JPH09223672A

JPH09223672A - プラズマ処理方法及び装置

Info

Publication number: JPH09223672A
Application number: JP8030191A
Authority: JP
Inventors: Kazuyuki Sawada; 和幸澤田; Tomohiro Okumura; 智洋奥村; Yuichiro Yamada; 雄一郎山田
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1996-02-19
Filing date: 1996-02-19
Publication date: 1997-08-26
Anticipated expiration: 2016-02-19
Also published as: JP3400909B2

Abstract

(57)【要約】【課題】成膜速度やエッチング速度等の処理速度の均
一化を図る。【解決手段】反応室１内下部の下部電極５上に基板７
を設置し、反応室１上面に設置された誘電板２とその下
に設置した少なくとも２つ以上の孔１３を有する誘電体
製のガス分散板１２との間の空間に反応室１の側面に設
けられたガス導入孔１４から反応ガスを導入し、ガス分
散板１２より下方の反応室１の側面に設けられたガス排
気孔１１から排気し、誘電板２上に設置された誘導コイ
ル３に高周波電力を印加し、ガス分散板１２と下部電極
５の間でプラズマを生成して下部電極５上に設置した基
板７を処理することにより、ガス分散板１２にて下部電
極５上の基板７に当たる反応ガスを均一化し、成膜速度
やエッチング速度の均一性を向上するようにした。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、高密度プラズマに
て基板上への薄膜形成や基板表面の物理的性状の変換を
行なうＣＶＤ装置やエッチング装置等に適用されるプラ
ズマ処理方法及び装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来の高密度プラズマ源を有するＣＶＤ
装置としては、例えば特開平７−５８０１２号公報に記
載されたものが知られている。

【０００３】従来の高密度プラズマ源を有するＣＶＤ装
置の概略構成を示す図５において、２１は反応室で、そ
の上面は石英等の誘電体から成る誘電板２２にて構成さ
れ、その上に誘導コイル２３が設置されている。誘導コ
イル２３には高周波電源２４から、例えば１３．５６Ｍ
Ｈｚの高周波電力を印加するように構成されている。

【０００４】反応室２１の下部には絶縁体２６を介して
下部電極２５が設置され、この下部電極２５上に基板２
７を設置するように構成されている。２８は反応室１の
下部の側面に設置されたガス排気孔、２９は反応室２１
の側面に設けられた反応ガス導入孔、３０は必要に応じ
て下部電極２５に高周波電力を印加する高周波電源であ
る。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上記のよう
な構造の高密度プラズマ処理装置では、反応室２１の側
面に設けられた反応ガス導入孔２９から反応ガスを導入
しているので、下部電極２５上に設置した基板２７に当
たる反応ガスの均一化が困難であり、成膜速度やエッチ
ング速度の均一性が得られ難いという問題があった。

【０００６】本発明は上記従来の問題点に鑑み、成膜速
度やエッチング速度等の処理速度の均一性の優れたプラ
ズマ処理方法及び装置を提供することを目的としてい
る。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明のプラズマ処理方
法は、反応室内下部の下部電極上に基板を設置し、反応
室上面に設置された誘電板とその下に設置した少なくと
も２つ以上の孔を有する誘電体製のガス分散板との間の
空間に反応室の側面に設けられた反応ガス導入孔から反
応ガスを導入し、ガス分散板より下方の反応室の側面に
設けられたガス排気孔から排気し、誘電板上に設置され
た誘導コイルに高周波電力を印加し、ガス分散板と下部
電極の間でプラズマを生成して下部電極上に設置した基
板を処理することにより、ガス分散板にて下部電極上の
基板に当たる反応ガスを均一化して成膜速度やエッチン
グ速度の均一性を向上するようにしている。また、誘電
板とガス分散板との間隔を１０ｍｍ以下とし、プラズマ
放電する際の圧力を１０ｍＴｏｒｒ以上とすることによ
って、誘電板とガス分散板との間隔を気体の平均自由行
程以下にして分子がイオン化するのに十分なエネルギー
が得られないようにして、誘電板とガス分散板の間で放
電が起きて成膜するのを防止し、それに起因するパーテ
ィクルの増加や成膜速度の低下及び膜厚均一性の経時劣
化を防止するようにしている。

