JP2005260186A - Plasma process apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、被処理基板にプラズマ処理を施すプラズマプロセス装置に関するものであり、より詳細には、電子産業におけるアモルファスシリコン等の半導体膜や絶縁膜の薄膜形成に用いられる化学気相成長法(CVD(Chemical Vapor Deposition)法)を用いた薄膜形成装置、ドライエッチング装置、アッシング装置などとして好適な、プラズマプロセス装置に関するものである。 The present invention relates to a plasma processing apparatus for performing plasma processing on a substrate to be processed. More specifically, the present invention relates to a chemical vapor deposition method (CVD) used for forming a semiconductor film such as amorphous silicon or an insulating film in the electronic industry. The present invention relates to a plasma process apparatus suitable as a thin film forming apparatus, a dry etching apparatus, an ashing apparatus and the like using the (Chemical Vapor Deposition) method.
従来のCVD法には、材料ガスに、高周波または低周波の電力を印加することによってプラズマを発生させ、材料ガスを活性化するプラズマCVD法や、熱エネルギーによって材料ガスを熱分解反応する熱CVD法等がある。 In the conventional CVD method, plasma is generated by applying high-frequency or low-frequency power to the material gas to activate the material gas, or thermal CVD in which the material gas is pyrolyzed by thermal energy. There are laws.
CVD法は、簡便性・操作性に優れるため、集積回路・液晶ディスプレイ・有機エレクトロルミネッセンス素子・太陽電池などのさまざまな電子デバイスの半導体膜や絶縁膜等の成膜に使用されている。 Since the CVD method is excellent in simplicity and operability, it is used for film formation of semiconductor films and insulating films of various electronic devices such as integrated circuits, liquid crystal displays, organic electroluminescence elements, and solar cells.
このような成膜には、一般的に、平行平板型プラズマCVD装置が用いられる(特許文献1参照)。この平行平板型プラズマCVD装置は、被処理基板(成膜基板)102に対向配置された電極基板に、複数のガス導入口を設け、これらのガス導入口から基板側に原料ガスを吹き付ける方式のプラズマCVD装置である。 For such film formation, a parallel plate type plasma CVD apparatus is generally used (see Patent Document 1). This parallel plate type plasma CVD apparatus is a system in which a plurality of gas inlets are provided in an electrode substrate disposed opposite to a substrate to be processed (film formation substrate) 102, and a source gas is blown from these gas inlets to the substrate side. This is a plasma CVD apparatus.
具体的には、図5は、従来の平板平行型プラズマCVD装置の概略構成を示す図である。このプラズマCVD装置は、真空ポンプ155により真空状態とした閉空間の処理室(真空容器)150内に、互いに電気的に絶縁された2つの導体板が設けられている。この導体板の一方は、成膜基板102側に設けられ、他方は、成膜基板102に対向し、成膜基板102側の導体から距離を隔てて設けられており、互いの導体板は、平行に配置されている。すなわち、上記導体板の一方は、高周波電圧が印加されるカソード電極117であり、他方は、成膜基板102と基板ホルダー113との側面に沿って取り付けられ、処理室150の下部に接地されたアノード電極113である。なお、カソード電極117の成膜基板102側の面には、絶縁膜118が形成されている。
Specifically, FIG. 5 is a diagram showing a schematic configuration of a conventional flat plate parallel plasma CVD apparatus. In this plasma CVD apparatus, two conductive plates that are electrically insulated from each other are provided in a processing chamber (vacuum vessel) 150 in a closed space that is evacuated by a
このプラズマCVD装置では、カソード電極117に高周波電圧を印加すると、カソード電極117とアノード電極113との間に、プラズマ領域110に、プラズマが発生する。このプラズマに、ガス供給部154から、成膜材料となる材料ガスGを流すと、プラズマ領域110中で、材料ガスGが分離・解離して、材料ガスGのラジカルRが生成する。そして、このラジカルRが、アノード電極113の取り付けられた成膜基板102(シリコン基板やガラス基板など)上に堆積することによって、成膜基板102上に、半導体膜や絶縁膜などが成膜される。
In this plasma CVD apparatus, when a high frequency voltage is applied to the
ここで、材料ガスGを分解するためのプラズマは、例えば、低圧下で、カソード電極117に周波数13.56MHzの高周波電圧を印加して、電界を発生させれば、その絶縁破壊現象によりグロー放電として、プラズマ領域110でプラズマを発生させることが可能である。そして、カソード電極117とアノード電極113間に発生したプラズマによって、電子が材料ガスGの解離を促進してラジカルRを生成し、このラジカルRが、接地電位のアノード電極113上の成膜基板102まで拡散して、成膜基板102表面に堆積する。
Here, as the plasma for decomposing the material gas G, if a high frequency voltage of 13.56 MHz is applied to the
しかしながら、平行平板型プラズマCVD装置では、各電極間に、プラズマが発生するプラズマ領域110が形成されるため、成膜基板がこのプラズマ領域110にさらされる。このため、この装置では、シース電圧が発生しやすく、被処理基板に形成した薄膜表面の膜質の劣化を引き起こすという問題がある。
However, in the parallel plate type plasma CVD apparatus, a
この問題を解決すために、プラズマCVD法を用いた別の装置として、リモートプラズマCVD装置がある(例えば、特許文献2)。リモートプラズマCVD装置の基本的な装置構成は、図5に示した平行平板型CVD装置と同様であるが、接地されている電極(アノード電極113)が、成膜基板112と離れた位置に形成されていることが特徴である。このようなリモートプラズマ構造であれば、プラズマ空間を、成膜基板102と離れた位置に形成できるため、プラズマ中のイオン衝撃(シースの影響)を回避できる。成膜するための材料ガスを低圧下でカソード電極に高周波電圧を印加し、電界を発生させ、その絶縁破壊現象によりグロー放電としてプラズマを生成する。プラズマ中の電子が材料ガスの解離を促進しラジカルを生成し、成膜基板まで拡散し膜表面に堆積する。
しかしながら、リモートプラズマCVD装置では、材料ガスの種類に応じて、異なるエネルギーを与えることができないという問題がある。 However, the remote plasma CVD apparatus has a problem that different energy cannot be given depending on the type of material gas.
具体的には、通常、プラズマCVD装置では、複数の材料ガスを用いて成膜を行う。リモートプラズマプラズマCVD装置は、複数の材料ガスを同一空間内で分解する構成である。しかし、材料ガスの種類によって、材料ガスからラジカルを生成する解離度や分解効率は、大きく異なる。このため、リモートプラズマCVD装置では、材料ガスの種類に応じて、異なるエネルギーを与えることができない。その結果、種類の異なる複数の材料ガスを用いて薄膜を形成する場合、薄膜中の各材料ガスの組成を制御することが困難となる。また、分解効率の低い材料ガスの利用効率も低くなる。 Specifically, normally, in a plasma CVD apparatus, film formation is performed using a plurality of material gases. The remote plasma plasma CVD apparatus is configured to decompose a plurality of material gases in the same space. However, the degree of dissociation and decomposition efficiency for generating radicals from the material gas vary greatly depending on the type of material gas. For this reason, in a remote plasma CVD apparatus, different energy cannot be given according to the kind of material gas. As a result, when forming a thin film using a plurality of different types of material gases, it becomes difficult to control the composition of each material gas in the thin film. Moreover, the utilization efficiency of material gas with low decomposition efficiency also becomes low.
従って、材料ガスの種類に応じて、異なるプラズマエネルギーを与える必要が生じる。 Therefore, it is necessary to give different plasma energy depending on the type of material gas.
本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、プラズマ処理用のガスの種類に応じて、異なるプラズマエネルギーを与えることが可能なプラズマプロセス装置を提供することにある。 The present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to provide a plasma processing apparatus capable of giving different plasma energy depending on the kind of gas for plasma processing. .
本発明に係るプラズマプロセス装置は、上記課題を解決するために、処理室と、上記処理室にプラズマ処理用のガスを供給するガス供給部と、被処理基板から離れた位置に設けられ、上記処理室内でプラズマを発生させるプラズマ発生部とを備え、上記処理室内で、被処理基板に、プラズマ処理を施すプラズマプロセス装置であって、上記プラズマ発生部は、領域面積が異なる複数のプラズマ領域を有することを特徴としている。 In order to solve the above problems, a plasma processing apparatus according to the present invention is provided at a position away from a processing substrate, a gas supply unit that supplies a plasma processing gas to the processing chamber, and a substrate to be processed. A plasma generating unit for generating plasma in a processing chamber, and performing plasma processing on a substrate to be processed in the processing chamber, wherein the plasma generating unit includes a plurality of plasma regions having different area areas. It is characterized by having.
上記の構成によれば、プラズマ発生部が、被処理基板から離れた位置に設けられている。すなわち、被処理基板から離れた位置に、プラズマ領域が形成される。これにより、被処理基板が、プラズマ領域にさらされることがない。このため、プラズマ領域中で加速されたプラズマ(プラズマイオン)が、被処理基板に衝突するのを回避できる。従って、プラズマによる被処理基板の膜質の劣化を防止できる。 According to said structure, the plasma generation part is provided in the position away from the to-be-processed substrate. That is, a plasma region is formed at a position away from the substrate to be processed. As a result, the substrate to be processed is not exposed to the plasma region. For this reason, it is possible to avoid the plasma (plasma ions) accelerated in the plasma region from colliding with the substrate to be processed. Therefore, deterioration of the film quality of the substrate to be processed due to plasma can be prevented.
そして、特に、上記の構成では、プラズマ発生部に、領域面積が異なるプラズマ領域を有している。このため、プラズマ領域では、エネルギーの異なるプラズマが発生する。 And especially in said structure, it has a plasma area | region from which an area | region area differs in a plasma generation part. For this reason, plasmas having different energies are generated in the plasma region.
プラズマ処理では、複数の材料ガス(プラズマ処理用のガス)を組み合わせて用いられる場合が多い。しかし、材料ガスの解離度や分解効率は、材料ガスの種類によって大きく異なる。このため、複数種類の材料ガスに、同じエネルギーを与えると、プラズマによる材料ガスの分離・解離が不均一となり、生成するラジカルも不均一となる。その結果、プラズマ処理に使用されないラジカルが生成してしまい、エネルギーの利用効率が悪くなる。このため、プラズマ処理のスループットも低くなる。 In plasma processing, a plurality of material gases (plasma processing gases) are often used in combination. However, the dissociation degree and decomposition efficiency of the material gas vary greatly depending on the type of material gas. For this reason, when the same energy is given to a plurality of types of material gases, the separation and dissociation of the material gases by plasma become non-uniform, and the generated radicals become non-uniform. As a result, radicals that are not used for the plasma treatment are generated, and the energy utilization efficiency is deteriorated. For this reason, the throughput of the plasma processing is also lowered.
上記の構成では、領域面積が異なる複数のプラズマ領域で、エネルギーの異なるプラズマが発生するため、複数種類の材料ガスに、異なるエネルギーを与えることが可能である。すなわち、領域面積の異なる複数のプラズマ領域を有しているため、その領域には、例えば、同一電源で異なった電界を形成することが可能となる。これにより、材料ガスに応じて、異なるエネルギーを与えることができる。その結果、均一に材料ガスを分離・解離し、均一なラジカルを生成できる。従って、効率的にエネルギーを利用し、プラズマ処理のスループットも向上できる。 In the above configuration, plasmas having different energies are generated in a plurality of plasma regions having different area areas, so that different energies can be applied to a plurality of types of material gases. That is, since it has a plurality of plasma regions having different region areas, it is possible to form different electric fields in the region with the same power source, for example. Thereby, different energy can be given according to material gas. As a result, the material gas can be uniformly separated and dissociated to generate uniform radicals. Accordingly, it is possible to efficiently use energy and improve the throughput of plasma processing.
