JP2000256858A - プラズマ化学気相成長装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 基板表面に微細な間隔で凹凸部分が存在して
も凹部を緻密で均一な膜質の石英膜で埋め込み可能なプ
ラズマ化学気相成長装置を提供する。 【解決手段】 チャンバ内に所定の間隔で互いに対向し
且つ平行に配置された上部電極５と下部電極３とを備え
たプラズマ化学気相成長装置において、上部電極５と下
部電極３との間にメッシュ板１０５を配置し、また、下
部電極３が基板ステージを兼ねると共に、下部電極３に
高周波電源が接続され、上部電極５及びチャンバを接地
する構成とした。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、基板上に良好に
石英等の膜を堆積するプラズマ化学気相成長装置に関す
るものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、この種の技術として、文献：Ｓ．
Ｍ．ジー著「半導体デバイス」産業図書、１９８７、第
３６９頁〜３７７頁に開示される技術があり、その第３
７０頁の１３図（ｂ）には、石英膜等の膜形成に用いら
れる平行平板プラズマＣＶＤ装置が開示されている。こ
の平行平板プラズマＣＶＤ装置は、反応室内にアルミニ
ウム（Ａｌ）製の上部電極と下部電極を対向させ且つ平
行に設置し、上部電極は高周波電源が接続され、下部電
極は接地され、この下部電極上に膜堆積用の基板を載置
し、抵抗加熱により温度１００〜４００℃に保ち、原料
ガスとして、例えば石英膜の堆積の場合には、シラン
（ＳｉＨ₄）或いはテトラエトキシシラン（ＴＥＯ
Ｓ）、及び酸素等を反応室内に導入し、基板上に石英膜
の堆積を行うものであった。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来の装置では、基板表面に微細な間隔で凹凸部分が存在
する場合、凹部を緻密で均一な膜質の石英膜で埋め込む
ことは困難であるという問題があった。例えば、基板上
に微細な間隔で複数の光導波路を形成するに際し、光導
波路の膜を上記装置で堆積する場合、光導波路のコアの
周囲を覆うように上部クラッド層を形成する必要がある
が、コアの高さが８μmでコア間が４μm以下の場合、即
ちアスペクト比が２以上の場合には、コア間を上部クラ
ッド層で埋め込むことは容易ではなかった。

【０００４】また、コア間が４μm以上でも、コアの側
壁に成長する石英膜は、コア上面上及び下部クラッド層
表面上に成長する石英膜と比較して密度が低く、また屈
折率も小さくなり、その結果、コアの周囲で屈折率が不
均一となって、光導波路の複屈折を誘起していた。その
ため偏波特性が劣化し、導波路損失が大きくなるという
問題があった。

【０００５】本発明は、上記問題点を解決し、基板表面
に微細な間隔で凹凸部分が存在する場合、凹部を緻密で
均一な膜質の石英膜で埋め込むことを可能としたプラズ
マ化学気相成長装置を提供することを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、請求項１の発明は、チャンバ内に所定の間隔で互い
に対向し且つ平行に配置された上部電極と下部電極とを
備えたプラズマ化学気相成長装置において、前記上部電
極と前記下部電極との間にメッシュ状の板が配置されて
いることを特徴とする。

【０００７】また、請求項２の発明は、チャンバ内に所
定の間隔で互いに対向し且つ平行に配置された上部電極
と下部電極とを備えたプラズマ化学気相成長装置におい
て、前記上部電極と前記下部電極の互いに対向する表面
の間隔が１００〜３００ｍｍの範囲に設定され、且つチ
ャンバー内の圧力が１０^-2〜１ Ｐａ（パスカル）の範
囲に設定されることを特徴とする。

【０００８】また、請求項３の発明は、請求項１又は２
のいずれかの請求項に記載のプラズマ化学気相成長装置
において、前記下部電極が基板ステージを兼ねると共
に、前記下部電極に高周波電源が接続され、前記上部電
極及び前記チャンバが接地されていることを特徴とす
る。

【０００９】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して、本発明の
実施の形態について説明する。

【００１０】図１は、本発明の第１の実施の形態並びに
第２の実施の形態に係るプラズマ化学気相成長装置の概
略的な構成を示したブロック図であり、各実施の形態に
共通部分の構成を示している。

