使用する。
【0028】
電極部としては、図1および図2に示すように、5mm×5mm×1000mのアルミニウム棒と、このアルミニウム棒と高さのみ異なる5mm×10mm×1000mmのアルミニウム棒とが多数用いられ、大きさが1100mm×1100mmで厚みが3mmのアルミニウム板の上に配置される。アルミニウム板と5mm×10mm×1000mmのアルミニウム棒とは、電気的に確実に接触するようにボルトを用いて固定されている。電極2aと電極2bとの間の空間は絶縁物であるアルミナをそれぞれの形に加工して埋込んで電極間絶縁層3とする。電極2aと電極2bとの間と電極間絶縁層3を組合せた構成物を電極基板と呼ぶとすると、電極基板全体は1100mm×1100mm×13mmの大きさになっている。
【0029】
高周波電圧が電極基板のアルミニウム板部に印加されて、5mm×10mm×1000mmのアルミニウム棒が高周波電位のカソード電極2aとして機能する。カソード電極2aと電極間絶縁層3で絶縁された5mm×5mm×1000mmのアルミニウム棒が接地電位のアノード電極2bとして機能する。ガス滞留部7は電極基板のアルミニウム板とその他の内壁がすべて金属で構成され、電気的に同電位になるような構造である。
【0030】
また、個々のガス導入口6もカソード電極2aとして機能する1つのアルミニウム棒を貫通するように設計されているので、その内壁は電気的の同電位になるような構造である。さらに、ガス導入口6とガス滞留部7との内壁は、同電位である。
【0031】
成膜基板4として、カソード電極2aから15mm離れた位置に厚み1.1mmのガラス基板を設置する。図1および図2の中には省略したが、成膜基板4を加熱する(成膜基板温度で200℃)ために、成膜基板を保持している成膜基板ホルダ9の後にヒータを取付けている。
【0032】
図1のプラズマプロセス装置に対して、ガス圧力を80Paとして高周波電力を500Wとした装置の運転の様子を調べたところ、アモルファスシリコン膜が形成され成膜速度5Å/秒の成膜速度を得ることができた。また、装置運転後にガス導入口6とガス滞留部7とを調べたところ、パウダーの生成は確認されなかった。
【0033】
一方、比較のために図5および図6の装置についても同様の運転試験を行なった。図5および図6のプラズマプロセス装置は、以下の点を除いて図1および図2のプラズマプロセス装置と同様である。図5および図6に示した従来のプラズマプロセス装置は、電極基板が、5mm×5mm×1000mmの多数のアルミニウム棒により構成され、大きさが1100mm×1100mmで厚みが10mmの凹凸加工されたアルミナ板の上に配置されている。電極基板全体は1100mm×1100mm×100mmの大きさである。すなわち、図1の電極基板からアルミニウム板を取除いた構造とほぼ同じである。ガス滞留部7の上部はアルミナ面であるため、さらに上部にある電極に印加される高周波電圧による高周波電界が侵入してくるのは避けられない。
【0034】
また、個々のガス導入口6も電極間絶縁層3であるアルミナ板を貫通するように設計されているので、その内部には、高周波電界が存在してしまう構造である。すなわち、ガス導入口6の内壁面は同電位にない状態であり、ガス滞留部7の内壁面も同様に同電位にはない状態である。
【0035】
図5および図6に示す従来のプラズマプロセス装置に対して、ガス圧力を80Paとして高周波電力を500Wとして装置の運転様子を調べたところ、図1および図2に示すプラズマプロセス装置の場合と同様にアモルファスシリコン膜が形成された成膜速度4.5Å/秒の成膜速度を得られた。しかしながら、プラズマプロセス装置の運転後にガス導入口6とガス滞留部7とを調べたところ、パウダーが多量に生成されておりガス導入口6およびガス滞留部7の内壁全体がパウダー付着で茶色く変色していた。このようなパウダーが発生してしまったのは次のような原因による。
【0036】
ガス導入口6の内壁面とガス滞留部7内壁面とが同電位ではないため、漏れてしまう高周波電界によりプラズマ11の生成が発生してしまう。その結果として、パウダーが発生してしまったのである。また、成膜速度が0.5Å/秒減少した理由としては、導入した高周波電力の一部が、ガス導入口6とガス滞留部7とにおいて、プラズマ11の異常な発生に費やされたためであり、成膜速度の減少は成膜基板を取出して測定するまでは把握不可能であった。つまり成膜装置としては動作が不安定であり、装置の安全運転が望めない。
【0037】
以上述べたように、本実施の形態のプラズマプロセス装置は、ガス滞留部7の内壁がほぼ同電位であることにより、パウダーの発生が抑制され、安定な装置運転が可能となる。ここで、たとえば、ガス滞留部7の内壁の一部が誘電体で構成されていて、その一部だけ内壁の電位が若干異なるような場合でも、すなわち、ガス滞留部7の内壁全面の電位が完全に同じでなくても、プラズマ11やパウダーは発生せず問題は発生しない。すなわち、ガス滞留部7内で不要な放電が発生しない程度に、実質的に内壁面全面がほぼ同電位であれば上記の実験結果と同じ効果が期待できる。同様のことはガス導入口6の内壁についても言える。また、ガス導入口6の内壁全面とガス滞留部7の内壁全面との電位差が大きい場合、それらの内壁面間で放電が発生して、パウダー生成が起こってしまう。その結果から、ガス導入口6の内壁とガス滞留部7の内壁との電位が、全く同じか、放電が発生しない程度に実質的に同電位であることが望ましいことが分かる。
