JPH11100672A - プラズマ気相反応装置 - Google Patents

プラズマ気相反応装置

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JPH11100672A
JPH11100672A JP26117397A JP26117397A JPH11100672A JP H11100672 A JPH11100672 A JP H11100672A JP 26117397 A JP26117397 A JP 26117397A JP 26117397 A JP26117397 A JP 26117397A JP H11100672 A JPH11100672 A JP H11100672A
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JP
Japan
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gas
plasma
adjusting plate
substrate
plate
Prior art date
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Pending
Application number
JP26117397A
Other languages
English (en)
Inventor
Noriyuki Hirata
教行 平田
Kazuhiko Oshima
和彦 大島
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Toshiba Corp
Toshiba Development and Engineering Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
Toshiba Electronic Engineering Co Ltd
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Publication date
Application filed by Toshiba Corp, Toshiba Electronic Engineering Co Ltd filed Critical Toshiba Corp
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 この発明は、電極材料の選択の自由度が高
く、且つ複数の開口が精度良く形成され、各所で均一な
処理が可能なプラズマ気相反応装置を提供することを目
的としている。 【解決手段】 1気圧以下の減圧状態に維持可能な反応
容器421 と、反応容器421 内に対向配置される第1、第
2電極431,441 と、ガスを導入するガス導入手段と、反
応容器421 内を排気する排気手段403 とを備えたプラズ
マ気相反応装置1であって、第2電極441 は第1電極431
に対向するガス調整プレート449 と、ガス調整プレー
ト449 に積層される主電極プレート447 とを備え、ガス
導入手段からのガスを被処理基板に導くためのガス調整
プレート449 と主電極プレート447とを貫通する複数の
開口445 を含む。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、プラズマCVD装
置、プラズマエッチング装置等のプラズマ気相反応装置
に関する。
【0002】
【従来の技術】プラズマ気相反応装置、例えばプラズマ
CVD装置は、半導体装置、液晶表示装置等の製造工程
で広く利用されている。特に、液晶表示装置等の平面表
示装置では、500mm×600mmといった大判のガラス
基板に、均一な膜厚で非晶質シリコン(a −Si:H)膜、
酸化シリコン(SiO2)膜あるいは窒化シリコン(SiNx)
膜を成膜する必要から、互いに対向配置された一対の電
極基板間に被処理基板を配置し、この電極基板間の均一
な強電解によって原料ガスをプラズマ励起せしめ、基板
上に所望の膜を堆積させる手法が採られている。
【0003】大面積にわたり均一な厚を堆積させるに
は、電界強度を各所で均一化させること、及び導入され
る原料ガスを各所で均一にコントロールすることが要求
される。上述した手法によれば、一対の電極基板の位置
精度及びその材料の導電性の制御等によって均一電解が
実現される。また、一方の電極に複数の開口を設け、こ
の開口から原料ガスを被処理基板に導くことにより、原
料ガスを各所で均一にコントロールすることができる。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】ところで、このような
プラズマCVD 装置では、一方の電極基板にいかにして精
