JPH06145991A

JPH06145991A - プラズマを用いるｃｖｄ処理方法およびｃｖｄ装置

Info

Publication number: JPH06145991A
Application number: JP29726492A
Authority: JP
Inventors: Akio Koganei; 昭雄小金井; Toshio Adachi; 俊男安達; Takeshi Kurokawa; 岳黒川
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1992-11-06
Filing date: 1992-11-06
Publication date: 1994-05-27

Abstract

(57)【要約】【目的】プラズマを用いて長時間安定に基板成膜を行
うことができ、品質のよい半導体を効率よく製造でき、
かつ自動化が容易なＣＶＤ装置を提供する。【構成】マイクロ波投入窓１０６からチャンバ１０１
中にマイクロ波電源１０８からマイクロ波を投入し、チ
ャンバ中にプラズマを発生させ、チャンバ中の基板１０
３に成膜を行うＣＶＤ装置であって、チャンバ中でマイ
クロ波投入窓の上方に設けられ、誘電体からなる粉体１
１０を収納しているサイロ１０９と、マイクロ波投入窓
の近傍に、粉体をカーテン状にサイロから落下させる流
量制御弁１１１とを有する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、電子デバイス等に応用
される薄膜を製造するために、プラズマを用いるＣＶＤ
装置およびその成膜方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、真空チャンバに原料ガスを導し、
プラズマを発生させ、基板上に薄膜を生成させるＣＶＤ
装置（あるいはスパッタリング装置）は、各種知られて
いる。例えば、マイクロ波プラズマＣＶＤ装置やマグネ
トロンＣＶＤ装置がある。

【０００３】従来のマイクロ波プラズマＣＶＤ装置にお
いて、発生するプラズマによりマイクロ波が吸収される
ため、プラズマの発生位置がマイクロ波強度の強い真空
チャンバ内にマイクロ波を投入する窓（以下、マイクロ
波投入窓）に接近する。このため、プラズマにより発生
した活性種が窓に付着してしまう結果、マイクロ波投入
窓のくもりによる投入パワーの低下や付着した膜が加熱
されることによるマイクロ波投入窓の破壊等の問題が発
生し、プラズマ放電の持続が困難になるという問題があ
った。

【０００４】この問題に対し、マイクロ波の進行路途中
にマイクロ波の進行方向に沿うと共にマイクロ波の電界
方向に直交する方向に複数のフィンを設けることを特徴
としたマイクロ波プラズマ発生装置の提案がある（特開
平３−１１０７９８）。

【０００５】また、従来のマグネトロンＣＶＤ装置とし
ては、磁場収束形（マグネトロン放電形）のものが知ら
れている（参考文献：薄膜作成の基礎、日刊工業新聞社
Ｐ．Ｐ．１１６−１１８）。この装置は、プラズマ中に
励起に適するエネルギーを持った電子のいかに高密度で
均等に分布した形状に作るかに重点をおいており、図６
のように基板の裏側にマグネット３０５を配している。
この方法では陰極から放出された電子が陽極に直行する
ことなく直角に交わる電場と磁場の空間に捉えられるの
で、高密度のプラズマを作ることが出来る。また、基板
裏面に磁場発生装置を取り付け、それを動かすことで膜
厚分布を改善する試みも公知の事実として行われてい
る。

【０００６】ＣＶＤは、その名前が示すように所望の膜
の原料となる成分を含むガスを用いて化学的に基板表面
上で反応させて薄膜を作製する方法である。一般的に原
料となる反応ガスは１００％のガスを用いる場合もある
が、水素等で数％希釈された反応ガスを用いることが多
い。

【０００７】従って、従来のプラズマＣＶＤ装置におい
て１．マグネットを使用する場合があること２．反応ガス中に原料ガス以外に希釈ガスが含まれるこ
とは、公知の事実である。

【０００８】さらに、上述のマグネトロンＣＶＤ装置の
ように、高周波を利用してプラズマを発生させ処理を行
う装置においては、図１３に示すように電力を効率良く
伝送するために整合器７０２が用いられ、整合器７０２
には整合を取るための調整装置７１２が付いている。こ
の調整装置の調整機構には２つの目的があり、（ｉ）プ
ラズマ放電を開始させるための電極に高い高周波電圧を
印加するための調整と、（ii）プラズマ放電が開始後の
電源出力インピーダンスと放電負荷との整合をはかり電
源からの電力を放電負荷に効率よく伝達するための調整
とがありそれぞれの調整方法は異なっている。

【０００９】（ｉ）についてはプラズマ放電が開始する
ための調整値は圧力、ガスの種類、電極間隔、電極面積
などにより異なった値となるためこれらの条件が異なる
毎に調整を行っている。

