JP2586081Y2 - プラズマ処理装置 - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本考案は、グロー放電プラズマを
利用して基板上に薄膜を形成するプラズマ処理装置に関
する。

【０００２】

【従来の技術】高周波電圧によりグロー放電プラズマを
発生させて、基板の表面に例えば窒化シリコンの薄膜を
形成するプラズマ処理装置が知られている（例えば、特
公平１−１９２５４号公報参照）。図５は従来のプラズ
マ処理装置の断面図である。チャンバー１および接地フ
ランジ２から成る真空容器内には、高周波電極３と基板
電極４とが対向して配設されている。基板電極４は、チ
ャンバー１を介して接地されるように設けられている。
一方、高周波電極３は、中央部にガス供給通路５ａを有
する円筒状の管部材５の先端に設けられている。管部材
５は導電性材料から成り、その上端には導電性材料から
成る取り付けフランジ６が設けられ、この取り付けフラ
ンジ６を絶縁部材７を介して接地フランジ２に取り付け
ることで高周波電極３がチャンバー１に装着される。さ
らに、取り付けフランジ６には、整合回路８を介して例
えば１３．５６ＭＨｚの高周波電圧を発生する高周波電
源９が接続される。

【０００３】さらに、取り付けフランジ６上には絶縁部
材１１を挟んで管路接続板１２が設けられ、これらの取
り付けフランジ６と管路接続板１２の間には絶縁部材１
１の中央空間内に所定の間隙をもって対向するエアギャ
ップ要素１３ａ，１３ｂが設けられ、これによりエアギ
ャップ方式のガス導入部１３が形成される。エアギャッ
プ要素１３ａ，１３ｂの間には所定の幅のエアギャップ
１４が設けられ、このエアギャップ１４によって高周波
電源９に接続された取り付けフランジ６とガス管１５を
介して接地される管路接続板１２とが電気的に絶縁され
る。管路接続板１２には、ガス管１５およびバルブ１６
を介して成膜原料ガスを充填したガスボンベ１７が接続
される。このガスボンベ１７から供給された成膜原料ガ
スは、ガス管１５、ガス導入部１３、管部材５を通して
高周波電極３へ供給され、基板電極４と対向する側に設
けられた複数の小孔３ａからチャンバー１内に吹き出さ
れる。

【０００４】なお、接地フランジ２、絶縁部材７，１
１、取り付けフランジ６、管路接続板１２はそれぞれＯ
リングを用いてチャンバー１に組み付けられ、チャンバ
ー１内の気密性が保持されている。また、チャンバー１
には、チャンバー１内を真空状態にするための不図示の
高真空排気系と、成膜原料ガスをチャンバー１外へ排気
するための成膜原料ガス排気系とが接続される。さら
に、高周波電極３の周面および裏面とチャンバー１との
間で無用なグロー放電が発生しないように、基板電極４
と対向する面を除いて高周波電極３を包むようにアース
用シールド板１８が設けられる。

【０００５】このような従来のプラズマ処理装置によっ
て、基板電極４に保持された基板２１に例えば窒化シリ
コン薄膜を付着させるには、まず、高真空排気系により
チャンバー１内の排気を行うとともに、不図示のヒータ
により基板２１を加熱する。次に、高真空排気系による
排気を停止して、ガスボンベ１７から成膜原料ガスをチ
ャンバー１内に導入する。さらに、チャンバー１内の成
膜原料ガスを成膜原料ガス排気系により排気し、その排
気速度を調整することによってチャンバー１内の成膜原
料ガスの圧力を所定値に保つ。この状態で、高周波電極
３に高周波電源９から電圧を印加すると、高周波電極３
と基板２１との間にグロー放電が発生する。その結果、
プラズマ領域において反応を促進させられた成膜原料ガ
スは、加熱された基板２１の表面に窒化シリコンを密着
性のよい緻密な析出層として形成する。

【０００６】

【考案が解決しようとする課題】ところで、上述した従
来のプラズマ処理装置では、接地電位にある成膜原料ガ
ス供給系と高周波電圧が印加される高周波電極とを電気
的に絶縁するために、両者の間に所定幅のエアギャップ
１４を有したガス導入部１３が設けられている。ところ
が、このエアギャップ１４における環境は高周波電極３
と基板電極４との間の環境と同じであり、エアギャップ
１４においてもグロー放電が発生する可能性がある。グ
ロー放電はエアギャップ１４の間隔が大きいほど発生し
やすいため、エアギャップ１４の間隔をできる限り小さ
くする必要がある。例えば、プラズマＣＶＤ装置では１
〜５ｍｍに設定される。しかし、エアギャップ１４の間
隔を小さくすると、エアギャップ１４における空間電位
勾配が非常に大きくなり、アーク放電が発生しやすくな
る。

