JP2003049275A - プラズマｃｖｄ装置およびその制御方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 絶縁性基板のチャージアップによるマスク部
材への吸着を防止することが可能なプラズマＣＶＤ装置
およびその制御方法を提供すること。 【解決手段】 真空を維持することが可能な真空チャン
バーと、真空チャンバー内にガスを供給しつつ排気する
ガス供排気装置と、高周波電力を印加することが可能な
高周波電源に接続された第１の電極と、前記第１の電極
に対向し配置され、基板が載置される第２の電極と、前
記第１の電極と前記第２の電極との間にマスク部材が配
置されるプラズマＣＶＤ装置であって、前記マスク部材
の裏面に接地電位から絶縁された金属部材が配置するこ
とで解決できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、プラズマＣＶＤ装
置およびその制御方法に関し、特にガラスなどの絶縁基
板上に成膜する手段に特徴がある。

【０００２】

【従来の技術】近年、半導体などの電子デバイスは、急
速に細密化が進んでおり、高精度の加工処理が求められ
ている。このような微細加工技術では、プラズマ処理方
法を利用した加工処理が一般的となっており、例えば、
ドライエッチング法、スパッタリング法、プラズマＣＶ
Ｄ法などが用いられる。

【０００３】以下、プラズマ処理方法のうち、特にプラ
ズマＣＶＤ法を一例に説明する。図８は従来のプラズマ
ＣＶＤ装置の概略図であり、真空チャンバー１、上部電
極２、下部電極３、マスク部材５、マスク保持部材７、
昇降手段８、加熱ヒーター１６、原料ガス供給源１７、
高周波電源１８、真空ポンプ１９、基板搬送手段２０で
構成される。

【０００４】真空チャンバー１は、真空排気可能な密閉
された空間であり、真空チャンバー１内の上部には上部
電極２が配置され、高周波電力を印加することが可能な
高周波電源１８に接続されている。このとき、上部電極
２は接地されており、対向して下部電極３が配置され、
下部電極３上には基板４が載置されている。また、上部
電極２と下部電極３との間には、基板４の成膜領域を確
定するためのマスク部材５が配置され、マスク保持部材
７によって支持されている。このマスク部材５は、基板
４の周辺に位置し、開口部を有する環状の部材であり、
例えば、基板４の端部から数ｍｍ程度、空間を覆い隠す
ように配置される。

【０００５】また、下部電極３には数百度まで昇温可能
な加熱ヒーター１６が埋設されており、この加熱ヒータ
ー１６を動作させることで、基板４の温度を２００℃以
上に加熱することができる。一方、上部電極２には全面
に渡り、多数の穴が形成されており、原料ガス供給源１
７から供給されたガス、例えばＳｉＨ₄、Ｈ₂、Ｎ₂、Ｎ
Ｈ₃などは、この上部電極２に設けられた穴を介して、
シャワー状に基板４表面に供給される。

【０００６】以下、プラズマＣＶＤ法の具体的な動作手
順を説明する。

【０００７】まず、加熱ヒーター１６によって下部電極
３を加熱し、十分に加熱された後、基板４を基板搬送手
段２０によって基板４を下部電極３上に載置する。その
後、下部電極３は昇降手段８を介して、図９のように所
定の位置に設置される。このとき、基板４はマスク部材
５と接触している。

【０００８】次に、真空チャンバー１内に原料ガス供給
源１７からガスを導入し、同時に真空ポンプ１９によっ
て排気を行う。更に、真空チャンバー１内を所定の圧力
に制御しながら、高周波電源１８により、上部電極２に
高周波電力を供給することによって、真空チャンバー１
内にプラズマが発生する。このように発生させたプラズ
マの作用（ラジカル）によって、下部電極３上に載置さ
れた基板４を成膜処理することができる。

【０００９】以上のような動作によって、基板４表面の
成膜処理が完了すると、上部電極２に供給される高周波
電力を停止し、同時に真空チャンバー１内に導入される
ガスも停止する。その後、再び図８に示すように、昇降
手段８を介して下部電極３を下降させ、所定の位置に設
置した上で、基板搬送手段２０によって、基板４を真空
チャンバー１から搬出させる。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前述す
る方法のように、上部電極２に高周波電力を印加するこ
とで、真空チャンバー１内にプラズマを発生させた場
合、上部電極２に自己バイアスが発生することがあり、
この上部電極２に接触している基板４、或いは成膜処理
中、基板４と接触しているマスク部材５に電子によるチ
ャージアップ（浮動電位）が発生することがある。そし
て、基板４やマスク部材５のチャージアップは、誘電分
極によって、マスク部材５の裏面などのプラズマが面し
ない空間にも電荷が誘発され、基板４とマスク部材５と
の間で静電吸着が生じる。