なお、上記「プラズマ処理」とは、プラズマによって材料ガスを分離・解離してラジカルを生成し、そのラジカルによって、被処理基板に、成膜・加工等の処理を施すことを示している。例えば、被処理基板にラジカルを堆積させる成膜(薄膜形成)処理、被処理基板の金属や膜を微細加工するエッチング処理、被処理基板のレジストを除去するアッシング処理などが挙げられる。 The “plasma treatment” means that a material gas is separated and dissociated by plasma to generate radicals, and the substrate to be processed is subjected to processing such as film formation and processing by the radicals. For example, a film formation (thin film formation) process for depositing radicals on the substrate to be processed, an etching process for finely processing a metal or a film on the substrate to be processed, an ashing process for removing the resist on the substrate to be processed, and the like can be given.
従って、上記プラズマプロセス装置には、少なくとも、成膜装置(薄膜形成装置)、エッチング装置、アッシング装置が含まれる。また、上記プラズマ処理用のガスには、少なくとも、これらの装置に使用されるガスが含まれる。 Therefore, the plasma process apparatus includes at least a film forming apparatus (thin film forming apparatus), an etching apparatus, and an ashing apparatus. The plasma processing gas includes at least a gas used in these apparatuses.
また、「プラズマ領域」とは、プラズマ発生部において、プラズマ放電する領域(プラズマが発生する領域)である。なお、プラズマ処理用ガスは、このプラズマ領域で分解され、ラジカルを生成する。 Further, the “plasma region” is a region where plasma discharge occurs (a region where plasma is generated) in the plasma generation unit. Note that the plasma processing gas is decomposed in the plasma region to generate radicals.
また、本発明のプラズマプロセス装置は、上記プラズマ発生部が、互いに絶縁された、第1電極と、第1電極の対極であり、第1電極よりも被処理基板に近接して設けられた第2電極とを有しており、上記第1電極は、互いに絶縁され、第2電極からの距離が異なる電極を有することを特徴としている。 In the plasma processing apparatus of the present invention, the plasma generation unit is a first electrode and a counter electrode of the first electrode, which are insulated from each other, and is provided closer to the substrate to be processed than the first electrode. The first electrode includes electrodes that are insulated from each other and have different distances from the second electrode.
上記の構成によれば、プラズマ発生部が、第1電極と第2電極とを有しており、第1電極は、第2電極からの距離が異なる複数の電極から構成されている。また、第1電極と第2電極、および、第1電極の複数の電極は、絶縁されている。これにより、プラズマ領域が、第1電極と第2電極との間に形成される。すなわち、プラズマ領域は、第1電極のプラズマ放電面と、第2電極のプラズマ放電面とに囲まれた部分となる。従って、第2電極からの距離が異なる複数種類の第1電極によって、領域面積の異なるプラズマ領域が形成される。これにより、第2電極に対する第1電極の配置状態に応じて、エネルギーの異なるプラズマが発生するため、複数種類の材料ガスに、異なるエネルギーを与えることが可能である。これにより、材料ガスに応じて、異なるエネルギーを与えることができる。 According to said structure, the plasma generation part has a 1st electrode and a 2nd electrode, and the 1st electrode is comprised from the several electrode from which the distance from a 2nd electrode differs. The first electrode, the second electrode, and the plurality of electrodes of the first electrode are insulated. As a result, a plasma region is formed between the first electrode and the second electrode. That is, the plasma region is a portion surrounded by the plasma discharge surface of the first electrode and the plasma discharge surface of the second electrode. Accordingly, plasma regions having different area areas are formed by the plurality of types of first electrodes having different distances from the second electrode. As a result, plasmas having different energies are generated in accordance with the arrangement state of the first electrodes with respect to the second electrodes, so that different energies can be given to a plurality of types of material gases. Thereby, different energy can be given according to material gas.
なお、「プラズマ放電面」とは、実質的に放電電極として機能する、第1電極および第2電極の表面を意味している。 The “plasma discharge surface” means the surfaces of the first electrode and the second electrode that substantially function as a discharge electrode.
また、本発明のプラズマプロセス装置は、上記第1電極および第2電極のプラズマ放電面は、上記被処理基板の被処理面から視認できる部分からなることを特徴としている。 Moreover, the plasma process apparatus of the present invention is characterized in that the plasma discharge surfaces of the first electrode and the second electrode are composed of portions that can be viewed from the surface to be processed of the substrate to be processed.
上記の構成によれば、プラズマ放電面が、被処理基板から視認できる部分から形成される。言い換えれば、被処理基板の法線方向から見たとき、第1電極および第2電極とが重ならないように配置されている。すなわち、第1電極のプラズマ放電面と、第2電極のプラズマ放電面とは互いに対向しないように配置されている。これにより、第1電極と第2電極のプラズマ放電面の対向する面に、プラズマが発生するのを防止できる。つまり、第1電極と第2電極のプラズマ放電面の対向する面に、薄膜が形成されることを防止できる。従って、材料ガスを分解することにより発生したラジカルを被処理基板上に効率的に導くことができる。 According to said structure, a plasma discharge surface is formed from the part which can be visually recognized from a to-be-processed substrate. In other words, the first electrode and the second electrode are arranged so as not to overlap when viewed from the normal direction of the substrate to be processed. That is, the plasma discharge surface of the first electrode and the plasma discharge surface of the second electrode are arranged so as not to face each other. Thereby, it can prevent that a plasma generate | occur | produces on the surface where the plasma discharge surface of a 1st electrode and a 2nd electrode opposes. That is, it is possible to prevent a thin film from being formed on the surfaces of the first electrode and the second electrode that are opposed to the plasma discharge surface. Therefore, radicals generated by decomposing the material gas can be efficiently guided onto the substrate to be processed.
また、本発明のプラズマプロセス装置は、上記第2電極が、上記第1電極相互間に設けられた絶縁体上に配置されていることを特徴としている。 Moreover, the plasma process apparatus of the present invention is characterized in that the second electrode is disposed on an insulator provided between the first electrodes.
上記の構成によれば、上記第2電極が、上記第1電極相互間に設けられた絶縁体上に配置されているため、プラズマ領域は、第1電極と第2電極のプラズマ放電面、および絶縁体に囲まれた領域となる。すなわち、プラズマ領域が、例えば、凹形状として形成される。これにより、絶縁体を介して、第1電極と第2電極とが一体的に形成される。従って、プラズマ発生部の構成が簡素化できる。 According to said structure, since the said 2nd electrode is arrange | positioned on the insulator provided between the said 1st electrodes, a plasma area | region is the plasma discharge surface of a 1st electrode and a 2nd electrode, and The region is surrounded by an insulator. That is, the plasma region is formed as a concave shape, for example. Thus, the first electrode and the second electrode are integrally formed via the insulator. Therefore, the configuration of the plasma generation unit can be simplified.
また、第1電極と第2電極とが絶縁体を介して設けられているため、第1電極と第2電極のプラズマ放電面の対向する面に、プラズマが発生するのを防止できる。つまり、第1電極と第2電極のプラズマ放電面の対向する面に、薄膜が形成されることを防止できる。従って、材料ガスを分解することにより発生したラジカルを被処理基板上に効率的に導くことができる。 In addition, since the first electrode and the second electrode are provided via an insulator, it is possible to prevent plasma from being generated on the surfaces of the first electrode and the second electrode that are opposed to the plasma discharge surface. That is, it is possible to prevent a thin film from being formed on the surfaces of the first electrode and the second electrode that are opposed to the plasma discharge surface. Therefore, radicals generated by decomposing the material gas can be efficiently guided onto the substrate to be processed.
また、本発明のプラズマプロセス装置は、上記第1電極は、断面が凹形状のプラズマ放電面を有することを特徴としている。これにより、第1電極のプラズマ放電面の面積を大きくできるため、第1電極で発生したプラズマやラジカルが、消滅するのを低減できる。また、断面が凹面形状であるため、ホローカソード効果(高密度のプラズマが得られる効果)も得られる。 In the plasma processing apparatus of the present invention, the first electrode has a plasma discharge surface having a concave cross section. Thereby, since the area of the plasma discharge surface of the first electrode can be increased, it is possible to reduce the disappearance of plasma and radicals generated in the first electrode. Moreover, since the cross section is concave, a hollow cathode effect (an effect of obtaining high-density plasma) is also obtained.
また、本発明のプラズマプロセス装置は、上記第1電極における、上記第2電極からの距離d1>d2を満たす、複数の電極に対して、上記距離d2の電極に、距離d1の電極よりも大きな電気エネルギーを供給する第1エネルギー供給部を備えていることを特徴としている。 Also, the plasma process apparatus of the present invention, in the first electrode, satisfies the distance d 1> d 2 from the second electrode to the plurality of electrodes, the electrodes of the distance d 2, the distance d 1 It has the 1st energy supply part which supplies electric energy larger than an electrode, It is characterized by the above-mentioned.
上記の構成によれば、第1エネルギー供給部が、第1電極の第2電極に近い方の電極(距離d2の電極)に、大きな電気エネルギーを供給する。これにより、距離d2の電極でより多くのプラズマエネルギーを発生させることができる。従って、距離d2の電極でのガスの解離度(ラジカルの生成率)をより向上できる。 According to the above configuration, the first energy supply unit, the electrode closer to the second electrode of the first electrode (the distance d 2 of the electrode), supply the high electrical energy. Thus, it is possible to generate more plasma energy at the electrode distance d 2. Therefore, the degree of gas dissociation (radical generation rate) at the electrode of the distance d 2 can be further improved.
なお、「第1電極における、上記第2電極からの距離d1>d2を満たす、複数の電極」とは、第1電極が距離d1>d2を満たす2つの電極からなることを示すものではなく、任意の複数の電極において、距離d1>d2を満たす電極があることを示す。 Note that “a plurality of electrodes satisfying the distance d 1 > d 2 from the second electrode in the first electrode” means that the first electrode includes two electrodes satisfying the distance d 1 > d 2. It indicates that there is an electrode satisfying the distance d 1 > d 2 in any of a plurality of electrodes.
また、本発明のプラズマプロセス装置は、上記第1電極に、同一の電気エネルギーを供給する第2エネルギー供給部を備えていることを特徴としている。 The plasma processing apparatus of the present invention is characterized in that the first electrode is provided with a second energy supply unit that supplies the same electric energy.
上記の構成によれば、エネルギー供給部が、第1電極に同一の電気エネルギーを供給するため、異なる電気エネルギーのエネルギー供給部を備える必要がない。このため、エネルギー供給部の構成を簡素化できる。 According to said structure, since an energy supply part supplies the same electrical energy to a 1st electrode, it is not necessary to provide the energy supply part of a different electrical energy. For this reason, the structure of an energy supply part can be simplified.
また、本発明のプラズマプロセス装置は、上記電気エネルギーは、100kHz以上、300MHz以下の周波数領域から選択されることを特徴としている。 In the plasma processing apparatus of the present invention, the electrical energy is selected from a frequency region of 100 kHz or more and 300 MHz or less.
これにより、第1電極で、安定した放電が可能となり、膜厚の均一性が良くなる。また、第1電極での、ガスの解離度(ラジカル生成率)の増加にも効果的である。 Thereby, stable discharge is possible with the first electrode, and the uniformity of the film thickness is improved. It is also effective in increasing the degree of gas dissociation (radical generation rate) at the first electrode.
本発明のプラズマプロセス装置は、上記プラズマ処理用ガスを、当該プラズマ処理用ガスの種類ごとに独立して、上記プラズマ発生部に導くガス導入経路を備えていることを特徴としている。 The plasma processing apparatus of the present invention is characterized by comprising a gas introduction path for guiding the plasma processing gas to the plasma generating section independently for each type of the plasma processing gas.
これにより、異なる種類のガスを、それぞれ確実に、領域面積の異なるプラズマ領域に供給できる。従って、プラズマ処理用ガスの分離・解離度に応じた、プラズマエネルギーを与えることができる。 Thereby, different types of gases can be reliably supplied to plasma regions having different region areas. Therefore, plasma energy can be given according to the degree of separation / dissociation of the plasma processing gas.
本発明のプラズマプロセス装置は、上記ガス導入経路は、上記プラズマ処理用ガスを、上記第1電極側に導くことを特徴としている。 The plasma process apparatus of the present invention is characterized in that the gas introduction path guides the plasma processing gas to the first electrode side.
