特許 5768890 プラズマ成膜装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】5768890

(24)【登録日】2015年7月3日

(45)【発行日】2015年8月26日

(54)【発明の名称】プラズマ成膜装置

(51)【国際特許分類】

   C23C 16/503 20060101AFI20150806BHJP

   H01L 21/31 20060101ALI20150806BHJP

   C23C 16/44 20060101ALI20150806BHJP

【ＦＩ】

   C23C16/503

   H01L21/31 C

   C23C16/44 B

【請求項の数】11

【全頁数】14

(21)【出願番号】特願2013-535647(P2013-535647)

(86)(22)【出願日】2011年9月26日

(86)【国際出願番号】JP2011071796

(87)【国際公開番号】WO2013046286

(87)【国際公開日】20130404

【審査請求日】2013年10月28日

(73)【特許権者】

【識別番号】000001993

【氏名又は名称】株式会社島津製作所

(74)【代理人】

【識別番号】100083806

【弁理士】

【氏名又は名称】三好 秀和

(72)【発明者】

【氏名】鈴木 正康

【審査官】 浅野 裕之

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００１−１９２８３５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０５−２０９２７９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００７−２２７４３６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００９−２３１３８５（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｃ２３Ｃ １６／００〜１６／５６

Ｈ０１Ｌ ２１／３１

ＷＰＩ

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

基板が搭載される搭載面が主面にそれぞれ定義され、互いに離間し且つ平行に配置された複数の基板取り付け板を有する基板ホルダーが搬入されるチャンバーと、
互いに対向する２つの主面にそれぞれ開口部が設けられた貫通孔が複数形成され、前記チャンバー内で上下方向に延伸して配置される前記搭載面と前記２つの主面それぞれが対向するように前記複数の基板取り付け板の間にそれぞれ配置された複数のカソード電極と、
前記チャンバー内の前記基板ホルダーと前記カソード電極間にプロセスガスを導入するガス供給装置と、
前記基板ホルダーと前記カソード電極間に交流電力を供給して、基板ホルダーと前記カソード電極間において前記プロセスガスをプラズマ状態にする交流電源と
を備え、複数の前記貫通孔にそれぞれ生じたホローカソード放電が合わさって前記カソード電極の前記２つの主面に生じるマルチホロー放電によって、前記プロセスガスに含まれる原料を主成分とする薄膜を前記基板上に形成することを特徴とするプラズマ成膜装置。

【請求項2】

前記ガス供給装置が、下方から上方に向かって前記チャンバー内にプロセスガスを導入することを特徴とする請求項１に記載のプラズマ成膜装置。

【請求項3】

前記ガス供給装置が、前記カソード電極の底面に沿って配置されたガス供給ノズルから前記カソード電極の底部に向けて前記プロセスガスを噴き出すことを特徴とする請求項２に記載のプラズマ成膜装置。

【請求項4】

前記複数の基板取り付け板が、前記複数のカソード電極と交互に、且つ最外側が前記基板取り付け板であるように配列され、前記基板取り付け板の前記カソード電極に対向する面に前記搭載面がそれぞれ定義されていることを特徴とする請求項１に記載のプラズマ成膜装置。

【請求項5】

前記基板ホルダーが、
前記複数の基板取り付け板のそれぞれの底部を固定し、上下方向に貫通するガス導入孔が前記複数の基板取り付け板間に形成された固定板を有し、
前記ガス導入孔を介して前記基板取り付け板と前記カソード電極間に前記プロセスガスが導入されることを特徴とする請求項１に記載のプラズマ成膜装置。

【請求項6】

前記チャンバーが円筒形状であることを特徴とする請求項１に記載のプラズマ成膜装置。

【請求項7】

前記薄膜を前記基板上に形成する前に前記基板ホルダーが格納される加熱室を更に備え、前記加熱室が、
前記複数の基板取り付け板の間に配置されて、前記基板ホルダー及び前記搭載面に搭載された前記基板を加熱するスロットヒータ
を備えることを特徴とする請求項１に記載のプラズマ成膜装置。