【００１１】その結果、成膜処理終了後、プラズマが消
滅した後も、基板４とマスク部材５との間の吸着が十分
に解除されず、昇降手段８を介して下部電極３を下降さ
せる際に、円滑に下降させることができず、また、半ば
強引に下降させようとすると基板４、マスク部材５、マ
スク保持部材７などを破損させるなどの問題を生じるこ
とになる。

【００１２】本発明は、上記従来の問題点を解決するも
ので、基板やマスク部材に発生するチャージアップを低
減させ、基板の生産性を向上させることが可能なプラズ
マＣＶＤ装置およびその制御方法を提供することを目的
とする。

【００１３】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、請求項１に記載されたプラズマＣＶＤ装置は、真
空を維持することが可能な真空チャンバーと、真空チャ
ンバー内にガスを供給しつつ排気するガス供排気装置
と、高周波電力を印加することが可能な高周波電源に接
続された第１の電極と、前記第１の電極に対向し配置さ
れ、基板が載置される第２の電極と、前記第１の電極と
前記第２の電極との間にマスク部材が配置されるプラズ
マＣＶＤ装置であって、前記マスク部材の裏面に接地電
位から絶縁された金属部材が配置されることで解決でき
る。

【００１４】また、請求項２に記載されたプラズマＣＶ
Ｄ装置は、請求項１記載のプラズマＣＶＤ装置におい
て、前記金属部材はマスク部材の母材を絶縁材料とし、
前記マスク部材の裏面に金属膜を形成したことで解決で
きる。

【００１５】また、請求項３に記載されたプラズマＣＶ
Ｄ装置は、請求項１または２記載のプラズマＣＶＤ装置
において、マスク部材の裏面に溶射膜を形成したことで
解決できる。

【００１６】また、請求項４に記載されたプラズマＣＶ
Ｄ装置は、請求項１〜３のいずれか記載のプラズマＣＶ
Ｄ装置において、金属部材の電位をモニタリングする手
段を設け、前記手段は金属部材の電位の低下を検知する
ことで、基板を載置する第２の電極を移動するフィード
バック回路を有することで解決できる。

【００１７】また、請求項５に記載されたプラズマＣＶ
Ｄ装置は、請求項４記載のプラズマＣＶＤ装置におい
て、マスク部材の裏面に配置された金属部材が膜によっ
て形成されたことで解決できる。

【００１８】また、請求項６に記載されたプラズマＣＶ
Ｄ装置は、請求項４または５記載のプラズマＣＶＤ装置
において、マスク部材の裏面に配置された金属部材に溶
射膜を用いたことで解決できる。

【００１９】また、請求項７に記載されたプラズマＣＶ
Ｄの制御方法であって、真空チャンバー内にガスを供給
しつつ排気し、真空チャンバーを所定の圧力に制御しな
がら、基板を載置する第２の電極に対向して設置された
第１の電極に高周波電力を印加することで、真空チャン
バー内にプラズマを発生させ、前記基板を処理するプラ
ズマＣＶＤの制御方法であって、前記第１の電極と前記
第２の電極の間に配置されるマスク部材の裏面の金属部
材に直流バイアスを印加しながら、基板処理を行うこと
で解決できる。

【００２０】

【発明の実施の形態】（第１の実施形態）図１に本発明
の第１の実施形態に係るプラズマＣＶＤ装置の概略図を
示す。

【００２１】前述した従来技術におけるプラズマＣＶＤ
装置とは、マスク部材５の裏面に金属部材６を配置して
いる点が異なる。以下、上述するプラズマＣＶＤ装置を
用いて、基板４表面に薄膜を形成する具体的な動作手順
を詳述する。

【００２２】まず、基板４は基板搬送手段２０によって
下部電極３上に搬送される。その後、基板４を載置した
下部電極３は、昇降手段８を介して所定の位置に設置さ
れる。その際、基板４は下部電極３の裏面に配置された
金属部材と接触するように設置され、このときの上部電
極２と下部電極３との間の距離は４０ｍｍである。

【００２３】次に、真空チャンバー１内に原料ガス供給
源１７からＳｉＨ₄を１６０ｓｃｃｍ、Ｈ₂を１９０ｓｃ
ｃｍ、ＮＨ₃を１０３０ｓｃｃｍ、Ｎ₂を１７３０ｓｃｃ
ｍで導入し、同時に真空ポンプ１９によって排気を行
う。更に、真空チャンバー１内の圧力を１８０Ｐａに制
御しながら、高周波電源１８により上部電極２に６００
Ｗの高周波電力を供給することによって、真空チャンバ
ー１内にプラズマが発生する。また、このときの基板４
の温度は２７０℃であり、プラズマの作用（ラジカル）
によって、下部電極３上に載置された基板４を１２０秒
間、成膜処理を行った。