【0038】
以上の実施の形態のプラズマプロセス装置は、主に液晶ディスプレイ用TFT工程での装置を仮定した大きさの装置であるが、同様の効果は装置の大きさに依存せず発揮できる。たとえば、現在シリコンウェハ上に集積回路を作製するプロセスに使用する成膜・ドライエッチング・アッシング装置としては、12インチ程度の装置の大きさが想定されるが、そのような比較的小型のプラズマプロセス装置においても、前述のような構造にすれば、同様の効果を得ることが可能である。
【0039】
また、本実施の形態のプラズマプロセス装置で使用した電極基板材料であるアルミニウムおよびアルミナなどの材料は、これら材料に限定されるものではない。たとえば、電極基板やガス滞留部6に使用したアルミニウムは、導電性が維持できる限りステンレスや各種金属合金類に代替することが可能であるとともに、電極基板に使用したアルミナはテフロン(R)またはフォトベールなどの他の絶縁材料に代替可能である。
【0040】
さらに、本実施の形態のプラズマプロセス装置は、プラズマCVD装置を例にして説明したが、プラズマCVD装置に限定されるものではなく、ドライエッチング装置またはアッシング装置など、広くプラズマ11を用いた薄膜加工装置に適用可能である。たとえば、ドライエッチング装置に適用する場合は、プラズマを発生させるためのガス種をCF4、SF6、Cl2、HC、BCl3、O2などに変更すればよい。また、ドライエッチング装置として用いる場合は、成膜基板1の背面に基板バイアス用の電極を別途取付けることとなる。
【0041】
この場合、図5および図6に示すような構造であると、ガス滞留部6やガス導入部7でプラズマ11が発生してしまうため、その異常なプラズマ11の生成に費やされる電力が予測できるので、ドライエッチング動作に実際どの程度使用されているかという電力の仕様割合が予測不可能であるという不都合が生じる。一方、図1に示すプラズマプロセス装置を用いることで、ガス滞留部7やガス導入口6でプラズマ11が発生することなく、装置として制御された状態で安全運転できる。
【0042】
なお、本実施の形態のプラズマプロセス装置は、上述のように、ガス導入口6を第1導体部品に孔を貫通させることで実現し、ガス滞留部7を第2導体部品の組合せで構成し、第1導体部品を該第2導体部品に組合せるか、該第1部品と該第2部品を一体に形成することが効果的である。
【0043】
(実施の形態2)
本実施の形態のプラズマプロセス装置を、以下図3および図4を用いて説明する。本実施の形態のプラズマプロセス装置の運転結果を以下に示す。図3および図4に示すプラズマCVD装置を使用し、以下に述べる内容を除いて実施の形態1と同様の構成および条件である。電極基板は、図に示すように、5mm×5mm×1000mmの多数のアルミニウム棒により構成され、大きさが1100mm×1100mmで厚みが3mmのアルミニウム板の上に配置されている。
【0044】
電極2間の空間は絶縁物であるアルミナをそれぞれの形に加工されて埋込まれている。電極基板全体は1100mm×1100mm×13mmの大きさである。高周波電圧が電極基板のアルミニウム板部、すなわち、ガス滞留部6の内壁全体に印加され、それらとアルミナで絶縁された5mm×5mm×1000mmのアルミニウム棒が接地電位となっている。すなわち、電極基板のアルミニウム板がカソード電極2a、5mm×5mm×1000mmのアルミニウム棒がアノード電極2bとして機能する。ガス滞留部7は電極基板のアルミニウム板とその他の内壁がすべて金属で構成され、電気的に同電位になるような構造である。
【0045】
また、個々のガス導入口6は電極間絶縁層3であるアルミナ板を貫通するように設計されているので、厳密には、その内壁は同電位にはならないが、周囲の構成物の電位はガス導入口6に対して対称であるので、ガス導入口6内面は図中水平方向にほぼ電気的に同電位と見なせるため、放電が発生しにくい構造となっている。この場合カソード電極2aである高周波電圧印加部は放電空間には露出していないが、高周波電界は上部の電極間絶縁層を通して放電空間に保持される。
【0046】
図3および図4に示すプラズマプロセス装置に対して、ガス圧力を80Paとし、高周波電力65Wとし装置の運転の様子を調べたところ、アモルファスシリコン膜が形成され、成膜速度5Å/秒の成膜速度を得ることができた。また、プラズマプロセス装置の運転後にガス導入口6とガス滞留部7とを調べたところ、パウダーの生成は確認されなかった。
【0047】
上記のような本実施の形態のプラズマプロセス装置によれば、成膜基板4への成膜・薄膜加工を安定した装置性能で行なうことができる。
【0048】
また、アクティブ駆動型の液晶ディスプレイを作製するためには、アモルファスシリコン膜などを用いたTFT部を持つ必要があるが、その製造工程で高品質膜を安定した装置運転で形成および加工が可能となることで、デバイス作製の再現性の確保およびメンテナンス時間の低減と歩留まりの向上の点で改善を図ることができる。
【0049】
さらに、液晶ディスプレイ以外の分野では、同じくプラズマCVD法により成膜を行なっているアモルファスシリコン太陽電池の光変換層であるアモルファスシリコンの成膜装置としても同様の効果が得られる。
【0050】