【００１１】図１に示すプラズマ化学気相成長装置（以
下プラズマＣＶＤ装置という）において、１は反応室で
あるチャンバ、３はチャンバ１内に配置され且つ下部電
極を兼ねた基板ステージ、５はチャンバ１内に基板ステ
ージ（下部電極）３と対向し且つ平行に配置された上部
電極、１１は基板ステージ（下部電極）３に接続され高
周波電力を印加する高周波電源、１３はチャンバ内の圧
力を測定する圧力計、１５は圧力コントローラ、１７は
バタフライバルブ、１９はメカニカルブースターポン
プ、２１はロータリーポンプ、２３、２５、２７、２９
はバルブ、３１はターボ分子ポンプ、３３はロータリー
ポンプ、４１、４３、４５は流量コントローラ、５１、
５３、５５はバルブ、６０はテトラエトキシシラン（Ｔ
ＥＯＳ）供給用ボンベ、７０は酸素（Ｏ₂）供給用ボン
ベ、８０はＣ₂Ｆ₆供給用ボンベである。また、１００は
基板ステージ（下部電極）３上に載置され、その上に石
英膜等の成膜を行うための基板である。

【００１２】次に、上述した図１及び図２、図３を参照
して、本発明の第１の実施の形態に係るプラズマ化学気
相成長装置について説明する。

【００１３】この第１の実施の形態においては、上記図
１に示されるチャンバ１内において、基板ステージ（下
部電極）３と上部電極５との間にメッシュ状の板（以
下、メッシュ板という）１０５が配置されることが１つ
の特徴であり、そのチャンバ１内の各部の構成を図２に
示す。

【００１４】この図２において、上部電極５は、ガスの
シャワーヘッドを兼ねており、円筒形状で、直径約１５
ｃｍ、厚さが約４ｃｍである。この上部電極５の基板ス
テージ（下部電極）３と対向する表面には、直径約１ｍ
ｍのガス噴出用の穴が５ｍｍの間隔で多数開口されてい
る。各原料ガスはガス導入パイプ１１０を通過して上部
電極５内に導入される。基板ステージ（下部電極）３の
内部にはヒーター１２０が埋め込まれており基板を５０
０℃まで加熱保持することができる。このヒーター１２
０の配線は絶縁管１２５を介して外に引き出されるが、
絶縁管１２５でヒータ配線と基板ステージ（下部電極）
３との間の電気的絶縁を図っている。基板の温度は熱伝
対１３０により測定され、温度制御手段（図示せず）を
用いたヒーター１２０の加熱制御により基板１００の温
度を所定の温度に設定する。

【００１５】また、高周波電源１１からのケーブル（図
示せず）は、高周波電源引き込み部１４０から基板ステ
ージ（下部電極）３内に引き込まれ、基板ステージ（下
部電極）３と電気的に接続されている。また、基板ステ
ージ（下部電極）３と上部電極との間隔は３０ｍｍとし
ており、この間にメッシュ板１０５が配置されている。
このメッシュ板１０５と基板ステージ（下部電極）３と
の間隔は５ｍｍである。このメッシュ板１０５は、チャ
ンバ１、基板ステージ（下部電極）３、上部電極５と電
気的絶縁を保つようにして、支持部材（図示せず）によ
り支持される。

【００１６】次に、図３を用いて、メッシュ板１０５の
構造について説明する。ここで、図３（ａ）はメッシュ
板１０５の平面図を示し、図３（ｂ）はメッシュ板１０
５の側面図を示す。

【００１７】図３（ａ）、（ｂ）に示すように、このメ
ッシュ板１０５は、一辺が５ｍｍの六角形の穴が多数開
口している全体形状も六角形のものであり、メッシュ板
１０５の幅Ｗは約１５０ｍｍで高さは１０ｍｍである。
このメッシュ板１０５の材質としては、金属、又はセラ
ミックス、あるいは金属の表面を絶縁物で覆ったもの等
が用いられ得る。この実施の形態においては、このメッ
シュ板１０５として、基材の材質はアルミニウム（Ａ
ｌ）で、その表面をＡｌ₂Ｏ₃で覆ったものを用いてい
る。

【００１８】このプラズマＣＶＤ装置はさらに次のよう
な特徴を有する。（１）基板ステージを兼ねた下部電極
３に高周波電源１１が接続される、（２）プラズマ生成
のための高周波電源１１が基板１００への自己バイアス
のための電源を兼ねる、（３）基板１００側にプラズマ
シースが形成されるように、基板ステージ（下部電極）
３がチャンバ１と電気的に絶縁され、基板１に自己バイ
アスが印加される、（４）テトラエトキシシラン（ＴＥ
ＯＳ）、酸素、Ｃ₂Ｆ₆の各原料ガスがチャンバ内に導入
可能となっていることである。