【００２４】このような手順で、基板４表面の成膜処理
が完了すると、上部電極２に供給される高周波電力を停
止し、同時に真空チャンバー１内に導入されるガスも停
止する。続いて下部電極３を昇降手段８によって下降さ
れ、所定の位置に設置した上で、基板搬送手段２０によ
って、基板４を真空チャンバー１から搬出させる。その
ときに従来技術と本願発明との効果の差を表１に示す。

【００２５】

【表１】

【００２６】また、前述する成膜処理条件（ガス導入流
量、成膜時間、印加電力量）を変更し、従来技術と本願
発明における実験結果をそれぞれ表２及び表３に示す。

【００２７】

【表２】

【００２８】

【表３】

【００２９】以上のことから、マスク部材の裏面に金属
部材を配置することで、基板の吸着を抑えることがで
き、基板の生産性を向上させることが可能となる。

【００３０】（第２の実施形態）第１の実施形態では、
マスク部材５の裏面に金属部材６を配置することで、基
板の吸着を抑える方法を示したが、本実施形態では、マ
スク部材５の裏面に金属溶射膜９を設ける場合を説明す
る。

【００３１】図２は、本実施形態に係るプラズマＣＶＤ
装置の概略図を示す。

【００３２】同図において、マスク部材５の母材はセラ
ミックであり、その裏面には金属溶射膜９がコーティン
グされている。マスク部材５はプラズマと直接接する部
分が多く、その温度上昇も３００℃以上となるが、母材
がセラミックであるために熱膨張が小さく、変形などの
悪影響が少ない。また、金属溶射膜９をコーティングす
ることで、基板４のチャージアップを膜側に逃がす役割
を果たす。この膜の厚みは１００μｍ程度であるため
に、無用な構造物も不要である。

【００３３】更に、膜として溶射膜を用いると、元々１
０００℃レベルの高温で成膜されていることや、膜自体
がポーラスであるために膜剥がれが起き難く高い信頼性
が得られる。表４は第１の実施形態を同手順で成膜処理
を行った結果である。

【００３４】

【表４】

【００３５】以上のことから、マスク部材の裏面に金属
溶射膜をコーティングすることで、基板の吸着を抑える
ことができ、基板の生産性を向上させることが可能とな
る。

【００３６】（第３の実施形態）第１の実施形態では、
マスク部材５の裏面に金属部材６を配置することで、基
板の吸着を抑える方法を示したが、本実施形態では、金
属部材６に銅線を介して電圧計１０が接続される一例を
示す（図４がない）。

【００３７】図３は本実施形態に係るプラズマＣＶＤ装
置の概略図である。

【００３８】本装置を利用した成膜処理中には、放電に
よる浮動電位が基板４やマスク部材５に誘起される。こ
れによる誘電分極により、マスク部材５の裏面にも電荷
が誘発され、金属部材６の電位をモニタリングすること
ができる。

【００３９】第１の実施形態を同手順で成膜処理を行っ
た結果（図示せず）、成膜処理中に基板４に発生する電
位を検知することができ、基板の生産性を向上させるこ
とができる。なお、図４に示すように、金属溶射膜を用
いても同様の効果を得ることができる。

【００４０】（第４の実施形態）第３の実施形態では、
金属部材６に銅線を介して電圧計が接続され、基板４に
発生する電荷をモニタリングする方法を示したが、本実
施形態では、このモニタリング結果をもとに、昇降手段
８を自動的に調整する手段を設けることを特徴とする。

【００４１】図５は、本実施形態に係るプラズマＣＶＤ
装置の概略図であり、電圧計１０から信号を受信し、昇
降手段８に移動命令を送信するフィードバック回路１１
（以下「ＦＢ回路１１」と称す）を有する。

【００４２】このＦＢ回路１１は、上述するように、金
属部材６の電位をモニタリングする電圧計１０からの信
号により、金属部材６の電位の低下を確認して、昇降手
段８することで、成膜処理中に基板４に発生する電位を
検知する上に、基板４の位置を適切に制御することがで
き、基板の生産性を向上させることができる。なお、図
６に示すように、金属溶射膜を用いても同様の効果を得
ることができる。