上記の構成によれば、ガス供給部から供給されるプラズマ処理用ガスが、上記ガス導入経路を経て、第1電極側に導かれる。第2電極は、第1電極よりも、被処理基板側に近接している。従って、プラズマ処理用ガスを、第1電極側から第2電極側に向けて流すことができる。このため、被処理基板に向かって、プラズマ処理用ガスを、スムーズに流すことができる。また、第1電極と、第2電極との間にプラズマ領域が形成されるため、この領域内にプラズマ処理用ガスを流すことができる。従って、プラズマ処理用ガスがプラズマ領域内を流れる距離を長くできるため、プラズマ処理用ガスの分離・解離を促進できる。 According to said structure, the gas for plasma processing supplied from a gas supply part is guide | induced to the 1st electrode side through the said gas introduction path | route. The second electrode is closer to the substrate to be processed than the first electrode. Therefore, the plasma processing gas can be flowed from the first electrode side toward the second electrode side. For this reason, the plasma processing gas can flow smoothly toward the substrate to be processed. In addition, since a plasma region is formed between the first electrode and the second electrode, a plasma processing gas can flow in this region. Therefore, since the distance that the plasma processing gas flows in the plasma region can be increased, the separation and dissociation of the plasma processing gas can be promoted.
本発明にかかるプラズマプロセス装置は、以上のように、被処理基板から離れた位置に設けられると共に、領域面積が異なる複数のプラズマ領域を有するプラズマ発生部を備えている。これにより、領域面積が異なるプラズマ領域で、エネルギーの異なるプラズマが発生するため、複数種類の材料ガスに、異なるエネルギーを与えることが可能である。従って、材料ガスに応じて、異なるエネルギーを与えることができるという効果を奏する。このため、均一に材料ガスを分離・解離し、均一なラジカルを生成でき、効率的にエネルギーを利用し、プラズマ処理のスループットも向上できるという効果を奏する。 As described above, the plasma process apparatus according to the present invention includes a plasma generation unit that is provided at a position distant from the substrate to be processed and includes a plurality of plasma regions having different region areas. As a result, plasmas having different energies are generated in plasma regions having different area areas, so that different types of material gases can be given different energies. Therefore, there is an effect that different energy can be given according to the material gas. Therefore, it is possible to uniformly separate and dissociate the material gas, generate uniform radicals, efficiently use energy, and improve the plasma processing throughput.
本発明の一実施形態にかかるプラズマプロセス装置について図1ないし図4に基づいて説明すれば以下の通りである。なお、以下の実施形態では、本発明にかかるプラズマプロセス装置として、プラズマCVD装置を例に挙げて説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。 A plasma processing apparatus according to an embodiment of the present invention will be described below with reference to FIGS. In the following embodiments, a plasma CVD apparatus will be described as an example of the plasma process apparatus according to the present invention, but the present invention is not limited to this.
まず、本実施形態のプラズマCVD装置の構成について説明する。図1は、本発明の一実施形態に係るプラズマプロセス装置の概略構成を示す断面図である。図1に示すように、プラズマCVD装置60は、真空容器50内に載置された成膜基板2に、プラズマによって発生させた材料ガスGのラジカルRを堆積させることによって、成膜基板2表面を成膜するものである。
First, the structure of the plasma CVD apparatus of this embodiment is demonstrated. FIG. 1 is a cross-sectional view showing a schematic configuration of a plasma processing apparatus according to an embodiment of the present invention. As shown in FIG. 1, the
まず、CVD装置60の構成について説明する。プラズマCVD装置60は、真空容器(処理室)50内に、成膜基板(被処理基板)2と、成膜基板2を載置(保持)する基板ホルダー3と、プラズマ発生部15と、ガス導入部56とを備えている。
First, the configuration of the
また、真空容器50の外部には、真空容器50内に成膜材料となる材料ガス(プラズマ処理用のガス)を供給するガス供給部54と、真空容器50内を真空状態とする真空ポンプ(排気装置)55と、プラズマ発生部15(より詳細には、後述のカソード電極17a・17b)に、電力を供給(電気的エネルギーを印加)する電力供給部57とを備えている。電力供給部57は、カソード電極17a・17bに電圧を印加する高周波電源52a・52bと、高周波電源52a・52bを切り換えるスイッチSとを備えている。高周波電源52a・52bは、真空容器50上に設けられた導入端子51を介して、カソード電極17a・17bに接続されている。高周波電源52a・52bは、プラズマ発生部15に高周波電圧を印加することにより、プラズマ放電を起こすための電気的エネルギーを供給するもので、スイッチSおよび導入端子51を介してカソード電極17a・17bに接続されている。スイッチSは、カソード電極17a・17bに印加する高周波電源52a・52bを、切り換えるために設けられている。
In addition, outside the
ここで、本発明の特徴部分であるプラズマ発生部15について、図1〜図3に基づいて説明する。図2は、CVD装置60のカソード電極17付近の要部構成を示す断面図である。また、図3は、CVD装置60のカソード電極17付近の要部構成を示す斜視図である。なお、図3では、カソード電極17付近の構成を、図1および図2の構成を、上下を逆(180度回転)にして示している。
Here, the
プラズマ発生部15は、成膜基板2から離間し、成膜基板2に対向して真空容器50内に配置されている。そして、プラズマ発生部15は、電力供給部57(高周波電源52a・52b)からの電力供給により、プラズマを発生する。
The
プラズマ発生部15は、アノード電極(陽極;第2電極)13、カソード電極17a・17b(陰極;第1電極)、絶縁体14、および絶縁体18から構成されている。
The
より詳細には、プラズマ発生部15は、カソード電極17a・17b相互間に絶縁体14が設けられており、絶縁体14の先端(成膜基板2側)には、アノード電極13が設けられている。このため、アノード電極13は、カソード電極17a・17bよりも、成膜基板2に近接して設けられる。そして、特に、カソード電極17a・17bは、アノード電極13からの距離が異なるように設計されている。
More specifically, the
また、カソード電極17a・17b、および絶縁体14は、絶縁体18の同一面に形成されている。言い換えれば、絶縁体18の成膜基板2側の底面(成膜基板2に対向する面)には、カソード電極17a、絶縁体14、カソード電極17bが形成されている。すなわち、カソード電極17a、絶縁体14、カソード電極17b、絶縁体14…という構成が、繰り返し形成されている。また、絶縁体14は、カソード電極17a・17bよりも成膜基板2側に突出している。そして、絶縁体14の側面は、カソード電極17a・17bの成膜基板2との対向面に、略垂直である。また、絶縁体14の成膜基板2に対向する面側の先端にはアノード電極13が設けられている。すなわち、図3に示すように、成膜基板2の面方向のうちの一方向(被処理面)に沿って、アノード電極13が、ストライプ状に設けられている。これにより、アノード電極13のプラズマ放電面、カソード電極17aのプラズマ放電面、アノード電極13のプラズマ放電面、およびカソード電極17bのプラズマ放電面…が、絶縁体18の同一平面側に、繰り返して形成されている。プラズマ放電面については、後述する。
Further, the
なお、アノード電極13とカソード電極17a・17b、および、カソード電極17aとカソード電極17bとは、それぞれ絶縁体14によって、アノード電極13から電気的に絶縁されている。本実施形態では、絶縁体14の材料として、アルミナを用いた。なお、ここでは、絶縁体14および絶縁体18を、別々の絶縁体としているが、一体構造としてもよい。
The
カソード電極17a・17bは、絶縁体18上に形成されている。すなわち、カソード電極17a・17bは、同一平面上に形成されている。そして、所定間隔で、絶縁体18およびカソード電極17a・17bを、厚み方向に貫通して、ガス導入口11a・11bが形成されている。これにより、ガス供給部54からガス配管(ガス導入経路)16を介してガス導入部56にガスが供給されると、そのガスは、一旦ガス導入部56に滞留した後、ガス導入口11a・11bを通って、真空容器50内に導入される。
The
このように、プラズマCVD装置は、カソード電極17a・17bは、アノード電極13からの距離が異なるように設計されているため、領域面積の異なる2つのプラズマ領域10a・10bを有するという特徴がある。このため、プラズマ領域10a・10bで発生するプラズマのエネルギーや大きさ等の特性は異なる。
As described above, the plasma CVD apparatus is characterized in that the
次に、プラズマ発生部15でのプラズマ放電について説明する。
Next, plasma discharge in the
プラズマ発生部15は、アノード電極13と、カソード電極17a・17bとの間に印加される電圧(電位差)に応じて、放電(プラズマ)を発生させる。つまり、アノード電極13、およびカソード電極17a・17bの表面が、プラズマを放電するプラズマ放電面として機能する。言い換えると、アノード電極13と、カソード電極17a・17bとの間の領域が、プラズマ領域(プラズマ放電部)10a・10bとして機能する。
The
すなわち、プラズマ領域10a・10bは、アノード電極13、およびカソード電極17a・17bのプラズマ放電面で囲まれた領域である。本実施形態では、絶縁体14が存在するため、隣り合う1対の対向する絶縁体14・14、各絶縁体14・14の先端に形成されたアノード電極13・13、およびカソード電極17aまたは17bで囲まれた領域が、プラズマ領域10a・10bとなる。言い換えれば、絶縁体18上には、カソード電極17aの領域と、カソード電極17bの領域とが、絶縁体14が設けられており、カソード電極17a・17bは、互いに絶縁体14および絶縁体18によって仕切られた構成となっている。このような、アノード電極13、およびカソード電極17a・17bによって囲まれた領域が、プラズマ領域10a・10b(プラズマ放電する空間(プラズマ放電空間))である。
That is, the
より詳細には、本実施形態では、カソード電極17a・17b、およびカソード電極13における、成膜基板2の成膜面(被処理面)から視認できる部分が、各電極のプラズマ面として機能する。すなわち、カソード電極17a・17bも、アノード電極13も、全プラズマ放電面が、成膜基板2の法線方向から視認できる面(部分)から構成されている。なお、プラズマ放電面とは、実質的に放電電極として機能する、カソード電極17a・17b、アノード電極13の表面を意味している。すなわち、プラズマ放電面は、プラズマ領域10a・10bにおいて、電荷をやりとりする面である。
More specifically, in the present embodiment, portions of the
従って、本実施形態においては、各電極の絶縁体14および絶縁体18に接触していない面が、プラズマ放電面となる。一方、アノード電極13の絶縁体14との接触面(カソード電極17a・17b側の面)、および、カソード電極17a・17bの絶縁体14および絶縁体18との接触面は、成膜基板2から視認できない面である。このように、アノード電極13およびカソード電極17a・17bにおける、絶縁体14および絶縁体18との接触面は、プラズマ放電面として機能しない。
Accordingly, in this embodiment, the surface of each electrode that is not in contact with the