【００１９】また、その他の特徴としては以下のとおり
である。基板１００は５００℃まで加熱することができ
る。チャンバ１内の排気にはターボ分子ポンプ３１を用
いて１×１０^-3Ｐａまで圧力を下げることができる。上
部電極５の表面には、多数の穴が開けられており、ガス
がシャワー状に基板表面上に供給される。各々の原料ガ
スは流量コントローラ４１、４３、４５により所望の一
定の流量に制御される。チャンバ１内の圧力は、チャン
バ１に設置された圧力計１３及び圧力コントローラ１
５、バタフライバルブ１７等により所望の一定値に制御
される。また、上部電極を接地し、基板ステージ（下部
電極）３と高周波電源１１を接続することにより、基板
ステージ（下部電極）３と上部電極５間に１３．５６Ｍ
Ｈｚの高周波電力を印加して、プラズマを発生させる。
また、チャンバ１も接地されている。

【００２０】次に、図１〜図３、及び図４を参照して、
この第１の実施の形態に係るプラズマＣＶＤ装置の動作
について、説明する。

【００２１】まず、はじめに、その表面に既に凹凸の形
成された基板を、第１図に示したプラズマＣＶＤ装置の
チャンバ１内の基板ステージ３に設置する。ここでは、
この凹凸の形成された基板として、例えば、４インチシ
リコンウエハからなる基板１００上に光導波路の膜厚２
０μmの石英製下部クラッド層１４５が形成され、さら
にその上に高さ６μm、幅８μmのコア１５０が２つ予め
形成されたものを用いており、そのコアとコアの間隔の
最も小さいところは、２μmとなっている。

【００２２】次に、バルブ２７を開け、チャンバ１内を
バルブ２７を介してロータリーポンプ３３により、圧力
１Ｐａ（パスカル）になるまで排気した後、バルブ２７
を閉じる。続いて、バルブ２５、２９を開け、バルブ２
５を介してターボ分子ポンプ３１によりチャンバ１内を
圧力１×１０^-3Ｐａになるまで真空排気する。この排気
はターボ分子ポンプ３１と共にロータリーポンプ３３を
同時に動作させておこなう。即ち、バルブ２５を介して
ターボ分子ポンプ３１で吸引しつつ、ターボ分子ポンプ
３１の排気をバルブ２９を介してロータリーポンプ３３
で吸引することにより真空排気を行っている。次いで、
バルブ２５、２９を閉じる。

【００２３】次に、ヒータ１２０を用いて基板１００
を、温度が４００℃となるまで加熱し、温度４００℃に
達したら４００℃を維持するように温度制御手段（図示
せず）により温度制御する。

【００２４】次いで、バルブ２３及びバタフライバルブ
１７を開け、且つ原料ガス供給用のバルブ５１、５３、
５５を開けると共に、メカニカルブースターポンプ１９
及びロータリーポンプ２１を動作させる。

【００２５】これにより、各原料ガス、即ち、ＴＥＯ
Ｓ、酸素、Ｃ₂Ｆ₆はチャンバ１内に導入され、基板１０
０上の下部クラッド層１４５上及びコア１５０上への石
英膜の成長に用いられた後、さらにチャンバ１から排出
され、バルブ２３及びバタフライバルブ１７を介しメカ
ニカルブースターポンプ１９及びロータリーポンプ２１
により排気される。この際に、圧力コントローラ１５は
圧力計１３で測定される圧力が予め設定された所定の圧
力（例えば、３０Ｐａ）となるようにバタフライバルブ
の開閉度を調節して、チャンバ１内の圧力が所定の圧力
（３０Ｐａ）に保持されるように調節している。

【００２６】なお、チャンバ１内に導入される各原料ガ
スは、ＴＥＯＳ：１２ｓｃｃｍ、酸素：４００ｓｃｃ
ｍ、Ｃ₂Ｆ₆：１４ｓｃｃｍの流量となるように、それぞ
れの流量コントローラ４１、４３、４５で流量を正確に
制御しながら、各ボンベ６０、７０、８０からそれぞれ
バルブ５１、５３，５５を介し、さらに上部電極５に接
続されるガス導入パイプ１１０を介しチャンバ１内に導
入される。この際、ＴＥＯＳは、ＴＥＯＳ供給用ボンベ
内で、あらかじめ温度を８０℃とし気化させておく。ま
た、Ｃ₂Ｆ₆ガスは、予め形成されているノンドープのコ
ア１５０に対する上部クラッド層１６０形成の際に、コ
ア１５０の屈折率より上部クラッド層１６０の屈折率を
約０．５％小さくするためにクラッド１６０にドープす
る目的で原料ガスの１つとして添加されている。

