JP3143290U - プラズマ生成用電極 - Google Patents

Abstract

【課題】プラズマプロセス装置中に利用され、電界分布を調整し、プラズマ均一性を向上するプラズマ生成用電極を提供する。
【解決手段】プラズマ生成用電極１００は、第１の表面１１１と第１の表面１１１に対して表裏の関係で設けられた第２の表面１１２とを有し、ＲＦ電流源１３０と電気的に接続し、電界を生成する電極片１１０と、電極片１１０の一側に隣接し、第１の表面１１１から第２の表面１１２にかけて対称に形成され、電界の強度分布を制御する摂動スロット１２０とを備える。摂動スロット１２０は、ＲＦ電流源１３０と同じ側に配置される。
【選択図】図１

Description

本考案は、電極に関し、特に、プラズマプロセス装置中に利用し、電界分布を調整することが可能なプラズマ生成用電極に関する。

今日の半導体製造工程技術において、プラズマは、非常に有効なプラズマ助成式化学蒸着（ｐｌａｓｍａ−ａｓｓｉｓｔｅｄ ｃｈｅｍｉｃａｌ ｖａｐｏｒ ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）、プラズマアシストエッチング（ｐｌａｓｍａ−ａｓｓｉｓｔｅｄ ｅｔｃｈｉｎｇ）、プラズマ重合化（ｐｌａｓｍａ ｐｏｌｙｍｅｒｉｚａｔｉｏｎ）などの薄膜工程およびエッチング工程を行うことが可能であり、ＴＦＴ（Ｔｈｉｎ Ｆｉｌｍ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ） ＬＣＤ（Ｌｉｑｕｉｄ Ｃｒｙｓｔａｌ Ｄｉｓｐｌａｙ）工場、ソーラバッテリ工場およびウェーハ工場など、様々な分野で利用されている。例えば、ソーラバッテリ中の従来の微結晶シリコン薄膜ソーラバッテリの製造工程は、一般に、まず、プラズマエンハンスト化学蒸着（Ｐｌａｓｍａ Ｅｎｈａｎｃｅｄ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ：ＰＥＣＶＤ）の工程において大量の水素を加えてシランを希釈させた後、反応により微結晶シリコン薄膜を形成し、様々な電気特性を向上させて歩留まりを向上させていた。またそれら様々な工程で使用されるプラズマ周波数が増大すると、めっき膜速度も向上する。しかし、めっき膜を形成する基板面積が増大した場合、その上を伝播する電磁波はその位相変化により電界が変化し、相対的にプラズマ均一性およびめっき膜の効率に悪影響を与えることがあった。特に、めっき膜基板のサイズが従来の８インチや１２インチのウェーハなどから、今日のＴＦＴ工場、ソーラーエネルギー工場で生産される１平方メートル以上の面積を有するガラス基板まで大型化するに伴い、生産の効率およびコストに重大な悪影響を及ぼすことがあった。

そのため、プラズマ均一性を向上させることが可能で、従来技術の欠点を有さない電極が求められていた。

本考案の目的は、プラズマプロセス装置中に利用され、電界分布を調整し、プラズマ均一性を向上するプラズマ生成用電極を提供することにある。

上述の目的を達成するため、本考案の請求項１に記載のプラズマ生成用電極によると、チャンバ中でプラズマを生成するために用いられ、第１の表面と前記第１の表面に対して表裏の関係で設けられた第２の表面とを有し、ＲＦ電流源と電気的に接続して電界を生成する電極片と、前記電極片の一側に隣接し、前記第１の表面から前記第２の表面にかけて対称に形成され、前記電界の強度分布を制御する摂動スロットとを備え、前記摂動スロットは、前記ＲＦ電流源と同じ側に配置されることを特徴とする。

本考案の請求項２に記載のプラズマ生成用電極によると、前記電極片は、アルミニウム、アルミ被覆材、シリコン、石英、炭化ケイ素、窒化ケイ素、カーボン、窒化アルミニウム、サファイア、ポリイミドおよびテフロン（登録商標）からなる群から選ばれた材料からなることを特徴とする。

本考案の請求項３に記載のプラズマ生成用電極によると、前記電極片は、上面図で見て方形状、円形状、六角形状および多角形状からなる群から選ばれた形状からなることを特徴とする。
本考案の請求項４に記載のプラズマ生成用電極によると、前記ＲＦ電流源は、１０ＭＨｚから１０ＧＨｚの間の周波数範囲で操作されることを特徴とする。

