JPH06310436A - 薄膜形成装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【構成】 開口部２１を封止する窓材２３に高周波印加
用平板電極２４を押し付ける押圧部材４０がマイクロ波
を吸収しにくい弾力性を有する誘電体材料を用いて形成
されている薄膜形成装置。 【効果】 平板電極２４に高周波電圧を印加しても押圧
部材４０が昇温しなくなり、絶縁体２５の焼損による絶
縁破壊を防止することができ、したがって窓材２３への
薄膜の付着を防止することができ、試料１６に薄膜を安
定して形成することができる。また熱による押圧力の低
下がなくなるため、冷却不良による窓材２３の破損やプ
ラズマ生成室１１の気密性低下を防止することができ、
装置の稼動率の向上やメンテナンス費用の削減を図るこ
とができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は薄膜形成装置に関し、よ
り詳細には半導体ウエハ上にチタン等の金属薄膜等を形
成する場合に用いられる薄膜形成装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】大規模集積回路の製作には半導体ウエハ
に微細パターンを形成する必要があり、高精細な薄膜形
成のため、プラズマを用いた薄膜形成装置が盛んに使用
されている。プラズマを用いた薄膜形成装置のひとつと
して、電子サイクロトロン共鳴（ＥＣＲ）励起を利用し
た薄膜形成装置があり、この装置は真空中において活性
度の高いプラズマを生成させることができる等の利点を
有しているため、薄膜形成に欠かせないものとしてその
研究開発が進められている。

【０００３】図４は従来のＥＣＲ励起を利用した薄膜形
成装置を模式的に示した断面図であり、図中１０はステ
ンレス等を用いて形成された反応容器を示している。反
応容器１０によりプラズマ生成室１１と反応室１２とが
構成されており、プラズマ生成室１１は略円筒形形状に
形成されている。プラズマ生成室１１の上部壁１１ａの
中央には開口部２１が形成され、プラズマ生成室１１の
上部壁１１ａには第１のガス導入管１９ａが接続されて
いる。プラズマ生成室１１の下側には反応室１２が連設
され、プラズマ生成室１１と反応室１２とは仕切り板１
３により仕切られており、仕切り板１３の中央部には開
口部２１と対向する箇所にプラズマ引き出し窓１４が形
成されている。反応室１２にはプラズマ引き出し窓１４
と対向する箇所に試料台１５が配設されており、試料台
１５上には試料１６が載置されている。試料台１５はマ
ッチングボックス１７を介して高周波発生器１８に接続
され、高周波発生器１８の一端と反応室１２の下部壁１
２ｂとはそれぞれ接地されており、試料１６に所定の高
周波を印加してバイアス電圧を発生させることにより、
段差被覆性に優れた薄膜が形成されるようになってい
る。また反応室１２の側壁１２ａには第２のガス導入管
１９ｂが接続され、反応室１２の下部壁１２ｂには排気
管１９ｃが接続されている。

【０００４】一方、開口部２１上にはＯリング２２を介
して石英ガラス等で略円板形状に形成された窓材２３が
配設され、窓材２３上にはこれと同一外径を有する平板
電極２４が配設されており、平板電極２４内部には冷却
水が循環する通水路２４ａが形成され、通水路２４ａに
は冷却水配管２４ｂが接続されている。平板電極２４及
び窓材２３の周囲にはＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエ
チレン）を用いて略有蓋円筒形形状に形成された絶縁体
２５が配設されている。絶縁体２５と平板電極２４との
間にはステンレス（ＳＵＳ３０４）製のコイルバネを用
いて形成された押圧部材２６が介装されており、絶縁体
２５及び平板電極２４における押圧部材２６の装填箇所
にはそれぞれ装填穴２５ａ、２４ｃが形成されている。
さらに絶縁体２５外周側面にはステンレスを用い、略円
筒形形状に形成された枠体２７が配設されており、枠体
２７は反応器１０上に連設され、枠体２７上には略円板
形状の蓋体２８が絶縁体２５を押さえ付けるように配設
されている。蓋体２８が枠体２７に装着された状態で
は、平板電極２４と窓材２３とが押圧部材２６により押
し下げられ、窓材２３と冷却機構を有する平板電極２４
とが密接するとともに、開口部２１がＯリング２２と窓
材２３とにより封止されるようになっている。さらに蓋
体２８上には導波管３２の一端が接続され、導波管３２
の他端にはマイクロ波発振器３４が接続され、蓋体２
８、絶縁体２５及び平板電極２４には導波管３２の内周
形状と略同一形状を有する孔３２ａがそれぞれ形成さ
れ、マイクロ発振器３４で発生したマイクロ波が導波管
３２を通り、窓材２３を透過してプラズマ生成室１１に
導入されるようになっている。また平板電極２４はＲＦ
ケーブル２９、マッチングボックス３０を介して高周波
発生器３１に接続されており、高周波発生器３１の一端
と反応室１２の側壁１２ａとはそれぞれ接地されてい
る。またプラズマ生成室１１及び導波管３２の一端部に
わたってこれらを囲繞する態様で、かつこれらと同心状
に励磁コイル３３が配設されており、励磁コイル３３は
直流電源（図示せず）に接続されている。