【００２７】また、各原料ガスのチャンバ１内への導入
を開始したら、１３．５６ＭＨｚの高周波電力を上部電
極と基板ステージとの間に電力密度１．６Ｗ／ｃｍ²で
印加する。これにより、チャンバ１内にプラズマが発生
し、約２時間半程度でシリコンウエハからなる基板１０
０上の下部クラッド層１４５上及びコア１５０上に膜厚
約２０μｍ、屈折率１．４５２の上部クラッド層１６０
となる石英膜が堆積する。

【００２８】この上部クラッド層１６０となる石英膜の
堆積途中の模様を図４に示す。図４に示すように、この
石英膜の堆積の際、上部電極５と下部電極３の間にメッ
シュ板１０５が配置されているので、プラズマ中の種々
の方向に動いている粒子（活性種、イオン、励起種、中
性粒子等）１７０は、メッシュ板１０５の内壁に衝突し
捕獲される。また、メッシュ板１０５の内壁に衝突しな
かった粒子（活性種、イオン、励起種、中性粒子等）１
７０は、そのままメッシュを通り抜ける。

【００２９】その結果、基板１００上の下部クラッド層
１４５表面及びコア１５０表面に到達する粒子（活性
種、イオン、励起種、中性粒子等）１７０の大部分は、
その運動方向が上部電極５から下部電極３に向かう方向
（即ち、図４の紙面上の上から下への方向）に限定され
る。そのため、基板上の微細な間隔の突起の間、例えば
光導波路の各コア１５０の間には、基板１００表面に対
し垂直上方から飛来した粒子（活性種、イオン、励起
種、中性粒子等）１７０だけが、上部クラッド層１６０
となる膜を成長させることになる。なお、図４におい
て、黒丸が粒子１７０をあらわし、黒丸に付した矢印は
粒子１７０の運動方向をあらわす。

【００３０】このようにして、各コア１５０の間を含む
下部クラッド層１４５上及びコア１５０上に上部クラッ
ド層１６０を成膜し、即ち、コア１５０の周囲（側部及
び上部）を上部クラッド層１６０で完全に覆うように成
膜し、所定の厚みの上部クラッド層１６０が成膜出来た
後に、高周波電力の印加及び各原料ガスの導入を止め、
石英膜の堆積を終了する。

【００３１】上述のように、このプラズマＣＶＤ装置を
もちいることにより、基板上の微細な間隔の突起の間
（例えば光導波路の各コア１５０の間）には、垂直上方
から飛来した粒子（活性種、イオン、励起種、中性粒子
等）１７０だけが、膜を成長させるため、突起の間が微
細な間隔であってもその位置に均一に成膜できる。ま
た、この膜成長時に、その膜表面は、プラズマ中の粒子
等による衝撃が加わり、４００℃以下の低温でも緻密な
膜となり、また基板に自己バイアスが印加されているた
めに、さらにその効果は増す。したがって、基板上の微
細な間隔の突起の間（例えば、各コア１５０の間）に
は、緻密かつ均一な膜質の膜が形成される。

【００３２】次に、本発明の第２の実施の形態について
説明する。

【００３３】この第２の実施の形態に係るプラズマ気相
成長装置（プラズマＣＶＤ装置）は、前述の第１の実施
の形態に係るプラズマＣＶＤ装置とチャンバ内の構成
（上部電極と下部電極の周辺の構造）が一部異なってい
る。

【００３４】なお、この第２の実施の形態に係るプラズ
マＣＶＤ装置の構成の概略は、図１に示したとおりであ
り、その説明は省略する。また、この第２の実施の形態
に関し、第１の実施の形態と同一の部分については同一
の番号を付して説明する。

【００３５】次に、前述の図１及び図５、図６を参照し
て、本発明の第２の実施の形態に係るプラズマ化学気相
成長装置について説明する。

【００３６】この第２の実施の形態においては、上記図
１に示されるチャンバ１内において、基板ステージ（下
部電極）３と上部電極５の互いに対向する表面の間隔Ｌ
を１００〜３００ｍｍとすることが１つの特徴であり、
そのチャンバ１内の各部の構成を図５に示す。

