等离子体处理装置制造方法

等离子体处理装置制造方法
【专利摘要】本发明提供一种等离子体处理装置，包括：阳极电极；阴极电极，在与阳极电极相向的面具有设置着开口部的贯通孔；气体供给装置，对阳极电极与阴极电极间导入工艺气体；以及交流电源，对阳极电极与阴极电极间供给交流电力，在阳极电极与阴极电极间使工艺气体成为等离子体状态。
【专利说明】等离子体处理装置
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种产生等离子体而进行基板处理的等离子体处理装置。
【背景技术】
[0002]在半导体元件的制造步骤中，因具有容易进行高精度的工艺控制的优点，所以成膜步骤、蚀刻步骤、灰化(ashing)步骤等中使用等离子体处理装置。作为等离子体处理装置，例如已知有等离子体化学气相沉积(chemical vapor deposition,CVD)装置、等离子体蚀刻装置、等离子体灰化装置等。例如在等离子体CVD装置中，利用高频电力等将原料气体等离子体化，并利用化学反应在基板上形成薄膜。
[0003]此外，提出为了均匀地获得等离子体密度，而使用了从阴极电极的内部供给工艺气体(process gas)的簇射电极(shower electrode)的等离子体处理装置,或为了产生更高密度的等离子体而在簇射电极中利用了空心阴极放电的等离子体处理装置(例如，参照专利文献I)。
[0004]【背景技术】文献
[0005]专利文献
[0006]专利文献1:日本专利特开2004-296526号公报
【发明内容】

[0007]发明所要解决的课题
[0008]然而，为了利用簇射电极进行等离子体处理，而必须在阴极电极的表面形成多个直径为0.3mm?0.4mm左右的微细的孔。因此，阴极电极的制造或保养困难，且成本高。而且，有时会因簇射电极的堵塞而无法连续使用。在利用了空心阴极放电的等离子体处理装置中也会同样地产生这些问题。而且，引用例中，是仅在与阴极相向的一个面上生成等离子体的构成，而难以在阴极电极的两面均匀且稳定地生成高密度的等离子体。
[0009]鉴于所述问题，本发明的目的在于提供可在阴极电极的两面均匀且稳定地生成高密度的等离子体的等离子体处理装置。
[0010]用于解决课题的手段
[0011]根据本发明的一实施方式，提供一种等离子体处理装置，包括:阳极电极，安装基板；阴极电极，以与阳极电极相向的方式而配置，在相向的面具有设置着开口部的贯通孔；气体供给装置，对阳极电极与阴极电极间导入工艺气体；以及交流电源，对阳极电极与阴极电极间供给交流电力，在阳极电极与阴极电极间使工艺气体成为等离子体状态；腔室，存储阳极电极与阴极电极；排气泵及排气速度控制部，所述排气泵对腔室进行真空排气，所述排气速度控制部调整排气速度；以及压力测定器，测定腔室内部的压力。
[0012]发明的效果
[0013]根据本发明，可提供能够在阴极电极的两面均匀且稳定地生成高密度的等离子体的等离子体处理装置。【专利附图】

【附图说明】
[0014]图1是本发明的第一实施方式的等离子体处理装置的构成的示意图。
[0015]图2是用以说明本发明的第一实施方式的等离子体处理装置的贯通孔的等离子体区域的示意图(其一)。
[0016]图3是用以说明本发明的第一实施方式的等离子体处理装置的贯通孔的等离子体区域的示意图(其二)。
[0017]图4是用以说明本发明的第一实施方式的等离子体处理装置的贯通孔的等离子体区域的示意图(其三)。
[0018]图5是用以说明本发明的第一实施方式的等离子体处理装置的贯通孔的等离子体区域的示意图(其四)。
[0019]图6是用以说明比较例的空心阴极放电的示意图。
[0020]图7是本发明的第一实施方式的等离子体处理装置的阴极电极的构造例的示意图。
[0021]图8是本发明的第一实施方式的等离子体处理装置的形成于阴极电极中的贯通孔的开口部的配置例的示意图。
