(57)【要約】【課題】  プラズマ化学気相堆積のためのシステム及び方法を提供する。【解決手段】  １つの実施形態は、処理チャンバと、上記処理チャンバの内側に配置され、膜が形成される基板を支持するように構成された基板支持体と、上記処理チャンバの内側に配設されたアンテナと、上記アンテナを部分的に取り囲み、内側空間を有するラジカルシールドと、上記ラジカルシールドの上記内側空間へ支援ガスを供給するように配置された支援ガス入口と、上記処理チャンバの内側へ前駆体ガスを供給するように構成された前駆体ガス入口と、上記ラジカルシールドにおいて、ラジカルが上記ラジカルシールドの上記内側空間から抜け出し上記前駆体ガスと衝突することができるように配置された少なくとも１つのアパーチャと、を含む。【選択図】      図５
2008121114.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
処理チャンバと、
上記処理チャンバの内側に配置され、膜が堆積される基板を支持するように構成された基板支持体と、
上記処理チャンバの内側に配設されたアンテナと、
上記アンテナを部分的に取り囲み、内側空間を有する拘束シールドと、
上記拘束シールドの上記内側空間へ支援ガスを供給するように配置された支援ガス入口と、
上記処理チャンバの内側へ前駆体ガスを供給するように構成された前駆体ガス入口と、
上記拘束シールドにおいて、ラジカルが上記ラジカルシールドの上記内側空間から抜け出して上記前駆体ガスと衝突できるように配置された少なくとも１つのアパーチャと、
を含むプラズマ堆積システム。
【請求項２】
上記アパーチャは、可変アパーチャである、請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
上記拘束シールドは、絶縁体材料を含む、請求項１に記載のシステム。
【請求項４】
プラズマ堆積処理パラメータの変化に応答して上記アパーチャを変化させるように構成されたアパーチャコントロールを更に備える請求項１に記載のシステム。
【請求項５】
処理チャンバと、
上記処理チャンバの内側に配設される拘束チャンバであって、ラジカルが上記拘束チャンバから出て前駆体ガスと衝突できるようにするアパーチャを含むような拘束チャンバと、
を備えるプラズマ化学気相堆積（ＰＥＣＶＤ）システム。
【請求項６】
ＰＥＣＶＤシステムを動作させる方法において、
処理チャンバを準備するステップと、
拘束チャンバを準備するステップと、
上記処理チャンバを第１のガス圧力で動作させるステップと、
上記拘束チャンバを、上記第１のガス圧力よりも高い第２のガス圧力で動作させるステップと、
を備えた方法。
【請求項７】
上記拘束チャンバへ支援ガスを導入させるステップと、
上記処理チャンバへ前駆体ガスを導入させるステップと、
を更に備えた、請求項６に記載の方法。
【請求項８】
プラズマ化学気相堆積を使用して基板を生成する方法において、
拘束チャンバへ支援ガスを導入させるステップと、
処理チャンバへ前駆体ガスを導入させるステップと、
上記拘束チャンバにおいてラジカルを生成するステップと、
上記生成されたラジカルを使用して上記前駆体ガスを解離させるステップと、
上記解離された前駆体ガスの少なくとも一部分を上記基板上に堆積させて、上記基板上に膜を形成するステップと、
を備えた方法。
【請求項９】
上記拘束チャンバを第１のガス圧力で動作させるステップと、
上記処理チャンバを第２のガス圧力で動作させるステップと、
を更に備え、上記第１のガス圧力は、上記第２のガス圧力よりも高い、請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
上記ラジカル拘束チャンバにおけるラジカルの数を制御するため上記拘束チャンバにおけるアパーチャのサイズを変化させるステップを更に備えた、請求項８に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【発明の分野】
【０００１】
[0001]本発明は、一般に、プラズマ処理及びシステムに係り、より詳細には、プラズマ処理及びシステムにおいてラジカルを制御するためのシステム及び方法に係るが、これに限定されない。
【発明の背景】
【０００２】
[0002]プラズマ化学気相堆積（ＰＥＣＶＤ）は、種々な基板上に薄膜を堆積するためのよく知られた処理である。ガラス製造から半導体製造、プラズマディスプレイパネル製造までに亘る多くの製造業は、基板上に薄膜を堆積するのにＰＥＣＶＤシステムに頼っている。ＰＥＣＶＤシステムが堆積すべき膜の化学的性質及び品質が多岐に亘っているように、これらＰＥＣＶＤシステムの用途も多岐に亘っている。