【０００８】また、誘電板とガス分散板との間の空間に
反応室の側面に設けられた第１の反応ガス導入孔から第
１の反応ガスを導入し、ガス分散板と下部電極の間の反
応室の側面に設けられた第２の反応ガス導入孔から第２
の反応ガスを導入し、ガス分散板と下部電極の間でプラ
ズマを生成して第１の反応ガスと第２の反応ガスの反応
によって下部電極上に設置した基板を処理することによ
り、ガス分散板にて下部電極上の基板に当たる反応ガス
を均一化するとともに、誘電板とガス分散板との間で膜
が生成されるのを防止し、それに起因するパーティクル
の増加や成膜速度の低下及び膜厚均一性の経時劣化を防
止するようにしている。

【０００９】また、本発明のプラズマ処理装置によれ
ば、反応室上面に設置された誘電板と、誘電板上に設置
された高周波電力を印加する誘導コイルと、反応室内に
設けられた基板を設置する下部電極と、誘電板と下部電
極の間に設けられた少なくとも２つ以上の孔を有する誘
電体製のガス分散板と、誘電板とガス分散板の間の反応
室の側面に設けられた反応ガス導入孔と、ガス分散板よ
り下方の反応室の側面に設けられたガス排気孔とを備
え、ガス分散板から下部電極上に設置した基板に対して
反応ガスが流れるように構成して、ガス分散板にて下部
電極上の基板に当たる反応ガスを均一化し、成膜速度や
エッチング速度の均一性を向上するようにしている。

【００１０】また、上記プラズマ処理装置において、ガ
ス分散板の厚みを５ｍｍ以上とすることにより、反応室
を大気圧近辺から真空引きする際に、ガス分散板の孔の
コンダクタンスにより圧力差が生じてガス分散板が割れ
るのを防止できる。

【００１１】若しくは、下部電極の周囲の反応室の側面
に設けられた第１のガス排気孔と、ガス分散板より下方
の反応室の側面に設けられた第２のガス排気孔と、誘電
板とガス分散板の間の反応室の側面に設けられた第３の
ガス排気孔とを設け、プラズマ処理時には第１の排気孔
から排気してガス分散板から下部電極に設置した基板に
対して反応ガスが流れるようにし、反応室の真空引き時
には第２のガス排気孔と第３のガス排気孔から排気する
ように構成しても、反応室を大気圧近辺から真空引きす
る際にガス分散板が割れるのを防止できる。

【００１２】また、誘電板とガス分散板との間隔を１０
ｍｍ以下とし、プラズマ放電する際の圧力を１０ｍＴｏ
ｒｒ以上とすることによって、上記のように誘電板とガ
ス分散板の間で放電が起きて成膜するのを防止し、それ
に起因するパーティクルの増加や成膜速度の低下及び膜
厚均一性の経時劣化を防止できる。

【００１３】また、反応ガス導入孔として、誘電板とガ
ス分散板の間の反応室の側面に設けられた第１の反応ガ
スを導入する第１の反応ガス導入孔と、ガス分散板と下
部電極の間の反応室の側面に設けられた第２の反応ガス
を導入する第２の反応ガス導入孔とを設けることによ
り、上記のように誘電板とガス分散板との間で膜が生成
されるのを防止し、それに起因するパーティクルの増加
や成膜速度の低下及び膜厚均一性の経時劣化を防止でき
る。