【０００５】このように構成された装置を用い、例えば
試料１６表面にＴｉ薄膜を形成する場合、まず排気系を
操作して反応容器１０内を減圧した後、第１のガス導入
管１９ａからＡｒ、Ｈ₂ 等を供給し、第２のガス導入管
１９ｂからＴｉＣｌ₄ 等を供給し、反応容器１０内を所
定圧力に設定する。また冷却水配管２４ｂに通水して平
板電極２４と窓材２３とを冷却するとともに、高周波発
生器３１を接続し、高周波を平板電極２４に印加して窓
材２３にセルフバイアスを印加する。また高周波発生器
１８を接続し、試料１６にバイアスを印加する。次にマ
イクロ波発振器３４で発生させたマイクロ波を開口部２
１よりプラズマ生成室１１に導入するとともに、励磁コ
イル３３に直流電流を供給して磁場を発生させ、高エネ
ルギ電子とガスとを衝突させ、ガスを分解してイオン化
し、プラズマを生成させる。すると、このプラズマはプ
ラズマ引き出し窓１４を通過し、発散磁界により矢印Ａ
方向に加速されて反応室１２に導かれ、試料台１５に載
置された試料１６表面に段差被覆性に優れたＴｉ薄膜を
形成する。また窓材２３下面に付着するＴｉ薄膜はセル
フバイアスによるＡｒイオンにスパッタされ、Ｔｉ薄膜
が窓材２３に付着するのが防止され、窓材２３における
マイクロ波の透過性が保持され、試料１６に薄膜が安定
して形成される。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】上記した薄膜形成装置
においては、平板電極２４に高周波が印加されるとコイ
ル状の押圧部材２６に高周波が局部的に集中して誘導加
熱され、次第に絶縁体２５が焼損して絶縁性が低下する
という課題があった。絶縁体２５の絶縁性が低下すると
高周波がアースされて窓材２３には印加されず、したが
ってＴｉ薄膜が窓材２３に付着して窓材２３におけるマ
イクロ波の透過性が低下し、試料１６にＴｉ薄膜が安定
して形成されなくなるいう課題があった。また押圧部材
２６が昇温するとばね性が低下し、あるいは絶縁体２５
が焼損すると強度が低下して押圧力が弱まるため、平板
電極２４と窓材２３との間に空隙が生じて熱伝導率が悪
くなり、窓材２３が高温になって破損するおそれがある
という課題があった。また押圧力の低下により窓材２３
によるシーリング性が弱まり、反応容器１０の気密性が
悪くなるおそれがあるという課題があった。また絶縁体
２５等の取り替えのため、メンテナンス費用が嵩み、装
置の稼動率も低下するという課題があった。