[0022]图9是本发明的第一实施方式的等离子体处理装置的放电状态的示意图。
[0023]图10是本发明的第一实施方式的等离子体处理装置的其他放电状态的示意图。
[0024]图11是本发明的第一实施方式的等离子体处理装置的空心阴极放电的条件的表格。
[0025]图12是电子的平均自由工程与压力的关系的曲线图。
[0026]图13是德拜长度(Debye length)的计算值的例子的表格。
[0027]图14是本发明的第一实施方式的第一变形例的等离子体处理装置的构成的示意图。
[0028]图15是本发明的第一实施方式的第二变形例的等离子体处理装置的构成的示意图。
[0029]图16是本发明的第二实施方式的等离子体处理装置的构成的示意图。
[0030]图17是本发明的第二实施方式的等离子体处理装置的其他构成的示意图。
[0031]图18是本发明的第二实施方式的变形例的等离子体处理装置的构成的示意图。
【具体实施方式】
[0032]接着，参照附图来对本发明的第一实施方式及第二实施方式进行说明。以下的附图的记载中，对相同或类似的部分附上相同或类似的符号。其中，应留意附图为示意性的图。而且，以下所示的第一实施方式及第二实施方式是例示用于将本发明的技术思想具体化的装置或方法，本发明的实施方式并未将构成零件的构造、配置等特定为下述内容。
[0033](第一实施方式)
[0034]本发明的第一实施方式的等离子体处理装置10如图1所示包括:阳极电极11，安装处理基板；阴极电极12，在与阳极电极11相向的面具有设置着开口部的贯通孔120 ;气体供给装置13，对阳极电极11与阴极电极12间导入工艺气体100 ;以及交流电源14，对阳极电极11与阴极电极12间供给交流电力，在阳极电极11与阴极电极12间使工艺气体100成为等离子体状态。如图1所示，阳极电极11与阴极电极12为平板型，等离子体处理装置10利用电容稱合型等离子体(Capacitively Coupled Plasma)。电容稱合方式的电极间的距离理想的是大致均匀。
[0035]表面设置着开口部的阴极电极12，作为生成空心阴极放电的空心阴极电极而发挥功能。以下对空心阴极放电进行说明。
[0036]在普通的电容耦合型等离子体中，以利用对阴极电极12的表面的入射离子而放出的二次电子(Secondary electron)为起点,连锁地将气体分子离子化，由此维持着电离。在本发明的情况下，在除贯通孔120的内部以外的阴极电极12的表面的等离子体生成就是这种情况。另一方面，贯通孔120内部的等离子体生成为空心阴极放电，空心阴极放电中，在阴极电极12的贯通孔120内部，电子被封入到贯通孔120内部且具有运动能量，由此形成高密度电子的空间。也就是，由设置于阴极电极12的贯通孔120的侧壁上所产生的阴极压降(cathode drop)而德拜遮断，电子入射到贯通孔120的侧壁而不会消失。也就是,通过在贯通孔120内部重复进行电子从相向的壁面反弹的被称作“摆动(Pendulum movement)效果”这样的回弹，而在贯通孔120内部形成着高密度电子空间。与气体分子碰撞的电子重复进行非弹性碰撞，以维持、促进电离。这些电子在贯通孔120内部向各个方向散射，重复进行电离放大与累积电离。
[0037]参照图2?图5对所述现象进行说明。图2是将图1所示的区域A放大所得的图。在阳极电极11与阴极电极12间形成着辉光放电(glow discharge)区域101,在形成于阴极电极12的贯通孔120内部形成着空心放电区域102。另外，在阳极电极11及阴极电极12与辉光放电区域101间分别形成着鞘层区域(sheath area)200。而且，贯通孔120内部，在阴极电极12与空心放电区域102间形成着鞘层区域200。阳极电极11与阴极电极12间的间隔设为距离S。
[0038]如图3所示,侵入到贯通孔120的离子50利用鞘层区域200而加速,而碰撞到阴极电极12的内壁面。
