JPH06236850A - プラズマ処理装置 - Google Patents

プラズマ処理装置

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JPH06236850A
JPH06236850A JP2276793A JP2276793A JPH06236850A JP H06236850 A JPH06236850 A JP H06236850A JP 2276793 A JP2276793 A JP 2276793A JP 2276793 A JP2276793 A JP 2276793A JP H06236850 A JPH06236850 A JP H06236850A
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JP
Japan
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plasma
gas
film
substrate
processing apparatus
Prior art date
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Pending
Application number
JP2276793A
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English (en)
Inventor
Masateru Hara
昌輝 原
Naoki Sano
直樹 佐野
Toshiyuki Samejima
俊之 鮫島
Setsuo Usui
節夫 碓井
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Sony Corp
Original Assignee
Sony Corp
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 成膜物等に対しダメージを生じることなく、
また均一な膜厚分布をもって成膜することが可能であ
り、装置内の余分な付着が抑制されたプラズマ処理装置
を提供する。 【構成】 プラズマ生成部1と処理部2とが分離されて
成るプラズマ処理装置において、プラズマ生成部1と処
理部2との境界近傍からプラズマ処理すべき基板20に
向かって反応に寄与するガス分子を引き出すガイド3を
設ける構成とする。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、プラズマガスと反応ガ
スを分離するリモートプラズマ法によるプラズマ処理装
置であり、特に大面積のプラズマCVDやプラズマエッ
チングに用いて好適な装置である。
【0002】
【従来の技術】半導体層等をプラズマ処理によって成膜
やエッチング処理を行う際に、その処理物に対するプラ
ズマによるダメージを低減化するために、リモートプラ
ズマ法が提案されている。このリモートプラズマ法にお
いては、例えばプラズマCVD(化学的気相成長)法に
より成膜する場合、プラズマ発生室と膜堆積室とを分離
して、その各室の境界でプラズマを引き出して成膜材料
ガスを分解するようにしたものである。このリモートプ
ラズマ法によれば、膜が堆積されるべき基板にはプラズ
マの直接的な照射が抑制されて、プラズマによるダメー
ジが抑制される(例えば“A.Matsuda et al.Applied Ph
ysics Letters 47(10), 1061(1985)”)。
【0003】従来のリモートプラズマ法による処理装置
では、一般にプラズマ発生室からラディカルや前駆体
(成膜される直前の状態の分子等)を処理室に引き出し
た後は自由に拡散させているため、例えば成膜処理を行
う場合その膜厚分布はガスの流れ方をそのまま反映して
しまい、ガス導入口や排気口の位置等装置内の構成に影
響を受けてしまう。また均一な膜厚分布が得られにく
く、成膜速度もガス分子が拡散する分だけ遅くなり、処
理装置の内壁に汚れが付着する等の恐れがある。
【0004】またこのような問題は、平行平板型プラズ
マ処理装置のみならず、無電極放電(誘導結合型)のリ
モートプラズマ処理装置 (例えば“P.D.Richard et al.
Journal of Vacuum Science Technology A3(3),867(198
5)”)においても同様に生じる。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、上述したよ
うな問題を解決して、処理物等に対しダメージを生じる
ことなく、また膜厚分布やエッチング処理の均一化をは
かると共に、装置内の余分な付着が抑制されたプラズマ
処理装置を提供する。
【0006】
【課題を解決するための手段】本発明は、その一例の構
成図を図1に示すように、プラズマ生成部1と処理部2
とが分離されて成るプラズマ処理装置において、プラズ
マ生成部1と処理部2との境界近傍からプラズマ処理す
べき基板20に向かって反応に寄与するガス分子を引き
出すガイド3を設ける構成とする。
【0007】また本発明は、上述の構成において、ガイ
ド3を基板20に向かって径が徐々に広がるほぼ円錐形
状として構成する。
【0008】
【作用】上述したように本発明によれば、プラズマ生成
部1と処理部2との境界近傍からプラズマ処理すべき基
板20に向かって反応に寄与するガス分子を引き出すガ
イド3を設けることから、このようなラディカル、前駆
体等のガスはガイド3の内側の空間に限定された状態で