【００１０】また、自動処理装置の場合上記理由により
圧力などの使用条件に対しプラズマが発生するための調
整値をあらかじめ確認しその値を記憶させ放電開始時に
調整値をセットする方法がとられている。

【００１１】（ii）の整合については整合器７０２の前
に位相とインピーダンスの検出を行うセンサ７１２を取
付け、整合器を制御するユニットが市販品として販売さ
れている。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】上述した従来のＣＤＶ
装置はいずれも以下に述べるような問題を有する。

【００１３】（１）特開平３−１１０７９８号公報によ
り開示されたマイクロ波プラズマ発生装置では、確かに
マイクロ波投入窓へのプラズマの接近に関しては十分な
効果が認められたが、プラズマ放電の持続という観点で
は問題を残した。このマイクロ波プラズマ発生装置にお
ける問題点は、次の２点であった。

【００１４】（ａ）マイクロ波の進行路途中にマイクロ
波の進行方向に沿うと共にマイクロ波の電界方向に直交
する方向に複数のフィンの先端にプラズマが存在するた
め、フィンが成膜されてフィンの効果が時間と共に変化
する。

【００１５】（ｂ）上記フィンがプラズマによって加熱
され変形するためにフィンとしての性能が落ちて、放電
が持続しない。

【００１６】（２）従来のマグネトロンＣＶＤ装置で
は、マグネットの使用により高密度のプラズマが得られ
るので、通常のプラズマＣＶＤよりも高速成膜が可能で
ある。しかしながら、高速成膜時の膜質を制御すること
が困難である。また、従来の調整装置は、プラズマ処理
条件やプラズマ空間構造を変更した場合その都度プラズ
マ放電開始のための調整を行わなければならないという
欠点があった。特に自動処理装置の場合事前に条件出し
を行わなければ生産に使用できないという欠点があっ
た。

【００１７】本発明は、上記問題点に鑑み、プラズマを
用いて長時間安定に基板成膜を行うことができ、ひいて
は品質のよい半導体を効率よく製造でき、かつ自動化が
容易なＣＶＤ装置を提供することを目的とする。

【００１８】

【課題を解決するための手段】本発明のＣＶＤ処理方法
は、マイクロ波投入窓からチャンバ中にマイクロ波を投
入し、チャンバ中にプラズマを発生させ、チャンバ中の
基板に成膜を行うＣＶＤ処理方法であって、前記チャン
バ中で前記マイクロ波投入窓の内壁近傍に、誘電体から
なる粉体を自由落下させながら、前記マイクロ波を投入
する。

【００１９】また、本発明のＣＶＤ装置は、マイクロ波
投入窓からチャンバ中にマイクロ波を投入し、チャンバ
中にプラズマを発生させ、チャンバ中の基板に成膜を行
うＣＶＤ装置であって、前記チャンバ中で前記マイクロ
波投入窓の上方に設けられ、誘電体からなる粉体を収納
しているサイロと、前記マイクロ波投入窓の近傍に、前
記粉体をカーテン状に前記サイロから落下させる流量制
御弁とを有し、場合によっては、落下した粉体を集め、
サイロに戻す粉体帰還機構を設けている。

【００２０】また、本発明のＣＶＤ処理方法は、チャン
バ中に設けた高周波電極と基板との間にプラズマを発生
させ、発生させたプラズマによる電子を磁力により基板
近傍に拘束し、基板に成膜を行うＣＶＤ処理方法であっ
て、原料ガス以外に２種類以上の希釈ガスを混合してチ
ャンバ中に供給し処理を行い、所望の場合には、２種類
の希釈ガスのそれぞれの比が０．１〜０．９にある。

【００２１】さらに、本発明のＣＶＤ装置は、チャンバ
中に設けられ、供給される高周波電源によりチャンバ中
にプラズマを発生させ高周波電極と、高周波電源と、高
周波電源を高周波電極に整合させて供給する整合器と、
整合器による整合状態を検出する整合検出センサとから
なるプラズマ制御装置を具備するＣＶＤ装置であって、
前記プラズマ制御装置は、イニシャル時に、前記高周波
電極に直流分が発生するのを検出する放電開始検出セン
サと、放電開始検出センサが直流分発生を検出すると、
前記整合器に整合動作を行わせる制御部とを有する。

【００２２】

【作用】マイクロ波投入窓の内壁近傍に、誘電体からな
る粉体を自由落下させながら、マイクロ波投入窓からチ
ャンバ中にマイクロ波を投入するＣＶＤ処理方法または
ＣＶＤ装置にあっては、落下する誘電体がマイクロ波に
よって生じたプラズマの活性種等がマイクロ波投入窓に
付着するのを防止する。