[0039]从壁面放射的二次电子60如图4所示,利用鞘层电场(sheath electric field)而向与壁面垂直的方向加速。加速后获得足够的能量的二次电子60碰撞到中性气体分子70，从而引起电子雪崩。由此，贯通孔120内部的电子密度急速增大。
[0040]如图5所示，从壁面放射的二次电子60中的到达相反侧的壁面近处的电子61，在相反侧的鞘层电场中回弹而被推回到等离子体中。这被称作摆动效果，贯通孔120内的电子的存在确立飞跃性地增加。利用这些作用，贯通孔120内维持着高电子密度，成为与形成于平行平板间的辉光放电不同的等离子体构造。
[0041]侵入到高电子密度区域的气体分子重复进行电离与再结合，再结合时作为高辉度的发光而被观测到。高密度等离子体中生成的前驱体80为自由基种，与电极电位无关而向贯通孔120的外侧扩散，在配置于例如阳极电极11的基板表面形成薄膜。
[0042]用以高效地获得均匀的高电子密度的贯通孔120的直径，是根据压力、温度、工艺气体种类及该电子的平均自由工程而进行研究。关于贯通孔120的直径将于以下进行叙述。
[0043]另外，根据所述原理，对于阴极电极12，优选为廉价且加工容易、且清洗等保养容易的碳材等。例如可利用氟酸处理，来清洗包含碳材的阴极电极12。而且，通过使用碳材，等离子体处理步骤中不会因高温而产生变形。或者，是容易形成金属氧化膜的铝合金等适合于空心阴极电极的材料。此外，可将加入有碳纤维的碳、不锈钢合金、铜、铜合金、玻璃、陶瓷等用于阴极电极12。或者,也可利用耐酸招处理、镀敷、热喷涂(thermal spraying)来对所述材料实施涂布。
[0044]关于阳极电极11，也适合使用碳材。而且，可将加入有碳纤维的碳、铝合金、不锈钢合金、铜、铜合金、玻璃、陶瓷等用于阳极电极11。或者，也可利用耐酸铝处理、镀敷、热喷涂来对所述材料实施涂布。
[0045]图1所示的等离子体处理装置10中，可将空心阴极放电产生的多个贯通孔120以一定的密度形成于阴极电极12的表面，由此可在阴极电极12的两面容易达成均匀的高电子密度电场。这是因为，利用经由贯通孔120的等离子体的两极性扩散的性质，阴极电极12的两面的等离子体密度的高低的差被自动修正。
[0046]与此相对，研究图6所示的比较例，该比较例中在阴极电极12A的表面形成凹部601，在凹部601的底面设置气体喷出口 602。该比较例是采用从阴极电极12A的内部供给工艺气体100的簇射电极的例子。图6所示的比较例中，凹部601的内部为利用空心阴极放电而生成高密度等离子体的空间。构成为如下:通过从形成于凹部601的底面的微小直径的气体喷出口 602喷出工艺气体100，工艺气体100有效地通过高密度等离子体空间。
[0047]然而，图6所示的比较例中，难以对多个凹部601均匀地供给工艺气体100，气体喷出口 602的开口直径或长度、工艺气体100的流量或压力等中有着各种制约。进而，气体喷出口 602为极微小的直径，因而容易引起堵塞。在因堵塞而无法导入工艺气体100的情况下，发生堵塞的凹部601中难以产生空心阴极放电，因而无法维持阴极电极12A的整个面的放电的均匀性。
[0048]另一方面，图1所示的等离子体处理装置10中，在利用空心阴极放电而生成了高密度等离子体的贯通孔120附近稳定地流通工艺气体。因此，在阴极电极12的两面的各自的整个面维持着放电的均匀性。
[0049]贯通孔120优选在阴极电极12的表面尽可能地形成多个。例如像六方密排配置等这样，以在阴极电极12的表面密排地配置着开口部的方式来形成贯通孔120。由此，在阴极电极12的表面均匀地形成高密度的等离子体。
[0050]图7是形成着贯通孔120的开口部的阴极电极12的表面的例子。此时，例如图8所示，在贯通孔120的直径为5mm的情况下，将上下方向上邻接的贯通孔120间的中心间距设定为3mm,斜方向上邻接的贯通孔120间的左右方向的距离设定为5.2mm。
