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Title:
PLASMA PROCESSING METHOD AND PLASMA PROCESSING APPARATUS
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2009/116579
Kind Code:
A1
Abstract:
An upper electrode (20) includes a facing section (22) having a facing surface (22A) which faces a placing surface (10A), an outer circumference section (24) having a flat surface (24A) connected to the outer circumference of the facing surface (22A), and a plurality of protruding sections (26) formed on the facing surface (22A). On a projection surface substantially parallel to the placing surface (10A), the outer circumference of the facing section (22) overlaps with the outer circumference of a lower electrode (10), and the outer circumference of the outer circumference section (24) surrounds the outer circumference of the facing section (22).

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Inventors:
AYA YOUICHIROU
Application Number:
PCT/JP2009/055311
Publication Date:
September 24, 2009
Filing Date:
March 18, 2009
Export Citation:
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Assignee:
SANYO ELECTRIC CO (JP)
AYA YOUICHIROU
International Classes:
C23C16/509; H01L21/3065; H01L21/31; H05H1/46
Foreign References:
JP2005527976A2005-09-15
JP2005236124A2005-09-02
Attorney, Agent or Firm:
TERAYAMA, Keishin et al. (JP)
Keishin Terayama (JP)
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Claims:
 基板が載置される載置面を有する第1電極と、
 前記載置面に対向する対向面を有する対向部と、前記対向面の外周に繋がる平坦面を有する外周部と、前記対向面上に形成された複数の凸部とを含む第2電極と
が備えられたプラズマ処理装置を用いて前記基板にプラズマ処理を施すプラズマ処理方法であって、
 前記載置面に略平行な投影面上において、
 前記対向部の外周は、前記第1電極の外周と重なり、
 前記外周部の外周は、前記対向部の外周を取り囲むよう配置された
ことを特徴とするプラズマ処理方法。
 前記複数の凸部は、前記対向面の略全域に渡って形成される
ことを特徴とする請求項1に記載のプラズマ処理方法。
 前記外周面は、前記載置面に略平行な平面である
ことを特徴とする請求項1又は2に記載のプラズマ処理方法。
 基板にプラズマ処理を施すプラズマ処理装置であって、
 前記基板が載置される載置面を有する第1電極と、
 前記載置面に対向する対向面を有する対向部と、前記対向面の外周に繋がる平坦面を有する外周部と、前記対向面上に形成された複数の凸部とを含む第2電極と
を備え、
 前記載置面に略平行な投影面上において、
 前記対向部の外周は、前記第1電極の外周と重なり、
 前記外周部の外周は、前記対向部の外周を取り囲む
ことを特徴とするプラズマ処理装置。
Description:
プラズマ処理方法及びプラズマ 理装置

 本発明は、プラズマ処理を基板に施すプ ズマ処理方法及びプラズマ処理装置に関す 。

 一般的に、半導体装置の製造工程では、 ラズマCVD処理やプラズマエッチング処理な のプラズマ処理を基板に施すプラズマ処理 置が広く用いられている。プラズマ処理装 は、基板が載置される載置面を有する下部 極と、載置面に対向する対向面を有する上 電極とを備える。下部電極と上部電極との 面形状は略同じである。このような下部電 と上部電極との間に電圧を印加することに り、下部電極と上部電極との間に形成され 処理空間にプラズマが生成される。

 従来、上部電極の対向面の全域にわたっ 複数の凸部を形成する手法が提案されてい (特開2002-241946号公報参照)。この手法によれ ば、凸部の内部で形成される電界勾配に従っ て凸部周囲に位置する電子を加速させること により、処理空間に高密度のプラズマを生成 することができる。

 ここで、基板に対して均一にプラズマ処 を施すには、載置面上において均一にプラ マを生成することが望ましい。例えば、プ ズマCVD処理を基板に施す場合には、載置面 で均一にプラズマを生成することにより、 板に対して均一な膜厚及び膜質で成膜でき 。

 しかしながら、上部電極の対向面の全域 わたって複数の凸部が形成されている場合 載置面の端部上では、載置面の中央部上よ も電界強度が弱くなる傾向がある。その結 、載置面上において均一にプラズマを生成 ることができないため、基板に対して均一 プラズマ処理を施すことが困難であった。

