JPH06318552A

JPH06318552A - プラズマ処理方法及び装置

Info

Publication number: JPH06318552A
Application number: JP10790993A
Authority: JP
Inventors: Hiroshi Maeda; 博司前田; Takahiro Nakahigashi; 孝浩中東; So Kuwabara; 創桑原
Original assignee: Nissin Electric Co Ltd
Current assignee: Nissin Electric Co Ltd
Priority date: 1993-05-10
Filing date: 1993-05-10
Publication date: 1994-11-15

Abstract

(57)【要約】【目的】各種の問題を引き起こす原因となるパーティ
クルの発生を抑制しつつプラズマ処理を行うことができ
るプラズマ処理方法及び装置を提供する。【構成】真空容器１内にプラズマ処理用ガスを導入
し、該ガスを所定真空状態下で放電電力印加によりプラ
ズマ化させ、該プラズマの下で処理対象基板Ｓ１表面に
目的とする処理を行うプラズマ処理方法及び装置におい
て、放電電力印加開始時に投入する電力を、目的とする
処理に要求される放電電力より低い放電電力とし、該低
放電電力を一定時間印加したのち、次第に前記要求され
る放電電力印加へ切り換えていく。

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ＣＶ
Ｄ、プラズマエッチングのようなプラズマ処理方法及び
それを実施する装置に関する。

【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、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。なお、輻射熱で基板Ｓ１を加熱
するときは、ヒータ２１は電極２から分離される。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３１を介し
て高周波電源３２を接続してある。

【０００４】また、図示の例では、電極３は、電極の一
部を構成するガスノズル３４の開口部に多孔電極板３３
を設けたもので、電極板３３には、直径０．５ｍｍ程度
のガス供給孔を多数形成してあり、ガスノズル３４から
供給されるガスが各孔から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３４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、１又は２以上のマスフローコントロ
ーラ４２１、４２２・・・・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、４４２・・・・が含まれている。

【０００６】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５１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からノ
ズル３４及び電極板３３のガス供給孔を介して成膜用ガ
スが導入される。また、高周波電極３に電源３２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、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２０２に接続されている。電極３０は接地電極であ
り、電極の一部を構成するガスノズル３０１の開口部に
多孔電極板３０２を設けたもので、電極板３０２には直
径０．５ｍｍ程度のガス供給孔を多数形成してあり、ガ
スノズル３０１から供給されるガスが該孔から両電極間
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３０１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、１又は２以上のマスフローコン
トローラ６２１、６２２・・・・及び開閉弁６３１、６
３２・・・・を介して所要量のエッチング用ガスを供給
するガス源６４１、６４２・・・・が含まれている。

【００１０】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ノズル３０１及び電極板３０２
のガス供給孔を介して導入される。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】このような従来のプラズマ処理方法及び装
置では、プラズマ生成に必要な電力を放電空間内に直ち
に投入する。図８は、そのような電力印加の例を示すグ
ラフで、グラフ上のライン８１は放電開始時に投入され
た電力、ライン８２は放電空間内のプラズマに供給され
る電力の様子を示している。放電開始時に投入された電
力は、反射電力のため効率よくプラズマに供給されな
い。そこで、マッチングボックス３１（又は２０１）に
よりマッチング調整を行い、プラズマに効率よく電力を
与えている。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな従来プラズマＣＶＤでは、プラズマ中の気相反応に
より発生するパーティクル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
という問題があり、また、発生したパーティクルが真空
容器内各部に付着してそれを汚染するという問題があ
る。真空容器内各部に付着するパーティクルについて
は、これがやがて剥落して、処理対象基板に付着する恐
れがあるので、除去清掃しなければならず、手間を要す
る。

【００１３】また、プラズマエッチングにおいても、同
様に気相反応によりパーティクルが形成され、これが被
エッチング面に付着したり、真空容器内各部に付着する
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、かかるパーティクルはパタ
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。