[0051]另外，如图7所示，气体供给装置13的喷出工艺气体100的气体供给喷嘴130朝向阴极电极12的底面，且有多个气体供给喷嘴130的情况下，气体供给喷嘴130沿着阴极电极12的底面排列。通过使气体供给喷嘴130朝向阴极电极12的底面，而可对阴极电极12的两面大致均等地供给工艺气体100。
[0052]在工艺气体100为混合着多种气体的气体的情况下，可从气体供给喷嘴130供给混合着所有气体的工艺气体100，也可从针对每种气体而不同的气体供给喷嘴130分别供给气体。
[0053]关于图1所示的等离子体处理装置10，为了有效地决定用以形成空心阴极放电的贯通孔120的尺寸，而必须研究电子的行为。以下说明贯通孔120的电子的行为。
[0054]图9是图1的区域A的放电状态的详情。电子无法侵入到相对于阴极电极12的比德拜长度Ad更内侧处，而是回弹。而且，从贯通孔120的内壁面放出的电子在电子的平均自由工程附近与气体分子发生第一次碰撞，将气体分子离子化而生成等离子体。图9中，由长度a来表示将贯通孔120的直径d减去两侧的德拜长度Xd所得的距离。如果将电子的平均自由工程(mean free pass)设为b,则以下的式(I)成立:
[0055]a=2b+c…(I)
[0056]式(I)中，长度c是贯通孔120内部的除鞘层区域以外的区域的直径方向的距离。贯通孔120的直径d由以下的式(2)来表示:
[0057]d=a+2X λ d=2b+c+2X λ d...(2)
[0058]在c=0的情况下，无法确保具有足够运动能量的电子的移动空间，且无法在贯通孔120内部确保足够的等离子体生成空间。
[0059]另外，在如c > 5b这样的贯通孔120的直径d粗的情况下，如图10所示，在贯通孔120内部，高密度的等离子体以粘在贯通孔120的壁面的方式而生成。因此，在由长度f表示的贯通孔120的中心空间内，等离子体密度变得稀薄。
[0060]另一方面，图11所示，如果贯通孔120的直径d减小，则由贯通孔120内的长度c表示的电子移动范围减小。因此，无法产生足够的等离子体空间。
[0061]图11所示气体种类为氨气、温度为673K的情况下的空心阴极放电所产生的压力P，贯通孔120的直径d的条件的表格。图11中，将贯通孔120的直径d相对于电子的平均自由工程Y的比为2.38、碰撞次数`为3.7作为产生空心阴极放电的条件。如图11所示，贯通孔120的直径d越小则长度c越小，越难以确保等离子体生成空间。
[0062]如果长度c为最佳，则确保具有足够运动能量的电子的移动空间，此外，确保足够广的高密度等离子体空间。
[0063]图12所示温度为673K时的电子的平均自由工程Y与压力P的关系。图12中，圆形记号为氨气(NH3)的平均自由工程，三角形记号为单硅烷(SiH4)气体的平均自由工程。另外，图11中例示的压力P=67Pa、87Pa、130Pa下的平均自由工程Y，在图12中由中空的圆形记号及三角形记号来表示。
[0064]另外，德拜长度λ d与电子温度Te及电子密度ne的关系由以下的式(3)来表示:
[0065]λ d=7.4X 103X (Te/ne) 1/2…(3)
[0066]图13是德拜长度λ d的计算值的例子。此处，使用普通的高密度辉光放电等离子体的电子温度与电子密度来算出德拜长度Xd。另外，气体分子的平均自由工程Ag由式
(4)来表不，电子的平均自由工程Xe由式(5)来表不:
[0067]λ g=3.11X10-24XT4/ (PXD)...(4)
[0068]λ θ=λ gX4X21/2…(5)
[0069]式(4)中，T为环境气体温度(K), P为压力(Pa), D为气体分子的直径(m)。
[0070]通过如所述那样来设定最佳的长度C，而可决定贯通孔120的直径d。也就是，根据规定的压力、环境气体温度、气体种类，而可准备以最佳效率地产生空心阴极放电的方式而专门设计的阴极电极12。
