(57)【要約】【課題】処理速度が大きく、均一性の高いプラズマ処理装置を提供する。【解決手段】本発明のプラズマ処理装置４では、複数のμ波アンテナ７１１〜７１４を処理対象物８に対向して配置し、μ波アンテナ７１１〜７１４の近くの第一の導入口７５１〜７５４からプラズマ用ガスを導入し、μ波アンテナ７１１〜７１４と処理対象物８の間の位置の第二の導入口７６１〜７６５から反応性ガスを導入する。処理対象物８表面を効率よくプラズマ処理することができる。【選択図】        図１
2004186531.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
真空槽と、
前記真空槽内に位置する複数のμ波アンテナと、
前記真空槽内に第一のガスを導入する第一の導入口とを有し、
前記各μ波アンテナからμ波を放射し、前記第一のガスのプラズマを生成し、前記各μ波アンテナと対向する処理位置に配置された成膜対象物を処理するプラズマ処理であって、
前記第一のガスとは異なる第二のガスを導入する第二の導入口が、前記第一の導入口と前記処理位置の間の位置に配置されたプラズマ処理装置。
【請求項２】
前記μ波アンテナと前記μ波アンテナの間には、網状の安定化電極が配置された請求項１記載のプラズマ処理装置。
【請求項３】
前記第一の導入口は、前記安定化電極と前記μ波アンテナの間に前記第一のガスを放出するように構成された請求項２記載のプラズマ処理装置。
【請求項４】
前記第二の導入口は、前記安定化電極と前記処理位置の間の位置に配置された請求項２又は請求項３のいずれか１項記載のプラズマ処理装置。
【請求項５】
前記第二の導入口は、前記第一のガスのプラズマに向けて前記第二のガスを放出するように構成された請求項１乃至請求項４のいずれか１項記載のプラズマ処理装置。
【請求項６】
前記各μ波アンテナは、前記処理位置の鉛直上方に配置された請求項１乃至請求項５のいずれか１項記載のプラズマ処理装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はプラズマ処理装置に関し、特に、真空槽内にプラズマ生成用ガスと反応性ガスとを導入し、処理対象物を処理する技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図３の符号１００は従来技術のプラズマ処理装置であり、ここでは、平行平板型プラズマＣＶＤ装置を例にとって説明する。
【０００３】
このプラズマ処理装置１００は、プラズマ処理装置１００は、真空槽１１０と、真空槽１１０内に配置された第一、第二の放電電極１０１、１０２を有している。
【０００４】
第一の放電電極１０１は真空槽１１０の天井側に配置されており、第二の放電電極１０２は、第一の放電電極１０１の直下の位置に配置されている。
【０００５】
第一の放電電極１０１は、マッチングボックス１０４を介して高周波電源１０５に接続されており、第二の放電電極１０２と真空槽１１０は、接地電位に接続されている。
【０００６】
また、第一の放電電極１０１はガスソース１０６に接続され、真空槽１１０は真空排気系１０７に接続されており、真空槽１１０内を所定圧力まで真空排気し、第二の放電電極１０２上に処理対象物１０３を配置した状態で、ガスソース１０６から原料ガスとプラズマガスを導入し、第一の放電電極１０１に高周波電圧を印加すると、第一の放電電極１０１と第二の放電電極１０２の間にプラズマが形成され、活性化された原料ガスによって処理対象物１０３表面に薄膜が形成される。
【０００７】
例えば、処理対象物としてガラス基板等の基板を用い、原料ガスとしてシランガスを導入した場合には、２０〜３０Å／秒の堆積速度で、基板表面にａ−Ｓｉ：Ｈ薄膜を形成することができる。
【０００８】
ところが、上記のような構成のプラズマ処理装置１００で堆積速度を大きくするため、高周波電力量を増加させると、プラズマ中に発生した原料ガス同士の気相反応が優勢となり、膜構造が不均一になる。
【０００９】
また、プラズマ中で生成されるイオンが成長中の薄膜に入射するときの入射エネルギーは、高周波電力量を大きくすると大きくなるため、膜中に欠陥が生じやすくなる。
【００１０】
上記のような理由により、堆積速度向上のため、高周波電力量を増加させることはできない。
【００１１】
一方、シランに代わり、ジシランやトリシランを原料ガスに用いて堆積速度を向上させようとする試みもあるが、これらのガスは危険性が高いため取り扱いが面倒であり、また、高価且つ純度の点でも問題がある。従って、量産装置への使用には不適当である。