本考案の請求項５に記載のプラズマ生成用電極によると、前記電極片のサイズは、前記ＲＦ電流源の操作周波数に対し、０．０００１から０．５ガイド波長であることを特徴とする。
本考案の請求項６に記載のプラズマ生成用電極によると、前記電極片の長さは、前記ＲＦ電流源の操作周波数に対し、０．１２６ガイド波長であることを特徴とする。

本考案の請求項７に記載のプラズマ生成用電極によると、前記電極片の幅は、前記ＲＦ電流源の操作周波数に対し、０．０４７ガイド波長であることを特徴とする。
本考案の請求項８に記載のプラズマ生成用電極によると、前記摂動スロットの長さは、前記電極片の長さの９５％よりも小さいことを特徴とする。

本考案の請求項９に記載のプラズマ生成用電極によると、前記摂動スロットの幅は、前記電極片の幅の１％よりも小さいことを特徴とする。
本考案の請求項１０に記載のプラズマ生成用電極によると、前記ＲＦ電流源と前記摂動スロットとの間の距離は、前記電極片の幅の０．０２４％であることを特徴とする。

（考案の効果）
本考案のプラズマ生成用電極は、構造が簡素であり、大型基板の製造が可能なため、商業価値が高く、プラズマ処理装置に広く利用することができる。

以下、本考案の実施形態を図面に基づいて説明する。なお、これにより本考案が限定されるものではない。
（第１実施形態）
図１を参照する。図１は、本考案の第１実施形態によるプラズマ生成用電極１００を示す模式図である。本考案の第１実施形態によるプラズマ生成用電極１００は、少なくとも電極片１１０および摂動スロット１２０を含む。電極片１１０は、第１の表面１１１および第２の表面１１２を有し、ＲＦ電流源１３０と電気的に接続され、電界を生成する。摂動スロット１２０は、電極片１１０の一面で対称にエッチングされ、電界強度分布を制御し、摂動スロット１２０とＲＦ電流源１３０とは同じ側に配置されている。

プラズマプロセス工程を利用する蒸着システムにとって、プラズマ生成用電極１００は、常圧化学気相成長（ＡＰＣＶＤ）、減圧化学気相成長（ＬＰＣＶＤ）、高密度プラズマＣＶＤ（ＨＤＰ ＣＶＤ）、プラズマエンハンスト化学蒸着（ＰＥＣＶＤ）、誘導結合プラズマ（ＩＣＰ）イオンエッチングに利用することができる。

プラズマ生成用電極１００は、アルミニウム、アルミ被覆材、シリコン、石英、炭化ケイ素、窒化ケイ素、カーボン、窒化アルミニウム、サファイア、ポリイミドおよびテフロンからなる群から選ばれてもよい。今日、ソーラバッテリ、オプトエレクトロニック表示装置、ＩＣの製造工程で用いられる加工基板およびそのサイズは様々である。第１実施形態の電極片１１０は方形状であるが、この電極片１１０は、円形状ウェーハや方形状ガラス基板など、方形状、円形状、六角形状、多角形状などといった様々な形状で加工基板に利用することができる。

製造工程を行う際は、プラズマの周波数に応じてプラズマ生成用電極１００のサイズを選択しなければならず、操作するプラズマ周波数のガイド波長（ｇｕｉｄｅｄ ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ）によりそのサイズを決めなければならない。プラズマ生成用電極１００が電気的に接続されたＲＦ電流源１３０の操作周波数は、１０ＭＨｚから１０ＧＨｚの間である。本考案の一実施形態によると、ＲＦ電流源１３０の最適な操作周波数は１３．５６ＭＨｚである。電極片１１０は、サイズが０．０００１から０．５ガイド波長であるが、好ましくは長さＬが０．１２６ガイド波長であり、幅Ｗが０．０４７ガイド波長である。さらに、製造工程を行う際は、ＲＦ電流源１３０から電極片１１０への給電状況を考慮しなければならない。電磁波の反射が大きくなることを防ぐために、ＲＦ電流源１３０から電極片１１０に入力されるインピーダンスは、１から３００オームであり、好ましくは５０オームである。一方、ＲＦ電流源１３０は、インピーダンス整合回路によりインピーダンスの大きさを変え、反射波が大きくなりすぎることを防ぐことができる。

