JPH06124906A - プラズマ電極装置 - Google Patents

プラズマ電極装置

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JPH06124906A
JPH06124906A JP4276121A JP27612192A JPH06124906A JP H06124906 A JPH06124906 A JP H06124906A JP 4276121 A JP4276121 A JP 4276121A JP 27612192 A JP27612192 A JP 27612192A JP H06124906 A JPH06124906 A JP H06124906A
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gas
electrode
plasma
chamber
exhaust
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Hiroshi Yasuda
博 安田
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HIRANO KOUON KK
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 CVD、エッチング、アッシング、その他の
表面処理において、より均一な処理面の得られるプラズ
マ電極装置を提供する。 【構成】 RF電極またはアース電極のどちらか一方
の、基板と相対向する面に、内径デバイ長さ以下の複数
のガス排気口を全面にわたって分布させる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は主として、真空槽内にお
けるプラズマを利用した化学的気相蒸着(以下、CVD
と略記する)、薄膜のエッチング、アッシング、その他
の表面処理に用いられる、交流または直流によるプラズ
マ電極装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術と発明が解決しようとする課題】従来よ
り、CVD、エッチング、アッシング、接着性改良のた
めの表面処理等において、均一な処理面を得るために様
々な工夫がなされている。
【0003】例えば小沼光晴春著「プラズマと成膜の基
礎」(日刊工業新聞社)に挙げられているように、電極
の中心よりガスを吹き出す方法、電極の周囲にリング状
のガス吹き出し口を配置する方法、あるいは電極表面に
小穴をたくさん設けて、その小穴より処理ガスをシャワ
ー状に吹き出す方法等が提案されている。
【0004】しかし従来の装置では、ガスの吹き出し方
法にのみ工夫が凝らされており、ガスの排気方法として
は、いずれも電極の中心や電極の周囲から排気する方法
を採っている。
【0005】この排気方法によると、プラズマ空間内に
ガス濃度の不均一が生じるのは避けられず、その結果、
基板の処理状態も不均一になり、処理が十分な所と不十
分な所の分布が生じる。すなわちこれがプラズマCVD
における膜厚分布、プラズマエッチングにおけるエッチ
ング分布、プラズマアッシングにおけるアッシング分
布、その他の表面処理における反応効果分布と言われる
ものである。
【0006】この傾向は、当然のことながら電極および
基板が大きくなるほど増大し、表面処理技術上、大きな
問題になっている。
【0007】本発明は上記に鑑みてなされたものであ
り、より均一な処理表面が得られるプラズマ電極装置を
提供するものである。
【0008】
【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
めに、請求項1に記載されたプラズマ電極装置は、RF
電極またはアース電極のどちらか一方の、基板と相対向
する面に、内径がデバイ長さ以下の複数のガス排気口を
全面にわたって分布させることを特徴とする。
【0009】請求項2に記載されたプラズマ電極装置
は、真空槽内部にアースシールドにより仕切られたプラ
ズマ空間が形成され、前記プラズマ空間内部にはRF電
