(57)【要約】【課題】  本発明により解決すべき課題は、反応生成物の堆積による電極板ガス分散孔の閉塞による、反応の均一性低下が起こらないプラズマ処理装置を提供することである。  【解決手段】本発明に関るプラズマ処理装置は、多数のガス分散孔が設けられたＲＦ印加電極板を有するプラズマ処理装置であり、前記、ＲＦ印加電極板ガス分散孔周囲に、それ以外の領域と較べ表面Ｒａが７０％以下とするか、１０μｍ〜２ｍｍの凹凸形状を設けた防塞領域を有することを特徴とし、この防塞領域はガス分散孔の外周と少なくとも一部を接し、ガス分散孔の中心から、ガス分散孔の孔径の２倍までの範囲に設けることを特徴とする。【選択図】        図６
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
多数のガス分散孔を設けたガス分散板を備えたプラズマ処理装置において、
前記ガス分散孔の外周と接する防塞領域の中心線平均粗さＲａが前記防塞領域外の中心線平均粗さＲａの７０％以下であることを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項２】
防塞領域の面は表面研磨された面であり、防塞領域外の面はサンドブラスト処理された面であることを特徴とする請求項１に記載のプラズマ処理措置。
【請求項３】
多数のガス分散孔を設けたガス分散板を備えたプラズマ処理装置において、
前記ガス分散孔の外周と接する防塞領域の表面に１０μｍから２ｍｍの凹凸形状を設けたことを特徴するプラズマ処理装置。
【請求項４】
凹凸形状は、ガス分散孔を中心とした多重ループ状を形成したことを特徴とする請求項３に記載のプラズマ処理装置。
【請求項５】
防塞領域は、ガス分散孔の中心を基準にしてガス分散孔の外周からガス分散孔の孔径の２倍までの領域としたことを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載のプラズマ処理装置。
【請求項６】
請求項１から５のいずれか１項に記載のプラズマ処理装置を用いたことを特徴とするプラズマ処理方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、プラズマ処理装置とプラズマ処理方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
プラズマ処理装置は、プラズマにより活性化したガスの反応を利用して、ガスの種類により、エッチングや成膜処理に適用され、半導体装置の製造プロセスに広く用いられてきた。また、昨今ではプラズマ処理装置は、液晶テレビや太陽電池の製造過程でプラズマＣＶＤ（化学気相成長法）プロセスとして広く用いられ、その適用分野は広きにわたる。特に、前述のプラズマＣＶＤプロセスの適用分野では、プロセスチャンバーの大面積化が顕著であり、成膜の場合には膜厚や膜質の均一性向上は必須となっている。
【０００３】
このプラズマプロセスでは、エッチング、成膜を問わず、反応生成物がチャンバー内へ堆積することが知られている。処理が累積し、チャンバー内壁や電極板、その他の構成部材への反応生成物の堆積が厚膜化すると、ＲＦ（高周波）印加電極板等に設けられる、ガスをチャンバー内部へ導入するガス分散孔の孔径が小さくなり、このことに起因する、反応の面内均一性悪化が発生してしまう。
【０００４】
膜厚の均一性を向上するためには、特開昭６３−１８７６１９にあるように、プラズマＣＶＤ装置の電極板にある多数のガス分散孔の直径を、ＲＦ印加電極板の中央部と外周部分で異径にする、あるいは、ガス分散孔の密度を中央部と外周部分で変えるなどしている。しかしながら、この方法では、ガス分散孔の直径が初期状態と同じであれば、反応の均一性を良好なものに保つことが可能であるが、ガス分散孔への反応生成物の堆積が始まると、著しく均一性が低下する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開昭６３−１８７６１９
