JPH06283439A - 基板ホルダ及びプラズマ処理装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 プラズマ中の気相反応で発生する微粒子が処
理対象基板に付着することを抑制することができるプラ
ズマ処理装置に用いる基板ホルダ及びプラズマ処理装置
を提供する。 【構成】 排気ポンプ５２を付設した真空容器１内に導
入される処理用ガスを該排気ポンプの運転による所定真
空度のもとにプラズマ化させ、該プラズマのもとで処理
対象基板Ｓ１に目的とする成膜を行うプラズマＣＶＤ装
置であって、処理対象基板支持用の基板ホルダとして、
基板支持域の周囲部分に、プラズマ中の気相で発生する
微粒子を集め、捕獲し、排除方向へ導くための電界降下
部を提供する溝８３、８４、８５及び凹部８６を形成し
た基板ホルダ８を備え、該ホルダによる微粒子排除方向
が排気ポンプ５２による排気方向ａに揃うように基板ホ
ルダ８及び排気ポンプ５２を配置してあるプラズマＣＶ
Ｄ装置。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は薄膜トランジスタ、半導
体利用の各種センサのような半導体を利用したデバイス
や太陽電池その他を製造するにあたり、基板上に成膜し
たり、配線パターン等を得るために、形成した膜を所定
パターンに従ってエッチングしたりするプラズマＣＶＤ
装置、プラズマエッチング装置のようなプラズマ処理装
置及び該装置で使用される基板ホルダに関する。

【０００２】

【従来の技術】プラズマＣＶＤ装置は各種タイプのもの
が知られている。その代表例として、図６に示す平行平
板型のプラズマＣＶＤ装置について説明すると、この装
置は真空容器１を有し、その中に被成膜基板Ｓ１を設置
する基板ホルダを兼ねる電極２及びこの電極に対向する
電極３が設けられている。

【０００３】電極２は、基板Ｓ１を支持する表面が平坦
状に形成されており、通常、接地電極とされ、また、こ
の上に設置される基板Ｓ１を成膜温度に加熱するヒータ
２１を付設してある。輻射熱により基板Ｓ１を加熱する
ときは、ヒータは分離配置されることもある。電極３
は、電極２との間に導入される成膜用ガスに高周波電力
や直流電力を印加してプラズマ化させるための電力印加
電極で、図示の例ではマッチングボックス３１ａを介し
て高周波電源３２ａを接続してある。

【０００４】また、図示の例では、電極３は平坦な電極
板で構成され、それに直径０．５ｍｍ程度のガス供給孔
３１を多数形成してあり、ガスノズル４１から供給され
るガスが各孔から電極２に対し垂直な又は略垂直な方向
に、且つ、両電極間に全体的に放出されるようにしてあ
る。このような構成は広面積基板上に成膜するのに適し
ている。

【０００５】真空容器１には、さらに、開閉弁５１を介
して排気ポンプ５２を配管接続してあるとともに、前記
ガスノズル４１にはガス供給部４を配管接続してある。
ガス供給部４には、マスフローコントローラ４２１、４
２２・・・・及び開閉弁４３１、４３２・・・・を介し
て、所定量の成膜用ガスを供給するガス源４４１、４４
２・・・・が含まれている。

【０００６】ノズル４１は、その側面及び背面部分が、
このノズルに対し一定間隔をおいて設けたプラズマ回り
込み防止用の接地電極４０で囲まれている。この平行平
板型プラズマＣＶＤ装置によると、成膜対象基板Ｓ１が
真空容器１内の電極２上に設置され、該容器１内が弁５
１の開成と排気ポンプ５２の運転にて所定成膜真空度に
維持され、ガス供給部４から成膜用ガスが導入される。
また、高周波電極３に電源３２ａから高周波電圧が印加
され、それによって導入されたガスがプラズマ化され、
このプラズマの下で基板Ｓ１表面に所望の膜が形成され
る。

