JPH0845858A

JPH0845858A - プラズマ処理装置

Info

Publication number: JPH0845858A
Application number: JP19485394A
Authority: JP
Inventors: Masateru Hara; 昌輝原; Atsushi Kono; 淳香野; Naoki Sano; 直樹佐野; Mitsunobu Sekiya; 光信関谷; Toshiyuki Samejima; 俊之鮫島
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 1994-07-27
Filing date: 1994-07-27
Publication date: 1996-02-16

Abstract

(57)【要約】【目的】プラズマ処理室からプラズマ生成室へのガスの
逆拡散を確実に防止でき、しかも、短時間で内部を高真
空状態にすることを可能にし、更には大面積の被処理材
を短時間で均一に処理し得るプラズマ処理装置を提供す
る。【構成】プラズマ処理装置は、プラズマ生成室１０とプ
ラズマ処理室２０を備えており、プラズマ生成室とプラ
ズマ処理室との間に１枚以上１０枚以下のプラズマ分離
用のメッシュプレート４０，４１，４２が配設されてお
り、メッシュプレートの各々は複数の開口部４３を有
し、プラズマ処理装置の各メッシュプレートが配設され
た領域におけるガスが通過する面積をＳ₁、各メッシュ
プレートにおける複数の開口部の開口面積の総和をＳ₂
としたとき、０．８≦Ｓ₂／Ｓ₁≦１を満足することを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、プラズマ発生領域と被
処理材処理領域とを分離するリモートプラズマ法の実施
に適したプラズマ処理装置に関し、より詳しくは、プラ
ズマＣＶＤ法やプラズマエッチング法等にて大面積の被
処理材（例えば、ウエハ）を短時間で良好に処理できる
プラズマ処理装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】プラズマによる被処理材の損傷発生を低
減するプラズマ処理法として、リモートプラズマ法が知
られている。一般的なリモートプラズマ法としては、"D
eposition of silicon dioxide and silicon nitride b
y remote plasma enhanced chemical vapor depositio
n" G. Lucovsky, et al, J. Vac. Sci. Technol. A, Vo
l.4, No. 3, May/Jun 1986 に開示されているように、
プラズマ生成室とプラズマ処理室との距離を離してプラ
ズマによる被処理材の損傷発生を低減する方法がある。

【０００３】また、その他のリモートプラズマ法とし
て、「リモートプラズマＣＶＤを用いたＳｉＯ₂膜」、
原昌輝、他、電子情報通信学会技術研究報告、Vol.92
No.463SDM92-166 に開示されているように、プラズマ
生成室とプラズマ処理室との間にメッシュプレートから
成る仕切りを挿入し、プラズマによる被処理材の損傷発
生を低減する方法がある。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】G. Lucovsky らの提案
している方法では、プラズマ生成室とプラズマ処理室と
の間に仕切りが無い。従って、ＣＶＤ法によってＳｉＯ
₂膜を成膜する場合、成膜原料ガスであるＳｉＨ₄ガスが
プラズマ処理室からプラズマ生成室へ逆拡散することを
防止しなければならない。ＳｉＨ₄ガスの逆拡散が生じ
ると、ＳｉＯ₂膜中にＳｉ−Ｈ、Ｓｉ−ＯＨ等の不純物
が大量に形成され、ＳｉＯ₂の膜質が劣化することが知
られている（"Atomic structure in SiO₂ thin film de
posited byremote plasma-enhanced chemical vapor de
position" G. Lucovsky, et al, J. Vac. Sci. Techno
l. A, Vol. 7, No.3, May/Jun 1989 参照）。このよう
なＳｉＨ₄ガスの逆拡散のためには、大量のガス（Ｏ₂，
Ｈｅ）をプラズマ生成室からプラズマ処理室に流さなけ
ればならず、その結果、プラズマによる被処理材の損傷
発生といった問題を解決できない。

【０００５】原らによって提案された方法では、メッシ
ュプレートがあるために、高エネルギーを有するイオン
及び電子はメッシュプレートを通過することができず、
主に中性のラジカルがメッシュプレートを通過する。そ
れ故、プラズマによる被処理材の損傷発生を低減するこ
とが可能である。しかも、ＣＶＤ法によってＳｉＯ₂膜
を成膜する場合、メッシュプレートが仕切りとなり、Ｓ
ｉＨ₄ガスのプラズマ処理室からプラズマ生成室への逆
拡散を部分的に防止することが可能である。しかしなが
ら、この逆拡散の防止は十分とはいえない。また、プラ
ズマ処理装置を真空引きする際、このメッシュプレート
は排気コンダクタンスを低下させる原因となり、短時間
でプラズマ処理装置内を高真空状態にすることは困難で
ある。