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明により解決すべき課題は、反応生成物の堆積に起因する電極板ガス分散孔の閉塞による、エッチング量や膜厚、膜質のプロセスチャンバー内での均一性低下が起こらないプラズマ処理装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
この発明は、多数のガス分散孔を設けたガス分散板を備えたプラズマ処理装置において、ガス分散孔の外周と接する防塞領域の中心線平均粗さＲａが防塞領域外の中心線平均粗さＲａの７０％以下であることを特徴とするプラズマ処理装置である。
【０００８】
また、この発明は、多数のガス分散孔を設けたガス分散板を備えたプラズマ処理装置において、ガス分散孔の外周と接する防塞領域の表面に１０μｍから２ｍｍの凹凸形状を設けたことを特徴するプラズマ処理装置である。
【発明の効果】
【０００９】
この発明は、多数のガス分散孔を設けたガス分散板を備えたプラズマ処理装置において、ガス分散孔の外周と接する防塞領域の中心線平均粗さＲａが防塞領域外の中心線平均粗さＲａの７０％以下であるので、エッチング量や膜厚、膜質の均一性を確保することができる。
【００１０】
また、この発明は、多数のガス分散孔を設けたガス分散板を備えたプラズマ処理装置において、ガス分散孔の外周と接する防塞領域の表面に１０μｍから２ｍｍの凹凸形状を設けたので、エッチング量や膜厚、膜質の均一性を確保することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】実施の形態１のプラズマＣＶＤ装置のチャンバーの縦断面の模式図である。
【図２】実施の形態１を説明するためのガス分散孔付近に設けられた防塞領域の模式図である。
【図３】実施の形態１を説明するためのＲＦ印加電極板のガス分散孔付近の図２のＡ−Ａ′部分の拡大図である。
【図４】実施の形態１を説明するためのＲＦ印加電極板のガス分散孔付近の図２のＡ−Ａ′断面の断面図である。
【図５】実施の形態１を説明するための反応生成物の堆積膜堆積時の防塞領域無しの場合の図２のＡ−Ａ′断面の断面図である。
【図６】実施の形態１を説明するための反応生成物の堆積膜堆積時の防塞領域有りの場合の図２のＡ−Ａ′断面の断面図である。
【図７】実施の形態２を説明するためのＲＦ印加電極板のガス分散孔付近の図２のＡ−Ａ′断面の断面図である。
【図８】実施の形態２を説明するための反応生成物の堆積膜堆積時の防塞領域無しの場合の図２のＡ−Ａ′断面の断面図である。
【図９】実施の形態２を説明するための反応生成物の堆積膜堆積時の防塞領域有りの場合の図２のＡ−Ａ′断面の断面図である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１のプラズマＣＶＤ装置を説明するための図であり、より具体的には、プラズマＣＶＤ装置のチャンバーの縦断面の模式図である。ここで、１はチャンバー、２はアノード、３はガス分散孔を備えたＲＦ印加電極板、４はワーク、５はワークステージ、６はカソード、７はヒータ、８はガス導入口、９はガス排気口を示している。
【００１３】
プラズマＣＶＤ装置では、上部にあるガス導入口８より反応性ガスを導入し、ＲＦ印加電極板に多数設けられたガス分散孔を通過してワーク側に導入したのち、平行平板型のＲＦ印加電極板３とカソード６との間に高周波電圧を印加してプラズマを発生させて、反応性ガスを分解・反応させてワーク４に所望の膜を成膜する。
【００１４】
例えば、反応性ガスとしてＳｉＨ4（モノシラン）とＮＨ3（アンモニア）を選択し、Ｓｉ（シリコン）のワークに成膜すると、ＳｉＮ（窒化珪素）膜を成膜することができる。
【００１５】