【０００３】
[0003]典型的なＰＥＣＶＤ処理は、ガス圧力、電力、電力パルス周波数、電力デューティーサイクル、パルス形状及び多くの他のパラメータの如き処理パラメータを変えることにより制御することができる。ＰＥＣＶＤ処理においてはこのように高度のカスタマイゼーションを行うことができるのであるが、これら製造業界は、ＰＥＣＶＤ処理を改善し且つその処理を更に制御できるようにするための新しい方法を、絶えず探し求めている。特に、ＰＥＣＶＤ製造業界は、処理パラメータのより幅広い範囲に亘ってＰＥＣＶＤを利用しようとしている。
【０００４】
[0004]現在においては、ＰＥＣＶＤは、ある限られたセットの条件においてのみ使用できるものである。その他の条件の場合には、別の代替的な堆積処理を使用しなければならない。電子サイクロトロン共鳴（ＥＣＲ）及びスパッタリングの如き、これらの代替的堆積処理は、多くの用途において必ずしも最適なものではない。従って、これら製造業界は、ＰＥＣＶＤの用途を、伝統的にこれらの代替的堆積方法の領域であるとされてきた領域へと、広げる方法を探し求めてきている。
【０００５】
[0005]現在の装置及び方法はそれなりに機能するものではあるが、これらは、精度の点で十分ではないし、又その他の点でも十分満足のいくものではない。従って、現在の技術の欠点を解消し且つ他の新規で刷新的な特徴を与えるようなシステム及び方法が必要とされている。
【発明の概要】
【０００６】
[0006]図面に示された本発明の典型的な実施形態について、以下要約して述べる。これら及び他の実施形態については、「詳細な説明」の欄においてより十分に説明する。しかしながら、この「発明の概要」の欄又は「詳細な説明」の欄において説明する構成に本発明を限定するものではないことを理解されたい。当業者は、特許請求の範囲に記載された本発明の精神及び範囲内に入る多くの変形、均等物及び代替的構成があることを認識できよう。
【０００７】
本発明は、プラズマ化学気相堆積のためのシステム及び方法を提供することができる。１つの実施形態は、処理チャンバと、上記処理チャンバの内側に配置され、膜が堆積される基板を支持するように構成された基板支持体と、上記処理チャンバの内側に配設されたアンテナと、上記アンテナを部分的に取り囲み、内側空間を有するラジカルシールドと、上記ラジカルシールドの内側空間へ支援ガスを供給するように配置された支援ガス入口と、上記処理チャンバの内側へ前駆体ガスを供給するように構成された前駆体ガス入口と、上記ラジカルシールドにおいて、ラジカルが上記ラジカルシールドの上記内側空間から抜け出して上記前駆体ガスと衝突できるように配置された少なくとも１つのアパーチャとを含む。
【０００８】
[0007]本発明の種々な目的及び効果は、図面に関連させて以下の詳細な説明及び特許請求の範囲を参照することにより、明らかとなり、又、より容易に認識でき、本発明をより完全に理解できよう。
【詳細な説明】
【０００９】
[0008]図面を参照するに、これら図面においては、同じ又は同様の要素に対しては同一の参照符号を付しており、特に、図１及び図２を参照するが、ここには、従来のＰＥＣＶＤシステム１００がブロック図で示されている。このＰＥＣＶＤシステムは、処理チャンバ１０５、アンテナ１１０、保護絶縁体シース１１５，基板支持体１２０、基板１２５、支援ガス源１３０及び前駆体ガス源１３５を含む。これらのタイプのシステムは、当業分野においてよく知られたものであるので、ここでは詳細に説明しない。
【００１０】
[0009]図２は、基板上にＳｉＯ２の絶縁体層を堆積するための処理中の従来のＰＥＣＶＤシステムの動作を例示している。当業者であれば、望まれる膜の化学的性質を得るために他の前駆体ガス及び他の支援ガスを使用することができるのであり、図２に示すＯ２及びＨＭＤＳＯガスは単に例示に過ぎないものであることは、理解できよう。
【００１１】
[0010]全体動作として、この実施形態では、支援ガスＯ２が支援ガス源１３０から導入される。このＯ２は、アンテナ１１０の周りに形成されるプラズマ１４０により断片化され、Ｏ１及びＯ３ラジカルが形成される。これら及び他のプラズマラジカルは、他のＯ２分子と衝突し、更なるラジカルが形成される。それから、これらのラジカルは、ＨＭＤＳＯ分子と衝突し、そのＨＭＤＳＯが解離させられてＳｉＯＸ及び他の廃棄物質へと再形成させられる。これらＳｉＯＸは、他の酸素ラジカルと結合して、ＳｉＯ２が形成され、基板１２５上に堆積する。ＯＨ及びＨ２Ｏの如き廃棄物質のうちのあるものも基板１２５上に堆積するが、それら廃棄物質の多くは、排気ポンプを使用して排出させられる。