極が配され、前記RF電極にはガス導入管が設けられ、
前記RF電極表面と相対向する位置に基板の配置が可能
なように基板支持部が設けられたプラズマ電極装置にお
いて、前記RF電極内部にはガス室が形成され、このガ
ス室にはガス導入管が接続され、前記RF電極表面に
は、前記ガス室からプラズマ空間へガスを放出するため
の内径が0.1mm〜1.0mmの複数のガス吹き出し
口が設けられ、前記ガス吹き出し口の間隙には、プラズ
マ空間内のガスを排気するための、内径がデバイ長さ以
下でRF電極を表面から裏面まで貫通する複数の筒状の
排気ノズルが設けられ、前記アースシールドは、前記R
F電極の側面および裏面をデバイ長さ以下の距離を保つ
ように包囲し、前記アースシールドと前記RF電極の裏
面との間には、前記排気ノズルからガスが送り込まれる
排気室が形成され、前記アースシールドの前記排気室に
面した面には排気孔が設けられ、前記アースシールドの
排気口を有する面に面した前記真空槽には、排気孔から
排出されるガスを吸引するためのポンプ引き口が設けら
れたことを特徴とする。
【0010】また、請求項3に記載されたプラズマ電極
装置は、真空槽内部にアースシールドにより側面を囲ま
れたプラズマ空間が形成され、前記プラズマ空間内部に
はRF電極が配され、前記RF電極にはガス導入管が設
けられ、前記RF電極表面と相対向する位置に基板の配
置が可能なようにアースシールド上端部に基板支持部が
設けられたプラズマ電極装置において、前記RF電極内
部にはガス室が形成され、このガス室にはガス導入管が
接続され、前記RF電極表面には、前記ガス室からプラ
ズマ空間へガスを放出するための内径が0.1mm〜
1.0mmの複数のガス吹き出し口が設けられ、前記ガ
ス吹き出し口の間隙には、プラズマ空間内のガスを排気
するための、内径がデバイ長さ以下でRF電極を表面か
ら裏面まで貫通する複数の筒状の排気ノズルが設けら
れ、前記アースシールドは、前記RF空間の側面および
裏面と前記プラズマ空間の側面とをデバイ長さ以下の距
離を保つように包囲し、前記アースシールドと前記RF
電極の裏面との間には、前記排気ノズルからガスが送り
込まれる排気室が形成され、前記アースシールドの前記
排気室に面した面には、前記排気室からガスを真空槽外
に排気する排気管が設けられ、前記排気管には排出され
るガスを吸引するためのポンプ引き口が設けられたこと
を特徴とする。
【0011】さらに、請求項4に記載されたプラズマ電
極装置は、真空槽内部にアースシールドを備えたRF電
極が配され、前記RF電極表面と相対向する位置に、ガ
ス導入管を有するアース電極が設けられて、前記RF電
極と前記アース電極との間にプラズマ空間が形成され、
前記RF電極の表面に基板の配置が可能なように基板支
持部が設けられたプラズマ電極装置において、前記アー
ス電極内部にはガス室が形成され、このガス室にはガス
導入管が接続され、前記アース電極表面には、前記ガス
室からプラズマ空間へガスを放出するための内径が0.
1mm〜1.0mmの複数のガス吹き出し口が設けら
れ、前記ガス吹き出し口の間隙には、プラズマ空間内の
ガスを排気するための、内径がデバイ長さ以下でアース
電極を表面から裏面まで貫通する複数の筒状の排気ノズ
ルが設けられ、前記アース電極の裏面と真空槽の間には
前記排気ノズルからガスが送り込まれる排気室が形成さ
れ、排気室に面した前記真空槽には、排気室のガスを吸
引するためのポンプ引き口が設けられたことを特徴とす
る。
【0012】
【作用】上記の構成よりなる請求項1に記載されたプラ
ズマ電極装置は、プラズマ空間からのガスの排出が滞り
なく行われるため、プラズマ空間内のガス濃度が均一に
なり、その結果、発生するプラズマの密度が均一にな
る。
【0013】請求項2に記載されたプラズマ電極装置
は、ガス導入管よりガス室に供給された原料ガスが、R
F電極表面の全てのガス吹き出し口から均等に吹き出
し、RF電極表面と基板との間の空間に密度の均一なプ
ラズマが発生する。このプラズマ空間から排気されるガ
スは、RF電極の排気ノズルを経てRF電極裏面とアー
スシールドの間に形成された排気室に入り、さらにアー