【００１４】

【発明の実施の形態】

（第１の実施形態）以下、本発明の第１の実施形態の高
密度プラズマＣＶＤ装置について図１、図２を参照して
説明する。

【００１５】図１において、１は反応室で、その上面は
石英等の誘電体から成る誘電板２にて構成され、その上
に誘導コイル３が設置されている。誘導コイル３には高
周波電源４から、例えば１３．５６ＭＨｚの高周波電力
を印加するように構成されている。反応室１の下部には
絶縁体６を介して下部電極５が設置され、この下部電極
５上に基板７を設置するように構成されている。８は反
応室１の下部の下部電極５の周囲に形成された排気室
で、環状整流板９にて反応室１内の空間に対して区画さ
れるとともにこの環状仕切板９に形成された複数の連通
孔１０を介して反応室１の下部電極５上の空間と連通さ
れている。１１は排気室８の側面に設置されたガス排気
孔である。

【００１６】１２は誘電板２と下部電極５の間に設置さ
れたガス分散板であり、石英等の誘電体にて構成され、
図２に示すように、穴径が０．５〜２ｍｍで、間隔が５
〜２０ｍｍで、総個数が５０〜５０００個程度の孔１３
が形成されている。この誘電板２とガス分散板１２との
間の間隔は１０ｍｍ以下に設定され、かつガス分散板１
２は厚さが５ｍｍ以上に設定されている。誘電板２とガ
ス分散板１２との間の反応室１の側面に反応ガス導入孔
１４が形成されている。２０は必要に応じて下部電極５
に高周波電力を印加する高周波電源である。

【００１７】以上の構成において、まず下部電極５上に
基板７を設置し、反応室１内を十分に真空引きする。反
応室１を大気圧近辺から真空引きする際には、ガス分散
板１２の孔１３のコンダクタンスがあるために、誘電板
２とガス分散板１２との間の空間の圧力に比べて反応室
１内の圧力の方が急激に低下するが、ガス分散板１２の
厚みを５ｍｍ以上にすることによって、この圧力差の為
にガス分散板１２が割れるのを防止できる。このように
真空引きした状態で、誘電板２とガス分散板１２の間に
ガス導入孔１４からシランガスと酸素ガスを導入し、ガ
ス排気孔１１からこのガスを排気し、反応室１内の圧力
を１０ｍＴｏｒｒに保持し、誘電板２の上の誘導コイル
３に例えば１３．５６ＭＨｚの高周波電力を印加するこ
とによって、ガス分散板１２と下部電極５の間の空間に
プラズマを生成し、基板９表面にＳｉＯ₂膜を形成す
る。このとき、ガス分散板１２は下部電極５上に基板７
に均等に反応ガスを吹き付ける作用を行なうものであ
り、基板面内の膜厚均一性を向上する。

【００１８】さらに、誘電板２とガス分散板１２との間
隔を１０ｍｍ以下とし、プラズマ放電する際の圧力を１
０ｍＴｏｒｒ以上とすることによって、すなわち誘電板
２とガス分散板１２との間隔を気体の平均自由行程以下
にすることによって、電子が気体分子と頻繁に衝突して
気体分子を励起し、衝突と衝突の間に分子をイオン化す
るのに十分なエネルギーを得ることができなくなるの
で、誘電板２とガス分散板１２の間で放電が起こる（膜
が生成される）のを防止することができ、それに起因す
るパーティクルの増加や成膜速度の低下及び膜厚均一性
の経時劣化を防止することができる。

【００１９】（第２の実施形態）次に、本発明の第２の
実施形態の高密度プラズマＣＶＤ装置について図３を参
照して説明する。なお、図１、図２で説明した第１の実
施形態と同一の構成要素については同一参照符号を付し
て説明を省略し、相違点のみを説明する。

【００２０】図３において、ガス排気孔１１を第１のガ
ス排気孔として、ガス分散板１２と下部電極５との間の
反応室１の側面に第２のガス排気孔１５が、誘電板２と
ガス分散板１２との間の反応室１の側面に第３のガス排
気孔１６がそれぞれ設けられている。第１のガス排気孔
１１は第１のバルブ１７を介して真空排気源（図示せ
ず）に、第２と第３のガス排気孔１５、１６は第２のバ
ルブ１８を介して真空排気源（図示せず）に接続されて
いる。