なお、今回開示された実施の形態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説明ではなく特許請求の範囲によって示され、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ことが意図される。
【0051】
【発明の効果】
上記のプラズマプロセス装置によれば、ガス滞留部の内壁面各部位の電位差により生じる電界の影響により、パウダーが発生することを抑制することができるため、高品質な成膜加工を安定動作で行なうことができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 実施の形態1の薄膜形成用プラズマ化学蒸着装置の概略構成を示す図である。
【図2】 実施の形態1の薄膜形成用プラズマ化学蒸着装置の断面を示す図である。
【図3】 実施の形態2の薄膜形成用プラズマ化学蒸着装置の概略構成を示す図である。
【図4】 実施の形態2の薄膜形成用プラズマ化学蒸着装置の断面を示す図である。
【図5】 従来の薄膜形成用プラズマ化学蒸着装置の概略構成を示す図である。
【図6】 従来の薄膜形成用プラズマ化学蒸着装置の断面を示す図である。
【図7】 従来の薄膜形成用プラズマ化学蒸着装置の概略構成を示す図である。
【図8】 従来の薄膜形成用プラズマ化学蒸着装置の断面を示す図である。
【符号の説明】
1 電源(電気的エネルギ印加を行なう)、2 電極、2a カソード電極、2b アノード電極、3 電極間絶縁層、4 成膜基板、5 処理室(真空容器)、6 ガス導入口、7 ガス滞留部、8 導入端子、9 成膜基板ホルダ、11 放電(プラズマ)、12 ラジカル流れ、13 ガス供給部、14 ガス流れ。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a plasma process apparatus used for manufacturing a semiconductor film or an insulating film, and in particular, a plasma chemical vapor deposition apparatus for forming a thin film, a dry etching apparatus suitable as an apparatus using plasma enhanced chemical vapor deposition, or The present invention relates to a plasma process apparatus such as an ashing apparatus.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, a plasma process apparatus has been used to manufacture semiconductor films such as amorphous silicon (hereinafter referred to as “a-Si”) and insulating films in the electronics industry. As this plasma process apparatus, there are a plasma chemical vapor deposition apparatus for forming a thin film, a dry etching apparatus, an ashing apparatus, etc. suitable as an apparatus using a plasma enhanced chemical vapor deposition method. Hereinafter, an example of a method for manufacturing a semiconductor device using these devices will be described.
[0003]
A method of forming an electronic device such as an integrated circuit, a liquid crystal display, and an amorphous solar cell by forming a semiconductor
[0004]
The plasma CVD apparatus constitutes a closed space using a processing chamber (vacuum vessel) 5, and an
[0005]
As means for generating the
[0006]
The electrode to which voltage is applied, that is, the
[0007]