【０００６】従って、本発明の目的は、プラズマ処理室
からプラズマ生成室へのガスの逆拡散を確実に防止で
き、しかも、短時間で内部を高真空状態にすることを可
能にし、更には大面積の被処理材を短時間で均一に処理
し得るプラズマ処理装置を提供することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めの本発明のプラズマ処理装置は、プラズマ生成室とプ
ラズマ処理室を備えており、プラズマ生成室とプラズマ
処理室との間に１枚以上１０枚以下のプラズマ分離用の
メッシュプレートが配設されており、これらのメッシュ
プレートの各々は複数の開口部を有し、プラズマ処理装
置の各メッシュプレートが配設された領域におけるガス
が通過する面積をＳ₁、各メッシュプレートにおける複
数の開口部の開口面積の総和をＳ₂としたとき、０．８≦Ｓ₂／Ｓ₁≦１式（１）を満足することを特徴とする。

【０００８】メッシュプレートとプラズマ処理装置との
間に隙間がない場合、プラズマ処理装置の各メッシュプ
レートが配設された領域におけるガスが通過する面積Ｓ
₁は、各メッシュプレートにおける複数の開口部の開口
面積の総和Ｓ₂と一致する。即ち、Ｓ₂＝Ｓ₁ である。一方、メッシュプレートとプラズマ処理装置と
の間に隙間がある場合、この隙間の面積をＳ₃とすれ
ば、Ｓ₁＝Ｓ₂＋Ｓ₃ である。

【０００９】０．８≦Ｓ₂／Ｓ₁を満足しない場合、高エ
ネルギーを有するイオン及び電子がメッシュプレートと
プラズマ処理装置との間の隙間を通過し易くなる。ま
た、プラズマ処理室からプラズマ生成室へ逆拡散するこ
とを効果的に防止できなくなる。

【００１０】メッシュプレートの枚数の上限はプラズマ
処理装置を排気する際のコンダクタンスの低下によって
制限されるだけであり、本質的には上限は無い。プラズ
マ処理装置によってはメッシュプレートを１１枚以上と
することもできるが、実用上は最高１０枚で十分であ
る。

【００１１】開口部の平面形状は、円形や多角形、楕円
等、任意の形状とすることができる。開口部は、矩形、
正三角形や正六角形の頂点上等、任意のパターンに配置
することができる。メッシュプレート単位面積当りの開
口部の個数は、メッシュプレートの全領域で一定として
もよいし、例えば、メッシュプレートの中央部では個数
を多くし、周辺部では個数を少なくしてもよいし、場合
によっては周辺部に開口部を設けなくともよい。各開口
部の大きさは一定であっても異なっていてもよい。開口
部の軸線方向の断面形状は、矩形や台形等、任意の形状
とすることができる。メッシュプレートは、例えばステ
ンレススチール板等に穴開け加工等を施すことによっ
て、あるいは又、エキスパンドメタルを加工することに
よって、作製することができる。メッシュプレートの平
面形状は、プラズマ処理装置の形状に依存して適宜決定
すればよいが、円形が最も好ましい。

【００１２】また、本発明のプラズマ処理装置において
は、プラズマ生成室及びプラズマ処理室にガス排気部が
設けられていることが好ましい。プラズマ生成室とプラ
ズマ処理室との間に２枚以上１０枚以下のプラズマ分離
用のメッシュプレートを配設する場合には、メッシュプ
レートとメッシュプレートとの間にガス排気部を設ける
態様が、プラズマ処理装置を短時間で排気するために、
一層好ましい。

【００１３】本発明のプラズマ処理装置においては、プ
ラズマ処理装置のメッシュプレート取付部は電気絶縁材
料から成り、メッシュプレート取付部はプラズマ処理装
置の外壁の一部を構成していることが好ましい。

【００１４】

【作用】本発明のプラズマ処理装置においては、プラズ
マ分離用のメッシュプレートを用いているため、高エネ
ルギーを有するイオン及び電子はメッシュプレートを通
過することができず、主に中性のラジカルがメッシュプ
レートを通過する。それ故、プラズマ処理室に配置され
た被処理材にプラズマによる損傷が発生し難い。また、
プラズマ処理装置の各メッシュプレートが配設された領
域におけるガスが通過する面積Ｓ₁、各メッシュプレー
トにおける複数の開口部の開口面積の総和Ｓ₂との間
は、０．８≦Ｓ₂／Ｓ₁≦１なる関係を満足するので、プラズマ処理室からプラズマ
生成室へのガスの逆拡散を防止でき、高品質のプラズマ
処理を実現できる。