なお、アノード電極13とカソード電極17a・17bとを所定間隔をあけて配置し、両電極間に絶縁体14を設けない構成とした場合には、アノード電極13のカソード電極17a・17b側の面(カソード電極17a・17bとの対向面)と、カソード電極17a・17bにおける、成膜基板2の法線方向から見てカソード電極17a・17bとアノード電極13とが重なる部分(カソード17a・17b同士の対向面)とが、プラズマ放電面として機能する。この状態で、カソード電極17a・17bに、高周波電圧を印加した場合、プラズマ放電は、主にカソード電極17a・17b表面と、アノード電極13のカソード電極17側の面(成膜基板2の成膜面と対向する面と反対側の面)との間で起こる。したがって、プラズマによるガスG1・G2の解離によって発生したラジカルR1・R2の多くは、アノード電極13のカソード電極17側の面に薄膜として付着するため、成膜基板2の表面に薄膜を形成することができなくなる。
When the
本実施形態では、アノード電極13は、絶縁体18上に設けられた絶縁体14の先端に形成されているため、成膜基板2の法線方向から見たとき、アノード電極13とカソード電極17a・17bとが重ならないように配置されている。すなわち、アノード電極13のプラズマ放電面と、カソード電極17a・17bのプラズマ放電面とは互いに対向しないように配置されている。
In the present embodiment, since the
このように、本実施形態のプラズマ形成装置60では、絶縁体18上に、カソード電極17a・17bが、交互に形成されている。そして、カソード電極17a・17bは、絶縁体18の同一平面上に、形成されている。さらに、カソード電極17aとカソード電極17bとの間には、絶縁体14が設けられている。すなわち、絶縁体14を介して、対向してカソード電極17aとカソード電極17bとが形成されている。
Thus, in the
また、絶縁体14の先端には、アノード電極13が形成されている。また、絶縁体18とカソード電極17a・17bの積層体の一部の領域には、その積層体を貫通するように、ガス導入口11a・11bが設けられている。
An
ここで、ガス配管16およびガス導入部11a・11bの構成について、図2に基づいて説明する。図2の構成は、ガス供給部54から、異なる2種類の材料ガスG1・G2を、ガス導入口11a・11bから真空容器50(図示せず)内に、供給する構成である。具体的には、この構成では、材料ガスG1・G2のそれぞれに専用の、独立した2つのガス配管16a・16bを備えている。そして、ガス配管16a・16bは、それぞれ、ガス導入口11a・11bに通じており、材料ガスG1・G2が、プラズマ領域10a・10bに導かれるようになっている。
Here, the structure of the
このように、ガス供給部54から供給される2つの材料ガスG1・G2は、ガス配管16a、ガス導入口11aを経てカソード電極17aのプラズマ領域10aに導入される経路(材料ガスG1の経路)と、ガス配管16b、ガス導入口11bを経てカソード電極17bのプラズマ領域10bに導入される経路(材料ガスG2の経路)とを独立して有している。これにより、異なる種類のガスG1・G2を、それぞれ確実に、領域面積の異なるプラズマ領域10a・10bに供給できる。従って、材料ガスG1・G2の分離・解離度に応じた、プラズマエネルギーを与えることができる。
In this way, the two material gases G1 and G2 supplied from the
次に、カソード電極17bの構成(形状)について説明する。図3に示すように、カソード電極17bは、カソード電極17aよりも、アノード電極13に近く配置されている。つまり、カソード電極17aとアノード電極13の距離をd1、カソード電極17bとアノード電極13の距離をd2、とすると、d1>d2の関係を満たしている。カソード電極17bは、カソード電極17aとほぼ同一の電極部17dと、導体部17cとから形成されている。すなわち、絶縁体18上に、カソード電極17aと電極部17dとが設けらており、カソード電極17aと電極部17dとの間に、絶縁体14が設けられている。さらに、電極部17d上には、絶縁体14の側面を、アノード電極13方向(成膜基板2方向)に沿って伸びた導体部17cが設けられている。図3の構成では、底面が直角三角形の三角柱が、絶縁体14の側面に接して長手方向に沿って形成されている。
Next, the configuration (shape) of the
このように、カソード電極17bは、電極部17dおよび導体部17c全体として、カソード電極17bとして機能している。すなわち、カソード電極17bは、高周波電源52a・52bから電気エネルギーが与えられる電極部17dと、実際にプラズマ放電した時に、プラズマと電極間でシース電位を形成する導体部17cとから構成されている。そして、1つのアノード電極13に着目すると、そのアノード電極13と、その両側にあるカソード電極17aおよびカソード電極17b(導体部17c)との距離は異なるように構成されている。
Thus, the
また、プラズマ発生部15は、成膜基板2から離間し、成膜基板2に対向して真空容器50内に配置されている。そして、プラズマ発生部15は、電力供給部57(高周波電源52a・52b)からの電力供給により、プラズマを発生する。すなわち、図2に示すように、本実施形態では、スイッチS(S1〜S4)の切り換えにより、カソード電極17a・17bには、高周波電源52aまたは52から、電気的エネルギー(電力)が供給されるようになっている。
The
また、本実施形態では、カソード電極17bは、電極部17dと導体17cとから構成されている。そして、導体部17cが、カソード電極17aよりも、アノード電極13に近く設けられている。図4(a)は、カソード電極17a・17bおよびアノード電極13近傍の要部構成を示す断面図である。図1〜図3の構成では、導体17cの形状が、図4(a)に示す構造である。
In the present embodiment, the
すなわち、図4(a)に示すように、プラズマ10b領域における電極部17d上に、成膜基板2に略垂直な断面が半三角形状の導体17cが、電極部17d上に配置されている。
That is, as shown in FIG. 4A, a
ここで、アノード電極13とカソード電極17aとの距離(プラズマ領域10aにおけるアノード電極13とカソード電極17aとの距離)をd1、アノード電極13とカソード電極17bとの距離をd2とする。このとき、d1>d2の関係が成立する。すなわち、導体17cを配置することによって、アノード電極13とカソード電極17bとの距離を減少させることができる。したがって、カソード電極17に印加される電位が同じであれば、d1>d2の関係より、プラズマ領域10aに比べてプラズマ領域10bの電界強度が大きくなる。したがって、プラズマ領域10aに比べて、プラズマ領域10bのエネルギーを大きくすることができる。
Here, the distance between the
次に、プラズマCVD装置60を用い、プラズマCVD法により成膜基板2に薄膜を形成する方法について、図1を参照して以下に説明する。
Next, a method for forming a thin film on the
まず、電源52a・52bからカソード電極17a・17bに高周波電圧を印加すると、アノード電極13とカソード電極17a・17bとの間に電界が発生する。これにより、プラズマ領域10a・10bには、絶縁破壊現象により、グロー放電として、プラズマが発生する。そして、プラズマ領域10a・10bに、ガス供給部54からガス導入口11a・11bを通じて、異なるガスG1・G2を供給する。これにより、プラズマ領域10a・10b中の電子により、ガスG1・G2は分解され、ラジカルR1・R2が生成する。すなわち、プラズマ領域10a・10bは、ガスG1・G2のラジカルR1・R2の生成空間となっている。
First, when a high frequency voltage is applied to the
生成したラジカルR1・R2は、成膜基板2の方に拡散し、成膜基板2の表面(被処理面)に、付着・堆積する。これにより、成膜基板2表面に、膜が成長して薄膜が形成される。なお、薄膜の厚さは、プラズマ発生部15への電力供給を制御することによって調節する。
The generated radicals R1 and R2 diffuse toward the
また、プラズマ領域10a・10bで、ラジカルR1・R2が生成すると、プラズマ領域10a・10bと、カソード電極17との間には、プラズマ中の電子や電荷によってシース電位が生じる。これにより、ラジカルRが拡散されて成膜基板2表面に堆積し、薄膜が形成される。
When radicals R1 and R2 are generated in the
このように、本実施形態では、カソード電極17a・17bに高周波電圧を印加すると、アノード電極13とカソード電極17a・17bとの間にプラズマを発生させるプラズマ領域10a・10bが形成される。そして、プラズマ領域10a・10bに供給されたガスG1・G2を分解してラジカルR1・R2を発生させることによって、成膜基板2表面に、ラジカルR1・R2を付着・堆積することによって、成膜基板2表面に薄膜を形成することができる。
Thus, in this embodiment, when high frequency voltage is applied to the
このように、本実施形態では、成膜基板が、プラズマ放電空間にさらされることがない。つまり、成膜基板から離れた位置に、プラズマ放電空間が形成される。このため、プラズマ中で加速されたイオンが、成膜基板上に成膜された薄膜表面に衝突することがなくなる。従って、プラズマ中のイオンの衝突による薄膜の膜質劣化を防止することができる。 Thus, in this embodiment, the film-forming substrate is not exposed to the plasma discharge space. That is, a plasma discharge space is formed at a position away from the film formation substrate. For this reason, ions accelerated in plasma do not collide with the surface of the thin film formed on the film formation substrate. Therefore, film quality deterioration of the thin film due to collision of ions in the plasma can be prevented.
また、薄膜形成時に、複数の材料ガスを用いる場合、材料ガスの種類に応じて、異なるエネルギーを与えることが可能になるため、エネルギーの利用効率が向上するとともに、成膜基板の全面に均一な膜厚の薄膜を形成することが可能になる。したがって、本発明のプラズマプロセス装置による薄膜形成の応用範囲の拡大が期待できる。 In addition, when a plurality of material gases are used during thin film formation, different energies can be given depending on the type of material gas, so that energy use efficiency is improved and uniform over the entire surface of the deposition substrate. A thin film having a thickness can be formed. Therefore, the expansion of the application range of thin film formation by the plasma processing apparatus of the present invention can be expected.
また、分解効率の異なる種類の異なるガスを、異なるプラズマエネルギーを有するプラズマ放電空間中で、分解することができる。したがって、成膜基板上に形成される薄膜中の、水素濃度、NH結合濃度を容易に調整することが可能になるとともに、絶縁耐圧性や、成膜速度を向上させることができる。したがって、ガスの利用効率の向上や、エネルギー損失を少なくすることが可能になる。 Also, different types of gases with different decomposition efficiencies can be decomposed in plasma discharge spaces having different plasma energies. Therefore, the hydrogen concentration and NH bond concentration in the thin film formed on the film formation substrate can be easily adjusted, and the dielectric strength and the film formation rate can be improved. Therefore, it is possible to improve gas utilization efficiency and reduce energy loss.
また、アノード電極とカソード電極とを、成膜基板の法線方向から見て重ならないように、同絶縁体上に、絶縁体(誘電体)を介して配置することにより、アノード電極のカソード電極に対向する面に、薄膜が形成されることを防止できる。これにより、材料ガスを分解することにより発生したラジカルを成膜基板上に効率的に導くことができる。 Further, the anode electrode and the cathode electrode are arranged on the same insulator via an insulator (dielectric) so that they do not overlap each other when viewed from the normal direction of the film formation substrate. It is possible to prevent a thin film from being formed on the surface facing the surface. Thus, radicals generated by decomposing the material gas can be efficiently guided onto the film formation substrate.