Such a plasma CVD method is widely used in various industries. For example, in the process of manufacturing an active drive type liquid crystal display, a switching element called TFT (Thin Film Transistor) is manufactured, but in the TFT, a gate oxide such as an a-Si film or nitrogen silicon is used as a component of the switching element. The membrane plays an important role. In order for each film to play its role, a technique for efficiently forming a high-quality film is indispensable.
[0008]
The dry etching apparatus or ashing apparatus uses the
[0009]
However, plasma processing apparatuses that have been used in the past have limitations. For example, when manufacturing electronic devices such as liquid crystal displays and amorphous solar cells as plasma CVD apparatuses, high-quality films are often formed on the
[0010]
A very general plasma CVD apparatus has a structure as shown in FIGS. As described above, since the
[0011]
Thus, as a method for forming a high quality film on the
[0012]
In this method, as shown in FIGS. 5 and 6, a
[0013]
[Problems to be solved by the invention]
However, in this method, there arises a problem that unnecessary discharge occurs at the
[0014]
When such a discharge occurs, a high molecular weight substance called powder is generated. According to the knowledge of the authors, an unstable discharge such as a leakage electric field tends to generate powder. If the apparatus is continuously operated in such a state, the powder is accumulated in the
[0015]
That is, the maintenance of the plasma CVD apparatus is frequently required to remove the powder, or the yield of the manufactured TFT substrate is reduced. That is, this method cannot guarantee stable operation of the plasma CVD apparatus. Further, such unnecessary discharge generates extra power consumption, and the net amount of electric power consumed for film formation is unknown, which hinders the control accuracy of the film thickness. That is, a method for forming a high-quality film on a substrate by stably operating a plasma CVD apparatus has not yet been established.
[0016]
Moreover, although the dry etching apparatus or ashing apparatus conventionally used is used with the apparatus similar to the plasma CVD apparatus shown in FIG. 7 and FIG. 8, this also has a problem. In other words, since the
[0017]
The present invention has been made in view of the above-described problems, and an object thereof is to provide a plasma process apparatus capable of performing high-quality film formation and processing with stable operation.