攪拌されて基板に到達するので、ガスの導入方向や排気
口の方向に影響されにくく、その結果膜厚分布やエッチ
ング処理の均一化をはかることができる。更に、ガイド
3によってガスの自由な拡散を抑制することができるの
で成膜速度やエッチング速度が向上し、一方処理装置の
内壁に汚れが付着することが防ぐことができて、装置の
メンテナンスの簡略化をはかることができる。
【0009】また、このガイド3の形状を、基板20に
向かって径が徐々に広がる円錐形状、いわゆるコーン型
とすることによって、より均一に成膜又はエッチング処
理を行うことができ、また成膜を行う場合は均一な膜質
をもって成膜することができる。
【0010】
【実施例】以下図面を参照して本発明実施例を図面を参
照して詳細に説明する。本実施例は、三極型(トライオ
ード)構成の平行平板型のプラズマCVD装置に本発明
を適用した例で、図1はその構成を模式的に示したもの
である。装置はプラズマ生成部1と処理部2とより成
り、境界部のメッシュ電極4の孔部を通して反応に寄与
するガス分子を処理部2に導入するようになされてい
る。
【0011】図1において10はガラス管体を示し、そ
の下部は例えば金属性の隔壁部材によって外気と隔離さ
れ、上部には金属製の例えば円板状の上部電極5が設け
られ、ガラス管体10の内部は、下部の隔壁部材に設け
られた排気口91 、92 から図示しないが排気手段によ
り矢印c1 、c2 で示すように排気されて、所定の真空
度に保持される。また装置内のこの場合底部には、基板
20を載置する載置台8が設けられる。
【0012】そして上部電極5の例えば中央部には、こ
の電極5自体と電気的に絶縁されたガス導入口6が設け
られ、このガス導入口61 から供給したガスを図示しな
いが複数の分岐管に導入させて、上部電極5の下面にお
いて、矢印aで示すように所定間隔で材料ガスを分散さ
せてプラズマ生成部1に供給するようになされている。
【0013】またメッシュ電極4の孔部近傍の下側即ち
処理部2側に、成膜材料ガスの供給口71 及び72 を、
この場合図1において左右に設け、例えば装置の下部に
設けられるガス導入口62 及び63 から、成膜材料ガス
が矢印b1 、b2 で示すように導入される。このような
構成とする場合、メッシュ電極4の孔部の近傍で反応が
行われることとなり、プラズマ処理の効率の向上をはか
ることができる。
【0014】そして特に本実施例においては、ガス供給
口71 及び72 の下部から、処理部2の底部の載置台8
に載置された基板20に向かって、反応に寄与するガス
分子、即ち成膜材料に限らずこれを分解する材料を含む
ガス分子を引き出すガイド3を設ける構成とする。この
場合、ガイド3の形状は、基板20に向かって径が徐々
に広がるほぼ円錐形状のいわゆるコーン型として構成す
る。
【0015】このような構成において、上部電極に電源
13から13.56MHzのRF電圧を印加し、またメ
ッシュ電極4と載置台8とを接地して、成膜材料ガスと
してSiH4 +O2 ガスを用いてRFプラズマCVDに
よりSiO2 膜を成膜した。この場合、上部側のガス導
入口61 からO2 ガスを矢印cで示すように導入してプ
ラズマ生成部1内においてプラズマを発生させ、一方下
部側のガス導入口62、63 から矢印d1 、d2 で示す
ようにSiH4 と例えばArガスを導入して、メッシュ
電極4の孔部から抜け出た酸素ラディカルによってメッ
シュ電極4の下部近傍に導入したSiH4 を分解し、基
板20にSiO2 を成膜した。
【0016】上述したように本実施例においては、ガイ
ド3を設けることから、SiO2 の前駆体及び酸素ラデ
ィカル等の励起種、即ち反応に寄与する分子がこのガイ
ド3の内側の空間に限定されて拡散し、基板20の近傍
まで攪拌されながら基板20に到達する。その結果、成
膜された膜の膜厚分布は、SiH4 ガスの導入口61
2 の位置や、導入方法、排気口91 、92 の位置等に
よる影響を受けにくくなり、より均一な成膜が可能とな
ると共に、成膜速度の向上をはかることができた。以下
これを説明する。
【0017】図2に示すように、上述の図1において説
明したプラズマ処理装置と同様の構成とするも、ガイド
3を設けない装置を用いて、この装置との比較により本
発明構成による効果を確認した。図2において、図1に
対応する部分には同一符号を付して重複説明を省略す
る。
【0018】先ず、図2に示す構成の装置をもって下記
の表1に示す通常の成膜条件をもってSiO2 の成膜を
行った。この場合、堆積速度は15nm/min(平
均)であり、直径3インチの基板において膜厚分布は±
20%であった。
【0019】
【表1】
【0020】上記表1においてSiH4 の流量における
パーセンテージは全体のガス流量に対するSiH4 ガス
の流量を示し、残り90%はこの場合Arガスを導入し
たことを示すものである。以下の表2及び表3において
も同様に示す。
【0021】尚、前述の図2に示す装置においては上記
表1の条件が膜厚分布の均一化をはかるためには最適の
条件であり、上述の条件に対し減圧条件又は加圧条件と
しても良好な結果は得られなかった。
【0022】これに対し、上述の図1において説明した
本発明構成の装置による成膜を行ったところ、堆積速度
は46nm/min程度となり、図2の装置による場合
に比し成膜速度を3倍程度とすることができた。しかし
ながらこの場合膜厚分布はやや低いか同程度であった。
【0023】更に、下記の表2に示す成膜条件をもって