【００１２】
また、上記のような平行平板型のプラスマ処理装置１１０は、エッチングにも用いられるが、高周波電力量を大きくしてエッチング速度を向上させようとしたときにも、エッチングの不均一が生じる等の問題がある。
【００１３】
なお、本発明装置と同じ第一、第二の放電電極を用いた装置は、特開２０００−３１１２１号公報に記載がある。
【特許文献１】特開２０００−３１１２１号公報
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記従来の技術の課題を解決するために創作されたもので、その目的は、処理速度が大きく、均一性の高いプラズマ処理装置を提供することにある。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、請求項１記載の発明は、真空槽と、前記真空槽内に位置する複数のμ波アンテナと、前記真空槽内に第一のガスを導入する第一の導入口とを有し、前記各μ波アンテナからμ波を照射し、前記第一のガスのプラズマを生成し、前記各μ波アンテナと対向する処理位置に配置された成膜対象物を処理するプラズマ処理であって、前記第一のガスとは異なる第二のガスを導入する第二の導入口が、前記第一の導入口と前記処理位置の間の位置に配置されたプラズマ処理装置である。
請求項２記載の発明は、前記μ波アンテナと前記μ波アンテナの間には、網状の安定化電極が配置された請求項１記載のプラズマ処理装置である。
請求項３記載の発明は、前記第一の導入口は、前記安定化電極と前記μ波アンテナの間に前記第一のガスを放出するように構成された請求項２記載のプラズマ処理装置である。
請求項４記載の発明は、前記第二の導入口は、前記安定化電極と前記処理位置の間の位置に配置された請求項２又は請求項３のいずれか１項記載のプラズマ処理装置である。
請求項５記載の発明は、前記第二の導入口は、前記第一のガスのプラズマに向けて前記第二のガスを放出するように構成された請求項１乃至請求項４のいずれか１項記載のプラズマ処理装置である。
請求項６記載の発明は、前記各μ波アンテナは、前記処理位置の鉛直上方に配置された請求項１乃至請求項５のいずれか１項記載のプラズマ処理装置である。
【００１６】
本発明は上記のように構成されており、第一のガスと第二のガスは、それぞれ第一の導入口と第二の導入口から別々に導入されるように構成されている。そして、第一のガスにμ波アンテナからμ波（周波数１ＧＨｚ〜１００ＧＨｚ）が照射されると、第一のガスのプラズマが生成されるように構成されている。
【００１７】
第一のガスは、第一の導入口から処理位置に向けて放出されており、生成された第一のガスのプラズマは、処理位置に向けて流れる。
【００１８】
第二のガスは、処理位置に向けて流れる途中の第一のガスのプラズマに向けて放出される。第二のガスが第一のガスのプラズマと接触すると、分解や重合等の化学反応が生じる。
【００１９】
従って、第一のガスはプラズマ生成用、第二のガスは化学反応用のガスであり、第一のガスに希ガス等の反応性の低いガスを用い、第二のガスに、酸素や窒素等の反応性ガスの他、シランなどの薄膜原料ガスを用いると、処理対象物表面を酸化処理、窒化処理、エッチング処理、又は薄膜形成等のプラズマ処理を行うことが出来る。
【００２０】
処理位置の鉛直上方にμ波アンテナを配置した場合、μ波アンテナと処理位置の間で生じた反応生成物は、第一のガスのプラズマの流れによる他、重力によっても処理位置に運ばれるため、特に、第二のガスから反応生成物を得て、処理対象物表面に薄膜を形成する場合に適している。
【００２１】
【発明の実施の形態】
図１を参照し、符号４は本発明の一例のプラズマプラズマ処理装置であり、真空槽５１を有している。
【００２２】
真空槽５１は、容器３１と、蓋部３２と、基板電極３３とを有している。
容器３１は、その開口部を鉛直上方に向け、底面が水平に配置されており、蓋部３２は、その開口を蓋するように配置されている。
【００２３】
蓋部３２には複数の孔が形成されており、各孔には、棒状のμ波アンテナが１本ずつ鉛直に挿入されている。図１の符号７１１〜７１４はそのμ波アンテナを示している。
【００２４】
各μ波アンテナ７１１〜７１４の、真空槽５１の外部に位置する部分は、取付板７８１〜７８４にそれぞれ取り付けられており、真空槽５１の内部に位置する部分は、半球状のドーム７２１〜７２４によって覆われている。
【００２５】