【００２３】また、チャンバ中に発生させたプラズマに
よる電子を磁力により基板近傍に拘束し、基板に成膜を
行うＣＶＤ処理方法またはＣＶＤ装置にあっては、原料
ガス以外に混合してチャンバ中に供給した２種類以上の
希釈ガスにより成膜の膜質を制御するとともに、具備し
たプラズマ制御装置によりイニシャル時に、チャンバ中
の高周波電極に直流分が発生するのを検出することによ
り放電開始を検出し整合器に整合動作を行わせれば容易
に自動化が可能となる。

【００２４】

【実施例】次に、本発明の実施例について図面を参照し
て説明する。図１は本発明のＣＶＤ装置であるマイクロ
波プラズマＣＶＤ装置の一実施例を示す構成図、図２は
図１の実施例のマイクロ波投入窓近辺を詳細に示す部分
拡大図、図３はマイクロ波投入窓がプラズマから防護さ
れているのを説明する図である。

【００２５】１０１は、真空チャンバ、１０２は真空チ
ャンバ１０１内を排気する真空排気系、１０３は成膜す
るための基板、１０４は基板を加熱するヒータ、１０５
はガスを導入するためのガス導入口、１０６はマイクロ
波を真空チャンバ内に導入するためのマイクロ波投入
窓、１０７はマイクロ波を導く導波管、１０８はプラズ
マ放電を発生させるためのマイクロ波電源、１０９は粉
体を蓄えるためのサイロ、１１０は誘電体の粉体、１１
１は粉体の流量を制御する流量制御弁、１１２は落下し
た粉体を採集するための採集箱である。

【００２６】次に図１の実施例の動作について説明す
る。一般的に、圧力、ガス流量等がある望ましい範囲に
設定されているとき、そこにプラズマを発生させるエネ
ルギ源が供給されればプラズマ放電が開始する。このと
き本実施例においては、粉体１１０が流量制御弁１１１
より落下したマイクロ波投入窓１０６の全面を覆い、放
電により発生した活性種やラジカルがマイクロ波投入窓
１０６に付着することを防止する。マイクロ波投入窓１
０６を通過したマイクロ波は、落下する粉体１１０に衝
突するが、粉体１１０が誘電体であるためにその大部分
が通過しエネルギ的なロスをほとんど発生させない。真
空チャンバ１０１内に導入される前と同じパワーのマイ
クロ波の入射により、プラズマ放電は粉体を透過した先
で発生し、マイクロ波投入窓１０６には粉体で遮られて
近付かない。このため、マイクロ波投入窓１０６は膜付
着によって汚れることがなく、粉体の落下が続く限りパ
ワーを真空チャンバ１０１内に投入することが出来る。

【００２７】この効果は、一般に知られるエアカーテン
の役割に類似している。エアカーテンは、冷暖房してあ
る箇所と外気である箇所とを仕切る扉として、常時開い
ている場所に設けられ、特に強い冷気もしくは暖気を仕
切りとなる箇所で吹き下ろさせることで、外気との分離
を図る機構である。本発明は、発想的にこれに似てお
り、マイクロ波投入窓に接近するプラズマを粉体の落下
によって遮断する効果を得ていると考えればよい。

【００２８】粉体１１０に用いる材料は、誘電体でマイ
クロ波の透過性に優れた性質を持つもので、なおかつ真
空雰囲気、およびプラズマに悪影響を与えず、充分な強
度を持ち、安定的に入手できる安価なものであればよ
い。一般的に上記のような特徴を持つ材料としては石英
ガラス、アルミナ、ポリスチレン、テフロン等が知られ
ている。また、その粒径は、本発明の趣旨に叶うもので
あれば特に大きさを限定するものではなく、一般に市販
されている１０μｍ程度のパウダーでも充分に機能する
ことが確認された。また、むしろその方が単位体積当た
りの充てん率が高いので流量制御弁１１１の開口が小さ
くてすみ、結果として落下させる粉体量が少なくてすむ
傾向にある。ただし、同時に表面積の増加によりガス放
出は非常に多くなるので、本発明の実施例においては平
均粒径３ｍｍのアルミナ粒を使用している。