【請求項8】

前記基板ホルダー及び前記カソード電極の少なくともいずれかがカーボンからなることを特徴とする請求項１に記載のプラズマ成膜装置。

【請求項9】

前記カソード電極の表面粗さについて最大高さが６．３Ｓ以下であることを特徴とする請求項１に記載のプラズマ成膜装置。

【請求項10】

前記基板ホルダーの表面粗さにおける最大高さが２５Ｓ以下であることを特徴とする請求項１に記載のプラズマ成膜装置。

【請求項11】

基板が搭載される搭載面を有する基板ホルダーが搬入されるチャンバーと、
前記チャンバー内で上下方向に延伸して配置される前記搭載面と対向するように配置されたカソード電極と、
前記カソード電極の底面に沿って配置されたガス供給ノズルから前記カソード電極の底部に向けてプロセスガスを噴き出し、前記チャンバー内の前記基板ホルダーと前記カソード電極間に下方から上方に向かって前記プロセスガスを導入するガス供給装置と、
前記基板ホルダーと前記カソード電極間に交流電力を供給して、基板ホルダーと前記カソード電極間において前記プロセスガスをプラズマ状態にする交流電源と
を備え、前記プロセスガスに含まれる原料を主成分とする薄膜を前記基板上に形成することを特徴とするプラズマ成膜装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、プラズマを形成して成膜を行うプラズマ成膜装置に関する。

【背景技術】

【0002】

半導体デバイスの製造工程において、高精度のプロセス制御が容易であるという利点から、成膜工程においてプラズマ成膜装置が用いられている。例えば、プラズマ成膜装置としてプラズマ化学気相成長（ＣＶＤ）装置が知られている。

【0003】

プラズマＣＶＤ装置では、高周波電力などにより原料ガスがプラズマ化され、化学反応によって基板上に薄膜が形成される。複数の電極板を用意し、それぞれの電極板に基板を配置することで処理能力を向上させたプラズマＣＶＤ装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】国際公開第０２／２０８７１号パンフレット

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

チャンバー内のすべての基板に、均一且つ高い成膜効率で膜を形成するために、電極内部からプロセスガスを供給するシャワー電極を用いる方法が採用されている。しかし、シャワー電極から均一にプロセスガスを噴き出させるためには、電極内部でプロセスガスが均一に分散されている必要がある。特に複数の電極に基板がそれぞれ搭載された場合には、均一分散のためにはシャワー電極を大型にする必要がある。その結果、プラズマ成膜装置が大型化するという問題があった。

【0006】

上記問題点に鑑み、本発明は、基板に均一な膜を効率よく形成可能で、且つ大型化が抑制されたプラズマ成膜装置を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0007】

本発明の一態様によれば、（イ）基板が搭載される搭載面が主面にそれぞれ定義され、互いに離間し且つ平行に配置された複数の基板取り付け板を有する基板ホルダーが搬入されるチャンバーと、（ロ）互いに対向する２つの主面にそれぞれ開口部が設けられた貫通孔が複数形成され、チャンバー内で上下方向に延伸して配置される搭載面と２つの主面それぞれが対向するように複数の基板取り付け板の間にそれぞれ配置された複数のカソード電極と、（ハ）チャンバー内の基板ホルダーとカソード電極間にプロセスガスを導入するガス供給装置と、（ニ）基板ホルダーとカソード電極間に交流電力を供給して、基板ホルダーとカソード電極間においてプロセスガスをプラズマ状態にする交流電源とを備え、複数の貫通孔にそれぞれ生じたホローカソード放電が合わさってカソード電極の２つの主面に生じるマルチホロー放電によって、プロセスガスに含まれる原料を主成分とする薄膜を基板上に形成するプラズマ成膜装置が提供される。