[0018]
[Means for Solving the Problems]
The plasma processing apparatus of the present invention is surrounded by a plasma processing chamber in which film formation is performed using plasma, a cathode electrode provided in the plasma processing chamber, a cathode electrode and a member electrically connected thereto, A gas retaining part for retaining a gas for introducing a plasma generating gas for generating plasma in the plasma processing chamber, an insulating part provided in contact with the cathode electrode, and facing the cathode electrode through the insulating part The anode electrode, the cathode electrode, and the anode electrode that are provided to communicate with each other, the film formation substrate provided through the space in the plasma processing chamber, and the gas retaining portion and the space communicate with each other only through the cathode electrode. And a gas inlet, and the entire inner wall surface of the gas retaining portion is configured to have substantially the same potential.
[0019]
According to such a structure, it can suppress that powder generate | occur | produces according to the influence of the electric field produced by the electric potential difference of each inner wall surface part of a gas retention part. As a result, high-quality film formation can be performed with stable operation.
A plasma processing apparatus according to another aspect of the present invention includes a plasma processing chamber in which film formation is performed using plasma, a cathode electrode provided in the plasma processing chamber, a cathode electrode, and a member electrically connected thereto. A gas retention part in which a gas for introducing a plasma generating gas for generating plasma is generated in the plasma processing chamber, an insulating part provided in contact with the cathode electrode, and an insulating part The anode electrode provided so as to face the cathode electrode, the cathode electrode and the anode electrode are formed through the space in the plasma processing chamber, and the gas stays through both the cathode electrode and the insulating portion. And a gas introduction port for communicating the portion and the space, and the entire inner wall surface of the gas retention portion is configured to have substantially the same potential.
Even with such a configuration, it is possible to suppress the generation of powder due to the influence of the electric field generated by the potential difference between the inner wall surfaces of the gas retention portion. As a result, high-quality film formation can be performed with stable operation.
[0026]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, the plasma processing apparatus of the present embodiment will be specifically described with reference to the drawings.
[0027]
(Embodiment 1)
The plasma process apparatus of the present embodiment will be described by taking a plasma CVD apparatus as shown in FIGS. 1 and 2 as an example. The plasma process apparatus of the present embodiment uses a mechanical booster pump or a rotary pump for discharging gas attached to the apparatus. As a material gas for generating plasma, SiH 4 (1000 sccm) and hydrogen (1500 sccm) are used. As shown in FIG. 1, the introduction of the material gas is performed from the
[0028]
As shown in FIG. 1 and FIG. 2, a large number of 5 mm × 5 mm × 1000 m aluminum rods and 5 mm × 10 mm × 1000 mm aluminum rods differing only in height from the aluminum rod are used as electrode portions. It is arranged on an aluminum plate having a thickness of 1100 mm × 1100 mm and a thickness of 3 mm. The aluminum plate and the aluminum bar of 5 mm × 10 mm × 1000 mm are fixed by using bolts so as to be surely in electrical contact. The space between the
[0029]
A high frequency voltage is applied to the aluminum plate portion of the electrode substrate, and an aluminum bar of 5 mm × 10 mm × 1000 mm functions as the
[0030]
In addition, since each
[0031]
As the
[0032]
When the operation state of the apparatus with the gas pressure of 80 Pa and the high-frequency power of 500 W was examined with respect to the plasma process apparatus of FIG. 1, an amorphous silicon film was formed, and a film formation speed of 5 mm / sec was obtained. I was able to. Further, when the
[0033]
On the other hand, for the purpose of comparison, the same operation test was performed on the apparatus shown in FIGS. The plasma process apparatus of FIGS. 5 and 6 is the same as the plasma process apparatus of FIGS. 1 and 2 except for the following points. The conventional plasma processing apparatus shown in FIG. 5 and FIG. 6 is an alumina plate in which the electrode substrate is constituted by a large number of aluminum rods of 5 mm × 5 mm × 1000 mm, the size is 1100 mm × 1100 mm, and the thickness is 10 mm. Is placed on top. The entire electrode substrate has a size of 1100 mm × 1100 mm × 100 mm. That is, it is almost the same as the structure in which the aluminum plate is removed from the electrode substrate of FIG. Since the upper part of the
[0034]
Moreover, since each
[0035]
When the operation state of the apparatus was examined by setting the gas pressure to 80 Pa and the high frequency power to 500 W with respect to the conventional plasma process apparatus shown in FIGS. 5 and 6, as in the case of the plasma process apparatus shown in FIGS. 1 and 2. A film formation rate of 4.5 liters / second at which the amorphous silicon film was formed was obtained. However, when the
[0036]
Since the inner wall surface of the
[0037]
As described above, in the plasma process apparatus according to the present embodiment, since the inner wall of the
[0038]
The plasma process apparatus of the above embodiment is an apparatus having a size mainly assuming an apparatus in a TFT process for a liquid crystal display, but the same effect can be exhibited regardless of the size of the apparatus. For example, as a film forming / dry etching / ashing apparatus currently used for a process for manufacturing an integrated circuit on a silicon wafer, an apparatus size of about 12 inches is assumed, but such a relatively small plasma process is assumed. In the apparatus, the same effect can be obtained if the structure is as described above.