【０００７】本発明はこのような課題に鑑みなされたも
のであり、平板電極に高周波を印加した場合における絶
縁体の焼損を防止することができ、したがって窓材への
薄膜の付着を防止して試料に薄膜を安定して形成させる
ことができ、窓材の破損や反応容器の気密性低下を防止
することができ、装置の稼動率の向上やメンテナンス費
用の削減を図ることができる薄膜形成装置を提供するこ
とを目的としている。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明に係る薄膜形成装置は、マイクロ波導入用の開
口部を有し、マイクロ波の導入によりプラズマを生成さ
せるプラズマ生成室と、前記プラズマを利用して試料に
薄膜を形成する反応室とを備えた薄膜形成装置におい
て、前記開口部を封止する窓材に高周波印加用平板電極
を押し付ける押圧部材がマイクロ波を吸収しにくい弾力
性を有する誘電体材料を用いて形成されていることを特
徴としている。

【０００９】

【作用】電波の入射エネルギが半減する深さ（浸透深
さ）Ｄは下記の数１式で表されることが知られている。

【００１０】

【数１】

【００１１】この式より明らかなように、電波エネルギ
にさらされた場合、誘電体損失係数（比誘電率と損失係
数との積）が大きい非誘電体材料では浸透深さＤが浅く
なり、表面が加熱されて高温になるが、誘電体損失係数
が小さい誘電体材料では浸透深さＤが深くなり、全体的
に昇温し難くなる。

【００１２】弾力性と耐熱性とを有し、かつ高周波によ
り加熱され難い誘電体材料として弾力性のあるＰＴＦＥ
（以下、ソフトＰＴＦＥと記す）、弾力性のあるポリス
チレン（以下、ソフトポリスチレンと記す）等があり、
これらのシート状のものを平板電極と絶縁体との間に配
設するか、あるいはこれらを用いて絶縁体を形成するこ
とにより、押圧部材としての適用が可能となる。

【００１３】本発明に係る薄膜形成装置によれば、開口
部を封止する窓材に高周波印加用平板電極を押し付ける
押圧部材がマイクロ波を吸収しにくい弾力性を有する誘
電体材料を用いて形成されているので、前記平板電極に
高周波を印加しても前記押圧部材が昇温しなくなり、絶
縁体の焼損による絶縁破壊が防止され、したがって前記
窓材への薄膜の付着が防止され、試料に薄膜が安定して
形成されることとなる。また熱による押圧力の低下がな
くなるため、冷却不良による前記窓材の破損や前記プラ
ズマ生成室の気密性低下が防止され、装置の稼動率の向
上やメンテナンス費用の削減が図れることとなる。

【００１４】

【実施例及び比較例】以下、本発明に係る薄膜形成装置
の実施例を図面に基づいて説明する。なお、従来例と同
一機能を有する構成部品には同一の符号を付すこととす
る。図１は本発明に係る薄膜形成装置の実施例を模式的
に示した断面図であり、図中４０は押圧部材を示してい
る。押圧部材４０は弾性を有する誘電体材料であるソフ
トＰＴＦＥシートを用い、平板電極２４及び窓材２３と
同一外径を有して略円板形状に形成されており、押圧部
材４０中央部には孔３２ａが形成され、押圧部材４０外
周近傍には通水路２４ａが形成されている。その他の構
成は図４に示した従来の装置と同様であるため、ここで
はその説明を省略する。

【００１５】次に図１に示した実施例に係る装置を用
い、試料１６にＴｉ薄膜を形成した場合について説明す
る。押圧部材４０の形成に用いられるソフトＰＴＦＥシ
ートとしては、ジャパンゴアテックス（株）社製ＨＹＰ
ＥＲ−ＳＨＥＥＴ ＧＡＳＫＥＴ（以下、ゴアテックス
と記す）を使用した。ゴアテックスは使用温度範囲が−
２４０〜＋２６０℃であり、また締め付け圧力と厚みの
変化との関係を示した曲線図（図２）より明らかなよう
に、弾力性は従来のコイルばねより少ないが、十分な変
形性能を有している。また、比較例として図４に示した
従来の装置を用いた。薄膜形成条件を下記の表１に示
す。

【００１６】

【表１】

【００１７】絶縁体２５が焼損して絶縁破壊を起こすま
での使用回数を測定した結果、従来の装置を用いた場
合、約８０枚の試料に薄膜を形成（使用時間１６０分
間）すると絶縁破壊が生じたが、実施例の装置を用いた
場合、約９００枚の試料に薄膜を形成（使用時間１８０
０分間）しても絶縁破壊は発生しなかった。