 本発明は、上述の状況に鑑みてなされた のであり、載置面上において均一にプラズ を生成できるプラズマ処理方法及びプラズ 処理装置を提供することを目的とする。

 本発明の特徴に係るプラズマ処理方法は 基板が載置される載置面を有する第1電極と 、前記載置面に対向する対向面を有する対向 部と、前記対向面の外周に繋がる平坦面を有 する外周部と、前記対向面上に形成された複 数の凸部とを含む第2電極とが備えられたプ ズマ処理装置を用いて前記基板にプラズマ 理を施すプラズマ処理方法であって、前記 置面に略平行な投影面上において、前記対 部の外周は、前記第1電極の外周と重なり、 記外周部の外周は、前記対向部の外周を取 囲むよう配置されたことを要旨とする。

 本発明の特徴に係るプラズマ処理方法に いて、前記複数の凸部は、前記対向面の略 域に渡って形成されていてもよい。

 本発明の特徴に係るプラズマ処理方法に いて、前記外周面は、前記載置面に略平行 平面であってもよい。

 本発明の特徴に係るプラズマ処理装置は 基板にプラズマ処理を施すプラズマ処理装 であって、前記基板が載置される載置面を する第1電極と、前記載置面に対向する対向 面を有する対向部と、前記対向面の外周に繋 がる平坦面を有する外周部と、前記対向面上 に形成された複数の凸部とを含む第2電極と 備え、前記載置面に略平行な投影面上にお て、前記対向部の外周は、前記第1電極の外 と重なり、前記外周部の外周は、前記対向 の外周を取り囲むことを要旨とする。

 本発明によれば、均一なプラズマを生成 きるプラズマ処理方法及びプラズマ処理装 を提供することができる。

図1は、本発明の実施形態に係るプラズ マ処理装置100の概略図である。 図2は、本発明の実施形態に係る下部電 極10、上部電極20の投影図である。 図3は、本発明の実施形態に係る処理空 間Iの模式図である。 図4は、実施例の電極構成を示す模式図 である。 図5は、比較例の電極構成を示す模式図 である。 図6は、実施例の領域X及び比較例の領 Yにおける電界強度を示す図である。 図7は、電界強度と膜厚との関係を示す 図である。

 次に、図面を用いて、本発明の実施形態 ついて説明する。以下の図面の記載におい 、同一又は類似の部分には、同一又は類似 符号を付している。ただし、図面は模式的 ものであり、各寸法の比率等は現実のもの は異なることに留意すべきである。従って 具体的な寸法等は以下の説明を参酌して判 すべきものである。又、図面相互間におい も互いの寸法の関係や比率が異なる部分が まれていることは勿論である。

 (プラズマ処理装置の構成)
 本発明の実施形態に係るプラズマ処理装置1 00の構成について、図1を参照しながら説明す る。図1は、プラズマ処理装置100の概略図で る。

 本実施形態では、プラズマ処理装置の一 として、PECVD(plasma enhanced chemical vapor depos ition)法を用いて基板Sに成膜処理を施すプラ マ処理装置100について説明する。

 プラズマ処理装置100は、真空チャンバー1 、下部電極10、上部電極20、給気通路30及び排 気通路40を備える。

 真空チャンバー1は、例えばアルミニウム などによって筒状に成形された処理容器であ る。

 下部電極10は、基板Sが載置される載置面1 0Aを有する載置台として機能する。下部電極1 0は、支持部11によって上下動可能に支持され る。

 また、下部電極10は、支持部11を介して接 地されており、アノード電極として機能する 。下部電極10の内部には、例えばモリブデン などによって構成される加熱機構(不図示) 設けられる。基板Sにプラズマ処理を施す場 、下部電極10は、加熱機構によって昇温さ る。下部電極10は、カーボン、グラファイト 、或いはアルミニウムなどの一般的な導電材 料によって構成される。

 上部電極20は、対向部22、外周部24及び複 の凸部26を備える。上部電極20は、支持部21 よって真空チャンバー1の天井に支持される 。下部電極10と上部電極20との間には、プラ マが生成される処理空間Iが形成される。

 対向部22は、下部電極10に対向して配置さ れており、下部電極10の載置面10Aと対向する 向面22Aを有する。対向面22Aの略全域には、 述する複数の凸部26が形成される。対向部22 の内部には、成膜用ガスやプラズマ生成用ガ スを供給する給気通路30が設けられる。