以上のように、本実施形態では、プラズマ発生部15に、領域面積が異なる複数のプラズマ領域10a・10bを有している。このため、プラズマ領域10a・10bでは、エネルギーの異なるプラズマが発生する。このため、複数種類の材料ガスG1・G2に、異なるエネルギーを与えることが可能である。すなわち、本実施形態では、領域面積の異なる複数のプラズマ領域10a・10bを有しているため、その領域10a・10bには、例えば、同一電源で異なった電界を形成することが可能となる。これにより、材料ガスG1・G2の種類に応じて、異なるエネルギーを与えることができる。その結果、均一に材料ガスG1・G2を分離・解離し、均一なラジカルを生成できる。従って、効率的にエネルギーを利用し、プラズマ処理のスループットも向上できる。
As described above, in the present embodiment, the
また、本実施形態では、プラズマ発生部15が、互いに絶縁された、カソード電極17a・17bと、カソード電極17a・17bよりも成膜基板2に近接して設けられたアノード電極13とを有しており、カソード電極17a・17bは、互いに絶縁され、アノード電極13からの距離が異なる複数のカソード電極17a・17b・・・を有している。
In the present embodiment, the
これにより、プラズマ領域10a・10bが、カソード電極17a・17bとアノード電極13との間に形成される。すなわち、プラズマ領域10a・10bは、カソード電極17aのプラズマ放電面と、アノード電極13のプラズマ放電面とに囲まれた部分となる。従って、アノード電極13からの距離が異なる複数種類のカソード電極17a・17bによって、領域面積の異なる複数のプラズマ領域10a・10bが形成される。これにより、アノード電極13に対するカソード電極17a・17bの配置状態に応じて、エネルギーの異なるプラズマが発生するため、複数種類の材料ガスG1・G2に、異なるエネルギーを与えることが可能である。これにより、材料ガスG1・G2に応じて、異なるエネルギーを与えることができる。
As a result,
また、本実施形態では、カソード電極17a・17bおよびアノード電極13のプラズマ放電面は、成膜基板2の被処理面から視認できる部分からなっている。
In the present embodiment, the plasma discharge surfaces of the
これにより、カソード電極17a・17bとアノード電極13のプラズマ放電面の対向する面に、プラズマが発生するのを防止できる。つまり、カソード電極17a・17bとアノード電極13のプラズマ放電面の対向する面に、薄膜が形成されることを防止できる。従って、材料ガスG1・G2を分解することにより発生したラジカルを成膜基板2上に効率的に導くことができる。
As a result, it is possible to prevent plasma from being generated on the surfaces of the
また、本実施形態では、アノード電極13が、カソード電極17a・17b相互間に設けられた絶縁体14上に配置されている。
In the present embodiment, the
これにより、絶縁体14を介して、カソード電極17a・17bとアノード電極13とが一体的に形成される。従って、プラズマ発生部15の構成が簡素化できる。
As a result, the
また、カソード電極17a・17bとアノード電極13とが絶縁体14を介して設けられているため、カソード電極17a・17bとアノード電極13のプラズマ放電面の対向する面に、プラズマが発生するのを防止できる。つまり、カソード電極17a・17bとアノード電極13のプラズマ放電面の対向する面に、薄膜が形成されることを防止できる。従って、材料ガスG1・G2を分解することにより発生したラジカルを成膜基板2上に効率的に導くことができる。
Further, since the
また、本実施形態では、カソード電極17a・17bは、断面が凹形状のプラズマ放電面を有することを特徴としている。これにより、カソード電極17a・17bのプラズマ放電面の面積を大きくできるため、カソード電極17a・17bで発生したプラズマやラジカルが、消滅するのを低減できる。また、断面が凹面形状であるため、ホローカソード効果(高密度のプラズマが得られる効果)も得られる。
In the present embodiment, the
また、本実施形態では、カソード電極17a・17bにおける、アノード電極13からの距離d1>d2を満たす、複数のカソード電極17a・17bに対して、上記距離d2のカソード電極17bに、距離d1のカソード電極17aよりも大きな電気エネルギーを供給する電気エネルギー供給部57を備えている。
In the present embodiment, the
これにより、距離d2のカソード電極17bでより多くのプラズマエネルギーを発生させることができる。従って、距離d2のカソード電極17bでのガスの解離度(ラジカルの生成率)をより向上できる。
Thus, it is possible to generate more plasma energy at the
また、本実施形態では、電気エネルギー供給部57は、カソード電極17a・17bに、同一の電気エネルギーを供給することも可能である。
In the present embodiment, the electrical
これにより、異なる電気エネルギーの電気エネルギー供給部を備える必要がないため、電気エネルギー供給部57の構成を簡素化できる。
Thereby, since it is not necessary to provide the electrical energy supply part of different electrical energy, the structure of the electrical
また、本実施形態では、電気エネルギーが、100kHz以上、300MHz以下の周波数領域から選択されることが好ましい。 Moreover, in this embodiment, it is preferable that electrical energy is selected from a frequency region of 100 kHz or more and 300 MHz or less.
これにより、カソード電極17a・17bで、安定した放電が可能となり、膜厚の均一性が良くなる。また、カソード電極17a・17bでの、ガスの解離度(ラジカル生成率)の増加にも効果的である。
As a result, the
また、本実施形態では、材料ガスG1・G2を、材料ガスG1・G2の種類ごとに独立して、プラズマ発生部15に導くガス配管16(16a・16b)を備えている。
Moreover, in this embodiment, the gas piping 16 (16a * 16b) which guides the material gas G1 * G2 to the
これにより、異なる種類の材料ガスG1・G2を、それぞれ確実に、領域面積の異なる複数のプラズマ領域10a・10bに供給できる。従って、材料ガスG1・G2の分離・解離度に応じた、プラズマエネルギーを与えることができる。
Accordingly, different types of material gases G1 and G2 can be reliably supplied to the plurality of
また、本実施形態では、ガス配管16(16a・16b)は、材料ガスG1・G2を、カソード電極17a・17b側に導いている。
In the present embodiment, the gas pipes 16 (16a and 16b) guide the material gases G1 and G2 to the
これにより、ガス供給部54から供給される材料ガスG1・G2が、ガス配管16を経て、カソード電極17a・17bに導かれる。アノード電極13は、カソード電極17a・17bよりも、成膜基板2側に近接しているため、材料ガスG1・G2を、カソード電極17a・17bからアノード電極13側に向けて流すことができる。このため、成膜基板2に向かって、材料ガスG1・G2を、スムーズに流すことができる。また、カソード電極17a・17bと、アノード電極13との間にプラズマ領域10a・10bが形成されるため、この領域内に材料ガスG1・G2を流すことができる。従って、材料ガスG1・G2がプラズマ領域10a・10b内を流れる距離を長くできるため、材料ガスG1・G2の分離・解離を促進できる。
Thus, the material gases G1 and G2 supplied from the
なお、本実施形態では、1つのカソード電極17aと、上記カソード電極17aを挟んで互いに対向する、一組の絶縁体14およびアノード電極13とによって囲まれた領域(断面が凹形状の空間)が、プラズマ領域10aである。プラズマ領域10aには、ガス供給部54から、ガス導入口10aを介して、ガスG1が供給される。プラズマ領域10aに供給されたガスG1は、プラズマによって分離・解離し、ラジカルR1を生成する。そして、このラジカルR1が、成膜基板2に堆積し、薄膜を形成する。このように、プラズマ領域10aには、ガス供給部54からガスG1が供給されるため、プラズマ領域10aは、ガス導入領域Aともいえる。同様に、プラズマ領域10bには、ガス供給部54からガスG2が供給されるため、プラズマ領域10bは、ガス導入領域Bともいえる。
In the present embodiment, a region (a space having a concave cross section) surrounded by one
図3に示すように、本実施形態では、隣り合う絶縁体14・14間に、プラズマ領域10a(ガス導入領域A)とプラズマ領域10b(ガス導入領域B)とが、交互に形成されている。
As shown in FIG. 3, in this embodiment,
プラズマ領域10b(ガス導入領域B)では、電極部17d上に導体17cが配置されているため、アノード電極13とカソード電極17aとの距離と、アノード電極13とカソード電極17bとの距離は異なる。つまり、プラズマ領域10a(ガス導入領域A)とプラズマ領域10b(ガス導入領域B)とでは、領域面積が異なる。したがって、カソード電極17a・17bに同じ周波数、同じ電圧を印加した場合、プラズマ領域10a・10bで発生するプラズマエネルギーが異なる。これにより、プラズマ領域10a・10bに供給されたガスG1・G2に、異なるプラズマエネルギーを与えることができる。
In the
また、本実施形態では、ガス配管16a、16bはそれぞれ、ガス導入口11a、11bを介してそれぞれガス導入領域A・B(プラズマ領域10a・10b)に通じている。すなわち、ガス供給部54から、ガス導入口11a、11bを通じて、ガス導入領域A・Bに、異なる種類のガスG1・G2を供給することができる構成となっている。
In the present embodiment, the
本実施形態では、アノード電極13は、絶縁体18上に設けられた絶縁体14の先端に形成されているため、成膜基板2の法線方向から見たとき、アノード電極13とカソード電極17a・17bとが重ならないように配置されている。すなわち、アノード電極13のプラズマ放電面と、カソード電極17a・17bのプラズマ放電面とは互いに対向しないように配置されている。
In the present embodiment, since the
これにより、アノード電極13のカソード電極17側の面は絶縁体14に接触しているため、ガスGが分解されて発生したラジカルRを、アノード電極13のカソード電極17側の面に薄膜として付着させることなく、効率的に成膜基板2の表面に導くことができる
また、本実施形態では、カソード電極17bが、絶縁体14の側面に沿って伸びており、その断面は凹面状となっている。すなわち、カソード電極17bのプラズマ放電面は凹面状となっている。これにより、絶縁体14の側面(カソード電極17bが形成されている面)と、カソード電極17bの傾斜面とのなす角を鈍角(好ましくは180度)とするとができる。従って、カソード電極17bの表面で発生したプラズマやラジカルが、絶縁体14に衝突することによって、消滅するのを低減できる。また、断面が凹面形状であるため、ホローカソード効果も得られる。
Thereby, since the surface of the
また、本実施形態では、ガス導入口11a・11bが、カソード電極17a・17b側に形成されている。すなわち、ガス導入口11a・11bは、アノード電極よりも成膜基板2に離れて形成されている。これにより、カソード電極17a・17b側から材料ガスG1・G2を、真空容器50内に導入できる。このため、成膜基板2に向かって、材料ガスG1・G2をスムーズに流すことができる。また、カソード電極17a・17bと、アノード電極13との間にプラズマ領域10a・10bが形成されるため、この領域内に材料ガスG1・G2を流すことができる。従って、材料ガスG1・G2がプラズマ領域10a・10b内を流れる距離を長くできるため、材料ガスG1・G2の分離・解離を促進できる。
In the present embodiment, the
また、本実施形態では、カソード電極17a・17bはそれぞれスイッチS(S1〜S4)を介して電源52aまたは52bに接続可能になっている。このように、カソード電極17a・17bに印加する電力(電圧)や周波数を制御することができるため、さらにプラズマ領域10a・10bのエネルギーを制御することができる。これにより、より一層、材料ガスに適したプラズマエネルギーを与えることができる。従って、成膜基板2に形成される薄膜の組成をさらに細かく制御することが可能になる。
In the present embodiment, the
また、本実施形態では、カソード電極17a・17bのプラズマ放電面の面積が、アノード電極13の放電面の面積よりも大きい構成である。これにより、アノードシース部の電界を大きくできる。その結果、カソードシース部に加えて、アノードシース部での材料ガスの解離が促進されるため、ガスの解離度を向上できる。なお、カソード電極17a・17bのプラズマ放電面の面積を、アノード電極13と同じ接地電位にある接地電位部の面積よりも大きくすることにより、より一層、ガスの解離度を向上できる。
In the present embodiment, the area of the plasma discharge surface of the
また、本実施形態では、材料ガスG1・G2は、形成する薄膜に応じて、設定するものである。例えば、後述の実施例のように、シリコン窒化膜を形成する場合、ガスG1として、モノシランガス、ガスG2として、アンモニアガスを用いれば、成膜基板2上にシリコン窒化膜を形成できる。
Moreover, in this embodiment, material gas G1 * G2 is set according to the thin film to form. For example, in the case where a silicon nitride film is formed as in the embodiments described later, a silicon nitride film can be formed on the
アンモニアガスは、モノシランガスに比べて、分解効率(同じエネルギーを与えた時のガスの分解効率)が低い。すなわち、アンモニアガスは、モノシランガスに比べて、解離度(ガスを分解するのに必要なエネルギー)が高い。つまり、同じエネルギーを加えた場合、アンモニアガスは、モノシランガスよりも分解しにくい。このため、従来の平行平板型プラズマCVD装置のように、同一のプラズマ領域内で、複数種類のガスを分解する構成では、アンモニアガスを分解しきれず、アンモニアガスの利用効率が低下することがある。 Ammonia gas has lower decomposition efficiency (gas decomposition efficiency when the same energy is applied) than monosilane gas. That is, ammonia gas has a higher degree of dissociation (energy required to decompose the gas) than monosilane gas. That is, when the same energy is applied, ammonia gas is less likely to decompose than monosilane gas. For this reason, in the structure which decomposes | disassembles multiple types of gas within the same plasma area | region like the conventional parallel plate type plasma CVD apparatus, ammonia gas cannot be decomposed | disassembled completely and the utilization efficiency of ammonia gas may fall. .