【０００７】また、プラズマエッチング装置も各種タイ
プのものが知られている。その代表例として図７に示す
平行平板型のエッチング装置について説明すると、この
装置も真空容器１０を備え、その中には、エッチング対
象膜を形成した基板Ｓ２を設置する基板ホルダを兼ねる
電極２０及び電極２０に対向配置された電極３０を備え
ている。

【０００８】電極２０は基板Ｓ２を支持する表面が平坦
状に形成されており、電極３０との間に導入されるエッ
チング用ガスに高周波電力や直流電力を印加してプラズ
マ化させるための電力印加電極として使用され、図示の
例ではマッチングボックス２０１を介して高周波電源２
０２に接続されている。電極３０は接地電極で、平坦な
電極板で構成され、それに直径０．５ｍｍ程度のガス供
給孔３０１を多数形成してあり、ガスノズル６１から供
給されるガスが各孔から電極２０に対し垂直な又は略垂
直な方向に、且つ、両電極間に全体的に放出されるよう
になっている。

【０００９】真空容器１０には、さらに、開閉弁７１を
介して排気ポンプ７２を配管接続してあるとともに、前
記ガスノズル６１にはガス供給部６を配管接続してあ
る。ガス供給部６には、マスフローコントローラ６２
１、６２２・・・・及び開閉弁６３１、６３２・・・・
を介して所要量のエッチング用ガスを供給するガス源６
４１、６４２・・・・が含まれている。

【００１０】ノズル６１の側面及び背面部分は、このノ
ズルに対し一定間隔をおいて配置したプラズマ回り込み
防止用の接地電極６０で囲まれている。このエッチング
装置によると、エッチング対象基板Ｓ２が容器１０内の
高周波電極２０上に設置され、該容器１０内が弁７１の
開成と排気ポンプ７２の運転にて所定エッチング真空度
に維持され、ガス供給部６からエッチング用ガスが導入
される。また、電極２０に高周波電源２０２から高周波
電圧が印加され、それによって導入されたガスがプラズ
マ化され、このプラズマの下に基板Ｓ２上の膜がエッチ
ングされる。なお、電極２０は、必要に応じ、水冷装置
２００等で冷却されることもある。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、プラズ
マＣＶＤ装置では、基板ホルダ電極上の基板表面近傍に
おけるプラズマ中の気相反応により形成される微粒子が
基板表面に形成される膜に付着したり、その中に混入し
たりして膜質を悪化させるという問題がある。気相反応
により微粒子が形成され、それが大きく成長する可能性
の高い成膜、例えば、シラン（ＳｉＨ₄ ）と水素
（Ｈ₂ ）からアモルファスシリコン（ａ−Ｓｉ）膜を、
シランとアンモニア（ＮＨ₃ ）からアモルファスシリコ
ンナイトライド（ａ−ＳｉＮ）膜を、シランと一酸化二
窒素（亜酸化窒素）（Ｎ₂ Ｏ）からアモルファスシリコ
ンオキサイド（ａ−ＳｉＯ₂ ）膜を形成するような成膜
では、基板表面に形成される膜に付着したり、その中に
混入したりする微粒子のサイズが形成される膜の膜厚に
対し大きく、その結果、その膜が絶縁膜である場合にお
いて成膜後洗浄処理すると、その微粒子の部分がピンホ
ールとなって絶縁不良が生じたり、その膜が半導体膜で
あると、半導体特性が悪化するといった問題がある。

【００１２】また、プラズマエッチング装置において
も、同様にプラズマ中の気相反応により微粒子が形成さ
れ、これが被エッチング面に付着する等の問題がある。
例えば、エッチングにより配線パターンを形成する場合
において、かかる微粒子はパターンニングの精度の悪化
をもたらし、細線形成においては断線を招くことがあ
る。

