JPH0663098B2 - プラズマｃｖｄ装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は半導体素子などの製造工程において各種の薄膜
を基板に形成するために使用されるプラズマCVD装置に
係り、特に運中のCVD（Chemical Vapor Deposition）生
成物の剥離による塵埃粒子の発生を抑制し、それによっ
て膜面欠陥の防止と連続運転時間の延長を可能ならしめ
る平行平板型シャワー方式のプラズマCVD装置に関す
る。

〔従来の技術〕

プラズマCVD装置は、高周波電圧を印加するための１対
の電極が真空容器内に設置され、容器内に導入された稀
薄プロセスガスを電極間のグロー放電によって分解・励
起してプラズマ状態とすることにより電極上に装着され
た基板表面にガス分子を選択的に固着堆積させて薄膜を
形成するものであって、ガス分子の選択性および固着の
度合は基板温度に支配されるものである。

従来のプラズマCVD装置としては例えば第６図示のよう
な平行平板型シャワー方式のものがある。真空容器１の
内に、基板ホルダ２と多数の細孔を有するガス分散板３
とからなるプラズマ発生電極が設けられ、１対の平行平
板型電極を構成している。薄膜が形成される基板４は基
板ホルダ２に装着され、基板ホルダ２の背面にある基板
ヒータ５によって基板４は基板ホルダ２と共にプロセス
条件温度まで加熱される。

ガス分散板３の背面にはガス導入口6aを有するガス導入
管６が連接され、ガス導入口6aよりプロセスガスが供給
され、多数の細孔７を通って基板ホルダ２及び基板ヒー
タ５よりなるアノード側電極とガス分散板３よりなるカ
ソード側極間にシャワー状に放出される。ガス導入管６
は真空容器１に、高周波絶縁処理された真空シール８を
介して支持され、大気側へ貫通されている。ガス分散板
３の背面及びガス導入管６の周囲には絶縁物９を介して
同心円状の高周波シールド10が施されておりガス導入管
６の管端は高周波入力用の同軸端子構造となっている。
一方基板ホルダ２は直接または基板ヒータ５の加熱用シ
ース線11を介して接地されている。

この接地された加熱用シース線11と、ガス導入管６の管
端との間に高周波電源12が接続され、基板ホルダ２に対
しガス分散板３に高周波電源12からの高周波電力が印加
されるので、真空容器１中に基板ホルダ２側をアノー
ド、ガス分散板３側をカソードとする二極構成の電極が
形成されている。この場合、基板４の加熱機能はアノー
ド側に、プロセスガスの導入機能はカソード側にそれぞ
れ分離されている。

〔発明が解決しようとする課題〕

このような従来装置においては、基板ヒータ５によって
基板４の加熱を行った場合の基板周辺部分の温度は、基
板ヒータ５部が最も高く、基板ホルダ２および基板４が
それに次ぎ、ガス分散板３の温度が最も低い分布とな
る。即ち、カソード側の温度が基板４のあるアノード側
よりも低くなるので、基板４に対向する位置にコールド
ウォールが存在することになる。

このためプラズマによって励起されたガス分散は温度の
高いアノード側（基板４および基板ホルダ２）には強固
に固着してアモルファス状のCVD膜を形成するが、コー
ルドウォール表面での固着の度合は弱いので、温度の低
いカソード側（ガス分散板３）の固着物はCVD操作中に
剥離を生じ易く、これが塵埃粒子発生の原因となる。電
極間に浮遊する塵埃粒子は基板４上に生成する薄膜に表
面欠陥を生じる主因となるので、プラズマCVD装置の運
転に際してはカソード側固着物の除去を頻繁に行うこと
が現状では不可避の条件とされ、これが従来のプラズマ
CVD装置の連続運転を大きく阻害する要因となってい
る。

〔課題を解決するための手段〕

本発明は上記の課題を解決するべく、CVD操作中のカソ
ード側電極の温度をアノード側電極の温度よりも高く保
持することによってカソード側の固着物を強固に形成さ
せ、操作中の剥離を回避して塵埃粒子の発生を抑制し、
これによってCVD操作中の膜面欠陥の発生を防止し、装
置の連続運転時間の延長を図ろうとするものである。