【００１４】そこで本発明は、真空容器内にプラズマ処
理用ガスを導入し、該ガスを所定真空状態下で放電電力
印加によりプラズマ化させ、該プラズマの下で処理対象
基体表面に目的とする処理を行うプラズマ処理方法及び
装置であって、各種の問題を引き起こす原因となるパー
ティクルの発生を抑制しつつプラズマ処理を行うことが
できるプラズマ処理方法及び装置を提供することを課題
とする。

【００１５】

【課題を解決するための手段】本発明者は前記課題を解
決するため研究を重ねたところ、プラズマを生成するた
めに高電圧を印加開始すると、その電力の多くがパーテ
ィクル発生に費やされ、放電開始時に多量のパーティク
ルが発生し成長すること、このパーティクルは、放電開
始時の印加電圧が大きく、反射電力が大きいほど多量に
発生することを見出した。

【００１６】本発明はこの研究に基づくもので、前記課
題を解決するために、真空容器内にプラズマ処理用ガス
を導入し、該ガスを所定真空状態下で放電電力印加によ
りプラズマ化させ、該プラズマの下で処理対象基体表面
に目的とする処理を行うプラズマ処理方法において、前
記放電電力印加開始時に投入する電力を、前記目的とす
る処理に要求される放電電力より低い放電電力とし、該
低放電電力を一定時間印加したのち、次第に前記要求さ
れる放電電力印加へ切り換えていくことを特徴とするプ
ラズマ処理方法を提供するものである。

【００１７】前記印加電力切り換え方法としては、前記
最初の低放電電力印加後、該低電力印加に連続して次第
に要求される放電電力へ切り換えていく方法が考えられ
る。また、前記放電電力印加を前記要求される放電電力
印加へ次第に切り換えるに当たり、前記最初の低放電電
力印加後、一定時間電力印加を停止したのち、再び放電
電力印加を開始して、該電力を前記要求される放電電力
へ次第に切り換えていくことも考えられる。

【００１８】さらに、パーティクルの発生を一層抑制す
るために、前記最初及びその後の投入電力にパルス変調
を加えることも考えられる。いずれにしても印加電力の
増加に当たってはマッチングが大幅にずれないような電
力投入レートを保つようにすることが望ましい。何故な
ら、本発明者の研究によると、マッチングのズレ調整時
に印加電圧が変化することによってもパーティクルが発
生し易いからである。

【００１９】また、前記課題を解決する本発明のプラズ
マ処理装置は、真空容器内にプラズマ処理用ガスを導入
し、該ガスを所定真空状態下で電力印加手段による放電
電力印加によりプラズマ化させ、該プラズマの下で処理
対象基体表面に目的とする処理を行うプラズマ処理装置
であって、前記電力印加手段が、前記目的とする処理に
要求される放電電力より低い放電電力にて電力印加を開
始し、その後次第に前記要求される放電電力へ切り換え
ていく手段、及び前記切り換え手段により切り換えられ
る各印加電力の投入タイミングを制御する手段を含むこ
とを特徴とする。

【００２０】この装置においても、前記電力印加手段
に、印加電力にパルス変調を加えるための手段を含めて
もよい。

【００２１】

【作用】本発明のプラズマ処理方法及び装置によると、
放電空間に印加される放電電力は、電力印加開始時に
は、目的とする処理に要求される放電電力より低い放電
電力とされ、該低放電電力を一定時間印加したのち、次
第に要求される放電電力印加へ切り換えられ、この電力
印加パターンにより、プラズマ中の気相反応により発生
するパーティクルが低減する。

【００２２】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面を参照して説明
する。その代表例として、図１に示す平行平板型のプラ
ズマＣＶＤ装置及び該装置による成膜方法について説明
する。該プラズマＣＶＤ装置は、図６に示す従来例の高
周波電源３２の代わりにＲＦアンプ３５及びファンクシ
ョンジェネレータ（任意波形発生器）３６が設けられ、
これらがマッチングボックス３１に接続されたものであ
る。任意波形発生器３６で形成した波形はアンプ３５で
増幅され、マッチングボックス３１を介して電極３に供
給される。高周波電力印加のオン、オフ及びオン時間、
オフ時間の設定、制御、並びに投入電力の大きさの制御
は任意波形発生器３６で行える。