スシールドに設けられた排気孔を経て、ポンプ引き口か
らポンプによって吸引される。
【0014】また請求項3に記載されたプラズマ電極装
置も同様に、ガス導入管よりガス室に供給された原料ガ
スが、全てのガス吹き出し口から均等に吹き出し、RF
電極表面と基板との間の空間に密度の均一なプラズマが
発生する。プラズマ空間から排気されるガスは、RF電
極の排気ノズルを経てRF電極裏面とアースシールドの
間に形成された排気室に入り、さらにガス排気管を経て
ポンプ引き口からポンプによって吸引される。
【0015】この請求項3のプラズマ電極装置では、プ
ラズマが発生するのはアースシールドと基板によって囲
まれた閉じた空間であり、また排気されるガスも排気室
からガス排気管を経て排気されるので、真空槽の内壁は
汚れない。
【0016】請求項4に記載されたプラズマ電極装置
は、アース電極表面のガス吹き出し口からRF電極との
間に形成されるプラズマ空間に原料ガスが供給され、そ
こで密度の均一なプラズマが発生する。プラズマ空間か
ら排気されるガスは、アース電極の排気ノズルを経てア
ース電極裏面と真空槽の間に形成された排気室に入り、
ポンプ引き口からポンプによって吸引される。
【0017】
【実施例】以下、本発明のプラズマ電極装置を、図を用
いてさらに詳細に説明する。
【0018】図1は本発明の第一の実施例であるプラズ
マ電極装置Aの縦断面図であり、図2はこのプラズマ電
極装置Aに用いられるRF電極10の表面構造を示す横
断面図である。
【0019】図1に示すように、プラズマ電極装置A
は、アースシールド20によって仕切られたプラズマ空
間1内に、RF電極10、およびRF電極10の表面か
ら一定の空間を隔てた位置に基板2を平行に固定する基
板支持部32などが配された基本構造をもっている。R
F電極10は、真空槽30の外部で電力導入端子16に
接続されている。
【0020】RF電極10は裏面のほぼ中央部にはガス
導入管15が設けられ、RF電極10内部には、このガ
ス導入管15から導入したガスを収容するガス室17
a、17bが形成されている。このガス室17a、17
bは整流板13によって隔てられており、両室の容積は
ほぼ等しい。整流板13には、整流孔14がほぼ碁盤目
状に設けられ、この整流孔14の内径と数は、ガス室1
7aの気圧がガス室17bの気圧よりわずかに高くなる
よう設計されている。
【0021】RF電極10の表面には、図2に示すよう
に、ガス吹き出し口11が碁盤目状に設けられ、このガ
ス吹き出し口11の間隙には排気ノズル12がやはり碁
盤目状に設けられている。ガス吹き出し口11の内径は
0.1mm〜1.0mmであり、ガス吹き出し口11の
相互の間隔は好ましくは10mm〜75mmである。ま
た排気ノズル12の内径はフォロー・カソード放電防止
のためにデバイ長さ以下になっている。
【0022】図1からわかるように、前記ガス吹き出し
口11はガス室17bからプラズマ空間1に繋がり、排
気ノズル12はRF電極10を表面から裏面まで貫通し
ており、筒状になっていてガス室17a、17bとは隔
離されている。
【0023】RF電極10は、表面以外の部分、すなわ
ち側面、裏面、ガス導入管15の周りがアースシールド
20によって覆われている。ここでRF電極10とアー
スシールド20の間に形成される間隙の厚み、すなわち
図2におけるr、r、r、rは、デバイ長さ以
下になっている。アースシールド20の四方の壁面上端
部は外側へ折り曲げられ、その端部は真空槽30の内壁
に間隙なく内接している。またアースシールド20とR
F電極10にはさまれた空間のうち、RF電極10の裏
面の角部とガス導入管15の周囲に絶縁物22が間隙な
く配され、RF電極10の裏面とアースシールド20の
間に排気室23が形成されている。アースシールド20
の底面には内径がデバイ長さ以下の排気孔21がほぼ碁
盤目状に設けられ、前記アースシールド20の底面に面
した真空槽30の面にポンプ引き口31が設けられてい
る。排気孔21の内径と数は、その総断面積が排気ノズ
ル12の総断面積よりも大きくなるよう設計されてい
る。
【0024】プラズマ電極装置Aは上記の構成よりな