このような成膜プロセスにおいては、ワーク４への成膜以外に、チャンバー１の内壁や、ＲＦ印加電極板３へのＳｉＮ膜の堆積も同時に進行する。このワーク４以外に成膜されたＳｉＮ膜は、プラズマ発生時の温度上昇時や、ワーク４の交換時の温度低下時などのプロセスチャンバー１の温度変化時に、基材との熱膨張係数の差に起因する熱応力により剥離し、装置内でのパーティクル発塵の原因となる。たとえば、半導体製品の場合、パーティクルは製造歩留りを著しく低下させるなどの問題がある。
【００１６】
このため、プラズマ処理装置では、装置内部の堆積膜を除去し、パーティクルの発生を抑制するために、チャンバー１内の温度を製品処理温度より低温化し、基材と堆積膜との熱膨張係数差を利用して、意図的に応力を発生させることにより、堆積膜を剥離するといった、クリーニングプロセスなどが行われる。また、パーティクルの発生を抑制するために、チャンバー１の内壁に防着板を設置する、あるいは、ガス分散孔を備えたＲＦ印加電極板３に薬品処理やブラスト処理を施すということが行われる。
【００１７】
また、堆積膜は、ＲＦ印加電極板３に設けられたガス分散孔を閉塞するという問題を引き起こす。孔径が縮小したガス分散孔近傍では、ガス密度、流速が変化して反応均一性が悪化することにより、所望の膜質が得られない、あるいは、所定の膜厚が得られなくなり、製品の性能が低下するという問題がある。特に、堆積膜の剥離抑制のために、ガス分散孔を備えたＲＦ印加電極板３に薬品処理やブラスト処理を施していた場合は、この問題はより顕著になり、クリーニングを実施しても、ガス分散孔の閉塞が修復されずに、製品の性能低下が改善されない。
【００１８】
特許文献１のように、装置の製品処理開始時や、クリーニング直後の膜厚や膜質の面内均一性を考慮して、ガス分散孔の配置密度や孔径をＲＦ印加電極板内で変化させた場合では、孔径の経時変化に伴い、膜厚や膜質の面内均一性は悪化する。
【００１９】
図２は、実施の形態１を説明するためのガス分散孔付近に設けられた防塞領域の模式図である。ここで、ＲＦ印加電極板３に設けられたガス分散孔１０の外周には、防塞領域１１が設けられている。また、防塞領域１１の外周は、防塞領域以外の領域１２となる。なお、図において、同一の符号を付したものは、同一またはこれに相当するものであり、このことは明細書の全文において共通することである。また、明細書全文に表れている構成要素の形容は、あくまで例示であってこれらの記載に限定されるものではない。
【００２０】
また、図３は、実施の形態１を説明するためのＲＦ印加電極板のガス分散孔付近の図２のＡ−Ａ′部分の拡大図である。さらに、図４は、実施の形態１を説明するためのＲＦ印加電極板のガス分散孔付近の図２のＡ−Ａ′断面の断面図である。また、図５は、実施の形態１を説明するための反応生成物の堆積膜堆積時の防塞領域無しの場合の図２のＡ−Ａ′断面の断面図である。さらに、図６は、実施の形態１を説明するための反応生成物の堆積膜堆積時の防塞領域有りの場合の図２のＡ−Ａ′断面の断面図である。
【００２１】
図２のように、ＲＦ印加電極板３のガス分散孔１０の外周と少なくとも一部を接する領域に、ＲＦ印加電極板３のガス分散孔１０付近のＡ−Ａ′断面の断面図である図４のように、それ以外の電極板の領域と比較してＲａが７０％以下とする防塞領域１１を、図３のように、ガス分散孔１０の中心からガス分散孔１０の孔径の２倍までの範囲に設けることを特徴としている。
【００２２】
ここで、Ｒａとは、中心線平均粗さのことであり、算術平均粗さとも呼ばれるものであり、粗さ曲線を中心線から折り返し、その粗さ曲線と中心線によって得られた面積を長さLで割った値をマイクロメートルで表わしたものである。
【００２３】
例えば、この防塞領域１１は機械加工によりＲＦ印加電極板３の表面を研磨して平坦にしたのち、ガス分散孔１０とその周囲をピン状の冶具によりマスクを行い、残る表面にサンドブラスト処理を施すことにより形成する。
【００２４】