【００１３】そこで本発明は、プラズマ中の気相反応で
発生する微粒子が処理対象基板に付着することを抑制す
ることができるプラズマ処理装置に用いる基板ホルダ及
びプラズマ処理装置を提供することを課題とする。な
お、ここで言う「付着」及び後ほど〔発明の効果〕で述
べる「付着」とは、成膜にあっては、基板表面への直接
的付着、形成される膜への付着、該膜中への混入等を指
し、エッチングにあっては、基板表面への直接的付着、
エッチングされる膜への付着や混入等を指す概念であ
る。

【００１４】

【課題を解決するための手段】本発明者は、微粒子の基
板への付着を有効に抑制するための手段について研究を
重ねた結果、基板ホルダの基板支持域の周囲部分に凹溝
及び（又は）基板支持域より低い部分を形成しておけ
ば、それら凹所を含むホルダ表面全体に沿って同電位面
が形成され、且つ、それは前記凹所へ落ち込むので、そ
れら凹所が電界降下部となり、通常、負に帯電する微粒
子は電位差の大きいその部分へ引かれて集まり、そこに
捕獲されること、また、それら凹所の全部又は一部につ
いて、微粒子を排除したい方向へ向けプラズマ電位面に
対し電界降下を提供する傾斜を持たせれば、微粒子をそ
の排除方向へ導けることを見出した。

【００１５】前記課題を解決する本発明の基板ホルダ
は、この着目に基づくもので、プラズマ処理装置に用い
る処理対象基板支持用の基板ホルダであって、基板支持
域の周囲部分に、プラズマ中の気相で発生する微粒子を
集め、捕獲し、排除方向へ導くための電界降下部を提供
する凹所を形成したことを特徴とする。また、前記課題
を解決する本発明のプラズマ処理装置は、排気装置を付
設した真空容器内に導入される処理用ガスを前記排気装
置の運転による所定真空度のもとにプラズマ化させ、該
プラズマのもとで処理対象基板に目的とする処理を行う
プラズマ処理装置であって、前記基板ホルダを備え、該
ホルダによる微粒子排除方向が前記排気装置による前記
真空容器からの排気方向に揃うように該基板ホルダ及び
前記排気装置を配置してあることを特徴とする。

【００１６】前記本発明の基板ホルダ及びプラズマ処理
装置においては、基板ホルダの基板支持域を、そこに支
持される基板の表面とそれに隣合う周囲のホルダ表面部
分とが実質上隙間なく平坦に連続するように基板嵌入凹
部に形成しておくことが、その部分への微粒子溜まりを
抑制するうえで好ましい。

【００１７】

【作用】本発明の基板ホルダによると、それに支持され
た基板近傍のプラズマ中の気相反応により発生した微粒
子は、基板へ降り注いでそれに付着しようとするが、基
板の周囲には、基板やそれに隣合うホルダ表面部分より
低位置にある、電界降下部を提供する凹所が形成してあ
るので、微粒子はその部分に集まり、そこに捕獲され、
微粒子排除方向へ導かれる。

【００１８】また、本発明のプラズマ処理装置による
と、かかる基板ホルダから排出された微粒子は、真空容
器内の排気方向が前記微粒子排除方向に揃えられている
ので、円滑に容器外へ排気と共に排出される。かくし
て、基板への微粒子の付着が従来より抑制される。

【００１９】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面を参照して説明
する。図１は本発明の実施例である基板ホルダ８を有す
るプラズマＣＶＤ装置の１例を示している。このプラズ
マＣＶＤ装置は、図６に示す従来装置において、基板ホ
ルダを兼ねる接地電極２に代えて基板ホルダ８を採用し
たものであり、他の点は図６の装置と同構成であり、全
体の成膜動作も同様である。図６の装置における部品と
同じ部品については同じ参照符号を付してある。

【００２０】図２から図５はいずれも基板ホルダ８を示
すもので、図２はその正面図、図３は図２のＸ−Ｘ線に
沿う断面図、図４は図２のＸ−Ｘ線に沿う、途中部分省
略の拡大断面図、図５は図２のＹ−Ｙ線に沿う、途中部
分省略の拡大断面図である。この基板ホルダ８も接地電
極を兼ねるもので、基板加熱ヒータ８０を付設してあ
る。但し、輻射加熱を行う場合は、基板ホルダ８とヒー
タ８０は分離配置してもよい。

