JPH05160028A

JPH05160028A - 表面処理装置

Info

Publication number: JPH05160028A
Application number: JP34178491A
Authority: JP
Inventors: Ryoji Oritsuki; 良二折付; Takemi Toritsuka; 武美鳥塚; Tomohiko Takeda; 智彦竹田; Masafumi Ono; 雅史小野
Original assignee: Hitachi Ltd; Kokusai Electric Corp
Current assignee: Hitachi Ltd; Kokusai Electric Corp
Priority date: 1991-12-02
Filing date: 1991-12-02
Publication date: 1993-06-25

Abstract

(57)【要約】【目的】発生したプラズマを基板表面に均等に作用させ
て、当該基板の全表面にわたって一様な厚さの薄膜を生
成し、もしくは均一なエッチングを施す。【構成】高周波電力エネルギーにより生成されるプラズ
マ空間に分布するプラズマ空間分布インピーダンス１
（Ｚ₁₁〜Ｚ_1n）に対して、直列に膜厚調整用もしくはエ
ッチング量調整用の分布インピーダンス手段２（Ｚ₂₁〜
Ｚ_2m）を挿入する。【効果】成膜チャンバーのプラズマ空間に生成される高
周波電界の等電位面が均一になり、生成する膜厚あるい
はエッチング量が基板の全面にわたって一様なものとな
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、真空雰囲気空間中，あ
るいは大気と遮断された空間中で気相または化学反応に
よって被成膜部材に薄膜を形成し、あるいはエッチング
加工を施す表面処理装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】絶縁体基板や半導体基板などの被成膜部
材（以下、基板という）の表面に所要の薄膜を形成する
この種の成膜装置としては、ＣＶＤ装置，プラズマＣＶ
Ｄ装置あるいは真空スパッタ装置等の蒸着装置が知られ
ている。また、基板上に所要のパターニングを施すプラ
ズマエッチング装置も既知である。

【０００３】近年、半導体素子，あるいは液晶表示素子
の製造における薄膜形成工程においては、プラズマＣＶ
Ｄ処理が多用されている。特に、プラズマＣＶＤは非平
衡プラズマ中で気体状の物質（反応ガス）を反応させて
基板上に新しい固体種を析出させる方法であり、真空処
理室である成膜チャンバー中で反応ガス（例えば、シラ
ンガス）を高周波（以下、ＲＦとも称する）電力あるい
は直流電力エネルギーの印加で活性化（ラジカル化）
し、基板上に薄膜（例えばアモルファスシリコン膜）を
生成堆積させるものである。

【０００４】図７は従来のプラズマＣＶＤ装置の概略構
造を説明する断面図であって、３はＲＦ電源、４は成膜
チャンバー、５はＲＦ電極、６は基板電極、７は石英板
とうからなる絶縁平板、８は基板、１０は基板８上に形
成された薄膜である。なお、この他に基板電極６の背面
に基板温度を成膜条件に加熱するヒータ、基板の温度分
布を均等にするための均熱板などが設けられるが、図示
は省略する。

【０００５】同図において、被成膜部材であるガラス板
あるいは半導体ウェハ（以下、基板０８という）はＲＦ
電極５に対して陽極電極を構成する基板電極６上に載置
される。成膜チャンバー４内には図示しない導入管を介
して反応ガスを導入し、この反応ガスをＲＦ電源３から
ＲＦ電極５に印加されるＲＦ電力エネルギーにより活性
化（ラジカル化）してプラズマ化し、このプラズマＰを
基板８の表面に接触させることで、基板構成材との化学
反応を生起させて所要の膜を生成させる。成膜に関与後
の反応ガスは、図示しない排出管を介して成膜チャンバ
ー４外に排出される。なお、石英板７は成膜チャンバー
中の異常放電を抑制するために設置されるものであり、
原理的には不可欠なものではないが、これを設置するの
が望ましい。