各μ波アンテナ７１１〜７１４は取付板７８１〜７８４によって、蓋部３２から電気的に絶縁された状態になっている。また、各ドーム７２１〜７２４の開口部分は、蓋部３２に対して気密に取り付けられており、真空槽５１の内部を真空排気したときに、μ波アンテナ７１１〜７１４が位置するドーム７２１〜７２４の内部空間から、真空槽５１の内部に大気が侵入しないように構成されている。
【００２６】
一個のμ波アンテナ７１１〜７１４と一個のドーム７２１〜７２４とを、一個のμ波励起源であるとすると、本例では、μ波励起源は、３×４の行列状に配置されている。図２は、その配置状態を説明するための平面図であり、同図の符号７１、７２は一個のμ波アンテナとそれを覆うドームを示している。また、符号７４は、そのμ波アンテナ７１とドーム７２とで構成されるμ波励起源を示している。
【００２７】
ドーム７２（７２１〜７２４）とドーム７２（７２１〜７２４）の間には、網状の安定化電極５が鉛直に配置されている。
【００２８】
蓋部３２には、第一の導入口７５が複数個配置されている。ここでは、１個のドーム７２に対し、ドーム７２と安定化電極５の間に２個ずつ配置されている。図１の符号７５１〜７５４は、４個のドーム７２１〜７２４と安定化電極５の間に配置された第一の導入口を示している。
【００２９】
容器３１の底壁には、孔が設けられており、基板電極３３は、その孔にはめ込まれている。
【００３０】
基板電極３３はマッチングボックス１３を介して交流電源１５に接続されており、各μ波アンテナ７１１〜７１４は、それぞれ個別にμ波生成源１４１〜１４４に接続されている。
【００３１】
容器３１と蓋部３２は電気的に互いに接続され、接地電位に置かれている。各μ波アンテナ７１１〜７１４と基板電極３３は、それぞれ蓋部３２と容器３１とから絶縁されており、交流電源１４とμ波生成源１４１〜１４４を起動すると、基板電極３３には十ＭＨｚ〜数十ＭＨｚの高周波電圧が印加され、各μ波アンテナ７１１〜７１４には１ＧＨｚ〜１００ＧＨｚの周波数のμ波交流電圧が印加されるようになっている。
【００３２】
容器３１と基板電極３３の間、及び容器３１と蓋部３２の間は気密構造にされている。容器３１には真空排気系３５が接続されており、その真空排気系３５を起動すると、真空槽５１の内部が真空排気される。
【００３３】
図１の符号８は、シリコン基板等の板状の成膜対象物である。基板電極３３の表面は平坦に成形され、成膜対象物８が配置されている。基板電極３３にはクランプ６４が設けられており、成膜対象物８は、クランプ６４によって、基板電極３３の表面に押しつけられている。
【００３４】
真空槽５１が所定の圧力まで真空排気された後、第一の導入口７５１〜７５４からプラズマ用ガスである第一のガスを導入し、μ波アンテナ７１１〜７１４にμ波を照射すると、各μ波アンテナ７１１〜７１４からμ波の電波が放出される。
【００３５】
μ波アンテナ７１１〜７１４を覆うドーム７２１〜７２４は、石英等の誘電体で構成されており、μ波アンテナ７１１〜７１４から放射された電波は、ドーム７２１〜７２４を透過し、ドーム７２１〜７２４の周囲に放出され、ドーム７２１〜７２４の付近を流れる第一のガスがプラズマ化される。
【００３６】
安定化電極５は、容器３１と蓋部３２と共に一定電位（ここでは接地電位）に接続されており、μ波アンテナ７１１〜７１４同士が干渉し合わないように構成されており、ドーム７２１〜７２４の付近で安定なプラズマが形成されるようになっている。
【００３７】
安定化電極５とドーム７２１〜７２４の間に導入された第一のガスとそのプラズマは、安定化電極５の網目を通って、隣接するドーム、７２１〜７２４の間を自由に通行することができる。
【００３８】
ここで、第一の導入口７５１〜７５４は、基板電極３３の表面、即ち処理対象物８がプラズマによって処理される処理位置に向けられている。各第一の導入口７５１〜７５４は処理位置に向けて第一のガスを吹き付けるように構成されている。従って、第一のガスは、各μ波励起源７４の付近でプラズマ化した後、処理対象物８表面に向けて流れる。
【００３９】
安定化電極５と処理位置の間には、第二の導入口７６１〜７６５が複数個配置されている。
【００４０】
第二の導入口７６１〜７６５は、第一の導入口７５１〜７５４とは別のガスボンベに接続されており、従って、第一のガスとは異なる種類の第二のガスを導入できるように構成されている。
【００４１】
第二の導入口７６１〜７６５は、第一のガスのプラズマの流れに対し、第二のガスを略垂直方向から吹き付けるように配置されている。
【００４２】