[0071]图1所示的等离子体处理装置10中，必须在贯通孔120的内部最佳效率地利用电子的摆动效果来产生空心阴极放电。此时，电子的平均自由工程由环境气体温度与压力、气体分子的大小来决定。
【发明者】等人使用形成着多个贯通孔120的阴极电极12，将单硅烷(SiH4)气体与氨气(NH3)的混合气体用于工艺气体100并进行了实验。在将环境气体温度T设定为350°C?450°C，压力P设定为67Pa的情况下，当贯通孔120的直径为5.0mm,阴极电极12的厚度、也就是贯通孔120的长度t为5_，阳极电极11与阴极电极12间的距离S为16mm时，可在阴极电极12的两面获得均匀的多空心(multi hollow)放电。“多空心放电”是各贯通孔120中分别产生的空心阴极放电结合而在阴极电极12的表面所产生的放电。
[0072]而且，在贯通孔120的直径为3.9mm、2.9mm的情况下，如图11所示,在压力P分别为87Pa、130Pa附近获得均匀的多空心放电。这在环境气体温度T为400°C时，成为单硅烷气体中的电子的平均自由工程的4.72倍，氨气中的电子的平均自由工程的2.38倍(单硅烷气体中的电子的平均自由工程与氨气中的电子的平均自由工程的比为1.98)。
[0073]因实际在工艺气体100中使用混合气体，所以是以气体流量比多的氨气中的电子的平均自由工程为基准来估算贯通孔120的直径d。具体来说，使用单硅烷气体与氨气的混合气体，在环境气体温度T为400°C、压力P为67Pa时，将贯通孔120的直径d设为5mm，在阴极电极12的两面获得均匀的多空心放电。CVD的工艺气体通常混合导入有单硅烷、氢、氮等气体种类，但在贯通孔120直径的研究中，着眼于混合气体中平均自由工程最长的气体种类，来导出贯通孔120的直径的最佳值。
[0074]另外，为了加工的容易性或以所期望的压力获得多空心放电，优选将贯通孔120的直径d设为3.8mm?8.0mm左右。这些尺寸比形成用于制造簇射电极所需的0.3mm?
0.4mm的孔容易。因此，可降低等离子体处理装置10的制造成本。
[0075]另外，所述中已示出了贯通孔120的剖面为圆形的例子。然而，贯通孔120的剖面也可为直径大致为3.8mm?8.0mm左右的多边形。
[0076]而且，也可在阴极电极12上形成沿着长轴方向的剖面形状彼此相同的多个贯通孔120，或者，使沿着长轴方向的剖面形状的尺寸或形状彼此不同的贯通孔120混合存在而形成。通过使直径d不同的贯通孔120混合存在，在压力或温度、气体种类等不同的多个条件下，均可分别获得多空心放电。
[0077]贯通孔120的长轴方向的长度、也就是阴极电极12的厚度t为了容易产生空心阴极放电，而设定为3mm?IOmm左右，优选设定为5mm左右。
[0078]阳极电极11与阴极电极12间的距离S优选为IOmm?40mm左右。由此，可在阳极电极11与阴极电极12间均匀地产生等离子体。
[0079]图6所示的比较例等的现有方法中，从由空心阴极放电生成高密度等离子体的凹部601，如喷淋那样均匀地放出工艺气体100，由此可首次在阴极电极12A的整个面获得等离子体的均匀性。
[0080]与此相对，图1所示的等离子体处理装置10中，不经由阴极电极12而导入工艺气体100。因贯通孔120的直径d比簇射电极所需的孔的直径大许多，所以不用担心堵塞，此外保养也容易。
[0081]等离子体处理装置10中，优选在阳极电极11与阴极电极12间，从下方朝向上方导入工艺气体100。通过从下方导入工艺气体100，而比重轻的等离子体化的气体分子、自由基粒子作为上方流而沿阴极电极12的表面自然向上流动。因此，即便不使用如簇射电极这样的复杂构造，也可对阴极电极12的表面均匀地供给工艺气体。而且，由空心阴极放电生成的高密度等离子体的空间为贯通孔120，因而在阴极电极12的表背面确保了等离子体的连续性，且相互地自动修正等离子体密度的高低。因此，等离子体处理装置10中，在阴极电极12的两面可生成均匀的高密度的等离子体。