従来技術にあるように、ガス分散孔１０近傍に防塞領域１１を設けなかった場合、図５にあるように反応生成物の堆積膜１３にガス分散孔１０が閉塞されるが、このガス分散孔１０近傍の防塞領域１１では、その表面が平坦で表面積が小さいため、堆積膜１３との接着力が小さく、堆積膜１３がガス分散孔１０を閉塞する前に剥離するために図６にあるように、防塞領域１１の堆積膜１３の膜厚が薄くなり、ガス分散孔１０の閉塞を抑制することができる。
【００２５】
一般にガス分散孔１０の面積はＲＦ印加電極板全面積の０．１％程度である。防塞領域１１として十分機能し得るように、ガス分散孔１０の孔径の２倍程度の範囲に防塞領域１１を設けても、防塞領域１１の面積はＲＦ印加電極板全面積の０．５％以下である。この比率は十分に小さく、製品処理中に防塞領域１１から発生する堆積膜１３の剥離起因のパーティクルは、製造歩留りや製品性能には全く影響を及ぼさない。
【００２６】
すなわち、防塞領域１１は、ガス分散孔の中心を基準にしてガス分散孔の外周からガス分散孔の孔径の２倍までの領域としたので、エッチング量や膜厚、膜質の均一性を確保することができる。
【００２７】
また、堆積膜１３が完全に剥離しない場合でも、クリーニングにより、ガス分散孔１０周辺の堆積膜１３を選択的に剥離することが可能になるため、ガス分散孔１０の閉塞を抑制することができる。さらに、このプラズマ処理装置を用いてプラズマ処理を実施することができる。
【００２８】
実施の形態２．
次に、本発明の実施の形態２のプラズマＣＶＤ装置を例にして記述する。図１から図３は、実施の形態２でも同様に当てはまるものである。図７は、実施の形態２を説明するためのＲＦ印加電極板のガス分散孔付近の図２のＡ−Ａ′断面の断面図である。また、図８は、実施の形態２を説明するための反応生成物の堆積膜堆積時の防塞領域無しの場合の図２のＡ−Ａ′断面の断面図である。さらに、図９は、実施の形態２を説明するための反応生成物の堆積膜堆積時の防塞領域有りの場合の図２のＡ−Ａ′断面の断面図である。
【００２９】
本実施の形態では、ＲＦ印加電極板３のガス分散孔１０付近のＡ−Ａ′断面である図７のように、防塞領域１１に数１０μｍ〜２ｍｍ程度の大きな溝を放電加工により多重ループ状に形成している。これにより、防塞領域１１においてその他の領域よりエッジ部が多数設けられることになる。
【００３０】
従来技術にあるように、ガス分散孔１０近傍に防塞領域１１を設けなかった場合、図８にあるように堆積膜１３がガス分散孔１０を閉塞するが、エッジ部では堆積膜１３が剥離しやすいために、図９にあるように、防塞領域１１の堆積膜１３の膜厚が薄くなり、ガス分散孔１０の閉塞が抑制される。また、ガス分散孔１０周辺の表面積が増大するため、図８の防塞領域１１を設けない場合に比べ、ガス分散孔１０に堆積する膜が薄くなり、図９のようになるため、前述のエッジによる効果とあわせて、一層のガス分散孔１０の閉塞を抑制する効果が期待できる。
【００３１】
また、エッジ部において、堆積膜１３が完全に剥離しない場合でも、クリーニングにより、ガス分散孔１０周辺の堆積膜１３を選択的に剥離することが可能になるため、ガス分散孔１０の閉塞を抑制することができる。さらに、このプラズマ処理装置を用いてプラズマ処理を実施することができる。
【符号の説明】
【００３２】
１  チャンバー
２  アノード
３  ＲＦ印加電極板
４  ワーク
５  ステージ
６  カソード
７  ヒータ
８  ガス導入口
９  ガス排気口
１０  ガス分散孔
１１  防塞領域
１２  防塞領域以外の領域
１３  堆積膜。
【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】
2012114174.tif 000009
【図８】
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【図９】
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