JP4894647B2 - プラズマｃｖｄ装置 - Google Patents

Description

本発明は、半導体基板またはガラス基板（以下単に基板という）を下側に向けて膜堆積を行うフェイスダウン方式のプラズマＣＶＤ装置に関する。

従来技術のプラズマＣＶＤ装置について図を参照しつつ説明する。図２は、従来技術のプラズマＣＶＤ装置の主要構成図である。従来技術のプラズマＣＶＤ装置１００は、反応ガスの導入口を有する下部電極１と、上部電極を兼ねるとともに基板５を保持するためのサセプタ（上部電極）２と、このサセプタ２の上方に位置するヒータ３と、下部電極１とサセプタ２との間にプラズマ放電を起こさせるため電圧を印加するＲＦ電源４と、を備える。この従来技術のプラズマＣＶＤ装置１００は、パーティクルが基板５の成膜面に付着することを防止するために、基板５の成膜面を鉛直方向に対して下向きに保持（フェイスダウン）してＣＶＤ成膜するフェイスダウン方式を採用している。

このようなプラズマＣＶＤ装置１００は、成膜時にはサセプタ２の開口２１内の支持部２３に基板５をフェイスダウンで設置して、基板５は支持部２３のみでサセプタ２と接触させた状態としている。ヒータ３により所定温度に加熱し、所定圧力のガス圧下でサセプタ２に設置された基板５と下部電極１との間に電圧を印加してプラズマ放電を起こすことで、基板５の成膜面に酸化膜や窒化膜等を成膜する。従来技術のプラズマＣＶＤ装置１００はこのようなものである。

また、他の従来技術として特許文献１，２に記載されたものも知られている。
特許文献１（特開平８−８１９０号公報，発明の名称；プラズマＣＶＤ装置）に記載の従来技術では、上部電極と下部電極との間にウェーハホルダーを設けると共に、上部電極を上下動させる為のモーター、パルスエンコーダー、圧力センサー、レーザーセンサ等からなる駆動手段を設けた装置である。この駆動手段により、上部電極とウェーハとの間にギャップを形成して、ウェーハと上部電極を完全に容量接続し、ウェーハ面内の電位を均一にするというものである。

また、特許文献２（特開平１−２２５３１２号公報，発明の名称；プラズマＣＶＤ装置）に記載の従来技術では、半導体基板支持台は、半導体基板の裏面全面を覆い、かつ支持台の重心を通る軸に関して回転可能であり、回転により半導体基板主面を鉛直方向上向きから鉛直方向下方まで回転可能としている。これにより、作業性を落とすことなく塵埃の表面付着性の少ないプラズマＣＶＤ膜を、膜圧、膜質の均一性を良好にしつつ成長することが可能となる、というものである。

特開平８−８１９０号公報（特に段落番号［００１０］，図１） 特開平１−２２５３１２号公報（特に第１図，第２図）

従来技術のプラズマＣＶＤ装置では、基板５の表面（成膜面）に絶縁膜が形成されている場合、上部電極２と支持部２３との間に絶縁膜が介在して基板５が所定電圧にならないことがあり、その結果、基板５と下部電極１との間のプラズマ密度の低下や変動が発生して、基板５に形成された膜の膜厚や膜質がばらつくという問題点があった。

特許文献１に記載の従来技術では、ウェーハは上部電極に接触しないため接触不良による問題は生じないが、大がかりな装置を必要とするため、コストが増大するという問題があった。膜の膜厚や膜質がばらつくことなくコスト的に安価なプラズマＣＶＤ装置にしたいという要請があった。
また、特許文献２に記載の従来技術では大型の基板に成膜したい場合、大型の基板を搭載したサセプタを回転できるようにするためには、上部電極と下部電極との距離を長くする必要があるというものであり、大型の基板には適用しにくいという問題があった。大型の基板にも適用可能なプラズマＣＶＤ装置にしたいという要請があった。

そこで、本発明は上記問題点を解決するためになされたものであり、その目的は、簡易かつ安価な構成で大型基板にも適用でき、膜厚のバラツキを少なくしつつ基板上に成膜するようなプラズマＣＶＤ装置を提供することにある。