度良く複数の開口を設け、コンダクタンスを均一化する
かが、均一な膜厚分布を得る上で重要となる。
【0005】現状、開口の形成は、電極基板自体に機械
加工あるいはレーザ加工を施すことにより形成するもの
であるが、精度良く開口を形成することが困難である。
このため、電極基板に開口を形成した後、個々の穴径の
測定、微調整が必要となり、このため多大な手間と費用
が必要となる。
【0006】また、成膜を繰り返すと、電極基板の開口
に不要反応生成物が被着し、次第に開口を塞いでいく。
これに伴い、原料ガスの流量が変化しコンダクタンスの
不均一を生じるため、膜厚分布の均一性を確保すること
が困難となる。そこで、CF4等のエッチングガスを導
入し、この不要反応生成物を定期的に除去する、あるい
は洗浄により除去する必要がある。
【0007】このためには、電極基板には、プラズマク
リーニングエッチングや洗浄に対しても十分な対腐食性
を確保する必要があることから、ハステロイ等の加工の
困難な材料を使用せざるを得ず、複数の開口を精度良く
形成することが困難となる。
【0008】この発明は、上述した技術課題に対処して
成されたもので、電極材料の選択の自由度が高く、且つ
複数の開口を精度良く形成することを可能にし、これに
より各所で均一な処理が可能なプラズマ気相反応装置を
提供することを目的としている。
【0009】
【課題を解決するための手段】請求項1に記載される発
明は、1気圧以下の減圧状態に維持可能な反応容器と、
この反応容器内に対向配置される第1および第2電極
と、前記反応容器内に所望のガスを導入するガス導入手
段と、前記反応容器内を排気する排気手段とを備えたプ
ラズマ気相反応装置において、前記第1電極は被処理基
板を配置するステージを含み、前記第2電極は前記第1
電極に対向するガス調整プレートと、前記ガス調整プレ
ートに積層される主電極プレートとを備え、前記ガス導
入手段からの前記ガスを前記被処理基板に導くための前
記ガス調整プレートと前記主電極プレートとを貫通する
複数の開口を含むことを特徴とするプラズマ気相反応装
置にある。このような構成によれば、複数の開口を精度
良く形成することが可能となり、これにより各所で均一
な処理が可能なプラズマ気相反応装置が得られる。
【0010】
【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施例のプラズ
マCVD装置について、図面を参照して詳細に説明す
る。このプラズマCVD装置1 は液晶表示装置用に用い
られる500mm×600mmのガラス基板上にSiNx膜及び
a −Si:H膜を順次堆積可能に構成されるもので、図1に
示すように、中心部に共通室101 を備え、この共通室10
1 にそれぞれシャッタ211,311,411 を介して気密連結さ
れたロード/アンロード・チャンバ201 、加熱チャンバ
301 及び成膜チャンバ401 を備えて構成される。成膜チ
ャンバ401 は、要求に沿って適宜増大させることができ
る。
【0011】共通室101 には、各チャンバ201,301,401
に被処理基板を配置させる搬送アーム121 が配置され
る。共通室101 は、図示しないが、所定の圧力に減圧維
持するための排気系に接続されると共に、室内を窒素雰
囲気とするため、例えば窒素ガス(N2)供給系に接続さ
れている。
【0012】成膜チャンバ401 について、図2 を参照し
て説明する。成膜チャンバ401 は、排気系403 に接続さ
れて減圧可能であり、また各種原料ガスを供給する原料
ガス供給系461 に接続される真空容器421 と、この真空
容器421 内に配置される被処理基板よりも大きい一対の
電極基板431,441 を含む。一対の電極基板431,441 は、
真空容器421 内に導入される原料ガスをプラズマ励起さ
せるための高周波電力源451 に接続されている。一方の
電極431 は、被処理基板を配置するステージを兼ねる。
また、他方の電極基板441 は、原料ガス供給系461 に接
続され、この原料ガスを混合する空洞部443 と、この空
洞部443 に貫通して設けられる略10mmピッチで形成さ
れた直径0.4mmの複数の開口445 を含む。
【0013】更に詳しくは、図3に示すように、ハステ
ロイから構成された略10mm厚の主電極プレート447
と、この表面にスポット溶接で接続されたインコネルか
ら構成された略0.1mm厚のガス調整プレート449 とを
備えている。主電極プレート447 としてはハステロイ以
外にもアルミニウム、アルミニウム合金あるいはインコ
ネル等が使用可能であり、またガス調整プレート449 と
してはステンレス等も仕様可能である。また、ガス調整
プレート449 は、加工性を考慮すると、薄板であること
が好ましく、少なくとも主電極プレート447 よりも薄板