【００２９】次に図２を参照して図１の実施例のマイク
ロ波投入窓近傍について説明する。流量制御弁１１１の
位置は、マイクロ波投入窓１０６の上方３００ｍｍの高
さにあるが、この高さが本発明を適用しようとする装置
に対して限定するものではない。流量制御弁１１１を通
過した粉体１１０がマイクロ波投入窓１０６を通過する
速さは、空気抵抗がない場合の自由落下に相当するた
め、２ｇｌとなり、およそ２．４ｍ／ｓとなると試算し
たが、実際には粉体１１０の流量制御弁１１１を通過す
るまでに移動する間にある程度の初速度を持つため、実
測した粉体の速度は２．５から２．９ｍ／ｓの範囲内に
あった。この速度は、マイクロ波投入窓１０６の高さに
設けた鋼板に衝突して跳ね返る高さから推定したもので
ある。マイクロ波投入窓１０６は直径１３０ｍｍ、厚さ
３０ｍｍのアルミナ燒結体で、誘電整数ｔａｎδが０．
０００１と少ないものである。これにより、導波管を伝
わってきたマイクロ波が効率良く真空チャンバ１０１に
導入されることになる。本実施例の場合には、マイクロ
波はＨ₁₁の円形モードで真空チャンバ１０１に導入され
る。本発明の主旨はマイクロ波投入窓１０６への膜付着
を誘電体である粉体の落下で抑制することにあるから、
本発明はマイクロ波の導入モードに関係なく適用するこ
とが出来る。

【００３０】また、マイクロ波投入窓１０６への膜付着
を防止するためには窓の全面を粉体１１０が覆わなけれ
ばならない。そこで、サイロ１０９に取り付けた流量制
御弁１１１は開口部が水平にあるように設置され、その
開口は幅１５０ｍｍでマイクロ波の進行方向に５０ｍｍ
の長さを持つものとしている。このマイクロ波の進行方
向の長さについては、数種類の試作品を作り評価した結
果から決めたものである。試験時にマイクロ波投入窓１
０６の高さでの粉体の落下状況を水平方向より写真撮影
したが、粉体間の隙間は大部分５ｍｍ以下であった。従
って粉体が垂直に並ぶ同一線上をこの粉体間隔を保って
落下するというモデルを考えると、マイクロ波の進行方
向に３列以上の長さがあれば、各列で水平方向に見た場
合の粉体の重なり合いがない限り充分な効果が期待でき
ることになる（図３参照）。しかし、実際には同一列上
に流れている形にならず、分布のムラも発生しているの
で、充分な効果を得るにはもっと長くなければならな
い。本実施例では、充分な効果が得られるように、上記
の開口をもつ流量制御弁１１１を使用した。

【００３１】粉体を蓄えるためのサイロ１０９の寸法は
Ｗ１５０ｍｍＸＬ６００ｍｍＸＨ３２０ｍｍ
の直方体でその下部に長さ３２０ｍｍで流量制御弁１１
１の開口まで次第に狭くなる台形部を配設している。こ
の中を粉体で満たすと、約１７０万個入り、流量制御弁
１１１を開けると粉体は平均１分７秒落下を続けた。

【００３２】実験例として、このマイクロ波プラズマＣ
ＶＤ装置を使って、以下の手順に従ってアモルファスシ
リコンを成膜した。まず、真空排気系１０２により真空
チャンバ１０１を排気する。１０^-4Ｐａ程度の真空度に
達したら、ヒータ１０４に通電し、基板１０３を加熱す
る。基板は７０５９ガラスとし、基板温度は３５０℃と
した。また、このとき基板及び放電空間内の防着板など
に均等に熱が伝わるようにするため、Ｈ₂ ガスを流しな
がら加熱を行った。Ｈ₂ ガスはマスフローコントローラ
によってガス流量を調節してガス導入口１０５より真空
チャンバ１０１に導入する。そのときの圧力は１Ｐａと
した。３０分から１時間程度の加熱でほぼ均等な温度と
なるので、次にガスを実際の成膜材料ガスであるシラン
ＳｉＨ₄に変えて、しばらく流し続けて実ガスへの置換
をする。シランＳｉＨ₄ の流量は２００ＳＣＣＭであ
る。次にマイクロ波電源１０８を調節してマイクロ波を
発振させ、その出力を徐々に上げて１ｋｗ程度にすると
放電が開始する。放電の開始は、覗き窓からの観察だけ
でなく、マイクロ波のパワーメータや真空計の変動など
を通しても知ることができる。また、放電の開始と同時
に粉体流量制御弁１１１を開けて粉体１１０をマイクロ
波投入窓１０６のそばで落下させた。放電が立ってから
のマイクロ波のパワーは６００Ｗとした。粉体は、前述
のとおり１分７秒しか持たないので、放電は５０秒で停
止した。粉体を落下させた場合は、落下させなかった場
合と異なり、マイクロ波投入窓１０６への膜付着が皆無
であった。従って、粉体の落下が続く限り、マイクロ波
投入窓１０６への膜付着はなく、放電を持続できること
がわかった。