【発明の効果】

【0008】

本発明によれば、基板に均一な膜を効率よく形成可能で、且つ大型化が抑制されたプラズマ成膜装置を提供できる。

【図面の簡単な説明】

【0009】

【図1】本発明の実施形態に係るプラズマ成膜装置の構成を示す模式図である。

【図2】本発明の実施形態に係るプラズマ成膜装置に使用される基板ホルダーの例を示す模式図である。

【図3】本発明の実施形態に係るプラズマ成膜装置のカソード電極の例を示す模式的な構造図である。

【図4】比較例のカソード電極の例を示す模式的な構造図である。

【図5】本発明の実施形態に係るプラズマ成膜装置のカソード電極の例を示す模式図である。

【図6】本発明の実施形態に係るプラズマ成膜装置におけるプロセスガスの導入方法を説明するための模式図である。

【図7】本発明の実施形態に係るプラズマ成膜装置におけるガス供給ノズルの配置方法を説明するための模式図である。

【図8】本発明の実施形態に係るプラズマ成膜装置における基板の搭載方法を説明するための模式図である。

【図9】本発明の実施形態に係るプラズマ成膜装置のガス供給ノズルの形状例を示す模式図であり、図９（ａ）〜図９（ｃ）の上方に示した図が平面図であり、下方に示した図は平面図のＩ−Ｉ方向に沿った断面図である。

【図10】本発明の実施形態に係るプラズマ成膜装置における排気方法を説明するための模式図である。

【図11】本発明の実施形態に係るプラズマ成膜装置における他の排気方法を説明するための模式図である。

【図12】本発明の実施形態の変形例に係るプラズマ成膜装置の構成を示す模式図である。

【図13】本発明の実施形態の他の変形例に係るプラズマ成膜装置の構成を示す模式図である。

【図14】本発明の実施形態の他の変形例に係るプラズマ成膜装置の構成を示す模式図である。

【図15】本発明の実施形態に係るプラズマ成膜装置をインライン式成膜装置の成膜室に適用した例の構成を示す模式図である。

【図16】本発明の実施形態に係るプラズマ成膜装置のチャンバーが円筒形状である場合の模式図である。

【図17】本発明の実施形態に係るプラズマ成膜装置の加熱室の構成例を示す模式図である。

【図18】本発明の実施形態に係るプラズマ成膜装置をインライン式成膜装置の成膜室に適用した他の例の構成を示す模式図である。

【発明を実施するための形態】

【0010】

次に、図面を参照して、本発明の実施形態を説明する。以下の図面の記載において、同一又は類似の部分には同一又は類似の符号を付している。ただし、図面は模式的なものであることに留意すべきである。又、以下に示す実施形態は、この発明の技術的思想を具体化するための装置や方法を例示するものであって、この発明の実施形態は、構成部品の構造、配置などを下記のものに特定するものでない。この発明の実施形態は、請求の範囲において、種々の変更を加えることができる。

【0011】

本発明の実施形態に係るプラズマ成膜装置１０は、図１に示すように、基板１が搭載される搭載面１１０を有する基板ホルダー１１が搬入されるチャンバー２０と、チャンバー２０内に配置されたカソード電極１２と、チャンバー２０内の基板ホルダー１１とカソード電極１２間にプロセスガス１００を導入するガス供給装置１３と、基板ホルダー１１とカソード電極１２間に交流電力を供給して、基板ホルダー１１とカソード電極１２間においてプロセスガス１００をプラズマ状態にする交流電源１４とを備える。チャンバー２０内で上下方向に延伸して配置される搭載面１１０と対向するように、カソード電極１２が配置されている。プラズマ成膜装置１０によれば、プロセスガス１００に含まれる原料を主成分とする薄膜が基板１上に形成される。

【0012】

プラズマ成膜装置１０では、基板ホルダー１１がアノード電極として使用されている。図１に示した例では、基板ホルダー１１は接地されている。

【0013】

基板ホルダー１１は、例えば搭載面１１０と垂直な断面が櫛形形状をなす構造を採用可能である。即ち、図２に示すような、搭載面１１０が主面にそれぞれ定義され、互いに離間し且つ平行に配置された複数の基板取り付け板１１１と、基板取り付け板１１１のそれぞれの底部を固定する固定板１１２とを有する基板ホルダー１１を採用可能である。図２では基板取り付け板１１１が５枚である例を示したが、基板取り付け板１１１の枚数は５枚に限られない。

【0014】

このとき、図１に示すように、複数の基板取り付け板１１１が複数のカソード電極１２と交互に、且つ最外側が基板取り付け板１１１であるように配列される。基板取り付け板１１１のカソード電極１２に対向する面には、搭載面１１０がそれぞれ定義されている。