【００３７】この図５において、上部電極５は、ガスの
シャワーヘッドを兼ねており、円筒形状で直径約１５ｃ
ｍ、厚さが約４ｃｍである。この上部電極５の基板ステ
ージ（下部電極）３と対向する表面には、直径約１ｍｍ
のガス噴出用の穴が５ｍｍの間隔で多数開口されてい
る。各原料ガスはガス導入パイプ１１０を通過して上部
電極５内に導入される。基板ステージ（下部電極）３の
内部にはヒーター１２０が埋め込まれており基板を５０
０℃まで加熱保持することができる。

【００３８】このヒーター１２０の配線は絶縁管１２５
を介して外に引き出されるが、絶縁管１２５でヒータ配
線と基板ステージ（下部電極）３との間の電気的絶縁を
図っている。基板の温度は熱伝対１３０により測定さ
れ、温度制御手段（図示せず）を用いたヒーター１２０
の加熱制御により基板１００の温度を所定の温度に設定
する。また、高周波電源１１からのケーブル（図示せ
ず）は、高周波電源引き込み部１４０から基板ステージ
（下部電極）３内に引き込まれ、基板ステージ（下部電
極）３と電気的に接続されている。

【００３９】上部電極５と基板ステージ（下部電極）３
の互いに対向する表面の間隔Ｌは１００〜３００ ｍｍ
の範囲内に設定する。この電極間の間隔Ｌを１００〜３
００ｍｍの範囲内に設定する理由は、基板上への成膜の
際、上部電極５と下部電極３との距離、すなわち両電極
間の間隔Ｌが大きいほど、下部電極３上に載置された基
板１００への粒子の入射方向が垂直方向に制限されやす
くなるが、基板１００への粒子の入射方向が垂直方向に
制限されやすくするためには少なくとも両電極間の間隔
Ｌを１００ｍｍ以上とする必要があり、また両電極間の
間隔Ｌが３００ｍｍより大きくなると、プラズマ生成の
ための放電が得にくい上、装置も大型化してしまうため
である。

【００４０】また、電極間間隔Ｌを１００〜３００ ｍ
ｍの範囲に設定した場合、成膜時のチャンバ内の圧力
は、チャンバー内の圧力を小さくするほど（特に、１Ｐ
ａ以下にすると）、粒子間の衝突確率が減少し、試料基
板への粒子の入射が垂直方向に制限されやすくなる。し
かし、チャンバー内の圧力が１０^-2 Ｐａより低くなる
と、プラズマ生成のための放電が得難くなる。 したが
って、この第２の実施の形態の場合、電極間間隔は１０
０〜３００ ｍｍ、チャンバー内の圧力は１０^-2〜１ Ｐ
ａとするのが好適である。この条件においても高周波放
電は十分維持することができる。なお、ここでは、上部
電極５と下部電極３との間隔は、例えば、１２０ｍｍに
設定している。

【００４１】さらに、このプラズマＣＶＤ装置は、前述
の第１の実施の形態と同様に、次のような特徴を有す
る。（１）基板ステージを兼ねた下部電極３に高周波電
源１１が接続される、（２）プラズマ生成のための高周
波電源１１が基板１００への自己バイアスのための電源
を兼ねる、（３）基板１００側にプラズマシースが形成
されるように、基板ステージ（下部電極）３がチャンバ
１と電気的に絶縁され、基板１に自己バイアスが印加さ
れる、（４）テトラエトキシシラン（ＴＥＯＳ）、酸
素、Ｃ₂Ｆ₆の各原料ガスがチャンバ内に導入可能となっ
ていることである。また、その他の特徴としては以下の
とおりである。基板は５００℃まで加熱することができ
る。チャンバ１内の排気にはターボ分子ポンプ３１を用
いて１×１０^-3Ｐａまで圧力を下げることができる。上
部電極５の表面には、多数の穴が開けられており、ガス
がシャワー状に基板表面上に供給される。各々の原料ガ
スは流量コントローラ４１、４３、４５により所望の一
定の流量に制御される。チャンバ１内の圧力は、チャン
バ１に設置された圧力計１３及び圧力コントローラ１
５、バタフライバルブ１７等により所望の一定値に制御
される。また、上部電極を接地し、基板ステージ（下部
電極）３と高周波電源１１を接続することにより、基板
ステージ（下部電極）３と上部電極５間に１３．５６Ｍ
Ｈｚの高周波電力を印加して、プラズマを発生させる。
また、チャンバ１も接地されている。

