(57)【要約】      （修正有）【課題】基板におけるプラズマ処理反応の均一性を向上することができる遠距離プラズマ発生装置を提供する。【解決手段】チェンバーと関連して設けられるＲＦアンテナ１０７と、前記チェンバー内の上部に形成され、複数のプラズマ発生ガス導入管１０２が均一に連通されるプラズマ発生部１１０と、プラズマ発生部１１０の下部に設けられ、複数の第１のプラズマ案内孔１３２が形成される第１のシャワーヘッド１３０と、第１のシャワーヘッド１３０の下部に設けられ、ソースガス案内孔１５７と、それぞれ第１のプラズマ案内孔１３２と直接連結される複数の第２のプラズマ案内孔１５４が形成される第２のシャワーヘッド１５０とを含み、第１のシャワーヘッド１３０と第２のシャワーヘッド１５０との間には、ソースガス導入部１４０が形成され、ソースガス導入部１４０には、複数のソースガス導入管１０４が連通される。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
プラズマ発生装置であって、
チェンバーと関連して設けられるＲＦアンテナと、
前記チェンバー内の最上部に形成され、複数のプラズマ発生ガス導入管が均一に連通されるプラズマ発生部と、
前記プラズマ発生部の下部に設けられ、複数の第１のプラズマ案内孔が形成される第１のシャワーヘッドと、
前記第１のシャワーヘッドの下部に設けられ、ソースガス案内孔と、それぞれ前記第１のプラズマ案内孔と直接連結される複数の第２のプラズマ案内孔が形成される第２のシャワーヘッドとを含み、
前記第１のシャワーヘッドと第２のシャワーヘッドとの間には、ソースガス導入部が形成され、前記ソースガス導入部には、複数のソースガス導入管が均一に連通されることを特徴とする遠距離プラズマ発生装置。
【請求項２】
前記ソースガス導入管はパージガス導入管として用いられるとともに、
前記ソースガス案内孔はパージガス案内孔として、及び前記ソースガス導入部はパージガス導入部として用いられる
ことを特徴とする請求項１に記載の遠距離プラズマ発生装置。
【請求項３】
前記プラズマ発生部の下部と前記第１のシャワーヘッドとの間に設けられるＤＣバイアス発生ユニットを更に含むことを特徴とする請求項１に記載の遠距離プラズマ発生装置。
【請求項４】
前記ＤＣバイアス発生ユニットは、グリッド(grid)状を有し、金属材質でその表面が陽極酸化(anodizing)処理されることを特徴とする請求項３に記載の遠距離プラズマ発生装置。
【請求項５】
前記第１及び第２のプラズマ案内孔と、ソースガス案内孔の入口側と出口側と、そして前記プラズマ発生ガス導入管とソースガス導入管の出口側とは、それぞれ端部側の径が大きくなるテーパー状を有することを特徴とする請求項１に記載の遠距離プラズマ発生装置。
【請求項６】
前記第１のプラズマ案内孔と前記第２のプラズマ案内孔、及びソースガス案内孔は、それぞれ前記第１のシャワーヘッドと前記第２のシャワーヘッドにおいて、放射状に形成され、前記第２のシャワーヘッドにおいて、前記第２のプラズマ案内孔及びソースガス案内孔は、放射状に交互に配置されることを特徴とする請求項１に記載の遠距離プラズマ発生装置。
【請求項７】
前記複数のプラズマ発生ガス導入管は、前記プラズマ発生部の上部または側部から連通されることを特徴とする請求項１に記載の遠距離プラズマ発生装置。
【請求項８】
前記ＲＦアンテナと前記プラズマ発生部との間には、クォーツが介在されることを特徴とする請求項１に記載の遠距離プラズマ発生装置。
【請求項９】
前記ＲＦアンテナは、一端に電源供給端部が形成され、他端に接地端部が形成される少なくとも２つのループ型アンテナ要素が水平面上に一定間隔で離隔して重畳されて電気的に並列結合され、各アンテナ要素の電源供給端部と接地端部は、前記アンテナ要素の中心に対して対称となる位置に配置され、１つのアンテナ要素の水平折曲部分は、他の１つのアンテナ要素の電源供給端部と接地端部との間に位置することを特徴とする請求項１に記載の遠距離プラズマ発生装置。  
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、遠距離プラズマ発生装置に関し、特に薄膜の均一性を向上させ、薄膜の品質を向上させる遠距離プラズマ発生装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、半導体素子の微細化に対応し、ドライエッチングにおいては、高アスペクト比で加工などをするため、また、プラズマＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）及びＡＬＤ（Ａｔｏｍｉｃ  Ｌａｙｅｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）においては、高アスペクト比で埋め込みなどをするため、更に高真空でプラズマ処理を行うことが要求されている。