【０００６】このようなプラズマＣＶＤによる基板表面
への成膜速度は、導入する反応ガスの流量，ガス種およ
び印加する高周波電力エネルギーの大きさに依存する。
そして、これら反応ガスの流量，ガス種および印加する
高周波電力エネルギーは生成される膜質に影響を与える
パラメータであり、成膜作業の際に所定の値に設定され
るもので、成膜される膜厚を調整するためにこれらのパ
ラメータを基板面上の位置で変更することはできない。

【０００７】一方、基板８の表面に生成される薄膜の膜
厚は、ＲＦ電極５と基板電極８との間に形成される電界
の強度分布に大きく依存する。図７においてＥで示した
線は上記電界強度の分布を説明する等電位面であり、Ｒ
Ｆ電極５と基板電極８との間に形成される電界の強度は
中心部で大きく、周辺部で小さい不均一な分布を示す。

【０００８】この電界強度の不均一な分布は、ＲＦ電極
５と基板電極８間に存在するインピーダンス分布の違い
に起因する。このインピーダンス分布は図７における電
界強度の分布とほぼ一致する相補的な特性となる。した
がって、生成されたプラズマＰの密度は、ＲＦ電極５と
基板電極８との間の中央部分で濃く、周辺部分に向かっ
て漸次薄い分布となる。そのため、基板８の表面に形成
される薄膜１０は、図示したように、その中央部分で厚
く、周辺部分で薄いものとなる。

【０００９】なお、プラズマエッチング装置についても
同様に、ＲＦ電極５と基板電極８との間の電界分布の不
均一によって基板上でのエッチング量に差異が生じる。
上記したような成膜室を用いて基板に表面に所要の膜を
形成する従来技術を開示したものとしては、特開昭５９
−１０２２４号公報、あるいは特開平２−２９４０１８
号公報等を挙げることができる。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】上記したように、従来
技術による成膜装置においては、ＲＦ電極と基板電極と
は等距離に配置されているために、成膜チャンバーに形
成される電界が成膜対象である基板面に対して一様なも
のとはならず、したがって発生したプラズマにより基板
上に生成される薄膜をその全面にわたって均一な厚さに
することが困難であった。また、プラズマエッチング装
置によるエッチング量が基板面において均一とすること
が困難であった。

【００１１】本発明の目的は、上記従来技術の問題を解
消し、発生したプラズマを基板表面に均等に作用させ
て、当該基板の全表面にわたって一様な厚さの薄膜を生
成することのできる成膜装置、もくは当該基板の全表面
にわたって一様なエッチングを施すことのできる表面処
理装置を提供することにある。

【００１２】

【課題を解決するための手段】上記目的は、図１に示し
たように、高周波電源３から高周波電力エネルギーが供
給されるチャンバーに、前記高周波電力エネルギーによ
り生成されるプラズマ空間に分布するプラズマ空間分布
インピーダンス１（Ｚ₁₁〜Ｚ_1n）に対して、直列に膜厚
調整用分布インピーダンス手段２（Ｚ₂₁〜Ｚ_2m）を挿入
したことによって達成される。

【００１３】すなわち、本発明は、真空雰囲気空間を保
持するチャンバー内に設置された高周波電極と、この高
周波電極に対峙して平行設置された基板電極とを少なく
とも有し、前記チャンバーに導入した反応ガスをプラズ
マ化することで前記基板電極上に載置した基板に薄膜を
生成させる成膜装置、もしくは基板面またはその表面に
形成された層をパターニングするエッチング装置におい
て、前記高周波電極と前記基板電極との間に、前記高周
波電極と前記基板電極との空間に形成されるプラズマ空
間分布インピーダンスを調整する膜厚調整用もしくはエ
ッチング量調整用の分布インピーダンス手段を設けたこ
とを特徴とする。

【００１４】また、本発明は、前記基板電極の背面に、
前記高周波電極と前記基板電極との空間に形成されるプ
ラズマ空間分布インピーダンスを調整する膜厚調整用も
しくはエッチング量調整用の分布インピーダンス手段を
設けたことを特徴とする。さらに、本発明は、前記高周
波電極と前記基板電極との間に、前記高周波電極と前記
基板電極との空間に形成されるプラズマ空間インピーダ
ンス分布を調整する膜厚調整用もしくはエッチング量調
整用の分布インピーダンス手段を備えると共に、前記基
板電極の背面に、前記高周波電極と前記基板電極との空
間に形成されるプラズマ空間インピーダンス分布を調整
する他の膜厚調整用もしくはエッチング量調整用の他の
分布インピーダンス手段とを設けたことを特徴とする。