【００４２】次に、図１、図５及び図６を参照して、こ
の第２の実施の形態に係るプラズマＣＶＤ装置の動作に
ついて、説明する。

【００４３】まず、はじめに、その表面に既に凹凸の形
成された基板を、第１図に示したプラズマＣＶＤ装置の
チャンバ１内の基板ステージ３に設置する。ここでは、
この凹凸の形成された基板として、例えば、４インチシ
リコンウエハからなる基板１００上に光導波路の膜厚２
０μmの石英製下部クラッド層１４５が形成され、さら
にその上に高さ６μm、幅８μmのコア１５０が２つ予め
形成されたものを用いており、そのコアとコアの間隔の
最も小さいところは、２μmとなっている。

【００４４】次に、バルブ２７を開け、チャンバ１内を
バルブ２７を介してロータリーポンプ３３により、圧力
１Ｐａ（パスカル）になるまで排気した後、バルブ２７
を閉じる。続いて、バルブ２５、２９を開け、バルブ２
５を介してターボ分子ポンプ３１によりチャンバ１内を
圧力１×１０^-3Ｐａになるまで真空排気する。この排気
はターボ分子ポンプ３１と共にロータリーポンプ３３を
同時に動作させておこなう。即ち、バルブ２５を介して
ターボ分子ポンプ３１で吸引しつつ、ターボ分子ポンプ
３１の排気をバルブ２９を介してロータリーポンプ３３
で吸引することにより真空排気を行っている。次いで、
バルブ２５、２９を閉じる。

【００４５】次に、ヒータ１２０を用いて基板１００
を、温度が４００℃となるまで加熱し、温度４００℃に
達したら４００℃を維持するように温度制御手段（図示
せず）により温度制御する。

【００４６】次いで、バルブ２３及びバタフライバルブ
１７を開け、且つ原料ガス供給用のバルブ５１、５３、
５５を開けると共に、メカニカルブースターポンプ１９
及びロータリーポンプ２１を動作させる。

【００４７】これにより、各原料ガス、即ち、ＴＥＯ
Ｓ、酸素、Ｃ₂Ｆ₆はチャンバ１内に導入され、基板１０
０上の下部クラッド層１４５上及びコア１５０上への石
英膜の成長に用いられた後、さらにチャンバ１から排出
され、バルブ２３及びバタフライバルブ１７を介しメカ
ニカルブースターポンプ１９及びロータリーポンプ２１
により排気される。この際に、圧力コントローラ１５は
圧力計１３で測定される圧力が１０^-2〜１ Ｐａの範囲
内の予め設定された所定の圧力となるようにバタフライ
バルブの開閉度を調節して、チャンバ１内の圧力が所定
の圧力に保持されるように調節している。

【００４８】なお、チャンバ１内に導入される各原料ガ
スは、ＴＥＯＳ：１２ｓｃｃｍ、酸素：４００ｓｃｃ
ｍ、Ｃ₂Ｆ₆：１４ｓｃｃｍの流量となるように、それぞ
れの流量コントローラ４１、４３、４５で流量を正確に
制御しながら、各ボンベ６０、７０、８０からそれぞれ
バルブ５１、５３，５５を介し、さらに上部電極５に接
続されるガス導入パイプ１１０を介しチャンバ１内に導
入される。この際、ＴＥＯＳは、ＴＥＯＳ供給用ボンベ
内で、あらかじめ温度を８０℃とし気化させておく。ま
た、Ｃ₂Ｆ₆ガスは、予め形成されているノンドープのコ
ア１５０に対する上部クラッド層１６０形成の際に、コ
ア１５０の屈折率より上部クラッド層１６０の屈折率を
約０．５％小さくするために上部クラッド層１６０にド
ープする目的で原料ガスの１つとして添加されている。

【００４９】また、各原料ガスのチャンバ１内への導入
を開始したら、１３．５６ＭＨｚの高周波電力を上部電
極と基板ステージとの間に電力密度１．６Ｗ／ｃｍ²で
印加する。これにより、チャンバ１内にプラズマが発生
し、約２時間半程度でシリコンウエハからなる基板１０
０上の下部クラッド層１４５上及びコア１５０上に膜厚
約２０μｍ、屈折率１．４５２の上部クラッド層１６０
となる石英膜が堆積する。