このような本発明の請求項１に係るプラズマＣＶＤ装置は、
基板の成膜面を下側に向けて膜堆積を行うフェイスダウン方式のプラズマＣＶＤ装置において、
下部電極と、
開口と、開口の下側へ向けて先細るテーパ状の内壁と、内壁の周縁に形成される支持部と、を有し、開口内の支持部上に基板の端部が支持され、開口を通じて基板の成膜面を下側に向けつつ下部電極に基板を対向させる上部電極と、
上部電極のテーパ状の内壁と不接触となるとともに基板の径よりも大きい径としてその一面が基板の背面の全面に接するようになされた導電板と、
導電板の他面に接触して導電板と上部電極とを電気的に接続するコンタクト部と、
を備え、
上部電極の支持部と導電板を通じて基板を等電位にすることを特徴とする。

以上のような本発明によれば、簡易かつ安価な構成で大型基板にも適用でき、膜厚のバラツキを少なくしつつ基板上に成膜するようなプラズマＣＶＤ装置を提供することができる。

以下、本発明を実施するための最良の形態のプラズマＣＶＤ装置について図を参照しつつ説明する。図１は本形態のプラズマＣＶＤ装置の主要構成図である。従来技術と重複する説明もあるが、発明の説明の明瞭化のため再掲しつつ以下に説明する。

本形態のプラズマＣＶＤ装置１０は、下部電極１、サセプタ（上部電極）２、ヒータ３、ＲＦ電源４、導電板６、コンタクト部７を備える。本形態のプラズマＣＶＤ装置１０は、パーティクルが基板５の成膜面に付着することを防止するために、基板５の成膜面を鉛直方向に対して下向き（フェイスダウン）となるように保持してＣＶＤ成膜を行う。なお、本形態では説明の具体化のため基板５は円板であるものとして説明するが、長方形・正方形の板であっても本発明の実施は可能である。

下部電極１は、例えば、基板５と比較して大きい板状の電極であり、反応ガスの導入口（図示せず）も有する。
サセプタ２は、上部電極を兼ねるとともに基板５を保持する機能を有している。保持機能を実現するため、サセプタ２は、開口２１、内壁２２、支持部２３を備える。開口２１は、サセプタ２に形成された円形貫通孔である。開口２１の形状は基板５の形状に応じて正方形、長方形または円形に製作される。内壁２２は、開口２１の下側へ向けて縮径する（先細る）ようにテーパ状に形成されている。支持部２３は内壁２２の最下部の周縁に形成される環状の突出部である。

ヒータ３は、所定温度に加熱する機能を有しており、サセプタ２の上側に配置される。
ＲＦ電源４は、下部電極１と、サセプタ２と、のそれぞれプラス・マイナス側に接続されており、下部電極１とサセプタ２との間にプラズマ放電を起こさせるための所定の高電圧を印加する。

導電板６は、基板５に対して取り外し自在に構成されており、使用時のみ、基板５の背面の全面に接するように設置される。
この導電板６は、基板５の背面の全面に接するように同じ径の円板かまたは少し大きい径の円板として設けられる。ここで内壁２２はテーパ面としているため、導電板６の大きさ（径）を少し大きくすることが可能である。ただし、基板５の裏面へ確実に密着させる必要があるため、サセプタ２の内壁２２に接触しない大きさである。

導電板６は、具体的には一枚の金属円板である。さらに、導電板６は、少なくとも基板５に接する表面が導電性を有していれば良いことから、樹脂板の表面に導線性の導電性膜を形成した部材としても良い。なお、この場合はコンタクト部７から導電性膜まで電気的に導通させる必要がある。

コンタクト部７は、導電板６とサセプタ２とを電気的に接続するための部品で、導電板６と同様に少なくとも表面に導電性を有する必要がある。図１では、コンタクト部７は１個しか記していないが、コンタクト部７の幅が３０ｍｍ程度だとすると、基板５とサセプタ２とのコンタクト効率を上げるためには４個程度接続することが好ましい。

導電板６およびコンタクト部７が重くなると確実に密接して電気的接触抵抗が小さくなり好ましいが、あまり重くなると今度は基板５が反る、または、支持部２３が変形するという問題がある。そこで、導電板６およびコンタクト部７の重さは、基板５が反らず、かつ支持部２３が変形しないような最適な重さに決定される。
また、導電板６およびコンタクト部７は、成膜時に３００℃に加熱されるため、その温度領域で形状および導電性が安定している材料を選ぶ必要がある。例えば材料としてアルミ材を選択することが好ましい。