【００１２】
[0011]図３を参照するに、この図３は、アンテナ１１０及び保護シース１１５の直ぐ近くを取り囲んでいる領域のブローアップを例示している。前述したように、Ｏ１及びＯ３ラジカルは、支援ガス源から導入されるＯ２分子と衝突する。このような衝突時に、Ｏ２は、Ｏ１及びＯ３へと解離させられる。これらの新しいラジカルは、それから、他のＯ２分子と衝突して、更なるラジカルが形成される。
【００１３】
[0012]このタイプの典型的な断片化プロセスにおいては、支援ガスのうちのほんの少しの部分しか実際には断片化されない。例えば、典型的なＰＥＣＶＤシステムでは、そのＯ２のうちの２％程しか断片化されない。断片化されるガスの量は、支援ガスの圧力及びアンテナに印加される電力の量により決定される。これら圧力と電力との間の関係は、特定の支援ガスに対するパシェン曲線によって定められる。
【００１４】
[0013]支援ガスの断片化のほとんどは、アンテナに印加される電力によって生成される電子によって行われる。断片化のある部分は、イオン及びラジカルによっても行われる。支援ガスを断片化するための電子の有効性は、電子密度に直接的に関連付けられている。同じ支援ガス圧力とした場合、電子密度がより高い領域では、断片化の割合は、より高くなる。
【００１５】
[0014]断片化の効率は、アンテナ近くに拘束シールドを使用することにより、大きく高められることが分かった。このような拘束シールド１４５は、図４に示され、一般的に、石英の如き絶縁材料で形成され、支援ガスを注入することのできる空間をアンテナ１１０の周りに与える。拘束シールド１４５の正確な容積及びアンテナ１１０と拘束シールドの内側表面との間の距離は、望まれる膜の化学的性質、ＰＥＣＶＤシステムの全体構成及び望まれるガス圧力に基づいて、変えることができる。
【００１６】
[0015]拘束シールド１４５は、さもなければ散逸してしまうような電子を拘束するように作用する。それらの電子を拘束することにより、アンテナ１１０の周りの電子密度を、アンテナから遠い距離のところで増大させることができる。そして、このように電子密度を増大させることにより、同じ処理パラメータでもってプラズマを遠くまで拡張することができ、このことは、他の処理パラメータを変えずに断片化の割合を増大させることができることを意味している。
【００１７】
[0016]この拘束シールド１４５は、ラジカル及びイオンが散逸するのをも阻止する。これにより、断片化効率が高められ、生成されたラジカル及びイオンが廃棄されてしまうのを阻止することができる。そして、このようにこれらの粒子を保存することにより、そのＰＥＣＶＤシステムをより効率的に動作させることができる。
【００１８】
[0017]これらの実施形態は、ＰＥＣＶＤシステムに限定されないことに注意されたい。当業者であれば、任意のタイプのプラズマシステムをカバーするように、本発明の概念を拡張することができよう。
【００１９】
[0018]この拘束シールド１４５は、又、アンテナの周りの支援ガスの圧力をより良く制御できるという効果も有するものである。先ず第１に、この拘束シールドは、拘束シールド１４５の無い場合において可能であるよりも、支援ガスの圧力をより均一なものとする作用を果たす。このように圧力をより均一なものとすると、断片化割合の制御をより良好なものとすることができ、従って、断片化割合を増大させることが可能となる。
【００２０】
[0019]第２に、この拘束シールド１４５によれば、この拘束シールド１４５内の圧力を、処理チャンバの他の部分における圧力と異なるものとすることができる。これは、拘束シールド１４５内により高い圧力を維持し、処理チャンバの他の部分においてより低い圧力を維持することができるので、効果のあることである。このような可変圧力とすることにより、全体的にはより低い処理チャンバ圧力でより多くのラジカルを生成することが可能となる。このようなタイプの制御により、以前に可能であったよりも相当に低い処理チャンバ圧力でＰＥＣＶＤ処理を行うことができるようになる。
【００２１】