[0082]另外，为了使工艺气体100顺畅地流动，优选阴极电极12的表面光滑，除贯通孔120的内部表面以外，将表面粗糙度加工为3μπι以下。例如，将阴极电极12的表面平坦化为由“▽▽▽”表示加工记号的程度。也就是，优选最大高度Ry为6.3S，十点平均粗糙度Rz为6.3Ζ，算术平均粗糙度Ra小于1.6a。通过减小阴极电极12的表面粗糙度，而可提高形成于基板I的薄膜的成膜速度。
[0083]如以上说明的那样，根据本发明的第一实施方式的等离子体处理装置10，通过在阴极电极12形成贯通孔120，而可在阴极电极12的两面均匀且稳定地生成高密度的等离子体。此外，与使用必需数千个以上的微细孔加工的簇射电极的装置相比，等离子体处理装置10的制造期间短，且制造良率提高。因此，等离子体处理装置10的制造成本的增大得到抑制。
[0084]而且，根据等离子体处理装置10，可与交流电源14的供给的交流电力的频率无关地进行大面积且均匀的高密度等离子体的生成。即便将交流电源14所供给的交流电力的频率设定为例如60Hz~27MHz左右，也可生成均匀且高密度的等离子体。也就是，无须使用供给高价的甚高频(very high frequency, VHF)波段的交流电力的交流电源。与此相对,现有的平行平板型的等离子体处理装置中，为了实现大面积且高密度的电容耦合高频放电，例如必须代替13.56MHz的射频(radio frequency, RF)波段的频率,而使用13.56MHz以上的27MHz等VHF波段的频率，以消除因等离子体密度的提高与驻波(standing wave)引起的等离子体密度的不均匀。
[0085]等离子体处理装置10中，即便为像例如250KHz这样的廉价的低频RF波段，也可获得与使用VHF波段的交流电源的 现有的等离子体处理装置同等以上的高密度等离子体。
[0086]另外，也可将交流电源14输出的交流电力经由脉冲发生器(Pulse Generator)而供给到阳极电极11与阴极电极12间。例如，将脉冲发生器的输出供给到阴极电极12，而使阳极电极11接地。通过以一定的周期使交流电力的供给停止，而稳定地形成等离子体。这是为了通过在交流电力的供给中设置停止期间而电子的温度下降，从而放电的稳定性提闻。
[0087]例如，将供给交流电力的导通时间设为600微秒、停止交流电力的供给的断开时间设为50微秒，且以使导通时间与断开时间交替重复的方式对阳极电极11与阴极电极12间供给交流电力。另外，优选在100微秒~1000微秒左右的范围内设定导通时间，在10微秒~100微秒左右的范围内设定断开时间。
[0088]通过如所述那样对朝向阳极电极11与阴极电极12间的交流电力的供给进行脉冲控制，并使交流电力的供给周期性地导通、断开，而可抑制异常放电的发生。
[0089]<第一变形例>
[0090]图14是阳极电极11为一个情况下的等离子体处理装置10的例子。当如图14所示仅在阴极电极12的单侧的表面激发等离子体时，在从阴极电极12的未激发等离子体的面算起为距离k的位置配置阴极背板121。此时，为了在阴极电极12与阴极背板121间不产生等离子体，而以k<b (b:电子的平均自由工程)的方式来设定距离k。此时，从交流电源14对阴极电极12与阴极背板121供给交流电力。另外，对阳极电极11与阴极电极12间、及阴极电极12与阴极背板121间导入工艺气体100。
[0091]〈第二变形例〉
[0092]图15是等离子体处理装置10具有多个阴极电极12的例子。图15所示的等离子体处理装置10中，阳极电极11与阴极电极12交替地配置着，且，最外侧配置着阳极电极
11。因此，阳极电极11的块数比阴极电极12多I块。图15中是阴极电极12为3块的例子，但阴极电极12的块数当然不限于3块。
