JPH0596062U - プラズマ処理装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 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。 【構成】 コイル部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３１
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。

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１ ３．５６ＭＨｚ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１１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７，１１、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２ １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１５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、コイル状に成形 したコイル部３１ａを有し、成膜原料ガスを電極３へ導く金属管３１と、この金 属管３１のコイル部３１ａと成膜原料ガス供給源１７との間に設けられ、コイル 部３１ａ側と成膜原料ガス供給源１７側とを電気的に絶縁する絶縁手段３２と、 コイル部３１ａの絶縁手段３２側と接地間に接続されるコンデンサ３６とを備え 、これにより、上記目的を達成する。

【００１１】

【作用】

コイル部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３１を介してガスボンベ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ＣＶＤ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 ８０ｍｍ、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３６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１３．５６ＭＨｚ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３ ６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３１ ａ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３ ６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、成膜原料ガスを電極へ導く金属管にコイ ル状に成形したコイル部を設け、このコイル部と成膜原料ガス供給源との間に絶 縁手段を設けてコイル部側と成膜原料ガス供給源側とを電気的に絶縁し、さらに コイル部の絶縁手段側と接地間にコンデンサを接続したので、金属管を介して伝 導する高周波電圧がコイル部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)

【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、コイル状に成形したコ
   イル部を有し、前記成膜原料ガスを前記電極へ導く金属
   管と、この金属管の前記コイル部と成膜原料ガス供給源
   との間に設けられ、前記コイル部側と前記成膜原料ガス
   供給源側とを電気的に絶縁する絶縁手段と、前記コイル
   部の前記絶縁手段側と接地間に接続されるコンデンサと
   を備えることを特徴とするプラズマ処理装置。