【００２３】その他の構成は図６の従来装置と同様であ
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のサセプタ２２上
に設置され、該容器１内が弁５１の開成と排気ポンプ５
２の運転にて所定成膜真空度に維持され、ガス供給部４
からノズル３４及び電極板３３のガス供給孔を介して成
膜ガスが導入される。また、高周波電極３にファンクシ
ョンジェネレータ３６で形成した波形がアンプ３５で増
幅されて印加され、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。

【００２４】但し、この実施例では、電極３への高周波
電力印加にあたり、当初、換言すれば電力印加開始にあ
たって、先ず、望ましくはプラズマ生成に必要最低限の
放電開始電圧を印加し、そのあと、次第に成膜に要求さ
れる放電電力へ増加させる。これによって、当初から成
膜に要求される放電電力を印加すれば電力の多くがパー
ティクル発生、成長に費やされ、多量のパーティクルが
生成するという事態を避けることができる。

【００２５】電力印加パターンとしては、図２から図５
の各図に示すパターンを例示できる。いずれにしても、
印加電力増加はマッチングが大きくずれないものとし、
且つ、プラズマの安定性が大きく損なわれないものと
し、この点でもパーティクルの発生を抑制する。図２に
示す電力印加パターンによると、最初の放電開始低電力
印加後、該低電力印加に連続して次第に要求される放電
電力へ切り換える。

【００２６】図３パターンでは、放電開始低電力印加
後、一定時間電力印加を停止したのち再び放電電力印加
を開始して該電力を要求される放電電力へ次第に切り換
える。これは最初の放電により放電空間内の性質を変化
させ、次の電力を投入するときに生じる放電空間内の誘
電率の変化を緩和することにより、マッチングのズレを
少なくすることになるからである。このパターンでは図
２のパターンによるときより、パーティクルの発生をさ
らに抑制できる。

【００２７】また、図４及び図５のパターンでは、図２
及び図３のパターンにおいて、最初及びその後の各投入
電力にパルス変調を加えるもので、これによって、パー
ティクル発生をさらに減少させることができる。これ
は、パルス変調を施すことにより、放電空間内のパーテ
ィクルの浮遊数及び浮遊時間が減少するからである。な
お、図４及び図５の電力印加パターンにおけるパルス変
調は、ファンクションジェネレータ３６により設定で
き、本例では１３．５６ＭＨｚの高周波を、１０〜１Ｋ
Ｈｚの範囲でパルス状に変調（換言すれば振幅変調）さ
せ、その範囲で、高周波電力の印加をオン、オフする。
図４の（Ｂ）図は同（Ａ）図における電力印加パターン
の部分ａのパルス変調例を概略的に示し、図５の（Ｂ）
図は同（Ａ）図中の電力印加パターンの部分ｂのパルス
変調例を概略的に示している。図３から図５のパターン
において、各電力印加のタイミング及び各印加電力の大
きさはファンクションジェネレータ３６により制御す
る。

【００２８】なお、前記各電力印加パターンでは印加電
力は段階的に増加しているが、無段階的又は無段階的と
段階的との組み合わせによる電力変化も考えられる。次
に、図１に示す平行平板型のプラズマＣＶＤ装置により
ＳｉＮｘ膜を形成した具体例を説明する。なお、各例に
おいて最後に記すパーティクル数は０．５μｍ以上のパ
ーティクル数である。例１：ステップパワー印加＜成膜条件＞・成膜真空度０．８Ｔｏｒｒ・基板温度２５０℃ ・使用ガスＳｉＨ₄ ５０ｓｃｃｍ、ＮＨ₃
２００ｓｃｃｍ・電極サイズ３００×３００ｍｍ□ ・使用基板４インチシリコン基板４枚並置・成膜時間３分・電圧印加法（図２のパターンによる）・電力波形ＣＷ（サイクル波１３．５６ＭＨｚ）・時間ごとの印加電力を以下に示す。