[0093]通过采用图15所示的构成，可增加形成于阳极电极11与阴极电极12的等离子体区域的数量。由此，等离子体处理装置10的处理能力提高。
[0094](第二实施方式)
[0095]图1所示的等离子体处理装置10可适用于等离子体化学气相沉积(CVD)装置、等离子体蚀刻装置、等离子体灰化装置等。
[0096]图16是将图1所示的等离子体处理装置10用于等离子体CVD装置的例子。阳极电极11及阴极电极12配置于腔室20内，在阳极电极11上配置成膜处理对象的基板I。阳极电极11接地。
[0097]使用包含成膜用的原料气体的气体来作为工艺气体100，从气体供给装置13经由气体供给喷嘴130而向腔室20内导入工艺气体100。
[0098]腔室20内的压力由电容表(capacitance gauge)等压力测定器16而测定,利用作为将腔室20真空排气的排气泵且调整排气速度的排气速度控制部(APC) 15来调整腔室20内的压力。腔室20内的工艺气体100的压力被调整为规定的气压后，利用交流电源14将规定的交流电力供给到阴极电极12与阳极电极11间。由此，腔室20内的工艺气体100被等离子体化。通过将基板I暴露在所形成的等离子体中，以原料气体中所含的原料为主成分的所期望的薄膜形成于基板I的露出的表面。
[0099]另外，也可利用图16所示的基板加热器21，来设定成膜处理中的基板I的温度。通过将成膜处理中的基板I的温度设定为规定的温度，而可加快成膜速度，或提高膜质。
[0100]如已说明的那样，图1所示的等离子体处理装置10中，在阴极电极12的表面生成均匀且高密度的等离子体。因此，根据图16所示的等离子体CVD装置，原料气体被高效地分解，高速且大面积地在基板I上均匀地形成薄膜。因此，所形成的膜的膜厚、膜质的均匀性提闻，并且成I旲速度提闻。
[0101]利用采用了等离子体处理装置10的等离子体CVD装置，并通过适当地选择原料气体，而可形成所期望的薄膜。例如，可将硅半导体薄膜、氮化硅薄膜、氧化硅薄膜、氮氧化硅薄膜、碳薄膜等形成于基板I上。具体来说，使用氨气(NH3)与单硅烷(SiH4)气体的混合气体，在基板I上形成氮化硅(SiN)膜。或者，使用单硅烷(SiH4)气体与N20气体的混合气体、或四乙氧基娃烧(Tetraethoxysilane, TE0S)气体与氧气,在基板I上形成氧化娃(SiOx)膜。
[0102]图17是与安装于阴极电极12的交流电源14分开地在阳极电极11上安装了交流电源17的例子。通过对阳极电极11供给交流电力，而可提高形成于基板I上的薄膜的膜质。交流电源17供给的交流电力的频率可与交流电源14的供给的交流电力的频率同等或比其低。例如，交流电源17所供给的交流电力的频率设定为60Hz?27MHz左右。
[0103]另外，并未从交流电源14供给交流电力，而仅从交流电源17供给交流电力，由此可清洁阳极电极11。具体来说，将溅射用的气体导入腔室20内，通过一边从交流电源17供给交流电力一边进行的溅射蚀刻，来清洁阳极电极11。
[0104]而且，在图14所示的阳极电极11为一个的情况下，也将在阴极电极12与阳极电极11上分别安装着交流电源14、交流电源17的图18所示的等离子体处理装置10，用于等离子体CVD装置中。另外，如已说明的那样，以k < b的方式来设定从阴极电极12的未激发等离子体的面到阴极背板121为止的距离k。
[0105]另外，通过将图15所示的具有多个阴极电极12的等离子体处理装置10应用于等离子体CVD装置中，而一次成膜的基板的数量增大，从而可提高成膜处理能力。
[0106]以上说明了将图1所示的等离子体处理装置10应用于等离子体CVD装置的例子。在图15或图16所示的构成中，通过更换工艺气体100的气体种类，而可将图1所示的等离子体处理装置10应用于等离子体蚀刻装置或等离子体灰化装置等。