【００１５】また、プラズマ生成室及びプラズマ処理室
にガス排気部を設ければ、従来のプラズマ処理装置と比
較して、短時間でプラズマ処理装置の真空引きを行うこ
とができる。更に、メッシュプレート相互の間にガス排
気部を設ければ、プラズマ処理装置の真空引きをより一
層短時間で行うことができる。尚、プラズマ処理装置の
メッシュプレート取付部を電気絶縁材料から構成し、メ
ッシュプレート取付部をプラズマ処理装置の外壁の一部
とすることによって、プラズマ処理装置の構成を簡素化
し得る。

【００１６】

【実施例】以下、図面を参照して、実施例に基づき本発
明のプラズマ処理装置を説明する。

【００１７】（実施例１）実施例１におけるプラズマ処
理装置は、平行平板型のプラズマＣＶＤ装置である。そ
の概略の構造を図１に示す。実施例１のプラズマ処理装
置は、基本的にはプラズマ生成室１０とプラズマ処理室
２０を備えている。

【００１８】プラズマ生成室１０は、円板形の金属製の
外壁部材１１と円筒形の金属製の外壁部材１２とから構
成されている。プラズマ生成室１０には、バルブ１８付
きのガス排気部１７が設けられており、図示しない排気
ポンプによりプラズマ生成室１０内のガスを排気し、プ
ラズマ生成室１０内を真空引きする。プラズマ生成室１
０へのプラズマ発生用ガスの導入は、外壁部材１１に設
けられたバルブ１６付きガス導入部１５から行う。Ｓｉ
Ｏ₂を成膜する場合、Ｏ₂ガス及びＨｅガスをガス導入部
１５からプラズマ生成室１０内に導入する。プラズマを
生成させるために、外壁部材１１に取り付けられた電力
導入端子１３を経て上部電極１４にＲＦ電力が供給され
る。

【００１９】プラズマ処理室２０は、円筒形の金属製の
外壁部材２１から構成されている。プラズマ処理室２０
には、ガス導入部２２、バルブ２６付きのガス排気部２
５、バルブ２８付きのガス排気部２７が備えられてい
る。ガス導入部２２から導入されたガスは、リング状の
ガス拡散器２３に設けられた多数の小孔からプラズマ処
理室２０の内部に均一に拡散される。そしてプラズマ処
理室２０に備えられたガス排気部２７から、図示しない
排気ポンプによって排気される。一方、プラズマ生成室
１０内に導入されたプラズマ発生用のガスは図１の下方
に流れ、プラズマ処理室２０のガス排気部２７から排気
される。プラズマ処理室２０の底部には電気的に接地さ
れた加熱用ヒーター２４が設置されている。この加熱用
ヒーター２４上にプラズマ処理されるべき被処理材（例
えばウエハ）５０を載置する。

【００２０】プラズマ生成室１０とプラズマ処理室２０
とは、円筒形の金属製の外壁部材１２で結ばれている。
外壁部材１２の一部分は、プラズマ処理室２０の外壁部
材２１を介してプラズマ処理室２０の内部に収納されて
おり、プラズマ処理室２０内の外壁部材１２の端部はガ
ス拡散器２３の上方に位置する。

【００２１】外壁部材１２にはメッシュプレート４０，
４１，４２が配設されている。尚、外壁部材１２の端部
にメッシュプレート４２が配設されている。各メッシュ
プレート４０，４１，４２は、絶縁材（図示せず）を介
して支持部材４４によって外壁部材１２に取り付けられ
ている。尚、外壁部材１２の構造や組立方法、メッシュ
プレートの取付け方法は適宜変更することができる。こ
うして、外壁部材１２とメッシュプレート４０，４１に
よってプラズマ分離室３０が形成され、外壁部材１２と
メッシュプレート４１，４２によってプラズマ分離室３
１が形成される。尚、実施例１においては、外壁部材１
２とメッシュプレート４０，４１，４２との間には隙間
４５が形成されている。即ち、外壁部材１２の内径は、
メッシュプレート４０，４１，４２の外径よりも大き
い。