続いて、プラズマＣＶＤ装置１０を用いる成膜について説明する。
まず、基板５に成膜面を形成する面を下側に向け、続いてサセプタ２の開口２１内へ配置してフェイスダウンで設置する。開口２１内の支持部２３上に基板５の端部が支持され、開口２１を通じて基板５の成膜面を下側に向けつつ下部電極１に基板５を対向させる。そして、導電性を有する導電板６を基板５の上に乗せる。次にこの導電板６の上に複数のコンタクト部７を配置してセッティングを完了する（図１の状態）。

成膜時にはヒータ３により所定温度に加熱し、下部電極２のガス導入口（不図示）よりの反応ガスを導入したのち所定圧力のガス圧下でサセプタ２に設置された基板５と下部電極１との間にＲＦ電源４により電圧を印加してプラズマ放電を起こすことで、基板５の成膜面に酸化膜や窒化膜等を成膜する。

この場合、複数のコンタクト部７と導通する導電板６は全面にわたって均一な電位となっており、基板５の裏面はサセプタ２と同じ電位となる。さらに、従来術と同様に支持部２３とも導通するため、基板５の表面もサセプタ２と同じ電位となる。このように基板５の表裏の全体でサセプタ２と同じ電位であって、しかも均一な電位となる。このように基板５の裏面と表面とで同電位にすることができるようになっており、他の多数の基板５に対しても確実に同じ電位を設定し、その結果多数の基板５の間でプラズマ密度の低下や変動といった事態が生じないこととなって、膜厚バラツキを小さくできる。

このようなプラズマＣＶＤ装置１０は、サセプタ２に接続される基板５の電位を均一にできる。このため、下部電極１とサセプタ２に接続される基板５との間に均一なプラズマ放電を生じさせることができるため、基板５の成膜面に形成する膜を所定の厚さとすることができ、しかもその膜厚のばらつきを小さくした均一な膜が得られるという効果を有する。

続いて、本発明のプラズマＣＶＤ装置１０による膜圧のばらつきの検証について説明する。表１にシリコン熱酸化膜付きシリコンウェハ上にシリコン窒化膜を成膜した際の結果を示す。

この表１からも明らかなように標準偏差が従来の１８％に対して６％と各段にバラツキが小さくなっていることが分かる。

以上、本発明のプラズマＣＶＤ装置について説明した。このようなプラズマＣＶＤ装置によれば、基板裏面の電位をサセプタと常に同電位にすることにより、基板の置き方やサセプタ終端部の変形による基板表面の電位のバラツキを無くすことができる。それにより多数の基板間における膜厚のバラツキが小さくなる。多数の基板を比較しても膜厚のばらつきを小さくすることができる。

また、導電板と複数のコンタクト部を利用して基板の等電位化を実現するものであり、大がかりな装置を不要として、コストを低く抑えている。膜の膜厚や膜質がばらつくことなくコスト的に安価なプラズマＣＶＤ装置としている。
また、開口内に大型の基板を載置する構成を採用したため、サセプタの回転動作を不要として、大型の基板にも適用可能なプラズマＣＶＤ装置としている。
総じて、簡易かつ安価な構成で大型基板にも適用でき、膜厚のバラツキを少なくしつつ基板上に成膜するようなプラズマＣＶＤ装置を提供することができる。

本発明を実施するための最良の形態のプラズマＣＶＤ装置の主要構成図である。 従来技術のプラズマＣＶＤ装置の主要構成図である。

符号の説明

１０：プラズマＣＶＤ装置
１：下部電極
２：サセプタ（上部電極）
２１：開口
２２：内壁
２３：支持部
３：ヒータ
４：ＲＦ電源
５：基板
６：導電板
７：コンタクト部

Claims (1)

1. 基板の成膜面を下側に向けて膜堆積を行うフェイスダウン方式のプラズマＣＶＤ装置において、
   下部電極と、
   開口と、開口の下側へ向けて先細るテーパ状の内壁と、内壁の周縁に形成される支持部と、を有し、開口内の支持部上に基板の端部が支持され、開口を通じて基板の成膜面を下側に向けつつ下部電極に基板を対向させる上部電極と、
   上部電極のテーパ状の内壁と不接触となるとともに基板の径よりも大きい径としてその一面が基板の背面の全面に接するようになされた導電板と、
   導電板の他面に接触して導電板と上部電極とを電気的に接続するコンタクト部と、
   を備え、
   上部電極の支持部と導電板を通じて基板を等電位にすることを特徴とするプラズマＣＶＤ装置。

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