電極１００には、プラズマ均一性の向上効果を得るために、摂動スロット１２０が、電極片１１０中に形成され、ＲＦ電流源１３０と同じ側に配置されている。摂動スロット１２０の作用は、ＲＦ電流源１３０に入力された電流方向を摂動させて電極片１１０上の電界分布を変化させ、電極片１１０上のプラズマ密度に影響を与える。摂動スロット１２０は、加工基板と接触されておらず、摂動スロット１２０のサイズが変わると、入力電流の摂動レベルも変化し、摂動スロット１２０のサイズが電極片１１０の電界強度を良好に制御することが可能な条件下で決定しなければならない。摂動スロット１２０は、長さＬ１が電極片１１０の長さＬの９５％よりも小さく、幅Ｗ１が電極片１１０の幅Ｗの１％よりも小さい。本考案の第１実施形態において、摂動スロット１２０の長さＬ１は、電極片１１０の長さＬの８４％であることが好ましく、幅Ｗ１が電極片１１０の幅Ｗの０．８％であることが好ましい。さらに、ＲＦ電流源１３０と摂動スロット１２０の間の距離ｄも入力電流の強度に影響を与えるため、摂動スロット１２０とＲＦ電流源１３０の間の距離ｄが小さすぎるときに摂動スロット１２０の摂動効果が大きくなり、摂動スロット１２０とＲＦ電流源１３０の間の距離ｄが大きすぎるときに摂動スロット１２０の摂動効果が小さくなる。摂動スロット１２０とＲＦ電流源１３０の間の距離ｄは、好ましくは電極片１１０の幅の０．０２４％である。プラズマ工程は、真空かつ汚染されていない環境で行わなければならないため、プラズマ生成用電極片１１０は、製造工程を行う際に接地金属チャンバで覆ってプラズマ工程を行う。

図１および図２を参照する。図２は、本考案の第１実施形態による摂動スロット１２０を有さない電極１００の操作周波数が１３．５６ＭＨｚのときの状態を示す電界分布図である。図２の電界分布図は、電極片１１０の長さＬが１５１０ｍｍであり、幅Ｗが７８１ｍｍであるときの状態を示す。この電極片１１０の縁は電界が大きく変化し、その箇所で発生する電界は、電極片１１０上の他の箇所の電界と比べて明らかに不均一の状態である。そのため、電極片１１０の不均一な電界を改善するために、摂動スロット１２０を加える。図３を参照する。図３は、本考案の第１実施形態によるプラズマ生成用電極１００の操作周波数が１３．５６ＭＨｚのときの状態を示す電界分布図である。図３に示す電界分布図は、電極片１１０の長さＬが１２３０ｍｍであり、幅Ｗが７８１ｍｍであるときの状態を示す。この第１実施形態の摂動スロット１２０は、長さＬ１が１２７５ｍｍであり、幅Ｗ１が１０ｍｍであり、摂動スロット１２０とＲＦ電流源１３０の間の距離ｄは３０ｍｍである。図３を参照する。図３に示す摂動スロット１２０の他の三辺の縁の電界変化は、図２に示す電界変化よりも小さく、電極片１１０上の電界が不均一な状態は、摂動スロット１２０を加えることにより改善させることができる。

（第２実施形態）
図４を参照する。図４は、本考案の第２実施形態によるコンデンサ結合型プラズマ装置２００を示す模式図である。コンデンサ結合型プラズマ装置２００は、少なくともチャンバ２１０と、ステージ２３０と、プラズマ生成用電極１００と、ガス排出孔２１３と、ガス導入孔２１４とを含む。

本考案の第２実施形態において、チャンバ２１０は、第１の表面２１１および第２の表面２１２を有して接地され、製造工程に必要な密閉空間を有する。ステージ２３０は、チャンバ２１０の第１の表面２１１上に配置され、チャンバ２１０中で製造工程を行うときに必要なプラズマ生成用電極１００を載置してもよい。またステージ２３０は、絶縁材料を使用してチャンバ２１０の第１の表面２１１と、製造工程を行う時に必要な電極とを絶縁させてもよい。このステージは、シリコン、ＧａＡｓ、セラミック、ガラス、ガラス繊維、炭化水素セラミック、テフロン、テフロンガラス繊維およびテフロンセラミックからなる群から選ばれた材料からなってもよい。