【００２２】外壁部材１２にはバルブ３５付きガス排気
部３４が設けられている。即ち、メッシュプレート４０
とメッシュプレート４１との間のプラズマ分離室３０に
はガス排気部３４が設けられている。尚、メッシュプレ
ート４１とメッシュプレート４２との間にガス排気部を
設けてもよい。あるいは又、各プラズマ分離室にガス排
気部を設けてもよい。プラズマ分離室は、図示しない排
気ポンプにより排気され、真空引きされる。

【００２３】メッシュプレート４０，４１，４２は、プ
ラズマ生成室１０とプラズマ処理室２０とを空間的に分
離する。メッシュプレート４０，４１，４２は、例えば
同一サイズの金属板であり、その平面形状は、図１に示
した実施例１のプラズマ処理装置の場合には円板状であ
る。この円板状のメッシュプレートには、円形の複数の
開口部４３が開けられている。実施例１におけるメッシ
ュプレートには、中心間の距離が１ｍｍ、０．５ｍｍ径
の開口部（平面形状は円形）がマトリックス状（正方形
の頂点上）に設けられている。また、外壁部材１２の内
径を３００ｍｍ、メッシュプレート４０，４１，４２の
外径を２９２ｍｍとした。

【００２４】メッシュプレート１ｍｍ²当りの開口部の
面積合計Ｓ_UNITは、Ｓ_UNIT＝π×０．２５² ＝０．１９６ｃｍ² となる。メッシュプレートの面積は、π×１４６²ｍｍ²
である。従って、複数の開口部の開口面積の総和Ｓ
₂は、Ｓ₂＝π×１４６²×０．１９６／１００＝１３１ｃｍ² となる。一方、隙間の面積Ｓ₃はＳ₃＝π×（１５²−１４．６²）＝３７．２ｃｍ² である。従って、プラズマ処理装置の各メッシュプレー
トが配設された領域におけるガスが通過する面積Ｓ₁はＳ₁＝Ｓ₂＋Ｓ₃ ＝１３１＋３７．２＝１６８．２ｃｍ² となる。以上の結果から、有効数字１桁においては、Ｓ₂／Ｓ₁≧０．８を満足する。

【００２５】実施例１においては、プラズマ生成室１０
に導入されたガスは、メッシュプレート４０，４１，４
２に設けられた開口部４３、及び外壁部材１２と各メッ
シュプレート４０，４１，４２との間に設けられた狭い
隙間を通り抜けてプラズマ処理室２０に流入する。この
ような構造にすることで、プラズマ処理室２０内にガス
拡散器２３から導入されたガスが、図１の上方に逆拡散
してプラズマ生成室１０まで到達することを困難にして
いる。

【００２６】このように、プラズマ処理装置は、金属製
の外壁部材１１，１２，２１によって外気と隔離されて
いる。また、プラズマ生成室１０とプラズマ処理室２０
とは、プラズマ分離のための複数の開口部を有するメッ
シュプレート４０，４１，４２で仕切られている。

【００２７】プラズマは、プラズマ生成室１０内で、上
部電極１４とメッシュプレート４０との間で発生する。
プラズマ生成室１０で発生したプラズマの相当の部分
は、メッシュプレート４０，４１，４２によって遮蔽さ
れ、プラズマ処理室２０はプラズマから概ね分離されて
いる。また、これらのメッシュプレート４０，４１，４
２は、金属製の外壁部材１２から絶縁材（図示せず）に
よって電気的に相互に電気的に絶縁されている。従っ
て、各々のメッシュプレート４０，４１，４２に独立し
て電圧を印加することが可能である。この電圧の印加状
態を適切に制御することによって、より効果的にプラズ
マをプラズマ生成室１０に閉じ込めることが可能にな
る。

【００２８】（実施例２）実施例２におけるプラズマ処
理装置は、実施例１と同様に、平行平板型のプラズマＣ
ＶＤ装置である。その概略の構造を図２に示す。実施例
２のプラズマ処理装置が実施例１と相違する点は、外壁
部材１２Ａ，３２，３３、及びメッシュプレートの大き
さにある。プラズマ処理室２０の構造は、実施例１と同
様とすることができる。

【００２９】実施例２においては、プラズマ生成室１０
は、円板形の金属製の外壁部材１１と円筒形の石英製の
外壁部材１２Ａとから構成されている。また、プラズマ
生成室１０とプラズマ処理室２０とは、円筒形の石英製
の外壁部材３２，３３で結ばれている。外壁部材３３の
一部分は、プラズマ処理室２０の外壁部材２１を介して
プラズマ処理室２０の内部に収納されており、プラズマ
処理室２０内の外壁部材３３の端部はガス拡散器２３の
上方に位置する。