【０００３】
従来の一般の平行平板形プラズマ発生装置は、真空チェンバー内に基板を乗せる基板電極と対向電極を配設し、これら電極の間に電極用高周波電源によって高周波電圧を印加することにより、真空チェンバー内にプラズマを発生させるように構成されている。
【特許文献１】特開平８−６４５３５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、このような構成においては、発生したプラズマと装着された基板が均一に反応できず、均一な薄膜の形成が困難であるとの不具合がある。具体的には、薄膜を形成する場合、基板におけるプラズマ処理速度にバラツキが生じると、薄膜を均一な厚みで形成することが難しくなる。
また、プラズマ発生部で生成されたイオン、特に陽イオンが制御されないままで供給されるので、基板や薄膜に損傷を起こす不具合がある。
【０００５】
よって、本発明の目的は、プラズマ発生ガスを基板に均一に供給することにより、形成される薄膜の均一度を向上できるプラズマ発生装置を提供することにある。
本発明の他の目的は、プラズマ発生の際に生成される陽イオンを適切に制御し、薄膜の品質を向上できるプラズマ発生装置を提供することにある。
本発明の他の目的と特徴及び利点は、添付の図を参照して、以下に示す実施形態により明らかに理解されるだろう。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明によると、チェンバーと関連して設けられるＲＦアンテナと、前記チェンバー内の上部に形成され、複数のプラズマ発生ガス導入管が均一に連通されるプラズマ発生部と、前記プラズマ発生部の下部に設けられ、複数の第１のプラズマ案内孔が形成される第１のシャワーヘッドと、前記第１のシャワーヘッドの下部に設けられ、ソースガス案内孔とそれぞれ前記第１のプラズマ案内孔と直接連結される複数の第２のプラズマ案内孔が形成される第２のシャワーヘッドとを含み、前記第１のシャワーヘッドと第２のシャワーヘッドとの間には、ソースガス導入部が形成され、前記ソースガス導入部には、複数のソースガス導入管が連通される遠距離プラズマ発生装置が開示される。
【０００７】
なお、ソースガス導入管はパージガス導入管として用いられるとともに、ソースガス導入部はパージガス導入部として用いられ、ソースガス案内孔はパージガス案内孔としても用いられる。
好ましくは、前記プラズマ発生部の下部と第１のシャワーヘッドとの間に設けられるＤＣバイアス発生ユニットを更に含み、前記ＤＣバイアス発生ユニットの下部に設けられる前記ＤＣバイアス発生ユニットは、グリッド(grid)状を有し、金属材質でその表面が陽極酸化(anodizing)処理される。
【０００８】
また、好ましくは、前記第１及び第２のプラズマ案内孔と、ソースガス案内孔の入口側と出口側と、そして前記プラズマ発生ガス導入管とソースガス導入管の出口側とは、それぞれ端部側の径が大きくなるようにテーパー処理される。
また、前記第１のプラズマ案内孔と前記第２のプラズマ案内孔及びソースガス案内孔は、それぞれ前記第１のシャワーヘッドと前記第２のシャワーヘッドにおいて、放射状に形成され、前記第２のシャワーヘッドにおいて、前記第２のプラズマ案内孔及びソースガス案内孔は、放射状に交互に配置される。
【０００９】
好ましくは、前記複数のプラズマ発生ガス導入管は、前記プラズマ発生部の上部または側部から連通できる。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、プラズマ発生部には、複数のプラズマ発生ガス導入管が連通されるので、導入されたプラズマ発生ガスに、ＲＦアンテナによって高周波が印加されると、プラズマ発生部において均一的に分布した状態でプラズマを発生させることができる。
そして、発生したプラズマは、複数の第1のプラズマ案内孔によって分散されて、当該第1のプラズマ案内孔に連結された複数の第２のプラズマ案内孔を通って排出される。
【００１１】
一方、ソースガス導入部には、複数のソースガス導入管からソースガスが導入され、導入されたソースガスは、第２のシャワーヘッドに分散した状態で形成された複数のソースガス案内孔から分散されて排出される。
従って、第２のシャワーヘッドから排出されるプラズマおよびソースガスは、ともに分散された状態で排出されるので、第２のシャワーヘッドの下に基板を配置すれば、当該基板に対してプラズマ及び、ソースガスを均一的に供給できる。