これに対し、本実施形態では、アノード電極13からの距離が異なるカソード電極17a・17bを備えている。このため、アノード電極13とカソード電極17bとの距離を、アノード電極13とカソード電極17aとの距離よりも短くなっている。これにより、プラズマ領域10aに比べてプラズマ領域10bの電界強度を大きくすることができる。したがって、プラズマ領域10bは、プラズマ領域10aよりも、エネルギーの高い領域となる。すなわち、プラズマ領域10bでは、多くのプラズマを発生できる。したがって、モノシランガスをプラズマ領域10aで分解し、アンモニアガスをプラズマ領域10bで分解することにより、アンモニアガスにモノシランガスよりも高いエネルギーを与えることができる。このため、モノシランガスよりも分解しにくいアンモニアガスを、効率よく分解することが可能になる。
On the other hand, in the present embodiment, the
このように、複数のガスを使用する際には、相対的に分解しにくいガスに、大きな電界を与えること、すなわち、相対的に分解しにくいガスを、プラズマエネルギーの高いプラズマ領域に供給することが好ましい。つまり、相対的に分解しにくいガスに対して、分解しやすいガスよりも大きな電気エネルギー(電圧や周波数)を与えることが好ましい。これにより、ガスの種類に応じた分解に必要なエネルギーを与えることが可能になるため、ガスの利用効率が向上するとともに、エネルギーも効率的に利用できる。 In this way, when using a plurality of gases, a large electric field is applied to a gas that is relatively difficult to decompose, that is, a gas that is relatively difficult to decompose is supplied to a plasma region having a high plasma energy. Is preferred. That is, it is preferable to give larger electric energy (voltage or frequency) to a gas that is relatively difficult to decompose than a gas that is easily decomposed. Thereby, since it becomes possible to give energy required for the decomposition | disassembly according to the kind of gas, while using efficiency of gas improves, energy can also be used efficiently.
また、本実施形態では、カソード電極17a・17bは、絶縁体18上に形成されている。すなわち、カソード電極17の裏側、つまり成膜基板2に対向する面は、絶縁体18との接触面となっている。絶縁体18がない場合、この接触面にも、プラズマが発生する。絶縁体18を備えていれば、この接触面に、生成したラジカルRが付着するのを防止できる。
In the present embodiment, the
また、本実施形態では、アノード電極13からのカソード電極17a・17bの距離d1・d2は、d1>d2を満たしている。より好ましくは、d1>d2>5mmである。なぜなら、プラズマ形成時に、カソード電極17a・17b付近にはシースと呼ばれる部分が形成され、それらは各電極と同じく導体として機能し、シース部分の厚さがおよそ5mmであるためである。
In this embodiment, the distances d 1 and d 2 between the
また、アノード電極13間の距離(d5)は、装置内にプラズマ放電空間を確保でき、分布斑による影響を受けない程度の距離であることが好ましい。距離d5は、装置の規模にもよるが、例えば、10mm以上とすることができる。ただし、30mm以上とすると、分布斑の影響を受ける。
The distance (d 5 ) between the
アノード電極13と成膜基板2との距離d4は、プラズマ空間で生成したラジカルが、成膜基板の被処理面に均一に拡散できる程度の距離であることが好ましい。距離d4は、距離d5は、少なくとも5mm以上必要であり、分布斑の影響を回避するには、15mm以上であることが好ましい。
The distance d 4 between the
なお、分布斑とは、プラズマ空間で生成されたラジカルが、成膜基板へ到達するまでに面内に均一に拡散しないため形成される。例えば、距離d4が近すぎると、ラジカルが拡散するだけの距離が不足しているため、アノード電極の模様が形成される。 Note that the distribution spots are formed because radicals generated in the plasma space do not uniformly diffuse in the plane before reaching the film formation substrate. For example, the distance d 4 is too close, the distance only radicals to diffuse is insufficient, the pattern of the anode electrode is formed.
本実施形態では、導体17cの断面形状は、直角三角形であり、絶縁体14の側面と電極部17dに沿って(接して)、導体17cがのびている。しかし、導体17cの断面形状は、特に限定されるものではなく、図4(b)および図4(c)に示す形状であってもよい。図4(b)および図4(c)は、カソード電極17a・17bおよびアノード電極13近傍の要部構成を示す断面図である。なお、図4(b)および図4(c)の構成は、導体17cの形状が異なる以外は、図4(a)の構成と同じであり、導体部17cを設けることにより、カソード電極17bとアノード電極13との距離を、カソード電極17aとアノード電極13との距離よりも、短くしている。
In the present embodiment, the cross-sectional shape of the
図4(b)に示すように、電極部17d上には、断面が長方形状の導体部17cが配置されている。すなわち、電極部17d上には、絶縁体14の側面に沿ってのびた四角柱の導体部17cが形成されている。これにより、アノード電極13とカソード電極17bとの距離を、カソード電極13aとの距離よりも減少させることができる。
As shown in FIG. 4B, a
図4(b)の場合も、図4(a)の場合と同様に、d1>d2の関係が成立しているため、カソード電極17に印加される電圧が同じであれば、プラズマ領域10aに比べてプラズマ領域10bの電界強度が大きくなる。したがって、プラズマ領域10bには、より大きなプラズマエネルギー発生させることができる。
In the case of FIG. 4B as well, as in the case of FIG. 4A, since the relationship d 1 > d 2 is established, if the voltage applied to the cathode electrode 17 is the same, the plasma region The electric field intensity in the
また、図4(c)に示すように、電極部17d上には、断面が扇形(1/4円)の導体17cが配置されている。すなわち、電極部17d上には、絶縁体14の側面に沿ってのびた1/4円柱の導体部17cが形成されている。これにより、アノード電極13とカソード電極17bとの距離を、カソード電極13aとの距離よりも減少させることができる。
Further, as shown in FIG. 4C, a
図4(c)の場合も、図4(a)の場合と同様に、d1>d2の関係が成立しているため、カソード電極17に印加される電圧が同じであれば、プラズマ領域10aに比べてプラズマ領域10bの電界強度が大きくなる。したがって、プラズマ領域10bには、より大きなプラズマエネルギー発生させることができる。
In the case of FIG. 4C as well, as in the case of FIG. 4A, since the relationship of d 1 > d 2 is established, if the voltage applied to the cathode electrode 17 is the same, the plasma region The electric field intensity in the
このように、導体17cの断面形状は、三角形状よりも1/4円形状の方が、さらに1/4円形状よりも長方形状の方が、カソード電極17bとアノード電極13との距離を短くすることができるため、凹空間Aのプラズマ10aに比べて凹空間Bのプラズマ10bのエネルギーを大きくすることができる。
As described above, the cross-sectional shape of the
したがって、使用するガスの分解効率に応じて、導体17cの大きさや形状、材質等を設定することにより、プラズマ10a・10bのエネルギーを調整することができる。これにより、ガスの利用効率およびエネルギーの利用効率を向上させることが可能になる。
Therefore, the energy of the
また、本実施の形態では、隣接する絶縁体14間に、プラズマ領域10a・10bが交互に形成されている構成としたが、使用するガスの種類等に応じて、絶縁体18におけるカソード電極17a・17bおよびアノード電極13の配置位置、または、カソード電極17a・17bおよびアノード電極13の形状や幅等を変更することにより、カソード電極17a・17bのプラズマ放電面を変更できる。すなわち、プラズマ領域10a・10bの割合や位置関係を、種々変更することが可能である。これにより、例えば、成膜基板2の位置によって膜厚や組成の異なる薄膜の形成など、所望の膜厚や組成を有する薄膜を形成することが可能になる。
Further, in the present embodiment, the
なお、本実施形態では、カソード電極17bを構成する導体17cは、電極部17d上の全面を覆う構成としているが、プラズマ領域10aの領域が、プラズマ領域10aと等しくならなければ、どのような構成であってもよい。例えば、電極部17d上に、任意に導体17cを設ける構成であっても、同様の効果が得られる。
In the present embodiment, the
また、本実施形態では、領域面積の異なるプラズマ領域10a・10bを有しているため、高周波電源52a・52bの電力および周波数は、同一でも異なっていてもよい。カソード電極17a・17bに、同一電力・同一周波数を、供給する場合、高周波電源52a・52bのいずれか1つを用いればよい。現行のプラズマCVD装置においては周波数13.56MHzが主流である。このため、高周波電源52a・52bの周波数として、例えば、13.56MHzを適用できる。一般的に、周波数を増加させると、成膜の前躯体であるラジカルの生成密度Grは、
Gr=k(Te)×Ne×Ng
で与えられる。ここで、k(Te)はラジカルが発生する反応定数、Neは電子密度、Ngは原料ガス密度である。すなわち、高周波電源52a・52bの周波数の増加は、ラジカル生成率の増加に効果的である。高周波電源52a・52bの周波数領域は、共に100kHz以上、300MHz以下の領域から選択することが好ましく、さらに、相対的に領域面積の大きいプラズマ領域(つまりアノード電極13に近いカソード電極17b)に、より大きな周波数を与えることが好ましい。なお、周波数13.56MHzを適用すると、放電が安定しており、膜厚の均一性が良くなる。また、上記領域面積の大きいプラズマ領域(カソード電極17b)に、より大きな周波数を与えることによって、領域面積の差によるラジカル生成率(ガスの分解効率)の向上に加えて、周波数の違いによってもラジカル生成率が向上する。なお、周波数と同様に、電力(電圧)を変えることによっても、同様の効果が得られる。
Moreover, in this embodiment, since it has plasma area |
Gr = k (Te) × Ne × Ng
Given in. Here, k (Te) is a reaction constant for generating radicals, Ne is an electron density, and Ng is a raw material gas density. That is, an increase in the frequency of the high-
本実施形態では、ガス配管16を、ガス配管16aおよび16bの2つに分割する構成としたが、さらに、ガス配管を2種類以上に分割するとともに、導体17c以外に、2種類以上の導体17cを用いて、それぞれ電極部17dに配置することにより、さらに多くの種類のプラズマ領域を形成してもよい。すなわち、領域面積の異なるプラズマ領域を、多数形成してもよい。これにより、さらに多くの種類ガス材料Gからなる薄膜を形成することが可能になる。また、ガス材料Gの種類に応じて、用いるエネルギーや、組成の制御を行なうことができる。
In this embodiment, the
本実施形態では、絶縁体14の材料としてアルミナを用いたが、各電極間を絶縁できれば、他の材料を使用してもよい。
In this embodiment, alumina is used as the material of the
なお、本実施の形態では、薄膜の例として、アンモニアガスとモノシランガスとを用いてシリコン窒化膜を形成する場合を例に挙げて説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、その他、アモルファスシリコン膜やn+シリコン膜、シリコン酸化膜等の各種の薄膜の形成に適用できる。すなわち、材料ガスG1・G2は、アンモニアガス、モノシランガスの他にも、プラズマ処理によって、目的の薄膜を形成しうる材料ガスを適用できる。 In the present embodiment, as an example of a thin film, a case where a silicon nitride film is formed using ammonia gas and monosilane gas has been described as an example. However, the present invention is not limited to this, and other It can be applied to the formation of various thin films such as an amorphous silicon film, an n + silicon film, and a silicon oxide film. That is, as the material gases G1 and G2, in addition to ammonia gas and monosilane gas, a material gas capable of forming a target thin film can be applied by plasma treatment.
また、本実施形態では、プラズマCVD法により成膜を行ったが、ドライエッチング法などによって、薄膜(レジスト)のエッチングを行なう場合にも本発明のプラズマプロセス装置を適用することができる。すなわち、本発明のプラズマプロセス装置には、本実施形態のように、基板上に薄膜を形成(成膜)するプラズマCVD装置(薄膜形成装置)の他、例えば、材料ガスを、エッチングガスとして、上記プラズマCVD装置と同様に、プラズマを発生させ、薄膜のエッチングを行うドライエッチング装置や、レジストを除去するアッシャー装置にも適用できる。 In this embodiment, the film is formed by the plasma CVD method. However, the plasma processing apparatus of the present invention can be applied to the case where the thin film (resist) is etched by the dry etching method or the like. That is, in the plasma process apparatus of the present invention, as in the present embodiment, in addition to a plasma CVD apparatus (thin film forming apparatus) that forms a thin film on a substrate (film formation), for example, a material gas is used as an etching gas, Similar to the above plasma CVD apparatus, the present invention can also be applied to a dry etching apparatus for generating plasma and etching a thin film, and an asher apparatus for removing a resist.
なお、ドライエッチング装置、およびアッシャー装置では、プラズマの発生,ラジカルの生成は、プラズマCVD装置と同様のメカニズムであり、被処理基板4に到達したラジカルによって、薄膜(レジスト)を除去する点が、プラズマCVD装置とは異なる。また、材料ガスは、各装置に適したガスを適用すればよい。 In the dry etching apparatus and the asher apparatus, the generation of plasma and the generation of radicals are the same mechanism as the plasma CVD apparatus. It is different from the plasma CVD apparatus. Moreover, what is necessary is just to apply gas suitable for each apparatus as material gas.