り、ガス導入管15より供給された原料ガスは、ガス室
17a、17bで均等化されてガス吹き出し口11から
プラズマ空間1に供給される。プラズマ空間1から排気
されるガスは排気ノズル12、排気孔21を通り、ポン
プ引き口31からポンプによって吸引される。
【0025】ガス導入管15から導入されたガスは整流
板13によって一旦流れを遮断されてからガス室17b
に流入するので、全てのガス吹き出し口11から均等に
吹き出し、一方、排気ノズル12を碁盤目状に多数設け
たことにより、ガスの排出もまんべんなく行われる。そ
の結果、プラズマ空間1内のガス濃度は常に一定に保た
れる。
【0026】このようにプラズマ空間1内にガスを供給
しながら、電導入端子16から高周波電力(RF)を印
加すると、空間内のガス濃度が一定になっているので、
均一なプラズマが発生し、基板2に薄膜が均等に蒸着さ
れる。
【0027】本実施例のプラズマ電極装置Aを用いて薄
膜を形成した結果を以下に示す。なお、比較例として従
来型のプラズマ電極装置である5層プラズマCVD装置
(ヒラノ光音(株)製)を用いて同じ条件で薄膜形成し
た結果を併せて示す。
【0028】(1) 薄膜形成条件 薄膜の種類:アモルファスシリコン ガラス基板の寸法:450mm×660mm 原料ガス:SiH,40sccm 成膜時の圧力:49.21Pa RFパワー:40W 平均膜厚:1400オングストローム 基板温度:250℃ (2) 薄膜形成結果(膜厚分布) 比較例 基板の430mm×640mmの範囲に於いて
±15% 実施例 基板の430mm×640mmの範囲に於いて
±5% 成膜速度が比較例に対して20%向上 上記の結果から明らかなように、本発明のプラズマ電極
装置によれば、従来よりはるかに厚さの均一な膜が形成
され、また成膜速度も大幅に向上している。
【0029】次に本発明の第二の実施例であるプラズマ
電極装置Bについて説明する。
【0030】図3はプラズマ電極装置Bの縦断面図であ
る。
【0031】プラズマ電極装置BのRF電極10は、プ
ラズマ電極装置AのRF電極と同一である。すなわち、
底面のほぼ中央部にはガス導入管15が設けられ、RF
電極10内部には、整流板13を有するガス室17a、
17bが形成されている。また、RF電極10の表面に
は、ガス吹き出し口11、排気ノズル12が設けられて
いる。
【0032】RF電極10は、表面以外の部分、すなわ
ち側面、裏面、ガス導入管15の周りがアースシールド
40によって覆われている。アースシールド40は、側
壁41が上方に伸び、その上端に基板支持部42が設け
られている。また、RF電極10の裏面とアースシール
ド40の間には、排気ノズル12からガスが送り込まれ
る排気室43が形成されている。排気室43は、間隙な
く配された絶縁物45によってプラズマ空間3と遮断さ
れている。
【0033】ガス導入管15の周りには排気室43から
ガスを外部に排気するガス排気管44が形成され、ガス
排気管44は真空槽50に設けられたポンプ引き口51
に繋がっている。また、真空槽50には、アースシール
ド40の外側の空間を減圧するためのポンプ引き口52
も設けられている。
【0034】上記の構成からなるプラズマ電極装置B
は、プラズマ電極装置Aと異なり、基板4をアースシー
ルド40に蓋をするようにして基板支持部42に取り付
けることにより、RF電極10表面に平行に配置するこ
とができる。また、アースシールド40の底面には排気
孔はなく、排気ノズル12からのガスは、ガス導入管1
5の周りに形成されたガス排気管44を経由してポンプ
引き口51から吸引される。
【0035】すなわち、プラズマ電極装置Bの特徴は、
基板4とアースシールド40によって閉じたプラズマ空
間3を形成していることであり、この方法によると、真
空槽50の内壁および電極以外の槽内部品を汚すことな
く、薄膜形成ができるという長所がある。
【0036】次に本発明の第三の実施例であるプラズマ
電極装置Cについて説明する。
【0037】図4はプラズマ電極装置Cの縦断面図であ
る。
【0038】プラズマ電極装置Cでは、アース電極60
がプラズマ電極装置AおよびBにおけるRF電極10と