[0039]
In addition, materials such as aluminum and alumina, which are electrode substrate materials used in the plasma processing apparatus of the present embodiment, are not limited to these materials. For example, the aluminum used for the electrode substrate and the
[0040]
Furthermore, although the plasma process apparatus of the present embodiment has been described by taking the plasma CVD apparatus as an example, it is not limited to the plasma CVD apparatus, and thin film processing using the
[0041]
In this case, if the structure is as shown in FIGS. 5 and 6, the
[0042]
In the plasma process apparatus of the present embodiment, as described above, the
[0043]
(Embodiment 2)
The plasma processing apparatus according to the present embodiment will be described below with reference to FIGS. The operation results of the plasma process apparatus of the present embodiment are shown below. The plasma CVD apparatus shown in FIGS. 3 and 4 is used, and the configuration and conditions are the same as those of the first embodiment except for the contents described below. As shown in the drawing, the electrode substrate is composed of a large number of aluminum rods of 5 mm × 5 mm × 1000 mm, and is arranged on an aluminum plate having a size of 1100 mm × 1100 mm and a thickness of 3 mm.
[0044]
The space between the
[0045]
In addition, since each
[0046]
When the gas pressure was set to 80 Pa, the high frequency power was set to 65 W, and the operation state of the apparatus was examined with respect to the plasma process apparatus shown in FIGS. 3 and 4, an amorphous silicon film was formed, and the film formation rate was 5 mm / sec. Could get speed. Moreover, when the
[0047]
According to the plasma process apparatus of the present embodiment as described above, film formation and thin film processing on the
[0048]
In addition, in order to produce an active drive type liquid crystal display, it is necessary to have a TFT portion using an amorphous silicon film or the like, but it is possible to form and process a high quality film with stable device operation in the manufacturing process. Thus, improvement can be achieved in terms of ensuring reproducibility of device fabrication, reducing maintenance time, and improving yield.
[0049]
Further, in the fields other than the liquid crystal display, the same effect can be obtained as an amorphous silicon film forming apparatus which is a light conversion layer of an amorphous silicon solar cell which is also formed by the plasma CVD method.
[0050]
The embodiment disclosed this time should be considered as illustrative in all points and not restrictive. The scope of the present invention is defined by the terms of the claims, rather than the description above, and is intended to include any modifications within the scope and meaning equivalent to the terms of the claims.
[0051]
【The invention's effect】
According to the above plasma process apparatus, it is possible to suppress the generation of powder due to the influence of the electric field generated by the potential difference between the inner wall surfaces of the gas retention part, so that high-quality film formation is performed with stable operation. be able to.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram showing a schematic configuration of a plasma chemical vapor deposition apparatus for forming a thin film according to a first embodiment.
2 is a view showing a cross section of the plasma chemical vapor deposition apparatus for forming a thin film according to
FIG. 3 is a diagram showing a schematic configuration of a plasma chemical vapor deposition apparatus for forming a thin film according to a second embodiment.