【００３３】図４は、本発明のマイクロ波プラズマＣＶ
Ｄ装置の他の実施例を示す構成図であって、図１の実施
例に粉体の循環装置を付加したものである。循環装置２
１０は連結されたサイロ２０９から、粉体流量制御弁１
１１を介して落下した粉体１１０は、採集箱２１２の所
定箇所に集ってくる。所定箇所に集ってきた粉体１１０
は、循環装置２１０によって再びサイロ２１０に戻され
る。循環装置２１０は、採集箱２１２のサイロ２０９の
上部まで延びるガイド筒２１４と、ガイド筒２１４の中
に配置されたスクリューコンベヤ２１５と、スクリュー
コンベヤ２１５を回転させる駆動機構２１６とで構成さ
れている。ガイド筒は、マイクロ波投入窓１０６と基板
１０３とが対向するのを妨害しない位置に立設されてい
る。

【００３４】このように、循環装置２１０を付加したこ
とで、連続的に放電を持続することが可能になった。前
述の条件で放電を続けた場合、粉体が完全に成膜され
て、マイクロ波投入窓から入射したマイクロ波が膜の付
いた粉体によって吸収され、マイクロ波の実効パワーが
プラズマに供給されなくなるまで放電を１１時間３０分
持続することが出来た。これは、粉体の表面積から単純
に算出した持続時間よりもおよそ４００倍長い。これ
は、ある有効な膜厚になるまで粉体でのマイクロ波の吸
収が充分でないこと、粉体を採集箱からサイロまで輸送
するときや採集されたときに粉体が互いに衝突すること
で膜剥れが生じ、充分な膜厚になりにくいことなどの効
果によるものと考えられる。

【００３５】粉体を落下させないで同じ条件で成膜を続
けた場合には、マイクロ波投入窓に膜が次第に堆積し、
３時間４５分でマイクロ波投入窓が割れた。従って、本
発明により、マイクロ波プラズマＣＶＤ装置において連
続放電できる時間を３倍以上延ばすことが出来た。

【００３６】また、短時間の放電で充分な膜厚が得られ
る場合でも、従来では一回の放電の度にマイクロ波投入
窓に膜が付着してしまうために、そのままでは放電が立
てにくくなるのでマイクロ波投入窓を交換していた。し
かし、本発明を適用した場合には、交換が必要がなく何
度でも使うことが出来るので、メンテナンスの時間を大
幅に短縮することが出来た。

【００３７】図５は、図４の実施例をさらに変形したも
のを示す構成図であり、移動成膜を対象としている。真
空チャンバ２０１には、側壁にガス導入口２０５および
真空排気系２０２が設けられている。また、基板１０３
は、基板ホルダ２２１に取り付けられ、基板ホルダ２２
１は搬送レール２２０により搬送される。

【００３８】図５は移動成膜装置の１つの成膜室断面を
模式的に表したもので、この装置はこれと同じ形状の複
数の成膜室が並んで構成されている。この装置では基板
ホルダ２２１は搬送レール２２０上を紙面に垂直な方向
に一定速度で移動し、その間に各成膜室で成膜が行われ
るよう設計されている。

【００３９】従来、これらの装置では、連続移動成膜を
している最中にマイクロ波電源の出力変動に起因して放
電停止が発生することがあった。従来の粉体落下を用い
ない系においては、いったん放電が停止すると、マイク
ロ波投入窓が膜付着により汚れているため、そこでマイ
クロ波の吸収が起こって、放電が立ちにくいという現象
が起きていた。しかし、上記実施例のように粉体落下装
置を付加した場合には、マイクロ波投入窓が膜が付着し
ていないため、簡単に放電を再開することが出来た。さ
らに、圧力の変化から放電停止を検出できるようにし
て、放電が自動的に復帰するシステムにすることで安定
的な成膜を行うことが出来た。

【００４０】次に、本発明のＣＶＤ装置の一実施例であ
るマグネトロンＣＶＤ装置について図６を参照して説明
する。３０１は、真空チャンバ、３０２は真空チャンバ
３０１を排気する真空排気系、３０３は周辺に磁場を発
生させるためのマグネット、３０６は反応ガスを導入す
るためのガス導入口、３０７はガス流量を制御するため
のマスフローコントローラ、３０８はプラズマ放電を発
生させるための高周波電極、３０９は電極３０８に印加
するための１３．５６ＭＨｚの高周波電源である。