【００２９】時間（秒）電力０（成膜開始）〜２５０Ｗ（放電開始電力）２〜４１００Ｗ４〜６１５０Ｗ６〜１８０（成膜終了）２００Ｗ（成膜に必要な電力）・基板１枚上のパーティクル数成膜前１個以下、成膜後約４０個例２：ステップパワー印加＋パルス電力＜成膜条件＞・成膜真空度０．８Ｔｏｒｒ・基板温度２５０℃ ・使用ガスＳｉＨ₄ ５０ｓｃｃｍ、ＮＨ₃
２００ｓｃｃｍ・電極サイズ３００×３００ｍｍ□ ・使用基板４インチシリコン基板４枚並置・成膜時間３分・電圧印加印加法（図４のパターンによる）・電力波形パルス（１３．５６ＭＨｚの高周波に５０
０Ｈｚ振幅変調、１ｍｓｅｃオン、１ｍｓｅｃオフの繰
り返し、ｄｕｔｙ５０％）・時間ごとの印加電力を以下に示す。

【００３０】時間（秒）電力０（成膜開始）〜２５０Ｗ（放電開始電力）２〜４１００Ｗ４〜６１５０Ｗ６〜１８０（成膜終了）２００Ｗ（成膜に必要な電力）・基板１枚上のパーティクル数成膜前１個以下、成膜後約２０個例３：ステップパワー印加＋任意オフ時間＜成膜条件＞・成膜真空度０．８Ｔｏｒｒ・基板温度２５０℃ ・使用ガスＳｉＨ₄ ５０ｓｃｃｍ、ＮＨ₃
２００ｓｃｃｍ・電極サイズ３００×３００ｍｍ□ ・使用基板４インチシリコン基板４枚並置・成膜時間３分・電圧印加法（図３のパターンによる）・電力波形ＣＷ（１３．５６ＭＨｚ）・時間ごとの印加電力を以下に示す。

【００３１】時間（秒）電力０（成膜開始）〜２５０Ｗ（放電開始電力）２〜３ＯＦＦ３〜５５０Ｗ５〜７１００Ｗ７〜９１５０Ｗ９〜１８０（成膜終了）２００Ｗ（成膜に必要な電力）・基板１枚上のパーティクル数成膜前１個以下、成膜後約８個例４：ステップパワー印加＋パルス電力＋任意オフ時間＜成膜条件＞・成膜真空度０．８Ｔｏｒｒ・基板温度２５０℃ ・使用ガスＳｉＨ₄ ５０ｓｃｃｍ、ＮＨ₃
２００ｓｃｃｍ・電極サイズ３００×３００ｍｍ□ ・使用基板４インチシリコン基板４枚並置・成膜時間３分・電圧印加法（図５のパターンによる）・電力波形パルス（５００Ｈｚ振幅変調、ｄｕｔｙ５
０％）・時間ごとの印加電力を以下に示す。

【００３２】時間（秒）電力０（成膜開始）〜２５０Ｗ（放電開始電力）２〜３ＯＦＦ３〜５５０Ｗ５〜７１００Ｗ７〜９１５０Ｗ９〜１８０（成膜終了）２００Ｗ（成膜に必要な電力）・基板１枚上のパーティクル数成膜前１個以下、成膜後約６個上記具体例と共に、当初から２００Ｗの放電電力を３分
間連続して印加し、他の条件は例１〜４と同様にして、
ＳｉＮｘ膜を形成することも行ったが、この場合のパー
ティクル数は、成膜前１個以下、成膜後２００個であっ
た。

【００３３】以上の具体例から分かるように、低放電電
力印加後、該低電力印加に連続して次第に要求される放
電電力へ切り換えていった場合、従来例に比べ、成膜後
の基板上のパーティクル数は約１／５に低減した。さら
に、前記最初の低放電電力印加後、電力印加を一定時間
停止したり、前記最初及びその後の投入電力にパルス変
調を加えたりした場合、従来例に比べ、パーティクル数
は約１／１０〜１／４０に低減した。