【００３０】絶縁材料である石英製の外壁部材１２Ａと
３２との間にメッシュプレート４０が配設されている。
また、石英製の外壁部材３２と３３との間にメッシュプ
レート４１が配設されている。更に、石英製の外壁部材
３３の端部にメッシュプレート４２が配設されている。
プラズマ処理装置の外壁の一部を構成する外壁部材３
２，３３は、電気絶縁材料から成るメッシュプレート取
付部を兼ねている。外壁部材１２Ａ，３２，３３の端部
にフランジ部を設けておき、外壁部材同士をボルト及び
ナット（図示せず）を用いて連結し、併せてフランジ部
の間にメッシュプレート４０，４１を固定すればよい。
また、メッシュプレート４２は外壁部材３３の端部に設
けられたフランジ部にボルト及びナット（図示せず）を
用いて固定すればよい。尚、外壁部材１２Ａ，３２，３
３の組立方法、メッシュプレートの取付け方法は適宜変
更することができる。こうして、外壁部材３２とメッシ
ュプレート４０，４１によってプラズマ分離室３０が形
成され、外壁部材３３とメッシュプレート４１，４２に
よってプラズマ分離室３１が形成される。

【００３１】実施例２においては、外壁部材１２Ａ，３
２，３３の内径を３００ｍｍ、メッシュプレート４０，
４１，４２の有効径を２８０ｍｍとした。ここで有効径
とは、開口部４３が形成されたメッシュプレートの領域
の直径を意味する。即ち、外壁部材１２Ａ，３２，３３
の内面から１０ｍｍ以上離れたメッシュプレートの領域
に開口部４３が形成されている。

【００３２】外壁部材３２にはバルブ３５付きガス排気
部３４が設けられている。即ち、メッシュプレート４０
とメッシュプレート４１との間のプラズマ分離室３０に
はガス排気部３４が設けられている。尚、メッシュプレ
ート４１とメッシュプレート４２との間にガス排気部を
設けてもよい。あるいは又、各プラズマ分離室にガス排
気部を設けてもよい。プラズマ分離室は、図示しない排
気ポンプにより排気され、真空引きされる。

【００３３】メッシュプレート４０，４１，４２は、プ
ラズマ生成室１０とプラズマ処理室２０とを空間的に分
離する。メッシュプレート４０，４１，４２は、例えば
同一サイズの金属板であり、その平面形状は、図２に示
した実施例２のプラズマ処理装置の場合には円板状であ
る。この円板状のメッシュプレートには、円形の複数の
開口部４３が開けられている。実施例２におけるメッシ
ュプレートには、中心間の距離が約１ｍｍ、０．５ｍｍ
径の開口部（平面形状は円形）がマトリックス状（正方
形の頂点上）に設けられている。

【００３４】実施例２においては、外壁部材１２Ａ，３
２，３３と各メッシュプレート４０，４１，４２との間
に隙間はない。従って、プラズマ処理装置の各メッシュ
プレートが配設された領域におけるガスが通過する面積
Ｓ₁と、各メッシュプレートにおける複数の開口部の開
口面積の総和Ｓ₂とは一致する。即ち、Ｓ₂＝Ｓ₁ である。

【００３５】実施例２においては、プラズマ生成室１０
に導入されたガスは、必ずメッシュプレート４０，４
１，４２に設けられた開口部４３を通り抜けてプラズマ
処理室２０に流入する。しかも、外壁部材１２Ａ，３
２，３３と各メッシュプレート４０，４１，４２との間
に隙間がない構造にすることで、プラズマ処理室２０内
にガス拡散器２３から導入されたガスが、図２の上方に
逆拡散してプラズマ生成室１０まで到達することを実施
例１と比較して一層困難にしている。

【００３６】このように、プラズマ処理装置は、金属製
の外壁部材１１，２１、及び絶縁材料である石英製の外
壁部材１２Ａ，３２，３３によって外気と隔離されてい
る。また、プラズマ生成室１０とプラズマ処理室２０と
は、プラズマ分離のための複数の開口部を有するメッシ
ュプレート４０，４１，４２で仕切られている。

【００３７】プラズマは、プラズマ生成室１０内で、上
部電極１４とメッシュプレート４０との間で発生する。
プラズマ生成室１０で発生したプラズマの相当の部分
は、メッシュプレート４０，４１，４２によって遮蔽さ
れ、プラズマ処理室２０はプラズマから概ね分離されて
いる。また、これらのメッシュプレート４０，４１，４
２は、石英製の外壁部材１２Ａ，３２，３３によって相
互に電気的に絶縁されている。従って、各々のメッシュ
プレート４０，４１，４２に独立して電圧を印加するこ
とが可能である。この電圧の印加状態を適切に制御する
ことによって、より効果的にプラズマをプラズマ生成室
１０に閉じ込めることが可能になる。