 外周部24は、対向部22の側方を取り囲むよ うに設けられる。外周部24は、対向部22の対 面22Aの外周に繋がる平坦面24Aを有する。平 面24Aは、平坦に形成されており、下部電極10 が有する載置面10Aと略平行である。

 なお、外周部24は、対向部22と一体であっ てもよいし、別体であってもよい。外周部24 対向部22とは別体とする場合には、導電性 取付け具(例えば、ボルトなど)を用いて、外 周部24を対向部22に固定する。

 複数の凸部26は、対向面22A上に形成され 。凸部26は、下部電極10側に向かってテーパ 状に形成される。凸部26には、凸部26の先端 から対向部22の内部に向かって給気孔26Hが形 される。給気孔26Hは、給気通路30に繋がれ おり、成膜用ガスやプラズマ生成用ガスは 凸部26の先端から処理空間Iに供給される。 お、複数の凸部26は、対向部22と一体的に形 されていてもよいし、別体であってもよい

 このような上部電極20には、図示しない 源装置によって、バイアス電圧としての直 電圧または高周波電圧が印加される。すな ち、上部電極20は、下部電極10より電位の高 カソード電極として機能する。これにより 処理空間Iにはプラズマが生成される。特に 、複数の凸部26の内部で形成される電界勾配 従って、凸部の周囲に位置する電子が加速 れるため、処理空間Iに高密度のプラズマが 生成される。

 上部電極20は、カーボン、グラファイト 或いはアルミニウムなどの一般的な導電材 によって構成される。また、対向面22A、平 面24A及び凸部26の表面には、アルミナなどの アルミニウム系絶縁膜やシリコン系絶縁膜が 形成されていてもよい。

 ここで、図2は、下部電極10の載置面10Aに 平行な投影面上に、下部電極10及び上部電 20(対向部22、外周部24及び複数の凸部26)を投 した投影図である。

 図2に示すように、対向部22は下部電極10 略同寸法であるため、対向部22の外周は、下 部電極10の外周と重なる。また、外周部24の 周は、対向部22及び下部電極10の外周を取り む。なお、下部電極10、上部電極20の平面形 状は、矩形に限らず円形などであってもよい 。

 給気通路30は、成膜ガスやプラズマ生成 ガスを真空チャンバー1内に給気するための 気管である。図1では、1本の給気通路30を示 しているが、成膜ガスを給気する給気通路と プラズマ生成用ガスを給気する給気通路とが 分離されていてもよい。

 排気通路40は、真空チャンバー1内の気体 排気するための排気管であり、真空チャン ー1内を真空状態にすることができる。

 (処理空間に形成される電界)
 次に、処理空間Iに形成される電界について 、図3を参照しながら説明する。図3は、下部 極10、上部電極20(対向部22、外周部24、複数 凸部26)及び処理空間Iの模式図である。

 複数の凸部26と下部電極10とによって、図3 示す処理空間I 1 に電界強度の大きな電界が形成される。複数 の凸部26と下部電極10とによって形成される 界強度は、載置面10Aの中央部上よりも載置 10Aの端部上の方が弱い。

 また、外周部24と下部電極10とによって、図 3に示す処理空間I 2 及び処理空間I 3 に電界が形成される。すなわち、外周部24と 部電極10とによって、載置面10Aの端部上に 界が形成される。

 このように、複数の凸部26と下部電極10と によって載置面10Aの中央部上に電界が形成さ れるとともに、外周部24と下部電極10とによ て載置面10Aの端部上に電界が形成される。

(作用及び効果)
 本実施形態に係る上部電極20は、載置面10A 対向する対向面22Aを有する対向部22と、対向 面22Aの外周に繋がる平坦面24Aを有する外周部 24と、対向面22A上に形成された複数の凸部26 を含む。載置面10Aに略平行な投影面上にお て、対向部22の外周は、下部電極10の外周と なり、外周部24の外周は、対向部22の外周を 取り囲む。

 従って、複数の凸部26と下部電極10とによっ て、載置面10Aの中央部上(図3に示す処理空間I 1 )に電界を形成するとともに、外周部24と下部 電極10とによって、載置面10Aの端部上(図3に す処理空間I 2 及び処理空間I 3 )に電界を形成することができる。これによ 、載置面10A上の全域で均一にプラズマを生 することができるため、基板Sに対して均一 プラズマ処理を施すことができる。特に、 実施形態に係るプラズマ処理装置100によれ 、基板Sに対して均一な膜厚及び膜質で成膜 を行うことができる。