【００２１】以上の構成においては、反応室１を大気圧
近辺から真空引きする際には、第２のガス排気孔１５と
第３のガス排気孔１６とから同時に排気し、反応室１の
圧力が１００Ｔｏｒｒ程度以下になったら、第１の排気
孔１１のみで排気する。こうすることによって、大気圧
近辺から反応室１を真空引きする際に、ガス分散板１２
の孔１３のコンダクタンスがあっても、誘電板２とガス
分散板１２との間の圧力と、ガス分散板１２より下の反
応室１の圧力の低下速度を同じにすることができ、誘電
体から成るガス分散板１２が割れるのを防止できる。こ
の場合、第２と第３のガス排気孔１５、１６の径を、第
２のガス排気孔１５は１／２インチ、第３のガス排気孔
１６は１／４インチというように、ガス分散板１２より
下の反応室１の体積と、誘電板２とガス分散板１２の間
の反応室１の体積との比率に依存して排気孔の径を変え
ると効果的である。

【００２２】（第３の実施形態）次に、本発明の第３の
実施形態の高密度プラズマＣＶＤ装置について図４を参
照して説明する。なお、図３で説明した第２の実施形態
と同一の構成要素については同一参照符号を付して説明
を省略し、相違点のみを説明する。

【００２３】図４において、反応ガス導入孔１４を第１
の反応ガスを導入する第１の反応ガス導入孔として、ガ
ス分散板１２と下部電極５との間の反応室１の側面に第
２の反応ガスを導入する第２の反応ガス導入孔１９が形
成されている。

【００２４】以上の構成において、例えばシランガスと
酸素ガスの反応によりＳｉＯ₂膜を成膜する際には、酸
素ガスを第１の反応ガス導入孔１４から導入し、シラン
ガスを第２の反応ガス導入孔１９から導入する。このよ
うに第１の反応ガス導入孔１４から導入した第１の反応
ガスと、第２の反応ガス導入孔１９から導入した第２の
反応ガスの反応によって基板７上に成膜するようにする
と、誘電板２とガス分散板１２との間で膜が生成される
のを防止することができ、それに起因するパーティクル
の増加や成膜速度の低下及び膜厚均一性の経時劣化を防
止する効果がある。

【００２５】なお、以上の説明ではガス分散板１２の材
質として石英を用いた例で説明したが、窒化珪素、酸化
アルミ、窒化ホウ素等の誘電体についても同様に実施可
能である。

【００２６】また、シランガスと酸素ガスの反応により
ＳｉＯ₂膜を形成する例で説明したが、シランガスと亜
酸化窒素ガスや、テトラエトキシシランガスと酸素ガス
の反応によりＳｉＯ₂膜を形成しても良く、添加ガスと
してＳｉＦ₄、ＣＦ₄、Ｃ₂Ｆ₆等のＦ系ガスを添加し
てＳｉＯＦを形成してもよい。また、アルゴンガスを添
加して下部電極５に高周波電源２０にて４５０ＫＨｚ程
度の高周波電力を印加して物理的エッチングを行いなが
ら成膜を行なってもよい。また、シランガスとアンモニ
アガスの反応によりＳｉ₃Ｎ₄膜を形成する場合につい
ても同様に実施可能であり、さらにはアルゴンガスを導
入してエッチングを行なうことも可能である。

【００２７】

【発明の効果】本発明のプラズマ処理方法によれば、以
上の説明から明らかなように、反応室上面に設置された
誘電板とその下に設置した少なくとも２つ以上の孔を有
する誘電体製のガス分散板との間の空間に反応室の側面
に設けられたガス導入孔から反応ガスを導入し、ガス分
散板にて下部電極上の基板に当たる反応ガスを均一化す
ることにより、成膜速度やエッチング速度の均一性を向
上することができ、また誘電板とガス分散板との間隔を
１０ｍｍ以下とし、プラズマ放電する際の圧力を１０ｍ
Ｔｏｒｒ以上とすることによって、誘電板とガス分散板
の間で放電が起きて成膜するのを防止でき、それに起因
するパーティクルの増加や成膜速度の低下及び膜厚均一
性の経時劣化を防止することができる。