【００１８】また実施例の装置の場合、窓材２３への薄
膜の付着、窓材２３の破損、反応容器１０における気密
性の低下は見られなかった。

【００１９】また押圧部材４０を成形する場合、カッタ
ー等を用いて簡単に加工を施すことができた。また押圧
部材４０を用いてプラズマ生成室１１の開口部２１を封
止する場合、平板電極２４上に押圧部材４０を置き、次
に絶縁体２５を被せ、蓋体２８を枠体２７に締めつける
ことにより、容易に取り付け作業を行なうことができ
た。

【００２０】実施例に係る薄膜形成装置では、平板電極
２４と窓材２３とをプラズマ生成室１１の開口部２１に
押しつけ保持する押圧部材４０が、弾性を有する誘電体
材料を用いて形成されているので、平板電極２４に高周
波電圧を印加しても押圧部材４０が昇温しなくなり、絶
縁体２５の焼損による絶縁破壊を防止することができ、
したがって窓材２３への薄膜の付着を防止することがで
き、試料１６に薄膜を安定して形成することができる。
また熱による押圧力の低下がなくなるため、冷却不良に
よる窓材２３の破損やプラズマ生成室１１の気密性低下
を防止することができ、装置の稼動率の向上やメンテナ
ンス費用の削減を図ることができる。

【００２１】図３は別の実施例に係る薄膜形成装置を模
式的に示した部分拡大断面図であり、図中４１は押圧部
材を示している。押圧部材４１は図１に示した装置にお
ける押圧部材４０と絶縁体２５とが一体形成されたもの
であり、弾性を有する誘電体材料であるソフトポリスチ
レンを用いて形成されている。その他の構成は上記実施
例のものと同様であるため、ここではその説明を省略す
る。

【００２２】別の実施例に係る装置では、上記実施例の
ものと同様の効果を得ることができるとともに、押圧部
材４１は押圧部材４０と絶縁体２５とが弾性を有する誘
電体材料を用いて一体形成された構成となっているた
め、構造を簡単にすることができるとともに厚みが増す
分押圧力をさらに高めることができる。

【００２３】

【発明の効果】以上詳述したように本発明に係る薄膜形
成装置にあっては、開口部を封止する窓材に高周波印加
用平板電極を押し付ける押圧部材がマイクロ波を吸収し
にくい弾力性を有する誘電体材料を用いて形成されてい
るので、前記平板電極に高周波を印加しても前記押圧部
材が昇温しなくなり、絶縁体の焼損による絶縁破壊を防
止することができ、したがって前記窓材への薄膜の付着
を防止することができ、試料に薄膜を安定して形成する
ことができる。また熱による押圧力の低下がなくなるた
め、冷却不良による前記窓材の破損や前記プラズマ生成
室の気密性低下を防止することができ、装置の稼動率の
向上やメンテナンス費用の削減を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る薄膜形成装置の実施例を模式的に
示した断面図である。

【図２】実施例に係る薄膜形成装置の押圧部材に用いら
れる誘電体材料に関し、厚みと締め付け圧力との関係を
示した曲線図である。

【図３】別の実施例に係る薄膜形成装置を模式的に示し
た部分拡大断面図である。

【図４】従来のＥＣＲ励起を利用した薄膜形成装置を模
式的に示した断面図である。

【符号の説明】

１１ プラズマ生成室 ２１ 開口部 ２３ 窓材 ２４ 平板電極 ４０、４１ 押圧部材

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 マイクロ波導入用の開口部を有し、マイ
   クロ波の導入によりプラズマを生成させるプラズマ生成
   室と、前記プラズマを利用して試料に薄膜を形成する反
   応室とを備えた薄膜形成装置において、前記開口部を封
   止する窓材に高周波印加用平板電極を押し付ける押圧部
   材がマイクロ波を吸収しにくい弾力性を有する誘電体材
   料を用いて形成されていることを特徴とする薄膜形成装
   置。