また、本実施形態では、図3のように、カソード電極17bの領域には、対向する絶縁体14・14のそれぞれ内側に、導体部17cを設けている。しかし、導体部17cは、少なくとも、カソード電極17aのプラズマ領域10aと領域面積が異なるように(同じにならないように)設ければよい。例えば、図3では、隣り合う対向する2つの絶縁体14・14の内側に、それぞれ、導体17cを設けているが、一方の絶縁体14にのみ導体部17cを設けてもよい。この場合も、プラズマ領域10bとプラズマ領域10bの領域面積は異なるため、同様の効果が得られる。
In the present embodiment, as shown in FIG. 3, in the region of the
本実施形態では、カソード電極17bは、電極部17dと導体部17cとから構成されている。このため、電極部17dとカソード電極17aとを同一部材から構成することも可能である。
In the present embodiment, the
なお、本発明のプラズマプロセス装置を、以下の第1〜第16プラズマプロセス装置として表現することもできる。 In addition, the plasma process apparatus of this invention can also be expressed as the following 1st-16th plasma process apparatuses.
すなわち、第1プラズマプロセス装置は、処理室と、前記処理室の内部に被処理基板が載置される基板保持部と、前記被処理基板に対向して設けられ、プラズマを発生させる複数の放電電極を有する複合電極と、上記処理室の内部に材料ガスを供給するガス導入口を備えるプラズマプロセス装置であって、材料ガス供給部からガス導入口へ通じているガス導入領域は、少なくとも2系統以上の空間に分離されている構成である。 In other words, the first plasma processing apparatus includes a processing chamber, a substrate holding unit on which the substrate to be processed is placed inside the processing chamber, and a plurality of discharges that are provided to face the substrate to be processed and generate plasma. A plasma process apparatus comprising a composite electrode having electrodes and a gas introduction port for supplying a material gas into the processing chamber, wherein at least two gas introduction regions are connected from the material gas supply unit to the gas introduction port. It is the structure isolate | separated into the above space.
また、第2プラズマプロセス装置は、第1プラズマプロセス装置において、上記複合電極は第1電極、および第1電極よりも被処理基板に近接して設けられた第2電極を有しており、前記第1電極および前記第2電極は、前記被処理基板の法線方向から視認できる面のみがプラズマ放電空間として機能する構成である。 In the first plasma processing apparatus, the composite electrode includes a first electrode and a second electrode provided closer to the substrate to be processed than the first electrode, The first electrode and the second electrode have a configuration in which only a surface visible from the normal direction of the substrate to be processed functions as a plasma discharge space.
また、第3プラズマプロセス装置、第2プラズマプロセス装置において、上記第1電極は互いに導通することのない第1a電極(カソード電極17a)と第1b電極(カソード電極17b)とに分類されており、それぞれ異なった電気的エネルギー供給源と電気的エネルギー供給源にスイッチを介して接続されている構成である。
In the third plasma processing apparatus and the second plasma processing apparatus, the first electrode is classified into a first a electrode (
また、第4プラズマプロセス装置は、第2プラズマプロセス装置において、上記第2電極は前記第1a電極と第1b電極間に配置された絶縁体上に配置されている構成である。 Further, the fourth plasma processing apparatus is the second plasma processing apparatus, wherein the second electrode is disposed on an insulator disposed between the first a electrode and the first b electrode.
また、第5プラズマプロセス装置は、第2プラズマプロセス装置において、プラズマ放電空間は第1電極および絶縁体および第2電極で囲まれた凹面状である構成である。 In addition, the fifth plasma processing apparatus is configured such that in the second plasma processing apparatus, the plasma discharge space has a concave shape surrounded by the first electrode, the insulator, and the second electrode.
また、第6プラズマプロセス装置は、第2プラズマプロセス装置において、前記プラズマ空間の凹面内には第1電極上に導体(導体部17c)が上乗せされていないプラズマ空間(プラズマ領域)A、および上乗せされているプラズマ空間(プラズマ領域)Bに分類されている構成である。
Further, the sixth plasma processing apparatus is the second plasma processing apparatus, wherein the conductor (
また、第7プラズマプロセス装置は、第6プラズマプロセス装置6において、前記第1電極上の導体の形は、長方体形状、あるいは半三角形状、あるいは1/4円形状である構成である。 Further, the seventh plasma processing apparatus is configured such that, in the sixth plasma processing apparatus 6, the shape of the conductor on the first electrode is a rectangular shape, a semi-triangular shape, or a 1/4 circular shape.
また、第8プラズマプロセス装置は、第2プラズマプロセス装置において、前記ガス導入口は凹面状を形成する第1電極側に形成されており、それぞれ第1a電極側のガス導入口11a、および第1a電極側のガス導入口11bに分類されている構成である。
In addition, the eighth plasma processing apparatus is the second plasma processing apparatus, wherein the gas inlet is formed on the first electrode side forming a concave surface, and the
また、第9プラズマプロセス装置は、第1プラズマプロセス装置または第2プラズマプロセス装置において、前記ガス配管の1つは第1a電極のガス導入口11a、他方のガス配管は第1b電極のガス導入口11bへ接続されている構成である。
Further, the ninth plasma process apparatus is the first plasma process apparatus or the second plasma process apparatus, wherein one of the gas pipes is a
また、第10プラズマプロセス装置は、第1プラズマプロセス装置から第9プラズマプロセス装置のいずれかにおいて、上記電気的エネルギー供給源52aは周波数が13.56MHz以下であり、上記電気的エネルギー供給源52bは周波数が13.56MHzよりも高周波数である構成である。
Further, in the tenth plasma process apparatus, in any one of the first plasma process apparatus to the ninth plasma process apparatus, the electric
また、第11プラズマプロセス装置は、第1プラズマプロセス装置から第10プラズマプロセス装置のいずれかにおいて、上記第1a電極を電気的エネルギー供給源52aに接続し、上記第1b電極を電気的エネルギー供給源52bに接続し、電圧印加させることによりプラズマ空間Aとプラズマ空間Bを形成させ、ガス導入口11a、およびガス導入口11bより材料ガスを導入し、プラズマCVD法により材料ガスを分解させる構成である。
The eleventh plasma process apparatus may be configured such that in any one of the first plasma process apparatus to the tenth plasma process apparatus, the first a electrode is connected to the electric
また、第12プラズマプロセス装置は、第1プラズマプロセス装置から第11プラズマプロセス装置のいずれかにおいて、上記第1a電極を電気的エネルギー供給源52bに接続し、上記第1b電極を電気的エネルギー供給源52aに接続し、電圧印加させることによりプラズマ空間Aとプラズマ空間Bを形成させ、ガス導入口11a、およびガス導入口11bより材料ガスを導入し、プラズマCVD法により材料ガスを分解させる構成である。
In addition, the twelfth plasma process apparatus is the first plasma process apparatus to the eleventh plasma process apparatus, wherein the first a electrode is connected to the electric
また、第13プラズマプロセス装置は、第1プラズマプロセス装置から第10プラズマプロセス装置のいずれかにおいて、上記第1a電極、および第1b電極ともに電気的エネルギー供給源52aあるいは、電気的エネルギー供給源52bに接続し、電圧印加させることによりプラズマ空間Aとプラズマ空間Bを形成させ、ガス導入口11a、およびガス導入口11bより材料ガスを導入し、プラズマCVD法により材料ガスを分解させる構成である。
In the thirteenth plasma process apparatus, in any one of the first plasma process apparatus to the tenth plasma process apparatus, both the first a electrode and the first b electrode are connected to the electric
また、第14プラズマプロセス装置は、第1プラズマプロセス装置から第10プラズマプロセス装置のいずれかにおいて、上記第1a電極、および第1b電極ともに電気的エネルギー供給源Aあるいは、電気的エネルギー供給源Bに接続し、電圧印加させることによりプラズマ空間Aとプラズマ空間Bを形成させ、ガス導入口11a、およびガス導入口11bより材料ガスを導入し、プラズマCVD法により材料ガスを分解させる構成である。
Further, in the fourteenth plasma process apparatus, in any one of the first plasma process apparatus to the tenth plasma process apparatus, both the first a electrode and the first b electrode are used as the electric energy supply source A or the electric energy supply source B. The plasma space A and the plasma space B are formed by connecting and applying voltage, the material gas is introduced from the
また、第15プラズマプロセス装置は、第1プラズマプロセス装置から第9プラズマプロセス装置のいずれかにおいて、上記電気的エネルギー供給源11a、および電気的エネルギー供給源11bは同周波数である構成である。
In the fifteenth plasma process apparatus, the electrical
また、第16プラズマプロセス装置は、第1プラズマプロセス装置から第9プラズマプロセス装置、および、第15プラズマプロセス装置のいずれかにおいて、上記第1a電極を電気的エネルギー供給源52aに接続し、上記第1b電極を電気的エネルギー供給源52bに接続し、異なった電圧を印加させることによりプラズマ空間Aとプラズマ空間Bを形成させ、ガス導入口11a、およびガス導入口11bより材料ガスを導入し、プラズマCVD法により材料ガスを分解させる構成である。
In addition, the sixteenth plasma process apparatus connects the first electrode a to the electrical
なお、本発明は、以上説明した実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、それぞれに開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。 The present invention is not limited to the embodiment described above, and various modifications are possible within the scope shown in the claims, and the embodiment is obtained by appropriately combining the technical means disclosed in each. Is also included in the technical scope of the present invention.
次に、プラズマCVD装置60を用い、プラズマCVD法により、成膜基板2に、5種類のシリコン窒化(SiNx)膜の成膜した。また、比較例として、従来の平行平板型プラズマCVD装置(図5参照)を用い、同様に成膜処理を行った。
Next, five types of silicon nitride (SiNx) films were formed on the
各実施例では、シリコン窒化(SiNx)膜の材料として、モノシランガス(SiH4)とアンモニアガス(NH3)とを用いた。 In each example, monosilane gas (SiH 4 ) and ammonia gas (NH 3 ) were used as materials for the silicon nitride (SiNx) film.
