JP2980956B2 - 高周波プラズマcvd装置 - Google Patents

高周波プラズマcvd装置

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JP2980956B2
JP2980956B2 JP2217549A JP21754990A JP2980956B2 JP 2980956 B2 JP2980956 B2 JP 2980956B2 JP 2217549 A JP2217549 A JP 2217549A JP 21754990 A JP21754990 A JP 21754990A JP 2980956 B2 JP2980956 B2 JP 2980956B2
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vacuum chamber
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plasma
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聡 豊田
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【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) この発明の半導体等の製造に使用される高周波プラズ
マCVD装置に関するものである。
(従来の技術) 従来の高周波プラズマCVD装置は第4図に示されるよ
うに真空槽21の上部開口には、この開口を覆うように高
周波電極22が絶縁体23を介して取り付けられ、その高周
波電極22の一部が真空槽21内に突き出している。そし
て、この高周波電極22には整合器23、電力計24および1
3.56MHzの高周波電源25が直列に接続されている。真空
槽21の上部開口の周囲にはアースシールド26が取り付け
られ、そのアースシールド26は真空槽21内において高周
波電極22を隙間をもって取り囲み、アースシールド23の
先端が高周波電極22の先端と同じ高さになっている。真
空槽21の下部にはアース接地された基板電極27が真空槽
21内に突き出すように形成され、高周波電極22と真空槽
21において対向している。そして、基板電極27上には基
板28が着脱自在に取り付けられている。なお、図中、29
はOリング、30は成膜用ガス流量調整弁、31は排気弁、
32は真空排気ポンプである。
このような高周波プラズマCVD装置においては、ま
ず、真空排気ポンプ32で真空槽21内を排気してから、成
膜用ガス流量調整弁30で流量調整された成膜用ガスを真
空槽21内に導入する。そして、成膜用ガスの導入量が安
定した後、排気弁31の開度を変えて、排気量を調整し、
真空槽21内を所望の圧力に設定する。その後、高周波電
源25より13.56MHzの高周波電力を高周波電極22に印加す
ると、高周波電極22と基板電極27との間に電界が形成さ
れ、この電界によってプラズマが発生するようになる。
そして、プラズマ中の活性化した物質はその他の物質と
反応して、反応生成物を形成し、その反応生成物が基板
28表面に付着して、薄膜を形成するようになる。
(発明が解決しようとする課題) 従来の高周波プラズマCVD装置は上記のように高周波
電極22に13.56MHzの高周波電力を印加しているが、13.5
6MH.が最適な周波数であるか否かの確認はなされていな
い。
しかしながら、高周波電極22に13.56MHzの高周波電力
を印加すると、高周波電極22と基板電極27との間に電界
が形成され、この電界によってプラズマが発生し、この
プラズマの作用によって基板28表面に薄膜が形成されて
いた。
だが、このとき、プラズマ中の荷電粒子が広い運動エ
ネルギ分布をもっていた。
そのため、プラズマ中の高い運動エネルギをもった荷
電粒子が基板28に入射し、基板28が損傷する問題が起き
た。また、プラズマ中の高い運動エネルギをもった荷電
粒子は真空槽21の内面をスパッタリングするようになる
ので、真空槽21の材料や、真空槽21の内面に付着してい
る付着物が飛び出し、これらが基板28表面に形成される
薄膜中に不純物として混入する問題が起きた。
これらの問題が起きた原因は、高周波電極22に印加す
る高周波電力の周波数が最適であるか否か確認がなされ
ずに13.56MHzの高周波電力が印加されている点と、プラ
ズマ中の荷電粒子の基板28への入射エネルギが制御され
ていない点とにあると思われる。
この発明の目的は、従来の問題を解決するもので、印
加する高周波電力の周波数を最適なものにするととも
に、プラズマ中の荷電粒子の基板への入射エネルギを制
御することによって、基板の損傷を減少させ、かつ、薄
膜中に不純物の混入をなくすることの可能な高周波プラ
ズマCVD装置を提供することにある。
(課題を解決するための手段) 上記目的を達成するために、この発明の高周波プラズ
マCVD装置は、真空槽の開口に取り付けられたフランジ
にメタライズされた一端を溶着した筒状の縦長絶縁体
と、この筒状の縦長絶縁体のメタライズされた他端に溶
着された真空槽内の高周波電極と、この高周波電極の側
面を隙間をもって囲むように、上記真空槽の開口に取り
付けられた真空槽内の網状のアースシールドと、上記高
周波電極に高周波電力を印加する高周波電源と、上記高
周波電極と真空槽内で対向する、真空槽と絶縁された基
板電極と、この基板電極をコンデンサを介してアースに