【００３４】以上、プラズマＣＶＤ法及び装置について
説明したが、本発明はプラズマエッチング法及び装置に
も適用できる。

【００３５】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によると、
真空容器内にプラズマ処理用ガスを導入し、該ガスを所
定真空状態下で放電電力印加によりプラズマ化させ、該
プラズマの下で処理対象基体表面に目的とする処理を行
うプラズマ処理方法及び装置であって、各種の問題を引
き起こす原因となるパーティクルの発生を抑制しつつ、
プラズマ処理を行うことができるプラズマ処理方法及び
装置を提供することができる。また、前記プラズマ処
理方法及び装置において、放電開始低電力印加後、一定
時間電力印加を停止したのち再び放電電力印加を開始し
て該電力を要求される放電電力へ次第に切り換えるとき
には、パーティクルの発生をさらに抑制することができ
る。

【００３６】また、前記プラズマ処理方法及び装置にお
いて、最初及びその後の各投入電力にパルス変調を加え
るときには、パーティクルの発生をそれだけ抑制するこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の１実施例であるプラズマＣＶＤ装置の
概略構成を示す図である。

【図２】本発明による放電電力印加パターンの１例を示
す図である。

【図３】本発明による放電電力印加パターンの他の例を
示す図である。

【図４】本発明による放電電力印加パターンのさらに他
の例を示す図である。

【図５】本発明による放電電力印加パターンのさらに他
の例を示す図である。

【図６】従来のプラズマＣＶＤ装置例の概略構成を示す
図である。

【図７】従来のプラズマエッチング装置例の概略構成を
示す図である。

【図８】従来の放電電力印加パターンを示す図である。

【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、３１マッチングボックス２０２、３２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Ｓ１成膜対象基板Ｓ２エッチング対象基板３５ＲＦアンプ３６ファンクションジェネレータ（任意波形発生器）

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】真空容器内にプラズマ処理用ガスを導入
し、該ガスを所定真空状態下で放電電力印加によりプラ
ズマ化させ、該プラズマの下で処理対象基体表面に目的
とする処理を行うプラズマ処理方法において、前記放電
電力印加開始時に投入する電力を、前記目的とする処理
に要求される放電電力より低い放電電力とし、該低放電
電力を一定時間印加したのち、次第に前記要求される放
電電力印加へ切り換えていくことを特徴とするプラズマ
処理方法。
【請求項２】前記放電電力印加を、前記要求される放
電電力印加へ次第に切り換えるに当たり、前記最初の低
放電電力印加後、該低電力印加に連続して次第に要求さ
れる放電電力へ切り換えていく請求項１記載のプラズマ
処理方法。
【請求項３】前記放電電力印加を前記要求される放電
電力印加へ次第に切り換えるに当たり、前記最初の低放
電電力印加後、一定時間電力印加を停止したのち、再び
放電電力印加を開始して、該電力を前記要求される放電
電力へ次第に切り換えていく請求項１記載のプラズマ処
理方法。
【請求項４】前記最初及びその後の投入電力にパルス
変調を加える請求項１から３のいずれかに記載のプラズ
マ処理方法。
【請求項５】真空容器内にプラズマ処理用ガスを導入
し、該ガスを所定真空状態下で電力印加手段による放電
電力印加によりプラズマ化させ、該プラズマの下で処理
対象基体表面に目的とする処理を行うプラズマ処理装置
において、前記電力印加手段が、前記目的とする処理に
要求される放電電力より低い放電電力にて電力印加を開
始し、その後次第に前記要求される放電電力へ切り換え
ていく手段、及び前記切り換え手段により切り換えられ
る各印加電力の投入タイミングを制御する手段を含むこ
とを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項６】前記電力印加手段が、印加電力にパルス
変調を加えるための手段を含んでいる請求項５記載のプ
ラズマ処理装置。