【００４１】このマグネトロンＣＶＤ装置を使って成膜
する手順は次の通りである。真空排気系３０２で真空チ
ャンバ３０１を排気する。１０^-4Ｐａ程度の真空度に達
したらヒータ３０４に通電し、基板３０３を加熱する。
基板温度は２００〜５００℃である。所定の基板温度に
達したらマスフローコントローラ３０７を調節して適当
なガス混合比、流量にしてガス導入口３０６より反応ガ
スを真空チャンバ３０１内に導入し、圧力を３０Ｏａく
らいにする。高周波電極３０８に高周波電源に印加して
プラズマ放電を発生させる。この放電により、反応ガス
は解離してイオンやラジカルとなり反応して基板３０３
上に薄膜として堆積する。

【００４２】第１の実験として図６の装置を用いてアモ
ルファスＳｉ（以下ａ−Ｓｉ）膜を生成する場合に本発
明の希釈ガスを導入する成膜プロセスを適用した。真空
チャンバ内の圧力を３０Ｐａ一定となるように原料ガス
及び希釈ガスの流量を調整する。原料ガスとしては１０
０％シランガスＳｉＨ₂ を用いて、その流量を１５０Ｓ
ＣＣＭとする。希釈ガスとしてはＨｅとＡｒを使用し
た。希釈ガスとしてはスパッタ率が高く膜中に取り込ま
れにくいＨｅ，Ａｒ，Ｎｅ，Ｋｒ，Ｘｅといった希釈ガ
スＨ₂ 等が挙げられる。その組み合わせは、膜質への影
響を考慮した上でスパッタ率の異なるものを組み合わせ
てその可変幅を広く取ることが望ましい。希釈ガスの混
合比は０．１〜０．９までの可変幅が望ましい。Ｈｅと
Ａｒの場合には、ＨｅイオンとＡｒイオンのＳｉに対す
るスパッタ率は４００ｅＶで加速した場合それぞれ０．
１，０．４である。これらの希釈ガスの合わせた流量を
２００ＳＣＣＭとしてその比率を変えて成膜を行った。
基板温度は２５０℃、高周波電力は５００Ｗとする。基
板の裏面にマグネットを取り付けた場合と取り外した場
合を比較した。図７はマグネット無しの場合を示してお
り、Ｈｅを増やしても膜の密度に大きな変化は見られな
い。しかし図８のように、マグネット有りの場合には密
度が低下する。これはプラズマ中の希釈ガスイオンであ
るＨｅ，Ａｒのスパッタ率が異なるので、Ｈｅの混合比
が増えると基板面を叩かなくなるため密度が低下すると
考えられる。プラズマ密度は、マグネット有りの場合電
子が磁場と電場で拘束されるために基板近傍で高くな
る。このため上のような結果が得られたものと解釈でき
る。従って、マグネトロンＣＶＤにおいて成膜条件とし
て従来から知られている圧力、流量、パワー等以外にこ
の希釈ガスの混合比をパラメーターとして膜質の改善が
図れることになった。

【００４３】次に第２の実験について説明する。図６と
同じＣＶＤ装置を用いてａ−Ｓｉ膜を成膜した場合の混
合比に対する成膜速度の変化を図９，図１０に示す。成
膜条件は、圧力３０Ｐａ、基板温度３００℃、ＳｉＨ₄
流量１５０ＳＣＣＭ、希釈ガスの流量は合わせて３００
ＳＣＣＭである。高周波電力は６００Ｗとする。図９
は、混合希釈ガスとしてＨ₂ とＡｒを用いた場合であ
る。この場合は、Ｓｉに対するスパッタ率がＨ₂ ＋イオ
ンは０．０２（ａｔ７ｋＶ）、Ａｒは０．４（ａｔ
４００ｅＶ）である。グラフ上で実線はマグネット有り
の場合で、点線は無しの場合を示す。マグネットがない
場合はプラズマの密度が低いので、Ｈ₂ が増加しても成
膜速度にはほとんど変化がない。しかし、マグネットを
基板裏面に配置した場合には、プラズマは基板近傍にあ
り基板面を希釈ガスのイオンが叩いているのでその混合
比により成膜速度に変化が起こる。この場合はＨ₂ が増
加すると成膜速度が上昇した。これはＨ₂ が増加すると
Ａｒと比較して基板を叩かなくなること、またプラズマ
中の電子温度が上昇してＳｉＨ₄ の分解が促進されるた
めと考えられる。図１０は比較用としてＨ₂ とＨｅを混
合ガスとして用いた場合である。図９と同様に実線がマ
グネット有り、点線が無しの場合である。この希釈ガス
の組み合わせでのＳｉに対するスパッタ率がＨ₂ ＋イオ
ンは０．０２（ａｔ７ｋＶ）、Ｈｅが０．１（ａｔ
４００ｅＶ）で、いずれも小さい。従ってこれらの希釈
ガスは基板を叩いても大きな影響を与えないので、混合
比が変わっても成膜速度にはほとんど影響しない。ただ
し、マグネットが有る場合は、ない場合に比べ基板近傍
のプラズマ密度が高いので成膜速度は若干向上した。