同様の同様の構造を有し、ガス室66a、66b、ガス
吹き出し口61、排気ノズル62、整流板63などが設
けられている。
【0039】アース電極60表面と相対向するように基
板6を配置できる基板支持部71がRF電極70の表面
に形成され、RF電極70の表面を除く部分には、絶縁
物81を介してアースシールド80が設けられている。
アース電極60の裏面角部と真空槽90の間にはスペー
サー91が設けられ、アース電極60裏面と真空槽90
の間の空間が排気室92として形成される。排気室92
に面した真空槽壁にはポンプ引き口93が設けられてい
る。
【0040】上記の構成よりなるプラズマ電極装置C
は、アース電極60のガス吹き出し口61から原料ガス
が供給され、RF電極70との間に形成されるプラズマ
空間5でプラズマが発生する。プラズマ空間5から排気
されるガスは、排気ノズル62を経て、排気室92に入
り、ポンプ引き口93からポンプによって吸引される。
【0041】プラズマ電極装置Cを用いてSiNx膜の
エッチングを行った結果を以下に示す。なお、比較例と
して従来型のプラズマ電極装置である5層プラズマCV
D装置(ヒラノ光音(株)製)を用いて同じ条件でエッ
チングを行った結果を併せて示す。
【0042】(1) エッチング条件 基板サイズ:450mm×450mm 反応ガス:CF(100sccm)+O(10sc
cm) 圧力:6.65Pa RFパワー:200W 基板温度:室温 測定点数:対角線上の20点 (2) エッチング結果 実施例 440mm×440mmの範囲でエッチング分
布 ±5.4% エッチング速度 平均910オングストローム/min 比較例 440mm×440mmの範囲でエッチング分
布 ±16.5% エッチング速度 平均724.6オングストローム/m
in すなわち、エッチング分布で約3倍、エッチング速度で
約25%の改善が見られた。
【0043】
【発明の効果】上記のようにこれらのプラズマ電極装置
によれば、プラズマ空間内にガスが均等に供給され、均
等に排気されるため、ガス濃度に偏りが生じず、プラズ
マ密度が均一になる。従って、CVD、エッチング、ア
ッシング、その他の表面処理がむらなく行われ、従来よ
りはるかに均等な処理面が得られる。また処理速度も著
しく速くなる。
【0044】また、請求項3のプラズマ電極装置によれ
ば、真空槽の内壁が汚れないという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】第一の実施例のプラズマ電極装置Aを示す縦断
面図である。
【図2】同上のRF電極の表面構造を示す横断面図であ
る。
【図3】第二の実施例のプラズマ電極装置Bを示す縦断
面図である。
【図4】第三の実施例のプラズマ電極装置Cを示す縦断
面図である。
【符号の説明】
A、B、C……プラズマ電極装置 1、3、5……プラズマ空間 2、4、6……基板 10……RF電極 11……ガス吹き出し口 12……排気ノズル 13……整流板 14……整流孔 15……ガス導入管 16……電力導入端子 17a,17b……ガス室 20……アースシールド 21……排気孔 22……絶縁物 23……排気室 30……真空槽 31……ポンプ引き口 32……基板支持部 40……アースシールド 41……アースシールド側壁 42……基板支持部 43……排気室 44……ガス排気管 45……絶縁物 50……真空槽 51……ポンプ引き口 52……ポンプ引き口 60……アース電極 61……ガス吹き出し口 62……排気ノズル 63……整流板 64……整流孔 65……ガス導入管 66a,66b……ガス室 70……RF電極 71……基板支持部 80……アースシールド 81……絶縁物 90……真空槽 91……スペーサー 92……排気室 93……ポンプ引き口

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】RF電極またはアース電極のどちらか一方
    の、基板と相対向する面に、内径がデバイ長さ以下の複
    数のガス排気口を全面にわたって分布させることを特徴
    とするプラズマ電極装置。
  2. 【請求項2】真空槽内部にアースシールドにより仕切ら