【0015】

プラズマ成膜装置１０では、基板１が搭載された状態の基板ホルダー１１がチャンバー２０に搬入される。その後、ガス供給装置１３からチャンバー２０内に成膜用の原料ガスを含むプロセスガス１００が導入される。

【0016】

プロセスガス１００を導入後、排気装置１５によってチャンバー２０内の圧力が調整される。チャンバー２０内のプロセスガス１００の圧力が所定のガス圧に調整された後、交流電源１４によって所定の交流電力がカソード電極１２と基板ホルダー１１間に供給される。これにより、チャンバー２０内のプロセスガス１００がプラズマ化される。形成されたプラズマに基板１を曝すことにより、原料ガスに含まれる原料を主成分とする所望の薄膜が基板１の露出した表面に形成される。なお、図示を省略した基板加熱ヒータによって、成膜処理中の基板１の温度を設定してもよい。成膜処理中の基板１の温度を所定の温度に設定することにより、成膜速度を速めたり、膜質を向上させたりすることができる。

【0017】

プラズマ成膜装置１０において原料ガスを適宜選択することによって、所望の薄膜を形成できる。例えば、シリコン半導体薄膜、シリコン窒化薄膜、シリコン酸化薄膜、シリコン酸窒化薄膜、カーボン薄膜などを基板１上に形成することができる。具体的には、アンモニア（ＮＨ₃）ガスとシラン（ＳｉＨ₄）ガスの混合ガスを用いて、基板１上に窒化シリコン（ＳｉＮ）膜が形成される。或いは、シラン（ＳｉＨ₄）ガスとＮ₂Ｏガスの混合ガスを用いて、基板１上に酸化シリコン（ＳｉＯx）膜が形成される。

【0018】

カソード電極１２には、例えば図３に示すようにカソード電極１２を厚さ方向に貫通する貫通孔１２０が形成されていることが好ましい。貫通孔１２０の開口部は、基板取り付け板１１１の搭載面１１０と対向するようにカソード電極１２の表面に形成されている。図３には、基板ホルダー１１の基板取り付け板１１１が３枚であり、カソード電極１２が２枚である場合を例示した。

【0019】

表面に開口部が設けられたカソード電極１２は、ホローカソード放電を発生させるホローカソード電極として機能する。ホローカソード放電では、カソード電極１２の表面へのイオン入射によりカソード電極１２から放出される電子が電界の無いカソード電極１２内部に閉じ込められることで、高密度電子の空間が形成される。高電子密度領域に侵入したガス分子は電離と再結合を繰り返し、再結合時には高輝度の発光として観測される。高密度プラズマ中で生成された前駆体はラジカル種であり、電極電位に関係なく貫通孔１２０の外側へ拡散し、基板取り付け板１１１の搭載面１１０に配置された基板１の表面に薄膜を形成する。

【0020】

一方、内部からプロセスガス１００が供給されるシャワー電極構造を採用し、且つ、表面に凹部４０１が形成された図４に示すカソード電極１２Ａでは、ホローカソード放電による高密度プラズマが生成される凹部４０１からプロセスガス１００が均一に放出される。これにより、カソード電極１２Ａの全面でプラズマの均一性を得ることができる。

【0021】

しかしながら、図４に示したカソード電極１２Ａにおいて、多数の凹部４０１にプロセスガス１００を均一に供給することは困難であり、ガス噴き出し口４０２の開口径や長さ、プロセスガス１００の流量や圧力などに、種々の制約がある。更に、ガス噴き出し口４０２は直径が０．３ｍｍ〜０．４ｍｍ程度の極微小径であるため、目詰まりを起こしやすい。目詰まりのためにプロセスガス１００を導入できない場合には、目詰まりを起こした凹部４０１ではホローカソード放電が生じないため、カソード電極１２Ａの全面での放電の均一性が維持できない。

【0022】

これに対し、図３に示したカソード電極１２では、カソード電極１２を介さずにプロセスガス１００が導入される。貫通孔１２０の直径はシャワー電極に必要な孔の直径よりもかなり大きいため、目詰まりの心配が無く、更に、メンテナンスも容易である。貫通孔１２０の直径は３．８ｍｍ〜８．０ｍｍ程度であり、例えば５ｍｍである。