【００２１】ホルダ８表面中央部の基板支持域は成膜対
象基板Ｓ１が丁度嵌まり込む基板支持凹部８１に形成さ
れている。基板Ｓ１がこに嵌入配置されると、基板Ｓ１
の表面とその周囲に隣合うホルダ表面部分８２とは実質
上隙間無く連続し、且つ、基板表面と隣合う部分８２と
は実質上同一の面位置となる。従ってこの両者の境目部
分には微粒子が溜まりにくい。

【００２２】基板支持凹部８１の周囲に隣合うホルダ表
面部分８２の上方部及び左右部には、該表面部分８２に
連続し、次第に該表面部分より低位置へと落ち込む溝８
３、８４、８５が形成してある。溝８３、８４、８５
は、ホルダ正面側から見て門形に基板支持凹部８１を囲
った状態となっている。また、基板支持凹部８１の下方
部には、凹部８１に隣合うホルダ表面部分８２に連続
し、それより低位置へと落ち込み下端が下方へ開放され
た凹部８６を形成してある。凹部８６の左右端部は縦溝
８４、８５の下端部に連続している。

【００２３】上方水平溝８３は中央部より両端へ次第に
深くなっており、左右の縦溝８４、８５は溝８３に連続
する上端から下端へ次第に深くなり、下端は、前記下方
凹部８６と共に下方へ開放されている。また、ホルダ８
の各周縁角部分８７や各溝８３、８４、８５から立ち上
がった部分の角部分８８はいずれも、異常放電防止のた
め丸味を持たせてある。

【００２４】この基板ホルダ８は容器１内に設置された
状態で、その左右の溝８４、８５の方向が、排気ポンプ
５２による容器１からの排気方向ａと同方向に揃えられ
ている。以上説明したプラズマ処理装置によると、成膜
対象基板Ｓ１がホルダ８の基板支持凹部８１に嵌入設置
され、あとは、図６の装置について説明したと同様の手
順で該基板表面に目的とする成膜がなされる。

【００２５】この成膜中、基板Ｓ１表面近傍のプラズマ
中の気相反応により発生した、通常負に帯電する微粒子
Ｐは、基板Ｓ１へ降り注いでそれに付着しようとする
が、基板Ｓ１の周囲には、基板Ｓ１やそれに隣合うホル
ダ表面部分８２より低位置にある、電界降下部を提供す
る溝８３、８４、８５及び凹部８６を形成してあるの
で、微粒子Ｐは電界に従い、ポテンシャルの高い方へ
（＋側へ高い方へ）移動し、その部分に集まり、そこに
捕獲される。

【００２６】また、溝８３、８４、８５及び凹部８６は
排気方向ａと一致する微粒子排除方向へ向け次第に深く
形成されているので、換言すればそれら溝及び凹部がプ
ラズマ電位面に対し微粒子排除方向へ傾斜しているの
で、それら溝及び凹部に捕獲された微粒子Ｐは、電界に
従い微粒子排除方向へ導かれ、容器１からの排気と共に
円滑に排出される。かくして、基板Ｓ１への微粒子Ｐの
付着が従来より抑制される。

【００２７】なお、ホルダ８の電界降下部を提供する溝
８３、８４、８５及び凹部８６のサイズ、傾斜の程度等
については、特に制限はなく、微粒子を捕獲可能な電界
勾配と輸送可能なポテンシャルの傾斜が得られるもので
あれば、前記実施例のものに限定されない。以上説明し
た図１の装置により、ａ−Ｓｉ：Ｈ膜を形成した例を説
明する。