【００１２】
以上で説明したように、本発明によると、プラズマ発生ガスを基板に均一に供給することにより、形成される薄膜の均一度を向上することができる。
また、プラズマ発生の際に、生成される陽イオンを適切に制御し、薄膜の品質を向上することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
次は、本発明の一実施形態に係るプラズマ発生装置の構造に対する説明である。
図１は、本発明の一実施形態に係るプラズマ発生装置を示す断面図である。
本発明に係るプラズマ発生装置は、ＲＦアンテナ１０７、プラズマ発生部１１０、ＤＣバイアス発生ユニット１２０、第１のシャワーヘッド(shower head)１３０、ソース／パージガス導入部１４０、第２のシャワーヘッド１５０からなる。
【００１４】
ＲＦアンテナ１０７は、チェンバーの絶縁部材１０８、例えば、クォーツ(quartz)の上部に位置し、プラズマを発生させる役割をする。本発明のＲＦアンテナ１０７は、均一なプラズマの発生が可能であるように構成することができる。
具体的に、図６（ａ）を参照すると、一端に電源供給端部Ｐが形成され、他端に接地端部Ｇが形成される少なくとも２つのループ型アンテナ要素１０、２０が水平面上に一定間隔で離隔して重畳されて、電気的に並列結合し、各アンテナの電源供給端部Ｐと接地端部Ｇは、アンテナ要素１０、２０の中心に対して対称となる位置に配置され、各１つのアンテナ要素１０、２０の水平折曲部分１０a、２０aは、他の１つのアンテナ要素１０、２０の電源供給端部Ｐと接地端部Ｇとの間に位置する。
【００１５】
このように構成することにより、各アンテナ１０、２０は、電気的に並列に連結されているので、アンテナの全体的なインピーダンスは低くなり、低い電圧の印加が可能であり、電源供給端部Ｐと接地端部Ｇとの間の途切れる部分を、折曲部分１０a、２０aが補う役割をすることにより、アンテナ電流が途切れずに持続するようにする。また、各アンテナの中間部分で水平方向に折り曲がるので、電気場の差が発生しないことにより、プラズマを均一に分布させることができる。なお、アンテナ要素の数に関しては、上記のループ型のＲＦアンテナのように２つ以上とすることが好ましく、例えば図６（ｂ）のように４つのアンテナ要素からなる構成とすることもできる。
【００１６】
プラズマ発生部１１０は、チェンバー内の上部に形成され、クォーツなどの絶縁部材１０８により外部と遮断される。
本発明によると、複数のプラズマ発生ガス導入管１０２が、プラズマ発生部１１０に均一に連通される。ここで、均一とは、プラズマ発生ガス導入管１０２が、プラズマ発生部１１０と連通する部分が一定に分布されることを意味する。
【００１７】
この実施形態では、複数のプラズマ発生ガス導入管１０２が、上部からプラズマ発生部１１０に連通されるが、図７の他の実施形態によると、複数のプラズマ発生ガス導入管１０２は、側部からプラズマ発生部１１０に連通される。
本実施形態の場合、複数のプラズマ発生ガス導入管１０２は、図２（ａ）に示すように、全面に均一に配列され、上記他の実施形態の場合、図２（ｂ）に示すように、側部に一定の回転角で離隔されて設けられる。
【００１８】
図２（ａ）と図２（ｂ）は、複数のプラズマ発生ガス導入管１０２が、それぞれ５つと４つのものを例と挙げたが、複数のプラズマ発生ガス導入管１０２の個数は、これに限定されるのではない。
ＤＣバイアス発生ユニット１２０は、プラズマ発生部１１０の下部に設けられる。図５を参照すると、好ましくは、ＤＣバイアス発生ユニット１２０は、プラズマが通過できるようにグリッド(grid)１２２状の部分を有し、金属材質でその表面が陽極酸化処理される。
【００１９】
このような構成によると、プラズマ生成の際に発生するイオン、特に陽イオンがトラップされ、基板や薄膜に損傷を与えるのを防止することができる。更に、表面を陽極酸化処理することにより、プラズマ発生の際、金属不純物による汚染を防止することができる。
ＤＣバイアス発生ユニット１２０の下部には、複数の第１のプラズマ案内孔１３２が形成される第１のシャワーヘッド１３０が設けられる。
【００２０】
図３（ａ）は図１における３ａ−３ａ断面図であり、図３（ａ）に示すように、第１のプラズマ案内孔１３２は、放射状に形成でき、後述のように、第１のプラズマ案内孔１３２と、第２のプラズマ案内孔１５４との間には、第２のプラズマ案内孔１５４まで連結されるプラズマ案内管１５６が挟まれる。放射状に配された第１のプラズマ案内孔１３２を通して、発生したプラズマを分散させてチェンバーの下部に排出できる。
【００２１】