【００３８】（実施例２の装置を用いた成膜実施例）プ
ラズマ処理装置である実施例２のプラズマＣＶＤ装置を
用いたシリコン酸化膜（ＳｉＯ₂膜）の成膜例を以下に
説明する。

【００３９】先ず、各バルブを開き、ガス排気部１７，
３４，２５，２７からプラズマ処理装置内の残留ガスを
排気し、プラズマ処理装置内の真空度を２．７×１０^-5
Ｐａ（２×１０^-7トル）程度にした。その後、ガス導入
部１５からＯ₂ガスを５ｓｃｃｍ、Ｈｅガスを５０ｓｃ
ｃｍ、プラズマ生成室１０内に導入した。一方、ガス導
入部２２からＳｉＨ₄を１．２ｓｃｃｍ、Ｈｅガスを３
０ｓｃｃｍ、ガス拡散器２３を介してプラズマ処理室２
０に導入した。次に、ガス排気部１７，３４，２５のバ
ルブを閉じて、ガス排気部２７からのみ排気を行い、図
示していないバルブで排気コンダクタンスを調節して、
プラズマ処理室２０内の圧力を４Ｐａ（３００ミリト
ル）にした。

【００４０】次に、電力導入端子１３から上部電極１４
に１３．５６ＭＨｚのＲＦ電力５Ｗを投入し、プラズマ
生成室１０内にＯ₂／Ｈｅ混合ガスのプラズマを発生さ
せた。尚、メッシュプレート４０，４１，４２を接地し
ておいた。メッシュプレート４０の下ではプラズマ放電
は観測されなかった。この放電時のプラズマ診断法（例
えば、Appiled Physics Letters 65 (2), 1994, p162 S
ano, et al., に示されたラングミュアプローブ解析を
応用した手法）により分析したところ、プラズマ生成室
１０内のＯ₂／Ｈｅ混合ガス中のプラズマの電子密度は
１０⁹ｃｍ^-3台であった。一方、メッシュプレート４０
を通過した直後のＯ₂／Ｈｅ混合ガス中の電子密度は１
０⁴ｃｍ^-3台まで低減していた。このように、メッシュ
プレート１枚でもプラズマ分離に大きな効果のあること
が判った。

【００４１】Ｏ₂／Ｈｅ混合ガスのプラズマで発生した
活性な酸素ラジカルは、メッシュプレート４０，４１，
４２の小さな開口部を通り抜けることができ、メッシュ
プレート４２を通過したところでガス拡散器２３からプ
ラズマ処理室２０内に導入されたＳｉＨ₄と反応する。
その結果、被処理材５０である半導体基板上にＳｉＯ₂
が成膜された。

【００４２】ここで、被処理材５０である半導体基板上
に堆積したＳｉＯ₂膜の成膜状態及び特性を調べたとこ
ろ、加熱用ヒーター２４の加熱による被処理材加熱温度
が約２７０゜Ｃのときに、ＳｉＯ₂の堆積速度は３ｎｍ
／分であり、ＳｉＯ₂膜の屈折率は１．４５であった。
このＳｉＯ₂の堆積速度及びＳｉＯ₂膜の屈折率は、従来
のプラズマＣＶＤ装置で得られる値と同等であった。

【００４３】ＳｉＯ₂膜の成膜終了後、実施例２のプラ
ズマ処理装置の残留ガス排気能力を測定した。ＳｉＯ₂
膜の成膜が終了した時点をゼロ時間として、１５分間、
プラズマ処理装置内の真空度を１分間隔で測定した。バ
ルブ１６を閉じ、バルブ１８，３５，２６，２８を全て
開き、ガス排気部１７，３４，２５，２７から排気し
た。このときのプラズマ処理装置内の圧力変化を図３の
（Ａ）に白三角で示す。プラズマ処理装置内の圧力が
１．３×１０^-4Ｐａ（１０^-6トル）台になるのに３分程
度を要した。

【００４４】比較のために、従来から行われている排気
方法と同様の方法、即ち、ガス排気部１７，３４を閉
じ、ガス排気部２５，２７を開いて排気した。このとき
のプラズマ処理装置内の圧力変化を図３の（Ａ）に白丸
で示す。プラズマ処理装置内の圧力が１．３×１０^-4Ｐ
ａ（１０^-6トル）台になるのに９分程度を要した。以上
の結果から、実施例２のプラズマ処理装置は、プラズマ
生成室１０及びプラズマ分離室３０にガス排気部が設け
られているので、短時間で高い真空度に達することが確
認できた。