【００４４】次に本発明のＣＶＤ装置の調整装置の実施
例について図１１を参照して説明する。高周波電源５０
１により発生された高周波電力は、センサ５１２および
整合器５０２を経てプラズマ放電空間５０３の内部の電
極５０４に供給される。整合器５０２は電極５０４の高
周波電圧を高めプラズマを発生させるための調整とプラ
ズマが発生後いかに効率よく電力がプラズマに吸収され
るかの調整（電源から負荷側を見た時５０ΩＬＯ°にす
るための調整）とがありお互いに調整方法に関連性はな
い。

【００４５】整合器５０２はチューニングを調整するた
めのコンデンサ５０５、それを動かすためのモータ５０
６、インピーダンスを調整するためのコンデンサ５０
７、それを動かすためのモータ５０８、およびコイル５
０９で構成されている。また、電極５０４に接続される
ラインから電極の高周波電圧を検出するライン５１０が
制御回路５１１に接続されている。さらに、高周波電源
５０１と整合器５０２との間の整合の状態を検出するセ
ンサ５１２の信号を制御回路５１１に接続するためのラ
イン５１３が設けられている。駆動回路５１４は制御回
路５１１で処理された制御信号でモータ５０６，５０８
を駆動するための回路である。

【００４６】まず、高周波電源５０１の電力を投入する
と電極５０４に高周波電圧が発生する。この電圧は投入
電力によっても異なるがコンデンサ５０５，５０７の位
置によっても大きく異なり高周波電圧値が低い場合はプ
ラズマが発生しない。この場合本発明を実施していない
場合には、コンデンサ５０５，５０７を適当に動かし放
電する位置を探すこととなる。処理条件が決まれば放電
開始位置は再現性があるが処理条件が変わればまた放電
開始する位置も異なってしまう。

【００４７】本発明によればコンデンサ５０５をある方
向に動かし電極５０４の高周波電圧が増加するか減少す
るかを判断し増加する方向にコンデンサ５０５を制御す
る。この制御状態においても放電が開始したかの判断の
為信号ライン５１０に直流成分が発生したかどうかを検
出している。コンデンサ５０７も同様に制御を行う。放
電開始が検出されると制御回路５１１は整合検出センサ
５１２の信号に切換わり高周波電源５０１の出力が
（１）電圧と電源の位相が零（２）電圧／電流が５０Ω
になるようにコンデンサ５０５，５０７の調整を行う。

【００４８】これらの一連の動作により外部プリセット
や各種処理条件で放電開始位置を実験し、その値をメモ
リに入れたり、処理毎にコンデンサ５０５，５０７の位
置をセットすることなく自動処理装置の放電開始から整
合までの完全自動かを達成することができる。

【００４９】

【発明の効果】以上説明したように本発明は構成されて
いることにより、以下に述べるような効果を奏する。

【００５０】（１）本発明のマイクロ波プラズマＣＶＤ
装置は、マイクロ波投入窓の付近で誘電体の粉体が移動
するようにすることで、マイクロ波投入窓に近接しよう
とするプラズマを遮断してマイクロ波投入窓に膜が堆積
することを防ぐことができる。その結果として、粉体が
落下している限り、マイクロ波を安定的にプラズマに投
入することができて、従来に比べて３倍以上長時間の放
電が可能になり、また、短時間の放電を繰り返す場合に
おいてもマイクロ波投入窓の交換が不用になり、メンテ
ナンスの時間を大幅に短縮することが出来る。さらに、
マイクロ波電源の不安定発振等に起因する放電切れが発
生した場合でも、放電の再開が容易になり移動成膜装置
においても１工程終了まで、安定な成膜が行える。

【００５１】（２）本発明のマグネットＣＶＤ装置は、
反応ガス中の希釈ガス量を制御することにより、従来知
られている成膜条件以外に膜質を改善する方法が得られ
ることになり、同一の成膜条件内での膜質を希釈ガスの
混合比をパラメーターとして制御することが出来る。