【００４３】（第５の実施形態）図７は、本実施形態に
係るプラズマＣＶＤ装置の概略図であり、金属部材６に
直流電源１２が接続されている。

【００４４】第１の実施形態と同様、基板４を下部電極
３上に搬送し、その後、この下部電極３を上昇させ、所
定の位置にセッティングする。このとき、基板４の周辺
部はマスク部材５の裏面の金属部材６に接触している。
上部電極２に高周波電力を印加すると同時に、直流電源
１２により金属部材６に負バイアスを印加する。このと
きのバイアス値は−５Ｖであり、成膜処理後、直ちに下
部電極３を下降させたが、基板４の吸着は発生しなかっ
た。

【００４５】これは、直流電源１２により、金属部材６
に負バイアスを印加したことにより、マスク部材５の裏
面や基板４に発生した電荷が電気的に中和されたことか
らだと推測される。

【００４６】

【発明の効果】本発明のプラズマＣＶＤ装置およびその
制御方法によれば、成膜処理中のトラブルを事前に検知
／回避することができ、基板やマスク部材に発生するチ
ャージアップを低減させ、基板の生産性を向上させるこ
とが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施形態に係るプラズマＣＶＤ
装置の概略図

【図２】本発明の第２の実施形態に係るプラズマＣＶＤ
装置の概略図

【図３】本発明の第３の実施形態に係るプラズマＣＶＤ
装置の概略図

【図４】本発明の第３の実施形態を説明するプラズマＣ
ＶＤ装置を示す図

【図５】本発明の第４の実施形態に係るプラズマＣＶＤ
装置の概略図

【図６】本発明の第４の実施形態を説明するプラズマＣ
ＶＤ装置を示す図

【図７】本発明の第５の実施形態に係るプラズマＣＶＤ
装置の概略図

【図８】従来技術におけるプラズマＣＶＤ装置であり、
下部電極が下がっている状態を示す図

【図９】従来技術におけるプラズマＣＶＤ装置であり、
下部電極が上がっている状態を示す図

【符号の説明】

１ 真空チャンバー ２ 上部電極 ３ 下部電極 ４ 基板 ５ マスク部材 ６ 金属部材 ７ マスク保持部材 ８ 昇降手段 １６ 加熱ヒーター １７ 原料ガス供給源 １８ 高周波電源 １９ 真空ポンプ ２０ 基板搬送手段

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 田辺 浩 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 Ｆターム(参考） 4K030 CA06 CA12 DA05 FA03 JA09 JA17 KA14 KA20 KA46 KA47 5F045 AA08 AB33 AC01 AC12 AC15 AD06 AE21 AF03 BB08 DQ10 EF05 EH14 EM03 EM05

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 真空を維持することが可能な真空チャン
   バーと、真空チャンバー内にガスを供給しつつ排気する
   ガス供排気装置と、高周波電力を印加することが可能な
   高周波電源に接続された第１の電極と、前記第１の電極
   に対向し配置され、基板が載置される第２の電極と、前
   記第１の電極と前記第２の電極との間にマスク部材が配
   置されるプラズマＣＶＤ装置であって、 前記マスク部材の裏面に接地電位から絶縁された金属部
   材が配置されることを特徴とするプラズマＣＶＤ装置。
2. 【請求項２】 前記金属部材はマスク部材の母材を絶縁
   材料とし、前記マスク部材の裏面に金属膜を形成したこ
   とを特徴とする請求項１記載のプラズマＣＶＤ装置。
3. 【請求項３】 マスク部材の裏面に溶射膜を形成したこ
   とを特徴とする請求項１または２記載のプラズマＣＶＤ
   装置。
4. 【請求項４】 金属部材の電位をモニタリングする手段
   を設け、前記手段は金属部材の電位の低下を検知するこ
   とで、基板を載置する第２の電極を移動するフィードバ
   ック回路を有することを特徴とする請求項１〜３のいず
   れかに記載のプラズマＣＶＤ装置。
5. 【請求項５】 マスク部材の裏面に配置された金属部材
   が膜によって形成されたことを特徴とする請求項４記載
   のプラズマＣＶＤ装置。
6. 【請求項６】 マスク部材の裏面に配置された金属部材
   に溶射膜を用いたことを特徴とする請求項４または５記
   載のプラズマＣＶＤ装置。
7. 【請求項７】 真空チャンバー内にガスを供給しつつ排
   気し、真空チャンバーを所定の圧力に制御しながら、基
   板を載置する第２の電極に対向して設置された第１の電
   極に高周波電力を印加することで、真空チャンバー内に
   プラズマを発生させ、前記基板を処理するプラズマＣＶ
   Ｄの制御方法であって、 前記第１の電極と前記第２の電極の間に配置されるマス
   ク部材の裏面の金属部材に直流バイアスを印加しなが
   ら、基板処理を行うことを特徴とするプラズマＣＶＤの
   制御方法。