【0023】

また、図３に示したカソード電極１２の両面にそれぞれ励起されるプラズマは、貫通孔１２０によって連結する。このため、カソード電極１２の両面におけるプラズマ濃度の濃淡の差は自然に補正され、カソード電極１２の両面に密度が均一なプラズマ空間を生成できる。

【0024】

上記のように、カソード電極１２に多数の貫通孔１２０を形成したマルチホローカソード構造を採用することによって、カソード電極１２の両面に均一なマルチホロー放電を得ることができる。「マルチホロー放電」とは、各貫通孔１２０にそれぞれ生じたホローカソード放電が合わさってカソード電極１２の表面に生じる放電である。これにより、カソード電極１２の表面に均一な高密度プラズマを実現することができる。その結果、原料ガスが効率よく分解され、高速で大面積に均一に薄膜が基板１上に形成される。

【0025】

貫通孔１２０は、カソード電極１２の表面に最密に配置することが好ましい。貫通孔１２０をできるだけ高い密度で配置することにより、カソード電極１２の両面で均一な高電子密度電界を容易に形成することができる。図５に、貫通孔１２０の開口部が形成されたカソード電極１２の表面の例を示す。

【0026】

なお、カソード電極１２の貫通孔１２０の内面は２次電子放出率の良好な材料を採用し、表面処理をすることが好ましい。例えば、安価且つ加工が容易で、洗浄などのメンテナンスが容易なカーボン材などがカソード電極１２の材料に好適である。例えばフッ酸処理によって、カーボン材のカソード電極１２を洗浄できる。また、カーボン材を使用することにより、プラズマ処理工程における高温による変形が生じない。或いは、金属酸化膜が容易に形成されるアルミニウム合金なども、ホローカソード電極に適した材料である。他に、カーボン繊維入りカーボン、ステンレス合金、銅、銅合金、ガラス、セラミックスなどをカソード電極１２に使用できる。または、上記の材料にアルマイト処理、めっき、溶射でコーティングを施してもよい。

【0027】

アノード電極として使用される基板ホルダー１１についても、カーボン材が好適に用いられる。また、カーボン繊維入りカーボン、アルミニウム合金、ステンレス合金、銅、銅合金、ガラス、セラミックスなどを基板ホルダー１１に使用できる。または、これらの材料にアルマイト処理、めっき、溶射でコーティングを施してもよい。

【0028】

チャンバー２０内では、基板ホルダー１１とカソード電極１２間に、下方から上方に向かってプロセスガス１００を導入することが好ましい。下方からプロセスガス１００を導入することにより、比重の軽いプラズマ化したガス分子、ラジカル粒子は上方流としてカソード電極１２の表面を自然に流れ上がる。したがって、シャワー電極のような複雑な構造を用いなくても、カソード電極１２の表面に均一にプロセスガスが供給される。

【0029】

なお、カソード電極１２の表面は、プロセスガス１００がスムーズに流れるように、仕上げ記号が「▽▽▽」で表される程度に平坦であることが好ましい。つまり、最大高さＲｙが６．３Ｓ、十点平均粗さＲｚが６．３Ｚ、算術平均粗さＲａが１．６ａよりも小さいことが好ましい。カソード電極１２の表面粗さを小さくすることによって、基板１に形成される薄膜の成長速度を上げることができる。

【0030】

同様に、基板ホルダー１１の表面も、仕上げ記号が「▽▽」で表される程度に平坦であることが好ましい。つまり、最大高さＲｙが２５Ｓ、十点平均粗さＲｚが２５Ｚ、算術平均粗さＲａが６．３ａよりも小さいことが好ましい。

【0031】

下方から上方に向かってプロセスガス１００を導入するために、図６に示したように、ガス供給装置１３のプロセスガス１００を噴き出すガス供給ノズル１３０は、カソード電極１２の底面に沿ってカソード電極１２の直下に配置されている。ガス供給ノズル１３０からカソード電極１２の底部に向けてプロセスガス１００を噴き出すことにより、カソード電極１２の両面にほぼ均等にプロセスガス１００を供給することができる。