プラズマ生成用電極１００は、チャンバ２１０中においてステージ２３０上に配置され、チャンバ２１０中に均一な電界を生成し、電極１００とチャンバ２１０の第１の表面２１１との間にコンデンサ効果を発生させてプラズマを発生させる。このプラズマ生成用電極１００は、好ましくは長さＬが０．１２６ガイド波長であり、幅Ｗが０．０４７ガイド波長である。製造工程を行う際は、プラズマ生成用電極１００の上方に加工基板２２０を配置し、プラズマ反応を発生させてもよい。加工基板は、サスペンション基板、シリコン基板、ＧａＡｓ基板、セラミック基板、ガラス基板、ガラス繊維基板、炭化水素化合物セラミック基板、テフロン基板、テフロンガラス繊維基板およびテフロンセラミック基板からなる群から選んでもよい。

本考案の第２実施形態において、ガス排出孔２１３は、チャンバ２１０の第２の表面２１２上に設けられ、チャンバ２１０中の製造工程で発生した排気ガスを排出させ、チャンバ２１０中の真空排気を行う。ガス導入孔は、チャンバの第２の表面上に設けられ、プラズマの発生に必要なガスをチャンバ中へ導入し、ガス導入孔からＳｉ_xＯ_yＣ_zＮ_lＨ_m（ここで、ｘ、ｙ、ｚ、ｌおよびｍは、０または整数である。）で表される化合物気体を導入し、これにはＳｉＨ₄、Ｓｉ（ＯＣ₂Ｈ₅）、（ＣＨ₃）₂Ｓｉ（ＯＣＨ₃）₂、Ｃ₆Ｈ₆ガスが含まれる。

（第３実施形態）
図５を参照する。図５は、本考案の第３実施形態による噴射式コンデンサ結合型プラズマ装置３００を示す模式図である。第３実施形態による噴射式コンデンサ結合型プラズマ装置３００は、少なくともチャンバ３１０と、ステージ３２０と、プラズマ生成用電極１００と、ガス導入孔３５０と、ガス排出孔３１３とを含む。

本考案の第３実施形態において、チャンバ３１０は、第１の表面３１１および第２の表面３１２を有して接地され、製造工程に必要な密閉空間を得る。ガス導入孔３５０は、チャンバ３１０の第２の表面３１２上に設けられ、プラズマの発生に必要なガスをチャンバ３１０中へ導入し、ガス導入孔３５０からＳｉ_xＯ_yＣ_zＮ_lＨ_m（ここで、ｘ、ｙ、ｚ、ｌおよびｍは、０または整数である。）で表される化合物気体を導入し、これにはＳｉＨ₄、Ｓｉ（ＯＣ₂Ｈ₅）、（ＣＨ₃）₂Ｓｉ（ＯＣＨ₃）₂、Ｃ₆Ｈ₆ガスが含まれる。ステージ３２０は、チャンバ３１０の第１の表面３１１上に配置することにより、チャンバ３１０中で製造工程を行う際に必要な電極を載置し、ステージ３２０は、絶縁材料を使用してチャンバ３１０の第１の表面３１１と、製造工程を行う時に必要な電極とを絶縁させる。このステージ３２０は、シリコン、ＧａＡｓ、セラミック、ガラス、ガラス繊維、炭化水素化合物セラミック、テフロン、テフロンガラス繊維およびテフロンセラミックからなる群から選ばれた材料からなる。

第３実施形態において、プラズマ生成用電極１００は、ステージ３２０上に配置され、チャンバ３１０中に均一な電界を生成させる。プラズマ生成用電極１００とチャンバのガス導入孔３５０との間にコンデンサ効果を発生させてプラズマを発生させ、電極１００とチャンバ３１０の第１の表面３１１との間にコンデンサ効果を発生させる。このプラズマ生成用電極１００は、好ましくは長さＬが０．１２６ガイド波長であり、幅Ｗが０．０４７ガイド波長である。この工程を行う際は、プラズマ生成用電極１００の上方にステージ３２０を配置させてプラズマ反応を発生させてもよい。加工基板は、サスペンション基板、シリコン基板、ＧａＡｓ基板、セラミック基板、ガラス基板、ガラス繊維基板、炭化水素化合物セラミック基板、テフロン基板、テフロンガラス繊維基板およびテフロンセラミック基板からなる群から選んでもよい。
また、チャンバ３１０の第２の表面３１２上にガス排出孔３１３を設け、チャンバ３１０中の製造工程で発生した排気ガスを排出させ、真空排気を行ってもよい。