第１のシャワーヘッド１３０と第２のシャワーヘッド１５０との間には、ソース／パージガス導入部１４０が形成され、ソース／パージガス導入部１４０には、側部から複数のソース／パージガス導入管１０４が連通される。なお、ソース／パージガス導入管１０４はソースガスだけでなく、パージガスを導入する管としても用いられる。ソース／パージガス導入管１０４がパージガスを導入する管として用いられる場合には、ソース／パージガス導入部１４０がパージガスの導入部としても用いられ、後述するソース／パージガス案内孔１５２はパージガスの案内孔としても用いられる。
【００２２】
図３（ｂ）は図１における３ｂ−３ｂ断面図であり、図３（ｂ）を参照すると、第２のプラズマ案内孔１５４とソース／パージガス案内孔１５２は、それぞれ第２のシャワーヘッド１５０において放射状に配置され、相互交互に配置される。
また、図２（ｂ）を参照すると、複数のソース／パージガス導入管１０４がチェンバーの側面に一定の回転角で離隔されて設けられる。従って、プラズマと同様に分散した状態でソースガスを下部に排出できる。
【００２３】
ソース／パージガス案内孔１５２には、ソース／パージガス案内管１５７が連結され、上記のようにプラズマ案内管１５６が第１のシャワーヘッド１３０からソース／パージガス導入部１４０を通じて第２のシャワーヘッド１５０まで延長される。よって、チェンバー内の下部に基板を配せば均一なプラズマ処理を行うことができる。
図４を参照すると、プラズマ案内管１５６とソース／パージガス案内管１５７の入口側（第1のプラズマ案内孔１３２に連結される側）と出口側（第２のプラズマ案内孔１５４に連結される側）は、それぞれ端部側の径が大きくなるテーパー状１５６a、１５７aとなっている。
【００２４】
このような構成によると、更に広い面積で均一なガス噴射が可能であるとの利点がある。
このような構成は、プラズマ発生ガス導入管１０２やソース／パージガス導入管１０４の出口側、つまりプラズマ発生部１１０に連通する側端部やプラズマ処理を行う領域（プラズマ処理部）１７０側にも同一に適用することができる。
【００２５】
以上のような構成によると、複数のプラズマ発生ガス導入管から供給されるプラズマ発生ガスにより、均一なプラズマが生成され、複数のプラズマ案内孔を通じて基板に提供されると共に、複数のソース／パージガス導入管に供給されるソースガスが、複数のソース／パージガス導入孔を通じて基板に提供されることにより、薄膜を均一に形成することができる。
【００２６】
また、ＤＣバイアス発生装置によりプラズマ生成の際に発生する陽イオンを確実にトラップすることにより、基板や薄膜の損傷を防止し、薄膜の品質を向上することができる。
また、プラズマ案内管とソース／パージガス案内管の流入部と流出部をそれぞれ端部側の径が大きくなるテーパー状に形成することにより、更に広い面積で均一なガス噴射が可能となる。
【００２７】
以上、本発明の実施形態を中心に説明したが、当業者の水準において多様な変更・変形をすることができる。よって、本発明は、上記の実施形態に限定されて解釈されてはならなく、別途添付された特許請求の範囲の記載に基づいて解釈されるべきである。
【産業上の利用可能性】
【００２８】
本発明に係るプラズマ発生装置は、均一性の高いプラズマ処理を行う装置において有用である。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本発明の一実施形態に係るプラズマ発生装置を示す断面図である。
【図２】図１のプラズマ発生装置の上視平面図である。
【図３】（ａ）は、図１の３a-３aに沿って切断した断面図であり、（ｂ）は図１の３b-３bに沿って切断した断面図である。
【図４】プラズマ案内管の変形された形態を示す断面図である。
【図５】ＤＣバイアス発生ユニットを示す。
【図６】ＲＦアンテナの一形態を示す。
【図７】本発明の他の実施形態に係るプラズマ発生装置を示す断面図である。
【符号の説明】
【００３０】
１００  基板
１０２  プラズマ発生ガス導入管
１０４  ソース／パージガス導入管  
１０７  ＲＦアンテナ
１０８  クォーツ
１１０  プラズマ発生部
１２０  ＤＣバイアス発生ユニット
１３０  第１のシャワーヘッド
１３２  第１のプラズマ案内孔
１４０  ソース／パージガス導入部
１５０  第２のいシャワーヘッド
１５２  ソース／パージガス案内孔
１５４  第２のプラズマ案内孔
１５６  プラズマ案内管  
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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