接地するアース回路と、上記基板電極に直流電圧を印加
する直流電源とを備えたことを特徴とするものである。
(作用) この発明においては、筒状の縦長絶縁体のメタライズ
された両端の一方を真空槽の開口に取り付けられたフラ
ンジに溶着し、他方を真空槽内の高周波電極に溶着して
いるので、フランジと高周波電極との間隔が離れ、誘電
率の影響を減少して、浮遊容量が小さくなる。また、真
空槽の開口に網状のアースシールドを取り付け、この網
状のアースシールドで高周波電極の側面を隙間をもって
囲むようにしているので、網状のアースシールドと高周
波電極の側面との対向面積が減少し、上述と同様に浮遊
容量が小さくなる。このようにして浮遊容量を小さくす
ることができることにより、高周波電源より高周波電極
に印加する高周波電力の周波数を100MHzにすることがで
きるようになった。更に、この発明は、真空槽と絶縁さ
れた基板電極をコンデンサを介してアースに接地すると
ともに、基板電極に直流電源からの直流電圧を印加して
いるので、プラズマ中の荷電粒子の基板への入射エネル
ギを制御することが可能になる。
(実施例) 以下、この発明の実施例について図面を参照しながら
説明する。
第1図はこの発明の実施例の高周波プラズマCVD装置
を示しており、同図において、真空槽1の開口1aには金
属シール2を介してフランジ3が取り付けられ、そのフ
ランジ3には筒状の縦長絶縁体4のメタライズされた両
端の一方4aが溶着されている。絶縁体4の両端の他方4b
には高周波電極5が溶着され、その高周波電極5は真空
槽1内に位置している。そして、この高周波電極5には
整合器6、電力計7および高周波電源8が直列に接続さ
れ、高周波電源8より100MHzの高周波電力が高周波電極
5に印加されている。真空槽1内に延びる網状のアース
シールド9は真空槽1の開口1aに取り付けられ、高周波
電極8の側面を隙間をもって囲んでいる。真空槽1のそ
の他の開口1bには絶縁物10を介して基板電極11が取り付
けられ、この基板電極11にはコンデンサ12を介してアー
スに接地するアース回路13が接続され、また、基板電極
11とコンデンサ12との間より分岐された回路14には高周
波をカットする高周波カットフィルタ15と直流電源16と
が直列に接続され、直流電源16より、基板電極11に直流
電圧が印加されている。更に、基板電極11上には基板17
が着脱自在に取り付けられている。なお、図中、18は成
膜用ガス流量調整弁、19は排気弁、20は真空排気ポンプ
である。
したがって、上記実施例においては、筒状の縦長絶縁
体4のメタライズされた両端の一方4aを真空槽1の開口
1aに取り付けられたフランジ3に溶着し、他方4bを高周
波電極5に溶着しているので、フランジ3と高周波電極
5との間隔が離れ、誘電率の影響が減少して、浮遊容量
が小さくなる。また、真空槽1内に延びる網状のアース
シールド9が真空槽1の開口1aに取り付けられ、高周波
電極8の側面を隙間をもって囲んでいるので、網状のア
ースシールド9と高周波電極8の側面との対向面積が減
少し、上述と同様に浮遊容量が小さくなる。このように
して浮遊容量を小さくすることができることにより、高
周波電源8より高周波電極5に印加する高周波電力の周
波数を100MHzにすることができた。そして、このような
周波数の高周波電力を高周波電極5に印加するととも
に、基板電極11に直流電圧を印加すると、第4図に示さ
れる従来の装置と同様に、高周波電極5と基板電極11と
の間に電界が形成され、その電界によってプラズマが発
生するようになる。そして、プラズマ中の活性化された
物質がその他の物質と反応して反応生成物を形成し、そ
の反応生成物が基板電極11上の基板17に付着して、薄膜
を形成するようになる。第2図はプラズマが発生してい
るときにおける高周波電極5と基板電極11との間の電位
分布の状態を模式的に示しており、VSBは高周波電極5
に発生した自己バイアス、VPはプラズマポテンシャル、
VDCは基板電極11に印加される直流電圧である。第4図
に示される従来の装置では基板電極に直流電圧が印加さ
れず、VDC=0Vであったために(VP+VDC)を任意に設定
することができなかったが、この実施例では基板電極11
に直流電圧を印加するようにしているので、この印加す
る直流電圧を任意な値にすることによって、(VP
VDC)を任意に設定することが可能になった。
したがって、この実施例ではコンデンサ12を介してア
ースに接地された基板電極11に直流電圧を印加すること
によって、上記(VP+VDC)を任意に設定することが可
能であるので、プラズマ中の荷電粒子の基板17への入射
エネルギを制御することが可能になった。
だが、基板電極11に直流電圧を印加して、プラズマ中
の荷電粒子の基板17への入射エネルギを制御しただけで
は、荷電粒子の基板17ヘの運動エネルギを揃えることは
困難であるが、この実施例では上述のように、高周波電
極5に100MHzの高周波電力を印加するようにしているの
で、プラズマ中の荷電粒子の基板17への運動エネルギを
揃えることも可能になった。第3図は上記運動エネルギ
を揃えることが可能になったことを示すために、横軸に
基板電極11に印加する直流電圧をとり、縦軸に基板電極
11に流れ込む荷電粒子による電流値をとり、13.56MHzの
高周波電力を高周波電極5に印加したときの荷電粒子に
よる電流値と、100MHzの高周波電力を高周波電極5に印
加したときの荷電粒子による電流値の変化の状態を示し