【００１５】なお、上記膜厚調整用もしくはエッチング
量調整用の分布インピーダンス手段は、前記高周波電極
と前記基板電極との間のプラズマ空間に形成される電位
分布形状と相補的な面形状を持つ導電性のメッシュ状電
極、あるいは導電性の板状電極を高周波電極と基板電極
との空間、または前記基板電極の背面のいずれか一方ま
たは双方に配置し、あるいは高周波電極と基板電極の少
なくとも一方の対向面形状をプラズマ空間に形成される
電位形状と相補的な形状とすることによって達成でき
る。

【００１６】なお、前記高周波電極に近接させて石英板
等の絶縁板を備えた成膜装置においては、高周波電極と
石英板との間に上記導電性のメッシュ状電極、あるいは
導電性の板状電極を配置するのが好適である。

【００１７】

【作用】上記の構成において、分布インピーダンス手段
２は、成膜チャンバーもしくはエッチングチャンバーの
プラズマ空間に生成されるプラズマ空間分布インピーダ
ンス１の分布を相補的に調整する。これによって、基板
の表面における高周波電界の等電位面を一様に調整設定
し、生成する膜厚もしくはエチイング量を当該基板の全
面にわたって一様なものとする。

【００１８】前記高周波電極と前記基板電極との間に設
けたインピーダンス調整手段もしくは基板電極の背面に
設けた前記他のインピーダンス調整手段は、高周波電極
あるいは基板電極上に載置された基板との間のインピー
ダンス分布を、前記高周波電界の等電位面がプラズマ空
間において一様となるように調整する。これにより、基
板面に生成される薄膜はその全面にわたって一様な膜厚
となる。また、基板面のエッチング量が均一となる。

【００１９】

【実施例】以下、本発明の実施例を成膜装置について、
図面を参照して詳細に説明する。図２は本発明による成
膜装置の第１実施例を説明する縦断面図であって、３は
高周波電源（ＲＦ電源）、４は成膜チャンバー、５は高
周波電極（ＲＦ電極）、６は基板電極、７は石英板等の
絶縁平板、８は基板、１１はインピーダンス分布調整用
導電体である。

【００２０】同図において、成膜チャンバー４は真空雰
囲気空間を保持し、この真空雰囲気空間内にＲＦ電極
５，絶縁平板７および基板電極６が収納されている。成
膜すべき基板（例えば、液晶表示素子用のガラス板ある
いは半導体ウエハ）は基板電極６の上に載置される。基
板電極６は図示しないヒータによって加熱され、ガスプ
ラズマによる成膜条件の温度に保たれる。

【００２１】成膜チャンバー４には、図示しない手段で
反応ガスが導入され、導入された反応ガスはＲＦ電極５
と基板電極６との間に形成される高周波電界エネルギー
によってプラズマ化され、基板８の表面に到達し、基板
構成材との間で化学反応を生起して所要の薄膜を生成す
る。基板８に薄膜を生成した後のガスは成膜チャンバー
４の図示しないガス排出手段から成膜チャンバーの外部
に排出される。

【００２２】インピーダンス分布調整用導電体１１は、
メッシュあるいは平板状の導電体から構成され、前記図
７に示した高周波電界の等電位面Ｅと相補的なインピー
ダンス分布を与えるような形状でＲＦ電極５と絶縁平板
７との間にギャップ距離Ｇを形成する。なお、絶縁平板
７を有しないものにおいては、ＲＦ電極５と基板電極６
との間に上記相補的なインピーダンス分布を与える。

【００２３】図３はＲＦ電極５と絶縁平板７との間にギ
ャップ距離Ｇ（ｍｍ）に対する生成膜厚（オングストロ
ーム）の関係の説明図である。同図に示されたように、
ギャップ距離Ｇが増加するのにしたがって膜厚は比例的
に減少することがわかる。したがって、上記図２におけ
るインピーダンス分布調整用導電体１１の形状をプラズ
マ空間における等電位面と相補的な形状とすれば、一様
な膜厚が得られることになる。

