JPH07118464B2 - プラズマ付着装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、プラズマ付着装置に関し、特に半導体集積
回路等における層間絶縁膜や保護膜（SiN_x膜やSiO₂膜）
の成膜に使用されるECR（Electron Cyclotron Resonanc
e:電子サイクロトロン共鳴）プラズマCVD装置に関する
ものである。

〔従来の技術〕

前記のような半導体集積回路の絶縁膜等を成膜する方法
としては、従来よりプラズマCVD法が採用されている。
このプラズマCVD法は、例えば、反応室の載置台上に基
板を載置するとともに、この基板に対向して平行平板電
極を設け、該電極に高周波を印加してグロー放電を起こ
させ、これにより反応ガスを励起して基板を低温に保っ
たまま反応を生じさせ、成膜を行うものである。

ところで最近、プラズマCVD法の一種として、ECRプラズ
マCVD法が開発され、既に実用に供されている。このECR
プラズマCVD法は、ECRイオン源と発散磁界を組み合わせ
て成膜を行うものであり、通常のプラズマCVD法では得
られない特徴、即ち、より低温で成膜することができ、
成膜速度が高速であるといったような種々の特徴を有す
るものである。

以下、このECRプラズマCVD法について簡単に説明する
と、装置の構成としては、主に、プラズマ発生のための
プラズマ室，このプラズマ室の周囲に配置された磁気回
路としての電磁コイル，及び基板が収納される反応室か
らなっている。そして、プラズマ室内にプラズマ発生用
のガス及びマイクロ波を導入するとともに、このプラズ
マ室内に、前記電磁コイルにより前記導入されるマイク
ロ波に対して電子サイクロトロン共鳴条件を満たす磁界
を形成し、低ガス圧下において高密度のプラズマを形成
する。また、前記磁界は発散磁界となっており、プラズ
マ室内で発生したプラズマをこの発散磁界に沿って反応
室に導き、ここで反応ガスと反応させて、基板上に絶縁
膜等の薄膜を形成する。

〔発明が解決しようとする課題〕

このようなECRプラズマCVD法は、前述のように、低温で
成膜できること及び成膜速度が高速であること等の利点
を有するものである。ところが、成膜可能な基板面積及
びその均一性という点から見ると、従来の通常のプラズ
マCVD装置が、800×800〜1000×1000mmの大きさの基板
への膜形成が可能であり、また均一性は前記範囲で±５
％という値であるのに対し、ECRプラズマCVD装置では、
４〜８インチ（100〜200mm）程度で、また膜厚の均一性
も、６インチの範囲で±５％程度であり、基板の大面積
化，膜厚の均一性という点で問題がある。

そこで、従来のECRプラズマCVD装置自体をそのまま大型
化することも考えられるが、このようにすると、プラズ
マ室内に構成されるモードが所定のモードとなって均一
のプラズマが発生するか否かといった問題や、またプラ
ズマ室内で電子サイクロトロン共鳴条件を満たす磁界を
発生させるためには、電磁コイルも当然大型化し、磁束
分布の均一性や重量の問題があり、単純に装置を大型化
することによって前記大面積化，均一性を実現すること
は困難であると思われる。さらに装置の大型化により、
ラジカルな、即ち等方的な分子も増加し、このような分
子が基板に付着して良質な膜形成が行えないという問題
がある。

この発明は、かかる点に鑑みてなされたもので、確実に
しかも容易に大面積の基板に均一に膜付けを行うことの
できるプラズマ付着装置を得ることを目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

この発明に係るプラズマ付着装置は、ECRプラズマCVD装
置において、プラズマ室を複数個設けるとともに、前記
複数のプラズマ室と基板との間の基板近傍に、その中央
部に開口を有する防着カバーを設け、前記基板を移動さ
せながら前記防着カバーの開口を介して膜形成を行うよ
うにしたものである。