即ち、本発明装置は第１図示のように真空容器１内に基
板４が装着され接地された基板ホルダ２と，多数の細孔
７を有する基板ヒータ５を対向配設し、この基板ヒータ
５のヒータ加熱用シース線11を真空容器１外に突出せし
め、基板ヒータ５の背面にガス分散板３を設けて両者間
にガス流路13aを設け、ヒータ加熱用シース線11と、こ
のシース線11が貫通するガス分散板３のガス導入管６と
の間にはガス導入口6aに連通するガス流路13bを設ける
と共に、真空容器１にガス導入管６を絶縁支持してなる
構成としたものである。

〔作 用〕

ヒータ加熱用シース線11を通して基板ヒータ５にヒータ
入力を加えてこの基板ヒータ５及びガス分散板３を加熱
すると基板ホルダ２は基板ヒータ５からの輻射伝熱によ
って間接的に加熱され、基板４は基板ホルダ２からの接
触伝熱によって加熱される。このため基板４周辺部分の
温度は、基板温度が最も低く、基板ホルダ２がそれに次
ぎ、ガス分散板３及び基板ヒータ５の温度が最も高い分
布となり、基板周辺部分に温度の高い部分（ホットウォ
ール）が形成されることになる。

これによって従来装置とは相違してCVD操作中カソード
側電極を構成するガス分散板３と基板ヒータ５の表面に
おいてもCVD生成膜が十分に強固に付着し、剥離による
塵埃粒子の発生を抑制することができるので、運転中カ
ソード側の固着物を頻繁に除去する必要はない。

プロセスガスはガス導入口6aよりガス導入管６とヒータ
加熱用シース線11との間のガス流路13b及びガス分散板
３と基板ヒータ５との間の流路13aを経て基板ヒータ５
の多数の細孔７を通り、基板ヒータ５と基板ホルダ２間
に噴出される。ガス導入管６は真空容器１に絶縁支持さ
れており、このガス導入管６ヒータ加熱用シース線11が
貫通して支持されているため、ガス導入管６とヒータ加
熱用シース線11は同電位に保持する同軸構造になってお
り、高周波入力端子としての同軸特性を何等阻害するこ
となしにカソード側電極端としてのヒータ加熱用シース
線11に基板ヒータ５の加熱入力機能を附加することがで
きる。

アノード側電極としての基板ホルダ２は基板ヒータ５か
らの輻射伝熱による被加熱体としての作用と基板４への
接触伝熱による加熱体としての作用とを有するものであ
るが、機構的には基板ホルダ２としての機能となるの
で、電極構造としては単板型にすることができ、任意の
部位で接地することにより容易にアノード側電極を形成
することができる。

〔実施例〕

以下図面に基づいて本発明の実施例を説明する。

第１図は本発明装置の第１実施例の構成を示す断面図
で、１は真空容器、2,5はそれぞれこの真空容器１内に
対向配設した基板ホルダ及び基板ヒータである。基板ホ
ルダ２には基板４が装着され、基板ホルダ２の軸2aは真
空容器１に貫通して支持されており、接地されている。
基板ヒータ５の背面にはガス分散板３が設けられ、両者
間にはガス流路13aが設けられている。

基板ヒータ５のヒータ加熱用シース線11は真空容器１外
に突出され、このヒータ加熱用シース線11と，当該シー
ス線11が貫通するガス分散板３のガス導入管６との間に
は、ガス導入口6aに連通するガス流路13bが設けられて
いる。ガス分散板３の背面及びガス導入管６の周囲には
高周波シールド10が設けられ、真空容器１に接して貫通
しており、この高周波シールド10とガス導入管６との間
には高周波絶縁処理された真空シール８が挿設されてい
る。

従って高周シールド10は真空容器１に接して接地されて
おり、ガス導入管６は真空容器１に絶縁支持されてい
る。ヒータ加熱用シース線11と基板ホルダ２の軸2aとの
間には高周波電源12が接続され、高周波電力は基板ホル
ダ２と，ガス分散板3,基板ヒータ５との間に印加れるこ
とになる。９はガス分散板３と高周波シールド10との間
に設けられた絶縁物である。