【００２４】図４は本発明による成膜装置の第２実施例
を説明する縦断面図であって、図２と同一符号は同一部
分に対応し、５０はインピーダンス分布調整機能付ＲＦ
電極である。同図においては、ＲＦ電極５０の基板側の
面の形状をインピーダンス分布調整手段としたもので、
当該形状をプラズマ空間における等電位面と相補的な形
状としている。

【００２５】このようなＲＦ電極５０の基板側の面の形
状とすることにより、ＲＦ電極５０と絶縁平板７、ある
いはＲＦ電極５０と基板電極６間のインピーダンスを調
整してプラズマ空間における電界を基板８の平面におい
て一様な分布とすることができる。この実施例によって
も、前記実施例と同様に、一様な厚さの薄膜を生成する
ことができる。

【００２６】なお、上記のインピーダンス分布調整用導
電体１１、あるいはＲＦ電極５０の基板側の面の形状に
代えて、基板電極の背面に設置する均熱板の形状を前記
相補的形状として本発明の膜厚調整用分布インピーダン
ス手段とすることもできる。図５は本発明による成膜装
置の第３実施例を説明する縦断面図であって、縦型イン
ライン形の成膜装置に本発明を適用した概念構成を示
す。

【００２７】同図において、３０は高周波（ＲＦ）電
源、４０は成膜チャンバー、４１はヒータ、５１はＲＦ
電極、７０はＲＦ電極に密着させた絶縁板、６０は基板
電極、８０は基板、９０はカート、９１は車輪、９２は
レールである。この形式の成膜装置は成膜チャンバー４
０内に直立固定されたＲＦ電極５１の側面を基板電極６
０を支持したカート９０が移動する構成を有し、基板電
極６０に載置された基板８０の表面に所要の薄膜を生成
させるものである。

【００２８】基板６０はカート９０の内面に設置された
ヒータ４１で成膜条件温度に加熱され、ＲＦ電極５１と
基板電極６０の間に形成されるＲＦ電界で反応ガスをプ
ラズマ化し、これを基板８０の表面で当該基板の構成材
料と化学反応を生起させることで所要の薄膜を生成させ
る。カート９０は成膜処理時は停止され、成膜完了後に
その車輪９１でレール９１上を次の処理ステージに移動
する。

【００２９】この実施例では、ＲＦ電極に密着させた絶
縁板７０の厚さを変えることでインピーダンス分布を調
整する手段を構成したものであり、当該形状をプラズマ
空間における等電位面と相補的な形状としている。この
実施例によっても、前記各実施例と同様に、一様な厚さ
の薄膜を生成することができる。

【００３０】図６は本発明による成膜装置の第４実施例
を説明する縦断面図であって、図５と同様の縦型インラ
イン形の成膜装置に本発明を適用した概念構成を示す。
同図において、前記図５と同一符号は同一部分に対応
し、５２はＲＦ電極、９４は絶縁体である。ＲＦ電極５
２は平板状の電極であり、このＲＦ電極５２と平行に基
板電極６０が対面して、基板電極６０上に載置した基板
８の表面に成膜する。

【００３１】この実施例では、基板電極６０とガラス基
板に挟まれる絶縁耐９４の厚みをＲＦ電極５２と基板電
極６０との間に形成されるＲＦ電界の分布に対して相補
的な形状としたものである。なお、絶縁体９４の替わり
に、単にエアギャップとしてもよい。この構成によれ
ば、絶縁体９４の形状に応じてＲＦ電極５２と基板電極
６０間のインピーダンスが調整されるため、基板８の表
面におけるプラズマ空間電界が一様となり、結果として
成膜される薄膜の膜厚を一様にすることができる。