ここで、第二のガスとしてＳｉＨ４ガス等の薄膜原料ガスを導入すると、第二のガスは第一のガスのプラズマによって分解され、活性化した反応生成物が成膜対象物８の表面に到達すると、成膜対象物８表面で更に反応が進行し、薄膜が形成される。第二のガスがＳｉＨ４ガスである場合は水素化アモルファスシリコンの薄膜が形成される。
【００４３】
このとき、基板電極３３を接地電位に置き、ダメージの少ない薄膜を形成したり、基板電極３３に交流電圧を印加し、付着強度の高い薄膜を形成することができる。また、基板電極３３を直流電圧源に接続し、接地電位ではない電位に置いてもよい。
【００４４】
なお、符号１９は冷却媒体の循環路であり、符号１０は冷却ガスの放出路である。循環路１９内に冷却媒体を循環させると共に、放出路１０から処理対象物８と基板電極３の間の隙間に冷却ガスを供給することで、プラズマ処理中の基板電極３３と処理対象物８を一定温度に維持できるようになっている。
【００４５】
上記例では、全てのμ波アンテナ７１に投入した電力は同じ大きさであったが、処理対象物８の中心付近の上方に位置するものと、外周付近の上に位置するものとの間で投入電力量を異ならせ、処理対象物８に対するプラズマ処理の面内分布を均一にすることができる。例えば、成膜処理やエッチング処理の場合、中心での処理速度が速ければ中心付近の電力は少なくする。
【００４６】
上記例では、第二のガスにＳｉＨ４ガスを用い、水素化アモルファスシリコン薄膜を形成したが、ジシランガス、ＣＨ４ガス等の他の薄膜原料ガスを用いることができる。また、薄膜原料ガスに酸素ガスや窒素ガスを添加して第二のガスとしてもよい。
【００４７】
また、プラズマ処理がエッチングである場合、第一のガスにアルゴンガス等の不活性な希ガス、第二のガスにＣｌ２ガスを用いると単結晶シリコンをエッチングすることができる。また、ＨＢｒガスやＨＩガスを用いると、ＩＴＯ（インジウム・スズ酸化物）膜のエッチングを行うことができる。
【００４８】
また、第一のガスに希ガス、第二のガスに酸素ガスや窒素ガスを導入し、処理対象物の表面を酸化物や窒化物等に改質することができる。要するに、本発明は、第一のガスによって第二のガスを活性化し、処理対象物表面を処理する装置を広く含む。
【００４９】
また、各μ波励起源７４内や取付板７８の部分に磁石等を接地し、各μ波励起源７４をマグネトロン方式としてもよいし、必要に応じ、冷却装置やヒータ等の温度制御装置を取り付け、温度コントロールできる構成にしてもよい。
【００５０】
【実施例】
下記条件でプラズマ処理を行い、水素化アモルファスシリコン膜を形成した。
＜条件＞
第一のガス：アルゴンガス、流量５０ｓｃｃｍ
第二のガス：ＳｉＨ４ガス、流量５０ｓｃｃｍ
μ波アンテナへの投入電力：０．５Ｗ／ｃｍ２
基板電極：接地電位
成膜対象物：ガラス基板（１３００ｍｍ×１１５０ｍｍ×０．７ｍｍ）
基板温度：１００℃
真空槽内圧力：１ｍＴｏｒｒ
処理時間：１分
＜結果＞
膜厚：３８００Å
面内膜厚分布：±３％
【００５１】
【実施例】
下記条件でプラズマ処理を行い、ＩＴＯ膜のエッチングを行った。
＜条件＞
第一のガス：アルゴンガス、流量５０ｓｃｃｍ
第二のガス：ヨウ化水素（ＨＩ）ガス、流量５０ｓｃｃｍ
μ波アンテナへの投入電力：０．８Ｗ／ｃｍ２
基板電極：０．８Ｗ／ｃｍ２
成膜対象物：ガラス基板（１３００ｍｍ×１１５０ｍｍ×０．７ｍｍ）
基板温度：８０℃
真空槽内圧力：１５ｍＴｏｒｒ
処理時間：１分
＜結果＞
エッチングレート：４５００Å／分
面内エッチング分布：±５％
エッチングレートは、従来の平行平板型のＲＩＥ装置の５〜６倍の値であり、面内エッチング分布も従来の平行平板型のＲＩＥ装置よりも優れている。
【００５２】
【発明の効果】
処理対象物が大面積になっても、μ波アンテナを増設することで均一なプラズマ処理を行うことができる。
そのプラズマ処理は、反応性を有する第二のガスを処理対象物の近傍に導入するから、基板表面又はその表面近傍で反応が進行し、プラズマ処理を高速化できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一例プラズマプラズマ処理装置を説明するための図
【図２】μ波励起源の配置状態を説明するための平面図
【図３】従来技術のプラズマプラズマ処理装置を説明するための図
【符号の説明】
４……プラズマ処理装置
５……安定化電極
５１……真空槽
７５（７５１〜７５４）……第一の導入口
７６（７６１〜７６５）……第二の導入口
７１（７１１〜７１４）……μ波アンテナ
【図１】
2004186531.tif 000003
【図２】
2004186531.tif 000004
【図３】
2004186531.tif 000005