 ここで、外周部24を備えない従来のプラ マ処理装置では、載置面の端部上で十分に ラズマが生成できないため、基板Sの寸法を 置面の寸法より相当程度小さくする必要が った。一方、本実施形態に係るプラズマ処 装置100によれば、基板Sを載置面10Aと略同寸 法にした場合であっても、基板S上に均一な 厚及び膜質で成膜することができる。

(その他の実施形態)
 本発明は上記の実施形態によって記載した 、この開示の一部をなす論述及び図面はこ 発明を限定するものであると理解すべきで ない。この開示から当業者には様々な代替 施形態、実施例及び運用技術が明らかとな う。

 例えば、上記実施形態では、プラズマ処 装置100を用いて基板Sに成膜処理を施す場合 について説明したが、プラズマ処理装置100は 、プラズマエッチング処理などの他のプラズ マ処理にも適用することができる。

 また、上記実施形態では、下部電極10を 地することにより、下部電極10の電位を接地 電位としたが、下部電極10の電位は上部電極2 0の電位に対して負であればよい。

 また、上記実施形態では、本発明の第1電 極及び第2電極の一例として下部電極10及び上 部電極20について説明したが、第1電極及び第 2電極の配置はこれに限られない。すなわち 第1電極及び第2電極は、水平面に対して略垂 直に立てられてもよいし、第1電極は第2電極 上方に配置されてもよい。

 また、上記実施形態では、平坦面24Aを載 面10Aと略平行としたが、平坦面24Aは、載置 10Aに対して傾いていてもよい。

 以下、本発明に係るプラズマ処理装置の 施例について説明する。具体的には、載置 上における電界強度を計算し、それが成膜 与える影響について検討した。

 (実施例)
 図4に示す電極構成に基づいて、下部電極10 載置面10A上(領域X)における電界強度を計算 た。

 実施例に係る上部電極20は、載置面10Aに 向する対向部22と、対向部22の側方を取り囲 外周部24と、対向部22上に形成された複数の 凸部26とを備える。

 (比較例)
 図5に示す電極構成に基づいて、下部電極10 載置面10A上(領域Y)における電界強度を計算 た。

 比較例に係る上部電極20は、外周部24を備 えない点以外は上記実施例と同様である。

 (計算結果)
 領域X及び領域Yにおける電界強度を図6に示 。図6では、載置面10Aの中心からの位置と、 載置面10Aの中心における電界強度を基準に規 格化した電界強度とを示す。

 図6に示すように、実施例では、領域Xの 心における電界強度に対する領域Xの端にお る電界強度の比は、約1.01であった。一方、 比較例では、領域Yの中心における電界強度 対する領域Yの端における電界強度の比は、 0.95であった。

 このように、実施例では、比較例に比べ 、載置面10A上において均一に電界を形成す ことができた。これは、実施例に係る上部 極20が外周部24を備えたことにより、載置面 10Aの端部上における電界強度が強められたた めである。

 (電界強度と膜厚との関係)
 次に、電界強度と膜厚との関係について確 した。具体的には、PECVD法を用いてガラス 板上に成膜処理を行った。処理条件は、真 チャンバー内の圧力を1100Pa、温度を200℃、 部電極に印加する電圧の周波数を40MHz、投入 電力を1.1kW、H 2 供給量/SiO 2 供給量を19とした。

 図7は、ガラス基板上における電界強度の 計算値と、ガラス基板上に形成された膜の膜 厚との関係を示す。図7では、電界強度と膜 を規格化した数値で示している。

 図7に示すように、膜厚は電界強度に比例 することが確認された。従って、図7より、 施例に係るプラズマ処理装置を用いて基板 に成膜処理を行った場合、領域Xの中心から 域Xの端までにおける膜厚のバラツキは、約 3%以内に抑えられることが判った。

 一方、図7より、比較例に係るプラズマ処 理装置を用いて基板上に成膜処理を行った場 合には、領域Yの中心から領域Yの端までにお て、約9%の膜厚のバラツキが生じてしまう とが判った。

以上より、外周部24を備えることにより、 り均一な膜厚で成膜処理を行えることが確 された。

 以上のように、本発明によれば、載置面 において均一にプラズマを生成できるプラ マ処理方法及びプラズマ処理装置を提供す ことができるため、半導体製造分野におい 有用である。