JP6113647B2 - 真空処理装置及び膜厚分布調整方法 - Google Patents
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Description
特許文献1には、均一な製膜を行うために、放電電極の長手方向の左右両端である2系統の給電系から高周波電力を放電電極へ供給し、その位相差を時間的に変化させることにより定在波を移動させ、時間積分において均一な膜厚分布を得ることが開示されている。
また、製膜圧力、ガス流量、基板電力間距離等の製膜条件を変化させると、負荷である放電電極のインピーダンス変化に伴う反射電力が変化する。このため、製膜条件を変化させることによっても、膜厚分布が均一となる最適条件が変化し、再度、高周波電力の供給条件を選定する必要があった。また、装置のメンテナンスを行う度に、製膜条件と高周波電力の供給条件を選定する必要があった。
そこで、各位相差での滞在時間分布及び電圧分布の少なくとも一方が、滞在時間分布と電圧分布との積が所定の範囲内となるように制御される。例えば、ある位相差で電圧が低いところほど、当該位相差での滞在時間が長くされ、滞在時間分布及び電圧分布の積が所定の範囲内とされる。これにより、各位相差での滞在時間分布及び電圧分布という2つのパラメータを調整することによって、基板に製膜される膜厚分布が一定となる。
以下、本発明の第1実施形態について説明する。
また、製膜室6は、鉛直方向に対してα=90°、すなわち水平方向に保持されていてもよい。この場合、装置の設置スペースは基板サイズに応じて必要となるものの、基板8の自重を全部利用して基板8を対向電極2へ密着性させるので、基板8の温度分布と電位分布を更に均一化させる場合には好ましい。
低真空排気部21は、初めに製膜室6内の気体を排気して、製膜室6内を低真空とする粗引き排気用の真空ポンプである。弁24は、低真空排気部21と製膜室6との経路を開閉する。
放電電極3は、各々給電点を有する長尺状の分割電極30が長手方向と直交する方向に複数の分割電極30が配列されることで放電電極3を構成している。本第1実施形態に係る放電電極3は、両端部が給電点であり、一例として、6個の長尺状の分割電極30(分割電極30_1〜30_6)で構成されている。以下の説明において、側部電極とは分割電極30_1,30_6を示し、中央部電極とは分割電極30_2〜30_5を示す。
また、分割電極30の数は、真空中及びプラズマ生成時の高周波波長による定在波の影響をなくすよう各分割電極30の幅を決めることが好ましく、複数の分割電極30を並べて設置した状態で基板8の幅よりも少し大きくなるように配置することがプラズマの均一化に好ましい。
また、側部電極及び中央部電極の分け方も一例であり、分割電極30_1,30_2,30_5,30_6を側部電極とし、分割電極30_3,30_4のみを中央部電極としてもよい。
図3に示されるように、高周波の電圧分布は、放電電極3の中央を境界にして対称的な電圧定在波分布となる。位相差が0°の場合において放電電極3の長手方向の中央が、電圧定在波の腹となり、電圧が最も高い位置となる。また、このとき、放電電極3の長手方向端部(給電点)が、電圧定在波の節となり、電圧は0となる。一方、位相差が180°の場合において放電電極3の長手方向の中央部が、電圧定在波の節となり、放電電極3の長手方向端部(給電点)が、電圧定在波の腹となる。
位相変調波形がsin波の場合は、位相変調波形が三角波の場合に比べて、位相差が大きい領域において位相滞在時間が長いので、放電電極3の長手方向端部での位相滞在時間が長くなる。このため、図3の位相差が±180°のときの電圧分布の影響が大きくなり、図7からわかるように、位相変調波形がsin波の場合は、放電電極3の長手方向端部での膜厚が厚くなる。
なお、位相変調波形が三角波の場合は、位相滞在時間分布が均一であるが、図6の例では、膜厚分布が一定でない。この理由は、各位相差で供給される高周波電力が不均一であったためである。
図9は、放電電極3に供給される高周波電力の各位相差における電圧値の例を示す。ここで、供給される高周波に位相変調を施すため、整合器13のインピーダンス整合は、位相差を0°とした整合状態で固定されている。なお、図9における縦軸は、電圧値を示しているが、位相差0°における電圧値を1.0として規格化された値である。電圧値は、RFモニタ34で計測されたものである。
図9に示されるように、放電電極3に供給される高周波電力の電圧値は、位相差が0°の場合に最大となり、位相差が±180°の場合に最少の約0.5となる。この理由は、位相差を0°に固定した条件で、反射電力が小さくなるように整合器13でインピーダンスの整合調整をしているので、整合調整を行った位相差0°から位相差が大きくなるにつれて反射電力が増加したためである。
そして、図8,9に示されるように、位相差が0°の場合に電圧値は1.0となり、膜厚は計測位置0mmにおいて最大の1.0となる。一方、位相差が±180°の場合に電圧値は約0.5となり、膜厚は計測位置±約550mmにおいて約0.5となる。