図1に示す本発明構成の装置によってSiO2 を成膜し
た。この場合、堆積速度は18nm/minとなり、3
インチ基板内において膜厚分布を±1%とすることがで
きた。
【0024】
【表2】
【0025】また、図1に示す本発明構成の装置におい
ては、下記の表3に示す成膜条件とした場合でも同様に
膜厚分布を3インチ基板内で±1%程度とすることがで
きた。
【0026】
【表3】
【0027】この表3に示す成膜条件での3インチ基板
内の膜厚分布と屈折率分布をそれぞれ図3及び図4に示
す。図3及び図4において一点鎖線a1 及びa2 はそれ
ぞれ平均値を示す。この結果から、膜厚分布をほぼ±1
%以下とすると共に、特にその屈折率分布を均一化する
ことができた。
【0028】即ち、成膜したSiO2 膜中に例えばSi
x (x=1〜2)が多く含まれると屈折率が変動する
等の不都合が生じる恐れがあるが、本発明によればその
膜質をもほぼ均一とすることができることがわかる。
【0029】尚、この例においては、屈折率平均値を
1.468程度としたものであるが、この屈折率値は主
原料であるO2 ガスとSiH4 ガスとの流量比を適切に
選定することによって、所望の値に制御することができ
る。
【0030】前述の表1の条件による比較例の成膜結果
と表2の最適条件による本発明実施例の成膜結果との比
較から、本発明による場合は材料ガスであるSiH4
流量を半減させているにも係わらず、堆積速度が20%
増加しているおり、また膜厚分布を±20%から±1%
と格段に向上していることがわかる。
【0031】また本発明によれば、ガイド3の外側にガ
ス分子が殆ど拡散しないことから、ガラス管体10の内
壁の成膜材料の付着等による汚染を格段に抑制すること
ができて、装置のメンテナンス作業の簡略化をはかるこ
とができた。
【0032】また更に、上述の実施例においてはメッシ
ュ電極4を接地してプラズマ処理を行ったものである
が、このメッシュ電極4に適切なバイアス電圧を印加す
ることにより荷電粒子を制御することができて、成膜基
板20へのO2 イオン等によるダメージを抑制すること
ができる。また例えばSi3 4 を成膜する場合等、荷
電した前駆体を効率良く基板20に誘導させて、成膜速
度を向上させ、膜厚の均一化をはかることができる等の
効果が得られる。
【0033】尚、本発明は上述の実施例に限定されるも
のではなく、例えばガイド3の形状をコーン型でなく円
筒型とすることもできる。しかしながら、コーン型とす
る場合は、より広い範囲への成膜を効率よく行うことが
できる。
【0034】また成膜材料としても上述のO2 +SiH
4 の他、SiH4 にかえてTEOS(テトラエチル・オ
ルトシリケート)を用いてSiO2 を成膜することもで
き、更にa−Si(アモルファス・シリコン)膜の成
膜、各種のプラズマ処理による成膜等に本発明を適用す
ることができる。またエッチング処理装置においても適
用することができ、その処理速度の向上及び処理の均一
化をはかることができる。
【0035】更に、その他例えば前述の従来例において
説明した平行平板型のプラズマ処理装置や、または誘導
結合型のプラズマ処理装置等への適用も可能であり、ま
たプラズマの生成にあたってマイクロ波を用いる等、各
種変形変更が可能であることはいうまでもない。
【0036】
【発明の効果】上述したように本発明によれば、ガイド
3により反応に寄与するガス分子を効率良く基板20に
向かわせることから、これらのガス分子はガイド3の内
側の空間に限定された状態で攪拌されて基板20の表面
に到達し、ガスの導入方向や排気口の方向に処理速度が
影響されにくく、その結果膜厚分布やエッチング処理の
均一化をはかることができる。
【0037】また更に、装置内の汚染を制御することが
できて、装置のメンテナンスの簡略化をはかることがで
きる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明実施例の構成図である。
【図2】比較例の構成図である。
【図3】膜厚分布を示す図である。
【図4】屈折率分布を示す図である。
【符号の説明】
1 プラズマ生成部 2 処理部 3 ガイド 4 メッシュ電極 5 上部電極 13 電源 20 基板
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 碓井 節夫 東京都品川区北品川6丁目7番35号 ソニ ー株式会社内

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 プラズマ生成部と処理部とが分離されて
    成り、 上記プラズマ生成部と上記処理部との境界近傍から処理
    すべき基板に向かって反応に寄与するガス分子を引き出
    すガイドが設けられて成ることを特徴とするプラズマ処
    理装置。
  2. 【請求項2】 上記ガイドが上記基板に向かって径が徐
    々に広がるほぼ円錐形状とされて成ることを特徴とする
    上記請求項1に記載のプラズマ処理装置。
JP2276793A 1993-02-10 1993-02-10 プラズマ処理装置 Pending JPH06236850A (ja)

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JP2276793A JPH06236850A (ja) 1993-02-10 1993-02-10 プラズマ処理装置

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