【００５０】この上部クラッド層１６０となる石英膜の
堆積途中の模様を図６に示す。図６に示すように、石英
膜堆積の際、上部電極５と下部電極３の間隔が１２０ｍ
ｍと大きく離れているので、プラズマ中の種々の方向に
動いている粒子（活性種、イオン、励起種、中性粒子
等）１７０は、基板表面に到達する直前には、その運動
方向が上部電極５から下部電極３に垂直に向かう方向
（即ち、図６の紙面上の上から下への方向）に限定され
る。そのため、基板１００上の微細な間隔の突起の間、
例えば光導波路の各コア１５０の間には、基板表面に対
し垂直上方から到達した粒子（活性種、イオン、励起
種、中性粒子等）１７０だけが、上部クラッド層１６０
となる膜を成長させることになる。なお、図６におい
て、黒丸が粒子１７０をあらわし、黒丸に付した矢印は
粒子１７０の運動方向をあらわす。

【００５１】このようにして、各コア１５０の間を含む
下部クラッド層１４５上及びコア１５０上に上部クラッ
ド層１６０を成膜し、即ち、コア１５０の周囲（側部及
び上部）を上部クラッド層１６０で完全に覆うように成
膜し、所定の厚みの上部クラッド層１６０が成膜出来た
後に、高周波電力の印加及び各原料ガスの導入を止め、
石英膜の堆積を終了する。

【００５２】上述のように、このプラズマＣＶＤ装置を
もちいることにより、基板上の微細な間隔の突起の間
（例えば光導波路の各コア１５０の間）には、垂直上方
から飛来した粒子（活性種、イオン、励起種、中性粒子
等）だけが、膜を成長させるため、突起の間が微細な間
隔であってもその位置に均一に成膜できる。また、この
膜成長時に、その膜表面は、プラズマ中の粒子等による
衝撃が加わり、４００℃以下の低温でも緻密な膜とな
り、また基板に自己バイアスが印加されているために、
さらにその効果は増す。したがって、基板上の微細な間
隔の突起の間（例えば、各コア１５０の間）には、緻密
かつ均一な膜質の膜が形成される。このように、上部電
極５と下部電極３との間隔を１００〜３００ ｍｍに設
定し、チャンバー内の圧力を１０^-2〜１ Ｐａ（パスカ
ル）と設定することにより、容易に埋め込み特性を改善
することができる。

【００５３】前述の各実施の形態で説明したように、本
発明によれば、基板表面に微細な間隔で凹凸が存在する
場合に、凹部を緻密で均一な膜質の石英膜により、４０
０℃以下の低温で埋め込むことが可能となる。これによ
り、例えば、石英系光導波路において、コアの高さが４
から１２μm、コア間の間隔が４μm以下で、コアの高さ
とコア間の間隔の比が２：１以上（即ち、アスペクト比
が２以上）であるとき、このコア間を均一な膜質のクラ
ッド材料により４００℃以下の低温で埋め込むことが可
能となる。

【００５４】なお、前述の各実施の形態では、原料ガス
として、テトラエトキシシラン（ＴＥＯＳ）を用いた場
合について説明したが、これに代えて、トリエトキシシ
ラン（ＴＲＩＥＳ）を用いることもできる。このトリエ
トキシシラン（ＴＲＩＥＳ）を用いる場合も、予め気化
させる温度、流量等の諸条件はテトラエトキシシラン
（ＴＥＯＳ）を用いる場合と同様である。

【００５５】また、前述の第１の実施の形態では、メッ
シュ板に六角形のものを用いたが、この形状に限定され
るものではなく、円形、正方形の形状のものを用いるこ
ともできる。

【００５６】また、前述の各実施の形態では、下部電極
側に高周波電源を接続した装置としたが、上部電極側、
或いは上部及び下部の両方の電極に高周波電源が接続さ
れていてもよい。また、高周波電源の周波数は１３．５
６ＭＨｚとしたが、これに限定されるものではない。

【００５７】

【発明の効果】以上、詳細に説明したように、請求項１
の発明によれば、チャンバ内に所定の間隔で互いに対向
し且つ平行に配置された上部電極と下部電極とを備えた
プラズマ化学気相成長装置において、前記上部電極と前
記下部電極との間にメッシュ状の板が配置されているた
め、基板上の微細な間隔の突起の間（例えば光導波路の
各コアの間）には、垂直上方から飛来した粒子（活性
種、イオン、励起種、中性粒子等）だけが、膜を成長さ
せるため、突起の間が微細な間隔であってもその位置に
も均一に成膜できるという効果を有する。