であって、好ましくは0.2mm以下、更に好ましくは
0.1mm以下であることが望ましい。
【0014】主電極プレート447 に形成される開口は、
空洞部443 から5mmの深さまでは直径略3mmの第3開口
部と、更に同ピッチで形成された直径略0.4mmの第2
開口部とを備えており、第3開口部は機械加工により、
また第2開口部はレーザ加工あるいは放電加工により順
次形成される。
【0015】ガス調整プレート449 に形成される第1開
口部は、上述した第2、第3開口部と同ピッチで、且つ
これら開口部よりも十分に小さい直径略0.1mmで形成
されている。この第1開口部は、フォトリソグラフィ・
エッチングにより形成されるもので、±0.2ミクロン
程度の精度にてパターニングされている。
【0016】この実施例によれば、ガス流量が精度の高
いガス調整プレート449 の第1開口部により精度良く制
御できるため、ガス調整プレート449 は被処理基板の外
形寸法よりも若干大きいものの、その突出量は7mmに
抑えることができ、これにより装置外形寸法を十分に小
型に構成することができた。
【0017】次に、このプラズマCVD装置1 を用いた
成膜方法について説明する。まず、図1に示すロード/
アンロード・チャンバ201 から被処理基板を搬送アーム
121 にて加熱チャンバ301 に導き、加熱処理する。
【0018】しかる後に、加熱チャンバ301 から成膜チ
ャンバ401 に被処理基板を搬送する。まず、成膜チャン
バ401 を排気系403 により真空排気し、シャッタ411 を
開放して被処理基板を成膜チャンバ401 に搬送し、シャ
ッタ411 を閉じる。しかる後に、原料ガスとして200scc
m のシラン(SiH4)、1000sccmのアンモニア(NH3 )、
7000sccmの窒素(N2)を原料ガス供給系461 より導き、
所定の圧力に調圧した後、一対の電極基板431,441 間に
1300W の高周波電圧を印加し、原料ガスをプラズマ励起
させて、被処理基板上に窒化シリコン(SiNx)膜を
100nm 厚に堆積する。尚、図示しないが、一方の電極基
板431 はヒーター機能を持ち、基板温度は約300 ℃に設
定されている。
【0019】このようにして所望の成膜が終了した時点
で高周波電圧の印加を停止し、成膜チャンバ401 を排気
系403 により排気した後、原料ガスとして400sccm のシ
ラン(SiH4)、1400sccmの水素ガス(H2)を原料ガス供
給系461 より導き、所定の圧力に設定する。そして、一
対の電極基板431,441 間に1500W の高周波電圧を印加
し、原料ガスをプラズマ励起させて、被処理基板上にa
−Si:H膜を50nm厚に堆積する。尚、基板温度は300 ℃に
設定されている。
【0020】このようにして所望の成膜が終了した時点
で高周波電圧の印加を停止し、成膜チャンバ401 を排気
系403 により排気する。そして、シャッタ411 を開放
し、搬送アーム121 により被処理基板を共通室101 を介
してロード/アンロード・チャンバ201 に搬送する。
【0021】このような一連の工程を順次繰り返すこと
により、被処理基板上に所望の膜を順次堆積させる。上
述した実施例によれば、成膜された各膜の膜厚は、光学
式膜厚計により測定したところ550mm×650mmのガ
ラス基板上の各所で均一であり、しかも光学式膜質計に
より測定したところ膜質も均一であることが確認され
た。
【0022】ところで、この実施例のプラズマCVD装
置1 によれば、各成膜チャンバ401での複数回の成膜
に関して、真空容器421 内、電極基板431,441 等に
は不要反応生成物が図3 に示すように被着される。しか
しながら、この実施例では、ガス流量はガス調整プレー
ト449 により所望の値に維持され、これによりコンダク
タンスを均一に維持できるため、複数回の成膜に際して
も均一な膜厚分布並びに膜質が確保できる。
【0023】上述した実施例では、電極基板441 に形成
される開口445 は、各所で同一の直径且つピッチで形成
したが、この実施例の如く電極基板441 を主電極プレー
ト447 とガス調整プレート449 とで構成することによ
り、例えば図5に示すごとく、電極基板441 の中心領域
442aと周辺領域442bとで直径、ピッチを異ならしめるこ
ともできる。例えば、中心領域442aでは上述した実施例
と同様に第3 開口部を直径0 .1mm 、10mmピッチで形
成し、周辺領域442bでは直径0.2mm、8mmピッチで開
口445 を形成する。即ち、周辺領域442bが中心領域442a
に比べてガス流量が増大される構成とする。
【0024】このような構成とすることにより、電極基
板441 面積を被処理基板の外形寸法に対して更に近づけ
ることが可能となり、一層の装置の小型化が達成され