以上、当該分野の技術を熟知するものが理解できるように本考案の好適な実施形態を開示したが、本考案は上述した実施形態に限定されるものではなく、本考案の主旨と領域を脱しない範囲内で各種の変更や修正を加えることができる。従って、本考案の実用新案登録請求の範囲は、このような変更や修正を含めて広く解釈される。

本考案の第１実施形態によるプラズマ生成用電極を示す模式図である。 本考案の摂動スロットを有さない電極の電界分布図である。 本考案の第１実施形態によるプラズマ生成用電極の電界分布図である。 本考案の第２実施形態によるコンデンサ結合型プラズマ装置を示す模式図である。 本考案の第３実施形態による噴射式コンデンサ結合型プラズマ装置を示す模式図である。

符号の説明

１００：プラズマ生成用電極、１１０：電極片、１１１：第１の表面、１１２：第２の表面、１２０：摂動スロット、１３０：ＲＦ電流源、２００：コンデンサ結合型プラズマ装置、２１０：チャンバ、２１１：第１の表面、２１２：第２の表面、２１３：ガス排出孔、２１４：ガス導入孔、２２０：加工基板、２３０：ステージ、２４０：ＲＦ電流源、３００：噴射式コンデンサ結合型プラズマ装置、３１０：チャンバ、３１１：第１の表面、３１２：第２の表面、３１３：ガス排出孔、３２０：ステージ、３３０：加工基板、３４０：ＲＦ電流源、３５０：ガス導入孔

Claims (10)

1. チャンバ中でプラズマを生成するために用いられるプラズマ生成用電極であって、
   第１の表面と前記第１の表面に対して表裏の関係で設けられた第２の表面とを有し、ＲＦ電流源と電気的に接続し、電界を生成する電極片と、
   前記電極片の一側に隣接し、前記第１の表面から前記第２の表面にかけて対称に形成され、前記電界の強度分布を制御する摂動スロットと、を備え、
   前記摂動スロットは、前記ＲＦ電流源と同じ側に配置され、プラズマ均一性を向上することを特徴とするプラズマ生成用電極。
2. 前記電極片は、アルミニウム、アルミ被覆材、シリコン、石英、炭化ケイ素、窒化ケイ素、カーボン、窒化アルミニウム、サファイア、ポリイミドおよびテフロン（登録商標）からなる群から選ばれた材料からなることを特徴とする請求項１に記載のプラズマ生成用電極。
3. 前記電極片は、上面図で見て方形状、円形状、六角形状および多角形状からなる群から選ばれた形状からなることを特徴とする請求項１に記載のプラズマ生成用電極。
4. 前記ＲＦ電流源は、１０ＭＨｚから１０ＧＨｚの間の周波数範囲で操作されることを特徴とする請求項１に記載のプラズマ生成用電極。
5. 前記電極片のサイズは、前記ＲＦ電流源の操作周波数に対し、０．０００１から０．５ガイド波長であることを特徴とする請求項４に記載のプラズマ生成用電極。
6. 前記電極片の長さは、前記ＲＦ電流源の操作周波数に対し、０．１２６ガイド波長であることを特徴とする請求項４に記載のプラズマ生成用電極。
7. 前記電極片の幅は、前記ＲＦ電流源の操作周波数に対し、０．０４７ガイド波長であることを特徴とする請求項４に記載のプラズマ生成用電極。
8. 前記摂動スロットの長さは、前記電極片の長さの９５％よりも小さいことを特徴とする請求項１に記載のプラズマ生成用電極。
9. 前記摂動スロットの幅は、前記電極片の幅の１％よりも小さいことを特徴とする請求項１に記載のプラズマ生成用電極。
10. 前記ＲＦ電流源と前記摂動スロットとの間の距離は、前記電極片の幅の０．０２４％であることを特徴とする請求項１に記載のプラズマ生成用電極。