上記の構成において、ヒータ加熱用シース線11を通して
基板ヒータ５にヒータ入力を加えてこの基板ヒータ５及
びガス分散板３を加熱し、ヒータ加熱用シース線11と軸
2a間に高周波電源12を接続して、ガス分散板３と基板ヒ
ータ５よりなるカソード側電極と，基板ホルダ２よりな
るアノード側電極との間に高周波電力を印加すると共に
プロセスガスをガス導入口6aより導入しガス流路13b,13
aを経て基板ヒータ５の多数の細孔７より噴出すること
により基板ヒータ５と基板ホルダ２間にプラズマを発生
させ、基板ホルダ２に装着した基板４にCVD膜を生成す
るものである。

基板ホルダ２は基板ヒータ５からの輻射伝熱によって間
接的に加熱され、基板４はアノード側電極ある基板ホル
ダ２に装着されているので、基板ホルダ２からの接触伝
熱によってプロセス条件温度まで加熱される。このため
基板４周辺部分の温度は、基板温度が最も低く、基板ホ
ルダ２がそれに次ぎ、ガス分散板３及び基板ヒータ５の
温度が最も高い分布となり、基板周辺部分に温度の高い
部分（ホットウォール）が形成されることになる。

これによって従来装置とは相違してCVD操作中カソード
側電極を構成するガス分散板３と基板ヒータ５の表面に
おいてもCVD生成膜が十分に強固に付着し、剥離による
塵埃粒子の発生を抑制することができるので、運転中カ
ソード側の固着物を頻繁に除去する必要はない。

プロセスガスはガス導入口6aよりガス導入管６とヒータ
加熱用シース線11との間のガス流路13b及びガス分散板
３と基板ヒータ５との間の流路13aを経て基板ヒータ５
の多数の細孔７を通り、基板ヒータ５と基板ホルダ２間
に噴出される。ガス導入管６は高周波シールド10を真空
容器１に接して取付ける高周波絶縁処理された真空シー
ル８により絶縁支持されており、このガス導入管６にヒ
ータ加熱用シース線１が貫通して支持されているため、
ガス導入管６とヒータ加熱用シース線11は同電位に保持
する同軸構造になっており、高周波入力端子としての同
軸特性を何ら阻害することなしにカソード側電極端とし
てのヒータ加熱用シース線11に基板ヒータ５の加熱入力
機能を附加することができる。

アノード側電極としての基板ホルダ２は基板ヒータ５か
らの輻射伝熱による被加熱体としての作用基板４への接
触伝熱による加熱体としての作用とを有するものである
が、機構的には基板ホルダ２としての機能となるので、
電極構造としては単板型にすることができ、基板ホルダ
２の軸2aを接地することにより容易にアノード側電極を
形成することができる。

第２図は本発明装置の第２実施例の構成を示す断面図
で、この第２実施例は、基板ホルダ２の軸2aに軸封じ部
32を摺動自在に取付け、この軸封じ部32と真空容器１と
の間に可撓接手31で連結して、アノード側電極である基
板ホルダ２の支持を行うようにした場合の例であり、基
板ホルダ（アノード用電極）２の回転，水平または直立
移動等が容易に行えるので、基板ヒータ５と基板ホルダ
２間の間隔、即ちアノード側，カソード側の電極間隔の
調整，基板４の脱着が短時間で可能となり、従来装置に
比して操作性の改善を図ることができる。

第３図は本発明装置の第３実施例の構成を示す断面図
で、この第３実施例は、第１図の第１実施例において、
基板ホルダ２と、基板ヒータ5,ガス分散板３を直立配置
とした場合、電極上方の真空容器１の器壁に温度の低い
部分が存在し、そこからの固着物剥離による塵埃粒子の
落下が膜面欠陥発生の原因となるため、電極上方部に基
板ホルダ2,基板ヒータ５及びガス分散板３の上方に加熱
板41を収設し、この加熱板41の加熱用シース線を真空容
器１外に貫通して突出せしめ、これを接地することによ
り電極上方部においてもホットウォールを形成して器壁
からの塵埃粒子の直接落下を防止し、膜面欠陥発生の原
因を回避し強化することができる。