【００２８】また、誘電板とガス分散板との間の空間に
反応室の側面に設けられた第１の反応ガス導入孔から第
１の反応ガスを導入し、ガス分散板と下部電極の間の反
応室の側面に設けられた第２の反応ガス導入孔から第２
の反応ガスを導入することにより、ガス分散板にて下部
電極上の基板に当たる反応ガスを均一化するとともに、
誘電板とガス分散板との間で膜が生成されるのを防止で
き、それに起因するパーティクルの増加や成膜速度の低
下及び膜厚均一性の経時劣化を防止することができる。

【００２９】また、本発明のプラズマ処理装置によれ
ば、誘電板と下部電極の間に少なくとも２つ以上の孔を
有する誘電体製のガス分散板を設けるとともに、誘電板
とガス分散板の間の反応室の側面に反応ガス導入孔を設
けて、ガス分散板から下部電極上に設置した基板に対し
て反応ガスが流れるように構成しているので、ガス分散
板にて下部電極上の基板に当たる反応ガスを均一化で
き、成膜速度やエッチング速度の均一性を向上すること
ができる。

【００３０】また、上記プラズマ処理装置において、ガ
ス分散板の厚みを５ｍｍ以上とすることにより、反応室
を大気圧近辺から真空引きする際に、ガス分散板の孔の
コンダクタンスにより圧力差が生じてガス分散板が割れ
るのを防止できる。

【００３１】若しくは、プラズマ処理時には反応室の下
部の側面に設けられた第１の排気孔から排気してガス分
散板から下部電極に設置した基板に対して反応ガスが流
れるようにし、反応室の真空引き時には排気室とガス分
散板との間の反応室の側面に設けられた第２のガス排気
孔と誘電板とガス分散板の間の反応室の側面に設けられ
た第３のガス排気孔から排気するようにすることによ
り、反応室を大気圧近辺から真空引きする際にガス分散
板が割れるのを防止できる。

【００３２】また、誘電板とガス分散板との間隔を１０
ｍｍ以下とし、プラズマ放電する際の圧力を１０ｍＴｏ
ｒｒ以上とすることによって、上記のように誘電板とガ
ス分散板の間で放電が起きて成膜するのを防止し、それ
に起因するパーティクルの増加や成膜速度の低下及び膜
厚均一性の経時劣化を防止できる。

【００３３】また、反応ガス導入孔として、誘電板とガ
ス分散板の間の反応室の側面に設けられた第１の反応ガ
スを導入する第１の反応ガス導入孔と、ガス分散板と下
部電極の間の反応室の側面に設けられた第２の反応ガス
を導入する第２の反応ガス導入孔とを設けることによ
り、上記のように誘電板とガス分散板との間で膜が生成
されるのを防止し、それに起因するパーティクルの増加
や成膜速度の低下及び膜厚均一性の経時劣化を防止でき
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施形態のプラズマＣＶＤ装置
の縦断正面図である。

【図２】同実施形態におけるガス分散板の平面図であ
る。

【図３】本発明の第２の実施形態のプラズマＣＶＤ装置
の縦断正面図である。

【図４】本発明の第３の実施形態のプラズマＣＶＤ装置
の縦断正面図である。

【図５】従来例のプラズマＣＶＤ装置の断面図である。

【符号の説明】

１反応室２誘電板３誘導コイル４高周波電源５下部電極７基板１１（第１の）ガス排気孔１２ガス分散板１３孔１４（第１の）反応ガス導入孔１５第２のガス排気孔１６第３のガス排気孔１９第２の反応ガス導入孔