【０００７】一方、高周波電極３と基板電極４との間の
グロー放電により基板２１に薄膜を形成する過程では、
プラズマ中のイオンの移動度が電子に比べて非常に小さ
いため、高周波電極３には負の直流電圧が発生する。取
り付けフランジ６は高周波電極３と同電位にあるので、
取り付けフランジ６の電位は、図６（ａ）に示すように
高周波電源９の高周波電圧に高周波電極３に発生した直
流電圧が重畳した電位となる。一方、エアギャップ１４
を隔てて設けられる管路接続板１２の電位は、ガス管１
５を介して接地されているので、図６（ｂ）に示すよう
に接地電位にある。つまり、エアギャップ１４を隔てた
エアギャップ要素１３ａ，１３ｂには、図６（ａ）に示
すように高周波電圧のピーク値に上記直流電圧を加算し
た最大電圧Ｖｍａｘが印加される。エアギャップ１４に
おいてアーク放電が発生しないようにするためには、こ
の最大電圧Ｖｍａｘがエアギャップ１４の耐電圧以下で
なけばならない。

【０００８】このため、従来のプラズマ処理装置では高
周波電源の高周波電圧を高くできず、従って、高電力密
度のプラズマによる成膜処理ができないという問題があ
る。

【０００９】本考案の目的は、高周波電極に高い高周波
電圧を印加して高電力密度のプラズマを発生させるプラ
ズマ処理装置を提供することにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】一実施例の断面図である
図１に対応づけて本考案を説明すると、本考案は、真空
容器１内に基板２１と対向して設けられ、成膜原料ガス
吹出し孔３ａを有する電極３と、この電極３へ高周波電
圧を印加する高周波電源９と、成膜原料ガスを電極３へ
導く金属管３１と、金属管３１と成膜原料ガス供給源１
７とを電気的に絶縁する絶縁手段３２とを備え、電極３
と絶縁手段３２間の金属管３１の一部をコイル状に成形
するとともに、そのコイル状部分３１ａと絶縁手段３２
との間の金属管をコンデンサ３６を介して接地すること
により、上記目的を達成する。

【００１１】

【作用】コイル状部分３１ａとコンデンサ３６は高周波
電圧をカットするローパスフィルタを構成し、金属管３
１を介して成膜原料ガス供給源１７側に導通しようとす
る高周波電源９の高周波電圧をカットする。これによっ
て、絶縁手段３２におけるアーク放電の発生が防止さ
れ、高周波電源９によって電極３に高い高周波電圧を印
加することができる。

【００１２】なお、本考案の構成を説明する上記課題を
解決するための手段および作用の項では、本考案を分り
やすくするために実施例の図を用いたが、これにより本
考案が実施例に限定されるものではない。

【００１３】

【実施例】図１は、本考案のプラズマ処理装置をプラズ
マＣＶＤ装置に応用した一実施例を示す。なお、図５に
示す従来装置と同様な部材および機器に対しては同一の
符号を付して相違点を中心に説明する。このプラズマＣ
ＶＤ装置では、チャンバー１の上部に従来設けられてい
たエアギャップ方式のガス導入部を省略し、成膜原料ガ
スを供給するガス管３１を取り付けフランジ６Ａに直
接、接続する。ガス管３１には例えば直径６ｍｍのステ
ンレス管を用い、その途中にはガス管３１をコイル状に
成形したコイル部３１ａを設ける。この実施例のコイル
部３１ａでは、ステンレス管を１５ターンして直径８０
ｍｍ、長さ２５０ｍｍのコイルを成形し、５μＨのイン
ダクタンスを生成する。

【００１４】このコイル部３１ａを有するガス管３１を
エアギャップ３２へ接続する。エアギャップ３２は、一
対の蓋３３，３４の間に絶縁部材３５を挟むとともに、
絶縁部材３５の中央空間内にエアギャップ要素３２ａ，
３２ｂを把持して構成し、高周波電圧が印加される取り
付けフランジ６Ａと直流的に同電位にあるガス管３１を
後続のバルブ１６およびガスボンベ１７から電気的に絶
縁する。なお、このエアギャップ３２の間隔は、上述し
たようにグロー放電を防止するために出来る限り小さく
設定する。例えば、プラズマＣＶＤ装置では１〜５ｍｍ
とする。また、コイル部３１ａとエアギャップ３２との
間を、例えば０．０１μＦの容量を有するコンデンサ３
６を介して接地するとともに、エアギャップ３２とバル
ブ１６との間を直接、接地する。

【００１５】コンデンサ３６およびコイル部３１ａはロ
ーパスフィルタを構成し、取り付けフランジ６Ａに印加
された高周波電圧をカットする。上述したように、取り
付けフランジ６Ａには高周波電源９からの１３．５６Ｍ
Ｈｚの高周波電圧と、プラズマ生成過程で高周波電極３
に発生した直流電圧との合成電圧が印加されており、前
者の高周波電圧はコイル部３１ａとコンデンサ３６から
成るローパスフィルタによりカットされ、後者の直流電
圧だけがコイル部３１ａを通過してエアギャップ３２側
へ導通する。