る。更に、開口445 のピッチ、直径等の形状は、徐々に
流量が変化されるように構成しても構わない。いずれに
しても、ガス調整プレート449 に形成される開口はフォ
トリソグラフィによって精度良く形成され、これによっ
て基板間の電界分布、最終的な流量は決定されるため、
各種形態を容易に実現できる。
【0025】この発明は、上述した実施例の形態に限定
されるものではなく、インライン式のプラズマCVD装
置においても同様に適用可能である。また、上述した実
施例は、いずれもプラズマCVD装置を例にとり説明し
たが、同様の構成で原料ガスを変更することによりプラ
ズマエッチング装置を構成できることは言うまでもな
い。
【0026】
【発明の効果】以上説明したように、この発明によれ
ば、電極材料の選択の自由度が高く、且つ複数の開口が
精度良く形成され、各所で均一な処理が可能なプラズマ
気相反応装置が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図1】図1は、この発明の一実施例のプラズマCVD
装置の概略構成図である。
【図2】図2は、図1のプラズマCVD装置の一部概略
断面図である。
【図3】図3は、電極基板の一部概略断面図である。
【図4】図4は、他の実施例の電極基板の一部概略正面
図である。
【符号の説明】
1 …プラズマCVD装置 101 …共通室 201 …ロード/アンロード・チャンバ 301 …加熱チャンバ 401 …成膜チャンバ 447 …主電極プレート 449 …ガス圧調整プレート
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 FI H01L 21/31 H01L 21/302 C

Claims (9)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 1気圧以下の減圧状態に維持可能な反応
    容器と、この反応容器内に対向配置される第1および第
    2電極と、前記反応容器内に所望のガスを導入するガス
    導入手段と、前記反応容器内を排気する排気手段とを備
    えたプラズマ気相反応装置において、 前記第1電極は被処理基板を配置するステージを含み、 前記第2電極は前記第1電極に対向するガス調整プレー
    トと、前記ガス調整プレートに積層される主電極プレー
    トとを備え、前記ガス導入手段からの前記ガスを前記被
    処理基板に導くための前記ガス調整プレートと前記主電
    極プレートとを貫通する複数の開口を含むことを特徴と
    するプラズマ気相反応装置。
  2. 【請求項2】 前記ガス調整プレートの開口は前記主電
    極プレートの開口よりも小さいことを特徴とする請求項
    1記載のプラズマ気相反応装置。
  3. 【請求項3】 前記ガス調整プレートの開口は0.5mm
    以下であることを特徴とする請求項2記載のプラズマ気
    相反応装置。
  4. 【請求項4】 前記ガス調整プレートの前記開口はフォ
    トリソグラフィにより形成されて成ることを特徴とする
    請求項1記載のプラズマ気相反応装置。
  5. 【請求項5】 前記主電極プレートの前記開口は機械加
    工により形成されて成ることを特徴とする請求項1記載
    のプラズマ気相反応装置。
  6. 【請求項6】 前記ガス調整プレートは、0.5mm以
    下の厚さであることを特徴とする請求項1記載のプラズ
    マ気相反応装置。
  7. 【請求項7】 前記ガス調整プレートは、前記被処理基
    板の外形寸法よりも大きく、且つ突出量が10mm以内で
    あることを特徴とする請求項1記載のプラズマ気相反応
    装置。
  8. 【請求項8】 前記ガス調整プレートは、Niを主体と
    して構成されて成ることを特徴とする請求項1記載のプ
    ラズマ気相反応装置。
  9. 【請求項9】 前記ガス調整プレートは、インコネルか
    ら成ることを特徴とする請求項1記載のプラズマ気相反
    応装置。
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002237460A (ja) * 2001-02-09 2002-08-23 Kanegafuchi Chem Ind Co Ltd プラズマcvd装置

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002237460A (ja) * 2001-02-09 2002-08-23 Kanegafuchi Chem Ind Co Ltd プラズマcvd装置

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