【００５８】また、請求項２の発明によれば、チャンバ
内に所定の間隔で互いに対向し且つ平行に配置された上
部電極と下部電極とを備えたプラズマ化学気相成長装置
において、前記上部電極と前記下部電極の互いに対向す
る表面の間隔が１００〜３００ｍｍの範囲に設定され、
且つチャンバー内の圧力が１０^-2〜１ Ｐａの範囲に設
定されているため、基板上の微細な間隔の突起の間（例
えば光導波路の各コア１５０の間）には、垂直上方から
飛来した粒子（活性種、イオン、励起種、中性粒子等）
だけが、膜を成長させるため、突起の間が微細な間隔で
あってもその位置にも均一に成膜できる。

【００５９】また、請求項３の発明によれば、請求項１
又は２のいずれかの請求項に記載のプラズマ化学気相成
長装置において、前記下部電極が基板ステージを兼ねる
と共に、前記下部電極に高周波電源が接続され、前記上
部電極及び前記チャンバが接地されているため、上記効
果に加え、基板側にプラズマシースが形成されるよう
に、基板ステージ（下部電極）がチャンバと電気的に絶
縁され、基板１に自己バイアスが印加され、膜成長時
に、その膜表面は、プラズマ中の粒子等による衝撃が加
わり、４００℃以下の低温でも緻密な膜となり、また基
板に自己バイアスが印加されているために、さらにその
効果は増すという効果を有する。また、プラズマ生成の
ための高周波電源が基板への自己バイアスのための電源
を兼ねることができるため、装置の簡略化が図れるとい
う効果も有する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施の形態並びに第２の実施の
形態に係るプラズマ化学気相成長装置の概略的な構成を
示したブロック図であり、各実施の形態に共通部分の構
成を示す図である。

【図２】本発明の第１の実施の形態のプラズマ化学気相
成長装置に係るチャンバ１内の各部の構成を示した図で
ある。

【図３】本発明の第１の実施の形態のプラズマ化学気相
成長装置に係るメッシュ板１０５の構造を示した図であ
る。

【図４】本発明の第１の実施の形態における石英膜の堆
積途中の模様を示した図である。

【図５】本発明の第２の実施の形態のプラズマ化学気相
成長装置に係るチャンバ１内の各部の構成を示した図で
ある。

【図６】本発明の第２の実施の形態における石英膜の堆
積途中の模様を示した図である。

【符号の説明】

１ チャンバ ３ 基板ステージ（下部電極） ５ 上部電極 １１ 高周波電源 １３ 圧力計 １５ 圧力コントローラ １７ バタフライバルブ １９ メカニカルブースターポンプ ２１、３３ ロータリーポンプ ２３、２５、２７、２９、５１、５３、５５ バルブ ３１ ターボ分子ポンプ ４１、４３、４５ 流量コントローラ ６０ ＴＥＯＳ供給用ボンベ ７０ Ｏ₂供給用ボンベ ８０ Ｃ₂Ｆ₆供給用ボンベ １００ 基板 １０５ メッシュ板 １１０ ガス導入用パイプ １２０ ヒーター １２５ 絶縁管 １３０ 熱伝対 １４０ 高周波電源引き込み部 １４５ 下部クラッド層 １５０ コア １６０ 上部クラッド層

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 チャンバ内に所定の間隔で互いに対向し
   且つ平行に配置された上部電極と下部電極とを備えたプ
   ラズマ化学気相成長装置において、 前記上部電極と前記下部電極との間にメッシュ状の板が
   配置されていることを特徴とするプラズマ化学気相成長
   装置。
2. 【請求項２】 チャンバ内に所定の間隔で互いに対向し
   且つ平行に配置された上部電極と下部電極とを備えたプ
   ラズマ化学気相成長装置において、 前記上部電極と前記下部電極の互いに対向する表面の間
   隔が１００〜３００ｍｍの範囲に設定され、且つチャン
   バー内の圧力が１０^-2〜１ Ｐａの範囲に設定されるこ
   とを特徴とするプラズマ化学気相成長装置。
3. 【請求項３】請求項１又は２のいずれかの請求項に記載
   のプラズマ化学気相成長装置において、前記下部電極が
   基板ステージを兼ねると共に、前記下部電極に高周波電
   源が接続され、前記上部電極及び前記チャンバが接地さ
   れていることを特徴とするプラズマ化学気相成長装置。