ている。同図において、基板電極11に印加する直流電圧
VDCがVDC>VPの場合、基板電極11に流れ込む荷電粒子に
よる電流値は、正の電界に導かれた電子が基板電極11に
入射した電子電流と、正の電界に逆らって基板電極11に
入射したイオン電流との総和であり、また、基板電極11
に印加する直流電圧がVDC<VP場合、基板電極11に流れ
込む荷電粒子による電流値は、負の電界に導びかれたイ
オンが基板電極11に入射したイオン電流と、負の電界に
逆らって基板電極11に入射した電子電流との総和であ
る。同図において、100MHzの高周波電力を高周波電極5
に印加したときの荷電粒子による電流値は、VDC>10V、
VDC<10Vの範囲において、ほぼ一定の値になることか
ら、10eV以上の運動エネルギをもったイオンや電子が基
板電極11上の基板17近傍に存在していないことがわか
る。一方、13.56MHzの高周波電力を高周波電極5に印加
したときの荷電粒子による電流値は上述と反対に、VDC
>10V、VDC<−10Vの範囲において、漸次変化するか
ら、ある確率で大きな運動エネルギをもったイオンが基
板17に入射し、基板17上に形成される薄膜が損傷するよ
うになる。
そのため、高周波電極5に印加する高周波電力の周波
数は100MHzにすることが必要となる。
以上のように、基板電極11に直流電圧VDCを印加し
て、(VP+VDC)を任意に設定するとともに、高周波電
極5に印加する高周波電力の周波数を100MHzにすると、
プラズマ中の荷電粒子の基板17への入射エネルギの制御
が可能になるとともに、プラズマ中の荷電粒子の基板17
への運動エネルギを揃えることも可能になり、基板17上
に形成される薄膜が損傷しなくなる。
ところで、上記実施例では高周波電極5に印加する高
周波電力の周波数を100MHzにしているが、プラズマ中の
荷電粒子の基板17への運動エネルギを揃えることが可能
であるならば、100MHz近傍の周波数であってもよい。ま
た、マイクロ波を用いる場合、電磁波の波数が基板の径
に比べて短かくなるため、基板上に形成される薄膜の膜
厚のバラツキが生じる可能性が起きるので、高周波電極
5に印加する高周波電力の周波数は、80MHz〜1GHz程度
が望ましくなる。
(発明の効果) この発明によれば、次のような効果が奏される。
(1)筒状の縦長絶縁体のメタライズされた両端の一方
を真空槽の開口に取り付けられたフランジに溶着し、他
方を真空槽内の高周波電極に溶着しているので、フラン
ジと高周波電極との間隔が離れ、誘電率の影響を減少し
て、浮遊容量が小さくなる。また、真空槽の開口に網状
のアースシールドを取り付け、この網状のアースシール
ドで高周波電極の側面を隙間をもって囲むようにしてい
るので、網状のアースシールドと高周波電極の側面との
対向面積が減少し、上述と同様に浮遊容量が小さくな
る。このようにして浮遊容量を小さくすることができる
ことにより、高周波電源より高周波電極に印加する高周
波電力の周波数を100MHzにすることができるようになっ
た。このため、プラズマ中の荷電粒子の基板への運動エ
ネルギを揃えることが可能となった。
(2)真空槽と絶縁された基板電極をコンデンサを介し
てアースに接地するとともに、基板電極に直流電源から
の直流電圧を印加しているので、プラズマ中の荷電粒子
の基板への入射エネルギを制御することが可能になると
ともに、基板上に形成される薄膜が損傷しなくなり、高
品質の薄膜を形成することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
第1図はこの発明の実施例を示す説明図、第2図はこの
発明の実施例においてプラズマが発生しているときの高
周波電極5と基板電極11との間の電位分布の状態を示す
模式図、第3図は13.56MHzの高周波電力を高周波電極5
に印加したときの荷電粒子による電流値と、100MHzの高
周波電力を高周波電極5に印加したときの荷電粒子によ
る電流値の変化の状態を示すグラフである。第4図は従
来の高周波プラズマCVD装置を示す説明図である。 図中、 1……真空槽 1a……真空槽の開口 3……フランジ 4……筒状の縦長絶縁体 5……高周波電極 8……高周波電源 9……アースシールド 10……絶縁物 11……基板電極 12……コンデンサ 13……アース回路 16……直流電源

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】真空槽の開口に取り付けられたフランジに
    メタライズされた一端を溶着した筒状の縦長絶縁体と、
    この筒状の縦長絶縁体のメタライズされた他端に溶着さ
    れた真空槽内の高周波電極と、この高周波電極の側面を
    隙間をもって囲むように、上記真空槽の開口に取り付け
    られた真空槽内の網状のアースシールドと、上記高周波
    電極に高周波電力を印加する高周波電源と、上記高周波
    電極と真空槽内で対向する、真空槽と絶縁された基板電
    極と、この基板電極をコンデンサを介してアースに接地
    するアース回路と、上記基板電極に直流電圧を印加する
    直流電源とを備えたことを特徴とする高周波プラズマCV
    D装置。
  2. 【請求項2】前記高周波電力はメートル波であることを
    特徴とする請求項1記載の高周波プラズマCVD装置。
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