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】反応室内下部の下部電極上に基板を設置
し、反応室上面に設置された誘電板とその下に１０ｍｍ
以下の間隔で設置した少なくとも２つ以上の孔を有する
誘電体製のガス分散板との間の空間に反応室の側面に設
けられた反応ガス導入孔から反応ガスを導入し、ガス分
散板より下方の反応室の側面に設けられたガス排気孔か
ら排気し、反応室内の圧力を１０ｍＴｏｒｒ以上に調整
し、誘電板上に設置された誘導コイルに高周波電力を印
加し、ガス分散板と下部電極の間でプラズマを生成して
下部電極上に設置した基板を処理することを特徴とする
プラズマ処理方法。
【請求項２】反応室内下部の下部電極上に基板を設置
し、反応室上面に設置された誘電板とその下に設置した
少なくとも２つ以上の孔を有する誘電体製のガス分散板
との間の空間に反応室の側面に設けられた第１の反応ガ
ス導入孔から第１の反応ガスを導入し、ガス分散板と下
部電極の間の反応室の側面に設けられた第２の反応ガス
導入孔から第２の反応ガスを導入し、ガス分散板より下
方の反応室の側面に設けられたガス排気孔から排気し、
誘電板上に設置された誘導コイルに高周波電力を印加
し、ガス分散板と下部電極の間でプラズマを生成して第
１の反応ガスと第２の反応ガスの反応によって下部電極
上に設置した基板を処理することを特徴とするプラズマ
処理方法。
【請求項３】反応室上面に設置された誘電板と、誘電
板上に設置された高周波電力を印加する誘導コイルと、
反応室内に設けられた基板を設置する下部電極と、誘電
板と下部電極の間に設けられた少なくとも２つ以上の孔
を有する誘電体製のガス分散板と、誘電板とガス分散板
の間の反応室の側面に設けられた反応ガス導入孔と、ガ
ス分散板より下方の反応室の側面に設けられたガス排気
孔とを備え、ガス分散板から下部電極上に設置した基板
に対して反応ガスが流れるように構成したことを特徴と
するプラズマ処理装置。
【請求項４】ガス分散板の厚みが５ｍｍ以上であるこ
とを特徴とする請求項１記載のプラズマ処理装置。
【請求項５】反応室上面に設置された誘電板と、誘電
板上に設置された高周波電力を印加する誘導コイルと、
反応室内に設けられた基板を設置する下部電極と、誘電
板と下部電極の間に設けられた少なくとも２つ以上の孔
を有する誘電体製のガス分散板と、誘電板とガス分散板
の間の反応室の側面に設けられた反応ガス導入孔と、下
部電極の周囲の反応室の側面に設けられた第１のガス排
気孔と、ガス分散板より下方の反応室の側面に設けられ
た第２のガス排気孔と、誘電板とガス分散板の間の反応
室の側面に設けられた第３のガス排気孔とを備え、プラ
ズマ処理時には第１の排気孔から排気してガス分散板か
ら下部電極に設置した基板に対して反応ガスが流れるよ
うにし、反応室の真空引き時には第２のガス排気孔と第
３のガス排気孔から排気するように構成したプラズマ処
理装置。
【請求項６】誘電板とガス分散板との間隔を１０ｍｍ
以下とし、プラズマ放電する際の圧力を１０ｍＴｏｒｒ
以上としたことを特徴とする請求項３又は５記載のプラ
ズマ処理装置。
【請求項７】反応室上面に設置された誘電板と、誘電
板上に設置された高周波電力を印加する誘導コイルと、
反応室内に設けられた基板を設置する下部電極と、誘電
板と下部電極の間に設けられた少なくとも２つ以上の孔
を有する誘電体製のガス分散板と、誘電板とガス分散板
の間の反応室の側面に設けられた第１の反応ガスを導入
する第１の反応ガス導入孔と、ガス分散板と下部電極の
間の反応室の側面に設けられた第２の反応ガスを導入す
る第２の反応ガス導入孔と、下部電極の周囲の反応室の
側面に設けられた第１のガス排気孔と、ガス分散板より
下方の反応室の側面に設けられた第２のガス排気孔と、
誘電板とガス分散板の間の反応室の側面に設けられた第
３のガス排気孔とを備え、プラズマ処理時には第１の排
気孔から排気してガス分散板から下部電極に設置した基
板に対して反応ガスが流れるようにし、反応室の真空引
き時には第２のガス排気孔と第３のガス排気孔から排気
するように構成したプラズマ処理装置。