また、図8の放電電極3の両端部分に近い位置にある計測位置±約550mmにおいての膜厚は約0.5となることから、計測位置0mmにおいての膜厚である1.0に近づけるには2倍の位相滞在時間が必要と判断される。一方、図9の位相差が±180°の場合の電圧値である約0.5を位相差が0°の場合の電圧値である1.0とするには約2倍とする必要がある。
図10は、本第1実施形態にかかる膜厚分布調整処理の流れを示すフローチャートである。なお、本第1実施形態にかかる膜厚分布調整処理は、膜厚分布が均一になる条件を得るために基板8に単膜を製膜する場合に行われる。
(1)式のV(x)に計測した電圧分布が入力されることによって、位相滞在時間分布が算出され、算出された位相滞在時間分布となる位相変調波形が選定される。
図12のような位相滞在時間分布を満たすように選定される位相変調波形は、例えば、sin波又は三角波だけでなく、方形波等の他の波形であってもよい。
なお、位相変調波形の選定は、例えば、RFモニタ34の計測結果が位相変調器33に入力され、位相変調器33によって行われる。これにより、膜厚分布調整処理では、簡易に位相滞在時間分布を調整できる。
そこでステップ110では、膜厚分布が所定範囲内となるように、位相変調器33によって位相角度の変化範囲を0°から±180°の間でより適正な変化範囲となるような調整で電圧分布の微調整が行われる。または、位相滞在時間分布を微調整するために位相変調波形の微調整が行われる。その後ステップ106へ戻り、単膜の製膜が行われる。なお、膜厚分布が所定範囲内となるように、電圧分布及び位相滞在時間分布の両方が微調整されてもよい。
従って、本第1実施形態に係る薄膜製造装置1は、位相滞在時間分布及び電圧分布という2つのパラメータを調整することによって、基板8に製膜される膜厚分布を一定とできるので、基板8に製膜処理を実施する際に、高周波電力の供給条件の選定を適正化して、簡易かつ短時間で製膜される膜厚分布を均一にできる。
この場合、電圧分布の調整は、高周波電源31のインピーダンスを調整することによって行われる。具体的には、整合器13を構成する抵抗及びコンデンサやコイルの値を調整することでその電圧値が調整される。また、位相変調器33の位相角度の変化範囲を変更することによって、電圧分布の分布形状が調整される。これにより、膜厚分布調整処理では、簡易に電圧分布を調整できる。
以下、本発明の第2実施形態について説明する。
本第2実施形態に係るRFモニタ34は、放電電極3における電圧分布を計測せずに、位相滞在時間分布のみを計測する。
さらに製膜処理する膜種は薄膜シリコン系を主体とした実施形態を示したが、これに限定するものではない。なおここで、シリコン系とはシリコン(Si)、シリコンカーバイト(SiC)、シリコンゲルマニウム(SiGe)、シリコンナイトライド(SiNx)やシリコンオキサイド(SiOx)等を含む総称であり、アモルファスシリコン系と結晶質シリコン系と含むものである。
2 対向電極
3 放電電極
8 基板
30 分割電極
31 高周波電源(RF電源)
33 位相変調器
34 RFモニタ
Claims (6)
- 高周波電力によりプラズマを形成し基板に製膜する真空処理装置であって、
高周波電力を出力する高周波電源と、
前記高周波電力の位相を変調する位相変調器と、
対向電極と、
前記高周波電力が供給され、前記対向電極との間にプラズマを形成する放電電極と、
前記放電電極における前記高周波電力の各位相差での滞在時間分布、及び前記放電電極における電圧分布の少なくとも一方を計測する計測手段と、
を備え、
前記滞在時間分布と前記電圧分布との積が所定の範囲内となるように、前記滞在時間分布及び前記電圧分布の少なくとも一方を調整する真空処理装置。 - 前記滞在時間分布の調整は、前記位相変調器の位相変調波形を調整することによって行われる請求項1記載の真空処理装置。
- 前記電圧分布の調整は、前記高周波電源のインピーダンス、及び前記位相変調器の位相角度の変化範囲の少なくとも一方を調整することで行われる請求項1又は請求項2記載の真空処理装置。
- プラズマにより前記対向電極に保持した前記基板をプラズマ処理し、
前記基板に製膜された膜厚分布に基づいて、前記放電電極における前記高周波電力の各位相差での滞在時間分布、及び前記放電電極における電圧分布の少なくとも一方が微調整される請求項2又は請求項3記載の真空処理装置。 - プラズマにより前記対向電極に保持した前記基板をプラズマ処理し、
前記計測手段は、前記滞在時間分布を計測し、
前記電圧分布は、前記基板に製膜された膜厚分布に基づいて推定される請求項1記載の真空処理装置。 - 高周波電力を出力する高周波電源と、前記高周波電力の位相を変調する位相変調器と、対向電極と、前記高周波電力が供給され、前記対向電極との間にプラズマを形成する放電電極と、前記放電電極における前記高周波電力の各位相差での滞在時間分布、及び前記放電電極における電圧分布の少なくとも一方を計測する計測手段と、を備えた真空処理装置において、プラズマにより前記基板に製膜する膜厚分布調整方法であって、
前記滞在時間分布と前記電圧分布との積が所定の範囲内となるように、前記滞在時間分布及び前記電圧分布の少なくとも一方を調整する膜厚分布調整方法。
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