【0032】

このとき、図２に示すように基板ホルダー１１が固定板１１２を有する形状である場合は、図６に示すように、固定板１１２を上下方向に貫通するガス導入孔１１３が基板取り付け板１１１間で固定板１１２に形成される。ガス導入孔１１３を介してチャンバー２０の下方から基板取り付け板１１１とカソード電極１２間にプロセスガス１００が導入される。なお、図６に示すように基板ホルダー１１が支持台３０によってチャンバー２０内で支持されている場合には、支持台３０のガス導入孔１１３の対応する位置に、支持台３０を上下方向に貫通する導入孔３１が形成される。

【0033】

ガス供給ノズル１３０が複数ある場合には、図７に示すようにカソード電極１２の底面に沿ってガス供給ノズル１３０が配列される。カソード電極１２を透過して基板取り付け板１１１を図示した図８のように、基板取り付け板１１１のカソード電極１２に対向する面に搭載面１１０がそれぞれ定義されている。これにより、基板１はカソード電極１２に対向して配置される。

【0034】

ガス供給ノズル１３０の噴き出し口の形状例を図９（ａ）〜図９（ｃ）に示す。図９（ａ）は、円筒形状のガス供給ノズル１３０の先端に直径に沿って溝を形成し、溝の中心部分に噴き出し口を配置した例である。図９（ｂ）は、円筒形状のガス供給ノズル１３０の先端に凹部を設け、凹部の底面の中心部分に噴き出し口を配置した例である。図９（ｃ）は、円筒形状のガス供給ノズル１３０の先端の中心部分に噴き出し口を配置した例である。

【0035】

プロセスガス１００が複数の種類のガスを混合したガスである場合に、すべてのガスを混合したプロセスガス１００をガス供給ノズル１３０から供給してもよいし、ガスの種類毎に異なるガス供給ノズル１３０からガスをそれぞれ供給してもよい。

【0036】

排気装置１５の構成例を図１０に示す。図１０に示した排気装置１５は、図示を省略したチャンバー２０の上部に配置される。排気装置１５は、基板ホルダー１１及びカソード電極１２の上方に配置された第１の排気調整板１５１と、第１の排気調整板１５１の外縁部の下方に位置するように配置された枠形状の第２の排気調整板１５２とを有する。基板ホルダー１１及びカソード電極１２の上方に流れ込んだプロセスガス１００は、図１０に示すように、第１の排気調整板１５１と第２の排気調整板１５２との隙間を通過して、第１の排気調整板１５１の外縁部からチャンバー２０の外部に排出される。排気装置１５は第１の排気調整板１５１と第２の排気調整板１５２との隙間の広さを制御することで、排気量を調整する。

【0037】

図１１に排気装置１５の他の構成例を示す。図１１に示した排気装置１５は、図示を省略したチャンバー２０の上部に配置され、上下方向に貫通する多数の排気孔１５０を有する。プロセスガス１００は、排気孔１５０を介してチャンバー２０の外部に排気される。排気装置１５は排気孔１５０の開口度を制御することで、排気量を調整する。

【0038】

本発明の実施形態に係るプラズマ成膜装置１０によれば、基板ホルダー１１をアノード電極として使用することにより、基板１の成膜面を垂直にしてチャンバー２０内に基板１を配置できる。このため、複数のカソード電極１２がチャンバー２０内に配置される。したがって、成膜面を上下方向に向けた基板１を平板の基板プレートなどに搭載して成膜処理するプラズマ成膜装置に比べて、図１に示したプラズマ成膜装置１０では数多くの基板１をチャンバー２０内に同時に収納することが可能であり、処理能力を格段に向上することができる。