【００２８】 成膜条件 基板 ： ５インチシリコンウェハ ガス ： ＳｉＨ₄ １００ｓｃｃｍ Ｈ₂ ４００ｓｃｃｍ 成膜温度 ： ２３０℃ 成膜ガス圧： ０．４Ｔｏｒｒ 印加電力 ： ２００Ｗ 電極サイズ： ３６０ｍｍ×３６０ｍｍ□ 電極間隔 ： ４５ｍｍ（電極３表面−基板表面距離） この成膜では、形成されたａ−Ｓｉ：Ｈ膜における付着
微粒子数は、０．３μｍ以上の大きさのもので、５個以
下であった。

【００２９】なお、従来電極２を採用した場合は、他を
同条件として約５０個であった。以上プラズマＣＶＤ装
置について説明したが、かかる電界降下部提供のための
凹所を有する基板ホルダ８と同様の基板ホルダを図７の
プラズマエッチング装置の高周波電極２０の代わりに用
いても、同様に微粒子の基板への付着が、従来より抑制
される。

【００３０】

【発明の効果】以上説明したように本発明によると、プ
ラズマ中の気相反応で発生する微粒子が処理対象基板に
付着することを抑制することができるプラズマ処理装置
に用いる基板ホルダ及びプラズマ処理装置を提供するこ
とができる。特に本発明の基板ホルダによると、従来の
基板ホルダと簡単に取り替えて使用でき、安価に、ま
た、成膜条件やエッチング条件を格別変更する必要なく
基板への微粒子付着を抑制できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の１実施例である基板ホルダを採用した
プラズマＣＶＤ装置の１例の概略構成図である。

【図２】図１の装置における基板ホルダの正面図であ
る。

【図３】図２のＸ−Ｘ線に沿う断面図である。

【図４】図２のＸ−Ｘ線に沿う、途中部分省略の拡大断
面図である。

【図５】図２のＹ−Ｙ線に沿う、途中部分省略の拡大断
面図である。

【図６】従来のプラズマＣＶＤ装置の１例の概略構成図
である。

【図７】従来のプラズマエッチング装置の１例の概略構
成図である。

【符号の説明】

１、１０ 真空容器 ２、３０ 接地電極 ２０、３ 高周波電極 ２０１、３１ａ マッチングボックス ２０２、３２ａ 高周波電源 ２１ ヒータ ５１、７１ 開閉弁 ５２、７２ 排気ポンプ ４、６ ガス供給部 ８ 接地電極を兼ねる基板ホルダ ８０ ヒータ ８１ 基板支持凹部 ８２ 凹部８１に隣合うホルダ表面部 ８３ 水平溝 ８４、８５ 左右の縦溝 ８６ 凹部 Ｓ１ 成膜対象基板 Ｓ２ エッチング対象基板 Ｐ 微粒子 ａ 微粒子排除方向

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 プラズマ処理装置に用いる処理対象基板
   支持用の基板ホルダであって、基板支持域の周囲部分
   に、プラズマ中の気相で発生する微粒子を集め、捕獲
   し、排除方向へ導くための電界降下部を提供する凹所を
   形成したことを特徴とする基板ホルダ。
2. 【請求項２】 前記基板支持域が、そこに支持される基
   板の表面とそれに隣合う周囲のホルダ表面部分とが実質
   上隙間なく平坦に連続するように基板嵌入凹部に形成し
   てある請求項１記載の基板ホルダ。
3. 【請求項３】 排気装置を付設した真空容器内に導入さ
   れる処理用ガスを前記排気装置の運転による所定真空度
   のもとにプラズマ化させ、該プラズマのもとで処理対象
   基板に目的とする処理を行うプラズマ処理装置であっ
   て、請求項１記載の基板ホルダを備え、該ホルダによる
   微粒子排除方向が前記排気装置による前記真空容器から
   の排気方向に揃うように該基板ホルダ及び前記排気装置
   を配置してあることを特徴とするプラズマ処理装置。
4. 【請求項４】 前記基板ホルダにおける基板支持域が、
   そこに支持される基板の表面とそれに隣合う周囲のホル
   ダ表面部分とが実質上隙間なく平坦に連続するように基
   板嵌入凹部に形成してある請求項３記載のプラズマ処理
   装置。