【００４５】次に、ＳｉＨ₄ガスの逆拡散の程度を評価
した。尚、比較のために、実施例１にて説明したプラズ
マ処理装置に、外径２８０ｍｍのメッシュプレートを取
り付けた。尚、このメッシュプレートには、中心間の距
離が約１ｍｍ、０．５ｍｍ径の開口部（平面形状は円
形）がマトリックス状（正方形の頂点上）に設けられて
いる。即ち、Ｓ₂＝１２１ｃｍ² Ｓ₃＝９１．１ｃｍ² Ｓ₁＝Ｓ₂＋Ｓ₃＝２１２．１ｃｍ² である。従ってＳ₂／Ｓ₁＝０．５７＜０．８である。尚、このようなプラズマ処理装置を、以下、便
宜上、比較装置と呼ぶ。

【００４６】実施例２にて説明したプラズマ処理装置に
おいては、上記成膜条件で１５時間、ＳｉＯ₂膜を成膜
しても石英製の外壁部材３２，３３の内壁に曇りは認め
られなかった。即ち、外壁部材３２，３３の内壁にＳｉ
Ｏ₂が付着することは無かった。一方、比較装置の場
合、上記成膜条件で１５時間、ＳｉＯ₂膜を成膜したと
ころ、外壁部材１２の内壁にＳｉＯ₂が多量に付着して
いた。このことから、ＳｉＨ₄ガスの逆拡散を抑制する
ために、実施例２のプラズマ処理装置のように、プラズ
マ処理装置のメッシュプレートと外壁部材１２Ａ，３
２，３３との間に隙間を設けない構造にすることは、ガ
スの逆拡散を抑制するために極めて効果的であることが
判った。

【００４７】（ポリシリコン薄膜トランジスタの作製プ
ロセス例）図４に、本発明によるプラズマ処理装置であ
る実施例２で説明したプラズマＣＶＤ装置を用いて、Ｓ
ｉＯ₂膜から成るゲート絶縁膜を用いたポリシリコン薄
膜トランジスタの作製プロセス例を示す。

【００４８】先ず、ガラス基板６０上にポリシリコン層
を成膜し、次いで、一部分のポリシリコン層に不純物ド
ーピングを行い、ノンドープポリシリコンから成るチャ
ネル部６１、及び不純物がドーピングされたソース・ド
レイン部６２を形成した。その後、フォトリソグラフィ
技術及びエッチング技術を用いて、ポリシリコン層を所
望の形状にパターニングし、アイランド化した（図４の
（Ａ）参照）。このチャネル部６１及びソース・ドレイ
ン部６２が形成されたガラス基板６０が被処理材に相当
する。

【００４９】次に、実施例２のプラズマ処理装置を用い
て、チャネル部６１及びソース・ドレイン部６２を含む
ポリシリコン層の全面にＳｉＯ₂膜をゲート絶縁膜６３
として成膜した（図４の（Ｂ）参照）。次いで、ゲート
絶縁膜６３にフォトリソグラフィ技術及びエッチング技
術を用いて開口部６４を形成し、真空蒸着法やスパッタ
法にて開口部６４内を含むＳｉＯ₂膜の全面にアルミニ
ウム膜を形成した後、アルミニウム膜をエッチングして
ソース・ドレイン電極６５を形成した。また、同時にゲ
ート電極６６も形成した（図４の（Ｃ）参照）。こうし
て、ポリシリコン薄膜トランジスタを完成させた。

【００５０】図３の（Ｂ）に、上述のプロセスで作製し
たポリシリコン薄膜トランジスタのゲート電圧−ドレイ
ン電流特性を示した。Ｎチャネルポリシリコン薄膜トラ
ンジスタの特性は、移動度が６４０ｃｍ²／Ｖ・ｓであ
り、閾値電圧は＋０．８Ｖであった。一方Ｐチャネルポ
リシリコン薄膜トランジスタの特性は、移動度が４００
ｃｍ²／Ｖ・ｓであり、閾値電圧が−１．５Ｖという極
めて優れた結果を示した。