【0039】

更に、貫通孔１２０が形成されたカソード電極１２を採用することにより、カソード電極１２の両面において均一で高密度のプラズマを安定して生成することができる。このとき、交流電源１４の供給する交流電力の周波数に関係なく、大面積で均一な高密度プラズマの生成が可能である。交流電源１４が供給する交流電力の周波数を、例えば６０Ｈｚ〜２７ＭＨｚ程度に設定しても、均一で高密度のプラズマを生成できる。つまり、高価なＶＨＦ帯の交流電力を供給する交流電源を使用する必要がない。プラズマ成膜装置１０では、例えば２５０ＫＨｚのような低周波ＲＦ帯であっても、ＶＨＦ帯の交流電源を使用する従来のプラズマ成膜装置と同等以上の高密度プラズマを得ることができる。

【0040】

その結果、高速で均一に大面積の薄膜を基板１上に形成することができる。つまり、プラズマ成膜装置１０によれば、形成される膜の膜厚、膜質の均一性が向上すると共に、成膜速度が向上する。

【0041】

また、プラズマ成膜装置１０では、構造が複雑で、微細孔を形成する必要のあるシャワー電極を使用する必要がない。このため、シャワー電極のような頻繁なメンテナンスが不要である。更に、シャワー電極ではプロセスガス１００を均一に分散させるために大型化する必要があるのに対し、プラズマ成膜装置１０では大型化が不要である。したがって、プラズマ成膜装置１０によれば、チャンバー２０内のすべての基板に均一な膜を効率よく形成可能で、且つ大型化が抑制されたプラズマ成膜装置を提供できる。

【0042】

更に、数千個以上の微細孔加工が必要なシャワー電極を用いたプラズマ成膜装置と比較して、プラズマ成膜装置１０の製造期間は短く、且つ製造歩留まりが向上する。このため、プラズマ成膜装置１０の製造コストが抑制される。

【0043】

図１２に、交流電源１４が出力する交流電力を、パルスジェネレータ１６を介して基板ホルダー１１とカソード電極１２間に供給する例を示す。図１２に示した例では、パルスジェネレータ１６の出力がカソード電極１２に供給され、基板ホルダー１１は接地されている。交流電力の供給を一定の周期で停止することにより、チャンバー２０内においてプラズマが安定して形成される。これは、交流電力の供給に停止期間を設けることによって電子の温度が下がり、放電の安定性が向上するためである。ただし、オフ時間を長く設定しすぎるとパワー効率が低下するため、注意が必要である。

【0044】

例えば、交流電力を供給するオン時間を６００μ秒、交流電力の供給を停止するオフ時間を５０μ秒として、オン時間とオフ時間を交互に繰り返すように基板ホルダー１１とカソード電極１２間に交流電力が供給される。なお、オン時間は１００μ秒〜１０００μ秒程度、オフ時間は１０μ秒〜１００μ秒程度の範囲で設定されることが好ましい。

【0045】

上記のように基板ホルダー１１とカソード電極１２間への交流電力の供給をパルス制御して、交流電力の供給を周期的にオン・オフさせることより、異常放電の発生を抑制できる。

【0046】

図１３に、カソード電極１２に装着された交流電源１４とは別に、アノード電極である基板ホルダー１１に交流電源１７を装着した例を示す。アノード電極に交流電力を供給することによって、基板１に形成される薄膜の膜質を向上できる。交流電源１７の供給する交流電力の周波数は、交流電源１４の供給する交流電力の周波数と同等か、或いは低くともよい。例えば、交流電源１７が供給する交流電力の周波数は６０Ｈｚ〜２７ＭＨｚ程度に設定される。

【0047】

なお、交流電源１４からは交流電力を供給せず、交流電源１７のみから交流電力を供給することにより、基板１のプラズマクリーニングを実施できる。例えば、スパッタ用のガスをチャンバー２０内に導入し、交流電源１７から交流電力を供給しながらのスパッタエッチングによって、基板１をクリーニングする。

【0048】

なお、図１４に示すように、交流電源１４の出力をパワースプリッタ１８によって分割して、分割された交流電力をカソード電極１２と基板ホルダー１１にそれぞれ供給してもよい。これにより、図１３に比べて交流電源の数を減らすことができる。基板ホルダー１１に供給する電力はカソード電極１２に供給する電力に比べて小さくてよい。例えば、カソード電極１２に９０％〜１００％の交流電力を供給し、基板ホルダー１１に１０％〜０％の交流電力を供給する。