4 is a view showing a cross section of a plasma chemical vapor deposition apparatus for forming a thin film according to
FIG. 5 is a diagram showing a schematic configuration of a conventional plasma chemical vapor deposition apparatus for forming a thin film.
FIG. 6 is a cross-sectional view of a conventional plasma chemical vapor deposition apparatus for forming a thin film.
FIG. 7 is a diagram showing a schematic configuration of a conventional plasma chemical vapor deposition apparatus for forming a thin film.
FIG. 8 is a cross-sectional view of a conventional plasma chemical vapor deposition apparatus for forming a thin film.
[Explanation of symbols]
1 Power supply (for applying electrical energy), 2 electrodes, 2a cathode electrode, 2b anode electrode, 3 interelectrode insulating layer, 4 deposition substrate, 5 processing chamber (vacuum container), 6 gas inlet, 7 gas retention part , 8 lead-in terminal, 9 film formation substrate holder, 11 discharge (plasma), 12 radical flow, 13 gas supply unit, 14 gas flow.
Claims (2)
前記プラズマ処理室内に設けられたカソード電極と、
前記カソード電極およびそれに電気的に接続された部材によって囲まれ、前記プラズマ処理室内にプラズマを発生させるためのプラズマ発生用ガスを導入するためのガスが滞留するガス滞留部と、
前記カソード電極に接するように設けられた絶縁部と、
前記絶縁部を介して前記カソード電極に対向するように設けられたアノード電極と、
前記カソード電極および前記アノード電極とは前記プラズマ処理室内の空間を介して設けられた成膜基板と、
前記カソード電極のみを貫通して前記ガス滞留部と前記空間とを連通させるガス導入口とを備え、
前記ガス滞留部の内壁面全面が実質的に同電位になるように構成された、プラズマプロセス装置。 A plasma processing chamber in which a film is formed using plasma ;
A cathode electrode provided in the plasma processing chamber;
A gas retaining portion surrounded by the cathode electrode and a member electrically connected thereto, and in which a gas for introducing a plasma generating gas for generating plasma is retained in the plasma processing chamber ;
An insulating portion provided in contact with the cathode electrode;
An anode electrode provided to face the cathode electrode through the insulating portion;
The cathode electrode and the anode electrode are a film formation substrate provided through a space in the plasma processing chamber,
A gas inlet that passes through only the cathode electrode and communicates the gas retention part and the space ;
A plasma processing apparatus configured so that the entire inner wall surface of the gas retention portion has substantially the same potential.
前記プラズマ処理室内に設けられたカソード電極と、A cathode electrode provided in the plasma processing chamber;
前記カソード電極およびそれに電気的に接続された部材によって囲まれ、前記プラズマ処理室内にプラズマを発生させるためのプラズマ発生用ガスを導入するためのガスが滞留するガス滞留部と、A gas retention part surrounded by the cathode electrode and a member electrically connected thereto, in which a gas for introducing a plasma generating gas for generating plasma is generated in the plasma processing chamber;
前記カソード電極に接するように設けられた絶縁部と、An insulating portion provided in contact with the cathode electrode;
前記絶縁部を介して前記カソード電極に対向するように設けられたアノード電極と、An anode electrode provided to face the cathode electrode through the insulating portion;
前記カソード電極および前記アノード電極とは前記プラズマ処理室内の空間を介して設けられた成膜基板と、The cathode electrode and the anode electrode are a film formation substrate provided through a space in the plasma processing chamber,
前記カソード電極および前記絶縁部の双方を貫通して前記ガス滞留部と前記空間とを連通させるガス導入口とを備え、A gas inlet that penetrates both the cathode electrode and the insulating part to communicate the gas retaining part and the space;
前記ガス滞留部の内壁面全面が実質的に同電位になるように構成された、プラズマプロセス装置。A plasma processing apparatus configured so that the entire inner wall surface of the gas retention portion has substantially the same potential.
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