【００５１】以上、本発明のプラズマ処理装置を実施例
に基づき説明したが、本発明はこれらの実施例に限定さ
れるものではない。実施例においては専らプラズマＣＶ
Ｄ装置を例にとり本発明を説明したが、本発明のプラズ
マ処理装置はプラズマエッチング装置、プラズマアッシ
ング装置、プラズマドーピング装置にも適用可能であ
る。また、メッシュプレートの数は３に限定されるもの
ではなく、１以上１０以下であればよい。メッシュプレ
ートに設けられた開口部の平面形状、大きさ、配置パタ
ーンや開口面積の総和、メッシュプレートとプラズマ処
理装置との間の隙間の有無や隙間の面積、ガス供給部や
ガス排気部の取り付け位置等は実施例に限定されるもの
ではなく、必要に応じて適宜変更することができる。

【００５２】上述の実施例においては、ポリシリコン薄
膜トランジスタのゲート絶縁膜の形成に本発明のプラズ
マ処理装置を適用したが、本発明のプラズマ処理装置の
半導体装置への応用はこれに限定されるものではなく、
シリコン半導体基板を用いた電界効果トランジスタ（Ｆ
ＥＴ）のゲート絶縁膜や層間絶縁膜等の形成、レジスト
のアッシング、各種材料のエッチング、ドーピング等に
も応用可能である。

【００５３】

【発明の効果】本発明のプラズマ処理装置においては、
プラズマ分離用のメッシュプレートの配設により、被処
理材へのプラズマによる損傷発生が著しく低減できる。
また、プラズマ処理室からのガスの逆拡散を抑制でき、
高品質のプラズマ処理を実現できる。更に、プラズマ生
成室や各メッシュプレート間にガス排気部を設置するこ
とで、プラズマ処理装置の真空引きを短時間で行うこと
ができる。その結果、大面積に亙っての均一な成膜やエ
ッチング等を短時間で実現することが可能となる。ま
た、プラズマ処理装置のメッシュプレート取付部を電気
絶縁材料から構成し、メッシュプレート取付部をプラズ
マ処理装置の外壁の一部とすることによって、プラズマ
処理装置の構成を簡素化し得る。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施例１のプラズマ処理装置の概要を示す模式
図である。

【図２】実施例２のプラズマ処理装置の概要を示す模式
図である。

【図３】プラズマ処理装置を排気したときのプラズマ処
理装置内の圧力変化を示す図、及びポリシリコン薄膜ト
ランジスタのゲート電圧−ドレイン電流特性を示す図で
ある。

【図４】ポリシリコン薄膜トランジスタの作製プロセス
例を示す半導体基板等の模式的な一部断面図である。

【符号の説明】

１０プラズマ生成室１１，１２，１２Ａ，２１，３２，３３外壁部材１３電力導入端子１４上部電極１５，２２ガス導入部１７，２５，２７，３４ガス排気部１６，１８，２６，２８，３５バルブ２０プラズマ処理室２３ガス拡散器２４加熱用ヒーター３０，３１プラズマ分離室４０，４１，４２メッシュプレート４３開口部４４支持部材５０被処理材６０ガラス基板６１チャネル部６２ソース・ドレイン部６３ゲート絶縁膜６４開口部６５ソース・ドレイン電極６６ゲート電極

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者関谷光信東京都品川区北品川６丁目７番35号ソニー株式会社内 (72)発明者鮫島俊之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

【特許請求の範囲】

【請求項１】プラズマ生成室とプラズマ処理室を備えた
プラズマ処理装置であって、プラズマ生成室とプラズマ
処理室との間に１枚以上１０枚以下のプラズマ分離用の
メッシュプレートが配設されており、該メッシュプレー
トの各々は複数の開口部を有し、プラズマ処理装置の各
メッシュプレートが配設された領域におけるガスが通過
する面積をＳ₁、各メッシュプレートにおける複数の開
口部の開口面積の総和をＳ₂としたとき、０．８≦Ｓ₂／Ｓ₁≦１を満足することを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項２】プラズマ生成室及びプラズマ処理室のそれ
ぞれにガス排気部が設けられていることを特徴とする請
求項１に記載のプラズマ処理装置。
【請求項３】プラズマ生成室とプラズマ処理室との間に
２枚以上１０枚以下のプラズマ分離用のメッシュプレー
トが配設されており、メッシュプレートとメッシュプレ
ートとの間にガス排気部が設けられていることを特徴と
する請求項１又は請求項２に記載のプラズマ処理装置。
【請求項４】プラズマ処理装置のメッシュプレート取付
部は電気絶縁材料から成り、メッシュプレート取付部は
プラズマ処理装置の外壁の一部を構成していることを特
徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の
プラズマ処理装置。