第４図は本発明装置の第４実施例の構成を示す断面図
で、この第４実施例は、基板ヒータ５とガス分散板３を
１組として２組，直立に対向収設し、その間に複板型
（２枚接合型）基板ホルダ２を配置せしめた場合の例で
あり、基板ホルダ２は両側から基板ヒータ５により輻射
加熱されるので、基板ホルダ２の両面に基板４を装着し
てCVD膜生成に供することができ、片面に基板４を装着
して平側加熱とした場合よりも加熱効率を大幅に改善す
ることができると共に基板４の装着枚数を２倍とするこ
とができ、装置効率を大幅に改善することができる。

第５図は本発明装置の第５実施例の構成を示す断面図
で、この第５実施例は、第４図の第４実施例において、
基板ホルダ２を単板型とし、その両面に基板４を装着
し、この基板ホルダ２の下部に、接地されたホルダ移送
機構61を設けてなる場合の例を示し、基板ホルダ２の送
入・送出をホルダ移送機構61により容易に行うことがで
き、基板４の着脱の操作性を改善することができる。

〔発明の効果〕

上述のように本発明によれば、基板４はアノード側電極
である基板ホルダ２に装着されており、基板ホルダ２か
らの接触伝熱によって加されるため、基板周辺部分にホ
ットウォール（温度の高い部分）を形成できるから、プ
ラズマCVD装置の操作時にカソード側電極を構成するガ
ス分散板３と基板ヒータ５の表面においてもCVD生成物
が充分に強固に付着し、剥離による塵埃粒子の発生を抑
制することができ、運転中、カソード側の固着物を頻繁
に除去する必要はなく、装置の連続運転時間の延長を図
ることができる。

また、装置の連続運転時間の延長ができることと、接地
されたアノード側電極の構成は基板ホルダ２のみであり
極めて単純化されるため装置の操作性向上が可能となる
ことなどから装置のスループットを大幅に改善すること
ができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明装置の第１実施例の構成を示す断面図、
第２図は本発明装置の第２実施例の構成を示す断面図、
第３図は本発明装置の第３実施例の構成を示す断面図、
第４図は本発明装置の第４実施例の構成を示す断面図、
第５図は本発明装置の第５実施例の構成を示す断面図、
第６図は従来装置の一例の構成を示す断面図である。 １……真空容器、２……基板ホルダ、2a……軸、３……
ガス分散板、４……基板、５……基板ヒータ、６……ガ
ス導入管、6a……ガス導入口、７……細孔、８……高周
波絶縁処理された真空シール、11……ヒータ加熱用シー
ス線、13a,13b……ガス流路、31……可撓接手、32……
軸封じ部、41……加熱板、41a……軸、61……ホルダ移
送機構。

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】真空容器１内に基板４が装着され接地され
   た基板ホルダ２と，多数の細孔７を有する基板ヒータ５
   を対向配設し、この基板ヒータ５のヒータ加熱用シース
   線11を真空容器１外に突出せしめ、基板ヒータ５の背面
   にガス分散板３を設けて両者間にガス流路13aを設け、
   ヒータ加熱用シース線11と、このシース線11が貫通する
   ガス分散板３のガス導入管６との間にはガス導入口6aに
   連通するガス流路13bを設けると共に、真空容器１にガ
   ス導入管６を絶縁支持してなるプラズマCVD装置。
2. 【請求項２】基板ホルダ２の軸2aに軸封じ部32を摺動自
   在に取付け、この軸封じ部32と真空容器１との間を可撓
   接手31で連結せしめてなる請求項第１項記載のプラズマ
   CVD装置。
3. 【請求項３】真空容器１内に基板ホルダ2,基板ヒータ５
   及びガス分散板３の直角方向に加熱板41を収設し、加熱
   板41の軸41aと基板ホルダ２の軸2aとを接続してなる請
   求項第１項，第２項のいずれかに記載のプラズマCVD装
   置。
4. 【請求項４】真空容器１内に基板ヒータ５とガス分散板
   ３を１組として２組，対向収設し、その間に基板ホルダ
   ２を配置せしめてなる請求項第１項載のプラズマCVD装
   置。
5. 【請求項５】基板ホルダ２にホルダ移送機構61を設けて
   なる請求項第４項記載のプラズマCVD装置。