【００３２】なお、前記図２，図４に示した形式の成膜
装置においても、インピーダンス分布調整用導電体１１
の設置、あるいはＲＦ電極５０の形状によって膜厚調整
用分布インピーダンス手段を構成することに代えて、ま
たはそれらと共に、その均熱板の形状で膜厚調整用分布
インピーダンス手段を構成することもできる。また、図
５，図６に示した形式の成膜装置において、そのＲＦ電
極と基板電極との間に前記図２，図４に示した絶縁平板
７と同様のものを挿入してもよく、さらに、インピーダ
ンス分布調整用導電体１１と同様の膜厚調整用分布イン
ピーダンス手段を設けた構成としてもよいものである。

【００３３】上記の各実施例は、成膜装置としてプラズ
マＣＶＤ装置に本発明を適用した各種の例であるが、本
発明はこれに限るものではなく、通常のＣＶＤ装置，真
空蒸着装置，ドライエッチング，その他の電界中での成
膜，加工を行う各種表面処理装置に適用できるものであ
る。

【００３４】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
高周波電極と基板電極との間に、当該高周波電極と基板
電極間に形成されるプラズマ空間分布インピーダンスの
不均一分布を相補する分布インピーダンス手段を設ける
ことにより、基板の表面上における電界分布を一様に調
整し、基板の全面にわたって一様な膜厚の薄膜を生成す
ることができ、あるいは均一なエッチングを施すことが
できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による成膜装置の基本構成図である。

【図２】本発明による成膜装置の第１実施例を説明する
縦断面図である。

【図３】高周波電極と絶縁平板との間にギャップ距離に
対する生成膜厚の関係の説明図である。

【図４】本発明による成膜装置の第２実施例を説明する
縦断面図である。

【図５】本発明による成膜装置の第３実施例を説明する
縦断面図である。

【図６】本発明による成膜装置の第４実施例を説明する
縦断面図である。

【図７】従来技術におけるプラズマＣＶＤ装置の概略構
造を説明する断面図である。

【符号の説明】

１プラズマ空間分布インピーダンス２分布インピーダンス手段３高周波（ＲＦ）電源４成膜チャンバー５高周波（ＲＦ）電極６基板電極７絶縁平板（石英板）８基板１１インピーダンス分布調整用導電体

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者竹田智彦富山県婦負郡八尾町保内２丁目１番地国際電気株式会社富山工場内 (72)発明者小野雅史富山県婦負郡八尾町保内２丁目１番地国際電気株式会社富山工場内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】真空雰囲気空間を保持するチャンバー内に
設置された高周波電極と、この高周波電極に対峙して平
行設置された基板電極とを少なくとも有し、前記チャン
バーに導入した反応ガスをプラズマ化することにより前
記基板電極上に載置した基板に成膜もしくはエッチング
加工を施す表面処理装置において、前記高周波電極と前記基板電極との間に、前記高周波電
極と前記基板電極との空間に形成されるプラズマ空間分
布インピーダンスを調整する分布インピーダンス手段を
設けたことを特徴とする表面処理装置。
【請求項２】真空雰囲気空間を保持するチャンバー内に
設置された高周波電極と、この高周波電極に対峙して平
行設置された基板電極とを少なくとも有し、前記チャン
バーに導入した反応ガスをプラズマ化することで前記基
板電極上に載置した基板に成膜もしくはエッチング加工
を施す表面処理装置において、前記基板電極の背面に、前記高周波電極と前記基板電極
との空間に形成されるプラズマ空間分布インピーダンス
を調整する分布インピーダンス手段を設けたことを特徴
とする表面処理装置。
【請求項３】真空雰囲気空間を保持するチャンバー内に
設置された高周波電極と、この高周波電極に対峙して平
行設置された基板電極とを少なくとも有し、前記チャン
バーに導入した反応ガスをプラズマ化することで前記基
板電極上に載置した基板に成膜もしくはエッチング加工
を施す表面処理装置において、前記高周波電極と前記基板電極との間に、前記高周波電
極と前記基板電極との空間に形成されるプラズマ空間分
布インピーダンスを調整する分布インピーダンス手段
と、前記基板電極の背面に、前記高周波電極と前記基板電極
との空間に形成されるプラズマ空間インピーダンス分布
を調整する他の分布インピーダンス手段とを設けたこと
を特徴とする表面処理装置。