[0020]図５は、本発明の１つの実施形態によるＰＥＣＶＤシステム１５０の断面を例示している。このシステムは、処理チャンバ１０５、基板１２５、基板支持体１２０、アンテナ１１０、保護シース１１５、拘束シールド１４５及び２つの支援ガス入口１５５を含む。支援ガス入口１５５は、この実施形態では、拘束シールド１４５の内側に配設されている。
【００２２】
[0021]拘束シールド１４５は、基板に近接してアパーチャ１６０を含む。このアパーチャ１６０を通してラジカルが抜け出て前駆体ガスと衝突する。このアパーチャ１６０のサイズは、拘束シールドから抜け出すラジカルの数を制御するため、手動で又は電子的に変えることができる。また、このアパーチャは、固定サイズのアパーチャとすることもできる。
【００２３】
[0022]ある実施形態では、拘束シールド１４５内の圧力を、拘束シールド１４５の外側の圧力よりも高くすることができる。こうすることにより、プラズマエンハンスメントプロセス及びラジカル生成プロセスをはるかにより高い圧力で行わせながら、一般的なＰＥＣＶＤ処理をより低い圧力で動作できるようにすることができる。前述したように、圧力は、支援ガスの断片化効率における重要なファクタである。ある特定の点までは、圧力をより高くすればするほど、断片化効率をより高くすることができる。従って、拘束シールド１４５の内側に許容されるより高い圧力により、断片化効率を高めることができる。
【００２４】
[0023]図６を参照するに、この図６は、典型的な堆積処理が行われる圧力範囲を例示している。例えば、ＥＣＲは、典型的には、１ミリトールの範囲における非常に低い圧力範囲にて動作する。スパッタリングは、典型的には、２ミリトールから２０ミリトールまでの範囲にて動作し、ＰＥＣＶＤは、典型的には、６０ミリトールより上のより高い圧力で動作する。
【００２５】
[0024]しかし、前述したように、ＰＥＣＶＤ製造業界は、ＰＥＣＶＤ動作をより低い圧力範囲まで拡張する方法を探し求めている。本発明の実施形態によれば、ＰＥＣＶＤを非常に低い圧力範囲までに拡張する方法が提供される。例えば、図７は、本発明の実施形態による拘束シールドを使用したＰＥＣＶＤシステムがＥＣＲ及びスパッタリングと同じ範囲で動作できることを示している。初期の実験では、ＰＥＣＶＤシステムに拘束シールドを使用すると、それらのシステムを１ミリトールより低い圧力で動作させることが可能となることが、確認されている。このような動作は、以前には可能ではなかったのである。
【００２６】
[0025]要するに、本発明によれば、とりわけ、プラズマ化学気相堆積のためのシステム及び方法が提供される。当業者であれば、ここに説明した実施形態によって達成されるのと実質的に同じ結果を得るように、本発明において、その用途及び構成について種々な多くの変形及び置換をなすことができることを、容易に認識できよう。従って、本発明を、ここに説明した典型的な構成に限定するものではない。特許請求の範囲に記載したような本発明の範囲及び精神内には、多くの変形、変更及び代替構成が入るものである。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】従来のＰＥＣＶＤシステムのブロック図である。
【図２】動作状態にある従来のＰＥＣＶＤシステムのブロック図である。
【図３】従来のＰＥＣＶＤシステムにおけるアンテナ近くのラジカルを例示する図である。
【図４】本発明の１つの実施形態により構成された拘束シールドを例示している。
【図５】本発明の１つの実施形態により構成されたＰＥＣＶＤシステムの断面を例示している。
【図６】従来の堆積システムが動作する典型的な圧力範囲を図示している。
【図７】本発明の１つの実施形態に従って動作するＰＥＣＶＤシステムの典型的な動作範囲を例示するチャートである。
【符号の説明】
【００２８】
１００…ＰＥＣＶＤシステム、１０５…処理チャンバ、１１０…アンテナ、１１５…保護絶縁体シース、１２０…基板支持体、１２５…基板、１３０…支援ガス源、１３５…前駆体ガス源、１４０…プラズマ、１４５…拘束シールド、１５０…ＰＥＣＶＤシステム、１５５…支援ガス入口、１６０…アパーチャ（開口）
【図１】
2008121114.tif 000003
【図２】
2008121114.tif 000004
【図３】
2008121114.tif 000005
【図４】
2008121114.tif 000006
【図５】
2008121114.tif 000007
【図６】
2008121114.tif 000008
【図７】
2008121114.tif 000009
【外国語明細書】
2008121114000001.pdf