[0107]例如，通过将等离子体蚀刻用气体作为工艺气体100而导入到腔室20内，可实现将形成于基板I上的膜蚀刻除去的等离子体蚀刻装置。等离子体蚀刻用气体可根据蚀刻对象的材料而适当选择，例如可采用三氟化氮(NF3)气体或四氟化碳(CF4)气体等氟系气体。
[0108]而且，通过将等离子体灰化用气体作为工艺气体100而导入到腔室20内，可实现使用了等离子体处理装置10的等离子体灰化装置。例如，通过使用氧气及氩气来作为工艺气体100，可将作为蚀刻用遮罩的形成于基板I上的碳膜或光阻膜等灰化。
[0109]如以上所说明的那样，通过使用可在阴极电极12的两面均匀且稳定地生成高密度的等离子体的等离子体处理装置10，而可提高等离子体CVD装置、等离子体蚀刻装置、等离子体灰化装置等的处理速度或精度。
[0110]如所述那样，本发明通过第一实施方式及第二实施方式而进行了记载，但应理解为成为该公开的一部分的论述及附图并不限定本发明。根据该公开内容，对于本领域技术人员而言当然明白各种代替实施方式、实施例及运用技术。也就是，本发明当然包含此处未记载的各种实施方式等。因此，本发明的技术范围根据所述说明而仅由妥当的发明特定事项来规定。
[0111]产业上的可利用性
[0112]本发明的等离子体处理装置可用于在阴极电极的两面均匀地生成高密度的等离子体的用途中。
【权利要求】
1.一种等离子体处理装置，其特征在于，包括: 阳极电极，安装基板； 阴极电极，以与所述阳极电极相向的方式而配置，在相向的面具有设置着开口部的贯通孔； 气体供给装置，对所述阳极电极与所述阴极电极间导入工艺气体；以及交流电源，对所述阳极电极与所述阴极电极间供给交流电力，在所述阳极电极与所述阴极电极间使所述工艺气体成为等离子体状态。
2.根据权利要求1所述的等离子体处理装置，其特征在于: 所述气体供给装置从下方朝向上方将所述工艺气体导入到所述阳极电极与所述阴极电极间。
3.根据权利要求2所述的等离子体处理装置，其特征在于: 所述气体供给装置从沿着所述阴极电极的底面配置的气体供给喷嘴，朝向所述阴极电极的底部喷出所述工艺气体。
4.根据权利要求1所述的等离子体处理装置，其特征在于: 在所述阴极电极的设置着所述开口部的两面分别相向地配置着所述阳极电极。
5.根据权利要求1所述的等离子体处理装置，其特征在于: 所述等离子体处理装置包括多个所述阴极电极。
6.根据权利要求1所述的等离子体处理装置，其特征在于: 所述阳极电极及所述阴极电极中的至少任一个包含碳。
7.根据权利要求1所述的等离子体处理装置，其特征在于: 所述贯通孔的直径为3.8mm以上且8.0mm以下。
8.根据权利要求1所述的等离子体处理装置，其特征在于: 在所述阴极电极的表面密排地配置着所述开口部。
9.根据权利要求1所述的等离子体处理装置，其特征在于: 在所述阴极电极上形成着沿长轴方向的剖面形状的尺寸或形状互不相同的多种所述贯通孔。
10.根据权利要求1所述的等离子体处理装置，其特征在于: 所述交流电源所供给的所述交流电力的频率为60HZ以上且27MHz以下。
11.根据权利要求1所述的等离子体处理装置，其特征在于: 使用包含成膜用的原料气体的气体来作为所述工艺气体，在配置于所述阳极电极上的所述基板上，形成以所述原料气体中所含的原料作为主成分的膜。
12.根据权利要求1所述的等离子体处理装置，其特征在于: 使用对形成于配置在所述阳极电极上的所述基板的表面的膜进行蚀刻的气体来作为所述工艺气体。
13.根据权利要求1所述的等离子体处理装置，其特征在于: 使用包含氧气及氩气的气体来作为所述工艺气体，将形成于配置在所述阳极电极上的所述基板的表面的膜灰化。
【文档编号】C23C16/509GK103493602SQ201180070316
【公开日】2014年1月1日 申请日期:2011年9月22日 优先权日:2011年7月14日
【发明者】铃木正康 申请人:株式会社岛津制作所