    れたプラズマ空間が形成され、前記プラズマ空間内部に
    はRF電極が配され、前記RF電極にはガス導入管が設
    けられ、前記RF電極表面と相対向する位置に基板の配
    置が可能なように基板支持部が設けられたプラズマ電極
    装置において、 前記RF電極内部にはガス室が形成され、このガス室に
    はガス導入管が接続され、 前記RF電極表面には、前記ガス室からプラズマ空間へ
    ガスを放出するための内径が0.1mm〜1.0mmの
    複数のガス吹き出し口が設けられ、 前記ガス吹き出し口の間隙には、プラズマ空間内のガス
    を排気するための、内径がデバイ長さ以下でRF電極を
    表面から裏面まで貫通する複数の筒状の排気ノズルが設
    けられ、 前記アースシールドは、前記RF電極の側面および裏面
    をデバイ長さ以下の距離を保つように包囲し、 前記アースシールドと前記RF電極の裏面との間には、
    前記排気ノズルからガスが送り込まれる排気室が形成さ
    れ、 前記アースシールドの前記排気室に面した面には排気孔
    が設けられ、 前記アースシールドの排気口を有する面に面した前記真
    空槽には、排気孔から排出されるガスを吸引するための
    ポンプ引き口が設けられたことを特徴とするプラズマ電
    極装置。
  3. 【請求項3】真空槽内部にアースシールドにより側面を
    囲まれたプラズマ空間が形成され、前記プラズマ空間内
    部にはRF電極が配され、前記RF電極にはガス導入管
    が設けられ、前記RF電極表面と相対向する位置に基板
    の配置が可能なようにアースシールド上端部に基板支持
    部が設けられたプラズマ電極装置において、 前記RF電極内部にはガス室が形成され、このガス室に
    はガス導入管が接続され、 前記RF電極表面には、前記ガス室からプラズマ空間へ
    ガスを放出するための内径が0.1mm〜1.0mmの
    複数のガス吹き出し口が設けられ、 前記ガス吹き出し口の間隙には、プラズマ空間内のガス
    を排気するための、内径がデバイ長さ以下でRF電極を
    表面から裏面まで貫通する複数の筒状の排気ノズルが設
    けられ、 前記アースシールドは、前記RF空間の側面および裏面
    と前記プラズマ空間の側面とをデバイ長さ以下の距離を
    保つように包囲し、 前記アースシールドと前記RF電極の裏面との間には、
    前記排気ノズルからガスが送り込まれる排気室が形成さ
    れ、 前記アースシールドの前記排気室に面した面には、前記
    排気室からガスを真空槽外に排気する排気管が設けら
    れ、前記排気管には排出されるガスを吸引するためのポ
    ンプ引き口が設けられたことを特徴とするプラズマ電極
    装置。
  4. 【請求項4】真空槽内部にアースシールドを備えたRF
    電極が配され、前記RF電極表面と相対向する位置に、
    ガス導入管を有するアース電極が設けられて、前記RF
    電極と前記アース電極との間にプラズマ空間が形成さ
    れ、前記RF電極の表面に基板の配置が可能なように基
    板支持部が設けられたプラズマ電極装置において、 前記アース電極内部にはガス室が形成され、このガス室
    にはガス導入管が接続され、 前記アース電極表面には、前記ガス室からプラズマ空間
    へガスを放出するための内径が0.1mm〜1.0mm
    の複数のガス吹き出し口が設けられ、 前記ガス吹き出し口の間隙には、プラズマ空間内のガス
    を排気するための、内径がデバイ長さ以下でアース電極
    を表面から裏面まで貫通する複数の筒状の排気ノズルが
    設けられ、 前記アース電極の裏面と真空槽の間には前記排気ノズル
    からガスが送り込まれる排気室が形成され、 排気室に面した前記真空槽には、排気室のガスを吸引す
    るためのポンプ引き口が設けられたことを特徴とするプ
    ラズマ電極装置。
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