〔作用〕

この発明においては、通常のECRプラズマCVD法の操作に
より、複数のプラズマ室内にプラズマを発生させ、これ
らを発散磁界により引き出して反応室内に導入し、各プ
ラズマ流に沿って反応物質を基板上に到達させる。従っ
て広い面積にわたってプラズマ流が照射されることとな
り、大面積の基板に膜形成が可能となる。しかも、基板
を移動させるとともに、この基板近傍に開口を有する防
着カバーを設置しているから、この防着カバーの開口を
介して均一なプラズマ流のみが移動する基板の全面に照
射されることとなり、大面積にわたって均一な膜形成が
行われる。

〔実施例〕

以下、本発明の実施例を図に基づいて説明する。第１図
は本発明の一実施例によるプラズマ付着装置の断面構成
図であり、図において、11,12はそれぞれ空洞共振器と
なるように構成されたプラズマ室であり、図示していな
いが、マイクロ波導入窓，マイクロ波引き出し窓等が設
けられている。また、このプラズマ室11,12のそれぞれ
にはプラズマ発生用のガスを導入するためのガス導入口
11a,12aが設けられるととともに、マイクロ波導入のた
めの矩形導波管21,22が接続されている。この矩形導波
管21,22はＴ分岐20を介して図示しないマイクロ波源に
接続されている。なおマイクロ波源としては、ここでは
周波数2.45GHzのマグネトロンを用いる。

前記各プラズマ室11,12の周囲には磁気回路としての電
磁コイル３及び3aが配設されており、この電磁コイル３
及び3aにより磁界の強度は、マイクロ波による電子サイ
クロトロン共鳴の条件が前記両プラズマ室11,12の内部
で成立するように決定される。ここで、前記周波数2.45
GHzのマイクロ波に対して電子サイクロトロン共鳴を起
こすための磁束密度は、875ガウスである。また、この
電磁コイル３及び3aによって発生する磁界は、上方に向
けて発散する発散磁界となる。

また、前記プラズマ室11,12の上方には、反応室４が設
けられており、この反応室４内には、前記プラズマ室1
1,12に対向して基板５が配設されている。基板５は図示
しない基板ホルダに保持され、図中左右方向に往復動可
能となっている。前記基板５の下方には、該基板５に近
接して防着カバー６が設けられ、該防着カバー６の中央
部には、開口部6aが形成されている。即ち、この開口部
6aは、第２図の平面図に示すように、基板５に対して均
一なプラズマ流Ｐが照射される領域に対応して形成され
ている。さらにこの反応室４内には、前記各プラズマ室
11,12のプラズマ引き出し口に対向して、シャッタ71,72
が開閉可能に設けられている。なお、８はこの反応室４
内に反応ガスを導入するためのガス導入口であり、図示
していないが、排気系もこの反応室４に接続されてい
る。

次に作用について説明する。

まず、各プラズマ室11,12内に、ガス導入口11a,12aか
ら、例えばO₂,N₂等の同流量のガスを導入する。そして
プラズマ室11,12の周囲に設けられた電磁コイル３及び3
aに通電して、各プラズマ室11,12の磁束密度が875ガウ
スになるようにする。次にＴ分岐20及び各導波管21,22
を介して、各プラズマ室11,12に1:1の割合で周波数2.45
GHzのマイクロ波を導入する。このような条件により、8
75ガウスの磁場により回転する電子の周波数と、マイク
ロ波の周波数2.45GHzとが一致し、電子サイクロトロン
共鳴を起こす。従って電子はマイクロ波から効率よくエ
ネルギを吸収し、低ガス圧にて高密度のプラズマが発生
されることとなる。そしてこのプラズマは、前記電磁コ
イル３及び3aによって形成される発散磁界の磁力線に沿
って引き出され、図中破線で示すような２つの対称なプ
ラズマ流Ｐとなる。