【００１６】図２はプラズマ処理過程における装置各部
の電圧波形を示し、（ａ）はコイル部３１ａの取り付け
フランジ６Ａ側のＬ点の電圧Ｖｇを示し、（ｂ）はコイ
ル部３１ａのエアギャップ３２側のＭ点の電圧Ｖｄを示
し、さらに（ｃ）はエアギャップ３２のバルブ１６側の
Ｎ点の電圧を示す。エアギャップ３２の間隔はグロー放
電を避けるために小さくしているが、そのためにアーク
放電を起こすことはない。これは、コイル部３１ａとコ
ンデンサ３６から成るローパスフィルタで高周波電圧を
カットし、エアギャップ３２に直流電圧Ｖｄしか印加さ
れないようにしたためである。つまり、高周波電源９か
ら供給される高周波電圧はエアギャップ３２まで導通し
ないので、高周波電圧を従来よりも高くでき、これによ
ってプラズマ処理に大きな高周波電力を投入できる。

【００１７】基板電極４に保持された基板２１に例えば
窒化シリコンなどの薄膜を付着させる手順は、上述した
従来装置と同様であり説明を省略する。このとき、高周
波電極３に発生した直流電圧Ｖｄはコイル部３１ａを通
過してエアギャップ３２へ導通するが、取り付けフラン
ジ６Ａに印加された高周波電圧はコイル部３１ａおよび
コンデンサ３６から成るローパスフィルタによりカット
され、エアギャップ３２まで伝導しない。従って、グロ
ー放電を防止するために小さな間隔に設定されたエアギ
ャップ３２においてアーク放電は発生しない。

【００１８】このように本実施例では、ガスボンベ１７
から成膜原料ガスを高周波電極３へ導くガス管３１にコ
イル状に成形したコイル部３１ａを設け、このコイル部
３１ａとガスボンベ１７との間にエアギャップ３２を設
けて両者を電気的に絶縁するとともに、コイル部３１ａ
のエアギャップ３２側と接地間にコンデンサ３６を接続
してコイル部３１ａとコンデンサ３６によりローパスフ
ィルタを構成し、高周波電圧が印加される取り付けフラ
ンジ６Ａから導通する高周波電圧をカットするようにし
たので、エアギャップ３２においてアーク放電を発生さ
せずに高い高周波電圧を高周波電極に印加でき、大きな
高周波電力を投入して高電力密度のプラズマを発生させ
ることができる。

【００１９】なお、上述した実施例ではコイル部３１ａ
およびコンデンサ３６によりローパスフィルタを構成し
たが、図３に示すように、コイル部４１と並列に別のコ
ンデンサ４２を接続してローパスフィルタを構成しても
よい。

【００２０】また、図４に示すように、ガス管３１にコ
イル部５１だけを用いたフィルタを構成し、エアギャッ
プ３２側を直接、接地してエアギャップ３２側に導通す
る直流電圧を強制的に０Ｖにしてもよい。

【００２１】上述した実施例では、本考案のプラズマ処
理装置をプラズマＣＶＤ装置に応用した例を示したが、
ドライエッチング装置等にも本考案を応用することがで
きる。また、ガス管の材質および寸法、コイル部の形状
および寸法、コンデンサの容量は上述した実施例に限定
されない。

【００２２】以上の実施例の構成において、高周波電極
３が電極を、高周波電源９が高周波電源を、ガス管３１
が金属管を、エアギャップ３２が絶縁手段を、コンデン
サ３６がコンデンサをそれぞれ構成する。

【００２３】

【考案の効果】以上説明したように本考案によれば、金
属管を介して伝導する高周波電圧がコイル状部分とコン
デンサによるローパスフィルタでカットされ、絶縁手段
におけるアーク放電が防止される。これによって、高い
高周波電圧を電極に印加でき、大きな高周波電力を投入
して高電力密度のプラズマを発生させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】一実施例のプラズマＣＶＤ装置の断面図。

【図２】成膜原料ガス供給系の各部の電圧波形を示す
図。

【図３】ローパスフィルタの変形例を示す図。

【図４】ローパスフィルタの他の変形例を示す図。

【図５】従来のプラズマ処理装置の断面図。

【図６】従来のプラズマ処理装置のエアギャップ両端の
電圧波形を示す図。

【符号の説明】

１ チャンバー ２ 接地フランジ ３ 高周波電極 ３ａ 小孔 ４ 基板電極 ５ 管部材 ５ａ ガス供給通路 ６Ａ 取り付けフランジ ７，３５ 絶縁部材 １６ バルブ １７ ガスボンベ ２１ 基板 ３１ ガス管 ３１ａ，４１，５１ コイル部 ３２ エアギャップ ３２ａ，３２ｂ エアギャップ要素 ３３，３４ 蓋 ３６，３６Ａ，４２ コンデンサ

Claims (1)

(57)【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】 真空容器内に基板と対向して設けられ、
   成膜原料ガス吹出し孔を有する電極と、この電極へ高周
   波電圧を印加する高周波電源と、前記成膜原料ガスを前
   記電極へ導く金属管と、この金属管と成膜原料ガス供給
   源とを電気的に絶縁する絶縁手段とを備え、前記電極と
   前記絶縁手段間の金属管の一部をコイル状に成形すると
   ともに、そのコイル状部分と前記絶縁手段との間の前記
   金属管をコンデンサを介して接地することを特徴とする
   プラズマ処理装置。