プラズマCVD装置60において、室内圧力を1×10−3〜1×10−4Paに保った真空容器50に、ゲートバルブによって真空容器50から遮断されたロードロックチャンバ(いずれも図示せず)を経由して成膜基板2を基板ホルダー3へ搬送した。そして、再び、真空ポンプ55により真空容器50内を1×10−3〜1×10−4Paにまで排気した。
In the
次に、ガス供給部54から、アンモニアガス(G1)およびモノシランガス(G2)をそれぞれガス導入口11a・11bから、プラズマ領域10a・10bに供給した。そして、カソード電極17a・17bに接続されている高周波電源52a・52bから高周波の電力を印加し、プラズマ放電により、プラズマ領域10a・10bにプラズマを発生させ、一定時間後、成膜基板2上に成膜を開始した。
Next, ammonia gas (G1) and monosilane gas (G2) were supplied from the
成膜終了後、プラズマ放電を止めて、真空容器50内のガスを排気し、室内圧力を1×10−3〜1×10−4Paの状態に戻し、ロードロックチャンバを経由して成膜基板2を大気中へ搬出した。
After the film formation is completed, the plasma discharge is stopped, the gas in the
なお、各実施例では、図1〜図4(a)に示すような、断面が直角三角形の導体17cを使用した。
In each example, a
また、アノード電極13とカソード電極17a電極との距離d1を10mm、アノード電極13とカソード電極17bとの距離d2を5mm、成膜基板2とカソード電極17a・17cの距離d3を30mm、成膜基板2とアノード電極13との距離d4を20mm、アノード電極13間の距離d5を20mmとした。
Further, the distance d 1 between the
なお、高周波電源52a・52bの電圧は、200Wまたは400W、周波数は、13.56MHzまたは27.56MHzとした。
The voltage of the high-
各実施例では、モノシランガスを、ガス導入口11aから流入させ、プラズマ領域10a内のプラズマで分解した。また、アンモニアガスを、ガス導入口11bから流入させ、プラズマ領域10b内のプラズマで分解した。すなわち、ガスG1がモノシランガス、ガスG2がアンモニアガスである。
In each example, monosilane gas was introduced from the
前述のように、プラズマ領域10bは、プラズマ領域10bよりも大きい電界を発生する。モノシランガスの分解効率は、アンモニアガスに比べると高いため、モノシランガスのを、ガス導入口11aから、プラズマ領域10aに導入することによって、プラズマ領域10aでのプラズマ励起法により分解した。
As described above, the
また、アンモニアガスは、シリコンガスに比べると分解効率が低い(解離度が高い)ため、シリコンガスと同条件で分解すると、アンモニアガスが分解しきれないという欠点が生じる。この欠点を補うため、各実施例では、アンモニアガスを、ガス導入口11bから、プラズマ領域10bに導入することによって、プラズマ領域10bでのプラズマ励起法による分解し、プラズマ領域10aよりも、プラズマ領域10bの方が、高いエネルギーを与えることができるかを検討した。
In addition, since ammonia gas has a lower decomposition efficiency (higher dissociation) than silicon gas, there is a disadvantage that ammonia gas cannot be completely decomposed when decomposed under the same conditions as silicon gas. In order to make up for this drawback, in each embodiment, ammonia gas is introduced into the
また、成膜基板2に成膜処理を行う成膜工程は、成膜基板2として、5inchのシリコン基板を、ロードロック室からゲートバルブを介して、真空容器50の基板ホルダー3へ搬入し、真空ポンプ55により1×10−3〜1×10−4Paに排気した。なお、成膜時の圧力は、200Paとした。
Further, in the film forming process for performing the film forming process on the
続いて、ガス圧力を、120Paに維持しながら、流量50sccmのアンモニアガスをガス供給部54より、ガス配管16bを介してガス導入口11bへ供給し、続いて、流量10sccmのモノシランガスをガス供給部54より、ガス配管16aを介してガス導入口11bより供給した。なお、「sccm」とは、0℃において、毎分流れる立方センチメートル単位のガス流量である。
Subsequently, while maintaining the gas pressure at 120 Pa, ammonia gas at a flow rate of 50 sccm is supplied from the
次に、カソード電極17a・17bに、高周波電源52より高周波の電圧を供給し、アノード電極13との間でのプラズマ放電を利用し、それぞれのガス導入口11a・11bより導入されたガスを解離させ成膜を開始した。
Next, a high frequency voltage is supplied from the high frequency power source 52 to the
各実施例で、カソード電極17a・17bに供給した電圧・周波数(電気的エネルギー)、および、高周波電源52a・52bの接続状態は、以下のとおりである。
In each embodiment, the voltage / frequency (electric energy) supplied to the
〔実施例1〕
カソード電極17aを、高周波電源52a(周波数13.56MHz)に接続し、カソード電極17bを高周波電源52b(周波数27.12MHz)に接続し、投入電力は両電源ともに400Wで行い、プラズマ領域10a、およびプラズマ領域10bを形成した。
[Example 1]
The
〔実施例2〕
カソード電極17aを、高周波電源52b(周波数27.12MHz)に接続し、カソード電極17bを高周波電源52a(周波数13.56MHz)に接続し、投入電力は両電源ともに400Wで行い、プラズマ領域10a、およびプラズマ領域10bを形成した。
[Example 2]
The
〔実施例3〕
カソード電極17aを、高周波電源52a(周波数13.56MHz)に接続し、カソード電極17bを、高周波電源52b(周波数27.12MHz)に接続し、投入電力は両電源ともに400Wで行い、プラズマ領域10a、およびプラズマ領域10bを形成した。
Example 3
The
〔実施例4〕
カソード電極17aを、高周波電源52b(周波数27.12MHz)に接続し、カソード電極17bを同じく、高周波電源52b(周波数27.12MHz)に接続し、投入電力は両電源ともに400Wで行い、プラズマ領域10a、およびプラズマ領域10bを形成した。
Example 4
The
〔実施例5〕
カソード電極17aを高周波電源52a(周波数27.12MHz)に接続し、カソード電極17bを高周波電源52b(周波数27.12MHz)に接続し、プラズマ領域10a、およびプラズマ領域10bを形成した。この時、カソード電極17a、および17bへの投入電力はそれぞれ200W、および400Wとした。
Example 5
The
〔比較例〕
図5に示す平行平板型プラズマCVD装置を用いた以外は、実施例と同様の条件で成膜処理を行った。カソード電極117を高周波電源152(周波数13.56MHz)に接続し、プラズマ領域110を形成した。この時、カソード電極17への投入電力はそれぞれ400Wとした。なお、成膜基板102とカソード電極117との距離、および、カソード電極117とアノード電極113との距離は、ともに30mmとした。
[Comparative example]
Except for using the parallel plate type plasma CVD apparatus shown in FIG. 5, the film forming process was performed under the same conditions as in the example. The
〔実施例と比較例の評価〕
各実施例および比較例によって形成したシリコン窒化膜(SiNx膜)を比較した結果を表1に示す。
[Evaluation of Examples and Comparative Examples]
Table 1 shows the result of comparing the silicon nitride films (SiNx films) formed by the respective examples and comparative examples.
表1は、以上の実施例1〜5および比較例について、成膜速度、絶縁耐圧、膜中の水素結合濃度(N−H結合とSi−H結合の和)、および膜中のNH結合濃度の評価結果をまとめたものである。 Table 1 shows the film formation rate, the withstand voltage, the hydrogen bond concentration in the film (the sum of the N—H bond and the Si—H bond), and the NH bond concentration in the film for the above Examples 1 to 5 and the comparative example. This is a summary of the evaluation results.
なお、水素結合濃度およびNH結合濃度は、フーリエ変換赤外スペクトル法(FTIR)により、シリコンと水素の結合量および窒素と水素の結合量から同定した。すなわち、シリコン基板に窒化膜を堆積し、赤外レーザー光を照射し、その干渉波形をフーリエ変換処理することで、膜による赤外光の吸収をスペクトルとして測定した。 The hydrogen bond concentration and the NH bond concentration were identified from the bond amount of silicon and hydrogen and the bond amount of nitrogen and hydrogen by Fourier transform infrared spectroscopy (FTIR). That is, a nitride film was deposited on a silicon substrate, irradiated with infrared laser light, and the interference waveform was subjected to Fourier transform processing, whereby the absorption of infrared light by the film was measured as a spectrum.
また、絶縁耐圧は、例えばシリコン基板に窒化膜を堆積し、膜の厚み方向に500Vまでの電界印加を行う。この時、水銀を膜面に接触させ、水銀を介して電圧を印加している。絶縁耐圧は電圧印加した時に、電流が1μA/cm2になった時の電界を絶縁耐圧と定義してした。 In addition, as for the withstand voltage, for example, a nitride film is deposited on a silicon substrate, and an electric field is applied up to 500 V in the film thickness direction. At this time, mercury is brought into contact with the film surface, and a voltage is applied through the mercury. The dielectric strength is defined as the dielectric strength when the electric current is 1 μA / cm 2 when a voltage is applied.
また、成膜速度は、シリコン基板上に形成した窒化膜の膜厚を成膜時間で割ることにより算出した。 The film formation rate was calculated by dividing the film thickness of the nitride film formed on the silicon substrate by the film formation time.
以上の評価結果より、成膜速度は、実施例1〜5を比較しても有意差はなかったが、各実施例はいずれも比較例よりも成膜速度が高くなっている。 From the above evaluation results, there was no significant difference in the film formation rate even when Examples 1 to 5 were compared, but in each Example, the film formation rate was higher than that of the comparative example.
また、絶縁耐圧を比較すると、実施例1〜5に比較して比較例は、3.2MV/cmと著しく低いことがわかる。これは、比較例では、成膜基板が、プラズマ領域にさらされているため、プラズマ中で加速されたイオンの衝突により薄膜がダメージを受けていることが大きく影響していると考えられる。これに対し、成膜基板2がプラズマ領域10a・10bにさらされていない、各実施例では、絶縁耐圧は6.0MV/cm以上と高い値を示している。
In addition, when the withstand voltage is compared, it can be seen that the comparative example is remarkably low at 3.2 MV / cm as compared with Examples 1-5. In the comparative example, since the film formation substrate is exposed to the plasma region, it is considered that the thin film is greatly damaged by the collision of ions accelerated in the plasma. On the other hand, in each Example in which the
また、形成された薄膜の組成を比較すると、実施例1〜5では、比較例よりも、膜中水素濃度、NH結合濃度ともに高くなっている。実施例1〜5では、膜質改善と関係する膜中水素濃度は、比較例よりも高く、比較的よい特性が得られるとされている7×1021cm−3を越えている。これは、領域面積の異なるプラズマ領域10a・10bを用いた場合、相対的に領域面積の大きいプラズマ領域10bで、高いプラズマエネルギーが発生したからである。すなわち、プラズマ領域10bでは、モノシランガスよりも解離度の低いアンモニアガスに、モノシランガスよりも高いプラズマエネルギーを与えて解離させることが可能となり、アンモニアガスの解離が促進されたことためである。
Moreover, when the composition of the formed thin film is compared, in Examples 1 to 5, both the hydrogen concentration in the film and the NH bond concentration are higher than those in the comparative example. In Examples 1 to 5, the hydrogen concentration in the film related to the film quality improvement is higher than that of the comparative example and exceeds 7 × 10 21 cm −3 , which is said to provide relatively good characteristics. This is because, when the
このように、各実施例では、比較例よりも、薄膜の組成(膜質)が改善された。 Thus, in each Example, the composition (film quality) of the thin film was improved as compared with the comparative example.
本発明のプラズマプロセス装置は、電子産業におけるアモルファスシリコン等の半導体膜や絶縁膜のCVD法による薄膜の製造に用いられるとともに、ドライエッチングによるエッチング装置に好適に用いることができる。 The plasma process apparatus of the present invention can be used for manufacturing a thin film by a CVD method of a semiconductor film such as amorphous silicon or an insulating film in the electronic industry, and can be suitably used for an etching apparatus by dry etching.
2 成膜基板(被処理基板)
10a、10b プラズマ領域
11a、11b ガス導入口
13 アノード電極(第2電極)
14 絶縁体
15 プラズマ発生部
16、16a、16b ガス配管(ガス導入経路)
17a カソード電極(第1電極,距離d1の電極)
17b カソード電極(第1電極,距離d2の電極)
18 絶縁体
50 真空容器(処理室)
52a、52b 高周波電源
54 ガス供給部
57 電気エネルギー供給部(第1エネルギー供給部、第2エネルギー供給部)
G1、G2 材料ガス(プラズマ処理用ガス)
2 Deposition substrate (substrate to be processed)
10a,
14
17a cathode electrode (first electrode, the distance d 1 of the electrode)
17b cathode electrode (first electrode, the distance d 2 of the electrode)
18
52a, 52b High-
G1, G2 Material gas (plasma processing gas)
Claims (10)
上記プラズマ発生部は、領域面積が異なる複数のプラズマ領域を有することを特徴とするプラズマプロセス装置。 A processing chamber; a gas supply unit that supplies a plasma processing gas to the processing chamber; and a plasma generation unit that is provided at a position away from the substrate to be processed and generates plasma in the processing chamber. A plasma processing apparatus for performing plasma processing on a substrate to be processed,
The plasma processing apparatus, wherein the plasma generation unit has a plurality of plasma regions having different region areas.
上記第1電極は、互いに絶縁され、第2電極からの距離が異なる複数の電極を有することを特徴とする請求項1に記載のプラズマプロセス装置。 The plasma generation unit includes a first electrode that is insulated from each other, and a second electrode that is a counter electrode of the first electrode and is provided closer to the substrate to be processed than the first electrode.
The plasma processing apparatus according to claim 1, wherein the first electrode includes a plurality of electrodes that are insulated from each other and have different distances from the second electrode.
The plasma processing apparatus according to claim 9, wherein the gas introduction path guides the plasma processing gas to the first electrode side.
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