【００５２】（３）また、プラズマ制御装置は、半導体
ラインなど２０〜３０のレシピー条件毎にプラズマ開始
の最適値を確認したり調整値をセットする機能が必要な
くなり、条件にかかわりなくプラズマ放電開始から整合
までが自動で行うことができ、生産性、作業性を向上で
きる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のＣＶＤ装置の一実施例であるマイクロ
波プラズマＣＶＤ装置を示す構成図である。

【図２】図１の実施例のマイクロ波投入窓近辺を詳細に
示す部分拡大図である。

【図３】マイクロ波投入窓がプラズマから防護されてい
るのを説明する図である。

【図４】マイクロ波プラズマＣＶＤ装置の他の実施例を
示す構成図である。

【図５】図４の実施例を変形した実施例を示す構成図で
ある。

【図６】本発明のもう一つの実施例であるマグネトロン
ＣＶＤ装置を示す構成図である。

【図７】図６の実施例の特性を示すグラフである。

【図８】図６の実施例の特性を示すグラフである。

【図９】図６の実施例の特性を示すグラフである。

【図１０】図６の実施例の特性を示すグラフである。

【図１１】本発明のさらなる実施例であるプラズマ制御
装置を示す構成図である。

【図１２】従来のマグネトロンＣＶＤ装置を示す図であ
る。

【図１３】従来のプラズマ制御装置を示す構成図であ
る。

【符号の説明】

１０１，２０１，３０１真空チャンバ１０２，２０２，３０２真空排気系１０３，３０３基板１０４，３０４ヒータ１０５，２０５，３０５ガス導入口１０６マイクロ波投入窓１０７導波管１０８マイクロ波電源１０９，２０９サイロ１１０粉体１１１流量制御弁１１２，２１２採集箱２１０循環装置２１４ガイド筒２１５スクリューコンベヤ２１６駆動装置２２０搬送レール２２１基板ホルダ３０５マグネット３０７マスフローコントローラ３０８高周波電極３０９高周波電源５０１高周波電源５０２整合器５０３放電空間５０４電極５０５チューニング用コンデンサ５０６コンデンサ駆動用モータ５０７ロード用コンデンサ５０８コンデンサ駆動用モータ５０９コイル５１０電極電圧検出用ライン５１１電極電圧，放電開始，整合用制御回路５１２整合用センサ５１３整合信号検出用ライン５１４モータ駆動回路５１５手動設定器

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】マイクロ波投入窓からチャンバ中にマイ
クロ波を投入し、チャンバ中にプラズマを発生させ、チ
ャンバ中の基板に成膜を行うＣＶＤ処理方法において、前記チャンバ中で前記マイクロ波投入窓の内壁近傍に、
誘電体からなる粉体を自由落下させながら、前記マイク
ロ波を投入することを特徴とするＣＶＤ処理方法。
【請求項２】マイクロ波投入窓からチャンバ中にマイ
クロ波を投入し、チャンバ中にプラズマを発生させ、チ
ャンバ中の基板に成膜を行うＣＶＤ装置において、前記チャンバ中で前記マイクロ波投入窓の上方に設けら
れ、誘電体からなる粉体を収納しているサイロと、前記マイクロ波投入窓の近傍に、前記粉体をカーテン状
に前記サイロから落下させる流量制御弁とを有すること
を特徴とするＣＶＤ装置。
【請求項３】請求項２記載のＣＶＤ装置に対し、落下
した粉体を集め、サイロに戻す粉体帰還機構を設けたこ
とを特徴とするＣＶＤ装置。
【請求項４】チャンバ中に設けた高周波電極と基板と
の間にプラズマを発生させ、発生させたプラズマによる
電子を磁力により基板近傍に拘束し、基板に成膜を行う
ＣＶＤ処理方法において、原料ガス以外に２種類以上の希釈ガスを混合してチャン
バ中に供給し処理を行うことを特徴とするＣＶＤ処理方
法。
【請求項５】２種類の希釈ガスのそれぞれの比が０．
１〜０．９にある請求項４記載のＣＶＤ処理方法。
【請求項６】チャンバ中に設けられ、供給される高周
波電源によりチャンバ中にプラズマを発生させ高周波電
極と、高周波電源と、高周波電源を高周波電極に整合さ
せて供給する整合器と、整合器による整合状態を検出す
る整合検出センサとからなるプラズマ制御装置を具備す
るＣＶＤ装置において、前記プラズマ制御装置は、イニシャル時に、前記高周波
電極に直流分が発生するのを検出する放電開始検出セン
サと、放電開始検出センサが直流分発生を検出すると、
前記整合器に整合動作を行わせる制御部とを有すること
を特徴とするＣＶＤ装置。