【0049】

図１に示したプラズマ成膜装置１０は、例えばインライン式成膜装置の成膜室として使用可能である。図１５に、取込／加熱室２１０、成膜室２２０、取出し室２３０の３室からなるインライン式成膜装置２００の例を示す。

【0050】

インライン式成膜装置２００では、基板１が搭載された基板ホルダー１１が取込／加熱室２１０に取り込まれる。基板１が取込／加熱室２１０で所定の温度まで予備加熱された後、開閉式のゲート２４０Ａを介して基板ホルダー１１が取込／加熱室２１０から成膜室２２０に搬送される。成膜室２２０において基板１に薄膜が形成された後、開閉式のゲート２４０Ｂを介して基板ホルダー１１は成膜室２２０から取出し室２３０に搬送される。その後、取出し室２３０から基板ホルダー１１が取り出される。基板ホルダー１１は、図示を省略した搬送装置によって、インライン式成膜装置２００の各室間を搬送される。

【0051】

なお、図１６に示すように、チャンバー２０は円筒形状であることが好ましい。円筒形状とすることにより、チャンバー２０は真空容器として十分な強度を有することができる。このため、チャンバー２０の厚みを薄くしても、加熱時を含めて十分な強度を安価で簡単な構造で実現できる。

【0052】

図１７に、取込／加熱室２１０の構成例を示す。取込／加熱室２１０は、基板ホルダー１１の上下に配置されたヒータ２１１Ａと、基板取り付け板１１１間に基板取り付け板１１１と平行に配置されたスロットヒータ２１１Ｂとを備える。基板ホルダー１１は支持台２１２によって取込／加熱室２１０内で支持されている。なお、支持台２１２とスロットヒータ２１１Ｂとの間には防熱板２１３が配置されている。

【0053】

スロットヒータ２１１Ｂが基板ホルダー１１及び搭載面１１０に搭載された基板１を加熱することにより、基板１と基板ホルダー１１間に温度差が生じることを防止できる。例えば基板ホルダー１１の温度をモニタしながら予備加熱する場合などに、基板１の温度を精度良く調整できる。

【0054】

ヒータ２１１Ａ、スロットヒータ２１１Ｂには、ランプヒータ、セラミックスヒータ、シーズヒータ、或いは誘導加熱ヒータなどが採用可能である。

【0055】

上記では、３室からなるインライン式成膜装置２００の例を示したが、図１に示したプラズマ成膜装置１０を、図１８に示すような２室からなるインライン式成膜装置２００に適用してもよい。加熱室２１１と成膜室２２０の２室からなるインライン式成膜装置２００では、加熱室２１１において基板ホルダー１１の取り込みと取り出しが行われる。加熱室２１１に取り込まれた基板１が加熱室２１１で所定の温度まで予備加熱された後、開閉式のゲート２４１を介して基板ホルダー１１が成膜室２２０に搬送される。成膜室２２０において基板１に薄膜が形成された後、ゲート２４１を介して基板ホルダー１１は加熱室２１１に搬送される。その後、加熱室２１１から基板ホルダー１１が取り出される。なお、図１７に示した取込／加熱室２１０と同様に、図１８に示した加熱室２１１においても、基板取り付け板１１１の間にスロットヒータ２１１Ｂを配置することが好ましい。

【0056】

上記のように、本発明は実施形態によって記載したが、この開示の一部をなす論述及び図面はこの発明を限定するものであると理解すべきではない。この開示から当業者には様々な代替実施形態、実施例及び運用技術が明らかとなろう。

【0057】

例えば、基板ホルダー１１が複数の基板取り付け板１１１と固定板１１２とで構成される例を示したが、基板ホルダー１１の形状はこれに限られない。例えば、基板ホルダー１１が単体の板であってもよい。

【0058】

このように、本発明はここでは記載していない様々な実施形態等を含むことは勿論である。したがって、本発明の技術的範囲は上記の説明から妥当な請求の範囲に係る発明特定事項によってのみ定められるものである。

【産業上の利用可能性】

【0059】

本発明のプラズマ成膜装置は、基板に膜を形成する半導体デバイスの製造業に利用可能である。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】

【図17】

【図18】