そして反応室４に、例えばSiH₄等の反応ガスを導入し、
外部から観察してプラズマ流が安定したら、各シャッタ
71,72を開放する。前記のようにして反応室４内に引き
出されたプラズマは前記反応ガスと反応し、この反応物
質は前記発散磁界の方向に加速され、基板５上に到達し
てSi酸化膜やSi窒化膜が堆積される。ここで、基板５の
表面は防着カバー６により覆われており、従って前記反
応物質は防着カバー６の開口部6aを通してのみ基板５に
付着することとなる。この開口部6aは、前述のように、
基板５に対して常にプラズマ流が均一に照射される部分
に対応して形成されている。なお、１回の搬送で所定の
膜厚を膜付けするには、基板５の搬送をゆっくり行う必
要があるが、このためラジカルによる基板５への膜付け
によって膜質低下をきたす。従って、基板５は、ラジカ
ルによる膜生成が無視できる速度で往復運動しており
（図中左右方向）、これにより、基板５表面全体に膜質
低下をきたすことなく膜が均一に付着することとなる。

このような本実施例では、プラズマ室を２つ設け、これ
らのプラズマ室からのプラズマ流を利用して膜形成を行
うので、大面積の基板にプラズマ流を照射することがで
き、しかも基板を移動させるとともに、該基板近傍に防
着カバーを設けて、常に均一なプラズマ流が照射される
部分でのみ膜形成を行うので、広い範囲にわたって均一
な膜を形成することができる。

また、プラズマ流は下方から上方に向かう流れとなって
おり、基板はプラズマ室の上方に設けられているので、
防着カバー等に付着した堆積物が基板上に落下するよう
なことはなく、良質の膜形成を行うことができる。さら
に、基板を上方に設けているので、インラインで連続成
膜する際、プラズマ室と反応室とを横方向に配設した横
型の装置に比較して基板の搬送が容易となる。

さらに、各プラズマ室11,12にマイクロ波を導入する
際、Ｔ分岐20を使用しているので、同じエネルギを各プ
ラズマ室11,12に導入することができ、マイクロ波電源
１つで、両プラズマ室11,12から同密度のプラズマ流を
導出することが可能となり、膜形成をより均一なものと
することが可能となる。

なお、前記実施例ではプラズマ室を２つ設けた場合を示
したが、このプラズマ室の数は２つに限定されるもので
はなく、要求される大きさに応じて任意に決定すればよ
い。

また、前記実施例ではプラズマ室を反応室の下方に設置
したが、反応室の横に設置することも、また上方に設置
することも可能である。

〔発明の効果〕

以上のように、この発明によれば、ECRプラズマCVD装置
において、プラズマ室を複数設けるとともに、基板近傍
に、開口部を有する防着カバーを設け、基板を往復動さ
せて前記複数のプラズマ室からのプラズマ流を利用して
膜形成を行うようにしたので、前記防着カバーの開口を
介して、広い面積にわたって常に均一なプラズマ流のみ
が基板の全面に照射されることとなり、大面積にわたっ
て均一な膜形成を行うことができる効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例によるプラズマ付着装置の断
面構成図、第２図はその一部平面図である。 11,12……プラズマ室、20……Ｔ分岐、21,22……導波
管、3,3a……電磁コイル、４……反応室、５……基板、
６……防着カバー、6a……開口部。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】マイクロ波及びプラズマ発生用のガスが導
   入され、その内部にプラズマを発生するためのプラズマ
   室と、反応ガスが導入され、成膜すべき基板が収容され
   た反応室と、前記プラズマ室の周囲に配設された磁気回
   路とを備え、前記磁気回路により、前記プラズマ室内に
   電子サイクロトロン共鳴条件を満たす磁界を形成してプ
   ラズマを発生させるとともに、このプラズマ流を引き出
   して前記基板上に照射するようにしたプラズマ付着装置
   において、前記磁気回路に囲まれるプラズマ室が複数個
   設けられるとともに、前記反応室内の基板が移動可能に
   設けられ、前記プラズマ室と基板との間の基板近傍に、
   開口部を有する防着カバーが設けられていることを特徴
   とするプラズマ付着装置。